JP4342683B2 - 送受信装置及び送受信方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムにおいて信号を送受信する送受信装置及び送受信方法に関する。特に、本発明は、無線通信システムの移動局におけるランダムアクセスバーストの伝送のためのバックオフ機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、移動通信グローバル方式（Global System for Mobile Communications：以下、ＧＳＭシステムという。）のような無線通信システムにおいて、移動局は、ネットワークから所望のサービスを得るために、ランダムアクセスチャンネル（Random Access Channel：以下、ＲＡＣＨという。）を用いてランダムアクセスバースト（random access burst）を送信する。移動セルラシステム（mobile cellular system）の移動局がユーザデータを送信するためのデータチャンネル、すなわちユーザデータチャンネルを必要とするとき、移動局は、ランダムアクセスチャンネルを介してランダムアクセスバーストを、選択された基地局に送信する。ランダムアクセスバーストを受信した基地局は、ランダムアクセスバーストが移動局から基地局に正しく伝送されたことを確認する肯定応答メッセージ（acknowledgement message）、すなわち確認メッセージ（confirmation message）を移動局に送信する。基地局から送信される肯定応答情報は、アクセス許可情報でもあり、移動局の要求するサービスの提供の許可を通知するものである。ランダムアクセスバーストが移動局から基地局に正しく伝送されると、基地局は、移動局の要求する各サービス、例えばユーザデータチャンネルを移動局に割り当てる。
【０００３】
移動局から基地局へのランダムアクセスバーストの伝送は競合（contention）に基づいて行われるので、ランダムアクセスバーストが衝突（collision）することがある。例えば、無線通信システムの１つのセル内の複数の移動局が同時にランダムアクセスバーストを送信した場合、ランダムアクセスバーストが衝突し、基地局によって正しく受信されず、確認されないことがある。ランダムアクセスバーストを基地局に送信した後、移動局は、基地局からの肯定応答情報が受信されたか否かを判定する。所定の時間経過しても肯定応答情報が受信されてない場合、移動局は、ランダムアクセスバーストが基地局で正しく受信されなかった、すなわち正しく伝送されなかったと判定する。このように、ランダムアクセスバーストランダムを送信した（attempt）にもかかわらず、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった後に、新たなランダムアクセスバーストを何時送信するかを決定するバックオフ機構（backoff mechanism）が働く。このことは、最初のランダムアクセスバーストの伝送のときだけでなく、２回目以降のランダムアクセスバーストの再送信のときについても同様である。
【０００４】
従来、様々なバックオフ機構が提案されている。例えば、所謂ベイズ（bayesian）バックオフ機構（backoff mechanism）では、ネットワーク側、すなわち基地局は、ランダムアクセスバーストが衝突したとき、すなわちランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかったとき、ランダムアクセスチャンネルが占有されているか否かを推定する。この推定によって生成された推定情報は各移動局に送信され、各移動局は、この推定情報によって、それらのバックオフ機構を設定できるようになっている。他のバックオフ機構としては、ユーザ側の装置で競合するランダムアクセスバーストの衝突を検出する機構がある。基地局は、推定情報を定期的に移動局に送信しなければならず、また、ランダムアクセスバーストの衝突を検出するために非常に複雑になっているので、このような周知のバックオフ機構では、ダウンリンクのために多くのリソース（resource）を必要とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
無線通信システムにおいて、複数の移動局が同時に基地局にアクセスするときに起こるメッセージの衝突を低減させる装置及び方法が米国特許第5,544,196号に記載されている。その記載によれば、移動局は、肯定応答情報が所定の時間経過しても受信されない場合、ランダムに時間をおいて次のランダムアクセスバーストを送信する。このランダムな時間の遅れであるランダム遅延（random delay）は、所定の時間間隔の時刻（time point）をランダムに選択することによって設定される。すなわち、ランダムアクセスバーストを再送信するための新たな時刻が選択される時間間隔は、予め固定値に設定されている。この比較的簡単なバックオフ機構は、ＧＳＭシステムの中でも用いられている。特に、ランダムアクセスチャンネルが非常に占有され、ランダムアクセスバーストが頻繁に衝突するときは、ランダムアクセスバーストが正しく伝送される可能性が低いにもかかわらず、ランダムアクセスバーストの伝送が頻繁に行われるので、このバックオフ機構は、非常に非効果的である。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、無線通信システムにおいて信号を送受信する送受信装置及び送受信方法を提供し、ランダムアクセスバーストの伝送における効果的なバックオフ機構を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る送受信装置は、無線通信システムにおいて信号を送受信する送受信装置において、ランダムアクセスバーストを送信する送信手段と、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されたことを確認する肯定応答情報を受信する受信手段と、肯定応答情報が受信されたか否かを判定する判定手段と、ランダムアクセスバーストを送信しても肯定応答情報が受信されなかったとき、所定の時間間隔からランダムアクセスバーストを再送信する時刻をランダムに選択する制御手段とを備える。そして、制御手段は、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数に応じて所定の時間間隔の長さを設定する。
【０００８】
また、本発明に係る送受信方法は、無線通信システムにおいて信号を送受信する送受信方法において、ランダムアクセスバーストを送信するステップと、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されたことを確認する肯定応答情報が受信されたか否かを判定するステップと、肯定応答情報が受信されなかったとき、所定の時間間隔からランダムアクセスバーストを再送信する時刻をランダムに選択するステップとを有する。そして、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数に応じて所定の時間間隔の長さが設定される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る送受信装置及び送受信方法を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明を適用した無線通信システムの端末装置における送受信方法のフローチャートである。
【００１１】
ステップＳ１において、端末装置で生成されたランダムアクセスバーストの最初の送信が行われる。例えば、無線通信システムの移動局がユーザデータを伝送するためのチャンネルを必要とするとき、移動局は、サービス要求をランダムアクセスバーストの形式で選択された基地局に送信する。基地局は、移動局によって送信されたランダムアクセスバーストを正しく受信すると、肯定応答情報を生成し、この肯定応答情報を移動局に送り返す。この肯定応答情報は、例えばアクセス許可情報等である。ステップＳ２において、移動局は、肯定応答情報を正しく受信すると、ランダムアクセスバーストの最初の伝送が正しく行われたと判定する。この結果、ステップＳ３において、ランダムアクセスバーストの伝送は終了する。基地局は、肯定応答情報とともに又は肯定応答情報に挿入して、移動局の要求するサービスの割当て、例えばユーザデータを伝送するために用いるチャンネルに関する更なる情報を移動局に送信する。
【００１２】
ステップＳ１でランダムアクセスバーストの最初の送信を行った後、例えば、移動局は、上述したようにステップＳ２において、肯定応答情報が受信されたか否かを判定する。肯定応答情報が所定のオフセット時間（offset time）経過しても受信されない場合、判定はＮＯとなり、移動局は、ランダムアクセスバーストが基地局で正しく受信されなかったと判定する。肯定応答情報が所定のオフセット時間内に受信された場合、判定はＹＥＳとなり、移動局は、ランダムアクセスバーストが基地局で正しく受信されたと判定する。
【００１３】
ステップＳ２での判定がＮＯの場合、ステップＳ４において、ランダムアクセスバーストが基地局で正しく受信されなかった試行回数、すなわち正しく伝送されなかった回数が累積される。次に、ステップＳ５において、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数が所定の最大回数に達したか否かが判定される。ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数の累積が所定の最大回数に達した場合、ステップＳ６において、ランダムアクセスバーストの伝送は終了する。ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数の累積が所定の最大回数に達していない場合、ステップＳ７において、新たな時間間隔が設定される。次に、ステップＳ８において、次のランダムアクセスバーストを伝送する新たな時刻が選択される。ここで、ステップＳ７で設定される新たな時間間隔は、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数の累積に基づいて計算される。すなわち、新たな時間間隔は、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数の累積に関係したタイムスロット（time slot）数を計算することによって設定される。この新たな時間間隔は、一連の番号｛１、２、・・・、ＭＷ＋Ｓ×Ｂ^{ＰＯ＋ＮＦ}｝によって表される。ここで、各番号は、タイムスロット数を基本単位として表す。したがって、タイムスロットは、それぞれの無線通信システムの基本的なタイムスロットである。因子ＭＷは時間間隔の最小の長さ、因子Ｓは換算係数、因子Ｂは基本係数、因子ＰＯはパワーオフセット係数、因子ＮＦはランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数である。ここで、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数は、ステップＳ４で計算されたランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数の累積である。全ての因子は負ではない整数であり、因子ＮＦはランダムアクセスバーストの伝送毎に変化する。他の因子は、他のシステムパラメータに基づいて予め設定されているか又は他のパラメータに基づいて変化する。
【００１４】
次に、ステップＳ８において、次のランダムアクセスバーストの伝送、すなわち再送信のための新たな時刻がステップＳ７で設定された時間間隔からランダムに選択される。ここで、新たな時刻は、均一な確率分布に基づいてランダムに選択される。上述した式から理解できるように、ランダムアクセスバーストの伝送の間隔は、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数とともに増加していく。ランダムアクセスバーストの衝突によってランダムアクセスバーストが正しく伝送されない確率を著しく低減するために、ランダムアクセスバーストの伝送の間隔を、指数関数的に増加させる。したがって、新たな時刻がランダムに選択される時間間隔は急速に長くなり、システム全体の安定度は非常に増す。
【００１５】
時間間隔の最小の長さを決定する因子ＭＷは、ある最小の時間間隔を保証するために、例えば１０タイムスロットに設定される。因子Ｓ、Ｂ、ＰＯは、ランダムアクセスバーストの異なる優先順位クラスを定めるために用いられる。すなわち、これらの因子Ｓ、Ｂ、ＰＯは、優先順位クラスを高くするときには、時間間隔の長さを短くするように予め設定される。例えば、サービス要求に対して４つの異なる優先順位クラスがあり、これらに従って、ランダムアクセスバーストを送信するときには、因子Ｓ、Ｂ、ＰＯは、異なる優先順位クラスに対して異なる値を取る。ここでは、例えば、異なる優先順位クラスに対して因子（換算係数）Ｓのみを変更することで十分である。１番高い優先順位クラスに対して、因子は、Ｓ＝１、Ｂ＝２、ＰＯ＝０に設定される。２番目の優先順位クラスに対して、因子は、Ｓ＝４、Ｂ＝２、ＰＯ＝０に設定される。３番目の優先順位クラスに対して、因子は、Ｓ＝８、Ｂ＝２、ＰＯ＝０に設定される。４番目の優先順位クラスに対して、因子は、Ｓ＝１２、Ｂ＝２、ＰＯ＝０に設定される。ところで、シミュレーションした結果によれば、換算係数Ｓのみを変化させることで十分であり、その場合、計算を簡単にすることができる。
【００１６】
ステップＳ８以降において、ランダムアクセスバーストはランダムに選択された時刻で伝送される。すなわち、ステップＳ７で設定された時間間隔は、所定のオフセット時間の最後から始まるタイムスロット数で決定され、ステップＳ２において、肯定応答情報が受信されたか否かが判定される。このように、ランダムアクセスバーストの再送信のための絶対時刻（absolute timepoint）は、所定のオフセット時間にステップＳ８で選択された時刻を加えることによって得られる。上述したように、換算係数Ｓのみを異なる優先順位クラスに対して変更するようにしてもよい。因数（基本係数）Ｂ及び因数（パワーオフセット係数）ＰＯは変化しないが、これらの係数を変化させて、バックオフ機構がシステム状態を緩やか変化させるようにしてもよい。
【００１７】
図２は、本発明を適用した無線通信システムの端末装置における送受信装置の構成を示すブロック図である。例えば、移動セルラシステムの移動局１は、図１のフローチャートに示すステップＳを実行する。したがって、図２のブロック図には、本発明に関連する重要な構成要素のみを示している。無線通信システムの移動局１を動作させるのに必要な変調器、復調器、インターリーバ、マイクロフォン、スピーカ等の他の構成要素は、説明を簡単にするために、ここでは省略する。
【００１８】
無線通信システムの移動局１は、信号を送信及び受信するためのアンテナ２を備える。アンテナ２は、送信機３及び受信機４に接続されている。送信機３は、アップコンバータを有し、ベースバンドの信号を高周波数信号にアップコンバートし、アンテナ２を介して送信する。受信機４は、ダウンコンバータを有し、アンテナ２によって受信された高周波数信号をダウンコンバートして、ベースバンドの信号を再生する。受信機４は、判定器５に接続されている。送信機３は、ランダムアクセスバーストを生成するランダムアクセスバースト生成器７に接続されている。ランダムアクセスバースト生成器７及び判定器５は、中央演算処理装置からなるコントローラ６に接続されている。
【００１９】
移動局１からサービスを要求する信号を無線通信システムの他の基地局に送る必要があるとき、コントローラ６は、対応する信号をランダムアクセスバースト生成器７に供給し、必要なランダムアクセスバーストを生成する。次に、このランダムアクセスバーストは、送信機３によって送信される。判定器５は、対応する肯定応答情報が受信機４によって所定のオフセット時間内に受信されたか否かを判定する。すなわち、コントローラ６は、判定器５が、タイミング発生器によって得られる実際の時間とランダムアクセスバーストの伝送時刻から開始する所定のオフセット時間とを比較することができるように、送信機３がランダムアクセスバーストを送信した時刻を判定器５に通知する。肯定応答情報が受信機４によって所定のオフセット時間内に受信されたとき、ランダムアクセスバーストを再送信する必要はない。所定のオフセット時間経過しても肯定応答情報が受信されない場合、コントローラ６は、所定の時間間隔からランダムアクセスバーストを再送信するための時刻をランダムに選択する。そして、所定の時間間隔は、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数に応じて設定される。コントローラ６は、図１のステップＳ７及びステップＳ８で示したように、次のランダムアクセスバーストの伝送の時刻を設定する。
【００２０】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、無線通信システムにおいて信号を送受信する送受信装置において、従来に比べて高性能で、安定してランダムアクセスバーストを伝送するバックオフ機構を提供することができる。特に、スループットは、高い負荷、例えば混雑した領域でさえ、まだ相当に高い。さらに、ダウンリンクチャンネル上でバックオフ固有のリソースは要求されず、ネットワーク側で衝突を検出する必要はない。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を適用した無線通信システムの端末装置における送受信装置及び送受信方法によれば、ランダムアクセスバーストの伝送において効果的かつ安定した簡単な構成のバックオフ機構を提供することができる。特に、本発明に係る送受信装置及び送受信方法によれば、ネットワーク側は、ランダムアクセスバーストの衝突を検出又は予想する必要がなく、同時にバックオフ機構を現在のランダムアクセスチャンネルの環境に柔軟に適応させることができる。ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数に応じて、ランダムアクセスバーストを再送信する時刻をランダムに選択する時間間隔の長さを設定することによって、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されるまでの送信されない回数を減らすことができる。したがって、無線通信システムの性能及び安定度は向上する。同時に、ランダムアクセスチャンネル上で、ランダムアクセスバーストの高く効果的なスループットが達成される。本発明は、無線通信システムの移動局に適用されるが、他のシステムの端末装置にも適用することができる。
【００２２】
本発明によれば、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数が増加したとき時間間隔を長く設定することができる。ここで、ランダムアクセスバーストが競合して多くのランダムアクセスバーストが衝突するとき、ランダムアクセスバーストを再送信する時刻が遅らされ、ランダムアクセスバーストが正しく伝送される確率が著しく増える。ここで、時間間隔の長さは、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数によって指数関数的に決定される。
【００２３】
本発明によれば、制御手段は、所定のオフセット時間経過後にランダムアクセスバーストを再送信する時刻をランダムに選択することができる。ランダムアクセスバーストの伝送又は再送信の後に、選択された基地局からの肯定応答情報が所定のオフセット時間経過後に受信されたか否かが判定される。
【００２４】
さらに、制御手段は、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数が所定の最大回数より小さいと判定されたときのみランダムアクセスバーストを再送信する時刻を選択することができる。ランダムアクセスバーストを送信する最大回数を設定することによって、ランダムアクセスバーストが無限回数送信されることを避けることができる。本発明によれば、時間間隔の長さは、ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数によって決定されるので、ランダムアクセスバーストの再送信の回数が最大回数になる可能性が減少される。
【００２５】
本発明の概念によれば、ランダムアクセスバーストとともに伝送されたサービス要求のための異なる優先度を割り当てることができる。ここで、時間間隔の長さは、ランダムアクセスバーストの異なる優先順位クラスに応じて決定される。優先順位クラスが高いとき、時間間隔の長さを短く設定することができる。したがって、高い優先度のサービス要求に対するランダムアクセスバーストが送信されるまでには、平均して非常に短い時間ですみ、低い優先度のサービス要求に対するランダムアクセスバーストが送信されるまでには、平均して非常に長い時間がかかる。
【００２６】
さらに、時間間隔は、無線通信システムのタイムスロットを表す一連の番号によって表すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したバックオフ機構を説明するためのフローチャートである。
【図２】 本発明を適用したバックオフ機構を組み込んだ無線通信システムの端末装置のブロック図である。
【符号の説明】
１ 移動局、２ アンテナ、３ 送信機、４ 受信機、５ 判定器、６ コントローラ、７ ランダムアクセスバースト生成器

Claims (16)

1. 無線通信システムにおいて信号を送受信する送受信装置において、
   ランダムアクセスバーストを送信する送信手段と、
   上記ランダムアクセスバーストが正しく伝送されたことを確認する肯定応答情報を受信する受信手段と、
   上記肯定応答情報が受信されたか否かを判定する判定手段と、
   上記ランダムアクセスバーストを送信しても上記肯定応答情報が受信されなかったとき、所定の時間間隔から上記ランダムアクセスバーストを再送信する時刻をランダムに選択する制御手段とを備え、
   上記制御手段は、上記ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数に応じて上記所定の時間間隔の長さを設定することを特徴とする送受信装置。
2. 上記所定の時間間隔の長さは、上記ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数が増えるにつれて長くなることを特徴とする請求項１に記載の送受信装置。
3. 上記所定の時間間隔の長さは、上記ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数によって指数関数的に決定されることを特徴とする請求項２に記載の送受信装置。
4. 上記制御手段は、所定のオフセット時間経過後に上記ランダムアクセスバーストを再送信する時刻をランダムに選択することを特徴とする請求項１乃至３に記載の送受信装置。
5. 上記制御手段は、上記ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数が所定の最大回数より小さいと判定されたときのみ上記ランダムアクセスバーストを再送信する時刻を選択することを特徴とする請求項１乃至４に記載の送受信装置。
6. 上記所定の時間間隔の長さは、さらに、上記ランダムアクセスバーストの異なる優先順位クラスに応じて決定されることを特徴とする請求項１乃至５に記載の送受信装置。
7. 上記所定の時間間隔の長さは、上記優先順位クラスが高いほど短くなることを特徴とする請求項６に記載の送受信装置。
8. 上記所定の時間間隔の長さは、上記無線通信システムのタイムスロットを表す一連の番号によって表されることを特徴とする請求項６に記載の送受信装置。
9. 無線通信システムにおいて信号を送受信する送受信方法において、
   ランダムアクセスバーストを送信するステップと、
   上記ランダムアクセスバーストが正しく伝送されたことを確認する肯定応答情報が受信されたか否かを判定するステップと、
   上記肯定応答情報が受信されなかったとき、所定の時間間隔から上記ランダムアクセスバーストを再送信する時刻をランダムに選択するステップとを有し、
   上記ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数に応じて上記所定の時間間隔の長さが設定されることを特徴とする送受信方法。
10. 上記所定の時間間隔の長さは、上記ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数が増えるにつれて長くなることを特徴とする請求項９に記載の送受信方法。
11. 上記所定の時間間隔の長さは、上記ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数によって指数関数的に決定されることを特徴とする請求項１０に記載の送受信方法。
12. 所定のオフセット時間経過後に上記ランダムアクセスバーストを再送信する時刻がランダムに選択されることを特徴とする請求項９乃至１１に記載の送受信方法。
13. 上記ランダムアクセスバーストが正しく伝送されなかった回数が所定の最大回数より小さいと判定されたときのみ上記ランダムアクセスバーストを再送信する時刻が選択されることを特徴とする請求項９乃至１２に記載の送受信方法。
14. 上記所定の時間間隔の長さは、さらに、上記ランダムアクセスバーストの異なる優先順位クラスに応じて決定されることを特徴とする請求項９乃至１３に記載の送受信方法。
15. 上記所定の時間間隔の長さは、上記優先順位クラスが高いほど短くなることを特徴とする請求項９乃至１４に記載の送受信方法。
16. 上記所定の時間間隔の長さは、上記無線通信システムのタイムスロットを表す一連の番号によって表されることを特徴とする請求項９乃至１５に記載の送受信方法。

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