JP4869889B2 - 基地局装置及び通信方法 - Google Patents

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Description

本発明はOFDMA(直交周波数分割多重接続)方式で通信を行う場合のチャネル割り当て技術に関する。
周知のようにOFDMAとは、直交関係にあるすべてのサブキャリアを全無線通信端末PSで共有し、任意のサブキャリアの集まりを1つのグループとして位置付け、各無線通信端末PSに1つ又は複数のグループを適応的に割り当てることにより多元接続を実現する技術である。本発明の背景となる通信システムでは、上記したOFDMA技術に、時分割多重接続(TDMA)技術及び時分割複信(TDD)技術をさらに組み合わせている。つまり各グループをTDDとして時間軸方向に上り回線と下り回線に分け、さらにこれら上り回線と下り回線をそれぞれ4つのTDMAスロットに分割している。そして、各グループが時間軸方向にそれぞれTDMAスロットとして分割された1つの単位をサブチャネルと呼ぶことにする。
図6に上記通信システムにおける周波数とTDMAスロットとサブチャネルの関係を示す。縦軸は周波数、横軸は時間である。図6が示すように周波数方向28個、時間軸方向4個(4スロット)を掛け合わせた112個のサブチャネルが上り回線用と下り回線用にそれぞれ割り当てられる。図6に示すように、全サブチャネルのうち周波数方向の一番端のサブチャネル(図6では1番)を制御チャネル(CCH)として使用し、残りのサブチャネルをトラフィックチャネルとして使用している。そして、無線通信を行う基地局装置CSと無線通信端末PSには、上り回線と下り回線のそれぞれに属する全トラフィックサブチャネル(この場合、CCHを除いた27×4スロットの108サブチャネル)のうちから任意の1つ又は複数のトラフィックサブチャネルが割り当てられる。なお、通信チャネルとしての上り回線用及び下り回線用のトラフィックサブチャネルには同じトラフィックサブチャネルが割り当てられる。
このトラフィックサブチャネルは、アンカーサブチャネル(ASCH)とエクストラサブチャネル(ESCH)とにより構成されている。アンカーサブチャネルとは、どのサブチャネルをどの端末が使用するかを各端末に通知するために使用したり、再送制御でデータが正しくやりとりできたかを基地局と端末でネゴシエーションするために使用するためのサブチャネルである。エクストラサブチャネルとは、実際に使用するデータを送信するサブチャネルであり、1つの端末に対して、複数のエクストラサブチャネルを割り当てることができる。この場合、割り当てられたエクストラサブチャネルが多いほど帯域が広がるので高速な通信が可能となる。
上記通信システムでは、トラフィックチャネルの有効利用を図るために、上記エクストラサブチャネルを動的に割り当てている。エクストラサブチャネルを動的に割り当てる場合、どのチャネルを通信端末に割り当てるかを示すMAP情報を上記アンカーサブチャネルを用いて予め基地局から端末へ通知する。
上記通信システムでは、通信を行う場合に通信対象のデータ量に応じてアンカーサブチャネルがエクストラサブチャネルを動的に割り当てている。従って、一時的に通信データが無くなった場合はアンカーサブチャネルのみが通信対象である端末に割り当てられ、割当を解放されたエクストラサブチャネルは他の端末の通信用に割り当てられる。このように、エクストラサブチャネルの動的な割当を行うことによりトラフィックチャネルの有効利用が図られている。
ところで音声のようなバースト性を有するデータを通信する場合、送信すべき音声データがない場合はエクストラサブチャネルの割り当ては本来不要である。しかしながら音声の通信はその性質上、遅延が許されず、リアルタイム性を保証するために、送信すべき音声データがない場合でもエクストラサブチャネルを確保しておく必要がある。このため、常時アンカ−サブチャネルの他にエクストラサブチャネルを割り当てておく必要があり、サブチャネルの利用効率が低下する。
また、上記通信システムでは、エクストラサブチャネルを割り当てる際に、キャリアセンスを行っていない。このため、他局から干渉を受けているエクストラサブチャネルが音声通信に割り当てられる可能性がある。データ通信であれば干渉を受け、通信品質が悪化しても、再送を行うことで品質の担保ができるが、リアルタイム性を重視する音声通信では、音声品質の低下を招くことになる。
上記にようにエクストラサブチャネルの動的割り当てはサブチャネルの有効利用を図ることができるものの、通信の種類によっては必ずしも最良であるとは限らないという事情がある。
本発明の基地局装置は、通信端末と、サブチャネルを用いたOFDMA方式で通信を行う基地局装置において、通信を行うサブチャネルを各通信端末に割り当てるチャネル割り当て手段と、通信対象である呼の種類を取得する種別取得手段と、を備え、前記チャネル割り当て手段は、取得した呼の種類に応じて各通信端末に割り当てるサブチャネルの割り当て手順を変更するものである。また、本発明の通信方法は、通信端末と基地局との間で、サブチャネルを用いたOFDMA方式で通信を行う通信方法において、通信対象である呼の種類を取得するステップと、取得した呼の種類に応じて各通信端末に割り当てるサブチャネルの割り当て手順を変更するチャネル割当てステップとを含むものである。
上記構成によれば、呼の種類に応じてサブチャネルの割り当て手順を変更することで、呼の種類に応じた最適な割り当てを選択することができる。例えば、呼の種類が音声通信の場合に音声通信に用いるサブチャネルのみを割り当てることにより、動的割り当ての際に必要であったMAP情報が不要となり、MAP情報を扱うアンカーサブチャネルが割り当てられていたサブチャネルを音声通信に用いるサブチャネル又は他のユーザが使用するサブチャネルに割り当てることが可能となる。そして、1つのサブチャネルのみで音声通信を行うことができるので、トラフィックチャネルの利用効率が向上する。また、音声通信の場合には予めサブチャネルを固定的に割り当てることで、動的割り当てにより起こり得る他局の干渉を受けているサブチャネルの割り当てが無くなるため、音声品質の低下を招くことがない。
図1は本発明の基地局の構成を示す図である。基地局100は、無線通信部101と、信号処理部103と、変復調部105と、上位通信網と接続するための外部IF部107と、制御部109と、制御部109の制御内容を記憶する記憶部111とを備える。
制御部109は、OFDMA方式における複数のキャリアを束ねて、データを送信するサブチャネルとして基地局が収容する各端末に割り当てるチャネル割当部109aと、通信対象である呼の種類を変復調部105から取得する呼種類取得部109bとを備える。さらに、チャネル割当部109aは、呼の種類に応じて基地局が収容する各端末にサブチャネルを割り当てる手順として、呼の種類が音声通信の場合に一つのサブチャネル(回線交換サブチャネルCSCH)を割り当てるか又は呼の種類がデータ通信の場合に2つのサブチャネル(アンカーサブチャネル及びエクストラサブチャネル)を割り当てるかを決定し、信号処理部103へ通知する。また、チャネル割当部109aは、取得した呼の種類が音声通信の場合は、音声通信に用いるサブチャネル(CSCH)を通信端末に対して固定的に割り当て、通信の開始から終了までサブチャネル(CSCH)の割り当てを変更しないものとする。
図2は本発明の基地局を使用する通信システムの構成を示す図である。基地局100はIPネットワークに接続され、基地局100と端末PSとは回線交換方式で無線接続される。無線区間の呼制御は制御プロトコルを使用し、基地局100で終端させる。基地局100から上位の呼制御はSIP(セッションイニシエーションプロトコル)を使用する。音声データは無線区間ではADPCMのベアラ転送としサブチャネルペイロードを使用し、IPネットワークではRTP(リアルタイムトランスポートプロトコル)を使用する。
図3は発信側の通信シーケンスを示す図である。端末PSはリンクチャネル(LCH)確立要求を基地局CSに送信する。接続形態として回線交換方式又はパケット交換方式を選択することができ、通信対象が音声データである場合は回線交換サブチャネルCSCHを送信して回線交換方式を要求する。基地局CSは回線交換サブチャネルCSCHを端末PSに返信するとともに、端末PSに割当サブチャネル番号を通知する(LCH割当)。端末PSは割り当てられたサブチャネルにてアイドルCSCHを送信する。基地局CSは上りアイドルCSCHを確認してアイドルCSCHを返信する。端末PSは下りCSCHにより回線交換方式で接続が完了したことを認識しサービスチャネル確立フェーズへ移行する。
端末PSは回線交換サブチャネルCSCHにてレイヤ3メッセージを送信し「呼設定CC」を要求する。基地局CSはSIPセッション開始要求を網に送出し、受け付けられた場合に応答メッセージとして「呼設定受付CC」を端末PSに返信する。
端末PSはリンクエンクリプションで使用する秘密鍵を「秘密鍵設定RT」にて通知する。基地局CSは認証サーバが生成した認証乱数を「認証要求MM」にて端末PSに通知する。端末PSは認証乱数と自身が持つ認証鍵とを用いて算出した結果を「認証応答MM」にて基地局に通知する。認証サーバは受け取った演算結果が正誤を判断し、正しければ発信シーケンスを継続し、誤っていれば解放手順を実施する。
基地局CSはSIPで呼び出した状態であることを受信すると、端末PSに「呼出CC」を送信し、呼び出し中であることを通知する。基地局CSは着ユーザが応答した旨をSIPで受けると、端末PSに「応答CC」を送信する。発信シーケンスで呼が受け付けられない旨を受信したときは呼を解放する。
図4は着信側の通信シーケンスを示す図である。基地局CSは着呼メッセージPCHを端末PSに送信することによって着呼を知らせる。端末PSは着呼メッセージPCHを受けてリンクチャネルを確立する。端末PSはリンクチャネル(LCH)確立要求を基地局CSに送信する。接続形態として回線交換方式又はパケット交換方式を選択することができ、通信対象が音声データである場合は回線交換サブチャネルCSCHを送信して回線交換方式を要求する。基地局CSは回線交換サブチャネルCSCHを端末PSに返信するとともに、端末PSに割当サブチャネル番号を通知する(LCH割当)。端末PSは割り当てられたサブチャネルにてアイドルCSCHを送信する。基地局CSは上りアイドルCSCHを確認してアイドルCSCHを返信する。端末PSは下りCSCHにより回線交換方式で接続が完了したことを認識しサービスチャネル確立フェーズへ移行する。
リンクチャネル確立後、端末PSは着呼応答メッセージRTを基地局CSに送信する。着呼メッセージRTを受信した基地局CSは、SIPで受信したセッション開始メッセージから呼設定メッセージCCを生成し、これを端末PSに送信する。呼設定メッセージCCを受信した端末PSは呼設定受付メッセージCCにより応答する。
端末PSは秘匿鍵設定メッセージRTによって秘匿鍵を基地局CSに通知する。認証サーバは認証乱数を発生し、認証要求メッセージMMを通知する。基地局CSは認証要求メッセージMMを端末PSに中継する。認証要求メッセージMMを受信した端末PSは、認証乱数を自身が持つ認証鍵を用いて演算を実行し、認証応答メッセージMMに演算結果を付与して基地局CSに送信する。認証サーバは基地局CSから中継された認証応答メッセージMMから演算結果を取り出して検算し、誤りであれば呼解放手順を開始し、正しければ呼接続を継続する。
認証応答メッセージMMを送信した端末PSは呼出メッセージCCを基地局CSに送信する。基地局CSは呼出メッセージCCを受信すると、SIPの呼出メッセージを網へ送出する。応答メッセージCCを送出後、端末PSがオフフックした場合、端末PSは基地局CSに対して応答メッセージCCを送信することにより着呼の受け付けを通知する。応答メッセージCCを受信した基地局CSは、SIPにて網に応答があった旨を通知し、端末PSへ応答確認メッセージCCを送信する。端末PSは接続完了を示す応答確認メッセージCCの受信で通信中状態に遷移する。
図5は端末に割り当てられたサブチャネルのフレームフォーマットを示す図であり、32Kbps−ADPCM音声呼(QPSK)の下りトラフィックチャネルを示している。PHY(物理層)フレームのFP(フリープロトコル)フィールドはPHY(物理層)ペイロードが収容するデータの種類を示し、FPフィールドが無手順を示すとき(FP=1)、ペイロードはADPCMデータを収容し、FPフィールドがMACプロトコルを示すとき(FP=0)、ペイロードはMACフレームを収容する。変調方式はQPSK(符号化率1/2)を基本とし、BPSK(符号化率1/2)との2つの変調クラスで適応変調を行いリンクバジェットを強化する。具体的には、PHY(物理層)ペイロード以降をQPSK(符号化率1/2)又はBPSK(符号化率1/2)による適応変調とし、PHY(物理層)ペイロードより前をBPSK(符号化率1/2)による固定変調とする。
上記実施形態によれば、呼の種類に応じてサブチャネルの割り当て手順を変更することで、呼の種類に応じた最適な割り当てを選択することができる。例えば、呼の種類が音声通信の場合に音声通信に用いるサブチャネルのみを割り当てることにより、動的割り当ての際に必要であったMAP情報が不要となり、MAP情報を扱うアンカーサブチャネルが割り当てられていたサブチャネルを音声通信に用いるサブチャネル又は他のユーザが使用するサブチャネルに割り当てることが可能となる。そして、1つのサブチャネルのみで音声通信を行うことができるので、トラフィックチャネルの利用効率が向上する。また、音声通信の場合には予めサブチャネルを固定的に割り当てることで、動的割り当てにより起こり得る他局の干渉を受けているサブチャネルの割り当てが無くなるため、音声品質の低下を招くことがない。
本発明の基地局の構成を示す図 本発明の基地局が適用される通信システムの構成を示す図 通信シーケンス(発信側)を示す図 通信シーケンス(着信側)を示す図 サブチャネルのフレームフォーマットを示す図 OFDMAのフレームフォーマットを示す図
符号の説明
100 基地局
101 無線通信部
103 信号処理部
105 変復調部
107 外部IF部
109 制御部
109a チャネル割当部
109b 呼種類取得部
111 記憶部

Claims (6)

  1. 通信端末と、サブチャネルを用いたOFDMA方式で通信を行う基地局装置において、
    通信を行うサブチャネルを各通信端末に割り当てるチャネル割り当て手段と、
    通信対象である呼の種類を取得する種別取得手段と、を備え、
    前記チャネル割り当て手段は、取得した呼の種類がデータ通信の場合は、データ通信に用いるサブチャネルと該サブチャネルを所定タイミングごとに指定するサブチャネルとを各通信端末に割り当て、取得した呼の種類が音声通信の場合は、音声通信に用いるサブチャネルのみを各通信端末に割り当てるように、取得した呼の種類に応じて各通信端末に割り当てるサブチャネルの割り当て手順を変更することを特徴とする基地局装置。
  2. 前記チャネル割り当て手段は、取得した呼の種類が音声通信の場合は、音声通信に用いるサブチャネルを通信端末に対して固定的に割り当てることを特徴とする請求項1記載の基地局装置。
  3. 前記チャネル割り当て手段は、取得した呼の種類が音声通信の場合は、通信の開始から終了まで音声通信に用いるサブチャネルの割り当てを変更しないことを特徴とする請求項1記載の基地局装置。
  4. 通信端末と基地局との間で、サブチャネルを用いたOFDMA方式で通信を行う通信方法において、
    通信対象である呼の種類を取得するステップと、取得した呼の種類に応じて各通信端末に割り当てるサブチャネルの割り当て手順を変更するチャネル割当てステップとを含み、
    前記チャネル割当てステップは、取得した呼の種類がデータ通信の場合は、データ通信に用いるサブチャネルと該サブチャネルを所定タイミングごとに指定するサブチャネルとを割り当て、取得した呼の種類が音声通信の場合は、音声通信に用いるサブチャネルのみを割り当てる、ことを特徴とする通信方法。
  5. 前記チャネル割当てステップは、取得した呼の種類が音声通信の場合は、音声通信に用いるサブチャネルを通信端末に対して固定的に割り当てることを特徴とする請求項4記載の通信方法。
  6. 前記チャネル割当てステップは、取得した呼の種類が音声通信の場合は、通信の開始から終了まで音声通信に用いるサブチャネルの割り当てを変更しないことを特徴とする請求項4記載の通信方法。
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