JP4842373B2 - 移動通信装置 - Google Patents
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Description
本発明は、データの再送制御機能を有する移動通信装置に関し、特に、再送制御の際に、既に受信し蓄積しているデータと再送されたデータとを合成する再送合成処理を行う移動通信装置に関する。
移動通信システムは、インターネット接続などモバイルマルチメディアサービスへの対応のためのデータ通信の高速化が要求されている。高速データ通信のためにパケットデータを効率的に伝送する手段として、再送制御がある。再送制御(ARQ:Automatic Repeat reQuest)は、受信側が受信したパケットのエラーを検出した場合、送信側に対してそのパケットを再度送信するように要求する技術である。
さらに、ARQとエラー訂正符号(FEC:Forward Error Correction)を組み合わせたハイブリッドARQ(H−ARQ)が実用化されている。現在、第3世代(3G)の無線通信システムとして、W−CDMAシステムが普及しており、例えば、このW−CDMAのデータ通信を高速化(最大14Mbps)したHSDPA(High−Speed Downlink Packet Access)にも、H−ARQが採用されている。
H−ARQは、受信側でエラー検出の前にエラー訂正処理を実施し、受信成功(エラーなし)判定した場合は、ACK(正常判定)を送信側に送信し、受信失敗(エラーあり)判定した場合は、NACK(異常判定)を送信側に送信し、パケットデータの再送を要求する。送信側は、受信したNACKに対応するパケットデータを再送する。
また、H−ARQでは、受信側は、エラー検出されたパケットデータをバッファに蓄積しておき、再送されたパケットデータと合成するパケット合成処理が行われる。再送されたパケットデータを受信した際に、バッファ内のパケットデータと合成することにより、受信品質が改善し、再送回数が増えるほど改善の度合いが高くなり、パケットデータの受信成功率が高まる。
また、この再送処理は、送信側から1無線フレーム分のデータを送信後、受信側からのACK/NACK
情報を送信側で受信し、該当無線フレームデータの再送判定を完了するまでの時間(RTT:Round Trip Time)内で送信可能な複数の無線フレーム分を処理単位とし、各無線フレーム毎に再送判定及び、再送信を行う。
情報を送信側で受信し、該当無線フレームデータの再送判定を完了するまでの時間(RTT:Round Trip Time)内で送信可能な複数の無線フレーム分を処理単位とし、各無線フレーム毎に再送判定及び、再送信を行う。
通常、RTT内の各無線フレーム毎に再送管理情報としてプロセスID/新規データ識別子(1ビット)が割り当てられ、プロセスID毎に再送管理される。すなわち、データ送信の際には、同じフレームにて送信する制御チャネルに付加し再送管理情報を受信側へ通知する。受信側では、プロセスID毎に再送データの合成処理・復号処理・受信判定を行う。受信判定結果は、上述のとおり、送信側へACK/NACK情報として通知されるが、送信側ではACK/NACK情報を受信するRTT
前に送信したデータのプロセスIDは既知であるため、ACK/NACK情報と共にプロセスID情報の通知は不要である。また、送信側ではプロセスID毎に管理する送信データ(再送バッファ内のデータ)が、再送データから次の新規データへ切り替わる場合(該当プロセスID
で管理する送信データの再送が終了した場合、または、最大再送回数に達して再送失敗と判断した場合は、該当プロセスIDは開放される。また、開放されたプロセスIDは次の新規送信データに割り当てられ、次新規送信データに対する再送管理を開始する)には、新規データ識別子の論理を反転して送信を行うことで、受信側へ通知している。受信側では新規データ識別子の変化を検出することで、該当プロセスID
の再送処理が完了し、次新規データの受信開始を識別している。
前に送信したデータのプロセスIDは既知であるため、ACK/NACK情報と共にプロセスID情報の通知は不要である。また、送信側ではプロセスID毎に管理する送信データ(再送バッファ内のデータ)が、再送データから次の新規データへ切り替わる場合(該当プロセスID
で管理する送信データの再送が終了した場合、または、最大再送回数に達して再送失敗と判断した場合は、該当プロセスIDは開放される。また、開放されたプロセスIDは次の新規送信データに割り当てられ、次新規送信データに対する再送管理を開始する)には、新規データ識別子の論理を反転して送信を行うことで、受信側へ通知している。受信側では新規データ識別子の変化を検出することで、該当プロセスID
の再送処理が完了し、次新規データの受信開始を識別している。
更に受信側では、再送処理後の受信成功判定された複数の無線フレームデータを一旦、順序制御用バッファに格納し、再送処理で順序が入れ替わった無線フレームデータの並びを元の順序に戻す処理を行う(順序制御処理)。この順序制御用バッファは(RTT×最大再送回数)時間で送受信可能な無線フレーム数分の復号データ全てを格納可能な、非常に大規模なサイズのものが必要である。受信側のハードウェア規模制限から、実装可能なメモリサイズに上限があり、それにより装置としての最大再送回数の上限が決められているのが現状である。
図1乃至図4は、従来における再送処理の各種状態例を示す図である。図1は受信品質が良好の状態で再送が発生していない場合、図2は受信品質が多少劣化した状態で数フレームの再送が発生するが全て受信成功する場合、図3は受信品質がさらに劣化した状態で、最大再送回数に達しても再送が失敗する場合である。図4は図3の場合に比べて更に受信品質が著しく劣化した状態で最大再送回数に達しても再送失敗となる無線フレームの割合が大きくなる場合を示す。
具体的には、図1では、RTT=8無線フレームであり、送信データDn(n=1、2、3…)が送信側から無線フレーム毎に送信され、受信側では、3無線フレーム後に送信データDnを受信する。受信側は、送信データDnを1回の受信ですべて正常に受信し、送信側は受信側からのACKに基づいて、さらに新規の送信データDnを送信する。図1の場合のように、再送が発生しない場合は、8無線フレームすべてが新規データの送信に割り当てられ、最大レートでの送信となる。
図2では、送信データD3、D4、D7について再送が発生している。送信データD3、D7については、1回目の再送(2回目の送信)で正常受信され、送信データD4については、2回目の再送(3回目の送信)で正常受信される。送信データDnが再送される場合は、その分新規データの送信に割り当てられる無線フレームの数が減少するので、図1の場合と比較して送信レートは低くなる。また、最大再送回数が例えば5回であるとすると、図2では、最大再送回数以内の再送で送信データDnはすべて正常受信される。
図3では、送信データD4の再送回数が最大再送回数(5回)に達しても、正常受信されないため、送信データD4に割り当てられていた無線フレームのプロセスID3は開放され、当該無線フレームには、新規の送信データD11が割り当てられる。また、送信データD3は最大再送回数目で正常受信となり、それにより、送信データD3に割り当てられていた無線フレームのプロセスID2も開放され、当該無線フレームには、新規の送信データD17が割り当てられる。なお、送信データD3、D4以外は、再送回数1回以内で正常受信されている。
図4では、送信データD4、D5の再送回数が最大再送回数(5回)に達しても、正常受信されないため、送信データD4、D5に割り当てられていたそれぞれ無線フレームのプロセスID3、4は開放され、当該無線フレームには、新規の送信データD9、10が割り当てられる。また、送信データD3については、最大再送回数目で正常受信となり、それにより、送信データD3に割り当てられていた無線フレームのプロセスID2も開放され、当該無線フレームには、新規の送信データD11が割り当てられる。送信データD3、4、5以外の送信データについても、再送失敗(NACK)が比較的多く、再送が繰り返され、図3の場合と比較して、新規データが割り当てられる無線フレームは少ない。
なお、下記特許文献1は、図1乃至図4のようにデータの再送をパケット(無線フレーム単位のデータ)毎に管理するのではなく、事前に再送を行うフレーム周期を設定しておき、このフレーム周期が到来したときに、ACKを受信していないパケットのみを再送する再送制御について開示している。
特開2002−261774号公報
上述した図4の場合のように、受信品質が劣化し、最大再送回数分の再送信では誤り訂正できない場合が発生している状況下で、更に受信品質が劣化方向へ向かった場合、正常に再送合成・データ復号できないため、再送失敗が徐々に多発し、その結果、再送データが割り当てられる無線フレームが増加すると、新規データの送信レートが低下する。
また、受信品質が劣悪な場合、最大再送回数に達した再送データに割り当てられていた無線フレームは、再び、再送送信が失敗する可能性が高い状態であるにもかかわらず、次の新規データ送信に割り当てられる。これは、再送を誘発することとなるため、更なる伝送効率の低下を招くこととなる。
一方で、従来の再送制御方式では、最大再送回数は、受信側のメモリ(順序制御バッファ)のハードウェア規模制限に依存するため、再送回数を増やすことができず、再送合成利得の向上が見込めない。
そこで、本発明の目的は、再送頻度が高い場合における再送合成利得を向上させることができる移動通信装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の移動通信装置の第一の構成は、データを送信してから当該データが受信側装置により正常に受信されたことを示す成功応答又は正常に受信されなかったことを示す失敗応答を前記受信側装置より受信するまでの所定周期内の複数の無線フレームそれぞれにデータを割り当てて前記受信側装置に送信し、前記失敗応答を前記受信側装置より受信すると、当該失敗応答の受信タイミングに対応する無線フレームに正常に受信されなかったデータを再度割り当てて再送する移動通信装置において、前記受信側装置におけるデータの受信品質レベルに応じて、前記複数の無線フレームの一部を再送専用フレームに設定する設定部と、前記失敗応答を前記受信側装置より受信すると、当該失敗応答の受信タイミングに対応する無線フレームに正常に受信されなかったデータを再度割り当てて再送するとともに、さらに前記再送専用フレームに当該データを割り当てて再送する再送制御部とを備え、前記再送専用フレームを設定することにより、データの再送可能回数を前記再送専用フレームが設定される前の最大再送回数より増加させることを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第二の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、前記成功応答を前記受信側装置より受信すると、当該成功応答の受信タイミングに対応する無線フレームに新規のデータを割り当てずに、当該無線フレームを前記再送専用フレームに設定することを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第三の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、前記失敗応答を前記受信側装置より受信し、前記失敗応答に対応するデータの再送回数が最大再送回数に達している場合、前記失敗応答の受信タイミングに対応する無線フレームに新規のデータを割り当てずに、当該無線フレームを前記再送専用フレームに設定することを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第四の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、前記失敗応答に対応するデータの再送回数に関連するパラメータに基づいて前記受信品質レベルを判定し、前記受信品質レベルが第一の基準を満たさない場合に、前記再送専用フレームを設定することを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第五の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、前記受信側装置により計測されるSINR(Signal Noise Ratio)に基づいて前記受信品質レベルを判定し、前記受信品質レベルが第一の基準を満たさない場合に、前記再送専用フレームを設定することを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第六の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、前記失敗応答に対応するデータの再送回数及び前記受信側装置により計測されるSINR(Signal Noise Ratio)に基づいて前記受信品質レベルを判定し、前記受信品質レベルが第一の基準を満たさない場合に、前記再送専用フレームを設定することを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第七の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、再送回数が最大再送回数に達しても前記正常に受信されなかったデータ数が所定数以上の場合、前記再送専用フレームを設定することを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第八の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、最大再送回数の再送により正常に受信されたデータ数が所定数以上の場合、前記再送専用フレームを設定することを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第九の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、正常に受信されたデータの再送回数が所定回数以上の場合、前記再送専用フレームを設定することを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第十の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、前記再送専用フレームが設定された後、前記受信品質レベルが第二の基準を満たしていると判定すると、前記設定された再送専用フレームの数を削減することを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第十一の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、前記再送専用フレームが設定された後、正常に受信されたデータの再送回数が所定回数未満であると判定すると、前記設定された再送専用フレームの数を削減することを特徴とする。
本発明の移動通信装置の第十二の構成は、上記第一の構成において、前記設定部は、設定する再送専用フレームの数を、前記受信品質レベルに応じて段階的に増減することを特徴とする。
本発明によれば、再送を繰り返して再送合成を行っても受信成功しない程度に受信状況が劣化している場合に、新規データの送信レートを抑制し、再送専用フレームを設定して、再送回数を増やすことで、再送合成利得を向上させ、再送失敗率を低減することができる。また、再送の可能性が高い新規データの送信レートが抑制されることで、余計な再送の発生が抑制され、効率的な伝送が実現される。
10:送信側装置、11:再送バッファ、12:符号化部、13:変調部、14:再送制御部、15:再送専用フレーム設定部、16:送信レート調整部、20:受信側装置、21:復調部、22:再送合成バッファ、23:復号部、24:順序制御用バッファ、25:受信判定部、26:SINR計測部
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
図5は、本発明の実施の形態における移動通信システムの構成例を示す図である。移動通信システムは、送信側の移動通信装置と受信側の移動通信装置とを備えて構成され、移動通信装置は、移動通信システムにおける移動機及び無線基地局装置である。移動機から無線基地局装置への上り通信の場合、移動機が送信側の移動通信装置(以下、送信側装置)10となり、無線基地局装置が受信側の移動通信装置(以下、受信側装置)20となる。また、無線基地局から移動機への下り通信の場合は、無線基地局装置が送信側装置10となり、移動機が受信側装置20となる。以下では、通信方向を区別しないため、移動機及び無線基地局装置は、それぞれ送信側装置10と受信側装置20の一方と他方であるものとして説明する。
送信側装置10において、再送バッファ11は、送信するデータを蓄積するバッファであり、データ送信後においても受信側装置20より当該データのACKを受信するまで、当該データを蓄積する。符号化部12は、データにCRCなどのエラー判定情報を付加し、エラー訂正符号(FEC)を含む符号化パラメータによりデータを符号化する。変調部13は、符号化されたデータを変調して送信する。
再送制御部14は、受信側装置20からのACK/NACKを受信し、NACKを受信すると、当該NACKに対応するデータを再送バッファ11から読み出して再送する。
再送専用フレーム設定部15は、本発明に特徴的な機能であって、受信側装置20からのACK/NACK及び受信側装置20で受信されたデータについてのSINR(いずれか一方でもよい)を受信し、それらから受信側装置20でのデータ受信状態が劣化していると判断すると、RTT間の複数の無線フレーム(例えば8無線フレーム)の一部を再送専用の無線フレーム(以下、再送専用フレームと称す)に設定する。再送専用フレームには、新規データは割り当てられず、再送データのみが割り当てられる。その結果、新規データの送信レートは低下するが、最大再送回数を超えた回数の再送が可能となり、再送データの正常受信の可能性をより高くすることができる。さらに、送信レートは低下するが、受信失敗の可能性が高い新規データの受信失敗の確率を低減することができる。
データの受信状態が劣化している状態では、無線フレームに新規データを割り当てても、受信失敗の可能性が高い。一方で、データの再送回数が増加するほど、再送合成利得が向上し、受信成功の確率が高まる。従って、再送回数が最大再送回数に達しても正常受信されなかった場合に、その再送データの無線フレームを開放して新規データに割り当てるよりも、さらに、その再送データの再送に無線フレームを利用する方が、データの正常受信の可能性を高くすることができ、無線フレームの効率的な利用を図ることができる。
再送専用フレーム設定部15は、再送専用フレームを設定した場合、新規データが割り当て可能な無線フレーム(再送専用フレーム以外の無線フレーム)のプロセスIDを送信レート調整部16に通知し、送信レート調整部16は、通知されたプロセスIDが開放されたときに、当該プロセスIDの無線フレームに新規データを割り当てる。
また、再送専用フレーム設定部15は、再送専用フレームを設定した場合、再送専用フレームのプロセスIDを再送制御部14に通知し、再送制御部14は、最大再送回数分の再送を行っても正常受信されなかった再送データを当該再送専用フレームに割り当て、さらに当該データの再送を行う。再送専用フレーム設定部15の制御及び動作については、後述する。
受信側装置20の復調部21は、送信側装置10からのデータを受信すると、データを復調し、再送合成バッファ22に蓄積し、そこで再送合成されたデータを復号部23が復号する。復号データは、順序制御用バッファ24に格納される。順序制御用バッファ24のメモリ容量は比較的大きく、ハードウェアの規模の制限からメモリ容量の上限も決められる。この順序制御用バッファ24のメモリ容量に従って最大再送回数の上限が決まってしまう。
受信判定部25は、復号データのCRCチェックを行って受信成功/失敗判定を行い、受信成功の場合はACKを受信側装置20に送信し、受信失敗の場合はNACKを受信側装置20に送信する。なお、SINR計測部26は、復調されたデータのSINR(Signal Noise Ratio)を計測し、計測結果を送信側装置10に送信する。
上記構成において、本発明の実施の形態では、受信側装置20における受信成功/失敗判定結果に基づいて、再送専用フレームを設定することにより、新規データの送信レートを低減させ、再送データの再送回数を増加させることで、受信品質に応じた効率的な再送制御を実現する。以下、さらに詳しく説明する。
図6は、再送専用フレーム設定のための判定テーブルを示す図である。再送専用フレーム設定部15が当該テーブルを保持し、図6の判定テーブルに基づいて、再生専用フレームの設定を行う。
図6の判定テーブルでは、受信側装置20における受信品質の判定基準として、ACK/NACKに基づく再送失敗回数及び正常受信時再送回数が用いられる。再送失敗回数は、(RTT×最大再送回数)の期間において、最大再送回数分の再送を実施したが、受信側装置20で正常受信されなかったプロセスIDの数であり、正常受信時再送回数は、(RTT×最大再送回数)の期間において、受信側装置20で正常にデータを受信できた時点の各プロセスIDの再送回数の平均値である。なお、新規送信1回目で正常受信された場合の再送回数=0である。また、再送失敗回数及び正常受信時再送回数の単位計測期間は、(RTT×最大再送回数)であるが、この計測期間のN(N=1、2、3…)倍の期間にわたり各回数を計測し、単位計測期間あたりの平均値を用いてもよい。従って、判定周期は、(RTT×最大再送回数×N)となる。なお、図6の例では、最大再送回数は5回、RTT=8無線フレームとする。
初期状態は状態01であり、状態01では、8無線フレーム中に再送専用フレームは割り当てられていない。すなわち、8無線フレームすべてに新規データの割り当てが可能である。状態01において、再送失敗回数Yが4回以上であると、状態02に遷移する。再送失敗回数Yが4回以上の場合は、8つの無線フレームの半数以上の無線フレームにおいて、最大再送回数分の再送を行っても受信成功しない場合であり、受信品質が低下している状態である。
状態02に遷移すると、8つの無線フレームに対して2つの再送専用フレームが割り当てられる。従って、8無線フレームにおいて新規データの送信に割り当て可能な無線フレーム数、すなわち、新規データに割り当て可能なプロセスIDの数は6となる。
2つの再送専用フレームが割り当てられることにより、(RTT×最大再送回数)の期間において、2×5=10回分の再送回数が増加する。新規データ割り当て可能なプロセスIDの数は6であるから、計算上、1プロセスIDあたり、約1.6(10/6)回分再送回数が増加し、最大再送回数5回と加えて、約6.6回分の再送回数が確保される。再送回数の増加率は約1.3(6.6/5)倍である。
状態01から状態02に遷移することで、再送回数が増加するので、再送合成処理によるさらなる利得向上が期待でき、受信成功する可能性が高まる。一方、受信失敗の可能性が高い無線フレームに新規データを割り当てても、さらなる受信失敗を招く可能性が高いので、送信レートを低下させることで、新規データへの無駄な無線リソース割り当てが抑制される。
状態02において、再送失敗回数Yが3回以上であると、状態03に遷移する。再送失敗回数Yが3回以上の場合は、新規データ割り当て可能な6つの無線フレーム中半数以上の無線フレームにおいて、最大再送回数分の再送を行っても受信成功しない場合であり、状態02に比べてさらに受信品質が低下している状態である。
状態03に遷移すると、8つの無線フレームに対して4つの再送専用フレームが割り当てる。従って、8無線フレームにおいて新規データの送信に割り当て可能な無線フレーム数、すなわち、新規データに割り当て可能なプロセスIDの数は4となる。
4つの再送専用フレームが割り当てられることにより、(RTT×最大再送回数)の期間において、4×5=20回分の再送回数が増加する。新規データ割り当て可能なプロセスIDの数は4であるから、計算上、状態01と比較して、1プロセスIDあたり、5(20/4)回分再送回数が増加し、最大再送回数5回と加えて、10回分の再送回数が確保される。再送回数の増加率は2(10/5)倍である。
また、状態02において、再送失敗回数Y=0であって、且つ正常受信時再送回数Xが最大再送回数未満となると、状態01に戻す。新規データ割り当て可能な6の無線フレームすべてにおいて、最大再送回数未満の再送で受信成功しているので、新規データを割り当てる無線フレームを増やしても、最大再送回数以内の再送で受信成功する程度に受信品質が向上していると考えられるからである。
状態03以降についても同様である。すなわち、状態03において、再送失敗回数Yが2回以上であると、状態04に遷移する。状態04に遷移すると、8つの無線フレームに対して5つの再送専用フレームが割り当てる。従って、8無線フレームにおいて新規データの送信に割り当て可能な無線フレームは3となる。すなわち、新規データに割り当て可能なプロセスIDの数は3となる。また、状態03において、再送失敗回数Y=0であって、且つ正常受信時再送回数Xが最大再送回数+A1(=6.6回)未満となると、状態02に遷移する。
さらに、状態04において、再送失敗回数Yが2回以上であると、状態05に遷移する。状態05に遷移すると、8つの無線フレームに対して6つの再送専用フレームが割り当てる。従って、8無線フレームにおいて新規データの送信に割り当て可能な無線フレーム数、すなわち、新規データに割り当て可能なプロセスIDの数は2となる。また、状態04において、再送失敗回数Y=0であって、且つ正常受信時再送回数Xが最大再送回数+A2(=10回)未満となると、状態03に遷移する。
さらに、状態05において、再送失敗回数Yが1回以上であると、状態06に遷移する。状態06に遷移すると、8つの無線フレームに対して7つの再送専用フレームが割り当てる。従って、8無線フレームにおいて新規データの送信に割り当て可能な無線フレーム数、すなわち、新規データに割り当て可能なプロセスIDの数は1となる。状態06が最も受信品質が悪い状態であり、新規データに割り当て可能なプロセスIDをゼロにはできないので、状態06が最低の送信レートの状態となる。また、状態05において、再送失敗回数Y=0であって、且つ正常受信時再送回数Xが最大再送回数+A3(=13.3回)未満となると、状態04に遷移する。
さらに、状態06において、再送失敗回数Y=0であって、且つ正常受信時再送回数Xが最大再送回数+A4(=20回)未満となると、状態05に遷移する。図6の判定テーブルに基づいた本実施の形態の再送処理について、以下に説明する。
図7は、本発明の実施の形態における再送処理の第一の例(N=1)を示す図である。図7では、状態01→状態02→状態03へと遷移する場合の再送処理を示す。各区間は、RTT×最大再送回数の区間であり、N=1とする。区間1は状態01であり、新規データ割り当て可能な無線フレーム数(=有効プロセスID数)は8つであり、再送専用フレームはゼロである。この状態01の区間1において、受信品質が劣化し、再送失敗回数Y=4となると、次の区間2において、図4の判定テーブルに基づいて、当該再送失敗回数Y=4が検出される。区間2も状態01のままである。そして、次の区間3において、状態01から状態02への遷移が行われ、区間4で状態02への遷移が完了し、2つの再送専用フレームが設定される。
状態遷移に1区間の時間がかかるのは、すべてのプロセスID(0〜7)が開放されるのに、最大で(RTT×最大再送回数の時間)が必要だからである。あるプロセスIDに新規データが割り当てられ、それが再送される場合、受信失敗が続くと、最大再送回数分再送されるまでプロセスIDは開放されない。
そして、区間3における状態01から状態02への遷移では、2つの再送専用フレームを設定するので、例えば、8のプロセスID0〜7のうちプロセスID6、7が開放された時点で、その開放されたプロセスIDを未使用とすることで、新規データの割り当てが抑えられ、再送専用フレーム設定部15は、プロセスID6、7に対応する無線フレームを再送専用フレームに設定する。状態02の区間04になると、送信レート調整部16は、再送専用フレームには、新規データを割り当てず、一方、再送制御部14は、再送専用フレームに、最大再送回数分の再送を行っても受信成功しなかった再送データを割り当てる。
さらに、状態02の区間7において、受信品質がさらに劣化し、再送失敗回数Y=3となると、次の区間8において、当該再送失敗回数Y=3が検出される。区間8も状態02のままである。そして、次の区間9において、状態02から状態03への遷移が行われ、区間10で状態03への遷移が完了し、4つの再送専用フレームが設定される。状態02から状態03への遷移動作は、状態01から状態02への動作と同様である。すなわち、プロセスIDの開放される毎に、設定すべき数分のプロセスIDを未使用として、当該プロセスIDに対応する無線フレームを再送専用フレームに設定する。
図8は、本発明の実施の形態における再送処理の第二の例(N=1)を示す図である。図8は、図7とは反対に、状態03→状態02→状態01への遷移する場合の再送処理を示す。各種条件は、図7の場合と同じである。
状態03の区間1において、受信品質が向上し、再送失敗回数Y=0且つ正常受信時再送回数X=5<6.6となると、次の区間2において、図4の判定テーブルに基づいて、当該再送失敗回数Y及び正常受信時再送回数Xが検出される。区間2も状態03のままである。そして、次の区間4において、状態03から状態02への遷移が行われ、区間4内で遷移完了し、再送専用フレームは4つから2つになる。再送専用フレームの数が減少する方向に遷移する場合、区間4の間、再送専用フレームのプロセスIDの開放を待つ必要はなく、上述で未使用としたプロセスIDを使用可とすることで、再送専用フレームを即時に新規データ割り当て可能な通常の無線フレームに戻すことができる。具体的には、状態03では、全プロセスID0〜7のうち4〜7が未使用となっているが、そのうちのプロセスID4、5を使用可とすることで、再送専用フレームの数を調整することができる。
さらに、状態02の区間7において、受信品質がさらに向上し、再送失敗回数Y=0且つ正常受信時再送回数X=3<5となると、次の区間8において、図4の判定テーブルに基づいて、当該再送失敗回数Y及び正常受信時再送回数Xが検出される。区間8も状態02のままである。そして、次の区間9において、状態02から状態01への遷移が行われ、区間9内で遷移完了し、再送専用フレームはなくなり、8つすべての無線フレームは、新規データ割り当て可能な無線フレームとなる。
図9は、本発明の実施の形態における再送処理の第三の例(N=2)を示す図である。図9では、N=2の場合に状態01→状態02に遷移する場合を示す。再送失敗回数Y及び正常受信時再送回数Xを2つの区間(RTT×最大再送回数)の平均値をとり、判定タイミングも2つの区間毎となる。それ以外の動作は、図7の場合と同様である。
図10は、本発明の実施の形態における再送処理の第四の例(N=2)を示す図である。図10では、N=2の場合に状態03→状態02→状態01に遷移する場合を示す。図9と同様に、再送失敗回数Y及び正常受信時再送回数Xを2つの区間(RTT×最大再送回数)の平均値をとり、判定タイミングも2つの区間毎となる。それ以外の動作は、図8の場合と同様である。
図11は、図9の再送処理における状態遷移を詳細に説明する図である。図9における区間5、6における再送処理が示される。区間5−1において、区間3、4の再送失敗回数の平均値により、図6に基づいた状態遷移判定を行い、状態01から状態02への遷移が決定される。状態02に遷移するには、再送専用フレームを2つ設定する必要があるので、プロセスID6、7が開放された時点で、プロセスID6、7に対応する無線フレームを再送専用フレームとする。プロセスID6、7が開放されるには、最大で、RTT×最大再送回数の期間が必要である。図11の例では、区間5−4で、プロセスID6、7に割り当てられている再送データD7、D8の5回目(最大再送回数)の再送が行われ、区間5−5で当該5回目の再送に対応するACKを受信することで、プロセスID6、7は開放される(NACKでも開放される)。通常であれば、開放されたプロセスID6、7には、新規データが割り当てられるが、本実施の形態では、プロセスID6、7を未使用とすることで、新規データを割り当てず、再送専用フレームとして用いられる。
区間5終了時点で、正常受信されていない再送データは、D1、D13、D11、D9、D11、D12である。そして、次の区間6−1において、プロセスID0〜5については、これら再送データD1、D13、D11、D9、D11、D12が割り当てられ、2つの再送専用フレームには、新規データは割り当てられずに、再送データD1、D13が再度割り当てられる。再送データD1については、再送専用フレームに割り当てることで、再送回数が6回目となり、最大再送回数よりも多い再送回数が実現する。
再送専用フレームに割り当てる再送データは、再送専用フレームに割り当てる時点で正常受信されていない再送データのうち、例えば、送信順序の早い順に割り当ててられ、この場合、図11の例に示すように、再送データD1、D13となる。また、送信順序に関係なく、例えば、再送回数の多い順に割り当てられてもよい。この場合、再送専用フレームに再送データを割り当てる時点で、再送回数の多い再送データは、D1(5回)、D9(4回、D10(4回)であるので、D1とD9若しくはD1とD10のいずれかを割り当てることになる。再送回数と送信順序を組み合わせれば、D1とD9となる。
なお、再送専用フレームが設定される状態02〜状態06では、最大再送回数+(1プロセスIDあたりの再送回数増加分)を超えない回数まで再送可能である。従って、状態02では、6.6回を超えない回数、すなわち6回まで再送可能であり、再送データD1は、区間6−1において、再送専用フレームにて6回目の再送が行われるので、この6回目の再送により正常受信されるか否かにかかわらず、再送データD1の再送は終わりとなる。
区間6−2の最初のRTTの無線フレームでは、再送データD1の5回目の再送に対するNACKを受信するが、上述したように、再送データD1の再送は行わない。このとき、区間6−1の最初のRTT時点では、再送専用フレームによる再送データD1の6回目の再送(最終再送)に対するACK/NACKを受信していないので、プロセスID0は開放されない。従って、区間6−2の最初のRTTに対応する無線フレームには、この時点で未使用のプロセスID(例えば6)を割り当て、区間6−2の最初のRTTに対応する無線フレームをプロセスID0からプロセスID6に変更する。プロセスID6に変更された無線フレームに新規データD14が割り当てられる。なお、再送データD1の6回目の再送に対するACK/NACKを受信した時点で、プロセスID0を未使用とする。これにより、新規データ割り当て可能なプロセスID数を6に維持できる。
区間6−2の2番目のRTTの無線フレームでは、再送データD13のACKを受信するため、新規データD15が割り当てられる。このとき、上述同様に、再送専用フレームによる再送データD13の3回目の再送に対するACK/NACKを受信していないので、プロセスID1は開放されない。従って、区間6−2の2番目のRTTに対応する無線フレームには、この時点で未使用のプロセスID(例えば7)を割り当て、区間6−2の2番目のRTTに対応する無線フレームをプロセスID1からプロセスID7に変更する。プロセスID7に変更された無線フレームに新規データD15が割り当てられる。なお、再送データD13の3回目の再送に対するACK/NACKを受信した時点で、プロセスID1を未使用とする。これにより、新規データ割り当て可能なプロセスID数を6に維持できる。
区間6−2の3番目、4番目のRTTの無線フレームでは、それぞれ再送データD11、D9のNACKを受信するので、再度、再送データD11、D9が再送される。区間6−2の5番目のRTTの無線フレームでは、再送データD10のACKを受信するので、新規データD16が割り当てられる。区間6−2の6番目のRTTの無線フレームでは、再送データD12のNACKを受信するので、再度、再送データD12が再送される。
そして、区間6−2の再送専用フレームには、再送専用フレームに再送データを割り当てる時点で正常受信されていないデータであって、再送回数が最大再送回数+(1プロセスIDあたりの再送回数増加分)を超えていない再送データが割り当てられる。図11の例では、再送データD11とD9が割り当てられている。再送データD9については、再送専用フレームによる再送により、再送回数が6回となり、最終再送である。
上述した本発明の実施の形態では、再送専用フレームを設定するか否かを判定するパラメータとして、再送失敗回数を用いる例について説明したが、パラメータは、再送失敗回数に限られない。例えば、(RTT×最大再送回数)区間における正常受信時(受信成功時)の再送回数に基づいて、再送専用フレームを設定する方向への状態遷移が行われるようにしてもよい。最大再送回数内で受信成功している状況でも、受信成功時の再送回数が最大再送回数かそれに近い回数である場合は、受信状況が比較的劣化しつつある状況と考えられているので、再送失敗が発生する前に、事前に再送回数を増加させることで、再送失敗の確率を低減することが可能となる。
さらに、パラメータとして、(RTT×最大再送回数)区間における最大再送回数に達する無線フレーム数が用いられてもよい。この場合は、受信の成功/失敗を問わず、再送回数が最大再送回数に達する無線フレーム数がカウントされる。
図12は、最大再送回数に達する無線フレーム数が用いられる場合の再送処理の例を示す図である。再送専用フレームが設定されていない状態において、区間1における(最大再送回数に達する無線フレーム数)=4となった場合、次の区間2以降において、再送専用フレームが2つ設定され、それにより、新規データ割り当て可能な無線フレームが2つ削減される(状態01から状態02への遷移)。
受信品質レベルを判定するためのパラメータとして、受信失敗回数、正常受信時再送回数、最大再送回数達成無線フレーム数などの再送回数に関するパラメータに限られず、例えば、SINR計測部26で計測されるSINR(Signal Noise Ratio)が用いられてもよい。SINRが低ければ、正常受信の確率は低くなるので、再送回数も増加すると考えられ、再送回数に関するパラメータに代わって、SINRが低くなるほど、再送専用フレームの数が多くなるような判定基準(図6の判定テーブルに対応するもの)を設ければよい。
さらに、再送回数に関するパラメータとSINRの両方を組み合わせた判定基準が設けられてもよい。図6の判定テーブルでは、再送失敗回数のみにより再送専用フレーム設定に関する状態遷移を判定するが、SINRをも考慮することで、瞬時的なSINRの改善・劣化に起因する過剰な状態遷移を防止することができるようになる。
このように、本発明では、再送回数に関するパラメータやSINRなどのパラメータに基づいて受信品質レベルを判定し、その判定結果に応じて適応的に再送回数を増加させるが、受信側での再送データの受信処理(再送合成処理等)は、送信側にて制御チャネルにより通知される再送管理情報(例えば、再送管理単位識別用のプロセスID、受信データが新規/再送のどちらであるかを識別するための新規データ識別子等)により、従来どおりの処理で実現可能である。
さらに、送信側装置10の再送バッファ11、受信側装置20の再送合成バッファ22、及び、順序制御用バッファ24のサイズは従来と同じ容量で実現可能である。RTT=8無線フレーム、最大再送回数=5の場合を考えると、RTT内の1無線フレームのみ再送が発生し、更に、最大再送回数目で受信成功した場合、再送が発生していない他の7無線フレームでは、常時、新規データが送信される。受信側処理後段へは、送信時のデータの並びを再生する必要があるため、1無線フレーム分の再送データと、7無線フレーム×RTT
時間で送受信した新規データを格納する必要があるため、順序制御用バッファ24は、RTT×最大再送回数分の無線フレームで送受信するデータを格納することが可能なサイズのものが必要となる。本発明では従来の(RTT×最大再送回数)時間内における再送回数を適応的に増加させるため、受信側装置20で受信する最大無線フレーム数は従来と変わらないため、順序制御用バッファのサイズは従来と同じ容量で実現できる。
時間で送受信した新規データを格納する必要があるため、順序制御用バッファ24は、RTT×最大再送回数分の無線フレームで送受信するデータを格納することが可能なサイズのものが必要となる。本発明では従来の(RTT×最大再送回数)時間内における再送回数を適応的に増加させるため、受信側装置20で受信する最大無線フレーム数は従来と変わらないため、順序制御用バッファのサイズは従来と同じ容量で実現できる。
また、再送専用フレームを設定することで、新規割り当て可能な無線フレームが削減し、送信レートが低下するが、これは、無駄な新規データ送信に起因する新たな再送発生を抑制する作用を有する。さらに、基地局と移動局間(レイヤ1)の再送失敗率を抑制することは、上位層(レイヤ2)での再送発生率を低減し、上位層を含むシステムとしてのスループットを改善することになる。
また、既存の送信レートを調整する手段と組み合わせることで、HARQ方式を組み合わせたより柔軟な送信レートの調整が可能となる。例えば、受信品質に応じて送信レートを調整する既存の手段として、受信品質(伝搬路の特性状態)に応じて最適な変調方式を選択して送信を行う適応変調方式がある。これは、伝搬路の状況が良好である場合は、高速伝送が可能な16QAM
等の変調方式を選択することで、より多くの情報の送信が可能であり、また伝搬路の状況が劣化している場合は、QPSK等の変調方式を選択することで、伝送速度を下げて通信品質を保った送信を可能とするものである。本発明と適応変調を組み合わせた場合、例えば、適応変調判定周期(変調方式を切替判定する周期)が本発明の閾値判定周期より十分大きいケースを考えると、受信品質が良好な状態から著しく劣化した状態へ変化した場合、変調方式は受信特性が著しく劣化しているにも関わらず高レートの変調方式(例えば、16QAM
等)を選択して送信する区間が発生し、またこの時の送信データには高い確率で再送が発生することが予想できる。この場合、本発明による閾値判定によりその区間(適応変調判定周期)の送信レートを一時的に抑えることで、再送発生率を低減させつつ、また、再送回数増加により再送合成利得を増加させることが可能となり、より柔軟かつ適応的なスループット改善制御が可能となる。また、逆に適応変調判定周期(変調方式を切替判定する周期)が本発明の閾値判定周期より小さいケースを考えると、伝搬路の特性劣化が継続し最小レートの変調方式(例えば、QPSK
等)を選択している状況において、再送失敗が発生し始めた状態(適応変調による通信品質を保つことができる限界の状態)に至った場合に、本発明を適用することで、前ケースと同様に、余計な送信を抑えて再送発生率を低減させつつ、また、再送回数増加により再送合成利得を増加させることで再送失敗率を低減することが可能である。
等の変調方式を選択することで、より多くの情報の送信が可能であり、また伝搬路の状況が劣化している場合は、QPSK等の変調方式を選択することで、伝送速度を下げて通信品質を保った送信を可能とするものである。本発明と適応変調を組み合わせた場合、例えば、適応変調判定周期(変調方式を切替判定する周期)が本発明の閾値判定周期より十分大きいケースを考えると、受信品質が良好な状態から著しく劣化した状態へ変化した場合、変調方式は受信特性が著しく劣化しているにも関わらず高レートの変調方式(例えば、16QAM
等)を選択して送信する区間が発生し、またこの時の送信データには高い確率で再送が発生することが予想できる。この場合、本発明による閾値判定によりその区間(適応変調判定周期)の送信レートを一時的に抑えることで、再送発生率を低減させつつ、また、再送回数増加により再送合成利得を増加させることが可能となり、より柔軟かつ適応的なスループット改善制御が可能となる。また、逆に適応変調判定周期(変調方式を切替判定する周期)が本発明の閾値判定周期より小さいケースを考えると、伝搬路の特性劣化が継続し最小レートの変調方式(例えば、QPSK
等)を選択している状況において、再送失敗が発生し始めた状態(適応変調による通信品質を保つことができる限界の状態)に至った場合に、本発明を適用することで、前ケースと同様に、余計な送信を抑えて再送発生率を低減させつつ、また、再送回数増加により再送合成利得を増加させることで再送失敗率を低減することが可能である。
また、本実施の形態では、図6の判定テーブルによる再送専用フレームの設定要否の判定は、送信側装置1.0の再送専用フレーム設定部15が実施するが、再送専用フレーム設定部15は、受信側装置20に設けられてもよい。すなわち、受信側において、ACK/NACK及びSINRにより、再送専用フレームの設定要否を判定し、その判定結果(状態遷移情報)を再送管理情報として制御チャネルにより送信側に通知することで、同様の制御が可能となる。ただし、この場合も、当該再送管理情報を受信して再送専用フレームを設定するのは、送信側装置10の再送専用フレーム設定部15である。
図13は、制御チャネルを用いて通知される再送管理情報を示す図である。再送管理情報は、ACK/NACKなどの通常含まれる情報に加えて、再送専用フレーム設定要否判定結果(状態遷移情報)を含む。
移動通信装置における最大送信レートがRTT時間内の無線フレーム全てを必要せず(無線フレームに空きが発生するケースが存在する場合)、更にその空き部分の無線リソースを占有することが可能である場合、その空きフレームを再送専用フレームとして固定的及び継続的に割り当てることにより、新規データの送信レートを低下させることなく、再送回数を増加させることができる。
なお、この場合、最大再送回数に変更がない場合、空きフレームを再送専用フレームとすることで増加する1プロセスID当りの再送増加分に相当する順序制御用バッファサイズを削減することができる。例えば、RTT
時間内の無線フレーム中、半分のフレームに空きが発生するケースを考えると、空きフレームを再送専用フレームとして割て当てた場合(最大伝送レート送信時にRTT
内で使用する全無線フレームにて再送が発生し、各再送データに均一に空きフレーム:再送専用フレームを割て当てるケースが一番厳しいケースである)、従来の(RTT×最大再送回数×無線フレーム長)時間における1無線フレーム当たりの最大再送回数は2倍に増加する。このケースの場合、従来の1/2
の時間で従来の最大再送回数分の送信が完了するため、バッファ容量は1/2に削減可能となる。
時間内の無線フレーム中、半分のフレームに空きが発生するケースを考えると、空きフレームを再送専用フレームとして割て当てた場合(最大伝送レート送信時にRTT
内で使用する全無線フレームにて再送が発生し、各再送データに均一に空きフレーム:再送専用フレームを割て当てるケースが一番厳しいケースである)、従来の(RTT×最大再送回数×無線フレーム長)時間における1無線フレーム当たりの最大再送回数は2倍に増加する。このケースの場合、従来の1/2
の時間で従来の最大再送回数分の送信が完了するため、バッファ容量は1/2に削減可能となる。
また、空きフレームを再送専用フレームとして、再送回数を増加させることで、RTT時間内で割り当てる再送回数が増加するため、再送時間の短縮化が可能となる。
移動通信装置内で異なる品質クラス(QoS)のデータを混在して送受信を行う場合、各品質クラスに応じた再送合成品質を再送専用レートの各QoSへの割当比で調整することで、高品質クラスの再送失敗率を優先的に低減させることが可能となる。
本発明は、移動無線システムを構成する移動通信装置、具体的には、携帯電話機及び基地局装置などに適用可能である。
Claims (5)
- データを送信してから当該データが受信側装置により正常に受信されたことを示す成功応答又は正常に受信されなかったことを示す失敗応答を前記受信側装置より受信するまでの所定周期内の複数の無線フレームそれぞれにデータを割り当てて前記受信側装置に送信し、前記失敗応答を前記受信側装置より受信すると、当該失敗応答の受信タイミングに対応する無線フレームに正常に受信されなかったデータを再度割り当てて再送する移動通信装置において、
前記受信側装置におけるデータの受信品質レベルに応じて、前記複数の無線フレームの一部を再送専用フレームに設定する設定部と、
前記失敗応答を前記受信側装置より受信すると、当該失敗応答の受信タイミングに対応する無線フレームに正常に受信されなかったデータを再度割り当てて再送するとともに、さらに前記再送専用フレームに当該データを割り当てて再送する再送制御部とを備え、
前記再送専用フレームを設定することにより、データの再送可能回数を前記再送専用フレームが設定される前の最大再送回数より増加させることを特徴とする移動通信装置。 - 請求項1において、
前記設定部は、前記失敗応答に対応するデータの再送回数に関するパラメータに基づいて前記受信品質レベルを判定し、前記受信品質レベルが第一の基準を満たさない場合に、前記再送専用フレームを設定することを特徴とする移動通信装置。 - 請求項1において、
前記設定部は、再送回数が最大再送回数に達しても前記正常に受信されなかったデータ数が所定数以上の場合、前記再送専用フレームを設定することを特徴とする移動通信装置。 - 請求項1において、
前記設定部は、前記再送専用フレームが設定された後、前記受信品質レベルが第二の基準を満たしていると判定すると、前記設定された再送専用フレームの数を削減することを特徴とする移動通信装置。 - 請求項1において、
前記設定部は、設定する再送専用フレームの数を、前記受信品質レベルに応じて段階的に増減することを特徴とする移動通信装置。
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