JP2018093277A - スケジューリング装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一定のスケジューリング周期内でスケジューリング処理を効率よく実行する。【解決手段】処理制御部１１が、アップリンク期間内に設定されている、アップリンク期間の一部または全部からなる処理拡張期間と同期して、処理拡張期間を示す処理制御信号を出力し、スケジューリング処理部１２が、ダウンリンク期間と処理制御信号が示す処理拡張期間の両方において、ダウンリンク期間のそれぞれで用いる最適組合せパターンを、ダウンリンク期間のそれぞれに先立って探索する。【選択図】 図１

Description

本発明は、無線ネットワーク制御技術に関し、特に無線ネットワーク内の各送信ポイントの動作内容（送信状態）を指定することにより、無線ネットワークが有する無線リソースの割り当てを行うためのスケジューリング技術に関する。

スマートフォンの普及に伴って、通信速度の向上や利用帯域の増大など、無線ネットワークに対する社会的要請が大きくなっている。このような状況を背景として、ＬＴＥ（Long Term Evolution）と呼ばれる次世代移動通信方式の無線インタフェース仕様を適用した無線ネットワークシステムが普及しつつある。このＬＴＥでは、無線アクセス技術の１つとして、複数の送信ポイント（ＴＰ：基地局）が協調してユーザ端末（ＵＥ：ユーザ無線端末）と信号を送受信するＣｏＭＰ（Coordinated Multi-point transmission/reception：セル間協調送受信）が採用されている（非特許文献１を参照）。

ＣｏＭＰ技術は、周波数利用効率やセル端ユーザスループットを向上させる重要な技術の１つである。例えば、下り方向の通信（ＴＰからＵＥへの送信）において、同時に複数の送信ポイントが同一周波数帯を用いて、各ＵＥに送信することで無線リソースの利用効率を高めることができる。しかし、各送信ポイントが異なるＵＥに対して送信した場合、複数の送信ポイントから信号を受信可能なＵＥにとっては、他の送信ポイントからの信号が所望の受信信号の干渉となって、かえってスループットの低下を招く恐れがある。したがって、このような干渉を抑制しつつ通信速度を向上させるためにＣｏＭＰは必要不可欠な技術となっている。

また、無線ネットワークにＣｏＭＰを適用するにあたって、システムスループットの最大化を目的とすると、受信状態のよいユーザへのリソース割り当てが優先されることでユーザ間の公平性に問題が生じるため、各ＵＥのこれまでの平均レートを考慮したスケジューリングが望ましいとされている（非特許文献２を参照）。

また、ＬＴＥの一種として、ＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割多重）方式を用いたＴＤ-ＬＴＥ（Time Division Long Term Evolution）方式がある。通常のＬＴＥでは、上り（アップリンク）の通信と下り（ダウンリンク）の通信を同時に行うために、それぞれ異なる周波数帯を利用するのに対し、ＴＤ−ＬＴＥは、同じ周波数帯を周期的にアップリンクとダウンリンクを短時間で切替えながら時分割で通信を行う方式である。

田岡他，「LTE-AdvancedにおけるMIMOおよびセル間協調送受信技術」，NTT DOCOMO テクニカル・ジャーナル，Vol. 18，No. 2，pp.22-30，2010年7月，https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol18_2/vol18_2_022jp.pdf T. Girici，C. Zhu，J. R. Agre，and A. Ephremides，"Proportional Fair Scheduling Algorithm in OFDMA-Based Wireless Systems with QoS Constraints"，Journal of Communications and Networks，Vol.12，No.1，pp.30-42，February 2010

無線ネットワークシステムにおいて、このようなスケジューリングを行う場合、スケジューリング装置は、評価値が最大となるＴＰとＵＥの組合せとして、ＴＰごとの送信状態、すなわちＴＰごとに送信先となるＵＥあるいは送信停止を指定する情報を決定する。この組合せを決定するために、多数のＴＰとＵＥの組合せの評価値を計算し、評価値が最良の組合せを見つける処理を行い、スケジューリング周期内（例えば１ミリ秒の時間内）に組合せの決定を完了する必要がある。

最適な組合せを取得する確実な方法は、可能性のあるすべての組合せの各々について評価値を計算し評価値が最大となる組合せを見つけ出す、つまり総当りで探索を行うことである。したがって、無線ネットワークに含まれるＴＰ数やＵＥ数の増加して規模が大きくなると、探索空間（可能性のある組合せ数）も広がることになる。このため、前述した従来技術では、無線ネットワークの規模が大きくなると、最適な組合せを見つけ出すまでの時間が長くなり、スケジューリング周期以内で最適な組合せを決定することができない、という問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、一定のスケジューリング周期内でスケジューリング処理を効率よく実行できるスケジューリング技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかるスケジューリング装置は、ダウンリンク期間とアップリンク期間とを時分割で切り替えるＴＤＤ（Time Division Duplex）方式に基づいて、複数のアンテナにより複数の無線端末と無線通信を行う無線ネットワークで用いられて、前記無線通信を行う前記アンテナと前記無線端末との組み合わせを示す複数の組合せパターンのうちから最適組合せパターンを探索して決定するスケジューリング装置であって、前記アップリンク期間内に設定されている、前記アップリンク期間の一部または全部からなる処理拡張期間と同期して、前記処理拡張期間を示す処理制御信号を出力する処理制御部と、前記ダウンリンク期間と前記処理制御信号が示す前記処理拡張期間の両方において、前記ダウンリンク期間のそれぞれで用いる前記最適組合せパターンを、前記ダウンリンク期間のそれぞれに先立って探索するスケジューリング処理部とを備えている。

また、本発明にかかる上記スケジューリング装置の一構成例は、前記スケジューリング処理部が、前記組合せパターンの候補を順次生成する組合せ生成部と、生成された前記組合せパターンに関する評価値を計算する組合せ評価部と、生成された前記組合せパターンのうちから、前記評価値が最大であるものを選択して前記最適組合せパターンとして保持して出力する最適組合せ保持部とを含む探索処理部を備えている。

また、本発明にかかる上記スケジューリング装置の一構成例は、前記スケジューリング処理部が、すべての前記無線端末のうちから、前記組合せ生成部で生成する前記組合せパターンで前記アンテナと組み合わせる前記無線端末を対象無線端末として選択する端末選択部をさらに備え、前記スケジューリング処理部は、前記ダウンリンク期間には前記探索処理部により、前記ダウンリンク期間のそれぞれで用いる前記最適組合せパターンを探索するための探索処理を実行し、前記処理拡張期間には前記端末選択部により、前記探索処理のそれぞれにおける前記組合せパターンの生成に用いる前記対象無線端末を選択するための端末選択処理を実行するようにしたものである。

また、本発明にかかるスケジューリング方法は、ダウンリンク期間とアップリンク期間とを時分割で切り替えるＴＤＤ（Time Division Duplex）方式に基づいて、複数のアンテナにより複数の無線端末と無線通信を行う無線ネットワークで用いられて、前記無線通信を行う前記アンテナと前記無線端末との組み合わせを示す複数の組合せパターンのうちから最適組合せパターンを探索して決定するスケジューリング方法であって、処理制御部が、前記アップリンク期間内に設定されている、前記アップリンク期間の一部または全部からなる処理拡張期間と同期して、前記処理拡張期間を示す処理制御信号を出力する処理制御ステップと、スケジューリング処理部が、前記ダウンリンク期間と前記処理制御信号が示す前記処理拡張期間の両方において、前記ダウンリンク期間のそれぞれで用いる前記最適組合せパターンを、前記ダウンリンク期間のそれぞれに先立って探索するスケジューリング処理ステップとを備えている。

本発明によれば、アンテナから無線端末へのデータ送信が停止されるアップリンク期間の一部または全部が処理拡張期間として、最適組合せパターンの決定を行うためのスケジューリング処理に充当されることになる。このため、無線フレーム周期という限られた時間のうち、データ送信の停止に合わせてスケジューリング処理を停止していた時間を、最適組合せパターンの探索処理に有効活用することができ、アンテナと無線端末の最適な組合せの決定に使用できる時間を延長することが可能となる。

したがって、一定のスケジューリング周期内でスケジューリング処理を効率よく実行することができ、より多くの組合せパターンを探索でき、より良い最適組合せパターンを見つけることが可能となる。これにより、システムスループットの向上が期待されるだけでなく、無線ネットワークに含まれるアンテナ数や無線端末数の増加による探索空間の拡大についても、既存の処理能力による対応範囲を拡張することが可能となる。

第１の実施の形態にかかるスケジューリング装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態にかかるスケジューリング処理を示すタイミングチャートである。 第１の実施の形態にかかる処理拡張制御処理を示すフローチャートである。 第１の実施の形態にかかる探索処理を示すフローチャートである。 探索処理時間とシステムスループットとの関係を示すグラフである。 第２の実施の形態にかかるスケジューリング装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態にかかるスケジューリング処理を示すタイミングチャートである。 第２の実施の形態にかかるスケジューリング処理を示すフローチャートである。 第２の実施の形態にかかる端末グループ分類処理を示すフローチャートである。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるスケジューリング装置１０について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるスケジューリング装置の構成を示すブロック図である。

このスケジューリング装置１０は、ダウンリンク期間とアップリンク期間とを時分割で切り替えるＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割多重）方式に基づいて、複数のアンテナ（以下、ＴＰという）により複数の無線端末（以下、ＵＥという）と無線通信を行う無線ネットワークで用いられて、無線通信を行うＴＰとＵＥとの組み合わせを示す複数の組合せパターンのうちから最適組合せパターンを探索して決定する機能を有している。

［発明の原理］
通常、各ＴＰから送信するデータの送信先となるＵＥを決める際、ＴＰとＵＥとの組合せパターンを候補として順次生成して、これら組合せパターンの評価値をそれぞれ計算する。この試行を、予め設定されている探索アルゴリズムに基づいて繰り返し実行し、探索期間（スケジューリング周期）が満了した時点で、それまでに得られた評価値が最大である組合せパターンを実際のデータ送信に用いる最適組合せパターンとして決定する。

ここで、ＴＴＤ方式では、ＴＰからＵＥにデータ送信するダウンリンク期間と、ＵＥからＴＰにデータ送信するアップリンク期間とが、無線フレーム内に時分割で設けられた複数のサブフレームに割り当てられる。図２は、第１の実施の形態にかかるスケジューリング処理を示すタイミングチャートである。この例では、周期Ｔ_RFで繰り返される無線フレーム内に、時間長Ｔ_SLを持つ１０個のサブフレームが設けられている。無線フレームの先頭から２個目と３個目のサブフレームに、それぞれスペシャルサ・ブフレームとアップリンク・サブフレームが割り当てられており、その他のサブフレームには、ダウンリンク・サブフレームが割り当てられている。

スペシャルサブフレームは、設定によりアップリンク・サブフレームまたはダウンリンク・サブフレームのいずれかに設定できるサブフレームである。したがって、スペシャルサブフレームをアップリンク・サブフレームとして設定した場合、先頭から２−３個目のサブフレームがアップリンク期間となり、その他の８個のサブフレームがダウンリンク期間となる。

各ダウンリンク期間では、新たな最適組合せパターンに基づいて各ＵＥに対してＴＰが割り当てられる。したがって、ダウンリンク期間に先立ってスケジューリング処理することにより、使用する最適組合せパターンを決定しておく必要がある。
図２（ａ）は、基本的な処理割当方式を示すタイミングチャートであり、各ダウンリンク期間における探索処理で、次のダウンリンク期間で用いる最適組合せパターンを探索する探索処理を実行する方式であり、アップリンク・サブフレームとダウンリンク・サブフレームとが異なる周波数で無線通信されるＦＤＤ（Frequency Division Duplex：周波数分割多重）方式にも適用可能である。したがって、アップリンク期間では探索処理を実行する必要がなく、スケジューリング処理は停止している。

しかしながら、スケジューリング装置において、アップリンク期間ではスケジューリング処理を停止する必要はなく、スケジューリング処理を実行してもよい。本発明は、このような、ＴＤＤ方式において時分割で到来するアップリンク期間に着目し、このアップリンク期間に、その一部または全部からなる処理拡張期間を予め設定し、この処理拡張期間でもスケジューリング処理を実行するようにしたものである。

図２（ｂ）は、第１の実施の形態にかかる処理期間拡張方式を示すタイミングチャートであり、ここでは、アップリンク期間のすべてに処理拡張時間が設定されている。
これにより、無線フレーム内に割り当てられた８個のダウンリンク期間のそれぞれで用いる最適組合せパターンは、８個分のサブフレーム期間で探索されるのではなく、１０個分のサブフレーム期間を用いて探索できることになる。したがって、１つの最適組合せパターンの探索処理時間を延長することができ、図２の場合には、時間Ｔａ（Ｔ_SL）から時間Ｔｂへ、１．２５倍（＝１０／８）に延長できることになり、Ｔａ（Ｔ_SL）＝１ｍｓの場合、Ｔｂ＝１．２５ｍｓとなる。なお、探索処理の実行タイミングは、利用できる期間に合わせて計算してもよく、予め設定されたものを用いてもよい。

［スケジューリング装置］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるスケジューリング装置１０の構成について詳細に説明する。
図１に示したスケジューリング装置１０には、主な機能部として、処理制御部１１とスケジューリング処理部１２とが設けられている。また、スケジューリング処理部１２には、主な処理部として探索処理部１３が設けられており、この探索処理部１３には、組合せ生成部１４、組合せ評価部１５、および最適組合せ保持部１６が設けられている。これら機能部および処理部は、専用の回路で実現してもよく、予め登録されているプログラムをＣＰＵで実行することにより実現してもよい。

処理制御部１１は、無線フレームのうち、アップリンク期間内に設定されている、アップリンク期間の一部または全部からなる処理拡張期間と同期して、処理拡張期間を示す処理制御信号ＣＮＴを出力することにより、スケジューリング処理部１２で実行する各種処理の実行期間の拡張を指示する機能を有している。
この際、アップリンク期間およびダウンリンク期間を示すサブフレームのタイミングについては、例えば、無線ネットワークシステムにおいて主信号の処理を主に行う装置や処理ブロックなど、スケジューリング装置１０の外部から取得すればよい。

処理制御部１１では、取得したサブフレームのタイミングと、予め設定されている処理拡張期間の時間位置とに基づいて、各時刻において、アップリンク期間に設定された処理拡張期間の到来を検出する。処理拡張期間の到来を検出した場合、処理制御信号ＣＮＴをスケジューリング処理部１２に出力し、処理拡張期間の満了に応じて処理制御信号ＣＮＴの出力を停止する。

なお、処理拡張期間の到来を検出する際、外部からのサブフレームのタイミングではなく、スケジューリング装置１０の内部で生成した処理タイミングに基づき、処理拡張期間の到来を検出してもよい。例えば、アップリンク期間およびダウンリンク期間は、無線フレームに同期して一定周期で切替えられるため、スケジューリング処理の開始からの経過時間を装置内部で計時し、その計時結果に基づいて処理拡張期間の到来を検出することもできる。

スケジューリング処理部１２は、無線フレームのうちのダウンリンク期間と処理制御信号が示す処理拡張期間の両方において、ダウンリンク期間のそれぞれで用いる最適組合せパターンを、ダウンリンク期間のそれぞれに先立って探索する機能を有している。

探索処理部１３は、それぞれのダウンリンク期間に対応する探索期間においてパイプライン処理を実行することにより、予め設定されている探索アルゴリズムに基づいて、無線通信を行うＴＰとＵＥとの組み合わせを示す複数の組合せパターンのうちから最適組合せパターンを探索する機能を有している。

組合せ生成部１４は、ＵＥとＴＰとの組み合わせを示す組合せパターンの候補を順次生成する機能を有している。組合せ生成部１４では、組合せパターンの生成を開始した時点から所定の時間が経過した時点、または、所定の組合せパターン数の生成を終了した時点、で組合せパターンの生成を止めることもある。パターン組合せの生成方法は、一般に知られる探索アルゴリズムを用いる。例えば、全ての組合せを網羅的に生成する総当り法のほか、山登り法や貪欲法など、公知の組合せ最適化問題の近似解法を適用することができる。また、組合せパターンを生成する際は、ＴＰが送信停止状態となる組合せも含めて生成する。

組合せ評価部１５は、組合せ生成部１４で生成された組合せパターンごとに、ＵＥとＴＰとの組み合わせに関する評価値を順次計算する機能を有している。評価値は、予め設定されている評価式に基づき計算される。評価式で用いるパラメータとしては、各ＴＰの無線スループットの和、つまりシステム全体の無線スループットや、無線ネットワークシステムにおいて一般に用いられる、それぞれのＴＰとＵＥの組合せで送信を行う場合に得られるスループット値を、所定の期間積算した平均スループット値で除した値（Proportional Fairness、ＰＦメトリック）を用いることもある。

最適組合せ保持部１６は、組合せ評価部１５で計算された評価値が最大である組合せパターンを最適組合せパターンとして保持する機能を有している。具体的には、組合せ生成部１４、組合せ評価部１５、および最適組合せ保持部１６が、パイプライン処理で連動して動作し、組合せ生成部１４で新たな組合せパターンが生成されるごとに、組合せ評価部１５が新たな組合せパターンの評価値を計算し、最適組合せ保持部１６が、新たな組合せパターンの評価値がこれまで保持していた最適組合せパターンの評価値よりも大きい場合のみ、新たな組合せパターンとその評価値を最適組合せパターンとして保持する。

なお、処理制御部１１から出力された処理制御信号ＣＮＴに基づいて、処理拡張期間にスケジューリング処理部１２によりスケジューリング処理を実行する場合、探索処理部１３全体の処理動作を実行させることになる。一方、アップリンク期間において、処理制御信号ＣＮＴの出力が停止された場合、スケジューリング処理部１２により、探索処理部１３全体の処理動作を停止させてもよいが、最適組合せ保持部１６の処理動作のみを、例えば最適組合せパターンの出力を停止して保持を継続するよう切り替え指示し、組合せ生成部１４や組合せ評価部１５に対して、処理動作を継続するよう明示的に指示してもよい。

［第１の実施の形態の動作］
次に、図３および図４を参照して、本実施の形態にかかるスケジューリング装置１０の動作について説明する。図３は、第１の実施の形態にかかる処理拡張制御処理を示すフローチャートである。図４は、第１の実施の形態にかかる探索処理を示すフローチャートである。

［処理拡張制御処理］
まず、図３を参照して、本実施の形態にかかるスケジューリング装置１０での処理拡張制御処理について説明する。スケジューリング装置１０の処理制御部１１は、常時、図３の処理拡張制御処理を実行している。
図３の処理拡張制御処理において、まず、処理制御部１１は、外部から取得したサブフレームのタイミング、または内部での計時結果に基づいて、アップリンク期間の到来を確認する（ステップ１００）。

アップリンク期間の到来が検出された場合（ステップ１００：ＹＥＳ）、処理制御部１１は、予め設定されている処理拡張期間の設定に基づいて、処理拡張期間の到来を確認する（ステップ１０１）。
ここで、処理拡張期間の到来が検出された場合（ステップ１０１：ＹＥＳ）、処理制御部１１は、処理拡張期間の到来を示す処理制御信号ＣＮＴを出力し（ステップ１０２）、ステップ１００へ戻る。

一方、処理拡張期間の到来が検出されなかった場合（ステップ１０１：ＮＯ）、処理制御部１１は、処理拡張期間の到来を示す処理制御信号ＣＮＴの出力を停止し（ステップ１０３）、ステップ１００へ戻る。
また、ステップ１００において、アップリンク期間の到来が検出されなかった場合（ステップ１００：ＮＯ）、処理制御部１１は、処理拡張期間の到来を示す処理制御信号ＣＮＴの出力を停止し（ステップ１０３）、ステップ１００へ戻る。

［探索処理］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかるスケジューリング装置１０でのスケジューリング処理について説明する。スケジューリング装置１０のスケジューリング処理部１２は、外部から取得したサブフレームのタイミングで示されるダウンリンク期間、および処理制御部１１からの処理制御信号ＣＮＴで示される、アップリンク期間内の拡張処理期間において、探索処理部１３により、図４の探索処理を実行する。

まず、組合せ生成部１４は、所定の探索アルゴリズムに従って、スケジューリング対象となるＵＥとＴＰとの組み合わせを示す新たな組合せパターンの候補を１つ生成する（ステップ１１０）。組合せパターンを生成する際は、各ＴＰが送信停止状態となる組合せも含めて生成する。
続いて、組合せ評価部１５は、組合せ生成部１４で生成された新たな組合せパターンについて、対象ＵＥとＴＰとの組み合わせに関する新たな評価値を計算する（ステップ１１１）。

この後、最適組合せ保持部１６は、組合せ評価部１５が計算した新たな組合せパターンの新たな評価値を、これまで保持していた保持組合せパターンの保持評価値と比較する（ステップ１１２）。ここで、新たな評価値が、保持評価値よりも高くてこれまで生成した組合せパターンの最大値を示す場合（ステップ１１２：ＹＥＳ）、新たな組合せパターンと新たな評価値とを更新保持する（ステップ１１３）。

次に、最適組合せ保持部１６は、現在実行している探索処理の収束が確認された場合や、次のダウンリンク期間の到来に応じて、探索処理を終了するか否かを判定し（ステップ１１４）、終了しない場合には（ステップ１１４：ＮＯ）、ステップ１１０へ戻って、新たな組合せパターンの生成・評価を実行する。
なお、ステップ１１２において、新たな評価値が、保持評価値以下の場合（ステップ１１２：ＮＯ）、同様にしてステップ１１０へ戻って、新たな組合せパターンの生成・評価を開始する。

一方、探索処理を終了した場合（ステップ１１４：ＹＥＳ）、最適組合せ保持部１６は、それまでの探索処理で最終的に保持している保持組合せパターンを最適組合せパターンとして出力する（ステップ１１５）。これにより、この最適組合せパターンに基づいて、次のダウンリンク期間におけるＵＥとＴＰとの組み合わせが設定されることになる。

図５は、探索処理時間とシステムスループットとの関係を示すグラフである。ここでは、ＴＰ数を３２、ＵＥ数を２５６とした場合に、それぞれの探索処理時間におけるシステム全体の無線スループットをシミュレーションにより算出した結果が示されている。したがって、前述した図２（ｂ）の例では、探索処理時間が１ｍｓから１．２５ｍｓまで延長できるため、より多くの組合せパターンを探索して、より良い最適組合せパターンを見つけることができる。これにより、結果として約２％程度、システムスループットが向上することが分かる。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、処理制御部１１が、アップリンク期間内に設定されている、アップリンク期間の一部または全部からなる処理拡張期間と同期して、処理拡張期間を示す処理制御信号を出力し、スケジューリング処理部１２が、ダウンリンク期間と処理制御信号が示す処理拡張期間の両方において、ダウンリンク期間のそれぞれで用いる最適組合せパターンを、ダウンリンク期間のそれぞれに先立って探索するようにしたものである。

これにより、アンテナから無線端末へのデータ送信が停止されるアップリンク期間の一部または全部が処理拡張期間として、最適組合せパターンの決定を行うためのスケジューリング処理に充当されることになる。このため、無線フレーム周期という限られた時間のうち、データ送信の停止に合わせてスケジューリング処理を停止していた時間を、最適組合せパターンの探索処理に有効活用することができ、ＴＰとＵＥの最適な組合せの決定に使用できる時間を延長することが可能となる。

したがって、一定のスケジューリング周期内でスケジューリング処理を効率よく実行することができ、より多くの組合せパターンを探索でき、より良い最適組合せパターンを見つけることが可能となる。これにより、システムスループットの向上が期待されるだけでなく、無線ネットワークに含まれるアンテナ数や無線端末数の増加による探索空間の拡大についても、既存の処理能力による対応範囲を拡張することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるスケジューリング装置１０について説明する。図６は、第２の実施の形態にかかるスケジューリング装置の構成を示すブロック図である。

通常、スケジューリング処理では、１回のダウンリンク期間ですべてのＵＥをいずれかのＴＰに割り当てる必要はない。これはダウンリンク期間が、例えば１ミリ秒などの極めて短い周期で繰り返し到来するため、あるダウンリンク期間において任意のＵＥがいずれのＴＰに割り当てられなかったとしても、後続するダウンリンク期間で割り当てれば、データ送信に関して大きな影響はないからである。

一方、組合せパターン数は、組合せパターンで割り当てるＵＥの数に応じて、大きく変化する。例えば、ＵＥおよびＴＰの数をそれぞれＸおよびＹとした場合、ＵＥとＴＰのすべての組み合わせを網羅するには、（Ｘ＋１）^Y個の組合せパターンが必要となる。なお、この試算では、ＴＰに対していずれのＵＥも割り当てない場合の数も考慮されている。

本実施の形態は、このようなダウンリンク期間とＴＰに対するＵＥの割り当てとの関係に着目し、すべてのＵＥのうちから、次のダウンリンク期間で送信対象とする複数の対象ＵＥを、ダウンリンク期間ごとに選択するようにしたものである。
また、第１の実施の形態で着目したアップリング期間の処理拡張期間において、端末選択を実行し、ダウンリンク期間に探索処理を実行するようにしたものである。

具体的には、図６に示すように、スケジューリング処理部１２に、すべてのＵＥのうちから、組合せ生成部１４で生成する組合せパターンでＴＰと組み合わせるＵＥを対象ＵＥとして選択する端末選択部１７を設け、スケジューリング処理部１２が、ダウンリンク期間には探索処理部１３により、ダウンリンク期間のそれぞれで用いる最適組合せパターンを探索するための探索処理を実行し、処理拡張期間には端末選択部１７により、探索処理のそれぞれにおける組合せパターンの生成に用いる対象ＵＥを選択するための端末選択処理を実行するようにしたものである。

端末選択部１７における対象ＵＥの選択方法としては、すべてのＵＥを複数の端末グループに分類し、これら端末グループのうちからダウンリンク期間ごとにいずれかの端末グループを順次選択し、選択した端末グループに含まれるＵＥを対象ＵＥとして選択する方法がある。
図７は、第２の実施の形態にかかるスケジューリング処理を示すタイミングチャートである。図２（ｂ）と比較して、アップリンク期間の処理拡張期間には、端末選択処理が割り当てられており、探索処理は図２（ａ）と同様にダウンリンク期間で実行される。なお、探索処理の実行タイミングは、利用できる期間に合わせて計算してもよく、予め設定されたものを用いてもよい。

ここでは、端末選択部１７での端末選択処理により、例えば１つの無線フレームで１回更新されるチャネル情報に基づいて、ＵＥが２つの端末グループＧａ，Ｇｂに分類され、そのうちＧａに属するＵＥが、処理拡張期間に後続する４つの探索処理で対象ＵＥとして用いられ、Ｇｂに属するＵＥが、さらにその後に続く４つの探索処理で対象ＵＥとして用いられている。チャネル情報ＣＨは、各ＵＥで定期的に計測されて通知される、あるいは定期的に推定される、それぞれのＵＥにおける周囲のＴＰからの無線電波の受信強度を示すデータである。

なお、図７では、チャネル情報に基づいて各ＵＥを端末グループに分類する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、各ＵＥの送信データ量など、他のデータに基づいて各ＵＥを端末グループに分類してもよい。また、端末グループ数は、図７のように２つに限定されるものではなく、３つ以上の端末グループに分類してもよい。

また、端末グループに対するダウンリンク期間の割り当てについては、各端末グループに対して等しく割り当ててもよく、端末グループに属するＵＥ数やこれらＵＥの送信データ量に基づいて割り当ててもよい。例えば、図７の例では、端末グループＧａに分類されたＵＥの数が４個のダウンリンク期間で送信可能なＵＥ数の上限より少ない場合、Ｇａに割当てるダウンリンク期間数を減らし、端末グループＧｂに割当てるダウンリンク期間数を増やすようにしてもよい。

［端末グループ分け（チャネル情報の類似性）］
次に、端末選択部１７におけるＵＥの端末グループ分けについて詳細に説明する。
まず、ＵＥのチャネル情報に基づき端末グループ分けを行う場合について説明する。
チャネル情報は、各ＵＥで定期的に計測されて通知される、あるいは定期的に推定される、それぞれのＵＥにおける周囲のＴＰからの無線電波の受信強度を示すデータである。

ここで、異なるＵＥに関するチャネル情報が、同じＴＰからの無線電波について同様の受信強度を示す場合、これらＵＥの存在位置が近いと考えられる。したがって、これらＵＥに対して同一ダウンリンク期間で送信データを送信する場合、これらＵＥが同一ＴＰに割り当てられる可能性が高く、このような場合には当該ＴＰに対するトラヒックの集中が発生するとともに、電波干渉による通信障害が発生する可能性も高くなる。

このため、本実施の形態において、端末選択部１７が、各ＵＥを分類する際、ＵＥのうち、ＴＰに関する電波状態を示すチャネル情報の類似性が低いＵＥ同士を、同一の端末グループに分類するようにしてもよい。これにより、存在位置が近いＵＥは異なるグループに分類されるため、これらＵＥが異なる組合せパターンに含まれることになる。したがって、同一ダウンリンク期間でこれらＵＥが同一ＴＰに割り当てられる可能性を回避されて、ＴＰに対するトラヒックの集中や、電波干渉による通信障害の発生を抑止でき、良好な無線サービスを提供することが可能となる。

［端末グループ分け（チャネル情報の変動量）］
一方、ＵＥで得られる受信強度の単位時間あたりの変動量は、ＵＥの移動速度に大きく影響される。これは、ＵＥの移動速度が大きいほど、ＴＰとの距離の変化が大きいため、ＴＰから送信された無線電波の変化も多くなるからである。
したがって、チャネル情報の変動量が大きい場合、チャネル情報が得られた時点から短い時間でＵＥの無線環境が変わる可能性が高く、チャネル情報の精度が劣化しやすい。一方、チャネル情報の変動量が小さい場合、チャネル情報が得られた時点からある程度時間が経過してもＵＥの無線環境が変わる可能性が低く、チャネル情報の精度は劣化しにくい。

このため、本実施の形態において、端末選択部１７が、各ＵＥを分類する際、ＴＰに関する電波状態を示すチャネル情報の時間的な変動量の大小に基づいて、ＵＥを端末グループに分類し、これら端末グループのうち変動量の大きい端末グループから順に選択するようにしてもよい。これにより、チャネル情報の精度が劣化しやすいＵＥから先に選択されて組合せパターンが生成され、直後のダウンリンク期間から優先してこれらＵＥにＴＰが割り当てられることになる。したがって、チャネル情報の精度の劣化により発生する、ＵＥとＴＰとの割り当て誤差を最小限に抑制でき、これによる送信エラーを低減して、良好な無線サービスを提供することが可能となる。

［端末グループ分け（データ送信量）］
また、ＵＥから送信すべき送信データ量が大きい場合、これら送信データの送信を完了するまでの所要時間が比較的長くなるため、送信完了までにＵＥの無線環境が変わる可能性が高く、チャネル情報の精度が劣化しやすい。一方、送信データ量が小さい場合、これら送信データの送信を完了するまでの所要時間が比較的短くなるため、送信完了までにＵＥの無線環境が変わる可能性が低く、チャネル情報の精度は劣化しにくい。

このため、本実施の形態において、端末選択部１７が、各ＵＥを分類する際、それぞれのＵＥの送信データ量の大小に基づいて、ＵＥを端末グループに分類し、これら端末グループのうち送信データ量の大きい端末グループから順に選択するようにしてもよい。これにより、チャネル情報の精度が劣化しやすいＵＥから先に選択されて組合せパターンが生成され、直後のダウンリンク期間から優先してこれらＵＥにＴＰが割り当てられることになる。したがって、チャネル情報の精度の劣化により発生する、ＵＥとＴＰとの割り当て誤差を最小限に抑制でき、これによる送信エラーを低減して、良好な無線サービスを提供することが可能となる。

これらＵＥのグループ分けについては、それぞれ単独で適用してもよく、これらを組み合わせて適用してもよい。例えば、チャネル情報の変動量が高くて送信データ量も大きいＵＥを第１の端末グループに分類し、その他を第２の端末グループに分類し、第１の端末グループに属するＵＥから順にＴＰを割り当るようにしてもよい。これにより、無線環境が変わる可能性が高いＵＥを優先して対象ＵＥとして選択でき、全体として良好な無線サービスを提供することが可能となる。

［第２の実施の形態の動作］
次に、図８および図９を参照して、本実施の形態にかかるスケジューリング装置１０の動作について説明する。図８は、第２の実施の形態にかかるスケジューリング処理を示すフローチャートである。図９は、第２の実施の形態にかかる端末グループ分類処理を示すフローチャートである。

［スケジューリング処理］
まず、図８を参照して、本実施の形態にかかるスケジューリング処理について説明する。
スケジューリング処理部１２は、処理制御部１１からの処理制御信号ＣＮＴに基づいて、アップリンク期間内の処理拡張期間において、端末選択部１７により、後述する図９の対象ＵＥ選択処理を実行することにより、スケジューリング対象となるすべてのＵＥを複数の端末グループに分類する（ステップ２００）。

次に、スケジューリング処理部１２は、ダウンリンク期間ごとに、探索処理部１３により、端末選択部１７で分類された端末グループに基づく探索処理を実行する。
まず、組合せ生成部１４は、端末グループのうちから、任意の端末グループ、例えばチャネル情報の変動量が大きいものから順に、あるいは送信データ量が大きいものから順に１つ選択し（ステップ２０１）、選択された端末グループに属するＵＥの端末ＩＤのリストを、対応するダウンリンク期間で送信対象とする対象ＵＥの組合せ生成条件として端末選択部１７から取得する（ステップ２０２）。

続いて、組合せ生成部１４は、所定の探索アルゴリズムに従って、組合せ生成条件で指定された対象ＵＥとＴＰとの組み合わせを示す新たな組合せパターンの候補を１つ生成する（ステップ２０３）。組合せパターンを生成する際は、各ＴＰが送信停止状態となる組合せも含めて生成する。
次に、組合せ評価部１５は、組合せ生成部１４で生成された新たな組合せパターンについて、対象ＵＥとＴＰとの組み合わせに関する新たな評価値を計算する（ステップ２０４）。

この後、最適組合せ保持部１６は、組合せ評価部１５が計算した新たな組合せパターンの新たな評価値を、これまで保持していた保持組合せパターンの保持評価値と比較する（ステップ２０５）。ここで、新たな評価値が、保持評価値よりも高くてこれまで生成した組合せパターンの最大値を示す場合（ステップ２０５：ＹＥＳ）、新たな組合せパターンと新たな評価値とを更新保持する（ステップ２０６）。

次に、最適組合せ保持部１６は、現在実行している探索処理の収束が確認された場合や、次のダウンリンク期間の到来に応じて、探索処理を終了するか否かを判定し（ステップ２０７）、終了しない場合には（ステップ２０７：ＮＯ）、ステップ２０３へ戻って、新たな組合せパターンの生成・評価を実行する。
なお、ステップ２０５において、新たな評価値が、保持評価値以下の場合（ステップ２０５：ＮＯ）、同様にしてステップ２０３へ戻って、新たな組合せパターンの生成・評価を開始する。

一方、探索処理を終了した場合（ステップ２０７：ＹＥＳ）、最適組合せ保持部１６は、それまでの探索処理で最終的に保持している保持組合せパターンを最適組合せパターンとして出力する（ステップ２０８）。これにより、この最適組合せパターンに基づいて、次のダウンリンク期間におけるＵＥとＴＰとの組み合わせが設定されることになる。

この後、探索処理部１３は、一連のダウンリンク期間が終了してアップリング期間が到来するか確認し（ステップ２０９）、一連のダウンリンク期間が終了していない場合には（ステップ２０９：ＮＯ）、ステップ２０１に戻って、新たなダウンリンク期間に対する探索処理を開始する。
また、一連のダウンリンク期間が終了した場合には（ステップ２０９：ＹＥＳ）、ステップ２００に戻って、新たなチャネル情報に基づく端末グループの分類処理を開始する。

［端末グループ分類処理］
次に、図９を参照して、本実施の形態にかかる端末グループ分類処理について説明する。端末選択部１７は、図８のステップ２００において、図９に示す端末グループ分類処理を実行する。ここでは、各ＵＥのチャネル情報と送信データ量とに基づいて、これらＵＥを２つの端末グループＧａ，Ｇｂに分類する場合を例として説明する。このうちＧａはＧｂより優先して先にＴＰを割り当てるＵＥのグループである。

図９の端末グループ分類処理において、まず、端末選択部１７は、スケジューリング対象となる全ＵＥに関するチャネル情報を取得し（ステップ２１０）、前回取得したチャネル情報からの変動量をＵＥごとに計算する（ステップ２１１）。
次に、端末選択部１７は、例えばフレームバッファ（図示せず）に蓄積されているＵＥ宛データに関するデータ量を取得することにより、各ＵＥが次のダウンリンク期間に送信すべき送信データ量（最大値）を取得する（ステップ２１２）。

この後、端末選択部１７は、各ＵＥから未分類のＵＥを１つ選択し（ステップ２２０）、ステップ２１１で得られた選択ＵＥの変動量と予め設定されている変動量しきい値とを比較する（ステップ２２１）。ここで、選択ＵＥのチャネル変動量が変動量しきい値を上回っている場合（ステップ２２１：ＹＥＳ）、端末選択部１７は、ステップ２１２で得られた選択ＵＥの送信データ量と予め設定されている送信量しきい値とを比較する（ステップ２２２）。

ここで、選択ＵＥの送信データ量が送信量しきい値を上回っている場合（ステップ２２２：ＹＥＳ）、端末選択部１７は、選択ＵＥを端末グループＧａに分類する（ステップ２２３）。
一方、ステップ２１１において、選択ＵＥの変動量が変動量しきい値以下である場合（ステップ２２１：ＮＯ）、および、ステップ２２２において、選択ＵＥの送信データ量が送信しきい値以下の場合（ステップ２２２：ＮＯ）、端末選択部１７は、選択ＵＥを端末グループＧｂに分類する（ステップ２２４）。

この後、端末選択部１７は、すべてのＵＥの分類が終了したか確認し（ステップ２２５）、未分類のＵＥが存在する場合には（ステップ２２５：ＮＯ）、ステップ２２０へ戻って新たなＵＥの分類処理を開始する。
一方、すべてのＵＥについて分類終了した場合には（ステップ２２５：ＹＥＳ）、一連の端末グループ分類処理を終了する。

なお、図９のステップ２１２で計算する任意のＵＥの変動量については、当該ＵＥと各ＴＰからの無線電波の受信強度の変動量の平均値を用いてもよく、当該ＵＥにとって受信強度が最良のＴＰのみに関する変動量を用いてもよい。
また、図９の例では、チャネル情報と送信データ量とを用いてＵＥを分類する例を示したが、ＵＥの分類の例はこれに限定されない。例えば、チャネル情報とその変動量のみを用いて複数の端末グループに分類することもある。また、送信データ量のみを用いてＵＥを分類することもある。

また、チャネル情報の類似性が低いＵＥを同一端末グループに分類してもよい。この際、まず、各ＵＥで受信感度が最良であるＴＰに基づき、各ＵＥをＴＰグループに分類し、同一ＴＰグループのＵＥが選択されないよう、ＵＥをそれぞれ選択して端末グループを生成するようにしてもよい。これにより、チャネル情報の類似性が低いＵＥ同士を、同一端末グループに分類することができる。

［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、端末選択部１７が、探索処理ごとに、ＵＥの一部を、対応するダウンリンク期間で送信対象とする対象ＵＥとして選択するようにしたものである。より具体的には、端末選択部１７が、ＵＥを複数の端末グループに分類し、これら端末グループのうちから探索処理ごとにいずれかの端末グループを選択し、選択した端末グループに含まれるＵＥを対象ＵＥとして選択するようにしたものである。また、端末選択部１７は、アップリング期間の処理拡張期間において端末選択処理を実行し、探索処理部１３が、ダウンリンク期間に探索処理を実行するようにしたものである。

これにより、１つの組合せパターンで用いられるＵＥ数を削減できるため、最適組合せパターンの探索処理において、候補として用いる組合せパターン数が大幅に削減される。したがって、組合せパターンの評価値を計算する処理に要する時間、さらには最適組合せパターンに到達するまでに要する時間を大幅に短縮することが可能となる。
また、端末選択部１７による端末選択処理が、元々探索処理が停止されているアップリンク期間に実行されるため、端末選択処理の追加しても探索処理時間が短縮されることはない。このため、最適パターンの十分な探索を実行することができる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１０…スケジューリング装置、１１…処理制御部、１２…スケジューリング処理部、１３…探索処理部、１４…組合せ生成部、１５…組合せ評価部、１６…最適組合せ保持部、１７…端末選択部。

Claims (4)

1. ダウンリンク期間とアップリンク期間とを時分割で切り替えるＴＤＤ（Time Division Duplex）方式に基づいて、複数のアンテナにより複数の無線端末と無線通信を行う無線ネットワークで用いられて、前記無線通信を行う前記アンテナと前記無線端末との組み合わせを示す複数の組合せパターンのうちから最適組合せパターンを探索して決定するスケジューリング装置であって、
   前記アップリンク期間内に設定されている、前記アップリンク期間の一部または全部からなる処理拡張期間と同期して、前記処理拡張期間を示す処理制御信号を出力する処理制御部と、
   前記ダウンリンク期間と前記処理制御信号が示す前記処理拡張期間の両方において、前記ダウンリンク期間のそれぞれで用いる前記最適組合せパターンを、前記ダウンリンク期間のそれぞれに先立って探索するスケジューリング処理部と
   を備えることを特徴とするスケジューリング装置。
2. 請求項１に記載のスケジューリング装置において、
   前記スケジューリング処理部は、
   前記組合せパターンの候補を順次生成する組合せ生成部と、
   生成された前記組合せパターンに関する評価値を計算する組合せ評価部と、
   生成された前記組合せパターンのうちから、前記評価値が最大であるものを選択して前記最適組合せパターンとして保持して出力する最適組合せ保持部と
   を含む探索処理部を備える
   ことを特徴とするスケジューリング装置。
3. 請求項２に記載のスケジューリング装置において、
   前記スケジューリング処理部は、すべての前記無線端末のうちから、前記組合せ生成部で生成する前記組合せパターンで前記アンテナと組み合わせる前記無線端末を対象無線端末として選択する端末選択部をさらに備え、
   前記スケジューリング処理部は、前記ダウンリンク期間には前記探索処理部により、前記ダウンリンク期間のそれぞれで用いる前記最適組合せパターンを探索するための探索処理を実行し、前記処理拡張期間には前記端末選択部により、前記探索処理のそれぞれにおける前記組合せパターンの生成に用いる前記対象無線端末を選択するための端末選択処理を実行する
   ことを特徴とするスケジューリング装置。
4. ダウンリンク期間とアップリンク期間とを時分割で切り替えるＴＤＤ（Time Division Duplex）方式に基づいて、複数のアンテナにより複数の無線端末と無線通信を行う無線ネットワークで用いられて、前記無線通信を行う前記アンテナと前記無線端末との組み合わせを示す複数の組合せパターンのうちから最適組合せパターンを探索して決定するスケジューリング方法であって、
   処理制御部が、前記アップリンク期間内に設定されている、前記アップリンク期間の一部または全部からなる処理拡張期間と同期して、前記処理拡張期間を示す処理制御信号を出力する処理制御ステップと、
   スケジューリング処理部が、前記ダウンリンク期間と前記処理制御信号が示す前記処理拡張期間の両方において、前記ダウンリンク期間のそれぞれで用いる前記最適組合せパターンを、前記ダウンリンク期間のそれぞれに先立って探索するスケジューリング処理ステップと
   を備えることを特徴とするスケジューリング方法。

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