JP2009278162A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】消失訂正符号の冗長パケット数の適切な制御を容易にし、消失訂正符号を用いた効率的なデータ伝送を実現する無線通信システムを得る。
【解決手段】受信したパケットデータに対して消失訂正符号化処理を施し、複数に分配する送信側通信装置３と、消失訂正符号化処理後のパケットデータをそれぞれ受信し、無線伝送する複数の無線アクセスシステム５１〜５３と、無線伝送された、分配後のパケットデータをそれぞれ受信し消失訂正復号処理を施し、消失訂正復号処理後のパケットデータに基づいて、送信側通信装置３で受信された際のパケットデータに復元する受信側通信装置４とを備え、送信側通信装置３は、複数の無線アクセスシステムのそれぞれから無線伝送される際の通信品質をフィードバック情報として取得し、フィードバック情報に基づいて消失訂正符号化処理において付加する冗長パケット数を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の無線アクセスシステムを同時利用する無線通信システムに関する発明である。

現在、携帯電話や無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｃｃｅｃｃ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）等、多様な無線アクセスシステムが存在している。それぞれの無線アクセスシステムは、トラヒック負荷状況や無線伝搬環境、通信品質が異なっており、近年の周波数の逼迫に伴い、周波数を有効利用する要求が高まっている。この周波数有効利用の１つの技術として、コグニティブ無線通信技術が注目を浴びている。

このコグニティブ無線通信技術は、電波の使用状況や環境に応じて、無線アクセスシステムを選択的または同時に使用し、周波数を有効利用するシステムである。

図４は、従来のコグニティブ無線通信システムの概要を示す構成図である。アプリケーション１から発生したデータ（パケット）を、送信側通信装置３で集約し、複数の無線アクセスシステム５１〜５３に分配する。それぞれの無線アクセスシステム５１〜５３内では、分配されたパケットを無線装置（送信）から無線装置（受信）に対して無線伝送する。

各無線アクセスシステム５１〜５３で伝送されたパケットは、受信側通信装置４で集約され、アプリケーション２で受信される。このように、複数の無線アクセスシステムを同時に利用することで、高速・大容量な無線伝送が可能となる。

図５は、従来のコグニティブ無線通信システムによるパケット通信の具体例を示した説明図である。送信側通信装置３は、上位のアプリケーション１からパケットを受信すると、パケットを分割し、各無線アクセスシステム５１〜５３へ分配する。複数の無線アクセスシステム５１〜５３は、それぞれの通信プロトコルに従ってパケットを伝送する。

各無線アクセスシステム５１〜５３では、帯域幅や遅延、周波数が異なるため、順不同で受信側通信装置４にパケットが到着することとなる。そこで、受信側通信装置４は、パケットを元の順序に並び替える順序制御を行い、上位のアプリケーション２に受け渡す。

図５の例は、無線アクセスシステム５３に大きな遅延（例えば、環境の劣化、狭い帯域など）があると仮定したものである。無線アクセスシステム５３に分配された分割パケット＃３と＃６は、受信側通信装置４に遅れて到着する。受信側通信装置４は、パケットの順序制御を行うため、遅れて到着するパケット＃３と＃６が到着するまで、元のパケットを復元することができない。

このように、複数の無線アクセスシステムを同時に利用する場合には、各無線アクセスシステムの特性差の影響で、遅延の大きな無線アクセスシステムから到着するパケットの順序制御待ちが発生し、システム全体の遅延量に大きく影響を及ぼすという問題がある。

これを解決する技術として、消失訂正符号を用いた複数無線アクセスシステム統合システムがある（例えば、特許文献１参照）。

図６は、従来の複数無線アクセスシステム統合システムによるパケット通信において、消失訂正符号を適用した具体例を示した説明図である。送信側通信装置３は、上位アプリケーションからのパケットを分割し、グループ化・消失訂正符号化を行い、冗長パケットを付与して複数の無線アクセスシステム５１〜５３へ分配する。各無線アクセスシステム５１〜５３は、それぞれのプロトコルに従い無線伝送を行う。

一方、受信側通信装置４は、消失訂正復号化を行い、元のパケットを復元する。消失訂正符号には、任意の符号化パケット受信によって復号可能となる特徴がある。その特徴を利用し、冗長パケットを含め任意のパケットが揃った時点で復号を行う。この時、通信品質が悪く遅延の大きな無線アクセスシステムのパケットを待たず復号できるため、順序待ち遅延を抑えることが可能となる。

従って、複数無線アクセスシステムを同時に利用する場合には、消失訂正符号を用いることで、順序待ち遅延を軽減することができる。

特表２００５−５０７５６９号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
消失訂正符号の冗長パケットが少なすぎる場合には、通信品質の悪い無線アクセスシステムの影響を補完できず、順序待ち遅延特性の改善効果が得られない。一方で、冗長パケットが多い場合には、通信品質の悪い無線アクセスシステムの影響を補完し、順序待ち遅延の改善効果は得られるが、冗長パケットを伝送する余分な帯域が必要となる。

また、冗長パケットの必要数は、無線アクセスシステムの伝搬特性や送信データのＱｏＳによって異なる。そのため、消失訂正符号を用いる場合には、無線アクセスシステムの伝搬特性や送信データのＱｏＳを基に、冗長パケット数を適切に制御することが重要となる。すなわち、遅延を低く抑え、かつ大容量なデータ通信を実現するためには、冗長パケット数の適切な制御をいかに行うかが、課題となる。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、消失訂正符号の冗長パケット数の適切な制御を容易にし、消失訂正符号を用いた効率的なデータ伝送を実現する無線通信システムを得ることを目的とする。

本発明に係る無線通信システムは、受信したパケットデータに対して消失訂正符号化処理を施した後に、複数に分配する送信側通信装置と、複数に分配された消失訂正符号化処理後のパケットデータをそれぞれ受信し、無線伝送する複数の無線アクセスシステムと、複数の無線アクセスシステムにより無線伝送された、分配後のパケットデータをそれぞれ受信し消失訂正復号処理を施し、消失訂正復号処理後のパケットデータに基づいて、送信側通信装置で受信された際のパケットデータに復元する受信側通信装置とを備えた無線通信システムにおいて、送信側通信装置は、複数の無線アクセスシステムのそれぞれから無線伝送される際の通信品質をフィードバック情報として取得し、フィードバック情報に基づいて消失訂正符号化処理において付加する冗長パケット数を制御するものである。

本発明によれば、無線アクセスシステムから通信品質に関する情報をフィードバックして、そのフィードバック情報に基づいて消失訂正復号に必要な冗長パケット数を決定する構成を備えることにより、消失訂正符号の冗長パケット数の適切な制御を容易にし、消失訂正符号を用いた効率的なデータ伝送を実現する無線通信システムを得ることができる。

以下、本発明の無線通信システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．

図１は、本発明の実施の形態１に係る消失訂正符号を用いた無線通信システムにおける冗長パケット数制御の方法を示す説明図である。図１の無線通信システムは、送信側通信装置３、受信側通信装置４、および送信側通信装置３と受信側通信装置４の間に設けられた複数の無線アクセスシステム５１〜５３を備えている。

また、送信側通信装置３は、データ蓄積部３１、消失訂正符号化部３２、スケジューリング部３３、および冗長パケット数制御部３４を備えている。さらに、冗長パケット数制御部３４は、フィードバック制御部３４１を備えている。一方、受信側通信装置４は、データ蓄積部４１、消失訂正復号部４２、およびＩＰパケット再生部４３を備えている。

次に、図１の構成を備えた無線通信システムにおける冗長パケット数制御の方法について、具体的に説明する。なお、送信側通信装置３内のデータ蓄積部３１、消失訂正符号化部３２、スケジューリング部３３の機能、および受信側通信装置４内のデータ蓄積部４１、消失訂正復号部４２、ＩＰパケット再生部４３の機能は、従来と同じであり、説明は省略し、本願発明の技術的特徴である冗長パケット数制御部３４の機能を中心に説明する。

本実施の形態１における無線アクセスシステム５１〜５３は、送信側通信装置３の冗長パケット数制御部３４に対して、定期的にパケット誤り率の情報をフィードバックする。フィードバック制御部３４１は、フィードバックされたパケット誤り率の情報に基づいて、消失訂正復号に必要な適切な冗長パケット数を算出し、算出した冗長パケット数を消失訂正符号化部３２へ通知する。

次に、フィードバック制御部３４１が、無線アクセスシステムのパケット誤り率に基づいて、消失訂正復号に必要な適切な冗長パケット数を算出する具体的な方法について説明する。

フィードバック制御部３４１は、消失訂正復号に必要なパケット数を、冗長パケットを付加する前の元々のシステムパケット数と、復号性能に依存する係数とから算出する。次に、フィードバック制御部３４１は、それぞれの無線アクセスシステムからフィードバックされたパケット誤り率と、スケジューリング部３３にて設定した各無線アクセスシステムのトラヒック分配率とを、無線アクセスシステムごとに乗算し、その和をとることで無線通信システム全体におけるパケット誤り率を算出する。

次に、フィードバック制御部３４１は、算出した消失訂正復号に必要なパケット数と、無線通信システム全体のパケット誤り率とを乗算することで、冗長パケット数を決定する。この関係を数式にまとめると、下式（１）のようになる。
冗長パケット数＝（システムパケット数×ａ）
×Σ（パケット誤り率×トラヒック分配率）＋ｂ
ａ＞１、ｂ＞０ （１）

上式（１）において、ａは、消失訂正符号の復号性能に依存する係数に相当する。また、ｂは、冗長パケット数のオフセット値である。

上式（１）においては、無線通信システム全体の誤り率を算出し、冗長パケット数を決定する例を示した。しかしながら、本実施の形態１における冗長パケット数の決定方法は、これに限定されるものではない。例えば、誤り率が最大となる無線アクセスシステムからの情報のみを使用して、冗長パケット数を算出してもよい。また、トラヒック分配量が最大の無線アクセスシステム、つまり、システム全体への影響が最も大きい無線アクセスシステムの情報のみを使用して、冗長パケット数を算出してもよい。

さらに、上式（１）においては、無線アクセスシステムからフィードバックする通信品質の情報として、パケット誤り率の情報を使用する例を示した。しかしながら、本実施の形態１における冗長パケット数の決定方法は、これに限定されるものではない。パケット誤り率の情報の代わりに、例えば、無線アクセスシステムの伝送遅延量を通信品質の情報として使用することも可能である。

以上のように、実施の形態１によれば、無線アクセスシステムから通信品質に関する情報をフィードバックして、その情報に基づいて消失訂正復号に必要な適切な冗長パケット数を制御する構成を備えている。これによって、無線環境変動に応じて、消失訂正復号に必要な冗長パケット数を適切に制御し、効率的なデータ伝送を行うことができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１における無線通信システムにおいては、通信実行時の通信品質に関するフィードバック情報に基づいて、消失訂正符号の冗長パケット数を最適に制御する場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、通信実行時のフィードバック情報を用いるのではなく、無線アクセスシステムの登録時（初回接続時）に得られる通信品質に関する情報に基づいて、消失訂正符号の冗長パケット数を準静的に決定して制御する場合について説明する。

本実施の形態における無線通信システムは、無線アクセスシステムの登録時に、冗長パケット数を準静的に設定することで、無線アクセスシステムの通信実行時のフィードバック制御が不要になる。この結果、既存の無線アクセスシステムに対しても、容易に適用することができる。

図２は、本発明の実施の形態２に係る消失訂正符号を用いた無線通信システムにおける冗長パケット数制御の方法を示す説明図であり、準静的に冗長パケット数を設定する方法を示している。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、この図２の構成では、冗長パケット数制御部３４が、フィードバック制御部３４１の代わりに無線アクセスシステム登録部３４２を有している点が異なっている。

次に、図２の構成を備えた無線通信システムにおける冗長パケット数制御の方法について、具体的に説明する。なお、送信側通信装置３内のデータ蓄積部３１、消失訂正符号化部３２、スケジューリング部３３の機能、および受信側通信装置４内のデータ蓄積部４１、消失訂正復号部４２、ＩＰパケット再生部４３の機能は、従来と同じであり、説明は省略し、本願発明の技術的特徴である冗長パケット数制御部３４の機能を中心に説明する。

本実施の形態２における無線アクセスシステム５１〜５３は、初回接続時に無線アクセスシステム登録部３４２へ、無線アクセスシステムの無線特性を通信品質の情報として通知する。無線アクセスシステム登録部３４２は、通知された無線特性を基に、消失訂正復号に必要な冗長パケット数を準静的に決定し、決定した冗長パケット数を消失訂正符号化部３２へ通知する。

次に、無線アクセスシステム登録部３４２が、無線アクセスシステムの無線特性に基づいて、消失訂正復号に必要な冗長パケット数を準静的に決定する具体的な方法について説明する。

無線アクセスシステム登録部３４２は、消失訂正復号に必要なパケット数を、冗長パケットを付加する前の元々のシステムパケット数と、復号性能に依存する係数とから算出する。次に、無線アクセスシステム登録部３４２は、それぞれの無線アクセスシステムから取得した無線特性から最大パケット誤り率を求める。

さらに、無線アクセスシステム登録部３４２は、最大パケット誤り率と、スケジューリング部３３にて設定した各無線アクセスシステムのトラヒック分配率とを、無線アクセスシステムごとに乗算し、その和をとることで無線通信システム全体におけるパケット誤り率を算出する。

次に、無線アクセスシステム登録部３４２は、算出した消失訂正復号に必要なパケット数と、無線通信システム全体のパケット誤り率とを乗算することで、冗長パケット数を決定する。このように、本実施の形態２では、無線アクセスシステム登録時のみフィードバック情報の受け渡しを行い、通信中のフィードバック制御は実施しない。この関係を数式にまとめると、下式（２）のようになる。
冗長パケット数＝（システムパケット数×ａ）
×Σ（最大パケット誤り率×トラヒック分配率）＋ｃ
ａ＞１、ｃ＞０ （２）

上式（２）において、ａは、消失訂正符号の復号性能に依存する係数に相当する。また、ｃは、冗長パケット数のオフセット値である。

本実施の形態２では、無線環境変動のマージンを持たせ、冗長パケットを多めに送出することで、高信頼なデータ通信を可能とする。また、フィードバック遅延が発生する環境では、瞬時の無線環境変動を把握することが難しい。このような環境では、無線環境変動に追従しない、本実施の形態２のような準静的な冗長パケット数設定が、特に有効である。ただし、フィードバック制御を行った場合と比較し、無駄な冗長パケットが発生する可能性がある。

以上のように、実施の形態２によれば、無線アクセスシステムから通信品質に関する情報を無線アクセスシステム登録時のみフィードバックし、その情報に基づいて消失訂正復号に必要な冗長パケット数を準静的に設定する構成を備えている。これによって、フィードバック遅延が発生する環境や、フィードバック制御機構のない既存システムが存在する場合においても、消失訂正符号の冗長パケット数を適切に制御し、効率的なデータ伝送を行うことができる。

実施の形態３．
先の実施の形態１、２で説明した冗長パケット数の制御方法は、要求されるＱｏＳや無線アクセスシステムの特性によって、最適な方式が異なる。そこで、本実施の形態３では、トラヒックに要求されるＱｏＳ情報、および無線アクセスシステムのシステム情報に応じて、冗長パケット数制御を動的に切替える場合について説明する。

図３は、本発明の実施の形態３に係る消失訂正符号を用いた無線通信システムにおける冗長パケット数制御の方法を示す説明図であり、冗長パケット数の制御を切り替える方法を示している。先の実施の形態１における図１、および先の実施の形態２における図２の構成と比較すると、この図３の構成では、冗長パケット数制御部３４の構成が異なっている。より具体的には、本実施の形態３における冗長パケット数制御部３４は、フィードバック制御部３４１、無線アクセスシステム登録部３４２、および制御方式切り替え部３４３を備えている。

次に、図３の構成を備えた無線通信システムにおける冗長パケット数制御の方法について、具体的に説明する。なお、送信側通信装置３内のデータ蓄積部３１、消失訂正符号化部３２、スケジューリング部３３の機能、および受信側通信装置４内のデータ蓄積部４１、消失訂正復号部４２、ＩＰパケット再生部４３の機能は、従来と同じであり、説明は省略し、本願発明の技術的特徴である冗長パケット数制御部３４の機能を中心に説明する。

フィードバック制御部３４１は、先の実施の形態１で説明したようにして、通信実行時のフィードバック情報に基づいて冗長パケット数を求める。一方、無線アクセスシステム登録部３４２は、先の実施の形態２で説明したようにして、無線アクセスシステムの登録時のフィードバック情報に基づいて冗長パケット数を準静的に求める。

送信側通信装置３の制御方式切り替え部３４３は、ＱｏＳ情報と無線アクセスシステムの情報を基に、フィードバック制御部３４１により求めた冗長パケット数による制御方式と、無線アクセスシステム登録部３４２により求めた準静的な冗長パケット数による制御方式を切り替える。

先の実施の形態１で説明したような、通信実行時のフィードバック情報を用いた冗長パケット数制御（以下、第１の制御方式と称す）を行うと、帯域有効利用による高ユーザスループットが実現できる。しかしながら、その一方で、フィードバック遅延や制御誤りによる消失訂正符号の復号誤りが発生する可能性がある。従って、この第１の制御方式は、遅延がある程度許容される広帯域通信に適しているといえる。

一方、先の実施の形態２で説明したような、通信実行時のフィードバック情報を用いない冗長パケット数制御（以下、第２の制御方式と称す）を行うと、無線変動のマージン分の冗長パケットを送信するため、通信実行時のフィードバック制御なしでも、高信頼データ通信が可能となる。

制御方式切り替え部３４３は、データ蓄積部３１から得られるパケットデータのサービスに要求されるＱｏＳ情報と、無線アクセスシステムからの通信品質に関するフィードバック情報を基に、次のような切り替え動作を行う。

トラヒックのＱｏＳとして、ストリーミングやＶｏＩＰデータ等のリアルタイムトラヒックに対しては、先の実施の形態２の準静的冗長パケット数を使用する。一方、ＦＴＰやＨＴＴＰ等の非リアルタイムトラヒックに対しては、先の実施の形態１のフィードバック制御による冗長パケット数を使用する。また、ＱｏＳの種別判断は、ＩＰヘッダのＴＯＳフィールドやプロトコル番号を利用する。

複数のＱｏＳが混在している場合には、最も要求の厳しいＱｏＳに併せて冗長パケット数の制御を実施する。また、課金情報等、その他のシステム情報を用いて、冗長パケット数を制御してもよい。

続いて、無線アクセスシステムの情報として、無線帯域幅が小さい無線アクセスシステムに対しては、帯域を有効利用できる先の実施の形態１のフィードバック制御による冗長パケット数を使用する。一方、無線帯域の大きな無線アクセスシステムに対しては、先の実施の形態２の準静的冗長パケット数を使用する。

無線帯域幅は、各無線システム登録情報の合計値によって判断する。また、最大の無線帯域を持つ無線アクセスシステムの無線帯域幅によって判断してもよい。

以上のように、実施の形態３によれば、トラヒックのＱｏＳと無線システム情報を利用して、冗長パケット数制御方式を切り替える構成を備えている。これによって、トラヒックのＱｏＳに合わせた適切な冗長パケット数制御を行い、効率的なデータ伝送を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る消失訂正符号を用いた無線通信システムにおける冗長パケット数制御の方法を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る消失訂正符号を用いた無線通信システムにおける冗長パケット数制御の方法を示す説明図である。 本発明の実施の形態３に係る消失訂正符号を用いた無線通信システムにおける冗長パケット数制御の方法を示す説明図である。 従来のコグニティブ無線通信システムの概要を示す構成図である。 従来のコグニティブ無線通信システムによるパケット通信の具体例を示した説明図である。 従来の複数無線アクセスシステム統合システムによるパケット通信において、消失訂正符号を適用した具体例を示した説明図である。

符号の説明

３ 送信側通信装置、３１ データ蓄積部、３２ 消失訂正符号化部、３３ スケジューリング部、３４ 冗長パケット数制御部、３４１ フィードバック制御部、３４２ 無線アクセスシステム登録部、３４３ 制御方式切り替え部、４ 受信側通信装置、４１ データ蓄積部、４２ 消失訂正復号部、４３ ＩＰパケット再生部、５１、５２、５３ 無線アクセスシステム。

Claims (4)

1. 受信したパケットデータに対して消失訂正符号化処理を施した後に、複数に分配する送信側通信装置と、
   複数に分配された前記消失訂正符号化処理後のパケットデータをそれぞれ受信し、無線伝送する複数の無線アクセスシステムと、
   前記複数の無線アクセスシステムにより無線伝送された、分配後のパケットデータをそれぞれ受信し消失訂正復号処理を施し、前記消失訂正復号処理後のパケットデータに基づいて、前記送信側通信装置で受信された際の前記パケットデータに復元する受信側通信装置と
   を備えた無線通信システムにおいて、
   前記送信側通信装置は、前記複数の無線アクセスシステムのそれぞれから前記無線伝送される際の通信品質をフィードバック情報として取得し、前記フィードバック情報に基づいて前記消失訂正符号化処理において付加する冗長パケット数を制御することを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記送信側通信装置は、前記複数の無線アクセスシステムのそれぞれから通信実行時における前記フィードバック情報を取得し、前記フィードバック情報に基づいて前記消失訂正符号化処理において付加する冗長パケット数を制御するフィードバック制御部を有することを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記送信側通信装置は、前記複数の無線アクセスシステムのそれぞれから前記無線アクセスシステムの登録時における前記フィードバック情報を取得し、前記フィードバック情報に基づいて前記消失訂正符号化処理において付加する冗長パケット数を準静的に決定する無線アクセスシステム登録部を有することを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記送信側通信装置は、
   前記複数の無線アクセスシステムのそれぞれから通信実行時における前記フィードバック情報を取得し、前記フィードバック情報に基づいて前記消失訂正符号化処理において付加する冗長パケット数を決定するフィードバック制御部と、
   前記複数の無線アクセスシステムのそれぞれから前記無線アクセスシステムの登録時における前記フィードバック情報を取得し、前記フィードバック情報に基づいて前記消失訂正符号化処理において付加する冗長パケット数を準静的に決定する無線アクセスシステム登録部と、
   前記送信側通信装置で受信した前記パケットデータのサービスに要求されるＱｏＳ情報と、前記複数の無線アクセスシステムのそれぞれから得られた前記フィードバック情報とに基づいて、前記フィードバック制御部で通信実行時に決定される冗長パケット数と前記無線アクセスシステム登録部で準静的に決定される冗長パケット数のいずれか一方を選択し、前記消失訂正符号化処理において付加する冗長パケット数を決定する制御方式切り替え部と
   を有することを特徴とする無線通信システム。

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