JP5498888B2 - 無線端末及び伝送速度計算方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信によって提供される伝送速度を計算する無線端末及び伝送速度計算方法に関する。

無線通信システムにおいて無線基地局との無線通信を行う無線端末は、当該無線基地局を介して、サーバ等の通信先装置との通信を行う。

無線端末と通信先装置との通信の効率を向上させるために、無線端末と通信先装置との間の通信経路によって提供される伝送速度に合わせて、通信先装置におけるデータ送信レートを調整する手法が提案されている（特許文献１参照）。

無線端末と通信先装置との間の通信経路においては、無線端末と無線基地局とが行う無線通信が伝送速度のボトルネックになることが一般的であるため、当該無線通信によって提供される伝送速度を計算することが望ましい。

特許文献１に記載の手法では、無線通信によって提供される伝送速度の指標として、無線端末が無線基地局から受信した無線信号の品質（以下、無線品質）から求められる伝送速度を示すＤＲＣ情報が使用される。

一方で、近年、ＬＴＥ（Long Term Evolution）やＷｉＭＡＸ等の次世代無線通信システムが注目されている。このような無線通信システムでは、無線リソースの割り当てを動的に変更可能なスケジューリング技術と、データ復号に成功するまで繰り返し送信を行う自動再送制御とを無線通信に使用することが前提となっている。

特開２００７−２５２００５号公報

特許文献１で使用されるＤＲＣ情報は、無線品質に対応する伝送速度を示すものであるが、実際には、無線通信によって提供される伝送速度は、無線品質だけでなくスケジューリング技術や自動再送制御の影響を受ける。特許文献１に記載の手法では、スケジューリング技術や自動再送制御の影響が考慮されておらず、無線通信によって提供される伝送速度を精度良く計算できない問題があった。

そこで、本発明は、スケジューリング技術と自動再送制御とを使用した無線通信によって提供される伝送速度を精度良く計算できる無線端末及び伝送速度計算方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。まず、本発明に係る無線端末の特徴は、無線リソースの割り当てを動的に変更可能なスケジューリング技術と、データ復号に成功するまで繰り返し送信を行う自動再送制御とを使用した無線通信を無線基地局（無線基地局２００）と行う無線端末（無線端末１００）であって、前記無線基地局によって自端末に割り当てられた無線リソースの量である割り当てリソース量（割り当てＲＢ数）と、前記自動再送制御においてデータ復号に成功するまでに要した送信回数である所要送信回数とを取得する取得部（取得部１４２）と、前記取得部によって取得される前記割り当てリソース量と前記所要送信回数とを用いて、前記無線通信によって提供される実効的な伝送速度を計算する計算部（計算部１４３）とを備えることを要旨とする。

このような特徴によれば、計算部は、取得部によって取得される割り当てリソース量と所要送信回数とを用いて、無線通信によって提供される実効的な伝送速度を計算する。

割り当てリソース量が多いほど理論的な伝送速度は高くなり、割り当てリソース量が少ないほど理論的な伝送速度は低くなるため、割り当てリソース量を考慮することによって、伝送速度を精度良く計算できる。

また、自動再送制御における所要送信回数が多いほど実効的な伝送速度は低くなり、所要送信回数が少ないほど実効的な伝送速度は高くなるため、所要送信回数を考慮することによって、伝送速度を精度良く計算できる。

したがって、上記の特徴に係る無線端末は、スケジューリング技術と自動再送制御とを使用した無線通信によって提供される伝送速度を精度良く計算できる。

本発明に係る無線端末の他の特徴は、上記の特徴に係る無線端末において、前記取得部は、前記自動再送制御における繰り返し送信の時間間隔をさらに取得し、前記計算部は、前記取得部によって取得される前記割り当てリソース量と前記所要送信回数と前記繰り返し送信の時間間隔とを用いて、前記実効的な伝送速度を計算することを要旨とする。

本発明に係る無線端末の他の特徴は、上記の特徴に係る無線端末において、前記取得部は、前記無線通信で使用される変調符号化方式に対応する、１無線リソース当たりの伝送速度をさらに取得し、前記計算部は、前記取得部によって取得される前記割り当てリソース量と前記１無線リソース当たりの伝送速度とを用いて、前記無線通信によって提供される理論的な伝送速度を計算する理論伝送速度計算部（理論伝送速度計算部１４３ａ）を備え、計算された前記理論的な伝送速度を用いて、前記実効的な伝送速度を計算することを要旨とする。

本発明に係る無線端末の他の特徴は、上記の特徴に係る無線端末において、前記計算部は、前記取得部によって取得される前記所要送信回数と前記繰り返し送信の時間間隔とを用いて、前記自動再送制御の影響による伝送速度の減少率を計算する減少率計算部（減少率計算部１４３ｂ）と、前記理論伝送速度計算部によって計算された前記理論的な伝送速度と、前記減少率計算部によって計算された前記伝送速度の減少率とを用いて、前記実効的な伝送速度を計算する実効伝送速度計算部（実効伝送速度計算部１４３ｃ）とをさらに備えることを要旨とする。

本発明に係る無線端末の他の特徴は、上記の特徴に係る無線端末において、前記減少率計算部は、前記取得部によって取得される前記所要送信回数を統計処理することによって、送信回数毎の復号成功確率を計算し、計算した前記送信回数毎の復号成功確率と、前記取得部によって取得される前記繰り返し送信の時間間隔とを用いて、前記伝送速度の減少率を計算することを要旨とする。

本発明に係る伝送速度計算方法の特徴は、無線リソースの割り当てを動的に変更可能なスケジューリング技術と、データ復号に成功するまで繰り返し送信を行う自動再送制御とを使用した無線通信を無線基地局と無線端末とが行う無線通信システムにおいて、前記無線通信によって提供される実効的な伝送速度を計算する伝送速度計算方法であって、前記無線基地局によって前記無線端末に割り当てられた無線リソースの量である割り当てリソース量と、前記自動再送制御においてデータ復号に成功するまでに要した送信回数である所要送信回数とを取得するステップと、前記取得するステップによって取得される前記割り当てリソース量と前記所要送信回数とを用いて、前記実効的な伝送速度を計算するステップとを有することを要旨とする。

本発明によれば、スケジューリング技術と自動再送制御とを使用した無線通信によって提供される伝送速度を精度良く計算できる無線端末及び伝送速度計算方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す概略構成図である。 スケジューリング技術を説明するための図である。 ＨＡＲＱでの繰り返し送信を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る無線端末の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線通信システムの下りリンクに関する動作例を示すシーケンス図である。 本発明の実施形態に係る無線通信システムの上りリンクに関する動作例を示すシーケンス図である。 本発明の実施形態に係る伝送速度計算処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る伝送速度減少率の計算処理を示すフローチャートである。 その他の実施形態に係る無線基地局の構成を示すブロック図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。

また、以下の実施形態では、ＬＴＥ（3GPP Release8又は9）に基づく無線通信システムを例に説明を行うが、ＷｉＭＡＸなどの他の無線通信システムにも本発明を適用できる。

（１）無線通信システムの概要
まず、本実施形態に係る無線通信システムの概要について、（１．１）全体概略構成、（１．２）スケジューリング技術、（１．３）ＨＡＲＱの順に説明する。

（１．１）全体概略構成
図１は、本実施形態に係る無線通信システム１の全体構成を示す概略構成図である。

図１に示すように、無線通信システム１は、無線端末１００、無線基地局２００、及びサーバ装置４００を有する。なお、図１においては、無線基地局２００との無線通信を行う無線端末１００が１つであるが、複数の無線端末１００が無線基地局２００との無線通信を行っていてもよい。

無線端末１００は、上りリンク及び下りリンクのそれぞれの無線通信を無線基地局２００と行う。上りリンクとは、無線端末１００から無線基地局２００にユーザデータを送信する無線通信であり、下りリンクとは、無線基地局２００から無線端末１００にユーザデータを送信する無線通信である。

無線端末１００と無線基地局２００との間の上りリンク及び下りリンクのそれぞれの無線通信には、自動再送制御の一種であるＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）が使用される。

ＨＡＲＱでは、受信側は、受信したユーザデータを復号し、復号に成功すれば肯定応答（ＡＣＫ）を、復号に失敗すれば否定応答（ＮＡＣＫ）を生成する。送信側は、ＮＡＣＫを受信すると、初回送信データに対応する再送データを送信する。受信側は、復号に失敗した場合には、復号に失敗したデータを破棄せずに保持しておき、保持しているデータと再送データとを合成することで、復号に成功する確率を高めることができる。

無線端末１００と無線基地局２００との間の上りリンク及び下りリンクのそれぞれの無線通信には、適応変調が使用される。無線基地局２００は、上りリンクの無線品質に応じて上りリンクのＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）を決定するとともに、下りリンクの無線品質に応じて下りリンクのＭＣＳを決定する。ＭＣＳとは、変調方式（QPSK, 16QAM, 64QAMなど）と符号化率との組み合わせを意味し、トランスポート・フォーマットとも称される。無線品質は、例えばＳＩＮＲ（signal to noise interference ratio）である。

無線端末１００と無線基地局２００との無線通信においては、下りリンクの多重方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式が、上りリンクの多重方式としてＳＣ−ＦＤＭＡ（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access）方式がそれぞれ適用される。また、複信方式としてＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式又はＴＤＤ（Time Division Duplex）方式が適用される。

無線端末１００と無線基地局２００との間の上りリンクには、制御情報が伝送される上りリンク制御チャネル(PUCCH: Physical Uplink Control CHannel)と、ユーザデータが伝送される上りリンク共有チャネル(PUSCH: Physical Uplink Shared CHannel)とが設定される。

無線端末１００と無線基地局２００との間の下りリンクには、制御情報が伝送される下りリンク制御チャネル(PDCCH: Physical Downlink Control CHannel)及びＨＡＲＱインジケータチャネル(PHICH: Physical Hybrid Automatic Repeat Request Indicator Channel)と、ユーザデータが伝送される下りリンク共有チャネル(PDSCH: Physical Downlink Shared CHannel)が設定されている。

無線基地局２００は、スケジューリング技術を用いて、上りリンクの無線品質に応じてＰＵＳＣＨリソースを無線端末１００に割り当てるとともに、下りリンクの無線品質に応じてＰＤＳＣＨリソースを無線端末１００に割り当てる。スケジューリング技術により、無線リソースの利用効率を高めることができる。

ＬＴＥでは、下り上り共に、時間方向及び周波数方向のそれぞれでリソース割り当てを行う。時間方向は、サブフレーム単位で割り当てが行われ、周波数方向では、リソースブロック（ＲＢ）単位で割り当てが行われる。

無線端末１００は、電子メールや、Ｗｅｂ閲覧、インターネットラジオ、ビデオストリーミングといったアプリケーションを実行しており、当該アプリケーションを用いて、無線基地局２００及びネットワーク３００を介してサーバ装置４００との通信を行う。

（１．２）スケジューリング技術
図２は、スケジューリング技術を説明するための図である。図２において、斜線で示される無線リソースは無線基地局２００が無線端末１００に割り当てた無線リソースであり、それ以外の無線リソースは無線基地局２００が他の無線端末に割り当てた無線リソース又は何れの無線端末にも割り当てられていない無線リソースである。

図２に示すように、１つの無線リソースは、１つのサブフレームと１つのＲＢとによって構成される。１つのサブフレームは１ミリ秒の時間長を有し、７個のＯＦＤＭシンボルによって構成される。１つのＲＢは、１８０ｋＨｚの周波数帯域幅を有し、１２個のサブキャリアによって構成される。

無線基地局２００は、プロポーショナルフェアネス（ＰＦ）等のスケジューリング方式により、１サブフレーム毎に、無線端末に対するＲＢの割り当てを行う。プロポーショナルフェアネスは、あるＲＢについて、無線品質の平均値に対する無線品質の瞬時値の比が高い無線端末に当該ＲＢを優先的に割り当てるスケジューリング方式である。

１サブフレームにおいて１つの無線端末に割り当てられるＲＢは複数でもよい。図２では、無線基地局２００は、最初のサブフレームにおいて３個のＲＢを無線端末１００に割り当て、２番目のサブフレームにおいて１個のＲＢを無線端末１００に割り当て、３番目のサブフレームにおいて０個のＲＢを無線端末１００に割り当て、４番目のサブフレームにおいて２個のＲＢを無線端末１００に割り当て、５番目のサブフレームにおいて１個のＲＢを無線端末１００に割り当てている。

また、無線基地局２００は、１サブフレーム毎に、各無線端末に割り当てたＲＢの無線品質を示すＣＱＩ（Channel Quality Indicator）の平均値からＭＣＳを決定する。具体的には、無線品質が高いほど変調多値数が多く符号化率の低いＭＣＳの値を決定し、無線品質が低いほど変調多値数が少なく符号化率の高いＭＣＳの値を決定する。

個々の無線端末において、１サブフレーム内に複数のＲＢが割り当てられた場合でも、当該複数のＲＢで同じＭＣＳを使用する。図２では、無線基地局２００は、最初のサブフレームにおいて無線端末１００に割り当てた３個のＲＢに対してＭＣＳ“５”を使用し、２番目のサブフレームにおいて無線端末１００に割り当てた１個のＲＢに対してＭＣＳ“７”を使用し、４番目のサブフレームにおいて無線端末１００に割り当てた２個のＲＢに対してＭＣＳ“１１”を使用し、５番目のサブフレームにおいて無線端末１００に割り当てた１個のＲＢに対してＭＣＳ“４”を使用している。

（１．３）ＨＡＲＱ
ＨＡＲＱでは、送信側は、送信すべきユーザデータをターボ符号化等により符号化し、誤り訂正のための冗長ビットをユーザデータに付加する。ユーザデータ及び冗長ビットからなる送信単位をデータパケットと称する。送信側は、データパケットを送信した後にＮＡＣＫを受信すると、当該データパケットに対応する再送データパケットを受信側に送信する。繰り返し送信される一連のデータパケットは、１つのＨＡＲＱプロセスを構成し、同一のＨＡＲＱプロセス番号により識別される。

図３は、ＨＡＲＱでの繰り返し送信を説明するための図である。図３は、下りリンクにおいて無線端末１００が無線基地局２００から受信するデータパケットのＨＡＲＱプロセス番号を時系列で示している。

図３に示すように、ＨＡＲＱプロセス番号“１”のデータパケットは、１回目の送信で復号に成功しており、ＨＡＲＱによる再送が発生していない。一方、ＨＡＲＱプロセス番号“２”のデータパケットは、３回目の送信で復号に成功しており、ＨＡＲＱによる再送が２回発生している。

ＬＴＥの下りリンクでは、非同期型の再送を行うため、スケジューリング技術でのリソース割り当て状況によって、再送の時間間隔が変化する。ＨＡＲＱプロセス番号“２”の初回送信と２回目の送信（すなわち１回目の再送）との間には、時間間隔Ｉ₁が存在する。ＨＡＲＱプロセス番号“２”の２回目の送信と３回目の送信（すなわち２回目の再送）との間には、時間間隔Ｉ₁よりも広い時間間隔Ｉ₂が存在する。

一方、ＬＴＥの上りリンクでは、同期型の再送を行うため、再送の時間間隔は常に同じであり、仕様上８ミリ秒となる。

（２）無線通信システムの詳細構成
次に、無線通信システム１の詳細構成について、（２．１）無線端末の構成、（２．２）無線基地局の構成の順に説明する。

（２．１）無線端末の構成
図４は、無線端末１００の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、無線端末１００は、アンテナ１０１、無線通信部１１０、制御部１４０、記憶部１５０、音声入出力部１６０、映像入出力部１７０、操作受付部１８０、及びバッテリ１９０を有する。無線通信部１１０は、無線部１２０及び信号処理部１３０を有する。

アンテナ１０１は無線信号の送受信に用いられる。

無線部１２０は、アンテナ１０１を介して無線信号を無線基地局２００と送受信する。また、無線部１２０は、当該無線信号とベースバンド信号との変換を行い、ベースバンド信号を信号処理部１３０に入出力する。

信号処理部１３０は、適応変調に従った信号処理及びＨＡＲＱに従った信号処理を行う。具体的には、信号処理部１３０は、受信信号（受信ベースバンド信号）の復調及び復号や、送信信号（送信ベースバンド信号）の変調及び符号化を行う。

なお、無線通信部１１０を別体の構成としてもよい。この場合、無線通信部１１０はカード型の形状であってもよい。

制御部１４０は、例えばＣＰＵを用いて構成され、無線端末１００が具備する各種機能を制御する。

記憶部１５０は、例えばメモリを用いて構成され、制御部１４０における制御等に用いられる各種情報を記憶する。また、記憶部１５０は、ＭＣＳと、その伝送速度（以下、ＭＣＳ伝送速度）とを対応付けたＭＣＳ伝送速度テーブルを予め記憶する。ここで、ＭＣＳ伝送速度は、１無線リソース（１サブフレーム及び１ＲＢ）当たりの伝送速度である。

音声入出力部１６０は、例えば、集音した音声に基づいて音声信号を制御部１４０に入力するマイクと、制御部１４０からの音声信号に基づいて音声を出力するスピーカとを有する。

映像入出力部１７０は、例えば、文字や映像を出力するディスプレイと、被写体を撮影して得られた映像信号を制御部１４０に入力するカメラとを有する。

操作受付部１８０は、例えば、テンキー、ファンクションキー又はタッチパネルなどを用いて構成され、ユーザからの操作を受け付ける。

バッテリ１９０は、無線部１２０、信号処理部１３０、制御部１４０、記憶部１５０、音声入出力部１６０、映像入出力部１７０、及び操作受付部１８０に供給するための電力を蓄える。

制御部１４０は、無線通信制御部１４１、取得部１４２、計算部１４３、ＴＣＰ処理部１４４、及びアプリケーション処理部１４５を有する。計算部１４３は、理論伝送速度計算部１４３ａ、減少率計算部１４３ｂ、及び実効伝送速度計算部１４３ｃを有する。

無線通信制御部１４１は、レイヤ２（データリンク層）プロトコルに従って無線通信部１１０を制御する。

取得部１４２は、予め定められた時間長の計測時間において、無線通信制御部１４１から無線通信情報をサブフレーム毎に取得する。本実施形態では、取得部１４２は、無線通信情報として、割り当てＲＢ数、ＭＣＳ、及びＨＡＲＱプロセス番号を取得する。取得部１４２は、取得した無線通信情報を記憶部１５０に記憶させる。

取得部１４２は、計測時間の経過後において、記憶部１５０に記憶されているサブフレーム毎のＨＡＲＱプロセス番号を用いて、ＨＡＲＱにおいてデータ復号に成功するまでに要した送信回数である所要送信回数を取得する。

取得部１４２は、計測時間の経過後において、記憶部１５０に記憶されているサブフレーム毎の割り当てＭＣＳと、ＭＣＳ伝送速度テーブルとを用いて、サブフレーム毎のＭＣＳ伝送速度を取得する。

取得部１４２は、計測時間の経過後において、記憶部１５０に記憶されているサブフレーム毎のＨＡＲＱプロセス番号を用いて、ＨＡＲＱにおける繰り返し送信の時間間隔を取得する。

理論伝送速度計算部１４３ａは、取得部１４２によって取得されたサブフレーム毎の割り当てＲＢ数と、サブフレーム毎のＭＣＳ伝送速度とを用いて、無線通信によって提供される理論的な伝送速度（以下、理論伝送速度）を計算する。理論伝送速度は、サブフレーム毎の割り当てＲＢ数及びＭＣＳ伝送速度の積を計測時間内の全サブフレームについて合計したものを、計測時間で割ることによって計算される。

減少率計算部１４３ｂは、取得部１４２によって取得された所要送信回数を統計処理することによって、ｎ回目の送信で復号に成功する確率ｐ_n、すなわち送信回数毎の復号成功確率ｐ_nを計算する。具体的には、減少率計算部１４３ｂは、個々のデータパケットについて、同一のＨＡＲＱプロセス番号がいくつ存在するのかをカウントし、各送信回数の割合を統計処理により求めることで、送信回数毎の復号成功確率ｐ_nを計算する。

減少率計算部１４３ｂは、計算した送信回数毎の復号成功確率ｐ_nと、取得部１４２によって取得された繰り返し送信の時間間隔とを用いて、ＨＡＲＱの影響による伝送速度の減少率（以下、伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factor）を計算する。伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorは１以下の値であって、少ない送信回数ｎでの復号成功確率ｐが高いほど、伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorの値は大きくなる。また、繰り返し送信の時間間隔が大きいほど、伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorの値は小さくなる。

実効伝送速度計算部１４３ｃは、理論伝送速度計算部１４３ａによって計算された理論伝送速度と、減少率計算部１４３ｂによって計算された伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorとを用いて、無線通信によって提供される実効的な伝送速度（以下、実効伝送速度）を計算する。具体的には、理論伝送速度と伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorとの積が実効伝送速度として計算される。

ＴＣＰ処理部１４４は、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）に従った処理を行う。本実施形態では、ＴＣＰ処理部１４４は、実効伝送速度計算部１４３ｃによって計算された実効伝送速度を用いて、サーバ装置４００のデータ送信量を決定する。

アプリケーション処理部１４５は、例えばVoIP(Voice over Internet Protocol)アプリケーション又は映像ストリーミングアプリケーション等のアプリケーションを処理する。アプリケーション処理部１４５は、実効伝送速度計算部１４３ｃによって計算された実効伝送速度を用いて、サーバ装置４００へのデータ送信量を決定する。アプリケーションは、その種類によって、要求される通信特性が大きく異なる。例えば、電子メールのデータパケットは、遅延が生じても問題ないが、データが欠落すると大きな問題となる。一方、ビデオストリーミングは、多少のデータパケットの損失は問題にならないが、遅延の変動が大きいと、ビデオ再生に影響が出てしまう。このように、アプリケーションの種類によって通信特性の要求は大きく異なるため、アプリケーション処理部１４５は、実行するアプリケーションの種類に応じて、サーバ装置４００へのデータ送信量を制御する。

（２．２）無線基地局の構成
図５は、無線基地局２００の構成を示すブロック図である。

図５に示すように、無線基地局２００は、アンテナ２０１、無線通信部２１０、制御部２４０、記憶部２５０、ネットワーク通信部２６０を有する。無線通信部２１０は、無線部２２０及び信号処理部２３０を有する。

アンテナ２０１は無線信号の送受信に用いられる。無線部２２０は、アンテナ２０１を介して無線信号を無線端末１００と送受信する。また、無線部２２０は、当該無線信号とベースバンド信号との変換を行い、ベースバンド信号を信号処理部２３０に入出力する。

信号処理部２３０は、適応変調に従った信号処理及びＨＡＲＱに従った信号処理を行う。具体的には、信号処理部２３０は、受信信号（受信ベースバンド信号）の復調及び復号や、送信信号（送信ベースバンド信号）の変調及び符号化を行う。

制御部２４０は、例えばＣＰＵを用いて構成され、無線基地局２００が具備する各種機能を制御する。

記憶部２５０は、例えばメモリを用いて構成され、制御部２４０における制御等に用いられる各種情報を記憶する。

ネットワーク通信部２６０は、ネットワーク３００に接続され、ネットワーク３００を介してサーバ装置４００との通信を行う。

制御部１４０は、無線通信制御部２４１及びスケジューラ部２４２を有する。

無線通信制御部２４１は、レイヤ２（データリンク層）プロトコルに従って無線通信部２１０を制御する。

スケジューラ部２４２は、プロポーショナルフェアネス（ＰＦ）等のスケジューリング方式により、１サブフレーム毎に、無線端末に対するＲＢの割り当てを行う。また、スケジューラ部２４２は、１サブフレーム毎に、各無線端末に割り当てたＲＢの無線品質に応じてＭＣＳを決定する。

（３）無線通信システムの動作
次に、無線通信システム１の動作について、（３．１）全体動作、（３．２）伝送速度計算処理、（３．３）減少率計算処理の順に説明する。

（３．１）全体動作
無線通信システム１の全体動作を、（３．１．１）下りリンク動作、（３．１．２）上りリンク動作の順に説明する。

（３．１．１）下りリンク動作
図６は、無線通信システム１の下りリンクに関する動作例を示すシーケンス図である。ステップＳ１０１Ｄ〜Ｓ１０７Ｄの処理は、あるサブフレームについて行われる。

ステップＳ１０１Ｄにおいて、無線基地局２００のスケジューラ部２４２は、前サブフレームにおいて無線端末１００から受信した、下りリンクの無線品質を示すＣＱＩに基づいて、当該サブフレームにおいて無線端末１００に割り当てる下りリンクのＲＢ及びＭＣＳを決定する。

ステップＳ１０２Ｄにおいて、無線基地局２００の無線通信制御部２４１は、スケジューラ部２４２によって決定された下りリンクのＭＣＳに応じて、下りリンクのユーザデータを符号化及び変調する。

ステップＳ１０３Ｄにおいて、無線基地局２００の無線通信制御部２４１は、スケジューラ部２４２によって決定された下りリンクのＲＢ及びＭＣＳのそれぞれを示す制御情報と、符号化及び変調されたユーザデータとを無線端末１００に送信するよう無線通信部２１０を制御する。当該ユーザデータには、ＨＡＲＱプロセス番号が付されている。無線通信部２１０は、制御情報及びユーザデータを無線端末１００に送信する。無線端末１００の無線通信部１１０は、無線基地局２００から制御情報及びユーザデータを受信する。

ステップＳ１０４Ｄにおいて、無線端末１００の無線通信制御部１４１は、無線基地局２００から無線通信部１１０が受信する無線信号の品質、すなわち下りリンクの無線品質を計測し、計測した下りリンクの無線品質を示すＣＱＩを生成する。

ステップＳ１０５Ｄにおいて、無線端末１００の無線通信制御部１４１は、無線通信部１１０が受信した制御情報に基づいて下りリンクのＲＢ及びＭＣＳを判別し、無線通信部１１０が受信したユーザデータを復調及び復号する。無線通信制御部１４１は、ユーザデータの復号成否に応じてＡＣＫ（又はＮＡＣＫ）を生成する。

ステップＳ１０６Ｄにおいて、無線端末１００の無線通信制御部１４１は、生成したＣＱＩ及びＡＣＫ（又はＮＡＣＫ）のそれぞれを示す制御情報を無線基地局２００に送信するよう無線通信部１１０を制御する。無線通信部１１０は、当該制御情報を無線基地局２００に送信する。

ステップＳ１０７Ｄにおいて、無線端末１００の取得部１４２は、下りリンクの無線通信情報を取得する。無線通信情報は、無線通信制御部１４１から取得可能な情報であり、計算部１４３による伝送速度の計算に使用される。本実施形態では、ＬＴＥに適した計算を行うために、下りリンクの無線通信情報として、下りリンクの割り当てＲＢ数、下りリンクのＭＣＳ、及び下りリンクのＨＡＲＱプロセス番号を取得する。取得部１４２は、取得した無線通信情報を記憶部１５０に記憶させる。

ステップＳ１０１Ｄ〜Ｓ１０７Ｄの処理は、予め定められた時間長の計測時間内のサブフレームのそれぞれについて行われる。その結果、記憶部１５０は、計測時間内のサブフレームのそれぞれについての下りリンクの無線通信情報を記憶することになる。

ステップＳ２００Ｄにおいて、計算部１４３は、記憶部１５０に記憶されている無線通信情報を用いて、下りリンクの実効伝送速度を計算する。

ステップＳ３０１Ｄにおいて、無線端末１００のＴＣＰ処理部１４４は、計算部１４３によって計算された下りリンクの実効伝送速度を用いて、サーバ装置４００のデータ送信量を受信ウィンドウサイズとして決定する。例えば、受信ウィンドウサイズは、下りリンクの実効伝送速度と、無線端末１００とサーバ装置４００との間のＲＴＴ（Round Trip Time）との積により決定される。

ＴＣＰ処理部１４４によって決定された受信ウィンドウサイズは、ＴＣＰのＡＣＫの一部として、無線端末１００から無線基地局２００を介してサーバ装置４００に送信される。

（３．１．２）上りリンク動作
図７は、無線通信システム１の上りリンクに関する動作例を示すシーケンス図である。ステップＳ１０１Ｕ〜Ｓ１０６Ｕの処理は、あるサブフレームについて行われる。

ステップＳ１０１Ｕにおいて、無線基地局２００の無線通信制御部２４１は、無線端末１００から無線通信部２１０が受信する無線信号の品質、すなわち上りリンクの無線品質を計測する。

ステップＳ１０２Ｕにおいて、無線基地局２００のスケジューラ部２４２は、無線通信制御部２４１によって計測された上りリンクの無線品質に基づいて、当該サブフレームにおいて無線端末１００に割り当てる上りリンクのＲＢ及びＭＣＳを決定する。

ステップＳ１０３Ｕにおいて、無線基地局２００の無線通信制御部２４１は、スケジューラ部２４２によって割り当てられた上りリンクのＲＢ及びＭＣＳのＲＢ及びＭＣＳのそれぞれを示す制御情報を無線端末１００に送信するよう無線通信部２１０を制御する。無線通信部２１０は、当該制御情報を無線端末１００に送信する。無線端末１００の無線通信部１１０は、無線基地局２００から制御情報を受信する。

ステップＳ１０４Ｕにおいて、無線端末１００の無線通信制御部１４１は、無線通信部１１０が受信した制御情報に基づいて上りリンクのＲＢ及びＭＣＳを判別し、ユーザデータを符号化及び変調する。

ステップＳ１０５Ｕにおいて、無線端末１００の無線通信制御部１４１は、符号化及び変調したユーザデータを無線基地局２００に送信するよう無線通信部１１０を制御する。当該ユーザデータには、ＨＡＲＱプロセス番号が付されている。無線通信部１１０は、当該ユーザデータを無線基地局２００に送信する。無線基地局２００の無線通信部２１０はユーザデータを受信する。

ステップＳ１０６Ｕにおいて、無線基地局２００の無線通信制御部２４１は、スケジューラ部２４２によって割り当てられた上りリンクのＲＢ及びＭＣＳに応じて、無線通信部２１０が受信したユーザデータを復調及び復号する。無線通信制御部２４１は、ユーザデータの復号成否に応じてＡＣＫ（又はＮＡＣＫ）を生成する。

ステップＳ１０７Ｕにおいて、無線基地局２００の無線通信制御部２４１は、生成したＡＣＫ（又はＮＡＣＫ）を示す制御情報を無線端末１００に送信するよう無線通信部２１０を制御する。無線通信部２１０は、当該制御情報を無線端末１００に送信する。

ステップＳ１０８Ｕにおいて、無線端末１００の取得部１４２は、上りリンクの無線通信情報を取得する。無線通信情報は、無線通信制御部１４１から取得可能な情報であり、計算部１４３による伝送速度の計算に使用される。本実施形態では、ＬＴＥに適した計算を行うために、上りリンクの無線通信情報として、上りリンクの割り当てＲＢ数、上りリンクのＭＣＳ、及び上りリンクのＨＡＲＱプロセス番号を使用する。取得部１４２は、取得した上りリンクの無線通信情報を記憶部１５０に記憶させる。

ステップＳ１０１Ｕ〜Ｓ１０８Ｕの処理は、予め定められた時間長の計測時間内のサブフレームのそれぞれについて行われる。その結果、記憶部１５０は、計測時間内のサブフレームのそれぞれについての上りリンクの無線通信情報を記憶することになる。

ステップＳ２００Ｕにおいて、計算部１４３は、記憶部１５０に記憶されている無線通信情報を用いて、上りリンクの実効伝送速度を計算する。

ステップＳ３０１Ｕにおいて、無線端末１００のアプリケーション処理部１４５は、計算部１４３によって計算された上りリンクの実効伝送速度を用いて、サーバ装置４００へのデータ送信量を決定する。

（３．２）伝送速度計算処理
図８は、無線端末１００による伝送速度計算処理を示すフローチャートである。ここでは、下りリンクの伝送速度計算処理（すなわち、図６のステップＳ２００Ｄの詳細）を説明するが、上りリンクの伝送速度計算処理（すなわち、図７のステップＳ２００Ｕの詳細）は下りリンクの伝送速度計算処理と概ね同じ内容である。

ステップＳ２１０において、取得部１４２は、記憶部１５０に記憶されている、計測時間におけるサブフレーム毎の割り当てＲＢ数と、計測時間におけるサブフレーム毎のＭＣＳとを取得する。また、取得部１４２は、記憶部１５０に記憶されているＭＣＳ伝送速度テーブルを用いてサブフレーム毎のＭＣＳをＭＣＳ伝送速度に変換し、計測時間におけるサブフレーム毎のＭＣＳ伝送速度を取得する。ここで、ＭＣＳ伝送速度は、１無線リソース（１サブフレーム及び１ＲＢ）当たりの伝送速度である。

理論伝送速度計算部１４３ａは、取得部１４２によって取得された、計測時間におけるサブフレーム毎の割り当てＲＢ数と、計測時間におけるサブフレーム毎のＭＣＳ伝送速度とを用いて、式（１）に従って理論伝送速度を計算する。

式（１）に示すように、理論伝送速度は、サブフレーム毎の割り当てＲＢ数及びＭＣＳ伝送速度の積を計測時間内の全サブフレームについて合計したものを、計測時間で割ることによって計算される。つまり、理論伝送速度は、計測時間内の各サブフレームでの理論伝送速度を平均化したものであり、計測時間内で無線端末１００が受信したすべてのユーザデータが誤りなく復号された場合の伝送速度である。実際の無線通信では、伝送誤り（すなわち復号失敗）を補うための再送がＨＡＲＱによって行われるため、実効伝送速度は、理論伝送速度よりも低くなる。

ステップＳ２２０において、減少率計算部１４３ｂは、理論伝送速度を補正するための伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorを計算する。伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorの計算方法の詳細については後述する。

なお、ステップＳ２２０の処理はステップＳ２１０の前に行ってもよい。

ステップＳ２３０において、実効伝送速度計算部１４３ｃは、理論伝送速度計算部１４３ａによって計算された理論伝送速度と、減少率計算部１４３ｂによって計算された伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorとを用いて、式（２）に従って実効伝送速度を計算する。

式（２）に示すように、実効伝送速度は、理論伝送速度と伝送速度減少率ＨＡＲＱfactorとの積により計算される。

（３．３）減少率計算処理
次に、伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorの計算処理について説明する。図９は、伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorの計算処理を示すフローチャートである。

ステップＳ２２１において、取得部１４２は、記憶部１５０に記憶されている、計測時間内で受信した各データパケットのＨＡＲＱプロセス番号を取得する。また、取得部１４２は、データパケットの復号に成功するまでに要した送信回数である所要送信回数をＨＡＲＱプロセス番号毎に取得する。ＨＡＲＱプロセス番号が１つしか存在しないデータパケットは、１回目の送信で復号に成功したことを示しており、ＨＡＲＱプロセス番号が２つ存在するデータパケットは、２回目の送信で復号に成功したことになる。

減少率計算部１４３ｂは、取得部１４２によって取得された所要送信回数を統計処理することによって、ｎ回目の送信で復号に成功する確率ｐ_n、すなわち送信回数毎の復号成功確率ｐ_nを計算する。具体的には、減少率計算部１４３ｂは、個々のデータパケットについて、同一のＨＡＲＱプロセス番号がいくつ存在するのかをカウントし、各送信回数の割合を統計処理により求めることで、送信回数毎の復号成功確率ｐ_nを計算する。

ステップＳ２２２において、取得部１４２は、記憶部１５０に記憶されているＨＡＲＱプロセス番号に基づき、計測時間内でのＨＡＲＱプロセス番号毎の時間間隔Ｉ（図３参照）を取得する。ここで、時間間隔Ｉは、下りリンクにおいては受信時間間隔であり、上りリンクにおいては送信時間間隔である。また、取得部１４２は、記憶部１５０に予め記憶されている最小時間間隔ＲＴ_delayを取得する。最小時間間隔ＲＴ_delayは、システムで規定される最小の再送時間間隔であり、ＬＴＥの場合、８ミリ秒である。

減少率計算部１４３ｂは、取得部１４２によって取得されたＨＡＲＱプロセス番号毎の時間間隔Ｉを平均化することによって、実測平均時間間隔Ｉ_aveを計算する。ＬＴＥでは、下りリンクのＨＡＲＱは非同期型の再送を行うため、再送の時間間隔が一定でない。そのため、伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorを補正するための実測平均時間間隔Ｉ_aveを計算する。一方、上りリンクのＨＡＲＱでは同期型の再送を行うため、実測平均時間間隔Ｉ_aveは常に８ミリ秒である。よって、上りリンクにおいては、実測平均時間間隔Ｉ_aveの計算を省略してもよい。

そして、減少率計算部１４３ｂは、取得部１４２によって取得された最小時間間隔ＲＴ_delayと、計算した実測平均時間間隔Ｉ_aveとを用いて、式（３）に従って再送遅延率Ｄ_aveを計算する。

式（３）に示すように、再送遅延率Ｄ_aveは、最小時間間隔ＲＴ_delayに対する実測平均時間間隔Ｉ_aveの比を示す。なお、上述したように、上りリンクにおいては、実測平均時間間隔Ｉ_aveは常に８ミリ秒であり、再送遅延率Ｄ_ave＝１となるため、再送遅延率Ｄ_aveの計算を省略してもよい。

なお、ステップＳ２２２の処理はステップＳ２２１の前に行ってもよい。

ステップＳ２２３において、減少率計算部１４３ｂは、ステップＳ２２１において計算された送信回数毎の復号成功確率ｐ_nと、ステップＳ２２２において計算された再送遅延率Ｄ_aveとを用いて、式（４）に従って伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorを計算する。

式（４）の分母において、1+(n-1)D_aveとなっているのは、再送の時間間隔が関係するのは再送が発生した時点からであり、２回目の送信（すなわちｎ＝２）以降でのみ考慮すべきだからである。

式（４）に示すように、少ない送信回数ｎでの復号成功確率ｐが高いほど、伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorの値は１に近づき、その結果、実効伝送速度は理論伝送速度に近い値になる。一方、多い送信回数ｎでの復号成功確率ｐが高いほど、伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorの値は０に近づき、その結果、理論伝送速度に対する実効伝送速度の落差が大きくなる。

また、式（４）に示すように、再送遅延率Ｄ_aveが１よりも大きくなるほど、伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorの値は０に近づき、その結果、理論伝送速度に対する実効伝送速度の落差が大きくなる。一方、再送遅延率Ｄ_aveが１に近いほど、伝送速度減少率ＨＡＲＱ_factorは余り変化しないことになる。

（４）実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、無線端末１００の計算部１４３は、取得部１４２によって取得される割り当てＲＢ数と所要送信回数と繰り返し送信の時間間隔とを用いて実効伝送速度を計算する。

割り当てＲＢ数が多いほど理論伝送速度は高くなり、割り当てＲＢ数が少ないほど理論伝送速度は低くなるため、割り当てＲＢ数を考慮することによって、伝送速度を精度良く計算できる。

また、ＨＡＲＱにおける所要送信回数が多いほど、理論伝送速度に対する実効伝送速度の落差が大きくなり、当該所要送信回数が少ないほど、実効伝送速度は理論伝送速度に近い値になるため、所要送信回数を考慮することによって、伝送速度を精度良く計算できる。

さらに、ＨＡＲＱにおける送信時間間隔が長いほど、理論伝送速度に対する実効伝送速度の落差が大きくなるため、ＨＡＲＱにおける送信時間間隔を考慮することによって、伝送速度を精度良く計算できる。

したがって、無線端末１００は、スケジューリング技術とＨＡＲＱとを使用した無線通信によって提供される伝送速度を精度良く計算できる。

このように、本実施形態によれば、無線品質だけでなく、スケジューラによる割り当て状況やＨＡＲＱの再送の影響も考慮することができ、より精度の高い伝送速度の計算を行うことができる。

（５）その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

上述した実施形態では、自動再送制御の一例としてのＨＡＲＱを使用する無線通信システムについて説明したが、ＨＡＲＱに代えてＡＲＱを使用する無線通信システムについても本発明を適用可能である。

上述した実施形態では、上りリンク及び下りリンクのそれぞれの実効伝送速度を無線端末１００で計算する一例を説明したが、上りリンク及び下りリンクのそれぞれの実効伝送速度を無線基地局２００で計算してもよい。図１０は、その他の実施形態に係る無線基地局２００の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、無線基地局２００は、取得部２４３及び計算部２４４をさらに具備する点で、上述した実施形態とは異なる。取得部２４３及び計算部２４４は、上述した実施形態に係る取得部１４２及び計算部１４３とそれぞれ同様の機能を有する。

さらに、上述した実施形態では、上りリンク及び下りリンクのそれぞれの実効伝送速度を計算する一例を説明したが、上りリンク及び下りリンクの何れか一方のみの実効伝送速度を計算してもよい。

このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

１…無線通信システム、１００…無線端末、１０１…アンテナ、１１０…無線通信部、１２０…無線部、１３０…信号処理部、１４０…制御部、１４１…無線通信制御部、１４２…取得部、１４３…計算部、１４３ａ…理論伝送速度計算部、１４３ｂ…減少率計算部、１４３ｃ…実効伝送速度計算部、１４４…ＴＣＰ処理部、１４５…アプリケーション処理部、１５０…記憶部、１６０…音声入出力部、１７０…映像入出力部、１８０…操作受付部、１９０…バッテリ、２００…無線基地局、２０１…アンテナ、２１０…無線通信部、２２０…無線部、２３０…信号処理部、２４０…制御部、２４１…無線通信制御部、２４２…スケジューラ部、２４３…取得部、２４４…計算部、２５０…記憶部、２６０…ネットワーク通信部、３００…ネットワーク、４００…サーバ装置

Claims (6)

1. 無線リソースの割り当てを動的に変更可能なスケジューリング技術と、データ復号に成功するまで繰り返し送信を行う自動再送制御とを使用した無線通信を無線基地局と行う無線端末であって、
   前記無線基地局によって自端末に割り当てられた無線リソースの量である割り当てリソース量と、前記自動再送制御においてデータ復号に成功するまでに要した送信回数である所要送信回数とを取得する取得部と、
   前記取得部によって取得される前記割り当てリソース量と前記所要送信回数とを用いて、前記無線通信によって提供される実効的な伝送速度を計算する計算部と
   を備える無線端末。
2. 前記取得部は、前記自動再送制御における繰り返し送信の時間間隔をさらに取得し、
   前記計算部は、前記取得部によって取得される前記割り当てリソース量と前記所要送信回数と前記繰り返し送信の時間間隔とを用いて、前記実効的な伝送速度を計算する請求項１に記載の無線端末。
3. 前記取得部は、前記無線通信で使用される変調符号化方式に対応する、１無線リソース当たりの伝送速度をさらに取得し、
   前記計算部は、前記取得部によって取得される前記割り当てリソース量と前記１無線リソース当たりの伝送速度とを用いて、前記無線通信によって提供される理論的な伝送速度を計算する理論伝送速度計算部を備え、
   計算された前記理論的な伝送速度を用いて、前記実効的な伝送速度を計算する請求項２に記載の無線端末。
4. 前記計算部は、
   前記取得部によって取得される前記所要送信回数と前記繰り返し送信の時間間隔とを用いて、前記自動再送制御の影響による伝送速度の減少率を計算する減少率計算部と、
   前記理論伝送速度計算部によって計算された前記理論的な伝送速度と、前記減少率計算部によって計算された前記伝送速度の減少率とを用いて、前記実効的な伝送速度を計算する実効伝送速度計算部と
   をさらに備える請求項３に記載の無線端末。
5. 前記減少率計算部は、
   前記取得部によって取得される前記所要送信回数を統計処理することによって、送信回数毎の復号成功確率を計算し、
   計算した前記送信回数毎の復号成功確率と、前記取得部によって取得される前記繰り返し送信の時間間隔とを用いて、前記伝送速度の減少率を計算する請求項４に記載の無線端末。
6. 無線リソースの割り当てを動的に変更可能なスケジューリング技術と、データ復号に成功するまで繰り返し送信を行う自動再送制御とを使用した無線通信を無線基地局と無線端末とが行う無線通信システムにおいて、前記無線通信によって提供される実効的な伝送速度を計算する伝送速度計算方法であって、
   前記無線基地局によって前記無線端末に割り当てられた無線リソースの量である割り当てリソース量と、前記自動再送制御においてデータ復号に成功するまでに要した送信回数である所要送信回数とを取得するステップと、
   前記取得するステップによって取得される前記割り当てリソース量と前記所要送信回数とを用いて、前記実効的な伝送速度を計算するステップと
   を有する伝送速度計算方法。

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