JP4011386B2

JP4011386B2 - Ｐｍｐ無線アクセスシステム

Info

Publication number: JP4011386B2
Application number: JP2002114186A
Authority: JP
Inventors: 英隆吉川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2022-04-17
Also published as: JP2003309573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＰＭＰ無線アクセスシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、一般的なＰＭＰ無線アクセスシステムを示すブロック図である。
【０００３】
ＰＭＰ（ポイント・ツウ・マルチポイント：ＰｏｉｎｔｔｏＭｕｌｔｉｐｏｉｎｔ）無線アクセスシステムとは、１つの親局となる基地局１と複数の子局である加入者端末２（＃１〜＃ｐ）から構成される無線通信システムである。ＰＭＰ無線アクセスシステムの基地局１は、数ｋｍのエリア内の複数の加入者端末２をマルチチャンネルアクセス制御している。加入者端末２は、アンテナ３と送信部４および受信部５から構成され、送信部４と受信部５は外部の端末機器７と接続されている。端末機器７は、ユーザが使用する装置で、パーソナルコンピュータ等が使用される。
加入者端末２から基地局１に向けて送信する信号は、複数の加入者端末２で同一の周波数を用いる。そして、基地局１が送信した送信許可信号に対し、送信権を持つ加入者端末２のみが基地局１に対してデータを送信する。基地局１からは各加入者端末２に対し、同時に送信し、各加入者端末２は受信信号の中から自分に割り当てられたメッセージのデータを取出す。各加入者端末２へのメッセージの割り当ては、送信元のメッセージのデータに端末機器７および加入者端末２のアドレスを付加して区別を行う。
【０００４】
図６は、従来のＰＭＰ無線アクセスシステムの加入者端末２の詳細なブロック図を示す。
【０００５】
最初に加入者端末２の送信部４について説明する。送信部４は、入力バッファ１０１、フィルタ部１０２、バッファ１０４、読出し制御部１０６、ＭＡＣフレーム生成部１０７、および無線送信部１１０から構成される。
【０００６】
入力バッファ１０１は、端末機器７からのメッセージのデータを蓄積するバッファで、蓄積されたメッセージのデータはフィルタ部１０２に送られる。フィルタ部１０２は端末機器７からのメッセージのデータに付与されている、あて先アドレス、又は送信元アドレスを見て、フィルタ部１０２に登録してあるフレームヘッダと比較して（図示せず）、ネットワークに転送して良いメッセージのデータか否かを判断し、許可されたメッセージのデータのみをバッファ１０４へ送信する。
【０００７】
ここで、フレームとは、ある所定のデータの長さを有し、メッセージのデータにアドレスと、通信制御上の必要な情報とを付加した構造の単位である。
【０００８】
また、フレームヘッダとは、メッセージのデータに付与されるアドレス、通信制御の情報等を格納している部分である。
【０００９】
バッファ１０４は、フィルタされたメッセージのデータをフレーム単位で、一時蓄積するバッファである。読出し制御部１０６では、後述する受信部５のタイミング制御部２１６の指示により、バッファ１０４からメッセージのデータを読出す。この読出されたメッセージのデータはＭＡＣフレーム生成部１０７でＰＭＰ無線アクセスシステムの仕様に規定されているＭＡＣ（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）フレームにアセンブリされた後、無線送信部１１０に送られる。無線送信部１１０は更に誤り訂正符号の付加、および変調を施こした無線周波数の電波で、アンテナ３から基地局１にデータを送信する。
【００１０】
次に、基地局１から信号を受信し、加入者端末２の端末機器７にデータを出力するまでの受信部５の動作について説明する。受信部５は、無線受信部２１０、フレームディアセンブリ部２１４、ＭＡＰメッセージ抽出部２１５、送出タイミング制御部２１６、バッファ２０４、読出し制御部２０６、および出力バッファ２１７から構成される。
【００１１】
無線受信部２１０では、基地局１からの電波をアンテナ３で受信すると、無線周波数からベースバンドの周波数に変換し、デジタル信号に復調した後、誤り検出・訂正符号によって誤りの有無を検出し、誤りがある時は訂正を行う。そして、フレームディアセンブリ部２１４において、受信したメッセージのユーザデータに組み立てバッファ２０４に格納する。
【００１２】
このユーザデータには、送信元の端末機器７から入力したメッセージのデータの他に、基地局１で付加された制御情報やタイミング情報が含まれている。ＭＡＰ（ＭｅｓｓａｇｅＡｃｃｅｓｓＰｒｏｔｏｃｏｌ）メッセージ抽出部２１５では、ユーザデータの中から、基地局１から送られてきた加入者端末２への送信許可および送信タイミングを示すＭＡＰメッセージを取出し送出タイミング制御部２１６に出力する。
【００１３】
送出タイミング制御部２１６は、自分宛のＭＡＰメッセージで示された送信タイミング等の制御信号を送信部４の読出し制御部１０６に伝える。読出し制御部２０６は、バッファ２０４からメッセージのデータを読出し、出力速度を調整する出力バッファ２１７へメッセージのデータを送出する。
【００１４】
上述の動作を行う従来のＰＭＰ無線アクセスシステムでは、加入者端末２と端末機器７との間で送受するデータに対して遅延について管理が行われていないため、遅延時間、およびそのゆらぎが増大するという問題点がある。また、音声／映像等の遅延が好ましくないデータの送受信では、遅延時間を一定の範囲の値に留める制御が要望されていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＰＭＰ無線アクセスシステムでは、加入者端末と端末機器との間でデータを送受する際に、データを蓄積するバッファで遅延について管理が行われていないため、遅延時間、およびそのゆらぎが増大するという問題点があり、また、音声映像等の遅延が好ましくないデータの送受信には遅延時間を一定の範囲の値に留める制御が要望されていた。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、遅延に対する許容度が大きいデータ通信サービスと、同時に音声／映像通信のように遅延に対する許容度が小さい通信サービスが提供可能なＰＭＰ無線アクセスシステムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＰＭＰ無線アクセスシステムは、基地局と加入者端末の無線通信を行うＰＭＰ無線アクセスシステムにおいて、前記加入者端末から前記基地局に送信するデータを前記基地局から送信タイミングに従って送信するまで、または予め設定される第１の許容遅延時間の期間蓄積する第１のバッファと、前記第１のバッファの前記第１の許容遅延時間が小さいほど、そのデータ蓄積量を少なく設定する第１のデータ蓄積量設定手段と、前記加入者端末が前記基地局からの受信したデータを予め設定される第２の許容遅延時間の期間、蓄積する第２のバッファと、前記第２のバッファの前記第２の許容遅延時間が小さいほど、そのデータ蓄積量を少なく設定する第２のデータ蓄積量設定手段と、前記第１および第２の許容遅延時間を超えたデータを前記第１および第２のバッファから廃棄する手段とを具備することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態のＰＭＰ無線アクセスシステムを図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明のＰＭＰ無線システムの実施形態における加入者端末の詳細ブロック図である。図２は同端末の送信部におけるデータの送信動作を示すフローチャートである。図３は同端末の受信部におけるデータの受信動作のフローチャートである。
【００２３】
図１〜図３を用いて、本発明のＰＭＰ無線アクセスシステムの加入者端末の構成および動作について説明する。
【００２４】
加入者端末２はアンテナ３、送信部４および受信部５から構成される。最初に送信部４の構成・動作について、図１及び図２を用いて説明する。送信部４は、入力バッファ４０１、フィルタ部４０２、クラス化部４０３、ＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）、バッファサイズ設定部４０５、読出し制御部４０６、ＭＡＣフレーム生成部４０７、および無線送信部４１０から構成される。
【００２５】
ここで、ＱＯＳバッファ４０４とは、加入者端末２に入出力されるメッセージのデータについて、通信サービス品質ＱＯＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）のレベルに対応してデータを蓄積するバッファを言い、バッファ１〜ｎはそれぞれの品質レベル（ＱＯＳ）に対応している。
【００２６】
まず加入者端末２は設置時に初期設定として、ＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）に記憶されるメッセージのそれぞれに許容される遅延時間を設定し、また、バッファサイズ設定部４０５に対して、ＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）がそれぞれ蓄積できるデータ量を設定する。
【００２７】
このＱＯＳバッファ４０４の許容遅延時間は、加入者端末２が基地局１を介して通信すると想定される通信サービスのＱＯＳに対応した遅延時間の長短（許容度）に応じて設定され、またＱＯＳバッファ４０４の蓄積できるデータ量は、許容遅延時間が短いほど少なくなるよう設定される。
【００２８】
入力バッファ４０１は、端末機器７から受け取ったメッセージのデータを蓄積するバッファで、蓄積されたメッセージのデータはフィルタ部４０２に送られる（ステップｓ１１）。
【００２９】
フィルタ部４０２は、端末機器７からのメッセージのデータに付与されているフレームヘッダにある、あて先アドレス、および送信元アドレスと、フィルタ部４０２に登録してあるフレームヘッダ（図示せず）の情報とを比較し、メッセージのデータをネットワークに転送して良いか否かを判断し、許可されたメッセージのデータのみをクラス化部４０３に送出する（ステップｓ１２）。
次に、本発明では提供する通信サービスに応じた品質を保証するために、送信部４では以下の動作が行われる。
【００３０】
クラス化部４０３ではフィルタ部４０２から送られたメッセージのデータに付与されているフレームヘッダを監視して、そのあて先アドレスおよび、送信元アドレスによりコネクション（通信接続の条件）の許容遅延度を求め、その許容遅延度に対応した優先度バッファ、すなわちＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）の優先度に該当するバッファに記憶する（ステップｓ１３）。
【００３１】
ＱＯＳバッファ４０４（1〜ｎ）は、優先度が各遅延許容度を規定するＱＯＳ毎に従って区分されているが、ＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）それぞれが蓄積できるデータ量はバッファサイズ設定部４０５により制御される。ＱＯＳバッファ４０４（1〜ｎ）にクラス化部４０３からデータが転送されると、そのフレーム毎のデータに入力時刻を付加して書込む。
【００３２】
また、ＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）は、滞留しているデータの滞留時間を書込み時刻から測定する（ステップｓ１４）。
【００３３】
データの滞留時間が許容遅延時間を過ぎたデータであれば該当ＱＯＳバッファに記憶しているメッセージのデータを廃棄する（ステップｓ１５のＮｏの場合）。
【００３４】
読出し制御部４０６は、ＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）に記憶されたデータのうち、書込まれた時刻から許容される滞留時間のデータだけを、受信部５の送出タイミング制御部５１６から送られるタイミング信号に従って読出す（ステップｓ１６）。
【００３５】
更に、このＱＯＳバッファ４０４から読み出されたメッセージのデータはＭＡＣフレーム生成部４０７において、ＰＭＰ無線アクセスシステムの仕様に従った形式のＭＡＣフレームに組み立てられる（ステップｓ１７）。
このＭＡＣフレームの信号は無線送信部４１０で更に、誤り訂正符号が付加された後、変調されて所定の無線周波数で、アンテナ３から基地局１に向けて送信される（ステップｓ１８）。
【００３６】
次に、基地局１から受信した信号をユーザの端末機器７に出力するまでの受信部５の構成と動作について、図１および図３を用いて説明する。受信部５は、無線受信部５１０、フレームディアセンブリ部５１４、ＭＡＰメッセージ抽出部５１５、送出タイミング制御部５１６、クラス化部５０３、ＱＯＳバッファ５０４、バッファサイズ設定部５０５、読出し制御部５０６、および出力バッファ５１７から構成される。
【００３７】
受信部５においても送信部４と同様に、加入者端末２の設置時にＱＯＳバッファ５０４（１〜ｎ）に記憶されているメッセージのそれぞれに許容される遅延時間を設定し、バッファサイズ設定部５０５に対して、ＱＯＳバッファ５０４（１〜ｎ）がそれぞれ蓄積できるデータ量を初期設定する。
【００３８】
加入者端末２はアンテナ３で、基地局１からの電波を受信し、無線受信部５１０で、無線周波数からベースバンドの周波数に変換し、デジタル信号に復調した後、メッセージのデータに付加された誤り検出・訂正符号によって、誤りの有無を検出し、誤りがある時は訂正を行う。そして、無線受信部５１０からのデジタル信号をフレームディアセンブリ部５１４はＭＡＰメッセージデータとメッセージのデータに分離して出力する（ステップｓ２１）。
【００３９】
ＭＡＰメッセージ抽出部５１５では、フレームディアセンブリ部５１４から出力されたＭＡPメッセージデータから送信タイミングデータを抽出して、送出タイミング制御部５１６に出力する（ステップｓ２２）。
【００４０】
送出タイミング制御部５１６は、自分宛のＭＡＰメッセージで示された送信タイミング等の制御信号を送信部４の読出し制御部４０６に伝える（ステップｓ２３）。
【００４１】
一方、クラス化部５０３では、クラス化部４０３と同様に、分離したメッセージのデータのフレームヘッダにあるあて先アドレス、および送信元アドレスから、許容遅延度を求め、その許容度に対応した優先度バッファ、即ちＱＯＳバッファ５０４（１〜ｎ）の優先度に該当するバッファにメッセージのデータを記憶する（ステップｓ２４）。
【００４２】
バッファサイズ設定部５０５もバッファサイズ設定部４０５と同様に、ＱＯＳバッファ５０４（１〜ｎ）のデータ量を初期設定に従い制御する。また、ＱＯＳバッファ５０４（１〜ｎ）に、クラス化部５０３からのデータが記憶される時、そのフレーム毎のデータに入力時刻を付加して書込む（ステップｓ２５）。
【００４３】
また、ＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）は、滞留しているデータの滞留時間を読出し時刻と書込み入力時刻と比較して測定し、許容遅延時間を過ぎたデータであれば廃棄する（ステップｓ２６のＮｏの場合）。
【００４４】
読出し制御部５０６では、ＱＯＳバッファ５０４（１〜ｎ）の中から、許容遅延時間が短いデータから順にフレーム毎のデータを読出し、出力バッファ５１７へ転送することにより端末機器７へデータを出力する（ステップｓ２７）。
【００４５】
以上の動作により好ましくない遅延発生を最小化されているが、ここで各ＱＯＳバッファ５０４（１〜ｎ）とデータの割り当て方法を説明する。
【００４６】
例えば、ＱＯＳバッファ５０４に音声／映像通信のように許容遅延時間が小さいメッセージのデータを蓄積する場合、フレーム毎のデータの滞留時間、およびフレーム毎のデータの滞留時間差ジッタを小さくするために、このバッファに蓄積するデータ量を小さくし、遅延が発生した場合には、遅延時間が長いデータを廃棄するように対処すれば良い。
【００４７】
その理由は、音声／映像通信では、データのリアルタイム性が重要であり、遅延が発生すると、音声や映像再生が非常に不自然になるが、データが若干欠落しても、音声や映像では、微かなノイズですみ、受信者に与える影響は小さいので、遅延データは廃棄すればよい。
【００４８】
かかる処理では、ＱＯＳバッファ５０４のデータは許容遅延時間が過ぎると速やかに廃棄されているので、バッファに滞留するデータが少ない。送信を再開するときに、ＱＯＳバッファに不要なデータが蓄積されていないので、バッファのリセットなどの不要なデータ廃棄する処理の必要が無く、そのままデータ送信が再開できる効果がある。特に無線アクセスシステムでは、無線伝播条件の変動などによる一時的な送信停止状態になることが多く、上記の効果が大きい。
【００４９】
一方、データ通信のように、許容遅延時間が長いにもかかわらずデータの脱落が好ましくない通信サービスでは、ＱＯＳバッファ５０４における、許容遅延時間を大きく設定すると共に、バッファ量を大きく設定してデータの廃棄を少なく抑えるようにすればよい。この結果、加入者端末に接続された端末機器７が要求するデータ廃棄に対して行うデータ再送を防ぎ、不要なトラフィックの増加を抑える効果がある。
【００５０】
次に、データがＱＯＳバッファに滞留した時間の測定と不要データの廃棄動作について説明する。
【００５１】
図４（ａ）（ｂ）は、ＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）およびＱＯＳバッファ５０４（１〜ｎ）の機能ブロックの詳細図である。図４において、ＱＯＳバッファ４０４およびＱＯＳバッファ５０４はスタック構造のスタックバッファ６０２（1〜ｍ）、時間書込み部６０１、滞留時間計算部６０３、データ廃棄判断部６０４から構成される。これにより、ＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）もしくはＱＯＳバッファ５０４（１〜ｎ）に蓄積したデータの滞留時間が測定されており、所定の滞留時間を超えたフレーム毎のデータは廃棄される。
【００５２】
以下、図４（ａ）を用い、送信部４のＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）の動作を代表して説明する。
【００５３】
ＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）のスタックバッファ６０２（１〜ｍ）にクラス化部４０３からのメッセージのデータがフレーム毎に書き込まれ、同時に時間書込み部６０１からの書込み入力時刻が書込まれる。
スタックバッファ６０２（１〜ｍ）は1つのＱＯＳバッファ４０４をフレーム毎のデータとして1〜ｍ個に分けて構成されているので、ＱＯＳバッファ４０４にはｎ×ｍ個のバッファが存在することになる。
【００５４】
滞留時間計算部６０３は、読出し制御部４０６の制御によりスタックバッファ６０２（1〜ｍ）に対応するフレーム毎のデータを読出した時刻とＱＯＳバッファ４０４（１〜ｎ）に書込まれている書込み入力時刻との差を求めて、当該データの滞留時間を測定する。
【００５５】
データ廃棄判断部６０４は、上記の測定によって滞留時間を超えたデータの廃棄するか否かの判断を行い、滞留時間が既定値を超えたときは、当該スタックのフレーム毎のデータを廃棄する。そして、次のフレーム（ｍ＋１）データの滞留時間の計算を行う指示を滞留時間計算部６０３に送信し、滞留時間が既定値以下のときはデータをそのまま出力する様、読出し制御部４０６へ指示する。
【００５６】
このように、バッファ自身が、許容遅延時間を超過したデータを自分自身で廃棄することにより、前述の許容遅延時間が短いものから長い通信サービスの提供をおこなう通信制御が容易になる。
【００５７】
なお、許容遅延時間やＱＯＳバッファのデータ量については、加入者端末２の設置時に初期設定するとしたが、加入者端末が基地局と新たにコネクションを設定する場合や、ある端末間で通信を最初に始める時に、基地局と加入者端末間の通信で用いるＭＡＣフレームにその情報を埋め込み、設定するようにしても良い。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、加入者端末が送受信するバッファに蓄積されたデータを、通信サービスに対応した許容遅延時間を設けて、許容遅延時間の短いデータから読み出すとともに、許容遅延時間を超過したデータを廃棄する制御を行うことにより、バッファを効率的に使用して、遅延時間の許容度が小さい通信サービスと同時に、遅延時間の許容度が大きい通信サービスを提供可能なＰＭＰ無線アクセスシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＰＭＰ無線アクセスシステムの加入者端末の実施形態のブロック図。
【図２】図１の送信部におけるデータ送信の動作のフローチャート。
【図３】図１の受信部におけるデータ受信の動作のフローチャート。
【図４】図１のＱＯＳバッファの内部構成を示すブロック図。
【図５】従来のＰＭＰ無線アクセスシステムの構成を示すブロック図。
【図６】従来の加入者端末の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１基地局
２加入者端末
３アンテナ
４送信部
５受信部
１０１、４０１入力バッファ
１０２、４０２フィルタ部
４０３、５０３クラス化部
１０４、２０４バッファ
４０４，５０４ＱＯＳバッファ
１０６、２０６、４０６，５０６読出し制御部
１０７、４０７，ＭＡＣフレーム生成部
１１０、４１０無線送信部
２１０、５１０無線受信部
２１４、５１４フレームディアセンブリ部
２１５、５１５ＭＡＰメッセージ抽出部
２１６、５１６送出タイミング制御部
２１７、５１７出力バッファ
６０１時間書込み部
６０２スタックバッファ
６０３滞留時間計算部
６０４データ廃棄判断部
７端末機器

Claims

基地局と加入者端末の無線通信を行うＰＭＰ無線アクセスシステムにおいて、
前記加入者端末から前記基地局に送信するデータを前記基地局から送信タイミングに従って送信するまで、または予め設定される第１の許容遅延時間の期間蓄積する第１のバッファと、
前記第１のバッファの前記第１の許容遅延時間が小さいほど、そのデータ蓄積量を少なく設定する第１のデータ蓄積量設定手段と、
前記加入者端末が前記基地局からの受信したデータを予め設定される第２の許容遅延時間の期間、蓄積する第２のバッファと、
前記第２のバッファの前記第２の許容遅延時間が小さいほど、そのデータ蓄積量を少なく設定する第２のデータ蓄積量設定手段と、
前記第１および第２の許容遅延時間を超えたデータを前記第１および第２のバッファから廃棄する手段とを具備することを特徴とするＰＭＰ無線アクセスシステム。
前記第１のバッファから前記第１の許容蓄積時間の短いデータから先に読み出す第１の読出し手段と、前記第２のバッファから前記第２の許容蓄積時間の短いデータから先に読み出す第２の読出し手段とを、更に具備することを特徴とする請求項１記載のＰＭＰ無線アクセスシステム。
前記第１および第２のバッファは、
メッセージデータとその書込み入力時刻とを組にしてフレーム毎に記憶するバッファメモリをスタック構造にしたスタックバッファと、
前記スタックバッファのフレームに前記書込み入力時刻を書込む時間書込み手段と、
前記スタックバッファのフレームに記憶されたメッセージデータの滞留時間を前記書込み時刻から求める滞留時間計算手段と、
前記滞留時間計算手段が求めた前記メッセージデータの滞留時間と該当フレームに予め設定された許容滞留時間とを比較することによって前記フレーム毎のメッセージデータを廃棄するか否かを判断するデータ廃棄判断手段と
により構成されることを特徴とする請求項２記載のＰＭＰ無線アクセスシステム。