JP2013098582A - 無線中継装置および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線基地局と無線中継装置との間で達成可能な最大スループットがボトルネックになる場合であっても、各無線端末に適切な通信帯域を割り当てることができる無線中継装置および無線通信方法を提供することである。
【解決手段】本発明に係る無線中継装置は、無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部２２と、各無線端末とデータを送受信する端末側通信部３２と、各無線端末と端末側通信部３２との間の通信帯域を割り当てる制御部（２４、３４）とを備え、制御部（２４、３４）は、無線基地局から無線基地局と基地局側通信部２２との間のアップリンクにおける最大スループットを取得し、該最大スループットを超えない範囲で、各無線端末が要求する通信帯域に比例させて、各無線端末と端末側通信部３２との間のアップリンクの通信帯域を割り当てることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線中継装置および無線通信方法に関し、特に、再生型の無線中継装置および再生型の無線中継装置の無線通信方法に関するものである。

無線端末が無線基地局と通信するためには、無線基地局からの無線電波が届く範囲（サービスエリア）に無線端末が位置する必要がある。しかし、山岳地帯や高層ビル等が建ち並ぶ市街地には障害物が多いため無線電波が届きにくい領域が存在する。また、屋外に設置された無線基地局からは、電波が届かない領域（例えば、建物の内部や地下）が多く存在する。特に、ＩＥＥＥ標準規格802.16eを基に規格化されたＷｉＭＡＸ（登録商標）（WiMAX：Worldwide Interoperability for Microwave Access）等の高速無線通信方式においては、２．５ＧＨｚ以上の周波数帯が使用されるが、このような高周波数帯の電波は直進性が強く障害物を回りこむ性質が弱いため、障害物の影響を強く受ける。このような電波が届かない領域をカバーするため、無線基地局と無線端末との間の無線電波を中継する無線中継装置（レピータ）が必要となる。

無線中継装置には、通常複数の無線端末が無線接続しており、各無線端末には無線中継装置と無線通信するための通信帯域が割り当てられる。

無線中継装置には、非再生型と再生型がある。非再生型の無線中継装置は増幅機能のみを有し、ダウンリンク（下り方向）においては、無線基地局から受信した無線信号を増幅してそのまま無線端末に送信し、アップリンク（上り方向）においては、無線端末から受信したデータを増幅してそのまま無線基地局に送信する。非再生型の無線中継装置により無線信号を中継する場合は、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）や信号ノイズ比（ＣＩＮＲ：Carrier to Interference and Noise Ratio）などの通信品質に応じて、無線基地局が各無線端末に割り当てる通信帯域を決定する。

再生型の無線中継装置は、無線信号をダウンコンバートしてベースバンド信号に変換し、ベースバンド処理をした上で、再び、ベースバンド信号をアップコンバートして無線信号に変換する。したがって、再生型の無線中継装置は、無線基地局と無線中継装置との間の通信帯域の割り当てとは独立に、無線端末と無線中継装置との間の通信帯域を割り当てることができる。

再生型の無線中継装置は、無線中継装置と無線端末との間の受信信号強度や信号ノイズ比などの通信品質に応じて、無線中継装置が各無線端末に割り当てる通信帯域を決定する（例えば、特許文献１参照）。本願は、再生型の無線中継装置に関するものである。

特開２０１０−１３０４３９号公報

再生型の無線中継装置は、上述のように、無線中継装置と無線端末との間の受信信号強度や信号ノイズ比などの通信品質に応じて、無線中継装置が各無線端末に割り当てる通信帯域を決定する。

再生型の無線中継装置は、ダウンリンクにおいては、無線基地局から受け取るパケット量に応じて各無線端末への通信帯域の割り当てを決定し、アップリンクにおいては、各無線端末がスループットに応じて要求する通信帯域に基づき、各無線端末に割り当てる通信帯域を決定する。

しかしながら、アップリンクにおいて各無線端末の要求に応じて通信帯域を割り当ててしまうと、無線中継装置に接続する無線端末の数が多くなった場合に、無線中継装置が各無線端末に割り当てた通信帯域により各無線端末が達成可能なスループットの和の方が、無線基地局と無線中継装置との間で達成可能な最大スループットよりも大きくなってしまう場合があった。こうなると、無線基地局と無線中継装置との間で達成可能な最大スループットがボトルネックとなり、各無線端末に適切な通信帯域が割り当てられているとはいえなくなる。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、無線基地局と無線中継装置との間で達成可能な最大スループットがボトルネックになる場合であっても、各無線端末に適切な通信帯域を割り当てることができる無線中継装置および無線通信方法を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る無線中継装置の発明は、
無線基地局と複数の無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置であって、
前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
前記各無線端末とデータを送受信する端末側通信部と、
前記各無線端末と前記端末側通信部との間の通信帯域を割り当てる制御部と
を備え、
前記制御部は、前記無線基地局から前記無線基地局と前記基地局側通信部との間のアップリンクにおける最大スループットを取得し、該最大スループットを超えない範囲で、前記各無線端末が要求する通信帯域に比例させて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てることを特徴とする。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末のＱｏＳを取得し、該ＱｏＳに応じて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てることを特徴とする。

第３の観点に係る発明は、第２の観点に係る無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末が要求する通信帯域の和に相当するスループットが前記最大スループットを超える場合、優先順位の低い前記ＱｏＳを有する前記各無線端末から、前記端末側通信部に割り当てる通信帯域を狭めていくことを特徴とする。

第４の観点に係る発明は、第２の観点に係る無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末が要求する通信帯域の和に相当するスループットが前記最大スループットを超える場合において、前記各無線端末が同一優先順位の前記ＱｏＳを有する場合、ＭＣＳの高い前記各無線端末から、前記端末側通信部に割り当てる通信帯域を狭めていくことを特徴とする。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

例えば、本発明を方法として実現させた第５の観点に係る無線通信方法の発明は、
無線基地局と複数の無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置の無線通信方法であって、該無線中継装置は、
前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
前記各無線端末とデータを送受信する端末側通信部と
を備え、
前記無線中継装置は、
前記無線基地局から前記無線基地局と前記基地局側通信部との間のアップリンクにおける最大スループットを取得するステップと、
前記最大スループットを超えない範囲で、前記各無線端末が要求する通信帯域に比例させて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てるステップと
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、無線基地局と無線中継装置との間で達成可能な最大スループットがボトルネックになる場合であっても、各無線端末に適切な通信帯域を割り当てることができる無線中継装置および無線通信方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る無線通信システムの概略図である。 本発明の第１実施形態に係る無線中継装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る無線中継装置において無線端末に通信帯域を割り当てる処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る無線中継装置において無線端末に通信帯域を割り当てる処理を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る無線通信システムの概略図である。無線通信システムは、無線基地局６０と無線中継装置１０と複数の無線端末７０Ａ、７０Ｂおよび７０Ｃとから構成されている。図１においては、無線端末が３台である場合を例に示すが、これは一例であり、無線端末の台数は３台に限るものではない。以後、無線端末を総称する場合は、無線端末７０と記載する。無線中継装置１０は、無線基地局６０と無線端末７０との間で送受信されるデータを中継する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る無線中継装置の概略構成を示す機能ブロック図である。無線中継装置１０は、ドナーノード２０とサービスノード３０とを備える。ドナーノード２０は、無線基地局６０とデータを送受信するブロックであり、サービスノード３０とは無線端末７０とデータを送受信するブロックである。

まず、ドナーノード２０の機能ブロックについて説明する。ドナーノード２０は、基地局側通信部２２と基地局側制御部２４とを備える。

基地局側通信部２２は、アンテナを介して無線基地局６０とデータを送受信する。ダウンリンクについては、基地局側通信部２２は、無線基地局６０から受信した無線信号をダウンコンバートしてベースバンド信号に変換し端末側通信部３２に出力する。また、アップリンクについては、基地局側通信部２２は、端末側通信部３２から受け取ったベースバンド信号をアップコンバートして無線信号に変換し無線基地局６０へ送信する。

基地局側制御部２４は、基地局側通信部２２をはじめとしてドナーノード２０の全体を制御する。基地局側制御部２４は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることもできる。

基地局側制御部２４は、無線基地局６０と無線中継装置１０との間の無線通信で用いられている変調方式および符号化率情報（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）から、無線基地局６０と無線中継装置１０との間のアップリンクの無線通信において達成可能な最大スループットを算出する。ここで、ＭＣＳは、無線中継装置１０と無線基地局６０との間の受信信号強度や信号ノイズ比などの通信品質に応じて、無線基地局６０が決定するものである。

続いて、サービスノード３０の機能ブロックについて説明する。サービスノード３０は、端末側通信部３２と端末側制御部３４とを備える。

端末側通信部３２は、アンテナを介して無線端末７０とデータを送受信する。ダウンリンクについては、端末側通信部３２は、基地局側通信部２２から受け取ったベースバンド信号をアップコンバートして無線信号に変換し無線端末７０へ送信する。また、アップリンクについては、端末側通信部３２は、無線端末７０から受信した無線信号をダウンコンバートしてベースバンド信号に変換し基地局側通信部２２に出力する。

端末側制御部３４は、端末側通信部３２をはじめとしてサービスノード３０の全体を制御する。端末側制御部３４は、ＣＰＵ等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ）によって構成したりすることもできる。なお、本実施形態においては、ドナーノード２０が基地局側制御部２４を備え、サービスノード３０が端末側制御部３４を備えるというように、ドナーノード２０およびサービスノード３０の各々が制御部を備える構成として説明するが、本発明は、この構成に限定されるわけではない。例えば、ドナーノード２０とサービスノード３０とを１つの制御部で制御する構成とすることもできる。

端末側制御部３４は、無線中継装置１０と無線基地局６０との間の無線通信において達成可能な最大スループットの情報を基地局側制御部２４から取得する。

端末側制御部３４は、各無線端末７０からスループットに応じた通信帯域の要求を受ける。端末側制御部３４は、当該無線中継装置１０と接続中の全ての無線端末７０からの通信帯域の要求の和を算出する。

端末側制御部３４は、全ての無線端末７０からのスループットに応じた通信帯域の要求の和に相当するスループットと、無線基地局６０と無線中継装置１０との間の無線通信において達成可能な最大スループットとを比較する。

端末側制御部３４は、最大スループットの方が通信帯域の要求の和に相当するスループットよりも大きい場合は、全ての無線端末７０に要求どおりのアップリンクの通信帯域を割り当てる。この場合は、無線中継装置１０と基地局６０との間の最大スループットがボトルネックとならないからである。

端末側制御部３４は、通信帯域の要求の和に相当するスループットの方が最大スループットよりも大きい場合は、各無線端末７０に要求どおりの通信帯域を割り当てない。この場合は、全ての無線端末７０に要求どおりの通信帯域を割り当ててしまうと、無線中継装置１０と基地局６０との間の最大スループットがボトルネックとなり、無線端末７０が送信するアップリンクデータを全て無線基地局６０に送信することができなくなってしまうからである。

端末側制御部３４は、通信帯域の要求の和に相当するスループットの方が最大スループットよりも大きい場合は、最大スループットを超えない範囲で、各無線端末７０が要求する通信帯域に比例させて、各無線端末７０にアップリンクの通信帯域を割り当てる。

例えば、無線中継装置１０に３台の無線端末７０Ａ、７０Ｂおよび７０Ｃが接続していて、無線端末７０Ａ、７０Ｂおよび７０Ｃから、それぞれ、６Ｍｂｐｓ、４Ｍｂｐｓおよび２Ｍｂｐｓのスループットに相当する通信帯域の要求がある場合において、最大スループットが６Ｍｂｐｓである場合、無線端末７０Ａ、７０Ｂおよび７０Ｃが要求する通信帯域の和に相当するスループットは１２Ｍｂｐｓであり、これは、最大スループットの６Ｍｂｐｓより大きい。この場合は、端末側制御部３４は、各無線端末７０からの通信帯域の要求に比例させて、無線端末７０Ａ、７０Ｂおよび７０Ｃに、それぞれ、３Ｍｂｐｓ、２Ｍｂｐｓおよび１Ｍｂｐｓのスループットに相当するアップリンクの通信帯域を割り当てる。

図３のフローチャートを参照しながら、無線中継装置１０が無線端末７０に通信帯域を割り当てる処理を説明する。なお、図３に示すフローチャートの処理は、例えば、フレーム毎に実行される。

基地局側制御部２４は、無線基地局６０と無線中継装置１０との間の無線通信で用いられているＭＣＳから、無線基地局６０と無線中継装置１０との間の無線通信において達成可能な最大スループットＴｍａｘを算出する（ステップＳ１０１）。

端末側制御部３４は、各無線端末７０からスループットに応じた通信帯域の要求を受け、当該無線中継装置１０と接続中の全ての無線端末７０からの通信帯域の要求の和Ｂｔｏｔａｌを算出する（ステップＳ１０２）。

端末側制御部３４は、基地局側制御部２４から最大スループットＴｍａｘを受け取り、通信帯域の要求の和Ｂｔｏｔａｌに相当するスループットと最大スループットＴｍａｘとを比較する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３において、通信帯域の要求の和Ｂｔｏｔａｌに相当するスループットが最大スループットＴｍａｘ以下の場合は、端末側制御部３４は、各無線端末７０に要求通りのアップリンクの通信帯域を割り当てる（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０３において、通信帯域の要求の和Ｂｔｏｔａｌに相当するスループットが最大スループットＴｍａｘより大きい場合は、端末側制御部３４は、各無線端末７０の要求に比例させて、合計が最大スループットＴｍａｘになるように各無線端末７０にアップリンクの通信帯域を割り当てる（ステップＳ１０５）。

このように、本実施形態によれば、無線中継装置１０は、無線基地局６０と無線中継装置１０との間で達成可能な最大スループットがボトルネックになる場合であっても、各無線端末７０に適切な通信帯域を割り当てることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態においては、各無線端末７０がＱｏＳ（Quality of Service）を有し、ＱｏＳに応じてサービスの優先順位がある場合について説明する。

ＱｏＳには、いくつかのサービスタイプがあり、サービスタイプにより通信帯域を割り当てる優先順位が決まっている。例えば、モバイルＷｉＭＡＸの標準仕様であるＩＥＥＥ802.16ｅにおいては５つのサービスタイプが定義されており、ＵＧＳ（Unsolicited Grant Service）、ＲＴ−ＶＲ（Real Time - Variable Rate Service）、ＮＲＴ−ＶＲ（Non Real Time - Variable Rate Service）、ＢＥ（Best Effort Service）およびＥＲＴ−ＶＲ（Extended Real Time - Variable Rate Service）のサービスタイプがある。例えば、ＲＴ−ＶＲは、リアルタイム系のアプリケーションに適用され、伝送レートおよび伝送遅延が保証される。

第２実施形態の無線中継装置は、第１実施形態の無線中継装置１０と同じ構成であるため、第１実施形態と同様に図２の機能ブロック図を用いて機能を説明する。また、基地局側通信部２２、基地局側制御部２４および端末側通信部３２の機能は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

端末側制御部３４について、第１実施形態と機能が異なる点について説明する。

端末側制御部３４は、端末側通信部３２を介して、各無線端末７０から各無線端末７０のＱｏＳを取得する。または、端末側制御部３４は、基地局側通信部２２および基地局側制御部２４を介して、無線基地局６０から各無線端末７０のＱｏＳを取得する。

無線端末７０からの通信帯域の要求の和に相当するスループットが無線中継装置１０と基地局６０との間の最大スループットよりも大きい場合、端末側制御部３４は、全ての無線端末７０のＱｏＳが同一のＱｏＳか否かを判定する。

その結果、全ての無線端末７０のＱｏＳが同一のＱｏＳでない場合は、端末側制御部３４は、優先順位の低いＱｏＳを有する無線端末７０から通信帯域の割り当てを狭める。全ての無線端末７０のＱｏＳが同一のＱｏＳである場合は、ＭＣＳの高い無線端末７０から通信帯域割り当てを狭める。

図４のフローチャートを参照しながら、無線中継装置１０が無線端末７０に通信帯域を割り当てる処理を説明する。なお、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４までは、図３のステップＳ１０１〜Ｓ１０４に対応し、同様の処理であるため説明を省略する。なお、図４に示すフローチャートの処理は、例えば、フレーム毎に実行される。

ステップＳ２０３において、通信帯域の要求の和Ｂｔｏｔａｌに相当するスループットが最大スループットＴｍａｘより大きい場合は、端末側制御部３４は、全ての無線端末７０のＱｏＳが同一のＱｏＳか否かを判定する（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５において、全ての無線端末７０のＱｏＳが同一のＱｏＳである場合は、端末側制御部３４は、ＭＣＳの高い無線端末７０から通信帯域割り当てを狭める（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０５において、全ての無線端末７０のＱｏＳが同一のＱｏＳでない場合は、端末側制御部３４は、優先順位の低いＱｏＳを有する無線端末７０から通信帯域の割り当てを狭める（ステップＳ２０７）。

このように、本実施形態によれば、端末側制御部３４が各無線端末７０からＱｏＳを取得し、当該ＱｏＳに応じて各無線端末７０にアップリンクの通信帯域を割り当てることにより、ＱｏＳによる優先順位を考慮して各無線端末７０に適切なアップリンクの通信帯域を割り当てることができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１０ 無線中継装置
２０ ドナーノード
２２ 基地局側通信部
２４ 基地局側制御部
３０ サービスノード
３２ 端末側通信部
３４ 端末側制御部

Claims (5)

1. 無線基地局と複数の無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置であって、
   前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
   前記各無線端末とデータを送受信する端末側通信部と、
   前記各無線端末と前記端末側通信部との間の通信帯域を割り当てる制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記無線基地局から前記無線基地局と前記基地局側通信部との間のアップリンクにおける最大スループットを取得し、該最大スループットを超えない範囲で、前記各無線端末が要求する通信帯域に比例させて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てることを特徴とする無線中継装置。
2. 請求項１に記載の無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末のＱｏＳを取得し、該ＱｏＳに応じて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てることを特徴とする無線中継装置。
3. 請求項２に記載の無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末が要求する通信帯域の和に相当するスループットが前記最大スループットを超える場合、優先順位の低い前記ＱｏＳを有する前記各無線端末から、前記端末側通信部に割り当てる通信帯域を狭めていくことを特徴とする無線中継装置。
4. 請求項２に記載の無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末が要求する通信帯域の和に相当するスループットが前記最大スループットを超える場合において、前記各無線端末が同一優先順位の前記ＱｏＳを有する場合、ＭＣＳの高い前記各無線端末から、前記端末側通信部に割り当てる通信帯域を狭めていくことを特徴とする無線中継装置。
5. 無線基地局と複数の無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置の無線通信方法であって、該無線中継装置は、
   前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
   前記各無線端末とデータを送受信する端末側通信部と
   を備え、
   前記無線中継装置は、
   前記無線基地局から前記無線基地局と前記基地局側通信部との間のアップリンクにおける最大スループットを取得するステップと、
   前記最大スループットを超えない範囲で、前記各無線端末が要求する通信帯域に比例させて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てるステップと
   を含むことを特徴とする無線通信方法。

Images