JP2008227855A - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パケットロスが少ない場合にはスループットを増加させることができ、パケットロスが頻繁に発生する場合であっても通信を継続可能な通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信端末１００は、受信したパケットに含まれる再送制御情報（シーケンス番号やＡｃｋ）に応じて、パケットを通信先装置に再送する通信制御部１０４と、通信先装置との通信に用いられた複数のパケットのうち伝搬路で損失したパケットの割合を示す情報を取得するパケットロス率算出部１０６と、取得された情報に応じて、再送制御情報の情報量を制御するフォーマット選択部１０７とを備える。フォーマット選択部１０７は、上記割合が所定の閾値以下である場合、再送制御情報の情報量を減少させ、上記割合が所定の閾値を超える場合、再送されるパケットに含まれる再送制御情報の情報量を、送信されるパケットに含まれる再送制御情報の情報量以下にする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動再送制御に使用される再送制御情報と、ユーザデータとを含むパケットを用いて通信先装置と通信する通信装置及び通信方法に関する。

無線通信システムにおいては、無線伝搬路の環境が変動し易いため、無線伝搬路においてパケットが喪失することがある。このため、無線通信システムでは、無線伝搬路において喪失したパケットを再送する自動再送制御が広く用いられている（例えば、非特許文献１参照）。

自動再送制御では、送信装置は、ユーザデータの送信毎に増加するシーケンス番号を受信装置に通知する。受信装置は、連続して受信に成功した最後のシーケンス番号を確認応答（Ａｃｋ）として送信装置に通知する。

送信装置と受信装置との通信に用いられるパケットは、ユーザデータが格納されるペイロードと、自動再送制御に使用される情報（シーケンス番号やＡｃｋなど）が格納されるヘッダとを有する。一般的に、無線通信システムでは、有線通信システムと比較してパケットサイズが小さい。よって、パケットのヘッダ長を削減することでペイロード長を増加させ、１つのパケットで伝送可能なユーザデータ量を増加させることが望ましい。

ヘッダ長を削減する技術として、受信装置が、パケットの損失が発生しない期間においてＡｃｋの送信を省略し、パケットの損失を検出したときに限りＡｃｋを送信する手法が知られている。すなわち、受信装置は、送信装置に再送を要求する再送要求としてＡｃｋを用いる。

送信装置は、再送要求に応じてパケットを受信装置に再送するが、受信装置は、損失したパケットの再送が完了するまで再送要求を送信し続ける。送信装置は、再送要求を受信した際、再送要求が示す、損失したパケットのみを再送する。このような自動再送制御は、ＳＲ−ＡＲＱ（Selective Repeat - Automatic Repeat reQuest）と呼ばれる。

ヘッダ長を削減する他の技術として、シーケンス番号のビット数を削減するＬＳＢ（Least Significant Bit）エンコーディングが知られている。ＬＳＢエンコーディングでは、送信装置は、シーケンス番号のうち、ＬＳＢからの規定ビット数（以下、「下位ビット」という）の情報のみを送信する。受信装置は、受信した下位ビットの情報に上位ビットの情報を補完することで、シーケンス番号を復号する。
"High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA)"，ＷＴＳＣ- ２００５ - ０３２，ＡＴＩＳ／ＡＮＳＩ

しかしながら、上述したＳＲ−ＡＲＱを用いる手法では、上り方向及び下り方向で同時にパケットの損失が発生した場合、当該パケットのヘッダ長と、当該パケットの再送時のヘッダ長とが異なる場合がある。

例えば、無線通信端末は、無線基地局によって送信されたパケットの損失を検出すると、当該パケットの再送が完了するまで再送要求を無線基地局に送信する。そして、上り方向及び下り方向で同時にパケットの損失が発生した場合、無線通信端末は、無線基地局から再送要求を受信する。

したがって、無線通信端末は、無線基地局からの再送要求に応じてパケットを再送する際、当該パケットに再送要求を格納する必要がある。このため、損失したパケットのヘッダ長よりも、再送されるパケットのヘッダ長が長くなる。

すなわち、損失したパケットのペイロードよりも、再送されるパケットのペイロードが短くなるので、損失したパケットのペイロードに格納されていたユーザデータが、再送されるパケットのペイロードに格納しきれなくなる。

その結果、１つのパケットを再送するために、複数のパケットが必要となり、上り方向のスループットが低下する。下り方向においても上り方向と同様の現象が生じるため、下り方向のスループットも低下することになる。

また、上述したＬＳＢエンコーディングでは、再送されたパケットによってはシーケンス番号が正しく復号されないことがある。この不具合を回避するためには、パケットの再送時に限って、シーケンス番号全体を送信することが考えられる。しかし、再送時のパケットのヘッダ長が増加するので、上述したように、１つのパケットを再送するために複数のパケットが必要となり、スループットが低下する。

以上のように、損失したパケットのヘッダ長よりも、当該パケットの再送時のヘッダ長が長くなる場合、スループットが低下するという問題があった。特に、無線伝搬路の環境が悪化し、パケットの損失が頻繁に発生する場合には、再送されるパケット数が大幅に増加し、通信の継続が困難になる恐れがある。

上記問題点に鑑み、本発明は、パケットの損失が少ない場合にはスループットを増加させることができ、パケットの損失が頻繁に発生する場合であっても通信を継続可能な通信装置及び通信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、自動再送制御に使用される再送制御情報（例えば、シーケンス番号やＡｃｋ）と、ユーザデータとを含むパケットを用いて通信先装置（無線通信端末１００又は無線基地局２００）と通信する通信装置（無線通信端末１００又は無線基地局２００）であって、前記パケットを前記通信先装置に送信するパケット送信部（送信処理部１０８又は２０８）と、前記通信先装置から前記パケットを受信するパケット受信部（受信処理部１０３又は２０３）と、前記パケット受信部によって受信された前記パケットに含まれる前記再送制御情報に応じて、前記パケットを前記通信先装置に再送するパケット再送部（通信制御部１０４又は２０４）と、前記通信先装置との通信に用いられた複数のパケットのうち、前記通信先装置との間の伝搬路で損失したパケットの割合を示す情報を取得する取得部（パケットロス率算出部１０６又は２０６）と、前記取得部によって取得された前記情報に応じて、前記再送制御情報の情報量を制御する情報量制御部（フォーマット選択部１０７又は２０７）とを備え、前記情報量制御部は、前記割合が所定の閾値（閾値ＴＨ）以下である場合、前記再送制御情報の情報量を減少させ、前記割合が前記所定の閾値を超える場合、前記パケット再送部が再送する前記パケットに含まれる前記再送制御情報の情報量を、前記パケット送信部が送信する前記パケットに含まれる前記再送制御情報の情報量以下にすることを要旨とする。

このような特徴によれば、通信装置は、通信先装置との通信に用いられた複数のパケットのうち、通信先装置との間の伝搬路で損失したパケットの割合が所定の閾値以下である場合、再送制御情報の情報量を減少させる。これにより、１つのパケットに格納可能なユーザデータが増加するので、スループットを増加させることができる。

また、通信装置は、上記割合が所定の閾値を超えた場合、パケット再送部が再送するパケットに含まれる再送制御情報の情報量を、パケット送信部が送信するパケットに含まれる再送制御情報の情報量以下にするので、損失したパケットのヘッダ長よりも、再送されるパケットのヘッダ長が長くなることがない。これにより、１つのパケットを再送するために複数のパケットが必要とならない。したがって、無線通信装置は、パケットの損失が頻繁に発生し、再送されるパケット数が大幅に増加しても、通信を継続することができる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記情報量制御部は、前記割合が前記所定の閾値を超える場合、前記パケット送信部が送信する前記パケット及び前記パケット再送部が再送する前記パケットにおいて、前記再送制御情報の情報量を一致させることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記再送制御情報は、前記パケットの送信毎に増加するシーケンス番号を含み、前記情報量制御部は、前記割合が前記所定の閾値以下である場合、前記シーケンス番号の情報量を減少させ、前記割合が前記所定の閾値を超えた場合、前記シーケンス番号の情報量を一定に維持することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記再送制御情報は、前記通信装置が連続して受信に成功した最後のシーケンス番号を示す確認情報（Ａｃｋ）をさらに含み、前記情報量制御部は、前記割合が前記所定の閾値以下である場合、前記確認情報の情報量を減少させ、前記割合が前記所定の閾値を超えた場合、前記確認情報の情報量を一定に維持することを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、本発明の第４の特徴に係り、前記情報量制御部は、前記割合が前記所定の閾値以下である場合、前記確認情報を前記再送制御情報から除外することを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記通信先装置との通信に用いる前記パケットのサイズを変更するサイズ変更部をさらに備え、前記情報量制御部は、前記パケットのサイズに応じて前記所定の閾値を変更することを要旨とする。

本発明の第７の特徴は、自動再送制御に使用される再送制御情報と、ユーザデータとを含むパケットを用いて通信先装置と通信する通信方法であって、前記パケットを前記通信先装置に送信するステップと、前記通信先装置から前記パケットを受信するステップと、受信された前記パケットに含まれる前記再送制御情報に応じて、前記パケットを前記通信先装置に再送するステップと、前記通信先装置との通信に用いられた複数のパケットのうち、前記通信先装置との間の伝搬路で損失したパケットの割合を示す情報を取得するステップと、前記取得部によって取得された前記情報に応じて、前記再送制御情報の情報量を制御するステップとを備え、前記制御するステップでは、前記割合が所定の閾値以下である場合、前記再送制御情報の情報量を減少させ、前記割合が前記所定の閾値を超える場合、前記パケット再送部が再送する前記パケットに含まれる前記再送制御情報の情報量を、前記パケット送信部が送信する前記パケットに含まれる前記再送制御情報の情報量以下にすることを要旨とする。

本発明によれば、パケットの損失が少ない場合にはスループットを増加させることができ、パケットの損失が頻繁に発生する場合であっても通信を継続可能な通信装置及び通信方法を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

（１）無線通信システムの概略構成
まず、本実施形態に係る無線通信システムの概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。

図１に示すように、無線通信システムは、無線通信端末１００及び無線基地局２００を備える。本実施形態では、無線通信端末１００及び無線基地局２００は、時分割多元接続−時分割複信（ＴＤＭＡ−ＴＤＤ）方式を用いた無線通信（例えば、ｉＢｕｒｓｔ（登録商標）規格に基づく無線通信）を実行する。また、１フレーム期間内において、上り方向ＵＬの通信後に下り方向ＤＬの通信が実行される。

無線通信システムでは、パケットの自動再送制御（ＡＲＱ）が実行される。すなわち、パケットは、ユーザデータが格納されるペイロードに加えて、ＡＲＱに使用される再送制御情報（シーケンス番号やＡｃｋなど）が格納されるヘッダを有する。

本実施形態では、無線通信端末１００及び無線基地局２００は、ヘッダのビット長を固定にするモード（以下、「固定長ヘッダモード」という）、又はヘッダのビット長を可変にするモード（以下、「可変長ヘッダモード」という）のいずれか一方で動作する。

具体的には、無線通信端末１００及び無線基地局２００は、通信に用いられた一定数のパケットのうち無線伝搬路で損失したパケットの割合（以下、「パケットロス率」という）を示す情報に応じて、固定長ヘッダモード又は可変長ヘッダモードのいずれかを選択する。

また、無線通信端末１００及び無線基地局２００は、可変長ヘッダモードにおいて、Ａｃｋをパケットに格納するフォーマット、又はＡｃｋをパケットに格納しないフォーマットのいずれか一方を使用する。無線通信端末１００及び無線基地局２００は、可変長ヘッダモードにおいて、シーケンス番号を削減するフォーマット、又はシーケンス番号を削減しないフォーマットのいずれか一方を使用する。

（２）無線通信システムの詳細構成
次に、無線通信端末１００及び無線基地局２００の構成について説明する。

（２．１）無線通信端末の構成
図２は、無線通信端末１００の機能ブロック図である。なお、以下、本発明との関連がある部分について主に説明する。したがって、無線通信端末１００は、当該装置としての機能を実現する上で必須な、図示しない或いは説明を省略した論理ブロック（電源部など）を備える場合があることに留意されたい。

図２に示すように、無線通信端末１００は、アンテナ１０１、無線通信部１０２、受信処理部１０３、通信制御部１０４、メモリ部１０５、パケットロス率算出部１０６、フォーマット選択部１０７及び送信処理部１０８を備える。

無線通信部１０２は、アンテナ１０を介して無線信号の送信及び受信を行う。無線通信部１０２には、ＬＮＡ、パワーアンプ、アップコンバータ及びダウンコンバータなどが含まれる。

受信処理部１０３は、無線通信部１０２によって受信された無線信号に対して、復調及び誤り検出などを行ってパケットを出力する。また、受信処理部１０３は、誤り検出の結果に応じて、パケットの損失（以下、「パケットロス」）を検出する。受信処理部１０３は、パケットロスが検出された旨をパケットロス率算出部１０６及び通信制御部１０４に通知する。

通信制御部１０４は、受信処理部１０３によってパケットロスが検出された場合、メモリ部１０５に記憶されている情報を用いて、パケットの再送要求を行う。また、通信制御部１０４は、無線基地局２００から再送要求を受信した場合に、再送を要求されたパケットのみを再送する（ＳＲ−ＡＲＱ）。メモリ部１０５が記憶する情報の詳細については後述する。

通信制御部１０４は、可変長ヘッダモード時において、Ａｃｋを省略するか否か、及びシーケンス番号を削減するか否かを判定する。当該判定の結果は、フォーマット選択部１０７に通知される。

パケットロス率算出部１０６は、受信処理部１０３からの通知に基づき、パケットロス率を算出する。本実施形態では、パケットロス率算出部１０６は、パケットロス率としてフレーム単位の誤り率であるフレームエラーレートを算出する。

フォーマット選択部１０７は、パケットロス率算出部１０６によって算出されたパケットロス率に応じて、固定長ヘッダモード又は可変長ヘッダモードのいずれかを選択する。具体的には、フォーマット選択部１０７は、パケットロス率算出部１０６によって算出されたパケットロス率が閾値ＴＨ（図２１参照）を超えた場合に、固定長ヘッダモードを選択する。一方、フォーマット選択部１０７は、パケットロス率算出部１０６によって算出されたパケットロス率が閾値ＴＨ以下である場合に、可変長ヘッダモードを選択する。

フォーマット選択部１０７は、可変長ヘッダモード時において、通信制御部１０４による判定結果に応じてヘッダフォーマットを選択する。ヘッダフォーマットの詳細については後述する。

送信処理部１０８は、フォーマット選択部１０７によって選択されたヘッダフォーマットに従ったパケットを生成し、当該パケットを無線通信部１０２により無線基地局２００に送信する。

（２．２）無線基地局の構成
図３は、無線基地局２００の機能ブロック図である。図３に示すように、無線基地局２００は、アンテナ２０１、無線通信部２０２、受信処理部２０３、通信制御部２０４、メモリ部２０５、パケットロス率算出部２０６、フォーマット選択部２０７及び送信処理部２０８を備える。

アンテナ２０１、無線通信部２０２、受信処理部２０３、通信制御部２０４、メモリ部２０５、パケットロス率算出部２０６、フォーマット選択部２０７及び送信処理部２０８は、無線通信端末１００のアンテナ１０１、無線通信部１０２、受信処理部１０３、通信制御部１０４、メモリ部１０５、パケットロス率算出部１０６、フォーマット選択部１０７及び送信処理部１０８と同様の機能をそれぞれ有している。

（２．３）メモリ部に記憶される情報
次に、無線通信端末１００のメモリ部１０５、及び無線基地局２００のメモリ部２０５に記憶される情報について説明する。

（２．３．１）パケット送信用変数
図４は、メモリ部１０５及びメモリ部２０５に記憶されるパケット送信用変数を説明するための図である。図４に示すように、パケット送信用変数は、ＬａｓｔＳｅｎｄＮｕｍ及びＬａｓｔＡｃｋＰｅｅｒを含む。

ＬａｓｔＳｅｎｄＮｕｍは、最後に送信したパケットに含まれる最終オクテットデータのシーケンス番号である。ＬａｓｔＡｃｋＰｅｅｒは、Ａｃｋとして受信したシーケンス番号である。

送信側は、パケットの再送に備えるため、ＬａｓｔＡｃｋＰｅｅｒの次のシーケンス番号からＬａｓｔＳｅｎｄＮｕｍまでの送信済みペイロードの内容を、送信したフレーム番号に対応させて、Ａｃｋ待ち送信データの配列ｍａｐＴｘ（図１５参照）として記憶する。

なお、本実施形態では、シーケンス番号は１３ビットであり、０〜８１９１まで表現可能である。シーケンス番号は、８１９１に到達すると０に戻り、０〜８１９１の値が繰り返し用いられる。

（２．３．２）パケット受信用変数
図５は、メモリ部１０５及びメモリ部２０５に記憶されるパケット受信用変数を説明するための図である。図５に示すように、パケット受信用変数は、ＬａｓｔＳｅｎｄＡｃｋＮｕｍ及びＬａｓｔＲｅｃｅｉｖｅＮｕｍを含む。

ＬａｓｔＳｅｎｄＡｃｋＮｕｍは、受信したパケットに格納されるユーザデータのうち、損失せずに連続している最終オクテットデータのシーケンス番号である。ＬａｓｔＳｅｎｄＡｃｋＮｕｍの内容は、Ａｃｋとして送信側に通知される。ＬａｓｔＲｅｃｅｉｖｅＮｕｍは、受信したパケットに格納されるユーザデータのうち最終オクテットデータのシーケンス番号である。

なお、図５において、「受信済みデータ」は、既に受信したユーザデータを示す。「未受信データ」は、未だ受信していないユーザデータを示す。

上述したパケット送信用変数（ＬａｓｔＳｅｎｄＮｕｍ、ＬａｓｔＡｃｋＰｅｅｒ）及びパケット受信用変数（ＬａｓｔＳｅｎｄＡｃｋＮｕｍ、ＬａｓｔＲｅｃｅｉｖｅＮｕｍ）は、通信開始時において初期化される。

（３）ヘッダフォーマット
次に、図６〜図１１を用いて、無線通信端末１００と無線基地局２００との通信に用いられるヘッダフォーマットについて説明する。本実施形態では、６ビット長、１５ビット長、２０ビット長及び２８ビット長の４種類のヘッダ長が用いられる。いずれのヘッダフォーマットにおいてもパケット長は７２ビットである。

（３．１）６ビット長ヘッダフォーマット
図６は、６ビット長のヘッダフォーマット（以下、「６ビット長ヘッダフォーマット」）のパケット構成を示す図である。

６ビット長ヘッダフォーマットでは、パケットの０ビット目〜５ビット目がヘッダであり、残りはペイロードとして使用される。６ビット長ヘッダフォーマットでは、Ａｃｋが省略され、かつ５ビットのシーケンス番号がヘッダに格納される。

なお、ペイロードはパディングビットとオクテットデータ列からなる。パディングビットは、オクテットデータの開始位置を示すためのビットであり、最初に現れる１までをいう。パディングビットの直後に最初のオクテットデータのＭＳＢが開始し、パケット全体の最後のビットが最終オクテットデータのＬＳＢとなる。以下では、オクテットデータ無しのパケットを空データパケットと呼ぶ。

（３．２）１５ビット長ヘッダフォーマット
図７は、１５ビット長のヘッダフォーマット（以下、「１５ビット長ヘッダフォーマット」）のパケット構成を示す図である。

１５ビット長ヘッダフォーマットでは、０ビット目〜１４ビット目がヘッダであり、残りはペイロードとして使用される。１５ビット長ヘッダフォーマットでは、Ａｃｋが省略され、１５ビットのシーケンス番号がヘッダに格納される。Ａｃｋとしては、ＬａｓｔＳｅｎｄＡｃｋＮｕｍの下位１２ビットが格納される。

（３．３）２０ビット長ヘッダフォーマット
図８は、２０ビット長のヘッダフォーマット（以下、「２０ビット長ヘッダフォーマット」）のパケット構成を示す図である。

２０ビット長ヘッダフォーマットでは、０ビット目〜１９ビット目がヘッダであり、残りはペイロードとして使用される。２０ビット長ヘッダフォーマットでは、１２ビットのＡｃｋ及び５ビットのシーケンス番号がヘッダに格納される。

（３．４）２８ビット長ヘッダフォーマット
図９は、２８ビット長のヘッダフォーマット（以下、「２８ビット長ヘッダフォーマット」）のパケット構成を示す図である。

２８ビット長ヘッダフォーマットでは、０ビット目〜２７ビット目がヘッダであり、残りはペイロードとして使用される。２８ビット長ヘッダフォーマットでは、Ａｃｋがヘッダに格納され、かつ１５ビットのシーケンス番号がヘッダに格納される。

（３．５）各ヘッダフォーマットの比較
図１０は、各ヘッダフォーマットの各データフィールドを説明するための図である。図１１は、各ヘッダフォーマットの各データフィールドのビット長を比較した図である。

図１０に示すように、ｈｅａｄｅｒＦｏｒｍａｔフィールドは、各ヘッダフォーマットを識別するために用いられる。６ビット長ヘッダフォーマットでは、ｈｅａｄｅｒＦｏｒｍａｔフィールドが“１”である。また、１５ビット長ヘッダフォーマットでは、ｈｅａｄｅｒＦｏｒｍａｔフィールドが“０１”である。２０ビット長ヘッダフォーマットでは、ｈｅａｄｅｒＦｏｒｍａｔフィールドが“０００”である。２８ビット長ヘッダフォーマットでは、ｈｅａｄｅｒＦｏｒｍａｔフィールドが“００１”である。

また、図１１に示すように、６ビット長ヘッダフォーマットでは、Ａｃｋフィールド長は０ビットであり、シーケンス番号フィールド長は５ビットである。よって、６ビット長ヘッダフォーマットは、最大で８オクテットのユーザデータをペイロードに格納可能である。

１５ビット長ヘッダフォーマットでは、Ａｃｋフィールド長は０ビットであり、シーケンス番号フィールド長は、１３ビットである。１５ビット長ヘッダフォーマットは、最大で７オクテットのユーザデータをペイロードに格納可能である。

２０ビット長ヘッダフォーマットでは、Ａｃｋフィールド長は１２ビットであり、シーケンス番号フィールド長は、５ビットである。２０ビット長ヘッダフォーマットは、最大で６オクテットのユーザデータをペイロードに格納可能である。

２８ビット長ヘッダフォーマットでは、Ａｃｋフィールド長は１２ビットであり、シーケンス番号フィールド長は、１３ビットである。２８ビット長ヘッダフォーマットは、最大で５オクテットのユーザデータをペイロードに格納可能である。

本実施形態では、無線通信端末１００及び無線基地局２００は、可変長ヘッダモードにおいて各ヘッダフォーマットを切り替えて使用し、固定長ヘッダモードにおいて２８ビット長ヘッダフォーマットを使用する。

（４）シーケンス番号の復号動作
次に、５ビットシーケンス番号を１３ビットシーケンス番号に復号する手順について説明する。受信側は、以下の手順で、図１２に示すような５ビットシーケンス番号を１３ビットシーケンス番号に復号する。

・ＬａｓｔＳｅｎｄＡｃｋＮｕｍの下位５ビットを、受信した５ビットシーケンス番号で置換した値を１４ビットに拡張した値を１４ビットシーケンス番号とする。

・復号した１４ビットシーケンス番号が、ＬａｓｔＳｅｎｄＡｃｋＮｕｍより１６以上古いデータを示す場合、復号した１４ビットシーケンス番号に対し１６を加算した値を１４ビットシーケンス番号とする。

・１４ビットシーケンス番号のＬＳＢ〜１３ビット目を受信した１３ビットシーケンス番号とする。

（５）無線通信システムの動作
次に、図１３〜図１８を用いて、上述した無線通信システムの動作について説明する。

（５．１）モード選択動作
無線通信端末１００及び無線基地局２００によるモード選択動作について説明する。図１３は、無線通信端末１００及び無線基地局２００によるモード選択動作を示すフローチャートである。

なお、無線基地局２００のフォーマット選択動作は、無線通信端末１００のフォーマット選択動作と同様であるため、ここでは無線通信端末１００のフォーマット選択動作についてのみ説明する。

ステップＳ１１において、無線通信端末１００は、パケットロス率を算出する。

ステップＳ１２において、無線通信端末１００は、ステップＳ１１で算出されたパケットロス率が、閾値ＴＨを超えるか否かを判定する。パケットロス率が閾値ＴＨ以下であると判定された場合、ステップＳ１３に進む。一方、パケットロス率が閾値ＴＨを超えると判定された場合、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１３において、無線通信端末１００は、可変長ヘッダモードを選択する。

ステップＳ１４において、無線通信端末１００は、固定長ヘッダモードを選択する。本実施形態では、上述したように、固定長ヘッダモード時において２８ビット長ヘッダフォーマットが用いられる。

（５．２）ヘッダフォーマット選択動作
次に、可変長ヘッダモード時におけるヘッダフォーマット選択動作について説明する。図１４は、可変長ヘッダモード時におけるヘッダフォーマット選択動作を示すフローチャートである。

なお、無線基地局２００のフォーマット選択動作は、無線通信端末１００のフォーマット選択動作と同様であるため、無線通信端末１００のフォーマット選択動作についてのみ説明する。

ステップＳ２１において、無線通信端末１００は、ヘッダに格納するシーケンス番号を削減するか否かを判定する。すなわち、無線通信端末１００は、ヘッダに格納するシーケンス番号を全ビット（１３ビット）とするか、あるいは一部ビット（５ビット）とするかを判定する。

無線通信端末１００は、送信しようとしているパケットのシーケンス番号がＬａｓｔＡｃｋＰｅｅｒに対して２^(５-１)-１=１５より進んでいない場合に、ヘッダに格納するシーケンス番号を５ビット長とする。一方、送信しようとしているパケットのシーケンス番号がＬａｓｔＡｃｋＰｅｅｒに対して１５より進んでいる場合、ヘッダに格納するシーケンス番号を全ビット（１３ビット）とする。

ヘッダに格納するシーケンス番号を５ビットとする場合、ステップＳ２２に進む。一方、ヘッダに格納するシーケンス番号を１３ビットとする場合、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２２において、無線通信端末１００は、Ａｃｋを省略するか否かを判定する。無線通信端末１００は、以下の条件がすべて成立した場合に、暗黙的なＡｃｋ（ｉｍｐｌｉｃｉｔ Ａｃｋ）としてＡｃｋを省略する。

・最後に受信したパケットが正常に受信された
・最後に受信したパケットが正常にデコードされた
・最後に受信したパケットが空データパケットではない
・最後に受信したデータの最終オクテットデータを受信後にＬａｓｔＳｅｎｄＡｃｋＮｕｍがＬａｓｔＲｅｃｅｉｖｅＮｕｍに一致した
Ａｃｋを省略すると判定された場合、ステップＳ２４に進み、６ビット長ヘッダフォーマットが選択される。

一方、Ａｃｋを省略しないと判定された場合、ステップＳ２５に進み、２０ビット長ヘッダフォーマットが選択される。

ステップＳ２３において、無線通信端末１００は、ステップＳ２２と同様にして、Ａｃｋを省略するか否かを判定する。

Ａｃｋを省略すると判定された場合、ステップＳ２６に進み、１５ビット長ヘッダフォーマットが選択される。一方、Ａｃｋを省略しないと判定された場合、ステップＳ２７に進み、２８ビット長ヘッダフォーマットが選択される。

なお、図１４では、シーケンス番号を削減するか否かの判定後に、Ａｃｋを省略するか否かの判定が行われているが、Ａｃｋを省略するか否かの判定後に、シーケンス番号を削減するか否かを判定してもよい。

（５．３）可変長ヘッダモード時におけるパケットロス発生時の動作（パターン１）
次に、図１５及び図１６を用いて、可変長ヘッダモード時において、上り方向ＵＬにてパケットロスが発生した場合の動作について説明する。なお、フレームＦ１からデータ通信が始まり、全てのフレームにおける双方向のパケットが、できるだけ多くのユーザデータを運んでいるものとする。

フレームＦ１において、無線通信端末１００は、ユーザデータＳ１を格納したパケットを無線基地局２００に送信する。無線基地局２００は、ユーザデータＤ１を格納したパケットを無線通信端末１００に送信する。

フレームＦ２において、無線基地局２００は、フレームＦ１で受信したパケットのシーケンス番号を再構成（復号）する。無線通信端末１００は、ユーザデータＳ２を格納したパケットを無線基地局２００に送信する。

また、フレームＦ２において、無線基地局２００は、ユーザデータＤ２を格納したパケットを無線通信端末１００に送信する。その際、無線基地局２００は、フレームＦ１において無線通信端末１００から受信したパケットに対するＡｃｋを暗黙的なＡｃｋ（Implicit Ａｃｋ）として省略する。

フレームＦ３において、無線通信端末１００は、フレームＦ１で受信したパケットのシーケンス番号を再構成する。無線基地局２００は、フレームＦ２で受信したパケットのシーケンス番号を再構成する。

また、フレームＦ３において、無線通信端末１００は、ユーザデータＳ３を格納したパケットを無線基地局２００に送信する。その際、無線通信端末１００は、フレームＦ１において無線基地局２００から受信したパケットに対するＡｃｋを省略する。

さらに、フレームＦ３において、無線基地局２００は、ユーザデータＤ３を格納したパケットを無線通信端末１００に送信する。その際、無線基地局２００は、フレームＦ２において無線通信端末１００から受信したパケットに対するＡｃｋを省略する。

なお、受信側は、Ａｃｋが省略されたパケットを受信した場合、以下のシーケンス番号に対するＡｃｋを含むパケットであると認識する。

・現在の時刻tからラウンドトリップ時間trと双方のデコード時間tdm+tdpを加算した時間を遡った時刻t-(tr+(tdm+tdp))に送信したパケットに付加したシーケンス番号。

このように、無線基地局２００は、パケットを受信してから次のフレームでパケットのデコードが完了する。一方、無線通信端末１００は、パケットを受信してから２フレーム後にパケットのデコードが完了する。

また、送信されたパケットは、当該パケットが送信されたフレーム番号と対応付けてｍａｐＴｘに記憶される。図１５において、“ｍａｐＴｘ（Ａ）＝Ｂ”の“Ａ”はユーザデータ（パケット）を示す情報であり、“Ｂ”はフレーム番号を示す情報である。

フレームＦ４において、無線通信端末１００は、ユーザデータＳ４を格納したパケットを無線基地局２００に送信する。しかし、当該パケットは、無線伝搬路において損失したものとする。なお、フレームＦ１〜フレームＦ４においては、無線通信端末１００及び無線基地局２００が送信するパケットは、６ビット長ヘッダフォーマットである。

フレームＦ５において、無線基地局２００は、パケットロスを検出する。そして、無線基地局２００は、明示的なＡｃｋ（Explicit Ack）を含むパケットを無線通信端末１００に送信する。このため、無線基地局２００が送信するパケットのヘッダフォーマットは、２０ビット長ヘッダフォーマットになる。

フレームＦ６において、無線通信端末１００は、フレームＦ４で送信したユーザデータＳ４が損失したことを認識する。無線基地局２００は、明示的なＡｃｋを含むパケットを無線通信端末１００に送信する。

フレームＦ７において、無線通信端末１００は、ユーザデータＳ４を含むパケットを無線基地局２００に再送する。ここでは、再送されたパケットのヘッダフォーマットは、フレームＦ４におけるヘッダフォーマットと同様に、６ビット長ヘッダフォーマットである。

以上のように、無線基地局２００は、フレームＦ５〜フレームＦ８の期間において、暗黙的なＡｃｋとなる条件が満たされないため、明示的なＡｃｋを含むパケット（２０ビット長ヘッダフォーマット）を無線通信端末１００に送信する。

パケットロスが発生しない場合には、図１５及び図１６に示すフレームＦ１〜フレームＦ１２において６ビット長ヘッダフォーマットが使用できる。この場合、全てのパケットは８バイトのデータを運ぶことができるので、１フレームを５ｍｓと仮定した場合、スループットは双方向ともに８*８*(１/０.００５)=１２８００(ｂｐｓ)となる。

一方、パケットロスが発生する場合には、上り方向ＵＬにおいて、再送による８バイト分のスループットが低下する。下り方向ＤＬにおいては、２０ビットヘッダ長のパケットを４回使用することにより、本来６ビットヘッダ長で送信できた分の差分、つまり(８-６)*４=８バイトのスループットが低下する。

ここで、パケット単発の損失により低下するスループットをペナルティと定義し、損失したパケットによる再送のためのペナルティをＰｍｙ、反対側の損失によるスループットの低下をＰｐｅｅｒとする。この場合はＰｍｙ = Ｐｐｅｅｒ = ６４(ｂｉｔ)となる。

（５．４）可変長ヘッダモード時におけるパケットロス発生時の動作（パターン２）
次に、図１７及び図１８を用いて、可変長ヘッダモード時において、上り方向ＵＬ及び下り方向ＤＬの双方向でパケットロスが発生した場合の動作について説明する。なお、図１５及び図１６と同様の動作については、重複する説明を省略する。

フレームＦ４において、上り方向ＵＬ及び下り方向ＤＬの双方向でパケットロスが発生する。フレームＦ４で損失したパケットに対する再送は、フレームＦ７及びフレームＦ８の２回に渡って行われている。

このため、無線基地局２００が送信するパケットのヘッダフォーマットは、フレームＦ５〜フレームＦ８において２０ビット長ヘッダフォーマットになる。また、無線通信端末１００が送信するパケットのヘッダフォーマットは、フレームＦ６〜フレームＦ９において２０ビット長ヘッダフォーマットになる。

図１９に示すように、再送対象となるパケットは６ビット長ヘッダフォーマットであるので、８オクテットのデータを運搬することができる。

しかし、再送を行うためのパケットは相手側からのパケット損失の影響を受け、明示的なＡｃｋを通知する必要があるため、２０ビット長ヘッダを用いなければならない。したがって、再送されるパケットが６ビット長ヘッダフォーマットではなくなり、再送を２回に分ける必要がある。

双方向のパケットロスが発生した場合のペナルティＰｂｏｔｈは、再送を２回に分ける分、及び２０ビット長ヘッダを３回使用しなければならないことによるロスの合計となり、Ｐｂｏｔｈ = ((８*２)+(２*３))*８ = １７６(bit)となる。

したがって、上り方向ＵＬのみでパケットロスが発生した場合と比較して、上り方向ＵＬ及び下り方向ＤＬで同時にパケットロスが発生した場合、スループットが大幅に低下する。具体的には、上述したＰｍｙやＰｐｅｅｒに比べて、Ｐｂｏｔｈは２倍以上の大きさになる。

（６）閾値ＴＨの設定方法
上述したように、可変長ヘッダモードではパケットロスの増加に伴ってスループットが大幅に低下する。本実施形態では、パケットロスが閾値ＴＨを超える場合、可変長ヘッダモードから固定長ヘッダモードへ切り替えることで、スループットが大幅に低下することが回避される。

以下に、閾値ＴＨの設定方法について説明する。双方向同じ確率でパケットロスが発生すると仮定した場合、双方向で１秒間(２００フレーム中)にＮ回のパケットロスが発生するとして、同一フレームで双方向のパケットロスとなる確率Ｒは以下の式（１）で近似できる。

R= (N^２)/ (２００^２) = N^２/４００００ ・・・（１）
１秒間にＮ回のパケットロスによるペナルティＰは以下の式（２）で近似することができる。

P= Pboth×N×R+Pmy×N×(１−R)＋Ppeer×N×(１−R) （ただし、P≧０） ・・・（２）
式（２）より、過去１秒間におけるパケットロス率毎のスループットを近似的に導くことができる。Ｐｍｙ及びＰｐｅｅｒに対してＰｂｏｔｈは大きな値になるため、図２０に示すように、可変長ヘッダモード時におけるスループットのグラフは非線形となり、パケットロス率が大きくなるにつれてスループットの低下率は大きくなる。

これに対して、固定長ヘッダモードでは、再送時においてもヘッダ長が変わらないため、再送は必ず１回のパケットで完了する。よって、ペナルティは単にパケット再送における１パケットが運ぶことのできる最大データサイズに一致する。２８ビットヘッダ長パケットは５オクテットを運ぶことができるので、一回のパケットロスに対するペナルティPは５*８=４０となる。

図２０に示すように、固定長ヘッダモード時におけるスループットのグラフは線形となり、パケットロス率の増加に比例してスループットが低下する。したがって、パケットロスが４８％程度以上から、スループットが逆転することがわかる。

すなわち、可変長ヘッダモードでは、低いパケットロス率においてはスループットを大幅に向上させる効果を持つが、高いパケットロス率がある状況ではスループットがゼロとなってしまい、性能において固定長ヘッダモードに劣ることとなる。

したがって、本実施形態では、例えば過去２００回のパケットの受信状況を記録するリングバッファを用意してパケットロス率を算出する。算出されたパケットロス率が４８％を超える場合は固定長ヘッダモードを選択し、算出されたパケットロス率が４８％以下である場合は可変長ヘッダモードを選択する。

これにより、図２１に示すように、パケットロス率が少ない場合は４つのヘッダ長パケットを用いて良好なスループットを確保し、パケットロス率が高い場合でもパケットロス率に応じたスループットを確保可能な通信制御手段を得ることができる。

（７）作用・効果
無線通信端末１００及び無線基地局２００は、パケットロス率が閾値ＴＨ以下である場合、ヘッダ長を可変とすることでヘッダ長を減少させる。これにより、ペイロード長が増加するので、スループットを増加させることができる。

また、無線通信端末１００及び無線基地局２００は、パケットロス率が閾値ＴＨを超えた場合、ヘッダ長を固定するので、損失したパケットのヘッダ長よりも、再送されるパケットのヘッダ長が長くなることがない。

これにより、１つのパケットを再送するために複数のパケットが必要とならない。したがって、無線通信端末１００及び無線基地局２００は、パケットの損失が頻繁に発生し、再送されるパケット数が大幅に増加しても、通信を継続することができる。

無線通信端末１００及び無線基地局２００は、パケットロス率が閾値ＴＨ以下である場合には、シーケンス番号の情報量を５ビットに減少させることが可能であり、パケットロス率が閾値ＴＨを超えた場合には、シーケンス番号の情報量を１３ビットに維持する。

さらに、無線通信端末１００及び無線基地局２００は、パケットロス率が閾値ＴＨ以下である場合には、Ａｃｋの情報量を０ビットに減少させることが可能であり、パケットロス率が閾値ＴＨを超えた場合には、Ａｃｋの情報量を１２ビットに維持する。

したがって、パケットロス率が低いときはスループットを増加させることができ、パケットロス率が高いときであっても通信を継続することができる。

（８）その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

上述した実施形態では、パケット長が固定（７２ビット）である場合について説明した。しかし、変調方式に応じてパケット長が変化するような場合にも適用可能である。例えば、変調クラス毎に、当該変調クラスの持つ理想スループットを勘案し、パケット長に応じて閾値ＴＨを変えてもよい。

上述した実施形態では、パケットロス率としてフレームエラーレートを用いていたが、フレームエラーレートに限らず、ビットエラーレートや受信電界強度（ＲＳＳＩ）などを用いてもよい。

このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局に記憶されるパケット送信用変数を説明するための図である 本発明の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局に記憶されるパケット受信用変数を説明するための図である 本発明の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局が使用する６ビット長ヘッダフォーマットのパケット構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局が使用する１５ビット長ヘッダフォーマットのパケット構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局が使用する２０ビット長ヘッダフォーマットのパケット構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局が使用する２８ビット長ヘッダフォーマットのパケット構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局が使用する各ヘッダフォーマットの各データフィールドを説明するための図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局が使用する各ヘッダフォーマットの各データフィールドのビット長を比較した図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局が実行するシーケンス番号の復号動作を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末及び無線基地局によるモード選択動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る可変長ヘッダモード時におけるヘッダフォーマット選択動作を示すフローチャートである。 可変長ヘッダモード時において上り方向でパケットロスが発生した場合の動作を示すシーケンス図である（その１）。 可変長ヘッダモード時において上り方向でパケットロスが発生した場合の動作を示すシーケンス図である（その２）。 可変長ヘッダモード時において双方向でパケットロスが発生した場合の動作を示すシーケンス図である（その１）。 可変長ヘッダモード時において双方向でパケットロスが発生した場合の動作を示すシーケンス図である（その２）。 可変長ヘッダモードの問題点を説明するための図である。 可変長ヘッダモード及び固定長ヘッダモードにおけるパケットロス率とスループットとの対応関係を示すグラフである（その１）。 可変長ヘッダモード及び固定長ヘッダモードにおけるパケットロス率とスループットとの対応関係を示すグラフである（その２）。

符号の説明

１００…無線通信端末、１０１，２０１…アンテナ、１０２，２０２…無線通信部、１０３，２０３…受信処理部、１０４，２０４…通信制御部、１０５，２０５…メモリ部、１０６，２０６…パケットロス率算出部、１０７，２０７…フォーマット選択部、１０８，２０８…送信処理部、２００…無線基地局

Claims (7)

1. 自動再送制御に使用される再送制御情報と、ユーザデータとを含むパケットを用いて通信先装置と通信する通信装置であって、
   前記パケットを前記通信先装置に送信するパケット送信部と、
   前記通信先装置から前記パケットを受信するパケット受信部と、
   前記パケット受信部によって受信された前記パケットに含まれる前記再送制御情報に応じて、前記パケットを前記通信先装置に再送するパケット再送部と、
   前記通信先装置との通信に用いられた複数のパケットのうち、前記通信先装置との間の伝搬路で損失したパケットの割合を示す情報を取得する取得部と、
   前記取得部によって取得された前記情報に応じて、前記再送制御情報の情報量を制御する情報量制御部とを備え、
   前記情報量制御部は、
   前記割合が所定の閾値以下である場合、前記再送制御情報の情報量を減少させ、
   前記割合が前記所定の閾値を超える場合、前記パケット再送部が再送する前記パケットに含まれる前記再送制御情報の情報量を、前記パケット送信部が送信する前記パケットに含まれる前記再送制御情報の情報量以下にする通信装置。
2. 前記情報量制御部は、前記割合が前記所定の閾値を超える場合、前記パケット送信部が送信する前記パケット及び前記パケット再送部が再送する前記パケットにおいて、前記再送制御情報の情報量を一致させる請求項１に記載の通信装置。
3. 前記再送制御情報は、前記パケットの送信毎に増加するシーケンス番号を含み、
   前記情報量制御部は、
   前記割合が前記所定の閾値以下である場合、前記シーケンス番号の情報量を減少させ、
   前記割合が前記所定の閾値を超えた場合、前記シーケンス番号の情報量を一定に維持する請求項１に記載の通信装置。
4. 前記再送制御情報は、前記通信装置が連続して受信に成功した最後のシーケンス番号を示す確認情報をさらに含み、
   前記情報量制御部は、
   前記割合が前記所定の閾値以下である場合、前記確認情報の情報量を減少させ、
   前記割合が前記所定の閾値を超えた場合、前記確認情報の情報量を一定に維持する請求項１に記載の通信装置。
5. 前記情報量制御部は、前記割合が前記所定の閾値以下である場合、前記確認情報を前記再送制御情報から除外する請求項４に記載の通信装置。
6. 前記通信先装置との通信に用いる前記パケットのサイズを変更するサイズ変更部をさらに備え、
   前記情報量制御部は、前記パケットのサイズに応じて前記所定の閾値を変更する請求項１に記載の通信装置。
7. 自動再送制御に使用される再送制御情報と、ユーザデータとを含むパケットを用いて通信先装置と通信する通信方法であって、
   前記パケットを前記通信先装置に送信するステップと、
   前記通信先装置から前記パケットを受信するステップと、
   受信された前記パケットに含まれる前記再送制御情報に応じて、前記パケットを前記通信先装置に再送するステップと、
   前記通信先装置との通信に用いられた複数のパケットのうち、前記通信先装置との間の伝搬路で損失したパケットの割合を示す情報を取得するステップと、
   前記取得部によって取得された前記情報に応じて、前記再送制御情報の情報量を制御するステップとを備え、
   前記制御するステップでは、
   前記割合が所定の閾値以下である場合、前記再送制御情報の情報量を減少させ、
   前記割合が前記所定の閾値を超える場合、前記パケット再送部が再送する前記パケットに含まれる前記再送制御情報の情報量を、前記パケット送信部が送信する前記パケットに含まれる前記再送制御情報の情報量以下にする通信方法。