JP3781256B2 - スロット選択方法並びにその方法を使用する移動局、基地局及び無線パケット伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一周波数の電波を繰り返して使うセルラー環境において、複数の移動局が基地局にランダムにアクセスしてパケット伝送を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の移動局が基地局にランダムアクセスを行う際に、同一タイミングに出したパケットの衝突によって、スループットが低下することを防ぐため、基地局制御ランダムアクセスが必要であることが良く知られている。
従来の基地局制御ランダムアクセス方式として、移動局が、下りの通知信号によって、スロットが空きとなっていることを確認した上で信号伝送を行うICMA−PE（Idle−Signal Casting Multiple Access with Partial Echo）が提案されている。（特願平１−２４０８２２）
特願平１−２４０８２２号公報に開示されている無線通信方式では、下り情報ユニットの後ろに、衝突制御フィールドを加える。この衝突制御フィールドはIdle／Busy（Ｉ／Ｂ）ビット、受信／非受信ビット（Ｒ／Ｎ）とPartial Echo（ＰＥ）（部分エコー）ビットから構成される。一方、上り情報ユニットの前に長さ情報Ｗを加える。移動局は上りで長さ情報Ｗを基地局に報知する。基地局はそれに応じて、Ｉ／Ｂの表示するユニット数を決める。他の移動局はＩ／ＢフィールドがＩの場合にスロットにアクセスする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のパケット伝送方法は、同一周波数の電波を繰り返して使うセルラー環境拡張への適合性が低いとともに、高いスループットが得られないという欠点がある。
すなわち、セルラー環境では、他セルで同一周波数を利用する移動局の位置や送信電力によって、干渉の小さい空きスロットと干渉の大きい空きスロットが存在し、複数の空きスロットがある場合に基地局から遠い移動局が干渉の大きいスロットにアクセスした場合、伝搬損失により基地局で受信レベルが小さくなることにより所要ＣＩＲが得られず、伝送失敗が生じる。従って、高いスループットが得られない。なお、ＣＩＲとは所望波電力対干渉波電力の比であり、ＣＩＲが大きいほど所望波に対する干渉は小さくなるので伝送失敗の確率は小さくなる。
【０００４】
また、一セルで多数の移動局が同時に送信しようとする場合、最初に見つかった同一空きスロットで一斉に送信する場合は衝突が起こり、非受信となる確率が高いため、スループットが低くなる。
更に、干渉の大きい空きスロットは近接セルで使われている可能性が高いので、セル周辺付近に位置する移動局が干渉の大きい空きスロットにアクセスするとパケットの失敗率が高いだけでなく、隣接セルに近いため、隣接セルの通信に高い干渉を与えてしまうという欠点もあった。
【０００５】
これらの問題点は、上述した従来のパケット伝送方法では、空きスロットの選択が行われないために発生する。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、セルラー環境において、高いスループット及び低遅延を得ることができるスロットアクセスの方法及び無線パケット伝送システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は次のように構成される。
請求項１に記載の発明は、移動局と基地局間で通信を行う無線パケット伝送システムの移動局において使用する送信スロットを移動局が選択するスロット選択方法であって、基地局の送信電力と当該基地局から受信した信号の受信電力とから、移動局における受信信号の伝搬損失を求めるステップと、基地局から上りスロットの占有状況と干渉量を受信するステップと、移動局の送信電力と前記伝搬損失とから基地局における所望波電力を求めるステップと、前記所望波電力と前記干渉量とから前記占有状況が空きである各上りスロットの基地局における所望波電力対干渉量の比を求めるステップと、予め定められた所望波電力対干渉量の比を満足する空き上りスロットの中で前記所望波電力対干渉量の比が最も低くなる空き上りスロットを送信スロットとして選択するステップとを有する。
【０００７】
本発明によれば、各空きスロットにおける所望波電力対干渉量の比を用いて送信スロットを選択するため、干渉量を考慮した適切な送信スロットを選択することが可能となる。従って、伝送の失敗を減少させることができ、高いスループット及び低遅延の伝送を実現することが可能となる。
【０００８】
また、本発明によれば、所望波電力対干渉量の比を満足する空きスロットを選択することができる上、基地局に近くて所望波電力の大きい移動局が干渉量の小さいスロットを占有してしまうことによって所望波電力の小さい移動局が干渉量の大きいスロットを選択するという問題点が解消される。従って、伝送の失敗を減少させることができ、高いスループット及び低遅延の伝送を実現することが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、移動局と基地局間で通信を行う無線パケット伝送システムにおける移動局であって、基地局の送信電力と当該基地局から受信した信号の受信電力とから、移動局における受信信号の伝搬損失を求める手段と、基地局から上りスロットの占有状況と干渉量を受信する手段と、移動局の送信電力と前記伝搬損失とから基地局における所望波電力を求める手段と、前記所望波電力と前記干渉量とから前記占有状況が空きである各上りスロットの基地局における所望波電力対干渉量の比を求める手段と、予め定められた所望波電力対干渉量の比を満足する空き上りスロットの中で前記所望波電力対干渉量の比が最も低くなる空き上りスロットを送信スロットとして選択する手段とを有する。
【００１０】
請求項２に記載された発明によれば本発明のスロット選択方法の実施に適した移動局を提供することができる。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、移動局と基地局間で通信を行う無線パケット伝送システムであって、前記移動局は、基地局の送信電力と当該基地局から受信した信号の受信電力とから、移動局における受信信号の伝搬損失を求める手段と、基地局から上りスロットの占有状況と干渉量を受信する手段と、移動局の送信電力と前記伝搬損失とから基地局における所望波電力を求める手段と、前記所望波電力と前記干渉量とから前記占有状況が空きである各上りスロットの基地局における所望波電力対干渉量の比を求める手段と、予め定められた所望波電力対干渉量の比を満足する空き上りスロットの中で前記所望波電力対干渉量の比が最も低くなる空き上りスロットを送信スロットとして選択する手段とを有し、前記基地局は、上りスロットの占有状況と干渉量を測定する手段と、前記上りスロットの占有状況と干渉量を前記移動局に通知する手段とを有する。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、前記基地局が、移動局から残り情報ユニット数と伝搬損失を受信する手段と、前記残り情報ユニット数が０である場合に前記伝搬損失と受信レベルを用いて干渉量を求める手段と、前記干渉量を前記移動局に通知する手段とを更に有するというものである。
請求項３、４に記載された発明によれば上記のスロット選択方法の実施に適した無線パケット伝送システムを提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、アクセス方法としてＴＤＭＡ、ＣＤＭＡに対応でき、デュープレックス法として、ＴＤＤ、ＦＤＤに対応できる。以下、ＴＤＭＡ／ＦＤＤの場合における本発明の一実施例を図を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例のスロット構成図である。キャリアはフレームに分割され、フレームはさらにスロットに分割される。同図の下りスロット１８に示すように、下りキャリアの各スロットの後ろには衝突制御フィールド（Ｅ）１３が追加される。衝突制御フィールド１３は、Idle/Busy （Ｉ／Ｂ）ビット１４、干渉量レベル（Ｉｔｆ）ビット１５、受信／非受信（Ｒ／Ｎ）ビットと部分エコー（ＰＥ、Partial Echo）ビット１７から構成される。上りスロット２０では、情報パケットの先頭に伝搬揖失（Ｌｐ）ビット２１、残りの情報ユニット数（Ｗ）ビット２２が付加される。なお、ここでの残り情報ユニット数Ｗは、一フレームに１スロットを使用する場合を想定した上での残りの必要フレーム数を表す。一フレームに複数のスロットを同時に使用する場合は、それぞれのスロットにおいて残り情報ユニット数Ｗが付加される。
【００１５】
同図に示されている伝搬揖失（Ｌｐ）２１と干渉量レベル（Ｉｔｆ）１５は十分な精度を取れるようにｎビットで構成される。
一例として、伝搬損失Ｌｐについて、半径１ｋｍのセルで距離減衰を４乗則にした場合、セル中心１０ｍのところから境界までの伝搬損失のダイナミックレンジは、標準偏差６．５ｄＢ のシャドイングを考慮して、−１３ｄＢから９３ｄＢまでの１０６ｄＢであると考えられる。従って、伝搬損失を７ビットで構成し、図２のように１２８クラスとすればよい。
【００１６】
干渉量レベルＩｔｆについては、例えば、同一スロット使用中の移動局（送信電力０．１Ｗ（２０ｄＢｍ））が干渉測定基地局に最も近い隣接セル端に位置した場合の干渉波レベルが最悪と考えられ、この値が−３９ｄＢｍである。従って、８ビットで構成し、図３に示すように２５６クラスとすればよい。
次に、伝搬損失Ｌｐと干渉量レベルＩｔｆの計算方法について説明する。
【００１７】
基地局の送信電力Ｐｂｔ（ｄＢｍ）と移動局の送信電力Ｐｍｔ（ｄＢｍ）は、基地局と移動局側で既知情報とする。また、上り／下りの伝搬損失を同じとする。
移動局は伝播損失Ｌｐを式１に示すように、同期信号等の受信電力Ｐｍｒ（ｄＢｍ）を用いて計算する。
【００１８】
Ｌｐ（ｄＢ）＝Ｐｂｔ（ｄＢｍ）−Ｐｍｒ（ｄＢｍ） （式１）
移動局は上りスロットで、残り情報ユニットの長さＷと伝搬損失Ｌｐを基地局に知らせ、基地局は下りの衝突制御フィールドにおいて、次フレームの空きスロットの干渉量を知らせる。ここで、次フレームの空きスロットは、現時点の残り情報ユニット数Ｗが０のスロットと現時点で空きスロットの場合がある。それぞれの場合についてスロットの干渉量レベルの計算は、以下のようにして行う。
【００１９】
▲１▼空きスロットに対しては、直接干渉波レベルを測り、干渉波レベルを得る。▲２▼残り情報ユニットＷが０のスロットに対しては、基地局が受信レベルＰｂｒ（ｄＢｍ）を測る。伝搬損失Ｌｐが移動局から通知されるので、基地局における該パケットを送信中であった移動局の所望波Ｃ（ｄＢｍ）を下記の式２によって計算する。従って、干渉量レベルＩｔｆは、下記の式３のように、受信レベルＰｂｒからＣを差し引いて得られる。
【００２０】
Ｃ（ｄＢｍ）＝Ｐｍｔ（ｄＢｍ）−Ｌｐ（ｄＢ） （式２）
Ｉｔｆ＝Ｐｂｒ−Ｃ （式3 ）
後述するように、発信要求した移動局が、伝搬損失Ｌｐを用い、基地局における所望波電力Ｃを算出し、基地局から通知される空きスロットの干渉量レベルＩｔｆを用い、各空きスロットを用いて送信した場合の受信ＣＩＲを予測する。予測ＣＩＲが要求ＣＩＲを満足した上での最小のＣＩＲになるように、干渉量レベルの適切な空きスロットを選択する。
【００２１】
ここで要求ＣＩＲとは、サービス品質を提供するための通信品質を満足するＣＩＲであり、提供するサービスやアプリケーションに必要な通信品質により決まる。ＣＩＲが要求ＣＩＲより大きければ大きいほど、品質劣化の確率が小さくなるが、所望波電力の大きい移動局が干渉の小さいスロットを占有した場合、所望波電力の小さい移動局が干渉の大きいスロットを占有することにより非受信となる確率が高い。従って、本発明においては、要求ＣＩＲに満足した上での最小のＣＩＲになるよう、適切な空きスロットを選択する。
【００２２】
図４、５は、本発明の一実施例におけるスロット割り当て動作の例を示す図である。図４に示す第１の例では、移動局が、発信要求の時から一フレーム分のスロットの占有状況と干渉量を基地局から受信する。例えば、同図において、移動局１（Ｍ１）はフレーム１のスロット４の時点で発信要求し、基地局はフレーム１のスロット４からフレーム２のスロット３の一フレーム分のスロットの占有状況と干渉量を基地局から受信し、スロット５を選択してフレーム２のスロット５から送信を開始している。図４に示す第１の例のように発信要求の時からある長さのスロットの占有状況と干渉量を基地局から受信する方式は、低発信頻度の移動局又は遅延要求の厳しくない移動局に適する。
【００２３】
図５に示す第２の例では、移動局は常にスロットの占有状況と干渉量を基地局から受信して記憶し、発信要求があった時から遡って、一フレーム分のスロットの占有状況と干渉量を取り出す。例えば、同図において、移動局１（Ｍ１）はフレーム２のスロット４で発信要求し、記憶していた一フレーム分のスロットの占有状況と干渉量からスロット５を選択して、フレーム２のスロット５から送信を開始している。第２の例は、高発信頻度の移動局又は遅延要求の厳しい移動局に適する。
【００２４】
図６は、セルラー環境において複数の移動局の位置を示す図であり、図７はセルＡにおけるスロット占有状況と干渉量の一例を示す図である。図６、７及び図４を用いて、本発明におけるスロット選択の動作を説明する。
図４において、フレーム１のスロット４の時点で、移動局１（ＭＳ１）と移動局２（ＭＳ２）が発信を要求する場合、上述したとおり移動局１（ＭＳ１）はフレーム１のスロット４からフレーム２のスロット３までの時間内に下りスロットにて通知される上りスロットの占有状況 (Ｉ／Ｂ）と干渉量（Ｉｔｆ）を受信し、空きスロットを用いて送信した場合の受信ＣＩＲを予測する。一例として、上記に該当する一フレーム分の１０個のスロットの占有状況と干渉量を図７に示す。従って、空きスロット２、５、６、７、８と１０の干渉レベルは図７の(b) に示すとおりである。図６及び図４に示すように、移動局１（ＭＳ１）は基地局に近いので、干渉の高いスロット５を選択し、移動局２（ＭＳ２）は基地局から遠いので、干渉の低いスロット７を選択する。
【００２５】
移動局１と２はそれぞれが選択したスロットを用いて送信を行い、送信が成功すると、次のフレームの同じスロットで残り情報を送信し、送信が失敗したら、例えばランダムな時間後送信を再開する。また、移動局において送信が成功した場合、基地局が下りスロットで上りスロットの占有状況と干渉量を更新し、移動局に通知する。
【００２６】
図８は基地局の動作を示すフローチャートである。基地局は、各スロットにおいて、移動局から送信される伝搬損失Ｌｐと残り情報ユニット数Ｗを受信する（ステップ１）。上りのスロットが空きであるかどうかを調べ（ステップ２）、空きであればこのスロットにて干渉を測定する（ステップ３）。また、スロットが空きでない場合、最後のパケットが伝送されるスロットである（残りの情報ユニット数Ｗ＝0 ）かどうかを調べ（ステップ４）、最後のパケットが伝送されるスロットであれば受信レベルＰｂｒを測定し（ステップ５）、伝搬損失Ｌｐから移動局の所望波レベルＣが分かるので、干渉Ｉｔｆを前述の式３を用いて計算する（ステップ６）。
【００２７】
ステップ３及びステップ６の後、基地局が下りスロットにて、当該スロットに対して、Ｉ／ＢビットにてIdleを示し、干渉量を通知する（ステップ７、ステップ８）。一方、ステップ４にて残り情報ユニットＷが1 以上の場合、このスロットに対し、Ｉ／ＢビットにてBusyを示す（ステップ９、１０）。
図９は移動局の動作を示すフローチャートである。発信要求がある移動局は、基地局から同期信号等を受信することによって伝搬損失Ｌｐを式１により計算する（ステップ１、ステップ２）。次に、基地局から送信されるスロットの空き状況と干渉量レベルを受信し（ステップ３）、伝搬損失Ｌｐから所望波電力を計算し（ステップ４）、各空きスロットを用いて送信した場合の受信ＣＩＲを予測する（ステップ５）。そして、予測ＣＩＲが要求ＣＩＲを満足する上で最小になるよう、干渉量レベルの適切な空きスロットを選択し（ステップ６）、選択したスロットにてＬｐと情報ユニット数Ｗを付加して上り情報を送信する（ステップ７）。次に、伝送が成功したかどうかを調べ（ステップ８）、成功した場合は残り情報があるかどうかを調べ（ステップ９）、残り情報がある場合は、次のフレームの同じスロットを用いて次の情報を送信する（ステップ１０）。ステップ８において伝送が失敗した場合、ランダムな時間間隔後に再送を行う（ステップ１１〜）。
【００２８】
図１０は、本発明の一実施例の移動局の構成を説明する図であって、７１は符号化回路、７２は送信制御回路、７３は変調回路、７４は論理演算回路、７５は伝搬損失計算回路、７６は復号回路、７７は信号分離回路、７８は復調回路を表している。
図１１は、本発明の一実施例の基地局の構成を説明する図であって、８１は復調回路、８２は信号分離回路、８３は復号回路、８４は干渉測定計算回路、８５は報知制御回路、８６は論理演算回路、８７は変調回路、８８は信号多重回路、８９は符号化回路を表している。
【００２９】
本実施例において、メッセージを転送する場合の移動局と基地局の動作を次に説明する。
移動局で上りメッセージを送信する必要が生じた場合、図１０の符号化回路７１で、例えば誤り訂正符号化等の処理が行われ、上りメッセージは送信制御回路７２に入力され送信を待つ。論理演算回路７４では、送信信号の上り情報のビット列の一部を取り出す等の一定の処理をした部分データ（ＰＥ）１７（図１参照）を送信制御回路７２に入力し記憶する。
【００３０】
また、復調回路７８で復調された下りデータは伝搬損失計算回路７５に入力され、伝搬損失が計算され、送信制御回路７２に入力される。そして、復調されたデータから、信号分離回路７７で図１に示す報知信号部分である衝突制御フィールド（Ｅ）１３を分離して送信制御回路７２に入力し、Ｉ／Ｂ情報がＩのスロットに対し、干渉量レベルと伝搬損失に応じてスロットを選択し、選択したスロットのタイミングで先頭バーストから送信を開始する。
【００３１】
基地局ではこのバースト信号を受信し、復調回路８１、信号分離回路８２を経て、先頭バーストに含まれるそのメッセージを構成するバースト数Ｗの部分が報知制御回路８５に入力される。また、伝搬損失Ｌｐの部分が干渉測定計算回路８４に入力される。干歩測定計算回路８４にて、空きスロットの干渉を測定し、残り情報ユニットが０のスロットの干渉を受信電力と伝搬損失を用いて計算する。測定、計算された干渉レベルＩｔｆ１５が報知制御回路８５に入力される。
【００３２】
一方、基地局における上り情報は復号回路８３で誤り訂正等の処理が行われる。その結果再生された上り情報が論理演算回路８６に入力されて、移動局の論理演算回路７４で行った処理と同じ処理をした結果の部分データ１７が報知制御回路８５に入力される。
また、復号回路８３で誤り検出を行い、その信号が受信できたか否かを報知制御回路８５に通知する。報知制御回路８５では、Ｗに応じて、次以降のスロットに対して、Ｉ／Ｂビット１４を設定する。また信号が受信できたか否かで受信／非受信（Ｒ／Ｎ）ビット１６を設定する。この報知信号（Ｉ／Ｂビット１４、干渉レベル１５、Ｒ／Ｎビット１６、部分データ１７）が信号多重回路８８、変調回路８７を経て送信される。
【００３３】
移動局では、復調回路７８、信号分離回路７７を経て、この報知情報が送信制御回路７２に入力される。送信制御回路７２では、信号分離回路７７から入力されたＲ／Ｎ情報１６が信号受信（Ｒ）を示していれば、同じく部分データと送信前に予め論理演算回路７４に記憶した結果とを比較し、一致している場合は、送信データが正確に受信されたと判断して次のバーストの送信を継続する。
【００３４】
Ｒ／Ｎ情報１７が非受信を示している場合、または、部分データが一致していない場合は、再度、先頭バーストからの送信を行うための待ち状態となり、ランダムな時間の経過後、または直ちに、Ｉ／ＢがＩの時に、干渉量レベルと伝搬損失に応じて送信を再開する。
なお、図１２に示すように、下りの情報伝送において、衝突制御フィールドをフレームの最後にまとめて置いても良い。この場合、移動局が衝突制御フィールドの情報をフレームごとに一回受信するだけで良いため、電池の持ち時間が長くなるというメリットがある一方、発信要求のある移動局がフレームの最後まで待つ必要があるため、遅延が生じる欠点がある。
【００３５】
なお、本発明は上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内で種々変更・応用が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、基地局がスロットの占有状況と空きスロットの干渉量を移動局に知らせ、移動局が各空きスロットを用いて送信した場合の受信ＣＩＲを予測し、予測ＣＩＲが要求ＣＩＲを満足した上で最小のＣＩＲとなるよう干渉の適切なスロットを選択して送信することで、移動局の送信成功率が高められる。また、一セルで多数の移動局が同時に送信しようとする時、それぞれの伝搬損失によって、異なる空きスロットを選択することで、衝突率が減少する。従って、本発明によって、低遅延、高スループットを得ることができる無線パケット伝送方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるスロットの構成を示す図である。
【図２】伝搬損失のビット対応を示す図である。
【図３】干渉量レベルのビット対応を示す図である。
【図４】本発明の一実施例におけるスロット割り当て動作の第１の例を示す図である。
【図５】本発明の一実施例におけるスロット割り当て動作の第２の例を示す図である。
【図６】セルラー環境における複数の移動局の位置を示す図である。
【図７】伝搬損失と干渉量に応じたスロットアクセスを説明するための図である。
【図８】基地局の動作を示すフローチャートである。
【図９】移動局の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施例における移動局の構成を示す図である。
【図１１】本発明の一実施例における基地局の構成を示す図である。
【図１２】スロット構成の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１１ 同期信号
１２ 下り情報ユニット
１３ 衝突制御フィールド
１４ 空き／使用中ビット（Ｉ／Ｂビット）
１５ 干渉レベルビット（Ｉｔｆ）
１６ 受信／非受信ビット（Ｒ／Ｎビット）
１７ 部分エコー（ＰＥ）
１８ 下りスロット
１９ フレーム
２０ 上りスロット
２１ 伝搬損失Ｌｐ
２２ 長さ情報Ｗ
２３ 上り情報ユニット
７１ 符号化回路
７２ 送信制御回路
７３ 変調回路
７４ 論理演算回路
７５ 伝搬損失計算回路
７６ 復号回路
７７ 信号分離回路
７８ 復調回路
８１ 復調回路
８２ 信号分離回路
８３ 復号回路
８４ 干渉測定計算回路
８５ 報知制御回路
８６ 論理演算回路
８７ 変調回路
８８ 信号多重回路
８９ 符号化回路
１０１ 制御ミニスロット
１０２ 情報スロット
１０３ 制御スロット
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一周波数の電波を繰り返して使うセルラー環境において、複数の移動局が基地局にランダムにアクセスしてパケット伝送を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の移動局が基地局にランダムアクセスを行う際に、同一タイミングに出したパケットの衝突によって、スループットが低下することを防ぐため、基地局制御ランダムアクセスが必要であることが良く知られている。
従来の基地局制御ランダムアクセス方式として、移動局が、下りの通知信号によって、スロットが空きとなっていることを確認した上で信号伝送を行うICMA−PE（Idle−Signal Casting Multiple Access with Partial Echo）が提案されている。（特願平１−２４０８２２）
特願平１−２４０８２２号公報に開示されている無線通信方式では、下り情報ユニットの後ろに、衝突制御フィールドを加える。この衝突制御フィールドはIdle／Busy（Ｉ／Ｂ）ビット、受信／非受信ビット（Ｒ／Ｎ）とPartial Echo（ＰＥ）（部分エコー）ビットから構成される。一方、上り情報ユニットの前に長さ情報Ｗを加える。移動局は上りで長さ情報Ｗを基地局に報知する。基地局はそれに応じて、Ｉ／Ｂの表示するユニット数を決める。他の移動局はＩ／ＢフィールドがＩの場合にスロットにアクセスする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のパケット伝送方法は、同一周波数の電波を繰り返して使うセルラー環境拡張への適合性が低いとともに、高いスループットが得られないという欠点がある。
すなわち、セルラー環境では、他セルで同一周波数を利用する移動局の位置や送信電力によって、干渉の小さい空きスロットと干渉の大きい空きスロットが存在し、複数の空きスロットがある場合に基地局から遠い移動局が干渉の大きいスロットにアクセスした場合、伝搬損失により基地局で受信レベルが小さくなることにより所要ＣＩＲが得られず、伝送失敗が生じる。従って、高いスループットが得られない。なお、ＣＩＲとは所望波電力対干渉波電力の比であり、ＣＩＲが大きいほど所望波に対する干渉は小さくなるので伝送失敗の確率は小さくなる。
【０００４】
また、一セルで多数の移動局が同時に送信しようとする場合、最初に見つかった同一空きスロットで一斉に送信する場合は衝突が起こり、非受信となる確率が高いため、スループットが低くなる。
更に、干渉の大きい空きスロットは近接セルで使われている可能性が高いので、セル周辺付近に位置する移動局が干渉の大きい空きスロットにアクセスするとパケットの失敗率が高いだけでなく、隣接セルに近いため、隣接セルの通信に高い干渉を与えてしまうという欠点もあった。
【０００５】
これらの問題点は、上述した従来のパケット伝送方法では、空きスロットの選択が行われないために発生する。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、セルラー環境において、高いスループット及び低遅延を得ることができるスロットアクセスの方法及び無線パケット伝送システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は次のように構成される。
請求項１に記載の発明は、移動局と基地局間で通信を行う無線パケット伝送システムの移動局において使用する送信スロットを移動局が選択するスロット選択方法であって、基地局の送信電力と当該基地局から受信した信号の受信電力とから、移動局における受信信号の伝搬損失を求めるステップと、基地局から上りスロットの占有状況と干渉量を受信するステップと、移動局の送信電力と前記伝搬損失とから基地局における所望波電力を求めるステップと、前記所望波電力と前記干渉量とから前記占有状況が空きである各上りスロットの基地局における所望波電力対干渉量の比を求めるステップと、予め定められた所望波電力対干渉量の比を満足する空き上りスロットの中で前記所望波電力対干渉量の比が最も低くなる空き上りスロットを送信スロットとして選択するステップとを有する。
【０００７】
本発明によれば、各空きスロットにおける所望波電力対干渉量の比を用いて送信スロットを選択するため、干渉量を考慮した適切な送信スロットを選択することが可能となる。従って、伝送の失敗を減少させることができ、高いスループット及び低遅延の伝送を実現することが可能となる。
【０００８】
また、本発明によれば、所望波電力対干渉量の比を満足する空きスロットを選択することができる上、基地局に近くて所望波電力の大きい移動局が干渉量の小さいスロットを占有してしまうことによって所望波電力の小さい移動局が干渉量の大きいスロットを選択するという問題点が解消される。従って、伝送の失敗を減少させることができ、高いスループット及び低遅延の伝送を実現することが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、移動局と基地局間で通信を行う無線パケット伝送システムにおける移動局であって、基地局の送信電力と当該基地局から受信した信号の受信電力とから、移動局における受信信号の伝搬損失を求める手段と、基地局から上りスロットの占有状況と干渉量を受信する手段と、移動局の送信電力と前記伝搬損失とから基地局における所望波電力を求める手段と、前記所望波電力と前記干渉量とから前記占有状況が空きである各上りスロットの基地局における所望波電力対干渉量の比を求める手段と、予め定められた所望波電力対干渉量の比を満足する空き上りスロットの中で前記所望波電力対干渉量の比が最も低くなる空き上りスロットを送信スロットとして選択する手段とを有する。
【００１０】
請求項２に記載された発明によれば本発明のスロット選択方法の実施に適した移動局を提供することができる。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、移動局と基地局間で通信を行う無線パケット伝送システムであって、前記移動局は、基地局の送信電力と当該基地局から受信した信号の受信電力とから、移動局における受信信号の伝搬損失を求める手段と、基地局から上りスロットの占有状況と干渉量を受信する手段と、移動局の送信電力と前記伝搬損失とから基地局における所望波電力を求める手段と、前記所望波電力と前記干渉量とから前記占有状況が空きである各上りスロットの基地局における所望波電力対干渉量の比を求める手段と、予め定められた所望波電力対干渉量の比を満足する空き上りスロットの中で前記所望波電力対干渉量の比が最も低くなる空き上りスロットを送信スロットとして選択する手段とを有し、前記基地局は、上りスロットの占有状況と干渉量を測定する手段と、前記上りスロットの占有状況と干渉量を前記移動局に通知する手段とを有する。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、前記基地局が、移動局から残り情報ユニット数と伝搬損失を受信する手段と、前記残り情報ユニット数が０である場合に前記伝搬損失と受信レベルを用いて干渉量を求める手段と、前記干渉量を前記移動局に通知する手段とを更に有するというものである。
請求項３、４に記載された発明によれば上記のスロット選択方法の実施に適した無線パケット伝送システムを提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、アクセス方法としてＴＤＭＡ、ＣＤＭＡに対応でき、デュープレックス法として、ＴＤＤ、ＦＤＤに対応できる。以下、ＴＤＭＡ／ＦＤＤの場合における本発明の一実施例を図を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例のスロット構成図である。キャリアはフレームに分割され、フレームはさらにスロットに分割される。同図の下りスロット１８に示すように、下りキャリアの各スロットの後ろには衝突制御フィールド（Ｅ）１３が追加される。衝突制御フィールド１３は、Idle/Busy （Ｉ／Ｂ）ビット１４、干渉量レベル（Ｉｔｆ）ビット１５、受信／非受信（Ｒ／Ｎ）ビットと部分エコー（ＰＥ、Partial Echo）ビット１７から構成される。上りスロット２０では、情報パケットの先頭に伝搬揖失（Ｌｐ）ビット２１、残りの情報ユニット数（Ｗ）ビット２２が付加される。なお、ここでの残り情報ユニット数Ｗは、一フレームに１スロットを使用する場合を想定した上での残りの必要フレーム数を表す。一フレームに複数のスロットを同時に使用する場合は、それぞれのスロットにおいて残り情報ユニット数Ｗが付加される。
【００１５】
同図に示されている伝搬揖失（Ｌｐ）２１と干渉量レベル（Ｉｔｆ）１５は十分な精度を取れるようにｎビットで構成される。
一例として、伝搬損失Ｌｐについて、半径１ｋｍのセルで距離減衰を４乗則にした場合、セル中心１０ｍのところから境界までの伝搬損失のダイナミックレンジは、標準偏差６．５ｄＢ のシャドイングを考慮して、−１３ｄＢから９３ｄＢまでの１０６ｄＢであると考えられる。従って、伝搬損失を７ビットで構成し、図２のように１２８クラスとすればよい。
【００１６】
干渉量レベルＩｔｆについては、例えば、同一スロット使用中の移動局（送信電力０．１Ｗ（２０ｄＢｍ））が干渉測定基地局に最も近い隣接セル端に位置した場合の干渉波レベルが最悪と考えられ、この値が−３９ｄＢｍである。従って、８ビットで構成し、図３に示すように２５６クラスとすればよい。
次に、伝搬損失Ｌｐと干渉量レベルＩｔｆの計算方法について説明する。
【００１７】
基地局の送信電力Ｐｂｔ（ｄＢｍ）と移動局の送信電力Ｐｍｔ（ｄＢｍ）は、基地局と移動局側で既知情報とする。また、上り／下りの伝搬損失を同じとする。
移動局は伝播損失Ｌｐを式１に示すように、同期信号等の受信電力Ｐｍｒ（ｄＢｍ）を用いて計算する。
【００１８】
Ｌｐ（ｄＢ）＝Ｐｂｔ（ｄＢｍ）−Ｐｍｒ（ｄＢｍ） （式１）
移動局は上りスロットで、残り情報ユニットの長さＷと伝搬損失Ｌｐを基地局に知らせ、基地局は下りの衝突制御フィールドにおいて、次フレームの空きスロットの干渉量を知らせる。ここで、次フレームの空きスロットは、現時点の残り情報ユニット数Ｗが０のスロットと現時点で空きスロットの場合がある。それぞれの場合についてスロットの干渉量レベルの計算は、以下のようにして行う。
【００１９】
▲１▼空きスロットに対しては、直接干渉波レベルを測り、干渉波レベルを得る。▲２▼残り情報ユニットＷが０のスロットに対しては、基地局が受信レベルＰｂｒ（ｄＢｍ）を測る。伝搬損失Ｌｐが移動局から通知されるので、基地局における該パケットを送信中であった移動局の所望波Ｃ（ｄＢｍ）を下記の式２によって計算する。従って、干渉量レベルＩｔｆは、下記の式３のように、受信レベルＰｂｒからＣを差し引いて得られる。
【００２０】
Ｃ（ｄＢｍ）＝Ｐｍｔ（ｄＢｍ）−Ｌｐ（ｄＢ） （式２）
Ｉｔｆ＝Ｐｂｒ−Ｃ （式3 ）
後述するように、発信要求した移動局が、伝搬損失Ｌｐを用い、基地局における所望波電力Ｃを算出し、基地局から通知される空きスロットの干渉量レベルＩｔｆを用い、各空きスロットを用いて送信した場合の受信ＣＩＲを予測する。予測ＣＩＲが要求ＣＩＲを満足した上での最小のＣＩＲになるように、干渉量レベルの適切な空きスロットを選択する。
【００２１】
ここで要求ＣＩＲとは、サービス品質を提供するための通信品質を満足するＣＩＲであり、提供するサービスやアプリケーションに必要な通信品質により決まる。ＣＩＲが要求ＣＩＲより大きければ大きいほど、品質劣化の確率が小さくなるが、所望波電力の大きい移動局が干渉の小さいスロットを占有した場合、所望波電力の小さい移動局が干渉の大きいスロットを占有することにより非受信となる確率が高い。従って、本発明においては、要求ＣＩＲに満足した上での最小のＣＩＲになるよう、適切な空きスロットを選択する。
【００２２】
図４、５は、本発明の一実施例におけるスロット割り当て動作の例を示す図である。図４に示す第１の例では、移動局が、発信要求の時から一フレーム分のスロットの占有状況と干渉量を基地局から受信する。例えば、同図において、移動局１（Ｍ１）はフレーム１のスロット４の時点で発信要求し、基地局はフレーム１のスロット４からフレーム２のスロット３の一フレーム分のスロットの占有状況と干渉量を基地局から受信し、スロット５を選択してフレーム２のスロット５から送信を開始している。図４に示す第１の例のように発信要求の時からある長さのスロットの占有状況と干渉量を基地局から受信する方式は、低発信頻度の移動局又は遅延要求の厳しくない移動局に適する。
【００２３】
図５に示す第２の例では、移動局は常にスロットの占有状況と干渉量を基地局から受信して記憶し、発信要求があった時から遡って、一フレーム分のスロットの占有状況と干渉量を取り出す。例えば、同図において、移動局１（Ｍ１）はフレーム２のスロット４で発信要求し、記憶していた一フレーム分のスロットの占有状況と干渉量からスロット５を選択して、フレーム２のスロット５から送信を開始している。第２の例は、高発信頻度の移動局又は遅延要求の厳しい移動局に適する。
【００２４】
図６は、セルラー環境において複数の移動局の位置を示す図であり、図７はセルＡにおけるスロット占有状況と干渉量の一例を示す図である。図６、７及び図４を用いて、本発明におけるスロット選択の動作を説明する。
図４において、フレーム１のスロット４の時点で、移動局１（ＭＳ１）と移動局２（ＭＳ２）が発信を要求する場合、上述したとおり移動局１（ＭＳ１）はフレーム１のスロット４からフレーム２のスロット３までの時間内に下りスロットにて通知される上りスロットの占有状況 (Ｉ／Ｂ）と干渉量（Ｉｔｆ）を受信し、空きスロットを用いて送信した場合の受信ＣＩＲを予測する。一例として、上記に該当する一フレーム分の１０個のスロットの占有状況と干渉量を図７に示す。従って、空きスロット２、５、６、７、８と１０の干渉レベルは図７の(b) に示すとおりである。図６及び図４に示すように、移動局１（ＭＳ１）は基地局に近いので、干渉の高いスロット５を選択し、移動局２（ＭＳ２）は基地局から遠いので、干渉の低いスロット７を選択する。
【００２５】
移動局１と２はそれぞれが選択したスロットを用いて送信を行い、送信が成功すると、次のフレームの同じスロットで残り情報を送信し、送信が失敗したら、例えばランダムな時間後送信を再開する。また、移動局において送信が成功した場合、基地局が下りスロットで上りスロットの占有状況と干渉量を更新し、移動局に通知する。
【００２６】
図８は基地局の動作を示すフローチャートである。基地局は、各スロットにおいて、移動局から送信される伝搬損失Ｌｐと残り情報ユニット数Ｗを受信する（ステップ１）。上りのスロットが空きであるかどうかを調べ（ステップ２）、空きであればこのスロットにて干渉を測定する（ステップ３）。また、スロットが空きでない場合、最後のパケットが伝送されるスロットである（残りの情報ユニット数Ｗ＝0 ）かどうかを調べ（ステップ４）、最後のパケットが伝送されるスロットであれば受信レベルＰｂｒを測定し（ステップ５）、伝搬損失Ｌｐから移動局の所望波レベルＣが分かるので、干渉Ｉｔｆを前述の式３を用いて計算する（ステップ６）。
【００２７】
ステップ３及びステップ６の後、基地局が下りスロットにて、当該スロットに対して、Ｉ／ＢビットにてIdleを示し、干渉量を通知する（ステップ７、ステップ８）。一方、ステップ４にて残り情報ユニットＷが1 以上の場合、このスロットに対し、Ｉ／ＢビットにてBusyを示す（ステップ９、１０）。
図９は移動局の動作を示すフローチャートである。発信要求がある移動局は、基地局から同期信号等を受信することによって伝搬損失Ｌｐを式１により計算する（ステップ１、ステップ２）。次に、基地局から送信されるスロットの空き状況と干渉量レベルを受信し（ステップ３）、伝搬損失Ｌｐから所望波電力を計算し（ステップ４）、各空きスロットを用いて送信した場合の受信ＣＩＲを予測する（ステップ５）。そして、予測ＣＩＲが要求ＣＩＲを満足する上で最小になるよう、干渉量レベルの適切な空きスロットを選択し（ステップ６）、選択したスロットにてＬｐと情報ユニット数Ｗを付加して上り情報を送信する（ステップ７）。次に、伝送が成功したかどうかを調べ（ステップ８）、成功した場合は残り情報があるかどうかを調べ（ステップ９）、残り情報がある場合は、次のフレームの同じスロットを用いて次の情報を送信する（ステップ１０）。ステップ８において伝送が失敗した場合、ランダムな時間間隔後に再送を行う（ステップ１１〜）。
【００２８】
図１０は、本発明の一実施例の移動局の構成を説明する図であって、７１は符号化回路、７２は送信制御回路、７３は変調回路、７４は論理演算回路、７５は伝搬損失計算回路、７６は復号回路、７７は信号分離回路、７８は復調回路を表している。
図１１は、本発明の一実施例の基地局の構成を説明する図であって、８１は復調回路、８２は信号分離回路、８３は復号回路、８４は干渉測定計算回路、８５は報知制御回路、８６は論理演算回路、８７は変調回路、８８は信号多重回路、８９は符号化回路を表している。
【００２９】
本実施例において、メッセージを転送する場合の移動局と基地局の動作を次に説明する。
移動局で上りメッセージを送信する必要が生じた場合、図１０の符号化回路７１で、例えば誤り訂正符号化等の処理が行われ、上りメッセージは送信制御回路７２に入力され送信を待つ。論理演算回路７４では、送信信号の上り情報のビット列の一部を取り出す等の一定の処理をした部分データ（ＰＥ）１７（図１参照）を送信制御回路７２に入力し記憶する。
【００３０】
また、復調回路７８で復調された下りデータは伝搬損失計算回路７５に入力され、伝搬損失が計算され、送信制御回路７２に入力される。そして、復調されたデータから、信号分離回路７７で図１に示す報知信号部分である衝突制御フィールド（Ｅ）１３を分離して送信制御回路７２に入力し、Ｉ／Ｂ情報がＩのスロットに対し、干渉量レベルと伝搬損失に応じてスロットを選択し、選択したスロットのタイミングで先頭バーストから送信を開始する。
【００３１】
基地局ではこのバースト信号を受信し、復調回路８１、信号分離回路８２を経て、先頭バーストに含まれるそのメッセージを構成するバースト数Ｗの部分が報知制御回路８５に入力される。また、伝搬損失Ｌｐの部分が干渉測定計算回路８４に入力される。干歩測定計算回路８４にて、空きスロットの干渉を測定し、残り情報ユニットが０のスロットの干渉を受信電力と伝搬損失を用いて計算する。測定、計算された干渉レベルＩｔｆ１５が報知制御回路８５に入力される。
【００３２】
一方、基地局における上り情報は復号回路８３で誤り訂正等の処理が行われる。その結果再生された上り情報が論理演算回路８６に入力されて、移動局の論理演算回路７４で行った処理と同じ処理をした結果の部分データ１７が報知制御回路８５に入力される。
また、復号回路８３で誤り検出を行い、その信号が受信できたか否かを報知制御回路８５に通知する。報知制御回路８５では、Ｗに応じて、次以降のスロットに対して、Ｉ／Ｂビット１４を設定する。また信号が受信できたか否かで受信／非受信（Ｒ／Ｎ）ビット１６を設定する。この報知信号（Ｉ／Ｂビット１４、干渉レベル１５、Ｒ／Ｎビット１６、部分データ１７）が信号多重回路８８、変調回路８７を経て送信される。
【００３３】
移動局では、復調回路７８、信号分離回路７７を経て、この報知情報が送信制御回路７２に入力される。送信制御回路７２では、信号分離回路７７から入力されたＲ／Ｎ情報１６が信号受信（Ｒ）を示していれば、同じく部分データと送信前に予め論理演算回路７４に記憶した結果とを比較し、一致している場合は、送信データが正確に受信されたと判断して次のバーストの送信を継続する。
【００３４】
Ｒ／Ｎ情報１７が非受信を示している場合、または、部分データが一致していない場合は、再度、先頭バーストからの送信を行うための待ち状態となり、ランダムな時間の経過後、または直ちに、Ｉ／ＢがＩの時に、干渉量レベルと伝搬損失に応じて送信を再開する。
なお、図１２に示すように、下りの情報伝送において、衝突制御フィールドをフレームの最後にまとめて置いても良い。この場合、移動局が衝突制御フィールドの情報をフレームごとに一回受信するだけで良いため、電池の持ち時間が長くなるというメリットがある一方、発信要求のある移動局がフレームの最後まで待つ必要があるため、遅延が生じる欠点がある。
【００３５】
なお、本発明は上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内で種々変更・応用が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、基地局がスロットの占有状況と空きスロットの干渉量を移動局に知らせ、移動局が各空きスロットを用いて送信した場合の受信ＣＩＲを予測し、予測ＣＩＲが要求ＣＩＲを満足した上で最小のＣＩＲとなるよう干渉の適切なスロットを選択して送信することで、移動局の送信成功率が高められる。また、一セルで多数の移動局が同時に送信しようとする時、それぞれの伝搬損失によって、異なる空きスロットを選択することで、衝突率が減少する。従って、本発明によって、低遅延、高スループットを得ることができる無線パケット伝送方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるスロットの構成を示す図である。
【図２】伝搬損失のビット対応を示す図である。
【図３】干渉量レベルのビット対応を示す図である。
【図４】本発明の一実施例におけるスロット割り当て動作の第１の例を示す図である。
【図５】本発明の一実施例におけるスロット割り当て動作の第２の例を示す図である。
【図６】セルラー環境における複数の移動局の位置を示す図である。
【図７】伝搬損失と干渉量に応じたスロットアクセスを説明するための図である。
【図８】基地局の動作を示すフローチャートである。
【図９】移動局の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施例における移動局の構成を示す図である。
【図１１】本発明の一実施例における基地局の構成を示す図である。
【図１２】スロット構成の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１１ 同期信号
１２ 下り情報ユニット
１３ 衝突制御フィールド
１４ 空き／使用中ビット（Ｉ／Ｂビット）
１５ 干渉レベルビット（Ｉｔｆ）
１６ 受信／非受信ビット（Ｒ／Ｎビット）
１７ 部分エコー（ＰＥ）
１８ 下りスロット
１９ フレーム
２０ 上りスロット
２１ 伝搬損失Ｌｐ
２２ 長さ情報Ｗ
２３ 上り情報ユニット
７１ 符号化回路
７２ 送信制御回路
７３ 変調回路
７４ 論理演算回路
７５ 伝搬損失計算回路
７６ 復号回路
７７ 信号分離回路
７８ 復調回路
８１ 復調回路
８２ 信号分離回路
８３ 復号回路
８４ 干渉測定計算回路
８５ 報知制御回路
８６ 論理演算回路
８７ 変調回路
８８ 信号多重回路
８９ 符号化回路
１０１ 制御ミニスロット
１０２ 情報スロット
１０３ 制御スロット
Claims (4)
- 移動局と基地局間で通信を行う無線パケット伝送システムの移動局において使用する送信スロットを移動局が選択するスロット選択方法であって、
基地局の送信電力と当該基地局から受信した信号の受信電力とから、移動局における受信信号の伝搬損失を求めるステップと、
基地局から上りスロットの占有状況と干渉量を受信するステップと、
移動局の送信電力と前記伝搬損失とから基地局における所望波電力を求めるステップと、
前記所望波電力と前記干渉量とから前記占有状況が空きである各上りスロットの基地局における所望波電力対干渉量の比を求めるステップと、
予め定められた所望波電力対干渉量の比を満足する空き上りスロットの中で前記所望波電力対干渉量の比が最も低くなる空き上りスロットを送信スロットとして選択するステップとを有することを特徴とするスロット選択方法。 - 移動局と基地局間で通信を行う無線パケット伝送システムにおける移動局であって、
基地局の送信電力と当該基地局から受信した信号の受信電力とから、移動局における受信信号の伝搬損失を求める手段と、
基地局から上りスロットの占有状況と干渉量を受信する手段と、
移動局の送信電力と前記伝搬損失とから基地局における所望波電力を求める手段と、
前記所望波電力と前記干渉量とから前記占有状況が空きである各上りスロットの基地局における所望波電力対干渉量の比を求める手段と、
予め定められた所望波電力対干渉量の比を満足する空き上りスロットの中で前記所望波電力対干渉量の比が最も低くなる空き上りスロットを送信スロットとして選択する手段とを有することを特徴とする移動局。 - 移動局と基地局間で通信を行う無線パケット伝送システムであって、
前記移動局は、
基地局の送信電力と当該基地局から受信した信号の受信電力とから、移動局における受信信号の伝搬損失を求める手段と、
基地局から上りスロットの占有状況と干渉量を受信する手段と、
移動局の送信電力と前記伝搬損失とから基地局における所望波電力を求める手段と、
前記所望波電力と前記干渉量とから前記占有状況が空きである各上りスロットの基地局における所望波電力対干渉量の比を求める手段と、
予め定められた所望波電力対干渉量の比を満足する空き上りスロットの中で前記所望波電力対干渉量の比が最も低くなる空き上りスロットを送信スロットとして選択する手段とを有し、
前記基地局は、
上りスロットの占有状況と干渉量を測定する手段と、
前記上りスロットの占有状況と干渉量を前記移動局に通知する手段とを有することを特徴とする無線パケット伝送システム。 - 前記基地局は、
移動局から残り情報ユニット数と伝搬損失を受信する手段と、
前記残り情報ユニット数が０である場合に前記伝搬損失と受信レベルを用いて干渉量を求める手段と、
前記干渉量を前記移動局に通知する手段とを更に有する請求項３に記載の無線パケット伝送システム。
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