JP5393603B2 - 無線通信システム - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信システムに係り、特に、移動局と基地局が複数のキャリアを用いてマルチキャリア通信を行う無線通信システムに関する。
近年、移動体通信は十分に普及したが、有線通信で実現しているリッチコンテンツサービスを移動体通信で実現するためには、更なる伝送速度向上が必要である。移動体通信での伝送速度向上のための技術として、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)やSDMA(Space Division Multiple Access)という技術があるが、非特許文献1では複数の通信キャリア周波数をサブキャリアとして束ねて、ひとつの通信路とみなすマルチキャリア通信方式が考えられている。
移動体通信は時間経過による無線特性の変化により、特定の周波数に対してのみフェージングが発生することがある。上記のマルチキャリア通信方式を採用した場合、使用する周波数帯の増加に伴い、前述の特定周波数にのみ発生するフェージングの影響を受けてしまうケースも増加することが考えられる。マルチキャリア通信方式において、特定の周波数に対するフェージングにより当該サブキャリアのみ通信品質が劣化すると、前記サブキャリアを通じて送信されたパケットに伝送誤りが頻発し、結果的に再送処理が多発することとなる。パケット再送処理の多発は、データ転送の遅延時間を引き起こすため、パケット送受信のリアルタイム性を必要とするVoIP(Voice over Internet Protocol)などのサービス提供時に課題となる。例えば、前述の非特許文献1では、前記のような、特定周波数にのみフェージングが発生し、当該サブキャリアのみ通信品質が劣化したケースでは、当該サブキャリアとでの通信を切断することにより、データ転送遅延時間を一定に保つ方法が規定されている。
特開平3−131143号公報 特開昭63−4729号公報
3GGP2 C.S00024−B_V2.0
上述した非特許文献1で開示されたマルチキャリア通信方式では、サブキャリア毎に受信C/N(Carrier to Noise)を測定し、測定したC/Nが規定値以下になった場合に通信品質が劣化したと判断し、当該サブキャリアの切断を行っている。しかし、特定サブキャリアを切断してしまうと、当該サブキャリアに対する無線特性が回復したときにスループットの回復が見込めない。切断されたサブキャリアに対する無線特性が回復した際に、当該サブキャリアに対して再接続を行う手順は非特許文献1で規定されているが、複雑なシグナリングパケットのやり取りが必要となり、無線特性が劣化/回復を繰り返す環境においては、当該サブキャリアの切断/接続のためのシグナリングパケットが大量に発生することが懸念される。
無線特性が劣化した場合に当該サブキャリアの切断を行わずに、再送パケットを低減させる方法として、特許文献1では通信品質が劣化した通信路に対してパケット長を変化させる方法が開示されている。また、特許文献2では、通信品質が劣化した通信路に対してデータ転送速度を変化させ再送パケットの発生を低減させる方法が開示されている。これら特許文献で開示されている方法では、無線特性の劣化したサブキャリアを切断せずにパケット再送処理の低減を図っているが、無線特性が劣化したサブキャリアに対して再送が必要な通常データを送信しているため、どうしてもパケット再送が継続的に発生してしまう。
これらの懸念点を鑑みて、本発明は、無線特性の劣化したサブキャリアを持つマルチキャリア通信において、無線特性の劣化したサブキャリアを切断することなく、パケット再送処理による通信遅延時間の発生を抑止させることを目的とする。
本発明による無線通信システムは、移動局と、前記移動局と複数のキャリア周波数を持って通信可能な無線基地局と、を有する無線通信システムにおいて、前記移動局で伝送誤りを検出する手段と、前記無線基地局からの再送不要データを検出する手段と、を有し、前記無線基地局で前記移動局からのパケット再送要求を検出する手段と、パケット再送要求を受けたデータが送信されたサブキャリアを検出する手段と、前記サブキャリアへ再送不要データを送信する機能と、を有することを特徴とする。
本発明の解決手段によると、
周波数の異なる複数のサブキャリアを用いて端末と通信する無線基地局を備えた無線通信システムであって、
前記無線基地局は、
端末へのデータパケットを送信するサブキャリアを複数選択し、該データパケットを選択された複数のサブキャリアに振り分けて送信するサブキャリア選択部と、
前記端末から受信されるデータパケットの再送要求を検出し、該データパケットの欠落又は伝送誤りのあったサブキャリアを特定する再送要求検出部と、
前記再送要求検出部で特定されたサブキャリアで、再送要求が不要であることを示す識別情報を含む再送不要パケットを送信する再送不要データ送信部と
を備え、
前記端末は、
サブキャリアで送信されるデータパケットの欠落又は伝送誤りを検出する受信部と、
パケットの欠落又は伝送誤りがある場合、前記無線基地局に該パケットの再送要求を送信する再送要求部と
を備え、
前記端末は、再送不要パケットについては前記再送要求部による再送要求を行わず、
且つ、
前記端末は、
前記無線基地局から予め定められた数の再送不要パケットを検出すると、該無線基地局にサブキャリア回復通知を送信する再送不要データ検出部
をさらに備え、
前記サブキャリア選択部は、サブキャリア回復通知を受信すると、再送不要パケットを送信していた該サブキャリアを含む複数のサブキャリアを選択し、データパケットを選択された複数のサブキャリアに振り分けて送信する
無線通信システムが提供される。
上述の無線通信システムによると、無線特性の劣化したサブキャリアを持つマルチキャリア通信において、無線特性の劣化したサブキャリアを切断することなく、パケット再送処理による遅延時間を低減させることができる。
また、上述の無線通信システムにおいて、
前記端末は、サブキャリアごとに、該サブキャリアのデータパケットの再送要求を送信してから予め定められた有効時間内か否かを検出するためのタイマをさらに備え、
前記再送不要データ検出部は、前記タイマが有効時間を経過したことを示すと、対応するサブキャリアを切断してもよい。
この無線通信システムによると、無線特性の劣化したサブキャリアの無線リソースを保持し続けることを回避することができる。
本発明によると、無線特性の劣化したサブキャリアを持つマルチキャリア通信において、無線特性の劣化したサブキャリアを切断することなく、パケット再送処理による遅延時間を低減させることができる。
ネットワーク構成図を説明する図である。 本実施の形態で使用する無線移動局を説明する図である。 本実施の形態で使用する無線基地局を説明する図である。 無線特性劣化検出時の動作シーケンスを説明する図である。 無線特性回復検出時の動作シーケンスを説明する図である。 本実施の形態で使用する送信サブキャリア情報テーブルを説明する図である。 本実施の形態で使用する再送不要データ構成を説明する図である。 第2の実施の形態で無線特性劣化検出時の動作シーケンスを説明する図である。 第2の実施の形態で無線特性回復検出時の動作シーケンスを説明する図である。 第2の実施の形態で使用する再送不要データ構成を説明する図である。 第2の実施の形態で使用するタイマ部を説明する図である。
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
1.第1の実施の形態
図1は、本発明による無線通信システムの実施の形態を示すネットワーク構成図である。
無線移動局20と無線基地局30は、例えばサブキャリア101とサブキャリア102とサブキャリア103を用いて通信を行い、データパケット110の送受信を行う。サブキャリア101とサブキャリア102とサブキャリア103を通るデータパケット110は、すべて独立したデータパケット110となっている。無線移動局20は、無線基地局30、コアネットワーク120を経由し、通信相手130と通信を行う。サブキャリアの数は、3つに限らず適宜の複数であってもよい。
図2は、無線移動局20の構成例を示すブロック図である。
無線移動局20は、アンテナ200、RF部210、信号変復調部221〜223、制御部230、および、周辺装置部240を備える。無線移動局20は、無線基地局30と複数のサブキャリアを用いてデータ通信を行う。RF部210は、アンテナ200を介して無線基地局30との無線信号を受信し、受信した無線信号を信号変復調部221〜223へ受け渡す。信号変復調部221〜223はそれぞれ独立した周波数で前記無線信号の変調及び復調を行う。
制御部230は、無線基地局30との無線チャネルの接続および解放の処理を行う。制御部230は、例えば、通信処理部231とメッセージ受信部232と通信サブキャリア選択部233と再送不要データ検出部234とを備える。通信処理部231は、信号変復調部221〜223が変復調した制御信号を送受信して無線基地局30との無線プロトコル処理を行う。メッセージ受信部232は、無線基地局30からのデータを受信し伝送誤りの有無を解析する。通信サブキャリア選択部233では、無線基地局30とのデータ送受信を行うサブキャリアを選択する。再送不要データ検出部234では、無線基地局30から送信された再送が必要のないデータ(以降、再送不要データ)を検出し、再送不要データが予め定められた回数まで正確に受信できるかを判定する。周辺装置部240は、例えば入力を行うためのボタン等で構成される入力部241、メッセージ等の情報を表示するLCDやLED等の表示部242、および、スピーカ243を備える。
図3は、無線基地局30の構成例を示すブロック図である。
無線基地局30は、アンテナ300、RF部310、信号変復調部321〜323、制御部330、記憶部340、および、コアネットワークIF部350を有する。無線基地局30は、無線移動局20と複数のサブキャリアを用いてデータ通信を行う。RF部310は、アンテナ300を介して無線移動局20との無線信号を送受する。信号変復調部321〜323はそれぞれ独立した周波数で前記無線信号の変調及び復調を行う。制御部330は、無線移動局20との無線チャネルの設定および解放の処理を行う通信処理部331と、無線移動局20からのデータを受信処理するメッセージ受信部332と、無線移動局20とのデータ送受信を行うサブキャリアを選択する通信サブキャリア選択部333と、無線移動局20からの再送要求を検出し、再送要求データの送信元サブキャリアを特定する再送要求検出部334と、再送不要データを送信する再送不要データ送信部335とを有する。記憶部340では、送信サブキャリア情報テーブル341を管理する。コアネットワークIF部350は、コアネットワーク120とのインタフェースをとる。
図6は、本実施の形態で使用する送信サブキャリア情報テーブルを説明する図である。
送信サブキャリア情報テーブル341は、送信済みパケット番号601と送信サブキャリア番号602とが対応して記憶される。
本発明における第1の実施の形態を、図1の無線移動局20と無線基地局30が三つのサブキャリアを用いて通信を行っているときに、サブキャリア102の無線特性が悪化した場合を例にとりを図4、図5を用いて説明する。
図4は、無線特性劣化検出時の動作シーケンスを説明する図である。
予め、無線移動局20と無線基地局30の間でコネクション401が確立されているものとする。無線基地局30では、制御部330で分割されたデータパケット411a〜411cを各信号変復調部321〜323にて変調し、各サブキャリア101〜103を通して無線移動局20に対して送信する。この例ではサブキャリア101〜103を用いているが、通信サブキャリア選択部233により複数のサブキャリアの中から所定数のサブキャリアが選択されてもよい。無線基地局30は、送信したパケットのパケット番号(シーケンス番号)と通信サブキャリア番号を対応して送信サブキャリア情報テーブル341に記憶する。無線基地局30から送信されたデータは、サブキャリア101〜103にのせて無線移動局20に送信される。しかし、サブキャリア102の無線特性劣化のため、ここでは無線基地局30から送信されたデータ411bは無線移動局20に到達できない。
無線移動局20では、サブキャリア101とサブキャリア103を受信した信号変復調部221と信号変復調部223は、受信信号を復調することでデータパケット412aと412cを取り出し、制御部230へ送信する。制御部230内のメッセージ受信部232ではデータパケット412aとデータパケット412cを受信したにも関わらず、データパケット412bを受信できないことをもって、データ欠落232aを検出する。ここで、データ欠落232aの検出方法としては、データパケット内に含まれるシーケンス番号の欠落を一つ検出した場合でもよい。また、一定数連続してシーケンス番号の欠落を検出した場合でもよい。単位時間内に一定のシーケンス番号の欠落を検出した場合としてもよい。データ欠落232aを検出した無線移動局20は、データパケット412bの識別情報を含めた欠落データ再送要求420を無線基地局30へ送信する。
欠落データ再送要求420を受信した無線基地局30では、制御部330内の再送要求検出部334にて、欠落データ再送要求420を検出する。欠落データ再送要求420を検出した再送要求検出部334では、欠落データ再送要求420に含まれるデータパケット412bの識別情報を基に、記憶部340内の送信サブキャリア情報テーブル341を検索して対応する送信サブキャリア番号を取得する。送信サブキャリア情報テーブル341から、データパケット412bを送信したサブキャリア102を特定した再送要求検出部334は、サブキャリア102の無線特性が劣化したことを示す情報を、通信サブキャリア選択部333へ通知し、再送不要データ送信部335へ再送不要データ送信開始指示を出す。ここで、再送不要データについて定義する。再送不要データとは、無線特性の回復を監視する目的で無線特性の劣化したサブキャリアに送信するデータである。また、再送不要データは、図7に示す構造をしており、エンドユーザのデータ通信を含まないため再送が不要である。再送不要データ710は、ヘッダ情報711と、再送不要フラグ712と、ペイロード部713を有する。なお、フラグ以外に適宜の識別情報を用いてもよい。
再送不要データ送信開始指示を受信した再送不要データ送信部335は、再送不要データを通信サブキャリア選択部333へ送信開始する。再送要求検出部334からサブキャリア102の情報を受信した通信サブキャリア選択部333は、信号変復調部222に対して通常データの送信を停止し、代わりに再送不要データ送信部335から受信する再送不要データを信号変復調部222に送信する。サブキャリア102は、データ欠落を検出したサブキャリア102で、通常データの送信を行うと更なる欠落データ再送要求が無線基地局30に到達することが考えられるため、無線基地局30では、サブキャリア102に対してデータ欠落時に再送が必要な通常データではなく、データ欠落時に再送不要データを送信する。通常データは、例えばサブキャリア101、103で送信される。なお、上述の欠落データ再送要求420で要求されたパケットは、再送処理を行ってもよい。
図5に、上述した再送不要データ送信後にサブキャリア102の無線特性が回復した場合の動作シーケンスを示す。
図4と同様に、無線移動局20と無線基地局30の間でコネクション501が確立されているものとする。無線基地局30は、通常データ511a、511bを信号変復調部321、信号変復調部323にて変調し無線移動局20に送信する。また、信号変復調部322では再送不要データ521を変調し、無線移動局20に送信し続けている。サブキャリア102の無線特性が回復した場合には、無線特性劣化のため欠落していた再送不要データ521が無線移動局20に到達するようになる。無線移動局20では、信号変復調部222にて、サブキャリア102の信号を復調し再送不要データ522を復調する。信号変復調部222から再送不要データ522を受信した制御部230内の再送不要データ検出部234では、再送不要データ522を受信したサブキャリアの識別情報を含むサブキャリア回復通知520を無線基地局30に対し送信する。ここで、サブキャリア回復通知520を送信する契機として、再送不要データ522を一度でも受け取った場合としてもよい。また、無線基地局30にて、再送不要データ522のペイロード部713にシーケンシャルなデータを含ませ、無線移動局20にて、予め定められた数連続したデータを受信できたことを検出した場合としてもよい。
サブキャリア回復通知520を受信した無線基地局30では、制御部330内の再送要求検出部334にて、サブキャリア回復通知520を検出する。サブキャリア回復通知520を検出した再送要求検出部334では、サブキャリア回復通知520に含まれるサブキャリアの識別情報と、サブキャリアの無線特性が回復したことを示す情報とを、通信サブキャリア選択部333に通知し、再送不要データ送信部335へ再送不要データ送信停止指示を出す。サブキャリアの無線特性回復を受信した通信サブキャリア選択部333では、信号変復調部322に対して通常のデータ送信を開始する。再送不要データ送信停止指示を受信した再送不要データ送信部335では、通信サブキャリア選択部333に対する再送不要データ521の送信を停止する。上記の手順をふむことで、無線特性の劣化したサブキャリアを持つマルチキャリア通信において、無線特性の劣化したサブキャリアを切断することなく、また、パケット再送処理も発生させないため通信遅延時間の抑制も可能である。
2.第2の実施の形態
本発明における第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では、無線移動局20にタイマ機能を設け、データ再送要求送信後に一定時間経過しても、データ欠落の発生したサブキャリアの無線特性が回復しない場合には、当該サブキャリアを切断する。
ネットワーク構成図(図1)と無線基地局のブロック構成図(図3)は第1の実施の形態と同様である。図8は、第2の実施の形態で使用する無線移動局20のブロック図である。
アンテナ200、RF部210、信号変復調部221〜223、及び、周辺装置240については第1の実施の形態と同様である。制御部230内にタイマ部801が追加されている。図11に示すようにタイマ部801は、にサブキャリア番号1101毎にタイマ値1102を設定できる。
第2の実施の形態において、無線移動局20と無線基地局30が三つのサブキャリアを用いて通信を行っているときに、サブキャリア102の無線特性が悪化した場合の動作シーケンスを図9、図10を用いて説明する。予め、無線移動局20と無線基地局30の間でコネクション901が確立されている。データ欠落を検出232aするまでは、図4と同様である。無線移動局20は無線基地局30に欠落データ再送要求920送信後に、制御部230内のタイマ部801において、データ欠落の発生したサブキャリアに対して回復タイマ801aを開始する。その後のシーケンスにおいては、図4と同様であるため説明を省略する。
前述の回復タイマ801a満了時の動作シーケンスを図10を参照して説明する。無線移動局20と無線基地局30の間でコネクション1001が確立されている。無線基地局30では、信号変復調部322にて変調を行った再送不要データ1201を無線移動局20に対して送信し続けている。この例では、サブキャリア102の無線特性が回復し、無線移動局20の再送不要データ検出部234にて再送不要データを検出する前に、回復タイマ801aが満了する(801b)。回復タイマの時間は予め定められることができる。回復タイマ満了801bを契機に、タイマ部801は通信処理部231に対して当該サブキャリアの切断通知を送信する。サブキャリア切断通知を受信した通信処理部231は無線基地局30に対して、サブキャリア切断要求1030を送信する。
サブキャリア切断要求1030を受信した無線基地局30では、例えば非特許文献1で規定されている手順に則り、新規サブキャリア割当要求1040を無線移動局20に対して送信する。例えば、ここでは新規にサブキャリア101、103を割り当てる。新規サブキャリア割当要求1040を受信した無線移動局20でも、非特許文献1で規定されている手順に則り、新規サブキャリア割当完了通知1050を無線基地局30に送信する。無線基地局30では、切断したサブキャリア102を除く、サブキャリア101、サブキャリア103を用いてデータ通信を継続する。第2の実施の形態によって、無線特性の劣化したサブキャリアの無線リソースを保持し続けることを回避することができる。
本発明は、例えば、移動局と基地局が複数のキャリアを用いてマルチキャリア通信を行う無線通信システムに利用可能である。
20 無線移動局
30 無線基地局
110 データパケット
120 コアネットワーク
130 通信相手
200 アンテナ
210 RF部
221 信号変復調部1
222 信号変復調部2
223 信号変復調部3
230 制御部
231 通信制御部
232 メッセージ受信部
233 通信サブキャリア選択部
234 再送不要データ検出部
240 周辺装置
241 入力部
242 表示部
243 スピーカ
300 アンテナ
310 RF部
321 信号変復調部1
322 信号変復調部2
323 信号変復調部3
330 制御部
331 通信制御部
332 メッセージ受信部
333 通信サブキャリア選択部
334 再送要求検出部
335 再送不要データ送信部
340 記憶装置
341 送信サブキャリア情報テーブル
350 コアネットワークIF部
401 無線コネクション
411 送信データ
412 受信データ
420 欠落データ再送要求
431 送信データ
432 受信データ
501 無線コネクション
511 送信データ
512 受信データ
521 再送不要データ送信
522 再送不要データ受信
530 サブキャリア回復通知
541 送信データ
542 受信データ
601 送信済みパケット番号
602 送信サブキャリア番号
710 再送不要データ構成例
711 従来ヘッダ情報
712 再送不要フラグ
713 ペイロード
801 タイマ部
901 無線コネクション
911 送信データ
912 受信データ
920 欠落データ再送要求
931 送信データ
932 受信データ
1001 無線コネクション
1011 送信データ
1012 受信データ
1021 再送不要データ送信
1030 サブキャリア切断要求
1040 新規サブキャリア割当要求
1050 新規サブキャリア割当完了通知
1061 送信データ
1062 受信データ

Claims (4)

  1. 周波数の異なる複数のサブキャリアを用いて端末と通信する無線基地局を備えた無線通信システムであって、
    前記無線基地局は、
    端末へのデータパケットを送信するサブキャリアを複数選択し、該データパケットを選択された複数のサブキャリアに振り分けて送信するサブキャリア選択部と、
    前記端末から受信されるデータパケットの再送要求を検出し、該データパケットの欠落又は伝送誤りのあったサブキャリアを特定する再送要求検出部と、
    前記再送要求検出部で特定されたサブキャリアで、再送要求が不要であることを示す識別情報を含む再送不要パケットを送信する再送不要データ送信部と
    を備え、
    前記端末は、
    サブキャリアで送信されるデータパケットの欠落又は伝送誤りを検出する受信部と、
    パケットの欠落又は伝送誤りがある場合、前記無線基地局に該パケットの再送要求を送信する再送要求部と
    を備え、
    前記端末は、再送不要パケットについては前記再送要求部による再送要求を行わず、
    且つ、
    前記端末は、
    前記無線基地局から予め定められた数の再送不要パケットを検出すると、該無線基地局にサブキャリア回復通知を送信する再送不要データ検出部
    をさらに備え、
    前記サブキャリア選択部は、サブキャリア回復通知を受信すると、再送不要パケットを送信していた該サブキャリアを含む複数のサブキャリアを選択し、データパケットを選択された複数のサブキャリアに振り分けて送信する
    無線通信システム。
  2. 前記再送要求検出部は、特定されたサブキャリアの識別情報を、前記サブキャリア選択部に通知し、
    前記サブキャリア選択部は、通知されたサブキャリアを除くサブキャリアの中から端末へのデータパケットを送信するサブキャリアをひとつ又は複数選択し、該データパケットを選択されたサブキャリアに振り分けて送信する請求項1に記載の無線通信システム。
  3. 前記サブキャリア選択部は、前記端末に送信するパケットの識別情報と、該パケットを送信したサブキャリアの識別情報とを記憶部に記憶し、
    前記再送要求検出部は、データパケットの欠落又は伝送誤りのあったパケットの識別情報を含む再送要求を検出し、該パケットの識別情報に基づき前記記憶部を参照してデータパケットの欠落又は伝送誤りのあったサブキャリアを特定する請求項1又は2に記載の無線通信システム。
  4. 前記端末は、サブキャリアごとに、該サブキャリアのデータパケットの再送要求を送信してから予め定められた有効時間内か否かを検出するためのタイマをさらに備え、
    前記再送不要データ検出部は、前記タイマが有効時間を経過したことを示すと、対応するサブキャリアを切断する請求項1乃至のいずれかに記載の無線通信システム。
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