JP6634876B2 - 帯域制御システム、帯域制御装置及び通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、帯域制御システム、帯域制御装置及び通信装置に関し、例えば、ＴＤＭ−ＰＯＮ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムを使用した帯域制御システム、帯域制御装置及び通信装置に適用し得るものである。

近年、急増するモバイルトラフィックを収容するために、従来の無線基地局のカバーエリアより、狭い無線基地局（いわゆるスモールセルとも呼ぶ。）を数多く設置して、単位面積当たりのスループットを向上させる構成が検討されている。

スモールセルは、ベースバンド処理部（ＢＢＵ； Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ Ｕｎｉｔ）と、リモート無線送受信部（ＲＲＨ； Ｒｅｍｏｔｅ Ｒａｄｉｏ Ｈｅａｄ）で構成される。

ＢＢＵは、上位ネットワークからのパケット信号を変調してＲＲＨに送信したり、ＲＲＨからの信号を復調してパケット化して上位ネットワークに送信したりする。また、ＲＲＨは、後段に接続されているアンテナからＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）に向けて送信したり、ＵＥから受信した信号をＢＢＵに向けて送信したりする。

ＢＢＵとＲＲＨとの間の接続は、スモールセルを効率的に数多く設置するため、複数のＢＢＵを１台に統合して、各ＢＢＵから光ファイバで１対１にＲＲＨと接続されるＣ−ＲＡＮ（Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）構成が実施されている。

しかし、このＣ−ＲＡＮ構成だと、スモールセル数の増加に比例して光ファイバ数が必要になるため、将来のスモールセルの接続方法としては、光ファイバの維持や敷設に掛かるコストが課題になる。

そこで、経済的なＭＦＨ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｆｒｏｎｔ Ｈａｕｌ；ＢＢＵとＲＲＨとの間）の接続方法として、ＴＤＭ−ＰＯＮの利用が考えられている（非特許文献１参照）。

ＴＤＭ−ＰＯＮは、１本のスター型光ファイバを各ユーザーで時分割にシェアするため、必要な光ファイバ数を抑えることができる。また、国内では既にＦＴＴＨサービス用のスター型光ファイバの敷設が広く完了しているため、未使用ファイバを利用すれば敷設コストも削減できる。

桑野茂他、「モバイル光ネットワークへのＴＤＭ−ＰＯＮ 適用に向けた低遅延化ＤＢＡ」、電子情報通信学会総合大会、２０１４年、Ｂ−８−５４

上述した非特許文献１の記載技術は、ＢＢＵの数を１台としている。しかしながら、実際のシステム構成では、ＰＯＮに接続されるＲＲＨ数分のＢＢＵが必要となる。このような実際のシステム構成において、非特許文献１の低遅延ＤＢＡを適用した場合、各ＢＢＵ間の同期動作が考えられていないという課題がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、複数のＢＢＵを想定した低遅延な帯域割当を実現する帯域制御システム、帯域制御装置及び通信装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するために、第１の本発明に係る帯域制御システムは、１又は複数の無線端末と接続する複数の無線送受信手段と、複数の無線送受信手段に対応する複数の無線制御手段との間の接続を行なう光通信の帯域割当制御システムにおいて、（１）各無線制御手段が、接続ネットワークでの各無線端末の無線通信タイミングを算出する無線通信タイミング算出手段を備え、（２）各無線制御手段の無線通信タイミング算出手段により算出された無線通信タイミングに応じた光通信帯域を、各無線送受信手段に対応する複数の光回線終端装置のそれぞれに対して割り当てる帯域割当制御手段と、（３）複数の無線制御手段のそれぞれの同期制御を行なう同期制御手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明に係る帯域制御装置は、１又は複数の無線端末と接続する複数の無線送受信手段と、複数の無線送受信手段に対応する複数の無線制御手段との間の接続を行なう光通信の帯域割当制御装置において、（１）各無線制御手段が、接続ネットワークでの各無線端末の無線通信タイミングを算出する無線通信タイミング算出手段を備え、（２）各無線制御手段の無線通信タイミング算出手段により算出された無線通信タイミングに応じた光通信帯域を、各無線送受信手段に対応する複数の光回線終端装置のそれぞれに対して割り当てる帯域割当制御手段と、（３）複数の無線制御手段のそれぞれの同期制御を行なう同期制御手段とを備えることを特徴とする。

第３の本発明に係る通信装置は、１又は複数の無線端末と接続する複数の無線送受信手段と、複数の無線送受信手段に対応する複数の無線制御手段との間に介在して、複数の無線送受信手段に対応する複数の光回線終端装置との間で光通信を行なう通信装置において、各無線制御手段の無線通信タイミングに応じた光通信帯域を、各無線送受信手段に対応する複数の光回線終端装置のそれぞれに対して割り当てる帯域割当制御手段と、複数の無線制御手段のそれぞれの同期制御を行なう同期制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数のＢＢＵを想定した低遅延な帯域割当ができる。

第１の実施形態に係る通信システムの全体構成を示す構成図である。 第１及び第２の実施形態に係る帯域制御システムが解決しようとする課題を説明する説明図である。 第１の実施形態に係るＯＬＴ及び各ＢＢＵの主な内部構成を示す構成図である。 第１の実施形態に係る通信システムにおける通信処理を示すタイミングチャートである。 第２の実施形態に係るＯＬＴ及び各ＢＢＵの主な内部構成を示す構成図である。 第２の実施形態に係る通信システムにおける通信処理を示すタイミングチャートである。 無線システムのＭＦＨに、ＴＤＭ−ＰＯＮシステムを適用した通信システムの構成を示す構成図である。 ＬＴＥサービスにおけるＩＰパケットのＬ２フレーム構成を示す構成図である。 第３の実施形態に係る帯域制御システムが解決しようとする課題を説明する説明図である。 第３の実施形態に係るＯＬＴ及び各ＢＢＵの主な内部構成を示す構成図である。 第３の実施形態に係るＤＢＡ周期のグループ分割処理を説明する説明図である。 第３の実施形態に係る動的帯域割当処理を説明する説明図である。 第３の実施形態の低遅延ＤＢＡ方式の効果の検証として、送信待機時間のシミュレーション結果を示す図である。 無線システムのＭＦＨに、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムを適用した場合の通信システムの構成を示す構成図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る帯域制御システム、帯域制御装置及び通信装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（Ａ−１）第１の実施形態の骨子
モバイルアクセスネットワーク等の無線システムのＭＦＨに、ＴＤＭ−ＰＯＮシステムを適用することが提案されている。

ＰＯＮシステムでは、各ユーザーに帯域を公平かつ効率的に割り当てるため、所定時間毎に、ユーザーの要求帯域量を集めて、割当帯域を調整する動的帯域割（ＤＢＡ；Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）方式が適用されている。

通常、この帯域割当周期は１ｍｓ程度に設定される。この設定における送信遅延時間（ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）で送信データが発生して、帯域要求をＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）に送信して、ＯＬＴから帯域が割り当てられて、このデータを送信開始するまでの時間）は、平均１．５ｍｓ程度になる。

しかしながら、無線システムのＭＦＨで要求される遅延時間は数百ｕｓ以下なため、従来のＤＢＡ方式では、この遅延時間を満たすことはできない。

上記課題を解決するために、非特許文献１は、ＢＢＵでのスケジューリング（無線の帯域割当）結果をＯＬＴでモニタし、ＲＲＨからの上りデータがＯＮＵに到着する時間を予め把握して、その時間と一致するように各ＯＮＵに帯域割り当てを行う低遅延ＤＢＡ方式を提案している。この方法では、送信遅延時間を数十ｕｓ以下に抑制できる。

しかしながら、非特許文献１の記載技術は、ＢＢＵの数が１台としている。実際のシステム構成は、ＰＯＮに接続されるＲＲＨ数分のＢＢＵが必要になる。従って、非特許文献１の記載技術は、各ＢＢＵ間の同期動作が考えられていないため、ＰＯＮ区間でＴＤＭＡする際に各ＯＮＵで上りデータがバラバラの時間で発生する。

例えば、図２（ａ）に例示するように、各ＯＮＵ２０−１〜２−ｎ間で割当グラントの重なりが生じ得ることが予測される。また、図２（ｂ）に示すように、順番に上りデータを送信させた場合でも、割当グラントの開始時刻が考慮されていないので、送信待ち時間の発生が予測される。

そこで、第１の実施形態では、複数のＢＢＵ想定した低遅延ＤＢＡ方式を提供する。

（Ａ−２）第１の実施形態の構成
以下では、例えばＬＴＥサービスを提供する無線システムに適用する場合を例示する。

図１は、第１の実施形態に係る通信システムの全体構成を示す構成図である。

図１において、第１の実施形態に係る通信システム１００は、局側光回線終端装置としてのＯＬＴ１０と、加入者側光回線終端装置としての複数のＯＮＵ２０−１〜２０−ｎ（ｎは整数）と、ベースバンド処理部としての複数のＢＢＵ３０−１〜３０−ｎと、リモート無線送受信部としての複数のＲＲＨ４０−１〜４０−ｎと、レイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）５０と、ＵＥ６０と、光合分波器７１とを有する。

以下では、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのそれぞれに共通する構成を説明する場合には、ＯＮＵ２０と表記して説明する。ＢＢＵ３０−１〜３０−ｎ、ＲＲＨ４０−１〜４０−ｎについても同様とする。

ＢＢＵ３０は、無線通信の管理制御、信号処理を行なうものである。ＢＢＵ３０は、上位ネットワークとしての無線コアネットワーク（無線コアＮＷ）と、Ｌ２ＳＷ５０とに接続している。ＢＢＵ３０は、無線コアＮＷから受信したパケットを、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号に変調して、Ｌ２ＳＷ５０を介して、ＯＬＴ１０に送信する。また、ＢＢＵ３０は、ＯＬＴ１０からＬ２ＳＷ５０を介して、各ＲＲＨ４０からのＯＦＤＭ信号をＩＰパケットに復調して無線コアＮＷに送信する。

ＲＲＨ４０は、ＵＥ６０との間で無線リンクにより信号の送受信を行なうものである。各ＲＲＨ４０は、対応するＯＮＵ２０と接続している。各ＲＲＨ４０は、図示しないアンテナ部を介して、ＵＥ６０からのＯＦＤＭ信号を受信すると、対応するＯＮＵ２０に与える。また、各ＲＲＨ４０は、対応するＯＮＵ２０からＯＦＤＭ信号を受信すると、対応するＵＥ６０に向けてＯＦＤＭ信号を無線送信する。

ＵＥ６０は、無線端末であり、例えば、スマートフォン、タブレットＰＣ、無線通信機能を有するノートＰＣ、ゲーム端末等を適用できる。この実施形態では、例えば、無線伝送方式がＬＴＥである場合を例示するが、無線伝送方式は，ＬＴＥに限定されるものではなく、例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、その他の携帯電話無線等の無線伝送方式等としてもよい。

ＯＬＴ１０は、光回線（光ファイバ伝送路）７２と接続しており、ＯＮＵ２０との間で光通信を行なうものである。ＯＬＴ１０は、光回線７２を介して受信した光信号を電気信号に変換して、Ｌ２ＳＷ５０を介して、対応するＢＢＵ３０に与える。また、ＯＬＴ１０は、Ｌ２ＳＷ５０を介して、ＢＢＵ３０からのＯＦＤＭ信号を光信号に変換して光回線７２に送信する。

ＯＮＵ２０は、光回線７２と接続しており、ＯＬＴ１０との間で光通信を行なうものである。ＯＮＵ２０は、光回線７２を介して受信した光信号を電気信号に変換して、対応するＲＲＨ４０に与える。また、ＯＮＵ２０は、対応するＲＲＨ４０からのＯＦＤＭ信号を光信号に変換して光回線７２に送信する。

図１では、例えば無線システム（モバイルアクセスネットワーク）のＭＦＨに、ＴＤＭ−ＰＯＮシステムを適用する場合を例示する。

ここで、ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの一般的な光ネットワーク通信システムの構成を簡単に説明すると共に、複数のＯＮＵ２０−１〜２０−ｎからＯＬＴ１０に向けた方向の通信（上り通信）と、ＯＬＴ１０から複数のＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのそれぞれに向けた方向の通信（下り通信）を説明する。

ＴＤＭ−ＰＯＮシステムは、光合分波器７１を含むＰＯＮを介して、ＯＬＴ１０と複数のＯＮＵ２０−１〜２０−ｎとが接続されて構成されている。

ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎからＯＬＴ１０に向けた上り信号は、光合分波器７１によってＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのそれぞれから送信される信号が合波され、これによって多重化された信号がＯＬＴ１０に向けて送信される。このため、各ＯＮＵから上り信号が無秩序に送られた場合、光伝送路上で衝突を起こす可能性がある。これを回避するための手法の１つがＴＤＭＡと呼ばれる方法である。ＴＤＭＡでは、各ＯＮＵからの送信タイミングを制御して上り信号を多重化する。

また、ＯＬＴ１０は、受信した上り信号を電気信号に変換した信号を、Ｌ２ＳＷ５０を介して、対応するＢＢＵ３０−１〜３０−ｎに与える。

ＯＬＴ１０からＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに向けた方向の下り信号は、ＯＬＴ１０からＴＤＭ方法で多重化された下り信号が光合分波器７１において分波されて、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎのそれぞれに伝送される。したがって、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎの全てに同一の下り信号が送られることとなる。各ＯＮＵは、自分宛に送られた信号のみを抽出して、それ以外の信号を破棄している。

図３は、第１の実施形態に係るＯＬＴ１０及び各ＢＢＵ３０の主な内部構成を示す構成図である。

ＯＬＴ１０は、図３に示すように、主に、ＤＢＡ部１１、光送受信部１２、ＯＬＴ ＭＡＣ（ＯＬＴメディア媒体アクセス処理）部１３を有する。

光送受信部１２及びＯＬＴ ＭＡＣ部１３は、既存のＯＬＴが有するものと同様のものである。すなわち、光送受信部１２は、ＰＯＮシステムのＯＬＴの物理層処理（例えば、電気信号及び光信号の相互変換処理等）を行なう。ＯＬＴ ＭＡＣ部１３は、ＰＯＮシステムのＯＬＴとしてのメディア媒体アクセス層処理（例えば、ＧＡＴＥフレームの生成、ＲＥＰＯＲＴフレームの受信・分析等）を行なう。また、ＯＬＴ ＭＡＣ部１３は、ＢＢＵ３０との間のインタフェースに従ったＭＡＣ層処理を行なう。

ＤＢＡ部１１は、ＤＢＡアルゴリズムに従って、各ＯＮＵ２０への動的な帯域を割り当て、その割当帯域（ＯＮＵ割当帯域幅）や送信タイミング（ＯＮＵ帯域割当時刻）等を含むＤＢＡ計算結果を、ＯＬＴ ＭＡＣ部１３に通知する。

ここで、ＤＢＡ部１１は、非特許文献１に記載される低遅延ＤＢＡ処理を行なう場合を例示する。

すなわち、ＤＢＡ部１１は、各ＢＢＵ３０における無線帯域の割当帯域情報を計算するスケジュール計算部３１を監視し、スケジュール計算部３１から、各ＵＥ６０の割当帯域（ＵＥｓ割当帯域）や送信タイミング（ＵＥｓ送信時刻）等を含むスケジューリング計算結果を取得し、事前に各ＲＲＨ４０からＯＮＵ２０に到着する時刻を認識し、その到着時刻に一致するように、各ＯＮＵ２０に割当帯域（ＯＮＵ割当帯域幅）及び送信タイミング（ＯＮＵ帯域割当時刻）等を求める。

各ＢＢＵ３０は、図３に示すように、主に、スケジュール計算部３１、ベースバンド処理部３２を有する。また、各ＢＢＵ３０は、ＢＢＵ同期制御部３５と接続可能である。

ＢＢＵ同期制御部３５は、各ＢＢＵ３０間の同期をとるための同期制御信号を、各ＢＢＵ３０のベースバンド処理部３２に送信する。なお、ＢＢＵ同期制御部３５は、各ＢＢＵ３０と接続可能であればよいため、例えば、各ＢＢＵ３０を搭載する装置と同一の装置内に設けられてもよいし、ＯＬＴ１０を搭載する装置内に設けられてもよいし、これらとは別の装置内に設けられてもよい。

スケジュール計算部３１は、ベースバンド処理部３２からの各ＵＥ６０の要求帯域（ＵＥｓ要求帯域）や無線環境情報（ＵＥｓ無線環境）等を含む各ＵＥの情報を取得し、この各ＵＥの情報に基づいて、無線システムにおける帯域を計算する。

スケジュール計算部３１は、既存のＢＢＵのスケジュール計算部と同様に、無線システムのスケジュール周期における、各ＵＥの無線帯域の割当帯域（ＵＥｓ割当帯域）、送信タイミング（ＵＥｓ送信時刻）等のスケジュール処理を行なう。例えば、ＬＴＥのスケジュール周期は０．５ｍｓである。従って、スケジュール計算部３１は、ＬＴＥのスケジュール周期０．５ｍｓを１周期とし、このスケジュール周期期間における、各ＯＮＵの割当帯域や送信時刻を計算する。スケジュール計算部３１は、スケジュール計算結果を、ベースバンド処理部３２、ＯＬＴ１０のＤＢＡ部１１に通知する。

ベースバンド処理部３２は、無線コアＮＷからの信号やＬ２ＳＷ５０からの信号に対してベースバンド処理（例えば、デジタル−アナログの相互変換処理、変復調処理、無線帯域信号の処理等）を行なう。

ベースバンド処理部３２は、既存のベースバンド処理部と同様に、スケジュール計算部３１に対して、各ＵＥ６０の要求帯域と、無線環境情報を通知する。また、ベースバンド処理部３２は、ＢＢＵ同期制御部３５から同期制御信号を受信し、その同期制御信号に従って、スケジューリング計算の開始時刻を調整する。

（Ａ−３）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る各ＢＢＵ３０間の同期制御処理の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、ＢＢＵ同期制御部３５による同期制御は、システム起動初期時に行なう。つまり、システム初期起動時に、ＢＢＵ同期制御部３５は、各ＢＢＵ３０−１〜３０−ｎのベースバンド処理部３２のそれぞれに、所定周期の同期制御信号を送信する。このように、所定周期の同期制御信号を、ＢＢＵ３０−１〜３０−ｎのそれぞれに送信することで、各ＢＢＵ３０−１〜３０−ｎの間で同期をとることができる。

なお、同期制御信号の送信は、システム初期起動時に限らず、例えば、同期ずれが発生したときや、システム運用状況の変更したとき等のように、各ＢＢＵ３０間で同期が必要になったときに行うようにしてもよい。

ここで、ＢＢＵ同期制御部３５は、ＢＢＵ３０−１〜３０−ｎのそれぞれに対して、無線システムのスケジュール周期時間（例えば、ＬＴＥのスロット周期）毎に、同期制御信号を送信する。

例えば、図４に示すように、ＢＢＵ同期制御部３５は、スケジュール周期時間毎に、ＢＢＵ３０−１に同期制御信号を送信する。また、ＢＢＵ同期制御部３５は、ＢＢＵ３０−１への同期制御信号の送信後、所定の時間幅ΔＴを設けて、ＢＢＵ３０−２に同期制御信号を送信する。なお、ＢＢＵ同期制御部３５は、ＢＢＵ３０−２に対しては、ＢＢＵ３０−１と同様に、スケジュール周期時間毎に同期制御信号を送信する。

また、同期信号間隔Δｔは、無線フレームにおいて最大帯域が使用されても、ＯＮＵ２０の割当帯域が衝突しないように、無線フレームの最大帯域分の時間幅とする。

その後、無線システムが開始すると、既存の無線帯域割当動作と同様に、各ＢＢＵ３０−１〜３０−ｎでは、ＵＥ６０の無線帯域の割当及び送信タイミング（送信時刻）のスケジュール処理が行なわれる。

すなわち、ベースバンド処理部３２が、ＵＥ６０の要求帯域及び無線環境情報をスケジュール計算部３１に通知する。これを受けて、スケジュール計算部３１が、ＵＥ６０の無線帯域の割当及び送信時刻を含むスケジューリングを行なう。そして、スケジュール計算部３１により求められたスケジュール計算結果が、ベースバンド処理部３２と、ＯＬＴ１０のＤＢＡ部１１に通知される。

次に、ＯＬＴ１０において、ＤＢＡ部１１が、非特許文献１に記載される動的帯域割当処理と同様に、無線システムにおける各ＵＥの無線帯域及び送信時刻に基づいて、事前に各ＲＲＨ４０からＯＮＵ２０に到着する時刻と一致するように、各ＯＮＵ２０に割当帯域（ＯＮＵ割当帯域幅）及び送信タイミング（ＯＮＵ帯域割当時刻）等を求める。

図４は、第１の実施形態に係る通信システム１００における通信処理を示すタイミングチャートである。

各ＢＢＵ３０−１〜３０−ｎは、ＢＢＵ同期制御部３５からの同期制御信号に従って、各ＵＥ６０に対して、無線フレームの送信指示を行なう。これにより、無線フレームは、この同期制御信号に従って、各ＲＲＨ４０から各ＯＮＵ２０に到着することになる。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、ＢＢＵ３０−１〜３０−ｎは、ＢＢＵ同期制御部３５からの同期制御信号に従って同期している。

例えば、ＢＢＵ３０−１がＲＲＨ４０−１から無線フレームの受信を行なう場合、ＢＢＵ３０-１がＵＥ６０に同期制御信号に従って送信指示を行なう。そのため、ＵＥ６０からＯＦＭＤ信号を受信したＲＲＨ４０−１は、ＢＢＵ３０−１の同期制御信号の周期期間内でＯＦＤＭ信号を送信する（図４（Ｄ）参照）。

ＯＮＵ２０−１は、図４（Ｅ）に示すように、ＯＬＴ１０のＤＢＡ部１１により割り当てられている割当グラントに従って、無線フレームをＯＬＴ１０に送信する。

また同様に、ＲＲＨ４０−２は、ＢＢＵ３０−２の同期制御信号に従って、ＵＥ６０から受信したＯＦＤＭ信号をＯＮＵ２０−２に送信する（図４（Ｆ）参照）。ＯＮＵ２０−２は、ＯＬＴ１０のＤＢＡ部１１により割り当てられている割当グラントに従って、無線フレームをＯＬＴ１０に送信する（図４（Ｇ））。

上記のように、ＯＬＴ１０が各ＯＮＵ２０に対して動的帯域を割り当てることにより、図４（Ｅ）及び図４（Ｇ）に示すことで、ＯＮＵ２０−２とＯＮＵ２０-２との間で割当グラントの重なりを回避できる。

（Ａ−４）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、複数のＢＢＵで構成される状態において、各ＢＢＵが同期して動作できるため、ＴＤＭＡ時に割当グラントの衝突が発生しない。また、無線のデータ到着タイミングに同期して、ＯＮＵに割当グラントを割り当てられるので、送信待機遅延の発生を抑制できる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明に係る帯域制御システム、帯域制御装置及び通信装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図５は、第２の実施形態に係るＯＬＴ１０及び各ＢＢＵ３０の主な内部構成を示す構成図である。

以下では、第１の実施形態と異なる構成要素を中心に説明し、それ以外の構成要素は、第１の実施形態の図３と同様であるため詳細な説明を省略する。

第１の実施形態では、ＤＢＡ部１１が、非特許文献１の記載技術のものである場合を例示した。これに対して、第２の実施形態は、ＤＢＡ部１１Ａが、既存のＤＢＡ処理を行なうものである。

ＤＢＡ部１１Ａは、基本的には、既存のＤＢＡ部と同様に、ＤＢＡアルゴリズムに従って、ＯＬＴ ＭＡＣ部１３から与えられた、各ＯＮＵ２０の上りデータの待機量（データ量等）に応じて、各ＯＮＵ２０に動的に帯域を割り当て、その割当帯域（ＯＮＵ割当帯域幅）や送信タイミング（ＯＮＵ帯域割当時刻）等のＤＢＡ計算結果をＯＬＴ ＭＡＣ部１３、ＢＢＵ同期制御部３５Ａに通知する。

ＢＢＵ同期制御部３５Ａは、ＤＢＡ部１１ＡからのＤＢＡ計算結果に基づいて、各ＢＢＵ３０のベースバンド処理部３２に、同期制御信号及び割当帯域情報を通知する。

つまり、ＢＢＵ同期制御部３５Ａは、ＤＢＡ部１１Ａにより割り当てられた各ＯＮＵ２０の割当グラントのタイミングに従って、同期制御信号を、対応するＢＢＵ３０に送信する。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
図６は、第２の実施形態に係る通信システム１００における通信処理を示すタイミングチャートである。

ＯＬＴ１０では、ＤＢＡ部１１Ａが、ＤＢＡアルゴリズムに従って、ＯＬＴ ＭＡＣ部１３から与えられた、ＯＮＵ２０−１、２０−２の上りデータの待機量に応じて、ＯＮＵ２０−１、２０−２に動的に帯域を割り当て、その割当帯域（ＯＮＵ割当帯域幅）や送信タイミング（ＯＮＵ帯域割当時刻）等のＤＢＡ計算結果を求める。

ＤＢＡ部１１Ａは、計算したＤＢＡ計算結果を、ＯＬＴ ＭＡＣ部１３と、ＢＢＵ同期制御部３５Ａに通知する。すなわち、ＤＢＡ部１１Ａは、ＤＢＡ周期において、ＯＮＵ２０−１、２０−２に割り当てた割当グラントがＢＢＵ同期制御部３５Ａに通知される（図６（Ａ）、図６（Ｂ）参照）。

ＢＢＵ同期制御部３５Ａでは、ＤＢＡ部１１Ａにより割り当てられたＯＮＵ２０−１、２０−２の割当グラントのタイミングに従って、同期制御信号を、対応するＢＢＵ３０に送信する（図６（Ｃ）、図６（Ｄ））。このとき、ＢＢＵ３０−１とＢＢＵ３０−２との間の時間幅ΔＴは、ＤＢＡ部１１Ａにより計算されたＯＮＵ２０−１の要求帯域量に応じた時間幅となる。

各ＢＢＵ３０−１、３０−２は、第１の実施形態と同様にして、ＢＢＵ同期制御部３５からの同期制御信号に従って、各ＵＥ６０に対して、無線フレームの送信指示を行なう。これにより、無線フレームは、この同期制御信号に従って、各ＲＲＨ４０からＯＮＵ２０−１、２０−２に到着することになる。

そのため、ＵＥ６０からＯＦＭＤ信号を受信したＲＲＨ４０−１は、ＢＢＵ３０−１の同期制御信号の周期期間内でＯＦＤＭ信号を送信する（図６（Ｅ）参照）。

ＯＮＵ２０−１は、図６（Ｆ）に示すように、ＯＬＴ１０のＤＢＡ部１１により割り当てられている割当グラントに従って、無線フレームをＯＬＴ１０に送信する。

また同様に、ＲＲＨ４０−２は、ＢＢＵ３０−２の同期制御信号に従って、ＵＥ６０から受信したＯＦＤＭ信号をＯＮＵ２０−２に送信する（図６（Ｇ）参照）。ＯＮＵ２０−２は、ＯＬＴ１０のＤＢＡ部１１により割り当てられている割当グラントに従って、無線フレームをＯＬＴ１０に送信する（図６（Ｈ））。

上記のように、ＯＬＴ１０が各ＯＮＵ２０に対して動的帯域を割り当てることにより、図６（Ｆ）及び図６（Ｈ）に示すことで、ＯＮＵ２０−２とＯＮＵ２０-２との間で割当グラントの重なりを回避できる。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、ＤＢＡ部が、スケジューリング計算結果を参照する必要がないため、既存のＤＢＡ計算結果により得られたタイミングでＢＢＵ間の同期をとることができる。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明に係る帯域制御システム、帯域制御装置及び通信装置の第３の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（Ｃ−１）第３の実施形態の骨子
図７は、無線システムのＭＦＨに、ＴＤＭ−ＰＯＮシステムを適用した通信システムの構成を示す構成図である。

従来、ＢＢＵが行なっている無線フレームの収容を、ＯＮＵ又はＲＲＨが行なっている。これにより、ＣＰＲＩ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｕｂｌｉｃ Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等のＡＤ変換後のデータ伝送による帯域増大を抑えられて、ＰＯＮ区間（ＯＬＴ−ＯＮＵ）の時間多重数を多くとることができる。ＰＯＮ区間ではレイヤ２（Ｌ２）のフレームを取り扱う。

図８は、ＬＴＥサービスにおけるＩＰパケットのＬ２フレーム構成を示す構成図である。

図８に示すように、ＩＰパケットは、宛先にごとに集められて、最後はＴＢ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｂｌｏｃｋ）に収容される。このＴＢサイズは、可変長で、スケジューリングで割り当てられるＲＢや多値数により決定される。このＴＢを無線サブフレーム（時間軸と周波数軸で構成）に収容する。ＬＴＥの規定では、１フレームの長さは１０ｍｓで、１フレームは１ｍｓのサブフレーム１０個に分割される。

図９は、第３の実施形態に係る帯域制御システムが解決しようとする課題を説明する説明図である。

図９のＤＢＡ周期長は、例えば、無線サブフレーム長と同じ１ｍｓであり、ＤＢＡ周期ごとに、無線サブフレーム収容のＴＢがＬ２フレームに変換後送信される。

第１の課題は、ＯＮＵ１０の割当グラントが前のＤＢＡ周期と比べて拡大したときに、ＯＮＵ２０の割当グラントが繰り下げられて、サブフレーム周期で発生するＬ２フレームの送信に待機時間が発生することである（図９Ｔ_ＤＢＡ＝２）。この場合、ＯＮＵ１の割当グラントの拡大分、ＯＮＵ２の送信時刻は遅れる。この遅延により、１［ｍｓ］ごとに送信していた上りデータが１＋ΔＴ［ｍｓ］で送信されることになり、受信側からすると、送信ジッタのようにみえる。この成分は、無線システムのＭＦＨで要求される遅延時間（＜数百ｕｓ）以下に抑える必要がある。

第２の課題は、ＯＮＵ１０の割当グラントが前のＤＢＡ周期と比べて縮小したときに、サブフレーム全体を受信する前に、ＯＮＵ２０の割当グラントが開始されることである（図９Ｔ_ＤＢＡ＝２）。ＴＢの分割送信は不可とすると、１４シンボルで構成されるサブフレーム（ＬＴＥ規定）の中で、送信不可なシンボルが発生することになる。

上記２つの課題の影響は、ＴＤＭＡ順に比例して増加するため、最後に送信するＯＮＵが一番影響を受ける。

そこで、第３の実施形態では、上記課題を解決しようとするものである。

（Ｃ−２）第３の実施形態の構成
図１０は、第３の実施形態に係るＯＬＴ１０及び各ＢＢＵ３０の主な内部構成を示す構成図である。

以下では、第１及び第２の実施形態と異なる構成要素を中心に説明し、それ以外の構成要素は、第１及び第２の実施形態と同様であるため詳細な説明を省略する。

ＤＢＡ部１１Ｂは、第２の実施形態と同様に、ＤＢＡアルゴリズムに従って、ＯＬＴ ＭＡＣ部１３から与えられた、各ＯＮＵ２０の上りデータの待機量（データ量等）に応じて、各ＯＮＵ２０に動的に帯域を割り当て、その割当帯域（ＯＮＵ割当帯域幅）や送信タイミング（ＯＮＵ帯域割当時刻）等のＤＢＡ計算結果をＯＬＴ ＭＡＣ部１３、ＢＢＵ同期制御部３５Ａに通知するものである。

また、ＤＢＡ部１１Ｂは、グループ化部１１１を有する。

グループ化部１１１は、図１１に示すように、ＤＢＡ周期を所定時間毎に区分した複数のグループに分割し、グループ毎に所定数のＯＮＵ２０を収容するようにする。また、グループ化部１１１は、グループ間のＯＮＵ２０の移動を行なわない。すなわち、一度、各グループに設定した所定数のＯＮＵ２０については、他のグループへの設定変更を行なわない。これにより、従来は、ＴＤＭＡの順に比例増加し、最大でＤＢＡ周期長まで発生していた送信待機時間と送信不可シンボル数をグループ長までに制限できる。さらに、各グループの送信待機時間と送信不可シンボル数を均一化できる。

ＢＢＵ同期制御部３５Ａは、第１の実施形態と同様に、ＤＢＡ部１１ＡからのＤＢＡ計算結果に基づいて、各ＢＢＵ３０のベースバンド処理部３２に、同期制御信号及び割当帯域情報を通知する。

（Ｃ−３）第３の実施形態の動作
次に、第３の実施形態に係る通信システム１００における動的帯域割当処理の動作を、図面を参照しながら説明する。

ＯＬＴ１０のＤＢＡ部１１Ｂにおいて、グループ化部１１１が、ＤＢＡ周期を所定時間毎に区分した複数のグループに分割し、グループ毎に所定数のＯＮＵ２０を収容するようにする。

グループ分割処理は、各グループのサービス品質（送信待機時間と送信不可シンボル数）は同じであるため、単純に各グループの収容ＯＮＵ数が均一になるように、ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎを順番に振り分ければよい。

またグループ化部１１１によるグループ分割処理は、サービス開始時に一度実施する。その後、新規加入するＯＮＵ２０が生じた場合も、同様に収容ＯＮＵ数が均一になるように空きのあるグループに追加する。

グループ分割の結果は、割当グラントの設定時刻にバイアス時間として反映される。例えば、図１１に示すように、グループ１のバイアス時間＝０ｕｓ，グループ２のバイアス時間＝２００ｕｓ、グループ３のバイアス時間＝４００ｕｓ…等のように、割当グラントの設定時刻に設定する。このバイアス時間が、各グループの割当グラント開始時刻の基準になる。また、ＤＢＡ部１１ＢによるＤＢＡ計算自体は、第２の実施形態と同様に、既存のＤＢＡ処理を行なうことができるため、ここでの詳細な説明を省略する。

また、ＢＢＵ同期制御部３５Ａには、ＤＢＡ部１１ＢからＤＢＡ計算結果が通知される。また、ＢＢＵ同期制御部３５Ａは、各ＢＢＵ３０−１〜３０−ｎのベースバンド処理部３２に同期制御信号及びＤＢＡ計算結果を通知する。

各ＢＢＵ３０−１〜３０−ｎでは、ベースバンド処理部３２は、スケジュール計算部３１に対して、ＤＢＡ計算結果、ＵＥｓ要求帯域、ＵＥｓ無線環境情報を通知する。

スケジュール計算部３１は、ベースバンド処理部３２からのＤＢＡ計算結果、ＵＥｓ要求帯域、ＵＥｓ無線環境情報に基づいて、無線帯域の各ＵＥ６０の割当帯域、送信シンボル数を計算する。

図１２は、第３の実施形態に係る動的帯域割当処理を説明する説明図である。

図１２では、ＤＢＡ計算結果に基づいて、Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｂｌｏｃｋ（図８参照）サイズを決定する処理の動作を示している。

各ＢＢＵ３０のスケジュール計算部３１には、ＤＢＡ周期ごとに、各ＯＮＵ２０−１〜２０−ｎに割り当てた割当帯域（ＯＮＵ割当帯域）である割当グラントの時間幅と送信時刻（すなわち、上記バイアス時刻を含む）情報が通知される。この割当グラントの時間幅に基づいて、Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｂｌｏｃｋ サイズを決定し、割当グラントの時刻を元に、各ＢＢＵのスケジューリングを同期制御する。これらの処理によって、無線上りフレームの使用シンボル数と発生タイミングは調整されて、ＯＮＵ２０の割当グラントの時間幅と送信時刻に合うようにＬ２フレームが到着できる。

以上の動作により、割当グラントの動的な拡大／縮小によって発生する送信待機時間と送信不可シンボル数を一定量以下に制限することができる。

（Ｃ−４）第３の実施形態の検証結果
図１３に、第３の実施形態の低遅延ＤＢＡ方式の効果の検証として、送信待機時間のシミュレーション結果を示す図である。

第３の実施形態の計算では、グループ内最後にＴＤＭＡされるＯＮＵの送信待機時間を算出した。また、比較用の従来方式では、全ＯＮＵが対象である。

図１３の横軸は１ＲＲＨに接続するＵＥ数を示す。ＦＴＰモデルを用いて各ＵＥのトラフィックを指数分布で発生させた。

１グループの長さは、ＭＦＨの遅延要求（＜数百ｕｓ）を満たすように１０５ｕｓとした。その他のシミュレーション条件を表１に示す。この値に対する送信不可シンボル数は最小の１シンボルである。最後のＯＮＵの送信遅延時間を算出した。グラフから、接続ＵＥ数の増加に伴い送信待機時間が増加しているのが分かる。これは、ＵＥ数が増えることで、確率的に発生する要求トラフィック量が多くなり、Ｌ２フレームサイズが拡大したためである。従来方式では５００ｕｓ以上の待機時間が発生しているが、提案方式では、設定したグループ長の１０５ｕｓ以下に制限できている。

（Ｃ−５）第３の実施形態の効果
以上のように、第３の実施形態によれば、第１及び第２の実施形態の効果に加えて、割当グラントの動的な拡大／縮小によって発生する送信待機時間と送信不可シンボル数を一定量以下に制限することができる。

（Ｄ）他の実施形態
上述した各実施形態においても本発明の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にもてきようできる。

上述した実施形態では、無線システムのＭＦＨにＴＤＭ−−ＰＯＮシステムを適用する場合を例示した。しかし、ＭＦＨに適用するＰＯＮシステムは、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムにも適用できる。

図１４は、無線システムのＭＦＨに、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムを適用した場合の通信システムの構成を示す構成図である。図１４に示す通信システムの場合でも、各ＯＮＵを波長グループに分けて運用するものであるため、第１〜第３の実施形態で説明した処理を適用できる。

１００…通信システム、１０…ＯＬＴ、１１、１１Ａ、１１Ｂ…ＤＢＡ部、１１１…グループ化部、１２…光送受信部、１３…ＯＬＴ ＭＡＣ部、２０−１〜２０−ｎ…ＯＮＵ、３０−１〜３０−ｎ…ＢＢＵ、３１…スケジュール計算部、３２…ベースバンド処理部、３５、３５Ａ…同期制御部、４０−１〜４０−ｎ…ＲＲＨ、６０…ＵＥ、７１…光合分波器、７２…光回線。

Claims (8)

1. １又は複数の無線端末と接続する複数の無線送受信手段と、上記複数の無線送受信手段に対応する複数の無線制御手段との間の接続を行なう光通信の帯域制御システムにおいて、
   上記各無線制御手段が、接続ネットワークでの上記各無線端末の無線通信タイミングを算出する無線通信タイミング算出手段を備え、
   上記各無線制御手段の上記無線通信タイミング算出手段により算出された上記無線通信タイミングに応じた光通信帯域を、上記各無線送受信手段に対応する複数の光回線終端装置のそれぞれに対して割り当てる帯域割当制御手段と、
   上記複数の無線制御手段のそれぞれの同期制御を行なう同期制御手段と
   を備えることを特徴とする帯域制御システム。
2. 上記複数の無線制御手段のそれぞれが、上記同期制御手段からの同期制御信号に従って、対応する上記無線端末に対して送信指示を行なうことを特徴とする請求項１に記載の帯域制御システム。
3. 上記同期制御手段が、上記無線端末により送信される無線フレームの最大帯域に応じた時間幅で、上記各無線制御手段に上記同期制御信号を通知することを特徴とする請求項１又は２に記載の帯域制御システム。
4. 上記帯域割当制御手段が、上記無線通信タイミング算出手段により算出された上記無線通信タイミングで、上記各光回線終端装置から到着するように、上記各光回線終端装置の光通信帯域を割り当てることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の帯域制御システム。
5. 上記帯域割当制御手段が、上記各光回線終端装置から取得したデータ量に応じて、上記各光回線終端装置の光通信帯域及び送信タイミングを割り当て、
   上記同期制御手段が、上記帯域割当制御手段により割り当てられた上記各光回線終端装置の送信タイミングに基づいて、上記各無線制御手段に同期制御信号を通知する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の帯域制御システム。
6. 上記帯域割当制御手段が、上記各光回線終端装置に割り当てる光通信帯域周期を複数に分割し、複数の分割周期において、所定数の光回線終端装置を収容するように設定すること特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の帯域制御システム。
7. １又は複数の無線端末と接続する複数の無線送受信手段と、上記複数の無線送受信手段に対応する複数の無線制御手段との間の接続を行なう光通信の帯域制御装置において、
   上記各無線制御手段が、接続ネットワークでの上記各無線端末の無線通信タイミングを算出する無線通信タイミング算出手段を備え、
   上記各無線制御手段の上記無線通信タイミング算出手段により算出された上記無線通信タイミングに応じた光通信帯域を、上記各無線送受信手段に対応する複数の光回線終端装置のそれぞれに対して割り当てる帯域割当制御手段と、
   上記複数の無線制御手段のそれぞれの同期制御を行なう同期制御手段と
   を備えることを特徴とする帯域制御装置。
8. １又は複数の無線端末と接続する複数の無線送受信手段と、上記複数の無線送受信手段に対応する複数の無線制御手段との間に介在して、上記複数の無線送受信手段に対応する複数の光回線終端装置との間で光通信を行なう通信装置において、
   上記各無線制御手段の上記無線通信タイミングに応じた光通信帯域を、上記各無線送受信手段に対応する複数の光回線終端装置のそれぞれに対して割り当てる帯域割当制御手段と、
   上記複数の無線制御手段のそれぞれの同期制御を行なう同期制御手段と
   を備えることを特徴とする通信装置。

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