JPWO2011074681A1 - 通信装置及び通信制御方法 - Google Patents

Abstract

常に帯域幅を上回ることがないように、情報の伝送レートを制御することができる通信装置及び通信制御方法を提供する。入力信号を受信し、受信データを出力する受信手段と、送信フレームを入力し、送信制御情報に基づいて設定された第１の伝送レートで送信信号を送信し、送信信号の送信の完了タイミング示す送信タイミング信号を出力する送信手段と、受信データから送信制御情報を抽出し、送信手段に対して次の送信フレームを送信するときの第２の伝送レートを指定する情報抽出手段と、第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが小さいことを検出したとき、上限伝送レートを第２の伝送レート以下に変更し、第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが大きいことを検出したとき、完了タイミング以降に、上限伝送レートを第２の伝送レート以下に変更し、上限伝送レートに基づいて送信データから送信フレームを生成するサービス品質制御手段を備える。

Description

本発明は、通信装置及び通信制御方法に関し、特に伝送レートの変化に基づいてサービス品質制御を行う通信装置及び通信制御方法に関する。

無線通信装置では、無線伝送路の状況に応じて変調方式を変更する「適応変調方式」が採用されることがある。適応変調方式では、例えば、無線伝送路の状況が良好な場合には伝送レートが相対的に高速な変調方式を適用し、無線伝送路の状況が悪い場合には伝送レートが相対的に低速な変調方式を適用する。伝送レートは、変調を行う段階の数である多値数や、変調速度によって変化させることができる。
無線通信区間に適応変調方式を採用した無線通信システムでは、無線伝送路の状況に応じて無線通信区間の伝送レートが変動する。無線通信区間の伝送レートは、情報を伝送することができる能力の大きさに相当するので、以降、帯域幅（伝送容量）という。
ところで、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワーク上などで、音声や動画のようにタイム・クリティカルなデータを宛先装置に一定時間内に届けるためには、ネットワークには所定の通信品質が求められる。このようなネットワークでは、送信データのトラフィックタイプ毎にクラス分けをし、優先度に基づいてデータ転送する制御が行われることがある。このような制御を、サービス品質（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ。以降、「ＱｏＳ」という。）制御という。ＱｏＳ制御が行われる通信システムでは、情報を伝送するために必要な所定の伝送レート（以降、「情報伝送レート」という。）を保証するための制御が行われる。従って、帯域幅が変化するときは、その変化に対応してＱｏＳ制御を行う必要がある。すなわち、帯域幅が変化しても情報伝送レートを保証することができるようなネットワーク環境が求められる。
無線通信区間に適応変調方式を採用した無線通信システムに、有線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に使用されるＱｏＳ制御をそのまま適用することも考えられる。この場合、無線通信区間の帯域幅が情報伝送レートよりも大きければ、あるフレームが送信されるまでの待ち時間（以降、「送信待ち時間」という。）は発生しない。しかし、情報伝送レートが無線通信区間の帯域幅を上回ると、送信待ち時間が発生したり、フレームが送信されずに破棄される、いわゆる「フレーム・ロス（パケットロス）」が発生したりする可能性がある。
適応変調方式を採用する無線通信システムにおいてＱｏＳ制御を行う技術は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１の技術では、無線伝送速度に基づいてＱｏＳ制御の有無を切り替える。すなわち、変調方式の切替によって無線伝送速度が高速から低速に切り替わるとき、ＱｏＳ制御が有効になる。そして、変調方式の切替タイミングを遅らせることによって、無線伝送速度の不足によるデータ転送効率の低下が抑制される。一方、変調方式の切替によって無線伝送速度が低速から高速に切り替わるときは、ＱｏＳ制御が解除される。
適応変調方式において、伝送レートの変更に応じてＱｏＳ制御を行う技術もある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の技術では、ＱｏＳ制御を行うために操作される対象は、符号化率、変調方式、多重化方式等である。
適応変調方式において、変調方式や等化器のパラメータを、ＱｏＳによる優先制御に応じて設定する技術もある（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の技術では、例えば、高い伝送レートが必要な場合にはパラメータは高レート用に設定され、高レートを必要としないときには低レート用に設定される。

特開２００６−８６６２６号公報 （第７頁、図１、図３） 特開２００５−８６４７９号公報 （第４−５頁、図１） 特開２００６−１７３７１１号公報 （第７−９頁、図１）

特許文献１の技術には次のような課題がある。第１の課題は、ＱｏＳ制御を有効にしたとき、変調方式の切替タイミングを遅らせるため、無線伝送路の状況変化に追従できないことである。無線伝送路の状況変化に追従できなければ、無線通信区間の回線品質の劣化や回線の切断が引き起こされ、パケット・ロスが発生する可能性がある。第２の課題は、ＱｏＳ制御を解除したとき、入力データのトラフィックが増大することが考慮されていないことである。トラフィックが増大したときにＱｏＳ制御が解除されていると、優先度の高いフレームのフレーム・ロスが発生する可能性がある。第３の課題は、選択された変調方式によってＱｏＳ制御の有無を切り替えるため、結果として遅延時間のバラつきが発生する可能性があることである。なぜなら、一般に、ＱｏＳ制御中は遅延時間が増えるからである。
特許文献２、３の技術では、ＱｏＳ制御を行うための制御対象が、符号化率、変調方式、多重化方式、変調方式、等化器のパラメータ等であって、送信すべき情報の情報伝送レートは制御されない。従って、送信すべき情報が増大したとき、必ずしもすべての情報について、高いサービス品質を保証することができないという課題がある。
適応変調方式を採用する場合に限らず、一般に、ある通信区間の帯域幅が変化する通信システムにおいてＱｏＳ制御を行うためには、帯域幅の変化に適切に対応させて情報伝送レートを変化させることが望ましい。
（発明の目的）
本発明は上記のような技術的課題に鑑みて行われたもので、常に帯域幅を上回ることがないように、情報の伝送レートを制御することができる通信装置及び通信制御方法を提供することを目的とする。

本発明の通信装置は、入力信号を受信し、受信データを出力する受信手段と、送信フレームを入力し、送信制御情報に基づいて設定された第１の伝送レートで送信信号を送信し、送信信号の送信の完了タイミング示す送信タイミング信号を出力する送信手段と、受信データから送信制御情報を抽出し、送信手段に対して次の送信フレームを送信するときの第２の伝送レートを指定する情報抽出手段と、第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが小さいことを検出したとき、上限伝送レートを第２の伝送レート以下に変更し、第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが大きいことを検出したとき、完了タイミング以降に、上限伝送レートを第２の伝送レート以下に変更し、上限伝送レートに基づいて送信データから送信フレームを生成するサービス品質制御手段を備えることを特徴とする。
本発明の通信制御方法は、入力信号を受信し、受信データを出力し、送信フレームを入力し、送信制御情報に基づいて設定された第１の伝送レートで送信信号を送信し、送信信号の送信の完了タイミング示す送信タイミング信号を出力し、受信データから送信制御情報を抽出し、送信部に対して次の送信フレームを送信するときの第２の伝送レートを指定し、第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが小さいことを検出したとき、上限伝送レートを第２の伝送レート以下に変更し、第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが大きいことを検出したとき、完了タイミング以降に、上限伝送レートを第２の伝送レート以下に変更し、上限伝送レートに基づいて送信データから送信フレームを生成する。

本発明の通信装置及び通信制御方法は、常に帯域幅を上回ることがないように、情報の伝送レートを制御する。従って、情報の送信待ち時間の発生、パケット・ロス等の発生を防止することができるという効果がある。

本発明の第１の実施形態の通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の通信装置の構成の第１の変形例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の通信装置の動作を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の無線通信システムにおける送信ベースバンド部の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の無線通信システムにおけるフレームのフォーマットである。 本発明の第２の実施形態の通信装置の動作を示すグラフである。

（第１の実施形態）
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の通信装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態の通信装置は、受信部１１、情報抽出部１２、送信部１３、サービス品質制御部１４を備える。
受信部１１は、入力信号２０を受信し、受信データ２１を出力する。
情報抽出部１２は、受信データ２１から送信制御情報２２を抽出する。送信制御情報２２は、送信部１３が送信信号３０を送信するときの伝送レートを指定する。送信制御情報２２は、送信部１３が変調を行うときは、変調の方式を指定してもよい。具体的には、送信制御情報２２は、変調の対象（振幅、周波数、又は位相）や、変調の段階数である多値数、変調レート等を指定してもよい。送信制御情報２２が変調の方式を指定するときであっても、送信制御情報２２に基づいて、送信部１３が送信信号３０を送信するときの伝送レートを判断することができる。
送信部１３は、送信フレーム３２を入力し、送信制御情報２２に基づいて設定した第１の伝送レートで送信信号３０を送信する。送信部１３は、送信信号の送信の完了タイミングを示す送信タイミング信号３３を出力する。第１の伝送レートは、送信フレーム３２毎に設定することができるので、送信タイミング信号３３を出力するごとに、次の送信信号３０の送信時の第１の伝送レートを変化させることができる。また、送信信号３０の送信中の送信制御情報２２は、その時点の伝送レート、すなわち、第１の伝送レートではなく、次の送信信号３０を送信するときの伝送レート（以降、「第２の伝送レート」という。）を指定する。言い換えると、第１の伝送レート、すなわち送信中の送信信号３０の伝送レートは一つ前の送信制御情報２２によって指定され、第２の伝送レート、すなわち次に送信する送信信号３０の伝送レートは現在の送信制御情報２２によって指定される。
サービス品質制御部１４は、サービス品質の制御（ＱｏＳ制御）を行う。ＱｏＳ制御とは、具体的には、設定された上限レートに基づいて、送信データ３１から送信フレーム３２を出力することを意味する。例えば、サービス品質制御部１４は、送信するために必要な伝送レートが上限伝送レート以下になるように、送信データ３１から送信フレーム３２を生成すればよい。このとき、サービス品質制御部１４は、第１の伝送レートが変化すること、すなわち、第１の伝送レートと第２の伝送レートが異なることを検出し、上限伝送レートに対して以下のような制御を行う。なお、送信信号３０の伝送レートは送信制御情報２２によって指定されるので、サービス品質制御部１４は、送信制御情報２２の変化を観測することによって、伝送レートが変化することを検出することができる。
第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが小さいことを検出したとき、サービス品質制御部１４は、上限伝送レートを第２の伝送レートに変更する。言い換えると、サービス品質制御部１４は、送信信号３０の伝送レートが低下することを検出したとき、上限伝送レートを低下後の伝送レートに変更する。このような制御を行う理由は、送信信号３０の伝送レートが低下する前に、送信フレーム３２の伝送レートを低下させることによって、送信待ち時間やフレーム・ロスが発生することを未然に防止するためである。
第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが大きいことを検出したとき、サービス品質制御部１４は、送信部１３において送信信号３０の伝送レートが変更されるタイミングで、上限伝送レートを次期伝送レートに変更する。言い換えると、サービス品質制御部１４は、送信信号３０の伝送レートが上昇することを検出したとき、送信タイミング信号３３の出力を待って、上限伝送レートを上昇後の伝送レートに変更する。このような制御を行う理由は、送信信号３０の伝送レートが上昇した後に、送信フレーム３２の伝送レートを上昇させることによって、送信待ちやパケット・ロスが発生することを防止するためである。
なお、第１の伝送レートと第２の伝送レートが等しい、つまり、送信信号３０の伝送レートが変化しないときは、上限伝送レートは変更されない。
サービス品質制御部１４によって制御を行うことによって、送信フレーム３２の伝送レート（情報伝送レート）は、常に、送信部１３が送信信号３０を送信するときに適用可能な伝送レート、すなわち、帯域幅以下となる。
サービス品質制御部１４がＱｏＳ制御を行うときのときの具体的な制御方法には、各種の方法を採用することができる。
例えば、サービス品質制御部１４は、情報抽出部１２から送信制御情報２２を入力し、第２の伝送レートを判断する。さらに、サービス品質制御部１４は、送信制御情報２２を内部に保持する。これによって、新しく送信制御情報２２を入力したときに、第２の伝送レートの変化及び増減を検出する。また、サービス品質制御部１４は、送信部１３から送信タイミング信号３３を受け取る。そして、サービス品質制御部１４は、第２の伝送レートが低下したときは、即座に、上限伝送レートを第２の伝送レートに変更する。第２の伝送レートが上昇したときは、送信タイミング信号３３が出力されたタイミングで、上限伝送レートを第２の伝送レートに変更する。
図２は、第１の実施形態の通信装置の構成の第１の変形例を示すブロック図である。サービス品質制御部１４は、情報抽出部１２から送信制御情報２２を入力し、第２の伝送レートを判断する。また、サービス品質制御部１４は、送信部１３から、現在の送信信号３０の送信の完了タイミングを示す送信タイミング信号３３、及び第１の伝送レートを示す伝送レート情報３４を受け取る。そして、サービス品質制御部１４は、第１の伝送レートと第２の伝送レートの変化を判断する。第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが小さいときは、即座に、上限伝送レートを第２の伝送レートに変更する。第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが大きいときは、送信タイミング信号３３が出力されたタイミングで、上限伝送レートを第２の伝送レートに変更する。
上記のように、送信信号３０の伝送レートの変化が検出されたとき、サービス品質制御部１４によって、ＱｏＳ制御に用いる上限伝送レートが変更される。そして、上限伝送レート以下になるように、送信フレーム３２が生成される。
なお、サービス品質制御部１４によるＱｏＳ制御の具体的な動作は特に限定されない。
ＱｏＳ制御の方法には、大きく分類して、「優先制御」と「帯域制限」がある。優先制御とは、使用可能な帯域、すなわち、上限伝送レート以下の範囲で、優先度の高いフレームから選択して送信するものである。この処理は、「パケット・スケジューリング（Ｐａｃｋｅｔ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）」とも呼ばれる。本実施形態において、ＱｏＳ制御としてスケジューリングを行う場合の具体的な処理の例を以下に説明する。
まず、送信データ３１は複数のフレームによって構成され、それぞれのフレームには優先的に送信すべき順序を指定する優先度が設定される。サービス品質制御部１４は、上限伝送レート及び優先度に基づいて、複数のフレームから送信フレーム３２を選択する。
複数のフレームの各々には、そのフレームを送信するために必要な所定の伝送レート（情報伝送レート）が設定されていてもよい。このとき、サービス品質制御部１４は、選択された送信フレーム３２の各々の情報伝送レートの総計が上限伝送レート以下になるように、優先度に基づいて複数のフレームから送信フレーム３２を選択する。例えば、優先度の高いフレームからフレームを選択し、上限伝送レート以下であれば次に優先度が高いフレームを選択する。そして、選択されたフレームの情報伝送レートの総計が上限伝送レート以下になる範囲で、優先度の順にフレームを選択する。
帯域制限とは、優先度順に送信するフレームを選択したとき、優先度が低いために上限伝送レート以下では送信が不可能なフレームについて、その送信を回避するための処理である。この処理は、「シェイピング（Ｓｈａｐｉｎｇ）」とも呼ばれる。シェイピングには、例えば、上限伝送レート以下では送信できないフレームを破棄する方法がある。あるいは、送信すべきフレームを通信装置へ入力してくる送信元へ、フレームの送信量を低下するように要求したり、送信元に対してフレームの受け取りの拒否を通知したりする方法もある。この方法は、いわゆる「フロー制御」の一種である。本実施形態において、ＱｏＳ制御としてシェイピングを行う場合の具体的な処理の例を以下に説明する。
まず、送信データ３１は複数のフレームによって構成され、それぞれのフレームには優先的に送信すべき順序を指定する優先度が設定される。サービス品質制御部１４は、上限伝送レート及び優先度に基づいて、複数のフレームのうちの一部のフレームを破棄し、破棄しなかったフレームを送信フレームとして選択する。
複数のフレームには、そのフレームを送信するために必要な情報伝送レートが設定されていてもよい。このとき、サービス品質制御部１４は、選択された送信フレームの各々の情報伝送レートの総計が上限伝送レート以下になるように、優先度に基づいて一部のフレームを破棄すればよい。あるいは、サービス品質制御部１４は、上限伝送レート及び優先度に基づいて、複数のフレームのうちの一部のフレームの送信元との間でフロー制御を行い、その送信元以外からのフレームを送信フレームとして選択してもよい。
ところで、送信部１３が所定の変調を行って送信信号３０を送信する場合には、変調方式のパラメータを用いて、伝送レートの変化を検知することができる。ある変調方式の理論上の伝送レートは、多値数の平方根と変調速度（シンボル・レート、ボー・レート）の積に等しい。そこで、送信中の送信信号３０に適用されている変調方式及び次の送信信号３０に適用される変調方式の、変調の段階数である多値数の変化や変調速度の変化に基づいて、伝送レートの変化を検出することもできる。
本実施形態の動作の具体例を、図３のグラフを用いて説明する。図３は、本実施形態の動作の例を示すグラフで、縦軸は伝送レート、横軸は時刻である。グラフの各線については、実線Ａは帯域幅を、破線ＢはＱｏＳ制御を行うための上限伝送レートを示す。また、グラフの下部には、現在送信中の送信信号３０に適用されている伝送レートである第１の伝送レート、及び次の送信信号３０に適用される伝送レートである第２の伝送レートの遷移を示す。伝送レートは、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩの３種類のいずれかに設定可能であり、この順に大きいものとする。
時刻ｔ１に、サービス品質制御部１４は、送信制御情報２２に基づいて、伝送レートがＩからＩＩに変化することを検出する。この場合は、伝送レートが低下することを意味する。ただし、送信制御情報２２が示す伝送レートは、次の送信信号３０に適用される伝送レートであって、実際に伝送レートが変化するのは現在送信中の送信信号３０の送信が完了した後である。
このとき、サービス品質制御部１４は、即座に、上限伝送レートを第２の伝送レートに切り替える。すなわち、送信信号３０に適用される伝送レートの低下するタイミング（時刻ｔ２）より前に上限伝送レートを低下させる。
時刻ｔ３についても同様である。すなわち、サービス品質制御部１４は、ｔ３に第２の伝送レートがＩＩからＩＩＩに低下することを検出し、時刻ｔ４に上限伝送レートを第２の伝送レートに切り替える。
時刻ｔ５では、サービス品質制御部１４は、第２の伝送レートが第１の伝送レートよりも増加することを検出する。このときは、第１の伝送レートが変更されるタイミング（時刻ｔ６）で、上限伝送レートを第２の伝送レートへ切り替える。時刻ｔ７についても同様である。すなわち、ｔ７に第２の伝送レートが第１の伝送レートよりも低下することを検出し、時刻ｔ８に上限伝送レートを切り替える。
以上のように、本発明の第１の実施形態の通信装置は、次に送信される送信信号の伝送レートが低下することを検出したとき、上限伝送レートを低下させる。次に送信される送信信号の伝送レートの上昇を検出したときは、送信中の送信信号の送信完了後に、上限伝送レートを上昇させる。そして、上限伝送レート以下になるように送信フレームを生成する。そのため、情報伝送レートが、常に、送信部における伝送レート以下になる。従って、送信フレームの送信待ちやパケット・ロスを防止できるという効果がある。
（第２の実施形態）
次に、具体的なシステムに本発明を適用した、第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。図５は、第２の実施形態の無線通信システムにおける送信ベースバンド部の構成を示すブロック図である。図６は、第２の実施形態の無線通信システムにおけるフレームのフォーマットである。
本無線通信システムは、対向する１対の無線通信装置１００、２００を備える。無線通信装置１００と無線通信装置２００は同一の構成を備えるため、無線通信装置１００の構成について以下に説明する。
無線通信装置１００は、送信ベースバンド処理部１０１、変調器１０２、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部１０３、受信変調方式判定部１０４、復調器１０５、受信ベースバンド処理部１０６、アンテナ部１０７を備える。
送信ベースバンド処理部１０１は、入力データ１０８に対してＱｏＳ制御を行う。ＱｏＳ制御の具体的な処理については後述する。送信ベースバンド処理部１０１は、変調方式制御情報１１１に基づいて変調方式を選択する。そして、送信ベースバンド処理部１０１は、入力データ１０８、変調方式制御情報１１１、変調方式指定情報１１２等、各種の制御信号を、図６に示すフォーマットで、送信無線フレーム・データ１０９に多重化する。送信無線フレーム・データ１０９の各フレームは、オーバーヘッド部とペイロード部にて構成される。ペイロード部には入力データ１０８が格納される。オーバーヘッド部には変調方式制御情報１１１と変調方式指定情報１１２が格納される。そして、送信ベースバンド処理部１０１は、送信無線フレーム・データ１０９を変調器１０２に出力する。
変調器１０２は、送信ベースバンド処理部１０１から入力された送信無線フレーム・データ１０９を、１フレーム前の送信無線フレーム・データ１０９のオーバーヘッド部に格納されている変調方式制御情報１１１に従って変調する。そして、変調された信号を、送信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ。中間周波数）信号１１０としてＲＦ部１０３に出力する。
ＲＦ部１０３は、入力された送信ＩＦ信号１１０を、規定の無線周波数に周波数変換する。そして、ＲＦ部１０３は、周波数変換された無線信号を、アンテナ部１０７を通して無線通信装置２００へ送信する。また、ＲＦ部１０３は、受信した無線信号に対する周波数変換機能を備える。ＲＦ部１０３は、無線通信装置２００が送信した無線信号を、アンテナ部１０７を通して受信する。そして、ＲＦ部１０３は、受信した無線信号に対して周波数変換を行い、受信ＩＦ信号１１４として復調器１０５へ出力する。さらに、ＲＦ部１０３は、受信信号のレベルを受信レベル情報１１３として、受信変調方式判定部１０４に出力する。
受信変調方式判定部１０４は、受信レベル情報１１３に基づいて送信変調方式を選択し、変調方式指定情報１１２を送信ベースバンド処理部１０１へ出力する。上述のように、変調方式指定情報１１２は送信無線フレーム・データ１０９に多重化され、無線装置２００へ送信される。つまり、無線装置１００は、無線通信装置２００に対して、無線通信装置２００が適用するべき変調方式を指定する。このように、本実施形態の無線通信システムにおける適応変調方式では、受信側の無線通信装置から対向局の無線通信装置に対して、適用すべき送信変調方式を要求する。
変調方式指定情報１１２について、さらに詳細に説明する。無線装置１００内で生成された変調方式指定情報１１２は、無線通信装置２００に伝達され、無線通信装置２００内では変調方式制御情報２１１として取り扱われる。すなわち、変調方式指定情報１１２によって指定された変調方式が、変調方式制御情報２１１として送信フレーム・データ２０９に多重化され、変調器２０２に伝達される。そして、変調器２０２は、送信フレーム・データ２０９に多重化された変調方式制御情報２１１に従って変調を行う。
次に、変調方式制御情報２１１が無線フレーム・データ２１５から抽出される時刻と、変調方式制御情報２１１が実際に変調器２０２において変調方式を指定する時刻との間の、時間的なずれについて説明する。変調方式制御情報２１１は、各々の送信無線フレーム・データ２０９に多重化される。受信ベースバンド処理部２０６によって無線フレーム・データ２１５から抽出された変調方式制御情報２１１は、次に送信される送信無線フレーム・データ２０９に多重化される。現在送信中である送信無線フレーム・データ２０９に多重化されている変調方式制御情報２１１は、上記の無線フレーム・データ２１５の、一つ前の無線フレーム・データ２１５から抽出されたものである。このように、変調方式制御情報２１１は、抽出される時刻と実際に変調方式を指定する時刻との間の、時間的なずれを持つ。本実施形態では、この時間的なずれを利用することによって、変調方式が変更されることが実際の変更前に検知される。そして、変調方式の変更に対応したＱｏＳ制御が実現される。
なお、本実施形態では、所定の適応変調方式が適用される無線通信システムにおいて、指定された変調方式に対応して、ＱｏＳ制御を行う。しかし、本実施形態においては、適応変調方式の具体的な制御方法は限定されない。例えば、受信側が送信側に送信変調方式を要求する判断基準は、上記のような受信レベルを用いる方法には限定されない。また、送信側が、送信側で規定した所定の判断基準によって、自らが適用する送信変調方式を決定するような方式の適応変調方式であってもよい。
復調器１０５は、受信ＩＦ信号１１４に対して復調処理を行う。そして、復調器１０５は、復調処理を行った受信ＩＦ信号１１４を、受信無線フレーム・データ１１５として受信ベースバンド処理部１０６に出力する。
受信ベースバンド処理部１０６は、入力された受信無線フレーム・データ１１５から無線通信装置２００の変調方式指定情報２１２を抽出する。受信無線フレーム・データ１１５には、無線通信装置２００の受信変調方式判定部２０４において、変調方式指定情報２１２が多重化されている。そして、受信ベースバンド処理部１０６は、無線通信装置１００として適用すべき変調方式制御情報１１１を、送信ベースバンド処理部１０１へ出力する。また、受信ベースバンド処理部１０５は、受信無線フレーム・データ１１５に多重化されているペイロード・データを出力データ１１６として出力する。
アンテナ部１０７は、上記のように、ＲＦ部１０３からの無線信号を無線通信装置２００へ送信し、無線通信装置２００からの無線信号を受信しＲＦ部１０３に出力する。
図６に示すフレーム・フォーマットを用いて、無線通信装置１００の送信ベースバンド処理部１０１から、無線通信装置２００の受信ベースバンド処理部２０６に至るまでの、変調方式切り替えの仕組みについて説明する。送信無線フレーム・データ１１０は、図６に示すフレームが時間的に連続したものである。そして、変調方式切り替えは無線フレーム単位で行われる。そこで、ある無線フレームの変調方式は、その１フレーム前のオーバーヘッド部に含まれる変調方式制御情報によって示すようにする。これは、対向局の復調器において、変調方式切り替えのタイミングを前もって知っておく必要があるためである。対向局では、ある受信無線フレームに適用されている変調方式がいずれの方式であるかは、復調器において受信ＩＦ信号を復調して初めて知ることができる。しかしながら、受信ＩＦ信号を復調して正しい受信無線フレーム・データを得るためには、その変調方式を予め知っておく必要がある。そのためには、変調方式制御情報は、それ自身を含む無線フレームの変調方式ではなく、次の無線フレームの変調方式を表すようにすればよい。
図４を参照して、無線通信装置１００に入力される入力データ１０８が、対向局である無線通信装置２００から出力データ２１６として出力されるまでの信号の流れを説明する。
無線通信装置１００に入力された入力データ１０８は、送信ベースバンド処理部１０１にて、図６に示すフォーマット内のペイロード部に多重化される。そして、多重化されたデータは、送信無線フレーム・データ１０９として出力される。変調器１０２は、送信無線フレーム・データ１０９内のオーバーヘッド部の変調方式制御情報に従って、送信無線フレーム・データ１０９を変調する。そして、変調された送信ＩＦ信号１１０は、ＲＦ部１０３にて周波数変換され、アンテナ部１０７から無線通信装置２００に向けて送信される。送信された無線信号は、無線通信装置２００のアンテナ部２０７にて受信され、ＲＦ部２０３から受信ＩＦ信号２１４として出力される。復調器２０５は、一つ前の受信無線フレーム・データ２１５内のオーバーヘッド部の変調方式制御情報２１７に従って受信ＩＦ信号２１４を復調して、受信無線フレーム・データ２１５として出力する。変調方式制御情報２１７は、一つ前の受信無線フレーム・データ２１５内のオーバーヘッド部から受信ベースバンド処理部２０６によって抽出された情報で、現在受信中の受信ＩＦ信号２１４に施されている変調方式を示す情報である。受信ベースバンド処理部２０６は、受信無線フレーム・データ２１５の無線フレーム・フォーマット内のペイロード部よりデータを抽出し、出力データ２１６を出力する。
無線通信装置２００から無線通信装置１００への信号の流れも、上記と同様なので説明は省略する。
図５を参照して、送信ベースバンド処理部１０１の構成について説明する。ベースバンド処理部１０１は、ＱｏＳ制御回路３０１、無線フレーム多重化回路３０２、帯域制御値テーブル３０３、変調方式比較回路３０４を備える。
無線フレーム多重化回路３０２は、無線フレーム基準パルス信号３０６と、現在、選択されている変調方式の情報信号である変調方式情報３０５を、変調方式比較回路３０４に出力する。無線フレーム基準パルス信号３０６とは、フレームとフレームの境界のタイミングを示す信号である。あるいは、無線フレーム基準パルス信号３０６は、あるフレームの送信の完了を示す信号であってもよい。
変調方式比較回路３０４では、無線フレーム基準パルス信号３０６が入力される毎に、変調方式情報３０５によって示された変調方式と変調方式制御情報１１１によって示された変調方式の、多値数の大きさを比較する。変調方式比較回路３０４は、その比較結果に基づいて帯域制限制御信号３０７をＱｏＳ制御回路に出力する。
ＱｏＳ制御回路３０１は、帯域制限制御信号３０７に従って、帯域制御値テーブル３０３より帯域制御値３０８を取得する。ＱｏＳ制御回路３０１は、取得した帯域制御値３０８を用いて入力データ１０８に対してＱｏＳ制御を行い、ＱｏＳ制御後の入力データ３０９を出力する。ここでのＱｏＳ制御は、前述の「シェイピング」と呼ばれる処理を行えばよい。なお、「帯域制御値」とは、無線区間において使用可能な伝送レートの上限値を示す値である。従って、入力されるデータを構成する各パケットは、そのパケットの優先度に基づいて、伝送に必要な帯域の合計値が帯域制御値以下になる範囲のパケットのみが選択される。そして、優先度が低いパケットのうち、伝送に必要な帯域の合計値が帯域制御値を超えるパケットは破棄される。
無線フレーム多重化回路３０２は、ＱｏＳ制御を行われたＱｏＳ制御処理後の入力データ３０９を、フレーム内のペイロード部に多重化する。さらに、無線フレーム多重化回路３０２は、フレーム内のオーバーヘッド部に、入力される変調方式制御情報１１１と変調方式指定情報１１２を多重化する。無線フレーム多重回路３０２は、無線フレーム内のオーバーヘッド部とペイロード部に所定のデータを多重化した後、送信無線フレーム・データ１０９として出力する。
次に、ＱｏＳ制御のための比較判定処理を行う変調方式比較回路３０４の動作についてさらに詳細に説明する。
変調方式比較回路３０４は、無線フレーム基準パルス信号３０６が入力される毎に、変調方式情報３０５と変調方式制御情報１１１によって指定される変調方式の、多値数の大きさを比較する。
変調方式情報３０５によって指定される変調方式は、現在、変調器１０２において適用されている変調方式（以降、「現変調方式」という。）である。変調方式制御情報１１１によって指定される変調方式は、次のフレームの送信時に、変調器１０２において適用される変調方式（以降、「次期変調方式」という。）である。次期変調方式は、無線通信装置２００から変調方式指定情報２１２を用いて指定された変調方式である。
変調方式が変更されるとき、無線区間の情報伝送速度が変化する。そのため、適用される変調方式に応じてＱｏＳ制御を行う必要がある。一般に、シンボル・レートが変化しないならば、変調方式の多値数の大小によって、無線区間の情報伝送速度の変化を判断することができる。そこで、本実施形態では、変調方式の変更前後の、変調方式の多値数の変化に着目し、ＱｏＳ制御を行う。
変調方式比較回路３０４は、現変調方式の多値数と次期変調方式の多値数の大小関係に応じて、以下の動作を行う。
ｉ）現変調方式の多値数 ＞ 次期変調方式の多値数のとき
この場合は、次のフレームの送信時から、無線区間の情報伝送速度が低下することを意味する。そのため、即座にＱｏＳ制御によって帯域制限を行う必要がある。そこで、変調方式比較回路３０４は、帯域制限制御信号３０７を出力し、ＱｏＳ制御回路３０１におけるＱｏＳ制御に用いる帯域制限値を、現変調方式に対応した値から次期変調方式に対応した値に変更する。
上記の、ＱｏＳ制御に用いる帯域制限値の変更が本実施形態の特徴である。そこで、その目的について以下に詳細に説明する。現変調方式の多値数Ａよりも次期変調方式の多値数Ｂの方が小さいとき、次のフレームでは無線区間の帯域が低下する。従って、遅くとも、無線区間の帯域が低下したときには、情報の送信に必要な帯域の制限が完了している必要がある。
このとき、ＱｏＳ制御回路３０１のＱｏＳ制御用の帯域制限値を、次の無線フレーム基準パルス信号３０６入力と同時に変更することも考えられる。つまり、ＱｏＳ制御の帯域制限値を、変調方式の変更より前に変更せずに、変調方式の変更と同時に変更するのである。この場合、ＱｏＳ制御の処理中の送信バッファ内のデータ容量に比べ、無線区間の帯域が少なくなる。すなわち、変調方式の変更に合わせて帯域制限を行った結果、変更前の帯域に対応して送信バッファに格納されたデータが、無線伝送容量が少なくなるために、低い伝送速度で送信されることになる。従って、優先度の低いパケットには送信待ち時間が発生するためデータ転送効率が低下し、最優先パケットについても所望の時間内に送信されないためにパケット・ロスが発生する可能性がある。
以上のように、帯域制限を行うために用いる帯域制限値を、変調方式の変更と同時に変更すると、待ち時間発生、パケット・ロスなどの問題が発生する可能性がある。そこで、本実施形態では、変調方式の変更に伴って無線区間の帯域が少なくときには、帯域制限を行うために用いる帯域制限値を、変調方式の変更より前に変更するのである。
ｉｉ）現変調方式の多値数 ＝ 次期変調方式の多値数のとき
この場合は、無線区間の帯域が変化しないことを意味する。そのため、現在の帯域のまま通信を継続することができる。ＱｏＳ制御による帯域制限が行われているときは、そのまま、その時点の帯域で通信を継続してよい。従って、変調方式比較回路３０４は特に制御を行わない。
ｉｉｉ）現変調方式の多値数 ＜ 次期変調方式の多値数のとき
この場合は、無線区間の帯域が増加することを意味する。この場合は、無線区間の帯域が増加した後は、極力早く、帯域制限値を次期変調方式に合わせて変更することが望ましい。そこで、変調方式比較回路３０４は、次の無線フレーム基準パルス信号３０６入力時に、帯域制限制御信号３０７を出力し、ＱｏＳ制御回路３０１の帯域制限値を、現変調方式から次期変調方式に対応した値に変更する。
なお、多値数が一定のときは、シンボル・レートの大きさを用いて無線区間の情報伝送速度を判断することができる。当然ながら、適用される変調方式の伝送レートを用いても無線区間の情報伝送速度を判断することができる。従って、シンボル・レートや伝送レートの変化に着目し、ＱｏＳ制御を行ってよい。
上記の、無線通信装置１００の構成、及びＱｏＳ制御機能を備える送信ベースバンド処理部１０１を含む各構成要素は、無線通信装置２００にも共通である。図４では、無線通信装置１００の各構成要素及び無線通信装置１００の内部で使用されている信号に付された符号の最上位桁は「１」に統一されている。無線通信装置２００については、無線通信装置１００の各構成要素及び使用されている信号に付された符号の最上位桁が「２」に変更され、その他の桁には全て同じ数字が用いられている。例えば、無線通信装置１００のアンテナ１０７に対応する、無線通信装置２００のアンテナはアンテナ２０７と示されている。
本実施形態の動作の具体例を、図７のグラフを用いて、説明する。図７は、本実施形態の動作の例を示すグラフで、縦軸は伝送速度、横軸は時刻である。グラフの各線については、実線Ａは無線伝送レート（無線区間の帯域幅）を、破線ＢはＱｏＳ制御された結果のパケット・データの伝送速度を、斜線部Ｃは最優先パケットの帯域を示す。また、グラフの下部には、現変調方式、及び次期変調方式の遷移を示す。変調方式は、２５６値ＱＡＭ（２５６−Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ。２５６ＱＡＭ）、１２８値ＱＡＭ（１２８ＱＡＭ）、又は４値ＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ。ＱＰＳＫ）のいずれかが適用される。無線区間の伝送速度は、２５６ＱＡＭ、１２８ＱＡＭ、ＰＳＫの順に高いものとする。また、最優先パケットの伝送に必要な帯域は、変調の多値数が最も小さい、すなわち、伝送レートが最も低いＱＰＳＫが適用されるときでも、無線伝送レートを超えないものとする。
時刻ｔ１に、変調方式比較回路３０４は、変調方式情報３０５と変調方式制御情報１１１を比較することによって、変調方式が変化することを実際に変化する前に検出する。
このとき、次期変調方式の伝送レートが現伝送方式の伝送レートよりも低下すること、すなわち変調方式の多値数が減ることを検出したときは、即座に、帯域制限値の変更を行う。すなわち、ＱｏＳ制御を行う基準となる帯域制限値（上限伝送レート）を次期伝送レートに切り替え、現変調方式の変更前にパケット・データの伝送レートを抑制する。時刻ｔ３についても同様である。すなわち、ｔ３に次期変調方式の伝送レートが現伝送方式の伝送レートよりも低下することを検出し、時刻ｔ４に帯域制限値を切り替える。
時刻ｔ５では、次期伝送レートが現伝送レートよりも増加すること、すなわち、変調方式の多値数が増えることを検出する。このときは、現変調方式が変更されるタイミング（時刻ｔ６）で帯域制限値の変更を行う。すなわち、ＱｏＳ制御を行う基準となる帯域制限値を次期伝送レートへ切り替え、パケット・データの伝送レートを上げる。時刻ｔ７についても同様である。すなわち、ｔ７に次期変調方式の伝送レートが現伝送方式の伝送レートよりも低下することを検出し、時刻ｔ８に帯域制限値を切り替える。
なお、図７のように、ｔ１、ｔ３、ｔ６、ｔ８において帯域制限値が変更されたとき、パケット・データ伝送レートは徐々に変化している。これは、帯域制限値が変更されたとき、変更前の帯域制限値を用いてＱｏＳ制御されたパケットと、変更後の帯域制限値を用いてＱｏＳ制御されたパケットとが混在するためである。第１の実施形態の動作を示す図３のグラフでは、破線は上限伝送レート（帯域制限値）を示しているので、上限伝送レートの変更と同時に値がステップ状に変化している。
なお、変調方式比較回路３０４が変調方式制御情報１１１を保持しておくことによって、変調方式制御情報１１１の変化を検出することができる。従って、変調方式比較回路３０４は、変調方式情報３０５を参照することなく、次期変調方式の伝送レートが現伝送方式の伝送レートよりも低下することを検出することができる。従って、次期変調方式の伝送レートが現伝送方式の伝送レートよりも低下するときは、変調方式制御情報１１１の変化を検出すると同時に、帯域制限値を切り替えればよい。次期変調方式の伝送レートが現伝送方式の伝送レートよりも増加するときは、ＱｏＳ制御を行う基準となる帯域制限値を切り替えるタイミングを知る必要がある。このときは、無線フレーム多重化回路３０２から無線フレーム基準パルス信号３０６を受信すればよい。
以上のように、本実施形態の無線通信システムでは、無線伝送レートが低下する前に、パケット・データの伝送レートを変更後の無線伝送レート以下に低下させる。従って、フロー制御などのデータ処理時間によるパケット・データの遅延時間のバラつきを発生させないという効果がある。また、無線伝送レートが上昇した後、パケット・データの伝送速度を変更後の無線伝送レートまで上昇させる。従って、無線伝送路の改善に対応して、無線伝送レートを有効に活用することができるという効果がある。
なお、第２の実施形態では、アンテナ部１０７，２０７を用いて送受信が行われる無線通信を例に示したが、本発明は、無線接続だけでなく、有線接続で通信を行う場合にも適用可能である。
また、以上の実施形態は各々他の実施形態と組み合わせることができる。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２００９年１２月１４日に出願された日本出願特願２００９−２８２５６２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明は通信装置及び通信制御方法に関し、特に伝送レートの変化に基づいてサービス品質制御を行う通信装置及び通信制御方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

１０ 無線通信装置
２０ 入力信号
２１ 受信データ
２２ 送信制御情報
３０ 送信信号
３１ 送信データ
３２ 送信フレーム
３３ 送信タイミング信号
３４ 伝送レート情報
１００、２００ 無線通信装置
１０１、２０１ 送信ベースバンド処理部
１０７、２０７ アンテナ部
１０９、２０９ 送信無線フレーム・データ
１１０、２１０ 送信ＩＦ信号
１１１、２１１ 変調方式制御情報
１１２、２１２ 変調方式指定情報
１１３、２１３ 受信レベル情報
１１４、２４１ 受信ＩＦ信号
１１５、２１５ 受信無線フレーム・データ
３０５ 変調方式情報
３０６ 無線フレーム基準パルス信号
３０７ 帯域制限制御信号
３０８ 帯域制御値
３０９ 入力データ

Claims (20)

1. 入力信号を受信し、受信データを出力する受信手段と、
   送信フレームを入力し、送信制御情報に基づいて設定された第１の伝送レートで送信信号を送信し、前記送信信号の送信の完了タイミング示す送信タイミング信号を出力する送信手段と、
   前記受信データから前記送信制御情報を抽出し、前記送信手段に対して次の前記送信フレームを送信するときの第２の伝送レートを指定する情報抽出手段と、
   前記第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが小さいことを検出したとき、上限伝送レートを前記第２の伝送レート以下に変更し、前記第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが大きいことを検出したとき、前記完了タイミング以降に、前記上限伝送レートを前記第２の伝送レート以下に変更し、前記上限伝送レートに基づいて送信データから前記送信フレームを生成するサービス品質制御手段
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記サービス品質制御手段は、送信するために必要な伝送レートが前記上限伝送レート以下になるように、前記送信データから前記送信フレームを生成する
   ことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記送信データは、所定の優先度が設定された複数のフレームによって構成され、
   前記サービス品質制御手段は、前記上限伝送レート及び前記優先度に基づいて、前記複数のフレームから前記送信フレームを選択する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の通信装置。
4. 前記複数のフレームは、送信するために必要な伝送レートである情報伝送レートが設定され、
   前記サービス品質制御手段は、前記選択された送信フレームの各々の前記情報伝送レートの総計が前記上限伝送レート以下になるように、前記優先度に基づいて前記送信フレームを選択する
   ことを特徴とする請求項３記載の通信装置。
5. 前記送信データは、所定の優先度が設定された複数のフレームによって構成され、
   前記サービス品質制御手段は、前記限界伝送レート及び前記優先度に基づいて、前記複数のフレームのうちの一部のフレームを破棄し、前記破棄しなかったフレームを前記送信フレームとして選択する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の通信装置。
6. 前記複数のフレームは、所定の伝送帯域が設定され、
   前記サービス品質制御手段は、前記選択された送信フレームの各々の前記伝送帯域の総計が前記限界伝送レート以下になるように、前記優先度に基づいて前記一部のフレームを破棄する
   ことを特徴とする請求項５記載の通信装置。
7. 前記送信データは、所定の優先度が設定された複数のフレームによって構成され、
   前記サービス品質制御手段は、前記限界伝送レート及び前記優先度に基づいて、前記複数のフレームのうちの一部のフレームの送信元との間でフロー制御を行い、前記送信元以外からのフレームを前記送信フレームとして選択する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の通信装置。
8. 前記送信制御情報は、変調方式を指定する変調方式指定情報を含み、
   前記送信手段は、前記変調方式に基づいて、前記送信フレームを変調する
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の通信装置。
9. 前記サービス品質制御手段は、前記伝送レートの変化を、前記変調方式における変調の段階数である多値数に基づいて判断する
   ことを特徴とする請求項８記載の通信装置。
10. 前記サービス品質制御手段は、前記伝送レートの変化を、前記変調方式における変調速度に基づいて判断する
    ことを特徴とする請求項８又は９記載の通信装置。
11. 入力信号を受信し、受信データを出力し、
    送信フレームを入力し、送信制御情報に基づいて設定された第１の伝送レートで送信信号を送信し、前記送信信号の送信の完了タイミング示す送信タイミング信号を出力し、
    前記受信データから前記送信制御情報を抽出し、前記送信部に対して次の前記送信フレームを送信するときの第２の伝送レートを指定し、
    前記第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが小さいことを検出したとき、上限伝送レートを前記第２の伝送レート以下に変更し、前記第１の伝送レートよりも第２の伝送レートが大きいことを検出したとき、前記完了タイミング以降に、前記上限伝送レートを前記第２の伝送レート以下に変更し、前記上限伝送レートに基づいて送信データから前記送信フレームを生成する通信制御方法。
12. 送信するために必要な伝送レートが前記上限伝送レート以下になるように、前記送信データから前記送信フレームを生成する
    ことを特徴とする請求項１１記載の通信制御方法。
13. 前記送信データは、所定の優先度が設定された複数のフレームによって構成され、
    前記上限伝送レート及び前記優先度に基づいて、前記複数のフレームから前記送信フレームを選択する
    ことを特徴とする請求項１１又は１２記載の通信制御方法。
14. 前記複数のフレームは、送信するために必要な伝送レートである情報伝送レートが設定され、
    前記選択された送信フレームの各々の前記情報伝送レートの総計が前記上限伝送レート以下になるように、前記優先度に基づいて前記送信フレームを選択する
    ことを特徴とする請求項１３記載の通信制御方法。
15. 前記送信データは、所定の優先度が設定された複数のフレームによって構成され、
    前記限界伝送レート及び前記優先度に基づいて、前記複数のフレームのうちの一部のフレームを破棄し、前記破棄しなかったフレームを前記送信フレームとして選択する
    ことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載の通信制御方法。
16. 前記複数のフレームは、所定の伝送帯域が設定され、
    前記選択された送信フレームの各々の前記伝送帯域の総計が前記限界伝送レート以下になるように、前記優先度に基づいて前記一部のフレームを破棄する
    ことを特徴とする請求項１５記載の通信制御方法。
17. 前記送信データは、所定の優先度が設定された複数のフレームによって構成され、
    前記限界伝送レート及び前記優先度に基づいて、前記複数のフレームのうちの一部のフレームの送信元との間でフロー制御を行い、前記送信元以外からのフレームを前記送信フレームとして選択する
    ことを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれかに記載の通信制御方法。
18. 前記送信制御情報は、変調方式を指定する変調方式指定情報を含み、
    前記変調方式に基づいて、前記送信フレームを変調する
    ことを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれかに記載の通信制御方法。
19. 前記伝送レートの変化を、前記変調方式における変調の段階数である多値数に基づいて判断する
    ことを特徴とする請求項１８記載の通信制御方法。
20. 前記伝送レートの変化を、前記変調方式における変調速度に基づいて判断する
    ことを特徴とする請求項１８又は１９記載の通信制御方法。

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