JP4932356B2 - 無線フレーム制御装置、無線通信装置及び無線フレーム制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、直交周波数分割多元接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：OFDMA）方式の無線フレームを制御する無線フレーム制御装置、無線通信装置及び無線フレーム制御方法に関する。

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。OFDMA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）毎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規格では、QoS（Quality of Service）制御の機構が規定されている。QoS制御では、ある特定の通信のための周波数帯域や時間スロットなどの無線リソースを予約し、通信速度やパケット到着までの遅延量、あるいはパケット到着のジッタなどを保証することを行う。なお、IEEE802.16規格では、それら通信品質を図る尺度を保証するための制御機構については規定されているが、そのQoS制御方法については規定されていない。

さらに、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規格を用いた移動通信環境においては、時々刻々と変化する電波伝搬環境の下で、ユーザが要求するQoSを保証するためのパケットスケジューリングを行う必要がある。

図９は、OFDMA方式の下りリンク（基地局から端末局方向のリンク）の無線フレーム（以下、「下りリンクフレーム」と称する）１００の従来の構成例を示す図である。この図９の下りリンクフレーム１００は、IEEE802.16及びIEEE802.16e規格（以下、両規格を称してIEEE802.16(e)規格という）に準拠している。図９において、下りリンクフレーム１００は、複数のOFDMAシンボル（OFDMA symbol）と複数のサブキャリア（Logical subchannel）から構成される。OFDMAシンボルは、下りリンクフレーム期間（Downlink subframe duration）に時間方向に多重されている。また、一OFDMAシンボル当たりサブキャリア数分の周波数多重が可能になっている。OFDMA方式では、各ユーザ宛のパケットをどのOFDMAシンボルのどのサブキャリアに配置するかを示す配置情報を下りリンクフレーム１００毎に決定する。基地局の送信機は、その配置情報に従って、下りリンクのパケット送信に使用する無線リソースを決定する。また、各端末局の受信機は、その配置情報に従って、下りリンクフレームから自局宛のパケットを受信する。

図９に示されるように下りリンクフレーム１００には、“Preamble”と“FCH”と“DL-MAP”と“DL burst”とが配置される。“Preamble”は既知信号を格納する部分である。“FCH”は制御チャネル信号を格納する部分である。“DL-MAP”は配置情報を格納する部分である。“DL burst”はパケットを格納する部分である。“Preamble”、“FCH”及び“DL-MAP”については、その配置場所が固定されている。“DL burst”については、IEEE802.16(e)規格で規定される制限内で、任意に個数及び配置場所を決めることができる。図９の例では、下りリンク用の“burst”、つまり“DL burst”が６個設けられている。その設け方はIEEE802.16(e)規格に準拠している。

IEEE802.16(e)規格では、下りリンクフレーム１００におけるOFDMAシンボル及びサブキャリアの割り当ての仕方、つまり“DL burst”の設け方を規定している。その規定によれば、図９に示されるフレーム構成のように、一つの“burst”は時間方向（OFDMAシンボル方向）及び周波数方向（サブキャリア方向）に長方形のリソースを確保し、そのリソースの中にデータを割り当てなければならない。その“burst”については次のように規定されている。
（１）“burst”とはパケットが連なったデータ系列で、一つの“burst”内は同じ変調方式と同じ誤り訂正符号化率が適用されて送信される。
（２）一つの“burst”内では異なるユーザ宛のパケットが混在してもよい。
（３）“burst”の最大数には制限がある。
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

上述したように、IEEE802.16(e)規格では、OFDMA方式の下りリンクフレームにおいて、各ユーザ宛のパケットをどのOFDMAシンボルのどのサブキャリアに配置するかを決定する際に種々の制限がある。このため、従来、下りリンクフレームの構成には複雑な制御が必要であった。さらには、各ユーザが要求するQoSに基づいたパケット配置を下りリンクフレーム上で達成することは容易ではなかった。

また、パケットスケジューリング若しくはパケット配置を行う際に、ユーザから要求される各種QoSを満足させようとすると、QoSを考慮せず単純に周波数利用効率を最大にしようとする場合に比べて、周波数利用効率は劣化する。そこで、時々刻々と変化する電波伝搬路に対し、適応的に変調方式や誤り訂正符号の符号化率を変更することで、周波数利用効率の劣化量を出来るだけ少なく抑えつつ、QoSを保証するパケットスケジューリング方法が、IEEE802.16(e)規格の制限下で実現されることが望まれる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、OFDMA方式の下りリンクにおいて、QoSを保証し且つ周波数利用効率の劣化の少ない、IEEE802.16(e)規格に準拠する無線フレームを容易に構成することのできる無線フレーム制御装置、無線通信装置及び無線フレーム制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る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する無線フレーム制御装置であり、OFDMAシンボル及びサブキャリアの各リソースから構成される前記無線フレームにおいて、OFDMAシンボル又はサブキャリアのいずれか一方のリソースの使用量を一定にし、もう一方のリソースの使用量を可変にし、使用量一定の方のリソースの固定量と使用量可変の方のリソースの可変単位量から成るリソース割り当て単位を用いるリソース割り当て手段を備え、前記リソース割り当て手段は、送信待ちのパケットを送信期限に基づいてグループ分けし、同じ変調方式且つ同じ誤り訂正符号化率を用いて送信されるパケットからデータ系列を構成し、該データ系列に対して前記リソース割り当て単位を割り当てていくとともに、グループ毎にリソースの割り当ての仕方を変更することを特徴とする。

本発明に係る無線フレーム制御装置においては、前記リソース割り当て手段は、前記リソース割り当て単位の割り当てにおいてリソースの過不足がある場合には、リソースが不足している前記データ系列中のパケットをリソースの空きがあるリソース割り当て単位に移し変えることを特徴とする。

本発明に係る無線フレーム制御装置においては、前記リソース割り当て手段は、前記移し変えたパケットに対して、該移し変え先のリソース割り当て単位で用いられる変調方式及び誤り訂正符号化率への変更を行うことを特徴とする。

本発明に係る無線フレーム制御装置においては、前記リソース割り当て手段は、送信期限までの残余時間が一定時間以下であるグループに対し、送信期限を守ることを絶対条件として、リソースの割り当てを行うことを特徴とする。

本発明に係る無線フレーム制御装置においては、前記リソース割り当て手段は、送信期限までの残余時間が一定時間以下であるグループに対し、変調指数を下げるように、前記移し変え対象のパケットを選択することを特徴とする。

本発明に係る無線フレーム制御装置においては、前記リソース割り当て手段は、変調指数の減少量の少ないパケットを優先して、リソースの割り当てを行うことを特徴とする。

本発明に係る無線フレーム制御装置においては、前記リソース割り当て手段は、前記移し変え対象のパケットにおいて、送信期限を優先して、リソースの割り当てを行うことを特徴とする。

本発明に係る無線フレーム制御装置においては、前記リソース割り当て手段は、送信期限までの残余時間が一定時間を超えるグループに対し、変調方式及び誤り訂正符号化率を守ることを絶対条件として、リソースの割り当てを行うことを特徴とする。

本発明に係る無線フレーム制御装置においては、前記リソース割り当て手段は、送信期限までの残余時間が一定時間を超えるグループに対し、変調指数の高いパケットを優先して、リソースの割り当てを行うことを特徴とする。

本発明に係る無線フレーム制御装置においては、送信期限の閾値は、QoSを要求するパケットの単位時間当たりの到着数に応じて、動的に変更されることを特徴とする。

本発明に係る無線フレーム制御装置においては、ユーザが要求するQoSに基づいて前記変調方式と誤り訂正符号化率の組み合わせが決定されていることを特徴とする。
本発明に係る無線フレーム制御装置においては、通信相手との間の電波伝搬環境にも基づいて、前記変調方式と誤り訂正符号化率の組み合わせが決定されることを特徴とする。

本発明に係る無線通信装置は、前述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（OFDMA）方式の無線通信装置である。

本発明に係る無線フレーム制御方法は、直交周波数分割多元接続（OFDMA）方式の無線フレームを制御する無線フレーム制御方法であり、OFDMAシンボル及びサブキャリアの各リソースから構成される前記無線フレームにおいて、OFDMAシンボル又はサブキャリアのいずれか一方のリソースの使用量を一定にし、もう一方のリソースの使用量を可変にし、使用量一定の方のリソースの固定量と使用量可変の方のリソースの可変単位量から成るリソース割り当て単位を定め、送信待ちのパケットを送信期限に基づいてグループ分けし、同じ変調方式且つ同じ誤り訂正符号化率を用いて送信されるパケットからデータ系列を構成し、該データ系列に対して前記リソース割り当て単位を割り当てていくとともに、グループ毎にリソースの割り当ての仕方を変更することを特徴とする。

本発明によれば、OFDMA方式の下りリンクにおいて、IEEE802.16(e)規格に準拠する無線フレームを容易に構成することができる。さらに、送信待ちのパケットを送信期限に基づいてグループ分けし、グループ毎にリソースの割り当ての仕方を変更するようにしたので、QoS（例えば、最大許容遅延量や最低伝送レートなど）を保証しつつ、且つ、周波数利用効率の劣化を防止することが可能になる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線フレーム制御装置１の構成を示すブロック図である。図１の無線フレーム制御装置１は、OFDMA方式の無線フレームを制御する。無線フレーム制御装置１は、例えばOFDMA方式の無線通信装置（基地局装置等）に備えられる。

以下、本実施形態では、IEEE802.16(e)規格に適用し、図１の無線フレーム制御装置１がIEEE802.16(e)規格に準拠のOFDMA方式の下りリンクの無線フレーム（下りリンクフレーム）を制御する場合を説明する。

図９に示される下りリンクフレーム１００において、“Preamble”、“FCH”及び“DL-MAP”の各配置は固定されている。“DL burst”の配置は、IEEE802.16(e)規格で規定される制限内で、任意に個数及び配置場所を決めることができる。無線フレーム制御装置１は、その“DL burst”部分の制御を行う。

図１において、無線フレーム制御装置１は、リソース割り当て部２とリソース情報保持部３を有する。リソース割り当て部２は、各ユーザ宛に送信されるパケットの情報（送信パケット情報）に基づき、各ユーザ宛のパケットをどのOFDMAシンボルのどのサブキャリアに配置するかを示す配置情報を下りリンクフレーム１００毎に決定する。リソース情報保持部３は、下りリンクフレーム１００を構成するOFDMAシンボル及びサブキャリアのリソースの情報を保持している。

図２は、送信パケット情報の例である。送信パケット情報は、送信バッファに格納されていて送信待ちになっているパケットの情報である。図２において、各送信パケットは送信順序のランク付けがなされている。送信パケット情報は、送信ブロック（Block=#1、#2、#3、・・・）毎に、CID（connection identifier）と、バイト数と、送信期限（Deadline）と、変調方式及び誤り訂正符号化率のパラメタセット（PHY_MODE）とを有する。

送信ブロックはパケットを送信するときの送信単位である。一パケットのデータ量が送信単位のデータ量よりも多い場合には、当該パケットは複数の送信ブロックに分割される。IEEE802.16(e)規格の下りリンクでは、パケットは「MAC（medium access control layer） SDU（service data unit）」と呼ばれるデータ単位で基地局の送信バッファに到着する。基地局は、MAC SDU単位のパケットをそのまま「MAC PDU（protocol data unit）」に構成して送信するか、若しくはARQ（automatic repeat request）の適用を行う場合にはMAC SDUの１データ単位をさらに「ARQ BLOCK SIZE」と呼ばれるより小さいサイズのデータ単位「ARQ BLOCK」に分割してMAC PDUを構成し送信する。

また、IEEE802.16(e)規格の下りリンクでは、ユーザが行う通信毎にその識別子（CID）が付与される。そのCIDを送信パケット情報に含める。また、パケットは可変長であるので、送信パケットのバイト数を送信ブロック毎のバイト数として送信パケット情報に含める。このとき、MAC PDUのヘッダーなどの付加情報のバイト数も含める。送信期限「Deadline」は、当該パケットをあと何フレーム以内に送信しなければならないかを示す。変調方式及び誤り訂正符号化率のパラメタセット（PHY_MODE）は、当該パケットの送信に用いる変調方式及び誤り訂正符号化率の組み合わせを示す。従って、同じ変調方式且つ同じ誤り訂正符号化率を用いて送信されるパケットには、同じパラメタセット（PHY_MODE）が付与される。

図２において、例えば、送信ブロック「Block=#1」はCID「#0」のパケットの送信ブロックであり、その送信ブロックのバイト数は１００バイト、その送信期限「Deadline=1」は１フレーム以内であり、その送信に用いられる変調方式及び誤り訂正符号化率は「PHY_MODE=A」の組み合わせである。

図２に示されるように、送信パケット情報は、送信期限の早い順に並べる。また、図３に示されるように、送信期限「Deadline」の閾値を設け、送信パケット情報をグループ分けする。図３の例では、２つの閾値１，２を設け、送信パケット情報を３つのグループに分割している。

なお、送信期限は、当該CIDに対応するユーザが要求するQoS（例えば、最大許容遅延量や最低伝送レートなど）に基づいて決定される。
また、パケットの送信に用いる変調方式と誤り訂正符号化率の組み合わせは、ユーザが要求するQoSに基づいて決定される。さらに、通信相手との間の電波伝搬環境の情報を加味することで、より適切な変調方式と誤り訂正符号化率の組み合わせを選択することが可能となり、周波数の利用効率が改善される効果が期待できる。

なお、ARQの適用を行う場合、同一のMAC SDUから生成されたARQ BLOCKであっても、フラグメンテイション（fragmentation）の適用により異なるMAC PDUに格納することも可能であるため、MAC SDUをARQ BLOCKに分割する場合には、ARQ BLOCK毎に、バイト数と送信期限を管理することが好ましい。

次に、図４〜図８を参照して、図１に示すリソース割り当て部２の動作を説明する。図４は、図１に示すリソース割り当て部２の処理を説明するための図である。図５〜図８は、本実施形態に係るリソース割り当て処理のフローチャートである。

先ず、図４を参照して、リソース割り当て部２の基本動作を説明する。
図４において、リソース割り当て部２は、送信パケット情報に基づき、同じ変調方式且つ同じ誤り訂正符号化率を用いて送信されるパケットからデータ系列を構成する。図４の例では、「PHY_MODE=A」の５つの送信ブロック「Block=#1、#3、#4、#5、#8」から第１データ系列を構成し、「PHY_MODE=B」の３つの送信ブロック「Block=#2、#6、#7」から第２データ系列を構成する。

次いで、リソース割り当て部２は、各データ系列に対して、下りリンクフレーム１００を構成するOFDMAシンボル及びサブキャリアのリソースの割り当てを行う。この割り当てにおいては、OFDMAシンボル又はサブキャリアのいずれか一方のリソースの使用量を一定にし、もう一方のリソースの使用量を可変にし、使用量一定の方のリソースの固定量と使用量可変の方のリソースの可変単位量から成るリソース割り当て単位を用いる。このリソース割り当て単位のことを“bucket”と称する。サブキャリアの使用量を一定にした場合には、“bucket”は、サブキャリアの一定の使用量である固定量と、OFDMAシンボルの最小単位の使用量である可変単位量とから構成される。一方、OFDMAシンボルの使用量を一定にした場合には、“bucket”は、OFDMAシンボルの一定の使用量である固定量と、サブキャリアの最小単位の使用量である可変単位量とから構成される。

なお、使用量一定の方のリソースの固定量としては、最大リソース量（OFDMAシンボルの最大個数、サブキャリアの最大個数）としてもよく、或いは、最大リソース量の一部分としてもよい。

図４に示されるように、各データ系列には、そのデータ量に応じた数の“bucket”１１０が割り当てられる。このとき、同じ“bucket”１１０がCIDの異なる送信ブロックに対して割り当てられてもよい。図４の例では、「PHY_MODE=A」の第１データ系列、「PHY_MODE=B」の第２データ系列のそれぞれに２つの“bucket”１１０が割り当てられている。この例では、「PHY_MODE=A」の第１データ系列は、丁度、“bucket”１１０の２つ分のデータ量であるので、リソースの過不足は発生していない。このため、第１データ系列に割り当てた２つの“bucket”１１０によって１つの“burst”つまり“DL burst”を構成する。一方、「PHY_MODE=B」の第２データ系列は、“bucket”１１０の１つ分よりも多いが２つ分よりも少ないデータ量であるので、リソースの残余が発生する。このため、第２データ系列に割り当てた２つの“bucket”１１０からは、それぞれ別の２つの“burst”つまり２つの“DL burst”を構成する。

次に、図５〜図８のフローチャートを参照して、リソース割り当て部２の動作をさらに詳細に説明する。
リソース割り当て部２の動作は、送信パケット情報のグループ別に、それぞれ分かれる。送信パケット情報のグループは、送信期限「Deadline」の閾値によって分けられる。図３の例では、２つの閾値１，２によって、３つのグループ「項番１〜２０」，「項番２１〜３５」，「項番３６以降」に分割されている。最初のグループ「項番１〜２０」は、送信期限「Deadline」が閾値１以下であって、送信期限までに時間の余裕がないグループである。２番目のグループ「項番２１〜３５」は、送信期限「Deadline」が閾値１超過且つ閾値２以下であって、送信期限までに少し時間の余裕があるグループである。３番目のグループ「項番３６以降」は、送信期限「Deadline」が閾値２超過であって、送信期限までに十分に時間の余裕があるグループである。

まず、図５を参照して、送信期限までに時間の余裕がないグループに対するリソース割り当て処理を説明する。
図５において、ステップＳ１０１では、変数ｉ、ｊを０に初期化する。ステップＳ１０２では、変数ｉが送信バッファ内のパケット数未満であるか判断する。送信バッファ内のパケット数は、送信パケット情報に含まれる送信ブロック数、つまり送信パケット情報中の項数に対応する。ステップＳ２の判断の結果、変数ｉが送信バッファ内のパケット数以上ならば、既に全送信パケットに対するリソース割り当て処理が終了しているので、図５の処理を終了する。一方、変数ｉが送信バッファ内のパケット数未満ならば、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、変数ｉに１を加える。
ステップＳ１０４では、送信パケット情報中の項番がｉ番目のパケットの要求する「PHY_MODE」用に既に割り当てられている“bucket”にリソースの空きがあり、且つ、該“bucket”の空きリソースでｉ番目のパケットに足りるかを判断する。例えば、図２の項番１のパケット「Block=#1」は１００バイトのデータ量を有するが、そのパケットが要求する「PHY_MODE=A」用に割り当てられている“bucket”に、１００バイト分のリソースの空きがあるかを判断する。

ステップＳ１０４の判断の結果、ｉ番目のパケットに割り当て可能な“bucket”があれば（ステップＳ１０４、ＹＥＳ）、ステップＳ１０５で、その割り当て可能な“bucket”の空きリソースをｉ番目のパケットに割り当てる。その後、ステップＳ１０２に戻る。

一方、ステップＳ１０４の判断の結果、ｉ番目のパケットに割り当て可能な“bucket”がなければ（ステップＳ１０４、ＮＯ）、ステップＳ１０６で、変数ｊが“bucket”の割り当て可能な最大数（最大bucket数）未満であるか判断する。この結果、変数ｊが最大bucket数未満ならば、ステップＳ１０７に進む。変数ｊが最大bucket数以上ならば、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０７では、変数ｊに１を加える。
ステップＳ１０８では、新たに割り当てる“bucket”を用意し、ｉ番目のパケットの要求する「PHY_MODE」用に既に割り当てられている“bucket”にリソースの空きがある場合には当該“bucket”の空きリソースに連続して新規の“bucket”のリソースをｉ番目のパケットに割り当てる。もし、既に割り当てられている“bucket”にリソースの空きがない場合には新規の“bucket”のリソースを最初からｉ番目のパケットに割り当てる。その後、ステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１０９では、ｉ番目のパケットの要求する「PHY_MODE」とは異なる「PHY_MODE」用に既に割り当てられている“bucket”にリソースの空きがある場合には、ｉ番目のパケットの送信で用いる「PHY_MODE」を該“bucket”の「PHY_MODE」に変更し、該“bucket”の空きリソースをｉ番目のパケットに割り当てる。その後、ステップＳ１０２に戻る。

この図５のリソース割り当て処理では、送信期限までに時間の余裕がないグループに対し、送信期限を守ることを絶対条件として、リソースの割り当てを行っている。そして、そのためには「PHY_MODE」を変更してでも、リソースの割り当てを行う。

次に、図６、図７を参照して、送信期限までに少し時間の余裕があるグループに対するリソース割り当て処理を説明する。
図６において、ステップＳ２０１では、変数ｉ、ｊを０に初期化する。ステップＳ２０２では、変数ｉが送信バッファ内のパケット数未満であるか判断する。ステップＳ２０２の判断の結果、変数ｉが送信バッファ内のパケット数以上ならば、図７のステップＳ２０９に進む。一方、変数ｉが送信バッファ内のパケット数未満ならば、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、変数ｉに１を加える。
ステップＳ２０４では、送信パケット情報中の項番がｉ番目のパケットの要求する「PHY_MODE」用に既に割り当てられている“bucket”にリソースの空きがあり、且つ、該“bucket”の空きリソースでｉ番目のパケットに足りるかを判断する。

ステップＳ２０４の判断の結果、ｉ番目のパケットに割り当て可能な“bucket”があれば（ステップＳ２０４、ＹＥＳ）、ステップＳ２０５で、その割り当て可能な“bucket”の空きリソースをｉ番目のパケットに割り当てる。その後、ステップＳ２０２に戻る。

一方、ステップＳ２０４の判断の結果、ｉ番目のパケットに割り当て可能な“bucket”がなければ（ステップＳ２０４、ＮＯ）、ステップＳ２０６で、変数ｊが“bucket”の割り当て可能な最大数（最大bucket数）未満であるか判断する。この結果、変数ｊが最大bucket数未満ならば、ステップＳ２０７に進む。変数ｊが最大bucket数以上ならば、ステップＳ２０２に戻る。

ステップＳ２０７では、変数ｊに１を加える。
ステップＳ２０８では、新たに割り当てる“bucket”を用意し、ｉ番目のパケットの要求する「PHY_MODE」用に既に割り当てられている“bucket”にリソースの空きがある場合には当該“bucket”の空きリソースに連続して新規の“bucket”のリソースをｉ番目のパケットに割り当てる。もし、既に割り当てられている“bucket”にリソースの空きがない場合には新規の“bucket”のリソースを最初からｉ番目のパケットに割り当てる。その後、ステップＳ２０２に戻る。

図７のステップＳ２０９では、変数ｊを０に初期化する。ステップＳ２１０では、変数ｊが最大bucket数未満であるか判断する。この結果、変数ｊが最大bucket数未満ならば、ステップＳ２１１に進む。変数ｊが最大bucket数以上ならば、処理を終了する。

ステップＳ２１１では、変数ｊに１を加える。ステップＳ２１１では、ｊ番目の“bucket”に空きのリソースがあるか判断する。この結果、空きのリソースがあればステップＳ２１３に進み、空きのリソースがなければステップＳ２１０に戻る。

ステップＳ２１３では、まだリソースの割り当てがなされていないパケットのうち、ｊ番目の“bucket”の「PHY_MODE」よりも変調指数の大きな「PHY_MODE」を要求しているパケットを変調指数の昇順に並び替える。そして、その順番に従って、先頭のパケットからｊ番目の“bucket”の空きリソースを割り当てていく。このとき、パケットの送信で用いる「PHY_MODE」を該ｊ番目の“bucket”の「PHY_MODE」に変更する。この結果、パケットの送信で用いる「PHY_MODE」は、その変調指数が下がることになる。その後、ステップＳ２１０に戻る。

なお、変調指数は、１変調シンボル当たりの情報量を表す。例えば、６４ＱＡＭの変調指数は、１６ＱＡＭの変調指数よりも大きい。これにより、ステップＳ２１３の処理では、空きリソースのある“bucket”の「PHY_MODE」よりも、１シンボル当たりの情報量の大きな「PHY_MODE」を要求しているパケットに対して、その空きリソースを割り当てて、該パケットの「PHY_MODE」を該“bucket”の「PHY_MODE」に変更する。つまり、１シンボル当たりの情報量を少なくするように変更して、リソースの割り当てを行う。さらには、１シンボル当たりの情報量の減少量が少ないパケットを優先して、リソースの割り当てを行う。

この図６、図７のリソース割り当て処理では、送信期限までに少し時間の余裕があるグループに対し、図５と同様に、送信期限を守ることを絶対条件として、リソースの割り当てを行っている。そして、そのためには「PHY_MODE」を変更してでもリソースの割り当てを行うが、このとき、割り当て対象のパケットとしては、変調指数を下げるように「PHY_MODE」を変更しなければならないパケットを選択する。

なお、変調指数を上げる方向でしか、空きリソースのある“bucket”が存在しないパケットに関しては、（１）変調指数を上げて割り当てる、（２）次のフレーム以降に持ち越してリソース割り当てを行う、の２通りの対処方法が挙げられる。

また、ステップＳ２１３において、まだリソースの割り当てがなされていないパケットのうち、ｊ番目の“bucket”の「PHY_MODE」よりも変調指数の大きな「PHY_MODE」を要求しているパケットを送信期限の順番に従って、先頭のパケットからｊ番目の“bucket”の空きリソースを割り当てていくようにしてもよい。

次に、図８を参照して、送信期限までに十分に時間の余裕があるグループに対するリソース割り当て処理を説明する。
図８において、ステップＳ３０１では、送信パケット情報中の各項（送信バッファ内のパケットに対応）を、その要求する「PHY_MODE」の変調指数の降順に並べ替える。

ステップＳ３０２では、変数ｉ、ｊを０に初期化する。
ステップＳ３０３では、変数ｉが送信バッファ内のパケット数未満であるか判断する。ステップＳ３０３の判断の結果、変数ｉが送信バッファ内のパケット数以上ならば、処理を終了する。一方、変数ｉが送信バッファ内のパケット数未満ならば、ステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４では、変数ｉに１を加える。
ステップＳ３０５では、送信パケット情報中の項番がｉ番目のパケットの要求する「PHY_MODE」用に既に割り当てられている“bucket”にリソースの空きがあり、且つ、該“bucket”の空きリソースでｉ番目のパケットに足りるかを判断する。

ステップＳ３０５の判断の結果、ｉ番目のパケットに割り当て可能な“bucket”があれば（ステップＳ３０５、ＹＥＳ）、ステップＳ３０６で、その割り当て可能な“bucket”の空きリソースをｉ番目のパケットに割り当てる。その後、ステップＳ３０３に戻る。

一方、ステップＳ３０５の判断の結果、ｉ番目のパケットに割り当て可能な“bucket”がなければ（ステップＳ３０５、ＮＯ）、ステップＳ３０７で、変数ｊが“bucket”の最大bucket数未満であるか判断する。この結果、変数ｊが最大bucket数未満ならば、ステップＳ３０８に進む。変数ｊが最大bucket数以上ならば、ステップＳ３０３に戻る。

ステップＳ３０８では、変数ｊに１を加える。
ステップＳ３０９では、新たに割り当てる“bucket”を用意し、ｉ番目のパケットの要求する「PHY_MODE」用に既に割り当てられている“bucket”にリソースの空きがある場合には当該“bucket”の空きリソースに連続して新規の“bucket”のリソースをｉ番目のパケットに割り当てる。もし、既に割り当てられている“bucket”にリソースの空きがない場合には新規の“bucket”のリソースを最初からｉ番目のパケットに割り当てる。その後、ステップＳ３０３に戻る。

この図８のリソース割り当て処理では、送信期限までに十分に時間の余裕があるグループに対し、「PHY_MODE」を守ることを絶対条件として、リソースの割り当てを行っている。そして、そのためには送信期限は考慮せずにリソースの割り当てを行うが、このとき、割り当て対象のパケットとしては、変調指数の高いパケットから順番に、リソースを割り当てていく。

リソース割り当て部２は、上述の図５〜図８のリソース割り当て処理の結果、同じ「PHY_MODE」用に割り当てられた“bucket”のうち、“bucket”中の全リソースが使用される複数の“bucket”については連結して１つの“burst”つまり“DL burst”を構成する。

なお、上述の実施例では、送信期限「Deadline」の閾値を二つ設けて送信パケット情報を３つのグループに分割したが、少なくとも一つの閾値を設ければよい。閾値を一つだけ設けた場合には、二つのグループに分割されるが、そのグループの種別の組み合わせは、送信期限までに時間の余裕がないグループと送信期限までに少し時間の余裕があるグループとしてもよく、或いは、送信期限までに時間の余裕がないグループと送信期限までに十分に時間の余裕があるグループとしてもよい。また、閾値を三つ以上設けた場合には、四つ以上のグループに分割されるが、そのときのグループの種別の組み合わせは、送信期限までの残余時間に応じた種別を適宜に設ければよい。そして、そのグループ種別の残余時間に応じた、送信期限と変調指数の優先度合いを決定し、各グループ種別のリソース割り当て処理を行うようにすればよい。

また、送信期限「Deadline」の閾値としては、QoSを要求するパケットの単位時間当たりの到着数に応じて、動的に変更するようにしてもよい。例えば、単位時間当たりの到着数が一定量よりも少ない場合には、パケット送信の緊急度が低いと考えられるので、閾値を小さくする。その逆に、単位時間当たりの到着数が一定量よりも多い場合には、パケット送信の緊急度が高いと考えられるので、閾値を大きくする。

上述したように本実施形態によれば、OFDMA方式の下りリンクにおいて、IEEE802.16(e)規格に準拠する無線フレームを容易に構成することができる。さらに、送信待ちのパケットを送信期限に基づいてグループ分けし、グループ毎にリソースの割り当ての仕方を変更するようにしたので、QoS（例えば、最大許容遅延量や最低伝送レートなど）を保証しつつ、且つ、周波数利用効率の劣化を防止することが可能になる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成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。
例えば、本発明は、IEEE802.16(e)規格に準拠しないOFDMA方式の無線通信装置に適用することも可能である。

本発明の一実施形態に係る無線フレーム制御装置１の構成を示すブロック図である。 同実施形態に係る送信パケット情報の例である。 同実施形態に係る送信パケット情報のグループ分けの例である。 図１に示すリソース割り当て部２の処理を説明するための説明図である。 図１に示すリソース割り当て部２の処理フロー図である。 図１に示すリソース割り当て部２の処理フロー図である。 図１に示すリソース割り当て部２の処理フロー図である。 図１に示すリソース割り当て部２の処理フロー図である。 OFDMA方式の下りリンクフレーム１００の従来の構成例を示す図である。

符号の説明

１…無線フレーム制御装置、２…リソース割り当て部、３…リソース情報保持部、１００…OFDMA方式の下りリンクフレーム、１１０…“bucket”（リソース割り当て単位）

Claims (18)

1. 直交周波数分割多元接続（OFDMA）方式の無線フレームを制御する無線フレーム制御装置であり、
   OFDMAシンボル及びサブキャリアの各リソースから構成される前記無線フレームにおいて、OFDMAシンボル又はサブキャリアのいずれか一方のリソースの使用量を一定にし、もう一方のリソースの使用量を可変にし、使用量一定の方のリソースの固定量と使用量可変の方のリソースの可変単位量から成るリソース割り当て単位を用いるリソース割り当て手段を備え、
   前記リソース割り当て手段は、
   送信待ちのパケットを送信期限に基づいてグループ分けし、
   同じ変調方式且つ同じ誤り訂正符号化率を用いて送信されるパケットからデータ系列を構成し、
   該データ系列に対して前記リソース割り当て単位を割り当てていくとともに、グループ毎にリソースの割り当ての仕方を変更する、
   ことを特徴とする無線フレーム制御装置。
2. 前記リソース割り当て手段は、
   前記リソース割り当て単位の割り当てにおいてリソースの過不足がある場合には、リソースが不足している前記データ系列中のパケットをリソースの空きがあるリソース割り当て単位に移し変えることを特徴とする請求項１に記載の無線フレーム制御装置。
3. 前記リソース割り当て手段は、
   前記移し変えたパケットに対して、該移し変え先のリソース割り当て単位で用いられる変調方式及び誤り訂正符号化率への変更を行うことを特徴とする請求項２に記載の無線フレーム制御装置。
4. 前記リソース割り当て手段は、送信期限までの残余時間が一定時間以下であるグループに対し、送信期限を守ることを絶対条件として、リソースの割り当てを行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の無線フレーム制御装置。
5. 前記リソース割り当て手段は、送信期限までの残余時間が一定時間以下であるグループに対し、変調指数を下げるように、前記移し変え対象のパケットを選択することを特徴とする請求項３に記載の無線フレーム制御装置。
6. 前記リソース割り当て手段は、変調指数の減少量の少ないパケットを優先して、リソースの割り当てを行うことを特徴とする請求項５に記載の無線フレーム制御装置。
7. 前記リソース割り当て手段は、前記移し変え対象のパケットにおいて、送信期限を優先して、リソースの割り当てを行うことを特徴とする請求項５に記載の無線フレーム制御装置。
8. 前記リソース割り当て手段は、送信期限までの残余時間が一定時間を超えるグループに対し、変調方式及び誤り訂正符号化率を守ることを絶対条件として、リソースの割り当てを行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線フレーム制御装置。
9. 前記リソース割り当て手段は、送信期限までの残余時間が一定時間を超えるグループに対し、変調指数の高いパケットを優先して、リソースの割り当てを行うことを特徴とする請求項８に記載の無線フレーム制御装置。
10. 送信期限の閾値は、QoSを要求するパケットの単位時間当たりの到着数に応じて、動的に変更されることを特徴とする請求項４から請求項９のいずれかの項に記載の無線フレーム制御装置。
11. ユーザが要求するQoSに基づいて前記変調方式と誤り訂正符号化率の組み合わせが決定されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかの項に記載の無線フレーム制御装置。
12. 通信相手との間の電波伝搬環境にも基づいて、前記変調方式と誤り訂正符号化率の組み合わせが決定されることを特徴とする請求項１１に記載の無線フレーム制御装置。
13. 請求項１から１２のいずれかの項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（OFDMA）方式の無線通信装置。
14. 直交周波数分割多元接続（OFDMA）方式の無線フレームを制御する無線フレーム制御方法であり、
    OFDMAシンボル及びサブキャリアの各リソースから構成される前記無線フレームにおいて、
    OFDMAシンボル又はサブキャリアのいずれか一方のリソースの使用量を一定にし、もう一方のリソースの使用量を可変にし、
    使用量一定の方のリソースの固定量と使用量可変の方のリソースの可変単位量から成るリソース割り当て単位を定め、
    送信待ちのパケットを送信期限に基づいてグループ分けし、
    同じ変調方式且つ同じ誤り訂正符号化率を用いて送信されるパケットからデータ系列を構成し、
    該データ系列に対して前記リソース割り当て単位を割り当てていくとともに、グループ毎にリソースの割り当ての仕方を変更する、
    ことを特徴とする無線フレーム制御方法。
15. 前記リソース割り当て単位の割り当てにおいてリソースの過不足がある場合には、リソースが不足している前記データ系列中のパケットをリソースの空きがあるリソース割り当て単位に移し変え、
    前記移し変えたパケットに対して、該移し変え先のリソース割り当て単位で用いられる変調方式及び誤り訂正符号化率への変更を行うことを特徴とする請求項１４に記載の無線フレーム制御方法。
16. 送信期限までの残余時間が一定時間以下であるグループに対し、変調指数を下げるように、前記移し変え対象のパケットを選択することを特徴とする請求項１５に記載の無線フレーム制御方法。
17. 変調指数の減少量の少ないパケットを優先して、リソースの割り当てを行うことを特徴とする請求項１６に記載の無線フレーム制御方法。
18. 前記移し変え対象のパケットにおいて、送信期限を優先して、リソースの割り当てを行うことを特徴とする請求項１６に記載の無線フレーム制御方法。

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