JP2005252521A

JP2005252521A - パケットスケジュール方法及び無線通信装置

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Publication number: JP2005252521A
Application number: JP2004058454A
Authority: JP
Inventors: Kenzaburo Fujishima; 堅三郎藤嶋; Mikio Kuwabara; 幹夫桑原; Masanori Taira; 正憲平良; Koji Meguro; 浩二目黒; Toru Okamoto; 亨岡本
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Communication Technologies Ltd; Hitachi Advanced Systems Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Communication Technologies Ltd; Hitachi Advanced Systems Corp
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: CN1665169A; US7359735B2; JP4241440B2; CN1665169B; US20050197162A1

Abstract

【課題】固定ビームを出力する無線通信装置に適用する自セル内干渉を考慮した空間多重数の適応制御技術の確立によるセルスループット向上と、同技術の高速処理。
【解決手段】自セル内干渉を考慮した空間多重数及び固定ビームの組み合わせ選択に関する適応制御技術に関しては、固定ビーム間の相互相関量を参照して固定ビームの組み合わせを選択するパケットスケジュール方法が課題解決の鍵である。一方、同技術の高速処理に関しては、アレイ重みを固定値してメモリに格納し、メモリを参照することで固定ビームを出力する無線通信装置を用いることが鍵である。固定ビームとすることで、各端末に対するアレイ重みの計算量削減が図られる。また、アレイ重みが固定値であることから、固定ビーム間の相互干渉量も固定値となるため、高速な上記適応制御技術を提供することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、下り通信で基地局の指向性利得を制御するセルラシステムにおいて、パケットをスケジュールする方法及び装置に関する。

特開2003-110486号公報（特許文献１）では、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が示されている。
この従来例では、通信品質の良い端末から順に空間チャネルを割り当てて、下り信号を多重送信している。空間多重によって生じる干渉はスマートアンテナによりヌルを生成して抑えている。また、アレイアンテナの指向性パタンを端末の移動に追従することで端末のセル内ハンドオーバーが不要であることを特徴としている。この特徴は、指向性パタンが端末に追従するよう、頻繁に更新されていることを示唆している。

実際の下り通信では、信号の送信先である端末と、同信号が干渉となる端末の位置関係が変動するため、指向性パタンのビームとヌルの向きを頻繁に更新する必要があると考えられる。セル内全ユーザの指向性パタンを頻繁に更新することは、基地局装置にとって大きな計算負担となる。これにより、指向性パタンの更新周期が伝搬環境変動に追従できなくなるという課題が生じる。

特開2003-110486号公報

従来技術の課題は、基地局装置が出力できる指向性パタンを固定パタンとし、指向性パタンの更新演算を無くすことである程度解決する。本発明は、固定指向性（ビーム）パタンを出力する無線通信装置（基地局装置も含む）での運用を前提としている。
その上で本発明の狙いは２つある。(1)セルラシステムにおける下り信号の空間多重によりセルスループットを向上させることと、(2)高速な処理で空間多重を実現することである。

上記(1)は、基地局装置にスマートアンテナを搭載し、指向性ビームにより下り信号を送信することで実現可能である。ただし、空間多重数を増加させるほど、また空間多重に用いる固定ビームの組み合わせにより自セル内の干渉が増大するため、１多重信号毎のスループットは低下し、セルスループットは飽和または低下すると見込まれる。従って、セルスループットを最大化する空間多重数、及び固定ビームの組み合わせを見極める必要がある。

セルスループットを最大化する空間多重数及び固定ビームの組み合わせは、端末配置（セル内に均等に分散しているか偏りがあるか）や伝搬路の状態によって時々刻々と変化すると考えられる。従って、最適な空間多重数及び固定ビームの組み合わせを動的に制御する必要がある。空間多重数増と、それに伴う多重信号間の干渉増は、セルスループットをそれぞれ増加及び低下させるトレードオフの関係にある。上記制御とは、このトレードオフの最適点を求める演算に相当する。
以上より、上記(1)から固定ビームを出力する無線通信装置における、自セル内干渉を考慮した空間多重数及び固定ビームの組み合わせ選択に関する適応制御技術の確立が課題として挙げられる。

上記(2)は、上記適応制御技術を高速で実現することを意味している。例えばcdma20001xEV-DOシステムでは、下り信号は1.67ミリ秒間隔で次々と送信されるため、上記適応制御もその送信タイミング毎に実施されることが望ましい。なぜなら、適応制御結果を一定時間ホールドすると仮定すると、適応制御を実施した時点では最適解でも、時間経過に伴い最適解では無くなるためである。
上記の通り短い周期で適応制御を実現するためには、適応制御の高速化が求められる。

上記課題は、以下のパケットスケジュール方法、並びにそれを実現する無線通信装置によって解決される。
本願発明のパケットスケジュール方法は、端末と無線通信装置との間の伝送路状態と、端末ＩＤと固定ビームＩＤとの対応情報、及び固定ビーム間の相互相関量を参照して固定ビームの組み合わせを選択し、各固定ビーム内でパケット送信に最適な端末を選択することを特徴とする。

これを実現するための無線通信装置は、固定ビームのアレイ重みを記録する手段と、固定ビーム間の相互干渉量を記録する手段と、端末ＩＤに固定ビームＩＤを割り当てる手段と、両ＩＤを関連付けて記録する手段と、パケット送信の伝送速度を決定する手段と、パケット送信対象となる端末のＩＤと固定ビームのＩＤを決定するスケジュール手段と、パケットを生成する手段を具備する。

自セル内干渉を考慮した空間多重数及び固定ビームの組み合わせ選択に関する適応制御技術に関しては、固定ビーム間の相互相関量を参照して固定ビームの組み合わせを選択するパケットスケジュール方法が鍵である。一方、同技術の高速処理に関しては、アレイ重みを固定値としてメモリに格納し、メモリを参照することで固定ビームを出力する無線通信装置を用いることが鍵である。固定ビームとすることで、各端末に対するアレイ重みの計算量削減が図られる。また、アレイ重みが固定値であることから、固定ビーム間の相互干渉量も固定値となるため、高速な上記適応制御技術を提供することが可能となる。

固定ビームを出力する無線通信装置におけるパケットスケジュール方法であって、固定ビーム間の相互干渉を考慮した固定ビームの組み合わせ選択方法、並びに固定ビームの相互干渉やアレイ重みを予めメモリに設定しておく無線通信装置により、セルスループットの向上及び無線通信装置での計算負荷が低減する。

まず、本発明の前提となる固定ビームの形成方法と、相互干渉の概念について説明する。え
図１（ａ）は固定ビームを出力する無線通信装置の概念図である。無線通信装置11は、予め指向性パタンが定められた固定ビーム31をN個のアレイアンテナ素子を用いて出力する。無線通信装置11は、各固定ビーム31で送信を行うために各アレイアンテナ素子に持たせる重みの組み合わせ（Weight1, Weight2, ．．．,WeightN）を、各固定ビームのID(Beam ID, 以下BIDと略記)と対応付けて予めメモリに記憶している。これらの情報を格納したアレイ重みテーブル32を図１（b）に示す。無線通信装置11は固定ビームのＩＤをもとにアレイ重みテーブル32を参照し、その固定ビームで送受信を行うために各アレイアンテナ素子に持たせる重みの集合であるアレイ重みが読み出される。図１の例で、端末装置21に信号を送信する場合、BID＝１としてアレイ重みテーブル32を参照して読み出されるアレイ重みをアレイアンテナにセットするとBID = 1の指向性ビームが形成され、端末装置21への狭ビーム送信が可能となる。

図２は固定ビーム間の相互干渉の説明を示している。同図は、３つの固定ビーム(BID=1,2,3)の指向性パタンを示している。横軸は角度、縦軸は利得である。各固定ビームはカバー範囲を持ち、基地局からみて同範囲の角度方向に存在する端末装置へのパケット送信に使用される。
ここで、BID=1,2の固定ビームを同時に出力することを考える。BID=1で送信されるパケットにとって、BID=2で送信されるパケットは干渉となる。従って、BID=1を所望ビームとした時、BID=2による相互干渉は同図丸で囲われた部分である。BID=3は出力されないため、干渉としてカウントしない。相互干渉量として上記丸で囲われた部分の期待値、最大値を充てることが考えられる。

次に、BID=1,2,3の固定ビームを同時に出力することを考える。BID=1で送信されるパケットにとって、BID=2,3で送信されるパケットは干渉となる。従って、BID=1を所望ビームとした時、BID=2,3による相互干渉を加算しなければならない。

図８は、本発明による無線通信装置の構成例を示している。無線通信装置は、アレイアンテナ201と、該無線通信装置のカバレッジ内の端末にパケット送信で使用する該固定ビームのＩＤ(Beam ID, 以下BIDと略記)を割り当てるBID割り当て部202と、BID割り当て部202で関連付けられた端末のＩＤ(Mobile ID, 以下MIDと略記)とBIDを記録するＩＤ記録部206と、固定ビームを実現するアレイ重みを記録しておくアレイ重み記録部203と、アレイ重みに対応するBIDの組み合わせと相互干渉量を対応付けて記録する相互干渉記録部207と、無線通信装置と端末との間の伝送品質を判定し、パケット送信の伝送速度を決定する伝送速度決定部210と、BID割り当て部202、相互干渉記録部207、伝送速度決定部210から得られる情報および各端末へのデータ送信要求についての情報に基づいて、下りパケットの送信先端末のMIDと、同パケットの送信に使用するビームのBIDを決定するスケジュール部208と、送信要求がある各端末へのデータのうちスケジュール部208から出力されるMIDの端末へのデータから当該端末への送信パケットを生成するパケット生成部209と、スケジュール部208から出力されるBIDを受け、同ＩＤを用いてアレイ重み記録部203からアレイ重みを読み出し、アレイアンテナ各素子の重みを決定する重み制御部204と、このアレイ重みに基づいて各アレイアンテナ素子のゲインと位相を制御することにより送信ビームを生成するビームフォーマー205を具備する。

アレイ重み記憶部203、ID記録部206、相互干渉記録部207は1つまたは複数の、メモリなどの記録装置により構成される。BID割り当て部202、重み制御部204、スケジュール部208、送信パケット生成部209、および伝送速度決定部210は１つまたは複数の、DSPなどの演算装置によって構成される。
アレイ重み記録部203には、固定ビームと、その固定ビームの生成に必要なアンテナ重みとが対応付けて格納されている。この対応付けは、たとえば図1（b）に示したアレイ重みテーブル32として記憶される。

相互干渉記録部207には、複数の固定ビームで同時に送信を行った場合に生ずる相互干渉を予め計算して格納しておく。図１１に、相互干渉記録部における記録フォーマットの例を示す。同手段に対する入力は、同図の左側に示すビームIDの組である。右の列は同手段の出力であり、入力したIDのビームが互いに受ける干渉の期待値を示している。例えば、ビームID=1,2を入力した場合、ID=1のビームがID=2のビームから受ける干渉I12と、ID=2のビームがID=1のビームから受ける干渉I21との平均値を示している。I12とI21は、それぞれビーム1のカバー範囲でビーム2から受ける干渉の期待値と、ビーム2のカバー範囲でビーム1から受ける干渉の期待値を示す。このように、同時に送信しうる個数の固定ビームの組み合わせについて、干渉の期待値を予め格納しておく。なお、図１１では３個までを示しているが、同時送信可能な固定ビームの最大数はこれに限定されるものではなく、固定ビームの全体数などの要素によって決定されるものである。

アレイ重み記録部203と相互干渉記録部207の記録は、無線通信装置に予めセットしておくもので、装置動作中に更新される必要は無い。
BID割り当て部202と伝送速度決定部210には端末からの受信信号が入力されるが、これら２つの処理部において受信信号に対するアレイ処理を実施する必要は必ずしも無い。
BID割り当て部202は、端末からの受信信号に基づいて、その端末への送信に用いるのに最適な固定ビームのIDを決定し、固定ビームIDとその端末のID（MID）を対応付けてID記録部206に適宜格納する。最適な固定ビームのIDの決定方法の例については、図９、１０を用いて後述する。

伝送速度決定部210は、無線通信装置と端末との間の伝送路状態から、端末方向へ（下り）の伝送速度を決定する。下りの伝送路状態は通常端末側の受信信号に対して行われるが、通信システムとしてTDD(Time Division Duplex)を採用していれば上り（無線通信装置へ）と下りの伝送路は同一と見なせる為、無線通信装置側の受信信号に対して行っても良い。しかし端末側で送信電力制御を実施していると、無線通信装置側で各端末がどの程度の送信電力で出力しているかを把握しなければ、伝送路状態を正しく推定することはできない。以上より、FDD(Frequency Division Duplex)も含め、無線通信装置側で下りの伝送路状態を推定できる場合は比較的少なく、同推定は通常端末側で実施される。

つまり端末は推定された伝送路情報、または同伝送路情報を伝送速度に換算した情報を無線通信装置に送信し、無線通信装置は伝送速度決定部210において同情報を抽出し、最終的に伝送速度をスケジュール部208等に出力する。
例えば、cdma2000 1xEV-DOではDRC(Data Rate Control)という信号が端末から無線通信装置に送信される。ＤＲＣとは、端末で伝送路推定、及び伝送速度を決定し、伝送速度をインデックス化したものである。無線通信装置側では受信信号よりＤＲＣのインデックスを抽出し、伝送速度に換算している。

スケジュール部208は、送信データ保持部（図示せず）などから各端末への送信要求（要求の有無、送信待ちデータ量）についての情報を収集し、この情報と、伝送速度決定部210から通知される各端末への伝送速度の情報、ID記録部206を参照することによって把握される各固定ビームIDに対応する端末IDの情報、相互干渉記録部207に格納されるビーム相互間の干渉量、などを統合的に解析し、最適なスケジューリングを行ってそのスケジュールに対応するビームIDを重み制御部204に出力する。スケジューリング方法の詳細な例については、後述する。

重み制御部204は、スケジュール部208から通知されたビームIDをもとにアレイ重み記録部を参照し、ビームIDに対応するアレイ重みをビームフォーマー205に出力し、このビームIDに対応する端末のIDを送信パケット生成部209に通知する。スケジュール部208から端末IDの通知を受けた送信パケット生成部209は、送信待ちデータのうちこの端末IDを持つ端末宛てのデータをパケット化して、ビームフォーマー205に出力する。ビームフォーマー205は、送信パケット生成部209から入力されたパケットに対して重み制御部204から通知されたアレイ重みを用いてビームフォーミングを行い、その出力がアレイアンテナ201から送信される。

図９は、本発明による無線通信装置のBID割り当て部202の構成例を示している。本構成例では、BID割り当て部202は、端末から送信される信号の到来方向を推定する到来方向推定部211と、当該方向にパケット送信を行う固定ビームのBIDを出力とする方向／ＩＤ変換部212を具備する。

到来方向推定部211には、端末(MID)からの受信信号が入力され、到来方向推定アルゴリズムにより到来方向(角度)が出力される。到来方向推定アルゴリズムとしてMUSIC (Multiple Signal Classification)やESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) が知られている。方向／ＩＤ変換部212は、到来方向推定部211の出力である到来方向(角度)をBIDに変換する。方向をBIDに変換するテーブルを格納した記憶部を参照するか、そのための計算式を用意してこれを計算することで到来方向をBIDに変換することができる。

図１０に、本発明による無線通信装置のBID割り当て部202の構成例を示す。本構成例では、BID割り当て部202は、端末からの受信信号に含まれるBIDを抽出する固定ビームＩＤ抽出部213を具備している。固定ビームＩＤ抽出部213には、端末(MID)からの受信信号が入力され、BIDを受信信号から読み出し、MIDとBIDを出力する。
この実施例では、予め端末装置に向けてBIDを含む通知信号を各固定ビームで送信し、端末装置において各固定ビームの受信信号のレベルを測定し、最もレベルが高い固定ビームを選択して無線通信装置にその固定ビームのBIDを通知する必要がある。

図１２は、本発明による無線通信装置のスケジュール部208の構成例を示している。スケジュール部208に、１または複数のBIDを出力するビームスケジュール部214と、BIDを入力して各固定ビームによるパケット送信対象となる端末を決定するパケットスケジュール部215を具備する。
ビームスケジュール部214は、取得可能なBID、MID、相互干渉、伝送速度の情報を基に、図２等を用いて後に説明するパケットスケジュール方法のステップ３に示す方法で、BIDの組み合わせを一組出力する。パケットスケジュール部215での処理は、本発明のパケットスケジュール方法のステップ４に相当し、入力された各BIDでパケット送信する端末のMIDを決定する。

次に、スケジュール部208において行うパケットスケジュール方法の例について説明する。
図３は本発明によるパケットスケジュール方法の第一の実施例を示している。同図は、BID割り当て部202において無線通信装置の固定ビームＩＤとセル内の端末のＩＤ(Mobile ID,以下MIDと略記)を関連付け、ID記録部206に両ＩＤの対応情報(151)を記録するステップ１(111)と、伝送速度決定部210において無線通信装置と端末との間の伝送路状態を推定し、各端末との間の伝送路状態(152)を記録部に記録するステップ２(121)と、スケジュール部208において、ステップ１とステップ２の記録(151,152)及び固定ビーム間の相互干渉の記録(153)を参照し、下りパケット通信で使用する固定ビームＩＤの組み合わせを一組選択するステップ３(131)と、ステップ３(131)で決定した各々の固定ビームでどの端末にパケットを送信するか決定するステップ４(141)から構成されるパケットスケジュール方法を示している。

ステップ１(111)とステップ２(121)は、互いの出力データ(151,152)を必要としないので独立の関係である。従って、ステップ１(111)とステップ２(121)を、同図のようにパラレルで実施しても、シーケンシャルに実施しても本発明の効果は変わらない。
ステップ３(131)は、BIDに基づいてＩＤの対応情報記録(151)を参照することでMIDを取得でき、MIDに基づいて対応情報記録(151)を参照するとBIDを取得できる。MIDに基づいて伝送路状態の記録(152)を参照すると、伝送路状態を取得することができる。複数のBIDを元にBIDの組合せを作り、そのBIDの組み合わせに基づいて相互干渉の記録(153)を参照すると、それらのBIDを組み合わせた場合に生ずる干渉量の期待値を取得できる。なお、相互干渉の記録(153)は予め計算して無線通信装置にセットしておき、無線通信装置動作中は更新しない。

図４は本発明によるパケットスケジュール方法の第二の実施例を示している。同図は、上記ステップ３において、固定ビーム間の相互干渉量を参照して固定ビームの組み合わせを選択するフローチャートと作業テーブルを示している。
作業テーブルは、BIDの組み合わせ(Beam IDs)とその通し番号(No.)、及び各組み合わせが多重化可能かどうかを表す状態(Status)で構成される。BIDの組み合わせ総数は、多重化数２以上の組み合わせ全てとなるため、固定ビーム数をＭとすると、数式１で表される数の組である。図３では固定ビーム数が３の例を示しているため、BIDの組み合わせは４組となる。

フローチャートを順に説明する。まず、初期化処理としてBIDの全組み合わせのStatusをOKとする。初期化処理以降はBIDの全組み合わせについて、以下の(a)から(c)の処理を繰り返す。(a)BIDの組み合わせを指定する。(b)当該組み合わせの固定ビーム間相互干渉量を取得する。(c)相互干渉量が閾値を越えた場合、当該組み合わせのStatusをNGとする。全組み合わせについて処理が終了したら、StatusがOKのBIDの組み合わせを出力する。
ただし、本実施例ではBIDの組み合わせを必ずしも一組に絞れる保証がないため、図５乃至図７で説明する第三から第五の実施例と組み合わせて一組に絞る方法や、ランダムに一つに絞る方法が考えられる。第三から第五の実施例と組み合わせる方法は、それぞれの実施例のところで説明する。

上記閾値は固定である必要はない。閾値を上げて空間多重数を減らし、端末当たりの伝送速度を向上させるか、閾値を下げて空間多重数を増やし、より多くの端末を収容するかという効果の違いは発生するが、本発明の目標はセルスループットを向上させることなので、この効果の違いが本質的に目標を妨げるものではない。ただし、多重数が極端に多い、または少ないことによるセルスループット特性の低下は避けなければならない。
また、閾値は多重数によって段階的に設定されるべきである。多重数の増加により相互干渉は増加するが、送信できるデータ量も増加するため、両者のバランスがとれた閾値を設定するとよい。例えば、多重数２の場合は-4[dB]、多重数３の場合は-7[dB]と多重数増加に伴い閾値が低下するよう決定すれば良い。

もし無線通信装置の動作中に閾値を一切変更しない場合は、本実施例の出力（BIDの組合せを選択する際の優先順）をメモリに記録する方法が考えられる。閾値が変わらなければ本実施例の出力は常に同一の結果となるため、更なる計算時間の削減が可能である。閾値を一切変更せず、本実施例の出力をメモリに記録する方法も本発明の範疇である。なお相互干渉については図４で詳しく説明する。
図５は本発明によるパケットスケジュール方法の第三の実施例を示している。同図は、上記ステップ３(131)において、各端末との間の伝送路状態を参照して固定ビームの組み合わせを選択するフローチャートと作業テーブルを示している。

作業テーブルは、BID(Beam ID)と関連付けられたMIDs(Mobile IDs)、及び各ビームＩＤの伝送速度代表値(Rate)で構成される。BIDとMIDsは固定ビームＩＤ・端末ＩＤ対応情報の記録(151)から決定する。Rateの単位はbit/秒など伝送速度と対応しているものであれば種類を問わない。なお同図ではkbit/秒を単位としている。
フローチャートを順に説明する。まず、初期化処理として作業テーブルをクリアする。初期化処理以降は全てのBIDについて、以下の(a)から(e)の処理を繰り返す。(a)BIDを指定する。(b)BIDと関連付けられた全てのMIDを取得する。(c)(b)で取得した各MIDについて、伝送路状態を取得する。(d)(c)で取得した伝送路状態を伝送速度に換算する。(e)BIDの伝送速度の代表値を決定する。全BIDについて処理が終了したら、BIDと伝送速度のペアを出力する。

伝送路状態から伝送速度代表値に換算するステップは、伝送路状態と伝送速度が対応したテーブル、若しくは伝送路状態から伝送速度を算出するための計算式が必要となる。伝送路状態は、信号対干渉比(SIR : Signal to Interference Ratio)や信号対雑音比(SNR : Signal to Noise Ratio)などで定量化できる。例えばテーブルを用いる場合、SINR値に応じて伝送レートを階段状に変化させる。SINRが-12dB以上で80kbit/秒、-9dB以上で160kbit/秒と対応付けられたテーブルを用意すれば、SINRの入力に対して伝送速度を出力することができる。このテーブルを計算式で表現するとステップ関数となる。

BIDの伝送速度代表値とは、当該ビームでどの程度の伝送速度を確保できるかという目安で、例えば関連付けられた全端末の平均伝送速度や、最大伝送速度などが代表値として挙げられる。上記の指標のほかに、端末で測定される伝搬路状況に応じて端末が判定して基地局に報告する、端末が受信可能なデータレートを示す情報(DRC : Data Rate Control)に基づいて伝測速度代表値を求めてもよい。

本実施例の出力はBIDと伝送速度のペアであるが、出力するペア数を制限するものではない。伝送速度が高い順に、想定している空間多重数の分だけ選択出力しても良い。
ただし、伝送速度代表値が高い順に固定ビームを多重化すると、ビーム間の干渉によりスループット特性が劣化する場合がある。従って、第二の実施例を組み合わせて多重出力する固定ビーム同士が干渉しないよう配慮することが望まれ、それが本発明の狙いでもある。

第二の実施例と組み合わせる具体的な例を一つ挙げる。まず、本実施例で全てのBIDについて伝送速度と共に出力する。次に、第二の実施例により干渉量が閾値を超えない(StatusがOKである)全組み合わせを出力する。最後に、組み合わせ毎に各BIDの伝送速度を加算または平均化し、それが最も大きいBIDの組み合わせを解として求める。
図６は本発明によるパケットスケジュール方法の第四の実施例を示している。同図は、上記ステップ３(131)において、各端末への平均伝送速度を参照して固定ビームの組み合わせを選択するフローチャートと作業テーブルを示している。

作業テーブルは、BID(Beam ID)と関連付けられたMIDs(Mobile IDs)、及び各ビームＩＤの平均伝送速度代表値(Average Rate)で構成される。BIDとMIDsは固定ビームＩＤ・端末ＩＤ対応情報の記録(151)から決定する。Average Rateの単位はbit/秒など伝送速度と対応するものであれば種類を問わない。なお同図ではkbit/秒を単位としている。
フローチャートを順に説明する。まず、初期化処理として作業テーブルをクリアする。初期化処理以降は全てのBIDについて、以下の(a)から(d)の処理を繰り返す。(a)BIDを指定する。(b)BIDと関連付けられた全てのMIDを取得する。(c)(b)で取得した各MIDについて、平均伝送速度を取得する。(d)BIDの平均伝送速度の代表値を決定する。全BIDについて処理が終了したら、BIDと平均伝送速度のペアを出力する。

平均伝送速度を取得するステップでは、端末毎に平均伝送速度を記録、及び随時更新しなければならないため、そのためのメモリを確保する必要がある。
BIDの平均伝送速度代表値とは、当該ビームでの過去の（所定期間内での）伝送実績の悪さを示しており、例えば関連付けられた全端末平均の平均伝送速度や、端末間で最低の平均伝送速度などが代表値として挙げられる。
本実施例の出力はBIDと平均伝送速度のペアであるが、出力するペア数を制限するものではない。平均伝送速度が低い順に、想定している空間多重数の分だけ選択出力しても良い。
ただし、平均伝送速度が低い順に固定ビームを多重化すると、ビーム間の干渉によりスループット特性が劣化する場合がある。従って、第二の実施例を組み合わせて多重出力する固定ビーム同士が干渉しないよう配慮することが望まれ、それが本発明の狙いでもある。

第二の実施例と組み合わせる具体的な例を一つ挙げる。まず、本実施例で全てのBIDについて平均伝送速度と共に出力する。次に、第二の実施例により干渉量が閾値を超えない(StatusがOKである)全組み合わせを出力する。最後に、組み合わせ毎に各BIDの平均伝送速度を加算または平均化し、それが最も大きいBIDの組み合わせを解として求める。

ところで、本実施例を第三の実施例と組み合わせると、(伝送速度代表値)／(平均伝送速度代表値)という新たな評価基準でBIDの順位付けを行うことができる。この評価基準はプロポーショナルフェアネス法と同じ考え方であり、分母によりBID間の不公平を避けることができる。上記具体例の平均伝送速度を評価基準と読み替えれば、第二の実施例と組み合わせることができ、BIDの組み合わせを一つに絞ることができる。
図７は本発明によるパケットスケジュール方法の第五の実施例を示している。同図は、上記ステップ３(131)において、各端末への送信待ちデータ量を参照して固定ビームの組み合わせを選択するフローチャートと作業テーブルを示している。

作業テーブルは、BID(Beam ID)と関連付けられたMIDs(Mobile IDs)、及び各ビームＩＤの送信待ちデータ量代表値(Data)で構成される。BIDとMIDsは固定ビームＩＤ・端末ＩＤ対応情報の記録(151)から決定する。Dataの単位は情報量を表していれば何でも良く、例えばビットやバイト、あるいはその他の方法で正規化した値などを用いれば良い。
フローチャートを順に説明する。まず、初期化処理として作業テーブルをクリアする。初期化処理以降は全てのBIDについて、以下の(a)から(d)の処理を繰り返す。(a)BIDを指定する。(b)BIDと関連付けられた１または複数のMIDを取得する。(c)(b)で取得した各MIDについて、送信待ちデータ量を取得する。(d)BIDの送信待ちデータ量の代表値を決定する。全BIDについて処理が終了したら、BIDと送信待ちデータ量のペアを出力する。
送信待ちデータ量を取得するステップは、端末毎のトラフィックキューを監視することで実現される。

BIDの送信待ちデータ量代表値とは、当該ビームでのトラフィック量を示唆する値であり、例えば関連付けられた全端末平均の平均待ちデータ量や、全端末合計の待ちデータ量などが代表値として挙げられる。
本実施例の出力はBIDと送信待ちデータ量のペアであるが、出力するペア数を制限するものではない。送信待ちデータ量が多い順に、想定している空間多重数の分だけ選択出力しても良い。
ただし、送信待ちパケット数が多い順に固定ビームを多重化すると、ビーム間の干渉によりスループット特性が劣化する場合がある。従って、第二の実施例を組み合わせて多重出力する固定ビーム同士が干渉しないよう配慮することが望まれ、それが本発明の狙いでもある。

第二の実施例と組み合わせる具体的な例を一つ挙げる。まず、本実施例で全てのBIDについて送信待ちデータ量と共に出力する。次に、第二の実施例により干渉量が閾値を超えない(StatusがOKである)全組み合わせを出力する。最後に、組み合わせ毎に各BIDの送信待ちデータ量を加算または平均化し、それが最も大きいBIDの組み合わせを解として求める。

固定ビームの概念図。相互干渉の説明図。本発明によるパケットスケジュール方法の第一の実施例。本発明によるパケットスケジュール方法の第二の実施例。本発明によるパケットスケジュール方法の第三の実施例。本発明によるパケットスケジュール方法の第四の実施例。本発明によるパケットスケジュール方法の第五の実施例。本発明による無線通信装置の構成例を示す図。本発明による無線通信装置のBID割り当て部の第１の構成例。本発明による無線通信装置のBID割り当て部の第２の構成例。本発明による無線通信装置の相互干渉記録部の記録フォーマットの例。本発明による無線通信装置のスケジュール部の構成例。

符号の説明

11・・・無線通信装置, 21・・・端末装置, 31・・・固定ビーム, 32・・・メモリ, 111・・・ステップ１, 121・・・ステップ２, 131・・・ステップ３, 141・・・ステップ４, 151・・・固定ビームＩＤ・端末ＩＤ対応情報の記録, 152・・・各端末との間の伝送路状態の記録, 153・・・相互干渉の記録, 201・・・アレイアンテナ, 202・・・BID割り当て部, 203・・・アレイ重み記録部, 204・・・重み制御部, 205・・・ビームフォーマー, 206・・・ＩＤ記録部, 207・・・相互干渉記録部, 208・・・スケジュール部, 209・・・パケット生成部, 210・・・伝送速度決定部, 211・・・到来方向推定部, 212・・・方向／ＩＤ変換部, 213・・・固定ビームＩＤ抽出部, 214・・・ビームスケジュール部, 215・・・パケットスケジュール部。

Claims

アレイアンテナを有し、該アレイアンテナを用いて生成される複数の固定ビームを用いて複数の端末へのパケット送信を行う無線通信装置におけるパケットスケジュール方法であって、
該複数の固定ビームのうちの少なくとも一部の固定ビームの組み合わせについて相互干渉量を予め記憶しておき、
該無線通信装置のカバレッジ内の各端末と通信を行うための固定ビームを上記複数の固定ビームから選択して端末と固定ビームの対応付けを行う第１のステップと、
上記各端末との間の伝搬路状態を判断する第２のステップと、
上記予め記憶された固定ビームの組み合わせについての相互干渉量と上記第１のステップで対応付けられる端末と固定ビームの対応関係と、上記第２のステップで判断される伝搬路状態とに基づいて出力する固定ビームの組合せを選択する第３のステップと、
上記第３のステップで選択された固定ビームの組合せを上記アレイアンテナで生成して該選択された組み合わせの固定ビームに対応する端末に向けてパケットを送信する第４のステップとを有することを特徴とするパケットスケジュール方法。
請求項１記載のパケットスケジュール方法であって、上記第３のステップでは、上記記録された相互干渉量が所定の閾値以下であることを条件に上記固定ビームの組合せを選択することを特徴とするパケットスケジュール方法。
請求項１記載のパケットスケジュール方法であって、上記第３のステップでは、上記伝搬路状態から各端末または各固定ビームの伝送速度を判断し、該伝送速度が高い端末に対応する固定ビームまたは該伝送速度が高い固定ビームを含む固定ビームの組合せを優先的に選択することを特徴とするパケットスケジュール方法。
請求項１記載のパケットスケジュール方法であって、上記第３のステップは、上記各固定ビームまたは各固定ビームに対応する各端末における過去の伝送実績を参照し、該伝送実績が低い固定ビームまたは該伝送実績が低い端末に対応する固定ビームを含む固定ビームの組合せを優先的に選択することを特徴とするパケットスケジュール方法。
請求項１記載のパケットスケジュール方法であって、上記第３のステップは、上記各端末へ送信する、または該固定ビームで送信する送信待ちパケット量を参照し、該送信待ちパケット量が多い端末に対応する固定ビームまたは該送信待ちパケット量が多い固定ビームを含む固定ビームの組合せを優先的に選択することを特徴とするパケットスケジュール方法。
請求項１記載のパケットスケジュール方法であって、上記第１のステップでは、上記端末装置から受信される信号の到来方向を判断し、該到来方向に対応する固定ビームを上記端末に対応付けることを特徴とするパケットスケジュール方法。
請求項１記載のパケットスケジュール方法であって、上記第１のステップでは、上記端末から通知される、該端末における最適の固定ビームの固定ビームIDを該端末の端末IDに対応付けることを特徴とするパケットスケジュール方法。
アレイアンテナで生成される複数の定ビームを用いて複数の端末へのパケット送信を行う無線通信装置であって、
上記複数の固定ビームを生成するためのアレイ重みと、該複数の固定ビームのうちの少なくとも一部の固定ビームの組み合わせについて相互干渉量とを格納する記憶装置と、
パケットスケジュールを行う演算装置と、
該演算装置から入力されるアレイ重みに基づいて送信パケットのビームフォーミングを行うビームフォーマーと、
該ビームフォーマーで生成される固定ビームを用いて上記上記送信パケットを送信するアレイアンテナとを有し、
上記演算装置は、上記複数の端末に対応する固定ビームを判断し、各端末の端末IDと固定ビームIDとを対応付けて該対応関係を上記記憶装置に記憶し、上記複数の端末との間の伝搬路状態を取得し、上記記憶装置に記憶された上記固定ビームの組み合わせの相互干渉量と、上記端末IDと固定ビームIDとの対応関係と、上記伝搬路状態とに基づいて、出力する固定ビームの組合せを選択し、該選択した固定ビームに対応する端末への送信パケットを生成し、上記固定ビームの組み合わせに対応するアレイ重みを上記記憶装置から読み出し、該アレイ重みと上記送信パケットを上記ビームフォーマーに出力することを特徴とする無線通信装置。
請求項８記載の無線通信装置であって、上記演算装置は、上記アレイアンテナにより受信される上記端末からの受信信号の到来方向を判定し、該到来方向に対応する固定ビームを判定することにより該端末に対応する固定ビームを判断することを特徴とする無線通信装置。
請求項８記載の無線通信装置であって、上記演算装置は、上記端末から通知される、該端末における最適の固定ビームの固定ビームIDを該端末の端末IDに対応付けることを特徴とする無線通信装置。
請求項８記載の無線通信装置であって、上記演算装置は、上記記録された相互干渉量が所定の式一以下であることを条件に上記固定ビームの組合せを選択することを特徴とする無線通信装置。
請求項８記載の無線通信装置であって、上記演算装置は、上記伝搬路状態から各端末または各固定ビームの伝送速度を判断し、該伝送速度が高い端末に対応する固定ビームまたは該伝送速度が高い固定ビームを含む固定ビームの組合せを優先的に選択することを特徴とする無線通信装置。
請求項８記載の無線通信装置であって、上記演算装置は、上記各固定ビームまたは各固定ビームに対応する各端末における過去の伝送実績を判断し、該伝送実績が低い固定ビームまたは該伝送実績が低い端末に対応する固定ビームを含む固定ビームの組合せを優先的に選択することを特徴とする無線通信装置。
請求項８記載の無線通信装置であって、上記演算装置は、上記各端末へ送信する、または該固定ビームで送信する送信待ちパケット量を検出し、該送信待ちパケット量が多い端末に対応する固定ビームまたは該送信待ちパケット量が多い固定ビームを含む固定ビームの組合せを優先的に選択することを特徴とする無線通信装置。