JP7485987B2 - 通信制御方法及び信号処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、通信制御方法及び信号処理装置に関する。
近年、無線通信の需要増加に応えるためミリ波帯の活用が注目されている。ミリ波帯は、マイクロ波帯に比べて広い無線帯域を利用可能である。例えば、次世代６０ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ（Local Area Network）規格として、IEEE802.11ayの議論が行われている（例えば、非特許文献１参照）。
IEEE802.11ayでは様々なユーセージモデルが検討されている（例えば、非特許文献２及び非特許文献３参照）。このユーセージモデルには、「ミリ波分散ネットワーク」（mmWave Distribution Network）のモデルが追加されている。図９は、ミリ波分散ネットワークのユーセージモデルを示す図である。図９に示すユーセージモデルでは、光ファイバを代替する中継網を、ミリ波分散ネットワークにより構築している。ミリ波分散ネットワークは、ミリ波分散ノード（mmWave Distribution Node）により構成される。ミリ波分散ネットワークの特徴は、屋外に設置されたミリ波分散ノード（基地局に相当）と建物周辺に設置された無線機（mmWave Sector；端末局に相当）とが接続され、かつ、それらミリ波分散ノード及び無線機が固定設置されることである。なお、図９において、（ａ）は、ＷＴＴＨ（Wireless To The Home）を用いたアクセスを、（ｂ）は、ＷＴＴＢ（Wireless To The Building）を用いたアクセスを、（ｃ）は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標） ＡＰ（Access Point）／スモールセルを用いたアクセスを示す。
自由空間における伝搬損失は周波数に比例して増大するため、ミリ波帯通信の伝搬距離は短い。よって、ミリ波帯通信では、限られたエリアでしか通信を行うことができないという問題がある。通信エリアを拡張するためには、図９に示したように、複数のミリ波分散ノードを介してマルチホップさせる方法が考えられる。しかし、ホップ数が増えるたびに、伝送効率は劣化する。また、ホップ数の増加に伴い、ノード数が増えるため、コスト増にもつながる。
この問題を解決する方法として、radio on fiber（ＲｏＦ）を用いて信号処理部とアンテナ部を分離し、アンテナ部を張出局として配置することで、見かけ上のカバーエリアを拡張する方法が提案されている（例えば、非特許文献４参照）。この方法では、一つの信号処理部に複数のアンテナ部を接続し、複数の張出局を設置することにより、さらなるカバーエリアの拡張も可能となる。また、信号処理部とアンテナ部を分離することで、張出局の構成の簡易化や省電力化が可能となる。さらには、複数の張出局を一つの信号処理部に集約することで、コスト面でのメリットも期待できる。
ＲｏＦを用いたシステムでは、通常の無線システムと比較して伝搬距離が長くなることに起因する伝搬遅延が発生し、伝送効率が劣化する。そのため、長遅延環境下における伝送効率の劣化を解消する無線通信方法が求められている。
次に、長遅延環境下における無線通信方法に関する従来技術について説明する。ＲｏＦを適用した無線ＬＡＮシステムにおいて、スループット特性を改善する無線通信方法が提案されている（例えば、非特許文献５参照）。図１０は、非特許文献５において提案されている衝突回避メカニズムを示す図である。この衝突回避メカニズムの詳細は省略するが、伝搬遅延時間に応じて、受信に関与しない端末局が送信を禁止されるＮＡＶ（Network Allocation Vector）期間を延長することによりフレームの衝突を回避する。
また、ＲｏＦを適用した６０ＧＨｚ帯無線通信システムにおけるＭＡＣ（Medium Access Control）プロトコルの一例が提案されている（例えば、非特許文献６参照）。図１１は、非特許文献６において提案されているフレーム構成を示す図である。ＭＡＣプロトコルの詳細は省略するが、このプロトコルでは、Central Office（ＣＯ；信号処理部に相当）がRemote Antenna Unit（ＲＡＵ；アンテナ部に相当）への光波長割当とClient（端末局に相当）への無線リソースの割当とを集中制御に一括して行う。これにより、光と無線の両方を効率的に制御する。
「P802.11ayTM/D5.0 Draft Standard for Information Technology - Telecommunications and Information Exchange Between Systems - Local and Metropolitan Area Networks - Specific Requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications - Amendment 2: Enhanced throughput for operation in license-exempt bands above 45 GHz」,2019年10月 「IEEE 802.11 TGay Use Cases」，IEEE 802.11-2015/0625r7，2017年7月 「mmWave Distribution Network Usage Model」，IEEE 802.11-17/1019r2，2017年7月 藤瀬 雅行，「ROF マルチサービス無線通信システムについて」，電子情報通信学会論文誌B，Vol. J84-B，No. 4，pp.655-665，2001年4月 岡元佑正，三軒谷勇貴，守倉正博，山本高至，布房夫，杉山隆利，「RoFを適用した無線LANシステムのAPによるスループット特性改善法」，信学技報，vol. 112，no. 443，RCS2012-300，pp. 97-102，2013年2月 George Kalfas，Nikos Pleros，「An Agile and Medium-Transparent MAC Protocol for 60 GHz Radio-Over-Fiber Local Access Networks」，Journal of Lightwave Technology，Vol. 28，No. 16，pp. 2315-2326，2010年8月
上述の通り、従来技術のＲｏＦを適用した無線ＬＡＮシステムにおける無線通信方法では、長遅延に起因するフレーム（信号）の衝突を回避することが可能である。しかしながら、図１０に示したように、基地局－端末局間の通信中に、その他の端末局は送信を禁止されるため、長遅延に伴う無線帯域の空き時間を有効活用することはできない。
また、もう一つの従来技術であるＲｏＦを適用した６０ＧＨｚ帯無線通信システムにおけるＭＡＣプロトコルは、特に、無線リソースの制御において、ラウンドロビン方式に基づく単純なポーリング制御を適用している。例えば、基地局と３台の無線局＃１～端末局＃３とが通信する場合を想定する。図１２は、端末局＃１～端末局＃３それぞれのトラヒック量及び伝搬距離を示す。図１３は、従来技術による無線リソース制御を行ったときの基地局と無線局＃１～端末局＃３の動作概要を示す図である。ＤＬはダウンリンク、ＵＬはアップリンクを示す。ダウンリンクは、基地局から端末局の方向であり、アップリンクは端末局から基地局の方向である。また。端末局＃ｉ（ｉ＝１，２，３）宛てのポーリング信号をＰｏｌｌｉ、端末局＃ｉからのＵＬデータ信号をＤａｔａｉ、ｋ番目（ｋ＝１，２，…）のスロットをＳｌｏｔ＃ｋと記載している。また、以下では、ポーリング信号をＰｏｌｌ信号とも記載する。
図１１のプロトコルに示すように基地局は各スロットを割当てられた端末局に対してＰｏｌｌ信号を送信する。Ｐｏｌｌ信号を受信した端末局は、ＵＬデータ信号を送信する。しかし、図１３に示すように、伝送距離が異なる端末局からのアップリンクのデータ信号を基地局において同時に受信することによる信号の衝突が発生することがある。図１３の例の場合、基地局が、スロット＃１のＰｏｌｌ信号Ｐ１に対応して端末局＃１が送信したＵＬデータ信号Ｄ１を受信してから、スロット＃９のＰｏｌｌ信号Ｐ９に対応して端末局＃３が送信したＵＬデータ信号Ｄ９を受信するまでの間は、衝突のためにいずれの端末局も通信ができず無線帯域を浪費してしまう。特に、伝搬遅延が長いほど多くの無線帯域の空き時間が発生する。このように、従来の無線リソース制御では、長遅延に伴う無線帯域の空き時間の発生を防ぐことができない場合があった。
上記事情に鑑み、本発明は、無線通信の伝送効率を改善することができる通信制御方法及び信号処理装置を提供することを目的としている。
本発明の一態様は、信号処理装置が、アップリンクデータ伝送を実施する時間領域における各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを割当てる割当ステップと、前記信号処理装置が、前記送信タイミングにおいて無線により送信されるデータ伝送用ポーリング信号に対応して前記通信装置から無線により送信されるデータ信号の受信タイミングを算出する受信タイミング算出ステップと、前記信号処理装置が、算出された前記受信タイミングに基づいて前記通信装置からの前記データ信号と他の前記通信装置からの前記データ信号との衝突の有無を判定する判定ステップと、前記信号処理装置が、前記判定ステップにおいて衝突すると判定された前記データ信号に対応した前記データ伝送用ポーリング信号の宛先の前記通信装置を他の通信装置に変更する宛先変更ステップと、を有する通信制御方法である。
また、本発明の一態様は、信号処理装置が、アップリンクデータ伝送を実施する時間領域における各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを割当てる割当ステップと、前記信号処理装置が、前記送信タイミングにおいて無線により送信されるデータ伝送用ポーリング信号に対応して前記通信装置から無線により送信されるデータ信号の受信タイミングを算出する受信タイミング算出ステップと、前記信号処理装置が、算出された前記受信タイミングに基づいて前記通信装置からの前記データ信号と他の前記通信装置からの前記データ信号との衝突の有無を判定する判定ステップと、前記信号処理装置が、前記判定ステップにおいて衝突すると判定された前記データ信号に対応した前記データ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを変更するタイミング変更ステップと、を有する通信制御方法である。
また、本発明の一態様は、アップリンクデータ伝送を実施する時間領域における各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを割当てる割当部と、前記送信タイミングにおいて無線により送信されるデータ伝送用ポーリング信号に対応して前記通信装置から無線により送信されるデータ信号の受信タイミングを算出する受信タイミング算出部と、算出された前記受信タイミングに基づいて前記通信装置からの前記データ信号と他の前記通信装置からの前記データ信号との衝突の有無を判定する判定部と、前記判定部が衝突すると判定した前記データ信号に対応した前記データ伝送用ポーリング信号の宛先の前記通信装置を他の通信装置に変更する宛先変更部と、を備える信号処理装置である。
また、本発明の一態様は、アップリンクデータ伝送を実施する時間領域における各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを割当てる割当部と、前記送信タイミングにおいて無線により送信されるデータ伝送用ポーリング信号に対応して前記通信装置から無線により送信されるデータ信号の受信タイミングを算出する受信タイミング算出部と、算出された前記受信タイミングに基づいて前記通信装置からの前記データ信号と他の前記通信装置からの前記データ信号との衝突の有無を判定する判定部と、前記判定部が衝突すると判定した前記データ信号に対応した前記データ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを変更するタイミング変更部と、を備える信号処理装置である。
本発明により、無線通信の伝送効率を改善することが可能となる。
本発明の第１の実施形態による無線通信システムの構成を示す図である。 同実施形態による帯域要求フェーズにおける無線通信システムの処理を示すフロー図である。 同実施形態によるＵＬデータ伝送フェーズにおける無線通信システムの処理を示すフロー図である。 同実施形態による無線通信システムのＵＬデータ伝送フェーズにおける動作概要を示す図である。 第２の実施形態による無線通信システムの構成を示す図である。 同実施形態によるＵＬデータ伝送フェーズにおける無線通信システムの処理を示すフロー図である。 同実施形態による無線通信システムのＵＬデータ伝送フェーズにおける動作概要を示す図である。 第１及び第２の実施形態による信号送受信部及び端末局のハードウェア構成を示す図である。 ミリ波分散ネットワークのユーセージモデルを示す図である。 無線ＬＡＮシステムの衝突回避メカニズムを示す図である。 ＭＡＣプロトコルのフレーム構成を示す図である。 端末局のトラヒック量と伝搬距離を示す図である。 従来技術による無線通信システムの動作概要を示す図である。
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。本実施形態は、長遅延環境下における無線通信システムの帯域を効率的に活用する通信制御方法及び信号処理装置に関する。
本実施形態の無線通信システムは、基地局と端末局とを有する。基地局は、１台以上の端末局と無線通信する。本実施形態の無線通信システムは、ポーリングに基づく集中制御型の媒体アクセス制御に伝搬遅延時間差を考慮した制御を組み込むことによって、ＵＬ（アップリンク）の無線帯域の利用効率を高め、伝送効率を改善する。本実施形態の無線通信システムは、以下の手順１～手順３を行う。
［手順１］ 無線通信システムは、ＵＬ通信を帯域要求フェーズとＵＬデータ伝送フェーズとに分割して行う。帯域要求フェーズは、各端末局が基地局に帯域要求を実施する時間領域である。ＵＬデータ伝送フェーズは、端末局から基地局へのＵＬデータ伝送を実施する時間領域である。
［手順２］ 無線通信システムは、帯域要求フェーズの動作として以下の手順２－１～手順２－３を実施する。
［手順２－１］ 基地局は、帯域要求用のポーリング信号を定期的にブロードキャストする。以下では、帯域要求用のポーリング信号を帯域要求用Ｐｏｌｌ信号と記載する。
［手順２－２］ 端末局は、応答を実施する帯域要求用Ｐｏｌｌ信号をランダムに選択する。
［手順２－３］ 端末局は、選択した帯域要求用Ｐｏｌｌ信号に対する応答信号を送信する。端末局は、応答信号に、ＵＬ通信により送信するデータ量に加えて、自局におけるトラヒックに関する情報を設定する。トラヒックに関する情報は、例えば、トラヒック量、パケット発生間隔、サービスタイプ、優先度などである。なお、アクティブな端末局のみが応答を送信してもよい。アクティブとは、ＵＬデータ伝送により送信すべきデータがあることを示す。
［手順３］ 無線通信システムは、ＵＬデータ伝送フェーズの動作として以下の手順３－１～手順３－４を実施する。
［手順３－１］ 基地局は、所定の判定基準に基づいて、ＵＬデータ信号伝送用のポーリング信号を割当てる端末局を決定する。以下では、ＵＬデータ信号伝送用のポーリング信号を、データ伝送用Ｐｏｌｌ信号と記載する。判定基準には、例えば、トラヒックに関する情報や、伝搬距離などを用いることができるが、これらに限定されない。トラヒックに関する情報は、トラヒック量、パケット発生間隔、サービスタイプ、優先度などである。
［手順３－２］ 基地局は、割当てを決定した端末局宛てのデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号の送信タイミングを、トラヒック情報に基づき決定する。トラヒック情報として、例えば、パケット発生間隔を用いるが、他の情報を用いてもよい。
［手順３－３］ 基地局は、決定したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号の送信タイミングに基づき、各端末局からのＵＬデータ信号を配置する。ＵＬデータ信号を配置するとは、基地局においてＵＬデータ信号を受信する時間区間を割当てることである。ＵＬデータ信号の配置は、基地局におけるＵＬデータ信号の受信開始タイミング及び受信終了タイミングにより表される。
［手順３－４］ 基地局は、配置したＵＬデータ信号が、別のＵＬデータ信号と衝突する場合、データ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局を所定の判定基準に基づいて変更する。
なお、無線通信システムは、手順３－４に代えて、以下の手順３－４’を行ってもよい。
［手順３－４’］ 基地局は、配置したＵＬデータ信号が別のＵＬデータ信号と衝突する場合、衝突を回避できるようにガードタイムを設定する。ガードタイムを設定するとは、ＵＬデータ信号の配置を、現在の配置よりも遅い時間に後ろ倒しに変更することである。
以下に、詳細な実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
本実施形態では、基地局は、配置したＵＬデータ信号が別のＵＬデータ信号と衝突する場合、所定の判定基準に基づいて、データ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局を変更する（手順３－４）。
図１は、本実施形態による無線通信システム１０の構成を示す図である。図１には、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。無線通信システム１０は、基地局１と、端末局５とを有する。同図では、基地局１及び端末局５をそれぞれ１台ずつ示しているが、基地局１の台数及び基地局１と通信する端末局５の台数は任意である。
無線通信システム１０の背景として、以下のような状況を想定する。基地局１は、信号処理機能を有する信号処理部２と、無線通信機能を有するアンテナ部３（張出局）とに、ＲｏＦを用いて分離されている。基地局１は、アンテナ部３を１以上備える。信号処理部２とアンテナ部３とは、光ファイバ４により接続される。アンテナ部３と端末局５とはミリ波無線通信システム６により接続される。信号処理部２は、局舎などに固定設置される。アンテナ部３は、端末局５が設置されている場所の周辺に位置する電柱などに固定設置される。端末局５は、家屋やビルなど建物に固定設置される。
基地局１の信号処理部２は、通信部２１と、割当部２２と、送受信部２３と、伝搬距離算出部２４と、宛先決定部２５と、受信時間算出部２６と、判定部２７とを備える。
通信部２１は、光ファイバ４を介してアンテナ部３と信号を送受信する。割当部２２は、帯域要求フェーズにおいて帯域要求用Ｐｏｌｌ信号を定期的に送信するように、帯域要求用Ｐｏｌｌ信号に送信タイミングを割当てる。例えば、送信タイミングは、スロットにより表される。
送受信部２３は、送信部２３１と、受信部２３２とを有する。送信部２３１は、データの符号化や変調を行って端末局５宛てのＤＬ通信の信号を生成して通信部２１に出力する。受信部２３２は、端末局５が送信したＵＬ通信の信号に対して復調や復号などの受信処理を行う。
伝搬距離算出部２４は、基地局１と端末局５との間の通信の伝搬遅延時間を算出する。伝搬遅延時間の算出には、任意の従来技術を用いることができる。一例として、伝搬距離算出部２４は、アンテナ部３又は通信部２１におけるＵＬ信号の受信タイミングと、端末局５がそのＵＬ信号に設定した送信タイミングとの差分に基づいて伝搬遅延時間を算出する。さらに、伝搬距離算出部２４は、算出した伝搬遅延時間に基づいて基地局１と端末局５との間の伝搬距離を算出する。
宛先決定部２５は、ＵＬデータ伝送フェーズにおいて、所定の判定基準に基づきデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局５を決定する。判定基準として、例えば、端末局５のトラヒック量や、端末局５の通信の優先度、端末局５の伝搬距離などが用いられる。また、後述するように判定部２７がＵＬデータ信号の衝突有と判定した場合、宛先決定部２５は、データ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局５を変更する。
受信時間算出部２６は、伝搬距離算出部２４が算出した端末局５の伝搬遅延時間と、端末局５が帯域要求用Ｐｏｌｌ信号を受信してからＵＬデータ信号を送信するまでの処理時間と、そのＵＬデータ信号の信号長から得られる信号処理時間とに基づいて、基地局１におけるＵＬデータ信号受信時間を算出する。ＵＬデータ信号受信時間は、端末局５から送信されたＵＬデータ信号の受信開始タイミングから、そのＵＬデータ信号の受信終了タイミングまでの時間区間である。受信開始タイミング及び受信終了タイミングは、例えば、スロットにより表される。
判定部２７は、受信時間算出部２６が各端末局５について算出したＵＬデータ信号受信時間に基づいて、ＵＬデータ信号の衝突の有無を判定する。
基地局１のアンテナ部３は通信部３１を備える。通信部３１は、光ファイバ４を介して信号処理部２と信号の送受信を行い、ミリ波無線通信システム６を介して端末局５と信号の送受信を行う。なお、通信部３１は、ミリ波無線通信により端末局５と直接、無線通信してもよい。
端末局５は通信部５１と、受信タイミング決定部５２と、応答信号割当部５３と、送受信部５４と、ＵＬデータ信号割当部５５とを備える。通信部５１は、ミリ波無線通信システム６を介してアンテナ部３と信号を送受信する。なお、通信部５１は、ミリ波無線通信によりアンテナ部３と直接、無線通信してもよい。
受信タイミング決定部５２は、帯域要求フェーズにおいて基地局１から定期的に送信される帯域要求用Ｐｏｌｌ信号を自局において受信するタイミングをランダムに決定する。応答信号割当部５３は、帯域要求フェーズにおいて、帯域要求用Ｐｏｌｌ信号を受信した後、帯域要求用Ｐｏｌｌ信号に対する応答信号の送信タイミングの割当を行う。
送受信部５４は、送信部５４１及び受信部５４２を有する。送信部５４１は、符号化や変調を行って生成したＵＬ通信の信号を通信部５１に出力する。受信部５４２は、基地局１から受信したＤＬ通信の信号に対して復調や復号などの受信処理を行う。
ＵＬデータ信号割当部５５は、ＵＬデータ伝送フェーズにおいて、受信部５４２が自局宛てのデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を受信した後、ＵＬデータ信号の送信タイミングの割当を行う。
図２は、帯域要求フェーズにおける無線通信システム１０の処理を示すフロー図である。図２に示す処理は、基地局１と、当該基地局１の同じアンテナ部３と無線通信するＮ台（Ｎは１以上の整数）の端末局５とにおいて実行される。
まず、無線通信システム１０は、変数ｉの初期値を１とし、変数ｉの値が端末局数Ｎに達するまで、変数ｉの値を１ずつインクリメントした各値の変数ｉについてループ１の処理を行う（ステップＳ１０５）。変数ｉは、Ｎ台の端末局５のうちｉ台目であることを表す。ループ１は、ステップＳ１１０～ステップＳ１１５の処理を含む。なお、Ｎ台の端末局５のうち、ｉ台目（ｉは１以上Ｎ以下の整数）の端末局５を、端末局＃ｉと記載する。
端末局＃ｉの受信タイミング決定部５２は、基地局１からのＡｃｋ信号を未受信であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。このＡｃｋ信号は、端末局５から送信された応答信号に対して基地局１が送信する信号である。受信タイミング決定部５２は、Ａｃｋ信号を未受信であると判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、受信する帯域要求用Ｐｏｌｌ信号の番号をランダムに選択する（ステップＳ１１５）。帯域要求用Ｐｏｌｌ信号の番号は、スロット番号に対応する。なお、受信する帯域要求用Ｐｏｌｌ信号の番号の選択方法は、２進バックオフの考え方などを採用してもよい。応答信号割当部５３は、選択した帯域要求用Ｐｏｌｌ信号の番号に基づいて、帯域要求用Ｐｏｌｌ信号に対する応答信号を送信するスロットを決定する。なお、受信タイミング決定部５２は、Ａｃｋ信号を受信済みであると判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ステップＳ１１５の処理を行なわない。
無線通信システム１０は、端末局＃１～端末局＃Ｎのそれぞれについてループ１の処理を終了すると、変数ｊの初期値を１とし、変数ｊの値が帯域要求領域に含まれるスロット数Ｍに達するまで、変数ｊの値を１ずつインクリメントした各値の変数ｊについてループ２の処理を行う（ステップＳ１２０）。変数ｊは帯域要求領域におけるスロットの番号を表す。ｊ番目のスロットをスロット＃ｊと記載する。ループ２は、ステップＳ１２５の処理と、ループ３の処理とを含む。
基地局１の送信部２３１は、スロット番号ｊの帯域要求用Ｐｏｌｌ信号であるＰｏｌｌ＃ｊを生成し、通信部２１を介してアンテナ部３に出力する。アンテナ部３の通信部３１は、スロット＃ｊにおいてＰｏｌｌ＃ｊを端末局５にブロードキャスト送信する（ステップＳ１２５）。
無線通信システム１０は、変数ｋの初期値を１とし、変数ｋの値が端末局５の台数Ｎに達するまで、変数ｋの値を１ずつインクリメントした各値の変数ｋについてループ３の処理を行う（ステップＳ１３０）。変数ｋは、Ｎ台の端末局５のうちｋ台目であることを表す。ループ３の処理は、ステップＳ１３５～ステップＳ１５０の処理を含む。
端末局＃ｋの受信部５４２は、ステップＳ１２５においてブロードキャストされたＰｏｌｌ＃ｊを受信する。受信タイミング決定部５２は、ステップＳ１１５において選択した帯域要求用Ｐｏｌｌ信号の番号に基づいて、受信したＰｏｌｌ＃ｊは自局が受信すべき信号であるか否かを判定する（ステップＳ１３５）。受信タイミング決定部５２が、Ｐｏｌｌ＃ｊは自局が受信すべき信号ではないと判定した場合（ステップＳ１３５：ＮＯ）、端末局５は、ステップＳ１４０の処理を行わず、基地局１は、ステップＳ１４５～Ｓ１５０の処理を行わない。
端末局＃ｋの受信タイミング決定部５２が、受信したＰｏｌｌ＃ｊは自局が受信すべき信号であると判定した場合（ステップＳ１３５：ＹＥＳ）、端末局＃ｋの送信部５４１は応答信号を生成して、通信部５１に出力する。送信部５４１は、Ａｃｋ情報と、ＵＬ通信により送信するデータのデータ量と、トラヒックに関する情報とを応答信号に設定する。トラヒックに関する情報は、トラヒック量、トラヒック発生間隔、サービスタイプ、優先度などの情報を含む。通信部５１は、応答信号割当部５３により割当てられたスロットにおいて応答信号を無線により送信する（ステップＳ１４０）。
基地局１の受信部２３２は、端末局＃ｋからの応答信号を正常に受信したか否かを判定する（ステップＳ１４５）。受信部２３２が、応答信号を正常に受信したと判定した場合（ステップＳ１４５：ＹＥＳ）、送信部２３１は、端末局＃ｋ宛てのＡｃｋ信号を生成し、通信部２１を介してアンテナ部３に送信する。アンテナ部３は、端末局＃ｋ宛てのＡｃｋ信号を無線により送信する（ステップＳ１５０）。
なお、端末局＃ｋを含む複数の端末局５がＰｏｌｌ＃ｊに対して応答信号を送信した場合、衝突が発生するために基地局１は応答信号を正常に受信できない。受信部２３２が応答信号を正常に受信しなかったと判定した場合（ステップＳ１４５：ＮＯ）、基地局１は、ステップＳ１５０の処理を行わない。
変数ｋの値が端末局数Ｎに達し、無線通信システム１０がループ３の処理を終えると、無線通信システム１０は、現在の変数ｊの値に１を加算した値によりループ２の処理を行う。そして、変数ｊの値がスロット数Ｍに達し、無線通信システム１０がループ２の処理を終えると、基地局１の受信部２３２は、全ての端末局５にＡｃｋ信号を送信したか否かを判定する（ステップＳ１５５）。受信部２３２がまだＡｃｋ信号を送信していない端末局５があると判定した場合（ステップＳ１５５：ＮＯ）、無線通信システム１０は、ステップＳ１０５からの処理を繰り返す。受信部２３２が全ての端末局５へＡｃｋ信号を送信したと判定した場合（ステップＳ１５５：ＹＥＳ）、無線通信システム１０は帯域要求フェーズの処理を完了する。
なお、図２の処理の対象とする端末局５を、送信すべきＵＬデータを蓄積しているアクティブな端末局５に限定してもよい。また、基地局１の伝搬距離算出部２４は、端末局５から受信した応答信号又は他のＵＬ通信の信号に基づいて、各端末局５の伝搬遅延時間及び伝搬距離を算出しておく。
図３は、ＵＬデータ伝送フェーズにおける無線通信システム１０の処理を示すフロー図である。図３に示す処理は、基地局１と、当該基地局１の同じアンテナ部３とＵＬデータ伝送を行うＮ台（Ｎは１以上の整数）の端末局５とにおいて実行される。図３の処理におけるＮは、図２の処理において基地局１が正常に応答信号を受信した端末局５の台数である。
まず、基地局１の宛先決定部２５は、Ｎ台の端末局５を所定の判定基準に基づいてソートする（ステップＳ３０５）。例えば、宛先決定部２５は、端末局５をトラヒック量の降順にソートする。トラヒック量の情報は、端末局５から受信した応答信号に設定されている情報から得られる。あるいは、宛先決定部２５は、伝搬距離算出部２４が算出した伝搬距離が長い順又は短い順に端末局５をソートしてもよい。ソート結果の順位がｉ番目（ｉは１以上Ｎ以下の整数）の端末局５を、端末局＃ｉと記載する。
続いて、宛先決定部２５は、各端末局５から受信したトラヒック情報（例えば、パケット発生間隔）に基づいて、各端末局５に送信するデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号をスロットに仮割当てする（ステップＳ３１０）。データ伝送用Ｐｏｌｌ信号は、宛先の端末局５にＵＬデータ信号の送信を許可するためのＰｏｌｌ信号である。例えば、宛先決定部２５は、従来技術と同様のラウンドロビンにより、各端末局５に送信するデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号をスロットに仮割当てする。なお、トラヒック情報は、端末局５から受信した応答信号から読み出される。
宛先決定部２５は、変数ｉ及び変数ｊの値に初期値１を設定し（ステップＳ３１５）、変数ｋの値に初期値１を設定する（ステップＳ３２０）。変数ｊは、端末局５のソートの結果における順位を表し、変数ｋは、ＵＬデータ伝送領域におけるスロットの番号である。スロット番号ｋが割当てられたデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号をＰｏｌｌ＃ｋと記載する。
宛先決定部２５は、変数ｊに変数ｉの値を代入する（ステップＳ３２５）。受信時間算出部２６は、端末局＃ｉに仮割当てされたＰｏｌｌ＃ｋの送信タイミングに基づきＵＬデータ信号受信時間を算出する（ステップＳ３３０）。算出されるＵＬデータ信号受信時間は、Ｐｏｌｌ＃ｋを受信した端末局＃ｉから送信されるＵＬデータ信号を基地局１において受信するために割当てる時間区間である。ＵＬデータ信号受信時間は、スロットで表されてもよい。受信時間算出部２６は、ＵＬデータ信号受信時間を、端末局＃ｉの伝搬遅延時間と、端末局＃ｉが帯域要求用Ｐｏｌｌ信号を受信してからＵＬデータ信号を送信するまでの処理時間と、そのＵＬデータ信号の信号長から得られる信号処理時間とに基づいて算出する。
判定部２７は、Ｐｏｌｌ＃ｋに対応して端末局＃ｉから送信されるＵＬデータ信号と、他のＵＬデータ信号との衝突が発生するか否かを判定する（ステップＳ３３５）。すなわち、判定部２７は、Ｐｏｌｌ＃ｋに対応して端末局＃ｉから送信されるＵＬデータ信号に割当てるＵＬデータ信号受信時間が、端末局＃ｉとは異なる端末局５から送信されるＵＬデータ信号のＵＬデータ信号受信時間と重さなるか否かを判定する。判定部２７は、重ならない場合は衝突が発生しないと判定し、重なる場合は衝突が発生すると判定する。
判定部２７が、衝突は発生しないと判定した場合（ステップＳ３３５：ＮＯ）、宛先決定部２５は、ステップＳ３４０の処理を行う。すなわち、宛先決定部２５は、Ｐｏｌｌ＃ｋの割当て先を端末局＃ｉに決定し、ステップＳ３３０において算出されたＵＬデータ信号受信時間に端末局＃ｉからのＵＬデータ信号を割当てると決定する（ステップＳ３４０）。宛先決定部２５は、変数ｉの値に１を加算してインクリメントする（ステップＳ３４５）。宛先決定部２５は、変数ｉの値が端末局数Ｎを超えているか否かを判定する（ステップＳ３５０）。宛先決定部２５は、変数ｉの値が端末局数Ｎを超えていると判定した場合（ステップＳ３５０：ＹＥＳ）、変数ｉの値に１を設定する（ステップＳ３５５）。
宛先決定部２５は、ステップＳ３５０において変数ｉの値が端末局数Ｎを超えていないと判定した場合（ステップＳ３５０：ＮＯ）、又は、ステップＳ３５５の処理の後、ステップＳ３６０の処理を行う。すなわち、宛先決定部２５は、変数ｋの値に１を加算してインクリメントする（ステップＳ３６０）。宛先決定部２５は、変数ｋの値がＵＬデータ伝送領域におけるスロット数Ｋを超えているか否かを判定する（ステップＳ３６５）。宛先決定部２５は、変数ｋの値がスロット数Ｋを超えていないと判定した場合（ステップＳ３６５：ＮＯ）、ステップＳ３２５からの処理を繰り返す。そして、宛先決定部２５は、変数ｋの値がスロット数Ｋを超えたと判定した場合（ステップＳ３６５：ＹＥＳ）、処理を終了する。
一方、Ｐｏｌｌ＃ｋに対応して端末局＃ｉから送信されるＵＬデータ信号と、他のＵＬデータ信号との衝突が発生すると判定部２７が判定した場合（ステップＳ３３５：ＹＥＳ）、宛先決定部２５は、変数ｊの値に１を加算してインクリメントする（ステップＳ３７０）。宛先決定部２５は、スロット＃ｋについてＵＬデータ信号を割当てるかの判定対象としてまだ選択されていない端末局５があるか否かを判定する（ステップＳ３７５）。宛先決定部２５は、判定対象として選択されていない端末局５があると判定した場合（ステップＳ３７５：ＹＥＳ）、変数ｊの値が端末局数Ｎを超えているか否かを判定する（ステップＳ３８０）。宛先決定部２５は、変数ｊの値が端末局数Ｎを超えていると判定した場合（ステップＳ３８０：ＹＥＳ）、変数ｊの値に１を設定する（ステップＳ３８５）。
宛先決定部２５は、変数ｊの値が端末局数Ｎを超えていないと判定した場合（ステップＳ３８０：ＮＯ）、又は、ステップＳ３８５の処理の後、Ｐｏｌｌ＃ｋの仮割当先を端末局＃ｊに更新する（ステップＳ３９０）。受信時間算出部２６は、ステップＳ３３０と同様の処理により、Ｐｏｌｌ＃ｋを受信した端末局＃ｊから送信されるＵＬデータ信号を基地局１において受信するために割当てるＵＬデータ信号受信時間を算出する（ステップＳ３９５）。判定部２７は、ステップＳ３３５と同様に、Ｐｏｌｌ＃ｋに対応して端末局＃ｊから送信されるＵＬデータ信号と、他のＵＬデータ信号との衝突が発生するか否かを判定する（ステップＳ４００）。
衝突が発生すると判定部２７が判定した場合（ステップＳ４００：ＹＥＳ）、基地局１は、ステップＳ３７０からの処理を繰り返す。一方、衝突が発生しないと判定部２７が判定した場合（ステップＳ４００：ＮＯ）、宛先決定部２５は、Ｐｏｌｌ＃ｋの割当て先を端末局＃ｊに決定し、ステップＳ３９５において算出されたＵＬデータ信号受信時間に端末局＃ｊからのＵＬデータ信号を割当てると決定する（ステップＳ４０５）。基地局１は、ステップＳ４０５の後、又は、ステップＳ３７５において宛先決定部２５が全ての端末局５を判定対象としたと判定した場合（ステップＳ３７５：ＮＯ）、ステップＳ３６０からの処理を行う。
図４は、図３の処理の結果に基づく無線通信システム１０のＵＬデータ伝送フェーズにおける動作概要を示す図である。図４では、端末局５が端末局＃１～端末局＃３の３台の場合の例を示している。端末局＃１～端末局＃３のトラヒック量と伝搬距離は、図１２と同様であるとする。すなわち、端末局＃１の伝搬距離＜端末局＃２の伝搬距離＜端末局＃３の伝搬距離である。Ｐｏｌｌｉは端末局＃ｉ宛てのデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号、Ｄａｔａｉは端末局＃ｉが送信するＵＬデータ信号を示している。なお、図４の例では、基地局１がＵＬデータ信号を受信した場合に返送するＡｃｋ信号の記載を省略している。
まず、基地局１の宛先決定部２５は、トラヒック量の降順に並べた端末局＃１、端末局＃２、端末局＃３にラウンドロビンによりデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる。受信時間算出部２６は、各データ伝送用Ｐｏｌｌ信号に対応して端末局＃１～端末局＃３それぞれが送信するＵＬデータ信号の到着時間を算出する。ここでは、図１３と同様にデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号が割当てられ、端末局＃１～端末局＃３それぞれから送信されるＵＬデータ信号の到着時間、すなわち、ＵＬデータ信号受信時間が算出されたとする。図１３に示すように、ＵＬデータ信号の衝突が発生し、結果として、基地局１がスロット＃１で送信したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ１に対応して端末局＃１が送信するＵＬデータ信号Ｄ１と、基地局１がスロット＃９で送信したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ９に対応して端末局＃３が送信するＵＬデータ信号Ｄ９のみが送信に成功している。つまり、端末局＃１～端末局＃３全体で、合計２個のＵＬデータ信号を送信できている。
基地局１がスロット＃２で送信したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ２に対応して端末局＃２が送信するＵＬデータ信号Ｄ２と、基地局１がスロット＃４で送信したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ４に対応して端末局＃１が送信するＵＬデータ信号Ｄ４は衝突する。また、基地局１がスロット＃３で送信したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ３に対応して端末局＃３が送信するＵＬデータ信号Ｄ３と、基地局１がスロット＃５で送信したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ５に対応して端末局＃２が送信するＵＬデータ信号Ｄ５と、基地局１がスロット＃７で送信したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ７に対応して端末局＃１が送信するＵＬデータ信号Ｄ７が衝突する。さらに、基地局１がスロット＃６で送信したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ６に対応して端末局＃３が送信するＵＬデータ信号Ｄ６と、基地局１がスロット＃８で送信したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ８に対応して端末局＃２が送信するＵＬデータ信号Ｄ８と、基地局１がスロット＃１０で送信したデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ１０に対応して端末局＃１が送信するＵＬデータ信号Ｄ１０が衝突する。
そこで、基地局１は図３に示した手順に従い、スロット＃４で送信するデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局５を検討する。スロット＃４のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号は、元々は端末局＃１に仮に割当てられた信号である。図中に記載はされていないが、端末局＃１、端末局＃２、端末局＃３のいずれにスロット＃４のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ４を割当てても衝突が発生する。そのため、基地局１の宛先決定部２５は、スロット＃４のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号の割当てを見送る。
続いて、基地局１は、スロット＃５で送信するデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局５を検討する。スロット＃５のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号は、元々は端末局＃２に仮に割当てられた信号である。スロット＃５のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を端末局＃１又は端末局＃２に割当てた場合、衝突が発生する。そのため、基地局１の宛先決定部２５は、スロット＃５のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ５’を端末局＃３に割当てる。端末局＃３は、データ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ５’を受信し、ＵＬデータ信号Ｄ５’を送信する。
次に、基地局１は、スロット＃６で送信するデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局５を検討する。スロット＃６のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号は、元々は端末局＃３に仮に割当てられた信号である。基地局１の宛先決定部２５は、スロット＃６のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ６’を端末局＃１に割当てる。端末局＃１は、データ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ６’を受信し、ＵＬデータ信号Ｄ６’を送信する。
次に、基地局１は、スロット＃７で送信する第二ポーリング信号を割当てる端末局５を検討する。スロット＃７のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号は、元々は端末局＃１に仮に割当てられた信号である。端末局＃１、端末局＃２、端末局＃３のいずれにスロット＃７の伝送用ポーリング信号を割当てても衝突が発生する。そのため、基地局１の宛先決定部２５は、スロット＃７の伝送用ポーリング信号の割当てを見送る。
次に、基地局１は、スロット＃８で送信するデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局５を検討する。スロット＃８のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号は、元々は端末局＃２に仮に割当てられた信号である。スロット＃８のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を端末局＃１又は端末局＃２に割当てた場合、衝突が発生する。そのため、基地局１の宛先決定部２５は、スロット＃８のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ８’を端末局＃３に割当てる。端末局＃３は、データ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ８’を受信し、ＵＬデータ信号Ｄ８’を送信する。
次に、基地局１は、スロット＃９で送信するデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局５を検討する。スロット＃９のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号は、元々は端末局＃３に仮に割当てられた信号である。端末局＃１、端末局＃２、端末局＃３のいずれにスロット＃９のデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てても衝突が発生する。そのため、基地局１の宛先決定部２５は、伝送用ポーリング信号Ｐ９の割当てを見送る。
以上より、端末局＃１が送信する２個のＵＬデータ信号と、端末局＃２が送信する１個のＵＬデータ信号と、端末局＃３が送信する３個のＵＬデータ信号との送信が成功し、合計６個のＵＬデータ信号を送信できていることが分かる。
なお、上記では、基地局１は、スロットに基づいてポーリング信号を割当てる時間を決定しているが、スロットに限定されずポーリング信号の送信のタイミングの割当てを行ってもよい。
また、本実施形態において、ＵＬデータ信号長は、固定長と可変長とのいずれでもよい。ＵＬデータ信号長が可変長の場合は、帯域要求フェーズにおいて、端末局５は、ＵＬデータ信号長に関する情報を設定した応答信号を基地局１に送信する。
本実施形態によれば、基地局１は、端末局５が送信するＵＬデータ信号の到着時間を算出し、ＵＬデータ信号の衝突有無を判定する。基地局１は、衝突が発生すると判定した場合は、ＵＬデータ信号伝送用のＰｏｌｌ信号を割当てる端末局５を変更することで、衝突を回避する。その結果、無線通信システム１０は、長遅延に伴う無線帯域の空き帯域を有効に活用して、伝送効率を改善することができる。
[第２の実施形態]
本実施形態では、配置したＵＬデータ信号が別のＵＬデータ信号と衝突する場合、データ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる時間を変更する。以下では、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
図５は、本実施形態による無線通信システム１０ａの構成を示す図である。図５には、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。同図において、図１に示す第１の実施形態による無線通信システム１０と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。無線通信システム１０ａが、図１に示す無線通信システム１０と異なる点は、基地局１に代えて基地局１ａを有する点である。
本実施形態では、第１の実施形態同様に、基地局１ａは、信号処理機能を有する信号処理部２ａと、無線通信機能を有するアンテナ部３とに、ＲｏＦを用いて分離されている。信号処理部２ａは、局舎などに固定設置され、アンテナ部３は、端末局５が設置されている場所の周辺に位置する電柱などに固定設置される。信号処理部２ａとアンテナ部３とは、光ファイバ４により接続される。アンテナ部３と端末局５とはミリ波無線通信システム６により接続される。
信号処理部２ａが、図１に示す第１の実施形態の信号処理部２と異なる点は、宛先決定部２５に代えて宛先決定部２５ａを備える点と、割当時間決定部２８をさらに備える点である。宛先決定部２５ａは、第１の実施形態と同様に、ＵＬデータ伝送フェーズにおいて、所定の判定基準に基づきデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局５を決定する。判定基準として、例えば、トラヒック量、優先度、伝送距離などが用いられる。ただし、宛先決定部２５ａは、第１の実施形態と異なり、判定部２７が衝突有と判定した場合においても、データ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる端末局５を変更しない。割当時間決定部２８は、判定部２７が衝突有と判定した場合に、端末局５に割当てられたデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号の送信タイミングを変更する。
無線通信システム１０ａの帯域要求フェーズにおける処理は、図２に示す第１の実施形態の処理と同じである。
図６は、ＵＬデータ伝送フェーズにおける無線通信システム１０ａの処理を示すフロー図である。図６に示す処理は、基地局１ａと、当該基地局１ａの同じアンテナ部３とＵＬデータ伝送を行うＮ台（Ｎは１以上の整数）の端末局５とにおいて実行される。図６の処理におけるＮは、図２の処理において基地局１ａが正常に応答信号を受信した端末局５の台数である。
まず、基地局１ａの宛先決定部２５ａは、図３に示す第１の実施形態のステップＳ３０５の処理と同様に、Ｎ台の端末局５を所定の判定基準に基づいてソートする（ステップＳ５０５）。ソートの結果の順位がｉ番目（ｉは１以上Ｎ以下の整数）の端末局５を、端末局＃ｉと記載する。
続いて、宛先決定部２５ａは、図３に示す第１の実施形態のステップＳ３１０の処理と同様に、各端末局５から受信したトラヒック情報に基づいて、各端末局５に送信するデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号をスロットに仮割当てする（ステップＳ５１０）。宛先決定部２５ａは、変数ｉの値に初期値１を設定し（ステップＳ５１５）、変数ｋの値に初期値１を設定する（ステップＳ５２０）。変数ｋは、ＵＬデータ伝送領域におけるスロットの番号である。スロット番号ｋが割当てられたデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号をＰｏｌｌ＃ｋと記載する。
受信時間算出部２６は、図３に示す第１の実施形態のステップＳ３３０の処理と同様に、端末局＃ｉに仮割当てされたＰｏｌｌ＃ｋの送信タイミングに基づきＵＬデータ信号受信時間を算出する（ステップＳ５２５）。算出されるＵＬデータ信号受信時間は、Ｐｏｌｌ＃ｋを受信した端末局＃ｉから送信されるＵＬデータ信号を基地局１ａにおいて受信するために割当てる時間区間である。判定部２７は、図３に示す第１の実施形態のステップＳ３３５の処理と同様に、Ｐｏｌｌ＃ｋに対応して端末局＃ｉから送信されるＵＬデータ信号と、他のＵＬデータ信号との衝突が発生するか否かを判定する（ステップＳ５３０）。
判定部２７が、衝突は発生しないと判定した場合（ステップＳ５３０：ＮＯ）、宛先決定部２５ａは、ステップＳ５３５の処理を行う。すなわち、宛先決定部２５ａは、Ｐｏｌｌ＃ｋの割当て先を端末局＃ｉに決定し、ステップＳ５２５において算出されたＵＬデータ信号受信時間に端末局＃ｉからのＵＬデータ信号を割当てると決定する（ステップＳ５３５）。宛先決定部２５ａは、変数ｉの値と変数ｋの値のそれぞれに１を加算してインクリメントする（ステップＳ５４０）。宛先決定部２５ａは、変数ｉの値が端末局数Ｎを超えているか否かを判定する（ステップＳ５４５）。宛先決定部２５ａは、変数ｉの値が端末局数Ｎを超えていないと判定した場合（ステップＳ５４５：ＮＯ）、ステップＳ５２５からの処理を繰り返す。そして、宛先決定部２５ａは、変数ｉの値が端末局数Ｎを超えたと判定した場合（ステップＳ５４５：ＹＥＳ）、処理を終了する。
一方、Ｐｏｌｌ＃ｋに対応して端末局＃ｉから送信されるＵＬデータ信号と、他のＵＬデータ信号との衝突が発生すると判定部２７が判定した場合（ステップＳ５３０：ＹＥＳ）、割当時間決定部２８は、変数ｋの値に１を加算してインクリメントする（ステップＳ５５０）。割当時間決定部２８は、端末局＃ｉに仮割当てしたデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を、ステップＳ５５０においてインクリメントされたスロット＃ｋのＰｏｌｌ＃ｋに更新する（ステップＳ５５５）。
受信時間算出部２６は、Ｐｏｌｌ＃ｋを受信した端末局＃ｉから送信されるＵＬデータ信号を基地局１ａにおいて受信するために割当てる時間区間であるＵＬデータ信号受信時間を算出する（ステップＳ５６０）。判定部２７は、Ｐｏｌｌ＃ｋに対応して端末局＃ｉから送信されるＵＬデータ信号と、他のＵＬデータ信号との衝突が発生するか否かを判定する（ステップＳ５６５）。衝突が発生すると判定部２７が判定した場合（ステップＳ５６５：ＹＥＳ）、基地局１ａは、ステップＳ５５０からの処理を繰り返す。
一方、衝突が発生しないと判定部２７が判定した場合（ステップＳ５６５：ＮＯ）、割当時間決定部２８は、Ｐｏｌｌ＃ｋを端末局＃ｉに割当て、ステップＳ５６０において算出されたＵＬデータ信号受信時間に端末局＃ｉからのＵＬデータ信号を割当てると決定する（ステップＳ５７０）。基地局１ａは、ステップＳ５４０からの処理を行う。
図７は、図６の処理の結果に基づく無線通信システム１０ａのＵＬデータ伝送フェーズにおける動作概要を示す図である。図７では、端末局５が端末局＃１～端末局＃３の３台であり、端末局＃１～端末局＃３のトラヒック量と伝搬距離は、図１２と同様であるとする。なお、図７の例では、基地局１ａがＵＬデータ信号を受信した場合に返送するＡｃｋ信号の記載を省略している。
まず、基地局１ａの宛先決定部２５ａは、トラヒック量の降順に並べた端末局＃１、端末局＃２、端末局＃３にラウンドロビンによりデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てる。受信時間算出部２６は、各データ伝送用Ｐｏｌｌ信号に対応し、端末局＃１～端末局＃３それぞれが送信するＵＬデータ信号の到着時間を算出する。ここでは、図１３と同様にデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号が割当てられ、端末局＃１～端末局＃３それぞれからのＵＬデータ信号の到着時間が算出されたとする。すなわち、端末局＃１が送信するＵＬデータ信号Ｄ１と、端末局＃３が送信するＵＬデータ信号Ｄ９との合計２個のＵＬデータ信号を送信できている。
そこで、基地局１ａは、図６に示した手順に従い、スロット＃４に仮割当てされたデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ４を、端末局＃１に割当てる時間を検討する。図中に記載はされていないが、スロット＃４からスロット＃８までのいずれのスロットにデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を割当てても衝突が発生するため、割当時間決定部２８は、スロット＃９に端末局＃１宛てのデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ９”を割当てる。
続いて、基地局１ａは、スロット＃５に仮割当てされたデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ５を、端末局＃２に割当てる時間を検討する。割当時間決定部２８は、衝突が発生しないスロット＃１０に、端末局＃２宛てのデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号Ｐ１０”を割当てる。なお、図６に示すフローでは、元々スロット＃５に割当てられていたデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を新たに割当てるスロットをスロット＃１０以降から選択することになるが、スロット＃５以降のスロットから選択を行ってもよい。
以上より、端末局＃１が送信する２個のＵＬデータ信号と、端末局＃２が送信する２個のＵＬデータ信号と、端末局＃３が送信する１個のＵＬデータ信号との送信が成功し、合計５個のＵＬデータ信号を送信できていることが分かる。
なお、上記では、基地局１ａは、スロットに基づいてＰｏｌｌ信号を割当てる時間を決定しているが、スロットに限定されずＰｏｌｌ信号の送信のタイミングの割当てを行ってもよい。
また、本実施形態において、ＵＬデータ信号長は、固定長と可変長とのいずれでもよい。ＵＬデータ信号長が可変長の場合は、帯域要求フェーズにおいて、端末局５は、ＵＬデータ信号長に関する情報を設定した応答信号を基地局１ａに送信する。
本実施形態によれば、基地局１ａは、第１の実施形態と同様に、端末局５が送信するＵＬデータ信号の到着時間を算出し、ＵＬデータ信号の衝突有無を判定する。基地局１ａは、衝突が発生すると判定した場合は、ＵＬデータ信号伝送用のＰｏｌｌ信号に割当てる送信タイミングを変更することにより衝突を回避する。したがって、無線通信システム１０ａは、長遅延に伴う無線帯域の空き帯域を有効に活用して、伝送効率を改善することができる。
なお、上述した実施形態では、ＲｏＦを適用したミリ波無線通信システムに適用する無線通信方法について記述しているが、ＲｏＦに限らず、伝搬遅延時間が大きな無線通信システムに適用してもよい。このように、アンテナ部３の通信部３１と、端末局５の通信部５１とは、ミリ波無線通信とは異なる無線通信方式により無線通信を行ってもよい。
また、上述した実施形態では、固定設置された基地局と端末局に適用する無線通信方法について記述しているが、基地局と端末局間の伝搬距離を取得できる仕組みを具備している無線通信システムであれば、固定設置されていない基地局と端末局に適用してもよい。
従来のポーリング制御は、無線区間における伝送遅延を考慮していないために、上り信号が衝突したり、衝突のために無線回線が非効率的に利用されたりすることがあった。本実施形態の無線通信システムでは、２種類の異なる役割を持つポーリング信号を基地局から端末局へ送信することにより、既存のプロトコルの枠組み内でこの問題を解決する。具体的には、帯域要求用Ｐｏｌｌ信号によって、基地局は、端末局がアップリンクデータをどの程度持っているかを問い合わせる。基地局は、その問合せに対する応答に基づいて、伝搬遅延までも考慮して各端末からのＵＬデータ信号の受信タイミングが重ならないように各端末局に送信するデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号の送信タイミングを決定する。端末局は、自局宛てのデータ伝送用Ｐｏｌｌ信号を基地局から受信した場合に、ＵＬデータ信号を基地局に送信する。
信号処理部２、信号処理部２ａ、及び端末局５のハードウェア構成例を説明する。図８は、信号処理部２信号処理部２ａ、及び端末局５のハードウェア構成例を示す装置構成図である。信号処理部２、信号処理部２ａ、及び端末局５は、プロセッサ７１と、記憶部７２と、通信インタフェース７３と、ユーザインタフェース７４とを備える。
プロセッサ７１は、演算や制御を行う中央演算装置である。プロセッサ７１は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）である。プロセッサ７１は、記憶部７２からプログラムを読み出して実行する。記憶部７２は、さらに、プロセッサ７１が各種プログラムを実行する際のワークエリアなどを有する。通信インタフェース７３は、他装置と通信可能に接続するものである。ユーザインタフェース７４は、ボタン、キーボード、ポインティングデバイスなどの入力装置や、ランプ、ディスプレイなどの表示装置である。ユーザインタフェース７４により、人為的な操作が入力される。
信号処理部２の割当部２２、宛先決定部２５、受信時間算出部２６及び判定部２７の機能の全て又は一部は、プロセッサ７１が記憶部７２からプログラムを読み出して実行することより実現される。なお、これらの機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。信号処理部２の通信部２１及び送受信部２３は、通信インタフェース７３により実現される。通信部２１及び送受信部２３の一部の機能は、プロセッサ７１が記憶部７２からプログラムを読み出して実行することより実現されてもよい。
信号処理部２ａの場合、割当部２２、宛先決定部２５ａ、受信時間算出部２６、判定部２７及び割当時間決定部２８の機能の全て又は一部は、プロセッサ７１が記憶部７２からプログラムを読み出して実行することより実現される。なお、これらの機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。信号処理部２ａの通信部２１及び送受信部２３は、通信インタフェース７３により実現される。通信部２１及び送受信部２３の一部の機能は、プロセッサ７１が記憶部７２からプログラムを読み出して実行することより実現されてもよい。
端末局５の場合、受信タイミング決定部５２、応答信号割当部５３及びＵＬデータ信号割当部５５の機能の全て又は一部は、プロセッサ７１が記憶部７２からプログラムを読み出して実行することより実現される。なお、これらの機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。端末局５ａの通信部５１及び送受信部５４は、通信インタフェース７３により実現される。なお、通信部５１及び送受信部５４の一部の機能は、プロセッサ７１が記憶部７２からプログラムを読み出して実行することより実現されてもよい。
以上説明した実施形態によれば、無線通信システムは、信号処理装置と、通信装置とを有する。例えば、信号処理装置は、実施形態の基地局１、１ａであり、通信装置は、実施形態の端末局５である。信号処理装置は、割当部と、受信タイミング算出部と、判定部と、宛先変更部とを有する。例えば、割当部は、実施形態の宛先決定部２５、２５ａであり、受信タイミング算出部は、実施形態の受信時間算出部２６であり、判定部は、実施形態の判定部２７であり、宛先変更部は実施形態の宛先決定部２５である。
割当部は、アップリンクデータ伝送を実施する時間領域における各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを割当てる。受信タイミング算出部は、割当部が割当てた送信タイミングにおいて無線により送信されるデータ伝送用ポーリング信号に対応して通信装置から無線により送信されるデータ信号の受信タイミングを算出する。判定部は、算出された受信タイミングに基づいてデータ信号の衝突の有無を判定する。宛先変更部は、判定部が衝突すると判定したデータ信号に対応したデータ伝送用ポーリング信号の宛先の通信装置を他の通信装置に変更する。
信号処理装置は、宛先変更部に代えてタイミング変更部を有してもよい。例えば、タイミング変更部は、実施形態の割当時間決定部２８である。タイミング変更部は、判定部が衝突すると判定したデータ信号に対応したデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを変更する。
信号処理装置は、帯域要求を実施する時間領域において異なるタイミングにより複数回、帯域要求用ポーリング信号を通信装置にブロードキャストする送信部を有してもよい。この場合、通信装置は、異なるタイミングにより送信された帯域要求用ポーリング信号の中から選択した帯域要求用ポーリング信号に対して応答を返送する送信部をさらに有する。また、通信装置は、自装置が帯域要求用ポーリング信号を受信するタイミングをランダムに選択するタイミング決定部をさらに有してよい。割当部は、通信装置から受信した応答から得られる情報に基づいて、各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号を送信する送信タイミングを割当てる。
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。
１…基地局、１ａ…基地局、２…信号処理部、２ａ…信号処理部、３…アンテナ部、４…光ファイバ、５…端末局、６…ミリ波無線通信システム、１０…無線通信システム、１０ａ…無線通信システム、２１…通信部、２２…割当部、２３…送受信部、２４…伝搬距離算出部、２５…宛先決定部、２５ａ…宛先決定部、２６…受信時間算出部、２７…判定部、２８…割当時間決定部、３１…通信部、５１…通信部、５３…応答信号割当部、５４…送受信部、５５…ＵＬデータ信号割当部、２３１…送信部、２３２…受信部、５４１…送信部、５４２…受信部

Claims (6)

  1. 信号処理装置が、アップリンクデータ伝送を実施する時間領域における各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを割当てる割当ステップと、
    前記信号処理装置が、前記送信タイミングにおいて無線により送信されるデータ伝送用ポーリング信号に対応して前記通信装置から無線により送信されるデータ信号の受信タイミングを算出する受信タイミング算出ステップと、
    前記信号処理装置が、算出された前記受信タイミングに基づいて前記通信装置からの前記データ信号と他の前記通信装置からの前記データ信号との衝突の有無を判定する判定ステップと、
    前記信号処理装置が、前記判定ステップにおいて衝突すると判定された前記データ信号に対応した前記データ伝送用ポーリング信号の宛先の前記通信装置を他の通信装置に変更する宛先変更ステップと、
    を有する通信制御方法。
  2. 信号処理装置が、アップリンクデータ伝送を実施する時間領域における各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを割当てる割当ステップと、
    前記信号処理装置が、前記送信タイミングにおいて無線により送信されるデータ伝送用ポーリング信号に対応して前記通信装置から無線により送信されるデータ信号の受信タイミングを算出する受信タイミング算出ステップと、
    前記信号処理装置が、算出された前記受信タイミングに基づいて前記通信装置からの前記データ信号と他の前記通信装置からの前記データ信号との衝突の有無を判定する判定ステップと、
    前記信号処理装置が、前記判定ステップにおいて衝突すると判定された前記データ信号に対応した前記データ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを変更するタイミング変更ステップと、
    を有する通信制御方法。
  3. 前記信号処理装置が、帯域要求を実施する時間領域において異なるタイミングにより複数回、帯域要求用ポーリング信号を前記通信装置にブロードキャストする送信ステップと、
    前記通信装置が、異なる前記タイミングにより送信された前記帯域要求用ポーリング信号の中から選択した帯域要求用ポーリング信号に対して応答を返送する応答ステップとをさらに有し、
    前記割当ステップにおいては、前記応答から得られる情報に基づいて各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを割当てる、
    請求項１又は請求項２に記載の通信制御方法。
  4. 前記通信装置が、前記応答ステップにおいて自装置が前記帯域要求用ポーリング信号を受信するタイミングをランダムに選択するタイミング決定ステップをさらに有する、
    請求項３に記載の通信制御方法。
  5. アップリンクデータ伝送を実施する時間領域における各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを割当てる割当部と、
    前記送信タイミングにおいて無線により送信されるデータ伝送用ポーリング信号に対応して前記通信装置から無線により送信されるデータ信号の受信タイミングを算出する受信タイミング算出部と、
    算出された前記受信タイミングに基づいて前記通信装置からの前記データ信号と他の前記通信装置からの前記データ信号との衝突の有無を判定する判定部と、
    前記判定部が衝突すると判定した前記データ信号に対応した前記データ伝送用ポーリング信号の宛先の前記通信装置を他の通信装置に変更する宛先変更部と、
    を備える信号処理装置。
  6. アップリンクデータ伝送を実施する時間領域における各通信装置宛てのデータ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを割当てる割当部と、
    前記送信タイミングにおいて無線により送信されるデータ伝送用ポーリング信号に対応して前記通信装置から無線により送信されるデータ信号の受信タイミングを算出する受信タイミング算出部と、
    算出された前記受信タイミングに基づいて前記通信装置からの前記データ信号と他の前記通信装置からの前記データ信号との衝突の有無を判定する判定部と、
    前記判定部が衝突すると判定した前記データ信号に対応した前記データ伝送用ポーリング信号の送信タイミングを変更するタイミング変更部と、
    を備える信号処理装置。
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