JP2006197117A - セル別レート制御方法、基地局および端末 - Google Patents

Abstract

【課題】最適な伝送レートを選択するためのセル別レート制御方法を得ること。
【解決手段】本発明にかかるセル別レート制御方法では、たとえば、端末（３，４）が、セル内において報知されているビーコン信号に含まれる伝送レートでデータ送信を行い、当該データ送信に対応したＡＣＫの受信回数および非受信回数を累積し、さらに、他のセルに移行する直前に、通信中のセルの在圏期間に累積したＡＣＫの受信回数および非受信回数を、当該通信中セルをカバーする基地局（１）に対して通知し、基地局（１）が、端末（３，４）から個別に受け取ったＡＣＫの受信回数および非受信回数を累積し、当該累積結果に基づいて、システムにより定義された複数の伝送レートの中から上り回線の伝送レートを選択し、さらに、当該選択結果をビーコン信号に含めて報知する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、少なくとも１つの基地局とその基地局がカバーするサービスエリア（セル）に存在する複数の端末から構成された通信システムにおけるセル別レート制御方法に関するものであり、特に、システムにおいて複数の伝送レートが定義されている場合におけるセル別レート制御方法に関するものである。

たとえば、下記非特許文献１で規格化されているＷ（ワイヤレス）−ＬＡＮシステムでは、無線回線を用いたデータ伝送に８つの伝送レート（6Mbps，9Mbps，12Mbps，18Mbps，24Mbps，36Mbps，48Mbps，54Mbps）が定義されている。低伝送レートを使用した場合には、雑音への耐性が強く、誤り率が低くなる一方で、スループットが低くなる。高伝送レートを使用した場合には、高スループットが期待できるが、雑音への耐性が弱いために使用できる範囲が限定される。

また、伝送レートの具体的選択方法については、下記非特許文献１には規定されておらず、製品を提供するメーカなどに委ねられている。伝送レートの具体的選択方法の一例としては、ある伝送レートを使用している状態で、連続してデータ送信に失敗した場合には、現在使用している伝送レートを下げ、また、連続してデータ送信に成功した場合には、現在使用している伝送レートを上げる、という方法が考えられる。端末が複数存在する場合は、それぞれの端末において個別にこの制御を行う。上記のような方法は、たとえば、下記特許文献１に記述されている。なお、Ｗ−ＬＡＮにおけるデータ送信では、受信局が正しくデータを受信した場合にＡＣＫを返送するため、送信局ではＡＣＫの受信／非受信によってデータ送信の成功／失敗を判断することができる。

IEEE802.11a 特開２００３−１１０５７５号公報 「マルチレート対応無線基地局装置」の段落番号３１等

現在IEEE802.11a/11b/11gで定義されているＷ−ＬＡＮシステムは、静止または準静止状態で使用することが想定されているが、一方で、移動環境でも使用可能なＷ−ＬＡＮシステムへの要望が高まっており、その場合、下記に示す問題点が発生する。

たとえば、Ｗ−ＬＡＮシステムにおいてはセル半径１００〜３００ｍが想定され、半径３００ｍのセルを時速３００ｋｍで通過する場合は、端末がそのセルに存在する時間はわずか７．２秒である。このような短い時間では、一つの端末が同一セルでデータを送信する回数が少なくなり、連続成功または連続失敗にて示される送信結果を得ることが困難となる、という問題がある。また、時速３００ｋｍで移動している場合には、無線回線の状態変化が早くなり、たとえデータ送信の送信結果（成功、失敗）が得られたとしても、それをもとに選択した伝送レートが次のデータ送信時に適切なものであるとは言えない、という問題もある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、システムで定義している複数の伝送レートの中から、その時点での無線回線の状態に最適な伝送レートを選択するためのセル別レート制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるセル別レート制御方法にあっては、少なくとも１つの基地局と当該基地局がカバーするサービスエリア（セルに相当）に存在する単一または複数の端末から構成された通信システムにおいて、使用可能な複数の伝送レートが定義されている場合のセル別レート制御方法であって、たとえば、前記各端末が、セル内において報知されている伝送レート報知信号に含まれる伝送レートでデータ送信を行い、当該データ送信に対応したＡＣＫの受信回数および非受信回数を累積する応答累積ステップと、前記各端末が、他のセルに移行する直前に、通信中のセルの在圏期間に累積したＡＣＫの受信回数および非受信回数（累積結果）を、当該通信中セルをカバーする基地局に対して通知する累積結果通知ステップと、前記基地局が、各端末から個別に受け取ったＡＣＫの受信回数および非受信回数を累積し、当該累積結果に基づいて、前記定義された複数の伝送レートの中から上り回線の伝送レートを選択する上り伝送レート選択ステップと、前記基地局が、前記選択結果を伝送レート報知信号に含めて報知する報知ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、基地局が、端末から受け取ったＡＣＫの受信回数および非受信回数を累積し、その累積結果に基づいて上り伝送レートを決定し、同一セル内の全端末が基地局にて決定した同一の上り伝送レートを使用することとし、各端末が、セル在圏期間におけるＡＣＫの受信および非受信に基づいた伝送レートの決定処理を行わない構成とした。

この発明によれば、上記セル別レート制御方法を適用することにより、システムで定義されている複数の伝送レートの中から選択された、その時点における無線回線状態に最適な伝送レートで通信を行うことが可能となる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかるセル別レート制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
本実施の形態においては、少なくとも１つの基地局とそれがカバーするサービスエリア（以後セルと記述）に複数（１つを含む）の端末が存在する通信システムを想定し、たとえば、基地局および端末が、データ送信を行う際に、システムで定義している複数の伝送レートの中から、その時点における無線回線状態に最適な伝送レートを選択する処理、について説明する。

図１−１は、本発明かかるセル別レート制御方法を実現する通信システムの構成例を示す図であり、図１−２は、システムが用意する複数の伝送レートを示す図である。ここでは、基地局１が伝送レートＮ１（Ｎ１は図１−２に示す番号１〜Ｍのいずれか）を、基地局２が伝送レートＮ２（Ｎ２は図１−２に示す番号１〜Ｍのいずれか）を、それぞれ自身のビーコン信号（特許請求の範囲における伝送レート報知信号に相当）にて通知している。なお、システム全体としては、図１−２に示すように、Ｍ個の伝送レートをサポートしている。

図２は、たとえば、端末３が、基地局１がカバーするセルに移動してきた場合の伝送レート獲得のシーケンスを示す図である。基地局１は、周期的にビーコン信号を流しており、その信号にはそのセルで使用する伝送レートの情報（伝送レート情報）が含まれている（ステップＳ１〜Ｓ３）。端末３は、基地局１がカバーするセルに入った場合、最初にビーコン信号を受信し、その信号に含まれた伝送レート情報を獲得する（ステップＳ１）。その後、データ送信を行う場合に、獲得した伝送レートでデータ送信を実行する（ステップＳ４）。このように、上記システムでは、新しいセルに移った直後から、そのセルに最適な伝送レートを瞬時に獲得できる。

つづいて、上り回線の伝送レートのアップデート方法について説明する。図３は、上り回線の伝送レートのアップデート方法を示す図である。端末３および端末４は、たとえば、基地局１がカバーするセルに入ると、基地局１からこのセルで使用する伝送レート情報を獲得する（ステップＳ１１）。各端末は、獲得した伝送レートＸ１（図１−２に示す伝送レートに相当）にてそれぞれデータ送信を行い（ステップＳ１２）、ＡＣＫを受信した回数、およびＡＣＫを受信できなかった回数を累積する。さらに、各端末は、次のセルに移行する直前に、これまでに（図示のセル在圏期間に相当）累積したＡＣＫの受信回数および非受信回数を基地局１に通知する（ステップＳ１３）。基地局１は、これらのＡＣＫ受信回数および非受信回数を累積し、この累積結果に基づいて上り回線の伝送レートをＸ２にアップデートする（ステップＳ１４）。

このように、本実施の形態においては、同一セル内の全端末が基地局にて決定した同一の伝送レートを使用することとし、端末が、セル在圏期間のＡＣＫの受信および非受信に基づいた伝送レートの選択処理を行わない構成とした。

なお、図３においては、説明の便宜上、非常に短い期間（セル在圏期間）のＡＣＫ受信回数および非受信回数に基づいてアップデートを行っているが、本来は伝送路状態を把握可能な期間にわたって累積したＡＣＫ受信回数および非受信回数に基づいてアップデートを行う。これにより、基地局設置直後の適切な伝送レートが判断できない状態、および無線環境に影響を与えるようなセル周辺環境の変化（反射波を生むビル建設等）、に対応する。

また、図４は、本発明にかかるセル別レート制御方法（上記上り回線の伝送レートのアップデート方法）を実現するための基地局（１，２）および端末（３，４）の構成例を示す図である。図４において、基地局は、伝送レートアップデート部１１と、送信データ選択部１２と、送信部１３と、受信部１４と、ＡＣＫ送信判定部１５と、ＡＣＫ受信／非受信回数累積部１６と、を備え、端末は、受信部２１と、ビーコン解析部２２と、送信データ選択部２３と、送信部２４と、ＡＣＫ受信／非受信回数累積部２５と、セル切替判定部２６と、を備える。

上記基地局においては、送信データ選択部１２が、伝送レートアップデート部１１からの指示により使用する伝送レートに変更がある場合、ビーコン信号送信時の伝送レート情報を新しい伝送レート情報に入れ替える。一方、端末では、ビーコン信号を受信すると、ビーコン解析部２２にて伝送レート情報を獲得し、その情報を送信データ選択部２３に通知する。送信データ選択部２３では、上位レイヤから到着したデータを送信部２４に送信するとともに、使用する伝送レートも合わせて通知する。このとき、送信データ選択部２３は、ＡＣＫ受信／非受信回数累積部２５に対して、データを送信したことを通知（送信通知）する。その後、ＡＣＫ受信／非受信回数累積部２５では、上記の送信に対応するＡＣＫ受信／非受信をカウントする。そして、セル切替判定部２６からセル切り替えの通知があった場合、それまで累積していたＡＣＫ受信累積回数および非受信累積回数を送信データ選択部２３に対して通知し、送信データ選択部２３では、新しいセルに切り替える前にそれぞれの累積回数を基地局に対して送信する。

また、基地局の受信処理としては、たとえば、通常のデータを受信した場合には、ＡＣＫ送信判定部１５が、データの正当性を判断し、正しい受信と判断した場合に送信データ選択部１２に対してＡＣＫの送信を指示する。また、端末よりＡＣＫ受信／非受信累積回数に関する情報を受け取った場合には、ＡＣＫ受信／非受信回数累積部１６が、以前から累積していた情報にその回数をさらに加算する。そして、この回数を伝送レートアップデート部１１に通知し、伝送レートアップデート部１１では、特定期間の経過後にアップデート処理を行う。

つづいて、下り回線の伝送レートのアップデート方法について説明する。図５は、下り方向の伝送レートのアップデート方法を示す図である。なお、下り方向の伝送レートについては、基地局の送信時に使用する伝送レートであるため、特に端末に予め通知する必要はない。

まず、基地局１は、たとえば、それまでに使用していた伝送レートＹ１でデータ送信を行う（ステップＳ２１）。そして、上記の送信に対するＡＣＫを受け取り（ステップＳ２２、Ｓ２３）、ＡＣＫ受信回数とＡＣＫ非受信回数を累積する。その後、規定の時間が経過した段階で、それまでのＡＣＫ受信累積回数とＡＣＫ非受信累積回数に基づいて下り回線で使用する伝送レートを選択し、たとえば、アップデートを行った場合には新しい伝送レートＹ２でデータ送信を行う（ステップＳ２４）。なお、図５においては、端末が１台の場合について記載されているが、本発明では、セルに存在する全端末へのデータ送信に対応するＡＣＫ受信とＡＣＫ非受信をカウントする。

このように下り回線と上り回線の伝送レートを独立に決定する方法は、たとえば、基地局と端末の送信電力が異なる場合に有効である。Ｗ−ＬＡＮシステムは、下りと上りで同じ周波数を使用するため、無線回線状態を同一と考えやすいが、それぞれの送信電力が異なる場合には受信側における信号電力レベルが異なり、下り回線と上り回線で適切な伝送レートが異なる可能性がある。

また、図６は、下り回線の伝送レートのアップデート方法を実現するための基地局（１，２）の構成例を示す図である。なお、ここでは、上記図６の構成を用いて、下り回線の伝送レートのアップデートを行うこととするが、これに限らず、上り回線の伝送レートのアップデートを行う構成と、下り回線の伝送レートのアップデートを行う構成と、をそれぞれ個別に備えることとしてもよい。

まず、送信データ選択部１２では、上位レイヤから受け取ったデータを、そのデータに適用する伝送レート情報とともに送信部１３に送る。このとき、送信部１３を介してデータ送信が行われたことを、ＡＣＫ受信／非受信回数累積部１６に通知する。そして、ＡＣＫ受信／非受信回数累積部１６では、受信部１４を経由して端末からのＡＣＫを受け取り、上記データ送信に対するＡＣＫ受信回数およびＡＣＫ非受信回数をカウントする。その後、これらの累積回数が伝送レートアップデート部１１に通知され、伝送レートアップデート部１１が新しい伝送レートを決定する。

つづいて、Ｗ−ＬＡＮシステムのように、端末が、１つの基地局がカバーする比較的小さいサービスエリアを高速度で移動する場合のレート制御方法の一例について説明する。図７は、特定の速度以上で移動している端末が存在する場合のレート制御方法の具体例を示す図である。ここでは、たとえば、時速Ｚ以上で移動中の端末３が、基地局１が送信するビーコンに含まれる伝送レートを使用し（上記上り回線の伝送レートのアップデート方法を適用し）、時速Ｚ未満の速度で移動中の端末４が、既知の処理（従来技術参照）でセル内において積極的に伝送レートを変更する。

すなわち、上り回線のデータ送信については、各端末が、自局の移動速度がＺ以上であるかＺ未満であるかを基準に、適用する伝送レートを判断する。具体的には、自局の移動速度がＺ以上の場合は、伝送レートＮ１（Ｎ１はビーコンで指定された番号１〜Ｍのいずれか）でデータ送信を行い、自局の移動速度がＺ未満の場合は、ビーコンによらず、自局の判断基準でデータ送信を行う（既知の処理）。一方、下り回線のデータ送信については、端末が自局の移動速度を基地局に対して通知することによって、基地局が、適用する伝送レートを判断する。すなわち、この方法では、移動速度が比較的遅く、セル内での伝送レートの切り替えが有効な端末については、伝送レートの切り替えを積極的に行うことになる。これにより、端末のスループットの向上が図れ、システム全体のスループット向上が期待できる。なお、移動速度は、車や列車のスピードメータから知る方法や、無線回線における受信電力変動の様子から推定する方法などがある。

つづいて、２つ以上のセルの重なり部分に端末が存在するときのレート制御方法の一例について説明する。図８は、２つ以上のセルの重なり部分に端末が存在する場合のレート制御方法の具体例を示すである。ここでは、移動中の端末３が、セルの重なり部分において、それぞれの基地局（１，２）がビーコンで通知している伝送レート（上記上り回線の伝送レートのアップデート方法を適用）を比較し、伝送レートの高い方を選択する。たとえば、図８中右側のセル（伝送レートＮ２）から左側のセル（伝送レートＮ１）に移動している最中に、両者の重なり部分に端末が入った場合、伝送レートが「Ｎ１＞Ｎ２」であれば、早めに新セルで送信されているビーコンに含まれる伝送レートＮ１に切り替え、伝送レートが「Ｎ１＜Ｎ２」であれば、できるだけ旧セル内での通信を継続する。このように、できるだけ高い伝送レートを提供するセル内において通信を行うことにより、より高いスループットが期待できる。なお、上記新セルは、端末の移動によって新たにサービス可能となるセルを表し、上記旧セルは、通信中のセルを表す。

以上のように、本実施の形態においては、上記レート制御方法を適用することにより、システムで定義している複数の伝送レートの中から選択された、その時点における無線回線状態に最適な伝送レートで通信を行うことが可能となる。

以上のように、本発明にかかるセル別レート制御方法は、少なくとも１つの基地局とその基地局がカバーするサービスエリアに存在する複数の端末から構成された通信システムに有用であり、特に、システムにおいて複数の伝送レートを定義している場合の通信に適している。

本発明かかるセル別レート制御方法を実現する通信システムの構成例を示す図である。 システムが用意する複数の伝送レートを示す図である。 伝送レート獲得のシーケンスを示す図である。 上り回線の伝送レートのアップデート方法を示す図である。 基地局および端末の構成例を示す図である。 下り方向の伝送レートのアップデート方法を示す図である。 基地局の構成例を示す図である。 特定の速度以上で移動している端末が存在する場合のレート制御方法の具体例を示す図である。 ２つ以上のセルの重なり部分に端末が存在する場合のレート制御方法の具体例を示すである。

符号の説明

１，２ 基地局
３，４ 端末
１１ 伝送レートアップデート部
１２ 送信データ選択部
１３ 送信部
１４ 受信部
１５ ＡＣＫ送信判定部
１６ ＡＣＫ受信／非受信回数累積部
２１ 受信部
２２ ビーコン解析部
２３ 送信データ選択部
２４ 送信部
２５ ＡＣＫ受信／非受信回数累積部
２６ セル切替判定部

Claims (9)

1. 少なくとも１つの基地局と当該基地局がカバーするサービスエリア（セルに相当）に存在する単一または複数の端末から構成された通信システムにおいて、使用可能な複数の伝送レートが定義されている場合のセル別レート制御方法であって、
   前記各端末が、セル内において報知されている伝送レート報知信号に含まれる伝送レートでデータ送信を行い、当該データ送信に対応したＡＣＫの受信回数および非受信回数を累積する応答累積ステップと、
   前記各端末が、他のセルに移行する直前に、通信中のセルの在圏期間に累積したＡＣＫの受信回数および非受信回数（累積結果）を、当該通信中セルをカバーする基地局に対して通知する累積結果通知ステップと、
   前記基地局が、各端末から個別に受け取ったＡＣＫの受信回数および非受信回数を累積し、当該累積結果に基づいて、前記定義された複数の伝送レートの中から上り回線の伝送レートを選択する上り伝送レート選択ステップと、
   前記基地局が、前記選択結果を伝送レート報知信号に含めて報知する報知ステップと、
   を含むことを特徴とするセル別レート制御方法。
2. さらに、前記基地局が、自局のデータ送信に対応したＡＣＫの受信回数および非受信回数を累積し、規定の時間が経過した段階での累積結果に基づいて下り回線の伝送レートを選択する下り伝送レート選択ステップ、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のセル別レート制御方法。
3. 前記端末は、特定の速度以上で移動している場合に、前記伝送レート報知信号に含まれる伝送レートを使用し、前記特定の速度未満で移動している場合には、前記伝送レート報知信号によらず、自局の判断基準でデータ送信を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のセル別レート制御方法。
4. 前記端末は、隣接するセルの重なり合う部分に存在する場合、それぞれをカバーする基地局が伝送レート報知信号にて報知している伝送レートを比較し、伝送レートの高い方を選択して通信を行うことを特徴とする請求項１、２または３に記載のセル別レート制御方法。
5. 自局がカバーするサービスエリア（セルに相当）に存在する単一または複数の端末とともに通信システムを構成する基地局において、
   前記端末が通信中セルの在圏期間に累積したＡＣＫの受信回数および非受信回数（累積結果）を送信する機能を有する場合に、前記各端末から個別に受け取った累積結果をさらに累積する累積手段と、
   前記累積手段による累積結果に基づいて、システムにおいて定義された複数の伝送レートの中から上り回線の伝送レートを選択する上り伝送レート選択手段と、
   前記選択結果を伝送レート報知信号に含めて報知する報知手段と、
   を備えることを特徴とする基地局。
6. さらに、自局のデータ送信に対応したＡＣＫの受信回数および非受信回数を累積し、規定の時間が経過した段階での累積結果に基づいて下り回線の伝送レートを選択する下り伝送レート選択手段、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の基地局。
7. 基地局とともに通信システムを構成し、当該基地局がカバーするサービスエリア（セルに相当）に存在する端末において、
   セル内において報知されている伝送レート報知信号に含まれる伝送レートでデータ送信を行い、当該データ送信に対応したＡＣＫの受信回数および非受信回数を累積する応答累積手段と、
   他のセルに移行する直前に、通信中のセルの在圏期間に累積したＡＣＫの受信回数および非受信回数（累積結果）を、前記基地局に対して通知する累積結果通知手段と、
   を備えることを特徴とする端末。
8. 特定の速度以上で移動している場合に、前記伝送レート報知信号に含まれる伝送レートを使用し、前記特定の速度未満で移動している場合には、前記伝送レート報知信号によらず、自局の判断基準でデータ送信を行うことを特徴とする請求項７に記載の端末。
9. 隣接するセルの重なり合う部分に存在する場合、それぞれをカバーする基地局が伝送レート報知信号にて報知している伝送レートを比較し、伝送レートの高い方を選択して通信を行うことを特徴とする請求項７または８に記載の端末。

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