JP2011015336A

JP2011015336A - 無線通信システムおよびスケジュール方法

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Publication number: JP2011015336A
Application number: JP2009159723A
Authority: JP
Inventors: Yohei Ono; 陽平大野; Tatsuya Shimizu; 達也清水; Seiji Nakatsugawa; 征士中津川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】複数の基地局を備えた無線通信システムにおいて、フレーム全体でトータルスループットを向上する。
【解決手段】複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、基地局は、無線フレームが時間または周波数で分割された複数のゾーンに対して、周波数再利用係数が大きいゾーン１と周波数再利用係数が小さいゾーン２を設定し、ゾーン１における各端末局とのＳＩＮＲ１と、ゾーン２における各端末局とのＳＩＮＲ２を把握し、ＳＩＮＲ２と、各端末局の他の基地局からの干渉電力に対応するＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を参照して、各端末局を割り当てるゾーンを決定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の基地局を備えた無線通信システムにおいて、システム全体のトータルスループットを向上させる無線リソースのスケジューリングを行う無線通信システムおよびスケジューリング方法に関する。

IEEE802.16で規格化されているIEEE802.16e-2005の通信方式（いわゆる Mobile ＷｉＭＡＸ（Worldwide interoperability for microwave access ））では、高速なデータサービスに加えて、ＶｏＩＰやストリーミング配信など、様々なアプリケーションに幅広く対応できるように設計されている。

さらに、 Mobile ＷｉＭＡＸでは、周波数利用効率を向上させるために、ＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse) と呼ばれる柔軟性の高い周波数再利用の仕組みが利用できるように設計されている。図７は一般的なＦＦＲのフレーム構成の一例であり、フレームは周波数再利用係数が異なる2 つのゾーンに分割される。基地局（以下、ＢＳ）近傍の端末（以下、ＳＳ）は、隣接ＢＳと同じ周波数を使用する周波数再利用係数＝１のゾーン（以下、セル中心ゾーン）に割り当て、セルエッジに位置するＳＳは、隣接ＢＳと異なる周波数を使用する周波数再利用係数＝３のゾーン（以下、セルエッジゾーン）に割り当てる (非特許文献１）。ＢＳ近傍に位置するＳＳは受信電力が大きく干渉波の影響が小さいため、ＢＳはこのＳＳに対して、隣接するＢＳと同じ時間かつ同じ周波数を用いた通信が可能となる。一方、ＢＳのセルエッジに位置するＳＳは、受信電力が小さく干渉波の影響が大きいため、ＢＳは隣接するＢＳと、異なる時間または異なる周波数で送信するなどの干渉回避が行われる。 Mobile ＷｉＭＡＸにおけるＦＦＲでは、セルエッジゾーンとセル中心ゾーンは一般的に時分割され、ＢＳは各ＳＳのデータを割当てるゾーンを適切に判断する必要がある。

非特許文献２では、単一のＳＩＮＲ（信号対干渉雑音電力比）またはＣＩＮＲ（搬送波対干渉雑音電力比）の閾値によって各ＳＳの割り当てるゾーンを決定する方法が示されている。図８に示すように、ＢＳとＳＳとのＳＩＮＲ又はＣＩＮＲが閾値以上であれば、ＳＳはＢＳ近傍に位置すると判別し、セル中心ゾーンに割当てる。一方、閾値以下であれば、ＳＳはセルエッジに位置すると判別し、セルエッジゾーンに割当てる。

庄納崇他、「ＷｉＭＡＸ教科書」、インプレスＲ＆Ｄ、 pp.107-108 藤井啓正、吉野仁、「Fractional Frequency Reuseを用いるＯＦＤＭＡセルラシステムの特性解析通信容量およびアウテージレート」、無線通信システム研究会、 RCS2007-161、 2007 年

第一に、単一のＳＩＮＲの閾値を基準にした従来技術では、トータルスループットを最大化するための最適なゾーン判別ができない問題がある。ＳＩＮＲだけでは他のＢＳからの干渉量の絶対量が把握できないからである。各ＳＳとのＳＩＮＲが閾値以上であればセル中心ゾーンに割当てるが、ＳＩＮＲが閾値以上でも干渉量が大きいＳＳにはセルエッジゾーンに割当てた方が高いスループットが得られるような場合がある。一方で、各ＳＳとのＳＩＮＲが閾値以下であればセルエッジゾーンに割当てるが、ＳＩＮＲが最低レート（QPSKなど）の変調方式で復調可能なレベル以上で干渉量が少ないＳＳに対しては、セル中心ゾーンに割当てた方が、システム全体として高いスループットが得られる場合がある。干渉量が少ないＳＳはセルエッジゾーン、セル中心ゾーンのいずれに割当ててもスループットの大きな変化はないため、セル中心ゾーンに割当てることにより周波数利用効率を向上させることができるからである。

第二に、ゾーン間でのスループットの公平性の問題がある。セルエッジゾーンとセル中心ゾーンにおける送信電力密度は一般的に異なる（非特許文献２）。したがって、干渉回避のために、複数ＢＳ間で連携して、複数ＢＳ共通のセルエッジゾーンとセル中心ゾーンの比率を動的に一括制御しない限りは、この比率は固定的に設定する必要がある。そのような場合、ＳＩＮＲが閾値以上のＳＳが閾値以下のＳＳに比べて多い時などでは、セル中心ゾーンに割当てるＳＳ数が多く、それらの各ＳＳに割当可能なリソース（時間×周波数）が少なくなる。このように、ＳＳ数の分布に片寄がある場合には、セル中心ゾーンに位置する各ＳＳとセルエッジゾーンに位置する各ＳＳとではスループットの公平性が保たれない。

本発明は、複数の基地局ＢＳを備えた無線通信システムにおいて、フレーム全体でトータルスループットを向上させることができる無線通信システムおよびスケジューリング方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、基地局は、無線フレームが時間または周波数で分割された複数のゾーンに対して、周波数再利用係数が大きいゾーン１と周波数再利用係数が小さいゾーン２を設定し、データバッファからデータを取り出し、基地局とそのデータの送信先の端末局１とのＳＩＮＲを参照し、各ゾーンに割り当てた端末局のうち最大または最小のＳＩＮＲを有する端末局を把握し、端末局１とのＳＩＮＲが閾値以上で、ゾーン２に端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、データをゾーン２に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲが閾値未満で、ゾーン１に端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、データをゾーン１に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲが閾値以上で、ゾーン２に既に端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲが最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータをゾーン２からゾーン１へ再割当し、端末局１のデータをゾーン２に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲが閾値未満で、ゾーン１に既に端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、ゾーン１に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲが最大の端末局３を選択し、当該端末局３のデータをゾーン１からゾーン２へ再割当し、端末局１のデータをゾーン１に割り当てる。

第２の発明は、複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、基地局は、無線フレームが時間または周波数で分割された複数のゾーンに対して、周波数再利用係数が大きいゾーン１と周波数再利用係数が小さいゾーン２を設定し、ゾーン１における各端末局とのＳＩＮＲ１と、ゾーン２における各端末局とのＳＩＮＲ２を把握し、ＳＩＮＲ２と、各端末局の他の基地局からの干渉電力に対応するＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を参照して、各端末局を割り当てるゾーンを決定する。

第２の発明のスケジューリング方法において、基地局は、データバッファからデータを取り出し、基地局とそのデータの送信先の端末局１とのＳＩＮＲ１とＳＩＮＲ２を参照し、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上である場合は、データをゾーン２に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲが閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上ではない場合は、データをゾーン１に割り当てる。

また、基地局は、複数の端末局のうち、最大または最小のＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を有する端末局を把握し、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上であり、ゾーン２に既に端末局１に割り当てる無線リソースがない場合、ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータをゾーン２からゾーン１へ再割当し、端末局１のデータをゾーン２に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上ではなく、ゾーン１に既に端末局１に割り当てる無線リソースがない場合、ゾーン１に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲ２が閾値１以上でＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最大の端末局３を選択し、当該端末局３のデータをゾーン１からゾーン２へ再割当し、端末局１のデータをゾーン１に割り当てる。

第２の発明のスケジューリング方法において、基地局は、データバッファからデータを取り出し、基地局とそのデータの送信先の端末局１とのＳＩＮＲ１とＳＩＮＲ２を参照し、複数の端末局のうち、最大または最小のＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を有する端末局を把握し、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１以上で、ゾーン２に端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、データをゾーン２に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１未満の場合は、データをゾーン１に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１以上で、ゾーン２に既に端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータをゾーン２からゾーン１へ再割当し、端末局１のデータをゾーン２に割り当てる。

第２の発明のスケジューリング方法において、基地局がゾーン１における各端末局とのＳＩＮＲ１と、ゾーン２における各端末局とのＳＩＮＲ２を把握する手順は、基地局が端末局にＳＩＮＲ１とＳＩＮＲ２の両方をフィードバックすることを指示し、指示を受けた端末局は、ゾーン１とゾーン２に相当する時間または周波数を把握し、各ゾーンの時間または周波数において基地局からの受信信号によりＳＩＮＲを測定し、それらのＳＩＮＲを基地局へフィードバックする。

第３の発明は、複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムにおいて、基地局は、無線フレームが時間または周波数で分割された複数のゾーンに対して、周波数再利用係数が大きいゾーン１と周波数再利用係数が小さいゾーン２を設定し、データバッファからデータを取り出し、基地局とそのデータの送信先の端末局１とのＳＩＮＲを参照し、各ゾーンに割り当てた端末局のうち最大または最小のＳＩＮＲを有する端末局を把握する手段と、端末局１とのＳＩＮＲが閾値以上で、ゾーン２に端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、データをゾーン２に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲが閾値未満で、ゾーン１に端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、データをゾーン１に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲが閾値以上で、ゾーン２に既に端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲが最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータをゾーン２からゾーン１へ再割当し、端末局１のデータをゾーン２に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲが閾値未満で、ゾーン１に既に端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、ゾーン１に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲが最大の端末局３を選択し、当該端末局３のデータをゾーン１からゾーン２へ再割当し、端末局１のデータをゾーン１に割り当てるスケジューリング処理手段とを備える。

第４の発明は、複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムにおいて、基地局は、無線フレームが時間または周波数で分割された複数のゾーンに対して、周波数再利用係数が大きいゾーン１と周波数再利用係数が小さいゾーン２を設定し、ゾーン１における各端末局とのＳＩＮＲ１と、ゾーン２における各端末局とのＳＩＮＲ２を把握する手段と、ＳＩＮＲ２と、各端末局の他の基地局からの干渉電力に対応するＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を参照して、各端末局を割り当てるゾーンを決定するスケジューリング処理手段とを備える。

第４の発明の無線通信システムにおいて、スケジューリング処理手段は、データバッファからデータを取り出し、基地局とそのデータの送信先の端末局１とのＳＩＮＲ１とＳＩＮＲ２を参照し、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上である場合は、データをゾーン２に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲが閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上ではない場合は、データをゾーン１に割り当てる構成である。

また、基地局は、複数の端末局のうち、最大または最小のＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を有する端末局を把握する手段を備え、スケジューリング処理手段は、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上であり、ゾーン２に既に端末局１に割り当てる無線リソースがない場合、ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータをゾーン２からゾーン１へ再割当し、端末局１のデータをゾーン２に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上ではなく、ゾーン１に既に端末局１に割り当てる無線リソースがない場合、ゾーン１に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲ２が閾値１以上でＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最大の端末局３を選択し、当該端末局３のデータをゾーン１からゾーン２へ再割当し、端末局１のデータをゾーン１に割り当てる構成である。

第４の発明の無線通信システムにおいて、基地局は、データバッファからデータを取り出し、基地局とそのデータの送信先の端末局１とのＳＩＮＲ１とＳＩＮＲ２を参照し、複数の端末局のうち、最大または最小のＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を有する端末局を把握する手段を備え、スケジューリング処理手段は、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１以上で、ゾーン２に端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、データをゾーン２に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１未満の場合は、データをゾーン１に割り当て、端末局１とのＳＩＮＲ２が閾値１以上で、ゾーン２に既に端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータをゾーン２からゾーン１へ再割当し、端末局１のデータをゾーン２に割り当てる構成である。

第４の発明の無線通信システムにおいて、基地局がゾーン１における各端末局とのＳＩＮＲ１と、ゾーン２における各端末局とのＳＩＮＲ２を把握する手段は、基地局が端末局にＳＩＮＲ１とＳＩＮＲ２の両方をフィードバックすることを指示し、指示を受けた端末局は、ゾーン１とゾーン２に相当する時間または周波数を把握し、各ゾーンの時間または周波数において基地局からの受信信号によりＳＩＮＲを測定し、それらのＳＩＮＲを基地局へフィードバックする構成である。

本発明は、ＦＦＲにおいて、複数のＳＩＮＲをパラメータに用いてＳＳを割り当てるゾーンを判別し、干渉量が大きいＳＳはセルエッジゾーン（周波数再利用係数が大きいゾーン１）に、干渉量が小さいＳＳはセル中心ゾーン（周波数再利用係数が小さいゾーン２）に割当てることで、トータルスループットを向上させることができる。

また、ＳＩＮＲに基づいてゾーン間でＳＳを割り当て変更することによって、トータルスループットを向上すると共に、ゾーン間でのスループットの公平性を改善することができる。

本発明の無線通信システムの実施例の構成を示す図である。スケジューラ１２の第１の構成例を示す図である。スケジューラ１２の第１の構成例におけるスケジューリング処理手順を示すフローチャートである。スケジューラ１２の第２の構成例を示す図である。スケジューラ１２の第２の構成例におけるスケジューリング処理手順を示すフローチャートである。スケジューラ１２の第２の構成例における他のスケジューリング処理手順を示すフローチャートである。一般的なＦＦＲのフレーム構成の一例を示す図である。従来のスケジューリング処理手順の一例を示すフローチャートである。

(無線通信システムの実施例)
図１は、本発明の無線通信システムの実施例の構成を示す。
図１において、本実施例の無線通信システムは、バックボーンネットワークに接続される複数（ｍ個) のＢＳ１０(1) 〜１０(m) と、複数（ｎ個) のＳＳ２０(1) 〜２０(n) から構成される。本実施例では、１つ以上のＢＳが本発明の基地局構成およびスケジューリング方式に対応していればよい。

ＢＳ１０のデータバッファ部１１は、バックボーンネットワーク１からデータが入力する。データバッファ部１１では、入力された時間順にデータを保存しているが、データの送信先ＳＳのＱｏＳクラスなどに応じて保存されているデータの順番を入れ換えることができる。スケジューラ１２は、受信部１７から入力する伝搬路情報を基にスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部１１に保存されているデータを先頭から取り出し、送信データ生成部１３へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューラ１２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレーム構成を生成する。送信部１４は、送信データ生成部１３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信の切り替えが制御されるＴＤＤスイッチ１５を介してアンテナ１６からＢＳ配下のＳＳ２０に送信する。

また、ＢＳ１０のアンテナ１６で受信する無線信号は、ＴＤＤスイッチ１５を介して受信部１７に入力される。受信部１７は、ＵＬサブフレームの無線信号を周波数変換および復調し、復調された受信データをデータバッファ部１１に出力し、さらにバックボーンネットワーク１に出力する。

ＳＳ２０は、アンテナ３１を介してＢＳ１０が送信するスケジュール情報を参照して送受信を行う。

（ＢＳ１０のスケジューラ１２の第１の構成例とそのスケジューリング処理）
図２は、スケジューラ１２の第１の構成例を示す。図３は、スケジューラ１２の第１の構成例におけるスケジューリング処理手順を示す。

図２において、スケジューラ１２は、受信部１７から入力する伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部１２１、ＳＩＮＲ閾値判定部１２２、最大・最小ＳＩＮＲの端末探索部１２３、スケジュール情報を構築するスケジュール情報構築部１２４から構成される。

伝搬路情報記憶部１２１は、ＢＳ配下のＳＳとのＳＩＮＲを保存している。ＢＳによるＳＩＮＲの把握手段としては、ＳＳがＢＳからの信号を受信してＳＩＮＲを把握し、その値がＢＳへフィードバックされることによってＳＩＮＲを把握する手段や、ＢＳがＳＳからの信号を受信することでＳＩＮＲを把握する手段などが考えられる。

ＳＩＮＲ閾値判定部１２２は、伝搬路情報記憶部１２１を参照し、保存されている各ＳＳとのＳＩＮＲと予め設定されている閾値との高低関係を判定し、その判定結果をスケジュール情報構築部１２４に入力する。

最大・最小ＳＩＮＲの端末探索部１２３は、伝搬路情報記憶部１２１を参照し、保存されている各ＳＳとのＳＩＮＲが最大のＳＳと最小のＳＳを探索し、そのＳＳの情報をスケジュール情報構築部１２４入力する。

スケジュール情報構築部１２４は、伝搬路情報記憶部１２１に保存されている情報と、ＳＩＮＲ閾値判定部１２２と最大・最小ＳＩＮＲの端末探索部１２３から入力する情報を参照し、フレームごとにスケジューリング処理を実行する。各ＳＳを割り当てるゾーン判別処理と、フレームに割り当てるデータの取り出し処理について、図３のスケジューリング処理手順を参照して説明する。

スケジュール情報構築部１２４は、データバッファ部１１からデータを取り出し(S101)、取り出したデータの宛先ＳＳx を把握する(S102)。続いて、伝搬路情報記憶部１２１を参照し、ＢＳとＳＳx とのＳＩＮＲを把握する(S103)。続いて、ＳＩＮＲが閾値１以上であるか否かを判断する(S104)。なお、閾値１は任意に設定できる値とする。例えば、閾値１の一例としては、最低レート（例えばＱＰＳＫなど）が復調可能なＳＩＮＲ値の設定が可能である。

ＳＳx とのＳＩＮＲが閾値１以上であれば(S104:Yes)、セル中心ゾーンに当該データを割当可能なスペース（無線リソース）があるか否かを判断し(S105)、当該スペースがあれば(S105:Yes)、ＳＳx をセル中心ゾーンに割り当てる(S106)。ＳＳx とのＳＩＮＲが閾値１以上であり(S104:yes)、セル中心ゾーンにデータを割当可能なスペースがない場合(S105:No) は、既にセル中心ゾーンにデータを割り当てたＳＳまたはＳＳx のうち、ＳＩＮＲが最小のＳＳy を把握する(S107)。ＳＳx とＳＳy が等しい場合(S108:No) は、ＳＳx をセルエッジゾーンに割り当て(S110)、ＳＳx とＳＳy が異なる場合(S108:Yes)は、ＳＳy をセル中心ゾーンからセルエッジゾーンへ再割当し、ＳＳx をセル中心ゾーンに割り当てる(S109)。

ＳＳx とのＳＩＮＲが閾値１未満であり(S104:No) 、セルエッジゾーンに当該データを割当可能なスペースがあるか否かを判断し(S111)、当該スペースがあれば(S111:Yes)、ＳＳx をセルエッジゾーンに割り当てる(S110)。

ＳＳx とのＳＩＮＲが閾値１未満であり(S104:No) 、セルエッジゾーンに当該データを割当可能なスペースがない場合(S111:No) は、既にセルエッジゾーンにデータを割り当てたＳＳまたはＳＳx のうち、ＳＩＮＲが閾値１以上のＳＳがあるか否かを判断し(S112)、当該ＳＳがなければ(S112:No) 、ＳＳx のデータをフレームに割り当てることができず、次フレームに割り当てるためにデータバッファに戻す(S113)。一方、当該ＳＳがあれば(S112:Yes)、既にセルエッジに割り当てたＳＳまたはＳＳx のうち、ＳＩＮＲが閾値１以上で、ＳＩＮＲが最大のＳＳy を把握する(S114)。ＳＳx とＳＳy が等しい場合(S115:No) は、ＳＳx をセル中心ゾーンに割り当て(S106)、ＳＳx とＳＳy が異なる場合(S115:Yes)は、ＳＳy をセルエッジゾーンからセル中心ゾーンへ再割当し、ＳＳx をセルエッジゾーンに割り当てる(S116)。

ＳＳx をいずれかのゾーンに割り当てた後 (S106、S109、S110、S116の後) では、セル中心ゾーンとセルエッジゾーン（フレーム全体) にさらにデータを割り当てられるスペースがあるか否かを判断し(S117)、スペースがあれば(S117:No) 、さらにデータバッファ１１からデータを取り出し、ステップS102〜S117の処理を実行する。スペースがない場合(S117:Yes)は、各ＳＳを割り当てるゾーン判別処理とフレームに割り当てるデータの取り出し処理を終了する。

（ＢＳ１０のスケジューラ１２の第２の構成例とそのスケジューリング処理）
図４は、スケジューラ１２の第２の構成例を示す。図５は、スケジューラ１２の第２の構成例におけるスケジューリング処理手順を示す。図６は、スケジューラ１２の第２の構成例における他のスケジューリング処理手順を示す。

図４において、スケジューラ１２は、受信部１７から入力する伝搬路情報を記憶するゾーン毎の伝搬路情報記憶部１２５、ＳＩＮＲ閾値判定部１２６、最大・最小ＳＩＮＲの端末探索部１２７、スケジュール情報を構築するスケジュール情報構築部１２８から構成される。

ゾーン毎の伝搬路情報記憶部１２５は、ＢＳ配下のＳＳとのＳＩＮＲをゾーン毎に保存する。例えば、セルエッジゾーンにおけるＳＩＮＲ（ＳＩＮＲ１）と、セル中心ゾーンのＳＩＮＲ（ＳＩＮＲ２）が保存されている。ＢＳによるＳＩＮＲ１とＳＩＮＲ２の把握手段の一例は以下の通りである。ＢＳはＳＳに対して、２つのＳＩＮＲをフィードバックすることをフレームの先頭の制御信号で指示する。前記のように指示されたＳＳは、ＤＬリンクフレームにおけるセルエッジゾーンの時間とセル中心ゾーンの時間を把握し、それぞれの時間においてＳＩＮＲを把握する。続いてアップリンクにおいて、各ゾーンのＳＩＮＲをＢＳへフィードバックする。ＢＳはこの信号をアンテナ１６、ＴＤＤスイッチ１５、受信部１７を介して受信し、セルエッジゾーンのＳＩＮＲをＳＩＮＲ１と、セル中心ゾーンのＳＩＮＲをＳＩＮＲ２として把握し、ゾーン毎の伝搬路情報記憶部１２５に保存する。

ＳＩＮＲ閾値判定部１２６は、ゾーン毎の伝搬路情報記憶部１２５を参照し、保存されている各ＳＳとのＳＩＮＲと予め設定されている閾値との高低関係を判定し、その判定結果をスケジュール情報構築部１２８に入力する。この判定はセルエッジゾーンのＳＩＮＲ１とセル中心ゾーンのＳＩＮＲ２のそれぞれに対して行われる。また、ＳＩＮＲ閾値判定部１２６では、複数ＳＩＮＲの商（例えばＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１）の閾値判定も行われる。

最大・最小ＳＩＮＲの端末探索部１２７は、ゾーン毎の伝搬路情報記憶部１２５を参照し、保存されている各ＳＳとのＳＩＮＲが最大または最小のＳＳを探索し、そのＳＳの情報をスケジュール情報構築部１２８に入力する。この探索はセルエッジゾーンのＳＩＮＲ１とセル中心ゾーンのＳＩＮＲ２のそれぞれに対して行われる。また、最大・最小ＳＩＮＲの端末探索部１２７では、複数ＳＩＮＲの商（例えばＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１）が最大または最小の端末についても探索する。

スケジュール情報構築部１２８は、ゾーン毎の伝搬路情報記憶部１２５に保存されている情報と、ＳＩＮＲ閾値判定部１２６と最大・最小ＳＩＮＲの端末探索部１２７から入力される情報を参照し、フレームごとにスケジューリング処理を実行する。各ＳＳを割り当てるゾーン判別処理と、フレームに割り当てるデータの取出し処理について、図５のスケジューリング処理手順を参照して説明する。

スケジュール情報構築部１２８は、データバッファ部１１からデータを取り出し(S201)、取り出したデータの宛先をＳＳx として把握する(S202)。続いて、伝搬路情報記憶部１２５を参照し、ＢＳと前記ＳＳx とのＳＩＮＲ１とＳＩＮＲ２を把握する(S203)。続いて、ＳＩＮＲ２が閾値１以上、かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上であるか否かを判断する(S204)。ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１をパラメータに使用しているのは干渉量の大きさを考慮しているからである。

ＳＩＮＲ１はセルエッジゾーンにおけるＳＩＮＲを示し、
ＳＩＮＲ１＝Ｓ／（Ｉ₁＋Ｎ）
と表される。ここで、ＳはＳＳが従属しているＢＳからの信号電力、Ｉ₁は周波数再利用係数＝３で送信する他のＢＳからの干渉電力である。ＳＩＮＲ２はセル中心ゾーンにおけるＳＩＮＲを示し、
ＳＩＮＲ２＝Ｓ／（Ｉ₁＋Ｉ₂＋Ｎ）
と表される。ここで、Ｉ₂は他の全てのＢＳ（周波数再利用係数＝３で送信するＢＳは除く）からの干渉電力であり、主にＳＳが従属しているＢＳの隣接ＢＳの干渉電力が含まれる。

ここで、
ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１＝１／（Ｉ₂／(Ｉ₁＋Ｎ) ＋１）
となる。Ｉ₁＋Ｎは各ＳＳで変動がないと考えると、各ＳＳのＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を比較することは、各ＳＳの他の全てのＢＳ（周波数再利用係数＝３で送信するＢＳは除く）からの干渉電力を比較することにつながる。なお、閾値１と閾値２は任意に設定できる値とする。例えば、閾値１の一例としては、最低レート（例えばＱＰＳＫなど）が復調可能なＳＩＮＲ値として設定可能である。

ＳＩＮＲ２が閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上であれば(S204:Yes)、セル中心ゾーンにデータを割当可能なスペースがあるか否かを判断し(S205)、当該スペースがあれば(S205:Yes)、ＳＳx をセル中心ゾーンに割当てる(S206)。ＳＩＮＲ２が閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上であり(S204:Yes)、セル中心ゾーンにデータを割当可能なスペースがない場合(S205:No) は、既にセル中心ゾーンにデータを割当てたＳＳまたはＳＳx のうち、ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最小のＳＳy を把握する(S207)。ＳＳx とＳＳy が等しい場合(S208:No) は、ＳＳx をセルエッジゾーンに割り当て(S210)、ＳＳx とＳＳy が異なる場合(S208:Yes)は、ＳＳy をセル中心ゾーンからセルエッジゾーンへ再割当し、ＳＳx をセル中心ゾーンに割り当てる(S209)。

ＳＩＮＲ２が閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上でない場合(S204:No）で、セルエッジゾーンに当該データを割り当て可能なスペースがあるか否かを判断し(S211)、当該スペースがあれば(S211:Yes)は、ＳＳx をセルエッジゾーンに割り当てる(S210)。

ＳＩＮＲ２が閾値１以上かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上でない場合(S204:No）で、セルエッジゾーンに当該データを割り当て可能なスペースがない場合(S211:No) は、既にセルエッジゾーンにデータを割り当てたＳＳまたはＳＳｘのうち、ＳＩＮＲ２が閾値１以上のＳＳがあるか否かを判断し(S212)、当該ＳＳがなければ(S212:No) 、ＳＳx のデータをフレームに割り当てることができず、次フレームに割り当てるためにデータバッファに戻す(S213)。一方、当該ＳＳがあれば(S212:Yes)、既にセルエッジに割り当てたデータでＳＩＮＲ２が閾値１以上で、ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最大のＳＳy を把握する(S214)。ＳＳx とＳＳy が等しい場合(S215:No) は、ＳＳx をセル中心ゾーンに割当て(S206)、ＳＳx とＳＳy が異なる場合(S215:Yes)は、ＳＳy をセルエッジゾーンからセル中心ゾーンへ再割当し、ＳＳx をセルエッジゾーンに割り当てる(S216)。

ＳＳx をいずれかのゾーンに割り当てた後 (S206、S209、S210、S216の後) では、セル中心ゾーンとセルエッジゾーン（フレーム全体) にさらにデータを割り当てられるスペースがあるか否かを判断し(S217)、スペースがあれば(S217:No) 、さらにデータバッファ１１からデータを取り出し、ステップS202`217の処理を実行する。スペースがない場合(S217:Yes)は、各ＳＳを割り当てるゾーン判別処理と、フレームに割り当てるデータの取り出し処理を終了する。

次に、図６のスケジューリング処理手順を参照し、図５の手順と異なる各ＳＳを割り当てるゾーン判別処理と、フレームに割り当てるデータの取り出し処理について説明する。

図６のスケジューリング処理手順では、図５におけるＳＩＮＲ２が閾値１以上、かつＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上であるか否かを判断する処理(S204)に代えて、ＳＩＮＲ２が閾値１以上か否かを判断する(S304)。そして、ＳＩＮＲ２が閾値１以上のとき(S304:Yes)は、図５におけるステップS205〜S210は同じになり、ＳＩＮＲ２が閾値１未満のとき(S304:No）は、ＳＳx をセルエッジゾーンに割り当て(S210)、図５におけるステップS211〜S216の処理を省略している。

ＳＳx をいずれかのゾーンに割り当てた後 (S206、S209、S210の後) では、セル中心ゾーンとセルエッジゾーン（フレーム全体) にさらににデータを割り当てられるスペースがあるか否かを判断し(S217)、スペースがあれば(S217:No) 、さらにデータバッファ１１からデータを取り出し、ステップS202`217の処理を実行する。スペースがない場合(S217:Yes)は、各ＳＳを割り当てるゾーン判別処理と、フレームに割り当てるデータの取り出し処理を終了する。

なお、各ＳＳのゾーン判別処理とフレームに割り当てるデータの取り出し処理を終了した後に、各ゾーンに割り当てたＳＳのゾーン内での割り当ての調整や修正も可能である。これらの手段を経て、最終的にスケジュール情報を構築する。

また、以上の実施例では、図１のようにＢＳはバックボーンネットワークと有線接続されているが、複数のＢＳがバックボーンネットワークと直接的に接続されていない構成であってもよい。そのＢＳはいわゆる無線中継局となる。この場合、バックボーンネットワークからのデータバッファへのデータ入力に替えて、その他のＢＳが送信する無線信号がアンテナ、ＴＤＤスイッチ、受信部を介してデータバッファへ入力される。

また、本実施例は、 Mobile ＷｉＭＡＸの仕様に基づいたものであり、図７のようにセル中心ゾーンとセルエッジゾーンは時間的に分割されているが、これらのゾーンは周波数で分割されていてもよい。

１バックボーンネットワーク
１０基地局（ＢＳ）
１１データバッファ部
１２スケジューラ
１２１伝搬路情報記憶部
１２２ＳＩＮＲ閾値判定部
１２３最大・最小ＳＩＮＲの端末探索部
１２４スケジュール情報構築部
１２５ゾーン毎の伝搬路情報記憶部
１２６ＳＩＮＲ閾値判定部
１２７最大・最小ＳＩＮＲの端末探索部
１２８スケジュール情報構築部
１３送信データ生成部
１４送信部
１５ＴＤＤスイッチ
１６アンテナ
１７受信部
３０端末局（ＳＳ）
３１アンテナ

Claims

複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記基地局は、
無線フレームが時間または周波数で分割された複数のゾーンに対して、周波数再利用係数が大きいゾーン１と周波数再利用係数が小さいゾーン２を設定し、データバッファからデータを取り出し、前記基地局とそのデータの送信先の端末局１とのＳＩＮＲ（信号電力対雑音＋干渉電力比) を参照し、前記各ゾーンに割り当てた端末局のうち最大または最小のＳＩＮＲを有する端末局を把握し、
前記端末局１とのＳＩＮＲが閾値以上で、前記ゾーン２に前記端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、前記データを前記ゾーン２に割り当て、
前記端末局１とのＳＩＮＲが閾値未満で、前記ゾーン１に前記端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、前記データを前記ゾーン１に割り当て、
前記端末局１とのＳＩＮＲが閾値以上で、前記ゾーン２に既に前記端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、前記ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲが最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータを前記ゾーン２から前記ゾーン１へ再割当し、前記端末局１のデータを前記ゾーン２に割り当て、
前記端末局１とのＳＩＮＲが閾値未満で、前記ゾーン１に既に前記端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、前記ゾーン１に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲが最大の端末局３を選択し、当該端末局３のデータを前記ゾーン１から前記ゾーン２へ再割当し、前記端末局１のデータを前記ゾーン１に割り当てる
ことを特徴とするスケジューリング方法。
複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記基地局は、
無線フレームが時間または周波数で分割された複数のゾーンに対して、周波数再利用係数が大きいゾーン１と周波数再利用係数が小さいゾーン２を設定し、ゾーン１における各端末局とのＳＩＮＲ１と、ゾーン２における各端末局とのＳＩＮＲ２を把握し、
前記ＳＩＮＲ２と、前記各端末局の他の基地局からの干渉電力に対応するＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を参照して、前記各端末局を割り当てるゾーンを決定する
ことを特徴とするスケジューリング方法。
請求項２に記載のスケジューリング方法において、
前記基地局は、
データバッファからデータを取り出し、前記基地局とそのデータの送信先の端末局１との前記ＳＩＮＲ１と前記ＳＩＮＲ２を参照し、
前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上かつ前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上である場合は、前記データを前記ゾーン２に割り当て、
前記端末局１とのＳＩＮＲが閾値１以上かつ前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上ではない場合は、前記データを前記ゾーン１に割り当てる
ことを特徴とするスケジューリング方法。
請求項３に記載のスケジューリング方法において、
前記基地局は、
前記複数の端末局のうち、最大または最小のＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を有する端末局を把握し、
前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上かつ前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上であり、前記ゾーン２に既に前記端末局１に割り当てる無線リソースがない場合、前記ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータを前記ゾーン２から前記ゾーン１へ再割当し、前記端末局１のデータを前記ゾーン２に割り当て、
前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上かつ前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上ではなく、前記ゾーン１に既に前記端末局１に割り当てる無線リソースがない場合、前記ゾーン１に既にデータを割り当てた端末局のうち、前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上で前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最大の端末局３を選択し、当該端末局３のデータを前記ゾーン１から前記ゾーン２へ再割当し、前記端末局１のデータを前記ゾーン１に割り当てる
ことを特徴とするスケジューリング方法。
請求項２に記載のスケジューリング方法において、
前記基地局は、
データバッファからデータを取り出し、前記基地局とそのデータの送信先の端末局１との前記ＳＩＮＲ１と前記ＳＩＮＲ２を参照し、前記複数の端末局のうち、最大または最小のＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を有する端末局を把握し、
前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上で、前記ゾーン２に前記端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、前記データを前記ゾーン２に割り当て、前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１未満の場合は、前記データを前記ゾーン１に割り当て、
前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上で、前記ゾーン２に既に前記端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、前記ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータを前記ゾーン２から前記ゾーン１へ再割当し、前記端末局１のデータを前記ゾーン２に割り当てる
ことを特徴とするスケジューリング方法。
請求項２に記載のスケジューリング方法において、
前記基地局が前記ゾーン１における各端末局とのＳＩＮＲ１と、前記ゾーン２における各端末局とのＳＩＮＲ２を把握する手順として、
前記基地局が前記端末局に前記ＳＩＮＲ１と前記ＳＩＮＲ２の両方をフィードバックすることを指示し、
前記指示を受けた端末局は、前記ゾーン１と前記ゾーン２に相当する時間または周波数を把握し、各ゾーンの時間または周波数において前記基地局からの受信信号によりＳＩＮＲを測定し、それらのＳＩＮＲを前記基地局へフィードバックする
ことを特徴とするスケジューリング方法。
複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムにおいて、
前記基地局は、
無線フレームが時間または周波数で分割された複数のゾーンに対して、周波数再利用係数が大きいゾーン１と周波数再利用係数が小さいゾーン２を設定し、データバッファからデータを取り出し、前記基地局とそのデータの送信先の端末局１とのＳＩＮＲ（信号電力対雑音＋干渉電力比) を参照し、前記各ゾーンに割り当てた端末局のうち最大または最小のＳＩＮＲを有する端末局を把握する手段と、
前記端末局１とのＳＩＮＲが閾値以上で、前記ゾーン２に前記端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、前記データを前記ゾーン２に割り当て、前記端末局１とのＳＩＮＲが閾値未満で、前記ゾーン１に前記端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、前記データを前記ゾーン１に割り当て、前記端末局１とのＳＩＮＲが閾値以上で、前記ゾーン２に既に前記端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、前記ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲが最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータを前記ゾーン２から前記ゾーン１へ再割当し、前記端末局１のデータを前記ゾーン２に割り当て、前記端末局１とのＳＩＮＲが閾値未満で、前記ゾーン１に既に前記端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、前記ゾーン１に既にデータを割り当てた端末局のうち、ＳＩＮＲが最大の端末局３を選択し、当該端末局３のデータを前記ゾーン１から前記ゾーン２へ再割当し、前記端末局１のデータを前記ゾーン１に割り当てるスケジューリング処理手段と
ことを特徴とする無線通信システム。
複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムにおいて、
前記基地局は、
無線フレームが時間または周波数で分割された複数のゾーンに対して、周波数再利用係数が大きいゾーン１と周波数再利用係数が小さいゾーン２を設定し、ゾーン１における各端末局とのＳＩＮＲ１と、ゾーン２における各端末局とのＳＩＮＲ２を把握する手段と、
前記ＳＩＮＲ２と、前記各端末局の他の基地局からの干渉電力に対応するＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を参照して、前記各端末局を割り当てるゾーンを決定するスケジューリング処理手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
請求項８に記載の無線通信システムにおいて、
前記スケジューリング処理手段は、データバッファからデータを取り出し、前記基地局とそのデータの送信先の端末局１との前記ＳＩＮＲ１と前記ＳＩＮＲ２を参照し、前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上かつ前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上である場合は、前記データを前記ゾーン２に割り当て、前記端末局１とのＳＩＮＲが閾値１以上かつ前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上ではない場合は、前記データを前記ゾーン１に割り当てる構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
請求項９に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記複数の端末局のうち、最大または最小のＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を有する端末局を把握する手段を備え、
前記スケジューリング処理手段は、前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上かつ前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上であり、前記ゾーン２に既に前記端末局１に割り当てる無線リソースがない場合、前記ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータを前記ゾーン２から前記ゾーン１へ再割当し、前記端末局１のデータを前記ゾーン２に割り当て、前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上かつ前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が閾値２以上ではなく、前記ゾーン１に既に前記端末局１に割り当てる無線リソースがない場合、前記ゾーン１に既にデータを割り当てた端末局のうち、前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上で前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最大の端末局３を選択し、当該端末局３のデータを前記ゾーン１から前記ゾーン２へ再割当し、前記端末局１のデータを前記ゾーン１に割り当てる構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
請求項８に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、データバッファからデータを取り出し、前記基地局とそのデータの送信先の端末局１との前記ＳＩＮＲ１と前記ＳＩＮＲ２を参照し、前記複数の端末局のうち、最大または最小のＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１を有する端末局を把握する手段を備え、
前記スケジューリング処理手段は、前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上で、前記ゾーン２に前記端末局１に割り当てる無線リソースがある場合は、前記データを前記ゾーン２に割り当て、前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１未満の場合は、前記データを前記ゾーン１に割り当て、前記端末局１との前記ＳＩＮＲ２が閾値１以上で、前記ゾーン２に既に前記端末局１に割り当てる無線リソースがない場合は、前記ゾーン２に既にデータを割り当てた端末局のうち、前記ＳＩＮＲ２／ＳＩＮＲ１が最小の端末局２を選択し、当該端末局２のデータを前記ゾーン２から前記ゾーン１へ再割当し、前記端末局１のデータを前記ゾーン２に割り当てる構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
請求項８に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局が前記ゾーン１における各端末局とのＳＩＮＲ１と、前記ゾーン２における各端末局とのＳＩＮＲ２を把握する手段は、前記基地局が前記端末局に前記ＳＩＮＲ１と前記ＳＩＮＲ２の両方をフィードバックすることを指示し、前記指示を受けた端末局は、前記ゾーン１と前記ゾーン２に相当する時間または周波数を把握し、各ゾーンの時間または周波数において前記基地局からの受信信号によりＳＩＮＲを測定し、それらのＳＩＮＲを前記基地局へフィードバックする構成である
ことを特徴とする無線通信システム。