説明

無線中継装置および無線通信方法

【課題】無線基地局と無線中継装置との間で達成可能な最大スループットがボトルネックになる場合であっても、各無線端末に適切な通信帯域を割り当てることができる無線中継装置および無線通信方法を提供することである。
【解決手段】本発明に係る無線中継装置は、無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部22と、各無線端末とデータを送受信する端末側通信部32と、各無線端末と端末側通信部32との間の通信帯域を割り当てる制御部(24、34)とを備え、制御部(24、34)は、無線基地局から無線基地局と基地局側通信部22との間のアップリンクにおける最大スループットを取得し、該最大スループットを超えない範囲で、各無線端末が要求する通信帯域に比例させて、各無線端末と端末側通信部32との間のアップリンクの通信帯域を割り当てることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線中継装置および無線通信方法に関し、特に、再生型の無線中継装置および再生型の無線中継装置の無線通信方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
無線端末が無線基地局と通信するためには、無線基地局からの無線電波が届く範囲(サービスエリア)に無線端末が位置する必要がある。しかし、山岳地帯や高層ビル等が建ち並ぶ市街地には障害物が多いため無線電波が届きにくい領域が存在する。また、屋外に設置された無線基地局からは、電波が届かない領域(例えば、建物の内部や地下)が多く存在する。特に、IEEE標準規格802.16eを基に規格化されたWiMAX(登録商標)(WiMAX:Worldwide Interoperability for Microwave Access)等の高速無線通信方式においては、2.5GHz以上の周波数帯が使用されるが、このような高周波数帯の電波は直進性が強く障害物を回りこむ性質が弱いため、障害物の影響を強く受ける。このような電波が届かない領域をカバーするため、無線基地局と無線端末との間の無線電波を中継する無線中継装置(レピータ)が必要となる。
【0003】
無線中継装置には、通常複数の無線端末が無線接続しており、各無線端末には無線中継装置と無線通信するための通信帯域が割り当てられる。
【0004】
無線中継装置には、非再生型と再生型がある。非再生型の無線中継装置は増幅機能のみを有し、ダウンリンク(下り方向)においては、無線基地局から受信した無線信号を増幅してそのまま無線端末に送信し、アップリンク(上り方向)においては、無線端末から受信したデータを増幅してそのまま無線基地局に送信する。非再生型の無線中継装置により無線信号を中継する場合は、受信信号強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)や信号ノイズ比(CINR:Carrier to Interference and Noise Ratio)などの通信品質に応じて、無線基地局が各無線端末に割り当てる通信帯域を決定する。
【0005】
再生型の無線中継装置は、無線信号をダウンコンバートしてベースバンド信号に変換し、ベースバンド処理をした上で、再び、ベースバンド信号をアップコンバートして無線信号に変換する。したがって、再生型の無線中継装置は、無線基地局と無線中継装置との間の通信帯域の割り当てとは独立に、無線端末と無線中継装置との間の通信帯域を割り当てることができる。
【0006】
再生型の無線中継装置は、無線中継装置と無線端末との間の受信信号強度や信号ノイズ比などの通信品質に応じて、無線中継装置が各無線端末に割り当てる通信帯域を決定する(例えば、特許文献1参照)。本願は、再生型の無線中継装置に関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2010−130439号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
再生型の無線中継装置は、上述のように、無線中継装置と無線端末との間の受信信号強度や信号ノイズ比などの通信品質に応じて、無線中継装置が各無線端末に割り当てる通信帯域を決定する。
【0009】
再生型の無線中継装置は、ダウンリンクにおいては、無線基地局から受け取るパケット量に応じて各無線端末への通信帯域の割り当てを決定し、アップリンクにおいては、各無線端末がスループットに応じて要求する通信帯域に基づき、各無線端末に割り当てる通信帯域を決定する。
【0010】
しかしながら、アップリンクにおいて各無線端末の要求に応じて通信帯域を割り当ててしまうと、無線中継装置に接続する無線端末の数が多くなった場合に、無線中継装置が各無線端末に割り当てた通信帯域により各無線端末が達成可能なスループットの和の方が、無線基地局と無線中継装置との間で達成可能な最大スループットよりも大きくなってしまう場合があった。こうなると、無線基地局と無線中継装置との間で達成可能な最大スループットがボトルネックとなり、各無線端末に適切な通信帯域が割り当てられているとはいえなくなる。
【0011】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、無線基地局と無線中継装置との間で達成可能な最大スループットがボトルネックになる場合であっても、各無線端末に適切な通信帯域を割り当てることができる無線中継装置および無線通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記目的を達成する第1の観点に係る無線中継装置の発明は、
無線基地局と複数の無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置であって、
前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
前記各無線端末とデータを送受信する端末側通信部と、
前記各無線端末と前記端末側通信部との間の通信帯域を割り当てる制御部と
を備え、
前記制御部は、前記無線基地局から前記無線基地局と前記基地局側通信部との間のアップリンクにおける最大スループットを取得し、該最大スループットを超えない範囲で、前記各無線端末が要求する通信帯域に比例させて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てることを特徴とする。
【0013】
第2の観点に係る発明は、第1の観点に係る無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末のQoSを取得し、該QoSに応じて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てることを特徴とする。
【0014】
第3の観点に係る発明は、第2の観点に係る無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末が要求する通信帯域の和に相当するスループットが前記最大スループットを超える場合、優先順位の低い前記QoSを有する前記各無線端末から、前記端末側通信部に割り当てる通信帯域を狭めていくことを特徴とする。
【0015】
第4の観点に係る発明は、第2の観点に係る無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末が要求する通信帯域の和に相当するスループットが前記最大スループットを超える場合において、前記各無線端末が同一優先順位の前記QoSを有する場合、MCSの高い前記各無線端末から、前記端末側通信部に割り当てる通信帯域を狭めていくことを特徴とする。
【0016】
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【0017】
例えば、本発明を方法として実現させた第5の観点に係る無線通信方法の発明は、
無線基地局と複数の無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置の無線通信方法であって、該無線中継装置は、
前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
前記各無線端末とデータを送受信する端末側通信部と
を備え、
前記無線中継装置は、
前記無線基地局から前記無線基地局と前記基地局側通信部との間のアップリンクにおける最大スループットを取得するステップと、
前記最大スループットを超えない範囲で、前記各無線端末が要求する通信帯域に比例させて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てるステップと
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、無線基地局と無線中継装置との間で達成可能な最大スループットがボトルネックになる場合であっても、各無線端末に適切な通信帯域を割り当てることができる無線中継装置および無線通信方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第1実施形態に係る無線通信システムの概略図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る無線中継装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る無線中継装置において無線端末に通信帯域を割り当てる処理を示すフローチャートである。
【図4】本発明の第2実施形態に係る無線中継装置において無線端末に通信帯域を割り当てる処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
【0021】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る無線通信システムの概略図である。無線通信システムは、無線基地局60と無線中継装置10と複数の無線端末70A、70Bおよび70Cとから構成されている。図1においては、無線端末が3台である場合を例に示すが、これは一例であり、無線端末の台数は3台に限るものではない。以後、無線端末を総称する場合は、無線端末70と記載する。無線中継装置10は、無線基地局60と無線端末70との間で送受信されるデータを中継する。
【0022】
図2は、本発明の第1実施形態に係る無線中継装置の概略構成を示す機能ブロック図である。無線中継装置10は、ドナーノード20とサービスノード30とを備える。ドナーノード20は、無線基地局60とデータを送受信するブロックであり、サービスノード30とは無線端末70とデータを送受信するブロックである。
【0023】
まず、ドナーノード20の機能ブロックについて説明する。ドナーノード20は、基地局側通信部22と基地局側制御部24とを備える。
【0024】
基地局側通信部22は、アンテナを介して無線基地局60とデータを送受信する。ダウンリンクについては、基地局側通信部22は、無線基地局60から受信した無線信号をダウンコンバートしてベースバンド信号に変換し端末側通信部32に出力する。また、アップリンクについては、基地局側通信部22は、端末側通信部32から受け取ったベースバンド信号をアップコンバートして無線信号に変換し無線基地局60へ送信する。
【0025】
基地局側制御部24は、基地局側通信部22をはじめとしてドナーノード20の全体を制御する。基地局側制御部24は、CPU(中央処理装置)等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ(例えばDSP(デジタルシグナルプロセッサ))によって構成したりすることもできる。
【0026】
基地局側制御部24は、無線基地局60と無線中継装置10との間の無線通信で用いられている変調方式および符号化率情報(MCS:Modulation and Coding Scheme)から、無線基地局60と無線中継装置10との間のアップリンクの無線通信において達成可能な最大スループットを算出する。ここで、MCSは、無線中継装置10と無線基地局60との間の受信信号強度や信号ノイズ比などの通信品質に応じて、無線基地局60が決定するものである。
【0027】
続いて、サービスノード30の機能ブロックについて説明する。サービスノード30は、端末側通信部32と端末側制御部34とを備える。
【0028】
端末側通信部32は、アンテナを介して無線端末70とデータを送受信する。ダウンリンクについては、端末側通信部32は、基地局側通信部22から受け取ったベースバンド信号をアップコンバートして無線信号に変換し無線端末70へ送信する。また、アップリンクについては、端末側通信部32は、無線端末70から受信した無線信号をダウンコンバートしてベースバンド信号に変換し基地局側通信部22に出力する。
【0029】
端末側制御部34は、端末側通信部32をはじめとしてサービスノード30の全体を制御する。端末側制御部34は、CPU等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ(例えばDSP)によって構成したりすることもできる。なお、本実施形態においては、ドナーノード20が基地局側制御部24を備え、サービスノード30が端末側制御部34を備えるというように、ドナーノード20およびサービスノード30の各々が制御部を備える構成として説明するが、本発明は、この構成に限定されるわけではない。例えば、ドナーノード20とサービスノード30とを1つの制御部で制御する構成とすることもできる。
【0030】
端末側制御部34は、無線中継装置10と無線基地局60との間の無線通信において達成可能な最大スループットの情報を基地局側制御部24から取得する。
【0031】
端末側制御部34は、各無線端末70からスループットに応じた通信帯域の要求を受ける。端末側制御部34は、当該無線中継装置10と接続中の全ての無線端末70からの通信帯域の要求の和を算出する。
【0032】
端末側制御部34は、全ての無線端末70からのスループットに応じた通信帯域の要求の和に相当するスループットと、無線基地局60と無線中継装置10との間の無線通信において達成可能な最大スループットとを比較する。
【0033】
端末側制御部34は、最大スループットの方が通信帯域の要求の和に相当するスループットよりも大きい場合は、全ての無線端末70に要求どおりのアップリンクの通信帯域を割り当てる。この場合は、無線中継装置10と基地局60との間の最大スループットがボトルネックとならないからである。
【0034】
端末側制御部34は、通信帯域の要求の和に相当するスループットの方が最大スループットよりも大きい場合は、各無線端末70に要求どおりの通信帯域を割り当てない。この場合は、全ての無線端末70に要求どおりの通信帯域を割り当ててしまうと、無線中継装置10と基地局60との間の最大スループットがボトルネックとなり、無線端末70が送信するアップリンクデータを全て無線基地局60に送信することができなくなってしまうからである。
【0035】
端末側制御部34は、通信帯域の要求の和に相当するスループットの方が最大スループットよりも大きい場合は、最大スループットを超えない範囲で、各無線端末70が要求する通信帯域に比例させて、各無線端末70にアップリンクの通信帯域を割り当てる。
【0036】
例えば、無線中継装置10に3台の無線端末70A、70Bおよび70Cが接続していて、無線端末70A、70Bおよび70Cから、それぞれ、6Mbps、4Mbpsおよび2Mbpsのスループットに相当する通信帯域の要求がある場合において、最大スループットが6Mbpsである場合、無線端末70A、70Bおよび70Cが要求する通信帯域の和に相当するスループットは12Mbpsであり、これは、最大スループットの6Mbpsより大きい。この場合は、端末側制御部34は、各無線端末70からの通信帯域の要求に比例させて、無線端末70A、70Bおよび70Cに、それぞれ、3Mbps、2Mbpsおよび1Mbpsのスループットに相当するアップリンクの通信帯域を割り当てる。
【0037】
図3のフローチャートを参照しながら、無線中継装置10が無線端末70に通信帯域を割り当てる処理を説明する。なお、図3に示すフローチャートの処理は、例えば、フレーム毎に実行される。
【0038】
基地局側制御部24は、無線基地局60と無線中継装置10との間の無線通信で用いられているMCSから、無線基地局60と無線中継装置10との間の無線通信において達成可能な最大スループットTmaxを算出する(ステップS101)。
【0039】
端末側制御部34は、各無線端末70からスループットに応じた通信帯域の要求を受け、当該無線中継装置10と接続中の全ての無線端末70からの通信帯域の要求の和Btotalを算出する(ステップS102)。
【0040】
端末側制御部34は、基地局側制御部24から最大スループットTmaxを受け取り、通信帯域の要求の和Btotalに相当するスループットと最大スループットTmaxとを比較する(ステップS103)。
【0041】
ステップS103において、通信帯域の要求の和Btotalに相当するスループットが最大スループットTmax以下の場合は、端末側制御部34は、各無線端末70に要求通りのアップリンクの通信帯域を割り当てる(ステップS104)。
【0042】
ステップS103において、通信帯域の要求の和Btotalに相当するスループットが最大スループットTmaxより大きい場合は、端末側制御部34は、各無線端末70の要求に比例させて、合計が最大スループットTmaxになるように各無線端末70にアップリンクの通信帯域を割り当てる(ステップS105)。
【0043】
このように、本実施形態によれば、無線中継装置10は、無線基地局60と無線中継装置10との間で達成可能な最大スループットがボトルネックになる場合であっても、各無線端末70に適切な通信帯域を割り当てることができる。
【0044】
(第2実施形態)
第2実施形態においては、各無線端末70がQoS(Quality of Service)を有し、QoSに応じてサービスの優先順位がある場合について説明する。
【0045】
QoSには、いくつかのサービスタイプがあり、サービスタイプにより通信帯域を割り当てる優先順位が決まっている。例えば、モバイルWiMAXの標準仕様であるIEEE802.16eにおいては5つのサービスタイプが定義されており、UGS(Unsolicited Grant Service)、RT−VR(Real Time - Variable Rate Service)、NRT−VR(Non Real Time - Variable Rate Service)、BE(Best Effort Service)およびERT−VR(Extended Real Time - Variable Rate Service)のサービスタイプがある。例えば、RT−VRは、リアルタイム系のアプリケーションに適用され、伝送レートおよび伝送遅延が保証される。
【0046】
第2実施形態の無線中継装置は、第1実施形態の無線中継装置10と同じ構成であるため、第1実施形態と同様に図2の機能ブロック図を用いて機能を説明する。また、基地局側通信部22、基地局側制御部24および端末側通信部32の機能は、第1実施形態と同じであるので説明を省略する。
【0047】
端末側制御部34について、第1実施形態と機能が異なる点について説明する。
【0048】
端末側制御部34は、端末側通信部32を介して、各無線端末70から各無線端末70のQoSを取得する。または、端末側制御部34は、基地局側通信部22および基地局側制御部24を介して、無線基地局60から各無線端末70のQoSを取得する。
【0049】
無線端末70からの通信帯域の要求の和に相当するスループットが無線中継装置10と基地局60との間の最大スループットよりも大きい場合、端末側制御部34は、全ての無線端末70のQoSが同一のQoSか否かを判定する。
【0050】
その結果、全ての無線端末70のQoSが同一のQoSでない場合は、端末側制御部34は、優先順位の低いQoSを有する無線端末70から通信帯域の割り当てを狭める。全ての無線端末70のQoSが同一のQoSである場合は、MCSの高い無線端末70から通信帯域割り当てを狭める。
【0051】
図4のフローチャートを参照しながら、無線中継装置10が無線端末70に通信帯域を割り当てる処理を説明する。なお、ステップS201〜S204までは、図3のステップS101〜S104に対応し、同様の処理であるため説明を省略する。なお、図4に示すフローチャートの処理は、例えば、フレーム毎に実行される。
【0052】
ステップS203において、通信帯域の要求の和Btotalに相当するスループットが最大スループットTmaxより大きい場合は、端末側制御部34は、全ての無線端末70のQoSが同一のQoSか否かを判定する(ステップS205)。
【0053】
ステップS205において、全ての無線端末70のQoSが同一のQoSである場合は、端末側制御部34は、MCSの高い無線端末70から通信帯域割り当てを狭める(ステップS206)。ステップS205において、全ての無線端末70のQoSが同一のQoSでない場合は、端末側制御部34は、優先順位の低いQoSを有する無線端末70から通信帯域の割り当てを狭める(ステップS207)。
【0054】
このように、本実施形態によれば、端末側制御部34が各無線端末70からQoSを取得し、当該QoSに応じて各無線端末70にアップリンクの通信帯域を割り当てることにより、QoSによる優先順位を考慮して各無線端末70に適切なアップリンクの通信帯域を割り当てることができる。
【0055】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【0056】
10 無線中継装置
20 ドナーノード
22 基地局側通信部
24 基地局側制御部
30 サービスノード
32 端末側通信部
34 端末側制御部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線基地局と複数の無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置であって、
前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
前記各無線端末とデータを送受信する端末側通信部と、
前記各無線端末と前記端末側通信部との間の通信帯域を割り当てる制御部と
を備え、
前記制御部は、前記無線基地局から前記無線基地局と前記基地局側通信部との間のアップリンクにおける最大スループットを取得し、該最大スループットを超えない範囲で、前記各無線端末が要求する通信帯域に比例させて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てることを特徴とする無線中継装置。
【請求項2】
請求項1に記載の無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末のQoSを取得し、該QoSに応じて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てることを特徴とする無線中継装置。
【請求項3】
請求項2に記載の無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末が要求する通信帯域の和に相当するスループットが前記最大スループットを超える場合、優先順位の低い前記QoSを有する前記各無線端末から、前記端末側通信部に割り当てる通信帯域を狭めていくことを特徴とする無線中継装置。
【請求項4】
請求項2に記載の無線中継装置であって、前記制御部は、前記各無線端末が要求する通信帯域の和に相当するスループットが前記最大スループットを超える場合において、前記各無線端末が同一優先順位の前記QoSを有する場合、MCSの高い前記各無線端末から、前記端末側通信部に割り当てる通信帯域を狭めていくことを特徴とする無線中継装置。
【請求項5】
無線基地局と複数の無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置の無線通信方法であって、該無線中継装置は、
前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
前記各無線端末とデータを送受信する端末側通信部と
を備え、
前記無線中継装置は、
前記無線基地局から前記無線基地局と前記基地局側通信部との間のアップリンクにおける最大スループットを取得するステップと、
前記最大スループットを超えない範囲で、前記各無線端末が要求する通信帯域に比例させて、前記各無線端末と前記端末側通信部との間のアップリンクの通信帯域を割り当てるステップと
を含むことを特徴とする無線通信方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−98582(P2013−98582A)
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−236393(P2011−236393)
【出願日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【出願人】(000006633)京セラ株式会社 (13,660)
【Fターム(参考)】