JPH0833020A - 無線パケットチャネル設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 パケットの発生状況に応じてパケット通信用
チャネルを必要時に必要な時間だけ複数の通信用チャネ
ルの中から確保するパケットチャネル設定方法を提供す
ることを目的とする。 【構成】 複数の基地局と複数の移動局を有し、基地局
とその配下の移動局との間で無線でパケット通信を行な
う際に、当該基地局が、当該パケット通信のための通信
チャネルを確保する無線通信システムにおける無線パケ
ットチャネル設定方法において、前記基地局がパケット
通信で送受されるパケットの特性（パケット発生率、パ
ケット長分布、パケット発生時刻、遅延許容度）に関す
る情報を収集し、当該基地局が移動局との間でパケット
通信を行なう際に、前記情報にもとづいて、前記パケッ
ト通信のための通信チャネルの設定開始時刻、継続時
間、及び設定する通信チャネル数の少なくともひとつを
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無線通信システムにお
ける無線パケットチャネル割当方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】

（従来技術１：移動通信の制御用チャネル）従来の自動
車電話等においては、移動局からの発呼や位置登録等の
制御信号はパケット単位で送信される。この制御信号を
送信するための制御チャネルは基地局毎、またはシステ
ム毎に固定的かつ継続的に設定されているため、移動局
はこれらの決められた制御チャネル上において任意の時
刻にパケットの送信を行なうことが可能である。また基
地局からの呼出信号等、下りパケットについても同様に
制御チャネルがあらかじめ決められているので、移動局
はこの制御チャネル上で任意に送信されるパケットを待
ち受け受信することが可能である。図２に従来の自動車
電話における制御チャネルと、送受されるパケット（制
御信号）の様子を示す。ここでは基地局から移動局への
制御チャネルとして周波数ｆ１（２−１）が、移動局か
ら基地局への制御チャネルとして周波数ｆ２（２−２）
がそれぞれ周波数分割で固定的に割り当てられていて、
制御信号２−３、２−４が送信されている。

【０００３】（従来技術２：ＩＳＤＮ）複数のチャネル
の中からパケット用チャネルを選択して割り当てる方法
を用いるシステムにＩＳＤＮのパケット通信がある。こ
のシステムでは、通信に先立って制御チャネル上の呼設
定手順にもとづいて、該パケット通信を行なうための通
信チャネルの割当が行なわれる。前記通信チャネル上で
は通信チャネル用リンクアクセス手順によりパケットデ
ータが多重されるが、これは制御チャネル用リンクアク
セス手順のように端末識別子を持たないため同一のチャ
ネルを複数の端末によって共有することは不可能であ
り、１つの通信チャネルには１つの端末のみが割り当て
られる。割り当てられた通信チャネルは、再び制御チャ
ネルにおいて解放手順が行なわれない限り、割り当てら
れた端末によって占有される。図３にＩＳＤＮの基本イ
ンターフェース( 通信チャネル×２、制御チャネル１)
を用いた場合の通信チャネルパケットにおけるパケット
通信用チャネルとパケット送信の様子を示す。ここでは
通信チャネル２が、送信するパケットがある場合（３−
４）、無い場合（３−３）にかかわらずパケット通信用
チャネルとして時分割で確保されている。

【０００４】（従来技術３：セルプラン２）複数のチャ
ネルの中からパケット通信用チャネルを選択し、かつ複
数のユーザーに共通に前記通信チャネルを割り当てる方
法として、米国の無線パケット通信システムであるＣＤ
ＰＤ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐａｃｋｅ
ｔＤａｔａ）において採用されているセルプラン２方式
がある。セルプラン２はまた、回線交換呼とパケットを
共通の無線周波数の中で割り当てることも目的としてい
る。この方式ではパケット通信用チャネルは、あらかじ
め各基地局に割り当てられた少数の周波数のうち、回線
交換呼に使われていない周波数間を周期的にホッピング
しながら連続的に確保され、確保されたチャネルは複数
のユーザーによって共有される。またパケット通信用に
確保されたチャネルであっても、回線交換呼が割り込ん
できたときには即座に他の周波数へホッピングが行なわ
れる。図４にセルプラン２におけるパケット通信用チャ
ネル４−７が、チャネルをホッピングしながら確保さ
れ、その中でパケット４−１０が多重されている様子を
示す。ここでは基地局にｆ１〜ｆ６（４−１〜４−６）
の周波数が割り当てられており、ｆ３にパケット通信用
チャネルが設定された際に回線交換呼４−８の割り込み
が発生してｆ４に周波数ホッピングされている。またｆ
５にパケット通信用チャネルを設定しようとした際に回
線交換呼４−９により使用中であったため、ｆ６に周波
数ホッピングされている様子を示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術１のように、
あらかじめ使用されるチャネルが固定的に決められてい
る場合は、基地局と移動局は互いに相手からのパケット
信号をすべて待ち受け受信することが可能であるので、
離散的にパケット信号が送受されても問題はない。しか
し、複数の通信用チャネルが存在し、その中から１つの
チャネルを選択してパケット通信に割り当てる場合には
送信側と受信側で、あらかじめどのチャネルを使用する
のか認識されている必要がある。

【０００６】そこで従来技術２のような方法を用いるこ
とが考えられるが、１つの端末からの離散的なパケット
信号に対してリソースを連続的に確保するので、特に周
波数の有効利用が課題である無線通信には適さない。

【０００７】これに対し従来技術３は使用されていない
リソースを複数のパケット端末で利用するので、周波数
の有効利用の観点からは無線に適した方法であるといえ
る。しかし、第二世代コードレス電話システムのように
各基地局が自律的に各通信チャネルの空き状況を判断し
て、通信チャネルをダイナミックに割り当てる（ダイナ
ミックチャネルアサイン）システムにこの方法を適用し
た場合、移動局はシステム全体で使用される可能性のあ
る全ての周波数のスキャンが必要となり、任意の通信チ
ャネルに設定されるパケット通信用チャネルを追従する
ことは事実上不可能である。また、各基地局がこのよう
なパケット通信用チャネルを常時確保することは、ダイ
ナミックチャネルアサインの環境下では周波数利用効率
を大きく低下させる要因となる。さらに確保されるパケ
ット通信用チャネルは常に１つであり、パケット通信の
トラヒックが増加した場合でも、チャネルのスループッ
トを向上させることは不可能である。

【０００８】本発明は上述の問題点を改善するもので、
その目的は、パケットの発生状況に応じてパケット通信
用チャネルを必要時に必要な時間だけ複数の通信用チャ
ネルの中から確保するパケットチャネル設定方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、複数の通信
チャネルの中から複数の移動局で共通に使用するパケッ
ト通信用チャネルをあらかじめ設定する無線パケット通
信システムにおいて、基地局があらかじめ無線パケット
通信において送受される各パケットの属性（発生時刻・
パケット長・パケット連続数・種別等）に関する情報
を、移動局からの送信要求信号等から収集し、その情報
にもとづいてパケット通信用チャネルの設定時刻、及び
継続時間を適応的に設定し、確保する。また、パケット
通信のトラヒックが多いときには同時に複数のパケット
通信用チャネルを設ける。

【００１０】

【作用】本発明による無線パケットチャネル設定方法で
は、パケットの発生状況に応じてパケット通信用チャネ
ルを必要時に、必要な時間だけ、複数の通信チャネルの
中から確保することが可能となる。また、パケット通信
用チャネルの割当・解放を複数のパケット群に対してま
とめて行なうことが可能となる。また、各パケットの属
性（発生時刻・長さ・種別・優先度等）を用いることに
よって、要求される遅延時間・トラヒック量等に応じた
パケット通信用チャネルの設定が可能となる。さらにパ
ケットトラヒック量が一時的に多くなった場合で、かつ
リソースに空きがある場合は、複数のパケット通信用チ
ャネルを確保することによって、パケットのスループッ
トを向上させることが可能となる。

【００１１】

【実施例１】図１に、本発明によるパケット通信用チャ
ネルの設定と送信パケットの様子を示す。

【００１２】本実施例の無線通信システムは、システム
に固定的に割り当てられる制御用チャネル（１−１）
（従来技術１記載）と、複数の無線ゾーンで共有される
パケット／回線交換通信用チャネル（１−２〜１−５）
からなり、それぞれのチャネルは基地局→移動局（下
り）と移動局→基地局（上り）を時分割で多重してい
る。なお、本実施例では移動局は２台の無線送受信機及
び変復調機を持っていると仮定して、同時に２チャネル
までパケット通信用チャネルが設定できるとした。また
パケット／回線交換通信用チャネルについては、図１で
示した時間領域において、対象としている基地局が使用
可能な周波数についてのみ示している。

【００１３】制御用チャネルでは移動局からのパケット
送信要求信号（１−６〜１−８）と基地局からの受付信
号（１−９）、及びチャネル設定信号（１−１０，１−
１１）が送信されており、このうち１−６と１−７はパ
ケットの種別として通常パケットの送信要求信号が、１
−８は優先パケットの送信要求信号が送信されている。
なお本実施例では通常／優先パケットの区別として、前
者が遅延に対して比較的許容度が大きく、かつ平均トラ
ヒック量が比較的小さい特性であるのに対し、後者は遅
延条件が厳しく、かつ平均トラヒック量が比較的大きい
特性をもつパケットと定義する。

【００１４】１−１３はチャネル設定信号（１−１１）
によって指定された、優先パケット通信用チャネルであ
る。遅延条件が厳しいことから、要求発生後、即割当が
行なわれている。１−１２は１−８で要求された優先パ
ケットである。

【００１５】１−１８はチャネル設定信号１−１０によ
って指定された、通常パケット通信用チャネルである。
遅延に対して比較的許容度が大きいため、複数の通常パ
ケット送信要求が発生した後に、パケット通信用チャネ
ルが設定されている。設定されたチャネル内において
は、複数の移動局または基地局自身のパケットが、その
属性に応じて基地局によってスケジューリングされた
後、送信許可を受けて順次送信している。１−１５は１
−６が送信要求したパケットであり、１−１７は１−７
が送信要求したパケットである。また１−１６は基地局
からの下り送信パケットである。

【００１６】１−１４は同一ゾーン内の回線交換で使用
されているチャネルを示している。なお、回線交換制御
用信号についてはここでは省略している。パケット通信
用チャネルの設定時刻、及びスケジューリングの詳細等
については後述する。

【００１７】図５に移動局の制御フローを示す。移動局
は電源投入後、制御チャネルにおいて基地局からの制御
信号を待ち受け受信する（５−１）。基地局からパケッ
ト通信用チャネル設定を通知する信号（１−１１，１−
１２）を受信した場合は、指定された通信チャネルへ周
波数を切り替え（５−４）、当該チャネルで送信される
基地局からのパケットを受信（５−５）する。パケット
の送受信が終了し、基地局からパケット通信用チャネル
の解放を通知する信号を受信（５−６）した場合は再び
制御チャネルへ周波数を切り替え（５−７）、待ち受け
受信を再開する。

【００１８】自局から基地局への送信パケットが生じた
場合（５−８）は、基地局に対して要求信号を制御用チ
ャネル上で送出する（５−９）。この時要求信号の送信
は、送信パケットが優先パケットの場合は最初のパケッ
トが発生したときに、通常パケットの場合はある一定の
遅延時間が経過した後に行なわれる。この信号にはパケ
ットの属性として通常／優先パケットの種別、パケット
の発生時刻、パケット長（一定の場合）、パケット連続
数（通常パケットの場合）等の情報が含まれる。要求信
号を送出した移動局は、基地局からの受付信号を受信
（５−１０）した後、再び待ち受け状態となる。基地局
からパケット通信用チャネル設定信号（１−１１，１−
１２）を受信した場合は、指定された通信チャネルへ周
波数を切り替え（５−４）、通信チャネル設定信号内で
指定されているタイミングでパケットを送信する（５−
１２）。

【００１９】また優先パケットの場合等は受付信号を省
略し、即座にチャネル設定信号が送信される場合もある
（５−１１）。

【００２０】次に基地局の制御フローについて説明す
る。本実施例では基地局の制御フローをメインプロセ
ス、タイマー起動及びチャネル設定／パケット送受信プ
ロセスの３つに分割し、それぞれを図６、図７、図８に
示した。基地局は定常時において移動機から送出される
パケット送信要求信号の有無（６−１）、自局から移動
局への送信パケットの有無（６−２）、及びパケット通
信用チャネルの設定時刻に内蔵された複数のタイマーか
ら通知される設定開始信号の監視（６−３）を行なって
いる。まず、移動機からのパケット送信要求信号を検出
した場合は、要求に対する受付信号を、制御チャネル上
で送信する（６−４）。次に要求されたパケット通信の
ためのチャネルを設定する時刻を設定するためタイマー
が起動（６−５）される。本実施例ではパケット種別の
通常／優先に応じた独立の２つのタイマー（７−６）が
あり、パケット種別に応じてあらかじめ設定されている
送信遅延時間と、パケット送信要求信号にて通知される
パケット発生時刻との差から、パケット通信用チャネル
の割当を開始するまでの遅延時間が計算され（７−
１）、それぞれのタイマーの初期値として設定される
（７−３）。この時すでに同一種別のタイマーが作動し
ていて（７−２）、新たなパケットの遅延時間がタイマ
ーのカウント値よりも大きくなる場合（７−５）は、タ
イマーのカウント値は変更されないが、前記遅延時間が
カウント値よりも小さい場合は、タイマーの初期値は新
しい値で再設定（７−３）される。タイマーが起動（７
−４）されるとパケット通信用チャネルの割当時刻まで
のカウントを開始する。

【００２１】基地局からの下りパケットが存在する場合
（６−２）も同様のアルゴリズムによってタイマーの起
動（６−６）が行なわれる。

【００２２】タイマーはパケット通信用チャネルの割当
時刻において、メインプロセスにチャネルの設定開始信
号を通知し、メインプロセスはこれを受けてチャネル設
定／パケット送受信プロセスの起動（６−７）を行な
う。ここでチャネル設定／パケット送受信プロセスはメ
インプロセスと並列に動作する。

【００２３】チャネル設定／パケット送受信プロセスで
はまず、先の要求信号で要求されたパケットの属性に関
する情報が集計される（８−１）。通常パケットの場合
は送信要求を行なっている移動局が要求しているパケッ
ト数・パケット長から各パケットの送信タイミングが決
定されるが（８−２）、優先パケット、及び基地局から
の下りパケットの場合はパケット毎の指定は行なわれな
い。８−２で送信が許可された移動局の識別子、各パケ
ットの送信タイミング及び送信パケット数等の情報は、
チャネル設定信号に付随して移動局に報知される（８−
３）。その後基地局はパケット用チャネルの確保を行な
い（８−４）、パケットの送受信を行なう（８−５）。
通常パケットの場合は申告されたパケットの送信が全て
終了した時点で、また優先パケットの場合はあらかじめ
定められた一定時間経過後に、パケット通信用チャネル
の解放（８−６）を行なう。

【００２４】

【実施例２】実施例１ではあらかじめ送信するパケット
のパケット長、パケット連続数等がわかっていて、それ
を基地局に送信要求信号で通知して通信チャネルを割り
当てる方法であった。実施例２ではこれらのパケット情
報が得られない場合について述べる。

【００２５】図９に実施例２におけるパケット通信用チ
ャネルの設定と送信パケットの様子を示す。本実施例で
は基地局から自発的にパケット通信用チャネル設定信号
が報知されている。これは実施例１のように移動局から
の送信要求に応じるものではなく、例えばある一定周期
で送出される場合もあれば、トラヒックに応じて割当頻
度が変化する場合もある。パケット信号は、これらの信
号により設定されるパケット通信用チャネル上でランダ
ムアクセスで送信される。また、各移動局はいくつかの
群に分けられているとする。

【００２６】はじめチャネルｆ３２（９−２）上のパケ
ット通信用チャネル（９−９）ではＡ群の移動機からの
パケット信号（９−１３）とＢ群からのパケット信号
（９−１４）が送信されている。この時Ｃ群の移動局か
らパケット送信要求が生じ、次のパケット通信用チャネ
ル（９−１０）で送信（９−１５）されている。この結
果パケットのトラヒックが増加し、（９−１０）内でパ
ケットの衝突が発生している。基地局ではこの衝突を受
信機の受信電界強度の測定とエラーカウンタ等の結果か
ら検出し、次の割当には２つのパケット通信用チャネル
（９−１１と９−１２）を用意する。９−１１にはＡ群
の移動局のみを割り当て、９−１２にはＢ群とＣ群の移
動局を割り当てている。これらの割当はそれぞれ９−７
と９−８の割当信号により行なわれる。

【００２７】図１０は、本実施例における移動局の制御
フローである。移動局はアイドル状態において常に制御
用チャネルを受信し（１０−１）、基地局からパケット
通信用チャネルの割当信号を受信した場合（１０−２）
は、信号の内容から自群あての割当か否かを判断する
（１０−３）。もし自群に対する割当であったなら、た
だちに割り当てられたパケット通信用チャネルへ周波数
を切り替え（１０−４）、基地局からの下りパケットを
受信する（１０−５）。もし、自局からの送信パケット
がある場合は、上りパケットをランダムアクセスで送信
（１０−７）する。

【００２８】図１１は基地局の制御フローである。前述
のように基地局は自発的にパケット通信用チャネル割当
信号をある一定周期、またはトラヒック量に応じて送信
する場合等が考えられるが、本フローでは任意の時刻に
送信できるとする（１１−１）。割当信号送出後、基地
局はパケット通信用チャネルの確保（１２−２）を行な
い、自局からの送信パケットがある場合は下り送信パケ
ットを送信（１１−４）する。次に移動局からの上りパ
ケットの受信（１１−５）を行なった後、パケット通信
用チャネルの解放（１１−６）を行なう。その後、上り
パケットの受信（１１−５）状態からパケットのトラヒ
ック量の推定（１１−７）を行なうが、これは例えば受
信機の受信電界強度がある一定値以上であるにもかかわ
らずエラーが生じているものを衝突によるものと判定
し、その衝突率からトラヒック量を推定する方法や、パ
ケットに再送回数に関する情報を付与しておき、到着す
るパケットの再送回数から衝突率を推定し、トラヒック
を求める方法等が考えられる。１１−７で得られたトラ
ヒック量をもとに、次のパケット通信用チャネルで割り
当てるチャネル数を決定（１１−８）する。これはあら
かじめ定められたトラヒック量とチャネル数との関係を
もとに行なわれる。図１２にトラヒック量と割当チャネ
ル数の関係表の例を示す。

【００２９】

【発明の効果】本発明による無線パケットチャネル設定
方法では、パケットの発生状況に応じてパケット通信用
チャネルを必要時に、必要な時間だけ、複数の通信チャ
ネルの中から確保することが可能であると同時に、離散
的に発生するパケット信号を無線区間でまとめて短時間
のパケット通信用チャネルで送受できるので、特にダイ
ナミックチャネルアサインを用いるシステムにおいて他
の基地局との間で周波数の有効利用が可能となる。さら
に各パケットの属性（発生時刻・長さ・種別・優先度
等）から、要求される遅延時間・トラヒック量等に応じ
た柔軟なパケット通信用チャネルの設定が可能となり、
ユーザーの要求条件と周波数利用効率の向上を両立させ
ることができる。さらにパケットトラヒック量が一時的
に多くなった場合で、かつリソースに空きがある場合
は、複数のパケット通信用チャネルを確保することによ
って、チャネルのスループットを向上させることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるパケット通信用チャネルと送信
パケット、及び回線交換呼による無線リソースの使用状
態を示す（実施例１）。

【図２】従来の自動車電話における制御チャネルと制御
（パケット）信号送信の様子を示す。

【図３】ＩＳＤＮにおけるパケット通信用チャネルＢ２
と送信パケットの様子を示す。

【図４】セルプラン２におけるパケット通信用チャネル
のホッピングと送信パケット、及び回線交換呼による無
線リソースの使用状態を示す。

【図５】移動局の制御フローを示す（実施例１）。

【図６】基地局のメインプロセスのフローを示す（実施
例１）。

【図７】基地局のタイマー起動フローを示す（実施例
１）。

【図８】基地局のチャネル設定／パケット送受信プロセ
スのフローを示す（実施例１）。

【図９】本発明におけるパケット通信用チャネルと送信
パケット、及び回線交換呼による無線リソースの使用状
態を示す（実施例２）。

【図１０】移動局の制御フローを示す（実施例２）。

【図１１】基地局の制御フローを示す（実施例２）。

【図１２】割当チャネル数決定の際使用される、トラヒ
ック量と割当チャネル数の関係表の例を示す（実施例
２）。

【符号の説明】

１−１ 制御チャネル １−２〜１−５ パケット／回線交換通信用チャネル １−６，１−７ 通常パケット送信要求信号 １−８ 優先パケット送信要求信号 １−９ 要求受付信号 １−１０，１−１１ パケット通信用チャネル設定信号 １−１２ 優先パケット １−１３ 優先パケット通信用チャネル １−１４ 回線交換呼 １−１５，１−１７ 通常パケット（移動局送信） １−１６ 通常パケット（基地局送信） １−１８ 通常パケット通信用チャネル ２−１ 下り（基地局→移動局）制御チャネル ２−２ 上り（移動局→基地局）制御チャネル ２−３ 下り制御信号 ２−４ 上り制御信号 ３−１ 通信チャネルＢ１ ３−２ 制御チャネルＤ ３−３ 通信チャネルＢ２（パケット通信用：パケット
送信無） ３−４ 通信チャネルＢ２（パケット通信用：パケット
送信有） ３−５ フレーム ４−１〜４−６ パケット／回線交換通信用チャネル ４−７ パケット通信用チャネル ４−８，４−９ 回線交換呼 ４−１０ 送信パケット ５−１〜５−１２ 移動局の制御フロー（実施例１） ６−１〜６−７ 基地局の制御フロー１（実施例１） ７−１〜７−５ 基地局の制御フロー２（実施例１） ７−６ タイマーの構造 ８−１〜８−６ 基地局の制御フロー３（実施例１） ９−１ 制御チャネル ９−２〜９−５ パケット／回線交換通信用チャネル ９−６ パケット通信用チャネル設定信号（群指定な
し） ９−７ パケット通信用チャネル設定信号（Ａ群指定） ９−８ パケット通信用チャネル設定信号（Ｂ・Ｃ群指
定） ９−９〜９−１２ パケット通信用チャネル ９−１３ Ａ群移動局からのパケット ９−１４ Ｂ群移動局からのパケット ９−１５ Ｃ群移動局からのパケット ９−１６ 回線交換呼 １０−１〜１０−７ 移動局の制御フロー（実施例２） １１−１〜１１−８ 基地局の制御フロー（実施例２）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の基地局と複数の移動局を有し、基
   地局とその配下の移動局との間で無線でパケット通信を
   行なう際に、当該基地局が、当該パケット通信のための
   通信チャネルを確保する無線通信システムにおける無線
   パケットチャネル設定方法において、 前記基地局がパケット通信で送受されるパケットの特性
   に関する情報を収集し、 当該基地局が移動局との間でパケット通信を行なう際
   に、前記情報にもとづいて、前記パケット通信のための
   通信チャネルの設定開始時刻、継続時間、及び設定する
   通信チャネル数の少なくともひとつを制御することを特
   徴とする無線パケットチャネル設定方法。
2. 【請求項２】 前記のパケットの特性が、パケット発生
   率、パケット長分布、パケット発生時刻及び遅延許容度
   から選択される少なくともひとつの特性である請求項１
   記載の無線パケットチャネル設定方法。
3. 【請求項３】 複数の基地局と複数の移動局を有し、基
   地局とその配下の移動局との間で無線でパケット通信を
   行なう際に、当該基地局が、当該パケット通信のための
   通信チャネルを確保する無線通信システムにおける無線
   パケットチャネル設定方法において、 基地局から報知されるパケット通信用チャネル設定信号
   により設定されるパケット通信用チャネルによりパケッ
   ト通信を行ない、 基地局は、当該基地局で測定されるパケットのトラヒッ
   ク量に従ってパケット通信用チャネルの数を制御するこ
   とを特徴とする、無線パケットチャネル設定方法。