JP4949105B2

JP4949105B2 - スロット割当方法およびそれを利用した基地局装置

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Publication number: JP4949105B2
Application number: JP2007087270A
Authority: JP
Inventors: めぐみ小竹; 咲子中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008252181A

Description

本発明は、端末装置にスロットを割り当てる技術に関し、特にスロット連結に好適なスロット割当方法およびそれを利用した基地局装置に関する。

PHS（Personal Handyphone System）のような移動体通信システムにおいては、図１に示すような4スロット多重のTDMA-TDD（Time Division Multiple Access- Time Division Duplex）方式を使用して、端末装置（PS：Personal Station）に通信の単位となるタイムスロットを割り当てて、基地局装置（CS：Cell Station）との間で通信が行われる。

従来のタイムスロットの割り当て方法では、制御を容易にするため、フレームの先頭から順に上りと下りのタイムスロットを端末装置に割り当てるようになっている。（例えば、非特許文献１）
ARIB STANDARD RCR STD-28-1「第二世代コードレス電話システム標準規格」,4.1版,（1/2分冊）

ところで、最近の移動体通信システムでは、データ通信のように、従来の音声通信に比べて高速、大容量のデータ伝送が要求されるようになっており、PHSにおいても複数のタイムスロットを連結して同一の端末装置に割り当てるスロット連結技術の検討が行われている。

しかしながら、従来のタイムスロットの割り当て方法では、フレームの先頭から順にタイムスロットを端末装置に割り当てていくため、端末装置との通信を終えたタイムスロットを解放した場合、そのタイムスロットが、フレーム内の他の端末装置を割り当てていないタイムスロット、すなわち空きタイムスロットと連続していないことがあった。例えば、図１におけるフレームの第１タイムスロットと第２タイムスロットを端末装置に割り当てていた場合、第１タイムスロットを割り当てた端末装置との通信が終わり、これを解放したとしても、第１タイムスロットは他の空きタイムスロットから孤立した状態にある。フレーム内には、第１タイムスロット、第３タイムスロット、第４タイムスロットの合計３つの空きタイムスロットが存在するにも関わらず、連続するタイムスロットは第３タイムスロットおよび第４タイムスロットの２つに止まり、この２つのタイムスロットにしかスロット連結を適用できない。このため、空きタイムスロットに対する効率的なスロット連結を適用させることが困難であった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、空きタイムスロットに対する効率的なスロット連結を適用でき、伝送効率を向上させることが可能なスロット割当方法およびそれを利用した基地局装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様は、割当方法である。この方法は、複数の連続するタイムスロットからフレームを構成し、フレーム端に近いタイムスロットから優先順位をつけてその順に、端末装置に割り当てることをその要旨とする。

ここで、「フレーム端に近いタイムスロット」は、フレームの両端のタイムスロットから時間的に短い間隔に位置するタイムスロットであることを含む。

本発明の別の態様は、基地局装置である。この基地局装置は、複数の連続するタイムスロットからフレームを構成し、タイムスロットを端末装置に割り当てる割当部と、フレーム端に近いタイムスロットから優先順位を付けて特定する特定部とを備え、前記割当部は、前記特定された順で、タイムスロットを端末装置に割り当てることをその要旨とする。

また、前記特定部は、既に端末装置が割り当てられているタイムスロットに隣接するタイムスロットの順位を高くすることが望ましい。

また、前記複数の端末装置との間の通信品質を測定する通信品質測定部をさらに備え、前記特定部は、同じ優先順位のタイムスロットが複数存在すると、前記通信品質がより高いタイムスロットの順位を高くすることが望ましい。

また、前記割当部は、前記測定された通信品質が、通信品質に関するしきい値を超えていれば、前記割り当てを実施することが望ましい。

本発明によれば、フレームを構成するタイムスロットの割当と解放が繰り返された後であっても、空きタイムスロットに対する効率的なスロット連結を適用でき、伝送効率を向上させることが可能となる。

本発明を具体的に説明する前に概要について述べる。本発明の実施の形態は、第二世代コードレス電話システムのように、TDMA−TDD方式により複数の端末装置を接続する基地局装置である。第二世代コードレス電話システムでは図１に示すように、上り通信（端末装置から基地局装置）について４つのタイムスロット、下り通信（基地局装置から端末装置）について４つのタイムスロットによってTDMAフレーム（以下、フレーム）が構成され、さらにフレームが連続して配置されている。本実施の形態においては上り通信と下り通信は対称であるため、以下においては、説明の便宜上、上り通信のみ説明を行う。

本発明の実施の形態に係る基地局装置は、図２に示すように、さらにSDMA（Space Division Multiple Access）も適用し、一つのタイムスロットに複数の端末装置を割り当てる。図２は横軸の方向に時間軸上のタイムスロットの配置、すなわち無線チャンネルの配置を示し、縦軸の方向に空間軸上の無線チャンネルの配置を示す。すなわち、横軸の多重化がTDMAに相当し、縦軸の多重化がSDMAに相当する。図２には１フレームにおける第１タイムスロットから第４タイムスロットが含まれている。図２では第１タイムスロットの一つの無線チャンネルに端末装置Ａが、第２タイムスロットの二つの無線チャンネルに端末装置Ｂと端末装置Ｄが、第３タイムスロットの一つの無線チャンネルに端末装置Ｃが割り当てられている。なお、以下においては、説明の便宜上、一つの空間に限定して一つのタイムスロットには一つの無線チャンネルが含まれるものとし、一つのタイムスロットに一つの端末装置を割り当てる例にもとづき説明を行う。

図３は、タイムスロットの構成を示す概念図である。タイムスロットは、過渡法応答用ランプタイムR、スタートシンボルSS、プリアンブルPR、同期ワードUW、変調パラメータMI、チャンネル種別CIからなる通信制御シンボルが配置されるヘッダー、データシンボルが配置されるペイロード、誤り検出符号CRCおよび隣接するタイムスロット間での干渉を防止するガードシンボルGから構成される。

音声通信のように必要となる通信容量が小さい場合、１つの端末装置にはフレーム単位に１つのタイムスロットが割り当てられる。一方、データ通信のように必要となる通信容量が大きい場合、フレームごとに２つ以上のタイムスロットが連結されて一つの端末装置に割り当てられることもある。

フレームごとに２つのタイムスロットを連結する場合、先頭のタイムスロットのみ通信制御シンボルを配置してフレームを構成し、端末装置に割り当てる。これにより、ペイロードを拡張することが可能となるため、１フレーム当たりの伝送容量を増加させることができる。

このとき、フレームの先頭から順にタイムスロットを端末装置に割り当てていくと、端末装置との通信を終えたタイムスロットを解放した場合、そのタイムスロットがフレーム内の他の空きタイムスロットと孤立していることがあり、他の空きタイムスロットと連結して一つの端末装置に割り当てることができないことがある。

したがって、本発明の実施の形態における基地局装置においては、フレーム端からの間隔が短いタイムスロットを順位付けして特定し、この特定された順にタイムスロットを端末装置に割り当てることとした。これにより、端末装置との通信を終えたタイムスロットを解放したとき、フレーム内の他の空きタイムスロットと連続している可能性が高まり、空きタイムスロットに対する効率的なスロット連結を適用させることができる。

図４は、本発明の実施の形態における移動体通信システム１００の構成を示す概念図である。移動体通信システムは基地局装置１と端末装置２を含む。図４では端末装置２で総称される第１端末装置２ａ、第２端末装置２ｂおよび第３端末装置２ｃの３台を図示しているが、２台以下、もしくは４台以上の端末装置が存在してもよい。

図５は、図４の基地局装置１の構成を示す概念図である。図５において、アンテナ３で総称されるアンテナ３ａ、アンテナ３ｂ、アンテナ３ｃおよびアンテナ３ｄは無線周波数に応じた設定された間隔で配置され、無線周波数の信号を送受信する。アンテナ３はアダプティブアレイアンテナ技術に対応しており、アンテナの指向性は、後述の送受信部５により制御される。図５ではアンテナ２の数を「４」としているが、これ以外の数であってもよい。

無線部４は、受信時にアンテナ３で受信した無線周波数の信号を周波数変換し、ベースバンド信号を導出し、送受信部５に出力する。また、送信時に送受信部５からのベースバンド信号を周波数変換し、無線周波数の信号を導出する。

送受信部５は、受信時に受信信号から導出した受信ウエイトベクトルにより、無線部４から送られてきた受信信号のそれぞれを重み付けし加算する。受信ウエイトベクトルの導出方法としては、LMS（Least Mean Squeare）、RLS（Recursive Least Square）アルゴリズムなどがある。これらアルゴリズムの参照信号として図３に示すプリアンブルPRを用いる。

また、送受信部５は、送信時に受信ウエイトベクトルから、送信信号の重み付けに必要な送信ウエイトベクトルを推定する。送信ウエイトベクトルの推定方法としては、受信ウエイトベクトルをそのまま使用する、などがある。さらに受信時と送信時との時間差によって生じる伝播環境のドップラー周波数変動を考慮し、受信ウエイトベクトルを補正してもよい。

変復調部６は、受信時に送受信部５からの入力に対して復調を行い、IF部７に出力する。また変復調部６は、送信時に変調した信号を送受信部５に出力する。変調方式としては、π／４シフトQPSK（Quadrature Phase Shift Keying）、BPSK（Binary Phase Shift Keying）、QPSK、8QPSK、12QAM（Quadrature Amplitude Modulation）などを用いる。

IF部７は、図示していないネットワークに接続され、受信時に変復調部６において復調した信号を図示していないネットワークに出力する。また、IF部７は、送信時にネットワークからデータを入力し、これを変復調部６に出力する。

通信品質測定部８は、端末装置２から送信された信号の通信品質を測定し、制御部９に出力する。通信品質としては、例えば、D/U比を導出する。通信品質測定部８は、端末装置２から基地局装置１に無線リソース獲得要求があったときの端末装置２から送信された信号の受信レベルを測定しD波レベルとする。なお、無線リソース獲得要求以外に無線リソース獲得再要求やサービスフロー追加要求の受信レベルを測定してD波レベルとしてもよい。また、通信品質測定部８は、割り当てようとする空きタイムスロットにおける受信レベルをU波レベルとして、D波レベルをU波レベルで除算してD/U比を導出する。本発明の実施の形態のようにSDMA（Space Division Multiple Access）を使用している場合、受信レベルは受信ウエイトベクトルに基づいて導出してもよく、無線周波数の信号強度から導出してもよい。

制御部９は、IF部７から通知された通信要求と、変復調部５から送られた受信信号を入力とし、基地局装置１と通信すべき端末装置２に対して、無線チャンネルを割り当てる。また、基地局装置１全体のタイミングの制御等を行う。TDMAにおいては、端末装置２と通信するため端末装置２に対してタイムスロットを割り当てるので、無線チャンネルはタイムスロットに相当する。

制御部９は、端末装置２に割り当て可能なタイムスロットを管理する無線リソース管理部９ａを含む。

また、制御部９は、無線リソース管理部９ａから送られてきた情報およびチャンネル割当部９ｃから送られた情報を入力とし、端末装置に割り当てるタイムスロットに優先順位を付けて特定するスロット特定部９ｂを含む。優先順位は、フレームの両端のタイムスロットから時間的に短い間隔に位置するタイムスロットほど高くなるように設定する。また、フレームの両端のタイムスロットから同じ間隔で位置する場合は、端末装置を割り当てたタイムスロットに隣接するタイムスロットほど優先順位を高く設定する。

制御部９は、さらに端末装置２に無線チャンネルであるタイムスロットを割り当てるチャンネル割当部９ｃを含む。

図６および図７は、チャンネル割当部９ｃによるタイムスロットの割当例を示す概念図である。図６および図７のそれぞれには、１フレームにおける上り回線の第１タイムスロットから第４タイムスロットが含まれる。また、図６および図７のそれぞれでは、各タイムスロットに記載されている長方形の中に「端末装置２ａ」および「端末装置２ｂ」を表示して、「端末装置２ａ」および「端末装置２ｂ」が該当するタイムスロットに割り当てられたことを示している。

図６はフレーム内のタイムスロットが全て空きタイムスロットの場合に、単一タイムスロット割当要求（例えば、音声呼）を行った端末装置に一つのタイムスロットを割り当てたフレーム構成である。

図６に示す割当例において、無線リソース管理部９ａからフレーム内の全てのタイムスロットは空きタイムスロットである旨の情報を受理したスロット特定部９ｂは、フレームの両端のタイムスロットから順に高い優先順位を付ける。このとき、同じ優先順位のタイムスロットが複数存在していた場合は、通信品質が高いタイムスロットの優先順位が高くなるよう設定する。第１タイムスロットと第４タイムスロットはフレーム端からの近さが同じであるため、スロット特定部９ｂは、第１タイムスロットと第４タイムスロットのD/U比を通信品質測定部８から受理する。ここでは、第１タイムスロットの通信品質が第４タイムスロットの通信品質よりも高かったとする。このため、スロット特定部９ｂは、第１タイムスロットに優先順位「１」を付け、第４タイムスロットに優先順位「２」をつける。

次に、第１タイムスロットと第４タイムスロットを除外したフレーム内の空きタイムスロットのうちでフレームの両端のタイムスロットに最も近い第２タイムスロットと第３タイムスロットに優先順位を付ける。第２タイムスロットと第３タイムスロットは、フレーム端からの近さが同じであるため、スロット特定部９ｂは、第２タイムスロットと第３タイムスロットのD/U比を通信品質測定部８から受理する。ここでは、第２タイムスロットの通信品質が第３タイムスロットの通信品質よりも高かったとする。このため、スロット特定部９ｂは、第２タイムスロットに優先順位「３」を付け、第３タイムスロットに優先順位「４」をつける。全ての空きタイムスロットに優先順位を付けたので、この情報をチャンネル割当部９ｃに送る。

チャンネル割当部９ｃは、空きタイムスロットのD/U比を通信品質測定部８から受理し、スロット特定部９ｃから送られた優先順位にもとづき、最も高い第１タイムスロットと第４タイムスロットから順に、それぞれのタイムスロットの通信品質が端末装置２ａを割り当て可能なしきい値を超えているか否かを判定する。

図６に示す割当例では、第１タイムスロットがこのしきい値を超えていたので、端末装置２ａに第１タイムスロットを割り当てている。

図７はフレーム内の第３タイムスロットが割当済の場合に、単一タイムスロット割当要求（例えば、音声呼）を行った端末装置に一つのタイムスロットを割り当てたフレーム構成である。

図７に示す割当例において、フレームの両端のタイムスロットである第１タイムスロットと第４タイムスロットは空きタイムスロットであるため、フレーム端からの近さのみで優先順位を付けると第１タイムスロットと第４タイムスロットにはフレーム内の最も高い優先順位が付く。しかし、その優先順位に従い第１タイムスロットに新たな端末装置を割り当てたとすると、第１タイムスロットを割り当て後の空きタイムスロットは第２タイムスロットと第４タイムスロットになり、フレーム内の存在する２つの空きタイムスロットは連続しない。一方、第４タイムスロットに新たな端末装置を割り当てたとすると、第４タイムスロットを割り当て後の空きタイムスロットは第１タイムスロットと第２タイムスロットになり、これら２つの空きタイムスロットは連続する。つまり、端末装置を割り当てたタイムスロットが存在する場合、連続する空きタイムスロットを増やすためには、そのタイムスロットに隣接するタイムスロットにより高い優先順位を付けることが好ましい。

そこで、無線リソース管理部９ａからフレーム内の第３タイムスロットを除くタイムスロットは空きタイムスロットである旨の情報を受理したスロット特定部９ｂは、フレームの両端のタイムスロットであり、かつ第３タイムスロットに隣接している第４タイムスロットに高い優先順位（ここでは「１」）を付ける。そして第１タイムスロットにはそれより低い優先順位（ここでは「２」）を付ける。第１タイムスロットと第４タイムスロットを除外したフレーム内の空きタイムスロットのうちでフレームの両端のタイムスロットに最も近い第２タイムスロットに次に高い優先順位（ここでは「３」）を付ける。フレーム内の全ての空きタイムスロットに優先順位を付けたので、この情報をチャンネル割当部９ｃに送る。

チャンネル割当部９ｃは、空きタイムスロットのD/U比を通信品質測定部８から受理し、スロット特定部９ｃから送られた優先順位にもとづき、最も高い第４タイムスロットから順に、タイムスロットの通信品質は端末装置２ａを割り当て可能なしきい値を超えているか否かを判定する。

図７に示す割当例では、第４タイムスロットがこのしきい値を超えていたので、端末装置２ｂに第４タイムスロットを割り当てている。

以上の構成による基地局装置１の動作を説明する。図８は、移動体通信システムによる通信の開始手順を示すシーケンス図である。端末装置２は基地局装置１に対して、無線リソース獲得要求を送信する（S10）。基地局装置１は、端末装置２にチャンネル割当を実施した後（S20）、端末装置２に無線リソース割当を送信する（S30）。その後、基地局装置１と端末装置２は同期を確立したTCHにて通信を実行する。

図９、図１０および図１１は、基地局装置１が実施するチャンネル割当を示すフローチャートである。

無線リソース獲得要求があると、制御部９は、無線リソース管理部９ａでタイムスロットの使用状態の確認行い、通信品質測定部８に空きタイムスロットごとのD/U比の導出を指示する（S2000）。通信品質測定部８は、空きタイムスロットごとのU波を測定するとともに、無線リソース獲得要求をした端末装置２のD波を測定し、空きタイムスロットごとのD/U比を導出して制御部９に出力する。

制御部９は、端末装置２からの無線リソース獲得要求がスロット連結割当か否かを判定する（S2001）。スロット連結割当でない場合は（S2001のN）、制御部９はスロット特定部９ｂにフレーム内の空きタイムスロットに優先順位を付けるように指示を行う。

スロット特定部９ｂは、無線リソース管理部９ａから送付される情報にもとづき、フレーム内に端末装置が割当済のタイムスロットが存在するか否かを判定する（S2002）。存在する場合は（S2002のY）、端末装置が割当済のタイムスロットに隣接するフレームの両端のタイムスロットが存在するか否かを判定する（S2003）。存在する場合は（S2003のY）、そのタイムスロットに最も高い優先順位を付ける（S2004）。

一方、フレーム内に端末装置が割当済のタイムスロットが存在しない場合（S2002のN）、あるいは、端末装置が割当済のタイムスロットに隣接するフレームの両端のタイムスロットが存在しない場合は（S2003のN）、空きタイムスロットのうちでフレームの両端のタイムスロットからの近さが同じタイムスロットが複数存在するか否かを判定する（S2005）。存在する場合は（S2005のY）、通信品質測定部８から送られたD/U比を参照し、それらタイムスロットに優先順位を付ける際、通信品質が良いタイムスロットの優先順位が高くなるように設定する（S2006）。そして、フレームの両端に近い空きタイムスロットから順に優先順位を付ける（S2007）。

スロット特定部９ｂは、フレーム内の全ての空きタイムスロットに優先順位を付けると、その結果をチャンネル割当部９ｃに送る。

制御部９は、スロット特定部９ｂより優先順位を付けた旨の応答があると、チャンネル割当部９ｃに端末装置２に対する無線チャンネル割当を実施するよう指示を行う。

チャンネル割当部９ｃは、スロット特定部９ｂから送られたフレーム内の空きタイムスロットの優先順位にもとづき、優先順位が最も高いタイムスロットから順に、通信品質測定部８から送られたD/U比を参照し、そのタイムスロットに端末装置２を割り当てることが可能か否かを判定する（S2008）。割り当て可能か否かの判定は、そのタイムスロットのD/U比が通信品質に関する第１しきい値を超えているか否かで判定する。

そのタイムスロットのD/U比が割り当て可能な第１しきい値を超えていた場合（S2008のY）、チャンネル割当を実施し、そのタイムスロットに端末装置２を割り当てる（S2009）。一方、そのタイムスロットのD/U比が割り当て可能な第１しきい値より小さい場合（S2008のN）、そのタイムスロットを割当対象から除外し（S2010）、次に優先順位が高いタイムスロットを選び、割当対象となるタイムスロットがなくなるか（S2011のN）、またはチャンネル割当を実施するまで（S2009）、上記操作を繰り返す。

このような本発明の実施の形態によれば、以下の通りの作用効果を享受することができる。

スロット特定部９ｂは、フレーム内の空きタイムスロットのうちで、フレームの両端に近いタイムスロットから順に高い優先順位付け、チャンネル割当部９ｃは、その優先順位にもとづき、最も優先順位が高いタイムスロットから端末装置に割り当てるため、端末装置との通信を終えたタイムスロットを解放したとき、フレーム内の他の空きタイムスロットと連続している可能性が高まり、空きタイムスロットに対する効率的なスロット連結を適用させ、伝送効率を向上させることができる。

また、スロット特定部９ｂは、フレーム内の空きタイムスロットのうちで、フレームの両端のタイムスロットから最も近く、かつ端末装置が割当済のタイムスロットに隣接するタイムスロットに高い優先順位を付けるため、フレーム内に端末装置が割当済のタイムスロットが存在する場合であっても、そのタイムスロットを割り当てた後に、空きタイムスロットが連続している可能性が高く、空きタイムスロットに対する効率的なスロット連結を適用させ、伝送効率を向上させることができる。

また、通信品質測定部８は、空きタイムスロットごとに端末装置との間の通信品質を測定し、スロット特定部９ｂは、フレーム内の空きタイムスロットのうちで、フレームの両端のタイムスロットからの近さが同じタイムスロットが複数存在すると、通信品質がより高いタイムスロットに高い優先順位を付けるため、単一タイムスロット割当要求を行った端末装置との間の伝送品質を向上させながら、空きタイムスロットに対する効率的なスロット連結を適用させ、伝送効率を向上させることができる。

また、チャンネル割当部９ｃは、空きタイムスロットの通信品質および優先順位にもとづき、端末装置にタイムスロットを割り当てるか否か判定するため、端末装置との間の伝送品質を維持しながら、空きタイムスロットに対する効率的なスロット連結を適用させ、伝送効率を向上させることができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明をしてきたが、本発明は、この実施の形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に規定された本発明の適用範囲にあり、上述した実施の形態の構成が備える機能を達成可能であれば、いろいろな変形が可能である。

例えば、本発明の実施の形態において通信システム１００はTDMAとSDMAが適用されるとして説明したが、これにかぎらず、通信システム１００は、少なくともTDMAが適用されていればよい。例えば、TDMAとCDMA（Code Division Multiple Access）が適用されてもよく、またTDMAとOFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が適用されてもよい。

TDMAフレーム構成を示す概念図 SDMAによる空間多重化されたタイムスロットを示す概念図タイムスロットの構成を示す概念図本発明の実施の形態に係る通信システムの構成を示す概念図本発明の実施の形態に係る基地局装置の構成を示す概念図スロット割当例を示す図スロット割当例を示す図本発明の実施の形態に係る通信システムの通信の開始手順を示すシーケンス図スロット割当の動作例を示すフローチャートスロット割当の動作例を示すフローチャートスロット割当の動作例を示すフローチャート

符号の説明

４無線部
５送受信部
６変復調部L
７ IF部
８通信品質測定部
９制御部
９ａ無線リソース管理部
９ｂスロット特定部
９ｃチャンネル割当部

Claims

複数の連続するタイムスロットからフレームを構成し、フレーム端に近いタイムスロットから優先順位をつけてその順に、端末装置に割り当てる際、同じ優先順位のタイムスロットが複数存在すると、通信品質がより高いタイムスロットの順位を高くすることを特徴とする割当方法。
複数の連続するタイムスロットからフレームを構成し、タイムスロットを端末装置に割り当てる割当部と、
フレーム端に近いタイムスロットから優先順位を付けて特定する特定部と、
前記端末装置との間の通信品質を測定する通信品質測定部とを備え、
前記特定部は、同じ優先順位のタイムスロットが複数存在すると、前記通信品質がより高いタイムスロットの順位を高くし、
前記割当部は、前記特定された順で、タイムスロットを端末装置に割り当てることを特徴とする基地局装置。
前記特定部は、既に端末装置が割り当てられているタイムスロットに隣接するタイムスロットの順位を高くすることを特徴とする請求項２に記載の基地局装置。
前記割当部は、前記通信品質が、通信品質に関するしきい値を超えていれば、前記割り当てを実施することを特徴とする請求項２に記載の基地局装置。