JP5108786B2 - 無線通信方法並びに無線制御局及び無線基地局 - Google Patents
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Description
一方、近年、中距離の大容量無線通信システムとして、周波数軸方向と時間軸方向とで無線フレームへの多重化をフレキシブルに行なうOFDMA(Orthogonal Frequency Domain Multiple Access)方式を用いた、IEEE802.16WG(Working Group)において、WiMAXと呼ばれるシステムの標準化、開発が進められている。なお、IEEE802.16WGでは、主に、固定通信用途向けのIEEE802.16d(例えば、下記の非特許文献1,2参照)と、移動通信用途向けのIEEE802.16e(例えば、下記の非特許文献2参照)の2種類を規定している。
図8にIEEE802.16e標準に準拠した無線フレームフォーマットを示す。この図8に示すように、IEEE802.16e標準に準拠した無線フレームは、BSからMSへの方向であるダウンリンク(DL)のサブフレームと、MSからBSへの方向であるアップリンク(UL)のサブフレームとが時間多重される。なお、時間軸方向に関して、DLサブフレームとULサブフレームとの間にはTTG(Transmit Transition Gap)が設けられ、無線フレーム間(ULサブフレームと次の無線フレームとの間にはRTG(Receive Transition Gap)が設けられる。
IEEE 802.16-2004 IEEE 802.16e-2005 (IEEE 802.16-2004/Cor1-2005)
即ち、ITSでは、信号機に路側機(信号基地局)を備え、交差点の信号機情報等を当該交差点から離れた(例えば、数100メートル先)場所に位置する車載機に通知可能なことが要望として挙がっている。しかし、市街地等では、信号機が数10メートル間隔などの近距離間隔で配置されている場合があり、このような場合、信号機に備えられた信号基地局が同一周波数を使用して、異なる情報を送信する場合には干渉が発生してしまう(図7参照)。
ここで、信号機の間隔が数10メートルの場合は、電波が数100メートル先まで届くことを要求されているため、セグメント数を10以上にしなければ干渉を回避することができないが、前記非特許文献2で定義されている無線フレームでは4以上のセグメントを規定していないため、信号機間隔が数10メートルの場合は、干渉を回避することができないことになる。また、WiMAXシステムの場合は、BSがMSとの通信に用いる無線リソースを同期型で集中制御するため、制御機能や同期機能のコストが高く信号基地局が高価になる。
また、本発明の目的の一つは、当該割り当てを、前記無線フレームのフォーマットを変更せずに実現することにある。
なお、上記目的に限らず、後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
(2)また、第2の案として、例えば、複数の無線基地局と、無線制御局と、無線端末とをそなえた無線通信システムにおける前記無線制御局であって、前記各無線基地局が前記無線端末との通信に用いる無線フレーム中の通信領域の第1の割当情報を生成する割当情報生成手段と、前記割当情報生成手段により生成された前記第1の割当情報を、前記無線制御局が前記無線端末との通信に用いる前記無線フレーム中の通信領域の第2の割当情報とともに同一の無線フレームで前記各無線基地局及び前記無線端末に直接送信する送信手段とをそなえた、無線制御局を用いることができる。
(3)さらに、第3の案として、例えば、複数の無線基地局と、無線制御局と、無線端末とをそなえた無線通信システムにおける前記無線基地局であって、前記無線制御局から前記各無線基地局及び前記無線端末に直接送信される、前記無線基地局が前記無線端末との通信に用いる無線フレーム中の通信領域の第1の割当情報を、前記無線制御局が前記無線端末との通信に用いる前記無線フレーム中の通信領域の第2の割当情報とともに同一の無線フレームで前記無線制御局から受信する割当情報受信手段と、前記割当情報受信手段で受信された前記第1の割当情報に応じた前記無線フレーム中の通信領域で、前記無線端末との通信を行なう通信手段とをそなえた、無線基地局を用いることができる。
(1)無線制御局が、集中的に、各無線基地局が無線端末との間の通信に使用する通信領域(無線リソース)を割当制御するので、無線基地局間の電波干渉を回避しつつ、例えば、信号機情報を含む道路交通情報などを広範囲にわたって無線端末へ提供することが可能となる。
(3)IEEE802.16eの標準に準拠した無線フレームフォーマットに一切変更を加える必要がないので、無線制御局,無線基地局,無線端末のいずれも、IEEE802.16e標準の無線通信機能をサポート可能であれば容易に実現が可能である。
(5)無線制御局は、無線基地局間で、無線フレームにおいて通信領域が重なった場合に干渉が発生するか否かの干渉情報を保持、管理し、干渉が発生しない無線基地局については、同一無線フレームにおいて通信領域を重ねて割り当てることができるので、周波数利用効率を向上することが可能である。
(7)各無線基地局が、自身に割り当てられた、無線端末との通信に使用可能なコネクション識別子(CID)を保持、管理するとともに、無線制御局が各無線基地局における前記CIDを保持、管理し、無線制御局が、前記割当情報にCIDを含めて送信するので、各無線基地局は、自身に割り当てられたCIDを含む割当情報を識別して適切に受信することができ、当該割当情報で指定された通信領域での通信を適切に行なうことが可能である。
(9)無線制御局は、各無線基地局が送信するデータ量を固定値として無線基地局毎に固定サイズのバースト割り当てすることもできるし、各無線基地局が送信するデータ量に関する情報を各無線基地局からバックホール回線等を経由して取得し、無線基地局毎に、そのデータ量に応じたサイズのバーストを割り当てることもできるので、無線基地局別に、必要なサイズのバーストを柔軟に割り当てることができる。
10A 無線通信エリア
101 MAP情報生成部
102 送信部
103 アンテナ共用器(デュプレクサ)
104 送受信アンテナ
105 CID管理部
106 非干渉局管理部
107 MAP情報(無線リソース)割当制御部
108 受信部
20 信号基地局(無線基地局)
20A 無線通信エリア
201 信号データ生成部
202 送信部
203 アンテナ共用器(デュプレクサ)
204 送受信アンテナ
205 CID管理部
206 受信部
207 MAP情報解析部
208 バースト割当制御部
30 無線端末(車載機)
(一実施形態の説明)
図1は本発明の一実施形態に係る無線通信システムとしてのITSの構成を示す図で、この図1に示すシステムは、道路上の複数の信号機に備えられた信号基地局(無線基地局)20と、これらの信号基地局20が形成する無線通信エリア20Aをカバーしうる無線通信エリア10Aを形成する広域制御局(無線制御局)10とをそなえて構成され、信号基地局20から数100m離れた車両に設置(搭載)された無線端末30(以下、車載機30と表記する)に対して、当該信号基地局20が設置された信号機の信号情報(現在、赤か青かなど)や、当該信号機周辺の道路状況に関する情報を無線通信により車載機30へ提供することが可能となっている。
図2に広域制御局10の構成例を示す。この図10に示す広域制御局10は、その要部の機能に着目すると、例えば、MAP情報生成部101と、送信部102と、アンテナ共用器(デュプレクサ)103と、送受信アンテナ104と、CID管理部105と、非干渉局管理部106と、MAP情報割当制御部107と、受信部108とをそなえて構成される。
CID管理部105は、広域制御局10配下の各信号基地局20が車載機30との通信に使用可能なCIDを割り当て(保持)、管理するもので、当該CIDは、信号基地局20間で重複しないように、システム構成情報(トポロジー情報)等に基づいて割り当てられる。これは、CIDが各信号基地局20の識別子として使用されることを意味している。
そして、MAP情報(無線リソース)割当制御部107は、この非干渉局管理部106で管理されている信号基地局間干渉情報(以下、単に「干渉情報」ともいう)と、前記CID管理部105で管理されている信号基地局20毎のCIDとに基づいて、CIDにより識別される無線フレームにおけるバースト(位置、サイズ)の割り当てが信号基地局20間で干渉しない配置となるMAP情報がMAP情報生成部101にて生成されるよう当該MAP情報生成部101を制御するものである。
図3に、各信号基地局20の構成を示す。この図3に示す信号基地局20は、その要部の機能に着目すると、例えば、信号データ生成部201と、送信部202と、アンテナ共用器(デュプレクサ)203と、送受信アンテナ204と、CID管理部205と、受信部206と、MAP情報解析部207と、バースト割当制御部208とをそなえて構成される。
CID管理部205は、自信号基地局20が送信すべきコネクションのIDを管理するもので、広域制御局10で前記表1に示すごとく割り当て、管理されているCID(使用可能なCID)を図示しないメモリ等に記憶している。即ち、例えば、信号基地局#1であれば、CID=#1〜#8を保持し、信号基地局#2であれば、CID=#9〜#16を保持している。したがって、各信号基地局20は、受信したMAP情報(DL-MAP)に含まれるCIDが当該CID管理部205で管理(登録)されているCIDであれば、当該MAP情報により指定されているバーストを自信号基地局20で受信すると判断することが可能となる。なお、信号基地局20と車載機30との間の通信(路車間通信)がマルチキャスト/ブロードキャスト形式で行なわれる場合は、IEEE802.16e標準で定義されたマルチキャストコネクションIDを用いることができる。
(ITSの動作説明)
以下、上述のごとく構成された本実施形態のITSの動作について、図6を併用して説明する。
一方、各信号基地局20では、広域制御局10の送信する無線フレームのプリアンブルを検出することによりDLの同期を確立し、広域制御局10が送信するMAP情報の全てを受信する。即ち、広域制御局10からの信号がアンテナ204で受信されると、当該受信信号は、受信部206を経由することにより、DL同期が確立されて、最終的に、復号され、MAP情報解析部207に転送される。MAP情報解析部207は、前記受信信号の復号結果からMAP情報を検出してその内容を解析する。
なお、この際、広域制御局10から受信したヘッダ情報(MAP情報)を無線通信エリア20Aへ併せて中継(リレー)することもできる。また、広域制御局10が自局で生成したデータの送信のためにバーストを確保し(例えば図5のバースト#15)、そのデータを受信した信号基地局20が、当該データを自局20に割り当てられたバーストの一部を利用して、リレーすることもできる。
例えば、広域制御局10の無線リソース(MAP情報)の割当制御は、要求された帯域に応じて無線リソースを割り当てるだけの処理で、一般のWiMAXのBSの処理と同一若しくは同様であるため、機能の流用が容易である。一方、車載機30は、信号基地局20の位置情報をWiMAXレイヤよりも上位のレイヤでデータとして抽出できればよいため、WiMAXレイヤ以下の機能の変更は不要である。
さらに、広域制御局10は、信号基地局20間で、バーストが重なった場合に干渉が発生するか否かの干渉情報を非干渉局管理部106にて保持、管理し、干渉が発生しない信号基地局20については、MAP情報割当制御部107によって、同一無線フレームにおいてバーストを重ねて割り当てることができるので、周波数利用効率を向上することが可能である。特に、干渉情報は、信号基地局20間の距離や、各信号基地局20の送信電力、変調方式、符号化率などに応じて異なるが、広域制御局20では、その相違に基づいてバーストの割り当てを制御することができるので、より柔軟できめ細かな割当制御を実施することが可能である。
また、広域制御局10は、各信号基地局20が送信するデータ量を固定値として信号基地局20毎に固定サイズのバースト割り当てすることもできるし、各信号基地局20の送信データ量に関する情報を各信号基地局20からバックホール回線等を経由して取得し、信号基地局20毎に、その送信データ量に応じたサイズのバーストを割り当てることもできるので、信号基地局20別に、必要なサイズのバーストを柔軟に割り当てることができる。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
複数の無線基地局と、無線制御局と、無線端末とをそなえた無線通信システムにおいて、
前記無線制御局は、
前記各無線基地局が前記無線端末との通信に用いる無線フレーム中の通信領域の割当情報を前記各無線基地局及び前記無線端末に送信し、
前記各無線基地局は、
前記無線制御局から受信した前記割当情報に応じた前記無線フレーム中の通信領域で、前記無線端末との通信を行なう
ことを特徴とする、無線通信方法。
(付記2)
前記通信領域は、時間と周波数とで規定される領域であることを特徴とする、付記1記載の無線通信方法。
(付記3)
前記無線制御局は、
前記割当情報を前記無線フレームの一部であるヘッダ部分に含めて前記各無線基地局へ送信し、前記ヘッダ部分以外の通信領域は前記各無線基地局へ送信しないことを特徴とする、付記1又は2に記載の無線通信方法。
(付記4)
前記無線制御局は、
前記無線基地局間で、前記無線フレームにおいて前記通信領域が重なった場合に干渉が発生するか否かを示す干渉情報を保持し、
前記干渉情報に基づき、干渉が発生する前記無線基地局間については、前記無線フレームにおいて前記通信領域が重複しない割当情報を生成することを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の無線通信方法。
(付記5)
前記無線制御局は、
前記干渉情報に基づき、干渉が発生しない前記無線基地局間については、前記無線フレームにおいて前記通信領域の一部又は全部が重複する割当情報を生成することを特徴とする、付記4記載の無線通信方法。
(付記6)
前記各無線基地局は、自身に割り当てられた、前記無線端末との通信に使用可能なコネクション識別子を保持するとともに、前記無線制御局は、前記各無線基地局に割り当てられた各コネクション識別子を保持し、
前記無線制御局は、
前記コネクション識別子のいずれかを前記割当情報に含めて前記各無線基地局へ送信し、
前記各無線基地局は、
自身に割り当てられたコネクション識別子を含む割当情報を受信し、
当該割当情報に応じた前記通信領域で、前記無線端末との通信を行なうことを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載の無線通信方法。
(付記7)
前記各無線基地局は、
前記通信領域で送信する送信データに自身の位置情報を含めて前記無線端末へ送信し、
前記無線端末は、
前記位置情報に基づいて前記送信データの送信元である無線基地局を識別することを特徴とする、付記1〜6のいずれか1項に記載の無線通信方法。
(付記8)
前記無線制御局は、
前記各無線基地局が前記通信領域で送信するデータ量に応じたサイズの前記通信領域の割当情報を生成することを特徴とする、付記1〜7のいずれか1項に記載の無線通信方法。
(付記9)
前記データ量は、前記各無線基地局で固定値であることを特徴とする、付記8記載の無線通信方法。
(付記10)
前記無線制御局は、
前記データ量に関する情報を前記各無線基地局から、バックホール回線経由で取得することを特徴とする、付記8記載の無線通信方法。
(付記11)
前記干渉情報は、前記各無線基地局間の距離、前記各無線基地局の送信電力、変調方式および符号化率のいずれか1又は2以上の組み合わせに基づいて求められる情報であることを特徴とする、付記4又は5に記載の無線通信方法。
(付記12)
前記無線基地局は交通手段の信号機に設置され、前記無線端末は前記交通手段における車両に設置されていることを特徴とする、付記1〜11のいずれか1項に記載の無線通信方法。
(付記13)
複数の無線基地局と、無線制御局と、無線端末とをそなえた無線通信システムにおける前記無線制御局であって、
前記各無線基地局が前記無線端末との通信に用いる無線フレーム中の通信領域の割当情報を生成する割当情報生成手段と、
前記割当情報生成手段により生成された割当情報を前記各無線基地局及び前記無線端末に送信する送信手段と
をそなえたことを特徴とする、無線制御局。
(付記14)
前記通信領域は、時間と周波数とで規定される領域であることを特徴とする、付記13記載の無線制御局。
(付記15)
前記送信手段は、
前記割当情報を前記無線フレームの一部であるヘッダ部分に含めて前記各無線基地局へ送信し、前記ヘッダ部分以外の通信領域は前記各無線基地局へ送信しないことを特徴とする、付記13又は14に記載の無線制御局。
(付記16)
前記無線基地局間で、前記無線フレームにおいて前記通信領域が重なった場合に干渉が発生するか否かを示す干渉情報を保持する干渉情報保持手段をさらにそなえ、
前記割当情報生成手段は、
前記干渉情報保持手段における干渉情報に基づき、干渉が発生する前記無線基地局間については、前記無線フレームにおいて前記通信領域が重複しない割当情報を生成することを特徴とする、付記13〜15のいずれか1項に記載の無線制御局。
(付記17)
前記割当情報生成手段は、
前記干渉情報に基づき、干渉が発生しない前記無線基地局間については、前記無線フレームにおいて前記通信領域の一部又は全部が重複する割当情報を生成することを特徴とする、付記16記載の無線制御局。
(付記18)
前記各無線基地局に割り当てられたコネクション識別子を保持するコネクション識別子保持手段をさらにそなえ、
前記割当情報生成手段は、
前記コネクション識別子を含む前記割当情報を生成することを特徴とする、付記13〜17のいずれか1項に記載の無線制御局。
(付記19)
前記割当情報生成手段は、
前記各無線基地局が前記通信領域で送信するデータ量に応じたサイズの前記通信領域の割当情報を生成することを特徴とする、付記13〜18のいずれか1項に記載の無線制御局。
(付記20)
前記データ量は、前記各無線基地局で固定値であることを特徴とする、付記19記載の無線制御局。
(付記21)
前記データ量に関する情報を前記各無線基地局から、バックホール回線経由で取得するデータ量情報取得手段をさらにそなえたことを特徴とする、付記19記載の無線制御局。
(付記22)
前記干渉情報は、前記各無線基地局間の距離、前記各無線基地局の送信電力、変調方式および符号化率のいずれか1又は2以上の組み合わせに基づいて求められる情報であることを特徴とする、付記16又は17に記載の無線制御局。
(付記23)
複数の無線基地局と、無線制御局と、無線端末とをそなえた無線通信システムにおける前記無線基地局であって、
前記無線端末との通信に用いる無線フレーム中の通信領域の割当情報を前記無線制御局から受信する割当情報受信手段と、
前記割当情報受信手段で受信された割当情報に応じた前記無線フレーム中の通信領域で、前記無線端末との通信を行なう通信手段と
をそなえたことを特徴とする、無線基地局。
(付記24)
自身に割り当てられた、前記無線端末との通信に使用可能なコネクション識別子を保持するコネクション識別子保持手段をさらにそなえ、
前記割当情報受信手段は、
自身に割り当てられたコネクション識別子を含む前記割当情報を受信し、
前記通信手段は、
当該割当情報に応じた前記通信領域で、前記無線端末との通信を行なうことを特徴とする、付記23記載の無線基地局。
(付記25)
前記通信手段は、
前記通信領域で送信する送信データに自身の位置情報を含めて前記無線端末へ送信することを特徴とする、付記23又は24に記載の無線基地局。
Claims (17)
- 複数の無線基地局と、無線制御局と、無線端末とをそなえた無線通信システムにおいて、
前記無線制御局は、
前記各無線基地局が前記無線端末との通信に用いる無線フレーム中の通信領域の第1の割当情報を、前記無線制御局が前記無線端末との通信に用いる前記無線フレーム中の通信領域の第2の割当情報とともに同一の無線フレームで前記各無線基地局及び前記無線端末に直接送信し、
前記各無線基地局は、
前記無線制御局から受信した前記第1の割当情報に応じた前記無線フレーム中の通信領域で、前記無線端末との通信を行なう
ことを特徴とする、無線通信方法。 - 前記各無線基地局は、
前記無線端末との通信に利用可能な少なくとも1つのコネクション識別子を保持し、前記第1の割当情報に含まれるコネクション識別子と前記保持しているコネクション識別子とが一致する場合に、前記無線端末との通信を行なう、
ことを特徴とする、請求項1記載の無線通信方法。 - 前記コネクション識別子は、少なくともブロードキャスト用のコネクション識別子を含む、
ことを特徴とする、請求項2記載の無線通信方法。 - 前記無線制御局が前記無線基地局に直接送信する前記第1の割当情報と前記無線制御局が前記無線端末に直接送信する前記第2の割当情報とが同一の情報であって、当該情報は、前記無線基地局が前記無線端末と通信を行なうための割当情報である、
ことを特徴とする、請求項1記載の無線通信方法。 - 前記無線基地局が前記無線端末と行なう通信によって送信する情報は、該無線基地局でローカルに生成された情報を含む、
ことを特徴とする、請求項1,2,4のいずれか1項に記載の無線通信方法。 - 前記無線基地局が前記無線端末と行なう通信によって送信する情報は、該無線基地局の位置情報を含み、
前記無線端末は、
前記位置情報に基づいて、前記送信された情報の送信元である無線基地局を識別する、
ことを特徴とする、請求項1,2,4,5のいずれか1項に記載の無線通信方法。 - 複数の無線基地局と、無線制御局と、無線端末とをそなえた無線通信システムにおける前記無線制御局であって、
前記各無線基地局が前記無線端末との通信に用いる無線フレーム中の通信領域の第1の割当情報を生成する割当情報生成手段と、
前記割当情報生成手段により生成された前記第1の割当情報を、前記無線制御局が前記無線端末との通信に用いる前記無線フレーム中の通信領域の第2の割当情報とともに同一の無線フレームで前記各無線基地局及び前記無線端末に直接送信する送信手段と
をそなえたことを特徴とする、無線制御局。 - 前記通信領域は、時間と周波数とで規定される領域であることを特徴とする、請求項7記載の無線制御局。
- 前記送信手段は、
前記第1の割当情報を前記無線フレームの一部であるヘッダ部分に含めて前記各無線基地局へ送信し、前記ヘッダ部分以外の通信領域は前記各無線基地局へ送信しないことを特徴とする、請求項7又は8に記載の無線制御局。 - 前記無線基地局間で、前記無線フレームにおいて前記通信領域が重なった場合に干渉が発生するか否かを示す干渉情報を保持する干渉情報保持手段をさらにそなえ、
前記割当情報生成手段は、
前記干渉情報保持手段における干渉情報に基づき、干渉が発生する前記無線基地局間については、前記無線フレームにおいて前記通信領域が重複しない割当情報を生成することを特徴とする、請求項7〜9のいずれか1項に記載の無線制御局。 - 前記割当情報生成手段は、
前記干渉情報に基づき、干渉が発生しない前記無線基地局間については、前記無線フレームにおいて前記通信領域の一部又は全部が重複する割当情報を生成することを特徴とする、請求項10記載の無線制御局。 - 前記各無線基地局に割り当てられたコネクション識別子を保持するコネクション識別子保持手段をさらにそなえ、
前記割当情報生成手段は、
前記コネクション識別子を含む前記第1の割当情報を生成することを特徴とする、請求項7〜11のいずれか1項に記載の無線制御局。 - 前記割当情報生成手段は、
前記各無線基地局が前記通信領域で送信するデータ量に応じたサイズの前記通信領域の割当情報を生成することを特徴とする、請求項7〜12のいずれか1項に記載の無線制御局。 - 複数の無線基地局と、無線制御局と、無線端末とをそなえた無線通信システムにおける前記無線基地局であって、
前記無線制御局から前記各無線基地局及び前記無線端末に直接送信される、前記無線基地局が前記無線端末との通信に用いる無線フレーム中の通信領域の第1の割当情報を、前記無線制御局が前記無線端末との通信に用いる前記無線フレーム中の通信領域の第2の割当情報とともに同一の無線フレームで前記無線制御局から受信する割当情報受信手段と、
前記割当情報受信手段で受信された前記第1の割当情報に応じた前記無線フレーム中の通信領域で、前記無線端末との通信を行なう通信手段と
をそなえたことを特徴とする、無線基地局。 - 自身に割り当てられた、前記無線端末との通信に使用可能なコネクション識別子を保持するコネクション識別子保持手段をさらにそなえ、
前記割当情報受信手段は、
自身に割り当てられたコネクション識別子を含む前記第1の割当情報を受信し、
前記通信手段は、
当該第1の割当情報に応じた前記通信領域で、前記無線端末との通信を行なうことを特徴とする、請求項14記載の無線基地局。 - 前記無線基地局が前記無線端末と行なう通信によって送信する情報は、該無線基地局でローカルに生成された情報を含む、
ことを特徴とする、請求項14または15に記載の無線基地局。 - 前記無線基地局が前記無線端末と行なう通信によって送信する情報は、該無線基地局の位置情報を含む、
ことを特徴とする、請求項14〜16のいずれか1項に記載の無線基地局。
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