(57)【要約】【課題】  上位レイヤの状況も考慮したスケジューリング処理を行うことにより、ターンアラウンドタイムを短くし、上位レイヤのスループットを改善する。【解決手段】  スケジュール処理部は、各端末が受信可能な指示データレートを示すデータレートコントロール情報を受信し（６０２）、各端末から受信したパケットで、パケット終端情報を含むパケットがあるか否か判断することにより、パケット終端情報の有無を示す係数を設定し（６０３〜６０５）、その係数で重み付けした、各端末のデータレートコントロール情報と各端末に送信している平均スループットとの比を計算し（６０６）、その比が最大の端末に対してタイムスロットを優先的に割当ててパケットを送信する（６０７）。【選択図】  図６
2005341498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線端末で無線回線を時分割共用しており、タイムスロットの割当てを各端末の無線状況に応じて制御し、複数に分割されたデータを無線回線で送信するための無線基地局において、
分割されたパケットを各端末のレート情報に応じてタイムスロットの割当てを決定してパケットを送信するためのスケジュール処理部を備え、
前記スケジュール処理部は、
各端末が受信可能な指示データレートを示すデータレートコントロール情報を受信し、
各端末から受信したパケットで、パケット終端情報を含むパケットがあるか否か判断することにより、パケット終端情報の有無を示す係数を設定し、
前記係数で重み付けした、各端末のデータレートコントロール情報と各端末に送信している平均スループットとの比を計算し、
前記比が最大の端末に対してタイムスロットを優先的に割当ててパケットを送信するようにした
前記無線基地局。
【請求項２】
請求項１に記載の無線基地局において、
前記スケジュール処理部は、さらに、パケットを送信した端末に対する平均スループットを更新するようにした無線基地局。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線基地局において、
前記パケット終端情報は、分割されたパケットの終端を示す情報、パケット調整用ダミーデータ又はパディングであることを特徴とする無線基地局。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の無線基地局において、
前記パケット終端情報は、下位レイヤに含まれる上位レイヤのパケット境界を示す情報、又は、下位レイヤのパケット境界を示す情報であることを特徴とする無線基地局。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の無線基地局において、
上位レイヤにおいてＡＣＫ型再送プロトコルが実装されており、かつ無線回線で送信する際、上位レイヤのパケットを複数の下位レイヤパケットに分割して送信することを特徴とする無線基地局。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の無線基地局において、
下位レイヤのパケットに含まれる上位レイヤのパケットの境界と無線状況の双方に基いてタイムスロットの割当て制御を行うことを特徴とする無線基地局。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の無線基地局において、
各端末から受信した受信信号からデータレートコントロール情報を抽出し、前記スケジューリング処理部に出力するデモジュレータと、
各端末に対する下り情報を記憶する複数のデータバッファと、
前記スケジューリング処理部からの指示に基づき、複数の前記データバッファのひとつを選択してパケットを送信するためのセレクタと
をさらに備えた無線基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線基地局に関し、特に複数の無線端末で無線回線を時分割共用しており、タイムスロットの割当てを各端末の無線状況等に応じて制御する無線基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、データ通信により、無線通信においてもデータ通信に対する需要が増加している。しかし、周波数リソースは有限であるため、無線通信システムにおいては、周波数の利用効率が重要な要素となる。近年、パケット通信に特化することにより周波数利用効率を従来の数倍に向上させた１ｘＥＶ−ＤＯ（１ｘ  ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ｄａｔａ  ｏｎｌｙ）と呼ばれるシステムが提案されている。１ｘＥＶ−ＤＯの仕様は、非特許文献１に記載されている。
【０００３】
１ｘＥＶ−ＤＯでは、下り無線回線をセクタ内の全端末で時分割共用している。各端末は一定時間毎に無線状況を測定し、現在受信可能な指示データレートをＤＲＣ（Ｄａｔａ  Ｒａｔｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）チャネルで無線基地局に対して送信する。一方、各端末に送信されるパケットは制御局で固定長の物理レイヤパケットに分割され、無線基地局に格納される。無線基地局は各端末のレート情報（例えば、データが存在するか）を元にタイムスロットの割当てを決定し、宛先を表すプリアンブルを付けて物理レイヤパケットを送信する。このタイムスロットの割当てアルゴリズムはスケジューリングアルゴリズムと呼ばれ、このアルゴリズムを工夫することにより、１ｘＥＶ−ＤＯは高い周波数利用効率、すなわち高いスループットを実現している。
【０００４】
スケジューリングアルゴリズムの一例としては、プロポーショナルフェアネスと呼ばれるアルゴリズムが存在する。本アルゴリズムは、各端末の瞬間々々のＤＲＣ情報と、各端末に送信している平均スループットとの比を計算し、その比が最大の端末にタイムスロットを割り当てるアルゴリズムである。このプロポーショナルフェアネスアルゴリズムは、非特許文献２等で紹介されており、データレートが極大値に高いほどタイムスロットが割り当てられやすくなるため、結果として物理レイヤで見たセクタ全体のスループットが高くなる。
【０００５】
従来のスケジューリングアルゴリズムでは、物理レイヤにおけるスループットの向上に主眼が置かれており、スケジューリングが上位レイヤのスループットに与える影響について考慮されていない。
【非特許文献１】3GPP2 C.S0024 Version 3.0 cdma2000 High Rate Packet Data AirInterface Specification, December 5, 2001
【非特許文献２】パケットデータ用フォワードリンクパケット割当スケジューラ方式：2001年電子情報通信学会総合大会講演論文集：Ｂ-5-193：KDD R&D Laboratories Inc ：山口
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無線回線は誤り率が比較的高い場合があるため、ＡＣＫ（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）型あるいはＮＡＫ（ｎｏｎ−ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）型の再送アルゴリズムを併用することが必須となる。ＣＤＭＡ無線システム、１ｘＥＶ−ＤＯでは、上位レイヤにＴＣＰ／ＩＰ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ／ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ）プロトコルを実装しており、ＴＣＰのＡＣＫ型再送プロトコルにより誤り率を低減している。ＴＣＰでは、送信側は、受信側からパケットを一定量（ウィンドウサイズ）受け取ったことを示すＡＣＫを受信するまで、次のデータを送信しない機構を有する。無線通信システムでは、無線回線での誤り率を低減するためのインタリーバやデコーダによる遅延が存在するため、パケットを送信してからＡＣＫを受信するまでのターンアラウンドタイムが有線のシステムより遥かに大きくなる。そのため、無線回線のスループットが高くても、上位レイヤのスループットはターンアラウンドタイムで制限されてしまうという課題が存在する。
【０００７】
特に、１ｘＥＶ−ＤＯでは、スケジューリングアルゴリズムの採用等により、物理レイヤのスループットを向上させているが、同時にスケジューリング処理による遅延が存在するため、システム全体の遅延量はより大きくなる場合があるため、上記の課題はより大きくなる。
【０００８】
本発明は、上記の課題を鑑みて行われたものであり、上位レイヤの状況も考慮したスケジューリング処理を行うことにより、ターンアラウンドタイムを短くし、上位レイヤのスループットを改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、物理レイヤパケットに上位レイヤパケットの終端が含まれているか否かを判断し、スケジューリング処理において上位レイヤパケットの終端を含む物理レイヤパケットを優先的に送信する処理を追加することにより、上位レイヤで見たスケジューリング遅延時間を短縮する。
【００１０】
本発明の解決手段によると、複数の無線端末で無線回線を時分割共用しており、タイムスロットの割当てを各端末の無線状況に応じて制御し、複数に分割されたデータを無線回線で送信するための無線基地局において、
分割されたパケットを各端末のレート情報に応じてタイムスロットの割当てを決定してパケットを送信するためのスケジュール処理部を備え、
前記スケジュール処理部は、
各端末が受信可能な指示データレートを示すデータレートコントロール情報を受信し、
各端末から受信したパケットで、パケット終端情報を含むパケットがあるか否か判断することにより、パケット終端情報の有無を示す係数を設定し、
前記係数で重み付けした、各端末のデータレートコントロール情報と各端末に送信している平均スループットとの比を計算し、
前記比が最大の端末に対してタイムスロットを優先的に割当ててパケットを送信するようにした
前記無線基地局が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、無線基地局におけるスケジューリング遅延が短縮されるため、上位レイヤのスループットを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
１．  無線通信システムの基本構成 
図1に、本実施の形態に関わる「無線通信システム構成図」を示す。
制御局１０１は有線あるいは無線回線を介してＩＰ網１０６と無線基地局１０２と接続されている。無線基地局１０２は、サービスエリア内１０５に存在する無線端末Ａ  １０３及び無線端末Ｂ  １０４と通信を行う。
【００１３】
図２に、無線基地局の内部構成図を示す。また、図３は、制御局によるパケット分割を示した図である。
無線基地局１０２に接続される制御局１０１は、呼処理などの上位レイヤ処理を行っており、特に下り回線では図３に示すように、無線基地局に入力される物理レイヤパケットに示す様に、ＩＰ網１０６から受信したＩＰパケット３０１に、宛先情報３０２、データ長情報３０４などの制御情報を付けて物理レイヤパケット２１６に分割する。また、制御局１０１は、上り回線では無線基地局１０２が出力した物理レイヤパケット２１６から制御情報をとり除き結合してＩＰ網１０６に送信する役割を持つ。実際には、制御局１０１の機能が複数の装置に分割されたり、一部の機能が無線基地局１０２と統合されていることも有り得る。
【００１４】
ここで無線基地局１０２と通信している無線端末Ａ  １０３と無線端末Ｂ  １０４が無線基地局１０２に対して受信要求を行ったとする。この時、無線端末Ａ  １０３、Ｂ  １０４から送信される上り信号にはレート情報ＤＲＣｋ  ２０１を含んでいる。無線基地局１０２では上り信号をアンテナＡＮＴ２０２で受信する。受信信号は更に、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部２０５のＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐ）２０４を通して、ベースバンド処理２０６を施された後ＦＰＧＡとＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって構成されるＤＥＭ部２０９により復調され、呼処理部２１４、Ｉ／Ｆ部２１５を通して制御局１０１に向けて信号が出力される。一方ＤＥＭ部２０９から復調されたＤＲＣｋ情報２０７は、スケジューリング処理部２１３に伝えられスケジューリング処理部２１３のパラメータとして使用される。
【００１５】
また、無線端末Ａ  １０３、Ｂ  １０４に対する下り情報は、物理レイヤパケット２１６として制御局１０１より入力されＩ／Ｆ部２１５、呼処理部２１４を介してＦＰＧＡとＤＳＰで構成されるＭＯＤ部２１０に入力され、端末Ｂ用データキュー２１１、端末Ａ用データキュー２１２にそれぞれ格納される。
【００１６】
これらの格納されたデータは、スケジューリング処理部213でスケジューリングが施され、スケジューリング処理部２１３は、無線端末Ａ．１０３、Ｂ  １０４から送信されたＤＲＣｋ２０１に応じたて端末をセレクタ２０８により選択し送信するデータレートに設定される。更にベースバンド処理部２０６を介して、ＲＦ部  ２０５のＨＰＡ  ２０３で信号増幅を行いＡＮＴ２０２で無線端末Ａ  １０３、Ｂ  １０４に向け送信される。
【００１７】
２．  スケジューリング処理概要
以下に、本実施の形態に関連するスケジューリング処理について説明する。
図４は、関連するスケジューリング処理のフローチャートである。シュケジュ−リング処理が開始されると（４０１）、無線基地局１０２は下り回線においてサービスエリア１０５内にある無線端末Ａ  １０３、Ｂ  １０４からのＤＲＣｋ２０１を受信する（４０２）。つぎに、この情報に基づきにＭＯＤ部２１０内のスケジューリング部２１３では、図示のように、関連するスケジューリング処理部の処理例で示す処理を施して無線状況に応じたタイムスロットの割当て（スケジューリング）処理を行う（４０３）。この例では、各端末の瞬間々々のＤＲＣ情報と、各端末に送信している平均スループットとの比Ｒｋを計算して、その比が最大の端末にタイムスロットを割り当てている。無線基地局１０２は、Ｒｋが最大の端末に対しパケットを送信し（４０４）、その後さらに、ＤＲＣｋを用いてＴｋを更新する（４０５）。
【００１８】
この時の、パケットを送信してから上位ＴＣＰレイヤでＡＣＫを受信するまでの時間、ターンアラウンドタイムを、図５の関連する従来のスケジューリング処理によるターンアラウンドタイムに示す。この図で記号Ａ、Ｂは送信すべき無線端末名を表し、その後の番号はパケットの順序を示している。各データキュー２１１、２１２内にある送信パケット候補５０１に対してスケジューリング処理が施され時分割多重方式で無線端末Ａ１０３、Ｂ１０４に向け送信される。
【００１９】
図５では、スケジューリング処理の過程でタイムスロット５０６（１）をＲＫ  ５１２の値が高い無線端末Ａに割り振り、次のタイムスロット５０６（２）は、同様の理由で無線端末Ｂに割り振っている様子を示している。この例では、物理スループットを優先することによりパケット終端情報３０３をもつＡ−２パケット５１１がタイムスロット５０６（５）に割り振られた為に（（２）〜（４）まで待たされる為に）、上位レイヤのＡｃｋを端末が送信するまでの時間遅延が生じる。そのためターンアラウンドタイム５０５が長くなり、送信情報空きスロット５１０が発生している。
【００２０】
つまり、この処理では通信状態が良い無線端末に対して優先的に回線を割り当てる為に下り回線の物理スループットを向上させることはできるが、スケジューリング処理や上位レイヤのＴＣＰの再送プロトコル等によりターンアラウンドタイムが大きくなると、上位レイヤから見た１無線端末あたりのスループットは、このターンアラウンドタイムによって制限されてしまう。
【００２１】
３．本実施の形態のスケジューリング処理
そこで本実施の形態では、無線基地局１０２は無線端末局Ａ１０３、Ｂ１０４に送信する物理レイヤパケット２１６にパケット終端情報３０３を見つけたときは、物理スループットを高くするスケジューリングの処理に加え、終端情報を含むパケットに優先的にタイムスロットを割り振る処理を行う。
【００２２】
図６は、本実施の形態のスケジューリング処理のフローチャートである。この図は、スケジューリング処理部２１３の処理例である。
スケジューリング処理部２１３は、スケジューリング処理を開始すると（６０１）、全端末のレート情報ＤＲＣｋを受信し（６０２）、キューに上位レイヤパケット終端情報を含む物理レイヤパケットがあるか否か判断する（６０３）。ここで、ＤＲＣｋは、端末と基地局との間で定期的に又は基地局から端末への指示等により伝送される。パケット終端情報が含まれる場合（ＹＥＳ）、αｋ＝Ｘ（＞１）に設定し、一方、パケット終端情報が含まれない場合（ＮＯ）、αｋ＝１に設定する。ここでＸは、予め定められた値で、適宜設定される（この例では１．５）。
【００２３】
つぎに、スケジューリング処理部は、各端末の平均スループットＴｋとＤＲＣｋの比を計算（Ｒｋ＝αｋ・ＤＲＣｋ／Ｔｋ）し（６０６）、Ｒｋが最大の端末に対しパケットを送信する（６０７）。
【００２４】
なお、平均スループット情報Ｔｋは、無線基地局が測定して求めてもよいし、端末又は制御局からの情報を用いて求めても良いし、他に適宜求めてもよい。
その後、スケジューリング処理部２１３は、ＤＲＣｋを用いてＴｋを更新する（６０８）。Ｒｋ、αｋ、ＤＲＣｋ、Ｔｋ等の各値をスケジューリング処理部２１３は、適宜内部又は、ＭＯＤ部２１０内又は他のメモリ等に書き込み又はそこから読み出すことができる。
【００２５】
本方式で使用するパケット終端情報３０３は、一例として、下位レイヤに含まれる上位レイヤのパケット境界を用いるが、これに限らず、上位レイヤのパケットにパディング（パケット長調整用ダミーデータ）が含まれる場合、下位レイヤのパケットにパケット終端情報またはパディングが含まれる場合も、これらをパケット終端情報３０３と見なし、上述と同様にステップＳ６０３等で処理することができる。
【００２６】
図７は、本実施の形態のスケジューリング処理によるターンアラウンドタイムを示す。
本発明の形態では、パケット終端情報３０３の有無を表す係数（αｋ）７０９の値を新たに考慮する事により、タイムスロット７０６（１）を無線端末Ａ１０３に割り振った後、パケット終端情報３０３を含むＡ−２パケット７１１をタイムスロット７０６（２）（次のスロットに優先的）に割り振り送信する。パケット終端情報３０３を受け取った無線端末Ａ  １０３では、ＡＣＫ  ７０４を無線基地局１０２に返す。更に、無線基地局１０２は、ＡＣＫ ７０４を受信した事によりデータキュー中の送信パケット候補７０８の中から無線端末Ａ  １０３に対し次のパケットＡ−３  ７１２，Ａ−４  ７１３を送信することが可能となる。
【００２７】
図７では、ターンアラウンドタイム７０５が短くなった結果、図５で示した送信情報の空きスロット５１０が無くなり効率的にスケジューリングが行われた様子を示している。したがって、ここに示した様に本実施の形態のスケジューリング処理を行うことでターンアラウンドタイムが削減し上位レイヤから見たスループットを改善する事が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】無線システムの構成図である。
【図２】無線基地局内の処理を示した図である。
【図３】制御局によるパケット分割を示した図である。
【図４】関連するスケジューリング処理のフローチャートである。
【図５】関連するスケジューリングによるターンアラウンドタイムを示した図である。
【図６】本実施の形態のスケジューリング処理のフローチャートである。
【図７】本実施の形態のスケジューリングによるターンアラウンドタイムを示した図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１：制御局
１０２：無線基地局
１０３：無線端末Ａ
１０４：無線端末Ｂ
２０１：ＤＲＣｋ
２０２：ＡＮＴ
２０３：ＨＰＡ
２０４：ＬＮＡ
２０５：ＲＦ部
２０６：ベースバンド処理
２０７：ＤＲＣｋ情報
２０８：セレクタ
２０９：ＤＥＭ部
２１０：ＭＯＤ部
２１１：端末Ｂ用データーキュー
２１２：端末Ａ用データーキュー
２１３：スケジューリング処理部
２１４：呼処理部
２１５：Ｉ／Ｆ部
２１６：物理レイヤパケット
２１７、２１８：Ｄａｔａ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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