JP2612054B2 - 無線回線制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の端末装置が双方向通信回線を用い
て、中央処理装置と通信を行なう通信方式において、複
数の端末装置がバースト信号をランダムに送信しようと
する場合に、通信回線を効率的に使用することのできる
無線回線制御方式に関するものである。

〔従来の技術〕

第１図は、従来の多元接続方式の構成を説明する図で
あって、１は中央処理装置、2₁〜2_nはそれぞれ端末装
置、３は下り回線（中央処理装置→端末装置）、４は上
り回線（端末装置→中央処理装置）を表わしている。

このような系においては、一つの中央処理装置１に対
して多数の端末装置2₁〜2_nが存在するため、複数の端末
装置が同時に中央処理装置１に対して信号を送信する
と、信号間の衝突が発生する。

そのため、従来、このような衝突の発生を少なくする
ために、上り回線で信号送信を行なう際に、すべて下り
回線の同期信号に同期して信号送信を行なうことによ
り、信号間の衝突率を小さくする方法が採られていた
（以下、このような方式をスロッテッドアロハ方式とい
う）。

第２図は、スロッテッドアロハ方式において信号の送
信に成功した場合のタイムチャートを示している。

同図において、５〜７は送信信号が無い場合、８、９
は送信信号の有る場合、10〜14はフレーム信号（同期信
号）、15、16は送信信号８、９に対する受信確認信号
（中央処理装置→端末装置）を示している。

第３図は、信号が衝突した場合のタイムチャートを示
しており、17、18は送信信号、19は送信信号17を再送し
た信号、20〜24はフレーム信号（同期信号）、25は送信
信号19に対する受信確認信号を示している。

以下、上記従来の方式についての動作を説明する。

第２図において、端末装置がフレーム信号11に同期し
て信号８を送信すると、中央処理装置１が該信号を衝突
なく受信した場合のみ、端末装置に対して受信確認信号
15を送信する。

もし、中央処理装置１からの受信確認信号15が、ある
一定時間待っても受信できない場合には、端末装置は信
号の衝突と判断し、第３図19のように信号を遅延せしめ
て再送する。

この方式における信号の生起率に対するスループット
を第７図に示す。上り回線スロット化しない場合（ア
ロハ方式）に比べ、スループット特性はかなり改善さ
れており、最大スループットは２倍となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したような、スロッテッドアロハ方式では、上り
回線をスロット化することで、信号間の衝突の発生が部
分的な重なりではなく、第３図に示す送信信号17、18の
衝突のように信号全体の重なりになる。そのため、信号
の衝突の条件が限定されるから信号間の衝突率を低下せ
しめることが可能であつた。

しかし、このようなスロッテッドアロハ方式では、第
８図に示すごとく、最大スループットは高々0.368であ
り、さらに、高トラヒック時のスループットが急激に悪
くなるという欠点があった。

また、信号が生起しない場合には、第２図５〜７に示
すごとく、１スロット（信号長）がすべて無駄な時間と
なる。この無駄な時間の比率は、信号の生起率が低く、
信号長が長いほど、大であり、これが回線の利用効率の
低下を招くという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、スロッテ
ッドアロハ方式に、簡潔な構成の付加機能を設けること
によってスロッテッドアロハ方式以上のスループットの
確保と高トラヒック領域におけるスループットの改善の
両方を達成することの可能な無線回線制御方式を提供す
ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、上述の目的は、前記特許請求の範囲
に記載した手段により達成される。

すなわち、本発明は、中央処理装置と複数の端末装置
とが無線通信回線で接続され、端末装置が複数の群に群
分けされていて、中央処理装置が下り回線に同期信号を
送出し、次の同期信号に同期して信号の送信が可能であ
る端末群を下り回線で報知するとともに、端末装置が上
り回線で信号送信を行なう際には、総て上記下り回線の
同期信号に同期して信号送出を行なうごとく制御される
通信方式において、中央処理装置に端末装置からの上り
信号の有無を判定する手段と、端末装置からの上り信号
が存在しない場合に、下り回線に送出する同期信号の送
出時期を早める手段と通信を許可する端末群を変更する
手段とを設けるとともに、端末装置に受信した群番号が
自己の属する群番号でないとき信号の送信を防止する手
段を設けた無線回線制御方式である。

〔作用〕

第４図は本発明の原理的動作を示す流れ図であって、
（ａ）は中央処理装置における制御、（ｂ）は端末装置
における制御を示しており、26、27で示す部分が本発明
の主な特徴である動作を示している。

すなわち、本発明においては、中央処理装置は同図
（ａ）に示すように、端末装置からの受信信号を待ち受
けていて、所定時間以上待っても受信信号が到来しない
とき、次のフレーム信号の送出時期を早めるとともに、
通信を許可する端末装置の群を変更する。

一方、端末装置側では、同図（ｂ）に示すように、フ
レーム情報信号（第６図67〜74）に含まれる回線割当端
末群番号が自己の属する群番号でなければ信号送信を抑
止し、回線割当端末群番号が自己の属する群番号になる
まで待って信号送信をする。

〔実施例〕

第５図には、本発明の一実施の中央処理装置の構成の
例を示す図であって、28は上り信号、29は受信アンテ
ナ、30は受信機、31は音声のフィルタ部、32はデータの
フィルタ部、33は制御線、34は制御CPU、35は上り音声
信号、36は下り信号、37は制御部、38は信号生成部、39
はクロック、40は音声のフィルタ部、41はデータのフィ
ルタ部、42は送信機、43はシンセサイザ回路、44は送信
アンテナ、45は下り信号、46は信号生成制御部を表わし
ている。

同図において、上り信号28（説明を容易にするため、
データ信号のみの場合を考える。）を受信アンテナ29で
受信した場合、受信機30により復調、周波数変換され
る。上り信号の有無の判断は、データ信号に前置される
プリアンブル信号の検出結果に基づいて中央処理装置の
制御CPU34が行なう。

スロッテッドアロハ方式の場合、上り信号はフレーム
信号に同期して信号送信を行なうので、中央処理装置で
は、上り信号受信のタイミングが把握できる。

すなわち、フレーム信号の送信タイミングを制御線33
で監視していれば、フレーム信号送信を契機としてプリ
アンブル検出を始めることができる。そこで、プリアン
ブル信号の検出を始めてからΔｔの間だけその受信レベ
ルを測定し、その受信レベルが、ある規定値以上であれ
ば、プリアンブル検出有りと判断する。

プリアンブル検出有無の出力信号は、制御CPU34か
ら、信号生成制御部46へと伝達される。プリアンブル信
号が有る場合には、回線割当端末群を変えずに次の信号
の受信状態に入るが、プリアンブル信号が無い場合に
は、回線割当端末群を変更する旨の信号が制御部37から
信号生成部38に伝達される。

回線割当端末群番号は、フレーム情報信号で報知さ
れ、端末装置は予めROMに記憶している自分の属する群
番号と照合することで、次スロットがどの端末群かを認
識することができる。フレーム情報信号は、回線割当端
末群番号と次のスロットの送信時間情報を含んだ信号で
ある。

回路割当の順番は、昇順／降順などにすればよく、本
発明の実施例では以下で示すように昇順としている。

第６図は本発明の一実施例の動作の例を示すタイムチ
ャートである。

同図において、52〜58は送信信号、59〜64はフレーム
信号、65、66は送信時期を早めたフレーム信号、67〜74
はフレーム情報信号、75〜80は受信確認信号、81、82は
比較のため掲載した従来方式のフレーム信号、83〜88は
時間がt₁のスロット、89〜93は他群となっている時間を
示している。

以下、本実施例の動作について３第６図のタイムチャ
ートを用いて説明する。

なお、同図において、○印はスロット間で信号の生起
が有る場合を示しており、×印はスロット間で信号の生
起が無い場合を示している。

信号が83のスロット間で呼が生起した端末装置は、次
のフレーム信号に同期して信号送信するために、次のス
ロット84で送信信号53を中央処理装置宛に送信する。衝
突が無く送信信号53が中央処理装置で受信できた場合に
のみ、中央処理装置は、該端末装置に対して受信確認信
号76を送信する。

もし、該端末装置で受信確認信号が一定時間以上待っ
ても受信できない場合には、該端末装置は信号の衝突が
発生したものとして、あるランダムな値の時間遅延の後
に再送する。このアルゴリズムは従来方式の同じであ
る。

スロット84では送信信号53は有るが、このスロット84
の間では信号が生起しないために、次のスロットにおい
て中央処理装置では受信信号がない。信号の生起率が低
い場合には、信号が生起しない確率が高く、結果的に無
駄なスロットが多くなり回線効率が低下する。特に、信
号長が長い場合には、１スロットの時間が長いため、よ
り一層回線効率が低下する。

したがって、本発明では、この点に着目し、中央処置
装置で受信信号が無い場合には、次のフレーム信号の送
信時期をt₁−Δｔだけ早めるとともに、回線割当端末装
置群を変える。

例えば、第７図において、スロット84で信号が生起せ
ず、次のスロットでは送信信号が無いために、次のフレ
ーム信号の送信時期をt₁−Δｔだけ早め、さらに、回線
割当端末番号を１群から２群へ変える。同様に、２群か
ら３群、３群から１群への回線割当端末群の変更は、該
群番号端末装置からの信号無しを契機にして行なう。

前述したような、送信時期を早めるための制御は、下
記のようにして行なわれる。

すなわち、上記のように、プリアンブル信号検出回路
の出力信号は、制御CPU34から制御部37へ伝達される
が、このとき、信号が有る場合には、フレーム信号の送
信周期は変化させないが、信号が無い場合には、フレー
ム信号の送信時期を早めるために信号生成のためのクロ
ック39の周期を早めるよう、制御部37から制御信号がク
ロック39に伝達され、送信時期を早めたフレーム信号が
生成される。

従来方式では、ある一定時間ごとに群を変えていた
が、本発明の方式を用いることで、トラヒックの多い所
へ優先的にチャネルを割り当てることができる。

以下、本発明を定量的に示すために簡単な数式で示
す。

本発明による方式の衝突率は、 （ｉ）回線の割当が自分の属する端末装置群である時
に、複数の端末装置で信号が生起し、次のスロットで衝
突する。

（ii）回線の割当が自分の属する端末装置群でない時
に、複数の端末装置で信号が生起し、回線の割当が自分
の属する端末装置群となったと同時に一斉に送信して衝
突する。

の二通りが考えられる。

回線の割当が他端末群となっている確率をＰとすれ
ば、 信号の衝突率は次式で求められる。

Ｃ＝（１−Ｐ）exp（−λ′t₁） ＋P exp（−λ′t₁） ……（１） ここで、 λ′＝λ/m ……（２） ｔ＝（ｍ−１）nt₁＋Δｔ ……（３） Ｐ＝t/（ｔ＋nt₁） ……（４） である。

また、ｎは信号が連続する確率の関数であり、ここで
は、その平均値を用いるとすれば、 ｎ＝exp（λ′t₁）−exp（−λ′ｍ（Δｔ ＋t₁））／（１−exp（−λ′（ｍ −１）t₁）（１−exp（−λ′t₁））〕^２ ……（５） である。

したがって、スループットは、 Ｓ＝（１−Ｃ）λt₁ ……（６） で求まる。

式（６）より、t₁＝50msec、Δｔ＝25msecの場合、群
分け数ｍを変化させた時のスループット特性を第７図に
示す。

同図において、はスロッテッドアロハ方式、はア
ロハ方式、は本発明の方式（ｍ＝１の場合）、は本
発明の方式（ｍ＝２の場合）、は本発明の方式（ｍ＝
３）の場合を示している。

同図に示すように、本発明においては、群分け数ｍが
大きい程、トラヒックの分散変が図られ、その結果、高
トラヒック時におけるスループットの急減が防げること
が分かる。

一方、群分け数を増加する程、最大スループットは減
少する傾向があることが分かる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の方式によれば、高トラ
ヒック時においてもスループットが急減することなく、
最大スループットの増加が図られ、無駄な空きスロット
を小さくすることで有効に回線が使用できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多元接続方式の構成を説明する図、第２
図、第３図は従来のスロッテッドアロハ方式の動作の例
を示すタイムチャート、第４図は本発明の原理的動作を
示す流れ図、第５図は本発明の一実施例の構成の例を示
す図、第６図は本発明の一実施例の動作の例を示すタイ
ムチャート、第７図は本発明のスループット特性の例を
示す図である。 １……中央処理装置、2₁〜2_n……端末装置、３……下り
回線、４……上り回線、５〜７……送信信号が無い場
合、８、９……送信信号、10〜14……フレーム信号、1
5、16……受信確認信号、17、18……送信信号、19……1
7の再送信号、20〜24……フレーム信号、25……受信確
認信号、26、27……本発明の特徴的動作、28……上り信
号、29……受信アンテナ、30……受信機、31、32……フ
ィルタ、33……プリアンブル検出回路、34……制御CP
U、35……上り音声信号、36……下り信号、37……制御
部、38……信号生成部、39……クロック、40、41……フ
ィルタ、42……送信機、43……シンセサイザ回路、44…
…送信アンテナ、45……下り信号、46……信号生成制御
部、52〜58……送信信号、59〜64……フレーム信号、6
5、66……送信時期を早めたフレーム信号、67〜74……
フレーム情報信号、75〜80……受信確認信号、81、82…
…従来方式のフレーム信号、83〜88……時間がt₁のスロ
ット、89〜93……他群となっている時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 淳 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−217750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−132150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−41613（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央処理装置と複数の端末装置とが無線通
   信回線で接続され、端末装置が複数の群に群分けされて
   いて、中央処理装置が下り回線に同期信号を送出し、次
   の同期信号に同期して信号の送信が可能である端末群を
   下り回線で報知するとともに、端末装置が上り回線で信
   号送信を行なう際には、総て上記下り回線の同期信号に
   同期して信号送出を行なうごとく制御される通信方式に
   おいて、 中央処理装置に端末装置からの上り信号の有無を判定す
   る手段と、端末装置からの上り信号が存在しない場合
   に、下り回線に送出する同期信号の送出時期を早める手
   段と通信を許可する端末群を変更する手段とを設けると
   ともに、 端末装置に受信した群番号が自己の属する群番号でない
   とき信号の送信を抑止する手段を設けたことを特徴とす
   る無線回線制御方式。