JP2003047047A - 多元接続方式の無線通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基地局通信エリア内の加入者端末数が短時間に
変動する場合でも、通信要求のある加入者端末に対し
て、その時点で最大の伝送容量を提供する。 【解決手段】無線基地局１００は、基地局ＩＤを通信エ
リア内の加入者端末２００へ周期的に送出し、あるいは
登録済みの加入者端末２００へ周期的にポーリングする
ことにより、加入者端末数を特定または推定する。ま
た、加入者端末数から必要な通信チャネル数を決定し、
通信チャネル数から必要なマルチフレーム数と伝送容量
とを決定し、マルチフレーム数に応じて無線フレーム構
成を変更する。さらに、通信要求のあった登録済みの加
入者端末に対して、通信チャネルを割り当て、無線フレ
ーム構成情報と、通信チャネル割当情報を通知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多元接続方式の無
線通信システムに関し、特に基地局通信エリア内の加入
者端末数が短時間に変動する場合でも、通信要求のある
加入者端末に対して、その時点において最大の伝送容量
を提供できる多元接続方式の無線通信システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の無線多元接続方式、特に移動体通
信方式において、基地局通信エリア内の加入者端末数が
短時間に変動する通信システムとしては、例えば、ＩＴ
Ｓ（Ｉｎｔｅｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙ
ｓｔｅｍｓ）の分野での自動料金収受システムに適用さ
れるＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ−Ｒａ
ｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅ
ｍ）、あるいはＩＴＳの分野で適用が期待されている他
の路車間通信システムとして同軸ケーブルを使用した無
線通信システムなどが挙げられる。

【０００３】前者のシステムでは、加入者端末からの多
元接続はパケット通信を基本としており、周期的な無線
フレームを構成しているものの、マルチフレーム構成を
使用した制御については行われていない。

【０００４】後者のシステムでは、マルチフレーム構成
を採用し、且つマルチフレーム数の切り替え（変更）が
可能であるが、マルチフレーム数の変更はプリセット方
式であり、時間的に動的な変更制御を行われていない。

【０００５】また、これらのシステムの無線基地局で
は、基地局通信エリアに存在する加入者端末を、加入者
端末から定期的に受信するパイロット信号により加入者
登録を行っている場合であっても、加入者登録情報を所
持していないため、加入者端末数が短時間に変動する場
合に、加入者端末数の特定または推定を行うことができ
ない。

【０００６】したがって、従来のこれらの多元接続方式
の無線通信システムにおいては、通信要求のある加入者
端末に対して、最大の伝送容量を割り当てるような場合
には、次のような課題がある。

【０００７】第１の課題は、無線基地局において、加入
者端末の登録制御が行われておらず、さらに加入者登録
情報（本発明における加入者ＩＤリスト）の保持および
更新管理が行われていないため、加入者端末数が短時間
に大きく変動するような場合に、基地局通信エリア内の
加入者端末数の特定または推定を動的に行うことができ
ないことである。

【０００８】第２の課題は、一般的には、１無線フレー
ム上のタイムスロット数やマルチフレーム数が固定され
ているため、加入者端末数が短時間に変動する場合に、
マルチフレーム数を最適化することができないというこ
とである。従来の方法でも、加入者端末数の変動に対し
て、無線フレーム上でのタイムスロット数（通信チャネ
ル数）を変更することが考えられるが、各タイムスロッ
ト内のビット数を変更することになり、無線基地局およ
び加入者端末の構成あるいは制御が複雑で実用的ではな
いことである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の無線多
元接続方式は、基地局通信エリア内の加入者端末数が短
時間に大きく変動する場合には、基地局通信エリア内の
加入者端末数を特定または推定することができないとい
う欠点がある。

【００１０】また、タイムスロット数やマルチフレーム
数が固定されているため、マルチフレーム数を最適化す
ることができないという欠点がある。

【００１１】本発明の目的は、このような従来の欠点を
除去するため、無線基地局が通信エリア内の加入者端末
数を絶えず算出し、算出した加入者端末数から必要な通
信チャネル数を決定し、この通信チャネル数から必要な
マルチフレーム数と伝送容量とを決定し、マルチフレー
ム数に応じて無線フレーム構成を変更することにより、
基地局通信エリア内の加入者端末数が短時間に変動して
も、通信要求のある加入者端末に対して通信チャネルを
割り当て、その時点において最大の伝送容量を提供でき
る多元接続方式の無線通信システムを提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の多元接続方式の
無線通信システムは、移動体通信システムに使用される
多元接続方式の無線通信システムであって、加入者端末
が無線基地局の通信エリアに入った時に、前記無線基地
局が当該加入者ＩＤを登録する加入者登録手段と、加入
者ＩＤリストに載っている加入者端末が前記無線基地局
の通信エリアから外に出る時に、前記加入者ＩＤリスト
から削除する加入者登録削除手段と、前記加入者登録手
段および前記加入者登録削除手段により、前記無線基地
局が通信エリア内の加入者端末数を特定または推定する
加入者端末数算出手段と、前記加入者端末数から必要な
通信チャネル数を決定する通信チャネル数決定手段と、
前記通信チャネル数から必要なマルチフレーム数と伝送
容量とを決定し、且つ求めたマルチフレーム数に応じて
無線フレーム構成を変更する無線フレーム変更手段と、
変更された無線フレーム構成情報に基づいて、通信チャ
ネルを割り当てるべき登録済みの加入者端末に対して通
信チャネルを割り当てる通信チャネル割当手段と、通信
要求のあった加入者端末に対して、前記無線フレーム構
成情報と前記通信チャネル割当手段によって決定された
通信チャネル割当情報とを通知する通知手段と、を備え
ることを特徴としている。

【００１３】また、前記加入者登録手段は、前記無線基
地局が基地局ＩＤを通信エリア内の加入者端末へ所定の
周期で送出したのち、未登録の加入者端末から前記無線
基地局への加入者ＩＤ登録要求、前記無線基地局から当
該加入者端末への加入者ＩＤ登録応答、当該加入者端末
から前記無線基地局への加入者ＩＤ登録応答確認がそれ
ぞれ正常に処理された場合に、当該加入者端末を前記加
入者ＩＤリストに追加登録することを特徴としている。

【００１４】また、前記加入者登録削除手段は、前記無
線基地局が前記加入者ＩＤリストに登録された加入者端
末へ所定の周期で順次ポーリングしたのち、当該加入者
端末からのポーリング応答の有無または正否によって通
信エリアに存在するか否かを判定し、存在の判定をした
場合には当該加入者ＩＤを前記加入者ＩＤリストに保持
し、存在しないと判定した場合には当該加入者ＩＤを前
記加入者ＩＤリストから削除することを特徴としてい
る。

【００１５】また、前記加入者端末数算出手段は、前記
加入者登録手段による追加登録情報および加入者登録削
除手段による削除情報に基づいて、前記無線基地局の通
信エリアに存在する通信可能な加入者端末数を所定の周
期毎に算出することを特徴としている。

【００１６】また、前記通信チャネル数決定手段は、前
記加入者端末数算出手段による前記加入者端末数に基づ
いて、採用されている通信チャネル割り当て方式に応じ
て、必要な通信チャネル数を決定することを特徴として
いる。

【００１７】また、前記無線フレーム変更手段は、前記
通信チャネル数決定手段による前記通信チャネル数に基
づいて、無線フレーム長や無線フレーム周期を変更する
ことなく、必要なマルチフレーム数を求め、各通信チャ
ネルに割り当てられる伝送容量を決定し、かつ求めたマ
ルチフレーム数に応じて無線フレーム構成を決定するこ
とを特徴としている。

【００１８】また、前記通信チャネル割当手段は、前記
無線フレーム変更手段による無線フレーム構成情報に基
づいて、通信チャネルを割り当てるべき加入者端末に対
して、マルチフレーム番号と無線フレーム上のタイムス
ロット番号を決定することを特徴としている。

【００１９】また、前記通知手段は、通信要求のあった
登録済みの加入者端末に対して、前記無線フレーム変更
手段による前記無線フレーム構成情報、前記通信チャネ
ル割当手段による通信チャネル割当情報のほか当該加入
者端末に対するユーザデータが存在する場合には、それ
らの情報を通知することを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の多元接続
方式の無線通信システムの一つの実施の形態を示すブロ
ック図である。

【００２１】図１に示す本実施の形態は、ダウンリンク
（無線基地局から複数の加入者端末への送信）において
は、連続する無線フレームに多重されたデータを複数の
加入者端末２００へ送信し、アップリンク（任意の加入
者端末から無線基地局への送信）においては、バースト
状データを加入者端末２００から受信する無線基地局１
００と、ダウンリンクにおいては、無線基地局１００か
ら連続する無線フレームを受信し、自端末に割り当てら
れたタイムスロットの自端末宛のデータを分離し、アッ
プリンクにおいては、自端末の送信データを事前に割り
当てられた無線フレーム上のタイムスロットに多重して
無線基地局１００へ送出する加入者端末２００とより構
成されている。

【００２２】また、無線基地局１００と加入者端末２０
０とは、時分割多元接続方式を用いて双方向の無線通信
を行い、さらに、加入者端末２００は、それぞれに異な
ったタイムスロットが割り当てられ、無線基地局１００
へのデータ送信時には、時間軸上で互いに衝突しないよ
うへ送出を行っている。

【００２３】次に、本実施の形態の多元接続方式の無線
通信システムの動作を図１を参照して詳細に説明する。

【００２４】まず、無線基地局１００内の動作について
説明する。無線基地局１００の送受信部Ｂ１０１は、ダ
ウンリンクにおいて、無線フレーム送受信制御部Ｂ１０
２からベースバンド送信データ信号を受け取り、その信
号に変調処理を行ったのち無線周波数信号に変換しアン
テナを介して送信する。また、アップリンクにおいて、
加入者端末２００からの無線周波数信号を復調してベー
スバンド信号に変換した後、その信号を無線フレーム送
受信制御部Ｂ１０２へ送出する。

【００２５】無線フレーム送受信制御部Ｂ１０２は、ダ
ウンリンクにおいて、加入者ＩＤ登録制御部Ｂ１０３、
加入者ＩＤ削除制御部Ｂ１０４、無線フレーム構成決定
部Ｂ１０５および通信チャネル割当制御部Ｂ１０６から
のデータを入力し、無線フレームの所定の位置に多重す
るとともに、無線回線制御に必要な情報（周波数同期用
プリアンブル、無線フレーム同期用ユニークワード、エ
ラー制御情報等）を多重して送受信部Ｂ１０１へ送出す
る。また、アップリンクにおいて、送受信部Ｂ１０１か
ら受信のアップリンク信号を入力し、無線フレームに多
重された、加入者端末２００からの加入者ＩＤ登録情報
や加入者ＩＤ削除情報を分離して、加入者ＩＤ登録制御
部Ｂ１０３および加入者ＩＤ削除制御部Ｂ１０４へそれ
ぞれ送出する。

【００２６】加入者ＩＤ登録制御部Ｂ１０３は、無線基
地局１００の無線通信エリア内の未登録加入者端末から
の登録要求を受信すると、それに引き続く所定の手順を
経たのちに、その要求が正当であると判断した場合にの
み、加入者ＩＤを加入者ＩＤリストに登録する。

【００２７】加入者ＩＤ削除制御部Ｂ１０４は、加入者
ＩＤリストに登録された加入者端末２００に対して、あ
る一定周期で加入者ＩＤとともに順次ポーリングし、該
当する加入者端末からのポーリング応答の有無または正
否によって、各加入者端末２００が無線基地局１００の
通信エリアに存在するか否かの判定を行い、存在すると
判定した場合には加入者ＩＤを加入者ＩＤリストに保持
し、存在しないと判定した場合はその加入者ＩＤを加入
者ＩＤリストから削除する。

【００２８】加入者端末数算出部Ｂ１０７は、加入者Ｉ
Ｄ登録制御部Ｂ１０３からの新規加入者登録情報、加入
者ＩＤ削除制御部Ｂ１０４からの加入者削除情報を用い
て、その時点で無線基地局１００の通信エリアに存在す
る通信可能な加入者端末２００の数を算出して絶えず更
新するとともに、その加入者端末数情報を無線フレーム
構成決定部Ｂ１０５に送出する。

【００２９】無線フレーム構成決定部Ｂ１０５は、加入
者端末数算出部Ｂ１０７からの加入者端末数情報をもと
に、無線通信システムで採用している通信チャネル割当
方式（プリアサイン方式、デマンドアサイン方式等）に
応じて最適な通信チャネル数を決定するとともに、決定
された通信チャネル数を無線フレーム上で実現するため
の無線フレーム構成を決定する。通信チャネル割当方式
に応じた通信チャネル数の決定方法は後述する。

【００３０】通信チャネル割当制御部Ｂ１０６は、無線
フレーム構成決定部Ｂ１０５からの無線フレーム構成情
報（マルチフレーム数、タイムスロット数等）をもと
に、加入者ＩＤ登録済み加入者端末のなかで通信要求の
あった加入者端末に対して通信チャネルを割り当てると
ともに、その通信チャネル割当情報、無線フレーム構成
情報および当該加入者端末に対するユーザデータが存在
する場合には、それらの情報を無線フレーム上に多重し
て無線フレーム送受信制御部Ｂ１０２へ送出する。

【００３１】次に、加入者端末２００内の動作について
説明する。送受信部Ｓ２０１は、アップリンクにおい
て、無線フレーム送受信制御部Ｓ２０２からベースバン
ド送信データ信号を受け取り、その信号に変調処理を行
ったのち、無線周波数信号に変換後アンテナを介して送
信し、ダウンリンクにおいて、無線基地局１００からの
無線周波数信号を復調してベースバンド信号に変換した
のち、その信号を無線フレーム送受信制御部Ｓ２０２へ
送出する。

【００３２】無線フレーム送受信制御部Ｓ２０２は、ア
ップリンクにおいて、加入者ＩＤ登録制御部Ｓ２０３、
加入者ＩＤ削除制御部Ｓ２０４およびユーザデータ多重
制御部Ｓ２０６からのデータを入力し、無線フレームの
所定の位置に多重するとともに、無線回線制御に必要な
情報等を多重して送受信部Ｓ２０１に送出する。また、
ダウンリンクにおいて、送受信部Ｓ２０１からダウンリ
ンク信号を入力し、無線フレーム上に多重された、無線
基地局１００からの加入者ＩＤ登録情報、加入者ＩＤ削
除情報、無線フレーム構成情報、通信チャネル割当情報
を分離して、加入者ＩＤ登録制御部Ｓ２０３、加入者Ｉ
Ｄ削除制御部Ｓ２０４および無線フレーム構成解析部Ｓ
２０５へそれぞれ送出する。

【００３３】加入者ＩＤ登録制御部Ｓ２０３は、無線基
地局１００からの基地局ＩＤを受信すると、自端末がま
だ未登録の場合は、加入者ＩＤとともに登録要求情報を
生成し、無線フレーム送受信制御部Ｓ２０２および送受
信部Ｓ２０１を介して無線基地局１００へ送出し、以
後、所定の確認手続きを経ることにより自端末の加入者
ＩＤ登録要求手順を終了する。

【００３４】加入者ＩＤ削除制御部Ｓ２０４は、無線基
地局１００からの自端末宛ポーリング情報を受信する
と、自端末が無線基地局１００の通信エリア内に存在す
るかどうかの判定を行い、存在すると判定した場合は自
端末の加入者ＩＤとともにポーリング応答を無線基地局
１００へ送出する手続きを行う。

【００３５】無線フレーム構成解析部Ｓ２０５は、無線
基地局１００からの無線フレーム構成情報、通信チャネ
ル割当情報を送受信部Ｓ２０１および無線フレーム送受
信制御部Ｓ２０２を介して受け取り、無線フレーム構成
情報（マルチフレーム数、タイムスロット数等）、通信
チャネル割当情報（マルチフレーム番号、タイムスロッ
ト番号等）を解析して自端末に割り当てられた通信チャ
ネルを特定するとともに、ユーザデータ多重制御部Ｓ２
０６へ送出する。

【００３６】ユーザデータ多重制御部Ｓ２０６は、無線
フレーム構成解析部Ｓ２０５からの無線フレーム構成情
報と通信チャネル割当情報に基づいて、アップリンクの
送信ユーザデータを無線フレームの所定の位置に多重し
て無線フレーム送受信制御部Ｓ２０２へ送出する。

【００３７】ここで、無線フレーム構成について説明す
る。図２は、時分割多重通信に使用される一般的な無線
フレームの構成図である。

【００３８】図２において、プリアンブル部は、クロッ
ク同期用に使用されるビットである。ユニークワード部
は、無線フレームの同期用に使用されるビットである。
エラー制御部は、ＣＲＣ等無線フレーム上のエラー監視
制御に使用されるビットである。これら、プリアンブル
部、ユニークワード部およびエラー制御部は、一般的に
よく知られており、また本発明と直接関係しないので、
その詳細な説明は省略する。

【００３９】制御スロット部は、後述する加入者ＩＤ登
録制御、加入者ＩＤ削除制御および通信チャネル割当制
御等に使用されるスロットである。制御スロット内の詳
細構成については、種々のアクセス方式に依存して変わ
るため、詳細な説明は省略する。一般的には、制御スロ
ットをさらに比較的少数のビット数からなる複数のサブ
制御スロットに分割する構成をとることが多い。

【００４０】ＴＳ１、ＴＳ２、・・・、ＴＳｎは、ユー
ザデータの伝送に使用するタイムスロットである。図２
の例では、ｎ個のタイムスロットを無線フレーム上に固
定的に割り当てた構成をとっている。加入者端末２００
がそのユーザデータをアップリンクにおいて送信する場
合、また、その加入者端末２００に対応したユーザデー
タを無線基地局１００がダウンリンクにおいて送信する
場合には、前述した通信チャネル割当情報に基づいて、
ｎ個のタイムスロットから１つまたは複数のタイムスロ
ットを選択して送信する。

【００４１】次に、本発明で使用しているマルチフレー
ムの一般的構成について説明する。図３は、本発明で使
用しているマルチフレームの一例を示す構成図である。

【００４２】図３を参照すると、各マルチフレーム内の
基本的構成は、図２で説明した構成と同じである。図３
で示されたマルチフレームは、ｍ個のマルチフレームで
構成され、マルチフレーム＃１からマルチフレーム＃ｍ
まで順次送信を行ったあとは再びマルチフレーム＃１か
ら送信が始まり、以後同様の周期的送信が繰り返され
る。通信要求をおこなった加入者端末２００に対して、
無線基地局１００は上述のマルチフレーム内の１つまた
は複数のタイムスロットを割り当てて通信を行う。

【００４３】次に、本実施の形態の加入者ＩＤ登録制御
および通信チャネル割当制御について説明する。図４
は、本発明の実施の形態の加入者ＩＤ登録手順および通
信チャネル割当手順を示すシーケンス図である。

【００４４】図４を参照すると、無線基地局１００は、
ダウンリンクにおいて、制御スロット部の一部を用い
て、“基地局ＩＤ”を通信エリア内に存在する加入者端
末２００へ周期的に送出する（Ｓ４０１〜Ｓ４０３）。

【００４５】加入者端末２００は、無線基地局１００の
通信エリア内であって未登録の場合、あるいは無線基地
局１００の通信エリアの外側から内側に入って来た場
合、“基地局ＩＤ”を新たに受信する（Ｓ４０３）。新
たに“基地局ＩＤ”を受信した加入者端末２００は、ひ
とつのサブ制御スロットを選択使用して、“加入者ＩＤ
登録要求”を自端末の“加入者ＩＤ”とともに無線基地
局１００に向けて送信する（Ｓ４０４）。

【００４６】ここで、複数の加入者端末２００が、同時
に同一のサブ制御スロットを選択して送信した場合には
アップリンクの無線空間上で衝突が発生して正常な通信
が行えないことが起こり得る。この衝突確率を下げるた
め、サブ制御スロットの選択をランダムに行い、なおか
つ衝突が発生した場合には、再送間隔をランダムかある
決まった統計的分布に従って選択するなどの再送制御プ
ロトコルが採用される。

【００４７】次に、無線基地局１００は、“加入者ＩＤ
登録要求”を受信すると、通信チャネルが空いているか
否かに関わらず、加入者端末２００の“加入者ＩＤ”を
記憶するとともに、ダウンリンクにおいて“加入者ＩＤ
登録応答”を記憶した“加入者ＩＤ”とともに送出する
（Ｓ４０５）。

【００４８】加入者端末２００は、無線基地局１００か
らの“加入者ＩＤ登録応答”を正常に受信すると、“加
入者ＩＤ登録応答確認”を“加入者ＩＤ”とともに無線
基地局１００に向けて送信する（Ｓ４０６）。

【００４９】無線基地局１００は、“加入者ＩＤ登録応
答確認”を正常に受信すると、加入者ＩＤ登録制御部Ｂ
１０３において、記憶していた“加入者ＩＤ”を加入者
ＩＤリストに追加登録する。Ｓ４０５とＳ４０６におい
て、それぞれ“加入者ＩＤ登録応答”と“加入者ＩＤ登
録応答確認”の手順を行うのは、無線基地局１００が加
入者端末２００からの“加入者ＩＤ登録要求”を正常に
受信したか否かを加入者端末２００に確認させるためで
ある。

【００５０】加入者端末２００は、この手順を踏まえた
のち通信要求が発生した時に、“通信チャネル割当要
求”を行うことができる。

【００５１】続いて、図４により通信チャネル割当手順
を説明する。

【００５２】加入者端末２００は、加入者ＩＤ登録を終
了し、通信要求が発生した任意の時点で“通信チャネル
割当要求”を“加入者ＩＤ”とともに無線基地局１００
に対して、サブ制御スロットを使用して送信することが
できる（Ｓ４０７）。

【００５３】無線基地局１００は、“通信チャネル割当
要求”を受信した時点で、無線フレーム構成における空
きの通信チャネルを割り当て、割り当て要求のあった加
入者端末２００の加入者ＩＤ、無線フレーム構成情報
（マルチフレーム数、タイムスロット数等）、通信チャ
ネル割当情報（マルチフレーム番号＃ｋ、タイムスロッ
ト番号＃ｉ等）を加入者端末２００へ送出する。以後、
加入者端末２００は上記の割り当てられた通信チャネル
を使用してアップリンクの送信データを送信するととも
に、ダウンリンクにおいてはアップリンクに対応する通
信チャネルを使用して無線基地局１００から送信されて
きたデータを受信することができる。

【００５４】次に、本発明における加入者ＩＤ削除制御
について説明する。図５は、本発明の実施の形態の加入
者ＩＤ削除手順を示すシーケンス図である。

【００５５】図５の例は、加入者ＩＤリストに加入者Ｉ
Ｄ＃ｋとして登録されている加入者端末が応答する場合
を示している。

【００５６】無線基地局１００は、登録されている加入
者端末２００が通信可能であるか否かを確認するため、
加入者ＩＤリストに載っている加入者端末２００に対し
て“ポーリング：加入者ＩＤ＃１”から順次サブ制御ス
ロットに多重して送信する（Ｓ５０１〜Ｓ５０３）。

【００５７】加入者端末２００＃ｋは、“ポーリング：
加入者ＩＤ＃ｋ”を受信して（Ｓ５０３）、それが自端
末宛のポーリングであることを確認すると、無線基地局
１００に対して“ポーリング応答：加入者ＩＤ＃ｋ”を
サブ制御スロットを使用して送信する（Ｓ５０４）。

【００５８】無線基地局１００は、加入者端末２００＃
ｋから“ポーリング応答：加入者ＩＤ＃ｋ”を受信し、
加入者端末２００＃ｋが通信エリアに存在して通信可能
であると判断し、加入者ＩＤ＃ｋを加入者ＩＤリストに
保持する（Ｓ５０４）。その後も各加入者端末２００に
対するポーリングを続けて行ない、加入者ＩＤリストの
最後の加入者端末が“ポーリング：加入者ＩＤ＃Ｌ”の
受け答えを行う（Ｓ５０５）。その後、加入者ＩＤリス
トの始めからポーリングが始まり、再び加入者端末２０
０＃ｋに対するポーリングが行われる（Ｓ５０６〜Ｓ５
０８）。

【００５９】このとき、加入者端末２００＃ｋが、無線
基地局１００の通信エリアの境界近傍（通信が不安定な
エリア）に位置している場合に、無線基地局１００から
の“ポーリング：加入者ＩＤ＃ｋ”を正常に受信し、
“ポーリング応答：加入者ＩＤ＃ｋ”を無線基地局１０
０に向けて送信したとする。しかし、通信状態が不安定
なため伝送路エラーが発生し、無線基地局１００がポー
リング応答を正常に受信できなかった場合には、加入者
端末２００＃ｋが通信エリアに存在しないと判定して、
加入者ＩＤリストから加入者ＩＤ＃ｋを削除する（Ｓ５
０９）。また、加入者端末２００＃ｋが通信エリアの外
側（通信が不可能なエリア）に位置していた場合には、
無線基地局１００からの“ポーリング：加入者ＩＤ＃
ｋ”を受信できないため、“ポーリング応答：加入者Ｉ
Ｄ＃ｋ”を送信することがない。これより、無線基地局
１００では、加入者端末２００＃ｋからのポーリング応
答がないため、加入者端末２００＃ｋが通信エリアに存
在しないと判定して、加入者ＩＤリストから加入者ＩＤ
＃ｋを削除する（Ｓ５０９）。

【００６０】このようにして、無線基地局１００は、加
入者端末２００の登録制御と削除制御とを絶えず実施
し、基地局通信エリア内の通信可能な加入者端末数（実
際に通信している加入者端末数と、通信していないが通
信エリア内に位置している間に通信する可能性がある加
入者端末数の和）を算出し、加入者端末数に応じた無線
フレームを再構成することにより、基地局通信エリア内
の加入者端末数が時間的に変動しても、通信要求のある
加入者端末２００に対して、その時点において最大の伝
送容量を提供できる通信チャネルの割り当てることがで
きる。

【００６１】次に、本発明で実施しているマルチフレー
ム数の動的変更方法について説明する。ここでの“動的
変更”とは、通信エリア内の加入者端末数が時間的に変
動する場合に、マルチフレーム数もそれに合わせて変更
するという意味である。

【００６２】まず、通信エリア内の加入者端末２００か
らの発呼量（無線基地局が収容しなければならないトラ
ヒック）の推定方法について説明する。なお、以下の説
明を簡単にするため、次の条件Ｃ１およびＣ２を設定す
る。

【００６３】Ｃ１：加入者端末からの発呼確率を均一
（一様分布）とする。

【００６４】Ｃ２：通信要求のある加入者端末に割り当
てられる無線通信リソースを均一とする。

【００６５】さらに、アップリンクにおける発呼量推定
では、次のＵ１およびＵ２の場合を考える。

【００６６】Ｕ１：端末ＩＤ登録を完了している全ての
加入者端末、即ち、無線基地局が保有する加入者ＩＤリ
ストに載っている全ての加入者端末に占有のトラヒック
チャネルを割り当てるプリアサインの場合とする。この
場合、加入者端末から有意のユーザトラヒックが存在す
るか否かにかかわらず、一定の通信リソース（アップリ
ンクのタイムスロット）を占有するので、発呼量は１ア
ーランと仮定する。

【００６７】Ｕ２：基地局通信エリア内の各加入者端末
からの通信要求に応じて、トラヒックチャネルを割り当
てるデマンドアサイン方式の場合とする。この場合説明
を簡単にするために、一般の加入者電話において通常使
用されるモデル（入線無限の即時式完全線郡モデル）を
適用する。このときのトラヒックの性質として次の２つ
が適用されるものとする。

【００６８】１）加入者端末全体からの通信要求の生起
はポアソン分布則に従う。

【００６９】２）各加入者端末における通話時間は指数
分布則に従う。このとき、加入者端末当たりのトラヒッ
クａ（ｅａｌ／加入）、ブロック率Ｂ、加入者端末数
Ｎ、通信チャネル数Ｎｃの間には、よく知られたアーラ
ンＢ式が適用できると仮定する。

【００７０】ここで、Ｕ１は、通信エリア内の車両が無
線基地局へ連続的に制御情報（例えば、車速情報、ステ
アリング情報、アクチュエータ情報等）を送信する必要
のある路車間通信などへの応用が考えられる。また、Ｕ
２は、一般の加入者電話や、携帯電話などのように加入
者端末からの通信要求に応じて所要の通信チャネルを割
り当てる場合に適用される。なお、一つの無線通信シス
テムにおいて、システムの制御用にＵ１、加入者端末の
通話トラヒック用にＵ２の方法を併用することが多い。

【００７１】次に、ダウンリンクにおける発呼量推定と
しては、下記のＤ１、Ｄ２およびＤ３の場合を考える。

【００７２】Ｄ１：Ｕ１に対応するダウンリンクとして
各加入者端末専用に通信チャネルを割り当てる場合とす
る。

【００７３】Ｄ２：Ｕ２に対応するダウンリンクとして
各加入者端末からの通話要求に応じてその都度通信チャ
ネルを割り当てる場合とする。

【００７４】Ｄ３：報知チャネル、または放送チャネル
やマルチキャストチャネルとして、常時または周期的
に、あるいは緊急時等に一時的に、全加入者端末または
ある特定の加入者グループに共通なひとつのダウンリン
クチャネルを割り当てる場合とする。

【００７５】上述した各想定（Ｕ１、Ｕ２、Ｄ１、Ｄ
２、Ｄ３）をもとに、以下のような所要通信チャネル推
定が可能である。

【００７６】Ｕ１：通信エリア内の全加入者端末数（無
線基地局が保有する加入者ＩＤリスト）に応じた数だけ
通信チャネルを割り当てる。但し、本発明においては、
通信エリア内の加入者端末数が時間とともに変動するた
め、必要な通信チャネルも時間とともに変動する。

【００７７】Ｕ２：通信エリア内の加入者端末の通信要
求に応じて、通信チャネルを動的に割り当てる。但し、
用意する通信チャネル数は、通信エリア内の加入者端末
数と、加入者端末からの平均的な発呼量の数学的なモデ
ルから決定できると仮定する。例えば、加入者端末当た
りの発呼量ａ、通信エリア内の全加入者端末数Ｎ、所要
のブロック率Ｂが次の値の場合を考える。

【００７８】 ａ ＝ ０．０２ ［ｅａｌ］ Ｎ ＝ １５０ ［ｓｕｂ］ Ｂ ＝ ０．００１ これより、システムが処理しなければならない全発呼量
Ａは、次のようになる。

【００７９】 Ａ＝ａ×Ｎ＝０．０２×１５０＝３ ［ｅａｌ］ このときアーランＢ式より、通信チャネル数ｎとすると
Ｂ＝０．００１、ｎ＝１０のとき、取り扱える発呼量
は、３．０９２０であるから通信チャネルとして１０チ
ャネル必要なことが分かる。

【００８０】Ｄ１：Ｕ１との対でダウンリンクの通信チ
ャネルを割り当てる。但し、システムによってはアップ
リンクだけの場合やダウンリンクだけの場合もある。所
要通信チャネル数はＵ１と同じである。

【００８１】Ｄ２：Ｕ２との対でダウンリンクの通信チ
ャネルを割り当てる。但し、システムによってはアップ
リンクだけの場合やダウンリンクだけの場合もある。所
要通信チャネル数はＵ１と同じである。

【００８２】Ｄ３：全加入者端末に共通通信チャネルを
割り当てる場合は、所要通信チャネル数は１となる。ま
た、同一のダウンリンク情報を各加入者端末に個別へ送
出する場合は、Ｕ１と同様に通信エリア内の全加入者端
末数だけ通信チャネルが必要になる。

【００８３】次に、推定所要通信チャネル数と、最大通
信容量に基づいた、加入者端末当たりの割当通信容量の
決定方法について説明する。簡単のために、図２と図３
を用いて説明した時分割多重通信方式（ＴＤＭＡ：Ｔｉ
ｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅ
ｓｓ方式）の無線フレーム構成を例に説明する。図２ま
たは図３において、ユーザデータ伝送用スロットが全体
でＮｔ［ｂｉｔ］で構成され、１無線フレーム周期がＴ
ｒ［ｓｅｃ］の場合、ユーザトラヒックの全伝送容量Ｃ
ｔ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］は次のようになる。

【００８４】Ｃｔ＝Ｎｔ／Ｔｒ ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］ 今、必要な通信チャネル数がＮｃであるとすると、通信
チャネルあたりの伝送容量Ｃｃ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］は、 Ｃｃ＝Ｃｔ／Ｎｃ＝Ｎｔ／（Ｔｒ×Ｎｃ） ［ｂｉｔ／
ｓｅｃ］ で表すことができる。ここで、通信チャネル数Ｎｃは、
既に説明した通信チャネル割当て方式等に依存して変わ
る値である。従って、所要の通信チャネル数がＮｃの場
合で、且つ、無線フレーム上でマルチフレームの構成を
取らない場合、１無線フレームのユーザ伝送用ビットを
Ｎｔ／Ｎｃ（通信チャネル当たりのスロット）ごとのタ
イムスロットに分割して各加入者端末に割り当てるのが
最も簡単な方法である。また、マルチフレーム構成を用
いた場合は、１無線フレーム上のタイムスロット数Ｎｔ
ｓを予め定め、下記の式を満たすようにマルチフレーム
数Ｎｍを決定すればよい。

【００８５】Ｎｔｓ×Ｎｍ≧Ｎｃ ここで、上記のマルチフレーム数Ｎｍの決定方法の例を
図６により説明する。図６は、登録加入者端末数に対す
るマルチフレーム数の関係を示すグラフである。

【００８６】図６では、登録加入者端末数が０から６４
までをとるときに、Ｕ１、Ｄ１の通信チャネル割当て方
式（プリアサイン方式）による時分割多重システムを用
いてマルチフレーム数Ｎｍをどのように決めればよいか
が示されている。無線フレーム上のタイムスロット数Ｎ
ｔｓがそれぞれ４、８、１６の場合を選んである。例え
ば、Ｎｔｓ＝８の時分割多重システムでプリアサイン方
式を使った場合、登録加入者端末数が３２から３６の範
囲であれば、必要な通信チャネル数は、Ｎｃ＝３２〜３
６であるから、マルチフレーム数は、Ｎｍ＝５となる。

【００８７】また、登録加入者端末数が時間とともに変
動する場合に必要となるマルチフレーム数について、図
７により説明する。図７は、時間とともに変動する登録
加入者端末数に対して必要となるマルチフレーム数を示
すグラフである。

【００８８】図７では、タイムスロット数をＮｔｓ＝８
とするプリアサイン時分割多重システムの場合を示し、
図中の折れ線で示す登録加入者端末数に対して必要とな
るマルチフレーム数Ｎｍが段階的に増加している。ま
た、デマンドアサイン方式の場合には、Ｕ２、Ｄ２で説
明した方法を用いて、所要のブロック率Ｂを設定し、ア
ーランＢ式から条件を満たす通信チャネル数Ｎｃを計算
してマルチフレーム数Ｎｍを決定すればよい。

【００８９】本発明の他の実施例として、路車間通信に
適用した場合を説明する。図８は、路側に設置された無
線基地局と路上の車載機との間で行われる路車間通信を
示す構成図である。

【００９０】図８において、８０１は路車間通信システ
ムの無線基地局、８０２〜８０８は車両に搭載された加
入者端末（以下車載機と呼ぶ。）、８０９と８１０は車
両流入カウンター、８１１と８１２は車両流出カウンタ
ー、８１３と８１４は車速計測器である。

【００９１】図８に示した路車間通信システムは、通
常、高速道路の料金収受等の応用に使用されているが、
車両への情報提供、危険警告、自動運転等、広く車両を
対象とした場合にも適用が可能なシステムである。

【００９２】次に、この路車間通信システムにおける加
入者端末数の特定または推定方法について説明する。

【００９３】図８において、無線基地局８０１は、通信
エリアが従来の自動車電話等に比べて非常に狭い区域
（数ｍ〜数１０ｍ）内の車両と通信を行うように設置さ
れた装置である。このような区域内では、無線基地局８
０１の通信エリア内で車両の移動方向は直線的であり、
通信エリアに流入した車両はある一定時間後に通信エリ
アから流出すると仮定できる。また、区域通信エリア内
においては、通信エリア内の車両速度もほぼ一定と仮定
できる。このような場合、無線基地局８０１の通信エリ
ア内に存在する車載機数の特定方法または推定方法とし
て種々の方法が考えられるが、その一例を以下に説明す
る。

【００９４】以下の説明においては、全車両が無線基地
局８０１と通信可能な車載機を搭載しているか、また
は、車両流入カウンター８０９、８１０、車両流出カウ
ンター８１１、８１２および車速計測器８１３、８１４
において車載機を搭載した車両を識別する機能を備えて
いるものと仮定する。

【００９５】まず、車両流入カウンター８０９、８１０
および車両流出カウンター８１１、８１２は、通過する
車両が車載機を搭載しているか否かを識別し、車載機を
搭載している車両のみをある一定周期毎にカウントす
る。これより、通信エリア内の車載機数は、カウント前
の通信エリア内にいる車載機数に、流入カウント数を加
算し、流出カウント数を減算することによって推定する
ことができる。

【００９６】ここで、通信エリア内にいる車載機数の初
期値としては、車速計測器８１３、８１４による計測結
果より、ある一定時間内の平均車速を求めて推定するこ
とが可能である。また、カウントの周期は、無線基地局
８０１が無線フレーム構成を変更する周期に設定するも
のとする。

【００９７】また、高速道路などでは車速と平均車間距
離の関係（車間距離∝ｆ（車速））が統計的に、また
は、数学的モデル（運転者の反応時間、車速、車両の制
動能力、路面摩擦係数等から、危険発生時点から車両停
止までの車両移動距離を推測するモデル等）により求め
られている。これらの方法により車間距離および車速を
求めることにより、無線基地局の通信エリア内の車両数
を推定することができる。

【００９８】このように推定された車載機数に基づい
て、上述したと同様に、通信要求のある各加入者端末あ
るいは車載機に対して、その時点において最大の伝送容
量を提供できる通信チャネルの割り当てが可能である。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多元接続
方式の無線通信システムによれば、加入者端末の登録制
御と削除制御を絶えず実施して、基地局通信エリア内の
通信可能な加入者端末数を算出し、それに応じた無線フ
レームを再構成しているので、以下の効果を有すること
ができる。

【０１００】第１の効果は、無線基地局の通信エリア内
に存在する加入者端末数が時間的に変動しても、通信エ
リア内の通信可能な加入者端末数（実際に通信している
加入者端末数と、通信していないが通信エリア内に位置
している間に通信する可能性がある加入者端末数の和）
を特定または推定できることである。

【０１０１】第２の効果は、無線基地局の通信エリア内
に存在する加入者端末数が時間的に変動しても、その加
入者端末数に応じた最大の伝送容量を持った通信チャネ
ルを提供できる無線フレーム構成を時間とともに変更し
て構成できることである。

【０１０２】第３の効果は、無線基地局の通信エリア内
に存在する加入者端末数が時間的に変動しても、通信要
求のある加入者端末（プリアサイン方式の場合は全登録
加入者端末、デマンドアサイン方式の場合は全登録端末
のうち実際に通信チャネル割当て要求を行う加入者端
末）に、その時点における最大の伝送容量を提供できる
通信チャネルを割り当てできることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多元接続方式の無線通信システムの一
つの実施の形態を示すブロック図である。

【図２】時分割多重通信に使用される一般的な無線フレ
ームの構成図である。

【図３】本発明で使用しているマルチフレームの一例を
示す構成図である。

【図４】本発明の実施の形態の加入者ＩＤ登録手順およ
び通信チャネル割当手順を示すシーケンス図である。

【図５】本発明の実施の形態の加入者ＩＤ削除手順を示
すシーケンス図である。

【図６】登録加入者端末数に対するマルチフレーム数の
関係を示すグラフである。

【図７】時間とともに変動する登録加入者端末数に対し
て必要となるマルチフレーム数を示すグラフである。

【図８】路側に設置された無線基地局と路上の車載機と
の間で行われる路車間通信を示す構成図である。

【符号の説明】

１００ 無線基地局 ２００ 加入者端末 １０１ 送受信部Ｂ １０２ 無線フレーム送受信制御部Ｂ １０３ 加入者ＩＤ登録制御部Ｂ １０４ 加入者ＩＤ削除制御部Ｂ １０５ 無線フレーム構成決定部Ｂ １０６ 通信チャネル割当制御部Ｂ １０７ 加入者端末数算出部Ｂ ２０１ 送受信部Ｓ ２０２ 無線フレーム送受信制御部Ｓ ２０３ 加入者ＩＤ登録制御部Ｓ ２０４ 加入者ＩＤ削除制御部Ｓ ２０５ 無線フレーム構成解析部Ｓ ２０６ ユーザデータ多重制御部Ｓ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5K028 AA11 BB06 CC05 DD01 DD02 HH02 JJ05 KK12 LL02 LL42 MM08 5K067 AA12 BB03 CC04 DD17 DD19 DD24 DD30 EE02 EE10 EE22 EE44 EE66 EE71 FF17 GG02 HH23 JJ21

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体通信システムに使用される多元接
   続方式の無線通信システムであって、加入者端末が無線
   基地局の通信エリアに入った時に、前記無線基地局が当
   該加入者ＩＤを登録する加入者登録手段と、加入者ＩＤ
   リストに載っている加入者端末が前記無線基地局の通信
   エリアから外に出る時に、前記加入者ＩＤリストから削
   除する加入者登録削除手段と、前記加入者登録手段およ
   び前記加入者登録削除手段により、前記無線基地局が通
   信エリア内の加入者端末数を特定または推定する加入者
   端末数算出手段と、前記加入者端末数から必要な通信チ
   ャネル数を決定する通信チャネル数決定手段と、前記通
   信チャネル数から必要なマルチフレーム数と伝送容量と
   を決定し、且つ求めたマルチフレーム数に応じて無線フ
   レーム構成を変更する無線フレーム変更手段と、変更さ
   れた無線フレーム構成情報に基づいて、通信チャネルを
   割り当てるべき登録済みの加入者端末に対して通信チャ
   ネルを割り当てる通信チャネル割当手段と、通信要求の
   あった加入者端末に対して、前記無線フレーム構成情報
   と前記通信チャネル割当手段によって決定された通信チ
   ャネル割当情報とを通知する通知手段と、を備えること
   を特徴とする多元接続方式の無線通信システム。
2. 【請求項２】 前記加入者登録手段は、前記無線基地局
   が基地局ＩＤを通信エリア内の加入者端末へ所定の周期
   で送出したのち、未登録の加入者端末から前記無線基地
   局への加入者ＩＤ登録要求、前記無線基地局から当該加
   入者端末への加入者ＩＤ登録応答、当該加入者端末から
   前記無線基地局への加入者ＩＤ登録応答確認がそれぞれ
   正常に処理された場合に、当該加入者端末を前記加入者
   ＩＤリストに追加登録することを特徴とする請求項１記
   載の多元接続方式の無線通信システム。
3. 【請求項３】 前記加入者登録削除手段は、前記無線基
   地局が前記加入者ＩＤリストに登録された加入者端末へ
   所定の周期で順次ポーリングしたのち、当該加入者端末
   からのポーリング応答の有無または正否によって通信エ
   リアに存在するか否かを判定し、存在の判定をした場合
   には当該加入者ＩＤを前記加入者ＩＤリストに保持し、
   存在しないと判定した場合には当該加入者ＩＤを前記加
   入者ＩＤリストから削除することを特徴とする請求項１
   又は２記載の多元接続方式の無線通信システム。
4. 【請求項４】 前記加入者端末数算出手段は、前記加入
   者登録手段による追加登録情報および加入者登録削除手
   段による削除情報に基づいて、前記無線基地局の通信エ
   リアに存在する通信可能な加入者端末数を所定の周期毎
   に算出することを特徴とする請求項１、２又は３記載の
   多元接続方式の無線通信システム。
5. 【請求項５】 前記通信チャネル数決定手段は、前記加
   入者端末数算出手段による前記加入者端末数に基づい
   て、採用されている通信チャネル割り当て方式に応じ
   て、必要な通信チャネル数を決定することを特徴とする
   請求項１、２、３又は４記載の多元接続方式の無線通信
   システム。
6. 【請求項６】 前記無線フレーム変更手段は、前記通信
   チャネル数決定手段による前記通信チャネル数に基づい
   て、無線フレーム長や無線フレーム周期を変更すること
   なく、必要なマルチフレーム数を求め、各通信チャネル
   に割り当てられる伝送容量を決定し、かつ求めたマルチ
   フレーム数に応じて無線フレーム構成を決定することを
   特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の多元接続
   方式の無線通信システム。
7. 【請求項７】 前記通信チャネル割当手段は、前記無線
   フレーム変更手段による無線フレーム構成情報に基づい
   て、通信チャネルを割り当てるべき加入者端末に対し
   て、マルチフレーム番号と無線フレーム上のタイムスロ
   ット番号を決定することを特徴とする請求項１、２、
   ３、４、５又は６記載の多元接続方式の無線通信システ
   ム。
8. 【請求項８】 前記通知手段は、通信要求のあった登録
   済みの加入者端末に対して、前記無線フレーム変更手段
   による前記無線フレーム構成情報、前記通信チャネル割
   当手段による通信チャネル割当情報のほか当該加入者端
   末に対するユーザデータが存在する場合には、それらの
   情報を通知することを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５、６又は７記載の多元接続方式の無線通信システ
   ム。