JP4828463B2 - 無線フレーム制御装置、無線フレーム制御方法、および無線通信装置 - Google Patents

無線フレーム制御装置、無線フレーム制御方法、および無線通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、無線フレーム制御装置、無線フレーム制御方法、および無線通信装置に関する。
次世代の無線アクセス方式として、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）の標準規格ＩＥＥＥ８０２．１６が高速・広帯域伝送を実現するものとして知られている（例えば、非特許文献１参照）。ＩＥＥＥ８０２．１６規格では、伝送方式の一つとして直交周波数分割多元接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：ＯＦＤＭＡ）方式が採用されている。直交周波数分割多元接続方式は、周波数が互いに直交する複数のサブキャリアから構成される広帯域信号を用いて通信を行うマルチキャリア伝送方式の一つであり、ユーザ（端末局）ごとに異なるサブキャリアを使用することで、一基地局と複数ユーザとの多元接続を実現する。また、ＩＥＥＥ８０２．１６規格を拡張させたものとして、移動通信環境に対応した規格ＩＥＥＥ８０２．１６ｅが規定されている（例えば、非特許文献２参照）。ＩＥＥＥ８０２．１６e規格も同様に伝送方式の一つとして直交周波数分割多元接続方式が採用されている。
図５は、直交周波数分割多元接続方式の上りリンク（端末局から基地局方向のリンク）の無線フレーム（以下、「上りリンクサブフレーム」と記す）の従来の構成例を示す図である。図５の上りリンクサブフレームは、ＩＥＥＥ８０２．１６及びＩＥＥＥ８０２．１６e規格（以下、両規格を称してＩＥＥＥ８０２．１６規格等と記す）に準拠している。図５において、上りリンクサブフレームは、複数の直交周波数分割多元接続シンボル（OFDMA symbol）と複数の論理サブチャネル（Logical subchannel）から構成される。上りリンクサブフレーム内では、複数の直交周波数分割多元接続シンボルが、上りリンクサブフレーム期間（Uplink subframe duration）にわたり、時間方向に多重されている。また、直交周波数分割多元接続シンボル内では、複数のサブチャネルが周波数多重されている。直交周波数分割多元接続方式では、各ユーザからのパケットをどの直交周波数分割多元接続シンボルのどの論理サブチャネルに配置するかを示す配置情報を上りリンクサブフレームごとに決定する。基地局はその決定した配置情報を下りリンクの通信に乗せて各端末局に通知する。各端末局の送信機は、通知された配置情報で指定された論理サブチャネルを用いて、上りリンクのパケット送信を行う。
なお、論理サブチャネルに配置された各端末局からの上りリンクのパケットは、実際の送信時には周波数方向に並び替えが施された後、送信される。ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格では、その並び替えのパタンはアップリンクパームベース（UL_PermBase）と呼ばれる変数で指定される。アップリンクパームベースは０から６９までの値を指定することと定められており、その値によって並び替えのパタンが異なるようになっている。各端末局は、アップリンクパームベースの値に従ったパタンで論理サブチャネルに配置したデータを実際の周波数上での並びに変換してから送信を行う。
また、図５はＩＥＥＥ８０２．１６規格等の上りリンクサブフレームのパーシャルユーセージオブサブチャネル（Partial Usage of SubChannels, ＰＵＳＣ）ゾーンを示している。同図に示されるように、上りリンクサブフレームには、レンジングサブチャネル（Ranging subchannel）と、アップリンクバースト（UL burst）とが配置される。レンジングサブチャネルは端末局が基地局に接続に行く際に接続要求を送信したり、接続後に帯域要求を送信したりするための信号を格納する部分である。アップリンクバーストは実際の通信のパケットを格納する部分であり、１つのアップリンクバーストは１つの端末局からの上りパケットで構成される。アップリンクバーストについては、ＩＥＥＥ８０２．１６規格等で規定される制限内で、任意にその大きさを決めることができる。図５の例では、上りリンク用のバースト（burst）、つまりアップリンクバーストが５個設けられている。その設け方はＩＥＥＥ８０２．１６規格等に準拠している。
図６は、従来技術によって端末局側に通知される配置情報と、無線フレーム上のアップリンクバーストの関係を示した例である。図６に示す通り、配置情報は、通信識別子、変調方式と符号化率（ＰＨＹ＿ＭＯＤＥ）、および当該通信に割当てられた、パケット送信に使用することが出来るリソース量の３つからなる情報で構成されており、配置情報内の１つの通信識別子に対するリソース量が、無線フレーム上の１つのアップリンクバーストの定義に対応している。
IEEE Std 802.16-2004, "Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems," 2004. IEEE Std 802.16e-2005, "Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems," 2005.
しかし、ＩＥＥＥ８０２．１６規格等では、上りリンクサブフレームにおける直交周波数分割多元接続シンボルおよびサブキャリアの割当ての仕方、つまりアップリンクバーストの設け方を規定している。その規定によれば、図５のアップリンクバースト＃２に示されるバースト構成のように、一つのバーストは論理サブチャネルの番号の小さいほうから順にリソースを確保し、１論理サブチャネル内では時間方向（直交周波数分割多元接続シンボル方向）にリソースを確保し、一つ前のバーストの終端に引き続いてリソースを確保し、そのリソースの中にパケットを割当てなければならない。
すなわち、配置情報内の通信識別子で示された各通信が使うリソースは、その配置情報に示された順に、前の通信が使うリソースの直後のリソースから確保しなければならない。そして、各通信が使うリソースの量は、配置情報で指定されたリソース量に相当する。この２つの情報によって各アップリンクバーストの位置およびサイズが決定する。
例えば、図６において、通信識別子１の通信は、使用することができるリソース量として１１スロットが割当てられているため、レンジングサブチャネルが確保している１番論理サブチャネルの次のチャネルである２番論理サブチャネルの先頭のスロットから、４番論理サブチャネルの３番目のスロットまでを使用してパケットを送信する。通信識別子２の通信は、使用することができるリソース量として１４スロットが割当てられているため、通信識別子１の通信が使うリソースの直後である４番論理サブチャネルの４番目のスロットから８番論理サブチャネルの最初のスロットまでを使用してパケットを送信する。通信識別子３の通信は、使用することができるリソース量として１９スロットが割当てられているため、通信識別子２の通信が使うリソースの直後である８番論理サブチャネルの２番目のスロットから１２番論理サブチャネルの最後のスロットまでを使用してパケットを送信する。通信識別子４の通信は、使用することができるリソース量として１４スロットが割当てられているため、通信識別子３の通信が使うリソースの直後である１３番論理サブチャネルの最初のスロットから１６番論理サブチャネルの２番目のスロットまでを使用してパケットを送信する。通信識別子５の通信は、使用することができるリソース量として１４スロットが割当てられているため、通信識別子４の通信が使うリソースの直後である１６番論理サブチャネルの３番目のスロットから１９番論理サブチャネルの最後のスロットまでを使用してパケットを送信する。
そのため、従来ではアップリンクバーストの前に、空きスロットおよび空き論理サブチャネルが存在する無線フレームを構成することができないという問題があった。また、電波環境が悪い論理サブチャネルが存在するなど、使用させたくない論理サブチャネルがある場合においても、空きスロットおよび空き論理サブチャネルが存在する無線フレームを構成することができないという問題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、直交周波数分割多元接続方式の上りリンクのパーシャルユーセージオブサブチャネルゾーンにおいて、ＩＥＥＥ８０２．１６規格等標準規格に準拠したまま、アップリンクバーストの前に、空きスロットおよび空き論理サブチャネルが存在する無線フレームを構成することが可能であり、また、電波環境が悪い論理サブチャネルが存在するなど、使用させたくない論理サブチャネルがある場合においても、空きスロットおよび空き論理サブチャネルが存在する無線フレームを構成することが可能な無線フレーム制御装置、無線フレーム制御方法、および無線通信装置を提供することを目的とする。
本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１６規格またはＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格に準拠した直交周波数分割多元接続方式の無線フレームを制御する無線フレーム制御装置において、各端末局から受信した無線リソース要求に基づいて、各該端末局に割当てる上りリンクの無線リソース量を含んだ第１の配置情報を生成する配置情報生成部と、擬似通信に割当てる上りリンクの仮の無線リソース量を含んだ擬似配置情報を生成する擬似配置情報生成部と、前記第１の配置情報に前記擬似配置情報を挿入し、第２の配置情報を生成する無線リソース割当て部と、を備えたことを特徴とする、無線フレーム制御装置である。この発明によれば、直交周波数分割多元接続方式の上りリンクのパーシャルユーセージオブサブチャネルゾーンにおいて、ＩＥＥＥ８０２．１６規格等標準規格に準拠したまま、論理サブチャネルに空き領域を作成した無線フレームを構成することができる。
また、本発明は、無線フレーム制御装置を備えたことを特徴とする直交周波数分割多元接続方式の無線通信装置である。
また、本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１６規格またはＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格に準拠した直交周波数分割多元接続方式の無線フレームを制御する無線フレーム制御装置において、各端末局から受信した無線リソース要求に基づいて、各該端末局に割当てる上りリンクの無線リソース量を含んだ第１の配置情報を生成する配置情報生成ステップと、擬似通信に割当てる上りリンクの仮の無線リソース量を含んだ擬似配置情報を生成する擬似配置情報生成ステップと、前記第１の配置情報に前記擬似配置情報を挿入し、第２の配置情報を生成する無線リソース割当てステップと、を含むことを特徴とする、無線フレーム制御方法である。
本発明によれば、直交周波数分割多元接続方式の上りリンクのパーシャルユーセージオブサブチャネルゾーンにおいて、ＩＥＥＥ８０２．１６規格等標準規格に準拠したまま、アップリンクバーストの前に、空きスロットおよび空き論理サブチャネルが存在する無線フレームを構成することが可能となり、電波環境が悪い論理サブチャネルが存在するなど、使用させたくない論理サブチャネルがある場合においても、空きスロットおよび空き論理サブチャネルが存在する無線フレームを構成することが可能となる。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態による無線フレーム制御装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態の無線フレーム制御装置は、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式の無線フレームを制御し、例えば直交周波数分割多元接続方式の無線通信装置（基地局装置等）に備えられる。本実施形態では、図１の無線フレーム制御装置がＩＥＥＥ８０２．１６規格等に準拠の直交周波数分割多元接続方式の上りリンク（端末局から基地局方向のリンク）の無線フレーム（上りリンクサブフレーム）を制御する場合について説明する。
図１において、無線フレーム制御装置は、無線リソース割当て部１０１と、配置情報生成部１０２と、擬似配置情報生成部１０３とを有する。無線リソース割当て部１０１は、端末局より無線リソース要求情報を受信する。無線リソース要求情報は、端末局から基地局方向のリンクである上りリンクでの通信に使用するリソースの要求メッセージである。無線リソース割当て部１０１は、端末局より受信した無線リソース要求情報に基づいて、無線フレーム上の配置情報の作成依頼メッセージを配置情報生成部１０２および擬似配置情報生成部１０３に出力する。また、配置情報生成部１０２および擬似配置情報生成部１０３より生成された配置情報を受け取り、その配置情報の並びを調整し、端末局側に通知する最終的な配置情報を作成し出力する。配置情報生成部１０２は、当該基地局が収容している通信に対する無線フレーム上の配置情報を作成する。擬似配置情報生成部１０３は、当該基地局が収容している通信ではない擬似の通信に対する無線フレーム上の配置情報を作成する。
はじめに、無線リソース割当て部１０１は、各端末局より無線リソース要求情報を受信し、記憶する。続いて、無線リソース割当て部１０１は、記憶した無線リソース要求情報に基づいて、各端末局に対して端末局固有の通信識別子、変調方式と符号化率（ＰＨＹ＿ＭＯＤＥ）、端末局に割当てる無線リソース量を決定する。例えば、通信識別子１を割当てられた端末局との通信で使用する変調方式と符号化率はＡ、割当てる無線リソース量は１１スロットである。また、通信識別子２を割当てられた端末局との通信で使用する変調方式と符号化率はＢ、割当てる無線リソース量は１４スロットである。また、通信識別子３を割当てられた端末局との通信で使用する変調方式と符号化率はＣ、割当てる無線リソース量は１９スロットである。また、通信識別子４を割当てられた端末局との通信で使用する変調方式と符号化率はＤ、割当てる無線リソース量は１４スロットである。
続いて、無線リソース割当て部１０１は、各端末局に割当てた通信識別子、変調方式と符号化率、および割当てる無線リソース量を配置情報生成部１０２に送信する。続いて、配置情報生成部１０２は、無線リソース割当て部１０１より受信した各端末局に割当てた通信識別子、変調方式と符号化率、および割当てる無線リソース量に基づいて配置情報（第１の配置情報）を生成する。配置情報は無線フレーム上の各リソースの配置を決定する情報である。第１の配置情報と無線フレーム上の各リソースの配置については図２を参照し説明する。
図２は本実施形態での配置情報生成部１０２が生成した配置情報と無線フレーム構成の関係を示す図である。配置情報は表形式で表され、属性としては通信識別子、ＰＨＹ＿ＭＯＤＥ、およびリソース量がある。リソース量の単位はスロットである。１行が１つの端末局の情報を示す。図示する例では４行あって、通信識別子１が割当てられる端末局のＰＨＹ＿ＭＯＤＥはＡであり、リソース量は１１スロットである。通信識別子２が割当てられる端末局のＰＨＹ＿ＭＯＤＥはＢであり、リソース量は１４スロットである。通信識別子３が割当てられる端末局のＰＨＹ＿ＭＯＤＥはＣであり、リソース量は１９スロットである。通信識別子４が割当てられる端末局のＰＨＹ＿ＭＯＤＥはＤであり、リソース量は１４スロットである。
通信識別子１の端末局が使用するアップリンクバースト＃１は２番論理サブチャネルの先頭のスロットから、４番論理サブチャネルの３番目のスロットが割当てられている。通信識別子２の端末局が使用するアップリンクバースト＃２は４番論理サブチャネルの４番目のスロットから８番論理サブチャネルの最初のスロットが割当てられている。通信識別子３の端末局が使用するアップリンクバースト＃３は８番論理サブチャネルの２番目のスロットから１２番論理サブチャネルの最後のスロットまで割当てられている。通信識別子４の端末局が使用するアップリンクバースト＃４は、１３番論理サブチャネルの最初のスロットから１６番論理サブチャネルの２番目のスロットが割当てられている。
続いて、配置情報生成部１０２は、生成した配置情報を無線リソース割当て部１０１に送信する。
続いて、無線リソース割当て部１０１は、当該基地局と各端末局間の通信を監視している図示しない監視部より、通信状態の悪い論理サブチャネルの情報を受信する。例えば、通信状態の悪い論理サブチャネルは１３番論理サブチャネルと１４番論理サブチャネルである。
次に、無線リソース割当て部１０１は、擬似の無線通信に対して通信状態の悪い論理サブチャネルを割当てるための、仮の通信識別子と、仮の変調方式と符号化率と、仮の無線リソース量を決定する。
無線リソース割当て部１０１は、配置情報生成部１０２が生成した配置情報に基づいて、通信状態の悪い論理サブチャネルが割当てられているアップリンクバーストを同定する。通信状態の悪い１３番論理サブチャネルと１４番論理サブチャネルが割当てられているアップリンクバーストはアップリンクバースト＃４である。
続いて、無線リソース割当て部１０１は、擬似の無線通信に割当てる仮の無線リソース量を算出する。１３番論理サブチャネルと１４番論理サブチャネルが割当てられているアップリンクバースト＃４の最初のスロットから、１４番論理サブチャネルの最後のスロットまでのスロット数である８スロットが仮の無線リソース量である。
続いて、擬似の無線通信に割当てる仮の通信識別子と仮の変調方式と符号化率を決定する。仮の通信識別子は９９であり、仮の変調方式と符号化率はＡである。
続いて、無線リソース割当て部１０１は、擬似の無線通信に割当てる仮の通信識別子と、仮の変調方式と符号化率と、仮の無線リソース量を擬似配置情報生成部１０３に送信する。
続いて、擬似配置情報生成部１０３は、無線リソース割当て部１０１より受信した擬似の無線通信に割当てる仮の通信識別子と、仮の変調方式と符号化率、仮の無線リソース量に基づいて擬似配置情報を生成する。擬似配置情報は、擬似の無線通信に割当てる仮の無線リソース量を示す情報である。
図３は本実施形態での擬似配置情報生成部１０３が生成した擬似配置情報を示す図である。擬似配置情報は表形式で表され、属性としては通信識別子、ＰＨＹ＿ＭＯＤＥ、およびリソース量がある。リソース量の単位はスロットである。１行が１つの端末局の情報を示す。図示する例では１行あって、通信識別子（仮の通信識別子）９９が割当てられる端末局のＰＨＹ＿ＭＯＤＥ（仮の変調方式と符号化率）はＡであり、リソース量（仮の無線リソース量）は１１スロットである。
続いて、擬似配置情報生成部１０３は、生成した擬似配置情報を無線リソース割当て部１０１に送信する。
次に、無線リソース割当て部１０１は、配置情報（第２の配置情報）を生成するために、配置情報生成部１０２の配置情報において、通信状態の悪い論理サブチャネルを使用する端末局の通信識別子の前に、擬似配置情報を挿入する。また、無線リソース割当て部１０１は、第２の配置情報より無線フレームを構成する。
例えば、無線リソース割当て部１０１は、配置情報生成部１０２が生成した配置情報において、通信状態の悪い論理サブチャネルを使用する端末局、すなわち通信識別子４の前に擬似配置情報を挿入する。無線リソース割当て部１０１が生成した配置情報について図４を参照し説明する。
図４は本実施形態での無線リソース割当て部１０１が生成した配置情報と無線フレーム構成の関係を示す図である。配置情報は表形式で表され、属性としては通信識別子、ＰＨＹ＿ＭＯＤＥ、およびリソース量がある。リソース量の単位はスロットである。１行が１つの端末局の情報を示す。図示する例では５行あって、通信識別子１が割当てられる端末局のＰＨＹ＿ＭＯＤＥはＡであり、リソース量は１１スロットである。通信識別子２が割当てられる端末局のＰＨＹ＿ＭＯＤＥはＢであり、リソース量は１４スロットである。通信識別子３が割当てられる端末局のＰＨＹ＿ＭＯＤＥはＣであり、リソース量は１９スロットである。通信識別子９９が割当てられる端末局のＰＨＹ＿ＭＯＤＥはＡであり、リソース量は８スロットである。通信識別子４が割当てられる端末局のＰＨＹ＿ＭＯＤＥはＤであり、リソース量は１４スロットである。
通信識別子１の端末局が使用するアップリンクバースト＃１は２番論理サブチャネルの先頭のスロットから、４番論理サブチャネルの３番目のスロットが割当てられている。通信識別子２の端末局が使用するアップリンクバースト＃２は４番論理サブチャネルの４番目のスロットから８番論理サブチャネルの最初のスロットが割当てられている。通信識別子３の端末局が使用するアップリンクバースト＃３は８番論理サブチャネルの２番目のスロットから１２番論理サブチャネルの最後のスロットまで割当てられている。通信識別子４の前に擬似配置情報が挿入されているため、１３番論理サブチャネルと１４番論理サブチャネルには、擬似通信である通信識別子９９の端末局が擬似的に使用するアップリンクバースト＃４が割当てられている。通信識別子４の端末局が使用するアップリンクバーストはアップリンクバースト＃５となり、割当てられているスロットは、１５番論理サブチャネルの最初のスロットから１８番論理サブチャネルの２番目のスロットとなる。
よって、無線リソース割当て部は、通信状態の悪い論理サブチャネルを使用することなく無線フレームを構成することが可能である。
上述したとおり、本実施形態によれば、直交周波数分割多元接続方式の上りリンクのパーシャルユーセージオブサブチャネルゾーンにおいて、ＩＥＥＥ８０２．１６規格等標準規格に準拠したまま、アップリンクバーストの前に、空きスロットおよび空き論理サブチャネルが存在する無線フレームを構成することができ、電波環境が悪い論理サブチャネルが存在するなど、使用させたくない論理サブチャネルがある場合においても、空きスロットおよび空き論理サブチャネルが存在する無線フレームを構成することができる。
なお、本実施形態では電波環境が悪い論理サブチャネルが存在する場合について記述したが、それ以外の要因で特定の空きスロットおよび空き論理サブチャネルが存在する無線フレームを構成することも可能である。また、本実施形態では、擬似配置情報として２論理サブチャネル分のスロットを割当てているが、当然のことながら、必ずしも論理サブチャネル分のスロットの整数倍の量を擬似配置情報として割当てる必要は無い。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成や方法はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
本発明の一実施形態による無線フレーム制御装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による配置情報生成部が生成した配置情報と無線フレーム構成の関係を示す図である。 本発明の一実施形態による擬似配置情報生成部が生成した擬似配置情報の図である。 本発明の一実施形態による無線リソース割当て部が生成した配置情報と無線フレーム構成の関係を示す図である。 直交周波数分割多元接続方式の上りリンクサブフレームの構成例を示す図である。 従来技術の無線フレーム制御装置によって端末局側に通知される配置情報と無線フレーム構成の関係を示す図である。
符号の説明
１０１・・・無線リソース割当て部、１０２・・・配置情報生成部、１０３・・・擬似配置情報生成部

Claims (3)

  1. ＩＥＥＥ８０２．１６規格またはＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格に準拠した直交周波数分割多元接続方式の無線フレームを制御する無線フレーム制御装置において、
    各端末局から受信した無線リソース要求に基づいて、各該端末局に割当てる上りリンクの無線リソース量を含んだ第１の配置情報を生成する配置情報生成部と、
    擬似通信に割当てる上りリンクの仮の無線リソース量を含んだ擬似配置情報を生成する擬似配置情報生成部と、
    前記第１の配置情報に前記擬似配置情報を挿入し、第２の配置情報を生成する無線リソース割当て部と、
    を備えたことを特徴とする、無線フレーム制御装置。
  2. 請求項１に記載の無線フレーム制御装置を備えたことを特徴とする直交周波数分割多元接続方式の無線通信装置。
  3. ＩＥＥＥ８０２．１６規格またはＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格に準拠した直交周波数分割多元接続方式の無線フレームを制御する無線フレーム制御装置において、
    各端末局から受信した無線リソース要求に基づいて、各該端末局に割当てる上りリンクの無線リソース量を含んだ第１の配置情報を生成する配置情報生成ステップと、
    擬似通信に割当てる上りリンクの仮の無線リソース量を含んだ擬似配置情報を生成する擬似配置情報生成ステップと、
    前記第１の配置情報に前記擬似配置情報を挿入し、第２の配置情報を生成する無線リソース割当てステップと、
    を含むことを特徴とする、無線フレーム制御方法。
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