JPH05252101A - 無線通信システムにおける通信資源割当 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 セルラアーキテクチャの資源割当を優先順に
もとずく割当装置と手続きによって提供する。 【構成】 セルラネットワークにおいて、音声起動資源
共用を実行してシステムの容量を増大し、スペクトルの
利用率を向上するために、搬送波周波数、タイムスロッ
ト、あるいは符号分割多速アクセスシーケンスが、競合
する各々の加入者に割当てられた、契約しているサービ
スの品質あるいは特定の必要性のようなことにもとずく
優先度のレベルに従ってオークションにかけられる。手
続きには競合する加入者のグループのいずれが最高の優
先レベルを持つかを判定するオークション期間があり、
次に資源割当期間に入り、ここで利用できる通信資源が
最高の優先度を持つ加入者に実際に割当てられる。オー
クション期間と割当期間は次に競合する加入者がいなく
なるか、利用できる資源が存在しなくなるまで繰返され
る。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【技術分野】本発明は無線通信システム、特に無線通信
システムにおける迅速な資源割当方法に関する。 【０００２】 【背景技術】無線通信は通信産業において急速に拡張し
ている部分である。例えば、セリュラの加入者がセリュ
ラネット・ワークに対して無線通信リンクを経由して他
の加入者を呼び出せるようにするいわゆるセリュラ通信
ネットワークのサービスには急速に増大する需要があ
り、加入者も増加している。セリュラの加入者は他のセ
リュラの加入者を呼ぶのみならず、電話ネットワークに
よって提供される電話サービスに加入している相手に対
して電話をかけるために通常の公衆電話網に対してアク
セスすることができる。セリュラの加入者と被呼者の間
には物理的接続の必要はない。移動中の加入者−例えば
自動車あるいは他の交通手段によって移動中の加入者−
に対する電話接続はセリュラ通信ネットワークとシステ
ムによって可能になる。 【０００３】セリュラ通信ネットワークは、基地局によ
って取扱かわれる予め定められた地理的領域に存在する
セリュラ加入者と無線を通して通信するための複数の基
地局を持つ。ひとつの基地局が取扱かう地理的領域をセ
ルと呼ぶ。各基地局は多数の通信資源のひとつによって
そのセル中の加入者と通信する。この通信資源は周波数
分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）方式ではセリュラ加入者
と基地局によって変調された多数の搬送波のひとつであ
る。複数の加入者は同一の搬送周波数を時分割多重方式
で使用することもでき、時分割多重アクセス（ＴＤＭ
Ａ）として知られているが、この場合には加入者にはあ
るタイムスロットが割当てられ、そのタイムスロット
で、割当てられた周波数を使って加入者が送受信する。
加入者が基地局と無線によって通信するさらに他の方法
はスプレッドスペクトラム符号分割多重アクセス（ＣＤ
ＭＡ）である。これらの方法の組合せも使用される。加
入者からの要求に応動して、基地局は各々の要求してい
る加入者に対して、例えば、周波数、タイムスロット、
ＣＤＭＡのシーケンスのような通信資源で、まだ使用さ
れていないものを割当てる。割当てられた通信資源は次
にセリュラ加入者によって基地局を通して被呼者と通信
するのに使用される。 【０００４】セリュラ通信ネットワークにおける通信資
源の割当の要求は種々の方法で行なわれる。例えば、資
源の割当の要求はセリュラ加入者が他の加入者に対して
セリュラ加入者が発呼するかあるいはセリュラ加入者に
対して行なわれた電話呼に応動して資源の割当が行なわ
れる。通信資源の割当を必要とする特に重要な事象は加
入者があるセルから他のセルに移動したときに必要とな
る進行中の電話呼のある基地局から他の基地局への移動
セリュラ加入者のハンドオフである。 【０００５】セリュラ通信サービスに対する加入者の数
が増加する傾向はすでに現実に顕著になっているし、将
来も続く傾向であるが、こうなると、通常の音声伝送に
対して適切なサービスを提供することは益々困難になっ
てくる。しかしデータ伝送のような他のサービスについ
てははるかに困難は少ない。これは多数の加入者が利用
したいのに対して通信資源の数は有限であるためであ
る。通信資源の数が限られているという問題を軽減する
ために、既存のセルを小さいセルに分割して、いわゆる
マイクロセルを作り、隣接していないセルやマイクロセ
ルでの周波数の再利用の数を増加し、同一の数の通信資
源でより多数の加入者を収容することが提供されてい
る。しかしどのようなセリュラ通信ネットワークにおい
ても、加入者の数が増加するに従って、実行しなければ
ならない資源割当の回数が増加し、従ってネットワーク
の中で迅速な資源割当をする必要が高まってくる。もっ
て重要なことは、密度の高いマイクロセルネットワーク
の環境では、各々の送信機、受信機によって扱かわれる
面積は小さくなり、ハンドオフの操作の頻度が高くなる
から、ネットワークに接続された移動セリュラ加入者の
短い移動で、より高速な資源割当が必要になる。 【０００６】密度の高いマイクロセリュラの場合には増
加する加入者の需要を満足するために有限な数の通信資
源を利用する問題に加えて、セリュラネットワークに割
当てられた有限の通信スペクトルをもっと有効に使うこ
とが重要である。特定の技術としては、一方の加入者の
音声伝送のトークスパートの間の無音期間を他方の加入
者が音声の伝送に使ったりファクシミリやデータ伝送の
ような他の目的に使用できれば、特に有効である。この
点に関しては、音声動作形の資源割当が提案されている
が、この手法は現在のセリュラネットワークでは資源割
当が充分早くないので、今は使用することはできない。
最後に少くとも一部のセリュラ加入者には異るレベルの
サービスを提供することが有利である。 【０００７】現在は、無線システムで通信資源割当に使
われる共通の手法の内には統計的な性質を使うものがあ
る。その中にはＡＬＯＨＡ、スロッテッドＡＬＯＨＡ、
パケット予約多重アクセス（ＰＲＭＡ）がある。このよ
うな手法ではマイクロセリュラ方式で生ずる重負荷条件
下では競合する加入者の間の衝突のために、資源の利用
率とスループットは充分でない。衝突が生ずると競合す
る加入者のどれにもサービスすることはできず、これに
よって通信資源は無駄になり加入者が通信資源の割当て
を受けるのに要する時間が長くなり、これによって特に
マイクロセリュラ方式の場合にハンドオフの操作を著し
く困難にする。音声動作資源共用のような手法は現在の
セリュラネットワークで使われていような資源割当手法
では明らかに利用できず、従って利用できる資源は資源
割当がもっと敏速に行なわれる場合に比べて、能率良く
利用できないことになる。 【０００８】従って、無線通信ネットワークによって取
扱かわれる領域内に高密度に存在する高速移動の多数の
セリュラ加入者を適切に取扱かえるような通信資源割当
手法の必要性が存在する。さらに無線通信ネットワーク
で利用できる有限の通信資源を能率良く利用することが
必要である。 【０００９】 【発明の要約】上述した必要性はサービスもしくは予め
定められた優先順に従って利用できる資源を加入者に与
える手続きを実行する無線通信ネットワークで通信資源
を迅速に割当てる装置によって満足される。割当装置は
無線通信ネットワークにおいてサービスを競合している
優先順を持った加入者の内で、最高の優先順位を持つも
のを識別する装置を有する。本発明の有利な実施例にお
いては、オークション手続きが使用される。利用できる
通信資源がトラヒック量に関係なく、衝突なしに、短時
間の内に識別された加入者に割当てられる。通信資源割
当を実行するために要する時間は大幅に減少し、ネット
ワークにアクセスするのに要する時間が減少し、ハンド
オフを迅速化し、資源共用技法を利用できるようにな
る。 【００１０】 【実施例の説明】図１、図２は本願発明を有利に使用で
きる無線通信ネットワークアーキテクチャの例を示して
いる。図１、図２のネットワークではすべての呼はディ
ジタル化されパケット化されている。ネットワークは複
数の基地局を持ち、各基地局はセルと呼ばれる予め定め
られた地理的領域を取扱い、セルはさらに多数のマイク
ロセルに分割されている。各マイクロセルには少くとも
ひとつのマイクロサイトがあり、無線によってマイクロ
セル内にあるセリュラ加入者と通信するためのひとつあ
るいはそれ以上の無線送信機と受信機を有している。マ
イクロセル内のマイクロサイトは道路に沿った線上のセ
グメントあるいは都市内の小さな面積にある種々の加入
者を取扱うための街灯柱電柱その他のものに設置された
固定キャンスタ（中継箱）から構成しても良い。マイク
ロサイトによって取扱かわれる電話呼は光ファイバ、ミ
リ波、より対線、あるいはその他の手段のような適切な
伝送媒体を通してそれぞれの基地局に伝えられる。呼は
直接基地局から公衆電話交換ネットワークの交換局に中
継され、ここで呼は最終宛先に交換される。 【００１１】図１、図２のアーキテクチャでは、静止し
たセリュラ加入者は基地局から公衆交換電話ネットワー
クの最も近いあるいは最も便利な交換局に直接中継され
る。移動加入者の呼はその呼の継続中メトロポリタンエ
リアネットワークあるいはローカルエリアネットワーク
（図１）を経由して、その呼が最初に設定された基地局
にルート設定される。その最初の基地局から、呼は最も
便利な公衆交換電話ネットワークの交換局に中継され
る。従って、移動加入者の呼の期間中は、その呼がはじ
めに設定された基地局を公衆交換電話ネットワークに接
続する中継線は中断されることはない。 【００１２】図１、図２に示すようなマイクロセリュラ
のアーキテクチャにおいては、通信トラヒックの成長を
実現するためには周波数の再利用を増やすことが必要と
なる。これはマイクロセルの数を増やすことになり、対
応して各マイクロセルの大きさが減少することになる。
従って、移動する加入者は呼の期間中により多数の小さ
なマイクロセルを通過することになり、一定期間中に行
なわれハンドオフの回数が増加することになる。スペク
トルの利用効率を向上するためには、図１および図２の
アーキテクチャに音声起動資源共用のようなある種の機
能をとり入れるのが有利である。この場合にはトークス
パートの終りで通信資源は解放され、その資源は次のト
ークスパートの前はうまく再利用され、確保される。こ
のためにはセリュラネットワークに迅速に融通性高くア
クセスし、迅速なハンドオフと資源割当を行なうことが
必要となる。本発明に関連する図１と図２の特徴につい
て以下に詳細に述べる。 【００１３】図１は複数の基地局１０、１２、１４、１
６、１８、２０、２２、２４を含む無線通信ネットワー
クのアーキテクチャを図示している。これらの基地局の
各々はセルと呼ばれる予め定められた地域に位置する。
このアーキテクチャにおける基地局の各々はそのセルに
位置する静止セリュラ加入者あるいは移動セリュラ加入
者を、適切な伝送線１１、１３、１５、１７、１９、２
１、２３、２５を経由して公衆交換電話ネットワークに
直接接続し、電話呼がセリュラ加入者と他の加入者の間
に設定できるようにする。伝送線１１、１３、１５、１
７、１９、２１、２３、２５はＰＣＭ搬送線、加入者ル
ープ搬送（ＳＬＣ）線、光ファイバ、ミリ波のような基
地局１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４
を公衆交換電話ネットワークに接続するのに便利な手段
でよい。 【００１４】基地局によって取扱かわれる各セルはさら
にマイクロセルと呼ばれる多数の小さな地域に分割され
る。各マイクロセルのマイクロサイトは、それぞれのマ
イクロセルに位置するセリュラネットワークの各加入者
と無線によって直接交信するための無線受信機と送信機
を含む。各マイクロセルの無線受信機と送信機は金属の
より対線、光伝送線、ミリ波その他の便利な伝送手段を
通してそれぞれの基地局に接続された適当なキャニスタ
に入っている。例えば、図１おいて、基地局１４は伝送
線３４、３６、３８、４０を経由して多数のキャニスタ
に接続されている。 【００１５】図１の移動加入者４２のようなセリュラネ
ットワークの加入者は例えば、キャニスタ３２に便利な
位置に存在するときには無線によってそのキャニスタと
通信する。これは通常は移動加入者がキャニスタ３２を
含むマイクロセル中に存在するときであり、この場合に
はキャニスタ３２から受信される無線信号は他のキャニ
スタから受信される無線信号より強い。 【００１６】移動加入者４２が基地局２４によって取扱
かわれるセル内の他のマイクロセルに移動したときに
は、加入者４２は加入者４２が移動したマイクロセルを
取扱う新らしいキャニスタにハンドオフしなければなら
ない。このハンドオフ操作には加入者４２からの新らし
いキャニスタに対するその新らしいキャニスタを通して
電話呼を継続するために使用できる新らしい通信資源の
割当の要求が関連している。このハンドオフ操作ではま
たハンドオフの前に使用されていた通信資源を解放する
ことになる。 【００１７】電話の接続では、セリュラ加入者はまず、
例えば現在利用されていない搬送波周波数上のタイムス
ロットの割当のように、通信資源の割当を要求する。セ
リュラ加入者の電話機はそのセリュラ加入者に一番近い
キャニスタを識別し、資源割当の要求はそのキャニスタ
に送られ、それに関連した基地局に伝えられる。多数の
マイクロサイトのキャニスタを制御する基地局は使用さ
れている通信資源を利用できる通信資源のリストをメモ
リ中に管理している。この通信資源とは時分割多重アク
セス（ＴＤＭＡ）のタイムスロットであっても、周波数
分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）の周波数であっても、そ
の組合わせでもよい。無線通信システムの性質によって
は、他の形態の通信資源を利用してもよい。例えば、符
号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）タイプの資源を利用し
ても良い。セリュラ加入者からの要求が受信されたあ
と、要求の出されたキャニスタに接続された基地局にお
いて、利用できる資源があるかどうかの探索が行なわ
れ、もし利用できる資源が見付かれば、これは加入者４
２に割当てられ、加入者４２に次に割当てられた資源を
使用して電話呼を形成する電気信号の送受信を開始す
る。呼のアップリンク部に割当てられる通信資源は呼の
ダウンリンク部に割当てられる通信資源と同一であって
も異っていても良い。電話呼は加入者の電話機によって
選択されたキャニスタを通り、そのキャニスタに接続さ
れた伝送媒体を通して関連する基地局に向けられる。基
地局はその電話呼を公衆交換電話ネットワークに対して
直接接続する伝送線を通して公衆交換電話ネットワーク
に向ける。呼は次に公衆交換電話ネットワークによって
被呼者に交換される。被呼者は図１に示すセリュラネッ
トワークの加入者であっても、そうでなくても良い。 【００１８】図１において、セリュラ加入者４２はまず
その加入者をセリュラネットワークに接続する最適のマ
イクロセルキャニスタを判定することによって電話呼を
開始する。この目的で、図１の各キャニスタは一義的な
ネットワーク識別子を持つ。この識別子はキャニスタ番
号、基地局識別子、パケット交換機／ＬＡＮ（ＭＡＮ）
識別子から成る。この情報は加入者とキャニスタの間で
伝送される音声あるいはデータパケットのヘッダで伝送
される。さはに、各キャニスタは後述する割当／ハンド
オフ手続きに関連した資源の識別子（無線搬送波、タイ
ムスロット、ＣＤＭＡシーケンスその他）を送信する。
加入者のハンドセットは近傍のキャニスタを監視してい
る。これはキャニスタとその相対的電界強度、ビット誤
り率（ＢＥＲ）あるいはアクセスとハンドオフの判定の
入力として使われるその他のパラメータを示す。通信の
信頼性を増大するために加入者のハンドセットに空間ダ
イバーシティあるいは周波数ダイバーシティのような他
の形のダイバーシティを行なっても良い。 【００１９】例えば、加入者の電話装置は図１に示した
加入者４２の装置が考えて、セリュラネットワークに対
する最適の入口点は基地局２４に接続されたキャニスタ
３２であると判定するかもしれない。この判定はキャニ
スタ３２によって放送される信号の強度あるいはその他
の条件にもどずいて行なわれる。 【００２０】セリュラ加入者４２の電話機が通信の相手
として一度適切なキャニスタを選択すると、セリュラ加
入者の電話機は通信資源の要求を出す。選択されたキャ
ニスタ３２に接続された基地局２４は次のセリュラ加入
者４２からの要求に応動して通信資源割当手続きを実行
する。この手続きの結果として、基地局２４は未使用の
通信資源を探索し、このような資源が見付かったときこ
の例では基地局２４が、加入者によって、相手に対して
通信接続をするのに使用される特定のタイムスロットと
搬送周波数その他の通信資源を割当てる。次に加入者の
電話機には搬送波周波数とタイムスロットあるいはその
他の資源がキャニスタ３２からの伝送によって知らされ
る。キャニスタ３２とそれに関連した基地局２４は伝送
線２５の内の適切なものを経由して公衆交換電話ネット
ワークを通して回線を完成する。電話呼はこうして通常
の方法で公衆交換電話ネットワークを通して被呼者に対
して完成される。 【００２１】セリュラ加入者４２がキャニスタ３２に関
連するマイクロセルの外に出たり、他の理由で基地局２
４に接続された異るキャニスタと通信する方が良くなっ
たときには、ハンドオフ手続きを実行しなければならな
い。このハンドオフ手続きでは新らしいキャニスタで利
用できる通信資源の割当が行なわれ、これは上述した呼
の所期設定を取扱ったときと同様の方法で実行され応答
される。新らしいキャニスタによって新らしい通信資源
が割当てられたときには、その新らしい通信資源を使い
新らしいキャニスタ、基地局２４それに伝送線２５の中
の同一回線および公衆交換電話ネットワークを通して継
続は継続する。ハンドオフの前に使用されていた資源は
解放される。 【００２２】セリュラ加入者４２が異る基地局に関連し
たマイクロセルに移動するときには、例えば、セリュラ
加入者４２が移動してセリュラ加入者４２が基地局２２
に接続されたキャニスタ４４と交信する方が有利になっ
たときには、新らしいキャニスタ４４と基地局２２に関
連したハンドオフ手続きを行なわなければならない。先
に同様に加入者４２はこの場合にもキャニスタ４４から
の新らしい通信資源の割当を要求する。次に基地局２２
は、先に基地局２４とキャニスタ３２について先に述べ
たのと同様の割当て手続きを実行する。基地局２２は未
使用の通信資源を探索し、これを要求している加入者４
２に与える。未使用の資源が識別されたときには、これ
はセリュラ加入者４２に割当てられ、次にセリュラ加入
者４２は割当てられた資源を利用してキャニスタ４４と
の通信を開始する。キャニスタ３２と通信するために使
用された通信資源は解放される。加入者４２からキャニ
スタ４４によって受信された信号は基地局２２に向けら
れ、これは次にこの信号をローカルエリアネットワーク
あるいはメトロポリタンエリアネットワーク４６を通し
て、これから呼がはじめ公衆交換電話ネットワークに送
られていた基地局２４に送る。詳しく述べれば、ここで
説明している例では、基地局２２はキャニスタ４４から
受信された信号を基地局２４に転送する。これは呼が開
始され、最初に公衆交換電話ネットワークに接続を行な
った基地局である。呼が開始された基地局２４によって
伝送線２５ではじめに設定された回線を経由して、呼は
公衆交換電話ネットワークに中継され続ける。 【００２３】もし加入者４２が同一のあるいは異る基地
局を使って他のマイクロセルに移動し続けるときにも、
加入者の公衆交換電話ネットワークへの接続は常に呼が
最初に設定された基地局２４と、基地局２４を直接公衆
交換電話ネットワークに接続する伝送線２５を通して行
なわれ続ける。新らしい基地局に対するハンドオフを行
なうときには、その新らしい基地局はセリュラ加入者４
２からの信号を基地局２４に送り、ここで呼はローカル
エリアネットワークあるいはメトロポリタンエリアネッ
トワーク４６を通して生成される。 【００２４】加入者がセリュラ加入者４２に対して電話
接続を行なおうとするときには、公衆交換電話ネットワ
ークの信号部分がマスタステーション４８に通知し、こ
れはその加入者が呼を生じたい相手のセリュラ加入者の
位置を求めてセリュラネットワークの基地局によってポ
リング手続きを開始する。相手のセリュラ加入者の位置
すなわちキャニスタと基地局が求められると、例えば、
その加入者の現在の位置を取扱かうキャニスタ３２と基
地局２４が識別されると、図１のセリュラ加入者４２の
ようなセリュラ加入者は、セリュラ加入者の方から電話
呼を開始する場合に先に説明したように、関連するキャ
ニスタに向けた無線信号によって、その基地局から利用
できる通信資源を割当てるように要求する。基地局は上
述したような割当手続きを実行し、利用できる資源が割
当てられる。加入者は次に割当てられた資源を使ってキ
ャニスタと通信する。マスタステーション４８によって
開始されたポリング動作によって、被呼加入者４２の位
置が分ったときには、基地局２４はマスタステーション
４８に通知する。マスタステーション４８は公衆交換電
話ネットワークの信号部に対して、その呼を基地局２４
を扱う交換局を通して接続するように指示する。その呼
の接続は基地局２４を公衆交換電話ネットワークに直接
接続する伝送線２５を経由して基地局２４と公衆交換電
話ネットワークの間で、その呼のための接続が形成され
る。これは起呼者を基地局２４を通してセリュラ加入者
に接続するが、ここでセリュラ加入者は電話呼の開始時
に位置決めされたものである。このようにして起呼加入
者とセリュラ加入者の間の呼はその加入者に一番近いキ
ャニスタ、そのキャニスタに接続された基地局、その基
地局を公衆交換電話ネットワークに直接接続する伝送線
および今設定された公衆ネットワーク内の経路を通して
実現されることになる。セリュラ加入者４２が移動する
と、キャニスタおよび基地局のハンドオフが未使用の利
用できる通信資源の割当の要求によって行なわれ、新ら
しい通信資源を使って新らしい位置からの電話呼が継続
される。セリュラネットワークおよび公衆交換ネットワ
ークのアクセスおよびセリュラ加入者のアクセスに関す
る図１のアーキテクチャの動作の詳細は上述した親出願
に述べられており、その詳細は親出願を参照されたい。 【００２５】図２は本発明を実施するのに有用なセリュ
ラネットワークのアーキテクチャの他の例を図示してい
る。図２のアーキテクチャは図１のアーキテクチャに似
ているが、基地局を相互接続するローカルエリアネット
ワークあるいはメトロポリタンエリアネットワーク４６
の代りに、図２の中の点線で示すように基地局を相互接
続するのに、パケット交換機５０を利用する。図２のア
ーキテクチャにおいては種々の基地局によって受信され
た信号の電話呼を発した基地局への転送あるいは公衆交
換電話ネットワークおよび相手との間の信号の転送は図
１のローカルエリアネットワークやメトロポリタンエリ
アネットワークの代りにパケット交換機５０によって実
行される。図２のアーキテクチャの動作はそれ以外の点
では同様であり、ここで繰返すことはしない。 【００２６】どのようなセリュラアーキテクチャでも、
大量の通信トラヒックのあるネットワークでは、特に図
１、図２に示すようなマイクロセリュラのアーキテクチ
ャの場合には、利用できる通信資源を要求する加入者に
対してできるだけ迅速に割当てることが重要である。こ
れは小さなマイクロセルを持つネットワークで高速に移
動する多数の加入者が存在し、特に同時に利用できて資
源の割当をひとつ以上の加入者が競合するような場合に
は特に重要である。従って、図１および図２に示したネ
ットワークは図３に示す通信資源割当手続きを実行し、
これによって加入者は短時間の間にセリュラネットワー
クへのアクセスあるいはハンドオフ手続きの実行を行な
うことができるようになる。 【００２７】図３の割当手続きにはセリュラネットワー
クの各加入者の電話機に一義的な識別コードが割当てら
れている必要がある。このコードは優先度の指定と、社
会保険番号のような一義的な識別番号から成る。優先度
の指定は顧客が契約しているサービスの品質を示す。優
先度指定によってまたセリュラネットワークに対するア
クセスの特定の現在の必要性を示しても良い。例えば、
優先度の指定によって、加入者がある地域から他に移動
したためハンドオフ動作が行なわれるために通信資源の
割当を要求していることを示してもよい。また加入者が
資源を長時間待たされているときには、しばらくの間加
入者の優先度を上げるようにしてもよい。最高の優先順
を持つ加入者は、ひとつ以上の加入者が同時に割当を要
求しているような状況においては、最高の優先度を持つ
加入者に最初の通信資源の割当が行なわれる。 【００２８】各々のセリュラ加入者に割当てられる識別
コードは多ディジットあるいは多ビットのコードであ
り、これは選択されたキャニスタに対して、選択された
キャニスタに関連した基地局によって指定された予め定
められた時間で送られる。識別コードは基地局によっ
て、最高の優先度レベルを持つ複数の競合する加入者の
内のひとつを識別するオークション期間と、識別された
最高レベルの優先権の加入者に対して利用できる資源を
割当て、基地局に割当てられた通信資源の性質を知らせ
る資源割当期間とから成る割当サイクルの手続きを実行
するのに使用される。図３の影をつけたブロック５２に
示すように、通信資源の割付けを競合している各々の加
入者はまず基地局によって設定された予め定められた時
刻にキャニスタに対してその識別コードの最上位の桁あ
るいはビットを送信する。図３に示すようにその桁の送
信の期間はＴｓである。図３においては、加入者とキャ
ニスタの間の最大の伝搬遅延はｔ_d であり、これは最も
遠方の加入者がその識別コードの最上位の桁の送信を終
了してから、キャニスタからの応答の開始までの間の期
間である。基地局は競合している加入者から受信された
最上位桁の内のどれが最高のものであるかを判定する処
理回路を含んでいる。キャニスタは基地局の指示によっ
て図３のブロック５４に示すように、今競合する加入者
から受信された最上位の桁の最高の値を送信する。最高
の値以下の最上位の桁を送信した競合する加入者は、割
付けの手続きにそれ以上参加することを禁止される。ブ
ロック５２でキャニスタによって受信された最高の値を
持つ最上位桁と同じ値を送信した競合する加入者は、利
用できる資源を競合して残ることになる。残った競合す
る加入者は次にブロック５６でその識別コードの次の桁
をキャニスタに送信する。基地局は次に次の桁で最高位
のものはどれであるかを確認してブロック５８で残って
いる競合中の加入者について判定の結果を送信する。再
びブロック５８ｄ ャニスタを経由して基地局から加入
者に送られたのと等しい表示を持つ桁を送信した競合中
の加入者は競合手続きに残ることが許され他の禁止され
て先と同様に落ちることになる。この手続きはブロック
６０、６２、６４、６６で示すように、次々と下位の残
りの桁について実行され、最後には通信資源を要求する
加入者はひとつだけになる。次に基地局は、例えば選択
された搬送周波数のタイムスロットのような利用できる
通信資源を、図３の資源割当期間に示すように勝った加
入者に割当てる。図３の資源割当期間のブロック６８で
示すように、基地局とキャニスタは多桁の指定を勝った
加入者に伝送して、加入者に対してその資源の識別子を
通知する。例えば、その加入者に割当てられたタイムス
ロットと搬送周波数を知らせるのである。次にその加入
者の電話装置は次に割付けられた搬送波周波数の割当て
られたタイムスロットでキャニスタと通信するように自
分を設定する。 【００２９】次に、この次の未使用で利用できる通信資
源に関する競合が上述した勝った加入者以外の加入者
と、以前の割当サイクルの間に新に到着した競合加入者
の間で行なわれる。このオークション手続きは再び他の
オークション期間で行なわれ、競合に残った加入者の内
で最上位の優先順を持つものが識別され、その加入者が
識別されたとき、その資源割当期間の間に次に利用でき
る通信資源が割当られる。オークション期間と資源割当
期間から成る割当サイクルはそれ以上の競合する加入者
がなくなるかあるいは未使用の利用できる通信資源が無
くなるかするまで繰返される。図３の割当手続きは加入
者から基地局へのアップリンクと基地局から加入者への
ダウンリンクの両方で資源を割当てるのに使用される。 【００３０】この資源割当手続きでは多優先度のサービ
スを設定し、管理するための一般的アクセス方法として
はもちろん、すでに電話接続が設定されている移動加入
者の迅速なハンドオフにも使用することができる。すべ
ての利用できる通信資源、この場合には特定周波数の利
用できるスロットを、トラヒック量のレベルとは無関係
に重大な衝突なしに割当てることができる。これはアロ
ハ方式やパケット予約方式のように競合する加入者から
の信号の衝突によって、加入者のいずれえもがネットワ
ークにアクセスできなくなり、エントリに成功するのに
大幅な遅延が生ずるのと対照的である。 【００３１】図４は図３の通信資源割当手続きを利用し
た図１、図２のアーキテクチャに従うセリュラネットワ
ークにおける通信資源の配置の一例である。割当てられ
た周波数スペクトルの中での搬送波および／あるいはタ
イムスロットの他の構成も可能である。通信資源は多数
の搬送周波数７０から成る。セリュラ加入者はセリュラ
ネットワーク内のキャニスタおよび関連する基地局と、
その加入者に割当てられた搬送波周波数のひとつを適切
に変調することにより通信する。割当てられた搬送波の
この変調は時間幅Ｔｓのひとつあるいはそれ以上の割当
てられたタイムスロットで行なわれる。各キャニスタで
利用できる通信資源の一部はセリュラ加入者からの通信
資源の割当の要求に応動して行なわれるオークション手
続きを実行するのに割当てられる。図４において、オー
クション手続きを実行するのに割当てられた通信資源
は、その上で割当サイクルの期間が定義されるひとつの
割当搬送周波数７２を含む。キャニスタに対する競合す
る加入者の識別コードの伝送、識別コードの伝送に応動
したキャニスタから加入者への応答および基地局による
加入者に対して行なわれる資源割当のキャニスタに対す
る通知は競合する加入者、基地局およびキャニスタによ
って割当搬送周波数を適切に変調することによって行な
われる。例えば、割当搬送波７２の変調はＭ次の周波数
シフトキーング（ＦＳＫ）変調によって行なわれる。Ｃ
ＤＭＡのような他のタイプの変調を行なっても良い。Ｃ
ＤＭＡは最高レベルの加入者の識別とその加入者に対す
る資源の割当を実行する過程て生ずる信号電力をセリュ
ラ通信ネットワークに割当てられた帯域の主要な部分に
分散するのに使用される。加入者と基地局の間の識別と
割当信号はこの状況では加入者と基地局の間の呼トラヒ
ックには重大な干渉は与えない。従って、専用の割当用
搬送波の必要はない。このＣＤＭＡの構成ではすべての
搬送波は呼トラヒックに使用される。 【００３２】計算例 以下の計算例ではヨーロッパのＧＳＭセリュラ通信ネッ
トワークのような環境における通信資源の割当手続きの
応用について述べる。当業者には理解されるように、Ｇ
ＳＭ通信ネットワークは、ＧＳＭ通信ネットワークは図
４に示した構成のように周波数分割多重アクセス（ＦＤ
ＭＡ）の搬送波に時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）を重
ねたものである。関連するＧＳＭパラメータの一部を示
せず次のようになる。 １．搬送波間隔 ２００ｋＨｚ ２．各搬送波上のタイムスロット数 ８ ３．タイムスロット長 Ｔｓ＝５７６．９マイクロ秒 ４．フレーム内のタイムスロット数 ８ 代表的には図１、図２あるいは図４に図示するような構
成においては、上記のように各マイクロセルはそれに対
して各搬送波に８つのタイムスロットを持つある数の利
用できる搬送波を割当てている。この搬送波の識別子は
上述した各キャニスタの識別子と共に各キャニスタによ
って送信される。同一の基本的なｔｓ＝４．６１５ミリ
秒のフレーム期間が搬送波の割当のために管理されてい
る。各フレームは図３に示すある数の割当サイクルに分
割される。各々の割当サイクルの長さは他の搬送波のタ
イムスロット長Ｔｓと同一でも同一でなくても良い。利
用できる通信資源、すなわち周波数とタイムスロットの
組合わせは割当用搬送波の１フレームで割当てられ、そ
れ以降のフレームでセリュラ加入者によって使用され
る。 【００３３】この例の目的は何個の搬送波周波数とタイ
ムスロットの組合せＬが１フレーム期間ｔ_F で割当てら
れるかを示すものである。割当搬送波の伝送はＭ次元の
ＦＳＫによって行なわれるものとする。ＣＤＭＡおよび
その他の方法を使っても良い。 【００３４】信号帯域ＢＷのＭ次元ＦＳＫでは、シンボ
ル時間幅Ｔｓは、ほぼ Ｔｓ＝Ｍ／２ＢＷ （１） となる。伝搬遅延を含む各シンボルの伝送と確認に要す
る時間は ｔ_b ＝２×（ｔ_d ＋Ｔ_s ） （２） である。１０桁の１０進数なら Ｍ次元の桁ならＫ_M 桁
を要する。（スロット割当用の）４桁の１０進数はＮｍ
桁のＭ次元桁を必要とする。搬送波とタイムスロットの
割当に必要な全時間は従って ｔ_tot ＝（Ｋ_M ×ｔ_b ）＋（Ｎ_M ＋ｔ_b ／２） （３） となる。期間ｔ_F のフレームでは Ｌ＝ｔ_F ／t _tot （４） としてＬスロットを割当てることができる。上述の式を
用いてＭとｔ_d の種々の値についてＬの値を求めてい
る。その結果は次の表Ｉから表IVに示している。 【００３５】式（１）乃至（４）を使ってＭとｔ_d の種
々の値についてＬが割当てられている。表Ｉは２５マイ
クロ秒までの伝播遅延と２から１６までのＭの値につい
て、フレーム当りのハンドオフ／割当の回数を示してい
る。伝播遅延が極めて短いときには、４．６１５ミリ秒
の間に１０回までの割当を実行することができる。しか
し伝播遅延が増大するにつれて、オーバヘッドも増大
し、割当の回収は減少する。表に見られるように、ｔ_d
＝２５マイクロ秒では４．６１５ミリ秒の間に３回の割
当ができる。割当の回数の端数が０．５より大であれ
ば、割当サイクルを延長して２ｔ_F ＝９．２３ミリ秒に
することによって割当の回数を増大できる。これは表II
に示されている。４次元のＦＳＫ（Ｍ＝４）はｔ_d の大
きな範囲についてＭの値として最適に近いように見え
る。Ｍと加入者ＩＤを表わすのに必要な桁の数の間の対
数関係から８進、１６進の値（Ｍｔ８、１６）は４次元
のＦＳＫほど効率は良くない。表１およびIIに示した整
数値から、割当サイクルがｔ_F の場合と２ｔ_F の場合に
ついて１秒当りの割当回数を表III 、表IVに示してい
る。表に見られるように、伝播遅延が２５マイクロ秒で
も６００回を越える高速の割当が可能である。 【００３６】現実的な状況でこれらの数字が何を意味す
るかを実感するために、図５に示すように６車線のハイ
ウエイで１０００フィートのマイクロセルを扱っている
としよう。悲観的な状況として車線当り３３台の車が６
０マイル／時（８８フィート／秒）で走行しているとす
る。各車輌は車長と車間を合わせて道路上の３０フィー
トの区間ｄ_h 内に入る。同時に最大６台の車がこのマイ
クロセルに入り、６回の資源割当とハンドオフを要求す
る。ｄ_h を走行するのに要する時間がハンドオフに許さ
れる最大の時間であるとするのは妥当な仮定であろう。 【００３７】この時間は６０マイル／時で走行する車に
対して３４１ミリ秒であるが、この方法では１０ミリ秒
以下でこの要求を満足することができる。割当容量の残
りは、従って音声起動の資源共用および他の通信サポー
トに使用できる。 【００３８】ｔ_d ＝２５マイクロ秒は最大４．７マイル
の伝播遅延に対応する。１０００〜２０００フィートの
長さの大都市の線状マイクロセルでは遅延は２５マイク
ロ秒以下である。この場合には、はるかに多数回のハン
ドオフと割当が可能である。 【００３９】結論 現在と将来の無線パーソナル通信システムにおける高速
で融通性の高いアクセス、ハンドオフ、資源割当の必要
に向けた新らしい方法を示した。トラヒック負荷とは独
立した高速のハンドオフ、アクセスおよび資源割当の決
定論的手続きが生れた。 【００４０】本発明によって実現される現在と将来のパ
ーソナル通信システムでは種々のサービス提供が可能で
ある。このようなサービスの多くは静止した加入者を扱
うかもしれない。このグループの中で、例えば、住宅お
よび事務所の加入者に対する高品質の高信頼サービスの
ような種々の品質のサービスを提供することができる。
これに対照的なのは短い呼に対する低コストのサービス
で、この場合には呼を中断することもあり、その資源を
高トラヒック需要の折には高品質のサービスに再割当さ
れる。移動体のアクセスはハンドオフを必要とするの
で、高品質のサービスとなる。同様に音声活動制御によ
る資源割当も高速のアクセスと資源割当を必要とするの
で、高品質サービスとなる。上記の説明から加入者が異
る種別の呼、異る時間帯別その他に従って契約している
サービス品質にもとずいて、加入者に対して優先順を与
え、これをそのＩＤに付加する必要があることは明らか
である。 【００４１】前述の計算例ではヨーロッパのＧＳＭシス
テムを例として割当／ハンドオフ装置と手続きの実現性
を説明した。伝播遅延の小さい（１マイクロ秒以下）の
小さいセルでは４．６１５ミリ秒当りで１０回の資源割
当（２１６０回／秒）が割当搬送波周波数で加入者、キ
ャニスタ、基地局の間の通信に４次元のＦＳＫを使って
実現できる。２５マイクロ秒までの長い伝播遅延を持つ
大きなセルでも、４．６１５ミリ秒当りで３回の資源割
当（６４８回／秒）を実現できる。 【００４２】 【表１】【００４３】 【表２】 【００４４】 【表３】 【００４５】 【表４】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に従う無線通信ネットワークアーキテク
チャの一例。 【図２】本発明に従う他の無線通信ネットワークアーキ
テクチャの一例。 【図３】図１、図２のネットワークアーキテクチャによ
る通信資源の割当の図。 【図４】複数の搬送周波数上の複数のタイムスロットの
形をとる通信資源を持つセリュラ通信ネットワークに対
する本発明の応用を示す図。 【図５】通信資源を競合する高密度のセリュラ加入者を
運ぶ６車線のハイウエイを取扱う本発明に従うマイクロ
セルの一例。 【符号の説明】 ４２ 加入者 ５２ 優先コード ６３ 加入者が使用すべき通信資源の番号 １０ 基地局

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 要求する加入者に対して無線通信システ
   ムにおける複数の通信資源のひとつを割当てる装置にお
   いて無線通信システムのサービスを競合する複数の優先
   度を持つ加入者の内から最高レベルの優先度を持つもの
   を識別する手段と；識別された加入者に対して利用でき
   る通信資源を割当てる手段と；を含むことを特徴とする
   通信資源割当装置。 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、識別手
   段は変調された割当搬送波周波数に応動して、ひとつあ
   るいはそれ以上の競合する加入者についてオークション
   手続きを実行して最高のレベルの優先順を判定する手段
   を含むことを特徴とする通信資源割当装置。 【請求項３】 請求項２に記載の装置において、識別手
   段はさらに最高レベルの優先度の加入者の識別のあと残
   りの加入者についてオークション手続きを繰返す手段を
   含むことを特徴とする通信資源割当装置。 【請求項４】 請求項２に記載の装置において、変調さ
   れた割当搬送周波数はＭ次元の周波数シフトキーング変
   調手続きに従って変調されていることを特徴とする通信
   資源割当装置。 【請求項５】 請求項４に記載の装置において、周波数
   シフトキーング変調手続きは４次元周波数シフトキーン
   グ変調手続きであることを特徴とする通信資源割当装
   置。 【請求項６】 請求項２に記載の装置において、割当搬
   送波はＣＤＭＡ手続きに従って変調されていることを特
   徴とする通信資源割当装置。 【請求項７】 請求項２に記載の装置において、オーク
   ション手続きの完了に応動して、割当手段は最高のレベ
   ルの優先度を持つ加入者に対して利用できる通信資源を
   割当てることを特徴とする通信資源割当装置。 【請求項８】 請求項１に記載の装置において、識別手
   段は各加入者を一義的に識別する予め定められた数の桁
   と各々の加入者に関連した優先度のレベルを識別する優
   先度コードを含む多桁のコードに応動することを特徴と
   する通信資源割当装置。 【請求項９】 請求項８に記載の装置において、識別手
   段は複数の競合する加入者の優先コードの最上位の桁に
   応動して最上位の桁が最大であるものを判定することを
   特徴とする通信資源割当装置。 【請求項１０】 請求項９に記載の装置において、識別
   手段はさらに競合する加入者の持つ最大の最上位の桁の
   大きさについて競合する加入者に通知し、識別手段と受
   信された最大の大きさより小さい大きさの最上位桁を持
   つ競合する加入者との間のそれ以降の通信を禁止する手
   段を含むことを特徴とする通信資源割当装置。 【請求項１１】 請求項１０に記載の装置において、識
   別手段は最大の大きさの最上位桁を持つ競合する加入者
   の次の上位の桁についてオークション手続きを繰返し、
   最大の優先コードを持つ競合する加入者が一人しか残ら
   なくなるまで続けることを特徴とする通信資源割当装
   置。 【請求項１２】 請求項１１に記載の装置において、割
   当て手段は最大の大きさの優先コードを持つ競合する加
   入者の識別に応動してその加入者に対して利用できる通
   信資源を割当てることを特徴とする通信資源割当装置。 【請求項１３】 請求項１２に記載の装置において、割
   当手段は最大の大きさの優先コードを持つ加入者に対し
   て、無線通信方式での通信に使用するためにその加入者
   が使用するべき通信資源の番号を表わす多桁コードを送
   信することを特徴とする通信資源割当装置。 【請求項１４】 請求項１３に記載の装置において、識
   別手段は割当手段による通信資源の割当てに応動して、
   最大の大きさの優先コードを持つ競合する加入者を識別
   する手続きを繰返す手段を含むことを特徴とする通信資
   源割当装置。 【請求項１５】 請求項１４に記載の装置において、割
   当手段は残りの競合する加入者の内で最高の優先コード
   を持つ加入者に対して他の通信資源を割当てることを特
   徴とする通信資源割当装置。 【請求項１６】 請求項１に記載の装置において、通信
   資源は複数個の搬送周波数上のタイムスロットであるこ
   とを特徴とする通信資源割当装置。 【請求項１７】 請求項１に記載の装置において、通信
   資源はＣＤＭＡシーケンスであることを特徴とする通信
   資源割当装置。 【請求項１８】 請求項１に記載の装置において、割当
   および識別手段の内の少くともひとつは、識別手段によ
   って発生された信号応力を無線通信システムに割当てら
   れた帯域の少くとも一部に拡散する手段を含むことを特
   徴とする通信資源割当装置。 【請求項１９】 予め定められた地理的領域に存在する
   ひとつあるいはそれ以上の加入者からの信号を受信し、
   これらの信号を直接公衆交換電話ネットワークに送出す
   る複数個の基地局と；基地局を相互接続するための公衆
   交換電話ネットワークとは独立した手段と；無線ネット
   ワークの利用できる通信資源を競合する複数の優先順を
   持つ加入者の内から最高の優先レベルを持つ加入者を判
   定する少くともひとつの手段と；最高の優先度を持つ加
   入者に対して利用できる通信資源を割当てる手段とを含
   むことを特徴とする無線通信ネットワーク。 【請求項２０】 請求項１９に記載の無線通信ネットワ
   ークにおいて、相互接続手段はローカルエリアネットワ
   ークであることを特徴とする無線通信ネットワーク。 【請求項２１】 請求項１９に記載の無線通信ネットワ
   ークにおいて、相互接続手段はメトロポリタンエリアネ
   ットーワークであることを特徴とする無線通信ネットワ
   ーク。 【請求項２２】 請求項１９に記載の無線通信ネットワ
   ークにおいて、相互接続手段はパケット交換機であるこ
   とを特徴とする無線通信ネットワーク。 【請求項２３】 請求項１９に記載の無線通信ネットワ
   ークにおいて、複数の基地局の各々は少くとも１本の伝
   送線を通して公衆交換電話ネットワークに接続されてい
   ることを特徴とする無線通信ネットワーク。 【請求項２４】 請求項２３に記載の無線通信ネットワ
   ークにおいて、少くとも１本の伝送線はＴ型搬送線路で
   あることを特徴とする無線通信ネットワーク。 【請求項２５】 請求項２３に記載の無線通信ネットワ
   ークにおいて、少くとも１本の伝送線は光ファイバであ
   ることを特徴とする無線通信ネットワーク。 【請求項２７】 請求項２３に記載の無線通信ネットワ
   ークにおいて、少くとも１本の伝送線は加入者ループ搬
   送伝送線であることを特徴とする無線通信ネットワー
   ク。 【請求項２８】 請求項１９に記載の無線通信ネットワ
   ークにおいて、複数の基地局の各々は電話呼の過程にお
   いて生じた加入者からの信号をその呼を発生したときに
   関与した他の基地局に転送する手段と；少くともその基
   地局で発生した呼を少くとも１本の伝送線を通して公衆
   交換電話ネットワークに直接接続し、その直接接続をそ
   の基地局で発生した呼の期間の間管理する手段を含むこ
   とを特徴とする無線通信ネットワーク。 【請求項２９】 無線通信システムにおいて、複数の通
   信資源の内のひとつを要求する加入者に割当てる方法に
   おいて、 無線通信システムのサービスを要求して競合している複
   数の優先順を持つ加入者の内から最高の優先順を持つも
   のを識別し、 識別された加入者に対して利用できる通信資源を割当て
   る段階を含むことを特徴とする通信資源の割当方法。 【請求項３０】 請求項２９に記載の方法において、識
   別段階は変調された搬送波周波数を受信し、ひとつある
   いはそれ以上の加入者に関して、最高の優先順の加入者
   を判定するオークション手続きを実行する段階を含むこ
   とを特徴とする通信資源の割当方法。 【請求項３１】 請求項３０に記載の方法において、識
   別段階はさらに最高の優先度の加入者を識別したあと残
   りの加入者についてオークション手続きを繰返すことを
   特徴とする通信資源の割当方法。 【請求項３２】 請求項２９に記載の方法において、割
   当段階は識別された加入者に割当てられた通信資源の性
   質を通知する段階を含むことを特徴とする通信資源の割
   当方法。