JP3823061B2 - 無線通信装置および無線パケット通信方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関し、特に、下り回線高速パケット伝送を行う無線通信装置および無線通信方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えばHSDPA(High Speed Downlink Packet Access)などの下り高速パケット伝送方式においては、基地局装置は、共通パイロットチャネル(CPICH:Common PIlot CHannel)によってパイロット信号を送信している。無線通信端末装置は、パイロット信号を受信し、例えばCIR(Carrier to Interference Ratio)などの回線品質情報を基地局装置へ報告し、基地局装置は、報告されたCIRに基づいて回線品質に応じた変調方式および符号化率からなる伝送レート(MCS:Modulation Coding Scheme)で、スケジューリングに従って複数の無線通信端末装置へパケットを送信する。
【0003】
図5(A)は、3つの無線通信端末装置A〜Cから報告されるCIRの時間変化を示しており、曲線10は、無線通信端末装置Aから報告されたCIR、曲線20は、無線通信端末装置Bから報告されたCIR、曲線30は、無線通信端末装置Cから報告されたCIRをそれぞれ示している。基地局装置は、このCIRに基づいて、それぞれ変調方式および符号化率が異なるMCS1〜6のうちパケットを伝送するためのMCSを選択する。MCS1はCIRが低い時に選択されるものであり、伝送レートとしては最も低くなるような変調方式および符号化率から構成されており、反対に、MCS6はCIRが高い時に選択されるものであり、伝送レートとしては最も高くなるような変調方式および符号化率から構成されている。基地局装置は、パケットを送信する際に、報告されたCIRに応じて最も伝送レートが高くなるMCSを選択する。また、パケットを送信する無線通信端末装置の選択に関しては、例えばラウンドロビンのようなスケジューリングアルゴリズムの場合は、無線通信端末装置A、無線通信端末装置B、無線通信端末装置Cの順にパケットを送信するため、図5(B)の丸で囲まれた番号のMCSで各無線通信端末装置へパケットが送信される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の下り高速パケット伝送方式においては、伝送レートが高くなるMCSを選択してパケットを送信すると所定のパケットエラー率(PER:Packet Error Rate)で伝送され、パケットの再送が発生すると伝送遅延が発生し、例えば音声や動画のパケットなどのリアルタイム性が要求されるパケットを伝送する場合には品質が劣化するという問題がある。
【0005】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、リアルタイム性が要求されるデータの伝送品質を向上することができる無線通信装置および無線通信方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信装置は、データをリアルタイムに伝送するために必要な所要伝送レートを取得する取得手段と、回線品質から推定される伝送可能な最大伝送レートより低く、かつ、前記取得手段で取得された所要伝送レートを満たす符号化率および変調方式を決定する決定手段と、を有する構成を採る。
【0007】
この構成によれば、データをリアルタイムに伝送するための所要伝送レートを満たす符号化率および変調方式を決定するため、回線品質などの条件から決定される伝送可能な最大の伝送レートより低い伝送レートとなる符号化率および変調方式でデータを伝送することにより、データ伝送の誤り率を低減して再送の発生を抑制することができ、リアルタイムアプリケーションデータの遅延の発生を抑制し、リアルタイム性が要求されるデータの伝送品質を向上することができる。
【0010】
本発明の無線通信装置は、前記決定手段によって決定された符号化率および変調方式を報告する報告手段をさらに有する構成を採る。
【0011】
この構成によれば、決定された符号化率および変調方式を報告するため、データ送信元に対して決定された符号化率および変調方式を報告することにより、データ送信元からのデータ伝送において、データ伝送の誤り率を低減して再送の発生を抑制することができ、データ送信元の構成に変更を加えることなくリアルタイムアプリケーションデータの遅延の発生を抑制し、リアルタイム性が要求されるデータの伝送品質を向上することができる。
【0012】
本発明の無線通信装置は、前記決定手段によって決定された符号化率および変調方式でデータを送信する送信手段をさらに有する構成を採る。
【0013】
この構成によれば、決定された符号化率および変調方式でデータを送信するため、データ送信元は、データ伝送の誤り率を低減してデータ送信先からの再送の要求を抑制することができ、リアルタイムアプリケーションデータの遅延の発生を抑制し、リアルタイム性が要求されるデータの伝送品質を向上することができる。
【0014】
本発明の無線通信端末装置は、上記のいずれかに記載の無線通信装置を有する構成を採る。
【0015】
この構成によれば、上記のいずれかに記載の無線通信装置と同様の作用効果を無線通信端末装置において実現することができる。
【0016】
本発明の無線通信基地局装置は、上記のいずれかに記載の無線通信装置を有する構成を採る。
【0017】
この構成によれば、上記のいずれかに記載の無線通信装置と同様の作用効果を無線通信基地局装置において実現することができる。
【0018】
本発明の無線通信方法は、データをリアルタイムに伝送するために必要な所要伝送レートを取得するステップと、回線品質から推定される伝送可能な最大伝送レートより低く、かつ、前記取得された所要伝送レートを満たす符号化率および変調方式を決定するステップと、を有するようにした。
【0019】
この方法によれば、データをリアルタイムに伝送するための所要伝送レートを満たす符号化率および変調方式を決定するため、回線品質などの条件から決定される伝送可能な最大の伝送レートより低い伝送レートとなる符号化率および変調方式でデータを伝送することにより、データ伝送の誤り率を低減して再送の発生を抑制することができ、リアルタイムアプリケーションデータの遅延の発生を抑制し、リアルタイム性が要求されるデータの伝送品質を向上することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、無線回線状態が良好で高い伝送レートでデータを伝送できる場合でも、伝送されるデータの所要伝送レートを満たす最低限の伝送レートでデータを伝送することである。
【0021】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、データ伝送の一例として下り回線高速パケット伝送方式を例にとり説明する。
【0022】
図1は、本発明の一実施の形態に係るIPネットワークを含む無線通信システムの一例を示す図である。同図に示す無線通信システムは、無線通信端末装置100、基地局装置200、IPネットワーク300、固定端末装置400、およびサーバ500から構成されている。固定端末装置400やサーバ500から送出される例えば音声や動画などのリアルタイム性が要求されるパケットは、IPネットワーク300を介して基地局装置200に受信され、基地局装置200から無線通信端末装置100へ無線伝送される。
【0023】
図2は、上記の無線通信システムにおける無線通信端末装置100および基地局装置200の構成を示すブロック図である。
【0024】
図2において、無線通信端末装置100は、アプリケーション部110、UDP(User Datagram Protocol)制御部120、IP制御部130、再送制御部140、無線送受信部150、無線リソース制御部160、回線品質推定部170、MCS(Modulation Coding Scheme)選択部180、および多重部190から構成されている。
【0025】
アプリケーション部110は、音声や動画等のリアルタイムアプリケーション部であり、音声や動画等のリアルタイムアプリケーションデータを送信する場合、アプリケーションデータをUDP制御部120へ出力する。また、アプリケーション部110は、リアルタイムアプリケーションデータを伝送するために必要な所要伝送レートをMCS選択部180へ通知する。UDP制御部120は、アプリケーション部110から出力されたデータを所定の大きさに分割し、送信元ポート番号や送信先ポート番号等から構成されるUDPヘッダを付加し、IP制御部130へ出力する。また、UDP制御部120は、受信データのUDPヘッダを取り除いた上でアプリケーション部110へデータを出力する。IP制御部130は、UDP制御部120から出力されたデータに送信元アドレスや送信先アドレス等から構成されるIPヘッダを付加し、多重部190へ出力する。また、IP制御部130は、受信データのIPヘッダを取り除いた上でUDP制御部120へ出力する。再送制御部140は、データ送信時において、多重部190から出力されたデータを所定の大きさに分割し、例えばCRC(Cyclic Redundancy Check)などの誤り検出符号を付加し、無線送受信部150へ出力する。また、再送制御部140は、データ受信時において、例えばCRCなどの誤り検出符号を用いて受信パケットの誤りを検出し、誤りが無い場合には所定のパケットを結合し、IP制御部130へ出力する。無線送受信部150は、データ送信時において、送信データに対して符号化および変調などの無線送信処理を施した上でアンテナを介して送信する。また、無線送受信部150は、データ受信時において、受信データに対して復調および復号などの無線受信処理を行う。無線リソース制御部160は、再送制御部140および無線送受信部150の制御を行う。回線品質推定部170は、無線チャネルに多重されたパイロット信号から例えばCIR等の無線回線品質を推定する。MCS選択部180は、回線品質推定部170によって推定された無線回線品質推定値とアプリケーション部110から通知された伝送データの所要伝送レートとから後述する方法でMCSを選択する。多重部190は、IP制御部130から出力された送信データとMCS選択部180によって選択されたMCSに関する情報とを多重する。
【0026】
一方、基地局装置200は、無線送受信部210、再送制御部220、MAC(Medium Access Control)制御部230、無線リソース制御部240、IP制御部250、およびリンクレイヤ制御部260から構成されている。
【0027】
無線送受信部210は、アンテナを介して送受信されるパケットに対して所定の無線処理を行う。再送制御部220は、データ送信時において、IP制御部250から出力されたデータを所定の大きさに分割し、例えばCRCなどの誤り検出符号を付加し、無線送受信部210へ出力する。また、再送制御部220は、データ受信時において、例えばCRCなどの誤り検出符号を用いて受信データの誤りを検出し、誤りが無い場合には所定のパケットを結合し、IP制御部250へ出力する。MAC制御部230は、基地局装置200が収容する無線通信端末装置100を含む複数の無線通信端末装置から報告されたMCSに関する情報と所定のスケジューリングアルゴリズムとからシェアードチャネルでデータを送信する無線通信端末装置を選択する。このとき、選択された無線通信端末装置から報告されているMCSを用いる。無線リソース制御部240は、再送制御部220、MAC制御部230、無線送受信部210の制御を行う。IP制御部250は、リンクレイヤ制御部260より送られたパケットの送信先アドレスを参照して送信先の無線通信端末を判定し、その結果に基づき再送制御部220内の該当する無線通信端末のバッファへデータを送出する。また受信したパケットに関しては、受信パケットのIPヘッダ内の送信先アドレスで指定された転送先へリンクレイヤ制御部260を介して送信する。リンクレイヤ制御部260は、基地局とIPネットワークとの間の有線リンクの制御を行い、図示しない固定端末装置やサーバなどとパケットのやりとりを行う。
【0028】
次いで、上記のように構成された無線通信端末装置100および基地局装置200の動作について、図3を参照しながら説明する。なお、ここでは、無線通信端末装置100がパイロット信号を受信してから、基地局装置200が図示しない固定端末装置などから送出されたパケットを無線通信端末装置100へ送信するまでの動作について説明する。
【0029】
まず、既知であるパイロット信号を含むデータは、送信モードが基地局装置200の再送制御部220によってトランスペアレントモード(送信先の指定および再送を行わないモード)に設定された上で、無線送受信部210によって例えばCPICH(Common PIlot CHannel)などが用いられることにより送信される。送信されたパイロット信号を含むデータは、無線通信端末装置100の無線送受信部150によって受信され、所定の無線受信処理が行われるとともに、パイロット信号が回線品質推定部170へ出力される。
【0030】
そして、図3に示すように、既知のパイロット信号に基づいて、回線品質推定部170によってCIRなどの回線品質が推定される(ST1000)。推定された回線品質は、MCS選択部180へ通知されるとともに、リアルタイムアプリケーションデータを伝送するための所要伝送レートがアプリケーション部110によってMCS選択部180へ通知される(ST1100)。なお、この所要伝送レートの通知は、アプリケーションのセッションが開始された時のみ、もしくは、アプリケーションの所要伝送レートが変更された時のみに行われるようにしても良い。
【0031】
そして、MCS選択部180によって、通知された回線品質において伝送可能な最大の伝送レートとなる符号化率および変調方式を有するMCS(以下、「MCS1」という)が決定される(ST1200)。さらに、MCS選択部180によって、通知された所要伝送レートを満たす最低の伝送レートとなる符号化率および変調方式を有するMCS(以下、「MCS2」という)が決定される(ST1300)。そして、MCS選択部180によって、MCS1とMCS2の大小が比較され(ST1400)、MCS1の方が大きい場合は、MCS2がデータを伝送するためのMCSとして選択される(ST1500)。一方、MCS1の方が小さい場合は、回線品質が劣悪で所要伝送レートを満たす符号化率および変調方式を有するMCSでデータを伝送できないため、例えば基地局装置200から無線通信端末装置100に対するデータ送信の割り当て回数が増えるようにスケジューリングが変更される(ST1600)。
【0032】
MCS1の方が大きい場合は、回線品質が良好な場合でも、所要伝送レートを満たす最低限の伝送レートとなるMCS2が選択され、選択されたMCS2に関する情報は、多重部190へ出力される。そして、多重部190によって、送信データにMCS2に関する情報が多重され、無線送受信部150によって、所定の無線送信処理が行われた上でアンテナを介して送信される。
【0033】
送信データは、基地局装置200の無線送受信部210によって、アンテナを介して受信され、多重されているMCS2に関する情報がMAC制御部230へ通知される。そして、MAC制御部230によって、基地局装置200が収容する無線通信端末装置100を含む複数の無線通信端末装置から報告されたMCSの情報と所定のスケジューリングアルゴリズムによって、複数の無線通信端末装置によって共有されるシェアードチャネルを用いてデータを送信する相手局となる無線通信端末装置が選択され、選択された無線通信端末措置の情報は、再送制御部220へ通知されるとともに、当該無線通信端末装置から報告されたMCSの情報は、無線送受信部210へ通知される。ここでは、無線通信端末装置100がデータを送信する相手局として選択され、無線通信端末装置100の情報が再送制御部220へ通知され、無線通信端末装置100から報告されたMCS2に関する情報が無線送受信部210へ通知されるものとする。
【0034】
そして、基地局装置200から無線通信端末装置100へデータが送信される際、送信データは、無線送受信部210によって、MCS2の符号化率および変調方式で符号化および変調され、アンテナを介してシェアードチャネルが用いられることにより無線通信端末装置100へ送信される。このとき、送信データのMCSとしてMCS2が用いられるため、送信されるデータの所要伝送レートを満たす最低限の伝送レートとなるような符号化率および変調方式が用いられることになり、無線通信における誤り率を低減することができる。
【0035】
図4は、複数のMCSにおける回線品質とデータの誤り率との関係の一例を示す図である。図4において、横軸は、回線品質であるCIRを示しており、縦軸は、パケットデータを伝送する場合の誤り率であるPER(Packet Error Rate)を示している。また、曲線610は、伝送レートとして最も高いMCSにおけるCIRとPERの関係を示しており、曲線620は、伝送レートとして2番目に高いMCSにおけるCIRとPERの関係を示しており、曲線630は、伝送レートとして3番目に高いMCSにおけるCIRとPERの関係を示しており、曲線640は、伝送レートとして最も低いMCSにおけるCIRとPERの関係を示している。
【0036】
無線通信端末装置100の回線品質推定部170によって推定されたCIRがA以下の値である場合は、伝送されるパケットのPERが所定の目標値T以下になるように、曲線640で示されるMCSがMCS1としてMCS選択部180によって選択され、同様に、CIRがA以上B以下である場合は、曲線630で示されるMCSがMCS1として選択され、CIRがB以上C以下である場合は、曲線620によって示されるMCSがMCS1として選択され、CIRがC以上である場合は、曲線610によって示されるMCSがMCS1として選択される。
【0037】
ここで、回線品質推定部170によって推定されたCIRがxである場合、MCS選択部180は、PERの目標値Tを満たしつつ最大の伝送レートでパケットを伝送できるMCS1として、曲線620によって示されるMCSを選択する。一方、リアルタイムアプリケーションデータを伝送するために必要な所要伝送レートを満たすMCS2として、曲線630によって示されるMCSがMCS選択部180によって選択されるものとすると、このMCS2に関する情報が基地局装置200へ報告され、基地局装置200は、報告されたMCS2によって無線通信端末装置100に対するパケットを送信する。これによって、MCS1を選択する場合より、PERをPxだけ小さくすることができる。
【0038】
このように、本実施の形態によれば、無線通信端末装置は、無線回線品質を推定し、推定された無線回線品質において伝送可能な最高の伝送レートとなるMCSを決定し、同時に、伝送されるデータの所要伝送レートを満たす最低限の伝送レートとなるMCSを決定し、所要伝送レートに基づくMCSの方が伝送レートとして低い場合は、当該MCSに関する情報を報告し、基地局装置は、報告されたMCSによってデータを伝送するため、基地局装置の構成に変更を加えることなくデータ伝送における誤り率を低減することができ、リアルタイムアプリケーションデータを伝送する場合でも再送の発生を低減することができることによりデータ遅延の発生を抑制し、リアルタイム性が要求されるパケットの伝送品質を向上することができる。
【0039】
なお、本実施の形態では、無線通信端末装置において所要伝送レートを満たす最低限のMCSを選択する構成としたが、無線通信端末装置が基地局装置へ回線品質と所要伝送レートとを報告し、基地局装置において回線品質と所要伝送レートとに基づいて所要伝送レートを満たす最低限のMCSを選択する構成としても良い。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リアルタイム性が要求されるパケットの伝送品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る無線通信システムの構成の一例を示す図
【図2】一実施の形態に係る無線通信端末装置および基地局装置の構成を示すブロック図
【図3】一実施の形態に係るMCS選択動作を示すフロー図
【図4】一実施の形態に係る回線品質とデータ誤り率の関係の一例を示す図
【図5】従来のMCS選択によるデータ伝送を説明する図
【符号の説明】
110 アプリケーション部
120 UDP制御部
130、250 IP制御部
140、220 再送制御部
150、210 無線送受信部
160、240 無線リソース制御部
170 回線品質推定部
180 MCS選択部
190 多重部
230 MAC制御部
260 リンクレイヤ制御部
Claims (6)
- データをリアルタイムに伝送するために必要な所要伝送レートを取得する取得手段と、
回線品質から推定される伝送可能な最大伝送レートより低く、かつ、前記取得手段で取得された所要伝送レートを満たす符号化率および変調方式を決定する決定手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。 - 前記決定手段によって決定された符号化率および変調方式を報告する報告手段をさらに有することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- 前記決定手段によって決定された符号化率および変調方式でデータを送信する送信手段をさらに有することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- 請求項1または請求項2に記載の無線通信装置を有することを特徴とする無線通信端末装置。
- 請求項1または請求項3に記載の無線通信装置を有することを特徴とする無線通信基地局装置。
- データをリアルタイムに伝送するために必要な所要伝送レートを取得するステップと、
回線品質から推定される伝送可能な最大伝送レートより低く、かつ、前記取得された所要伝送レートを満たす符号化率および変調方式を決定するステップと、
を有することを特徴とする無線通信方法。
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