JP5058446B2 - 基地局装置、基地局装置の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、多数の無線リソースを用いたマルチプルアクセス方式による無線通信システムに用いて好適な無線通信技術に関する。

一般にワイヤレスインターネットアクセスシステムには、データ通信をする前、ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ）を利用し、ユーザターミナル（無線通信端末ＵＴ：Ｕｓｅｒ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）とベースステーション（基地局装置ＢＳ：ＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎ）との間で接続制御に関するデータ通信を行うものがある。

この種のシステムでは、まずユーザターミナルが基地局に接続要求メッセージであるＲＡ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ａｃｃｅｓｓ）を送信する。ベースステーションは、ユーザターミナルから送信された接続要求ＲＡを受信したら当該接続要求ＲＡと同一の無線リソースで、接続割当メッセージであるＡＡ（Ａｃｃｅｓｓ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ）をユーザターミナルに送信し、トラフィックチャネル（ＴＣＨ：Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ）としての使用許可を与える。その後、同一の無線リソースを使用してトラフィックチャネルに移行して通信をする。

上記のシステムでは、空間分割多重（ＳＤＭＡ）や時分割多重（ＴＤＭＡ）方式などにより無線リソースを多数確保する手法がとられるが、ユーザターミナルの収容数はユーザターミナル接続用のチャネル数が上限となってしまう。従来、収容数を拡大するため、同チャネル数を越えてユーザターミナルから接続要求があった場合は、ベースステーションで各ユーザターミナルの接続時間を管理し、ユーザターミナルの登録数が増えた場合、一定時間接続を継続したユーザターミナルに対して強制的に接続を切断することによって、ユーザターミナルの接続の機会を公平化しつつ、上記の上限を超える数のユーザターミナルを収容できるようにする方式がある。一方、特許文献１には、接続要求から接続成功（あるいは失敗）までのターンアラウンドタイムを短縮する技術が開示されている。
特開平１１−３４１１０３号公報

上記のワイヤレスインターネットアクセスシステムでは、多数のユーザターミナルから接続要求ＲＡがベースステーションに集中すると、かかる接続要求ＲＡが通常に通信している他のユーザターミナルにとって妨害波となってしまうため、全体の転送レートが著しく劣化してしまうおそれがある難点があった。

しかも上記のように、一定時間接続したユーザターミナルの接続を強制的に切断する方式は、ユーザターミナルの登録数が増えたときに採用されるのが通常の形態であり、しかも原理的に非接続状態のユーザターミナル数を増大させてしまうため、上記の難点が更に顕著になる問題があった。

本発明は、このような事情に鑑み、接続要求の集中を緩和して上記の問題を解消ないしは低減することを課題とする。

上記の課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明に係る基地局装置は、無線通信端末と通信を行う基地局装置であって、前記無線通信端末の接続数が所定値を上回ると、接続中の無線通信端末のうち、切断対象の無線通信端末に対して切断要求を通知する通知手段と、前記通知手段を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記通知手段から前記切断要求を通知する場合、前記切断対象の無線通信端末が次に前記基地局装置へ接続要求を送信するまでの待機時間及び前記接続要求のリトライ間隔を示す情報を通知するよう前記通知手段を制御する、ことを特徴とする。

本発明に係る基地局装置の制御方法は、無線通信端末と通信を行う基地局装置の制御方法であって、前記無線通信端末の接続数が所定値を上回ると、接続中の無線通信端末のうち、切断対象の無線通信端末に対して切断要求を通知する通知ステップを含み、前記通知ステップでは、前記切断要求を通知する場合、前記切断対象の無線通信端末が次に前記基地局装置へ接続要求を送信するまでの待機時間及び前記接続要求のリトライ間隔を示す情報を通知する、ことを特徴とする。

この発明によれば、基地局において、無線通信端末の接続数が閾値を上回ると無線通信端末に対し接続要求の送信を待機する時間を通知する一方、無線通信端末において、上記の通知を受信すると当該時間が経過するまで接続要求の送信を待機することとしているので、基地局への接続要求の集中を緩和することが可能となる。したがって接続要求が妨害波となって基地局全体の転送レートが劣化するなどの問題の発生を回避あるいは低減できる。
また接続要求の送信を待機する時間を無線通信端末の接続数に正相関する値とすることにより、基地局の混み具合を反映して接続要求の抑制の度合を調整できる利点がある。

以下、図面を用いてこの発明の実施形態を説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るワイヤレスインターネットアクセスシステムの概略を示すブロック図である。同図に示すように、ユーザターミナル（無線通信端末：ＵＴ）１はベースステーション（基地局（基地局装置）：ＢＳ）２と無線により通信可能な機能を有する端末である。

ベースステーション２は、有線でＩＰ（インターネットプロトコル）網３に接続されており、ユーザターミナル１に対しインターネットアクセスサービスを提供するものである。ベースステーション２は多数のユーザターミナル１と接続可能であり、通常の形態においてユーザターミナル１からも複数のベースステーション２が認識可能である。なお、ベースステーション２の接続先のネットワークはＩＰ網に限られず一般的なネットワークでも構わない。

図２はこの実施形態で用いられるベースステーション２の要部を示すブロック図である。同図に示すように、ベースステーション２はマルチアンテナ・マルチキャリア型として構成されている。主制御部４は、ベースステーション２全体を制御するものであり、同図に示す各部構成要素を制御してプロトコル制御等も行うものである。また主制御部４はベースステーション２が接続しているユーザターミナル１の数を取得するユーザターミナル数取得部（図示せず）も備えている。データ入出力インタフェース５は、ＩＰ網３（図１参照）とのデータ入出力を行うインタフェース等、図示しないベースステーション２の内部回路との間でデータ入出力を行う回路である。

モデム部６は、入出力インタフェース５とパス制御部７との間に接続され、入出力データの変復調を行う回路である。パス制御部７は、モデム部６と無線通信部８（８−１〜８−ｎ）との間のデータ伝送パスを制御するものである。無線通信部８（８−１〜８−ｎ）は、それぞれアンテナ８０１、高周波回路部（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）８０２、デジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）８０３、デジタルアップコンバータ（ＤＵＣ）８０４から構成される。アンテナ８０１および高周波回路部８０２は電波の送受信を行うものである。デジタルダウンコンバータ８０３は受信信号（アナログ信号）をデジタル化するものである。デジタルアップコンバータ８０４は送信信号（デジタルデータ）をアナログ化するものである。

モデム部６は複数のキャリア周波数（この例ではｆ１〜ｆ８）の変復調を行うものであり、各キャリア周波数ごとの変復調を担当する処理系６０（６０−１〜６０−４）から構成される。各処理系６０は、時分割多重によるスロット数（この例では３スロット）に対応して複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）６００（６００−１〜６００−３）を有する。このＤＳＰ６００（６００−１〜６００−３）は、変復調処理を行うプログラムをメインメモリ（図示せず）に格納している。

変復調処理に係るプログラムに基づいてＤＳＰ６００が動作すると、各々のサブプロセッサ６００が担当するスロットのデータの変復調処理を行う。各スロットは、空間分割多重により３チャネル分の無線リソースを提供する。すなわち各ＤＳＰ６００は、最大３チャネル分の通信データの変復調を担当するようになっている。Ｔｘ／Ｒｘバッファ６０１は、キャリア周波数ごとの送受信データを一時保持するバッファであり、３スロット分のデータの分離・結合を行う。

図３は、この実施形態で用いられるユーザターミナルの構成を示すブロック図である。同図において、９はユーザターミナル全体を制御するＣＰＵ、１０はベースステーションに接続してパケット通信を行う無線制御部、１１はタイマ、１２はキー操作及び所定の表示を行う操作表示部である。１３はＲＯＭ、１４はＲＡＭであり、ＲＯＭ１３とＲＡＭ１４とによりＣＰＵ９のメインメモリが構成される。

ＲＯＭ１３にはＣＰＵ９のプログラムが格納されており、このプログラムに基づいてＣＰＵ９は、ベースステーションから通知される待機時間又はリトライ時間に応じて接続要求ＲＡの送信を制御する機能や、ベースステーションからの指示あるいはタイマ１１の計測時間に基づいて接続又は切断を制御する機能などを含む通信プロトコル制御機能を実現する。

ここで本システムで利用可能な無線リソースは、たとえば周波数分割多重方式・時分割多重方式・空間分割多重方式を採用してＮ個提供されているものとする。このＮ個の無線リソースのうち、所定個が報知チャネル（ＢＣＨ：Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）用あるいはＰＰＰ（Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）におけるアライブ信号（接続を確認するための信号）の伝送用、公平分配機能用（通信中のユーザの接続を切断して接続の機会を他のユーザにも与える制御のための信号用）などに割り当てられており、残りの無線リソースがランダムアクセスチャネルおよびトラフィックチャネル（ＴＣＨ：Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ）用に割り当てられている。

図４は、１つのキャリア周波数におけるユーザ接続用チャネルを示す説明図である。同図において、ＣＨＮＮＥＬ♯１〜♯３はＳＤＭＡ方式により構成される３つのチャネルを示す。またＳＬＯＴ♯１〜♯３はＴＤＭＡ方式により構成される３つのスロットを示す。チャネルＣＨＮＮＥＬ♯１〜ＣＨＮＮＥＬ♯３とスロットＳＬＯＴ♯１〜♯３の組み合わせにより１つのキャリア周波数当たり９個の無線リソースが構成されている。

図５は、ユーザ接続用チャネルの割当のアルゴリズムを示す説明図である。同図に示すように、ベースステーションにおいて最大接続スロット数より多いユーザターミナルが接続又は切断を行っている状況が発生したとする。この場合、たとえば図５（ａ）に示すように８つのスロットがユーザターミナルＵＳＥＲ＃１〜＃８に接続するトラフィックチャネルＴＣＨに割り当てられている。残る１つのスロットは、他のユーザターミナルが接続するためのランダムアクセスチャネルＲＡＣＨに割り当てられている。

ここで図５（ｂ）に示すようにランダムアクセスチャネルＲＡＣＨであったスロットにユーザターミナルＵＳＥＲ＃９が接続した場合、たとえばユーザターミナルＵＳＥＲ＃１が接続していたトラフィックチャネルＴＣＨが切断され、そのスロットがランダムアクセスチャネルＲＡＣＨに割り当てられる。

同様にして図５（ｃ）（ｄ）に示すように、接続継続時間が長い順にトラフィックチャネルＴＣＨの接続が切断され、常に最低１つのスロットはランダムアクセスチャネルＲＡＣＨに割り当てられるように制御される。

次に、ユーザターミナルおよびベースステーション間の接続又は切断に係る通信シーケンスを説明する。ここでベースステーションの主制御部４（図２参照）のメインメモリには、ユーザターミナルの接続数と待機時間又はリトライ間隔との対応関係を示すテーブルが格納されている。以下の説明において、ｎはユーザターミナル接続数、ｎ０はベースステーション２における最大接続スロット数、ｎ１はベースステーション２における接続スロット数の第１の閾値、ｎ２はベースステーション２における接続スロット数の第２の閾値である（ｎ０＜ｎ１＜ｎ２）。またｔｎ０はｎ０≦ｎ＜ｎ１における待機時間、ｔｎ１１，ｔｎ１２はｎ１≦ｎ＜ｎ２における待機時間およびリトライ間隔、ｔｎ２１，ｔｎ２２はｎ２≦ｎにおける待機時間およびリトライ間隔である（ｔｎ０＜ｔｎ１１＜ｔｎ２１，ｔｎ１２＜ｔｎ２２）。上記のテーブルにはこれらのデータが格納されている。

この実施形態では２つの閾値ｎ１，ｎ２を設定する例を示すが、閾値の設定数Ｘを３個以上とし、それに対応して待機時間ｔｎＸ１やリトライ間隔ｔｎＸ２を設定しておく形態をとることもできる。あるいはテーブルの代わりに関係式ｔｎ１（ｎ），ｔｎ２（ｎ）を定義してメモリに記憶しておき、ユーザターミナル接続数ｎから待機時間ｔｎ１やリトライ間隔ｔｎ２を演算する形態をとることもできる。この場合、関係式は、接続要求ＲＡの集中が他の通信への妨害現象を発生する条件と、ユーザターミナルを待機させることによる影響とを勘案して適宜設定すれば良いが、ユーザターミナル接続数ｎと待機時間ｔｎ１あるいはリトライ間隔ｔｎ２とは少なくとも正相関するものとなる。

図６は、ｎ０≦ｎ＜ｎ１のときのユーザターミナルおよびベースステーション間の接続又は切断手順を示す通信シーケンスチャートである。同図に示すように、ｎ０≦ｎ＜ｎ１である場合、すなわちユーザターミナル接続数ｎが最大接続スロット数ｎ０を越えてはいるが比較的少ない場合、ベースステーションＢＳにおいて主制御部４（図２参照）はテーブルを参照して待機時間ｔｎ０を取得する。この待機時間ｔｎ０は比較的短い時間に設定されている。主制御部４（図２参照）は、切断するユーザターミナル（ＵＳＥＲ）に切断要求を送信する際、その切断要求に待機時間ｔｎ０を格納したうえで送信する。この切断要求を受信するとユーザターミナル（ＵＳＥＲ）のＣＰＵ９（図３参照）は、待機時間ｔｎ０の計時を行って時間経過後に接続要求ＲＡを送信する。接続要求ＲＡと接続割当ＡＡのメッセージを交換することによりユーザターミナル（ＵＳＥＲ）とベースステーションＢＳとの間の接続が再び確立する。なお、このときはリトライ間隔は特に指定していないので、仮に１回の接続要求ＲＡの送信により接続が確立できなかった場合、接続要求ＲＡの再送信は通常のプロトコルに従って行われる。

図７は、ｎ１≦ｎ＜ｎ２のときのユーザターミナルおよびベースステーション間の接続／切断手順を示す通信シーケンスチャートである。同図に示すように、ｎ１≦ｎ＜ｎ２である場合、すなわちユーザターミナル接続数ｎが最大接続スロット数ｎ０を越えており且つある程度の大きくなった場合、ベースステーションＢＳにおいて主制御部４（図２参照）はテーブルを参照して待機時間ｔｎ１１およびリトライ間隔ｔｎ１２を取得し、切断するユーザターミナル（ＵＳＥＲ）に切断要求を送信する際、その切断要求に待機時間ｔｎ１１とリトライ間隔ｔｎ１２を格納したうえで送信する。この切断要求を受信するとユーザターミナル（ＵＳＥＲ）のＣＰＵ９（図３参照）は、待機時間ｔｎ１１の計時を行って時間経過後に接続要求ＲＡを送信する。もし１回の接続要求ＲＡの送信により接続が確立できなかった場合、ＣＰＵ９（図３参照）はリトライ間隔ｔｎ１２だけ待機した後、接続要求ＲＡの再送信を行う。

さらに、ｎ２≦ｎである場合、すなわちユーザターミナル接続数ｎがさらに大きくなって最大接続スロット数ｎ０を越えており且つかなり大きくなった場合、ベースステーションＢＳにおいて主制御部４（図２参照）はテーブルを参照して待機時間ｔｎ２１およびリトライ間隔ｔｎ２２を取得する。以下、図６に示す手順と同様にしてユーザターミナル（ＵＳＥＲ）は待機時間ｔｎ２１だけ待機した後に接続要求ＲＡを送信し、リトライする場合は更にリトライ間隔ｔｎ２２だけ待機したうえで接続要求ＲＡの再送信を行う。

このようにこの実施形態によれば、ユーザターミナル接続数に応じて接続要求ＲＡ送信の待機時間及び／又はリトライ間隔を、ユーザターミナル接続数が増えるに従って長くなるようにしたので、接続要求ＲＡの集中を抑制でき、接続要求ＲＡが集中して他のユーザの妨害波となって転送レートを劣化させる現象の発生を防止あるいは抑制できる。

なおこの実施形態においては、ユーザターミナルの接続数が段階的に増える毎に接続要求ＲＡ送信の待機時間及びリトライ間隔を長くしているが、このようにユーザターミナル（ＵＳＥＲ）の待機時間をユーザターミナルの接続数に応じて調整するほかに、条件によっては特定のユーザターミナルを優先的に接続するようにしてもよい。たとえば、電界強度や転送レートの悪い環境にあるユーザターミナルは何回接続要求ＲＡを送信しても接続されない場合も想定されるので、個々のユーザターミナルについて切断されてからの時間を管理し、切断されてから待機時間が経過してもまだ接続されないユーザターミナルに対して優先的に接続可能にするようにしてもよい。

以上、この発明の実施形態を詳述してきたが、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。

たとえばベースステーションにおける主制御部を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）型の演算装置あるいはコンピュータシステムに所定のプログラムを組み込むことにより構成するのは一般的に採用され得る形態である。ベースステーションの主制御部あるいはユーザターミナルのＣＰＵに組み込まれるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて頒布されることができ、機能の一部を実現する形態で頒布されるものであっても良い。たとえばＯＳ（オペレーション・システム）が提供する基本機能を利用したアプリケーションソフトの形式で頒布されるものであっても良い。さらにコンピュータシステムに既に記録されている既存システムのプログラムとの組み合わせで所定の機能を実現できるもの、いわゆる差分プログラムで頒布される形態をとることも可能である。

また上記のコンピュータ読み取り可能な記録媒体には、可搬型の磁気ディスクや光磁気ディスク等の記憶媒体等以外にも、ハードディスク等の記憶装置その他不揮発性の記憶装置を含む。さらにインターネットその他のネットワーク等、任意の伝送媒体を介して他のコンピュータシステムから提供される形態でも良い。この場合、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、ネットワーク上のホストやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、伝送媒体において一定時間プログラムを保持しているものも含む。

また上述した実施形態においてベースステーションの主制御部やユーザターミナルのＣＰＵが担当している機能を更に複数のプロセッサによる分散処理で実現する形態も任意に選択し得る設計的な事項である。また、かかる形態において、少なくともその一部のプロセッサをＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｌｌｅｙ）により構築する形態も可能である。この場合、ＦＰＧＡに組み込む回路プログラム情報の頒布については、上記のプログラムの頒布と同様に各種の形態をとることも可能である。

この発明の一実施形態に係るワイヤレスインターネットアクセスシステムの概略を示すブロック図である。 この実施形態で用いられるベースステーションの要部を示すブロック図である。 この実施形態で用いられるユーザターミナルの構成を示すブロック図である。 １つのキャリア周波数におけるユーザ接続用チャネルを示す説明図である。 ユーザ接続用チャネルの割当のアルゴリズムを示す説明図である。 ｎ０≦ｎ＜ｎ１のときのユーザターミナルおよびベースステーション間の接続／切断手順を示す通信シーケンスチャートである。 ｎ１≦ｎ＜ｎ２のときのユーザターミナルおよびベースステーション間の接続／切断手順を示す通信シーケンスチャートである。

符号の説明

１…ユーザターミナル（無線通信端末） ２…ベースステーション（基地局装置） ３…ＩＰ網 ４…主制御部 ５…データ入出力インタフェース ６…モデム部 ６０（６０−１〜６０−４）…処理系 ６００（６００−１〜６００−３）…ＤＳＰ ６０１…Ｔｘ／Ｒｘバッファ ７…パス制御部 ８（８−１〜８−ｎ）…無線通信部 ８０１…アンテナ ８０２…高周波回路部 ８０３…デジタルダウンコンバータ ８０４…デジタルアップコンバータ ９…ＣＰＵ １０…無線制御部 １１…タイマ １２…操作表示部 １３…ＲＯＭ １４…ＲＡＭ

Claims (2)

1. 無線通信端末と通信を行う基地局装置であって、
   前記無線通信端末の接続数が所定値を上回ると、接続中の無線通信端末のうち、切断対象の無線通信端末に対して切断要求を通知する通知手段と、
   前記通知手段を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記通知手段から前記切断要求を通知する場合、前記切断対象の無線通信端末が次に前記基地局装置へ接続要求を送信するまでの待機時間及び前記接続要求のリトライ間隔を示す情報を通知するよう前記通知手段を制御する、
   ことを特徴とする基地局装置。
2. 無線通信端末と通信を行う基地局装置の制御方法であって、
   前記無線通信端末の接続数が所定値を上回ると、接続中の無線通信端末のうち、切断対象の無線通信端末に対して切断要求を通知する通知ステップを含み、
   前記通知ステップでは、前記切断要求を通知する場合、前記切断対象の無線通信端末が次に前記基地局装置へ接続要求を送信するまでの待機時間及び前記接続要求のリトライ間隔を示す情報を通知する、
   ことを特徴とする基地局装置の制御方法。

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