JP4584514B2 - 時分割デュプレックス通信システムにおけるリソース管理とトラヒック制御 - Google Patents

Description

【０００１】
背景
本発明は、無線通信、特に、時分割デュプレックス通信を用いるセルラー無線電話システムに関する。
【０００２】
移動及びコードレス無線電話の適用が、ますます広範囲に広がっている。また、セルラー無線電話システムは有名であり、発達して高い水準に届いている。セルラーシステムは、一般的に、戦略的な場所に位置する複数の無線基地局の基幹ネットワークから成る。各基地局は、セルと呼ばれるそれぞれの地理的範囲を覆っている。そして、隣接するセルが部分的に重なるので、移動電話のような携帯端末は、基幹ネットワークとの交信が途絶えることなく、あるセルから別のセルに移動することができる。携帯端末が通信セッション間を移動する場合、基地局に対する携帯端末の位置によるプロセスに従って、ある無線基地局から別の無線基地局にコネクションがハンドオフされる。
【０００３】
世界中で、セルラーシステムは、全国規模の公衆電話を提供するために展開され続けている。広域移動電話システムの最新例として、ＧＳＭ（Global System for Mobile communications）、Ｄ−ＡＭＰＳ（Digital Advanced Mobile Phone System）、ＣＤＭＡ（IS-95）システム及びＰＤＣ（Personal Digital Cellular）システムがある。これらのシステムは、一般的に国の監理局によって認可される無線スペクトルの一部を使用して、様々な公衆サービスを提供するオペレータによって運営される。
【０００４】
これらの認可されたスペクトルを用いたセルラー通信システムに加えて、新しい種類のセルラーシステムが市場に参入しつつあり、現在、屋内環境（例えば、会社、家、展示ホール等）と、ローカルエリア（例えば、学校のキャンパス、会社の駐車場等）のような制限地域において展開されている。これらの新しいシステムは、個人的に所有され、一般的に900MHz、2400MHz及び5700MHzで広く利用される工業的、科学的及び医学的（ＩＳＭ）帯域の無線スペクトルの認可されていない部分を使用する。このようなローカルエリアであって、認可されていないスペクトルを用いる移動通信システムの例が、ＤＥＣＴ（Digital European Cordless Telephone）システム、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）及びＷＬＡＮｓ（wireless local area computer networks）である。
【０００５】
セルラーシステムにおいて巧みにリソース割当てを行うことは、極めて重要である。基幹ネットワークに対して移動端末またはコードレス端末を接続するために、ネットワーク（例えば、無線基地局）へのアクセスポイントと、そのアクセスポイントにその端末を接続するための無線チャネルが利用可能でなければならない。アクセスポイントと無線チャネルの両方とも割当て可能なシステムリソースであると考えることができる。コネクションが確立される場合、アクセスポイント及び／または端末は、無線チャネルを選択しなければならないが、無線リソースが不十分である。セルラーシステムという概念は、限定的な無線スペクトルで多くの端末をサポートする方法であり、このスペクトルを異なるコネクションにおいて同時使用可能とする複数のチャネルに配分し、意図された受信信号に対して相互干渉が小さくなるほど、異なるコネクションに加わるユーザ間の地理的な距離は十分に離される。
【０００６】
ほとんどのセルラーシステムにおいて、接続を求めるリモート端末に最も近いアクセスポイントがその端末に割当てられる。これは、そのアクセスポイントが、通常、その端末に対して最も低い伝搬損失を供給するためである。リモート端末は、所定の無線チャネルのアクセスポイントによって報知される制御または標識信号についてのスペクトルを定期的に走査する。そして、各端末は、受信する最も強い制御または標識チャネルに対して、自身を追跡または同期させる。
【０００７】
いくつかの移動システムにおいて、端末は最も強いアクセスポイントにデフォルトで追跡するのではなく、例えば、基地局が利用可能な無線チャネルを有するか否か、及び／または、利用可能な全無線チャネルの干渉が十分低いか否かといった他の基準に基づいてアクセスポイントを選ぶ。実際に、それは重要な最高搬送波電力を有するチャネルではなく、最高搬送波対干渉波（Ｃ／Ｉ）比を有するチャネルである。基地局とチャネル選択がＣ／Ｉ比に基づく例示的通信システムは、「電力制御と移動機補助ハンドオーバ装置を用いてチャネルを割当てる方法とシステム（Method and System for Channel Allocation Using Power Control and Mobile-Assisted Handover Measurements）」としてハートセン（Haartsen）に付与された米国特許第5,491,837号に記載されており、ここに文献を援用する。
【０００８】
一般に、通信システムによって使用される特定のアクセス技術によれば、「チャネル」は搬送波周波数、タイムスロット、コードまたはこれらのハイブリッドである。周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）システムでは、無線チャネルは、通信セッション間に通常割当てられる送信のための無線周波数（ＲＦ）搬送波信号と、受信のためのＲＦ搬送波信号である。（通常、専用帯域のそれぞれから選択される送信搬送波と受信搬送波とを分離することにより、同時に送信及び受信が可能となり、周波数分割デュプレックス（ＦＤＤ）と呼ばれる。）高度移動電話システム（ＡＭＰＳ）とノルディック移動電話（ＮＭＴ）システムは、搬送波周波数変調を使用する簡単なＦＤＭＡシステムの一例である。ＧＳＭのような時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムでは、各搬送波信号は、最大８人のユーザによって時分割される。すなわち、各搬送波信号は、それぞれ８つのタイムスロットの連続フレームを送信し、各フレームの１つ以上のタイムスロットがセッションに割当てられる。直接拡散（direct-sequence）符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムにおいて、送信される情報ビットストリームは、固有のコードシーケンスの連続する繰り返しから構成されるより高速のビットストリームに上に有効に重畳される。そして、重畳されたビットストリームは、ＲＦ搬送波信号の変調として送信された結果、他のビットストリーム、通常は疑似雑音、による乗算によってスクランブルがかけられる。
【０００９】
ＡＭＰＳやＮＭＴシステムのような第一世代セルラーシステムはアナログであって、送信されるアナログ（時間的に連続する）情報信号が搬送波信号の周波数を変調するというものである。低速ディジタルデータの送信はアナログモデムを使用することによって可能であるけれども、アナログシステムの主な役割は音声サービスである。ＧＳＭやＤ−ＡＭＰＳのような第二世代システムでは、送信される情報信号はディジタル（バイナリビット）であって、その情報を圧縮し、誤り訂正符号化し、パケットにまとめ、バーストまたはパケットに送信することを可能にする。したがって、搬送波信号は、一つの接続に対して絶えず使用されている必要はない。代わりに、搬送波を複数のスロットに分割することができる。そして、ＴＤＭＡにおけるように、異なるスロットを異なるユーザに割当てることが可能である。現在の第二世代のＴＤＭＡシステムでは、ＣＤＭＡシステムと同様に、スペクトルはさらに搬送波周波数のいくつかの帯域に分割され、そのためこのようなシステムはさらにＦＤＭＡの要素を有する。各搬送波がタイムスロットに分割される場合、これによってハイブリッドＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムがもたらされる。そして、各ユーザがそれぞれのコードによって分離される場合、これによってハイブリッドＦＤＭＡ／ＣＤＭＡシステムがもたらされる。また、ハイブリッドＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ／ＣＤＭＡシステムは説明されてきたとおりである。
【００１０】
タイムスロットシステムの別の利点は、ダウンリンク（基地局からリモート端末への）送信とアップリンク（リモート端末から基地局への）送信が、同時に起こることがなく、ＦＤＤは必要がないということである。その代わりに、ダウンリンク及びアップリンク送信が、時分割デュプレックス（ＴＤＤ）と呼ばれる同一搬送波上での異なるタイムスロットで起こる。フルデュプレックスオペレーションが、送信と受信とを交替することによって獲得される。広域サービスに使用されるセルラーシステムのような通信システムは、まだＦＤＤを使用している。ここで、ＦＤＤは、アクセスポイント間の干渉を防ぐのを助けるので、アクセスポイントが高い位置に設置されることが好ましい。屋内通信システムと他の高速データシステムでは、そのスペクトルが専用のダウンリンク及びアップリンク帯域に分割されないＴＤＤが好んで使用される。これによって、すなわち送信機及び受信機ハードウェア間が十分に分離されている必要のある、高価な送受切換器を避けながら、送信と受信プロセスが同一ハードウェアで連続して起こるので、無線トランシーバの費用を削減することが可能になる。さらに、全スペクトル帯域からダウンリンク及びアップリンクチャネルを選ぶことができる。
【００１１】
ＤＥＣＴシステムのような従来のＴＤＤシステムでは、ダウンリンク及びアップリンクチャネルは同一の搬送波周波数を使用する。「ブルートゥース」システムのようなさらに高度なＴＤＤシステムでは、次のような周波数ホッピング概念を使用する。すなわち、ダウンリンク送信とアップリンク送信とが、異なるタイムスロットで生じるが、スロットがダウンリンクスロットであるかアップリンクスロットであるか否かに関係なく、各スロットに対する搬送波周波数が異なっており、特定の無線帯域におけるどんな搬送波であってもよい。ブルートゥースシステムに関する情報は、http://bluetooth.ericsson.se/bluetooth/default.asp で利用可能である。
【００１２】
音声通信のような対称型のサービスでは、ダウンリンク及びアップリンクで必要とされる帯域幅は実質的に同じである（双方は多かれ少なかれ等しい通話時間を費やす）。そして、その結果、実質的に等しい大きさでダウンリンク部分とアップリンク部分へ無線帯域を分割することは理に適っている。しかしながら、データサービスは一般的に非対称である。すなわち、ダウンリンクとアップリンクで必要とされる帯域幅は実質的に等しくないということである（ある部分が他の部分よりも多くのダウンロード時間を費やす)。そして、その結果、ダウンリンク及びアップリンク部が等しい大きさであることはあまり魅力がない。インターネットサービスのようなサービスの中には、アップリンク帯域幅よりもはるかに多くのダウンリンク帯域幅または収容能力を必要とするものがあり、その逆の場合もある。前者の場合、ダウンリンク帯域は、より大きいことが望ましい。
【００１３】
ＦＤＤシステムにおいて、通常、ダウンリンク及びアップリンク帯域は固定されており、変えることはできない。すなわち、ダウンリンク及びアップリンク周波数の間は、厳密に分離されている。ＴＤＤシステムでは、ダウンリンクとアップリンクが厳密に分離されていないので、ダウンリンク及びアップリンクチャネルをより柔軟に割当てることができる。実際に、もっぱらダウンリンクまたはアップリンクサービスを行うために一時的に全帯域を割当てることができる。上述したようにＴＤＤシステムでは、チャネルが連続したタイムスロット中に分割され、各スロット間で、一つ以上のパケットやバーストが送信される。対称型リンクに関して、ダウンリンク及びアップリンク送信間のスロットの割当ては実質的に同一である。また、非対称型リンクに関して、例えば、ダウンリンクにはアップリンクよりも多くのスロットが割当てられる。この割当ては動的に実行される。すなわち、トラヒックの需要が変化するにつれて、ダウンリンクとアップリンク間の帯域幅割当てが、スロット割当てを変化することによって変えられる。
【００１４】
それにもかかわらず、ＴＤＤスロット割当ての融通性にも制限がある。ＴＤＤ無線トランシーバは、送信あるいは受信のどちらかができるが、同時にはできない。単一のトランシーバを備える基地局にとって、このことは欠点ではなく、むしろ高価な送受切換器を避けることができるので利点となる。しかし、これによって、基地局が容量を増加させるために追加トランシーバを備えなければならない場合は、ある問題の原因となる。送受信が異なる帯域で起こる場合、送受切換器は問題ではないが、送信及び受信周波数が同一帯域であって、多重無線が単一の基地局にまとめられなければならない場合のように送信機及び受信機が物理的に接近している場合は、同時の送受信が不可能である。なぜならば、送信機が送信する場合、比較的高レベルの信号が同位置にある受信機のフロントエンドを飽和状態にするためである。同位置にある送信機から受信される信号と、リモート端末から受信される信号との間のレベル差は、７０ｄＢかそれ以上である。そのレベル差はあまりにも大きいので、基地局受信機は、同位置の送信機からの干渉信号から、リモート端末からの必要な信号を首尾よくフィルタリングすることができる可能性はない。
【００１５】
多くのＴＤＤトランシーバが同一基地局に統合されるこれまでに唯一知られている方法は、全トランシーバが送信するか、または全トランシーバが同時に受信するように、それらのダウンリンク及びアップリンク送信を同期させることである。これによって、受信機が一つまたはそれ以上の送信機によって隠されることを防ぐことができる。また、対称型のサービスを提供するシステムにとってはほとんど問題がない。同期されたダウンリンク及びアップリンク送信とは、単に、スロットが、異なる無線のダウンリンクスロット間にアライメントがあり、かつ、異なる無線のアップリンクスロット間にアライメントがあるように、スロットが割当てられなければならないことを意味する。しかしながら、非対称（すなわち、ダウンリンク及びアップリンク帯域幅間の不均衡）が無線機で同一であることが要求されるというダウンリンク／アップリンク同期要求によって、非対称型のサービスは厳しく制限される。
【００１６】
国際公開番号 WO 99/26430 には、ワイヤレス通信システムにおける通信リンクのデュプレックス送信に関する適応型時分割デュプレックス方法及び装置が記載されている。通信リンク帯域幅要求は、所定の帯域幅要求パラメータを用いて絶えず監視されている。そして、アップリンク及びダウンリンク帯域幅は、動的に通信チャネルの要求に接触するように順応する。しかしながら、 WO 99/26430 では、基地局内の多重無線トランシーバ間における帯域幅要求の割当てが明確に述べられていない。
したがって、本発明の目的は、前述したＴＤＤ通信システムにおいてこれらの問題を解決し、そして多重無線ユニットを有するＴＤＤシステムにおいて非対称型のサービスをサポートして賢明なリソース割当てと非対称型トラヒックのスマートな制御を使用する方法及び装置を提供することである。
【００１７】
要約
出願人の発明に従ったＴＤＤ通信システムでは、基地局選択とチャネル選択とは、要求されるサービスの非対称性と受信信号強度及びチャネルアベイラビリティとに基づいている。多重無線基地局では、ダウンリンク／アップリンクスロットが好適に割当てられるので、同時に全ての無線基地局が送信及び受信できる。個々のユーザまたはグループとしての全ユーザに対して、最適のスループットを獲得するために複数のスロットは選択的にパックされる。同一領域を覆う複数の基地局を有するシステムにおいて、実質的に同一のダウンリンク／アップリンク非対称性を有する端末は同一の基地局に接続することになるように基地局が選択されることが望ましい。
【００１８】
ある態様において、本発明は、多重無線基地局と多くのリモート端末との間に通信リンクを構築する通信システムにおいて、各リモート端末が特定の帯域幅比を要求し、（ａ）それぞれのリモート端末の要求する帯域幅比の高いものから順に、利用可能な基地局無線機に対してリモート端末を連続して割当て、（ｂ）利用可能な基地局無線機が最初のリモート端末を割当てられた後、それぞれのリモート端末の要求する帯域幅比の高いものから順に、ステップ（ａ）で構築された逆順の基地局無線機に対して残りのリモート端末を割当てるステップを含む通信リンクにスロットを割当てる方法を提供する。
【００１９】
別の態様において、本発明は、多重無線基地局と多くのリモート端末との間の通信リンクを構築する通信システムにおいて、各リモート端末が特定の帯域幅比を要求し、（ａ）リモート端末の送信要求をサポートするために必要な最小の数の基地局無線機を決定し、（ｂ）それぞれのリモート端末が要求する帯域幅比の高いものから順に、ステップ（ａ）で求められた最小の数の基地局無線機から選択される利用可能な基地局無線機に対してリモート端末を連続して割当て、（ｃ）利用可能な基地局無線機が最初のリモート端末を割当てられた後、それぞれのリモート端末の要求する帯域幅比の高いものから順に、ステップ（ｂ）で構築された逆順の基地局無線機に対して残りのリモート端末を割当てるステップを含む通信リンクにスロットを割当てる方法を提供する。
【００２０】
さらに別の態様において、本発明はある通信システムを提供する。そのシステムは、リモート端末に接続する通信リンクを開設するために、複数の無線トランシーバを備える基地局と、多くのリモート端末と、基地局の範囲内に位置する複数のリモート端末の中で無線トランシーバを割当てるためのコントローラとを含む通信システムであって、前記コントローラが、多重基地局無線機通信リンクの送信及び受信タイミングを同期させるパッキングスキームに従って基地局無線機に対してスロットを割当てる。
【００２１】
詳細な説明
出願人の発明によるＴＤＤ通信システムは、データサービスを提供するような場合、非常に融通性がある。その理由として、ユーザのニーズに従ってそのユーザに搬送波信号上のタイムスロットを割当てたり、再割当てすることによって、システムユーザの中で帯域を動的に割当てたり、再割当てしたりできるからである。
【００２２】
ＴＤＤ無線機１００に関するハードウェア構造の一例が、図１に示される。送信処理と受信処理とが異なる瞬間に起こるので、両処理に対して同一の回路を使用することができる。その結果、単純な無線機が得られる。実際に、「１チップ無線機（A One-Chip Radio）」という米国特許第08/803,392号における例に記載されているように、単一の集積回路またはチップとして無線機が構築される。
【００２３】
図１の単純化された表示で見られるように、無線機１００によって送信される情報（ＴＸ情報）は、変調器１０２に送られる。ここで、変調器１０２は、システムで採用された形式及びアクセス技術に従って、ＴＸ情報と共に電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０４によって提供されるより高周波搬送波の信号を変調する。変調器１０２で生成される被変調搬送波の大きさは、通常、電力増幅器（ＰＡ）１０６によって増幅される。ここで、電力増幅器１０６は、送信のために適したアンテナ１０８に対して出力信号を供給する。ＴＸ情報が、誤り訂正符号とおそらくセキュリティ符号に従って一般に符号化されるということが理解できよう。前方誤り訂正とスクランブリング符号は、セルラー無線電話の技術においては有名であるので、それらについてはここでより詳細に記載する必要はない。出力信号が送信されていないとき、アンテナ１０８は、他のシステムユーザによって送信された被変調搬送波信号の一部を受信し、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１０にその部分を供給する。ここで、低雑音増幅器１１０は、実質的な雑音を付加することなく、受信した部分の強度を増幅し、ミキサ１１２に対して増幅された被変調搬送波信号を供給する。受信された搬送波信号は、電圧制御発振器１０４によって供給される局所発振器信号に基づいたヘテロダイン法と呼ばれる工程において、ミキサ１１２によって抽出される。そして、その結果得られる信号は、受信された情報（ＲＸ情報）を共同して生成するチャネルフィルタ１１４及び復調器１１６に供給される。本質的に、ＲＸ情報は、別のユーザによって送信された搬送波信号を変調したＴＸ情報のレプリカである。ＴＸ情報が、符号化及び／またはスクランブルされている場合、ＲＸ情報は、ユーザあるいはさらなる処理装置に渡される前に、符号化及びスクランブルに対応して復号化及び／またはスクランブル解除される。電圧制御発振器１０４によって生成された信号の周波数は、（図示しない）コントローラによって供給される制御信号に基づいて、正確に設定される。
【００２４】
上述したように、ディジタル変調を使用する無線システムは、一般的に、連続したタイムスロットに分割される搬送波信号を有する。図２は、交互に送受信する基地局ＢＳと移動局ＭＳとを有するＴＤＤシステムのスロット構造について示す図である。情報ビットのシーケンスを含むパケットまたはバーストは、それぞれのタイムスロットに送られる。連続するタイムスロットは、連続符号kと、例えばＦ_k、Ｇ_k等によって識別されるスロットにおいて使用される搬送波周波数とによって識別される。ここで、Ｆ及びＧは、異なるホップシーケンスを示すものである。中には３０〜３００バイトの情報を運ぶパケットを採用する通信システムもある。原則として、ＴＤＤシステムでは、各スロットをそのスロットが送信用または受信用として使用されるか否かを決定することができる。さらに、各スロットに使用される搬送波周波数は、通信システムによって占有されるスペクトルに与えられる全有効周波数である。多くの従来のＴＤＤシステムにおいて、あるスロットで使用される搬送波周波数Ｆ_kは、次のスロットで使用される搬送波周波数Ｆ_k+1と同一である。すなわち、ＢＳとＭＳとの間の全ての送信及び受信で同一搬送波周波数を使用するということになる。より高度なシステムにおいては、あるスロットで使用される搬送波周波数Ｆ_kは、次のスロットで使用される搬送波周波数Ｆ_k+1と同一ではない。すなわち、異なる搬送波周波数が各スロットに対して選択されるということになる。これらのより高度なシステムでは、送信側及び受信側での無線機は、通常、疑似ランダムである、相互に認知しているホッピングシーケンスに従って同期してホップする。
【００２５】
図２に示されるように、無線機が互いに送受信する場合、アップリンクにおける帯域幅は、ダウンリンクにおける帯域幅と同一である。ダウンリンクでは、両方のリンクにおいて使用される同じタイプのパケット（例えば、同一誤り訂正符号化等）が供給される。これによって、対称なまたはバランスのとれたリンクが得られる。出願人の発明によれば、バランスを変化させて、ＴＤＤシステムにおける一方の帯域幅を他方の帯域幅を犠牲にして増加させることが可能である。これについて図３で示す。図３では、アップリンクの帯域幅の３倍をダウンリンク（ＢＳからＭＳまで）の帯域幅とする、すなわち、リンク帯域幅間に、３：１の比率を有するスロット構造が示される。本質的に、アップリンク（例えば、搬送波周波数Ｆ_k+3を使用するスロット）に対して割当てられた３倍のスロットが、ダウンリンク（例えば、搬送波周波数Ｆ_k、Ｆ_k+1、Ｆ_k+2を使用するスロット）に割当てられる。
【００２６】
もちろん、ダウンリンクとアップリンクの帯域幅は、ダウンリンクとアップリンクのそれぞれのサービス要求によって決定されることが望ましい。音声サービスにおいては、双方の話者は同じ帯域幅を有するべきであり、各話者が半分の時間を話すことに見込んでいるので、通常、１：１の帯域幅比を有する対称なリンクまたはバランスのとれたリンクが要求される。しかしながら、データアプリケーションは、本質的にリンクをアンバランスにする傾向がある。例えば、クライアント・サーバアプリケーションのためのサービスでは、通常、サーバからクライアント方向への帯域幅がより多く要求される。これは、通常、他方向への情報の流れが、単なる低速の制御情報であるためである。ＴＤＤ通信システムでは、アンバランスなサービスを高速に構築することができる。そして、同じサービスが異なる瞬間で異なる帯域幅の割当てを要求するかもしれないので、帯域幅の割当ては動的に実行される。例えば、ダウンリンクとアップリンクは、図３に示したようにある瞬間において３：１の帯域幅比を有するが、別の瞬間では、図４に示されるように、１：２の比率を有するかもしれない。動的な帯域幅の割当ては、出願人の発明によれば、ＴＤＤシステムにおいて重要である。ＴＤＤシステムは、同数のスロットがダウンリンクとアップリンクとに割当てられる（例えば、図２において示されるように１：１の帯域幅比）ように、（動的に）帯域幅を割当てることによって、対称的なサービスをサポートすることもできるということを理解できよう。
【００２７】
このような有効な帯域幅の割当ては、図５に示される多重無線基地局５００によって、複数の異なる接続に関して同時に実現される。出願人の多重無線機の構成は、基地局に制限されるのではなく、リモート端末においても同様に使用可能であることが理解できよう。図５において、多重無線基地局５００は、同一装置において同位置にあるＮ個に分離された無線機５０２−１、５０２−２、…、５０２−Ｎを含む。Ｎ個に分離されたそれぞれの無線機は、図１に示される無線機１００のように構成されていてもよい。しかし、実際には、多くの構成要素が、Ｎ個の無線機５０２のいくつかまたはすべての中で共有されていてもよいことが期待される。ある１つの例として、図５ではＮ個の無線機５０２のそれぞれに対する分離されたアンテナ５０４−１、５０４−２、…、５０４−Ｎが示されているが、多重無線基地局におけるＮ個の全無線機に対して単一のアンテナを使用することができる。別の例として、Ｎ個の無線機の数個あるいはすべての中で、送信のための信号レベルを上げるための電力増幅器を共有することができる。
【００２８】
無線機５０２は、コントローラ５０６によって生成された信号を制御するよう応じる。コントローラ５０６は、無線機と、図１３に関連してより詳細に説明される基地局コントローラのような通信システムの他の部分との間の入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースとして示される。以下でより詳細に説明するように、コントローラ５０６は、リモート端末によって要求されるダウンリンク／アップリンク帯域幅比に基づいた範囲内のリモート端末の中から、無線機５０２を割当てる。同様な方法で見れば、コントローラ５０６は、無線機５０２から利用可能な全帯域幅の範囲内の端末によって要求される帯域幅比を埋めていく。従って、無線機５０２は、一般に有名なタイプのパッキング問題を解決するためのコントローラとして適切であるコントローラ５０６に対して情報信号を供給する。もちろん、動的な配置及び割当てが、動的なサービス要求に応えてコントローラによってなされることを理解できよう。それは、端末と基地局との間の初期ネゴシエーションによって決定されるリモート端末の初期のサービス要求と、別のネゴシエーションを受けやすい端末のサービス要求における変化とに対応して、コントローラによって行われることを理解できよう。コントローラ５０６が、以下で説明される割当て方法を実行するために適当に構築されるプログラマブルプロセッサあるいは他の論理回路であってもよいということを理解できよう。実際に、コントローラがユーザとサービス要求の所定グループについての所定の割当ての参照テーブルを導入することは可能である。
【００２９】
ＴＤＭＡを使用して、単一の無線基地局が、異なるタイムスロットを異なるユーザに割当てることによって、数人のユーザをサポートすることができる。基地局ＢＳと２つのリモート端末ＭＳ_A、ＭＳ_Bとを含む通信システムのためのこの種のオペレーションに関する実証的なスロット構造が、図６Ａと図６Ｂに示される。そのシステムは、異なる長さの垂直な矢印によって示されるように、移動局ＭＳ_AとＭＳ_Bに異なるスロットを割当てている。そして、両図において、ダウンリンク／アップリンク帯域幅比は、ＭＳ_Aに関しては３：１であり、ＭＳ_Bに関しては２：１である。一般に、どのような特定のアップリンクのスロットであっても、対応するダウンリンクのスロットの直後（あるいは直前）に現れることは必要ではないことが認められるであろう。図６Ａは、ＢＳとＭＳ_Aが双方向のスロットの組を交換する場合を示すものである。そして、ＢＳとＭＳ_Bは、双方向のスロットの組やその他を交換する場合を示すものである、例えば、リンク無線が３：１と２：１の間を交替する。図６Ｂでは、両方のダウンリンクが連続して生成され、そして、両方のアップリンクが連続して生成されるが、連続するダウンリンクスロットの数を、ダウンリンクの直後に連続してなるアップリンクスロットの数によって除算することで帯域幅比を評価すれば、５：２の結合した帯域幅比の一種と考えられることができよう。図６Ａと図６Ｂは、ＭＳ_AとＭＳ_Bの両方とも同一のスループット性能を示していることを認識できよう。
【００３０】
基地局は、図６Ａと図６Ｂに関して説明されるように、複数ユーザのために図１に示されるような単一の無線機を使用することができるけれども、単一無線機の帯域幅は、特に高速データサービスが要求される場合には、すぐに使い果たされてしまう。他の無線機を同一基地局に追加し、そして異なるユーザを異なる無線機の一つに割当てることによって、帯域幅を増加することができる。このことは、図７Ａと図７Ｂからわかる。すなわち、図７Ａと図７Ｂは、図６Ａと図６Ｂの拡張についてのスロット構造を示すものである。ここで、基地局は、２つの無線機ＲＡＤ１、ＲＡＤ２を含み、第３のリモート端末ＭＳ_Cが追加されている。図７Ａにおいて、無線機ＲＡＤ１は、図６Ａと同一の構造を有するリンクによって完全に占有される。そして、図７Ｂでは、無線機ＲＡＤ１は、図６Ｂと同一の構造を有するリンクによって完全に占有される。したがって、第２の無線機ＲＡＤ２が、第３の端末ＭＳ_Cに必要である。出願人の発明によれば、リモート端末のサービス要求が無線に含められる。
【００３１】
この種のパッキング問題に関するいくつかの制約条件を理解するために、端末ＭＳ_AとＭＳ_Cにサービスが提供されており、端末ＭＳ_Cが４：１の帯域幅比を有するサービスを要求する図６Ａの例について考慮する。ここでは、両方の無線機が同時に送受信できるように、無線機ＲＡＤ１とＲＡＤ２上のトラヒックは構築されなければならず、これは、ＲＡＤ１とＲＡＤ２のタイムスロットが並んでいる図７Ａにおける状況ではないと考えられる。２つの無線機によって使用される周波数ホッピングシーケンスは必ずしも同一ではない、すなわち、Ｆ_k≠Ｇ_kであるので、少なくとも無線機が互いに干渉しないようにすることが可能である。なぜならば、それらは、同時に同一の搬送波を送信しないからである。
【００３２】
それにもかかわらず、一方が送信して他方が受信することを破線の矢印によって示されるスロットにおいて、ＲＡＤ１とＲＡＤ２は互いに干渉する。例えば、図７Ａにおける最左翼の破線は、無線機ＲＡＤ１が受信して無線機ＲＡＤ２が送信する場合のスロットにおいて示される。これらのスロットの間では、ＲＡＤ１だけでなくＲＡＤ２も、ＭＳ_A、ＭＳ_B及びＭＳ_Cのいずれかからデータを受信することができない。なぜならば、リモート端末からの基地局によって受信される信号が、ナノワットからピコワットまでの範囲である一方で、通常、ショートレンジシステムについては基地局によって送信された信号の電力レベルは、ミリワットの範囲であり、ロングレンジシステムでは数キロワットと同じくらいの高さであるかもしれないためである。したがって、基地局送信機がリモート端末と同時に送信する場合、基地局受信機は、同じスペクトルバンドを使用する基地局無線機がＦ_k≠Ｇ_kを提供したときでさえ、移動端末からくる信号よりも桁数が数段多い強度の信号によって、基地局受信機は、近くの基地局送信機からの信号漏れによって飽和してしまう。
【００３３】
基地局受信機がリモート端末信号をさえぎってしまうことを避けるために、ＲＡＤ１とＲＡＤ２の送受信は同期させなければならない。必要なサービスを提供でき、かつ、この干渉状況が起こらないようにするために、ＲＡＤ２のタイミングは変更できないようにされなければならない。出願人の発明は、この問題を解決するものである。
【００３４】
第１の実施例において、全てのリモート端末（前の例の３つの端末）にサービスが供給されるように送受信は選択的に計画されるので、上述したような問題に行きあたることはない。明確に示すために、図６Ｂに示されるサービスとスロット構造を考慮する。そして、図７Ｂに示すようにＲＡＤ１を作動させる。図７Ｂから分かるように、ＭＳ_Cの４：１の帯域幅比サービスは、ＲＡＤ１と干渉することなくＲＡＤ２によって供給される。ここで、ＲＡＤ１は、２つの余分な未使用のスロットがＲＡＤ２のスロット構造に付加されるように供給される。図６Ｂに関して上述したように、ＲＡＤ１のスロット構造は、５：２の総合的な帯域幅比と、ＲＡＤ２に対する余分なスロットとを有する。余分なスロットは、ＭＳ_Cによって要求される４：１の帯域幅比から５：２の比率にＲＡＤ２のスロット構造へと満たし、または埋め込むためのものである。したがって、異なる無線機の全帯域幅比が同一であり、異なる無線機による送受信が同一スロット内で起こるように、多重無線基地局における異なる無線機の送受信が計画される。
【００３５】
このスケジューリングのために支払われる対価がＭＳ_Cへの減少されたスループットであることに触れておく。すなわち、ＲＡＤ２とＭＳ_Cとの間のリンクは現在空いている部分である。図７Ｂで示される例では、最大スループットの５／７だけが、ＭＳ_Cによって要求された４：１の帯域幅比サービスを提供するために使用される。（全スロットが占有されている場合、最大リンクスループットが得られる。）本発明に従って、無線機が送信と受信を計画する場合、ＭＳ_Cのようなユーザへのスループットは、リンク最大値よりも少ないことがあるので、ユーザに無線機を割当てる場合、ユーザの要求する帯域幅比に従って、ユーザの最小許容範囲のスループットを考慮に入れることが望ましい。
【００３６】
出願人の発明のオペレーションに関する別の例として、バランスのとれているリンク、すなわち、１：１の帯域幅比をユーザＭＳ_Cが要求するものと仮定する。図６Ａに示されるようなスロット構造から始まって、図８Ａによって示されるようにＭＳ_Cが対応する。また、図６Ｂのスロット構造から始まって、図８Ｂに示されるようにＭＳ_Cが対応する。図８Ａ、図８Ｂにおいて、ＭＳ_CをＲＡＤ２に割当てて、ＲＡＤ２の送受信をそれぞれＲＡＤ１の送受信とに一致するように計画することによって、ＲＡＤ２構造における３つの余分な空きスロットが得られる。そして、最大限度のリンクスループットの４／７だけがユーザＭＳ_Cに対して使用される。
【００３７】
図８Ａと図８Ｂとから、無線機の送受信とを一致するように提供されるので、余分なスロットの特定の処理は重要ではないことを理解できよう。したがって、例えば図８Ａにおいて、搬送波周波数Ｇ_k+2に相当するスロットにおいて送信されるＴＸ情報は、搬送波周波数Ｇ_k、Ｇ_k+1に相当する余分なスロットのどちらかにおいて送信される。そして、Ｇ_k+2スロットは、余分な送信スロットの１つである。
【００３８】
図８Ａと図８Ｂに示されるスロット構造は、ユーザＭＳ_AとＭＳ_Bに対するスループットと帯域幅に関して同じ結果を導くけれども、図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂに示されるように、できるだけ多くの送受信スロットを束にし、または集合することが、現在のところ望ましいと考えられる。スロットを集合させることは、新しいユーザへの配置と、無線機間に要求される帯域幅比を割当てる際に、より融通性を持たせる。特に、それは多重スロットパケットが、以下でより詳細に説明されるように使用されている場合にいえる。多重無線基地局５００におけるコントローラ５０６は、スロットとユーザを集合させて割当てる。
【００３９】
上記の説明は、単一のスロットパケットに関するものである。そして、それぞれのパケットは、ある監視時間の許容誤差で、あるタイムスロットの間に送信されるものであることがいえる。コネクションのスループットを増加させるために、例えば、ブルートゥースシステムで処理されるように、多重スロットパケットを使用することは有利である。多重スロットパケットは、コネクションのオーバヘッド、例えば、パケットヘッダとパケットペイロードへ監視時間との比率、を減少することによって、より高いスループットが得られる。このことは、図６Ａと図６Ｂに対応する図９Ａと図９Ｂに示される。図９Ａと図９Ｂでは、それぞれ、端末ＭＳ_Aと端末ＭＳ_Bに無線機ＲＡＤ１に接続するより高いスループットを得るために、多重スロットパケットを使用することが示される。図９Ａと図９Ｂでは、端末が１つのスロットパケットを無線機に送信し、そして、無線機ＲＡＤ１は、端末ＭＳ_Aへも３つのスロットパケットを送信し、端末ＭＳ_Bへ２つのスロットパケットを送信する。この構造は、図６Ａと図６Ｂのように端末によって要求される３：１と２：１のダウン／アップリンク帯域幅比と矛盾しない。
【００４０】
図９Ａと図９Ｂでは、各多重スロットパケットはそれぞれ１つの搬送波周波数だけで送信されることを示しており、この搬送波周波数は、多重スロットパケットが開始されるスロットに基づくホップ周波数のシーケンスから決定される。例えば、ＭＳ_Aへの第１（図９Ａにおける最左翼）のＴＸスロットは、搬送波周波数Ｆ_kを使用する。そして、ＭＳ_Aへの次のＴＸスロットは、搬送波周波数Ｆ_k+4を使用する。多重スロットパケットに対して同一の搬送波周波数を使用し、単一スロット周波数ホッピングシーケンスに従ってその搬送波周波数を決定することが有利である。なぜなら、それによって、送信機と受信機がパケット（再同期に関するプリアンブルを必要とするもの）の間で再調節を必要とせず、送信機と受信機が最後に使用された搬送波周波数を追跡し続ける必要がない、というように通信システムを簡単にできるからである。しかしながら、パケットのスロット長に関係なく、パケットによって指示された所定シーケンスに従ったパケットに搬送波周波数を割当てるような他の構造もまた可能であることを理解できよう。
【００４１】
図９Ａと図９Ｂを比較すれば、図９Ｂに示すスロット構造が望ましいことがわかる。図９Ｂでは、ＴＸ及びＲＸスロットがそれぞれ集められている。それは、多重スロットパケットの使用を長さ５スロットまで可能にするからである。ここで、図９Ａにおける構造は、多重スロットパケットの長さを３スロットまでにしか許容することができない。より長くすることによって、動的にリモート端末のいろいろな帯域幅需要に適応する通信システムの融通性を最大にする。
【００４２】
有効な多くの搬送波周波数がある場合、リモート端末にスロットを集めて割当てる方法がたくさんある。単一の基地局にとってのタスクは、ポピュラーなゲームであるテトリスのように、組み合わせパッキング問題の解決策を見つけることであることを理解できよう。Ｎ個のサービス（ユーザ）とＫ個の無線機がある場合、考えられる組み合わせはＫ^N/ＫあるいはＫ^N-1である。そして、通常、最高の効率（すなわち、ほとんど使用されていないスロットを最小にすること）を有する組み合わせが求められる。それにもかかわらず、全部の効率を最大にすることは、パッキング問題において、必ずしも唯一の制約条件や境界条件を必要としない。例えば、１人以上のユーザが所定の帯域幅を有することもまた要求されてもよい。
【００４３】
セルラ―無線電話における動的または適応型のチャネル割当てのような多くの領域に生じるこの種のパッキング問題を解決する方法がいくつかある。１つの単純な方法として、すべての可能な組み合わせを調べて、徹底的な調査を実行することがある。組み合わせの数が大きい場合、「模擬アニーリング法（Simulated annealing）」のような他の方法がより魅力的になることがある。「模擬アニーリング法」は、例えば充足可能問題に対して広く適用される既知の技術である。すなわち、ウィリアム=M=スピアーズ（William M.Spears）の「クリックス、カラーリング及び充足可能性：第２のＤＩＭＡＣＳインプリメンテーションチャレンジ（Cliques, Coloring, and Satisfiability: Second DIMACS Implementation Challenge）」における「充足可能問題に対する模擬アニーリング法（Simulated Annealing for Hard Satisfiability Problems）」や、デヴィッド=S=ジョンソン（David S.Johnson）とマイケル=A=トリック（Michael A.Trick）の離散数学と理論的コンピュータ科学におけるDIMACSシリーズ（DIMACS Series in Discrete Mathematics and Theoretical Computer Science）第26号、533〜588ページ、アメリカ数学協会（American Mathematical Society）、１９９６年が一例である。出願人の発明によれば、割当て方法は、各ユーザによって設定された基準値の割当てに基づくものである。以下の説明では、いくつかの割当て方法が記載され、評価される。
【００４４】
第１の方法は、フレーム構造によるスロット割当てを制限しないリンクフォーマットを通信システムに使用させるものである。そのような通信システムの例が、ブルートゥースシステムである。これは、通信セッションに参加するトランシーバの１つがマスタユニットとなるもので、他の装置中のいかなる他のセッションからも独立し、完全に自由にセッションにスロットを割当てるものである。さらに、３つの無線機とそれぞれ６：１、５：１、４：１、３：１及び２：１のダウン／アップリンク帯域幅比を有する５つのリモートユーザＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを備える多重無線基地局がそのシステムに含まれる。
【００４５】
第１の方法は、システムの効率、または全スループットを最大にするという目標を有している。この目標は、例えば、図１０Ａに示されるように、できるだけ頻繁に基地局内ですべての無線機を使用することによって達成される。第１の方法のフローチャートが、図１１Ａに示される。第１の方法における第１ステップ１１００は、要求される帯域幅比を減少するためにリモートユニットと、利用可能な基地局無線機とを一対一に割当てるものである。この例においては、第１ステップ１１００によって、最大帯域幅比（６：１）を要求するユニットＡとして、例えば、無線機ＲＡＤ１のような１番目の無線機を割当て、次に大きい帯域幅比（５：１）を要求するユニットＢとして、例えば、無線機ＲＡＤ２にような２番目の無線機を割当て、次に大きい残りの帯域幅比（４：１）を要求するユニットＣとして、例えば、無線機ＲＡＤ３のような最後に残っている利用可能な無線機に割当てるようになる。第１の方法における第１ステップ１１００の後、基地局における無線機は、それぞれリモートユニットに割当てられている。
【００４６】
第１の方法における次のステップ１１０２によって、ステップ１１００で端末を割当てたときの逆順で割当てられる基地局無線機に、要求される帯域幅比を減少するために、残りのリモート端末が一つずつ割当てられる。この例では、ステップ１１０２によって、次に大きい残りの帯域幅比（３：１）を要求するユニットＤとして、無線機ＲＡＤ３が割当てられ、最後の残りの帯域幅比（２：１）を要求するユニットＥとして無線機ＲＡＤ２が割当てられる。
【００４７】
一般に、全スループットを最大にするという目標のパッキング問題を解決するには、帯域幅比を減少する順に一種のジグザグ順、すなわち、ＲＡＤ１、ＲＡＤ２、…、ＲＡＤＮ−１、ＲＡＤＮ、ＲＡＤＮ、ＲＡＤＮ−１、…、ＲＡＤ２、ＲＡＤ１、ＲＡＤ１、ＲＡＤ２…の順で無線機に対してリモート端末を割当てる。したがって、例えばユニットＦ、Ｇ、Ｈが１：１の帯域幅比をそれぞれ有する場合、ユニットＦは無線機ＲＡＤ１に割当てられ、ユニットＧは無線機ＲＡＤ１割当てられ、ユニットＨは無線機ＲＡＤ２に割当てられるであろう。（等しいサービス要求を有する端末は交換可能であることに触れておく）。
【００４８】
図１０Ａに関して、この例における各多重スロットＴＸ（ダウンリンク）パケットは、対応するＲＸ（アップリンク）パケットを有している。そして、図はこれらのパケットは、時間的にグループ化され、フレームの中に搭載されることを示す。例えば、無線機ＲＡＤ２は、ＴＸパケット２Ｅ、５ＢをそれぞれリモートユニットＥ、Ｂに送信する（数字２と５は、ＴＸパケットのスロット長を示す）。そして、これらのユニットから１スロット長のＲＸパケットＥ、Ｂを受信する。図１０Ａに示されるように、無線機ＲＡＤ１からＲＡＤ３にリモートユニットＡからＥを充当するための第１の方法は、９スロット分の有効なフレーム長をもたらす。これは、７つのＴＸスロットと２つのＲＸスロットの合計と、７：２の全帯域幅比である。ドットパターンによって表現された無線機ＲＡＤ１上の２つのスロットは使用されていない。ユーザの帯域幅要求が同一のままで残っている限り、このような有効なフレームが連続して繰り返され、この割当ての効率は、（３×９−２）／（３×９）＝２５／２７である。（スロットのすべてが使用される場合、効率は２７／２７または１となり、全体でのスループットが最大になるであろう。）これらの有効なフレームは、それらが割当て方法の再適用の引き金となるユーザの帯域幅要求の変化に従って変化するという意味で「動的」である。
【００４９】
全体でのスループットを最大にするよりもむしろ、特定のリモートユニットに関するスループットを最大にするシステムを考える。第２の実施例では、無線機とリモートユニットの数を、上述した実施例におけるものとする。そして、リモートユニットによって要求される帯域幅比をその例と同じものとする。しかし、２：１の帯域幅比を有するユニットＥに最大スループットを要求させる。リモートユニットとスロットの最適な割当てが図１０Ｂに示される。そして、この割当ては、図１１Ｂのフローチャートによって示されるような第２の割当て方法によって生成される。
【００５０】
第２の方法における第１ステップ１１１０は、割当てられた無線機がそのリモートユニットに対して排他的に使用されている状態で無線機の１つに最大スループットを要求するリモートユニットを割当てる。この例では、排他的にユニットＥに対して無線機ＲＡＤ１を割当てて、使用させる。第２の方法における次のステップでは、残りの無線とリモートユニットに対する第１の方法のステップと同じである。第２の方法における第２ステップ１１１２では、要求される帯域幅比を減少するために、残っているリモートユニットを１つずつ残りの利用可能な基地局に割当てられる。そして、必要であるならば、第２の方法における第３ステップ１１１４において、要求される帯域幅比を減少させるために、残っているリモートユニットが１つずつ、ステップ１１１２でなされた順序の逆順で基地局無線機に割当てられる。
【００５１】
第２の方法によってなされる割当てが、図１０Ｂに示される。この図では、無線機ＲＡＤ１上のユニットＥと、無線機ＲＡＤ２上のユニットＡ、Ｄと、無線機ＲＡＤ３上のユニットＢ、Ｃとが示される。示された割当てが、ステップ１１１２において最初に無線機ＲＡＤ２を選ぶことによって、示された結果が生じることが理解されるだろう。この割当ての全フレーム長は、１０：５の全帯域幅比に伴って、１０ＴＸ＋５ＲＸ＝１５スロットである。無線機ＲＡＤ２、ＲＡＤ３のそれぞれには４つの未使用のスロットがあることに触れておく。したがって、全効率は（３×１５−８）／（３×１５）＝３７／４５に減少する。しかし、ユーザＥの個々のスループットが、図１０Ａにおける３／９から図１０Ｂにおける１（最大）にまで増加する。
【００５２】
リモートユニットが動的に要求される帯域幅比を変えることができるので、ここで第３の実施例を考える。この例は、上記例において３：１の帯域幅比を有するリモートユニットＤが、その要求される帯域幅比を１：３に変えるものであり、少なくともリモートユニットＤが少なくとも２つの基地局の間に位置するものである。これは、反対の帯域幅比（例えば、Ｎ：１と１：Ｎ）を有するリモートユニットが、別々の基地局における別々の無線機に割当てられるという第３の割当て方法によって、扱うことができる。第３の方法によって生成される割当てが、図１０Ｃに示される。そして、第３の方法のフローチャートが図１１Ｃに示される。これは、図１３と図１４に関連して、以下でより詳細に説明される「マクロ的なリソース割当て」の態様である。
【００５３】
この第３の例では、無線機とリモートユニットの数を第１の例のようにさせる。また、リモートユニットによって要求される帯域幅比も上記例と同じにするが、無線機ＲＡＤ１はある基地局に存在し、無線機ＲＡＤ２とＲＡＤ３は別の基地局に存在し、リモートユニットＤが１：３の帯域幅比を要求する点は上記例とは異なる。図１１Ｃのフローチャートに示されるこの第３の方法の第１ステップ１１２０は、帯域幅比１：ｘを有する全リモートユニットを認識して、それらをそのようなユニットを扱う予定の基地局と無線機とに割当てることである。基地局無線機ＲＡＤ１が帯域幅比１: ｘを有するリモートユニットに割当てられると仮定する。したがって、リモートユニットＤは、無線機ＲＡＤ２、ＲＡＤ３の一つに対してよりもむしろＲＡＤ１に割当てられる。第３の方法における次のステップ１１２２、１１２４は、（帯域幅比ｘ：１を有する）残りのリモートユニットを、上述した第１の方法（または、さらに第２の方法）に従って、そのような比率として選択される基地局無線機に割当てる。第１の方法を使用した結果が、図１０Ｃに示される。そして、この割当ては、無線機ＲＡＤ１の上の８つの未使用の（ＴＸ）スロットと、無線機ＲＡＤ２の上の２つの未使用のスロットと、無線機ＲＡＤ３の上の１つの未使用のスロットによる、１２スロットの全フレーム長と（３×１２−１１）／（３×１２）＝２５／３６の全効率を有する。
【００５４】
より多くのリモートユニットが１：ｘの帯域幅比を要求する場合、それらを無線機ＲＡＤ１に割当てるか、またはそのようなリモートユニットのために予約された追加無線機に割当て、そしてこれらのユニットが、上述した第１または第２の方法のどちらかに従って予約された無線機の中で割当てられることを理解できよう。事実、第３の例は、２つの無線機がｘ：１の帯域幅比を有するリモートユニットのために予約されるという状況として見られ、そしてそれらのリモートユニットは予約された無線機の中で割当てられる。
【００５５】
単一の基地局に対する異なる割当てが、図１０Ｄに示される。この図は、同じ無線機ＲＡＤ１上の帯域幅であって、その５：１の帯域幅比を用いるリモートユニットＢと、１：３の帯域幅比を用いるリモートユニットＤを示している。この割当ての全フレーム長は、図１０Ｃに示されたような１２スロットではなく１０スロットである。そして、その全効率は２５／３０であって、基地局の全帯域幅比は６：４である。
【００５６】
一般に、スロットの割当てに制限がなく（すなわち、フレーム制限がない）、個々のリモートユニットによるどんな特別なスループット要求もない場合、全効率は、全フレーム長（すなわち、無線機におけるＴＸ及びＲＸスロットの総数）が最小にされるように、リモートユニットを割当てることによって最適化される。（図１０Ｃと図１０Ｄを比較する。）これはまた、図１０Ａと図１０Ｂにおけるように自動的に利用可能な全無線機の使用をもたらすことになる。
【００５７】
もしも、フレーム長を最小にする必要がないならば、あるユーザの帯域幅比を維持している間、そのユーザのＴＸ及びＲＸ周期を拡張することによって全効率を最適化することが可能であることに触れておく。これを示すために、５：１と３：１の帯域幅比を有する２つの無線機と２つのリモートユーザのシステムを仮定する。もしも、ユーザが単に異なる無線機に割当てられるならば、全効率は、（５：１の比のユーザによって決定される）６スロットのフレーム長に関して１０／１２である。３：１ユーザのフレームの連続組を見ることによって、そのユーザが６：２の帯域幅比を有すると考えることが許可される。５：１比ユーザと６：２比「ユーザ」とを、異なる無線機に割当てることによって、（６：２比「ユーザ」によって決定される）８スロットのフレーム長に関して、１４／１６の全効率がもたらされる。全体としての効率が増加し、ユーザが享受できる最大限度のスループットが変化してきた。
【００５８】
最小フレーム長の境界条件を緩和することによって、可能な組み合わせ数が増加するので、パッキング問題の大きさが増加する。このような増加を制御するために、瞬時に発生するパケットトラヒック（メッセージ長とポーズ）のフレーム長または統計量を増加させることによって導入される遅延のしきい値のような、他の境界条件が課されてもよい。この種の組み合わせパッキング問題は上述したように有名であり、このアプリケーションで提案される特定の解決策は、限定的であるよりもむしろ例示的であると理解されなければならない。
【００５９】
上述した例におけるように、動的に変動する全フレーム長を有するよりもむしろ、通信システムが、ほとんどの従来のセルラー無線システムにおける固定フレーム長を有すると仮定する。例えば、ＤＥＣＴシステムにおいては、各フレームは２４スロットから成り、２４スロットのそれぞれはＴＸまたはＲＸスロットのどちらかとして任意に選択される。固定長フレームを有するようなシステムには、リモートユニットを基地局無線機に割当てるオプション方法が２つある。
【００６０】
第１の方法では、できるだけ多くのユニットが、できるだけ少ない無線機に割当てられる。第１の方法は、できるだけ多くの無線機が利用可能で残されるという利点を有するが、システムの全帯域幅比は実質的に固定されるようになる。図１２Ａは、３つの無線機を有する基地局と、上述した例と同じ帯域幅及び１４スロットの固定されたフレーム長を有する５つのリモート端末Ａ〜Ｅとから構成される通信システムにおいて第１の方法を適用することによってなされるスロット割当ての例である。図１２Ａの割当てにおいて、各１４スロットフレームは、１１個のＴＸスロットと３個のＲＸスロットを有している。そして、全５人のユーザＡ〜Ｅは、ちょうど２つの無線機に割当てられる。この方法を使用して、残りの無線機（その例におけるＲＡＤ３）は、現在固定された１１：３の全帯域幅比が続いて提供されるので、追加ユーザへの割当てのために利用可能である。
【００６１】
できるだけ多くの利用可能な無線機を残し、図１２Ａに示される割当てを導くためのパッキング方法は、要求されるＴＸ及びＲＸスロットの総数にまず注目し、スロットにおけるフレーム長に従って除算し、切り上げ、その結果必要とされる無線機の最小数を決定することによって始められる。この例では、合計２５スロット（２０個のＴＸと５個のＲＸ）が１４スロットのフレームに配分されなければならない。そのため、少なくとも２つの無線機がそれらのスロットを提供するために必要である。次に、ユーザは要求される帯域幅比を減少させるために無線機に割当てられる。したがって、最も大きい比率を要求するユーザが、無線機の１つに割当てられる（図１２ＡにおいてはユーザＡはＲＡＤ１に割当てられている）。そして、次に大きい比率のユーザはその無線機に対して考慮される。この例では、ユニットＢは１４スロットフレーム評価基準以内で無線機ＲＡＤ１に割当てられない。そのため、ユニットＢは無線機ＲＡＤ２に割当てられる、そして、ユニットＣが無線機ＲＡＤ１に対して考慮される。このプロセスを継続することによって、図１２Ａに示される割当てが導かれる。
【００６２】
固定されたフレーム長のシステムに対する第２の割当て方法は、第１の方法における全帯域幅比を固定するのではなく、利用可能な基地局無線機のすべてを使用するものである。図１２Ｂは、前の例のような通信システムにおける第２の方法を適用することによってなされるスロット割当ての例である。そこではすべての無線機ＲＡＤ１、ＲＡＤ２、ＲＡＤ３が使用され、全帯域幅比は１１：３に固定されるのではなく、ＴＸスロットをＲＸスロットから切り離す破線がどのように移動することができるかを示す矢印によって指示されるように、最初のＴＸスロットが設置される位置に依存しながら、７：７から１２：２の間で可変であることがわかる。したがって、もしも第４の無線機ＲＡＤ４が基地局に提供されるならば、その無線機はそれらの帯域幅比に基づくリモートユニットを選択する際により融通性を有する。
【００６３】
上述した説明は、基地局といくつかのリモートユーザに関するものであり、それぞれのユーザが帯域幅比要求を有している。出願人の発明は、このような通信システムに制限されるのではなく、それぞれが帯域幅比要求を有するサービスを運ぶピアツーピア接続を提供する通信システムに対して同様に有効である。このような通信システムでは、数人のユーザの代わりに（または、加えて）ひとつのリモートユーザがいてもよい。そして、そのユーザは、接続された異なるチャネルによってサポートされるいくつかのサービスを要求する。
【００６４】
上述した説明において、スロット割当てとユーザ割当て（トラヒック計画とパッキング）のいくつかの方法が、単一基地局を有する通信システムのコンテクストで説明された。これは「ミクロ的なリソース割当て」と呼ばれるかもしれない。以下で、１以上の基地局を有する通信システムにおけるスロット割当てとユーザ割当てについて説明する。これは「マクロ的なリソース割当て」と呼ばれるかもしれない。もちろん、出願人のマクロ的及びミクロ的なリソース割当て手順が統合される場合、現実の通信システムのための最適な性能が得られることを理解できよう。
【００６５】
マクロ的なリソース割当ては、「ホットスポット」、すなわち、高帯域幅が要求される領域を、１つのリモート端末が同時に多くの基地局からの信号を受信することができるような複数の基地局でカバーする通信システムにおいて特に有効である。このような通信システムが図１３に示される。図では、それぞれの基地局ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４に対応するセルまたは領域１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、１３０２−４の共通部分によってカバーされる「ホットスポット」内に配置されるリモート端末ＭＳ_Aが示される。実際、リモート端末は、図１３のＢＳ１として示される最高の信号強度で受信される基地局信号に追跡（同期）する。通常、これはリモート端末に対して最小の送信損失を有する基地局に相当する。そして、その結果、おそらく最高のＳＮ比を有するコネクションを提供する。
【００６６】
それにもかかわらず、適応型チャネル割当て（例えば、上記で引用され具体化された米国特許第5,491,837を参照）を使用するシステム、または非調和周波数ホッピング（例えば、上記で引用されたブルートゥースシステムを参照）を使用するシステムにおいて、最も強い基地局にロックすることが必ずしも最適であるわけではない。実際に、リモート端末が接続を要求することは、しばしば最も強く受信される基地局ではなく、最高のＴＤＤ帯域幅を提供することができる基地局である。（これは、もちろんリモート端末によって要求されるサービスによる。）出願人のマクロ的なリソース割当て手順を以下で説明する。
【００６７】
たいてい、リモート端末は、その端末の電力消費が低く、その端末が制御チャネルまたは最も強く受信された基地局の標識チャネルに追跡される不使用モード（パークあるいはスタンバイモードとも呼ばれる）であることが期待される。不使用モードにおいて、端末はたいてい「スリープ」であるが、基地局にそれ自体を再同期させて、何らかのページメッセージが待っているかをどうかを決定するための制御または標識チャネルに対して、一定の間隔で問い合わせるために「ウエイクアップ」する。もしも接続が望まれているならば（それは基地局によって開始されるか、またはリモート端末によって開始されるかのどちらかである）、リモート端末とその端末が追跡される基地局との間で初期接続が行われる。そして、初期メッセージが、要求されるタイプのサービスをネゴシエーションするためにこの接続上で交換される。特に、ダウンリンク／アップリンク帯域幅比がネゴシエーションされる。この情報は、基地局コントローラ（ＢＳＣ）に対して基地局によって有効に送信される。ＢＳＣは、リモート端末の近隣の基地局によってサポートされるすべての接続を認識する。ここで引用されたようなシステムは、1999年3月19日にファイルされた出願人の米国特許09/272,212号の「非調和周波数ホッピングセルラーシステム（Uncoordinated Frequency Hopping Cellular System）」に記載されている。図１３は、基地局ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４に接続されたＢＳＣを示す図である。
【００６８】
上述した説明の理由によって、（例えば、図５参照）複数の無線機を有する基地局は、そのダウンリンク及びアップリンク帯域幅を要求されたコネクションに割当てることに完全に自由であるというわけではない。図１４のフローチャートによって示される出願人のマクロ的なリソース割当て方法の第１ステップ１４０２によれば、ＢＳＣは、完全に不使用であるか、既に要求されたコネクションとして同一ダウンリンク／アップリンク帯域幅比を要求する進行中にあるコネクションを有するかどちらかの基地局を捜す。図１３は、４：１の帯域幅比を有する要求されたコネクションと、それぞれ５：１、３：１、１：３及び８：１の帯域幅比をサポートするう基地局ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３及びＢＳ４を示す。特に、ＢＳＣは各基地局に対して信号接続を介してＢＳＣに供給される情報に基づくＴＤＤ要求を妨害しないで、要求されるサービスをサポートすることができる基地局を捜す。もしも「新しい」端末ＭＳ_Aが５：１の帯域幅比を有するリンクを要求するならば、そのとき基地局ＢＳ１は、すでに５：１の帯域幅比を有するサービスをサポートするので、明らかにそのリンクをサポートする選択をする。
【００６９】
もしも、そのような適合した基地局が見つけられないならば（ステップ１４０４）、要求されたサービスが再ネゴシエーションされるか（ステップ１４０６）、あるいは基地局の一つに対する既存の１つ以上の接続が「新しい」端末にサポートされることを許容するために再ネゴシエーションされる（ステップ１４０８）。例えば、もしも「新しい」端末ＭＳ_Aが４：１の帯域幅比を有するリンクを要求するならば、その特定の帯域幅比をサポートする範囲内の基地局はない。したがって、端末ＭＳ_Aは、基地局ＢＳ１か基地局ＢＳ４のどちらかに接続され、ステップ１４０６の結果、それぞれ５／６か５／９のどちらかに、最大スループットの減少を許す。一方、もしも、これらの基地局によって既に提供されたサービスがステップ１４０８の結果、スループットの減少を許容するならば、端末ＭＳ_Aは、基地局ＢＳ２か、基地局ＢＳ３かのどちらかに接続することができる。（基地局ＢＳ２の既存の接続が、そのスループットを４／５に減少させなければならないか、基地局ＢＳ３に既存の接続が、そのスループットを４／７に減少させなければならない。すなわち、端末ＭＳ_Aの新しい接続は、５／７以上のスループットを得られないであろう。)もしも、端末がスループットの低下を認めらるならば（ステップ１４０６）、その端末は、基地局内の無線機で利用可能であれば、自身を基地局ＢＳ１または基地局ＢＳ４に接続し続けるかどうかを決定することができる。しかし、これらの基地局における既存のリンクが影響するので、基地局ＢＳ２または基地局ＢＳ３への接続をし続けるためにはＢＳＣの調停が必要である。
【００７０】
出願人の発明は特定の実施例に関して上述のように説明される。そして、上述した記載内容以外の形式でその発明を具体化することが可能であるということは、当該技術分野における当業者にとって明らかである、上述された特定の実施例は単なる例示にすぎないものであり、どんな場合であっても限定的に考慮されるべきではない。発明の範囲は上述したクレームによって決定され、そして、クレームの範囲内にある全ての変形及び均等物は、クレームの範囲に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＴＤＤトランシーバのブロック図である。
【図２】 実質的に同一帯域幅を有するダウンリンクとアップリンクを備えるＴＤＤチャネルを示す図である。
【図３】 ダウンリンクとアップリンクとの帯域幅間に３：１の比率を有するＴＤＤチャネルを示す図である。
【図４】 ダウンリンクとアップリンクとの帯域幅間に１：２の比率を有するＴＤＤチャネルを示す図である。
【図５】 ＴＤＤ通信システムのための多重無線基地局のブロック図である。
【図６Ａ】，
【図６Ｂ】 それぞれ３：１と２：１のリンク帯域幅比を有する２人のユーザをサポートする基地局の例を示す図である。
【図７Ａ】，
【図７Ｂ】 それぞれ３：１、２：１及び４：１のリンク帯域幅比を有する３人のユーザをサポートする多重無線基地局の例を示す図である。
【図８Ａ】，
【図８Ｂ】 それぞれ３：１、２：１及び１：１のリンク帯域幅比を有する３人のユーザをサポートする多重無線基地局の例を示す図である。
【図９Ａ】，
【図９Ｂ】 多重スロットパケットを備えて３：１と２：１のリンク帯域幅比を有する２人のユーザをサポートする基地局の例を示す図である。
【図１０Ａ】，
【図１０Ｂ】 全体の効率を最適化するスロット割当て方法の例を示す図である。
【図１０Ｃ】，
【図１０Ｄ】 反対の帯域幅比をサポートするスロット割当て方法の例を示す図である。
【図１１Ａ】，
【図１１Ｂ】，
【図１１Ｃ】 出願人の発明に従ったスロット割当て方法のフローチャートである。
【図１２Ａ】，
【図１２Ｂ】 １４個のスロットのフレーム長に対するスロット割当て方法の例を示す図である。
【図１３】 出願人の発明に従ったマクロ的なリソース割当て方法を使用する通信システムを示す図である。
【図１４】 出願人の発明に従ったマクロ的なリソース割当ての方法のフローチャートである。

Claims (5)

1. 多重無線トランシーバ基地局と複数のリモート端末との間に通信リンクを構築するＴＤＤ（時分割デュプレックス）通信システムにおいてスロットを割当てる方法であって、該通信システムは同一基地局かつ同一時刻において複数の基地局無線トランシーバのすべてが送信するかまたはすべてが受信するかの何れかであるように同期するよう構成され、前記複数のリモート端末の各々は所定の帯域幅比の送信および受信スロットを要求するよう構成されている、方法であって、
   （ａ）前記複数のリモート端末の各々を、該複数のリモート端末の各々が要求する帯域幅比が減少する順で、利用可能な複数の基地局無線トランシーバの１つに順次割当てるステップと、
   （ｂ）前記ステップ（ａ）において前記複数のリモート端末の各々に対して割当てる基地局無線トランシーバが不足した場合、前記割当てが行われていない残りのリモート端末の各々を、該残りのリモート端末の各々が要求する帯域幅比が減少する順で、前記利用可能な複数の基地局無線トランシーバの１つに順次割当てるステップであって、該基地局無線トランシーバは、前記利用可能な複数の基地局無線トランシーバの中から前記ステップ（ａ）においてリモート端末に対して割当てられた順序とは逆順に順次選択される、順次割当てるステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 少なくとも１つのリモート端末が最大スループットを要求し、
   最大スループットを要求する各リモート端末が、利用可能な基地局無線トランシーバに割当てられ、
   割当てられた基地局無線トランシーバが利用可能な基地局無線トランシーバのプールから除かれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 特定の所定帯域幅無線を要求するリモート端末が、所定の基地局無線トランシーバに割当てられ、割当てられた基地局無線トランシーバが利用可能な基地局無線トランシーバのプールから除かれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. （ｃ）前記複数のリモート端末の各々の送信スロットおよび受信スロットの要求をサポートするために必要な最小の数の基地局無線トランシーバを、前記複数のリモート端末の各々から要求された前記送信スロットおよび受信スロットの総数をフレーム長におけるスロット数により除算することにより決定するステップをさらに有する請求項１に記載の方法。
5. リモート端末（５０４−１、５０４−２、５０４−Ｎ）と接続する通信リンクを各々が構築する複数の基地局無線トランシーバ（５０２−１、５０２−２、５０２−Ｎ）を備える基地局（５００）と、複数のリモート端末（５０４−１、５０４−２、５０４−Ｎ）と、該基地局の範囲内における複数のリモート端末（５０４−１、５０４−２、５０４−Ｎ）の中で無線トランシーバを割当てるコントローラ（５０６）とを含むＴＤＤ（時分割デュプレックス）通信システムであって、
   前記複数の無線トランシーバ（５０２−１、５０２−２、５０２−Ｎ）は、同一時刻において該複数の無線トランシーバ（５０２−１、５０２−２、５０２−Ｎ）のすべてが送信するかまたはすべてが受信するかの何れかであるように同期するように構成され、
   前記複数のリモート端末の各々が、所定の帯域幅比の送信および受信スロットを要求し、該コントローラが、
   （ａ）前記複数のリモート端末（５０４−１、５０４−２、５０４−Ｎ）の各々を、該複数のリモート端末（５０４−１、５０４−２、５０４−Ｎ）の各々が要求する帯域幅比が減少する順で、利用可能な複数の基地局無線トランシーバ（５０４−１、５０４−２、５０４−Ｎ）の１つに順次割当てる第１割当て手段と、
   （ｂ）前記第１割当て手段において前記複数のリモート端末の各々に対して割当てる基地局無線トランシーバが不足した場合、前記割当てが行われていない残りのリモート端末の各々を、該残りのリモート端末の各々が要求する帯域幅比が減少する順で、前記利用可能な複数の基地局無線トランシーバの１つに順次割当てる第２割当て手段であって、該基地局無線トランシーバは、前記利用可能な複数の基地局無線トランシーバの中から前記第１割当て手段においてリモート端末に対して割当てられた順序とは逆順に順次選択される、第２割当て手段と
   を含むことを特徴とするＴＤＤ通信システム。

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