JP4073878B2 - データ伝送システムの下り回線領域のデータ伝送方法 - Google Patents

Description

この発明は、基地局と複数の加入者局との間で時分割多元接続方式により双方向データ通信を行うデータ伝送システムにおける下り回線領域のデータ伝送方法に関する。

ある場所に固定配置され対向機器から配下の全加入者局へのデータを全て受信する１つの基地局と、他の場所に固定配置されそれぞれが端末に接続された複数の加入者局との間で、一定長さ（一定帯域）の無線フレームを用い時分割多元接続方式により双方向データ通信を行う固定無線アクセスシステムというデータ伝送システムが提案されている（特許文献１、２）。

特許文献１には、基地局から複数の加入者局へ送信するデータ量（下りデータ量）と複数の加入者局から基地局へ送信するデータ量（上りデータ量）とに応じて、１通信フレーム中の上り回線と下り回線の帯域幅を動的に変更して、無線フレームの帯域を無駄なく効率よく使用する帯域制御方法が記載されている。

特許文献２には、イーサネット（登録商標）等の通信方式に利用される可変長のデータフレーム（イーサフレームともいう。）のようなランダムに発生するデータを、順序情報付きの固定長のデータに分割しタイムスロットで単一の基地局と複数の加入者局間でデータ伝送を行うデータ伝送装置が記載されている。

さらに、この特許文献２に係る技術では、対向機器から送信されるランダムに発生するデータが基地局の下り加入者局毎送信バッファに蓄積された後、基地局のデータ計測部により、所定バイト単位で均等に分割された（所定長さの）固定長データ単位で下りタイムスロットの要求数として計測される。また、上りタイムスロットの要求数は各加入者局が、各加入者局の上り送信バッファに蓄積されたデータを、加入者局のデータ計測部により、上記所定長さの固定長データ単位で上りタイムスロットの要求数として計測し基地局に通知する。

基地局のスロット割当部は、下りタイムスロットの要求数及び上りタイムスロットの要求数に応じて前記無線フレームの上下データ領域の各タイムスロットを要求数に応じて割り当てる。この割当が、加入者局に、前記無線フレーム中のヘッダ領域を利用して通知され、加入者局は、この割当通知に従い、前記無線フレーム中のデータ領域の割り当てられたタイムスロットに前記所定長さの固定長データを割り当てる。

特開２００３−２７４４４６号公報 特開２００３−２３４７１５号公報

ところで、前記無線フレーム中のデータ領域の変調方式が加入者局により、たとえばＱＰＳＫ変調方式、１６ＱＡＭ変調方式等、異なる変調方式を採用する場合がある。

しかしながら、加入者局の変調方式が異なる場合、この変調方式が異なることを原因として無線区間ではシンボル数が異なる。たとえばある加入者局がＱＰＳＫ変調方式で通信を行い、他の加入者局が１６ＱＡＭ変調方式で通信を行っている場合、スロット割当部においては、所定バイト単位で均等に分割された固定長データ単位が、ＱＰＳＫ変調方式では１バイトが４シンボルに対応し、１６ＱＡＭ変調方式では１バイトが２シンボルに対応するため、シンボル数にすると２倍の差が出ることになる。

そのため、加入者局相互のデータ領域の変調方式が異なる場合、従来のように固定長データ単位で上下の帯域分配とタイムスロットの割当を行うと正常に動作しない。

このことを、例えば下り方向の割当について具体的に説明する（上り方向の割当も同様である。）。例えば、下りデータ領域に分配された帯域が１０００シンボルであるとする。

この場合、ＱＰＳＫ変調方式では、固定長データである、例えば１ＭＡＣフレーム（４００バイト）が２００シンボルに対応し、１６ＱＡＭ変調方式では、１ＭＡＣフレーム（４００バイト）が１００シンボルに対応する。

変調方式がＱＰＳＫ変調方式に固定されている場合には、全帯域が１０００シンボルであるため、ＭＡＣフレームに換算すると５ＭＡＣフレームとなる。このため、下りのタイムスロット割当でスロットを割り当てるのは５回ということになる（図１０Ａ参照）。

また、変調方式が１６ＱＡＭ変調方式に固定されている場合には、全帯域が１０００シンボルであるため、ＭＡＣフレームに換算すると１０ＭＡＣフレームとなる。このため、下りのタイムスロット割当でスロットを割り当てるのは１０回ということになる（図１０Ｂ参照）。

しかし、下り方向の変調方式がＱＰＳＫ変調方式と１６ＱＡＭ変調方式が混在している場合、下り帯域のシンボル数をＭＡＣフレーム数に換算することができなくなる（図１０Ｃ参照）。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、通信フレームのデータ領域に変調方式が混在する部分が存在しても、所定バイト単位で均等に分割された固定長データを各変調方式毎のデータ領域に合致させて割り当てることを可能とするデータ伝送システムにおける下り回線領域のデータ伝送方法を提供することを目的とする。

この発明の回線領域のデータ伝送方法は、１つの基地局と複数の加入者局間で、ヘッダ領域及びデータ領域を含む一定長さの通信フレームを用い時分割多元接続方式により双方向データ通信を行うデータ伝送システムの下り回線領域のデータ伝送方法において、前記基地局の通信制御回路は、ｎ（ｎは、少なくとも２）種類の変調方式が含まれる複数の加入者局に対して下りヘッダ領域の情報を第１の変調方式で送信した後、所定バイト単位で均等に分割された固定長データを前記第１の変調方式に対応するシンボル数に換算した長さのタイムスロットに割り当てて送信し、その後、第２の変調方式に切り換え、前記所定バイト単位で均等に分割された固定長データを前記第２の変調方式に対応するシンボル数に換算した長さのタイムスロットに割り当てて送信し、以下、順次、第ｎの変調方式まで切り換えて、前記所定バイト単位で均等に分割された固定長データを前記第ｎの変調方式に対応するシンボル数に換算した長さのタイムスロットに割り当てて送信し下りデータ領域の情報を送信することを特徴とする（請求項１記載の発明）。

このため、通信フレームの下りデータ領域に変調方式が混在する部分が存在しても、所定バイト単位で均等に分割された固定長データを第１及び第２の変調方式毎の対応シンボル数単位で各変調方式毎のデータ領域に合致させて各加入者局に送信することができる。

この発明によれば、通信フレームのデータ領域に変調方式が混在する部分が存在しても、所定バイト単位で均等に分割された固定長データを各変調方式毎のデータ領域に合致させて割り当てることができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態が適用された無線通信システム１０の全体的な構成を示している。

この無線通信システム１０は、複数の加入者に対して固定無線アクセスサービスを提供するＰ−ＭＰ（Point to Multi-Point）型として用いられる。

そして、この無線通信システム１０は、基本的には、建物あるいは電柱等に固定された基地局１１と、該固定された基地局１１に対してそれぞれ無線回線の伝送路１５（１）〜１５（３）（代表して伝送路１５という。）を介して双方向通信が可能とされる会社内あるいは家庭内等に配される複数の加入者局２１（１）〜２１（３）（代表して加入者局２１という。）とから構成される。

無線回線の伝送路１５は、基地局１１のアンテナ１２（１）〜１２（３）（代表してアンテナ１２という。）と、複数の加入者局２１のアンテナ２２（１）〜２２（３）（代表してアンテナ２２という。）間の無線通信を通じて確立される。

加入者局２１は、アンテナ２２に接続される高周波回路３２と、変復調回路５１と、通信制御回路３３を有し、通信制御回路３３を介してそれぞれパーソナルコンピュータ等の端末２０（１）〜２０（３）（代表して端末２０という。）に有線または無線で接続されている。各端末２０と各加入者局２１とは一体的な構成とすることができる。

一方、基地局１１は、アンテナ１２に接続される高周波回路１３２と、変復調回路１５１と、通信制御回路３４を有し、通信制御回路３４は、主に有線で、ネットワーク１３を介して、前記の端末２０（１）〜２０（３）のそれぞれの対向機器１４（１）〜１４（３）（代表して対向機器１４という。）に接続されている。

この無線通信システム１０において、各加入者局２１は、無線回線の伝送路１５及び基地局１１を介してネットワーク１３にアクセスすることができる。なお、ネットワーク１３としては、ＷＷＷ（World Wide Web）サーバ等の対向機器１４に接続されたＩＰ（Internet Protocol）網等を使用することができる。また、対向機器１４としては、サーバに限らず、図示しない他の基地局を介して接続される該他の基地局の加入者局（図示していない。）も含まれる。

基地局１１と複数の加入者局２１との間の通信には、ＴＤＤ（Time Division Duplex）／ＴＤＭＡ（Time Division multiple Access ）方式、いわゆる時分割多元接続方式を採用する双方向のデータ通信が可能である。この場合、基地局１１と複数の加入者局２１との間には、共通の無線周波数、たとえば２６［ＧＨｚ］帯が割り当てられ、使用するタイムスロットの違いにより基地局１１と複数の加入者局２１との間での効率的な、輻輳のない通信が可能である。

なお、基地局１１と複数の加入者局２１との間の通信には、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ方式に代替して、後述するＦＤＤ／ＴＤＭＡ方式を採用することができる。また、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ方式あるいはＦＤＤ／ＴＤＭＡ方式のいずれの場合においても、下り方向は、ＴＤＭ（Time Division Multiplex）方式とされ、上り方向はＴＤＭＡ方式とされ、いずれの場合にも時分割多元接続方式が採用される。

図２は、複数の加入者局２１と基地局１１との間での通信を行うためのＴＤＤ方式による無線フレーム（通信フレーム）の構成を示している。１無線フレーム（１通信フレーム）の周期は、１〜１０［ｍｓ］程度のうち、固定の周期、たとえば１［ｍｓ］等に選択される。１無線フレームの周期（長さ）は、ハードウエア等との関係において、より短い周期あるいはより長い周期を選択することも可能である。

１無線フレームは、下り回線領域と上り回線領域とガードタイムＴＳ１６とから構成される。下り回線領域は、下りヘッダ領域ＴＳ１１と下りデータ領域ＴＳ１２を含む。上り回線領域は、基地局１１と各加入者局２１間の伝搬遅延の計測及び認証プロセスに係るコマンド等のための時間帯であるＤＭＦ（Delay Measurement Frame）領域ＴＳ１３とスロット要求領域ＴＳ１４と上りデータ領域ＴＳ１５とを含む。なお、ＤＭＦ領域ＴＳ１３とスロット要求領域ＴＳ１４とは上りヘッダ領域ＴＳ２２を形成する。

１無線フレームの下り回線領域中、下りヘッダ領域ＴＳ１１は、１無線フレーム毎の受信同期信号を生成するためのプリアンブル領域ＴＳ１７と、基地局番号領域ＴＳ１８と、フレーム位置指定領域ＴＳ１９と、ＤＭＦ送信許可及び認証プロセスに係るコマンド等の制御コマンドを含むコマンド領域ＴＳ２０と、スロット割当領域ＴＳ２１とから構成されている。

１無線フレームの下り回線領域中、残りの下りデータ領域ＴＳ１２は、複数のタイムスロットに分割されており、それぞれに、対向機器１４からネットワーク１３を通じて基地局１１に送信されたイーサフレーム等の可変長フレームが、所定バイト単位（この実施形態では、１２８バイト単位）で均等に分割された下り固定長パケット（単に、パケットともいう。）Ｐｄが割り当てられる。各下り固定長パケットＰｄは、加入者局番号Ｐｄ１、隣接パケット有無情報等の再合成情報を含む制御情報Ｐｄ２、実際のデータである固定長データＰｄ３、及び誤り検出符号Ｐｄ４から構成されている。

１無線フレームの上り回線領域中、上りデータ領域ＴＳ１５は、複数のタイムスロットに分割されており、それぞれに、端末２０から加入者局２１に送信されたイーサフレーム等の可変長フレームが、所定バイト単位（この実施形態では、１２８バイト単位）で均等に分割された上り固定長パケット（単に、パケットともいう。）Ｐｕが割り当てられる。各上り固定長パケットＰｕは、ガードタイムＰｕ１、プリアンブルＰｕ２、加入者局番号Ｐｕ３、隣接パケット有無情報等の再合成情報を含む制御情報Ｐｕ４、実際のデータである固定長データＰｕ５、及び誤り検出符号Ｐｕ６から構成されている。

なお、上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５の構成は、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ方式とＦＤＤ／ＴＤＭＡ方式とで共通である。

また、１つの無線フレームを構成する上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５の合計タイムスロット数（帯域）は、一定であるが、スロット要求数（帯域要求）に応じて、１無線フレーム毎に、タイムスロット（帯域）を割り当てる、いわゆるスケジューリングの際に、上りデータ領域ＴＳ１５及び下りデータ領域ＴＳ１２のタイムスロット数（帯域）を動的に変更することができる。

１個の下り固定長パケットＰｄあるいは１個の上り固定長パケットＰｕのデータ長は、たとえば６４バイトあるいは１２８バイトに選択されるが、この実施形態では、上述したように、１２８バイトに選択されている。

この実施形態において、加入者局２１は、無線変調方式として、上下ヘッダ領域ＴＳ１１、ＴＳ２２は、ＱＰＳＫ（Quadrature PSK）変調方式あるいは１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調方式のうち、同一の所定の変調方式、この実施形態では、ＱＰＳＫ変調方式が採用されている。しかし、上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５を構成する各タイムスロットでの変調方式は、加入者局２１毎に、ＱＰＳＫ（Quadrature PSK）変調方式あるいは１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調方式のうち、いずれか一方の変調方式が採用されている。

これに対応して、基地局１１は、上下ヘッダ領域ＴＳ１１、ＴＳ２２では、所定の変調方式、この実施形態ではＱＰＳＫ変調方式で通信を行い、上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５では、タイムスロット毎に加入者局２１の変調方式に合わせた変調方式に切り換えている。変調方式としては、ＱＰＳＫ、及び１６ＱＡＭ等の変調方式が利用される。周知のように、ＱＰＳＫ変調方式では１シンボル（信号要素）で２ビットの情報を伝送することができ、１６ＱＡＭ方式では１シンボルで４ビットの情報を伝送することができる。

なお、加入者局２１の変調方式の種別は、基地局１１と加入者局２１との間の認証確認通信の際に基地局１１により各加入者局２１から取得される。

図３は、上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５において、ＱＰＳＫ変調方式と１６ＱＡＭ変調方式が混在した１無線フレームのフォーマットを示している。下りデータ領域ＴＳ１２が、下りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１２Ａと下り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１２Ｂに分割されている。また、上りデータ領域ＴＳ１５が、上りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１５Ａと上り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１５Ｂに分割されている。

この場合、１無線フレームの長さは固定であるが、下り回線領域と上り回線領域の大きさは上下それぞれの合計スロット要求数（合計タイムスロット要求数）によって変化する。すなわち、下りヘッダ領域ＴＳ１１と上りヘッダ領域ＴＳ２２は固定であり、かつ下りデータ領域ＴＳ１２と上りデータ領域ＴＳ１５の合計は固定であるが、加入者局２１あるいは基地局１１における変調方式ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ毎のスロット要求量により、下りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１２Ａ、下り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１２Ｂ、上りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１５Ａ、上り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１５Ｂの長さは変化する。

ＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１２Ａ、ＴＳ１５Ａと、１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１２Ｂ、ＴＳ１５Ｂではシンボル数の違いによりタイムスロットの長さが異なる。

下りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１２Ａのタイムスロットの長さは、所定バイト単位（この実施形態では、１２８バイト単位）で均等に分割された下り固定長パケットＰｄを構成するビット数（この実施形態では、１２８×８）をＱＰＳＫ変調方式の１シンボルに含まれるビット数「２」で割ったシンボル数（対応シンボル数で５１２シンボル）に対応する長さである。

下り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１２Ｂのタイムスロットの長さは、所定バイト単位（この実施形態では、１２８バイト単位）で均等に分割された下り固定長パケットＰｄを構成するビット数（この実施形態では、１２８×８）を１６ＱＡＭ変調方式の１シンボルに含まれるビット数「４」で割ったシンボル数（対応シンボル数で２５６シンボル）に対応する長さである。

上りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１５Ａのタイムスロットの長さは、所定バイト単位（この実施形態では、１２８バイト単位）で均等に分割された上り固定長パケットＰｕを構成するビット数（この実施形態では、１２８×８）をＱＰＳＫ変調方式の１シンボルに含まれるビット数「２」で割ったシンボル数（対応シンボル数５１２シンボル）に対応する長さである。

上り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１５Ｂのタイムスロットの長さは、所定バイト単位（この実施形態では、１２８バイト単位）で均等に分割された上り固定長パケットＰｄを構成するビット数（この実施形態では、１２８×８）を１６ＱＡＭ変調方式の１シンボルに含まれるビット数「４」で割ったシンボル数（対応シンボル数２５６シンボル）に対応する長さである。

各領域の位置を確定するために、ある周期で送受信される無線フレームの下りヘッダ領域ＴＳ１１のフレーム位置指定領域ＴＳ１９には、スロット割当のタイムスケジューリング結果の、前記ある周期の次の周期で送受信される無線フレームの（１）ＤＭＦ領域ＴＳ１３の開始位置、（２）スロット要求領域ＴＳ１４の開始位置、（３）上りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１５Ａの開始位置、（４）上り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１５Ｂの開始位置、（５）下りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１２Ａの開始位置、（６）下り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１２Ｂの開始位置が記述される。なお開始位置とは、無線フレームの下りヘッダ領域ＴＳ１１のプリアンブル領域ＴＳ１７の先頭位置から当該領域の先頭位置までに経過する時間（シンボル数）である。

また、スロット割当領域ＴＳ２１には、上りデータ領域ＴＳ１５（上りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１５Ａと上り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１５Ｂ）の各タイムスロットを利用する加入者局２１のそれぞれの局番号（加入者局番号）Ｎが記述されている。

図４は、例としての加入者局２１と基地局１１の構成を示す無線通信システム１０を示している。なお、図４において、図１に示したアンテナ１２、２２及びアンテナ１２、２２に接続される送受信機を含む高周波回路３２、１３２，及びこの高周波回路３２、１３２に接続される変復調回路５１、１５１は図示していない。

加入者局２１の通信制御回路３３は、基本的に、ＱＰＳＫ変復調回路からなる変復調回路５１（ヘッダ領域ＴＳ１１、ＴＳ２２、データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５が共にＱＰＳＫ変調方式の加入者局２１）、あるいはＱＰＳＫ変復調回路と１６ＱＡＭ変復調回路の両方からなる変復調回路５１（ヘッダ領域ＴＳ１１、ＴＳ２２がＱＰＳＫ変調方式で、データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５が１６ＱＡＭ変調方式の加入者局２１）と、この変復調回路５１に接続されるＴＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ（ＴＤＤ／ＴＤＭＡ）制御回路５２の他、端末２０に接続される通信インタフェース回路５３、下り受信バッファ６１、上り送信バッファ６２、認証管理部２０２及びパケット数計測部６３を備えている。

パケット数計測部６３は、各加入者局２１の上り送信バッファ６２に蓄積されたパケット数、具体的には、固定長データＰｕ５に制御情報Ｐｕ４等が付加された上り固定長パケット（タイムスロットに割り当てられる固定長データであるので、固定長データともいう。）Ｐｕの数を１無線フレームの周期毎に周期的に計測し、これを上りスロット要求７１の情報（上りスロット要求数）としてＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２に伝達する。この上りスロット要求７１の情報は、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２から図２の１無線フレームのスロット要求領域ＴＳ１４の時間帯で、図４に模式的に示すように、伝送路１５を通じ基地局１１のＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２を介してスロット割当部５４に通知される。

加入者局２１の認証管理部２０２は、例えば１無線フレーム毎に基地局１１と認証処理を行い基地局１１から送信された認証要求に対して認証応答｛パスワード、加入者局名（加入者局番号）、加入者局２１のデータ領域の変調に使用される変調方式（ＱＰＳＫ変調方式か１６ＱＡＭ変調方式か）の区別}を送信する。

ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２は、基地局１１から送信されてくる下り回線領域の下りヘッダ領域ＴＳ１１の情報（ヘッダ情報）に従って下り受信及び上り送信を行う。

基地局（スロット割当装置）１１は、基本的に、ＱＰＳＫ変復調回路及び１６ＱＡＭ変復調回路を有する変復調回路１５１（図１参照）と、この変復調回路１５１に接続されるＴＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ（ＴＤＤ／ＴＤＭＡ）制御回路１５２、ネットワーク１３に接続される通信インタフェース回路１５３、スロット割当部（帯域割当手段）５４、上り加入者局毎受信バッファ６４、下り加入者局毎送信バッファ６５、パケット数計測部６６、認証管理部３０２、及び加入者局毎情報テーブル（識別手段）６８を備えている。

加入者局毎情報テーブル６８には、加入者局２１毎のデータ領域で使用される、変調方式（ＱＰＳＫ変調方式であるか１６ＱＡＭ変調方式であるか）の区別、上りスロット要求数、下りスロット要求数が格納される。

パケット数計測部６６は、下り加入者局毎送信バッファ６５に蓄積された加入者局２１毎のパケット数、具体的には固定長データＰｄ３に制御情報Ｐｄ２を付加した下り固定長パケット（タイムスロットに割り当てられる固定長データであるので固定長データともいう。）Ｐｄの数を１無線フレームの周期毎に周期的に計測し、これを下りスロット要求７３の情報（下りスロット要求数）としてスロット割当部５４に伝達する。

ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２は、図２の１無線フレームのスロット要求領域ＴＳ１４の時間帯で通知された各加入者局２１の上りスロット要求７１の情報を抽出し、スロット割当部５４に伝達する。

基地局１１の認証管理部３０２は、加入者局２１の認証管理部２０２と認証処理を行う。例えば、１無線フレーム毎のコマンド領域ＴＳ２０において加入者局２１に対して認証要求を送り、次の無線フレームのＤＭＦ領域において認証要求を送った加入者局２１からの認証応答｛パスワード、加入者局名（加入者局識別番号Ｎ）、加入者局２１のデータ領域において使用される変調方式の区別（ＱＰＳＫ変調方式か１６ＱＡＭ変調方式か）｝があるかどうかを確認する。認証を確認したとき（実際には認証が確立したときと認証が遮断したとき）、認証管理部３０２は、スロット割当部５４に認証更新通知を送るとともに、加入者局毎情報テーブル６８の内容中、加入者局２１毎の変調方式を更新する。

加入者局２１のＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２は、基地局１１から送信されてくる下り回線領域の下りヘッダ領域ＴＳ１１の情報（ヘッダ情報）に従って下り受信及び上り送信を行う。

スロット割当部５４は、認証管理部３０２からの認証更新通知により認証が確立している加入者局２１毎のパケット数に対応する下りスロット要求（下りスロット要求数）７３及び上りスロット要求（上りスロット要求数）７１の情報を、一旦、加入者局毎情報テーブル６８に格納する。そして、加入者局毎情報テーブル６８に格納された上りスロット要求数、下りスロット要求数及び変調方式に基づいてスケジューリングを行い、スロット割当７２の情報を決定し、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２に通知する。

各加入者局２１に対する、上り方向のタイムスロットの割当(帯域割当)は、図２の１無線フレーム内の下りヘッダ領域ＴＳ１１中、スロット割当領域ＴＳ２１の時間帯において通知される。

ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２は、スロット割当部５４から通知された割当結果であるスロット割当７２に従い、下り送信及び上り受信を行う。

この発明の一実施形態が適用された無線通信システム１０は、基本的には、以上のように構成されかつ動作するものであり、次に、この実施形態の理解を容易にするために、まず、スロット割当処理（帯域割当処理）の詳細を省略したＡ．概括的な全体動作を説明し、次に、Ｂ．スロット割当部５４による詳細動作の順で説明する。

Ａ．概括的な全体動作
端末２０から対向機器１４に対してデータを伝送しようとするとき、端末２０から加入者局２１に供給されるイーサフレームのようなランダムに発生する可変長のデータが、加入者局２１の通信インタフェース回路５３で、上り固定長パケットＰｕに分割される。このとき、通信インタフェース回路５３で、さらに、各上り固定長パケットＰｕに隣接パケット有無情報等の再合成情報を含む制御情報Ｐｕ４や誤り検出符号Ｐｕ６等が付加された上り固定長パケットＰｕとして上り送信バッファ６２に一旦蓄積される。

各上り固定長パケットＰｕに対して、加入者局２１からの、上り送信バッファ６２の蓄積量に基づく上りスロット要求（帯域要求）７１（図４中、上りスロット要求７１は、理解の便宜のため模式的に伝送路１５と並列に描いているが、実際には、無線フレーム中のスロット要求領域ＴＳ１４に含まれて伝送路１５を通じて伝送される。）に応じた基地局１１からのスロット割当領域ＴＳ２１の内容によりスロット（帯域）が割り当てられる。上り送信バッファ６２から読み出された上り固定長パケットＰｕが上りデータ領域ＴＳ１５の割り当てられたタイムスロットで、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２から、変復調回路５１、高周波回路３２、アンテナ２２及び無線回線の伝送路１５を通じて送信側装置として機能する各加入者局２１から基地局１１に対して送信される。

受信側装置として機能する基地局１１側で、アンテナ１２、高周波回路３２、変復調回路１５１及びＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２を通じて受信された各上り固定長パケットＰｕは、一旦、上り加入者局毎受信バッファ６４に格納され、制御情報Ｐｕ４等を基に、通信インタフェース回路１５３でパケットの欠落の有無が検出され、パケットの欠落がなかった場合には再合成され、再合成されたフレームがデータとしてネットワーク１３を通じて対向機器１４に出力される。なお、変復調回路１５１において、ＱＰＳＫ変復調回路あるいは１６ＱＡＭ変復調回路のいずれの変復調回路を使用するかは、無線フレームのフレーム位置指定領域ＴＳ１９で指定した上記の（３）上りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１５Ａの開始位置、（４）上り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１５Ｂの開始位置の情報に基づきＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２により切り換えることができる。

その一方、対向機器１４から端末２０に対してデータを伝送しようとするとき、対向機器１４からネットワーク１３を通じて基地局１１に供給されるデータについても同様であるが、この場合、送信側装置として機能する基地局１１の通信インタフェース回路１５３により、下り固定長パケットＰｄに分割され、その際、各下り固定長パケットＰｄに隣接パケット有無情報等の再合成情報が制御情報Ｐｄ２として付加され、下り加入者局毎送信バッファ６５、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２、アンテナ等、及び伝送路１５を通じて受信側装置として機能する加入者局２１に送信され、該加入者局２１の下り受信バッファ６１に一旦蓄積される。

受信され蓄積された下り固定長パケットＰｄは、該当する加入者局２１の通信インタフェース回路５３で制御情報Ｐｄ２に基づいて再合成され、パケットの欠落の有無が検出され、パケットの欠落がなかった場合には端末２０に伝送される。

以上の説明が、無線通信システム１０の概括的な全体動作の説明である。

次に、Ｂ．図５及び図６のフローチャートを参照して基地局１１のスロット割当部５４の詳細なスロット（帯域）割当動作を説明する。

Ｂ．スロット（帯域）割当詳細動作
スロット割当部５４は、ステップＳ１００において、上りスロット要求７１と下りスロット要求７３により得た加入者局２１毎の上りスロット要求数と下り要求スロット要求数を、各加入者局２１の変調方式毎の１シンボルに含まれるビット数により変調方式毎の対応シンボル数に換算した後、集計することで上り合計要求シンボル数ＡＵＳと下り合計要求シンボル数ＡＤＳを求め、加入者局毎情報テーブル６８の所定アドレスに格納する。なお、加入者局毎情報テーブル６８の内容は、１無線フレーム毎に更新される。

この場合、図７に例として示す加入者局毎情報テーブル６８では、加入者局２１の固有の局番号Ｎに対応してデータ領域で使用される変調方式が管理されており、かつ上りスロット要求数（上りタイムスロット要求数）ＵＮ（Ｎ＝１〜ｘ）及び下りスロット要求数（下りタイムスロット要求数）ＤＮ（Ｎ＝１〜Ｘ）が格納されている。上りスロット要求数ＵＮは、上り固定長パケットＰｕ単位で数量が管理され、下りスロット要求数ＤＮは、下り固定長パケットＰｄ単位で数量が管理されている。

スロット割当部５４は、上り固定長パケットＰｕ単位の上りスロット要求数ＵＮを変調方式毎の１シンボルに含まれるビット数（ＱＰＳＫ変調方式であれば２ビット、１６ＱＡＭ方式であれば４ビット）により変調方式毎の対応シンボル数ＳＵＮ（Ｎ＝１〜ｘ）に換算するとともに、下り固定長パケットＰｄ単位の下りスロット要求数ＤＮを変調方式毎の１シンボルに含まれるビット数により変調方式毎の対応シンボル数ＳＤＮ（Ｎ＝１〜ｘ）に換算する。

上り合計要求シンボル数ＡＵＳは、上りスロット要求の対応シンボル数ＳＵ１〜ＳＵｘの和（集計値）として求められる（ＡＵＳ＝ＳＵ１＋ＳＵ２＋…＋ＳＵｘ）。同様に、下り合計要求シンボル数ＡＤＳは、下りスロット要求の対応シンボル数ＳＤ１〜ＳＤｘの和（集計値）として求められる（ＡＤＳ＝ＳＤ１＋ＳＤ２＋…＋ＳＤｘ）。

次いで、ステップＳ２００において、上下帯域の分配処理が上り合計要求シンボル数ＡＵＳと下り合計要求シンボル数ＡＤＳを使用して行われる。

この場合、下りデータ領域ＴＳ１２と上りデータ領域ＴＳ１５のそれぞれのシンボル数は、上下デフォルト値（上下基準値）が決められている。ここでは上り基準値をＲｕ、下り基準値をＲｄとする。

この上下基準値Ｒｕ、Ｒｄと、各加入者局２１における上下それぞれの合計要求シンボル数ＡＵＳ、ＡＤＳの合計である上下合計要求シンボル数ＡＵＳ＋ＡＤＳに基づいて、上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５のシンボル数を分配する。

すなわち、図８の（ａ）に示すように、上りの合計要求シンボル数ＡＵＳが上り基準値Ｒｕを超えかつ下りの合計要求シンボル数ＡＤＳが下り基準値Ｒｄを超えていた場合（ＡＵＳ＞ＲｕかつＡＤＳ＞Ｒｄ）、あるいは、図８の（ｂ）に示すように、上り合計要求シンボル数ＡＵＳが上り基準値Ｒｕを下回りかつ下り合計要求シンボル数ＡＤＳが下り基準値Ｒｄを下回っていた場合（ＡＵＳ＜ＲｕかつＡＤＳ＜Ｒｄ）には、上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５は、そのまま上記上下基準値Ｒｕ、Ｒｄで分配する（ＴＳ１２→Ｒｕ、ＴＳ１５→Ｒｄ）。

次に、図８の（ｃ）に示すように、下り合計要求シンボル数ＡＤＳのみが下り基準値Ｒｄを超えていた場合には上り合計要求シンボル数ＡＵＳを上りデータ領域ＴＳ１５とし残りのシンボル数（Ｒｕ＋Ｒｄ−ＡＵＳ）を下りデータ領域ＴＳ１２とするように分配する。実際上、図８の（ｃ）に示すように、残ったシンボル数は、上りデータ領域ＴＳ１５に含めている。また、図８の（ｄ）に示すように、上り合計要求シンボル数ＡＵＳのみが上り基準値Ｒｕを超えていた場合には下り合計要求シンボル数ＡＤＳを下りデータ領域ＴＳ１２とし残りのシンボル数（Ｒｕ＋Ｒｄ−ＡＤＳ）を上りデータ領域ＴＳ１５とするように分配する。実際上、図８の（ｄ）に示すように、残ったシンボル数は下りデータ領域ＴＳ１２に含めている。

このように、動的にシンボル数を分配した上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５に対して、ステップＳ３００において、各加入者局２１にタイムスロットを割り当てる。なお、上り合計要求シンボル数ＡＵＳと下り合計要求シンボル数ＡＤＳの和が、図８の（ａ）に示すように、上下基準値Ｒｕ、Ｒｄの和より大きかった場合には、分配されずに残ったシンボル数は、次の無線フレームでラウンドロビン方式で分配される。ここでは、繁雑となるので、上り合計要求シンボル数ＡＵＳと下り合計要求シンボル数ＡＤＳの和が、上下基準値Ｒｕ、Ｒｄの和より小さかったものとして、以下説明する。

図６のフローチャートは、このステップＳ３００のタイムスロット割当処理を示している。

まず、上りのタイムスロットの加入者局２１に対する割当処理をランドロビン方式により行う（下りのタイムスロットの割当処理から行ってもよい）。

ステップＳ１において、上り合計要求シンボル数ＡＵＳが正の値である場合（要求がある場合）、ステップＳ２において、加入者局番Ｎ（最初はＮ＝１）の加入者局２１に割り当てていない上りスロット要求数Ｕｘ（最初は、Ｕｘ＝Ｕ１が残っているかどうかを判断する。

加入者局番Ｎの加入者局２１にスロット要求数Ｕｘが残っている場合、ステップＳ３において、上りデータ領域ＴＳ１５の空きシンボル数が、所定バイト単位で均等に分割された上り固定長パケットＰｕの１個に対応するシンボル数（Ｑｕとする。）以上存在するかどうかが判断される。

存在する場合には、ステップＳ４において、加入者局番Ｎの加入者局２１に、タイムスロットが割り当てられる。

このとき、ステップＳ５において、上り合計要求シンボル数ＡＵＳから、割り当てたシンボル数Ｑｕが減算されるとともに、対応シンボル数ＳＵ１から割り当てたシンボル数Ｑｕが減算され、新たな対応シンボル数ＳＵ１（ＳＵ１←ＳＵ１−Ｑｕ）とされる。なお、この時点で、スロット要求数Ｕｘも１だけ減算される（Ｕｘ←Ｕｘ−１）。

次に、ステップＳ６において、加入者局番Ｎが更新され、次の加入者局番Ｎ＋１の加入者局２１に対してステップＳ２以降の処理が行われる。なお、加入者局番Ｎが最大加入者局番Ｎ（Ｎ＝Ｘ）であった場合には、最小加入者局番Ｎ（Ｎ＝１）に変更する。

このようにして、所定バイト単位で均等に分割された上り固定長パケットＰｕの１個に対応するシンボル数Ｑｕずつ、スロット要求Ｕｘの残っている加入者局２１に対して、ラウンドロビン方式でタイムスロットが割り当てられる。

なお、ステップＳ１において上り合計要求シンボル数ＡＵＳがゼロ値となった場合（要求に対する割当が終了した場合、あるいは要求がゼロ値であった場合）、ステップＳ７において、残った空きシンボル数を下りデータ領域ＴＳ１２の空きシンボル数に加算する。すなわち、上りのデータ領域ＴＳ１５への割当が終了した後、残った空きシンボル数の全て（上りのデータ領域ＴＳ１５で残ったシンボル数と、まだ割り当てていない下りデータ領域ＴＳ１２のシンボル数）を下りの割当で使用する。

また、ステップＳ３において、上りデータ領域ＴＳ１５の空きシンボル数が、所定バイト単位で均等に分割された上り固定長パケットＰｕの１個に対応するシンボル数Ｑｕより小さかった場合には、今回の無線フレームの上りデータ領域ＴＳ１５への割当は中止し、割当残とし、下りの割当終了後に以下に説明するステップＳ１７の処理による見直しをして、それでも割り当てられなかった場合には、次回以降の無線フレームの上りデータ領域ＴＳ２５へ割り当てることとして、ステップＳ１１以降の処理を行う。

なお、この場合においても、ステップＳ７において、残った空きシンボル数を下りデータ領域ＴＳ１２の空きシンボル数に加算して、ステップＳ１１以降の下りの割当処理を行う。

以下、上りの割当処理と同様に、ステップＳ１１〜Ｓ１６において、下りのタイムスロットの加入者局２１に対する割当処理がランドロビン処理により行われる。なお、下りの割当処理において、上りの加入者局番Ｎの変数としての「Ｎ」と下りの加入者局番Ｎの変数としての「Ｎ」は、同じ場合もあるが、通常の場合、異なる。すなわち、この実施形態での上りの加入者局Ｎと下り加入者局Ｎとは、通常、異なる加入者局２１である。上りと下りで「Ｎ」の最大値も、通常、異なる。

下りの割当が終了し、すなわち、ステップＳ１１とステップＳ１３の処理が否定的となった場合、ステップＳ１７において、下りの割当残と、上述した上りでの割当残があるかどうかを確認し、両方とも割当残がある場合には、ステップＳ１８において、下りの割当で残った割当残である空きシンボル数に割当可能な分だけ、上りの割当残となっているタイムスロットを割り当てる。

以上の説明が、スロット（帯域）割当処理の詳細動作である。

なお、この実施形態はＦＤＤ方式にも適用することが可能でありＦＤＤ方式では、加入者局２１では、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２が、ＦＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ制御回路に置換され、基地局１１では、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２が、ＦＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ制御回路に置換される構成とされる（特許文献２の図１０、図１１）。

図９は、ＦＤＤ方式の無線フレームの構成を示している。無線フレームは、図２と図９を参照すれば明らかなように、ＴＤＤ方式では、下り回線と上り回線とが同一周波数を使用して、時間軸上に直列的に分割されているのに対し、ＦＤＤ方式では、下り回線と上り回線に対して異なる周波数を割り当て、時間軸上は並列的に構成されている。

ここで、図９に示す下り無線フレーム中の下りデータ領域は、図２の下りデータ領域ＴＳ１２に示す下り固定長パケットＰｄと同一の構成となっている。

同様に、図９に示す上り無線フレーム中の上りデータ領域は、図２の上りデータ領域ＴＳ１５に示す上り固定長パケットＰｕと同一の構成となっている。

このため、ＦＤＤ方式においても、ＴＤＤ方式と同様に、図５、図６のフローチャート及び図７に示す加入者局毎情報テーブル６８に基づく、同様の処理を行うことができる。

以上説明したように、上述した実施形態によれば、１つの基地局１１と複数の加入者局２１間で、時分割多元接続方式により双方向データ通信を行うデータ伝送システムとしての無線通信システム１０に適用され、ヘッダ領域（上下ヘッダ領域ＴＳ１１、ＴＳ２２）及びデータ領域（上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５）を含む一定長さの無線フレームに含まれるデータ領域（上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５）のタイムスロットに、所定バイト単位で均等に分割された固定長データＰｄ、Ｐｕを基地局１１のデータ割当装置として機能するスロット割当部５４で割り当てる。この場合、加入者局２１毎のデータ領域の変調方式の識別手段としての加入者局毎情報テーブル６８と、この加入者局毎情報テーブル６８を参照して各加入者局２１のデータ領域の変調方式を把握し、把握した変調方式に基づき各加入者局２１へタイムスロットを割り当てるタイムスロット割当手段としてのスロット割当部５４とを有し、スロット割当部５４は、異なる変調方式でデータ伝送が行われるデータ領域（下りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１２Ａ、下り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１２Ｂ、上りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１５Ａ、上り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１５Ｂ）を設け、所定バイト単位で均等に分割された固定長データＰｄ、Ｐｕを、変調方式毎の１シンボルに含まれるビット数（ＱＰＳＫ方式では２ビット、１６ＱＡＭ変調方式では４ビット）に基づき、変調方式毎のシンボル数ＳＵｘに換算し、換算した変調方式毎にシンボル数ＳＵｘが異なる、各加入者局毎の固定長データＰｄ、Ｐｕを、データ領域（下りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１２Ａ、下り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１２Ｂ、上りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１５Ａ、上り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１５Ｂ）の対応する変調方式のタイムスロットに割り当てる。

すなわち、スロット割当部５４が、加入者局２１毎の変調方式を把握し、把握した変調方式に基づき各加入者局２１へタイムスロットを割り当てる際に、変調方式毎の１シンボルに含まれるビット数に基づき、所定バイト単位で均等に分割された固定長データＰｕ、Ｐｄを、変調方式毎の対応所定シンボル数ＳＵｘに換算し、換算した変調方式毎にシンボル数ＳＵｘが異なる、各加入者局毎の固定長データＰｄ、Ｐｕを、データ領域（下りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１２Ａ、下り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１２Ｂ、上りＱＰＳＫデータ領域ＴＳ１５Ａ、上り１６ＱＡＭデータ領域ＴＳ１５Ｂ）の対応する変調方式のタイムスロットに割り当てるようにしているので、無線フレームのデータ領域に変調方式が混在する部分が存在しても、所定バイト単位で均等に分割された固定長データＰｕ、Ｐｄを各変調方式毎の対応シンボル数単位で各変調方式毎のデータ領域に合致させて割り当てることができる。

この場合、スロット割当部５４は、変調方式の異なる加入者局２１に、ラウンドロビン方式により同数のタイムスロットを割り当てることで、変調方式の異なる加入者局２１に帯域を公平に割り当てることができる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、変調方式として、ＱＰＳＫ変調方式、１６ＱＡＭ変調方式以外に、６４ＱＡＭ変調方式等、加入者局２１に３種類以上の変調方式が存在する場合には、図７の加入者局毎情報テーブル６８を修正する。そして、図３に示した、下りデータ領域ＴＳ１２及び上りデータ領域ＴＳ１５に、それぞれ上下の６４ＱＡＭ変調方式データ領域を加えて対応することができる。

また、この発明は、たとえば伝送回線として無線回線ではなく、基地局と加入者局との間が光ファイバで接続された双方向光回線においても適用することができる等、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この発明の一実施形態が適用された無線通信システムの構成図である。 ＴＤＤ方式の無線フレームの構成図である。 変調方式が異なるデータ領域を有するＴＤＤ方式の無線フレームの構成図である。 この実施形態の加入者局と基地局の一部省略構成を示す無線通信システムのブロック図である。 タイムスロット割当処理のゼネラルフローチャートである。 タイムスロットの割当処理の詳細説明用のフローチャートである。 加入者局毎情報テーブルの説明図である。 動的割当の説明図である。 ＦＤＤ方式の無線フレームの構成図である。 従来技術に係る割当処理の説明図である。

符号の説明

１０…無線通信システム １１…基地局（帯域割当装置）
２２…加入者局 ５４…スロット割当部
６８…加入者局毎情報テーブル（識別手段）

Claims (3)

1. １つの基地局と複数の加入者局間で、ヘッダ領域及びデータ領域を含む一定長さの通信フレームを用い時分割多元接続方式により双方向データ通信を行うデータ伝送システムの下り回線領域のデータ伝送方法において、
   前記基地局の通信制御回路は、
   ｎ（ｎは、少なくとも２）種類の変調方式が含まれる複数の加入者局に対して下りヘッダ領域の情報を第１の変調方式で送信した後、所定バイト単位で均等に分割された固定長データを前記第１の変調方式に対応するシンボル数に換算した長さのタイムスロットに割り当てて送信し、その後、第２の変調方式に切り換え、前記所定バイト単位で均等に分割された固定長データを前記第２の変調方式に対応するシンボル数に換算した長さのタイムスロットに割り当てて送信し、以下、順次、第ｎの変調方式まで切り換えて、前記所定バイト単位で均等に分割された固定長データを前記第ｎの変調方式に対応するシンボル数に換算した長さのタイムスロットに割り当てて送信し下りデータ領域の情報を送信する
   ことを特徴とするデータ伝送システムの下り回線領域のデータ伝送方法。
2. １つの基地局と複数の加入者局間で、ヘッダ領域及びデータ領域を含む一定長さの通信フレームを用い時分割多元接続方式により双方向データ通信を行うデータ伝送システムの下り回線領域のデータ伝送方法において、
   前記基地局の通信制御回路は、
   ２種類の変調方式が含まれる複数の加入者局に対して下りヘッダ領域の情報を第１の変調方式で送信した後、所定バイト単位で均等に分割された固定長データを前記第１の変調方式に対応するシンボル数に換算した長さのタイムスロットに割り当てて送信し、その後、第２の変調方式に切り換え、前記所定バイト単位で均等に分割された固定長データを前記第２の変調方式に対応するシンボル数に換算した長さのタイムスロットに割り当てて送信し下りデータ領域の情報を送信する
   ことを特徴とするデータ伝送システムの下り回線領域のデータ伝送方法。
3. 請求項２記載のデータ伝送システムの下り回線領域のデータ伝送方法において、
   前記第１の変調方式をＱＰＳＫ変調方式とし、前記第２の変調方式を１６ＱＡＭ変調方式とした
   ことを特徴とするデータ伝送システムの下り回線領域のデータ伝送方法。

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