JP5624951B2 - 無線通信システムにおける送信電力調整方法および基地局 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信技術に関し、特に、セルラ型の無線通信システムにおいて、周波数帯域毎に送信電力を制御する技術に関する。

移動体無線通信では、移動する端末と基地局が通信するために、面として広がるサービスエリアを構成する必要があり、セルラ方式が一般的である。セルラ方式の無線通信システムでは、複数の基地局あるいはアンテナが分散して配置され、それら基地局あるいはアンテナからの電波が到達する範囲にセルと呼ばれる無線通信可能な領域が提供される。これにより面として広がる無線通信のサービスエリアが形成される。基地局は、指向性アンテナを用いることにより、セルを角度で分割して、セクタと呼ばれる複数の電波到達範囲を持つ場合もある。セクタ構成としては、セルを３つに分割する３セクタ構成が一般的である。セクタは、アンテナの指向性を利用して空間を角度で分割して構成されるセルと見なすこともできる。以下、本願発明では、セクタとセルの両方の概念を含めてセルと称する場合がある。

無線通信システムにおいて、端末は、複数の基地局あるいはアンテナからの信号を受信可能な場合には、信号品質が最も高い基地局に接続するよう制御される。また、無線通信システムは、端末の移動に伴って、端末が接続する基地局を次々に切替えるハンドオーバーという仕組みを持つことで、端末が移動しながらも無線通信を維持することができる。端末の移動時の接続性を確保するために、各基地局あるいはアンテナが形成するサービスエリアの境界は重なりあっている。各基地局あるいは各アンテナから送信される信号は、それぞれの基地局あるいはアンテナに接続している端末にとっては情報であるが、他の基地局あるいはアンテナと接続している端末の通信にとっては干渉となってしまう。このような干渉は、干渉を受けている端末にとっては妨害であり、通信品質の劣化やスループットの低下を招く。

サービスエリア境界での基地局間の干渉を低減するために、互いに隣接する３つの基地局が、それぞれ異なる周波数を利用するようにし、無線通信システム内でこれら３つの周波数を基地局に繰り返割り当てることで干渉を回避するエリア設計が行われる場合がある、これをリユース３で使用しているという。これに対して同一周波数を繰り返し利用するエリア設計をリユース１という。
Ｍｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸ(非特許文献１)では、基地局間の干渉を低減しつつ、各基地局が使用できる周波数を増やす仕組みが知られている。この仕組みは、複数の基地局あるいはアンテナが互いに、周波数リソースの送信電力に重みを付け、あるいは周波数リソースの選択を行うことで、利用する周波数リソースを分け合い、干渉の発生を抑えるものであり、非特許文献２ではＦＦＲ（Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｕｓｅ）として記載されている。この技術では隣接セルとのセル境界部分のみリユース３で周波数を使用し、各基地局の中央部ではリユース１で周波数を使用する構成となる。

また、干渉低減の技術として、特許文献１に記載された方法がある。特許文献１は送信フレームを時間軸方向にサブチャネルサブセット使用ゾーンとサブチャネル使用ゾーンに分割し、サブチャネルサブセット使用ゾーンを周波数軸方向に複数のゾーンに分割し、複合的な優先度順にコネクションを予め決められたゾーンに割り当て、優先ゾーンとし、所要信号品質まで改善するのに必要な電力値を割り当てるようにしたものである。

特開２００９−２１７８７号公報

IEEE802.16-2004 (Part16：Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems) 8.4 節 WirelessMAN-OFDMA PHY "Mobile WiMAX - Part I: A Technical Overview and Performance Evaluation", WiMAX Forum, March, 2006.

近年、スマートフォンやネットブックの普及から、移動体無線通信のトラフィックが急増している。各通信システムは、周波数を追加することができれば通信容量を増やすことができるが、各通信システムへの周波数割り当ては有限であるため、容易には周波数を追加することができない。そこで、現状無線通信システムに割り当てられている周波数帯域内で、周波数利用効率を高めることで通信容量を増加させることが求められている。特に近年は干渉を回避しながら周波数利用効率を高めるＦＦＲ技術の推進が求められている。また、トラフィックの急増に対応すべく、エリア密度の増加（単位エリア当たりの基地局設置数を増やすこと）が求められている。エリア密度を増加するためには、基地局の設置条件を緩和する必要があるが、そのためには基地局の小型化が必要である。基地局の送信電力は発熱量と関係があり、送信電力が高い場合には基地局容積を増加させることで熱容量を確保せざるを得ない。そのため、基地局を小型化するために発熱量を抑えるために送信電力を制御することが必要である。前述のＦＦＲは、送信電力が固定であるため、送信電力を制限した状態で最適な送信電力制御を行うことが出来ない。また、特許文献１は送信電力は可変であるが、送信電力を考慮した周波数スケジューリングを実施していないため、同様に最適な制御とはならないケースがあった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、基地局の総送信電力を抑えながら、端末の所要電力を確保し、ＦＦＲ技術を高い周波数利用効率にて実現することで、基地局の小型化と通信容量の増加の両方を実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、基地局の無線回線制御部は、
無線通信システムに割り当てられた周波数帯域を複数の周波数帯域に分割し、複数の周波数帯域のうちの第一の周波数帯域を、第一の端末グループに割り当て、別の周波数帯域を、第一の端末グループとは異なる第二の端末グループに割り当てて通信を行う場合に、第一の端末グループおよび第二の端末グループに対する送信電力の総量が、基地局について予め設定された最大総送信電力以下となるように制御しつつ、第一の周波数帯域については、端末に対する単位周波数あたりの送信電力を固定とし、第二の周波数帯域については、予め設定した基準を満たすための各端末の目標送信電力に基づいて単位周波数あたりの送信電力の調整を行うようにした。

本発明によれば、基地局の総送信電力を抑えながら、端末の所要電力を確保でき、またＦＦＲ技術を高い周波数利用効率にて実現できるため、基地局の小型化と通信容量の増加が図れる。

無線通信システムの構成例を示す図である。 ＦＦＲ適用時の隣接する３つの基地局の無線リソースの分配を説明する図である。 ＦＦＲにおけるエリア設計の例である。 基地局の構成例である。 無線回線制御部の構成例である。 Ｍｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸの送信フレームのマッピング図である。 本発明の一実施例における基地局の端末振り分け時の処理内容を説明するフローチャートである。 本発明の一実施例における基地局の送信電力調整と端末スケジューリングの処理内容を説明するフローチャートである。 本発明の一実施例における基地局の端末の振り分けと電力制御処理の内容を説明するフローチャートである。 ＦＡ＿ＯＵＴとＦＡ＿ＩＮの端末数比によって、ＦＡ＿ＯＵＴの端末をＦＡ_ＩＮに移動する際のアルゴリズムの一例である。 本発明の一実施例におけるスケジューリング動作を説明する図である。 本発明の一実施例におけるスケジューリングを説明する図である。 本発明の一実施例におけるスケジューリングを説明する図である。 基地局内の周波数間の移動にハンドオーバーを使用する際のシーケンスを示す図である。 基地局の送信電力毎の伝搬距離と端末が得られるＣＩＮＲのシミュレーション結果を示す図である。 実施例２の送信フレームの周波数軸と時間軸のマッピングを示す図である。 実施例３の送信フレームの周波数軸と時間軸のマッピングを示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

まず、本発明を適用する移動体通信システムの構成について説明する。
図１は、無線通信システムの構成例を示す図である。
基地局２１〜２３はコア側装置３０を介してコアネットワークに接続し、データ通信を行っている。基地局２１は、コア側装置３０から得た情報を高周波信号に変換し、無線信号により端末４０に送信する。端末４０はその無線信号を受信し、信号処理を行なって情報に変換して、コア側装置３０との通信を実現する。一方、端末４０が生成した情報は、端末４０において高周波信号に変換され、無線信号により基地局２１に送信される。端末４０から送信され、基地局２１が受信した無線信号は、信号処理によって情報に変換され、コア側装置３０に送られる。基地局２１〜２３は、地理的に分散して配置され、それぞれが異なる場所で信号を送信している。端末４０が、基地局２１以外の基地局が送信する信号を受信した場合、その信号は干渉波として受信される。

基地局間の干渉を低減するための１つの方法として、前述のＦＦＲが知られている。ＦＦＲは、隣接する基地局が、互いに周波数リソースを分け合い、送信電力に重みを付け、特定の周波数帯での干渉を抑えてスループットの向上を図る技術である。以下で図３、図４を用いてＦＦＲについて少し詳しく説明する。

図２はＦＦＲ適用時の隣接する３つの基地局の無線リソースの分配を説明する図である。
図３は図２のリソース分配によるエリア設計の例である。
図３において縦軸が電力Ｐ、横軸が周波数ｆを示している。
本実施例はＭｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ 規格名ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ）を例として説明する。ＷｉＭＡＸでは、例えばシステム全体で使用可能な帯域が３０ＭＨｚの場合、図のように１０ＭＨｚ毎に周波数帯域を複数のグループに分けている。ＷｉＭＡＸのように基地局と端末間で送受信する無線信号の変調方式としてＯＦＤＭを用いるシステムでは、周波数帯域はサブキャリアと呼ばれるＦＦＴで分解された要素の集合である。前述した周波数帯域のグループは複数のサブキャリアをまとめることで構成されている。サブキャリアは周波数軸上の最小単位で、１つのサブキャリアは単位時間あたり１つのシンボルを送信する。基地局の送信電力はサブキャリア当りの送信電力とサブキャリア数の積で決まる。サブキャリア当りの送信電力は電波の到達範囲に関係が有る。本発明はこのサブキャリア当りの送信電力を可変とし、制御するものである。

図２において、周波数帯域１１，１４，１７は、同じ周波数帯域を示している。同様に、周波数帯域１２，１５，１８と、周波数帯域１３，１６，１９も同じ周波数帯域を示している。基地局２１を例に取ると、セル中央エリアにはサブキャリア当りの送信電力の低い１８、１９で示す周波数帯域を割り当てる。基地局２２と基地局２３も同様にセル中央エリアにはサブキャリア当りの送信電力の低い周波数帯域１１、１２と、１４、１６を割り当て、セル境界エリアには、それぞれ周波数帯域１３、１５、１７を使用するように割り当てる。
このように周波数帯域の割り当てを行うと図３に示す様なエリア設計を行うことになる。基地局２１，２２，２３のセルが重なっているセル境界エリアでは、異なる周波数帯域１３、１５、１７を割り当てているため、同一周波数が重なる部分が無く、また、セル中央エリアの周波数帯域１１、１２、１４、１６、１８、１９は同一周波数帯域も含まれるが、セル中央であるためエリアの重なりが発生しない。

このようにＦＦＲでは、隣接する基地局間のセル境界エリアにおいては、移動体端末に割り当てる周波数帯域として同じ周波数帯域を使用しないようにすることで、セル境界エリアの干渉を避けている。基地局のセル中央エリアにおいては、サブキャリア当りの送信電力の低い周波数帯域を割り当てることで、周波数の干渉を少なくして、隣接基地局においても同じ周波数を利用することができる。この様にＦＦＲは干渉低減と周波数利用効率の両立を図る技術である。

図４に、基地局の構成例を示す。基地局２１は、複数の送受信アンテナを備えている。また、基地局２１は、無線回線制御部２００と、スケジューラ制御部２０１と、制御信号制御部２０２と、ＣＰＵ２０３と、メモリ２０４と、有線回線制御部２０５とを備えている。有線回線制御部２０５には、ネットワーク回線２０６が接続されている。端末や、隣接基地局等とのやり取りを行なうシグナリングは、制御信号制御部２０２で生成され、端末へはスケジューラ制御部２０１で指定したタイミングで無線回線制御部２００とアンテナを介し、端末へ送信される。有線側シグナリングは、有線回線制御部２０５とネットワーク回線２０６を介して、隣接基地局等へ送信される。各制御部の処理は、ＣＰＵ２０３で処理され、必要なデータはメモリ２０４に蓄えられる。

図５は、無線回線制御部の構成例を説明する図である。
本実施例では、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓs）の無線回線制御部を示している。
本実施例の特徴となる端末へのシグナリングはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２２５で作成する。まず、アンテナが受信した信号はＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部２１１に左側から入力され、デジタル信号に変換される。デジタル変換された信号は、ＣＰＥ部（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）２１２で基地局固有のタイミングにおいてＣＰが取り除かれる。ＣＰとはＣｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘの略であり、ＯＦＤＭ信号では遅延波の影響を除くために付けられている。ＣＰＥ部２１２では、そのＣＰを取り外し、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を掛けるための前処理を行う。ＣＰが取り外された受信信号はＦＦＴ部２１３において、ＦＦＴが掛けられる。ＦＦＴにより時間領域の信号は周波数領域に分解され、サブキャリア毎の情報に分離される。ＤＭＸ（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）部２１４では受信信号は周波数×時間で分割された情報として認識され、ＤＳＰ２２５内で具現化されているスケジューラによって決められたリソース割り当てに従ってチャネルの分解を行う。主にパイロット信号、制御信号、ユーザデータ信号に分割される。ここで、パイロット信号（あるいはリファレンス信号）は、ＣＥ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）部２１５に送られ、伝搬路の推定に利用される。

制御信号はＤＥＭ（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）部２１８に送られ、ＣＥ部２１５にて計算された伝搬推定結果を使ってＭＭＳＥ（最小二乗推定 Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）あるいは類似の方法を使って復調し、伝搬路符号化の復号を行う。制御信号として端末から送られてくる情報には、下り回線のパケット伝送の成否を示すＡＣＫ／ＮＡＣＫ、端末で測定された該当基地局のＣＩＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）、受信信号電力ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）、ハンドオーバーを目的とした隣接基地局の受信レベルなどが含まれる。復号によって得られたこうした制御情報はＤＳＰ２２５のメモリ２３０に蓄積され、ＤＳＰ２２５内に具現化されたスケジューラのサポートとして使われる。ユーザデータ信号はＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）部２１６に送られ、ＣＥ部２１５にて計算された伝搬路推定結果を使ってＭＬＤ（最尤推定検出：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を行う。ＭＬＤ部２１６によって計算された対数尤度比はＤＥＣ（Ｄｅｃｏｄｉｎｇ）部２１７に入力され、ＤＥＣ部２１７にてターボ復号処理が行われる。得られた情報はＤＳＰ２２５に入力され、レイヤ２処理を施した後にネットワークインターフェース２２６を介して、ここには図示していないコア側装置に送られる。

コア側装置から伝送されてきた情報は、ネットワークインターフェース２２６を介してメモリ２３０に記録され、ＤＳＰ２２５内に具現化されたスケジューラにより、適切なリソース割り当てが実施され、その結果に基づいて変調処理が行われてアンテナから送信される。メモリ２３０に入ったユーザデータ情報は、スケジューラの指示により取り出され、ＭＯＤ部２１９にてターボ符号化、インタリーブ等の符号化処理とＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）符号などへの変調処理が実施される。変調された情報はＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）部２２１にてスケジューラに指示されたリソースに配置される。このときパイロット生成部２２０が生成するパイロットと、制御チャネル変調部２２９が作成した制御チャネルが一緒に配置される。また、メジャーグループ毎にＤＳＰが定めた送信電力に設定される。制御チャネルは情報をＤＳＰ２２５が作成し、制御チャネル変調部２２９が変調処理をしたものである。ＭＵＸ部２２１によって統合された送信情報はＩＦＦＴ部２２３にて時間領域に変換される。そしてＣＰＩ部２２４にてＣＰが付けられてＲＦ部２１１に入力される。ＲＦ部２１１ではデジタル信号から高周波信号への変換・増幅が実施されて、ここのは図示していないアンテナに出力される。

図６は、Ｍｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸの送信フレームの周波数軸と時間軸のマッピングを示す図である。時間軸の先頭にＰｒｅａｍｂｌｅ３０１、３０２、３０３と呼ばれる基地局に接続される全ての端末にて同期を取るための信号を送信する。このＰｒｅａｍｂｌｅの送信タイミングはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）により同期を得るため、全基地局にて同期が取られる。この同期が外れると、基地局間のハンドオーバー時に同期が取れなくなる、時間で周波数領域を変更するフレーム構成時に同期が外れていたために周波数が正しく変更されず、干渉が発生するという問題が生じる。Ｐｒｅａｍｂｌｅに続きＤＡＴＡ３０４、３０５、３０６を送信する。実施例１では３０１と３０４、３０２と３０５、３０３と３０６をそれぞれ別の周波数グループとする。周波数グループが異なるということは、基地局が異なることと等価となるため、異なる周波数グループへの変更手段はハンドオーバーとなる。また、異なる周波数グループは異なる通信規格とすることもできる。例えばＭｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸではＩＥＥＥ１６ｅと後継規格のＩＥＥＥ１６ｍが標準化されており、特定の周波数はＩＥＥＥ１６ｅ、他の周波数はＩＥＥＥ１６ｍとすることができる。

次に本発明のアルゴリズムの一実施例について説明する。
図７は本発明の一実施例における基地局の端末振り分け時のフローチャートである。
図７に示す処理は、ＩＮＥ（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｅｎｔｒｙ）と呼ばれる端末の初期接続時や、他の基地局より、該当基地局に端末がハンドオーバーしてきた場合や、一定周期毎の端末の再配置時に行われる。まず基地局はカバーするエリアに存在する現在の端末数を判定し（ステップ１１１）、予め規定しておいた端末数の閾値と比較し（ステップ１１２）、端末数が規定値未満であれば図２、３で１３、１５、１７で示したセル境界エリアの周波数帯域に割り当てを行い（ステップ１１３）、判定を終了する。端末数が規定値以上であればセル境界エリアの端末とセル中央エリアの端末を判別する（ステップ１１４）。ここでセル境界エリアとセル中央エリアの識別基準はＣＩＮＲや伝搬路の距離を用いることができる。ＣＩＮＲは端末が基地局へ通知するＣＩＮＲの測定結果を指す。伝搬路の距離は端末が基地局へ通知する推定伝搬路の距離、または基地局が算出する各端末の推定伝搬路の距離を指す。例えば基地局が算出する推定伝搬路の距離は、端末が基地局へ通知する送信電力値と、基地局が受信したＲＳＳＩ値により算出することができる。ステップ１１４の結果に従い、セル境界エリアの端末はセル境界エリアの周波数帯域（以下、ＦＡ＿ＯＵＴと呼ぶ）に割り当てを行い、セル中央エリアの端末はセル中央エリアの周波数帯域（以下、ＦＡ＿ＩＮと呼ぶ）に割り当てを行う（ステップ１１５）。本フローは特定のシステムでは実施されない場合がある。例えば、端末主導のＩＮＥにて基地局が接続する端末の周波数を指示できない場合や、他の基地局からのハンドオーバー時にハンドオーバー先を指定できない場合である。

図８は電力調整と端末スケジューリングの様子を示すフローチャート例である。図８ではＦＡ＿ＩＮのサブキャリア当りの送信電力の調整とＦＡ＿ＩＮ内の端末のＦＡ＿ＯＵＴへの移動が周期的に行われる。基地局はＦＡ＿ＩＮに所属している端末の現在の環境情報を取得する（ステップ１２１）。環境情報とは端末からの電力から算出するＣＩＮＲやＲＳＳＩ、端末からの送信電力報告値、パケットエラーレート等を指す。パケットエラーレートとは送信パケットに対して受信側から受信応答としてＡＣＫ(ＡＣＫｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ)、ＮＡＣＫ(Ｎｏｎ−ＡＣＫｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ)を送信するパケット制御において、ＡＣＫに対して、ＮＡＣＫの割合を指す。

次に取得した環境情報から予め設定していた基準を満たす様にＦＡ＿ＩＮのサブキャリア当りの所要送信電力の計算を行い、予め設定していた基準を満たすような所要送信電力とした場合の基地局の総送信電力を計算する（ステップ１２２）。この予め設定していた基準とは例えば端末のスループットを満たすためのＣＩＮＲであったり、端末のターゲット変調方式を満たすためのＣＩＮＲであったり、端末が端末主導でハンドオーバーしないためのＣＩＮＲであったり、目的に応じて設定ができる。また、この基準はＦＡ＿ＩＮ内の周波数毎に異なる値にすることで、自由度を持たせることができる。ステップ１２２の計算結果が総送信電力の閾値と比較を行う。ステップ１２３の結果にて総送信電力が基地局の閾値を超えない場合は、ステップ１０４にて計算されたＦＡ＿ＩＮのサブキャリア当りの送信電力となるように電力調整を行う（ステップ１２５）。ＦＡ＿ＩＮの出力は増減させる場合や、電力を維持する場合がある。このステップ１２５の動作によって、基地局は必要な電力のみを送信することができる。ステップ１２３の結果、総送信電力が基地局の閾値を超える場合はＦＡ＿ＩＮに割り当てられた端末のうち最もセル境界に近い端末をＦＡ＿ＯＵＴに移動する（ステップ１２４）。

ステップ１２４の後はステップ１２２に戻り、再度電力計算を行う。ステップ１２４で最もセル境界に近い端末が移動されたため、ＦＡ＿ＩＮのサブキャリア当りの所要送信電力は低下すると考えらえる。そのためステップ１２５にて送信電力を低減することができる。ＦＡ＿ＩＮのサブキャリア当りの所要送信電力が低下しない場合は再度ステップ１２４、１２２、１２３を繰り返す。

図７と図８のアルゴリズムを統合して端末振り分けと電力調整を同時に実施する場合のアルゴリズムを図９に示す。
端末からＩＮＥ要求が来ると基地局はカバーするエリアに存在する現在の端末数を判定し（ステップ１０１）、予め規定していた端末数の閾値と比較し（ステップ１０２）、端末数が閾値未満であれば図３、４内の１３、１５、１７のＦＡ＿ＯＵＴに割り当てを行い（ステップ１０３）、判定を終了する。端末数が閾値以上であればセル境界エリア端末とセル中央エリア端末を判別してＦＡ＿ＩＮとＦＡ＿ＯＵＴに仮割り当てを行う（ステップ１０４）。ここでセル境界エリアとセル中央エリアの識別基準は図８と同様にＣＩＮＲ、ＲＳＳＩ等を使用することができる。仮割り当ての結果に従い、割り当てた場合のＦＡ＿ＩＮのサブキャリア当りの所要送信電力の計算と電力調整後の総送信電力計算を実施する（ステップ１０５）。計算結果の総送信電力が予め規定していた総送信電力の閾値と比較を行う（ステップ１０６）。総送信電力の閾値以上の場合はＦＡ＿ＩＮに仮割り当てられた端末の中で最もセル境界に近い端末をＦＡ＿ＯＵＴに仮割り当てする（ステップ１０７）。ステップ１０７の後はステップ１０５に戻り、再度電力計算を行う。ステップ１０６にて総送信電力の閾値未満の場合は仮割り当ての通りに、セル境界エリア端末をＦＡ＿ＯＵＴに割り当て、セル中央エリア端末をＦＡ＿ＩＮに割り当て、ステップ１０５のサブキャリア当りの所要送信電力の電力値に電力調整を実施して（ステップ１０８）、判定を終了する。

図８、図９では、ＦＡ＿ＩＮからＦＡ＿ＯＵＴへ端末を移動するが、それによってＦＡ＿ＯＵＴとＦＡ＿ＩＮに端末数の偏りが発生する場合がある。そのため図１０のアルゴリズムによってＦＡ＿ＩＮの送信電力が予め設定した基準以下の場合には、ＦＡ＿ＯＵＴからＦＡ＿ＩＮに端末を移動する。図１０に示したアルゴリズムを以下で説明する。

図１０はＦＡ＿ＯＵＴとＦＡ＿ＩＮの端末数比によって、ＦＡ＿ＯＵＴの端末をＦＡ_ＩＮに移動する際のアルゴリズムの一例である。
まず、ステップ１３１によってＦＡ＿ＯＵＴとＦＡ＿ＩＮに割り当てされた端末数を確認する。次にステップ１３２にて端末数比を閾値と比較する。ステップ１３２にて端末数比が基準値未満の場合は判定を終了する。ステップ１３２にて端末数比が基準値以上の場合はステップ１３３に移動する。ステップ１３３ではＦＡ＿ＯＵＴに割り当てされた端末にて最もセル中央に近い端末をＦＡ＿ＩＮに仮割り当てする。その後ステップ１３４にてＦＡ＿ＩＮのサブキャリア当りの所要送信電力計算を行う。その後ステップ１３４の結果にて総送信電力が基準値以上の場合は（ステップ１３５）ＦＡ＿ＩＮへの移動が出来ないと判断して判定を終了する。ステップ１３５の結果にて総送信電力が基準値未満の場合はＦＡ＿ＩＮに仮割り当てした端末をＦＡ＿ＩＮに割り当てを行い、電力調整を実施する。本アルゴリズムは一例であり、本例ではステップ１３２にて端末数比の判定を行い、その後にステップ１３５の総送信電力の判定を実施する例であるが、先に総送信電力の判定を行い、総送信電力が基準以下の場合に本アルゴリズムを動作させることも可能である。

次に本発明の一実施例における電力調整の様子と端末のスケジューリングの様子を図１１、１２、１３を用いて説明する。
図１１〜図１３は本発明の一実施例におけるスケジューリングの動作を説明する図である。
図１１では、基地局２１に端末４１、４２、４３が接続されている。セル境界エリアの端末４１は周波数１７に割り当てされている。セル中央エリアの端末４２は周波数１８に割り当てされている。セル中央エリアの端末４３は周波数１９に割り当てされている。ここで例えば端末４３がセル境界の方向へ移動した場合、図１のステップ１０５にて、ＦＡ＿ＩＮのサブキャリア当りの所要送信電力が移動前よりも上昇する。図１のステップ１０６にて総送信電力以下であることが判断されると周波数１９はサブキャリア当りの送信電力を上げて、周波数１９のカバレッジも広がる。

図１２は図１１の後に端末４４が新規に接続された図である。端末４４は図１のステップ１０２にてセル中央エリアの端末と判別された場合、周波数１７に割り当てされる。または端末主導のＩＮＥにて周波数１７に接続された場合である。端末４４は周波数１８に割り当てられた端末の中で最もセル境界に位置しており、所要ＣＩＮＲの基準に満たされていない。そのためサブキャリア当りの送信電力の上昇を検討する。

図１３は図１２の後に端末４４が周波数１７に割り当てされた場合である。図１２にてサブキャリア当りの送信電力の上昇を検討したが、総送信電力＞閾値と判断したため、端末４４を周波数１８から周波数１７に移動させる。その結果周波数１８はサブキャリア当りの送信電力の上昇が必要無くなる、またはサブキャリア当りの送信電力を低下させることができる。

次に端末が周波数間を移動する際の一例を説明する。
図１４は基地局が周波数間の移動にハンドオーバーを使用する際のシーケンスの一例である。Ｍｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸでは、基地局主導でハンドオーバーを行なうシステムと、端末主導でハンドオーバーを行なうシステムの両方の構成が可能であるが、本発明では基地局主導のハンドオーバーの場合を例にとって説明する。通常基地局は隣接基地局の情報を基地局間同士でやりとりし、基地局は隣接基地局の情報を端末に送信する。基地局は周波数毎に異なるＤＣＤ（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ 下りチャネルの報知情報）メッセージ１４１を通知する、そのため周波数毎に基地局を識別するＩＤ（以下、ＢＳＩＤと呼ぶ）が異なる。周波数２４によって端末４４に送信されるＮＢＲ−ＡＤＶ（ｎｅｉｇｈｂｏｒ ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ）メッセージ１４２には同基地局の周波数２５の情報が通知される。事前に周波数２５の情報を通知することによって端末４４はハンドオーバー前にＤＣＤの内容を知ることができる。基地局にて端末４４の周波数２４から周波数２５への移動判定（ステップ１４３）がされると、周波数２４によって端末４４にＢＳＨＯ＿ＲＥＱ(ＢＳ ＨＯ ｒｅｑｕｅｓｔ)メッセージ１４４に周波数２５のＢＳＩＤを推奨基地局として含み送信する。端末４４は基地局にＨＯ＿ＩＮＤ（ＨＯ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）メッセージ１４５に周波数２５のＢＳＩＤをハンドオーバー先の基地局情報として含み送信する。端末４４は基地局にＲＮＧ＿ＲＥＱ（Ｒａｎｇｉｎｇ ｒｅｑｕｅｓｔ）メッセージ１４６にハンドオーバーであることを通知する。ＲＮＧ＿ＲＥＱを受信した基地局はＲＮＧ＿ＲＳＰ（Ｒａｎｇｉｎｇ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）メッセージ１４７にてハンドオーバーが完了したことを通知する。

次に本発明の効果について説明する。
図１５はＭｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸにて基地局の送信電力毎の伝搬距離とＭＳが得られるＣＩＮＲをシミュレーションした図になる。本図はＭｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸにて１０ＭＨｚの帯域にて、サブキャリア数を１０２４本として、シミュレーションを実施した図になる。本シミュレーションはノイズレベルを熱雑音レベルで計算した。熱雑音は、熱エネルギによって、導体中の自由電子が運動することにより発生するものであり、全ての周波数において一様に分布している雑音である。従って、如何なる受信機であっても、受信機入力端（又は回路内）に存在する導体内部で、必ず熱雑音が発生する。熱雑音よりも高い干渉が発生する環境の場合はＣＩＮＲが本シミュレーション結果よりも悪化する。特定のＣＩＮＲ基準に伝搬距離を確認すると、送信電力を上昇させるほど、ＣＩＮＲを確保できる距離が広がることが判る。例えば、基地局の総送信電力の最大値を２０Ｗとし、ＦＡ＿ＯＵＴの周波数の送信電力を１０Ｗと設定し、ＣＩＮＲ＝１５ｄＢを基準とすると、基地局から端末までの伝搬距離が７００ｍ、１１００ｍ、１２００ｍの場合、それぞれの周波数に端末を割り当てし、２Ｗ、８Ｗ、１０Ｗの送信電力が適当で有ることが判る。また、基地局から端末までの伝搬距離が９００ｍ、１０００ｍ、１２００ｍの場合、それぞれの周波数に端末を割り当てし、４Ｗ、６Ｗ、１０Ｗの送信電力が適当で有ることが判る。

次に実施例２について図１６により説明する。実施例１と同様の動作を行う箇所については説明を省略する。
図１６は本実施例の送信フレームの周波数軸と時間軸のマッピングを示す図である。本実施例では、時間軸の先頭にＰｒｅａｍｂｌｅ３１１があり、１つの周波数グループ内でＤＡＴＡ領域は３１２、３１３、３１４の３つの周波数領域に分割する。３１２、３１３、３１４の分割はロジカルに行われ、端末はＤＡＴＡ領域の先頭に含まれる基地局からのＭＡＰ情報と呼ばれる領域指示のみで、周波数スケジューリングされる。物理的な並びでは、前述のロジカルな並びをＰｅｒｍ ｂａｓｅと呼ばれる擬似乱数系列によって１つの周波数グループ内で散らした配置となる場合が有り、ロジカルな並びを物理的に分散させることで、隣接する基地局間で、特定のサブキャリアだけが干渉を受け続けることが無いようになっている。本実施例ではＰｅｒｍ ｂａｓｅによる分散が有る場合、無い場合の双方を含む。

本実施例では、このＤＡＴＡ領域毎にサブキャリア当りの送信電力の重み付けをつけることにより、ＦＡ＿ＯＵＴとＦＡ＿ＩＮを区別する。ＦＡ＿ＯＵＴは実施例１と同等でサブキャリア当りの送信電力を固定とし、ＦＡ＿ＩＮはサブキャリア当りの送信電力を可変とする。

実施例２の電力調整と電力調整のための端末移動時のアルゴリズムは実施例１の図７、８、９、１０と同様になる。

実施例２の電力調整の様子と端末のスケジューリングの様子は実施例１の図１１、１２、１３と同様になる。

実施例２では基地局が周波数間の端末の移動に基地局のＭＡＰ情報を利用することができる。例えば図１６の３１２、３１３の周波数において、ある時間ではＭＡＰ情報を利用して周波数３１２のみにスケジューリングを行い、周波数間の移動判定が有ると周波数３１３のみにスケジューリングを行う。この様にして端末の移動を行うことができる。

実施例２の効果は実施例１の図１５と同様になる。

次に実施例３について図１７により説明する。実施例１、２と同様の動作を行う箇所については説明を省略する。

図１７は本実施例の送信フレームの周波数軸と時間軸のマッピングを示す図である。本実施例では、時間軸の先頭にＰｒｅａｍｂｌｅ３２１があり、１つの周波数グループ内でＤＡＴＡ領域は３２２、３２３、３２４の３つの周波数領域に分割する。また、３２２、３２３、３２４と３２５は時間領域で分割する。３１２、３１３、３１４の分割はロジカルに行われ、端末はＤＡＴＡ領域の先頭に含まれる基地局からのＭＡＰ情報と呼ばれる領域指示のみで、周波数スケジューリングされる。基地局の最大送信電力は３２２、３２３、３２４の総送信電力、または３２５の送信電力のどちらかで制限される。

実施例３の電力調整と電力調整のための端末移動時のアルゴリズムは実施例１の図７、８、９、１０と同様になる。

実施例３の電力調整の様子と端末のスケジューリングの様子は実施例１の図１１、１２、１３と同様になる。

実施例３の周波数間の移動は実施例２と同様になる。

実施例３の効果は実施例１の図１５と同様になる。

最後に、本発明の技術的特徴を列挙する。
基地局は少なくとも２つ以上の周波数帯に送信周波数帯域を分割し、分割した周波数の中で最もサブキャリア当りの送信電力が高い周波数帯域は、通信時のサブキャリア当りの送信電力が固定で、その他の周波数帯域は接続されている端末の所要電力を満たすようにサブキャリア当りの送信電力を可変とし、総送信電力を規定値以下にするように送信電力を可変することを特徴とする。
基地局は前述のその他の周波数帯域の送信電力を調整し、その他の周波数帯域の送信電力を可変することによって、総送信電力の規定値を超える場合には、その他の周波数帯域に接続されている端末を、最もサブキャリア当りの送信電力が高い周波数帯域に移動させる。
周波数帯域の分割は異なる同期信号を持つ周波数群毎に行う。
または周波数帯域の分割は単一の同期信号を持つ周波数に対して行う。
または周波数帯域の分割は単一の同期信号を持つ周波数に対して行い、時間軸で分離することで、分割された周波数が時間によって同一のリソースとして扱う。
または周波数帯域の分割は異なる通信方式単位で分割を行い、少なくとも１つの通信方式の中で更に周波数帯の分割を行う。
総送信電力の調整は基地局が使用する周波数帯域全てを対象としてもよい。
または総送信電力の調整は前述のその他の周波数帯域を対象とする。
周波数帯域間での端末の移動手段はハンドオーバーである。
または周波数帯域間での端末の移動手段は周波数スケジューリングである。

２１−２３ 基地局
３０ コア側装置
４０−４４ 端末
２００ 無線回線制御部
２０１ スケジューラ制御部
２０２ 制御信号制御部
２０３ ＣＰＵ
２０４ メモリ
２０５ 有線回線制御部
２０６ ネットワーク回線
２１１ ＲＦ部
２１２ ＣＰＥ部
２１３ ＦＦＴ部
２１４ ＤＭＸ部
２１５ ＣＥ部
２１６ ＭＬＤ
２１７ ＤＥＣ部
２１８ ＤＥＭ部
２１９ ＭＯＤ部
２２０ パイロット生成部
２２１ ＭＵＸ部
２２３ ＩＦＦＴ部
２２４ ＣＰＩ部
２２５ ＤＳＰ部
２２６ ネットワークインタフェース
２２９ 制御チャネル変調部
２３０ メモリ

Claims (7)

1. 無線通信システム内の複数の端末と無線により通信を行う基地局であって、
   前記基地局の制御部は、
   前記無線通信システムに割り当てられた周波数帯域を複数の周波数帯域に分割し、
   前記複数の周波数帯域のうちの第一の周波数帯域を、第一の端末グループに割り当て、別の周波数帯域を、第一の端末グループとは異なる第二の端末グループに割り当てて通信を行う場合に、
   前記第一の端末グループおよび第二の端末グループに対する送信電力の総量が、前記基地局について予め設定された最大総送信電力以下となるように制御しつつ、
   前記第一の周波数帯域については、端末に対する単位周波数あたりの送信電力を固定とし、前記第二の周波数帯域については、予め設定した基準を満たすための各端末の目標送信電力に基づいて単位周波数あたりの送信電力の調整を行うことを特徴とする基地局。
2. 前記第二の端末グループの端末数が予め設定された閾値よりも多い場合には、前記第二の端末グループに含まれる各端末の環境情報に基いて、端末を選択し、第二の端末グループの端末数が閾値以下となるように、選択した端末を第一の端末グループに変更することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. 前記第二の周波数帯域は、さらに複数の周波数帯域に分けられて、第二の端末グループに割り当てられ、複数の周波数帯域毎に単位周波数あたりの送信電力の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
4. 請求項１に記載の基地局であって、前記基地局と端末間の通信は、直交周波数分割多元接続を用いており、基地局の無線リソースは、送信フレーム上でそれぞれが先頭に別の同期信号を含む複数の論理的または物理的な周波数領域に分割され、、
   前記第一および第二の周波数帯域の割り当ておよび送信電力の調整は、前記送信電力の調整は前記送信フレーム上の複数の周波数領域に対応させて行われることを特徴とする基地局。
5. 請求項１に記載の基地局であって、前記基地局と端末間の通信は、直交周波数分割多元接続を用いており、基地局の無線リソースは、送信フレーム上で先頭に共通の同期信号を含む複数の論理的または物理的な周波数領域に分割され、、
   前記第一および第二の周波数帯域の割り当ておよび送信電力の調整は、前記送信電力の調整は前記送信フレーム上の複数の周波数領域に対応させて行われることを特徴とする基地局。
6. 前記分割された周波数帯域のそれぞれには、異なる通信方式が割り当てられていることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
7. 無線通信システム内の複数の端末と無線により通信を行う基地局における送信電力調整方法であって、
   前記無線通信システムに割り当てられた周波数帯域を複数の周波数帯域に分割し、
   前記複数の周波数帯域のうちの第一の周波数帯域を、第一の端末グループに割り当て、別の周波数帯域を、第一の端末グループとは異なる第二の端末グループに割り当てて通信を行う場合に、
   前記第一の端末グループおよび第二の端末グループに対する送信電力の総量が、前記基地局について予め設定された最大総送信電力以下となるように制御しつつ、
   前記第一の周波数帯域については、端末に対する単位周波数あたりの送信電力を固定とし、前記第二の周波数帯域については、予め設定した基準を満たすための各端末の目標送信電力に基づいて単位周波数あたりの送信電力の調整する送信電力調整方法

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