JP4942834B2 - 同期配信方法 - Google Patents

Description

本発明は、同期配信方法に係り、特に、複数の基地局と、それら複数の基地局を集約する集約装置とを備えた無線通信システムにおいて、集約装置が、複数の基地局から各無線端末へ同じ時刻情報に同期して配信データを送信する同期配信方法に関する。

国際標準化機関である３ＧＰＰ２（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ ２）において、音声通信及びデータ通信が可能な移動体通信方式であるｃｄｍａ２０００ １ｘ方式や、データ通信専用に特化することにより周波数利用効率を向上した移動体無線通信方式であるｃｄｍａ２０００ １ｘＥＶ−ＤＯ （１ｘ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ − Ｄａｔａ Ｏｎｌｙ）方式について標準化が行われている。ｃｄｍａ２０００ １ｘ方式及び１ｘＥＶ−ＤＯ通信方式は、１対１の端末で通信を行うユニキャスト通信を移動体ネットワークで実現するものであったが、１対多の通信を行うマルチキャスト通信の実現が検討されている。マルチキャスト通信を実現するための技術の要素として、無線インタフェースにおいて、データ伝送を行うチャネルとしてＢｒｏａｄｃａｓｔ ｃｈａｎｎｅｌと呼ばれる放送チャネルがｃｄｍａ２０００ １ｘ用としては３ＧＰＰ２標準であるＣ．Ｓ０００１−Ｄ ｖ１．０、Ｃ．Ｓ０００２−Ｄ ｖ１．０、Ｃ．Ｓ０００３−Ｄ ｖ１．０、Ｃ．Ｓ０００４−Ｄ ｖ１．０、Ｃ．Ｓ０００５−Ｄ ｖ１．０で、ｃｄｍａ２０００ １ｘＥＶ−ＤＯ用としてはＣ．Ｓ００５４−０ ｖ１．０で規格化され、放送チャネルを用いたサービスのことをＢＣＭＣＳ （Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ）と呼んでいる。

従来から基地局−移動機間の通信で使用されていたユニキャスト用のチャネルは、基地局から送信されるデータを単一移動機のみで受信可能であるという特徴を持つが、マルチキャスト通信サポートの為に規格化された放送チャネルは、基地局から送信されるデータを、電波受信可能な全移動機が受信可能であるという特徴を持つ。ユニキャスト用のチャネルを用いた従来の通信方法では、通信対象となる移動機と基地局との間で最適となるような電力制御、変調方式の適用、他の基地局に接近した場合にハンドオフ処理を行う等を行うことにより、移動機の電波受信環境に応じた最適な通信速度、パケットエラー率を制御することが可能であるが、放送チャネルを用いた通信の場合には、通信対象となる移動機が不特定となるため、そのような方法を用いた制御ができず、特に基地局間のエリアなど干渉が多くなり、高データレート、低エラーレートの通信が出来ないという課題がある。その課題を解決するため、３ＧＰＰ２標準Ｃ．Ｓ００５４（非特許文献１）においてはソフトコンバインと呼ばれる技術が導入されている。
ソフトコンバインは、ある基地局のカバレッジエリアと別の基地局のカバレッジエリアの間に存在する基地局から送信される電波同士が干渉し、受信環境が悪いエリアにおいて、放送チャネルを用いた通信の受信環境を改善するための技術として知られている。ソフトコンバインでは、複数の基地局が、同じデータを、同じ時刻に、同じ無線パラメータを使用して送信を行うことにより、移動機の受信機が各基地局から到来する電波をそれぞれ受信し、合成を行うことで、干渉源となっていた他基地局からの電波を、利得に変え、受信環境を改善する。ソフトコンバインを実現するには、複数の基地局で同じ時刻情報に同期して全く同じデータを送信する必要がある。ｃｄｍａ２０００ １ｘＥＶ−ＤＯ無線インタフェースを例に挙げると、下り方向の無線インタフェースは、１．６７ｍｓ秒のタイムスロットの集合により構成されているが、この１．６７ｍｓのタイムスロット単位で、送信するデータが基地局間でずれることなく同じ時刻情報に同期して送信される必要がある。移動機が、基地局間のタイミング誤差や伝播遅延による電波到来時間差を吸収する機能を持っている場合には、基地局間で送信タイミングの誤差があったとしてもソフトコンバインが可能となるが、この場合においても、基地局間で一定量のタイミング誤差が発生しないようデータ送信同期を行う必要がある。

この同じ時刻情報に同期したタイミングを保証する技術として、３ＧＰＰ２標準Ａ．Ｓ００１５−Ｃ ｖ１．０（非特許文献２）で開示されているＡ３インタフェースを適用したアンカー方式が開示されている。このアンカー方式は、ｃｄｍａ２０００ １ｘ無線におけるソフトハンドオフと呼ばれるソフトコンバインと同等の技術を実現するものであるが、このアンカー方式では１台の基地局が複数台の基地局を集約するアンカー基地局となり、このアンカー基地局が全ての基地局の送信タイミングを管理して送信制御を行う。アンカー基地局は各基地局へデータを送信する際に、送信時間を無線送信タイミングの最小単位である２０ｍｓフレーム単位の送信時間を指定してデータを送信する。従って基地局を集約する集約装置としての役割を持つアンカー基地局は無線送信タイミングを算出するための詳細な無線インタフェース情報を管理しなければならないことを意味する。

３ＧＰＰ２標準Ｃ．Ｓ００５４ ３ＧＰＰ２標準Ａ．Ｓ００１５−Ｃ ｖ１．０

アンカー方式による方法では、基地局を集約する装置が無線インタフェースの送信タイミングを計算するための詳細情報を管理しなければならず、集約装置が複雑な論理を実装しなければならないという課題がある。計算に必要となる詳細情報の例としては、基地局間の伝送遅延、適用している無線フレーム長、送信レート、制御チャネル用に確保されている時間タイミングなどが挙げられる。また、基地局を集約するために、基地局一台当りに要求される処理能力等が求められ、結局は接続可能な基地局数の限界が障壁となってソフトコンバインが可能となるエリアが制限されてしまうため、スケーラビリティがなくなってしまう。
本発明は、基地局を集約する集約装置においては無線特有の情報が無くとも同期配信を可能とし、同期情報として周期番号と周期内の送信バイト位置を送信することにより、同期がはずれた場合や伝送途中でパケット欠落が発生した場合においても、再同期を可能とすることを目的とする。

本発明では、基地局を集約する装置としてアンカー基地局を設置するのではなく、上位に集約装置を設置し、その集約装置から各基地局へデータを送信する際に、送信データにタイミング情報を付与することによって、ソフトコンバインを実現するために必要な基地局間でのタイミングを合わせることが可能となる。
このとき、送信データに含めるタイミング情報は、無線特有パラメータを使用せずに、集約装置の管理する時刻を基に算出したシーケンス番号を含めることとし、それを受信した各基地局はシーケンス番号を基に、各基地局内で保持する無線特有パラメータから実際の送信時間を算出してデータの送信時間を決定することができる。また、シーケンス番号は、再同期を可能とするため、一定送信周期を定義し、何周期目に送信すべきデータなのかを示す周期番号と、その周期内で何バイト目のデータを送信するかを示すシーケンス番号から構成することによって、一度同期がはずれた場合や、集約装置からある基地局宛のみのデータが伝送途中で欠落した場合においても再同期が可能である。

更に本発明は、集約装置に絶対送信時刻を意識させることなく基地局の同期を可能とすることができる。
本発明の解決手段によると、
コンテンツサーバと複数の基地局とひとつ又は複数の無線端末とを少なくとも有し、前記複数の基地局は時刻同期し、データの送信には予め定められた送信周期が設定されている無線通信システムにおいて、前記コンテンツサーバから配信されるデータを、前記複数の基地局のうちの２以上の基地局から前記無線端末へ同期配信する方法であって、
前記無線通信システムに、前記複数の基地局を集約する集約装置を備え、
前記集約装置は、何番目の送信周期かを示す周期番号と、前記送信周期の先頭時点に対応する送信時刻を、前記２以上の基地局に対して送信し、
前記集約装置は、データ配信の際に、前記無線端末へデータを配信する前記２以上の基地局に対して送信するデータに、何番目の送信周期かを示す周期番号と、前記送信周期内のシーケンス番号とを含めて送信し、
前記無線端末へデータを配信する前記２以上の基地局は、前記集約装置から受信したデータに含まれる周期番号とシーケンス番号と前記送信周期の先頭時点に対応する送信時刻に基いて、送信時間を算出するための各基地局で同一のアルゴリズムにより送信時間を算出し、算出された時点で、前記２以上の基地局が、集約装置から受信したデータを無線端末へ同期配信する
ことを特徴とする同期配信方法が提供される。

本発明によると、基地局を集約する集約装置においては無線特有の情報が無くとも同期配信が可能となり、同期情報として周期番号と周期内の送信バイト位置を送信することにより、同期がはずれた場合や伝送途中でパケット欠落が発生した場合においても、再同期が可能となる。

（Ａ）は、１ｘＥＶ−ＤＯネットワーク上で基地局間同期配信を行う処理の流れを示す図。（Ｂ）は、パケットの同期概要図。 ＢＳＮ（ＢＣＭＣＳ Ｓｅｒｖｉｎｇ Ｎｏｄｅ） １０４のハードウェアを示す図。 ＡＮ（Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ） １０２及びＡＮ１０３のハードウェア。 ソフトコンバインまでの手順（最初のＡＮ接続）を示すシーケンス図。 ＡＮがＢＳＮへ通知する１周期で送信可能なバイト数を計算する方法を示した説明図。 ＢＳＮからＡＮへ送信するパケット構成を示す図。 図６で示した周期番号６１２、周期内のシーケンス番号６１４を使用したときの各フィールドの使用例を示す図。 ＢＳＮ１０４がコンテンツサーバ１０５から受信したパケットを送信しＡＮ１０２、ＡＮ１０３が無線へパケットを送信するまでのタイムチャートを示した図。 ＢＳＮ１０４における周期番号とシーケンス番号の決定方法を示したフローチャート。 ＡＮにおける送信時刻決定方法を示す図。 時刻同期していない場合について示す図。 ソフトコンバインまでの手順（２台目以降のＡＮ接続）を示すシーケンス図。 送信可能なバイト数についての説明図。 周期番号、シーケンス番号の使用例の図。 周期番号と周期内シーケンス番号の付与例（１）の図。 周期番号と周期内シーケンス番号の付与例（２）の図。

以下に、１ｘＥＶ−ＤＯネットワークにおいて本発明による基地局間同期配信方法を適用した場合の実施形態の一例を示す。本発明は、１ｘＥＶ−ＤＯ以外にも、適宜の通信方式に適用することができる。
１．システム
図１（Ａ）は、１ｘＥＶ−ＤＯネットワーク上で基地局間同期配信を行う処理の流れを示す図である。
コンテンツサーバ１０５は、ＢＣＭＣＳデータを配信するためのサーバであり、配信データ及び配信スケジュールの管理等を行っている。コンテンツサーバ１０５は、配信データを集約装置であるＢＳＮ（ＢＣＭＣＳ Ｓｅｒｖｉｎｇ Ｎｏｄｅ） １０４へ、ＢＣＭＣＳデータを送信する。ＢＳＮ１０４は、コンテンツサーバ１０５から受信したデータを、ＡＮ（Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）１０２及びＡＮ１０３へデータをコピーして送信する。ＢＳＮ１０４は、ＡＮ１０２とＡＮ１０３でデータの同時配信を可能とするため、送信パケットに、例えば送信周期番号と周期内シーケンス番号を含む時刻情報を付与して送信する。ＡＮ１０２とＡＮ１０３は、時刻情報が付与されたデータを受信すると、その時刻情報から無線でデータを送信する時刻を算出し、その時間になると無線上へデータを送信する。複数の移動機群であるＡＴ１０１は、ＡＮ１０２とＡＮ１０３から、それぞれ同時刻に送信されたデータを同時に受信し、信号の合成を行うことで、１つのＡＮからデータが送信された場合に比べ受信品質の良い受信を行うことが可能となる。
ＡＮ１０２及びＡＮ１０３は、同時刻でデータの送信を行うため時刻同期を行う必要があり、１ｘＥＶ−ＤＯシステムでは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ） １０６から配信される時刻情報に同期することで、ＡＮ１０２とＡＮ１０３との間で時刻同期を行うことが可能となっている。また、ＢＳＮ１０４とＡＮ１０２、ＡＮ１０３間で時刻同期を行うため、ＧＰＳ１０６からの時刻情報に同期をしているタイムサーバ１０７からＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）などを利用し、時刻同期情報の配信を受けることで時刻同期をすることが可能である。ＢＳＮ１０４がＧＰＳ受信機を備えることによってタイムサーバ１０７を介さずとも時刻同期を行うことも可能であるし、ＡＮ１０２またはＡＮ１０３にタイムサーバ機能を備え、それに同期を行うことも可能である。
ＯＭＣ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ）１１４では、ＡＮ１０２及びＡＮ１０３等に対して、放送データ配信開始・終了の制御を行い、データ配信準備や配信終了処理のためのパス確立手順やパス解放手順を開始する機能を持つ。
なお、ＡＮとＢＳＮ間における時刻同期が行われている場合、時刻同期が行われていない場合の両方について、本発明は適用可能である。図１では、ＡＮが２台あるものとして記載しているものであるが、それ以上の複数台のＡＮが存在している場合においても適用可能である。以降の実施の形態については、２台のＡＮが適用されている網を適用例の一例として示す。
また、図１（Ｂ）は、パケットの同期概要図を示している。
コンテンツサーバ１０５からパケット１０８をＢＳＮ１０４に送信し、ＢＳＮ１０４ではパケット１０９として受信する。ＢＳＮ１０４は、受信パケット１０９をＡＮ１０２とＡＮ１０３宛てにそれぞれパケット１１０とパケット１１１として送信を行う。これらパケット１１０とパケット１１１には時刻情報として、例えば、周期番号情報が含まれており、ここでは周期番号０番が設定されていたとする。従って、ＡＮ１０２とＡＮ１０３は周期番号０のパケットを送信するタイミングまでパケットを保持しており、送信タイミングとなると、パケット１１２およびパケット１１３に示すように同時タイミングにて送信を行う。
図２は、ＢＳＮ（ＢＣＭＣＳ Ｓｅｒｖｉｎｇ Ｎｏｄｅ） １０４のハードウェアを示している。
ＢＳＮ１０４は、ＡＮやコンテンツサーバ等、他の装置との通信を行うためのネットワークＩ／Ｆ ２０１を備えている。コンテンツサーバ１０５から配信されてくるデータは、ネットワークＩ／Ｆ２０１、通信バス２０６を経由してメモリ２０３へ書き込まれる。書き込まれた受信データ情報は、ＣＰＵ２０２によって読み出され、クロック２０４が提供する時刻情報を基に生成されたシーケンス番号をデータに付与し、パケット化する。そのパケットは再び通信バス２０６、ネットワークＩ／Ｆ ２０１を経由してＡＮへ送信される。ＢＳＮとＡＮ間で時刻同期を行う場合においては、クロック２０４で管理する時刻情報は、予め定められた設定に従い、ＧＰＳ受信機２０５から取得できる時刻情報に同期したり、タイムサーバ１０７から受信する時刻情報に受信したりする。
図３は、ＡＮ（Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ） １０２及びＡＮ１０３のハードウェアを示している。
ＡＮはＢＳＮとの通信を行うためネットワークＩ／Ｆ ３０１を備えている。ＢＳＮ１０４から受信するデータは、ネットワークＩ／Ｆ ３０１、通信バス３０６を経由して、メモリ３０３へ書き込まれる。書き込まれた受信データ情報は、ＣＰＵ３０２によって読み出され、クロック３０４が提供する時刻情報と、受信したデータに付与されている時刻情報から、無線上で送信する時刻を決定する。
送信時刻になると、通信バス３０６を介し変復調回路３０７へ送信され、変復調回路３０７にて無線で送信するため、データの変調を行い、ＲＦ回路３０８にてアナログ信号へ変換されて無線上でデータが送信される。ＧＰＳ受信機３０５は、ＧＰＳ１０６から配信される時刻情報を受信し、クロック３０４へ時刻情報を提供する目的で実装される。

２．同期配信手順
図４は、ソフトコンバインまでの手順（最初のＡＮ接続）を示すシーケンス図である。この図は、ＡＮ１０２がＢＳＮ１０４へパスを確立し、データ配信を行うまでの流れを示したものである。本手順は、ＢＳＮ１０４へ接続するＡＮが全くない状態において、ＡＮ１０２がＢＳＮ１０４へ接続を行う手順を示すものである。
データの配信を行う前に、ＡＮとＢＳＮ間でデータ通信用のパスを確立する必要がある。そのため、ＯＭＣ１１３は、ＡＮ１０２に対してパス確立要求指示を行う（４０１）。このパス確立要求指示には、例えば、無線データレート、ＲＳ符号種別、使用スロット数等を含む。ＡＮ１０２はこれを受けてパス確立要求をＢＳＮ１０４へ送信する（４０２）。このパス確立要求には、一定周期（図では例として５．１２秒としている）で送信可能な送信バイト数、周期番号０に対応するＢＳＮ時刻、データ送信用のＧＲＥ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）キー情報が一緒に送信される。一定周期で送信可能な送信バイト数は、無線インタフェース規定より導かれるバイト数で、無線方式に特化した値となる。従って、無線特有の情報を保持するＡＮなどの装置でなければ導き出すことはできない。例えば、Ｃ．Ｓ００５４規定に従う１ｘＥＶ−ＤＯ基地局の場合で、伝送速度６１４．４ｋｂｐｓ、ＴｏｔａｌＢｕｒｓｔＬｅｎｇｔｈ １９２ｓｌｏｔの設定で、１インタレース分（１９２ｓｌｏｔ）使用し、ＲＳ符号として（１２， ４， １６）を適用する場合には、１０００ビットのデータ送信可能なＭＡＣ Ｐａｃｋｅｔが１９２送信可能であるが、そのうち１／４はＲＳ符号のためのパリティビットとして使用される。従って、１．２８秒間にデータ送信に使用可能なＭＡＣパケット数は、１９２ ｘ ３／４ ＝ １４４パケット、つまり１４４，０００ ｂｉｔ ＝ １８，０００バイト送信可能である。但し、１６ＭＡＣパケットに１バイトのヘッダ情報送信に使用されるため、実際には１．２８秒に送信可能なデータ量は１７，９６１バイトとなる。従って、５．１２秒に送信可能なデータ量は、１７，９６１ ｘ ４ ＝ ７１，８４４バイトとなる。ここで、１インタレースとは、全無線送信時間を４分割したうちの１つ分を指しており、４インタレースで全無線送信時間を指すこととなる。また、ＴｏｔａｌＢｕｒｓｔＬｅｎｇｔｈとは、ＢＣＭＣＳ送信設定周期の長さを１インタレース単位で示しており、１９２ｓｌｏｔに設定すると、全無線送信時間としては、４倍の７６８ｓｌｏｔ、つまり１．２８秒となる。

図１３に、送信可能なバイト数についての説明図を示す。この図は、ＴｏｔａｌＢｕｒｓｔＬｅｎｇｔｈを１９２ｓｌｏｔ、ＲＳ符号（１２，４，１６）、フレーミングヘッダ無しとし、１インタレース分（１９２ｓｌｏｔ）ＢＣＭＣＳデータ送信に割り当てた場合の５．１２秒当りに送信可能なバイト数の一覧である。
周期番号０に対応するＢＳＮ時刻は、ＢＳＮ１０４がデータをＡＮ１０２へ送信する際に、送信パケットに付与される周期番号、周期内シーケンス番号を決定する際に用いられる情報である。この情報の用途については別途説明する。
ＧＲＥキーは、ＢＳＮ１０４からＡＮ１０２へデータを送信する際に、送信パケットに付与されるＧＲＥヘッダのキーフィールドに設定される。ＡＮ１０２は、ＢＳＮ１０４から受信するデータのキーフィールドを確認することにより、ＢＳＮ１０４とＡＮ１０２間で複数パスを確立している際に、各パスで流れるデータを区別することが可能になる。なお、ＧＲＥヘッダ部については後述する。
ＢＳＮ１０４は、パス確立要求４０２を受信すると、パス確立処理を行い、パス確立応答４０３をＡＮ１０２へ送信する（４０３）。このパス確立応答４０３には、データ配信の際に用いられる周期番号と、その周期の先頭時点における対応時刻が含まれている。この時点で、ＢＳＮ１０４からＡＮ１０２へデータを送信するためのパス確立が完了し、データの送信が可能となる。
ＢＳＮ１０４は、ＡＮ−ＢＳＮ間におけるデータ送信準備が完了したところで、コンテンツサーバ１０６へデータの送信を行うことを指示するため、ＩＧＭＰ Ｊｏｉｎなどの信号によりデータ配信要求を送信する（４０４）。
コンテンツサーバ１０５は、データ配信要求４０５を受け、データの配信を開始する（４０５）。コンテンツサーバ１０５から送信された配信データは、ＢＳＮ１０４で受信され、無線で送信する時刻を計算する基となる周期番号と周期内シーケンス番号を付与し、ＡＮ１０２へ配信データを送信する（４０６）。

ＡＮ１０２は受信した配信データについて、受信したパケットに付与されている周期番号と周期内シーケンス番号を基に無線で送信する時間（時刻情報）を計算し、算出された時間となった時点で（時刻情報に同期して）データの送信を行う（４０７）。全てのＡＮでＧＰＳ１０６による時刻同期を行っており、ＢＳＮ１０４から受信する周期番号と周期内シーケンス番号から無線送信時間を算出するアルゴリズムが同一であり、各ＡＮが同じＧＰＳ時刻に対し同期を行っていることから、無線での送信時間を同じ時刻情報に同期する（一致させる）ことが可能となる。
図１２は、ソフトコンバインまでの手順（２台目以降のＡＮ接続）を示すシーケンス図である。この図は、ＡＮ１０２が既にＢＳＮ１０４へ接続している状態において、別のＡＮ１０３がＢＳＮ１０４へパスを確立し、データ配信を行うまでの流れを示したものである。
既にＡＮ１０２はパスを確立している状態であるため、コンテンツサーバ１０５から送信されている配信データは、ＢＳＮ１０４、ＡＮ１０２を経由してＡＴ１０１へ送信されている（１２０１）。
ＯＭＣ１１３は、ＡＮ１０３へパス確立を要求するために、パス確立要求指示を送信する（１２０２）。ＡＮ１０３はこれを受けてパス確立要求をＢＳＮ１０４へ送信する（１２０３）。このパス確立要求には、一定周期（図では例として５．１２秒としている）で送信可能なバイト数、周期番号０に対応するＢＳＮ時刻、データ送信用のＧＲＥキー情報が一緒に送信される。
ＢＳＮ１０４は、パス確立要求１２０３を受信すると、パス確立処理を行い、パス確立応答１２０４をＡＮ１０３へ送信する（１２０４）。このパス確立応答１２０４には、データ配信の際に用いられる周期番号と、その周期の先頭時点における対応時刻が含まれている。ここで送信される周期番号としては、手順１２０１でＡＮ１０２へ送信中の配信データに付与されている周期番号ｎと、その周期番号ｎ時点に対応するＢＳＮ対応時刻を使用する。ＢＳＮ１０４は、既にＡＮ１０２用にコンテンツサーバから配信データの受信を行っている（１２０５）。ＢＳＮ１０４は、パス確立応答１２０４で送信した周期番号ｎとＢＳＮ時刻を基に、使用する周期番号と周期内シーケンス番号を決定し、それらをデータ送信パケットに付与してＡＮ１０２とＡＮ１０３へ送信する（１２０６）。

ＡＮ１０２及びＡＮ１０３は受信した配信データについて、受信したパケットに付与されている周期番号と周期内シーケンス番号を基に無線で送信する時間を算出し、算出された時間となった時点でデータの送信を行う（１２０７）。ＡＮ１０２とＡＮ１０３はＧＰＳ１０６による時刻同期を行っており、ＢＳＮ１０４から受信する周期番号と周期内シーケンス番号から無線送信時間を算出するアルゴリズムが同一であり、ＡＮ１０２とＡＮ１０３が同じＧＰＳ時刻に対し同期を行っていることから、無線での送信時間を一致させることが可能となる。
図８は、ＢＳＮ１０４がコンテンツサーバ１０５から受信したパケットを送信しＡＮ１０２、ＡＮ１０３が無線へパケットを送信するまでのタイムチャートを示したものである。
ここでは前提として、ＡＮ１０２及びＡＮ１０３とＢＳＮ１０４との間にパスが確立され、同期番号０に対応する送信時刻ｔ_０が到来する前に、配信データがコンテンツサーバ１０５からＢＳＮ１０４に配信される場合に説明する。よって、ＡＮ１０２及びＡＮ１０３からＡＴ１０１へは、同期番号０、シーケンス番号０からパケットが配信される。
コンテンツサーバ１０５から送信された１００バイト長のパケット８０１は、ＢＳＮ１０４でパケット８０２として受信され、周期番号（Ｐ）０、シーケンス番号（Ｓ）０に設定されたパケット８０３、パケット８０４をそれぞれＡＮ１０２、ＡＮ１０３へ送信する。ＢＳＮ１０４は、コンテンツサーバ１０５から送信された５０バイト長のパケット８０５を受信すると（パケット８０６）、手順４０１及び手順１２０３で受信した１周期で送信可能なバイト数と比較し、周期番号（Ｐ）を決定する。この例では、同じ周期で送信可能と判断し、周期番号（Ｐ）０とシーケンス番号（Ｓ）１００に設定されたパケット８０７、パケット８０８をそれぞれＡＮ１０２、ＡＮ１０３へ送信する。次にコンテンツサーバ１０５から送信される２００バイト長のパケット８０９については、ＢＳＮ１０４はパケット８１０として受信し、ＢＳＮ１０４が１周期で送信可能なバイト数をパケット８０２とパケット８０６の送信で超えてしまったと判断し、次の周期番号（Ｐ）１とリセットされたシーケンス番号（Ｓ）０に設定されたパケット８１１、パケット８１２をそれぞれＡＮ１０２、ＡＮ１０３へ送信する。

ＡＮ１０２はパケット８０３とパケット８０７を周期番号０用のバッファに、パケット８１１は周期番号１用のバッファに保存する。同様にＡＮ１０３はパケット８０４、パケット８０８を周期番号１用のバッファに、パケット８１２は周期番号１用のバッファに保存する。この時点で、ＡＮ１０２とＡＮ１０３は同じバッファ内容を持つこととなる。
ＡＮ１０２とＡＮ１０３は、手順４０３、手順１２０４等で予め受信した周期番号０に対応する送信時刻を基に送信時刻ｔ０を決定し、周期番号０用のバッファから無線上のデータ送信を開始する。従って、ＡＮ１０２から送信されるパケット８１３とＡＮ１０３から送信されるパケット８１４は同時刻から同じデータの送信を行うため、ＡＴ１０１では同じ時間にＡＮ１０２とＡＮ１０３から送信されたパケット８１３とパケット８１４を受信することとなり、ソフトコンバインが可能となる。同様に、ＡＮ１０２とＡＮ１０３は同時刻に同じデータを送信するパケット８１５、パケット８１６を送信し、ＡＮ１０２とＡＮ１０３の周期番号０での送信用バッファは共に空となり、周期番号０での期間の送信は終了する。
次に、周期番号１の時間ｔ１となると、ＡＮ１０２、ＡＮ１０３は、周期番号１用のバッファからそれぞれパケット８１７、パケット８１８を送信する。

３．送信可能バイト数
図５は、ＡＮがＢＳＮへ通知する１周期で送信可能なバイト数を計算する方法を示した説明図である。３ＧＰＰ２標準Ｃ．Ｓ００５４−０ ｖ１．０で規定されている配信方式では、ＥＣＢ （Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｂｌｏｃｋ） ５０１という単位での送信が規定されている。
ＥＣＢ５０１は、複数の１０００ビット長パケットから構成されており、データ部５０２とパリティ部５０３とを含む。データ部では、ＢＳＮ１０４から受信するデータが格納される部分であり、パリティ部５０３はデータを無線で送信される過程で発生したパケットエラーを訂正するための誤り訂正符号が格納される。
ＥＣＢ５０１の横幅は１０００ビットとしているが、１０００ビットのパケット複数個で構成することが可能である。ＥＣＢ５０１の最初の１０００ビットは、ＥＣＢ５０１の先頭バイトを表すブロックヘッダ５０４、暗号化情報を転送するためのＳｅｃｕｒｉｔｙ Ｌａｙｅｒ Ｐａｃｋｅｔ ５０５、データ部の開始を示すフレーミングヘッダ５０６、正味データが格納される正味データ部５０７を含む。ここで、フレーミングヘッダ５０６はオプションであり、ＢＳＮでＲＦＣ１６６２によるＨＤＬＣ ｌｉｋｅ ｆｒａｍｉｎｇを行っている場合には含める必要はないが、ＨＤＬＣ ｌｉｋｅ ｆｒａｍｉｎｇを行わない場合には必要となるものである。また、その他のデータ部５０２の１０００ビット長パケットは、フレーミングヘッダ５０８と正味データ部５０９を含む。
１周期で送信可能なバイト数は、ＥＣＢに含まれる正味データ部が１周期内に何バイト含まれるか計算することで求める。図５の例では、１周期に含まれるＥＣＢがＥＣＢ５１０、ＥＣＢ５１１、・・・、ＥＣＢ５１２である場合を示しており、各ＥＣＢに含まれる斜線部で示される正味データ部の総和を求めることで１周期に送信可能なバイト数を求めることができる。

４．パケット構成
図６は、ＢＳＮからＡＮへ送信するパケット構成を示している。
ＢＳＮから送信されるデータはＲＦＣ２７８４及びＲＦＣ２８９０に規定されているＧＲＥ （Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）によりカプセリングされる。本実施の形態ではＢＳＮから送信するデータに時刻情報を付与するために、図に示すようにＧＲＥヘッダ使用方法に変更を加える。ＢＳＮからＡＮへ送信されるパケットは、ＩＰヘッダ部６０１、ＧＲＥヘッダ部６０２、データ部６０３を含み、また、図の下部にＧＲＥヘッダ部６０２の詳細を示している。１オクテット目には、ＧＲＥヘッダ内にチェックサムフィールドを含めるか否かを示すＣビット６０４、予約フィールドであるＲビット６０５、ＧＲＥヘッダ内にキーフィールドを含めるか否かを示すＫフィールド６０６、ＧＲＥヘッダ内にシーケンス番号を含めるか否かを示すＳフィールド６０７と予約フィールド６０８がある。
この図における適用例では、チェックサムフィールドは使用しないためＣビット６０４を０に、予約ビット６０５は０に、キーフィールドは使用するためＫビット６０６は１に、シーケンス番号を使用するためＳビット６０７を１に、残りの予約フィールド６０８は全て０に設定する。２オクテット目には予約フィールド６０８の続きと、ＧＲＥバージョンフィールド６０９がある。予約フィールド６０８は全て０に設定、ＧＲＥバージョン６０９についても０に設定する。３オクテット目と４オクテット目はパケットのデータ部６０３に含まれるパケットのプロトコルを示すプロトコルタイプフィールド６１０が含まれ、Ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｂｙｔｅ Ｓｔｒｅａｍを示す８８８１Ｈに設定される。５オクテット目から８オクテット目にはＧＲＥキーを示すキーフィールド６１１が含まれる。このキーフィールド６１１は、ＡＮから送信されるパス確立要求（４０１や４０３）で指定された値を設定する。９オクテット目から１２オクテット目まではＧＲＥシーケンス番号として使用されるが、本実施の形態では、このシーケンス番号フィールドを周期番号６１２、周期内のシーケンス番号６１３の２つのフィールドに分割して使用する。周期番号６１２は、送信周期が変わる度に１つずつインクリメントされる番号である。周期内のシーケンス番号６１３は、ＧＲＥパケットのデータ部６０３に含まれる先頭バイトが、周期番号６１２で示される周期内で何バイト目のデータであるかを示す。

図７は、図６で示した周期番号６１２、周期内のシーケンス番号６１４を使用したときの各フィールドの使用例を示す図である。
パケット７０１は、最初の周期で送信される最初のパケットであるため、周期番号は０、シーケンス番号は０に設定される。次のパケット７０２は、パケット７０１と同じ周期内で送信されるため、周期番号は同じ０に設定される。シーケンス番号は、パケット７０２のデータ部の先頭バイトが周期内で１５１バイト目であることから、１５０に設定される。次のパケット７０３は、同様に、同期番号０、シーケンス番号２００に設定される。次のパケット７０４は、次の周期内に送信されるパケットであるため、周期番号は１に設定される。以降のパケット７０５、７０６も同様の規則に従って周期番号、シーケンス番号が設定される。
周期番号を適用することによって、ＡＮ−ＢＳＮ間におけるシーケンス番号の同期がはずれた場合においても同期の復旧が可能である。周期内のシーケンス番号をバイト単位で割り当てる方法を使うことによって、途中のパケットが伝送途中で欠落したとしても、その欠落分を無線で送信しない処理を行うことにより、他のＡＮが送信するデータとの同期がはずれない利点がある。
また、周期内の最後のパケットか否かを示すＴ（ｔｅｒｍｉｎａｔｅ）フラグをＧＲＥヘッダ部に設けてもよい。この場合、送信元では、周期内における最後のパケットかどうかをＴフラグによって設定し、送信元では、Ｔフラグを検知することによって、その周期内でＢＣＭＣＳ用に確保された無線リソースをユニキャストデータ送信用など他の用途に利用でき、周波数利用効率を高めるなどの効果がある。

図１４は、周期番号、シーケンス番号の使用例の図である。この図は、ＢＳＮ１０４から送信されるパケットが周期をまたがる場合について例を示したものである。この例では、１周期で送信可能なバイト数が４００バイトであるとする。
パケット１４０１は、最初の周期で送信される最初のパケットであるため、周期番号は０、シーケンス番号は０に設定される。次のパケット１４０２は、パケット１４０１と同じ周期内で送信されるため、周期番号は同じ０に設定される。シーケンス番号は、パケット１４０２のデータ部の先頭バイトが周期内で１５１バイト目であることから、１５０に設定される。
次のパケット１４０３は、３００バイト長であることから、１周期に送信可能なバイト数を超えてしまうが、ＢＳＮ１０４は周期番号は０、シーケンス番号は２００として、パケットの先頭から２００バイト分を周期番号０に属するデータとして送信処理を行い、残りの１００バイト分のデータは周期番号１に属するデータとして送信処理を行う。ＢＳＮ１０４が次のパケット１４０４を送信する際には、既に前のパケット１４０３を送信した時点で周期番号１に属する１００バイト分のデータを送信済みであると判断し、周期番号１、シーケンス番号１００として送信を行う。以上と同様にパケット１４０５、１４０６とデータを送信していく。
ここで、周期をまたがるパケットをそのまま送信する方法を示したが、ＢＳＮ１０４において、ＨＤＬＣ ｌｉｋｅ ｆｒａｍｉｎｇを行った後にペイロードを分割したり、ＩＰフラグメンテーションを用いてペイロードを分割したりするなどのフラグメンテーション処理を行うことにより、周期内に納めることでデータの送信を行うことも可能である。

５．周期番号とシーケンス番号の決定方法
図９は、ＢＳＮ１０４における周期番号とシーケンス番号の決定方法を示したフローチャートである。
ＢＳＮ１０４におけるパラメータの初期設定として、送信中の周期番号Ｐを０、送信中のシーケンス番号Ｓを０、１周期に送信可能なデータ量をｄとする（９０１）。長さＬバイトのパケットを受信すると（９０２）、ＢＳＮ１０４にて管理されている時刻ｔと、周期番号とシーケンス番号から導かれる無線送信時刻とを比較する。たとえば、時刻ｔと、周期番号０に当たる時間と１周期の時間に周期番号Ｐをかけたものに伝送遅延や時刻ずれなどを勘案したマージンαを足したものとを比較する。この比較演算により、周期番号とシーケンス番号から導かれる無線送信時刻よりもＢＳＮ１０４の時刻ｔが早い時間であることが確認できる。比較の結果、無線で送信する時刻に間に合わない場合、つまり時刻ｔが、Ｐ＝０の時間＋１周期の時間×Ｐ＋α より大きい場合には、周期番号Ｐに１を足し、周期Ｐで送信済みのデータ量Ｔｐを０に設定し（９０４）、再度比較を行う。
手順９０３の比較の結果、無線送信時刻に間に合う時刻ｔである場合には、周期ｐで送信済みのデータ量Ｔｐに受信パケット長であるＬを足す（９０５）。足した結果のＴｐが、１周期に送信可能なデータ量ｄを超えていない場合には、周期Ｐ及びシーケンス番号Ｓを使用してＡＮへデータを送信し（９０７）、シーケンス番号Ｓにパケット長Ｌを足す（９０８）。もし足した結果のＴｐが、１周期に送信可能なデータ量ｄを超えている場合には、受信パケットの先頭から Ｌ−（Ｔｐ−ｄ）バイト部を周期Ｐ、シーケンス番号Ｓを使用してＡＮへ送信し、残り部分であるＴｐ−ｄバイト部を次の周期番号Ｐ＋１、シーケンス番号Ｓ＝０を使用してＡＮへ送信する（９０９）。周期番号Ｐに１を加え、シーケンス番号Ｓはその周期で送信したバイト数Ｔｐ−ｄに設定、周期ｐで送信済みのデータ量ＴｐをＴｐ−ｄに設定する（９１０）。以上に示した処理を手順９０２へ戻り繰り返すこととなる。この方法を適用することにより、ＢＳＮ１０４ではバッファリング処理を行うことなく、周期番号、シーケンス番号としてソフトコンバインを実施するのに適切な値を使用することができる。

図１５は、周期番号と周期内シーケンス番号の付与例（１）の図である。この図は、周期番号に対応するＢＳＮ時刻による周期番号更新の例を示す。
ＡＮ１０２は、パス確立要求を行うことにより、５．１２秒に送信可能なバイト数として４００バイト、周期番号０に対応するＢＳＮ時刻として７：５９：５０．０００を送信する（１５０１）。ＡＮ１０２は、無線で送信する時刻から逆算し、ＢＳＮ１０４で送信を開始しなければならない時間をＢＳＮ時刻として算出し、ＢＳＮ１０４へ送信する。この例では、ＡＮ１０２から周期番号０に属するデータを８：００：００．０００に無線送信開始を行いたいとして、ＢＳＮ１０４からＡＮ１０２への伝送遅延や、各装置での処理遅延、バッファリングする時間などで１０秒かかると想定し、１０秒引いた７：５９：５０．０００を周期番号０に対応するＢＳＮ時刻として選択している。ＢＳＮ１０４は、ＡＮ１０２から受信したＢＳＮ時刻を用い、周期番号０と周期番号０に対応するＢＳＮ時刻７：５９：５０．０００を含むパス確立応答信号をＡＮ１０２へ送信する（１５０２）。
周期番号０に対応するＢＳＮ時刻７：５９：５０．０００以降に送信された、コンテンツサーバ１０５から送信された１５０バイトのデータ１５０３は、周期番号０に対応する最初のパケットであるため、周期番号Ｐ＝０、周期内シーケンス番号Ｓ＝０としてＡＮ１０２へ送信される。次に送信される５０バイトのデータ１５０４は、前のデータのデータ長から周期番号Ｐ＝０、周期内シーケンス番号Ｓ＝１５０を設定してＡＮ１０２へ送信される。
ここで、周期番号１に対応するＢＳＮ時刻７：５９：５５．１２０が経過したため、周期番号０での送信は締め切られ、以降周期番号１以降を使用することとなる。次に送信される１００バイトのデータ１５０５は、周期番号Ｐ＝１、周期内シーケンス番号Ｓ＝０を設定してＡＮ１０２へ送信される。

図１６は、周期番号と周期内シーケンス番号の付与例（２）の図である。この図は、１周期に送信可能なバイト数が超過することによる周期番号更新の例を示す。
ＡＮ１０２は、パス確立要求を行うことにより、５．１２秒に送信可能なバイト数として４００バイト、周期番号０に対応するＢＳＮ時刻として７：５９：５０．０００を送信する（１６０１）。ＢＳＮ１０４は、ＡＮ１０２から受信したＢＳＮ時刻を用い、周期番号０と周期番号０に対応するＢＳＮ時刻７：５９：５０．０００を含むパス確立応答信号をＡＮ１０２へ送信する（１６０２）。
周期番号０に対応するＢＳＮ時刻７：５９：５０．０００以降に送信された、コンテンツサーバ１０５から送信された１５０バイトのデータ１６０３は、周期番号０に対応する最初のパケットであるため、周期番号Ｐ＝０、周期内シーケンス番号Ｓ＝０としてＡＮ１０２へ送信される。次に送信される２５０バイトのデータ１６０４は、前のデータのデータ長から周期番号Ｐ＝０、周期内シーケンス番号Ｓ＝１５０を設定してＡＮ１０２へ送信される。この時点で、１周期に送信可能なバイト数である４００バイトの送信が完了したため、以降送信されるデータには次の周期番号であるＰ＝１を使用することとなる。従って、次に送信される１００バイト長のデータ１６０５は、周期番号Ｐ＝１、周期内シーケンス番号Ｓ＝０を使用して送信される。また、その次に送信される１５０バイト長のデータ１６０６は周期番号Ｐ＝１、周期内シーケンス番号Ｓ＝１００を使用して送信される。ここで、周期番号１に対応するＢＳＮ時刻７：５９：５５．１２０が到来したとしても、既に周期番号Ｐ＝１を使用しているため、周期番号、周期内シーケンス番号は影響されず、次の５０バイト長のパケット１６０７は、続きの番号を使用し、周期番号Ｐ＝１、周期内シーケンス番号Ｓ＝２５０を使用することとなる。

６．ＡＮにおける送信時刻決定方法
図１０は、ＡＮにおける送信時刻決定方法を示す図である。この図は、ＡＮが、周期番号と周期内シーケンス番号が設定されたパケットを受信した後、無線上でパケットを送信するまでの手順を示したものである。
ＡＮは周期番号０に設定されたパケット１００１、パケット１００２を受信すると、これらのパケットを周期０用バッファに格納する。同様に周期番号１に設定されたパケット１００３、パケット１００４を受信すると、これらのパケットを周期１用バッファに格納する。
ＡＮ内で保持する時刻情報により、周期０用バッファに対応する送信時間となると、無線上でのパケット送信処理を開始する。この送信時間は、手順４０２や手順４０４でＢＳＮ１０４から指示された時間であり、全ＡＮで共通の時間が共有されている。ＡＮは周期０用バッファ１００５からパケットを取り出し、ＥＣＢ１００８を構成する。ＥＣＢ１００８の構成が完了すると、その先頭パケットから順に変調され、無線で送信される（パケット１００９、パケット１０１０）。無線によるパケット送信の際には、５．１２秒周期の先頭から送信を開始するため、全てのＡＮで同じタイミングで同じパケットが送信されることとなる。以降同様に、周期１用バッファに対応する送信時間となると、周期１用バッファ１００６からパケット送信が行われる。

７．時刻同期していない場合
図１１は、時刻同期していない場合について示す図である。この図は、ＢＳＮとＡＮがＧＰＳ１０６やタイムサーバ１０７などが利用できない場合など、時刻同期を行っていない場合の基地局間同期配信方法の手順を示す。
図４に示したように、ＡＮ１０２とＢＳＮ１０４で時刻同期が行われていない場合においてもパス確立要求（１１０１）とパス確立応答（１１０２）の送信を行い、放送データ送信用のパスを確立する必要がある。パス確立が完了するとＢＳＮ１０４はコンテンツサーバ１０５に対し、データ配信要求を送信する（１１０３）。
コンテンツサーバは配信データの送信を開始し、配信データをＢＳＮ１０４へ送信する（１１０４）。この配信データはＢＳＮ１０４においてバッファリングされ続けることとなる。ＡＮ１０２は、データの送信タイミングとなると、シーケンス番号と要求データ量を載せたデータ送信要求をＢＳＮ１０４へ送信する（１１０５）。これに応答し、ＢＳＮ１０４にバッファされたデータがある場合には、指定されたシーケンス番号を付与したデータをＡＮ１０２へ送信する。このとき、送信されるデータ量は、手順１００５で指定された要求データ量を超えないように送信する（１１０６）。
ＡＮ１０２は配信データを受信すると、シーケンス番号から送信時刻を算出し、その算出された送信時刻にて配信データの送信を行う（１１０７）。これらの手順が同様の形で繰り返される（１１０８、１１０９、１１１０、１１１１）。このように送信タイミングを把握しているＡＮ１０２が使用するシーケンス番号とデータ量を制御し、ＢＳＮ１０４へ指示することにより、ＢＳＮ１０４とＡＮ１０２が時刻同期していなくとも、データの同期配信が可能となる。

１０１…ＡＴ（Ａｃｃｅｓｓ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）
１０２、１０３…ＡＮ（Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）
１０４…ＢＳＮ （Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｓｅｒｖｉｎｇ Ｎｏｄｅ）
１０５…コンテンツサーバ
１０６…ＧＰＳ （Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）
１０７…タイムサーバ
１１４…ＯＭＣ （Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ）

Claims (3)

1. コンテンツサーバと複数の基地局とひとつ又は複数の無線端末とを少なくとも有し、前記複数の基地局は時刻同期し、データの送信には予め定められた送信周期が設定されている無線通信システムにおいて、前記コンテンツサーバから配信されるデータを、前記複数の基地局のうちの２以上の基地局から前記無線端末へ同期配信する方法であって、
   前記無線通信システムに、前記複数の基地局を集約する集約装置を備え、
   前記集約装置は、何番目の送信周期かを示す周期番号と、前記送信周期の先頭時点に対応する送信時刻を、前記２以上の基地局に対して送信し、
   前記集約装置は、データ配信の際に、前記無線端末へデータを配信する前記２以上の基地局に対して送信するデータに、何番目の送信周期かを示す周期番号と、前記送信周期内のシーケンス番号とを含めて送信し、
   前記無線端末へデータを配信する前記２以上の基地局は、前記集約装置から受信したデータに含まれる周期番号とシーケンス番号と前記送信周期の先頭時点に対応する送信時刻に基いて、送信時間を算出するための各基地局で同一のアルゴリズムにより送信時間を算出し、算出された時点で、前記２以上の基地局が、集約装置から受信したデータを無線端末へ同期配信する
   ことを特徴とする同期配信方法。
2. 前記周期番号および前記シーケンス番号は、前記集約装置が管理する時刻情報を基に算出することを特徴とする請求項１に記載の同期配信方法。
3. 前記複数の基地局は、それぞれの前記基地局に特有の無線パラメータを保持しており、前記無線端末へデータを配信する前記２以上の基地局は、各々、前記周期番号およびシーケンス番号およびそれぞれの前記基地局が保持している無線パラメータから前記無線端末にデータを送信する時刻情報を算出し、算出された時刻情報に、前記無線端末にデータを配信することを特徴とする請求項２に記載の同期配信方法。

Images