JP4108134B2 - 無線通信システムにおける方法および装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、移動無線通信システムにおいて無線チャネルに移動局を割り当てるための方法に関する。無線チャネルはいわゆるマルチユーザチャネルとし、すなわちある所定の時間に、複数の移動局が１つのチャネルを共有することができる。
また、本発明は上記方法によりマルチユーザチャネルを移動局に割り当てる方法および配置にも関する。
背景技術
従来の電話用の無線通信システムでは、各ユニットには別々の上り線および下り線を有する固有のチャネルが割り当てられる。例えば特定のキャリア周波数のあるタイムスロットからなる、ある基地局のあるチャネルは、そのチャネルを使用した以前からの呼接続が解除されるまでは新しい移動局に割り当てることができない。
無線通信システムにおけるシングルパス無選択通信、すなわちいわゆる放送の場合、同時に複数の受信者にメッセージを送信するために、空きチャネルのプールを利用する。この種のメッセージを配信するのに最適な空きチャネルを判断するアルゴリズムは従来から多く知られている。
米国特許第５，５３０，９１７号は、移動電話システム内のチャネルの利用を最適化する方法を開示する。この方法によれば、チャネルの割り当ては、少なくとも２組の他のパラメータ値から得られた負荷率に基づいて行われる。パラメータは、無線特有の特徴のほか、その呼設定に関連する特徴をも含む。この方法は、既に確立された呼接続のチャネルを変更する場合にも、ハンドオーバの場合にも適用される。
国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ１ ９６／０７２８７は、ＴＤＭＡ・ＦＤＭＡハイブリッド型（ＴＤＭＡ＝時間分割多元接続、ＦＤＭＡ＝周波数分割多元接続）の無線通信システムにおける移動局にキャリア周波数およびタイムスロットを割り当てる方法を開示する。基地局からほぼ等しい電力出力の要求があった移動局に同一のキャリア周波数を与えるよう、移動局にタイムスロットを割り当てる。その結果、各キャリア周波数について出力電力を最小化でき、使用可能な周波数帯をできるだけ有効に使用する。たま、無線通信システム内の干渉も低減することができる。
国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ１ ９５／０７０１２号は、特定のチャネルにおいて干渉を受ける基地局をデータベースに集める方法を教示する。データベースの基地局は、該チャネルの出力電力を、このチャネルを使用する移動局の許容できる最低値まで下げるように制御される。このようにして、データベース内の基地局の数を常に可能な限り小さくし、無線通信システム全体における干渉の低下を図る。
ＧＳＭ（Global System for Mobile communication）内のサービスＧＰＲＳ（General Packet Radio Service）は、特定の基地局と、それに接続された複数の移動局との間で情報を送受信するために、複数の移動局が同時に同一のチャネルを使用することを可能とする。各チャネルは、移動局から基地局への情報の送信のための上り線と、基地局から移動局への情報の送信のための下り線とを有する。チャネルの同時使用は、２以上の移動局が並行してそのチャネルを介して情報の送受信を行うか、あるいは２以上の移動局が基地局へ情報を送信するためまたは基地局から情報を受信するため、チャネルを特定の時間交互に使用することを意味する。通常、チャネルの下り線で第一の移動局へ情報を送信すると同時に第二の移動局がそのチャネルの上り線で送信することができる。
送信される情報は、通常特定の大きさの情報ブロックに分割されるデータパケットからなる。ＵＳＦ（Uplink State Flag）を読むことで、限られた数の局の異なる移動局が、同一の情報ブロックから異なる情報を受信することができ、これを共通の物理的チャネルで送信する。チャネルの下り線の負荷として送信され、特定のチャネルを使用する全ての移動局が読むＵＳＦは、次に到着する情報ブロックがどの移動局に宛てられているか、そしてどの移動局が次に到着するタイムスロットを使用してチャネルの上り線で情報を送信することができるかを示すものである。
ＧＰＲＳは、２以上の移動局に共通するチャネルを割り当てるとき、移動局の個別の通信パラメータを無視する。そのチャネルでの基地局の出力電力は、基地局から最も高い出力電力を要求する移動局が決定する。移動局またはチャネルを共有する他の移動局が、基地局に対して非常に低い出力電力を要求すると、基地局は少なくとも時々必要最小限の出力電力より著しく低い出力電力で送信することがある。基地局から見て非常に異なる方向に位置する移動局に同一のチャネルが割り当てられる場合、同時に全ての移動局にチャネルを使用可能とするためには３つの方法がある。（１）各移動局に別々のアンテナローブを合わせる。（２）各移動局につき、移動局への方向および基地局と移動局との間の電波の伝播状況に関する情報に基づく角度パワースペクトルを作成する。（３）全移動局を範囲内とするほど幅の広いアンテナローブを使用する。全ての場合において、特に後者の場合、基地局から移動局まで情報を送信するためには必要とされる以上に広い地域に電磁エネルギーが送信される。
ＷＯ−Ａ１ ９５／０７０１２に記載の方法では、既に割り当てられたチャネルの電力は最小化される。しかし、この方法では、無線通信システムにおける干渉を回避するためにはどのようにして移動局を基地局に割り当てるべきかは解決されない。
ＷＯ−Ａ１ ９６／０７２８７に記載の方法では、同一のキャリア周波数において、同等の電力需要がある移動局に異なるチャネルを割り当てる。しかし、この方法では、チャネルを同時に使用する複数の利用者をどのようにしてチャネルに割り当てるべきかは解決されない。更に、移動局が基地局に対してどのような配置になっているか、また、移動局がチャネル容量を要求する時間の長さについても何ら触れていない。また、これらの点はＵＳ−Ａ５，５３０，９１７に記載されるチャネル使用率の最適化においても考慮されない。
発明の開示
本発明は、基地局のチャネルに同時に多数の移動局を最適に割り当てることを課題とする。ここで、最適に割り当てるとは、基地局からその無線カバレジ区域内の全移動局へ情報を伝達するために送出される総エネルギー量を最小化することを意味する。例えば、送信されるエネルギーを最小化するために、基地局からの各チャネルの出力電力を最小化することで達成することができる。
そのため、本発明の一つの目的は、無線通信システムの総合干渉を低減することである。
本発明の他の目的は、現在の通信要件および推定される未来の通信要件に対して基地局のチャネルが使用される程度を最適化することである。
本発明による方法の一実施例では、基地局付近に位置する移動局の特性を表わす基地局特有のパラメータが登録される。これらのパラメータは、各移動局が基地局から要求する出力電力量、送信される情報の送信の実効送信時間間隔、基地局に対する方角（すなわち、移動局が位置する基地局の角度パワースペクトルのセクタ）、移動局が移動する方向および／または速度等を含む。パラメータ値を、例えばコスト関数等の形式のアルゴリズムで処理する。次に、アルゴリズムの結果に基づいて、基地局から移動局へ情報を送信する際に送出される総エネルギー量を最小化するには、基地局付近の移動局をどのように基地局のチャネルに割り当てるべきかを決定する。最後に、この決定に従って移動局にチャネルを割り当てる。使用可能なパラメータ値が、該情報を送信するために必要なエネルギー量の正確な判断を行うには足りない場合、このエネルギー量は使用可能なパラメータ値により推定する。
本発明のこの実施例による方法は、請求項１に記載の特徴を有する。
上記の本発明の実施例の好適な変更例では、基地局の全チャネルが特定の時間間隔で無線カバレジ区域内の全移動局に、つまり基地局と移動局との間で既に確立された接続にも、割り当てられる。このようにして、情報の送信の最中にも、移動局の基地局のチャネルへの割り当てを変更することができる。
上記の本発明の実施例の他の好適な変更例では、特定の未来の時間内に基地局がカバーする区域に位置する移動局を予想する。この予想は、移動局の速度ベクトル、すなわち方向および速度に関する情報に基づくものである。未来の予想される移動局の設定はその瞬間には隣接するセルに位置する（当該セルに向かっている）移動局を含むことも可能であり、その瞬間に基地局のカバレジ区域内に位置する移動局（これらの移動局はまもなくセルを離れると予想される）を全て含む必要はない。この予想は、基地局によってカバーされる区域内に位置する完全に新しい（すなわち、それまで観測されなかった）移動局からの各ページングメッセージを考慮するものであっても良い。このような予想は、新しい呼接続が例えばポアソン分布に従う確率過程として表現できる呼経過に基づくものである。
本発明は、さらにマルチユーザチャネルを移動局に割り当てる方法に関する。この方法は、ある基地局の付近に位置する移動局の特性を表わす特定のパラメータを登録することを含む。パラメータは、基地局が各移動局から要求する出力電力、送信されるべき情報を送信するために必要な実効送信時間、基地局に対する方角、各移動局が移動している方向および／または速度を表わすものである。本発明の方法によれば、移動局に、基地局から移動局へ情報を送信する際に送出される総エネルギー量を最小化するように、これらのパラメータの値に基づいて基地局が有するチャネルのリストからチャネルを割り当てる。
本発明のこの実施例による方法は、請求項２０に記載の特徴を有する。
本発明は、移動局にマルチユーザチャネルを割り当てる装置にも関する。この装置は、ある基地局の付近に位置する移動局の特性を表わす特定のパラメータを登録する制御装置を含む。パラメータは、基地局からの各チャネルに各移動局が要求する出力電力、送信されるべき情報を送信するために必要な実効送信時間間隔、基地局に対する方角、位置、登録電力の変化、基地局から要求される出力電力の変化、移動の方向および／または速度を表わすものである。この装置は、発明の方法に従って、これらのパラメータの値に基づいて、基地局が有するチャネルのリストからチャネルを移動局に割り当てる。
発明のこの実施例による装置は、請求項２４に記載の特徴を有する。
発明の好適な一実施例によれば、装置は、各チャネルおよびタイムフレームにつき、どの移動局が基地局へ情報を送信する許可を得ているかを示す状態フラグを作成する制御装置を含む。
本発明は、関連する移動局に情報を送信する際に基地局から送出される総エネルギー量を最小化するのに効果的である。送出されるエネルギーの量は実効送信時間間隔中の出力電力の合計に等しいため、送信される平均電磁力が最小化され、それにより、無線通信システム内の総合干渉も低減される。これは、システム内で使用可能なチャネルをいずれも最も効果的に利用することを可能とし、それにより、無線通信システム全体の効率を高める。
【図面の簡単な説明】
図１には、基地局近辺の移動局が、電力パラメータの値に従ってチャネルのリストからチャネルを割り当てられる様子を示す。
図２には、基地局近辺の移動局が、電力パラメータおよび時間パラメータの値に従ってチャネルのリストからチャネルを割り当てられる様子を示す。
図３には、基地局近辺の移動局が、電力パラメータ、時間パラメータおよび角度パラメータの値に従ってチャネルのリストからチャネルを割り当てられる様子を示す。
図４には、基地局近辺の移動局が、電力パラメータおよび角度パラメータの値に従ってチャネルのリストからチャネルを割り当てられる様子を示す。
図５には、無線通信システム内のセル構造の移動局の移動を示す。
図６ａ、ｂは、移動局に第一および第二チャネルが割り当てられる様子を示す概略図である。
図７は、図６ａ、ｂの移動局に同一のチャネルが割り当てられる様子を示す概略図である。
図８は、本発明の一実施例を示すフローチャートである。
図９は、特定の時間において３つの移動局がロジックチャネルを共有する様子を示す概略図である。
図１０には、本発明による装置の実施例を示す。
次に、本発明をその好適な実施例および添付の図面を参照してより詳しく説明する。
好適な実施形態の説明
図１には、基地局ＢＳ近辺の移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を示す。移動局ＭＳ１〜ＭＳ４はいずれも基地局ＢＳの範囲内に位置するものとする。第一の移動局ＭＳ１が、基地局ＢＳから必要とする電力量Ｐが、例えば１ｐ（ここでｐとは例えばワット、キロワット等の電力の単位である）のように、非常に低いことを示す。第二の移動局ＭＳ２は、電力パラメータ値が５ｐであり、基地局ＢＳから比較的高い出力電力を必要とすることを示す。第三の移動局ＭＳ３と第四の移動局ＭＳ４は、それぞれ基地局ＢＳから２ｐと６ｐの出力電力量Ｐを必要とする。
基地局ＢＳは、各チャネル、つまり下り線の出力を、現在要求する出力電力量が最も高いチャネルで情報を受信している移動局への下り線の出力電力にあわせる必要がある。従って、基地局ＢＳからの送信電力を最小化したい場合、特定のチャネルに高い出力電力量を要求する移動局を集め、他のチャネルに低い出力電力量を要求する移動局を集めることが望ましい。一般的には、要求する出力電力量が近い移動局にできるだけ同一のチャネルを割り当てるのが好ましい。このような割り当ては、いわゆるコスト関数により行うことができ、これは空きチャネル上の移動局の各組み合わせにつき、出力電力の観点からその組み合わせの適性を示すコスト値Ψ（Ｐ）を与えるものである。移動局ＭＳ１〜ＭＳ４の数が偶数２Ｎであり、各チャネルに２つの移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkが割り当てられ、ある移動局が要求する出力電力Ｐがそのチャネルに無関係であることとすると、つぎに示す関係が成り立つ。
これは、Ｐnk、mkが移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkに情報を送信するために必要な出力電力である場合、それぞれＰnkとＰmkを有する移動局ＭＳｎkとＭＳｍkの組み合わせについてコスト値Ψ（Ｐ）を示す。
第一の移動局ＭＳ１および第二の移動局ＭＳ２が第一のチャネルＣＨ１に割り当てられ、第三の移動局ＭＳ３および第四の移動局ＭＳ４が第二のチャネルＣＨ２に割り当てられている場合、コスト値はΨ（Ｐ）＝５ｐ＋６ｐ＝１１ｐである。
一方、第一の移動局ＭＳ１および第三の移動局ＭＳ３が第一のチャネルＣＨ１に割り当てられ、第二の移動局ＭＳ２および第四の移動局ＭＳ４が第二のチャネルＣＨ２に割り当てられている場合、コスト値はΨ（Ｐ）＝２ｐ＋６ｐ＝８ｐである。
残る組み合わせである第一の移動局ＭＳ１および第四の移動局ＭＳ４が第一のチャネルＣＨ１に割り当てられ、第二の移動局ＭＳ２および第三の移動局ＭＳ３が第二のチャネルＣＨ２に割り当てられている場合、コスト値はΨ（Ｐ）＝６ｐ＋５ｐ＝１１ｐである。
すなわち、図１に示すように、第一の移動局ＭＳ１および第三の移動局ＭＳ３を第一のチャネルＣＨ１に割り当て、第二の移動局ＭＳ２および第四の移動局ＭＳ４を第二のチャネルＣＨ２に割り当てること（または、その逆）が望ましい。
図２には、ある基地局ＭＳの範囲内に位置する移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を示す。第一の移動局ＭＳ１は、基地局ＢＳから要求する出力電力Ｐは、Ｐ＝１ｐを示す。また、第一の移動局ＭＳ１は基地局ＢＳからＰ＝１ｐの出力電力を要求する。基地局ＢＳから第一移動局ＭＳ１へ情報を送信するための実効時間ＴがＴ＝１ｔ（ここで、ｔは秒、ミリ秒等の時間単位である）であることも示す。第二の移動局ＭＳ２ではＰ＝５ｐおよびＴ＝５ｔであり、第三の移動局ＭＳ３ではＰ＝２ｐおよびＴ＝５ｔであり、第四の移動局ＭＳ４ではＰ＝６ｐおよびＴ＝１ｔである。
基地局ＢＳから電力が送信される時間が送信されるエネルギーの総量を決定するので、各移動局ＭＳ１〜ＭＳ４間の出力電力要求Ｐと実効送信時間Ｔの積を最小化することが好ましい。
移動局ＭＳ１〜ＭＳ４の数が偶数２Ｎであり、各チャネルに２つの移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkが割り当てられ、ある移動局が要求する出力電力Ｐがそのチャネルに無関係であるとすると、移動局ＭＳ１〜ＭＳ４が要求する出力電力量Ｐと共に実効送信時間Ｔを考慮する関数として、以下のものがある。
これは、Ｗnk、mkが移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkに情報を送信するために必要な出力電力である場合、それぞれ出力電力要求量ＰnkとＰmkおよび実効送信時間ＴnkとＴmkを有する移動局ＭＳｎkとＭＳｍkの組み合わせについてコスト値Ψ（Ｐ、Ｔ）を表わす。
第一移動局ＭＳ１および第二移動局ＭＳ２が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第三移動局および第四移動局ＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ）＝５・５ｐｔ＋６・１ｐｔ＋２・（５−１）ｐｔ＝３９ｐｔとなる。
第一移動局ＭＳ１および第三移動局ＭＳ３が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二移動局および第四移動局ＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ）＝２・５ｐｔ＋６・１ｐｔ＋５・（５−１）ｐｔ＝３６ｐｔとなる。
第一移動局ＭＳ１および第四移動局ＭＳ４が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二移動局ＭＳ２および第三移動局ＭＳ３が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ）＝６・１ｐｔ＋５・５ｐｔ＝３１ｐｔとなる。
そのため、第一移動局ＭＳ１および第四移動局ＭＳ４が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二移動局ＭＳ２および第三移動局ＭＳ３が第二チャネルＣＨ２に割り当てられるか、あるいはその逆とすることが好ましい。図２には、この移動局ＭＳ１〜ＭＳ４の割り当てを示す。
ほぼ等しい出力電力要求量Ｐを有する移動局ＭＳ１〜ＭＳ４をできるだけ同一のチャネルに割り当てるようにすること、または出力電力要求量Ｐと実効送信時間Ｔとの積が等しい移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を同一のチャネルに割り当てるほか、基地局ＢＳに対する方角Ａがほぼ等しい移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を同一のチャネルに割り当ててもよい。実質的に異なる方角に位置する移動局が同一チャネルに割り当てられると、基地局ＢＳは送信の際に複数の完全に異なる角度電力スペクトルを使用するか、全ての移動局を範囲内とし得るほど充分に広いアンテナローブを使用する必要がある。いずれの場合でも、基地局ＢＳから移動局ＭＳ１〜ＭＳ４へ情報を伝送するために必要とする以上に広い地域に亘って電磁エネルギーを送出することとなる。
図３には基地局ＢＳの範囲内に位置する移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を示す。ここで示す例では、基地局ＢＳに少なくとも１つ以上の適応性アンテナ３１０〜３４０が設けられ、すなわちそれにより基地局ＢＳが角度電力スペクトルＡのどの形状が基地局ＢＳ付近の移動局に対して関係があるか、またある移動局が基地局ＢＳに対してどの方角Ａに位置するかを判断することができる。
基地局ＢＳの第一の適応性アンテナ３１０の第一セクタａ1に位置する第一移動局ＭＳ１が、基地局ＢＳから要求する出力電力Ｐが１ｐであり、実効送信時間Ｔが１ｔである。対応するパラメータは、第二移動局ＭＳ２ではＡ＝ａ1、Ｐ＝ｔｐおよびＴ＝５ｔであり、第三移動局ＭＳ３ではＡ＝ａ2、Ｐ＝２ｐおよびＴ＝５ｔであり、第四移動局ＭＳ４ではＡ＝ａ2、Ｐ＝６ｐおよびＴ＝１ｔである。
移動局ＭＳ１〜ＭＳ４の数が偶数２Ｎであり、各チャネルに２つの移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkが割り当てられ、ある移動局が要求する出力電力Ｐがそのチャネルに無関係であることとすると、移動局ＭＳ１〜ＭＳ４が要求する出力電力量Ｐと共に実効送信時間Ｔおよび基地局ＢＳの移動局ＭＳ１〜ＭＳ４に対する角度電力スペクトルＡの形状を考慮する関数として、以下のものがある。
これは、Ｗnk、mkが移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkに情報を送信するために必要な出力電力である場合、それぞれ出力電力要求量ＰnkとＰmkおよび実効送信時間ＴnkとＴmkを有し、角度パワースペクトルの形状が同じ（通常基地局ＢＳの角度パワースペクトルの同じセクタＡ＝ａiに位置する）であるかまたは角度パワースペクトルの形状が異なる（通常基地局ＢＳの角度パワースペクトルの異なるセクタＡ＝ａiに位置する）動局ＭＳｎkとＭＳｍkの組み合わせについてコスト値Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）を示す。
第一移動局ＭＳ１および第二移動局ＭＳ２が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第三移動局ＭＳ３および第四移動局ＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）＝５・５ｐｔ＋６・１ｐｔ＋２・（５−１）ｐｔ＝３９ｐｔとなる。
第一移動局ＭＳ１および第三移動局ＭＳ３が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二および第四移動局ＭＳ２およびＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）＝１・１ｐｔ＋６・１ｐｔ＋５・５ｐｔ＋２・５ｐｔ＝４２ｐｔとなる。
第一および第四移動局ＭＳ１およびＭＳ４が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二および第三移動局ＭＳ２およびＭＳ３が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）＝１・１ｐｔ＋６・１ｐｔ＋５・５ｐｔ＋２・５ｐｔ＝４２ｐｔとなる。
よって、第一および第二移動局ＭＳ１およびＭＳ２が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第三および第四移動局ＭＳ３およびＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てられるか、あるいはその逆とすることが好ましい。図３には、この移動局ＭＳ１〜ＭＳ４の割り当てを示す。
ある基地局からその範囲内に位置する移動局へ情報を送信するために必要な実効送信時間が知られていない場合、本発明は、他のパラメータに基づいて基地局が送信するべきエネルギーを最小化する最適化を提供する。この最適化は、実効送信時間が長く、全ての移動局において等しいことを前提として行うことができる。これにより、基地局から送信されるエネルギーの最小化は、基地局から送信される電力を最小化することでエネルギーの伝送を最小化することと同じである。
図４には、基地局ＢＳ付近の移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を示す。移動局ＭＳ１〜ＭＳ４はいずれも基地局ＢＳの範囲内に位置する。
第一移動局ＭＳ１は、基地局ＢＳの適応性アンテナ４１０の角度パワースペクトルの第一セクタａiに位置することで第一の角度パワースペクトル形状を有し、基地局ＢＳから要求する出力電力量Ｐは１ｐである。第二の移動局ＭＳ２は、同じセクタａ1に位置し、基地局ＢＳから要求する出力電力量Ｐは５ｐである。第三および第四の移動局ＭＳ３およびＭＳ４は共に適応性アンテナ４１０の第二セクタａ2に位置し、基地局ＢＳから要求する出力電力量Ｐはそれぞれ２ｐと６ｐである。
移動局ＭＳ１〜ＭＳ２の数が偶数２Ｎであり、各チャネルに２つの移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkが割り当てられ、ある移動局が要求する出力電力Ｐがそのチャネルに無関係であることとすると、移動局ＭＳ１〜ＭＳ４が要求する出力電力量Ｂと共に基地局ＢＳの移動局ＭＳ１〜ＭＳ４に対する角度電力スペクトルＡの形状を考慮する関数として、以下のものがある。
これは、Ｐnk、mkが移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkに情報を送信するために必要な出力電力である場合、それぞれ出力電力要求量ＰnkとＰmkを有し、角度電力スペクトルの形状が同じＡ＝ａi（通常同じセクタに位置する）であるかまたは角度電力スペクトルの形状が異なるＡ＝ａi（通常異なるセクタに位置する）移動局ＭＳｎkとＭＳｍkの組み合わせについてコスト値Ψ（Ｐ、Ａ）を示す。
第一および第二移動局ＭＳ１およびＭＳ２が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第三および第四移動局ＭＳ３およびＭＳ４が第二チャネルＣＨ３に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ａ）＝５ｐ＋６ｐ＝１１ｐとなる。
第一および第三移動局ＭＳ１およびＭＳ３が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二および第四移動局ＭＳ２およびＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ａ）＝１ｐ＋２ｐ＋５ｐ＋６Ｐ＝１４ｐとなる。
残る第一および第四移動局ＭＳ１およびＭＳ４が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二および第三移動局ＭＳ２およびＭＳ３が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる組み合わせでは、コスト値はΨ（Ｐ、Ａ）＝１ｐ＋６ｐ＋５ｐ＋２ｐ＝１４ｐとなる。
よって、第一および第二移動局ＭＳ１およびＭＳ２を第一チャネルＣＨ１に割り当て、第三および第四移動局ＭＳ３およびＭＳ４を第二チャネルＣＨ２に割り当てるか、あるいはその逆とすることが好ましい。
エネルギーの観点から、瞬時的ではなく、第一の時間間隔τ1における基地局の空きチャネルへの移動局の割り当てを最適化したい場合、正確には隣接する基地局の範囲内に位置するが、第一時間間隔τ1中、該基地局と通信を行うことが予想される移動局も考慮することが必要である。図５は、ある基地局ＢＳの通信範囲に対応するセルＣに隣接するセルＣ１〜Ｃ６によって表わす、基地局ＢＳＸ１〜ＢＳＸ６の通信範囲内に位置する移動局ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５を示す。基地局ＢＳの範囲Ｃ内に位置する２つの移動局ＭＳＹ１およびＭＳＹ２があり、この移動局は、通信範囲Ｃ内の先の呼接続の経過に対して、第二の時間間隔τ2中、基地局ＢＳ内で通信を開始すると予想される移動局ＭＳＹ１、ＭＳＹ２を表わす。そのような前もって観測されていない移動極ＭＳＹ１、ＭＳＹ２が、第二時間間隔τ2中にアクセスの要求を発するかまたはページングメッセージを受信するとの予想は、呼経過に基づくものであり、例えばポアソン分布の確率過程として表わすことができることを前提とする。
そのため、前記のコスト関数Ψを基地局ＢＳについて計算するとき、移動局ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３およびＭＳＹ１、ＭＳＹ２に該当するパラメータＰおよび／またはＴおよび／またはＡがそれぞれ含まれ、これら移動局は速度ｖx1、ｖx2、ｖx3および方向ｄx1、ｄx2、ｄx3を有し、これは基地局ＢＳと情報を交換することが期待され、確率的に、ある時間間隔τにおいて基地局ＢＳと情報交換を開始することが予想される。以後の移動局ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５の速度ベクトルｖx1-5、ｄx1-5に関するデータは、その瞬間、基地局ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５が位置する隣接するセルを管理する基地局ＢＳＸ１〜ＢＳＸ５に登録された移動局ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５のドップラーシフトの測定および／または（例えば、タイミング前進値等）時間偏移パラメータの外挿等で得ることが可能である。
図１、２、３および４を参照して説明されたいずれのコスト値Ψ（Ｐ）、Ψ（Ｐ、Ｔ）、Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）およびΨ（Ｐ、Ａ）も、基地局ＢＳから移動局ＭＳ１〜ＭＳ４への情報の伝達が直ちに、すなわち無遅延で開始されることを前提とする。
あるチャネル割り当て遅延ΔＴMAXが許容できる場合、基地局からのエネルギーを全体的にさらに低減することができる。勿論、最高の許容遅延ΔＴMAXは移動局になり得るものの送信優先度により決定される値を上回ることはできない。
例えば、最大遅延時間ΔＴMAX＝５Ｔが許容できる場合、図２について説明された例における基地局ＢＳから送信される総エネルギー量は、Ψ（Ｐ、Ｔ）＝３１ｐｔからΨ（Ｐ、Ｔ）＝２８ｐｔまで低下させることができる。図６ａには、第一および第四の移動局ＭＳ１およびＭＳ４が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、６ｐｔの送信エネルギー（すなわち最高出力電力要求）が得られる様子を示す。図６ｂには、第二および第三の移動局ＭＳ２およびＭＳ３が第二チャネルＣＨ２に割り当てられ、２５ｐｔの送信エネルギーが得られる様子を示す。いずれの送信も時間Ｔ＝０ｔで開始され、並行に行われる。総エネルギー量はΨ（Ｐ、Ｔ）＝６ｐｔ＋２５ｐｔ＝３１ｐｔである。
全ての移動局ＭＳ１〜ＭＳ４が同一のチャネルＣＨ１に割り当てられる場合、基地局ＢＳから送信される総エネルギー量をさらに低減させることができる。ここでも、時間経過における各瞬間において、２つの移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkが、通常上り線および下り線としてチャネルＣＨ１を使用することができることを前提とする。そのため、２つの移動局ＭＳ３およびＭＳ１は、基地局ＢＳが残る２つの移動局ＭＳ１およびＭＳ４との情報通信を完了するまで、移動局ＭＳ１、ＭＳ３への情報伝送を開始できない。基地局ＢＳからの最低総エネルギー通信は、チャネルＣＨ１が初期の段階でチャネルＣＨ１が第二移動局ＭＳ２および第四移動局ＭＳ４に割り当てられるときに得られる。時間Ｔ＝１ｔでは、チャネルＣＨ１は第三移動局ＭＳ３に割り当てられ、時間Ｔ＝５ｔでは第一移動局ＭＳ１に割り当てられる。そのため、第三移動局ＭＳ３は時間間隔ΔＴMS3＝１ｔ遅延され、第一移動局ＭＳ１においてそれに対応する遅延はΔＴMS1＝５ｔである。この事情は、図７に示してあり、それより、基地局ＢＳから送信される総エネルギー量がΨ（Ｐ、Ｔ）＝６・１ｐｔ＋５・（５−１）ｐｔ＋２・（６−５）ｐｔ＝２８ｐｔであることが明らかである。
基地局から移動局への情報伝送を、例えばデータブロックの大きさの、さらに小さい情報ユニットに分割することで、基地局から送信されるエネルギーをさらに低減することができる。しかし、このような分割では、分割された情報ユニットを送信するために要する総時間が元々の情報の構成で送信した場合の伝送時間を上回ることが考えられる。
図８は、ある基地局ＢＳからその近辺の移動局ＭＳへ情報を伝送するために消費した総エネルギー量が最小化された本発明の方法の一実施例を示すフローチャートである。最初のステップ８００では、移動局ＭＳが基地局ＢＳの範囲内に位置するか否かを判断する。移動局が存在する場合、次のステップ８１０でタイマをゼロに設定し、存在しない場合、基地局ＢＳの範囲内に移動局ＭＳが現れるまでステップ８００を繰り返す。ステップ８２０でタイマを起動し、それによりステップ８３０において基地局ＢＳの近辺に位置し、特定の時間τ内に基地局と通信を行うことができる移動局ＭＳ全てに対するパラメータＰおよび／またはＴおよび／またはＡを基地局ＢＳで登録する。そのセルに隣接するセルに位置する特定の移動局ＭＳのパラメータＰ、ＴおよびＡも登録しておく。ステップ８４０において、ｉ通りある移動局ＭＳの組み合わせについてコスト値Ψ1、Ψ2、...、Ψiを、コスト関数Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）に従って求める。次のステップ８５０では、前ステップ８４０において最小のコスト値Ψminを挙げた組み合わせに従い、移動局ＭＳはチャネルに割り当てられる。ステップ８６０では、例えば基地局ＢＳから送信されるＵＳＦ等によって、移動局ＭＳがそれらのチャネルに割り当てられる。最後のステップ８７０では、タイマの時間パラメータが特定値τに達するまで一時停止し、その後ステップ８００に戻る。
ＧＳＭでは、ＴＤＭＡフレームは０〜７の８つのタイムスロットからなる。これらタイムスロットは、８つのいわゆる物理的チャネルを構成する。複数のＴＤＭＡフレームが一緒になってマルチフレームとなる。マルチフレームは、ＧＳＭにおいて、例えばパケットデータ等を送信するためのいわゆるロジックチャネルのキャリアとして使用される。あるロジックチャネルは、異なるキャリア周波数における各ＴＤＭＡフレーム内の特定のタイムスロットからなる。基地局と移動局間で物理的にデータが伝送されるとき、各情報ブロックは、各々例えば６０情報ビットを含む同じ大きさの４つのデータバーストに分割される。無線通信システムがＴＤＭＡシステムである場合、データバーストは、時間分割チャネルにおける４つの連続するタイムスロットにビットインタリーブして送信することができる。図９には、ＴＤＭＡフレームに分割される基地局のロジックチャネルＣＨ１の分割を示す。図に示す例では、チャネルＣＨ１はＴＤＭＡフレーム１−３２に対応する時間間隔において３つの移動局ＭＳ１、ＭＳ２およびＭＳ３が共有する。
第一の移動局ＭＳ１および第三の移動局ＭＳ３は基地局に情報を送信し、第二の移動局ＭＳ２はその基地局から情報を受信する。
この情報は、情報ブロックに分割されたデータであることを前提とする。各情報ブロックは４つの連続するＴＤＭＡフレームを占めることとし、ＤＡＴＡ＃（＃tot）として指定され、ここで＃（＃tot）はその情報ブロックの序数および通信における総ブロック数を示す。上り線における情報ブロックの数値的プレフィックスにより、そのブロックが発生した移動局を示す。従って、３ＤＡＴＡ２（４）とは、移動局ＭＳ３から基地局への計４つのブロックの送信のうち、二番目の情報ブロックを示す。ＵＳＦは、次の４つのＴＤＭＡフレームにおいてチャネルＣＨ１の上り線が留保される移動局ＭＳを示し、Ｒ（＃MS）を特定する。従って、Ｒ（１）とは、次の４つのＴＤＭＡフレームにおいて、チャネルＣＨ１の上り線が第一移動局ＭＳ１がすることを示す。下り線で送信中、すなわち基地局から移動局へ情報を送信するとき、アドレス情報は実際の情報ブロックに配置されるので、ＵＳＦに対応するフラッグは必要ない。
勿論、情報を他の方法で分割しても良い。同様に、ＣＤＭＡシステムまたはＦＤＭＡシステムにおいてもフレーム分割を行うこともできる。
よって、上記の基地局から特定の移動局へ情報を伝送するための実効送信時間Ｔは、現在の送信に含まれる情報ブロック＃totの数に比例する。上述のＴＤＭＡの例では、実効送信時間ＴはＴ＝４・（データバーストの時間）＃totにより求めることができる。
初期のＴＤＭＡフレーム１〜４において、基地局は、第一の移動局ＭＳ１が、チャネルＣＨ１の上り線の次の４つの連続するＴＤＭＡフレーム５〜８で第一の情報ブロック１ＤＡＴＡ１（３）を送信することが許可されたことを示すＵＳＦであるＲ（１）を送信する。ＴＤＭＡフレーム５〜８中に送信される次のＵＳＦは、第一の移動局ＭＳ１が、チャネルＣＨ１の上り線の次の４つの連続するＴＤＭＡフレーム９〜１２で第二の情報ブロック１ＤＡＴＡ２（３）を送信することが許されたことを示すものである。第一の移動局ＭＳ１は、同時に第一の情報ブロック１ＤＡＴＡ１（３）を送信する。ＴＤＭＡフレーム９〜１２中、第一の移動局ＭＳ１が、情報１ＤＡＴＡ３（３）を続いて送信することができることを示すＵＳＦであるＲ（１）が送信される。同時にチャネルＣＨ１の下り線に乗り、情報ＤＡＴＡ１（４）が第二移動局ＭＳ２に送信され、第一移動局ＭＳ１はチャネルＣＨ１の下り線を利用して第二情報ブロック１ＤＡＴＡ２（３）を送信する。ＴＤＭＡフレーム１３〜１６中に送信されるＵＳＦは、第三の移動局ＭＳ３がＴＤＭＡフレーム１７においてチャネルＣＨ１の上り線を利用して情報を送信することができることＲ（３）を示す情報を含む。データフレーム１３〜１６の下り線情報ＤＡＴＡ２（４）も、第二移動局ＭＳ２に宛てられ、第一移動局ＭＳ１は上り線を介して最後の第三情報ブロック１ＤＡＴＡ３（３）を送信する。下り線のＴＤＭＡフレーム１７〜２０の内容ＤＡＴＡ３（４）も、第二移動局ＭＳ２宛てである。これらのＴＤＭＡフレーム１７〜２０の間、基地局は第二の情報ブロック３ＤＡＴＡ２（４）の伝送のため、ＴＤＭＡフレーム２１〜２４の間第三移動局ＭＳ３が上り線を利用することができることＲ（３）を示すＵＳＦを送信する。第三移動局ＭＳ３はそれに並行して第一情報ブロック３ＤＡＴＡ１（４）を送信する。ＴＤＭＡフレーム２１〜２４の間の下り線情報ＤＡＴＡ４（４）も、第二移動局ＭＳ２に宛てられ、ＴＤＭＡフレーム２１〜２４の間に送信されるＵＳＦは、第三移動局ＭＳ３が、ＴＤＭＡフレーム２５〜２８中、さらなるデータブロック３ＤＡＴＡ３（４）を送信することができることｒ（３）を示す。同時に、第三移動局ＭＳ３が第二情報ブロック３ＤＡＴＡ２（４）を送信する。下り線は、ＴＤＭＡフレーム２５〜２８の間、情報内容を有しない（すなわち、下り線はチャネルＣＨ１を介して基地局から送信されるダミービットしか含まない）。そして、第三移動局ＭＳ３は第三情報ブロック３ＤＡＴＡ３（４）を送信する。ＵＳＦは、ＴＤＭＡフレーム２５〜２８において、第三移動局ＭＳ３がＴＤＭＡフレーム２９〜３２の間、最後の情報ブロック３ＤＡＴＡ４（４）を送信できることＲ（３）を示し、チャネルＣＨ１の下り線はまだ空である。最後の情報ブロック３ＤＡＴＡ４（４）は、これらのＴＤＭＡフレーム２５〜２８の間に、第三移動局ＭＳ３によって送信される。
図１０には、本発明による装置の実施例を示す。制御部１０３０が、基地局１０００から出力電力要求Ｐ、実効送信時間Ｔおよび角度電力スペクトルＡの構成に関する情報を受信する。図に示す例において、受信されたパラメータＰ、ＴおよびＡが送受信部１０１０で得ることができるので、制御部１０３０は基地局１０００の送受信部１０１０に含まれる。しかし、制御部は基地局１０００内外、あらゆる場所に配置することが可能である。移動局の角度電力スペクトルＡの構成に関する情報は、適応性アンテナ１０２０により簡便に得ることができる。しかし、情報Ａはさらに、例えば移動局に設けられたＧＰＳ（Global Positioning System）受信機等により、他の方法で得ることもできる。
基地局１０００の近辺に位置する移動局ＭＳ１〜ＭＳｎのパラメータ値ＭＳi（Ｐ、Ｔ、Ａ）（ここで、ｉ＝１,...，ｎ）は、制御部１０３０の処理部１０４０から移され、第一の保存部１０５０に保存される。全ての移動局ＭＳ１〜ＭＳｎのパラメータ値ＭＳi（Ｐ、Ｔ、Ａ）が第一保存部１０５０に登録されると、処理部１０４０が発明の方法に従って移動局ＭＳ１〜ＭＳｎを空きチャネルＣＨ１〜ＣＨｍに配分し、各移動局をチャネルＣＨj（ＭＳi）（ここで、ｊ＝１,...，ｍ；ｉ＝１,...，ｎ）に割り当て、その結果を、第一保存部１０５０の第二区分からなることも可能である第二保存部１０６０に保存する。処理部１０４０は、チャネル割り当てに従ってチャネルＣＨ１〜ＣＨｍについてＵＳＦを発生する。移動局ＭＳ１〜ＭＳｎのパラメータＭＳi（Ｐ、Ｔ、Ａ）が最後に登録されてから特定の時間τが経過した後、タイマ部１０７０が、処理部１０４０に新しいパラメータ値Ｐ、Ｔおよび／またはＡの集合を作成させ、新たに移動局ＭＳ１〜ＭＳｎを基地局チャネルＣＨ１〜ＣＨｍに割り当てることを指示する第一の信号Ｕを供給する。第一の信号Ｕを受信すると、処理部８４０は第二の信号Ｒにより、タイマ部１０７０をゼロに設定し、これによりタイマ部８７０の時間パラメータが再起動する。
本発明は、移動無線通信システムにおいて無線チャネルに移動局を割り当てるための方法に関する。無線チャネルはいわゆるマルチユーザチャネルとし、すなわちある所定の時間に、複数の移動局が１つのチャネルを共有することができる。
また、本発明は上記方法によりマルチユーザチャネルを移動局に割り当てる方法および配置にも関する。
背景技術
従来の電話用の無線通信システムでは、各ユニットには別々の上り線および下り線を有する固有のチャネルが割り当てられる。例えば特定のキャリア周波数のあるタイムスロットからなる、ある基地局のあるチャネルは、そのチャネルを使用した以前からの呼接続が解除されるまでは新しい移動局に割り当てることができない。
無線通信システムにおけるシングルパス無選択通信、すなわちいわゆる放送の場合、同時に複数の受信者にメッセージを送信するために、空きチャネルのプールを利用する。この種のメッセージを配信するのに最適な空きチャネルを判断するアルゴリズムは従来から多く知られている。
米国特許第５，５３０，９１７号は、移動電話システム内のチャネルの利用を最適化する方法を開示する。この方法によれば、チャネルの割り当ては、少なくとも２組の他のパラメータ値から得られた負荷率に基づいて行われる。パラメータは、無線特有の特徴のほか、その呼設定に関連する特徴をも含む。この方法は、既に確立された呼接続のチャネルを変更する場合にも、ハンドオーバの場合にも適用される。
国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ１ ９６／０７２８７は、ＴＤＭＡ・ＦＤＭＡハイブリッド型（ＴＤＭＡ＝時間分割多元接続、ＦＤＭＡ＝周波数分割多元接続）の無線通信システムにおける移動局にキャリア周波数およびタイムスロットを割り当てる方法を開示する。基地局からほぼ等しい電力出力の要求があった移動局に同一のキャリア周波数を与えるよう、移動局にタイムスロットを割り当てる。その結果、各キャリア周波数について出力電力を最小化でき、使用可能な周波数帯をできるだけ有効に使用する。たま、無線通信システム内の干渉も低減することができる。
国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ１ ９５／０７０１２号は、特定のチャネルにおいて干渉を受ける基地局をデータベースに集める方法を教示する。データベースの基地局は、該チャネルの出力電力を、このチャネルを使用する移動局の許容できる最低値まで下げるように制御される。このようにして、データベース内の基地局の数を常に可能な限り小さくし、無線通信システム全体における干渉の低下を図る。
ＧＳＭ（Global System for Mobile communication）内のサービスＧＰＲＳ（General Packet Radio Service）は、特定の基地局と、それに接続された複数の移動局との間で情報を送受信するために、複数の移動局が同時に同一のチャネルを使用することを可能とする。各チャネルは、移動局から基地局への情報の送信のための上り線と、基地局から移動局への情報の送信のための下り線とを有する。チャネルの同時使用は、２以上の移動局が並行してそのチャネルを介して情報の送受信を行うか、あるいは２以上の移動局が基地局へ情報を送信するためまたは基地局から情報を受信するため、チャネルを特定の時間交互に使用することを意味する。通常、チャネルの下り線で第一の移動局へ情報を送信すると同時に第二の移動局がそのチャネルの上り線で送信することができる。
送信される情報は、通常特定の大きさの情報ブロックに分割されるデータパケットからなる。ＵＳＦ（Uplink State Flag）を読むことで、限られた数の局の異なる移動局が、同一の情報ブロックから異なる情報を受信することができ、これを共通の物理的チャネルで送信する。チャネルの下り線の負荷として送信され、特定のチャネルを使用する全ての移動局が読むＵＳＦは、次に到着する情報ブロックがどの移動局に宛てられているか、そしてどの移動局が次に到着するタイムスロットを使用してチャネルの上り線で情報を送信することができるかを示すものである。
ＧＰＲＳは、２以上の移動局に共通するチャネルを割り当てるとき、移動局の個別の通信パラメータを無視する。そのチャネルでの基地局の出力電力は、基地局から最も高い出力電力を要求する移動局が決定する。移動局またはチャネルを共有する他の移動局が、基地局に対して非常に低い出力電力を要求すると、基地局は少なくとも時々必要最小限の出力電力より著しく低い出力電力で送信することがある。基地局から見て非常に異なる方向に位置する移動局に同一のチャネルが割り当てられる場合、同時に全ての移動局にチャネルを使用可能とするためには３つの方法がある。（１）各移動局に別々のアンテナローブを合わせる。（２）各移動局につき、移動局への方向および基地局と移動局との間の電波の伝播状況に関する情報に基づく角度パワースペクトルを作成する。（３）全移動局を範囲内とするほど幅の広いアンテナローブを使用する。全ての場合において、特に後者の場合、基地局から移動局まで情報を送信するためには必要とされる以上に広い地域に電磁エネルギーが送信される。
ＷＯ−Ａ１ ９５／０７０１２に記載の方法では、既に割り当てられたチャネルの電力は最小化される。しかし、この方法では、無線通信システムにおける干渉を回避するためにはどのようにして移動局を基地局に割り当てるべきかは解決されない。
ＷＯ−Ａ１ ９６／０７２８７に記載の方法では、同一のキャリア周波数において、同等の電力需要がある移動局に異なるチャネルを割り当てる。しかし、この方法では、チャネルを同時に使用する複数の利用者をどのようにしてチャネルに割り当てるべきかは解決されない。更に、移動局が基地局に対してどのような配置になっているか、また、移動局がチャネル容量を要求する時間の長さについても何ら触れていない。また、これらの点はＵＳ−Ａ５，５３０，９１７に記載されるチャネル使用率の最適化においても考慮されない。
発明の開示
本発明は、基地局のチャネルに同時に多数の移動局を最適に割り当てることを課題とする。ここで、最適に割り当てるとは、基地局からその無線カバレジ区域内の全移動局へ情報を伝達するために送出される総エネルギー量を最小化することを意味する。例えば、送信されるエネルギーを最小化するために、基地局からの各チャネルの出力電力を最小化することで達成することができる。
そのため、本発明の一つの目的は、無線通信システムの総合干渉を低減することである。
本発明の他の目的は、現在の通信要件および推定される未来の通信要件に対して基地局のチャネルが使用される程度を最適化することである。
本発明による方法の一実施例では、基地局付近に位置する移動局の特性を表わす基地局特有のパラメータが登録される。これらのパラメータは、各移動局が基地局から要求する出力電力量、送信される情報の送信の実効送信時間間隔、基地局に対する方角（すなわち、移動局が位置する基地局の角度パワースペクトルのセクタ）、移動局が移動する方向および／または速度等を含む。パラメータ値を、例えばコスト関数等の形式のアルゴリズムで処理する。次に、アルゴリズムの結果に基づいて、基地局から移動局へ情報を送信する際に送出される総エネルギー量を最小化するには、基地局付近の移動局をどのように基地局のチャネルに割り当てるべきかを決定する。最後に、この決定に従って移動局にチャネルを割り当てる。使用可能なパラメータ値が、該情報を送信するために必要なエネルギー量の正確な判断を行うには足りない場合、このエネルギー量は使用可能なパラメータ値により推定する。
本発明のこの実施例による方法は、請求項１に記載の特徴を有する。
上記の本発明の実施例の好適な変更例では、基地局の全チャネルが特定の時間間隔で無線カバレジ区域内の全移動局に、つまり基地局と移動局との間で既に確立された接続にも、割り当てられる。このようにして、情報の送信の最中にも、移動局の基地局のチャネルへの割り当てを変更することができる。
上記の本発明の実施例の他の好適な変更例では、特定の未来の時間内に基地局がカバーする区域に位置する移動局を予想する。この予想は、移動局の速度ベクトル、すなわち方向および速度に関する情報に基づくものである。未来の予想される移動局の設定はその瞬間には隣接するセルに位置する（当該セルに向かっている）移動局を含むことも可能であり、その瞬間に基地局のカバレジ区域内に位置する移動局（これらの移動局はまもなくセルを離れると予想される）を全て含む必要はない。この予想は、基地局によってカバーされる区域内に位置する完全に新しい（すなわち、それまで観測されなかった）移動局からの各ページングメッセージを考慮するものであっても良い。このような予想は、新しい呼接続が例えばポアソン分布に従う確率過程として表現できる呼経過に基づくものである。
本発明は、さらにマルチユーザチャネルを移動局に割り当てる方法に関する。この方法は、ある基地局の付近に位置する移動局の特性を表わす特定のパラメータを登録することを含む。パラメータは、基地局が各移動局から要求する出力電力、送信されるべき情報を送信するために必要な実効送信時間、基地局に対する方角、各移動局が移動している方向および／または速度を表わすものである。本発明の方法によれば、移動局に、基地局から移動局へ情報を送信する際に送出される総エネルギー量を最小化するように、これらのパラメータの値に基づいて基地局が有するチャネルのリストからチャネルを割り当てる。
本発明のこの実施例による方法は、請求項２０に記載の特徴を有する。
本発明は、移動局にマルチユーザチャネルを割り当てる装置にも関する。この装置は、ある基地局の付近に位置する移動局の特性を表わす特定のパラメータを登録する制御装置を含む。パラメータは、基地局からの各チャネルに各移動局が要求する出力電力、送信されるべき情報を送信するために必要な実効送信時間間隔、基地局に対する方角、位置、登録電力の変化、基地局から要求される出力電力の変化、移動の方向および／または速度を表わすものである。この装置は、発明の方法に従って、これらのパラメータの値に基づいて、基地局が有するチャネルのリストからチャネルを移動局に割り当てる。
発明のこの実施例による装置は、請求項２４に記載の特徴を有する。
発明の好適な一実施例によれば、装置は、各チャネルおよびタイムフレームにつき、どの移動局が基地局へ情報を送信する許可を得ているかを示す状態フラグを作成する制御装置を含む。
本発明は、関連する移動局に情報を送信する際に基地局から送出される総エネルギー量を最小化するのに効果的である。送出されるエネルギーの量は実効送信時間間隔中の出力電力の合計に等しいため、送信される平均電磁力が最小化され、それにより、無線通信システム内の総合干渉も低減される。これは、システム内で使用可能なチャネルをいずれも最も効果的に利用することを可能とし、それにより、無線通信システム全体の効率を高める。
【図面の簡単な説明】
図１には、基地局近辺の移動局が、電力パラメータの値に従ってチャネルのリストからチャネルを割り当てられる様子を示す。
図２には、基地局近辺の移動局が、電力パラメータおよび時間パラメータの値に従ってチャネルのリストからチャネルを割り当てられる様子を示す。
図３には、基地局近辺の移動局が、電力パラメータ、時間パラメータおよび角度パラメータの値に従ってチャネルのリストからチャネルを割り当てられる様子を示す。
図４には、基地局近辺の移動局が、電力パラメータおよび角度パラメータの値に従ってチャネルのリストからチャネルを割り当てられる様子を示す。
図５には、無線通信システム内のセル構造の移動局の移動を示す。
図６ａ、ｂは、移動局に第一および第二チャネルが割り当てられる様子を示す概略図である。
図７は、図６ａ、ｂの移動局に同一のチャネルが割り当てられる様子を示す概略図である。
図８は、本発明の一実施例を示すフローチャートである。
図９は、特定の時間において３つの移動局がロジックチャネルを共有する様子を示す概略図である。
図１０には、本発明による装置の実施例を示す。
次に、本発明をその好適な実施例および添付の図面を参照してより詳しく説明する。
好適な実施形態の説明
図１には、基地局ＢＳ近辺の移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を示す。移動局ＭＳ１〜ＭＳ４はいずれも基地局ＢＳの範囲内に位置するものとする。第一の移動局ＭＳ１が、基地局ＢＳから必要とする電力量Ｐが、例えば１ｐ（ここでｐとは例えばワット、キロワット等の電力の単位である）のように、非常に低いことを示す。第二の移動局ＭＳ２は、電力パラメータ値が５ｐであり、基地局ＢＳから比較的高い出力電力を必要とすることを示す。第三の移動局ＭＳ３と第四の移動局ＭＳ４は、それぞれ基地局ＢＳから２ｐと６ｐの出力電力量Ｐを必要とする。
基地局ＢＳは、各チャネル、つまり下り線の出力を、現在要求する出力電力量が最も高いチャネルで情報を受信している移動局への下り線の出力電力にあわせる必要がある。従って、基地局ＢＳからの送信電力を最小化したい場合、特定のチャネルに高い出力電力量を要求する移動局を集め、他のチャネルに低い出力電力量を要求する移動局を集めることが望ましい。一般的には、要求する出力電力量が近い移動局にできるだけ同一のチャネルを割り当てるのが好ましい。このような割り当ては、いわゆるコスト関数により行うことができ、これは空きチャネル上の移動局の各組み合わせにつき、出力電力の観点からその組み合わせの適性を示すコスト値Ψ（Ｐ）を与えるものである。移動局ＭＳ１〜ＭＳ４の数が偶数２Ｎであり、各チャネルに２つの移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkが割り当てられ、ある移動局が要求する出力電力Ｐがそのチャネルに無関係であることとすると、つぎに示す関係が成り立つ。
第一の移動局ＭＳ１および第二の移動局ＭＳ２が第一のチャネルＣＨ１に割り当てられ、第三の移動局ＭＳ３および第四の移動局ＭＳ４が第二のチャネルＣＨ２に割り当てられている場合、コスト値はΨ（Ｐ）＝５ｐ＋６ｐ＝１１ｐである。
一方、第一の移動局ＭＳ１および第三の移動局ＭＳ３が第一のチャネルＣＨ１に割り当てられ、第二の移動局ＭＳ２および第四の移動局ＭＳ４が第二のチャネルＣＨ２に割り当てられている場合、コスト値はΨ（Ｐ）＝２ｐ＋６ｐ＝８ｐである。
残る組み合わせである第一の移動局ＭＳ１および第四の移動局ＭＳ４が第一のチャネルＣＨ１に割り当てられ、第二の移動局ＭＳ２および第三の移動局ＭＳ３が第二のチャネルＣＨ２に割り当てられている場合、コスト値はΨ（Ｐ）＝６ｐ＋５ｐ＝１１ｐである。
すなわち、図１に示すように、第一の移動局ＭＳ１および第三の移動局ＭＳ３を第一のチャネルＣＨ１に割り当て、第二の移動局ＭＳ２および第四の移動局ＭＳ４を第二のチャネルＣＨ２に割り当てること（または、その逆）が望ましい。
図２には、ある基地局ＭＳの範囲内に位置する移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を示す。第一の移動局ＭＳ１は、基地局ＢＳから要求する出力電力Ｐは、Ｐ＝１ｐを示す。また、第一の移動局ＭＳ１は基地局ＢＳからＰ＝１ｐの出力電力を要求する。基地局ＢＳから第一移動局ＭＳ１へ情報を送信するための実効時間ＴがＴ＝１ｔ（ここで、ｔは秒、ミリ秒等の時間単位である）であることも示す。第二の移動局ＭＳ２ではＰ＝５ｐおよびＴ＝５ｔであり、第三の移動局ＭＳ３ではＰ＝２ｐおよびＴ＝５ｔであり、第四の移動局ＭＳ４ではＰ＝６ｐおよびＴ＝１ｔである。
基地局ＢＳから電力が送信される時間が送信されるエネルギーの総量を決定するので、各移動局ＭＳ１〜ＭＳ４間の出力電力要求Ｐと実効送信時間Ｔの積を最小化することが好ましい。
移動局ＭＳ１〜ＭＳ４の数が偶数２Ｎであり、各チャネルに２つの移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkが割り当てられ、ある移動局が要求する出力電力Ｐがそのチャネルに無関係であるとすると、移動局ＭＳ１〜ＭＳ４が要求する出力電力量Ｐと共に実効送信時間Ｔを考慮する関数として、以下のものがある。
第一移動局ＭＳ１および第二移動局ＭＳ２が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第三移動局および第四移動局ＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ）＝５・５ｐｔ＋６・１ｐｔ＋２・（５−１）ｐｔ＝３９ｐｔとなる。
第一移動局ＭＳ１および第三移動局ＭＳ３が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二移動局および第四移動局ＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ）＝２・５ｐｔ＋６・１ｐｔ＋５・（５−１）ｐｔ＝３６ｐｔとなる。
第一移動局ＭＳ１および第四移動局ＭＳ４が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二移動局ＭＳ２および第三移動局ＭＳ３が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ）＝６・１ｐｔ＋５・５ｐｔ＝３１ｐｔとなる。
そのため、第一移動局ＭＳ１および第四移動局ＭＳ４が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二移動局ＭＳ２および第三移動局ＭＳ３が第二チャネルＣＨ２に割り当てられるか、あるいはその逆とすることが好ましい。図２には、この移動局ＭＳ１〜ＭＳ４の割り当てを示す。
ほぼ等しい出力電力要求量Ｐを有する移動局ＭＳ１〜ＭＳ４をできるだけ同一のチャネルに割り当てるようにすること、または出力電力要求量Ｐと実効送信時間Ｔとの積が等しい移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を同一のチャネルに割り当てるほか、基地局ＢＳに対する方角Ａがほぼ等しい移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を同一のチャネルに割り当ててもよい。実質的に異なる方角に位置する移動局が同一チャネルに割り当てられると、基地局ＢＳは送信の際に複数の完全に異なる角度電力スペクトルを使用するか、全ての移動局を範囲内とし得るほど充分に広いアンテナローブを使用する必要がある。いずれの場合でも、基地局ＢＳから移動局ＭＳ１〜ＭＳ４へ情報を伝送するために必要とする以上に広い地域に亘って電磁エネルギーを送出することとなる。
図３には基地局ＢＳの範囲内に位置する移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を示す。ここで示す例では、基地局ＢＳに少なくとも１つ以上の適応性アンテナ３１０〜３４０が設けられ、すなわちそれにより基地局ＢＳが角度電力スペクトルＡのどの形状が基地局ＢＳ付近の移動局に対して関係があるか、またある移動局が基地局ＢＳに対してどの方角Ａに位置するかを判断することができる。
基地局ＢＳの第一の適応性アンテナ３１０の第一セクタａ1に位置する第一移動局ＭＳ１が、基地局ＢＳから要求する出力電力Ｐが１ｐであり、実効送信時間Ｔが１ｔである。対応するパラメータは、第二移動局ＭＳ２ではＡ＝ａ1、Ｐ＝ｔｐおよびＴ＝５ｔであり、第三移動局ＭＳ３ではＡ＝ａ2、Ｐ＝２ｐおよびＴ＝５ｔであり、第四移動局ＭＳ４ではＡ＝ａ2、Ｐ＝６ｐおよびＴ＝１ｔである。
移動局ＭＳ１〜ＭＳ４の数が偶数２Ｎであり、各チャネルに２つの移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkが割り当てられ、ある移動局が要求する出力電力Ｐがそのチャネルに無関係であることとすると、移動局ＭＳ１〜ＭＳ４が要求する出力電力量Ｐと共に実効送信時間Ｔおよび基地局ＢＳの移動局ＭＳ１〜ＭＳ４に対する角度電力スペクトルＡの形状を考慮する関数として、以下のものがある。
第一移動局ＭＳ１および第二移動局ＭＳ２が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第三移動局ＭＳ３および第四移動局ＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）＝５・５ｐｔ＋６・１ｐｔ＋２・（５−１）ｐｔ＝３９ｐｔとなる。
第一移動局ＭＳ１および第三移動局ＭＳ３が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二および第四移動局ＭＳ２およびＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）＝１・１ｐｔ＋６・１ｐｔ＋５・５ｐｔ＋２・５ｐｔ＝４２ｐｔとなる。
第一および第四移動局ＭＳ１およびＭＳ４が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二および第三移動局ＭＳ２およびＭＳ３が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）＝１・１ｐｔ＋６・１ｐｔ＋５・５ｐｔ＋２・５ｐｔ＝４２ｐｔとなる。
よって、第一および第二移動局ＭＳ１およびＭＳ２が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第三および第四移動局ＭＳ３およびＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てられるか、あるいはその逆とすることが好ましい。図３には、この移動局ＭＳ１〜ＭＳ４の割り当てを示す。
ある基地局からその範囲内に位置する移動局へ情報を送信するために必要な実効送信時間が知られていない場合、本発明は、他のパラメータに基づいて基地局が送信するべきエネルギーを最小化する最適化を提供する。この最適化は、実効送信時間が長く、全ての移動局において等しいことを前提として行うことができる。これにより、基地局から送信されるエネルギーの最小化は、基地局から送信される電力を最小化することでエネルギーの伝送を最小化することと同じである。
図４には、基地局ＢＳ付近の移動局ＭＳ１〜ＭＳ４を示す。移動局ＭＳ１〜ＭＳ４はいずれも基地局ＢＳの範囲内に位置する。
第一移動局ＭＳ１は、基地局ＢＳの適応性アンテナ４１０の角度パワースペクトルの第一セクタａiに位置することで第一の角度パワースペクトル形状を有し、基地局ＢＳから要求する出力電力量Ｐは１ｐである。第二の移動局ＭＳ２は、同じセクタａ1に位置し、基地局ＢＳから要求する出力電力量Ｐは５ｐである。第三および第四の移動局ＭＳ３およびＭＳ４は共に適応性アンテナ４１０の第二セクタａ2に位置し、基地局ＢＳから要求する出力電力量Ｐはそれぞれ２ｐと６ｐである。
移動局ＭＳ１〜ＭＳ２の数が偶数２Ｎであり、各チャネルに２つの移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkが割り当てられ、ある移動局が要求する出力電力Ｐがそのチャネルに無関係であることとすると、移動局ＭＳ１〜ＭＳ４が要求する出力電力量Ｂと共に基地局ＢＳの移動局ＭＳ１〜ＭＳ４に対する角度電力スペクトルＡの形状を考慮する関数として、以下のものがある。
第一および第二移動局ＭＳ１およびＭＳ２が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第三および第四移動局ＭＳ３およびＭＳ４が第二チャネルＣＨ３に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ａ）＝５ｐ＋６ｐ＝１１ｐとなる。
第一および第三移動局ＭＳ１およびＭＳ３が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二および第四移動局ＭＳ２およびＭＳ４が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる場合、コスト値は、Ψ（Ｐ、Ａ）＝１ｐ＋２ｐ＋５ｐ＋６Ｐ＝１４ｐとなる。
残る第一および第四移動局ＭＳ１およびＭＳ４が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、第二および第三移動局ＭＳ２およびＭＳ３が第二チャネルＣＨ２に割り当てらる組み合わせでは、コスト値はΨ（Ｐ、Ａ）＝１ｐ＋６ｐ＋５ｐ＋２ｐ＝１４ｐとなる。
よって、第一および第二移動局ＭＳ１およびＭＳ２を第一チャネルＣＨ１に割り当て、第三および第四移動局ＭＳ３およびＭＳ４を第二チャネルＣＨ２に割り当てるか、あるいはその逆とすることが好ましい。
エネルギーの観点から、瞬時的ではなく、第一の時間間隔τ1における基地局の空きチャネルへの移動局の割り当てを最適化したい場合、正確には隣接する基地局の範囲内に位置するが、第一時間間隔τ1中、該基地局と通信を行うことが予想される移動局も考慮することが必要である。図５は、ある基地局ＢＳの通信範囲に対応するセルＣに隣接するセルＣ１〜Ｃ６によって表わす、基地局ＢＳＸ１〜ＢＳＸ６の通信範囲内に位置する移動局ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５を示す。基地局ＢＳの範囲Ｃ内に位置する２つの移動局ＭＳＹ１およびＭＳＹ２があり、この移動局は、通信範囲Ｃ内の先の呼接続の経過に対して、第二の時間間隔τ2中、基地局ＢＳ内で通信を開始すると予想される移動局ＭＳＹ１、ＭＳＹ２を表わす。そのような前もって観測されていない移動極ＭＳＹ１、ＭＳＹ２が、第二時間間隔τ2中にアクセスの要求を発するかまたはページングメッセージを受信するとの予想は、呼経過に基づくものであり、例えばポアソン分布の確率過程として表わすことができることを前提とする。
そのため、前記のコスト関数Ψを基地局ＢＳについて計算するとき、移動局ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３およびＭＳＹ１、ＭＳＹ２に該当するパラメータＰおよび／またはＴおよび／またはＡがそれぞれ含まれ、これら移動局は速度ｖx1、ｖx2、ｖx3および方向ｄx1、ｄx2、ｄx3を有し、これは基地局ＢＳと情報を交換することが期待され、確率的に、ある時間間隔τにおいて基地局ＢＳと情報交換を開始することが予想される。以後の移動局ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５の速度ベクトルｖx1-5、ｄx1-5に関するデータは、その瞬間、基地局ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５が位置する隣接するセルを管理する基地局ＢＳＸ１〜ＢＳＸ５に登録された移動局ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５のドップラーシフトの測定および／または（例えば、タイミング前進値等）時間偏移パラメータの外挿等で得ることが可能である。
図１、２、３および４を参照して説明されたいずれのコスト値Ψ（Ｐ）、Ψ（Ｐ、Ｔ）、Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）およびΨ（Ｐ、Ａ）も、基地局ＢＳから移動局ＭＳ１〜ＭＳ４への情報の伝達が直ちに、すなわち無遅延で開始されることを前提とする。
あるチャネル割り当て遅延ΔＴMAXが許容できる場合、基地局からのエネルギーを全体的にさらに低減することができる。勿論、最高の許容遅延ΔＴMAXは移動局になり得るものの送信優先度により決定される値を上回ることはできない。
例えば、最大遅延時間ΔＴMAX＝５Ｔが許容できる場合、図２について説明された例における基地局ＢＳから送信される総エネルギー量は、Ψ（Ｐ、Ｔ）＝３１ｐｔからΨ（Ｐ、Ｔ）＝２８ｐｔまで低下させることができる。図６ａには、第一および第四の移動局ＭＳ１およびＭＳ４が第一チャネルＣＨ１に割り当てられ、６ｐｔの送信エネルギー（すなわち最高出力電力要求）が得られる様子を示す。図６ｂには、第二および第三の移動局ＭＳ２およびＭＳ３が第二チャネルＣＨ２に割り当てられ、２５ｐｔの送信エネルギーが得られる様子を示す。いずれの送信も時間Ｔ＝０ｔで開始され、並行に行われる。総エネルギー量はΨ（Ｐ、Ｔ）＝６ｐｔ＋２５ｐｔ＝３１ｐｔである。
全ての移動局ＭＳ１〜ＭＳ４が同一のチャネルＣＨ１に割り当てられる場合、基地局ＢＳから送信される総エネルギー量をさらに低減させることができる。ここでも、時間経過における各瞬間において、２つの移動局ＭＳｎkおよびＭＳｍkが、通常上り線および下り線としてチャネルＣＨ１を使用することができることを前提とする。そのため、２つの移動局ＭＳ３およびＭＳ１は、基地局ＢＳが残る２つの移動局ＭＳ１およびＭＳ４との情報通信を完了するまで、移動局ＭＳ１、ＭＳ３への情報伝送を開始できない。基地局ＢＳからの最低総エネルギー通信は、チャネルＣＨ１が初期の段階でチャネルＣＨ１が第二移動局ＭＳ２および第四移動局ＭＳ４に割り当てられるときに得られる。時間Ｔ＝１ｔでは、チャネルＣＨ１は第三移動局ＭＳ３に割り当てられ、時間Ｔ＝５ｔでは第一移動局ＭＳ１に割り当てられる。そのため、第三移動局ＭＳ３は時間間隔ΔＴMS3＝１ｔ遅延され、第一移動局ＭＳ１においてそれに対応する遅延はΔＴMS1＝５ｔである。この事情は、図７に示してあり、それより、基地局ＢＳから送信される総エネルギー量がΨ（Ｐ、Ｔ）＝６・１ｐｔ＋５・（５−１）ｐｔ＋２・（６−５）ｐｔ＝２８ｐｔであることが明らかである。
基地局から移動局への情報伝送を、例えばデータブロックの大きさの、さらに小さい情報ユニットに分割することで、基地局から送信されるエネルギーをさらに低減することができる。しかし、このような分割では、分割された情報ユニットを送信するために要する総時間が元々の情報の構成で送信した場合の伝送時間を上回ることが考えられる。
図８は、ある基地局ＢＳからその近辺の移動局ＭＳへ情報を伝送するために消費した総エネルギー量が最小化された本発明の方法の一実施例を示すフローチャートである。最初のステップ８００では、移動局ＭＳが基地局ＢＳの範囲内に位置するか否かを判断する。移動局が存在する場合、次のステップ８１０でタイマをゼロに設定し、存在しない場合、基地局ＢＳの範囲内に移動局ＭＳが現れるまでステップ８００を繰り返す。ステップ８２０でタイマを起動し、それによりステップ８３０において基地局ＢＳの近辺に位置し、特定の時間τ内に基地局と通信を行うことができる移動局ＭＳ全てに対するパラメータＰおよび／またはＴおよび／またはＡを基地局ＢＳで登録する。そのセルに隣接するセルに位置する特定の移動局ＭＳのパラメータＰ、ＴおよびＡも登録しておく。ステップ８４０において、ｉ通りある移動局ＭＳの組み合わせについてコスト値Ψ1、Ψ2、...、Ψiを、コスト関数Ψ（Ｐ、Ｔ、Ａ）に従って求める。次のステップ８５０では、前ステップ８４０において最小のコスト値Ψminを挙げた組み合わせに従い、移動局ＭＳはチャネルに割り当てられる。ステップ８６０では、例えば基地局ＢＳから送信されるＵＳＦ等によって、移動局ＭＳがそれらのチャネルに割り当てられる。最後のステップ８７０では、タイマの時間パラメータが特定値τに達するまで一時停止し、その後ステップ８００に戻る。
ＧＳＭでは、ＴＤＭＡフレームは０〜７の８つのタイムスロットからなる。これらタイムスロットは、８つのいわゆる物理的チャネルを構成する。複数のＴＤＭＡフレームが一緒になってマルチフレームとなる。マルチフレームは、ＧＳＭにおいて、例えばパケットデータ等を送信するためのいわゆるロジックチャネルのキャリアとして使用される。あるロジックチャネルは、異なるキャリア周波数における各ＴＤＭＡフレーム内の特定のタイムスロットからなる。基地局と移動局間で物理的にデータが伝送されるとき、各情報ブロックは、各々例えば６０情報ビットを含む同じ大きさの４つのデータバーストに分割される。無線通信システムがＴＤＭＡシステムである場合、データバーストは、時間分割チャネルにおける４つの連続するタイムスロットにビットインタリーブして送信することができる。図９には、ＴＤＭＡフレームに分割される基地局のロジックチャネルＣＨ１の分割を示す。図に示す例では、チャネルＣＨ１はＴＤＭＡフレーム１−３２に対応する時間間隔において３つの移動局ＭＳ１、ＭＳ２およびＭＳ３が共有する。
第一の移動局ＭＳ１および第三の移動局ＭＳ３は基地局に情報を送信し、第二の移動局ＭＳ２はその基地局から情報を受信する。
この情報は、情報ブロックに分割されたデータであることを前提とする。各情報ブロックは４つの連続するＴＤＭＡフレームを占めることとし、ＤＡＴＡ＃（＃tot）として指定され、ここで＃（＃tot）はその情報ブロックの序数および通信における総ブロック数を示す。上り線における情報ブロックの数値的プレフィックスにより、そのブロックが発生した移動局を示す。従って、３ＤＡＴＡ２（４）とは、移動局ＭＳ３から基地局への計４つのブロックの送信のうち、二番目の情報ブロックを示す。ＵＳＦは、次の４つのＴＤＭＡフレームにおいてチャネルＣＨ１の上り線が留保される移動局ＭＳを示し、Ｒ（＃MS）を特定する。従って、Ｒ（１）とは、次の４つのＴＤＭＡフレームにおいて、チャネルＣＨ１の上り線が第一移動局ＭＳ１がすることを示す。下り線で送信中、すなわち基地局から移動局へ情報を送信するとき、アドレス情報は実際の情報ブロックに配置されるので、ＵＳＦに対応するフラッグは必要ない。
勿論、情報を他の方法で分割しても良い。同様に、ＣＤＭＡシステムまたはＦＤＭＡシステムにおいてもフレーム分割を行うこともできる。
よって、上記の基地局から特定の移動局へ情報を伝送するための実効送信時間Ｔは、現在の送信に含まれる情報ブロック＃totの数に比例する。上述のＴＤＭＡの例では、実効送信時間ＴはＴ＝４・（データバーストの時間）＃totにより求めることができる。
初期のＴＤＭＡフレーム１〜４において、基地局は、第一の移動局ＭＳ１が、チャネルＣＨ１の上り線の次の４つの連続するＴＤＭＡフレーム５〜８で第一の情報ブロック１ＤＡＴＡ１（３）を送信することが許可されたことを示すＵＳＦであるＲ（１）を送信する。ＴＤＭＡフレーム５〜８中に送信される次のＵＳＦは、第一の移動局ＭＳ１が、チャネルＣＨ１の上り線の次の４つの連続するＴＤＭＡフレーム９〜１２で第二の情報ブロック１ＤＡＴＡ２（３）を送信することが許されたことを示すものである。第一の移動局ＭＳ１は、同時に第一の情報ブロック１ＤＡＴＡ１（３）を送信する。ＴＤＭＡフレーム９〜１２中、第一の移動局ＭＳ１が、情報１ＤＡＴＡ３（３）を続いて送信することができることを示すＵＳＦであるＲ（１）が送信される。同時にチャネルＣＨ１の下り線に乗り、情報ＤＡＴＡ１（４）が第二移動局ＭＳ２に送信され、第一移動局ＭＳ１はチャネルＣＨ１の下り線を利用して第二情報ブロック１ＤＡＴＡ２（３）を送信する。ＴＤＭＡフレーム１３〜１６中に送信されるＵＳＦは、第三の移動局ＭＳ３がＴＤＭＡフレーム１７においてチャネルＣＨ１の上り線を利用して情報を送信することができることＲ（３）を示す情報を含む。データフレーム１３〜１６の下り線情報ＤＡＴＡ２（４）も、第二移動局ＭＳ２に宛てられ、第一移動局ＭＳ１は上り線を介して最後の第三情報ブロック１ＤＡＴＡ３（３）を送信する。下り線のＴＤＭＡフレーム１７〜２０の内容ＤＡＴＡ３（４）も、第二移動局ＭＳ２宛てである。これらのＴＤＭＡフレーム１７〜２０の間、基地局は第二の情報ブロック３ＤＡＴＡ２（４）の伝送のため、ＴＤＭＡフレーム２１〜２４の間第三移動局ＭＳ３が上り線を利用することができることＲ（３）を示すＵＳＦを送信する。第三移動局ＭＳ３はそれに並行して第一情報ブロック３ＤＡＴＡ１（４）を送信する。ＴＤＭＡフレーム２１〜２４の間の下り線情報ＤＡＴＡ４（４）も、第二移動局ＭＳ２に宛てられ、ＴＤＭＡフレーム２１〜２４の間に送信されるＵＳＦは、第三移動局ＭＳ３が、ＴＤＭＡフレーム２５〜２８中、さらなるデータブロック３ＤＡＴＡ３（４）を送信することができることｒ（３）を示す。同時に、第三移動局ＭＳ３が第二情報ブロック３ＤＡＴＡ２（４）を送信する。下り線は、ＴＤＭＡフレーム２５〜２８の間、情報内容を有しない（すなわち、下り線はチャネルＣＨ１を介して基地局から送信されるダミービットしか含まない）。そして、第三移動局ＭＳ３は第三情報ブロック３ＤＡＴＡ３（４）を送信する。ＵＳＦは、ＴＤＭＡフレーム２５〜２８において、第三移動局ＭＳ３がＴＤＭＡフレーム２９〜３２の間、最後の情報ブロック３ＤＡＴＡ４（４）を送信できることＲ（３）を示し、チャネルＣＨ１の下り線はまだ空である。最後の情報ブロック３ＤＡＴＡ４（４）は、これらのＴＤＭＡフレーム２５〜２８の間に、第三移動局ＭＳ３によって送信される。
図１０には、本発明による装置の実施例を示す。制御部１０３０が、基地局１０００から出力電力要求Ｐ、実効送信時間Ｔおよび角度電力スペクトルＡの構成に関する情報を受信する。図に示す例において、受信されたパラメータＰ、ＴおよびＡが送受信部１０１０で得ることができるので、制御部１０３０は基地局１０００の送受信部１０１０に含まれる。しかし、制御部は基地局１０００内外、あらゆる場所に配置することが可能である。移動局の角度電力スペクトルＡの構成に関する情報は、適応性アンテナ１０２０により簡便に得ることができる。しかし、情報Ａはさらに、例えば移動局に設けられたＧＰＳ（Global Positioning System）受信機等により、他の方法で得ることもできる。
基地局１０００の近辺に位置する移動局ＭＳ１〜ＭＳｎのパラメータ値ＭＳi（Ｐ、Ｔ、Ａ）（ここで、ｉ＝１,...，ｎ）は、制御部１０３０の処理部１０４０から移され、第一の保存部１０５０に保存される。全ての移動局ＭＳ１〜ＭＳｎのパラメータ値ＭＳi（Ｐ、Ｔ、Ａ）が第一保存部１０５０に登録されると、処理部１０４０が発明の方法に従って移動局ＭＳ１〜ＭＳｎを空きチャネルＣＨ１〜ＣＨｍに配分し、各移動局をチャネルＣＨj（ＭＳi）（ここで、ｊ＝１,...，ｍ；ｉ＝１,...，ｎ）に割り当て、その結果を、第一保存部１０５０の第二区分からなることも可能である第二保存部１０６０に保存する。処理部１０４０は、チャネル割り当てに従ってチャネルＣＨ１〜ＣＨｍについてＵＳＦを発生する。移動局ＭＳ１〜ＭＳｎのパラメータＭＳi（Ｐ、Ｔ、Ａ）が最後に登録されてから特定の時間τが経過した後、タイマ部１０７０が、処理部１０４０に新しいパラメータ値Ｐ、Ｔおよび／またはＡの集合を作成させ、新たに移動局ＭＳ１〜ＭＳｎを基地局チャネルＣＨ１〜ＣＨｍに割り当てることを指示する第一の信号Ｕを供給する。第一の信号Ｕを受信すると、処理部８４０は第二の信号Ｒにより、タイマ部１０７０をゼロに設定し、これによりタイマ部８７０の時間パラメータが再起動する。
Claims (27)
- 少なくとも１つの基地局（ＢＳ）および複数の移動局を含む移動無線通信システムにおいて、基地局（ＢＳ）から特定の移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４）へ情報を送信するとき、移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４）を、少なくとも２つの移動局によって共有されることが可能であるチャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）に割り当てるパケットデータの送信方法であって、
基地局付近に位置する移動局の特性を表す複数のパラメータを登録する工程と、
チャネルに割り当てられる移動局の複数の組み合わせについて、それぞれ前記複数のパラメータに基づくコスト値を算出する工程と、
算出されたコスト値が最小となる組み合わせに基づいて、移動局をチャネルに割り当てる工程とを有し、
基地局への送信と基地局からの受信とが並列に実行される前記チャネルは、所定のキャリア周波数として与えられるか、あるいは所定のキャリア周波数における所定のタイムスロットとして与えられることを特徴とする方法。 - 前記パラメータ（Ｐ、Ｔ、Ａ）が、ある時間間隔（τ1）と、その第一時間間隔（τ1）中に基地局（ＢＳ）と通信を開始する第一群の移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）に関するパラメータ値と、既に基地局（ＢＳ）と通信を行っている第二群の移動局に関するパラメータ値を含み、前記移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４）の割り当てが前記第一群および前記第二群の中で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 基地局（ＢＳ）のカバレジ区域（Ｃ）に隣接するカバレジ区域（Ｃ１〜Ｃ６）を有する基地局（ＢＳ１〜ＢＳ６）と通信中の移動局（ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５）の速度（ｖx1〜ｖx3）および移動方向（ｄx1〜ｄx3）に関する情報に基づいて、基地局（ＢＳ）のカバレジ区域（Ｃ）に移動局（ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３）が現れることを予想することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 基地局（ＢＳ）のカバレジ区域（Ｃ）に隣接するカバレジ区域（Ｃ１〜Ｃ６）を有する基地局（ＢＳ１〜ＢＳ６）と通信中の移動局（ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５）の位置および観測電力変化に関する情報に基づいて、基地局（ＢＳ）のカバレジ区域（Ｃ）に移動局（ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３）が現れることを予想することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 基地局（ＢＳ）のカバレジ区域（Ｃ）に隣接するカバレジ区域（Ｃ１〜Ｃ６）を有する基地局（ＢＳ１〜ＢＳ６）と通信中の移動局（ＭＳＸ１〜ＭＳＸ５）の現在の位置及び基地局（ＢＳ１〜ＢＳ６）から要求される出力電力量（Ｐ）の変化に関する情報に基づいて、基地局（ＢＳ）のカバレジ区域（Ｃ）に移動局（ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３）が現れることを予想することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 前記予想が、第二の時間間隔（τ2）中に前記基地局（ＢＳ）との通信を開始すると期待される新しい移動局（ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）をも含むことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の方法。
- 前記基地局（ＢＳ）のカバレジ区域（Ｃ）内に位置する移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４）および前記基地局（ＢＳ）のカバレジ区域（Ｃ）内に現れると予想される移動局（ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）のリストを作成し、前記パラメータ（Ｐ、Ｔ、Ａ）が前記リストに含まれる全ての移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３）に対するパラメータ値を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 前記パラメータ（Ｐ、Ｔ、Ａ）が、各移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）に対する前記基地局（ＢＳ）からの観測または推定出力電力要求（Ｐ）を含み、基地局（ＢＳ）から伝送される電力（Ψ(Ｐ)）が各チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）につき最小化されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
- 前記パラメータ（Ｐ、Ｔ、Ａ）が、前記移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）がそれぞれ送信したい情報の実際または推定実効送信時間（Ｔ）に関する情報を含み、各移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）において出力電力要求（Ｐ）と実効送信時間間隔（Ｔ）との積の合計（Ψ(Ｐ、Ｔ)）が最小化されるように前記移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）が前記チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）に割り当てられることを特徴とする請求項８に記載の方法。
- 前記パラメータ（Ｐ、Ｔ、Ａ）が、各移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）につき前記基地局（ＢＳ）からの無線電力の角度パワースペクトルの構成（Ａ）に関する情報を含み、前記基地局（ＢＳ）の角度パワースペクトルの構成（ａ1、ａ2）が似ている移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４）が好ましくは同一チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）に割り当てられることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
- 基地局（ＢＳ）に対する位置が基地局（ＢＳ）の角度パワースペクトルの同じセクタ（ａ1、ａ2）に属するものである移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）が、好ましくは同一チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）に割り当てられることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
- 基地局（ＢＳ）の角度パワースペクトルの構成（ａ1、ａ2）が、１つ以上の適応性アンテナ（３１０〜３４０、４１０）により求められることを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
- 前記基地局（ＢＳ）の角度パワースペクトルの利用される構成（ａ1、ａ2）に応じての最大出力電力要求（Ｐ）の合計（Ψ(Ｐ、Ａ)）を最小化するようにして移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）をチャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）に割り当てることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の方法。
- 前記基地局（ＢＳ）の角度電力スペクトルの利用される構成（ａ1、ａ2）に応じての出力電力要求（Ｐ）と実効送信時間間隔（Ｔ）との積の最大値の合計（Ψ(Ｐ、Ｔ、Ａ)）を最小化するようにして移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）をチャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）に割り当てることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の方法。
- 前記移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）の第一群（ＭＳ３、ＭＳ１）の１つ以上の移動局を、前記移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）の第二群（ＭＳ２、ＭＳ４）の１つ以上の移動局に続いて時間的（ΔＴMS3、ΔＴMS1）に割り当てることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法。
- 基地局（ＢＳ）から前記第二群（ＭＳ２、ＭＳ４）の１つ以上の移動局（ＭＳ４）への情報の送信の完了の直後に前記第一群（ＭＳ３、ＭＳ１）からの移動局の割り当てを開始することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
- 基地局（ＢＳ）と前記第二群の移動局との間の情報の送信が完了する前に前記第一群からの移動局の割り当てを開始することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
- 前記チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）に移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）を対として割り当てることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法。
- 基地局（ＢＳ）が有するチャネルのリスト中の各チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）につき、個別に出力電力要求（Ｐ）を指定することを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載の方法。
- 移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）を、制御装置（１０３０）を含む基地局（１０００）と移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）との間で情報を伝送するために少なくとも２つの移動局によって共有されることが可能であるチャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）に割り当て、移動無線通信システムにおけるパケットデータの送信に移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）をマルチユーザチャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）に割り当てる方法であって、
前記基地局付近に位置する前記移動局の特性を表す複数のパラメータを登録する工程と、
前記チャネルに割り当てられる前記移動局の複数の組み合わせについて、それぞれ前記複数のパラメータに基づくコスト値を算出する工程と、
算出されたコスト値が最小となる組み合わせに基づいて、前記移動局を前記チャネルに割り当てる工程とを有し、
基地局への送信と基地局からの受信とが並列に実行される前記チャネルは、所定のキャリア周波数として与えられるか、あるいは所定のキャリア周波数における所定のタイムスロットとして与えられることを特徴とする方法。 - 各チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）に、移動局から基地局へ情報を送信するための上り線および基地局から移動局へ情報を送信するための下り線を含み、各タイムフレーム（ＴＤＭＡフレーム）において基地局（１０００）宛てに情報を送信する許可を得た移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）を、基地局（１０００）が有するチャネルのリスト中の各チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）について示す状態フラグ（ＵＳＦ）を作成することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
- それぞれの移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）につき前記パラメータ（Ｐ、Ｔ、Ａ）のパラメータ値（ＭＳi(Ｐ、Ｔ、Ａ)）を保存し、移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）の各チャネル（ＣＨj(ＭＳ)）への割り当てを保存することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
- 移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）の割り当てが行われる時点（τi）を特定することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- 移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）に、基地局（１０００）と移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）との間で情報を伝送するために少なくとも２つの移動局によって共有されることが可能であるチャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）を割り当て、制御装置（１０３０）を有するパケットデータ送信用の移動無線通信システムにおける移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）にマルチユーザチャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）を割り当てる装置であって、
制御装置（１０３０）が、前記基地局付近に位置する前記移動局の特性を表す複数のパラメータを登録する工程と、
前記チャネルに割り当てられる前記移動局の複数の組み合わせについて、それぞれ前記複数のパラメータに基づくコスト値を算出する工程と、
算出されたコスト値が最小となる組み合わせに基づいて、前記移動局を前記チャネルに割り当てる工程とを実行し、
基地局への送信と基地局からの受信とが並列に実行される前記チャネルは、所定のキャリア周波数として与えられるか、あるいは所定のキャリア周波数における所定のタイムスロットとして与えられることを特徴とする装置。 - 各チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２）が、移動局から基地局へ情報を送信するための上り線および基地局から移動局へ情報を送信するための下り線を含み、各タイムフレーム（ＴＤＭＡフレーム）において基地局（１０００）宛てに情報を送信する許可を得た移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）を、制御装置（１０３０）を含む基地局（１０００）のチャネル設定における各チャネルについて示す状態フラグ（ＵＳＦ）を作成し、該状態フラグ（ＵＳＦ）が前記制御装置（１０３０）により作成されることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
- 前記制御装置（１０３０）が、前記パラメータ（Ｐ、Ｔ、Ａ）のパラメータ値（ＭＳi(Ｐ、Ｔ、Ａ)）を処理する処理装置（１０４０）、および各移動局について前記パラメータ値（ＭＳi(Ｐ、Ｔ、Ａ)）を登録し、各チャネル（ＣＨj(ＭＳ)）に割り当てられる移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）を保存する保存装置（１０５０、１０６０）を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項２５に記載の装置。
- 制御装置（１０３０）が、前記移動局（ＭＳ１〜ＭＳ４、ＭＳＸ１〜ＭＳＸ３、ＭＳＹ１、ＭＳＹ２）の割り当てが行われる時点を示すタイマ装置（１０７０）を含み、該タイマ装置（１０７０）が前記処理装置（１０４０）からの第一の信号（Ｒ）によりゼロに設定され、特定の時間（τ）が経過すると、前記タイマ装置が、前記制御装置（１０３０）に前記割り当てを更新させる第二信号（Ｕ）を供給することを特徴とする請求項２６に記載の装置。
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