(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの基地局と複数の加入者局との間でそれぞれ無線回線を形成し、時分割多元接続／時分割複信により同一の無線周波数を複数の加入者局で共有するとともに、基地局が複数の加入者局の各々の通信に利用されるタイムスロットを割り当てるための回線割当制御方法であって、各無線回線における単位時間あたりの伝送容量が加入者局毎に独立して決定される場合に、
前記各加入者局に対応するバッファと無線通信手段との間で１つのタイムスロットにおいて伝送するデータ量の最大値を対応する加入者局の伝送速度に応じて決定して保持し、
ラウンドロビンに従って前記各加入者局にタイムスロットを割り当て、そのタイムスロットにおいて、伝送されるデータにかかわる前記バッファと前記無線通信手段との間のデータ転送を前記各加入者局に対応して決定されたデータ量の最大値を上限としてスケジューリングする
ことを特徴とする回線割当制御方法。
【請求項２】
１つの基地局と複数の加入者局との間でそれぞれ無線回線を形成し、時分割多元接続／時分割複信により同一の無線周波数を複数の加入者局で共有するとともに、各無線回線における単位時間あたりの伝送容量が加入者局毎に独立して決定される無線通信システムにおいて、基地局が複数の加入者局の各々の通信に利用されるタイムスロットを割り当てるために利用する回線割当装置であって、
前記各加入者局に対応するバッファと無線通信手段との間で１つのタイムスロットにおいて伝送するデータ量の最大値を対応する加入者局の伝送速度に応じて決定して保持する管理テーブルと、
ラウンドロビンに従って前記各加入者局にタイムスロットを割り当て、そのタイムスロットにおいて、伝送されるデータにかかわる前記バッファと前記無線通信手段との間のデータ転送を前記各加入者局に対応して決定されたデータ量の最大値を上限としてスケジューリングするスケジューリング手段と
を設けたことを特徴とする回線割当装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）／ＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）方式を用いて、１つの基地局と複数の加入者局とが無線通信を行うＰ−ＭＰ（Point−Multi Point）型の固定無線アクセスシステムに利用される回線割当制御方法及び回線割当装置に関し、特に変調度や変調形式などで定まる無線パケットの伝送容量が加入者局毎に独立して決定される場合に適用される回線割当制御方法及び回線割当装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｐ−ＭＰ型の固定無線アクセスシステムにおいては、１つの基地局と複数の加入者局との間にそれぞれ無線回線が形成される。また、ＴＤＭＡ／ＴＤＤを用いて通信するシステムにおいては、１つの無線周波数を基地局及び複数の加入者局が共有し、基地局が必要に応じてタイムスロットを各加入者局に割り当て、必要とされる各加入者局の通信チャネルを確保する。
【０００３】
このようなシステムにおいては、１つの無線周波数で伝送可能な容量が予め限定されているので、基地局と各加入者局との間の無線回線において、各加入者局が使用する通信チャネルを適切に割り当てる必要がある。
特に、多数の加入者局のトラヒックが集中して発生した場合には、各加入者局の要求に対して回線の割り当てが遅延し、基地局と加入者局との間の伝送遅延が大幅に増大する可能性がある。そのような場合には、加入者局間の公平性が問題になる。
【０００４】
従来より、加入者局間の公平性を担保するためにレイヤ２レベルでのトラヒック制御としてラウンドロビン制御が採用されている。このラウンドロビン制御は、基地局におけるタイムスケジューリングで実施されるのが一般的である。
ラウンドロビン制御を実施する場合には、基地局から加入者局に向かう方向（下り方向）のトラヒックと加入者局から基地局に向かう方向（上り方向）のトラヒックについて加入者局毎にそれぞれバッファを割り当てる。そして、公平性を担保できるように予め決められた順番に従って、予め決められたデータ量Ｑを最大値として、バッファに蓄積されたデータを順番にタイムスロットに割り当て伝送する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的な固定無線アクセスシステムなどにおいては、基地局と各加入者局との間の無線回線において、無線パケットの変調形式や変調度が全ての加入者局で同一になることを想定している。このような想定においては、無線回線の単位時間あたりの伝送容量は全ての加入者局について同一になるので、ラウンドロビン制御を実施することにより、加入者局間の公平性を担保して効率的に各加入者局に回線を割り当てることができる。
【０００６】
しかし、一般的に基地局と各加入者局との間の伝送距離は加入者局毎に異なっている。例えば、伝送距離が短い加入者局については通常よりも変調度を上げることにより無線パケットの伝送容量を増やし、ピーク速度を向上させることが可能である。
一方、伝送距離の長い加入者局については、通常の変調度ではデータ誤りの発生が多く無線回線の確立が困難な場合がある。このような加入者局については、変調度を通常よりも下げれば、データ誤りの発生が減少するので無線回線の確立が容易になると考えられる。
【０００７】
このように、無線パケットの伝送容量を加入者局毎に独立して定める、いわゆるリンクアダプテーション方式を採用する場合には、従来のラウンドロビン制御を実施した場合に問題が発生する。すなわち、各タイムスロットで伝送できるデータ容量が加入者局毎に異なるので、ラウンドロビン制御のように最大伝送容量（Ｑ）を一律に規定するとタイムスロットの使用効率が悪化してしまう。
【０００８】
その具体例を、図７を参照して説明する。図７において、横軸は時間又はタイムスロット（ＴＳ）を表し、縦軸は１つのタイムスロットで伝送できるデータ量を表している。
この例では、３人のユーザ（すなわち加入者局）Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ基地局との間で通信する場合を想定している。また、各々のユーザは伝搬条件の違い等から適用できる変調方式が異なる。そして、１つのタイムスロットで伝送できるデータ量は、ユーザＡがＱ、ユーザＢが２Ｑ、ユーザＣが３Ｑの場合を想定している。
【０００９】
図７（ａ）においては、タイムスケジューリングのラウンドロビン制御で割り当てられる最大伝送データ量が一律にＱの場合が示されている。
図７（ａ）の例では、ユーザＢ，Ｃに対しては更に多くのデータ量を伝送できるにも拘わらず１つのタイムスロットでＱしかデータ量を伝送できないので伝送帯域に無駄が生じていることがわかる。
【００１０】
図７（ｂ）においては、タイムスケジューリングのラウンドロビン制御で割り当てられる最大伝送データ量が一律に３Ｑの場合が示されている。
図７（ｂ）の例では、ユーザＢに対しては無駄な伝送帯域が生じている。また、大半のタイムスロットをユーザＡに割り当てているので、ユーザＢやユーザＣにおいてはスループットが向上しないことがわかる。
【００１１】
本発明は、無線パケットの伝送容量が加入者局毎に独立して決定される場合に、タイムスロットの使用効率を改善すると共に、公平性の高い回線割り当てが可能な回線割当制御方法及び回線割当装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１は、１つの基地局と複数の加入者局との間でそれぞれ無線回線を形成し、時分割多元接続／時分割複信により同一の無線周波数を複数の加入者局で共有するとともに、基地局が複数の加入者局の各々の通信に利用されるタイムスロットを割り当てるための回線割当制御方法であって、各加入者局に対応するバッファと無線通信手段との間で１つのタイムスロットにおいて伝送するデータ量の最大値を対応する加入者局の伝送速度に応じて決定して保持し、ラウンドロビンに従って前記各加入者局にタイムスロットを割り当て、そのタイムスロットにおいて、伝送されるデータにかかわる前記バッファと前記無線通信手段との間のデータ転送を前記各加入者局に対応して決定されたデータ量の最大値を上限としてスケジューリングすることを特徴とする。
【００１３】
請求項１においては、各加入者局にラウンドロビンに従って無線回線を割り当てる際に、加入者局毎に個別に定められた最大データ量を上限として、例えば、加入者に対応するバッファから無線通信手段へのデータ転送処理がスケジュールされ、それぞれの加入者局の伝送能力に応じて、割り当てられたタイムスロットに適切な量のデータが割り当てられる。
すなわち、変調度が低く無線回線の伝送容量が小さい加入者局に対しては、その伝送容量に応じた少ないデータを１回の処理で対応するバッファから無線通信手段(あるいは、無線通信手段から対応するバッファ)に転送し、その加入者のタイムスロットに割り当てるので、その処理で割り当てたデータを１つのタイムスロットで全て伝送することが可能になる。
【００１４】
従って、伝送容量の大きい加入者に合わせてバッファから無線通信手段への転送データの量を設定した図７（ｂ）に示す例のように、１つのタイムスロットで伝送可能なデータ量以上のデータがバッファから転送されてきたために同じユーザ（Ａ）が複数のタイムスロットを連続的に使用することはなくなり、加入者局間の公平性を高めることができる。
また、変調度が高く無線回線の伝送容量が大きい加入者局に対しては、その伝送容量に応じた多くのデータを１回の処理で対応するバッファと無線通信手段との間で転送するので、１つのタイムスロットの伝送容量が大きい場合には、１つのタイムスロットで多くのデータを伝送することができ、タイムスロットに無駄な伝送帯域が発生するのを防止できる。
【００１５】
請求項２は、１つの基地局と複数の加入者局との間でそれぞれ無線回線を形成し、時分割多元接続／時分割複信により同一の無線周波数を複数の加入者局で共有するとともに、各無線回線における単位時間あたりの伝送容量が加入者局毎に独立して決定される無線通信システムにおいて、基地局が複数の加入者局の各々の通信に利用されるタイムスロットを割り当てるために利用する回線割当装置であって、各加入者局に対応するバッファと無線通信手段との間で１つのタイムスロットにおいて伝送するデータ量の最大値を対応する加入者局の伝送速度に応じて決定して保持する管理テーブルと、ラウンドロビンに従って各加入者局にタイムスロットを割り当て、そのタイムスロットにおいて、伝送されるデータにかかわる前記バッファと前記無線通信手段との間のデータ転送を各加入者局に対応して決定されたデータ量の最大値を上限としてスケジューリングするスケジューリング手段とを設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２においては、各加入者局の無線回線における単位時間あたりの伝送容量に対応付けた最大データ量が加入者局毎に独立して管理テーブルに保持されているので、管理テーブルから最大データ量を取得し、加入者局毎に１つのタイムスロットにおいて無線通信手段が伝送すべきデータとして、適切な量のデータを対応する加入者局に対応するバッファとの間で転送するようにスケジュールを決定できる。
【００１７】
従って、請求項１と同様に加入者局間の公平性を高めることができ、各タイムスロットに無駄な伝送帯域が発生するのも防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の回線割当制御方法及び回線割当装置の１つの実施の形態について、図１〜図６を参照して説明する。この形態は全ての請求項に対応する。
【００１９】
図１はこの形態における回線割当動作を示すフローチャートである。図２は固定無線アクセスシステムの構成例を示すブロック図である。図３は管理テーブルの構成例を示す模式図である。図４は本発明の動作例を示すタイムチャートである。図５は下り方向のタイムスロット割当動作の具体例を示す模式図である。図６はＴＤＭＡ／ＴＤＤの通信で一般的に使用するフレームの構成を示す模式図である。
【００２０】
この形態では、請求項２の管理テーブル及びスケジューリング手段は、それぞれ管理テーブル１２５及びタイムスケジューリング回路１０４に対応する。
この形態では、図２に示すような固定無線アクセスシステムに本発明を適用する場合を想定している。本発明を実施する基地局は、複数の加入者局１１１との間にそれぞれ無線回線を形成し、各加入者局１１１とＩＰネットワーク１２１との間で信号の中継を行う。また、この例では基地局と加入者局１１１との間の無線通信において、準ミリ波帯の無線周波数を利用している。
【００２１】
基地局と加入者局１１１との間の通信の方式としては、ＴＤＭＡ／ＴＤＤを採用している。すなわち、同一の周波数を複数の加入者局１１１で共有し、時間で区切られた複数のタイムスロットを必要に応じて各加入者局１１１の通信のために割り当てる。また、基地局から加入者局１１１に向かう方向の下り回線と加入者局１１１から基地局へ向かう方向の上り回線とで同一の周波数を利用する。
【００２２】
実際には、図６に示すような構成のフレームを用いて通信を行う。このフレームは、４種類のタイムスロットＴＳＡ，ＴＳＢ，ＴＳＣ，ＴＳＤで構成されている。
タイムスロットＴＳＡは、下り回線で基地局が加入者局１１１に対して送信する報知情報の伝送に利用される。タイムスロットＴＳＢは、下り回線で基地局が該当する加入者局１１１にユーザデータを送信するために利用される。タイムスロットＴＳＣは、上り回線で各加入者局１１１が基地局に対してユーザデータを送信するために利用される。タイムスロットＴＳＤは、加入者局１１１からの上り方向のランダムアクセスに利用される。
【００２３】
図２に示すように、基地局にはアンテナ１１０，高周波回路１０６及び信号処理回路１０９が備わっている。また、高周波回路１０６には受信部１０７及び送信部１０８が設けてある。
基地局の信号処理回路１０９には、網インタフェース回路１０１，ＬＬＣ（ロジカルリンクコントロール）制御回路１０２，ＭＡＣ（メディアアクセスコントロール）制御回路１０３，タイムスケジューリング回路１０４，変復調回路１０５及び管理テーブル１２５が備わっている。
【００２４】
基地局は、網インタフェース回路１０１を介してＩＰ（Internet Protocol）ネットワーク１２１と接続されている。
ＬＬＣ制御回路１０２は、送受信信号のデータを一時的に蓄積するためのバッファ回路を内蔵している。また、ＬＬＣ制御回路１０２は再送制御に利用されるシーケンス番号やデータのサービスクラスを識別するためのタグなどを付与する機能を備えている。
【００２５】
ＭＡＣ制御回路１０３は、送受信信号のデータに対してレイヤ２レベルでの機器識別ＩＤ（ＭＡＣ−ＩＤ）を付与するとともに、タイムスケジューリング回路１０４を使って情報伝送用のタイムスロットをダイナミックに割り当てる。
【００２６】
変復調回路１０５は、送信する信号の変調及び受信した信号の復調を行う。すなわち、ＭＡＣ制御回路１０３から出力されるベースバンド信号は変復調回路１０５で変調されて高周波回路１０６の送信部１０８に印加される。高周波回路１０６の受信部１０７から出力される受信信号（中間周波信号）は、変復調回路１０５で復調されベースバンド信号としてＭＡＣ制御回路１０３に印加される。
【００２７】
送信部１０８は、変復調回路１０５から入力される中間周波数の信号を無線周波数に周波数変換するとともに信号の電力増幅を行ってアンテナ１１０に供給する。受信部１０７は、アンテナ１１０で受信された高周波信号を入力して低雑音増幅するとともに、周波数変換を行い、中間周波数の受信信号を変復調回路１０５に出力する。
【００２８】
基地局のタイムスケジューリング回路１０４においては、各加入者局１１１のデータが無線回線を公平に利用して伝送されるように、図５に示すように各バッファＢＦに蓄積されたデータを順番に各タイムスロットに割り当てる。
実際には、上り回線については各加入者局１１１が加入者局１１１上の送信バッファに蓄積されたデータ量に応じたフレーム数を回線割当要求として基地局に送信するので、基地局は要求されたフレーム数（Ｐｒ(n)）を管理テーブル１２５上で管理し、それに従ってタイムスロットの割り当てを行う。
【００２９】
また、下り回線については加入者局１１１毎の送信バッファが基地局に備わっているので、それぞれの送信バッファに蓄積されているデータ量に応じたフレーム数（Ｐｔ(n)）を管理テーブル１２５上で管理し、それに従ってタイムスロットの割り当てを行う。
すなわち、図３に矢印で示すような順番でタイムスロットの割り当てが実施される。
【００３０】
但し、もしも加入者局１１１毎にバッファ上の全てのデータを送信するようにタイムスロットを割り当てると、トラヒックの多い加入者局１１１が無線回線をより長い時間に渡って占有することになるので、加入者局１１１間で不公平が生じる。従って、タイムスケジューリング回路１０４が１回の処理で割り当てるデータ量には制限が設けられる。
【００３１】
ところで、基地局と各加入者局との間の伝送距離は加入者局毎に異なっているのが一般的である。例えば、伝送距離が短い加入者局については通常よりも変調度を上げることにより１つのタイムスロットで伝送される無線パケットの伝送容量を増やし、ピーク速度を向上させることが可能である。
一方、伝送距離の長い加入者局については、通常の変調度ではデータ誤りの発生が多く無線回線の確立が困難な場合がある。このような加入者局については、変調度を通常よりも下げれば、データ誤りの発生が減少するので無線回線の確立が容易になると考えられる。
【００３２】
そこで、この形態では無線回線における変調形式や変調度が加入者局１１１毎に独立している場合を想定している。そのため、１つのタイムスロットで伝送可能な単位時間あたりの伝送容量は加入者局１１１毎に異なる。
このような状況においては、タイムスロットの割り当てにおいて、タイムスケジューリング回路１０４が１回の処理で割り当てるデータ量を全ての加入者局１１１について一律に定めると、図７に示すような問題が生じる。
【００３３】
そこで、この形態では図３に示すように加入者局１１１毎に独立した最大データ量Ｑ(n)の値を管理テーブル１２５で管理している。これらの最大データ量Ｑ(n)は、各加入者局１１１の変調形式や変調度に対応している。すなわち、単位時間あたりの伝送容量が大きい変調形式や変調度を採用している加入者局１１１については大きな値が最大データ量Ｑ(n)に割り当てられ、単位時間あたりの伝送容量が小さい変調形式や変調度を採用している加入者局１１１については小さな値が最大データ量Ｑ(n)に割り当てられる。
【００３４】
実際には、各加入者局１１１毎のリンク立ち上げ時にその変調形式や変調度が決定されるので、その直後に変調形式や変調度に応じた値を決定し管理テーブル１２５に最大データ量Ｑ(n)として加入者局番号とともに登録し利用する。
タイムスケジューリング回路１０４は、図１に示す処理を実行し、管理テーブル１２５の内容に従ってタイムスロットの割り当てのためのスケジューリングを行う。
【００３５】
図１に示す処理について以下に説明する。なお、ここでは基地局に収容された加入者局数がＵmax の場合を想定している。また、加入者局番号はＭＡＣ−ＩＤに相当する。
ステップＳ１０では、変数ｎに初期値１を割り当てる。変数ｎの値は加入者局１１１の番号に相当する。すなわち、初回は１番目の加入者局１１１(1)に対してタイムスロットの割り当てを行う。
【００３６】
ステップＳ１１では、管理テーブル１２５からｎ番目のデータ、すなわちｎ番目の加入者局１１１に対する最大データ量Ｑ(n)，下りのデータ量Ｐｔ(n)及び上りのデータ量Ｐｒ(n)を取得する。
ステップＳ１２では、ｎ番目の加入者局１１１(n)に対する下りのデータ量Ｐｔ(n)（基地局上の送信バッファにおけるデータ量）とｎ番目の加入者局１１１(n)に対する最大データ量Ｑ(n)とを比較する。「Ｐｔ(n)＞Ｑ(n)」の場合にはステップＳ１３に進み、「Ｐｔ(n)≦Ｑ(n)」であればステップＳ１４に進む。
【００３７】
ステップＳ１３では、ｎ番目の加入者局１１１(n)に対してＱ(n)と等しいデータ量を送信するようにスケジューリングを行う。すなわち、１回の処理でタイムスロットを割り当てるデータ量がＱ(n)に制限される。
ステップＳ１４では、ｎ番目の加入者局１１１(n)に対して要求された全てのデータ（Ｐｔ(n)）を送信するようにスケジューリングを行う。
【００３８】
ステップＳ１５では、ｎ番目の加入者局１１１(n)に対する上りのデータ量Ｐｒ(n)（加入者局上の送信バッファにおけるデータ量）とｎ番目の加入者局１１１(n)に対する最大データ量Ｑ(n)とを比較する。「Ｐｒ(n)＞Ｑ(n)」の場合にはステップＳ１６に進み、「Ｐｒ(n)≦Ｑ(n)」であればステップＳ１７に進む。
ステップＳ１６では、ｎ番目の加入者局１１１(n)がＱ(n)と等しいデータ量を送信するように加入者局１１１(n)に対してスケジューリングを行う。すなわち、１回の処理でタイムスロットを割り当てるデータ量がＱ(n)に制限される。
【００３９】
ステップＳ１７では、ｎ番目の加入者局１１１(n)が要求された全てのデータ（Ｐｔ(n)）を送信するように加入者局１１１(n)に対してスケジューリングを行う。
ｎ番目の加入者局１１１(n)に対するスケジューリングが完了すると、次の加入者局１１１(n+1)に対するスケジューリングが実行される。また、最後の加入者局１１１(Ｕmax)に対するスケジューリングが終了すると、ステップＳ１８からＳ１０に戻り、再び１番目の加入者局１１１(1)に対するスケジューリングが実行される。
【００４０】
図１に示す処理を実行することにより、例えば図４に示すように各タイムスロットに各加入者局（ユーザ）のデータが割り当てられる。図４において、横軸は時間又はタイムスロット（ＴＳ）を表し、縦軸は１つのタイムスロットで伝送できるデータ量を表している。
この例では、３人のユーザ（すなわち加入者局）Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ基地局との間で通信する場合を想定している。また、各々のユーザは伝搬条件の違い等から適用できる変調方式が異なる。そして、１つのタイムスロットで伝送できるデータ量は、ユーザＡがＭ、ユーザＢが２Ｍ、ユーザＣが３Ｍの場合を想定している。
【００４１】
従って、この例では管理テーブル１２５の最大データ量Ｑ(n)として、ユーザＡ，Ｂ，ＣにそれぞれＭ，２Ｍ，３Ｍが割り当てられる。
図４の例では、全てのユーザＡ，Ｂ，Ｃに対して順番に１つずつのタイムスロットが均等に割り当てられている。従って、無線回線の割り当てに関してユーザ間で不公平は生じない。また、各々のタイムスロットで伝送可能な容量と等しいデータ量がそれぞれのタイムスロットに割り当てられているので、無駄な伝送帯域は生じない。従って、効率的にタイムスロットを利用して各ユーザのデータを伝送できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば無線回線における変調形式や変調度が加入者局毎に異なる場合であっても、加入者局毎に個別に定められた最大データ量を上限として、タイムスロットに対するデータの割り当てを行うので、特定のユーザ局が多数のタイムスロットを連続的に使用するのを防止して加入者局間の公平性を高めることができる。また、タイムスロットに無駄な伝送帯域が発生するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における回線割当動作を示すフローチャートである。
【図２】固定無線アクセスシステムの構成例を示すブロック図である。
【図３】管理テーブルの構成例を示す模式図である。
【図４】本発明の動作例を示すタイムチャートである。
【図５】下り方向のタイムスロット割当動作の具体例を示す模式図である。
【図６】ＴＤＭＡ／ＴＤＤの通信で一般的に使用するフレームの構成を示す模式図である。
【図７】従来技術の動作例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０１  網インタフェース回路
１０２  ＬＬＣ制御回路
１０３  ＭＡＣ制御回路
１０４  タイムスケジューリング回路
１０５  変復調回路
１０６  高周波回路
１０７  受信部
１０８  送信部
１０９  信号処理回路
１１０  アンテナ
１１１  加入者局
１２１  ＩＰネットワーク
１２５  管理テーブル
ＴＳ  タイムスロット
ＢＦ  バッファ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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