JP4032032B2 - データ伝送システムにおける帯域割当装置及び帯域割当方法 - Google Patents

Description

この発明は、基地局と複数の加入者局との間で時分割多元接続方式により双方向データ通信を行うデータ伝送システムにおける帯域割当装置及び帯域割当方法に関する。

対向機器から配下の全加入者局へのデータを全て受信する、ある場所に固定された１つの基地局と、それぞれが端末に接続され、他のある場所に固定された複数の加入者局との間で、一定帯域（一定長さ）の通信フレームを用い時分割多元接続方式により双方向データ通信する固定無線アクセスシステムといわれるデータ伝送システムが提案されている（特許文献１、２、３）
特許文献１には、基地局から複数の加入者局へ送信するデータ量（下りデータ量）と複数の加入者局から基地局へ送信するデータ量（上りデータ量）とに応じて、１通信フレーム中の上り回線と下り回線の帯域幅を動的に変更して、通信フレームの帯域を無駄なく効率よく使用する帯域制御方法が記載されている。

また、特許文献２には、基地局において、加入者局宛用として蓄積されているデータ量を計測した時点と、帯域を割り当てるスケジューリング時点との間に送信される可能性のある既送のデータには帯域が割り当てられないようにし、同様に、通信フレームを無駄なく効率よく使用するデータ伝送装置が記載されている。

さらに、特許文献３には、各加入者局毎に設定された保証帯域（最低保証帯域ともいう。）を把握して、各加入者局毎に優先度と保証帯域を設定し、保証帯域が設定されている加入者局（特別加入者局ともいう。）について前記通信フレーム中の帯域の割当を優先して行い、保証帯域を設定されていない加入者局（一般加入者局ともいう。）には優先された帯域割当が終了した後に余った帯域を公平に割り当てるタイムスケジューリング方法が提案されている。なお、保証帯域が設定されていない一般加入者局は、保証帯域「０」が設定された加入者局と同じ意味である。

このタイムスケジューリング方法では、第１に、加入者局に保証帯域を設定し、優先度をつける。この場合、設定する保証帯域の総和は通信フレーム中の割当可能な帯域を超えないものとする。

図９は、保証帯域の設定割当（アサインともいう。）の例を示している。この例では加入者局ＷＴ１〜ＷＴ８中、加入者局ＷＴ１、２、５、７に対しては保証帯域「０」、以下、加入者局ＷＴ３に対して保証帯域「３」、加入者局ＷＴ４に対して保証帯域「８」、加入者局ＷＴ６に対して保証帯域「４」、加入者局ＷＴ８に対して保証帯域「２」が割り当てられている。優先度は、加入者局ＷＴ４、ＷＴ６、ＷＴ３、ＷＴ８、ＷＴ１、２、５、７の保証帯域の大きい順につけられる。この例では、通信フレーム中の割当可能な帯域は、例えば４６［Ｍｂｐｓ］に設定されているものとする。

第２に、各加入者局の保証帯域と各加入者局の要求帯域をデータとして優先度の高い順に並べたテーブルを作成する。すなわち、図１０に示すように、向かって左側から、加入者局ＷＴ４、６、３、８、１、２、５、７の保証帯域の大きい順に並べたテーブルが作成される。

第３に、優先度の高い順に帯域の割当を行う。この場合、保証帯域が設定されている特別加入者局は、設定されている保証帯域と特別加入者局自身が要求している要求帯域とを比較して低い方の帯域を割り当てる。

第４に、１つの加入者局への割当が終了したとき、次に優先度の高い加入者局に対して割当を行う。

以下、上記第３及び第４の手順を繰り返して割当可能な帯域がなくなるまで割当を継続する。

図１０は、このようにして、優先度順に保証帯域を割り当てた結果例を示している。グラフ内数値が周回数（ラウンド数ともいう。）を示しており、１周目で、加入者局ＷＴ４、６、３、８に対して設定された保証帯域が全て割り当てられ、以下余った帯域（共用帯域という。）について、所定帯域（単位帯域ともいう。）、ここでは２［Ｍｂｐｓ］ずつ、加入者局ＷＴ１、２、５、７に割り当てている。２周目では、加入者局ＷＴ４に帯域「８」、ＷＴ６に帯域「４」、ＷＴ３に帯域「３」、ＷＴ８、１、２に帯域「２」が割り当てられる。

図１１は、さらに他の技術に係る保証帯域の割当技術を示している（特許文献４）。この図１１例の割当技術では、保証帯域については、保証帯域を割り当て、余った共用帯域については、全ての加入者局ＷＴ１〜ＷＴ７で公平に割当を行っている。

特開２００３−２７４４４６号公報 特開２００３−２３４７１５号公報 特開２００３−１０１５７４号公報 特開２００３−２３４５０号公報

ところが、特許文献３あるいは特許文献４に記載されているように、保証帯域を割り当てた後、余った共用帯域を、図１０及び図１１のグラフように割り当てた場合には、保証帯域と共用帯域の合計帯域が、特別加入者局と一般加入者局との間で格差が大きいという課題がある。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、特別加入者局に対して保証帯域はもちろんのこと、共用帯域も割り当てられ、かつ保証帯域に無関係に全加入者局でより公平感が高くなるように共用帯域を割り当てることを可能とするデータ伝送システムにおける帯域割当装置及び帯域割当方法を提供することを目的とする。

この発明の帯域割当装置は、１つの基地局と複数の加入者局間で、時分割多元接続方式により双方向データ通信を行うデータ伝送システムで用いられる一定長さの通信フレームに含まれる上下データ領域への帯域を割り当てる帯域割当装置において、保証帯域が設定されている特別加入者局と保証帯域が設定されていない一般加入者局との識別手段と、前記通信フレームに含まれる帯域割当可能な上下データ領域に対し帯域を割り当てる帯域割当手段とを有し、前記帯域割当手段は、前記通信フレームに含まれる帯域割当可能な上下データ領域に対し、前記識別手段を参照し、前記特別加入者局に保証帯域を割り当てた後、余った共用帯域を、前記一般加入者局に所定帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当て、ラウンドロビンによる割当が、前記特別加入者局の保証帯域を超えた場合には、前記特別加入者局に対しても割当を再開することを特徴とする（請求項１記載の発明）。

この発明によれば、帯域割当手段が、通信フレームに含まれる帯域割当可能な上下データ領域に対し、識別手段を参照し、特別加入者局に保証帯域を割り当てた後、余った共用帯域を、一般加入者局に、所定帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当て、ラウンドロビンによる割当が、特別加入者局の保証帯域を超えた場合には、特別加入者局に対しても割当を再開するようにしているので、共用帯域を全体として格差が少なくなるように割り当てられ、より公平感を高く割り当てることができる。なお、上下データ領域の帯域それぞれの帯域は、要求帯域に応じて１通信フレーム毎に変更することで、通信フレーム中の帯域使用の無駄を回避し、通信フレーム中の上下データ領域の帯域を有効に利用することができる。

さらに、加入者局毎の要求帯域を検出する要求帯域検出手段を有し、前記帯域割当手段は、前記特別加入者局に保証帯域を割り当てる際、該特別加入者局の要求帯域が、該特別加入者局の保証帯域以下であった場合には、要求帯域を割り当てた後、あるいは該特別加入者局の要求帯域が、該特別加入者局の保証帯域を超える場合には保証帯域を割り当て後、余った共用帯域を、一般加入者局に、所定帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当て、ラウンドロビンによる割当が、前記特別加入者局への既割当帯域を超えた場合には、前記特別加入者局に対しても割当を再開することで、特別加入者局の要求帯域が保証帯域以下である場合に、その差分だけ共用帯域が大きくなるので、一般加入者局への帯域割当が増加し、データ伝送システム全体として通信フレームの帯域を無駄なく有効に利用することができる（請求項２記載の発明）。

この場合、前記保証帯域が前記上下データ領域毎に個別に設定され、全特別加入者局に設定される保証帯域の総和が、１つの通信フレームに含まれる割り当て可能な上下データ領域の帯域を超えないように設定することで、きめ細かな帯域割当及び保証帯域の確保が保証される（請求項３記載の発明）。

また、前記帯域割当手段は、前記特別加入者局に対しても割当を再開した後、帯域割当可能な上下データ領域の全てに帯域が割り当てられるまでもしくは全加入者局の要求帯域がなくなった場合全加入者局に対して所定帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当てることで、通信フレームを全て効率よく利用することができる（請求項４記載の発明）。

また、この発明の割当方法は、１つの基地局と複数の加入者局間で、時分割多元接続方式により双方向データ通信を行うデータ伝送システムで用いられる一定長さの通信フレームに含まれる上下データ領域への帯域割当方法において、前記通信フレームに含まれる割当可能な上下データ領域に対し、保証帯域が設定されている特別加入者局に保証帯域を割り当てる保証帯域割当過程と、保証帯域を割り当てた後、余った共用帯域を、保証帯域が設定されていない一般加入者局に所定帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当てる共用帯域第１割当過程と、ラウンドロビンによる割当が、前記特別加入者局の保証帯域を超えた場合には、前記特別加入者局に対しても割当を再開する共用帯域第２割当過程とを有することを特徴とする（請求項５記載の発明）。

この発明によれば、保証帯域割当過程により通信フレームに含まれる帯域割当可能な上下データ領域に対し、保証帯域が設定されている特別加入者局に保証帯域を割り当てた後、共用帯域第１割当過程により余った共用帯域を、保証帯域が設定されていない一般加入者局に所定帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当て、共用帯域第２割当過程によりラウンドロビンによる割当が、特別加入者局の保証帯域を超えた場合には、特別加入者局に対しても割当を再開するようにしている。このため、共用帯域を全体として格差が少なくなるように割り当てられ、より公平感を高く割り当てることができる。なお、上下データ領域のそれぞれの帯域は、要求帯域に応じて１通信フレーム毎に変更することで、通信フレーム中の帯域使用の無駄を回避し、通信フレーム中の上下データ領域の帯域を有効に利用することができる。この場合においても、保証帯域が設定されている特別加入者局に保証帯域を割り当てる際に、特別加入者局の要求帯域が保証帯域より少ない場合には、特別加入者局に要求帯域を割り当てた後、共用帯域第１割当過程を行う。

この発明によれば、特別加入者局に対しても帯域を無駄にすることなく要求帯域に応じた帯域保証ができ、要求帯域が保証帯域を超えた場合には共用帯域が割り当てられ、かつ共用帯域を全体として格差が少なくなるように割り当てているので、保証帯域に無関係に全加入者局でより公平感が高くなるように共用帯域を割り当てることができる。

より具体的には、特別加入者局に保証されている保証帯域の合計が少ない、あるいは、一般加入者局の収容数が少ない等で共用帯域に空きが多い場合には、保証帯域が設定された特別加入者局は保証帯域以上の帯域を割り当てられることになり、また、保証帯域設定の有無に拘わらず、全加入者局（特別加入者局＋一般加入者局）で公平に帯域の割当を行うことができる。さらに、加入者局数の増加等により、共用帯域が少なくなったとしても、保証帯域として設定されている特別加入者局は要求帯域（帯域要求数）に応じた保証帯域を最低保証帯域として保証できるので帯域の有効利用を図った帯域保証ができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る帯域割当装置及び帯域割当方法が適用された無線通信システム１０の全体的な構成を示している。

この無線通信システム１０は、複数の加入者に対して固定無線アクセスサービスを提供するＰ−ＭＰ（Point to Multi-Point）型として用いられる。

そして、この無線通信システム１０は、基本的には、建物あるいは電柱等に固定された基地局１１と、該固定された基地局１１に対してそれぞれ無線回線の伝送路１５を介して双方向通信が可能とされる会社内あるいは家庭内等に配される複数の加入者局２１（１）〜２１（３）（代表して加入者局２１という。）とから構成される。

無線回線の伝送路は、基地局１１のアンテナ１２と、複数の加入者局２１のアンテナ２２（１）〜２２（３）（代表してアンテナ２２という。）間の無線通信を通じて確立される。

加入者局２１は、それぞれパーソナルコンピュータ等の端末２０（１）〜２０（３）（代表して端末２０という。）に有線または無線で接続されている。各端末２０と各加入者局２１とは一体的な構成とすることができる。一方、基地局１１は、主に有線で、ネットワーク１３を介して前記の端末２０（１）〜２０（３）のそれぞれの対向機器１４（１）〜１４（３）（代表して対向機器１４という。）に接続されている。

各加入者局２１は、無線回線及び基地局１１を介してネットワーク１３にアクセスすることができる。なお、ネットワーク１３としては、ＷＷＷ（World Wide Web）サーバ等の対向機器１４に接続されたＩＰ（Internet Protocol）網等を使用することができる。また、対向機器１４としては、サーバに限らず、図示しない他の基地局を介して接続される該他の基地局の加入者局（図示していない。）も含まれる。

基地局１１と複数の加入者局２１との間の通信には、ＴＤＤ（Time Division Duplex）／ＴＤＭＡ（Time Division multiple Access ）方式、いわゆる時分割多元接続方式を採用する双方向のデータ通信が可能である。この場合、基地局１１と複数の加入者局２１との間には、共通の無線周波数、例えば２６［ＧＨｚ］帯が割り当てられ、使用するタイムスロットの違いにより基地局１１と複数の加入者局２１との間での効率的な、輻輳のない通信が可能である。

なお、基地局１１と複数の加入者局２１との間の通信には、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ方式に代替して、後述するＦＤＤ／ＴＤＭＡ方式を採用することができる。また、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ方式あるいはＦＤＤ／ＴＤＭＡ方式のいずれの場合においても、下り方向は、ＴＤＭ（Time Division Multiplex）方式とされ、上り方向はＴＤＭＡ方式とされ、いずれの場合にも時分割多元接続方式が採用される。

図２は、複数の加入者局２１と基地局１１との間での通信を行うためのＴＤＤ方式による無線フレーム（通信フレーム）の構成を示している。１無線フレーム（１通信フレーム）の周期は、１〜１０［ｍｓ］程度のうち、固定の周期、例えば１［ｍｓ］等に選択される。１無線フレームの周期は、ハードウエア等との関係において、より短い周期あるいはより長い周期を選択することも可能である。

１無線フレームは、下り回線領域と上り回線領域とガードタイムＴＳ１６とから構成される。下り回線領域は、下りヘッダ領域ＴＳ１１と下りデータ領域ＴＳ１２を含む。上り回線領域は、基地局１１と各加入者局２１間の伝搬遅延の計測及び認証プロセスに係るコマンド等のための時間帯であるＤＭＦ（Delay Measurement Frame）領域ＴＳ１３とスロット要求領域ＴＳ１４と上りデータ領域ＴＳ１５とを含む。

１無線フレームの下り回線領域中、下りヘッダ領域ＴＳ１１は、１無線フレーム毎の受信同期信号を生成するためのプリアンブル領域ＴＳ１７と、基地局番号領域ＴＳ１８と、フレーム位置指定領域ＴＳ１９と、ＤＭＦ送信許可及び認証プロセスに係るコマンド等の制御コマンドを含むコマンド領域ＴＳ２０と、スロット割当領域ＴＳ２１とから構成されている。

１無線フレームの下り回線領域中、残りの下りデータ領域ＴＳ１２は、複数のタイムスロットに分割されており、それぞれに、下り固定長パケット（単に、パケットともいう。）Ｐｄが割り当てられる。各下り固定長パケットＰｄは、加入者局番号Ｐｄ１、隣接パケット有無情報等の制御情報Ｐｄ２、実際のデータである固定長データＰｄ３、及び誤り検出符号Ｐｄ４から構成されている。

１無線フレームの上り回線領域中、上りデータ領域ＴＳ１５は、複数のタイムスロットに分割されており、それぞれに上り固定長パケット（単に、パケットともいう。）Ｐｕが割り当てられる。各上り固定長パケットＰｕは、ガードタイムＰｕ１、プリアンブルＰｕ２、加入者局番号Ｐｕ３、隣接パケット有無情報等を含む制御情報Ｐｕ４、実際のデータである固定長データＰｕ５、及び誤り検出符号Ｐｕ６から構成されている。

なお、上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５の構成は、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ方式とＦＤＤ／ＴＤＭＡ方式とで共通である。

また、１つの無線フレームを構成する上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５の合計タイムスロット数（帯域）は、一定であるが、スロット要求数（帯域要求）に応じて、１無線フレーム毎に、タイムスロット（帯域）を割り当てる、いわゆるスケジューリングの際に、上りデータ領域ＴＳ１５及び下りデータ領域ＴＳ１２のタイムスロット数（帯域）を動的に変更することができる。

１個の下り固定長パケットＰｄあるいは１個の上り固定長パケットＰｕのデータ長は、例えば６４バイトあるいは１２８バイトに選択される。この実施形態では、１２８バイトに選択されている。したがって、１つのタイムスロットに割当可能は帯域は、約１２８［バイト］×８／１０^-3［ＳＥＣ］≒１［Ｍｂｐｓ］になっている。

図３は、例としての加入者局２１と基地局１１の構成を示す無線通信システム１０を示している。なお、図３において、図１に示したアンテナ１２、２２及びアンテナ１２、２２に接続される送受信機回路（高周波回路）及びこの送受信回路に接続される変復調回路は図示していない。

加入者局２１は、基本的に、変復調回路（不図示）に接続されるＴＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ（ＴＤＤ／ＴＤＭＡ）制御回路５２の他、端末２０に接続される通信インタフェース回路５３、下り受信バッファ６１、上り送信バッファ６２及びパケット数計測部６３を備えている。

パケット数計測部６３は、各加入者局２１の上り送信バッファ６２に蓄積されたパケット数を１無線フレームの周期毎に周期的に計測し、これを上りスロット要求７１の情報としてＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２に伝達する。このスロット要求７１の情報は、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２から図２の１無線フレームのスロット要求領域ＴＳ１４の時間帯で、図３に模式的に示すように、伝送路１５を通じ基地局１１に通知される。

基地局（スロット割当装置）１１は、基本的に、変復調回路（不図示）に接続されるＴＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ（ＴＤＤ／ＴＤＭＡ）制御回路１５２、ネットワーク１３に接続される通信インタフェース回路１５３、スロット割当部（帯域割当手段）５４、上り加入者局毎受信バッファ６４、下り加入者局毎送信バッファ６５、パケット数計測部６６、及び加入者局毎保証帯域テーブル（識別手段）６８を備えている。

パケット数計測部６６は、下り加入者局毎送信バッファ６５に蓄積された加入者局２１毎のパケット数を１無線フレームの周期毎に周期的に計測し、これを下りスロット要求７３としてスロット割当部５４に伝達する。ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２は、図２の１無線フレームのスロット要求領域ＴＳ１４の時間帯で通知された各加入者局２１の上りスロット要求７１の情報を抽出し、スロット割当部５４に伝達する。

スロット割当部５４は、加入者局２１毎のパケット数に対応する下りスロット要求７３及び上りスロット要求７１の情報に基づいて、スケジューリングを行い、スロット割当７２の情報を決定し、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２に通知する。

各加入者局２１に対する、上り方向のタイムスロットの割当(帯域割当)は、図２の１無線フレーム内のスロット割当領域ＴＳ２１の時間帯において通知される。

この発明の一実施形態が適用された無線通信システム１０は、基本的には、以上のように構成されるものであり、次に、この実施形態の理解を容易にするために、まず、スロット割当処理（帯域割当処理）の詳細を省略したＡ．概括的な全体動作を説明し、次に、Ｂ．スロット割当部５４による詳細動作の順で説明する。

Ａ．概括的な全体動作
端末２０から対向機器１４に対してデータを伝送しようとするとき、端末２０から加入者局２１に供給されるイーサフレームのようなランダムに発生する可変長のデータが、加入者局２１の通信インタフェース回路５３で、上り固定長パケットＰｕに分割される。このとき、通信インタフェース回路５３で、さらに、各上り固定長パケットＰｕに隣接パケット有無情報等の再合成情報を含む制御情報Ｐｕ４や誤り検出符号Ｐｕ６等が付加されて、上り送信バッファ６２に一旦蓄積される。

各上り固定長パケットＰｕは、加入者局２１からの、上り送信バッファ６２の蓄積量に基づく上りスロット要求（要求帯域）７１に応じた基地局１１からのスロット割当領域ＴＳ２１の内容によりスロット（帯域）が割り当てられ、上り送信バッファ６２からＴＴＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２、図示しないアンテナ等、及び無線回線の伝送路１５を通じて送信側装置として機能する各加入者局２１から送信される。なお、図３中、上りスロット要求７１は、理解の便宜のため、模式的に伝送路１５と並列に描いているが、実際には、無線フレーム中のスロット要求領域ＴＳ１４に含まれて伝送路１５を通じて伝送される。

受信側装置として機能する基地局１１側で、図示しないアンテナ等、及びＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２を通じて受信された各上り固定長パケットＰｕは、一旦、上り加入者局毎受信バッファ６４に格納され、制御情報Ｐｕ４等を基に、通信インタフェース回路１５３でパケットの欠落の有無が検出され、パケットの欠落がなかった場合には再合成され、再合成されたフレームがデータとしてネットワーク１３を通じて対向機器１４に出力される。

その一方、対向機器１４から端末２０に対してデータを伝送しようとするとき、対向機器１４からネットワーク１３を通じて基地局１１に供給されるデータについても同様であるが、この場合、送信側装置として機能する基地局１１の通信インタフェース回路１５３により、下り固定長パケットＰｄに分割され、その際、各下り固定長パケットＰｄに隣接パケット有無情報等の再合成情報が制御情報Ｐｄ２として付加され、下り加入者局毎送信バッファ６５、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２、アンテナ等、及び伝送路１５を通じて受信側装置として機能する加入者局２１に送信され、該加入者局２１の下り受信バッファ６１に一旦蓄積される。

受信され蓄積された下り固定長パケットＰｄは、該当する加入者局２１の通信インタフェース回路５３で制御情報Ｐｄ２に基づいてパケットの欠落の有無が検出され、パケットの欠落がなかった場合には再合成され端末２０に伝送される。

以上の説明が、無線通信システム１０の概括的な全体動作の説明である。

次に、Ｂ．図４のフローチャートを参照して基地局（スロット割当装置）１１のスロット割当手段（制御手段）として機能するスロット割当部５４の詳細なスロット（帯域）割当動作を説明する。

Ｂ．スロット（帯域）割当詳細動作
この場合、予め、加入者局２１をインデックスとする加入者局毎保証帯域テーブル６８が作成される。ここでは、例えば図９に示したように設定されているものとする。すなわち、図５に示すように、識別手段として機能する加入者局毎保証帯域テーブル６８は、例えば、加入者局２１を運用する加入者が、基地局１１を運用する所有者・管理者に予め特別料金を支払うことで保証帯域契約がなされ、特別料金に応じた保証帯域が設定される特別加入者局２１｛＝ＷＴ（Wireless Terminal）３：３［Ｍｂｐｓ］、ＷＴ４：８［Ｍｂｐｓ］、ＷＴ６：４［Ｍｂｐｓ］、ＷＴ８：２［Ｍｂｐｓ］｝と、保証帯域は設定されていないが（換言すれば保証帯域が「０［Ｍｂｐｓ］」に設定されている）使用を許可されている一般加入者局２１｛＝ＷＴ１、２、５、７｝とが識別可能なテーブルである。なお、加入者局毎保証帯域テーブル６８には、上り保証帯域と下り保証帯域が設定されるが、スロット（帯域）割当処理は、上り下りとも同様であるので、図５に示した加入者局毎保証帯域テーブル６８では、繁雑さを回避するために、下り保証帯域の設定は省略している。なお、上り保証帯域と下り保証帯域は、前記保証帯域契約等に基づき、特別加入者局毎に、異なる値に設定することができる。

そこで、まず、ステップＳ１において、スロット割当部５４は、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２から各加入者局２１（ＷＴ１〜ＷＴ８）毎の上りスロット要求（要求帯域）７１を取得するとともに、パケット数計測部６３から各加入者局２１（ＷＴ１〜ＷＴ８）毎の下りスロット要求（要求帯域）７３を取得する。なお、図４に示すフローチャートの制御主体はスロット割当部５４であるので、以下のステップでは、必要に応じて制御主体を省略して説明する。

次に、ステップＳ２において、上り保証帯域の割当処理を行う。この場合、加入者局毎保証帯域テーブル６８が参照され、最初に、保証帯域が設定されている特別加入者局２１（ＷＴ３、４、６、８）に割当が行われる。このとき、設定されている保証帯域と上りスロット要求７１による特別加入者局２１（ＷＴ３、４、６、８）の要求帯域とが比較され、少ない方の帯域が割り当てられる。

すなわち、「保証帯域≧要求帯域」の場合には、「要求帯域」を割り当てる。これにより保証されていても要求がない分を共用帯域として使用することが可能となる。また、「保証帯域＜要求帯域」の場合には、「保証帯域」を割り当てる。これにより最低限保証する帯域が割り当てられる。このステップＳ２の処理により、特別加入者局２１（ＷＴ３、４、６、８）に対し、加入者局毎保証帯域テーブル６８に対応して、図９に示したように、保証帯域「３」「８」「４」「２」［Ｍｂｐｓ］が割り当てられる。

次いで、ステップＳ３において、下り保証帯域の割当処理を行う。この割当処理は、上り保証帯域の割当処理と同じ処理がなされる。すなわち、加入者局毎保証帯域テーブル６８が参照され、保証帯域が設定されている特別加入者局２１に割当が行われる。このとき、設定されている保証帯域と下りスロット要求７３による特別加入者局２１への要求帯域とが比較され、少ない方の帯域が割り当てられる。

すなわち、「保証帯域≧要求帯域」の場合には、「要求帯域」を割り当てる。これにより保証されていても要求がない分を共用帯域として使用することが可能となる。また、「保証帯域＜要求帯域」の場合には、「保証帯域」を割り当てる。これにより最低限保証する帯域が割り当てられる。

次いで、ステップＳ４において、共用帯域を算出し、上下の帯域を分配する。この場合、全データ帯域、すなわち、１つの無線フレーム中、上りデータ領域ＴＳ１５のタイムスロットの数（帯域）と下りデータ領域ＴＳ１２のタイムスロットの数（帯域）の合計値からステップＳ２とステップＳ３で割り当てた帯域（保証帯域又は要求帯域のいずれか少ない方の帯域）を減算した帯域が共用帯域とされる。

そして、上下のスロット要求７１、７３を考慮し、共用帯域を上り帯域（上りデータ領域ＴＳ１５のタイムスロット数）と下り帯域（下りデータ領域ＴＳ１２のタイムスロット数）とに分配する。このようにすれば、１無線フレームの長さ（帯域）は変わらないが、下り回線領域と上り回線領域の長さが、１無線フレーム毎に動的に伸縮することとなり、１無線フレームを無駄なく効率的に使用することができる。このようにして求められた上り共用帯域及び下り共用帯域に対して以下に説明するように帯域の割当が行われる。

ステップＳ４における上下帯域の動的な分配に関し、種々の帯域を符号Ｗ＊＊と表示して、一例を説明すると、ステップＳ２、Ｓ３において上下の保証帯域を上下データ領域ＴＳ１５、ＴＳ１２に割り当てた後、共用帯域（Ｗｐとする。）となる残った上下データ領域ＴＳ１５、ＴＳ１２の合計帯域を所定の割合（５：５、６：４、７：３等）で分配し、分配した共用帯域を上下基準帯域（上り基準帯域Ｗｒｕと下り基準帯域Ｗｒｄ）とする。

この上下基準帯域Ｗｒｕ、Ｗｒｄと、各加入者局２１における上下それぞれの要求帯域の合計である上下合計要求帯域（上り合計要求帯域Ｗｓｕと下り合計要求帯域Ｗｓｄ）に基づいて、共用帯域Ｗｐを割り当てる。すなわち、上りの合計要求帯域Ｗｓｕが上り基準帯域Ｗｒｕを超えかつ下りの合計要求帯域Ｗｓｄが下り基準帯域Ｗｒｄを超えていた場合（Ｗｓｕ＞ＷｒｕかつＷｓｄ＞Ｗｒｄ）、あるいは上り合計要求帯域Ｗｓｕが上り基準帯域Ｗｒｕを下回りかつ下りの合計要求帯域Ｗｓｄが下り基準帯域Ｗｒｄを下回っていた場合には（Ｗｓｕ＜ＷｒｕかつＷｓｄ＜Ｗｒｄ）、上下の共用帯域Ｗｐをそのまま上記上下基準帯域Ｗｒｕ、Ｗｒｄで分配する（共用帯域Ｗｐが上り共用帯域Ｗｐｕと下り共用帯域Ｗｐｄから構成されるとするとＷｐ＝Ｗｐｕ＋Ｗｐｄとなり、この場合、Ｗｐｕ＝Ｗｒｕ、Ｗｐｄ＝Ｗｒｄと分配される。）。

次に、下りの合計要求帯域Ｗｓｄのみが下り基準帯域Ｗｒｄを超えていた場合（Ｗｓｄ＞Ｗｒｄ）には上り合計要求帯域Ｗｓｕを上り共用帯域（Ｗｐｕ＝Ｗｓｕ）とし残りの帯域（Ｗｐ−Ｗｓｕ）を下り共用帯域Ｗｐｄとするように分配する。また、上りの合計要求帯域Ｗｓｕのみが上り基準帯域Ｗｒｕを超えていた場合（Ｗｓｕ＞Ｗｒｕ）には下りの合計要求帯域Ｗｓｄを下り共用帯域（Ｗｐｄ＝Ｗｓｄ）とし残りの帯域（Ｗｐ−Ｗｓｄ）を上り共用帯域Ｗｐｕとするように分配する。このように、動的に分配した上下共用帯域Ｗｐｕ、Ｗｐｄに対して以下に説明するように各加入者局２１の帯域を割り当てる。以下、繁雑となるので、帯域を表す符号Ｗ＊＊は、必要に応じて使用する。

まず、ステップＳ５において、１無線フレームの上り共用帯域の割当がラウンドロビン方式で行われる。以下、加入者局２１を、必要に応じ加入者局Ｎ（Ｎは局番号で上述のＷＴ番号に対応している。Ｎ＝１〜８）あるいは加入者局ＷＴＮ（Ｎ＝１〜８）として説明する。

ステップＳ５ａにおいて、加入者局Ｎに関して割当の済んでいない要求帯域（残要求帯域）が存在するか（残っているか）どうかを上りスロット要求７１及びこれまでの割当結果により確認する。

要求帯域が存在する場合、ステップＳ５ｂにおいて、その加入者局Ｎの保証帯域（この実施形態においては、加入者局Ｎの保証帯域は、図９あるいは図５から分かるように、Ｎ＝１→０，Ｎ＝２→０，Ｎ＝３→３，Ｎ＝４→８，Ｎ＝５→０，Ｎ＝６→４，Ｎ＝７→０，Ｎ＝８→２である。）が割当周回数より小さいかどうかが判定され、小さい場合には、ステップＳ５ｃにおいて、所定帯域（単位帯域）分の共用帯域の割当を行う。この実施形態において、所定帯域は、上り固定長パケットＰｕに対応する１パケット分とされ、上りデータ領域ＴＳ１５において、上り固定長パケットＰｕを１つ送るための１つのタイムスロットが割り当てられる。ここでは、所定帯域（単位帯域）が１［Ｍｂｐｓ］であるものとする。

実際に、ステップＳ５ｂにおいて、１回の割当で、１単位帯域が割り当てられるので、一般加入者局の全加入者局２１の割当を終了した１周目の最小割当帯域は、単位帯域「１」となり、一般加入者局２１の全ての割当を終了した２周目の最小割当帯域は、単位帯域「２」となる。すなわち、周回数と最小割当帯域は同じ値になる。したがって、ステップＳ５ｂの判定では、加入者局Ｎが最小割当帯域、すなわち割当周回数より小さいかどうかの判定となる。

よって、ステップＳ５ｃにおいては、加入者局Ｎに割り当てられている帯域が最小割当帯域であった場合には１単位帯域の新たな割当を行う。すなわち、保証帯域が設定されていない一般加入者局ＷＴ１、２、５、７に対しては１単位帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当て（共用帯域第１割当過程）、ラウンドロビンによる割当が、特別加入者局ＷＴ３、４、６、８の保証帯域を超えた場合には、特別加入者局ＷＴ３、４、６、８に対しても割当を再開する（共用帯域第２割当過程）。

次に、ステップＳ５ｄにおいて、加入者局Ｎの局番号をインクリメントする｛次の局番号の加入者局Ｎ（Ｎ＝Ｎ＋１）の割当に移る。｝。

ステップＳ５ｅにおいて、次に割り当てる加入者局Ｎの局番号が最大加入者局番号Ｎｍａｘ（この実施形態では、Ｎｍａｘ＝８）を超えているかどうかが判定され、超えた場合には、ステップＳ５ｆに示すように、加入者局Ｎの局番号を「１」にもどす。このとき、ステップＳ５ｇにおいて、ラウンドロビンの周回数、すなわち割当周回数を１だけ増加させる（割当周回数＋１）。

次に、ステップＳ５ｈにおいて、全加入者局Ｎの要求帯域（残要求帯域）がゼロ値になったか、もしくは割当可能な共用帯域（残共用帯域）がゼロ値になったかどうかが判定され、いずれもゼロでなかった場合には、ステップＳ５ａ以降の上り共用帯域割当が継続される。なお、ステップＳ５ｈの判定において、共用帯域の割当途中で、割当可能な共用帯域がゼロ値となった場合には、そのときの全加入者局２１の残要求帯域が記憶され、記憶された残要求帯域が、次の無線フレームの共用帯域に割り当てられる。

このようにしてステップＳ５の上り共用帯域の割当処理が終了した後、ステップＳ６において、上り共用帯域の割当処理と同様に下り共用帯域の割当処理を行う。

上述したステップＳ５の共用帯域の割当処理について、図６、図７を参照して、より具体的に説明する。

図６に示すように、ステップＳ２の保証帯域の割当の終了後、ステップＳ５において、加入者局ＷＴ１（Ｎ＝１）から順にランドロビンで共用帯域の割当を行う（白抜き数字の割当１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２の順）が、保証帯域の割り当てられている特別加入者局ＷＴ３、４、６、８に対しては、当初、この場合、割当周回数が２回までは共用帯域の割当を行わない。ただし、割当周回数３回目の「割当１３」では、ラウンドロビンの周回数、換言すれば通常割当帯域（通常割当数）が、加入者局ＷＴ８の保証帯域「２」を超えるので、この「割当１３」分は、保証帯域の割当を行っている特別加入者局ＷＴ８に対しても割当を再開する。

図７は、１無線フレームの上り回線領域中、上りデータ領域ＴＳ１５の全タイムスロット（この実施形態では４６個）に保証帯域（１７個）と共用帯域（２９個）を割り当てた結果を示している。保証帯域が１局の加入者局２１に対する通常割当帯域を超えない限り、帯域割当が平等になっていることが分かる。なお、次の無線フレームの上りデータ領域ＴＳ１５の共用帯域の割当は、加入者局ＷＴ４に保証帯域が設定されているため、加入者局ＷＴ５から、「割当１」が行われることが理解される。

図６、図７の処理を一般的に説明すれば、動的に分配した上り共用帯域Ｗｐｕに対して加入者局２１の局番号順に、当該加入者局２１に既に割り当てられている帯域（既割当帯域）と要求帯域（残要求帯域）を保持している全加入者局２１（当該加入者局２１は除く。）の中で割当（既割当帯域）が一番少ない加入者局２１の帯域（既帯域割当）とを比較し、当該加入者局２１に既に割り当てられている帯域の方が、一番少ない加入者局２１の帯域より少ない場合には当該加入者局２１に１単位帯域の割当を行い、当該加入者局２１に既に割り当てられている帯域の方が、一番少ない加入者局２１の帯域より多い場合には当該加入者局２１に帯域の割当を行わず、次の局番の加入者局２１の割当処理を行う。このようにして割当の順番が最大加入者局番の加入者局ＷＴ８に達した場合には最小加入者局番の加入者局ＷＴ１にもどって割当処理を繰り返す。また、上り合計要求帯域Ｗｓｕを全て割り当てた場合、もしくは分配された帯域を全て割り当てた場合には最後に割り当てた加入者局２１の次の局番号Ｎを記憶し、次の通信フレームにおけるスロット割当（帯域割当）を、この記憶しておいた局番号Ｎの次の加入者局２１から開始する。上りのスロット割当（帯域割当）が終了した後に下りの共用帯域Ｗｐｄに対して上りと同様のスロット割当（帯域割当）を行う。

以上の説明が、スロット（帯域）割当処理の詳細動作である。

なお、この実施形態はＦＤＤ方式にも適用することが可能でありＦＤＤ方式では、加入者局２１では、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路５２が、ＦＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ制御回路に置換され、基地局１１では、ＴＤＤ／ＴＤＭＡ制御回路１５２が、ＦＤＤ−ＴＤＭ／ＴＤＭＡ制御回路に置換される構成とされる（特許文献１の図１０、図１１）。

図８は、ＦＤＤ方式の無線フレームの構成を示している。無線フレームは、図２と図８を参照すれば明らかなように、ＴＤＤ方式では、下り回線と上り回線とが同一周波数を使用して、時間軸上に直列的に分割されているのに対し、ＦＤＤ方式では、下り回線と上り回線に対して異なる周波数を割り当て、時間軸上は並列的に構成されている。

ここで、図８に示す下り無線フレーム中の下りデータ領域は、図２の下りデータ領域ＴＳ１２に示す下り固定長パケットＰｄと同一の構成となっている。

同様に、図８に示す上り無線フレーム中の上りデータ領域は、図２の上りデータ領域ＴＳ１５に示す上り固定長パケットＰｕと同一の構成となっている。

このため、ＦＤＤ方式においても、ＴＤＤ方式と同様に、図６のフローチャート及び図７に示すシーケンスに基づく、同様の処理を行うことができる。

以上説明したように、上述した実施形態によれば、帯域割当手段として機能するスロット割当部５４が、無線フレームに含まれる帯域割当可能な上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５に対し、識別手段のしての加入者局毎保証帯域テーブル６８を参照する。そして、特別加入者局ＷＴ３、４、６、８に保証帯域を割り当てた後、余った共用帯域を、一般加入者局ＷＴ１、２、５、７に、１単位帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当て、ラウンドロビンによる割当が、特別加入者局ＷＴ３、４、６、８の保証帯域を超えた（一番、最初に、保証帯域割当が最小の特別加入者局ＷＴ８の保証帯域「２」を超える。）場合には、特別加入者局ＷＴ３、４、６、８に対しても割当を再開する（この実施形態では、特別加入者局ＷＴ８，３，６，４の順で割当を再開する。）ようにしているので、共用帯域を全体として格差が少なくなるように割り当てられ（図７参照）、より公平感を高く割り当てることができる。なお、上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５の帯域のそれぞれの帯域は、要求帯域に応じて１無線フレーム毎に変更することで、無線フレーム中の帯域使用の無駄を回避し、無線フレーム中の上下データ領域ＴＳ１２、ＴＳ１５の帯域を有効に利用することができる。

さらに、加入者局２１毎の要求帯域を検出する要求帯域検出手段としてのパケット数計測部６３、６６を設けることで、スロット割当部５４は、特別加入者局ＷＴ３、４、６、８に保証帯域を割り当てる際、該特別加入者局ＷＴ３、４、６、８の要求帯域が、該特別加入者局ＷＴ３、４、６、８の保証帯域以下であった場合には、要求帯域を割り当てた後、あるいは該特別加入者局ＷＴ３、４、６、８の要求帯域が、該特別加入者局ＷＴ３、４、６、８の保証帯域を超える場合には保証帯域を割り当て後、余った共用帯域を、一般加入者局ＷＴ１、２、５、７に、１単位帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当て（共用帯域第１割当過程）、ラウンドロビンによる割当が、特別加入者局ＷＴ３、４、６、８への既割当帯域（保証帯域あるいは要求帯域のいずれか少ない方）を超えた場合には、特別加入者局ＷＴ３、４、６、８に対しても割当を再開することで（共用帯域第２割当過程）、特別加入者局ＷＴ３、４、６、８の要求帯域が保証帯域以下である場合に、その差分だけ共用帯域が大きくなるので、一般加入者局ＷＴ１、２、５、７への帯域割当が増加し、無線通信システム１０全体として無線フレームの帯域を無駄なく有効に利用することができる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、例えば伝送回線として無線回線ではなく、基地局と加入者局との間が光ファイバで接続された双方向光回線においても適用することができる等、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この発明の一実施形態が適用された無線通信システムの構成図である。 ＴＤＤ方式の無線フレームの構成図である。 この実施形態の加入者局と基地局の一部省略構成を示す無線通信システムのブロック図である。 タイムスロットの割当処理説明用のフローチャートである。 加入者局毎保証帯域テーブルの説明図である。 この実施形態に係る帯域割当処理の途中の状態を示す説明図である。 この実施形態に係る帯域割当処理の最終的な割当結果を示す説明図である。 ＦＤＤ方式の無線フレームの構成図である。 加入者局に対する保証帯域の割当結果を示す説明図である。 従来技術に係る帯域割当処理の最終的な割当結果を示す説明図である。 他の従来技術に係る帯域割当処理の最終的な割当結果を示す説明図である。

符号の説明

１０…無線通信システム １１…基地局（帯域割当装置）
２１…加入者局 ５４…スロット割当部（帯域割当手段）
６８…加入者局毎保証帯域テーブル（識別手段）
ＷＴ３、４、６、８…特別加入者局 ＷＴ１、２、５、７…一般加入者局

Claims (5)

1. １つの基地局と複数の加入者局間で、時分割多元接続方式により双方向データ通信を行うデータ伝送システムで用いられる一定長さの通信フレームに含まれる上下データ領域への帯域を割り当てる帯域割当装置において、
   保証帯域が設定されている特別加入者局と保証帯域が設定されていない一般加入者局との識別手段と、前記通信フレームに含まれる帯域割当可能な上下データ領域に対し帯域を割り当てる帯域割当手段とを有し、
   前記帯域割当手段は、前記通信フレームに含まれる帯域割当可能な上下データ領域に対し、前記識別手段を参照し、前記特別加入者局に保証帯域を割り当てた後、余った共用帯域を、前記一般加入者局に所定帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当て、ラウンドロビンによる割当が、前記特別加入者局の保証帯域を超えた場合には、前記特別加入者局に対しても割当を再開する
   ことを特徴とする帯域割当装置。
2. 請求項１記載の帯域割当装置において、
   さらに、加入者局毎の要求帯域を検出する要求帯域検出手段を有し、
   前記帯域割当手段は、前記特別加入者局に保証帯域を割り当てる際、該特別加入者局の要求帯域が、該特別加入者局の保証帯域以下であった場合には、要求帯域を割り当てた後、あるいは該特別加入者局の要求帯域が、該特別加入者局の保証帯域を超える場合には保証帯域を割り当て後、余った共用帯域を、一般加入者局に、所定帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当て、ラウンドロビンによる割当が、前記特別加入者局への既割当帯域を超えた場合には、前記特別加入者局に対しても割当を再開する
   ことを特徴とする帯域割当装置。
3. 請求項１または２記載の帯域割当装置において、
   前記保証帯域が前記上下データ領域毎に個別に設定され、
   全特別加入者局に設定される保証帯域の総和が、１つの通信フレームに含まれる割り当て可能な上下データ領域の帯域を超えないように設定されている
   ことを特徴とする帯域割当装置。
4. 請求項１〜３記載の帯域割当装置において、
   前記帯域割当手段は、余った共用帯域を、前記特別加入者局に対しても割当を再開した後、帯域割当可能な上下データ領域の全てに帯域が割り当てられるまでもしくは全加入者局の要求帯域がなくなった場合全加入者局に対して所定帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当てる
   ことを特徴とする帯域割当装置。
5. １つの基地局と複数の加入者局間で、時分割多元接続方式により双方向データ通信を行うデータ伝送システムで用いられる一定長さの通信フレームに含まれる上下データ領域への帯域を割り当てる帯域割当方法において、
   前記通信フレームに含まれる割当可能な上下データ領域に対し、保証帯域が設定されている特別加入者局に保証帯域を割り当てる保証帯域割当過程と、
   保証帯域を割り当てた後、余った共用帯域を、保証帯域が設定されていない一般加入者局に所定帯域分ずつラウンドロビン方式で割り当てる共用帯域第１割当過程と、
   ラウンドロビンによる割当が、前記特別加入者局の保証帯域を超えた場合には、前記特別加入者局に対しても割当を再開する共用帯域第２割当過程と
   を有することを特徴とする帯域割当方法。
   
   

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