JPH11127158A - 無線パケット多元接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、無線通信によりパケットを交換す
る無線通信システムにおいて、無線パケットの衝突によ
り、いずれのパケットも正しく受信されない、或いは何
もパケットを出さない、無駄なスロットの出現確率を低
減する方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 各無線パケットを送信する際の送信電力
を、乱数Ｒ１に応じて、第１の電力又は第２の電力に決
定するとともに、送信電力を前記第１の電力に決定する
第１の確率と、第２の電力に決定する第２の確率を、各
移動局の検出されたトラヒック量Ｇ１に応じて自動的に
調整し、前記トラヒック量の増大に伴って、前記第１の
確率を高めて前記第２の確率を下げ、前記トラヒック量
の減少に伴って、前記第１の確率を下げて前記第２の確
率を高めることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線基地局と移動
局との間で、無線通信によりパケットを交換する無線通
信システムに関し、特に、多くの移動局が限られた周波
数を有効に活用できるように、パケットの衝突の確率を
低減する無線パケット多元接続方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】無線通信によりパケットを交換する無線
通信システムにおいては、従来より、無線パケット通信
に適するスロットアロハ（S1otted ALOHA）と呼ばれる
パケット伝送技術が、基本技術として用いられる場合が
多い。スロットアロハにおいては、無線パケット通信を
行う全ての局で、送出タイミングの同期を確立する。同
期されたスロット（又はタイムスロット）と呼ばれる各
タイミングにおいて、予め決められた長さのパケットを
送信する。各パケットに、送信するデータが含まれる。

【０００３】伝送するデータがパケットサイズよりも長
い場合には、データを複数に分割し、複数のパケットを
用いてデータを伝送する。この種の無線通信システム
は、一般に、１つの基地局と多数の移動局で構成され
る。各移動局から基地局へのパケット伝送（以下、上り
と呼ぶ）の要求は、ランダムに発生するので、複数の移
動局の送信波が同時に発生し、これらの送信波が互いに
干渉する（衝突する）場合がある。

【０００４】特に、基地局と移動局との間のデータ伝送
頻度が高い（トラヒックが多い）場合には、頻繁にパケ
ットの衝突が起きる。パケットの衝突が起きると、受信
側では、正しく復号出来ない場合が多い。尚、パケット
の衝突が問題になるのは、移動局から基地局へのパケッ
ト伝送に限られる。基地局から移動局へのパケット伝送
（以下、下りと呼ぶ）では、通常、上りとは別の周波
数、或いは同じ周波数を時分割して用いるので、問題は
生じない。

【０００５】上りと下りのチャネルを共用しないのは、
次の理由による。下りが送信されているときに、上りの
送信を発生すると、たとえ先に送信した信号のキャプチ
ャ効果があっても、基地局は送信中には同じチャネルを
受信できない。つまり、パケット伝送効率が著しく低下
してしまう。パケットの衝突を事前に防止するために、
パケットの送信前に、他局からの送信波の有無を検出す
る技術が知られている。干渉を事前に防止するために
は、各移動局が、パケット送信前に、パケットの送信要
求を無線基地局に送信する。また、無線基地局は、干渉
が生じないように、パケットの送出順を、移動局毎に割
り当てる制御を行う。

【０００６】但し、この制御を実施する場合でも、複数
の移動局のパケット送信要求が、同時に発生して互いに
干渉する場合がある。パケット送信要求の干渉によっ
て、パケット伝送率が劣化する。パケット送信要求のビ
ット数は、通常のパケットに比べて小さい。しかし、パ
ケット送信要求によって、周波数資源が使われるので、
伝送すべきデータの通信に利用できる周波数資源は少し
減少する。

【０００７】スロットアロハにおいては、全ての移動局
の送信が同期しているので、パケットの送信前に他局か
らの送信波の干渉検出を行っても、意味が無い。従っ
て、スロットアロハにおいては、干渉波の検出を行う場
合、パケットの送信中に検出を行わなければならない。
但し、スロットアロハにおいては、干渉によるパケット
伝送率の劣化を許容するので、困難な干渉検出制御や、
事前に干渉を防止するための制御などが不要となる利点
がある。

【０００８】スロットアロハにおいては、複数の送信波
の干渉を許容して、干渉が生じた場合には、そのパケッ
トを再送する。これまでに、スロットアロハを改良し
た、様々な技術が提案されている。その中でも、無線基
地局に近い移動局だけが高い送信電力で送信する方法
（V. Wongand C. Leung, “A Transmit Power Control
Scheme for Improving Perfomancein a Mobile Packet
Radio System," IEEE Trans. Vehicular Tech., vol. V
T‐43, no.1, pp.174-180, Feb. 1994.）は、高いスル
ープットが得られる技術として知られている。

【０００９】最も高いスループットが得られる、スロッ
トアロハのパケット伝送効率を高める技術として、従来
より、次のような技術が知られている。同じスロット
で、複数の移動局から同時にパケットが送出されたとし
ても、その中の１つのパケットが、他のパケットに比べ
て十分に高いレベルで受信できれば、そのパケットは正
しく受信できる。これはキャプチャ効果、或いは捕捉効
果と呼ばれている。

【００１０】このキャプチャ効果を積極的に利用する技
術も提案されている。即ち、無線基地局と移動局との距
離が近い時には、移動局の送信電力を少しだけ上げる。
特別な制御を実施しなくても、基地局に近い移動局から
のパケットは、他の遠い移動局からのパケットに比べ
て、高いレベルで基地局に受信される。

【００１１】従って、近い移動局の送信電力を、通常に
比べて少し上げるだけで、複数のパケットが衝突した場
合でも、キャプチャ効果により、近い移動局のパケット
は、基地局に受信される。つまり、基地局に近い移動局
について、パケットの伝送効率を上げることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術では、アクセスポイントの基地局に近い移動局は、常
に高い送信電力で送信する。従って、基地局に近い移動
局と遠方の他の移動局の同時送信が生じると、送信波が
衝突するが、基地局における複数の送信波の受信レベル
の差が大きいので、キャプチャ効果により、近い移動局
のパケットだけが、正しく受信される。

【００１３】遠方の移動局は、他の全ての移動局が送信
しないときに、パケットを伝送できる。結果として、複
数のパケットの衝突によりいずれのパケットも伝送され
ない、無駄なスロットが減り、パケットの伝送効率が上
昇する。このような従来技術では、基地局に近い移動局
のスループットは上がるが、遠方の移動局のスループッ
トが犠牲になるという問題がある。

【００１４】本発明は、無線通信によりパケットを交換
する無線通信システムにおいて、無線パケットの衝突に
より、いずれのパケットも正しく受信されない、或いは
何もパケットを出さない、無駄なスロットの出現確率を
低減する方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の無線パケット
多元接続方法は、無線基地局及びそれと無線通信をする
１つ以上の移動局からなるシステムであって、特定の通
信周波数を複数の無線基地局或いは複数の移動局で共用
し、前記複数の無線基地局或いは複数の移動局の間で同
期した、予め定められたタイムスロットにおいて、デー
タを、無線パケットとして送信するとともに、無線パケ
ットの伝送に失敗すると、伝送に失敗した無線パケット
の再送を、ランダムに決定されるタイムスロットで実行
する、システムの無線パケット多元接続方法において、
送信電力を、第１の電力と、第１の電力よりも大きい第
２の電力の何れかに切り替え可能な送信装置を利用し
て、各無線パケットを送信する際の前記送信装置の送信
電力を、乱数に応じて、前記第１の電力又は第２の電力
に決定するとともに、各無線パケットを送信する際の前
記送信装置の送信電力を、前記第１の電力に決定する第
１の確率と、第２の電力に決定する第２の確率を、各移
動局の検出されたトラヒック量に応じて自動的に調整
し、前記トラヒック量の増大に伴って、前記第１の確率
を高めて前記第２の確率を下げ、前記トラヒック量の減
少に伴って、前記第１の確率を下げて前記第２の確率を
高めることを特徴とする。

【００１６】スロットアロハの伝送効率、即ちスループ
ットを上げるためには、なるべく多くのスロットで、１
つの局だけからパケットが送信されるように制御すれば
良い。或いは、複数の局から同時にパケットが送出され
る場合に、１つのパケットだけを高出力で送信し、キャ
プチャ効果により、高出力で送信されたパケットだけが
正しく送達されるように制御しても良い。

【００１７】トラヒックが少ないときには、もともと衝
突が少ないので、特に新しい工夫をする必要はない。し
かし、トラヒックが多いときには、衝突を低減するため
の工夫が必要である。これを実現するために、本発明で
は、送信すべきパケットがある時には、それを送信す
る。これは、何も送信されない無駄なスロットを減らす
ためである。但し、これだけでは、トラヒックが高いと
きに衝突が多発し、結果としてスループットが低下して
しまう。

【００１８】そこで、パケットを送信する電力の高／低
の確率を、各移動局の検出されたトラヒック量に応じ
て、自動的に調整する。トラヒック量が多い時には、多
くのパケットが衝突する可能性が高い。しかし、各移動
局において、送信電力を「高」に定める確率を小さくす
ると、衝突する多数のパケットの中で、唯一のパケット
が高い送信電力で送信される可能性が高くなる。

【００１９】従って、多数のパケットの衝突が生じる場
合でも、キャプチャ効果により、１つのパケットが正し
く伝送される確率が高まり、各々のタイムスロットを有
効に利用できる。但し、送信電力を「高」に定めるタイ
ミングを、周期的に決定すると、同じ条件において、パ
ケットの衝突が繰り返されるので、衝突による伝送の失
敗を低減できない。そこで、送信電力を「高」に定める
タイミングを、乱数によって決定する。

【００２０】請求項２は、請求項１記載の無線パケット
多元接続方法において、前記第１の確率及び前記第２の
確率を、前記システムに含まれる移動局数に応じて決定
し、前記移動局数の増大に伴って、前記第１の確率を高
めて前記第２の確率を下げ、前記移動局数の減少に伴っ
て、前記第１の確率を下げて前記第２の確率を高めるこ
とを特徴とする。

【００２１】無線基地局におけるトラヒック量は、各移
動局のトラヒック量の総和になる。即ち、移動局数が増
えるに従って、無線基地局におけるトラヒック量が増大
する。従って、移動局数に応じて、前記第１の確率及び
前記第２の確率を決定する。請求項３は、請求項１記載
の無線パケット多元接続方法において、前記第１の確率
及び前記第２の確率を、各移動局の送出待ちパケット数
に応じて自動的に調整し、前記送出待ちパケット数の増
大に伴って、前記第１の確率を高めて前記第２の確率を
下げ、前記送出待ちパケット数の減少に伴って、前記第
１の確率を下げて前記第２の確率を高めることを特徴と
する。

【００２２】無線基地局におけるトラヒック量が増える
と、各移動局において、送信の失敗が増え、再送を待っ
ているパケットの数が増える。即ち、送出待ちパケット
数が増える。従って、送出待ちパケット数が多いときに
は、送信電力を「高」に定める確率を小さくし、送信電
力を「低」に定める確率を大きくする。これによって、
衝突する多数のパケットの中で、唯一のパケットが高い
送信電力で送信される可能性が高くなる。

【００２３】請求項４は、請求項３記載の無線パケット
多元接続方法において、同一のパケットに対して再送を
実施する期間の上限を、ライフタイムとして定め、前記
第１の確率及び前記第２の確率を、前記ライフタイムに
応じて決定し、前記ライフタイムの減少に伴って、前記
第１の確率を高めて前記第２の確率を下げ、前記ライフ
タイムの増大に伴って、前記第１の確率を下げて前記第
２の確率を高めることを特徴とする。

【００２４】送出待ちパケット数が、データ伝送能力の
限界を超えると、送出待ちパケット数が増え続ける可能
性があり、パケット送信の待ち時間が増大する。パケッ
ト送信の待ち時間が増大するのを避けるために、同一の
パケットに対して再送を繰り返す期間の限度を、ライフ
タイムとして定めるのが望ましい。ライフタイムが長い
場合には、比較的多くの送出待ちパケットを許容できる
が、ライフタイムが短い場合には、少しの送出待ちパケ
ットしか許容できない。

【００２５】従って、ライフタイムが短い場合には、送
信電力を「高」に定める確率を小さくし、送信電力を
「低」に定める確率を大きくする。これによって、衝突
する多数のパケットの中で、唯一のパケットが高い送信
電力で送信される可能性が高くなる。請求項５は、請求
項１記載の無線パケット多元接続方法において、各移動
局の検出されたトラヒック量に基づいて求められる係数
と、パケットの送出毎に求められる乱数との大小関係に
応じて、各無線パケットを送信する際の前記送信装置の
送信電力を、前記第１の電力又は第２の電力に決定する
ことを特徴とする。

【００２６】即ち、高い電力でパケットを送信する確率
の平均値が、各移動局の検出されたトラヒック量に応じ
て調整され、高い電力でパケットを送信するタイミング
が、乱数によってランダムに調整される。具体的なパケ
ット捕捉の例を図１に示す。図１において、スロット番
号が３のタイムスロットでは、移動局Ｍ１とＭ３のパケ
ットが同時に送信されているが、移動局Ｍ１の送信電力
が高いので、移動局Ｍ１が送信するパケットだけが正し
く伝送される。たとえ、移動局Ｍ１が多少アクセスポイ
ントの無線基地局から離れていても、正しく受信される
可能性が高い。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の１つの実施の形態を図１
〜図７に示す。この形態は、全ての請求項に対応する。
図１は、図６に示すシステムの各移動局から基地局への
パケット送信のタイミングの例を示すタイムチャートで
ある。図２は、図６に示す移動局のパケット送信制御の
内容を示すフローチャートである。

【００２８】図３は、基地局のトラヒックＧとスループ
ットＳの相関を示すグラフである。図４は、基地局のト
ラヒックＧと各移動局のスループットＳ１の相関を示す
グラフである。図５は、図６に示すシステムの各移動局
と基地局の間のパケット通信のタイミングの例を示すタ
イムチャートである。図６は、パケット無線ネットワー
クのシステム構成を示すブロック図である。図７は、図
６の基地局と各移動局の構成例を示すブロック図であ
る。

【００２９】この形態では、請求項１の乱数及びトラヒ
ック量は、それぞれ、乱数Ｒ１及びトラヒック量Ｇ１と
して具体化されている。図６に示すパケット無線ネット
ワークのシステムは、基地局Ｂ１及び移動局Ｍ１〜Ｍ４
で構成されている。なお、実際のシステムでは、複数の
基地局を設けたり、移動局の数を更に増やしても良い。

【００３０】移動局Ｍ１〜Ｍ４のそれぞれと基地局Ｂ１
との間で、無線通信により、送信データを含むパケット
が伝送される。移動局Ｍ１及び基地局Ｂ１の構成を図７
に示す。移動局Ｍ２〜Ｍ４の構成は、移動局Ｍ１と同一
である。図７を参照すると、移動局Ｍ１は、アンテナ１
１０，送受信機１２０，モデム１３０，制御装置１４
０，メモリ１５０，入力装置１６０及び出力装置１７０
で構成されている。

【００３１】移動局Ｍ１の全体の動作は、コンピュータ
を内蔵する制御装置１４０によって制御される。キーボ
ードなどの入力装置１６０から入力される情報は、出力
装置１７０のディスプレイなどに出力されると同時に、
メモリ１５０上に一時的に記憶される。制御装置１４０
は、メモリ１５０上に記憶された情報に基づいて、パケ
ットを生成する。通常、パケットは、全体のビット数が
一定であり、ヘッダ，伝送すべきデータ本体及び誤り訂
正用符号で構成される。ヘッダには、送信元，送信先，
パケット種別，エラー制御情報などが含まれる。

【００３２】生成されたパケットは、制御装置１４０の
制御により、モデム１３０に送出され変調される。モデ
ム１３０から出力される信号は、送受信機１２０及びア
ンテナ１１０を介して、無線信号として基地局Ｂ１に送
信される。移動局Ｍ１から基地局Ｂ１へのパケットの送
信は、全ての移動局Ｍ１〜Ｍ４に共通な、タイムスロッ
トに同期したタイミングで実施される。移動局Ｍ１〜Ｍ
４のそれぞれは、１つのタイムスロットにつき、１つの
パケットを送信できる。

【００３３】送受信機１２０は、送信電力の大きさを切
替可能に構成してある。実際には、送受信機１２０の送
信電力は、制御装置１４０の制御により、「高」及び
「低」の２種類の何れかに指定される。基地局Ｂ１から
移動局Ｍ１に送られる無線パケットは、アンテナ１１０
で受信され、送受信機１２０で電気信号に変換される。
送受信機１２０から出力される電気信号は、モデム１３
０によって復調される。復調されたパケットの信号は、
制御装置１４０に入力される。

【００３４】制御装置１４０は、受信したパケットのエ
ラーの有無を調べ、エラーを検出した場合には、再送を
求める信号を、基地局Ｂ１に送信する。エラーが検出さ
れなければ、受信確認信号を、基地局Ｂ１に送信すると
ともに、受信したパケットを分解して、データ本体を取
り出す。取り出したデータ本体は、メモリ１５０に記憶
すると同時に、出力装置１７０のディスプレイなどに出
力する。また、予め複数のパケットに分離して送信され
たパケットについては、複数のデータ本体の連結を実施
する。

【００３５】図７に示すように、基地局Ｂ１は、アンテ
ナ２１０，送受信機２２０，モデム２３０，制御装置２
４０，ホストコンピュータ２５０及び他のネットワーク
２６０で構成されている。基地局Ｂ１の全体の動作は、
コンピュータを内蔵する制御装置２４０によって制御さ
れる。ホストコンピュータ２５０又は他のネットワーク
２６０から入力される情報は、制御装置２４０に内蔵さ
れたメモリ上に一時的に記憶される。

【００３６】制御装置２４０は、内部メモリ上に記憶さ
れた情報に基づいて、パケットを生成する。このパケッ
トの構成は、移動局Ｍ１が生成するものと同様に、ヘッ
ダ，伝送すべきデータ本体及び誤り訂正用符号で構成さ
れる。ヘッダには、送信元，送信先，パケット種別，エ
ラー制御情報などが含まれる。生成されたパケットは、
制御装置２４０の制御により、モデム２３０に送出され
変調される。モデム２３０から出力される信号は、送受
信機２２０及びアンテナ２１０を介して、無線信号とし
て移動局Ｍ１〜Ｍ４の何れかに送信される。

【００３７】移動局Ｍ１から基地局Ｂ１に送られる無線
パケットは、アンテナ２１０で受信され、送受信機２２
０で電気信号に変換される。送受信機２２０から出力さ
れる電気信号は、モデム２３０によって復調される。復
調されたパケットの信号は、制御装置２４０に入力され
る。

【００３８】制御装置２４０は、受信したパケットのエ
ラーの有無を調べ、エラーを検出した場合には、再送を
求める信号を、送信元の移動局に送信する。エラーが検
出されなければ、受信確認信号を、送信元の移動局に送
信するとともに、受信したパケットを分解して、データ
本体を取り出す。取り出したデータ本体は、内部メモリ
に一時的に記憶した後、ホストコンピュータ２５０又は
他のネットワーク２６０に出力する。また、予め複数の
パケットに分離して送信されたパケットについては、複
数のデータ本体の連結が実施される。

【００３９】移動局Ｍ１の制御装置１４０によって実施
される、パケット送出制御の内容を図２を参照して説明
する。なお、制御装置１４０は、図２に示す処理と実質
上並行して、入力装置１６０からのデータ入力に対する
入力処理，送信パケットの組立，送出待ちパケットの蓄
積，エラー制御，受信パケットの分解等の必要な処理を
実施する。以下の説明においては、特に指摘する場合を
除き、処理を実施するのは、制御装置１４０である。

【００４０】ステップＳ１では、メモリ１５０上に、現
時点で送出すべきパケットが存在するか否かを識別す
る。新しいパケットが生成された場合には、その直後の
タイムスロットで送信するように送信スケジュールが予
約されるので、ステップＳ２に進む。送信に失敗したパ
ケットについては、送出待ちパケットとしてメモリ１５
０上に蓄積され、送信スケジュールが予約される。再送
を実施するタイミング、即ちタイムスロットは、乱数に
よって決定される。

【００４１】次のタイムスロットで送出すべきパケット
が存在する場合には、ステップＳ１からＳ２に進む。ス
テップＳ２では、移動局Ｍ１における送信パケットのト
ラヒック量Ｇ１を算出する。トラヒック量Ｇ１は、次式
で算出される。

【００４２】 Ｇ１＝(最近の送信で使用した容量)／(送信チャネルの最大伝送容量)・・・(１) 例えば、現時点の直前のタイムスロットからｋ個の過去
のタイムスロットのうち、ｕ個のタイムスロットを使用
してパケットの送信を試みた場合には、トラヒック量Ｇ
１は、次式で算出される。 Ｇ１＝ｕ／ｋ ・・・(２) なお、タイムスロット数ｕには、送信に失敗したタイム
スロットも含まれる。従って、トラヒック量Ｇ１の値
は、０〜１の範囲内になる。

【００４３】ステップＳ３では、所定の乱数発生アルゴ
リズムを用いて、０〜１の範囲内で、一様の確率で出現
する乱数を発生させる。発生した値は、乱数Ｒ１として
内部メモリに一時的に保持する。ステップＳ４では、次
式に基づいて、係数ｐを算出する。係数ｐの値は、送受
信機１２０の送信電力を「高」に定める確率の平均的な
値を意味する。

【００４４】 ｐ＝１／（Ｇ１・Ｎ＋Ｄ１・Ｎ／Ｌ） ・・・(３) ここで、Ｇ１はステップＳ２で算出した最新のトラヒッ
ク量である。また、Ｎは、システムに含まれる移動局の
総数である。例えば、図６に示すシステムの場合には、
移動局数Ｎは「４」になる。上記第３式のＤ１は、移動
局Ｍ１において、送信の失敗により、バッファに蓄えら
れている送出待ちパケットの数である。システム全体の
上りチャネルのトラヒックの増大によって、送信の失敗
の確率が高くなると、送出待ちパケット数Ｄ１が増大す
る。なお、送出待ちパケット数Ｄ１の初期値は０であ
る。

【００４５】上記第３式のＬは、各々のパケットのライ
フタイムを意味し、予め定められる定数である。パケッ
トが生成されてからライフタイムＬを経過するまでの間
であれば、送信に失敗したパケットの再送が許可され
る。

【００４６】上記第３式においては、トラヒックが多い
とき、或いはバッファに蓄えられている送出待ちパケッ
トが多いときに、係数ｐが小さくなる。即ち、送信電力
を「高」に定める平均的な確率が低下する。つまり、バ
ッファに残っているパケットが多いときには、衝突が多
く起きていることが予想されるので、その場合には、高
い電力での送信確率を下げて、衝突の確率を下げる。

【００４７】ステップＳ５では、ステップＳ３で生成し
た乱数Ｒ１の値と、ステップＳ４で算出した係数ｐの値
とを比較する。乱数Ｒ１が係数ｐよりも小さい場合に
は、ステップＳ６に進み、乱数Ｒ１が係数ｐ以上の場合
には、ステップＳ７に進む。ステップＳ６では、送受信
機１２０を制御して、この後の送信電力を「高」に切り
替える。

【００４８】ステップＳ７では、送受信機１２０を制御
して、この後の送信電力を「低」に切り替える。従っ
て、各パケットを送信する際の、送信電力が「高」にな
る確率、及び送信電力が「低」になる確率は、乱数Ｒ１
の値及び係数ｐの値の両者によって決定される。

【００４９】即ち、送信電力が「高」になる確率の平均
値及び送信電力が「低」になる確率の平均値は、何れも
係数ｐの値に応じて決定される。しかし、実際に各々の
パケットに対する送信電力が「高」，「低」の何れにな
るかは、乱数Ｒ１によってランダムに決定される。もし
も、乱数Ｒ１を使用しないと、送信電力が「高」になる
状態と、送信電力が「低」になる状態とが、係数ｐで定
まる一定の周期で繰り返し生じる。この場合、パケット
の衝突が、全ての移動局に共通な同一の条件で、繰り返
し生じるので、係数ｐの値を変更しても、衝突による送
信失敗の可能性を低減できない。

【００５０】ステップＳ８では、現在のタイムスロット
で送信すべき１つのパケットを、モデム１３０，送受信
機１２０及びアンテナ１１０を介して、無線パケットと
して、基地局Ｂ１に送信する。ステップＳ９では、ステ
ップＳ８で送信したパケットについて、送信が成功した
か否かを識別する。

【００５１】基地局Ｂ１は、各移動局からのパケットの
受信に成功すると、受信したパケットに対する「受信確
認信号」を移動局に送信する。パケットを送出した移動
局は、「受信確認信号」の内容を調べることで、自局が
送信したパケットが基地局Ｂ１に受け取られたか否か、
即ち送信に成功したか否かを識別する。例えば、図５に
おいて、スロット番号が３のタイムスロットにおいて
は、移動局Ｍ１，Ｍ２が同時にパケットを送信している
ので、パケットの衝突が生じている。

【００５２】但し、移動局Ｍ１の送信電力が「高」で、
移動局Ｍ２の送信電力が「低」なので、基地局Ｂ１は、
移動局Ｍ１からのパケットを正しく受信する。そして、
受信した１つのパケットに対する「受信確認信号」が移
動局に送信される。移動局Ｍ１は、「受信確認信号」の
内容からパケット送信の成功を検出する。移動局Ｍ２
は、自局の送信したパケットに対する「受信確認信号」
を検出できないので、パケット送信の失敗を識別する。

【００５３】パケット送信の成功を検出した場合には、
ステップＳ９からＳ１２に進む。パケット送信の失敗を
検出した場合には、ステップＳ９からＳ１０に進む。ス
テップＳ１０では、所定の乱数発生アルゴリズムを用い
て、１〜Ｌの範囲内の整数について、一様の確率で出現
する乱数を発生させる。発生した値は、乱数Ｒ２として
内部メモリに一時的に保持する。

【００５４】ステップＳ１１では、ステップＳ８の送信
処理において、伝送に失敗したパケットについて、ステ
ップＳ１０で生成した乱数Ｒ２によって、再送のスケジ
ュールを予約する。即ち、現在からタイムスロット単位
のＲ２時間後のタイミングで、パケットを再送するよう
に予約する。

【００５５】ステップＳ１２では、送信の失敗などによ
って、メモリ１５０に保持された実際の送信待ちパケッ
ト数が変化している可能性があるので、送信待ちパケッ
ト数Ｄ１を算出し、Ｄ１の値を更新する。以後、上記ス
テップＳ１〜Ｓ１２の処理を繰り返し実行する。図１に
示すパケット送信タイミングの例について説明する。

【００５６】スロット番号が３のタイムスロットにおい
ては、２つの移動局Ｍ１，Ｍ３が、同時にパケットを送
出するので、パケットの干渉が生じる。但し、移動局Ｍ
１の送信電力が移動局Ｍ３の送信電力より十分に大きい
ので、キャプチャ効果により、基地局Ｂ１は、移動局Ｍ
１からのパケットを正しく受信する。移動局Ｍ３は、ス
ロット番号が３のタイムスロットにおいては、パケット
の送信失敗を検出するので、このパケットを送出待ちパ
ケットとして蓄積するとともに、再送のスケジュールを
予約する。

【００５７】スロット番号が５のタイムスロットにおい
ては、２つの移動局Ｍ２，Ｍ４が、同時にパケットを送
出するので、パケットの干渉が生じる。但し、移動局Ｍ
４の送信電力が移動局Ｍ２の送信電力より十分に大きい
ので、キャプチャ効果により、基地局Ｂ１は、移動局Ｍ
４からのパケットを正しく受信する。移動局Ｍ２は、ス
ロット番号が５のタイムスロットにおいては、パケット
の送信失敗を検出するので、このパケットを送出待ちパ
ケットとして蓄積するとともに、再送のスケジュールを
予約する。

【００５８】スロット番号が６のタイムスロットにおい
ては、移動局Ｍ３のみが、パケットを送出するので、基
地局Ｂ１はパケットを正しく受信する。スロット番号が
９のタイムスロットにおいては、移動局Ｍ１の新しいパ
ケットと、移動局Ｍ３の再送パケットとが同時に送出さ
れるので、パケットの干渉が生じる。この場合、２つの
移動局Ｍ１，Ｍ３の送信電力に差がないため、基地局Ｂ
１は、２つのパケットの何れも正しく受信できない。

【００５９】移動局Ｍ２は、スロット番号が５のタイム
スロットで送信に失敗したパケットを、スロット番号が
１０のタイムスロットで再送する。スロット番号が５の
タイムスロットでは送信電力が「低」であるが、スロッ
ト番号が１０のタイムスロットでは、送信電力が「高」
に変更される。このような送信電力の変更は、図２のス
テップＳ２〜Ｓ７の処理によって実現する。つまり、送
信電力が「高」になるか「低」になるかは、係数ｐと乱
数Ｒ１によって決定される。また、係数ｐの値は、トラ
ヒック量Ｇ１，送出待ちパケット数Ｄ１，移動局数Ｎ及
びライフタイムＬに基づいて決定される。

【００６０】従って、トラヒック量Ｇ１又は送出待ちパ
ケット数Ｄ１が変化すると、送信電力が「高」になる確
率と送信電力が「低」になる確率が自動的に修正され
る。図３及び図４に示すグラフは、本発明の効果を確認
するための計算機シミュレーションの結果を示してい
る。図３及び図４において、「改善後の特性」として示
す曲線は、図２に示す制御を実施した場合の特性であ
り、「改善前の特性」として示す曲線は、従来技術に相
当する。

【００６１】このシミュレーションでは、従来技術とし
て、受信パケットの受信電力を予め定めた閾値と比較
し、その比較結果に応じて、パケットの送信電力を
「高」，「低」の何れかに定める場合を想定した。ま
た、「高」は「低」に対して２０ｄＢ高い送信電力と仮定
した。更に、伝搬損失は距離の３乗に反比例するとして
シミュレーションを行った。

【００６２】また、図３の横軸は、システムに含まれる
全ての移動局（Ｍ１〜Ｍ４）から基地局Ｂ１に送信され
るパケットに関する、基地局Ｂ１のトラヒックＧを示
す。図３の縦軸は、基地局Ｂ１の平均スループットＳを
示す。スループットＳは、全ての移動局から基地局Ｂ１
へのトラヒックのうち、送信に成功した実質的なトラヒ
ックを示す。トラヒックＧ及びスループットＳの値は、
チャネル容量を１としたときの割合として示されてい
る。

【００６３】図３を参照すると、「改善前の特性」及び
「改善後の特性」の何れも、トラヒックＧが２以上の範
囲では、トラヒックＧの増大に伴って、衝突の確率が増
えるので、スループットＳが減少しているのが分かる。
但し、「改善前の特性」と「改善後の特性」とを対比す
ると、「改善後の特性」の方が、優れていることが分か
る。特に、トラヒックＧが２の近傍の領域や、トラヒッ
クＧが１０を越える領域では、「改善後の特性」の方
が、高いスループットが得られることが分かる。

【００６４】つまり、本発明の実施により、トラヒック
Ｇが多くなった場合のスループットＳの低下を抑制でき
る。図４において、横軸は、全ての移動局から基地局Ｂ
１に送信されるパケットに関する、基地局Ｂ１のトラヒ
ックＧを示す。図４の縦軸は、１つの移動局の平均スル
ープットＳ１を示す。スループットＳ１は、１つの移動
局から基地局Ｂ１へのトラヒックのうち、送信に成功し
た実質的なトラヒックを示す。

【００６５】また、図４において、「最近距離移動局の
特性」として示す曲線は、システムに含まれる全ての移
動局の内、基地局Ｂ１に最も近い１つの移動局の特性を
示す。「最遠距離移動局の特性」として示す曲線は、シ
ステムに含まれる全ての移動局の内、基地局Ｂ１に対し
て最も遠い１つの移動局の特性を示す。図４において、
「改善前の特性」と「改善後の特性」とを対比すると、
遠距離の移動局については、「改善後の特性」の方が
「改善前の特性」に比べて十分に高いスループットが得
られることが分かる。

【００６６】また、近距離の移動局のスループットＳ１
は、トラヒックＧが９以下の範囲では、「改善前の特
性」の方が「改善後の特性」よりも高い。しかし、トラ
ヒックＧが９を越える範囲では、近距離の移動局のスル
ープットＳ１は、「改善前の特性」の方が「改善後の特
性」よりも低い。

【００６７】つまり、本発明の実施により、特に遠距離
の移動局に関して、スループットＳ１を大幅に改善する
ことができる。また、近距離の移動局についても、トラ
ヒックＧが大きい場合のスループットＳ１の低下を抑制
することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上に説明したように。無線パケット通
信を行うシステムにおいて、本発明を実施すれば、パケ
ットが１つも送信されない無駄なスロットを減らすこと
ができる。

【００６９】また、たとえトラヒックが著しく高くなっ
ても、１つの移動局だけが高い送信電力で送信する確率
が高くなるので、キャプチャ効果により、同時に送信さ
れる複数のパケットのうち、１つのパケットを正しく伝
送できるので、スループットの低下を抑制できる。従っ
て、周波数利用効率が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図６に示すシステムの各移動局から基地局への
パケット送信のタイミングの例を示すタイムチャートで
ある。

【図２】図６に示す移動局のパケット送信制御の内容を
示すフローチャートである。

【図３】基地局のトラヒックＧとスループットＳの相関
を示すグラフである。

【図４】基地局のトラヒックＧと各移動局のスループッ
トＳ１の相関を示すグラフである。

【図５】図６に示すシステムの各移動局と基地局の間の
パケット通信のタイミングの例を示すタイムチャートで
ある。

【図６】パケット無線ネットワークのシステム構成を示
すブロック図である。

【図７】図６の基地局と各移動局の構成例を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１１０，２１０ アンテナ １２０，２２０ 送受信機 １３０，２３０ モデム １４０，２４０ 制御装置 １５０ メモリ １６０ 入力装置 １７０ 出力装置 ２５０ ホストコンピュータ ２６０ 他のネットワーク Ｂ１ 基地局 Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４ 移動局

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守倉 正博 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線基地局及びそれと無線通信をする１
   つ以上の移動局からなるシステムであって、特定の通信
   周波数を複数の無線基地局或いは複数の移動局で共用
   し、前記複数の無線基地局或いは複数の移動局の間で同
   期した、予め定められたタイムスロットにおいて、デー
   タを、無線パケットとして送信するとともに、無線パケ
   ットの伝送に失敗すると、伝送に失敗した無線パケット
   の再送を、ランダムに決定されるタイムスロットで実行
   する、システムの無線パケット多元接続方法において、 送信電力を、第１の電力と、第１の電力よりも大きい第
   ２の電力の何れかに切り替え可能な送信装置を利用し
   て、各無線パケットを送信する際の前記送信装置の送信
   電力を、乱数に応じて、前記第１の電力又は第２の電力
   に決定するとともに、 各無線パケットを送信する際の前記送信装置の送信電力
   を、前記第１の電力に決定する第１の確率と、第２の電
   力に決定する第２の確率を、各移動局の検出されたトラ
   ヒック量に応じて自動的に調整し、 前記トラヒック量の増大に伴って、前記第１の確率を高
   めて前記第２の確率を下げ、前記トラヒック量の減少に
   伴って、前記第１の確率を下げて前記第２の確率を高め
   ることを特徴とする無線パケット多元接続方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の無線パケット多元接続方
   法において、前記第１の確率及び前記第２の確率を、前
   記システムに含まれる移動局数に応じて決定し、前記移
   動局数の増大に伴って、前記第１の確率を高めて前記第
   ２の確率を下げ、前記移動局数の減少に伴って、前記第
   １の確率を下げて前記第２の確率を高めることを特徴と
   する無線パケット多元接続方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の無線パケット多元接続方
   法において、前記第１の確率及び前記第２の確率を、各
   移動局の送出待ちパケット数に応じて自動的に調整し、
   前記送出待ちパケット数の増大に伴って、前記第１の確
   率を高めて前記第２の確率を下げ、前記送出待ちパケッ
   ト数の減少に伴って、前記第１の確率を下げて前記第２
   の確率を高めることを特徴とする無線パケット多元接続
   方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の無線パケット多元接続方
   法において、同一のパケットに対して再送を実施する期
   間の上限を、ライフタイムとして定め、前記第１の確率
   及び前記第２の確率を、前記ライフタイムに応じて決定
   し、前記ライフタイムの減少に伴って、前記第１の確率
   を高めて前記第２の確率を下げ、前記ライフタイムの増
   大に伴って、前記第１の確率を下げて前記第２の確率を
   高めることを特徴とする無線パケット多元接続方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の無線パケット多元接続方
   法において、各移動局の検出されたトラヒック量に基づ
   いて求められる係数と、パケットの送出毎に求められる
   乱数との大小関係に応じて、各無線パケットを送信する
   際の前記送信装置の送信電力を、前記第１の電力又は第
   ２の電力に決定することを特徴とする無線パケット多元
   接続方法。