JP4288144B2

JP4288144B2 - 通信システム、通信基地局装置、及び通信基地局装置の制御方法

Info

Publication number: JP4288144B2
Application number: JP2003400583A
Authority: JP
Inventors: 政晴鈴木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP2005167403A

Description

本発明は、有線デジタル通信回線に接続された通信基地局設備を用いて、携帯端末との間で無線通信を行う通信システムに関する。

簡便にデジタルデータの送受信を行うツールとして、ＰＨＳ（Personal
Handy-phone System）の携帯端末の利用者数が増加する傾向にある。ＰＨＳは、いわゆるセルラ方式の通信システムであり、各携帯端末は、各地に配置されている複数の基地局のうち、最も信号強度の高いものを選択し、その選択した基地局との間で無線通信を行う。携帯端末と基地局との間の無線通信チャネルは、上り下り各４スロットに時分割多重化される。図５に示すように、上り下りのいずれも、４スロットのうちの１つが制御チャネル（ＣＣＨ）として使用され、残り３つそれぞれが伝送チャネル（ＴＣＨ）として使用される。携帯端末と基地局とは、制御チャネルと伝送チャネルを用いて呼制御（発呼／着呼等）を行うと共に、携帯端末１つについて基本的に上り下り１つずつの伝送チャネルを割り当てて、当該割り当てた伝送チャネルを介して３２ｋｂｐｓの通信を行っている。

ここで、１つの基地局に対し接続を求める携帯端末の数が多くなり、スロットが不足する場合には、複数の携帯端末でスロットを共用する制御が行われる。その制御では、基地局は、接続を求める携帯端末を通信待ちキューに登録し、その先頭の携帯端末から順に、対象となるスロットを割り当てる。その割り当てられた携帯端末と基地局との間の通信は、伝送されるパケットデータの区切り、又は予め設定された制限時間が到来するタイミングまで、当該対象スロットを継続して用いて行われる。一方、それらの事象が生じた場合、当該携帯端末装置との通信は中断され、対象スロットは通信待ちキューの次の携帯端末に割り当てられ、通信を中断した携帯端末はキューの後尾にキューイングされる。

ところで、下記特許文献１には、ＩＳＤＮを用いた通信において、ある通信モードで交換接続を行った後でも、送信データのトラフィック量の増減に応じて、通信網に交換接続する通信モードを、他の通信モードに動的に切り換えられるものが示されている。
特開平６−１６４５８１号公報

スロットを使用する携帯端末を切り換える際には、基地局はそれまで使用していた携帯端末を開放する処理を行った後、キューに登録された次の携帯端末との間で、使用可能となったスロットでのキャリアセンス等、接続を確立する処理を行う。スロットを共用する携帯端末に通信データ量が少ないものが多い場合、この携帯端末の切り換えが頻繁に起こり、その処理に要するデッドタイムが増加する。そのため、無線伝送路の利用効率が低下するという問題があった。一方、１回の順番当たりに携帯端末に割り当てる制限時間を長く設定すれば、切り換え回数は全体としても抑制され得る。しかし、その場合には、通信データ量の少ない携帯端末にとっては、なかなか順番が回って来ず、かえってスループットが低下し、通信待ちの携帯端末が減らないことがあるという問題があった。

本発明は上記問題点を解決することを目的とし、多数の携帯端末と基地局との間で好適なスループットでの通信が実現される通信システムを提供することを目的とする。

本発明に係る通信システムは、無線伝送路を複数のタイムスロットからなるフレーム構造に時分割多重化し、複数の携帯端末装置それぞれに前記タイムスロットを割り当てて当該携帯端末装置と通信基地局装置との間の通信を行うものであって、前記通信基地局装置は、複数の前記携帯端末装置それぞれに対応して設けられ、当該携帯端末装置への送信待ちデータを蓄積する複数のバッファと、通信待ちの前記携帯端末装置に対して順番に、使用制限期間を設けて前記タイムスロットを割り当てる制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記各バッファに蓄積されたデータ量の当該バッファ相互間での大小関係に基づいて、前記各携帯端末装置それぞれの前記使用制限期間を定める。

本発明に係る通信基地局装置は、無線伝送路を複数のタイムスロットからなるフレーム構造に時分割多重化し、複数の携帯端末装置それぞれに前記タイムスロットを割り当てて当該携帯端末装置との間の通信を行うものであって、前記複数の携帯端末装置それぞれに対応して設けられ、当該携帯端末装置への送信待ちデータを蓄積する複数のバッファと、通信待ちの前記携帯端末装置に対して順番に、使用制限期間を設けて前記タイムスロットを割り当てる制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記各バッファに蓄積されたデータ量の当該バッファ相互間での大小関係に基づいて、前記各携帯端末装置それぞれの前記使用制限期間を定める。

別の本発明に係る通信基地局装置においては、前記制御手段は、前記複数のバッファの蓄積データの合計量に占める前記各バッファの蓄積データ割合と所定の蓄積データ基準割合とを比較する手段と、前記蓄積データ割合が前記蓄積データ基準割合未満である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間として所定の基準期間を設定し、前記蓄積データ割合が前記蓄積データ基準割合以上である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間として前記基準期間より長い期間を設定する制限期間設定手段とを有する。

さらに別の本発明に係る通信基地局装置においては、前記複数の携帯端末装置それぞれへの送信済みデータ量を監視する監視手段を有し、前記制御手段は、前記複数の携帯端末装置の前記送信済みデータ量の合計値に占める前記各携帯端末装置の送信済みデータ割合と所定の送信済みデータ基準割合とを比較する手段を有し、前記制限期間設定手段は、前記送信済みデータ割合が前記送信済みデータ基準割合以上である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間を前記基準期間に抑制する。

他の本発明に係る通信基地局装置は、無線伝送路を複数のタイムスロットからなるフレーム構造に時分割多重化し、複数の携帯端末装置それぞれに前記タイムスロットを割り当てて当該携帯端末装置との間の通信を行うものであって、前記複数の携帯端末装置それぞれへの送信済みデータ量を監視する監視手段と、通信待ちの前記携帯端末装置に対して順番に、使用制限期間を設けて前記タイムスロットを割り当てる制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記携帯端末装置相互間での前記送信済みデータ量の大小関係に基づいて、前記各携帯端末装置それぞれの前記使用制限期間を定める。

本発明に係る通信基地局装置の制御方法は、無線伝送路を複数のタイムスロットからなるフレーム構造に時分割多重化し、複数の携帯端末装置それぞれに前記タイムスロットを割り当てて当該携帯端末装置との間の通信を行う通信手段と、前記複数の携帯端末装置それぞれに対応して設けられ、当該携帯端末装置への送信待ちデータを蓄積する複数のバッファとを有する通信基地局装置に用いられ、前記複数のバッファの蓄積データの合計量に占める前記各バッファの蓄積データ割合と所定の蓄積データ基準割合とを比較するステップと、前記蓄積データ割合が前記蓄積データ基準割合未満である場合、対応する前記携帯端末装置が割り当てられた前記タイムスロットを使用可能な使用制限期間として所定の基準時間を設定し、前記蓄積データ割合が前記蓄積データ基準割合以上である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間として前記基準時間より長い時間を設定するステップと、前記複数の携帯端末装置の送信済みデータ量の合計値に占める前記各携帯端末装置の送信済みデータ割合と所定の送信済みデータ基準割合とを比較するステップと、前記送信済みデータ割合が前記送信済みデータ基準割合以上である場合、対応する前記携帯端末装置の前記利用制限期間を前記基準時間に抑制するステップと、を有する。

本発明によれば、携帯端末装置毎のバッファされた送信待ちデータ量の携帯端末相互間での大小関係に応じて携帯端末装置への使用制限期間を定める。これにより、送信待ちデータ量が多い携帯端末装置に対する使用制限期間を長くして、携帯端末装置の切り換えを少なくし、当該切り換えに伴うデッドタイムを低減して、無線伝送路の利用効率を向上させることが可能となる。一方、携帯端末装置毎のバッファされた送信待ちデータ量の絶対値ではなく、当該データ量の携帯端末相互間での相対的な大小関係に応じて携帯端末装置への使用制限期間を定めるので、携帯端末装置間のスループットの公平性が向上する。

また、本発明によれば、携帯端末装置毎の送信済みデータ量の大小関係に応じて携帯端末装置への携帯端末装置への使用制限期間を定める。これにより、送信済みデータ量が多い携帯端末装置に対する使用制限期間を抑制することができる。一方、携帯端末装置の送信済みデータ量の絶対値ではなく、当該データ量の携帯端末装置相互間での相対的な大小関係に応じて携帯端末装置の使用制限期間を定めるので、送信済みデータ量の多い携帯端末装置に対する使用制限期間を抑制する一方で、送信済みデータ量の少ない携帯端末装置により多くの使用制限期間を割り当てることができる。よって、本発明によれば、携帯端末装置間のスループットの公平性が向上する。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。本発明の実施の形態に係る通信システムは、図１に示すように、ＩＳＤＮ回線網２等に有線伝送路で接続された通信基地局４と、当該通信基地局４と無線伝送路で接続される携帯端末６とを含んで構成される。当該通信システムは、通信基地局４、携帯端末６を複数含んで構成される。通信基地局４は、基本的には、無線側通信部１０と、制御部１２と、有線側通信部１４とを含んで構成されている。無線側通信部１０は、携帯端末６へ送信するデータを一時的に蓄積するバッファ（下り方向バッファ２０）、及び携帯端末６から受信したデータを一時的に蓄積するバッファ（上り方向バッファ２２）を備える。当該バッファ２０，２２は例えば通信基地局４のメモリ上に確保される記憶領域として構成され、それぞれ通信する携帯端末６に応じた数だけ用意される。

携帯端末６は、いずれかの通信基地局４との間でＰＨＳ方式による通信を行う。この携帯端末６は、ＰＨＳ方式の電話機であってもよいし、データ通信装置であってもよい。通信基地局４は従来のものと同様に、無線チャネルを、上り（携帯端末６から通信基地局４へ送信されるデータ）、下り（通信基地局４から携帯端末６へ送信されるデータ）それぞれについて１つの制御チャネル及び３つの伝送チャネルからなるフレーム構造に時分割多重化する。そして、伝送チャネルにデータを格納して伝送することにより当該通信基地局４の近くに位置する携帯端末６との間でＰＨＳ方式による通信を行う。ちなみに通信基地局４にて、互いに周波数の異なる無線チャネルを利用可能に構成することにより、当該通信基地局４が扱うことのできる最大伝送チャネル数を３より大きくできる。

通信基地局４は、接続を要求された携帯端末６に伝送チャネルを割り当て、当該割り当てた伝送チャネルを介して音声やパケットデータの通信を実現する。ここで、通信基地局４の制御部１２は、接続する携帯端末６の数が最大伝送チャネル数以下である場合には、各携帯端末６それぞれに１つずつの伝送チャネルを割り当てる。この場合には、基本的に、通信基地局４と携帯端末６との間の通信が完了するまでの各フレームの所定のタイムスロットが継続して１つの携帯端末６に割り当てられる。

一方、接続を要求する携帯端末６が最大伝送チャネル数よりも多くなった場合には、制御部１２は、複数の携帯端末６間で１つのタイムスロットを伝送チャネルとして共用する制御を行う。この場合には、１つの携帯端末６が継続して所定のタイムスロットを使用する期間は制限され、その制限期間が到来すると、当該タイムスロットは他の接続待ちの携帯端末６に割り当てられる。

図２は、その伝送チャネル共用制御の概要を示す処理フロー図である。制御部１２は、接続を要求する携帯端末６のうち伝送チャネルを割り当てられていないものをキューを用いて管理する。この通信待ちキューは例えば通信基地局４のメモリ上に形成される。接続を要求する携帯端末６の数が、最大伝送チャネル数以下である場合には、当該通信待ちキューは空であるが、最大伝送チャネルを超えると、超過分がこのキューに順次登録される。

制御部１２は、共用対象とする伝送チャネル（タイムスロット）がそれまでの携帯端末６の使用から解放されると（Ｓ５０）、通信待ちキューの先頭にある携帯端末６に対し伝送チャネルの割当て処理を行う（Ｓ５５）。制御部１２は割当てを行った携帯端末６に対する使用制限期間を後述の方法により決定する（Ｓ６０）。

伝送チャネルを割り当てられた携帯端末６は、それを用いて以降のフレームにおいて通信基地局４との間でデータの送受信を行う。当該携帯端末６との送受信が完了した場合、又は処理Ｓ５５にて設定した使用制限期間が到来した場合には、制御部１２は端末切換要因が発生したと判断し（Ｓ６５）、その携帯端末６に割り当てていた伝送チャネルを解放する処理を開始する（Ｓ７０）。なお、端末切換要因が使用制限期間の到来によるものであって未だ通信が終了していない場合には（Ｓ７５）、当該携帯端末６を通信待ちキューに登録する（Ｓ８０）。以上の伝送チャネル共用処理Ｓ５０〜Ｓ８０は基本的に、通信待ちキューに接続待ちの携帯端末６が存在する間、繰り返される（Ｓ８５）。

次に、制御部１２による使用制限期間の決定方法について説明する。図３は、当該決定方法の概要を示す処理フロー図である。制御部１２は、当該伝送チャネルを共用するＮ個の携帯端末６に対応する下り方向バッファ２０に蓄積されたデータ量Ｄi（ｉ＝１〜Ｎ）を合計し、その合計値Ｄsumを求める。さらに伝送チャネルを割り当てた携帯端末α（αは１〜Ｎのいずれか）に対応する下り方向バッファ２０に蓄積されたデータ量ＤαとＤsumとの比Ｒd（≡Ｄα／Ｄsum）を算出し（Ｓ１００）、その比Ｒdと所定の閾値（蓄積データ基準割合）Ｌdとの比較結果に応じて、異なる使用制限期間Ｔの設定処理に進む（Ｓ１０５）。

例えば、期間ＴはＲd＜Ｌdの場合、使用制限期間Ｔは所定の基準値τ0に設定され（Ｓ１１０）、Ｒd≧Ｌdの場合には原則的に、τ0より長いτ1に設定される（Ｓ１１５）。これにより、蓄積されたデータが比較的少ない携帯端末６に対しては一定量のデータ伝送が確保される一方、蓄積されたデータが多い携帯端末６に対するデータ送信が促進される。ここで、τ1は一定値とすることもできるし、Ｒdの値に応じて（例えばＲdが大きい程、τ1も大きな値となるように）定めることもできる。蓄積データの絶対量Ｄαではなく、他の携帯端末６との相対値Ｒdに応じて値τ1を設定することにより、各携帯端末６について比較的公平なスループットが実現され得る。

また、閾値Ｌdは携帯端末６間での蓄積データ量の相対的な多寡を判定する基準値として機能するため、共用する携帯端末数Ｎに応じて定めることができる。例えば、閾値Ｌdは１／Ｎに応じた値に設定される。一方、閾値Ｌdは一定値としてもよい。

制御部１２は上述のように下り方向バッファ２０に蓄積されたデータ量に基づいて使用制限期間Ｔを調節する一方で、携帯端末６への送信済みデータ量を監視し、その値によっても期間Ｔを調節する。

その制御は、例えばＲd≧Ｌdの場合において行われる（Ｓ１０５）。制御部１２は、同じ伝送チャネルを共用するＮ個の携帯端末６の送信済みデータ量Ｓi（ｉ＝１〜Ｎ）を合計し、その合計値Ｓsumを求める。そして通信待ちキューの先頭から取り出した携帯端末α（αは１〜Ｎのいずれか）に対応する送信済みデータ量ＳαとＳsumとの比Ｒs（≡Ｓα／Ｓsum）を算出し（Ｓ１２０）、その比Ｒsと所定の閾値（送信済みデータ基準割合）Ｌsとの比較結果に応じて、使用制限期間Ｔを変更する（Ｓ１２５）。

例えば、期間ＴはＲs＜Ｌsの場合には、上述の蓄積データ量に基づいて設定された原則値τ1のままとされるが、Ｒs≧Ｌsの場合、期間Ｔは上記蓄積データ量で定められた結果にかかわらず、基準値τ0に設定される（Ｓ１１０）。これにより、送信済みデータ量が他の携帯端末６に比べて顕著に多い携帯端末６へのデータ伝送が抑制され、その一方で相対的に他の携帯端末６へのデータ伝送が促進されることになり、各携帯端末６のスループットの公平化が図られる。この送信済みデータ量が多い携帯端末６に対する伝送チャネルの使用抑制は、当該携帯端末６について複数回の伝送チャネル割当てが行われる期間に亘って継続することもできる。

さて、上述のように伝送チャネルから解放された携帯端末６は、未だ通信が終了していない場合には（Ｓ７５）、通信待ちキューに登録される（Ｓ８０）。ここで制御部１２は原則として当該携帯端末αを通信待ちキューの最後尾に登録するが、下り方向バッファ２０に残存するデータ量Ｄαが他の携帯端末６に比べて極端に少ない場合（例えば、Ｒdが所定の閾値Ｌd’より小さい場合）には、キューの途中等に登録して早く次の順番が来るようにして早期に通信を終了させるようにしてもよい。図４は、キューイング処理Ｓ８０の概略の処理フロー図である。制御部１２はＬd'＜Ｌdなる閾値Ｌd'と上記比Ｒdとを比較して（Ｓ１５０）、Ｒd≧Ｌd’の場合には、携帯端末αを通信待ちキューの最後尾に登録し（Ｓ１５５）、一方、Ｒd＜Ｌd’の場合には、携帯端末αを通信待ちキューの途中又は先頭に登録する割り込み処理を行う（Ｓ１６０）。このように通信自体を早期に終了させることにより、スループットを向上させることができる。

本発明の実施形態に係る通信システムの模式的な構成図である。実施形態に係る伝送チャネル共用制御の概要を示す処理フロー図である。実施形態に係る使用制限期間の決定方法の概要を示す処理フロー図である。実施形態に係るキューイング処理の概略の処理フロー図である。一般的なＰＨＳのチャネル構成を示す説明図である。

符号の説明

２ＩＳＤＮ回線網、４通信基地局、６携帯端末、１０無線側通信部、１２制御部、１４有線側通信部、２０下り方向バッファ、２２上り方向バッファ。

Claims

無線伝送路を複数のタイムスロットからなるフレーム構造に時分割多重化し、複数の携帯端末装置それぞれに前記タイムスロットを割り当てて当該携帯端末装置と通信基地局装置との間の通信を行う通信システムであって、
前記通信基地局装置は、
複数の前記携帯端末装置それぞれに対応して設けられ、当該携帯端末装置への送信待ちデータを蓄積する複数のバッファと、
前記各バッファに蓄積されたデータ量の当該バッファ相互間での大小関係に基づき、前記各携帯端末装置それぞれに対して前記タイムスロットの使用制限期間を決定し、通信待ちの前記携帯端末装置に対して順番に、前記使用制限期間を設定して前記タイムスロットを割り当てる制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記複数のバッファの蓄積データの合計量に占める前記各バッファの蓄積データ割合と所定の蓄積データ基準割合とを比較する手段と、
前記蓄積データ割合が前記蓄積データ基準割合未満である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間として所定の基準期間を設定し、前記蓄積データ割合が前記蓄積データ基準割合以上である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間として前記基準期間より長い期間を設定する制限期間設定手段と、
を有することを特徴とする通信システム。
無線伝送路を複数のタイムスロットからなるフレーム構造に時分割多重化し、複数の携帯端末装置それぞれに前記タイムスロットを割り当てて当該携帯端末装置との間の通信を行う通信基地局装置であって、
前記複数の携帯端末装置それぞれに対応して設けられ、当該携帯端末装置への送信待ちデータを蓄積する複数のバッファと、
前記各バッファに蓄積されたデータ量の当該バッファ相互間での大小関係に基づき、前記各携帯端末装置それぞれに対して前記タイムスロットの使用制限期間を決定し、通信待ちの前記携帯端末装置に対して順番に、前記使用制限期間を設定して前記タイムスロットを割り当てる制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記複数のバッファの蓄積データの合計量に占める前記各バッファの蓄積データ割合と所定の蓄積データ基準割合とを比較する手段と、
前記蓄積データ割合が前記蓄積データ基準割合未満である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間として所定の基準期間を設定し、前記蓄積データ割合が前記蓄積データ基準割合以上である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間として前記基準期間より長い期間を設定する制限期間設定手段と、
を有することを特徴とする通信基地局装置。
請求項２に記載の通信基地局装置において、
前記複数の携帯端末装置それぞれへの送信済みデータ量を監視する監視手段を有し、
前記制御手段は、
前記複数の携帯端末装置の前記送信済みデータ量の合計値に占める前記各携帯端末装置の送信済みデータ割合と所定の送信済みデータ基準割合とを比較する手段を有し、
前記制限期間設定手段は、
前記送信済みデータ割合が前記送信済みデータ基準割合以上である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間を前記基準期間に抑制すること、
を特徴とする通信基地局装置。
無線伝送路を複数のタイムスロットからなるフレーム構造に時分割多重化し、複数の携帯端末装置それぞれに前記タイムスロットを割り当てて当該携帯端末装置との間の通信を行う通信基地局装置であって、
前記複数の携帯端末装置それぞれへの送信済みデータ量を監視する監視手段と、
前記携帯端末装置相互間での前記送信済みデータ量の大小関係に基づき、前記各携帯端末装置それぞれに対して前記タイムスロットの使用制限期間を決定し、通信待ちの前記携帯端末装置に対して順番に、前記使用制限期間を設定して前記タイムスロットを割り当てる制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記複数の携帯端末装置の前記送信済みデータ量の合計値に占める前記各携帯端末装置の送信済みデータ割合と所定の送信済みデータ基準割合とを比較する手段と、
前記送信済みデータ割合が前記送信済みデータ基準割合以上である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間を所定の基準期間に抑制する制限期間設定手段と、
を有することを特徴とする通信基地局装置。
無線伝送路を複数のタイムスロットからなるフレーム構造に時分割多重化し、複数の携帯端末装置それぞれに前記タイムスロットを割り当てて当該携帯端末装置との間の通信を行う通信手段と、前記複数の携帯端末装置それぞれに対応して設けられ、当該携帯端末装置への送信待ちデータを蓄積する複数のバッファとを有する通信基地局装置に用いられ、
前記複数のバッファの蓄積データの合計量に占める前記各バッファの蓄積データ割合と所定の蓄積データ基準割合とを比較するステップと、
前記蓄積データ割合が前記蓄積データ基準割合未満である場合、対応する前記携帯端末装置が割り当てられた前記タイムスロットを使用可能な使用制限期間として所定の基準時間を設定し、前記蓄積データ割合が前記蓄積データ基準割合以上である場合、対応する前記携帯端末装置の前記使用制限期間として前記基準時間より長い時間を設定するステップと、
前記複数の携帯端末装置の送信済みデータ量の合計値に占める前記各携帯端末装置の送信済みデータ割合と所定の送信済みデータ基準割合とを比較するステップと、
前記送信済みデータ割合が前記送信済みデータ基準割合以上である場合、対応する前記携帯端末装置の前記利用制限期間を前記基準時間に抑制するステップと、
を有することを特徴とする通信基地局装置の制御方法。