JP2003110485A - 無線チャネルスケジューリング方法及びその装置、移動通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同時に複数の移動局と通信可能なスマートア
ンテナ基地局に対応することができる無線チャネルスケ
ジューリング方法を提供する。 【解決手段】 同時に複数のビームを形成するスマート
アンテナを備えた無線基地局における下り送信先の複数
の移動局を選択する無線チャネルスケジューリング方法
であって、無線基地局のカバレッジ内に位置する移動局
に関して、ビームを向ける対象として選択可能な移動局
の組み合わせを求めるグループ化過程（ステップＳ１）
と、このグループ化過程で求められた複数のグループの
中から、通信サービス要求条件に最も合致するグループ
を選択し、このグループに含まれる移動局を同時に下り
送信する送信先として決定する最良グループ選択過程
（ステップＳ２）とを含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同時に複数の移動
局と通信可能なスマートアンテナ基地局に用いて好適な
無線チャネルスケジューリング方法及びその装置、該無
線チャネルスケジューリング方法を用いた移動通信シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネットの普及などによ
り、移動通信においても高速なデータ通信の実現が要望
されている。そして、この要望に応えるべく、高速なパ
ケット通信によりデータ転送可能な無線パケット移動通
信システムが実用化されつつある。このような無線パケ
ット移動通信システムとしては、例えば、標準化団体
「３ＧＰＰ２」による技術規格書「C.S0024 cdma2000 H
igh Rate Packet Data Air Interface Specification
s」に準拠した１ｘＥＶ−ＤＯシステムが知られてい
る。

【０００３】また、移動通信の需要は、益々増加してお
り、移動通信システムにおける一基地局当りの移動局収
容能力の向上が急務となっている。この課題を解決する
ために、スマートアンテナを適用した移動通信システム
が知られている。スマートアンテナとは、任意の移動局
に限定してビームを指向するものである。このスマート
アンテナの技術は、例えば、科学技術出版社刊行の「ア
レーアンテナによる適応信号処理」に記載されている。

【０００４】図１４は、スマートアンテナを備えた基地
局と移動局からなる移動通信システムについて説明する
ための図である。この図１４のシステムでは、スマート
アンテナを備えた基地局（スマートアンテナ基地局）１
００が、３台の移動局１０１〜１０３に向けて個別に、
スマートアンテナのビームＡ１〜Ａ３を同時に形成して
いる。スマートアンテナ基地局１００は、これらビーム
Ａ１〜Ａ３の到達範囲内にそれぞれ位置する移動局１０
１〜１０３と同時に通信することが可能である。

【０００５】他方、セクタアンテナを適用した移動通信
システムも知られている。この移動通信システムにおい
ては、基地局のアンテナ指向性を予め２つ以上の所定数
のセクタに分割する。このセクタは通常の基地局が提供
するセルに対応する。また、基地局はそのセクタ数分の
セクタアンテナ基地局設備を備えている。

【０００６】図１５は、セクタアンテナを備えた基地局
と移動局からなる移動通信システムについて説明するた
めの図である。この図１５のシステムでは、３セクタ分
のセクタアンテナ用基地局設備を備えた基地局（３セク
タ基地局）２００が、セクタアンテナのビームＢ１〜Ｂ
３を同時に形成している。３セクタ基地局２００は、こ
れらビームＢ１〜Ｂ３の到達範囲内にそれぞれ位置する
移動局１０１〜１０３と同時に通信することが可能であ
る。

【０００７】上記スマートアンテナを適用した場合とセ
クタアンテナを適用した場合とでは、（１）および
（２）に示す点においてスマートアンテナの方が優れて
いる。 （１）スマートアンテナを適用した方が、同一基地局に
収容された移動局相互間の干渉量が少ない。この理由
は、スマートアンテナ基地局がビーム毎にヌル（ビーム
の利得が少ない方向）を設定可能なことにある。すなわ
ち、ビーム毎に、電波が伝わってほしくない方向を指定
することができる。これにより、スマートアンテナ基地
局が、同時に形成するビーム間で互いにヌル方向を向け
合うことによって、移動局間の干渉を軽減することがで
きるようになる。

【０００８】一方、セクタ基地局は、ヌル方向を利用す
ることができない。したがって、隣り合うセクタ間の境
界付近ではビームが互いに干渉し合い、この結果、ＣＩ
Ｒ（希望波信号電力対干渉波信号電力比）が劣化して、
例えば、伝送速度が低下し、通信品質が悪くなる。この
ために、多数のセクタに分割して一セクタ当りの領域が
狭くなると、セクタ間の境界付近に移動局が位置する確
立が高くなり、良好な通信品質を維持することが可能な
範囲が少なくなってしまう。これは、多数のセクタに分
割して移動局収容能力の向上を図る際の障害となる。

【０００９】（２）スマートアンテナを適用した場合、
基地局内のハンドオーバが発生しない。この理由は、ス
マートアンテナ基地局が移動局の位置に応じてビームを
向ける方向を自在に設定可能なことにある。したがっ
て、移動局がスマートアンテナ基地局のカバレッジ（サ
ービス区域）内に位置する限り、基地局内のハンドオー
バは発生しない。

【００１０】一方、セクタ基地局が形成するセクタアン
テナのビームは、固定の領域を覆うものであって移動す
るものではない。したがって、移動局が移動してセクタ
間を横断する度に、基地局内のセクタ間ハンドオーバが
発生する。このセクタ間ハンドオーバは、セクタ数が増
加するほど発生しやすくなり、これによって、ハンドオ
ーバ用制御信号転送量の増加、セクタ切替に伴う通信遅
延量の増加などが生じる。さらに、ハンドオーバ処理用
の基地局リソース（ＣＰＵ処理能力、メモリ量など）の
消費量が増える。これも、多数のセクタに分割して移動
局収容能力の向上を図る際の障害となる。

【００１１】このように、セクタアンテナを適用した場
合、セクタ分割数の増加に伴って、通信品質の悪化や基
地局にかかる負荷の増大という問題が発生するので、一
基地局当りの移動局収容能力を思うように向上させるこ
とができない。実際には、一基地局当り６セクタ程度が
上限と言われている。

【００１２】一方、スマートアンテナを適用した場合に
は、例えば、基地局から見て１ビームの幅を３０度にす
ると、最大１２ビームまで同時に形成することが可能で
あり、セクタアンテナを適用した場合に比べて２倍の移
動局収容能力を有することになる。さらに、移動局相互
間の干渉量はヌル形成によって少なくすることができる
ので、通信品質面においても良好な状態を維持すること
が可能である。これらの理由から、移動通信システムに
おいて、一基地局当りの移動局収容能力を向上させるた
めには、スマートアンテナを適用することが有効であ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スマートア
ンテナを無線パケット移動通信システムに適用するため
には、スマートアンテナに対応したスケジューラ機能が
必要である。スケジューラ機能とは、無線パケット移動
通信システムにおいて無線チャネルを移動局に割当てる
機能である。具体的には、基地局のカバレッジ内に多数
の移動局が位置しており、且つ基地局における同時に通
信可能な移動局数がそのカバレッジ内の移動局数よりも
少ない場合に、基地局と通信する最適な移動局を選択す
る。

【００１４】従来のスケジューラ機能におけるスケジュ
ーリング方法としては、例えば、１ｘＥＶ−ＤＯシステ
ムのＰＦ（Proportional Fairness）スケジューラ手法
が知られている。このＰＦスケジューラ手法について
は、例えば「IEEE 国際会議,VTC 2000Spring 発表原稿
A.Japali,R.Padovani,R.Pankaj著、“Data throughputo
f CDMA-HDR a High Efficieney-High Data Rate Person
al Communication Wireless System”」に記載されてい
る。

【００１５】しかしながら、このＰＦスケジューラ手法
においては、１つの基地局が１台の移動局しか下り送信
対象にすることができず、同時に複数の移動局と通信可
能なスマートアンテナ基地局には対応していない。この
ため、スマートアンテナ基地局に適したスケジューリン
グ方法が要望されている。

【００１６】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、その目的は、同時に複数の移動局と通信可
能なスマートアンテナ基地局に対応することができる無
線チャネルスケジューリング方法及びその装置を提供す
ることにある。

【００１７】また、本発明は、その無線チャネルスケジ
ューリング方法を用いた移動通信システムを提供するこ
とも目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の無線チャネルスケジューリング
方法は、同時に複数のビームを形成するスマートアンテ
ナを備えた無線基地局における下り送信先の複数の移動
局を選択する無線チャネルスケジューリング方法であっ
て、前記無線基地局のカバレッジ内に位置する移動局に
関して、前記ビームを向ける対象として選択可能な移動
局の組み合わせを求めるグループ化過程と、このグルー
プ化過程で求められた複数のグループの中から、通信サ
ービス要求条件に最も合致するグループを選択し、この
グループに含まれる移動局を同時に下り送信する送信先
として決定する最良グループ選択過程とを含むことを特
徴としている。

【００１９】請求項２に記載の無線チャネルスケジュー
リング方法は、前記グループ化過程は、移動局間の方位
角差が所定角度以上であることを前記移動局の組み合わ
せの条件としてグループ化する処理を含み、前記所定角
度は、隣接して形成されるビーム間の干渉が通信品質に
影響しないような値として決定されることを特徴とす
る。

【００２０】請求項３に記載の無線チャネルスケジュー
リング方法は、前記グループ化過程は、前記無線基地局
のカバレッジ内に位置する移動局を頂点で表現し、同時
に選択することができない移動局間を枝で結ぶように表
現したグラフにおいて、該グラフ内に存在する頂点集合
の中から、極大独立頂点集合を求めることによって、前
記組み合わせを得る処理を含むことを特徴とする。

【００２１】請求項４に記載の無線チャネルスケジュー
リング方法は、前記最良グループ選択過程は、同時に下
り送信する移動局についての総合的な通信品質が最もよ
くなるグループを選択する処理を含むことを特徴とす
る。

【００２２】請求項５に記載の無線チャネルスケジュー
リング方法は、前記最良グループ選択過程は、前記選択
対象の１グループ内に含まれる移動局の通信品質の指標
となる評価関数値の総和を算出し、この総和が最大であ
るグループを前記総合的な通信品質が最もよくなるグル
ープとして決定する処理をさらに含むことを特徴とす
る。

【００２３】請求項６に記載の無線チャネルスケジュー
リング方法は、前記最良グループ選択過程は、グループ
内の移動局数が最大であるグループを選択する処理を含
むことを特徴とする。

【００２４】請求項７に記載の無線チャネルスケジュー
リング方法は、前記最良グループ選択過程は、所定低伝
送レートの移動局に関して、同時に下り送信先の移動局
として選択する台数を所定上限値以下に抑える処理を含
むことを特徴とする。

【００２５】請求項８に記載の無線チャネルスケジュー
リング方法は、前記最良グループ選択過程の処理を実行
する周期よりも長い周期で、前記グループ化過程の処理
を行うことを特徴とする。

【００２６】請求項９に記載の無線チャネルスケジュー
リング方法は、前記無線基地局のカバレッジを複数の領
域に分割するエリア分割過程をさらに含み、前記分割さ
れた領域毎に、前記グループ化過程の処理と前記最良グ
ループ選択過程の処理を実行することを特徴とする。

【００２７】請求項１０に記載の無線チャネルスケジュ
ーリング方法は、前記エリア分割過程は、前記複数の領
域についての移動局の存在密度を均等化するように、前
記カバレッジを分割する処理を含むことを特徴とする。

【００２８】請求項１１に記載の無線チャネルスケジュ
ーリング方法は、前記エリア分割過程は、前記複数の領
域についての境界を、動的に変更する処理を含むことを
特徴とする。

【００２９】請求項１２に記載の無線チャネルスケジュ
ーリング装置は、同時に複数のビームを形成するスマー
トアンテナを備えた無線基地局における下り送信先の複
数の移動局を選択する移動局選択処理を行う無線チャネ
ルスケジューリング装置であって、請求項１乃至請求項
１１のいずれかに記載の無線チャネルスケジューリング
方法により、前記移動局選択処理を実行する処理手段を
具備することを特徴としている。

【００３０】請求項１３に記載の移動通信システムは、
同時に複数のビームを形成するスマートアンテナを備え
た無線基地局と前記無線基地局のカバレッジ内に位置す
る複数の移動局とからなる移動通信システムであって、
前記無線基地局は、請求項１乃至請求項１１のいずれか
に記載の無線チャネルスケジューリング方法により、下
り送信先の複数の移動局を選択することを特徴としてい
る。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の一
実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形
態による移動通信システムの構成を示すブロック図であ
って、この移動通信システムには本発明の無線チャネル
スケジューリング方法が適用されている。この図１の移
動通信システムでは、スマートアンテナを備えた基地局
（スマートアンテナ基地局）１のカバレッジ（サービス
区域）内に複数（ｍ台）の移動局２−１〜ｍが位置して
いる。スマートアンテナ基地局１は、同時に複数のスマ
ートアンテナのビームを形成することができる。図１で
は、移動局２−１，４，ｍ−１に向けて個別に、スマー
トアンテナのビーム３−１，４，ｍ−１を同時に形成し
ている。スマートアンテナ基地局１は、これらビーム３
−１，４，ｍ−１の到達範囲内にそれぞれ位置する移動
局２−１，４，ｍ−１と同時に通信することが可能であ
る。

【００３２】上記移動局数ｍはスマートアンテナ基地局
１が同時に下り送信可能な移動局数ｎよりも大きな値で
ある。このｎの値は、スマートアンテナ基地局１が同時
に形成可能なビーム数に一致している。本実施形態にお
ける無線チャネルスケジューリング方法は、スマートア
ンテナ基地局１が、そのｍ台の移動局２−１〜ｍの中か
ら、同時に無線チャネルを割当てて下り送信する複数の
移動局を選択するためのものである。以下、この無線チ
ャネルスケジューリング方法について詳細に説明する。

【００３３】本実施形態の無線チャネルスケジューリン
グ方法は、図２のフローチャートに示すように、移動局
２−１〜ｍをグループ化するグループ化過程（図２のス
テップＳ１）と、複数のグループの中から最良のグルー
プを選択する最良グループ選択過程（図２のステップＳ
２）とから構成される。初めに、グループ化過程の処理
について説明する。このグループ化過程においては、移
動局２−１〜ｍの内、同時にスマートアンテナのビーム
を形成可能な移動局の組み合わせを求めて、グループ分
けを行う。同時にビームを形成可能な移動局の組み合わ
せの条件は、移動局間の方位角差が所定角度α以上とな
ることである。方位角差とは、スマートアンテナ基地局
１からみた移動局２−１〜ｍの方位間の角度差のことで
ある。図１においては、例えば、移動局２−１と移動局
２−２の間の方位角差はθ₁であり、移動局２−２と移
動局２−３の間の方位角差はθ₂である。また、移動局
２−１と移動局２−３の間の方位角差は（θ₁＋θ₂）と
なる。

【００３４】なお、所定角度αは、隣接して形成される
ビーム間の干渉が通信品質に影響しないような値に設定
される。例えば、移動局が基地局に要求した伝送レート
（要求伝送レート）を保証可能なように、所定角度αを
決定する。

【００３５】次いで、最良グループ選択過程において、
上記グループ化過程で求められたグループの中から、ス
マートアンテナ基地局１が、同時に無線チャネルを割当
てて下り送信する移動局のグループを選択する。この最
良グループ選択過程では、移動通信システムにおける通
信サービス要求条件に最も合致するグループを選択し、
このグループに含まれる移動局を同時に下り送信する送
信先移動局に決定する。

【００３６】例えば、通信品質を重視する場合には、同
時に下り送信する移動局についての総合的な通信品質が
最もよくなるグループを選択する。他方、同時に下り送
信する移動局の収容能力を重視する場合には、グループ
内の移動局数が最大であるグループを選択する。

【００３７】次に、通信品質を重視する場合を例にし
て、上記グループ化過程および最良グループ選択過程の
処理を具体的に説明する。図３は、スマートアンテナ基
地局１のカバレッジ内に位置する８台の移動局２−１〜
８の一覧を示す表である。この図３においては、移動局
２−１〜８に対して移動局番号（移動局ＮＯ）を１〜８
としている。また、図３には、移動局２−１〜８の方
位、評価関数値、同時に使えない移動局ＮＯが示されて
いる。

【００３８】評価関数値とは、通信品質の指標となる値
であって、この値が良いほど通信品質が良好となること
を示す。この評価関数値としては、１ｘＥＶ−ＤＯシス
テムで用いられている評価関数「ＤＲＣ／Ｒ」で算出さ
れる値を使用する。「ＤＲＣ」は、移動局からスマート
アンテナ基地局１へ通知された予測下りデータ通信速度
である。「Ｒ」は、過去においてスマートアンテナ基地
局１から移動局へ送信したデータ通信レートの平均値で
ある。

【００３９】同時に使えない移動局ＮＯは、移動局間の
方位角差が所定角度αに満たない移動局を示す。図３の
例では、所定角度αが１５度であり、移動局間の方位角
差が１５度未満の移動局が同時に使えない移動局とな
る。例えば、移動局ＮＯ２に関しては、移動局ＮＯ３と
の方位角差が１０度であるので、移動局ＮＯ３が同時に
使えない移動局ＮＯとなっており、他の移動局ＮＯ１、
４〜８については方位角差が２０度以上であるので同時
に使えること（同時にビーム形成が可能）となる。

【００４０】まず、図３に示す８台の移動局２−１〜８
についてグループ化を行う。ここでは、スマートアンテ
ナ基地局１が同時に下り送信可能な移動局数ｎが５とす
る。このグループ化処理において、移動局２−１〜８の
中から、移動局間の方位角差が２０度以上の組み合わせ
であって可能な限り多くの移動局を含む組み合わせ（但
し、最大数が５）を全て求める。このような組み合わせ
としては、図４に示す６通りが求められる。図４の各グ
ループには、組み合わせ可能な移動局ＮＯを示す。

【００４１】次いで、これら６つのグループの中から、
総合的に最も通信品質が良くなるグループを選択する。
この最良グループ選択過程の処理において、先ず、グル
ープ内の移動局についての評価関数値の総和を計算す
る。例えば、グループ（１，２，４，６，８）に関して
は、図３に示す移動局ＮＯ１，２，４，６，８の評価関
数値「１０」，「１０」，「１０」，「１０」，「３
０」を全て加算した値「７０」が評価関数値の和とな
る。

【００４２】この評価関数値の和が最大となるグループ
を最良のグループとして選択する。図４に示す例では、
グループ（１，２，４，６，８）の評価関数値「７０」
が最大値なので、このグループ（１，２，４，６，８）
が同時に下り送信する移動局として選択される。

【００４３】次に、上記グループ化処理を効率的に行う
方法を説明する。スマートアンテナ基地局１のカバレッ
ジ内に位置する移動局数が多数ある場合、移動局間の方
位角差が所定角度α以上となる移動局の組み合わせ数が
増大し、それら組み合わせを全て求めようとすると、そ
の処理量が膨大なものとなる。この結果、グループ化処
理に時間がかかってしまい実用上問題となる場合があ
る。このため、グループ化処理を効率的に行うようにし
て、その処理量を減らすことは重要である。

【００４４】そこで、集合理論を応用して、複数の移動
局の中から、移動局間の方位角差が所定角度α以上の組
み合わせであって可能な限り多くの移動局を含む組み合
わせを全て求めるようにすれば、効率的なグループ化が
可能である。集合理論とは、一般的に知られているもの
であって、頂点集合の中から極大独立頂点集合を求める
というものである。この極大独立頂点集合は、該極大独
立頂点集合を一部として含む他の集合が存在しないもの
として求められる。

【００４５】なお、極大独立頂点集合については、例え
ば、大山達雄著「情報処理実用シリーズ６ アルゴリズ
ム」に記載されているものが知られている。この記載に
基づき極大独立頂点集合について補足説明する。頂点集
合Ｖ＝｛１、・・・・ｎ｝と枝集合（辺集号と称する場
合もある）Ａ＝｛（ｉ，ｊ）｜ｉ∈Ｖ、ｊ∈Ｖ｝を有す
るグラフＧ＝（Ｖ，Ａ）が与えられている。グラフＧ＝
（Ｖ，Ａ）の頂点集合Ｉ⊆Ｖが、集合Ｉに含まれるどの
２頂点間にも枝（辺）が存在しないとき、頂点集合Ｉを
グラフＧ＝（Ｖ，Ａ）の独立頂点集合または内部安定集
合という。換言すると、「互いに枝で結ばれていない頂
点の集合」が独立頂点集合である。更に、自分自身の中
に他の独立頂点集合を含まない集合を、極大独立頂点集
合という。

【００４６】ここでは、スマートアンテナ基地局１のカ
バレッジ内に位置する移動局の集合を頂点集合とする。
また、移動局間の方位角差が所定角度α以上の組み合わ
せであって可能な限り多くの移動局を含む組み合わせを
極大独立頂点集合とする。

【００４７】上記極大独立頂点集合を求める解法として
は、例えば、大山達雄著「情報処理実用シリーズ６ ア
ルゴリズム」５．４．３節に記載されている「グラフの
極大独立頂点集合を求めるアルゴリズム」が知られてい
る。他には、遺伝的アルゴリズムを用いる解法などが知
られている。これらのアルゴリズムを使用して極大独立
頂点集合を求めるようにすれば、移動局間の方位角差が
所定角度α以上となる移動局の組み合わせを全て求めて
グループ化する場合に比して、少ない処理量でグループ
化することが可能である。

【００４８】以下、極大独立頂点集合を求める解法の一
例としてグラフ探索法（角度法）を用いた場合につい
て、図５〜図９を参照して説明する。先ず、スマートア
ンテナ基地局１から見た方位順に、移動局２−１〜ｍを
ソーティングしてラベルを付け、図５に示すような管理
テーブルを作成する。この図５の例では、方位０度を基
点として、ラベルを１から順に付与している。

【００４９】次いで、図６に示すフローチャートの流れ
にしたがって処理を実行する。初めに、図７に示すよう
に、各パラメータを初期設定する（図６のステップＳ１
１）。なお、図７に示すパラメータを以下のように定義
する。 解集合：解として発見された“互いに枝で結ばれていな
い頂点”を保持する集合である。 候補集合：解集合に含まれるいずれの頂点ともと枝でつ
ながっていない、全ての頂点からなる集合である。方位
順に連続する移動局の集合であり、head-移動局とtail-
移動局で表現する。 ＢＴ集合：既に、枝に接続して試した頂点の集合であ
り、バックトラックの判定に用いる頂点の集合である。

【００５０】次いで、ステップＳ１２において探索処理
を実行する。この探索処理では（Ａ−１）〜（Ａ−４）
の手順に従って、解集合に頂点を追加するとともに、候
補集合およびＢＴ集合を更新する。

【００５１】（Ａ−１）候補集合から解集合へ移動する
移動局（ラベル）を選択する。ここで、候補集合内の最
小ラベル値を有する移動局を、候補集合から解集合へ移
動する。 （Ａ−２）候補集合を更新する。ここで、（Ａ−１）に
おいて移動した頂点と辺で結ばれている頂点を、候補集
合から消去する。また、（Ａ−１）において解集合に移
動した移動局に対して角度差＜αの移動局を管理テーブ
ルから求め、候補集合から消去するように、候補集合の
head-移動局，tail-移動局を更新する。

【００５２】（Ａ−３）ＢＴ集合を更新する。ここで、
（Ａ−１）において移動した頂点と辺で結ばれている頂
点を、ＢＴ集合から消去する。また、（Ａ−１）におい
て解集合に移動した移動局に対して角度差＜αの移動局
を管理テーブルから求め、ＢＴ集合から消去するよう
に、ＢＴ集合のhead-移動局，tail-移動局を更新する
（但し、ＢＴ集合＝｛φ（空集合）｝のときは処理不
要）。 （Ａ−４）階層数を更新する。ここで、階層数Ｋに１加
算する。

【００５３】次いで、ステップＳ１３において解判定処
理を実行する。この解判定処理では、「候補集合＝ＢＴ
集合＝｛φ｝」なる式が満足された場合に、解集合が極
大独立頂点集合であると判定する。

【００５４】ステップＳ１３の解判定の結果、解ではな
かった場合にステップＳ１４のバックトラック必要判定
（ＢＴ判定）処理を実行する。ここで、「“ＢＴ集合に
含まれるある頂点”と辺でつながっている頂点∩候補集
合＝φ」なる式が満足された場合に、バックトラック実
行処理が必要と判断する。または、「ＢＴ集合のhead-
移動局と候補集合のhead-移動局の角度差がα以上」で
あった場合に、バックトラック実行処理が必要と判断す
る。または、「候補集合＝φ」なる式が満足された場合
に、バックトラック実行処理が必要と判断する。

【００５５】ステップＳ１４のＢＴ判定の結果、バック
トラック実行処理が必要な場合には、ステップＳ１５の
バックトラック実行処理を行う。なお、ステップＳ１３
の解判定の結果、解発見であった場合にも、ステップＳ
１５のバックトラック実行処理を行う。一方、バックト
ラック実行処理が不要な場合には、上記ステップＳ１２
へ戻る。ステップＳ１５のバックトラック実行処理にお
いては、まず、直前の探索時に解集合に追加された頂点
を、解集合からＢＴ集合へ移し、階層数Ｋから１減算す
る。次いで、探索継続の場合には上記ステップＳ１２へ
戻る。

【００５６】なお、階層間の移動は、再帰的（Self rec
ursive）処理により実行する。本解法をソフトウェアを
用いて実現する場合、そのソフトウェアは、自分自身を
呼び出して入れ子のループとして実行されることにな
る。解集合、候補集合、ＢＴ集合は、呼び出す毎に領域
確保されるため、階層毎に領域確保がなされることにな
る。これらの関係を図８を参照して説明する。

【００５７】まず、探索を行う場合、探索ルーチンを呼
び出す側の集合を、呼び出される側に複写する。次い
で、呼び出された側の集合に、上記探索手順における集
合の更新を実行する。但し、呼び出し側ルーチンが持つ
集合と、呼び出された側ルーチンが持つ集合は異なる。
このようにして、探索を行う場合の集合を作成する。

【００５８】次に，探索からバックトラックで帰ってき
た場合、探索ルーチンを呼び出した側の集合に、上記Ｂ
Ｔ実行手順における集合の更新を実行する。呼び出され
た側の集合は、領域を解放し、消滅させる。但し、消滅
させる前に、発見した解を記録しておく。

【００５９】図９は、上記図３に示す８台の移動局２−
１〜８について作成した管理テーブルの構成例を示す図
である。この図９の管理テーブルに基づいて、上記グラ
フ探索法により極大独立頂点集合を求めると、上記図４
に示す６通りの組み合わせをえることができる。このよ
うにグラフ探索法を用いて、無線基地局のカバレッジ内
に位置する移動局を頂点で表現し、同時に選択すること
ができない移動局間を枝（または辺と呼ばれる）で結ぶ
ように表現したグラフにおいて、該グラフ内に存在する
頂点集合の中から、極大独立頂点集合を求めることによ
って移動局の組み合わせを得るようにすれば、グループ
化にかかる処理量を減らすことが可能となり、その処理
時間を短縮することができる。

【００６０】なお、極大独立頂点集合として求められた
移動局の組み合わせには、スマートアンテナ基地局１に
ついての同時に下り送信可能な移動局数ｎが考慮されて
いない。すなわち、極大独立頂点集合内の移動局数がｎ
を超える場合がある。このため、最良グループ選択過程
の評価関数値の総和算出時に、極大独立頂点集合内の移
動局数がｎを超える場合には、評価関数値の大きい方か
ら順にｎ個の評価関数値の和を求めるようにする。

【００６１】また、グループ化処理においては、スマー
トアンテナ基地局１が同時に形成する隣接ビーム間で極
端な干渉を与え合わないように、移動局間の方位角差に
関して所定角度α以上という条件を付けているが、実際
の伝搬環境は複雑であるため、最良グループ選択過程に
おいて、評価関数値の和が最大となったグループについ
ての通信品質を再確認するようにしてもよい。

【００６２】図１０は、その最良グループ選択処理の流
れを示すフローチャートである。この図１０のフローチ
ャートに示す処理においては、まず、下り送信待ちデー
タが存在し、且つ要求伝送レート（ＤＲＣ）を受信する
ことができた移動局を選択する（図１０のステップＳ２
１）。次いで、グループ化処理により求められた極大独
立頂点集合から、この選択した移動局のみを残して他の
移動局を削除する（図１０のステップＳ２２）。

【００６３】なお、グループ化処理により求められた極
大独立頂点集合の元情報（削除前の情報）については、
別に保持しておくようにしてもよい。これは、グループ
化処理によって一度求められたグループ化の情報を使用
して、最良グループ選択処理を複数回行うことを考慮し
た処理である。

【００６４】次いで、極大独立頂点集合毎に、含まれる
移動局の評価関数値の和を求める。ここで、上述したよ
うに、極大独立頂点集合内の移動局数がｎを超える場合
には、評価関数値の大きい方から順にｎ個の評価関数値
の和を求めるようにする（図１０のステップＳ２３）。
次いで、評価関数値の和が最大となる極大独立頂点集合
を選択し、この集合内で、評価関数値の和を求める対象
となった移動局について、通信品質を予測する（図１０
のステップＳ２４）。

【００６５】次いで、評価関数値の和が最大となったグ
ループ内の全移動局の通信品質が、各移動局の要求伝送
レート以上であった場合に、当該極大独立頂点集合内の
評価関数値の和を求める対象となった移動局を下り送信
先として選択する（図１０のステップＳ２６、Ｓ２
８）。

【００６６】一方、要求伝送レートに満たない移動局が
見つかった場合には、再度、最良グループ選択処理を行
う。この場合、当該極大独立頂点集合の中から、最も干
渉源となっている移動局を除外して、評価関数値の上位
からｎ個の評価関数値の和を求め直し、その処理を上記
ステップＳ２４へ戻す（図１０のステップＳ２７）。こ
のように最良グループ選択処理を再実行する際には、処
理の順番を変更する等、新たな処理手順で行うようにし
てもよい。

【００６７】なお、上述した実施形態において、グルー
プ化処理の実行周期と最良グループ選択処理の実行周期
が異なるようにしてもよい。グループ化処理において、
移動局のグループ化はスマートアンテナ基地局１から見
た各移動局の方位がなす方位角差に基づいて行っている
が、この方位角差は短時間（１秒程度）では大きく変化
しないと考えられる。したがって、グループの更新を該
短時間毎に行うことは非能率的である。

【００６８】そこで、グループ化処理については、上記
集合問題を解く（極大独立頂点集合を求める）時間を要
することを考慮して、最良グループ選択処理の実行周期
よりも長い実行周期に設定する。例えば、１ｘＥＶ−Ｄ
Ｏシステムでは、最良グループ選択処理の実行周期を、
下り送信スロット単位（１／６００秒）とし、グループ
化処理の実行周期を数秒とする。これにより、グループ
化処理によって一度求められたグループ化の情報を使用
して、最良グループ選択処理を複数回行うことになる。
このようにすれば、極大独立頂点集合の更新を能率的に
実行し、グループ化処理にかかる処理量を軽減すること
が可能となる。

【００６９】また、上述した実施形態において、スマー
トアンテナ基地局１のカバレッジ（サービス区域）を複
数の領域に分割し、これら分割した領域毎に独立して本
実施形態の無線チャネルスケジューリング方法を適用す
るようにしてもよい。これは、特に、基地局配下の移動
局数が非常に多い場合において、スケジューリングにか
かる負荷を分散し、処理時間を短縮するのに有効であ
る。以下、図１１〜図１３を参照して、このカバレッジ
のエリア分割方法について説明する。

【００７０】図１１は、カバレッジのエリア分割方法の
概念を説明するための図である。図１１に示すように、
スマートアンテナ基地局１のカバレッジ内において、移
動局が多数存在している混雑地域と移動局数が少ない閑
散地域とが有る場合に、例えば、エリア分割数が４つに
設定されていると、移動局の存在密度を均等化するよう
に、カバレッジ内を４つのエリア１〜４に分割する。さ
らに、このエリア分割範囲を移動局の存在密度の変化に
応じて動的に変更する。

【００７１】図１２は、このエリア分割処理の流れを示
すフローチャートである。この図１２のフローチャート
に示すように、まず、基地局配下の移動局数Ｘとエリア
分割数Ｙが与えられると、移動局数Ｘをエリア分割数Ｙ
で除して１エリア当りの移動局数Ｚを求める（図１２の
ステップＳ３１）。次いで、カバレッジ内を探索する方
位角の基点となる方角を決定する（図１２のステップＳ
３２）。

【００７２】この方角から方位角を、例えば、時計回り
に増していき、１移動局が存在する位置を通過する度に
通過移動局数を１ずつカウントアップして、通過移動局
数を計数する。この通過移動局数が１エリア当りの移動
局数Ｚに一致するまで計数を行い、一致した時点までの
計数対象移動局を１エリア内の移動局として扱うように
決定する。次いで、通過移動局数を０に初期化して、方
位角の基点に戻るまで、この処理を繰り返す（図１２の
ステップＳ３３）。この結果、カバレッジ内に存在する
全ての移動局が、Ｙ個のエリアのいずれかのエリアに属
するようになる。

【００７３】なお、このエリア分割処理の実行契機につ
いては、上記グループ化処理の実行契機に合わせるよう
にしてもよい。この場合、エリア分割処理をグループ化
処理実行の直前に行うようにする。

【００７４】また、エリア分割を実施した場合、エリア
毎に独立で最良グループ選択処理等が実行されることに
なるが、ここで考慮すべき点について図１３を参照して
説明する。図１３に示すように、カバレッジ内が４つの
エリアＡ〜Ｄに分割されている場合に、エリアＡ，Ｃに
ついてのスケジューリングをエリアＤよりも先に実行す
ると、エリアＤが使用可能な方位角の幅が狭くなってし
まう。これは、エリアＡ，Ｃにおいてスケジューリング
した結果、エリアＤとの境界付近に位置する移動局を選
択すると、エリアＤ内においてスケジューリングする
際、エリアＡ，Ｃで選択された移動局との方位角度差が
所定方位角度差α未満の移動局が、ビーム間干渉の影響
を避けるために、選択されないことによる。

【００７５】これに対処するために、エリア分割を実施
した場合には、スケジューリングを行うエリアの順番を
以下の基準１または基準２に準じて決定する。 基準１：基地局から見たエリア内の角度幅が狭いエリア
から先に、スケジューリングを行う。角度幅が狭いエリ
アは、隣接エリアの影響が顕著に現れるので、優先して
スケジューリングを実行することにより救済する。 基準２：エリア内に存在する移動局の評価関数値の総和
を求めて、総和が大きいエリアから先にスケジューリン
グを行う。

【００７６】また、上述したエリア分割処理時のカバレ
ッジ内を探索する方位角の基点（図１２のステップＳ３
２で決定する方角）を、動的に変更するようにしてもよ
い。エリア間の境界付近に位置する移動局は、隣接エリ
アの影響を受けて、下り送信先の移動局として選択され
にくくなる可能性がある。例えば、上記図１３におい
て、エリアＡ，Ｃの方が連続して、エリアＤよりも優先
してスケジューリングがなされると、実質的にエリアＤ
の範囲が狭まることになる。この結果、狭まった地域に
位置するエリアＤ内の移動局は、下り送信先として選択
されづらくなる。

【００７７】このような状況を避けるために、カバレッ
ジ内を探索する方位角の基点を動的に変化させること
で、分割されたエリア間の境界位置が一定にならないよ
うに制御する。例えば、エリア分割処理実行毎に、一様
乱数を発生させて、該基点となる方角をランダムに決定
する。

【００７８】また、上述した実施形態において、低伝送
レートしか利用できない移動局に関し、同時に下り送信
先の移動局として選択する台数に上限値ｐを設けるよう
にしてもよい。これは、低伝送レートの移動局ばかり選
択することによって基地局全体の伝送スループットが低
下することを防ぐために行う。このために、上記最良グ
ループ選択処理において、グループ化処理により求めら
れたグループ（例えば、極大独立頂点集合として求めら
れたグループ）に含まれる移動局の評価関数値の総和を
算出する際に、低伝送レートの移動局ばかりを選択する
ことのないよう考慮して行う。

【００７９】例えば、たとえ評価関数値が大きくても、
要求伝送レートが所定値よりも小さいｐ台目以降の移動
局については、評価関数値の和を求める対象に含めない
ようにする。これにより、要求伝送レートが所定値より
も小さいｐ台目以降の移動局は同時に下り送信する移動
局として選択されなくなるので、低伝送レートの移動局
ばかりを選択することはなく、基地局全体の伝送スルー
プットの低下を防止することができる。

【００８０】なお、上述した実施形態の無線チャネルス
ケジューリング方法を実現する際には、スマートアンテ
ナ基地局１に上記無線チャネルスケジューリング方法の
各過程の処理を行う無線チャネルスケジューリング装置
を備えるようにする。この無線チャネルスケジューリン
グ装置は、下り送信先の複数の移動局を選択する移動局
選択処理を行う装置であって、上記無線チャネルスケジ
ューリング方法により、該移動局選択処理を実行する処
理手段を具備するものである。

【００８１】また、この処理手段は、専用のハードウェ
アにより実現されるものであってもよく、また、メモリ
およびＣＰＵ（中央処理装置）等により構成され、無線
チャネルスケジューリング機能を実現するためのプログ
ラムをメモリにロードして実行することによりその機能
を実現させるものであってもよい。

【００８２】以上、本発明の実施形態を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られ
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
変更等も含まれる。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
無線基地局のカバレッジ内に位置する移動局に関して、
ビームを向ける対象として選択可能な移動局の組み合わ
せを求め、この求められた複数のグループの中から、通
信サービス要求条件に最も合致するグループを選択し、
このグループに含まれる移動局を同時に下り送信する送
信先として決定するようにしたので、同時に複数の移動
局と通信可能なスマートアンテナ基地局に対応すること
ができる。

【００８４】これにより、移動通信システムにスマート
アンテナを適用し、セクタアンテナによっては成し遂げ
られなかった一基地局当りの移動局収容能力の改善を実
現することができるという効果が得られる。さらに、ス
マートアンテナ適用時には、基地局内のハンドオーバが
不要となり、また、同一基地局に収容された移動局相互
間の干渉量を低減可能となるので、基地局と移動局との
間の伝送スループットの改善等の効果も得られる。

【００８５】また、請求項２に記載の発明によれば、移
動局間の方位角差が所定角度以上であることを移動局の
組み合わせの条件としてグループ化し、該所定角度を隣
接して形成されるビーム間の干渉が通信品質に影響しな
いような値として決定するようにしたので、選択された
移動局に対する通信品質を良好に保つことができるとい
う効果が得られる。

【００８６】また、請求項３に記載の発明によれば、無
線基地局のカバレッジ内に位置する移動局を頂点で表現
し、同時に選択することができない移動局間を枝で結ぶ
ように表現したグラフにおいて、該グラフ内に存在する
頂点集合の中から、極大独立頂点集合を求めることによ
って移動局の組み合わせを得るようにしたので、グルー
プ化にかかる処理量を減らすことが可能となり、その処
理時間を短縮することができる。

【００８７】また、請求項４に記載の発明によれば、同
時に下り送信する移動局についての総合的な通信品質が
最もよくなるグループを選択するようにしたので、通信
品質を重視するような通信サービスを実現することが可
能となる。

【００８８】また、請求項５に記載の発明によれば、選
択対象の１グループ内に含まれる移動局の通信品質の指
標となる評価関数値の総和を算出し、この総和が最大で
あるグループを総合的な通信品質が最もよくなるグルー
プとして決定するようにしたので、定量的な判断によっ
てグループ選択を行うことが可能となり、最良グループ
選択結果の信頼度を向上することができる。

【００８９】また、請求項６に記載の発明によれば、グ
ループ内の移動局数が最大であるグループを選択するよ
うにしたので、同時に下り送信する移動局の収容能力を
重視するような通信サービスを実現することが可能とな
る。

【００９０】また、請求項７に記載の発明によれば、所
定低伝送レートの移動局に関して、同時に下り送信先の
移動局として選択する台数を所定上限値以下に抑えるよ
うにしたので、低伝送レートの移動局ばかりを選択する
ことはなく、基地局全体の伝送スループットの低下を防
止することができる。

【００９１】また、請求項８に記載の発明によれば、最
良グループ選択処理を実行する周期よりも長い周期でグ
ループ化処理を行うようにしたので、グループ化処理に
よって一度求められたグループ化の情報を使用して、最
良グループ選択処理を複数回行うことが可能となる。こ
の結果、移動局グループの更新を能率的に実行し、グル
ープ化処理にかかる処理量を軽減することができるとい
う効果が得られる。

【００９２】また、請求項９に記載の発明によれば、無
線基地局のカバレッジを複数の領域に分割し、この分割
された領域毎に、グループ化処理と最良グループ選択処
理を実行するようにしたので、スケジューリングにかか
る負荷を分散し、処理時間を短縮することができる。

【００９３】また、請求項１０に記載の発明によれば、
複数の領域についての移動局の存在密度を均等化するよ
うに、カバレッジを分割するようにしたので、分割した
各領域に関するスケジューリングにかかる負荷を均等化
し、各領域に関するスケジューリング処理に必要な能力
を同等なものにすることが可能となる。この結果、個々
の処理手段に必要な処理能力を軽減することができるの
で、実用化が容易になるという効果が得られる。

【００９４】また、請求項１１に記載の発明によれば、
複数の領域についての境界を、動的に変更するようにし
たので、分割された領域間の境界位置が一定にはならな
い。これにより、特定領域間の境界付近に位置する移動
局が、隣接領域の影響を受けて、下り送信先の移動局と
して選択されにくくなることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による移動通信システム
の構成を示すブロック図である。

【図２】 同実施形態における無線チャネルスケジュー
リング方法の処理の流れを示すフローチャートである。

【図３】 同実施形態における無線チャネルスケジュー
リング方法を説明するための第１の図である。

【図４】 同実施形態における無線チャネルスケジュー
リング方法を説明するための第２の図である。

【図５】 同実施形態におけるグラフ探索法（角度法）
を用いたグループ化処理を説明するための第１の図であ
る。

【図６】 同実施形態におけるグラフ探索法（角度法）
を用いたグループ化処理の流れを示すフローチャートで
ある。

【図７】 同実施形態におけるグラフ探索法（角度法）
を用いたグループ化処理を説明するための第２の図であ
る。

【図８】 同実施形態におけるグラフ探索法（角度法）
を用いたグループ化処理を説明するための第３の図であ
る。

【図９】 同実施形態におけるグラフ探索法（角度法）
を用いたグループ化処理を説明するための第４の図であ
る。

【図１０】 同実施形態における最良グループ選択処理
の流れを示すフローチャートである。

【図１１】 同実施形態におけるカバレッジ（サービス
区域）のエリア分割方法について説明するための第１の
図である。

【図１２】 同実施形態におけるカバレッジのエリア分
割方法の処理の流れを示すフローチャートである。

【図１３】 同実施形態におけるカバレッジのエリア分
割方法について説明するための第２の図である。

【図１４】 スマートアンテナを備えた基地局と移動局
からなる移動通信システムについて説明するための図で
ある。

【図１５】 セクタアンテナを備えた基地局と移動局か
らなる移動通信システムについて説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ スマートアンテナ基地局 ２−１〜ｍ 移動局 ３−１〜ｍ スマートアンテナのビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 隆 埼玉県上福岡市大原２丁目１番15号 株式 会社ケイディーディーアイ研究所内 (72)発明者 天野 良晃 埼玉県上福岡市大原２丁目１番15号 株式 会社ケイディーディーアイ研究所内 Ｆターム(参考） 5K067 AA03 DD45 EE02 EE10 EE22 EE43 EE55 GG01 HH21 KK02

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同時に複数のビームを形成するスマート
   アンテナを備えた無線基地局における下り送信先の複数
   の移動局を選択する無線チャネルスケジューリング方法
   であって、 前記無線基地局のカバレッジ内に位置する移動局に関し
   て、前記ビームを向ける対象として選択可能な移動局の
   組み合わせを求めるグループ化過程と、 このグループ化過程で求められた複数のグループの中か
   ら、通信サービス要求条件に最も合致するグループを選
   択し、このグループに含まれる移動局を同時に下り送信
   する送信先として決定する最良グループ選択過程と、 を含むことを特徴とする無線チャネルスケジューリング
   方法。
2. 【請求項２】 前記グループ化過程は、 移動局間の方位角差が所定角度以上であることを前記移
   動局の組み合わせの条件としてグループ化する処理を含
   み、 前記所定角度は、隣接して形成されるビーム間の干渉が
   通信品質に影響しないような値として決定されることを
   特徴とする請求項１に記載の無線チャネルスケジューリ
   ング方法。
3. 【請求項３】 前記グループ化過程は、 前記無線基地局のカバレッジ内に位置する移動局を頂点
   で表現し、同時に選択することができない移動局間を枝
   で結ぶように表現したグラフにおいて、該グラフ内に存
   在する頂点集合の中から、極大独立頂点集合を求めるこ
   とによって、前記組み合わせを得る処理を含むことを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載の無線チャネル
   スケジューリング方法。
4. 【請求項４】 前記最良グループ選択過程は、 同時に下り送信する移動局についての総合的な通信品質
   が最もよくなるグループを選択する処理を含むことを特
   徴とする請求項１に記載の無線チャネルスケジューリン
   グ方法。
5. 【請求項５】 前記最良グループ選択過程は、 前記選択対象の１グループ内に含まれる移動局の通信品
   質の指標となる評価関数値の総和を算出し、この総和が
   最大であるグループを前記総合的な通信品質が最もよく
   なるグループとして決定する処理をさらに含むことを特
   徴とする請求項４に記載の無線チャネルスケジューリン
   グ方法。
6. 【請求項６】 前記最良グループ選択過程は、 グループ内の移動局数が最大であるグループを選択する
   処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線チャ
   ネルスケジューリング方法。
7. 【請求項７】 前記最良グループ選択過程は、 所定低伝送レートの移動局に関して、同時に下り送信先
   の移動局として選択する台数を所定上限値以下に抑える
   処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線チャ
   ネルスケジューリング方法。
8. 【請求項８】 前記最良グループ選択過程の処理を実行
   する周期よりも長い周期で、前記グループ化過程の処理
   を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれ
   かの項に記載の無線チャネルスケジューリング方法。
9. 【請求項９】 前記無線基地局のカバレッジを複数の領
   域に分割するエリア分割過程をさらに含み、 前記分割された領域毎に、前記グループ化過程の処理と
   前記最良グループ選択過程の処理を実行することを特徴
   とする請求項１乃至請求項８のいずれかの項に記載の無
   線チャネルスケジューリング方法。
10. 【請求項１０】 前記エリア分割過程は、 前記複数の領域についての移動局の存在密度を均等化す
    るように、前記カバレッジを分割する処理を含むことを
    特徴とする請求項９に記載の無線チャネルスケジューリ
    ング方法。
11. 【請求項１１】 前記エリア分割過程は、 前記複数の領域についての境界を、動的に変更する処理
    を含むことを特徴とする請求項９または請求項１０に記
    載の無線チャネルスケジューリング方法。
12. 【請求項１２】 同時に複数のビームを形成するスマー
    トアンテナを備えた無線基地局における下り送信先の複
    数の移動局を選択する移動局選択処理を行う無線チャネ
    ルスケジューリング装置であって、 請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の無線チャネ
    ルスケジューリング方法により、前記移動局選択処理を
    実行する処理手段を具備することを特徴とする無線チャ
    ネルスケジューリング装置。
13. 【請求項１３】 同時に複数のビームを形成するスマー
    トアンテナを備えた無線基地局と前記無線基地局のカバ
    レッジ内に位置する複数の移動局とからなる移動通信シ
    ステムであって、 前記無線基地局は、請求項１乃至請求項１１のいずれか
    に記載の無線チャネルスケジューリング方法により、下
    り送信先の複数の移動局を選択することを特徴とする移
    動通信システム。