JP2018157490A - 基地局装置、無線パラメータ選択方法、無線通信システム、及び基地局制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】要求遅延を満足できる端末装置の数を増加させる基地局装置を提供する。【解決手段】基地局装置は、端末装置との無線通信において送信するデータのサイズと、データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する手段と、サイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて遅延時間の推定値を算出する手段と、推定値が前記要求値以下となる条件で、無線リソースと無線パラメータの組み合わせの候補を算出する手段と、無線リソースの使用量に基づいて、候補の中からデータ送信に用いる組み合わせを選択する手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、基地局装置、無線パラメータ選択方法、無線通信システム、及び基地局制御プログラムに関する。

近年、スマートフォンやタブレット端末の普及によって、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）やＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄに代表されるモバイル通信のデータトラフィックが急増している。また、Ｗｅｂ（ウェブ）ページの閲覧、大容量動画の視聴、ＳＮＳ（Ｓｏｃｉａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ ＩＰ）など、モバイル通信のアプリケーションは多様化している。

一方、近年、モノのインターネットと呼ばれるＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）が注目されており、センサ、監視カメラ、自動車など、膨大な数のモノ（ＩｏＴ端末）が、今後無線通信を介してネットワークに接続することが予想されている。膨大な数の端末が無線通信を必須とすることから、周波数ライセンスが自由な無線ＬＡＮに加えて、周波数ライセンスが確保されているＬＴＥなどのモバイル通信も利用して、ネットワークへの接続が必要となる。こうした傾向を踏まえて、将来の第５世代無線通信システムでは、従来からの要求条件である高速大容量の更なる進化に加えて、端末の多数同時接続が新たに求められている。

ＬＴＥなどのモバイル通信では、端末装置と通信する基地局装置において、無線周波数の帯域が複数のリソースブロック（ＰＲＢ：Physical Resource Block）に分割され、基地局装置に備えられたスケジューラがＰＲＢを端末装置に割り当てる。帯域幅に応じてＰＲＢの総数には物理的な限界があることから、ＬＴＥでは、基地局装置が多数の端末装置を同時に収容するために、ＩｏＴ端末当たりに割当可能なＰＲＢ数に制限を設けている。例えば、Ｃａｔ．Ｍ１と呼ばれる端末カテゴリーは最大６ＰＲＢ、ＮＢ−ＩｏＴと呼ばれる端末カテゴリーは最大１ＰＲＢに制限されている。これらの制限の下、割り当てられたＰＲＢを用いて、無線信号品質（ＣＱＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）に応じて１ｍｓｅｃのＴＴＩ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）当たりに送信可能なビット数（ＴＢＳ：Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｂｌｏｃｋ Ｓｉｚｅ）を決定し、送信ビットレートが決定される。

割り当てられたＰＲＢに対するＴＢＳの決定方法に関して、ＬＴＥでは、一般的には、まず、ＣＱＩに応じて、ブロック誤り率（ＢＬＥＲ：Ｂｌｏｃｋ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）が所定の目標値（ｅ.ｇ. １０％）となるように、変調方式と符号化率の組み合わせ（ＭＣＳ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）を選択する（ＣＱＩ−ＭＣＳ変換を行う）。次に、ＭＣＳに対応するＴＢＳ ｉｎｄｅｘを所定の第１のテーブルから選択する。第１のテーブルの一例は、非特許文献１のＴａｂｌｅ ７．１．７．１−１（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ＴＢＳ ｉｎｄｅｘ ｔａｂｌｅ ｆｏｒ ＰＤＳＣＨ）に記載されている。最後に、ＴＢＳ ｉｎｄｅｘと割り当てられたＰＲＢの数とから、所定の第２のテーブルと対応させることでＴＢＳを決定する。第２のテーブルの一例は、同じく非特許文献１のＴａｂｌｅ ７．１．７．２．１−１（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｂｌｏｃｋ ｓｉｚｅ ｔａｂｌｅ （ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ３４×１１０））に記載されている。なお、依存関係を補足すると、ＭＣＳが大きいほど、ＢＬＥＲは高くなるとともに、ＴＢＳは大きくなる。また、ＰＲＢ数が多いほど、ＴＢＳは大きくなる。

特許文献１には、無線通信システムにおいて、基地局が、端末との間の無線リンク上の送信可能データサイズに対する送信すべき実データサイズの相対的な大きさを伝送効率指標として計算し、少なくとも前記伝送効率指標に基づいて実データの送信に対する無線リソースの割当判定を行う、と記載されている。

特開２０１４−１６０９４０号公報

3GPP TS36.213 "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures", v13.2.0, Aug. 2016.

なお、上記先行技術文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。以下の分析は、本発明者らによってなされたものである。

ＩｏＴ端末の提供するサービスに応じて、発生するデータのサイズと、その送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値（以下、要求遅延と呼ぶ）が異なる。例えば、センサによるデータ収集は、測定情報のデータサイズは小さく、１時間に１回程度送信すればよいので要求遅延は大きい。監視カメラによる設備等の監視は、映像データを扱うため、センサと比べてデータサイズが大きい。また、自動車における自動運転補助のための制御情報は、データサイズは大きくないものの、リアルタイム性が要求されるため、要求遅延は１００ｍｓｅｃ程度と小さい。このように、ＩｏＴ端末の多数同時接続を実現するためには、多数のＩｏＴ端末から発生する各々のデータを、ＩｏＴ端末の各サービスの要求遅延までに送信完了する必要がある。

しかしながら、従来技術のようにＴＢＳ（及び送信ビットレート）を決定すると、要求遅延を満たせないＩｏＴ端末が存在し、多数同時接続を実現できない場合がある。一例として、無線信号品質が一定で、ＭＣＳが一定の環境の場合、ＴＢＳはＰＲＢ数に依存して大きくなる。また、ＩｏＴ端末当たりのＰＲＢ数を少なくすると、遅延が増加するため、多くのＩｏＴ端末が要求遅延を満たすことができなくなる。一方、ＩｏＴ端末当たりのＰＲＢ数を多くすると、ＰＲＢの総数の上限により一度に送信可能なＩｏＴ端末数が制限されるため、後回しにされる一部の端末が要求遅延を満たすことができなくなる。

本発明は、上述した知見に基づいてなされたものであって、本発明の目的は、端末装置の多数同時接続を実現する基地局装置、無線パラメータ選択方法、無線通信システム、及び基地局制御プログラムを提供することである。

本発明の第１の視点によれば、端末装置と基地局装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する取得部と、前記データのサイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて、前記遅延時間の推定値を算出する第１の算出部と、前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出する第２の算出部と、前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記無線リソースと無線パラメータの組み合わせを選択する選択部と、を備える基地局装置が提供される。

本発明の第２の視点によれば、端末装置と基地局装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得するステップと、前記データのサイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて前記遅延時間の要求値を算出するステップと、前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出するステップと、前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記無線リソースと無線パラメータの組み合わせを選択するステップと、を含む、無線パラメータ選択方法が提供される。

本発明の第３の視点によれば、端末装置と、前記端末装置と無線通信する基地局装置と、を含み、前記基地局装置は、前記端末装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する取得部と、前記データのサイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて前記遅延時間の推定値を算出する第１の算出部と、前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出する第２の算出部と、前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記無線リソースと無線パラメータの組み合わせを選択する選択部と、を備える無線通信システムが提供される。

本発明の第４の視点によれば、端末装置と基地局装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する処理と、前記データのサイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて前記遅延時間の推定値を算出する処理と、前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出する処理と、前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記無線リソースと無線パラメータの組み合わせを選択する処理と、をコンピュータに実行させる基地局制御プログラムが提供される。
なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記録することができる。記憶媒体は、半導体メモリ、ハードディスク、磁気記録媒体、光記録媒体等の非トランジェント（non-transient）なものとすることができる。本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。

本発明の各視点によれば、端末装置の多数同時接続を実現することに寄与する、基地局装置、無線パラメータ選択方法、無線通信システム、及び基地局制御プログラムが、提供される。

一実施形態の概要を説明するための図である。 第１の実施形態に係る無線通信システムの一構成例を示す図である。 第１の実施形態に係る基地局装置及び端末装置の内部構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る、無線パラメータを選択するための基地局装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るＴＢＳ選択部の処理構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る無線パラメータ選択動作を説明するための図である。 第１の実施形態に係る基地局装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

初めに、一実施形態の概要について説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、この概要の記載はなんらの限定を意図するものではない。また、各図におけるブロック間の接続線は、双方向及び単方向の双方を含む。一方向矢印については、主たる信号（データ）の流れを模式的に示すものであり、双方向性を排除するものではない。

一実施形態に係る基地局装置１０は、取得部１１と、第１の算出部１２と、第２の算出部１３と、選択部１４と、を備える（図１参照）。取得部１１は、端末装置と基地局装置との無線通信において、無線通信で送信するデータのサイズと、データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する。第１の算出部１２は、データのサイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて、遅延時間の推定値を算出する。第２の算出部１３は、推定値が要求値以下となる条件で、無線リソースと無線パラメータの組み合わせの候補を算出する。選択部１４は、無線リソースの使用量に基づいて、候補の中からデータ送信に用いる無線リソースと無線パラメータの組み合わせを選択する。

上記基地局装置１０は、低遅延を考慮しながら多数同時接続を実現する無線パラメータ選択方法を実行する。具体的には、基地局装置１０は、データサイズと要求遅延に基づいて、要求遅延までに送信可能な無線リソースと無線パラメータの組み合わせ（例えば、ＰＲＢ数とＭＣＳの組み合わせ）の候補を算出する。基地局装置１０は、算出された候補の中で、例えば、無線リソースの使用量が少ない組み合わせを選択する。その結果、要求遅延を満足できる端末装置の数を増加させることができる。即ち、基地局装置１０は、要求遅延を満たす無線リソースと無線パラメータの組み合わせに関する候補を複数算出し、当該複数の組み合わせ候補のなかから無線リソース量が最小の組み合わせを選択することで、基地局に同時接続できる端末装置の数を最大化する。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態に係る基地局装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のために必要な場合を除いて、重複説明は省略する。

本実施形態では、基地局装置が、各ＩｏＴ端末で発生するデータのサイズと要求遅延を取得し、データが発生したＩｏＴ端末に連続してＰＲＢを割り当てる場合に、要求遅延を満たすために必要なＰＲＢ数とＭＣＳの組み合わせ（ＴＢＳ）の候補を算出し、候補の中からＰＲＢ数が最小となるときのＴＢＳを選択する。

図２に、第１の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す。本実施形態では、無線通信システムとしてＬＴＥの上り回線を適用した場合を説明する。本実施形態の無線通信システムは、ＴＢＳを選択する基地局装置１と、基地局装置１と通信する端末装置２とから構成される。図２には、基地局装置１に付随して、自身と通信可能なエリアを表すセルを図示している。

端末装置２は、さらにＩｏＴの用途に使用されるＩｏＴ端末装置２−１と、一般ユーザが用いる通常のＬＴＥ端末装置２−２を含む。ＬＴＥにおける端末カテゴリーとしては、ＩｏＴ端末装置２−１は、Ｃａｔ．Ｍ１、またはＮＢ−ＩｏＴとし、ＬＴＥ端末装置２−２はそれ以外のカテゴリーとする。本実施形態を適用する対象は、ＩｏＴ端末装置２−１とする。また、割当可能な周波数リソースの最小単位はＰＲＢとする。なお、図２における基地局装置１や端末装置２の台数は一例であり、図２に限定されるものではない。

図３は、第１の実施形態に係る無線通信システムにおける基地局装置１、端末装置２の構成を示すブロック図である。本実施形態では、ＩｏＴ端末装置２−１を適用対象とするので、以下では、特段の釈明がない限り、端末装置２はＩｏＴ端末装置２−１を示すものとする。ＩｏＴ端末装置２−１には、システム全体の帯域に相当するＰＲＢの総数のうち、所定の比率（例えば２０％）に相当する分だけ割当可能とする。ＩｏＴ端末装置２−１の台数が多い場合でもＬＴＥ端末装置２−２の品質をある程度確保する必要があるためである。なお、全ての端末装置２の構成は同一とすることができる。以下では、各装置の構成について順に説明する。

まず、基地局装置１の構成について説明する。基地局装置１は、基地局無線送受信部１０１、基地局有線送受信部１０２、端末情報取得部１０３、ＴＢＳ選択部１０４、及び無線信号品質測定部１０５とから構成される。

基地局無線送受信部１０１は、端末装置２との無線通信において、一般的な無線通信システムにおける基地局装置の無線送受信の基本機能を備える。基本機能として、例えば以下のような機能が例示される。
（１）下り回線の参照信号（端末装置２が基地局装置１との無線通信の無線信号品質を測定するために用いる）を含む制御信号やデータ信号の送信機能、
（２）上り回線の参照信号を含む端末装置２からの制御信号やデータ信号の受信機能、
（３）下り回線のデータ送信の宛先となる端末装置２、及び上り回線のデータ送信の送信元となる端末装置２を選択し、各端末装置にＰＲＢを割り当てるスケジューラ機能、
（４）複数の送受信アンテナ素子による信号処理機能、
（５）端末装置毎に送信待ちパケットを格納するバッファ機能、などである。

下り回線の場合、基地局無線送受信部１０１は、基地局有線送受信部１０２から受信したデータを端末装置毎のバッファに蓄積し、蓄積されたデータを各端末装置へ無線回線を介して送信する。尚、基地局無線送受信部１０１が備えるその他の機能は当業者の周知事項であるため、各機能の詳細説明は省略する。

基地局有線送受信部１０２は、端末装置２との無線通信において、一般的な無線通信システムにおける基地局装置１の有線通信による信号の送受信に関する基本機能を備える。基地局有線送受信部１０２は、下り回線では、端末装置宛のデータを上位ネットワークから有線回線を介して受信するとともに、上り回線では、端末装置からのデータを上位ネットワークへ有線回線を介して送信する。尚、基地局有線送受信部１０２が備える機能は当業者の周知事項であるため、各機能の詳細説明は省略する。

端末情報取得部１０３は、本実施形態においてＴＢＳを選択するために必要な端末装置２毎の情報を、上位ネットワークや端末装置２から取得する。取得する情報の具体例として、以下が例示される。
（１）ＰＲＢの最大値を規定する端末カテゴリー、
（２）データサイズ、
（３）要求遅延、
（４）無線信号品質を示すＣＱＩ、
（５）ＢＬＥＲの目標値、
（６）ＴＴＩバンドリング（同一の信号を所定回数のＴＴＩに渡って繰り返し送信する機能）の繰り返し回数。
このように、端末情報取得部１０３は、端末装置２と基地局装置１との無線通信において、少なくとも無線通信で送信するデータのサイズと、データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値（要求遅延）を取得する。端末情報取得部１０３は、上述の取得部１１に相当する。

（１）ＰＲＢの最大値を規定する端末カテゴリーは端末装置２から取得する。（２）データサイズと（３）要求遅延は端末装置２から取得する（但し、下り回線の場合は上位ネットワークから取得する）。（４）無線信号品質を示すＣＱＩは基地局装置１が測定する（但し、下り回線の場合は端末装置２から取得する）。（５）ＢＬＥＲの目標値と（６）ＴＴＩバンドリングは端末カテゴリーに応じて基地局装置１が設定する。なお、各情報を取得する周期はそれぞれ異なっていてもよいこととし、端末情報取得部１０３は、取得した情報の最新の値をＴＢＳ選択部１０４に通知する。

ＴＢＳ選択部１０４は、端末情報取得部１０３から通知される端末情報と、ＣＱＩ―ＭＣＳ変換関数と、ＭＣＳ―ＴＢＳ ｉｎｄｅｘの対応を示す第１のテーブルと、ＴＢＳ ｉｎｄｅｘとＰＲＢ数とＴＢＳの対応を示す第２のテーブルとを用いて、データを要求遅延までに送信完了するためのＴＢＳを決定する。ＴＢＳの決定方法の詳細については、基地局装置１の動作と合わせて後述する。なお、ＣＱＩ−ＭＣＳ変換関数とは、パラメータとしてＣＱＩ及びＢＬＥＲの目標値Ｌ_{ｔａｒｇｅｔ}を入力し、入力されたパラメータを満たすＭＣＳを出力する関数である。あるいは、ＴＢＳ選択部１０４は、ＣＱＩ−ＭＣＳ変換関数に替えて、ＣＱＩ、ＢＬＥＲの目標値Ｌ_{ｔａｒｇｅｔ}、ＭＣＳの関係が対応付けられた変換テーブルを用いてもよい。また、第１及び第２のテーブルは上述の非特許文献１に記載されたテーブルを用いることができる。

無線信号品質測定部１０５は、通信中の端末装置２の無線信号品質として、ＰＲＢ毎の受信品質を示すＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）、またはＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を測定する。測定したＳＩＮＲ（またはＳＮＲ）は、ＣＱＩに離散化される。

次に、端末装置２の構成について説明する。端末装置２は、端末無線送受信部２０１を含んで構成される。

端末無線送受信部２０１は、基地局装置１との無線通信のための、端末装置２の無線送受信の基本機能を備える。基本機能として、上り参照信号を含む制御信号やデータ信号の送信機能、下り参照信号を含む基地局装置からの制御信号やデータ信号の受信機能、が例示される。また、端末無線送受信部２０１は、同一の信号を所定回数のＴＴＩに渡って繰り返し送信するＴＴＩバンドリング機能を備える。なお、端末無線送受信部２０１が備える機能は当業者の周知事項であるため、各機能の詳細説明は省略する。

［動作の説明］
以下では、本願開示を適用した実施の形態における動作として、基地局装置１における各端末装置２に対するＴＢＳの選択動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１０１では、端末情報取得部１０３において、発生したデータに対するサイズＤ［ｂｉｔｓ］、要求遅延Ｔ［ｍｓｅｃ］を端末装置２から取得する。

ステップＳ１０２では、無線信号品質測定部１０５において、ＰＲＢ毎に無線信号品質ＣＱＩを取得する。そして、各ＰＲＢにおけるＣＱＩを用いて、ＣＱＩの代表値ＣＱＩ_ｍを求める。以下の説明では、代表値として全ＰＲＢにおける平均値を用いるが、最小値やＸ％値（例えば５０％値）であってもよい。

ステップＳ１０３では、端末情報取得部１０３において、端末カテゴリーに応じて、ＴＴＩバンドリングにおける繰り返し送信回数の代表値Ｎｒｅｐ（例えば４回）と、ＢＬＥＲの目標値Ｌ_{ｔａｒｇｅｔ}を設定する（例えば１０％）。

ステップＳ１０４では、ＴＢＳ選択部１０４において、下記の式（１）を用いて、要求遅延を満たすＭＣＳとＰＲＢ数の組み合わせ（ＴＢＳ）を算出する。式（１）は、サイズＤのデータを要求遅延Ｔ以内に送信完了するために満たすべき条件を表す。

ここで、ＭＣＳは、ＣＱＩ_ｍとＬ_{ｔａｒｇｅｔ}からＣＱＩ―ＭＣＳ変換関数を用いて算出可能である。Ｎ_ＰＲＢは端末装置当たりのＰＲＢ数を表し、その最大値は端末カテゴリーに依存する。ＴＢＳは、ＭＣＳに対応するＴＢＳ ｉｎｄｅｘ（第１のテーブルから抽出）とＮ_ＰＲＢから第２のテーブルを用いて抽出する。
記号

は切り上げを行う天井関数を表す（例えば、Ｘ＝０．１のとき、１となる）。式（１）を用いることで、ＭＣＳを固定として連続送信した場合に、要求遅延を満たすＮ_ＰＲＢの候補を求めることができる。

このように、ＴＢＳ選択部１０４は、初めに、発生したデータのサイズＤと、無線リソースの使用量であるＰＲＢ数と、無線パラメータであるＭＣＳと、に基づいて、遅延時間の推定値（上記式（１）の左辺）を算出する。その後、ＴＢＳ選択部１０４は、算出された推定値のなかから、推定値が要求値（上述の要求遅延Ｔ）以下となる条件で、無線リソースと無線パラメータの組み合わせの候補を算出する。つまり、ＴＢＳ選択部１０４は、ＴＢＳを１ｍｓｅｃ当たりに送れるデータ量と解釈し、当該データ量とデータサイズの比を、当該データサイズを送るのに要する遅延時間と捉え、上記の比と繰り返し回数（Ｎ_ｒｅｐ）から算出される遅延時間の推定値と遅延時間の要求値と比較することで、要求値を満たすために必要な無線リソース量を算出している。

ステップＳ１０５では、ＴＢＳ選択部１０４において、式（１）を満たすＰＲＢ数の中から、ＰＲＢ数を最小にするＭＣＳとＰＲＢ数の組み合わせをＴＢＳとして選択する。つまり、ＴＢＳ選択部１０４は、無線リソースの使用量であるＰＲＢ数に基づいて、上記算出された候補の中からデータ送信に用いる無線リソース（ＰＲＢ数）と無線パラメータ（ＭＣＳ）の組み合わせを選択する。

以上説明したように、ＴＢＳ選択部１０４は、遅延時間の推定値を算出する機能、遅延時間の推定値が要求遅延を満たす無線リソースと無線パラメータの組み合わせ候補を算出する機能、算出された候補の中からデータ送信に用いる組み合わせを選択する機能を少なくとも備える。換言するならば、ＴＢＳ選択部１０４は、図５に示すように、３つのサブモジュール（推定値算出部１１１、組み合わせ候補算出部１１２、組み合わせ選択部１１３）を含んで構成される。

式（１）を用いたＰＲＢ数及びＴＢＳの選択の具体例について、図６を用いて説明する。図６では、ＩｏＴ端末装置の台数を１０とし、全てのＩｏＴ端末装置において、Ｄ＝１２ｋｂｉｔｓ、Ｔ＝１００ｍｓｅｃの報告用データが同時に発生するとする。ＩｏＴ端末装置全体で使用可能な総ＰＲＢ数を２０、Ｎ_ｒｅｐ＝４、ＭＣＳ＝１５とする。ＩｏＴ端末装置は静止しており、ＭＣＳは一定とする。このとき、全てのＩｏＴ端末装置に対して同一のＮ_ＰＲＢを設定した場合に対する、要求遅延を満たすＩｏＴ端末装置の数を試算する。

図６（ａ）のようにＮ_ＰＲＢ＝１のとき、非特許文献１の第２のテーブルより、ＴＴＩ当たりのＴＢＳは２８０ ｂｉｔｓ／ｍｓｅｃとなることから、式（１）の左辺は１７２ｍｓｅｃとなる。全ＩｏＴ端末装置が使用するＰＲＢの総数は１０となり、上限値の２０より小さいので、全ＩｏＴ端末装置は同時に接続できる。しかしながら、全てのＩｏＴ端末装置において、要求遅延１００ｍｓｅｃを満足することができないので、式（１）を満たすＩｏＴ端末装置の数は０となる。

次に、図６（ｂ）のようにＮ_ＰＲＢ＝２のとき、ＴＴＩ当たりのＴＢＳは６００ ｂｉｔｓ／ｍｓｅｃとなることから、式（１）の左辺は８０ｍｓｅｃとなる。全ＩｏＴ端末装置が使用するＰＲＢの総数は２０となり、上限値の２０と等しいので、全ＩｏＴ端末装置は同時に接続できる。以上から、全てのＩｏＴ端末装置において、要求遅延１００ｍｓｅｃを満足することができるので、式（１）を満たすＩｏＴ端末装置の数は１０となる。

次に、図６（ｃ）のようにＮ_ＰＲＢ＝３のとき、ＴＴＩ当たりのＴＢＳは９０４ ｂｉｔｓ／ｍｓｅｃとなることから、式（１）の左辺は５６ｍｓｅｃとなる。使用するＰＲＢの総数の上限値が２０なので、６台のＩｏＴ端末装置に対して式（１）を適用すると、要求遅延１００ｍｓｅｃを満足できる。しかしながら、残りの４台に対しては、要求遅延が１００−５６＝４４ｍｓｅｃとなることから、式（１）を満足することができなくなる。従って、式（１）を満たすＩｏＴ端末装置の数は６となる。

以上から、全てのＩｏＴ端末装置に関して式（１）を満たすＮ_ＰＲＢの中では、Ｎ_ＰＲＢ＝２が最小となる。このとき、要求遅延を満たすＩｏＴ端末装置の数は最大の１０となるので（瞬時の接続台数としても最大）、このときのＴＢＳを選択することで多数同時接続が実現できる。

以上のように、本実施形態では、データサイズと要求遅延に基づいて、要求遅延までに送信可能なＰＲＢ数とＭＣＳの組み合わせとなるＴＢＳの候補を算出し、その中でＰＲＢ数が最小の組み合わせを選択する。この結果、要求遅延を満たすＩｏＴ端末の数を増加させることができ、多数同時接続を実現できる。

［ハードウェア構成］
図７は、第１の実施形態に係る基地局装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。基地局装置１は図７に例示する構成を備える。例えば、基地局装置１は、内部バスにより相互に接続される、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、メモリ２２、無線信号送受信回路２３及び通信インターフェイスであるＮＩＣ（Network Interface Card）２４等を備える。

但し、図７に示す構成は、基地局装置１のハードウェア構成を限定する趣旨ではない。基地局装置１は、図示しないハードウェアを含んでもよい。基地局装置１に含まれるＣＰＵ等の数も図７の例示に限定する趣旨ではなく、例えば、複数のＣＰＵが基地局装置１に含まれていてもよい。

メモリ２２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置（ハードディスク等）等の１以上を含む。

無線信号送受信回路２３は、アンテナ２５に接続され、端末装置２と間で無線通信を実現する。

基地局装置１の機能は、上述の処理モジュールにより実現される。当該処理モジュールは、例えば、メモリ２２に格納されたプログラムをＣＰＵ２１が実行することで実現される。また、そのプログラムは、ネットワークを介してダウンロードするか、あるいは、プログラムを記憶した記憶媒体を用いて、更新することができる。さらに、上記処理モジュールは、半導体チップにより実現されてもよい。即ち、上記処理モジュールが行う機能は、何らかのハードウェア、或いはハードウェアを利用して実行されるソフトウェアにより実現できればよい。

また、図４に示した手順は、マイクロプロセッサ等のコンピュータに基地局装置を制御するためのプログラムを実行させることによって実現可能である。すなわち、基地局制御プログラムを実行するコンピュータ（基地局装置１に搭載されたコンピュータ）に、無線パラメータ（ＴＢＳ）選択処理を実行させればよい。

なお、本実施形態では、ＩｏＴ端末装置当たりに使用可能なＰＲＢ数が１より大きい場合を説明したが、ＩｏＴ端末装置の台数が非常に多くなることでその数が１より小さくなる場合もあり得る。この場合、ＩｏＴ端末装置当たりの送信頻度を考慮して、式（１）を補正する。例えば、接続端末数と総ＰＲＢ数を用いて、使用可能な総ＰＲＢ数が２０のときに１００台のＩｏＴ端末装置が接続している場合、各ＩｏＴ端末装置が１ＰＲＢを使用すると、５ＴＴＩに１回の頻度で送信が可能となる。この頻度を式（１）の左辺に係数として（５をかける）考慮する。または、直近の送信頻度の実績値を係数として用いてもよい。

＜その他の実施の形態＞
上記実施形態にて説明した基地局装置１の構成及び動作は例示であって、種々の変形が可能である。以下、他の実施形態（変形例）を説明する。

実施形態１では、ＬＴＥの上り通信に本願開示を適用する場合を説明したが、ＬＴＥの下り通信に適用してもよい。この場合、端末装置２も無線信号品質測定部を備え、下り信号に対するＣＱＩを測定し、端末無線送受信部２０１を介して基地局装置１に報告する。

実施形態１では、サイズＤで発生したデータ全体に対して要求遅延が設定される場合を説明したが、データを細かく区切って、細分化された各データを対象に要求遅延を再設定してもよい。例えば、データを複数のＩＰ（Internet Protocol）パケット（またはＩＰパケットの群）に分割する場合、実際のデータレートに応じて、各ＩＰパケットに対して要求遅延を設定してもよい。

実施形態１では、通信の信頼性を確保するために、同一信号を繰り返し送信し受信時の品質を改善するＴＴＩバンドリングを適用する場合を説明したが、送信に失敗した場合に再送を行うＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ ｒｅＱｕｅｓｔ）を適用してもよい。この場合、式（１）の左辺において、Ｎ_ｒｅｐの代わりに、再送回数の上限値を使用する。例えば、９９．９９％のＨＡＲＱが完了する回数を上限値とすると、１回の送信に対する誤り率の目標値を０．１とした場合、４回と設定すればよい。また、ＴＴＩバンドリングとＨＡＲＱを組み合わせてもよい。この場合、Ｎ_ｒｅｐの単位でＨＡＲＱを実施することとし、Ｎ_ｒｅｐと再送回数をともに考慮する。

実施形態１では、Ｎ_ｒｅｐを固定としたときのＮ_ＰＲＢを求めるように式（１）を用いる場合を説明したが、Ｎ_ＰＲＢが決まっている場合にＮ_ｒｅｐを求めるように式（１）を用いてもよい。例えば、ＮＢ−ＩｏＴカテゴリーの端末装置のように、Ｎ_ＰＲＢが１と決まっている場合、式（１）から要求遅延を満たすＮ_ｒｅｐの条件を求めてもよい。さらに、Ｎ_ｒｅｐとのＮ_ＰＲＢの組み合わせを求めるように式（１）を用いてもよい。なお、Ｎ_ｒｅｐが十分大きければ、繰り返し送信により品質を確保できるので、Ｌ_{ｔａｒｇｅｔ}は設定しなくてもよい。このとき、式（１）におけるＭＣＳはＣＱＩｍのみの関数とすればよい。

実施形態１では、ＭＣＳが一定の場合を説明したが、ＭＣＳは時間的に変動してもよい。ＬＴＥ端末装置のように、移動することでＴＴＩ単位にＭＣＳが更新される場合、各ＴＴＩで式（１）を適用すればよい。ＭＣＳは、直近のＣＱＩｍから決定される値を用いる。このとき、要求遅延Ｔは、経過した時間を引くことで残り時間を表すように更新し、データサイズＤは、送信完了した分を引くことで残りのデータサイズを表すように更新する。

実施形態１では、周波数リソースの最小単位として、１８０ｋＨｚの幅を持つＰＲＢを用いたが、さらに細かい１５ｋＨｚの幅を持つサブキャリアと呼ばれる周波数単位を用いてもよい（サブキャリアが１２個集まるとＰＲＢとなる）。ＮＢ−ＩｏＴカテゴリーの端末装置は、サブキャリア単位での割当が可能なため、ＰＲＢをサブキャリアに置き換えて、使用サブキャリア数を最小にするＴＢＳを選択するようにしてもよい。

実施形態１では、所定数のＰＲＢを上限に、ＩｏＴ端末装置にＰＲＢを割り当てる場合を説明したが、これ以外の割当方法も可能である。例えば、ＬＴＥ端末装置にＰＲＢを先に割り当てて、余ったＰＲＢをＩｏＴ端末装置に割り当てることも可能である。この場合、各ＩｏＴ端末装置に対して、使用するＰＲＢが最小になるようにＭＣＳとＰＲＢの組み合わせを選択することにより、余ったＰＲＢが少ない場合でもＩｏＴ端末装置が接続できる確率を高めることができる。

実施形態１では、ＩｏＴ端末装置が基地局装置と直接通信する場合を説明したが、ＩｏＴ端末装置はＬＴＥ端末装置を介して間接的に基地局装置と通信してもよい。例えば、ＩｏＴ端末装置がセンサの場合、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離無線通信を用いてセンサからＬＴＥ端末装置にデータを送信し、受信したデータをＬＴＥ端末装置が基地局装置に送信する無線通信システムも可能である。

実施形態１では、ＬＴＥ方式の無線通信システムに本願開示を適用する場合を説明したが、ＩｏＴを実現する無線通信システムとして、低消費電力で広範囲をカバーするＬＰＷＡ（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ）に本願開示を適用してもよい。

さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明の活用例は、無線信号品質に応じて送信ビットレートを変更する無線通信システムにおいて、多数の端末装置の同時接続を可能とする無線パラメータ選択機能である。データサイズと要求遅延に基づいて、要求遅延までに送信可能なＰＲＢ数とＭＣＳの組み合わせとなるＴＢＳの候補を算出し、その中でＰＲＢ数が最小の組み合わせを選択することで、要求遅延を満たす端末装置の数を増加させる用途に有効である。

前述の実施形態の一部または全部は、以下の各付記のようにも記載することができる。しかしながら、以下の各付記は、あくまでも、本発明の単なる例示に過ぎず、本発明は、かかる場合のみに限るものではない。

（付記１）
端末装置と基地局装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する手段と、
前記サイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて前記遅延時間の推定値を算出する手段と、
前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出する手段と、
前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記組み合わせを選択する手段と、
を備えた基地局装置。
（付記２）
前記無線パラメータは、変調方式と符号化率に関するパラメータ、または、所定の変調方式と符号化率での送信回数の少なくとも一方を表すことを特徴とする付記１に記載の基地局装置。
（付記３）
前記組み合わせを選択する手段は、前記無線リソースの使用量が最小となるように、前記組み合わせを選択することを特徴とする付記１記載の基地局装置。
（付記４）
前記無線リソースは、無線周波数帯域を表すことを特徴とする付記１に記載の基地局装置。
（付記５）
前記推定値を算出する手段は、前記データのパケット単位に算出することを特徴とする付記１に記載の基地局装置。
（付記６）
前記推定値を算出する手段は、前記端末装置当たりの送信頻度の推定値をさらに用いることを特徴とする付記１に記載の基地局装置。
（付記７）
前記推定値を算出する手段は、データ送信を継続するに従い、前記サイズと前記要求値を更新することを特徴とする付記１に記載の基地局装置。
（付記８）
前記送信回数は、ＴＴＩ（Ｔｒａｎｓｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）バンドリングにおける同一データの繰り返し送信回数、または、ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）における同一データの再送回数の少なくとも一方に対応することを特徴とする付記２に記載の基地局装置。
（付記９）
端末装置と基地局装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得するステップと、
前記サイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて前記遅延時間の推定値を算出するステップと、
前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出するステップと、
前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記組み合わせを選択するステップと、
を備えた無線パラメータ選択方法。
（付記１０）
端末装置と基地局装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する手段と、
前記サイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて前記遅延時間の推定値を算出する手段と、
前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出する手段と、
前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記組み合わせを選択する手段と、
を備えた無線通信システム。
（付記１１）
前記端末装置は、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）端末装置、及びＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）端末装置の少なくとも一方を表すことを特徴とする付記１０に記載の無線通信システム。
（付記１２）
前記ＩｏＴ端末装置を対象に、一部の前記無線リソースの中から、前記無線リソースの使用量に基づいて前記組み合わせを選択することを特徴とする付記１０に記載の無線通信システム。
（付記１３）
前記ＩｏＴ端末装置を対象に、前記ＬＴＥ端末装置に割り当てた後に余った前記無線リソースの中から、前記無線リソースの使用量に基づいて前記組み合わせを選択することを特徴とする付記１０に記載の無線通信システム。
（付記１４）
前記ＩｏＴ端末装置は、前記ＬＴＥ端末装置を介して前記基地局装置と通信することを特徴とする付記１１記載の無線通信システム。
（付記１５）
端末装置と基地局装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する処理と、
前記サイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて前記遅延時間の推定値を算出する処理と、
前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出する処理と、
前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記組み合わせを選択する処理と、
を備えた基地局制御プログラム。

なお、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。

１、１０ 基地局装置
２ 端末装置
２−１ ＩｏＴ端末装置
２−２ ＬＴＥ端末装置
１１ 取得部
１２ 第１の算出部
１３ 第２の算出部
１４ 選択部
２１ ＣＰＵ
２２ メモリ
２３ 無線信号送受信回路
２４ ＮＩＣ
２５ アンテナ
１０１ 基地局無線送受信部
１０２ 基地局有線送受信部
１０３ 端末情報取得部
１０４ ＴＢＳ選択部
１０５ 無線信号品質測定部
１１１ 推定値算出部
１１２ 組み合わせ候補算出部
１１３ 組み合わせ選択部
２０１ 端末無線送受信部

Claims (10)

1. 端末装置と基地局装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する取得部と、
   前記データのサイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて、前記遅延時間の推定値を算出する第１の算出部と、
   前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出する第２の算出部と、
   前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記無線リソースと無線パラメータの組み合わせを選択する選択部と、
   を備える基地局装置。
2. 前記無線パラメータは、変調方式と符号化率に関するパラメータ、または、所定の変調方式と符号化率での送信回数の少なくとも一方を表す、請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記選択部は、前記無線リソースの使用量が最小となるように、前記無線リソースと無線パラメータの組み合わせを選択する、請求項１又は２に記載の基地局装置。
4. 前記無線リソースは、無線周波数帯域を表す、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基地局装置。
5. 前記第１の算出部は、前記データのパケット単位で前記遅延時間の推定値を算出する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基地局装置。
6. 前記第１の算出部は、前記端末装置当たりの送信頻度の推定値をさらに用いて前記遅延時間の推定値を算出する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基地局装置。
7. 前記送信回数は、ＴＴＩ（Ｔｒａｎｓｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）バンドリングにおける同一データの繰り返し送信回数、または、ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）における同一データの再送回数の少なくとも一方に対応する、請求項２に記載の基地局装置。
8. 端末装置と基地局装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得するステップと、
   前記データのサイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて前記遅延時間の要求値を算出するステップと、
   前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出するステップと、
   前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記無線リソースと無線パラメータの組み合わせを選択するステップと、
   を含む、無線パラメータ選択方法。
9. 端末装置と、
   前記端末装置と無線通信する基地局装置と、
   を含み、
   前記基地局装置は、
   前記端末装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する取得部と、
   前記データのサイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて前記遅延時間の推定値を算出する第１の算出部と、
   前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出する第２の算出部と、
   前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記無線リソースと無線パラメータの組み合わせを選択する選択部と、
   を備える無線通信システム。
10. 端末装置と基地局装置との無線通信において、前記無線通信で送信するデータのサイズと、前記データの送信開始から完了までの遅延時間に対する要求値とを取得する処理と、
    前記データのサイズ、無線リソースの使用量、及び無線パラメータに基づいて前記遅延時間の推定値を算出する処理と、
    前記推定値が前記要求値以下となる条件で、前記無線リソースと前記無線パラメータの組み合わせの候補を算出する処理と、
    前記無線リソースの使用量に基づいて、前記候補の中からデータ送信に用いる前記無線リソースと無線パラメータの組み合わせを選択する処理と、
    をコンピュータに実行させる基地局制御プログラム。

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