JP5247609B2 - 無線基地局装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線基地局装置に関し、特に、下り方向のパケット伝送の遅延時間を軽減させる無線基地局装置に関する。

例えば、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）によるＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格又は類似の無線規格の無線基地局装置（以下、基地局とも言う）において、ＭＡＣスケジューラが用いられている。
これらのシステムでは、基地局と移動局装置（以下、移動局とも言う）との無線通信品質（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）や、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、バッファ滞留量などを考慮して、共通の無線チャネルでパケットを送信すべき（単一或いは複数の）ユーザを選択している。この機能を一般にＭＡＣスケジューラと呼ぶ。

ＱｏＳのクラスとしては、固定割当（ＵＧＳ：Ｕｎｓｏｌｉｃｉｔｅｄ Ｇｒａｎｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、リアルタイムサービス（ｒｔＰＳ：Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｐｏｌｌｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、非リアルタイムサービス（ｎｒｔＰＳ：Ｎｏｎ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｐｏｌｌｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、ベストエフォート（ＢＥ：Ｂｅｓｔ Ｅｆｆｏｒｔ）がある。
例えば、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｎ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アプリケーションのような固定サイズ、固定周期の、いわゆる固定レートのパケットが通信されるコネクションには、ＵＧＳが適用される。

図１には、ＶｏＩＰネットワークの形態の一例を示してある。
ネットワークの上位に位置するＶｏＩＰ基盤網１は、一般的なコアネットワークであるＩＰ網と接続しており、ここには、ＶｏＩＰ通信の呼制御や電話番号の管理などを行うＶｏＩＰサーバや、ＡＡＡ（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ、Ａｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ、Ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ）やＨＡ（Ｈｏｍｅ Ａｇｅｎｔ）を実現するサーバが、配置される。

ＶｏＩＰ基盤網１の下位には、ＡＳＮ−ＧＷ（Ａｃｃｅｓｓ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ−Ｇａｔｅ Ｗａｙ）が１台、若しくは、複数台配置される（本例では、複数であるＫ台）。
更に、それぞれの１台のＡＳＮ−ＧＷの下位には、１台、若しくは、複数台の基地局が配置される（本例では、複数であるｍ台や、複数であるｐ台、など）。
ここまでのＶｏＩＰ基盤網１から各基地局は、有線接続で、且つ、ＩＰ接続で、接続される。

１台の基地局の下位には、１台、若しくは、複数台の移動局が無線で接続される（図１において、ｎ、ｑ、ｒは例えばそれぞれ複数である）。本例では、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式を用いた移動通信システムが形成されている。
それぞれの１台の移動局には、ＶｏＩＰ−ＴＡ（ＶｏＩＰ−Ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ Ａｄａｐｔｏｒ）と電話機が接続される。
ＶｏＩＰ−ＴＡは、電話機からの音声データをＩＰ化して移動局へ通知する機能とその逆の通信を行う機能を有する。

基地局が移動局へ送信するデータは、基地局と上位接続されるＡＳＮ−ＧＷから受信する。ＡＳＮ−ＧＷは、無線フレームのタイミングと非同期で動作しており、基地局へ送信するデータ（以下、パケットとも言う）も無線フレームとは非同期で通知される。また、ＶｏＩＰパケット以外にもＦＴＰ（Ｆｉｌｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）やＨＴＴＰ（Ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）などのアプリケーションのデータも同時にＡＳＮ−ＧＷから通知され、同一の無線フレーム内に異なるアプリケーションのデータを送信することも有り得る。

ここで、このようなシステムでは、上述のように、不特定多数のアプリケーションを同時に扱い、移動局へ無線送信しながら、ＶｏＩＰパケットのように固定レートの品質を保つためには、従来の技術では問題があった。

以下で、従来の実施形態と問題事象について、具体的に説明する。
図２には、無線フレームの構成例を示してある。
本例の無線フレーム構成では、時間軸方向（図２における横軸方向）と周波数軸方向（図２における縦軸方向）の２次元的に配置される。
本例の無線フレーム構成では、無線フレーム区間（５ｍｓｅｃ）の間に下りサブフレームとガードタイム１と上りサブフレームが配置され、それに続いて、ガードタイム２が配置される。下りサブフレームはプリアンブルとアサイン情報（下り）とアサイン情報（上り）と下りデータ領域のデータから構成され、また、上りサブフレームは上りデータ領域のデータから構成される。
なお、下りの方向は、基地局から移動局への方向であり、上りの方向は、移動局から基地局への方向である。

プリアンブルは、移動局が基地局との無線的特性を同期させるために使用する信号である。
アサイン情報には、下りデータ領域のアサイン情報と上りデータ領域のアサイン情報の２種類があるが、それぞれは各サービスフローのデータが無線フレーム構成上のどこに配置されているかを示す情報である。
下りデータ領域或いは上りデータ領域は、それぞれの方向におけるユーザデータが配置される領域となっている。また、上り信号と下り信号の切り替わり時における無線信号の衝突を回避するために、ガードタイム１、及び、ガードタイム２が用意されている。

図７には、基地局１０１の装置構成例を示してある。
本例の基地局１０１は、ネットワークインタフェース部１１１と、ＭＡＣ部１１２と、物理層プロトコル（ＰＨＹ）部１１３と、無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部１１４と、アンテナ部１１５から成る。

図８には、ＭＡＣ部１２１のスケジューラ機能の構成例を示してある。
なお、図８に示されるＭＡＣ部１２１、ネットワークインタフェース部１２２、ＰＨＹ部１２３は、それぞれ、図７に示されるＭＡＣ部１１２、ネットワークインタフェース部１１１、ＰＨＹ部１１３に対応する。
本例のＭＡＣ部１２１は、下りＭＡＣ処理部１３１、ＱｏＳ識別部１３２、下りＭＡＣスケジューラ部１３３、上りＭＡＣスケジューラ部１３４、上りＭＡＣ処理部１３５、フレームタイミング受信部１３６、フレームカウンタ生成部１３７、フレーム内タイミングカウンタ生成部１３８から構成されている。

下りデータパケット処理では、上りデータパケット処理を含めたデータパケット処理の全体を下りＭＡＣスケジューラ部１３３が中心となって連動させ、動作している。そこで、下りＭＡＣスケジューラ部１３３へ入力される情報（或いは、信号）である図８中の（１）〜（５）と、下りＭＡＣスケジューラ部１３３から出力される情報である図８中の（６）について、説明する。

（１）について
ＱｏＳ識別部１３２は、各コネクションのサービスクラスを識別し、下りＭＡＣスケジューラ部１３３へ通知する。この情報は、基地局で扱っている複数コネクションを管理するための情報であり、この情報を下りＭＡＣスケジューラ部１３３が通知されることで、ＶｏＩＰコネクションやＶｏＩＰ以外のコネクションの数を認識することを可能とする。

（２）について
ＰＨＹ部１２３から通知される無線フレーム周期のタイミングをフレームタイミング受信部１３６が受信し、そのタイミングを下りＭＡＣスケジューラ部１３３へ通知する。このタイミングは，下りＭＡＣスケジューラ部１３３が無線フレーム周期で動作を開始するタイミングとして使用している。

（３）について
フレームタイミング受信部１３６からのタイミングの情報がフレームカウンタ生成部１３７へ入力され、フレームカウンタ生成部１３７は、無線フレーム周期毎にインクリメントされるフレームカウンタを生成して、そのフレームカウンタを下りＭＡＣスケジューラ部１３３へ通知する。このフレームカウンタは、基地局と接続されている全ての移動局へ毎フレーム通知されるフレームカウンタの元になっている。

（４）について
フレームタイミング受信部１３６からのタイミングの情報がフレーム内タイミングカウンタ生成部１３８へ入力される。フレーム内タイミングカウンタ生成部１３８は、無線フレーム区間での経過時刻を確認するために、常にカウンタをインクリメントさせているが、フレームタイミングが入力されるとリセットされるようになっており、下りＭＡＣスケジューラ部１３３は、無線フレーム開始からの経過時刻を参照することができるようになっている。

（５）について
上りＭＡＣスケジューラ部１３４は、下りＭＡＣスケジューラ部１３３と同様に、ＱｏＳ識別部１３２から各サービスフローの識別情報を入力し、更に、上りＭＡＣ処理部１３５からの情報に基づき、上りデータ領域のアサイン情報を決定する。ここで、上りデータ領域のアサイン情報は、基地局から下り方向の無線信号で送信されるため、決定したアサイン情報は、下りＭＡＣスケジューラ部１３３へ通知されて、移動局まで送信される。なお、フレームタイミング受信部１３６からのタイミングの情報も上りＭＡＣスケジューラ部１３４へ入力される。

（６）について
以上が、下りＭＡＣスケジューラ部１３３へ入力される（１）〜（５）の説明である。これらの情報に基づき、下りＭＡＣスケジューラ部１３３は、下りデータ領域のアサイン情報を決定し、下りＭＡＣ処理部１３１へ通知することで、上り下り双方向の通信を実現している。

図９のフローチャートには、従来技術に係るＭＡＣスケジューラ（下りＭＡＣスケジューラ部１３３）により行われる下り方向のスケジューリング処理の手順の一例を示してある。
まず、ＭＡＣスケジューラの処理は、フレームタイミング受信部１３６から通知されるフレームタイミングをきっかけに無線フレーム周期で動作する（ステップＳ１０１）。つまり、図９のフローチャートに示されている処理は、無線フレーム周期で繰り返して実行されている。また、その繰り返しの中で、従来技術のスケジューリング処理では、ＶｏＩＰバースト生成処理、ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理、という順番で処理を行っている。

ＶｏＩＰバースト生成処理について説明する。
ＶｏＩＰバースト生成処理では、ループの第一条件として、現時刻が所定の時刻１を経過したかどうかをチェックしている（ステップＳ１０２）。これは、ＭＡＣスケジューラが無線フレーム区間内に処理を完了させなければならないため、処理終了タイミングを監視している機能である。

現時刻が時刻１を経過していない場合には、ＡＳＮ−ＧＷから通知されたＶｏＩＰパケットが下りデータ領域にマッピング可能であるかどうかをチェックする（ステップＳ１０３）。この処理では、ＡＳＮ−ＧＷから通知されて無線送信されていないＶｏＩＰパケットが存在しているかどうかを確認し、存在する場合は、マッピング可能であるかどうかをチェックしている。つまり、下りデータ領域に既にマッピングされているデータが存在し、下りデータ領域に空きが無い状態になっていないかどうかを確認する。この結果、このようなＶｏＩＰパケットが存在して、下りデータ領域に空きが存在する場合には、ＶｏＩＰバーストを生成し（ステップＳ１０４）、その後、ループの先頭（ステップＳ１０２）へ戻る。

一方、現時刻が時刻１を経過した場合や（ステップＳ１０２）、ＡＳＮ−ＧＷから通知されて無線送信されていないＶｏＩＰパケットが存在しない場合や（ステップＳ１０３）、このようなＶｏＩＰパケットが存在しても下りデータ領域にマッピングするための空きが無い場合には（ステップＳ１０３）、ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理（ステップＳ１０５）へ移行する。

ＶｏＩＰ以外のバーストの生成処理について説明する。なお、この処理は、ＶｏＩＰバースト生成処理と同様なものである。
具体的には、ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理では、ループの第一条件として、現時刻が所定の時刻１を経過したかどうかをチェックしている（ステップＳ１０５）。これは、ＭＡＣスケジューラが無線フレーム区間内に処理を完了させなければならないため、処理終了タイミングを監視している機能である。

現時刻が時刻１を経過していない場合には、ＡＳＮ−ＧＷから通知されたＶｏＩＰ以外のパケットが下りデータ領域にマッピング可能であるかどうかをチェックする（ステップＳ１０６）。この処理では、ＡＳＮ−ＧＷから通知されて無線送信されていないＶｏＩＰ以外のパケットが存在しているかどうかを確認し、存在する場合は、マッピング可能であるかどうかをチェックしている。つまり、下りデータ領域に既にマッピングされているデータが存在し、下りデータ領域に空きが無い状態になっていないかどうかを確認する。この結果、このようなＶｏＩＰ以外のパケットが存在して、下りデータ領域に空きが存在する場合には、ＶｏＩＰ以外のバーストを生成し（ステップＳ１０７）、その後、ループの先頭（ステップＳ１０５）へ戻る。

一方、現時刻が時刻１を経過した場合や（ステップＳ１０５）、ＡＳＮ−ＧＷから通知されて無線送信されていないＶｏＩＰ以外のパケットが存在しない場合や（ステップＳ１０６）、このようなＶｏＩＰ以外のパケットが存在しても下りデータ領域にマッピングするための空きが無い場合には（ステップＳ１０６）、ＰＨＹ部１２３へバースト情報を通知して（ステップＳ１０８）、処理を終了する（ステップＳ１０９）。

本例では、上記のような順番で処理することで、ＶｏＩＰパケットをＶｏＩＰパケット以外のパケットより優先して無線送信することが可能となり、毎フレーム周期で繰り返すＭＡＣスケジューラ処理を無線フレーム区間内で完了することを可能としている。
また、従来技術のスケジューリング処理を端的に説明すると、「最初にＶｏＩＰバーストの領域を確保してマッピングし、余った処理時間とデータ領域でＶｏＩＰ以外のバーストをマッピングする方式」と言うことができる。

図１０には、従来技術に係る通信処理のタイミングチャートの一例を示してある。
このタイミングチャートでは、横軸が時間を表しており、縦軸はＡＳＮ−ＧＷと基地局（ＢＳ：Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）の上位、下位接続構成を表している。縦方向の点線は無線フレーム区間の区切りを表しており、点線がＡＳＮ−ＧＷに重なっていないのは、ＡＳＮ−ＧＷは無線フレーム周期とは非同期で動作していることを表している。下向きの矢印はそれぞれ各装置間で通知される情報（及び、そのタイミング）を表しており、ＡＳＮ−ＧＷから基地局（ＭＡＣ）へはＶｏＩＰパケットの通知であり、基地局（ＭＡＣ）から基地局（ＰＨＹ）へは下り／上りアサイン情報と下りバースト情報の通知であり、基地局（ＰＨＹ）から無線区間へは図２に示される下りサブフレーム信号をユーザ端末（ＳＳ：Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）へ通知しているものである。なお、本例では、ユーザ端末は移動局である。

次に、図１０に示される具体的なＭＡＣスケジューラの動作とタイミングについて説明する。
無線フレーム＃１の区間中にＡＳＮ−ＧＷからＶｏＩＰパケットが基地局（ＭＡＣ）へ通知される。無線フレーム＃２の開始直後にＭＡＣスケジューラは処理を開始し、まず、ＶｏＩＰバースト生成処理を行う。そして、ＶｏＩＰパケットが無くなり、下りデータ領域に空きがある場合には、ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理を実行する。この処理が終わった後、基地局（ＰＨＹ）へ下り／上りアサイン情報と下りバースト情報を全て通知する。

図１０には、時刻１が示されており、ＶｏＩＰバースト生成処理、及び、ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理が時刻１よりも前に開始していることが示されている。
また、図１０に示される通り、「従来技術の場合、ＡＳＮ−ＧＷから基地局（ＭＡＣ）へ通知されたＶｏＩＰパケットが基地局（ＰＨＹ）で無線送信されるまでの最短時間は、無線フレーム区間である」ということになる。つまり、従来技術では、ＶｏＩＰパケットについて、１フレーム以上で２フレーム未満の基地局内滞留時間が存在していた。

特開２００８−０６７１１５号公報

ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ、 ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ、 "ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｌｏｃａｌ ａｎｄ ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋｓ、 Ｐａｒｔ １６：Ａｉｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ｆｉｘｅｄ ａｎｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ" （ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ−２００５）

しかしながら、上述のような従来のシステムでは、特に、ＶｏＩＰパケットのような固定レートのデータについて、下り方向のパケット伝送の遅延時間が問題となっていた。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、例えば、基地局内のＭＡＣスケジューラ処理の処理順番や処理タイミングの制御を行うことで、固定レートのデータに関する下り方向のパケット伝送の遅延時間を軽減させるスケジューリングを実現することができる無線基地局装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、移動局装置との間で無線フレームを通信する無線基地局装置において、次のような構成とした。
すなわち、下りパケット受信手段が、前記移動局装置への下り方向の固定レートのデータパケットを受信する。タイミング情報取得手段が、前記下りパケット受信手段により前記下り方向の固定レートのデータパケットが受信されたタイミングに関する情報を取得する。受信タイミング予測手段が、前記タイミング情報取得手段により取得されたタイミングに関する情報及び前記下り方向の固定レートのデータパケットの受信周期に基づいて、前記下り方向の固定レートのデータパケットが前記下りパケット受信手段により次に受信されるタイミングを予測する。下りスケジューリング手段が、同一の下り方向の無線フレームについて、前記受信タイミング予測手段により予測されたタイミングに基づいて前記下り方向の固定レートのデータパケットに含まれる情報に割り当てるための無線帯域を予め確保した後に、前記下り方向の固定レート以外のデータパケットに含まれる情報に対して無線帯域を割り当て、その後、前記下り方向の固定レートのデータパケットに含まれる情報に対して前記予め確保された無線帯域を割り当てる。無線通信手段が、前記下りスケジューリング手段による無線帯域の割り当てにより生成された下り方向の無線フレームを送信する。
従って、下り方向のパケット伝送の遅延時間を軽減させるスケジューリングを実現することができる。

ここで、無線基地局装置や、移動局装置や、これらを有する無線通信システムとしては、それぞれ、種々な構成のものが用いられてもよい。
また、通信方式としては、例えば、ＯＦＤＭＡ方式が用いられるが、他の方式が用いられてもよい。
また、無線基地局装置と移動局装置との間では、例えば、無線基地局装置から移動局装置への下り方向の無線フレームや、移動局装置から無線基地局装置への上り方向の無線フレームが通信される。また、下り方向の無線フレームや、上り方向の無線フレームとしては、それぞれ、種々な構成のものが用いられてもよい。

また、固定レートのデータとしては、種々なものが用いられてもよく、例えば、周期とサイズ（データ量）が固定的なＶｏＩＰのデータを用いることができる。また、固定レート以外のデータとしては、種々なものが用いられてもよい。
また、下り方向の固定レート以外のデータパケットを受信する手段（例えば、下りパケット受信手段と共通でもよい）が無線基地局装置に備えられてもよい。
また、下り方向のデータパケットは、例えば、無線基地局装置の上位の装置（例えば、ＡＳＮ−ＧＷなど）から無線基地局装置へ送信される。

また、下り方向の固定レートのデータパケットが受信されたタイミングに関する情報としては、種々な情報が用いられてもよく、例えば、下り方向の固定レートのデータパケットが受信されたタイミング（自体）を特定する情報が用いられてもよく、或いは、その受信タイミングに応じて行われる他の処理などのタイミングを特定する情報（つまり、間接的なタイミングの情報）が用いられてもよい。
また、下り方向の固定レートのデータパケットの受信周期の情報は、例えば、無線基地局装置のメモリに予め記憶されており、或いは、無線基地局装置の上位の装置から無線基地局装置へ通知され、或いは、無線基地局装置において過去の受信状況に基づいて受信周期が検出されて取得される。

また、受信タイミング予測手段により予測されたタイミングに基づいて下り方向の固定レートのデータパケットに含まれる情報に割り当てるための無線帯域を予め確保することは、例えば、該当する下り方向の無線フレームにおいて送信する下り方向の固定レートのデータパケットのデータ量（例えば、パケットの数）が予測されて、当該予測結果に基づいて行われる。
また、下り方向の固定レート以外のデータパケットに含まれる情報に対して無線帯域を割り当てることは、例えば、該当する下り方向の無線フレームにおいて送信することが可能なデータ量から、下り方向の固定レートのデータパケットに含まれる情報に割り当てるために予め確保されたデータ量を減じた結果のデータ量、の範囲で行われる。

以上説明したように、本発明に係る無線基地局装置によると、固定レートのデータに関する下り方向のパケット伝送の遅延時間を軽減させるスケジューリングを実現することができる。

ＶｏＩＰネットワークの形態の一例を示す図である。 無線フレームの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係る無線基地局装置のＭＡＣ部の構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係るＭＡＣスケジューラにより行われる下り方向のスケジューリング処理の手順の一例を示す図である。 本発明の一実施例に係る通信処理のタイミングチャートの一例を示す図である。 従来技術と本発明の一実施例との通信処理のタイミングチャートの比較の一例を示す図である。 無線基地局装置の構成例を示す図である。 従来技術に係る無線基地局装置のＭＡＣ部の構成例を示す図である。 従来技術に係るＭＡＣスケジューラにより行われる下り方向のスケジューリング処理の手順の一例を示す図である。 従来技術に係る通信処理のタイミングチャートの一例を示す図である。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
なお、本明細書では、従来技術例や本発明の実施例において、代表的な固定レートのアプリケーションとしてＶｏＩＰアプリケーションを例として説明するが、本発明はその性質上、例えば、画像伝送やその他の種々な一般の固定レートのデータのアプリケーションにも適用可能なものである。
また、本明細書に示す本発明の実施形態は、本願の特許請求の範囲の請求項に係る発明を不要に限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の全ての組み合わせが必ずしも本発明に必須な要件であるとは限らない。

本実施例では、図１に示されるのと同様なＶｏＩＰネットワークの形態を例として説明する。また、図２に示されるのと同様な無線フレームの構成が用いられる。また、基地局の概略的な構成は、図７に示されるものと同様である。
また、本実施例における本提案の対象となる通信区間は、図１において、ＡＳＮ−ＧＷから基地局へ通知されたＶｏＩＰが基地局から無線送信されるまでの区間となる。

以下で、例えば従来技術と比較して基地局内滞留時間を短縮させることが可能となる本例のＭＡＣスケジューラ方式について説明する。
図３には、本発明の一実施例に係る基地局のＭＡＣ部１１のスケジューラ機能の構成例を示してある。
なお、図３に示されるＭＡＣ部１１、ネットワークインタフェース部１２、ＰＨＹ部１３は、それぞれ、図７に示されるＭＡＣ部１１２、ネットワークインタフェース部１１１、ＰＨＹ部１１３に対応する。

本例のＭＡＣ部１１は、下りＭＡＣ処理部２１、ＱｏＳ識別部２２、下りＭＡＣスケジューラ部２３、上りＭＡＣスケジューラ部２４、上りＭＡＣ処理部２５、フレームタイミング受信部２６、フレームカウンタ生成部２７、フレーム内タイミングカウンタ生成部２８、前回送信時のフレームカウンタ保持部２９から構成されている。
ここで、本例のＭＡＣ部１１の構成や動作は、例えば、図８に示されるＭＡＣ部１２１と比べて、前回送信時のフレームカウンタ保持部２９が備えられていることに関する点であり、他については同様であるため、本例では、異なる点について詳しく説明する。

本例の下りデータパケット処理では、例えば、図８に示される従来技術の場合と同様に、上りデータパケット処理を含めたデータパケット処理の全体を下りＭＡＣスケジューラ部２３が中心となって連動し、動作している。図８に示される従来技術との違いは、下りＭＡＣスケジューラ部２３へ入力される情報が１つ増えていることであり、その追加情報を図３では（７）として示してある。

（７）について
前回送信時のフレームカウンタ保持部２９は、フレームカウンタ生成部２７から通知されるフレームカウンタと、下りＭＡＣスケジューラ部２３から通知されるＶｏＩＰパケットをバースト化したタイミングを通知されることにより、ＶｏＩＰバーストが生成されたときのフレームカウンタ（本例では、例えば、ＡＳＮ−ＧＷからＶｏＩＰパケットを受信したときのタイミングの情報（フレームカウンタ）を用いることもできる）を保持する。下りＭＡＣスケジューラ部２３は、その保持情報をスケジューリング処理時に参照することができ、次にＶｏＩＰパケットが受信されるタイミングを予想することが可能となる。

これは、ＶｏＩＰパケットが固定レートであり、ＡＳＮ−ＧＷから固定周期でパケットを受信する特性を利用した技術になる。
予測方法の一例を示す。
すなわち、ＶｏＩＰパケットが４フレーム周期で受信されるときに、フレームカウンタが１５であるときに受信した場合には、次はフレームカウンタが１９であるときに受信することを予想する。

図４のフローチャートには、本発明の一実施例に係るＭＡＣスケジューラ（下りＭＡＣスケジューラ部２３）により行われる下り方向のスケジューリング処理の手順の一例を示してある。
まず、ＭＡＣスケジューラの処理は、フレームタイミング受信部２６から通知されるフレームタイミングをきっかけに無線フレーム周期で動作する（ステップＳ１）。つまり、図４のフローチャートに示されている処理は、例えば図９に示される従来技術の場合と同様に、無線フレーム周期で繰り返し実行されている。
本例の処理の全体を見ると、図９に示される従来技術とは逆に、ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理、ＶｏＩＰバースト生成処理の順番で実行される。

まず、ＡＳＮ−ＧＷから通知される予定のＶｏＩＰパケットの数を計算する。これは、前回送信時のフレームカウンタ保持部２９が保持するフレームカウンタを参照することで、今回のフレームで受信予定のＶｏＩＰパケットの数を全て計算する（ステップＳ２）。
次に、既に通知されているＶｏＩＰパケットと予定されているＶｏＩＰパケットの合計数に基づき、ＶｏＩＰバーストサイズを計算する（ステップＳ３）。なお、ＶｏＩＰパケットは固定レートで周期とサイズが固定であるため、ＶｏＩＰパケットの数が確定すると、サイズも一意に決定する。

次に、ＶｏＩＰ以外のバーストに割り当てるデータ量を計算する（ステップＳ４）。これは、下りデータ領域（全てのデータ量）からＶｏＩＰバーストに割り当てる領域（データ量）を差し引いた領域（データ量）を、ＶｏＩＰ以外のバーストに割り当てる領域（データ量）としている。こうすることで、本例では、ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理を先に実行したとしても、ＶｏＩＰバーストのためのデータ領域が確保されることになる。

以降では、ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理とＶｏＩＰバースト生成処理の処理タイミングを制御する動作について詳細に説明する。
まず、ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理について説明する。
ループ処理の第一条件として、所定の時刻（時刻２）を経過していないかどうかをチェックする（ステップＳ５）。ここで、時刻２としては、無線フレームタイミングの開始からＶｏＩＰ以外のバースト生成処理に与えられた時刻が用いられる。この時刻２までに１個、乃至、複数個のＶｏＩＰ以外のバーストを生成することが可能となる。

次に、ＶｏＩＰ以外のバースト（ＡＳＮ−ＧＷから通知されているＶｏＩＰ以外のパケット）を下りデータ領域にマッピングすることが可能かどうかをチェックする（ステップＳ６）。これは、ステップＳ４の処理で計算した、ＶｏＩＰ以外のバーストに割り当てられるデータ量に、新規生成予定のＶｏＩＰ以外のバーストが入りきるかどうかをチェックしている。入りきると判定された場合には、ＶｏＩＰ以外のバーストが生成される（ステップＳ７）。
これらの処理（ステップＳ５〜ステップＳ７）は、時刻２を経過するまで、若しくは、ＶｏＩＰ以外のバーストに割り当て可能な下りデータ領域に空きが無くなるまでループして実行する。

ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理が終わった後は、所定の時刻（時刻３）が経過するまで待つ処理を行う（ステップＳ８）。これは、ＶｏＩＰ以外のバースト生成処理の処理時間に依存して、ＶｏＩＰバースト生成処理の開始が早まってしまうことを防止するための機能である。

次に、ＶｏＩＰバースト生成処理について説明する。
ループ処理の第一条件として、所定の時刻（時刻４）を経過していないかどうかをチェックする（ステップＳ９）。これは、ＶｏＩＰバースト生成処理が遅延し、ＭＡＣスケジューラ処理が破綻しないようにする機能である。その後に、ＶｏＩＰバーストに割り当てる下りデータ領域に空きがあるかどうか（ＡＳＮ−ＧＷから通知されているＶｏＩＰパケットを、ＶｏＩＰバーストに割り当てられた下りデータ領域にマッピング可能であるかどうか）をチェックし（ステップＳ１０）、空きがある場合には、ＶｏＩＰバーストを生成する（ステップＳ１１）。
このように処理することで、ＶｏＩＰパケットをＶｏＩＰパケット以外のパケットより優先して無線送信することが可能となり、更に、ＶｏＩＰパケット生成処理の開始時刻を固定的に遅らせることを可能としている。

これらの処理（ステップＳ９〜ステップＳ１１）は、時刻４を経過するまで、若しくは、ＶｏＩＰバーストに割り当て可能な下りデータ領域に空きが無くなるまでループして実行する。
ＶｏＩＰバースト生成処理が終わった後は、ＰＨＹ部１３へバースト情報を通知して（ステップＳ１２）、処理を終了する（ステップＳ１３）。

次に、図５のタイミングチャートを参照して、本例の処理が遅延時間の短縮に対してどのように効果があるのかを説明する。
図５には、本発明の一実施例に係る通信処理のタイミングチャートの一例を示してある。
このタイミングチャートでは、横軸が時間を表しており、縦軸はＡＳＮ−ＧＷと基地局（ＢＳ）の上位、下位接続構成を表している。縦方向の点線は無線フレーム区間の区切りを表しており、点線がＡＳＮ−ＧＷに重なっていないのは、ＡＳＮ−ＧＷは無線フレーム周期とは非同期で動作していることを表している。下向きの矢印はそれぞれ各装置間で通知される情報（及び、そのタイミング）を表しており、ＡＳＮ−ＧＷから基地局（ＭＡＣ）へはＶｏＩＰパケットの通知であり、基地局（ＭＡＣ）から基地局（ＰＨＹ）へは下り／上りアサイン情報と下りバースト情報の通知であり、基地局（ＰＨＹ）から無線区間へは図２に示される下りサブフレーム信号をユーザ端末（ＳＳ）へ通知しているものである。なお、本例では、ユーザ端末は移動局である。

次に、図５に示される具体的なＭＡＣスケジューラの動作とタイミングについて説明する。
まず、無線フレーム＃２の開始からＶｏＩＰ以外のバースト生成を行う。その処理が時刻２よりも前に終了しているが、次のＶｏＩＰバースト生成処理は時刻３まで経過してから開始している。そうすることにより、時刻４の直前にＡＳＮ−ＧＷから基地局（ＭＡＣ）へ通知されるＶｏＩＰパケットまで、ＶｏＩＰバースト生成処理に反映することが可能になる。
また、図５に示される通り、「本例の場合、ＡＳＮ−ＧＷから基地局（ＭＡＣ）へ通知されたＶｏＩＰパケットが基地局（ＰＨＹ）で無線送信されるまでの最短時間は、時刻４から次の無線フレームの開始タイミングである」ということになる。

図６には、本例（本提案）と従来技術とについて、遅延時間の差をそれぞれの最短遅延時間（ＢＳ内の最短遅延時間）で比較したタイミングチャートの一例を示してある。
図６では、無線フレーム＃３の基地局（ＰＨＹ）の無線送信タイミングを基準とし、ＡＳＮ−ＧＷから通知されるＶｏＩＰパケットがどれだけ最速で無線送信できるかを示している。
図６に示されるように、従来技術では、無線フレーム＃２の直前のＶｏＩＰパケットまでしか無線フレーム＃３の無線送信に反映できないが、本例（本提案）では、無線フレーム＃２のＶｏＩＰバースト生成処理の直前のＶｏＩＰパケットまで無線フレーム＃３の無線送信に反映できるようになる。

ここで、受信予定のＶｏＩＰパケットの数を計算する方法について、更に説明しておく。
本例では、ＡＳＮ−ＧＷから通知されるＶｏＩＰパケットが周期的であるため、この周期性を利用して各無線フレームのＶｏＩＰパケットの数を予測的に計算している。
そして、説明の便宜上から、図３では、１つの前回送信時のフレームカウンタ保持部２９のみを示して説明したが、実際には、１台の基地局に対してＶｏＩＰのサービスを利用するユーザは複数存在し得る。更に、厳密には、１ユーザで複数のＶｏＩＰコネクションを確立することも可能であるため、ＶｏＩＰコネクションが複数存在し得る。

このため、例えば、各コネクションからは別々のタイミングでＶｏＩＰパケットが通知され、フレームカウンタの管理はＶｏＩＰコネクション毎に行われる。よって、例えば、前回送信時のフレームカウンタ保持部２９（その機能）もＶｏＩＰコネクション毎に複数備えられる。
そして、下りＭＡＣスケジューラ部２３では、これら複数の前回送信時のフレームカウンタ保持部が保持するフレームカウンタをそれぞれ参照し、コネクション毎のパケット受信周期を基に、今回の無線フレームに対して受信予定の全てのＶｏＩＰパケットの数を計算する。つまり、全てのコネクションからの受信予測パケット数を集計する。

一例として、次のような処理手順を用いることができる。
すなわち、まず、１つのコネクションについて前回送信時のフレームカウンタ保持部２９のフレームカウンタを参照し、次に、当該コネクションのＶｏＩＰパケット周期を参照し、フレームカウンタと周期から当該コネクションの受信予測パケット数を計算する。そして、これらの処理をコネクション毎に行って、予測した各コネクション毎の受信予測パケット数を合計して、総数（合計値）を算出する。

以上のように、本例では、無線基地局装置（基地局）及び移動局装置（移動局）を有する無線伝送装置（無線送受信装置）に関し、伝送する無線信号がフレーム構成を有するデジタル無線システムにおいて、次のようにして、複数の移動局に対し、１台の基地局が上り／下り方向のスケジューリング制御を実行する。
すなわち、下り方向の固定レートのデータパケットと下り方向の固定レート以外のデータパケットに含まれる情報を同一の無線フレーム区間で無線送信することが可能であり、当該固定レートのデータパケットを受信したタイミングを保持し、当該固定レートのデータパケットを受信したタイミングに基づいて次回の固定レートのデータパケットを受信するタイミングを予測し、当該固定レートのデータパケットに含まれる情報を無線送信するための無線帯域を確保し、無線送信データを生成する処理順番について、先に固定レート以外のデータパケットを処理し、その後に固定レートのデータパケットの処理を行うことで、当該固定レートのデータパケットを受信してから当該固定レートのデータパケットに含まれる情報を無線送信するまでの時間を短縮することを図る。

このように、本例では、ＯＦＤＭＡ方式を用いた移動通信システムにおいて、移動局（移動端末）との通信に使用する無線バーストフレームの割り当てを行う基地局に関する。
基地局では、フレーム構成を有するデジタル無線システム（本例では、移動通信システム）において、移動局に対して下り方向の通信のスケジューリング制御を行い、下り方向の固定レートのデータパケットに含まれる情報と、下り方向の固定レート以外のデータパケットに含まれる情報とを同一の無線フレームで送信する。
また、基地局では、前回の受信タイミングの取得として、例えば（当該基地局の上位装置から）下り方向の固定レートのデータパケットを受信したタイミングを取得し、次回の受信タイミングの予測として、取得した下り方向の固定レートのデータパケットを受信したタイミング、及び（例えば、予め設定されてメモリに記憶された）当該固定レートのデータパケットの受信周期に基づいて、次に受信する当該固定レートのデータパケットの受信タイミングを予測する。
そして、基地局では、予測に基づく無線帯域の確保として、予測した固定レートのデータパケットの受信タイミングに基づいて、当該固定レートのデータパケットに含まれる情報を無線送信するための無線帯域を予め確保し、バースト生成処理として、無線送信データを生成する処理において、固定レート以外のデータパケットの処理の後に、固定レートのデータパケットの処理を開始し、固定レートのデータパケットに含まれる情報に対して予め確保された無線帯域を割り当てる。

従って、本例の基地局では、固定レートパケットの遅延短縮を図ることができ、具体的には、ＡＳＮ−ＧＷから基地局へ通知された固定レートのパケットが基地局から移動局に対して無線送信されるまでの時間を短縮することが可能となる。

なお、本例の無線基地局装置では、上位装置であるＡＳＮ−ＧＷから下り方向の固定レートのデータパケットや下り方向の固定レート以外のデータパケットを受信する機能により下りパケット受信手段が構成されており、下り方向の固定レートのデータパケットの受信タイミングに関する情報を取得する前回送信時のフレームカウンタ保持部２９などの機能によりタイミング情報取得手段が構成されており、下りＭＡＣスケジューラ部２３が下り方向の固定レートのデータパケットの過去の受信タイミングと周期から次の受信タイミングを予測する機能により受信タイミング予測手段が構成されており、下りＭＡＣスケジューラ部２３が図４に示されるような処理の手順で下り方向の無線フレームのスケジューリング制御を行う機能により下りスケジューリング手段が構成されており、下り方向の無線フレームの送信や上り方向の無線フレームの受信を行う機能により無線通信手段が構成されている。

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

１・・ＶｏＩＰ基盤網、 １１、１１２、１２１・・ＭＡＣ部、 １２、１１１、１２２・・ネットワークインタフェース部、 １３、１１３、１２３・・ＰＨＹ部、 ２１、１３１・・下りＭＡＣ処理部、 ２２、１３２・・ＱｏＳ識別部、 ２３、１３３・・下りＭＡＣスケジューラ部、 ２４、１３４・・上りＭＡＣスケジューラ部、 ２５、１３５・・上りＭＡＣ処理部、 ２６、１３６・・フレームタイミング受信部、 ２７、１３７・・フレームカウンタ生成部、 ２８、１３８・・フレーム内タイミングカウンタ生成部、 ２９・・前回送信時のフレームカウンタ保持部、 １０１・・無線基地局装置、 １１４・・ＲＦ部、 １１５・・アンテナ部、

Claims (1)

1. 移動局装置との間で無線フレームを通信する無線基地局装置において、
   前記移動局装置への下り方向の固定レートのデータパケットを受信する下りパケット受信手段と、
   前記下りパケット受信手段により前記下り方向の固定レートのデータパケットが受信されたタイミングに関する情報を取得するタイミング情報取得手段と、
   前記タイミング情報取得手段により取得されたタイミングに関する情報及び前記下り方向の固定レートのデータパケットの受信周期に基づいて、前記下り方向の固定レートのデータパケットが前記下りパケット受信手段により次に受信されるタイミングを予測する受信タイミング予測手段と、
   同一の下り方向の無線フレームについて、前記受信タイミング予測手段により予測されたタイミングに基づいて前記下り方向の固定レートのデータパケットに含まれる情報に割り当てるための無線帯域を予め確保した後に、前記下り方向の固定レート以外のデータパケットに含まれる情報に対して無線帯域を割り当て、その後、前記下り方向の固定レートのデータパケットに含まれる情報に対して前記予め確保された無線帯域を割り当てる下りスケジューリング手段と、
   前記下りスケジューリング手段による無線帯域の割り当てにより生成された下り方向の無線フレームを送信する無線通信手段と、
   を備えたことを特徴とする無線基地局装置。

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