JP4350012B2 - パケット無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、パケット転送方式の無線通信システムに係り、特に適応変調方式のパケット無線通信システムに関するものである。

近年、ユーザ情報や制御情報をパケットにして転送する方式の無線通信システムとして、多値ＱＡＭ方式などのデジタル伝送方式が用いられるようになっているが、このとき、伝送路の状況に応じて変調方式を変更するようにした、いわゆる適応変調方式の無線通信システムが用いられることがある(例えば、特許文献１、特許文献２参照)。

ここで、この適応変調方式とは、伝送特性が良好な伝送路の場合には、例えば６４ＱＡＭ方式など、高速伝送が可能な多値数の多い変調方式を選択し、伝送路の状況があまり良くないときは、例えば１６ＱＡＭ方式、ＱＰＳＫ変調方式、或いはＢＰＳＫ変調方式など、多値数が低い低速の変調方式に順次切替えるようにしたものである。

そこで、このような適応変調方式によるパケット無線通信システムの従来技術の一例について説明すると、この場合、システムは、例えば図４に示すように、相互にパケット通信を行う２台の無線機１０、２０を備え、これらが無線伝送系を介して結ばれた形で構成されている。

そして、それぞれの無線機１０、２０には、変調部１１０、２１０と適応変調制御部１２０、２２０、復調部１３０、２３０、それに無線制御部１４０、２４０が備えられ、更に無線制御部１４０、２４０は各々イーサネット(登録商標)１５、２５に接続され、図示してないＬＡＮなどに接続されている。

ここで、無線機１０と無線機２０は、一方が送信側になっているとき、他方は受信側になるという関係にあり、必要に応じて送信側となったり受信側となったりして、ユーザ情報や制御情報を含んだパケットを一方から他方に転送するようになっている。

そこで、いま無線機１０が送信側で無線機２０が受信側になっていたとする。そうすると、通信中、この受信側になった無線機２０では、復調部２３０による復調データの一部を用い、適応変調制御部２２０により伝送路(伝搬路)の状態を推定し、当該適応変調制御部２２０は、推定した伝搬路の状況を帯域情報として記憶しておく。

このときの伝搬路状況の推定方法としては、例えば、受信電界強度を用いる方法、等化器の誤差出力を用いる方法、誤り訂正後の再符号化による推定ビット誤り率を用いる方法などがある。

そして、この後、今度は無線機２０が送信側になり、無線機１０が受信側になったとき、送信側となった無線機２０の適応変調制御部２２０は、記憶してあった帯域情報を変調部２１０と無線制御部２４０に入力し、これにより、変調部２１０では、帯域情報により、予め複数種用意してある変調方式の中から最適な変調方式が選択され、それに切替えてデータを送信するように制御され、無線制御部２４０においては、帯域情報により、パケット転送のためのデータ処理方式、つまりパケットデータ転送処理方式を、このとき選択される変調方式に合わせて切替える。

一方、このとき受信側となった無線機１０では、受信したデータに含まれる情報により、現在、伝送されているデータが、何れの変調方式により送られてきたデータであるかを判断することができ、従って、復調部１３０による復調動作を現在の変調方式に合わせて切替え、受信されたパケットの転送処理を行うことができる。

次に、無線制御部１４０、２４０について詳細に説明すると、これらは、図５に示すように、ハードウェアだけからなるインタフェース部４００と、所定のＯＳを搭載したＣＰＵを備え、必要なソフトウェア処理が行えるようにした制御部４１０の２種のブロックで構成されている。

そして、これらのブロックにより、イーサネット(登録商標)１５、２５からデータを入力し、パケット転送に必要な処理を実行して変調部１１０、１２０にデータを出力するようになっている。

このとき、イーサネット(登録商標)１５、２５から入力されたデータの転送を全て制御部４１０のＣＰＵにより処理しようとしたとすると負荷が重くなり、高速のＣＰＵ、又は複数のＣＰＵが必要となる。

そこで、図５に示すように、インターフェース部４００のハードウェアによる処理と制御部４１０のソフトウエアによる処理を併用し、これらを切替えて使用することにより低コスト化と低消費電力化が得られるようにしている。このときインターフェース部４００のハードウエアについては、集約してバッファだけが図示してある。

ここで、いま、適応変調方式のための変調方式として、例えば６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ、それにＢＰＳＫの４方式が用意され、このとき最も高速伝送となる６４ＱＡＭが選択されていたとする。

そうすると、このときには、インターフェース部４００のスイッチＳＷ１０をＯＦＦ側にして、インタフェース部４００のハードウェアによりデータ処理を行い、パケット転送に必要な処理、つまりパケットデータ転送処理方式をハードウェアに任せ、これにより制御部４１０のＣＰＵに高速動作が必要とされないようにしている。なお、スイッチＳＷ２０の動作については後述する。

一方、適応変調制御部１２０、２２０からの帯域情報により、変調方式が６４ＱＡＭから多値数の低い変調方式、例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭの何れかに切替わり、無線伝送速度が低下したとすると、今度はスイッチＳＷ１０をＯＮ側にし、これにより制御部４１０にデータを送り、パケット転送に必要な処理、つまりパケットデータ転送処理方式をＣＰＵのソフトウエアに任せ、変調部１１０、１２０にデータが転送されるようにするのである。

次に、この制御部４１０におけるスイッチＳＷ１０の切替動作と、変調部１１０、１２０による変調方式の切替えについて、図６を用いて詳しく説明する。

まず、適応変調制御部１２０、２２０からの帯域情報により、変調部１１０、１２０が多値数の低いＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの変調方式から多値数の高い６４ＱＡＭなどの変調方式に切替わる場合、つまり無線伝送速度が低速から高速に切替わる場合、スイッチＳＷ１０のＯＮ、ＯＦＦ切替動作と変調部１１０、１２０の変調方式の切替動作は、図６(a)に示すように、同じタイミングで行うようになっている。

同様に、多値数の高い６４ＱＡＭなどの変調方式から多値数の低いＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの変調方式に切替わるタイミングも、図６(b)に示すように、同じタイミングで行うようになっている。

次に、図５に戻り、スイッチＳＷ２０の動作について説明すると、このスイッチＳＷ２０は、インタフェース部４００のバッファ、又は制御部４１０のバッファの何れか一方にだけデータがある場合、当該データがあるバッファからデータを転送するように切替える働きをするものである。

通常、スイッチＳＷ１０の切替時点では、切替え前の経路のデータがバッファに残っているので、切替え後も、切替え前の経路のデータと切替え後のデータの双方がバッファに存在する。

そこで、このスイッチＳＷ２０を交互に切替え、切替え前のデータバッファが空になった後、切替え後のデータバッファに切替えることにより、データの転送残しが起こらないようにするのである。
特開２００４−１１２７８０号公報 特開２００４−１２８８８８号公報

上記従来技術は、変調方式の切替えにおけるデータの適正な処理に配慮がされておらず、以下に説明する問題があった。

適応変調方式によるパケット転送路の切替え動作では、６４ＱＡＭなどのように、多値数が高く十分な伝送速度が確保できる変調方式から、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなど多値数が低い変調方式に切替えられたとき、ここで伝送速度が低下する。

このとき、上記従来技術では、無線制御部１４０、２４０のスイッチＳＷ１０と、変調部１１０、２１０の変調方式の切替え動作を同じタイミングにしてあるので、無線制御部１４０、２４０のインタフェース部４０に多値数の高い変調方式で転送されていたデータが全て排出されてしまう前に変調方式が切替わってしまう。

このため、図６(b)に示したように、６４ＱＡＭにより送信していたデータが残っているうちに、変調方式が１６ＱＡＭなどのより低い変調方式に変わってしまうことになり、この残っているデータについては低い伝送速度でバッファから転送をしなくてはならないので、データ転送効率が低下してしまうという問題がある。

また、この従来技術のように、適応変調制御部１２０、２２０で算出された帯域情報により無線制御部１４０、２４０のスイッチＳＷ１０と変調部１１０、２１０の変調方式の切替え動作を同じタイミングにした場合、インタフェース部４００を経由しハードウェア処理によりデータ転送を行うデータと、制御部４１０を経由しソフトウェア処理によりデータ転送を行うデータが、無線制御部１４０、２４０の中に混在してしまう虞れがあり、この場合、スイッチＳＷ２０が交互に切替わることにより変調部１１０、２１０と復調部１３０、２３０に送られるデータの順序に入れ違いが起きる可能性があり、更には制御部４１０のバッファにデータが溢れ、パケットロスが生ずる可能性もあり、この場合、データ溢れの防止のため容量の大きなバッファを用意する必要が生じてしまう。

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、データの順序入れ違いやバッファ溢れ、パケットロスなどが起る虞れがなく、且つパケットデータ転送効率の低下を伴う虞れのない適応変調方式のパケット無線通信システムを提供することにある。

上記目的は、適応変調方式による変調方式の切替えに対応してパケットデータ転送処理方式を切替える方式のパケット無線通信システムにおいて、前記変調方式を多値数の高い変調方式から多値数の低い変調方式に切替えるとき、前記パケットデータ転送処理方式の切替タイミングに、前記変調方式の切替タイミングから遅れ時間が与えられるようにして達成される。

このとき、前記遅れ時間が、可変制御前記変調方式を切替えたとき、その切替え前の変調方式によるデータ転送速度に応じて変更され、当該データ転送速度が高い程、短くなるように制御されるようにしても、上記目的を達成することができる。

本発明によれば、適応変調方式のパケット無線通信システムにおいて、パケットデータ転送処理の切替タイミングと変調方式の切替タイミングがずらされるので、変調方式の切替え動作に際してパケットデータ転送効率が低下する虞れがなく、効率的なパケット転送を行うことができる。

また、この結果、本発明によれば、データの順序入れ違いやバッファ溢れ、パケットロスなどが起る虞れもないので、低コストで信頼性の高いパケット転送を行うことがきる。

以下、本発明によるパケット無線通信システムについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。

図２は、本発明によるパケット無線通信システムの一実施形態で、相互に送信側と受信側になる無線機１と無線機２が対向にあり、無線伝送路を介して結ばれている。そして、それぞれの無線機１、２が変調部１１、２１と適応変調制御部１２、２２、復調部１３、２３、それに無線制御部１４、２４を備え、無線制御部１４、２４の出力がイーサネット(登録商標)１５、２５に接続され、図示してないＬＡＮなどに接続されている。

このとき、この実施形態における無線機１、２が図４の従来技術における無線機１０、２０に対応し、以下、変調部１１、２１が変調部１１０、２１０に、適応変調制御部１２、２２が適応変調制御部１２０、２２０に、復調部１３、２３が復調部１３０、２３０に、それに無線制御部１４、２４が無線制御部１４０、２４０に夫々対応している。

従って、この実施形態でも、ブロックとしてみたシステム全体の構成は、図４で説明した従来技術によるパケット無線通信システムと同じであるが、この図２の実施形態では、無線制御部１４、２４のＣＰＵがデータにＱｏＳ(Quality of Service)制御を施すようになっている点が異なっている。なお、このＱｏＳ制御については後述する。

しかし、この点を除けば、パケット転送処理については、大筋では従来技術と同じなので、以下、従来技術と異なっている点に重点をおいて説明し、従来技術と同じ動作については簡単に説明する。

図２において、この実施形態でも、無線機１と無線機２は、従来技術の場合と同じく、必要に応じて送信側と受信側になり、ユーザ情報や制御情報を含んだパケットが転送されるようになっている。

そして、無線機１が送信側で無線機２が受信側のとき、受信側になった無線機２では、受信電界強度や等化器の誤差出力、誤り訂正後の再符号化による推定ビット誤り率などから伝送路(伝搬路)の状態が、適応変調制御部２２により推定され、帯域情報として記憶される。

そして、無線機２が送信側になり、無線機１が受信側になったとき、送信側の無線機２では、帯域情報により最適な変調方式が選択され、それに切替えられた変調部２１からデータが送信され、無線制御部２４では、帯域情報によりパケット転送のためのデータ処理方式、つまりパケットデータ転送処理方式が、このとき選択される変調方式に合わせて切替えられる。

また、受信側となった無線機１では、受信したデータに含まれる情報により変調方式が判断され、復調部２３による復調動作を現在の変調方式に合わせて切替え、受信されたパケットの転送処理が行なわれる。

次に、この図２の実施形態における無線制御部１４、２４について、図３により説明すると、これらも従来技術(図５)と同じく、高速のＣＰＵ、又は複数のＣＰＵを用いないで済むように、ハードウェアだけからなるインタフェース部４０と、所定のＯＳの搭載により必要なソフトウェア処理が行えるようにしたＣＰＵを備えた制御部４１の２種のブロックを備え、これにより低コスト化と低消費電力化が得られるようになっている。

そして、この図３でも、インターフェース部４０のハードウエアについては集約してバッファだけが図示してあり、これら２種のブロックにイーサネット(登録商標)１５、２５からデータが入力され、パケット転送に必要な処理を実行するようになっている。

このとき、この実施形態における制御部４１では、そのＣＰＵのソフトウェアによるデータ転送処理に際して上記したＱｏＳ制御が施され、これにより更に信頼性の向上が図られるようになっている。なお、別のソフトウェアによるデータ転送処理として、例えばルーティング処理が施されるようにしても良い。

ここで、この実施形態でも、適応変調方式のための変調方式には６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ、それにＢＰＳＫの４方式が用意され、同じく最も高速伝送となる６４ＱＡＭが選択されていたとする。

そうすると、このときもインターフェース部４０のスイッチＳＷ１はＯＦＦ側にされ、パケット転送に必要な処理をハードウェアに任せ、これにより制御部４１のＣＰＵに高速動作が必要とされないようにしてあり、この点も従来技術と同じである。

ここで、このときのスイッチＳＷ１の切替制御は、図示してないが、無線制御部１４、２４に設けてある制御用ＣＰＵにより実行されるようになっている。そして、このことは、後述するスイッチＳＷ２についても同じであり、更に図４、図５で説明した従来技術でも、それらのスイッチＳＷ１０、ＳＷ２０については同じで、無線制御部１４０、２４０に設けてある制御用ＣＰＵにより実行されるようになっている。

次に、適応変調制御部１２、２２からの帯域情報により、変調方式が６４ＱＡＭから多値数の低い変調方式、例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭの何れかに切替わり、無線伝送速度が低下したときも従来技術と同じで、今度はスイッチＳＷ１をＯＮ側にし、これにより制御部４１にデータを送りパケット転送に必要な処理をＣＰＵのソフトウエアに任せるようになっている。

次に、この実施形態における制御部４１のスイッチＳＷ１の切替動作と、変調部１１、１２による変調方式の切替えについて、図１により詳細に説明する。

まず、適応変調制御部１２、２２からの帯域情報により、変調部１１、１２が多値数の低いＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの変調方式から多値数の高い６４ＱＡＭなどの変調方式に切替わる場合、つまり無線伝送速度が低速から高速に切替わる場合、スイッチＳＷ１のＯＮ、ＯＦＦ切替動作と変調部１１、１２の変調方式の切替動作は、図１(a)に示すように、同じタイミングで行うようになっている。

従って、この場合、つまり無線伝送速度が低速から高速に切替わる場合は、この実施形態でも、図６(a)により説明した従来技術と同じであるが、ここで、反対に、多値数の高い６４ＱＡＭなどの変調方式から多値数の低いＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの変調方式に切替わる場合、つまり無線伝送速度が高速から低速に切替わる場合のタイミングでは、図６(b)により説明した従来技術とは異なっている。

そして、これが、この実施形態の特徴とする点の一つであり、従って、以下、この実施形態において、無線伝送速度が高速から低速に切替わる場合について、図１(b)により説明する。

まず、この実施形態のインターフェース部４０では、スイッチＳＷ１のＯＮ、ＯＦＦ切替動作タイミングについては切替タイミング１とし、変調部１１、１２の変調方式の切替動作タイミングについては切替タイミング２とする。

そして、これらの切替タイミング１と切替タイミング２に時間差を持たせ、切替タイミング１に対して切替タイミング２に所定時間の遅れが与えられるようにする。つまり、このときの遅れ時間をΔｔとし、切替タイミング１を時刻ｔ₀ 、切替タイミング２を時刻ｔ₁ としたとすると、これらについて、ｔ₁ ＝ｔ₀＋Δｔの関係になるようにするのである。

そうすると、この実施形態においては、図１(b)に示すように、切替タイミング１でスイッチＳＷ１がＯＦＦからＯＮに切替わった後、時間Δｔ経過後の切替タイミング２で変調部１１、１２の変調方式が多値数の高い変調方式(ここでは６４ＱＡＭ)から、多値数の低い変調方式(ここでは１６ＱＡＭ)に切替わわることになる。

ここで、遅れ時間Δｔを１秒(sec)とすると、この場合は、スイッチＳＷ１がＯＦＦからＯＮに切替わった後、１秒経過してから変調部１１、１２の変調方式が切替わることになるり、この結果、スイッチＳＷ１がＯＦＦからＯＮに切替わった後も１秒間は変調部１１、１２の変調方式が多値数の高い変調方式(ここでは６４ＱＡＭ)のままになっている。

そこで、インタフェース部４０のハードウェアにより処理されていたデータについては、スイッチＳＷ１がＯＦＦからＯＮに切替わった後も、多値数の高い変調方式のままで動作している変調部１１、１２により１秒間は転送処理が継続され、この間は無線伝送速度の高い状態で転送処理されるので、短時間で転送処理される。

そして、インタフェース部４０のハードウェアによ処理していたデータが全て転送された後、切替タイミング２において変調部１１、１２の変調方式が多値数の低い変調方式に切替えられ、ここで適応変調方式による変調方式の切替えが終了する。

従って、この実施形態によれば、適応変調方式により無線伝送速度が高速から低速に切替わった際も短時間でデータの転送処理が完了されるので、データ転送効率の低下を抑えることができる。

また、このように短時間でデータの転送処理が完了されるので、無線制御部１４、２４の中にデータが混在してしまう虞れが少なくなり、従って、この実施形態によれば、変調部１１、２１と復調部１３、２３に送られるデータの順序に入れ違いが起きる可能性も少なくなるので、信頼性を向上させることができ、更には制御部４１０のバッファにデータが溢れ、パケットロスが生ずる可能性も少なくなるので、バッファの容量を増加させる必要もなくなり、コストを抑えることができる。

ところで、上記実施形態では、切替タイミング１と切替タイミング２における遅れ時間Δｔを固定時間(１秒)にしているが、この遅れ時間Δｔは、変調方式が多値数の高い変調方式から多値数の低い変調方式に切替えられたとき、多値数の高い変調方式によるデータ転送速度により決り、データ転送速度が高い程、短くてよい。

そこで、この遅れ時間Δｔを固定時間とせず、切替え前の変調方式に応じて増減させ、上記したように、データ転送速度が高い程、短くなるように可変制御するようにしてもよく、この場合は、データ転送効率を更に向上させることができる。

従って、以上の実施形態によれば、データ転送処理と変調方式の切替タイミングをずらすだけで、パケット転送方式の無線通信システムにおいて、適応変調方式の変調方式切替え動作により、変調方式が多値数の低い変調方式から多値数の高い変調方式に切替わるときに、データ転送が制御部経由のソフトウェア処理からインタフェース部経由のハードウェア処理に切替わる場合、また、変調方式が多値数の高い変調方式から多値数の低い変調方式に切替わるときにデータ転送がインタフェース部経由のハードウェア処理から制御部経由のソフトウェア処理に切替わる場合において、無線制御部のスイッチが切替わるタイミングと、変調部において変調方式を切替えるタイミングをずらすことにより、無線制御部に、より多値数の高い高速な変調方式で転送していた時点でのデータを残すことなく全ての転送処理を行い、多値数の低い低速な変調方式に対応した無線制御部の動作を行うことが可能になり、データ転送効率の良いシステムを提供できる。

本発明による無線通信システムの一実施形態による切替タイミングの説明図である。 本発明によるパケット無線通信システムの一実施形態を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における無線制御部の詳細を示すブロック図である。 従来技術によるパケット無線通信システムの一例を示すブロック図である。 従来技術によるパケット無線通信システムの一例における制御部の詳細ブロック図である。 従来技術による無線通信システムの一例による切替タイミングの説明図である。

符号の説明

１、２：無線機(本発明の一実施形態における無線機)
１１、２１：変調部
１２、２２：適応変調制御部
１３、２３：復調部
１４、２４：無線制御部
１５、２５：イーサネット(登録商標)

Claims (2)

1. 適応変調方式による変調方式の切替えに対応してパケットデータ転送処理方式を切替える方式のパケット無線通信システムにおいて、
   前記変調方式を多値数の高い変調方式から多値数の低い変調方式に切替えるとき、前記パケットデータ転送処理方式の切替タイミングに、前記変調方式の切替タイミングから遅れ時間が与えられるように構成したことを特徴とするパケット無線通信システム。
2. 請求項１に記載のパケット無線通信システムにおいて、
   前記遅れ時間が、可変制御前記変調方式を切替えたとき、その切替え前の変調方式によるデータ転送速度に応じて変更され、当該データ転送速度が高い程、短くなるように制御されることを特徴とするパケット無線通信システム。

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