JP5064377B2 - 超広帯域無線接続網における多元接続デジタル通信方法 - Google Patents
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Description
本発明は、超広帯域(UWB)無線接続網における多元接続デジタル通信方法に関し、より詳細には、マルチパスフェージングが多発する超広帯域通信チャンネルにおいて、通信チャンネルを効率的に利用し、多元接続端末間の衝突を効果的に制御することができる技術に関する。
従来の超広帯域通信システムにおける接続方式には、管理端末があらかじめ時間資源を割り当てるTDMA方式(時分割多元接続)や、共有するチャンネルの使用可否を判断して接続を試みるCSMA/CA方式(搬送波感知多元アクセス/衝突回避方式)、THMA(時間ホッピング多元接続)、CAMA(コード分割多元接続)などがある。しかし、これらの技術は、従来の超広帯域通信技術が登場する前から広く用いられていた技術であり、物理階層技術の変化に伴い、これに適応するように変形または改善する必要性が問われている。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、超広帯域通信システムのための効果的な無線接続技術と消費電力、効率性を考慮した効率的なフレーム構造を有するようにする超広帯域無線接続網における多元接続デジタル通信方法を提供することを目的とする。
本発明は、超広帯域通信システムのアップリンクにおけるデジタル通信方法であって、各ユーザ端末が送信した信号が管理端末で同期化されるようにする段階と、前記管理端末から割り当てられた直交時間ホッピングパターンに応じて使用する時間スロットをホッピングして通信する段階とを含む。前記同期化段階は、前記管理端末から同期信号が発生した時刻と前記同期信号が前記ユーザ端末に受信された時刻との時間差を計算する段階と、前記時間差に応じて前記管理端末にデータを送信する時刻を調節する段階とを含む。
以上のように、本発明によれば、超広帯域通信システムにおいて、効果的な統計的な多元化基盤の直交時間ホッピング多元接続方式と多元接続方式を用いて消費電力の減少と効率性を考慮したフレーム構造を具現することができる。特に、本発明により、マルチパスフェージングが多発する超広帯域通信チャンネルにおいて、通信チャンネルを効率的に利用し、多元接続端末間の衝突を効果的に制御することによって、特別な端末管理を行うことなく多数の端末を網に収容することができる。
〔図1〕既存のシステムにおける同期化されていないアップリンクを示した図である。
以下、本発明の実施形態に対する構成および作用について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
〔数式1〕
図10は、本発明において、通信を設定する際に成される端末のサービス分類を例示した図である。まず、システムに属する端末が移動データ通信サービスを開始する場合に、通信が設定されて開始するようになる(1000)。始めの号またはセッションが設定されるとき、管理端末は、ユーザ端末が要求するサービスの類型をデータ送信率の側面で分類し(1015、1010)、これによって時間資源管理方式を配定し(1015、1020)、配定された時間資源管理方式に対してはビーコン区間を介して端末に知らせ、直交時間ホッピングパターンなどの通信に必要な情報などを送信する。このとき注意すべき点は、通信が成される間にも要求する送信率が変化することがあり、これによって時間資源管理方式も変化(1025)するようになるという点である。ユーザ端末のサービスを分類する際に、管理端末とユーザ端末との間の距離に応じて受信SINR値もともに考慮するようになる。通信が設定されて開始されれば(1030)、管理端末は、ユーザ端末が要求するサービスの類型を管理端末とユーザ端末との間の距離に応じた受信SINR側面で分類し(1035、1040)、これによって時間資源管理方式を配定し(1045、1050)、通信が成される間に管理端末とユーザ端末との間の距離変化に応じた受信SINRの変化によって時間資源管理方式を変化させるようになる(1055)。時間資源管理方式の変化は、フレームごとまたは1つのフレームよりも大きい単位であるn個のフレーム(n>1)単位ごとに変化するようになる。
本発明で提案するフレーム構造は、Rangingなどの技術を用いて同期を合わせ、直交時間をホッピングすることで接続を試みることによって直交時間資源の特性を生かし、統計的な多元化特性が得られる直交時間ホッピング多元化(OTHMA)方式と管理端末のビーコン区間を用いて端末の通信時間をスケジューリングし、固定的に時間を割り当てる直交時間分割多元化(OTHDMA)方式とを結合して用いる。
本発明で提案する混合型の多元接続方式における直交時間ホッピング接続区間で用いられる時間ホッピングパターンを割り当てる周期は、次の通りとなる。
本発明においては、特定の時間ホッピングパターンを別途に分離して送る情報がある端末は、送るデータとともに、送るデータがあるという簡単な情報を特定の時間ホッピングパターンを用いて管理端末に知らせることを含む。図7〜9では、管理端末において、端末から受信された情報が同一な直交時間を占有したときに分別できる場合と分別が不可能である場合の例について示した。しかし、看過してはならないことは、管理端末がすべての端末が特定の時間に通信を試みたのか、あるいは送った信号が元々ないのかについての制御情報が必要であるということである。もちろん、このような制御情報なく通信が成され得ることは事実であるが、制御情報がなければ管理端末では常にすべての端末の時間ホッピングパターンを分析して復号しなければならない。したがって、本発明では、特定の時間ホッピングパターンを別途に分離し、送る情報がある端末は、送るデータとともに、送るデータがあるという簡単な制御情報を特定の時間ホッピングパターンを用いて管理端末に知らせることを含む。仮に、このようなホッピングパターンを構成しようとすれば、すべての端末が固有して衝突のないホッピングパターンを有さなければならない。なぜなら、制御情報を積んだホッピングパターンも、衝突が生じて不確実に送信されるようになれば、システムが不安定に作動する恐れがあるためである。このような過程を介して制御信号が生じるという短所はあるが、管理端末の立場においては、瞬間ごとにすべての時間ホッピングパターンを復号するという複雑度を減らすことができる。
本発明で提案するフレーム構造においては、ビーコン区間でユーザIDを用いて直交時間ホッピング多元化方式のダウンリンクに対する管理端末がユーザ端末に送る情報があるか否かを知らせる方式として、送る情報があるユーザIDのみをビーコン情報に含んで知らせるようになる。直交時間分割多元化方式におけるダウンリンクに対しても同じように、管理端末がユーザ端末に送る情報があるか否かを知らせる方法として、送る情報があるユーザIDのみをビーコン情報に含んで知らせるようになる。ここで、ユーザ別IDは、ユーザが競争区間を介して設定および開始のために加入する時点において、管理端末が加入するユーザにIDを割り当てて知らせる方式を用いることができる。
本発明で提案するフレーム構造においては、ビーコン区間でビットマップ情報を用いて直交時間ホッピング多元化方式におけるダウンリンクに対する管理端末がユーザ端末に送る情報があるか否かについて、各ユーザ別に1ビットの情報を用いてビットマップで構成し、ビーコン情報に含んで知らせるようになる。直交時間分割多元化方式におけるダウンリンクに対しても同じように、管理端末がユーザ端末に送る情報があるか否かについて、各ユーザ別に1ビットの情報を用いてビットマップで構成されたビーコン情報に含んで知らせるようになる。ビーコン区間のビットマップ情報における各ビットと各ユーザ端末との間のマッピングは、ユーザ端末が競争区間を介して通信設定および開始のために加入する時点において、管理端末が加入するユーザ端末にビットマップにおける割り当てられたビットの位置を知らせる方式を用いることができる。
制御情報を別途に定めずに、管理端末でユーザ端末から受信されたデータのエネルギーレベルによって特定のユーザ端末のデータ送信の可否に対する情報を検出し、各ユーザが端末の情報があるか否か、あったのにエラーが発生したのかなどを管理端末の受信端で内在的に知ることができる方式を含む。まず、管理端末の受信機は、時間ホッピングによって通信を試みるユーザ端末のデータ送信の可否を知ることができるため、通信を試みる各ユーザ端末に対して復調を行う。復調の後、1段階として、各ユーザ端末別に分類して復調されたデータのエネルギーレベルを検査する。このとき、実際に送信されなかったデータは、特定の基準値を超えることができないものである。このような検査によって、実際に情報を送信しなかったユーザ端末に対して、復号と衝突制御などの複雑な過程を行わない場合がある。この検査において、特定のエネルギー基準値を超えるユーザ端末は、情報の送信が成されたと仮定し、再び集めて衝突検査および制御を行う。このとき、使用された変調方式によって、衝突制御が可能ともなるし不可能ともなる。この後に各ユーザ端末別に復号を行い、エラー検査(CRC検査)によって受信されたデータのエラー発生の可否を知ることができる。この場合、複雑な受信構造を有するものの、ユーザ端末から別途に情報の有無を知らせる制御情報を送信しなくても良いという長所がある。
網内部のユーザ端末数が増加するようになり、大規模のユーザ端末が通信を試みる場合、大規模のユーザ端末を簡単な方式で管理するために、ユーザ端末を1つ以上のグループに分類し、グループ別に直交時間分割方式と直交時間ホッピング方式とを混合して用いることができる。
網内部のユーザ端末数が増加するようになり、大規模のユーザ端末が通信を試みる場合には、大規模のユーザ端末を簡単な方式で管理するために、ユーザ端末を1つ以上のグループに分類し、グループ別に直交時間ホッピング方式を用いて、全体グループに対する直交時間分割方式を用いるようになる。直交時間分割方式をグループ別に用いる場合と比較してみると、全体グループに対して直交時間分割方式を用いる場合は、フレームごとにグループ別にスケジューリングを何度も行う必要なく1度だけ行えば良く、放送サービスのようなブロードキャスト情報の場合は、グループ数だけ繰り返して送信する必要なく一度で送信が可能である。
網内部のユーザ端末数が増加するようになり、大規模のユーザ端末が通信を試みる場合には、大規模のユーザ端末を簡単な方式で管理するために、ユーザ端末を1つ以上のグループに分類して通信する場合、グループ分類方式としては次のようなものが挙げられる。
(b)ユーザ端末と管理端末との間の距離に応じて分類する方式
(c)ユーザ端末や管理端末における受信SINRに応じて分類する方式
(d)ユーザ端末の番号(ID)に応じて分類する方式
ユーザ端末を1つ以上のグループに分類した後、周期的または必要時にユーザ端末に対してグループを再び分類するようになる。ここで、再分類する方式としては、次のようなものが挙げられる。
(b)フレームよりも大きい単位の2つ以上のフレーム単位でユーザ端末に対するグループを再分類する方式
(c)ユーザ端末が競争区間を介して管理端末に通信設定および開始のために加入する時点ごとにユーザ端末に対するグループを再分類する方式
図20は、本発明の実施形態に係る多数の端末が同時に管理端末に通信設定を要求する場合に、分散した構造を用いて多数の端末の通信設定を実行する過程を示した図である。
本発明は、超広帯域通信システムに用いられる。
Claims (1)
- 管理端末と、複数のユーザ端末とを含む超広帯域通信システムのアップリンクにおけるデジタル通信方法において、
上記管理端末が、それぞれのユーザ端末に対して直交時間ホッピングによって割り当てられた同一の時間スロットで受信された信号のエネルギーを合算する段階と、
前記複数のユーザ端末に対して合算されたエネルギーと所定の臨界値とを比較する段階と、
前記複数のユーザ端末に対して前記合算されたエネルギーが前記臨界値よりも大きい場合に、前記臨界値よりも大きいエネルギーが合算された前記複数のユーザ端末がデータを送信するものと判断する段階と、
を含むことを特徴とするデジタル通信方法。
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