JP6966702B2 - 無線通信方法、制御装置及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信方法、制御装置及び無線通信システムに関する。

近年、多種多様な要件を持つＩｏＴ（Internet of Things）デバイスが、それぞれの要件に適した無線方式でネットワークに接続され始めている。多種多様な要件のうち、特に、通信量の少ないＩｏＴデバイスに用いられる各種無線方式（例えば、ＬｏＲａ（登録商標）、ＳＩＧＦＯＸ、ＮＢ−ＩｏＴ等の無線方式）を別々の基地局装置（アクセスポイント、無線機、子局、あるいは、ＲＲＨ（Remote Radio Unit）で動作させると、各基地局装置の設備利用率が低くなり、設置費用と設置面積と運用費用とが多く必要となる。基地局装置は、地理的に分散されて設置されているために集約が利きにくく、地理的な集約が利きやすい無線信号処理装置に比べると、通信性能あたりの設置費用と設置面積と運用費用とが高い。

従来、無線信号処理を基地局装置（アクセスポイント）内、あるいは、ネットワークを介して基地局装置に接続された無線信号処理装置と、基地局装置との両方で実行する無線通信システムが検討されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された無線通信システムでは、基地局装置において用いられる無線方式に応じて、基地局装置と無線信号処理装置とのいずれか、又は、両方において無線信号処理を行う。例えば、基地局装置において行う無線信号処理に対応するソフトウェアが基地局装置にダウンロードされているか否かを判定し、ダウンロードされている場合には基地局装置において無線信号処理を行い、ダウンロードされていない場合には無線信号処理装置において無線信号処理を行う。

また、上記の無線通信システムでは、要求遅延に応じて、基地局装置と無線信号処理装置とのいずれか、又は、両方において無線信号処理を行うことを自律的に判断する。このように、当該無線通信システムは、基地局装置もしくは無線信号処理装置のソフトウェアの入れ替えにより無線方式を柔軟に変更する手段を提供する。一般的に、ソフトウェアの入れ替えには時間がかかるため、無線方式を変更するための無通信時間が大きいという課題が生じるが、非特許文献１に記載の基地局装置（非特許文献１に記載のソフトウェア無線機）を組み合わせて用いることで、無線方式を変更するためのソフトウェアの入れ替えにおける無通信時間を短縮することができる。具体的には、特許文献１と非特許文献１を組み合わせて用いた無線通信システムでは、基地局装置に稼働系と待機系の無線信号処理部と、切替部とを備え、待機系の無線信号処理部のソフトウェア入れ替えが完了した後に切替部により稼働系と待機系を切り替えることで無通信時間を短縮することができる。

特開２０１３−１２０９７３号公報

須永輝己、寺島美昭、清原良三、末松憲治、板倉哲朗、広瀬佳生、"第4世代移動体通信システム用端末をソフトウェア無線端末で実現するための技術／デバイス研究開発"、情報通信研究機構季報、Ｖｏｌ．５２、Ｎｏ．４、２００６年、ｐ．３７−４４

しかしながら、特許文献１と非特許文献１を組み合わせて用いた無線通信システムでは、基地局装置において無線信号処理部に必要なリソースが倍増してしまうという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、基地局装置における無線信号処理部のリソースの増加を抑えつつ、無線方式における切り替え時間を短縮することができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、複数の基地局装置と、複数の無線方式のそれぞれに対応する信号処理を行う複数の無線信号処理装置と、前記基地局装置及び前記無線信号処理装置における信号の送信タイミングを制御する制御装置とを備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記制御装置が、同一の無線信号処理装置を利用する複数の基地局装置それぞれと、前記無線信号処理装置との間で通信路を確立する時刻の重なりが少なくなるように、通信を行う前記基地局装置と前記無線信号処理装置との組み合わせを所定の時間毎に決定する決定ステップを有し、前記基地局装置と、前記無線信号処理装置とが、決定された前記通信路の組み合わせと、各基地局装置の無線周波数と、各基地局装置の無線帯域幅とのいずれか又は全てを時間の経過によって切り替えることによって通信を行う無線通信方法である。

本発明の一態様は、上記の無線通信方法であって、前記制御装置が、無線信号処理の処理負荷量に基づいて起動させる前記無線信号処理装置の台数を決定し、決定した台数に応じて前記無線信号処理装置を起動又は停止する。

本発明の一態様は、上記の無線通信方法であって、前記基地局装置が、前記無線信号処理装置のそれぞれから受信した信号を外部に送信する無線周波数部に対して、前記信号を出力するタイミングを記憶する第一のタイムテーブルに従って、前記無線信号処理装置のそれぞれから受信した信号を、前記無線周波数部を介して外部に送信する。

本発明の一態様は、上記の無線通信方法であって、前記無線信号処理装置が、外部から受信した信号と、前記信号の送信先となる基地局装置とを関連付けて記憶し、前記信号の送信先となる基地局装置へ送信するタイミングになると保持している前記信号を送信先となる基地局装置に送信する。

本発明の一態様は、複数の基地局装置と、複数の無線方式のそれぞれに対応する信号処理を行う複数の無線信号処理装置と、前記基地局装置及び前記無線信号処理装置における信号の送信タイミングを制御する制御装置とを備える無線通信システムにおける制御装置であって、同一の無線信号処理装置を利用する複数の基地局装置それぞれと、前記無線信号処理装置との間で通信路を確立する時刻の重なりが少なくなるように、通信を行う前記基地局装置と前記無線信号処理装置との組み合わせを所定の時間毎に決定する決定部と、前記基地局装置と、前記無線信号処理装置とが、決定された前記通信路の組み合わせと、各基地局装置の無線周波数と、各基地局装置の無線帯域幅とのいずれか又は全てを時間の経過によって切り替えて通信を行うように指示するテーブルを生成するテーブル生成部と、生成された前記テーブルに基づく制御情報を、前記基地局装置と、前記無線信号処理装置とに設定することによって前記信号の送信タイミングを制御する制御部と、を備える制御装置である。

本発明の一態様は、複数の基地局装置と、複数の無線方式のそれぞれに対応する信号処理を行う複数の無線信号処理装置と、前記基地局装置及び前記無線信号処理装置における信号の送信タイミングを制御する制御装置とを備える無線通信システムであって、前記制御装置は、同一の無線信号処理装置を利用する複数の基地局装置それぞれと、前記無線信号処理装置との間で通信路を確立する時刻の重なりが少なくなるように、通信を行う前記基地局装置と前記無線信号処理装置との組み合わせを所定の時間毎に決定する決定部、を備え、前記基地局装置と、前記無線信号処理装置とが、決定された前記通信路の組み合わせと、各基地局装置の無線周波数と、各基地局装置の無線帯域幅とのいずれか又は全てを時間の経過によって切り替えることによって通信を行う無線通信システムである。

本発明により、基地局装置における無線信号処理部のリソースの増加を抑えつつ、無線方式における切り替え時間を短縮することが可能となる。

本発明における無線通信システムのシステム構成を表す構成図である。 実施形態における制御装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 制御装置の記憶部が記憶するテーブルの具体例を示す図である。 制御装置の記憶部が記憶するテーブルの具体例を示す図である。 制御装置の記憶部が記憶するテーブルの具体例を示す図である。 制御装置の記憶部が記憶するテーブルの具体例を示す図である。 制御装置の記憶部が記憶するテーブルの具体例を示す図である。 実施形態における基地局装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 基地局装置の状態記憶部に記憶されている情報の一例を示す図である。 タイムテーブルの一例を示す図である。 基地局装置の下り送信調整部が記憶するテーブルの一例を示す図である。 基地局装置と無線信号処理装置との間でネットワークを介して交換されるパケットのフォーマットの一例を示す図である。 実施形態における無線信号処理装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 無線信号処理装置の状態記憶部に記憶されている情報の一例を示す図である。 タイムテーブルの一例を示す図である。 無線信号処理装置の下り送信調整部が記憶するテーブルの一例を示す図である。 制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 基地局装置における送受信処理の流れを示すフローチャートである。 無線信号処理装置における送受信処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における無線通信システム１００のシステム構成を表す構成図である。無線通信システム１００は、制御装置１０、複数の基地局装置２０−１〜２０−Ｍ（Ｍは２以上の整数）及び複数の無線信号処理装置３０−１〜３０−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を備える。基地局装置２０−１〜２０−Ｍと、無線信号処理装置３０−１〜３０−Ｎとは、ネットワーク４０を介して通信可能に接続される。ネットワーク４０は、例えば、インターネットである。なお、以下の説明では、基地局装置２０−１〜２０−Ｍについて区別しない場合には基地局装置２０と記載する。また、以下の説明では、無線信号処理装置３０−１〜３０−Ｎについて区別しない場合には無線信号処理装置３０と記載する。

制御装置１０は、基地局装置２０及び無線信号処理装置３０の通信を制御する。例えば、制御装置１０は、同一の無線信号処理装置３０を利用する複数の基地局装置２０間で無線信号処理装置３０との間で通信路が確立される時刻の重なりが互いに少なくなるように、基地局装置２０と無線信号処理装置３０との組み合わせを決定することによって通信を制御する。

基地局装置２０は、制御装置１０及び無線信号処理装置３０との間で通信を行う。基地局装置２０は、無線方式に依存する信号処理を行わない装置である。
無線信号処理装置３０は、制御装置１０及び基地局装置２０との間で通信を行う。無線信号処理装置３０のそれぞれは、複数の無線方式のそれぞれに対応する信号処理を行う。例えば、無線信号処理装置３０−１は無線方式“ア”（例えば、ＬｏＲａ）に対応する信号処理を行い、無線信号処理装置３０−２は無線方式“イ”（例えば、ＳＩＧＦＯＸ）に対応する信号処理を行う。無線信号処理装置３０は、無線方式に依存する信号処理を行う装置である。

図２は、実施形態における制御装置１０の機能構成を表す概略ブロック図である。
制御装置１０は、通信部１１、通信制御部１２、タイムテーブル制御部１３及び記憶部１４を備える。
通信部１１は、基地局装置２０及び無線信号処理装置３０との間で通信を行う。
通信制御部１２は、通信部１１の通信を制御する。
タイムテーブル制御部１３は、記憶部１４に記憶されている各種テーブルの設定、基地局装置２０が記憶するタイムテーブルの設定及び無線信号処理装置３０が記憶するタイムテーブルの設定を行う。

記憶部１４は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部１４は、各種テーブルを記憶する。

図３〜図７を用いて、記憶部１４が記憶するテーブルについて説明する。図３〜図７は、制御装置１０の記憶部１４が記憶するテーブルの具体例を示す図である。
図３（Ａ）に示すテーブル５１は、「エリア」、「基地局装置」及び「位相」の各項目を有する。「エリア」の値は、基地局装置２０が設置されているエリアである。「基地局装置」の値は、エリアに設置されている基地局装置２０である。図３（Ａ）に示す“基地局装置２０α１”〜“基地局装置２０α６”は、エリア“α”に設置されている“基地局装置２０−１”〜“基地局装置２０−６”を表す。「位相」の値は、基地局装置２０に対してタイムスロットをずらす値を指定する値である。例えば、「位相」の値が“＋０スロット”の場合には、対応する基地局装置２０に対応するタイムスロットを“＋０スロット”分ずらすことを意味する。

図３（Ｂ）に示すテーブル５２は、「エリア」及び「各通信路設定時刻において対向となる無線信号処理装置（スロット数はエリア毎に可変）」の各項目を有する。「エリア」の値は、基地局装置２０が設置されているエリアである。「各通信路設定時刻において対向となる無線信号処理装置（スロット数はエリア毎に可変）」の値は、当該エリアにおける基本のタイムスロットの並びである。図３（Ｂ）に示す“無線信号処理装置３０ア１”、“無線信号処理装置３０イ１”、“無線信号処理装置３０イ２”及び、“無線信号処理装置３０ウ１”はそれぞれ、無線方式“ア”による信号処理を行う無線信号処理装置３０−１、無線方式“イ”による信号処理を行う無線信号処理装置３０−１、無線方式“イ”による信号処理を行う無線信号処理装置３０−１、無線方式“イ”による信号処理を行う無線信号処理装置３０−２、無線方式“ウ”による信号処理を行う無線信号処理装置３０−１を表す。

図４に示すテーブル５３は、「エリア」、「基地局装置」及び「各通信路設定時刻において対向となる無線信号処理装置」の各項目を有する。テーブル５３では、各エリアにおいて基地局装置２０毎にどのタイミングでどの無線信号処理装置３０と通信を行うのかが示されている。例えば、“エリアα”において“基地局装置２０−１”が１スロット目に無線方式“ア”による信号処理を行う“無線信号処理装置３０−１”と通信を行うことが示されている。テーブル５３は、タイムテーブル制御部１３が、テーブル５１と、テーブル５２とを用いて生成する。具体的には、まずタイムテーブル制御部１３は、テーブル５１を参照し、各基地局装置２０の位相の分だけテーブル５２に示すタイムスロットをずらすことによって、各基地局装置２０と、各スロットで基地局装置２０が通信を行う無線信号処理装置３０との組み合わせを決定する。タイムテーブル制御部１３は、全てのエリアにおける基地局装置２０に対して、各スロットで基地局装置２０が通信を行う無線信号処理装置３０との組み合わせを決定することによってテーブル５３を生成する。

図５（Ａ）に示すテーブル５４は、「無線方式」、「基地局装置制御情報」、「通信路制御情報」及び「無線信号処理装置」の各項目を有する。「無線方式」の値は、信号処理に用いられる無線方式である。「基地局装置制御情報」の値は、各無線方式を利用する際に基地局装置２０に対して設定される制御情報である。「通信路制御情報」の値は、各無線方式を利用する際に基地局装置２０と無線信号処理装置３０との間を接続する際の通信方式である。例えば「通信路制御情報」の「通信方式」が「マルチキャスト」の場合には、無線信号処理装置３０から複数の基地局装置２０に対してマルチキャストによる送信が行われることが表されている。「無線信号処理装置」の値は、「通信路制御情報」の「通信方式」と、各無線方式を処理可能な無線信号処理装置３０の候補リストである。

図５（Ｂ）に示すテーブル５５は、「無線信号処理装置」、「基地局装置」、「通信路遅延」及び「調整遅延」の各項目を有する。「無線信号処理装置」の値は、無線信号処理装置３０を表す。「基地局装置」の値は、無線信号処理装置３０と紐づく基地局装置２０を表す。「通信路遅延」の値は、各基地局装置２０と無線信号処理装置３０との間の通信路における遅延を表す。「調整遅延」の値は、遅延を調整するための値を表す。テーブル５５における調整遅延により無線信号処理装置３０もしくは基地局装置２０においてバッファされる時間が調整され、無線信号処理装置３０から複数の基地局装置２０に対して同一の通信遅延となるような処理がなされる。なお、テーブル５５における無線信号処理装置３０と基地局装置２０との組は、無線方式の実行がなされうる全ての組である。

図６（Ａ）に示すテーブル５６は、「無線方式」、「エリア」及び「通信路設定時間情報」の各項目を有する。「無線方式」の値は、信号処理に用いられる無線方式を表す。「エリア」の値は、各無線方式が利用される基地局装置２０が設置されているエリアを表す。「通信路設定時間情報」の値は、当該エリアにおいて当該無線方式に割り当てられるスロット数を表す。

図６（Ｂ）に示すテーブル５７は、「無線方式」及び「スロット当たりの無線信号処理負荷」の各項目を有する。「無線方式」の値は、信号処理に用いられる無線方式を表す。「スロット当たりの無線信号処理負荷」の値は、対応付けられた無線方式を用いて無線信号処理を行った場合のスロット当たりの負荷を表す。スロット当たりの無線信号処理負荷は、無線信号処理装置３０の必要台数を計算するために利用される。

図６（Ｃ）に示すテーブル５８は、「装置」及び「アドレス」の各項目を有する。「装置」の値は、基地局装置２０及び無線信号処理装置３０を表す。「アドレス」の値は、対応付けられている装置のアドレスを表す。

図７（Ａ）に示すテーブル５９は、「仮想化装置」、「ＶＭ」及び「起動システム」の各項目を有する。「仮想化装置」の値は、仮想化を行う物理装置を表す。「ＶＭ」の値は、当該仮想化装置の上で実行される仮想的な装置を表す。「起動システム」の値は、当該ＶＭで起動されている装置を表す。

テーブル５９では、仮想化を行う物理装置が“仮想化装置１”であり、“仮想化装置１”上で実行される仮想的な装置が“ＶＭ１−１”及び“ＶＭ１−２”であり、“ＶＭ１−１”で起動される装置が無線方式“ア”による信号処理を行う“無線信号処理装置３０−１”、“ＶＭ１−２”で起動される装置が無線方式“イ”による信号処理を行う“無線信号処理装置３０−１”であることが表されている。

図７（Ｂ）に示すテーブル６０は、「条件」、「イベント」及び「実行対象エリア」の各項目を有する。「条件」の値は、イベントを実行する際の条件を表す。「条件」は、例えば時間帯や日付などである。「イベント」の値は、当該条件を満たす際に実行されるイベントを表す。「実行対象エリア」の値は、当該イベントが実行される対象のエリアを表す。

テーブル６０では、時刻情報の分が００から１０（０２：００〜０２：１０、０３：００〜０３：１０など）である場合には、無線方式“ア”を運転させるイベントをエリアα，エリアβ，…のエリアで実行させ、それ以外の場合（時刻情報の分が１０から００（０２：１０〜０２：００、０３：１０〜０３：００など））の場合には、無線方式“ア”を停止させるイベントをエリアα，エリアβ，…のエリアで実行する動作を行わせることが表されている。なお、無線方式を運転させるイベントとは、テーブル５６に、無線方式を運転させるエリアを追加する更新を行うことである。

図８は、実施形態における基地局装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。
基地局装置２０は、状態記憶部２１、タイムテーブル記憶部２２、無線周波数部２３、無線信号処理部２４及び制御部２５を備える。
状態記憶部２１は、自装置の現在の状態に関する情報を記憶する。例えば、状態記憶部２１は、図９に示すように基地局装置２０の現在の状態に関する情報を変数と値との組で記憶する。図９は、基地局装置２０の状態記憶部２１に記憶されている情報の一例を示す図である。図９に示すように、変数の具体例として、「自装置アドレス」、「選択中のエントリ」、「残りタイムスロット」及び「対向の無線信号処理装置」がある。「自装置アドレス」の値は、基地局装置２０のアドレスを表す。「選択中のエントリ」の値は、基地局装置２０が選択中のエントリを表す。「残りタイムスロット」の値は、当該選択中のエントリで送受信可能な残りのタイムスロット数を表す。「対向の無線信号処理装置」の値は、当該選択中のエントリで送受信する対向の無線信号処理装置３０のアドレスを表す。

タイムテーブル記憶部２２は、タイムテーブルを記憶する。タイムテーブル記憶部２２が記憶するタイムテーブルは、制御装置１０によって設定されるタイムテーブルであり、基地局装置２０の動作内容を指定する情報が格納される。例えば、タイムテーブル記憶部２２は、図１０に示すようなタイムテーブル６１を記憶する。図１０は、タイムテーブルの一例を示す図である。

タイムテーブル６１は、「タイムスロット」、「通信路設定時間情報」、「通信路制御情報」及び「無線周波数制御情報」の各項目を有する。「タイムスロット」の値は、タイムスロットエントリの識別情報を表す。「通信路設定時間情報」の値は、タイムスロットエントリの識別情報で示されるエントリが有効な時間（スロット数）を表す。「通信路制御情報」の値は、当該エントリにおいて基地局装置２０との間でベースバンドのパケットを交換する対象となる無線信号処理装置３０のアドレスを表す。「無線周波数制御情報」の値は、当該エントリにおいて基地局装置２０で無線周波数部２３に設定される情報を表す。「無線周波数制御情報」の一例として、例えば中心周波数及び帯域幅が挙げられる。

無線周波数部２３は、空中線から受信するアナログ無線信号をデジタル無線信号に変換して無線信号処理部２４へ出力する機能と、無線信号処理部２４から出力されたデジタル無線信号をアナログ無線信号に変換して空中線へ送信する機能とを備える。

無線信号処理部２４は、下り送信調整部２４１と、通信路実装部２４２とを備える。無線信号処理部２４は、無線周波数部２３から出力されるデジタル無線信号をベースバンドの上りパケットに変換して通信路実装部２４２を介してネットワークへ送信する機能と、ネットワークから通信路実装部２４２を介して受信した下りパケットを下り送信調整部２４１で保持する機能と、下りパケットをベースバンドからデジタル無線信号に変換して無線周波数部２３へ送信する機能とを備える。

下り送信調整部２４１は、下りパケットの送信タイミングになるまでの間、下りパケットを一時的に保持して、保持している下りパケットの送信タイミングになると下りパケットを無線周波数部２３に出力する。下り送信調整部２４１は、図１１に示すテーブルに基づいて動作する。図１１は、基地局装置２０の下り送信調整部２４１が記憶するテーブルの一例を示す図である。図１１に示すテーブル６２は、「送信を行うタイムスロットのエントリ」、「パケットを送信した無線信号処理装置」及び「送信待ちパケットリスト」の各項目を有する。

「送信を行うタイムスロットのエントリ」の値は、タイムスロットに対応したエントリを検索するキーを表す。「パケットを送信した無線信号処理装置」の値は、下りパケットを送信した無線信号処理装置３０のアドレスを表す。「送信待ちパケットリスト」の値は、保持しているパケットを格納するリストを表す。

下り送信調整部２４１は、テーブル６２に基づいて、無線信号処理部２４が受信した下りパケットに含まれる無線方式非依存のヘッダ部に記載された送信元アドレスに基づいて、パケットを送信した無線信号処理装置３０を特定し、特定した無線信号処理装置３０の無線方式に関する送信を行うタイムスロットのエントリが有効になるまでの間、テーブル６２の同定した無線信号処理装置３０と同一の下りパケットを受信した無線信号処理装置３０が記載されたエントリに当該下りパケットを記録して保持し、特定した無線信号処理装置３０の無線方式に関する送信を行うタイムスロットのエントリが有効になった際に、「送信待ち下りパケットのリスト」から先着順に下りパケットを無線周波数部２３に出力する。

通信路実装部２４２は、ネットワーク４０を介して無線信号処理装置との間で通信を行うために、無線方式非依存のヘッダ部の挿抜を行う。
制御部２５は、通信制御部２５１、無線周波数切替部２５２及び通信路切替部２５３を備える。
通信制御部２５１は、無線信号処理装置３０との間の通信を制御する。
無線周波数切替部２５２は、テーブル６１の「無線周波数制御情報」に登録されている「中心周波数」や「帯域幅」を無線周波数部２３に設定する。
通信路切替部２５３は、通信路実装部２４２が無線方式非依存のヘッダ部の挿抜を行えるように状態記憶部２１に記憶されている「自装置アドレス」と「対向の無線信号処理装置」とを通信路実装部２４２に設定する。

図１２は、基地局装置２０と無線信号処理装置３０との間でネットワーク４０を介して交換されるパケットのフォーマットの一例を示す図である。
図１２に示すように、パケット６３は、無線方式非依存のヘッダ部、無線方式毎のヘッダ部及び無線方式毎のユーザパケット部で構成される。無線方式非依存のヘッダ部は、無線方式に依存しない情報が格納されるヘッダであり、例えば、通信路の送信先アドレス及び通信路の送信元アドレスを格納するフィールドを有する。無線方式毎のヘッダ部は、無線方式に依存する情報が格納されるヘッダであり、例えば、無線方式等を格納するフィールドを有する。無線方式毎のユーザパケット部は、ユーザパケットの送信先アドレス、ユーザパケットの送信元アドレス及びユーザパケットのペイロードを格納するフィールドを有する。

図１３は、実施形態における無線信号処理装置３０の機能構成を表す概略ブロック図である。
無線信号処理装置３０は、状態記憶部３１、タイムテーブル記憶部３２、無線信号処理部３３及び制御部３４を備える。
状態記憶部３１は、自装置の現在の状態に関する情報を記憶する。例えば、状態記憶部３１は、図１４に示すように無線信号処理装置３０の現在の状態に関する情報を変数と値との組で記憶する。図１４は、無線信号処理装置３０の状態記憶部３１に記憶されている情報の一例を示す図である。図１４に示すように、変数の具体例として、「自装置アドレス」及びエリア毎の「選択中のエントリ」、「残りタイムスロット」がある。「自装置アドレス」の値は、無線信号処理装置３０のアドレスを表す。「選択中のエントリ」の値は、タイムテーブル記憶部３２が記憶するタイムテーブルの中で選択中のエントリを表す。「残りタイムスロット」の値は、当該選択中のエントリで送受信可能な残りのタイムスロット数を表す。

タイムテーブル記憶部３２は、タイムテーブルを記憶する。タイムテーブル記憶部３２が記憶するタイムテーブルは、制御装置１０によって設定されるタイムテーブルであり、無線信号処理装置３０の動作内容を指定する情報が格納される。例えば、タイムテーブル記憶部３２は、図１５に示すようなタイムテーブル６４を記憶する。図１５は、タイムテーブルの一例を示す図である。

タイムテーブル６４は、「エリア」、「タイムスロット」、「通信路設定時間情報」及び「通信路制御情報」の各項目を有する。「エリア」の値は、各エリアを表す。「タイムスロット」の値は、タイムスロットエントリの識別情報を表す。「通信路設定時間情報」の値は、タイムスロットエントリの識別情報で示されるエントリが有効な時間（スロット数）を表す。「通信路制御情報」の値は、当該エントリにおいて無線信号処理装置３０との間でベースバンドのパケットを交換する対象となる基地局装置２０のアドレスを表す。

無線信号処理部３３は、下り送信調整部３３１と、通信路実装部３３２とを備える。無線信号処理部３３は、通信路実装部３３２を介してネットワークから受信した上りパケットに対して無線方式毎のヘッダ部を読み出して当該無線方式に関する処理を行い、外部へ送信する機能と、外部から受信した下りパケットを下り送信調整部３３１で保持する機能と、通信路実装部３３２を介して下りパケットをネットワークへ送信する機能とを備える。

下り送信調整部３３１は、下りパケットの送信タイミングになるまでの間、下りパケットを一時的に保持して、保持している下りパケットの送信タイミングになると下りパケットを、通信路実装部３３２を介して基地局装置２０に送信する。下り送信調整部３３１は、図１６に示すテーブルに基づいて動作する。図１６は、無線信号処理装置３０の下り送信調整部３３１が記憶するテーブルの一例を示す図である。図１６に示すテーブル６５は、「エリア」、「送信を行うタイムスロットのエントリ」、「パケットの送信先基地局装置」及び「送信待ちパケットリスト」の各項目を有する。

「エリア」の値は、各エリアとの対応付けを検索するキーを表す。「送信を行うタイムスロットのエントリ」の値は、タイムスロットに対応したエントリを検索するキーを表す。「パケットの送信先基地局装置」の値は、当該タイムスロットのエントリにおいてパケットの送信先となる基地局装置２０のアドレスを表す。「送信待ちパケットリスト」の値は、保持しているパケットを格納するリストを表す。

下り送信調整部３３１は、テーブル６５に基づいて、無線信号処理部３３が受信した下りパケットに記載された無線方式毎のユーザパケット部のユーザパケットの送信先アドレスと送信元アドレスとに基づいて、パケットの送信先となる基地局装置２０を既存技術によって決定し、当該パケットの送信先の基地局装置２０に送信を行うタイムスロットのエントリが有効になった際に、「送信待ちパケットのリスト」から先着順に下りパケットを送信先の基地局装置２０に通信路実装部３３２を介して送信する。

通信路実装部３３２は、ネットワーク４０を介して基地局装置２０との間で通信を行うために、無線方式非依存のヘッダ部の挿抜を行う。
制御部３４は、通信制御部３４１及び通信路切替部３４２を備える。
通信制御部３４１は、制御装置１０との間で制御通信を行う。
通信路切替部３４２は、通信路実装部３３２が無線方式非依存のヘッダ部の挿抜を行えるように状態記憶部３１に記憶されている「自装置アドレス」を通信路実装部３３２に設定する。

図１７は、制御装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。図１７に示すフローチャートを開始するイベントは、無線方式のエリア追加と、タイムスロット増減判定処理とである。
無線方式のエリア追加のイベントは、無線インフラ事業者が、手動によってテーブル５６に無線方式のエリアを追加する操作を実行するか、もしくは、テーブル６０の「条件」に一致したイベントの実行によって無線方式の運転のイベントが実行されることで、テーブル５６に無線方式のエリアが追加されるか、のいずれかによって発生する。無線方式のエリア追加のイベントが発生すると、通信部１１は、無線方式のエリア追加に必要な情報（例えば、対象となる「無線方式」、追加される「エリア」、使用する「通信路設定時間情報」）を受信する（ステップＳ１０１）。

タイムテーブル制御部１３は、受信した情報に基づいて、受信した無線方式とエリアと通信路設定時間情報を記載したエントリをテーブル５６に追加する（ステップＳ１０２）。その後、タイムテーブル制御部１３は、当該無線方式の無線信号処理装置３０として必要なリソース量を計算（全エリアで使用するスロットの合計値などから算出）する（ステップＳ１０３）。タイムテーブル制御部１３は、無線信号処理装置３０の追加が必要か否かをテーブル５３と、テーブル５７とに基づいて判定する（ステップＳ１０４）。

無線信号処理装置３０の追加が必要である場合（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、タイムテーブル制御部１３は当該無線方式の無線信号処理装置を必要なリソース量を充足させるだけ起動（無線信号処理装置がＶＭならば仮想化装置上に起動）する（ステップＳ１０５）。タイムテーブル制御部１３は、ステップＳ１０５の処理の後、又は、無線信号処理装置３０の追加が必要ではない場合（ステップＳ１０４−ＮＯ）、テーブル５２の当該エリアのエントリに当該無線方式のタイムスロットを「通信路設定時間情報」に基づいて追加する（ステップＳ１０６）。なお、タイムテーブル制御部１３は、ステップＳ１０４の処理において、無線信号処理装置３０の追加が必要ではない場合であって、かつ、無線信号処理のリソース量に応じて動作させておくべき無線信号処理装置の台数が多い場合には、不要な無線信号処理装置の動作を停止する。

タイムテーブル制御部１３は、テーブル５１の当該エリアにおけるエントリを取り出し、当該エントリの基地局装置２０と、当該エントリの位相の値だけテーブル５２の当該エリアのエントリのタイムスロットの位相をずらした結果とを、テーブル５３のエントリとしてそれぞれ追加する（ステップＳ１０７）。そして、通信部１１は、テーブル５３の各エントリを取り出し、各エントリの基地局装置２０に対して当該エントリのタイムスロットを設定するための情報を送信する（ステップＳ１０８）。

タイムスロット増減判定処理のイベントは、定期的に実行される。タイムスロット増減判定処理のイベントが発生すると、通信制御部１２は、各無線方式の無線信号処理装置３０からエリアごとのトラフィック情報を取得する（ステップＳ１０９）。そして、タイムテーブル制御部１３は、各エリアのトラフィック量から各エリアの必要タイムスロット数を算出する（ステップＳ１１０）。なお、トラフィック量から各エリアの必要タイムスロット数を算出する方法としては、例えば端末数やトラフィック量と必要タイムスロット数との関係式などと統計データとを組み合わせるなどの方法などがある。タイムテーブル制御部１３は、算出した必要タイムスロット数に基づいて、各エリアのタイムスロット増減の要否を判定する（ステップＳ１１１）。

各エリアのタイムスロット増減の要否を判定した結果、増減要である場合（ステップＳ１１１−増減要）、タイムテーブル制御部１３はテーブル５６における当該無線方式と当該エリアに該当するエントリの通信路設定時間情報に増減されたタイムスロットの値を反映する処理を実施した後（ステップＳ１１２）、ステップＳ１０３以降の処理を実行する。
一方、増減否である場合（ステップＳ１１１−増減否）、制御装置１０は図１７の処理を終了する。

図１８は、基地局装置２０における送受信処理の流れを示すフローチャートである。
基地局装置２０は、下り送信処理と、上り送信処理とをそれぞれ並行して実行する。下り送信処理では、下り送信調整部２４１は、テーブル６２に登録されているエントリのうち、「送信を行うタイムスロットのエントリ」の値が状態記憶部２１に記憶されている「選択中のエントリ」の値と一致するエントリに対応するレコードを選択する。下り送信調整部２４１は、選択したレコードの「送信待ちパケットのリスト」として保持されている先頭のパケットを取り出す。通信路実装部２４２は、取り出されたパケットから「無線方式非依存のヘッダ部」を除去して無線周波数部２３に出力する（ステップＳ２０１）。

無線周波数切替部２５２は、テーブル６１に登録されているエントリのうち、状態記憶部２１に記憶されている「選択中のエントリ」の値と一致するエントリに対応するレコードを選択する。無線周波数切替部２５２は、選択したレコードの「無線周波数制御情報」の中心周波数及び帯域幅を無線周波数部２３に設定する。無線周波数部２３は、下り送信調整部２４１から出力されたパケットを送信する。
基地局装置２０は、処理経過時間の判定により１スロット分の処理時間が経過するまで下り送信処理を繰り返し実行する（ステップＳ２０２）。なお、１スロット分の時間で複数パケットが処理されても良い。

上り送信処理では、通信路実装部２４２は、無線周波数部２３から出力された信号に対して、「無線方式非依存のヘッダ部」を付与し、付与したヘッダ部の「通信路の送信先アドレス」のフィールドに、状態記憶部２１に記憶されている「対向の無線信号処理装置」で示されるアドレスを格納する。また、通信路実装部２４２は、付与したヘッダ部の「通信路の送信元アドレス」のフィールドに、状態記憶部２１に記憶されている「自装置アドレス」で示されるアドレスを格納する（ステップＳ２０３）。
基地局装置２０は、処理経過時間の判定により１スロット分の処理時間が経過するまで上り送信処理を繰り返し実行する（ステップＳ２０４）。なお、１スロット分の時間で複数パケットが処理されても良い。

１スロット分の処理時間が経過すると、通信制御部２５１は状態記憶部２１に記憶されている「残りタイムスロット」の値を減算する（ステップＳ２０５）。その後、通信制御部２５１は、残りタイムスロットの値を判定する（ステップＳ２０６）。残りタイムスロットの値が“０”ではない場合（ステップＳ２０６−ＮＯ）、基地局装置２０はステップＳ２０１以降の処理を実行する。
一方、残りタイムスロットの値が“０”である場合（ステップＳ２０６−ＹＥＳ）、通信制御部２５１はテーブル６１に登録されているエントリのうち「タイムスロット」の値が、状態記憶部２１に記憶されている「選択中のエントリ」の値と一致するエントリの次のエントリ（次のエントリがない場合には最初のエントリ）を選択し、当該エントリの「タイムスロット」の値と「通信路設定時間情報」の値と「対向の無線信号処理装置」の値をそれぞれ、状態記憶部２１に記憶されている「選択中のエントリ」の値と「残りタイムスロット」の値と「対向の無線信号処理装置」の値に格納することによって値を更新する（ステップＳ２０７）。その後、次のタイムスロットのエントリにおける送受信処理が行われる。

図１９は、無線信号処理装置３０における送受信処理の流れを示すフローチャートである。
無線信号処理装置３０は、下り送信処理と、上り送信処理とをそれぞれ並行して実行する。下り送信処理では、下り送信調整部３３１は、下り送信系処理では、テーブル６５に登録されているエントリのうち、「送信を行うタイムスロットのエントリ」の値が状態記憶部３１に記憶されている「選択中のエントリ」の値と一致するエントリに対応するレコードを選択する。下り送信調整部３３１は、選択したレコードの「送信待ちパケットのリスト」として保持されている先頭のパケットを取り出す。通信路実装部３３２は、取り出されたパケットに「無線方式非依存のヘッダ部」を付与し、付与したヘッダ部の「通信路の送信先アドレス」のフィールドに、エントリの「パケットの送信先基地局装置」で示されるアドレスを格納する。また、下り送信調整部３３１は、付与したヘッダ部の「通信路の送信元アドレス」のフィールドに、状態記憶部３１に記憶されている「自装置アドレス」で示されるアドレスを格納する（ステップＳ３０１）。
無線信号処理装置３０は、処理経過時間の判定により１スロット分の処理時間が経過するまで、下り送信処理を繰り返し実行する（ステップＳ３０２）。なお、１スロット分の時間で複数パケットが処理されても良い。

上り送信処理では、通信路実装部３３２は、ネットワーク４０を介して受信されたパケットから「無線方式非依存のヘッダ部」を除去し、無線方式毎の処理を施して無線通信システム１００の外部にパケットを送信する（ステップＳ３０３）。
無線信号処理装置３０は、処理経過時間の判定により１スロット分の処理時間が経過するまで、上り送信処理を繰り返し実行する（ステップＳ３０４）。なお、１スロット分の時間で複数パケットが処理されても良い。

１スロット分の処理時間が経過すると、通信制御部３４１は状態記憶部３１に記憶されている「残りタイムスロット」の値を減算する（ステップＳ３０５）。その後、通信制御部通信制御部３４１は、残りタイムスロットの値を判定する（ステップＳ３０６）。残りタイムスロットの値が“０”ではない場合（ステップＳ３０６−ＮＯ）、無線信号処理装置３０はステップＳ３０１以降の処理を実行する。
一方、残りタイムスロットの値が“０”である場合（ステップＳ３０６−ＹＥＳ）、通信制御部３４１はテーブル６４に登録されているエントリのうち「タイムスロット」の値が、状態記憶部３１に記憶されている「選択中のエントリ」の値と一致するエントリの次のエントリ（次のエントリがない場合には最初のエントリ）を選択し、当該エントリの「タイムスロット」の値と「通信路設定時間情報」の値をそれぞれ、状態記憶部３１に記憶されている「選択中のエントリ」の値と「残りタイムスロット」の値に格納することによって値を更新する（ステップＳ３０７）。その後、次のタイムスロットのエントリにおける送受信処理が行われる。

以上のように構成された無線通信システム１００によれば、制御装置１０が、同一の無線信号処理装置３０を利用する複数の基地局装置２０それぞれと、無線信号処理装置３０との間で通信路を確立する時刻の重なりが互いに少なくなるように制御することによって、複数の基地局装置２０が１台の無線信号処理装置３０を共有することができ、基地局装置２０における無線信号処理部２４のリソースを増加すること無く、無線方式を変更するための無通信時間を短縮することが可能になる。

また、制御装置１０が、同一の無線信号処理装置３０を利用する複数の基地局装置２０間で無線信号処理装置３０との間で通信路を確立する時刻の重なりが互いに少なくなるように制御することによって、無線信号処理装置３０への負荷の集中、例えば、複数の基地局装置２０が同一時刻に同一の無線方式を利用することで、１台の無線信号処理装置３０に高い処理能力が求められる状態を防ぐことができる。また、トラフィックを処理するために無線信号処理装置３０が消費するリソースを必要最低限にすることができる。

また、基地局装置２０は、複数の無線信号処理装置３０のそれぞれから受信した信号を、無線周波数部２３に送信するタイミングを記憶するタイムテーブル６１（第一のタイムテーブル）と、複数の無線信号処理装置３０のそれぞれから受信した信号を、受信した無線信号処理装置３０もしくは当該無線信号処理装置３０に対応する無線方式と関連付けて記憶し、記憶された信号をタイムテーブル６１に従って無線周波数部２３に送信する機能とを備えることにより、基地局装置２０にてパケット損失が発生することを防止することができる。

また、無線信号処理装置３０は、一以上の基地局装置２０へ信号を送信するタイミングを記憶するタイムテーブル６４と、外部から受信した下りパケットを、送信先となる基地局装置２０に関連付けて記憶し、送信タイミングまで保持する機能とを備えることにより、無線信号処理装置３０にてパケット損失が発生することを防止することができる。

また、制御装置１０が、同一の無線信号処理装置３０を利用する複数の基地局装置２０間で当該無線信号処理装置との間で通信路を確立する時刻の重なりが互いに少なくなるようにテーブル５３を作成し、無線信号処理の処理負荷量によって起動させる無線信号処理装置３０の数量を決定し、無線信号処理装置３０を起動もしくは停止する機能と、各無線方式の端末接続数とトラフィック状況とのいずれかに基づいて、各エリアの各無線方式に割り当てるタイムスロットを増減させる機能とを備えることにより、トラフィックを処理するために無線信号処理装置３０にて消費するリソースを必要最低限にすることができる。

上述した実施形態における制御装置１０、基地局装置２０及び無線信号処理装置３０をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１０…制御装置， １１…通信部， １２…通信制御部， １３…タイムテーブル制御部， １４…記憶部， ２０（２０−１〜２０−Ｍ）…基地局装置， ２１…状態記憶部， ２２…タイムテーブル記憶部， ２３…無線周波数部， ２４…無線信号処理部， ２４１…下り送信調整部， ２４２…通信路実装部， ２５…制御部， ２５１…通信制御部， ２５２…無線周波数切替部， ２５３…通信路切替部， ３０（３０−１〜３０−Ｎ）…無線信号処理装置， ３１…状態記憶部， ３２…タイムテーブル記憶部， ３３…無線信号処理部， ３３１…下り送信調整部， ３３２…通信路実装部， ３４…制御部， ３４１…通信制御部， ３４２…通信路切替部， ４０…ネットワーク

Claims (6)

1. 複数の基地局装置と、複数の無線方式のそれぞれに対応する信号処理を行う複数の無線信号処理装置と、前記基地局装置及び前記無線信号処理装置における信号の送信タイミングを制御する制御装置とを備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、
   前記制御装置が、同一の無線信号処理装置を利用する複数の基地局装置それぞれと、前記無線信号処理装置との間で通信路を確立する時刻の重なりが少なくなるように、通信を行う前記基地局装置と前記無線信号処理装置との組み合わせを所定の時間毎に決定する決定ステップを有し、
   前記基地局装置と、前記無線信号処理装置とが、決定された前記通信路の組み合わせと、各基地局装置の無線周波数と、各基地局装置の無線帯域幅とのいずれか又は全てを時間の経過によって切り替えることによって通信を行う無線通信方法。
2. 前記制御装置が、無線信号処理の処理負荷量に基づいて起動させる前記無線信号処理装置の台数を決定し、決定した台数に応じて前記無線信号処理装置を起動又は停止する、請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記基地局装置が、前記無線信号処理装置のそれぞれから受信した信号を外部に送信する無線周波数部に対して、前記信号を出力するタイミングを記憶する第一のタイムテーブルに従って、前記無線信号処理装置のそれぞれから受信した信号を、前記無線周波数部を介して外部に送信する、請求項１又は２に記載の無線通信方法。
4. 前記無線信号処理装置が、外部から受信した信号と、前記信号の送信先となる基地局装置とを関連付けて記憶し、前記信号の送信先となる基地局装置へ送信するタイミングになると保持している前記信号を送信先となる基地局装置に送信する、請求項１から３のいずれか一項に記載の無線通信方法。
5. 複数の基地局装置と、複数の無線方式のそれぞれに対応する信号処理を行う複数の無線信号処理装置と、前記基地局装置及び前記無線信号処理装置における信号の送信タイミングを制御する制御装置とを備える無線通信システムにおける制御装置であって、
   同一の無線信号処理装置を利用する複数の基地局装置それぞれと、前記無線信号処理装置との間で通信路を確立する時刻の重なりが少なくなるように、通信を行う前記基地局装置と前記無線信号処理装置との組み合わせを所定の時間毎に決定する決定部と、
   前記基地局装置と、前記無線信号処理装置とが、決定された前記通信路の組み合わせと、各基地局装置の無線周波数と、各基地局装置の無線帯域幅とのいずれか又は全てを時間の経過によって切り替えて通信を行うように指示するテーブルを生成するテーブル生成部と、
   生成された前記テーブルに基づく制御情報を、前記基地局装置と、前記無線信号処理装置とに設定することによって前記信号の送信タイミングを制御する制御部と、
   を備える制御装置。
6. 複数の基地局装置と、複数の無線方式のそれぞれに対応する信号処理を行う複数の無線信号処理装置と、前記基地局装置及び前記無線信号処理装置における信号の送信タイミングを制御する制御装置とを備える無線通信システムであって、
   前記制御装置は、同一の無線信号処理装置を利用する複数の基地局装置それぞれと、前記無線信号処理装置との間で通信路を確立する時刻の重なりが少なくなるように、通信を行う前記基地局装置と前記無線信号処理装置との組み合わせを所定の時間毎に決定する決定部、
   を備え、
   前記基地局装置と、前記無線信号処理装置とが、決定された前記通信路の組み合わせと、各基地局装置の無線周波数と、各基地局装置の無線帯域幅とのいずれか又は全てを時間の経過によって切り替えることによって通信を行う無線通信システム。

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