JP3113451B2 - マイクロセルの分散ダイナミックチャネル割当のためのアクセス法 - Google Patents
マイクロセルの分散ダイナミックチャネル割当のためのアクセス法Info
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Description
通信ネットワーク、特に本質的に大容量のセリュラシス
テムに関する。
予想に対処するためには、大きな容量を持つマイクロセ
ルシステムを使用する必要がある。現在は、全世界で使
用されている実質的にすべてのシステムにおいて、セル
のチャネルにアクセスするために同定チャネル割当(F
CA)が使われている。しかしFCAは融通性がなく、
変化しやすいチャネル需要を満足するには適していな
い。セリュラおよびパーソナル通信ネットワークがマイ
クロセルに進展するに従ってチャネル需要の様子は大幅
に変化する可能性がある。FCAの性質として融通性な
いことは、移動ユーザが必要とするときに通信チャネル
を割当てることの重大な障害になる可能性がある。さら
に、セリュラネットワークシステムを中央制御すること
にすれば、望ましくない遅れを生ずることがあり、障害
に対して弱いことになる。
が増加すると、現在の周波数計画とネットワーク制御は
急速に実用性を失い、重荷となって来る。マイクロセル
を利用することによって生ずるネットワーク管理問題に
対するひとつの可能な解答は動的チャネル割当(DC
A)であり、この場合は各チャネルはすべてのセルで利
用することができる。DCAはローカル干渉とトラヒッ
ク条件に適応して周波数計画を不要にする。しかしチャ
ネルの品質は近隣のセルのチャネル、信号の弱さによっ
て汚損され、スレショルド以下のチャネル品質レベルで
あれば、チャネルを新らしいユーザにただちにアクセス
することはできないことになる。
るように、コンピュータによる交換機をあふれさせる結
果になる。詳しく述べれば、ソフトウェア管理の問題が
特に問題となる。さらに、中央制御のDCAシステムで
は、チャネルアクセス情報を取扱かう精巧なネットワー
クインフラストラクチャが必要にある。さらに、中央の
判断に依存することから、ネットワークは故障に弱くな
る。現在ではネットワークの信頼性を向上する要求は高
まっている。さらに、中央制御は遅延を生じ、タイムリ
ーなチャネルアクセスが重要であることを考えれば、望
ましくないことになる。
では行なわないローカル自律制御のチャネルアクセスに
よって、交換負荷の大部分を除去し、より多数のハンド
オフを迅速に行なうことができるようになる。しかし、
ローカル自律を許容することに関しては非常に重要な問
題が存在する。ひとつの問題は相互に調整をとらないユ
ーザが互に逆の目的で動作し、各々が他が実行しようと
していることを連続的に妨害して、アルゴリズムが不安
定になるおそれがある。もって重要な関心はピーク需要
の期間に、チャネル割当を再構成する動作が不安定に次
々に生じて、最も重要なときに、ネットワーク全体をダ
ウンさせてしまうおそれも存在する。例えローカル自律
がうまく行っても、理想的な中央制御ではなくローカル
制御にすることによって重大な性能の劣化が生ずるかも
しれないというおそれがある。
味ある概念ではあるが、もし正しく行なわなければ、問
題を生ずるおそれがあると考えられている。動作を改良
したマイクロセリュラ通信で使用するために、改善され
た分散型動的チャネル割当方法が必要になっている。
両者の利点を併せ持つセリュラ通信におけるチャネル割
当のローカル自律制御を提供するものである。前者は性
能を改善し、後者は安定性をもたらす。初期にはチャネ
ルは隣接セルのいずれにおいても使用されないときに入
来ユーザによって使用するように選択される。さもなけ
れば、同一の規則に従って他のチャネルが選択される。
セル中のチャネルはランダムな順序でテストされる。も
し利用できるチャネルが見付からなければ、方法は積極
法に変わる。この場合にもチャネルは再びテストされ、
例えそのチャネルが現在干渉者によって使われていても
入来ユーザ用に割当される。もし選択されたチャネルが
使用中であれば、入来ユーザは現在のユーザ(干渉者)
をチャネルが押し出す。次に押し出されたユーザは使用
されていない他のチャネルを見付けて利用するように強
制される。押し出されたユーザは現在隣接したセルで使
用されていないチャネルを探す。追い出されたユーザが
未使用のチャネルを見付けることができないときには、
入来ユーザを退却させてブロックし、押し出されたユー
ザが元のチャネルの制御を再び行なうようにする。
ル通信ネットワークは都市のようなローカルサービス地
域の中で何千ものユーザを取扱かうように成長できるよ
うになっていなければならない。セリュラ通信システム
の成長に寄与する概念は周波数再利用である。
ャネルを有害なチャネル内干渉を防止できるように充分
な距離だけ離れた異る地域で使用することである。簡単
に言えば、大電力で高い所にあるひとつの地上の送信機
で全地域をカバーする代りに、サービス提供者は全カバ
ー領域に中程度の電力の送信機を分散配置する。こうし
て各基地局は主としてある近隣のサブエリアすなわち
“セル”をカバーする。従ってセルはその中の特定の送
信基地が移動電話呼を取扱うことが最もありそうな基地
局であるような領域を意味する。
ている。原理的には送信機の間隔は一定である必要はな
く、セルは特定の形をとる必要はない。異る文字で識別
されるセルは干渉の問題を避けるために、異るチャネル
周波数の集合で取扱かわなければならない。充分遠く離
れたセル、例えばA1 とA2 というラベルを付けたセル
では同一のチャネルが使用できる。
トワークは割当てられたチャネル周波数の総数を大幅に
超える数の同時呼を扱うことができるようになる。同時
呼のシステム容量が割当てられたチャネルの数を超える
倍数は、いくつかの要因によるが、そのひとつはセルの
総数である。
容量の大幅な増加はマイクロセルの概念によって実現で
きる。マイクロセルは比較的小型で低コストの無線機で
扱うことができる小さなカバレージ領域である。屋外の
応用では無線機(マイクロサイト)は道路にある電柱に
付けた框体に入れて、2〜300メートル以下の間隔で
置かれる。このように距離を短くして周波数再利用を行
なえば、通信容量を大幅に強化することができる。マイ
クロサイトの明らかな適用域は大都市であり、車の中で
も歩行中でもいつでもどこでも通信したいという加入者
の高密度な需要が存在する。
レコムジャーナル誌第8巻、第1号1990年1月の頁
79−84の“マイクロセル移動無線システム”と題す
る論文ではマイクロセルネットワークのセルのタイプと
ハンドオーバの問題を述べている。セルタイプについて
述べれば、業者は将来の大容量セルラ通信ネットワーク
ではマイクロセルからピコセルに至る多様な大きさのタ
イプのセルが存在することを想定している。マクファー
レン等は明らかに解決しなければならない大きな問題を
述べている。同論文の80頁では、業者はマイクロセル
システムが存在できるかを決めるキーとなる機能は通信
中にマイクロセルからマイクロセルに切替えるハンドオ
ーバの能力である。これが高信頼で実現できなければ、
マイクロセルシステムの他の利点を生かすことはできな
い。
には容量を本質的に増大するという可能性がある。しか
し、現在の周波数計画とネットワーク制御では、このよ
うなシステムに好ましくない制約が課されている。マイ
クロセルを使用することによって生ずるネットワーク管
理問題に対する解は分散制御によるダイナミックチャネ
ル割当(DCA)と呼ぶ。より詳しく述べれば、ダイナ
ミックチャネル割当として、すべてのチャネルを周波数
でも、タイムスロットでも、周波数計画を必要とするこ
となく、ローカル干渉とトラヒック条件に適応してすべ
てのセルで使うように利用できるようにすることであ
る。残念ながら、ダイナミックチャネル割当は、古典的
には中央交換機によって実行されるが、これはマイクロ
セルシステムではすぐに過負荷になってしまう。分散制
御では、判定は移動機もしくは基地局で行なわれ、中央
では行なわれないので、交換負荷の大部分を除くことが
できるばかりでなく、より多数回のハンドオフを迅速に
実行できるようになる。分散制御によるダイナミックチ
ャネル割当を、ここではローカル自律ダイナミックチャ
ネル割当(LADCA)と呼び。
クは、最も良く全体的に調整されたチャネル選択に比べ
てわずかの容量の損失で自己構成することができ、これ
は移動機あるいは、携帯機がローカルな観測にもとずく
自律的決定を行なうことによる単純なチャネル割当手続
きを使用することが実行できる。伝播と干渉の考慮は、
もしあるチャネルが与えられたセルで使用されていれ
ば、これをそのセルの周囲のセルでは使用できないとい
う制約条件によって代表される。セリュラネットワーク
のチャネル割当のローカル自律制御を提供する2つの方
法は積極法と消極法である。
に近接したユーザすなわち干渉者が存在しないときだけ
チャネルをとる。積極法では、携帯ユニットは干渉者が
存在してもそのチャネルをとる。もし干渉者が居れば、
それは押し出される。当然干渉者は他のチャネルを探索
しなければならない。追加の再構成あるいはセル内のハ
ンドオフによって、積極法を使うことによって全体を考
えたチャネル割当戦略によって達成される容量に近付く
ことができる。
CA)法による呼換特性を示している。図2において呼
換率Pb はマイクロセルが直線的に配列されているM=
12、24、36の場合について、セル当りの負荷ρの
関数として示されている。すべての場合について消極ダ
イナミックチャネル割当法のカーブは実線で示されてお
り、破線で表わされる固定チャネル割当(FCA)に比
べて良い結果を示している。これは将来のシステムとし
て可能性の高いPb =10-2の付近で特に明らかであ
る。
マイクロセルの平面配置である点を除いて図2と同様で
ある。予想されるように、負荷が軽いときにはダイナミ
ックチャネル割当の性能は同定チャネル割当より良い。
興味のある負荷領域では、Mチャネルのすべてを各セル
で使うように利用できるから(もちろん再利用の制約条
件下であるが)ダイナミックチャネル割当は空間的に局
所化されたチャネル需要を取扱かうことができる。これ
に対して固定チャネル割当では高々セル当りM/Nのユ
ーザを持つことができる。ここでNは再利用係数であ
る。再利用係数はセルのバッファリングの数Rと次のよ
うに関係する。線形配置ではN=R+1である。平面配
置ではi、jを整数としてN=i2 +ij+j2 であ
る。Rが奇数なら、i=j=(R+1)/2で、Rが偶
数ならi=R/2、j=R/2+1である。
し隣接セルで利用できるチャネルが存在しても閉塞され
る。しかし高負荷の場合には、チャネル需要の発生が気
まぐれであるために、ダイナミックチャネル割当では、
固定チャネル割当では厳重に防止される能率の悪いチャ
ネル割当が生じてしまうことがある。チャネルの数が増
加するに従って、クロスオーバ点は下って来て、意味の
あるPb となる。図3の線形の場合には100セルのネ
ットワークを使っており、一方図4では平面であること
以外図3と同様であるが、28×24のヘキサゴナル配
列を使っている。
ネル割当法により、入来チャネルはチャネルが近隣で使
われていても、チャネルを取ることができるようにする
ことによって、トラヒック性能が改善される。期待され
ることはPb が小さい興味ある領域では入来したユーザ
の侵略を受けたユーザはには他の利用できるチャネルが
ある。しかしこの改善は通信中の追加の再構成を必要と
し、呼の中断の可能性もある。計算の結果は線形の場合
図4に、平面の場合図5に示されている。消極法のカー
ブと積極法の場合の下限がダイナミックチャネル割当法
の可能なトラヒック特性の範囲を示すことになる。どの
ような潜在的方法でもこの2つの曲線の間に入る性能を
持つ。図示のように、積極法の限界は特に平面の場合大
幅な性能向上を示している。負荷の低い場合には積極法
の性能の改善は線形配置の場合にはMにほとんど比例
し、平面配置の場合にはMの指数関数となることに注意
していただきたい。
るのに要するチャネル数の節約であると考えても良い。
線形の場合にはチャネル節約の限界は約14%で、平面
の場合には約30%である。例えば、セルの平面配列の
場合には、M=24の積極法ではM=36の消極法に比
べてわずかに悪いだけである。これは約30%のチャネ
ル節約を意味することになる。
呼換率の大幅な改善が可能である。しかし、特に高負荷
のシステムでは、非常に多数の再構成と多数の呼が落ち
ることによって、不安定な状況が生ずる可能性がある。
積極法と消極法を注意深く統合して、その両者の利点を
組合せ、前者によって性能を改善し、後者によって安定
性を得ることができることが分っている。
ある。初期には方法は消極法で動作し、干渉のないチャ
ネルを探索する。しかし消極法でチャネルが得られない
ときにでも、呼は必ずしも閉塞されない。その代りに、
方法は積極法に変化し、ひとつだけの干渉すなわちユー
ザしかない調査した最初のチャネルを取る。押し出され
たそのチャネルのユーザは次に他のチャネルを探すが、
これには消極法だけを使う。もし押し出されたユーザが
成功しなければ、侵略者を退却させ閉塞する。これは1
−パーシステント法と呼ぶ。この方法の変形としてMチ
ャネル中のmを調査する方法がある。ここでMはセルの
チャネルの総数を表わし、mはセル中の1からMまでの
任意の数のチャネルである。この方法はm−パーシステ
ント法と呼ぶ。
法を用いて計算された結果をM=36チャネルの場合に
ついてセルの線形と平面の配列について、図6と図7に
図示した。図6と図7は明らかに、1−パーシステント
法とM−パーシステント法により特に平面の場合にはP
b の大幅な減少を可能にすることを示している。これは
アクセスされたチャネルごとに高々1個の呼が再構成さ
れるという犠牲によって実現される。特に、M−パーシ
ステント法は常に固定チャネル割当より良く、積極法の
結果で達成される値に近い値をとり、落ちる呼はない。
合で全体のチャネル節約を達成する。例えば、線形の場
合では、Pb =10-2のとき、M−パーシステント法は
M=40の消極法と同じ性能となり、10%の節約に対
応する。平面の場合にはM−パーシステント法はM=4
4を使う消極法の故換率と等価になり、節約は約19%
である。
スのローカル自律制御を行なうための方法におけるイベ
ントのシーケンスを示している。ここで判定は中央で行
なうのではなく移動機あるいは基地局で行なわれる。こ
の方法はローカル自律によるダイナミックチャネル割当
法でありLADCA法と呼ぶ。
システントLADCA法であり、以下のように定義され
る。パラメータmは積極性のレベルであり、パーシステ
ンスのレベルである。ユーザはそれによってチャネル品
質の制約が乱されないときにチャネルにアクセスでき
る。すべてのチャネルはひとつずつの所望の品質を満足
するチャネルか見つかるまでテストされる。もしこの手
続きが不成功であれば、境界的な品質を持つチャネルに
関するユーザがひとつずつ選択されて、そのひとつを再
構成して入来呼を受付けることができるかどうかが判定
される。一実施例においては、次の再構成を生ずるよう
な再構成プロセスは許容されない。これを無伝播とい
う。再構成できるものが見付かるまで最大でm個までの
隣接ユーザに侵入する。侵入されたユーザはチャネル品
質の大幅な低下を検出し、可能であれば再構成を試み
る。もしm個のユーザの内のどれも助けることができな
ければ、入来した呼は呼換となる。
パラメータMは0からMまでの任意の値とすることがで
きる。従ってm=0は消極法に対応し、m=Mの場合は
より積極的な方法である。この方法の実行において、一
時的に捕捉ことを許されるチャネルの最大数は実際には
m以下である。これは境界品質にあるチャネルだけが一
時的に捕捉されるからである。チャネル1からMの論理
的順序は、物理的順序とは異る方法で各ユーザによって
ランダムに割当てられる。物理的順序という用語は周波
数あるいはタイムスロットにもとずく順序である。
な方法に移る前にMチャネルの全部より少数のチャネル
だけを測定するようにしてもよい。このようにしてチャ
ネルアクセス時間を減少できる。ユーザは空間的位置に
もとずいてセルに所属する必要はないことに注意してお
く。本発明のチャネル割当にはチャネル品質の測定だけ
が使用される。
に、10で最初のチャネルが検査される。検査した第1
のチャネルi=1の品質が許容できれば、手続きは停止
して接続が行なわれる。しかし検査されたチャネルの品
質が許容できなければ、12で、まだ検査していない残
りのチャネルが存在するかが判定される。もし10個の
チャネルがあるとすれば、すなわちM=10であれば、
14でiの値は新らしいチャネルがテストされるたびに
変化し、もし必要なら、すべてのチャネルがテストされ
るまで変化する。次のチャネルはチャネル2であるとす
る。そのあとで、10において、チャネル2について許
容できる品質があるかのテストを行なう。もし品質を満
足すれば、プロセスは停止し、チャネルを識別し、コネ
クションを行なう。もしそのチャネルが許容できる品質
を持たなければ、許容できるチャネルが見付かるかある
いは10チャネルのすべてあるいはすべて以下のある数
がテストされ許容できる品質が得られないと分るまでプ
ロセスが続けられる。ここでもしパーシステンスのレベ
ルmが14で示されるように0に設定されていれば、消
極法の場合となり、テスト手続きは止められる。しかし
パーシステンスのレベルmが0より大きい値であれば、
16でテストされたチャネルの内でどれが境界の品質を
持つかが判定される。このステップは、すべてのチャネ
ルについて再び調べて境界品質であるかを判定するか、
最初のテストの間に境界チャネルを記録しておくかによ
って実行される。
ロセスは停止する。しかし、もし境界的チャネルが存在
すれば、境界的チャネルの各々をテストして、アクセス
できるかどうかを判定する。ステップ18、20、22
では境界的チャネルを通してテストプロセスを進める。
境界的なチャネルは境界チャネルの呼がうまく他のチャ
ネルに切替えられてテストされているチャネルが利用で
きるように空けられれば、利用できるようになることに
注意しておく。以降のステップは移動された呼について
消極法を使ってテストするステップで良く、入来したチ
ャネルは移動された呼についてチャネルが見付かったと
きにはじめて受理される。
望の利点を持つセリュラ通信ネットワークのローカル自
律チャネル割当法が提供される。以上では本発明を特定
の実施例について述べたが、以上の説明から当業者には
多くの代替案、変更、変形が可能であることは明らかで
ある。従って添付の請求の範囲の精神と広い範囲に入る
このようなすべての代替案、変更、変形は本発明の原理
に含まれるものである。
イナミックチャネル割当アルゴリズムの呼換特性を示す
図。
イナミックチャネル割当アルゴリズムの呼換特性を示す
図。
5)配列の場合のダイナミックチャネル割当アルゴリズ
ムの呼換特性の上限と下限の図。
5)配列の場合のダイナミックチャネル割当アルゴリズ
ムの呼換特性の上限と下限の図。
7)配列の場合の1パーシステントおよびMパーシステ
ント法の呼換特性を示す図。
7)配列の場合の1パーシステントおよびMパーシステ
ント法の呼換特性を示す図。
のチャネル割当のローカル自律制御を提供する方法の流
れ図。
以下であるチャネルを再テストする。
Claims (10)
- 【請求項1】 セルラ通信ネットワークのチャネル割当
のローカル自律制御方法において、 現在ユーザを持たず入来ユーザによって使用できるチャ
ネルを識別するためにセルの第1の数のチャネルをテス
トし、 使用されていないチャネルを識別できないときには、現
在ユーザは存在するが信号が予め定められた値以下であ
る境界チャネルを探索するため該チャネルを再テストし
て識別し、 現在ユーザが存在するが信号が予め定められた値以下で
あると識別された該境界チャネルに該入来ユーザを転送
し、 ユーザの存在しないチャネルを識別するために第2の数
のチャネルをテストし、 該境界チャネルから、ユーザが存在しないと識別された
第2の数のチャネルのひとつに現在のユーザを転送する
ことを特徴とするチャネル割当のローカル自律制御方
法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法においてさらに該
現在のユーザが該第2の数のチャネル中の1つのチャネ
ルに転送できないときには、 該入来ユーザがチャネルにアクセスすることを拒否する
ことを特徴とするチャネル割当のローカル自律制御方
法。 - 【請求項3】 請求項2に記載の方法において、 該第1の数のチャネルは第1セルにあり、そして該第2
の数のチャネルは該第1のセル以外のセルにあることを
特徴とするチャネル割当のローカル自律制御方法。 - 【請求項4】 請求項3に記載の方法において、 該チャネルのテストと再テストは順次に実行されること
を特徴とするチャネル割当のローカル自律制御方法。 - 【請求項5】 請求項3に記載の方法において、 該第1の数のチャネルのテストの間に、現在のユーザに
よって使用されているチャネルを識別することを特徴と
するチャネル割当のローカル自律制御方法。 - 【請求項6】 請求項3の記載の方法において、 該第1の数のチャネルのテストの間に、予め定められた
値よりも少ない信号によって、干渉者が使用しているチ
ャネルを識別することを特徴とするチャネル割当のロー
カル自律制御方法。 - 【請求項7】 請求項6に記載の方法において、現在の
ユーザの存在をテストするセルラ通信ネットワークのセ
ルのチャネルの該第1の数はセルのチャネルの数より少
ないことを特徴とするチャネル割当のローカル自律制御
方法。 - 【請求項8】 請求項7に記載の方法において、ユーザ
の存在が再テストされるセルラ通信ネットワークのセル
のチャネルの該第1の数は予め定められた値より小さい
信号で現在のユーザによってアクセスされていると識別
された境界チャネルの数よりも少ないことを特徴とする
チャネル割当のローカル自律制御方法。 - 【請求項9】 請求項6に記載の方法において、ユーザ
の存在がテストされるセルラ通信ネットワークのセルの
該第1の数のチャネルは、ランダムな順序でテストされ
ることを特徴とするチャネル割当のローカル自律制御方
法。 - 【請求項10】 請求項9に記載の方法において、該ラ
ンダム順序は各呼について別々であることを特徴とする
チャネル割当のローカル自律制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US876554 | 1992-04-30 | ||
US07/876,554 US5276730A (en) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | Access method for distributed dynamic channel allocation in microcells |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0629921A JPH0629921A (ja) | 1994-02-04 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP05101639A Expired - Lifetime JP3113451B2 (ja) | 1992-04-30 | 1993-04-28 | マイクロセルの分散ダイナミックチャネル割当のためのアクセス法 |
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---|---|
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