JP4951475B2 - 基地局 - Google Patents

Description

本発明は、基地局に係り、特に、ＶｏＩＰによる無線データを端末に送信する基地局に関する。

データ通信を用いた音声通話システムとして、ＶｏＩＰ（Voice over IP）がある。ＶｏＩＰは、アナログ信号である音声をデジタル信号に変換してＩＰパケット化することで、既存のインターネット等のＩＰネットワークを用いて通話する技術である。ＶｏＩＰを用いた通話を行う上では、音声品質の確保と遅延時間の短縮が重要である。これは、無線データ通信システムでＶｏＩＰサービスを行う上でも同様である。

無線データ通信システムにおいて、データ通信サービスを利用するユーザ端末がおかれている無線環境の良し悪しに応じて、無線基地局は通信データレートを変動させてデータを送信する。一般に、無線環境の良いユーザ端末には高いデータレートを、無線環境の悪いユーザ端末には低いデータレートを用いてデータを送信する。このように通信データレートを適切に変動させることで、高確率でユーザ端末へデータ伝達することができる。

上述したように無線データ通信システムでは、端末のおかれている無線環境の良し悪しに依存して、基地局と端末間の通信データレートが異なる。この場合、通信データレートに応じて、１パケットを送信するために必要なデータスロット数が異なる。一般に、低いデータレートを用いてデータ通信を行う場合、必要となるデータスロット数が多くなる。

図１および図２を参照して、データレートと必要スロット数の関係を説明する。ここで、図１は、音声パケットとスロット数の構成を説明する図である。また、図２はスロット割り当てを説明する図である。

図１において、音声パケット１は、変調信号によって変調を受け、スロット１−１からスロット１−ｎに割り当てられる。ここで、ｎは変調信号のデータレートが１５３.６ｋｂｉｔ／ｓのとき、４である。また、ｎは変調信号のデータレートが４分の１の３８.４ｋｂｉｔ／ｓのとき、４倍の１６である。すなわち、通信データレートが１５３.６ｋｂｉｔ／ｓの場合は４スロットに割り当てられ、３８.４ｋｂｉｔ／ｓの場合は１６スロットに割り当てられる。

図２Ａは、通信データレートが１５３.６ｋｂｉｔ／ｓの場合のスロット割り当てである。また、図２Ｂは、通信データレートが３８.４ｋｂｉｔ／ｓの場合のスロット割り当てである。図２において、１ｘＥＶ−ＤＯ（1x EVolution Data Only）システムにおいて、１つのスロットは１.６７ｍｓの時間を有しており、１つのスロットを送信後、次の同じ音声パケットのスロットを送信するまでに３スロット間隔で送信するため、１.６７ｍｓ×４スロット＝６.６８ｍｓ必要となる。このため、図２Ｂにおいて、３８.４ｋｂｉｔ／ｓのような低データレートの場合、１パケットの音声データを送信するために、最大１０６.８８ｍｓ（＝１.６７ｍｓ×４×１６）必要となり、遅延が発生することになる。

このように、１パケットを送信するためのデータスロット数が多くなると、遅延が発生する。ＶｏＩＰ利用時に遅延が増大した場合は、音声が聞き取りにくくなるなどの問題がある。また、スロットの使用数が多くなることで、利用可能なユーザ数が少なくなる。

本発明の目的は、端末のおかれる無線環境が悪化した場合に起こる遅延を減少させることにある。

上述した課題は、端末を収容して、この端末と他の端末との通信を接続し、端末の時間平均のデータレートＲａｖｅを演算し、記憶するデータレート演算・管理部と、端末の現在の通信データレートＲを取得して、Ｒ／Ｒａｖｅを演算して記憶する閾値演算・管理部と、Ｒ／Ｒａｖｅに基づいて遅延低減制御する遅延管理部とからなる基地局により、達成できる。

具体的な第一の方法としては、無線基地局は、端末毎に判定指標を管理し、現在のデータレートとその指標を用いて、端末の無線環境が悪化しているかどうかを判断する。無線環境が悪化している場合、無線基地局は、本来は端末に送信されるパケットを、無線基地局内にて信号変換処理する前に間引いて破棄する。これにより、音声は途切れるものの、遅延が少なくなる。

第二の方法としては、無線基地局は、端末のデータレートに応じたスロットを割当て、送信する。この時、無線基地局は、端末毎の判定指標を管理し、現在のデータレートとその指標を用いて、端末の無線環境が悪化しているかどうかを判断する。端末の無線環境が悪化している場合、無線基地局は、スロット送信を途中で打ち切り、打ち切ったことによる余りリソースを、次スロットの送信、または、他ユーザに割当てる。これにより、音声は途切れるものの、遅延が少なくなる。

第三の方法としては、無線基地局から送信されたスロットを端末で復調処理する際、シーケンス番号が後のパケットが先に復調できた場合、基地局は、若いシーケンス番号のデータの送信を打ち切る。これにより、音声は途切れるものの、遅延が少なくなる。

本発明により、ＶｏＩＰ通信における遅延が低減でき、また、基地局に収容する端末数の増加できる。

以下本発明の実施の形態について、実施例を用い、図面を参照しながら説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。

無線データ通信システムとして、１ｘＥＶ−ＤＯシステムを図３を参照して、説明する。ここで、図３は、１ｘＥＶ−ＤＯシステムブロック図である。

図３において、１ｘＥＶ−ＤＯシステム５００は、端末１００−１、１００−２と、無線基地局１１０−１、１１０−２と、ＩＰ−ＳＷ（ＩＰ ＳＷｉｔｃｈ）１３０−１、１３０−２から構成される。端末１００−１は、基地局１１０−１に収容される。また、端末１００−２は、基地局１１０−２に収容される。なお、ＩＰ−ＳＷ１３０はインターネット１５０に接続される。

図４を参照して、無線基地局の構成を説明する。ここで、図４は無線基地局の機能ブロック図である。図４において、無線基地局１１０は、無線信号送受信部２０１と、変復調処理部２１１と、基地局制御部２２１と、回線インタフェース部２３１と、データレート演算・管理部２４１と、閾値演算・管理部２５１と、遅延管理部２６１と、アンテナ２７１を具備する。

無線信号送受信部２０１は、端末からの無線信号をアンテナ２７１で受信し、デジタル信号に変換する受信信号処理部２０３と、デジタル信号を無線信号に変換し、アンテナ２７１から送信する送信信号処理部２０２からなる。

変復調処理部２１１は、受信信号処理部２０３にて変換されたデジタル信号を復調する復調処理部２１３と、端末に送信するデジタル信号を、端末の無線環境に応じて変調する変調処理部２１２からなる。回線インタフェース部２３１は、ＩＰ−ＳＷ１３０とのインタフェースである。基地局制御部２２１は、無線基地局の監視・制御機能を有する。

データレート演算・管理部２４１は、端末毎のデータレートの時間平均を演算し、記憶・管理する。閾値演算・管理部２５１は、データレート演算・管理部に記憶された平均値と、現在のデータレートを用いて、端末毎に閾値演算・判定を行う。端末ｉの平均データレートをＲｉ_ａｖｅ、現在のデータレートをＲｉ、閾値をＴｈとし、閾値演算・管理部２５１は、次の閾値演算を実施する。
Ｔｈ＝Ｒｉ／Ｒｉ_ａｖｅ…（式１）
現在の値Ｒｉが、連続的に平均値Ｒｉ_ａｖｅを下回る場合（Ｔｈ＜１）、遅延管理部２６１は、端末ｉの無線環境が悪化したと考えられる。遅延管理部２６１は、閾値演算・管理部２５１を監視して、収容する端末の遅延を管理する。

図５を参照して、端末の構成を説明する。ここで、図５は端末の機能ブロック図である。図５において、端末１００は、アンテナ３６１と、送受信部３０１と、変復調処理部３１１と、端末１００全体を制御する制御部３２１と、内部メモリ３５１と、スピーカ３４１と、マイク３３１とから構成されている。また、送受信部３０１は、送信処理部３０２と受信処理部３０３とから構成されている。さらに、変復調処理部３１１は、変調処理部３１２と復調処理部３１３とから構成されている。

図３に戻って、端末１００−１と端末１００−２が、１ｘＥＶ−ＤＯシステム５００を用いてＶｏＩＰ通信を行う場合について説明する。端末１００−１、１００−２は、無線基地局１１０−１、１１０−２のサービスエリア内にいる間は、データ通信の有無に関わらず、基地局１１０に、無線環境情報をデータレートコントロール信号として通知している。

端末１００−１は、無線基地局１１０−１のサービスエリア内から、端末１００−２は無線基地局１１０−２のサービスエリア内からＶｏＩＰ通信を開始する。
端末１００−２内にて、音声信号は変調処理部３１２のデジタル信号処理により、音声データから音声パケットに変換され、送信処理部３０２にて無線信号に重畳されて無線基地局１１０−２に送信される。無線信号は、無線基地局１１０−２の受信信号処理部２０３により、音声パケットに変換され、復調処理部２１３にて音声パケットから音声データに復調する。そして、回線インタフェース部２３１、ＩＰ−ＳＷ１３０−２、インターネット１５０、ＩＰ−ＳＷ１３０−１を通して、無線基地局１１０−１の回線インタフェース部２３１に伝達される。

無線基地局１１０−１の回線インタフェース部２３１にて受信されたデータは、変調処理部２１２にて、端末１００−１から通知されたデータレートに応じて、パケットデータを変調し、スロットに分割する。スロット化されたデータは、送信信号処理部２０２にて無線信号に重畳され、端末１００−１に送信される。端末１００−１にて受信された無線信号は、受信処理部３０３で音声パケットに変換され、復調処理部３１３にて音声データに変換され、スピーカ３４１を通して音声信号が届く。

以下、無線基地局１１０−１と端末１００−１に特化して説明する。
端末１００−１は、無線基地局１１０−１のサービスエリア内にいる間、データ通信の有無に関係なく、データレートコントロール信号として無線環境情報を通知している。無線基地局１１０−１は、受信したデータレート値をデータレート演算・管理部２４１にて平均値Ｒ１_ａｖｅを演算し、格納しておく。

端末１００−１からのデータレート通知に応じて、無線基地局１１０−１内の変調処理部２１２では、端末１００−１へ伝達すべき音声パケットＹ１、Ｙ２、…を変調し、スロット分割する。７６.８ｋｂｉｔ／ｓのデータレートを要求しているとすると、音声パケットＹ１、Ｙ２…は、スロットＹ１−１からＹ１−８、Ｙ２−１からＹ２−８…と送信される。

ここで、データレート演算・管理部２４１に格納された平均値Ｒ１_ａｖｅと、現在のデータレートＲ１から、（式１）を用いて閾値演算を行う。データ通信中の現在の値Ｒ１が連続的にＲ１_ａｖｅを下回り（Ｔｈ＜１）、端末１００−１の無線環境が悪化したと考えられる場合、遅延管理部２６１は、変調処理すべき音声パケットを間引き、廃棄する。遅延管理部２６１は、閾値Ｔｈが１.０以上の場合は間引き処理をせず、閾値Ｔｈが０.５以上１.０未満の場合は、５パケットに１回間引く。遅延管理部２６１は、閾値Ｔｈが０.５以下の場合、３パケットに１回の間引き処理を行う。このようにパケットを間引くことにより、遅延は減少する。また、音声品質は劣化するが、音声コーデックにＥＶＲＣ（Enhanced Variable Rate Codec）を用いることで、音声の連続的な途切れは起こらず、通話は可能である。また、間引いたことで、本来送信するはずであったスロットが空くため、他ユーザが使用することができ、基地局への収容端末数が増加する。

端末１００−１は、無線基地局１１０−１のサービスエリア内にいる間、データ通信の有無に関係なく、データレートコントロール信号として無線環境情報を通知している。

無線基地局１１０−１は、受信したデータレート値をデータレート演算・管理部２４１にて平均値Ｒ１_ａｖｅを演算し、格納しておく。

端末１００−１からのデータレート要求に応じて、無線基地局１１０−１内の変調処理部２１２では、端末１００−１へ伝達すべき音声パケットＹ１、Ｙ２、…を変調し、スロット分割する。７６.８ｋｂｉｔ／ｓのデータレートを要求しているとすると、音声パケットＹ１、Ｙ２…は、変調処理部２１２にて、スロットＹ１−１からＹ１−８、Ｙ２−１からＹ２−８…と分割され、送信信号処理部２０２を通して、端末１００−１へと送信される。

端末１００−１では、端末１００−１内の復調処理部３１３にて、スロットＹ１−１からパケットＹ１の復調を行う。パケットＹ１を復調できた場合はＡＣＫを、復調できなかった場合はＮＡＫを無線基地局１１０−１に送信する。端末１００−１からＡＣＫが返された場合、無線基地局１１０−１はＹ１−２を送信せず、Ｙ２−１を送信する。ＮＡＫが返された場合は、無線基地局１１０−１は次スロットであるＹ１−２を送信する。端末１００−１は、スロットＹ１−１、スロットＹ１−２を用いてパケットＹ１の復調を行う。パケットＹ１を復調できた場合はＡＣＫを返し、復調できなかった場合はＮＡＫを返す。ＡＣＫの場合、無線基地局１１０−１はスロットＹ２−１を送信する。ＮＡＫの場合、無線基地局１１０−１は次スロットＹ１−３を送信する。端末１００−１は、スロットＹ１−１、スロットＹ１−２、スロットＹ１−３を用いてパケットＹ１の復調を行い、パケットＹ１を復調できた場合はＡＣＫを返し、復調できなかった場合はＮＡＫを返す。ＡＣＫの場合、無線基地局１１０−１はスロットＹ２−１を送信するが、ＮＡＫの場合は、次スロットＹ１−４を送信する。以上の手順を、パケットＹ１が復調できるまで、最大でスロットＹ１−１６まで行う。

ここで、無線基地局１１０−１内のデータレート演算・管理部２５１に格納された平均値Ｒ１_ａｖｅと、現在のデータレートＲ１から、（式１）を用いて閾値演算を行い、データ通信中の現在の値Ｒ１が連続的にＲ１_ａｖｅを下回り、端末１００−１の無線環境が悪化したと考えられる場合、端末１００−１からＮＡＫが返された場合であっても、無線基地局１１０−１は次スロットを送らず、スロットＹ１−５で打ち切り、スロットＹ２−１を送信する。

スロットを間引くことにより、間引かれた部分の音声品質は劣化するが、遅延は減少する。また、音声の連続的な途切れや、接続が切れるわけではなく、通話は可能である。また、スロットを間引くことで、本来送信するはずであったスロットを他ユーザに割り当てることができるため、収容数が向上する。

図６を参照して、実施例３を説明する。ここで、図６はスロット割り当てを説明する図である。実施例３は、異なる音声パケットから生成したスロットＹ１−１、スロットＹ２−１を連続して送信する実施例である。

図６において、無線基地局１１０−１から送信されたデータは、端末１００−１内の復調処理部３１３にて、スロットＹ１−１からパケットＹ１の復調を試行する。端末１００−１は、パケットＹ１を復調できた場合はＡＣＫを、復調できなかった場合はＮＡＫを無線基地局１１０−１に送信する。ここでは、端末１００−１は、パケットＹ１が復調できずＮＡＫを送信したとする。

次に、端末１００−１は、スロットＹ１−１の直後に送信されたスロットＹ２−１からパケットＹ２の復調を試行する。端末１００−１は、パケットＹ２を復調できた場合はＡＣＫを、復調できなかった場合はＮＡＫを無線基地局１１０−１に送信する。ここでは、パケットＹ２が復調でき、ＡＣＫを送信したとする。

次に、無線基地局１１０−１は、スロットＹ１−１の送信結果がＮＡＫであったため、Ｙ１−２を送信する。端末１００−１は、スロットＹ１−１、Ｙ１−２を用いてパケットＹ１の復調を試行する。端末１００−１は、復調できた場合はＡＣＫを、復調できなかった場合はＮＡＫを送信する。さらに、無線基地局１１０−１は、スロットＹ２−１の送信結果がＡＣＫであったため、Ｙ３−１を送信する。

ここで、無線基地局１１０−１は、パケットＹ１より後ろのシーケンスであるパケットＹ２が復調できているため、スロットＹ１−２を送信後の復調結果がＡＣＫ、ＮＡＫに関係なくパケットＹ１の送信処理を打ち切り、別パケットのスロット、スロットＹ４−１を割り当て、送信する。

また端末１００−１は、復調できていないパケットＹ１より先にパケットＹ２を復調できた場合、スロットＹ１−１、Ｙ１−２は破棄する。

これにより、音声品質は劣化するが、遅延は減少する。また、本来送信するはずであったスロットを他ユーザに割り当てることができるため、収容数が向上する。

音声パケットとスロット数の構成を説明する図である。 通信データレートが１５３.６ｋｂｉｔ／ｓの場合のスロット割り当てを説明する図である。 通信データレートが３８.４ｋｂｉｔ／ｓの場合のスロット割り当てを説明する図である。 １ｘＥＶ−ＤＯシステムブロック図である。 無線基地局の機能ブロック図である。 端末の機能ブロック図である。 スロット割り当てを説明する図である。

符号の説明

１００…携帯電話機、１１０…無線基地局、１３０…ＩＰ−ＳＷ、１５０…インターネット、２０１…無線基地局内の無線信号送受信部、２０２…送信信号処理部、２０３…受信信号処理部、２１１…無線基地局内の変復調部、２１２…変調処理部、２１３…復調処理部、２２１…基地局制御部、２３１…回線インタフェース部、２４１…データレート演算・管理部、２５１…閾値演算・管理部、２６１…遅延管理部、２７１…アンテナ、３０１…送受信部、３０２…送信処理部、３０３…受信処理部、３１１…変復調処理部、３１２…変調処理部、３１３…復調処理部、３２１…制御部、３３１…マイク、３４１…スピーカ、３５１…内部メモリ、３６１…アンテナ、５００…１ｘＥＶ−ＤＯシステム。

Claims (4)

1. 端末を収容して、この端末と他の端末とのＶｏＩＰによる音声通信を接続する基地局であって、
   前記端末の時間平均のデータレートＲａｖｅを演算し、記憶するデータレート演算・管理部と、前記端末の現在の通信データレートＲを取得して、前記端末の無線環境を判断する指標としてＲ／Ｒａｖｅを演算して記憶する閾値演算・管理部と、前記Ｒ／Ｒａｖｅに基づいて遅延が発生するかどうか判断し、遅延低減制御する遅延管理部とを含み、
   前記ＶｏＩＰによる音声通信において、端末に送信する複数の音声パケットのそれぞれを、送信する端末のデータレートによってデータスロット数が決まる複数のデータスロットに格納して送信するものであり、
   前記遅延管理部は、遅延が発生すると判断した場合には、当該端末に送信するパケットを変調前に予め定めた間隔で廃棄するか、または、前記複数のデータスロットの全部を送信せずに途中で送信を打ち切ることを特徴とする基地局。
2. 請求項１に記載の基地局であって、
   前記遅延管理部は、前記Ｒ／Ｒａｖｅに基づいて、前記端末への送信パケットを５パケットにひとつまたは３パケットにひとつ間引く処理を行うことを特徴とする基地局。
3. 請求項１に記載の基地局であって、
   前記遅延管理部は、前記端末へ送信する変調処理されたパケットに格納された複数のデータスロットの一部を送信後、残りのデータスロットの送信を打ち切ることにより遅延を削減することを特徴とする基地局。
4. 請求項１に記載の基地局であって、
   音声パケットＹ１とＹ２とから生成されたスロットＹ１−１とＹ２−１とを連続して送信するものであり、
   前記遅延管理部は、音声パケットＹ２のスロットを前記端末が先に受信できたとき、音声パケットＹ１のスロットの送信を停止することを特徴とする基地局。

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