JP4685885B2 - 判定された送信要件に動的に基づくチャンネル帯域幅およびデータ誤り目標値の選択 - Google Patents

Description

本発明はパケット通信システムにおける通信ノードおよびデータ送信の方法に関する。より詳細には、種々の送信容量の送信チャンネルを持つ移動体通信システムにおけるノードおよびデータ送信の方法に関する。

携帯通信システム等の移動体通信システムでは、エリアを別々のセルに分割することにより、システム内のユーザに通信サービスを提供する。ここで、各セルはある地理的エリアをカバーする。システムはいくつかの基地局を含む。各基地局はセル内の無線接続を提供し、基地局と移動体端末との間に設定された無線チャンネルを介して、そのときセル内に存在する移動体端末が基地局と通信できるようにし、またその他の通信システムと接続できるようにする。

広帯域符号分割多元接続（Wideband Code Division Multiple Access、Ｗ−ＣＤＭＡ）システムは、システム内の移動体端末との間でデータと音声の両方を効率的に送信するために開発された移動体通信システムの例である。そのようなシステムでは、無線チャンネルは、無線搬送周波数および無線チャンネルを相互に識別可能とするための相異なる拡散コードを使う。ユーザへのシステム利便性を向上するために、種々の送信能力と種々のチャンネル帯域幅を持ついくつかのタイプの無線チャンネルが提供される。無線接続を介してデータを送信するとき、例えば、送信情報のタイプおよび移動体端末ユーザが取得した加入タイプに依存して、データが移動体端末と基地局との間を種々のチャンネルを介し、種々の送信速度で送信されることがあってもよい。

Ｗ−ＣＤＭＡシステム等の通信システムには、無線ネットワークの種々の部分、例えば、数多くの基地局、を制御する無線ネットワーク制御装置(Radio Network Controller、ＲＮＣ）が存在する。ＲＮＣは無線ネットワークと移動体端末との間の接続を制御する。その接続は無線アクセスベアラ（Radio Access Bearer、ＲＡＢ）として設定されるが、これは移動体端末とＲＮＣとの間の論理的な接続である。ＲＡＢはその接続に種々の無線チャンネルを使う。いわゆるベストエフォートユーザに使われるＲＡＢは、例えば、送信要件によっては、種々の送信能力を持つチャンネル間で切り替えられてもよい。チャンネル選択およびチャンネル間切り替え制御の機能はチャンネル切り替えと呼ばれる。チャンネル切り替えは種々の帯域幅のチャンネル間の切り替えを扱い、それによって所望の送信速度の接続を提供できるようにする。

従来技術の特許文献１及び特許文献２は、接続を介する送信への要件に応じてシステムリソースが使われる、チャンネル切り替えに対応するシステムについて述べている。それらのシステムでは、種々の送信能力を持つチャンネル間のチャンネル切り替えは、接続に求められる帯域幅に基づいている。この理由から、例えば、システムのノード中の送信バッファのバッファ負荷等、データ接続のための待ち行列中の情報量を測定するか、またはそのとき送信中の情報量を測定することにより、トラヒックの予測が行われる。その接続を担うべき無線チャンネルのタイプを判定するために、予測トラヒックの測定値が閾値と比較される。測定情報が所定の閾値を上回るかまたは下回ると、送信能力が高めまたは低めの無線チャンネルへ接続が切り替えられる。

例えば、特許文献２に述べられるように、チャンネル切り替えのプロセスでは、一人一人のユーザが使うリソース（コード電力、等）を考慮に入れてもよい。この場合、ユーザが要求または使う送信リソースが一定の閾値に達すると、送信能力が低めのチャンネルへ接続が切り替えられ、また高めの送信能力が要求されても使われなかった場合、帯域幅がさらに所望されても、その接続を高めの送信速度へ切り替えることはしない。ユーザが使う送信リソースの閾値が、例えば、そのユーザの移動体通信システム運用事業者との契約条件に基づいて判定されてもよい。

さらに、移動体通信システムには、総セル負荷を考慮に入れるアルゴリズムもある。セル負荷は、セル内の同じ搬送周波数を使う全移動体端末の搬送波電力、コードツリーの使用割合、および、ユーザ数と彼らのサービスとの組み合わせ、の少なくともいずれかとして測定されてもよい。接続が高めの帯域幅を提供できるチャンネルへ切り替えられるためには、各接続（ＲＡＢ）についてセル負荷の閾値が守られなければならない。切り替えプロセス後のセル内の総負荷がセル負荷閾値を超過するようなら、その接続は高めの帯域幅のチャンネルへ切り替えられないであろう。また、セルが過負荷になる程度にセル負荷が増大すると、総セル負荷を低減させるために、衝突制御アルゴリズムがいくつかのユーザ、特にベストエフォートユーザ、を高めのデータ速度から低めのデータ速度へ切り替えてもよい。

送信要件に依存して種々の送信速度を使用できることにより、より優れたユーザ性能が得られその結果として送信能力の一層の最適利用が図られる。システムが最適利用可能であるほど、ネットワーク運用事業者およびシステム内の移動体端末ユーザには好都合である。したがって、より優れたユーザ性能および通信リソースの一層の最適利用への要求が常に存在する。例えば、上述のシステムでは、接続が送信チャンネルを変更すると、データ送信中にユーザのデータ速度に段差が生じるが、この段差は、特に段差がチャンネル帯域幅の点から見て大きい場合、アプリケーションの観点から望ましくない。また、送信プロセス中は、チャンネル切り替えプロセスは送信に悪い影響を与える。
国際公開第９９／６６７４８号パンフレット 米国特許出願公開第２００２／００７７１１０号明細書

以上に示したように、種々の送信能力の無線チャンネルを持つ移動体通信システムでは、より優れたユーザ性能とシステム通信リソースの一層の最適利用を達成するための解決法が求められている。

[定義]
チャンネル帯域幅は、チャンネルの最大データ速度と定義される。すなわち、データ誤り率（または、ブロック誤り率）が０のチャンネルを介する総データ速度である。

データ速度は、最大データ速度、すなわち、チャンネル帯域幅から全オーバヘッド情報およびデータ誤り率に依存した係数を差し引いたものと定義される。

本発明の目的は、移動体端末ユーザへの高いユーザ性能と同時に、種々のチャンネル帯域幅を提供する送信チャンネルを備えた通信システムにおける通信リソースの高度な使用法を提供することである。

上記目的は、方法、通信ノードおよびコンピュータプログラム製品によって達成され、それら独自の請求項についての特徴を示す部分で説明される。

上記目的は、データ送信を担う接続のチャンネル帯域幅とデータ誤り率目標値を、分析された送信データ特性（送信要件を示す）および分析された通信リソース負荷に基づいて動的に選択することにより達成される。

本発明の第１の特徴により、パケットデータ通信システムにおける無線アクセスネットワークと移動体端末との間のデータ送信の方法が提供される。ここで、データは無線アクセスネットワークと移動体端末との間に設定された接続を介して送信され、接続はデータ送信に送信チャンネルを使う。その方法は、その接続に対するチャンネル帯域幅とデータ誤り率目標値を、送信の間に、
送信データ特性の分析、
通信システム内の通信リソース負荷の分析、および
データ送信のためのチャンネル帯域幅とデータ誤り率目標値の、送信データ特性および通信システム内の通信リソース負荷に基づく選択、
を繰り返すことにより、動的に設定することを含む。

本発明の第２の特徴により、パケットデータ通信システムにおける無線アクセスネットワーク中に、そのパケットデータ通信システムにおける無線アクセスネットワークと移動体端末との間のデータ送信用に構成された通信ノードが提供される。通信ノードは、無線アクセスネットワークと移動体端末との間に接続を設定するように構成され、その接続はデータ送信に送信チャンネルを使うように構成される。通信ノードは、
送信データ特性を繰り返し分析するように構成された第１の分析手段、
通信システム内の通信リソース負荷を繰り返し分析するように構成された第２の分析手段、および、
送信データ特性および通信システム内の通信リソース負荷に基づいて、データ送信のためのチャンネル帯域幅とデータ誤り率目標値を繰り返し選択するように構成された選択手段、
を含む。

本発明の第１の好都合な実施形態によれば、データ誤り率閾値が決められており、データ誤り率がそのデータ誤り率閾値に達し、またそれとほぼ同時に、分析された通信リソース負荷が負荷閾値に達する迄、接続に対して新しいチャンネル帯域幅は選択されない。

本発明の利点は、実際のデータ速度等、移動体端末ユーザが体験する品質が改善するとともに、システム能力が効率的に使われるような、データ送信のためのチャンネル帯域幅とデータ誤り率の組み合わせを見つけることができるようになることにある。

本発明のもう１つの利点は、データ誤り率を増大させ、またその結果として送信チャンネルの負荷を低減させることにより、その当座は負荷閾値レベルを守りながら、接続が一定のチャンネル帯域幅を使い続けることができることである。したがって、接続が狭めの帯域幅に切り替えられたとした場合に比べて、その接続を介する総スループットはユーザから見てより高いものとなろう。

さらにもう１つの利点は、データ誤り率を増大させることにより、送信リソースの能力を低減させるチャンネル切り替えプロセスをいくらか回避できることである。これによりシステムリソースをいくらか省くことができる。

本発明のさらにもう１つの利点は、不必要なチャンネル切り替えの回避により、または、高いデータ誤り率のため、チャンネルビット速度が新しいチャンネルが提供する低めの帯域幅近辺の値にまで低下したとき、新しいチャンネルへ切り替えることより、チャンネルビット速度における大きい段差を回避することが容易化することにある。

本発明のもう１つの利点は、搬送波電力が高くなり過ぎた事態において、その搬送周波数を使う全移動体端末についてデータ誤り率を増大させることができるので、従来技術におけるようにいくつかの移動体端末だけを高めの帯域幅から低めの帯域幅へ切り替えるのとは違って、移動体端末がシステム内でより「公正に」扱われることである。

以下では、本発明について、本発明の好ましい実施形態を示す添付図面を参照しつつ、さらに十分な説明を行うものとする。しかしながら、本発明は多くの異なった形態において実施されてよく、ここに示す実施形態に限定されるものと考えられるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完璧かつ完全となるように、また当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供されている。全体を通じて、類似の番号は類似の要素を指す。

図１は、本発明を実施可能な移動体通信システムを示す。この移動体通信システムを、広帯域符号分割多元接続（Wideband Code Division Multiple Access、Ｗ−ＣＤＭＡ）システム１００により例示する。Ｗ−ＣＤＭＡシステムはコアネットワーク１０１と無線アクセスネットワークネットワークを備え、ここで、無線アクセスネットワークは無線アクセスネットワークの制御に使われる１つ以上の無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）１０２および１つ以上の基地局、すなわちノードＢ１０３、を含む。各ノードＢは、ある地理的エリアをカバーするセル内で無線接続を提供する。それらをまとめて、無線アクセスネットワークは、セルに分割されたより大きな地理的エリアにおける無線接続を提供する。移動体端末１０４が無線アクセスネットワークでカバーされる地理的エリア中に存在すると、その移動体端末は、その移動体端末が存在するセルをカバーするノードＢ１０３への無線チャンネルを介してＷ−ＣＤＭＡシステムに接続することができる。

Ｗ−ＣＤＭＡシステムでは、セル内の無線チャンネルは１つの無線搬送周波数および無線チャンネルが相互に識別可能となるよう別々の拡散コードを使う。ユーザへのシステムの使い勝手を向上するために、種々のチャンネル帯域幅等、種々の送信能力を持つ種々のタイプの無線チャンネルが提供される。ベストエフォートサービスを使う無線接続を介してデータを送信するとき、その接続は、移動体端末と基地局との間で、例えば、送信情報のタイプおよび移動体端末ユーザが取得した加入タイプに応じて、種々のチャンネル帯域幅の種々のチャンネルを使ってもよい。接続は、種々の帯域幅の種々のチャンネル間で切り替えることができる。チャンネル間の選択と切り替えを制御する機能はチャンネル切り替えと呼ばれる。

従来技術によれば、接続に使われるチャンネルの選択を制御するとき、その接続のチャンネル帯域幅は、送信データ量等の送信要件および送信電力等の送信能力に基づいて選択される。本発明の解決法によれば、この選択プロセスは、送信データ特性および通信システム内の通信リソース負荷に基づいて、接続を介して送信されるデータのチャンネル帯域幅さらにはデータ誤り率目標値を送信の間中、繰り返し選択することにより改善される。なお上記で、通信リソース負荷はそのときの送信能力を示すものである。以上の理由から、送信データ特性および通信リソース負荷の分析が行われる。

用語「送信データ特性」は、送信データへの送信要件を示す特性を表わす。その特性が、例えば、送信データ量または送信データの実時間臨界性に関連してもよい。送信データ特性が、例えば、ファイルの大きさ、パケットサイズ、パケット到着間隔時間、往復時間、および、初期（ＴＣＰ）ウインドウサイズ、の１つまたは複数に基づいてもよい。ＴＣＰパケットに使われる初期ウインドウサイズは、インターネット社会におけるインターネット・スタンダード・トラック・プロトコルとして１９９７年１月に出版された、Ｗ．スティーブンス（W. Stevens）著「ＲＦＣ２００１−ＴＣＰスロースタート、衝突回避、高速再送、および高速回復アルゴリズム（TCP Slow Start, Congestion Avoidance, Fast Retransmit, and Fast Recovery Algorithms）」に詳しく述べられている。データ特性はまた、そのデータが属するアプリケーションまたはサービス、または使われるアプリケーションプロトコルであってもよい。データ特性が、オーバヘッド情報の立ち聞きによってアプリケーションから提供されてもよく、サービス品質情報から提供されてもよく、または、接続の送信側における、送信データが送信に際して通過するバッファのバッファ負荷の測定等、送信データを直接測定することから提供されてもよい。

通信システム内の通信リソース負荷が、例えば、データ送信に使われる送信チャンネルの負荷（例えば、コード電力）であってもよく、またはセルで使われる搬送周波数の負荷（例えば、搬送波電力）、すなわち、セル内の同じ搬送電力を使う全チャンネルの総負荷、であってもよい。

本発明の解決法は、移動体端末ユーザが体験する品質（例えば、実際のデータ速度）とシステム容量の両者を改善するような、すなわち、ユーザ品質対システム容量をトレードオフするような、データ送信のためのチャンネル帯域幅とデータ誤り率の組み合わせを見つけることを可能にする。シミュレーション結果によれば、例えば、高い送信電力を体験する場合もある、ある接続について高めのデータ誤り率を容認することにより、通信リソース負荷が過重になることなく、帯域幅が高めのチャンネルを選択するようにできる。その結果、データのスループット、すなわちその接続を介して送信されるデータの総量は、その接続に低めの帯域幅のチャンネルを選択して、低めのデータ誤り率を体験したとする場合より、より大きくなろう。

接続が１つのチャンネル帯域幅から別のチャンネル帯域幅へ変更されねばならない回数を制限するのも好都合である。というのは、切り替えプロセスは全ての関連するノード間で同期されねばならないが、その処理にはいくらかのシステムリソースが必要であるからである。本発明のある実施形態によれば、送信電力の使用が、チャンネルや搬送周波数レベルの上限か閾値近くまで上昇すると、誤り率目標値を増大させることができる。誤り率目標値を増大させると、実際の誤り率が増大した誤り率目標値とほぼ同じになるよう、送信電力が低減する。これにより、同じチャンネル帯域幅を使い続けることができ、結果として電力使用量を低減させるためのチャンネル切り替えプロセスが回避される。

特に、例えば、大容量データファイルの送信等、大量の送信データを含むデータ送信については、高めのデータ誤り率が容認されてもよいことがわかっている。本発明のある実施形態によれば、チャンネル帯域幅とデータ誤り率目標値が、送信ファイルのサイズおよびシステム内のリソースの送信電力、例えば、接続に使われるチャンネル電力（コード電力）またはセル内で使われる搬送波の総電力（搬送波電力）、に基づいて選択される。

図２に示す本発明の有利な実施形態によれば、送信のためのチャンネル帯域幅とデータ誤り率目標値の両者の選択が、無線ネットワーク制御装置１０２またはノードＢ１０３中の処理装置２０１により、分析された送信データ特性及び分析された送信リソース負荷に基づいて行われる。先に述べたように、これにより、ユーザ品質の改善とシステム能力使用の効率化につながるような、システムチャンネル帯域幅とデータ誤り率の組み合わせを見つけることができるようになる。さらにまた、不必要なチャンネル切り替えの回避、または、高いデータ誤り率によりチャンネルビット速度が新しいチャンネルが提供する低めの帯域幅近くにまで低減した場合に新しいチャンネルへ切り替えることにより、チャンネルビット速度に大きい段差が生じることを回避できるようになる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、データ誤り率目標値が、分析されたコード電力および搬送波電力の少なくともいずれかに基づいて調整される。当初は、データ誤り率目標値により設定される第１のチャンネル帯域幅と第１のデータ誤り率を使って接続が行われてもよい。例えば、セルの無線状態が悪いエリアへの移動体端末の移動等により、接続のコード電力が許容される最大コード電力値、これは例えばユーザの運用事業者が設定した電力値であってもよい、にまで増大すると、接続が低めの帯域幅のチャンネルに切り替えられる代わりに、データ誤り率目標値が、またその結果としてデータ誤り率が、増大させられる。同様に、搬送波電力が負荷閾値レベルに達すると、同じ搬送周波数を使う多くの接続について、データ誤り率が増大させられる。その結果、両ケースとも、低めの帯域幅のチャンネルへ切り替えて低いデータ誤り率を保つとしたときよりも、データ誤り率を増大させることにより、コード電力は低減するが、ユーザから見て総データ速度スループットが高まる場合もあり、また、高めの帯域幅のチャンネルを使い続けることができることになろう。

データ誤り率およびデータ誤り率目標値は、ブロック誤り率（ＢＬＥＲ）およびＢＬＥＲ目標値であってもよい。ブロックは多数のビットを含む。各ブロックに対して、巡回冗長検査（Cyclic Redundancy Check、ＣＲＣ）がブロック誤りを検出するために実行される。誤りの場合、そのブロックは再送されねばならない。データ誤り率はまた、例えば、信号対雑音比、ビット誤り率、またはフレーム誤り率であってもよい。同様に、データ誤り率目標値は上記のいずれかの目標値であってよい。本発明のある実施形態によれば、ＢＬＥＲ目標値が設定され、ＢＬＥＲが測定されて、ＢＬＥＲをＢＬＥＲ目標値レベルに保つべくチャンネル電力が変更されるよう、標準的な電力制御ループ中でＢＬＥＲおよびＢＬＥＲ目標値が使われる。

図３は、本発明のある実施形態に対応する、パケットデータ通信システムにおける無線アクセスネットワークと移動体端末との間に設定された接続を介してデータを送信するための方法を説明するフローチャートを示している。ここで、その接続はデータ送信のために送信チャンネルを使う。本方法は、接続の送信要件、例えば送信データの量、を規定する送信データ特性を分析する（３０１）ことにより開始される。次いで、通信システム内の通信リソース負荷が分析される（３０２）。通信リソース負荷は、例えば、移動体端末が存在するセルで使われる搬送周波数の総負荷および、もしチャンネルが既に使用中ならば、接続を介するデータ送信が既に使用中の送信チャンネル電力（コード電力）の、少なくともいずれかであってもよい。分析工程３０１と３０２の順序は任意でよいことに注意されたい。すなわち、通信リソース負荷を分析する工程３０２は、送信データ特性を分析する工程の前であっても、後であっても、また殆ど同時であってもよい。次いで、チャンネル帯域幅およびデータ誤り率目標値が、送信データ特性およびシステム内の通信リソース負荷に基づいて選択される（３０３）。送信中にも、接続の受信端でデータ誤り率が測定される（３０４）。次いで、このデータ誤り率をデータ誤り率目標値近辺のレベルに保つよう、接続に使われる送信チャンネル電力を調整する（３０５）ために、データ誤り率が選択されたデータ誤り率目標値と共に使われる。本発明の方法の諸工程は、接続の間中、何度も繰り返される。

通信リソース負荷が負荷閾値レベル（通信リソース負荷がそれを超えて増大することを許さないレベルに設定される）に達したと判定されると、その接続に対して新しいデータ誤り率目標値が選択される。この新しいデータ誤り率目標値は、それまで使われたデータ誤り率目標値より高めの値に選ばれる。この新しいデータ誤り率目標値は、送信データ特性に基づいて選択されても良い。そうするとその接続の受信端では、データ誤り率が新しいデータ誤り率目標値より低減させられ、またその結果としてデータ誤り率が新しいデータ誤り率目標値近辺のレベルに保たれるよう調整するべく、その接続に使われるチャンネル電力が低減したことが判定（３０４）されよう。これは外部および内部の電力制御ループによって行われる。外部ループは、Ｅｂ／Ｎｏ（受信電力と干渉の比）目標値を調整することにより、ＢＬＥＲを保とうと試みる。それから内部ループは、ＢＬＥＲ目標値が増大したときにＥｂ／Ｎｏ目標値を、またその結果として所要送信電力を、低減できるよう、Ｅｂ／Ｎｏ測定値をＥｂ／Ｎｏ目標値近辺に保つべく電力を調整する。以上により、通信リソース負荷が負荷閾値以下に低減される。セルの総負荷が負荷閾値レベルに達すると、搬送周波数の全ての接続か、または可能な最も高い帯域幅のチャンネルを使用中の接続か、または別案として最も高い送信電力を使用中の接続に対して、新しい高めのデータ誤り率目標値が選択されてもよい。同様に、データ誤り率を新しいデータ誤り率目標値に調整するために、これらのチャンネル送信電力が低減するので、搬送周波数の総負荷が低減し、負荷閾値レベル以下のレベルに落ち着くことになろう。

通信リソース負荷が閾値レベルに達し、また同時にデータ誤り率目標値が、またその結果としてデータ誤り率が、誤り率閾値レベルにある場合、その接続を介するデータ送信に対して、そのとき使用中のチャンネル帯域幅より狭めの新しいチャンネル帯域幅が選択される。新しいチャンネル帯域幅を選択するとき、その接続は、そのとき使用中の帯域幅を提供する第１の送信チャンネルから新しい狭めのチャンネル帯域幅を提供する第２の送信チャンネルへ切り替えられてもよい。誤り率閾値レベルは、データ誤り率が増大してそれを僅かでも超えると、データ送信が容量またはサービス品質を著しく損なうようなレベルに選択されている。本明細書で後ほどさらに説明するように、本発明のある実施形態によれば、この誤り率閾値レベルは送信データ特性に依存して選択される。例えば、送信ファイルのサイズが大きいほど、誤り率閾値レベルは高く選択することができる。本発明の別の実施形態によれば、固定の誤り率閾値レベルが使われる。シミュレーションによれば、固定ＢＬＥＲ閾値の適正値は１０％であろう。

以上で説明した方法は、通信リソース負荷が上側の閾値レベルに達した場合についての説明であった。同様に、この方法は、通信リソース負荷が下側の閾値レベルに達したときに使われてもよい。その場合、この方法は、高めの帯域幅のチャンネルへ切り替えるよう、また恐らくは、そのとき使用中の帯域幅より高めのデータ誤り率を使うよう、システムに指示してもよい。別案として、この方法は、そのときの帯域幅を、低めのデータ誤り率を使ってであるが、使い続けるようシステムに指示してもよい。

データ誤り率は、好ましくは、データ送信ブロックのブロック誤り率（ＢＬＥＲ）である。データ誤り率目標値は、同様に、ブロック誤り率目標値である。

以上で述べたように、データ誤り率目標値の選択およびチャンネル帯域幅の選択に使われる送信データ特性は、送信ファイルのサイズに依存した値であってもよい。図４と図５のグラフは２つの使用事例を示す。ここでは、転送制御プロトコル（ＴＣＰ）の実際のビット速度が、ユーザが体験するブロック誤り率の関数として描かれている。図４では、ＢＬＥＲの関数であるビット速度が、５ｋバイトのサイズのファイル送信について示され、一方、図５では、送信ファイルは１００ｋバイトのサイズを持つ。両図とも、実線は３種類のチャンネルのＴＣＰビット速度を示し、ここで、第１のチャンネルは３８４ｋｂｐｓの帯域幅を、第２のチャンネルは１２８ｋｂｐｓの帯域幅を、また第３のチャンネルは６４ｋｂｐｓの帯域幅を持つ。点線は、第２チャンネルおよび第３チャンネルの、ＢＬＥＲが１％でのビット速度レベルを記したものである。

５ｋバイトのファイルサイズが送信される図４に見ることができるように、３８４ｋｂｐｓの帯域幅の無線チャンネルは１２％のＢＬＥＲを持つことができ、それでも、１２８ｋｂｐｓの帯域幅でＢＬＥＲが１％のチャンネルより優れたユーザ品質（すなわち、より高いＴＣＰビット速度）を提供できる。同じことが、１２８ｋｂｐｓおよび６４ｋｂｐｓの帯域幅を持つチャンネルの間においても成り立つ。

図５の例では、ファイルサイズは１００ｋバイトである。このグラフから、３８４ｋｂｐｓチャンネルはＢＬＥＲが２０％であっても、接続が１２８ｋビットチャンネルに切り替えられた場合より高いビット速度をユーザに提供できることが見て取れる。同じことが、１２８ｋｂｐｓおよび６４ｋｂｐｓの帯域幅を持つチャンネル間においても成り立つ。

５ｋバイトファイルと１００ｋバイトファイルとの間の品質の差は、ＴＣＰスロースタートアルゴリズムが原因である。ＴＣＰアルゴリズムは、データの流れを最大セグメントサイズ（Maximum Segment Size、ＭＳＳ）までの大きさのＴＣＰセグメントに分割する。ＴＣＰ接続を開始するとき、ＴＣＰは初期ウインドウサイズに従う初期ウインドウ数で開始する。確認信号を受信する度に、送信ウインドウサイズが増大させられる。これは、ＴＣＰがそれだけ多くの未確認セグメントを未解決のまま持てることを意味する。言い換えれば、ＴＣＰ接続開始時の限定された送信ウインドウは、高いデータ速度の接続を十分に利用することを妨げている。その結果、送信ファイルサイズが小さいほど、ＴＣＰスロースタート動作の相対的な影響が大きくなる。

図４と図５のグラフは、ＢＬＥＲおよびＢＬＥＲ目標値が動的に可変であることが、ユーザが体験する品質上好都合であることを示す。図４と図５との比較から、誤り率閾値を、例えばファイルサイズ等の負荷特性に依存して設定することもまた、ユーザ品質の向上につながることがわかる。

図４と図５は、１つのタイプのアプリケーション（ＴＣＰを使うファイルダウンロード）の特性を示す事例に過ぎない。他のアプリケーションプロトコルおよびサービスは異なる振る舞いをし、別の通信ノードＢＬＥＲ目標値／帯域幅の組み合わせを要求するかもしれない。ＴＣＰについても、最良の組み合わせの選択は、ファイルサイズのみではなく、例えば、ＭＳＳ、往復時間、および初期ウインドウサイズ等の、その他のパラメータに依存するかもしれない。

上述の原理は、例えば、セル内の搬送波電力等の共通リソースを共有するユーザ（すなわち、移動体端末）のグループにも適用できる。搬送波電力が負荷閾値レベルに接近したとき、セル内の全ての（またはいくつかの）ユーザへのＢＬＥＲ目標値を増大させることにより、セル内の容量使用率を増大させることができる。これが図６のグラフに示されている。そこでは、全てのユーザに同じＢＬＥＲが使われるとした場合の、リソースの総容量使用率（ｆ^ｃａｐ）がＢＬＥＲの関数として示されている。ＢＬＥＲの増大によるＴＣＰビット速度の低下は、セル内でサービス可能なＴＣＰユーザ数の増加により補償されるものと仮定している。見てのとおり、最大容量使用率はＢＬＥＲが１０％の付近にあり、１％の固定ＢＬＥＲ目標値を使うとした場合より、容量が約１２％大きいレベルにある。

図７は、ＴＣＰビット速度（すなわち、ユーザが体験する品質）を容量使用率の関数として示したグラフである。このグラフは、セル内の全ユーザが５ｋバイトのファイルを送受信する事例を示す。この事例では、セル内の全ユーザに同一のＢＬＥＲを仮定している。セル内の負荷が高くなると（例えば、搬送波電力の増大）、ＢＬＥＲ目標値が増大させられる。増大したＢＬＥＲ目標値、またその結果としての増大したＢＬＥＲ、は容量使用率を増大させる。また、それまで低めのＢＬＥＲが保たれてきたとした場合、低めの帯域幅のチャンネルへの切り替えが必要になるので、この解法に比べれば、ＢＬＥＲの増大によりスループットの観点からのユーザ品質が低減するとしても、ＢＬＥＲの増大によりユーザスループットは高まるであろう。セル内の負荷が小さいときは、低いＢＬＥＲ目標値を使うことができる。これによりシステムの可能な容量使用率は低減するが、ユーザのスループットは増大する。図７からわかるように、容量の利得はＢＬＥＲが５％以上では小さい。一方、ＢＬＥＲが５％の３８４ｋｂｐｓ帯域幅からＢＬＥＲが１％の１２８ｋｂｐｓ帯域幅へ低減方向に切り替えることは、ＴＣＰビット速度損失および容量損失の両方を招くことになる。これにより、同時にパケット送信可能なユーザ数が増大するとしても、セルのスループットは低減する。図７からわかるように、単なる容量およびユーザビット速度の観点からは、チャンネル切り替えはＢＬＥＲが５％から１５％の範囲内で動作するようにすべきである。

図８は本発明のある実施形態による通信ノードの機能ブロック図を示す。Ｗ−ＣＤＭＡシステムでは、本発明が実施される通信ノードは、例えば、ノードＢであるかまたはＲＮＣであってよい。通信ノード８００は処理装置２０１を含み、処理装置２０１は、送信データ特性を分析するように構成された第１の分析部８０２、通信システム内の通信リソース負荷を分析するように構成された第２の分析部８０３、および、送信データ特性に基づきまた通信システム内の通信リソース負荷に基づいてデータ送信のためのチャンネル帯域幅およびデータ誤り率目標値を選択するように構成された選択部８０４を有する。

ノードはまた、送信データ特性に関する情報を受信するよう構成された受信部８０５を有する。この情報は、送信ファイルのサイズ等、送信に必要な帯域幅を指示する。受信部はまた、ある接続に使われるチャンネルの負荷、または移動体端末が存在するセル内の搬送周波数の負荷等の、システム内の通信リソース負荷に関する情報を受信するよう構成される。受信部はまた、接続の受信端におけるデータ誤り率に関する情報を受信するように構成されてもよい。さらに、ノードは送信部８０６を有し、これは例えばデータ誤り率目標値を移動体端末に送信するのに使われてもよい。ノードはまた、実際のデータ誤り率に基づきまた選択されたデータ誤り率に基づいて送信チャンネル電力を調整する調整部８０７を有してもよい。

以上で説明した通信ノードの使用中、データをアップリンクに、すなわち移動体端末から無線アクセスネットワークに向けて送信するとき、以下のプロセスが行われる。移動体端末は、送信データ特性を指示する情報を測定して、この情報を通信ノード中の受信部８０５へ送る。受信部はこの情報を第１の分析部へ渡し、そこでこの情報は送信データ特性の分析に使われる。チャンネル負荷に関する情報は、受信部８０５中でノードのチャンネル負荷を測定することにより直接に受信されるか、または移動体端末での測定を介して間接的に受信される。この情報が受信部８０５から第２の分析部８０３に渡され、そこで、チャンネル負荷の分析に使われる。搬送周波数負荷に関する情報はノード中の受信部で受信され、これもまた第２の分析部８０３に渡され、そこで搬送周波数負荷の分析に使われる。送信データ特性と、チャンネル負荷および搬送波負荷の少なくともいずれかとは選択部８０４に渡され、そこで接続のためのチャンネル帯域幅およびデータ誤り率目標値を選択するために使われる。データ誤り率目標値は調整部８０７に知らされる。受信部８０５でデータが受信されると、例えば受信部において、データ誤り率が判定され、調整部に渡されてそこでデータ誤り率がデータ誤り率目標値と比較される。調整部８０７は、この比較結果を使って、選択されたデータ誤り率目標値付近のレベルにデータ誤り率が保たれるような送信チャンネルの電力レベルを判定するように構成されている。次いで、この判定された電力レベルが送信部８０６を介して移動体端末に伝えられる。その後、更なる指示が受信されるまでは、移動体端末は残りのデータの送信にこの判定された電力レベルを使うことになる。以上で説明した諸工程が送信の間中繰り返される。

図８に示す本発明の実施形態によれば、データをダウンリンクに、すなわち無線アクセスネットワークから移動体端末へ送信するとき、以下のプロセスが行われる。通信ノードが、バッファ（図には示されていない）中にコアネットワークからの送信データを、無線アクセスネットワーク中の別のノードを介して受信したとする。ある実施形態によれば、バッファ負荷はノード中の測定部（図には示されていない）によって測定され、第１の分析部８０２に渡され、そこで、測定されたバッファ負荷に基づいてデータ特性が分析される。チャンネル負荷に関する情報もまた、ノード中の受信部８０５で、直接的にまたは移動体端末における測定を介して間接的に、受信される。この情報は受信部８０５から第２の分析部８０３へ渡され、そこでチャンネル負荷の分析に使われる。搬送周波数の負荷情報は、ノード中の受信部において受信され、これもまた第２の分析部８０３に渡され、そこで搬送周波数負荷の分析に使われる。送信データ特性と、チャンネル負荷および搬送周波数負荷の少なくともいずれかとは選択部８０４に渡され、そこでその接続のためのチャンネル帯域幅およびデータ誤り率目標値を選択するのに使われる。データ誤り率目標値は送信部８０６を介して移動体端末へ送信され、移動体端末は、実際のデータ誤り率を測定してその実際のデータ誤り率をデータ誤り率目標値と比較するよう、ノードから指示される。その結果は、データ誤り率をデータ誤り率目標値レベルに保つのに適当な送信電力レベルを算出するのに使われる。算出された送信電力レベルは通信ノードに伝えられる。この電力レベルは受信部８０５で受信され、送信電力を調整するために調整部８０７に伝えられる。その後の指示が受信されるまでは、ノードは残りのデータの送信にこの調整された電力を使うことになる。以上で説明した諸工程が送信の間中繰り返される。

本発明のある実施形態によれば、負荷閾値および誤り率閾値が選択部８０４に格納されていてもよい。データ送信のためにチャンネル帯域幅およびデータ誤り率目標値を選択するとき、判定された負荷の値を負荷閾値と比較し、この比較結果をデータ誤り率目標値およびチャンネル帯域幅を選択する際に考慮に入れるよう、選択部が構成されてもよい。選択部はまた、データ誤り率およびチャンネル帯域幅を選択するとき、誤り率閾値を考慮に入れるように構成される。誤り率閾値は、ユーザ品質およびシステム容量の観点からチャンネルの切り替えに相応の値に設定される。ある実施形態では、誤り率閾値は固定値であり、約１０％に設定される。別の実施形態では、誤り率閾値は動的な値であり、送信データ特性、例えば、送信ファイルのサイズ、に依存して設定される。

以上で述べたように、本発明で判定され使われる送信データ特性は、本発明のある実施形態によれば、送信ファイルのサイズ等の送信データの量に基づいている。通信システムがファイルサイズを判定するのは非現実的であるので、接続の送信側におけるバッファ負荷のような、無線リンク制御（Radio Link Control、ＲＬＣ）レイヤ上の測定値を使わなければならない。その値は、接続の送信側に存在し、送信データが送信前に格納されるバッファの負荷を、送信の間に測定することにより取得可能である。データ送信に先立ってのファイルサイズの判別は、特にバッファサイズ測定法が使われる場合は、困難かもしれないので、最初は短いファイルサイズを仮定し、ファイル送信が継続する場合に、接続の送信側で測定したバッファ負荷に基づいて「ファイルサイズの期待値」パラメータを増大させてもよい。

送信データ特性に関する情報が、例えばデータを構成するメッセージのヘッダ中またはそれとは別のメッセージ中の、データ送信者からのメッセージを介して取得されてもよい。送信データ特性に関する情報が、アプリケーション、サービス品質情報および加入者情報の少なくともいずれかから、直接的または間接的に得られてもよい。

本発明の別の実施形態によれば、送信データ特性が、例えば、送信データの実時間臨界性に関する情報であってもよい。そのような情報は、例えば、データの送信者からのメッセージを介して取得可能であろう。

搬送周波数の総負荷を、例えば、コードツリーの使用割合（すなわち、その周波数について存在する直交ＣＤＭＡコードの総数の割合としての直交ＣＤＭＡコードの使用数）に基づくか、全利用可能帯域幅中の使用割合に基づくか、この搬送周波数を使うセル内の移動体端末数に、利用サービスも考慮に入れて、基づくか、または判定されたセルの搬送波電力に基づくかして判定してもよい。搬送周波数の総負荷を、その搬送周波数を使う移動体端末数に基づいて判定する場合、サービスの負荷要因を表わす各端末にサービスのコスト重みを適用し、すべての端末への重みを集計することにより、総負荷を判定してもよい。

本明細書で説明したように、ファイルサイズ等のデータ特性および通信リソース負荷に基づいて、データ送信のためのデータ誤り率およびあるチャンネル帯域幅のチャンネルを動的に選択できるようにすることにより、システム容量が増大すると同時に接続を介するスループットも増大する。それらの手段により、データ誤り率を増大させ、その結果として送信チャンネルの負荷を低減させることにより、接続は、その当座は負荷閾値レベルを守りながら、一定のチャンネル帯域幅を使い続けることができる。これによって、接続を介する総スループットは、ユーザから見て、接続が低めの帯域幅へ切り替えられたとしたときと比較して、高くなる。

図面および明細において、本発明の好ましい実施形態および事例が開示された。特定の用語が使われているが、それらは一般的かつ説明的意味合いでのみ使われるものであり、限定を目的とするものではない。本発明の範囲は請求項に述べられる。

本発明を実施することができる通信システムの概略ブロック図を示す。 本発明の実施形態の概略ブロック図を示す。 本発明による方法のフローチャートである。 種々の帯域幅の種々のチャンネルを介して５ｋバイトのファイルを送信する接続についての、実際のビット速度対ブロック誤り率（ＢＬＥＲ）のグラフである。 種々の帯域幅の種々のチャンネルを介して１００ｋバイトのファイルを送信する接続についての、実際のビット速度対ブロック誤り率（ＢＬＥＲ）のグラフである。 周波数容量の利用率対ブロック誤り率の図を描いたものである。 接続の実際のビット速度対周波数容量の利用率の図を描いたものである。 本発明のある実施形態による通信ノードの概略ブロック図を示す。

Claims (22)

1. パケットデータ通信システム内の無線アクセスネットワークと移動体端末との間でデータを送信するための方法であって、該データは無線アクセスネットワークと移動体端末との間に確立された接続を介して送信され、前記接続はデータ送信用の送信チャンネルを利用し、前記方法が、
   送信データの特性を、前記送信データが通過する前記接続の送信側バッファでの負荷の測定値を使って分析する工程と（３０１）、
   前記通信システム内の通信リソースの負荷を分析する工程と（３０２）、
   前記送信データ特性および前記通信システム内の通信リソース負荷に基づき、前記データ送信のためのチャンネル帯域幅およびデータ誤り率目標値を選択する工程と（３０３）
   を送信の間繰り返すことにより、前記接続のためのチャンネル帯域幅およびデータ誤り率目標値を動的に選択する工程を備え、
   前記通信システム内の通信リソース負荷が負荷閾値レベルに達した場合に、そのとき使用中のデータ誤り率目標値とは異なる新しいデータ誤り率目標値が選択され、
   前記通信システム内の通信リソース負荷が前記負荷閾値レベルに達し、かつ、前記新しいデータ誤り率目標値が、超過すると前記通信システムのデータ送信効率が低下するレベルに設定されている誤り率閾値レベルにある場合に、前記接続を介した前記データ送信のために、使用中のチャンネル帯域幅とは異なる新しいチャンネル帯域幅が選択される、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記通信システムにおける通信リソース負荷を分析する工程（３０２）には、前記移動体端末が存在するセル内で使われる搬送周波数の総負荷を分析する工程が含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記通信システムにおける通信リソース負荷を分析する工程（３０２）には、データ送信に使われる前記送信チャンネルの負荷を分析する工程が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記新しいデータ誤り率目標値は、そのとき使用中のデータ誤り率目標値より高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記誤り率閾値レベルが前記送信データ特性に基づいて設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記誤り率閾値レベルが、およそデータ誤り率１０％の値に設定される、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記データ誤り率が、送信データブロックのブロック誤り率（ＢＬＥＲ）であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記セル内の搬送周波数の総負荷が、該セルの搬送波電力に基づいて分析されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
9. 前記セル内の搬送周波数の総負荷が、該セル内で該搬送周波数を使う移動体端末の数に基づいて分析されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
10. 前記データが前記無線アクセスネットワークから前記移動体端末へ送信されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記データが前記移動体端末から前記無線アクセスネットワークへ送信されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記方法が、
    前記接続の受信端におけるデータ誤り率を判定する工程（３０４）と、
    該判定されたデータ誤り率と、該データ誤り率をデータ誤り率目標値とほぼ同様のレベルに保つように選択された該データ誤り率目標値とに基づき、前記接続の前記送信チャンネル電力を調整する工程（３０５）と、
    を繰り返し実行する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. パケットデータ通信システム内の無線アクセスネットワークにおける通信ノード（８００）であって、前記パケットデータ通信システムは、該システム内の前記無線アクセスネットワークと移動体端末との間でデータ送信を行うように適合され、前記通信ノードは、前記無線アクセスネットワークと前記移動体端末との間の接続を確立するように適合され、前記接続は、データ送信用の送信チャンネルを利用するように適合され、前記通信ノード（８００）が、
    送信データ特性を、前記送信データが通過する前記接続の送信側バッファでの負荷の測定値を使って繰り返し分析するよう適合された第１の分析手段（８０２）と、
    前記通信システム内の通信リソース負荷を繰り返し分析するよう適合された第２の分析手段（８０３）と、
    該送信データ特性および該通信システム内の通信リソース負荷に基づいて、該データ送信のためのチャンネル帯域幅およびデータ誤り率目標値を繰り返し選択するよう適合された選択手段と（８０４）、
    を備え、
    前記選択手段（８０４）は、前記通信システム内の通信リソース負荷が負荷閾値レベルに達した場合に、そのとき使用中のデータ誤り率目標値とは異なる新しいデータ誤り率目標値を選択し、
    前記選択手段（８０４）は、前記通信システム内の通信リソース負荷が前記負荷閾値レベルに達し、かつ、前記新しいデータ誤り率目標値が、超過すると前記通信システムのデータ送信効率が低下するレベルに設定されている誤り率閾値レベルにある場合に、前記接続を介した前記データ送信のために、使用中のチャンネル帯域幅とは異なる新しいチャンネル帯域幅を選択する、
    ことを特徴とする通信ノード。
14. 前記ノードがノードＢである、ことを特徴とする請求項１３に記載の通信ノード。
15. 前記ノードが無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）である、ことを特徴とする請求項１３に記載の通信ノード。
16. 前記第２の分析手段（８０３）が、前記移動体端末が存在するセル内で使われる搬送周波数の総負荷を分析するように適合されていることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の通信ノード。
17. 前記第２の分析手段（８０３）が、データ送信に使われる送信チャンネルの負荷を分析するように適合されていることを特徴とする請求項１３から１６のいずれか１項に記載の通信ノード。
18. 前記データ誤り率が、送信データブロックのブロック誤り率（ＢＬＥＲ）であることを特徴とする請求項１３から１７のいずれか１項に記載の通信ノード。
19. 前記セル内の搬送周波数の総負荷が、前記セル内の搬送波電力に基づいて分析されることを特徴とする請求項１６に記載の通信ノード。
20. 前記セル内の搬送周波数の総負荷が、前記セル内で該搬送周波数を使う移動体端末の数に基づいて分析されることを特徴とする請求項１６に記載の通信ノード。
21. 前記通信ノードが、
    送信データのデータ誤り率を判定するように適合された判定手段と、
    該判定されたデータ誤り率と、該データ誤り率をデータ誤り率目標値とほぼ同様のレベルに保つように選択された該データ誤り率目標値とに基づいて、前記接続の前記送信チャンネルの電力を調整するように適合された調整手段（８０７）と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１３から２０のいずれか１項に記載の通信ノード。
22. 通信ノードに備わるデジタルコンピュータ装置の記憶装置にロード可能なコンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムが該コンピュータ装置上で実行されるとき、該コンピュータプログラムが請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法を実行することを特徴とするコンピュータプログラム。

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