JP2009542102A

JP2009542102A - 無線バックホール通信の管理方法

Info

Publication number: JP2009542102A
Application number: JP2009516580A
Authority: JP
Inventors: パン，ヴィック; ヴァスデヴァン，スブラマニアン
Original assignee: アルカテル−ルーセントユーエスエーインコーポレーテッド
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2009-11-26
Also published as: KR20090017625A; EP2039081A1; US20070298808A1; WO2008002477A1; CN101480000A

Abstract

ハブ基地局が関連のスケジューラを有する無線通信システムが開示される。遠隔に位置する顧客構内機器のような加入者局各々がそれら自身の関連のスケジューラを各装置近辺に有する。ハブ基地局スケジューラはハブ基地局と加入者局の間の第１の方向の通信をスケジューリングする責任を持つ。各加入者局スケジューラは対応の加入者局とハブ基地局の間の第２の反対の方向の通信をスケジューリングする責任を持つ。一例では、加入者局に関連するスケジューラは加入者局から基地局への全てのバックホール又はアップリンク通信をスケジューリングする責任を持つ。開示の例はＷｉＭａｘ通信に有用である。

Description

本発明は概略として通信に関する。より具体的には、本発明は無線通信に関する。

無線通信システムは公知である。現在では様々なタイプの無線通信が利用できる。現在開発中の通信の１つのタイプはＷｉＭａｘと言われるものである。通常のＷｉＭａｘ通信システムにおいて、ＷｉＭａｘハブ基地局送受信システム（ＢＴＳ）はＷｉＭａｘハブＢＴＳから遠隔に配置される複数の顧客構内機器（ＣＰＥ）装置と通信する。多くの場合において、ＣＰＥによって、例えば、建物内の１以上のユーザについてＣＰＥとＷｉＭａｘハブＢＴＳとの間で空中インターフェイスを介して通信することが可能となる。

ＷｉＭａｘ通信の機能を改善するために様々な開発が進行中である。改善が必要な領域がいくつかある。現在のＷｉＭａｘ構成に関する一つの短所又は欠点は、特に、ＣＰＥからＷｉＭａｘ及びＷｉＭａｘハブＢＴＳが通信するネットワークへの方向においてバックホール通信のために無用な遅延がもたらされることである。無用な遅延は通常のＷｉＭａｘスケジューリングアルゴリズムの結果である。

ＷｉＭａｘシステムは現在のところ自発的な許可、リアルタイムポーリング、非リアルタイムポーリング及びベストエフォートクラスの４つのサービスクラスをサポートする。自発的な許可サービス（ＵＧＳ）通信は非常に低い遅延のアプリケーション向けである。ＷｉＭａｘ・ＵＧＳ通信はＥ１又はＴ１タイプの通信リンクを模擬するものであり、時分割多重（ＴＤＭ）タイプの遅延及びトラフィック容量性能を提供することを意味する。ベストエフォートサービスにとって遅延は重大ではない。他のサービスはより高い優先度を有しているので、通常のＷｉＭａｘ構成はベストエフォートに先立って他のサービスをスケジューリングするステップを含む。送信するものがないときはいつでも、ベストエフォートトラフィックが送信されてトラフィック容量全体を最大化するよう試みる。４つのサービス又はトラフィックのタイプの所定の組合せの範囲内で、ユーザ間でのトラフィック容量及び遅延と、異なるトラフィッククラスとの間でトレードオフがある。

ＷｉＭａｘ性能の２つの側面はＣＰＥとＷｉＭａｘハブＢＴＳの間のアップリンク上での最大持続トラフィックレート（ＭＳＴＲ）及び最小予約トラフィックレート（ＭＲＴＲ）等である。これらのパラメータ値は一時に送信され得るトラフィック量を制限するとともに、各ユーザサービスクラスについて最小サービストラフィックレートを保障するためのスケジューリングアルゴリズムにおいて使用される。例えば、ベストエフォートユーザのためのＭＲＴＲは、高トラフィックの期間中にそのユーザが完全に除外されることから保護する。集約されたＭＳＴＲは入着トラフィック量の上限を設ける。集約ＭＳＴＲに基づいて、ＷｉＭａｘハブＢＴＳのスケジューラはどれだけ多くのユーザが、引き続き全ユーザ及び全トラフィッククラスのＭＲＴＲに追従することができる状態で、全ユーザ及び全トラフィッククラスのＭＲＴＲを維持しつつ、他の低い優先度のユーザに先立ってスケジューリングされることができるかを判断する。

ＣＰＥのＭＲＴＲは通常はＭＳＴＲよりも低く設定される。ＭＳＴＲよりも少ない許可をＣＰＥに対して発行することによって、ＵＧＳリンク上に送るべきものがないときに、喪失したトラフィック容量を取り戻すことが可能となる。例えば、そのような利用可能な容量が他のユーザクラスにサービス提供するために使用され得る。必要なときに、ハンドシェーキング技術によってＣＰＥがより多くの許可をリクエストすることが可能となる。

ＷｉＭａｘハブＢＴＳスケジューラは、ＷｉＭａｘハブＢＴＳとそのＢＴＳと通信している全てのＣＰＥとの間のアップリンク及びダウンリンクトラフィックを管理する。標準的なＷｉＭａｘ送信及び受信ポリシーは、アップリンク上で競合するあらゆるリクエストをＣＰＥが用いることを禁止する。ＣＰＥは、ＷｉＭａｘエアフレーム内のスリップインジケータ（ＳＩ）を用いて、ＣＰＥのサービス待ち行列深さのしきい値を超過していることをＷｉＭａｘＢＴＳにシグナリングし、ＣＰＥがその送信待ち行列を空にすることを試みるように多くの許可をＷｉＭａｘＢＴＳにリクエストしなければならない。従って、ＣＰＥは、アップリンク帯域幅を取得及び利用するためにＷｉＭａｘハブＢＴＳとエアフレームの交換を関与させるハンドシェーキング技術を用いる。このハンドシェーキング技術は好ましくない遅延を招いてしまう。

エアフレームが満たされつつある時間中に、ＣＰＥは、ＣＰＥの送信待ち行列深さのしきい値が超過していることを判断する。次のエアフレーム中に、ＣＰＥは、そのＣＰＥに対する他の許可を発行するためにＳＩのフラグを立ててＷｉＭａｘハブＢＴＳにシグナリングする。次のエアフレーム上で（即ち、５ミリ秒後に）許可が受信される。そのＣＰＥの待ち行列が次のエアフレーム上で（即ち、さらに５ミリ秒後に）掃き出される。このハンドシェーキング交換の遅延全体は、４個のエアフレームに幾らかの処理時間を１又は２ミリ秒程度加えたものを含む。このような例では、ハンドシェーキング技術に関連する遅延全体は２０ミリ秒よりも大きくなってしまう。

このような遅延は、遅延に影響を受け易い特定タイプの通信に対するＷｉＭａｘ通信の利用可能性を制限してきた。例えば、ＣＤＭＡ又はＵＭＴＳ・２Ｇ／３Ｇセルサイトにおけるソフトハンドオフのためのバックホールは、ＷｉＭａｘ構成におけるバックホールハンドシェーキングに通常必要な２０ミリ秒よりも大幅に小さい遅延でなければならない。

バックホール通信に関連する遅延を少なくとも最小限にするためのＷｉＭａｘシステム内での改善された通信が必要とされている。本発明はこのニーズに対処するものである。

ハブスケジューラを有するハブ基地局と自身のスケジューラを有する少なくとも１つの加入者装置との間で通信する代表的方法は、ハブ基地局とハブスケジューラの動作に応答する加入者装置との間の第１の方向の通信を処理するステップを含む。ハブ基地局と加入者装置間の第２の反対の方向の通信は加入者装置スケジューラの動作に応じて処理される。

一実施例では、第１の方向の通信はハブ基地局から顧客構内機器へのダウンリンク方向で行われるものである。第２の方向の通信は顧客構内機器からハブ基地局へのアップリンク方向におけるものである。

実施例の態様のスケジューリングのアプローチは、全てのダウンリンク通信をハブ基地局でスケジューリングすることを許可する。全てのアップリンク通信は加入者局でスケジューリングすることができる。このようなアプローチによって上述のハンドシェーキングの要件を不要とする。遅延が最小化され、そのようなハブ基地局及び加入者局を用いた通信の利用可能性が大幅に拡大される。

実施例の通信装置は、遠隔位置にあるハブ基地局と通信することによって少なくとも１つのユーザの代表として無線通信を促進するための加入者局を含む。スケジューラは、加入者局からハブ基地局への方向の通信をスケジューリングするために、加入者局近辺の加入者局に関連付けられる。

一例では、基地局は加入者局及びスケジューラに関連付けられる。基地局は加入者局の近辺に位置する。基地局は加入者局スケジューラによってスケジューリングされる通信を送信するために使用できる。

一例では、加入者局はＷｉＭａｘ顧客構内機器を備え、ハブ基地局に関連するスケジューラによってスケジューリングされた通信を受信するための受信機を含む。

無線通信のための例示の通信システムはハブスケジューラを有するハブ基地局を含む。少なくとも１つの遠隔位置の加入者局はハブ基地局からの通信を受信することができる。ハブ基地局によって送信される全ての通信はハブスケジューラによってスケジューリングされる。加入者局は、加入者局からハブ基地局への全ての通信をスケジューリングする自身のスケジューラを含む。

一例では、加入者局はハブ基地局への通信を送信するための自身の基地局を含む。そのような例では、ハブ基地局は、加入者局の基地局からの通信を受信するための自身の加入者局受信機能を含む。

以下の詳細な説明から、当業者には本発明の種々の特徴及び有利な効果が明らかとなる。詳細な説明に付随する図面の簡単な説明は後にまとめてある。

本発明の開示による実施例は、ハブ基地局に関連する１つのスケジューラを用いてハブ基地局と顧客構内機器のような加入者局の間の第１の方向の送信をスケジューリングすることに備える。ハブ基地局と加入者局の間の第２の反対の方向の通信は加入者局に関連する他のスケジューラによってスケジューリングされる。２つの異なる通信方向に対して２つの異なるスケジューラを用いることで通信遅延が少なくともある程度軽減される。なぜなら、これによって、ハブ基地局のスケジューラが両方向の通信全てをスケジューリングする責任を負担していた構成で使用されていたような、加入者局とハブ基地局の間のハンドシェーキングのためのあらゆる要件が不要となるからである。

実施例は、ハブ基地局スケジューラがハブ基地局と遠隔位置の加入者局又は顧客構内機器との間の双方向の全ての通信をスケジューリングする責任を担っていたような、ＷｉＭａｘ通信に使用されていた従来の通信構成からの大きな発展といえる。この例は、ある方向の通信を制御するための一方のスケジューラを利用する一方、第２の反対の方向の通信を制御するために他のスケジューラを利用するものである。

図１に無線通信システム２０の一例の選択された部分を示す。ハブ基地局送受信システム（ＢＴＳ）２２は、無線送信される信号を用いて空中インターフェイスを介して一般に知られる態様で通信するための公知の無線塔設備を含む。例示では、ハブＢＴＳ２２はＷｉＭａｘ通信に使用できる。

複数の加入者局はハブＢＴＳ２２の通信範囲内にある。図は例示の加入者局２４及び２６を含む。この例では、ＷｉＭａｘ通信で使用できる加入者局２４及び２６は顧客構内機器（ＣＰＥ）装置からなる。ＣＰＥ２４及び２６は互いに、及びハブＢＴＳ２２から離れて位置している。

ハブＢＴＳ２２は、ハブＢＴＳ２２と通信ネットワーク３２の間の通信を公知の態様で制御するコントローラ部３０を含む。ＢＴＳコントローラ３０はまた、一例では公知のスケジューリングアルゴリズムを用いるスケジューラを含む。

本例におけるＢＴＳコントローラ３０のスケジューラは、ハブＢＴＳ２２とハブＢＴＳ２２が通信するいくつかのＣＰＥとの間で第１の方向の通信全てをスケジューリングする。

例示における各ＣＰＥはＣＰＥに関連する自身のスケジューラ部を有する。本例では、ＣＰＥ２４は、公知のスケジューリングアルゴリズムを用いる基地局スケジューラを含む関連の基地局部３４を有する。ＣＰＥ２６はそれ自身のスケジューラを含む関連の基地局３６を有する。説明の例では、ＣＰＥ２４の基地局部３４は、図示するようにＣＰＥ部材と統合される。ＣＰＥ２６の場合、基地局３６はＣＰＥ２６に適切にリンクされるとともにＣＰＥ２６に接近し、又はその付近に位置する独立した部材からなる。当業者であれば、この説明をもって、各部材特有の状況における要求を満たすためにどのように部材を構成するかは分かるはずである。

ＣＰＥ各々のスケジューラは、ハブＢＴＳ２２と対応ＣＰＥの間の第１の方向とは反対の第２の方向の通信全てをスケジューリングする。例えば、ＣＰＥ２４の基地局３４に関連するスケジューラはハブＢＴＳ２２とＣＰＥ２４の間の第２の方向の通信全てをスケジューリングする。同様に、ＣＰＥ２６の基地局３６に関連するスケジューラはハブＢＴＳ２２とＣＰＥ２６の間の第２の方向の通信全てをスケジューリングする。

例示では、ハブＢＴＳ２２は、ＣＰＥに関連する基地局によって送信された通信を受信するように構成された加入者局モジュール４０に加入者局機能を含む。本例では、ＣＰＥ２４及び２６からハブＢＴＳ２２への通信はＣＰＥとハブＢＴＳ２２の間のアップリンク通信とみなすことができる。本例では基地局がそのような通信に使用されるので、基地局３４又は３６からハブＢＴＳ２２、より具体的には、加入者局モジュール４０への通信は「ダウンリンク」通信とみなされる。なぜなら、それらは技術上は基地局と加入者局モジュールの間で行われるからである。

この例では、ハブＢＴＳ２２のスケジューラによってスケジューリングされる第１の方向の通信はハブＢＴＳ２２からＣＰＥ２４又は２６への方向で行われる通信である。従って、ＣＰＥ２４及びＣＰＥ２６はそのような通信を受信するための受信部をそれぞれ含む。本例での通信の第２の方向はＣＰＥ２４又は２６からハブＢＴＳ２２への方向である。より具体的には、例示では、第２の方向の通信はＣＰＥ２４及び２６にそれぞれ関連する基地局３４又は３６によってＢＴＳ２２に送信される。

説明では、ＣＰＥ２４及び基地局３４は第１の方向の通信を受信するとともに第２の方向の通信を送信するためのアンテナ４２を共有している。ＣＰＥ２６は第１の方向の通信を受信するための専用アンテナ４４を有する一方、基地局３６は第２の方向の通信を送信するための専用アンテナ４６を有している。当業者であれば、この説明をもって、各部材特有の状況における要求を満たすためにどのように部材を構成するかは分かるはずである。

異なる位置で異なるスケジューラを用いることによって、各ＣＰＥに対して必要な「アップリンク」容量を実現するためのハンドシェークを行う必要が全くなくなる。その代わりに、開示の例によれば、ハブ基地局スケジューラが双方向の通信をスケジューリングする責任を担っていた構成に関連するトラフィックの浪費なしに、各エンドポイントは自発的な許可サービス（ＵＧＳ）及び非ＵＧＳトラフィックを動的にスケジューリングすることができる。例えば、ＵＧＳサービスに送るべきものがない場合、スケジューラはエアフレームを非ＵＧＳデータで満たす。逆に、ユーザによって送信するＵＴＳデータがあるときは常に、そのデータは直ちに現在のエアフレーム上で送信され、これによって遅延を最小化する。リンクの各終端（例えば、ハブＢＴＳ及び加入者局）にある基地局スケジューラは、より多くの帯域幅を実現するために、従来では必要であったプロトコルであるハンドシェーキングをなくす。この例における各リンクの遅延は、概ねエアフレームの持続時間に１又は２ミリ秒の処理時間を加えたものとなる。仮に標準のエアフレームサイズである５ミリ秒が使用されると、ここでは遅延はおよそ５又は６ミリ秒となり、これは例示の通信システムの機能を上述の従来構成と比べて大幅に拡大することになる。

一例では、周波数構成は、ほとんど全てのエアフレームがＣＰＥにおいてハブＢＴＳ方向（例えば第２の方向）に割り当てられた時分割多重を含む。一例では、エアフレーム割当ての９０％又は９５％が第２の方向に対するものである。一例では、ＷｉＭａｘ通信に対する最小予約トラフィックレートは最大持続トラフィックレート以下に設定される。

エンドポイント（例えば、ハブＢＴＳ２２並びにそれぞれＣＰＥ２４及び２６）は各位置で基地局によって対応の通信方向にスケジューリングされる２つの半二重「ダウンリンク」無線接続を用いて接続される。

図２は一例のアプローチをまとめたフローチャート５０である。この例では、５２に示すように、ダウンリンクトラフィック全てがハブ基地局スケジューラ（例えば、ハブＢＴＳ２２スケジューラ）を用いてスケジューリングされる。５４に示すように、各加入者局又はＣＰＥに対する（例えば、５２でスケジューリングされたトラフィックに対して反対方向の）アップリンクトラフィック全てが、加入者局に関連する基地局スケジューラを用いてスケジューリングされる。図２の例において、５６に示すように、遅延に影響を受け易いトラフィック全てがアップリンクで最初にスケジューリングされる。５８において、遅延に影響を受け難いトラフィックは残りのエアフレームスペース内でスケジューリングされる。このアプローチによって、例えば、ＷｉＭａｘ通信において共通的に使用される異なるサービスクラスをサービス提供することが可能となる。

本説明をもって、当業者であれば、様々な態様でシステムの機能を拡充することを含めて、開示した例に対する種々の修正例が可能であることが分かるはずである。例えば、開示の例の種々の特徴をＷｉＭａｘ通信以外の通信に適用することができる。

以上の記述は制限的なものではなく例示的なものである。本発明の本質から必ずしも離れたものではない例示の変形例や修正例は当業者には明らかなものである。本発明に対して与えられる法的保護の範囲は特許請求の範囲を検討することによって決定される。

図１は本発明の実施例に使用される無線通信システムの選択された部分を示す図である。図２は一例のアプローチをまとめたフローチャートである。

Claims

ハブスケジューラを有するハブ基地局と加入者局スケジューラを有する少なくとも１つの遠隔位置にある加入者局との間で通信する方法であって、
該ハブ基地局と、該ハブスケジューラの動作に応答する該加入者局との間の第１の方向の通信を処理するステップ、及び
該ハブ基地局と、該加入者局スケジューラの動作に応答する該加入者局との間の第２の反対の方向の通信を処理するステップ
からなる方法。
請求項１の方法において、該第１の方向が該ハブ基地局から該加入者局への方向であり、該第２の方向が該加入者局から該ハブ基地局への方向である方法。
請求項１の方法であって、
該ハブスケジューラを用いて該第１の方向の通信を独占的にスケジューリングするステップを含む方法。
請求項３の方法であって、
該ハブ基地局と、該ハブ基地局と通信するあらゆる加入者局との間の該第１の方向の通信を独占的にスケジューリングするステップ
からなる方法。
請求項１の方法であって、
該ハブ基地局で少なくとも１つの該第２の方向の通信を受信するステップ
からなる方法。
請求項５の方法であって、
該受信するステップのために該ハブ基地局において加入者局の機能を与えるステップ
からなる方法。
請求項１の方法であって、
該加入者局スケジューラを用いて該第２の方向の通信を独占的にスケジューリングするステップを含む方法。
請求項１の方法であって、
該第１又は第２の方向の少なくとも一方において、半二重モードで動作するステップ
を含む方法。
請求項１の方法において、該第１及び第２の方向の通信がＷｉＭａｘ通信からなる方法。
請求項９の方法において、該加入者局が複数のユーザの代表として通信を促進する顧客構内機器からなる方法。