JP4021092B2

JP4021092B2 - 基地局、端末及び通信方法

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Publication number: JP4021092B2
Application number: JP05828699A
Authority: JP
Inventors: 飯田　　登; 周和深川; 洋上野; 尚渡辺; 忠則水野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: JP2000261399A; US6680929B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ネットワークを構成する基地局、端末及び通信方法に係り、周波数帯域を最大限に利用し、最大のスループットと最小の遅延を実現する多重アクセスプロトコルに適した基地局、端末及び通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線ネットワークの多重アクセスプロトコルは周波数帯域を最大限に利用し、最大のスループットと最小の遅延を実現することが期待される（先行文献１（Ｔ．ＩｍｉｅｌｉｎｓｋｉａｎｄＢ．Ｒ．Ｂａｄｒｉｎａｃｔｈ，“ＭｏｂｉｌｅＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｐｕｔｉｎｇ：ＣｈａｌｌｅｎｇｅｉｎＤａｔａＭａｎａｇｅｍｅｎｔ”，Ｃｏｍｍｕｎ．ＡＣＭ，ｖｏｌ．３７，ｐｐ．１８−２８，Ｏｃｔ．１９９４））。無線、通信衛星等ブロードキャストチャネルに対する多重アクセスプロトコルは、従来より様々な研究が実施されている（先行文献２（Ｄ．ＢｅｒｔｓｅｋａｓａｎｄＲ．Ｇａｌｌａｇｅｒ，“ＤａｔａＮｅｔｗｏｒｋｓ”，ＳｅｃｏｎｄＥｄｉｔｉｏｎ，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，１９９２）、先行文献３（Ｆ．Ａ．Ｔｏｂａｇｉ，“ＭｕｌｔｉａｃｃｅｓｓＰｒｏｔｏｃｏｌｓｉｎＰａｃｋｅｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓＣｏｍｍｕｎ．Ｖｏｌ．ＣＯＭ−２８，ｐｐ．４６８−４８８，Ａｐｒ．１９８０）、先行文献４（Ｎ．Ａｂｒａｍｓｏｎ，“ＴｈｅＡＬＯＨＡｓｙｓｔｅｍ−Ａｎｏｔｈｅｒａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｆｏｒｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”，ｉｎ１９７０ＦａｌｌＪｏｉｎｔＣｏｍｐｕｔ．Ｃｏｎｆ．ＡＦＩＰＳＣｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．Ｖｏｌ．３７．Ｍｏｎｔｖａｌｅ，ＮＪ：ＡＦＩＰＳＰｒｅｓｓ，１９７０，ｐｐ．２８１−２８５）、先行文献５（Ｌ．ＫｌｅｉｎｒｏｃｋａｎｄＦ．Ａ．Ｔｏｂａｇｉ，“ＰａｃｋｅｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇｉｎＲａｄｉｏＣｈａｎｎｅｌｓ：ＰａｒｔＩ−ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅ−ＡｃｃｅｓｓＭｏｄｅｌｓａｎｄＴｈｅｉｒＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔ−ＤｅｌａｙＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．ＣＯＭ−２３，ｐｐ．１４００−１４１６，Ｄｅｃ．１９７５）、先行文献６（Ｆ．Ａ．ＴｏｂａｇｉａｎｄＬ．Ｋｌｅｉｎｒｏｃｋ，“ＰａｃｋｅｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇｉｎＲａｄｉｏＣｈａｎｎｅｌｓ：ＰａｒｔＩＩ−ＴｈｅＨｉｄｄｅｎＴｅｒｍｉｎａｌＰｒｏｂｌｅｍｉｎＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅ−ＡｃｃｅｓｓａｎｄｔｈｅＢｕｓｙ−ＴｏｎｅＳｏｌｕｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．ＣＯＭ−２３，ｐｐ．１４１７−１４３３，Ｄｅｃ．１９７５）、先行文献７（Ｊ．Ｉ．Ｃａｐｅｔａｎａｋｉｔｓ，“ＴｒｅｅＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒＰａｃｋｅｔＢｒｏａｄｃａｓｔＣｈａｎｎｅｌｓ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．ＩＴ−２５，Ｓｅｐｔ．１９７９））。
最近の無線チャネルを用いた多重アクセス方式に関する研究の例は、分散制御方式では、Ｆｕｌｌｍｅｒらが、ＣＳＭＡ／ＣＤに加え隠れ端末の問題によるスループットの低下を回避するために送信局と受信局の間で送信権の獲得を確認するＦＡＭＡ（先行文献８（Ｃ．Ｌ．ＦｕｌｌｍｅｒａｎｄＪ．Ｊ．Ｇａｒｃｉａ−Ｌｕｎａ−Ａｃｅｖｅｓ，“ＦｌｏｏｒＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ（ＦＡＭＡ）ｆｏｒＰａｃｋｅｔ−ＲａｄｉｏＮｅｔｗｏｒｋｓ”，Ｐｒｏｃ．ＡＣＭＳＩＧＣＯＭ９５，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＭＡ，Ａｕｇ．３０−Ｓｅｐｔ．１，１９９５））と、その改良版としてＣＳＭＡ／ＣＤにおける伝播遅延と送信タイミングによる衝突を回避するためのジャミィングを加えたＦＡＭＡ−ＰＪ（先行文献９（Ｃ．Ｌ．ＦｕｌｌｍｅｒａｎｄＪ．Ｊ．Ｇａｒｃｉａ−Ｌｕｎａ−Ａｃｅｖｅｓ，“ＦＡＭＡ−ＰＪ：ＡＣｈａｎｎｅｌＡｃｃｅｓｓＰｒｏｔｏｃｏｌｆｏｒＷｉｒｅｌｅｓｓＬＡＮｓ”，Ｐｒｏｃ．ＡＣＭＭＯＢＩＣＯＭ９５，ｐｐ．７６−８５，１９９５））を提案している。
一方、集中制御方式では、Ｒ．ＧａｒｃｅｓらがＦＡＭＡの制御コマンドをスタックアルゴリズム（ツリーアルゴリズムとも呼ばれる）にて送信するＣＡＲＭＡ（先行文献１０（Ｒ．ＧａｒｃｅｓａｎｄＪ．Ｊ．Ｇａｒｃｉａ−Ｌｕｎａ−Ａｃｅｖｅｓ，“ＦｌｏｏｒＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓｗｉｔｈＣｏｌｌｉｓｉｏｎＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＡＣＭＭＯＢＩＣＯＭ９６，ｐｐ．１８７−１９７，１９９６））、ＣＡＲＭＡにより送信権を獲得したノードが送信グループを構成するＣＡＲＭＡ−ＮＴＧ（先行文献１１（Ｒ．ＧａｒｃｅｓａｎｄＪ．Ｊ．Ｇａｒｃｉａ−Ｌｕｎａ−Ａｃｅｖｅｓ，“ＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅａｎｄＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓｗｉｔｈＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＧｒｏｕｐｓ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥＩＮＦＯＣＯＭ’９７，ｐｐ．１３４−１４２，１９９７））を提案している。
更に、スロット付アロハ方式またはスタックアルゴリズムによるデータ送信チャネルの予約に加え、一度データ送信チャネルを獲得すると、ピギーバック要求を用いて予約の継続を行うＤＱＲＵＭＡ（先行文献１２（Ｍ．Ｊ．Ｋａｒｏｌ，Ｚ．Ｌｉｕ，ａｎｄＫ．Ｙ．Ｅｎｇ，“Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ−ＱｕｅｕｉｎｇＲｅｑｕｅｓｔＵｐｄａｔｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ（ＤＱＲＵＭＡ）ｆｏｒＷｉｒｅｌｅｓｓＰａｃｋｅｔ（ＡＴＭ）Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，”Ｐｒｏｃ．ｏｆＩＣＣ’９５，ｐｐ．１２２４−１２３１，Ｊｕｎｅ１９９５）がある。
特に、スタックアルゴリズムによりデータスロットの予約を行うＤＱＲＵＭＡは、高性能でしかも高負荷時にもステーブルなプロトコルとなる。
【０００３】
ここでは、本発明の基本となったＤＱＲＵＭＡ（先行文献１２）について概説する。
ＤＱＲＵＭＡは、固定長パケット用に設計された高性能な要求時割当型チャネルアクセスプロトコルである。
【０００４】
図１２は、ＤＱＲＵＭＡプロトコルのタイムスロット構成図である。
ＤＱＲＵＭＡは、タイムスロット１２０１を用い基地局が中継して端末間の通信を行う。端末が送信し基地局が受信するアップリンクの各タイムスロット１２０２は、要求アクセスチャネル１２０４とデータ送信チャネル１２０６に分割される。そして、ピギーバック要求フラッグ１２０５は、一度データ送信チャネルを獲得したユーザが引続きデータ送信の要求情報を付加するために使用される。基地局が送信し端末が受信するダウンリンクの各タイムスロット１２０３は、要求アクセス応答チャネル１２０７、そして、送信許可チャネル１２０８、データ送信チャネル１２０９に分割される。基地局にはセル内の全端末に各々１エントリーをもつ要求テーブルがあり、テーブル内の各エントリーは、端末の識別子と送信要求情報（即ち、その端末が送信するデータを未だ保持しているか否か）を含む。ＤＱＲＵＭＡプロトコルは、要求アクセスフェーズとデータ送信フェーズの２フェーズに分けることができる。
【０００５】
最初に、要求アクセスフェーズについて説明する。
送信データの発生時、端末は送信要求（内容は端末の識別子）を基地局へアップリンクの要求アクセスチャネル１２０４を用いて送信する。要求アクセスチャネルは、ランダムアクセスチャネルであり、全端末が共有する。従って、要求アクセスチャネル１２０４では、衝突が発生し得る。この衝突を回避する方法して、スロット付アロハ方式またはバイナリスタックアルゴリズムを用いる。端末からの送信要求を正常に受信したら、基地局はその端末が送信すべきデータをもつことを示すフラッグを要求テーブルにセットする。基地局は受信した端末の識別子をダウンリンクの要求アクセス応答チャネル１２０７を用いてブロードキャストすることにより送信要求が受理されたことを通知する。要求の受理が通知されると、端末はダウンリンクのデータ送信許可チャネル１２０８を受信しながら、自端末へのデータ送信チャネル１２０６の割当を待つ。
【０００６】
次に、データ送信フェーズについて説明する。
要求されるデータ送信の方針（例えば、ラウンドロビン）に従って、基地局は要求テーブル内の送信要求をもつ端末の１つを選び、次のタイムスロットでのデータ送信を許可する。これを伝えるために、ダウンリンクのデータ送信許可チャネル１２０８により端末の識別子をブロードキャストする。端末がアップリンクのデータ送信チャネル１２０６を用いてデータを送信する際、未だ送信すべきデータが残っているか否かをピギーバック要求１２０５により基地局へ通知する。基地局はピギーバック要求１２０５をチェックし、要求テーブルのエントリーを更新する。
【０００７】
要求テーブルに送信要求が全く無い場合は、基地局はダウンリンクの送信許可チャネル１２０９を使用して、次のアップリンクのデータ送信チャネル１２０６を複数の要求アクセスチャネル１２０４へ変換することを通知する。複数の要求アクセスに応答するために、次のダウンリンクの送信チャネル１２０９も同期して複数の要求アクセス応答チャネル１２０６に変換する。
【０００８】
ＤＱＲＵＭＡプロトコルでは、衝突は要求アクセスチャネル１２０４においてのみ発生し、ピギーバッグ要求１２０５は衝突無しに送信することができる。それ故、ランダムアクセスプロトコルによる要求の衝突は劇的に減少し、重負荷時のシステム性能は大幅に改善される。加えて、基地局がスロット毎にデータを送信する端末を指定することにより、ＤＱＲＵＭＡは様々なサービスの要求に応えることができる。
【０００９】
なお、ＤＱＲＵＭＡは主にデータ送信チャネルの要求アクセス１２０４に関する方式であり、受付けた要求に対するデータ送信チャネル１２０６の割付方式に関しては具体的な提案をしていない。また、セル間通信に関する議論は無く、従って、セル間通信におけるセル内のプロトコルも提案していない。
ＤＱＲＵＭＡによるチャネル要求方式を用いたチャネル割付方式の例としては、山本、町田、そして、池田がさまざまなサービス要求をもつデータや音声などを送信の対象とした方式（先行文献１３（Ｍ．Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｓ．Ｍａｃｈｉｄａ，ａｎｄＨ．Ｉｋｅｄａ，“ＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌＳｃｈｅｍｅｆｏｒＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＷｉｒｅｌｅｓｓＡＴＭＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｓ，”Ｐｒｏｃ．ｏｆ３ｒｄＡｓｉａ−ＰａｃｉｆｉｃＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＡＰＣＣ’９７），Ｓｙｄｎｅｙ，Ａｕｓｔｒａｌｉａ，Ｄｅｃ．１９９７））を提案している。
【００１０】
以上のように、ＤＱＲＵＭＡにおいては、セル内通信のモバイル端末間で直接データを送受信する（直接通信とも呼ばれる）ことは考慮されていない。また、セル間通信でデータ送信チャネルを省略することも考慮されていない。このため、チャネルの用い方に無駄があり、更に、高性能化と低遅延化を図る余地がある。
【００１１】
なお、本発明は、ＤＱＲＵＭＡと最も関係が深いが、その他にＡｍｉｔａｙのＲＡＭＡ（先行文献１４（Ｎ．Ａｍｉｔａｙ，“ＲｅｓｏｕｒｃｅＡｕｃｔｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ（ＲＡＭＡ）：ＥｆｆｉｃｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｆａｓｔｒｅｓｏｕｒｃｅａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｉｎｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｗｉｒｅｌｅｓｓＰＣＳ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．２８，ｎｏ．８，ｐｐ．７９９−８０１，Ａｐｒ．９，１９９３））、ＧｏｏｄｍａｎらのＰＲＭＡ（先行文献１５（Ｄ．Ｊ．Ｇｏｏｄｍａｎ，Ｒ．Ａ．Ｖａｌｅｎｚｕｅｌａ，Ｋ．Ｔ．Ｇａｙｌｉａｒｄ，ａｎｄＢ．Ｂａｍａｍｕｒｔｈｉ，“Ｐａｃｋｅｔｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓｆｏｒｌｏｃａｌｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，”ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．ＣＯＭ−３７，ｐｐ．８８５−８９０，Ａｕｇ．１９８９））、ＶｉｌｅのＰＲＭＡ＋＋（先行文献１６（Ｊ．ＤｅＶｉｌｅ，“ＡｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓｓｃｈｅｍｅｆｏｒａｎａｄａｐｔｉｖｅＴＤＭＡａｉｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ，”Ｐｒｏｃ．ＦｏｕｒｔｈＷＩＮＬＡＢＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＴｈｉｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＷｉｒｅｌｅｓｓＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋｓ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ，１９９３））、ＡｎａｓｔａｓｉらのＳＩＲ（先行文献１７（Ｇ．Ａｎａｓｔａｓｉ，Ｄ．Ｇｒｉｌｌｏ，Ｌ．Ｌｅｎｚｉｎｉ，ａｎｄＥ．Ｍｉｎｇｏｚｚｉ，“ＡＢａｎｄｗｉｄｔｈｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌｆｏｒＳｐｅｅｃｈ／ＤａｔａＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｉｎＴＤＭＡ−ＢａｓｅｄＡｄｖａｎｃｅｄＭｏｂｉｌｅｓｙｓｔｅｍｓ，”ｉｎＰｒｏｃ．ＩＥＥＥＩＮＦＯＣＯＭ’９６，ＳａｎＦｒａｎｃｉｓｃｏ，ＣＡ，１９９６））とＳＩＰ＋＋（先行文献１８（Ｇ．Ａｎａｓｔａｓｉ，Ｄ．Ｇｒｉｌｌｏ，Ｌ．Ｌｅｎｚｉｎｉ，ａｎｄＥ．Ｍｉｎｇｏｚｚｉ，“ＡｎＡｃｃｅｓｓＰｒｏｔｏｃｏｌｆｏｒＳｐｅｅｃｈ／Ｄａｔａ／ＶｉｄｅｏＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｉｎＴＤＭＡ−ＢａｓｅｄＡｄｖａｎｃｅｄＭｏｂｉｌｅＳｙｓｔｅｍ，”ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｎＳｅｌｅｃｔｅｄＡｒｅａｓｉｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．８，ｐｐ．１４９８−１５１０，Ｏｃｔ．１９９７））とも関係する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、チャネル効率のよい無線多重アクセスプロトコルを提供し、高スループット低遅延化を図ることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る基地局は、タイムスロット構成を動的に決定するタイムスロット構成決定部を有することを特徴とする。
【００１４】
また、タイムスロット構成決定部は、タイムスロット毎にタイムスロット構成を決定することを特徴とする。
【００１５】
また、タイムスロット構成決定部は、可変長のタイムスロット構成を決定することを特徴とする。
【００１６】
また、基地局は、データ送信チャネルの予約に対するデータ送信チャネルの割り当てを管理するデータ送信チャネル予約管理部と、データ送信チャネルの割り当てがされていないデータ送信チャネルの予約が無いことを判定する未割り当て予約判定部とを有し、
タイムスロット構成決定部は、データ送信チャネルの割り当てがされていないデータ送信チャネルの予約が無い場合には、タイムスロット構成からデータ送信チャネルを省くことを決定するデータ送信チャネル省略決定部を有することを特徴とする。
【００１７】
また、タイムスロット構成決定部が決定したタイムスロット構成は、要求アクセス応答チャネルと、要求アクセスチャネルとから構成されていることを特徴とする。
【００１８】
基地局は、セル間の通信であることを判定するセル間通信判定部を有し、
タイムスロット構成決定部は、セル間の通信である場合には、タイムスロット構成から基地局中継用データ送信チャネルを省くことを決定する基地局中継用データ送信チャネル省略決定部を有することを特徴とする。
【００１９】
また、タイムスロット構成決定部が決定したタイムスロット構成は、要求アクセス応答チャネルと、要求アクセスチャネルと、データ送信許可チャネルと、データ送信チャネルとから構成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、セル間通信判定部は、送信先端末がセルの外にあることを判定する送信先端末位置判定部を有することを特徴とする。
【００２１】
また、セル間通信判定部は、基地局がデータ送信チャネルで端末にデータ送信することを判定する基地局データ送信判定部を有することを特徴とする。
【００２２】
また、基地局は、受信端末が送信端末から直接データを受信したことを意味する直接正常受信通知を受信する直接正常受信通知受信部を有し、
タイムスロット構成決定部は、直接正常受信通知を受信した場合には、タイムスロット構成から基地局中継用データ送信チャネルを省くことを決定する基地局中継用データ送信チャネル省略決定部を有することを特徴とする。
【００２３】
タイムスロット構成決定部が決定したタイムスロット構成は、要求アクセス応答チャネルと、要求アクセスチャネルと、データ送信許可チャネルと、データ送信チャネルと、データ応答チャネルとから構成されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明に係る端末は、他の端末から直接データを受信したことを判定する直接正常受信判定部と、他の端末から直接データを受信したことを意味する直接正常受信通知を基地局に送信する直接正常受信通知送信部とを有することを特徴とする。
【００２５】
この発明に係る端末は、基地局が送信するチャネルシーケンスの通知を判定するチャネルシーケンス通知判定部と、チャネルシーケンスの通知に従ってチャネルシーケンスを制御するチャネルシーケンス制御部とを有することを特徴とする。
【００２６】
また、チャネルシーケンス通知判定部は、要求アクセス応答チャネルの受信をしたことを判定する要求アクセス応答チャネル受信判定部を有し、
チャネルシーケンス制御部は、受信した要求アクセス応答チャネルに続くチャネルを要求アクセスチャネルと決定する要求アクセスチャネル決定部を有することを特徴とする。
【００２７】
また、チャネルシーケンス通知判定部は、データ送信許可チャネルの受信をしたことを判定するデータ送信許可チャネル受信判定部を有し、
チャネルシーケンス制御部は、受信したデータ送信許可チャネルに続くチャネルをデータ送信チャネルと決定するデータ送信チャネル決定部を有することを特徴とする。
【００２８】
この発明に係る通信方法は、複数チャネルから構成されるタイムスロットを用いて端末と基地との間でデータの通信を行なう通信方法において、
複数のチャネルの中からチャネルを選択して、上記タイムスロットを構成する工程を有することを特徴とする。
【００２９】
上記タイムスロットは、端末から基地局へ送信要求を伝える要求アクセスチャネルと、要求アクセスチャネルにより端末から基地局へ送られた送信要求に対して基地局から端末へ応答を返す要求アクセス応答チャネルと、基地局から端末に対して、端末から基地局へのデータ送信の許可を知らせるデータ送信許可チャネルと、端末から基地局へのデータ送信をするデータ送信チャネルと、他の基地局からのデータを中継して端末へデータを送る基地局中継用データ送信チャネルとを有するとともに、
上記通信方法は、データ送信許可チャネルと、データ送信チャネルと、基地局中継用データ送信チャネルとを各タイムスロット毎に取捨選択する工程を有することを特徴とする。
【００３０】
上記通信方法は、要求アクセス応答チャネルを、要求アクセスチャネルの先に配置する工程を有することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００３２】
実施の形態１．
本実施の形態では、ＤＱＲＵＭＡを改良した多重アクセスプロトコル（ＤｉｒｅｃｔａｎｄＲｅｌａｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌｖｉａＷｉｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋｓ、以下、ＤＲＣＰと言う）を説明する。
ＤＲＣＰは、図１に示すように、１つのセル１０１に対して１つの基地局１０２と多数のモバイル端末（以下、単に端末とも言う）１０３で構成する無線ネットワークを想定している。モバイル端末１０３は、非同期に発生したメッセージを蓄積し、チャネルアクセスプロトコルに従い、固定長パケットに分割して他のモバイル端末１０３へ送信する。送受信に用いる無線チャネルは、基地局１０２と多数のモバイル端末１０３で、１本の共通の周波数帯をタイムスロットに分割し用いる。ＤＱＲＵＭＡは、モバイル端末１０３から基地局１０２へデータを送信する「アップリンク」と基地局１０２からモバイル端末１０３へデータを同報する「ダウンリンク」の周波数帯を分離することを基本としているのに対し、ＤＲＣＰはモバイル端末１０３と基地局１０２が１つの周波数帯を共用し、モバイル端末１０３間で直接データの送受信することも可能としている。
【００３３】
ここで説明するシステムは、１つの基地局１０２と多数の端末１０３が１つの無線チャネルを用いて通信するシステムである。無線チャネルは、タイムスロット（以下、単にスロットとも言う）化する。
【００３４】
図２に、ＤＲＣＰのタイムスロット構成図を示す。
スロット２０１は、要求アクセス応答チャネル２０２、要求アクセスチャネル２０３、データ送信許可チャネル２０４、データ送信チャネル２０５、データ応答チャネル２０６、及び、基地局中継用データ送信チャネル２０７の６種類より構成する。ここでは、要求アクセス応答チャネル２０２、要求アクセスチャネル２０３、データ送信許可チャネル２０４、及び、データ応答チャネル２０６の４つを纏めて制御チャネルと言い、制御チャネルを用いて送る予約、予約受付等のデータを制御データと言う。
【００３５】
スロット２０１は、上記６種類のチャネルまたはそのサブセットから構成され、スロット２０１を構成するチャネルのシーケンスは、図２のタイムスロット構成に示す４種類に固定する（２０８，２０９，２１０，２１１）。
【００３６】
要求アクセス応答チャネル２０２は、直前のスロットの要求アクセスチャネル２０３により、端末１０３が基地局１０２へ送信したデータ送信チャネル２０５の予約に対して、その結果を基地局１０２が端末１０３へ通知するために使用する。
【００３７】
要求アクセスチャネル２０３は、端末１０３が基地局１０２へデータ送信チャネル２０５を予約するために使用する。
【００３８】
データ送信許可チャネル２０４は、直後のデータ送信チャネル２０５を割当てた端末情報を基地局１０２が通知するために使用する。
【００３９】
データ送信チャネル２０５は、端末１０３（基地局１０２の場合もある）がデータを送信するために使用する。その際、端末１０３は、ピギーバック要求フラッグにより、コンテンションフリーでデータ送信チャネル２０５を再予約することができる。
【００４０】
データ応答チャネル２０６は、送信元の端末１０３から直接送信先の端末１０３がデータを正常に受信した時、その旨基地局１０２（送信元の端末１０３ではないことに注意）に応答するために使用する。
【００４１】
基地局中継用データ送信チャネル２０７は、データ応答チャネル２０６に正常受信が通知されなかった場合に、基地局１０２がデータを中継するために使用する。
【００４２】
制御データは、チャネル識別子と端末識別子等の情報の２つから構成される。端末識別子等の情報は、チャネルの種類に応じて次の内容を表す。
要求アクセス応答チャネル２０２の場合は、予約を受付けた端末の識別子、予約衝突、または、予約無であり、要求アクセスチャネル２０３の場合は、予約を送信した端末の識別子であり、データ送信許可チャネル２０４の場合は、データ送信を許可した端末の識別子であり、データ応答チャネル２０６の場合は、正常受信した端末の識別子である。
【００４３】
この構成における基本的な動作について説明する。
図３は、基地局フロー図であり、図４は、端末の送信処理のフロー図であり、図５は、端末の受信処理のフロー図である。
【００４４】
始めに、ＤＲＣＰプロトコルの概略フローについて説明する。
基地局１０２は、直前のスロット２０１の要求アクセスチャネル２０３により端末１０３が基地局１０２へ送信したデータ送信チャネルの予約要求に対して、要求アクセス応答チャネル２０２により、その結果を全端末１０３へ通知する（Ｓ３０１）。
【００４５】
全端末１０３は、要求アクセス応答チャネル２０２から受信した予約への応答に従って（Ｓ５０２）、バイナリースタックの更新を行う（Ｓ５０３）。その結果、自端末が送信可能となった場合（Ｓ５０６，Ｓ５０７）、送信すべきデータがあれば、要求アクセスチャネル２０３により予約を送信する（Ｓ４０４，Ｓ４０５）。
【００４６】
基地局１０２は、要求アクセスチャネル２０３から受信した予約（Ｓ３０２）及び受信済みの予約に基づいて、データ送信チャネル２０４を割当て（Ｓ３０４）、その端末情報をデータ送信許可チャネルにより通知する（Ｓ３０５）。予約が全く無い場合は、データ送信許可チャネルを用いず、直ちにＳ３０１へ戻る（Ｓ３０３）。
【００４７】
データ送信チャネル２０５を割当てられた端末１０３は（Ｓ４０８，Ｓ４０９）、データをデータ送信チャネル２０５により送信する（Ｓ４１０）。その際、未だ送信すべきデータがある場合は（Ｓ４１１）、ピギーバック要求フラッグをセットする。次のいずれかの場合（セル間通信の場合）、基地局１０２は中継する必要が無いので、Ｓ３０１へ戻る（Ｓ３０７）。
（ａ）送信先がセル外の端末の場合。
（ｂ）基地局が送信（即ち、送信元がセル外の端末で基地局が中継）の場合。
【００４８】
直接データ送信先の端末がデータを正常に受信した場合（Ｓ５１２）、データ応答スロット２０６により基地局１０２へ正常受信応答をする（Ｓ５１３）（この正常受信応答は、送信元の端末１０３が受信する必要は無い）。送信先の端末１０３がデータを正常に受信来なかった場合は、空チャネルとなる。正常受信応答した場合は、Ｓ３０１へ戻る（Ｓ３１０）。
【００４９】
データ応答スロット２０６に正常受信応答が無かった場合（Ｓ３１１）、基地局１０２は、基地局中継用データ送信スロット２０７によりデータを中継する（Ｓ３１２）。そして、Ｓ３０１に戻る。
【００５０】
なお、要求アクセス応答チャネル２０２が要求アクセスチャネル２０３よりタイムスロット２０１内で先行する理由は、基地局１０２がスロット構成を動的に決定し、そのチャネル・シーケンスを要求アクセス応答チャネル２０２とデータ送信許可チャネル２０４を用いて端末１０３に通知するためである。
【００５１】
端末１０３は、送信処理と受信処理の２つから構成される。まず、図４に示す端末１０３の送信処理フローの詳細について説明する。
データの発生により、送信データ無しのアイドル状態（Ｓ４０１）から予約送信待ち状態（Ｓ４０３）に移行する（Ｓ４０２）。
【００５２】
予約送信待ち状態（Ｓ４０３）で、図５に示す受信処理からの通知の種類により処理は下記の２つ分れる。
（ａ）通知が予約送信許可の場合（Ｓ４０４）は、要求アクセスチャネルにより予約を送信し（Ｓ４０５）、再び予約送信待ち状態に戻る（Ｓ４０３）。
（ｂ）通知が予約受付完了の場合（Ｓ４０６）は、データ送信待ち状態に移行する（Ｓ４０７）。
（ｃ）通知がデータ送信許可の場合（Ｓ４０８）は、データ送信待ち状態でデータ送信許可の通知を受けた時と同じ処理へ移行する（Ｓ４１０）。
【００５３】
データ送信待ち状態（Ｓ４０７）で、図５に示す受信処理よりデータ送信許可を通知されると（Ｓ４０８）、今回送信するデータ以外に未だ送信データが有るか否かにより処理は下記の２つ分れる。
（ａ）送信データが未だ有る場合は、データ送信チャネル２０５中の継続要求、つまり、ピギーバック要求フラッグをオンにしてデータを送信し（Ｓ４１０）、再びデータ送信待ち状態（Ｓ４０７）へ戻る（Ｓ４１１）。
（ｂ）送信データがもう無い場合は、ピギーバック要求フラッグをオフにしてデータを送信し（Ｓ４１０）、アイドル状態（Ｓ４０１）へ戻る（Ｓ４１２）。
【００５４】
上記のアイドル（Ｓ４０１）、予約待ち（Ｓ４０３）、または、データ送信待ち（Ｓ４０７）の３つの状態の何れの場合でも、図５に示す受信処理よりデータ直接受信を通知されると（Ｓ５１２，Ｓ５１３，Ｓ４１３，Ｓ４１５，Ｓ４１７）、データ応答チャネル２０６によりデータ受信応答を基地局１０２へ送信し（Ｓ４１４，Ｓ４１６，Ｓ４１８）、元の状態に戻る（Ｓ４０１，Ｓ４０３，Ｓ４０７）。
【００５５】
次に、図５に示す端末の受信処理フローの詳細について説明する。
モバイル端末１０３の受信処理は常に受信待ち状態にある（Ｓ５０１）。
【００５６】
要求アクセス応答チャネル２０２により基地局１０２から予約に対する応答を受信した場合（Ｓ５０２）、端末１０３は、その応答に従ってバイナリースタックの更新を行う（Ｓ５０３）（スタックの更新方式としては、例えば、先行文献１２による方式が考えられる）。
【００５７】
更に、条件により処理は下記の３つに分れる。
（ａ）受信した応答が自端末の予約に対する受付通知ならば（Ｓ５０４）、図４に示す送信処理へ予約受付完了を通知し（Ｓ５０５，Ｓ４０６）、受信待ち状態（Ｓ５０１）へ戻る。
（ｂ）また、バイナリースタックを更新した結果、直後の要求アクセスチャネルで自端末が予約送信可能ならば（Ｓ５０６）、図４に示す送信処理へ予約送信許可を通知し（Ｓ５０７，Ｓ４０４）、受信待ち状態（Ｓ５０１）へ戻る。
（ｃ）上記の２つの当てはまらない場合は、そのまま受信待ち状態（Ｓ５０１）へ戻る。
【００５８】
データ送信許可チャネル２０４により基地局１０２から自端末１０３へのデータ送信許可を受信した場合（Ｓ５０８）、送信処理へデータ送信許可を通知し（Ｓ５０９，Ｓ４０８，Ｓ４０９）、受信待ち状態（Ｓ５０１）へ戻る。
【００５９】
自端末へのデータを受信した場合（Ｓ５１０）、データの受信処理を行う（Ｓ５１１）。更に、直接他の端末からデータを正常に受信した場合（Ｓ５１２）には、図４に示す送信処理へデータ直接受信を通知する（Ｓ５１３，Ｓ４１３，Ｓ４１５，Ｓ４１７）。受信待ち状態（Ｓ５０１）へ戻る。
【００６０】
実施の形態２．
本実施の形態では、ＤＱＲＵＭＡを改良し、端末送信−基地局受信のアップリンクと基地局送信−端末受信のダウンリンクを時分割多重により１周波数帯で共用し、更に、タイムスロット構成を動的に変更するようにした方式（ＤＱＲＵＭＡ改）を説明する。
【００６１】
図６に、アップリンクとダウンリンクが同一周波数帯を時分割多重する本実施の形態に係るタイムスロット構成図を示す。
先行技術であるＤＱＲＵＭＡでは、２周波数帯を使用する時は１つのデータ送信チャネル全体を複数の予約アクセスチャネルに変換しているが、本実施の形態では、実施の形態１（ＤＲＣＰ）と同様に、タイムスロット構成を動的に変更するチャネル効率の良い方式を提供する。
【００６２】
本実施の形態は、実施の形態１（ＤＲＣＰ）を簡略化した方式であり、実施の形態１における図３の基地局フローのＳ３０７，Ｓ３０９，Ｓ３１０の処理を省き、図４の端末の送信処理フローのＳ４１３，Ｓ４１４，Ｓ４１５，Ｓ４１６，Ｓ４１７，Ｓ４１８を省き、図５の端末の受信処理のフローのＳ５１２，Ｓ５１３を省くことにより実現することができる。
【００６３】
最後に、シミュレーションにより実施の形態１（ＤＲＣＰ）の性能と、実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）の性能とを比較して評価した結果を説明する。
【００６４】
なお、アクセス方式の性能評価においては、最悪値も重要なファクタであるが、バイナリースタックアルゴリズムに従い、全モバイル端末１０３が予約を送信する際に、端末１０３の識別子をずらすなどして負荷の平滑化を図ることを前提に、ここでは平均値により評価する。また、バイナリスタックアルゴリズムには、様々な改良型の方式が提案されている（先行文献２、先行文献３、先行文献７）が、本シミュレーションでは最上位のスタックに含まれる端末グループだけが要求を送信する基本的なアルゴリズムを用いる（Ｓ５０３）。
【００６５】
シミュレーションで想定した主な前提条件とパラメータは、次の通りである。
（１）システムは１２８端末で構成され、全端末が同一のトラフィック特性を持つ。
（２）送信メッセージは固定長でポアソン到着に従って発生するものとする。
（３）４種類の制御チャネルは各々チャネル識別子２ビット、端末識別子等の情報８ビットの合計１０ビット、Ｔ単位時間とする。
（４）データ送信チャネルは、４２５ビット（５３バイトの１ＡＴＭセル＋１ビットのピギーバック要求フラッグ）を送信し、２５Ｔ単位時間とする。
（５）送信データのチャネルに対するガードタイム、伝播遅延時間、及び、端末１０３と基地局１０２のＤＲＣＰプロトコル等の処理時間は考慮しない。
（６）データ送信チャネルの端末１０３への割当ては、ラウンドロビンにて行う。
（７）端末相互間の直接通信は送受信エラーが発生し、基地局１０２とモバイル端末１０３間の通信は、１００％正常に送受信されるものとする。
（８）送信先端末１０３がセル外の場合、端末１０３でのメッセージ発生から同一セル内の基地局１０２受信迄のシミュレーションを行う。
（９）送信元端末１０３がセル外の場合、セル外からのメッセージの基地局１０２受信から端末１０３受信迄のシミュレーションを行う。その際、基地局１０２も端末１０３の１つとしてデータ送信チャネルを予約してからデータを中継するものとする。
（１０）先行技術であるＤＱＲＵＭＡの制御チャネルは、端末識別子等の情報８ビットであるが、実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）では、実施の形態１（ＤＲＣＰ）と同様、Ｔ単位時間とする。
【００６６】
実施の形態１（ＤＲＣＰ）と実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）の評価結果を図８から図１２に示す。
【００６７】
なお、本シミュレーションのスループット、遅延の９５％片側信頼区間幅は、それぞれ標本平均の１％、４％以下である。
【００６８】
図７は、実施の形態１（ＤＲＣＰ）と実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）どちらにとっても一番厳しい条件となる１メッセージ１ＡＴＭセルのシミュレーション結果で、セル外率（ｒ_cross）０％の場合の直接通信成功率（ＳｕｃｃｅｓｓＲａｔｅ）０，５，１０，１５，２０，３０，５０％における実施の形態１（ＤＲＣＰ）と実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）に関する平均遅延対スループットを比較した図である。
実施の形態１（ＤＲＣＰ）にとって最悪の条件となる直接通信成功率０％の場合７０２、低スループット時の平均遅延時間は、実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）７０１より約Ｔ単位時間劣る。この差の平均遅延時間全体に対する割合は、僅か４％である。これは、実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）には無い実施の形態１（ＤＲＣＰ）のデータ応答チャネル２０６分の遅延であることは、図２と図６の実施の形態１（ＤＲＣＰ）、実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）それぞれのスロット構成からも確認できる。しかし、直接通信成功率が高くなるに従い、基地局中継用データ通信チャネル２０７を省略した効果が現れて、高スループット時は勿論、低スループット時も平均遅延は実施の形態１（ＤＲＣＰ）は、実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）より優れた特性を示す。スループットに関しても、直接通信成功率０％の場合７０２、その最大値は２％実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）７０１より劣る。これも、遅延の場合と同様に、データ応答チャネル分の劣化である。しかし、直接通信成功率が高くなるに従い、実施の形態１（ＤＲＣＰ）のスループットは高くなり、直接通信成功率５％以上（７０３〜７０８）では、実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）７０１より高い。
【００６９】
これは、直接通信により基地局中継用データ送信チャネル２０７を省略した効果である。実施の形態１（ＤＲＣＰ）が実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）と最大スループットが等しくなる直接通信成功率ｐ（％）は、タイムスロットの構成から、

となり、これよりｐ＝４となる。この値は、シミュレーションの結果とほぼ一致している。
【００７０】
更に、実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）のスループットの限界値は０．５（先行文献１２の１．０に対応する）であるが、実施の形態１（ＤＲＣＰ）は、直接通信成功率２０％以上になる場合は、図７の通り５０％を超えることも可能となる。これは、実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）では、基地局中継用データ送信チャネル６０６を省略しないのに対して、実施の形態１（ＤＲＣＰ）では、基地局中継用データ送信チャネル２０７を省略するためである。
【００７１】
図８は、１メッセージ２ＡＴＭセル、セル外率０％の場合の直接通信成功率０，５，１０，１５，２０，３０，５０％における実施の形態１（ＤＲＣＰ）と実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）に関する平均遅延対スループットを比較した図である。
この場合も、１メッセージ１ＡＴＭセルの場合と同様に、実施の形態１（ＤＲＣＰ）と実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）の性能特性の差は明らかである。
【００７２】
遅延を送信端末１０３にメッセージが発生してから基地局１０２にデータ送信チャネルの予約要求が届くまでの時間（アクセス遅延と呼ぶ）と、基地局１０２が要求を受付けてから受信端末にメッセージが到着するまでの時間（サービス遅延と呼ぶ）に分ける。この２つの遅延に分解して実施の形態１（ＤＲＣＰ）の平均遅延対スループットを、直接通信成功率０％でメッセージ長（ＭＬ）が１ＡＴＭセルの場合（ＭＬ：１）と、２ＡＴＭセルの場合（ＭＬ：２）について、図９に示す。
要求が殆ど輻輳しない平均遅延が５００Ｔ単位時間以下で、１メッセージ１ＡＴＭセルと１メッセージ２ＡＴＭセルを比較すると、アクセス遅延はほぼ一致している（９０１，９０２）。これは、要求アクセス応答チャネルと要求アクセスチャネル２０２，６０２が必須のタイムスロット構成により、メッセージ長がアクセス遅延に与える影響が少ないことを示している。一方、メッセージ長がサービス遅延に与える影響は大きく（９０３，９０４）、その差がほぼ平均遅延の差になっている（９０５，９０６）。
【００７３】
次に、セル外率３０％の場合の直接通信成功率０，５，１０，１５，２０，３０％における実施の形態１（ＤＲＣＰ）の平均遅延対スループットについて評価する。
図１０と図１１は、それぞれ１メッセージ１ＡＴＭセルの場合と、１メッセージ２ＡＴＭセルの場合のシミュレーション結果である。これらは、図７及び図８と比較すると明らかな通り、セル外率が高くなるに従い、高性能となることを示している。これは、実施の形態１（ＤＲＣＰ）の基地局中継用データ送信チャネル２０７とデータ応答チャネル２０６を省略した効果である。実施の形態１（ＤＲＣＰ）は、セル内通信と同じプロトコルを用いてセル間通信も同時に処理することを可能とし、端末間直接通信とセル間通信により高スループット低遅延を実現している。
【００７４】
上記のシミュレーションでは、モバイル端末１０３と基地局１０２間、あるいは、モバイル端末１０３相互間の伝播遅延時間を無視して評価してきた。しかし、セルが大きくなり伝播遅延時間が無視できなくなると、ＤＲＣＰもＤＱＲＵＭＡも性能が低下する。ラウンドトリップディレイがデータ伝送時間より大きくなる場合、固定長タイムスロットを用い、アップリンクとダウンリンクにそれぞれ別の周波数帯を利用する基本型のＤＱＲＵＭＡプロトコルは、容易にプロトコルを拡張して性能の低下を回避することが可能となる。即ち、ＤＱＲＵＭＡは、“ｔｉｍｅ−ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ”等の多重化により、スループットの低下を回避できる。
一方、ＤＲＣＰプロトコルは、タイムスロットを構成するチャネルシーケンスがメッセージの発生により変化しスロット長が動的に変る為、ラウンドトリップディレイがデータ伝送時間より大きくなる場合でも、多重化することにより性能の低下を回避することは難しい。１Ｍｂｐｓの伝送レート、ショートＡＴＭセル（４２４ビット）を想定する場合、データ伝送時間（４２４μｓｅｃ）は直径６３．６ｋｍ以内にある端末のラウンドトリップディレイより大きい。従って、直径６３．６ｋｍ以上のセルの場合、ＤＲＣＰはＤＱＲＵＭＡに対して不利となる。しかし、周波数の有効利用や端末のパワーの面からセルは小型化の傾向にあり、また、実際のシステムでは、ラウンドトリップディレイはデータ伝送時間より小さい（先行文献１２）。
【００７５】
ＤＲＣＰを無線パケットネットワークで利用する他の多重アクセスプロトコルと、その性能等を比較検討する。
ＲｅｓｏｕｒｃｅＡｕｃｔｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ（ＲＡＭＡ）（先行文献１４）とＰａｃｋｅｔＲｅｓｅｒｖａｔｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ（ＰＲＭＡ）（先行文献１５）は、既に先行文献１２でＤＱＲＵＭＡと比較している。
ＲＡＭＡは基地局１０２が端末１０３のメッセージの発生を知るのにＤＱＲＵＭＡより多くの時間がかかり、ＰＲＭＡは一連のデータ送信の最後のデータ送信チャネルを無駄にする等の理由により、遅延−スループット特性等に関してＤＱＲＵＭＡがＲＡＭＡ及びＰＲＭＡより優っていることを先行文献１２は示している。
従って、ＤＱＲＵＭＡに優る性能特性を持ち、基地局１０２が各データ送信チャネルを、その都度端末１０３に割当て制御する等ＤＱＲＵＭＡの殆ど全ての特性を継承しているＤＲＣＰも、ＲＡＭＡとＰＲＭＡより優れた特性を持つといえる。
【００７６】
より最近の研究では、衝突をデータ送信チャネルの予約時に限定した予約パケットを利用する方式にＰＲＭＡを改善したＰＲＭＡ＋＋（先行文献１６）、ＰＲＭＡ＋＋を発展させて音声とデータを統合制御するＳｅｒｖｉｃｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＲａｄｉｏＡｃｃｅｓｓ（ＳＩＲ）（先行文献１７）、更に、音声、データに加えビデオも統合するＳＩＲ＋＋（先行文献１８）が提案されている。ＤＲＣＰはＤＱＲＵＭＡと同様、各データ送信チャネルをそのチャネルが使用される直前に、その都度基地局１０２が端末１０３に割当てるので、自由度の高い割付方式が可能となり、マルチメディア通信に適した方式といえる。
【００７７】
しかし、ＤＲＣＰはデータ送信チャネルの要求アクセス方式を主に提案し、データ送信チャネルの割付方式の具体的な提案は含んでいない。
【００７８】
従って、ここでは、要求アクセス方式の回線効率に限定して比較する。
端末送信−基地局受信のアップリンクと基地局送信−端末受信のダウンリンクを分離したＰＲＭＡ＋＋を始めとするこれらのプロトコルは、理想的な回線効率を実現できた場合でも、そのスループットはＤＱＲＵＭＡと同様に０．５を超えることは不可能である。
【００７９】
これに対して、ＤＲＣＰのスループットが０．５となる直接通信成功率ｑ（％）は、

からｑ＝９．２８となる。即ち、直接通信成功率とセル外率合わせて１０％以上の場合は、少なくともアップリンクとダウンリンクを分離するこれらのプロトコルよりＤＲＣＰは回線効率が良いといえる。
【００８０】
以上のように、本発明は、主にＤＱＲＵＭＡを改良し、よりチャネル効率の良い多重アクセスプロトコル（ＤＲＣＰ：ＤｉｒｅｃｔａｎｄＲｅｌａｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌｖｉａＷｉｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋｓ）に関するものである。実施の形態１（ＤＲＣＰ）では、１つの周波数帯を用いて、同一セル内のモバイル端末１０３間でパケットを直接送受信することができなかった場合に限り、基地局１０２がそのパケットを中継する。直接通信に成功した場合には、基地局中継用チャネルを省略し、スループットを向上させている。この結果、実施の形態１（ＤＲＣＰ）の性能は、直接通信の成功率が５％以上で実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）を超えることを示した。更に、実施の形態１（ＤＲＣＰ）は、セルに跨る通信でも、送受信端末がある各セル内ではセル内通信と同じプロトコルを用いてセル間通信も同時に処理することを可能とし、双方のセルでセル内通信に用いる基地局中継用チャネルを省くことにより、高スループット低遅延を実現している。
なお、ＷｉｒｅｌｅｓｓＡＴＭへ適用するために、ＡＢＲ及びＣＢＲ，ＵＢＲ，ＶＢＲへのチャネル割当方式等を検討することも考えられる。
【００８１】
【発明の効果】
近年の移動体通信においては、ＰＨＳのトランシーバ機能のように、１つのセル内のモバイル端末１０３間で直接データを送受信する（直接通信と呼ぶ）ことが可能になりつつある。また、効率的に周波数を利用するために、セルは小型化の傾向にある。従って、直接通信が成功する確率（直接通信成功率と呼ぶ）は、端末１０３間の距離に依存するが、低くないと考えられる。実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）では、全ての通信を基地局が中継するが、実施の形態１（ＤＲＣＰ）では、直接通信ができなかった場合に限り地局がデータを中継し、モバイル端末１０３間で直接正常に通信できた場合には、基地局１０２の中継を省略する。この中継用データ送信チャネルを省略することにより、高性能化と低遅延化を図ることが、本発明の第一の特徴である。
【００８２】
更に、セルの小型化により、異なるセルのモバイル端末間で通信する確率（セル外率と呼ぶ）も高くなる。ここでは、同一セル内の端末１０３間の通信をセル内通信、異なるセルの端末１０３間での通信をセル間通信と呼ぶ。セル間通信の場合、端末１０３が送信したデータを基地局１０２は、セル内通信とは別の無線周波数帯、もしくは別の通信媒体を使用して送信先の端末があるセルの基地局１０２へ送信すると仮定する。その際、送信側のセルではセル内通信の基地局１０２から端末１０３へデータを中継するダウンリンクのデータ送信チャネルを省略し、受信側のセルでは、端末１０３から基地局１０２へデータを送信するアップリンクのデータ送信チャネルへ基地局１０２も送信し、ダウンリンクチャネルを省略する。即ち、セル間通信でも、各セル内ではセル内通信と同一のプロトコルに従い、双方のセルでセル内通信に用いる基地局中継用チャネルを省くことにより、高スループット低遅延を実現していることが本発明の第二の特徴である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１（ＤＲＣＰ）における無線ネットワークの構成図である。
【図２】実施の形態１（ＤＲＣＰ）におけるタイムスロット構成図である。
【図３】実施の形態１（ＤＲＣＰ）における基地局処理のフロー図である。
【図４】実施の形態１（ＤＲＣＰ）における端末の送信処理のフロー図である。
【図５】実施の形態１（ＤＲＣＰ）における端末の受信処理のフロー図である。
【図６】実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）におけるタイムスロット構成図である。
【図７】実施の形態１（ＤＲＣＰ）及び実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）のシミュレーションによるスループットに対する遅延特性を示す図である。
【図８】実施の形態１（ＤＲＣＰ）及び実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）のシミュレーションによるスループットに対する遅延特性を示す図である。
【図９】実施の形態１（ＤＲＣＰ）及び実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）のシミュレーションによるスループットに対するアクセス遅延とサービス遅延特性を示す図である。
【図１０】実施の形態１（ＤＲＣＰ）及び実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）のシミュレーションによるスループットに対する遅延特性を示す図である。
【図１１】実施の形態１（ＤＲＣＰ）及び実施の形態２（ＤＱＲＵＭＡ改）のシミュレーションによるスループットに対する遅延特性を示す図である。
【図１２】ＤＱＲＵＭＡプロトコルのタイムスロット構成図である。
【符号の説明】
１０１セル、１０２基地局、１０３端末、２０１ＤＲＣＰのタイムスロット、２０２要求アクセス応答チャネル、２０３要求アクセスチャネル、２０４データ送信許可チャネル、２０５データ送信チャネル（継続要求付）、２０６データ応答チャネル、２０７基地局中継用データ送信チャネル、２０８送信データが全く無い時のタイムスロット、２０９データ送信先がセル外、または送信元が基地局のタイムスロット、２１０宛先端末がデータを直接正常に受信した時のタイムスロット、２１１基地局中継時のタイムスロット、６０１ＤＱＲＵＭＡの１周波数帯利用時タイムスロット、６０２要求アクセス応答チャネル、６０３要求アクセスチャネル、６０４データ送信許可チャネル、６０５モバイル端末用データ送信チャネル（ピギーバック付）、６０６基地局用データ送信チャネル、６０７送信データが全く無い時のタイムスロット、６０８データ送信時のタイムスロット、１２０１タイムスロット、１２０２アップリンクのタイムスロット、１２０３ダウンリンクのタイムスロット、１２０４要求アクセスチャネル（ランダムアクセス）、１２０５ピギーバック要求（コンテンションフリー）、１２０６データ送信チャネル、１２０７要求アクセス応答チャネル、１２０８データ送信許可チャネル、１２０９データ送信チャネル。

Claims

複数のチャネルから構成される可変長のタイムスロットの構成を動的に決定するタイムスロット構成決定部を有する基地局であって、
各タイムスロットは、データをセル内の端末から受信するためのデータ送信チャネルと、データ送信チャネルの予約をセル内の端末から受け付けるための要求アクセスチャネルとを含み、
上記基地局は、さらに、
要求アクセスチャネルにより受け付けたデータ送信チャネルの予約であって未だデータ送信チャネルを割り当てていない予約が無いかどうかを判定する未割り当て予約判定部を有し、
タイムスロット構成決定部は、
未割り当て予約判定部により未だデータ送信チャネルを割り当てていない予約が無いと判定された場合には、タイムスロットからデータ送信チャネルを省くことを決定するデータ送信チャネル省略決定部を有することを特徴とする基地局。
各タイムスロットは、さらに、要求アクセスチャネルにより受け付けたデータ送信チャネルの予約に対して割り当てたデータ送信チャネルの使用許可をセル内の端末へ通知するためのデータ送信許可チャネルを含み、
タイムスロット構成決定部は、未割り当て予約判定部により未だデータ送信チャネルを割り当てていない予約が無いと判定された場合には、タイムスロットからデータ送信許可チャネルを省くことを決定することを特徴とする請求項１記載の基地局。
タイムスロット構成決定部は、各タイムスロット内で、データ送信チャネルを、要求アクセスチャネルより後に配置することを決定することを特徴とする請求項１又は２記載の基地局。
タイムスロット構成決定部は、各タイムスロット内で、データ送信許可チャネルを、要求アクセスチャネルより後に配置し、データ送信チャネルを、データ送信許可チャネルより後に配置することを決定することを特徴とする請求項２記載の基地局。
各タイムスロットは、さらに、要求アクセスチャネルによりデータ送信チャネルの予約を受け付けたことの通知をセル内の端末へ返信するための要求アクセス応答チャネルを含み、
タイムスロット構成決定部は、各タイムスロット内で、要求アクセス応答チャネルを、要求アクセスチャネルより先に配置することを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の基地局。
複数のチャネルから構成される可変長のタイムスロットの構成を動的に決定するタイムスロット構成決定部を有する基地局であって、
各タイムスロットは、データをセル内の端末から受信するためのデータ送信チャネルと、データ送信チャネルにより受信したデータをセル内の他の端末へ中継するための基地局中継用データ送信チャネルとを含み、
上記基地局は、さらに、
データ送信チャネルにより受信したデータがセル外の端末宛のデータであるかどうかを判定するセル間通信判定部を有し、
タイムスロット構成決定部は、
セル間通信判定部によりセル外の端末宛のデータであると判定された場合には、タイムスロットから基地局中継用データ送信チャネルを省くことを決定する基地局中継用データ送信チャネル省略決定部を有することを特徴とする基地局。
データ送信チャネルは、セル外の端末からのデータをセル内の端末へ中継するためのチャネルとしても使用可能であり、
セル間通信判定部は、さらに、
データ送信チャネルによりセル外の端末からのデータを中継したかどうかを判定する基地局データ送信判定部を有し、
基地局中継用データ送信チャネル省略決定部は、基地局データ送信判定部によりセル外の端末からのデータを中継したと判定された場合には、タイムスロットから基地局中継用データ送信チャネルを省くことを決定することを特徴とする請求項６記載の基地局。
各タイムスロットは、さらに、データをセル内の端末から上記基地局を介さずに直接正常に受信したことの通知をセル内の他の端末から受信するためのデータ応答チャネルを含み、
タイムスロット構成決定部は、セル間通信判定部によりセル外の端末宛のデータであると判定された場合には、タイムスロットからデータ応答チャネルを省くことを決定することを特徴とする請求項６又は７記載の基地局。
タイムスロット構成決定部は、各タイムスロット内で、基地局中継用データ送信チャネルを、データ送信チャネルより後に配置することを決定することを特徴とする請求項６から８のいずれか記載の基地局。
タイムスロット構成決定部は、各タイムスロット内で、データ応答チャネルを、データ送信チャネルより後に配置することを決定することを特徴とする請求項８記載の基地局。
複数のチャネルから構成される可変長のタイムスロットの構成を動的に決定するタイムスロット構成決定部を有する基地局であって、
各タイムスロットは、データをセル内の端末から受信するためのデータ送信チャネルと、データ送信チャネルにより受信したデータをセル内の他の端末へ中継するための基地局中継用データ送信チャネルと、データをセル内の端末から上記基地局を介さずに直接正常に受信したことの通知をセル内の他の端末から受信するためのデータ応答チャネルとを含み、
上記基地局は、さらに、
データ応答チャネルにより、データを直接正常に受信したことの通知をセル内の他の端末から受信する直接正常受信通知受信部を有し、
タイムスロット構成決定部は、
直接正常受信通知受信部によりデータを直接正常に受信したことの通知が受信された場合には、タイムスロットから基地局中継用データ送信チャネルを省くことを決定する基地局中継用データ送信チャネル省略決定部を有することを特徴とする基地局。
タイムスロット構成決定部は、各タイムスロット内で、基地局中継用データ送信チャネルを、データ応答チャネルより後に配置することを決定することを特徴とする請求項１１記載の基地局。
タイムスロット構成決定部は、タイムスロット毎にタイムスロットの構成を決定することを特徴とする請求項１から１２のいずれか記載の基地局。
複数のチャネルから構成される可変長のタイムスロットを用いて基地局とデータの通信を行なうとともに、セル内の他の端末と基地局を介さずに直接データの通信を行なう端末であって、
各タイムスロットは、データを基地局へ送信するためのデータ送信チャネルと、データ送信チャネルによりセル内の他の端末から基地局へ送信されたデータを基地局から受信するための基地局中継用データ送信チャネルと、データをセル内の他の端末から直接正常に受信したことの通知を基地局へ送信するためのデータ応答チャネルとを含み、
上記端末は、
データをセル内の他の端末から直接正常に受信したかどうかを判定する直接正常受信判定部と、
直接正常受信判定部によりデータを直接正常に受信したと判定された場合には、データ応答チャネルにより、データをセル内の他の端末から直接正常に受信したことの通知を基地局へ送信することで、基地局にタイムスロットから基地局中継用データ送信チャネルを省くことを決定させる直接正常受信通知送信部とを有することを特徴とする端末。
複数のチャネルから構成される可変長のタイムスロットを用いて端末と基地局との間でデータの通信を行なう通信方法であって、
各タイムスロット内には、セル内の端末がデータを基地局へ送信するためのデータ送信チャネルと、セル内の端末がデータ送信チャネルの予約を基地局へ要求するための要求アクセスチャネルとが配置可能であり、
上記通信方法は、
基地局が、タイムスロット内に、要求アクセスチャネルを配置する工程と、
基地局が、タイムスロット内に配置した要求アクセスチャネルにより、データ送信チャネルの予約をセル内の端末から受け付ける工程と、
基地局が、要求アクセスチャネルにより受け付けたデータ送信チャネルの予約に対してデータ送信チャネルを割り当てる工程と、
基地局が、要求アクセスチャネルにより受け付けたデータ送信チャネルの予約であって未だデータ送信チャネルを割り当てていない予約が無いかどうかを判定する工程と、
基地局が、未だデータ送信チャネルを割り当てていない予約が有ると判定した場合には、タイムスロット内に、データ送信チャネルを配置する工程と、
基地局が、タイムスロット内に配置したデータ送信チャネルにより、データをセル内の端末から受信する工程とを有することを特徴とする通信方法。
複数のチャネルから構成される可変長のタイムスロットを用いて端末と基地局との間でデータの通信を行なう通信方法であって、
各タイムスロット内には、セル内の端末がデータを基地局へ送信するためのデータ送信チャネルと、基地局がデータ送信チャネルにより受信したデータをセル内の他の端末へ中継するための基地局中継用データ送信チャネルとが配置可能であり、
上記通信方法は、
基地局が、タイムスロット内に、データ送信チャネルを配置する工程と、
基地局が、タイムスロット内に配置したデータ送信チャネルにより、データをセル内の端末から受信する工程と、
基地局が、データ送信チャネルにより受信したデータがセル外の端末宛のデータであるかどうかを判定する工程と、
基地局が、データ送信チャネルにより受信したデータがセル外の端末宛のデータでないと判定した場合には、タイムスロット内に、基地局中継用データ送信チャネルを配置する工程と、
基地局が、タイムスロット内に配置した基地局中継用データ送信チャネルにより、データ送信チャネルにより受信したデータをセル内の他の端末へ中継する工程とを有することを特徴とする通信方法。
データ送信チャネルは、基地局がセル外の端末からのデータをセル内の端末へ中継するためのチャネルとしても使用可能であり、
上記通信方法は、さらに、
基地局が、セル外の端末からのデータを他の基地局から受信する工程と、
基地局が、タイムスロット内に配置したデータ送信チャネルにより、他の基地局から受信したセル外の端末からのデータを中継する工程とを有し、
上記基地局中継用データ送信チャネルを配置する工程は、
基地局が、データ送信チャネルによりセル外の端末からのデータを中継しておらず、かつ、データ送信チャネルにより受信したデータがセル外の端末宛のデータでないと判定した場合に、基地局中継用データ送信チャネルを配置することを特徴とする請求項１６記載の通信方法。
複数のチャネルから構成される可変長のタイムスロットを用いて端末と基地局との間でデータの通信を行なうとともに、セル内の端末間で直接データの通信を行なう通信方法であって、
各タイムスロット内には、セル内の端末がデータを基地局へ送信するためのデータ送信チャネルと、基地局がデータ送信チャネルにより受信したデータをセル内の他の端末へ中継するための基地局中継用データ送信チャネルと、セル内の他の端末がデータをセル内の端末から直接正常に受信したことの通知を基地局へ送信するためのデータ応答チャネルとが配置可能であり、
上記通信方法は、
基地局が、タイムスロット内に、データ送信チャネルを配置する工程と、
基地局が、タイムスロット内に配置したデータ送信チャネルにより、データをセル内の端末から受信する工程と、
基地局が、タイムスロット内に、データ応答チャネルを配置する工程と、
基地局が、タイムスロット内に配置したデータ応答チャネルにより、データをセル内の端末から直接正常に受信したことの通知をセル内の他の端末から受信する工程と、
基地局が、データ応答チャネルによりデータを直接正常に受信したことの通知を受信しなかった場合には、タイムスロット内に、基地局中継用データ送信チャネルを配置する工程と、
基地局が、タイムスロット内に配置した基地局中継用データ送信チャネルにより、データ送信チャネルにより受信したデータをセル内の他の端末へ中継する工程とを有することを特徴とする通信方法。