JP2005341498A - Radio base station - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線基地局に関し、特に複数の無線端末で無線回線を時分割共用しており、タイムスロットの割当てを各端末の無線状況等に応じて制御する無線基地局に関する。 The present invention relates to a radio base station, and more particularly to a radio base station in which a plurality of radio terminals share a radio channel in a time-sharing manner and control time slot allocation according to radio conditions of each terminal.
近年、データ通信により、無線通信においてもデータ通信に対する需要が増加している。しかし、周波数リソースは有限であるため、無線通信システムにおいては、周波数の利用効率が重要な要素となる。近年、パケット通信に特化することにより周波数利用効率を従来の数倍に向上させた1xEV−DO(1x evolution data only)と呼ばれるシステムが提案されている。1xEV−DOの仕様は、非特許文献1に記載されている。
In recent years, due to data communication, demand for data communication is increasing even in wireless communication. However, since frequency resources are limited, frequency utilization efficiency is an important factor in a wireless communication system. In recent years, a system called 1xEV-DO (1x evolution data only) has been proposed in which frequency utilization efficiency is improved several times as compared with conventional techniques by specializing in packet communication. The specification of 1xEV-DO is described in
1xEV−DOでは、下り無線回線をセクタ内の全端末で時分割共用している。各端末は一定時間毎に無線状況を測定し、現在受信可能な指示データレートをDRC(Data Rate Control)チャネルで無線基地局に対して送信する。一方、各端末に送信されるパケットは制御局で固定長の物理レイヤパケットに分割され、無線基地局に格納される。無線基地局は各端末のレート情報(例えば、データが存在するか)を元にタイムスロットの割当てを決定し、宛先を表すプリアンブルを付けて物理レイヤパケットを送信する。このタイムスロットの割当てアルゴリズムはスケジューリングアルゴリズムと呼ばれ、このアルゴリズムを工夫することにより、1xEV−DOは高い周波数利用効率、すなわち高いスループットを実現している。 In 1xEV-DO, the downlink radio channel is time-shared by all terminals in the sector. Each terminal measures radio conditions at regular intervals, and transmits an instruction data rate that can be currently received to a radio base station through a DRC (Data Rate Control) channel. On the other hand, a packet transmitted to each terminal is divided into fixed-length physical layer packets by the control station and stored in the radio base station. The radio base station determines time slot allocation based on rate information (for example, whether data exists) of each terminal, and transmits a physical layer packet with a preamble representing a destination. This time slot allocation algorithm is called a scheduling algorithm. By devising this algorithm, 1xEV-DO realizes high frequency utilization efficiency, that is, high throughput.
スケジューリングアルゴリズムの一例としては、プロポーショナルフェアネスと呼ばれるアルゴリズムが存在する。本アルゴリズムは、各端末の瞬間々々のDRC情報と、各端末に送信している平均スループットとの比を計算し、その比が最大の端末にタイムスロットを割り当てるアルゴリズムである。このプロポーショナルフェアネスアルゴリズムは、非特許文献2等で紹介されており、データレートが極大値に高いほどタイムスロットが割り当てられやすくなるため、結果として物理レイヤで見たセクタ全体のスループットが高くなる。
As an example of the scheduling algorithm, there is an algorithm called proportional fairness. This algorithm is an algorithm for calculating the ratio between the instantaneous DRC information of each terminal and the average throughput transmitted to each terminal and allocating a time slot to the terminal having the maximum ratio. This proportional fairness algorithm is introduced in Non-Patent
従来のスケジューリングアルゴリズムでは、物理レイヤにおけるスループットの向上に主眼が置かれており、スケジューリングが上位レイヤのスループットに与える影響について考慮されていない。
無線回線は誤り率が比較的高い場合があるため、ACK(acknowledgement)型あるいはNAK(non−acknowledgement)型の再送アルゴリズムを併用することが必須となる。CDMA無線システム、1xEV−DOでは、上位レイヤにTCP/IP(transmission control protocol/internet protocol)プロトコルを実装しており、TCPのACK型再送プロトコルにより誤り率を低減している。TCPでは、送信側は、受信側からパケットを一定量(ウィンドウサイズ)受け取ったことを示すACKを受信するまで、次のデータを送信しない機構を有する。無線通信システムでは、無線回線での誤り率を低減するためのインタリーバやデコーダによる遅延が存在するため、パケットを送信してからACKを受信するまでのターンアラウンドタイムが有線のシステムより遥かに大きくなる。そのため、無線回線のスループットが高くても、上位レイヤのスループットはターンアラウンドタイムで制限されてしまうという課題が存在する。 Since a wireless channel may have a relatively high error rate, it is essential to use an ACK (acknowledgement) type or NAK (non-acknowledgement) type retransmission algorithm in combination. In the CDMA radio system and 1xEV-DO, a TCP / IP (transmission control protocol / internet protocol) protocol is implemented in an upper layer, and an error rate is reduced by a TCP ACK-type retransmission protocol. In TCP, the transmission side has a mechanism that does not transmit the next data until it receives an ACK indicating that a certain amount (window size) of packets has been received from the reception side. In a wireless communication system, there is a delay due to an interleaver or decoder to reduce the error rate in the wireless line, so the turnaround time from when a packet is transmitted to when an ACK is received is much longer than that of a wired system. . Therefore, even if the throughput of the radio channel is high, there is a problem that the throughput of the upper layer is limited by the turnaround time.
特に、1xEV−DOでは、スケジューリングアルゴリズムの採用等により、物理レイヤのスループットを向上させているが、同時にスケジューリング処理による遅延が存在するため、システム全体の遅延量はより大きくなる場合があるため、上記の課題はより大きくなる。 In particular, in 1xEV-DO, the throughput of the physical layer is improved by adopting a scheduling algorithm or the like. However, since there is a delay due to scheduling processing at the same time, the delay amount of the entire system may become larger. The challenges will be greater.
本発明は、上記の課題を鑑みて行われたものであり、上位レイヤの状況も考慮したスケジューリング処理を行うことにより、ターンアラウンドタイムを短くし、上位レイヤのスループットを改善することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and has an object to shorten turnaround time and improve upper layer throughput by performing scheduling processing that also considers upper layer conditions. .
上記目的を達成するため、物理レイヤパケットに上位レイヤパケットの終端が含まれているか否かを判断し、スケジューリング処理において上位レイヤパケットの終端を含む物理レイヤパケットを優先的に送信する処理を追加することにより、上位レイヤで見たスケジューリング遅延時間を短縮する。 In order to achieve the above object, it is determined whether or not the physical layer packet includes an end of the upper layer packet, and a process of preferentially transmitting the physical layer packet including the end of the upper layer packet in the scheduling process is added. As a result, the scheduling delay time seen in the upper layer is shortened.
本発明の解決手段によると、複数の無線端末で無線回線を時分割共用しており、タイムスロットの割当てを各端末の無線状況に応じて制御し、複数に分割されたデータを無線回線で送信するための無線基地局において、
分割されたパケットを各端末のレート情報に応じてタイムスロットの割当てを決定してパケットを送信するためのスケジュール処理部を備え、
前記スケジュール処理部は、
各端末が受信可能な指示データレートを示すデータレートコントロール情報を受信し、
各端末から受信したパケットで、パケット終端情報を含むパケットがあるか否か判断することにより、パケット終端情報の有無を示す係数を設定し、
前記係数で重み付けした、各端末のデータレートコントロール情報と各端末に送信している平均スループットとの比を計算し、
前記比が最大の端末に対してタイムスロットを優先的に割当ててパケットを送信するようにした
前記無線基地局が提供される。
According to the solution of the present invention, a plurality of radio terminals share a radio line in a time-sharing manner, and time slot assignment is controlled according to the radio situation of each terminal, and data divided into a plurality of parts is transmitted via the radio line. In the radio base station for
A schedule processing unit for determining the allocation of time slots according to the rate information of each terminal for the divided packets and transmitting the packets;
The schedule processing unit
Receive data rate control information indicating the instruction data rate that each terminal can receive,
By determining whether or not there is a packet including the packet end information in the packet received from each terminal, a coefficient indicating the presence or absence of the packet end information is set,
Calculating the ratio of the data rate control information of each terminal weighted by the coefficient and the average throughput being transmitted to each terminal;
The radio base station is provided that transmits a packet by preferentially assigning a time slot to a terminal having the maximum ratio.
本発明によれば、無線基地局におけるスケジューリング遅延が短縮されるため、上位レイヤのスループットを向上することができる。 According to the present invention, since the scheduling delay in the radio base station is reduced, the throughput of the higher layer can be improved.
1. 無線通信システムの基本構成
図1に、本実施の形態に関わる「無線通信システム構成図」を示す。
制御局101は有線あるいは無線回線を介してIP網106と無線基地局102と接続されている。無線基地局102は、サービスエリア内105に存在する無線端末A 103及び無線端末B 104と通信を行う。
1. Basic configuration of wireless communication system
FIG. 1 shows a “wireless communication system configuration diagram” relating to the present embodiment.
The control station 101 is connected to the IP network 106 and the wireless base station 102 via a wired or wireless line. The radio base station 102 communicates with a radio terminal A 103 and a radio terminal B 104 that exist in the service area 105.
図2に、無線基地局の内部構成図を示す。また、図3は、制御局によるパケット分割を示した図である。
無線基地局102に接続される制御局101は、呼処理などの上位レイヤ処理を行っており、特に下り回線では図3に示すように、無線基地局に入力される物理レイヤパケットに示す様に、IP網106から受信したIPパケット301に、宛先情報302、データ長情報304などの制御情報を付けて物理レイヤパケット216に分割する。また、制御局101は、上り回線では無線基地局102が出力した物理レイヤパケット216から制御情報をとり除き結合してIP網106に送信する役割を持つ。実際には、制御局101の機能が複数の装置に分割されたり、一部の機能が無線基地局102と統合されていることも有り得る。
FIG. 2 shows an internal configuration diagram of the radio base station. FIG. 3 is a diagram showing packet division by the control station.
The control station 101 connected to the radio base station 102 performs upper layer processing such as call processing, and particularly in the downlink, as shown in the physical layer packet input to the radio base station, as shown in FIG. Then, control information such as destination information 302 and data length information 304 is added to the IP packet 301 received from the IP network 106 and divided into physical layer packets 216. In addition, the control station 101 has a role of removing control information from the physical layer packet 216 output from the radio base station 102 on the uplink and combining it to transmit to the IP network 106. Actually, the function of the control station 101 may be divided into a plurality of devices, or some functions may be integrated with the radio base station 102.
ここで無線基地局102と通信している無線端末A 103と無線端末B 104が無線基地局102に対して受信要求を行ったとする。この時、無線端末A 103、B 104から送信される上り信号にはレート情報DRCk 201を含んでいる。無線基地局102では上り信号をアンテナANT202で受信する。受信信号は更に、RF(Radio Frequency)部205のLNA(Low Noise Amp)204を通して、ベースバンド処理206を施された後FPGAとDSP(Digital Signal Processor)によって構成されるDEM部209により復調され、呼処理部214、I/F部215を通して制御局101に向けて信号が出力される。一方DEM部209から復調されたDRCk情報207は、スケジューリング処理部213に伝えられスケジューリング処理部213のパラメータとして使用される。
Here, it is assumed that the wireless terminal A 103 and the wireless terminal B 104 communicating with the wireless base station 102 make a reception request to the wireless base station 102. At this time, the uplink information transmitted from the wireless terminals A 103 and B 104 includes
また、無線端末A 103、B 104に対する下り情報は、物理レイヤパケット216として制御局101より入力されI/F部215、呼処理部214を介してFPGAとDSPで構成されるMOD部210に入力され、端末B用データキュー211、端末A用データキュー212にそれぞれ格納される。
Downlink information for the wireless terminals A 103 and B 104 is input from the control station 101 as a physical layer packet 216 and input to the
これらの格納されたデータは、スケジューリング処理部213でスケジューリングが施され、スケジューリング処理部213は、無線端末A.103、B 104から送信されたDRCk201に応じたて端末をセレクタ208により選択し送信するデータレートに設定される。更にベースバンド処理部206を介して、RF部 205のHPA 203で信号増幅を行いANT202で無線端末A 103、B 104に向け送信される。
These stored data are scheduled by the
2. スケジューリング処理概要
以下に、本実施の形態に関連するスケジューリング処理について説明する。
図4は、関連するスケジューリング処理のフローチャートである。シュケジュ−リング処理が開始されると(401)、無線基地局102は下り回線においてサービスエリア105内にある無線端末A 103、B 104からのDRCk201を受信する(402)。つぎに、この情報に基づきにMOD部210内のスケジューリング部213では、図示のように、関連するスケジューリング処理部の処理例で示す処理を施して無線状況に応じたタイムスロットの割当て(スケジューリング)処理を行う(403)。この例では、各端末の瞬間々々のDRC情報と、各端末に送信している平均スループットとの比Rkを計算して、その比が最大の端末にタイムスロットを割り当てている。無線基地局102は、Rkが最大の端末に対しパケットを送信し(404)、その後さらに、DRCkを用いてTkを更新する(405)。
2. Outline of Scheduling Process A scheduling process related to the present embodiment will be described below.
FIG. 4 is a flowchart of related scheduling processing. When the scheduling process is started (401), the radio base station 102 receives
この時の、パケットを送信してから上位TCPレイヤでACKを受信するまでの時間、ターンアラウンドタイムを、図5の関連する従来のスケジューリング処理によるターンアラウンドタイムに示す。この図で記号A、Bは送信すべき無線端末名を表し、その後の番号はパケットの順序を示している。各データキュー211、212内にある送信パケット候補501に対してスケジューリング処理が施され時分割多重方式で無線端末A103、B104に向け送信される。
At this time, the time from when the packet is transmitted until the ACK is received by the upper TCP layer, and the turnaround time are shown in the turnaround time by the related conventional scheduling process of FIG. In this figure, symbols A and B represent the names of wireless terminals to be transmitted, and the subsequent numbers indicate the order of packets. Scheduling processing is performed on the transmission packet candidates 501 in the
図5では、スケジューリング処理の過程でタイムスロット506(1)をRK 512の値が高い無線端末Aに割り振り、次のタイムスロット506(2)は、同様の理由で無線端末Bに割り振っている様子を示している。この例では、物理スループットを優先することによりパケット終端情報303をもつA−2パケット511がタイムスロット506(5)に割り振られた為に((2)〜(4)まで待たされる為に)、上位レイヤのAckを端末が送信するまでの時間遅延が生じる。そのためターンアラウンドタイム505が長くなり、送信情報空きスロット510が発生している。
In FIG. 5, the time slot 506 (1) is allocated to the wireless terminal A having a
つまり、この処理では通信状態が良い無線端末に対して優先的に回線を割り当てる為に下り回線の物理スループットを向上させることはできるが、スケジューリング処理や上位レイヤのTCPの再送プロトコル等によりターンアラウンドタイムが大きくなると、上位レイヤから見た1無線端末あたりのスループットは、このターンアラウンドタイムによって制限されてしまう。 In other words, in this process, the physical throughput of the downlink can be improved because a line is preferentially allocated to a radio terminal having a good communication state. However, the turnaround time can be improved by a scheduling process or a higher layer TCP retransmission protocol. Increases, the throughput per wireless terminal viewed from the upper layer is limited by this turnaround time.
3.本実施の形態のスケジューリング処理
そこで本実施の形態では、無線基地局102は無線端末局A103、B104に送信する物理レイヤパケット216にパケット終端情報303を見つけたときは、物理スループットを高くするスケジューリングの処理に加え、終端情報を含むパケットに優先的にタイムスロットを割り振る処理を行う。
3. Therefore, in this embodiment, when the radio base station 102 finds the
図6は、本実施の形態のスケジューリング処理のフローチャートである。この図は、スケジューリング処理部213の処理例である。
スケジューリング処理部213は、スケジューリング処理を開始すると(601)、全端末のレート情報DRCkを受信し(602)、キューに上位レイヤパケット終端情報を含む物理レイヤパケットがあるか否か判断する(603)。ここで、DRCkは、端末と基地局との間で定期的に又は基地局から端末への指示等により伝送される。パケット終端情報が含まれる場合(YES)、αk=X(>1)に設定し、一方、パケット終端情報が含まれない場合(NO)、αk=1に設定する。ここでXは、予め定められた値で、適宜設定される(この例では1.5)。
FIG. 6 is a flowchart of the scheduling process according to this embodiment. This figure is a processing example of the
When starting the scheduling process (601), the
つぎに、スケジューリング処理部は、各端末の平均スループットTkとDRCkの比を計算(Rk=αk・DRCk/Tk)し(606)、Rkが最大の端末に対しパケットを送信する(607)。 Next, the scheduling processing unit calculates the ratio of the average throughput Tk and DRCk of each terminal (Rk = αk · DRCk / Tk) (606), and transmits the packet to the terminal having the largest Rk (607).
なお、平均スループット情報Tkは、無線基地局が測定して求めてもよいし、端末又は制御局からの情報を用いて求めても良いし、他に適宜求めてもよい。
その後、スケジューリング処理部213は、DRCkを用いてTkを更新する(608)。Rk、αk、DRCk、Tk等の各値をスケジューリング処理部213は、適宜内部又は、MOD部210内又は他のメモリ等に書き込み又はそこから読み出すことができる。
The average throughput information Tk may be obtained by measurement by the radio base station, may be obtained using information from the terminal or the control station, or may be obtained as appropriate.
Thereafter, the
本方式で使用するパケット終端情報303は、一例として、下位レイヤに含まれる上位レイヤのパケット境界を用いるが、これに限らず、上位レイヤのパケットにパディング(パケット長調整用ダミーデータ)が含まれる場合、下位レイヤのパケットにパケット終端情報またはパディングが含まれる場合も、これらをパケット終端情報303と見なし、上述と同様にステップS603等で処理することができる。
As an example, the
図7は、本実施の形態のスケジューリング処理によるターンアラウンドタイムを示す。
本発明の形態では、パケット終端情報303の有無を表す係数(αk)709の値を新たに考慮する事により、タイムスロット706(1)を無線端末A103に割り振った後、パケット終端情報303を含むA−2パケット711をタイムスロット706(2)(次のスロットに優先的)に割り振り送信する。パケット終端情報303を受け取った無線端末A 103では、ACK 704を無線基地局102に返す。更に、無線基地局102は、ACK 704を受信した事によりデータキュー中の送信パケット候補708の中から無線端末A 103に対し次のパケットA−3 712,A−4 713を送信することが可能となる。
FIG. 7 shows the turnaround time according to the scheduling process of the present embodiment.
In the embodiment of the present invention, after the time slot 706 (1) is allocated to the wireless terminal A103 by newly considering the value of the coefficient (αk) 709 indicating the presence / absence of the
図7では、ターンアラウンドタイム705が短くなった結果、図5で示した送信情報の空きスロット510が無くなり効率的にスケジューリングが行われた様子を示している。したがって、ここに示した様に本実施の形態のスケジューリング処理を行うことでターンアラウンドタイムが削減し上位レイヤから見たスループットを改善する事が可能になる。 FIG. 7 shows a state in which, as a result of the turnaround time 705 being shortened, the empty slot 510 of the transmission information shown in FIG. Therefore, by performing the scheduling process of the present embodiment as shown here, the turnaround time can be reduced and the throughput viewed from the upper layer can be improved.
101:制御局
102:無線基地局
103:無線端末A
104:無線端末B
201:DRCk
202:ANT
203:HPA
204:LNA
205:RF部
206:ベースバンド処理
207:DRCk情報
208:セレクタ
209:DEM部
210:MOD部
211:端末B用データーキュー
212:端末A用データーキュー
213:スケジューリング処理部
214:呼処理部
215:I/F部
216:物理レイヤパケット
217、218:Data
101: Control station 102: Wireless base station 103: Wireless terminal A
104: Wireless terminal B
201: DRCk
202: ANT
203: HPA
204: LNA
205: RF unit 206: Baseband processing 207: DRCk information 208: Selector 209: DEM unit 210: MOD unit 211: Data queue for terminal B 212: Data queue for terminal A 213: Scheduling processing unit 214: Call processing unit 215: I / F unit 216:
Claims (7)
分割されたパケットを各端末のレート情報に応じてタイムスロットの割当てを決定してパケットを送信するためのスケジュール処理部を備え、
前記スケジュール処理部は、
各端末が受信可能な指示データレートを示すデータレートコントロール情報を受信し、
各端末から受信したパケットで、パケット終端情報を含むパケットがあるか否か判断することにより、パケット終端情報の有無を示す係数を設定し、
前記係数で重み付けした、各端末のデータレートコントロール情報と各端末に送信している平均スループットとの比を計算し、
前記比が最大の端末に対してタイムスロットを優先的に割当ててパケットを送信するようにした
前記無線基地局。 In a radio base station for time-sharing sharing a radio line with a plurality of radio terminals, controlling the allocation of time slots according to the radio status of each terminal, and transmitting data divided into a plurality over the radio line,
A schedule processing unit for determining the allocation of time slots according to the rate information of each terminal for the divided packets and transmitting the packets;
The schedule processing unit
Receive data rate control information indicating the instruction data rate that each terminal can receive,
By determining whether or not there is a packet including the packet end information in the packet received from each terminal, a coefficient indicating the presence or absence of the packet end information is set,
Calculating the ratio of the data rate control information of each terminal weighted by the coefficient and the average throughput being transmitted to each terminal;
The radio base station configured to preferentially assign a time slot to a terminal having the maximum ratio and transmit a packet.
前記スケジュール処理部は、さらに、パケットを送信した端末に対する平均スループットを更新するようにした無線基地局。 In the radio base station according to claim 1,
The schedule processing unit is a radio base station that further updates an average throughput for a terminal that has transmitted a packet.
前記パケット終端情報は、分割されたパケットの終端を示す情報、パケット調整用ダミーデータ又はパディングであることを特徴とする無線基地局。 In the radio base station according to claim 1 or 2,
The radio base station, wherein the packet end information is information indicating the end of a divided packet, dummy data for packet adjustment, or padding.
前記パケット終端情報は、下位レイヤに含まれる上位レイヤのパケット境界を示す情報、又は、下位レイヤのパケット境界を示す情報であることを特徴とする無線基地局。 In the radio base station according to any one of claims 1 to 3,
The radio base station, wherein the packet termination information is information indicating a packet boundary of an upper layer included in a lower layer or information indicating a packet boundary of a lower layer.
上位レイヤにおいてACK型再送プロトコルが実装されており、かつ無線回線で送信する際、上位レイヤのパケットを複数の下位レイヤパケットに分割して送信することを特徴とする無線基地局。 In the radio base station according to any one of claims 1 to 4,
A radio base station, in which an ACK-type retransmission protocol is implemented in an upper layer, and when the packet is transmitted through a radio channel, the upper layer packet is divided into a plurality of lower layer packets and transmitted.
下位レイヤのパケットに含まれる上位レイヤのパケットの境界と無線状況の双方に基いてタイムスロットの割当て制御を行うことを特徴とする無線基地局。 In the radio base station according to any one of claims 1 to 5,
A radio base station that performs time slot allocation control based on both a boundary of an upper layer packet included in a lower layer packet and a radio status.
各端末から受信した受信信号からデータレートコントロール情報を抽出し、前記スケジューリング処理部に出力するデモジュレータと、
各端末に対する下り情報を記憶する複数のデータバッファと、
前記スケジューリング処理部からの指示に基づき、複数の前記データバッファのひとつを選択してパケットを送信するためのセレクタと
をさらに備えた無線基地局。
In the radio base station according to any one of claims 1 to 6,
A demodulator that extracts data rate control information from the received signal received from each terminal and outputs the information to the scheduling processing unit;
A plurality of data buffers for storing downlink information for each terminal;
A radio base station further comprising a selector for selecting one of the plurality of data buffers and transmitting a packet based on an instruction from the scheduling processing unit.
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