JP4547403B2 - 無線通信方法、基地局装置および無線端末装置 - Google Patents

無線通信方法、基地局装置および無線端末装置 Download PDF

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Description

本発明は、動的な帯域の割り当てを可能とする無線通信方法、基地局装置および無線端末装置に関する。
近年、設備制御、交通、流通、環境保全、飲食産業、農業、地震モニタリング、医療福祉などを中心とした分野において、無線タグ、Bluetooth(登録商法)、ZigBee(登録商法)等の短距離および近距離の無線通信システムによるユビキタスネットワークが普及し始めている。また、今後、アプリケーションやサービスの開発に伴い、ネットワークの利用ユーザ数の増加が期待されている。そこで、様々なアプリケーションやサービスをより多くのユーザに提供し、サービスエリアを広域化できる広域ユビキタスネットワークが注目されている。
このような状況において、本発明が対象とするネットワークは、固定ネットワークに接続された基地局と、広域に点在する多数の無線端末とから構成され、無線端末は基地局に直接収容されている。また、このようなネットワーク内の無線端末は、バッテリ駆動であり、データの測定と、測定したデータの送信等の最小限の機能しか有していない低消費電力・低機能の端末である。このような無線端末から基地局へのトラヒックは、(1)データ量が少ない、(2)送信間隔が比較的長い、という特徴を有する。
そして、このような無線端末が一つの基地局の配下に多数存在することから、そのトラヒック特性としては、アップリンクのトラヒックが多く存在し、全体のトラヒック量は増大する傾向にある。さらに、ネットワークでは、できるだけ多くの無線端末からのデータを収集するために、一台の基地局にできるだけ多くの無線端末を収容する必要がある。従って、これらのネットワークでは、一台の基地局で多数の低機能な無線端末を効率良く収容しつつ、高スループットであり、低伝送遅延時間を実現できるMACプロトコルが要求される。
この要求条件を満たすMACプロトコルとしては、リソース利用効率が高い集中制御方法の一つである動的スロット割当(DSA:Dynamic Slot Assignment)方法が用いられている。この方法では、アクセス方式としてTDMA−TDD(Time Division Multiple Access−Time Division Duplex)を用いている。この方法は、基地局が無線端末からの要求に応じたスロット(帯域)を動的に割り当てるものである。
図13に、MACフレーム構成の一例を示す。MACフレームは、上りリンクと下りリンクの2つに分割されており、下りリンクは報知区間とデマンドアサイン区間とで構成され、上りリンクはデマンドアサイン区間とランダムアクセス区間とで構成されている。
また、データや制御情報を送受信するために、各区間には、Bch(Broadcast control channel:ブロードキャスト制御チャネル)、Fch(Frame control channel:フレーム制御チャネル)、RFch(Random access Feedback channel:ランダムアクセスフィードバックチャネル)、Cch(Control Channel:制御チャネル)、Dch(Data Channel:データチャネル)、Rch(Random Access Channel:ランダムアクセスチャネル)のチャネルが使用されている。
BCHは、無線端末に基地局の属性の情報(基地局ID、フレーム番号等)を報知するために用いられ、FCHは、無線端末単位で帯域割当を行うデマンドアサイン区間の帯域割当情報(割当を行った無線端末、割当開始位置、割当チャネル種別、割当帯域量等)を通知するために用いられる。Rchは、ランダムアクセスのための固定長チャネルであり、無線端末が帯域要求(Resource Request:RREQ)を送信するために使用される。
動的スロット割当方法には、無線端末が基地局に対して帯域要求を行うためにランダムアクセスを用いるアクセス方法がある。本方法は、バースト的に発生する非周期性のデータを柔軟かつ効率よく収容できるため、上記要求条件を満たす動的スロット割当方法として広く適用されている。図14は、本方法を用いたアクセスシーケンスの一例を示している。この例では、基地局は、MACフレームの先頭から順にBch、Fch、RFchを送信する。基地局配下の無線端末は、RFchを受信することで、そのフレームでのRchの開始位置、スロット数を知ることができる。無線端末が送信すべきデータを有する場合、データ送信のための帯域を基地局に要求する帯域要求情報:RREQをRchで送信するため、無線端末は、Exponentialバックオフアルゴリズムに基づいた送信待機時間であるバックオフ時間を他無線端末との衝突を回避するために自律的に決定する。
無線端末は、バックオフ時間が完了した時点で、RREQを該当するRchで送信する(図14のMACFrame1)。他の無線端末からのRchと衝突した場合、再送を行う。基地局では、RREQを正しく受信できた場合、次のフレーム(図14のMACFrame2)のRFchでRREQの受信成功を通知し、RREQから帯域要求値に相当するDchを割り当てる。また、そのDchを割り当てた次のフレーム(図14のMACFrame3)において、データに対する到達確認を無線端末に送信するためにARQ用のCchを割り当てる。このような従来技術として、非特許文献1が知られている。
5GHz帯アドバンスドワイヤレスアクセス(AWA)システムの開発 −MAC/DCL機能− 2000年 電子情報通信学会ソサイエティ大会 B−5−39 pp.327
しかしながら、上記のランダムアクセスによる動的スロット割当方法では、特に、基地局の配下に多数の無線端末が存在する場合に、Rchが衝突する可能性が高くなり、衝突に伴うオーバーヘッドが生じるという問題がある。このオーバーヘッドは、Exponentialバックオフアルゴリズムに基づいた送信待機時間により生じており、これがスループット特性を劣化させる。したがって、即時性を要求されるイベントを無線端末から基地局へ通知する場合、低遅延時間での伝送を行うことは難しいという問題がある。
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、即時性を要求されるイベントのような所定のイベントを無線端末装置が基地局装置に低遅延時間で通知することができる無線通信方法、基地局装置および無線端末装置を提供することにある。
本発明は、複数の無線端末装置が共通の無線回線により基地局装置と接続され、前記基地局装置は、無線フレーム内の上り通信用帯域の区デマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置からの帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当て、前記無線端末装置は、送信するデータが発生した場合、前記帯域要求情報を前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信し、送信に成功した場合には前記基地局装置から割り当てられた通信用帯域を用いて前記データを送信する無線通信方法において、前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され、前記無線端末装置が前記共用スロットのうち自装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロットを使用して前記発生通知情報を前記基地局装置に送信するイベント発生通知ステップと、前記基地局装置が、受信した全ての前記発生通知情報と該発生通知情報の送信に使用された共用スロットの情報に基づいて、受信した全ての前記発生通知情報に対応する前記所定のイベントの種類の全てに対してのみ、前記帯域要求情報の送信用に前記ランダムスロットの使用を許可するランダムスロット設定ステップと、前記無線端末装置が、全ての無線端末装置に対して前記ランダムスロットの使用が許可されているか否かを判断し、許可されていない場合には、さらに、自装置で発生したイベントの種類に対して前記ランダムスロットの使用が許可されているか否かを判断し、許可されている場合には、該ランダムスロットを使用して前記帯域要求情報を前記基地局装置に送信する帯域要求ステップと、を備えたことを特徴とする無線通信方法である。
また、本発明は、複数の無線端末装置が共通の無線回線により基地局装置と接続され、前記基地局装置は、無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にデマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置からの帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当て、前記無線端末装置は、送信するデータが発生した場合に、前記帯域要求情報を前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信し、送信に成功した場合には前記基地局装置から割り当てられた通信用帯域を用いて前記データを送信する無線通信方法において、前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され、前記無線端末装置が、前記共用スロットのうち自装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロットを使用して前記発生通知情報を前記基地局装置に送信するイベント発生通知ステップと、前記基地局装置が、受信した全ての前記発生通知情報と該発生通知情報の送信に使用された共用スロットの情報に基づいて、受信した全ての前記発生通知情報に対応する前記所定のイベントの種類の全てに対して、前記帯域要求情報の送信用に前記ランダムスロットを割り当てるランダムスロット設定ステップと、前記無線端末装置が、自装置で発生したイベントの種類に対して前記ランダムスロットが割り当てられているか否かを判断し、割り当てられている場合には、該ランダムスロットを使用して前記帯域要求情報を前記基地局装置に送信する帯域要求ステップと、を備えたことを特徴とする無線通信方法。
また、本発明の無線通信方法の前記共用スロットは、前記所定のイベントの種類ごとに一意に設定されたイベントデータと、前記イベントデータが正しいことを確認するためのイベントデータ確認データとを送信するために使用されることを特徴とする。
また、本発明の前記共用スロットはさらに、前記無線端末装置ごとに一意に設定された無線端末データと、前記無線端末データが正しいことを確認するための無線端末確認データとを送信するために使用されることを特徴とする。
また、本発明は、複数の無線端末装置を共通の無線回線により接続し、無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にデマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置から前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信された帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当てる基地局装置であって、前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され、前記無線端末装置から、前記共用スロットのうち当該無線端末装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロットを使用して送信された前記発生通知情報を受信する基地局受信部と、前記基地局受信部で受信した全ての前記発生通知情報と該発生通知情報の送信に使用された共用スロットの情報に基づいて、受信した全ての前記発生通知情報に対応する前記所定のイベントの種類の全てに対してのみ、前記帯域要求情報の送信用に前記ランダムスロットの使用許可を設定する基地局送受信管理部と、前記基地局送受信管理部が設定した前記使用許可に基づいてデータを生成する基地局フレーム生成・分解部と、前記データを前記無線端末装置に送信する基地局送信部と、を備えたことを特徴とする基地局装置である
また、本発明は、複数の無線端末装置を共通の無線回線により接続し、無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にデマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置から前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信された帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当てる基地局装置であって、前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され、前記無線端末装置から、前記共用スロットのうち当該無線端末装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロットを使用して送信された前記発生通知情報を受信する基地局受信部と、前記基地局受信部で受信した全ての前記発生通知情報と該発生通知情報の送信に使用された共用スロットの情報に基づいて、受信した全ての前記発生通知情報に対応する前記所定のイベントの種類の全てに対して、前記帯域要求情報の送信用に前記ランダムスロットを割り当てる基地局送受信管理部と、前記基地局送受信管理部が割り当てた前記ランダムスロットに基づいてデータを生成する基地局フレーム生成・分解部と、前記データを前記無線端末装置に送信する基地局送信部と、を備えたことを特徴とする基地局装置である。
また、本発明は、複数の無線端末装置を共通の無線回線により接続し、無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にデマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置からの帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当てる基地局装置に対して、送信するデータが発生した場合に、前記帯域要求情報を前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信し、送信に成功した場合には前記基地局装置から割り当てられた通信用帯域を用いて前記データを送信する無線端末装置であって、前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され、前記共用スロットのうち自装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロットを使用して前記発生通知情報を前記基地局装置に送信し、また、前記基地局装置より送信されるデータを受信する端末送受信部と、前記端末送受信部が受信した前記データに基づいて、全ての無線端末装置に対して前記ランダムスロットの使用が許可されているか否かを判断し、許可されていない場合には、さらに、自装置で発生したイベントの種類に対して前記ランダムスロットの使用が許可されているか否かを判断する端末送受信管理部と、を備え、前記ランダムスロットの使用が許可されている場合には、前記端末送受信部が、該ランダムスロットを使用して前記帯域要求情報を前記基地局装置に送信することを特徴とする無線端末装置である。
また、本発明は、複数の無線端末装置を共通の無線回線により接続し、無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にデマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置からの帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当てる基地局装置に対して、送信するデータが発生した場合に、前記帯域要求情報を前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信し、送信に成功した場合には前記基地局装置から割り当てられた通信用帯域を用いて前記データを送信する無線端末装置であって、前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され、前記共用スロットのうち自装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロットを使用して前記発生通知情報を前記基地局装置に送信し、また、前記基地局装置より送信されるデータを受信する端末送受信部と、前記端末送受信部が受信した前記データに基づいて、自装置で発生したイベントの種類に対して前記ランダムスロットが割り当てられているか否かを判断する端末送受信管理部と、を備え、前記ランダムスロットが割り当てられている場合には、前記端末送受信部が、該ランダムスロットを使用して前記帯域要求情報を前記基地局装置に送信することを特徴とする無線端末装置である。
本発明によれば、即時性を要求されるイベントのような所定のイベントを無線端末装置が基地局装置に低遅延時間で通知することができる。
以下、本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、本発明の実施形態に係る無線通信システムを示した概略ブロック図である。無線通信システムは、基地局1と、端末局である無線端末2−1〜2−N(以下、無線端末を代表して記載する場合、無線端末2のように記載する)とを備えている。
次に、本実施形態の基地局の構成について説明する。図2は本実施形態の基地局の構成を示す機能ブロック図である。基地局1は、基地局送受信部11と、基地局フレーム生成・分解部12と、基地局送受信管理部13と、基地局共用スロット管理部14と、基地局送受信制御部15と、帯域管理部16とを備える。
基地局送受信部11は後述する無線端末2の端末送受信部21とデータの送受信を行う。基地局フレーム生成・分解部12は基地局送受信部11が受信したデータが暗号化されている場合は暗号鍵を用いてデコードを行う。また、受信したフレーム(PDU:Protocol Data Unit)に対してCRC(Cyclic Redundancy Check,巡回冗長検査)を用いて受信したデータが正しいか否か確認する。基地局送受信管理部13は基地局でのデータの送受信を管理する。基地局共用スロット管理部14は後述する共用スロットのPDUの管理を行う。基地局送受信制御部15はデータ送受信のタイミングを算出する。帯域管理部16は通信に使用する無線の帯域を管理する。
次に、本実施形態の無線端末の構成について説明する。図3は本実施形態の無線端末の構成を示す機能ブロック図である。無線端末2は、端末送受信部21と、端末フレーム生成・分解部22と、端末送受信管理部23と、端末共用スロット管理部24と、端末送受信制御部25とを備える。
端末送受信部21は基地局の基地局送受信部11とデータの送受信を行う。端末送受信管理部23は、無線端末でのデータの送受信を管理する。端末共用スロット管理部24は、共用スロット情報から送信に使用可能な共用スロット位置を特定する。端末送受信管理部25は、端末共用スロット管理部24が特定した共用スロット位置より送信タイミングを算出する。フレーム生成・分解部22は、送信するデータからフレーム(PDU)を生成する。
次に、本実施形態のMACフレームの構成について説明する。図4は本実施形態における共用スロットを含んだMACフレーム構成を示した構成図である。MACフレームは、上りリンクと下りリンクの2つに分割されており、下りリンクは報知区間とデマンドアサイン区間とで構成され、上りリンクはデマンドアサイン区間とランダムアクセス区間とで構成されている。また、上りリンクのランダムアクセス区間のあとに共用区間が設定され、共用区間内には共用スロット1から共用スロットNまでのN個の共用スロットが設定されている。
また、データや制御情報を送受信するために、各区間には、Bch(Broadcast control channel:ブロードキャスト制御チャネル)、Fch(Frame control channel:フレーム制御チャネル)、RFch(Random access Feedback channel:ランダムアクセスフィードバックチャネル)、Cch(Control Channel:制御チャネル)、Dch(Data Channel:データチャネル)、Rch(Random Access Channel:ランダムアクセスチャネル)のチャネルが使用されている。
本実施形態では即時性が要求されるイベントごとに共用スロットを設ける。即時性が要求されるイベントとは、例えば、イベント情報を収集している基地局に対して、無線端末が直ちにイベントに関する情報を送信しなければならないイベントのことである。具体的には、無線端末が監視や観測を行っている物体に異常が発生し、無線端末が基地局に対して直ちに異常状態を送信しなければならないイベントは、即時性が要求されるイベントである。なお、本実施形態では共用区間をランダムアクセス区間の後ろに配置しているが、この位置に特定されるものではない。また、一つの即時性が要求されるイベントに対して一つの共用スロットが配置されているが、一つの即時性が要求されるイベントに対して複数の共用スロットを配置しても良い。また、共用スロットはMACフレーム中に分散して配置しても良い。また、共用スロットの配置情報は基地局1から報知されるものとする。
次に、本実施形態において、共用スロットで送信するフレーム(PDU,Protocol Data Unit,プロトコル データ ユニット)の構成について説明する。図5(a)は本実施形態の共用スロットで送信される情報要素と内容を示した図である。図示する例では二行あって、情報要素「Data(データ)」の内容は「イベント毎に同一のビット系列」であり、情報要素「FCS(Frame Check Sequence,フレーム チェック シーケンス)」の内容は「CRC(Cyclic Redundancy Check,巡回冗長検査)を用いる」である。FCSはDataに基づいて生成される。本実施形態では、PDUはDataとFCSという二つの情報要素から構成されており、Dataはイベント毎に識別可能なデータである。また、FCSはDataに基づいて生成されるため、FCSもイベント毎に共通となる。すなわち、PDUはイベント毎に共通である。また、無線局と無線端末間で同一の暗号鍵を使用することで、暗号化後のPDUも同一となるため、PDUを暗号化して使用することも可能である。なお、PDUは本構成に特定されるものではない。
なお、共用スロットで送信される情報要素に端末情報を含めてもよい。図5(b)は共用スロットで送信される情報要素と内容を示した図である。図示する例では四行あって、情報要素「Data(データ)」の内容は「イベント毎に同一のビット系列」であり、情報要素「FCS(Frame Check Sequence,フレーム チェック シーケンス)」の内容は「CRC(Cyclic Redundancy Check,巡回冗長検査)を用いる」であり、FCSはDataに基づいて生成される。情報要素「端末Data」の内容は「端末毎に異なるビット系列」であり、情報要素「端末FCS(Frame Check Sequence,フレーム チェック シーケンス)」の内容は「CRC(Cyclic Redundancy Check,巡回冗長検査)を用いる」である。端末FCSは端末Dataに基づいて生成される。情報要素に「端末Data」が含まれる場合、共用スロットを介して「端末Data」を受信した基地局は、どの無線端末からフレームが送られてきたか知ることができる。また、フレームを受信した基地局が「端末Data」をCRCで確認することで、「端末Data」が送信中に壊れたか否か確認することができる。また、「端末Data」が送信中に壊れた場合、基地局に到達したフレームを送信した無線端末以外の無線端末が同一の共用スロットにフレームを送信した可能性があることがわかる。
次に、共用スロットとPDUを用いて、即時性が要求されるイベントが発生したことを無線端末から基地局へ通知する通知方法について説明する。無線端末は即時性が要求されるイベントが発生したことを基地局に通知する場合、送信対象のイベントに該当する共用スロットに対してPDUを送信する。MACフレーム内の共用スロットに関する情報(共用スロット情報)は、基地局がRFchで無線端末に報知する。無線端末は基地局が報知した共用スロット情報を取得し、送信対象のイベントに該当する共用スロットを特定し、特定した共用スロットを用いて即時性が要求されるイベントが発生したことを基地局に通知する。
図6は本実施形態における共用スロット情報のイベント種別とスロット情報を示した図である。図示する例ではN行あって、イベント種別が「イベント1」のスロット情報は「スロット情報1(開始位置)」であり、イベント種別が「イベントN」のスロット情報は「スロット情報N(開始位置)」である。イベントに対応した共用スロットを特定できるように、イベント種別とスロット情報がペアになっている。スロット情報は、例えばスロットの開始位置など、送信位置を特定できる情報である。なお、一つの即時性が要求されるイベントに対して複数の共用スロットが配置されている場合は、スロット情報に各共用スロットのスロット情報が記載される。また、共用スロット情報のフォーマットは本構成に特定されるものではない。
図7は無線端末が即時性を要求されるイベント(以下、即時イベントと記す。)が発生したことを基地局に通知する場合での、無線端末での送信処理の流れを示したフローチャートである。送受信を行うMACフレームと同期済みの無線端末において、端末送受信管理部23は端末送受信部11が基地局から受信したデータに基づいて共用スロット情報を取得する(ステップS101)。続いて、端末送受信管理部23は共用スロット情報を端末共用スロット管理部24に通知する。端末共用スロット管理部24は共用スロット情報より即時イベントに対応した共用スロットの開始位置(以下共用スロット開始位置と記す。)を特定し、共用スロット開始位置と即時イベントの種類を端末送受信管理部23に通知する(ステップS102)。
続いて、端末送受信管理部23は共用スロット開始位置を端末送受信制御部25に通知する。端末送受信制御部25は共用スロット開始位置から即時イベントが発生したことを通知するデータの送信タイミングを算出する。また、端末送受信管理部23は即時イベントの種類を端末フレーム生成・分解部22へ通知する。端末フレーム生成・分解部22は即時イベントの種類からPDUを生成し、端末送受信部21に通知する(ステップS103)。続いて、端末送受信部21はPDUを端末送受信制御部25が指示するタイミングで基地局に対して送信し(ステップS104)処理を終了する。
図8は無線端末が即時イベントが発生したことを基地局に通知する場合での、基地局での受信処理の流れを示したフローチャートである。基地局において、基地局送受信部11は、基地局送受信制御部15の指示に基づいて、共用スロットのデータを受信する(ステップS201)。基地局フレーム生成・分解部12は受信した共用スロットに含まれるPDUが暗号化されている場合は暗号鍵を用いて復号化する。続いて受信したPDU内のDataに対してFCSを用いてCRCチェックを実施する(ステップS202)。CRCチェックが正しければステップS204に進み、正しくなければステップS208に進む(ステップS203)。
ステップS204では、基地局フレーム生成・分解部12は、基地局送受信管理部13を介して基地局共用スロット管理部14にPDU内のDataを通知する。基地局共用スロット管理部14は通知されたDataと、受信した共用スロットに対応する即時イベントのDataとが同一であるか否か照合する(ステップS204)。通知されたDataと、受信した共用スロットに対応する即時イベントのDataとが同一であればステップS206に進み、同一でなければステップS208に進む(ステップS205)。
ステップS206では、共用スロット管理部24はPDUを受信した共用スロットに対応する即時イベントが発生したことが通知されたと判定し、続いて、共用スロット管理部24は、PDUを受信した共用スロットに対応する即時イベントが発生したことが通知された情報を基地局送受信管理部23に通知する(ステップS206)。なお、共用スロットで送信される情報要素に端末情報が含まれている場合は、ここで受信した端末情報に対して端末FCSを用いてCRCチェックを実施する。CRCチェックが正しければ共用スロットにデータを送信した無線端末は1台であり、CRCチェックが正しくなければ共用スロットにデータを送信した無線端末は複数台であることが分かる。
ステップS207では、基地局送受信管理部23は通知された即時イベントに対応する制御を起動し(ステップS207)処理を終了する。ステップS208では、基地局共用スロット管理部24はPDUを受信した共用スロットに対応する即時イベントは未通知であると判定し(ステップS208)処理を終了する。
以上より、共用スロットとPDUを用いて、即時イベントが発生したことを無線端末から基地局へ通知することが可能となる。同時に基地局ではどの即時イベントが発生したことを通知されたか知ることができる。
次に、第一の具体例、第二の具体例を用いて説明する。
(第一の具体例)
本具体例では、無線端末から即時イベントが発生したことを通知された場合、基地局はランダムアクセス領域(ランダムチャネル、Rch)に対するアクセス規制を実施する。基地局は、共用スロットの受信処理で無線端末から即時イベントの発生通知があると判断した場合、ランダムアクセス領域についてはその即時イベントのみにアクセス権を与える。また、基地局は共用スロットの受信処理で無線端末からの即時イベントの発生通知がないと判断した場合、ランダムアクセス領域に対するアクセス規制を行わず、全てのイベントでのアクセスを許可する。
図9は基地局でのランダムアクセス領域に対するアクセス制御手順を示すフローチャートである。
基地局では、共用スロットの受信処理を行い(ステップS301)、基地局共用スロット管理部14は即時イベントの発生通知がされたか否か判断し(ステップS302)、即時イベントの発生通知がされた場合はステップS303に進み、されない場合はステップS304に進む。
ステップS303では、基地局共用スロット管理部14は通知された即時イベントを記憶部に記憶する(ステップS303)。
ステップS304では、基地局送受信管理部13は全ての共用スロットの受信を完了したか否か判断し(ステップS304)、全ての共用スロットの受信を完了した場合ステップS305に進み、全ての共用スロットの受信を完了していない場合ステップS301に戻る。
ステップS305では、基地局送受信管理部13は記憶部が記憶した即時イベントに基づいて、通知された即時イベントに対応するランダムアクセス領域のアクセスを制限させるため、RFchのアクセス規制ビットに対してアクセス制御フラグを立てる。続いて基地局送受信管理部13はRFchのデータを基地局フレーム生成・分解部12に通知する。また、基地局送受信管理部13は基地局送受信制御部15にRFchのPDUの送信位置を指示する。基地局送受信制御部15は指示された送信位置から送信タイミングを算出する。基地局フレーム生成・分解部12はRFchのデータからPDUを生成し、基地局送受信部11に通知する。基地局送受信部11は次フレームにおいて、基地局送受信制御部15から指示されたタイミングでPDUを無線端末に送信する(ステップS305)。
なお、ステップS305でRFchに立てるアクセス制御フラグは、イベントがN種類ある場合はアクセス制御フラグをNビットとすることでN種類のイベントに対するアクセス規制を実現する。
図10は無線端末でのランダムアクセス領域に対するアクセス制御手順を示すフローチャートである。無線端末はデータ送信を行う場合、基地局が報知するBch、Fch、RFchの各データを受信する。Bch、Fch、RFchの各データを受信する手順は以下である。端末送受信管理部23は受信位置と受信長を端末送受信制御部25に通知する。端末送受信制御部25は受信位置から受信タイミングを算出し、受信長と算出した受信タイミングとを端末送受信部21に通知する。端末送受信部21は通知された受信タイミングで受信長分データを受信する(ステップS401)。
端末送受信管理部23は受信したRFchのアクセス制御フラグを確認する(ステップS402)。使用するランダムアクセス領域のアクセス制御フラグが立っていればステップS403に進み、立っていなければ、Exponentialバックオフアルゴリズムによりバックオフ時間を決定し、ステップS404に進む。なお、アクセス制御フラグが立っている場合、アクセス制御フラグに対応するランダムアクセス領域のアクセス規制が行われている。
ステップS403では、端末送受信管理部23は自無線端末が送信した発生通知の即時イベントに対してランダムアクセス領域がアクセス制限されているか否か(ランダムアクセス領域が使用可能か否か)判断し(ステップS403)、自無線端末が送信した発生通知の即時イベントに対してアクセス制限されている場合、本フレームのランダムアクセススロット数を初期ウィンドウサイズとし、Exponentialバックオフアルゴリズムによりバックオフ時間を決定し、ステップS404に進み、自無線端末が送信した発生通知の即時イベント以外の即時イベントに対してランダムアクセス領域がアクセス制限されている場合はステップS405に進む。
ステップS404では、自無線端末が送信した発生通知の即時イベントに対してアクセス制限されているランダムアクセス領域を使用して、端末送受信部21はデータ送信のための帯域を基地局に要求する帯域要求情報(RREQ)の送信をExponentialバックオフアルゴリズムに従い開始する。
ステップS405では、自無線端末が送信した発生通知の即時イベント以外の即時イベントに対してランダムアクセス領域がアクセス制限されているため、送信待機し(ステップS405)、処理を終了する。
以上のように、基地局および無線端末装置を制御し、即時性が要求されるイベントの発生通知に応じてランダムアクセス領域の使用を制御することで、即時性が要求されるイベントが使用する帯域を基地局に要求する帯域要求情報の送信の低遅延化が可能となる。よって即時性が要求されるイベントのデータの送信の低遅延化が可能となる。例えば、即時性が要求されないイベントが大量に通知されている場合では、ランダムアクセス領域が衝突する可能性が高くなり、衝突によるオーバーヘッドが生じる。しかしながら、第一の具体例によると、即時性が要求されるイベントの帯域要求情報の送信に対してランダムアクセス領域を専用に使用できるようにするため、即時性が要求されるイベントの帯域要求情報が使用するランダムアクセス領域においては衝突の可能性は低くなり、衝突によるオーバーヘッドも少なくなる。そのため、即時性が要求されるイベントに関するデータの通信の低遅延化が可能となる。
(第二の具体例)
本具体例では、無線端末から即時イベントの発生が通知された場合、基地局はランダムアクセス領域を新たに割り当てる。基地局は共用スロットの受信処理で無線端末からの即時イベントの発生通知があると判断した場合、発生通知を受けた即時イベントに対してランダムアクセス領域を新たに割り当てる。また、無線端末からの即時性が要求されるイベントの発生通知がないと判断された場合、即時性が要求されるイベントに対して割り当てられたランダムアクセス領域を解除する。なお、全端末、全イベントがアクセス可能なランダムアクセス領域は、即時イベントの発生通知によらず存在するものとする。
図11は基地局でのランダムアクセス領域に対するアクセス制御手順を示すフローチャートである。基地局では、共用スロットの受信処理を行い(ステップS501)、基地局共用スロット管理部14は即時イベントの発生通知がされたか否か判断し(ステップS502)、即時イベントの発生通知がされた場合はステップS503に進み、されない場合はステップS504に進む。ステップS503では、基地局共用スロット管理部14は発生通知された即時イベントを記憶部に記憶する(ステップS503)。
ステップS504では、基地局送受信管理部13は全ての共用スロットの受信を完了したか否か判断し(ステップS504)、全ての共用スロットの受信を完了した場合ステップS505に進み、全ての共用スロットの受信を完了していない場合ステップS501に戻る。
ステップS505では、基地局送受信管理部13は記憶部が記憶した即時イベントに基づいて、通知された即時イベントに対してランダムアクセス領域を新たに割り当てるため、ランダムアクセス領域情報(領域の開始位置、スロット数など)をRFch内に設定する。なお、割り当てるスロット数は予め決めてもよい。続いて基地局送受信管理部13はRFchを基地局フレーム生成・分解部12に通知する。また、基地局送受信管理部13は基地局送受信制御部15にRFchのPDUの送信位置を指示する。基地局送受信制御部15は指示された送信位置から送信タイミングを算出する。基地局フレーム生成・分解部12はRFchからPDUを生成し、基地局送受信部11に通知する。基地局送受信部11は次フレームにおいて、基地局送受信制御部15から指示されたタイミングでPDUを無線端末に送信する(ステップS505)。
図12は無線端末でのランダムアクセス領域に対するアクセス制御手順を示すフローチャートである。無線端末はデータ送信を行う場合、基地局が報知するBch、Fch、RFchの各データを受信する。Bch、Fch、RFchの各データを受信する手順は以下である。端末送受信管理部23は受信位置と受信長を端末送受信制御部25に通知する。端末送受信制御部25は受信位置から受信タイミングを算出し、受信長と算出した受信タイミングとを端末送受信部21に通知する。端末送受信部21は通知された受信タイミングで受信長分データを受信する(ステップS601)。
端末送受信管理部23は受信したRFchのランダムアクセス領域情報を確認し、即時イベントに対してランダムアクセス領域が設定されているか否か(ランダムアクセス領域が使用可能か否か)判断する(ステップS602)。即時イベントに対するランダムアクセス領域が設定されている場合は、即時イベントに対するランダムアクセススロット数を初期ウィンドウサイズとし、Exponentialバックオフアルゴリズムによりバックオフ時間を決定し、ステップS603に進み、設定されていない場合は、Exponentialバックオフアルゴリズムによりバックオフ時間を決定し、ステップS604に進む。ステップS603では、即時イベントに対するランダムアクセス領域を使用して、端末送受信部21はデータ送信のための帯域を基地局に要求する帯域要求情報(RREQ)の送信をExponentialバックオフアルゴリズムに従い開始する。ステップS604では、全端末がアクセス可能なランダムアクセス領域を使用して、端末送受信部21はデータ送信のための帯域を基地局に要求する帯域要求情報(RREQ)の送信をExponentialバックオフアルゴリズムに従い開始する。
以上のように、基地局および無線端末装置を制御し、即時性が要求されるイベントの発生通知に応じてランダムアクセス領域を割り当てることで、即時性が要求されるイベントが使用する帯域を基地局に要求する帯域要求情報の送信の低遅延化が可能となる。よって即時性が要求されるイベントのデータの送信の低遅延化が可能となる。例えば、即時性が要求されないイベントが大量に通知されている場合では、ランダムアクセス領域が衝突する可能性が高くなり、衝突によるオーバーヘッドが生じる。しかしながら、第二の具体例によると、即時性が要求されるイベントの帯域要求情報の送信に対してランダムアクセス領域を専用に割り当てるため、即時性が要求されるイベントの帯域要求情報が使用するランダムアクセス領域においては衝突の可能性は低くなり、衝突によるオーバーヘッドも少なくなる。そのため、即時性が要求されるイベントに関するデータの通信の低遅延化が可能となる。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
本発明の一実施形態による無線通信システムを示した概略ブロック図である。 本実施形態の基地局の構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態の無線端末の構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態における共用アクセススロットを含んだMACフレーム構成を示した構成図である。 本実施形態の共用スロットで送信される情報要素と内容を示した図である。 本実施形態における共用スロット情報のイベント種別とスロット情報を示した図である。 本実施形態における無線端末での送信処理の流れを示したフローチャートである。 本実施形態における基地局での受信処理の流れを示したフローチャートである。 本実施形態における基地局でのランダムアクセス領域に対するアクセス制御手順を示すフローチャートである。 本実施形態における無線端末でのランダムアクセス領域に対するアクセス制御手順を示すフローチャートである。 本実施形態における基地局でのランダムアクセス領域に対するアクセス制御手順を示すフローチャートである。 本実施形態における無線端末でのランダムアクセス領域に対するアクセス制御手順を示すフローチャートである。 従来技術におけるフレーム構成を示した図である。 従来技術におけるアクセスシーケンスを示した図である。
符号の説明
1・・・基地局、2−1〜2−N・・・端末極、11・・・基地局送受信部(基地局送信部、基地局受信部)、12・・・基地局フレーム生成・分解部、13・・・基地局送受信管理部、14・・・基地局共用スロット管理部、15・・・基地局送受信制御部、16・・・帯域管理部、21・・・端末送受信部、22・・・端末フレーム生成・分解部、23・・・端末送受信管理部、24・・・端末スロット管理部、25・・・端末送受信制御部

Claims (8)

  1. 複数の無線端末装置が共通の無線回線により基地局装置と接続され、前記基地局装置は、無線フレーム内の上り通信用帯域の区デマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置からの帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当て、前記無線端末装置は、送信するデータが発生した場合、前記帯域要求情報を前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信し、送信に成功した場合には前記基地局装置から割り当てられた通信用帯域を用いて前記データを送信する無線通信方法において、
    前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され
    前記無線端末装置が前記共用スロットのうち自装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロットを使用して前記発生通知情報を前記基地局装置に送信するイベント発生通知ステップと、
    前記基地局装置が、受信した全ての前記発生通知情報と該発生通知情報の送信に使用された共用スロットの情報に基づいて、受信した全ての前記発生通知情報に対応する前記所定のイベントの種類の全てに対してのみ、前記帯域要求情報送信用に前記ランダムスロットの使用許可するランダムスロット設定ステップと、
    前記無線端末装置が、全ての無線端末装置に対して前記ランダムスロットの使用が許可されているか否かを判断し、許可されていない場合には、さらに、自装置で発生したイベントの種類に対して前記ランダムスロットの使用が許可されているか否かを判断し、許可されている場合には、該ランダムスロットを使用して前記帯域要求情報を前記基地局装置に送信する帯域要求ステップと、
    を備えたことを特徴とする無線通信方法。
  2. 複数の無線端末装置が共通の無線回線により基地局装置と接続され、前記基地局装置は、無線フレーム内の上り通信用帯域の区デマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置からの帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当て、前記無線端末装置は、送信するデータが発生した場合、前記帯域要求情報を前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信し、送信に成功した場合には前記基地局装置から割り当てられた通信用帯域を用いて前記データを送信する無線通信方法において、
    前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され
    前記無線端末装置が前記共用スロットのうち自装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロットを使用して前記発生通知情報を前記基地局装置に送信するイベント発生通知ステップと、
    前記基地局装置が、受信した全ての前記発生通知情報と該発生通知情報の送信に使用された共用スロットの情報に基づいて、受信した全ての前記発生通知情報に対応する前記所定のイベントの種類の全てに対して前記帯域要求情報送信用に前記ランダムスロットを割り当てるランダムスロット設定ステップと、
    前記無線端末装置が、自装置で発生したイベントの種類に対して前記ランダムスロット割り当てられているか否かを判断し、割り当てられている場合には、該ランダムスロットを使用して前記帯域要求情報を前記基地局装置に送信する帯域要求ステップと、
    を備えたことを特徴とする無線通信方法。
  3. 前記共用スロットは前記所定のイベントの種類ごとに一意に設定されたイベントデータと、前記イベントデータが正しいことを確認するためのイベントデータ確認データとを送信するために使用される
    ことを特徴とする請求項1または請求項に記載の無線通信方法。
  4. 前記共用スロットはさらに、前記無線端末装置ごとに一意に設定された無線端末データと、前記無線端末データが正しいことを確認するための無線端末確認データとを送信するために使用される
    ことを特徴とする請求項に記載の無線通信方法。
  5. 複数の無線端末装置を共通の無線回線により接続し、無線フレーム内の上り通信用帯域の区デマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置から前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信された帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当てる基地局装置であって、
    前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され
    前記無線端末装置から、前記共用スロットのうち当該無線端末装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロットを使用して送信された前記発生通知情報を受信する基地局受信部と、
    前記基地局受信部で受信した全ての前記発生通知情報と該発生通知情報の送信に使用された共用スロットの情報に基づいて、受信した全ての前記発生通知情報に対応する前記所定のイベントの種類の全てに対してのみ、前記帯域要求情報送信用に前記ランダムスロットの使用許可を設定する基地局送受信管理部と、
    前記基地局送受信管理部が設定した前記使用許可に基づいてデータを生成する基地局フレーム生成・分解部と、
    前記データを前記無線端末装置に送信する基地局送信部と、
    を備えたことを特徴とする基地局装置。
  6. 複数の無線端末装置を共通の無線回線により接続し、無線フレーム内の上り通信用帯域の区デマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置から前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信された帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当てる基地局装置であって、
    前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され
    前記無線端末装置から、前記共用スロットのうち当該無線端末装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロットを使用して送信された前記発生通知情報を受信する基地局受信部と、
    前記基地局受信部で受信した全ての前記発生通知情報と該発生通知情報の送信に使用された共用スロットの情報に基づいて、受信した全ての前記発生通知情報に対応する前記所定のイベントの種類の全てに対して前記帯域要求情報送信用に前記ランダムスロットを割り当てる基地局送受信管理部と、
    前記基地局送受信管理部が割り当てた前記ランダムスロットに基づいてデータを生成する基地局フレーム生成・分解部と、
    前記データを前記無線端末装置に送信する基地局送信部と、
    を備えたことを特徴とする基地局装置。
  7. 複数の無線端末装置を共通の無線回線により接続し、無線フレーム内の上り通信用帯域の区デマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置からの帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当てる基地局装置に対して、送信するデータが発生した場合前記帯域要求情報を前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信し、送信に成功した場合には前記基地局装置から割り当てられた通信用帯域を用いて前記データを送信する無線端末装置であって、
    前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され
    前記共用スロットのうち自装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロット使用して前記発生通知情報を前記基地局装置に送信し、また、前記基地局装置より送信されるデータを受信する端末送受信部と、
    前記端末送受信部が受信した前記データに基づいて、全ての無線端末装置に対して前記ランダムスロットの使用が許可されているか否かを判断し、許可されていない場合には、さらに、自装置で発生したイベントの種類に対して前記ランダムスロット使用が許可されているか否か判断する端末送受信管理部と、
    を備え、
    前記ランダムスロット使用が許可されている場合には前記端末送受信部が、該ランダムスロットを使用して前記帯域要求情報を前記基地局装置に送信する
    ことを特徴とする無線端末装置。
  8. 複数の無線端末装置を共通の無線回線により接続し、無線フレーム内の上り通信用帯域の区デマンドアサイン区間およびランダムアクセス区間を設定し、前記無線端末装置からの帯域要求情報に応じて上り通信用帯域を割り当てる基地局装置に対して、送信するデータが発生した場合前記帯域要求情報を前記ランダムアクセス区間内のランダムスロットを使用して送信し、送信に成功した場合には前記基地局装置から割り当てられた通信用帯域を用いて前記データを送信する無線端末装置であって、
    前記無線フレーム内の上り通信用帯域の区間にさらに1以上の種類の所定のイベントのいずれかが発生したことを通知する発生通知情報を送信するための共用スロットが前記所定のイベントの種類ごとに設定され
    前記共用スロットのうち自装置で発生したイベントの種類に対応する共用スロット使用して前記発生通知情報を前記基地局装置に送信し、また、前記基地局装置より送信されるデータを受信する端末送受信部と、
    前記端末送受信部が受信した前記データに基づいて、自装置で発生したイベントの種類に対して前記ランダムスロットが割り当てられているか否か判断する端末送受信管理部と、
    を備え、
    前記ランダムスロットが割り当てられている場合には前記端末送受信部が、該ランダムスロットを使用して前記帯域要求情報を前記基地局装置に送信する
    ことを特徴とする無線端末装置。
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