JP4447416B2

JP4447416B2 - マルチバンド移動通信システムおよび送信機

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Publication number: JP4447416B2
Application number: JP2004275588A
Authority: JP
Inventors: 直人的場; 将成白壁; 隆利杉山; 仁吉野
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: EP1641308A1; US20060063543A1; US7502341B2; EP1641308B1; DE602005006691D1; JP2006094005A; CN1753343B; CN1753343A

Description

本発明は、広くは無線通信システムに関し、特に、各事業者に専用に割り当てられる周波数帯だけではなく、登録制で使用が認められる周波数帯や、ライセンスなしに使用できる周波数帯など、複数の異なる周波数帯を同時に利用できる通信システムにおいて、ユーザの要求ＱｏＳや、周波数帯ごとの変動特性の違いに追従したパラメータ設定および送信スケジューリングを行うマルチバンド通信技術に関する。

無線通信の適用領域が、テレコミュニケーション（遠隔通信）のための伝送媒体だけではなく、数ｃｍからの近距離でのケーブルレスな接続手段へと拡張されている。現に、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈや無線ＬＡＮなど、柔軟性、適用性にすぐれた近距離無線通信が実用化されており、近い将来、あらゆる機器に無線通信機能が組み込まれることも予想される。

また、通信システムの多様化につれて、ＧＳＭ、ＩＭＴ−２０００などの世界標準に基づく単一のシステムから、目的に応じた複数のシステムが混在する適材適所型のシステムに移行しつつある。異種システム間の通信環境に対応して、ソフトウエア無線機（いわゆる「賢い無線機」）の開発も進められている。ソフトウエア無線とは、１台の無線機（ハードウエア）をソフトウエアの書き換えによって機能変更し、様々な無線方式に対応可能とする技術である。この技術は、異なるネットワークシステムへの適応的な接続を可能にするので、アプリケーション指向の通信にも十分に答えることができる。

このような技術革新における最大の障害のひとつが、周波数帯の不足である。現在の深刻な周波数帯の不足は、免許制による周波数帯管理体制に一因がある。現行の周波数帯管理手法は、電波を独占的に割り当てることによって通信事業者を規制するものである。各事業者は、割り当てられた周波数帯だけを使用して、トラヒックの変動に対処しなければならない。

このような状況を打破するために、無線周波数帯を複数のユーザで共有する「オープンスペクトル」の概念や、周波数帯の共有、再編成が提言されている。

ひとつの例として、一定の周波数範囲において、第１の無線通信システムに第１周波数帯を割り当て、第２の無線通信システムに第２周波数を割り当て、上記周波数範囲内で割り当てがされていない周波数帯を、これらのシステム間で共有する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、異なる周波数帯を使用して本来は異なる方式で通信を行うデュアルモード通信において、共通の変調方式を用いつつ適切にパラメータ制御を行って、屋外では電波法の規制のない２．４ＧＨｚ帯を、屋内では５．２ＧＨｚ帯を使用するというように、環境に応じて電波資源を使い分ける方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

一方、単一の周波数帯で適用変調方式を採用する無線通信システムにおいて、伝送能力が異なる端末間のスケジューリングに関して、端末増加によるスロット枯渇を防止するために、伝送能力が高い端末に優先的にスロットを割り当てて、全体のスループットを向上する技術が知られている（たとえば、特許文献３参照）。
特表平１１−５１２２６７号公報特開２００３−１０１５０６号公報特開２００３−１８６４７号公報

上記特許文献１では、各システムに専用に割り当てられた周波数帯と、これらシステム間で共用する非占有周波数帯の２つを用いることによって、全体での周波数利用効率を高めるものである。

特許文献２は、環境に応じて、使用制限のある周波数帯と、規制のない周波数帯（免許を要しないサービス用に確保された周波数帯）とを使い分けつつ、使用する周波数帯に応じたパラメータを設定して、ハードウェアの増大を回避するものである。

いずれの方法も、複数の異なる周波数帯の併用、共有というコンセプトを用いてはいるが、使用できる周波数帯の選択肢が固定されており、ユーザが要求するＱｏＳや公平性を考慮して最適な周波数帯を適応的に割り当てる手段については、考慮されていない。

また、いずれの方法も、複数の周波数帯間の特性の違い（伝搬損失や、利用できる帯域幅など）に追従しつつ、ユーザの要求ＱｏＳに応じて送信パラメータを最適化する手法、あるいは複数ユーザ間で送信スケジューリングを最適化する手法については、まったく触れられていない。

特許文献３は、あくまでも単一周波数帯において端末能力を考慮した資源の割り当て方法に関するので、複数の異なる周波数帯を利用できる場合に、その周波数帯間の特性の違いを考慮しつつ、要求ＱｏＳに応じてシステムの最大効率化を図る方法とは、無関係である。

今後、電波政策が改善され、特定周波数帯の独占的な使用を許可する免許制の他に、ある程度の基準を満たすオペレータに登録を認める登録制が採用される可能性がある。また、許可なしに使用することのできる周波数帯のさらなる開放も予想される。このような視点に立ったうえで、テレビ局、移動電話サービスなど、異なる業種の放送事業者、通信事業者間でシステムを共存させる手法の確立や、干渉の低減、効率的な周波数帯の割り当てを考える必要がある。

そこで、本発明の目的は、全周波数帯の中から現時点で利用可能な周波数帯を適応的に割り当てて複数の異なる周波数帯を適宜利用し、かつ、ユーザの要求ＱｏＳや周波数帯ごとの変動特性の相違に追従して、最適な信号処理パラメータを制御することのできる移動通信システムを提供することを課題とする。

また、複数の異なる周波数帯を適宜利用し、周波数方向と時間方向の双方で最適なユーザスケジューリングを行うことのできる移動通信システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の側面では、複数の異なる周波数帯を適宜利用する送信機を提供する。この送信機は、
（ａ）任意のユーザにとって利用可能な複数の周波数帯の中から、当該ユーザの要求ＱｏＳに応じた周波数帯を選択し割り当てる周波数帯割当部と、
（ｂ）前記割り当てられた周波数帯に基づいて、送信処理に必要な送信パラメータを決定する送信パラメータ決定部と、
（ｃ）複数のユーザのために、前記ユーザごとに割り当てられた周波数帯を考慮して、送信スケジューリングを決定するマルチユーザスケジューリング制御部と
を備える。

周波数帯の割り当ての一例として、周波数割当部は、ユーザの要求ＱｏＳを満たす周波数帯がない場合に、１のユーザに対して、複数の異なる周波数帯にわたって周波数帯を割り当てる。この場合、送信パラメータ決定部は、割り当てられた複数の周波数帯の間隔に応じて、送信パラメータを制御する。

たとえば、割り当てられた複数の周波数帯の間隔が所定の間隔よりも広い場合は、周波数帯ごとに最適な送信パラメータを制御し、前記周波数帯の間隔が所定の間隔よりも狭い場合は、一括して送信パラメータを制御する。

また、１のユーザに対して、複数の異なる周波数帯にわたって周波数帯が割り当てられた場合に、マルチユーザスケジューリング制御部は、割り当てられた複数の周波数帯の間隔に応じて、複数のユーザの送信スケジューリングを行う。

このような送信機を用いることにより、ユーザの要求ＱｏＳや、複数の周波数帯ごとの変動特性の相違に追従して、最適なパラメータ決定とマルチユーザスケジューリングが行われる。

本発明の第２の側面では、複数の異なる周波数帯が利用可能な通信システムを提供する。この通信システムにおいて、移動局と基地局の少なくとも一方が、上述した複数の異なる周波数帯の割り当て制御が可能な送信機を備える。

上述した送信機を移動局と基地局の少なくとも一方に備えることにより、システム全体として周波数利用効率を大幅に向上することができる。

複数の周波数帯を同時に利用できるので、周波数の利用効率が向上する。

ユーザの要求ＱｏＳや適応的に割り当てられる周波数帯の変動特性に応じて、信号処理パラメータの効率的な制御が実現される。

さらに、時間と周波数帯の双方向へのマルチユーザスケジューリングが可能になる。

以下で、本発明の良好な実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる周波数帯利用技術を説明するための図である。本明細書および特許請求の範囲において、「周波数帯」という場合は、一定範囲の周波数バンドを意味し、たとえば事業者ごとに独占的な使用が認められる専用周波数帯、登録に基づく使用が認められる登録制周波数帯、許可を必要としないアンライセンス周波数帯等を含む。ここに、「周波数帯」は、与えられた周波数帯域を細かく分割したチャネルとは区別される。

図１において、横軸は周波数、縦軸は周波数利用効率を表わす。既存のシステムに、それぞれ個別の周波数帯あるいは電波（１）〜（４）が独占的に割り当てられているとする。この場合、独占されていない周波数帯や、独占されていても利用効率的にみて余裕のある部分などを、新規システムのために利用できるはずである。本発明の実施形態では、このような利用可能な周波数帯（５）を全て用い、新規システムに対して周波数帯の利用効率が最大になるように、周波数帯を割り当てる。

この場合、同じ周波数帯に既存システムと新規システムとを共存させる場合も当然起こり得る。このような共存は、同じ周波数帯に異業種のシステムが共存する場合だけではなく、同じ事業者が提供する異なる世代のシステム（たとえば第２世代のシステムと第３世代のシステム）が共存する場合も含む。逆に、あるひとつのシステムが、ユーザや通信内容ごとに異なる複数の周波数帯にわたって使用する場合も起こりえる。

そこで、現在空いている周波数帯の中から最適な周波数帯を割り当てるだけではなく、ユーザの要求ＱｏＳや、割り当てられた周波数帯ごとの変動特性の違いに応じて、信号処理を効率的に行うことが必要となってくる。このような効率的な周波数帯の割当制御について、以下で説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る周波数帯割当機能を有する送信機１００の概略構成図である。送信機１００は、ユーザ端末に組み込まれてもよいし、基地局に設定されてもよい。ユーザ端末と基地局の少なくとも一方の送信側に備えられていれば、移動通信システムにおける周波数帯の効率的な割当制御を行うことができる。

送信機１００は、互いに接続される送信装置１０２と、制御装置１０５とを含む。送信装置１０２は、アプリケーション実行装置１０１に接続されるベースバンド信号処理部１０３と、ベースバンド信号処理部１０３と接続されたマルチバンドＲＦ（無線周波数）部１０４とを備える。送信機１００がユーザ端末に組み込まれる場合は、そのユーザ端末がサーバや相手端末と通信を行うときに、アプリケーション実行装置１０１が送信要求を行う。アプリケーション実行装置１０１は、端末ごとに様々なアプリケーションを実行し、デジタル化した送信データを送信装置１０２のベースバンド信号処理部１０３に入力する。一方、送信機１００が基地局に設定されている場合は、サーバやユーザ端末のアプリケーション実行装置１０１で実行されたデータが、ネットワークを経由して、基地局の送信装置１０２のベースバンド信号処理部１０２に入力される。

ベースバンド信号処理部１０３は、制御装置１０５の制御に基づいて、ユーザごとに信号送信のための周波数帯、時間の設定（マルチユーザスケジューリング）に先立ち、割り当てられた周波数帯に応じて選択された適切な符号化率、インターリーブサイズ、変調方式、送信電力などのパラメータを用いて、誤り訂正符号化、インターリーブ、変調、送信電力制御を行う。このような送信パラメータの最適化と、複数周波数帯にわたるマルチユーザスケジューリングの詳細については、後述することとする。選択されたパラメータを用いて入力データから生成されたベースバンド信号は、マルチバンドＲＦ部１０４に供給される。マルチバンドＲＦ部１０４は、入力されたベースバンド信号を複数の周波数帯のＲＦに変換し、変換されたＲＦで、信号の送受信を行う。

制御装置１０５は、周波数・送信電力割当部１０６、電波環境認知部１０７、ユーザ要求ＱｏＳ判定部１０８、送信パラメータ決定部１１１、電波瞬時変動測定部１０９、およびマルチユーザスケジューリング制御部１１０を備える。制御装置１０５はさらに、周波数・送信電力割当部１０６にそれぞれ接続される電波利用ＤＢ１１２と、ユーザＤＢ１１３を有する。ユーザＤＢ１１３は、マルチユーザスケジューリング制御部１１０にも接続されている。送信パラメータ決定部１１１の出力は、送信装置１０２のベースバンド信号処理部１０３の入力に接続される。ユーザ要求ＱｏＳ判定部１０８は、アプリケーション実行装置１０からの出力を入力とする。

制御装置１０５の周波数・送信電力割当部１０６は、ユーザ毎に最適な周波数帯、帯域幅、送信電力を選択し、割り当てる。この場合、後述するように、上下リンク別に異なる周波数帯を割り当てることもできるし、制御信号、データ信号ごとに異なる周波数帯を割り当てることもできる。

電波環境認知部１０７は、各ユーザが利用することができる周波数の現在の状態を検出する。例えば、利用可能である周波数帯およびその帯域幅、他システムのパラメータ、自システムの干渉電力および他システムからの干渉電力、伝搬損失およびシャドウイングなどのうち少なくとも１つの検出を行う。

ユーザ要求ＱｏＳ判定部１０８は、アプリケーション実行装置１０１から入力されたＱｏＳ情報から、アプリケーション毎に必要な、平均伝送速度、遅延（平均遅延、最大遅延、ジッタなど）、フレーム誤り率、送信電力、最大伝送速度、最低保証伝送速度などのうち少なくとも１つを判定する。

電波瞬時変動測定部１０９は、利用するチャネルにおいて、所望波と干渉波の周波数、時間方向のフェージング等による瞬時変動を測定する。

マルチユーザスケジューリング制御部１１０は、送信装置１０２のベースバンド信号処理部１０３に接続され、複数のユーザの各々に対して、周波数方向と時間方向の双方に関するユーザスケジューリングを制御する。

送信パラメータ決定部１１１は、ユーザのデータを送信系列に変換するベースバンド信号処理に用いるパラメータを決定する。本実施形態では、符号化率、インターリーブサイズ、変調方式、送信電力制御方式などを決定する。

電波利用ＤＢ１１２には、周波数帯の種別情報が格納される。具体的には、事業者ごとに専用に割り当てられる周波数帯（以下、「専用周波数帯」と称する）、複数の登録された事業者が用いることのできる周波数帯（以下、「登録制周波数帯」と称する）、および法令に定められた条件を満たせば誰でも自由に用いることのできる周波数帯（以下、「アンライセンス周波数帯」と呼ぶ）、などの種別情報が格納される。アンライセンス周波数帯の例として、例えば２．４ＧＨｚ帯のＩＳＭ(Industry Science and Medical)バンドがある。電波利用ＤＢ１１２は、登録制周波数帯およびアンライセンス周波数帯を利用するにあたっての制約、例えば送信電力に関する利用制限などの情報も格納する。

電波利用ＤＢ１１２はさらに、どの地域で、どの時間帯に、どの周波数帯が利用可能かという情報を常に更新し、格納する。

ユーザＤＢ１１３は、ユーザの種別、各周波数帯の利用優先度情報、利用プラン、ユーザ端末の伝送能力、送信電力の制限、信号処理能力、利用可能ＲＦなどのユーザ情報を格納する。

次に、周波数・送信電力割当部１０６による周波数帯の割当動作を説明する。周波数・送信電力割当部１０６は、電波利用ＤＢ１１２とユーザＤＢ１１３から必要な情報を読み出して、利用可能な周波数の候補を選択する。そして、電波環境認知部１０７とユーザＱｏＳ判定部１０８の情報を参照して候補を絞り込み、各ユーザに最適な周波数帯と帯域幅、および必要な平均送信電力を決定する。このような候補の選択と絞り込みにより、ユーザの要求ＱｏＳを考慮しつつ、他の通信事業者と地域的、時間的に干渉しないように周波数帯を割り当てて、利用可能な周波数資源の共有を可能にする。

より具体的には、まず、図３（ａ）に示す全周波数帯の中から、電波利用ＤＢ１１２とユーザＤＢ１１３の情報に基づいて、当該地域で、当該時間に、ユーザ端末の能力内で利用可能な周波数帯の候補を選択する。たとえば、放送事業者に割り当てられている周波数帯のうち、深夜、早朝など、特定の時間に使用されていない周波数帯がある。また、ある地域では使用されているが、他の地域では使用されていないチャネルがある。さらに、防災無線など、重要度が高いシステムに割り当てられているが、通常はほとんど使用されていない周波数帯もある。このような周波数帯や空きチャネルを適宜利用することによって、システム全体の周波数利用効率の向上を図ることができるはずである。

一方、ユビキタス通信ではユーザの持つ移動局が多様であり、それぞれの移動局が備える性能・能力が大きく異なる。処理能力の高い移動局は、広帯域の無線区間の信号処理が可能であり、送信電力も大きくすることができる。また、様々なＲＦを同時に用いることができる。逆に、センサのように小型で処理能力の低い移動局は、信号処理能力も低いため、広帯域の信号を処理することができず、送信可能な電力も小さい。無線回路の制約もあるため、利用できるＲＦも限定されてくる。

そこで、電波の空き状況と、ユーザ端末の能力に基づいて、図３（ｂ）のように、ユーザ端末にとってその時間、その場所で利用可能な周波数帯の候補を選択する。図３（ｂ）の例では、３００ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ帯、２ＧＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯が候補として選択される。

さらに、図３（ｃ）に示すように、現時点の電波環境や、ユーザが要求するＱｏＳに基づいて、候補の中から絞込みをかけて、最適な周波数帯、帯域幅、送信電力を決定する。たとえば、登録制周波数帯やアンライセンス周波数帯は、予期しない干渉により通信環境が劣化する可能性があるので、これらの周波数帯域をベストエフォートのアプリケーションや利用優先度の低いユーザ、安い利用プランのユーザに割り当てる。音声・ビデオなどのリアルタイムアプリケーションを使用中のユーザや、利用優先度の高いユーザ、利用料の高い利用プランのユーザなどには、専用周波数帯を優先的に割り当てる。

上りリンクと下りリンクに、異なる周波数帯および帯域幅を割り当ててもよいし、データ信号と制御信号のそれぞれに異なる周波数帯、帯域幅を選択してもよい。サーバへのアクセス時など、下りリンクのトラヒックが数倍大きい場合に、上下リンクへ非対称の帯域幅を割り当てることによって、非対称のトラヒックを効率よく収容できる。

また、移動局によっては利用可能な送信電力が小さい場合があるので、上りリンクに伝搬損失の小さい低い周波数帯を割り当てることによって、利用可能エリアを広く保ったまま移動局の消費電力を抑える場合もある。

さらに、低遅延の伝送が要求される制御信号には、誤り率を十分小さくするのに必要な信号対雑音比が得られる低い周波数帯を選択し、程度の遅延は許容されるが高速の伝送速度が要求されるデータ信号には、高い周波数帯での広い周波数帯域幅を確保する。高周波数帯でのデータ送信では、再送制御を用いることにより遅延の発生を許容して、高い伝送速度を達成する。

図３（ｃ）の例では、上下の制御信号に３００ＭＨｚ帯における２００ｋＨｚが割り当てられ、上りのデータ信号に８００ＭＨｚ帯の中の１ＭＨｚ、下りのデータ信号に２ＧＨｚ帯の中の１０ＭＨｚと５ＧＨｚ帯の中の４０ＭＨｚが割り当てられている。

ユーザの所要の帯域幅を満たす周波数帯がない場合は、複数の利用可能周波数帯にわたる帯域を１人のユーザに割り当てることも可能である。

このように、ユーザの要求ＱｏＳ（伝送速度、遅延、誤り率など）と、端末の能力、通信環境を満足しつつ、システム全体の周波数利用効率を最大化する。

次に、図４を参照して、マルチバンドにおけるベースバンド信号処理における最適なパラメータの選択と、マルチユーザスケジューリングについて説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係る送信パラメータの最適化およびマルチユーザスケジューリングを説明するための図である。従来は、単一の周波数帯での適応符号化、変調、マルチユーザスケジューリング等を行っていたが、本実施形態のように、複数周波数帯の利用や、特定の周波数帯の共有を行う場合は、ユーザの要求ＱｏＳに加え、周波数帯ごとの変動特性の違いにも追従して、マルチバンド対応の最適パラメータの設定と、マルチユーザスケジューリングを行う必要がある。

制御装置１０５の送信パラメータ決定部１１１は、周波数・送信電力割当部１０６で選択された利用周波数帯、帯域幅、送信電力の情報を受け取る。送信パラメータ決定部１１１は、受け取った利用周波数帯・帯域幅、送信電力の情報から、ユーザデータを送信系列に変換するベースバンド信号処理部１０３で用いるパラメータを決定する。図４の例では、送信パラメータ決定部１１１は、誤り訂正符号化処理に用いる符号化率、インターリーブで用いるインターリーブサイズ、変調処理で用いる変調パラメータ（多値数、拡散率、サブキャリア数など）、送信電力制御処理で用いる送信電力などを決定して、ベースバンド信号処理部１０３に供給する。

複数の周波数帯（マルチバンド）を用いる場合、用いる周波数帯と帯域幅によって、最適な符号化、インターリーブ、変調、電力制御の方式が異なるため、それぞれに最適な方式を決定する。通信路の状態に応じて適応的に符号化や変調多値数を変更する適応変調符号化を採用することも可能である。さらに、図３（ｃ）のように、複数の周波数帯の信号を多重するマルチバンド多重を行う場合は、複数の利用周波数帯の間隔によって、利用する方式を変更する。たとえば、周波数帯が離れている場合、それぞれで特性が異なるため、異なる変調方式を用いるが、周波数帯が近い場合は、同じパラメータ（変調多値数、拡散率、サブキャリア数など）を用いて、一括変調し、処理の効率化と制御信号の削減を図ることが可能である。同様のことが、インターリーブや適応符号化、アクセス方式についてもあてはまる。

図５は、マルチバンド多重を行う際のインターリーブ制御のフローチャートである。周波数・送信電力割当部１０６が１人のユーザ、あるいはひとつのアプリケーションの実行）に対して複数の周波数帯を割り当てた場合（マルチバンド多重）、送信パラメータ決定部１１１は、割り当てられた周波数帯の間隔がインターリーブ処理に関する所定の間隔Ｆth1よりも広いか否かを判断する（Ｓ１０１）。利用周波数帯の間隔が所定の間隔Fth1よりも狭い場合は（Ｓ１０１でＮＯ）、周波数帯ごとにフェージング変動の相関が高いため、ランダム化のためにインターリーブサイズを大きく（深く）して、誤りの低減をはかる（Ｓ１０２）。逆に、利用周波数帯の間隔が離れているときは（Ｓ１０１でＹＥＳ）、それぞれの周波数帯の相関が低いため、一括してインターリーブを浅くしてもビット誤りのランダム化に効果があるので、インターリーブサイズを小さく設定して処理遅延を低減する（Ｓ１０３）。

図６は、マルチバンド多重を行う際の変調方式設定のフローチャートである。マルチバンド多重を行う場合、送信パラメータ決定部１１１は、割り当てられた周波数の間隔が、変調についての所定の間隔Ｆth2よりも広いか否かを判断する（Ｓ２０１）。利用周波数帯の間隔が所定の間隔Ｆth2よりも狭い場合は（Ｓ２０１でＮＯ），たとえばＯＦＤＭなどで一括して変調を行い、利用していない周波数帯に生じる干渉電力を低減する（Ｓ２０２）。利用周波数帯の間隔が所定の間隔Ｆth2以上に離れているときは（Ｓ２０１でＹＥＳ）、それぞれの周波数帯に最適な変調方式を独立に選択する（Ｓ２０３）。

図７は、複数周波帯の割当制御を適応変調・符号化に適用する例を示す図である。マルチバンド多重を行う際に適応符号化、適応変調、送信電力制御を行う場合、ベースバンド信号処理部１０３は、図７（ａ）に示すように、入力された情報（ユーザデータなど）に対し、適応符号化、適応インターリーブ、適応変調を行い、送信電力制御も適応的に行う。適応変調は、割り振られた周波数帯（たとえばＲＦ１とＲＦ２）のそれぞれに適した方式で行い、それぞれに応じた送信電力制御が行われる。

送信パラメータ決定部１１１は、伝送路の状態に応じて、変調信号・符号化の組み合わせを、割り当てられる周波数帯、帯域幅ごとに瞬時に最適化する。マルチバンド多重のときは、図７（ｂ）に示すように、利用する周波数帯の間隔によって、一括制御または個別制御を選択的に行う構成にできる。

図７（ｂ）は、マルチバンド多重を行う場合の、適応符号化・変調のフローチャートである。送信パラメータ決定部１１１は、割り当てられた周波数の間隔が、適応符号化・変調についての所定の間隔Ｆth3よりも広いか否かを判断する（Ｓ３０１）。利用周波数帯の間隔が所定の間隔Ｆth3よりも狭い場合は（Ｓ３０１でＮＯ）、ひとつの周波数帯とみなして、一括して適応符号化、適応変調、送信電力制御を行い、処理の効率化をはかる（Ｓ３０２）。利用周波数帯の間隔が所定の間隔Ｆth3以上に離れているときは（Ｓ３０１でＹＥＳ）、周波数帯ごとに独立して、適応符号化、適応変調、送信電力制御を行う（Ｓ３０３）。

上述した変調方式、インターリーブ、適応符号化・変調以外にも、マルチバンド多重の際に、利用する周波数帯の間隔に応じて、アクセス方式や干渉の制御を行うことができる。周波数や帯域幅が異なると、最適なアクセス方式が異なってくるので、広帯域信号の場合は、一例としてＯＦＤＭによるＴＤＭＡまたはＦＤＭＡを用い、中程度の帯域幅の場合はＣＤＭＡ、さらに狭い帯域幅の場合は、シングルキャリアのＴＤＭＡまたはＦＤＭＡを用いるといったように、利用する周波数帯と帯域幅によって、最適なアクセス方式を選択することができる。送信電力制御に関しても、周波数間の相関が高い場合は一括で制御を行い、低い場合は、別々に制御する。

マルチバンド多重で干渉の低減をはかるために、送信パラメータ決定部１１１は、利用する周波数帯の干渉特性に応じた方式を選択する。たとえば、事業者専用の周波数帯では同一事業者内で干渉が発生するため、事業者がコントロールできるが、登録制の周波数帯では、他事業者の干渉が発生するので、他事業者との共用を実現するために、与干渉をなるべく小さく、また、被干渉に強い、つまり干渉キャンセラ機能を有するシステム構成を採用する。アンライセンスバンドでは、任意のユーザが利用できるため、干渉する電波によって、利用されているパラメータの特定が困難になる。そこで、マルチバンド多重の際には、このような未知の信号に対する干渉をキャンするようなパラメータの設定を行う。

図４に戻り、マルチユーザスケジューリング制御部１１０は、電波瞬時変動測定部１０９とユーザ要求ＱｏＳ判定部１０８からの情報、および受信側からの制御情報により、複数ユーザのスケジューリングを行う。マルチユーザスケジューリング制御部１１１は、電波瞬時変動測定分部１０９が検出した利用チャネルの所望波、干渉波の瞬時変動を受け取るとともに、ユーザ要求ＱｏＳ判定部１０８から、平均伝送速度、遅延（平均遅延、最大遅延、ジッタなど）、フレーム誤り率、送信電力などを受け取る。さらに、ユーザＤＢ１１３から、ユーザごとの優先度や、端末の伝送能力などを読み出す。

受信電力は、フェージングにより周波数方向と時間方向の双方で変動するが、その変動はユーザの位置ごとに異なる。したがって、通信路の状態がよいユーザを優先的に選択して送信することにより、システム全体の効率を高めることができる。ただし、ユーザによって要求するＱｏＳが異なるため、要求ＱｏＳに応じたスケジューリングが必要になる。たとえば、要求される伝送速度が異なる場合は、その伝送速度の比に従ってパケットの送信を割り振る必要がある。リアルタイムアプリケーションを用いているユーザであれば、再送パケットを優先して送ることにより、遅延を小さくする。また、ユーザ間の公平性もある程度確保する必要がある。たとえば、基地局の近くに位置するユーザだけが優先的に扱われないように、スケジューリングを行う。

複数の周波数帯にまたがってマルチユーザスケジューリングを行う場合、周波数帯の間隔によって、スケジューリングアルゴリズムを変更して、処理の効率化を図ることも可能である。たとえば、利用する周波数帯の間隔が広い場合は、周波数帯間の相関が大きいため、周波数帯ごとにマルチユーザスケジューリングを行い、狭い場合は、周波数帯間の相関が小さいため、それらの複数の周波数帯をまとめてひとつの周波数帯とみなして、マルチユーザスケジューリングを行う。

図８は、マルチバンド多重を行う際のマルチユーザスケジューリング処理を示すフローチャートである。マルチユーザスケジューリング制御部１１０は、利用周波数帯の間隔がスケジューリングについての所定の間隔Ｆth4よりも広いか否かを判断する（Ｓ４０１）。周波数帯間の間隔が所定の間隔Ｆth4よりも狭い場合は（Ｓ４０１でＮＯ）、単一の周波数帯とみなして、マルチユーザスケジューリングを行う（Ｓ４０２）。１人のユーザに複数の周波数帯域にまたがった周波数帯が割り当てられる場合の制御などがこの例である。所定の間隔Ｆth4よりも広い場合は（Ｓ４０１でＹＥＳ）、ある時間において一人のユーザに割り当てられる帯域をひとつに制限してスケジューリングを行う。

上述した最適パラメータでのベースバンド信号処理とマルチユーザスケジューリングによって、システム全体としてみた場合に、周波数利用効率が最大化される。

マルチバンドＲＦ部１０４は、割り当てられた周波数帯を用いて、ベースバンド処理された信号をＲＦ信号に変換し、送信スケジュールに応じてデータ送信を行う。たとえば、図４の例では、たとえば４人のユーザがそれぞれアプリケーションの実行を行う場合、制御装置１０５は、場所、時間、ユーザ端末の能力に応じた利用可能な周波数帯の中から、アプリケーションの実行に要求されるＱｏＳを考慮して、アプリケーションごと（ユーザごと）に最適な周波数帯を選択する。選択された複数の周波数帯の変動特性に応じて、制御部１０５で最適パラメータが設定され、ベースバンド信号処理部１０３で、ユーザごとにベースバンド処理がなされる。ベースバンド処理された信号は、複数の周波数帯間で、ユーザＱｏＳや公平性を担保するように周波数方向、および時間方向に送信スケジューリングされて、マルチバンドＲＦ部１０４に供給される。図４の例では、各アプリケーションの実行に、周波数帯ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３、ＲＦ４がそれぞれ割り当てられる。なお、図４では、それぞれ個別に割り当てられることを示すために、便宜上、ＲＦ１〜ＲＦ４と符号をつけているが、この中のいくつかが同一の周波数帯であることもあるし、同一周波数帯のなかの異なるチャネルのこともあり得る。

マルチバンドＲＦ部１０４は、割り当てられた周波数帯を用いてデータ送信する。このため、マルチバンドＲＦ部１０４は、ベースバンド信号処理部１０３から指示された周波数帯を使用できるようなＲＦデバイスを有する必要がある。この場合、個々のＲＦごとに用意された複数のデバイスを切り換える構成としてもよいし、ソフトウエア無線機のように、単一のハードウエアを用いてソフトウエアの変更によって複数の周波数帯の伝送を実現する構成としてもよい。

このような要求ＱｏＳと、周波数帯の相違による変動特性を考慮したパラメータ設定およびマルチユーザスケジューリングを行うことによって、複数の異なる周波数帯の割り当て後に、柔軟かつ効率的な送信処理が可能になり、システム全体としてみた場合に、周波数の利用効率が最大化される。

また、ユーザが要求するＱｏＳを満足しつつ、システム全体の周波数利用効率を最大化するとともに、利用可能エリアを広く保ったまま移動局の消費電力を小さく抑えることができる。このため、どのエリアでも使用できる移動局を実現できる。

本発明にかかる周波数帯割当装置および周波数帯割当方法は、通信に利用可能な周波数帯を複数のシステムで利用する移動通信システムに適用できる。

本発明の一実施例にかかる複数周波数帯の利用技術を説明するための図である。本発明の一実施例にかかる送信機の機能ブロック図である。本発明の一実施例にかかる複数周波数帯の選択・割り当ての例を示す図である。本発明の一実施例にかかる複数周波数帯割り当てに従った最適パラメータの設定とマルチユーザスケジューリングを説明するための図である。マルチバンド多重を行う際の、利用周波数帯の間隔に応じたインターリーブ処理を示すフローチャートである。マルチバンド多重を行う際の、利用周波数帯の間隔に応じた変調処理を示すフローチャートである。マルチバンド多重を適応符号化・変調に適用した場合の、利用周波数帯の間隔に応じた適応符号化、適応変調、適応送信電力制御を示す図である。マルチバンド多重を行う際の、利用周波数の間隔に応じたマルチユーザスケジューリングのフローチャートである。

符号の説明

１００送信機
１０１アプリケーション実行装置
１０２送信装置
１０３ベースバンド信号処理部
１０４マルチバンドＲＦ部
１０５制御部
１０６周波数・送信電力割当部（周波数帯割当部）
１０７電波環境認知部
１０８ユーザ要求ＱｏＳ判定部
１０９電波瞬時変動測定部
１１０マルチユーザスケジューリング制御部
１１１送信パラメータ決定部
１１２電波利用データベース（ＤＢ）
１１３ユーザデータベース（ＤＢ）

Claims

任意のユーザにとって利用可能な複数の周波数帯の中から、当該ユーザの要求ＱｏＳに応じた複数の異なる周波数帯を選択し割り当てる周波数帯割当部と、
前記周波数帯割当部により割り当てられた複数の異なる周波数帯に基づいて、送信処理に必要な送信パラメータを決定する送信パラメータ決定部と、
複数のユーザのために、前記周波数帯割当部によりユーザごとに割り当てられた複数の異なる周波数帯を考慮して、送信スケジューリングを決定するマルチユーザスケジューリング制御部と、
を備え、
前記周波数帯割当部は、事業者毎に専用に割り当てられる周波数帯と、登録された事業者が用いることのできる周波数帯と、所定の条件を満たした場合に使用できる周波数帯の中から、当該ユーザの要求ＱｏＳに応じて、１のユーザに対して、複数の異なる周波数帯にわたって周波数帯を割り当てる送信機。
前記周波数帯割当部は、ユーザの要求ＱｏＳを満たす周波数帯がない場合に、１のユーザに対して、複数の異なる周波数帯にわたって周波数帯を割り当て、
前記送信パラメータ決定部は、前記周波数帯割当部により割り当てられた複数の周波数帯の間隔に応じて、送信パラメータを決定することを特徴とする請求項１に記載の送信機。
前記送信パラメータ決定部は、前記周波数帯割当部により割り当てられた複数の周波数帯の間隔が所定の間隔よりも広い場合は、周波数帯ごとに最適な送信パラメータを決定し、前記周波数帯割当部により割り当てられた複数の周波数帯の間隔が所定の間隔よりも狭い場合は、一括して送信パラメータを決定することを特徴とする請求項２に記載の送信機。
前記送信パラメータはインターリーブサイズを含み、
前記送信パラメータ決定部は、前記周波数帯割当部により割り当てられた複数の周波数帯の間隔が所定の間隔よりも広い場合は、インターリーブサイズを小さく設定し、前記周波数帯割当部により割り当てられた周波数帯の間隔が所定の間隔よりも狭い場合は、インターリーブサイズを大きく設定することを特徴とする請求項２に記載の送信機。
前記周波数帯割当部は、ユーザの要求ＱｏＳを満たす周波数帯がない場合に、１のユーザに対して、複数の異なる周波数帯にわたって周波数帯を割り当て、
前記マルチユーザスケジューリング制御部は、前記周波数帯割当部により割り当てられた複数の周波数帯の間隔に応じて、複数のユーザの送信スケジューリングを行うことを特徴とする請求項１に記載の送信機。
前記送信パラメータ決定部により決定された送信パラメータおよび前記マルチユーザスケジューリング制御部による送信スケジューリングに基づいて、ユーザデータの処理および複数ユーザのための送信スケジューリングを行って、処理済みのデータを出力する信号処理部と、
前記信号処理部による処理済みのデータを、前記周波数帯割当部により割り当てられた周波数帯の無線周波数信号に変換し、前記マルチユーザスケジューリング制御部による送信スケジューリングにしたがって送信するマルチバンドＲＦ部と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機。
前記信号処理部は、適応符号化・変調処理を行い、
前記送信パラメータ決定部は、前記周波数帯割当部により１のユーザに対して複数の異なる周波数帯が割り当てられたときに、前記割り当てられた複数の周波数帯の間隔が所定の間隔よりも広い場合は、それぞれの周波数帯に適した適応符号化・変調パラメータを設定し、
前記周波数帯割当部により割り当てられた複数の周波数帯の間隔が所定の間隔よりも狭い場合は、一括して適応符号化・変調パラメータを設定することを特徴とする請求項６に記載の送信機。
前記マルチバンドＲＦ部は、前記複数の周波数帯の各々に応じたＲＦデバイス
を備え、
前記信号処理部で指定された周波数帯に応じて、前記ＲＦデバイスを切り換えることを特徴とする請求項６に記載の送信機。
前記マルチバンドＲＦ部は、単一のＲＦデバイスを用い、ソフトウエアの変更によって、前記複数の周波数帯での送信を行うことを特徴とする請求項６に記載の送信機。
複数の異なる周波数帯が利用可能な通信システムにおいて、移動局と基地局の少なくとも一方が、前記複数の異なる周波数帯の割り当て制御が可能な送信機を備え、
前記送信機は、
任意のユーザにとって利用可能な複数の周波数帯の中から、ユーザの要求ＱｏＳに応じた複数の異なる周波数帯を選択し割り当てる周波数帯割当部と、
前記周波数帯割当部により割り当てられた複数の異なる周波数帯に基づいて、送信処理に必要な送信パラメータを決定する送信パラメータ決定部と、
複数のユーザのために、前記周波数帯割当部によりユーザごとに割り当てられた複数の異なる周波数帯を考慮して、送信スケジューリングを決定するマルチユーザスケジューリング制御部と、
を備え、
前記周波数帯割当部は、事業者毎に専用に割り当てられる周波数帯と、登録された事業者が用いることのできる周波数帯と、所定の条件を満たした場合に使用できる周波数帯の中から、当該ユーザの要求ＱｏＳに応じて、１のユーザに対して、複数の異なる周波数帯にわたって周波数帯を割り当てることを特徴とするマルチバンド移動通信システム。