JP2009239351A - 通信装置および通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基地局から端末局への定期的な情報通知を利用することなく、ランダムアクセス時の高スループットの維持と遅延時間の短縮化を実現する通信装置を得ること。
【解決手段】本発明は、基地局とともに通信システムを構成し、ランダムアクセスチャネルであるＲＡＣＨを送信することにより基地局に対してランダムアクセスを行う通信装置であって、各フレームにおけるＲＡＣＨの送信に利用可能なスロット数の情報を基地局から取得するＲＡＣＨスロット数解読部（４１）と、ＲＡＣＨスロット数解読部（４１）により取得された情報であるＲＡＣＨスロット数および予め規定されたしきい値に基づいて、基地局に対してＲＡＣＨ送信を行うかどうかを判定するＲＡＣＨ送信判定部（４３）と、を備える。
【選択図】 図５

Description

本発明は、基地局に対してランダムアクセスを行う通信装置および通信装置における通信制御方法に関する。

従来のランダムアクセス技術が記載された文献として、下記特許文献１が存在する。下記特許文献１に記載の技術では、基地局が、処理期間内に受信した各端末局からの信号により全端末局から送信されたパケットの総数を推定し、推定したパケット総数から次の処理期間におけるパケット送信確率を算出し、端末局では、基地局から通知された送信確率に基づき、次の処理期間におけるパケット送信可否を決定することにより、高スループットを維持し、遅延時間の短縮化を実現している。

特開２００７−２０１５８１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、基地局から端末局へ送信確率を処理期間毎に通知することを前提としているため、固定周期でのフィードバック手段がないシステムへ上記技術を適用する場合、基地局から端末局への送信確率通知手段を新たに設ける必要がある、という問題があった。たとえば、固定周期でのフィードバック手段を有さないＴＤＭＡ−ＴＤＤ（Time Division Multiple Access−Time Division Duplex）システムへの適用を考えた場合、ＴＤＭＡフレーム毎に送信確率を通知する処理を追加する必要、すなわち基地局および端末局を変更する必要があり、既存システムに適用する場合の負荷が大きかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基地局から定期的に通知される情報を利用することなく、ランダムアクセス時の高スループットの維持と遅延時間の短縮化を実現する通信装置および通信制御方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基地局とともに通信システムを構成し、ランダムアクセスチャネルであるＲＡＣＨを送信することにより当該基地局に対してランダムアクセスを行う通信装置であって、各フレームにおける前記ＲＡＣＨの送信に利用可能なスロット数の情報を前記基地局から取得するスロット数情報取得手段と、前記スロット数情報取得手段により取得された情報であるＲＡＣＨスロット数および予め規定されたしきい値に基づいて、前記基地局に対してＲＡＣＨ送信を行うかどうかを判定するＲＡＣＨ送信判定手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、予め規定された情報（しきい値）および基地局から通知されたＲＡＣＨスロット数に基づいてＲＡＣＨ送信を行うかどうかを判定するので、基地局から定期的に通知される情報を利用せずにＲＡＣＨ送信の衝突発生確率の上昇を抑えることができ、スループットを高めることができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる通信装置である端末局を含んだ通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。この通信システムは、基地局１およびこれに収容された複数の端末局２を含んでいる。なお、本実施の形態では、基地局１および端末局２がＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式の通信システムを構成する場合の例について説明する。ただし、ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式に限定するものではない。また、以下の説明では、各端末局２が基地局１に対してランダムアクセスを行う際に使用するランダムアクセスチャネルをＲＡＣＨと記載する。

図１において、基地局１は無線ネットワークを形成する送受信装置であり、収容している各端末局（この例では端末局１，２および３）との間で送受信する無線信号を制御する。たとえば、端末局２は通信を行うために基地局１に対して位置登録・認証等を実行後、基地局１の制御に基づいて、基地局１に対するユーザ情報の送信や、基地局２から自局に向けて送信された情報の受信を行う。

図２は、本実施の形態の通信システムで使用するフレーム（ＴＤＭＡフレーム）の構成例を示す図である。このフレームは、基地局から複数の端末局へ送信される下り信号である共通チャネルと、複数のスロットから構成され、基地局から特定の端末局へ送信される下り個別チャネルと、複数のスロットから構成され、端末局から基地局へ送信される上り個別チャネルと、複数のスロットから構成され、端末局から基地局へのランダムアクセス時に送信されるＲＡＣＨと、により構成される。

なお、フレーム内のチャネル構成やチャネル配置については、図２に示したものに限定されない。たとえば、共通チャネルと個別チャネルの間にＲＡＣＨが配置された構成であってもよい。

また、図３は、上記構成のフレームを利用した無線チャネル信号を送受信する上記各端末局２の構成例を示す図である。端末局２は、無線信号を送受信するアンテナ１０と、送信信号と受信信号を切り替えるスイッチ（ＳＷ）２０と、受信信号を復調する復調部３０と、送受信データの制御を行う制御部４０と、送信データを変調する変調部５０と、を備える。

上記構成の端末局２が基地局１との間で信号を送受信する場合の動作について簡単に説明する。端末局２は、基地局１からの信号をアンテナ１０で受信し、スイッチ２０はアンテナ１０受信信号受け取り、それを復調部３０へ渡す。受信信号を受け取った復調部３０は、受信信号の復調処理を実行し、受信データを得る。また、得られた受信データを制御部４０へ渡す。制御部４０では、受け取った受信データの中で、共通チャネルにて送信されたデータを解析してフレーム内のチャネル構成を解読し、ＲＡＣＨ送信に利用可能なスロット数の情報を得る。また、外部装置から送信データを受け取った場合、その送信に使用する上り個別チャネルの割当要求を基地局１へ行うためのＲＡＣＨの送信タイミングを制御する。

つぎに、本発明の特徴的な動作である制御部４０によるＲＡＣＨの送信タイミングの制御動作について、詳細に説明する。

制御部４０は、基地局１に対してＲＡＣＨを送信する必要がある場合、基地局１から割当られるフレーム毎のＲＡＣＨスロット数（ＲＡＣＨ送信に利用可能なスロットの数）と、システム情報として保持している所要ＲＡＣＨスロット数と、に基づいて、各フレームにおけるＲＡＣＨ送信可否を判断する。システム情報は基地局１から非同期に更新されることがあり、回線設計時に基地局１が収容している端末局２の数に基づいて求める値である。

ここで、基地局１から割当られるフレーム毎のＲＡＣＨスロット数と所要ＲＡＣＨスロット数との関係について、図４を用いて説明する。図４に示したように、所要ＲＡＣＨスロット数に対して、フレーム毎に基地局１から割当てられるＲＡＣＨスロット数（ＲＡ＿ＮＵＭとする）が少ない場合、各端末局２から送信されるＲＡＣＨの衝突確率が高くなる。一方、所要ＲＡＣＨスロット数に対して、フレーム毎に基地局から割当てられるＲＡＣＨスロット数が多い場合には、各端末局２から送信されるＲＡＣＨの衝突確率が低くなる。

従って、各端末局２の制御部４０は、ＲＡＣＨの衝突確率が高いフレームではＲＡＣＨを送信する端末局数を制限することによりＲＡＣＨの衝突確率を低減し、ＲＡ＿ＮＵＭが想定スループットより大きい場合はＲＡＣＨの送信を制限しないように、制御を行う。

図５は、制御部４０の機能ブロック構成例を示す図である。制御部４０は、ＲＡＣＨスロット数解読部４１、データ送信要求部４２、ＲＡＣＨ送信判定部４３、送信部４４およびバックオフ制御部４５を備える。また、図６は、基地局１へデータを送信する場合の制御部４０の動作例を示すフローチャートである。以下に、これらの図５および図６に基づいて、制御部４０の各部の動作を説明する。

制御部４０のＲＡＣＨスロット数解読部４１は、復調部３０から受け取った復調データを確認し、基地局１が各フレームに対して割り当てたＲＡＣＨスロット数の情報（ＲＡ＿ＮＵＭ）を取得する（ステップＳ１１）。

基地局１に対して送信するデータを外部装置やネットワークから受け取った場合、データ送信要求部４２はＲＡＣＨ送信判定部４３に対してデータ送信要求を行う。ＲＡＣＨ送信判定部４３は、上記所要ＲＡＣＨスロット数を保持しており、データ送信要求部４２からデータ送信要求を受けた場合、ＲＡＣＨスロット数解読部４１から受け取ったＲＡ＿ＮＵＭおよび保持しているＲＡＣＨスロット数に基づいて、ＲＡＣＨを送信するかどうかを判断する（ステップＳ１２，Ｓ１３）。

具体的には、ＲＡ＿ＮＵＭが所要ＲＡＣＨスロット数よりも大きい場合（ステップＳ１２，Ｙｅｓ）、自端末局を含む各端末局から送信されるＲＡＣＨに対するＲＡＣＨスロット数が十分であり、ＲＡＣＨの衝突確率が低いと推定されることから当該ＲＡ＿ＮＵＭに対応するフレームにてＲＡＣＨ送信を行うと判定し、送信部４４へＲＡＣＨ送信を要求する。ＲＡＣＨ送信の要求を受けた送信部４４は、上り個別チャネルの割当要求をＲＡＣＨにて送信する（ステップＳ１４）。ＲＡＣＨ送信後に実行するデータ送信動作については、上り個別チャネルを使用して行う一般的な上りデータ（端末局から基地局に向けたデータ）の送信動作と同様であるため説明は省略する。一方、ＲＡ＿ＮＵＭが所要ＲＡＣＨスロット数以下の場合（ステップＳ１２，Ｎｏ）、各端末局から送信されるＲＡＣＨに対するＲＡＣＨスロット数が不十分であり、ＲＡＣＨの衝突確率が高いと推定されることからＲＡＣＨの送信制限動作を行う。

ＲＡＣＨの送信制限動作では、たとえばＲＡＣＨ送信判定部４３が乱数を生成し、生成した乱数を所要ＲＡＣＨスロット数でモジュロ演算し、演算結果がＲＡ＿ＮＵＭよりも小さい場合（ステップS１３，Ｙｅｓ）、ＲＡＣＨ送信を行うと判断し、送信部４４へＲＡＣＨ送信を要求する。ＲＡＣＨ送信の要求を受けた送信部４４は、上り個別チャネルの割当要求をＲＡＣＨにて送信する（ステップＳ１４）。一方、演算結果がＲＡ＿ＮＵＭ以上の場合（ステップＳ１３，Ｎｏ）、ＲＡＣＨ送信判定部４３はＲＡＣＨ送信を行わないと判断し、バックオフ制御部４５に対してバックオフ制御の実行を要求する。バックオフ制御の実行要求を受けたバックオフ制御部４５は、所定のバックオフ制御を実行する（ステップＳ１５）。

このように、本実施の形態の端末局では、システム情報として保持している、予め規定された所要ＲＡＣＨ数の情報（しきい値に相当）および基地局から通知されたフレームごとのＲＡＣＨスロット数（ＲＡＣＨ送信用に割り当てられたスロット数）に基づいて、ＲＡＣＨにて送信したパケットが衝突する確率をフレームごとに推定し、衝突確率が高いと推定した場合には、送信制限動作を実行して伝送路上に送信されるパケット数を制限することとした。これにより、基地局から端末局への定期的な情報通知（基地局が推定したＲＡＣＨの衝突確率など）を使用せずに衝突発生確率の上昇を抑え、スループットを高めることができる。また、この結果、遅延時間の短縮化が実現できる。さらに、ＲＡＣＨ送信における端末局の再送回数を低減することができ、端末局の低消費電力化を実現できる。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２の端末局の動作について説明する。実施の形態１の端末局では、ＲＡＣＨにて送信したパケットが衝突する確率が高いと推定した場合、ＲＡＣＨ送信に続いて送信する上りデータの優先度（たとえば許容される遅延時間が短く、即時性が求められるクラスのデータかどうか）などを考慮せずにＲＡＣＨの送信制限を行っていたが、本実施の形態の端末局では、上りデータの優先度を考慮した制御を行う。すなわち、実施の形態１の端末局と同様の判定方法によりＲＡＣＨの衝突確率をフレームごとに推定し、衝突確率が高いフレームでは、優先度の低いデータ（即時性が求められないクラスのデータ）を送信しないように制御を行い、さらに、優先度の高いデータに対応するＲＡＣＨ対しては、実施の形態１で示した送信制限動作を実行し、送信制限動作にて送信すると判定した場合にＲＡＣＨ送信を行う（図７参照）。

図８は、本実施の形態の端末局２が基地局１へデータを送信する場合の動作例を示すフローチャートである。具体的には、端末局２の制御部４０を構成する各部の動作例を示しており、実施の形態１で示した動作フローチャート（図６参照）に対してステップＳ２１を追加したものである。ステップＳ２１以外の処理については実施の形態１と同様であるため同一のステップ番号を付与して説明を省略する。

本実施の形態の端末局２において、制御部４０のＲＡＣＨ送信判定部４３は、データ送信要求部４２からデータ送信要求を受けると、ＲＡＣＨスロット数解読部４１から受け取ったＲＡ＿ＮＵＭおよび保持しているＲＡＣＨスロット数を比較する。そして、ＲＡ＿ＮＵＭが所要ＲＡＣＨスロット数よりも大きい場合（ステップＳ１２，Ｙｅｓ）、ＲＡＣＨ送信を行うと判定する（実施の形態１の制御部４０と同じ動作）。

これに対して、ＲＡ＿ＮＵＭが所要ＲＡＣＨスロット数以下の場合（ステップＳ１２，Ｎｏ）、さらに、送信しようとしているＲＡＣＨが優先度の高いデータの送信要求かどうか（高優先度データを送信するための上り個別チャネルの割り当てを要求するＲＡＣＨかどうか）を確認する（ステップＳ２１）。ＲＡＣＨが優先度の高いデータの送信要求の場合（ステップＳ２１，Ｙｅｓ）、乱数を生成し、生成した乱数を所要ＲＡＣＨスロット数でモジュロ演算した結果に基づいてＲＡＣＨ送信を行うかどうかを判断する（ステップＳ１３）。一方、ＲＡＣＨが優先度の高いデータの送信要求ではない場合（ステップＳ２１，Ｎｏ）、ＲＡＣＨ送信を行わないと判断し、バックオフ制御部４５に対してバックオフ制御の実行を要求する。

このように、本実施の形態の端末局は、優先度の低いデータ（即時性が求められないクラスのデータ）を送信する場合、ＲＡＣＨの衝突確立が高いフレームではＲＡＣＨを送信しないこととした。これにより、優先度の高いデータを送信する場合のＲＡＣＨの送信成功確率を向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる通信装置は、ランダムアクセスチャネルを利用する無線通信システムに有用であり、特に、ランダムアクセスチャネルの衝突発生率を抑えて基地局と通信する通信装置に適している。

本発明にかかる通信装置である端末局を含んだ通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。 実施の形態１の通信システムで使用するフレーム（ＴＤＭＡフレーム）の構成例を示す図である。 実施の形態１の端末局の構成例を示す図である。 基地局が割り当てるフレーム毎のＲＡＣＨスロット数と所要ＲＡＣＨスロット数との関係を説明するための図である。 制御部の機能ブロック構成例を示す図である。 制御部の動作例を示すフローチャートである。 実施の形態２の通信装置の動作を説明するための図である。 実施の形態２の通信装置の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 基地局
２ 端末局
１０ アンテナ
２０ スイッチ
３０ 復調部
４０ 制御部
４１ ＲＡＣＨスロット数解読部
４２ データ送信要求部
４３ ＲＡＣＨ送信判定部
４４ 送信部
４５ バックオフ制御部
５０ 変調部

Claims (8)

1. 基地局とともに通信システムを構成し、ランダムアクセスチャネルであるＲＡＣＨを送信することにより当該基地局に対してランダムアクセスを行う通信装置であって、
   各フレームにおける前記ＲＡＣＨの送信に利用可能なスロット数の情報を前記基地局から取得するスロット数情報取得手段と、
   前記スロット数情報取得手段により取得された情報であるＲＡＣＨスロット数および予め規定されたしきい値に基づいて、前記基地局に対してＲＡＣＨ送信を行うかどうかを判定するＲＡＣＨ送信判定手段と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記ＲＡＣＨ送信判定手段は、フレームごとに、ＲＡＣＨスロット数と前記しきい値とを比較し、ＲＡＣＨスロット数が前記しきい値よりも大きい場合、そのフレームにてＲＡＣＨ送信を行うと判定することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記ＲＡＣＨ送信判定手段は、ＲＡＣＨスロット数が前記しきい値以下のフレームについては、所定の方法により生成した乱数および当該しきい値を用いたモジュロ演算を行い、当該演算結果が当該フレームのＲＡＣＨスロット数よりも小さい場合にＲＡＣＨ送信を行うと判定することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記ＲＡＣＨ送信判定手段は、ＲＡＣＨスロット数が前記しきい値以下のフレームについては、さらに、ＲＡＣＨ送信が高優先度データの送信を要求するためのものかどうかを確認し、高優先度データの送信を要求するものである場合、所定の方法により生成した乱数および当該しきい値を用いたモジュロ演算を行い、当該演算結果が当該フレームのＲＡＣＨスロット数よりも小さい場合にＲＡＣＨ送信を行うと判定することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
5. 基地局および端末局により構成された通信システムにおいて、当該端末局がランダムアクセスチャネルであるＲＡＣＨを送信することにより当該基地局に対してランダムアクセスを行う場合の通信制御方法であって、
   各フレームにおける前記ＲＡＣＨの送信に利用可能なスロット数の情報を前記基地局から取得するスロット数情報取得ステップと、
   前記スロット数情報取得ステップにて取得した情報であるＲＡＣＨスロット数および予め規定されたしきい値に基づいて、前記基地局に対してＲＡＣＨ送信を行うかどうかを判定するＲＡＣＨ送信判定ステップと、
   を含むことを特徴とする通信制御方法。
6. 前記ＲＡＣＨ送信判定ステップでは、フレームごとに、ＲＡＣＨスロット数と前記しきい値とを比較し、ＲＡＣＨスロット数が前記しきい値よりも大きい場合、そのフレームにてＲＡＣＨ送信を行うと判定することを特徴とする請求項５に記載の通信制御方法。
7. 前記ＲＡＣＨ送信判定ステップでは、ＲＡＣＨスロット数が前記しきい値以下のフレームについては、所定の方法により生成した乱数および当該しきい値を用いたモジュロ演算を行い、当該演算結果が当該フレームのＲＡＣＨスロット数よりも小さい場合にＲＡＣＨ送信を行うと判定することを特徴とする請求項６に記載の通信制御方法。
8. 前記ＲＡＣＨ送信判定ステップでは、ＲＡＣＨスロット数が前記しきい値以下のフレームについては、さらに、ＲＡＣＨ送信が高優先度データの送信を要求するためのものかどうかを確認し、高優先度データの送信を要求するものである場合、所定の方法により生成した乱数および当該しきい値を用いたモジュロ演算を行い、当該演算結果が当該フレームのＲＡＣＨスロット数よりも小さい場合にＲＡＣＨ送信を行うと判定することを特徴とする請求項６に記載の通信制御方法。

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