JP2016163139A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】様々な通信環境において所望の要求受信誤り率を満たす無線通信を実現する技術を提供する。【解決手段】端末装置（３０）では、パラメータ決定手段（３６：Ｓ２５０）が、送信情報の供給元となるアプリケーションに応じた要求誤り率を満たすように、消失訂正符号の符号化パラメータを決定し、リソース割当要求手段（３１１）が、決定した符号化パラメータを含んだリソース割当要求を網側装置に送信する。網側装置（１０）では、リソース割当手段（１２３：Ｓ５１０〜５６０）が、リソース割当要求を受信すると、目標誤り率を満足する変調符号化方式を決定すると共に、リソース割当要求によって通知された情報に従い、消失訂正符号化の際に生成される各パケットを、一つの送信フレームで送信するのに必要な帯域幅を、端末装置との通信に割り当てる。【選択図】図１

Description

本発明は、消失訂正符号を使用する無線通信システムに関する。

有線や無線通信システムにおいては、輻輳や受信誤りの影響により、パケットロスが発生することが知られている。このため、データ通信においてパケットロス耐性を持たせることを目的として消失訂正符号がしばしば適用される。

消失訂正符号は、Ｋ個の情報パケットに対してＰ個のパリティパケットを付加することにより、ある程度のパケットロスに対しては、再送することなく元の情報への復号を可能とするものである。なお、消失訂正符号は、より多くのパリティパケットを付加することで訂正能力を高められるが、総送信データ量の増大に伴い伝送効率が低下する。このため、消失訂正符号の符号化パラメータとなる情報パケット数Ｋや符号化率Ｒ（＝Ｋ／（Ｋ＋Ｐ））は、通信環境での受信誤り率を考慮して、必要な品質が得られるように設定される。但し、例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）やIEEE 802.16mのような無線通信システムの利用を想定した場合、無線の環境は時々刻々と変化するため、この通信環境の変化に応じて適切な設定を行う必要がある。

通信環境を推定する技術として、例えば、データパケットの受信間隔の揺らぎを利用するものが知られている。すなわち、通信品質の悪化により再送処理が増えるほど受信間隔の揺らぎが大きくなるため、観測した受信間隔の揺らぎが大きい場合はパケット長を短くして誤り耐性を強化し、揺らぎが小さい場合はパケット長を長くして通信の効率を重視するように設定する（特許文献１参照）。

特開２０１３−２２５７６１号公報

しかしながら、例えば、低遅延な通信が求められる場合、一般に無線通信部での再送処理の回数が制限される。この場合、受信間隔の揺らぎが抑制されるため、受信間隔から通信環境を推定することは困難であると予想される。

また、車などの移動体がＬＴＥを利用して通信するシステムを考えた場合、移動体の移動に伴って通信環境が著しく変動する。これに伴って、個々のユーザとの通信に割り当てられる変調符号化方式や帯域幅が動的に変化し、変調符号化方式や帯域幅によって送信フレーム当たり送信可能なデータ量が変動する。すると、図１３に示すように、複数のパケットが一つの送信フレームで送信されたり、逆に、図１４に示すように、一つのパケットが複数の送信フレームで送信されたりする。その結果、受信間隔から通信環境を推定することは困難であると予想される。

つまり、従来技術では、極めて限定された通信環境でしか実用的に機能させることができず、多様な通信環境に適用することができないという問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、様々な通信環境において所望の要求受信誤り率を満たす無線通信を実現する技術を提供することを目的とする。

本発明の無線通信システムは、通信網を構成する基地局が、端末装置からの要求に応じて該端末装置との無線通信に使用する変調符号化方式および帯域幅を決定する。
そして、端末装置は、パラメータ決定手段と、リソース割当要求手段と、分割符号化手段と、送信手段とを備える。パラメータ決定手段は、基地局との無線通信における受信誤り率が予め設定された目標誤り率であるものとして、送信情報の供給元となるアプリケーションに応じた要求誤り率を満たすように、消失訂正符号の符号化パラメータである符号化対象パケット数および符号化率を決定すると共に、送信情報のデータ長および符号化対象パケット数から符号化対象パケットのパケット長を求める。リソース割当要求手段は、パラメータ決定手段にて求められたパケット長に相当する情報を少なくとも含んだリソース割当要求を基地局に送信する。分割符号化手段は、パラメータ決定手段により決定された符号化パラメータを用いて、送信情報の分割および消失訂正符号への符号化を実行する。送信手段は、分割符号化手段から出力される送信パケットを、基地局により割り当てられた変調符号化方式および帯域幅にて送信する。

一方、基地局は、リソース割当手段を備える。リソース割当手段は、端末装置からのリソース割当要求を受信すると、目標誤り率を満足する変調符号化方式を決定すると共に、リソース割当要求によって通知された情報に従い、送信パケットを、一つの送信フレームで送信するのに必要な帯域幅を、要求元の端末装置との通信に割り当てる。

このような構成によれば、端末装置と基地局との無線通信に、一つの送信パケットを一つの送信フレームで送信するのに必要な最小限の帯域幅が割り当てられる。
これにより、消失訂正符号の能力を最大限に発揮させることができると共に、送信フレーム内でダミーデータが占める割合を減少させることができるため、送信フレームの伝送効率を向上させることができる。

即ち、例えば、一つの送信パケットがｍ分割されてｍ個の送信フレームで送信される場合、そのｍ個の送信フレームすべてについて、受信に成功しない限り、送信パケットの受信に失敗することになる。つまり、送信フレームの消失確率が同じであっても、ｍの値が大きくなるほど、送信パケットの消失確率は高くなる。また、ｎ個の送信パケットが結合されて一つの送信フレームで送信される場合、送信フレームの受信に失敗すると、ｎ個の送信パケットの受信に失敗することになる。そして、消失訂正符号は、ｎ個のパケットロスに対して、復号可能となるように生成する必要がある。いずれの場合も、一つの送信パケットを一つの送信フレームで送信する場合と比較して、復号不能となる確率が高くなり、また、これを補おうとするとより大きな冗長性を持たせる必要が生じることから伝送効率も劣化させてしまうのである。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

無線通信システムの構成を示すブロック図である。 無線通信システムの全体的な動作を示すシーケンス図である。 サーバが実行するサービス開始可否判定処理のフローチャートである。 端末装置の各部におけるデータの状態を示す説明図である。 端末装置が実行する送信準備処理のフローチャートである。 送信準備処理中で実行するパラメータ決定処理のフローチャートである。 基地局が実行するリソース割当処理のフローチャートである。 無線品質情報と割り当てられる帯域幅の関係を示す説明図である。 第２実施形態におけるパラメータ決定処理のフローチャートである。 係数情報の取得に関するシーケンス図である。 第３実施形態におけるリソース割当処理のフローチャートである。 第４実施形態におけるリソース割当処理のフローチャートである。 複数の送信パケットが結合されて一つの送信フレームで送信されることを示す説明図である。 一つの送信パケットが分割されて複数の送信フレームで送信されることを示す説明図である。

以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１．１．システム構成］
図１に示すように、無線通信システム１は、基地局１０と、サーバ２０と、端末装置３０とを備える。基地局１０とサーバ２０とは、有線ネットワークを介して通信を行い、基地局１０と端末装置３０とは、無線ネットワークを介して通信を行う。なお、基地局１０およびサーバ２０は、これらを総称して網側装置ともいう。

無線ネットワークでは、ＬＴＥ（Long Term Evolution ）規格に従った通信を行う。即ち、低速シンボルレートのマルチキャリア信号を用いて並列伝送するＯＦＤＭ通信をベースとして、下位層（物理レイヤ，リンクレイヤ）では、変調符号化方式の選択、無線帯域（キャリア信号）の割り当てを動的に行うと共に、上位層（アプリケーションレイヤ）では、消失訂正符号を用いた通信を行うように構成されている。なお、変調符号化方式は、変調方式としてはＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなど、符号化方式としてはターボ符号などの組み合わせが用いられる。

［１．２．システム動作］
無線通信システム１を構成する各装置間で実行される通信の概略を、図２のシーケンス図を用いて説明する。

端末装置３０のリンク層（後述する無線通信部３１）は、定期的に基準信号を送信する。その基準信号を受信した基地局１０は、基準信号の受信状態から、予め定められた周波数範囲毎に、無線通信の通信品質を測定し、その測定結果から通信品質のランクを示す指示子であるＣＱＩ（channel Quality Indicator ）を生成し、このＣＱＩを無線品質情報として端末装置３０に通知する。端末装置３０のリンク層は、このＣＱＩを記憶し、ＣＱＩの通知を受ける毎に記憶内容を更新する。なお、ＣＱＩが示す通信品質のランクはＮ（例えばＮ＝６）段階からなり、以下では、ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）番目のランクをＣＱＩ＃ｉと記す。また、ｉが大きいほど通信品質は良好であることを示すものとする。

端末装置３０のアプリケーション層（以下「アプリ層」という）は、自装置上で動作するアプリケーションから送信要求が発生すると、リンク層を介して自装置（要求元端末装置）の位置情報を含んだサービス開始要求を送信する。これを受信した基地局１０は、サーバ２０に転送する。サーバ２０は、要求元端末装置周辺の通信の混雑状況等からサービス開始の可否を判定し、その判定結果を開始許可通知または開始不可通知によって、基地局１０を介して送信元の端末装置３０に返送する。

端末装置３０のアプリ層は、開始許可通知を受信すると、消失訂正符号の符号化パラメータを決定して、その符号化パラメータに従って、送信要求に係る送信情報を消失訂正符号化し、符号化されたパケットをリンク層に供給する。

符号化パケットの供給を受けたリンク層は、符号化パラメータの一つである消失訂正符号化の符号化対象パケットのパケット長Ｌ_ｐおよび要求元のアプリケーション種別Ｆ_ａｐの情報を含んだリソース割当要求を基地局１０に送信する。基地局１０からリソース割当通知を受信すると、リソース割当通知の内容に従った変調符号化方式および帯域幅の送信フレームを用いて符号化パケットを送信する。

基地局１０は、リソース割当要求を受信すると、変調符号化方式の決定および帯域幅の割り当てを行い、その結果を、リソース割当通知によって端末装置３０に送信すると共に、割当状況通知によってサーバ２０にも通知する。以後、基地局１０は、割り当て内容に従ってスケジューリングを行い、スケジューリングされた結果に従って、端末装置３０との無線通信を実施する。

割当状況通知を受信したサーバ２０は、その内容をサービス開始可否の判定に利用する。
［１．３．サーバの構成］
サーバ２０は、図１に示すように、有線通信部２１と、消失訂正復号部２２と、利用可能帯域データベース２３と、サービス開始可否判定部２４とを備える。

有線通信部２１は、有線通信ネットワークを介して基地局１０との通信を実行する。
消失訂正復号部２２は、基地局１０経由で消失訂正符号によって符号化されたデータを受信した場合に、これを復号して受信情報を生成し、上位のアプリケーションに提供する。

利用可能帯域データベース２３は、アプリケーションを利用中のユーザ（端末装置３０）に関する情報を管理する。管理する情報には、利用中ユーザの数、利用中ユーザの位置情報、基地局１０との通信のために利用中ユーザに割当られた帯域幅（消費帯域）の他、端末装置３０との通信に利用可能な総帯域幅Ｂの情報が少なくとも含まれる。

サービス開始可否判定部２４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えた周知マイクロコンピュータにより構成され、基地局１０を介して受信する端末装置３０からのサービス開始要求に対して、利用可能帯域データベース２３に格納された情報を利用し、サービス開始の可否を判定する処理を少なくとも実行する。

［１．３．１．サーバでの処理］
サービス開始可否判定部２４が実行する処理を、図３のフローチャートを用いて説明する。本処理は、サーバ２０が起動している間、繰り返し実行される。

本処理が起動すると、サービス開始可否判定部２４として機能するＣＰＵは、Ｓ１１０にて、サービス開始要求を受信したか否かを判断する。受信していればＳ１２０に進み、受信していなければＳ１８０に進む。以下では、サービス開始要求の送信元となった端末装置３０を要求元ユーザという。

Ｓ１２０では、サービス開始要求に示された要求元ユーザの位置情報に基づき、利用可能帯域データベース２３を検索して、そのユーザ位置情報に示された位置を中心とした所定範囲内に存在するサービス提供中ユーザを抽出する。

続くＳ１３０では、利用可能帯域データベース２３を参照して、抽出された全ユーザの消費帯域幅の合計値Ｈを算出する。
続くＳ１４０では、要求元ユーザとの通信に利用可能な総帯域幅Ｂに対する使用率ｕ（＝Ｈ／Ｂ）を算出する。

続くＳ１５０では、使用率ｕが予め設定された閾値Ｕ_ｔｈより小さいか否かを判断する。使用率ｕが閾値Ｕ_ｔｈより小さければ、Ｓ１６０にて、の要求元ユーザに対してサービス開始通知を送信して、本処理を終了する。使用率ｕが閾値Ｕ_ｔｈ以上である場合、Ｓ１７０にて、要求元ユーザに対してサービス開始不可通知を送信して本処理を終了する。

Ｓ１８０では、割当状況通知を受信したか否かを判断する。割当内容通知を受信していなければ本処理を終了し、割当内容通知を受信していれば、Ｓ１８０に進み、割当状況通知の内容に従って利用可能帯域データベース２３の内容を更新して本処理を終了する。

［１．４．端末装置の構成］
端末装置３０は、例えば、スマートフォン等として構成され、端末装置３０を保持する移動体（車両や人）と共に移動する。端末装置３０は、図１に示すように、無線通信部３１と、パケット化部３２と、消失訂正符号化部３３と、間欠送信部３４と、スケジューラ動作データベース３５と、通信制御部３６とを備える。なお、無線通信部３１が図２におけるリンク層に該当し、無線通信部３１以外の部位が図２におけるアプリ層に相当する。

パケット化部３２は、図４中の矢印Ａで示すように、アプリケーションから提供される送信情報（情報長Ｌ_Ｄ）を、通信制御部３６で決定された符号化パラメータの一つであるパケット長Ｌ_ｐに従って、消失訂正符号化の対象となる長さＬ_ｐの複数の符号化対象パケットに分割（パケット化）する。

消失訂正符号化部３３は、図４中の矢印Ｂで示すように、パケット化部３２により生成された複数の符号化対象パケット（情報パケット）に対して、通信制御部３６で決定された符号化パラメータの一つである符号化率Ｒに従って、消失訂正符号化を実施する。具体的には、情報パケットからパリティパケットを生成し、このパリティパケットを、情報パケットの後に付加する。なお、情報パケットの数をＫ、パリティパケットの数をＰとすると、符号化率Ｒは、Ｒ＝Ｋ／（Ｋ＋Ｐ）で表される。

間欠送信部３４は、図４中の矢印Ｃで示すように、消失訂正符号化部３３から出力される情報パケットおよびパリティパケットにヘッダを付加して、アプリケーションレイヤの送信パケットを生成する。更に、図４中の矢印Ｄで示すように、送信パケットを、予め設定された時間間隔Ｔ_ＩＴで無線通信部３１に間欠送信する。ここで、間欠送信するのは、異なる送信パケットが、無線通信部３１で一つの送信フレームにまとめられて送信することを防止するためである。

なお、通信制御部３６により、消失訂正符号の符号化パラメータが決定されない場合は、パケット化部３２および消失訂正符号化部３３は、送信情報をそのまま間欠送信部３４に送る。

無線通信部３１は、送受信部３１１と、無線品質測定部３１２とを備える。無線品質測定部３１２は、定期的に、送受信部３１１を介して基地局１０に対して基準信号を送信し、基地局１０からＣＱＩ通知を受信すると、ＣＱＩ通知に示されたＣＱＩを記憶し、ＣＱＩ通知を受信する毎に記憶内容を更新する。

送受信部３１１は、通信制御部３６や無線品質測定部３１２が処理する各種コマンドを送受信する。また、間欠送信部３４から消失訂正符号に符号化された送信パケットを受信すると、後述するパラメータ決定処理で決定された符号化パラメータのパケット長Ｌ_ｐ および要求元アプリケーションのアプリケーション種別Ｆ_ａｐの情報を含んだリソース割当要求を基地局１０に送信する。基地局１０から、リソース割当要求に対する応答であるリソース割当通知を受信すると、リソース割当通知に示された変調符号化方式および割当帯域を用いた送信フレームによって送信パケットを送信する。なお、送信フレームを生成する際には、図４中の矢印Ｅで示すように、間欠送信部３４から送られた各送信パケットに、予め設定されたブロック長Ｌ_ＴＢとなるようにダミーデータをパディングして、トランスポートブロック（送信フレーム）を生成する。

但し、送受信部３１１は、所定の下限値に満たない長さの送信パケットが、時間間隔Ｔ_ＩＴより短い所定時間内に連続して供給された場合、図１３に示すように、複数の送信パケットを用いて１つの送信フレームを生成する機能、および所定の上限値を超える長さの送信パケットが供給された場合、図１４に示すように、送信パケットを複数の送信フレームに分割する機能を有する。

スケジューラ動作データベース３５は、ＣＱＩの各ランクと、そのランクの時に選択される変調符号化方式との対応関係、および、各変調符号化方式とその変調符号化方式の時に取りうるトランスポートブロックのブロック長Ｌ_ＴＢとの対応関係を示すデータが格納されている。なお、ブロック長Ｌ_ＴＢは、変調符号化方式および割り当てられる帯域幅（サブキャリアの数）に応じて変化するため、変調符号化方式毎に複数のブロック長Ｌ_ＴＢが存在する。

通信制御部３６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータにより構成され、送信情報の送信に必要な設定を行う送信準備処理を実行する。
［１．４．１．端末装置での処理］
通信制御部３６が実行する送信準備処理を、図５のフローチャートを用いて説明する。本処理は、端末装置３０上で実行されるアプリケーションからの送信要求がある毎に起動する。

本処理が起動すると、通信制御部３６として機能するＣＰＵは、Ｓ２１０にて、自装置の位置を表す位置情報を取得する。位置情報は、装置内に別途設けられた図示しないＧＰＳ装置等から取得する。

続くＳ２２０では、Ｓ２１０で取得した位置情報を含んだサービス開始要求をサーバ２０に送信する。
続くＳ２３０では、サービス開始要求に対するサーバ２０からの応答を受信するまで待機し、応答を受信するとＳ２４０に進む。

Ｓ２４０では、応答がサービスの開始を許可する開始許可通知であれば、Ｓ２５０に進み、一方、応答がサービスの開始を許可しない開始不可通知であれば、本処理を終了する。

Ｓ２５０では、パケット化部３２および消失訂正符号化部３３で使用する符号化パラメータを決定するパラメータ決定処理を実行する。
続くＳ２６０では、パラメータ決定処理で決定された符号化パラメータのうち、パケット長Ｌ_ｐをパケット化部３２に設定し、符号化率Ｒを消失訂正符号化部３３に設定することによって、送信要求の対象である送信情報の消失訂正符号への符号化を開始して、本処理を終了する。

これにより、送信情報は、パケット化部３２にてパケット長Ｌ_ｐの符号化対象パケット（＝情報パケット）に分割され、消失訂正符号化部３３にて、パリティパケットが付加され、間欠送信部３４にて、ヘッダ等が付与されることによってアプリ層の送信パケットに加工され、無線通信部３１に対して時間間隔Ｔ_ＩＴ毎に間欠送信される。無線通信部３１は、間欠送信されてくる送信パケットを、設定された変調符号化方式で変調して一つの送信フレームで無線送信する。

［１．４．２．パラメータ決定処理］
ここで、先のＳ２５０で実行するパラメータ決定処理の詳細を、図６のフローチャートを用いて説明する。

本処理では、まず、Ｓ３１０にて、送信要求の対象となる送信情報の情報長Ｌ_Ｄを取得する。
続くＳ３２０では、送信要求の要求元アプリケーションについて設定された要求誤り率Ｔ_ｒｅｑを取得する。

続くＳ３３０では、要求元アプリケーションのアプリケーション種別Ｆ_ａｐを取得する。
続くＳ３４０では、アプリケーション種別Ｆ_ａｐが、消失訂正符号化の対象となるアプリケーションを示すものであるか否かを判断する。なお、符号化の対象となるアプリケーションは、例えば、対象送信情報の情報長Ｌ_Ｄの平均的な長さが短い制御アプリケーション等が該当する。そして、アプリケーション種別Ｆ_ａｐが、符号化対象でなければＳ３５０に進み、符号化対象であればＳ３６０に進む。

Ｓ３５０では、符号化パラメータを決定することなく、パケット化部３２および消失訂正符号化部３３の機能をオフ設定にして、本処理を終了する。この場合、送信情報は、そのまま間欠送信部３４に供給されることになる。

Ｓ３６０では、無線ネットワーク内での送信フレームの受信誤り率が目標受信誤り率Ｐ_target以下であると仮定し、Ｓ３２０で取得した要求誤り率Ｔ_ｒｅｑを満足させる消失訂正符号の符号化パラメータ（符号化対象パケット数Ｋ，符号化率Ｒ）の候補をすべて抽出する。また、送信情報の情報長Ｌ_Ｄと符号化対象パケット数Ｋとに基づき、符号化対象パケットのパケット長Ｌ_ｐ（＝Ｌ_Ｄ／Ｋ）を算出する。以下では、このパケット長Ｌ_ｐと符号化率Ｒの組を符号化パラメータと呼ぶ。

続くＳ３７０では、抽出された符号化パラメータＬ_ｐ，Ｒの各候補について、パケットに付加される各種ヘッダやフッダ等の長さ（固定長）をパケット長Ｌ_ｐに加えることで、送信フレームによって送信する必要があるデータの長さである実データ長Ｌ_ＰＤＵを算出する。

続くＳ３８０では、無線通信部３１からＣＱＩを取得する。この取得したＣＱＩの値を、ＣＱＩ＃ｘ（ｘ＝１〜Ｎのいずれか）と記す。
続くＳ３９０では、各候補について、スケジューラ動作データベース３５の情報を参照して、トランスポートブロックのブロック長Ｌ_ＴＢを選択する。具体的には、ブロック長Ｌ_ＴＢは、ＣＱＩ＃ｘから特定される変調符号化方式において取りうる値のうち、実データ長Ｌ_ＰＤＵの送信データを収納可能な最小の値が選択される。なお、実際の送信時には、図４に示すように、実データ長Ｌ_ＰＤＵとブロック長Ｌ_ＴＢの差分だけ、ダミーデータがパディングされる。

続くＳ４００では、各候補について（１）式に従って伝送効率ηを算出する。

続くＳ４１０では、ηを最大化する候補を符号化パラメータＬ_ｐ、Ｒに決定して、本処理を終了する。

［１．５．基地局の構成］
基地局１０は、図１に示すように、有線通信部１１と、無線通信部１２とを備える。
有線通信部１１は、無線通信部１２を介して受信したフレームをサーバ２０に中継するとともに、サーバ２０から受信した端末装置３０宛のフレームを無線通信部１２に中継する。

無線通信部１２は、送受信部１２１と、無線品質測定部１２２と、スケジューラ１２３とを備える。
送受信部１２１は、有線通信部１１から受信した端末装置３０宛のフレームを端末装置３０に中継するとともに、端末装置３０から受信したサーバ２０宛のフレームを有線通信部１１に中継する。

無線品質測定部１２２は、無線通信部１２を介して端末装置３０から基準信号を受信すると、その受信状態に応じたＣＱＩを特定し、基準信号の送信元である端末装置３０にＣＱＩ通知を返送することで、特定したＣＱＩを通知する。

スケジューラ１２３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えた周知のマイクロコンピュータからなる。そして、端末装置３０からリソース割当要求を受信すると、後述するリソース割当処理を実行し、要求元の端末装置３０との通信で使用する変調符号化方式および帯域幅を決定し、リソース割当通知によって要求元の端末装置３０に通知すると共に、その割当内容を、有線通信部１１を介してサーバ２０にも通知する。なお、割り当てられる帯域幅は、無線ネットワークにおいて使用可能な全通信帯域を複数に分割したリソースブロックを単位として割り当てられる。また、各リソースブロックは、それぞれ所定個のサブキャリア信号で構成される。以後、送受信部１２１は、スケジューラ１２３によって決定された変調符号化方式および帯域幅に従って、端末装置３０との通信を実行する。

［１．５．１．基地局での処理］
スケジューラ１２３が実行するリソース割当処理を、図７のフローチャートを用いて説明する。本処理は、基地局１０が起動している間、繰り返し実行される。

本処理が起動すると、スケジューラ１２３として機能するＣＰＵは、Ｓ５１０にて、端末装置３０からリソース割当要求を受信したか否かを判断する。リソース割当要求を受信していなければ、本処理を終了し、受信していればＳ５２０に進む。

Ｓ５２０では、リソース割当要求の要求元端末装置のＣＱＩ（＝ＣＱＩ＃ｘ）を無線品質測定部１２２から取得する。
続くＳ５３０では、リソース割当要求に示されたアプリケーション種別Ｆ_ａｐが、消失訂正符号化の対象となるアプリケーションのものであるか否かを判断する。

アプリケーション種別Ｆ_ａｐが符号化対象である場合、Ｓ５４０に進み、符号化対象ではない場合、Ｓ５５０に進む。
Ｓ５４０では、要求元端末装置との通信に使用する変調符号化方式と帯域幅を第１の手法で決定してＳ５６０に進む。この第１の手法では、変調符号化方式は、Ｓ５２０で取得したＣＱＩ＃ｘから特定される通信品質の環境において、目標受信誤り率Ｐ_targetを満たす変調符号化方式を決定する。帯域幅は、決定した変調符号化方式と、リソース割当要求に示されたパケット長Ｌ_ｐからトランスポートブロックのブロック長Ｌ_ＴＢを求め、そのブロック長Ｌ_ＴＢのデータを一つの送信フレームで送信するのに必要な最小限の帯域幅を割り当てる。一般的に、図８に示すように、通信品質が良好である（ＣＱＩ＃ｘのｘが大きい）ほど、符号化率の高い変調符号化方式が選択され、割り当てられる帯域幅は狭くなる。

Ｓ５５０では、要求元端末装置との通信に使用する変調符号化方式と帯域幅を第２の手法で決定してＳ５６０に進む。第２の手法では、無線ネットワークにおける既存の手法、例えば、リソース割当要求に示されたＣＱＩ＃ｘに対して予め対応づけられた変調符号化方式および帯域幅を割り当てる。

Ｓ５６０では、Ｓ５４０またはＳ５５０によって決定された変調符号化方式および帯域幅を、リソース割当通知によって要求元端末装置に送信すると共に、割当内容通知によって同様の内容をサーバ２０にも送信して、本処理を終了する。

［１．６．効果］
以上説明したように、無線通信システム１において、端末装置３０は、端末装置３０と基地局１０との無線通信で使用する変調符号化方式を、観測で得られたＣＱＩ＃ｘに従って決定する。また、端末装置３０は、ＣＱＩ＃ｘから決まる変調符号化方式を前提として、伝送効率ηが最大化される消失訂正符号の符号化パラメータＬ_ｐ，Ｒを決定する。基地局１０は、端末装置３０で決定された符号化パラメータＬ_ｐに従って、消失訂正符号化された各送信パケットをそれぞれ一つの送信フレームで送信するのに必要最小限の帯域幅を、要求元端末装置との通信に割り当てる。

これにより、消失訂正符号の能力を最大限に発揮させることができると共に、送信フレーム内でダミーデータが占める割合を減少させることができるため、送信フレームの伝送効率を向上させることができる。

即ち、１送信フレームで複数パケットを送信する場合、伝送時のエラーにより一つの送信フレームが消失すると、複数のパケットが同時に消失することになる。逆に、一つのパケットを複数の送信フレームで送信する場合、複数の送信フレームをいずれも受信できなければ、パケットが消失することになる。いずれの場合も、フレームの受信に失敗する確率が同じであれば、一つの送信フレームで一つのパケットを送信する場合と比較して、パケットロス率が増大し、復元不可となる確率が高くなり、また、これを補おうとするとより大きな冗長性を持たせる必要が生じることから伝送効率も劣化させてしまうのである。

また、上記無線通信システム１において、送信パケットを、間隔を空けて無線通信部３１に送信する間欠送信部３４を備えているため、複数の送信パケットが無線通信部３１において１つのフレームに統合されることを防止することができる。

［２．第２実施形態］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

前述した第１実施形態では、端末装置３０は観測によって得られたＣＱＩ＃ｘを利用して符号化パラメータを設定している。これに対し、第２実施形態では、ＣＱＩの観測値を用いることなく符号化パラメータを設定する点で、第１実施形態とは相違する。従って、本実施形態では、基準信号によるＣＱＩ測定は、省略されていてもよい。

［２．１．パラメータ決定処理］
第１実施形態との相違点であるパラメータ決定処理の内容を、図９のフローチャートを用いて説明する。なお、Ｓ３１０〜Ｓ３７０については、図６で説明した第１実施形態のパラメータ決定処理と同様であるため説明を省略する。以下では、Ｓ３８０〜Ｓ４１０の代わりに実施するＳ４２０〜Ｓ４６０の処理について説明する。

即ち、Ｓ４２０では、スケジューラ動作データベース３５を参照し、各候補について、ＣＱＩのランク（ＣＱＩ＃１〜ＣＱＩ＃Ｎ）毎にブロック長Ｌ_ＴＢ，ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を選択する。その詳細は、先に説明したＳ３９０での処理と同様である。

続くＳ４３０では、各候補について、ＣＱＩ＃ｉ毎の伝送効率η_ｉを、（２）式に従って算出する。

続くＳ４４０では、係数情報α_１〜α_Ｎを取得する。具体的には、図１０（ａ）に示すように、サーバ２０宛に自装置の位置情報を含んだ係数情報要求を送信することによって、サーバ２０から取得する。サーバ２０は、係数情報要求に示された位置情報から特定される位置について、予め測定されている通信環境の状況等から、適切な係数情報α_１〜α_Ｎを設定して係数情報通知によって返送する。なお、サービス開始要求／開始許可通知が係数情報要求／係数情報通知を兼ねるように構成してもよい。

続くＳ４５０では、各候補の評価値ｇを（３）式に従って算出する。

続くＳ４６０では、評価値ｇを最大化する候補を、符号化パラメータＬ_ｐ，Ｒとして選択して、本処理を終了する。

［２．２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、ＣＱＩのランクを特定せず、スケジューラ動作データベース３５の情報と、サーバ２０から取得する係数情報α_１〜α_Ｎとから、ＣＱＩの全てのランクを考慮した確率的な推定を行うことによって、伝送効率ηが最大化される消失訂正符号の符号化パラメータＬ_ｐ，Ｒを決定する。基地局１０は、端末装置３０で決定された符号化パラメータＬ_ｐに従って、消失訂正符号化された各送信パケットをそれぞれ一つの送信フレームで送信するのに必要最小限の帯域幅を、要求元端末装置との通信に割り当てる。

これにより、ＣＱＩの観測値を取得することが困難な状況においても、消失訂正符号の能力を損なうことなく伝送効率を向上させる符号化パラメータを決定することができる。
［２．３．変形例］
係数情報α_１〜α_Ｎは、必ずしもサーバ２０から取得する必要はなく、予め設定された値を使用するようにしてもよい。この場合、係数情報α_１〜α_Ｎをすべて同じ値としてもよい。また、通信事業者によって取りうるＣＱＩ番号が制限される場合、利用不可とされたランクに対応する係数情報をゼロに設定してもよい。

係数情報を設定する際に、ユーザの位置を基準としたある面積内に存在するユーザ数が多い場合には、低品質のランクに対応する係数情報を大きな値に設定し、逆にユーザ数が少ない場合には、高品質のランクに対応する係数情報を大きな値に設定してもよい。即ち、新たに通信を開始する場合、ユーザ数が多いほど良好な特性の帯域を利用できる確率が低下するため、高いデータレートの変調符号化方式を選択できる確率は低減する。このような特徴を利用して係数情報を設定すればよい。

本実施形態では、サーバ２０が管理する情報に従って係数情報α_１〜α_Ｎを決定しているが、基地局１０が、ユーザの分布状況に関する情報を管理している場合、図１０（ｂ）に示すように、端末装置３０からの重み情報要求をサーバ２０に転送する際に、ユーザの分布状況をサーバ２０に送信し、サーバ２０は、ユーザの分布状況を考慮してＣＱＩ係数を設定するようにしてもよい。この場合、基地局１０から近いユーザほど良好な通信環境となる可能性が高いものとして、基地局１０からの距離と存在する利用者数とから算出されるＣＱＩの利用確率に従って、係数情報α_１〜α_Ｎを設定することが考えられる。

［３．第３実施形態］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

前述した第１実施形態では、基地局１０は、要求元のアプリケーション種別によって、変調符号化方式および帯域幅の設定方法を切り替えている。これに対して、第３実施形態では、スペクトル利用状況に応じて帯域幅の設定方法を切り替える点で、第１実施形態とは相違する。

［３．１．リソース割当処理］
第１実施形態との相違点であるリソース割当処理の内容を、図１１のフローチャートを用いて説明する。

本処理では、Ｓ６１０にて、端末装置３０からリソース割当要求を受信したか否かを判断する。リソース割当要求を受信していなければ、本処理を終了し、受信していればＳ６２０に進む。

Ｓ６２０では、無線品質測定部１２２から要求元端末装置のＣＱＩ（＝ＣＱＩ＃ｘ）を取得する。
続くＳ６３０では、要求元端末装置との通信に使用する変調符号化方式を決定する。具体的には、Ｓ６２０で取得したＣＱＩから特定される通信環境において、送信フレームの受信誤り率が、予め設定された目標誤り率Ｐ_targetを満たす変調符号化方式に決定する。

続くＳ６４０では、要求元端末装置との通信に使用中の帯域（スペクトル）の利用状況を示す評価値ｅを算出する。ここでは、（４）式から算出されるスペクトル利用効率を評価値ｅとする。但し、Ｓ６３０で決定した変調符号化方式で符号化された１変調信号で送信可能なビット数をＱ_ｍ、符号化率をｒ、無線通信に使用するアンテナ数をＮ_ｔｘ、１単位時間に利用するサブキャリア数をＮ_ｓｃ、サブキャリア間隔をＷ_ｓｃとする。

続くＳ６５０では、評価値ｅが予め設定された閾値Ｅ_ｔｈ以上であるか否かを判断する。評価値ｅが閾値Ｅ_ｔｈ以上であればＳ６６０に進み、評価値ｅが閾値Ｅ_ｔｈより小さければＳ６７０に進む。

Ｓ６６０では、リソース割当要求に示されたパケット長Ｌ_ｐに従ってトランスポートブロックのブロック長Ｌ_ＴＢを求め、そのトランスポートブロックを一つの送信フレームで送信するのに必要な最小限の帯域幅を割り当てて、Ｓ６８０に進む。

Ｓ６７０では、リソース割当要求に示されたパケット長Ｌ_ｐに従って、そのパケットをｍ個の送信フレームで送信するのに必要な最小限の帯域幅を割り当てて、Ｓ６８０に進む。

Ｓ６８０では、Ｓ６３０にて決定された変調符号化方式およびＳ６６０またはＳ６７０にて決定された帯域幅を、リソース割当通知によって要求元の端末装置３０に送信すると共に、割当内容通知によってサーバ２０にも同様の内容を送信して、本処理を終了する。

［３．２．効果］
本実施形態では、スペクトル利用効率ｅが閾値Ｅ_ｔｈ以上であれば、一つの送信パケットを一つの送信フレームで送信し、スペクトル利用効率ｅが閾値Ｅ_ｔｈより小さければ、一つの送信パケットを複数に分割して複数の送信フレームで送信するように帯域幅の割り当てを行っている。つまり、スペクトル利用効率ｅが低いということは、トランスポートブロック長Ｌ_ＴＢのサイズが制限されているということであり、１パケットを１トランスポートブロックで送信する状況では、パケット長Ｌ_ｐが制限されることになる。そして、パケット長Ｌ_ｐが短いほど、トランスポートブロックにおいてヘッダが占める割合が高くなり、伝送効率が低下する。このような場合に、１パケットを複数トランスポートブロックで送信することを許容すれば、一つのトランスポートブロックに必ず一つのヘッダが含まれていたものが、複数のトランスポートブロック毎に一つのヘッダしか含まれないことになる。つまり、パケット長Ｌ_ｐの制限が解消され、パケットに占めるヘッダの割合が低減されることになるため、伝送効率を改善できる場合がある。

［３．３．変形例］
スペクトル利用効率の求め方は、（４）式で示した方法に限るものではない。例えば、ＣＱＩの各ランクＣＱＩ＃１〜ＣＱＩ＃Ｎに対して予め効率が定義されている場合は、その情報を利用してもよい。

評価値ｅはスペクトル利用効率に限らず、パケット長Ｌ_ｐ等を用いてもよい。
また、本実施形態では、１個の送信フレームでの送信か、ｍ個の送信フレームでの送信の２者択一になっているが、３つ以上に細かく条件を分岐させてもよい。

［４．第４実施形態］
第４実施形態は、基本的な構成は第３実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

前述した第３実施形態では、リソースの割当方法を、スペクトルの利用状況（第１実施形態では、要求元のアプリケーションの種類）に応じて切り替えている。これに対し、第４実施形態では、通知されるパケット長Ｌ_ｐから判断される符号化の状態に応じて切り替える点で、第３実施形態とは相違する。なお、本実施形態では、リソース割当要求で送信する情報から、要求元のアプリケーション種別の情報を削除してもよい。

［４．１．リソース割当処理］
第３実施形態との相違点であるリソース割当処理の内容を、図１２のフローチャートを用いて説明する。但し、Ｓ６１０〜Ｓ６３０の処理は第３実施形態の場合と同様であるため説明を省略し、Ｓ６４０〜Ｓ６８０の代わりに実行するＳ６９０〜Ｓ７３０について説明する。

即ち、本実施形態では、Ｓ６３０に続けてＳ６９０を実行する。
Ｓ６９０では、符号化の状態を判定する判定値ｅを（５）式から算出する。なお、Ｌ_ｔｈは定数であり、Ｌ_ＰＤＵは第１実施形態で説明したようにパケット長Ｌ_ｐから求められる。

続くＳ７００では、評価値ｅが予め設定された閾値Ｅ_ｔｈ以上であるか否かを判断する。評価値ｅが閾値Ｅ_ｔｈ以上であれば、消失訂正符号化が適用されているものとしてＳ７１０に進み、評価値ｅが閾値Ｅ_ｔｈより小さければ、消失訂正符号化が適用されていないものとしてＳ７２０に進む。即ち、消失訂正符号化が適用されていれば、パケット長Ｌ_ｐひいてＬ_ＰＤＵは、ある程度の大きさに制限されているものとして判断する。

Ｓ７１０では、Ｓ６６０での処理と同様に、リソース割当要求に示されたパケット長Ｌ_ｐに従ってトランスポートブロックのブロック長Ｌ_ＴＢを求め、そのトランスポートブロックを一つの送信フレームで送信するのに必要な最小限の帯域幅を割り当てて、Ｓ７３０に進む。

Ｓ７２０では、リソース割当要求に示されたパケット長Ｌ_ｐに従って、トランスポートブロックのブロック長Ｌ_ＴＢを求め、そのトランスポートブロックをｍ個以内の送信フレームで送信するのに必要な最小限の帯域幅を割り当てて、Ｓ７３０に進む。

Ｓ７３０では、Ｓ６３０にて決定された変調符号化方式およびＳ７１０またはＳ７２０にて決定された帯域幅を、リソース割当通知によって要求元の端末装置３０に送信すると共に、割当内容通知によってサーバ２０にも同様の内容を送信して、本処理を終了する。

［４．２．効果］
以上詳述した第４実施形態によれば、基地局１０は、リソース割当要求で得られる情報Ｌ_ｐに基づいて、消失訂正符号化が適用されているか否かを判断して、帯域幅の割当方法を切り替えている。このため、基地局１０が要求元のアプリケーション種別の取得が困難な状況においても、消失訂正符号の適用状態に応じた的確に帯域幅の割り当てを実施することができる。

［５．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。

（１）上記実施形態では、スケジューラ１２３、サービス開始可否判定部２４、通信制御部３６をマイクロコンピュータで構成し、これら各部の機能がソフトウェアにて実現されるものとして説明したが、これに限るがものではない。これら各部の全体または一部を例えばロジック回路等のハードウェアにて実現するようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、無線ネットワークがＬＴＥ規格に従うものとして説明したが、これに限るものではなく、例えばＩＥＥＥ８０２．１６ｍ等、ＬＴＥ以外の規格に従うものであってもよい無線通信方式にも適用が可能である。この場合、ブロック長Ｌ_ＴＢの部分を、送信フレーム長であるＮＤＢに置き換えればよい。

（３）上記実施形態では、端末装置３０が間欠送信部３４を備えているが、送受信部３１１が複数のパケットを一つの送信フレームにまとめて送信する機能を有していない場合は、間欠送信部３４を省略してもよい。

（４）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（５）上述した無線通信システムの他、当該無線通信システムの構成要素となる端末装置３０，基地局１０，サーバ２０、通信制御部３６やスケジューラ１２３，サービス開始可否判定部２４としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、リソース割当方法など、種々の形態で実現することもできる。

１…無線通信システム １０…基地局 １１…有線通信部 １２…無線通信部 ２０…サーバ ２１…有線通信部 ２２…消失訂正復号部 ２３…利用可能帯域データベース ２４…サービス開始可否判定部 ３０…端末装置 ３１…無線通信部 ３２…パケット化部 ３３…消失訂正符号化部 ３４…間欠送信部 ３５…スケジューラ動作データベース ３６…通信制御部 １２１，３１１…送受信部 １２２，３１２…無線品質測定部 １２３…スケジューラ

Claims (8)

1. 通信網を構成する基地局（１０）が、端末装置（３０）からの要求に応じて該端末装置との無線通信に使用する変調符号化方式および帯域幅を決定する無線通信システム（１）において、
   前記端末装置は、
   前記基地局との無線通信における受信誤り率が予め設定された目標誤り率であるものとして、送信情報の供給元となるアプリケーションに応じた要求誤り率を満たすように、消失訂正符号の符号化パラメータである符号化対象パケット数および符号化率を決定すると共に、前記送信情報のデータ長および前記符号化対象パケット数から符号化対象パケットのパケット長を求めるパラメータ決定手段（３６：Ｓ２５０）と、
   前記パラメータ決定手段にて求められた前記パケット長に相当する情報を少なくとも含んだリソース割当要求を前記基地局に送信するリソース割当要求手段（３１１）と、
   前記パラメータ決定手段により決定された符号化パラメータを用いて、前記送信情報の分割および消失訂正符号への符号化を実行する分割符号化手段（３２，３３，３４）と、
   前記分割符号化手段から出力される送信パケットを、前記基地局により割り当てられた前記変調符号化方式および帯域幅にて送信する送信手段（３１１）と、
   を備え、
   前記基地局は、
   前記端末装置からのリソース割当要求を受信すると、前記目標誤り率を満足する変調符号化方式を決定すると共に、前記リソース割当要求によって通知された情報に従い、前記送信パケットを、一つの送信フレームで送信するのに必要な帯域幅を、前記端末装置との通信に割り当てるリソース割当手段（１２３：Ｓ５１０〜５６０）
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記パラメータ決定手段は、
   無線品質情報を取得する品質情報取得手段（３６：Ｓ３８０）と、
   前記要求誤り率を満たす前記符号化パラメータの候補を抽出する候補抽出手段（３６：Ｓ３６０）と、
   前記候補抽出手段にて抽出された各候補について、該候補に従って前記消失訂正符号化を行った場合の伝送効率を、前記品質情報取得手段により取得された前記無線品質情報から特定される変調符号化方式を前提として算出する効率算出手段（３６：Ｓ３４０）と、
   を備え、該伝送効率を最大化する候補を前記符号化パラメータとして決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記パラメータ決定手段は、
   前記要求誤り率を満たす前記符号化パラメータの候補を抽出する候補抽出手段（３６：Ｓ３６０）と、
   前記候補抽出手段にて抽出された各候補について、該候補に従って前記消失訂正符号化を行った場合の伝送効率を、前記無線品質情報のランク毎に、該ランクから特定される変調符号化方式を前提として算出する効率算出手段（３６：Ｓ４４０）と、
   前記候補毎に、前記効率算出手段により算出された前記ランク毎の伝送効率、および前記各ランクの重みを表す係数情報を用いて評価値を算出する評価値算出手段（３６：Ｓ４５０）と、
   を備え、前記評価値を最大化する候補を前記符号化パラメータとして決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記係数情報は、前記通信網を構成する網側装置の一つから取得することを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. 前記網側装置は、前記係数情報を、前記端末装置が属する存在する所定領域内のユーザの分布に応じて設定することを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
6. 前記送信手段は、予め設定された制限時間内に続けて供給される前記パケットを、一つの送信フレームにのせて送信する機能を有し、
   前記分割符号化手段は、生成した送信パケットを前記制限時間以上の間隔を空けて間欠送信すること（３４）を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
7. 前記リソース割当手段は、前記リソース割当要求に示された情報から推定される伝送効率が高いほど大きな値となる評価値を求め、該評価値が予め設定された閾値より小さい場合には、一つの前記送信パケットを複数個の送信フレームで送信するのに必要な帯域幅を、前記端末装置との通信に割り当てることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
8. 前記通信網を構成する網側装置の一つは、前記端末装置から通信を開始する要求を受けた場合に、該網側装置の現時点での処理負荷が大きいほど大きな値となる評価値を求め、該評価値が予め設定された閾値より大きい場合に、要求元の通信の開始を不許可とする制限手段（２４：Ｓ１１０〜Ｓ１６０）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の無線通信システム。