JP2008072700A

JP2008072700A - 無線基地局、無線端末および無線通信システムにおける通信制御方法

Info

Publication number: JP2008072700A
Application number: JP2007206046A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Suzuki; 智仁鈴木; Akihiko Yoshida; 顕彦吉田; Toshiyuki Saito; 利行齋藤; Shiro Mazawa; 史郎眞澤
Original assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2008-03-27
Also published as: US20080119181A1

Abstract

【課題】パケットサイズ、QoS要件の異なる多数のパケットがユーザ内、またはユーザ間で混在して送受信される場合でも、それぞれのパケットサイズ、QoS要件に応じて広帯域化されたリソースを効率よく使用できる無線通信システム、無線基地局、無線端末および無線通信システムにおける通信制御方法を提供する。
【解決手段】無線端末から、基地局に対してデータ送信要求を送る際、データ送信の継続時間、送信データの送信間隔、有効期限の少なくとも一つを含めて送信し、基地局は、複数の無線端末からのデータ送信要求を受信し、それぞれのデータ送信要求に含まれる継続時間、送信間隔、有効期限に基づいて複数の無線端末からのデータ送信要求のスケジューリングおよび複数の無線端末への帯域割り当てを行うとともに、受信した継続時間に基づいて、無線端末への帯域の割り当てを、継続時間の間継続するように制御する。
【選択図】図７（ｂ）

Description

本発明は、無線基地局、無線端末および無線通信システムにおける通信制御方法に関し、特に、高速、広帯域の無線通信網において、基地局が複数の無線端末からの要求に基づいて無線端末から基地局への通信制御を行う無線基地局、無線端末および無線通信システムにおける通信制御方法に関する。

有線通信においては、ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）や光通信網の普及により、インターネットアクセスの高速、広帯域化が進んでいる。一方、無線通信においても、インターネットの利用拡大によって、高速なWebアクセスや、音楽や映像を含むデータ通信のニーズが高まり、高速、広帯域化のための検討が急速に進められている。

無線通信においては、現在の1xEV-DOにおいては上り154kbps、下り2.4Mbpsの通信が実現され、様々なデータが送受信されるようになり、種々のパケットサイズのデータの伝送を制御する必要が生じてきている。

このような可変レートパケット無線通信システムにおいて、上りチャネルのアクセス集中を制御する方法として、例えば特許文献１に記載されたような技術がある。特許文献１には、移動局から基地局への上り方向チャネルで、連続データを大量に送信するような場合において、事前にデータサイズと最大レートの利用要求を基地局に出し、基地局から指示された最大レートの制限内で伝送レートを可変として最適な送信を行う方法が提案されている。

特願２０００−２１７１５９号公報

背景技術の項で述べたように、現在の1xEV-DOでは上り154kbps、下り2.4Mbpsの通信が実現され、今後導入予定の1xEV-DO Rev.Aでは、より高速な上り1.8Mbps、下り3.1Mbpsの通信が可能となる。この1xEV-DO Rev.Aでは、マルチキャスト、パケット通信の遅延抑制の品質制御（QoS：Quality of Service）などといったサービスが提供可能となっている。

また、1xEV-DO Rev.Bでは上り27 Mbps、下り73.5Mbpsでの通信の実現が検討中であり、さらには次世代のシステムとしてさらなる高速、広帯域化を目指し上り最大100Mbps、下り最大250Mbpsを実現するシステムの検討もはじめられている。

このような急速な高速、広帯域化に伴い、より大容量のデータの送受信を行えるようになる一方、サービスも多様化し、様々な種類、様々なパケットサイズのデータの伝送要求が生じてくる。これに伴い、新しいシステムで提供される幅広いサービスに柔軟に対応し、かつ広帯域化されたリソースを十分に生かせるような通信制御が必要となる。

この点から見ると、特許文献１は、事前に端末のバッファに溜まっているデータサイズと端末が送信可能な最大レートを基地局に対して送信し、無線リソースを要求するもので、QoSに関する情報が不足している。従って、特許文献１に記載された技術だけでは、パケットサイズ、QoS要件の異なる多数のパケットがユーザ内、またはユーザ間で混在して送受信される場合に、それぞれのパケットサイズ、QoS要件に応じて広帯域化されたリソースを効率よく使用するような制御はできなかった。QoS要件に応じた制御を行わない場合、基地局内での、ユーザ内またはユーザ間における上り無線リソースのスケジューリングの粒度が粗くなる。また、基地局が、端末側で送信時間が既に満了してしまったデータにリソースを割り当ててしまうなど、無駄な割り当てを行ってしまうことや、逆に必要な割り当てが行われないといった非効率なスケジューリングが行われる可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、パケットサイズ、QoS要件の異なる多数のパケットがユーザ内、またはユーザ間で混在して送受信される場合でも、それぞれのパケットサイズ、QoS要件に応じて広帯域化されたリソースを効率よく使用できる無線基地局、無線端末および無線通信システムにおける通信制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明においては、無線端末から、基地局に対してデータ送信要求を送る際、送信しようとするデータに関する情報を含めて送信し、基地局は、無線端末からのデータ送信要求を受信し、それぞれのデータ送信要求に含まれる送信しようとするデータに関する情報に基づいて複数の無線端末からのデータ送信要求のスケジューリングおよび複数の無線端末への帯域割り当てを行うとともに、送信データに関する情報に基づいて、無線端末からのデータ送信に要する時間を求め、無線端末への帯域の割り当てを、求めた時間継続するように制御するようにしたものである。

また、無線端末は、基地局に対してデータ送信要求を送る際、データ送信の継続時間に関する情報を含めて送信し、基地局は、複数の無線端末からのデータ送信要求を受信し、それぞれのデータ送信要求に含まれる継続時間に基づいて複数の無線端末からのデータ送信要求のスケジューリングおよび複数の無線端末への帯域割り当てを行うとともに、受信した継続時間に基づいて、無線端末への帯域の割り当てを、継続時間の間継続するように制御するようにしたものである。

本発明によれば、パケットサイズ、QoS要件の異なる多数のパケットがユーザ内、またはユーザ間で混在して送受信される場合でも、それぞれのパケットサイズ、QoS要件に応じて広帯域化されたリソースを効率よく使用できる無線基地局、無線端末および無線通信システムにおける通信制御方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、複数の実施例を挙げて説明する。
以下の実施例においては、さらなる高速、広帯域化を実現する次世代のシステムとして検討がはじめられているC.S0024-Rev.Cをベースに説明する。

C.S0024-Rev.Cは、現在の1xEV-DOの2段階先のフェーズのシステムとして、標準化に向けて議論が行われている。Rev.Cでは、上り/下り共にOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多重アクセス)がベースとなっており、上り100Mbps、下り250Mbpsの通信が可能とされている。本発明の実施の形態を説明する上で必要となるC.S0024-Rev.Cの技術的な特徴点を、いくつか説明する。
[スーパーフレーム構造]
基地局、端末からの送信データ及び制御情報は、スーパーフレームと呼ばれるフレームを用いて送信される。図１１に上り/下りのスーパーフレーム構造について示す。基地局から端末への下り回線（FL:Forward Link）では、スーパーフレームはスーパーフレームプリアンブルと、25個のPHYフレームによって構成される。スーパーフレームプリアンブルには初期同期のためのパイロット信号、端末を識別するための基本制御情報が含まれる。PHYフレームはC.S0024-Rev.Cにおけるデータの単位で、8OFDMシンボルから成り、各OFDMシンボルはサブキャリアごとに分割され、1タイルの大きさは153.6kHz×911.46usである。25個のPHYフレームは、下り共通制御チャネルと、トラフィックチャネルにより構成される。下り共通制御チャネルには上り/下りの各ユーザへのトラフィックチャネルの割当情報、電力制御などの制御情報が含まれる。トラフィックチャネルにはユーザデータが入り、サブキャリアごとに分割されたタイルの中から、１タイル当たり最大１ユーザが割り当てられる。

端末から基地局への上り回線(RL:Reverse Link)では、スーパーフレームは25個のPHYフレームによって構成される。上り回線ではスーパーフレームプリアンブルは含まれないので、下り回線のプリアンブル分の時間を補充するため、最初のPHYフレーム0は16個のOFDMシンボルから構成される。それ以外のPHYフレームは、下り回線と同様に8個のOFDMシンボルから構成される。上りのPHYフレームにはユーザデータと上り制御チャネルが含まれる。上り制御チャネルについては、以降で述べる。以上より、スーパーフレーム長T_SUPERFRAMEは上りと下りで同一の値となり、以下のように定まる。

T_SUPERFRAME＝8Ts × (1+25)(us)
具体的には、Cyclic Prefix長によって決まり、25.65、27、28.4、29.7msの値となる。
[R-REQCH(上りリクエストチャネル)の送信]
C.S0024-Rev.Cにおいては、上りデータ通信に割り当てられる帯域は、複数のユーザ（端末）で共有され、基地局側で複数のユーザ（端末）への割り当てを行う。データの送信を希望する端末は、端末側から基地局に対してR-REQCH(上りRequest Channel)と呼ばれる制御情報を送信し、基地局にリソース割当てを要求する。R-REQCHには、上りチャネルのスケジューリングのための情報が含まれ、基地局では、各端末からのR-REQCHを元に、スケジューリングを行い、上りアサイン情報を送信して、リソースの割り当てを行う。

C.S0024-Rev.Cでは、データの送信にはOFDMAが用いられる。R-REQCHも同様にOFDM信号として送信することが可能である。しかし、多数の端末から基地局に対してランダムにR-REQCHを送信すると、端末間で干渉が起きる場合がある。そこで、干渉を抑えるため、タイミング同期が可能なCDMA方式を用いることも検討されている。
[制御情報の種類]
C.S0024-Rev.Cにおいて、端末から基地局に送信する制御情報としては、前述のR-REQCHを含め以下のようなものがある。
1. R-REQCH(上りリクエストチャネル)：上りチャネルのスケジューリングのための情報を送信する制御情報。送信パケット毎に送信する。送信データのQoS、送信データのバッファサイズ、端末から要求する最大帯域幅、上りセクタなどの情報が含まれる。
2. Traffic CHのMAC Header： 1のR-REQCHを用いて端末から基地局に対してリクエストを送信し、基地局からの上りアサイン情報を受け取った後、割り当てられたリソースにデータを送出する時にデータのヘッダ情報として送信する。送信データのバッファサイズ、送信データの遅延情報（送信データが端末のキューにどのくらいの時間蓄積されていたか）の情報が含まれる。
3. QoS Profile：QoSサービスを要求する場合に、サービスの開始時、停止時に送信する。QoSのサービス種類を示す情報が含まれる。

C.S0024-Rev.Cは、上り最大100Mbps、下り最大250Mbpsを実現する高速、広帯域な無線通信システムを実現するために検討されている技術である。高速で広帯域な無線通信が実現されると、サービスも多様化し、インターネット上にはパケットサイズ、QoS要件の異なる多数のパケットが混在し、さらには1xEV-DO Rev.A以降VoIP(Voice over Internet Protocol)が普及すると、小容量、低遅延のパケット比率はさらに高まると予想される。今後提供される幅広いサービスに柔軟に対応し、かつ広帯域化されたリソースを十分に生かせるような通信制御が必要となる。

C.S0024-Rev.Cにおいては、上記[制御情報の種類]の項で述べたように、端末から、上りチャネルのスケジューリングのための情報を基地局に対して送信パケット毎に送信する。つまり、１つのパケットを送る度に、基地局に対してR-REQCHを送信し、上りアサイン情報を受信する。そして基地局から割り当てのあった無線リソースを端末側で使用して1つパケットを送信する。従って、端末が送信したいパケットが複数あった場合または、リソース割当の結果、送信パケットをさらに複数に分割して送信する場合には、パケットの数だけR-REQCHを送信する必要があった。このことは、全体の無線リソースに対する制御情報のオーバーヘッドを多くし、また、送信要求を出す回数が多い分、端末においては電力を消費してしまう。

そこで、以下の実施例においては、C.S0024-Rev.Cで検討が進められている技術をベースとして、今後提供される幅広いサービスに柔軟に対応し、かつ広帯域化されたリソースを十分に生かせるような無線通信制御技術について説明する。

以下の実施例の概要を説明する。実施例１においては、無線基地局は、無線端末からのデータ送信要求を受信し、それに含まれる送信データのQoS種類などからデータの送信に必要な時間を算出する。そして、複数の無線端末からのデータ送信要求のスケジューリングおよび複数の無線端末への帯域割り当てを行い、その割り当てた帯域を送信に必要な時間の間継続するようにしたものである。端末側におけるデータ送信要求の送信間隔は、QoS種類などから一意に決まる固定パラメータとする。

実施例２においては、無線端末は、前記基地局に対してデータ送信要求を送る契機を、端末側の環境変化に応じて送信するようにしたものである。これにより、データ送信要求の送信回数を減らすことを可能とし、リソースの利用効率の向上を図ることが可能となる。

実施例３においては、無線端末は、前記基地局に対してデータ送信要求を送る際、送信データの送信継続時間、送信間隔および有効期限の少なくとも一つを含めて送信し、基地局は、複数の無線端末からのデータ送信要求を受信し、それぞれのデータ送信要求に含まれる送信データの送信継続時間、送信間隔および有効期限の少なくとも一つに基づいて、端末がデータ送信要求を送る間隔を決定するようにしたものである。

具体例を挙げると、VoIPのように一定のリソースを確保しておきたいものは、パケット毎に逐次リソース割当てを要求せずに、始めのデータ送信要求時に一定のリソースを予約する手法を提案するものである。一定のリソースを確保する方法として、端末と無線基地局の間で予め新しい要求がこなければ、無線基地局で継続的に上りリソースを割り当てると規定しておく方法と、端末から送信するデータ送信要求に継続時間のパラメータを追加し、上りリソースの割り当てを行う継続時間を指定する方法がある。

また、送信する制御情報に、データ送信要求の有効期限を設けることにより、基地局が受信したデータ送信要求に応じ、上りリソースのスケジューリングを実施する期間を設定することを可能とする。加えて、データ送信要求に送信間隔の情報を追加することで、VoIPのようなパケットサイズの小さいパケットを一定間隔で送信したい場合に、連続的にリソースを確保するのではなく、一定間隔でリソースを確保するという制御が可能となる。上記パラメータは単独でも、組み合わせても使用することが可能である。また、データ送信要求の送信方式は、OFDMまたはCDMAで送るものとする。CDMA変調を用いた場合は、データ送信要求の送信時のみCDMA変調を用いることにより、複数の端末間でタイミング同期を図ることなく送信することが可能となる。

まず、はじめに、実施例１から実施例３で説明する本発明が適用される無線通信システムを含むネットワーク全体の構成を説明する。
図１は本発明を適用する無線通信システムと、インターネット、有線通信システムを含む通信網全体の構成を説明する図である。

図１に示すように、本実施例ネットワークは、インターネットに無線通信システムが接続され、公衆交換電話網（PSTN：Public Switched Telephone Networks）もまたインターネットに接続されて構成される。このようなネットワークにおいて、例えば、無線通信システムの端末１００−１は、受信エリア１５０−１内の基地局２００−１を介して通信を行い、パケット制御装置（PCF：Packet Control Function）３０１を通じてインターネット４００上のインターネット・サービス・プロバイダ（ISP：Internet Service Provider）６００内のサーバ６５０へファイルをアップロードする。

また、端末１００−２から端末１００−NへVoIP(Voice over Internet Protocol)を行う場合は、基地局２００−１へ音声データの送信を行い、パケット制御を行うPCF、インターネット網を経由し、基地局２００−２へデータ送信した後、基地局２００−２がカバーする受信エリア１５０−２内の端末１００−Nへ音声データの送信を行う。

図２は本発明の一実施形態における無線端末のハードウェア構成を説明する図である。
図２に示すように、端末は、基地局との間で電波を送受信し、高周波信号に変換するアンテナ(1000)と、高周波信号の変復調を行い、低周波のベースバンド信号に変換するRF部(1100)と、ベースバンド信号のフレームを構成しデータ信号に変換する回線I/F部(1200)と、データ信号を音声信号に変換する音声コーデック部(1300)と、音声を入力し電気信号として音声コーデック部(1300)に出力するマイク(1400)と、音声コーデック部(1300)より音声の電気信号を入力し、音声として出力するスピーカ(1500)と、端末内の各機能ブロックを制御する為の制御バスと(1600)、各機能ブロックの制御と、R-REQCH用パラメータ生成の演算部を持つ制御装置(CPU)(1700)と、メモリ(1800)と、操作者が音声通話の接続や切断などの操作を行うためのテンキー(1900)と、液晶ディスプレイなどの外部I/F(1950)などから構成される。また、必要に応じて音声以外のデータのコーデック部も備える。

図３は、無線端末においてソフトウェアで実現される機能ブロックを示した図である。
メモリには端末がサポートしているQoSアプリケーションと、基地局へ送信するデータが格納されている。演算部では、メモリからQoSアプリケーションと送信データを取り出し、バッファサイズの計算を行う。また、端末の受信帯域幅の演算を行い、入出力I/F部へ送る。入出力I/Fでは、R-REQCH送信に用いるパラメータが格納され、端末のアンテナを通して基地局へ送信される。

図４(a)は、既存のシステムにおける、無線端末において、基地局に送信するためのリクエスト信号を生成する処理を説明するフローチャートである。

まず始めに、起動するアプリケーションの選択と、選択したアプリケーションを用いて送信するデータの選択を行う(4000)。次に、端末側の受信環境から、帯域幅の算出を行う(4050)。次に、送信データのバッファサイズ読み出しを行い(4100)、各パラメータをR-REQCHに載せ(4150)、基地局へリソース割り当て要求を行う(4200)。
図４(b)は、本実施例におけるリクエスト信号を生成する処理を説明するフローチャートである。始めに、端末側において、規定時間内に端末側でリクエスト信号を生成し基地局に送信していたかを参照する(4250)。規定時間は、QoS種類から一意に決まる固定値として端末、基地局に予め設定されているものとする。規定時間内に送信していた場合は、新たにリクエスト信号を生成する必要はないので、処理は終了する(4550)。規定時間内に送信がなかった場合は、リクエスト信号の生成を行う。生成フローは、図４(a)で述べた既存のフローと同一である。

図５は、本発明の一実施形態における基地局のハードウェア構成を説明する図である。
基地局は、その基地局がカバーするエリア内の端末から無線信号を送受信するためのアンテナ(5000)と、端末からの無線信号を受信して信号処理を行う上り信号処理部(5100)と、端末へ信号を送信する下り信号処理部(5200)と、送信パケットのスケジューリング処理と受信信号の同期捕捉を行う信号変復調部(5300)と、装置全体の管理と保守端末との接続を行う装置管理部(5400)と、本発明におけるリクエスト信号の生成を行う呼処理制御部(5800)と、時刻同期手段の一例としてGPS信号を用いた場合、GPS信号を受信するためのGPSアンテナ(5500)と、受信したGPSクロックを元に時刻情報を生成し、装置内に供給するGPS受信機(5600)によって構成される。送受信した信号は基地局を終端する回線終端装置(5700)に送信される。

図６は、基地局の呼処理制御部においてソフトウェアで実現する機能ブロックを説明する図である。
呼処理制御部は、入出力I/F部においてその基地局がカバーするエリア内の端末からR-REQCHを受信し演算部へ送る。演算部では、受信した各R-REQCHに対しリソース割り当てを行うため、メインメモリ内のR-REQCHデータテーブルとスケジューリングアルゴリズムを読み出し、読み出したアルゴリズムによってソートを行う。ソート結果を元に、各端末からのR-REQCHに対し割り当てリソースの計算を行い、上りアサイン情報を入出力I/F部の信号送信部から基地局のアンテナを介して、各端末へリソース割り当てを行う。

図７は基地局において複数の無線端末から受信するリクエスト信号を処理するためのアルゴリズムである。

まず従来例の図７(a)について述べる。基地局は、カバーエリア内の端末からR-REQCHを受信したか確認を行い(7000)、受信した場合は内容の参照を行う(7050)。次に、端末が同一セクタにあるか比較を行い(7100)、同一セクタにあれば処理を続行する。次に、R-REQCHの上りセクタ情報、最大サブキャリア数、QoS種類などの各パラメータを参照する(7150)。これまでのフローは、カバーエリア内のR-REQCH の送信があった複数の端末に対して、繰り返し処理を行うものである。以降のフローは、セクタ単位ごとに基地局ごとに処理を行うものである。R-REQCHの内容を参照した後、必要リソースの算出を行う（7200）。リソース算出の後、各端末へリソース割り当てを行う(7250)。

本実施例を説明した図７(b)について述べる。基地局は、カバーエリア内の端末からR-REQCHを受信したか確認を行い(7300)、受信した場合は内容の参照を行う(7400)。受信しなかった場合は、基地局のセクタ内の端末が規定時間内にR-REQCHを送信していたかを参照する(7350)。規定時間内にR-REQCHの送信があった場合は、直前のR-REQCHを読み出し、内容を参照する(7450)。規定時間内に送信がなかった場合は、再度R-REQCHの受信確認フロー(7300)に移る。なお、この規定時間は、QoS種類から一意に決まる固定パラメータとし、端末、基地局内のメインメモリにおいて、予め値を記憶しておく。次に、端末が同一セクタにあるか比較を行い(7500)、同一セクタにあれば処理を続行する。次に、R-REQCHの上りセクタ情報、最大サブキャリア数、QoS種類などの各パラメータを参照する(7550)。R-REQCHの内容を参照した後、R-REQCHごとに送信ユーザ、QoS種類のパラメータを持つテーブル構造のデータテーブルに新規にデータを追加する(7600)。基地局は、QoS種類の値を用いてデータのソートを実施し（7650）、必要リソースの算出を行う（7700）。このとき、受信したR-REQCHに含まれるパラメータに基づいて、リソースの割り当てが必要な時間を求める。これは例えば、QoSの種類がデータの種別と対応しているような場合には、QoSの種類とデータの送信に必要な時間との対応を予め規定して、信号変復調部の記憶領域に保持しておくことで実現できる。QoS種類の他、無線端末からのR-REQCHに含まれる最大サブキャリア数とデータの送信に必要な時間とを対応付けて記憶しておいてもよい。リソース算出の後、各端末へリソース割り当てを行う(7750)。この各端末へのリソースの割り当ては、スケジューリングの変更がない限り、ステップ7700で求めた割り当てが必要な時間、継続する。

図８（ａ）は、無線端末から基地局に送信する上り方向のリクエストチャネルのメッセージフォーマット例である。
図８（ａ）には、本実施例で用いるR-REQCHのメッセージフォーマットと、最大サブキャリア数を決めるためのテーブルを示している。

図８（ａ）には、各フィールドに格納される情報の内容と、割当ビット数、およびその概要の説明を示している。QoS Flowは、2bitで表され、QoSのサービス種類を示す。QoS 最大サブキャリア数は、2bitで表される情報で、端末側でサポートしているサブキャリア数を示す。この最大サブキャリア数は、図８（ａ）の下の表に示すように、端末がサポートするサブキャリア数と、QoS Flowのバッファサイズから最大サブキャリア数フィールドとして割り当てられるビットが2ビットで決定される。上りセクタ情報は、セクタ決定のための上りセクタ情報から構成される。

図９は、基地局から無線端末に送信する上りアサイン情報のメッセージフォーマット例である。
本実施例でリソース割り当てに用いる上りアサイン情報の一例として、RLAB（Reverse Assignment Block）のメッセージフォーマットを示す。RLABには、割り当てるサブキャリアを示すノード識別子(NodeID)、パケットフォーマットの識別子(PF:Packet Format）などから構成される。RLABは下り制御用チャネル（F-SSCH：Forward−Shared Signaling Channel）に含まれ、バイナリヘッダーによって識別される。

図１０（ａ）、１０（ｂ）は、本発明で用いる端末、基地局、PCF間におけるR-REQCHの送信、リソースの割り当て、データ送信のシーケンスを示したものである。

図１０（ａ）に、C.S0024-Rev.Cの通常動作の場合の複数の端末と基地局間での通信内容を説明するシーケンス図を示す。
端末側で通信を開始するための制御情報として、R-REQCHを基地局に送信する（S100）。R-REQCHは1PHY Frameを用いて送信する。R-REQCHには、前述した図８（ａ）のメッセージフォーマットで示した各パラメータが含まれる。基地局はR-REQCHを受信した後、上りアサイン情報を送信しリソースの割り当てを行う（S200）。

上りアサイン情報を受信した端末は、割り当てられたリソースを用いてData１を送信する(S300)。基地局でData１を受信すると、PCFを通して、インターネット網へ送信され、他の端末、サーバなどに送信される（S350）。Data１送信後、端末側にデータが残っている場合は、S１００〜S３００の操作を繰り返し行う(S400、S500)。このシーケンスにおいては、Data１送信完了時にData２とData３が端末に残っているため、Data２を送信するためにR-REQCHの送信を行う。Data２の送信完了後、続いてData３を送信するためR-REQCHの送信を行う。

図１０（ｂ）に、本発明の一実施形態における複数の端末と基地局間での通信内容を説明するシーケンス図を示す。
本発明を適用した場合のシーケンスを示す。端末側で通信を開始する際、R-REQCH送信時にリソース割り当てを要求する（S600）。ここで、従来方式では上り信号を送信する毎に毎回R-REQCHを送信する必要があったが、本発明では一回のR-REQCHにより、図７のスケジューリングアルゴリズムを用いて、各端末へ一定量のリソース割り当てを行う（S700）。これにより、端末側のR-REQCH送信回数を低減することが可能となり、代わりに他のデータパケットが送信可能となる。

本実施例が適用される一形態としては、VoIPやTV電話のように通信レートがある程度固定されており、定期的に継続してリソース割り当てを必要とするサービスにおいて、有効と考えられる。

実施例１の図４、図７で述べた、端末側からR-REQCHを送信する間隔を示す規定時間のパラメータの決定方法として、端末の環境変化に応じて、新たにR-REQCHを送信する方法について説明する。このことで、割り当てるリソースの利用効率の向上を図ることが可能となる。第一に、端末の受信帯域幅が大きく変化した場合にR-REQCHを送信する手法がある。端末が高速で移動しない場合は帯域幅の大きな変動はないため、R-REQCHに含まれるパラメータに大きな変化が生じない。パラメータの変化量が少ない環境下でR-REQCHを繰り返し送信するよりも、送信回数を減らすことが可能となる。第二に、通信中のバッファサイズが大きく変化した際に端末側でR-REQCHを送信する手法がある。この例として、端末側でハンドオフを行う場合が考えられる。ハンドオフの際は、ハンドオフ実行のためのパラメータを基地局に通知する必要があり送信するバッファサイズが増加するため、R-REQCHによって再度割り当てを要求する。

図４(c)に、本実施例におけるリクエスト信号を生成する処理を説明するフローチャートを示す。まず始めに、起動するアプリケーションの選択と、選択したアプリケーションを用いて送信するデータの選択を行う(4600)。次に、端末側の受信環境から、帯域幅の算出、送信データのバッファサイズ読み出しを行う(4650,4700)。このとき、直前に生成したR-REQCHに含まれる受信帯域幅の値、バッファサイズを参照し、今回算出した帯域幅、バッファサイズとの比較を行う(4750)。判定のための閾値X,Yは予め端末に設定される固定値とする。それぞれの変化量のうち、いずれかが閾値より大きかった場合は、端末の環境が変化したことを示すので、パラメータを決定し(4800)、基地局へリソース割り当て要求を行う(4850)。

本実施例が適用される一形態として、複数のQoSを同時に使用する場合が考えられる。例えば、VoIPやTV電話などの通信中に、Web閲覧やFTPなどの通信を行う場合、通信するバッファサイズがその時だけ大きくなるため、新たにリソース割当要求を送信するといった手法が考えられる。

上記実施例１では、端末側からR-REQCHを送信する間隔を示す規定時間のパラメータは、QoS種類から一意に決まる固定パラメータとしていたが、実施例３では、送信データの送信継続時間を示すビット、送信データの送信間隔を示すビット、送信データの有効期限を示すビットのうち少なくとも１つをR-REQCHに付加して送信し、規定時間のパラメータがR-REQCHに付加される上記パラメータによって決定される場合のスケジューリング手法について説明する。

送信継続時間は、端末からの１回のR-REQCHに対して、基地局においてリソース割り当て処理を継続的に実施する時間を示す。先に述べた実施例１では、R-REQCHの送信間隔は、QoS種類などから一意に決まる固定パラメータとしていたが、本実施例では送信継続時間というパラメータを定義することで、QoS種類に応じて複数の継続時間の値を用意し、その中から選択することが可能となる。

送信間隔は、端末側で上りアサイン情報を受信したい間隔を示す。これは、一定間隔での送信が規定されているパケットを送信する場合においては長時間連続的にリソース割り当てを必要としないので、一定間隔で決まった時間にのみ上りアサイン情報を受信したい際に有効である。

有効期限は、R-REQCHで送信した要求内容（各パラメータ）の有効期限である。有効期限が切れた場合は、基地局では管理していた該当R-REQCHの情報破棄を行い、端末側では新しいR-REQCHを用いて新規にリソース割り当てを要求する。有効期限が切れるまでは、送信継続時間のパラメータまたはQoSによる固定値によって決められた一定間隔ごとに、繰り返しR-REQCHを送信する。

図８（ｂ）に、実施例３の場合における無線端末から基地局に送信する上り方向のリクエストチャネルのメッセージフォーマット例を示す。

図８（ｂ）では、図８（ａ）に、継続時間、送信間隔、有効期限といった情報を送る場合の例を示している。各フィールドの名称、ビット数および配置は一例である。

継続時間は、基地局においてリソース割り当て処理を継続的に実施する時間についての情報で、5ビットで表され、単位は秒[s]である。また、送信間隔は、端末側で下りアサイン信号を受信する間隔で、単位はミリ秒[ms]である。有効期限は、送信したR-REQCHの有効期限を示したパラメータであり、単位は秒[s]である。これら継続時間、送信間隔、有効期限といったパラメータは、サービスやQoSの種類と対応付けて予め値をメモリ１８００に設定しておいて、対応する値を読み出してR-REQCHの該当するフィールドに格納して送信する。

パラメータの付加は、図４の端末で上りリクエストチャネルを生成するフロー内の4300で行う。パラメータの設定手法の一例を以下に示す。送信継続時間は端末の環境（帯域幅）、バッファサイズによって求めることが可能である。受信帯域幅、バッファサイズの値から、図８の最大サブキャリア数決定法のように、閾値を設定し固定値に振り分ける手法が有効である。また、端末の受信帯域幅が狭い場合は周波数領域のリソース割り当てが十分に行われないため、時間領域を多く割り当てる必要がある。送信間隔は、QoSの種類によっては一定間隔での送信が規定されているものがあり、予め値を設定しておくことが実施の形態として考えられる。有効期限は、QoSの種類によって個々に値を設定しておく方法が考えられる。

次に、上記パラメータによって、R-REQCHの送信間隔を示す規定時間が決定される方法について述べる。送信継続時間は、基地局に対してリソース割当を継続して要求する時間を示しているので、送信継続時間の値に応じて、規定時間を決定することが可能となる。

送信間隔は、一定間隔でのリソース確保に有効なパラメータとなるので、QoS種類に関連付けて決定される。R-REQCHを送信する規定時間は、送信したい総データサイズと、一回の通信で送信できるバッファサイズが決まれば、リソース割当が必要な回数が決定されるので、送信間隔とリソース割当を行う回数を積算することで規定時間が求まる。

有効期限は、期限が切れたら再度R-REQCHを送信するといった手法が有効であり、送信継続時間と同様に、対応付けて決定することが可能となる。

上記本発明の実施例の効果について述べる。
端末と無線基地局の間で、新しい要求がこなければ端末が送信しようとしている送信データのバッファサイズ、データ種別、データのQoS等に応じて、データの送信完了に必要な送信継続時間を予め決めておいた方法で基地局が求めるようにしておく。そして、求めた継続時間の間、継続的にその端末に上りリソースを割り当てると規定しておく。または端末から基地局に送信するデータ送信要求に、送信データを送信するために必要な送信継続時間を示すパラメータを追加し、R-REQCH送信時に基地局に通知する。これにより、端末からのデータ送信要求の送信回数を減らし、全体のリソースに対する制御情報のオーバーヘッドを削減することが可能となる。削減した無線リソースは他のデータ送信に割り当てることが可能であるため、無線システムにおけるパフォーマンスを向上できる。

データ送信要求に有効期限を設けることの効果を述べる。有効期限を設け、端末から基地局宛てのR-REQCHに含めて端末から基地局に通知する。音声データのように一定以上遅延が発生してしまった場合に、送信する必要がなくなる情報を基地局のスケジューリング対象から除外することが可能となる。元々無駄にデータを送信してしまっていた無線リソースは他のデータ送信に割り当てることが可能であるため、無線システムにおけるパフォーマンスを向上することが可能である。

送信間隔は、パケットサイズの小さいパケットを一定間隔で送信したい場合に有効となるパラメータである。上りのリソース要求に送信間隔の情報を追加することで、VoIPのようなパケットサイズの小さいパケットを一定間隔で送信したい場合に、連続的にリソースを確保するのではなく、一定間隔でリソースを確保するという制御が可能となる。一定間隔で送信するデータに対して連続的に無線リソースを確保してしまうと、端末が送信するデータも持っていない時間帯に対しても無線リソースを割り当てることとなり、無線システム全体のリソースを無駄に消費する。送信間隔のパラメータにより端末が送信データを保持している時間帯のみ効率よく上りリソースを割り当てることが可能となるため、無駄に確保していたリソースは他のリソースに割り当てることが可能となり、無線システムにおけるパフォーマンスを向上することが可能である。

また、上記のパラメータは組み合わせて使用することも可能である。

本発明を適用する無線通信システムと、インターネット、有線通信システムを含む通信網全体の構成を説明する図である。本発明の一実施形態における無線端末のハードウェア構成を説明する図である。無線端末においてソフトウェアで実現する機能ブロックを示した図である。従来例における、無線端末において基地局に送信するためのリクエスト信号を生成する処理を説明するフローチャートである。本発明の実施例１および３における、無線端末において基地局に送信するためのリクエスト信号を生成する処理を説明するフローチャートである。本発明の実施例２における、無線端末において基地局に送信するためのリクエスト信号を生成する処理を説明するフローチャートである。本発明の一実施形態における基地局のハードウェア構成を説明する図である。基地局においてソフトウェアで実現する機能ブロックを説明する図である。従来例における、基地局において複数の無線端末から受信するリクエスト信号を処理するためのアルゴリズムを説明するフローチャートである。本発明における、基地局において複数の無線端末から受信するリクエスト信号を処理するためのアルゴリズムを説明するフローチャートである。実施例１および２の場合の、無線端末から基地局に送信する上り方向のリクエストチャネルのメッセージフォーマット例である。実施例３の場合の、無線端末から基地局に送信する上り方向のリクエストチャネルのメッセージフォーマット例である。基地局から無線端末に送信する上りアサイン情報のメッセージフォーマット例である。従来例における、複数の端末と基地局間での通信内容を説明するシーケンス図である。本発明の一実施形態における、複数の端末と基地局間での通信内容を説明するシーケンス図である。本発明に適用されるスーパーフレーム構造を説明する図である。

符号の説明

１００−１，２，N 端末
１５０−１，２一つの基地局によってカバーされるエリア
２００−１，２基地局
３０１，３０２パケット・コントロール・ファンクション
４００インターネット網
５００公衆交換電話網
６００インターネット・サービス・プロバイダ
６５０サーバ
１０００アンテナ
１１００ RF部
１２００回線インタフェース部
１３００コーデック部
１４００マイク
１５００スピーカ
１６００制御バス
１７００ CPU
１８００メモリ
１９００キー入力部
１９５０外部インタフェース
５０００アンテナ
５１００上りRF信号処理部
５２００下りRF信号処理部
５３００信号変復調部
５４００呼処理制御部
５５００ GPSアンテナ
５６００ GPS受信機
５７００回線終端装置
５８００装置管理部

Claims

複数の無線端末からのデータ送信要求を受信し、前記データ送信要求に含まれる情報に基づいて前記複数の無線端末からのデータ送信要求のスケジューリングおよび前記複数の無線端末への帯域割り当てを行う無線基地局であって、
無線端末からのデータ送信要求に含まれる送信データに関する情報に基づいて、前記無線端末への帯域の割り当て継続時間を決定し、前記無線端末への帯域の割り当てを前記継続時間の間、継続するように制御する装置管理部を有することを特徴とする無線基地局。
前記送信データに関する情報とは、送信データの遅延抑制の品質制御（QoS：Quality of Service）に関する情報であり、前記装置管理部内の記憶領域に、予め前記QoS情報とデータの送信に必要な時間とを対応付けて記憶しておき、該記憶しておいたデータの送信に必要な時間を参照することで前記無線端末への帯域割り当て継続時間を求めることを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
前記無線端末から、該無線端末が要求する帯域割り当て継続時間に関する情報を含むデータ送信要求を受け取り、該無線端末が要求する帯域割り当て継続時間に関する情報に基づいて、前記無線端末への帯域の割り当て継続時間を決定することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
前記無線端末から、送信データの有効期限に関する情報を含むデータ送信要求を受け取り、該データの有効期限に関する情報に基づいて、前記複数の無線端末からのデータ送信要求のスケジューリングおよび前記複数の無線端末への帯域割り当てを行うことを特徴そする請求項１に記載の無線基地局。
基地局との間で電波を送受信するアンテナと、前記アンテナで送受信した高周波信号の変復調およびフレーム化処理、符号化復号処理を行う送受信信号処理部と、送信データの入力および受信データの出力を行う外部インタフェースと、キー入力部と、メモリと、各部を制御する制御部とを少なくとも有する無線端末であって、
前記基地局に対してデータ送信要求を送る際、送信しようとするデータの送信継続時間に関する情報を前記データ送信要求に含めて送信することを特徴とする無線通信端末。
請求項５に記載の無線通信端末であって、
基地局に対してデータ送信要求を送る際、送信しようとするデータの送信継続時間に関する情報または、送信しようとするデータの有効期限に関する情報を、該データ送信要求に含めて送信することを特徴とする無線通信端末。
複数の無線端末と少なくともひとつの基地局とを含む無線通信システムであって、
前記無線端末は、基地局との間で電波を送受信するアンテナと、前記アンテナで送受信した高周波信号の変復調およびフレーム化処理、符号化復号処理を行う送受信信号処理部と、送信データの入力および受信データの出力を行う外部インタフェースと、キー入力部と、メモリと、各部を制御する制御部とを少なくとも有し、
前記各々の無線端末は、前記基地局に対してデータ送信要求を送る際、該データ送信要求に送信データに関する情報を含めて送信し、
前記基地局の装置管理部は、前記複数の無線端末からのデータ送信要求を受信し、前記それぞれのデータ送信要求に含まれる送信データに関する情報に基づいて前記複数の無線端末からのデータ送信要求のスケジューリングおよび前記複数の無線端末への帯域割り当てを行うとともに、前記送信データに関する情報に基づいて、前期無線端末への帯域割り当てを継続するように制御することを特徴とする無線通信システム。
請求項７に記載の無線通信システムであって、
前記各々の無線端末は、前記データ送信要求にデータ送信の継続時間に関する情報を含めて送信し、
前記基地局の装置管理部は、前記複数の無線端末からのデータ送信要求を受信し、前記それぞれのデータ送信要求に含まれる継続時間に関する情報に基づいて前記複数の無線端末からのデータ送信要求のスケジューリングおよび前記複数の無線端末への帯域割り当てを行うとともに、前記無線端末への帯域の割り当てを、該継続時間の間継続するように制御することを特徴とする無線通信システム。
請求項７に記載の無線通信システムであって、
前記各々の無線端末は、前記基地局に対してデータ送信要求を送る際、送信データの送信間隔および有効期限の少なくとも一方を含めて送信し、
前記基地局の主装置の装置管理部は、前記複数の無線端末からのデータ送信要求を受信し、前記それぞれのデータ送信要求に含まれる送信データの送信間隔および有効期限の少なくとも一方に基づいて前記複数の無線端末からのデータ送信要求のスケジューリングおよび前記複数の無線端末への帯域割り当てを行うことを特徴とする無線通信システム。