基地局及び無線リソースの割り当て方法
【課題】無線リソースを有効利用しつつ、通信端末に対するデータの送信遅延を低減することが可能な技術を提供する。
【解決手段】有線側通信部１３は、通信端末に送信すべきデータを受信する。受信スループット算出部１６は、有線側通信部１３での単位時間当たりの受信データ量を受信スループットとして算出する。無線リソース割り当て部１２は、割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける通信端末への送信待ちのデータのデータ量と、受信スループットとに基づいて、当該通信端末に無線リソースを割り当てる。無線通信部１０は、無線リソース割り当て部１２において通信端末に割り当てられた無線リソースを用いて、有線側通信部１３で受信されたデータを当該通信端末に送信する。
【解決手段】有線側通信部１３は、通信端末に送信すべきデータを受信する。受信スループット算出部１６は、有線側通信部１３での単位時間当たりの受信データ量を受信スループットとして算出する。無線リソース割り当て部１２は、割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける通信端末への送信待ちのデータのデータ量と、受信スループットとに基づいて、当該通信端末に無線リソースを割り当てる。無線通信部１０は、無線リソース割り当て部１２において通信端末に割り当てられた無線リソースを用いて、有線側通信部１３で受信されたデータを当該通信端末に送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信端末と通信を行う基地局及び通信端末に対する無線リソースの割り当て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び２にも記載されているように、通信端末と通信を行う基地局に関して、従来から様々な技術が提供されている。また非特許文献１には、次世代ＰＨＳ（Personal Handyphone System）についての規格が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４４４８０号公報
【特許文献２】特開２００７−２３５７８２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“OFDMA/TDMA TDD Broadband Wireless Access System(Next Generation PHS) ARIB STANDARD”、ARIB STD-T95 Version1.1、平成２０年６月６日、社団法人電波産業会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、基地局では、ネットワークから受信する通信端末向けのデータを送信するための無線リソースを、所定時間ごとに、通信対象の各通信端末に対して割り当てている。基地局においては、無線リソースの割り当てタイミングになった際に、その時点での通信端末への送信待ちのデータを送信できるだけの無線リソースを当該通信端末に割り当てると、次の割り当てタイミングまでにネットワークから受信されるデータを送信することができなくなる。その結果、通信端末に対するデータ送信の遅延が大きくなる。特にネットワークと基地局とがＴＣＰ（Transmission Control Protocol）を用いて通信を行う場合には、基地局において通信端末に対するデータ送信の遅延が大きくなって基地局内に通信端末向けのデータが滞留すると、ネットワークと基地局との間の通信スループットが低下する。
【０００６】
このような問題を解決するために、割り当てタイミングにおける通信端末への送信待ちのデータのデータ量よりも多めのデータ量、例えば２．５倍のデータ量を送信できる無線リソースを当該通信端末に割り当てる方法が考えられる。これにより、次の割り当てタイミングまでに受信されるデータについても通信端末に送信することが可能となり、基地局から通信端末に対するデータ送信の遅延を低減することができる。
【０００７】
しかしながら、この場合には、通信端末に対して必要以上の無線リソースが割り当てられる可能性が高くなり、無線リソースの有効利用が図れない。基地局において、ある通信端末に関して必要以上に無線リソースが確保されると、他の通信端末の無線リソースが確保できなくなる。また、隣接する複数の基地局において互いに異なる無線リソースを使用するような場合においては、ある基地局において必要以上の無線リソースが確保されると、それに隣接する他の基地局が使用できる無線リソースが減少することになり、当該他の基地局の通信スループットが低下する。
【０００８】
また、基地局において、ある割り当てタイミングにおいて必要以上の無線リソースが確保された場合には、次の割り当てタイミングにおける送信待ちのデータが零となる。したがって、その割り当てタイミングでは、通信端末に対して無線リソースが割り当てられず、それ以降に受信されるデータは基地局内で滞留することになる。その後、次の割り当てタイミングになると、その時点では通信端末への送信待ちのデータが存在することから、通信端末に対して無線リソースが割り当てられるようになる。そして、さらに次の割り当てタイミングになると、その時点では送信待ちのデータが零となり、通信端末に対して無線リソースが割り当てられず、その後に受信するデータは基地局内で滞留することになる。
【０００９】
このように、基地局においては、必要以上の無線リソースが確保される場合には、通信端末に対する無線リソースの割り当て量が大きく変動することがある。このような場合においては、基地局があるタイミングで他の基地局では未使用であると判断した無線リソースを、その後に使用してデータを送信しようとした際には、その無線リソースが実は他の基地局で使用されているという状況が生じやすくなる。その結果、隣接基地局間において送信信号の干渉が生じる可能性が高くなる。
【００１０】
また、基地局において、通信端末に無線リソースを割り当てた後にネットワークから送信される当該通信端末向けのデータの受信スループットが増加した場合には、割り当てタイミングにおける送信待ちのデータのデータ量よりも多めのデータ量を送信できるような無線リソースを確保したとしても、次の割り当てタイミングまでに受信するデータをすべて送信できないことがある。したがって、多めの無線リソースを確保した場合であっても、基地局から通信端末に対するデータ送信の遅延が生じることがある。
【００１１】
そこで、本発明は上述の点に鑑みて成されたものであり、無線リソースを有効利用しつつ、通信端末に対するデータの送信遅延を低減することが可能な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、本発明に係る基地局は、通信端末と通信を行う基地局であって、前記通信端末に送信すべきデータを受信する受信部と、前記受信部での単位時間当たりの受信データ量を算出する算出部と、割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータのデータ量と、前記単位時間当たりの受信データ量とに基づいて、前記通信端末に無線リソースを割り当てる割り当て部と、前記割り当て部において前記通信端末に割り当てられた無線リソースを用いて、前記受信部で受信されたデータを前記通信端末に送信する送信部とを備える。
【００１３】
また、本発明に係る基地局の一態様では、前記割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータについての平均データ量を算出する平均データ量算出部がさらに設けられており、前記割り当て部は、前記割り当てタイミングごとに、前記平均データ量にも基づいて、前記通信端末に無線リソースを割り当てる。
【００１４】
また、本発明に係る基地局の一態様では、前記算出部は、前記割り当てタイミングごとに、前記単位時間当たりの受信データ量を算出する。
【００１５】
また、本発明に係る基地局の一態様では、前記算出部は、前記割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングの直前での前記単位時間当たりの受信データ量を算出する。
【００１６】
また、本発明に係る無線リソースの割り当て方法は、（ａ）通信端末に送信すべきデータを受信する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）での単位時間当たりの受信データ量を算出する工程と、（ｃ）割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータのデータ量と、前記単位時間当たりの受信データ量とに基づいて、前記工程（ａ）で受信されたデータを前記通信端末に送信する際に使用する無線リソースを前記通信端末に割り当てる工程とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、無線リソースを有効利用しつつ、通信端末に対するデータの送信遅延を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る基地局を含む無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る基地局の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＴＤＭＡ／ＴＤＤフレームの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る基地局の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る基地局の動作を示すグラフである。
【図６】比較対象基地局の動作を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に係る基地局の変形例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態に係る基地局１を含む無線通信システム１００の構成を示す図である。無線通信システム１００は、例えば次世代ＰＨＳである。無線通信システム１００では、基地局１が、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式（Time Division Multiple Access/Time Division Duplexing）で複数の通信端末２と無線通信を行う。このＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式では、４つのスロットで構成された受信期間と４つのスロットで構成された送信期間とが交互に現れるようになっている。
【００２０】
また、無線通信システム１００では、多元接続方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式も採用されている。ＯＦＤＭＡ方式では、互いに直交する複数のサブキャリアが合成されたＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号が使用される。基地局１は、時間軸と周波数軸とからなる２次元で特定される無線リソースを複数の通信端末２のそれぞれに個別に割り当てることによって、当該複数の通信端末２と同時に通信することが可能となっている。
【００２１】
基地局１は、光ファイバ等でネットワーク３と有線接続されている。基地局１は、通信端末２から受信するデータをネットワーク３に送信したり、ネットワーク３から受信するデータを通信端末２に送信する。
【００２２】
図２は基地局１の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、基地局１は、無線通信部１０と、当該無線通信部１０を制御する無線制御部１１と、無線リソース割り当て部１２と、有線側通信部１３と、当該有線側通信部１３を制御する有線側制御部１４と、データを一時的に記憶するバッファ１５と、受信スループット算出部１６とを備えている。
【００２３】
無線通信部１０は、アンテナ１０ａが受信した通信端末２からのＯＦＤＭ信号に対して、増幅処理及びダウンコンバート等を行って、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成して無線制御部１１に出力する。また、無線通信部１０は、無線制御部１１で生成される、ベースバンドの送信用のＯＦＤＭ信号に対して、アップコンバート及び増幅処理などを行い、搬送帯域のＯＦＤＭ信号を生成してアンテナ１０ａに入力する。これにより、アンテナ１０ａからはＯＦＤＭ信号が無線送信される。
【００２４】
無線制御部１１は、無線通信部１０から出力されるＯＦＤＭ信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理等を行って、当該ＯＦＤＭ信号に含まれるデータを取得する。そして、無線制御部１１は、取得したデータのうち、ネットワーク３向けのデータをバッファ１５に記憶する。また、無線制御部１１は、通信端末２に向けたベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成して無線通信部１０に出力する。
【００２５】
無線リソース割り当て部１２は、通信対象の各通信端末２に対して、当該通信端末２にデータを送信する際に使用される無線リソースを割り当てる。これにより、各通信端末２について、通信に使用される周波数帯域（サブキャリア）及び時間帯（スロット）が決定される。無線制御部１１は、無線リソース割り当て部１２での無線リソースの割り当て結果に基づいて、送信用のＯＦＤＭ信号を生成するとともに、無線通信部１０を制御してＯＦＤＭ信号の無線送信タイミングを制御する。これにより、無線通信部１０は、各通信端末２に対して、当該通信端末２に割り当てられた無線リソースを用いてデータを送信する。
【００２６】
有線側通信部１３は、例えばＴＣＰを使用してネットワーク３と通信を行う。有線側通信部１３は、ネットワークから受信したデータを有線側制御部１４に出力するとともに、有線側制御部１４からのデータをネットワーク３に送信する。
【００２７】
有線側制御部１４は、有線側通信部１３が受信したデータのうち、通信端末２に送信すべきデータをバッファ１５に記憶する。無線制御部１１は、バッファ１５内の通信端末２向けのデータを読み出し、当該データを含む送信用のＯＦＤＭ信号を生成する。また、有線側制御部１４は、バッファ１５内に記憶されている、ネットワーク３向けのデータを読み出して有線側通信部１３に出力する。バッファ１５は、通信端末２への送信待ちのデータと、ネットワーク３への送信待ちのデータを記憶する。
【００２８】
受信スループット算出部１６は、通信対象の各通信端末２について、バッファ１５内に記憶される通信端末２向けのデータに基づいて、有線側通信部１３において単位時間当たりに受信される当該通信端末２向けのデータのデータ量を算出し、これを受信スループットとする。この受信スループットは、無線リソース割り当て部１２が通信端末２に対して無線リソースを割り当てる際に使用される。
【００２９】
次に基地局１が通信端末２との通信に使用するＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の構成について説明する。図３はＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の構成を示す図である。図３に示されるように、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００は、横軸及び縦軸に時間及び周波数をそれぞれ示す時間−周波数平面上で特定される。つまり、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００は、時間及び周波数の両方で特定される。１つのＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００は、基地局１が通信端末２からの信号を受信するための受信フレーム２００ｒと、基地局１から通信端末２へ信号を送信するための送信フレーム２００ｓとで構成されている。受信フレーム２００ｒ及び送信フレーム２００ｓのそれぞれは、時間方向に４つのスロットＳＬ、周波数方向に複数のサブチャネルＳＣＨを含んでいる。本実施の形態では、受信フレーム２００ｒ及び送信フレーム２００ｓのそれぞれは、周波数方向に例えば９個のサブチャネルＳＣＨを含んでいるものとする。
【００３０】
ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００では、１つのスロットＳＬの時間幅は６２５μｓに設定されている。したがって、受信フレーム２００ｒ及び送信フレーム２００ｓのそれぞれの時間長は２．５ｍｓとなり、１つのＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の時間長は５ｍｓとなる。また、１つのサブチャネルＳＣＨの帯域幅は９００ｋＨｚであって、１つのサブチャネルＳＣＨは２４本のサブキャリアで構成されている。
【００３１】
１つのスロットＳＬと１つのサブチャネルＳＣＨとで、１つのＰＲＵ（Physical Resourse Unit）２１０が構成されている。基地局１と通信端末２との通信はこのＰＲＵ２１０単位で行われる。例えば、基地局１では、通信端末２に対する無線リソースの割り当てはＰＲＵ２１０単位で行われ、通信端末２に送信データを送信する際に使用する変調方式はＰＲＵ２１０ごとに決定される。受信フレーム２００ｒ及び送信フレーム２００ｓのそれぞれには、時間方向に沿って４つのＰＲＵ２１０が並び、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００全体では、時間方向に沿って８つのＰＲＵ２１０が並んでいる。またＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００では、周波数方向には、サブチャネルの数と同数の９個のＰＲＵ２１０が並んでいる。なお、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００を単に「フレーム」と呼ぶことがある。
【００３２】
次に、基地局１での通信端末２に対する無線リソースの割り当て方法について詳細に説明する。本実施の形態では、例えば、１００ｍｓごとに、言い換えれば２０フレームごとに、各通信端末２に対して無線リソースが割り当てられる。つまり、基地局１では、１００ｍｓごとに、無線リソースの割り当てタイミングが発生する。無線リソース割り当て部１２は、通信対象の各通信端末２について、割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける通信端末２への送信待ちのデータのデータ量と当該通信端末２に関する受信スループットに基づいて、当該通信端末２に無線リソースを割り当てる。このように、受信スループットを考慮して通信端末２に無線リソースを割り当てることによって、必要以上の無線リソースが確保されることを防止することができる。
【００３３】
図４は、基地局１における、ある通信端末２に対する無線リソースの割り当て動作を示すフローチャートである。基地局１では、図４に示される処理が各通信端末２について行われる。以後、説明対象の通信端末２を「対象通信端末２」と呼ぶ。
【００３４】
図４に示されるように、ステップｓ１において、割り当てタイミングの直前になると、例えば割り当てタイミングの１フレーム前になると、ステップｓ２において基地局１は無線リソースの割り当て処理を開始する。
【００３５】
割り当て処理が開始すると、ステップｓ３において、受信スループット算出部１６は、割り当てタイミング直前の１フレームの間において有線側通信部１３で受信される対象通信端末２向けのデータのデータ量を算出する。そして、受信スループット算出部１６は、算出したデータ量を受信スループットとする。このように、本実施の形態に係る受信スループット算出部１６では、割り当てタイミングの直前における１フレームの間で有線側通信部１３が受信する対象通信端末２向けのデータのデータ量が算出される。
【００３６】
割り当てタイミングが発生すると（ステップｓ４）、ステップｓ５において、無線リソース割り当て部１２は、受信スループット算出部１６で算出された受信スループットを用いて、当該割り当てタイミングからその次の割り当てタイミングまでに有線側通信部１３で受信される対象通信端末２向けのデータのデータ量の予測値（以後、「予測受信データ量」と呼ぶ）を算出する。上述のように、本実施の形態では、１００ｍｓごとに、つまり２０フレームごとに割り当てタイミングが発生し、受信スループット算出部１６で求められた受信スループットは１フレーム当たりの受信データ量であることから、無線リソース割り当て部１２は、受信スループット算出部１６で求められた受信スループットの２０倍のデータ量を予測受信データ量とする。
【００３７】
次にステップｓ６において、無線リソース割り当て部１２は、バッファ１５内に存在する対象通信端末２向けのデータのデータ量、つまり、発生した割り当てタイミングにおける対象通信端末２への送信待ちのデータのデータ量（以後、「送信待ちデータ量」と呼ぶ）と、予測受信データ量とを足し合わせる。そして、無線リソース割り当て部１２は、得られたデータ量を、次の割り当てタイミングまでに対象通信端末２に送信する必要があるであろうデータ量（以後、「予測必要送信データ量」と呼ぶ）とする。このように、ある割り当てタイミングで求められる予測必要送信データ量は、その割り当てタイミングでの対象通信端末２への送信待ちのデータのデータ量と、その割り当てタイミングから次の割り当てタイミングまでにネットワーク３から受信するであろう対象通信端末２向けのデータのデータ量とを足し合わせたものである。上述のように、送信待ちデータ量の２．５倍のデータ量を予測必要送信データ量とした場合には、予測必要送信データ量が、実際に送信する必要があるデータ量と大きく相違する可能性が高くなるが、本実施の形態のように、送信待ちデータ量に対して予測受信データ量を足し合わせて得られるデータ量を予測必要送信データ量とすることによって、予測必要送信データ量を、実際に送信する必要があるデータ量に近づけることができる。
【００３８】
次にステップｓ７において、無線リソース割り当て部１２は、変数αの値を零とする。ここで、以下の説明から理解できるように、本実施の形態では、対象通信端末２に対してＰＲＵ２１０を１つ１つ割り当てている。そして、１つのＰＲＵ２１０を対象通信端末２に割り当てるたびに、それまでに割り当てたＰＲＵ２１０で送信可能なデータ量が、予測必要送信データ量を超えるかを判定している。変数αは、この判定を行うために用いられている。
【００３９】
ステップｓ７の後、ステップｓ８において、無線リソース割り当て部１２は、変数αがステップｓ６で求めた予測必要送信データ量よりも大きいか否かを判定する。ステップｓ８において、変数αが予測必要送信データ量以下であると判定されると、ステップｓ９において、無線リソース割り当て部１２は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の送信フレーム２００ｓにおいて、干渉波の信号レベルが所定のしきい値よりも低いＰＲＵ２１０（周波数帯域及び時間帯）を１つ特定する。なお、送信フレーム２００ｓを構成する３２（＝４×９）個のＰＲＵ２１０のそれぞれについての干渉波の信号レベルは、無線制御部１１によって求められる。無線制御部１１は、無線通信部１０で受信される既知信号に基づいて、各ＰＲＵ２１０での干渉波の信号レベルを求める。
【００４０】
無線リソース割り当て部１２は、送信フレーム２００ｓにおいて干渉波の信号レベルが低い１つのＰＲＵ２１０を特定すると、ステップｓ４で発生した割り当てタイミングから次の割り当てタイミングまでの２０個のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００において、特定した１つのＰＲＵ２１０と同じ位置に存在する２０個のＰＲＵ２１０を、無線リソースとして対象通信端末２に割り当てる。
【００４１】
次にステップｓ１０において、無線リソース割り当て部１２は、ステップｓ９で割り当てたＰＲＵ２１０に対応する変調方式を確認する。具体的には、無線リソース割り当て部１２は、対象通信端末２に割り当てたＰＲＵ２１０のサブチャネルに適用される変調方式を確認する。この変調方式は無線制御部１１が決定する。無線制御部１１は、無線通信部１０で受信される既知信号に基づいて受信ＳＩＮＲを求める。そして、無線制御部１１は、求めた受信ＳＩＮＲに基づいて、送信フレーム２００ｓにおける各ＰＲＵ２１０のサブチャネルに適用される変調方式を決定する。なお、割り当てタイミング間の２０個のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００において同じ位置に存在する２０個のＰＲＵ２１０の間では、サブチャネルに適用される変調方式は同じである。
【００４２】
次にステップｓ１１において、無線リソース割り当て部１２は、対象通信端末２に割り当てた２０個のＰＲＵ２１０で送信可能なデータ量を変数αに加算する。なお、１つのＰＲＵ２１０に対してＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調方式が対応付けられている場合には、当該１つのＰＲＵ２１０を用いて２００ビット程度のユーザデータを送信することができる。また、１つのＰＲＵ２１０に対して２５６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調方式が対応付けられている場合には、当該１つのＰＲＵ２１０を用いて２８００ビット程度のユーザデータを送信することができる。
【００４３】
ステップｓ１１が実行されると、無線リソース割り当て部１２は、再度ステップｓ８を実行して、変数αが予測必要送信データ量よりも大きいか否かを判定する。ステップｓ８において、変数αが予測必要送信データ量以下であると判定されると、ステップｓ９〜ｓ１１が再度実行されて、新たに割り当てられた２０個のＰＲＵ２１０で送信可能なデータ量が変数αに加算される。その後、再度ステップｓ８が実行される。
【００４４】
一方で、ステップｓ８において、変数αが予測必要送信データ量よりも大きいと判定されると、つまり、予測必要送信データ量のデータを送信することができるだけの数のＰＲＵ２１０が対象通信端末２に割り当てられると、ステップｓ１２において、基地局１では対象通信端末２に対する無線リソースの割り当てが終了する。その後、ステップｓ１において次の割り当てタイミングの直前となると、ステップｓ２において基地局１では割り当て処理が開始する。以後、基地局１は、同様の動作を行って、対象通信端末２に対して、次の割り当てタイミングからその次の割り当てタイミングまでに使用する無線リソースを割り当てる。
【００４５】
なお、上述のステップｓ７〜ｓ１１の方法以外の方法で、予測必要送信データ量のデータを送信することができるだけの数のＰＲＵ２１０を通信端末２に割り当ててもよい。
【００４６】
以上のように、本実施の形態に係る基地局１では、送信待ちデータ量だけではなく、単位時間当たりの受信データ量である受信スループットに基づいて通信端末２に対して無線リソースを割り当てているため、無線リソースを有効利用しつつ、通信端末２に対するデータの送信遅延を低減することができる。
【００４７】
図５，６は本願発明の効果を説明するための図である。図５は本実施の形態に係る基地局１の動作を示すグラフである。図６は、本実施の形態の基地局１と比較される基地局（以後、「比較対象基地局」と呼ぶ）の動作を示すグラフである。比較対象基地局では、割り当てタイミングが発生すると、送信待ちデータ量の２．５倍のデータ量を送信するために必要な数のＰＲＵ２１０が通信端末２に割り当てられる。
【００４８】
図５，６において、グラフ３００は、１００ｍｓの間にネットワークから送られてくる対象通信端末２向けのデータのデータ量の時間変化を示している。グラフ３０１は、送信待ちデータ量の時間変化を示している。グラフ３０２は、対象通信端末２に割り当てられたＰＲＵ２１０の数の時間変化を示している。グラフ３０３は、対象通信端末２に割り当てられたＰＲＵ２１０のうちデータ送信に使用されなかったＰＲＵ２１０、つまり無駄に割り当てられたＰＲＵ２１０の数を示している。グラフ３０４は、基地局１が受信した対象通信端末２向けのデータに関する送信の遅延量の時間変化を示している。
【００４９】
図６に示されるように、単純に送信待ちデータ量の２．５倍のデータ量を送信できるだけのＰＲＵ２１０を対象通信端末２に割り当てる比較対象基地局では、ネットワーク３から対象通信端末２向けのデータがグラフ３００で示されるような時間推移で送信されてくると、無駄に割り当てられたＰＲＵ２１０の数が多くなり（グラフ３０３）、無線リソースの有効利用を図ることができない。さらに、図６のグラフ３０４に示されるように、対象通信端末２に対するデータ送信の遅延も大きくなる。そして、図６のグラフ３０２に示されるように、ＰＲＵ２１０の割り当て数が大きく変動する。各基地局１においてＰＲＵ２１０の割り当て数が大きく変動する場合においては、ある基地局１にとっては、その周辺の他の基地局１で使用されるＰＲＵ２１０が大きく変化することになる。したがって、基地局１が、他の基地局１での割り当てタイミングの前において当該他の基地局１では未使用であると判断したＰＲＵ２１０を、その割り当てタイミングの後に通信端末２に割り当ててデータ送信しようとした際には、そのＰＲＵ２１０が実は当該他の基地局１で使用されているという状況が生じやすくなる。その結果、隣接基地局間において送信信号の干渉が生じる可能性が高くなる。
【００５０】
これに対して、本実施の形態に係る基地局１においては、受信スループットにも基づいて対象通信端末２に対してＰＲＵ２１０を割り当てていることから、図５に示されるように、ＰＲＵ２１０の割り当て数（グラフ３０２）が、ネットワーク３からのデータの受信量（グラフ３００）と同じように時間変化するようになる。その結果、無駄に割り当てられたＰＲＵ２１０の数が少なくなり（グラフ３０３）、無線リソースの有効利用を図ることができる。さらに、図５のグラフ３０４に示されるように、対象通信端末２に対するデータ送信の遅延も小さくすることができる。そして、図５のグラフ３０２に示されるように、ＰＲＵ２１０の割り当て数の変動を抑えることができ、隣接基地局間において送信信号の干渉が生じる可能性を低減することができる。
【００５１】
なお、受信スループットは一定ではないことから、本実施の形態のように、割り当てタイミングごとに受信スループットを求めることが望ましい。このとき、出来るだけ最新の受信スループットを用いて通信端末２に無線リソースを割り当てるために、割り当てタイミングの直前の受信スループットを用いて通信端末２に対する無線リソースを割り当てることが望ましい。
【００５２】
また、予測必要送信データ量は、あくまでも予測値であるため、無線通信システム１００を実際に運用してみて、無駄に割り当てられたＰＲＵ２１０の数やデータ送信の遅延が思った以上に低減されていない場合には、割り当てタイミングごとに予測必要送信データを調整しても良い。このとき、予測必要送信データに直接調整用パラメータを乗算することによって予測必要送信データを調整しても良いし、送信待ちデータ量及び予測受信データ量の少なくとも一方に調整用パラメータを乗算することによって予測必要送信データを調整しても良い。また、予測受信データ量に調整用パラメータを乗算する代わりに、受信スループットに調整用パラメータを乗算して予測受信データ量を調整しても良い。
【００５３】
また、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の送信フレーム２００ｓにおいて、すべてのＰＲＵ２１０に同じ変調方式が対応付けられるような場合には、以下の式（１）を使用して、対象通信端末２に割り当てるＰＲＵ２１０の数ＰＮ（以後、「割り当てＰＲＵ数ＰＮ」と呼ぶ）を簡単に求めることができる。
【００５４】
ＰＮ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／ＭＩ ・・・（１）
ここで、Ｄ１は送信待ちデータ量を示し、Ｄ２は予測受信データ量を示している。したがって、（Ｄ１＋Ｄ２）は予測必要送信データ量を示すことになる。またＭＩは、１つのＰＲＵ２１０で送信可能なデータ量を示している。
【００５５】
無線リソース割り当て部１２は、割り当てタイミングが発生すると、式（１）を用いて割り当てＰＲＵ数ＰＮを求めて、当該割り当てタイミングから次の割り当てタイミングまでの２０個のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００において、求めた割り当てＰＲＵ数ＰＮだけのＰＲＵ２１０を対象通信端末２に割り当てる。このとき、上述のステップｓ９のように、干渉波の信号レベルがしきい値よりも低いＰＲＵ２１０を割り当てることが望ましい。このような場合であっても、無線リソースを有効利用しつつ、通信端末２に対するデータの送信遅延を低減することができる。
【００５６】
また、無線通信システム１００を実際に運用してみて、無駄に割り当てられたＰＲＵ２１０の数やデータ送信の遅延が思った以上に低減されていない場合には、式（１）において、（Ｄ１＋Ｄ２）に対して調整用パラメータを乗算して割り当てＰＲＵ数ＰＮを調整しても良いし、Ｄ１及びＤ２の少なくとも一方に調整用パラメータを乗算して割り当てＰＲＵ数ＰＮを調整しても良い。
【００５７】
＜変形例＞
上述のようにして通信端末２に対して無線リソースを割り当てる場合であっても、受信スループットの時間変化の態様によっては、割り当てタイミングにおいてバッファ１５内に送信待ちのデータが残りがちになることがある。具体的には、図５における、５００ｍｓ〜１５００ｍｓの範囲でのグラフ３００に示されるように、受信スループットが増加し続ける場合には、図５における、５００ｍｓ〜１５００ｍｓの範囲でのグラフ３０４に示されるように、バッファ１５内に送信待ちのデータが残りがちになってデータ送信の遅延が生じやすくなる。
【００５８】
そこで、本変形例においては、割り当てタイミングにおける通信端末２への送信待ちのデータについての平均データ量にも基づいて当該通信端末２に対して無線リソースを割り当てる。図７は本変形例に係る基地局１の構成を示すブロック図である。本変形例に係る基地局１のブロック構成は、図２に係る基地局１のブロック構成において、平均データ量算出部１７をさらに設けたものである。
【００５９】
平均データ量算出部１７は、割り当てタイミングが発生すると、通信対象の各通信端末２について、当該割り当てタイミングとそれよりも前の割り当てタイミングとで構成される複数の割り当てタイミングにおける送信待ちデータ量の平均値を算出する。この平均値を「平均送信待ちデータ量」と呼ぶ。このように、平均データ量算出部１７は、割り当てタイミングにおける送信待ちデータ量の移動平均値を算出する。
【００６０】
本変形例では、無線リソース割り当て部１２は、割り当てタイミングが発生すると、その時点での送信待ちデータ量と、予測受信データ量と、平均データ量算出部１７で求められた平均送信待ちデータ量とを足し合わせて、それによって得られるデータ量を予測必要送信データ量とする。そして、無線リソース割り当て部１２は、この予測必要送信データ量を用いて、上述と同様にして通信端末２に対してＰＲＵ２１０を割り当てる。
【００６１】
このように、平均送信待ちデータ量にも基づいて通信端末２に対して無線リソースを割り当てることによって、通信端末２に対するデータの送信遅延をさらに低減することができる。
【００６２】
なお、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の送信フレーム２００ｓにおいて、すべてのＰＲＵ２１０に同じ変調方式が対応付けられるような場合には、以下の式（２）を使用して割り当てＰＲＵ数ＰＮを求めても良い。
【００６３】
ＰＮ＝（Ｄ０＋Ｄ１＋Ｄ２）／ＭＩ ・・・（２）
ここで、式（２）のＤ０は、平均送信待ちデータ量を示している。したがって、（Ｄ０＋Ｄ１＋Ｄ２）は、本変形例に係る予測必要送信データ量を示す。
【００６４】
無線リソース割り当て部１２は、割り当てタイミングが発生すると、式（２）を用いて割り当てＰＲＵ数ＰＮを求めて、当該割り当てタイミングから次の割り当てタイミングまでの２０個のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００において、求めた割り当てＰＲＵ数ＰＮだけのＰＲＵ２１０を対象通信端末２に割り当てる。
【００６５】
また、本変形例においても、予測必要送信データ量を調整しても良い。この場合には、平均送信待ちデータ量に調整用パラメータを乗算して予測必要送信データ量を調整しても良い。
【００６６】
以上の実施の形態及びその変形例の説明においては、基地局１と通信端末２との間の多元接続方式として、ＴＤＭＡ方式及びＯＦＤＭＡ方式が使用されていたが、他の多元接続方式、例えばＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）方式やＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式が使用される場合であっても、同様にして通信端末２に無線リソースを割り当てることによって、無線リソースを有効利用しつつ、通信端末２に対するデータの送信遅延を低減することができる。また、本願発明は、次世代ＰＨＳ以外の他の通信システム、例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）やＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）にも当然に適用することができる。
【００６７】
また、上記の実施の形態及びその変形例では、５ｍｓや１００ｍｓなどの具体的数値を挙げて本願発明について説明したが、もちろん他の数値を用いても良く、本願発明は上記の数値を使用する場合には限定されない。
【符号の説明】
【００６８】
１ 基地局
２ 通信端末
１０ 無線通信部
１２ 無線リソース割り当て部
１３ 有線側通信部
１６ 受信スループット算出部
１７ 平均データ量算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信端末と通信を行う基地局及び通信端末に対する無線リソースの割り当て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び２にも記載されているように、通信端末と通信を行う基地局に関して、従来から様々な技術が提供されている。また非特許文献１には、次世代ＰＨＳ（Personal Handyphone System）についての規格が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４４４８０号公報
【特許文献２】特開２００７−２３５７８２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“OFDMA/TDMA TDD Broadband Wireless Access System(Next Generation PHS) ARIB STANDARD”、ARIB STD-T95 Version1.1、平成２０年６月６日、社団法人電波産業会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、基地局では、ネットワークから受信する通信端末向けのデータを送信するための無線リソースを、所定時間ごとに、通信対象の各通信端末に対して割り当てている。基地局においては、無線リソースの割り当てタイミングになった際に、その時点での通信端末への送信待ちのデータを送信できるだけの無線リソースを当該通信端末に割り当てると、次の割り当てタイミングまでにネットワークから受信されるデータを送信することができなくなる。その結果、通信端末に対するデータ送信の遅延が大きくなる。特にネットワークと基地局とがＴＣＰ（Transmission Control Protocol）を用いて通信を行う場合には、基地局において通信端末に対するデータ送信の遅延が大きくなって基地局内に通信端末向けのデータが滞留すると、ネットワークと基地局との間の通信スループットが低下する。
【０００６】
このような問題を解決するために、割り当てタイミングにおける通信端末への送信待ちのデータのデータ量よりも多めのデータ量、例えば２．５倍のデータ量を送信できる無線リソースを当該通信端末に割り当てる方法が考えられる。これにより、次の割り当てタイミングまでに受信されるデータについても通信端末に送信することが可能となり、基地局から通信端末に対するデータ送信の遅延を低減することができる。
【０００７】
しかしながら、この場合には、通信端末に対して必要以上の無線リソースが割り当てられる可能性が高くなり、無線リソースの有効利用が図れない。基地局において、ある通信端末に関して必要以上に無線リソースが確保されると、他の通信端末の無線リソースが確保できなくなる。また、隣接する複数の基地局において互いに異なる無線リソースを使用するような場合においては、ある基地局において必要以上の無線リソースが確保されると、それに隣接する他の基地局が使用できる無線リソースが減少することになり、当該他の基地局の通信スループットが低下する。
【０００８】
また、基地局において、ある割り当てタイミングにおいて必要以上の無線リソースが確保された場合には、次の割り当てタイミングにおける送信待ちのデータが零となる。したがって、その割り当てタイミングでは、通信端末に対して無線リソースが割り当てられず、それ以降に受信されるデータは基地局内で滞留することになる。その後、次の割り当てタイミングになると、その時点では通信端末への送信待ちのデータが存在することから、通信端末に対して無線リソースが割り当てられるようになる。そして、さらに次の割り当てタイミングになると、その時点では送信待ちのデータが零となり、通信端末に対して無線リソースが割り当てられず、その後に受信するデータは基地局内で滞留することになる。
【０００９】
このように、基地局においては、必要以上の無線リソースが確保される場合には、通信端末に対する無線リソースの割り当て量が大きく変動することがある。このような場合においては、基地局があるタイミングで他の基地局では未使用であると判断した無線リソースを、その後に使用してデータを送信しようとした際には、その無線リソースが実は他の基地局で使用されているという状況が生じやすくなる。その結果、隣接基地局間において送信信号の干渉が生じる可能性が高くなる。
【００１０】
また、基地局において、通信端末に無線リソースを割り当てた後にネットワークから送信される当該通信端末向けのデータの受信スループットが増加した場合には、割り当てタイミングにおける送信待ちのデータのデータ量よりも多めのデータ量を送信できるような無線リソースを確保したとしても、次の割り当てタイミングまでに受信するデータをすべて送信できないことがある。したがって、多めの無線リソースを確保した場合であっても、基地局から通信端末に対するデータ送信の遅延が生じることがある。
【００１１】
そこで、本発明は上述の点に鑑みて成されたものであり、無線リソースを有効利用しつつ、通信端末に対するデータの送信遅延を低減することが可能な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、本発明に係る基地局は、通信端末と通信を行う基地局であって、前記通信端末に送信すべきデータを受信する受信部と、前記受信部での単位時間当たりの受信データ量を算出する算出部と、割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータのデータ量と、前記単位時間当たりの受信データ量とに基づいて、前記通信端末に無線リソースを割り当てる割り当て部と、前記割り当て部において前記通信端末に割り当てられた無線リソースを用いて、前記受信部で受信されたデータを前記通信端末に送信する送信部とを備える。
【００１３】
また、本発明に係る基地局の一態様では、前記割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータについての平均データ量を算出する平均データ量算出部がさらに設けられており、前記割り当て部は、前記割り当てタイミングごとに、前記平均データ量にも基づいて、前記通信端末に無線リソースを割り当てる。
【００１４】
また、本発明に係る基地局の一態様では、前記算出部は、前記割り当てタイミングごとに、前記単位時間当たりの受信データ量を算出する。
【００１５】
また、本発明に係る基地局の一態様では、前記算出部は、前記割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングの直前での前記単位時間当たりの受信データ量を算出する。
【００１６】
また、本発明に係る無線リソースの割り当て方法は、（ａ）通信端末に送信すべきデータを受信する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）での単位時間当たりの受信データ量を算出する工程と、（ｃ）割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータのデータ量と、前記単位時間当たりの受信データ量とに基づいて、前記工程（ａ）で受信されたデータを前記通信端末に送信する際に使用する無線リソースを前記通信端末に割り当てる工程とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、無線リソースを有効利用しつつ、通信端末に対するデータの送信遅延を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る基地局を含む無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る基地局の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＴＤＭＡ／ＴＤＤフレームの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る基地局の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る基地局の動作を示すグラフである。
【図６】比較対象基地局の動作を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に係る基地局の変形例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態に係る基地局１を含む無線通信システム１００の構成を示す図である。無線通信システム１００は、例えば次世代ＰＨＳである。無線通信システム１００では、基地局１が、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式（Time Division Multiple Access/Time Division Duplexing）で複数の通信端末２と無線通信を行う。このＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式では、４つのスロットで構成された受信期間と４つのスロットで構成された送信期間とが交互に現れるようになっている。
【００２０】
また、無線通信システム１００では、多元接続方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式も採用されている。ＯＦＤＭＡ方式では、互いに直交する複数のサブキャリアが合成されたＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号が使用される。基地局１は、時間軸と周波数軸とからなる２次元で特定される無線リソースを複数の通信端末２のそれぞれに個別に割り当てることによって、当該複数の通信端末２と同時に通信することが可能となっている。
【００２１】
基地局１は、光ファイバ等でネットワーク３と有線接続されている。基地局１は、通信端末２から受信するデータをネットワーク３に送信したり、ネットワーク３から受信するデータを通信端末２に送信する。
【００２２】
図２は基地局１の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、基地局１は、無線通信部１０と、当該無線通信部１０を制御する無線制御部１１と、無線リソース割り当て部１２と、有線側通信部１３と、当該有線側通信部１３を制御する有線側制御部１４と、データを一時的に記憶するバッファ１５と、受信スループット算出部１６とを備えている。
【００２３】
無線通信部１０は、アンテナ１０ａが受信した通信端末２からのＯＦＤＭ信号に対して、増幅処理及びダウンコンバート等を行って、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成して無線制御部１１に出力する。また、無線通信部１０は、無線制御部１１で生成される、ベースバンドの送信用のＯＦＤＭ信号に対して、アップコンバート及び増幅処理などを行い、搬送帯域のＯＦＤＭ信号を生成してアンテナ１０ａに入力する。これにより、アンテナ１０ａからはＯＦＤＭ信号が無線送信される。
【００２４】
無線制御部１１は、無線通信部１０から出力されるＯＦＤＭ信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理等を行って、当該ＯＦＤＭ信号に含まれるデータを取得する。そして、無線制御部１１は、取得したデータのうち、ネットワーク３向けのデータをバッファ１５に記憶する。また、無線制御部１１は、通信端末２に向けたベースバンドのＯＦＤＭ信号を生成して無線通信部１０に出力する。
【００２５】
無線リソース割り当て部１２は、通信対象の各通信端末２に対して、当該通信端末２にデータを送信する際に使用される無線リソースを割り当てる。これにより、各通信端末２について、通信に使用される周波数帯域（サブキャリア）及び時間帯（スロット）が決定される。無線制御部１１は、無線リソース割り当て部１２での無線リソースの割り当て結果に基づいて、送信用のＯＦＤＭ信号を生成するとともに、無線通信部１０を制御してＯＦＤＭ信号の無線送信タイミングを制御する。これにより、無線通信部１０は、各通信端末２に対して、当該通信端末２に割り当てられた無線リソースを用いてデータを送信する。
【００２６】
有線側通信部１３は、例えばＴＣＰを使用してネットワーク３と通信を行う。有線側通信部１３は、ネットワークから受信したデータを有線側制御部１４に出力するとともに、有線側制御部１４からのデータをネットワーク３に送信する。
【００２７】
有線側制御部１４は、有線側通信部１３が受信したデータのうち、通信端末２に送信すべきデータをバッファ１５に記憶する。無線制御部１１は、バッファ１５内の通信端末２向けのデータを読み出し、当該データを含む送信用のＯＦＤＭ信号を生成する。また、有線側制御部１４は、バッファ１５内に記憶されている、ネットワーク３向けのデータを読み出して有線側通信部１３に出力する。バッファ１５は、通信端末２への送信待ちのデータと、ネットワーク３への送信待ちのデータを記憶する。
【００２８】
受信スループット算出部１６は、通信対象の各通信端末２について、バッファ１５内に記憶される通信端末２向けのデータに基づいて、有線側通信部１３において単位時間当たりに受信される当該通信端末２向けのデータのデータ量を算出し、これを受信スループットとする。この受信スループットは、無線リソース割り当て部１２が通信端末２に対して無線リソースを割り当てる際に使用される。
【００２９】
次に基地局１が通信端末２との通信に使用するＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の構成について説明する。図３はＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の構成を示す図である。図３に示されるように、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００は、横軸及び縦軸に時間及び周波数をそれぞれ示す時間−周波数平面上で特定される。つまり、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００は、時間及び周波数の両方で特定される。１つのＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００は、基地局１が通信端末２からの信号を受信するための受信フレーム２００ｒと、基地局１から通信端末２へ信号を送信するための送信フレーム２００ｓとで構成されている。受信フレーム２００ｒ及び送信フレーム２００ｓのそれぞれは、時間方向に４つのスロットＳＬ、周波数方向に複数のサブチャネルＳＣＨを含んでいる。本実施の形態では、受信フレーム２００ｒ及び送信フレーム２００ｓのそれぞれは、周波数方向に例えば９個のサブチャネルＳＣＨを含んでいるものとする。
【００３０】
ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００では、１つのスロットＳＬの時間幅は６２５μｓに設定されている。したがって、受信フレーム２００ｒ及び送信フレーム２００ｓのそれぞれの時間長は２．５ｍｓとなり、１つのＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の時間長は５ｍｓとなる。また、１つのサブチャネルＳＣＨの帯域幅は９００ｋＨｚであって、１つのサブチャネルＳＣＨは２４本のサブキャリアで構成されている。
【００３１】
１つのスロットＳＬと１つのサブチャネルＳＣＨとで、１つのＰＲＵ（Physical Resourse Unit）２１０が構成されている。基地局１と通信端末２との通信はこのＰＲＵ２１０単位で行われる。例えば、基地局１では、通信端末２に対する無線リソースの割り当てはＰＲＵ２１０単位で行われ、通信端末２に送信データを送信する際に使用する変調方式はＰＲＵ２１０ごとに決定される。受信フレーム２００ｒ及び送信フレーム２００ｓのそれぞれには、時間方向に沿って４つのＰＲＵ２１０が並び、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００全体では、時間方向に沿って８つのＰＲＵ２１０が並んでいる。またＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００では、周波数方向には、サブチャネルの数と同数の９個のＰＲＵ２１０が並んでいる。なお、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００を単に「フレーム」と呼ぶことがある。
【００３２】
次に、基地局１での通信端末２に対する無線リソースの割り当て方法について詳細に説明する。本実施の形態では、例えば、１００ｍｓごとに、言い換えれば２０フレームごとに、各通信端末２に対して無線リソースが割り当てられる。つまり、基地局１では、１００ｍｓごとに、無線リソースの割り当てタイミングが発生する。無線リソース割り当て部１２は、通信対象の各通信端末２について、割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける通信端末２への送信待ちのデータのデータ量と当該通信端末２に関する受信スループットに基づいて、当該通信端末２に無線リソースを割り当てる。このように、受信スループットを考慮して通信端末２に無線リソースを割り当てることによって、必要以上の無線リソースが確保されることを防止することができる。
【００３３】
図４は、基地局１における、ある通信端末２に対する無線リソースの割り当て動作を示すフローチャートである。基地局１では、図４に示される処理が各通信端末２について行われる。以後、説明対象の通信端末２を「対象通信端末２」と呼ぶ。
【００３４】
図４に示されるように、ステップｓ１において、割り当てタイミングの直前になると、例えば割り当てタイミングの１フレーム前になると、ステップｓ２において基地局１は無線リソースの割り当て処理を開始する。
【００３５】
割り当て処理が開始すると、ステップｓ３において、受信スループット算出部１６は、割り当てタイミング直前の１フレームの間において有線側通信部１３で受信される対象通信端末２向けのデータのデータ量を算出する。そして、受信スループット算出部１６は、算出したデータ量を受信スループットとする。このように、本実施の形態に係る受信スループット算出部１６では、割り当てタイミングの直前における１フレームの間で有線側通信部１３が受信する対象通信端末２向けのデータのデータ量が算出される。
【００３６】
割り当てタイミングが発生すると（ステップｓ４）、ステップｓ５において、無線リソース割り当て部１２は、受信スループット算出部１６で算出された受信スループットを用いて、当該割り当てタイミングからその次の割り当てタイミングまでに有線側通信部１３で受信される対象通信端末２向けのデータのデータ量の予測値（以後、「予測受信データ量」と呼ぶ）を算出する。上述のように、本実施の形態では、１００ｍｓごとに、つまり２０フレームごとに割り当てタイミングが発生し、受信スループット算出部１６で求められた受信スループットは１フレーム当たりの受信データ量であることから、無線リソース割り当て部１２は、受信スループット算出部１６で求められた受信スループットの２０倍のデータ量を予測受信データ量とする。
【００３７】
次にステップｓ６において、無線リソース割り当て部１２は、バッファ１５内に存在する対象通信端末２向けのデータのデータ量、つまり、発生した割り当てタイミングにおける対象通信端末２への送信待ちのデータのデータ量（以後、「送信待ちデータ量」と呼ぶ）と、予測受信データ量とを足し合わせる。そして、無線リソース割り当て部１２は、得られたデータ量を、次の割り当てタイミングまでに対象通信端末２に送信する必要があるであろうデータ量（以後、「予測必要送信データ量」と呼ぶ）とする。このように、ある割り当てタイミングで求められる予測必要送信データ量は、その割り当てタイミングでの対象通信端末２への送信待ちのデータのデータ量と、その割り当てタイミングから次の割り当てタイミングまでにネットワーク３から受信するであろう対象通信端末２向けのデータのデータ量とを足し合わせたものである。上述のように、送信待ちデータ量の２．５倍のデータ量を予測必要送信データ量とした場合には、予測必要送信データ量が、実際に送信する必要があるデータ量と大きく相違する可能性が高くなるが、本実施の形態のように、送信待ちデータ量に対して予測受信データ量を足し合わせて得られるデータ量を予測必要送信データ量とすることによって、予測必要送信データ量を、実際に送信する必要があるデータ量に近づけることができる。
【００３８】
次にステップｓ７において、無線リソース割り当て部１２は、変数αの値を零とする。ここで、以下の説明から理解できるように、本実施の形態では、対象通信端末２に対してＰＲＵ２１０を１つ１つ割り当てている。そして、１つのＰＲＵ２１０を対象通信端末２に割り当てるたびに、それまでに割り当てたＰＲＵ２１０で送信可能なデータ量が、予測必要送信データ量を超えるかを判定している。変数αは、この判定を行うために用いられている。
【００３９】
ステップｓ７の後、ステップｓ８において、無線リソース割り当て部１２は、変数αがステップｓ６で求めた予測必要送信データ量よりも大きいか否かを判定する。ステップｓ８において、変数αが予測必要送信データ量以下であると判定されると、ステップｓ９において、無線リソース割り当て部１２は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の送信フレーム２００ｓにおいて、干渉波の信号レベルが所定のしきい値よりも低いＰＲＵ２１０（周波数帯域及び時間帯）を１つ特定する。なお、送信フレーム２００ｓを構成する３２（＝４×９）個のＰＲＵ２１０のそれぞれについての干渉波の信号レベルは、無線制御部１１によって求められる。無線制御部１１は、無線通信部１０で受信される既知信号に基づいて、各ＰＲＵ２１０での干渉波の信号レベルを求める。
【００４０】
無線リソース割り当て部１２は、送信フレーム２００ｓにおいて干渉波の信号レベルが低い１つのＰＲＵ２１０を特定すると、ステップｓ４で発生した割り当てタイミングから次の割り当てタイミングまでの２０個のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００において、特定した１つのＰＲＵ２１０と同じ位置に存在する２０個のＰＲＵ２１０を、無線リソースとして対象通信端末２に割り当てる。
【００４１】
次にステップｓ１０において、無線リソース割り当て部１２は、ステップｓ９で割り当てたＰＲＵ２１０に対応する変調方式を確認する。具体的には、無線リソース割り当て部１２は、対象通信端末２に割り当てたＰＲＵ２１０のサブチャネルに適用される変調方式を確認する。この変調方式は無線制御部１１が決定する。無線制御部１１は、無線通信部１０で受信される既知信号に基づいて受信ＳＩＮＲを求める。そして、無線制御部１１は、求めた受信ＳＩＮＲに基づいて、送信フレーム２００ｓにおける各ＰＲＵ２１０のサブチャネルに適用される変調方式を決定する。なお、割り当てタイミング間の２０個のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００において同じ位置に存在する２０個のＰＲＵ２１０の間では、サブチャネルに適用される変調方式は同じである。
【００４２】
次にステップｓ１１において、無線リソース割り当て部１２は、対象通信端末２に割り当てた２０個のＰＲＵ２１０で送信可能なデータ量を変数αに加算する。なお、１つのＰＲＵ２１０に対してＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調方式が対応付けられている場合には、当該１つのＰＲＵ２１０を用いて２００ビット程度のユーザデータを送信することができる。また、１つのＰＲＵ２１０に対して２５６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調方式が対応付けられている場合には、当該１つのＰＲＵ２１０を用いて２８００ビット程度のユーザデータを送信することができる。
【００４３】
ステップｓ１１が実行されると、無線リソース割り当て部１２は、再度ステップｓ８を実行して、変数αが予測必要送信データ量よりも大きいか否かを判定する。ステップｓ８において、変数αが予測必要送信データ量以下であると判定されると、ステップｓ９〜ｓ１１が再度実行されて、新たに割り当てられた２０個のＰＲＵ２１０で送信可能なデータ量が変数αに加算される。その後、再度ステップｓ８が実行される。
【００４４】
一方で、ステップｓ８において、変数αが予測必要送信データ量よりも大きいと判定されると、つまり、予測必要送信データ量のデータを送信することができるだけの数のＰＲＵ２１０が対象通信端末２に割り当てられると、ステップｓ１２において、基地局１では対象通信端末２に対する無線リソースの割り当てが終了する。その後、ステップｓ１において次の割り当てタイミングの直前となると、ステップｓ２において基地局１では割り当て処理が開始する。以後、基地局１は、同様の動作を行って、対象通信端末２に対して、次の割り当てタイミングからその次の割り当てタイミングまでに使用する無線リソースを割り当てる。
【００４５】
なお、上述のステップｓ７〜ｓ１１の方法以外の方法で、予測必要送信データ量のデータを送信することができるだけの数のＰＲＵ２１０を通信端末２に割り当ててもよい。
【００４６】
以上のように、本実施の形態に係る基地局１では、送信待ちデータ量だけではなく、単位時間当たりの受信データ量である受信スループットに基づいて通信端末２に対して無線リソースを割り当てているため、無線リソースを有効利用しつつ、通信端末２に対するデータの送信遅延を低減することができる。
【００４７】
図５，６は本願発明の効果を説明するための図である。図５は本実施の形態に係る基地局１の動作を示すグラフである。図６は、本実施の形態の基地局１と比較される基地局（以後、「比較対象基地局」と呼ぶ）の動作を示すグラフである。比較対象基地局では、割り当てタイミングが発生すると、送信待ちデータ量の２．５倍のデータ量を送信するために必要な数のＰＲＵ２１０が通信端末２に割り当てられる。
【００４８】
図５，６において、グラフ３００は、１００ｍｓの間にネットワークから送られてくる対象通信端末２向けのデータのデータ量の時間変化を示している。グラフ３０１は、送信待ちデータ量の時間変化を示している。グラフ３０２は、対象通信端末２に割り当てられたＰＲＵ２１０の数の時間変化を示している。グラフ３０３は、対象通信端末２に割り当てられたＰＲＵ２１０のうちデータ送信に使用されなかったＰＲＵ２１０、つまり無駄に割り当てられたＰＲＵ２１０の数を示している。グラフ３０４は、基地局１が受信した対象通信端末２向けのデータに関する送信の遅延量の時間変化を示している。
【００４９】
図６に示されるように、単純に送信待ちデータ量の２．５倍のデータ量を送信できるだけのＰＲＵ２１０を対象通信端末２に割り当てる比較対象基地局では、ネットワーク３から対象通信端末２向けのデータがグラフ３００で示されるような時間推移で送信されてくると、無駄に割り当てられたＰＲＵ２１０の数が多くなり（グラフ３０３）、無線リソースの有効利用を図ることができない。さらに、図６のグラフ３０４に示されるように、対象通信端末２に対するデータ送信の遅延も大きくなる。そして、図６のグラフ３０２に示されるように、ＰＲＵ２１０の割り当て数が大きく変動する。各基地局１においてＰＲＵ２１０の割り当て数が大きく変動する場合においては、ある基地局１にとっては、その周辺の他の基地局１で使用されるＰＲＵ２１０が大きく変化することになる。したがって、基地局１が、他の基地局１での割り当てタイミングの前において当該他の基地局１では未使用であると判断したＰＲＵ２１０を、その割り当てタイミングの後に通信端末２に割り当ててデータ送信しようとした際には、そのＰＲＵ２１０が実は当該他の基地局１で使用されているという状況が生じやすくなる。その結果、隣接基地局間において送信信号の干渉が生じる可能性が高くなる。
【００５０】
これに対して、本実施の形態に係る基地局１においては、受信スループットにも基づいて対象通信端末２に対してＰＲＵ２１０を割り当てていることから、図５に示されるように、ＰＲＵ２１０の割り当て数（グラフ３０２）が、ネットワーク３からのデータの受信量（グラフ３００）と同じように時間変化するようになる。その結果、無駄に割り当てられたＰＲＵ２１０の数が少なくなり（グラフ３０３）、無線リソースの有効利用を図ることができる。さらに、図５のグラフ３０４に示されるように、対象通信端末２に対するデータ送信の遅延も小さくすることができる。そして、図５のグラフ３０２に示されるように、ＰＲＵ２１０の割り当て数の変動を抑えることができ、隣接基地局間において送信信号の干渉が生じる可能性を低減することができる。
【００５１】
なお、受信スループットは一定ではないことから、本実施の形態のように、割り当てタイミングごとに受信スループットを求めることが望ましい。このとき、出来るだけ最新の受信スループットを用いて通信端末２に無線リソースを割り当てるために、割り当てタイミングの直前の受信スループットを用いて通信端末２に対する無線リソースを割り当てることが望ましい。
【００５２】
また、予測必要送信データ量は、あくまでも予測値であるため、無線通信システム１００を実際に運用してみて、無駄に割り当てられたＰＲＵ２１０の数やデータ送信の遅延が思った以上に低減されていない場合には、割り当てタイミングごとに予測必要送信データを調整しても良い。このとき、予測必要送信データに直接調整用パラメータを乗算することによって予測必要送信データを調整しても良いし、送信待ちデータ量及び予測受信データ量の少なくとも一方に調整用パラメータを乗算することによって予測必要送信データを調整しても良い。また、予測受信データ量に調整用パラメータを乗算する代わりに、受信スループットに調整用パラメータを乗算して予測受信データ量を調整しても良い。
【００５３】
また、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の送信フレーム２００ｓにおいて、すべてのＰＲＵ２１０に同じ変調方式が対応付けられるような場合には、以下の式（１）を使用して、対象通信端末２に割り当てるＰＲＵ２１０の数ＰＮ（以後、「割り当てＰＲＵ数ＰＮ」と呼ぶ）を簡単に求めることができる。
【００５４】
ＰＮ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／ＭＩ ・・・（１）
ここで、Ｄ１は送信待ちデータ量を示し、Ｄ２は予測受信データ量を示している。したがって、（Ｄ１＋Ｄ２）は予測必要送信データ量を示すことになる。またＭＩは、１つのＰＲＵ２１０で送信可能なデータ量を示している。
【００５５】
無線リソース割り当て部１２は、割り当てタイミングが発生すると、式（１）を用いて割り当てＰＲＵ数ＰＮを求めて、当該割り当てタイミングから次の割り当てタイミングまでの２０個のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００において、求めた割り当てＰＲＵ数ＰＮだけのＰＲＵ２１０を対象通信端末２に割り当てる。このとき、上述のステップｓ９のように、干渉波の信号レベルがしきい値よりも低いＰＲＵ２１０を割り当てることが望ましい。このような場合であっても、無線リソースを有効利用しつつ、通信端末２に対するデータの送信遅延を低減することができる。
【００５６】
また、無線通信システム１００を実際に運用してみて、無駄に割り当てられたＰＲＵ２１０の数やデータ送信の遅延が思った以上に低減されていない場合には、式（１）において、（Ｄ１＋Ｄ２）に対して調整用パラメータを乗算して割り当てＰＲＵ数ＰＮを調整しても良いし、Ｄ１及びＤ２の少なくとも一方に調整用パラメータを乗算して割り当てＰＲＵ数ＰＮを調整しても良い。
【００５７】
＜変形例＞
上述のようにして通信端末２に対して無線リソースを割り当てる場合であっても、受信スループットの時間変化の態様によっては、割り当てタイミングにおいてバッファ１５内に送信待ちのデータが残りがちになることがある。具体的には、図５における、５００ｍｓ〜１５００ｍｓの範囲でのグラフ３００に示されるように、受信スループットが増加し続ける場合には、図５における、５００ｍｓ〜１５００ｍｓの範囲でのグラフ３０４に示されるように、バッファ１５内に送信待ちのデータが残りがちになってデータ送信の遅延が生じやすくなる。
【００５８】
そこで、本変形例においては、割り当てタイミングにおける通信端末２への送信待ちのデータについての平均データ量にも基づいて当該通信端末２に対して無線リソースを割り当てる。図７は本変形例に係る基地局１の構成を示すブロック図である。本変形例に係る基地局１のブロック構成は、図２に係る基地局１のブロック構成において、平均データ量算出部１７をさらに設けたものである。
【００５９】
平均データ量算出部１７は、割り当てタイミングが発生すると、通信対象の各通信端末２について、当該割り当てタイミングとそれよりも前の割り当てタイミングとで構成される複数の割り当てタイミングにおける送信待ちデータ量の平均値を算出する。この平均値を「平均送信待ちデータ量」と呼ぶ。このように、平均データ量算出部１７は、割り当てタイミングにおける送信待ちデータ量の移動平均値を算出する。
【００６０】
本変形例では、無線リソース割り当て部１２は、割り当てタイミングが発生すると、その時点での送信待ちデータ量と、予測受信データ量と、平均データ量算出部１７で求められた平均送信待ちデータ量とを足し合わせて、それによって得られるデータ量を予測必要送信データ量とする。そして、無線リソース割り当て部１２は、この予測必要送信データ量を用いて、上述と同様にして通信端末２に対してＰＲＵ２１０を割り当てる。
【００６１】
このように、平均送信待ちデータ量にも基づいて通信端末２に対して無線リソースを割り当てることによって、通信端末２に対するデータの送信遅延をさらに低減することができる。
【００６２】
なお、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００の送信フレーム２００ｓにおいて、すべてのＰＲＵ２１０に同じ変調方式が対応付けられるような場合には、以下の式（２）を使用して割り当てＰＲＵ数ＰＮを求めても良い。
【００６３】
ＰＮ＝（Ｄ０＋Ｄ１＋Ｄ２）／ＭＩ ・・・（２）
ここで、式（２）のＤ０は、平均送信待ちデータ量を示している。したがって、（Ｄ０＋Ｄ１＋Ｄ２）は、本変形例に係る予測必要送信データ量を示す。
【００６４】
無線リソース割り当て部１２は、割り当てタイミングが発生すると、式（２）を用いて割り当てＰＲＵ数ＰＮを求めて、当該割り当てタイミングから次の割り当てタイミングまでの２０個のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム２００において、求めた割り当てＰＲＵ数ＰＮだけのＰＲＵ２１０を対象通信端末２に割り当てる。
【００６５】
また、本変形例においても、予測必要送信データ量を調整しても良い。この場合には、平均送信待ちデータ量に調整用パラメータを乗算して予測必要送信データ量を調整しても良い。
【００６６】
以上の実施の形態及びその変形例の説明においては、基地局１と通信端末２との間の多元接続方式として、ＴＤＭＡ方式及びＯＦＤＭＡ方式が使用されていたが、他の多元接続方式、例えばＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）方式やＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式が使用される場合であっても、同様にして通信端末２に無線リソースを割り当てることによって、無線リソースを有効利用しつつ、通信端末２に対するデータの送信遅延を低減することができる。また、本願発明は、次世代ＰＨＳ以外の他の通信システム、例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）やＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）にも当然に適用することができる。
【００６７】
また、上記の実施の形態及びその変形例では、５ｍｓや１００ｍｓなどの具体的数値を挙げて本願発明について説明したが、もちろん他の数値を用いても良く、本願発明は上記の数値を使用する場合には限定されない。
【符号の説明】
【００６８】
１ 基地局
２ 通信端末
１０ 無線通信部
１２ 無線リソース割り当て部
１３ 有線側通信部
１６ 受信スループット算出部
１７ 平均データ量算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信端末と通信を行う基地局であって、
前記通信端末に送信すべきデータを受信する受信部と、
前記受信部での単位時間当たりの受信データ量を算出する算出部と、
割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータのデータ量と、前記単位時間当たりの受信データ量とに基づいて、前記通信端末に無線リソースを割り当てる割り当て部と、
前記割り当て部において前記通信端末に割り当てられた無線リソースを用いて、前記受信部で受信されたデータを前記通信端末に送信する送信部と
を備える、基地局。
【請求項２】
請求項１に記載の基地局であって、
前記割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータについての平均データ量を算出する平均データ量算出部をさらに備え、
前記割り当て部は、前記割り当てタイミングごとに、前記平均データ量にも基づいて、前記通信端末に無線リソースを割り当てる、基地局。
【請求項３】
請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の基地局であって、
前記算出部は、前記割り当てタイミングごとに、前記単位時間当たりの受信データ量を算出する、基地局。
【請求項４】
請求項３に記載の基地局であって、
前記算出部は、前記割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングの直前での前記単位時間当たりの受信データ量を算出する、基地局。
【請求項５】
（ａ）通信端末に送信すべきデータを受信する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）での単位時間当たりの受信データ量を算出する工程と、
（ｃ）割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータのデータ量と、前記単位時間当たりの受信データ量とに基づいて、前記工程（ａ）で受信されたデータを前記通信端末に送信する際に使用する無線リソースを前記通信端末に割り当てる工程と
を備える、無線リソースの割り当て方法。
【請求項１】
通信端末と通信を行う基地局であって、
前記通信端末に送信すべきデータを受信する受信部と、
前記受信部での単位時間当たりの受信データ量を算出する算出部と、
割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータのデータ量と、前記単位時間当たりの受信データ量とに基づいて、前記通信端末に無線リソースを割り当てる割り当て部と、
前記割り当て部において前記通信端末に割り当てられた無線リソースを用いて、前記受信部で受信されたデータを前記通信端末に送信する送信部と
を備える、基地局。
【請求項２】
請求項１に記載の基地局であって、
前記割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータについての平均データ量を算出する平均データ量算出部をさらに備え、
前記割り当て部は、前記割り当てタイミングごとに、前記平均データ量にも基づいて、前記通信端末に無線リソースを割り当てる、基地局。
【請求項３】
請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の基地局であって、
前記算出部は、前記割り当てタイミングごとに、前記単位時間当たりの受信データ量を算出する、基地局。
【請求項４】
請求項３に記載の基地局であって、
前記算出部は、前記割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングの直前での前記単位時間当たりの受信データ量を算出する、基地局。
【請求項５】
（ａ）通信端末に送信すべきデータを受信する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）での単位時間当たりの受信データ量を算出する工程と、
（ｃ）割り当てタイミングごとに、当該割り当てタイミングにおける前記通信端末への送信待ちのデータのデータ量と、前記単位時間当たりの受信データ量とに基づいて、前記工程（ａ）で受信されたデータを前記通信端末に送信する際に使用する無線リソースを前記通信端末に割り当てる工程と
を備える、無線リソースの割り当て方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１５１７４８（Ｐ２０１１−１５１７４８Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３５１８（Ｐ２０１０−１３５１８）
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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