JP2011061816A - 通信システム内のユーザの臨機応変型ビーム形成およびスケジューリング - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本願発明は、ユーザ母集団内の各ユーザについて追跡されるパラメータに基づいてユーザ母集団からユーザを選択することができ、選択されたユーザによって好まれるビームを決定することができる。基地局で生成したビームはパイロット信号をユーザ母集団に送信するために使用することができる。基地局は、スケジューリング・アルゴリズムを実行し、ユーザ母集団内のすべてのユーザから受け取ったフィードバックに基づきユーザをスケジュールし、そして生成したビームを使用してスケジュールされたユーザに情報を送信することができる。
【選択図】図1
Description
これ以降、「スケジューラ」および/または「スケジューリング・アルゴリズム」という用語は、特定のスケジューリング手法を説明するために使用される場合があり、スケジューラまたはスケジューリング・アルゴリズムはハードウェアおよび/またはソフトウェアの両方で実装できるものと理解されたい。したがって、これらの用語は、入れ替えて使用することができる。さらに、用語「ビーム」は、すでに上で説明したように、基地局により生成される特定の放射パターンを意味する。
Ti(n)はタイムスロットnのはじめのMSiの移動平均スループットを表し、Jn∈{1,・・・,nM}はタイムスロットn内での伝送について選択されたMSを表すものとし、nMはBSがサポートするMSの数であるとする(nMは、固定された数として取り扱われるが、アルゴリズムの実行中に動的に変化する場合がある)。その後、タイムスロットTi(n+1)でのMSiの移動平均スループットは、式(1)で記述することができる。
以下で説明するビーム形成およびスケジューリング方法を理解しやすくするために、発明者は、以下のシステム・モデル例を作成した。ただし、後述のシステム・モデルは単に1つの可能なシステム・モデルにすぎず、他のシステム・モデルも当業で理解されているように適用可能であることは理解されるであろう。
(a)各チャネルは、G.L.Stuber著「Principles of Mobile Communication」Kluwer Academic Publisher、1966年、52〜55頁の55頁で説明されているように、MSの速度に結びついた、相関レイリー・フェージング処理を受ける。相関レイリー変数列は、MS毎に独立に選択することができる。これは、Young et al「The Generation of Correlated Rayleigh Random Variates by Inverse Fourier Transform」IEEE Trans.On Comm.、第48巻、第7号、2000年7月の記事で説明されているような適当な方法を使って実行される。
(b)各チャネルの平均減衰は、つまり、レイリー・フェージングが除去される場合、実行シミュレーション全体にわたって一定である。
(c)特に断りのない限り、MSはランダムに、かつ一様に、通信可能範囲セクタのエリアに配置される。この選択処理は、シミュレーション実行毎に独立に繰り返される。
(d)BSは全出力で送信する。
(e)BSの入力バッファは、MS毎に1つずつ、常に、送信を待つデータを格納する。つまり、BSへ向かう途中、またはバッファ内で待機しているときにパケットに生じた遅延は無視される。
(f)簡単のため、伝送速度に関係なく、ちょうどパケット1つ分の情報を単一スロットで送信する。
(g)R(n)は、誤りなしで実行され、MSのレポートは遅延なしでBSに完全に届く。データ・パケットは常に、正常に受信される。
公平性(Fairness)の概念は、一般に、各MSに割り当てられた時間の長期部分πiに関連付けることができる。例えば、ラウンド・ロビン・スケジューラでは、この部分は、πi=1/nM、i=1,・・・,nMであり、遅延は固定され、nMタイムスロットに等しい。Ri(n)∝SNRi(n)、i=1,・・・,nMという仮定の下で、すべてのMSへの伝搬チャネルが任意の倍率まで静止プロセス、独立プロセス、および等しく分散されたプロセスである場合、PFアルゴリズムは、MSの平均SIRに関係なくπi=1/nMという公平性の特性を処理する。しかし、一般に、上記の主張は正しくない。
上述のように、OBFは、BSで複数のアンテナを使用するOSの「自然な」機能拡張であり、タイムスロット毎に異なるビームを生成するアルゴリズムを実装する。相関環境では、BSのアンテナへの給電が不均等(振幅に関して)であることからは何も得られない。したがって、選択は、各アンテナに同じ信号電力を供給し、給電フェーズを使用してビームを望む方に向ける。シミュレーションで使用されるN本のビームを120度の扇形に等間隔で配置し、1番目のビームおよびN番目のビームの頂点が扇形の境界と一致するようにした。
標準的なMSのサービス品質(QoS)要件を満たすことは、特定のパケット遅延制約条件を満たしながら十分な平均スループットを実現することになる。PFスケジューラを使用したOBFの従来の研究では、システム・スループット、およびそれぞれBSアンテナの本数とMSの個数の関数として、MS毎のスループットのみを重視していた。遅延制約条件は、単にTcを適切に選択することに起因していた。しかし、これだと、Tcを低減することにより遅延および遅延ジッタを制御する場合スループットのペナルティが大きくなるため、多くのものが不十分なままである。これは、例えば、OSのケースに関して、図1で示唆されている。MS母集団、MS速度の分散、および個々の伝搬チャネルの動的に変化するサイズなどの他のシステム・パラメータも、パケット遅延の統計量および個々のMSの時間配分、さらには平均スループットに影響を及ぼす。
OBFシステムでは、スループットの高さと遅延特性の良さは相反する目的である。上述のように、現在のOBF実装では、ビーム・シーケンス生成は独立に実行するものと見られているため、相関システム(例えば、隙間なく並べられている複数のアンテナ)のビーム生成とスケジューリング・アルゴリズムとを組み合わせる試みはなされていない。したがって、比較のために、これ以降、現在のOBF手法を「標準OBF」(sOBF)アルゴリズムと呼ぶことにする。
BSは、次に、速度Rjn(n)で工程460においてスケジューラにより選択されたMSJnにデータを送信する工程に進む(ファンクション470)(工程420で選択されたMSであってもなくても)(工程430で選択されたビームに関する式(2)を参照)。除外窓を更新し、次のタイムスロットのためにタイムスロットをインクリメントすることによりこの反復は完了する。除外窓は、ファンクション420で選択されたMSのインデックスi(n)を除外窓に押し込むことにより更新され、それにより窓内の最も古いインデックスであるインデックスi(n−L)が除外窓から落とされる。ファンクション420〜490は、後続のタイムスロットで繰り返すことができる。
好ましいビームは、以下の「好ましいビーム・アルゴリズム」に従って決定することができる。タイムスロットnでMSiによって好まれるビームは、以下の場合、bjである。
以下の式
除外窓Lは、Lを高々nM−1とするL次元ベクトルである。j番目の成分Ljは、MSのどれかのインデックスまたは0のいずれかである。除外窓の目的を理解しやすくするために、Lは0に設定され、MSiは最も長く待っているMSを表すものとする。好ましいビーム・アルゴリズムは、MSiによって好まれるビームを繰り返し決定し(選択し)、MSiがパケットを受信するまで次の(および後続の)タイムスロットでその作業を続け、受信したらそれにより最も長く待っているMSであることを止める。これだと、システム・スループットによくない影響が生じる。
上述の方法は、次のパケットを「最も長い間待っている」MSを優先する目的で考案された。より一般的な場合、パフォーマンスを測定するのに、長期間続くサービス低下を基準として使用することができる。MSが持つ必要のある妥当なQoS要件は以下のように述べることが可能である。
a)十分長い期間(平均)のスループット、
b)短期間のスループットの低下は、余り頻繁に生じてはならず、また深すぎても行けない。定量的には、(b)では、短期スループットはタイムスロットの部分δよりも短い間に長期スループットの一部γを下回ることを要求することができる。
図5は、本発明の一実施例によるシステム・スループットと固定MS母集団の遅延機能停止の確率とを対比するグラフである。図5は、システム・スループットとTcをパラメータとする遅延機能停止の確率とを示している。
Claims (1)
- 無線通信システムのユーザのためにパケット遅延を低減しながらシステム・スループットを改善する方法であって、
ユーザ母集団の各ユーザについて追跡されるパラメータに基づきユーザ母集団からユーザを選択する工程、及び
有限の複数の選択可能なビームの各ビームから最高の移動平均データ転送速度に基づいて、選択されたユーザが次のパケットを受信するようにスケジュールされる確率を最大にするためそのユーザについて好ましいビームを決定する工程を備え、該好ましいビームは、該好ましいビームで次の伝送を受信するようにユーザ母集団内のユーザをスケジュールするためパイロット信号を送信するのに使用されることを特徴とする方法。
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