JP2013175983A

JP2013175983A - 無線通信システム、基地局、移動局、および無線通信方法

Info

Publication number: JP2013175983A
Application number: JP2012040017A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 洋田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-05

Abstract

【課題】基地局がチャネルを割り当てる際に、複数のチャネル候補を移動局に送信し、移動局がその中から通信に用いるチャネルを選択することで、接続可能なチャネルを確実に割り当てることを目的としている。
【解決手段】基地局１２０は、移動局１１０からの接続要求に応じて、割当候補となる複数のチャネルを移動局１１０に割当メッセージとして送信し、移動局１１０は、割当メッセージを受信すると、割当メッセージに含まれるチャネルのキャリアセンスを行って接続の可否を確認し、当該確認結果に基づき選択したチャネルで基地局１２０と無線通信を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＴＤＭＡ方式を用いて無線通信を行う、無線通信システム、基地局、移動局、および無線通信方法に関するものである。

ＰＨＳなどの無線通信の代表的な方式の一つとして、ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式がある（TDMA：Time Division Multiple Access：時分割多重方式、TDD：Time Division Duplex：時分割複信）。ＴＤＭＡは、１つの周波数を時間軸で細分化し、複数の相手と通信を行う方式である。ＴＤＤは通信経路を時間軸で細分化し、短時間に送信と受信を切り替える方式である。

ＴＤＤ通信において、基地局（CS：Cell Station）が送信するタイミングでは、移動局（PS：Personal Station）は受信を行い、逆に移動局が送信するタイミングでは、基地局は受信を行う。また、ＴＤＭＡ通信において、データは１タイムスロット毎に分割され送受信が行われる。なお、ＴＤＭＡ方式において、移動局は、異なるチャネルを使用して複数の基地局と通信を行うことも、１つの基地局に対して異なるチャネルを使用して通信を行うことも可能である。

移動局と基地局との間で通信接続をするためのチャネルを割り当てるときは、移動局から基地局へ接続要求メッセージが送信され、基地局は、移動局との接続に用いるスロットおよびキャリアを決めるため、使用可能スロットにおけるキャリアセンスを通じて最も妨害波の少ないスロットおよびキャリアを選択し、そのスロットとキャリアの組合せ（チャネル）を割り当てメッセージにのせて送信する。移動局は割り当てられたチャネルが使用可能かどうかのチャネルのキャリアセンスを通じて確認し、例えば妨害波が所定値を超えていて利用できないと判定された場合、同一の基地局へ再接続要求のメッセージを送信する。基地局は、移動局から再接続要求のメッセージを受信し、使用可能スロットにおけるキャリアセンスを再度行い、前回割り当てたチャネル以外の最も妨害波の少ないキャリアを割り当てる。

また、移動局と基地局との通信をおこなうとき、キャリアセンスに基づき互いに通信可能な異なる２つの送信方式を使用して、移動局から基地局へ第１の送信方式を使用して送信を行い、基地局から移動局へ第２の送信方式を使用して受信状況に関係する情報を通知する技術（例えば、特許文献１）が知られている。

特開２００６−１３５５９号公報

いずれの従来技術にしても、チャネルは、基地局におけるキャリアセンスに基づいて決定されて割り当てられているので、基地局と移動局とで通信環境が相異する場合、基地局が割り当てたチャネルが、必ずしも移動局の所望する通信レベルに達成されない場合があった。

また、従来の技術では、基地局で割り当てられたチャネルが移動局周囲の妨害波によって移動局において接続不可であった場合、基地局が新たにチャネルを割り当てることができるが、その基地局におけるキャリアセンスに移動局の状況が全く反映されていないので、新たなチャネルもまた接続不可となる可能性があり、再接続要求のキャッチボールにより接続まで長時間を要すこともあった。

本発明は、このような課題に鑑み、基地局がチャネルを割り当てる際に、移動局が接続可能なチャネル候補を予め取得し、その中からチャネルを選択することで、接続可能なチャネルを確実に割り当てることが可能な無線通信システム、基地局、移動局、および無線通信方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる代表的な構成は、移動局と、該移動局と無線通信を行う基地局と、を含む無線通信システムであって、前記基地局は、前記移動局からの接続要求に応じて、割当候補となる複数のチャネルを前記移動局に割当メッセージとして送信する基地局制御部、を備え、前記移動局は、前記割当メッセージを受信すると、前記割当メッセージに含まれるチャネルのキャリアセンスを行って接続の可否を確認し、当該確認結果に基づき選択したチャネルで前記基地局と無線通信を行う移動局制御部、を備えることを特徴とする。

また、前記基地局制御部は、前記割当メッセージに含まれるチャネルに優先度を設定して前記移動局に送信し、前記移動局制御部は、前記優先度に基づき、各チャネルのキャリアセンスを順次行ってもよい。

本発明にかかる他の構成は、移動局と無線通信を行う基地局であって、前記移動局からの接続要求に応じて、割当候補となる複数のチャネルを前記移動局に割当メッセージとして送信する基地局制御部、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる他の構成は、基地局と無線通信を行う移動局であって、前記基地局から、自局の接続要求に応じて送信された、割当候補となる複数のチャネルを含む割当メッセージを受信すると、当該割当メッセージに含まれるチャネルのキャリアセンスを行って接続の可否を確認し、当該確認結果に基づき選択したチャネルで前記基地局と無線通信を行う移動局制御部、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる他の構成は、移動局と、該移動局と無線通信を行う基地局と、を含む無線通信方法であって、前記基地局は、前記移動局からの接続要求に応じて、割当候補となる複数のチャネルを前記移動局に割当メッセージとして送信し、前記移動局は、前記割当メッセージを受信すると、前記割当メッセージに含まれるチャネルのキャリアセンスを行って接続の可否を確認し、当該確認結果に基づき選択したチャネルで前記基地局と無線通信を行うことを特徴とする。

上述した無線通信システムの技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該基地局、移動局および無線通信方法にも適用可能である。

以上説明したように本発明では、基地局がチャネルを割り当てる際に、移動局が接続可能なチャネル候補を予め取得し、その中からチャネルを選択することで、接続可能なチャネルを確実に割り当てることが可能となる。

無線通信システムの概略的な構成を示したブロック図である。ＰＨＳ端末のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。ＰＨＳ端末の外観を示した斜視図である。基地局の概略的な構成を示したブロック図である。本実施形態における割当メッセージの構成を示した説明図である。無線通信方法の処理の流れを示したシーケンスである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

以下の実施形態では、理解を容易にするため、まず、無線通信システム全体の構成を説明し、その後、無線通信システムの機能および動作について詳述する。また、本実施形態の移動局として、上述したＰＨＳのほかに、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の様々な電子機器を適用可能であるが、ここではＰＨＳ端末を例に挙げて説明する。
（無線通信システム１００）
図１は、無線通信システム１００の概略的な構成を示したブロック図である。かかる無線通信システム１００は、ＰＨＳ端末１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）と、基地局１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）と、ＩＳＤＮ（Integrated Services Digital Network）やインターネット等の通信網１３０と、中継サーバ１４０とを含んで構成される。

上記無線通信システム１００において、ユーザが自身のＰＨＳ端末１１０Ａから他のＰＨＳ端末１１０Ｂへの通信回線の接続を行う場合、ＰＨＳ端末１１０Ａは、通信可能範囲内にある基地局１２０Ａに無線接続要求を行う。無線接続要求を受信した基地局１２０Ａは、通信網１３０を介して中継サーバ１４０に通信相手との通信接続を要求し、中継サーバ１４０は、他のＰＨＳ端末１１０Ｂの無線通信範囲内にある例えば基地局１２０Ｂを選択して基地局１２０Ａと基地局１２０Ｂとの通信経路を確保し、ＰＨＳ端末１１０ＡとＰＨＳ端末１１０Ｂの通信を確立する。

このような無線通信システム１００においては、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０との通信を実際に行うチャネルの割当が行われる。ここでは、基地局１２０とＰＨＳ端末１１０の双方が確実に接続できるチャネルを迅速に選択して接続することを目的としている。
（ＰＨＳ端末１１０）
図２は、ＰＨＳ端末１１０のハードウェア構成を示した機能ブロック図であり、図３は、ＰＨＳ端末１１０の外観を示した斜視図である。ＰＨＳ端末１１０は、移動局制御部１６０と、移動局メモリ１６２と、表示部１６４と、操作部１６６と、音声入力部１６８と、音声出力部１７０と、移動局無線通信部１７２とを含んで構成される。

上記移動局制御部１６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路によりＰＨＳ端末１１０全体を管理および制御する。また、移動局制御部１６０は、移動局制御部１６０は、移動局メモリ１６２のプログラムを用いて、通話機能、メール送受信機能、撮像機能、音楽再生機能、ＴＶ視聴機能も遂行する。

さらに移動局制御部１６０は、状況取得部１８０と、接続要求送信部１８２と、割当メッセージ受信部１８４と、移動局通信確立部１８６として機能する。

状況取得部１８０は、ＰＨＳ端末１１０自身の使用状況に関する情報を取得する。使用状況に関する情報には、例えば、ＰＨＳ端末１１０のユーザの移動速度がある。状況取得部１８０は、ＧＰＳ等の機能（図示しない）を利用して、位置情報および時間情報を定期的に取得する。そして、状況取得部１８０は、取得した複数の位置情報および時間情報から移動速度を算出する。

接続要求送信部１８２は、状況取得部１８０が算出した情報（移動速度）や通信時の通信データ量から、要求するスロット数（１〜４）を決定する。例えば、ＰＨＳ端末１１０が移動しており、通信データ量も多い場合、接続要求送信部１８２は、最大のスロット数（ＰＨＳでは４スロット）を要求するスロット数に決定する。そして、接続要求送信部１８２は、要求するスロット数を示す情報を接続要求に含め、接続する基地局１２０に送信する。

割当メッセージ受信部１８４は、基地局１２０から移動局無線通信部１７２を通じて、割当候補となるチャネル（スロットおよびキャリア）を示す情報を含む割当メッセージを受信する。なお、割当メッセージの詳細については後述する。

移動局通信確立部１８６は、割当メッセージに含まれる複数の割当候補となるチャネルについてキャリアセンスを行い、接続の可否を確認する。そして、移動局通信確立部１８６は、接続の可否の確認結果を用いて、移動局無線通信部１７２を通じて基地局１２０と無線通信を確立する。

上記の構成により、基地局１２０から複数の割当候補となるチャネルを含む割当メッセージを受信することができ、ＰＨＳ端末１１０は、複数の割当候補となるチャネルから使用するチャネルを選択することが可能となる。

上記移動局メモリ１６２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成され、移動局制御部１６０で処理されるプログラムや音声データ等を記憶する。

上記表示部１６４は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)等で構成され、移動局メモリ１６２に記憶された、または通信網１３０を介してアプリケーション中継サーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。

上記操作部１６６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

上記音声入力部１６８は、マイク等の音声認識手段で構成され、通話時に入力されたユーザの音声をＰＨＳ端末１１０内で処理可能な電気信号に変換する。

上記音声出力部１７０は、スピーカで構成され、ＰＨＳ端末１１０で受信した通話相手の音声信号を音声に変えて出力する。また、着信音や、操作部１６６の操作音、アラーム音等も出力できる。

上記移動局無線通信部１７２は、通信網１３０における基地局１２０との無線通信を行う。このような無線通信としては、基地局１２０内でフレームを時分割した複数のタイムスロットをそれぞれＰＨＳ端末１１０のチャネルに割り当てて通信を行う時分割多重方式（ＴＤＭ：Time Division Multiplex）等が採用されている。
（基地局１２０）
図４は、基地局１２０の概略的な構成を示したブロック図である。基地局１２０は、基地局制御部２１０と、基地局メモリ２１２と、基地局無線通信部２１４とを含んで構成される。

上記基地局制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により基地局１２０全体を管理および制御する。また、基地局制御部２１０は、接続要求受信部２２０と、スロット割当部２２２と、キャリア割当部２２４と、割当メッセージ送信部２２６と、基地局通信確立部２２８として機能する。

接続要求受信部２２０は、ＰＨＳ端末１１０から基地局無線通信部２１４を通じて、接続要求を受信する。

スロット割当部２２２は、接続要求に含まれるＰＨＳ端末１１０が要求したスロット数を示す情報を取得し、当該スロット数に応じて、ＰＨＳ端末１１０との接続に用いるスロットを割り当てる。

キャリア割当部２２４は、割り当てられたスロットにおけるキャリアセンスを通じてキャリアを割り当てる。また、キャリア割当部２２４は、キャリアセンス結果に基づき、割り当て可能な各チャネル（スロットとキャリア）に、優先度を設定する。

割当メッセージ送信部２２６は、設定された優先度を用いて、割当候補となる複数のチャネルを設定し、設定したチャネルを示す情報を割当メッセージに含めてＰＨＳ端末１１０に送信する（詳細は後述する）。

基地局通信確立部２２８は、ＰＨＳ端末１１０が選択したチャネルにて、基地局無線通信部２１４を通じてＰＨＳ端末１１０と無線通信を確立する。

上記基地局メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、基地局制御部２１０で処理されるプログラムや時刻情報等を記憶する。

上記基地局無線通信部２１４は、ＰＨＳ端末１１０との通信を確立し、ＰＨＳ端末１１０の通信品質に応じて、変調方式やコーデックを適応的に変更することもできる。

上記の構成により、基地局１２０は、ＰＨＳ端末１１０に接続可能なチャネル候補を複数、通知することができるので、基地局１２０とＰＨＳ端末１１０が確実に接続できるチャネルが選択された上で接続することが可能となる。

ここで、基地局１２０の割当メッセージ送信部２２６が送信する割当メッセージについて説明する。

図５は、本実施形態における割当メッセージの構成を示した説明図である。割当メッセージ送信部２２６は、ＰＨＳ端末１１０に割当メッセージを送信するにあたり、そのフォーマットとして、ＵＳＣＣＨ（User Specific Control Channel）フォーマットを用いる。

ＵＳＣＣＨフォーマットは、先頭から、４ビットの過渡応答用ランプタイムＲ、２ビットのスタートシンボルＳＳ、６２ビットの情報部Ｉ（以下、領域Ａとする。）、３２ビットの同期ワードＵＷ、４ビットのチャネル種別ＣＩ、４２ビットの発識別符号、２８ビットの着識別符号、３４ビットの情報部Ｉ（以下、領域Ｂとする。）、１６ビットの巡回生成符号ＣＲＣ、１６ビットのガードビットの全２４０ビットから構成される。

このＵＳＣＣＨは、規定項目を満足していれば、その使用方法は任意なオプションとなっている。そのため、全２４０ビットのうち、情報部Ｉ（６２＋３４＝９６ビット）を自由に使うことができる。そこで、割当メッセージ送信部２２６は、割当候補となるチャネルを示す情報を、情報部Ｉの領域ＡおよびＢに格納することで、複数のチャネルを示す情報をＰＨＳ端末１１０に送信することが可能となる。

割当メッセージ送信部２２６は、キャリア割当部がキャリアセンス結果に基づき設定した優先度順に情報部Ｉに、割当候補となるチャネルを示す情報を格納する。例えば、割当メッセージ送信部２２６は、最も高い優先度が設定された１のチャネルを領域Ｂに格納し、次点以降の優先度が設定された１以上の割当候補となるチャネルを領域Ａに格納する。ここで、割当候補となるチャネルを示す各情報に当該チャネルの優先度に関する情報を付加してもよい。また、割当メッセージに含める、割当候補となるチャネルを示す情報の数は、ＰＨＳ端末１１０が要求するスロット数に応じて決定（例えば、要求スロット数の２倍）してもよいし、情報部Ｉに格納できる最大数のチャネルを示す情報を含めてもよい。そして、割当メッセージ送信部２２６は、ＰＨＳ端末１１０に割当メッセージを送信する。

ＰＨＳ端末１１０の割当メッセージ受信部１８４は、割当メッセージを受信すると、移動局通信確立部１８６は、割当メッセージに含まれる複数の割当候補となるチャネルについてキャリアセンスを行い、接続の可否を確認する。当該接続の可否の確認にあたり、移動局通信確立部１８６は、割当メッセージに含まれる各割り当て候補となるチャネルを、優先度順にキャリアセンスを行う。このキャリアセンスは、ＰＨＳ端末１１０が要求したスロット数に対応するチャネル数を選択するまで行われる。その後、移動局通信確立部１８６は、選択したチャネルを用いて基地局１２０と無線通信を確立する。
（無線通信方法）
以上説明した無線通信システム１００におけるＰＨＳ端末１１０と基地局１２０とを用いた無線通信方法を以下に詳述する。

図６は、無線通信方法の処理の流れを示したシーケンスである。ここではＰＨＳ端末１１０Ａと基地局１２０Ａとを用いて説明を行う。

まず、通信を所望するＰＨＳ端末１１０Ａの接続要求送信部１８２が、通信の接続要求を基地局１２０Ａに送信する（Ｓ３００）。基地局１２０Ａの接続要求受信部２２０が通信の要求を受信すると、スロット割当部２２２はスロットを割り当て、キャリア割当部２２４は割り当てられたスロットにおけるキャリアセンスを通じて割当候補となるキャリアを割り当てる（Ｓ３０２）。詳細には、当該スロットにて利用可能な全てのキャリアの電界強度を検知し、その電界強度が低いキャリアは妨害波のレベルが低いとみなし、最も電界強度が低いキャリアを選択する。また、キャリア割当部２２４は、割り当てられたスロットおよびキャリア（チャネル）の優先度を設定する。基地局１２０Ａの割当メッセージ送信部２２６は、割当候補となるチャネルと当該チャネルの優先度を割当メッセージに付しＰＨＳ端末１１０Ａに送信する（Ｓ３０４）。

ＰＨＳ端末１１０Ａの割当メッセージ受信部１８４が当該割当メッセージを受信すると、ＰＨＳ端末１１０Ａの移動局通信確立部１８６は割当候補となるチャネルを優先度順にキャリアセンスを順次行い、割り当てられたキャリアの電界強度が所定値以下であり、妨害波の影響がないチャネルを、要求したスロット数に対応する数だけ選択できたことを確認すると（Ｓ３０６）、当該チャネルを用いてＰＨＳ端末１１０Ａと基地局１２０Ａは、無線通信を確立する（Ｓ３０８）。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本実施形態では、ＰＨＳ端末１１０が移動しておらず、また、通信データ量も少ない場合、割当要求送信部１８２が、基地局１２０に対して、任意の１スロットのみを候補として割当メッセージに含めて送信するよう要求する情報として、“０”をリンクチャネル割当要求に含めて基地局１２０に送信してもよい。

なお、本明細書の無線通信方法における各工程は、必ずしもシーケンスとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むとしても良い。

本発明は、ＴＤＭＡ方式を用いて無線通信を行う、無線通信システム、基地局、移動局、および無線通信方法に利用することができる。

１００…通信システム、１１０…ＰＨＳ端末、１２０…基地局、１３０…通信網、１４０…中継サーバ、１６０…移動局制御部、１６２…移動局メモリ、１６４…表示部、１６６…操作部、１６８…音声入力部、１７０…音声出力部、１７２…移動局無線通信部、１８０…状況取得部、１８２…接続要求送信部、１８４…割当メッセージ受信部、１８６…新…移動局通信確立部、２１０…基地局制御部、２１２…基地局メモリ、２１４…基地局無線通信部、２１６…基地局有線通信部、２２０…接続要求受信部、２２２…スロット割当部、２２４…キャリア割当部、２２６…割当メッセージ送信部、２２８…基地局通信確立部

Claims

移動局と、該移動局と無線通信を行う基地局と、を含む無線通信システムであって、
前記基地局は、
前記移動局からの接続要求に応じて、割当候補となる複数のチャネルを前記移動局に割当メッセージとして送信する基地局制御部、を備え、
前記移動局は、
前記割当メッセージを受信すると、前記割当メッセージに含まれるチャネルのキャリアセンスを行って接続の可否を確認し、当該確認結果に基づき選択したチャネルで前記基地局と無線通信を行う移動局制御部、を備えることを特徴とする無線通信システム。
前記基地局制御部は、前記割当メッセージに含まれるチャネルに優先度を設定して前記移動局に送信し、
前記移動局制御部は、前記優先度に基づき、各チャネルのキャリアセンスを順次行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
移動局と無線通信を行う基地局であって、
前記移動局からの接続要求に応じて、割当候補となる複数のチャネルを前記移動局に割当メッセージとして送信する基地局制御部、を備えることを特徴とする基地局。
基地局と無線通信を行う移動局であって、
前記基地局から、自局の接続要求に応じて送信された、割当候補となる複数のチャネルを含む割当メッセージを受信すると、当該割当メッセージに含まれるチャネルのキャリアセンスを行って接続の可否を確認し、当該確認結果に基づき選択したチャネルで前記基地局と無線通信を行う移動局制御部、を備えることを特徴とする移動局。
移動局と、該移動局と無線通信を行う基地局と、を含む無線通信方法であって、
前記基地局は、
前記移動局からの接続要求に応じて、割当候補となる複数のチャネルを前記移動局に割当メッセージとして送信し、
前記移動局は、
前記割当メッセージを受信すると、前記割当メッセージに含まれるチャネルのキャリアセンスを行って接続の可否を確認し、当該確認結果に基づき選択したチャネルで前記基地局と無線通信を行うことを特徴とする無線通信方法。