JP5524556B2 - 親局および通信制御の方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ通信方式を用いて複数の子局と周期的な通信を行う場合に、伝送フレームのタイムスロット割り当てを決定する親局、及び該親局と子局との間の通信制御方法に関する。

親局が、１つの伝送路を用いて複数の子局と通信を行う場合に有効な通信方式として、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ通信方式がある。一般に、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ通信方式では、伝送フレームは下りスロットと上りスロットとに分けられ、下りスロットで親局は各子局に対してデータを送信し、上りスロットで各子局は親局へデータを送信する。伝送すべきデータの量が少ないフレームでは、親局は、下りまたは上りスロット内に空きスロットを配置することで伝送フレーム長が変化しないようにする。

特許文献１には、フレーム内に空きスロットが点在する場合に、それらを連続する時間領域にまとめる手段が開示されている。また特許文献２には、下りスロットと上りスロットの境界を可変とすることで、下りスロットの内の空きスロットと、上りスロット内の空きスロットを、下りと上りどちらの用途にも使えるようにする手段が開示されている。

特開２００１−３３３０３８号公報 特開平０７−２９７８２９号公報

従来技術においては、ある子局用の通信で使用するスロットの個数が変化すると、他の子局用の通信スロットの位置が伝送フレームの中で変わっていた。すなわち、親局から一部の子局に送信されるデータのサイズが一時的に増えると、他の子局が親局からデータを受信するタイミングが変化してしまっていた。したがって、例えばモーター制御システムのように各子局が一定の周期で親局から制御データを受信する必要がある場合、ある子局に対する制御データのサイズが通常より大きくなると、他の子局のデータの受信が遅れるため、正確な制御ができなくなる恐れがあった。

さらに、上記システムにおける各子局が、親局から制御データを受信した後に、受信したデータに基づいて処理を行った結果を返すような場合には、各子局には受信完了から送信開始までの間に一定の処理時間が必要になる。このとき、スロットの位置が変わることにより子局の受信完了あるいは送信開始のタイミングが変化すると、この処理時間が確保できずに、同一の伝送フレーム内の上りスロットで応答を返せなくなるという問題もあった。

本発明は、以上の問題に鑑み、全ての子局において受信完了タイミングと送信開始タイミングが変化しないようなタイムスロット割り当てを行う親局を提供することを目的とする。

複数の子局とデータを送受信する通信システムにおける親局が、一定のフレーム長を有し、一定周期毎に送受信される伝送フレームに、前記複数の子局の各々とのデータの送受信に使用する下り用スロットおよび上り用スロットを該伝送フレームの予め設定された位置に割り当てるスロット割り当て手段と、前記伝送フレームの、前記下り用スロットの前方に予備下り用スロットを割り当て、前記上り用スロットの後方に予備上り用スロットを割り当てる予備スロット割り当て手段と、一定周期毎に、前記スロット割り当て手段が割り当てた前記伝送フレームにより情報を送受し、該情報に加え追加情報を送受する場合に、前記予備下り用スロットおよび前記予備上り用スロットにより前記追加情報を送受する伝送手段と、を備えることを特徴とする。

本発明を適用すると、全ての子局において受信完了タイミングと送信開始タイミングが変化しない。これにより、制御周期の一定性が保たれ、正確な制御を行うことが出来る。

親局と子局による通信を利用したロボット制御のシステム接続図。 親局と子局の機能ブロック図。 予備スロットを使用しない場合のスロット割り当て図。 予備スロットを使用する場合のスロット割り当て図。 子局の優先度テーブルを表わす図。 予備スロットの割り当て要求テーブルを表す図 予備スロット割り当て手順を表す図。 親局と子局の機能ブロック図。 制御情報とフィードバック情報の内部形式を表す図。 ２つの子局へ割り当てるスロット割り当て図。 制御情報とフィードバック情報の変調方式を表す図。 複数の変調方式に対応した送信部と受信部の機能ブロック図。 変調方式テーブルを表す図。

＜実施形態１＞
本発明を適用した、ロボットの通信制御を行う通信システムについて説明する。図１は、本発明を適用したロボット制御の通信システムの接続図である。

親局１００は、子局１０１〜１０３それぞれに対して各子局のアーム１０４を動作させるための個別の制御情報を１ｍｓの制御フレーム毎に送信する。子局１０１〜１０３は、親局１００から受信した制御情報に基づいてアーム１０４を制御し、フィードバック情報を親局１００に送信する。

ロボットのアーム１０４は、子局１０１〜１０３によって制御され、物体１０５に作用する。物体１０５は、アーム１０４が作用する対象である。本システムにおいて親局１００は、子局１０１〜１０３に接続された複数のアーム１０４を協調させて物体１０５に作用するという制御を行う。

このような制御の例としては、アーム１０４の先に付いたハンド（不図示）で物体１０５を持ち上げて、所定の位置に移動させる、といった制御が挙げられる。親局１００が子局１０１〜１０３に制御情報を送信すると、子局１０１〜１０３はそれに基づいた処理を行い、親局１００にフィードバック情報を返す。

親局１００は、このフィードバック情報に基づいて次の制御フレームにおける制御情報を補正する。このような制御情報のやり取りを１ｍｓの制御周期で繰り返すことにより、アーム１０４の協調動作が行われる。

図９は、親局１００と子局１０１〜１０３との間でやり取りされる制御情報とフィードバック情報の内部形式を示す図である。親局１００および子局１０１〜１０３は、制御情報形式９００または制御情報形式９０１いずれかの形式で制御情報とフィードバック情報のやり取りを行う。

制御情報形式９００では、親局１００はアーム１０４が物体１０５を押す力となるトルク制御情報を送信する。制御情報形式９００で制御情報を受信した子局は、アーム１０４と物体１０５の間にかかる圧力の、１ｍｓ後における予測圧力を演算により求め、フィードバック情報として親局１００に返す。

制御情報形式９０１では、親局１００はアーム１０４が物体１０５を押す力となるトルク制御情報と、アーム１０４の角度を調節するための角度制御情報を送信する。制御情報形式９０１で制御情報を受信した子局は、前記予測圧力に加えて、確認のため親局１００から受信した角度制御情報を合わせて、フィードバック情報として親局１００に返す。

親局１００と子局１０１〜１０３はＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式で通信を行うため、制御情報とフィードバック情報は、それぞれ一定個数のタイムスロットを使って伝送される。ここで、制御情報形式９００で通信を行う場合に必要となるスロット数は、制御情報として１スロット、フィードバック情報として１スロットである。

制御情報形式９０１で通信を行う場合は、制御情報として３スロット、フィードバック情報として３スロットが必要となる。親局１００は、伝送帯域を効率良く利用するため、通常は制御情報形式９００で制御情報を送信し、アーム１０４の角度を調整する必要がある場合にのみ制御情報形式９０１で制御情報を送信する。

次に、本システムにおける親局１００と子局１０１〜１０３の構成を説明する。図２は、親局１００と子局１０１の構成を表す図である。子局１０２、１０３については図示しないが、子局１０１と同一の構成である。

トルク制御情報生成部２００は、一定のフレーム長を有し、１ｍｓの一定周期毎に子局１０１〜１０３のアーム１０４内のモーター２２０のトルクを制御するためのトルク制御情報を生成し、送信部２０５に送信する。トルク制御情報は、子局１０１〜１０３から前回受信したフィードバック情報に基づいて補正される。

角度制御情報生成部２０１は、前回受信したフィードバック情報を解析し、ある子局のモーター２２０の角度の変更が必要と判断すると、予備スロット割当部２０２に対して予備スロットの割り当てを要求する。そして、スロット割り当て成功の通知が得られた場合には、モーター２２０の角度制御情報を生成し、送信部２０５に送信する。

予備スロット割当部２０２は、スロットの割り当て要求を受け付けると、その要求に応じて予備下り用スロット内の空きスロットと、予備上り用スロット内の空きスロットを割り当てる。要求されたスロット数に対して空きスロットが足りない場合は、優先度記憶部２０３に記憶されている情報に従って、優先度の高い子局用の予備スロット割り当て要求を優先的に割り当てる。割り当ての成否は、要求元すなわち本実施形態の場合は角度制御情報生成部２０１に返される。以上の動作の手順を図７に示すが、詳細については後述する。

優先度記憶部２０３は、図５に示すような形式の優先度テーブルを保持する。優先度テーブル５００は、各子局の識別子と、優先度の情報を保持する。優先度の値、１、２、３は、小さいほど優先順位が高いものとする。

スロット割当部２０４は、伝送フレームを制御周期と同じ１ｍｓとし、一つの伝送フレーム内で親局１００と子局１０１〜１０３が行う通信のスロットを図３のように割り当てた上で、その割り当て情報を送信部２０５に送信する。図３および割り当ての詳細については後述する。

親局１００の送信部２０５は、トルク制御情報が生成するトルク制御情報のみを受け取っている場合には制御情報形式９００でそれぞれの子局用の制御情報を生成し保持する。また、角度制御情報生成部２０１が生成する角度制御情報も受け取っている場合には制御情報形式９０１で、それぞれの子局用の制御情報を生成し保持する。さらに送信部２０５は、スロット割当部２０４および予備スロット割当部２０２からスロット割り当て情報を受け取り、これを保持する。そして送信部２０５は、同期信号生成部２０７から入力される同期信号、および前記スロット割り当て情報に基づいたタイミングで、保持しているデータを伝送路に送信する。

親局１００の受信部２０６は、子局１０１〜１０３から親局１００に宛てに送信された信号を復調し、トルク制御情報生成部２００および角度制御情報生成部２０１に送る。

親局１００の同期信号生成部２０７は、親局１００および子局１０１〜１０３がスロットの同期を取るための信号を生成し、送信部２０５に送る。子局１０１のモーター制御部２１０は、親局１００から受信した制御情報、すなわち、親局１００のトルク制御情報生成部２００と、角度制御情報生成部２０１で生成された制御情報を元に、ロボットのアーム１０４のモーター２２０を制御する。

子局１０１の演算部２１１は、圧力センサ２２１から取得したアーム１０４と物体１０５の間にかかる現在の圧力情報と、親局１００から受信した制御情報を元に、１ｍｓ後の予測圧力値を求め、フィードバック情報として送信部２１３に送信する。また、演算部２１１は、受信した制御情報に角度情報が含まれる場合には、その角度制御情報を確認のためにフィードバック情報に含める。演算部２１１は、制御情報を受信してフィードバック情報を送信するまでにスロット２個分の演算時間を要する。

子局１０１の受信部２１２は、伝送路上の信号から、自局宛ての制御情報を抽出し、モーター制御部２１０と演算部２１１に送る。

子局１０１の送信部２１３は、演算部２１１から受け取ったフィードバック情報を、スロット制御部２１４の指示に基づいたタイミングで伝送路に送信する。

子局１０１のスロット制御部２１４は、受信部２１２で受信した信号から、スロット同期信号及びスロット割り当て情報を抽出し、送信部２１３が、親局１００によって指示されたスロット割り当てで送信するように制御する。例えばスロット制御部２１４は、上りスロットおよび予備上り用スロット内に子局１０１用として割り当てられたスロットにおいて送信部２１３がデータを送信するように制御する。

ロボットのアーム１０４のモーター２２０は、モーター制御部２１０によって指定されたトルクを、同じくモーター制御部２１０によって指定された角度で発生する。アーム１０４の圧力センサ２２１は、アーム１０４と物体１０５の間にかかる圧力を測定し、子局１０１の演算部２１１に送信する。

ここで、親局１００のスロット割当部２０４によるスロット割り当て方法を説明する。図３は、スロット割当部２０４によるスロット割り当てを表す図である。図に示すように、常時使用するために固定位置に配置された下り用スロットおよび上り用スロット以外の位置に、予備下り用スロットおよび予備上り用スロットが配置されている。

スロット割当部２０４は、報知スロット３００をフレームの先頭に配置する。報知スロット３００では、スロット割り当て情報とスロット同期信号が、親局１００から子局１０１〜１０３へ同報送信される。スロット割当部２０４は、報知スロット３００に１個のスロットを割り当てる。

またスロット割当部２０４は、予備下り用スロット３０１を、下りスロット３０２の前方に配置し、予備下り用スロット３０１に２個のスロットを割り当てる。スロット割当部２０４は、下りスロット３０２を、上りスロット３０３の前方に配置し、下りスロット３０２内の各スロットに、親局１００が子局１０１〜１０３へ送信する制御情報の伝送用として子局毎に１スロットずつ、計３スロットを割り当てる。

スロット割当部２０４は、上りスロット３０３を、下りスロット３０２の後方に配置する。また、スロット割当部２０４は、上りスロット３０３内の各スロットに、子局１０１〜１０３が親局１００へ送信するフィードバック情報の伝送用として子局毎に１スロットずつ、計３スロットを割り当てる。

スロット割当部２０４は、予備上り用スロット３０４を、上りスロット３０３の後方に配置する。またスロット割当部２０４は、予備上り用スロット３０４に２個のスロットを割り当てる。

子局１０１用の下りスロット３１０を用いて、親局１００から子局１０１へ宛てた制御情報が伝送される。また、子局１０１用の上りスロット３１１を用いて、子局１０１から親局１００へ宛てたフィードバック情報が伝送される。

スロット割当部２０４は、下りスロット３０２の中の各スロットを、図３に示すように子局１０１用、子局１０２用、子局１０３用の順で割り当てる。また、上りスロット３０３の中の各スロットも同様に子局１０１用、子局１０２用、子局１０３用の順で割り当てる。このように割り当てることで、子局１０１用の下りスロット３１０と、子局１０１用の上りスロット３１１の間に、子局１０１が演算を行うための時間がスロット２個分確保される。子局１０２、子局１０３についても同様なスロット割り当てが行われる。

ここで、親局１００と子局１０１〜１０３が、制御情報形式９００で通信する場合の動作について説明する。制御情報形式９００では、親局１００から子局１０１へ送信される制御情報、および各子局から親局１００へ送信されるフィードバック情報は、それぞれ１スロットで伝送することが出来る。

したがって、親局１００と子局１０１〜１０３が制御情報形式９００で通信する場合は、図３のスロット３１０で子局１０１へ宛てた制御情報が全て伝送される。同様に、スロット３１１で子局１０１からのフィードバック情報が全て伝送される。子局１０２、１０３についても同様であるため、スロット割り当ては図３に示すような割り当てとなる。このとき子局１０１〜１０３それぞれには、受信完了から送信開始までスロット２個分の処理時間が確保される。よって親局１００と子局１０１〜１０３は、下りスロット３０２と上りスロット３０３を用いて、１ｍｓの制御周期毎に制御情報形式９００で制御情報とフィードバック情報のやり取りを行うことができる。

次に、親局１００と一部の子局が、制御情報形式９０１で通信する場合の動作について説明する。まず親局において子局からのフィードバック情報が解析され、その結果トルク制御情報の他に角度制御のための情報を送信する必要があると判断される。制御情報形式９０１で通信する状況が発生するのは、その角度制御のための角度制御情報生成部２０１が角度制御情報を生成するときである。ここでは、角度制御情報生成部２０１が子局１０１用と子局１０２用の角度制御情報を生成する場合の動作を例に説明する。

まず、角度制御情報生成部２０１が、予備スロット割当部２０２に、子局１０１用と子局１０２用それぞれについて予備スロット割り当て要求を出す。予備スロット割当部２０２が受け取るパラメータは、各要求について（子局識別子、下り用要求予備スロット数、上り用要求予備スロット数）の３つである。

ここで、制御情報形式９０１では、制御情報とフィードバック情報の伝送を行うために、それぞれ３スロットが必要となるが、下りスロットと上りスロットには各子局についてそれぞれ１スロットしか割り当てがない。したがって、角度制御情報生成部２０１が角度の追加情報を送るために要求する下り用要求予備スロット数と上り用要求予備スロット数は、子局１０１、子局１０２それぞれについて２個ずつとなる。また子局の識別子は、予め親局１００と各子局が接続されたときに決定されており、いま、子局１０１、子局１０２、子局１０３の識別子が、それぞれ１０１、１０２、１０３であるとする。角度制御情報生成部２０１が発行する予備スロット割り当て要求は、（子局識別子：１０１、下り用要求予備スロット数：２、上り用要求予備スロット数：２）と（子局識別子：１０２、下り用要求予備スロット数：２、上り用要求予備スロット数：２）となる。

図６は、予備スロット割当部２０２において予備スロット割り当て要求を保持するための要求テーブルの構成を表す図である。予備スロット割当部２０２は、受け付けた要求を要求テーブル６００に保持する。要求テーブル６００には、各要求について、子局の識別子、下り用要求予備スロット数、下り用要求予備スロット数の３つのパラメータが格納できる形式となっている。さらに、要求テーブル６００は、優先度割り当て処理のための作業パラメータとして、各要求について処理済みフラグおよび割り当て可否フラグを保持する。予備スロット割当部２０２は、要求を受け付けた時点では、処理済フラグおよび割り当て可否フラグをＦＡＬＳＥに設定する。

予備スロット割当部２０２は、１フレーム分の要求を全て受け付けたら、要求の優先順位を決定し、順番に予備スロットの割り当てを行う。図７は、予備スロット割当部２０２における予備スロット割り当て手順を表す図である。

ステップＳ１において予備スロット割当部２０２は、要求テーブル６００を参照して未処理の要求があるか否かをチェックする。ここでは、子局１０１用と子局１０２用の要求があり、ともにまだ未処理のためステップＳ２へ進む。

ステップＳ２において予備スロット割当部２０２は、優先度テーブル５００を参照し、未処理の要求がある子局のうち最も優先度の高いものを割り当て候補とする。優先度テーブル５００では子局１０１と子局１０２では子局１０２の優先度が高いため、子局１０２が割り当て候補となり、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３において予備スロット割当部２０２は、割り当て候補となった子局１０２との通信に必要なスロット数が、予備下り用スロット３０１と予備上り用スロット３０４の中の空きスロットに入るか否かをチェックする。ここで、要求テーブル６００によれば、子局１０２が必要なスロット数は、予備下り用スロット３０１に２個、予備上り用スロット３０４に２個である。まだ他の子局には予備スロットを割り当てていないため、図３のように予備下り用スロット３０１と予備上り用スロット３０４にはそれぞれ２個ずつの空きスロットが存在する。したがって十分な空きスロットがあると判定され、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４において予備スロット割当部２０２は、割り当て候補となっていた子局１０２用のスロットを予備下り用スロット３０１と予備上り用スロット３０４に割り当てる。そして割り当て候補となっていた子局の割り当て可否フラグをＴＲＵＥとして、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５において予備スロット割当部２０２は、要求テーブル６００の子局１０２に対して処理済みフラグをＴＲＵＥとし、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１において要求テーブル６００の子局１０１の処理済みフラグがまだＦＡＬＳＥであるので、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２において、要求テーブル６００の処理済みフラグがＦＡＬＳＥとなっているのは子局１０１のみであるので、割り当て候補を子局１０１としてステップＳ３へ進む。

ステップＳ３において、予備下り用スロットと予備上り用スロットにそれぞれ２個あった空きスロットは、共に前記ステップＳ４で子局１０２用のスロットに割り当てられ、もう残っていない。従って、子局１０１用の予備スロットの割り当ては行われずにステップＳ５へ進む。

ステップＳ５において、要求テーブル６００の子局１０１の処理済みフラグはＴＲＵＥとなり、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１において、要求テーブル６００の処理済フラグがＦＡＬＳＥとなっている子局は存在しないため、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６において、各要求についての割り当て可否フラグの内容を要求元に返した後に要求テーブル６００を初期化し、１フレーム分の予備スロット割り当て処理を終了する。

以上の手順により、子局１０２との通信用として予備下り用スロットと予備上り用スロットにそれぞれ２個ずつのスロットが割り当てられる。図４は、このときのスロット割り当てを表す図である。

図４のスロット４０２とスロット４００とが、子局１０２との通信用に割り当てられている。角度制御情報生成部２０１は、子局１０２との通信用の予備スロットが確保されたことを予備スロット割当部２０２から通知されるので、次のフレームにおいて、子局１０２用の角度制御情報を生成して送信部２０５に送る。なお、子局１０１用の角度制御情報については次のフレーム以降で再度予備スロット割り当て要求を行い、スロットが確保できたら生成するものとする。

親局１００の送信部２０５は、受け取った子局１０２用の角度制御情報を、同じく子局１０２用のトルク制御情報と合成して制御情報形式９０１の制御情報を生成し、図４のスロット４０２とスロット４００を使って子局１０２用の制御情報を送信する。図４から、子局１０１〜１０３それぞれには、受信完了から送信開始までスロット２個分の処理時間が確保されていることがわかる。

また、図４において、子局１０２が制御情報の受信を全て完了するのは、スロット４００の受信完了時となる。これはスロット番号４のときである。また、子局１０２がフィードバック情報の送信を開始するのは、図４のスロット４０１の送信開始時となる。これはスロット番号７のときである。

一方、子局１０２と親局１００が制御情報形式９００で通信する場合には図３のようなスロット割り当てになっていた。この場合においても、子局１０２が制御情報の受信を全て完了するのはスロット番号４のときであり、子局１０２がフィードバック情報の送信を開始するのはスロット番号７のときである。

すなわち、子局１０２は、親局１００と制御情報形式９００または制御情報形式９０１いずれの形式で通信する場合にも、常に同じスロットにおいて制御情報の受信を完了し、同じスロットにおいてフィードバック情報の送信を開始する。

また図３と図４から、子局１０１、１０３についても同様に、子局１０２と親局１００が制御情報形式９００または９０１いずれの形式で通信する場合にも、常に同じスロットにおいて制御情報の受信を完了し、同じスロットにおいてフィードバック情報の送信を開始していることがわかる。

各子局からみると、自局または他の子局の制御情報の中に、角度情報が有る無しに関わらず、正確に１ｍｓ毎に全ての制御情報を得ることができ、常に同じタイミングでフィードバック情報を返すことができる。

これにより、一定の周期で親局と子局が制御情報とフィードバック情報をやり取りするようなシステムにおいて、制御情報とフィードバック情報のサイズが変化するような場合であっても、制御周期の一定性が保たれ、制御の精度を高めることが出来る。また、角度情報を毎回送信しないため、伝送帯域を有効に活用することが出来る。

実施形態１では、制御情報形式９０１のフィードバック情報に、子局が受信した角度制御情報を含めた。しかし、制御情報形式９０１のフィードバック情報に、受信した角度制御情報を含めない場合には、スロット割当部２０４は、予備上り用スロット３０４を割り当てなくてもよい。このようなスロット割り当ての例を図１０に示す。この場合においても、各子局の受信完了タイミングと送信開始タイミングは、やはり一定に保たれるため、一定の周期で親局と子局が制御情報とフィードバック情報をやり取りするようなシステムにおいて、上記と同様の効果を得ることができる。

＜実施形態２＞
実施形態２において、実施形態１で説明した内容と異なる部分を説明する。図１１は、実施形態２において親局１００と子局１０１〜１０３との通信に用いられる変調方式を表す図である。実施形態２では、伝送路の悪化している子局に対して、データを確実に送るために、予備スロットを用いて情報を冗長化して送信し、また変調方式をデータの誤りが生じにくい変調方式に切り替える。

親局１００と子局１０１〜１０３との通信は、第１変調方式１１００または第２変調方式１１０１のいずれかの変調方式で行われる。第１変調方式１１００と第２変調方式１１０１の違いは、多値数が異なる点のみである。一般に、変調方式の多値数を小さくすると伝送誤りは発生しにくくなるが、送受信に必要なスロット数は増加する。第１変調方式１１００での通信に必要なスロット数は制御情報とフィードバック情報それぞれ１スロットであるが、第２変調方式１１０１においては、それぞれ３スロットである。例えば親局１００と子局１０１〜１０３は、通常は６４ＱＡＭの第１の変調方式１１００で通信を行い、伝送路の状態が悪化、即ち干渉が増加した場合にのみＱＰＳＫの第２変調方式１１０１で通信を行う。

図８は、本発明の実施形態２の親局と子局の機能ブロックを表す図である。以下、実施形態１の図２で説明したブロックと異なる機能ブロックについて記述する。

親局１００の伝送路品質監視部８００は、親局１００の中にあって、子局１０１〜１０３の伝送路品質情報生成部８１０が生成した伝送路の品質情報を調査する。そして品質情報の値が所定の閾値以下となり、一部の子局の伝送路の品質が悪化していることを検出すると、その子局の識別子を変調方式決定部８０１に通知する。ここで言う伝送路の品質情報の値は、例えば各子局における、親局からの送信信号の受信レベルなどを意味する。

親局１００の変調方式決定部８０１は、伝送路品質監視部８００から一部の子局との伝送路の品質情報が悪化していることを通知されると、予備スロット割当部２０２に対して予備スロットの割り当てを要求する。変調方式決定部８０１は、スロット割り当て成功の通知が得られた場合には、その次のフレームにおいて、伝送路悪化の通知を受けた子局用の通信スロットでは第２変調方式１１０１で通信するという情報を、変調方式記憶部８０４に格納する。

親局１００の送信部８０２は、図２の送信部２０５に、変調方式記憶部８０４から指示された変調方式で変調する機能を追加したものである。また送信部８０２は、送信の際にどの変調方式で変調したかを表す情報を報知スロット３００で送信する機能を持つ。

親局１００の受信部８０３は、図２の受信部２０６に、変調方式記憶部８０４から指示された変調方式に対応する復調方式で復調する機能を追加したものである。親局１００の変調方式記憶部８０４は、図１３に示すような変調方式テーブル１３００を持ち、変調方式決定部８０１で決定された各子局との通信の変調方式を保持する。なお、変調方式決定部から特に通知のない子局については変調方式を１１００として保持する。

また、親局１００の変調方式記憶部８０４は、スロット割当部２０４が出力するスロット割り当て情報と、同期信号生成部２０７が生成する同期信号から、変調方式の切換をどのタイミング行えばよいかを決定する。そして、各子局との通信における変調方式が変調方式テーブル１３００で保持している内容と一致するようなタイミングで、送信部８０２と受信部８０３に変調方式情報を出力する。

伝送路品質情報生成部８１０は、子局１０１〜１０３の中にあって、受信部２１２における受信データのビット誤り率を取得し、伝送路品質情報としてフィードバック情報と合成して送信部２１３に送信する。

子局１０１〜１０３の変調方式制御部８１１は、親局１００が送信する情報から自局の変調方式に関する情報を抽出し、受信部８１２と送信部８１３に変調方式を伝える。子局１０１〜１０３の受信部８１２は、図２の受信部２１２に、変調方式制御部８１１から通知された変調方式に対応する復調方式で復調する機能を追加したものである。また子局１０１〜１０３の送信部８１３は、図２の送信部２１３に、変調方式制御部８１１から通知された変調方式で変調する機能を追加したものである。

図１２は、親局１００の送信部８０２および子局１０１〜１０３の送信部８１３の変調部と、親局１００の受信部８０３および子局１０１〜１０３の受信部８１２の復調部の内部構成を表す図である。

親局１００の変調方式切換部１２００は、指示された変調方式に従って、スイッチ１２０１を制御する。スイッチ１２０１は、変調方式切換部１２００によって制御され、６４ＱＡＭ変調部１２０２またはＱＰＳＫ変調部１２０３いずれか一方の変調処理を有効にする。

親局１００の６４ＱＡＭ変調部１２０２は、入力されたデータを６４ＱＡＭ変調して伝送路に出力する。またＱＰＳＫ変調部１２０３は、入力されたデータをＱＰＳＫ変調して伝送路に出力する。そして、送信バッファ１２０４は、保持しているデータをスロット割り当て情報に基づいて変調部に送る。

子局１０１〜１０３の復調方式切換部１２１０は、指示された変調方式に対応する復調方式に従って、スイッチ１２１１を制御する。スイッチ１２１１は、復調方式切換部１２１０によって制御され、６４ＱＡＭ復調部１２１２またはＱＰＳＫ復調部１２１３いずれか一方の復調処理を有効にする。

子局１０１〜１０３の６４ＱＡＭ復調部１２１２は、入力された信号を６４ＱＡＭ復調して出力する。ＱＰＳＫ復調部１２１３は、入力された信号をＱＰＳＫ変調して出力する。

以上の構成により、親局１００の送信部８０２および子局１０１〜１０３の送信部８１３と、親局１００の受信部８０３および子局１０１〜１０３の受信部８１２は、複数の変調方式を切り換えることができる。

ここで、親局１００と子局１０１〜１０３が、第１変調方式１１００で通信する場合の動作について説明する。第１変調方式１１００では、親局１００から子局１０１へ送信される制御情報、および各子局から親局１００へ送信されるフィードバック情報は、それぞれ１スロットで伝送することが出来る。したがって、親局１００と子局１０１〜１０３が第１変調方式１１００で通信する場合は、図３のスロット３１０で子局１０１へ宛てた制御情報が全て伝送される。同様に、スロット３１１で子局１０１からのフィードバック情報が全て伝送される。子局１０２、１０３についても同様であるため、スロット割り当ては図３のようになる。このとき子局１０１〜１０３それぞれには、受信完了から送信開始までスロット２個分の処理時間が確保される。よって親局１００と子局１０１〜１０３は、下りスロット３０２と上りスロット３０３を用いて、１ｍｓの制御周期毎に第１変調方式１１００で制御情報とフィードバック情報をやり取りすることができる。

次に、親局１００と一部の子局が、第２変調方式１１０１で通信する場合の動作について説明する。第２変調方式１１０１で通信する状況が発生するのは、親局１００の伝送路品質監視部８００が一部の子局との伝送路状態の悪化を検出するときである。ここでは、親局１００と子局１０１および親局１００と子局１０２の間の伝送路状態が悪化した場合を例に説明する。

まず、親局１００の伝送路品質監視部８００において、子局１０１と１０２の伝送路品質情報生成部８１０が生成した伝送路の品質情報から、親局１００と子局１０２および親局１００と子局１０２との間の伝送路の品質が悪化していることが検出される。そして、その情報が変調方式決定部８０１に伝わる。親局１００の変調方式決定部８０１は、予備スロット割当部２０２に、子局１０１用と子局１０２用それぞれについて予備スロット割り当て要求を出す。

ここで、第２変調方式１１０１では、制御情報とフィードバック情報の伝送には、それぞれ３スロットが必要であるが、下りスロットと上りスロットには各子局についてそれぞれ１スロットしか割り当てがない。したがって、変調方式決定部８０１が要求する下り用要求予備スロット数と上り用要求予備スロット数は、子局１０１、子局１０２それぞれについて２個ずつとなる。

親局１００の予備スロット割当部２０２が受け取るパラメータは、各要求について（子局識別子、下り用要求予備スロット数、上り用要求予備スロット数）の３つである。したがって、親局１００の変調方式決定部８０１が発行する予備スロット割り当て要求は、（子局識別子：１０１、下り用要求予備スロット数：２、上り用要求予備スロット数：２）と（子局識別子：１０２、下り用要求予備スロット数：２、上り用要求予備スロット数：２）となる。

その結果、子局１０２との通信用として予備下り用スロットと予備上り用スロットにそれぞれ２個ずつのスロットが割り当てられ、図４に示すようなスロット割り当てとなる。このようなスロット割り当てとなる経緯は、実施形態１において、親局１００の角度制御情報生成部２０１が子局１０１用と子局１０２用の角度制御情報を生成する場合の動作と同じであるので省略する。

親局１００の変調方式決定部８０１は、子局１０２との通信用の予備スロットが確保されたことを予備スロット割当部２０２から通知されるので、次のフレームにおいて、子局１０２との通信用の変調方式を第２変調方式１１０１とするための情報を変調方式記憶部８０４に格納する。

これにより、親局１００の変調方式記憶部８０４に記憶された変調方式テーブル１３００は、図１３に示した内容となる。変調方式記憶部８０４は、子局１０２との通信スロットのタイミングにおいて、第２変調方式１１０１で変復調するように送信部８０２と受信部８０３に指示を出す。

送信部８０２に変調方式を第２変調方式１１０１とする指示が入力されると、図１２の変調方式切換部１２００は、スイッチ１２０１を制御して、ＱＰＳＫ変調部１２０３による変調パスが有効になるようにする。

受信部８０３に変調方式を第２変調方式１１０１とする指示が入力されると、図１２の復調方式切換部１２１０は、スイッチ１２１１を制御して、ＱＰＳＫ復調部１２１３による復調パスが有効になるようにする。

以上の動作により、親局１００と子局１０２は、第２変調方式１１０１を用いて通信する。このとき親局１００から子局１０２への制御情報は、図４のスロット４０２とスロット４００で伝送される。また子局１０２から親局１００へのフィードバック情報は、図４のスロット４０１とスロット４０３で伝送される。一方、子局１０１および子局１０３との通信は第１変調方式１１００で行われる。

図４から、子局１０１〜１０３それぞれには、受信完了から送信開始までスロット２個分の処理時間が確保されていることがわかる。また、図４において、子局１０２が制御情報の受信を全て完了するのは、スロット４００の受信完了時となる。これはスロット番号４のときである。また、子局１０２がフィードバック情報の送信を開始するのは、図４のスロット４０１の送信開始時となる。これはスロット番号７のときである。

一方、子局１０２と親局１００が第２変調方式１１０１で通信する場合には図３のようなスロット割り当てになっていた。この場合においても、子局１０２が制御情報の受信を全て完了するのはスロット番号４のときであり、子局１０２がフィードバック情報の送信を開始するのはスロット番号７のときである。

すなわち、子局１０２は、親局１００と第１の変調方式１１００または第２変調方式１１０１いずれの方式で通信する場合にも、常に同じスロットにおいて制御情報の受信を完了し、同じスロットにおいてフィードバック情報の送信を開始する。また図３と図４から、子局１０１と子局１０３も同様に、子局１０２と親局１００が第１の変調方式１１００または第２変調方式１１０１のいずれの場合にも、常に同じスロットにおいて制御情報の受信を完了し、同じスロットにおいてフィードバック情報の送信を開始していることがわかる。

各子局からみると、自局または他の子局の変調方式が第１の変調方式１１００であるか第２変調方式１１０１であるかに関わらず、正確に１ｍｓ毎に全ての制御情報を得ることができ、常に同じタイミングでフィードバック情報を返すことができる。これにより、一定の周期で親局と子局が制御情報とフィードバック情報をやり取りするようなシステムにおいて、制御情報とフィードバック情報のサイズが変化するような場合であっても、制御周期の一定性が保たれ、制御の精度を高めることが出来る。また、伝送路の状態によって変調方式を変えることができるため、システムの信頼性を向上させることが出来る。

実施形態２では、変調方式を切り換えるとしたが、変調方式の代わりに符号化方式を切り換えてもよい。この場合には、各子局における送受信のタイミングを変えることなく、伝送路の状態に応じて符号化方式を変更し、システムの信頼性を向上させることが出来る。

Claims (5)

1. 複数の子局とデータを送受信する通信システムにおける親局であって、
   一定のフレーム長を有し、一定周期毎に送受信される伝送フレームに、前記複数の子局の各々とのデータの送受信に使用する下り用スロットおよび上り用スロットを該伝送フレームの予め設定された位置に割り当てるスロット割り当て手段と、
   前記伝送フレームの、前記下り用スロットの前方に予備下り用スロットを割り当て、前記上り用スロットの後方に予備上り用スロットを割り当てる予備スロット割り当て手段と、
   一定周期毎に、前記スロット割り当て手段が割り当てた前記伝送フレームにより情報を送受し、該情報に加え追加情報を送受する場合に、前記予備下り用スロットおよび前記予備上り用スロットにより前記追加情報を送受する伝送手段と、
   を備えることを特徴とする親局。
2. 更に、前記複数の子局の優先度を記憶する優先度記憶手段とを備え、
   前記伝送手段は、前記記憶された優先度に従って、優先度の高い子局から順番に前記予備下り用スロットおよび前記予備上り用スロットを用いて、前記追加情報を伝送することを特徴とする請求項１に記載の親局。
3. 更に、前記伝送手段は、
   前記複数の子局の各々から前記親局が送信する信号の受信レベルを受信し、
   前記受信レベルが所定の閾値より高い子局に対して、第１変調方式により前記情報を送受し、
   前記受信レベルが前記所定の閾値以下の子局に対して、第２変調方式により前記情報と前記追加情報を送受することを特徴とする請求項１に記載の親局。
4. 前記追加情報は、前記情報の冗長の情報であることを特徴とする請求項３に記載の親局。
5. 親局と複数の子局とを備える通信システムにおいて、前記親局と前記複数の子局との間の通信制御の方法であって、
   一定のフレーム長を有し、一定周期毎に送受信される伝送フレームに、前記複数の子局の各々とのデータの送受信に使用する下り用スロットおよび上り用スロットを該伝送フレームの固定位置に割り当てるスロット割り当て工程と、
   前記伝送フレームの、前記下り用スロットの前方に予備下り用スロットを割り当て、前記上り用スロットの後方に予備上り用スロットを割り当てる予備スロット割り当て工程と、
   一定周期毎に、前記スロット割り当て工程において割り当てた前記伝送フレームにより情報を送受し、該情報に加え追加情報を送受する場合に、前記予備下り用スロットおよび前記予備上り用スロットにより追加情報を送受する伝送工程と、
   を備えることを特徴とする方法。

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