JP4531592B2 - マルチバンド伝送におけるチャネル割当装置、チャネル割当方法および無線基地局 - Google Patents

Description

本発明は、広くはマルチバンド無線通信に関し、特に、複数のアプリケーションの要求ＱｏＳ（Quality of Service）に応じて、離隔した複数の周波数帯にわたって動的にチャネルを割り当てる周波数帯・チャネル割当技術に関する。

無線通信の適用領域が、テレコム（遠隔通信）のための伝送媒体から、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、無線ＬＡＮなどの様々な形態へと拡張している。また、数ｃｍからの近距離通信、たとえば、ケーブルでつないでいたものをケーブルレスにする接続手段の開発も進められている。

これまでの無線通信では、オールマイティな単一システム、たとえばＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）、ＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunication 2000）などの世界標準に基づいて構築されたひとつのシステムが使用されていた。しかし、将来的には、地域別、オペレータごとにシステムに対する目的が異なるようになり、要求されるシステムも多様化してくると思われる。このため、同時刻に、同じ場所で、目的別に最適な別のシステムを混在させる必要が生じている。これに対応するため、端末および基地局を、それぞれ異なるシステムに対応させる必要がある。

従来のように単一のハードウエアでの通信形態を維持したまま、複数の異なるネットワークに適応的に繋がるようにするために、無線機のソフトウエア化も進められている。再構成可能なデバイスも開発されている。

一方、ユーザの側からみると、使い易さという観点から、アプリケーション指向の通信が要求されている。この場合、アプリケーションごとの無線通信路の選択をユーザに委ねると、ユーザは常に最適な通信路を選択可能であるが、事業者にとっては常に最適であるとは限らない。そこで、基地局側に、アプリケーションに応じて自動的に最適な無線通信路を選択、設定する機能が必要とされる。

このような背景において、従来の一般的なチャネル割当方法は、システムに割り当てられたあるひとつの周波数帯の中で、特定のチャネル割当アルゴリズムにしたがって、チャネルの割当が最適になるように設計されていた。すなわち、図１に示すように、呼が発生すると（Ｓ１００１）、その呼が要求するサービスの品質（ＱｏＳ）、たとえば音声通信などリアルタイム（ＲＴ）トラヒックを要求する呼であるか、データ通信などのベストエフォート（ＢＥ）トラヒックを要求する呼であるかにかかわらず、設定されたチャネル割当アルゴリズムＡにしたがって、割当チャネルの計算を行っていた（Ｓ１００２）。割当チャネルがある場合は、アルゴリズムに従ったチャネルが割り当てられ（Ｓ１００３）、割当チャネルがない場合は呼損が発生する（Ｓ１００４）。

図２は、このようなチャネル割当を実行する従来の無線基地局のチャネル割当装置１００の構成を示す概略ブロック図である。入力されたユーザ信号は順次、送信信号生成部１０１で適切なベースバンド信号処理を受けて、ユーザごとにベースバンド送信信号が生成される。たとえば音声通信などリアルタイム（ＲＴ）アプリケーションを用いるＲＴユーザ＃１の送信信号、データ通信などベストエフォート（ＢＥ）アプリケーションを用いるＢＥユーザ＃２の送信信号などが、順次生成される。チャネル計算手段１０２は、あらかじめ設定されたチャネル割当アルゴリズムにしたがって、システムに割り当てられた周波数帯Ｆｋに属するチャネルから、ユーザ信号に割り当てるべきチャネルを求める。チャネル割当部は、順次入力されるベースバンド信号に、チャネル計算手段１０２で決定されたチャネルを割り当てる。ＲＦ送信部１０４は、各ユーザのベースバンド信号を、チャネル割当部１０３で割り当てられたチャネルの周波数に変換して、送信する。

このような従来方法に対し、ユーザが要求するＱｏＳを計算して、要求されるＱｏＳ、すなわちユーザが使用するアプリケーションに応じて、接続用の共用チャネルか、または専用チャネルを選択する動的チャネル割当方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、異なる特性を持つ複数のアプリケーションを実行する無線通信端末の例として、アプリケーションの特性に基づいて、各アプリケーションに複数の無線通信システム（無線ＬＡＮ，ＰＨＳ、携帯電話など）のうちの１つを選択するとともに、選択された無線通信システムでの無線通信で使用する電波の周波数などを定める無線端末装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−７６５２号公報 特開２００４−１７９６９３号公報

しかしながら、上述した従来の技術には以下の問題がある。

まず、従来の一般的なチャネル割当方法では、あるひとつのＱｏＳに合わせた動的なチャネル割当は行われていても、複数の異なるアプリケーション（あるいはそれが要求するＱｏＳ）に応じて、チャネルの割当手法を動的に制御する方法は、いまだ提案されていない。

上記特許文献１は、ＱｏＳ（トラヒックのクラス）に応じて、たとえばベストフォオート型通信では、そのときの最良のスループットを持つ共用無線チャネルを割り当て、ギャランティ（品質保証）型の通信には、専用チャネルを割り当てるチャネル割当方法を提案している。この方法は、一律のチャネル割当手法の中で、専用チャネルと共用チャネルに割り振っているにすぎず、要求されるＱｏＳに応じて、使用するチャネル割り当ての手法自体を動的に選択、変更するものではない。

一方で、新規周波数帯の獲得の困難さを考慮する必要がある。すでに、ほとんどの周波数帯については割り当て済みであり、新しい周波数帯を得ることは困難である。そこで、将来的には、１つのシステムがその時点で利用可能な複数の周波数帯（たとえば、８００ＭＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯、２．５ＧＨｚ帯など）の中から空きチャネルを利用するチャネル割り当て制御が必要になると考えられる。したがって、複数種類のアプリケーション（あるいはユーザ）が要求するＱｏＳに応じたチャネル割当と同時に、システム全体としての効率を考慮した、マルチバンド対応のチャネル割当を考えなければならない。

上記特許文献２は、複数のシステムとの通信手段を持つ端末が、アプリケーション使用状況や電波の状況に応じて、ユーザの側で利用周波数帯の異なるシステムを切り換えるものであるが、その場合の複数システム全体としての効率は、まったく考慮されていない。

さらにまた、連続した広帯域バンドを確保することが困難であるという問題がある。高い伝送速度を達成しようとすると周波数帯域を広く取る必要があるが、現実問題として広帯域のバンドが空いていないため、断片化された周波数帯しか取れない。その結果、この断片化した周波数帯を利用した信号伝送技術（マルチバンド信号伝送技術）と、最適なトラヒック割当法の確立が必要となる。たとえば、用途により周波数帯を使い分ける方法や、リソースの制御法の確立が必要となる。

そこで、本発明は、複数種類の要求ＱｏＳを同時に満たしつつ、複数の離隔する周波数帯にまたがって利用可能なチャネルが存在する場合の最適な動的チャネル割当手法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、まず本発明では、一律に同じチャネル割当法を適用する従来方式とは異なり、アプリケーションの種類ごと、あるいは要求されるＱｏＳごとに、異なる割当手法を用いて別々にチャネル割当を行う。

また、単一の周波数帯での動的なチャネル割当とは異なり、１つのシステム内で複数の周波数帯が利用可能な状態を前提として、ＱｏＳに応じたチャネル割当手法の選択、変更を行う。

本発明の第１の側面では、チャネル割当装置を提供する。チャネル割当装置は、
（ａ）アプリケーションの要求ＱｏＳに応じて、複数のチャネル割当アルゴリズムの中から１以上のチャネル割当アルゴリズムを選択する選択手段と、
（ｂ）前記選択されたチャネル割当アルゴリズムに従って、対応する要求ＱｏＳごとに個別にチャネル割当を行なうチャネル割当手段と
を備える。

アプリケーションが要求するＱｏＳごとに、最適なチャネル割当アルゴリズムが選択され、選択されたアルゴリズムにしたがって、ＱｏＳごとに個別にチャネル割当が行われるので、周波数利用の効率化を図るとともに、アプリケーション指向の通信を実現できる。

好ましい実施形態では、チャネル割当手段は、選択されたチャネル割当アルゴリズムに従って、離隔する複数の周波数帯の中から所定の条件を満たすチャネルを割り当てる。

これにより、複数の周波数帯が利用できる場合において、要求ＱｏＳに応じた適切なチャネル割当が可能になる。

本発明の第２の側面では、上述したチャネル割当装置を用いる無線基地局を提供する。
備える。無線基地局は、
（ａ）入力されたユーザ信号から送信用の信号を生成する送信信号生成部と、
（ｂ）前記ユーザ信号の要求ＱｏＳに応じて、複数の複数のチャネル割当アルゴリズムの中から１以上のチャネル割当アルゴリズムを選択する選択部と、
（ｃ）前記選択されたチャネル割当アルゴリズムに従って、前記ユーザ信号の要求ＱｏＳごとに個別にチャネル割当を行なうチャネル割当部と、
（ｄ）前記送信信号を、前記割り当てられたチャネルの周波数に変換して送信するＲＦ送信部と
を備える。

アプリケーションを利用するユーザの要求するＱｏＳごとに、最適なチャネル割当アルゴリズムが選択され、選択されたアルゴリズムにしたがって、ＱｏＳごとに個別にチャネル割当が行われるので、複数のアプリケーションを利用するユーザが混在する状況でも、適切なチャネル割当が行われる。

本発明の第３の側面では、チャネル割当方法を提供する。チャネル割当方法は、
（ａ）入力されたユーザ信号の要求ＱｏＳに応じて、前記ＱｏＳをグループ分けするステップと、
（ｂ）前記グループ化されたＱｏＳの各々について、複数のチャネル割当アルゴリズムの中から１以上のチャネル割当アルゴリズムを選択するステップと、
（ｃ）前記ＱｏＳごとに、選択されたチャネル割当アルゴリズムにしたがって、個別にチャネルを割り当てるステップと
を含む。

複数の周波数帯を利用できるという条件下で、各ユーザの異なる要求ＱｏＳを満たすチャネル割り当てが実現される。

事業者からすると、要求ＱｏＳを満足するユーザ数を最大化するようにチャネル割当を行うことが可能になる。

ユーザからすると、同じシステム内で目的（アプリケーション）に応じて、通話が途切れない、大量のデータを速く送受信できる、などのメリットがある。

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３は、本発明の一実施形態に係る周波数帯・チャネル割当制御のフローチャートである。この周波数帯・チャネル割当制御は、無線基地局で行われる。無線基地局は、固定式、移動式を問わない。

まず、呼が発生すると（Ｓ１１）、その呼で要求されるＱｏＳの種別を判別する（Ｓ１２）。図３の例では、説明の簡便化のために、音声やＴＶ電話などのリアルタイムトラヒック（ＲＴ）と、インターネットアクセス（データ通信）などのベストエフォートトラヒック（ＢＥ）という２つのＱｏＳ種別にクラス分けを行なっているが、３以上のクラス分けを行ない得ることは言うまでもない。

リアルタイム型の呼である場合は、このＱｏＳ（ＲＴ）に応じて選択される割当アルゴリズムＡを用いて、割当周波数帯・チャネルを計算する（Ｓ１３）。この呼が要求する条件を満たす割当周波数帯・チャネルがない場合は、呼損が発生し（Ｓ１４）、割当チャネルがある場合は、割当アルゴリズムＡにしたがって周波数帯・チャネルを割り当てる（Ｓ１６）。

一方、ベストエフォート型の呼である場合は、このＱｏＳ（ＢＥ）に応じて選択される割当アルゴリズムＢを用い、割当周波数帯・チャネルを計算する（Ｓ１４）。要求される条件を満たす割当周波数帯・チャネル割当チャネルがない場合は、呼損が発生し（Ｓ１４）、割当チャネルがある場合は、割当アルゴリズムＢにしたがって、周波数帯・チャネルを割り当てる（Ｓ１６）。

それぞれのＱｏＳに応じて適用されるアルゴリズムＡ，Ｂは、現在の無線通信環境と、制御対象であるＱｏＳの内容に基づいて、適切なアルゴリズムが選択される。なお、各ＱｏＳに応じて動的に選択される周波数帯・チャネル割当アルゴリズムは、単一のアルゴリズムに限定されず、たとえば、リアルタイム呼に対しては、固定的に１種類のアルゴリズムを設定し、ベストエフォート呼に対しては、無線環境に応じて２以上のアルゴリズムを併用する構成とすることもできる。

いずれの種類の割当アルゴリズムも、それぞれ離隔した複数の周波数帯を使用するマルチバンドの状態を前提としているので、マルチバンド特有の伝搬特性、すなわち周波数帯によって伝搬特性が異なってくる状況を考慮して設計されている。割当アルゴリズムの詳細については、後述する。

図４は、本発明の一実施形態に係る周波数帯・チャネル割当装置１０の概略構成図である。周波数帯・チャネル割当装置１０は、マルチバンド対応の無線基地局内に設定されており、周波数帯・チャネル割当アルゴリズム選択部１２、ＱｏＳ判別部、およびＱｏＳの種別ごとに設けられる周波数帯・チャネル割当部１３Ａ，１３Ｂを含む。

送信信号生成部１１には、種々のアプリケーションを利用するユーザの信号が入力される。たとえば、リアルタイム（ＲＴ）アプリケーションを用いているＲＴユーザ（＃１、＃ｎ）の信号や、ベストエフォート（ＢＥ）アプリケーションを用いているＢＥユーザ（＃２、＃ｎ−１）の信号が、順次、入力される。送信信号生成部１１は、入力された信号から、ユーザごとの送信信号（ベースバンド信号）を生成する。

周波数帯・チャネル割当装置１０のＱｏＳ判定部１５は、ユーザの要求ＱｏＳごとに送信信号をグループ化し、要求ＱｏＳに対応する周波数帯・チャネル割当部１３Ａ、１３Ｂに入力する。図４の例では、たとえばリアルタイム（ＲＴ）型通信を行なっているＲＴユーザの送信信号は、第１の周波数帯・チャネル割当部１３Ａに入力され、ベストエフォート（ＢＥ）型通信を行なっているＢＥユーザの送信信号は、第２の周波数帯・チャネル割当部１３Ｂに入力される。

周波数帯・チャネル割当アルゴリズム選択部１２は、現時点で利用可能な周波数帯、帯域幅、トラヒック情報などの無線環境情報を無線環境モニタ部１６から受け取り、無線環境情報とＱｏＳ種別とに基づいて、それぞれのＱｏＳ（ＲＴおよびＢＥ）に最適な周波数帯・チャネル割当アルゴリズムを動的に選択する。無線環境情報とＱｏＳ種別に基づいてそれぞれのＱｏＳに最適な周波数・チャネル割当アルゴリズムを選択する具体的な方法は、図８Ａから図１０Ｃを参照して後述することとする。

周波数帯・チャネル割当部１３Ａ，１３Ｂは、周波数帯・チャネル割当アルゴリズム選択部１２で決定されたアルゴリズムにしたがって、対応するＱｏＳのユーザ信号に対して周波数帯・チャネルを割り当てる。そして、割り当てた周波数帯に対応するＲＦ送信部１４−１、１４−２、…、１４−ｍにユーザの送信信号を供給する。

ＲＦ送信部１４−１〜１４−ｍの各々では、各ユーザのベースバンド信号を、その周波数帯に属する割当チャネルの周波数の信号に変換して、送信する。

ここで、音声通信などのリアルタイム通信を行なうＲＴユーザについては、要求ＱｏＳとして、利用可能なチャネルの中で所要のＳＩＮＲ（干渉信号と雑音の和に対する所望信号の比）を満たすチャネルを割り当てる必要がある。換言すると、ＲＴユーザに割り当てられるチャネルのＳＩＮＲは、ほぼ一定である。そして、所要のＳＩＮＲを満たしつつ、全体として呼損率ができるだけ下げるようなチャネル割当アルゴリズムが求められる。

このような要請に対して、ＡＲＰ（Automatic Reuse Partitioning）アルゴリズムが良好な特性を示すことが知られている。ＡＲＰアルゴリズムによるチャネル割当について、図５を参照して説明する。

ＡＲＰは、各セル共通に、チャネルに番号を付与し、番号の若いほうのチャネルから順に所要のＳＩＮＲを満たすチャネルがあるかどうかを探索し、そのようなチャネルがあればそのチャネルを割り当ててゆくという制御である。これにより、図５のグラフに示すように、若い番号のチャネルの利用頻度が高くなるため、セルの基地局近傍では、若い番号のチャネルが多くのセルで用いられ、番号が大きくなるにしたがって、基地局から離れた場所のユーザが利用するという状態が自律的に形成される。これは、リユースパーティショニングとよばれて、全体の加入者容量が増大する状態である。

次に、ＢＥユーザに対する動的チャネル割当について考察する。ベストエフォートアプリケーションを使用するＢＥユーザに対しても、複数の周波数帯の中から利用可能なチャネルの提供を第１とするので、呼損率（＝通信受付拒否率）を最小にすることが、第１条件となる。それに加え、できるだけ高い伝送速度で通信を行なうことを想定している。

ここでは適応変調符号化（ＡＭＣ）が行なわれると仮定すると、ＳＮＩＲが高いほど、多値数が高く符号化率の高いＡＭＣセットが選択されることになるため、伝送速度が向上することになる。したがって、ＢＥユーザには低い受付拒否率を保ちつつ、その範囲でできるだけ高いＳＩＮＲのチャネルを割り当てる制御を行う（必ずしもＳＩＮＲは一定でなくてもよい）。

図５のグラフに示す既存のＡＲＰでは、あるシステムに与えられた周波数帯Ｆｋの中でチャネル割り当てを行うので、チャネルの番号をどのような順で割り振ろうと、伝搬損失の差の影響はない。しかし、複数の離隔した周波数帯を利用するマルチバンドを前提とする場合、周波数帯によって伝搬損失が異なるため、チャネルの状態が大きく異なり、既存のＡＲＰをそのまま適用することはできない。

たとえば、異なる周波数帯に対して同じ電力で送信した場合、低い周波数帯の受信電力が所要の品質を満たすレベルでも、高い周波数帯では、伝搬減衰により受信電力が小さくなる。この結果、所要品質を満たさない可能性がある。この場合、図５の模式図に示すように、高い周波数帯ｆ_Ｈの所要品質を満たすエリア（斜線エリア）は、低い周波数帯ｆ_Ｌのエリアよりも小さくなるため、基地局遠方では低い周波数帯しか割り当てることができなくなる。この点を考慮してチャネル割り当てを行う必要がある。

また、一般に、割り当てる周波数帯が高いほど、より広い周波数帯が使えるため、マルチバンド伝送では、割り当てるチャネルの帯域幅が周波数帯ごとに異なる可能性がある。この場合、できるだけ広い帯域幅のチャネルを用いるほうが高速の通信ができるため、スループットの面から有利になる。

このような要因を考慮して、複数の周波数帯の利用を前提とする本実施形態の動的チャネル割当アルゴリズムについて説明する。

図６は、一実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当アルゴリズムを説明するための図である。実施形態では、ＡＲＰアルゴリズムのうち、高い周波数帯のチャネルから順に割り当てる手法をＡＲＰ−Ｈ、逆に低い周波数帯のチャネルから割り当てる手法を、ＡＲＰ−Ｌと呼ぶこととする。ＡＲＰ−Ｈ、ＡＲＰ−Ｌの双方のアルゴリズムが、既存のＡＲＰと異なり、離隔した複数の周波数帯にまたがることを前提としている。

さらに、複数の周波数帯にまたがってチャネル番号をランダムに並べ替えて利用可能チャネルを探索し、所要のＳＩＮＲを満たすチャネルが見つかればそのチャネルを割り当てるアルゴリズムを、ランダム割当（Ｒａｎｄｏｍ）と呼ぶこととする。

図６では、一例として、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の３つの離隔する周波数帯が描かれている。高周波帯であるＦ３では、データ通信で大量のデータを送信することを想定して、チャネル幅を広くとっている。ＡＲＰ−Ｈでは、高い周波数帯Ｆ３の側からチャネルに番号が与えられ、ＡＲＰ−Ｌでは、低い周波数帯Ｆ１側からチャネルが並べられている。Ｒａｎｄｏｍでは、チャネル番号がランダムに変更される。

これらの複数の動的チャネル割当アルゴリズムを、あらかじめ候補として挙げておく。

次に、実際に用いる周波数帯、帯域幅、チャネル数、アプリケーションの種類、各アプリケーションのユーザ数などをパラメータとして用いた計算機シミュレーションを行い、それぞれのアプリケーションに対して最適な動的チャネル割当法を選択する。選択の基準としては、たとえば、リアルタイム通信を行なうＲＴユーザについては、呼損率を最小にすることを基準とし、ベストエフォート型の通信を行なうＢＥユーザについては、通信受付拒否率を低く保ちつつ、ユーザスループットを最大にすることを基準とすることが挙げられる。これらの評価基準により、各アプリケーションについて無線通信環境を反映した最適な動的チャネルの割当アルゴリズムを選択する。

図７は、チャネル割当の一例を示す。図７（ａ）の例では、音声通信を行なうＲＴユーザには、固定的にＡＲＰ−Ｈアルゴリズムを用いてチャネル割り当てを行う。すなわち、周波数の高い側から順にチャネル探索を行い、所要のＳＩＮＲを満たすチャネルがあったときにそのチャネルを割り当てる。一方、データ通信を行なうＢＥユーザには、ＡＲＰ−ＬとＡＲＰ−Ｈを組み合わせて用い、無線状況に応じて、いずれかのアルゴリズムを適用してチャネル割当を行う。このとき、ＲＴユーザとＢＥユーザの双方に対してＡＲＰ−Ｈを適用することもあり得る。

また、チャネル番号の割り振りは、必ずしも常に、最も低い周波数側から、あるいは最も高い周波数側から行なう必要はない。例えば、図７（ｂ）に示すように、同じ周波数帯・チャネル割当アルゴリズムを選択する場合であっても、チャネル番号の振り付けをどこから開始するかを、適応的に変更してもよい。

さらに、ＢＥユーザに対して、ＡＲＰ−Ｈ、ＡＲＰ−Ｌ、Ｒａｎｄｏｍを併用してもよい。この場合は、図３のフローチャートで、Ｓ１３でリアルタイム呼の処理に適用されるアルゴリズムＡをＡＲＰ−Ｈとし、Ｓ１５でベストエフォート呼の処理に適用されるアルゴリズムＢを、ＡＲＰ−Ｈ、ＡＲＰ−Ｌ、およびＲａｎｄｏｍの組み合わせとして、ＱｏＳごとにチャネル探索および割り当てを行なう。

図８〜１０は、複数の周波数帯の利用を前提とするＲＴユーザの呼損率特性と、ＢＥユーザの受付拒否率特性およびスループット特性の計算機シミュレーション結果を示す図である。いずれのシミュレーションにおいても、割り当てアルゴリズムとして、ＡＲＰ−Ｈ、ＡＲＰ−Ｌ、Ｒａｎｄｏｍの３種類を用いる。図中、実線（丸印をプロットしたもの）はＡＲＰ−Ｈの特性を、一点鎖線（四角をプロットしたもの）はＡＲＰ−Ｌの特性を、点線（ひし形をプロットしたもの）はＲａｎｄｏｍの特性を示す。

図８のシミュレーションでは、周波数帯として５ＧＨｚ帯と９００ＭＨｚ帯の２種類を仮定する。帯域幅は、いずれも１チャネルあたり１００ｋＨｚとし、それぞれの帯域で１０チャネルずつ用いる。アプリケーションとしては、リアルタイム（ＲＴ）とベストエフォート（ＢＥ）の２種類を仮定する。ＲＴでは、変調方式等は固定し、固定伝送速度とするが、ＢＥでは適応変調符号化（ＡＭＣ）を用いる。

各セル（シミュレーションでは、セル半径１Ｋｍの８×８セルのうち、中心１６セルを観測）では、呼の発生時にチャネルのＳＩＮＲを測定し、各割り当てアルゴリズムにしたがってチャネルを決定する。もし、ＳＩＮＲ閾値以上のチャネルが存在しない場合は、呼損となる。また、チャネル割り当て後、そのチャネルを用いている他のユーザのチャネルのＳＩＮＲも変化するため、それらのユーザのＳＩＮＲを測定し、ＳＩＮＲ閾値を下回っている場合は、他の空きチャネルを探索し、再割り当てを行なう。

図８Ａは、上述した緒元でのＲＴユーザの呼損率特性を、図８Ｂは、ＢＥユーザの受付拒否率特性を、図８ＣはＢＥユーザのスループット特性を示すグラフである。

図８Ａおよび図８Ｂに示すように、ＲＴユーザの呼損率や、ＢＥユーザの受付拒否率については、ＡＲＰ−Ｈが最もよい特性を示す。一方、ＢＥユーザのスループットについては、図８Ｃに示すように、ランダム割当やＡＲＰ−Ｌのほうが、ＡＲＰ−Ｈよりも高いスループットを達成することがわかる。

この理由は、次のように考えられる。すなわち、ＡＲＰ―Ｈは、リユース・パーティショニングによってなるべく多くのユーザを収容する制御であるため、より呼損率が低く、システムの容量が増大する。しかし、高い周波数帯のチャネルから優先的に割り当てているため、伝搬損失により、割り当て時のＳＩＮＲが低くなっている。このため、適応変調符号化（ＡＭＣ）により伝送速度の低いＡＭＣセットを選択している。

一方、ＡＲＰ−Ｌやランダム割当では、ＡＲＰ−Ｈより高いＳＩＮＲのチャネルを割り当てているため、伝送速度の高いＡＭＣセットが選択できているためと考えられる。しかし、図８Ｂに示すように、セル当たりのユーザ収容数の増加につれて受付拒否率特性が劣化するため、トラヒック負荷の高いときは利用できない。したがって、ＢＥユーザに対しては、受付拒否率が許容される範囲であれば、ＡＲＰ−Ｈよりも、他のアルゴリズムを用いて、より高い伝送速度のチャネルを割り当て、トラヒック負荷が高い環境では、ＡＲＰ−Ｈを使うようにするのが望ましい。

図９のシミュレーションでは、周波数帯として２ＧＨｚ帯と８００ＭＨｚ帯の２種類を仮定する。帯域幅は、いずれも１チャネルあたり１００ｋＨｚとし、それぞれの帯域で１０チャネルずつ用いる。図８と同様に、アプリケーションとして、リアルタイム（ＲＴ）とベストエフォート（ＢＥ）の２種類を仮定する。割当アルゴリズムは、ＲＴでは、固定的にＡＲＰ−Ｈアルゴリズムを適用し、ＢＥでは、ＡＲＰ−Ｈ，ＡＲＰ−Ｌ，Ｒａｎｄｏｍを適応的に使いわける。

図８の場合と比較して、利用する２つの周波数帯の間隔が近くなった分、ＲＴユーザの呼損率やＢＥユーザの受付拒否率において、ＡＲＰ−ＨとＡＲＰ−Ｌの特性の差は小さくなっているが、やはりＡＲＰ−Ｈが最もよい特性を示す。一方、ＢＥユーザのスループット特性については、ランダム割当が良好な特性を示す。したがって、ＢＥユーザについては、受付拒否率が許容範囲内であれば、ランダム割当アルゴリズムを適用することが望ましい。

図１０のシミュレーションでは、周波数帯として５ＧＨｚ帯と８００ＭＨｚ帯の２種類を仮定する。帯域幅は、いずれも１チャネルあたり１００ｋＨｚとし、５ＧＨｚ帯では１５チャネル、８００ＭＨｚ帯では５チャネルを用いる。図８と同様に、アプリケーションとして、リアルタイム（ＲＴ）とベストエフォート（ＢＥ）の２種類を仮定する。割当アルゴリズムは、ＲＴでは、固定的にＡＲＰ−Ｈアルゴリズムを適用し、ＢＥでは、ＡＲＰ−Ｈ，ＡＲＰ−Ｌ，Ｒａｎｄｏｍを適応的に使いわける。

図１０のように、離隔した２つの周波数帯を用い、かつ、使用チャネル数が高周波側の帯域で多い場合は、ＲＴユーザの呼損率とＢＥユーザの受付拒否率について、ＡＲＰ−Ｈが最も特性がよく、また、ＡＲＰ−ＨとＡＲＰ−Ｌの特性の差が大きい。ＢＥユーザのスループットはＡＲＰ−Ｌで最も良好である。

このように、実際に用いる周波数帯、帯域幅、チャネル数、アプリケーションの種類、そのアプリケーションのユーザ数などをパラメータとして用いた計算機シミュレーションを行なうことにより、それぞれのアプリケーションに対して最適な動的周波数帯・チャネル割当法を選択することができる。

図８〜１０の例では、ＲＴユーザとＢＥユーザの双方の要求ＱｏＳを満たしつつ、ＲＴユーザの呼損率を最小化し、ＢＥユーザのスループットを最大にする（すなわち容量を最大化する）制御を行うことが可能になる。

特に、複数の離隔した周波数帯が利用可能である場合には、周波数帯の間隔、各周波数帯で利用可能なチャネル数、セル内に収容されるユーザ数など現時点での無線通信環境に基づいて、複数の割当アルゴリズムの中から最適なアルゴリズム（たとえば、ＲＴユーザにはＡＲＰ−Ｈ，ＢＥユーザにはＡＲＰ−Ｌなど）を適用することによって、システム全体としての容量を増大できる。

以上説明したように、本発明によれば、アプリケーションの要求ＱｏＳに応じて最適な周波数帯・チャネル割当アルゴリズムを適用し、要求ＱｏＳを満たしつつ、周波数利用効率を最大化することができる。

従来の一般的なチャネル割当制御を示すフローチャートである。 無線基地局に設定される従来のチャネル割当装置の概略構成図である。 本発明の一実施例にかかる周波数帯・チャネル割当制御を示すフローチャートである。 本発明の一実施例にかかる無線基地局に設定される周波数帯・チャネル割当装置の概略構成図である。 ＡＲＰチャネル割当手法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当アルゴリズムを説明するための図である。 本発明の実施形態に係るチャネル割り当ての例を示す図である。 実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当の計算機シミュレーション結果（１）のうち、ＲＴユーザの呼損率特性を示すグラフである。 実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当の計算機シミュレーション結果（１）のうち、ＢＥユーザの受付拒否率特性を示すグラフである。 実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当の計算機シミュレーション結果（１）のうち、ＢＥユーザのスループット特性を示すグラフである。 実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当の計算機シミュレーション結果（２）のうち、ＲＴユーザの呼損率特性を示すグラフである。 実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当の計算機シミュレーション結果（２）のうち、ＢＥユーザの受付拒否率特性を示すグラフである。 実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当の計算機シミュレーション結果（２）のうち、ＢＥユーザのスループット特性を示すグラフである。 実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当の計算機シミュレーション結果（３）のうち、ＲＴユーザの呼損率特性を示すグラフである。 実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当の計算機シミュレーション結果（３）のうち、ＢＥユーザの受付拒否率特性を示すグラフである。 実施形態に係る動的周波数帯・チャネル割当の計算機シミュレーション結果（３）のうち、ＢＥユーザのスループット特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ 周波数帯・チャネル割当装置
１１ 送信信号生成部
１２ 周波数帯・チャネル割当アルゴリズム選択部（選択手段）
１３Ａ，１３Ｂ 周波数帯・チャネル割当部（チャネル割当手段）
１４ ＲＦ送信部
１５ ＱｏＳ判定部（ＱｏＳ判定手段）
１６ 無線環境モニタ部

Claims (10)

1. 互いに離隔した複数の周波数帯を利用可能なマルチバンド無線通信に用いるチャネル割当装置であって、
   現時点で利用可能な周波数帯、前記利用可能な周波数帯の間隔、各周波数帯の帯域幅、各周波数帯で利用可能なチャネル数、及びトラヒック情報を含む無線環境情報をモニタする無線環境モニタ手段と、
   前記無線環境情報とアプリケーションの要求ＱｏＳに応じて、複数のチャネル割当アルゴリズムの中から１以上のチャネル割当アルゴリズムを選択する選択手段と、
   前記選択されたチャネル割当アルゴリズムに従って、対応する要求ＱｏＳごとに個別にチャネル割当を行なうチャネル割当手段と
   を備えることを特徴とするチャネル割当装置。
2. 前記チャネル割当手段は、前記選択されたチャネル割当アルゴリズムに従って、前記離隔する複数の周波数帯の中から所定の条件を満たすチャネルを割り当てることを特徴とする請求項１に記載のチャネル割当装置。
3. 入力されたユーザ信号を、要求ＱｏＳに応じてグループ分けするＱｏＳ判定手段をさらに備え、
   前記選択手段は、前記グループ化されたＱｏＳ種別ごとに、１以上のチャネル割当アルゴリズムを選択することを特徴とする請求項１に記載のチャネル割当装置。
4. 前記アプリケーションは、リアルタイムアプリケーションとベストエフォートアプリケーションを含み、
   前記選択手段は、前記リアルタイムアプリケーションのユーザの呼損率を最小化し、前記ベストエフォートアプリケーションのユーザのスループットを最大化するように、各々の要求ＱｏＳに応じたチャネル割当アルゴリズムを選択することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のチャネル割当装置。
5. 前記複数のチャネル割当アルゴリズムは、複数の離隔した周波数帯にわたって、高い周波数帯のチャネルから順に探索するＡＲＰ−Ｈアルゴリズムと、複数の離隔した周波数帯にわたって、低い周波数帯のチャネルから順に探索するＡＲＰ−Ｌアルゴリズムと、複数の離隔する周波数帯にわたってランダムにチャネルを探索するランダム割当アルゴリズムを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のチャネル割当装置。
6. 互いに離隔した複数の周波数帯を利用可能なマルチバンド無線通信に用いられる無線基地局であって、
   現時点で利用可能な周波数帯、前記利用可能な周波数帯の間隔、前記各周波数帯の帯域幅、前記各周波数帯で利用可能なチャネル数、及びトラヒック情報を含む無線環境情報をモニタする無線環境モニタ手段と、
   入力されたユーザ信号から送信用の信号を生成する送信信号生成部と、
   前記ユーザ信号の要求ＱｏＳ及び前記無線環境情報に応じて、複数の複数のチャネル割当アルゴリズムの中から１以上のチャネル割当アルゴリズムを選択する選択部と、
   前記選択されたチャネル割当アルゴリズムに従って、前記ユーザ信号の要求ＱｏＳごとに個別にチャネル割当を行なうチャネル割当部と、
   前記送信信号を、前記割り当てられたチャネルの周波数に変換して送信するＲＦ送信部と
   を備えることを特徴とする無線基地局。
7. 前記チャネル割当部は、前記選択されたチャネル割当アルゴリズムに従って、離隔する複数の周波数帯の中から所定の条件を満たすチャネルを割り当て、
   前記ＲＦ送信部は、前記送信信号を、割り当てられた周波数帯ごとに、その周波数帯に属するチャネルの周波数に変換して送信することを特徴とする請求項６に記載の無線基地局。
8. 前記入力されたユーザ信号を、要求ＱｏＳに応じてグループ分けするＱｏＳ判定部をさらに備え、
   前記選択部は、前記グループ化されたＱｏＳ種別ごとに、１以上のチャネル割当アルゴリズムを選択することを特徴とする請求項６に記載の無線基地局。
9. 互いに離隔した複数の周波数帯を利用可能なマルチバンド無線通信に用いられるチャネル割当方法であって、
   現時点で利用可能な周波数帯、前記利用可能な周波数帯の間隔、前記各周波数帯の帯域幅、前記各周波数帯で利用可能なチャネル数、及びトラヒック情報を含む無線環境情報をモニタするステップと、
   入力されたユーザ信号の要求ＱｏＳに応じて、前記ＱｏＳをグループ分けするステップと、
   前記無線環境情報に基づき、前記グループ化されたＱｏＳの各々について、複数のチャネル割当アルゴリズムの中から１以上のチャネル割当アルゴリズムを選択するステップと、
   前記ＱｏＳごとに、選択されたチャネル割当アルゴリズムにしたがって、個別にチャネルを割り当てるステップと
   を含むことを特徴とするチャネル割り当て方法。
10. 前記チャネル割当ステップは、前記選択されたチャネル割当アルゴリズムに従って、離隔する複数の周波数帯の中から所定の条件を満たすチャネルを割り当てることを特徴とする請求項９に記載のチャネル割当方法。

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