JP2005244495A - データ伝送システムにおける無線フレームの利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基地局と複数の加入者局との間で一定帯域の無線フレームにより双方向データ通信を行う際に、無線フレームの帯域を無駄なく使用する。
【解決手段】基地局が、加入者局数決定過程により決定した送信権を与える加入者局数に応じて、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロットの数を可変させて決定し、割当過程において、スロット要求領域ＴＳ１４として使用しないタイムスロットを無線フレームのデータ領域ＴＳ１５、ＴＳ１２に割り当てる。このようにすれば、電源がオフ状態になっている加入者局等、割り当てても意味のない加入者局にタイムスロットの送信権が割り当てられることがなくなり、無線フレームの帯域を効率良く活用できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、一の基地局と多数の加入者局との間で無線により双方向データ通信を行うデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法に関する。

例えばイーサネット（登録商標）等の通信方式に利用される可変長のランダムに発生するデータを、固定長のパケットに分割しタイムスロットとして一定周期の無線フレーム（一定帯域の無線フレーム）に組み込み、単一の基地局と複数の加入者局間、いわゆるＰ−ＭＰ（Point to Multi-Point）型で無線伝送するデータ伝送システムにおいては、一無線フレーム中、加入者局から基地局への上り回線領域に所定個（Ｎ個とする。）のタイムスロットがスロット要求領域として割り当てられている（特許文献１及び特許文献２参照）。

この場合、基地局は、一無線フレーム中、下りヘッダ領域のスロット割当領域を使用して、各加入者局へスロット要求領域中のタイムスロットの送信権をラウンドロビン方式で一律に割り当てるようにしている。

特開２００３−２３５０７３号（図２） 特開２００３−２３４７１５号（図１３）

ところが、各加入者局へスロット要求領域中のタイムスロットの送信権をラウンドロビン方式で一律に割り当てた場合には、例えば電源がオフ状態になっている加入者局等、割り当てても意味のない加入者局にもタイムスロットの送信権が割り当てられることとなり、無線フレームの帯域が無駄に使用されてしまうという問題がある。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、無線フレームの帯域を効率的に利用することを可能とするデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法を提供することを目的とする。

この発明のデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法は、基地局と複数の加入者局との間で一定帯域の無線フレームにより双方向データ通信を行うデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法において、基地局が、無線フレームのスロット要求領域のタイムスロットの送信権を与える加入者局数を決定する加入者局数決定過程と、決定した加入者局数に応じて前記スロット要求領域のタイムスロット数を可変にして決定するスロット要求領域タイムスロット数決定過程と、前記スロット要求領域として使用しなくなったタイムスロットを前記無線フレームのデータ領域に割り当てる割当過程とを有することを特徴とする（請求項１記載の発明）。

この発明によれば、基地局が、加入者局数決定過程により決定した送信権を与える加入者局数に応じて、スロット要求領域タイムスロット決定数過程により、スロット要求領域のタイムスロットの数を可変させて決定し、割当過程において、スロット要求領域として使用しなくなったタイムスロットを無線フレームのデータ領域に割り当てるようにしているので、スロット要求領域のタイムスロット数を必要な数に設定することができ、その分、１無線フレーム中のデータ領域のタイムスロットの数を増加させることができるので、無線フレームの帯域を無駄なく効率的に使用することができる。

この場合、前記加入者局数決定過程では、前記加入者局数を、各加入局と認証プロセスを行い、認証が確立した（データ伝送が許可された）加入者局の数に決定することで、認証が確立していない加入者局にスロット要求領域のタイムスロットを割り当てることを原因とする帯域の無駄な使用を回避することができる（請求項２記載の発明）。

また、前記スロット要求領域タイムスロット数決定過程では、決定されるスロット要求領域のタイムスロットの数に下限値を設けることで、必要最小限の処理時間が確保され、上限値を設けることで、伝送帯域の最低保証値を確保することができる（請求項３記載の発明）。

また、請求項２記載の発明において、前記加入者局数決定過程では、さらに、認証が確立している加入者局に対して運用確認し、認証が確立していない加入者局に対して認証プロセスを行い、加入者局数を更新する過程を含むようにすることで、リアルタイムに、スロット要求領域のタイムスロットの数の必要数を把握することができ、無線帯域の利用効率を常時高い値に保持することができる（請求項４記載の発明）。

さらに、前記割当過程の後、決定したスロット要求領域タイムスロット数に関する割当情報を、送信権を与える加入者局に通知するスロット割当情報通知過程を有することで、直ちに、送信権を与える加入者局に通知することができる（請求項５記載の発明）。

前記スロット割当情報通知過程は、無線フレーム中、下り回線領域のヘッダ領域に設けたスロット割当領域を利用して行うことができる（請求項６記載の発明）。

この発明によれば、スロット要求領域のタイムスロット数を管理し、無駄のないように増減しているので、無線フレームの帯域を効率的に利用することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る無線フレームの利用方法を実施するデータ伝送システムの例としての無線通信システム１０の全体的な構成を示している。

この無線通信システム１０は、複数の加入者に対して固定無線アクセスサービスを提供するＰ−ＭＰ（Point to Multi-Point）型として用いられる。

そして、この無線通信システム１０は、基本的には、建物あるいは電柱等に固定された基地局１１と、固定された基地局１１に対してそれぞれ無線回線の伝送路１５（１）〜１５（３）（代表して伝送路１５という。）を介して双方向通信が可能とされる会社内あるいは家庭内等に配される複数の加入者局２１（１）〜２１（３）（代表して加入者局２１という。）とから構成される。

無線回線の伝送路１５は、基地局１１のアンテナ１２と、複数の加入者局２１のアンテナ２２（１）〜２２（３）（代表してアンテナ２２という。）間の無線通信を通じて確立される。

加入者局２１は、それぞれパーソナルコンピュータ等の端末２０（１）〜２０（３）（代表して端末２０という。）に有線または無線で接続されている。各端末２０と各加入者局２１とは一体的な構成とすることができる。一方、基地局１１は、主に有線で、ネットワーク１３を介して前記の端末２０（１）〜２０（３）のそれぞれの対向機器１４（１）〜１４（３）（代表して対向機器１４という。）に接続されている。

各加入者局２１は、無線回線及び基地局１１を介してネットワーク１３にアクセスすることができる。なお、ネットワーク１３としては、ＷＷＷ（World Wide Web）サーバ等の対向機器１４に接続されたＩＰ（Internet Protocol）網等を使用することができる。なお、対向機器１４としては、サーバに限らず、ネットワーク１３を介してあるいは直接、図示しない他の基地局を介して接続される該他の基地局の加入者局（図示していない。）も含まれる。したがって、例えば、加入者局２１（２）に対して、加入者局２１（１）及び加入者局２１（３）も対向機器になる場合も含まれる。

基地局１１と複数の加入者局２１との間の通信には、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ方式を採用する双方向の通信が可能である。この場合、基地局１１と複数の加入者局２１との間には、共通の無線周波数、たとえば２６［ＧＨｚ］帯が割り当てられ、使用するタイムスロットの違いにより効率的な通信が可能である。

なお、基地局１１と複数の加入者局２１との間の通信には、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ方式に代替して、後述するＦＤＤ／ＴＤＭＡ方式を採用することができる。なお、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ方式あるいはＦＤＤ／ＴＤＭＡ方式のいずれの場合においても、下り方向は、ＴＤＭ（Time Division Multiplex）方式とされ、上り方向はＴＤＭＡ方式とされる。

図２は、複数の加入者局２１と基地局１１との間での通信を行うためのＴＤＤ方式による一定帯域の無線フレーム（１無線フレーム）の構成を示している。１無線フレームの周期は、１〜１０［ｍｓ］程度のうち、固定の周期、たとえば１［ｍｓ］等に選択される。もちろん、１無線フレームの周期は、ハードウエア等との関係において、より短い周期あるいはより長い周期を選択することも可能である。なお、この固定周期の１無線フレームのフレームと可変長のイーサネット（登録商標）フレーム（イーサフレームという）等のフレームとは異なるものである。この実施形態において、１無線フレームの帯域は、変調方式がＱＰＳＫの場合には、４０［Ｍｂｐｓ］、１６ＱＡＭの場合には８０［Ｍｂｂｓ］になる。

１無線フレームは、下り回線領域と上り回線領域とガードタイムＴＳ１６とから構成される。下り回線領域は、下りヘッダ領域ＴＳ１１と下りデータ領域ＴＳ１２を含む。上り回線領域は、基地局１１と各加入者局２１間の伝搬遅延の計測及び認証プロセスに係るコマンド等のための時間帯であるＤＭＦ（Delay Measurement Frame）領域ＴＳ１３とスロット要求領域ＴＳ１４と上りデータ領域ＴＳ１５とを含む。

１無線フレームの下り回線領域中、下りヘッダ領域ＴＳ１１は、１無線フレーム毎の受信同期信号を生成するためのプリアンブル領域ＴＳ１７と、基地局番号領域ＴＳ１８と、フレーム位置指定領域ＴＳ１９と、ＤＭＦ送信許可及び認証プロセス等に係るコマンド等の制御コマンドを含むコマンド領域ＴＳ２０と、スロット割当領域ＴＳ２１とから構成されている。

１無線フレームの下り回線領域中、下りデータ領域ＴＳ１２は、複数のタイムスロットに分割されており、それぞれに、下り固定長パケット（単に、パケットともいう。）Ｐｄが割り当てられる。各下り固定長パケットＰｄは、加入者局番号Ｐｄ１、隣接パケット有無情報等の制御情報Ｐｄ２、実際のデータである固定長データＰｄ３、及び誤り検出符号Ｐｄ４から構成されている。

１無線フレームの上り回線領域中、上りデータ領域ＴＳ１５は、複数のタイムスロットに分割されており、それぞれに上り固定長パケット（単に、パケットともいう。）Ｐｕが割り当てられる。各上り固定長パケットＰｕは、ガードタイムＰｕ１、プリアンブルＰｕ２、加入者局番号Ｐｕ３、隣接パケット有無情報等を含む制御情報Ｐｕ４、実際のデータである固定長データＰｕ５、及び誤り検出符号Ｐｕ６から構成されている。

なお、上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５の構成は、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ方式とＦＤＤ／ＴＤＭＡ方式とで共通である。

１個の下り固定長パケットＰｄあるいは１個の上り固定長パケットＰｕのデータ長は、たとえば６４バイトあるいは１２８バイトに選択される。

この実施形態において、１無線フレームは、一定帯域（固定帯域、一定時間、一定長さ）であり、１無線フレーム中、下りヘッダ領域ＴＳ１１、ＤＭＦ領域ＴＳ１３及びガードタイムＴＳ１６は、固定長とされているが、下りデータ領域ＴＳ１２のタイムスロット数、上りデータ領域ＴＳ１５のタイムスロット数及びスロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット数は、後述するように所定の条件下に増減する（可変する）ように構成されている。

なお、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット数Ｎは、標準（デフォルト）でたとえば２４個となっており、可変できるタイムスロット数Ｎの下限値がＡ個、タイムスロット数Ｎの上限値がＢ個になっている。下限値Ａは、たとえば、正常に伝送を行うための符号化変調方式上のハードウエアの動作時間あるいはソフトウエアの実行時間等の必要最小限の時間が確保されるような伝送時間に決定され、上限値Ｂは、１無線フレーム中のデータ伝送帯域の仕様最小値を下回らないように、すなわちデータ伝送帯域の最低保証値を確保するために決定される。

図３は、例としての各加入者局２１の構成を示している。加入者局２１は、基本的には、アンテナ２２と、高周波回路３２と、該高周波回路３２と端末２０に接続される通信制御回路３３とから構成されている。

高周波回路３２は、受信機４１と、送信機４２と、該送受信機４１、４２とアンテナ２２との間に配される切替スイッチ４３とを有している。

高周波回路３２の送信機４２は、通信制御回路３３から供給される中間周波数の信号を、内蔵する混合器により無線周波数の信号に周波数変換するとともに、無線周波数の高周波信号を、内蔵する電力増幅器で電力増幅し、切替スイッチ４３を介してアンテナ２２に供給する。

また、高周波回路３２の受信機４１は、アンテナ２２で受信した無線周波数の高周波信号（無線フレームの変調信号）を切替スイッチ４３を介して入力し、内蔵された低雑音増幅器で増幅した後、内蔵する混合器により中間周波数の無線フレームに周波数変換して通信制御回路３３の変復調回路５１に供給する。

変復調回路５１を構成する復調部は、受信機４１により受信した無線フレーム中の下り回線領域のデータをＡ／Ｄ変換器（不図示）及びＰＳＫ復調器・ＱＡＭ復調器（不図示）により復調して下り固定長パケットＰｄをＴＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ制御回路（以下、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路という。）５２に供給する。

なお、変復調回路５１により復調された下り固定長パケットＰｄを、以下、受信パケット（下り固定長パケット）Ｐｄという。

また、変復調回路５１を構成する変調部は、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２から供給される無線フレーム中の上り回線領域のデータをＤ／Ａ変換器（不図示）及びＰＳＫ変調器・ＱＡＭ変調器（不図示）を利用して変調し送信機４２に供給する。

通信制御回路３３は、変復調回路５１及びＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２の他、端末２０に接続される通信インタフェース回路５３、下り受信バッファ６１、上り送信バッファ６２、認証管理部２０２及びパケット数計測部６３を備えている。

パケット数計測部６３は、上り送信バッファ６２に蓄積されたパケット数を１無線フレームの周期毎に周期的に計測し、これをスロット要求７１の情報としてＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２に伝達する。このスロット要求７１の情報は、当該加入者局２１に後述する送信権が与えられているとき、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２から図２の１無線フレームのスロット要求領域ＴＳ１４の割り当てられたタイムスロットの時間帯で変復調回路５１、送信機４２、切替スイッチ４３及びアンテナ２２を通じて基地局１１に通知される。

加入者局２１の認証管理部２０２は、基地局１１との認証プロセス（認証処理）に係るコマンド・レスポンスの送受及び認証結果に基づく処理を行う。認証管理部２０２における認証プロセスの内容は、基地局１１から送信された認証要求に応答する認証応答（パスワードと加入者局名）の送信と、この認証応答を受信した基地局１１から送信される認証確立通知に応答する確認応答の送信である。

認証結果に基づく処理として、認証管理部２０２は、この認証確立通知の受信時に認証確立を認識し、上り送信バッファ６２に対してリセット指示を供給して、上り送信バッファ６２をクリアする。この後、認証が確立し、かつ上りデータ領域ＴＳ１５のタイムスロットが割り当てられた加入者局２１から基地局１１に対する上り方向のデータ伝送が開始される。

図４は、例としての基地局１１の構成を示している。基地局１１は、基本的には、アンテナ１２と、高周波回路１３２と、該高周波回路１３２とネットワーク１３に接続される通信制御回路３４とから構成されている。

高周波回路１３２の構成及び作用は、図３に示した加入者局２１の高周波回路３２と同等である。

通信制御回路３４は、変復調回路１５１、ＴＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ（ＴＤＤ／ＴＤＭＡ）制御回路１５２、ネットワーク１３に接続される通信インタフェース回路１５３、スロット割当部５４、上り加入者局毎受信バッファ６４、下り加入者局毎送信バッファ６５、パケット数計測部６６、認証管理部３０２及び加入者局監視情報テーブル（認証可否テーブル）３０４を備えている。

図５に示すように、加入者局監視情報テーブル３０４は、加入者局２１を特定する加入者局番号に対応するアドレス部３０４ａと、監視情報が格納されるデータ部３０４ｂとから構成されている。データ部３０４ｂに「認証（認証確立、データ伝送可）」または「認証断（データ伝送不可）」を示すフラグが書き込まれている。データ部３０４ｂの中の「認証」となっているフラグの数を数えることで、現在の認証（データ伝送が許可された）加入者局数Ｍを抽出（算出）することができる。

パケット数計測部６６は、下り加入者局毎送信バッファ６５に蓄積された加入者局２１毎のパケット数を１無線フレームの周期毎に周期的に計測し、これをスロット割当部５４に伝達する。ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２は、図２の１無線フレームのスロット要求領域ＴＳ１４の時間帯で通知された各加入者局２１のスロット要求７１の情報を抽出し、スロット割当部５４に伝達する。

スロット割当部５４は、認証管理部３０２からの認証更新通知により認証が確立している（単に、認証しているともいう。）加入者局２１毎のパケット数、スロット要求７１、及び加入者局監視情報テーブル３０４から抽出した認証加入者局数（認証が確立している加入者局数）Ｍの情報に基づいて、スロット割当７２の情報を決定し、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２に通知する。

各加入者局２１に対する、上り方向の上りデータ領域ＴＳ１５のタイムスロットの割当(割当パケット数という。)及びスロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロットの割当は、図２の１無線フレーム内のスロット割当領域ＴＳ２１の時間帯において通知される。

基地局１１の認証管理部３０２は、各加入者局２１との認証プロセス（認証処理）と認証結果に基づく処理、及び加入者局２１との運用確認と運用確認結果に基づく処理を行う。認証管理部３０２における認証プロセスシーケンスの内容には、加入者局２１に対する認証要求（ＲＥＱ）、すなわちコマンドの送信と、この認証要求（ＲＥＱ）を受信した加入者局２１から送信される認証応答ＡＮＳ（パスワードと加入者局名）、すなわちレスポンスの内容の判断と、基地局１１において認証応答ＡＮＳの内容が有効であると判断したときの認証確立通知（ＡＰＰ）の送信が含まれる。

また、運用確認シーケンスの内容には、認証確立通知（ＡＰＰ）の送信後、基地局１１から加入者局２１に対して、正常動作中であれば所定の確認応答（ＡＣＫ）を送信せよとのコマンド、すなわち運用確認（ＣＯＮｆｉｒｍａｔｉｏｎ）を送信し、加入者局２１から送信された正常動作中であることを示す確認応答（ＡＣＫ）を基地局１１において確認することが含まれる。

なお、認証プロセスシーケンスあるいは運用確認シーケンスにおいて、加入者局２１からの認証応答ＡＮＳあるいは確認応答（ＡＣＫ）を基地局１１において検出できなかった場合、無応答状態（ＮＡＮＳ）とみなされる。

実際上、認証プロセスシーケンス結果及び運用確認シーケンス結果に基づき、認証管理部３０２は、認証応答ＡＮＳの内容が有効であると判断したとき及び無応答状態（ＮＡＮＳ）を認識したとき、認証状態が変更されたことを示す認証更新通知をスロット割当部５４に供給するとともに加入者局監視情報テーブル３０４のデータ部３０４ｂの内容を更新する。

認証更新通知を受け取ったとき、スロット割当部５４は、認証の確立した加入者局２１の下り加入者局毎送信バッファ６５に対してリセット指示を供給して、該当する下り加入者局毎送信バッファ６５をクリアし、さらに、上述したスロット要求７１及び加入者局監視情報テーブル３０４の参照結果の認証加入者数Ｍに基づきスロット割当７２をＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２に通知する。

この後、基地局１１は、認証の確立している加入者局２１とのデータ伝送を開始する。なお、認証の確立した加入者局２１の下り加入者局毎送信バッファ６５に対するリセット指示は、スロット割当部５４からではなく、認証管理部３０２から直接供給することもできる。

この発明の一実施形態が適用された無線通信システム１０は、基本的には、以上のように構成されるものであり、次に、この実施形態の理解を容易にするために、まず、認証管理部２０２、３０２による認証プロセスと運用確認処理、及びスロット割当部５４によるスロット割当処理を省略した概括的な全体動作を説明し、次に、認証管理部２０２、３０２による認証プロセスと運用確認処理、及びスロット割当部５４による詳細動作の順で説明する。

なお、スロット割当部５４によるスロット割当動作としては、この発明に係るスロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット数の割当動作、及び一般的な技術に係るデータ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５のタイムスロットの割当動作、いわゆるスケジューリング動作が含まれるが、この一般的な技術に係るスロット割当動作は繁雑であり、例えば特許文献２に記載されているので、ここでは詳しく説明しない。

概括的な全体動作
端末２０から対向機器１４に対してデータを伝送しようとするとき、端末２０から加入者局２１に供給されるイーサフレームのようなランダムに発生する可変長のデータが、加入者局２１の通信インタフェース回路５３で、上り固定長パケットＰｕに分割される。このとき、通信インタフェース回路５３で、さらに、各上り固定長パケットＰｕに隣接パケット有無情報等の再合成情報を含む制御情報Ｐｕ４や誤り検出符号Ｐｕ６等が付加されて、上り送信バッファ６２に一旦蓄積される。

各上り固定長パケットＰｕは、加入者局２１からの、上り送信バッファ６２の蓄積量に基づくスロット要求７１に応じた基地局１１からのスロット割当領域ＴＳ２１の内容によりスロットが割り当てられ、ＴＤＤ／ＴＤＭ制御回路５２、変復調回路５１、高周波回路３２、アンテナ２２及び無線回線の伝送路を通じて送信側装置として機能する各加入者局２１から送信される。

受信側装置として機能する基地局１１側で、アンテナ１２、高周波回路１３２、変復調回路１５１、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２を通じて受信された各上り固定長パケットＰｕは、一旦、上り加入者局毎受信バッファ６４に格納され、制御情報Ｐｕ４等を基に、通信インタフェース回路１５３で再合成され、さらにパケットの欠落の有無が検出され、パケットの欠落がなかった場合には、再合成されたフレームがデータとしてネットワーク１３を通じて対向機器１４に出力される。

その一方、対向機器１４から端末２０に対してデータを伝送しようとするとき、対向機器１４からネットワーク１３を通じて基地局１１に供給されるデータについても同様であるが、この場合、送信側装置として機能する基地局１１の通信インタフェース回路１５３により、下り固定長パケットＰｄに分割され、その際、各下り固定長パケットＰｄに隣接パケット有無情報等の再合成情報が制御情報Ｐｄ２として付加され、下り加入者局毎送信バッファ６５、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２、変復調回路１５１、高周波回路１３２、アンテナ１２、無線回線としての伝送路を通じて受信側装置として機能する加入者局２１に送信され、該加入者局２１の下り受信バッファ６１に一旦蓄積される。

受信され蓄積された下り固定長パケットＰｄは、該当する加入者局２１の通信インタフェース回路５３で制御情報Ｐｄ２に基づいて再合成され、パケットの欠落の有無が検出され、パケットの欠落がなかった場合には端末２０に伝送される。

以上の説明が、無線通信システム１０の概括的な全体動作の説明である。

次に、認証管理部２０２、３０２による認証プロセスと運用確認処理の詳細動作、及びスロット割当部５４によるスロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロットの割当処理の詳細動作について、図６のフローチャート及び図７のシーケンスチャートをも参照して説明する。

フローチャート中、認証管理部２０２、３０２に係るステップＳ１のコマンド・レスポンス処理及びステップＳ２の認証確立または認証断の検出処理は、１無線フレーム毎、あるいは複数フレーム毎に行われる処理であり、ステップＳ３〜ステップＳ１２の処理は、ステップＳ２の判断が成立したときに前記の１無線フレームの間にあるいは複数フレームの間に行われるスロット割当部５４の処理である。なお、ステップＳ１のコマンド・レスポンス処理は、基地局１１側からのコマンド領域ＴＳ２０と加入者局側からのＤＭＦ領域ＴＳ１３を利用して行われる。

ステップＳ１のコマンド・レスポンス処理では、基地局１１のシーケンスＡにおいて、たとえば、認証断となっている加入者局２１に対して、基地局１１の認証管理部３０２（以下、繁雑となるので、単に基地局１１または基地局認証管理部３０２ともいう。）は、認証が確立していない加入者局２１に対してコマンド領域ＴＳ２０を利用して認証要求（ＲＥＱ）のコマンドを送信する。

次に、加入者局２１のシーケンスＢにおいて、ある加入者局２１の電源がオフからオンになるものとする。このとき、電源がオンになった加入者局２１の認証管理部２０２（以下、繁雑となるので、単に加入者局２１または加入者局認証管理部２０２ともいう。）が基地局１１から認証要求（ＲＥＱ）を受信すると、この認証要求（ＲＥＱ）に対してＤＭＦ領域ＴＳ１３で認証応答（ＡＮＳ）のレスポンスを返信することで、認証プロセスが行われる。この認証応答（ＡＮＳ）では、上述したように、その加入者局２１の認証管理部２０２から加入者局名、すなわち加入者局番号とパスワードが認証応答の内容として送信される。

次いで、基地局１１のシーケンスＣにおいて、基地局１１が加入者局２１から認証応答を受信すると（ステップＳ１）、ステップＳ２において、パスワードが有効かどうかを確認し有効であると判断したとき、基地局１１は、加入者局番号に対応する対象加入者局２１の認証が確立したと判断し（ステップＳ２「肯定」）、対象加入者局２１へ認証確立通知（ＡＰＰ）を送信する。対象加入者局２１では、この認証確立通知（ＡＰＰ）を受け取ったとき、確認応答（ＡＣＫ）を基地局１１に対して送信することで、運用中の状態となる。なお、認証プロセス中の基地局１１と加入者局２１間で通信するデータの内容や回数は、通常、無線通信システム１０毎に異なる。

認証が確立した時点で、認証が確立した対象加入者局２１に対するデータ伝送が可能な状態となるが、このまま何もしないで下り回線領域を使用して伝送路１５上へのデータ伝送を開始すると、たとえば基地局１１のシーケンスＡの時点から、対象加入者局２１用の下り加入者局毎送信バッファ６５に滞留されていたデータを伝送路１５上に送信してしまうことになる。

そこで、この不都合を回避するために、対象加入者局２１に対して認証確立通知を判断したシーケンスＣの時点で、認証管理部３０２は、スロット割当部５４にスロットの割り当てを開始するように指示するとともにＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２に送信を開始してもよい旨のコマンドを送る。このとき、スロット割当部５４は、リセット指示により、対象加入者局２１の下り加入者局毎送信バッファ６５をクリアする。クリアした後、スロット割当部５４は、スロット要求領域ＴＳ１４からのスロット割当要求に応じて上りデータ領域ＴＳ１５のスロットの割り当てを行う。

実際には、このスロット割り当ての前に、基地局１１の認証管理部３０２は、ステップＳ３において、加入者局監視情報テーブル３０４中、認証状態が変化した加入者局２１に対応したアドレス部３０４ａのデータ部３０４ｂの監視情報である「認証」または「認証断」を示すフラグを更新する。

このとき、ステップＳ４において、認証管理部３０２は、加入者局監視情報テーブル３０４が更新されたこと、すなわち認証更新をスロット割当部５４に通知する。

次いで、スロット割当部５４は、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット数Ｎの値を決定する。

この場合、まず、ステップＳ５において、スロット割当部５４は、更新された加入者局監視情報テーブル３０４を参照し、アドレス部３０４ａが１〜Ｘ番目の全ての加入者局２１について、そのデータ部３０４ｂが「認証」を示している加入者局数Ｍを算出する。すなわち、１無線フレーム中、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロットの送信権を与える加入者局数Ｍを決定する（加入者局数決定過程）。

次いで、スロット割当部５４は、決定した加入者局数Ｍに応じて、ステップＳ６〜ステップＳ１０において、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット数Ｎ、すなわち、必要十分なタイムスロット数Ｎを決定する（スロット要求領域タイムスロット数決定過程）。

具体的には、決定した加入者局数Ｍが、上述した下限値Ａ以上であって上限値Ｂ未満の場合には（ステップＳ６「否定」）、ステップＳ８に示すように、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット数Ｎを、決定した加入者局数Ｍに設定する（Ｎ＝Ｍ）。また、決定した加入者局数Ｍが、下限値Ａ未満の場合には（ステップＳ６「否定」→ステップＳ７「肯定」）、動作確保のため、ステップＳ９に示すように、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット数Ｎを、下限値Ａに設定する（Ｎ＝Ａ）。さらに、決定した加入者局数Ｍが、上限値Ｂ以上の場合には（ステップＳ６「否定」→ステップＳ７「否定」）、ステップＳ１０に示すように、最低保証伝送帯域の確保のため、上限値Ｂに設定する（Ｎ＝Ｍ）。

次に、ステップＳ１１において、スロット割当部５４は、スロット要求領域ＴＳ１４の決定したタイムスロット数Ｎ、又はこのタイムスロット数Ｎに相当する情報、換言すれば、決定したタイムスロット数Ｎに関する割り当て情報を下りヘッダ領域ＴＳ１１のスロット割当領域ＴＳ２１に挿入し、送信権を与える加入者局２１に無線フレームで通知する（スロット割当情報通知過程）。

次いで、ステップＳ１２において、基地局１１のＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２及び加入者局２１のＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２により、この下りヘッダ領域ＴＳ１１のスロット割当領域ＴＳ２１の通知内容に従いスロット要求領域ＴＳ１４の制御を行う。

上記のシーケンスＤにおいて、加入者局２１が認証確立を認識すると伝送路１５上へデータ伝送が可能な状態となる。しかし、何もしないでこのままデータ伝送を開始すると、加入者局２１の認証確立時点までに上り送信バッファ６２に滞留していたデータを伝送路に送信してしまうことになる。

そこで、この不都合を回避するために、認証の確立を判断したシーケンスＤの時点で対象加入者局２１の認証管理部２０２は、自身の上り送信バッファ６２をクリアし、クリアした後、伝送路１５上へデータを送信してもよいとのコマンドをＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２に通知する。その後、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２の制御下に伝送路に対するデータの送受信が開始される。

以下、送信権の与えられた加入者局２１からのスロット要求７１及び下り加入者局毎送信バッファ６５のパケット数計測部６６により計測されたパケット数に基づきスケジューリングがなされ、スロット割当７２がＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２に供給されることで、認証の確立した加入者局２１に対する双方向通信が行われる。

この場合、認証の確立した加入者局２１に、利用可能な全てのタイムスロット（下りデータ領域ＴＳ１２と、スロット要求領域ＴＳ１４中、スロット要求領域として利用しなくなり、上りデータ領域ＴＳ１５の上り固定長パケットＰｕとされたタイムスロットと、もともと割り当てられていた上りデータ領域ＴＳ１５のタイムスロット）を割り当てることができる。この後、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２の制御下に伝送路に対するデータの送受信が開始される。

このようにシーケンスＣ以降で運用がなされ、運用中には、基地局１１から、１無線フレームの周期で、コマンド領域ＴＳ２０により加入者局２１に対して、運用確認（ＣＯＮ）が送信され、対象加入者局２１から確認応答（ＡＣＫ）を得ることで、無線通信システム１０が運用中とされる（ステップＳ１→ステップＳ２「否定」→ステップＳ１が繰り返えされる。）。

しかし、運用中のシーケンスＥ（時点Ｅ）において、基地局１１から運用確認（ＣＯＮ）を送信した際に、シーケンスＦ（時点Ｆ）において、加入者局２１の電源がオンからオフにされたり、降雨、降雪等の天候状態による伝送路の瞬断あるいは一定期間の切断、または、鳥や洗濯物等の電波障害物等による伝送路の瞬断あるいは一定期間の切断により伝送路が遮断されると、加入者局２１からの応答がなくなる。すなわち、基地局１１からのコマンドは加入者局２１に届いたが、このコマンドに対して加入者局２１が無応答の状態（ＮＡＮＳ）、あるいは基地局１１からのコマンドが加入者局２１に届かない状態になる。

シーケンスＧ（時点Ｇ）において、基地局１１は、加入者局２１からの応答がなかった場合、さらに所定回数運用確認を行っても応答がなかった場合に加入者局２１の認証が断になったと判断する（ステップＳ２「肯定」）。なお、所定回数は、伝送路品質条件、運用確認周期、サービス品質条件等を考慮した所望の回数に決定することができる。認証が断になったと判断した後は、加入者局２１に対して、再び、認証プロセスが行われ、認証応答（ＡＮＳ）が返信されるまで認証要求（ＲＥＱ）を送信し続ける（ステップＳ１→ステップＳ２「否定」→ステップＳ１が繰り返えされる。）。

次に、シーケンスＨ（時点Ｈ）において、加入者局２１の電源がオフからオンあるいは伝送路の遮断が回復するものとする。

この場合、上記の加入者局２１のシーケンスＢと同様に、電源がオンになった加入者局２１が基地局１１から認証要求（ＲＥＱ）を受信すると、この認証要求（ＲＥＱ）に対して認証応答（ＡＮＳ）を返信することで、上述した認証プロセスが開始され、認証が確立していない加入者局２１に対する認証プロセスが行われる。

この場合、基地局１１は、シーケンスＩ（時点Ｉ）において、シーケンスＣと同様に、認証応答（ＡＮＳ）の内容が有効であると判断したとき、対象加入者局２１へ認証確立通知（ＡＰＰ）を送信し、シーケンスＪにおいて、加入者局２１から確認応答（ＡＣＫ）を受信することで再び、その対象加入者局２１と運用中の状態にされる。

このように上述した実施形態によれば、認証が確立している加入者局２１に対して運用確認し、認証が確立していない加入者局２１に対して認証プロセスを行うようにしているので、リアルタイムに加入者局数Ｍを更新することができる。そして、この加入者局数Ｍに応じてスロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロットを増減するようにしているので、無線フレームの帯域が無駄に使用されることがなく、無線フレームの帯域を効率的に利用することができる。

以上の説明が、ＴＤＤ方式における認証プロセス、運用確認処理及びスロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット割当処理の詳細動作である。

なお、この実施形態はＦＤＤ方式にも適用することが可能でありＦＤＤ方式では、加入者局２１では、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２及び切替スイッチ４３がそれぞれ、ＦＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ制御回路及びダイプレクサに置換され、基地局１１では、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２及び切替スイッチ１４３がそれぞれ、ＦＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ制御回路及びダイプレクサに置換される構成とされる（特許文献２の図１０、図１１）。

図８は、ＦＤＤ方式の無線フレームの構成を示している。ＦＤＤ方式は、周波数多重であるので、上り方向と下り方向で異なる無線周波数が用いられる。そのため、上記したように、ＴＤＤ方式の高周波回路３２、１３２を構成する切替スイッチ４３、１４３がそれぞれＦＤＤ方式ではそれぞれダイプレクサに代替される。ダイプレクサは、周知のように、受信周波数用のバンドパスフィルタと送信周波数用のバンドパスフィルタから構成され、それぞれ、送信機４２、１４２からの出力信号をアンテナ１２、２２側に導いて送信させ、アンテナ１２、２２で受信した信号を受信機４１、１４１側に導く作用を行う。

一方、無線フレームは、図２と図８を参照すれば明らかなように、ＴＤＤ方式では、下り回線と上り回線とが同一周波数を使用して、時間軸上に直列的に分割されているのに対し、ＦＤＤ方式では、下り回線と上り回線に対して異なる周波数を割り当て、時間軸上は並列的に構成されている。

なお、図８に示す下り無線フレーム中の下りデータ領域は、図２の下りデータ領域ＴＳ１２に示す下り固定長パケットＰｄと同一の構成となっている。

同様に、図８に示す上り無線フレーム中の上りデータ領域は、図２の上りデータ領域ＴＳ１５に示す上り固定長パケットＰｕと同一の構成となっている。

このため、ＦＤＤ方式においても、ＴＤＤ方式と同様に、図６のフローチャート及び図７に示すシーケンスに基づく、同様の処理を行うことができる。

以上説明したように、上述した実施形態は、基地局１１と、複数の加入者局２１との間で一定帯域の無線フレームにより双方向データ通信を行うデータ伝送システムである無線通信システム１０に適用される。

この場合、基地局１１が、加入者局数決定過程（ステップＳ５）により決定した送信権を与える加入者局数Ｍに応じて、スロット要求領域タイムスロット決定数過程（ステップＳ６〜ステップＳ１１）により、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロットの数を可変させて決定し、割当過程（ステップＳ６〜ステップＳ１０）において、スロット要求領域ＴＳ１４として使用しなくなったタイムスロットを無線フレームのデータ領域（無線フレーム中の下りデータ領域ＴＳ１２あるいは上りデータ領域ＴＳ１５）に割り当てるようにしているので、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット数を必要十分な最小限の数に設定することができ、その分、１無線フレーム中のデータ領域のタイムスロットの数を増加させることができ、結果として、無線フレームの帯域を無駄なく効率的に使用することができる。

一例として、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット数Ｎが、２４個の標準状態から、下限値Ａ個、たとえば２個となった場合、２２個分のタイムスロットをデータ領域として割り当てることができるので、１ｍｓ長の無線フレームでは、スロット要求領域ＴＳ１４のタイムスロット長が１９２［シンボル］であるので、データ領域に割り当て可能なシンボル数は、２２［個］×１９２［シンボル］＝４２２４［シンボル］になる。これをＱＰＳＫ変調方式のデータに割り当てた場合には、４２２４［シンボル］×２［ビット］／１［ｍｓ］≒８．５［Ｍｂｐｓ］分、１６ＱＡＭ変調方式のデータに割り当てると４２２４［シンボル］×４［ビット］／１［ｍｓ］≒１７［Ｍｂｐｓ］分、それぞれ、データ領域の帯域を拡張することができる。

この発明は、上述した実施形態に限らず、たとえば伝送回線として無線回線ではなく、基地局と加入者局との間が光ファイバで接続された双方向光回線においても適用することができる等、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この発明の一実施形態が適用された無線通信システムの構成図である。 ＴＤＤ方式の無線フレームの構成図である。 この実施形態の加入者局の構成を示すブロック図である。 この実施形態の基地局の構成を示すブロック図である。 加入者局監視情報テーブルの説明図である。 無線フレームの利用方法の動作説明に供されるフローチャートである。 認証プロセス・運用確認の動作説明に供されるシーケンス図である。 ＦＤＤ方式の無線フレームの構成図である。

符号の説明

１０…無線通信システム １１…基地局
１５…伝送路 ２１…加入者局
３３、３４…通信制御回路
５２、１５２…ＴＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ制御回路（ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路）
５４…スロット割当部 ７１…スロット要求
７２…スロット割当 ２０２、３０２…認証管理部
３０４…加入者局監視情報テーブル

Claims (6)

1. 基地局と複数の加入者局との間で一定帯域の無線フレームにより双方向データ通信を行うデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法において、
   基地局が、
   無線フレームのスロット要求領域のタイムスロットの送信権を与える加入者局数を決定する加入者局数決定過程と、
   決定した加入者局数に応じて前記スロット要求領域のタイムスロット数を可変にして決定するスロット要求領域タイムスロット数決定過程と、
   前記スロット要求領域として使用しなくなったタイムスロットを前記無線フレームのデータ領域に割り当てる割当過程と
   を有することを特徴とするデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法。
2. 請求項１記載のデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法において、
   前記加入者局数決定過程では、
   前記加入者局数を、各加入局と認証プロセスを行い、認証が確立した加入者局の数に決定する
   ことを特徴とするデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法。
3. 請求項１記載のデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法において、
   前記スロット要求領域タイムスロット数決定過程では、
   決定されるスロット要求領域のタイムスロットの数に下限値と上限値を設ける
   ことを特徴とするデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法。
4. 請求項２記載のデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法において、
   前記加入者局数決定過程では、
   さらに、認証が確立している加入者局に対して運用確認し、認証が確立していない加入者局に対して認証プロセスを行い、加入者局数を更新する過程を含む
   ことを特徴とするデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法において、
   前記割当過程の後、
   決定したスロット要求領域タイムスロット数に関する割当情報を、送信権を与える加入者局に通知するスロット割当情報通知過程
   を有することを特徴とするデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法。
6. 請求項５記載のデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法において、
   前記スロット割当情報通知過程は、無線フレーム中、下り回線領域のヘッダ領域に設けたスロット割当領域を利用して行う
   ことを特徴とするデータ伝送システムにおける無線フレームの利用方法。
   
   

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