JP4644619B2 - 基地局装置、端末および帯域制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、基地局装置、端末および帯域制御方法に関し、特に通信品質に応じて変調方式が切り替わる適応変調方式を用いた通信システムにおいて帯域保証通信を実現可能な基地局装置、端末および帯域制御方法に関する。

一般に、無線通信システムにおいては、端末の位置が無線基地局に近いほど、端末における受信電波強度やＳＩＮＲ（信号対干渉、雑音電力比）やＣＩＮＲ（搬送波対干渉、雑音電力比）などの無線チャネルの品質が良好となる。適応変調方式を用いた通信システムでは、無線チャネルの品質に応じて変調方式が動的に切り替わる。

例えば、無線チャネルの品質が良好である場合には、伝送エラーによる再送が起こり難いので、６４ＱＡＭや１６ＱＡＭなどの変調速度の速い変調方式が用いられる。一方、無線チャネルの品質が悪い場合には、変調速度は遅いが、伝送エラーに対する耐性がより強いＱＰＳＫやＢＰＳＫなどの変調方式が用いられる。無線基地局は、各端末宛のパケットを送信するため、無線リソースの割り当てスケジューリングを行う。このスケジューリングと、各端末に対して用いる６４ＱＡＭや１６ＱＡＭなどの変調方式によって、各端末のコネクションのスループットが決まる。

適応変調方式を用いた無線通信システムとして、ＨＳＤＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）が公知である（例えば、非特許文献１参照。）。ＨＳＤＰＡについては、移動通信システムに関する標準化団体である３ＧＰＰにより規格化されている。ＨＳＤＰＡでは、ユーザコネクションのトラフィックは、全てベストエフォートとして扱われる。そして、無線基地局からユーザ宛の下りパケットは、無線基地局において適応変調方式を用いてスケジューリングされ、送信される。

また、適応変調方式は、ＩＥＥＥにおいて標準化が進められている８０２．１６（いわゆる、ＷｉＭＡＸ：Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）にも採用されている。ＷｉＭＡＸは、ベストエフォートだけでなく、常にある一定の帯域を端末に割り当てる帯域保証通信などのＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）クラスにも対応している。また、ＷｉＭＡＸは、ＦＷＡ（Ｆｉｘｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ）向けの８０２．１６ｄ仕様とモバイル向けの８０２．１６ｅ仕様の両方を対象としている。

ベストエフォートのための優先制御スケジュールを行う方法が公知である。例えば、並列して入力される複数のパケットフローを該複数のパケットフロー毎の出力待ちパケット用バッファに格納するステップ、パケット優先度、伝送路品質及びバッファ監視手段より通知される待ち行列長の各条件のいずれか一つに基づいて、各パケットフローの出力優先順位を決定するステップ、割当て可能な無線リソースを推定するステップ、及び前記推定された割当て可能な無線リソースを前記パケット用バッファに格納されたパケットフローに対して割当てるステップ、を備えることを特徴とするパケット伝送のスケジューリング方法が公知である（例えば、特許文献１参照。）。

また、ベストエフォートのための優先制御スケジュールを行う方法として、次の方法が公知である。例えば、基地局が端末装置から移動局に対して送信されたパケットを取得し、該パケットを前記移動局に送信する通信方法であって、前記パケットを前記端末装置から取得するステップと、該取得した前記パケットを前記移動局に送信する優先度を算出するステップと、該算出された前記パケットの優先度に重み付けを行うステップと、該重み付けがされた前記パケットの優先度に基づいて、前記パケットを前記移動局に送信するチャネルを割り当てるステップと、該割り当てられたチャネルで前記パケットを前記移動局に送信するステップとを有することを特徴とする通信方法が公知である（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、ベストエフォートのための優先制御スケジュールを行う方法として、次の方法が公知である。例えば、所定の伝送容量を有する複数のパケットフローを無線送信する無線送信装置と、該複数のパケットフローを無線受信する無線受信装置との間における、無線リソース制御方法であって、該無線送信装置が、多次元空間の要素を有する無線リソースを、該多次元空間の各基底に対応する複数の単位無線リソースに分割する分割ステップと、該無線送信装置が、該複数のパケットフローについて、該分割ステップにて分割された該複数の単位無線リソースのそれぞれに、伝送状態に基づいて決定した重み係数を重み付けした無線リソースを割り当てる割り当てステップとをそなえたことを特徴とする、無線リソース制御方法が公知である（例えば、特許文献３参照。）。

また、最低帯域保証の要求を考慮して優先制御スケジュールを行う方法として、次の方法が公知である。例えば、入力されるパケットに対して優先制御を行なうパケット優先制御方法であって、前記入力されるパケットを、各呼が要求する最低伝送レートにより、階層的に優先度の異なるグループに分類し、前記分類されたグループであって、以後、他の要素を考慮しないグループに対しては１つの待ち行列を形成し、別の要素を考慮するグループに対しては呼ごとに待ち行列を形成し、かつ該グループの優先度を、該呼ごとに形成される待ち行列の優先度として設定し、前記呼ごとに形成される待ち行列の優先度に対して、さらに、別の要素を考慮して優先度を決定する際には、それぞれの待ち行列に格納されるパケットの該別の要素に基づいて呼ごとの優先度を増減し、前記の操作により、前記入力されるパケットに対する優先度を決定することを特徴とするパケット優先制御方法が公知である（例えば、特許文献４参照。）。

特開２００３−２２９８９６号公報 特開２００３−２２９８９４号公報 特開２００５−１１７５７９号公報 特開２００５−８６２１６号公報 トレルス・Ｅ．・コルディング（Troels E. Kolding）、外２名、「パフォーマンス・アスペクツ・オブ・ＷＣＤＭＡ・システムズ・ウィズ・ハイ・スピード・ダウンリンク・パケット・アクセス（ＨＳＤＰＡ）（Performance Aspects of WCDMA Systems with High Speed Downlink Packet Access (HSDPA)）」、ビヒキュラー・テクノロジ・カンファレンス，・２００２．・プロシーディングズ．・ヴィティシー・２００２−フォール．・２００２・アイトリプルイー・５６ｔｈ（Vehicular Technology Conference, 2002. Proceedings. VTC 2002-Fall. 2002 IEEE 56th）、（米国）、２００２年、第１巻、ｐ．４７７−４８１

しかしながら、上述した従来の適応変調システムでは、次のような問題点がある。例えば、無線基地局において単位時間当たりに割り当て可能な全無線リソースが１００ｋスロットであり、ある時点でＡ、Ｂ、ＣおよびＤの４台の移動端末の帯域を保証するために使用している無線リソースの合計が７０ｋスロットであると仮定する。その後、そのうちの２台の移動端末ＡとＢが移動し、両端末の無線チャネルの品質が悪くなったとする。

そのため、移動端末Ａでは、変調方式が６４ＱＡＭからＱＰＳＫに切り替わり、６４ＱＡＭのときと同じ帯域を保証するには、無線リソースの割り当てを１０ｋスロットから３０ｋスロットに増やす必要が生じたとする。また、移動端末Ｂでは、変調方式が１６ＱＡＭからＱＰＳＫに切り替わり、１６ＱＡＭのときと同じ帯域を保証するには、無線リソースの割り当てを１５ｋスロットから３０ｋスロットに増やす必要が生じたとする。

上記例では、移動後の４台の移動端末に必要な無線リソースの合計は、１０５ｋスロットになり、無線基地局で割り当て可能な全リソース量を超えてしまう。そのため、リソースが不足し、全ての移動端末に対して当初の帯域を保証することができなくなってしまう。つまり、従来の適応変調システムでは、ＷｉＭＡＸにおけるＵＧＳ（Ｕｎｓｏｌｉｃｉｔｅｄ Ｇｒａｎｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ）クラスなどのようなサービス、すなわち各コネクションに対して帯域や所望のスループットを保証するようなＱｏＳサービスを提供することができないという問題点がある。

また、上記特許文献１〜３に開示された技術においても同様であり、帯域を保証するサービスを提供することができないという問題点がある。また、上記特許文献４には、移動端末が移動した場合の帯域保証については言及されていないため、上記例のように移動端末が移動した場合に帯域を保証できないことがあるという問題点がある。さらに、上記１〜４の各特許文献では、移動端末と固定端末を区別して無線リソースを割り当てることについては、何ら言及されていない。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、適応変調方式を用いた通信システムにおいて帯域保証通信を実現できる基地局装置、端末および帯域制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、基地局において、リソースを割り当てる端末が移動端末であるか、または固定端末であるかを判定する。固定端末である場合には、基地局は、その固定端末の要求帯域を、その固定端末から帯域予約要求を受信したときの変調方式を用いる場合に必要なリソース量に換算し、そのリソース量を固定端末とのコネクションに割り当てる。移動端末である場合には、基地局は、その移動端末の要求帯域を、使用可能な複数の変調方式のうちの低速な変調方式を用いる場合に必要なリソース量に換算し、そのリソース量を移動端末とのコネクションに割り当てる。

この発明において、移動端末とのコネクションについて、要求帯域をリソース量に換算する際に用いた低速な変調方式よりも高速な変調方式を用いることができる場合には、その高速な変調方式を用いてデータの変調を行うようにしてもよい。その場合、さらに、高速な変調方式を用いる場合のリソース量と、要求帯域をリソース量に換算する際に用いた低速な変調方式を用いた場合のリソース量との差分を、ベストエフォートのコネクションなどの他の端末とのコネクションによるデータ転送に割り当てるようにしてもよい。

この発明によれば、予め移動端末とのコネクションに、低速な変調方式を用いる場合に必要なリソース量が割り当てられているので、移動端末の移動などにより移動端末の無線チャネルの品質が、高速な変調方式を用いることができる状態から低速な変調方式を用いなければならない状態に変化しても、この移動端末の帯域を保証することができる。また、移動端末の無線チャネルの品質が、高速な変調方式を用いることができる状態にある場合には、その変調方式の違いによって生じる余剰なリソースを他のコネクションに割り当てることができる。さらに、固定端末の場合には、無線チャネルの品質が一定であると予想されるので、固定端末に対して過剰なリソースを割り当てずに済む。従って、リソースを有効に活用することができるので、基地局のスループットが向上する。

本発明にかかる基地局装置、端末および帯域制御方法によれば、適応変調方式を用いた通信システムにおいて帯域保証通信を実現できるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる基地局装置、端末および帯域制御方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる基地局装置の構成の一例を示す図である。図１に示すように、基地局装置は、受信手段としての送受信手段１、バッファ手段２、スケジューリング手段３、端末種別判定手段４、リソース管理手段５および受付判定手段６を備えている。送受信手段１は、端末や他の装置との間で無線リンクまたは有線リンクを介してデータの送受信を行う。送受信手段１は、端末からコネクション確立要求などの制御メッセージやコネクション確立時の帯域保証の要求（帯域予約要求）を受け取る。

バッファ手段２は、送受信手段１により受信されたデータを一時的に保持する。また、バッファ手段２は、送受信手段１により受信されたコネクション確立要求などの制御メッセージを受付判定手段６に渡す。さらに、バッファ手段２は、スケジューリング手段３の指示に基づいて、自身にバッファされたデータを読み出し、そのデータを用いて無線フレームを作成し、その無線フレームを送受信手段１に渡す。

端末種別判定手段４は、端末から送られてきたコネクション確立要求などのメッセージやコネクション確立時の帯域保証の要求に基づいて、その端末が、移動しないと見なし得る固定端末であるか、または移動可能な移動端末であるか、ということを判定する。固定端末の例としては、例えば従来の加入者電話機や通信機能を備えた据置型のコンピュータなどである。移動端末の例としては、例えば通信機能を備えた携帯型のコンピュータや携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、あるいは携帯電話機などである。

端末種別判定手段４は、端末から移動端末であるという識別情報を受け取った場合に、その端末を移動端末であると判定し、端末から固定端末であるという識別情報を受け取った場合に、その端末を固定端末であると判定する。この場合には、端末は、自身が移動端末であれば移動端末であるという識別情報を基地局装置へ送り、自身が固定端末であれば固定端末であるという識別情報を基地局装置へ送る。

あるいは、端末種別判定手段４は、端末から移動端末であるという識別情報を受け取った場合に、その端末を移動端末であると判定し、端末から端末種別の識別情報を受け取らない場合に、その端末を固定端末であると判定するようにしてもよい。この場合には、端末は、自身が移動端末であれば移動端末であるという識別情報を基地局装置へ送り、自身が固定端末であれば識別情報を基地局装置へ送らない。

また、端末種別判定手段４は、端末から固定端末であるという識別情報を受け取った場合に、その端末を固定端末であると判定し、端末から端末種別の識別情報を受け取らない場合に、その端末を移動端末であると判定するようにしてもよい。この場合には、端末は、自身が固定端末であれば固定端末であるという識別情報を基地局装置へ送り、自身が移動端末であれば識別情報を基地局装置へ送らない。通信システムがＷｉＭＡＸである場合には、ＭＡＣヘッダのバージョン情報に基づいて８０２．１６ｄ（ＦＷＡ）と８０２．１６ｅ（モバイル）を識別することができるので、ＭＡＣヘッダのバージョン情報を利用して端末種別の判定を行うようにしてもよい。

リソース管理手段５は、コネクション管理テーブルを作成し、基地局装置における全無線リソースや帯域予約済みの無線リソースの量を管理する。コネクション管理テーブルには、端末ごとに、端末種別、無線チャネルの品質、使用中の変調方式、品質クラス、保証帯域、単位時間当たりの予約済みリソース量および単位時間当たりの使用中のリソース量が登録される（図２または図３参照）。

受付判定手段６は、端末からのコネクション確立時の帯域保証の要求に対して、端末種別判定手段４により判定された端末の種別と、リソース管理手段５が管理している無線リソースの空き状況に基づいて、要求された帯域分の無線リソースの割り当てが可能であるか否かを判定する。そして、受付判定手段６は、その判定結果を端末に返す。

例えば、端末種別判定手段４により固定端末であると判定された場合、受付判定手段６は、その固定端末の要求帯域を、その固定端末からの帯域予約要求を受信したときの変調方式を用いる場合に必要なリソース量に換算する。そして、受付判定手段６は、リソース管理手段５を参照して空いているリソース量を調べ、その要求帯域の換算により得られたリソース量よりも多くのリソース量が空いている場合に、その固定端末からの帯域予約要求を受け付ける。リソース量の空きが足りない場合には、その固定端末からの帯域予約要求を受け付けることができない。

また、端末種別判定手段４により移動端末であると判定された場合には、受付判定手段６は、その移動端末の要求帯域を、基地局装置が取り得る複数の変調方式のうちの最も低速な変調方式を用いる場合に必要なリソース量に換算する。そして、受付判定手段６は、固定端末の場合と同様に、要求帯域の換算により得られたリソース量よりも多くのリソース量が空いている場合に、その移動端末からの帯域予約要求を受け付け、リソース量の空きが足りない場合には、受け付けない。

スケジューリング手段３は、確立されたコネクションの種別や端末の無線チャネルの品質に応じて、変調方式を決定したり、無線リソースの割り当てを行う。スケジューリング手段３は、変調方式を次のように決定する。固定端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについては、受付判定手段６が要求帯域をリソース量へ換算したときの変調方式、すなわち当該固定端末から帯域予約要求を受け取ったときの変調方式とする。そして、スケジューリング手段３は、その決定した変調方式でデータの変調を行い、固定端末とのデータ転送に必要なリソースを割り当てる。

移動端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについては、最も低速な変調方式よりも高速な変調方式を用いることができる場合には、その高速な変調方式とし、高速な変調方式を用いることができない場合には、最も低速な変調方式とする。そして、スケジューリング手段３は、その決定した変調方式でデータの変調を行い、移動端末とのデータ転送に必要なリソースを割り当てる。

移動端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションに対して、高速な変調方式を用いてリソースの割り当てを行うと、その割り当てたリソース量が、最も低速な変調方式を用いてリソースの割り当てを行った場合よりも少なくなる。つまり、余剰なリソースが発生することになる。この余剰なリソースを有効に活用するため、スケジューリング手段３は、その余剰なリソースを、ベストエフォートのコネクションなどの他の端末とのコネクションに割り当てる機能を有する。

通信システムがＷｉＭＡＸである場合には、無線基地局は、上りと下りの両方のパケットのスケジューリングを行う。従って、ＷｉＭＡＸの場合には、スケジューリング手段３は、無線基地局から端末への下り方向のスケジューリングにおけるリソースの割り当てだけでなく、端末から無線基地局への上り方向のスケジューリングにおけるリソースの割り当ても行うようにしてもよい。これは、ＷｉＭＡＸに限らず、他の通信システムにおいても同様であり、基地局が上り方向についてもリソースの割り当てを行ってもよい。

図２および図３は、コネクション管理テーブルの一例を示す図である。本実施の形態においては、基地局の単位時間当たりに割り当て可能な全無線リソース量を１００ｋスロットであるとする。図２に示すコネクション管理テーブル７は、品質クラスが帯域保証であるＴ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４の端末が使用している単位時間当たりのリソース量の合計が１００ｋスロットに満たないため、空いているスロットを品質クラスがベストエフォートであるＴ５とＴ６の端末に割り当てた状態のテーブルである。

図３に示すコネクション管理テーブル７は、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４の端末が使用している単位時間当たりのリソース量の合計が１００ｋスロットであるため、スロットの空きがなく、Ｔ５とＴ６の端末にリソースが割り当てられなかった状態のテーブルである。なお、図２および図３では、無線チャネルの品質の指標を単純な数値で表しているが、実際の指標としては、ＳＩＮＲやＣＩＮＲなどの値や、それらを規格化した値が用いられる。また、簡略化するため、ここでは変調方式を無線チャネルの品質にのみ対応させているが、変調方式と誤り訂正符号（ＦＥＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）とその符号化率の組み合わせを対応させるようにしてもよい。この組み合わせは、ＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）、あるいはＷｉＭＡＸではＢｕｒｓｔＰｒｏｆｉｌｅと呼ばれている。

図４〜図９は、無線基地局が送信する無線フレーム上のリソース割り当ての一例を示す図であり、横軸は時間、縦軸は周波数を示している。図４および図５には、シングルキャリアによるＴＤＭ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）やＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）のように、１フレームを時間軸方向に例えば１００スロットに分割した例が示されている。図６および図７には、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）のように、１フレームを周波数軸方向に２０サブチャネル（１サブチャネル当たりのサブキャリア数は５）に分割した例が示されている。図８および図９には、ＯＦＤＭＡにおいて、１フレームを周波数軸方向に５サブチャネル（１サブチャネル当たりのサブキャリア数は５）および時間軸方向に４シンボルに分割した例が示されている。

図４と図６と図８に示すリソース割り当て状態は、図２に示すコネクション管理テーブル７の状態に対応している。また、図５と図７と図９に示すリソース割り当て状態は、図３に示すコネクション管理テーブル７の状態に対応している。このように、本実施の形態では、１フレームを時間軸方向に分割する方式としてもよいし、１フレームを周波数軸方向に分割する方式としてもよい。周波数軸方向に分割する方式の場合、本明細書の説明においては、サブチャネルまたはサブキャリアがスロットに対応し、１サブチャネルは５スロットに相当し、１サブキャリアは１スロットに相当する。また、周波数軸方向および時間軸方向の両方に分割する方式の場合、本明細書の説明においては、サブチャネルまたはサブキャリアおよびシンボルの組み合わせがスロットに対応し、１サブチャネル×１シンボルは５スロットに相当し、１サブキャリア×１シンボルは１スロットに相当する。

次に、端末と基地局のコネクションを開始する際の手続について説明する。図１０は、コネクション開始シーケンスを示す図である。図１０に示すように、まず、端末の電源がオンになるか、または端末でアプリケーションが起動されることなどを契機として、端末で通信開始要求が発生し（ステップＳ１）、端末から基地局に対してコネクション確立要求が発行される（ステップＳ２）。基地局では、端末からのコネクション確立要求を受けると、受付判定を行い（ステップＳ３）、その判定結果をコネクション確立応答により通知する（ステップＳ４）。

基地局へのコネクション確立要求には、端末が要求するコネクションの品質クラス（帯域保証やベストエフォートなど）、端末が要求する帯域、および無線チャネルの品質などの情報が含まれている。なお、無線チャネルの品質は、コネクション確立要求の情報とは別の情報（通知）で端末から基地局へ通知されてもよい。この場合、コネクション確立要求の情報に含まれなくてもよく、基地局はコネクション確立要求を受けた時点で、既に端末の無線チャネルの品質を把握していることとする。また、コネクション確立要求には、端末種別の識別情報が含まれている。ＷｉＭＡＸの場合には、端末種別の識別情報として、例えばＭＡＣヘッダのバージョン情報を利用してもよい。

次に、基地局において実行される受付判定処理について説明する。図１１は、受付判定処理のフローチャートの一例を示す図である。図１１に示すように、受付判定処理が開始され、基地局装置の送受信手段１が、端末から送られてきたコネクション確立要求を受信する（ステップＳ１１）と、送受信手段１は、そのコネクション確立要求をバッファ手段２を介して受付判定手段６に渡す。受付判定手段６は、コネクション確立要求メッセージを解読し、そのメッセージに含まれている各パラメータを抽出する。そして、要求されたコネクションの品質クラスを判定する（ステップＳ１２）。ここで、品質クラスの判定とは、品質クラス＝保証クラスであるか否かを判定する。ここで、保証クラスとは、帯域保証クラスである。

その判定の結果、帯域保証クラスである場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）には、さらに、端末種別判定手段４により端末の種別が移動端末であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。その判定の結果、移動端末である場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）には、要求された帯域を、最低速度の変調方式を用いて変調を行う場合に必要なリソース量に換算する（ステップＳ１４）。一方、固定端末である場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）には、コネクション確立要求メッセージにパラメータとして含まれていた無線チャネルの品質に基づいて、その品質で使用可能な変調方式を決定する。そして、要求された帯域を、その決定した変調方式を用いて変調を行う場合に必要なリソース量に換算する（ステップＳ１５）。なお、無線チャネルの品質は、コネクション確立要求メッセージとは別のメッセージで端末から基地局へ通知されてもよい。

ステップＳ１４またはステップＳ１５に続いて、受付判定手段６は、リソース管理手段５のコネクション管理テーブル７を参照し、ステップＳ１４またはステップＳ１５で求めたリソースの必要量よりも多くの空きリソース量が残っているか否かを判定する（ステップＳ１６）。十分な空きリソースがある場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１１でコネクション確立要求を受信したコネクションについてのリソースを予約し、スケジューリング手段３が帯域保証クラスのコネクションとして無線リソースを割り当てるように、コネクション管理テーブル７を設定する（ステップＳ１７）。

最後に、受付判定手段６は、受付判定の結果を含めたコネクション確立応答メッセージを作成し、そのメッセージをバッファ手段２および送受信手段１を介して端末へ送信し（ステップＳ１８）、受付判定処理を終了する。また、ステップＳ１２での判定の結果、要求されたコネクションの品質クラスが帯域保証クラスでない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）と、ステップＳ１６での判定の結果、空きリソースが足りない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）には、ステップＳ１８へ進み、コネクション確立応答メッセージを端末へ送信して、受付判定処理を終了する。

次に、基地局において実行される無線リソースの割り当てスケジューリング処理について説明する。図１２は、無線リソースの割り当てスケジューリング処理のフローチャートの一例を示す図である。図１２に示すように、無線リソースの割り当てスケジューリング処理が開始されると、まず、帯域保証を要求するコネクション（以下、帯域保証コネクションとする）に対するリソースの割り当て処理が実行される。この処理では、基地局装置のスケジューリング手段３は、リソース管理手段５のコネクション管理テーブル７を参照し、帯域保証コネクションが確立されているか否かを確認する（ステップＳ２１）。

その結果、帯域保証コネクションが確立されている場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）には、全ての帯域保証コネクション（図２に示す例の場合、Ｔ１〜Ｔ４の端末のコネクション）について、各コネクションごとに、以下のステップＳ２２〜Ｓ２５の無線リソースの割り当て処理ループを実行する。この処理ループでは、まず、バッファ手段２に、該当する帯域保証コネクション（例えば、端末Ｔ１のコネクション）の送信待ちデータが存在しているか否かを確認する（ステップＳ２２）。

その結果、送信待ちデータがある場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）には、コネクション管理テーブル７を参照し、このコネクションを使用している端末が移動端末であるか、または固定端末であるかを確認する（ステップＳ２３）。その結果、移動端末である場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）には、その時点の無線チャネルの品質で使用可能な変調方式を選択し、その変調方式を用いて変調を行う場合に、予約された帯域を保証するのに必要なスロット数を求め、フレーム上のスロットの割り当てを行う（ステップＳ２４）。

一方、固定端末である場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）には、コネクション確立時の変調方式を用いて変調を行う場合に、予約された帯域を保証するのに必要なスロット数を求め、フレーム上のスロットの割り当てを行う（ステップＳ２５）。残りの帯域保証コネクションについても、同様にしてスロットの割り当てを行う。

全ての帯域保証コネクションについて、スロットの割り当てが終了したら、続いて、品質クラスがベストエフォートであるコネクション（図２に示す例の場合、Ｔ５とＴ６の端末のコネクション、以下、ベストエフォートコネクションとする）に対するリソースの割り当て処理が実行される。また、ステップＳ２１での確認の結果、帯域保証コネクションが確立されていない場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）と、ステップＳ２２での確認の結果、帯域保証コネクションの送信待ちデータがない場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）も、ベストエフォートコネクションに対するリソースの割り当て処理へ進む。

この処理では、まず、スケジューリング手段３は、フレーム上に割り当てられていないスロットが残っているか否かを確認する。スロットが残っている場合には、さらにスケジューリング手段３は、コネクション管理テーブル７を参照し、ベストエフォートコネクションが確立されているか否かを確認する（ステップＳ２６）。その結果、ベストエフォートコネクションに割り当て可能なスロットが残っていない場合や、ベストエフォートコネクションが確立されていない場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）には、ベストエフォートコネクションに対するリソースの割り当て処理を行わずに、無線リソースの割り当てスケジューリング処理を終了する。

ベストエフォートコネクションが確立されており、かつ割り当て可能なスロットが残っている場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）には、スロットの割り当てを行う優先順位を決定する（ステップＳ２７）。そして、優先順位の高いベストエフォートコネクションから順に、以下のステップＳ２８〜Ｓ３０の無線リソースの割り当て処理ループを実行する。この処理ループでは、まず、バッファ手段２に、該当するベストエフォートコネクション（例えば、端末Ｔ５のコネクション）の送信待ちデータが存在しているか否かを確認する（ステップＳ２８）。

その結果、送信待ちデータがある場合（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）には、その時点の無線チャネルの品質で使用可能な変調方式を選択し、その変調方式を用いて変調を行う場合に、予約されたデータを送信するのに必要なスロット数を求め、フレーム上のスロットの割り当てを行う（ステップＳ２９）。そして、フレーム上に空きスロットが残っている間（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）は、残りのベストエフォートコネクションについても、同様にしてスロットの割り当てを行う。

フレーム上の全てのスロットが割り当て済みとなった場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、または全てのベストエフォートコネクションの送信待ちデータにスロットが割り当てられた場合（ステップＳ２８：Ｎｏ）には、ベストエフォートコネクションに対するリソースの割り当て処理が終了し、無線リソースの割り当てスケジューリング処理を終了する。このスケジューリング処理が終了すると、スケジューリング結果として、例えば図４または図６に示す例のような割り当てマップが作成される。バッファ手段２は、この作成されたマップに基づいて、無線フレームを作成する。そして、作成された無線フレームは、送受信手段１を介して基地局から端末へ送信される。以上の無線リソースの割り当てスケジューリング処理は、基本的には単位時間である１フレームごとに行われる。

次に、具体例を挙げて説明する。図１３は、端末と基地局のコネクションを確立する際の無線リソースの割り当て例を模式的に示す図である。図１３に示すように、無線基地局（ＢＳ）で割り当て可能な全リソース量が１００ｋスロットであり、ある時点で、移動端末Ｔ２が６４ＱＡＭの変調方式を使える領域内に存在し、固定端末Ｔ１と移動端末Ｔ３と移動端末Ｔ５が１６ＱＡＭの変調方式を使える領域内に存在し、固定端末Ｔ４と固定端末Ｔ６がＱＰＳＫの変調方式を使える領域内に存在しているとする。

また、６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭおよびＱＰＳＫの１シンボル当たりの送信ビット数をそれぞれ６ビット、４ビットおよび２ビットとする。固定端末Ｔ１、移動端末Ｔ２、移動端末Ｔ３、固定端末Ｔ４、移動端末Ｔ５および固定端末Ｔ６の順に通信を開始し、各端末は、それぞれ６０ｋｂｐｓの帯域保証を要求するものとする。この場合の受付判定結果は、次のようになる。

固定端末Ｔ１とのコネクションに対しては、１６ＱＡＭの変調方式を用いるので、６０ｋｂｐｓの帯域を保証するには、１５ｋスロットが必要である。従って、基地局は、このコネクションに対して１５ｋスロットのリソースを予約して、受け付けを許可する。移動端末Ｔ２とのコネクションに対しては、６４ＱＡＭの変調方式を用いることができる。しかし、移動端末Ｔ２の移動などによって、使用できる変調方式が最も低速なＱＰＳＫになる場合を想定して、このコネクションに対しては３０ｋスロットのリソースを予約し、受け付けを許可する。

移動端末Ｔ３とのコネクションに対しては、１６ＱＡＭの変調方式を用いることができるが、移動端末Ｔ２と同様の理由により、３０ｋスロットのリソースを予約し、受け付けを許可する。固定端末Ｔ４とのコネクションに対しては、ＱＰＳＫの変調方式を用いるので、６０ｋｂｐｓの帯域を保証するには、３０ｋスロットが必要である。しかし、既に固定端末Ｔ１、移動端末Ｔ２および移動端末Ｔ３に対して合計で７５ｋスロットのリソースが予約済みであるため、このコネクションに対しては残りの２５ｋスロットの無線リソースについて受け付けを許可する。これにより、固定端末Ｔ４は、５０ｋｂｐｓのスループットで通信を行うことができる。

移動端末Ｔ５および固定端末Ｔ６との各コネクションについては、既に上述した４つの帯域保証コネクションにより全ての無線リソースが予約済みであるため、帯域保証の要求は受け付られない、従って、これらのコネクションに対しては、ベストエフォートとしてコネクションが確立する。ここで、端末種別を区別せずに全て移動端末であるとしてリソースを割り当てると、例えば固定端末Ｔ１とのコネクションに対して、移動端末Ｔ２と同様の理由により、３０ｋスロットのリソースを予約し、受け付けを許可することになる。

この場合には、固定端末Ｔ１、移動端末Ｔ２および移動端末Ｔ３に対して合計で９０ｋスロットのリソースが予約済みであるため、固定端末Ｔ４とのコネクションに対しては残りの１０ｋスロットの無線リソースしか予約することができない。従って、固定端末Ｔ４は、２０ｋｂｐｓのスループットでしか通信を行うことができない。本実施の形態のように端末種別を区別することによって、無線リソースの利用効率が高くなり、基地局のスループットが向上する。

上述した無線リソースの予約に対して、実際には、移動端末Ｔ２とのコネクションに対して６４ＱＡＭの変調方式が用いられるので、このコネクションに使用されるリソースは、１０ｋスロットで済む。また、移動端末Ｔ３とのコネクションに対して１６ＱＡＭの変調方式が用いられるので、このコネクションに使用されるリソースは、１５ｋスロットで済む。従って、移動端末Ｔ２および移動端末Ｔ３のそれぞれについて、実際に使用しているリソース量が予約したリソース量よりも少なくなるので、余剰のリソースが発生する。

この例では、合計で３５ｋスロットのリソースが余ることになる。この余剰のリソースは、ベストエフォートコネクションとして受け付けられた移動端末Ｔ５および固定端末Ｔ６とのコネクションに割り当てられる。移動端末Ｔ５および固定端末Ｔ６にそれぞれ２０ｋスロットおよび１５ｋスロットのリソースを割り当てた例が、図２に示すコネクション管理テーブル７である。このようにすることによって、無線リソースを無駄にすることなく、有効に利用することができるので、帯域は保証されないが、より多くの端末が基地局と通信を行う機会が増えることになる。

図１３において、時間が経過し、移動端末Ｔ２と移動端末Ｔ３が例えば無線基地局から遠ざかったことによって、無線チャネルの品質が悪くなったとする。例えば、移動端末Ｔ２および移動端末Ｔ３との各コネクションに対してＱＰＳＫの変調方式が用いられる状態に変化したとする。この場合、これらのコネクションに使用されるリソースが、コネクション確立時に予約された３０ｋスロットに等しくなるので、固定端末Ｔ１、移動端末Ｔ２、移動端末Ｔ３および固定端末Ｔ４で合計１００ｋスロットのリソースを使用することになる。

従って、ベストエフォートコネクションとして受け付けられた移動端末Ｔ５と固定端末Ｔ６に対するリソースの割り当てはゼロになる。しかし、固定端末Ｔ１、移動端末Ｔ２、移動端末Ｔ３および固定端末Ｔ４の各コネクションについては、受け付けが許可されたときの帯域の保証が維持されていることになる。図３は、このときのコネクション管理テーブル７を示している。

なお、本実施の形態で説明した帯域制御方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。

（付記１）通信品質に応じて変調方式が切り替わる適応変調方式を用いて端末との間で通信を行う基地局装置において、
端末からの帯域予約要求を受信する受信手段と、
前記帯域予約要求に基づいて前記端末の種別を判定する端末種別判定手段と、
前記端末が、移動しないと見なし得る固定端末であると判定した場合、該固定端末の要求帯域を、該固定端末からの帯域予約要求を受信したときの変調方式を用いる場合に必要なリソース量に換算し、該リソース量に基づいて該固定端末からの帯域予約要求を受け付けるか否かを判定するとともに、前記端末が移動可能な移動端末であると判定した場合、該移動端末の要求帯域を、複数の変調方式のうちの低速な変調方式を用いる場合に必要なリソース量に換算し、該リソース量に基づいて該移動端末からの帯域予約要求を受け付けるか否かを判定する受付判定手段と、
を備えることを特徴とする基地局装置。

（付記２）前記移動端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについて、前記低速な変調方式を用いてデータの変調を行い、同移動端末とのデータ転送に必要なリソースを割り当てるスケジューリング手段、をさらに備えることを特徴とする付記１に記載の基地局装置。

（付記３）前記移動端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについて、前記低速な変調方式よりも高速な変調方式を用いることができるか否かを判定し、前記高速な変調方式を用いることができる場合に前記高速な変調方式を用いてデータの変調を行い、一方、前記高速な変調方式を用いることができない場合に前記低速な変調方式を用いてデータの変調を行い、同移動端末とのデータ転送に必要なリソースを割り当てるスケジューリング手段、
をさらに備えることを特徴とする付記１に記載の基地局装置。

（付記４）前記移動端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについて、前記低速な変調方式よりも高速な変調方式を用いることができるか否かを判定し、前記高速な変調方式を用いることができる場合に前記高速な変調方式を用いてデータの変調を行い、一方、前記高速な変調方式を用いることができない場合に前記低速な変調方式を用いてデータの変調を行い、同移動端末とのデータ転送に必要なリソースを割り当てるとともに、前記固定端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについて、要求帯域をリソース量へ換算したときの変調方式を用いてデータの変調を行い、同固定端末とのデータ転送に必要なリソースを割り当てるスケジューリング手段、
をさらに備えることを特徴とする付記１に記載の基地局装置。

（付記５）前記スケジューリング手段は、前記移動端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについて、前記高速な変調方式を用いてデータの変調を行う場合、同移動端末とのデータ転送に割り当てたリソース量と、前記低速な変調方式を用いた場合に必要となるリソース量との差分を、他の端末とのコネクションによるデータ転送に割り当てることを特徴とする付記３または４に記載の基地局装置。

（付記６）前記端末種別判定手段は、端末からの帯域予約要求に含まれるＭＡＣヘッダのバージョン情報に基づいて、該端末が移動端末であるか、または固定端末であるかを判定することを特徴とする付記１に記載の基地局装置。

（付記７）前記端末種別判定手段は、端末から移動端末であるという識別情報を受け取った場合に該端末を移動端末であると判定し、端末から端末種別の識別情報を受け取らない場合に該端末を固定端末であると判定することを特徴とする付記１に記載の基地局装置。

（付記８）前記端末種別判定手段は、端末から移動端末であるという識別情報を受け取った場合に該端末を移動端末であると判定し、端末から固定端末であるという識別情報を受け取った場合に該端末を固定端末であると判定することを特徴とする付記１に記載の基地局装置。

（付記９）前記端末種別判定手段は、端末から固定端末であるという識別情報を受け取った場合に該端末を固定端末であると判定し、端末から端末種別の識別情報を受け取らない場合に該端末を移動端末であると判定することを特徴とする付記１に記載の基地局装置。

（付記１０）通信品質に応じて変調方式が切り替わる適応変調方式を用いて基地局装置との間で通信を行う端末において、基地局装置に対して帯域予約要求を行う際に、自身が移動端末であるという識別情報を該基地局装置へ通知することを特徴とする端末。

（付記１１）通信品質に応じて変調方式が切り替わる適応変調方式を用いて基地局装置との間で通信を行う端末において、
基地局装置に対して帯域予約要求を行う際に、自身が固定端末であるという識別情報を該基地局装置へ通知することを特徴とする端末。

（付記１２）通信品質に応じて変調方式を切り替える適応変調方式により通信を行う際の帯域制御方法において、
端末からの帯域予約要求を受信するステップと、
前記端末の種別を判定するステップと、
前記端末が、移動しないと見なし得る固定端末であると判定した場合、該固定端末の要求帯域を、該固定端末からの帯域予約要求を受信したときの変調方式を用いる場合に必要なリソース量に換算し、該リソース量に基づいて該固定端末からの帯域予約要求を受け付けるか否かを判定するとともに、前記端末が移動可能な移動端末であると判定した場合、該移動端末の要求帯域を、複数の変調方式のうちの低速な変調方式を用いる場合に必要なリソース量に換算し、該リソース量に基づいて該移動端末からの帯域予約要求を受け付けるか否かを判定するステップと、
を含むことを特徴とする帯域制御方法。

（付記１３）前記移動端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについて、前記低速な変調方式を用いてデータの変調を行い、同移動端末とのデータ転送に必要なリソースを割り当てるステップ、をさらに含むことを特徴とする付記１２に記載の帯域制御方法。

（付記１４）前記移動端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについて、前記低速な変調方式よりも高速な変調方式を用いることができるか否かを判定するステップと、
前記高速な変調方式を用いることができる場合に前記高速な変調方式を用いてデータの変調を行い、一方、前記高速な変調方式を用いることができない場合に前記低速な変調方式を用いてデータの変調を行い、前記移動端末とのデータ転送に必要なリソースを割り当てるステップと、
をさらに含むことを特徴とする付記１２に記載の帯域制御方法。

（付記１５）前記移動端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについて、前記低速な変調方式よりも高速な変調方式を用いることができるか否かを判定するステップと、
前記高速な変調方式を用いることができる場合に前記高速な変調方式を用いてデータの変調を行い、一方、前記高速な変調方式を用いることができない場合に前記低速な変調方式を用いてデータの変調を行い、前記移動端末とのデータ転送に必要なリソースを割り当てるステップと、
前記固定端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについて、要求帯域をリソース量へ換算したときの変調方式を用いてデータの変調を行い、同固定端末とのデータ転送に必要なリソースを割り当てるステップと、
をさらに含むことを特徴とする付記１２に記載の帯域制御方法。

（付記１６）前記移動端末からの帯域予約要求を受け付けたコネクションについて、前記高速な変調方式を用いてデータの変調を行う場合、同移動端末とのデータ転送に割り当てられたリソース量と、前記低速な変調方式を用いた場合に必要となるリソース量との差分を、他の端末とのコネクションによるデータ転送に割り当てることを特徴とする付記１４または１５に記載の帯域制御方法。

以上のように、本発明にかかる基地局装置、端末および帯域制御方法は、適応変調方式を用いた通信システムにおいて帯域保証通信を行うために有用である。

本発明にかかる基地局装置の構成の一例を示す図である。 コネクション管理テーブルの一例を示す図である。 コネクション管理テーブルの一例を示す図である。 リソース割り当ての一例を示す図である。 リソース割り当ての一例を示す図である。 リソース割り当ての一例を示す図である。 リソース割り当ての一例を示す図である。 リソース割り当ての一例を示す図である。 リソース割り当ての一例を示す図である。 コネクション開始シーケンスを示す図である。 受付判定処理のフローチャートの一例を示す図である。 無線リソースの割り当てスケジューリング処理のフローチャートの一例を示す図である。 端末と基地局のコネクションを確立する際の無線リソースの割り当て例を模式的に示す図である。

符号の説明

ＢＳ 基地局
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５ 端末
１ 送受信手段
３ スケジューリング手段
４ 端末種別判定手段
６ 受付判定手段

Claims (7)

1. 通信品質に応じて変調方式が切り替わる適応変調方式を用いて端末との間で通信を行う基地局装置において、
   現時点の変調度より低い変調度の変調方式に基づいて、前記端末の通信帯域を決定する割当手段を備えることを特徴とする基地局装置。
2. 通信品質に応じて変調方式が切り替わる適応変調方式を用いて端末との間で通信を行う基地局装置において、
   前記端末の種別を判定する端末種別判定手段と、
   前記端末が第１の端末である場合の通信帯域を、現時点での変調方式に基づいて決定するとともに、前記端末が第２の端末である場合の通信帯域を、現時点の変調度より低い変調度の変調方式に基づいて決定する割当手段と、
   を備えることを特徴とする基地局装置。
3. 前記第１の端末は固定端末で、前記第２の端末は移動端末であることを特徴とする請求項２に記載の基地局装置。
4. 通信品質に応じて変調方式が切り替わる適応変調方式を用いて端末との間で通信を行う基地局装置において、
   前記端末からの帯域予約要求を受信する受信手段と、
   前記帯域予約要求に基づいて前記端末の種別を判定する端末種別判定手段と、
   前記端末の種別を固定端末と判定したときの要求帯域を、前記帯域予約要求を受信したときの変調方式に基づいて受け付けるとともに、前記端末の種別を移動端末と判定したときの要求帯域を、現時点より低速な変調方式に基づいて受け付ける割当手段と、
   を備えることを特徴とする基地局装置。
5. 端末とのコネクション時に、前記現時点での変調度の変調方式を用いることができるか否かを判定し、前記変調方式を用いることができる場合に前記変調方式を用いてデータの変調を行い、一方、前記変調方式を用いることができない場合に前記現時点での変調度より低い変調度の変調方式を用いてデータの変調を行い、前記端末とのデータ転送に必要な通信帯域を割り当てるスケジューリング手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の基地局装置。
6. 通信品質に応じて変調方式が切り替わる適応変調方式を用いて基地局装置との間で通信を行う端末において、
   前記基地局装置は、前記端末の通信帯域を、現時点での変調方式より低速な変調方式に基づいて通信帯域を決定する割当手段を備えており、
   前記基地局装置に対して自身が移動端末であるという識別情報を通知することを特徴とする端末。
7. 通信品質に応じて変調方式を切り替える適応変調方式により端末との間で通信を行う装置の帯域制御方法において、
   前記端末の通信帯域を、現時点より低速な変調方式に基づいて決定するステップを含むことを特徴とする帯域制御方法。

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