JP2010503358A - 無線通信システムにおけるリソース割り当て方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、フレームの一部を複数の周波数副搬送波セットおよび複数の記号を含む複数の移動ユニットに割り当てる方法を提供する。この方法は、複数の副搬送波セットのうちの少なくとも１つと、複数の記号のうちの少なくとも１つとを備える、少なくとも１つのゾーンを決定するステップと、複数のサブゾーンを決定するステップとを含む。それぞれのサブゾーンは、少なくとも１つのゾーン内の、複数の副搬送波セットのうちの少なくとも１つと複数の記号のうちの少なくとも１つとを含む。この方法は、それぞれの複数の移動ユニットをサブゾーンのうちの少なくとも１つに関連付けるステップと、それぞれのサブゾーン内の副搬送波セットおよび記号の一部を、それぞれのサブゾーンに関連付けられた移動ユニットに割り当てるステップも含む。

Description

本発明は、一般に通信システムに関し、より詳細には、無線通信システムに関する。

直交周波数分割多元接続（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＯＦＤＭＡ）は、米国電気電子学会（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ：ＩＥＥＥ）８０２．１６ｅ標準（ＷｉＭＡＸとしても知られる）、現在３ＧＰＰ（ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ：３ＧＰＰ）によって標準化が進められているユニバーサル移動体通信システム−ロング・ターム・エボリューション（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ−Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ：ＵＭＴＳ−ＬＴＥ）、および、現在３ＧＰＰ２（ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ ２）によって標準化が進められている高速パケット・データ・リビジョンＣ（Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅ Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｃ）に従って動作するシステムを含む、多くの無線通信システムのための多元接続技法として採用されている。ＯＦＤＭＡシステムでは、利用可能な帯域幅を複数の副搬送波周波数（通常、副搬送波と呼ばれる）に分割することができ、その副搬送波を１つまたは複数のサブチャネルにグループ化することができる。副搬送波を異なるサブチャネルに割り当てる処理は、「サブチャネル化」と呼ばれる。例示的なサブチャネル化方法には、ＰＵＳＣ（Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｕｓｅｄ Ｓｕｂｃｈａｎｎｅｌｉｚａｔｉｏｎ）およびＦＵＳＣ（Ｆｕｌｌｙ Ｕｓｅｄ Ｓｕｂｃｈａｎｎｅｌｉｚａｔｉｏｎ）などの分散副搬送波置換、ならびにバンド適応変調および符号化（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ：ＡＭＣ）などの隣接副搬送波置換がある。

図１は、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ標準において実装されたフレーム構造の、１つの例示的実施形態を概念的に示す。それぞれのフレームは、ダウンリンク・サブフレーム１０５とアップリンク・サブフレーム１１０に分割され、それぞれのフレームは必須の制御オーバーヘッドの伝送から始まる。一般に、必須のオーバーヘッドは、プリアンブル１１５（フレーム同期化、チャネル状態推定、受信信号強度および信号対干渉雑音比（Ｓｉｇｎａｌ−Ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−Ｐｌｕｓ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＳＩＮＲ）推定のために使用できる）、ならびにフレーム制御ヘッダ（Ｆｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｈｅａｄｅｒ：ＦＣＨ）メッセージ１２０、ダウンリンク・マップ（ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｍａｐ ：ＤＬ−ＭＡＰ）メッセージ１２５、およびアップリンク・マップ（ｕｐｌｉｎｋ ｍａｐ：ＵＬ−ＭＡＰ）メッセージ１３０を含む。これらのメッセージは、フレームの構造と構成について説明する。伝送機能と受信機能との間の遷移のための時間を与えるために、ＴＴＧ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ／Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｇａｐ）およびＲＴＧ（Ｒｅｃｅｉｖｅ／Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｇａｐ）で示されるタイム・ギャップを、ダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレームとの間、およびそれぞれのフレームの終端に挿入できる。フレームは、１つまたは複数のリソース割り当てユニット（すなわち、１人のユーザまたは１つのアプリケーションに割り当てられたリソース）、またはバースト１３５にも分割される。ＯＦＤＭＡシステムの場合、伝送のために割り当てることができる原子単位は、周波数ドメイン内の選択された数のサブチャネル（または、上位語では副搬送波セット、たとえばＩＥＥＥ ８０２．１６ｅに１つのサブチャネル）、および、タイム・ドメイン内の選択された数のＯＦＤＭＡ記号（たとえば、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅの場合、ダウンリンク内の２つの記号とアップリンク内の３つの記号）を集めることによって形成される。一般に、それぞれのバーストは少なくとも単一の原子単位を含むので、それらの記号の１つ１つの間、記号の整数および１セットの周波数副搬送波に及ぶ。

アップリンクＯＦＤＭＡサブフレームおよび／またはダウンリンクＯＦＤＭＡサブフレームは、異なるサブチャネル化方法、異なる搬送波周波数再利用率および／または、異なるサブチャネル・セグメント化またはサブチャネル再利用率、ならびに／または高度なアンテナ技法を実装できる、置換ゾーン１４０、１４５に分割できる。たとえば、図１に示されるダウンリンク・サブフレーム１０５内の第１置換ゾーン１４０はＰＵＳＣを実装し、ダウンリンク・サブフレーム１０５内の第２置換ゾーン１４５はＢａｎｄ ＡＭＣを実装する。それぞれの物理層フレーム内で複数の置換ゾーンをサポートできるので、ユーザが経験する移動体端末の機能とチャネル状態を考慮に入れることによって、異なるユーザの間で効率的にリソースを共有できる。たとえば、一般にＰＵＳＣサブチャネル化技法は迅速に移動するユーザにより適しており、一般にＢａｎｄ ＡＭＣ技法はゆっくり移動するまたは静止しているユーザにより適している。したがって、無線通線システム内のユーザの約７０％がゆっくりまたは静止しており、ユーザの約３０％が高速で移動している場合、ダウンリンク・サブフレームの約３０％を第１置換ゾーンに割り当て、ダウンリンク・サブフレームの約７０％を第２置換ゾーンに割り当てることができる。

一般に、基地局はアップリンクおよびダウンリンク上の両方のスケジュールされた動作のために、移動ユニットにリソース（すなわち、バースト）を割り当てるよう要求される。移動局からのチャネル品質フィードバックに基づいてリソースを割り当てることができる。システム・スループットの観点から言えば、良好なチャネル品質（すなわちピーク・ピッキング）を経験しているユーザをスケジュールするのが有利である。しかし、他のユーザに比べて比較的長時間リソースを割り当てられていないユーザをスケジュールすることによって、ある程度の公平性を保証することも望ましい。プロポーショナル・フェア（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒ：ＰＦ）・スケジューリングは、これらの目的を達成するために、第３世代システム（たとえば、ｃｄｍａ２０００高速パケット・データ、すなわちＨＲＰＤ）で広く使用されているチャネル・センシティブ技法の一例である。ＰＦスケジューリングでは、それぞれのスケジューリング・インスタンスでサーブされたレートに対する瞬時のデータ・レートの割合に従って、基地局が移動体のユーザを動的にランク付けし、次いで、最も高いランク付けをされたユーザにリソースを割り当てる。

プロポーショナル・フェア（ＰＦ）・スケジューラなどの単一のチャネル・センシティブ・スケジューラは、均質パターン（たとえば、同じサブチャネル再利用率）をそれぞれのＯＦＤＭＡゾーンに適用することによって、それぞれのセクタ内に実装できる。様々なチャネル状態を経験する全てのユーザが純粋に優先メトリクに基づいてリソースの同じプールを求めて競合するため、システム・パフォーマンスまたはユーザ・パフォーマンスの観点から言えば、この手法にはいくつかの欠点がある。たとえば、公平でチャネル・センシティブなスケジューラは、不良なチャネル品質を経験しているユーザが「枯渇」に直面すると、良好なチャネル品質を経験しているユーザより優先的に、リソースをこれらの「貧しいユーザ」に与えることができる。したがって、全てのユーザが同一のプールの一部として扱われる場合、良好なまたは優れたチャネル状態を経験しているユーザの状態が完全に活用されるわけではない。したがって、このような状態下でのシステム操作は、達成可能なパフォーマンスを制限してしまう。

本発明は、フレームの一部を複数の周波数副搬送波セットおよび複数の記号を含む複数の移動ユニットに割り当てる方法を提供する。

本発明は、上記で説明した１つまたは複数の問題点の影響に対処することを対象とする。本発明のいくつかの態様の基本的理解を提供するために、以下に本発明の簡単な要約を示す。この要約は、本発明の網羅的な概要ではない。本発明の主要な、または重大な要素を特定するためのものではなく、本発明の範囲を描写するためのものでもない。唯一の目的は、後に説明するより詳細な説明の前置きとして、簡単な形式でいくつかの概念を示すことである。

本発明の一実施形態では、フレームの一部を複数の周波数副搬送波セットおよび複数の記号を含む複数の移動ユニットに割り当てるための方法が提供される。この方法は、複数の副搬送波セットのうちの少なくとも１つと、複数の記号のうちの少なくとも１つとを備える、少なくとも１つのゾーンを決定するステップと、複数のサブゾーンを決定するステップとを含む。それぞれのサブゾーンは、少なくとも１つのゾーン内の、複数の副搬送波セットのうちの少なくとも１つと複数の記号のうちの少なくとも１つとを含む。この方法は、それぞれの複数の移動ユニットをサブゾーンのうちの少なくとも１つに関連付けるステップと、それぞれのサブゾーン内の副搬送波セットおよび記号の一部を、それぞれのサブゾーンに関連付けられた移動ユニットに割り当てるステップも含む。

本発明は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって理解されよう。図面において、同様の参照番号は同様の要素を示す。

ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ標準内に実装された従来のフレーム構造の、例示的な一実施形態を概念的に示す図である。 本発明による無線通信システムの、例示的な一実施形態を概念的に示す図である。 本発明による無線通信システム内でリソースを割り当てる方法の、例示的な一実施形態を概念的に示す図である。 本発明によるフレーム構造の、例示的な一実施形態を概念的に示す図である。 本発明によるサブゾーン・パラメータの関数としての平均的なセクタ・スループットおよびシステム停止を示す図である。 本発明によるユーザ・スループットのＣＤＦを示す図である。 本発明によるサブゾーン・パラメータの関数としての平均的なセクタ・スループットおよびシステム停止を示す図である。 本発明によるユーザ・スループットのＣＤＦを示す図である。

本発明は様々な変更形態および代替形式が可能であるが、その特定の実施形態は図において例として示されており、および本明細書において詳細に説明される。しかし、本明細書における特定の実施形態の説明は、開示された特定の形式に本発明を限定することを意図するものではなく、反対に、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に含まれる全ての変更形態、同等物、および代替物を対象として含むことを意図することが理解されるべきである。

本発明の例示的な実施形態を以下で説明する。分かりやすくするために、本明細書内では実際の実装形態の全ての特徴を説明するわけではない。こうしたどのような実際の実施形態の開発においても、システム関連およびビジネス関連の制約順守などの、実装によって多種多様な開発者の特定の目的を達成するために、実装特有の数々の決定がなされるべきであることが、当然理解されよう。さらに、このような開発努力は複雑で時間がかかることがあるが、それでも本開示の利益を得る当業者のために取り組まれる通常業務であることが理解されよう。

本発明の一部およびそれに対応する詳細な説明は、ソフトウェアに関して、またはコンピュータ・メモリ内のデータ・ビット上の操作のアルゴリズムおよび記号的表現に関して示される。これらの説明および表現によって、当業者は当分野の他の技術者に自分たちの仕事の内容を効果的に伝達できる。アルゴリズムは、本明細書で使用される用語であり、一般的に使用されるが、所望の結果につながるステップの首尾一貫したシーケンスであると考えられる。このステップは、物理量の物理的処理を必要とするものである。通常、必須ではないが、これらの量は、格納、転送、結合、比較、およびその他の処理を施すことができる、光信号、電気信号、または磁気信号の形態をしている。原理的には、共通に取り扱うためには、これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、数等として表すことは、しばしば便利であることが立証されてきた。

しかしながら、これらおよび同様の全ての用語は、適切な物理量に関連付けられ、単にこれらの物理量に適用された便利なラベルにすぎないことに留意されるべきである。特に記述しない限り、または説明から明らかなことであるが、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」、「表示」などのような用語は、コンピュータ・システムまたは同様の電気的なコンピューティング装置の動作および処理を指すものであり、コンピュータ・システムまたは同様の電気的なコンピューティング装置は、コンピュータ・システム内のレジスタおよびメモリ内の物理的、電子的量として表されるデータを処理するとともに、コンピュータ・システム・メモリ、レジスタ、またはこのような他の情報記憶装置、伝送または表示装置内の物理量として同様に表される別のデータに変換する。

本発明のソフトウェアが実装された態様は、一般的には、何らかの形式のプログラム記憶媒体で符号化されるか、何らかのタイプの伝送媒体に実装される点に注意されたい。プログラム記憶媒体は、磁気媒体（たとえば、フロッピー（登録商標）・ディスクまたはハード・ドライブ）でも、光媒体（たとえば、コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ、すなわち「ＣＤ ＲＯＭ」）でもよく、また読み取り専用でもランダム・アクセスでもよい。同様に、伝送媒体は、電波伝搬チャネル、ツイストペア線、同軸ケーブル、光ファイバ、または当技術分野で知られた他の何らかの適切な伝送メディアでもよい。本発明は、どのような所与の実装形態のこれらの態様によっても限定されない。

次に、本発明を添付の図面を参照して説明する。説明のみの目的で、および当業者によく知られた詳細で本発明を曖昧にしないために、様々な構造、システム、および装置が図面に概略的に示されている。しかし、添付の図面は本発明の例示的な実例を記述し説明するために含まれる。本明細書で使用される単語および語句は、関連分野の技術者によるそれらの単語および語句の理解と一致する意味を有するように理解および解釈されるべきである。用語または語句の特別な定義、すなわち、当業者によって理解される通常および慣例の意味と異なる定義を、本明細書における用語または語句の首尾一貫した用法によって含むことは意図されない。用語または語句が、特別な意味、すなわち当業者によって理解される意味とは異なる意味を有することが意図されるまで、このような特別な定義を、その用語または語句の特別な定義を直接的および明白に提供する定義方法で、本明細書において明確に説明する。

図２は、無線通信システム２００の例示的な一実施形態を概念的に示している。図示された実施形態では、無線通信システム２００は、セルなどの地理的領域内において無線接続性を提供するように構成された基地局２０５を含む。図２には単一の基地局２０５が示されているが、本発明は基地局２０５のどのような数にも限定されない。代替実施形態では、１つまたは複数の地理的領域に無線接続性を提供するために、複数の基地局２０５を使用できる。さらに、本発明は基地局２０５に限定されない。代替実施形態では、無線通信システム２００内において無線接続性を提供するために、無線アクセス・ポイント、無線ルータ、基地局ルータなどの他の構成要素を使用できる。

基地局２０５は、無線インタフェース２１５（１〜３）を介して移動ユニット２１０（１〜３）に無線接続性を提供できる。インデックス（１〜３）は、個々の移動ユニット２１０（１〜３）および／または無線インタフェース２１５（１〜３）、ならびにその部分セットを示すために使用できる。しかし、インデックス（１〜３）は、移動ユニット２１０および／または無線インタフェース２１５を集合的に指すときは削除される。この規定は、図面に示された他の要素を指すときも使用できる。図示された実施形態では、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）標準および／またはプロトコルに従って、無線接続性が提供される。したがって、無線インタフェース２１５を介して送信されるフレームは、複数のサブチャネル（または副搬送波セット）、およびダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレームとに分割できる複数の記号を含む。しかし、本発明はＯＦＤＭＡ標準および／またはプロトコルに従って動作するシステムに限定されない。代替実施形態では、本明細書で説明される技法は、無線インタフェース２１５を介する伝送のための複数のサブチャネル（または副搬送波セット）、複数の記号／スロット、および／または複数のコードなどのリソースを提供する他のシステムにおいて使用できる。例示的なシステムには、周波数ベースの多元接続（すなわち、周波数分割多元接続（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＦＤＭＡ）に基づく）、時間ベースの多元接続（すなわち、時分割多元接続（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＴＤＭＡ）に基づく）、コード・ベースの多元接続（すなわち、符号分割多元接続（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＣＤＭＡ）に基づく）などを使用するシステムがあるが、これだけには限定されない。

基地局２０５は、無線インタフェース２１５のうちの１つまたは複数の特性を測定できる。一実施形態では、基地局２０５は、プリアンブルおよび／または移動ユニット２１０から送受信されるパイロット信号を使用して、無線インタフェース２１５および／または移動ユニット２１０の速度またはドップラー率を介して、チャネル状態を推定するために測定を実行できる。次いで、それぞれの移動ユニット２１０をサブゾーンのうちの１つに割り当てることができる。この測定により、無線インタフェース２１５（１）のためのチャネル品質は比較的良好であり、移動ユニット２１０（１）は比較的高速で移動しているために移動ユニット２１０（１）のためのドップラー率は比較的高いことを示すことができる。また、この測定により、無線インタフェース２１５（２）のためのチャネル品質は比較的良好であり、移動ユニット２１０（２）は静止しているか比較的低速（たとえば、歩行速度）で移動しているために移動ユニット２１０（２）のためのドップラー率は比較的低いことも示すことができる。さらに、この測定により、無線インタフェース２１５（３）のためのチャネル品質は比較的悪く（たとえば、移動ユニット２１０（３）が基地局２０５から離れているため）、移動ユニット２１０（３）は比較的高速で移動しているために移動ユニット２１０（３）のためのドップラー率は比較的高いことを示すことができる。この測定は許可された時間にいつでも実行できる。

次いで、トラフィック量、ある種の無線チャネル状態を経験している移動ユニット２１０の割合、低いおよび／または高いドップラー率を有する移動ユニット２１０の割合などのシステム・パラメータを決定するために、無線インタフェース２１５の特性の測定を使用できる。たとえば、この測定により、移動ユニット２１０の２／３のためのチャネル品質は比較的良好で、移動ユニット２１０の１／３のためのドップラー率は比較的高いことを示すことができる。あるいは、基地局２０５によって１つまたは複数のシステム・パラメータを直接的に決定できる。無線インタフェースの特性測定および／またはシステム・パラメータの決定は、許可された時間にいつでも実行できる。

基地局２０５は、無線通信システム２００の測定されたパラメータに基づいて、アップリンクＯＦＤＭＡフレームおよび／またはダウンリンクＯＦＤＭＡフレームを置換ゾーンに分割できる。一実施形態では、基地局２０５は、ＯＦＤＭＡダウンリンク・サブフレームおよび／またはアップリンク・サブフレームを、１つまたは複数の同種ゾーン（たとえば、同じタイプのサブチャネル化方法、および／または同じサブチャネル／搬送波周波数再利用率）、または異種ゾーン（たとえば、ＰＵＳＣ、Ｂａｎｄ ＡＭＣ、アダプティブ・アンテナ・システム（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ：ＡＡＳ）、および／または異なるサブチャネル／搬送波周波数再利用率などの異なるタイプのサブチャネル化を実装しているゾーン）に分割できる。たとえば、基地局２０５は、ダウンリンク・サブフレームを、ＰＵＳＣを実装する第１置換ゾーンとＢａｎｃ ＡＭＣを実装する第２置換ゾーンとに分割できる。この分割は、チャネル状態および／またはドップラー率などの物理的パラメータの測定値を反映する場合がある。たとえば、無線通信システム内の移動ユニット２１０の約７０％がゆっくりまたは静止しており、移動ユニット２１０の約３０％が高速で移動している場合、ダウンリンク・サブフレームの約３０％を第１置換ゾーンに割り当て、ダウンリンク・サブフレームの約７０％を第２置換ゾーンに割り当てることができる。

次いで、それぞれの置換ゾーンを複数のサブゾーンにさらに分割できる。それぞれのサブゾーンに割り当てられたリソースはバーストと呼ばれる。バーストは、基地局２０５および／または移動ユニット２１０内でサポートされたアプリケーションの伝送必要性に従って、周波数ドメイン内の副搬送波またはサブチャネルの集まり、およびタイム・ドメイン内のＯＦＤＭＡ記号の集まりを確保することによって形成される。一実施形態では、基地局２０５は、それぞれの置換ゾーンのためのサブゾーンの数およびサブゾーンへのリソース（いくつかのサブチャネル、記号、ＯＦＤＭＡスロット）割り当てをシステム・パラメータの測定に基づいて決定する。たとえば、比較的良好なチャネル状態を有する移動ユニット２１０をあるサブゾーンに割り当て、比較的不良なチャネル状態を有する移動ユニット２１０を別のサブゾーンに割り当てることができる。他の例では、急速に変化するチャネル状態を経験している移動ユニット２１０は、ＰＵＳＣゾーン内のサブゾーン・スケジューリング機構を介してサーブされ、ゆっくり変化するチャネル状態の影響下にあるユーザは、全体的なシステム・パフォーマンスをさらに高めるためにＢａｎｄ ＡＭＣゾーン内のサブゾーン・スケジューリング機構を介して調整されうる。

サブゾーンの境界は固定されてもよく、時間とともに変化してもよい。たとえば、サブゾーンの境界は、平均的なトラフィック量、それぞれのサブゾーンまたはスケジューラ・カテゴリ内の資格を有するアクティブ・ユーザの平均数などの、静的または比較的ゆっくりと変化するパラメータ関数として静的または準静的に決定されてよい。これらのパラメータに関しては、一般に、平均化処理は当該の比較的長時間にわたって（たとえば、最繁時（Ｂｕｓｙ Ｈｏｕｒ：ＢＨ）にわたって）実行される。したがって、サブゾーンの境界に最終的な変化をもたらす事象（たとえば、サブゾーンごとのトラフィック量の著しい変化）が、やや大きな、または非常に大きな時間尺度（時／日）で発生するゾーンの準静的分割をもたらす。サブゾーンは、動的に、たとえばフレーム・ベースで決定されてもよい。１つまたは複数のシステム・パラメータが比較的迅速に変化している場合、置換ゾーンのサブゾーンへの動的な分割を実行できる。動的なゾーン分割の場合、それぞれのサブゾーンの大きさはトラフィック・カテゴリあたりの測定量、またはそれぞれのサブゾーン（スケジューラ・カテゴリ）内のアクティブ・ユーザの相対的割合などの、１つまたは複数のシステム・パラメータに従って動的に調整される。

次いで、それぞれの移動ユニット２１０をサブゾーンのうちの少なくとも１つに割り当てることができる。たとえば、比較的良好なチャネル状態を有する移動ユニット２１０のために第１サブゾーンが定義され、比較的不良なチャネル状態を有する移動ユニット２１０のために第２サブゾーンが定義される場合、移動ユニット２１０（１〜２）を第１サブゾーンに割り当てることができ、移動ユニット２１０（３）を第２サブゾーンに割り当てることができる。様々な代替実施形態では、それぞれのサブゾーン内でのリソース割り当てのための移動ユニット２１０の適格性を望ましい精度レベルで決定できる。たとえば、最も細かい精度レベルはフレーム・ベースでよく、粗い精度レベルは移動ユニット２１０の適格性が時間単位または日単位などのさらに大きな時間尺度で決定されることを許容してよい。リソース割り当て処理の精度は変動する無線チャネル状態に基づくことができるため、それぞれのサブゾーンのために適格な移動ユニット２１０のプールを動的に作成するための柔軟性を提供する。

それぞれのサブゾーンは、所望のシステム／ユーザ・メトリク目的を達成するように設計できる。たとえば、リソース割り当て機構の第１セットを第１品質目標（たとえば、セクタ・スループットを最大限にする）を向上させるためにＯＦＤＭＡゾーンの第１サブゾーン内で使用でき、リソース割り当て機構の第２セットを第２品質目標（たとえば、個々のユーザ・スループットを最大限にし、システム停止を最小限に抑える）を向上させるために同じＯＦＤＭＡゾーンの第２サブゾーン内で使用できる。それぞれのサブゾーンに割り当てられるリソースの比率は、当該の様々なパフォーマンス・メトリクス間の所望のトレードオフ（たとえば、セクタ・スループット対システム停止）に従って決定できる。一実施形態では、セクタ・スループットなどの重要なシステム・インジケータを向上させるためのサブゾーンごとのリソース割り当ての機構として、許容品質しきい値以下の無線リンク品質を経験している移動ユニット２１０を承認しないようにするために、サブゾーンのうちの少なくとも１つ内でスケジューラのしきい値を使用できる。

他の実施形態では、スケジューラしきい値の使用は、重要なシステム・インジケータを向上させるために（たとえば、システム利用率を最大限にし、セクタ・スループットを向上させるために）、そのクラスで最良の無線チャネル状態を経験しているユーザをスケジューリングすることができる機構と併用できる。たとえば、良好なチャネル品質を有する移動ユニット２１０のために確保されたサブゾーンに、割り当てられた移動ユニットがない場合、たとえば全ての移動体から報告されたチャネル品質メトリクスがスケジューラのしきい値以下の場合、現在最良のチャネル品質を有する移動ユニット２１０をそのサブゾーンに割り当てることができる。さらに他の実施形態では、システム停止などの他の重要なシステム・インジケータを向上させるために、良好ではない無線チャネル状態のユーザのためのスケジューリング機会を許容するためにスケジューラのしきい値をサブゾーンのうちの少なくとも１つ内で使用することはできない。

一旦、移動ユニット２１０の異なるセットがリソース割り当てサイクルのためにそれぞれのサブゾーンに割り当てられると、その移動ユニット２１０は、たとえばその移動ユニット２１０の一般的なチャネル品質に従って、それぞれのサブゾーン内で独立にスケジュールされる。したがって、所与のどのスケジューリング時点（すなわち、ダウンリンク／アップリンク・サブフレームの間）においても、所与のサブゾーンに割り当てられた移動ユニット２１０間の競合は、サブゾーンに割り当てられたリソースに限定される。本発明は特定のスケジューリング・アルゴリズムに限定されず、代替実施形態ではそれぞれのサブゾーンに割り当てられた移動ユニット２１０をスケジュールするために「ピーク・ピック」などのアルゴリズム、および「プロポーショナル・フェア」を使用できる。さらに、異なるサブゾーンに割り当てられた移動ユニット２１０をスケジュールするために異なるスケジューリング・アルゴリズムを使用できる。一実施形態では、スケジューリング処理に関連するユーザごとのパフォーマンス・メトリクスは、あるサブゾーンから別のサブゾーンに移動ユニット２１０が移動する際新しいゾーンにおいて新規の履歴で開始できるように、サブゾーン・ベースのみでトラックできる。他の実施形態では、移動ユニット２１０がサブゾーンを横断する際移動ユニット２１０のサービス履歴が考慮されるように、スケジューリング・メトリクスはサブゾーンを越えてトラックできる。

図３は、図２に示された無線通信システム２００などの無線通信システム内でリソースを割り当てる方法３００の、例示的な一実施形態を概念的に示している。図示された実施形態では、トラフィック量、ある種のチャネル状態を経験しているユーザの割合などの、システム・パラメータが測定される（３０５）。次いで、１つまたは複数のフレームまたはサブフレームが、１つまたは複数のゾーンに分割される（３１０）。上述のように、それぞれのサブゾーンは同じまたは異なるサブチャネル化、サブチャネル再利用、搬送波周波数再利用、アンテナ操作技法などを実装できる。分割（３１０）はシステム・パラメータの測定に基づいて実行でき、また、どのような許可された時間間隔でも、または測定されたシステム・パラメータにおける変化などのイベントに応答しても実行できる。次いで、上記で詳述したように、ゾーンをサブゾーンに分割できる（３１５）。全てのゾーンはサブゾーンに分割できるが（３１５）、本発明は全てのゾーンが分割される（３１５）実施形態に限定されない。ある実施形態では、全てのゾーンよりも少ないゾーンをサブゾーンに分割できる（３１５）。ゾーンをサブゾーンに分割すること（３１５）は、静的、準静的、および／または動的に実行できる。

図示された実施形態では、無線通信システムが１つまたは複数のフレーム、またはサブフレームを再分割するかどうかを決定する（３２０）。たとえば、無線通信システムは、所定の時間間隔、システム・パラメータの測定（３０５）に基づいて決定された時間間隔、または他の何らかの基準に基づいてフレームまたはサブフレームを再分割するか決定できる（３２０）。一実施形態では、無線通信システムが１つまたは複数のフレームまたはサブフレームを再分割すると決定すると（３２０）、システム・パラメータを測定することができ（３０５）、この情報はフレームまたはサブフレームをゾーンおよび／またはサブゾーンに分割するために使用できる（３１０および／または３１５）。しかし、代替実施形態または方法３００の他の反復では、システム・パラメータを測定し（３０５）フレームをゾーンに再分割（３１０）することは必要ではない、または望ましくない場合がある。これらの場合、無線通信システムは、たとえばサブゾーンの境界を修正することによって現在のゾーンを複数のサブゾーンに再分割する（３１５、点線矢印で示された通り）ことだけを選択できる。たとえば、無線通信システムは、ゾーンを比較的長い時間尺度で再分割し（３１０）、サブゾーンを比較的短い時間間隔で再分割できる（３１５）。

無線通信システムが１つまたは複数のフレームまたはサブフレームを再分割する必要はないと決定すると（３２０）、移動ユニットを１つまたは複数のサブゾーンに関連付けることができる（３２５）。それぞれの移動ユニットをサブゾーンのうちの少なくとも１つに関連付けることができる（３２５）。たとえば、第１基準を満たす移動ユニット含む第１プール、たとえば良好な無線チャネル状態を経験している移動ユニットを第１サブゾーンに関連付けることができ（３２５）、第２基準を満たす移動ユニットの第２プールを第２サブゾーンに関連付けることができる。一実施形態では、移動ユニットの第２プールは、移動ユニットの第１プールに割り当てられなかった（３２５）全ての移動ユニットを含むことができる。他の実施形態では、たとえば、全ての移動ユニットをリソースの第２プールに割り当てることができる。次いで、サブゾーン内の移動ユニットを他のサブゾーン内の移動ユニットから独立してスケジュールできる（３３０）。一実施形態では、同じチャネル・センシティブ・スケジューラ（たとえばＰＦ）を異なるサブゾーン内で仮定できる。しかし、複数のサブゾーンについて資格がある移動ユニットのために、ＰＦスケジューリングでのスループット履歴などのある種のスケジューラ・メトリクスをそれぞれのサブゾーンについて独立にトラックできる。ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ用語を使用すると、サブゾーン・スケジューリング機構を、たとえば単一のゾーンに、または、同じまたは異なるサブチャネル再利用率または搬送波周波数再利用率（たとえば、１／１および１／３）が使用され異なるサブチャネル化方法が場合によっては規定どおりに使用される複数のＩＥＥＥ ８０２．１６ｅゾーン内に実装できる。

図示された実施形態では、無線通信システムが移動ユニットとサブゾーンの関連を修正するかどうか決定できる（３３５）。たとえば、無線通信システムは、スケジューリング・サイクルに従って移動ユニットとサブゾーンの関連を修正する（３２５）かどうか決定できる（３３５）。その決定（３３５）は、フレーム・ベースまたはより長い時間尺度で下すことができる。無線通信システムが移動ユニットとサブゾーンの関連は修正されるべきだ（３２５）と決定すると（３３５）、移動ユニットとサブゾーンの関連を修正する前に、無線通信システムはフレーム、サブフレーム、および／またはゾーンを再分割する（３１０および／または３１５）かどうかも決定する（３２０）。しかし、本開示の利益を得る当業者は、移動ユニットとサブゾーンの関連（３２５）を修正する前にフレームまたはサブフレームを再分割するかどうかを決定するステップ（３２０）はオプションであることを理解すべきである。さらに、上述の通り、システム・パラメータを測定し（３０５）ゾーンを再分割する（３１０）必要なしにサブゾーンを再分割できる（３１５）。無線通信システムが移動ユニットとサブゾーンの関連（３２５）を修正する必要はないと決定すると（３３５）、移動ユニットをサブゾーンに継続してスケジュールできる（３３０）。

図４は、フレーム構造４００の例示的な一実施形態を概念的に示している。図示された実施形態では、フレーム構造４００は、本明細書で説明されたサブゾーン・スケジューリング・アルゴリズムの一実施形態をサポートするＩＥＥＥ ８０２．１６ｅのダウンリンク・サブフレームに対応する。記号番号は横軸に沿って示され、右に行くほど増加して継時的発展を表し、サブチャネル・インデックスは縦軸に沿って示され、上から下に向かって増加して周波数ドメイン内のサブチャネルの論理的な番号付けを表す。フレーム構造４００は、保護帯域ＴＴＧおよびＲＴＧによって分離されたダウンリンク・サブフレーム４０１およびアップリンク・サブフレーム４０２を含む。ダウンリンク・サブフレーム４０１のうちの１つまたは複数の初期記号およびサブチャネルは、プリアンブル４０５、ＤＬ−ＭＡＰ４１０、ＦＣＨ４１５、およびＵＬ−ＭＡＰ４２０に割り当てられる。同様に、アップリンク・サブフレームに関連するいくつかのＯＦＤＭＡリソース（記号およびサブチャネル）が、アップリンク内の制御情報がレンジング４２１、メッセージ承認（承認（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ：ＡＣＫ）チャネル）４２２、および迅速なフィードバック（チャネル品質表示チャネル（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ Ｃｈａｎｎｅｌ：ＣＱＩＣＨ））４２３などの手順をサポートするために確保される。ダウンリンク・サブフレーム４０１は第１ゾーン４２５と第２ゾーン４３０にも分割される。たとえば、第１ゾーン４２５はＰＵＳＣサブチャネル化を使用でき、第２ゾーン４３０はＢａｎｄ ＡＭＣサブチャネル化を使用できる。この図において、サブフレームごとに２つのゾーンを使用するのは簡単にするためであり、別法としては、サブフレームは単に単一のゾーンを使用してもよく、図３のステップ３１０に従って３つ以上のゾーンに分割されてもよい点に注意されたい。

本発明の一実施形態に従って、第１ゾーン４２５は１つまたは複数のバースト４３５、４４０を含む複数のサブゾーン（この例では２つのサブゾーン）に分割される。図４に示される通り、サブゾーン内のバースト４３５、４４０は必ずしも時間内または周波数次元内で連続している必要はない。さらに、バーストの番号付けは概念的なものであって、どのような物理マッピングの意味もない。一実施形態では、１／１サブチャネル再利用をサブゾーン４３５と４４０の両方に適用できる。しかし、本開示の利益を得る当業者は、本発明は１／１サブチャネル再利用をサブゾーン４３５と４４０の両方に適用することに限定されないことを理解すべきである。代替実施形態では、異なるサブチャネル再利用または搬送波周波数再利用を２つのサブゾーン４３５と４４０に適用できる。たとえば、１／３サブチャネル再利用をサブチャネル４３５、４４０のうちの１つに適用できる。さらに、それぞれのサブゾーン４３５、４４０は、それに割り当てられたいくつかのリソース（サブチャネルおよび記号）を有し、一実施形態では、第１サブゾーン４３５は良好なリンク品質を経験している移動ユニットをスケジュールするために使用され、第２サブゾーン４４０はその他の全てのユーザをスケジュールするために使用される。

図５は、サブゾーン・パラメータの関数としての平均的なセクタ・スループットおよびシステム停止を示している。図６は、同じ実施形態のためのユーザ・スループットのＣＤＦを示している。図５および６に示された実施形態では、置換ゾーンは、ＰＵＳＣ、３０Ｋｍ／時のＩＴＵ車Ａ、および本明細書で説明されたサブゾーン・スケジューリング機構のうちの一実施形態を実装する。図５および６は、サブゾーン・スケジューリング機構の実装形態から得た結果を取り込み、その実装形態は２つの別々のサブゾーンに分割された単一のＰＵＳＣゾーンを仮定し、その両方が１／１サブチャネル再利用を使用する。全てのユーザは、我々のＰＵＳＣシナリオのために、ＩＴＵ車Ａのチャネル状態下で３０Ｋｍ／時で動作する。この例では、１／１サブチャネル再利用とともに、ダウンリンク・サブフレームのために全部で１５のバーストが利用可能である点に注意されたい。その結果、サブゾーン・サイズ・パラメータ、すなわち第１サブゾーンに割り当てられたバースト数は、０から１５の間のいずれかの整数値であると仮定できる。

サブゾーン・スケジューリング機構のパフォーマンスは、全てのユーザを同じプール内に置きＰＦスケジューラの単一のインスタンスで動作する、基準システムと比較できる。図５は、サブゾーン・サイズの関数として、セクタ・スループットおよびシステム停止メトリクスを示す。提案されたサブゾーン・スケジューリング機構の挙動をよく理解するために、第１サブゾーンのための４つの異なるスケジューリング状態に対応する４つの別々の事例、すなわち、スケジューリングしきい値が適用されなかった場合（ＮｏＳＴ）、ならびに６ｄＢ（ＳＴ６ｄＢ）、１２ｄＢ（ＳＴ１２ｄＢ）、および２２ｄＢ（ＳＴ２２ｄＢ）、がスケジューリングしきい値として使用された場合が考慮される。実際には、ＮｏＳＴの場合はベースラインの場合（サブゾーンなし）と同等である。この実装形態では、最大セクタ・スループット値は２２ｄＢより大きい、または２２ｄＢと同じしきい値で得られ、リソース・アイドリングを防ぐ第１サブゾーン内で使用された２ステップのスケジューリング処理のため、これは本質的に報告された最高のＣＱＩ値を持つユーザが第１サブゾーン内にスケジュールされる（グラフ内で「ＭａｘＣＱＩ」としてラベル付けされる）場合に対応する。第１サブゾーン内の２ステップのスケジューリング処理は、第１ステップ内の移動ユニットの第１セットを認識すること、そのセットをサブゾーンに割り当てること、およびスケジューラのしきい値である２２ｄＢよりも良いチャネル品質インジケータを報告した場合、そのセットをスケジュールするために考慮することで構成され、第１ステップ後に移動ユニットのセットが空の場合、どのスケジューリング機会においても少なくともそのクラスで最良のチャネル品質を報告する移動ユニットをサブゾーンに割り当てることによって、スケジューリングできる１セットのユーザが第２ステップ内で作成される。本発明のうちの一実施形態によれば、良好でない無線状態のユーザもスケジュールできるようにするために、そして第１サブゾーン内でスケジューリングできる非常に良好なチャネル状態を経験しているユーザに影響を及ぼさずにシステム停止を減らすため、全てのユーザは第２サブゾーン内でスケジューリングできる。

図５および６に示された結果は、ベースライン・リソース割り当て機構（サブゾーンなし、スケジューリングしきい値あり、およびスケジューリングしきい値なし）と比較して、サブゾーン・スケジューリング機構はセクタ・スループットとシステム停止との間により良いトレードオフを達成することを示している。特に、第１サブゾーンによって使用される実際のスケジューラしきい値にかかわらず、システム停止が当該動作領域（ＰＵＳＣの場合、第１サブゾーンのために確保された９つまでのバースト）内でかなり低い値（たとえば、５％以下）で維持される点に注意すべきである。目的関数がセクタ・スループットを最大化させることなら、たとえばシステム停止を５％近くに維持するサブゾーン分割とともに動作し、この場合最高のセクタ・スループットを達成するサブゾーン・スケジューリング機構のためのパラメータ設定（たとえば、サブゾーン・パラメータ、およびスケジューリングのしきい値）を決定することを選択できる。これらの状態のために、図５に表示された結果はベースライン上で約８５％のセクタ・スループットの改善を示している。セクタ・スループットを最大化させるソリューションが、所望のユーザ・スループット分布をもたらすことができず、その結果、やや低いセクタ・スループットではあるが、より良いユーザ分布および／またはより低いシステム停止をサポートする組み合わせが選択される場合がある点に注意されたい。図６は、スケジューラしきい値を使用する全ての場合における、４．８％システム停止に対応する動作点のためのサブゾーン・スケジューリングで生成されたユーザ・スループットのＣＤＦを示している。図５および６を合わせて考慮すると、サブゾーン・スケジューリング・アルゴリズムがシステム容量とユーザ経験の間にどのように様々なトレードオフ・オプションを提供するかを示している。

図７は、サブゾーン・パラメータの関数としての平均的なセクタ・スループットおよびシステム停止を示している。図８は、同じ実施形態のためのユーザ・スループットのＣＤＦを示している。図７および８に示された実施形態では、置換ゾーンはＢａｎｄ ＡＭＣ、３Ｋｍ／時のＩＴＵ歩行者Ｂ、および本明細書で説明されたサブゾーン・スケジューリング機構のうちの一実施形態を実装する。図７および８は、３Ｋｍ／時のＩＴＵ歩行者Ｂのチャネルモデルを仮定する、Ｂａｎｄ ＡＭＣでのサブゾーン・スケジューリング・アルゴリズムのパフォーマンスを示す。図７に示されるように、サブゾーン・スケジューリング・アルゴリズムは、著しいセクタ・スループット利得（たとえば、およそ５％のシステム停止における７５％の改善）をベースラインＢａｎｄ ＡＭＣサブチャネル化シナリオ上にさらに提供する。

本明細書で説明したサブゾーン・スケジューリング手法は、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅに加えてＯＦＤＭＡシステムに広く適用可能である。本明細書で説明したサブゾーン・スケジューリング手法は、所望のユーザ・スループットの挙動およびシステム停止を達成しながら、セクタ・スループットの点でシステムのためのより効率的な動作点を達成するために、特に公平なチャネル・センシティブ・スケジューラと併せて容易および効率的に使用できる制御を提供する。

上述の特定の実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明は、本明細書の教示から利益を得る当業者にとっては明らかな、異なるが同等の方法で修正および実践できる。さらに、以下の特許請求の範囲に記載されたもの以外に、本明細書に示された構成または設計の詳細にはどのような限定も意図されない。したがって、上記で開示された特定の実施形態は変更または修正されてよく、このような全ての変形形態は本発明の範囲内であると見なされることが明らかである。したがって、本明細書で求められる保護は以下の特許請求の範囲に記載の通りである。

Claims (10)

1. フレームの一部を複数の周波数副搬送波セットおよび複数の記号を備える複数の移動ユニットに割り当てる方法であって、
   前記複数の副搬送波セットのうちの少なくとも１つと、前記複数の記号のうちの少なくとも１つとを備える、少なくとも１つのゾーンを決定するステップと、
   複数のサブゾーンを決定するステップであって、それぞれのサブゾーンが前記少なくとも１つのゾーン内の、前記複数の副搬送波セットのうちの少なくとも１つと前記複数の記号のうちの少なくとも１つとを備えるステップと、
   それぞれの前記複数の移動ユニットを前記サブゾーンのうちの少なくとも１つに関連付けるステップと、
   それぞれのサブゾーン内の前記副搬送波セットおよび記号の一部を、それぞれのサブゾーンに関連付けられた前記移動ユニットに割り当てるステップと、を備える方法。
2. 前記少なくとも１つのゾーンを決定するステップが、前記少なくとも１つのゾーンを、少なくとも１つのトラフィック量メトリクの測定、チャネル品質に関連付けられた移動ユニットの比率およびドップラー率に関連付けられた移動ユニットの比率に基づいて決定するステップを備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つのゾーンを決定するステップが、ダウンリンク・サブフレームおよびアップリンク・サブフレームのうちの少なくとも１つを、サブチャネル化技法、周波数再利用率、サブチャネル再利用率、およびアンテナ操作技術に関連付けられた少なくとも１つのゾーンに分割するステップを備える、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数のサブゾーンを決定するステップが、
   それぞれのゾーン内のサブゾーンの数を決定するステップと、
   それぞれのサブゾーンのためのサブチャネルおよび記号の数を決定するステップとを備える、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数のサブゾーンを決定するステップが、前記複数のサブゾーンを少なくとも１つの測定されたシステム・パラメータに基づいて決定するステップを備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記複数のサブゾーンを前記少なくとも１つの測定されたシステム・パラメータに基づいて決定するステップが、前記複数のサブゾーンを１つのトラフィック量メトリク、平均トラフィック量、それぞれのサブゾーンに関連付けられたいくつかの移動体のために測定されたメトリク、サブゾーンあたりの移動ユニットの平均数、トラフィック・カテゴリあたりの測定量、およびそれぞれのサブゾーンに関連付けられた移動ユニットの相対的割合のうちの少なくとも１つの測定に基づいて決定するステップを備える、請求項５に記載の方法。
7. 前記複数のサブゾーンを決定するステップが、前記複数のサブゾーンを静的、準静的、または動的に決定するステップを備える、請求項５に記載の方法。
8. 前記複数のサブゾーンを決定するステップが、前記複数のサブゾーンを、システム・メトリク目的またはユーザ・メトリク目的のうちの少なくとも１つに基づいて決定するステップを備える、請求項１に記載の方法。
9. それぞれの前記複数の移動ユニットを、前記サブゾーンのうちの少なくとも１つに関連付けるステップが、それぞれの前記複数の移動ユニットを、前記移動ユニットに関連付けられたドップラー率、前記移動ユニットに関連付けられたチャネル品質、およびスケジューラしきい値のうちの少なくとも１つの測定に基づいて前記サブゾーンのうちの少なくとも１つに関連付けるステップを備える、請求項１に記載の方法。
10. それぞれのサブゾーン内の前記周波数副搬送波セットおよび記号をそれぞれのサブゾーンに関連付けられた前記移動ユニットに割り当てるステップが、少なくとも１つのスケジューリング・アルゴリズムをそれぞれのサブゾーンに関連付けられた前記移動ユニットに適用することによって、前記副搬送波セットおよび記号を割り当てるステップを備える、請求項１に記載の方法。

Images