(57)【要約】【課題】無線端末が高速にハンドオフを繰り返すような場合においても、安定した回線品質および高いスループットを無線端末に提供する。【解決手段】無線端末は、ハンドオフ後、無線基地局が少なくとも一つ以上のパケットを受信成功するまでの間、送信データのヘッダに無線端末で求めた回線品質情報を付加して送信する。無線基地局は、ハンドオフ後最初にパケットを受信成功した場合、受信ヘッダから回線品質情報を取り出し、無線基地局内の回線品質情報を初期化する。それ以降は、パケット受信成否に応じて、無線基地局は自律的に回線品質情報を更新し、伝送レートを制御する。【選択図】図５
2008295032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線端末からそれぞれ送られてきた無線回線品質情報を受信する受信手段と、該無線回線品質情報を無線端末毎に記憶する記憶手段とを有し、前記無線回線品質情報と該基地局において計算した回線品質情報に従って、前記複数の無線端末それぞれへ割り当てる伝送レートを算出し、算出した伝送レートを割り当てる複数の無線基地局と、
無線回線品質を測定する装置と、該測定した無線回線品質を無線基地局に報告する装置と、無線基地局からの伝送レート割り当て情報を受信する装置と、割り当てられた伝送レートを使用してパケットを送信する装置とを有する複数の無線端末を少なくとも有する無線通信システムであって、
該基地局へハンドオフしてきた無線端末からのパケットを受信した場合、該パケットのヘッダを検索し、該ヘッダに含まれて前記無線端末からの回線品質情報を取り出し、該取り出した回線品質情報に基づいて初期値を設定して、前記複数の無線端末それぞれへ割り当てる伝送レートを算出することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
複数の無線端末からそれぞれ送られてきた無線回線品質情報を受信する受信手段と、該無線回線品質情報を無線端末毎に記憶する記憶手段とを有し、前記無線回線品質情報と該基地局において計算した回線品質情報に従って、前記複数の無線端末それぞれへ割り当てる伝送レートを算出し、算出した伝送レートを割り当てる無線基地局であって、
該基地局へハンドオフしてきた無線端末からのパケットを受信した場合、該パケットのヘッダを検索し、該ヘッダに含まれている前記無線端末からの回線品質情報を取り出し、該取り出した回線品質情報に基づいて初期値を設定して、前記複数の無線端末それぞれへ割り当てる伝送レートを算出することを特徴とする無線基地局。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信システムにおける無線端末であって、
無線回線品質を測定する装置と、該測定した無線回線品質を無線基地局に報告する装置と、無線基地局からの伝送レート割り当て情報を受信する装置と、割り当てられた伝送レートを使用してパケットを送信する装置とを有し、
前記無線基地局へ送信したパケットに対する前記無線基地局からの受信可否情報に基づいてパケットエラーレートを算出するパケットエラーレート算出装置を有し、接続先の基地局装置を切り替えるハンドオフを行なった後には、該切り替え先の無線基地局からパケット受信成功の情報を受け取るまで、該基地局当てに送信するパケットに該無線端末で計算したパケットエラーレートを挿入する装置を備えることを特徴とする無線端末。
【請求項４】
複数の無線端末と、複数の無線基地局を含み、無線基地局は、複数の無線端末からそれぞれ送られてきた無線回線品質情報と無線基地局において計算した回線品質情報に従って、前記複数の無線端末それぞれへ割り当てる伝送レートを算出し割り当てる無線通信システムにおける通信制御方法であって、
前記無線端末は、接続先の基地局装置を切り替えるハンドオフを行なった後には、該切り替え先の無線基地局からパケット受信成功の情報を受け取るまで、該基地局当てに送信するパケットに該無線端末で得られた回線品質情報を挿入し、
無線基地局は、基地局へハンドオフしてきた無線端末からのパケットを受信した場合、該パケットのヘッダを検索し、該ヘッダに含まれる前記無線端末からの回線品質情報を取り出し、該取り出した回線品質情報に基づいて初期値を設定して、前記複数の無線端末それぞれへ割り当てる伝送レートを算出することを特徴とする無線通信システムにおける通信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムにおける通信制御技術に関し、特に、基地局制御装置間で端末に関する情報が引き継がれる分散型ネットワークを使用した移動無線通信システムおよび、複数の移動無線通信システム間の移動のための通信制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの利用が増加し、インターネットが使用できる環境も広がっている。特に、携帯電話のような移動無線通信機器を用いたインターネットアクセスが可能になったことにより、全国どこにいてもインターネットを利用できる環境となった。
【０００３】
インターネットの利用が増加し、利用可能な環境が拡大するにつれて、インターネット上で提供されるサービスも拡大してきている。その結果、インターネットアクセスに関する技術的要求、技術的課題も生じている。例えば、サービスに関しては、音楽/映像などの大容量アプリケーションの配信に適合するための通信回線の高速化、音声インタラクティブ通信に適合するための課題としては低遅延/ジッタ化などが要求される。移動無線通信システムにおいてもこれらのさまざまなニーズを満たすべく、高速、広帯域化のための検討が急速に進められている。
【０００４】
移動無線通信においては、使用可能な周波数リソースに限りがあるため、限られた周波数帯域幅内で、いかに高い周波数使用効率と、高い通信速度を実現するかがシステムを実現する上での大きな鍵となる。また、無線端末が移動し、無線環境が絶えず変化することから、環境の変化に応じた制御を行なうことが必要である。環境の変化に応じた制御を行なわない場合、安定した回線品質を保障することができなくなってしまう。回線品質の指標としては、無線通信システム内で送受信されるパケットの受信成否の割合を平均化することにより得られるパケットエラーレートが主に使用される。
【０００５】
無線通信システムに求められる前述の条件を満たすため、パケットに最適化した無線通信システムにおいては、無線環境に応じて伝送レートを高速に切り替える方式を採用している。そのような無線環境に応じて伝送レートを高速に切り替える方式として、例えば、参考文献1に示される1xEV-DO方式の場合、無線端末自身が無線環境および回線品質状況に基づいて伝送レートを決定し、周期的に無線基地局に報告し、その伝送レートで通信を行なうことで高速な切り替えが実現される。
【０００６】
【特許文献１】3gpp2, C.S0024B ver 1.0, cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
MIMOや送信ダイバーシチなどの空間方向技術を採用する移動無線通信システムにおいては、無線端末と無線基地局間で通信を行なう際に、無線端末と無線基地局間で使用する空間方向技術を適宜選択する必要が有る。そのため、無線環境に応じて伝送レートを高速に切り替える方式を実現する方法として、背景技術で述べた、無線端末自身が無線環境および回線品質状況に基づいて伝送レートを決定し、周期的に無線基地局に報告するという1xEV-DO方式の場合のような方式では実現できず、異なる方式が使用されている。MIMOや送信ダイバーシチなどの空間方向技術を採用する移動無線通信システムにおいては、無線端末で伝送レートを決定するのではなく、無線端末から無線基地局に対して無線環境の状況を周期的に報告する。そして、無線基地局において、無線端末から受信した無線環境の状況および無線基地局において算出した回線品質状況等を元に、無線基地局において使用する空間方向技術とともに、上り回線、下り回線の双方に対して伝送レートを適宜決定する方式が使用されている。無線基地局において、無線端末から送られてきた無線環境の状況等の情報は、無線端末に対応づけて基地局内で管理されている。
このように無線基地局が伝送レートを決定する方式の場合、上り・下りの双方に対して無線基地局が適切な伝送レートを決定するためには、無線基地局側が常に回線品質状況を正しく把握していなければならない。
【０００８】
ところで、移動無線通信システムでは、無線端末の移動に伴い、無線端末と通信している無線基地局を通信中に切り替える必要が生じる。これをハンドオフという。前述のように、空間方向技術を採用するシステムの場合、無線基地局は常に無線端末の回線品質状況を正しく把握している必要がある。しかし、ハンドオフが発生し、無線端末の接続先の基地局が切り替わってしまうと、今まで接続されていた無線基地局側で把握している現在の回線品質状況を基地局間で引き継がない上記システムでは、移動先の無線基地局はハンドオフしてきた無線端末からのある程度以上のパケットを送受信しないと回線品質が正確に判断できない。そのため、ハンドオフ後しばらくの間、無線端末の受信品質が安定しない。受信状況が安定するまで期間に、もし高すぎる伝送レートを割り当ててしまった場合はパケットエラーが多発することになる。一方低すぎる伝送レートを割り当ててしまった場合は、スループットが必要以上に低くなってしまうということが生じる。
【０００９】
一方、基地局制御装置間で無線端末に関する情報が引き継がれる分散型ネットワークを使用した移動無線通信システムの場合、ハンドオフ発生時に現在の回線品質状況を基地局間で引き継ぐこともできるが、その場合、基地局間で引き継ぐのにかかる時間分だけサービスが停止してしまうという問題点が生じる。また、そのような基地局間で現在の回線品質情報を引き継ぐ機構を作ることは、基地局間の連携が密になるというメリットはあるといえるが、一方でシステムの制御が複雑になるという課題もある。
【００１０】
また、複数の移動無線通信システムに接続可能な無線端末が複数の移動無線通信システム間をハンドオフする場合にも同様の課題が発生する。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、同一の移動通信システム内または複数の移動通信システム間でハンドオフが繰り返された場合においても、安定した回線品質および高いスループットを無線端末に提供することができる無線通信システムにおける通信制御技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明においては、ハンドオフを行った後、無線端末が最初のパケットを送信する際に、無線端末から無線基地局にそれまでの回線品質情報を含めて送信し、無線基地局は、その回線品質情報を回線品質情報の初期値として設定して、以降の回線品質情報を更新していき、その情報を元に送信レートを決定するよう制御する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、移動通信システム内または複数の移動通信システム間でハンドオフが繰り返された場合においても、安定した回線品質および高いスループットを無線端末に提供できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、実施例を挙げて説明する。
以下の実施例においては、さらなる高速、広帯域化を実現する次世代のシステムとして検討が行われているC.S0084-0をベースに説明する。
C.S0084-0は、現在の1xEV-DOの2段階先のフェーズのシステムとして、標準化に向けて議論が行われているシステムである。C。S0084-0では、上り/下り共に直交周波数分割多重アクセス(以下OFDMA：Orthogonal Frequency Division Multiple Access)がベースとなっており、上り70Mbps、下り280Mbpsの通信が可能とされている。
【００１５】
ここではまず、本発明の実施の形態を説明する上で必要となるC.S0084-0における下り回線におけるレート制御方法、上り回線におけるレート制御方法、そしてハンドオフ情報について説明する。
【００１６】
はじめに、下り回線におけるレート制御方法を説明する。
下り回線においては、無線端末が下り回線の受信品質を定期的に測定し、測定結果をR-CQICH(Reverse Channel Quality Indicator Channel)を使用して無線基地局に通知する。無線基地局は、無線端末から通知された受信品質情報と内部で計算しているパケットエラーレート情報、および無線基地局にバッファされているデータ量を元に、割り当てる伝送レートおよび周波数帯域幅を決定し、F-SCCH(Forward Shared Control Channel)を使用してFLAB(Forward Link Assignment Block)と呼ばれる情報を送信することで無線端末に通知する。また、R-CQICHには、無線端末が下り回線において通信したい無線基地局を指定する機能もある。R-CQICHにおいて指定される無線基地局に変化が生じた場合、下り回線のハンドオフが行われる。
【００１７】
次に、上り回線におけるレート制御方法を説明する。
上り回線においては、無線端末が上り回線で送信したいデータ量をR-REQCH(Reverse Request Channel)を使用して無線基地局に通知する。無線基地局は、計測した受信品質情報と、内部で計算しているパケットエラーレート情報、通知されたデータ量を元に、割り当てる伝送レートおよび周波数帯域幅を決定し、F-SCCHを使用してRLAB(Reverse Link Assignment Block)と呼ばれる情報を送信することで無線端末に通知する。また、R-REQCHには、無線端末が上り回線において通信したい無線基地局を指定する機能もある。R-REQCHにおいて指定される無線基地局に変化が生じた場合、上り回線のハンドオフが行われる。上り回線と下り回線のハンドオフは完全に独立して行なうことが可能である。
【００１８】
C.S0084-0においては、上記で述べたように、専用チャネルによる上り回線と下り回線の高速なレート制御およびハンドオフを実現する手段を提供されている。しかし、ハンドオフの際にパケットエラーレート情報を引き継ぐ手段は提供されていない。そのため、ハンドオフを高速に繰り返した場合に、正しいパケットエラーレートが得られるまでに時間がかかり、ハンドオフ後しばらくの間、回線品質が安定せず、パケットエラーが多発したり、スループットが必要以上に低下するというような問題が発生する。
【００１９】
そこで、以下の実施例においては、C.S0084-0で検討が進められている技術をベースとして、今後提供される幅広いサービスに柔軟に対応し、かつ広帯域化されたリソースを十分に生かせるような無線通信制御技術について具体的に実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００２０】
はじめに、本発明が適用される無線通信システムを含むネットワーク全体の構成を説明する。
図１は、本発明を適用する無線通信システムと、インターネット、有線通信システムを含む通信ネットワーク全体の構成を説明する図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明を適用するネットワークは、無線通信システムがインターネットに接続された構成である。このようなネットワークにおいて、例えば、無線通信システムの無線端末(Access Terminal :AT)１０１は、受信エリア１１１内の無線基地局(Base station Transceiver Subsystem：BTS)１２１を介して通信を行い、基地局制御装置（Base Station Controller：BSC）１３１を通じてインターネット１４１上のインターネット・サービス・プロバイダ（Internet Service Provider：ISP）１５１内のサーバ１６１にアクセスする。
【００２２】
図２は本発明の一実施形態における無線端末の構成を説明する図である。
図２に示すように、無線端末は、無線基地局との間で電波を送受信し、高周波信号に変換するアンテナ２０１と、高周波信号の変復調を行い、低周波のベースバンド信号に変換するRF部２０２と、送信データを変調してベースバンド信号に変換するデータCh変調部２０３と、制御情報を変調してベースバンド信号に変換する制御Ch変調部２０４と、受信信号を復調して制御情報を取り出す制御Ch復調部２０５と、受信信号を復調・復号して受信データを取り出すデータCh受信部２０６と、送信データを一時的にバッファするデータバッファ２０７と、アプリケーションを処理するアプリケーション処理部２０８を備える。また、パケットエラーレート計測部（PER計測部）２０９を備え、無線基地局に送信したパケットに対する無線基地局からの受信可否の情報にもとづき、パケットエラーレートを更新する。無線端末は、ハンドオフを行なった際には、無線基地局への送信パケットのヘッダに、無線端末のPERで算出したパケットケットエラーレート情報を含めてハンドオフ先の無線基地局に送信する。無線端末は、ハンドオフ後、ハンドオフ先の無線基地局から、パケットの受信可の情報を受け取るまで、送信するパケットのヘッダにパケットエラーレート情報を含めて送信する。
【００２３】
ここで、アプリケーション処理部により、データバッファ２０７に蓄えられているデータ量は制御Ch変調部２０４に通知され、R-REQCHを使用して無線基地局に通知される。また、制御Ch復調部２０５は複数の無線基地局が送信している信号の強度を測定し、それを元に通信対象とする無線基地局の選択と、選択した無線基地局における受信品質状況を測定する。それらの結果は制御Ch変調部２０４に通知され、R-CQICHを使用して無線基地局に通知される。無線基地局への通知は、無線基地局が、少なくとも1つのパケットの受信に成功するまで行なう。
【００２４】
図３は、本発明の一実施形態における基地局の構成を説明する図である。
図３に示すように、無線基地局は、エリア内の無線端末との間で電波を送受信し、高周波信号に変換するアンテナ３０１と、高周波信号の変復調を行い、低周波のベースバンド信号に変換するRF部３０２と、送信データを変調してベースバンド信号に変換するデータCh変調部３０３と、制御情報を変調してベースバンド信号に変換する制御Ch変調部３０４と、受信信号を復調して制御情報を取り出す制御Ch復調部３０５と、受信信号を復調・復号して受信データを取り出すデータCh受信部３０６と、送信データを一時的にバッファするデータバッファ３０７と、基地局制御装置にデータを送信するための回線処理部３０８と、受信した制御Chの情報などから伝送レートを決定するスケジューラ３０９と、データCh復調部におけるデータ復調結果からパケットエラーレートを算出するPER計測部３１０を備える。ここで、制御Ch復調部３０５およびデータバッファ３０７はエリア内の全無線端末に対応する数分だけ用意されており、データCh変調部３０４とデータCh復調部３０６はスケジューラ３０９が割り当てた無線端末数に対応する数だけ用意されている。スケジューラ３０９は、データバッファ３０７から通知された下りバッファ量、制御Ch復調部で受信した結果得られた上りバッファ量、下り/上り信号品質、およびPER計測部３１０から通知されたパケットエラーレート情報を元に、無線端末に割り当てる伝送レートと帯域幅を決定する。
【００２５】
図４に、PER計測部における従来のパケットエラーレート算出アルゴリズムを示す。    無線基地局は、パケットを受信した際、それがどの無線端末に対応するかを判断する（４０１、４０２）。そして、対応する端末のパケットエラーレートの平均値を時定数aのIIRフィルタを使用して更新する（４０３）。また、無線端末が他無線基地局からハンドオフしてきた場合、パケットエラーレートを0に初期化する（４１１，４１２，４１３）。
【００２６】
図５に、PER計測部における本実施例のパケットエラーレート算出アルゴリズムを示す。  
無線基地局は、パケットを受信した際、それがどの無線端末に対応するかを判断する（５０１、５０２）。そして、その端末に対して、ハンドオフ後にパケットを一度でも成功しているか否かを判定する（５０３）。過去にパケット受信を成功している場合、従来例と同じアルゴリズムで受信したパケットの受信可否の情報にもとづき、パケットエラーレートを更新する（５０４）。
【００２７】
ハンドオフしてきた新規な無線端末から、最初にパケットを受信成功した場合、受信パケットのヘッダに、無線端末のPERで算出したパケットエラーレート情報が含まれているため、その情報を取り出す。そして、従来はハンドオフしてきた無線端末に対しては、パケットエラーレート情報を０に設定してその後パケットを送受信するうちに適正化していたが、０に設定せず、ハンドオフしてきた無線端末のパケットのヘッダに含まれる無線端末から送られてきたパケットエラーレート情報の値を初期値として用いる。その後、パケット受信成功フラグをオンにする（５０５）。また、無線端末が他無線基地局からハンドオフしてきた場合、パケット受信成功フラグをオフに初期化する（５１１，５１２，５１３）。
【００２８】
図６に、本実施例のパケットフォーマットを示す。
先頭の１Bitがパケットエラーレート情報の格納有無を示している。０の場合、パケットエラーレート情報は格納されず、先頭の１Bit以外はデータが格納される。１の場合、パケットエラーレート情報が格納され、パケットエラーレート情報に引き続いてデータが格納される。無線端末は、ハンドオフ後、ハンドオフ先の無線基地局から、パケットの受信可の情報を受け取るまで、先頭の１Bitに１を設定し、パケットエラーレート情報を含めて送信する。
【実施例２】
【００２９】
その他の実施例として、実施例２として、無線基地局が無線端末の送信電力を制御するシステムにおいて、回線品質情報として電力制御Bitの総和を使用する方法を説明する。
【００３０】
図７は本発明の一実施形態における無線端末の構成を説明する図である。
図７に示すように、無線端末は、無線基地局との間で電波を送受信し、高周波信号に変換するアンテナ２０１と、高周波信号の変復調を行い、低周波のベースバンド信号に変換するRF部２０２と、送信データを変調してベースバンド信号に変換するデータCh変調部２０３と、制御情報を変調してベースバンド信号に変換する制御Ch変調部２０４と、受信信号を復調して制御情報を取り出す制御Ch復調部２０５と、受信信号を復調・復号して受信データを取り出すデータCh受信部２０６と、送信データを一時的にバッファするデータバッファ２０７と、アプリケーションを処理するアプリケーション処理部２０８を備える。また、電力制御加算部７０１を備え、無線基地局からの全ての電力制御情報補正値の総和を保持し、それに基づき、送信電力を制御する。無線端末は、ハンドオフを行なった際には、無線基地局への送信パケットのヘッダに、電力制御情報補正値の総和を含めてハンドオフ先の無線基地局に送信する。無線端末は、ハンドオフ後、ハンドオフ先の無線基地局から、パケットの受信可の情報を受け取るまで、送信するパケットのヘッダに、この情報を含めて送信する。
【００３１】
図８は、本発明の一実施形態における基地局の構成を説明する図である。
図８に示すように、無線基地局は、エリア内の無線端末との間で電波を送受信し、高周波信号に変換するアンテナ３０１と、高周波信号の変復調を行い、低周波のベースバンド信号に変換するRF部３０２と、送信データを変調してベースバンド信号に変換するデータCh変調部３０３と、制御情報を変調してベースバンド信号に変換する制御Ch変調部３０４と、受信信号を復調して制御情報を取り出す制御Ch復調部３０５と、受信信号を復調・復号して受信データを取り出すデータCh受信部３０６と、送信データを一時的にバッファするデータバッファ３０７と、基地局制御装置にデータを送信するための回線処理部３０８と、データCh復調部におけるデータ復調結果からパケットエラーレートを算出するPER計測部３１０と、PER計測部からの情報と内部に保有する電力制御情報の総和を元に無線端末の送信電力補正値を決定する電力制御部８０１を備える。ハンドオフ後、無線端末から電力制御情報補正値の総和を受信した場合、それを電力制御部８０１に入力し、内部に保有する電力制御情報の総和を上書きする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を適用する、無線通信システムとインターネットを含む通信ネットワーク全体の構成を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態における無線端末の構成を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態における無線基地局の構成を説明する図である。
【図４】従来のパケットエラーレート算出アルゴリズムを説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるパケットエラーレート算出アルゴリズムを説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるパケットフォーマットを説明する図である。
【図７】本発明の一実施形態における無線端末の構成を説明する図である。
【図８】本発明の一実施形態における無線基地局の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０１、１０２、１０３  無線端末
１１１、１１２  一つの無線基地局によってカバーされるエリア
１２１、１２２  無線基地局
１３１、１３２  基地局制御装置
１４１  インターネット網
１５１  インターネット・サービス・プロバイダ
１６１  サーバ
２０１  アンテナ
２０２  RF
２０３  データCh変調部
２０４  制御Ch変調部
２０５  制御Ch復調部
２０６  データCh復調部
２０７  データバッファ
２０８  アプリケーション処理部
２０９  PER計測部（無線端末側）
３０１  アンテナ
３０２  RF
３０３  データCh変調部
３０４  制御Ch変調部
３０５  制御Ch復調部
３０６  データCh復調部
３０７  データバッファ
３０８  回線処理部
３０９  スケジューラ
３１０  PER計測部（無線基地局側）
７０１  電力制御加算部
８０１  電力制御部
【図１】
2008295032.tif 000003
【図２】
2008295032.tif 000004
【図３】
2008295032.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008295032.tif 000007
【図６】
2008295032.tif 000008
【図７】
2008295032.tif 000009
【図８】
2008295032.tif 000010