JPH03500237A - マルチアクセス通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マルチアクセス通信システム 技術分野 この発明はマルチアクセス通信システム及び同システムを作動する方法に間し、 特に１つ以上のベースステーション（基地局）と複数のサブステーション（従局 ）または移動体（移動Ｒ）間でのデータの交信を可能とするシステムに間する。

マルチアクセス通信システム、その中でも移動局用の無線チャネル割当を用いた システムはよく知られている．このようなシステムに伴う問題として、特に込み 合う期間に、従局が基地局へランダムにアクセスするのを可能とする際の困難が ある．２つ以上の従局から同時に生じたアクセスの試みは、それぞれが通信しよ うとするデータの衝突及び毀損を生じ、その後の引き続くアクセスの試みは衝突 及び毀損の量をさらに増加させ、最終的にはシステム全体の不安定を引き起こす ことがある。

基地局から要求されたときだけ従局が基地局と交信するポーリング（集信）シス テムは確実で、高い使用容量を可能とするが、送信するのに長く待たねばならな い従局が生じるという欠点がある。

完全にランダムなアクセスシステム及びポーリングシステムに伴う問題を検討し 解消するためさまざまな試みがなされてきており、これらの試みでは予め設定し たプロトコルを用いて、従局から基地局へのアクセスのタイミング及び／又は方 法を制御することに重点が置かれてきた。

このような最初のプロトコルの一つは、′ピュア・アローハ（ＰｕｒｅＡｌｏｈ ａ）”と呼ばれ、従局がデータを送信したいという要求を基地局に送フて、その 要求の肯定応答（アクノレッジ）を待つ．何も応答がニないと、従局はランダム な時間待ってから再び要求を送る。

これを改良した“スロッテッド・アローハ（Ｓｌｏｔｔｅｄ　Ａｌｏｈａ）”と 呼ばれるプロトコルでは、システムの各ユーザは個別のタイムスロット内で要求 を送ることが許される。これと間違したプロトコルは“フレームド・アローハ（ Ｆｒａｍｅｄ　Ａｌｏｈａ）’と呼ばれ、このプロトコルでは基地局が信号通信 チャネルにメツセージを送り、従局が要求を行うのにどのタイムスロット（所定 数のタイムスロットを含む“フレーム”内に編成されている）が利用可能かを指 示する。しかし、このようなシステムは全て、通常のトラフィック（通信量）状 態において特に効率的でなく、また込み合うトラフィック状態では不安定になる のが一般的であった。

さらに別の“ダイナミック・フレーム・レングス・アローハ（ＤｙｎａｍｉｃＦ ｒａｎｃｅ　Ｌｅｎｇｔｈ　Ａｌｏｈａ）″と呼ばれるプロトコルでは、前のフ レームの使用レベルの評価に基づいてフレーム毎のタイムスロット数を変えるこ とによって、変化するトラフィック状態を考慮に入れることが試みられた。

しかしこのプロトコルでも、フレーム内のスロット数の変化度に間するシステム からの指示の制約、及びプロトコルを利用しているシステムの複雑さのため問題 が生じていた。

及五Ω皿丞 本発明は、フレーム毎の可変なスロット数という複雑さに頼らず、マルチアクセ ス通信を効率的に扱えるプロトコルに基づいており、全体として効率的な通信シ ステムを提供する。

本発明によれば、基地局と複数の従局との間で使われ、基地局から従局へとデー タを伝送する第１チヤネルと、従局から基地局へとデータを伝送する第２チヤネ ルとを有するマルチアクセス通信システムにおいて、使用時該システムが： １）従局及び見込み従局を複数のグループに分割して配置する手段、ｉｉ）第２ チヤネル内で複数のスロットを各々特定グループに割り当てる手段、 １ｉｉ）基地局から従局へ第１チヤネルを介して、各グループ内の従局の数を知 らせる手段、及び ｉｖ）各従局毎に、各々のグループ内の従局の数を分析し、これらの従局数に基 づき、どのグループがそのグループに割り当てられた１つ以上のスロットで基地 局と次に交信するために対応付けられるかについての判断を行う手段、 を有するマルチアクセス通信システムが提供される。

システムへの加入時、各従局は基地局によって循環ベースでグループに割り当て られるが、稼働の任意の特定期間中にシステムをでる従局は、システムに加入す る別の従局によって自動適に置き換えられない、その結果、ある時点における各 グループ内の従局数はランダムに変化するようになる。

その代わり、システムへの加入時、従局は各グループ内の従局数を参システムの 一般的な稼働中、各従局はそのグループに割り当てられたスロットで、基地局と ランダムに通信を試みられる。

他のランダムなアクセスシステムと同様、従局から基地局への通信は、例えば共 通の割当スロットを動じに利用しようと試みた同一グループ内の２つの従局間で の衝突によって引き起こされた毀損のため肯定応答されないと、ｆ！常再送信さ れる。

送信が不成功の場合、各従局は基地局から各グループ内の従局数を知り、衝突は 最も低い従局配分数のグループ内で最も起こり難いという判断に基づき、送信が 成功する最も大きいチャンスを持つ使用可能なスロットを知る。

そこで本システムは、衝突またはその他の不成功な基地局への送信発生時に、あ るグループ内の従局が他のグループに割り当てられたスロットを使用できるよう に構成される。

しかし、他の従局（特に当該従局と衝突を生じた相手）が最も低い従局配分数グ ループのスロットを同時に使おうとする可能性があるため、本システムは次の送 信を試みる前に通過しなければならないタイムスロットの数、及び／又は低い従 局配分数のスロットの“プール”のうちどの１つ以上のスロットが次の送信を試 みるのに使われるかを決める乱数発生器もしくはその他の適切な手段を有するの が好ましい。

システム内のトラフィックフローは、例えば多すぎる従局が特定のグループに割 り当てられたスロットを用いようと試みたり、あるいは送信すべき待ちデータの 一般的な滞留のため、乱されることがある。

このため一実施例では、基地局がグループ内の従局の数を人為的に修正するのを 可能とし、そのグループに割り当てられたスロットの、特に当該グループ以外の 従局による使用を防止または促進させる手段がシステム内に朝み込まれる。つま り、１６の最大従局配分数を有するグループ内で、実際の従局数が８である場合 、基地局は人為的に例えば１５または１６の数を指示して、そのグループに割り 当てられたスロットの使用を防止し得る。

別の実施例では、通常のトラフィックフローの状態下で、利用可能なグループの 理論数の一部（以下“特別”グループと呼ぶ）が使われないように、すなわちそ のグループに従局が全く割り当てられない用に設計される。これは、特に高い従 局配分数、例えば通常許容されている最大従局配分数より大きい数を、グループ に割り当てることによって行える。

このような実施例では、例えば滞留データを送る目的で、個々の従局による特別 グループの使用を促進する一方、その後は直ちに割り当てられる従局のレベルを 修正することによって、滞留データがクリアされるまでその他の従局の割当を促 進しないような手段を、基地局が有するのが有利である。

また本システムは、任意の時点で緊急のメツセージを送る必要がある従局に優先 権を与えるように、その従局が低い従局配分数を持つグループに自らを対応付け るのを可能とし、送信の成功する確率が高まるように応答し得る。これは、送信 の失敗後に従局が再び送信するときと同じようにして達成できる。

図面の簡単な説明 以下、本発明を添付の図面を参照しながら一例として説明する：第１図は、本発 明の一実施例によるマルチアクセス通信システムの概略図、 第２図は、第１図のシステムの基地局と１つの従局の幾分詳しい概略図、及び 第３図は、基地局から複数の従局へ及び各従局から基地局へデータを送信するた めの、第１図のシステムにおける２チヤネルのフレーム構成の概略図である。

ＩＩル　るｔ・　の１　のヅ 図示のシステムは、基地局Ａとｎ個の従局または移動局８１〜Ｂｎとからなる。

基地局Ａは無線送信器Ｔｚを有し、これによって第１の無線チャネルＣ１を通じ 全ての従局と交信し、また従局Ｂｌ−Ｂｎは全て、基地局Ａの無線受信器Ｒｘで 受信される第２の無線チャネルＣ２を通じて基地局Ａと交信するｉＪ＃プロセッ サＰ１が基地局に設けられ、チャネルＣ２を通じて従局から受信される通信に応 答すると共に、対応した通信をチャネルＣ１を通じて従局に送信する。

各従局Ｂ１〜Ｂｎは第２図に示すように、チャネルＣ１を通じて基地局Ａからの 通信を受け取る無線受信器ｒｘと、チャネルＣ２を通じて基地局Ａに通信を送る 無線送信器ｔｘを備えている。制御プロセッサＰ２が基地局Ａから受信されたデ ータに応答し、従局がチャネルＣ２を通じて交信するのに使われるタイムスロッ トを決定する。

両無線チャネルＣ１とＣ２は、第３図に示すようにフレーム内に編成されたデー タを送信し、チャネルＣ２内の各フレームは従局Ｂ１〜Ｂｎからのデータ送信の ためｔスロットに細分割されている。一般に、各チャネルＣ２の全てのフレーム 、好ましくは両チャネルのフレームは固定長さかまたはその整数倍で、両チャネ ルのフレームは第３図に示すように位相を合わせて、あるいは位相４をずらせて 同期されている。

システムの稼働時、任意の一時点でシステムを用いる従局Ｂｌ〜Ｂｎはに個のグ ループ１−ｋに分割され、各グループには第２チヤネルＣ２で特定の１つ以上の スロット１−ｔが割り当てられる。そして、１グループ内の各従局は、基地局Ａ と交信するのにその割り当てられた１つ以上のスロットを利用する。

各従局が割り当てられるグループは、制御プロセッサＰ１から制御プロセッサＰ ２に送信され、各々のグループ１〜ｋに現在割り当てられている従局の数ｕｌ− ｕｋに対応したデータを含むデータによって決まる。

例えば、第３図に示したグループｇは全てがスロットｔｖを用いるＵｇ個の従局 を含み、このグループの従局配分数データＵｇが両制御プロセッサＰ１とＰ２内 に記憶されている。

ある従局が、その所属グループに割り当てられた１つ以上のスロット１−ｔを用 いた最初の試みで、または所定回数の試み後にも基地局Ａと首尾よく交信できな かった場合、その従局は、第２図に示すように乱数発生器Ｇを用いるか、または 制御プロセッサＰ２内の配分アルゴリズムを用い、タイムスロットのプールから １つのタイムスロットを選ぶことによって、次の試みで再送信が成功する確率を 改善できる。

タイムスロットのプールは、特定フレーム内の１つ以上のグループのタイムスロ ット、及び／又は１より多いフレーム内のグループのタイムスロットから導くこ とができる０例えば、２つの連続するフレームの２つのグループに割り当てられ たスロットから１つのプールを構成でき、−例としてグループ５が１スロツト、 グループ９が２スロツトを有していれば、合計６スロツトのプールが与えられる 。

プール内のスロット数は、試みの回数に応じて通信成功の確率が高くなるように 、通信の失敗が繰り返されるにつれ、フレームの数及び／又はフレーム内のグル ープの数を増すことによって増加可能である。この成功確率の増加は、プールで 実際に使われているグループ及びフレームを有する従局の最初の成功率を犠牲に して得られる。

プールを形成するのに使われる特定グループの選択は、基地局Ａの制御プロセッ サＰ１によって予約された任意の特別グループからスタートし、この特別グルー プは特に高い従局配分数０１　例えば１ｌＪＩ御プロセツサＰ１によって通常許 容される最大の従局配分数より大きい従局配分数を割り当てることによって予約 される。特別グループの後、プールはそれぞれに割り当てられた従局な含まない か、または幾つかの従局を含むグループを用いて形成される。その後プールは、 特定の従局が現在割り当てられているグループ、さらに順次増大するようにより 多くの従局配分数を持つグループを含めることによって次第に拡張できる。但し 、数個より多い従局な有するグループが、この目的で使われることはほとんどな い。

例えば、多すぎる従局が特定グループに割り当てられたスロットの使用を試みる ような稼働状態においては、制御プロセッサＰ１が、そのグループの従局配分数 Ｕを人為的に高く設定し、他のグループの従局によって使われるのを防ぐように 適応可能である。

制御プロセッサＰ１とＰ２は、それぞれの動作の実行に際して、情報及び／又は 識別コードを各スロットに配分することが理解されよう。このような情報及び／ 又は識別コードは、一般に下記のものを含むｉｉ）チャネルの各スロットを“同 位相”で、すなわちチャネルの各スロットが同時に開始及び終了するように、あ るいは“位相はずれ”で、すなわちチャネルの各スロットが所定の時間量だけず れるように同期させる手段、 ｉｉ）スロットが割り当てられたグループを識別する手段、１ｉｉ）　１つまた は複数のアドレス宛先などの制御情報、ｉｖ）例えばスロットで送られるデータ （またはその地回等か）の出所が不明な場合の出所情報。

スロットに関連したこのような情報／識別手段の使用は、当業者にとって周知で ある。

国際調査報告 Ｓ＾　２Ｂ３５２

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．基地局と複数の従局との間で使われ、基地局から従局へとデータを伝送する 第１チャネルと、従局から基地局へとデータを伝送する第２チャネルとを有する マルチアクセス通信システムにおいて、使用時該システムが： ｉ）従局及び見込み従局（Ｂ１〜Ｂｎ）を複数のグループ（１〜ｋ）に分割して 配置する手段（Ｐ１、Ｐ２）、ｉｉ）第２チャネル（Ｃ２）内で複数のスロット （１〜ｔ）を各々特定グループ（１〜ｋ）に割り当てる手段（Ｐ１、Ｐ２）、ｉ ｉｌ）基地局（Ａ）から従局（Ｂ１〜Ｂｎ）へ第１チャネル（Ｃ１）を介して、 各グループ（１〜ｋ）内の従局の数を知らせる手段、及びｉｖ）各従局（Ｂ１〜 Ｂｎ）毎に、各々のグループ（１〜ｋ）内の従局の数（ｕ１〜ｕｋ）を分抗し、 これらの従局数に基づき、どのグループ（１〜ｋ）がそのグループに割り当てら れた１つ以上のスロット（ｔ）で基地局（Ａ）と次に交信するために対応付けら れるかについての判断を行う手段、 を有することを特徴とするマルチアクセス通信システム。
2. ２．システムヘの加入時各従局（Ｂ１〜Ｂｎ）が、各グループ内の従局数する前 記判断に基づき、特定グループ（１〜ｋ）に自らを割り当てることを特徴とする 請求の範囲第１項記載のマルチアクセス通信システム。
3. ３．通信の試みの失敗後基地局（Ａ）への再送信のために、各従局（Ｂ１〜Ｂｎ ）が、各グループ内の従局数に関する前記判断に基づき、特定グループ（１〜ｋ ）に自らを対応付けることを特徴とする請求の範囲第１または２項記載のマルチ アクセス通信システム。
4. ４．緊急メッセージを基地局（Ａ）へ通信するために、各従局（Ｂ１〜Ｂｎ）が 、各グループ内の従局数に関する前記判断に基づき、特定グループ（１〜ｋ）に 自らを割り当てることを特徴とする前記請求の範囲のいずれか１項記載のマルチ アクセス通信システム。
5. ５．従局（Ｂ１〜Ｂｎ）の前記手段（Ｐ２）が、当該従局を最も低い内部従局数 （ｕ１〜ｕｋ）を有する特定グループ（１〜ｋ）に対応付けることを特徴とする 前記請求の範囲いずれか１項記載のマルチアクセス通信システム。
6. ６．各従局（Ｂ１〜Ｂｎ）が、同一の最も低い内部従局数（ｕ１〜ｕｋ）を有す る２つ以上のグループ（１〜ｋ）の１つに当該従局を対応付けるため、ランダム に動作する手段（Ｇ）を有することを特徴とする前記請求の範囲いずれか１項記 載のマルチアクセス通信システム。
7. ７．各従局（Ｂ１〜Ｂｎ）が、基地局と通信する試みの最初または引く続く失敗 後、従局を基地局（Ａ）と交信可能とする際に時間遅延を導入するため、ランダ ムに動作する手段（Ｇ）を有することを特徴とする前記請求の範囲いずれか１項 記載のマルチアクセス通信システム。
8. ８．前記手段（Ｐ１）が任意のグループ（１〜ｋ）内の従局（Ｂ１〜Ｂｎ）の数 （ｕ１〜ｕｋ）を人為的に修正し、その数をグループ内の従局の実数に対して増 加または減少することによって、当該グループヘの更なる従局の割当をそれぞれ 防止または促進させることを特徴とする前記請求の範囲いずれか１項記載のマル チアクセス通信システム。
9. ９．前記手段（Ｐ１）が任意のグループ（１〜ｋ）内の従局（Ｂ１〜Ｂｎ）の数 （ｕ１〜ｕｋ）を、グループ内の従局の最大可能数より大きい数へ人為的に増加 させ、それらが所定の状態下の従局によって使われる特別のグループであること を指示することを特徴とする前記請求の範囲いずれか１項記載のマルチアクセス 通信システム。
10. １０．各々のグループ（１〜ｋ）内の従局（Ｂ１〜Ｂｎ）数に基づく前記判断が 、１つ以上のグループを選択して、該選択グループに対応したスロット（ｔ）の プールを生じた後、ランタムに動作する手段（Ｇ）によって咳プール内のスロッ ト（ｔ）の１つを選択する制御プロセッサ（Ｐ２）を含み、従局が基地局と次に 交信するために該選択されたスロットを用いることを特徴とする請求の範囲第１ から４項のいずれか１項記載のマルチアクセス通信システム。
11. １１．従局による引き続く通信の試みの失敗につれ、順次大きくなるスロットの プールを生じるように制御プロセッサ（Ｐ２）がグループを選択することによっ て、各試みで通信が成功する確率を高めていくことを特徴とする請求の範囲第１ ０項記載のマルチアクセス通信システム。
12. １２．前記選択される１つ以上のグループがグループ内でより低い従局数を持つ ものであることを特徴とする請求の範囲第１０または１１項記載のマルチアクセ ス通信システム。
13. １３．前記選択される１つ以上のグループが、当該グループに高い従局配分数（ Ｕｘ）を人為的に割り当てる制御プロセッサ（Ｐ１）によって予約された特別の グループを含むことを特徴とする請求の範囲第１０から１２項のいずれか１項記 載のマルチアクセス通信システム。
14. １４．前記手段（Ｐ１）がシステムに加入している任意の従局（Ｂ１〜Ｂｎ）を 、各グループ内の従局数に従って１つのグループ（１〜ｋ）に割り当てることを 特徴とする前記請求の範囲いずれが１項記載のマルチアクセス通信システム。
15. １５．基地局と複数の従局との間で使われ、基地局から従局へとデータを伝送す る第１チャネルと、従局から基地局へとデータを伝送する第２チャネルとを有す るマルチアクセス通信システムを作動する方法において、使用時： ｉ）従局及び見込み従局（Ｂ１〜Ｂｎ）が複数のグループ（１〜ｋ）に分割され 、 ｌｉ）第２チャネル（Ｃ２）内で複数のスロット（１〜ｔ）が各々特定グループ （１〜ｋ）に割り当てられ、 ｉｉｉ）基地局（Ａ）が従局（Ｂ１〜Ｂｎ）へ第１チャネル（ＣＩ）を介して、 各グループ（１〜ｋ）内の従局の数を知らせ、さらにｉｖ）各従局（Ｂ１〜Ｂｎ ）が、各々のグループ（１〜ｋ）内の従局の数（ｕ１〜ｕｋ）を分析し、これら の従局数に基づき、どのグループ（１〜ｋ）がそのグループに割り当てられた１ つ以上のスロット（ｔ）で基地局（Ａ）と次に交信するために対応付けられるか についての判断を行う、 ことを特徴とする方法。
16. １６．通信の試みの失敗後基地局（Ａ）への再送信のために、各従局（Ｂ１〜Ｂ ｎ）が、各グループ内の従局数に関する前記判断に基づき、特定グループ（１〜 ｋ）に自らを対応付けることを特徴とする請求の範囲第１５項記載の方法。
17. １７．各従局（Ｂ１〜Ｂｎ）が、最も低い内部従局数（ｕ１〜ｕｋ）を有する特 定グループ（１〜ｋ）に自らを対応付けることを特徴とする前記請求の範囲第１ ５または１６項記載の方法。
18. １８．各々のグループ（１〜ｋ）内の従局（Ｂ１〜Ｂｎ）数に基づく前記判断が 、１つ以上のグループを選択して、該選択グループに対応したスロット（ｔ）の プールを生じた後、該プール内のスロット（ｔ）の１つを選択することを含み、 従局が基地局と次に交信するために該選択されたスロットを用いることを特徴と する請求の範囲第１５及び１６項のいずれが１項記載の方法。
19. １９．従局による引き続く通信の試みの失敗につれ、順次大きくなるスロットの プールを生じるようにグループが選択され、各試みで通信が成功する確率を高め ていくことを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。
20. ２０．前記選択される１つ以上のグループがグループ内でより低い従局数を持つ ものであることを特徴とする請求の範囲第１８または１９項記載の方法。
21. ２１．前記選択される１つ以上のグループが、当該グループに高い従局配分数（ Ｕｘ）を人為的に割り当てる制御プロセッサ（ＰＩ）によって予約された特別の グループを含むことを特徴とする請求の範囲第１８から２０項のいずれか１項記 載の方法。
22. ２２．任意のグループ（１〜ｋ）内の従局（Ｂ１〜Ｂｎ）の数（ｕ１〜ｕｋ）が 人為的に修正され、その数をグループ内の従局の実数に対して場加または減少す ることによって、当該グループへの更なる従局の割当をそれぞれ防止または促進 させることを特徴とする請求の範囲第１５から２１項のいずれか１項記載の方法 。
23. ２３．添付の図面を参照して説明した実質上その通りのマルチアクセス通信シス テム。
24. ２４．添付の図面を参照して説明した実質上その通りのマルチアクセス通信シス テムを動作する方法。