JP2005012366A - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】CDMA方式とCDMA方式以外の多元接続方式とを併用する無線通信システムにおいて、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させること。
【解決手段】下り回線のキャリア周波数帯域ΔFdを上り回線のキャリア周波数帯域ΔFuより広く設定する。よって、下り回線の第2の多元接続方式のパラメータに相当するキャリア周波数パラメータ数nが大きくなる。これは、選択可能なキャリア周波数が増えることに相当するので、同一の周波数帯域上に重複して通信回線が開かれる確率が軽減され、通信回線が相互に干渉を及ぼし合うことが少なくなる。
【選択図】 図2
【解決手段】下り回線のキャリア周波数帯域ΔFdを上り回線のキャリア周波数帯域ΔFuより広く設定する。よって、下り回線の第2の多元接続方式のパラメータに相当するキャリア周波数パラメータ数nが大きくなる。これは、選択可能なキャリア周波数が増えることに相当するので、同一の周波数帯域上に重複して通信回線が開かれる確率が軽減され、通信回線が相互に干渉を及ぼし合うことが少なくなる。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号分割多元接続方式を採用した無線通信システムおよび無線通信方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、スペクトラム拡散通信方式を採用したセルラ携帯電話の無線通信システムが商用化されている。この商用化セルラシステムの代表的な規格にIMT−2000 CDMA−DS(Code Division Multiple Access − Direct Sequence)方式がある。
【0003】
スペクトラム拡散通信方式の特徴は、通信の多元接続方式として符号分割多元接続(CDMA)方式を採用することにより、同一周波数帯域・同一時間帯における複数回線の通信を可能とすることである。このCDMA方式においては、拡散符号の利得差がキャリア周波数による利得差に比べて小さいので、一般的に通信回線間の相互干渉による通信の劣化が発生しやすい。そのため、各回線の通信品質を観測し、一定の通信品質になるように送信信号の送信電力を増減させる送信電力制御を行っている。
【0004】
しかし、拡散スペクトラム通信は、送信電力制御を実施してもなお通信間の相互干渉による通信の劣化が発生しやすいので、CDMA方式以外の多元接続方式(以下、第2の多元接続方式と記す)をCDMA方式と併用した通信システムが提案されている。
【0005】
IMT−2000 CDMA−DSの規格では、周波数帯域を上り回線と下り回線とで分離し、さらにそれぞれの回線を12の周波数帯域に分割し、通信チャネルを割り当てている。これは、符号分割多元接続(CDMA)方式と周波数分割多元接続(FDMA)方式を併用したCDMA−FDD方式と呼ばれる多元接続方式である。下り回線および上り回線の周波数帯域を分離したことにより、ある移動局1の上り回線の送信信号が移動局1の近傍に存在する別の移動局2に対し干渉を与えることを防止している。
【0006】
また、下り回線の信号の干渉により、移動局の受信品質が劣化することを防止するため、符号多元接続方式以外の多元接続を利用している発明もある(例えば、特許文献1参照)。一般的に、基地局から遠方にある移動局1に対する下り回線の送信電力は、近傍にいる移動局2に対する下り回線の送信電力より大きいと言えるため、この発明は、移動局1および移動局2で異なる第2の多元接続方式のパラメータを割り当てる。これにより、移動局1に対する下り回線の送信信号が、移動局2に対する下り回線の信号に干渉を及ぼすことを軽減できる。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−36950号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無線通信システムは、前記した特許文献に記載しているように下り回線が上り回線に比べて干渉の影響を受けやすいという特性を勘案せずに、無線資源(通信システムのリソース)としての周波数帯域の幅が、上り回線および下り回線で均等に割り当てられている。例えば、IMT−2000 CDMA−DSの規格では、上り回線の周波数帯域の幅が60MHz(1920〜1980MHz)、下り回線の周波数帯域の幅が60MHz(2110〜2170MHz)となっている。そのため、無線資源を有効に利用していないという課題がある。
【0009】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させることができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信システムは、符号分割多元接続方式と符号分割多元接続方式以外の多元接続方式とを併用し、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式において使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを、上り回線より下り回線により多く配分し、複数回線の通信を行う、構成を採る。
【0011】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を周波数分割多元接続方式とし、上り回線よりも下り回線に広い周波数帯域を配分する、構成を採る。
【0012】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を時分割多元接続方式とし、上り回線よりも下り回線に長い通信時間を配分する、構成を採る。
【0013】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、干渉により通信品質の劣化が発生している通信回線あるいは干渉により通信品質の劣化が予想される通信回線を特定し、複数の通信回線に前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式の異なるパラメータを割り当てる、構成を採る。
【0014】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、通信における送信パワの減衰量に基づいて、通信回線を複数のグループにグルーピングし、異なるグループの通信端末との通信には、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式における異なる一のパラメータを割り当てる、構成を採る。
【0015】
本発明の無線通信装置は、符号分割多元接続方式を用いて複数の通信端末と無線通信を行う第1の通信手段と、符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を用いて前記複数の通信端末と無線通信を行う第2の通信手段と、前記第2の通信手段において、下り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースが上り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースよりも多く配分されるように、前記第2の通信手段を制御する制御手段と、を具備する構成を採る。
【0016】
本発明の基地局装置は、上記の無線通信装置を具備する構成を採る。
【0017】
本発明の無線通信方法は、符号分割多元接続方式と符号分割多元接続方式以外の多元接続方式とを併用し、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式において使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを、上り回線より下り回線により多く配分し、複数回線の通信を行う、ようにした。
【0018】
本発明の無線通信プログラムは、符号分割多元接続方式を用いて複数の通信端末と無線通信を行う第1の通信ステップと、符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を用いて前記複数の通信端末と無線通信を行う第2の通信ステップと、前記第2の通信ステップの下り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを前記第2の通信ステップの上り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースよりも多く配分する配分ステップと、をコンピュータに実行させるようにした。
【0019】
これらの構成によれば、干渉による通信品質の劣化が上り通信に比べて大きく発生する下り通信において、符号分割多元接続方式以外の多元接続方式(第2の多元接続方式)に対し、より多くの単位伝送レート当たりの無線資源を配分することができるので、より多くの第2の多元接続方式のパラメータをとることができる。そのため、干渉による通信品質の劣化が発生している移動局(通信端末)との通信、あるいは干渉による通信品質の劣化の発生が予想される移動局との通信に対して、異なる第2の多元接続方式のパラメータを上り通信に比べて多く配分することができる。
【0020】
また、基地局から遠方の移動局1に対する強い送信電力の下り信号が、基地局近傍の移動局2の受信信号に与える干渉を防止するために必要な第2の多元接続パラメータをより多く得ることができる。
【0021】
よって、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、符号分割多元接続方式と符号分割多元接続方式以外の多元接続方式とを併用し、符号分割多元接続方式以外の多元接続方式において使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを、上り回線より下り回線により多く配分し、複数回線の通信を行うことである。
【0023】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の発明の実施の形態は、上りと下りの伝送レートが同一であるシステムについて記載している。
【0024】
(実施の形態1)
図1(a)および図1(b)は、拡散スペクトラム通信方式を採用したセルラ携帯電話システムにおいて、基地局と移動局間で通信される信号の強度(電力密度)を示した図である。本実施の形態に係る通信システムは、CDMA方式とFDMA方式を併用したスペクトラム拡散方式の通信を採用しており、送信電力制御も行われている。以下、これらの図を用いて、この通信システムの上り回線および下り回線が基地局および各移動局に及ぼす影響(干渉)について考察する。
【0025】
具体的には、(1)基地局100に対する移動局151の送信信号(上り回線)が基地局100から移動局152へ送信される信号(下り回線)に与える干渉、(2)基地局100に対する移動局151の送信信号S2(上り回線)が移動局152から基地局100へ送信される信号(上り回線)に与える干渉I2、(3)基地局100から移動局151へ送信される信号S3(下り回線)が基地局100から移動局152へ送信される信号(下り回線)に与える干渉I3、の3ケースの干渉を比較し、いずれの干渉が最も大きな影響を与えるかを考察する。なお、ここで上記(1)の干渉に関しては図示していない。また、実線および点線の矢印は、それぞれ通信される希望波および干渉波を示しており、矢印の太さは、信号の電力密度の大きさをイメージで示している。
【0026】
まず、上記(1)の干渉に関しては、上り回線および下り回線のキャリア周波数帯域を分離することで解消されている。一方、上記(2)の干渉I2、および(3)の干渉I3を比較した場合、下記の理由により(3)の干渉I3の方がより影響が大きい。
【0027】
すなわち、(2)の干渉I2に関しては、図1(a)に示すように、通常のスペクトラム通信のセルラ携帯電話システムでは、各通信がほぼ同じ通信品質になるように送信電力制御が行われているので、移動局151からの信号と移動局152からの信号の基地局100の受信信号の電力密度(P11’、P21’)は、遠方の移動局151と基地局100との距離および近傍の移動局152と基地局100との距離に関係なく、オーダー的にほぼ同じである。
【0028】
同様に、図1(b)に示すように、基地局100から移動局151に送信される信号(電力密度P11)が移動局151に到達した時点での電力密度P13と、基地局100から移動局152に送信される信号(電力密度P21)が移動局152に到達した時点での電力密度P22は、移動局における受信電力がほぼ一定となるように基地局100が送信電力制御されているため、移動局151と基地局100との間の距離および移動局152と基地局100と間の距離に関係なく、オーダー的にほぼ同じである。
【0029】
このとき、上記(3)の干渉I3に関しては、基地局100の遠方に存在する移動局151に対する基地局100の送信信号S3が、基地局100の近傍に存在する移動局152に干渉信号I3(電力密度P12)として受信されたとき、その電力密度は、本来の移動局152の希望波の受信電力密度(電力密度P22)よりはるかに大きい。これは、送信信号S3が減衰して遠方にある移動局151に到達したときの電力密度P13が、移動局152の希望波の受信電力密度P22とほぼ同一の電力密度となるように送信電力制御されているためである。よって、移動局152と同一の距離に到達したときの送信信号S3の電力密度P12は、移動局152の希望波の受信電力密度P22よりはるかに大きくなる。
【0030】
以上の検討より、互いの通信信号に与える影響(干渉)は、上記(2)の干渉I2より(3)の干渉I3の方が大きいため、(2)の干渉I2に対する対策よりも(3)の干渉I3に対する対策を優先させる必要があることがわかる。
【0031】
そこで本実施の形態では、干渉が発生した複数の通信回線、あるいは干渉が発生することが予想される複数の通信回線に対して、異なる周波数キャリアを割り当てる。具体的には、通信回線における送信パワの減衰量に基づいて、通信チャネルを複数のグループにグルーピングし、同一グループの通信チャネルには、同一の周波数キャリアを割り当てる。すなわち、異なるグループの通信チャネルには、異なる周波数キャリアを割り当てる。これにより、減衰量の差が大きい異なるグループの移動局には、干渉量が小さくなるように異なるグループの多元接続パラメータを割り当てることで、減衰量の大きい移動局に対して大きなパワで送信しても他の移動局に対して干渉量が小さくなるようにすることができる。したがって、無線資源あたりの通信品質を向上させることが可能になる。また、同一の通信品質を実現するにあたって、無線資源の量を削減することができるので、通信システムが収容する移動局の数を増やすことが可能になる。
【0032】
さらに、上記の干渉対策をより有効なものとするために、図2に示すように、下り回線のキャリア周波数帯域ΔFdを上り回線のキャリア周波数帯域ΔFuより広く設定する(式1参照)。1つのキャリア信号の周波数帯域をΔfとすると、キャリア周波数帯域がΔFdである下り回線において、異なるキャリア周波数にて開通することのできる回線数(キャリア周波数パラメータ数)nは、n=ΔFd/Δfとなる(式2参照)。よって、キャリア信号のキャリア周波数は順に、f1、f2、…、fnとなる。同様に、キャリア周波数帯域がΔFuの上り回線において、異なるキャリア周波数で開通することのできる回線数mは、m=ΔFu/Δfである。
【0033】
このように、下り回線のキャリア周波数帯域ΔFdを上り回線のキャリア周波数帯域ΔFuより広く設定することにより、下り回線の第2の多元接続方式のパラメータに相当するキャリア周波数パラメータ数nが大きくなる。これは、選択可能なキャリア周波数が増えることになるので、同一の周波数帯域上に重複して通信回線が開かれる確率が軽減され、通信回線が相互に干渉を及ぼし合うことが少なくなる。
【0034】
なお、図3に示すように、従来の無線通信システムでは、上り回線のキャリア周波数帯域ΔFuおよび下り回線のキャリア周波数帯域ΔFdは均等に割り当てられていた(式3参照)。よって、上り回線および下り回線のキャリア周波数パラメータ数nは等しくなっていた(式4参照)。
【0035】
従来から上り回線および下り回線の通信システムリソースを非対称に配分することはよく行われていることである。例えば、昨今急速に普及したADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)システムでは、上り回線および下り回線で異なる伝送レートが設定されているので、単位伝送レート当たりの通信システムリソースの配分を同じにすれば、伝送レートが大きい回線により多くの通信システムリソースが配分される。一方、本発明の場合は、送信信号が互いに及ぼす干渉を軽減するため、単位伝送レート当たりの通信システムリソースを非対称に配分するものである。
【0036】
なお、ここまで、説明を簡単にするため、移動局が移動局151、152の2つである場合を例にとって説明した。しかし、本実施の形態は、当然のことながら、図4に示すように複数の移動局153−1〜153−nが存在する場合にも適用することができる。すなわち、基地局100の遠方に存在する移動局153−nに対する送信信号S4が、基地局100の近傍の移動局153−1に与える干渉I4を上記の方法により軽減することができる。
【0037】
次いで、上記のような、上り回線および下り回線でキャリア周波数帯域を異なって割り当てる無線通信方法を単一の無線通信装置において実現する例を示す。図5は、本実施の形態に係る基地局装置の主要な構成を示したブロック図である。ここでは、上記の無線通信装置の一例として基地局装置を例にとった。
【0038】
この基地局装置は、CDMA送信部101、FDMA送信部102、送受信共用部103、アンテナ104、CDMA受信部105、FDMA受信部106、およびシステムリソース制御部107を有する。
【0039】
送信データは、CDMA送信部101およびFDMA送信部102においてそれぞれCDMA方式およびFDMA方式の無線送信処理が施され、送受信共用部103およびアンテナ104を介し、移動局に送信される。また、移動局から送信された信号は、アンテナ104で受信され、送受信共用部103を介し、CDMA受信部105およびFDMA受信部106においてそれぞれCDMA方式およびFDMA方式の無線受信処理が施され、受信データが取り出される。
【0040】
システムリソース制御部107は、上記のキャリア周波数帯域の割り当てが行われるように、FDMA送信部102およびFDMA受信部106を制御する。これにより、上記の無線通信方法が実現される。
【0041】
なお、上記のキャリア周波数の割り当て方法を、プログラム化して記憶媒体に記憶させても良い。基地局が、このプログラムに従って、通信回線のキャリア周波数の割り当てを実行することにより、上記と同様の作用効果を及ぼす通信システムを実現できる。
【0042】
このように、本実施の形態によれば、干渉による通信品質の劣化が発生する下り通信において、CDMA方式以外の多元接続方式(第2の多元接続方式)に対し、より多くの単位伝送レート当たりの無線資源を配分するので、第2の多元接続方式のパラメータの選択幅が大きくなる。そのため、干渉により通信品質が劣化している移動局(通信端末)との通信、あるいは干渉により通信品質が劣化することが予想される移動局との通信に対し、第2の多元接続方式のパラメータをより多く配分することができる。よって、基地局の遠方に存在する移動局に対する送信電力の強い下り信号が、基地局の近傍に存在する移動局の受信信号に与える干渉を軽減することができる。すなわち、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させることができる。
【0043】
(実施の形態2)
本実施の形態の特徴は、CDMA方式とTDMA(時分割多元接続)方式を併用する通信システムに本発明を適用したことである。すなわち、基地局と移動局(通信端末)との通信における送信パワの減衰量に基づいて、通信端末を複数のグループにグルーピングし、同一グループの通信端末との通信には、同一のタイムスロットを割り当てる。すなわち異なるグループには、異なるタイムスロットを割り当てる。
【0044】
このとき、図6に示すように、下り回線の通信時間ΔTdを上り回線の通信時間ΔTuより長く設定する(式5参照)。これにより、第2の多元接続方式のパラメータに相当する選択可能なタイムスロット数n(式6参照)が大きくなる。よって、同一の時間帯(タイムスロット)に重複して通信が行われる確率が軽減され、通信回線が相互に干渉を及ぼし合うことが少なくなる。なお、従来の無線通信システムでは、単位伝送レート当たりの上り回線の通信時間ΔTuと単位伝送レート当たりの下り回線の通信時間ΔTdとは均等に割り当てられていたため、上り回線および下り回線の選択可能なタイムスロット数nは等しくなっていた(式7参照)。
【0045】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態1と同様に、干渉による通信品質の劣化が発生する下り通信において、CDMA方式以外の多元接続方式(第2の多元接続方式)に対し、より多くの単位伝送レート当たりの無線資源を配分するので、第2の多元接続方式のパラメータの選択幅が大きくなる。そのため、干渉により通信品質が劣化している移動局(通信端末)との通信、あるいは干渉により通信品質が劣化することが予想される移動局との通信に対し、第2の多元接続方式のパラメータをより多く配分することができる。よって、基地局の遠方に存在する移動局に対する送信電力の強い下り信号が、基地局の近傍に存在する移動局の受信信号に与える干渉を軽減することができる。すなわち、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させることができる。
【0046】
なお、実施の形態1で、CDMA方式とFDMA方式を併用した通信システムについて、実施の形態2で、CDMA方式とTDMA方式を併用した通信システムについて説明したが、本発明は、CDMA方式とCDMA方式以外の多元接続方式を併用した全ての通信システムに応用可能である。
【0047】
また、実施の形態1および実施の形態2に記載した干渉対策方法以外でも、干渉による通信品質の劣化が生じている、あるいは劣化が予想される複数の通信回線に、第2の多元接続方式の異なる多元接続方式のパラメータを割り当てることにより、干渉による通信品質の劣化を防止することができる。
【0048】
本発明に係る無線通信装置は、CDMA方式とCDMA方式以外の多元接続方式とを併用した基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する基地局装置を提供することができる。
【0049】
なお、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、ソフトウェアで実現することも可能である。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)拡散スペクトラム通信方式を採用したセルラ携帯電話システムにおいて、基地局と移動局間で通信される上り回線の信号の強度を示した図
(b)拡散スペクトラム通信方式を採用したセルラ携帯電話システムにおいて、下り回線の基地局と移動局間で通信される信号の強度を示した図
【図2】本発明の実施の形態1に係る無線通信方法を説明した図
【図3】従来の通信システムの無線通信方法を説明した図
【図4】移動局が複数存在する場合を説明した図
【図5】本発明の実施の形態1に係る無線通信装置の主要な構成を示すブロック図
【図6】本発明の実施の形態2に係る無線通信方法を説明した図
【符号の説明】
100 基地局
101 CDMA送信部
102 FDMA送信部
103 送受信共用部
104 アンテナ
105 CDMA受信部
106 FDMA受信部
107 システムリソース制御部
151、152、153 移動局
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号分割多元接続方式を採用した無線通信システムおよび無線通信方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、スペクトラム拡散通信方式を採用したセルラ携帯電話の無線通信システムが商用化されている。この商用化セルラシステムの代表的な規格にIMT−2000 CDMA−DS(Code Division Multiple Access − Direct Sequence)方式がある。
【0003】
スペクトラム拡散通信方式の特徴は、通信の多元接続方式として符号分割多元接続(CDMA)方式を採用することにより、同一周波数帯域・同一時間帯における複数回線の通信を可能とすることである。このCDMA方式においては、拡散符号の利得差がキャリア周波数による利得差に比べて小さいので、一般的に通信回線間の相互干渉による通信の劣化が発生しやすい。そのため、各回線の通信品質を観測し、一定の通信品質になるように送信信号の送信電力を増減させる送信電力制御を行っている。
【0004】
しかし、拡散スペクトラム通信は、送信電力制御を実施してもなお通信間の相互干渉による通信の劣化が発生しやすいので、CDMA方式以外の多元接続方式(以下、第2の多元接続方式と記す)をCDMA方式と併用した通信システムが提案されている。
【0005】
IMT−2000 CDMA−DSの規格では、周波数帯域を上り回線と下り回線とで分離し、さらにそれぞれの回線を12の周波数帯域に分割し、通信チャネルを割り当てている。これは、符号分割多元接続(CDMA)方式と周波数分割多元接続(FDMA)方式を併用したCDMA−FDD方式と呼ばれる多元接続方式である。下り回線および上り回線の周波数帯域を分離したことにより、ある移動局1の上り回線の送信信号が移動局1の近傍に存在する別の移動局2に対し干渉を与えることを防止している。
【0006】
また、下り回線の信号の干渉により、移動局の受信品質が劣化することを防止するため、符号多元接続方式以外の多元接続を利用している発明もある(例えば、特許文献1参照)。一般的に、基地局から遠方にある移動局1に対する下り回線の送信電力は、近傍にいる移動局2に対する下り回線の送信電力より大きいと言えるため、この発明は、移動局1および移動局2で異なる第2の多元接続方式のパラメータを割り当てる。これにより、移動局1に対する下り回線の送信信号が、移動局2に対する下り回線の信号に干渉を及ぼすことを軽減できる。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−36950号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無線通信システムは、前記した特許文献に記載しているように下り回線が上り回線に比べて干渉の影響を受けやすいという特性を勘案せずに、無線資源(通信システムのリソース)としての周波数帯域の幅が、上り回線および下り回線で均等に割り当てられている。例えば、IMT−2000 CDMA−DSの規格では、上り回線の周波数帯域の幅が60MHz(1920〜1980MHz)、下り回線の周波数帯域の幅が60MHz(2110〜2170MHz)となっている。そのため、無線資源を有効に利用していないという課題がある。
【0009】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させることができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信システムは、符号分割多元接続方式と符号分割多元接続方式以外の多元接続方式とを併用し、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式において使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを、上り回線より下り回線により多く配分し、複数回線の通信を行う、構成を採る。
【0011】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を周波数分割多元接続方式とし、上り回線よりも下り回線に広い周波数帯域を配分する、構成を採る。
【0012】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を時分割多元接続方式とし、上り回線よりも下り回線に長い通信時間を配分する、構成を採る。
【0013】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、干渉により通信品質の劣化が発生している通信回線あるいは干渉により通信品質の劣化が予想される通信回線を特定し、複数の通信回線に前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式の異なるパラメータを割り当てる、構成を採る。
【0014】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、通信における送信パワの減衰量に基づいて、通信回線を複数のグループにグルーピングし、異なるグループの通信端末との通信には、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式における異なる一のパラメータを割り当てる、構成を採る。
【0015】
本発明の無線通信装置は、符号分割多元接続方式を用いて複数の通信端末と無線通信を行う第1の通信手段と、符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を用いて前記複数の通信端末と無線通信を行う第2の通信手段と、前記第2の通信手段において、下り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースが上り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースよりも多く配分されるように、前記第2の通信手段を制御する制御手段と、を具備する構成を採る。
【0016】
本発明の基地局装置は、上記の無線通信装置を具備する構成を採る。
【0017】
本発明の無線通信方法は、符号分割多元接続方式と符号分割多元接続方式以外の多元接続方式とを併用し、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式において使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを、上り回線より下り回線により多く配分し、複数回線の通信を行う、ようにした。
【0018】
本発明の無線通信プログラムは、符号分割多元接続方式を用いて複数の通信端末と無線通信を行う第1の通信ステップと、符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を用いて前記複数の通信端末と無線通信を行う第2の通信ステップと、前記第2の通信ステップの下り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを前記第2の通信ステップの上り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースよりも多く配分する配分ステップと、をコンピュータに実行させるようにした。
【0019】
これらの構成によれば、干渉による通信品質の劣化が上り通信に比べて大きく発生する下り通信において、符号分割多元接続方式以外の多元接続方式(第2の多元接続方式)に対し、より多くの単位伝送レート当たりの無線資源を配分することができるので、より多くの第2の多元接続方式のパラメータをとることができる。そのため、干渉による通信品質の劣化が発生している移動局(通信端末)との通信、あるいは干渉による通信品質の劣化の発生が予想される移動局との通信に対して、異なる第2の多元接続方式のパラメータを上り通信に比べて多く配分することができる。
【0020】
また、基地局から遠方の移動局1に対する強い送信電力の下り信号が、基地局近傍の移動局2の受信信号に与える干渉を防止するために必要な第2の多元接続パラメータをより多く得ることができる。
【0021】
よって、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、符号分割多元接続方式と符号分割多元接続方式以外の多元接続方式とを併用し、符号分割多元接続方式以外の多元接続方式において使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを、上り回線より下り回線により多く配分し、複数回線の通信を行うことである。
【0023】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の発明の実施の形態は、上りと下りの伝送レートが同一であるシステムについて記載している。
【0024】
(実施の形態1)
図1(a)および図1(b)は、拡散スペクトラム通信方式を採用したセルラ携帯電話システムにおいて、基地局と移動局間で通信される信号の強度(電力密度)を示した図である。本実施の形態に係る通信システムは、CDMA方式とFDMA方式を併用したスペクトラム拡散方式の通信を採用しており、送信電力制御も行われている。以下、これらの図を用いて、この通信システムの上り回線および下り回線が基地局および各移動局に及ぼす影響(干渉)について考察する。
【0025】
具体的には、(1)基地局100に対する移動局151の送信信号(上り回線)が基地局100から移動局152へ送信される信号(下り回線)に与える干渉、(2)基地局100に対する移動局151の送信信号S2(上り回線)が移動局152から基地局100へ送信される信号(上り回線)に与える干渉I2、(3)基地局100から移動局151へ送信される信号S3(下り回線)が基地局100から移動局152へ送信される信号(下り回線)に与える干渉I3、の3ケースの干渉を比較し、いずれの干渉が最も大きな影響を与えるかを考察する。なお、ここで上記(1)の干渉に関しては図示していない。また、実線および点線の矢印は、それぞれ通信される希望波および干渉波を示しており、矢印の太さは、信号の電力密度の大きさをイメージで示している。
【0026】
まず、上記(1)の干渉に関しては、上り回線および下り回線のキャリア周波数帯域を分離することで解消されている。一方、上記(2)の干渉I2、および(3)の干渉I3を比較した場合、下記の理由により(3)の干渉I3の方がより影響が大きい。
【0027】
すなわち、(2)の干渉I2に関しては、図1(a)に示すように、通常のスペクトラム通信のセルラ携帯電話システムでは、各通信がほぼ同じ通信品質になるように送信電力制御が行われているので、移動局151からの信号と移動局152からの信号の基地局100の受信信号の電力密度(P11’、P21’)は、遠方の移動局151と基地局100との距離および近傍の移動局152と基地局100との距離に関係なく、オーダー的にほぼ同じである。
【0028】
同様に、図1(b)に示すように、基地局100から移動局151に送信される信号(電力密度P11)が移動局151に到達した時点での電力密度P13と、基地局100から移動局152に送信される信号(電力密度P21)が移動局152に到達した時点での電力密度P22は、移動局における受信電力がほぼ一定となるように基地局100が送信電力制御されているため、移動局151と基地局100との間の距離および移動局152と基地局100と間の距離に関係なく、オーダー的にほぼ同じである。
【0029】
このとき、上記(3)の干渉I3に関しては、基地局100の遠方に存在する移動局151に対する基地局100の送信信号S3が、基地局100の近傍に存在する移動局152に干渉信号I3(電力密度P12)として受信されたとき、その電力密度は、本来の移動局152の希望波の受信電力密度(電力密度P22)よりはるかに大きい。これは、送信信号S3が減衰して遠方にある移動局151に到達したときの電力密度P13が、移動局152の希望波の受信電力密度P22とほぼ同一の電力密度となるように送信電力制御されているためである。よって、移動局152と同一の距離に到達したときの送信信号S3の電力密度P12は、移動局152の希望波の受信電力密度P22よりはるかに大きくなる。
【0030】
以上の検討より、互いの通信信号に与える影響(干渉)は、上記(2)の干渉I2より(3)の干渉I3の方が大きいため、(2)の干渉I2に対する対策よりも(3)の干渉I3に対する対策を優先させる必要があることがわかる。
【0031】
そこで本実施の形態では、干渉が発生した複数の通信回線、あるいは干渉が発生することが予想される複数の通信回線に対して、異なる周波数キャリアを割り当てる。具体的には、通信回線における送信パワの減衰量に基づいて、通信チャネルを複数のグループにグルーピングし、同一グループの通信チャネルには、同一の周波数キャリアを割り当てる。すなわち、異なるグループの通信チャネルには、異なる周波数キャリアを割り当てる。これにより、減衰量の差が大きい異なるグループの移動局には、干渉量が小さくなるように異なるグループの多元接続パラメータを割り当てることで、減衰量の大きい移動局に対して大きなパワで送信しても他の移動局に対して干渉量が小さくなるようにすることができる。したがって、無線資源あたりの通信品質を向上させることが可能になる。また、同一の通信品質を実現するにあたって、無線資源の量を削減することができるので、通信システムが収容する移動局の数を増やすことが可能になる。
【0032】
さらに、上記の干渉対策をより有効なものとするために、図2に示すように、下り回線のキャリア周波数帯域ΔFdを上り回線のキャリア周波数帯域ΔFuより広く設定する(式1参照)。1つのキャリア信号の周波数帯域をΔfとすると、キャリア周波数帯域がΔFdである下り回線において、異なるキャリア周波数にて開通することのできる回線数(キャリア周波数パラメータ数)nは、n=ΔFd/Δfとなる(式2参照)。よって、キャリア信号のキャリア周波数は順に、f1、f2、…、fnとなる。同様に、キャリア周波数帯域がΔFuの上り回線において、異なるキャリア周波数で開通することのできる回線数mは、m=ΔFu/Δfである。
【0033】
このように、下り回線のキャリア周波数帯域ΔFdを上り回線のキャリア周波数帯域ΔFuより広く設定することにより、下り回線の第2の多元接続方式のパラメータに相当するキャリア周波数パラメータ数nが大きくなる。これは、選択可能なキャリア周波数が増えることになるので、同一の周波数帯域上に重複して通信回線が開かれる確率が軽減され、通信回線が相互に干渉を及ぼし合うことが少なくなる。
【0034】
なお、図3に示すように、従来の無線通信システムでは、上り回線のキャリア周波数帯域ΔFuおよび下り回線のキャリア周波数帯域ΔFdは均等に割り当てられていた(式3参照)。よって、上り回線および下り回線のキャリア周波数パラメータ数nは等しくなっていた(式4参照)。
【0035】
従来から上り回線および下り回線の通信システムリソースを非対称に配分することはよく行われていることである。例えば、昨今急速に普及したADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)システムでは、上り回線および下り回線で異なる伝送レートが設定されているので、単位伝送レート当たりの通信システムリソースの配分を同じにすれば、伝送レートが大きい回線により多くの通信システムリソースが配分される。一方、本発明の場合は、送信信号が互いに及ぼす干渉を軽減するため、単位伝送レート当たりの通信システムリソースを非対称に配分するものである。
【0036】
なお、ここまで、説明を簡単にするため、移動局が移動局151、152の2つである場合を例にとって説明した。しかし、本実施の形態は、当然のことながら、図4に示すように複数の移動局153−1〜153−nが存在する場合にも適用することができる。すなわち、基地局100の遠方に存在する移動局153−nに対する送信信号S4が、基地局100の近傍の移動局153−1に与える干渉I4を上記の方法により軽減することができる。
【0037】
次いで、上記のような、上り回線および下り回線でキャリア周波数帯域を異なって割り当てる無線通信方法を単一の無線通信装置において実現する例を示す。図5は、本実施の形態に係る基地局装置の主要な構成を示したブロック図である。ここでは、上記の無線通信装置の一例として基地局装置を例にとった。
【0038】
この基地局装置は、CDMA送信部101、FDMA送信部102、送受信共用部103、アンテナ104、CDMA受信部105、FDMA受信部106、およびシステムリソース制御部107を有する。
【0039】
送信データは、CDMA送信部101およびFDMA送信部102においてそれぞれCDMA方式およびFDMA方式の無線送信処理が施され、送受信共用部103およびアンテナ104を介し、移動局に送信される。また、移動局から送信された信号は、アンテナ104で受信され、送受信共用部103を介し、CDMA受信部105およびFDMA受信部106においてそれぞれCDMA方式およびFDMA方式の無線受信処理が施され、受信データが取り出される。
【0040】
システムリソース制御部107は、上記のキャリア周波数帯域の割り当てが行われるように、FDMA送信部102およびFDMA受信部106を制御する。これにより、上記の無線通信方法が実現される。
【0041】
なお、上記のキャリア周波数の割り当て方法を、プログラム化して記憶媒体に記憶させても良い。基地局が、このプログラムに従って、通信回線のキャリア周波数の割り当てを実行することにより、上記と同様の作用効果を及ぼす通信システムを実現できる。
【0042】
このように、本実施の形態によれば、干渉による通信品質の劣化が発生する下り通信において、CDMA方式以外の多元接続方式(第2の多元接続方式)に対し、より多くの単位伝送レート当たりの無線資源を配分するので、第2の多元接続方式のパラメータの選択幅が大きくなる。そのため、干渉により通信品質が劣化している移動局(通信端末)との通信、あるいは干渉により通信品質が劣化することが予想される移動局との通信に対し、第2の多元接続方式のパラメータをより多く配分することができる。よって、基地局の遠方に存在する移動局に対する送信電力の強い下り信号が、基地局の近傍に存在する移動局の受信信号に与える干渉を軽減することができる。すなわち、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させることができる。
【0043】
(実施の形態2)
本実施の形態の特徴は、CDMA方式とTDMA(時分割多元接続)方式を併用する通信システムに本発明を適用したことである。すなわち、基地局と移動局(通信端末)との通信における送信パワの減衰量に基づいて、通信端末を複数のグループにグルーピングし、同一グループの通信端末との通信には、同一のタイムスロットを割り当てる。すなわち異なるグループには、異なるタイムスロットを割り当てる。
【0044】
このとき、図6に示すように、下り回線の通信時間ΔTdを上り回線の通信時間ΔTuより長く設定する(式5参照)。これにより、第2の多元接続方式のパラメータに相当する選択可能なタイムスロット数n(式6参照)が大きくなる。よって、同一の時間帯(タイムスロット)に重複して通信が行われる確率が軽減され、通信回線が相互に干渉を及ぼし合うことが少なくなる。なお、従来の無線通信システムでは、単位伝送レート当たりの上り回線の通信時間ΔTuと単位伝送レート当たりの下り回線の通信時間ΔTdとは均等に割り当てられていたため、上り回線および下り回線の選択可能なタイムスロット数nは等しくなっていた(式7参照)。
【0045】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態1と同様に、干渉による通信品質の劣化が発生する下り通信において、CDMA方式以外の多元接続方式(第2の多元接続方式)に対し、より多くの単位伝送レート当たりの無線資源を配分するので、第2の多元接続方式のパラメータの選択幅が大きくなる。そのため、干渉により通信品質が劣化している移動局(通信端末)との通信、あるいは干渉により通信品質が劣化することが予想される移動局との通信に対し、第2の多元接続方式のパラメータをより多く配分することができる。よって、基地局の遠方に存在する移動局に対する送信電力の強い下り信号が、基地局の近傍に存在する移動局の受信信号に与える干渉を軽減することができる。すなわち、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させることができる。
【0046】
なお、実施の形態1で、CDMA方式とFDMA方式を併用した通信システムについて、実施の形態2で、CDMA方式とTDMA方式を併用した通信システムについて説明したが、本発明は、CDMA方式とCDMA方式以外の多元接続方式を併用した全ての通信システムに応用可能である。
【0047】
また、実施の形態1および実施の形態2に記載した干渉対策方法以外でも、干渉による通信品質の劣化が生じている、あるいは劣化が予想される複数の通信回線に、第2の多元接続方式の異なる多元接続方式のパラメータを割り当てることにより、干渉による通信品質の劣化を防止することができる。
【0048】
本発明に係る無線通信装置は、CDMA方式とCDMA方式以外の多元接続方式とを併用した基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する基地局装置を提供することができる。
【0049】
なお、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、ソフトウェアで実現することも可能である。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通信回線間の干渉を防止し、無線資源あたりの通信品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)拡散スペクトラム通信方式を採用したセルラ携帯電話システムにおいて、基地局と移動局間で通信される上り回線の信号の強度を示した図
(b)拡散スペクトラム通信方式を採用したセルラ携帯電話システムにおいて、下り回線の基地局と移動局間で通信される信号の強度を示した図
【図2】本発明の実施の形態1に係る無線通信方法を説明した図
【図3】従来の通信システムの無線通信方法を説明した図
【図4】移動局が複数存在する場合を説明した図
【図5】本発明の実施の形態1に係る無線通信装置の主要な構成を示すブロック図
【図6】本発明の実施の形態2に係る無線通信方法を説明した図
【符号の説明】
100 基地局
101 CDMA送信部
102 FDMA送信部
103 送受信共用部
104 アンテナ
105 CDMA受信部
106 FDMA受信部
107 システムリソース制御部
151、152、153 移動局
Claims (9)
- 符号分割多元接続方式と符号分割多元接続方式以外の多元接続方式とを併用し、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式において使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを、上り回線より下り回線により多く配分し、複数回線の通信を行う、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を周波数分割多元接続方式とし、上り回線よりも下り回線に広い周波数帯域を配分する、
ことを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。 - 前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を時分割多元接続方式とし、上り回線よりも下り回線に長い通信時間を配分する、
ことを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。 - 請求項1記載の無線通信システムにおいて、
干渉により通信品質の劣化が発生している通信回線あるいは干渉により通信品質の劣化が予想される通信回線を特定し、複数の通信回線に前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式の異なるパラメータを割り当てる、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 通信における送信パワの減衰量に基づいて、通信回線を複数のグループにグルーピングし、異なるグループの通信端末との通信には、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式における異なる一のパラメータを割り当てる、
ことを特徴とする請求項4記載の無線通信システム。 - 符号分割多元接続方式を用いて複数の通信端末と無線通信を行う第1の通信手段と、
符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を用いて前記複数の通信端末と無線通信を行う第2の通信手段と、
前記第2の通信手段において、下り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースが上り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースよりも多く配分されるように、前記第2の通信手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。 - 請求項6記載の無線通信装置を具備することを特徴とする基地局装置。
- 符号分割多元接続方式と符号分割多元接続方式以外の多元接続方式とを併用し、前記符号分割多元接続方式以外の多元接続方式において使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを、上り回線より下り回線により多く配分し、複数回線の通信を行う、
ことを特徴とする無線通信方法。 - 符号分割多元接続方式を用いて複数の通信端末と無線通信を行う第1の通信ステップと、
符号分割多元接続方式以外の多元接続方式を用いて前記複数の通信端末と無線通信を行う第2の通信ステップと、
前記第2の通信ステップの下り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースを前記第2の通信ステップの上り回線に使用される単位伝送レート当たりの通信システムリソースよりも多く配分する配分ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする無線通信プログラム。
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2003
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