JP2007274042A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各セルで使用できる周波数帯域を制限することなく、マルチセル環境下においてもスループットを向上する。
【解決手段】クラス分け手段１ａは、セル内の端末２ａ〜２ｅをクラス分けする。チャネル情報受信手段１ｂは、端末２ａ〜２ｅから複数の周波数帯域ごとにおけるチャネル情報を受信する。スケジューリング手段１ｃは、優先度の高いクラスの端末から、チャネル情報受信手段１ｂによって受信されたチャネル情報に基づいて、クラスごとに決められた個数の複数の周波数帯域を割り当てていく。
【選択図】図１

Description

本発明は通信装置に関し、特に複数の周波数帯域を端末に割り当てて通信する通信装置に関する。

無線伝送システムでは、基地局が信号を送信する端末を選択し、選択した端末に向け信号を送信する。回線交換においては、セル間の移動や動的な周波数割り当てを考えない場合、周波数／チャネル（周波数分割接続方式の場合）やコード（符号分割接続方式の場合）を端末に割り当て、その端末の通信終了時までその通信回線を維持する。パケット伝送においては、パケットごとに端末を割り当てることができるため、各パケットに効率的に端末を割り当てることが重要となる。この端末選定機能をスケジューラと呼ぶ。

スケジューラでは、各端末から送られてくるチャネル情報を基に、パケットの端末の割り当てを決定する。この際、各端末の要求品質や要求伝送レート、これまでのデータ受信量（あるいは通信時間）などが考慮されることがある。また、適応変調を用いるシステムでは、チャネル情報（例えば、端末と基地局間の距離、フェージング状態）を基に最適な伝送レートを設定することができ、スケジューラと併用される。また、複数の周波数帯域を用いる通信では、スケジューラの機能はより複雑となる。

複数の周波数帯域を用いる通信には、複数の周波数帯域を使用する通信と、１つの広帯域をいくつかの副帯域に分割して使用する通信とがある。
図９は、通信周波数帯域を説明する図である。図の（Ａ）では、複数の離れた周波数帯域を通信に使用する。図の（Ｂ）では、１つの帯域を３つの副帯域に分割し、通信に使用する。ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）通信方式の場合、これらの帯域は、複数のＯＦＤＭサブキャリアをまとめたものとすることができる。その際、必ずしも隣接するサブキャリアを用いる必要はなく、離れたサブキャリアを組み合わせ、１つの帯域とみなすこともできる。

スケジューラの概要について説明する。図１０は、スケジューラの概要を説明する図である。図の（Ａ）には、基地局１０１と端末Ａ〜Ｃを示している。図に示すように、基地局１０１が管轄するセル内に、端末Ａ〜Ｃが存在するとする。

図の（Ｂ）には、端末Ａ〜Ｃのパケットの割り当てを示している。基地局１０１は、スケジューラに従って、図に示すように、パケットごとに端末Ａ〜Ｃを割り当ててデータを送信する。

基地局１０１は、パケットにより、端末Ａ〜Ｃに対し、データ信号を送信するとともに、パイロット信号などの端末間共通の信号を報知する。端末Ａ〜Ｃでは、自分向けのパケットが送信されてきた場合には、パケット内の信号を復調する。

端末Ａ〜Ｃは、パケットが送信されない場合でも、パイロット信号を用いてチャネル情報を測定し、上り回線を通して基地局１０１に通知する。基地局１０１のスケジューラは、端末Ａ〜Ｃからのチャネル情報を基に、次パケットに割り当てる端末Ａ〜Ｃを決定する。

スケジューラにおいて、パケットに端末Ａ〜Ｃを割り当てるアルゴリズムはいくつか提案されているが、基本的なものとしてはＲＲ（Round Robin）、ＰＦ（Proportional Fairness）、Ｍａｘ ＣＩＲ（Maximum Carrier to Interface power Ratio）がある。ＲＲでは、通知されるチャネル情報に無関係に、端末が順にパケットに割り当てられる。端末Ａ〜Ｃ間では、公平な割り当てが行われるが、チャネル情報を使用しないため、システムのスループットは低下する。ＰＦでは、各端末Ａ〜Ｃの平均ＳＩＮＲ（Signal to Interface and Noise Ratio）と瞬時ＳＩＮＲ値との差分を使用する。このため、端末Ａ〜Ｃ間での伝搬減衰の差が軽減され、比較的高いスループットを保ちつつ、端末Ａ〜Ｃ間の公平性も得られる。Ｍａｘ ＣＩＲは、チャネル情報が最も高い端末Ａ〜Ｃに割り当てる。現伝搬路のＳＩＮＲの最も高い端末Ａ〜Ｃに信号を送信するため、より高いスループットが得られる。一方、基地局１０１から離れた端末Ｂでは、伝搬減衰によりＳＩＮＲが低く、パケット割り当てされる確率が非常に小さくなり、端末Ａ〜Ｃ間での不公平が生じる。どのアルゴリズムを選択するかは、システムとして何の評価量を優先するかによる。

セルラーシステムでは、隣接セル間で同一の周波数帯域を使用する場合、隣接するセルからの干渉により、通信品質が劣化する。上述した複数の周波数帯域を用いる通信システムでは、隣接セル干渉を回避する方法が提案されている。

図１１は、周波数リユース方式を説明する図である。図には、周波数リユースを３とした例を示している。
隣接するセル１１１〜１１３では、それぞれ異なる周波数帯域を使用し、通信を行う。このため、３セル繰り返しとも呼ばれる。同一の周波数帯域は、隣接するセルでは使用されず、１つ離れたセルで使用されるため、外部セルからの干渉は少なくなる。一方で、１セル内で使用できる周波数帯域数が１／３になるため、分割損失によりユーザ割り当て効率が劣化する。また、実際の環境では、規則的なセル配置は困難であるため、リユース効率は劣化することが考えられる。

図１２は、ソフトリユース方式を説明する図である。図に示すようにセル１２１〜１２３は、内側領域（図中の円内）と外側領域に分けられている。セル１２１〜１２３の外側領域の帯域は、異なるように選択され、それぞれ、ｆ１，ｆ２，ｆ３となっている。セル１２１〜１２３の内側領域の帯域は、外側領域の帯域と異なる周波数が選択されている。

セル１２１〜１２３の内側領域では、隣接セル干渉が少なく、かつ、受信信号電力も高い。従って、隣接セルと同一の帯域を使用することができ、送信電力も下げることができる。セル１２１〜１２３の外側領域では、反対に干渉が大きく、受信信号電力は弱まるので、上述したように、隣接セルと異なる周波数帯域を使用する。

ここで、内側領域で使用する２帯域の送信電力を、外側領域での帯域の送信電力と同等にすると、全てのセル１２１〜１２３が同じ帯域を再利用する周波数リユース１のシステムに相当する。逆に、中心部で使用する２帯域の送信電力を０（送信しない）とすると、周波数リユース３のシステムと同等となる。送信電力の調整により、等価的にリユース係数を可変とすることができるため、ソフトリユースとなる。ただし、セル配置は規則的になるとは限らず、セル間で端末分布も異なり、時間的に変化するため、システム全体として最適なソフトリユース係数に設定することは難しくなる。

複数の周波数帯域を使用する通信システムのスケジューリングとして最も簡単な方法は、各端末の通信できる周波数帯域を１つに限定し、スケジューラを周波数帯域ごとに独立に動作させるものである。例えば、端末Ａ〜Ｃの使用する帯域をｆ１、端末Ｄ〜Ｆの使用する帯域をｆ２、端末Ｇ〜Ｉの使用する帯域をｆ３と固定する。この帯域の割り当ては、通信開始時に設定する。帯域ｆ１のスケジューラは、端末Ａ〜Ｃのチャネル情報により、帯域ｆ１の次パケットで信号送信する端末Ａ〜Ｃを決定し、帯域ｆ２のスケジューラは、端末Ｄ〜Ｆのチャネル情報により、帯域ｆ２の次パケットで信号送信する端末Ｄ〜Ｆを決定し、帯域ｆ３のスケジューラは、端末Ｇ〜Ｉのチャネル情報により、帯域ｆ３の次パケットで信号送信する端末Ｇ〜Ｉを決定する。

この方法では、各端末は、通信開始時に設定された１つの周波数帯域の受信ＳＩＮＲを測定し、その情報のみを基地局にフィードバックするため、チャネル情報量は少なく済む。一方、周波数帯域当たりの端末数が減るため、周波数利用効率が劣化する。

これに対し、全周波数帯域を使用し、スケジューリングする方法がある（例えば、非特許文献１参照）。
図１３は、直列型スケジューリングを説明する図である。非特許文献１では、図に示すように、スケジューラ１３１〜１３３を直列接続する。スケジューラ１３１は、帯域ｆ１のスケジューリングを行い、セル内の全ての端末を対象とする。セル内のスケジューリング対象の端末数をＮとすると、Ｎ端末に対しスケジューリングを行い、帯域ｆ１の次パケットで送信する１つの端末を決定する。続いて、スケジューラ１３２は、残りのＮ−１の端末を対象に帯域ｆ２で送信する端末を決定する。同様に、スケジューラ１３３は、残りのＮ−２の端末を対象に帯域ｆ３で送信する端末を決定する。各端末は、全周波数帯域分のチャネル情報を基地局に通知する必要があるが、スケジューラにおける周波数帯域の分割損がなく、効率的な周波数利用ができる。また、スケジューラ１３１〜１３３ごとに異なるアルゴリズムを採用することも可能である。

なお、従来、端末局の送信信号の隣接チャネル漏洩電力規格を厳しくすることなしに、他のオペレータに属する基地局への妨害を低減させ、端末局送信部の消費電力や装置サイズを低減する通信システムの周波数割り当て方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
２００５年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−５−９９、白壁他、‘ＣＤＭＡシステムにおける直列型スケジューリングの特性評価’ 特開平１１−３５５８３８号公報

しかし、上述した周波数リユースやソフトリユースでは、隣接するセル間で使用する周波数帯域を予め決めておく必要があり、各セルで使用できる周波数帯域は制限され、各セルで実現できる最大スループットが抑えられてしまうという問題点があった。

また、非特許文献１では、全周波数帯域を使用してスケジューリングを行っているが、マルチセル環境下における、他セルからの干渉の影響については考慮されていない。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、各セルで使用できる周波数帯域を制限することなく、マルチセル環境下においてもスループットを向上することができる通信装置を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、図１に示すような複数の周波数帯域を端末２ａ〜２ｅに割り当てて通信する通信装置１において、セル内の端末２ａ〜２ｅをクラス分けするクラス分け手段１ａと、端末２ａ〜２ｅから複数の周波数帯域ごとにおけるチャネル情報を受信するチャネル情報受信手段１ｂと、優先度の高いクラスの端末から、チャネル情報に基づいて、クラスごとに決められた個数の複数の周波数帯域を割り当てていくスケジューリング手段１ｃと、を有することを特徴とする通信装置１が提供される。

このような通信装置１によれば、端末２ａ〜２ｅをクラス分けし、優先度の高いクラスの端末から、チャネル情報に基づいて、クラスごとに決められた個数の複数の周波数帯域を割り当てていく。

本発明の通信装置では、端末をクラス分けし、優先度の高いクラスの端末から、チャネル情報に基づいて、クラスごとに決められた個数の複数の周波数帯域を割り当てていくようにした。これによって、クラスの優先度とクラスごとに決められた複数の周波数帯域の個数とによって、各セルで使用できる周波数帯域を制限することなく、マルチセル環境下においてもスループットを向上することが可能となる。

以下、本発明の原理を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、通信装置の概要を説明する図である。通信装置１は、クラス分け手段１ａ、チャネル情報受信手段１ｂ、およびスケジューリング手段１ｃを有している。通信装置１は、複数の周波数帯域を端末２ａ〜２ｅに割り当てて通信を行う。なお、以下では、複数の周波数帯域をｆ１〜ｆ３として説明する。

クラス分け手段１ａは、セル内の端末２ａ〜２ｅをクラス分けする。例えば、クラス分け手段１ａは、セルを通信装置１から近い領域と遠い領域との２つの領域に分け、どちらの領域に属するかによって、端末２ａ〜２ｅをクラス分けする。なお、以下では、端末２ａ，２ｂは、クラスＣ１（通信装置１に近い領域）に属し、端末２ｃ〜２ｅは、クラスＣ２（通信装置１に遠い領域）に属するとする。

チャネル情報受信手段１ｂは、端末２ａ〜２ｅから複数の周波数帯域ｆ１〜ｆ３ごとにおけるチャネル情報を受信する。
スケジューリング手段１ｃは、優先度の高いクラスの端末から、端末２ａ〜２ｅの各周波数帯域ｆ１〜ｆ３におけるチャネル情報に基づいて、クラスＣ１，Ｃ２ごとに決められた個数の複数の周波数帯域を割り当てていく。

クラスＣ１，Ｃ２の優先度およびクラスＣ１，Ｃ２ごとに割り当てられる周波数帯域ｆ１〜ｆ３の個数は、例えば、システムによって予め決められる。ここで、クラスＣ２は、通信装置１からの距離が遠いため、一般的に受信信号電力が弱く、かつ、隣接するセルからの干渉も大きい。このため、ＳＩＮＲが低く、端末２ｃ〜２ｅに周波数帯域ｆ１〜ｆ３が割り当てられる確率は小さくなる。そこで、クラスＣ２に割り当てられる周波数帯域の個数を２とし、クラスＣ１に割り当てられる周波数帯域の個数を１とし、クラスＣ２のスループットを高める。一方、クラスＣ１に割り当てられる周波数帯域の個数は、１個であるため、クラスＣ１のスループットが下がる。そこで、クラスＣ１の優先度をクラスＣ２より高くする。

この場合、スケジューリング手段１ｃは、端末２ａ〜２ｅから受信したチャネル情報に基づいて、優先度の高いクラスＣ１の端末２ａ，２ｂに、周波数帯域ｆ１〜ｆ３を１つ割り当てることになる。チャネル情報は、例えば、各周波数帯域ｆ１〜ｆ３における端末２ａ〜２ｅのＳＩＮＲであり、スケジューリング手段１ｃは、ＳＩＮＲの最も高い端末に周波数帯域ｆ１〜ｆ３を１つ割り当てる。ここでは、端末２ａの周波数帯域ｆ１のＳＩＮＲが最も高かったとすると、スケジューリング手段１ｃは、クラスＣ１の端末２ａに周波数帯域ｆ１を割り当てることになる。

次いで、スケジューリング手段１ｃは、端末２ａ〜２ｅから受信したチャネル情報に基づいて、次に優先度の高いクラスＣ２の端末２ｃ〜２ｅに、周波数帯域ｆ１〜ｆ３を２つ割り当てることになる。周波数帯域ｆ１は、すでに優先度の高いクラスＣ１の端末２ａに割り当てているので、スケジューリング手段１ｃは、周波数帯域ｆ２，ｆ３を端末２ｃ〜２ｅに割り当てることになる。チャネル情報は、上述したように、例えば、各周波数帯域ｆ１〜ｆ３における端末２ａ〜２ｅのＳＩＮＲであり、スケジューリング手段１ｃは、ＳＩＮＲの最も高い端末２ｃ〜２ｅに周波数帯域ｆ２，ｆ３を割り当てる。ここでは、周波数帯域ｆ２のＳＩＮＲは、端末２ｃが最も高く、周波数帯域ｆ３のＳＩＮＲは、端末２ｄが最も高かったとすると、スケジューリング手段１ｃは、クラスＣ２の端末２ｃに周波数帯域ｆ２を割り当て、端末２ｄに周波数帯域ｆ３を割り当てることになる。

このように、通信装置１は、端末２ａ〜２ｅをクラスＣ１，Ｃ２に分け、優先度の高いクラスの端末から、チャネル情報に基づいて、クラスＣ１，Ｃ２ごとに決められた個数の複数の周波数帯域ｆ１〜ｆ３を割り当てていくようにした。これによって、クラスＣ１，Ｃ２の優先度とクラスＣ１，Ｃ２ごとに決められた複数の周波数帯域の個数を適当に決めることにより、各セルで使用できる周波数帯域を制限することなく、マルチセル環境下においてもスループットを向上することが可能となる。

なお、上記のクラスＣ１，Ｃ２の優先度およびクラスＣ１，Ｃ２ごとに割り当てられる周波数帯域ｆ１〜ｆ３の個数は一例であり、通信状況やユーザの構築したい仕様のシステムに応じて変更するようにする。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、通信装置のシステム構成例を示した図である。図には、基地局に設置された通信装置１０および端末２１，２２，…が示してある。通信装置１０と端末２１，２２，…は、複数の周波数帯域を用いて通信を行う。

図３は、通信装置が送受信するパケットを示した図である。図に示すように、通信装置１０は、帯域ｆ１〜ｆ３を使用して、パケット３１ａ，３１ｂ，…、パケット３２ａ，３２ｂ，…、パケット３３ａ，３３ｂ，…を送受信する。

通信装置１０は、スケジューラに従って、帯域ｆ１〜ｆ３のそれぞれのパケット３１ａ，３１ｂ，…、パケット３２ａ，３２ｂ，…、パケット３３ａ，３３ｂ，…に端末２１，２２，…を割り当てる。なお、図中の横方向は、時間の経過を示し、縦方向は、周波数を示す。

パケット３１ａ，３１ｂ，…、パケット３２ａ，３２ｂ，…、パケット３３ａ，３３ｂ，…には、パイロット信号Ｐが含まれている。端末２１，２２，…は、パイロット信号Ｐを用いてチャネル情報を測定し、上り回線を通して通信装置１０に通知する。チャネル情報は、例えば、ＳＩＮＲ値、または、それを量子化した値、あるいはＳＩＮＲに相当する伝送レート情報である。以下では、チャネル情報は、ＳＩＮＲ値として説明する。

次に、セルについて説明する。
図４は、セルを説明する図である。通信装置１０は、例えば、３台設置され、それぞれが図に示すようにセル４１〜４３を構築しているとする。

セル４１〜４３は、図中円内の内側領域と、図中円外の外側領域との２つの領域に分け、内側領域にある端末をクラスＣ１、外側領域にある端末をクラスＣ２とする。
端末のクラスＣ１，Ｃ２の選別は、通信装置１０と端末との距離によって行う。各端末は、例えば、通信装置１０からのパイロット信号の平均受信電力から、通信装置１０までの距離を測定でき、この結果を通信装置１０に報告する。通信装置１０では、端末からの距離を基に、端末をクラス分けする。なお、端末の位置は、例えば、ＧＰＳやパケットの遅延時間を計測することによっても知ることができる。

セル４１〜４３の外側領域では、基地局からの受信信号電力が弱く、かつ、隣接するセルからの干渉も大きい。このため、ＳＩＮＲが低く、スケジューラにおいて、外側領域の端末にパケットが割り当てられる確率は小さくなる。また、パケットが送信された場合でも、低ＳＩＮＲのため、伝送レートが低くなる。ユーザ間の公平性を重要とするシステムでは、クラスＣ２の優先度を高くすることで、外側領域内の端末のスループットを増加させることができる。逆に、セル全体の平均スループットを重視する場合には、受信信号電力が強く伝送レートの高いクラスＣ１の優先度を高くすることもできる。

図４に示すように、セル４１の外側領域には、端末Ａ〜Ｆ、内側領域には、端末Ｇ〜Ｋが存在するとする。また、使用する周波数帯域をｆ１〜ｆ３とする。各端末Ａ〜Ｋは、３つの帯域ｆ１〜ｆ３のＳＩＮＲを測定し、チャネル情報として通信装置１０に通知する。

通信装置１０では、クラスＣ１，Ｃ２ごとに、受信したチャネル情報を基に、帯域ｆ１〜ｆ３ごとのスケジューリングを行う。例えば、通信装置１０は、クラスＣ１における帯域ｆ１〜ｆ３のそれぞれにおいて、最もＳＩＮＲの大きかった端末を取得する。例えば、図の矢印Ａ１に示すように、帯域ｆ１では、端末Ｈが最もＳＩＮＲが大きかったとする。また、帯域ｆ２では、端末Ｈが最もＳＩＮＲが大きかったとする。また、帯域ｆ３では、端末Ｋが最もＳＩＮＲが大きかったとする。

同様に、通信装置１０は、クラスＣ２における帯域ｆ１〜ｆ３のそれぞれにおいて、最もＳＩＮＲの大きかった端末を取得する。例えば、図の矢印Ａ２に示すように、帯域ｆ１では、端末Ｃが最もＳＩＮＲが大きかったとする。また、帯域ｆ２では、端末Ｅが最もＳＩＮＲが大きかったとする。また、帯域ｆ３では、端末Ｂが最もＳＩＮＲが大きかったとする。

ここで、外側領域のクラスＣ２に対し、内側領域のクラスＣ１の優先度が高いとする。また、外側領域のクラスＣ２に２つの周波数を割り当てるとする。クラスＣ１の優先度を高くすることで、内側領域でのスループットを高め、クラスＣ２に２つの周波数を割り当てることで、外側領域でのスループットを高め、公平性を維持する。

クラスＣ１の優先度が高いので、通信装置１０は、クラスＣ１の中から、最もＳＩＮＲの大きい端末を取得する。すなわち、図の矢印Ａ１で示す各帯域ｆ１〜ｆ３の端末Ｈ，Ｈ，Ｋの中から、最も大きいＳＩＮＲの端末を取得する。ここでは、帯域ｆ１の端末Ｈが最もＳＩＮＲが大きかったとする。残りの帯域ｆ２，ｆ３は、クラスＣ２に割り当てられる。従って、通信装置１０は、図の矢印Ａ２で示す帯域ｆ２，ｆ３の端末Ｅ，Ｂを取得する。図の矢印Ａ３は、上記によって各帯域ｆ１〜ｆ３に割り当てた端末Ｈ，Ｅ，Ｂの結果を示している。このようにして、通信装置１０は、クラスＣ１，Ｃ２ごとに、受信したチャネル情報を基に、帯域ｆ１〜ｆ３ごとのスケジューリングを行う。

次に、通信装置１０がスケジューリングを行う際に生成するスケジュールＴＢ（ＴＢ：テーブル）について説明する。
図５は、スケジュールＴＢのデータ構成例を示した図である。スケジュールＴＢ５１は、図に示すように、端末の欄および帯域ｆ１〜ｆ３の欄を有している。

端末の欄は、外側領域（クラスＣ２）と内側領域（クラスＣ１）とに分けられる。端末の外側領域の欄には、端末Ａ〜Ｆが格納されている。端末の内側領域の欄には、端末Ｇ〜Ｋが格納されている。

帯域ｆ１〜ｆ３の欄には、各端末Ａ〜Ｋの各帯域ｆ１〜ｆ３におけるＳＩＮＲの順位が格納されている。また、図示していないが、順位とともにＳＩＮＲの値も格納されている。

例えば、セル４１の通信装置１０は、上述したように、各端末Ａ〜Ｋの距離を取得し、図５のスケジュールＴＢ５１に示すように、端末の外側領域の欄に、端末Ａ〜Ｆを格納し、内側領域の欄に、端末Ｇ〜Ｋを格納する。

通信装置１０は、端末Ａ〜Ｋから、各帯域ｆ１〜ｆ３におけるＳＩＮＲを受信する。そして、通信装置１０は、端末Ａ〜Ｋの各クラスＣ１，Ｃ２ごとにおいて、ＳＩＮＲ値の順位を算出し、そのＳＩＮＲとともに、スケジュールＴＢ５１に格納する。

例えば、図５のスケジュールＴＢ５１の例では、クラスＣ２の帯域ｆ１の順位は、端末Ｃ，Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｄ，Ｆとなっている。クラスＣ１の帯域ｆ１の順位は、端末Ｈ，Ｊ，Ｉ，Ｇ，Ｋとなっている。

なお、上記では、セル４１の通信装置１０について説明したが、セル４２，４３の通信装置１０も同様に、スケジュールＴＢ５１を生成する。
次に、通信装置１０のスケジューリングについて説明する。通信装置１０は、スケジュールＴＢ５１を参照して、どの端末にどの帯域を割り当てるかスケジューリングを行う。

通信装置１０は、予めクラスの優先度と、それぞれのクラスに何個の帯域を割り当てるかが入力されている。
通信装置１０は、優先度の最も高いクラスにおいて、予め入力された個数分の帯域を、ＳＩＮＲの高い順に端末に割り当てる。そして、次に優先度の高いクラスにおいて、予め入力された個数分の帯域を、ＳＩＮＲの高い順に端末に割り当てる。

例えば、通信装置１０には、クラスＣ１がクラスＣ２より高優先であると入力されているとする。また、クラスＣ１に帯域が１つ、クラスＣ２に帯域が２つ割り当てられるように入力されているとする。

この場合、クラスＣ１が高優先であるので、通信装置１０は、スケジュールＴＢ５１の内側領域の欄に対応する帯域ｆ１〜ｆ３の中から、最もＳＩＮＲの高い端末を１つ選択することになる。スケジュールＴＢ５１の例の場合、帯域ｆ１の最もＳＩＮＲの高い端末はＨであり、帯域ｆ２の最もＳＩＮＲの高い端末はＨであり、帯域ｆ３の最もＳＩＮＲの高い端末はＫである。通信装置１０は、この中から、最もＳＩＮＲ値の高い端末を選択する。なお、ここでは、帯域ｆ１の端末ＨのＳＩＮＲ値が最も大きく、端末Ｈに、帯域ｆ１が割り当てられたとする。

次に、通信装置１０は、残りの帯域ｆ２，ｆ３を、クラスＣ２の端末に割り当てる。通信装置１０は、スケジュールＴＢ５１を参照して、帯域ｆ２に端末Ｅを割り当て、帯域ｆ３に端末Ｂを割り当てる。

このように、優先度の高いクラスに、より高いＳＩＮＲの帯域を割り当てるため、帯域を固定して使用する場合より、効率的な周波数利用ができる。
次に、通信装置１０の機能ブロックについて説明する。

図６は、通信装置の機能ブロック図である。図に示すように、通信装置１０は、チャネル情報入力部６１、スケジューラユニット６２、分配部６７、バッファ６８、スイッチ６９，７２，７５、変調部７０，７３，７６、および伝送部７１，７４，７７を有している。

チャネル情報入力部６１は、端末から受信したチャネル情報が入力される。ここでは、チャネル情報として、ＳＩＮＲおよび端末と基地局間の距離の情報が入力されるとする。
スケジューラユニット６２は、端末に割り当てる帯域を決める。スケジューラユニット６２は、クラス分配部６３、クラススケジューラ６４，６５、スケジュールＴＢ５１、およびセレクタ部６６を有している。

クラス分配部６３は、例えば、通信装置１０と端末との距離に基づいて、端末がセルの内側領域のクラスに属しているか、セルの外側領域のクラスに属しているかを判断する。クラス分配部６３は、判断結果に基づいて、各端末のＳＩＮＲをクラススケジューラ６４，６５に出力する。

クラススケジューラ６４，６５は、クラスに対応して設けられる。例えば、クラススケジューラ６４は、セルの内側領域のクラスに対応して設けられ、クラススケジューラ６５は、セルの外側領域のクラスに対応して設けられる。

クラススケジューラ６４，６５は、帯域に対応したスケジューラを有している。例えば、図４，５で説明したように、帯域がｆ１〜ｆ３と３つ存在すれば、それぞれの帯域ｆ１〜ｆ３に対応する３つスケジューラを有することになる。

クラススケジューラ６４，６５は、帯域ごとに、例えば、Ｍａｘ ＣＩＲやＰＦなどのスケジュールアルゴリズムに従って、スケジューリングを行う。そして、クラススケジューラ６４，６５は、スケジューリングの結果に基づいて、スケジュールＴＢ５１を生成する。

例えば、クラススケジューラ６４の３つのスケジューラは、図４，５で説明したクラスＣ１の帯域ｆ１〜ｆ３を、Ｍａｘ ＣＩＲに基づいてスケジューリングを行う。クラススケジューラ６５の３つのスケジューラは、図４，５で説明したクラスＣ２の帯域ｆ１〜ｆ３を、Ｍａｘ ＣＩＲに基づいてスケジューリングを行う。そして、クラススケジューラ６４，６５は、スケジュールＴＢ５１を生成する。

スケジュールＴＢ５１は、スケジューリング結果を格納している。スケジュールＴＢ５１は、図５のスケジュールＴＢ５１であり、クラス分けされた端末ごとにおける、各帯域での順位が格納されている。

セレクタ部６６は、スケジュールＴＢ５１に基づいて、スイッチ６９，７２，７５をバッファ６８のどのバッファに接続すべきか指示を出す。また、変調部７０，７３，７６の変調方式を変更する。

分配部６７には、端末に送信するデータが入力される。分配部６７は、入力されたデータを、送信先端末に応じて、複数あるバッファ６８の何れかに出力する。
バッファ６８は、複数のバッファを有している。例えば、端末Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，…と各端末に対応したバッファを有している。分配部６７は、例えば、端末Ａに送信するデータの場合、バッファ６８の端末Ａのバッファにデータを出力することになる。

スイッチ６９，７２，７５は、セレクタ部６６の指示に基づいて、バッファ６８と変調部７０，７３，７６を接続する。
変調部７０，７３，７６は、バッファ６８から出力されるデータを変調する。変調部７０，７３，７６は、セレクタ部６６の指示に基づいて、チャネル情報（ＳＩＮＲ）に基づいた最適な伝送レートを設定することができるようになっている。

伝送部７１，７４，７７は、変調部７０，７３，７６から出力されるデータを端末に無線送信する。
なお、スイッチ６９、変調部７０、および伝送部７１は、帯域ｆ１のデータ（パケット）を送信するための処理部である。スイッチ７２、変調部７３、および伝送部７４は、帯域ｆ２のパケットを送信するための処理部である。スイッチ７５、変調部７６、および伝送部７７は、帯域ｆ３のパケットを送信するための処理部である。

従って、例えば、端末Ａのデータを、帯域ｆ２で送信する場合、セレクタ部６６は、スイッチ７２にバッファ６８の端末Ａのバッファと接続するように指示を出す。これによって、端末Ａのデータは、帯域ｆ２のパケットとして、端末Ａに送信されることになる。

次に、通信装置１０のスケジューリング動作を、フローチャートを用いて説明する。
図７は、端末装置のスケジューリング動作を示したフローチャートである。
［ステップＳ１］通信装置１０は、セル４１内の端末Ａ〜Ｋから帯域ｆ１〜ｆ３ごとのＳＩＮＲを受信する。

［ステップＳ２］通信装置１０は、端末Ａ〜Ｋをクラス分けし、端末Ａ〜ＫのＳＩＮＲをクラススケジューラ６４，６５に送出する。なお、端末Ａ〜Ｋのクラス分けは、例えば、通信装置１０と端末Ａ〜Ｋとの距離によって行い、図５で説明したように、端末Ａ〜Ｆは、クラスＣ２、端末Ｇ〜Ｋは、クラスＣ１にクラス分けされたとする。

［ステップＳ３］通信装置１０のクラスＣ１のスケジューラ（図６のクラススケジューラ６４）は、例えば、Ｍａｘ ＣＩＲのスケジュールアルゴリズムに基づいて、帯域ｆ１〜ｆ３ごとにスケジューリングを行う。これによって、図５で示した内側領域のスケジュールＴＢ５１が生成される。

［ステップＳ４］通信装置１０のクラスＣ２のスケジューラ（図６のクラススケジューラ６５）は、例えば、Ｍａｘ ＣＩＲのスケジュールアルゴリズムに基づいて、帯域ｆ１〜ｆ３ごとにスケジューリングを行う。これによって、図５で示した外側領域のスケジュールＴＢ５１が生成される。

［ステップＳ５］通信装置１０は、クラスＣ１の各帯域ｆ１〜ｆ３における端末選定を行う。例えば、図５で示したスケジュールＴＢ５１において、帯域ｆ１のＳＩＮＲの最も大きい端末は、端末Ｈである。従って、通信装置１０は、帯域ｆ１において、端末Ｈを選定する。帯域ｆ２のＳＩＮＲの最も大きい端末は、端末Ｈである。従って、通信装置１０は、帯域ｆ２において、端末Ｈを選定する。帯域ｆ３のＳＩＮＲの最も大きい端末は、端末Ｋである。従って、通信装置１０は、帯域ｆ３において、端末Ｋを選定する。

［ステップＳ６］通信装置１０は、クラスＣ２の各帯域ｆ１〜ｆ３における端末選定を行う。例えば、図５で示したスケジュールＴＢ５１において、帯域ｆ１のＳＩＮＲの最も大きい端末は、端末Ｃである。従って、通信装置１０は、帯域ｆ１において、端末Ｃを選定する。帯域ｆ２のＳＩＮＲの最も大きい端末は、端末Ｅである。従って、通信装置１０は、帯域ｆ２において、端末Ｅを選定する。帯域ｆ３のＳＩＮＲの最も大きい端末は、端末Ｂである。従って、通信装置１０は、帯域ｆ３において、端末Ｂを選定する。

［ステップＳ７］通信装置１０は、選定した帯域ｆ１〜ｆ３の端末Ｈ，Ｈ，Ｋの中から、最もＳＩＮＲの大きい端末を選択する。ここでは、帯域ｆ１の端末Ｈが最もＳＩＮＲが大きかったとする。

［ステップＳ８］通信装置１０は、クラスＣ２の帯域割り当てにおいて、クラスＣ１で割り当てられなかった帯域を、クラスＣ２の端末に割り当てる。例えば、ステップＳ７において、クラスＣ１には、端末Ｈに帯域ｆ１が割り当てられている。従って、クラスＣ２の端末には、帯域ｆ２，ｆ３を割り当てることになり、帯域ｆ２に端末Ｅ、帯域ｆ３に端末Ｂを割り当てる。

［ステップＳ９］通信装置１０は、次パケットで送信する端末を決定する。上記例では、帯域ｆ１の次パケットに端末Ｈを割り当て、帯域ｆ２の次パケットに端末Ｅを割り当て、帯域ｆ３の次パケットに端末Ｂを割り当てることを決定する。

このように、通信装置１０は、セル内の端末をクラス分けし、優先度の高いクラスの端末から、所定数の帯域を割り当てるようにした。これによって、マルチセル環境において、セルごとに使用する周波数帯域に制限を設けることなく、端末割り当ての公平性を高め、スループットを向上させることができる。

なお、上記では、ユーザの入力によって、クラスＣ１，Ｃ２の優先度を変えることができる。クラスＣ１，Ｃ２の優先度を変えることによって、端末Ａ〜Ｋ間の公平性を維持することも可能である。また、ユーザの入力によって、クラスＣ１に２つの帯域、クラスＣ２に１つの帯域を割り当てるようにすることもできる。

また、端末Ａ〜Ｋのセル４１内の分布（例えば、セル４１の内側領域、外側領域での端末数の割合など）や外部のセル４２，４３からの干渉量は、セル毎に異なり、かつ、時間によっても異なる。各端末Ａ〜Ｋのデータ受信状況などを考慮し、適応的に優先度や周波数帯域数を変更することも可能である。セル４１の内側領域で、一時的に端末数が増加し、各端末のデータ受信量が低下したとする。それまで、外側領域に割り当てていた２つの帯域の１つを、内側領域に振り分けることで、内側領域の端末の要求に対処することができる。状況が改善したら、元の状態に戻す。セル４１〜４３間でも環境が異なることが考えられる。セル４１〜４３の大きさやセル４１〜４３の設置場所（通信装置１０の設置場所）により端末Ａ〜Ｋの分布は大きく変わる。人が集中する施設等がセル内のどの位置に存在するか、高データ通信を行う端末が存在するかなどの影響を受ける。このような場合にも、セル独自に優先度の設定を行うことで、柔軟な対応が可能となる。

また、上記では、通信装置１０は、スケジュールＴＢ５１をＳＩＮＲの大きさに基づいて、作成している。そして、優先度の高いクラスＣ１から端末に帯域を割り当てるのに、最も大きいＳＩＮＲ値を有する端末にその帯域を割り当てる。すなわち、上記では、Ｍａｘ ＣＩＲのスケジュールアルゴリズムに基づいて、スケジュールＴＢ５１を作成し、端末に帯域を割り当てている。しかし、他のスケジュールアルゴリズムに基づいて、スケジュールＴＢ５１を作成し、端末に帯域を割り当てるようにしてもよい。

例えば、通信装置１０は、ＰＦに基づいて、スケジュールＴＢ５１を作成する。具体的には、クラスＣ１にクラス分けされた端末Ａ〜Ｆの帯域ｆ１において、平均ＳＩＮＲ値と瞬時ＳＩＮＲ値との差分を算出する。ここで、ＳＩＮＲはｄＢ値に換算されているとする。例えば、端末Ａの帯域ｆ１のＰＦ値を算出するには、ＳＩＮＲ＿Ａ１−Ａｖ［ＳＩＮＲ−Ａ］によって算出する。ここで、ＳＩＮＲ＿Ａ１は、端末Ａの帯域ｆ１における瞬時ＳＩＮＲ値を示す。Ａｖ［ＳＩＲ−Ａ］は、帯域ｆ１〜ｆ３における端末Ａの平均ＳＩＮＲ値を示す。

通信装置１０は、各端末Ａ〜Ｆの帯域ｆ１におけるＰＦ値を算出すると、大きい順に順位を付ける。同様に、帯域ｆ２，ｆ３においても行う。さらに、クラスＣ２においても同様に行う。このようにして、ＰＦのアルゴリズムに基づいたスケジュールＴＢ５１を作成することができる。

また、クラスによりスケジューリングの方式を変えることも可能である。例えば、セル４１の内側領域には、Ｍａｘ ＣＩＲを用い、セル４１の外側領域には、ＰＦを用いるようにすることができる。これにより、セル４１の内側領域では、スループットを最大化し、セル４１の外側領域では、公平性の高いユーザ割り当てを行うことができる。

また、上記では、クラス分けを通信装置１０と端末との距離で行ったが、トラヒックの種類（要求品質やデータ量）によって行うこともできる。例えば、通話端末とデータ伝送端末とでクラス分けし、データ伝送端末に優先度を与え、高いＳＩＮＲを持つ帯域を割り当てる。通話端末は、その数が多いことが予想されるため、多くの周波数帯域を割り当てることで対処する。さらに、細かいクラス分けも可能である。例えば、セルの内側領域の通話端末とデータ伝送端末、セルの外側領域の通話端末とデータ伝送端末と、細かなクラス分けを行うこともできる。

また、クラスにより送信電力を変更することも可能である。
図８は、送信電力の変更を説明する図である。図に示すように、セル８１の内側領域で使用する帯域ｆ１の送信電力は低くし、外側領域で使用する帯域ｆ２，ｆ３の送信電力を高くする。これは、図１２で説明したソフトリユースに近い方式となる。ただし、図１２で説明したソフトリユースと異なり、通信装置１０は、各領域で使用する帯域を適応的に変更する。

通信装置１０は、例えば、クラス別に平均送信データ量などを測定し、セル８１の外側領域でのデータ量が低下している場合には、送信電力を増大させるようにする。これによって、外側領域の端末の受信ＳＩＮＲを改善し、データ量を増加させることができる。この動作は、各セルの通信装置１０において独立に行われる。

通信装置の概要を説明する図である。 通信装置のシステム構成例を示した図である。 通信装置が送受信するパケットを示した図である。 セルを説明する図である。 スケジュールＴＢのデータ構成例を示した図である。 通信装置の機能ブロック図である。 通信装置のスケジューリング動作を示したフローチャートである。 送信電力の変更を説明する図である。 通信周波数帯域を説明する図である。 スケジューラの概要を説明する図である。 周波数リユース方式を説明する図である。 ソフトリユース方式を説明する図である。 直列型スケジューリングを説明する図である。

符号の説明

１ 通信装置
１ａ クラス分け手段
１ｂ チャネル情報受信手段
１ｃ スケジューリング手段
２ａ〜２ｅ 端末

Claims (10)

1. 複数の周波数帯域を端末に割り当てて通信する通信装置において、
   セル内の前記端末をクラス分けするクラス分け手段と、
   前記端末から前記複数の周波数帯域ごとにおけるチャネル情報を受信するチャネル情報受信手段と、
   優先度の高い前記クラスの前記端末から、前記チャネル情報に基づいて、前記クラスごとに決められた個数の前記複数の周波数帯域を割り当てていくスケジューリング手段と、
   を有することを特徴とする通信装置。
2. 前記クラス分け手段は、当該通信装置と前記端末との距離に基づいて、前記クラス分けをすることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 当該通信装置と前記端末との通信状況に応じて、前記個数を変更する個数変更手段を有することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
4. 当該通信装置と前記端末との通信状況に応じて、前記優先度を変更する優先度変更手段を有することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
5. 前記クラスごとに送信電力を変更する電力送信手段を有することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
6. 前記電力送信手段は、前記クラスごとの平均送信データ量に基づいて、前記送信電力を変更することを特徴とする請求項５記載の通信装置。
7. 前記スケジューリング手段は、前記チャネル情報に基づいて、前記複数の周波数帯域を割り当てていくスケジューリング方式を、前記クラスごとに変更することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
8. 前記クラス分け手段は、前記端末と通信するトラフィックの種類に応じて、前記クラス分けをすることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
9. 前記チャネル情報は、ＳＩＮＲであることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
10. 前記スケジューリング手段は、前記優先度の高い前記クラスの前記端末の前記ＳＩＮＲが最も大きい前記端末から前記複数の周波数帯域を割り当てていくことを特徴とする請求項９記載の通信装置。
    

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