JP2009303045A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変調方式の切換えに伴ってデータ伝送に現れる遅延時間のゆらぎが抑えられるようにした適用変調方式の無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線送受信部１と伝送方式制御部２、ＬＡＮ信号終端部３及びバッファ４を備え、伝送方式制御部２の制御により適応変調方式により動作する無線通信装置において、伝送方式制御部２にバッファ４の最大記憶容量を切換えるバッファ制御手段を設け、伝送方式制御部２により無線送受信部１の動作が切換えられたとき、新たに採用された変調方式のデータ伝送速度に対応してバッファ４の最大記憶容量を切換えるようにした。
【選択図】図１

Description

本願の発明は、変調方式などの無線伝送方式を電波の伝播状態に応じて切換える方式の無線通信装置に係り、特に、ＬＡＮ信号の無線伝送に好適な無線通信装置に関する。

近年、ディジタルデータを対象とする無線通信においては、より一層高い信頼性のもとでデータ伝送が得られるなら、伝送時間に現れる多少の遅延は許容する方向にあり、その例を無線ＬＡＮ(Local Area Network)システムなどに見ることができる。
そして、このときのデータ伝送に高信頼性を持たせることが可能な通信方式の一例として、適応変調方式の無線通信システムが従来から知られている(例えば特許文献１参照)。

ここで、この適応変調方式とは、無線伝送系の状況に応じて変調方式などの伝送方式を切換えるようにした方式のことであり、このとき上記した従来技術では、基地局と端末局の間で無線通信を行い、相互にデータを伝送するシステムに適応変調方式を適用したもので、このとき基地局には複数の端末局が配置されるのが一般的である。

そして、この従来技術では、基地局と端末局の双方、又は何れか一方の無線送受信部に、無線伝送系の伝送状態を検出する機能を設け、検出した伝送状態が伝送方式制御部に入力され、これにより当該伝送方式制御部は、無線伝送系の伝送状態に応じて、予め用意してある複数の無線伝送方式の中の一方式を選択し、それを無線送受信部による送信時と受信時での動作方式として設定することにより適応変調方式としての動作が得られるようにしている。

このときの無線伝送方式とは、変調方式や符号誤り訂正方式のことで、ここで変調方式には、ＱＰＳＫ方式(Quadrature Phase Shift Keying：４相位相偏移変調方式)、１６ＱＡＭ方式(16 Quadrature Amplitude Modulation：１６値直交振幅変調方式)、６４ＱＡＭ方式(６４値直交振幅変調方式)、２５６ＱＡＭ方式(２５６値直交振幅変調方式)、１０２４ＱＡＭ方式(１０２４値直交振幅変調方式)などがあり、符号誤り訂正方式には、パリティ方式やリードソロモン方式などがある。

ここで、図６は、従来技術による適応変調方式の無線通信システムの一例における無線装置Ｍを示したもので、以下、この図６により従来技術について説明する。
まず、この図６の無線装置Ｍは、上記した基地局と端末局の双方に設置されているもので、このとき自局が基地局のときは端末局が相手局となり、自局が端末局なら基地局が相手局となる。
そして、この無線装置Ｍには無線送受信部１と伝送方式制御部２、ＬＡＮ信号終端部３、バッファ４、それにアンテナ５を備えている。

そして、まず、無線送受信部１は、相手局から送信され、アンテナ５に入感した信号を復調し、復調した受信データＤｒを、ＬＡＮ信号終端部３を介してＬＡＮ(図示してない)に送信する受信機としての動作と、ＬＡＮからＬＡＮ信号終端部３に入力される送信データＤｓを、送信タイミングにおいてバッファ４から入力し、この送信データＤｓにより変調された所定の周波数の送信信号をアンテナ５から電波として放射する送信機としての動作とを担っている。

また、この無線送受信部１は、上記したように、無線伝送系の伝送状態Ｃｒを検出する機能を備え、これにより判定した伝送状態Ｃｒは伝送方式制御部２に与えられる。
このときの伝送状態Ｃｒの判定は、相手局から受信されたデータの誤り率と電界強度などから得ることができる。例えば電界強度に対する符号誤り率の割合が大きくなったら伝送状態が悪化したものと判定すればよい。
なお、このときの伝送状態は主として天候に影響され、例えば降雨時には悪化することは、良く知られているところである。

このとき、上記した変調方式において、符号誤り率についてはＱＰＳＫ方式が最小であるが、その分、データ伝送速度も遅く、従って、符号誤り率もデータ伝送速度も次の順になっている。
１０２４ＱＡＭ方式＞２５６ＱＡＭ方式＞６４ＱＡＭ方式＞
１６ＱＡＭ方式＞ＱＰＳＫ方式
このとき符号誤り率は少ないに越したことはなく、反対に伝送速度は早いに越したことはないから、結局、これら変調方式においては、符号誤り率と伝送速度がトレードオフ(二律背反)関係にあることが判る。

そこで、伝送方式制御部２は、無線送受信部１から与えられる無線伝送系の伝送状態Ｃｒに応じて、無線送受信部１の変調方式を切換え、伝送状態が良好で符号誤りの虞が少ないときには、符号誤り率が多少多くても伝送速度が高い変調方式を採用し、伝送状態が悪くて符号誤りの増大が見込まれそうになったら、伝送速度は多少遅くても符号誤り率が小さな変調方式にし、これにより符号誤りの発生が或る限度を越えない範囲で可能な限り早い伝送速度が保持できるようにするのであり、これが適応変調方式と呼ばれる所以である。

そして、無線送受信部１は、伝送方式制御部２により指定された変調方式により送受信動作を行い、送信タイミング毎にバッファ４から送信データを入力し、指定された変調方式に従って変調された電波を相手局に送信するのであるが、このとき、送信用のデータとして、送信帯域を越えた量のデータがＬＡＮからＬＡＮ信号終端部３に受信された場合、或いはＬＡＮから供給されたデータが送信タイミングを待つ必要がある場合は、これらのデータはバッファ４に一時的に蓄えられる。

特開２００６−２２２６４３号公報

上記従来技術は、無線伝送方式の切換えに伴う遅延時間の変動に配慮がされておらず、ＬＡＮの端末間におけるデータ到達時間にゆらぎを生じ、ＬＡＮアプリケーションに影響してしまうという問題があった。
上記したように、適応変調方式の場合、ＬＡＮから供給された送信用のデータはバッファに一時的に蓄えられ、最大でバッファ容量一杯までバッファに蓄積され、送信タイミングで読出されて相手局に送信されるが、このとき、従来技術では、そのバッファ４のデータ蓄積量、つまりバッファ容量は一定であり、変調方式が切換えられた場合でもバッファ容量は変わらない。

バッファ４が満杯になったとき、つまり記憶容量１００％までデータが蓄積されたときは、ＬＡＮから受信されたデータ量が無線伝送帯域を越えた場合であり、従来技術では、送信データの遅延時間が、そのときに採用されている無線伝送方式のデータ伝送速度に依存してしまうことになる。
例えば、無線伝送方式の変調方式に着目した場合、ＱＰＳＫ方式では、１６ＱＡＭ方式の２倍の伝送時間がかかり、１０２４ＱＡＭ方式に対しては、５倍の伝送時間がかかることになり、従って、変調方式が切換わると伝送速度が変化し、データ伝送にかかる時間に変動が現れ、この結果、ＬＡＮの端末間におけるデータ到達時間にゆらぎが生じ、ＬＡＮアプリケーションに影響してしまうのである。

また、伝送速度が低い変調方式に切換わった場合、従来技術では、バッファ容量が過分になり、伝送帯域不足によるデータ遅延時間の増大により、例えばＦＴＰなどのコネクション型アプリケーションの場合、データの伝送が遅れた結果としてタイムアウトになり、データの再送が必要になって、例えばＶoice-over-ＩＰなどリアルタイム型アプリケーションの場合、時間遅れで古くなった不要データばかりになってしまうという問題があった。

このときバッファ容量を少なくしておいたとすれば、伝送速度が低い変調方式に切換わたときの遅延時間は少なくできるが、反面、高い伝送速度の変調方式に切換わったとき、データ量の一時的な変動を吸収するのに必要なバッファ容量が不足し、ＬＡＮからのデータに取こぼしが生じてしまうことになる。
本発明の目的は、変調方式の切換えに伴ってデータ伝送に現れる遅延時間のゆらぎが抑えられるようにした適用変調方式の無線通信装置を提供することにある。

上記の目的は、無線送受信部、伝送方式制御部、ＬＡＮ信号終端部及びバッファを備え、適応変調方式により動作する無線通信装置において、前記バッファの最大記憶容量を切換えるバッファ制御手段を設け、当該バッファ制御手段は、前記伝送方式制御部により前記無線送受信部の動作が切換えられたとき、新たに採用された変調方式のデータ伝送速度に対応して前記バッファの最大記憶容量を切換えるようにして達成される。

上記手段によれば、適用変調方式の無線通信装置における伝送方式の切換えに際してバッファによるデータの最大記憶容量を切換え、伝送方式に一対一に対応した最大記憶容量がバッファに用意されるようになるので、送信タイミングで送信されるデータの伝送量が新たな伝送方式に応じて調整され、データ遅延時間が変わらないようにでき、この結果上記目的が達成されるのである。

本発明によれば、無線送受信部の動作が別の伝送方式に切換えられたとき、これに応じてバッファの最大記憶容量が動的に変更されるようになるので、適応変調方式においてデータ伝送速度が低下し、無線帯域が不足したときでもデータ伝送に現れる遅延時間を所定の範囲内に納めることができる。

以下、本発明に係る無線通信装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における無線装置Ｍを示したもので、無線送受信部１と伝送方式制御部２、ＬＡＮ信号終端部３、バッファ４、それにアンテナ５は、図６で説明した従来技術の場合と同じであり、従って、この実施形態の場合、ブロック構成上は従来技術と同じである。
また、この場合、無線装置Ｍは、基地局と端末局の双方に設置されているもので、このとき自局が基地局のときは端末局が相手局となり、自局が端末局なら基地局が相手局となる点も、従来技術の場合と同じである。

しかし、ここで、この実施形態の場合、図には表わされていないが、まず、伝送方式制御部２に、バッファ４の最大記憶容量Ｂ_MAX を切換えるバッファ制御手段が設けられ、これから出力される切換信号Ｓがバッファ４に供給されるようになっており、このときバッファ４は、入力される切換信号Ｓに応じて最大記憶容量Ｂ_MAX が決められるようになっている点で、従来技術とは異なっている。
そして、この伝送方式制御部２に設けられているバッファ制御手段は、伝送方式制御部２により伝送方式(この場合は変調方式)が変更された場合、このとき採用された伝送方式に対応して切換信号Ｓを発生する。このときの変調方式とバッファ４の最大記憶容量Ｂ_MAX の関係は図２に示す通りである。

従って、いま、無線伝送状態があまり良くないとして、伝送方式制御部２がＱＰＳＫ方式を選択したとする。そうすると、この場合、無線送受信部１はＱＰＳＫ方式で動作するが、このときバッファ４の最大記憶容量Ｂ_MAX は、図２に示すように、８０００バイトに抑えられ、従って、このときバッファ４は、データが８０００バイトで満杯になる。
この後、無線伝送状態が良くなり、やがて伝送方式制御部２が１６ＱＡＭ方式を選択したとすると、これに応じて、同じく図２に示されているように、バッファ４の最大記憶容量Ｂ_MAX は１６０００バイトにされる。

そして、以後、無線伝送状態に応じてバッファ４の最大記憶容量Ｂ_MAX が切換えられ、最終的に、１０２４ＱＡＭ方式の場合では４００００バイトにされる。
反対に、無線伝送状態が悪くなった場合は、変調方式を１０２４ＱＡＭ方式から２５６ＱＡＭ方式に切換え、バッファ４の最大記憶容量Ｂ_MAX は４００００バイトから３２０００バイトに切換えられ、更に無線伝送状態が悪くなったら、以後、同様にしてＱＰＳＫ方式まで切換え、最大記憶容量Ｂ_MAX も８０００バイトまで少なくされる。

このバッファ容量の減少に際しては、既にバッファに格納されているデータは破棄されるが、このとき破棄されるデータについては、古いデータ、つまり最初にＬＡＮから受信したデータから破棄する方法と、最新のデータ、つまり最後にＬＡＮから受信したデータから破棄する方法とがあるが、何れの方法でもよく、新しく採用された伝送方式におけるバッファ容量になるまでＬＡＮから受信したデータを追加しないようにしても良い。

従って、この実施形態によれば、無線伝送方式が切換えられた場合、バッファ容量も、新たに採用された方式に応じて動的に変更されるので、適応変調方式の動作によりデータ伝送速度が低下して無線帯域が不足した場合でも、データ伝送時間に現れる遅延時間の変動が抑えられ、遅延時間を常に所定の範囲内に納めることができる。

ところで、以上の実施形態では、変調方式とバッファ容量について、図２に示すように、ＱＰＳＫ方式を基準にしてシンボルレートから単純に、１６ＱＡＭ方式ではＱＰＳＫ方式の２倍、６４ＱＡＭ方式ではＱＰＳＫ方式の３倍、２５６ＱＡＭ方式ではＱＰＳＫ方式の４倍、そして、１０２４ＱＡＭ方式ではＱＰＳＫ方式の５倍に、夫々しているが、本発明の実施形態としては、バッファ内にデータが滞留されている時間が、伝送方式を切換えても常に所定の範囲内に収まるように、伝送速度が高い変調方式のときはバッファ容量を多くし、伝送速度が遅い変調方式のときはバッファ容量を少なくする点が特徴であり、従って、上記の実施形態に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、伝送方式として変調方式を挙げ、これを切換える場合について説明したが、本発明の場合、伝送方式が変調方式に限定されるものではなく、バッファ容量をシンボルレートに比例させる必要もない。
更に、本発明の場合、許容される遅延時間の範囲についても、使用する帯域とアプリケーションの内容に応じて変わるものであるため、伝送方式に対応したバッファ容量に切換えるものであれば、上記実施形態によるバッファ容量に限定されず、任意のバッファ容量にしても構わない。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態で、この実施形態の場合、ＬＡＮから受信されるデータに、当該データの性質に応じて優先レベルを設定し、受信したデータの優先レベルに応じてバッファに蓄積されるデータ量が制限されるようにした点が特徴であり、従って、この図３の実施形態による無線装置Ｍが、図１に示した本発明の第１の実施形態と異なる点は、データ転送制御部６が設けられている点と、ＬＡＮ信号終端部３に、ＬＡＮから入力されるデータの優先レベルを判定するための機能が付与されている点にあり、その他の点では同じである。

ここで、データ転送制御部６は、伝送方式制御部２とＬＡＮ信号終端部３、それにバッファ４の夫々に接続され、これによりデータ転送制御部６は、その時点で無線送受信部１に指示されている伝送方式についての情報を伝送方式制御部２から取り込み、バッファ４からは、その時点で当該バッファに格納されているデータの量についての情報を取り込む。
一方、ＬＡＮ信号終端部３は、ＬＡＮからデータが受信されると当該データについての優先レベルの判定情報をデータ転送制御部６に通知する。なお、この判定情報については、後で詳述する。

そこで、データ転送制御部６は、いま現在、ＬＡＮから受信されているデータの優先レベルを前記判定情報から求め、この情報と、このときの伝送方式に応じてバッファ４のバッファ閾値を設定する。
そして、このバッファ閾値が保たれるようにするため、ＬＡＮから受信したデータをバッファ４に蓄えるか否かをＬＡＮ信号終端部３に指示する。
ここで、このバッファ閾値とは、上記したように、バッファ４に格納を許すデータ量の最大値を、データの優先レベルに応じて規定する制限値のことで、この実施形態では図４に示す通りに設定してある。

例えば、伝送方式がＱＰＳＫの場合、ＬＡＮからのデータが優先レベル１ならバッファ４が満杯(１００％の使用量)になるまでデータが蓄積できるが、優先レベルが２のとき、バッファ４が７５％まで使用されていたとすると、このときのデータはＬＡＮ信号終端部３により破棄され、バッファ４には追加されない。
同様に、優先レベル３では５０％まで、優先レベル４では２５％までで破棄されてしまう。なお、ここで、伝送方式とバッファ容量は一対一に対応していることは、図２で説明した通りである。
そして、データの送信は、バッファ４に格納された順に先から行なわれることになる。

従って、この実施形態の場合、優先レベルが１のデータは、データ量が無線帯域以上であれば、そのデータがバッファ４の最後の７５％〜１００％を埋める。そして、データが送信されてバッファ４の使用量が減っても、空いた分には優先レベル１のデータが埋まり、この結果、優先レベル１のデータについては、優先レベルが２以下のデータに優先して伝送することができる。
一方、優先レベル１のデータ量が無線帯域より少ない場合は、バッファ４から読み出され送信されるデータの量が優先レベル１のデータの量より多くなるので、バッファ４の使用量が７５％以下になり、このときは優先レベル２のデータもバッファ４に格納され、送信されるようになる。

更に、優先レベル１と優先レベル２の双方のデータを加算したデータ量が無線帯域よりも少ない場合は、バッファ４の使用量が５０％以下になり、この場合は、優先レベル３のデータもバッファ４に格納されるようになり、同様に、優先レベル１から優先レベル３までを合計したデータ量が無線帯域よりも少ない場合は、バッファ４の使用量が２５％以下になり、この場合は、優先レベル４のデータもバッファ４に格納され、それぞれ送信されることになる。
言い替えると、この実施形態の場合、優先レベル１のデータがＬＡＮから入力されない場合でも、この優先レベル１のための空きバッファとして必ず２５％が残されていることになる。

そして、以下、これを前提として、優先レベル４のデータについてのバッファ使用率は２５％を上限とし、優先レベル３のデータによる使用率は、優先レベル４の分も含めて５０％が上限となり、優先レベル２のデータによる使用率は、優先レベル３と優先レベル４の分も含めて７０％が上限となってしまい、それ以上はバッファに展開されずに破棄されてしまうことになる。
このとき空きバッファに展開され、蓄積されるのは、優先レベルが高い順になるので、バッファ４に空きができたときでも、優先レベルが高いデータが有ったときは、優先レベルが低いデータはバッファに展開されず、破棄される。但し、一たびバッファに蓄積されたデータは、例え優先レベルが低くても削除されないので、破棄されることはない。

従って、この実施形態によれば、簡素な構成ではあるが、遅延時間のゆらぎを伝送方式によって決る所定の範囲に抑えることができ、しかも優先レベルの高いデータについては優先的にバッファ４に蓄積し、優先的に無線伝送することができる。
また、この結果、この実施形態によれば、優先レベルに応じて、優先レベル毎に異なったバッファを用意した上で、これら複数のバッファからの送信順序を制御するようにした場合と異なり、遅延時間のゆらぎが少なく抑えられ、しかもデータを送信する際の順序がＬＡＮから入力された順序と同じにでき、入れ替わってしまう虞が無いという利点がある。

次に、この実施形態における優先レベルの判定情報について説明する。
この実施形態では、ＬＡＮ信号終端部３からデータ転送制御部６に通知される優先レベル判定情報として、図５に示すように、ＬＡＮから入力されるデータのデータ長を用いて定義している。
すなわち、図５に示す通り、まず、優先レベル１に格付けされるのは、例えば、Ｖoice-over-ＩＰなど、データ長が２１４バイトのデータであり、次に、優先レベル２は、例えば、確認応答あるいは否定応答など、データ長が６４バイトのデータに与えられる。また、優先レベル３は、例えば、経路情報など、データ長が４００バイトから５１２バイトの範囲にあるデータの場合であり、これら以外は優先レベル４とするのである。

ここで、このような場合の優先レベルは、従来は、ＩＥＥＥ８０２．１ｑのＶＬＡＮタグ上の User prioity フィールドや、ＩＰｖ４ヘッダー上のToＳ／ＤＳＣＰフィールドなどを用いて定義している。
しかし、ＴＰsec 等のカプセル化を行う場合などでは、敢えてフィールドに優先レベルを定義しないことがあり、このような場合のデータを無線中継した際に適応変調方式を適用し、適用変調方式が行われた結果、変調方式が低速の伝送方式に切換えられた状態で無線帯域が不足した場合、優先レベルを区別することなくバッファに入れられなかったデータは破棄されてしまう。

しかしながら、この実施形態によれば、図５に示すように、データ長により優先レベルが定義されるので、ＬＡＮから入力されるデータに優先レベルが定義されていない場合でも的確なバッファ閾値が設定でき、この結果、遅延時間のゆらぎを伝送方式によって決る所定の範囲に抑えることができ、しかも優先レベルの高いデータについては優先的にバッファ４に蓄積し、優先的に無線伝送することができることになる。

なお、以上の実施形態では、優先レベルをレベル１からレベル４までの４レベルにしているが、２以上のレベルなら何レベルでも良い。
このとき、バッファ閾値は、遅延時間の範囲や、使用される帯域とアプリケーションの内容に応じて変わるものであるため、伝送方式、無線伝送速度などに対応した閾値に切換えるものであれば、幾つでも良い。

本発明による無線通信装置の第１の実施形態を示すブロック構成図である。 本発明の第１の実施形態における伝送方式とバッファ容量の関係を示す説明図である。 本発明による無線通信装置の第２の実施形態を示すブロック構成図である。 本発明の第２の実施形態におけるバッファ閾値の定義図である。 本発明の第２の実施形態における優先レベルの説明図である。 従来技術による適応変調方式の無線通信装置の一例を示すブロック構成図である。

符号の説明

Ｍ：無線装置(無線装置全体)
１：無線送受信部
２：伝送方式制御部
３：ＬＡＮ信号終端部
４：バッファ
５：アンテナ
６：データ転送制御部
Ｂ_MAX：バッファ４の最大記憶容量(図２のバッファ容量)
Ｃｒ：伝送状態(無線送受信部１に設定されている伝送状態を表す信号)
Ｄｒ：受信データ
Ｄｓ：送信データ
Ｓ：切換信号(バッファ４の最大記憶容量を切換える信号)

Claims (1)

1. 無線送受信部、伝送方式制御部、ＬＡＮ信号終端部及びバッファを備え、適応変調方式により動作する無線通信装置において、
   前記バッファの最大記憶容量を切換えるバッファ制御手段を設け、
   当該バッファ制御手段は、前記伝送方式制御部により前記無線送受信部の動作が切換えられたとき、新たに採用された変調方式のデータ伝送速度に対応して前記バッファの最大記憶容量を切換えることを特徴とする無線通信装置。

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