JP6046519B2 - 通信システム、通信装置及び通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置間で送受信されるデータを、中継装置を用いて中継する通信システムに関する。

従来より、基地局と、携帯電話端末等の移動局との間でデータを送受信する際に、中継装置（中継局）を用いて無線信号を中継することが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような中継装置は、基地局と移動局の間で、無線信号（無線電波）が届きにくい領域をカバーするために利用されるだけでなく、近年では、ネットワークコストの削減を目的としても利用されている。

上記中継装置には、主にＡＦ（AmplifyandForward）方式とＤＦ（DecodeandForward）方式の中継方式がある。ＡＦ方式の中継装置は、受信した信号に対してアナログ的な増幅処理を行い送信するものであり、ＤＦ方式の中継装置は、受信した信号を一旦デジタルデータに復調した後、再度変調して送信するものである。ＡＦ方式の中継装置においては、信号の増幅処理を行う際に若干の遅延が発生し、ＤＦ方式の中継装置においては、信号の復調と変調を行うことにより、装置内での信号品質に関連する特性劣化は少ないものの、ＡＦ方式に比べて大きな遅延が発生し易い。

特開２０１０−０８０９９１号公報

上記のような中継装置が基地局のカバーエリア内に配置されると、中継装置で発生する通信の遅延に起因して、ラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）が大きくなる。ここで一般的に、TCPプロトコルを用いたデータ通信におけるスループットは、（スループット）＝（TCPウインドウサイズ）／（ラウンドトリップタイムRTT）で表されるため、上記のようにラウンドトリップタイムが大きくなると、スループットは低下する。従来の通信システムにおいては、このような中継装置に起因するスループット低下を考慮せず、中継装置が用いられていない場合と同様に、ＳＩＮＲ等の通信品質やデータ通信量に基づいたチャネル割り当て等の無線制御がなされていた。それ故、中継装置を用いた通信システム全体のスループットが低下するという問題があった。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、中継装置を用いた通信システムにおいて、通信システム全体のスループットの向上を可能とする通信システム、通信装置、及び通信制御方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係る通信システムは、中継装置と、該中継装置を介して通信相手とのデータの送受信を行う通信装置と、を備えた通信システムにおいて、前記通信装置が、自装置と通信相手との間で送受信するデータを中継する中継装置に関する中継装置情報を取得し、前記中継装置情報が、前記自装置と前記通信相手との間で送受信するデータを中継する前記中継装置の数を示す情報、及び、それぞれの前記中継装置の中継方式の情報を含み、前記通信装置が、それぞれの前記中継方式に対応する中継装置の数に応じた補正値を用いて、無線通信に用いる無線リソース数を調整する、ことを特徴とする。

また本発明に係る通信システムは、前記通信装置が、前記中継装置の数に応じた補正値を用いて前記無線リソース数を調整することが好ましい。

また本発明に係る通信システムは、前記通信装置が、取得した前記中継装置情報に基づいて、移動局に割り当てる無線リソース数を調整することが好ましい。

また本発明に係る通信システムは、前記通信装置は、取得した前記中継装置情報に基づいて、基地局に要求する無線リソース数を調整することが好ましい。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る通信装置は、中継装置と、該中継装置を介して通信相手とのデータの送受信を行う通信装置と、を備えた通信システムにおける通信装置において、自装置と通信相手との間で送受信するデータを中継する中継装置に関する中継装置情報を取得し、前記中継装置情報が、前記自装置と前記通信相手との間で送受信するデータを中継する前記中継装置の数を示す情報、及び、それぞれの前記中継装置の中継方式の情報を含み、前記通信装置が、それぞれの前記中継方式に対応する中継装置の数に応じた補正値を用いて、無線通信に用いる無線リソース数を調整する、ことを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る通信制御方法は、中継装置と、該中継装置を介して通信相手とのデータの送受信を行う通信装置と、を備えた通信システムの通信制御方法において、前記通信装置が、自装置と通信相手との間で送受信するデータを中継する中継装置に関する中継装置情報を取得するステップと、前記中継装置情報が、前記自装置と前記通信相手との間で送受信するデータを中継する前記中継装置の数を示す情報、及び、それぞれの前記中継装置の中継方式の情報を含み、前記通信装置が、それぞれの前記中継方式に対応する中継装置の数に応じた補正値を用いて、無線通信に用いる無線リソース数を調整するステップと、を含む。

本発明の通信システム、通信装置、及び通信制御方法によれば、中継装置を用いた通信システムにおいて、通信システム全体のスループットを向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る概略的な通信システムの構成図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る通信装置（基地局）の概略構成を示す機能ブロック図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る通信装置（移動局）の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る通信装置の処理を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な通信システムの構成図である。本実施形態の通信システム１は、通信装置である移動局３（3a,3b,3c,3d）と、通信装置である基地局５（5a,5b）と、中継装置である無線リピータ７（7a,7b）と、ルータ９とを備える。移動局３は、例えば携帯電話端末、携帯情報端末等である。基地局５は、ルータ９を介してコアネットワークに接続されている。図１においては、通信システム１が、移動局３を４台、基地局５を２台、無線リピータ７を２台備えた例を示しているが、これに限られず、それぞれ１以上の任意の台数とすることができる。

図１の通信システム１において、移動局3aは、無線リピータ７を介さずに基地局5aと無線通信してデータの送受信を行う。移動局3bは、無線リピータ7aを介して基地局5aと無線通信してデータの送受信を行う。移動局3cは、無線リピータ7a及び7bを介して基地局5aと無線通信してデータの送受信を行う。移動局3dは、無線リピータ７を介さずに基地局5bと無線通信してデータの送受信を行う。

以下に、本実施形態における通信装置である基地局５について説明する。
図２（ａ）は、図１に示す基地局５（5a,5b）の概略構成を示す機能ブロック図である。基地局５は、送受信部１１、制御部１３及び記憶部１５を備え、制御部１３は、ルータ９を介してコアネットワークに接続されている。

送受信部１１は、アンテナを介して移動局３または無線リピータ７と通信してデータ（無線信号）の送受信を行う。制御部１３は、送受信部１１で受信したデータの復調処理を行い、通信品質を算出する。ここで「通信品質」とは、例えば、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio：信号対干渉雑音比）、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）等である。また、制御部１３は、ネットワークから取得した送信データから、送信データ量及びプライオリティ（ＱｏＳ情報）を算出する。また、制御部１３は、算出した上記の通信品質、送信データ量及びプライオリティに基づいて、各移動局３に割り当てる割り当てチャネル数αを決定する。

また、制御部１３は、自装置（基地局５）と、通信相手である各移動局３との間で通信を中継する無線リピータ段数（中継装置情報）を、各移動局３から送信されたデータの制御チャネルに含まれる情報から抽出して取得する。ここで、「無線リピータ段数」とは、基地局５から移動局３までのそれぞれの通信経路内で通信を中継する無線リピータ７の数である。また、「制御チャネル」とは、例えば移動局３の通信チャネルに付随する制御チャネル、または、共通制御チャネルとすることができる。記憶部１５に無線リピータ段数の情報が予め保管されている場合には、制御部１３は、無線リピータ段数を記憶部１５から取得することも可能である。その場合、無線リピータ段数の情報は、例えば通信システムの構築時、無線リピータ７の設置時、基地局５の設置時等にユーザが設定することで、記憶部１５に保管される。さらに無線リピータ段数は、各無線リピータ７の中継方式（ＡＦ方式およびＤＦ方式）を区別して取扱うことができる。例えば、図１の通信システム１において、無線リピータ7aがＡＦ方式で無線リピータ7bがＤＦ方式である場合、基地局5aと移動局3bとの通信におけるＡＦ方式の無線リピータ段数は１であり、ＤＦ方式の無線リピータ段数は０である。同様に基地局5aと移動局3cとの通信におけるＡＦ方式の無線リピータ段数は１であり、ＤＦ方式の無線リピータ段数は１である。制御部１３は、取得した無線リピータ段数に基づいて、上記の割り当てチャネル数αを調整し、調整後の割り当てチャネル数α’に従って、送信処理を行う。

以下に、制御部１３で行われる割り当てチャネル数αの調整について説明する。ここで、ＡＦ方式の無線リピータ段数をNaf、ＤＦ方式の無線リピータ段数をNdfとすると、調整後の割り当てチャネル数α’は、例えば次式（１）によって求められる。
α’＝round[α×f(Naf)×f(Ndf)] （１）
ここで、round[]は、[]内の数値を四捨五入して整数値を得る演算子である。また、ＡＦ方式、ＤＦ方式の各無線リピータ段数Naf、 Ndfに応じた各補正値f(Naf) 、f(Ndf)は、例えば表１、２に示す値とすることができる。

上式（１）によって与えられる割り当てチャネル数α’は、無線リピータ段数が多いほど小さい値となる。また、ＤＦ方式の無線リピータのみを介する場合の割り当てチャネル数α’の値は、同じ数のＡＦ方式の無線リピータのみを介する場合の割り当てチャネル数α’の値よりも小さくなるよう設定されている。これは、ＤＦ方式の無線リピータは、ＡＦ方式の無線リピータに比べて遅延が大きくなり易いためである。

基地局５は、上記の方法で決定した調整後の割り当てチャネル数α’に従って、送信処理を行う。なお、基地局５と移動局３が無線リピータを介さずにデータの送受信を行う場合（ＡＦ方式及びＤＦ方式の無線リピータ段数がともに０である場合）には、上記の調整は行われない。

続いて、本発明の一実施形態に係る通信システム１において、基地局５の制御部１３が無線リピータ段数（中継装置情報）を取得し、取得した無線リピータ段数に基づいて割り当てチャネル数αの調整を行う場合の動作を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。

はじめに制御部１３は、送受信部１１が受信した受信データの復調処理を行い、通信品質を算出する（ステップＳ１０１）。続いて基地局５の制御部１３は、ネットワークから取得した送信データから、送信データ量及びプライオリティ（ＱｏＳ情報）を算出する（ステップＳ１０２）。

続いて制御部１３は、算出した通信品質、送信データ量及びプライオリティに基づいて、無線リソース数である割り当てチャネル数αを決定する（ステップＳ１０３）。続いて制御部１３は、無線リピータ段数を、各移動局３から送信されたデータの制御チャネルに含まれる情報から抽出して、または、記憶部１５から取得する（ステップＳ１０４）。続いて制御部１３は、取得した無線リピータ段数に基づいて、割り当てチャネル数αを調整する（ステップＳ１０５）。

続いて制御部１３は、調整後の割り当てチャネル数α’に従って、送信処理を行う（ステップＳ１０６）。そして処理が終了する。

このように本実施形態の通信システム１によれば、中継装置（無線リピータ７）と、該中継装置を介して通信相手（移動局３）とのデータの送受信を行う通信装置（基地局５）と、を備えた通信システムにおいて、通信装置が、自装置（基地局５）と通信相手（移動局３）との間で送受信するデータを中継する中継装置に関する中継装置情報（無線リピータ段数）を取得し、取得した中継装置情報に基づいて、無線通信に用いる無線リソース数（割り当てチャネル数α）を調整する制御部１３を備えることにより、通信システム全体のスループットを向上させることが可能となる。

また、中継装置情報が、自装置と前記通信相手との間で送受信するデータを中継する中継装置の数を示す情報であることにより、中継装置による遅延を考慮した無線リソース数の調整が可能となり、より確実に通信システム全体のスループットを向上させることが可能となる。具体的には、無線リピータによる遅延が大きい（ラウンドトリップタイムが大きい）移動局に対する割り当てチャネル数を少なくし、遅延が小さい（ラウンドトリップタイムが小さい）移動局に対する割り当てチャネル数を多くすることで、ネットワークに接続するルータ等の使用効率を向上させ、通信システム全体のスループットを向上させることが可能となる。

また、制御部１３が、中継装置の数に応じた補正値を用いて無線リソース数を調整することにより、補正値を適宜設定することでより適切に無線リソースを調整することが可能となり、通信システム全体のスループットはさらに向上する。また、中継装置情報が、それぞれの中継装置の中継方式の情報を含み、制御部が、それぞれの中継方式に対応する中継装置の数に応じた補正値を用いて、無線リソース数を調整することにより、中継方式による遅延の差を考慮した無線リソース数の調整が可能となる。具体的には、ＡＦ方式に比べて大きな遅延が発生し易いＤＦ方式の無線リソースを多く介する通信経路のチャネル数を少なく割り当てることで、システム全体のスループットをさらに向上させることができる。

次に、本発明の他の実施形態として、移動局３が割り当てチャネル数αの調整を行い、基地局５に割り当て要求する場合の制御方法について説明する。図２（ｂ）は、図１に示す移動局３（3a,3b,3c,3d）の概略構成を示す機能ブロック図である。移動局３は、送受信部２１、制御部２３及び記憶部２５を備える。

送受信部２１は、アンテナを介して基地局５または無線リピータ７と通信してデータ（無線信号）の送受信を行う。制御部２３は、送受信部２１で受信したデータの復調処理を行い、通信品質を算出する。また、制御部２３は、ネットワークから取得した送信データから、送信データ量及びプライオリティ（ＱｏＳ情報）を算出する。また、制御部２３は、算出した通信品質、送信データ量及びプライオリティに基づいて、基地局５に対して要求する割り当てチャネル数αを決定する。

また、制御部２３は、各基地局５から送信されたデータの制御チャネルに含まれる、無線リピータ段数（中継装置情報）を抽出して取得する。取得した無線リピータ段数の情報は、記憶部２５に保管される。制御部２３は、必要に応じて記憶部２５から当該無線リピータ段数の情報を取得する。

制御部２３は、取得した無線リピータ段数に基づいて、上記の実施形態と同様に上式（１）により割り当てチャネル数αを調整する。そして、制御部２３は、調整後の割り当てチャネル数α’に従って、基地局５に対してチャネル割り当て要求を行う。

本実施形態における通信制御方法においても、上記の実施形態と同様に、通信装置が、自装置（移動局３）と通信相手（基地局５）との間で送受信するデータを中継する中継装置に関する中継装置情報（無線リピータ段数）を取得し、取得した中継装置情報に基づいて、無線通信に用いる無線リソース数（割り当てチャネル数α）を調整する制御部２３を備えることにより、通信システム全体のスループットを向上させることが可能となる。

なお、上述の実施形態においては、ＡＦ方式及びＤＦ方式の無線リピータをそれぞれ区別して取扱い、割り当てチャネル数αの調整を行うこととしていたが、無線リピータの中継方式を区別せずに、ＡＦ方式及びＤＦ方式の無線リピータの合計段数Ｎに基づいて割り当てチャネル数の調整を行うことも可能である。この場合、調整後の割り当てチャネル数α’は次式（２）によって求められる。
α’＝round[α×f(Ｎ)] （２）
ここで、無線リピータの合計段数Ｎに応じた補正値f(Ｎ)は、例えば表３に示す値とすることができる。

本発明を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段及びステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１ 通信システム
３ 移動局（通信装置）
５ 基地局（通信装置）
７ 無線リピータ（中継装置）
９ ルータ
１１、２１ 送受信部
１３、２３ 制御部
１５、２５ 記憶部

Claims (6)

1. 中継装置と、該中継装置を介して通信相手とのデータの送受信を行う通信装置と、を備えた通信システムにおいて、
   前記通信装置が、
   自装置と通信相手との間で送受信するデータを中継する中継装置に関する中継装置情報を取得し、
   前記中継装置情報が、前記自装置と前記通信相手との間で送受信するデータを中継する前記中継装置の数を示す情報、及び、それぞれの前記中継装置の中継方式の情報を含み、
   前記通信装置が、それぞれの前記中継方式に対応する中継装置の数に応じた補正値を用いて、無線通信に用いる無線リソース数を調整する、ことを特徴とする通信システム。
2. 前記通信装置が、前記中継装置の数に応じた補正値を用いて前記無線リソース数を調整する、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記通信装置が、取得した前記中継装置情報に基づいて、移動局に割り当てる無線リソース数を調整する、請求項１または２に記載の通信システム。
4. 前記通信装置は、取得した前記中継装置情報に基づいて、基地局に要求する無線リソース数を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の通信システム。
5. 中継装置と、該中継装置を介して通信相手とのデータの送受信を行う通信装置と、を備えた通信システムにおける通信装置において、
   自装置と通信相手との間で送受信するデータを中継する中継装置に関する中継装置情報を取得し、
   前記中継装置情報が、前記自装置と前記通信相手との間で送受信するデータを中継する前記中継装置の数を示す情報、及び、それぞれの前記中継装置の中継方式の情報を含み、
   前記通信装置が、それぞれの前記中継方式に対応する中継装置の数に応じた補正値を用いて、無線通信に用いる無線リソース数を調整する制御部を備える、ことを特徴とする通信装置。
6. 中継装置と、該中継装置を介して通信相手とのデータの送受信を行う通信装置と、を備えた通信システムの通信制御方法において、
   前記通信装置が、
   自装置と通信相手との間で送受信するデータを中継する中継装置に関する中継装置情報を取得するステップと、
   前記中継装置情報が、前記自装置と前記通信相手との間で送受信するデータを中継する前記中継装置の数を示す情報、及び、それぞれの前記中継装置の中継方式の情報を含み、
   前記通信装置が、それぞれの前記中継方式に対応する中継装置の数に応じた補正値を用いて、無線通信に用いる無線リソース数を調整するステップと、を含む通信制御方法。

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