JP4828386B2 - 通信システム、基地局及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム及びこの通信システムにおいて使用される基地局及びその通信方法に関する。

デジタル携帯電話システムやＰＨＳシステムなどの移動体通信システムにおける無線区間のＱｏＳ制御は、ＯＳＩ参照モデルにおけるデータリンク層（ＭＡＣレイヤ）において実現されている。なお、ＱｏＳ（Quality of Service）とは、ネットワーク上で、通信毎に優先度（サービスプライオリティ）を設定し、伝送品質を保証する機能である。

このような移動体通信システムにおける無線区間でＱｏＳ制御を実現しようとする場合は、例えばＩＰｖ４ではＭＡＣレイヤにダウンリンク（下り回線）のデータが到達したときにはＩＰヘッダが除去されているためＩＰヘッダのＴＯＳフィールドを利用した制御ができない。
このため、端末からの呼接続の過程でサービスプライオリティのネゴシエーションを実施し、無線リンク毎にＱｏＳ制御を実施している。

ところで、次世代の移動体通信システムにおいて、一つのユーザに対し複数のサービスであるマルチサービス（マルチコールとも云う）が導入された場合、異なるサービスプライオリティのサービスが混在することが考えられる。例えば、音声データをＩＰパケットに変換して送受信するＶｏＩＰ（Voice Over IP）（例えば、最もサービスプライオリテ
ィの高いサービス）と電子メール（e-mail）（例えば、最もサービスプライオリティの低いサービス）が混在するなどの場合が考えられる。
特許文献１には、移動通信ネットワークと加入者ターミナルとの間で多数の独立した同時コールを管理する方法が示されている。
特表２００２−５２５９３４号公報

上記特許文献１のような従来技術では、１ユーザに対して１つの無線リンクしか許容されていないため、異なるサービスプライオリティを混在させることができない、あるいは、混在させることができたとしても単一の無線リンクに複数のサービスプライオリティを持たせることができないという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、１つの基地局と１つの端末の間を１つの無線リンクで接続してマルチサービスを実現できる通信システム、基地局及びその通信方法を得ることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る通信システムは、１つの基地局と１つの端末の間に１つの無線リンクを割り当て、前記無線リンクにおいて、複数のサービスによる通信を行う通信制御手段を備え、前記通信制御手段は、使用許可された又は使用が許可されなかったサブチャネルが示された情報を含む第１のサブチャネルと、前記第１のサブチャネルに対応して前記サービスのデータを格納する第２のサブチャネルと、によって構成されたトラフィックチャネルを備えるＯＦＤＭＡ方式によって、前記１つの基地局と前記１つの端末との間に前記１つの無線リンクで接続して複数のサービスによる通信を行い、前記通信制御手段は、前記複数のサービスに対して、複数の前記第１のサブチャネルをそれぞれ割り当てることを特徴とする（請求項１）。
これにより、１つの基地局と１つの端末の間を１つの無線リンクで接続してマルチサービスを実現できる。
また、複数のサービスに対して、それぞれ第１のサブチャネルを割り当てることにより、１つの基地局と１つの端末の間を１つの無線リンクで接続することができる。

また、上記通信システムの前記通信制御手段は、前記サービスに対応した個数の前記第２のサブチャネルを前記第１のサブチャネルにより割り当てることを特徴とする（請求項２）。
上記構成により、ＱｏＳサービスクラスに対応した個数の第２のサブチャネルを割り当てて、第１のサブチャネルに対応させることができるので、ＱｏＳサービスクラスが高い場合には、より多くの第２のサブチャネルを割り当てて、帯域が広がり高速な通信が可能となる。一方、ＱｏＳサービスクラスが低い場合には、少ない第２のサブチャネルを割り当てて、通信データ量を削減することができる。

本発明に係る基地局は、使用許可された又は使用が許可されなかったサブチャネルが示された情報を含む第１のサブチャネルと、前記第１のサブチャネルに対応して通信のサービスのデータを格納する第２のサブチャネルと、によって構成されたトラフィックチャネルを備えるＯＦＤＭＡ方式によって通信を行い、複数のサービスに対して、複数の前記第１のサブチャネルをそれぞれ割り当て、１つの端末との間に１つの無線リンクで接続して複数のサービスによる通信を行う通信制御手段を備えることを特徴とする（請求項３）。
上記構成により、複数のサービスに対して、それぞれ第１のサブチャネルを割り当てることにより、１つの基地局と１つの端末の間を１つの無線リンクで接続することができる。

また、上記基地局の前記通信制御手段は、前記端末から要求された通信帯域に応じた個数の第２のサブチャネルを前記第１のサブチャネルにより割り当てることを特徴とする（請求項４）。
上記構成により、ＱｏＳサービスクラスに対応した個数の第２のサブチャネルを割り当てて、第１のサブチャネルに対応させることができるので、ＱｏＳサービスクラスが高い場合には、より多くの第２のサブチャネルを割り当てて、帯域が広がり高速な通信が可能となる。一方、ＱｏＳサービスクラスが低い場合には、少ない第２のサブチャネルを割り当てて、通信データ量を削減することができる。
ことができる。

本発明に係る通信方法は、使用許可された又は使用が許可されなかったサブチャネルが示された情報を含む第１のサブチャネルと、前記第１のサブチャネルに対応して通信のサービスのデータを格納する第２のサブチャネルと、によって構成されたトラフィックチャネルを備えるＯＦＤＭＡ方式によって通信を行い、端末から、新たに通信する追加サービスのサービス確立要求を基地局に送信するステップと、前記サービス確立要求を受信した前記基地局が、前記端末が確立要求した追加サービス毎に前記第１のサブチャネルを割り当て、前記端末に通知するステップと、前記基地局からサービス追加確認を前記端末に送信するステップと、前記サービス追加確認を受信した前記端末が前記基地局に対して、前記追加サービスに使用する通信帯域を要求するステップと、前記通信帯域の要求を受信した前記基地局が前記端末に対して、前記追加サービスの通信帯域に応じた個数の前記第２のサブチャネルを割り当てるステップと、を含むことを特徴とする（請求項５）。
上記構成により、複数のサービスに対して、それぞれ第１のサブチャネルを割り当てることにより、１つの基地局と１つの端末の間を１つの無線リンクで接続することができる。さらに、ＱｏＳサービスクラスに対応した個数の第２のサブチャネルを割り当てて、第１のサブチャネルに対応させることができるので、ＱｏＳサービスクラスが高い場合には、より多くの第２のサブチャネルを割り当てて、帯域が広がり高速な通信が可能となる。一方、ＱｏＳサービスクラスが低い場合には、少ない第２のサブチャネルを割り当てて、通信データ量を削減することができる。

本発明によれば、１つの基地局と１つの端末の間を１つの無線リンクで接続してマルチサービスを実現できる。

まず、本実施の形態に係る通信システムの説明に先立って、本通信システムに用いられるＯＦＤＭＡのフレーム構成を図１の説明図を参照して説明する。

図１は、本通信システムに用いられる、例えばタイムスロットが４個（Ｓ１〜Ｓ４）の場合のＯＦＤＭＡのフレーム構成であり、縦軸が周波数軸であり、横軸が時間軸である。

図１において、ダウンリンク期間及びアップリンク期間は、共に周波数軸に対して、２８個の周波数帯に分割されている。最初の周波数帯のサブチャネルは、コントロールサブチャネルと呼ばれ、制御チャネル（ＣＣＨ）で使用している。なお、上記の最初の周波数帯は、最も高い周波数帯あるいは最も低い周波数帯のどちらでも良い。また、コントロールサブチャネルは、各周波数帯において、各タイムスロットのどのサブチャネルを使うかを指示する。

図１の例では、コントロールサブチャネルＣ１〜Ｃ４で指定できる基地局は４つの基地局である。そして、残りの２７の周波数帯には、データを送受信するトラフィックサブチャネルＴ１〜Ｔ１０８で構成されており、周波数方向に２７個、時間軸方向に４個で、全部で１０８のサブチャネルで構成されている。

このトラフィックサブチャネルは、２種類のサブチャネルで構成され、第１のサブチャネルはアンカーサブチャネルと第２のサブチャネルはエクストラサブチャネルと名付ける。

アンカーサブチャネルは、当該アンカーサブチャネルを受信している端末に対し、どのサブチャネルを使用するかを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り、１つの無線リンクに対し１つのアンカーサブチャネルが割り当てられる。

エクストラサブチャネルは、サービスのデータを格納するサブチャネルであり、１つのアンカーサブチャネルに対して、ＱｏＳサービスクラスに対応した個数を割り当てられる。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。
よって、ＱｏＳサービスクラスが高い（サービスプライオリティの高いサービス）場合にはより多くのエクストラサブチャネルを割り当てるようにする。一方、ＱｏＳサービスクラスが低い場合（サービスプライオリティの低いサービス）には、少ないエクストラサブチャネルを割り当てるようにすることにより、サービスプライオリティに応じたデータレートを実現することができる。

次に、サブチャネルのフォーマットについて図２を用いて説明する。
各サブチャネルはＰＲ（PRiamble）、ＰＳ（Pilot Symbol）、その他のフィールドにより構成される。ＰＲはプリアンブルであり、フレーム送信の開始を認識させ、同期をとるタイミングを与えるための信号である。ＰＳはパイロットシンボルであり、搬送波の絶対位相を正しく識別するために位相の基準を得るための既知の信号波形や、既知のデータのことである。サブチャネルペイロードは、物理層（ＰＨＹ）の情報を収容する部分である。

次に、ダウンリンクの物理層（ＰＨＹ）のフォーマットを説明する。
アンカーサブチャネルのサブチャネルペイロードの構成は、ＭＡＰ、ＡＣＫ、サブチャネルペイロードなどの各フィールドで構成されている。そして、エクストラサブチャネルのサブチャネルペイロードがこれに連結される。このエクストラサブチャネルのサブチャネルペイロードは、ＣＤなどのフィールドとＰＨＹペイロードで構成される。
ＣＤフィールドは、ＰＨＹペイロードの内容が制御情報であるかデータであるかを識別する１ビットの領域であり、このビットが“０”のとき制御情報、“１”のときデータであることを示す。

上記ＭＡＰフィールドは、端末に送信するＭＡＰ情報（当該端末に対し、使用許可された又は使用が許可されなかったサブチャネルが示された情報）であり、図１に示した１０８個のトラフィックサブチャネルＴ１〜Ｔ１０８に対応した１０８ビットの領域として表している。
例えばＭＡＰフィールドの第２０番目のビットが“１”であれば、Ｔ２０のトラフィックサブチャネルは使用可能であることを通知し、また、例えば第２１番目のトラフィックサブチャネルに対応するビットが“０”であれば、Ｔ２１のトラフィックサブチャネルは使用不可能であることを通知する。

以下、本発明に係る通信システムの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る通信システムの構成図である。

本発明の実施の形態に係る通信システムは、前述のＯＦＤＭＡ方式によって、１つのサービスに対して１つのアンカーサブチャネルを割り当て、基地局２と端末３の間を１つの無線リンクで接続して複数のサービスによる通信を行う通信システム１であり、基地局２はネットワーク４に接続されている。
基地局２は、基地局の通信を制御し、１つのサービスに対して１つのアンカーサブチャネルを割り当て、端末３との間に１つの無線リンクで接続して複数のサービスによる通信を行うように制御する通信制御手段２−１、アンテナに接続されデータや音声を端末に送信する送信手段２−２、端末からのデータや音声を受信する受信手段２−３を備える。
端末３は、アンテナに接続されデータや音声を基地局に送信する送信手段２−２、基地局からのデータや音声を受信する受信手段２−３を備える。

本実施の形態に係る通信システムについて、端末２と基地局３との間の通信手順のシーケンスの例を図４に示し、これを参照して詳細に説明する。

図４のシーケンスは、端末２が音声呼を発信し、音声通信（通話）中にE−mailを受信する場合の例である。

（１）ユーザが端末３で音声呼発信動作を行ったら、端末３の送信手段３−１は接続先の基地局２に対してリンクチャネル（ＬＣＨ）確立要求を送信する。

（２）リンクチャネル（ＬＣＨ）確立要求を受信した基地局２の通信制御手段２−１は、キャリアセンスに基づいてアンカーサブチャネル（ＡＳＣＨ）を割当てる。

（３）送信手段２−２により、リンクチャネル（ＬＣＨ）割当にて端末にアンカーサブチャネル（ＡＳＣＨ）の場所を通知する。受信手段３−２によりリンクチャネル（ＬＣＨ）割当を受信した端末３は、送信手段３−１により、サービス確立要求を基地局に送信する。

（４）基地局２が受信したサービス確立要求には、ＱｏＳサービスクラスが含まれている。通信制御手段２−１は、ＱｏＳサービスクラスとアンカーサブチャネル（ＡＳＣＨ）を関連付ける。これにより、基地局２と端末３の間でＱｏＳサービスのネゴシエーションを行う。基地局２の送信手段２−２は、サービス確立確認を端末３に送信する。

（５）サービス確立要求を受信した端末３は、無線帯域要求を基地局２側に送信する。基地局２はこの無線帯域要求を受信し、通信制御手段２−１は、当該サービスに対する無線帯域を確保する。この確保された無線帯域を通知するため、基地局２の送信手段２−２はアンカーサブチャネル（ＡＳＣＨ）に含まれるＭＡＰによって通信に使用するエクストラサブチャネルの位置を端末３に通知し、音声通信（通話）を開始する。このとき、ＱｏＳサービスクラスに対応した個数のエクストラサブチャネルを割り当てる。音声通信はＱｏＳサービスクラスが最も高い（最もサービスプライオリティの高いサービス）であるので、多くのエクストラサブチャネルを割り当てるようにする。

（６）音声通信中のユーザに対して、e−mailが基地局２に到着するなど、通信中に新たなサービスの追加が必要になった場合、基地局２は新たなサービスに対して基地局２の通信制御手段２−１は、アンカーサブチャネル（ＡＳＣＨ）を割当て、ＱｏＳサービスクラスとアンカーサブチャネル（ＡＳＣＨ）を関連付ける。
その後、基地局２の送信手段２−２は、サービス追加確認を端末３に対して送信する。このサービス追加確認では、端末２に対してアンカーサブチャネルの位置を通知する。

端末３の送信手段３−１は、追加されたサービスの無線帯域要求を基地局２側に送信する。基地局２はこの無線帯域要求を受信し、通信制御手段２−１は、追加されたサービスに対する無線帯域を確保する。この確保された無線帯域を通知するため、送信手段２−２はアンカーサブチャネルに含まれるＭＡＰによって通信に使用するエクストラサブチャネルの位置を端末に通知し、e−mail通信を開始する。
このとき、ＱｏＳサービスクラスに対応した個数のエクストラサブチャネルを割り当て、アンカーサブチャネル（ＡＳＣＨ）に対応させる。e−mailはＱｏＳサービスクラスが最も低いサービス（最もサービスプライオリティの低いサービス）であるので、少ないエクストラサブチャネルを割り当てるようにする。

このように、本実施の形態に係る通信システムは、１台の端末に対して複数のアンカーサブチャネル割当てを許容することによって、マルチサービスを実現している。
本実施の形態に係る通信システムでは、各サービスのアンカーサブチャネル（ＡＳＣＨ）は、それぞれ独立したＭＡＰを備えているため、エクストラサブチャネル（ＥＳＣＨ）の位置をそれぞれ特定することができる。
以上のように、複数のサービスに対して、それぞれアンカーサブチャネルを割り当てることにより、１つの基地局と１つの端末の間を１つの無線リンクで接続することができる。さらに、ＱｏＳサービスクラスに対応した個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ので、音声通信などのＱｏＳサービスクラスが高い場合には、より多くのエクストラサブチャネルを割り当てて、帯域が広がり高速な通信が可能となる。
一方、e−mailなどのＱｏＳサービスクラスが低い場合には、少ないエクストラサブチャネルを割り当てて、サブチャネルを有効に利用することができる。

本発明の実施の形態に係る通信方法に用いられるＯＦＤＭＡのフレーム構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムにおけるサブチャネルのフォーマットを説明する図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムの構成図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムにおけるシーケンス図である。

符号の説明

１ 通信システム
２ 基地局
２−１ 通信制御手段
２−２ 送信手段
２−３ 受信手段
３ 端末
３−１ 送信手段
３−２ 受信手段
４ ネットワーク
Ｓ１〜Ｓ４ タイムスロット
Ｃ１〜Ｃ４ コントロールサブチャネル
Ｔ１〜Ｔ１０８ トラフィックサブチャネル

Claims (5)

1. １つの基地局と１つの端末の間に１つの無線リンクを割り当て、前記無線リンクにおいて、複数のサービスによる通信を行う通信制御手段を備え、
   前記通信制御手段は、使用許可された又は使用が許可されなかったサブチャネルが示された情報を含む第１のサブチャネルと、前記第１のサブチャネルに対応して前記サービスのデータを格納する第２のサブチャネルと、によって構成されたトラフィックチャネルを備えるＯＦＤＭＡ方式によって、前記１つの基地局と前記１つの端末との間に前記１つの無線リンクで接続して複数のサービスによる通信を行い、
   前記通信制御手段は、前記複数のサービスに対して、複数の前記第１のサブチャネルをそれぞれ割り当てることを特徴とする通信システム。
2. 前記通信制御手段は、前記サービスに対応した個数の前記第２のサブチャネルを前記第１のサブチャネルにより割り当てることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 使用許可された又は使用が許可されなかったサブチャネルが示された情報を含む第１のサブチャネルと、前記第１のサブチャネルに対応して通信のサービスのデータを格納する第２のサブチャネルと、によって構成されたトラフィックチャネルを備えるＯＦＤＭＡ方式によって通信を行い、
   複数のサービスに対して、複数の前記第１のサブチャネルをそれぞれ割り当て、１つの端末との間に１つの無線リンクで接続して複数のサービスによる通信を行う通信制御手段を備えることを特徴とする基地局。
4. 前記通信制御手段は、前記端末から要求された通信帯域に応じた個数の第２のサブチャネルを前記第１のサブチャネルにより割り当てることを特徴とする請求項３に記載の基地局。
5. 使用許可された又は使用が許可されなかったサブチャネルが示された情報を含む第１のサブチャネルと、前記第１のサブチャネルに対応して通信のサービスのデータを格納する第２のサブチャネルと、によって構成されたトラフィックチャネルを備えるＯＦＤＭＡ方式によって通信を行い、
   端末から、新たに通信する追加サービスのサービス確立要求を基地局に送信するステップと、
   前記サービス確立要求を受信した前記基地局が、前記端末が確立要求した追加サービス毎に前記第１のサブチャネルを割り当て、前記端末に通知するステップと、
   前記基地局からサービス追加確認を前記端末に送信するステップと、
   前記サービス追加確認を受信した前記端末が前記基地局に対して、前記追加サービスに使用する通信帯域を要求するステップと、
   前記通信帯域の要求を受信した前記基地局が前記端末に対して、前記追加サービスの通信帯域に応じた個数の前記第２のサブチャネルを割り当てるステップと、
   を含むことを特徴とする通信方法。

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