JP2009060179A - 通信装置および通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチキャリア方式の無線端末を前提としたチャネル解放は全く考慮されていなかった。
【解決手段】時分割多元接続方式および適応変調方式を用いて通信を行う通信装置(100)は、複数の通信チャネルを管理するチャネル管理部(120)と、複数の通信チャネルの電力情報および／または変調情報を通信チャネル毎に取得する取得する取得部(130)と、取得部により取得された前記電力情報および／または変調情報が所定条件に満たない通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように前記通信チャネル管理部を制御する制御部(140)とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信装置および通信方法に関し、特に、複数の通信チャネルを割り当てられたセッションを使う通信装置および通信方法において通信効率をできる限り損なわずに済む通信チャネルを選択し、解放する通信装置および通信方法に関する。

時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式の通信システムにおいて、特に、iBurst（登録商標）では、現在、基地局と端末との間でやり取りされる通信データ量の増大に伴い、１つの端末に対して、同じタイミングで複数のキャリアを割り当てる手法（非特許文献１を参照されたい。）が検討されている。これによれば、例えば、チャネル帯域幅２０ＭＨｚを４分割し、５ＭＨｚのキャリア（４キャリア）として使用する、というものであり、同一タイミングにおいては、最大４キャリア分の連続した通信チャネルを使用することができる、

このようなマルチキャリア環境においては、端末に割り当てた複数の通信チャネルを解放しなければならない状況が発生する。例えば、複数の通信チャネルを割り当てられた端末が、基地局のカバーエリアの中心からエッジの方向に移動するときは、基地局と端末との間の距離が大きくなるのに応じて、次第に各通信チャネルの送信電力を増加させる必要がある。しかし、端末は、法律や端末の性能により定まる「１端末あたりの最大送信電力」を超える電力で送信することができないため、基地局と端末との間の距離が長くなった場合（典型的には、カバーエリアのエッジ付近）、各通信チャネルで必要とする「１通信チャネルあたりの送信電力」が、「１端末あたりの最大送信電力」によって制限される。従って、端末は、占有している各通信チャネルの能力を最大限に利用することができず、これは、通信システム全体としての周波数利用効率も低下させることになる。

しかしながら、他の従来技術（特許文献１を参照されたい。）では、解放すべきチャネルは、その通信状態によらず、予め定められたチャネルを解放するチャネルとして選択していた。なお、従来のiBurst（登録商標）システムのように、無線端末が同一タイムスロットで扱うチャネルが一つ場合、つまりシングルキャリアの場合は、チャネル選択の余地が無い。
改訂版:ワイヤレス・ブロードバンド教科書（高速IPワイヤレス編）、服部武、藤岡雅宣(編著)、インプレスＲ＆Ｄ発行 特開平11-212946号公報

従来の方式では、マルチキャリア方式の無線端末を前提としたチャネル解放は全く考慮されていなかった。そのため、解放するチャネルを、予め決まったチャネルを選択したり、ランダムに選択したりする場合、選択するチャネルによっては、（別のチャネルを選択した場合よりも）無線端末にとってデメリットが生じる恐れがある。図２に、マルチキャリア方式の無線端末のセッションに割り当てられたチャネル管理テーブルを示す。図に示すように、チャネルch0-11までの１２個のチャネルがあり、そのうちの６個（チャネルch0,ch3-6,ch8,ch9）が無線端末に割り当てられている。図中の各チャネルの区画の上段には、当該チャネルの変調クラス、下段には送信電力(dBm)を示してある。例えば、図２のような通信状態でタイムスロット０の１つのチャネルを解放する場合、チャネルch0,ch3,ch6,ch9の４つの選択肢があるが、選択するチャネルによって、無線端末にとってデメリットとなる恐れがある。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による通信装置は、
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式を用いて通信を行う通信装置（基地局装置、端末装置など）であって、
相手側通信装置と自装置との間のセッションに割り当てられている複数の通信チャネルを管理する通信チャネル管理部と、
前記複数の通信チャネルの電力情報および／または通信速度情報（データスループットなど）を通信チャネル毎に取得する取得する取得部と、
前記取得部により取得された前記電力情報および／または通信速度情報が所定条件に満たない通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように前記通信チャネル管理部を制御する制御部と、
を有する。

また、第２の発明による通信装置は、
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式および適応変調方式を用いて通信を行う通信装置であって、
相手側通信装置と自装置との間のセッションに割り当てられている複数の通信チャネルを管理する通信チャネル管理部と、
前記複数の通信チャネルの電力情報および／または変調情報（変調クラスなど）を通信チャネル毎に取得する取得する取得部と、
前記取得部により取得された前記電力情報および／または変調情報が所定条件に満たない通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように前記通信チャネル管理部を制御する制御部と、
を有する。

また、上述した通信装置が通信端末である場合は、該通信装置は、選択された通信チャネルの番号を含むチャネル解放要求信号を、相手側通信装置である基地局装置に送信することが好適である。

また、第３の発明による通信装置は、
前記所定条件に満たない電力情報を持つ通信チャネルが複数存在する場合、前記制御部は、
前記通信速度情報または前記変調情報に基づき、該満たない電力情報を持つ複数の通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように前記通信チャネル管理部を制御する、
ことを特徴とする。

前記通信装置は、
前記セッションの通信種別を取得（把握）する通信種別取得部をさらに有し、
前記通信チャネル管理部は、
前記通信種別取得部により取得された通信種別に応じて、前記通信速度情報または前記変調情報による選択をするか否かを決定するように前記通信チャネル管理部を制御することが好適である。

また、前記制御部は、
通信種別が音声通信である場合、前記通信速度情報または前記変調情報による選択を行わないように前記通信チャネル管理部を制御することが好適である。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

例えば、本発明を方法として実現させた別の実施態様による、第４の発明による通信方法は、
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式を用いて通信装置間で通信を行う通信方法であって、
通信装置間のセッションに割り当てられている複数の通信チャネルを管理するステップと、
前記複数の通信チャネルの電力情報および／または通信速度情報（データスループットなど）を通信チャネル毎に取得する取得するステップと、
前記取得するステップにより取得された前記電力情報および／または通信速度情報が所定条件に満たない通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように制御するステップと、
を有する。

また、第５の発明による通信方法は、
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式および適応変調方式を用いて通信装置間で通信を行う通信方法であって、
通信装置間のセッションに割り当てられている複数の通信チャネルを管理するステップと、
前記複数の通信チャネルの電力情報および／または変調情報（変調クラスなど）を通信チャネル毎に取得する取得するステップと、
前記取得するステップにより取得された前記電力情報および／または変調情報が所定条件に満たない通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように制御するステップと、
を有する。

なお、上述した各ステップでは、必要に応じて、各通信装置に搭載されるプロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＭＰＵなど）、ＲＦ回路などの通信手段（送信部、受信部）、記憶装置を使用する。

本発明によれば、複数の通信チャネルからその一部の通信チャネルを解放する場合に、通信装置の通信環境（即ち、装置間の距離、電波干渉状況、周波数ダイバーシティ性）に応じた最適な通信チャネルを選択することが可能になる。従って、端末としても、通信システム全体としても最適な通信チャネル割当環境を提供することができる。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。本発明は、基地局、端末を問わず実現可能であることに注意されたい。また、複数の通信チャネルを使う通信システムは幾つか考えられるが、本実施態様では時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式および適応変調方式を用いた通信システムを使用するものとする。図１は、本発明の一実施態様による無線通信装置の基本的な構成を示すブロック図である。図１に示すように、無線通信装置１００は、通信部１１０、チャネル管理部１２０、チャネル情報取得部１３０、制御部１４０、記憶部１５０、およびアンテナＡＮＴを具える。

制御部１４０は、装置全体の制御を司るものであり他の各部を制御する。通信部１１０は、アンテナＡＮＴを介して相手側通信装置と送受信を行う。チャネル管理部１２０は、相手側通信装置と自装置との間で確立されたセッションに割り当てられている複数の通信チャネルを管理する。チャネル管理部１２０は、少なくとも相手通信装置とセッションを確立している間は、例えば、図２のようなチャネル管理テーブルに通信チャネル別に変調クラスおよび送信電力を記録している。無線通信装置１００が基地局装置である場合は、チャネル管理部１２０は、相手側通信装置である通信端末から接続要求を受けると、要求元の通信端末（即ち、要求元の通信端末と自装置との間に確立されたセッション）に複数の通信チャネルを割り当てるチャネル割当部として機能する。チャネル情報取得部１３０は、複数の通信チャネルの電力情報および変調情報（変調クラスなど）を通信チャネル毎に取得する取得して、記憶部１５０のチャネル管理テーブルに格納する。無線通信装置１００は、適応変調方式を使用しているため、フレーム毎およびチャネル毎に、変調情報や送信電力が変動し得る。従って、チャネル情報取得部１３０は、フレーム毎およびチャネル毎に、電力情報および変調情報（変調クラス）を取得し、チャネル管理テーブルを更新（メンテナンス）する。制御部１４０は、記憶部１５０のチャネル管理テーブルを参照し、前記電力情報および／または変調情報が所定条件に満たない通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するようにチャネル管理部１２０を制御する。

上述したように、制御部１４０は、何らかの要因にって通信チャネルを解放することを決定する。例えば、無線端末が定格の送信パワー下で基地局と通信を実施した際に、端末の移動や伝播環境の悪化により、一部の通信チャネルを解放することで、送信パワーを増加しなければならない場合などに、通信チャネルを解放することを決定する。本発明を適応することで以下の点でメリットをもたらすことができる。
・ データスループット（通信速度）の向上
・ 消費電力の低減（即ち、送信パワーの低減によるバッテリ持続時間の長時間化）
・ ノイズ耐性の向上
・周波数使用効率の向上

無線通信装置１００では、予め設定された解放チャネルを決定するアルゴリズムに応じて、以下の３点について通信中のチャネルを評価し、解放する通信チャネルを決定する。
・データスループット（通信速度）
・無線端末側（uplink）送信パワー
・使用キャリア（周波数帯）

下表は、無線通信装置１００が使用する変調クラス(mod class)とスループット（通信速度）との関係を示す対応テーブルである。記憶部１５０は、この対応テーブルをさらに格納している。

図２のキャリアＡのチャネルch0は変調クラス７であり、変調クラス７は、表１を参照することによって、そのスループットは427.2kbpsであることがわかる。同様にキャリアＢのch3およびキャリアＤのチャネルch9は、変調クラス６であり、それらのスループットは345.6kbpsであることがわかる。このような図２の各通信チャネルの通信環境において、タイムスロット０の１チャネルを解放する必要があるとする。このような場合に、例えば、ランダム選択によってキャリアＡのチャネルch0（クラス７：427.2kbps）が解放された場合は、キャリアＢのチャネルch3、またはキャリアＤのチャネルch9（クラス６：345.6kbps）が解放される場合よりもスループットが低下してしまうなどの不都合が生じる。本発明は、以下のような解放チャネル選択アルゴリズムを使用することによって、上述したような解放チャネル選択による不都合を解消する。

解放チャネル選択アルゴリズムの概要を説明する。解放対象となるタイムスロットにおいて、或いはタイムスロットを問わず解放すべきときは、全タイムスロットにおいて、通信中チャネルに関して、以下の順番に情報を比較する。但し、この順番は一例であり、送信パワーに基づく選択を最初に行うなど、論理的に矛盾しない限り順番は変更することが可能であることに注意されたい。

＜データスループット（通信速度）に基づく選択＞
変調クラス(data throughput)が一番小さいものを選択、変調クラスが同じ場合は、無線端末送信パワーについて比較する。このように、データスループットが小さいもの（即ち、周波数使用効率が悪いもの）を選択する事で、データスループットの低下を抑え、これと同時に他の通信装置への干渉波も抑えることができる。

＜送信パワーに基づく選択＞
無線端末送信パワー（電力）が一番大きいものを選択する。同じものがある場合には、キャリアについての情報をチェックする。送信パワーの大きいものを選択することで、消費電力を抑えると供に、電力効率の良い通信チャネル、つまり干渉波の小さい通信チャネルを残すことになる。

＜キャリア情報に基づく選択＞
上述した選択によって、複数のチャネルが解放候補となっている場合は、解放候補のチャネルが、他のタイムスロットでも使用されているか否かを検査し、他のタイムスロットでも使用されているキャリアがあれば、それを解放チャネルの候補とする。なるべく複数のキャリアを残すことによって、特定キャリアに対する干渉が発生した場合のノイズ耐性が高くなる。例えば、利用キャリアが偏っていた場合、そのキャリアに対して強い干渉が発生すると全てのタイムスロットで影響を受けるが、なるべくキャリアを分散することによって（即ち、周波数ダイバーシティ性を高めることによって）、影響を最小限に抑えることができる。

＜接続時間＞
上述した選択によって、まだ、複数のチャネルが解放候補となっている場合は、解放候補のチャネルのうち、接続時間が最も長い通信チャネルを選択する。基地局が輻輳した場合などに、接続時間の長いチャネルが解放対象となる場合がある為（iBurst（登録商標）システムのFairness Macなど）、そのような不利益を受ける恐れがあるチャネルを解放しておく方が無線端末にとってメリットがある。

上述した解放チャネル選択アルゴリズムをフローチャートを参照しながら具体的に示す。図３は、本発明の一実施態様による通信方法（解放チャネル選択アルゴリズム）のフローチャートである。図に示すように、チャネル解放を必要とする状況になった場合、図２の管理テーブルと表１のテーブルとを参照することによって、ステップＳ１１にて、データスループット（或いは変調クラス）が最も低いチャネルを求める。次に、ステップＳ１２にて、ステップＳ１１で求めた対象チャネルが２つ以上か否かを判定する。ステップＳ１２の条件を満たさない（チャネル１個のみ）場合は、ステップＳ１７に進み、該当チャネルを解放対象に設定し、処理を終える。ステップＳ１２の条件を満たす（チャネルが２個以上の）場合は、図２の管理テーブルを参照して、この２個以上のチャネルのうち、送信パワー（電力）が最も高いチャネルを求める。

次にステップＳ１４にて、ステップＳ１３で求めた対象チャネルが２つ以上あるか否かを判定する。ステップＳ１４の条件を満たさない（チャネル１個のみ）場合は、ステップＳ１７に進み、該当チャネルを解放対象に設定し、処理を終える。ステップＳ１４の条件を満たす（チャネルが２個以上の）場合は、求めた２個以上のチャネル（即ち解放候補のチャネル）が、他のタイムスロットでも使用されているか否かを検査し、他のタイムスロットでも使用されているキャリアがあれば、それを求める。ステップＳ１６にて、ステップＳ１５で求めた対象チャネルが２つ以上か否かを判定する。ステップＳ１６の条件を満たさない（チャネル１個のみ）場合は、ステップＳ１７に進み、該当チャネルを解放対象に設定し、処理を終える。ステップＳ１６の条件を満たす（チャネルが２個以上の）場合は、求めた２個以上のチャネルのうち、最も接続時間（割り当てられたときからの持続時間）が長いチャンネルを解放対象に設定し、処理を終える。

例えば、図３のフローチャートを用いて、図２のような通信状況において、タイムスロット０のチャネルを解放する場合は：
１．データスループットの観点から、キャリアBおよびDが選択され、双方の送信パワーは同じである為、キャリア情報をチェックする。
２．キャリア情報をチェックすると、キャリアBはタイムスロット１でも利用しているが、キャリアDは全てのタイムスロットで利用していないため、解放チャネル対象としてはキャリアBを選択する。
このようにすることで、最適な通信チャネルを解放することが可能となる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

上述した実施態様は、iBurst（登録商標）システムのみならず、多くのマルチキャリア方式の無線システムに適応可能であり、ソフトウェアによる拡張が実施できるため、従来のシステム、通信端末、基地局に対して容易に実装することが可能である。

本発明の一実施態様による無線通信装置の基本的な構成を示すブロック図である。 マルチキャリア方式の無線端末のセッションに割り当てられたチャネル管理テーブルを示す図である。 、本発明の一実施態様による通信方法（解放チャネル選択アルゴリズム）のフローチャートである

符号の説明

１００ 無線通信装置
１１０ 通信部
１２０ チャネル管理部
１３０ チャネル情報取得部
１４０ 制御部
１５０ 記憶部
ＡＮＴ アンテナ
ch0-11 チャネル

Claims (5)

1. 時分割多元接続方式を用いて通信を行う通信装置において、
   相手側通信装置と自装置との間のセッションに割り当てられている複数の通信チャネルを管理する通信チャネル管理部と、
   前記複数の通信チャネルの電力情報および／または通信速度情報を通信チャネル毎に取得する取得する取得部と、
   前記取得部により取得された前記電力情報および／または通信速度情報が所定条件に満たない通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように前記通信チャネル管理部を制御する制御部と、
   を有する通信装置。
2. 時分割多元接続方式および適応変調方式を用いて通信を行う通信装置において、
   相手側通信装置と自装置との間のセッションに割り当てられている複数の通信チャネルを管理する通信チャネル管理部と、
   前記複数の通信チャネルの電力情報および／または変調情報を通信チャネル毎に取得する取得する取得部と、
   前記取得部により取得された前記電力情報および／または変調情報が所定条件に満たない通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように前記通信チャネル管理部を制御する制御部と、
   を有する通信装置。
3. 請求項１または２に記載の通信装置において、
   前記所定条件に満たない電力情報を持つ通信チャネルが複数存在する場合、前記制御部は、
   前記通信速度情報または前記変調情報に基づき、該満たない電力情報を持つ複数の通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように前記通信チャネル管理部を制御する、
   ことを特徴とする通信装置。
4. 時分割多元接続方式を用いて通信装置間で通信を行う通信方法において、
   通信装置間のセッションに割り当てられている複数の通信チャネルを管理するステップと、
   前記複数の通信チャネルの電力情報および／または通信速度情報を通信チャネル毎に取得する取得するステップと、
   前記取得するステップにより取得された前記電力情報および／または通信速度情報が所定条件に満たない通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように制御するステップと、
   を有する通信方法。
5. 時分割多元接続方式および適応変調方式を用いて通信装置間で通信を行う通信方法において、
   通信装置間のセッションに割り当てられている複数の通信チャネルを管理するステップと、
   前記複数の通信チャネルの電力情報および／または変調情報を通信チャネル毎に取得する取得するステップと、
   前記取得するステップにより取得された前記電力情報および／または変調情報が所定条件に満たない通信チャネルのうち少なくとも１つを選択して解放するように制御するステップと、
   を有する通信方法。

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