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JP5990801B2 - 無線通信装置、及び周波数チャネル選択方法 - Google Patents

無線通信装置、及び周波数チャネル選択方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信装置、及び周波数チャネル選択方法に関する。
近年、コンピュータ以外にも無線LANを利用する無線端末装置、例えばスマートフォンや、タブレット端末、ゲーム機等の情報機器が普及し、快適な無線接続及び通信に対する要求が高まっている。このような要求を受けて、無線通信を用いて構成されるネットワークにおける通信品質を向上させる検討がなされている(例えば、特許文献1や、特許文献2)。
また、快適な無線接続及び通信に対する要求に応えるために、無線端末装置とネットワークへの接続を提供する無線通信装置(例えば、アクセスポイント)との間において複数の通信チャネルを用いて通信を行うMIMO技術などを適用して、通信速度を向上させることが行われている。
特開2007−074568号公報 特開2010−288280号公報
しかし、無線LANを利用する無線端末装置の増加に伴い干渉の発生などによる、無線端末装置と無線通信装置との通信品質の低下が問題となっている。特許文献1や特許文献2などではネットワークの装置間それぞれに周波数チャネルをどのように割り当てるかを検討しているが、ユーザが直接利用する無線通信端末と無線通信装置との間において利用される複数の通信チャネルに対する周波数チャネルの割り当てについては検討されていない。
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、無線端末装置と無線通信装置とにおける複数の通信チャネルを用いた無線通信の通信品質を向上させることができる無線通信装置、及び周波数チャネル選択方法を提供することにある。
本発明は、無線端末装置と複数の通信チャネルを用いて通信を行う無線通信装置において、前記複数の通信チャネルに利用可能な複数の周波数チャネルのいずれかを割り当てた際における前記無線端末装置との間の通信品質を取得する通信品質取得部と、前記通信品質取得部が取得する通信品質に基づいて、前記複数の通信チャネルそれぞれに割り当てる周波数チャネルを選択する周波数チャネル選択部と、を備えることを特徴とする無線通信装置である。
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記周波数チャネル選択部は、前記複数の通信チャネルのいずれか1つのみに周波数チャネルを割り当てたときより、前記複数の通信チャネルそれぞれに該周波数チャネルを割り当てたときの通信品質が低い場合、前記複数の通信チャネルそれぞれに異なる周波数チャネルを割り当てる選択をすることを特徴とする。
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記周波数チャネル選択部は、前記複数の通信チャネルに周波数チャネルを割り当てる際に、利用している他の無線端末装置の数が少ない周波数チャネルを優先して選択することを特徴とする。
また、本発明は、無線端末装置と複数の通信チャネルを用いて通信を行う無線通信装置が行う周波数チャネル選択方法であって、前記複数の通信チャネルに利用可能な複数の周波数チャネルのいずれかを割り当てた際における前記無線端末装置との間の通信品質を取得する通信品質取得ステップと、前記通信品質取得ステップにおいて取得する通信品質に基づいて、前記複数の通信チャネルそれぞれに割り当てる周波数チャネルを選択する周波数チャネル選択ステップと、を有することを特徴とする周波数チャネル選択方法である。
この発明によれば、利用可能な周波数チャネルを複数の通信チャネルに割り当てた際の通信品質に基づいて、複数の通信チャネルそれぞれに割り当てる周波数チャネルを選択することにより、通信チャネル間の干渉の影響を抑えた周波数チャネル割り当てを行うことができ、無線通信装置と無線端末装置とにおける通信品質を向上させることができる。
第1の実施形態における無線通信システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態における周波数チャネル利用状態テーブルの一例を示す図である。 同実施形態におけるテスト結果テーブルの一例を示す図である。 同実施形態における周波数チャネル選択処理を示すフローチャートである。 第2の実施形態における無線通信システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態における無線通信システムを適用した具体例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における無線通信装置、及び周波数チャネル選択方法を説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における無線通信システムの構成を示すブロック図である。無線通信システムは、無線通信装置10と無線端末装置20とを具備している。同図では、無線通信システムが1台の無線端末装置20を具備する例を示しているが、無線通信システムは2台以上の無線端末装置20を具備していてもよい。無線通信装置10は、無線通信により無線端末装置20に対してネットワーク(不図示)への接続、例えばネットワークを介したサーバ装置へのアクセスなどを提供する。例えば、無線通信装置10は無線LANにおけるアクセスポイントであり、無線端末装置20はスマートフォンやノート型コンピュータなどである。
なお、同図では無線通信装置10と無線端末装置20とがそれぞれ2本ずつのアンテナ素子を備え2つの通信チャネルを用いて無線通信する構成が示されているが、無線通信装置10と無線端末装置20とは3本以上のアンテナ素子を備え3つ以上の通信チャネルを用いて無線通信をするようにしてもよい。本明細書において通信チャネルは、無線通信経路又は伝搬路を意味する。
無線通信装置10は、無線通信部11、通信品質取得部12、周波数チャネル選択部13、周波数チャネル利用状態記憶部14、及び、通信品質記憶部15を備えている。無線通信部11には複数のアンテナ素子が接続されている。無線通信部11は、接続されているアンテナ素子と、無線端末装置20が備えているアンテナ素子との間に形成される複数の通信チャネルを用いて、無線端末装置20と無線通信を行う。
通信品質取得部12は、各通信チャネルの状態を把握するために通信チャネルに対する周波数チャネルの割り当てを行い、当該割り当てを示す制御信号を無線通信部11に出力して無線通信部11を制御する。通信品質取得部12は、通信チャネルに割り当てた周波数チャネルを用いて無線通信部11が無線端末装置20と無線通信を行っている際の通信品質を取得する。通信品質取得部12は、取得した通信品質を、該通信品質を取得した際の周波数チャネルの割り当て及び通信対象の無線端末装置20に対応付けて通信品質記憶部15に記憶させる。通信品質を示す指標としては、例えば、スループットや、エラー発生率などが用いられる。通信品質取得部12は、無線通信が行われている間におけるスループットやエラー発生率などを算出することにより、通信品質を取得する。
周波数チャネル選択部13は、通信品質記憶部15に記憶されている通信品質に基づいて、無線端末装置20との間における各通信チャネルにおいて用いる周波数チャネルを選択する。周波数チャネル選択部13は、選択した周波数チャネルを示す信号を無線通信部11に出力して、選択された周波数チャネルを用いて無線端末装置20との通信を行うように無線通信部11を制御する。周波数チャネル選択部13は、無線端末装置20に対する周波数チャネルの選択に基づいて、周波数チャネル利用状態記憶部14に記憶されている周波数チャネル利用状態テーブルを更新する。周波数チャネル利用状態テーブルには、周波数チャネルごとに当該周波数チャネルを利用している無線端末装置20の数を示す情報が含まれる。
周波数チャネル利用状態記憶部14には、周波数チャネル利用状態テーブルが記憶されている。周波数チャネル利用状態テーブルは、上述したように、周波数チャネルごとに当該周波数チャネルを利用している無線端末装置20の数を示す情報が含まれている。図2は、本実施形態における周波数チャネル利用状態テーブルの一例を示す図である。周波数チャネル利用状態テーブルは、例えば、周波数チャネル番号、及び、利用端末装置数の2つの項目の列を有し、無線通信システムにおいて利用可能な周波数チャネルに対応する行を有している。周波数チャネル番号は各周波数チャネルを識別する番号であり、利用端末装置数は対応する周波数チャネルが割り当てられている無線端末装置20の数である。例えば、同図に示す例では、周波数チャネル番号「1」で識別される周波数チャネルが「3」台の無線端末装置20に対して割り当てられていることを示す情報が周波数チャネル利用状態テーブルに含まれている。
通信品質記憶部15には、無線通信装置10が無線通信を行っている無線端末装置20ごとに、通信品質及び当該通信品質が取得された際の周波数チャネルの割り当てを示すテスト結果テーブルが記憶されている。図3は、本実施形態におけるテスト結果テーブルの一例を示す図である。テスト結果テーブルは、例えば、2次元の表形式のデータで表される情報であって、無線端末装置20を識別する識別子、テスト結果1、テスト結果2、テスト結果3、及び、判定結果の5つの項目の列を有し、無線端末装置20ごとに対応する行を有している。例えば、同図に示す例では、識別子「STA1」で識別される無線端末装置20に対して、テスト結果1「100Mpbs」、テスト結果2「200Mbps」、テスト結果3「200Mbps」、及び、判定結果「同一周波数CH(チャネル)」が対応付けられた情報がテスト結果テーブルに含まれている。
図1に戻って、無線通信システムの構成の説明を続ける。
無線端末装置20は、無線通信部21、及び、周波数チャネル選択部22を備えている。無線通信部21には、複数のアンテナ素子が接続されている。無線通信部21は、接続されているアンテナ素子と、無線通信装置10が備えているアンテナ素子との間に形成される複数の通信チャネルを用いて、無線通信装置10と無線通信を行う。無線通信部21は、無線通信装置10から受信する制御信号を周波数チャネル選択部22に出力する。周波数チャネル選択部22は、制御信号が無線通信装置10との通信に用いる周波数チャネルを指定する情報を含む場合、当該情報が示す割り当てによる無線通信を無線通信部21が行う制御をする。
以下、無線端末装置20との無線通信において、無線通信装置10が通信チャネルに割り当てる周波数チャネルを選択する周波数チャネル選択処理について説明する。図4は、本実施形態における周波数チャネル選択処理を示すフローチャートである。
無線通信装置10において、周波数チャネル選択処理が開始されると、通信品質取得部12は、周波数チャネルを選択する対象となっている無線端末装置20との通信チャネルの数が1つであるか否かを判定する(ステップS101)。通信品質取得部12は、通信チャネルの数が1つである場合(ステップS101:YES)には処理をステップS112に進め、通信チャネルの数が1つでない場合、すなわち通信チャネルの数が2つ以上である場合(ステップS101:NO)には処理をステップS102に進める。
通信品質取得部12は、複数の通信チャネルのいずれか1つの通信チャネルに、利用可能な周波数チャネルのうちいずれか1つの周波数チャネルを割り当てる制御信号を無線通信部11に出力し、当該割り当てにおける通信品質を取得する(ステップS102)。このとき、通信品質取得部12は、周波数チャネル利用状態記憶部14に記憶されている周波数チャネル利用状態テーブルに基づいて、通信チャネルに割り当てる周波数チャネルを選択する。例えば、利用可能な周波数チャネルのうち、利用している無線端末装置20の数が少ない周波数チャネルを割り当てる。
また、通信品質の取得は、例えば、以下のようにして行う。無線通信部11が、無線端末装置20に対して制御信号に示される割り当てにて所定のデータを送信することを要求し、無線端末装置20から受信した当該データを通信品質取得部12に出力する。通信品質取得部12は、単位時間あたりに受信したデータ量からスループットを算出したり、当該データにおけるエラー発生率を算出したりすることにより、通信品質を取得する。また、無線端末装置20から無線通信装置10へのアップリンクだけでなく、無線通信装置10から無線端末装置20へのダウンリンクの通信品質を取得してもよい。
通信品質取得部12は、ステップS102において取得した通信品質をテスト結果1として通信品質記憶部15のテスト結果テーブルに記憶させる(ステップS103)。
次に、通信品質取得部12は、複数の通信チャネルすべてに、利用可能な周波数チャネルのうちいずれか1つの周波数チャネルを割り当てる制御信号を無線通信部11に出力し、当該割り当てにおける通信品質を取得する(ステップS104)。換言すると、通信品質取得部12は、すべての通信チャネルで同じ周波数チャネルを用いた場合の通信品質を取得する。このとき、割り当てる周波数チャネルは、ステップS102と同様に選択する。
通信品質取得部12は、ステップS104において取得した通信品質をテスト結果2として通信品質記憶部15のテスト結果テーブルに記憶させる(ステップS105)。
次に、通信品質取得部12は、利用可能な周波数チャネルから複数の通信チャネルそれぞれに異なる周波数チャネルを割り当てる制御信号を無線通信部11に出力し、当該割り当てにおける通信品質を取得する(ステップS106)。このとき、通信品質取得部12は、周波数チャネル利用状態記憶部14の周波数チャネル利用状態テーブルに基づいて、通信チャネルに割り当てる周波数チャネルを選択する。例えば、利用可能な周波数チャネルのうち、利用している無線端末装置20の数が少ない周波数チャネルから順に優先して選択する。
通信品質取得部12は、ステップS104において取得した通信品質をテスト結果3として通信品質記憶部15のテスト結果テーブルに記憶させる(ステップS107)。
周波数チャネル選択部13は、テスト結果テーブルに記憶したテスト結果1、テスト結果2、及びテスト結果3に基づいて、周波数チャネルを割り当てる対象になっている複数の通信チャネルにおける電波干渉の度合いを判定する(ステップS108)。
具体的には、周波数チャネル選択部13は、テスト結果1の示す通信品質がテスト結果2の示す通信品質以上の場合(テスト結果1≧テスト結果2)、同一の周波数チャネルを各通信チャネルに割り当てたことにより干渉が生じているとみなして、一定以上の干渉があると判定する。通信品質を示す指標としてスループットを用いた場合、テスト結果2に対応する周波数チャネルの割り当てにおいて干渉がなければ、通信チャネルの数だけテスト結果1より高い通信品質が得られるはずである。テスト結果2の通信品質がテスト結果1の通信品質より低い場合には、同じ周波数チャネルを割り当てたことにより、通信チャネル間に相互干渉が発生したことが推測される。
また、テスト結果3の示す通信品質がテスト結果2の示す通信品質以上の場合(テスト結果3≧テスト結果2)、同一の周波数チャネルを各通信チャネルに割り当てたことにより干渉が生じているとみなして、一定以上の干渉があると判定する。通信品質を示す指標としてスループットを用いた場合、テスト結果2とテスト結果3とは同程度の通信品質が得られるはずである。テスト結果2の通信品質がテスト結果3の通信品質より低い場合には、同じ周波数チャネルを割り当てたことにより、通信チャネル間に相互干渉が発生したことが推測される。
周波数チャネル選択部13は、一定以上の干渉があると判定した場合(ステップS109:YES)、各通信チャネルに対して異なる周波数チャネルを割り当てる選択をする(ステップS110)。このとき、周波数チャネル選択部13は、周波数チャネル利用状態記憶部14に記憶されている周波数チャネル利用状態テーブルに基づいて、利用している無線端末装置20が少ない周波数チャネルから順に通信チャネルに割り当てる周波数チャネルとして選択する。
一方、周波数チャネル選択部13は、一定以上の干渉がないと判定した場合(ステップS109:NO)、各通信チャネルに対して同じ周波数チャネルを割り当てる選択をする(ステップS111)。このとき、周波数チャネル選択部13は、周波数チャネル利用状態記憶部14に記憶されている周波数チャネル利用状態テーブルに基づいて、利用している無線端末装置20が最も少ない周波数チャネルを各通信チャネルに割り当てる周波数チャネルとして選択する。
ステップS101における判定結果が、通信チャネルの数が1つである場合(ステップS101:YES)、周波数チャネル選択部13は、通信チャネルに対して、利用している無線端末装置20が最も少ない周波数チャネルを各通信チャネルに割り当てる周波数チャネルとして選択する(ステップS112)。
周波数チャネル選択部13は、ステップS110、ステップS111、又はステップS112における選択結果に基づいて、周波数チャネル利用状態記憶部14に記憶されている周波数チャネル利用状態テーブルにおける各周波数チャネルを利用している無線端末装置20の数を更新し(ステップS113)、周波数チャネル選択処理を終了する。
図4に示す周波数チャネル選択処理は、無線通信装置10が無線通信対象としている無線端末装置20ごとに行われる。
無線通信装置10が周波数チャネル選択処理を行うことにより、複数の通信チャネルを用いて無線端末装置20と無線通信を行う場合において、通信チャネルが互いに干渉を起こす可能性の有無を判定することができる。干渉を起こす可能性があるときには、各通信チャネルに異なる周波数チャネルを割り当てることにより、通信チャネル間の干渉が発生する可能性、干渉の影響を抑えることができ、無線通信装置10と無線端末装置20とにおける通信品質を向上させることができる。
なお、周波数チャネル選択処理において、周波数チャネルを選択する際に利用している無線端末装置20の数が少ない周波数チャネルを選択する構成について説明したが、ノイズ電力や干渉波電力の低い周波数チャネルを選択するようにしてもよい。
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態における無線通信システムの構成を示すブロック図である。本実施形態における無線通信システムは、第1の実施形態における無線通信システム(図1)が具備している構成に加えて、分配器30及び拡張アンテナ素子31を更に具備している。本実施形態において、第1の実施形態と同じ機能部に対しては同じ符号を付して、その説明を省略する。
分配器30は、無線通信部11と複数のアンテナ素子とを接続する端子、又は同軸ケーブルなどの有線回線と接続されている。また、分配器30は、有線回線を介して拡張アンテナ素子31と接続されている。拡張アンテナ素子31は、例えば無線通信装置10が備えているアンテナ素子では受信電力が不十分なために無線通信が困難な空間に位置する無線端末装置20と無線通信をするために利用される。
分配器30は、無線通信装置10が備えているアンテナ素子から送信される信号を入力し、当該信号を拡張アンテナ素子31に出力する。これにより、拡張アンテナ素子31が設置されている空間に位置する無線端末装置20が無線通信装置10から送信される信号を受信することができる。また、分配器30は、拡張アンテナ素子31が受信する信号を入力し、当該信号を無線通信部11に出力する。これにより、拡張アンテナ素子31が設置されている空間に位置する無線端末装置20が送信した信号を無線通信装置10が受信することができる。
図6は、本実施形態における無線通信システムを適用した具体例を示す図である。同図において、無線通信システムは、部屋R1に位置する無線通信装置10と、住宅内の複数の部屋R1〜R3それぞれに位置する無線端末装置20a〜20cと、分配器30と、部屋R2、R3に位置する拡張アンテナ素子31a、31bとを具備している。ここでは、各部屋R1〜R3において無線通信装置10との無線接続を可能とするために、無線通信装置10に接続されている分配器30を介して、部屋R2に拡張アンテナ素子31aが配置され、部屋R3に拡張アンテナ素子31bが配置されている。このように、無線通信装置10から離れた部屋R2及びR3(空間)において良好な無線接続を可能とするために、分配器30と拡張アンテナ素子31a及び31bとが用いられる。なお、無線通信装置10と拡張アンテナ素子31とを接続する有線回線は、専用の同軸ケーブルであってもよいし、住宅内に敷設されている電力線であってもよい。
図6に示す具体例においても、無線通信装置10が、図4に示した周波数チャネル選択処理を行うことにより、分配器30と拡張アンテナ素子31a及び31bとを接続する有線回線において通信チャネル間の干渉が発生する可能性、干渉の影響を抑えることができ、無線通信装置10と無線端末装置20a〜20cとにおける通信品質を向上させることができる。
本実施形態では、同じ周波数チャネルが複数の通信チャネルに割り当てられた場合、無線通信装置10と拡張アンテナ素子31との間を有線回線で接続しているため、同一の経路(有線回線)に同じ周波数チャネルの信号が存在することになり干渉が発生してしまう。しかし、無線通信装置10が周波数チャネル選択処理を行うことにより、干渉が発生することを把握し、各通信チャネルに異なる周波数チャネルを割り当てるので、無線通信装置10と無線端末装置20a〜20cとにおける通信品質を向上させることができる。
なお、本実施形態における無線通信装置10は、アンテナ素子を備えずに、拡張アンテナ素子31のみを用いて無線端末装置20と無線通信を行うようにしてもよい。
なお、図1や図5における無線通信装置10の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより周波数チャネル選択処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
10…無線通信装置
11…無線通信部
12…通信品質取得部
13…周波数チャネル選択部
14…周波数チャネル利用状態記憶部
15…通信品質記憶部
20、20a、20b、20c…無線端末装置
21…無線通信部
22…周波数チャネル選択部
30…分配器
31、31a、31b…拡張アンテナ素子
R1、R2、R3…部屋

Claims (4)

  1. 無線端末装置と複数の通信チャネルを用いて通信を行う無線通信装置において、
    前記複数の通信チャネルのうちいずれか1つの通信チャネルに利用可能な複数の周波数チャネルのうちいずれか1つの周波数チャネルを割り当てた際における前記無線端末装置との間の第1の通信品質と、前記複数の通信チャネルのすべてに前記複数の周波数チャネルのうちいずれか1つの周波数チャネルを割り当てた際における前記無線端末装置との間の第2の通信品質と、前記複数の通信チャネルそれぞれに異なる前記周波数チャネルを割り当てた際における前記無線端末装置との間の第3の通信品質を取得する通信品質取得部と、
    前記通信品質取得部が取得する第1、第2及び第3の通信品質に基づいて、前記複数の通信チャネルそれぞれに割り当てる周波数チャネルを選択する周波数チャネル選択部と、
    を備えることを特徴とする無線通信装置。
  2. 請求項1に記載の無線通信装置において、
    前記周波数チャネル選択部は、
    前記第1の通信品質が前記第2の通信品質より高い場合又は前記第3の通信品質が前記第2の通信品質より高い場合には、前記複数の通信チャネルそれぞれに異なる前記周波数チャネルを割り当てることを選択し、
    前記第1の通信品質が前記第2の通信品質より低く、かつ前記第3の通信品質が前記第2の通信品質より低い場合には、前記複数の通信チャネルそれぞれに同じ前記周波数チャネルを割り当てることを選択する、
    ことを特徴とする無線通信装置。
  3. 請求項1又は請求項2のいずれかに記載の無線通信装置において、
    前記周波数チャネル選択部は、
    前記複数の通信チャネルに周波数チャネルを割り当てる際に、利用している他の無線端末装置の数が少ない周波数チャネルを優先して選択する
    ことを特徴とする無線通信装置。
  4. 無線端末装置と複数の通信チャネルを用いて通信を行う無線通信装置が行う周波数チャネル選択方法であって、
    前記複数の通信チャネルのうちいずれか1つの通信チャネルに利用可能な複数の周波数チャネルのうちいずれか1つの周波数チャネルを割り当てた際における前記無線端末装置との間の第1の通信品質と、前記複数の通信チャネルのすべてに前記複数の周波数チャネルのうちいずれか1つの周波数チャネルを割り当てた際における前記無線端末装置との間の第2の通信品質と、前記複数の通信チャネルそれぞれに異なる前記周波数チャネルを割り当てた際における前記無線端末装置との間の第3の通信品質を取得する通信品質取得ステップと、
    前記通信品質取得ステップにおいて取得する第1、第2及び第3の通信品質に基づいて、前記複数の通信チャネルそれぞれに割り当てる周波数チャネルを選択する周波数チャネル選択ステップと、
    を有することを特徴とする周波数チャネル選択方法。
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