无线通信系统、下位站及上位站

摘要

本发明提供一种无线通信系统、下位站及上位站。所述无线通信系统(1)的特征在于，下位站(10a)具有：下位站ID检测部(13)，其从来自其他下位站(10b)的信号中检测用于识别下位站(10b)的下位站ID；组ID检测部(12)，其检测用于识别下位站(10b)所属的组的组ID；测量部(15)，其测量下位站(10b)的信道使用状况；使用概率更新部(19)，其根据这些下位站ID、组ID和信道使用状况，计算每个下位站的信道使用量和每个组的信道使用量，根据这些信道使用量更新表示通信信道的使用概率的信道使用概率；和信道确定部(20)，其根据该信道使用概率来确定自家站在发送时使用的通信信道。

权利要求

1.一种无线通信系统，其构成为包括上位站和多个下位站，所述各个下位站具有用于识别下位站的下位站ID和用于识别自家站所属的组的组ID，在下位站之间能够接收来自其他下位站的包括该其他下位站的下位站ID和组ID的信号，所述无线通信系统的特征在于，所述下位站具有：

检测单元，其从来自其他下位站的所述信号中检测所述其他下位站的下位站ID和组ID；

测量单元，其根据所述信号来测量所述其他下位站的信道使用状况；

计算单元，其根据由所述检测单元检测出的下位站ID和组ID以及由所述测量单元测量出的信道使用状况，计算所述每个下位站的信道使用量和所述每个组的信道使用量；

更新单元，其根据由所述计算单元计算出的各个信道使用量，更新对表示通信信道的使用概率的信道使用概率；和确定单元，其根据由所述更新单元所更新的信道使用概率，确定自家站在发送时使用的通信信道。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述计算单元也根据表示所述组内的通信信道分配的不均衡性的反应系数来计算所述各个信道使用量。

3.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述计算单元也根据反映所述组的优先度的加权系数来计算所述各个信道使用量。

4.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述测量单元根据每个下位站的通信信道使用时间来测量所述其他下位站的信道使用量。

5.根据权利要求4所述的无线通信系统，其特征在于，所述测量单元也根据各个下位站使用的带宽来测量所述其他下位站的信道使用量。

6.根据权利要求5所述的无线通信系统，其特征在于，所述测量单元也根据各个下位站发送的信号的到达距离来测量所述其他下位站的信道使用量。

7.一种无线通信系统，其构成为包括上位站和多个下位站，所述各个下位站具有用于识别下位站的下位站ID和用于识别自家站所属的组的组ID，能够向上位站发送来自所述下位站的包括该下位站的下位站ID和组ID的信号，所述无线通信系统的特征在于，所述下位站具有：请求发送单元，其将用于使所述上位站确定自家站在发送时使用的通信信道的信道请求发送给该上位站；和信道信息接收单元，其根据由所述请求发送单元发送的信道请求，接收表示所述上位站所确定的通信信道的信道信息，所述上位站具有：

检测单元，其从来自与自家站连接的下位站的所述信号中检测所述下位站ID和所述组ID；

测量单元，其根据所述信号测量与所述自家站连接的下位站的信道使用状况；

计算单元，其根据由所述检测单元检测出的下位站ID和组ID以及由所述测量单元测量出的信道使用状况，计算所述每个下位站的信道使用量和所述每个组的信道使用量；

更新单元，其根据由所述计算单元计算出的各个信道使用量，更新表示通信信道的使用概率的信道使用概率；

确定单元，其根据由所述更新单元所更新的信道使用概率，确定发送了所述信道请求的下位站在发送时使用的通信信道；和信道信息发送单元，其向发送了所述信道请求的下位站发送表示由所述确定单元所确定的通信信道的信道信息。

8.一种下位站，其具有用于识别下位站的下位站ID和用于识别自家站所属的组的组ID，在下位站之间能够接收来自其他下位站的包括该其他下位站的下位站ID和组ID的信号，所述下位站的特征在于，其具有：检测单元，其从来自其他下位站的所述信号中检测所述其他下位站的下位站ID和组ID；

测量单元，其根据所述信号来测量所述其他下位站的信道使用状况；

计算单元，其根据由所述检测单元检测出的下位站ID和组ID以及由所述测量单元测量出的信道使用状况，计算所述每个下位站的信道使用量和所述每个组的信道使用量；

更新单元，其根据由所述计算单元计算出的各个信道使用量，更新表示通信信道的使用概率的信道使用概率；和确定单元，其根据由所述更新单元所更新的信道使用概率，确定自家站在发送时使用的通信信道。

9.一种上位站，其在从下位站接收到用于确定该下位站在发送时使用的通信信道的信道请求时，向该下位站发送表示该通信信道的信道信息，所述下位站发送包括用于识别下位站的下位站ID和用于识别所述下位站所属的组的组ID的信号，所述上位站的特征在于，其具有：检测单元，其从来自与自家站连接的下位站的所述信号中检测所述下位站ID和所述组ID；

测量单元，其根据所述信号测量与所述自家站连接的下位站的信道使用状况；

计算单元，其根据由所述检测单元检测出的下位站ID和组ID以及由所述测量单元测量出的信道使用状况，计算所述每个下位站的信道使用量和所述每个组的信道使用量；

更新单元，其根据由所述计算单元计算出的各个信道使用量，更新表示通信信道的使用概率的信道使用概率；

确定单元，其根据由所述更新单元所更新的信道使用概率，确定发送了所述信道请求的下位站在发送时使用的通信信道；和信道信息发送单元，其向发送了所述信道请求的下位站发送表示由所述确定单元所确定的通信信道的信道信息。

说明书

无线通信系统、下位站及上位站

技术领域

[0001] 本发明涉及无线通信系统、下位站及上位站。

背景技术

[0002] 最近，伴随无线通信技术的发展，其需求增大，也要求频率资源的有效利用及灵活的频率分配对策。作为实现灵活的频率分配的手段，可以考虑提供由多个移动站共用通信使用的频带的环境。在共用通信信道的通信环境中，由于各个移动站的利害关系是对立的，所以需要能够适合于公平地分配通信信道的信道使用概率控制方法。因此，开发了考虑单位移动站的公平性来控制频率分配的方法。该方法例如在工业、科研及医疗用无线频带中运用的无线LAN系统中被采用。下述非专利文献1记载了一种方法，以这种多个移动站共用通信信道的环境为对象，控制通信信道的使用概率使各个移动站的利益达到公平。 [0003] 非专利文献1：Y.Xing，R.Chandramouli，S.Mangold，S.Shankar，″Dynamic spectrum access in open spectrum wireless networks″，IEEEJournal on selected areas in communications(JSAC)，Vol.24，No.3，pp.626-637，March 2006

[0004] 非 专 利 文 献 2：H.Gintis， ″ Game theory evolving ：Aprobrem-centeredintroduction to modeling strategic behavior″，Prinston Univ.press，2000

[0005] 但是，在上述现有技术中，例如当存在多个无线通信运营商，并存在多个属于各个运营商的移动站的情况下，将有可能不能充分应对。例如，在控制信道使用概率使得单位移动站的利益达到公平的情况下，由于单位运营商的利益为与属于各个运营商的移动站数量成比例的值，所以在移动站数量存在偏差时，将产生不公平的状态。

[0006] 这种状况也发生于基站与移动站的关系以外的场合。例如，在与移 动站直接进行通信的下位基站和收容多个该下位基站的上位基站的关系中，或者，在从拥有通信设备的MNO运营商租借设备来开展通信事业的MVNO运营商与收容多个该MVNO运营商的MNO运营商的关系中，同样产生不公平的状态。

[0007] 在允许这种不公平性的情况下，各个运营商可以使用的通信信道只根据获取的用户数量确定，所以各个运营商只关心获取用户的竞争。结果，导致面向有限资源即频率的有效利用的技术开发和对设备投资的欲望减退，预测很难构建可以实现长期的可持续发展的频率共用环境。或者，例如可以预测到利益较少的运营商以进一步扩大利益为目标，指示下属的移动站随意地增大信道使用概率。但是，这种不顾他人利益的利已的信道使用概率的增大，将诱发来自自家站的发送信号与来自其他移动站的发送信号的冲突增大。结果，不仅自家站的利益未能如期增大，而且其他移动站的利益也减小，有可能导致通信信道整体的使用效率大幅下降。根据情况，有可能导致一个用户也不能通信的结局。

[0008] 发明内容

[0009] 本发明就是为了解决上述问题而进行的，其目的在于提供一种可以进一步提高通信信道的使用效率的无线通信系统、下位站及上位站。

[0010] 本发明的无线通信系统构成为包括上位站和多个下位站，各个下位站具有用于识别下位站的下位站ID和用于识别自家站所属的组的组ID，在下位站之间能够接收来自其他下位站的包括该其他下位站的下位站ID和组ID的信号，所述无线通信系统的特征在于，下位站具有：检测单元，其从来自其他下位站的信号中检测其他下位站的下位站ID和组ID；测量单元，其根据信号来测量其他下位站的信道使用状况；计算单元，其根据由检测单元检测出的下位站ID和组ID以及由测量单元测量出的信道使用状况，计算每个下位站的信道使用量和每个组的信道使用量；更新单元，其根据由计算单元计算出的各个信道使用量，更新表示通信信道的使用概率的信道使用概率；和确定单元，其根据由更新单元所更新的信道使用概率，确定自家站在发送时使用的通信信道。

[0011] 并且，本发明的下位站具有用于识别下位站的下位站ID和用于识别自家站所属的组的组ID，在下位站之间能够接收来自其他下位站的包括该其他下位站的下位站ID和组ID的信号，所述下位站的特征在于，其具有：检测单元，其从来自其他下位站的信号中检测其他下位站的下位站ID和组ID；测量单元，其根据信号来测量其他下位站的信道使用状况；计算单元，其根据由检测单元检测出的下位站ID和组ID以及由测量单元测量出的信道使用状况，计算每个下位站的信道使用量和每个组的信道使用量；更新单元，其根据由计算单元计算出的各个信道使用量，更新表示通信信道的使用概率的信道使用概率；和确定单元，其根据由更新单元所更新的信道使用概率，确定自家站在发送时使用的通信信道。 [0012] 根据这种无线通信系统和下位站，首先从接收到的信号中检测下位站ID和组ID，同时根据该信号测量信道使用状况，并据此计算每个下位站的信道使用量和每个组的信道使用量。并且，根据计算的各个信道使用量来更新信道使用概率，根据更新后的信道使用概率来确定在发送时使用的通信信道。由此，不仅考虑每个下位站的信道使用量，也能够考虑每个组的信道使用量来确定将要使用的通信信道。换言之，可以从下位站和组的双方的观点出发公平地分配通信信道。结果，可以减轻不必要的信号冲突，进一步提高通信信道的使用效率。并且，可以向无线通信系统的使用者提供稳定的通信环境。

[0013] 在本发明的无线通信系统中，优选计算单元也根据表示组内的通信信道分配的不均衡性的反应系数来计算各个信道使用量。

[0014] 该情况时，在计算信道使用量时，考虑通信信道分配的不均衡性。由此，可以优先调整将要发送发送信号的下位站的信道使用概率，所以能够纠正分配的不均衡性。结果，可以进一步提高通信信道的使用效率。

[0015] 在本发明的无线通信系统中，优选计算单元也根据反映组的优先度的加权系数来更新各个信道使用量。

[0016] 该情况时，在计算信道使用量时，考虑组的优先度。由此，由于更新信道使用概率使得能够反映组的优先度，所以可以进一步提高通信信道的使用概率。

[0017] 在本发明的无线通信系统中，优选测量单元根据每个下位站的通信信道使用时间来测量其他下位站的信道使用量。

[0018] 该情况时，根据每个下位站的通信信道使用时间来测量其他下位站的信道使用量。在无线通信系统中，由于通信信道使用时间即发送时间根据被发送的数据的量而增减，所以根据通信信道使用时间来测量信道使用量对确定合适的通信信道比较有效。进而，可以进一步提高通信信道的使用效率。

[0019] 在本发明的无线通信系统中，优选测量单元也根据各个下位站使用的带宽来测量其他下位站的信道使用量。

[0020] 该情况时，也考虑各个下位站使用的带宽来测量其他下位站的信道使用量。在无线通信系统中，由于使用的频带根据利用目的(语音通话和数据转发等)而不同，所以根据带宽来测量信道使用量对确定合适的通信信道比较有效。进而，可以进一步提高通信信道的使用效率。

[0021] 在本发明的无线通信系统中，优选测量单元也根据各个下位站发送的信号的到达距离来测量其他下位站的信道使用量。

[0022] 该情况时，也考虑由各个下位站发送的发送信号的到达距离来测量其他下位站的信道使用量。由于发送信号的到达距离根据在无线通信系统中使用的无线方式和置站设计等的影响而变化，所以根据信号的到达距离来测量信道使用量对确定合适的通信信道比较有效。进而，可以进一步提高通信信道的使用效率。

[0023] 本发明的无线通信系统构成为包括上位站和多个下位站，各个下位站具有用于识别下位站的下位站ID和用于识别自家站所属的组的组ID，能够向上位站发送来自下位站的包括该下位站的下位站ID和组ID的信号，所述无线通信系统的特征在于，下位站具有：请求发送单元，其将用于使上位站确定自家站在发送时使用的通信信道的信道请求发送给该上位站；和信道信息接收单元，其根据由请求发送单元发送的信道请求，接收表示上位站确定的通信信道的信道信息，上位站具有：检测单元，其从来自与自家站连接的下位站的信号中检测下位站ID和组ID；测量单元，其根据信号测量与自家站连接的下位站的信道使用状况；计算单元， 其根据由检测单元检测出的下位站ID和组ID以及由测量单元测量出的信道使用状况，计算每个下位站的信道使用量和每个组的信道使用量；更新单元，其根据由计算单元计算出的各个信道使用量，更新表示通信信道的使用概率的信道使用概率；确定单元，其根据由更新单元所更新的信道使用概率，确定发送了信道请求的下位站在发送时使用的通信信道；和信道信息发送单元，其向发送了信道请求的下位站发送表示由确定单元所确定的通信信道的信道信息。

[0024] 并且，本发明的上位站在从下位站接收到用于确定该下位站在发送时使用的通信信道的信道请求时，向该下位站发送表示该通信信道的信道信息，所述下位站发送包括用于识别下位站的下位站ID和用于识别下位站所属的组的组ID的信号，所述上位站的特征在于，其具有：检测单元，其从来自与自家站连接的下位站的信号中检测下位站ID和组ID；测量单元，其根据信号测量与自家站连接的下位站的信道使用状况；计算单元，其根据由检测单元检测出的下位站ID和组ID以及由测量单元测量出的信道使用状况，计算每个下位站的信道使用量和每个组的信道使用量；更新单元，其根据由计算单元计算出的各个信道使用量，更新表示通信信道的使用概率的信道使用概率；确定单元，其根据由更新单元所更新的信道使用概率，确定发送了信道请求的下位站在发送时使用的通信信道；和信道信息发送单元，其向发送了信道请求的下位站发送表示由确定单元所确定的通信信道的信道信息。

[0025] 根据这种无线通信系统和上位站，在下位站向上位站发送信道请求时，在上位站中根据来自与该上位站连接的下位站的信号检测下位站ID和组ID，同时根据该信号测量信道使用状况。并且，根据下位站ID、组ID和信道使用状况，计算每个下位站的信道使用量和每个组的信道使用量。然后，根据计算出的各个信道使用量来更新信道使用概率，根据更新后的信道使用概率来确定发送时使用的通信信道。并且，表示所确定的通信信道的信道信息被发送给下位站，在该下位站中，在发送时使用所确定的通信信道。由此，不仅考虑每个下位站的信道使用量，也能够考虑每个组的信道使用量来确定将要使用的通信信道。换言之，可以从 下位站和组的双方的观点出发公平地分配通信信道。结果，可以减轻不必要的信号冲突，进一步提高通信信道的使用效率。并且，可以向无线通信系统的使用者提供稳定的通信环境。

[0026] 并且，根据这种无线通信系统和上位站，从检测下位站ID和组ID到确定通信信道的处理由上位站执行。由此，可以减轻处理能力有限、周边的通信环境恶化的可能性也比较大的下位站进行的处理，而由处理能力良好、而且通信环境良好的上位站进行一系列的处理。结果，可以更加可靠地确定通信信道。

[0027] 根据这种无线通信系统、下位站和上位站，可以进一步提高通信信道的使用效率。 附图说明

[0028] 图1是表示第1实施方式涉及的无线通信系统的整体结构的图。

[0029] 图2是表示图1所示的下位站的功能结构的图。

[0030] 图3是图1所示的下位站的硬件结构图。

[0031] 图4是表示图2所示的更新量计算部的处理的图。

[0032] 图5是表示图2所示的使用概率更新部的结构的图。

[0033] 图6是表示图1所示的无线通信系统的处理的顺序图。

[0034] 图7是表示第2实施方式涉及的下位站的功能结构的图。

[0035] 图8是表示第2实施方式涉及的上位站的功能结构的图。

[0036] 图9是图8所示的上位站的硬件结构图。

[0037] 图10是表示第2实施方式涉及的无线通信系统的处理的顺序图。

[0038] 图11是表示第3实施方式涉及的下位站的功能结构的图。

[0039] 图12是表示第3实施方式涉及的上位站的功能结构的图。

[0040] 图13是表示第3实施方式涉及的无线通信系统的处理的顺序图。

[0041] 图14是表示第4实施方式涉及的更新量计算部的处理的图。

[0042] 标号说明

[0043] 1：无线通信系统；10：下位站；10b：其他下位站；12、35：组ID检测部(检测单元)；13、36：下位站ID检测部(检测单元)；15、38： 测量部；18、41：更新量计算部(计算单元)；19、42：使用概率更新部(更新单元)；20、43：信道确定部(确定单元)；24：请求发送部；25：信道信息接收部。

具体实施方式

[0044] 以下，参照附图具体说明本发明的实施方式。另外，在附图的说明中对相同或等同的要素标注相同的标号，并省略重复说明。

[0045] (第1实施方式)

[0046] 首先，使用图1说明第1实施方式涉及的无线通信系统1。图1是表示无线通信系统1的整体结构的图。

[0047] 无线通信系统1具有多个下位站10和包括上位站30及频率管理站50的移动体通信网60。作为下位站10，例如可以列举手机和便携式信息终端(PDA：Personal Digital Assistant)，但下位站10的类型不限于此。上位站30对下位站10与移动体通信网60内的其他通信装置(未图示)之间的通信进行中继。频率管理站50可以向上位站30发送预定的信息。

[0048] 另外，在图1中，为了简化起见，只示出了两个下位站10以及上位站30、频率管理站50和移动体通信网60各一个，但构成无线通信系统1的下位站10、上位站30、频率管理站50和移动体通信网60的数量没有限定。并且，以下为了方便起见，有时把将要发送发送信号的下位站称为下位站10a，把其他下位站称为下位站10b。

[0049] 下面，使用图2和图3说明图1所示的下位站10的结构。图2是表示下位站10的功能结构的图，图3是该下位站10的硬件结构图。

[0050] 下位站10具有作为功能构成要素的解码部11、组ID检测部(检测单元)12、下位站ID检测部(检测单元)13、指标生成部14、测量部(测量单元)15、记录部16、组分配计算部17、更新量计算部(计算单元)18、使用概率更新部(更新单元)19、信道确定部(确定单元)20、发送信号生成部21和发送部22。

[0051] 该下位站10例如图3所示由以下部分构成：执行操作系统和应用程序等的CPU101；由ROM和RAM构成的主存储部102；由存储器等构 成的辅助存储部103；通过上位站
30进行数据通信的通信控制部104；由液晶监视器等构成的显示部105；以及由进行文字/数字输入和执行指示的键构成的操作部106。按照图2所示而说明的各个功能是通过如下方式实现的，即：向图3所示的CPU 101和主存储部102上读入预定的软件，在CPU 101的控制下使通信控制部104动作，同时进行主存储部102和辅助存储部103中的数据的读出和写入。

[0052] 解码部11对接收到的电波进行解码，将解码后的信号(接收信号)输出给组ID检测部12、下位站ID检测部13、测量部15和信道确定部20。

[0053] 组ID检测部12从由解码部11输入的接收信号中，检测用于识别发送了该信号的下位站10b所属的组的组ID，将该组ID输出给记录部16。另外，作为下位站所属的组，例如可以列举通信服务运营商和无线接入网络运营商等提供下位站进行通信所需要的要素的运营商主体。在下位站属于多个组时，根据所属的组数量，对该下位站赋予多个组ID。 [0054] 下位站ID检测部13从由解码部11输入的接收信号中，检测用于识别作为该信号的发送者的其他下位站10b的下位站ID，将该下位站ID输出给记录部16。

[0055] 指标生成部14生成在后面叙述的测量部15所进行的测量中使用的测量指标，将该指标输出给测量部15。该测量指标例如可以定义为“自家站及作为接收信号的发送者的其他下位站分别使用了通信信道的时间”。

[0056] 测量部15根据由解码部11输入的接收信号和由指标生成部14输入的测量指标，测量作为该接收信号的发送者的其他下位站10b和该下位站10b所属的组的信道使用状况。并且，测量部15把测量到的信道使用状况作为使用状况信息，输出给记录部16和信道确定部20。

[0057] 记录部16把由组ID检测部12输入的组ID、由下位站ID检测部13输入的下位站ID和由信道使用状况测量部输入的使用状况信息记录在数据库中(未图示)。该数据库使用数据库更新期间信息进行定期初始化，或者使用从现在起到追溯了该更新期间信息所表示的更新期间的时间点的过去信息进行更新。另外，记录使用状况信息的场所不限于数据库， 例如也可以使用存储器等。

[0058] 并且，记录部16根据记录在该数据库中的组ID和下位站ID，计算在上述数据库更新期间内获取的组ID的数量(组数量)和在该更新期间内获取的下位站ID的数量(下位站数量)。此外，记录部16从该数据库中读出使用状况信息。并且，记录部16把这些组数量、下位站数量和使用状况信息输出给组分配计算部17和更新量计算部18。

[0059] 组分配计算部17根据由记录部16输入的组数量和下位站数量，计算表示此前哪些数量的下位站属于哪个组的组分配信息。并且，组分配计算部17把该组分配信息输出给更新量计算部18。

[0060] 更新量计算部18计算使用概率的更新量，使组ID所表示的各个组的总利益量达到公平，而且使属于同一组内的下位站之间的满足度达到公平。当存在多个可以使用的信道时，也可以按照每个信道定义使用概率，并分别独立地计算更新量。这里，所谓利益指信道使用量，所谓满足度指使用效用函数进行了数值化的数值，所谓公平指该满足度在下位站之间以及组之间是相同值的状况。

[0061] 更新量计算部18根据由记录部16输入的组数量、下位站数量和使用状况信息、以及由组分配计算部输入的组分配信息，计算并比较各个组和各个下位站的当前的满足度。并且，在推测到各个组和各个下位站的满足度产生差异(产生不公平)的情况下，更新量计算部18为了改善这种不公平，计算通信信道的当前的信道使用概率的更新量(使用概率更新量)，并输出给使用概率更新部19。

[0062] 以下，说明更新量计算部18的具体处理。作为一例，假设各个下位站具有一个组ID。并且，把组假设为组1和组2。即，组数量是2。与此相对，把下位站数量设为n。此时，把属于组1和组2的加权系数分别设为w1、w2，把属于组1的第i个下位站的信道使用量设为x1，i，把属于组2的第i个下位站的信道使用量设为x2，i，则本发明中属于组1和组2的各个下位站的效用函数分别表示如下。

[0063] [式1]

[0064]

[0065]

[0066] [式2]

[0067]

[0068]

[0069] 其中，αi是相对于利益比自家下位站高的下位站的反应系数，βi是相对于利益比自家下位站低的下位站的反应系数。根据上述非专利文献2，根据经验得知通过使αi＞βi＞0，可以构建稳定的系统。同样，在假设组数量ng＝2时，组1和组2的整体利益可以按照下式导出。

[0070] [式3]

[0071]

[0072]

[0073] [式4]

[0074]

[0075]

[0076] 即，更新量计算部18计算每个下位站的信道使用量(利益)和每个组的信道使用量。

[0077] 另外，Xg1、Xg2分别表示属于各个组的全部下位站的信道使用量。Xg1、Xg2也可以使用与数据库更新期间不同的更新期间来计算，但在本实施方式中，使用数据库更新期间来计算Xg1、Xg2。该情况时下述关系成立。

[0078] [式5]

[0079]

[0080]

[0081] 在该环境下，为了同时满足单位下位站和单位组的公平性，需要满足以下三个条件。1)在属于同一组内的下位站之间满足度是公平的，2)在属于不同组的下位站之间满足度是公平的，3)在以单位组比较时满足度是公平的。

[0082] 这三个条件利用以下三个数式表示。

[0083] [式6]

[0084] Uu1(x1，i)＝Uu1(x1，m) …(6)

[0085] [式7]

[0086] Uu1(x1，i)＝Uu2(x2，m) …(7)

[0087] [式8]

[0088] Ug1(Xg1)＝Ug2(Xg2) …(8)

[0089] 因此，需要导出满足式(6)～(8)的w1、w2。为了满足式(6)，必须使X1，l＝X1，m。此时，为了满足式(7)，需要使下式成立。

[0090] [式9]

[0091] w1x1，i＝w2x2，m …(9)

[0092] 另一方面，在把属于组1和组2的下位站的比率(分配)分别设为f1、f2时，式(8)可以改写为下式。

[0093] [式10]

[0094] nf1x1，i＝nf2x2，m …(10)

[0095] 因此，根据式(9)和(10)，加权系数w1、w2可以利用表示这些加权系数的相对关系的下式来计算。

[0096] [式11]

[0097]

[0098] 此时，在求出自家组的加权系数时需要其他组的加权系数信息。不过，由于自家组的分配信息可以在各个下位站中测量，所以通过例如事先确定把分配信息最低的组的加权系数信息设为1，可以计算加权系数信 息，而且不必在组之间或下位站之间进行加权系数信息的交换。

[0099] 另外，以上说明的是组数量为2的情况，但在组数量为3以上时，也可以容易扩展。 [0100] 使用如上所述调整后的加权系数w1、w2，根据下式导出使用概率更新量ΔP’i。 [0101] [式12]

[0102]

[0103]

[0104] 图4是表示更新量计算部18中的上述式(1)～(12)的处理的图。首先，将全部下位站的信道使用量与根据组数量和组分配信息生成的加权系数相乘(步骤S71)。然后，比较自家站(下位站10a)的信道使用量xn，i与其他下位站(例如下位站10b)的信道使用量xn，j，生成满足关系xn，j＞xn，i的高位下位站信息和满足关系xn，i＞xn，j的低位下位站信息(步骤S72)。所生成的高位下位站信息和低位下位站信息分别与自家站的信道使用量相加(步骤S73)。以上处理针对1个以上的所有其他下位站进行，并合计这些结果(步骤S74)。

[0105] 然后，将有关高位下位站信息的合计值与反应系数α相乘，同时将有关低位下位站信息的合计值与反应系数β相乘(步骤S75)，再将这些相乘结果与根据下位站数量n生成的校正系数1(n-1)相乘(步骤S76)。并且，合计这些值(步骤S77)。以上处理按照每个组进行，最后合计每个组的计算结果，从而可以导出使用概率更新量(步骤S78)。 [0106] 使用概率更新部19如图5所示具有加法部191、整形部192和保存部193。 [0107] 加法部191向上次的信道使用概率加上由更新量计算部18输入的使用概率更新量，从而更新信道使用概率。这里，所输入的更新量是从每个下位站的信道使用量和每个组的信道使用量导出的。因此，可以说加法部191根据这些信道使用量来更新信道使用概率。 [0108] 整形部192进行整形使得由加法部191更新的信道使用概率达到合 适的值。即，在把使用概率更新量设为ΔPi、把上次发送时使用的信道使用概率设为pi(t-1)时，新的信道使用概率pi(t)按照下面所述导出。

[0109] [式13]

[0110] pi(t)＝max(pmin，min(pmax，(pi(t-1)+ΔPi))) …(13)

[0111] 其中，pmin、pmax分别表示信道使用概率的最小值、最大值，并满足关系0≤pmin≤pmax≤1。

[0112] 保存部193保存由整形部192整形后的信道使用概率。这里保存的信道使用概率在由加法部191进行的下一次处理中使用。

[0113] 信道确定部20根据由解码部11输入的接收信号、由测量部15输入的使用状况信息、和由使用概率更新部19输入的信道使用概率，判定当前时间点的信道状况，确定通信使用的通信信道。并且，信道确定部20把关于要使用的通信信道的信道信息输出给发送部22。

[0114] 发送信号生成部21生成发送信号，以便通过上位站30进行数据发送。并且，发送信号生成部21对该发送信号赋予表示发送目的地的上位站的上位站ID、表示接收者的目的地(例如IP地址)的目的地信息、表示自家站的下位站ID以及自家站所属的组的组ID。并且，发送信号生成部21把被赋予了这些各个信息的发送信号输出给发送部22。 [0115] 发送部22将由发送信号生成部21输入的发送信号进行编码并发送。由此，发送信号通过上位站30发送给接收者的下位站10。发送部22为了进行该控制，根据由信道确定部20输入的信道信息，测量由该信道信息所表示的通信信道中的信号发送状况。具体地讲，为了避免与其他下位站进行的通信冲突，接收预定使用的通信信道中的信号，并与事先设定了该信号的接收强度的阈值进行比较，由此判定该通信信道中有无其他下位站的通信。这里，在判定通信信道有空闲时，发送部22使用该通信信道发送发送数据。此时，执行用于有效地使用通信信道的编码处理、调制处理、发送功率控制等。

[0116] 下面，使用图6说明图1所示的无线通信系统1的处理。图6是表示无线通信系统1的处理的顺序图。

[0117] 首先，下位站10a为了通知上位站30自己的存在，向该上位站30 发送自家站固有的下位站ID和自家站所属的组ID(步骤S101)。在上位站30接收到这些下位站ID和组ID后，进行服务范围内登记处理(步骤S102)，将表示可以使用的全部通信信道的全部信道信息与登记完成通知(未图示)一起通知给下位站10a(步骤S103)。另外，全部信道信息事先由频率管理站50通知给上位站30(步骤S104)。

[0118] 以下说明的步骤S105～S112的处理是在下位站10a处于等待状态时进行的处理。

[0119] 在等待状态下，首先从其他下位站10b通过上位站30发送过来的信号被解码(步骤S105)，从被解码的接收信号中检测组ID(步骤S106)，同时从该接收信号中检测下位站ID(步骤S107)。并且，测量与这些组ID和下位站ID对应的组和下位站的信道使用状况(步骤S108)。然后，将这些组ID、下位站ID和信道使用状况登记在数据库中(步骤S109)，根据所记录的组ID和下位站ID来计算组分配信息(步骤S110)。

[0120] 并且，根据组ID、下位站ID、信道使用状况和所计算的组分配信息，计算使用概率更新量(步骤S111)，根据该使用概率更新量来更新信道使用概率(步骤S112)。 [0121] 下面，说明下位站10a发送数据时的处理。

[0122] 在发送数据时，首先根据接收信号、信道使用状况和信道使用概率，确定发送时使用的通信信道(步骤S113)。并且，生成发送信号，对该信号赋予上位站ID、地址信息、表示自家站的下位站ID和组ID(步骤S114)。并且，通过所确定的通信信道发送该发送信号(步骤S115)。

[0123] 在上述说明中，假设了各个下位站只属于一个组的情况，但下位站有时也属于多个组。例如，在通信服务运营商与通信网络提供商不同时，利用这些提供商的下位站为了进行通信必须属于多个组。

[0124] 本发明也可以适用于各个下位站属于多个不同层次的组的情况。以下，具体说明这种情况的使用概率更新量计算部的处理。

[0125] 现在，假设中位站有三个站(例如称为服务运营商S1、S2和S3)，处于上位位置的上位站有两个站(例如网络提供商N1、N2)。并且，假设中位站S1和S2利用上位站N1的网络进行运营，中位站S3利用上位 站N2的网络进行运营。在这种环境下，为了同时满足单位下位站和单位组的公平性，需要满足以下5个条件。

[0126] 1)在属于同一中位站的下位站之间满足度是公平的

[0127] 2)在属于不同中位站的下位站之间满足度是公平的

[0128] 3)在属于同一上位站的中位站之间满足度是公平的

[0129] 4)在属于不同上位站的中位站之间满足度是公平的

[0130] 5)在不同的上位站之间满足度是公平的

[0131] 首先，各个中位站的效用函数利用下式表示。

[0132] [式14]

[0133] Uui(xi，l)＝Uui(xi，m)，其中i＝1，2，3 …(14)

[0134] [式15]

[0135] Uui(xi，j)＝Uuj(xj，m)，其中i，j＝1，2，3，而且＞i≠j …(15) [0136] [式16]

[0137] US1(XS1，N1)＝US2(XS2，N1) …(16)

[0138] [式17]

[0139] US1(XS1)＝US3(XS3) …(17)

[0140] [式18]

[0141] UN1(XN1)＝UN2(XN2) …(18)

[0142] 这里，下式成立。

[0143] [式19]

[0144]

[0145]

[0146]

[0147] [式20]

[0148]

[0149]

[0150]

[0151] [式21]

[0152]

[0153]

[0154]

[0155] [式22]

[0156]

[0157]

[0158] [式23]

[0159]

[0160]

[0161] [式24]

[0162]

[0163]

[0164] [式25]

[0165]

[0166] [式26]

[0167]

[0168] 在上述各式中，XN1、XN2分别表示属于上位站N1、N2的下位站的全部信道使用量。并且，XS1、XS2、XS3分别表示属于中位站S1、S2、S3的下位站的全部信道使用量，ns、ng分别表示服务提供商的数量、上位站的数量。因此，需要发现满足上述式(14)～(18)的关系的w1、w2、w3和wN1、wN2。在计算XN1、XN2和XS1、XS2、XS3时可以使用数据库更新期间，也可以另外设定更新期间。在本实施方式中使用数据库更新期间来进行计算。

[0169] 为了满足式(14)，需要使x1，l＝x1，m。此时，为了满足式(15)需要满足以下关系。 [0170] [式27]

[0171] w1x1，l＝w2x2，m＝w3x3，k …(27)

[0172] 同样，从式(16)导出XS1＝XS2，由其和式(17)得到下式。

[0173] [式28]

[0174]

[0175] 并且，式(17)可以改写如下。

[0176] [式29]

[0177] wN1nf1x1，l＝wN2nf2x2，m＝wN2nf3x3，k …(29)

[0178] 由式(27)和式(29)得到下式。

[0179] [式30]

[0180]

[0181] 并且，关注XS1＝XS2，由式(18)得到下式。

[0182] [式31]

[0183] 2wN1Xs1＝wN2Xs3 …(31)

[0184] 因此，由式(28)和式(31)得到下式。

[0185] [式32]

[0186]

[0187] 并且，由式(30)和式(32)导出下述的相对关系的加权系数w1、w2、w3。 [0188] [式33]

[0189]

[0190] 通过使用这样求出的加权信息来控制信道使用概率，可以构建能够同时保证下位站之间、中位站之间和上位站之间的公平性的环境。

[0191] 如以上说明的那样，根据本实施方式，首先从接收到的信号中检测下位站ID和组ID，同时根据该信号测量信道使用状况，并据此计算每个下位站的信道使用量和每个组的信道使用量。并且，根据计算的各个信道使用量更新信道使用概率，根据更新后的信道使用概率确定发送时使用的通信信道。由此，不仅考虑每个下位站的信道使用量，也能够考虑每个组的信道使用量来确定将要使用的通信信道。换言之，可以从下位站和组的双方的观点出发公平地分配通信信道。结果，可以减轻不必要的信号冲突，进一步提高通信信道的使用效率。并且，可以向无线通信系统1的使用者提供稳定的通信环境。

[0192] 并且，根据本实施方式，根据每个下位站(下位站10a和10b)的通信信道使用时间来测量其他下位站10b的信道使用量。在无线通信系统1中，由于通信信道使用时间即发送时间根据发送的数据量而增减，所以根据通信信道使用时间来测量信道使用量对确定合适的通信信道比较有效。进而，可以进一步提高通信信道的使用效率。

[0193] 为了评价本实施方式的这种效果，在本实施方式和以往的方法之间比较各个下位站的利益和各个组的利益。另外，以下使用的参数与上面叙述的相同。

[0194] 在以往的方法中，为了控制成为使各个下位站的利益达到公平，下位站的利益在理想状态下是分别相等的，即，x1，i＝x2，i。另一方面，在比较组之间的利益时，组1的利益为nf1x1，i，组2的利益为nf2x2，i，只要两个组的下位站数量不同，就不能确保组之间的公平性。

[0195] 相比之下，在本实施方式中，为了控制组之间的公平性，进行加权系数的导入。因此，属于组1的下位站的利益由下式给予。

[0196] [式34]

[0197]

[0198] 结果，在组1和组2中，在同一组内的下位站之间分别获得相同的利益，可以在各个组内实现公平性。同时，单位组的利益可以由下式给予，可以实现公平的利益控制。 [0199] [式35]

[0200]

[0201] 关于以上情况，使用具体的数值示例说明本发明的效果。现在，假设下位站总数n＝1000、f1＝0.8、f2＝0.2。在以往的方法中，与所属组无关地控制成使全部下位站的利益达到公平，所以各个下位站的利益为1/1000。结果，单位组的利益与所属下位站数量成比例，组1、组2分别为0.8、0.2。

[0202] 相比之下，在本实施方式中，属于组1和组2的下位站的利益分别是1/1600、1/400。此时，单位组的利益分别为1/2，可以实现各个组内的下位站之间的公平性及组之间的公平性。

[0203] 这样，在本实施方式中，可以同时实现下位站之间的公平性和组之间的公平性，所以能够在共用通信信道的通信环境下实现持续性的关系。结果，各个下位站可以按照合适的信道使用概率来通信，所以能够避免无用的信号冲突，可以对利用通信信道的全部下位站和组提供良好的通信环境。

[0204] (第2实施方式)

[0205] 本实施方式与第1实施方式的不同之处是由上位站30计算组分配，而不是下位站10。本实施方式的其他结构与第1实施方式相同，所以省略说明。

[0206] 图7和8分别是表示第2实施方式涉及的下位站10和上位站30的功能结构的图。并且，图9是图8所示的上位站30的硬件结构图。在本实施方式中，下位站10具有组分配接收部23，该组分配接收部23从上位站30接收组分配信息，并将该信息输出给更新量计算部18。另一方面， 上位站30具有作为功能构成要素的记录部31、组分配计算部32和组分配发送部33。

[0207] 该上位站30例如图9所示由以下部分构成：执行操作系统和应用程序等的CPU301；由ROM和RAM构成的主存储部302；由存储器等构成的辅助存储部303；通过上位站30进行数据通信的通信控制部304；由监视器等构成的显示部305；以及由键盘等构成的操作部306。按照图8所示而说明的各个功能是通过如下的方式来实现的，即：向图9所示的CPU
301和主存储部302上读入预定的软件，在CPU 301的控制下使通信控制部304动作，同时进行主存储部302和辅助存储部303中的数据的读出和写入。

[0208] 记录部31为了进行服务范围内登记，从来自与上位站30连接的下位站10的信号中检测下位站ID和组ID，把这些ID记录在数据库中(未图示)。并且，记录部31根据记录在该数据库等中的组ID和下位站ID，计算在上述数据库更新期间内获取的组ID的数量(组数量)和在该更新期间内获取的下位站ID的数量(下位站数量)。并且，记录部31把这些组数量和下位站数量输出给组分配计算部32。

[0209] 组分配计算部32根据由记录部31输入的组数量、下位站数量，计算表示此前哪些数量的下位站属于哪个组的组分配信息。并且，组分配计算部32把该组分配信息输出给组分配发送部33。

[0210] 组分配发送部33把由组分配计算部32输入的组分配信息发送给下位站10。 [0211] 下面，使用图10说明本实施方式涉及的无线通信系统1的处理。图10是表示该无线通信系统1的处理的顺序图。

[0212] 本实施方式的特征部分是根据在进行服务范围内登记(步骤S202)时记录的下位站ID和组ID，由上位站30的组分配计算部32计算组分配(步骤S204)，把计算的组分配信息与全部信道信息一起发送给下位站10a(步骤S205)。图10所示的其他处理与第1实施方式相同。

[0213] 根据本实施方式，组分配的计算由上位站30执行。因此，可以正确地计算组分配，而且不受下位站10的处理能力和下位站10周边的通信 环境(例如因遮挡物造成的通信环境的恶化、下位站10与上位站30之间的可通信距离的限制等)的影响。

[0214] 另外，当在上位站之间另外铺设了控制线路时，也可以由多个上位站共享由一个上位站获取的下位站10的服务范围状况，然后计算组分配信息。由此，由于根据由各个上位站收集的下位站10的服务范围状况来计算组分配，所以可以提高组分配信息的精度。 [0215] 并且，在各个下位站属于多个不同层次的组时，也可以混合运用第1实施例所示的方式和本实施例所示的方式。假设目前的环境是由上位站、中位站、下位站这三种站构成，中位站的利益根据与上位站的控制而确定，下位站的利益根据与中位站的控制而确定。此时，例如可以利用第1实施例所示的方法实施中位站与上位站之间的控制，并利用本实施例所示的方法实施下位站与中位站之间的控制。同样，也可以利用本实施例所示的方法实施中位站与上位站之间的控制，并利用第1实施例所示的方法实施下位站与中位站之间的控制。

[0216] (第3实施方式)

[0217] 本实施方式与第1实施方式的不同之处是从检测组ID和下位站ID到确定下位站10使用的通信信道的一系列处理，由上位站30执行。本实施方式的其他结构与第1实施方式相同，所以省略说明。

[0218] 首先，使用图11和12说明本实施方式涉及的下位站10和上位站30的功能结构。图11和12分别是表示下位站10和上位站30的功能结构的图。

[0219] 下位站10具有作为功能构成要素的请求发送部(请求发送单元)24、信道信息接收部(信道信息接收单元)25、发送信号生成部21和发送部22。请求发送部24将用于使上位站30确定自家站在发送时使用的通信信道的信道请求发送给该上位站30。信道信息接收部25根据所发送的信道请求，接收由上位站30发送过来的信道信息，将该信道信息输出给发送部22。由此，下位站10可以使用由信道信息所表示的通信信道，从发送部22发送由发送信号生成部21所生成的发送信号。

[0220] 另一方面，上位站30具有作为功能构成要素的解码部34、组ID检 测部(检测单元)35、下位站ID检测部(检测单元)36、指标生成部37、测量部(测量单元)38、记录部39、组分配计算部40、更新量计算部(计算单元)41、使用概率更新部(更新单元)42、信道确定部(确定单元)43和信道信息发送部(信道信息发送单元)44。其中，信道信息发送部
44将由信道确定部43输入的通信信道信息发送给下位站10。其他构成要素的功能与第1实施方式的上述要素相同。

[0221] 下面，使用图13说明本实施方式涉及的无线通信系统1的处理。图13是表示该无线通信系统1的处理的顺序图。

[0222] 本实施方式的特征部分是在下位站10a发送发送信号时由上位站30确定通信信道以及由上位站30执行从检测各种ID到更新信道使用概率的一系列处理。

[0223] 在下位站10a发送发送信号时，首先从该下位站10a向上位站30发送信道请求(步骤S304)。并且，由上位站30确定下位站10a使用的通信信道(步骤S305)，将表示该通信信道的信道信息发送给下位站10a(步骤S306)。图11所示的其他处理与第1实施方式相同。但是，从检测各种ID到更新信道使用概率(步骤S310～S317)由上位站30执行。

[0224] 根据本实施方式也可以获得与第1实施方式相同的效果。此外，根据本实施方式的无线通信系统1，从检测下位站ID和组ID到确定通信信道的处理由上位站30执行。由此，可以减轻处理能力有限、周边的通信环境恶化的可能性也比较大的下位站10进行的处理，而由处理能力良好、而且通信环境良好的上位站30进行一系列的处理。结果，可以更加可靠地确定通信信道。

[0225] (第4实施方式)

[0226] 本实施方式与第1实施方式的不同之处是还使用组之间反应系数，使针对自家组内的不均衡性的反应敏感度和针对其他组内的不均衡性的反应敏感度产生差异。本实施方式的其他结构与第1实施方式相同，所以省略说明。

[0227] 本实施方式中的各个下位站的效用函数及各个组中的效用函数分别定义如下。 [0228] [式36]

[0229]

[0230]

[0231] [式37]

[0232]

[0233]

[0234] [式38]

[0235]

[0236] [式39]

[0237]

[0238] 其中，A和B是组之间反应系数，分别是针对自家组内的不均衡性的反应系数和针对其他组内的不均衡性的反应系数。例如，通过把针对自家组内的不均衡性的反应系数A设定为A＞B(把反应系数A设定成为使针对自家组内的不均衡性的反应比较敏感)，可以优先调整自家下位站的信道使用概率。因此，可以在自家组内消除在自家组内产生的不均衡性的影响，结果，可以提高组之间的公平性和稳定性，可以使通信环境更加稳定。 [0239] 在本实施方式中，使用概率更新信息ΔP’i表示如下。

[0240] [式40]

[0241]

[0242]

[0243] 图14是表示更新量计算部18中的上述式(36)～(40)的处理的 图。步骤S81～87的处理与第1实施方式中的步骤S71～77的处理相同。本实施方式的特征是在步骤S87的处理之后，将计算结果与组之间反应系数相乘(步骤S88)，并合计其结果(步骤S89)。 [0244] (第5实施方式)

[0245] 本实施方式与第1实施方式或第4实施方式的不同之处是还使用组之间加权系数Wg1、Wg2。该组之间加权系数例如可以设定成为使其反映组之间的优先度的差异。本实施方式的其他结构与第1实施方式相同，所以省略说明。

[0246] 在本实施方式中，各个组的效用函数分别定义如下。

[0247] [式41]

[0248]

[0249] [式42]

[0250]

[0251] 此时，为了满足第1实施方式所述的上述式(6)、(7)、(8)的关系，需要满足以下关系。

[0252] [式43]

[0253] W1nf1x1，i＝W2nf2x2，m …(43)

[0254] 因此，加权系数w1、w2可以根据下式求出。

[0255] [式44]

[0256]

[0257] 此时，本实施方式中的使用概率更新信息ΔP’i可以通过将上式代入下式求出。 [0258] [式45]

[0259]

[0260]

[0261] 根据本实施方式，在更新信道使用概率时，考虑反映了组的优先度的加权系数。因此，由于将信道使用概率更新成为使其反映组的优先度，所以能够进一步提高通信信道的使用概率。

[0262] (第6实施方式)

[0263] 本实施方式与第1实施方式的不同之处是使用各个下位站的使用时间和使用带宽来生成测量指标。本实施方式的其他结构与第1实施方式相同，所以省略说明。 [0264] 根据各个下位站使用的应用的性质，通信所需要的通信时间和使用带宽的组合千差万别。例如，既存在像语音通话那样想在比较狭小频带中长时间连续发送的下位站，也存在进行大容量的数据转发等想在较宽的频带中以比较短的时间传输信号的下位站。在这种环境下，为了确保下位站之间和组之间的公平性，关于测量指标，例如可以把各个下位站的使用时间与使用带宽之积作为测量指标。由此，可以进一步提高通信信道的使用效率。 [0265] (第7实施方式)

[0266] 本实施方式与第1实施方式的不同之处是使用各个下位站的使用时间、使用带宽和信号到达距离来生成测量指标。

[0267] 在各个组使用的通信系统不同的情况下，假设由于该无线方式和置站设计等的影响，使得在不同组的下位站之间的发送输出不同的状况。在这种情况下，如果输出功率比较高的下位站进行信号发送，则产生其他下位站不能在较宽范围内使用通信信道的情况。 [0268] 在这种环境下，为了确保该下位站之间和组之间的公平性，例如可以把将各个下位站的使用时间和使用带宽、以及根据信号到达距离计算的信号到达区域相乘的结果作为测量指标。由此，可以进一步提高通信信道的使用效率。

[0269] 以上，关于本发明根据其实施方式进行了具体说明。但是，本发明不限于上述实施方式。本发明可以在不脱离其宗旨的范围内进行各种变形。