JP2010098430A - 通信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の通信装置に係る基地局装置1は、端末装置2に対して送ったARQブロックを蓄積する再送用バッファ8bと、再送用バッファ8bのバッファサイズを動的に調整するバッファサイズ制御部10とを有している。
【選択図】 図2
Description
上記WiMAXは、基地局装置と、この基地局装置との間で無線通信を確立する複数の移動端末とを有しており、前記基地局装置は、前記移動端末に対して、広帯域の無線通信サービスを提供する。
上記WiMAXでは、基地局装置と移動端末との間の伝送区間において発生するデータの誤りを低レイヤ(MAC層)で再送処理することによって、短い制御時間で誤りを効率的に補償するARQ(Automatic Repeat Request:自動再送要求)制御が規定されている(例えば、非特許文献1参照)。
端末装置は、受信したARQブロックそれぞれについて誤り検出を行う。誤りが検出されない場合、端末装置は、誤り検出を行ったARQブロックのシーケンス番号とともに受信確認通知(ACK、Acknowledgments:確認応答)を基地局装置に送信する。一方、誤りが検出された場合には、端末装置は、誤り検出を行ったARQブロックのシーケンス番号とともに再送要求通知(NACK、Negative Acknowledgments:否定応答)を基地局装置に送信する。NACKを受けた基地局装置は、当該NACKとともに送信されるARQブロックのシーケンス番号に該当するARQブロックのみを再送することで、伝送区間における誤りを補償することができる。
送信側の基地局装置は、受信側の端末装置にARQ制御によって送信データを送信する場合、まず、上位層から与えられる送信データを送信用のバッファに蓄積し、ARQブロックにブロック化する。その後、誤り検出のための符号化を行い、送信データを複数のARQブロックとして端末装置に順次送信する。また、送信したARQブロックは、NACKを受けた場合に再送する必要があるため、再送用のバッファに蓄積される。図8(a)では、送信データを複数のARQブロックにブロック化し、1番目のARQブロックから順に端末装置に送信する態様を示している。
図8(a)においては、5番目のARQブロックに誤りが検出された場合を示している。端末装置は、5番目のARQブロックについてNACKを送信する。基地局装置は、7番目のARQブロックを送信した後に当該NACKを受信する。これにより、基地局装置は、7番目のARQブロックの送信後に5番目のARQブロックから再度順番に送信する。6番目及び7番目のARQブロックについては、誤りが検出されたか否かに関わらず再送される。
上記のようにARQ制御の処理に起因してデータ送信速度が低下すると、上位層から与えられる送信データを送信しきれず、送信データにパケットロスを生じ、基地局装置と端末装置との間の通信におけるスループットを低下させてしまう。
図9は、WiMAXの通信フレームによって、所定の送信データを基地局装置から端末装置に送信したときのARQブロック及びACKの経時的関係の一例を示す図である。図9において、横軸は時間軸を示している。
図において、4フレーム目の上りサブフレームULを用いてデータ(1)のACKが送信されている。すなわち、この図例では、基地局装置においてARQブロックを送信してから当該データのACKを受信するのにほぼ4フレーム分の時間を要することとなる。
これに対して、図9(b)は、変調方式QPSK1/2で、再送用バッファのウィンドウサイズを8個の下りサブフレームDLフルバーストで送信可能なデータ量が蓄積できる値とした場合を示している。この場合、再送用バッファのバッファサイズが、ARQブロックを送信してから当該データのACKを受信するまでの間に送信可能なサイズである4フレーム分よりも多いので、図9(a)のようにACKを待つことなく、連続的にデータを送信でき、無線資源を有効に活用することができる。つまり、ウィンドウサイズを1個の下りサブフレームDLフルバーストで送信可能なデータ量が蓄積できる値とした場合よりも、実質的に5倍の速度でデータを送信することができることとなる。
図9(a)の場合においては、ARQ制御の処理に起因して無線資源を有効に活用できず、本来データを送信することができる(図9(b)の場合の)速度の1/5でしかデータを送信できないこととなる。
図9(c)は、変調方式16QAMとし、再送用バッファのバッファサイズを図9(b)の場合と同じデータ量が蓄積できる値とした場合を示している。
変調方式が16QAMの場合、QPSK1/2の場合と比較して、1フレーム当たりに送信可能なビット数が2倍となるため、1フレームで送信可能なデータ量が2倍となり、再送用バッファに蓄積可能なデータ量が、図9(c)に示すように4フレーム分となる。
一方、ARQブロックを送信してからACKを受信するまでの時間は、ほぼ端末装置の性能等に依存しており、変調方式の変更によってはほとんど影響を受けないため、図のように1フレーム分の間、ACKの受信を待った状態でARQブロックを送信できない時間帯が生じることとなる。
これらの値は、通常、端末装置が当該基地局装置との間で通信を確立する際に設定される。しかし、このときの通信環境において好適にバッファサイズを設定したとしても、上記のように、基地局装置と端末装置との間で通信を確立している間に適応変調が行われるので、通信環境の変化に応じて、変調方式が変更される。
すると、図9(c)に示したように、変調方式が変更されることによって、ACKの受信を待った状態でデータ送信ができない時間帯が生じ、無線資源の有効に活用できないおそれが生じる。
なお、ここでいう変調方式は符号化率も含んでおり、バッファサイズ制御部は、符号化率も含んだ変調方式に応じてバッファサイズを調整する。
ARQブロックは、所定サイズのデータユニットに格納されて無線送信されるため、ARQブロックのデータサイズが小さく設定されることで、当該データユニットの利用効率を高めることができる。
さらに、再送処理はARQブロックごとに行われるので、再送要求に応じて再送されるデータは、ARQブロックごととなる。従って、バッファサイズ制御部が、このARQブロックのデータサイズをより小さく設定することで、再送処理においてより小さいデータごとに再送することができ、その処理効率を高めることができる。また、再送されるARQブロックにおける誤り訂正を要する部分の占める割合が高くなり、再送処理における誤り訂正の効率が高まる。
本発明の通信装置に係るBS1は、MS2との間で、直交周波数分割多元接続(OFDMA)により通信を行う。また、BS1は、上述のARQ制御を行う機能を有しており、MS2に送信する送信データをブロック化したARQブロックをMS2に与えるとともに、MS2からのACK(受信確認通知)又はNACK(再送要求通知)に応じてARQブロックごとにARQ制御を行う。
なお、ARQ制御、及びARQ制御とWiMAXのフレーム構造との関係等については、上述の通りなので説明を省略する。
図2において、BS1は、MS2との間で無線通信を行うための信号を送受信するアンテナ4と、このアンテナ4によって信号の送受信を行うための送受信部5,6と、ARQ制御による処理を行うARQ制御部7と、ARQ制御における再送処理において必要なバッファが設定されるメモリ部8とを備えている。さらに、BS1は、MS2との間で通信を行う際の変調方式を設定する変調方式設定部9と、メモリ部8に後述する再送用バッファを設定制御するバッファサイズ制御部10とを備えている。
ブロック化部7aは、ネットワーク層等といった上位層から与えられる送信データについて、所定のサイズに設定されたARQブロックにブロック化する。これにより、送信データは、複数のARQブロックとされて送信制御部7bに順次与えられる。
図3(a)は、両バッファ8a,8bを機能的に有しているメモリ部の態様を示す模式図である。両バッファ8a,8bは、それぞれメモリ部8の記憶領域に所定記憶容量(サイズ)に調整される。送信用バッファ8aは、上述の通り、送信制御部7bから与えられるARQブロックを一時的に蓄積するものであり、蓄積されたARQブロックは、送信制御部7bによって、送信部5に出力される。また、再送用バッファ8bは、送信用バッファ8aに蓄積されて送信部5に出力されたARQブロックが蓄積される。
両バッファ8a,8bに蓄積されるARQブロックは、送信制御部7bによって管理される。すなわち、送信制御部7bは、ブロック化部7aから与えられるARQブロックを送信用バッファ8aに一時的に蓄積する。その後、一時的に蓄積したARQブロックを送信部5へ与えるとともに(送信処理)、送信したARQブロックを再送用バッファ8bに蓄積する。
また、送信制御部7bは、受信部6から与えられる受信信号からACKを認識すると、そのACKに対応するARQブロックを再送用バッファ8bから消去する。また、同様に受信信号からNACKを認識すると、送信制御部7bは、再送用バッファ8bを参照し、そのNACKに応じたARQブロックを再送すべく送信部5に出力する(再送処理)。
これらARQブロックは、送信制御部7bに与えられ、順次送信用バッファ8aに一時的に蓄積されて、送信部5に出力されMS2に送信される。
再送用バッファ8bのバッファサイズは、上述のように、ARQブロックを蓄積することができる個数であるウィンドウサイズで定められるが、より具体的には、ウィンドウサイズ及びARQブロック1個当たりのブロックサイズを設定することで、再送用バッファ8bのバッファサイズが定まる。バッファサイズ制御部10は、ウィンドウサイズ及びARQブロック1個当たりのブロックサイズより定まるバッファサイズとなるように再送用バッファ8bをメモリ部8に設定する。また、バッファサイズ制御部10は、送信用バッファ8aについても送信処理がスムーズに行うことができる程度のバッファサイズとなるように調整制御する。
ACK検出部11は、検出した前記時間幅をバッファサイズ制御部10に出力する。バッファサイズ制御部10は、前記時間幅に基づき、一のARQブロックを送信してから当該一のARQブロックに対応するACKを受信するまでの間において送信可能なARQブロックの個数以上のARQブロックを蓄積可能なバッファサイズとなるように再送用バッファ8bのバッファサイズを調整する。
図4は、バッファサイズ制御部10による、再送用バッファ8bのバッファサイズ(ウィンドウサイズ及びブロックサイズ)の調整手順を示すフローチャートである。なお、ここでは、BS1が一のMS2と通信を確立している場合について説明する。
バッファサイズ制御部10は、図4に示すフローチャートを随時実行することで再送用バッファ8bのバッファサイズを動的に調整する制御を行う。
バッファサイズ制御部10は、まず、BS1との間で通信を確立しているMS2に対して現状設定されている変調方式に関する情報を変調方式設定部9から取得するとともに、一のARQブロックを送信してから当該一のARQブロックに対応するACKを受信するまでの時間幅NをACK検出部11から取得し、この時間幅Nの間にBS1が送信可能なバイト数である送信可能バイト数Dを算出する(ステップS101)。なお、送信可能バイト数Dについては、後に詳述する。
そこで、本実施形態では、上記ACKを受信するのに要する時間幅Nについては、図9に示す基本フレーム単位、すなわち基本フレームの個数として取得する。
ACK検出部11は、送信制御部7bからシーケンス番号601〜700番のARQブロックをn番目のフレームで送信した旨の通知を受けると、これを記憶しておく。その後、時間の経過に伴って(n+6)番目のフレームに達すると、ACK検出部11は、送信制御部7bからシーケンス番号601〜700番のARQブロックに対応するACKを受信した旨の通知を受ける。ACK検出部11は、これら通知から、シーケンス番号601〜700番のARQブロックについては、n番目のフレームで送信してから6フレーム後の(n+6)番目のフレームで対応するACKを受信することが把握できる。すなわち、ACK検出部11は、一のARQブロックを送信してから当該一のARQブロックに対応するACKを受信するまでの時間幅Nを6(フレーム分の時間幅)として検出することができる。
また、図5では、上記ACKの受信に要する時間幅Nが6フレームの場合を示したが、これは、一例であり、MS2との間の通信環境や、変調方式の違い、MS2自身の処理能力の違い等、種々の要因によって異なる値となる。上記ACKの受信に要する時間幅Nは、ARQブロック及びACKをBS1、MS2相互間で送受信するために必要な時間、及びMS2にて受信したARQブロックの誤り検出等の処理を行うために必要な時間であるためである。
なお、上記時間幅Nをシミュレーション等で予め予測し把握できる場合には、その予測した時間幅Nをバッファサイズ制御部10に予め記憶させておき、それを用いて送信可能バイト数Dを算出することもできる。
バッファサイズ制御部10は、変調方式設定部9からMS2のCINRを取得し、このCINRの所定時間当たりの最大値と最小値の幅を求める。そして、この幅が例えば5dB以下であれば、安定した無線空間と判定する。
なお、上記ではCINRを用いた場合を示したが、上記ステップS102の判定においては、RSSI(Received Signal Strength Indication)の最大値及び最小値を用いてもよいし、CINR、RSSI双方を用いて判定してもよい。
バッファサイズ ≧ 送信可能バイト数D ・・・・ (1)
バッファサイズ =
ARQブロックのブロックサイズ × ウィンドウサイズ ・・・・ (2)
送信可能バイト数D = 1フレーム当たり送信可能なバイト数 ×
ACKの受信に要する時間幅N(フレームの個数) ・・・・ (3)
1フレーム当たり送信可能なバイト数 =
((1フレーム中のシンボル数/2) × 48 × サブチャネル数 ×
変調方式に対応するビット数) / 8 ・・・・ (4)
上記式(1)を満たす設定とすることで、ACKの受信に要する時間幅Nで送信することができるサイズ以上にバッファサイズが調整されるので、送信制御部7bが、ACKの受信を待った状態で、ARQブロックが送信できない状態となるのを回避することができる。
バッファサイズが式(1)を満たすと判定されると(ステップS104)、バッファサイズ制御部10は、処理を終了する。この場合、現状調整設定されたブロックサイズ及びウィンドウサイズの設定によって、MS2との間で通信が行われる。
ステップS108の判定の結果、ウィンドウサイズの設定値が最大値でない場合、バッファサイズ制御部10は、ウィンドウサイズの設定値を上記表1に基づいて一つ上げ(ステップS110)、再度バッファサイズが上記式(1)を満たすか否かを判定する(ステップS107)。
BS1の送信部5は、ARQブロックをMS2に送信する際、所定の容量に設定されたPDU(Protocol Data Unit)単位で送信する。すなわち、上述したように、送信制御部7bは、複数のARQブロックをPDUに格納しPDU単位で送信部5に出力する。送信部5は、送信制御部7bから与えられるARQブロックが格納されたPDUを送信する。
送信制御部7bは、複数のARQブロックを格納したときにPDUに当該ARQブロックより小さいサイズの空き容量が生じたときは、その空き容量部分にダミーデータを格納して送信する。
BS1では、上記のようにARQブロックを送信するので、このARQブロックのブロックサイズはできるだけ小さい方がよりPDUの利用効率が高められる。
本実施形態において、バッファサイズ制御部10は、ARQブロックのブロックサイズを、調整しうる範囲の中で最小の設定値に調整するように構成されているので、上記理由からPDUの利用効率が高められる。
バッファサイズが式(1)を満たすと判定されると(ステップS107)、バッファサイズ制御部10は、処理を終了する。この場合、現状調整されたブロックサイズ及びウィンドウサイズの設定によって、MS2との間で通信が行われる。
例えば、上記ステップS102において安定した無線空間と判定されず、下記条件である場合について示す。
1フレーム中のシンボル数 = 22
サブチャネル = 30
変調方式 =QPSK1/2
ACKの受信に要する時間幅N = 5
((22 / 2) × 48 × 30 × 1) / 8 = 1980(バイト)
となる。
従って、ACKの受信に要する時間幅Nの間にBS1が送信可能なバイト数は、上記式(3)より、
送信可能バイト数D = 1980 × 5 = 9900(バイト)
となる。
このとき、上記式(1)を満たす(バッファサイズが9900バイト以上となる)ウィンドウサイズは、「1024」であるので、バッファサイズ制御部10は、ブロックサイズを「16」バイト、ウィンドウサイズを「1024」に調整することとなる。
つまり、バッファサイズ制御部10は、MS2に送信データを送信する際の変調方式に応じて、上記式(1)を満たすバッファサイズとなるように制御するので、変調方式が変更されたとしても、ACKの受信に要する時間幅Nで送信することができるサイズ以上にバッファサイズが動的に調整される。
これにより、ACKの受信を待った状態で、ARQブロックの送信ができない時間帯が生じるのを防止でき、無線資源を有効に活用することができる。この結果、上位層からの送信データを送信しきれず送信データが溢れてパケットロスの原因となるバッファ溢れの発生を抑制した再送処理を行うことができる。
以上より、本実施形態では、安定した無線空間と判定された場合には、ARQブロックのブロックサイズを大きく設定することで、より伝送効率を高めることができる。
図6は、BS1が5つのMS2(端末(1)〜(5))と通信を確立している場合において、MS2それぞれについての、設定されている変調方式や、再送用バッファ8bのバッファサイズ、これに伴うウィンドウサイズ、ブロックサイズ、さらに、残りのバッファサイズを示した表である。なお、この場合、BS1のメモリ部8に再送用バッファ8bとして設定することができるサイズが、最大「200000」バイトであるとする。また、特に明示していない条件については、上述した調整処理の具体例で示した値を採るものとする。
図6では、BS1は、現状、端末(1)〜(5)の5つの端末装置と通信を確立しており、それぞれの端末に対して再送用バッファ8bを設定している。BS1は、端末装置との間で通信を確立した順に再送用バッファ8bを設定する。また、このとき、再送用バッファ8bとして設定しうる残りサイズが「3392」バイトとなっている。
ここで、新たにBS1に対して通信を確立しようとしている端末(6)がある場合、BS1は、端末(6)に対する再送用バッファ8bを設定せずに通信を確立する。すなわち、BS1は、バッファサイズ制御部10が、必要最小限のサイズ(ブロックサイズ「16」バイト、ウィンドウサイズ「1024」)の再送用バッファ8bが設定できないときには、再送用バッファ8bを設定せず、ARQ制御を行わずに通信を確立する。
バッファサイズ制御部10は、この残りサイズに応じて、現状ARQ制御を行っていない他の端末装置や、新たに通信を確立しようとしている端末装置に対して、再送用バッファ8bを設定し、ARQ制御を行う。
図7に示すように、本実施形態のBS1は、上位ネットワークからの送信データが与えられるQoS制御部12を有している。
QoS制御部12は、送信データが与えられると、この送信データに基づいてMS2のQoSクラスに関する情報を取得し、MS2へのデータ送信において要求されるQoSクラスを認識する。
QoSクラスは、例えば、下記表4に示すQoSパラメータの設定値の組み合わせによって複数種類定められている。QoS制御部12は、複数種類のQoSクラスそれぞれに応じた各QoSパラメータの設定値を記憶している。
本実施形態のバッファサイズ制御部10は、上記QoSパラメータの内、「Max Sustained Traffic Rate」(以下、MSTRともいう)の数値に基づいて、再送用バッファのバッファサイズを調整する。
すなわち、QoS制御部12は、MS2が要求するQoSクラスを認識し、バッファサイズ制御部10に対して、MS2が要求するQoSクラスに対応するMSTRの数値を通知する。バッファサイズ制御部10は、再送用バッファ8bを設定するに当たって、QoS制御部12から通知される、MSTRの数値について参照し、その数値に基づいてバッファサイズを動的に調整する。
なお、本実施形態では、図4中、ステップS101にて算出する、送信可能バイト数Dは、下記式(5)に基づいて算出される。
送信可能バイト数D = 「Max Sustained Traffic Rate」の数値 ×
ACKの受信に要する時間幅N ・・・・ (5)
送信可能バイト数D = (2 × 106 / 8) × 30 × 10-3
= 7500(バイト)
バッファサイズ =
ブロックサイズ(「16」バイト) × ウィンドウサイズ(「512」)
= 8192(バイト) ≧ 7500(バイト)
なお、本実施形態では、QoSクラスを設定するためのQoSパラメータの内、「Max Sustained Traffic Rate」の数値のみに基づいて、再送用バッファのバッファサイズを調整するように構成したが、表4に示す他のQoSパラメータの内、単独もしくは複数を参照し、その値に基づいて再送用バッファのバッファサイズを動的に調整するように構成することもできる。
2 端末装置(MS)
8 メモリ部
8b 再送用バッファ
10 バッファサイズ制御部
Claims (6)
- 端末装置からの受信確認又は再送要求に応じてARQブロックごとにARQ制御を行いつつ、データ送信を行う通信装置であって、
前記端末装置に対して送った前記ARQブロックを蓄積する再送用バッファと、
前記再送用バッファのバッファサイズを動的に調整するバッファサイズ制御部と、を有することを特徴とする通信装置。 - 前記バッファサイズ制御部は、前記端末装置に対して前記データを送信する際の変調方式に応じて前記再送用バッファのバッファサイズを調整する請求項1に記載の通信装置。
- 前記バッファサイズ制御部は、前記端末装置に対して前記データを送信する際のQoSパラメータに応じて前記再送用バッファのバッファサイズを調整する請求項1に記載の通信装置。
- 一のARQブロックを送信してから、当該一のARQブロックに対応する受信確認を受信するまでの時間幅を検出する受信確認検出部をさらに有し、
前記バッファサイズ制御部は、前記時間幅において送信可能なARQブロックの個数以上のARQブロックを蓄積可能なバッファサイズとなるように、前記再送用バッファのバッファサイズを調整する請求項1〜3のいずれか一項に記載の通信装置。 - 前記再送用バッファのバッファサイズは、前記ARQブロックを蓄積することができる個数であるウィンドウサイズで定められるものであり、
前記バッファサイズ制御部は、前記ウィンドウサイズ及び前記ARQブロックのデータサイズを調整することで前記バッファサイズを調整する請求項1〜4のいずれか一項に記載の通信装置。 - 前記バッファサイズ制御部は、前記ARQブロックのデータサイズを調整しうる範囲の中で最小値に調整する請求項5に記載の通信装置。
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