JP2008245140A - 通信方法および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モビリティを改善できると共に、無線リソースを有効に利用できる通信方法および通信装置を提供する。
【解決手段】制御部１２３は、ユーザ端末との間における通信品質を把握し、把握した通信品質に基づいて第１の変調方式を選択し、データ格納部１３１に格納されたデータの量（キュー値）を把握し、把握されたデータの量が閾値を超えた場合には、現在の変調方式を選択した際のデータの量に、把握されたデータの量を加算し、加算されたデータの量に基づいて第２の変調方式を選択し、選択された第１の変調方式と第２の変調方式との変調方式のうち、いずれか１の変調方式に決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、適応変調方式を用いた通信を行う通信装置の通信方法および通信装置に関するものである。

近年の移動体通信システムにおいては、データ通信の高速度化要求に対する解決手段の１つとして、複数の変調方式を用意し、無線品質に応じて変調方式を切換える適応変調方式が用いられている。複数の変調方式としてはビットレートの異なるものが用いられ、例えばビットレートの低いものから順に、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift keying）、８ＰＳＫ(8Phase Shift keying)、１６ＱＡＭ(16Quadrature Amplitude Moduration)等の変調方式が用いられている。このような適応変調方式を用いた移動体通信システムでは、回線品質が良好な場合はビットレートの高い変調方式を選択してデータ伝送速度を速くし、回線品質が悪い場合はビットレートの低い変調方式を選択してデータ伝送速度を遅くすることにより、通信全体における伝送誤りを抑制するようにしている。

次に、変調方式の選択方法について説明する。図４は、基地局における従来の変調方式の選択方法を説明するフローチャートである。なお、ユーザ端末も同様の方法で変調方式が選択される。まず、通信中のユーザ端末数（ストリーム数）を変数ＵＮに代入する（ステップ３０１）。次に、ＵＮ＝０か否かを判定する（ステップ３０２）。ＵＮ＝０であれば、通信中のユーザ端末がない場合であるから、処理を終了する。ＵＮ≠０であれば、ＳＩＮＲ値から変調方式ＭＣsinrを選択する（ステップ３０３）。次に、所望のＱｏＳマーキング（ここでは音声通信であることを示すマーキング）をチェックし（ステップ３０４）、ＱｏＳが有るか否かを判定する（ステップ３０５）。ＱｏＳが有る場合は、キュー値（バッファに格納されるパケットの数）が規定の閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップ３０６）。キュー値が閾値よりも小さい場合は、ＱｏＳに規定された変調方式ＭＣqを選択する（ステップ３０７）。次に、ＱｏＳに規定された変調方式ＭＣqとＳＩＮＲ値から得られた変調方式ＭＣsinrと比較し（ステップ３０８）、変調方式ＭＣqの方が変調方式ＭＣsinrよりも低い場合は、変調方式ＭＣqに決定する（ステップ３０９）。

ステップ３０５において、ＱｏＳが無い場合、ステップ３０６において、キュー値が閾値よりも大きい場合、およびステップ３０８において、変調方式ＭＣqの方が変調方式ＭＣsinrよりも高い場合は、変調方式ＭＣsinrに決定する。次に、変数ＵＮに代入されている通信中のユーザ端末数をデクリメントしてステップ３０２に戻って、次のユーザ端末の変調方式を決定する。このようにして、全てのユーザ端末の変調方式を決定する。

なお、従来技術としてストリーミング情報の転送処理において通信状況の変化する環境であっても安定した通信品質を提供する伝送制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１６７６８４号公報

図４に示すように、従来の通信（ＱｏＳ：Quality of Service無し）における変調方式（Modulation Class）は、受信信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference Noise Ratio）の値で判別して選択されており、音声通信（ＶｏＩＰ（Voice over IP）通信）（ＱｏＳ有り）の変調方式は、ＳＩＮＲ値から得られる変調方式よりも、通常低い変調方式（多値数が小さい変調方式）が選択される。この理由は、変調方式が低い場合（多値数が小さい変調方式の場合）、低ＳＩＮＲ値でも受信が可能であるためである（図５参照）。

しかし、基地局のＬ２（レイヤ２）またはＬ３（レイヤ３）における送信側のキュー（Queue）値が増えた場合は、ユーザ端末側のＳＩＮＲ値を基地局が常に受信しており、そのＳＩＮＲ値で判別して、変調方式が選択される（基本的に高い変調方式（多値数が大きい変調方式）が選択される）。特に、音声通信（ＶｏＩＰ（Voice over IP）通信）（ＱｏＳ有り）において、キュー値が増えた場合にＳＩＮＲ値で変調方式を判断するが、受信状態が良い場合は、変調方式は最高のもの（多値数が大きい変調方式）を選択してしまう。この場合（変調方式が最高のものについて選択された場合）、特に２つの問題が生じる。すなわち、（１）フェージングが発生し、エラーが頻発するという問題や、（２）ネットワークに高負荷がかかるという問題である。

特に、上記問題のうち（２）の問題の一例として、ＶｏＩＰ通信でＧ．７２９を利用する場合、２０ｍｓ毎に２０バイトの音声パケットが送信される。このパケットに、ＩＰヘッダ、ＵＤＰヘッダ、ＲＴＰヘッダ、ＰＰＰヘッダが付加され、６５バイト相当になる。この場合の通信スループットは、２６．０ｋｂｐｓとなり、図６のシングルストリームを参照すると、アップリンクの場合は、変調方式は“２”、ダウンリンクの場合は“０”を選択させるのが、効率が良いことが分かる。その際、何らかの要因で、パケットが送信キューの量にかかわらず閾値以上貯まると、ユーザ端末側のＳＩＮＲが良い場合、変調方式は“８”（スループット：３５３．６ｋｂｐｓ）を選択することになり、６倍以上負荷がかかってしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、モビリティ性能を改善できると共に、無線リソースを有効に利用でき、低消費電力化も促進できる通信方法および通信装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、適応変調方式を用いた通信を行う通信装置における通信方法において、相手側通信装置へ送信するデータを格納する格納ステップと、相手側通信装置との間における通信品質（ＳＩＮＲ）を把握し、把握した通信品質に基づいて、第１の変調方式を選択する第１変調方式選択ステップと、前記格納されたデータの量を把握するデータ量把握ステップと、前記把握されたデータの量が所定値を超えるか否かを判断する判断ステップと、判断の結果、前記把握されたデータの量が所定値を超えた場合には、現在の変調方式を選択した際のデータの量に、前記データ量把握ステップで把握されたデータの量を加算し、当該加算されたデータの量に基づいて、第２の変調方式を選択する第２変調方式選択ステップと、前記選択された第１の変調方式と第２の変調方式とを比較する比較ステップと、前記比較の結果、前記第１の変調方式か第２の変調方式かを決定する決定ステップと、前記決定された変調方式で、前記相手側通信装置へ、前記格納ステップで格納されたデータを送信する送信ステップとを含むことを特徴とする。

前記比較ステップでの比較の結果、多値数が小さい変調方式を選択することが好ましい。また、前記データを送信する場合の、所定時間の送信データ量を示す値が一定か否かを判断し、一定である場合に、前記判断ステップ以降の処理を実行することが好ましい。さらに、前記データは、音声パケット等の低変調方式（多値数が小さい変調方式）で通信品質保証（ＱｏＳ）を必要とするデータあることが好ましい。

また、本発明は、適応変調方式を用いた通信を行う通信装置において、相手側通信装置へ送信するデータを順次取得するデータ取得手段と、取得されたデータを格納する格納手段と、変調方式を決定する変調方式決定手段と、前記変調方式決定手段における前記決定を制御する制御手段と、前記制御手段による制御により前記変調方式決定手段で選択された変調方式を用いて、前記相手側通信装置へ、前記格納手段で格納されたデータを送信する送信手段とを有し、前記制御手段が、前記相手側通信装置との間における通信品質を把握し、把握した通信品質に基づいて第１の変調方式を選択し、前記格納手段に格納されたデータの量を把握し、前記把握されたデータの量が所定値を超えた場合には、現在の変調方式を選択した際のデータの量に、前記把握されたデータの量を加算し、当該加算されたデータの量に基づいて第２の変調方式を選択し、前記選択された第１の変調方式と第２の変調方式との変調方式のうち、いずれか１の変調方式に決定することを特徴とする。

本発明は、Ｌ２（レイヤ２）またはＬ３（レイヤ３）における送信側のキュー値が増えた場合においても、最適な変調方式を選択できるので、モビリティ性能を改善できると共に、ネットワーク負荷を軽減することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の無線通信システムにおいて、通信装置として用いられる基地局およびユーザ端末の構成の一例を示すブロック図である。この無線通信システムは、ここでは特にｉＢｕｒｓｔ（登録商標）システムであるとして説明する。基地局１００は、送受信部１１０とシステム制御部１２０と記憶部１３０からなり、システム制御部１２０は、音声通信（ＶｏＩＰ通信）の相手側通信装置であるユーザ端末へ送信するデータを順次取得するデータ取得部１２１と、変調方式を決定する変調方式決定部１２２と、変調方式決定部１２２における決定を制御する制御部１２３とを有し、記憶部１３０は、データ取得部１２１で取得されたデータを格納するデータ格納部１３１を有している。

記憶部１３０は、データ格納部１３１を有すると共に、ＳＩＮＲ値と変調方式との関係を示すテーブル、ＱｏＳ（Quality of Service）と変調方式との関係を示すテーブル、ＲＩＤ（Ｒｅｇｉｓｔｒａｒｉｏｎ ＩＤ）毎の変調方式のテーブルの情報を格納している。制御部１２３は、通信相手側のユーザ端末との間における通信品質（ＳＩＮＲ）を把握し、把握した通信品質に基づいて変調方式を選択し、データ格納部１３１に格納されたデータの量を把握し、把握されたデータの量が所定値を超えた場合には、現在の変調方式を選択した際のデータの量に、把握されたデータの量を加算し、加算されたデータの量に基づいて変調方式を選択し、通信品質に基づいて選択された変調方式と、加算されたデータの量に基づいて選択された変調方式との変調方式のうち、いずれか１の変調方式に決定する。送受信部１１０は、制御部１２３による制御により変調方式決定部１２２で選択された変調方式を用いて、通信相手側のユーザ端末へ、データ格納部１３１で格納されたデータを送信する。

図２は、本発明の基地局における変調方式の選択方法を説明するフローチャートである。このフローは、フレーム（ｉＢｕｒｓｔ（登録商標）の場合は、５ｍｓ）に同期して、処理されるＬ３（レイヤ３）のアルゴリズムである。まず、基地局は、フレームに同期して処理をするため、現在通信中のユーザ端末数（ストリーム数）を確認し、通信中のユーザ端末数（ストリーム数）を変数ＵＮに代入する（ステップ１０１）。次に、ＵＮ＝０か否かを判定する（ステップ１０２）。ＵＮ＝０であれば、通信中のユーザ端末が無い場合であるから、処理を終了する。

ＵＮ≠０であれば、ＳＩＮＲ値と変調方式との関係を示すテーブルを参照し、ユーザ端末側から送信されるＳＩＮＲ値または自基地局が測定したＳＩＮＲ値に基づいて変調方式ＭＣsinrを選択する（ステップ１０３）。次に、通信で使用されるデータのＱｏＳマーキングチェック／Ｌ２（レイヤ２）のＦＥＲ（Frame Error Rate：フレーム誤り率）チェックを行う（ステップ１０４）。ＱｏＳマーキングは、ＤｉｆｆＳｅｒｖで規定され、ＩＰヘッダのＴＯＳフィールドに挿入される。ＱｏＳマーキングにより既知情報として基地局に組み込むことも可能である。なお、ＱｏＳマーキングが既知情報で無い場合、ＲＴＰデータや、送信間隔や、データ量からスループットを予測することも可能である。続いて、ＱｏＳが有るか否かを判定し（ステップ１０５）、ＱｏＳが有る場合は、固定スループットか否かをＱｏＳマーキングで確認する。すなわち、データを送信する場合の、所定時間の送信データ量を示す値（スループット）が一定か否かを判断する（ステップ１０６）。固定スループットであれば、Ｌ２（レイヤ２）またはＬ３（レイヤ３）におけるキュー値（データ格納部１３１に格納されたデータの量）が規定のキュー閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップ１０７）。キュー値が規定のキュー閾値よりも小さい場合は、ＱｏＳと変調方式との関係を示すテーブルを参照して、ＱｏＳに規定された変調方式ＭＣqを選択する（ステップ１０８）。次に、ＱｏＳに規定された変調方式ＭＣqとＳＩＮＲ値から得られた変調方式ＭＣsinrとを比較し（ステップ１０９）、多値数が小さい変調方式を選択する。変調方式ＭＣqの方が変調方式ＭＣsinrよりも低い場合は、変調方式ＭＣqに決定し、ユーザ端末を固定できるＲＩＤと関連付けて、決定した変調方式ＭＣqを記憶部１３０に格納する（ステップ１１０）。

ステップ１０６において、固定スループットでない場合は、ＲＴＰデータのチェックを行い（ステップ１１２）、キュー値が規定のキュー閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップ１１３）。キュー値が規定のキュー閾値よりも小さい場合は、ＱｏＳと変調方式との関係を示すテーブルを参照して、ＱｏＳに規定された変調方式ＭＣqを選択し（ステップ１１４）、ステップ１０９へ進む。ステップ１０７において、キュー値が規定のキュー閾値よりも大きい場合は、前回（現在）の変調方式を選択した際のデータの量に、キュー値を加算し、加算されたデータの量からスループットを算出し、算出したスループットに基づいて今回の変調方式ＭＣqを選択し（ステップ１１１）、ステップ１０９へ進む。

ステップ１０５において、ＱｏＳが無い場合、およびステップ１１３において、キュー値が規定のキュー閾値よりも大きい場合、およびステップ１０９において、ＱｏＳに規定された変調方式ＭＣqの方がＳＩＮＲ値から得られた変調方式ＭＣsinrよりも高い場合（多値数が大きい場合）は、変調方式ＭＣsinrに決定する。なお、変調方式ＭＣsinrに決定しても、キュー値が多くなりすぎて通信品質が極めて悪くなるような場合には、通信を終了するようにしても良い。次に、変数ＵＮに代入されている通信中のユーザ端末数をデクリメントしてステップ１０２に戻って、次のユーザ端末に対する変調方式を決定する。このようにして、全てのユーザ端末に対する変調方式を決定する。

また、上述した変調方式の選択方法は、ユーザ端末にも適用することができる。図１に示すユーザ端末２００は、送受信部２１０とシステム制御部２２０と記憶部２３０からなり、システム制御部２２０は、音声通信の相手側通信装置である基地局へ送信するデータを順次取得するデータ取得部２２１と、変調方式を決定する変調方式決定部２２２と、変調方式決定部２２２における決定を制御する制御部２２３とを有し、記憶部２３０は、データ取得部２２１で取得されたデータを格納するデータ格納部２３１を有している。

記憶部２３０は、データ格納部２３１を有すると共に、ＳＩＮＲ値と変調方式との関係を示すテーブル、ＱｏＳと変調方式との関係を示すテーブルの情報を格納している。制御部２２３は、通信相手側の基地局との間における通信品質（ＳＩＮＲ）を把握し、把握した通信品質に基づいて変調方式を選択し、データ格納部２３１に格納されたデータの量を把握し、把握されたデータの量が所定値を超えた場合には、現在の変調方式を選択した際のデータの量に、把握されたデータの量を加算し、加算されたデータの量に基づいて変調方式を選択し、通信品質に基づいて選択された変調方式と、加算されたデータの量に基づいて選択された変調方式との変調方式のうち、いずれか１の変調方式に決定する。送受信部２１０は、制御部２２３による制御により変調方式決定部２２２で選択された変調方式を用いて、通信相手側の基地局へ、データ格納部２３１で格納されたデータを送信する。

図３は、本発明のユーザ端末における変調方式の選択方法を説明するフローチャートである。まず、ユーザ端末は、ＳＩＮＲ値と変調方式との関係を示すテーブルを参照して、基地局側から送信されるＳＩＮＲ値または自ユーザ端末が測定したＳＩＮＲ値に基づいて変調方式ＭＣsinrを選択する（ステップ２０１）。次に、通信で使用されるデータのＱｏＳマーキングチェック／Ｌ２（レイヤ２）のＦＥＲ（Frame Error Rate：フレーム誤り率）チェックを行う（ステップ２０２）。ＱｏＳマーキングは、ＤｉｆｆＳｅｒｖで規定され、ＩＰヘッダのＴＯＳフィールドに挿入される。なお、ＱｏＳマーキングが既知情報で無い場合、ＲＴＰデータや、送信間隔や、データ量からスループットを予測することも可能である。続いて、ＱｏＳが有るか否かを判定し（ステップ２０３）、ＱｏＳが有る場合は、固定スループットか否かをＱｏＳマーキングで確認する。すなわち、データを送信する場合の、所定時間の送信データ量を示す値（スループット）が一定か否かを判断する（ステップ２０４）。固定スループットであれば、キュー値（データ格納部２３１に格納されたデータの量）がキュー閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップ２０５）。キュー値がキュー閾値よりも小さい場合は、ＱｏＳと変調方式との関係を示すテーブルを参照して、ＱｏＳに規定された変調方式ＭＣqを選択する（ステップ２０６）。次に、ＱｏＳに規定された変調方式ＭＣqとＳＩＮＲ値から得られた変調方式ＭＣsinrとを比較し（ステップ２０７）、多値数が小さい変調方式を選択する。変調方式ＭＣqの方が変調方式ＭＣsinrよりも低い場合は、変調方式ＭＣqに決定する（ステップ２０８）。

ステップ２０４において、固定スループットでない場合は、ＲＴＰデータのチェックを行い（ステップ２１０）、キュー値が規定のキュー閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップ２１１）。キュー値がキュー閾値よりも小さい場合は、ＱｏＳと変調方式との関係を示すテーブルを参照して、ＱｏＳに規定された変調方式ＭＣqを選択し（ステップ２１２）、ステップ２０７へ進む。ステップ２０５において、キュー値が規定のキュー閾値よりも大きい場合は、前回（現在）の変調方式を選択した際のデータの量に、キュー値を加算し、加算されたデータの量からスループットを算出し、算出したスループットに基づいて今回の変調方式ＭＣqを選択し（ステップ２０９）、ステップ２０７へ進む。

ステップ２０３において、ＱｏＳが無い場合、およびステップ２１１において、キュー値が規定のキュー閾値よりも大きい場合、およびステップ２０７において、ＱｏＳに規定された変調方式ＭＣqの方がＳＩＮＲ値から得られた変調方式ＭＣsinrよりも高い場合は、変調方式ＭＣsinrに決定する。なお、変調方式ＭＣsinrに決定しても、キュー値が多くなりすぎて通信品質が極めて悪くなるような場合には、通信を終了するようにしても良い。

上述のように、本発明は、Ｌ２（レイヤ２）またはＬ３（レイヤ３）における送信側のキュー値が増えた場合においても、最適な変調方式を選択できるので、モビリティ性能を改善できると共に、ネットワーク負荷を軽減することができる。

本発明の基地局およびユーザ端末の構成の一例を示すブロック図である。 基地局における変調方式の選択方法を説明するフローチャートである。 ユーザ端末における変調方式の選択方法を説明するフローチャートである。 基地局における従来の変調方式の選択方法を説明するフローチャートである。 変調方式と受信感度との関係の一例を示す図である。 変調方式と通信スループットとの関係の一例を示す図である。

符号の説明

１００ 基地局
１１０，２１０ 送受信部
１２０，２２０ システム制御部
１２１，２２１ データ取得部
１２２，２２２ 変調方式決定部
１２３，２２３ 制御部
１３０，２３０ 記憶部
１３１，２３１ データ格納部
２００ ユーザ端末

Claims (5)

1. 適応変調方式を用いた通信を行う通信装置における通信方法において、
   相手側通信装置へ送信するデータを格納する格納ステップと、
   相手側通信装置との間における通信品質を把握し、把握した通信品質に基づいて、第１の変調方式を選択する第１変調方式選択ステップと、
   前記格納されたデータの量を把握するデータ量把握ステップと、
   前記把握されたデータの量が所定値を超えるか否かを判断する判断ステップと、
   判断の結果、前記把握されたデータの量が所定値を超えた場合には、現在の変調方式を選択した際のデータの量に、前記データ量把握ステップで把握されたデータの量を加算し、当該加算されたデータの量に基づいて、第２の変調方式を選択する第２変調方式選択ステップと、
   前記選択された第１の変調方式と第２の変調方式とを比較する比較ステップと、
   前記比較の結果、前記第１の変調方式か第２の変調方式かを決定する決定ステップと、
   前記決定された変調方式で、前記相手側通信装置へ、前記格納ステップで格納されたデータを送信する送信ステップと、を含む
   ことを特徴とする通信方法。
2. 前記比較ステップでの比較の結果、多値数が小さい変調方式を選択することを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
3. 前記データを送信する場合の、所定時間の送信データ量を示す値が一定か否かを判断し、一定である場合に、前記判断ステップ以降の処理を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の通信方法。
4. 前記データは、音声パケットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信方法。
5. 適応変調方式を用いた通信を行う通信装置において、
   相手側通信装置へ送信するデータを順次取得するデータ取得手段と、
   取得されたデータを格納する格納手段と、
   変調方式を決定する変調方式決定手段と、
   前記変調方式決定手段における前記決定を制御する制御手段と、
   前記制御手段による制御により前記変調方式決定手段で選択された変調方式を用いて、
   前記相手側通信装置へ、前記格納手段で格納されたデータを送信する送信手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、
   前記相手側通信装置との間における通信品質を把握し、
   把握した通信品質に基づいて第１の変調方式を選択し、
   前記格納手段に格納されたデータの量を把握し、
   前記把握されたデータの量が所定値を超えた場合には、現在の変調方式を選択した際のデータの量に、前記把握されたデータの量を加算し、当該加算されたデータの量に基づいて第２の変調方式を選択し、
   前記選択された第１の変調方式と第２の変調方式との変調方式のうち、いずれか１の変調方式に決定する、
   ことを特徴とする通信装置。

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