JP2003503919A - 時分割デュプレックス通信システムにおけるリソース管理とトラヒック制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 時分割デュプレックス通信システムにおけるリソース管理とトラヒック制御に関するシステムと方法が開示される。多重無線基地局は、それぞれが特定の帯域幅比を要求する複数のリモート端末と接続する通信リンクを確立する。コントローラが、要求された帯域幅比を解析し、パッキングスキームに従って基地局無線機にスロットを割当てる。このため、多重基地局無線機の通信リンクの送受信タイミングが同期する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景 本発明は、無線通信、特に、時分割デュプレックス通信を用いるセルラー無線
電話システムに関する。

【０００２】 移動及びコードレス無線電話の適用が、ますます広範囲に広がっている。また
、セルラー無線電話システムは有名であり、発達して高い水準に届いている。セ
ルラーシステムは、一般的に、戦略的な場所に位置する複数の無線基地局の基幹
ネットワークから成る。各基地局は、セルと呼ばれるそれぞれの地理的範囲を覆
っている。そして、隣接するセルが部分的に重なるので、移動電話のような携帯
端末は、基幹ネットワークとの交信が途絶えることなく、あるセルから別のセル
に移動することができる。携帯端末が通信セッション間を移動する場合、基地局
に対する携帯端末の位置によるプロセスに従って、ある無線基地局から別の無線
基地局にコネクションがハンドオフされる。

【０００３】 世界中で、セルラーシステムは、全国規模の公衆電話を提供するために展開さ
れ続けている。広域移動電話システムの最新例として、ＧＳＭ（Global System
for Mobile communications）、Ｄ−ＡＭＰＳ（Digital Advanced Mobile Phone
System）、ＣＤＭＡ（IS-95）システム及びＰＤＣ（Personal Digital Cellula
r）システムがある。これらのシステムは、一般的に国の監理局によって認可さ
れる無線スペクトルの一部を使用して、様々な公衆サービスを提供するオペレー
タによって運営される。

【０００４】 これらの認可されたスペクトルを用いたセルラー通信システムに加えて、新し
い種類のセルラーシステムが市場に参入しつつあり、現在、屋内環境（例えば、
会社、家、展示ホール等）と、ローカルエリア（例えば、学校のキャンパス、会
社の駐車場等）のような制限地域において展開されている。これらの新しいシス
テムは、個人的に所有され、一般的に900MHz、2400MHz及び5700MHzで広く利用さ
れる工業的、科学的及び医学的（ＩＳＭ）帯域の無線スペクトルの認可されてい
ない部分を使用する。このようなローカルエリアであって、認可されていないス
ペクトルを用いる移動通信システムの例が、ＤＥＣＴ（Digital European Cordl
ess Telephone）システム、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）及びＷＬＡ
Ｎｓ（wireless local area computer networks）である。

【０００５】 セルラーシステムにおいて巧みにリソース割当てを行うことは、極めて重要で
ある。基幹ネットワークに対して移動端末またはコードレス端末を接続するため
に、ネットワーク（例えば、無線基地局）へのアクセスポイントと、そのアクセ
スポイントにその端末を接続するための無線チャネルが利用可能でなければなら
ない。アクセスポイントと無線チャネルの両方とも割当て可能なシステムリソー
スであると考えることができる。コネクションが確立される場合、アクセスポイ
ント及び／または端末は、無線チャネルを選択しなければならないが、無線リソ
ースが不十分である。セルラーシステムという概念は、限定的な無線スペクトル
で多くの端末をサポートする方法であり、このスペクトルを異なるコネクション
において同時使用可能とする複数のチャネルに配分し、意図された受信信号に対
して相互干渉が小さくなるほど、異なるコネクションに加わるユーザ間の地理的
な距離は十分に離される。

【０００６】 ほとんどのセルラーシステムにおいて、接続を求めるリモート端末に最も近い
アクセスポイントがその端末に割当てられる。これは、そのアクセスポイントが
、通常、その端末に対して最も低い伝搬損失を供給するためである。リモート端
末は、所定の無線チャネルのアクセスポイントによって報知される制御または標
識信号についてのスペクトルを定期的に走査する。そして、各端末は、受信する
最も強い制御または標識チャネルに対して、自身を追跡または同期させる。

【０００７】 いくつかの移動システムにおいて、端末は最も強いアクセスポイントにデフォ
ルトで追跡するのではなく、例えば、基地局が利用可能な無線チャネルを有する
か否か、及び／または、利用可能な全無線チャネルの干渉が十分低いか否かとい
った他の基準に基づいてアクセスポイントを選ぶ。実際に、それは重要な最高搬
送波電力を有するチャネルではなく、最高搬送波対干渉波（Ｃ／Ｉ）比を有する
チャネルである。基地局とチャネル選択がＣ／Ｉ比に基づく例示的通信システム
は、「電力制御と移動機補助ハンドオーバ装置を用いてチャネルを割当てる方法
とシステム（Method and System for Channel Allocation Using Power Control
and Mobile-Assisted Handover Measurements）」としてハートセン（Haartsen
）に付与された米国特許第5,491,837号に記載されており、ここに文献を援用す
る。

【０００８】 一般に、通信システムによって使用される特定のアクセス技術によれば、「チ
ャネル」は搬送波周波数、タイムスロット、コードまたはこれらのハイブリッド
である。周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）システムでは、無線チャネルは、通信
セッション間に通常割当てられる送信のための無線周波数（ＲＦ）搬送波信号と
、受信のためのＲＦ搬送波信号である。（通常、専用帯域のそれぞれから選択さ
れる送信搬送波と受信搬送波とを分離することにより、同時に送信及び受信が可
能となり、周波数分割デュプレックス（ＦＤＤ）と呼ばれる。）高度移動電話シ
ステム（ＡＭＰＳ）とノルディック移動電話（ＮＭＴ）システムは、搬送波周波
数変調を使用する簡単なＦＤＭＡシステムの一例である。ＧＳＭのような時分割
多元接続（ＴＤＭＡ）システムでは、各搬送波信号は、最大８人のユーザによっ
て時分割される。すなわち、各搬送波信号は、それぞれ８つのタイムスロットの
連続フレームを送信し、各フレームの１つ以上のタイムスロットがセッションに
割当てられる。直接拡散（direct-sequence）符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）シ
ステムにおいて、送信される情報ビットストリームは、固有のコードシーケンス
の連続する繰り返しから構成されるより高速のビットストリームに上に有効に重
畳される。そして、重畳されたビットストリームは、ＲＦ搬送波信号の変調とし
て送信された結果、他のビットストリーム、通常は疑似雑音、による乗算によっ
てスクランブルがかけられる。

【０００９】 ＡＭＰＳやＮＭＴシステムのような第一世代セルラーシステムはアナログであ
って、送信されるアナログ（時間的に連続する）情報信号が搬送波信号の周波数
を変調するというものである。低速ディジタルデータの送信はアナログモデムを
使用することによって可能であるけれども、アナログシステムの主な役割は音声
サービスである。ＧＳＭやＤ−ＡＭＰＳのような第二世代システムでは、送信さ
れる情報信号はディジタル（バイナリビット）であって、その情報を圧縮し、誤
り訂正符号化し、パケットにまとめ、バーストまたはパケットに送信することを
可能にする。したがって、搬送波信号は、一つの接続に対して絶えず使用されて
いる必要はない。代わりに、搬送波を複数のスロットに分割することができる。
そして、ＴＤＭＡにおけるように、異なるスロットを異なるユーザに割当てるこ
とが可能である。現在の第二世代のＴＤＭＡシステムでは、ＣＤＭＡシステムと
同様に、スペクトルはさらに搬送波周波数のいくつかの帯域に分割され、そのた
めこのようなシステムはさらにＦＤＭＡの要素を有する。各搬送波がタイムスロ
ットに分割される場合、これによってハイブリッドＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステム
がもたらされる。そして、各ユーザがそれぞれのコードによって分離される場合
、これによってハイブリッドＦＤＭＡ／ＣＤＭＡシステムがもたらされる。また
、ハイブリッドＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ／ＣＤＭＡシステムは説明されてきたとおり
である。

【００１０】 タイムスロットシステムの別の利点は、ダウンリンク（基地局からリモート端
末への）送信とアップリンク（リモート端末から基地局への）送信が、同時に起
こることがなく、ＦＤＤは必要がないということである。その代わりに、ダウン
リンク及びアップリンク送信が、時分割デュプレックス（ＴＤＤ）と呼ばれる同
一搬送波上での異なるタイムスロットで起こる。フルデュプレックスオペレーシ
ョンが、送信と受信とを交替することによって獲得される。広域サービスに使用
されるセルラーシステムのような通信システムは、まだＦＤＤを使用している。
ここで、ＦＤＤは、アクセスポイント間の干渉を防ぐのを助けるので、アクセス
ポイントが高い位置に設置されることが好ましい。屋内通信システムと他の高速
データシステムでは、そのスペクトルが専用のダウンリンク及びアップリンク帯
域に分割されないＴＤＤが好んで使用される。これによって、すなわち送信機及
び受信機ハードウェア間が十分に分離されている必要のある、高価な送受切換器
を避けながら、送信と受信プロセスが同一ハードウェアで連続して起こるので、
無線トランシーバの費用を削減することが可能になる。さらに、全スペクトル帯
域からダウンリンク及びアップリンクチャネルを選ぶことができる。

【００１１】 ＤＥＣＴシステムのような従来のＴＤＤシステムでは、ダウンリンク及びアッ
プリンクチャネルは同一の搬送波周波数を使用する。「ブルートゥース」システ
ムのようなさらに高度なＴＤＤシステムでは、次のような周波数ホッピング概念
を使用する。すなわち、ダウンリンク送信とアップリンク送信とが、異なるタイ
ムスロットで生じるが、スロットがダウンリンクスロットであるかアップリンク
スロットであるか否かに関係なく、各スロットに対する搬送波周波数が異なって
おり、特定の無線帯域におけるどんな搬送波であってもよい。ブルートゥースシ
ステムに関する情報は、http://bluetooth.ericsson.se/bluetooth/default.asp
で利用可能である。

【００１２】 音声通信のような対称型のサービスでは、ダウンリンク及びアップリンクで必
要とされる帯域幅は実質的に同じである（双方は多かれ少なかれ等しい通話時間
を費やす）。そして、その結果、実質的に等しい大きさでダウンリンク部分とア
ップリンク部分へ無線帯域を分割することは理に適っている。しかしながら、デ
ータサービスは一般的に非対称である。すなわち、ダウンリンクとアップリンク
で必要とされる帯域幅は実質的に等しくないということである（ある部分が他の
部分よりも多くのダウンロード時間を費やす)。そして、その結果、ダウンリン
ク及びアップリンク部が等しい大きさであることはあまり魅力がない。インター
ネットサービスのようなサービスの中には、アップリンク帯域幅よりもはるかに
多くのダウンリンク帯域幅または収容能力を必要とするものがあり、その逆の場
合もある。前者の場合、ダウンリンク帯域は、より大きいことが望ましい。

【００１３】 ＦＤＤシステムにおいて、通常、ダウンリンク及びアップリンク帯域は固定さ
れており、変えることはできない。すなわち、ダウンリンク及びアップリンク周
波数の間は、厳密に分離されている。ＴＤＤシステムでは、ダウンリンクとアッ
プリンクが厳密に分離されていないので、ダウンリンク及びアップリンクチャネ
ルをより柔軟に割当てることができる。実際に、もっぱらダウンリンクまたはア
ップリンクサービスを行うために一時的に全帯域を割当てることができる。上述
したようにＴＤＤシステムでは、チャネルが連続したタイムスロット中に分割さ
れ、各スロット間で、一つ以上のパケットやバーストが送信される。対称型リン
クに関して、ダウンリンク及びアップリンク送信間のスロットの割当ては実質的
に同一である。また、非対称型リンクに関して、例えば、ダウンリンクにはアッ
プリンクよりも多くのスロットが割当てられる。この割当ては動的に実行される
。すなわち、トラヒックの需要が変化するにつれて、ダウンリンクとアップリン
ク間の帯域幅割当てが、スロット割当てを変化することによって変えられる。

【００１４】 それにもかかわらず、ＴＤＤスロット割当ての融通性にも制限がある。ＴＤＤ
無線トランシーバは、送信あるいは受信のどちらかができるが、同時にはできな
い。単一のトランシーバを備える基地局にとって、このことは欠点ではなく、む
しろ高価な送受切換器を避けることができるので利点となる。しかし、これによ
って、基地局が容量を増加させるために追加トランシーバを備えなければならな
い場合は、ある問題の原因となる。送受信が異なる帯域で起こる場合、送受切換
器は問題ではないが、送信及び受信周波数が同一帯域であって、多重無線が単一
の基地局にまとめられなければならない場合のように送信機及び受信機が物理的
に接近している場合は、同時の送受信が不可能である。なぜならば、送信機が送
信する場合、比較的高レベルの信号が同位置にある受信機のフロントエンドを飽
和状態にするためである。同位置にある送信機から受信される信号と、リモート
端末から受信される信号との間のレベル差は、７０ｄＢかそれ以上である。その
レベル差はあまりにも大きいので、基地局受信機は、同位置の送信機からの干渉
信号から、リモート端末からの必要な信号を首尾よくフィルタリングすることが
できる可能性はない。

【００１５】 多くのＴＤＤトランシーバが同一基地局に統合されるこれまでに唯一知られて
いる方法は、全トランシーバが送信するか、または全トランシーバが同時に受信
するように、それらのダウンリンク及びアップリンク送信を同期させることであ
る。これによって、受信機が一つまたはそれ以上の送信機によって隠されること
を防ぐことができる。また、対称型のサービスを提供するシステムにとってはほ
とんど問題がない。同期されたダウンリンク及びアップリンク送信とは、単に、
スロットが、異なる無線のダウンリンクスロット間にアライメントがあり、かつ
、異なる無線のアップリンクスロット間にアライメントがあるように、スロット
が割当てられなければならないことを意味する。しかしながら、非対称（すなわ
ち、ダウンリンク及びアップリンク帯域幅間の不均衡）が無線機で同一であるこ
とが要求されるというダウンリンク／アップリンク同期要求によって、非対称型
のサービスは厳しく制限される。

【００１６】 したがって、本発明の目的は、前述したＴＤＤ通信システムにおいてこれらの
問題を解決し、そして多重無線ユニットを有するＴＤＤシステムにおいて非対称
型のサービスをサポートして賢明なリソース割当てと非対称型トラヒックのスマ
ートな制御を使用する方法及び装置を提供することである。

【００１７】 要約 出願人の発明に従ったＴＤＤ通信システムでは、基地局選択とチャネル選択と
は、要求されるサービスの非対称性と受信信号強度及びチャネルアベイラビリテ
ィとに基づいている。多重無線基地局では、ダウンリンク／アップリンクスロッ
トが好適に割当てられるので、同時に全ての無線基地局が送信及び受信できる。
個々のユーザまたはグループとしての全ユーザに対して、最適のスループットを
獲得するために複数のスロットは選択的にパックされる。同一領域を覆う複数の
基地局を有するシステムにおいて、実質的に同一のダウンリンク／アップリンク
非対称性を有する端末は同一の基地局に接続することになるように基地局が選択
されることが望ましい。

【００１８】 ある態様において、本発明は、多重無線基地局と多くのリモート端末との間に
通信リンクを構築する通信システムにおいて、各リモート端末が特定の帯域幅比
を要求し、（ａ）それぞれのリモート端末の要求する帯域幅比の高いものから順
に、利用可能な基地局無線機に対してリモート端末を連続して割当て、（ｂ）利
用可能な基地局無線機が最初のリモート端末を割当てられた後、それぞれのリモ
ート端末の要求する帯域幅比の高いものから順に、ステップ（ａ）で構築された
逆順の基地局無線機に対して残りのリモート端末を割当てるステップを含む通信
リンクにスロットを割当てる方法を提供する。

【００１９】 別の態様において、本発明は、多重無線基地局と多くのリモート端末との間の
通信リンクを構築する通信システムにおいて、各リモート端末が特定の帯域幅比
を要求し、（ａ）リモート端末の送信要求をサポートするために必要な最小の数
の基地局無線機を決定し、（ｂ）それぞれのリモート端末が要求する帯域幅比の
高いものから順に、ステップ（ａ）で求められた最小の数の基地局無線機から選
択される利用可能な基地局無線機に対してリモート端末を連続して割当て、（ｃ
）利用可能な基地局無線機が最初のリモート端末を割当てられた後、それぞれの
リモート端末の要求する帯域幅比の高いものから順に、ステップ（ｂ）で構築さ
れた逆順の基地局無線機に対して残りのリモート端末を割当てるステップを含む
通信リンクにスロットを割当てる方法を提供する。

【００２０】 さらに別の態様において、本発明はある通信システムを提供する。そのシステ
ムは、リモート端末に接続する通信リンクを開設するために、複数の無線トラン
シーバを備える基地局と、多くのリモート端末と、基地局の範囲内に位置する複
数のリモート端末の中で無線トランシーバを割当てるためのコントローラとを含
む通信システムであって、前記コントローラが、多重基地局無線機通信リンクの
送信及び受信タイミングを同期させるパッキングスキームに従って基地局無線機
に対してスロットを割当てる。

【００２１】 詳細な説明 出願人の発明によるＴＤＤ通信システムは、データサービスを提供するような
場合、非常に融通性がある。その理由として、ユーザのニーズに従ってそのユー
ザに搬送波信号上のタイムスロットを割当てたり、再割当てすることによって、
システムユーザの中で帯域を動的に割当てたり、再割当てしたりできるからであ
る。

【００２２】 ＴＤＤ無線機１００に関するハードウェア構造の一例が、図１に示される。送
信処理と受信処理とが異なる瞬間に起こるので、両処理に対して同一の回路を使
用することができる。その結果、単純な無線機が得られる。実際に、「１チップ
無線機（A One-Chip Radio）」という米国特許第08/803,392号における例に記載
されているように、単一の集積回路またはチップとして無線機が構築される。

【００２３】 図１の単純化された表示で見られるように、無線機１００によって送信される
情報（ＴＸ情報）は、変調器１０２に送られる。ここで、変調器１０２は、シス
テムで採用された形式及びアクセス技術に従って、ＴＸ情報と共に電圧制御発振
器（ＶＣＯ）１０４によって提供されるより高周波搬送波の信号を変調する。変
調器１０２で生成される被変調搬送波の大きさは、通常、電力増幅器（ＰＡ）１
０６によって増幅される。ここで、電力増幅器１０６は、送信のために適したア
ンテナ１０８に対して出力信号を供給する。ＴＸ情報が、誤り訂正符号とおそら
くセキュリティ符号に従って一般に符号化されるということが理解できよう。前
方誤り訂正とスクランブリング符号は、セルラー無線電話の技術においては有名
であるので、それらについてはここでより詳細に記載する必要はない。出力信号
が送信されていないとき、アンテナ１０８は、他のシステムユーザによって送信
された被変調搬送波信号の一部を受信し、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１０にその
部分を供給する。ここで、低雑音増幅器１１０は、実質的な雑音を付加すること
なく、受信した部分の強度を増幅し、ミキサ１１２に対して増幅された被変調搬
送波信号を供給する。受信された搬送波信号は、電圧制御発振器１０４によって
供給される局所発振器信号に基づいたヘテロダイン法と呼ばれる工程において、
ミキサ１１２によって抽出される。そして、その結果得られる信号は、受信され
た情報（ＲＸ情報）を共同して生成するチャネルフィルタ１１４及び復調器１１
６に供給される。本質的に、ＲＸ情報は、別のユーザによって送信された搬送波
信号を変調したＴＸ情報のレプリカである。ＴＸ情報が、符号化及び／またはス
クランブルされている場合、ＲＸ情報は、ユーザあるいはさらなる処理装置に渡
される前に、符号化及びスクランブルに対応して復号化及び／またはスクランブ
ル解除される。電圧制御発振器１０４によって生成された信号の周波数は、（図
示しない）コントローラによって供給される制御信号に基づいて、正確に設定さ
れる。

【００２４】 上述したように、ディジタル変調を使用する無線システムは、一般的に、連続
したタイムスロットに分割される搬送波信号を有する。図２は、交互に送受信す
る基地局ＢＳと移動局ＭＳとを有するＴＤＤシステムのスロット構造について示
す図である。情報ビットのシーケンスを含むパケットまたはバーストは、それぞ
れのタイムスロットに送られる。連続するタイムスロットは、連続符号kと、例
えばＦ_k、Ｇ_k等によって識別されるスロットにおいて使用される搬送波周波数
とによって識別される。ここで、Ｆ及びＧは、異なるホップシーケンスを示すも
のである。中には３０〜３００バイトの情報を運ぶパケットを採用する通信シス
テムもある。原則として、ＴＤＤシステムでは、各スロットをそのスロットが送
信用または受信用として使用されるか否かを決定することができる。さらに、各
スロットに使用される搬送波周波数は、通信システムによって占有されるスペク
トルに与えられる全有効周波数である。多くの従来のＴＤＤシステムにおいて、
あるスロットで使用される搬送波周波数Ｆ_kは、次のスロットで使用される搬送
波周波数Ｆ_k+1と同一である。すなわち、ＢＳとＭＳとの間の全ての送信及び受
信で同一搬送波周波数を使用するということになる。より高度なシステムにおい
ては、あるスロットで使用される搬送波周波数Ｆ_kは、次のスロットで使用され
る搬送波周波数Ｆ_k+1と同一ではない。すなわち、異なる搬送波周波数が各スロ
ットに対して選択されるということになる。これらのより高度なシステムでは、
送信側及び受信側での無線機は、通常、疑似ランダムである、相互に認知してい
るホッピングシーケンスに従って同期してホップする。

【００２５】 図２に示されるように、無線機が互いに送受信する場合、アップリンクにおけ
る帯域幅は、ダウンリンクにおける帯域幅と同一である。ダウンリンクでは、両
方のリンクにおいて使用される同じタイプのパケット（例えば、同一誤り訂正符
号化等）が供給される。これによって、対称なまたはバランスのとれたリンクが
得られる。出願人の発明によれば、バランスを変化させて、ＴＤＤシステムにお
ける一方の帯域幅を他方の帯域幅を犠牲にして増加させることが可能である。こ
れについて図３で示す。図３では、アップリンクの帯域幅の３倍をダウンリンク
（ＢＳからＭＳまで）の帯域幅とする、すなわち、リンク帯域幅間に、３：１の
比率を有するスロット構造が示される。本質的に、アップリンク（例えば、搬送
波周波数Ｆ_k+3を使用するスロット）に対して割当てられた３倍のスロットが、
ダウンリンク（例えば、搬送波周波数Ｆ_k、Ｆ_k+1、Ｆ_k+2を使用するスロット
）に割当てられる。

【００２６】 もちろん、ダウンリンクとアップリンクの帯域幅は、ダウンリンクとアップリ
ンクのそれぞれのサービス要求によって決定されることが望ましい。音声サービ
スにおいては、双方の話者は同じ帯域幅を有するべきであり、各話者が半分の時
間を話すことに見込んでいるので、通常、１：１の帯域幅比を有する対称なリン
クまたはバランスのとれたリンクが要求される。しかしながら、データアプリケ
ーションは、本質的にリンクをアンバランスにする傾向がある。例えば、クライ
アント・サーバアプリケーションのためのサービスでは、通常、サーバからクラ
イアント方向への帯域幅がより多く要求される。これは、通常、他方向への情報
の流れが、単なる低速の制御情報であるためである。ＴＤＤ通信システムでは、
アンバランスなサービスを高速に構築することができる。そして、同じサービス
が異なる瞬間で異なる帯域幅の割当てを要求するかもしれないので、帯域幅の割
当ては動的に実行される。例えば、ダウンリンクとアップリンクは、図３に示し
たようにある瞬間において３：１の帯域幅比を有するが、別の瞬間では、図４に
示されるように、１：２の比率を有するかもしれない。動的な帯域幅の割当ては
、出願人の発明によれば、ＴＤＤシステムにおいて重要である。ＴＤＤシステム
は、同数のスロットがダウンリンクとアップリンクとに割当てられる（例えば、
図２において示されるように１：１の帯域幅比）ように、（動的に）帯域幅を割
当てることによって、対称的なサービスをサポートすることもできるということ
を理解できよう。

【００２７】 このような有効な帯域幅の割当ては、図５に示される多重無線基地局５００に
よって、複数の異なる接続に関して同時に実現される。出願人の多重無線機の構
成は、基地局に制限されるのではなく、リモート端末においても同様に使用可能
であることが理解できよう。図５において、多重無線基地局５００は、同一装置
において同位置にあるＮ個に分離された無線機５０２−１、５０２−２、…、５
０２−Ｎを含む。Ｎ個に分離されたそれぞれの無線機は、図１に示される無線機
１００のように構成されていてもよい。しかし、実際には、多くの構成要素が、
Ｎ個の無線機５０２のいくつかまたはすべての中で共有されていてもよいことが
期待される。ある１つの例として、図５ではＮ個の無線機５０２のそれぞれに対
する分離されたアンテナ５０４−１、５０４−２、…、５０４−Ｎが示されてい
るが、多重無線基地局におけるＮ個の全無線機に対して単一のアンテナを使用す
ることができる。別の例として、Ｎ個の無線機の数個あるいはすべての中で、送
信のための信号レベルを上げるための電力増幅器を共有することができる。

【００２８】 無線機５０２は、コントローラ５０６によって生成された信号を制御するよう
応じる。コントローラ５０６は、無線機と、図１３に関連してより詳細に説明さ
れる基地局コントローラのような通信システムの他の部分との間の入出力（Ｉ／
Ｏ）インタフェースとして示される。以下でより詳細に説明するように、コント
ローラ５０６は、リモート端末によって要求されるダウンリンク／アップリンク
帯域幅比に基づいた範囲内のリモート端末の中から、無線機５０２を割当てる。
同様な方法で見れば、コントローラ５０６は、無線機５０２から利用可能な全帯
域幅の範囲内の端末によって要求される帯域幅比を埋めていく。従って、無線機
５０２は、一般に有名なタイプのパッキング問題を解決するためのコントローラ
として適切であるコントローラ５０６に対して情報信号を供給する。もちろん、
動的な配置及び割当てが、動的なサービス要求に応えてコントローラによってな
されることを理解できよう。それは、端末と基地局との間の初期ネゴシエーショ
ンによって決定されるリモート端末の初期のサービス要求と、別のネゴシエーシ
ョンを受けやすい端末のサービス要求における変化とに対応して、コントローラ
によって行われることを理解できよう。コントローラ５０６が、以下で説明され
る割当て方法を実行するために適当に構築されるプログラマブルプロセッサある
いは他の論理回路であってもよいということを理解できよう。実際に、コントロ
ーラがユーザとサービス要求の所定グループについての所定の割当ての参照テー
ブルを導入することは可能である。

【００２９】 ＴＤＭＡを使用して、単一の無線基地局が、異なるタイムスロットを異なるユ
ーザに割当てることによって、数人のユーザをサポートすることができる。基地
局ＢＳと２つのリモート端末ＭＳ_A、ＭＳ_Bとを含む通信システムのためのこの
種のオペレーションに関する実証的なスロット構造が、図６Ａと図６Ｂに示され
る。そのシステムは、異なる長さの垂直な矢印によって示されるように、移動局
ＭＳ_AとＭＳ_Bに異なるスロットを割当てている。そして、両図において、ダウ
ンリンク／アップリンク帯域幅比は、ＭＳ_Aに関しては３：１であり、ＭＳ_Bに
関しては２：１である。一般に、どのような特定のアップリンクのスロットであ
っても、対応するダウンリンクのスロットの直後（あるいは直前）に現れること
は必要ではないことが認められるであろう。図６Ａは、ＢＳとＭＳ_Aが双方向の
スロットの組を交換する場合を示すものである。そして、ＢＳとＭＳ_Bは、双方
向のスロットの組やその他を交換する場合を示すものである、例えば、リンク無
線が３：１と２：１の間を交替する。図６Ｂでは、両方のダウンリンクが連続し
て生成され、そして、両方のアップリンクが連続して生成されるが、連続するダ
ウンリンクスロットの数を、ダウンリンクの直後に連続してなるアップリンクス
ロットの数によって除算することで帯域幅比を評価すれば、５：２の結合した帯
域幅比の一種と考えられることができよう。図６Ａと図６Ｂは、ＭＳ_AとＭＳ_B
の両方とも同一のスループット性能を示していることを認識できよう。

【００３０】 基地局は、図６Ａと図６Ｂに関して説明されるように、複数ユーザのために図
１に示されるような単一の無線機を使用することができるけれども、単一無線機
の帯域幅は、特に高速データサービスが要求される場合には、すぐに使い果たさ
れてしまう。他の無線機を同一基地局に追加し、そして異なるユーザを異なる無
線機の一つに割当てることによって、帯域幅を増加することができる。このこと
は、図７Ａと図７Ｂからわかる。すなわち、図７Ａと図７Ｂは、図６Ａと図６Ｂ
の拡張についてのスロット構造を示すものである。ここで、基地局は、２つの無
線機ＲＡＤ１、ＲＡＤ２を含み、第３のリモート端末ＭＳ_Cが追加されている。
図７Ａにおいて、無線機ＲＡＤ１は、図６Ａと同一の構造を有するリンクによっ
て完全に占有される。そして、図７Ｂでは、無線機ＲＡＤ１は、図６Ｂと同一の
構造を有するリンクによって完全に占有される。したがって、第２の無線機ＲＡ
Ｄ２が、第３の端末ＭＳ_Cに必要である。出願人の発明によれば、リモート端末
のサービス要求が無線に含められる。

【００３１】 この種のパッキング問題に関するいくつかの制約条件を理解するために、端末
ＭＳ_AとＭＳ_Cにサービスが提供されており、端末ＭＳ_Cが４：１の帯域幅比を
有するサービスを要求する図６Ａの例について考慮する。ここでは、両方の無線
機が同時に送受信できるように、無線機ＲＡＤ１とＲＡＤ２上のトラヒックは構
築されなければならず、これは、ＲＡＤ１とＲＡＤ２のタイムスロットが並んで
いる図７Ａにおける状況ではないと考えられる。２つの無線機によって使用され
る周波数ホッピングシーケンスは必ずしも同一ではない、すなわち、Ｆ_k≠Ｇ_k
であるので、少なくとも無線機が互いに干渉しないようにすることが可能である
。なぜならば、それらは、同時に同一の搬送波を送信しないからである。

【００３２】 それにもかかわらず、一方が送信して他方が受信することを破線の矢印によっ
て示されるスロットにおいて、ＲＡＤ１とＲＡＤ２は互いに干渉する。例えば、
図７Ａにおける最左翼の破線は、無線機ＲＡＤ１が受信して無線機ＲＡＤ２が送
信する場合のスロットにおいて示される。これらのスロットの間では、ＲＡＤ１
だけでなくＲＡＤ２も、ＭＳ_A、ＭＳ_B及びＭＳ_Cのいずれかからデータを受信
することができない。なぜならば、リモート端末からの基地局によって受信され
る信号が、ナノワットからピコワットまでの範囲である一方で、通常、ショート
レンジシステムについては基地局によって送信された信号の電力レベルは、ミリ
ワットの範囲であり、ロングレンジシステムでは数キロワットと同じくらいの高
さであるかもしれないためである。したがって、基地局送信機がリモート端末と
同時に送信する場合、基地局受信機は、同じスペクトルバンドを使用する基地局
無線機がＦ_k≠Ｇ_kを提供したときでさえ、移動端末からくる信号よりも桁数が
数段多い強度の信号によって、基地局受信機は、近くの基地局送信機からの信号
漏れによって飽和してしまう。

【００３３】 基地局受信機がリモート端末信号をさえぎってしまうことを避けるために、Ｒ
ＡＤ１とＲＡＤ２の送受信は同期させなければならない。必要なサービスを提供
でき、かつ、この干渉状況が起こらないようにするために、ＲＡＤ２のタイミン
グは変更できないようにされなければならない。出願人の発明は、この問題を解
決するものである。

【００３４】 第１の実施例において、全てのリモート端末（前の例の３つの端末）にサービ
スが供給されるように送受信は選択的に計画されるので、上述したような問題に
行きあたることはない。明確に示すために、図６Ｂに示されるサービスとスロッ
ト構造を考慮する。そして、図７Ｂに示すようにＲＡＤ１を作動させる。図７Ｂ
から分かるように、ＭＳ_Cの４：１の帯域幅比サービスは、ＲＡＤ１と干渉する
ことなくＲＡＤ２によって供給される。ここで、ＲＡＤ１は、２つの余分な未使
用のスロットがＲＡＤ２のスロット構造に付加されるように供給される。図６Ｂ
に関して上述したように、ＲＡＤ１のスロット構造は、５：２の総合的な帯域幅
比と、ＲＡＤ２に対する余分なスロットとを有する。余分なスロットは、ＭＳ_C
によって要求される４：１の帯域幅比から５：２の比率にＲＡＤ２のスロット構
造へと満たし、または埋め込むためのものである。したがって、異なる無線機の
全帯域幅比が同一であり、異なる無線機による送受信が同一スロット内で起こる
ように、多重無線基地局における異なる無線機の送受信が計画される。

【００３５】 このスケジューリングのために支払われる対価がＭＳ_Cへの減少されたスルー
プットであることに触れておく。すなわち、ＲＡＤ２とＭＳ_Cとの間のリンクは
現在空いている部分である。図７Ｂで示される例では、最大スループットの５／
７だけが、ＭＳ_Cによって要求された４：１の帯域幅比サービスを提供するため
に使用される。（全スロットが占有されている場合、最大リンクスループットが
得られる。）本発明に従って、無線機が送信と受信を計画する場合、ＭＳ_Cのよ
うなユーザへのスループットは、リンク最大値よりも少ないことがあるので、ユ
ーザに無線機を割当てる場合、ユーザの要求する帯域幅比に従って、ユーザの最
小許容範囲のスループットを考慮に入れることが望ましい。

【００３６】 出願人の発明のオペレーションに関する別の例として、バランスのとれている
リンク、すなわち、１：１の帯域幅比をユーザＭＳ_Cが要求するものと仮定する
。図６Ａに示されるようなスロット構造から始まって、図８Ａによって示される
ようにＭＳ_Cが対応する。また、図６Ｂのスロット構造から始まって、図８Ｂに
示されるようにＭＳ_Cが対応する。図８Ａ、図８Ｂにおいて、ＭＳ_CをＲＡＤ２
に割当てて、ＲＡＤ２の送受信をそれぞれＲＡＤ１の送受信とに一致するように
計画することによって、ＲＡＤ２構造における３つの余分な空きスロットが得ら
れる。そして、最大限度のリンクスループットの４／７だけがユーザＭＳ_Cに対
して使用される。

【００３７】 図８Ａと図８Ｂとから、無線機の送受信とを一致するように提供されるので、
余分なスロットの特定の処理は重要ではないことを理解できよう。したがって、
例えば図８Ａにおいて、搬送波周波数Ｇ_k+2に相当するスロットにおいて送信さ
れるＴＸ情報は、搬送波周波数Ｇ_k、Ｇ_k+1に相当する余分なスロットのどちら
かにおいて送信される。そして、Ｇ_k+2スロットは、余分な送信スロットの１つ
である。

【００３８】 図８Ａと図８Ｂに示されるスロット構造は、ユーザＭＳ_AとＭＳ_Bに対するス
ループットと帯域幅に関して同じ結果を導くけれども、図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂ
に示されるように、できるだけ多くの送受信スロットを束にし、または集合する
ことが、現在のところ望ましいと考えられる。スロットを集合させることは、新
しいユーザへの配置と、無線機間に要求される帯域幅比を割当てる際に、より融
通性を持たせる。特に、それは多重スロットパケットが、以下でより詳細に説明
されるように使用されている場合にいえる。多重無線基地局５００におけるコン
トローラ５０６は、スロットとユーザを集合させて割当てる。

【００３９】 上記の説明は、単一のスロットパケットに関するものである。そして、それぞ
れのパケットは、ある監視時間の許容誤差で、あるタイムスロットの間に送信さ
れるものであることがいえる。コネクションのスループットを増加させるために
、例えば、ブルートゥースシステムで処理されるように、多重スロットパケット
を使用することは有利である。多重スロットパケットは、コネクションのオーバ
ヘッド、例えば、パケットヘッダとパケットペイロードへ監視時間との比率、を
減少することによって、より高いスループットが得られる。このことは、図６Ａ
と図６Ｂに対応する図９Ａと図９Ｂに示される。図９Ａと図９Ｂでは、それぞれ
、端末ＭＳ_Aと端末ＭＳ_Bに無線機ＲＡＤ１に接続するより高いスループットを
得るために、多重スロットパケットを使用することが示される。図９Ａと図９Ｂ
では、端末が１つのスロットパケットを無線機に送信し、そして、無線機ＲＡＤ
１は、端末ＭＳ_Aへも３つのスロットパケットを送信し、端末ＭＳ_Bへ２つのス
ロットパケットを送信する。この構造は、図６Ａと図６Ｂのように端末によって
要求される３：１と２：１のダウン／アップリンク帯域幅比と矛盾しない。

【００４０】 図９Ａと図９Ｂでは、各多重スロットパケットはそれぞれ１つの搬送波周波数
だけで送信されることを示しており、この搬送波周波数は、多重スロットパケッ
トが開始されるスロットに基づくホップ周波数のシーケンスから決定される。例
えば、ＭＳ_Aへの第１（図９Ａにおける最左翼）のＴＸスロットは、搬送波周波
数Ｆ_kを使用する。そして、ＭＳ_Aへの次のＴＸスロットは、搬送波周波数Ｆ_k
+4を使用する。多重スロットパケットに対して同一の搬送波周波数を使用し、単
一スロット周波数ホッピングシーケンスに従ってその搬送波周波数を決定するこ
とが有利である。なぜなら、それによって、送信機と受信機がパケット（再同期
に関するプリアンブルを必要とするもの）の間で再調節を必要とせず、送信機と
受信機が最後に使用された搬送波周波数を追跡し続ける必要がない、というよう
に通信システムを簡単にできるからである。しかしながら、パケットのスロット
長に関係なく、パケットによって指示された所定シーケンスに従ったパケットに
搬送波周波数を割当てるような他の構造もまた可能であることを理解できよう。

【００４１】 図９Ａと図９Ｂを比較すれば、図９Ｂに示すスロット構造が望ましいことがわ
かる。図９Ｂでは、ＴＸ及びＲＸスロットがそれぞれ集められている。それは、
多重スロットパケットの使用を長さ５スロットまで可能にするからである。ここ
で、図９Ａにおける構造は、多重スロットパケットの長さを３スロットまでにし
か許容することができない。より長くすることによって、動的にリモート端末の
いろいろな帯域幅需要に適応する通信システムの融通性を最大にする。

【００４２】 有効な多くの搬送波周波数がある場合、リモート端末にスロットを集めて割当
てる方法がたくさんある。単一の基地局にとってのタスクは、ポピュラーなゲー
ムであるテトリスのように、組み合わせパッキング問題の解決策を見つけること
であることを理解できよう。Ｎ個のサービス（ユーザ）とＫ個の無線機がある場
合、考えられる組み合わせはＫ^N/ＫあるいはＫ^N-1である。そして、通常、最高
の効率（すなわち、ほとんど使用されていないスロットを最小にすること）を有
する組み合わせが求められる。それにもかかわらず、全部の効率を最大にするこ
とは、パッキング問題において、必ずしも唯一の制約条件や境界条件を必要とし
ない。例えば、１人以上のユーザが所定の帯域幅を有することもまた要求されて
もよい。

【００４３】 セルラ―無線電話における動的または適応型のチャネル割当てのような多くの
領域に生じるこの種のパッキング問題を解決する方法がいくつかある。１つの単
純な方法として、すべての可能な組み合わせを調べて、徹底的な調査を実行する
ことがある。組み合わせの数が大きい場合、「模擬アニーリング法（Simulated
annealing）」のような他の方法がより魅力的になることがある。「模擬アニー
リング法」は、例えば充足可能問題に対して広く適用される既知の技術である。
すなわち、ウィリアム=M=スピアーズ（William M.Spears）の「クリックス、カ
ラーリング及び充足可能性：第２のＤＩＭＡＣＳインプリメンテーションチャレ
ンジ（Cliques, Coloring, and Satisfiability: Second DIMACS Implementatio
n Challenge）」における「充足可能問題に対する模擬アニーリング法（Simulat
ed Annealing for Hard Satisfiability Problems）」や、デヴィッド=S=ジョン
ソン（David S.Johnson）とマイケル=A=トリック（Michael A.Trick）の離散数
学と理論的コンピュータ科学におけるDIMACSシリーズ（DIMACS Series in Discr
ete Mathematics and Theoretical Computer Science）第26号、533〜588ページ
、アメリカ数学協会（American Mathematical Society）、１９９６年が一例で
ある。出願人の発明によれば、割当て方法は、各ユーザによって設定された基準
値の割当てに基づくものである。以下の説明では、いくつかの割当て方法が記載
され、評価される。

【００４４】 第１の方法は、フレーム構造によるスロット割当てを制限しないリンクフォー
マットを通信システムに使用させるものである。そのような通信システムの例が
、ブルートゥースシステムである。これは、通信セッションに参加するトランシ
ーバの１つがマスタユニットとなるもので、他の装置中のいかなる他のセッショ
ンからも独立し、完全に自由にセッションにスロットを割当てるものである。さ
らに、３つの無線機とそれぞれ６：１、５：１、４：１、３：１及び２：１のダ
ウン／アップリンク帯域幅比を有する５つのリモートユーザＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ
を備える多重無線基地局がそのシステムに含まれる。

【００４５】 第１の方法は、システムの効率、または全スループットを最大にするという目
標を有している。この目標は、例えば、図１０Ａに示されるように、できるだけ
頻繁に基地局内ですべての無線機を使用することによって達成される。第１の方
法のフローチャートが、図１１Ａに示される。第１の方法における第１ステップ
１１００は、要求される帯域幅比を減少するためにリモートユニットと、利用可
能な基地局無線機とを一対一に割当てるものである。この例においては、第１ス
テップ１１００によって、最大帯域幅比（６：１）を要求するユニットＡとして
、例えば、無線機ＲＡＤ１のような１番目の無線機を割当て、次に大きい帯域幅
比（５：１）を要求するユニットＢとして、例えば、無線機ＲＡＤ２にような２
番目の無線機を割当て、次に大きい残りの帯域幅比（４：１）を要求するユニッ
トＣとして、例えば、無線機ＲＡＤ３のような最後に残っている利用可能な無線
機に割当てるようになる。第１の方法における第１ステップ１１００の後、基地
局における無線機は、それぞれリモートユニットに割当てられている。

【００４６】 第１の方法における次のステップ１１０２によって、ステップ１１００で端末
を割当てたときの逆順で割当てられる基地局無線機に、要求される帯域幅比を減
少するために、残りのリモート端末が一つずつ割当てられる。この例では、ステ
ップ１１０２によって、次に大きい残りの帯域幅比（３：１）を要求するユニッ
トＤとして、無線機ＲＡＤ３が割当てられ、最後の残りの帯域幅比（２：１）を
要求するユニットＥとして無線機ＲＡＤ２が割当てられる。

【００４７】 一般に、全スループットを最大にするという目標のパッキング問題を解決する
には、帯域幅比を減少する順に一種のジグザグ順、すなわち、ＲＡＤ１、ＲＡＤ
２、…、ＲＡＤＮ−１、ＲＡＤＮ、ＲＡＤＮ、ＲＡＤＮ−１、…、ＲＡＤ２、Ｒ
ＡＤ１、ＲＡＤ１、ＲＡＤ２…の順で無線機に対してリモート端末を割当てる。
したがって、例えばユニットＦ、Ｇ、Ｈが１：１の帯域幅比をそれぞれ有する場
合、ユニットＦは無線機ＲＡＤ１に割当てられ、ユニットＧは無線機ＲＡＤ１割
当てられ、ユニットＨは無線機ＲＡＤ２に割当てられるであろう。（等しいサー
ビス要求を有する端末は交換可能であることに触れておく）。

【００４８】 図１０Ａに関して、この例における各多重スロットＴＸ（ダウンリンク）パケ
ットは、対応するＲＸ（アップリンク）パケットを有している。そして、図はこ
れらのパケットは、時間的にグループ化され、フレームの中に搭載されることを
示す。例えば、無線機ＲＡＤ２は、ＴＸパケット２Ｅ、５Ｂをそれぞれリモート
ユニットＥ、Ｂに送信する（数字２と５は、ＴＸパケットのスロット長を示す）
。そして、これらのユニットから１スロット長のＲＸパケットＥ、Ｂを受信する
。図１０Ａに示されるように、無線機ＲＡＤ１からＲＡＤ３にリモートユニット
ＡからＥを充当するための第１の方法は、９スロット分の有効なフレーム長をも
たらす。これは、７つのＴＸスロットと２つのＲＸスロットの合計と、７：２の
全帯域幅比である。ドットパターンによって表現された無線機ＲＡＤ１上の２つ
のスロットは使用されていない。ユーザの帯域幅要求が同一のままで残っている
限り、このような有効なフレームが連続して繰り返され、この割当ての効率は、
（３×９−２）／（３×９）＝２５／２７である。（スロットのすべてが使用さ
れる場合、効率は２７／２７または１となり、全体でのスループットが最大にな
るであろう。）これらの有効なフレームは、それらが割当て方法の再適用の引き
金となるユーザの帯域幅要求の変化に従って変化するという意味で「動的」であ
る。

【００４９】 全体でのスループットを最大にするよりもむしろ、特定のリモートユニットに
関するスループットを最大にするシステムを考える。第２の実施例では、無線機
とリモートユニットの数を、上述した実施例におけるものとする。そして、リモ
ートユニットによって要求される帯域幅比をその例と同じものとする。しかし、
２：１の帯域幅比を有するユニットＥに最大スループットを要求させる。リモー
トユニットとスロットの最適な割当てが図１０Ｂに示される。そして、この割当
ては、図１１Ｂのフローチャートによって示されるような第２の割当て方法によ
って生成される。

【００５０】 第２の方法における第１ステップ１１１０は、割当てられた無線機がそのリモ
ートユニットに対して排他的に使用されている状態で無線機の１つに最大スルー
プットを要求するリモートユニットを割当てる。この例では、排他的にユニット
Ｅに対して無線機ＲＡＤ１を割当てて、使用させる。第２の方法における次のス
テップでは、残りの無線とリモートユニットに対する第１の方法のステップと同
じである。第２の方法における第２ステップ１１１２では、要求される帯域幅比
を減少するために、残っているリモートユニットを１つずつ残りの利用可能な基
地局に割当てられる。そして、必要であるならば、第２の方法における第３ステ
ップ１１１４において、要求される帯域幅比を減少させるために、残っているリ
モートユニットが１つずつ、ステップ１１１２でなされた順序の逆順で基地局無
線機に割当てられる。

【００５１】 第２の方法によってなされる割当てが、図１０Ｂに示される。この図では、無
線機ＲＡＤ１上のユニットＥと、無線機ＲＡＤ２上のユニットＡ、Ｄと、無線機
ＲＡＤ３上のユニットＢ、Ｃとが示される。示された割当てが、ステップ１１１
２において最初に無線機ＲＡＤ２を選ぶことによって、示された結果が生じるこ
とが理解されるだろう。この割当ての全フレーム長は、１０：５の全帯域幅比に
伴って、１０ＴＸ＋５ＲＸ＝１５スロットである。無線機ＲＡＤ２、ＲＡＤ３の
それぞれには４つの未使用のスロットがあることに触れておく。したがって、全
効率は（３×１５−８）／（３×１５）＝３７／４５に減少する。しかし、ユー
ザＥの個々のスループットが、図１０Ａにおける３／９から図１０Ｂにおける１
（最大）にまで増加する。

【００５２】 リモートユニットが動的に要求される帯域幅比を変えることができるので、こ
こで第３の実施例を考える。この例は、上記例において３：１の帯域幅比を有す
るリモートユニットＤが、その要求される帯域幅比を１：３に変えるものであり
、少なくともリモートユニットＤが少なくとも２つの基地局の間に位置するもの
である。これは、反対の帯域幅比（例えば、Ｎ：１と１：Ｎ）を有するリモート
ユニットが、別々の基地局における別々の無線機に割当てられるという第３の割
当て方法によって、扱うことができる。第３の方法によって生成される割当てが
、図１０Ｃに示される。そして、第３の方法のフローチャートが図１１Ｃに示さ
れる。これは、図１３と図１４に関連して、以下でより詳細に説明される「マク
ロ的なリソース割当て」の態様である。

【００５３】 この第３の例では、無線機とリモートユニットの数を第１の例のようにさせる
。また、リモートユニットによって要求される帯域幅比も上記例と同じにするが
、無線機ＲＡＤ１はある基地局に存在し、無線機ＲＡＤ２とＲＡＤ３は別の基地
局に存在し、リモートユニットＤが１：３の帯域幅比を要求する点は上記例とは
異なる。図１１Ｃのフローチャートに示されるこの第３の方法の第１ステップ１
１２０は、帯域幅比１：ｘを有する全リモートユニットを認識して、それらをそ
のようなユニットを扱う予定の基地局と無線機とに割当てることである。基地局
無線機ＲＡＤ１が帯域幅比１: ｘを有するリモートユニットに割当てられると仮
定する。したがって、リモートユニットＤは、無線機ＲＡＤ２、ＲＡＤ３の一つ
に対してよりもむしろＲＡＤ１に割当てられる。第３の方法における次のステッ
プ１１２２、１１２４は、（帯域幅比ｘ：１を有する）残りのリモートユニット
を、上述した第１の方法（または、さらに第２の方法）に従って、そのような比
率として選択される基地局無線機に割当てる。第１の方法を使用した結果が、図
１０Ｃに示される。そして、この割当ては、無線機ＲＡＤ１の上の８つの未使用
の（ＴＸ）スロットと、無線機ＲＡＤ２の上の２つの未使用のスロットと、無線
機ＲＡＤ３の上の１つの未使用のスロットによる、１２スロットの全フレーム長
と（３×１２−１１）／（３×１２）＝２５／３６の全効率を有する。

【００５４】 より多くのリモートユニットが１：ｘの帯域幅比を要求する場合、それらを無
線機ＲＡＤ１に割当てるか、またはそのようなリモートユニットのために予約さ
れた追加無線機に割当て、そしてこれらのユニットが、上述した第１または第２
の方法のどちらかに従って予約された無線機の中で割当てられることを理解でき
よう。事実、第３の例は、２つの無線機がｘ：１の帯域幅比を有するリモートユ
ニットのために予約されるという状況として見られ、そしてそれらのリモートユ
ニットは予約された無線機の中で割当てられる。

【００５５】 単一の基地局に対する異なる割当てが、図１０Ｄに示される。この図は、同じ
無線機ＲＡＤ１上の帯域幅であって、その５：１の帯域幅比を用いるリモートユ
ニットＢと、１：３の帯域幅比を用いるリモートユニットＤを示している。この
割当ての全フレーム長は、図１０Ｃに示されたような１２スロットではなく１０
スロットである。そして、その全効率は２５／３０であって、基地局の全帯域幅
比は６：４である。

【００５６】 一般に、スロットの割当てに制限がなく（すなわち、フレーム制限がない）、
個々のリモートユニットによるどんな特別なスループット要求もない場合、全効
率は、全フレーム長（すなわち、無線機におけるＴＸ及びＲＸスロットの総数）
が最小にされるように、リモートユニットを割当てることによって最適化される
。（図１０Ｃと図１０Ｄを比較する。）これはまた、図１０Ａと図１０Ｂにおけ
るように自動的に利用可能な全無線機の使用をもたらすことになる。

【００５７】 もしも、フレーム長を最小にする必要がないならば、あるユーザの帯域幅比を
維持している間、そのユーザのＴＸ及びＲＸ周期を拡張することによって全効率
を最適化することが可能であることに触れておく。これを示すために、５：１と
３：１の帯域幅比を有する２つの無線機と２つのリモートユーザのシステムを仮
定する。もしも、ユーザが単に異なる無線機に割当てられるならば、全効率は、
（５：１の比のユーザによって決定される）６スロットのフレーム長に関して１
０／１２である。３：１ユーザのフレームの連続組を見ることによって、そのユ
ーザが６：２の帯域幅比を有すると考えることが許可される。５：１比ユーザと
６：２比「ユーザ」とを、異なる無線機に割当てることによって、（６：２比「
ユーザ」によって決定される）８スロットのフレーム長に関して、１４／１６の
全効率がもたらされる。全体としての効率が増加し、ユーザが享受できる最大限
度のスループットが変化してきた。

【００５８】 最小フレーム長の境界条件を緩和することによって、可能な組み合わせ数が増
加するので、パッキング問題の大きさが増加する。このような増加を制御するた
めに、瞬時に発生するパケットトラヒック（メッセージ長とポーズ）のフレーム
長または統計量を増加させることによって導入される遅延のしきい値のような、
他の境界条件が課されてもよい。この種の組み合わせパッキング問題は上述した
ように有名であり、このアプリケーションで提案される特定の解決策は、限定的
であるよりもむしろ例示的であると理解されなければならない。

【００５９】 上述した例におけるように、動的に変動する全フレーム長を有するよりもむし
ろ、通信システムが、ほとんどの従来のセルラー無線システムにおける固定フレ
ーム長を有すると仮定する。例えば、ＤＥＣＴシステムにおいては、各フレーム
は２４スロットから成り、２４スロットのそれぞれはＴＸまたはＲＸスロットの
どちらかとして任意に選択される。固定長フレームを有するようなシステムには
、リモートユニットを基地局無線機に割当てるオプション方法が２つある。

【００６０】 第１の方法では、できるだけ多くのユニットが、できるだけ少ない無線機に割
当てられる。第１の方法は、できるだけ多くの無線機が利用可能で残されるとい
う利点を有するが、システムの全帯域幅比は実質的に固定されるようになる。図
１２Ａは、３つの無線機を有する基地局と、上述した例と同じ帯域幅及び１４ス
ロットの固定されたフレーム長を有する５つのリモート端末Ａ〜Ｅとから構成さ
れる通信システムにおいて第１の方法を適用することによってなされるスロット
割当ての例である。図１２Ａの割当てにおいて、各１４スロットフレームは、１
１個のＴＸスロットと３個のＲＸスロットを有している。そして、全５人のユー
ザＡ〜Ｅは、ちょうど２つの無線機に割当てられる。この方法を使用して、残り
の無線機（その例におけるＲＡＤ３）は、現在固定された１１：３の全帯域幅比
が続いて提供されるので、追加ユーザへの割当てのために利用可能である。

【００６１】 できるだけ多くの利用可能な無線機を残し、図１２Ａに示される割当てを導く
ためのパッキング方法は、要求されるＴＸ及びＲＸスロットの総数にまず注目し
、スロットにおけるフレーム長に従って除算し、切り上げ、その結果必要とされ
る無線機の最小数を決定することによって始められる。この例では、合計２５ス
ロット（２０個のＴＸと５個のＲＸ）が１４スロットのフレームに配分されなけ
ればならない。そのため、少なくとも２つの無線機がそれらのスロットを提供す
るために必要である。次に、ユーザは要求される帯域幅比を減少させるために無
線機に割当てられる。したがって、最も大きい比率を要求するユーザが、無線機
の１つに割当てられる（図１２ＡにおいてはユーザＡはＲＡＤ１に割当てられて
いる）。そして、次に大きい比率のユーザはその無線機に対して考慮される。こ
の例では、ユニットＢは１４スロットフレーム評価基準以内で無線機ＲＡＤ１に
割当てられない。そのため、ユニットＢは無線機ＲＡＤ２に割当てられる、そし
て、ユニットＣが無線機ＲＡＤ１に対して考慮される。このプロセスを継続する
ことによって、図１２Ａに示される割当てが導かれる。

【００６２】 固定されたフレーム長のシステムに対する第２の割当て方法は、第１の方法に
おける全帯域幅比を固定するのではなく、利用可能な基地局無線機のすべてを使
用するものである。図１２Ｂは、前の例のような通信システムにおける第２の方
法を適用することによってなされるスロット割当ての例である。そこではすべて
の無線機ＲＡＤ１、ＲＡＤ２、ＲＡＤ３が使用され、全帯域幅比は１１：３に固
定されるのではなく、ＴＸスロットをＲＸスロットから切り離す破線がどのよう
に移動することができるかを示す矢印によって指示されるように、最初のＴＸス
ロットが設置される位置に依存しながら、７：７から１２：２の間で可変である
ことがわかる。したがって、もしも第４の無線機ＲＡＤ４が基地局に提供される
ならば、その無線機はそれらの帯域幅比に基づくリモートユニットを選択する際
により融通性を有する。

【００６３】 上述した説明は、基地局といくつかのリモートユーザに関するものであり、そ
れぞれのユーザが帯域幅比要求を有している。出願人の発明は、このような通信
システムに制限されるのではなく、それぞれが帯域幅比要求を有するサービスを
運ぶピアツーピア接続を提供する通信システムに対して同様に有効である。この
ような通信システムでは、数人のユーザの代わりに（または、加えて）ひとつの
リモートユーザがいてもよい。そして、そのユーザは、接続された異なるチャネ
ルによってサポートされるいくつかのサービスを要求する。

【００６４】 上述した説明において、スロット割当てとユーザ割当て（トラヒック計画とパ
ッキング）のいくつかの方法が、単一基地局を有する通信システムのコンテクス
トで説明された。これは「ミクロ的なリソース割当て」と呼ばれるかもしれない
。以下で、１以上の基地局を有する通信システムにおけるスロット割当てとユー
ザ割当てについて説明する。これは「マクロ的なリソース割当て」と呼ばれるか
もしれない。もちろん、出願人のマクロ的及びミクロ的なリソース割当て手順が
統合される場合、現実の通信システムのための最適な性能が得られることを理解
できよう。

【００６５】 マクロ的なリソース割当ては、「ホットスポット」、すなわち、高帯域幅が要
求される領域を、１つのリモート端末が同時に多くの基地局からの信号を受信す
ることができるような複数の基地局でカバーする通信システムにおいて特に有効
である。このような通信システムが図１３に示される。図では、それぞれの基地
局ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４に対応するセルまたは領域１３０２−１、１
３０２−２、１３０２−３、１３０２−４の共通部分によってカバーされる「ホ
ットスポット」内に配置されるリモート端末ＭＳ_Aが示される。実際、リモート
端末は、図１３のＢＳ１として示される最高の信号強度で受信される基地局信号
に追跡（同期）する。通常、これはリモート端末に対して最小の送信損失を有す
る基地局に相当する。そして、その結果、おそらく最高のＳＮ比を有するコネク
ションを提供する。

【００６６】 それにもかかわらず、適応型チャネル割当て（例えば、上記で引用され具体化
された米国特許第5,491,837を参照）を使用するシステム、または非調和周波数
ホッピング（例えば、上記で引用されたブルートゥースシステムを参照）を使用
するシステムにおいて、最も強い基地局にロックすることが必ずしも最適である
わけではない。実際に、リモート端末が接続を要求することは、しばしば最も強
く受信される基地局ではなく、最高のＴＤＤ帯域幅を提供することができる基地
局である。（これは、もちろんリモート端末によって要求されるサービスによる
。）出願人のマクロ的なリソース割当て手順を以下で説明する。

【００６７】 たいてい、リモート端末は、その端末の電力消費が低く、その端末が制御チャ
ネルまたは最も強く受信された基地局の標識チャネルに追跡される不使用モード
（パークあるいはスタンバイモードとも呼ばれる）であることが期待される。不
使用モードにおいて、端末はたいてい「スリープ」であるが、基地局にそれ自体
を再同期させて、何らかのページメッセージが待っているかをどうかを決定する
ための制御または標識チャネルに対して、一定の間隔で問い合わせるために「ウ
エイクアップ」する。もしも接続が望まれているならば（それは基地局によって
開始されるか、またはリモート端末によって開始されるかのどちらかである）、
リモート端末とその端末が追跡される基地局との間で初期接続が行われる。そし
て、初期メッセージが、要求されるタイプのサービスをネゴシエーションするた
めにこの接続上で交換される。特に、ダウンリンク／アップリンク帯域幅比がネ
ゴシエーションされる。この情報は、基地局コントローラ（ＢＳＣ）に対して基
地局によって有効に送信される。ＢＳＣは、リモート端末の近隣の基地局によっ
てサポートされるすべての接続を認識する。ここで引用されたようなシステムは
、1999年3月19日にファイルされた出願人の米国特許09/272,212号の「非調和周
波数ホッピングセルラーシステム（Uncoordinated Frequency Hopping Cellular
System）」に記載されている。図１３は、基地局ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、Ｂ
Ｓ４に接続されたＢＳＣを示す図である。

【００６８】 上述した説明の理由によって、（例えば、図５参照）複数の無線機を有する基
地局は、そのダウンリンク及びアップリンク帯域幅を要求されたコネクションに
割当てることに完全に自由であるというわけではない。図１４のフローチャート
によって示される出願人のマクロ的なリソース割当て方法の第１ステップ１４０
２によれば、ＢＳＣは、完全に不使用であるか、既に要求されたコネクションと
して同一ダウンリンク／アップリンク帯域幅比を要求する進行中にあるコネクシ
ョンを有するかどちらかの基地局を捜す。図１３は、４：１の帯域幅比を有する
要求されたコネクションと、それぞれ５：１、３：１、１：３及び８：１の帯域
幅比をサポートするう基地局ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３及びＢＳ４を示す。特に、
ＢＳＣは各基地局に対して信号接続を介してＢＳＣに供給される情報に基づくＴ
ＤＤ要求を妨害しないで、要求されるサービスをサポートすることができる基地
局を捜す。もしも「新しい」端末ＭＳ_Aが５：１の帯域幅比を有するリンクを要
求するならば、そのとき基地局ＢＳ１は、すでに５：１の帯域幅比を有するサー
ビスをサポートするので、明らかにそのリンクをサポートする選択をする。

【００６９】 もしも、そのような適合した基地局が見つけられないならば（ステップ１４０
４）、要求されたサービスが再ネゴシエーションされるか（ステップ１４０６）
、あるいは基地局の一つに対する既存の１つ以上の接続が「新しい」端末にサポ
ートされることを許容するために再ネゴシエーションされる（ステップ１４０８
）。例えば、もしも「新しい」端末ＭＳ_Aが４：１の帯域幅比を有するリンクを
要求するならば、その特定の帯域幅比をサポートする範囲内の基地局はない。し
たがって、端末ＭＳ_Aは、基地局ＢＳ１か基地局ＢＳ４のどちらかに接続され、
ステップ１４０６の結果、それぞれ５／６か５／９のどちらかに、最大スループ
ットの減少を許す。一方、もしも、これらの基地局によって既に提供されたサー
ビスがステップ１４０８の結果、スループットの減少を許容するならば、端末Ｍ
Ｓ_Aは、基地局ＢＳ２か、基地局ＢＳ３かのどちらかに接続することができる。
（基地局ＢＳ２の既存の接続が、そのスループットを４／５に減少させなければ
ならないか、基地局ＢＳ３に既存の接続が、そのスループットを４／７に減少さ
せなければならない。すなわち、端末ＭＳ_Aの新しい接続は、５／７以上のスル
ープットを得られないであろう。)もしも、端末がスループットの低下を認めら
るならば（ステップ１４０６）、その端末は、基地局内の無線機で利用可能であ
れば、自身を基地局ＢＳ１または基地局ＢＳ４に接続し続けるかどうかを決定す
ることができる。しかし、これらの基地局における既存のリンクが影響するので
、基地局ＢＳ２または基地局ＢＳ３への接続をし続けるためにはＢＳＣの調停が
必要である。

【００７０】 出願人の発明は特定の実施例に関して上述のように説明される。そして、上述
した記載内容以外の形式でその発明を具体化することが可能であるということは
、当該技術分野における当業者にとって明らかである、上述された特定の実施例
は単なる例示にすぎないものであり、どんな場合であっても限定的に考慮される
べきではない。発明の範囲は上述したクレームによって決定され、そして、クレ
ームの範囲内にある全ての変形及び均等物は、クレームの範囲に含まれることが
意図されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＴＤＤトランシーバのブロック図である。

【図２】 実質的に同一帯域幅を有するダウンリンクとアップリンクを備えるＴＤＤチャ
ネルを示す図である。

【図３】 ダウンリンクとアップリンクとの帯域幅間に３：１の比率を有するＴＤＤチャ
ネルを示す図である。

【図４】 ダウンリンクとアップリンクとの帯域幅間に１：２の比率を有するＴＤＤチャ
ネルを示す図である。

【図５】 ＴＤＤ通信システムのための多重無線基地局のブロック図である。

【図６Ａ】，

【図６Ｂ】 それぞれ３：１と２：１のリンク帯域幅比を有する２人のユーザをサポートす
る基地局の例を示す図である。

【図７Ａ】，

【図７Ｂ】 それぞれ３：１、２：１及び４：１のリンク帯域幅比を有する３人のユーザを
サポートする多重無線基地局の例を示す図である。

【図８Ａ】，

【図８Ｂ】 それぞれ３：１、２：１及び１：１のリンク帯域幅比を有する３人のユーザを
サポートする多重無線基地局の例を示す図である。

【図９Ａ】，

【図９Ｂ】 多重スロットパケットを備えて３：１と２：１のリンク帯域幅比を有する２人
のユーザをサポートする基地局の例を示す図である。

【図１０Ａ】，

【図１０Ｂ】 全体の効率を最適化するスロット割当て方法の例を示す図である。

【図１０Ｃ】，

【図１０Ｄ】 反対の帯域幅比をサポートするスロット割当て方法の例を示す図である。

【図１１Ａ】，

【図１１Ｂ】，

【図１１Ｃ】 出願人の発明に従ったスロット割当て方法のフローチャートである。

【図１２Ａ】，

【図１２Ｂ】 １４個のスロットのフレーム長に対するスロット割当て方法の例を示す図であ
る。

【図１３】 出願人の発明に従ったマクロ的なリソース割当て方法を使用する通信システム
を示す図である。

【図１４】 出願人の発明に従ったマクロ的なリソース割当ての方法のフローチャートであ
る。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年７月１３日（２００１．７．１３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【００１６】 国際公開番号WO 99/26430には、ワイヤレス通信システムにおける通信リンク
のデュプレックス送信に関する適応型時分割デュプレックス方法及び装置が記載 されている。通信リンク帯域幅要求は、所定の帯域幅要求パラメータを用いて絶 えず監視されている。そして、アップリンク及びダウンリンク帯域幅は、動的に 通信チャネルの要求に接触するように順応する。しかしながら、WO 99/26430で
は、基地局内の多重無線トランシーバ間における帯域幅要求の割当てが明確に述 べられていない。 したがって、本発明の目的は、前述したＴＤＤ通信システムにおいてこれらの
問題を解決し、そして多重無線ユニットを有するＴＤＤシステムにおいて非対称
型のサービスをサポートして賢明なリソース割当てと非対称型トラヒックのスマ
ートな制御を使用する方法及び装置を提供することである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多重無線基地局と複数のリモート端末との間に通信リンクを
   構築し、各リモート端末が特定の帯域幅比を要求する通信システムにおいて、 （ａ）それぞれのリモート端末の要求する帯域幅比の高いものから順に、利用
   可能な基地局無線機に対してリモート端末を連続して割当て、 （ｂ）利用可能な基地局無線機が最初のリモート端末を割当てられた後、それ
   ぞれのリモート端末の要求する帯域幅比の高いものから順に、ステップ（ａ）で
   構築された逆順の基地局無線機に対して残りのリモート端末を割当てる ステップを含む通信リンクにスロットを割当てる方法。
2. 【請求項２】 少なくとも１つのリモート端末が最大スループットを要求し
   、 最大スループットを要求する各リモート端末が、利用可能な基地局無線機に割
   当てられ、 割当てられた基地局無線機が利用可能な基地局無線機のプールから除かれる ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 特定の所定帯域幅無線を要求するリモート端末が、所定の基
   地局無線機に割当てられ、割当てられた基地局無線機が利用可能な基地局無線機
   のプールから除かれる ことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 多重無線基地局と複数のリモート端末との間の通信リンクを
   構築し、各リモート端末が特定の帯域幅比を要求する通信システムにおいて、 （ａ）リモート端末の送信要求をサポートするために必要な最小の数の基地局
   無線機を決定し、 （ｂ）それぞれのリモート端末が要求する帯域幅比の高いものから順に、ステ
   ップ（ａ）で求められた最小の数の基地局無線機から選択される利用可能な基地
   局無線機に対してリモート端末を連続して割当て、 （ｃ）利用可能な基地局無線機が最初のリモート端末を割当てられた後、それ
   ぞれのリモート端末の要求する帯域幅比の高いものから順に、ステップ（ｂ）で
   構築された逆順の基地局無線機に対して残りのリモート端末を割当てる ステップを含む通信リンクにスロットを割当てる方法。
5. 【請求項５】 多重無線基地局と複数のリモート端末との間の通信リンクを
   構築し、前記リモート端末がある帯域幅比を要求する通信システムを動作する方
   法であって、 （ａ）定期的に、リモート端末の要求された帯域幅比を分析し、 （ｂ）多重基地局無線機通信リンクの送信及び受信タイミングを同期するパッ
   キングスキームに従って基地局無線機に対してスロットを割当てる ステップを含む方法。
6. 【請求項６】 リモート端末に接続する通信リンクを開設するために、複数
   の無線トランシーバを備える基地局と、 複数のリモート端末と、 基地局の範囲内に位置する複数のリモート端末の中で無線トランシーバを割当
   てるためのコントローラと を含む通信システムであって、 前記コントローラが、多重基地局無線機通信リンクの送信及び受信タイミング
   を同期させるパッキングスキームに従って基地局無線機に対してスロットを割当
   てる通信システム。
7. 【請求項７】 それぞれがリモート端末に接続する通信リンクを開設するた
   めの複数の無線トランシーバを有する複数の基地局と、 複数の基地局間で帯域幅割当てを管理するための基地局コントローラと をさらに備える請求項６記載の通信システム。