JPH0834452B2 - 統計多重無線アクセス方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明に属する技術分野） 本発明は、自動車電話等の無線移動通信システムにお
いて、基地局と移動端末との間の無線伝送に時分割多重
方式を用いたシステムにおける無線チャネルへのユーザ
情報の多重化方法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 無線移動通信システムにおける時分割多重方式（Time
Division Multiple Access、以後TDMAと称する）は、
第５図に示すようにTDMAフレームと称する一定の時間間
隔（長さ5ms〜20ms程度）を更にタイムスロット（Time
Slot:TSと称する）と呼ばれる更に細かい一定間隔に分
割し、この各TSをその時点で通話中の移動端末（Termin
al、以後TERMと称する）に割り付けることにより基地局
（Base Station、以後BSと称する）とTERMとの間の通話
路を確保している。

電話音声は双方向の同時伝送を必要とするため、TDMA
フレームに含まれるTSは、まず第５図に示すように２つ
に分割され、その片方はBSからTERMへ通話信号を伝送す
るために使用され、残りの片方はTERMからBSへ通話信号
を伝送するために使用され、更に、両方の部分の同一番
号のTSの１対が１つのTERMに割当てられる。

第５図に示した１つのTDMAフレーム内の各TSは全て同
一無線キャリア（信号伝送速度に見合った帯域を持つ無
線周波数）で伝送され、BS→TERM部分の各TSは１つのBS
から各TERMへ向けて、またTERM→BS部分の各TSは各TERM
からBSへ向けてそれぞれ電波にのせて送出される。各TS
をBS及び各TERMにおいて個別に判別するためにはBS及び
全TERMがTDMAフレームで規定されるタイミングに同期し
て動作する必要がある。このタイミングは通常BSから全
TERMへ電波で伝送されるが、その伝送路の長さがTERMの
所在地により異なるため、伝搬時間差だけ各TERMにおけ
るタイミングの認識に“ずれ”を生ずる。この“ずれ”
を吸収するため、各TSの区切りの時間にガード時間（Gu
ard Time、GTと称する）を設けている。

また、各TERMにおいては、BSからの電波の受信時には
割当てられたTSの開始時に無線キャリアの受信を開始し
TSの終了時に受信を停止する。受信に関しては各TERMが
全TSを受信しても動作原理上は差しつかえないが、通常
TERMの消費電力を節約するため前記のような動作をす
る。一方、TERMからの送信時においては、同一BSのサー
ビスエリア内で通話中の他のTERMとの相互干渉を避ける
ため、割当てられたTSの開始時に無線キャリアの送出を
開始TSの終了時に送信を停止する必要がある。この無線
キャリアの送受の開始及び停止のため、各TSの前後にプ
レアンブルビット（Preumbule:PUと称する）が数ビット
置かれている。

また、第５図のCONT（Control Part）部は通話中のBS
とTERM間の連絡（各種状態表示や状態切替指示等）に用
いられる。更に、図示されていないが、フレーム同期用
やキャリア変調方式上必要な符号等をCONT部に含み、通
常CONT部は20〜30ビットで構成される。TSの残りの部分
がユーザ情報（User Data）を運ぶ部分であり、これに
はバリティ等のエラー検出ビット（ECC）も含まれてい
る。

さて、前記構成の従来例においては、呼接続制御チャ
ネル（図示せず）を用いてBSとTERMとの間で発呼または
着呼に関する制御情報の授受を行い呼を設定し、その時
空いているTSの１対（BS→TERMとTERM→BSから各１個づ
つのTS）を選択してその呼に割当てる。以後通話終了ま
でこれらTSはその呼に保留され、呼の終了と共に開放さ
れる。

従来、ユーザ情報としては電話音声が主流であったの
でこのような簡単なTS割当方式で実用上問題はなかった
が、有線ネットワークのISDN化に伴いユーザ情報が電話
音声以外にデータ等を含むようになると、ビットレート
や送信と受信の情報量が呼毎に異なることになり無線チ
ャネルの使用効率が低くなるという欠点があらわれてき
た。

（発明の目的） 本発明は、無線移動通信システムが公衆電話網のISDN
化に対応するなどして音声以外にデータ，静止画像等の
多元情報を転送する場合、BSとTERM間の情報転送を行う
無線チャネル（TDMAではTS）の利用効率を高め、限定さ
れた周波数帯域で接続できる呼の数を多くした統計多重
無線アクセス方式を提供することを目的とする。

（発明の構成及び作用） 第４図は、本発明を適用する無線移動通信システムの
構成例図である。公衆電話網（PSTN:Public Switched T
elephon Nnetwork）あるいは公衆統合サービスディジタ
ル網（ISDN:Integrated Ssrvice Digital Network）に
ディジタル同期多重階層回線（SDH:Synchronous Digita
l Hierarchy）を通して基地局（BS:Base Station）が接
続されている。トラヒック状況によっては、複数BSのト
ラヒックが図示のように遠隔集線装置（RLC:Remote Lin
e Concentrator）により集線されてPSTNまたはISDNに接
続される。SDHによって転送される情報は電話音声また
はデータが回線交換形態で伝送されている場合と、ISDN
とBasicあるいはPrimary標準化インタフェースの場合と
の双方への接続を可能とする。

図におけるBSは、例えば、構内移動通信システムのマ
イクロセルに対応して設置され、遠隔の他のセル内に設
置された同様なBSとの間をPSTNあるいはISDNにより接続
し、各BSは対応セル内の移動端末との間で無線チャネル
を通じて接続され、最終的には互いに遠隔のセル内の移
動端末同志がBSとPSTNあるいはISDNを経由して接続され
ることになる。

本発明は前記システムにおけるBSと移動端末（TERM）
との間の無線アクセスに適用される。本発明の無線アク
セスの基本構成は従来のTDMAと同じである。また、TDMA
の各タイムスロット（TS）を各TERMの通話に割当てる制
御方法も従来のTDMAと全く同様でよい。

第１図は本発明の一実施例におけるTSのビット構成例
を示す説明図である。TSの基本構成を示す第１図（１）
は第５図の従来例と同じであるが、本発明では第１図
（２）に示すようにBSからTERMへ送信されるTSのCONTと
USER DATAとの間にSMAC（Stochastic Multiple Access
Control）部を設けることにより、各TSをTDMAのフレー
ム毎にフーザ情報の転送を必要としている呼に割当てる
（フレーム毎のダイナミック・ディマンド・アサインを
行う）ことを可能にするものである。すなわち、このTS
のフレーム毎のダイナミック・ディマンド・アサインに
よりユーザ情報の転送要求が発生する時間が確率統計的
に分散する性質を利用して無線チャネル上に複数呼のユ
ーザ情報を多重化することができる。このため、本発明
の多重方式を統計多重アクセス（SMA:Stochastic Multi
ple Access）方式と称する。

第１図（２）のSMACはSMA方式で各TERMにTSを割当て
たことをBSから当該TERMへ通知するために用いられる。
そのための動作シーケンスを第２図及び第３図に示す。

第２図はBSからTERMへユーザ情報を転送する場合であ
り、ユーザ情報を実際に転送する１つ前のフレームでBS
からTERMへSMACを用いてどのTSを用いて転送するかの指
示を通知し、TERMはこの指示に基づいて次のフレームの
指示されたTSから自TERM宛のユーザ情報を取り込む。

第３図はTERMからBSへユーザ情報を転送する場合を示
す。TERMはBSへ転送したい情報がある時、TERMからBSへ
のTSにはSMAC部がないのでTERMからBSへ送信するTSのCO
NT部によってTS割付を要求する。BSはこの割付要求に対
応して当該TERMにTSを割付け、指定通知を第２図の場合
と同様にSMAC部でTERMへ送信する。TERMは次フレームの
割当てられたTSでユーザ情報をBSへ転送する。この時に
送りたい情報が更に残っていれば、このTSのCONT部で同
時にTS割当を要求する。TERMからBSへのTS割付要求はTE
RMからBSへの情報転送用TSが割付けられていないと送信
できないので、BSはSMAモードで情報転送をする呼が設
定されているTERMに対しては転送情報の有無を問い合わ
せるために定期的（例えば数10フレームに１回程度）に
TERMからBSへの情報転送用TSの割当を行う。

第２図及び第３図のTS割当要求,TS割当指定，ユーザ
情報転送の各動作はそれぞれ独立にあるいは同時並列に
実行することができるので、TS割当指定とユーザ情報転
送とを同じフレームで行ういわゆるパイプライン的動作
が可能であり、TS割当指定によりユーザ情報転送が妨げ
られて情報スループットが低下するようなことはない。

第６図は以上の動作を行うための制御フローチャート
であり、呼接続およびユーザ情報転送制御を示す。

第１図（３）及び（４）は、第１図（２）の本発明に
より設けられたSMAC部の詳細ビット構成図である。

第１図（４）は、２個のTERMに対してTS割当を行う例
を示してある。図において、S/TはSMAによるTS割当を行
うか行わないかを示す１ビットであり、例えば、実行す
る場合を論理“1"で示す。次のTerm ADは前記２個のTER
Mのうちの１個のアドレスを示し、これが例えば３ビッ
トであれば、TS1個当たり８個のTERMを指定することが
できる。次のT/Rは割当てるTSがTERMから見てユーザ情
報の送信に使われるか受信に使われるかを表す。次のTS
ALは割当てられるTSの番号を示す。これは、例えばBSが
持っている各TSに対応したビットパターンにより、割当
てられるTSに対応したビットが論理“1"で示され、他は
論理“0"とする。次のC/Tはこの後にさらにTS割当指定
が続くか否かを示す１ビットであり、論理“1"なら更に
他のTERMに対するTS割当指定が後に続くことを表し、図
に示すようにＰの次に続いて他のTERMに対するTS指定が
上述と同様になされる。C/Tが論理“0"ならばそこがSMA
C部の後縁であることを示す。C/Tの次のＰは当該TERMに
対するTS割当指定毎に付けるパリティー・チェックであ
り、場合によっては複数ビットを使用するエラー訂正コ
ード（ECC:Error Correcting Code）でもよい。

第１図（３）はそのTSでTS割付指定を行わない場合を
示し、S/Tが例えば論理“0"となりこれにパリティ・ビ
ットＰが付けられる。

次に、本発明の実施例の動作を説明する。第１図に図
示していなが、呼接続制御チャネルがあり、呼設定時に
呼設定をするTERMにタイムスロットTSを割当てるために
BSとTERMとの間で制御情報を相互に転送する装置構成及
び動作は従来のTDMAと同様である。

本発明では、１部のTSを従来と同じに呼設定毎にTERM
に割付けることも可能である。従って、従来のシステム
のもとで使用される移動端末を本発明の実施例で運用さ
れるシステムのエリアに持ち込んで使用することも可能
である。

さて、SMAでTS割付を行うTERMの発呼またはそういうT
ERMの着呼により呼設定を行う時には、そのTERMに対し
てBSは呼設定時に、TS割当指定のためのTSとその際使用
するTERMアドレス番号とを指定し、これを該当TERMへ通
知する。この時の指定及び通知の方法はTDMAでTSを指定
する方法から容易に類推することができる。１個のTSに
対してはTERM ADのビット長で表せる数だけの個数のTER
Mを対応させることができる。従って、例えば、１つのB
Sがｎ個のTSを持ち、TERM ADが３ビットとすれば、最大
８×ｎ個のTERMに対して呼設定をすることができる。

SMAC部は、呼設定がされても伝送する情報がないフレ
ームに対しては第１図（３）のようになり、伝送する情
報がある時は第１図（４）のようになる。

SMAによるTS割当指定は１フレーム分だけ有効であ
り、フレーム毎に必要に応じて指定される。また、１フ
レーム内で１個のTERMに対して複数個のTSを割当てるこ
とが可能であり、その割当TS数は送信するユーザ情報の
量とTSの空き塞がりの状況をみてBS内のTS割当てプログ
ラムにより適宜決定される。

TS割当指定に使用されるTSのSMACに続くUSER DATA部
分は１つ前のフレームで指定されたTERMとBSとの間のユ
ーザ情報転送に使われる。このユーザ情報転送先のTERM
とTS割付指定の宛先TERMとは互いに全く独立に決定する
ことができる。即ち、TS割付指定の宛先TERMと同じでも
異なっていてもよい。従って、BSからTERMに送られるTS
はSMACを受取るTERMとUSER DATAを受取るTERMと複数のT
ERMとにより受信されることになる。

また、TERMからBSへユーザ情報を送信する場合は、送
信すべき情報量に応じてTS割当要求と同時に割当希望TS
数をTERMからBSにCONT部を用いて連絡し、BS側ではTSの
空き塞がり状況を見て適宜TS割当数をきめる。割当てら
れたTSでユーザ情報が送りきれず、残留情報がある場合
は再度TS割当を要求する。

（発明の効果） 本発明を実施した場合の効果，利点は次の通りであ
る。

（１）無線チャネルの使用効率が向上する。TDMA方式で
は呼が設定されている限りTSが保留される。双方向の対
制御の場合は２個のTSが保留される。しかし、この保留
時間のうち実際に音声信号が流れている時間（有声区
間）の割合は５割以下である場合がほとんどなので、SM
A制御のためにSMACの部分が使用されたとしても最低２
倍以上の使用効率向上が望める。データの場合はTDMAで
設定できる最小回線スループットよりも大幅に低い用途
が大部分であろうから10倍程度の使用効率向上が可能と
なる。

（２）取扱う各種のメディアの異なる必要スループット
に対して同一多重方式で柔軟に対応することができる。
即ち、BSの持つ全TSを１端末で占有するような高速スル
ープットを要求するメディアから、BSの持つTS数の何倍
もの多くの端末に対して低速スループットの接続を設定
するようなメディアまでTS割付の頻度を変えるだけで対
応することができる。

（３）従来広く実施されているTDMA方式と完全にコンパ
ティブルであり、TDMA方式用の端末を持ち込んだ場合で
もBS側でその端末の種別を認識して、その端末に対して
はTDMA方式でTSを割付ければ、SMA方式の端末との混合
を完全に許すことができる。これはメディアによってTD
MAとSMAとの使い分けが可能なことも意味し、システム
としての融通性が非常に大きい。即ち、転送遅延や転送
遅延のバラツキに対して非常にセンシティブな音声通話
の場合はTDMAで呼設定し、遅延，遅延バラツキとも許容
度の大きいデータ呼に対してはSMAを使用する等であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるTS割当指定のためのTS
内ビット構成図、第２図は本発明のTSからTERMへユーザ
情報を伝送する際の制御シーケンス、第３図は本発明の
TERMからBSへユーザ情報を伝送する際の制御シーケン
ス、第４図は本発明が適用されるネットワークの構成例
図、第５図は従来のTDMA方式の無線チャネルのフレーム
構成例図、第６図は本発明の動作制御を示すフローチャ
ートある。

フロントページの続き (72)発明者 占部 健三 東京都西多摩郡羽村町神明台２―１―１ 国際電気株式会社羽村工場内 (56)参考文献 特開 昭61−171243（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−46424（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−187739（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−504190（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基地局がサービスエリア内の複数端末と時
   分割多重されたタイムスロットを用いて双方向通信を行
   うシステムにおいて、基地局から端末へ伝送されるタイ
   ムスロット内に各タイムスロットをどの端末に割り当て
   るかを指定する複数のビット位置を備えた第１の部分が
   設けられ、転送すべきユーザ情報がある場合に時分割多
   重方式における時分割フレーム毎に前記第１の部分によ
   り次フレームでの前記転送すべき情報量に応じた複数個
   のタイムスロットの割当指定を当該端末に通知する制御
   が行われるようにした統計多重無線アクセス方式。
2. 【請求項２】各タイムスロットの前記第１の部分とユー
   ザ情報を転送するための複数のビット位置からなる第２
   の部分との宛先端末を独立に指定する制御が行われるよ
   うにした特許請求の範囲第１項に記載の統計多重無線ア
   クセス方式。
3. 【請求項３】転送すべき情報がなく前記第１の部分によ
   ってタイムスロットの割当指定を通知する必要がない場
   合は、前記第１の部分はそのフレームにおいてはタイム
   スロット割当がないことを示すビットのみとなり、前記
   第１の部分の残りのビット位置が前記第２の部分に繰り
   込まれてユーザ情報の転送に使用されるような制御が行
   われるようにした特許請求の範囲第１項及び第２項に記
   載の統計多重無線アクセス方式。
4. 【請求項４】各端末に対するタイムスロット割当指定に
   あたり、前記フレーム毎あるいは前記第１の部分に、該
   指定されたタイムスロットを基地局から端末への送信に
   使用するか端末から基地局への送信に使用するかのいず
   れかを示すビット位置を備えた特許請求の範囲第１項に
   記載の統計多重無線アクセス方式。
5. 【請求項５】前記第１の部分に、一定数以下の複数の端
   末に対するタイムスロットの割当を該端末毎に独立に指
   定するビット位置を備える制御を行うようにした特許請
   求の範囲第１項に記載の統計多重無線アクセス方式。
6. 【請求項６】端末から基地局へユーザ情報を転送するた
   めに、前記タイムスロット内に端末から基地局への制御
   信号を送るための複数のビット位置からなる第３の部分
   が設けられ、該第３の部分により端末から基地局へデー
   タ転送をするために必要な数のタイムスロット割当を要
   求する制御を行うようにした特許請求の範囲第１項に記
   載の統計多重無線アクセス方式。
7. 【請求項７】基地局が各端末に対して端末から基地局へ
   転送するためのタイムスロットを定期的に割当る制御を
   行うようにした特許請求の範囲第１項に記載の統計多重
   無線アクセス方式。