JP2005520420A - 無線通信回路網における無線資源割当て - Google Patents

Abstract

無線通信システムにおいて、データを伝送したい利用者（８，９）が特定の伝送容量を割当てられる。一般的な目的は、効率的な資源割当てアルゴリズムを持つことである。回路網のできるだけ多くの加入者にサービスするために、利用者に割当てられる伝送容量を利用するためのある種の手段である利用係数を求めることによって、利用可能な資源の割当てが改善される。これは、例えば利用者端末（８）と監視装置（１６．４）を持つ対応基地局（４）との間の無線リンク（１０）を直接監視することにより、利用者（８）の通信活動を分析することによって、行われる。通信の監視は、例えば基地局（４）と移動交換センタ（ＭＳＣ）（３）との間通信リンク（７）を監視することによって、又は利用者の通信に関係せしめられる装置（８，４，３，５，９）の１つ内で伝送プロトコルスタックの下層の１つ以上を直接監視することによって、他の場所（１６．１，１６．２，１６．３，１６．５）においても行うことができる。その場合例えばＭＳＣ（３）により行われる資源の割当ては、この利用係数に応じて行われる。特有の利用者のための利用係数を知ると、ＭＳＣ（３）により利用される基礎の無線資源割当てアルゴリズムを調節又は修正することによって、資源割当てを改善することができる。

Description

本発明は、無線通信回路網の無線資源を複数の利用者に割当てる方法であって、利用者に特定の伝送容量が割当てられるものに関する。更に本発明は、複数の利用者へ無線資源を割当てるための手段を持つ無線通信回路網及び装置であって、特定の伝送容量が利用者に割当てられているものに関する。

従来技術

最近の通信回路網では、伝送周波数及び伝送時間が一般的に制限されている。その理由は、無線資源の利用可能性が通信システム特に無線通信回路網における最も貴重な要素の１つだからである。

多くの異なる計画例えば時間、周波数又は符号分割多元接続システム（ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ）が開発されて、与えられた伝送システムのための利用可能な資源を増大した。これらの伝送計画は非常によく働くが、異なる利用者への利用可能な資源の有効な割当ては１つの挑戦である。その目標は、伝送すべき情報を持つ利用者へ非常に速く資源を割当て、伝送すべきものを持つ他の利用者へ割当てるため、伝送すべきものを利用者が持たない時、直ちに割当を解除することである。

資源割当てにおいて、いかに多くの利用可能な資源即ちデータ伝送速度を利用者に割当てるかのみならず、いかに速くそれで利用者に割当てるかが、重要である。利用者が情報を間欠的に送信している時、無線資源割当ては特に困難である。理想的には、利用者が要求すると直ちに、必要な資源を利用者に割当て、利用者が送信すべきものを持たない時、その資源を遅れなしに再び取除くべきである。

既存の無線回路網は、この問題を種々のやり方で解決しようとする。あるシステムは、与えられた資源の数個の短いブロックの割当てを他のシステムの後に開始し、利用者に連続する量の資源が割当てられるまで、ブロックの持続時間を増加する。他のシステムは特定の資源を特別の利用者へ開始から長時間割当てる。

第１の場合利用者は始めからデータを速続的に送信できず、資源が利用可能な時間中にのみ送信できる。従って利用者は、送信すべきデータを持っていても、時々割当てを待たねばならない。その結果この利用者にとって処理量が低下するが、資源は他の利用者に分けることができるので、むだになる資源は少ない。第２の場合、送信すべきデータを持っていると、利用者は大きい処理量をもつことになる。しかしデータを間欠的にしか送信できないと、利用者が割当てられる資源を常に使用することはないので、資源の若干がむだになる。

それぞれの割当ては利点及び欠点を持っている。１つの方法は第１の適用に最もよく適しており、他の方法は他の適用に最もよく適している。問題は、実際の割当て方法がどのように作用するかを、回路網提供者が知らないことである。

発明の概要

従って本発明の目的は、無線通信回路網の無線資源を複数の利用者に割当てて、効果的な無線資源割当てを可能にする方法を提供することである。

本発明の目的は請求項に規定された方法によって達せられる。回路網の無線資源が複数の利用者に割当てられ、利用者に特定の伝送容量が割当てられている、無線通信回路網において、本発明によれば、利用者に割当てられる伝送容量に関して求められる利用係数に応じて、無線資源が利用者に割当てられる。換言すれば、特別な利用者に割当てられる伝送容量がどの程度この特別な利用者により実際使用されるかが、求められる。実際に使用される伝送容量が、割当てられる容量に比較して少なすぎると、資源割当てのためのアルゴリズムを交換するか、又はもっと大きい利用係数を得るため調節することができる。

利用係数は、利用者に割当てられるけれども使用されない無線資源の量に対するある種の尺度であり、換言すれば、無線資源のむだにされる量に対する尺度である。利用係数は、例えば使用される資源と使用されない資源との比として、使用されない資源の絶対値として、又は他の適当な値として表わすことができる。

利用者に割当てられる伝送容量に関する利用係数を求め、無線資源割当てアルゴリズムにおいてこの利用係数を考慮することによって、本発明は利用可能な無線資源の一層有効な使用を可能にする。一方これは、同時に回路網がもっと多くの加入者に役立つようにすることができる。

利用係数を求めるために種々の可能性がある。それは、例えば伝送されるデータの絶対量を監視することにより、又は他の端末への能動接続の存在を求めることによって求められるであろう。しかし利用者が多量のデータを伝送したため、これらの可能性は歪み値を生じる可能性があり、能動接続が存在するけれども、実際にはデータが伝送されないため、利用者は一層多量のデータを伝送したであろう。

本発明の好ましい実施例では、利用者が割当てられた伝送容量を利用しないか又は完全には利用しない時間間隔を検出することによって、利用係数が求められる。利用者は、データを伝送しないか、又は割当てられた伝送容量が可能とするほどのデータを伝送しない。これは、利用者に割当てられる伝送容量が、データを伝送するため利用者にどの程度実際に利用されるかを、精確に測定するのを可能にする。

利用係数を求めるための有利な方法は、割当てられた伝送容量を利用者が利用しない時間間隔、即ち利用者がデータを送信又は受信しない時間間隔を検出することである。

これらの時間間隔の検出は、いくつかの好ましい方法で行うことができる。これらの方法の第１は、無線通信回路網の無線インタフェースを直接監視し、かつデータ処理量なしの期間を検出することである。複数の通信チャネルを持つ通信システムにおいて、特別な利用者に割当てられるチャネルのみを監視すればよい。

この方法は、時間間隔を検出すべき装置即ち無線受信器を、送信者とこの送信器からの信号を受信できる受信器との間のどこにも置くことができる、という利点を持っている。更に利用係数を検出する際空中インタフェースの性質を考慮することができる。

無線回路網において、送信器と受信器との間のデータ伝送が、典型的に、多層プロトコルスタックにより行われ、各層に特有のタスクを実行するように設計されている。現在のプロトコルスタックの多くは、７つの異なる層を特定する一般に周知のＯＳＩ（開放型システム間相互接続）モデルに従う。ＩＰインタフェースを直接監視する時、データ速度、伝送されるバイトの数及び実際の伝送時間の測定は、例えば無線回路網における伝送に使用されるプロトコルを評価することによって行うことができる。

第２の方法では、監視されるのはＩＰインタフェースではなくて、送信器及び／又は受信器において直接監視されるプロトコルスタックの第１の層である。第１の層は通常物理層として知られており、実際のビット伝送に関連してタスクを実行する。

この方法の利点は、付加的なハードウエアを必要としないことである。なぜならば、監視は、例えば送信器及び／又は受信器のハードウエアで実行されるソフトウエアとして行うことができるからである。

利用者がデータを伝送しないけれども、割当てられた伝送容量を完全には利用しない場合、利用係数を求めることは一層困難であり、一層きつい。データ伝送速度を割当てることによって利用者に無線資源が割当てられるか、又は割当てられる無線資源をデータ伝送速度として表わすことができるシステムに、第３の方法を適用することができる。ここでは、与えられた量のデータを伝送するため利用者によりどれだけの時間が必要とされるかを測定することによって、実際の伝送時間が求められる。従って与えられたデータ速度で与えられた量のデータを伝送可能なできるだけ最短の期間に関する目標伝送時間が、与えられた量のデータをデータ伝送速度により割り算することによって、計算される。次に伝送なしの時間間隔は、実際の伝送時間から目標伝送時間を差引くことによって、計算される。

この方法は、電話回路網の節点において統合すべきソフトウエアとして、既存のシステムにおいて容易に実施することができる。しかしこの方法を使用するため、データ伝送速度（例えば１秒当たり与えられた数のバイト）及び伝送されるデータの量（例えば伝送されるバイトの数）を知るか、又は少なくとも測定可能でなければならない。

データ速度、伝送されるバイトの数、及び実際の伝送時間は、例えば無線回路網における伝送のために使用されるプロトコルを監視することによって、行うことができる。

ある通信システムでは、１つより多い伝送チャネル即ちＴＤＭＡシステムにおいて２つ又はそれより多いタイムスロット又はＦＤＭＡシステムにおいて２つの異なる搬送周波数を、同時に利用者へ割当てることができる。すべて又は少なくとも２つの伝送チャネルの共同伝送能力に関する利用係数を求めることが可能であろう。しかしこのようなシステムにおいて、利用者が１つのチャネルにおいて連続的にデータを伝送し、他のチャネルにおいて間欠的にのみ伝送することも可能であろう。従って他の時間間隔より大きい処理量を持つ時間間隔はあるけれども、データ処理量を全く持たない時間間隔はない。こうしてデータ伝送なしの時間間隔検出による利用係数を求めると、正しくない結果を生ずるだろう。

上述した方法のどれかで精確な結果を得るために、各チャネルを別々に監視することによって、各伝送チャネルに対してなるべく別々に利用係数が求められる。

本発明の別の目的は、複数の利用者に無線資源を効果的に割当てる装置を提供することである。この目的は、請求項８に記載の無線回路網及び請求項１２に記載の装置によって、それぞれ達せられる。

特定の伝送容量が割当てられる複数の利用者に無線資源を割当てるための手段を持つ無線通信回路網は、特有の利用者に割当てられる伝送容量に関する利用係数を求める手段を更に含んでいる。本発明によれば、求められた利用係数に応じて利用者に無線資源が割当てられるように、無線資源を割当てる手段が形成されている。

無線通信回路網の無線資源を効率的に割当てるための装置を提供するという本発明の目的は、この装置における利用係数を求める手段を含むことによって達せられる。

以下の詳細な説明及び請求項の全体から、当業者には、本発明の多くの有利な実施例及び特徴の組合わせがあることが明らかになる。

発明を実施するための方法

利用者に無線資源を割当てる無線回路網に種々の方法がある。利用者の待ち時間を最小にするため、第１の方法は、利用者がデータを伝送したいと思うと、特別な量のデータを長時間割当てる。この方法は、全体で利用可能な無線資源の利用に関して欠点を持っている。これは、例えば利用者の生成速度がデータ伝送速度より小さいため、又は利用者が何も送信しようとしないため、利用者が連続的に送信すべきデータを充分生成できない場合に、特に当てはまる。利用者の待ち時間及びこのようなシナリオのための無線資源の浪費は、図１の図表に示されている。

図表の横軸に時間が示されている。第１の列１．１は利用者のデータを伝送する意向を示している。上述したように、利用者はデータを連続的に送信できないので、列１．１は高と低との間で交替している。列１．２は、利用者に割当てられた無線資源を示している。利用者の第１の送信要求後、中断なしの長い時間、特別な資源が利用者に割当てられる。列１．３は、利用者が実際にデータを伝送する時の期間を示している。列１．３は、利用者が送るべきあるデータを持っているとすぐデータを送ることができることを示す、列１．１と実質的に同じ形状を持っている。利用者は、データを伝送するためある資源を割当てられるまで、待つ必要がない。利用者の待ち時間は列１．４に示されている。ある資源が割当てられるまで利用者が待たねばならない時、第２の要求後の僅かな期間を除いて、列１．４は常に低い。最後に列１．５は、利用者に割当てられた無線資源の浪費を示している。列１．５の線が高いこれらの期間中、無線資源は利用者に割当てられているが、利用者がデータを伝送できないか又は伝送したくないため、利用者によっては利用されない。これからわかるように、線が高い所にある割合は比較的大きく、従って多くの無線資源が浪費される。他方利用者はデータを伝送するため殆ど待つ必要がなく、その結果この利用者に対して大きいデータ利用率が生じる。

図２の図表には、第２のシナリオに対して待ち時間及び資源浪費が示されている。利用可能な無線資源の利用を最適化するため、利用者が送るべき少量又は多量のデータを持っていても、特別な無線資源が短い期間だけ利用者に割当てられる。

図２の例において、殆どすべての時間高い列２．１により示されている多量のデータを利用者が送らねばならない。交替する列２．２により示されているように、特別な無線資源が短い時間だけ利用者に割当てられる。後で、利用者が大量の送るべきデータを持っていることを、無線回路網の資源割当てアルゴリズムが了解すると、長い期間資源が利用者に割当てられる。この場合実際の伝送時間を示す列２．３は、実際の送信時間がデータを生成する利用者の能力によってではなく短い資源割当て時間によって制限されることを示す列２．２と実質的に同じ形状を持っている。従って、利用者が資源を割当てられない時、利用者は殆どすべての時間データ伝送を待たねばならないので、データ処理量は低下される。これが列２．４に示されている。最後の列２．５は再び無線資源の浪費を示している。ここでこの割当て方法の利点がわかる。利用者は無線資源を割当てられるけれども実際にはデータを伝送しない期間が非常に小さいので、割当てられる無線資源の少量しか浪費されない。従って利用可能な無線資源を他の利用者へ分けることができる。

一層よい無線資源割当てアルゴリズム、例えばデータ処理量と資源浪費との妥協点を見出すため、特別な利用者に割当てられる無線資源のどれだけの量が、データを伝送すべき利用者により実際に利用されるかを、知ることが重要である。

本発明によれば、利用者により浪費される無線資源の量の尺度である利用係数が求められる。無線通信回路網の例として図３は、移動交換センタ（ＭＳＣ）３、通信リンク６及び７によりＭＳＣ３に接続される２つの基地局４及び５、無線リンク１０及び１１により基地局４及び５にそれぞれ接続される２つの移動利用者端末８及び９を持つ移動電話回路網の一部を示している。

更にＭＳＣ３が、通信リンク１５により電話回路網１４に接続され、第２のＭＳＣ１２が通信リンク１３によりＭＳＣ３に接続されている。ＭＳＣ１２は、異なる地域にある他の基地局及び利用者（図示せず）にサービスすることができる。

移動電話回路網において、移動端末８及び９と基地局４及び５との接続は常に無線リンクであり、基地局４．５とＭＳＣ３との間の通信、及びＭＳＣ３から又はこれへの通信リンク１３、１５は、例えばケーブル、無線又はガラスファイバリンクを含むいかなる形式のものでもよい。

通常移動電話回路網は、更に本発明にとって重要でなく従って図面には示されていない構成要素を含んでいる。

例として、例えば利用者Ｂと称される端末９の利用者と通信する場合、利用者Ａと称される端末８の利用者に対して、利用係数を求めねばならないものと仮定する。利用者Ａの通信活動のこの監視は、異なる場所で行うことができる。図３には、監視装置１６．１〜１６．５がこれらの場所の若干において示されている。

監視装置１６．１は移動交換センタＭＳＣ３間に位置し、利用者Ａにより使用される通信チャネルを監視するために構成されている。監視装置１６．１は、ＭＳＣ３の入リンク又は出リンクにおいて利用者Ａから又は利用者Ａへ送られるデータパケットを直接監視することができるであろう。この場合それは、それ自身によりデータパケットを評価せねばならないだろう。他の可能性は、ＭＳＣ３がとにかくデータパケットを評価し、従って伝送プロトコルを監視しかつ利用係数を求めるためこれらの結果を使用するという事実を利用することであろう。

監視装置１６．２は、ＭＳＣ３と基地局４との間の通信リンク６を分岐することにより、この通信リンクを直接監視する。このリンクがどのように分岐されるかは、リンクの物理的形式（無線リンク、ケーブル等）に関係している。

監視装置１６．３は基地局４に位置している。この監視装置は、監視装置１６．１において行われるのと同じやり方で行われる。

端末８又は基地局４から送られる伝送信号を受信して評価することによって空中インタフェースを直接監視する監視装置１６．４は、基地局４によりサービスされる無線セル内のどこかに位置し、基地局４及び端末８から信号を受けることができる。

監視装置１６．５は端末８に直接接続されている。それは、それ自身によりデータパケットを評価できるか、又は監視装置１６．１と同じように端末８のデータパケット評価を利用することができる。

利用者ＡがＭＳＣ１２に接続されている利用者と通信するか、又は電話回路網１４内の利用者と通信する場合、その通信の制御は、通信リンク１３又は１５に接続されている監視装置、又は電話回路網１４内のどこかにある監視装置でも、行うことができる。

監視装置１６．１〜１６．５の各々は、図３に示すように、独立の装置として、別個のハウジング内に設けることができ、このハウジングは必要な場合回路網の他の構成要素に接続せねばならない。しかし監視装置１６．１〜１６．５は、ハードウエア及び／又はソフトウエアにより回路網の他の構成要素にまとめることもできる。

無線資源割当て方法を制御する利用係数を求めるため、図示した監視装置１６．１〜１６．５の１つで充分である。それにもかかわらず、２つ以上の利用係数を求めるため、２つ以上の監視装置１６．１〜１６．５を同時に使用することができる。この場合資源割り当ては、これらの利用係数の若干に関係することができるであろう。

図４は、監視装置１６．４及びＭＳＣ３の一層詳細な図を示し、この例によればＭＳＣ３は、要求される無線資源を割当て装置２１により端末８及び９に割当てる。資源の割当ては、利用係数、即ちなぜそれをＭＳＣ３に通信せねばならないかに応じて行われる。利用係数をＭＳＣ３へ伝送するため、存在する通信リンクのどれか又は他の適当な通信リンクが使用可能であろう。

基地局４と端末８との間の通信の監視装置１６．４による監視は、端末８及び／又は基地局４から無線リンク１０で伝送される伝送信号を受信することによって行われる。次に監視装置１６．４は、検出器１８により、受信される信号において、端末８がデータを発信も受信もしない期間を検出する。プロセッサ装置１９が利用係数を求め、この係数をＭＳＣ３へ伝送する。このため通信リンク２０が利用される。通信リンク３０は点線として示されている。なぜならば、通信リンクの形式は、監視装置１６．４がどこに位置しているかに関係するからである。この例では、利用係数は、無線リンク１０により監視装置１６．４から基地局４へ、更に通信リンク６を経て基地局４からＭＳＣ３へ伝送されるであろう。

ＭＳＣ３により受信される利用係数は、割当て装置へ送られ、利用係数の値に応じて割当て装置が、端末による一層よい利用のため、現在使用されている資源割当てアルゴリズムを調節する。

要約すれば、利用者に割当てられる無線資源のどれだけ多くが実際に使用されるか、換言すればこれらの資源どれだけ多くが浪費されるかを測定することによって、無線通信回路網における利用可能な無線資源を利用者に割当てるために使用されるアルゴリズムの改良を、本発明が可能にすることが述べられている。この測定を反覆することによって、最終結果は、最大数の加入者に同時にサービスするため伝送容量が効果的に使用される無線回路網である。

利用者の待ち時間、特別な利用者伝送挙動のための無線資源の浪費、及び無線通信回路網内の特有の無線資源割当て方法を示す図表である。 待ち時間、他の伝送挙動のための無線資源の浪費、及び他の割当て方法を示す他の図表である。 本発明による無線通信回路網の一部の概略図である。 図３に示す無線回路網の若干の要素の一層詳細な図である。

Claims (12)

1. 無線通信回路網の無線資源を複数の利用者（８，９）に割当てる方法であって、利用者に特定の伝送容量が割当てられるものにおいて、前記伝送容量に関する利用係数が求めらされ、前記利用係数に応じて無線資源が割当てられることを特徴とする方法。
2. 利用者が割当てられた伝送容量を利用しない時間間隔を検出（１８）することによって、前記利用係数が求められることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 利用者がデータを送信又は受信しない時間間隔が検出される（１８）ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 無線通信回路網の無線インタフェース（１０）を直接監視（１６，４）し、かつデータ処理量なしの期間を検出することによって、前記時間間隔が求められることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 送信器（８）と受信器（９）との間にデータを伝送するため、第１の層を持つ多層プロトコルスタックが使用され、直接に送信器及び／又は受信器において前記第１の層を監視（１６，５）することによって、前記時間間隔が検出されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
6. データ伝送速度を割当てることによって、利用者に無線資源が割当てられ、前記データ伝送速度で特定量のデータを伝送するための目標伝送時間を、前記データ量を伝送するため利用者により要求される実際の伝送時間から差引くことにより、前記時間間隔が検出され、その際実際の伝送時間が測定され、前記データ伝送速度により前記データ量を割り算することにより目標伝送時間が計算されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
7. 利用者に割当てられる伝送容量が数個の伝送チャネルを含み、利用係数が各伝送チャネルに対して別々に求めらされることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の方法。
8. 複数の利用者（８，９）に無線資源を割当てる（２１）ための手段を持つ無線通信回路網であって、特定の伝送容量が利用者に割当てられているものにおいて、無線回路網が、前記伝送容量に関する利用係数を求めるための手段（１８，１９）を含み、無線資源を割当てるための手段（２１）が、前記利用係数に応じて無線資源を割当てるように、形成されていることを特徴とする、無線通信回路網。
9. 利用係数を求めるための手段（１８，１９）は、利用者（８，９）が割当てられた伝送容量を利用しない時間間隔を検出できるように、形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の無線通信回路網。
10. 利用係数を求めるための手段（１８，１９）は、利用者がデータを送信又は受信しない時間間隔を検出できるように、形成されていることを特徴とする、請求項８又は９に記載の無線通信回路網。
11. 数個の伝送チャネルを利用者に割当てることによって、利用者（８，９）に伝送容量が割当て可能であるものにおいて、利用係数を求めるための手段（１８，１９）が、各伝送チャネルに対して別々に利用係数を求めることができるように、形成されていることを特徴とする、請求項８〜１０の１つに記載の無線通信回路網。
12. 複数の利用者（８，９）に無線資源を割当てるための手段（２１）を持つ無線通信回路網用の装置（１６．１，１６．２，１６．３，１６．４，１６．５）であって、利用者に特定の伝送容量が割当てられているものにおいて、装置が、伝送容量に関する利用係数を求めるための手段（１８，１９）を含んでいることを特徴とする、装置。

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