JP4364159B2 - スケジューリング方法およびそれを利用した基地局装置 - Google Patents

Description

本発明は、スケジューリング技術に関し、特に通信対象の端末装置に対するスケジューリング方法およびそれを利用した基地局装置に関する。

ワイヤレス通信において、一般的に限りある周波数資源の有効利用が望まれている。特に、携帯電話や第二世代コードレス電話システムの普及に伴い、その要請はさらに高まっている。この要請に応えるための技術のひとつが、空間多重方式である。空間多重方式とは、複数の端末装置のそれぞれに対して、アンテナの指向性パターンを調節することによって、同一周波数かつ同一タイミングにおいて、複数の端末装置と通信する技術である。このような空間多重方式は、アンテナの指向性パターンによって、複数の端末装置との間の信号を分離することに相当する。このような指向性パターンの形成には、アダプティブアレイアンテナ技術が適用される。

一般的に、アダプティブアレイアンテナ技術では、以下のふたつの場合に、アンテナ指向性パターンによる複数の端末装置の分離が不十分になるので、通信品質が悪化する。ひとつ目は、少なくともふたつの端末装置が略同方向に存在する場合である。この場合、指向性パターンの差異による両者の信号の分離が困難になる。ふたつ目は、少なくともふたつの端末装置からの受信信号の強度比がある程度大きくなってしまう場合である。この場合、両者の信号の強度比がアンテナの利得比を上回ってしまうことによって、両者の信号の分離が困難になる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−７７９８０号公報

本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。すなわち、空間多重方式において多重することのできる端末装置の個数よりも多くの端末装置から通信要求を受けた場合、多重できない端末装置は、通信を行うことができない。また、空間多重する複数の端末装置が受信側で分離しがたい組み合わせであった場合、システム容量が低減してしまう。また、システム容量が低減しないように、多重する端末装置の分離が容易となる端末装置の組み合わせを決定した場合、いつまでたっても通信を行うことができない端末装置が存在することになり、不公平となってしまう。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、空間分割多重を行う複数の端末装置の選定にさいし、システム容量の低減を抑制しつつ、かつ、不公平とならないように端末装置を選定するスケジューリング方法およびそれを利用した基地局装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の基地局装置は、複数の端末装置からの通信要求をそれぞれ受信する受信部と、受信部が通信要求を受信してからの経過時間を端末装置ごとに計測する待時間計測部と、複数の端末装置に対する信号品質をそれぞれ取得する品質取得部と、待時間計測部で計測された経過時間と、品質取得部において取得された信号品質とにもとづいて、複数の端末装置のうち、空間分割多重を行う端末装置を決定する決定部と、を備える。

この態様によると、経過時間と信号品質の双方にもとづいて、空間分割多重を行う端末装置を決定するために、システムに与える影響を低減し、また、不公平性を低減して、端末装置を選定することができる。

ここで、「通信要求」とは、たとえば、端末装置から送られた、基地局装置との間で通信を開始したい旨を示す情報などをいい、また、現在の通信にかかるサービスの形態を変更したい旨を示す要求であってもよい。「サービスの形態」とは、音声通信や画像通信などのサービスの種別に限らず、通信レート、他の基地局装置へのハンドオーバ、変復調方式、アクセス方式などであってもよい。また、「経過時間」とは、たとえば、端末装置から送られた通信要求を基地局装置が認識してから、当該端末装置が通信対象として決定され呼を確立するまでの待ち時間などをいう。また、「信号品質」とは、たとえば、基地局装置で測定した上りの信号品質などをいい、また、信号電力や信号電力対雑音比、下りの送信電力などであってもよい。また、端末装置において測定した下り受信電力などであってもよい。また、「取得する」とは、基地局装置の内部において測定することによって信号品質を取得することなどを含み、また、端末装置において測定した信号品質を示す情報を無線回線を通じて基地局装置が取得してもよい。

決定部は、経過時間が長い順に、空間分割多重を行うべき第１の端末装置を順次選択する第１選択部と、第１の端末装置より短い経過時間を有する少なくとも１以上の端末装置を第２の端末装置の候補とし、第２の端末装置の候補の信号品質のそれぞれと、第１の端末装置の信号品質との差異を導出する導出部と、導出部によって導出された差異のそれぞれのうち、所定のしきい値よりも小さい差異を選択し、当該差異に対応した第２の端末装置の候補を、第２の端末装置として限定する第２選択部と、を有してもよい。

この態様によると、第１の端末装置、すなわち、空間分割多重する一方の端末装置を、経過時間の長い端末装置とすることで、公平性を図ることができる。また、第１の端末装置と多重する第２の端末装置の選択において、第１の端末装置と第２の端末装置のの信号品質の差異が所定のしきい値より低い端末装置を選択することによって、分離の容易な端末装置の組み合わせを選定できる。また、この選定にさいし、第２の端末装置の候補は、経過時間の長い端末装置から順に選定されるので、公平性も担保できる。

ここで、「空間分割多重をおこなうべき第１の端末装置」とは、空間分割多重する一方の端末装置などを含み、経過時間が最も長い端末装置でなくともよい。「第２の端末装置の候補」とは、第１の端末装置と多重される第２の端末装置の選定にさいし、選定の対象となる端末装置を含む。「限定する」とは、第２の端末装置の選定にさいし、複数の第２の端末装置の候補について信号品質にもとづいて選定した結果、複数の第２の端末装置の候補に含まれるいずれかの第２の端末装置の候補を限定することを含む。また、限定された結果、複数の第２の端末装置が選定されてもよい。

また、決定部は、複数の端末装置のうち、経過時間に関するしきい値より大きい経過時間を有する端末装置が存在している場合、第２選択部によって第２の端末装置が限定されるか否かにかかわらず、少なくとも該端末装置を第１の端末装置として決定してもよい。

この態様によると、すでに相当の時間経過している第１の端末装置を、空間多重するしないにかかわらず、通信を行う対象の端末装置として決定することによって、端末装置において、経過時間に関するしきい値を大幅に超えて待つような状態が低減される。これにより、端末装置を使用するユーザに対し、つながりやすい端末装置、もしくは、端末装置と基地局装置を含むシステムを提供することができる。

第１選択部は、第２選択部において第２の端末装置が存在しなかった場合、すでに選択した第１の端末装置を、第１の端末装置より短い経過時間を有する端末装置に置き換え、導出部は、置き換えられた第１の端末装置に関し、信号品質の差異を導出し、第２選択部は、第２の端末装置を限定するための処理を再度実行してもよい。

この態様によると、経過時間が最も長い端末装置であっても、空間多重すべき端末装置がなかった場合は、経過時間が２番目に長い端末装置を第１の端末装置として、その第１の端末装置と多重すべき端末装置を同様に決定することによって、より多くの端末装置に対して同時に呼を確立させることができる。

ここで、「第２の端末装置が存在しなかった場合」とは、第１の端末装置との組み合わせに適した端末装置がなかった場合などをいい、たとえば、第１の端末装置の信号品質と、他の端末装置の信号品質との差異が、いずれもしきい値を超えていた場合などを含み、また、第１の端末装置の経過時間が、経過時間に関するしきい値より小さい場合なども含む。「第２の端末装置を限定するための処理」とは、置き換えられた第１の端末装置の信号品質と、第２の端末装置の候補の信号品質の差異を求め、その差異が所定のしきい値より小さい場合は、第２の端末装置の候補から第２の端末装置を限定することなどを含む。

決定部は、空間分割多重を行うべき第１の端末装置と第２の端末装置の組み合わせが存在しなかった場合、最も長い経過時間を有する端末装置のみに対して通信を行うことを決定してもよい。

この態様によると、空間分割多重する端末装置の組み合わせが存在しなかった場合は、空間分割多重することなしに、最も長い経過時間を有する端末装置のみを通信対象として呼を確立させることによって、リソースを有効に活用することができ、また、公平性も向上できる。

ここで、「空間分割多重を行うべき第１の端末装置と第２の端末装置の組み合わせが存在しなかった場合」とは、通信要求を行った複数の端末装置のいずれの組み合わせにおいても、組み合わせにかかる端末装置の信号品質の差異が所定のしきい値より大きかった場合などを含む。

本発明の別の態様は、スケジューリング方法である。この方法は、複数の端末装置からの通信要求を受信するステップと、受信するステップで通信要求を受信してからの経過時間を端末装置ごとに計測するステップと、複数の端末装置に対する信号品質をそれぞれ取得するステップと、計測するステップにおいて計測された経過時間と、取得するステップにおいて取得された信号品質とにもとづいて、複数の端末装置のうち、空間分割多重を行う端末装置を選択するステップと、を含む。

この態様によると、経過時間と信号品質の双方にもとづいて、空間分割多重を行う端末装置を決定するために、システムへの影響を低減しつつ、かつ、不公平性を低減して、端末装置を選定することができる。

本発明のさらに別の態様は、コンピュータに実行させるためのプログラムである。このプログラムは、無線ネットワークを介して、複数の端末装置からの通信要求を受信するステップと、受信するステップで通信要求を受信してからの経過時間を端末装置ごとに計測するステップと、複数の端末装置に対する信号品質をそれぞれ取得するステップと、計測するステップにおいて計測された経過時間と、取得するステップにおいて取得された信号品質とにもとづいて、複数の端末装置のうち、空間分割多重を行う端末装置を決定し、その結果を記憶するステップと、を含む。

この態様によると、経過時間と信号品質の双方にもとづいて、空間分割多重を行う端末装置を決定するために、システムに与える影響を低減し、または、不公平性を低減して、端末装置を選定することができる。

空間分割多重を行う端末装置を決定し、その結果を記憶するステップは、経過時間が長い順に、空間分割多重を行うべき第１の端末装置を順次選択する第１選択ステップと、第１の端末装置より短い経過時間を有する少なくとも１以上の端末装置を第２の端末装置の候補とし、第２の端末装置の候補の信号品質のそれぞれと、第１の端末装置の信号品質との差異を導出する導出ステップと、導出ステップによって導出された差異のそれぞれのうち、所定のしきい値よりも小さい差異を選択し、当該差異に対応した第２の端末装置の候補を、第２の端末装置として限定する第２選択ステップと、を有してもよい。

また、空間分割多重を行う端末装置を決定し、その結果を記憶するステップは、複数の端末装置のうち、経過時間に関するしきい値より大きい経過時間を有する端末装置が存在している場合、第２選択ステップによって第２の端末装置が限定されるか否かにかかわらず、少なくとも該端末装置を第１の端末装置として決定してもよい。

第２選択ステップは、第２の端末装置が存在しなかった場合、第１端末装置選択ステップにおける第１の端末装置を、第１の端末装置より短い経過時間を有する端末装置に置き換えて、再度、第２の端末装置を限定するための処理を実行してもよい。

空間分割多重を行う端末装置を決定し、その結果を記憶するステップは、空間分割多重を行うべき第１の端末装置と第２の端末装置の組み合わせが存在しなかった場合、最も長い経過時間を有する端末装置のみを決定してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、空間分割多重を行う複数の端末装置の選定にさいし、システムに与える影響を低減しつつ、不公平性を低減して端末装置を選定できると共に、無線リソースの有効活用、さらに、周波数利用効率が向上できる。

本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、第二世代コードレス電話システムのごとく、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）によって複数の端末装置を接続する基地局装置である。第二世代コードレス電話システムのひとつのフレームは、８つのタイムスロットによって構成され、さらにフレームが連続して配置されている。ひとつの端末装置に対して、フレーム単位にひとつのタイムスロットが割り当てられることによって、３２ｋｂｐｓのデータレートが実現される。なお、上下回線を考慮すれば、ひとつの端末装置に対して、フレーム単位にふたつのタイムスロットが割り当てられる。

本実施例に係る基地局装置は、さらにＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）も適用し、ひとつのタイムスロットに複数の端末装置を割り当てる。その際、それぞれの端末装置からの通信要求を契機とした待ち時間を考慮して、ひとつのタイムスロットに割り当てる複数の端末装置を決定する。割り当てる端末装置の個数は、２以上でもよい。また、待ち時間だけでなく、２以上の端末装置の信号品質の差異をもとにして、割り当てる端末装置の組み合わせを決定する。その結果、所定のフレームに含まれたタイムスロットにおいて、原則として、待ち時間の長い端末装置と、該端末装置の信号品質との差異が小さい信号品質を有する端末装置とが空間多重される。待ち時間の長い端末装置の信号品質との差異が小さい信号品質を有する端末装置は、その待ち時間が比較的短い場合であっても、多重する端末装置として選択される場合がある。

本実施例に係る基地局装置は、待ち時間を考慮して空間分割多重を行うので、全ての端末装置が平等に割り当てられる。また、信号品質の差異をもとにして、空間分割多重する端末装置の組み合わせを決定するので、多重された複数の端末装置を容易に分離ができる。

図１は、本発明の実施例に係る基地局装置１０の構成例を示す図である。基地局装置１０は、アンテナ１２と総称される第１アンテナ１２ａ、第２アンテナ１２ｂ、第４アンテナ１２ｄ、無線部２０と総称される第１無線部２０ａ、第２無線部２０ｂ、第４無線部２０ｄ、処理部２２と総称される第１処理部２２ａ、第２処理部２２ｂ、第４処理部２２ｄ、変復調部２４と総称される第１変復調部２４ａ、第２変復調部２４ｂ、第４変復調部２４ｄ、インタフェース部２６（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ部。以下、「ＩＦ部２６」と略称する。）、品質取得部２８、制御部３０、管理部３２を含む。また信号として、無線部側信号２００と総称される第１無線部側信号２００ａ、第２無線部側信号２００ｂ、第４無線部側信号２００ｄ、変復調部側信号２０２と総称される第１変復調部側信号２０２ａ、第２変復調部側信号２０２ｂ、第４変復調部側信号２０２ｄを含む。

アンテナ１２は、受信動作として、図示しない端末装置から無線周波数の信号を受信する。また、アンテナ１２は、送信動作として、図示しない端末装置へ無線周波数の信号を送信する。なお、受信動作と送信動作のタイミングは、後述の制御部３０によって制御される。アンテナ１２は、アダプティブアレイアンテナ技術に対応しており、アンテナの指向性は、後述の処理部２２によって制御される。ここで、アンテナ１２の数を「４」とするが、これ以外の数であってもよい。

無線部２０は、受信動作として、アンテナ１２において受信した無線周波数の信号を周波数変換し、ベースバンドの信号を導出する。無線部２０は、ベースバンドの信号を無線部側信号２００として処理部２２に出力する。一般的に、ベースバンドの信号は、同相成分と直交成分によって形成されるので、ふたつの信号線によって伝送されるべきであるが、ここでは、図を明瞭にするためにひとつの信号線だけを示すものとする。また、自動利得制御装置（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ。以下、「ＡＧＣ」と略称する。）やアナログデジタル変換部（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ変換部。以下、「Ａ／Ｄ変換部」と略称する。）も含まれる。無線部２０は、送信動作として、処理部２２からのベースバンドの信号を周波数変換し、無線周波数の信号を導出する。ここで、処理部２２からのベースバンドの信号も無線部側信号２００として示す。無線部２０は、無線周波数の信号をアンテナ１２に出力する。また、電力増幅器（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ。以下、「ＰＡ」と略称する。）、デジタルアナログ変換部（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ変換部。以下、「Ｄ／Ａ変換部」と略称する。）も含まれる。

処理部２２は、受信動作として、複数の無線部側信号２００に対して、アダプティブアレイ信号処理を実行する。処理部２２は、アダプティブアレイ信号処理の結果を変復調部側信号２０２として出力する。ひとつの変復調部側信号２０２が、空間多重された複数の端末装置のうちのひとつに対応した信号に相当する。処理部２２は、送信動作として、変復調部２４から入力した変復調部側信号２０２に対してアダプティブアレイ信号処理を実行する。さらに、処理部２２は、アダプティブアレイ信号処理した信号を無線部側信号２００として出力する。

具体的には、処理部２２は、受信処理として、受信信号から導出した受信ウエイトベクトルによって、無線部２０から送られた受信信号のそれぞれを重み付けし加算する。受信ウエイトベクトルの導出方法は、任意のものでよく、そのひとつはＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕｅａｒｅ）アルゴリズムによる導出である。ここで、加算された信号が、変復調部側信号２０２として示される。なお、乗算部５６と加算部６０の処理が、重み付けを行いながらの合成に相当する。また、トレーニング信号の期間中において予め記憶したトレーニング信号を参照信号として出力する。またこれらの期間以外は、予め規定しているしきい値によって、受信信号を判定し、その結果を参照信号として出力する。なお、判定は硬判定でなく、軟判定でもよい。ここで、端末装置との通信は、所定のタイムスロットにおいてなされる。そのため、バースト信号によって通信が実行される。第二世代コードレス電話システムでは、バースト信号の先頭部分にプリアンブルが配置される。プリアンブルは、既知の信号であるので、トレーニング信号に相当する。

また、処理部２２は、送信処理として、受信ウエイトベクトルから、送信信号の重み付けに必要な送信ウエイトベクトルを推定する。送信ウエイトベクトルの推定方法は、任意とするが、最も簡易な方法として、受信ウエイトベクトルをそのまま使用すればよい。あるいは、受信処理と送信処理との時間差によって生じる伝搬環境のドップラー周波数変動を考慮し、従来の技術によって、受信ウエイトベクトルを補正してもよい。なお、ここでは、受信ウエイトベクトルをそのまま送信ウエイトベクトルに使用するものとする。さらに、送信ウエイトベクトルによって、送信ベクトルを重み付けし、その結果のバースト信号の先頭部分に、プリアンブルを付加する。なお、以上の動作は、前述のごとく、図１の制御部３０によって制御されるものとする。

変復調部２４は、受信処理として、処理部２２からの変復調部側信号２０２に対して、復調を実行する。変復調部２４は、復調した信号をＩＦ部２６に出力する。また、変復調部２４は、送信処理として、変調を実行する。変復調部２４は、変調した信号を変復調部側信号２０２として処理部２２に出力する。ここで、変調方式には、第二世代コードレス電話システムに対応したπ／４シフトＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）を使用してもよい。一方、復調は、遅延検波、同期検波を行う。

ＩＦ部２６は、図示しないネットワークと接続し、受信処理として、変復調部２４において復調した個々の端末装置の信号を図示しないネットワークに出力する。また、ＩＦ部２６は、復調した個々の端末装置の信号のいずれかに通信要求情報が含まれていた場合、制御部３０に対し、通信要求情報にかかる端末装置を示す情報を通知する。また、ＩＦ部２６は、送信処理として、ネットワークからデータを入力し、これを変復調部２４に出力する。以上のごとく、アンテナ１２、無線部２０、処理部２２、変復調部２４は、図示しない複数の端末装置との通信を実現する。通信を実現するために、連続して配置されるフレームのそれぞれに含まれる複数のタイムスロットが使用される。

品質取得部２８は、複数の端末装置のそれぞれの信号品質を取得して、制御部３０に出力する。ここでは、複数の端末装置からそれぞれ受信した信号の強度を測定し、信号品質とする。なお、前述のごとく、ＳＤＭＡを使用しているので、無線周波数の信号や無線部側信号２００には、ひとつのタイムスロットに割り当てられた複数の端末装置からの信号が含まれている。そのため、品質取得部２８は、第１処理部２２ａから第４処理部２２ｄにおいてそれぞれ導出された受信ウエイトベクトルにもとづいて、信号品質を導出してもよい。受信ウエイトベクトルのそれぞれは、複数の端末装置のそれぞれに対応するように計算されるからである。品質取得部２８は、ひとつの端末装置に対応した受信ウエイトベクトルの各成分を積算することによって、当該端末装置に対応した信号の強度を導出する。なお、ＳＤＭＡを実行していない場合に、品質取得部２８は、無線周波数の信号や無線部側信号２００から信号の強度を導出してもよい。また、品質取得部２８は、端末装置の内部で測定した下り信号品質を、無線回線を介して、取得しても良い。

制御部３０は、ＩＦ部２６から通知された通信要求と、品質取得部２８から送られた信号品質を入力として、基地局装置１０と通信すべき複数の端末装置に対して、無線チャネルを割り当てる。いいかえると、制御部３０は、空間分割多重を行うべき複数の端末装置を決定する。また、基地局装置１０に含まれる構成要素のタイミングを制御する。なお、ＴＤＭＡにおいては、端末装置と通信するために、端末装置に対してタイムスロットを割り当てるので、無線チャネルはタイムスロットに相当する。ここでは、ＴＤＭＡに加えてＳＤＭＡも対象とするので、ひとつのタイムスロットに、複数の無線チャネルが配置される。そのため、ひとつのタイムスロットに、複数の端末装置が割り当てられる。なお、制御部３０は、タイムスロットを割り当てる際に、管理部３２において管理されているデータを参照してもよい。

図２は、図１の制御部３０によって実現されるフレームの構造例を示す図である。図２は、制御部３０が複数の端末装置にタイムスロットを割り当てた場合に相当する。図２は、横軸の方向に、時間軸上のタイムスロットの配置、すなわち無線チャネルの配置を示し、縦軸の方向に、空間軸上の無線チャネルの配置を示す。すなわち、横軸がＴＤＭＡに相当し、縦軸がＳＤＭＡに相当する。

また、図２には、ふたつの連続したフレームが、「第ｉフレーム」、「第（ｉ＋１）フレーム」として示されている。また、それぞれのフレームには、「第１タイムスロット」から「第４タイムスロット」が含まれている。ここでは、上り回線あるいは下り回線の一方を示しているので、ひとつのフレームに含まれたタイムスロットの数を「４」としたが、実際には「８」つのタイムスロットが含まれているので、図示しない「第５タイムスロット」から「第８タイムスロット」も含まれている。なお、フレームには、所定の番号が付与されている。「タイムスロット」は、端末装置に割り当てるタイムスロットを示す。前述のごとく、ひとつのフレームには、８つのタイムスロットが含まれているが、上り回線あるいは下り回線に対して、４つのタイムスロットのそれぞれが端末装置に割り当てられる。ここでは、フレーム内の先頭から順に、第１タイムスロット、第２タイムスロット、第３タイムスロット、第４タイムスロットとする。そのため、異なるフレームであっても、第１タイムスロット同士は、フレーム内での相対的なタイミングが一致しているといえる。

しかしながら、「第１タイムスロット」に割り当てられた端末装置には、「第５タイムスロット」も割り当てられるように、上り回線用のタイムスロットと下り回線用のタイムスロットは、一般的に１対１で対応している。そのため、以下において、図示のごとく、「４」つのタイムスロットのみを説明の対象とする。

また、図２においては、別個の端末装置が多重されていることを示すために、図２中の各スロットに端末装置Ａ３４（以下、「ユーザＡ」と称する。）、端末装置Ｂ３６（以下、「ユーザＢ」と称する。）、端末装置Ｃ３８（以下、「ユーザＣ」と称する。）が割り当てられている様子を示した。なお、このような表示は説明を明瞭にするために行っているものであり、実際には、端末装置に対して、これら以外の識別番号が付与されていてもよい。制御部３０は、「第ｉフレーム」、「第（ｉ＋１）フレーム」の「第１タイムスロット」に、ユーザＡを割り当てる。また、制御部３０は、「第１タイムスロット」に、ユーザＡと多重する端末装置として、ユーザＢとユーザＣをフレーム単位で切り替えて割り当てる。そのため、制御部３０は、「第ｉフレーム」において、ユーザＡとユーザＢを空間多重し、「第（ｉ＋１）フレーム」において、ユーザＡとユーザＣを空間多重する。

ここで、図３を用いて制御部３０について詳細に説明する。図３は、図１の制御部３０の構成例を示す図である。制御部３０は、待時間計測部７０と決定部７２を含む。本実施例において、制御部３０は、複数の端末装置にタイムスロットを割り当てる際に、以下の通り動作する。すなわち、制御部３０は、複数の端末装置のうち、待ち時間が長くなっており、かつ、信号品質の差異が小さくなっている１組の端末装置を優先的に選択し、これらに対して所定の関係を有したタイムスロットを割り当てる。信号品質間の差異が小さくなっているとは、他の差異に比べて差異が小さくなっているという程度でよく、必ずしも最小でなくてもよい。所定の関係を有したタイムスロットとは、連続して配置されるフレームのうちの異なったフレームにそれぞれ含まれるタイムスロットであって、かつフレーム内での相対的なタイミングが一致するタイムスロットである。これは、図２において、「第ｉフレーム」の「第１タイムスロット」と、「第（ｉ＋１）フレーム」の「第１タイムスロット」との関係に対応する。すなわち、これらは、端末装置Ａに割り当てられているタイムスロットに含まれるタイムスロットである。

待時間計測部７０は、ＩＦ部２６から通知された個々の端末装置から通信要求を契機として、当該端末装置の待ち時間を計測する。計測された端末装置ごとの待ち時間は、決定部７２に通知される。待ち時間の計測は、端末装置から通信要求を受けた時に、当該端末装置にかかるカウンタの値を０とし、決定部７２によって当該端末装置が割り当てられることが決定されるまで、カウンタの値を増加し続けることによっておこなってもよい。決定部７２によって当該端末装置が割り当てられることが決定された場合、待時間計測部７０は、当該カウンタの値を０に初期化してもよい。待時間計測部７０は、基地局装置１０が収容することのできる端末装置の台数以上のカウンタを設ける。いいかえると、待時間計測部７０は、通信要求があった端末装置に対して、待ち時間を計測するためのカウンタを割り当てて計測を行っている。

また、待時間計測部７０は、複数の端末装置の待ち時間を管理するために、待ち行列メモリを有していてもよい。待ち行列メモリは、仮想的な巡回ＦＩＦＯバッファであってもよい。待ち行列メモリは、端末装置から通信要求がくるごとに、当該端末装置を示す情報が待ち行列の最後尾に追加される。また、待ち行列メモリは、決定部７２によって当該端末装置が割り当てられることが決定された場合、待ち行列中に存在する当該端末装置を示す情報を最後尾に移し替える。このような構成をとることにより、待ち行列の先頭には、常に待ち時間の長い端末装置が存在することとなる。

決定部７２は、待時間計測部７０によって計測された個々の端末装置の待ち時間と、品質取得部２８より通知された個々の端末装置の信号品質とを用いて、空間多重する複数の端末装置を決定する。図４は、図３の決定部７２の構成例を示す図である。決定部７２は、第１選択部７４と、導出部７６と、第２選択部７８とを含む。第１選択部７４は、経過時間が長い順に、空間分割多重を行うべき第１の端末装置を順次選択する。導出部７６は、第１の端末装置より短い経過時間を有する少なくとも１以上の端末装置を第２の端末装置の候補とし、第２の端末装置の候補の信号品質のそれぞれと、第１の端末装置の信号品質との差異を導出する。第２選択部７８は、導出部７６によって導出された差異のそれぞれのうち、所定のしきい値よりも小さい差異を選択し、当該差異に対応した第２の端末装置の候補を、第２の端末装置として限定し、空間分割多重する第１の端末装置と第２の端末装置の組み合わせを決定する。なお、信号品質間の差異を導出するために、導出部７６は、複数の端末装置の信号強度間の減算を実行する。この場合、減算でなく、除算を実行し、信号強度間の比を計算し、これを信号強度間の差異とみなしてもよい。

また、第１選択部７４は、複数の端末装置のうち、経過時間に関するしきい値より大きい経過時間を有する端末装置が存在している場合、第２選択部７８によって第２の端末装置が限定されるか否かにかかわらず、少なくとも該端末装置を第１の端末装置として決定する。また、第１選択部は、第２選択部において第２の端末装置が存在しなかった場合、すでに選択した第１の端末装置を、第１の端末装置より短い経過時間を有する端末装置に置き換える。導出部は、置き換えられた第１の端末装置に関し、信号品質の差異を導出し、第２選択部は、第２の端末装置を限定するための処理を再度実行する。また、決定部７２は、空間分割多重を行うべき第１の端末装置と第２の端末装置の組み合わせが存在しなかった場合、最も長い経過時間を有する端末装置のみに対して通信を行うことを決定する。

これらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリのロードされた予約管理機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

ここで、図５〜図７を用いて、決定部７２の動作について詳細に説明する。なお、動作開始時点において、４つの端末装置から通信要求をうけており、待時間計測部７０の待ち行列メモリには、ユーザＡ、ユーザＢ、ユーザＣ、ユーザＤの順で待ち行列が形成されていると仮定する。また、説明を簡易なものとするために、以下の動作中においては、上記４つのユーザ以外からの通信要求はないものとして説明する。

図５は、図４の決定部７２の第１の動作フローチャートを示す図である。まず、第１選択部７４は、待ち行列メモリ（以下、「キュー」と略称する。）の先頭から第１の端末装置としてユーザＡを取り出す。また、導出部７６は、第１の端末装置と多重する第２の端末装置の候補として、ユーザＢを取り出す（Ｓ０２）。つぎに、決定部７２は、処理部２２、無線部２０を介して、ユーザＡとユーザＢに対し、リソース割り当て要求を送信する（Ｓ０４）。つぎに、決定部７２は、処理部２２、無線部２０を介して、ユーザＡとユーザＢのそれぞれからリソース割り当て応答を受信する（Ｓ０６）。つぎに、導出部７６は、ユーザＡとユーザＢの信号品質の差をもとめる。さらに、第２選択部７８は、信号品質の差と所定のしきい値とを比較する（Ｓ０８）。第２選択部７８は、しきい値と比較し、信号品質の差のほうが小さい場合（Ｓ０８のＹ）、ユーザＢを第２の端末装置として決定し、ユーザＡとユーザＢを空間多重して通信を開始するために呼を確立する（Ｓ１０）。

一方、信号品質の差としきい値とを比較した結果、信号品質の差のほうが大きい場合（Ｓ０８のＮ）、導出部７６、第２選択部７８は、第２の端末装置の候補として、ユーザＢのかわりにユーザＣを選択する。また、決定部７２は、ユーザＢに対し、リソース割り当て拒否送信を行うと共に、ユーザＣに対し、リソース割り当て応答を送信する（Ｓ１２）。さらに、ユーザＣからリソース割り当て応答を受信する（Ｓ１４）。導出部７６は、ユーザＡとユーザＣの信号品質の差をもとめる。第２選択部７８は、しきい値と比較し（Ｓ１６）、信号品質の差のほうが小さい場合（Ｓ１６のＹ）、ユーザＣを第２の端末装置として決定し、ユーザＡとユーザＣを空間多重して通信を開始するために呼を確立する（Ｓ１８）。

Ｓ１６において、信号品質の差としきい値とを比較した結果、信号品質の差のほうが大きい場合（Ｓ１６のＮ）、図６に示す動作に移る。図６は、図４の決定部７２の第２の動作フローチャートを示す図である。まず、導出部７６、第２選択部７８は、第２の端末装置の候補として、ユーザＣのかわりにユーザＤを選択する。以下、ユーザＢ、ユーザＣを第２の端末装置の候補とした場合と同様に、ユーザＤとリソース割り当てに関するやりとりを行った後（Ｓ２０）、ユーザＡとユーザＤの信号品質の差と、所定のしきい値とを比較して（Ｓ２２）、信号品質の差のほうが小さい場合（Ｓ２２のＹ）、ユーザＤを第２の端末装置として決定し、ユーザＡとユーザＤを空間多重して通信を開始するために呼を確立する（Ｓ２４）。

Ｓ２２において、信号品質の差としきい値とを比較した結果、信号品質の差のほうが大きい場合（Ｓ２２のＮ）、すなわち、ユーザＡの信号品質と、ユーザＢ，ユーザＣ、ユーザＤそれぞれの信号品質との差異のいずれもがしきい値より大きかった場合、ユーザＡと空間多重すべきユーザは存在しないこととなる。この場合、決定部７２は、ユーザＡにかかる待ち時間と、所定の待ち時間に関するしきい値とを比較して（Ｓ３０）、ユーザＡにかかる待ち時間のほうが長い場合（Ｓ３０のＹ）、タイムアウトによる呼切断を防ぐために、あるいは、公平性を担保させるために、空間多重せずにユーザＡのみで呼を確立する（Ｓ３２）。

Ｓ３０において、ユーザＡにかかる待ち時間と、所定の待ち時間に関するしきい値とを比較した結果、信号品質の差のほうが大きい場合（Ｓ３０のＮ）、図７に示す動作に移る。図７は、図４の決定部７２の第３の動作フローチャートを示す図である。第３のフローチャートでは、第１の端末装置としてのユーザＡと多重すべき第２の端末装置が存在しなかった場合に、第１選択部における第１の端末装置を、第１の端末装置より短い経過時間を有する端末装置に置き換えて、再度、第２の端末装置を限定するための処理を実行する。まず、第１選択部７４は、キューの先頭から第１の端末装置として、前回選択したユーザＡよりも待ち時間の短いユーザＢを第１の端末装置として取り出す。また、導出部７６は、第１の端末装置と多重する第２の端末装置の候補として、ユーザＣ、もしくはユーザＤを取り出し、Ｓ０２〜Ｓ１８と同様に、信号品質の差異をもとに、ユーザＢと多重すべき第２の端末装置を決定する（Ｓ３４〜Ｓ３８）。ここで、ユーザＢと多重すべき第２の端末装置が存在しなかった場合、すなわち、ユーザＢの信号品質と、ユーザＣ、ユーザＤのそれぞれの信号品質との差異が所定のしきい値よりいずれも大きかった場合（Ｓ３６のＮ）、ユーザＣを第１の端末装置と置き換えて、同様に、ユーザＤと多重できるか否かを決定する（Ｓ４０〜Ｓ４４）。

しかしながら、いずれの端末装置の組み合わせにおいても、多重すべき第１の端末装置と第２の端末装置の組み合わせとなる１組の端末装置が存在しなかった場合（Ｓ４２のＮ）、決定部７２は、空間多重せずに、最も長い経過時間を有するユーザＡを第１の端末装置として、呼を確立する（Ｓ４６）。また、決定部７２は、いずれかの端末装置と呼を確立した（Ｓ１０、Ｓ１８、Ｓ２４、Ｓ３２、Ｓ３８、Ｓ４４、または、Ｓ４６）後、キューに存在する、呼を確立した端末装置を示す情報を最後尾に移し替える。このような構成をとることにより、待ち行列の先頭には、常に待ち時間の長い端末装置が存在することとなる。

本発明の実施例によれば、待ち時間を考慮して空間分割多重を行うので、全ての端末装置が順に割り当てられる。また、信号品質の差異をもとにして、空間分割多重する端末装置の組み合わせを決定するので、多重された複数の端末装置を容易に分離ができる。まず、第１の端末装置、すなわち、空間分割多重する一方の端末装置を、経過時間の長い端末装置とすることで、公平性を図ることができる。また、第１の端末装置と多重する第２の端末装置の選択において、第１の端末装置と第２の端末装置のの信号品質の差異が所定のしきい値より低い端末装置を選択することによって、分離しやすい端末装置の組み合わせを選定できる。また、この選定にさいし、第２の端末装置の候補は、経過時間の長い端末装置から順に選定されるので、公平性も担保できる。

また、すでに相当の時間経過している第１の端末装置を、空間多重するしないにかかわらず、通信を行う対象の端末装置として決定することによって、端末装置は経過時間に関するしきい値を大幅に超えて待つことがなくなる。これにより、端末装置を使用するユーザに対し、つながりやすい端末装置、もしくは、端末装置と基地局装置を含むシステムを提供することができる。また、経過時間が最も長い端末装置であっても、空間多重すべき端末装置がなかった場合は、経過時間が２番目に長い端末装置を第１の端末装置として、その第１の端末装置と多重すべき端末装置を同様に決定することによって、より多くの端末装置と同時に呼を確立させることができる。また、空間分割多重する端末装置の組み合わせが存在しなかった場合は、空間分割多重することなしに、最も長い経過時間を有する端末装置のみを通信対象として呼を確立させることによって、リソースを有効に活用することができ、また、公平性も向上できる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例において、空間分割多重を行う第１の端末装置と第２の端末装置を決定するとして説明した。しかしながらこれに限らず例えば、３以上の端末装置を空間分割多重する端末装置としてもよい。その場合、まず、導出部７６、第２選択部７８において、第１の端末装置の信号品質と、複数の端末装置の信号品質とのそれぞれの差異と、所定のしきい値として、複数の第２の端末装置を決定すればよい。たとえば、ユーザＡ、ユーザＢ、ユーザＣ、ユーザＤの４つの端末装置のうち、３つの端末装置を多重するような場合でユーザＡを第１の端末装置と仮定する。この場合、ユーザＡとユーザＢの信号品質の差異と、ユーザＡとユーザＣの信号品質の差異、ユーザＡとユーザＤの信号品質の差異の３つの差異のうち、しきい値より小さい組み合わせを選択すればよい。３つの差異ともしきい値より小さければ、経過時間の短い端末装置との組み合わせが優先される。この場合であっても、前述した効果と同様の効果を得ることができる。

また、しきい値より小さい組み合わせを選択する際に、前記３つの差異のうち、もっとも大きな差異をもつ組み合わせを選択し、その組み合わせにかかる差異がしきい値より小さいか否かを判別するようにしてもよい。また、本発明の実施例におけるアクセス方式は、図２に示すように、空間分割多重アクセス方式と時分割多重アクセス方式（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）を組み合わせた方式として説明した。しかしながらこれに限らず、空間分割多重アクセス方式と周波数分割多重アクセス方式（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）を組み合わせてもよく、また、空間分割多重アクセス方式と符号分割多重アクセス方式（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）と組み合わせた方式であっても、同様の効果を得ることができる。

本発明の実施例に係る基地局装置の構成例を示す図である。 図１の制御部によって実現されるフレームの構造例を示す図である。 図１の制御部の構成例を示す図である。 図３の決定部の構成例を示す図である。 図４の決定部の第１の動作フローチャートを示す図である。 図４の決定部の第２の動作フローチャートを示す図である。 図４の決定部の第３の動作フローチャートを示す図である。

符号の説明

１０ 基地局装置、 ２８ 品質取得部、 ７０ 待時間計測部、 ７２ 決定部、 ７４ 第１選択部、 ７６ 導出部、 ７８ 第２選択部。

Claims (6)

1. 複数の端末装置からの通信要求をそれぞれ受信する受信部と、
   前記受信部において通信要求を受信してからの経過時間を端末装置ごとに計測する待時間計測部と、
   前記複数の端末装置に対する信号品質をそれぞれ取得する品質取得部と、
   前記待時間計測部で計測された経過時間と、前記品質取得部において取得された信号品質とにもとづいて、前記複数の端末装置のうち、空間分割多重を行う端末装置を決定する決定部と、を備え、
   前記決定部は、
   前記経過時間が長い順に、空間分割多重を行うべき第１の端末装置を順次選択する第１選択部と、
   前記第１の端末装置より短い経過時間を有する少なくとも１以上の端末装置を第２の端末装置の候補とし、前記第１の端末装置および前記第２の端末装置の候補に割当要求を送信し、前記第１の端末装置および前記第２の端末装置の候補から割当応答を受信し、受信した割当応答のそれぞれの信号品質の差異を導出する導出部と、
   前記導出部によって導出された差異のそれぞれのうち、所定のしきい値よりも小さい差異を選択し、当該差異に対応した第２の端末装置の候補を、第２の端末装置として限定する第２選択部と、
   を備えることを特徴とする基地局装置。
2. 前記決定部は、前記複数の端末装置のうち、経過時間に関するしきい値より大きい経過時間を有する端末装置が存在している場合、前記第２選択部によって第２の端末装置が限定されるか否かにかかわらず、少なくとも該端末装置を第１の端末装置として決定することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記第１選択部は、前記第２選択部において第２の端末装置が存在しなかった場合、すでに選択した第１の端末装置を、前記第１の端末装置より短い経過時間を有する端末装置に置き換え、
   前記導出部は、前記置き換えられた第１の端末装置に関し、信号品質の差異を導出し、
   前記第２選択部は、第２の端末装置を限定するための処理を再度実行することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の基地局装置。
4. 前記決定部は、空間分割多重を行うべき第１の端末装置と第２の端末装置の組み合わせが存在しなかった場合、最も長い経過時間を有する端末装置のみに対して通信を行うことを決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基地局装置。
5. 複数の端末装置からの通信要求を受信するステップと、
   前記受信するステップで通信要求を受信してからの経過時間を端末装置ごとに計測するステップと、
   前記複数の端末装置に対する信号品質をそれぞれ取得するステップと、
   前記計測するステップにおいて計測された経過時間と、前記取得するステップにおいて取得された信号品質とにもとづいて、前記複数の端末装置のうち、空間分割多重を行う端末装置を選択するステップと、を含み、
   前記空間分割多重を行う端末装置を選択するステップは、
   前記経過時間が長い順に、空間分割多重を行うべき第１の端末装置を順次選択するステップと、
   前記第１の端末装置より短い経過時間を有する少なくとも１以上の端末装置を第２の端末装置の候補とし、前記第１の端末装置および前記第２の端末装置の候補に割当要求を送信し、前記第１の端末装置および前記第２の端末装置の候補から割当応答を受信し、受信した割当応答のそれぞれの信号品質の差異を導出するステップと、
   前記信号品質の差異を導出するステップによって導出された差異のそれぞれのうち、所定のしきい値よりも小さい差異を選択し、当該差異に対応した第２の端末装置の候補を、第２の端末装置として限定するステップと、
   を含むことを特徴とするスケジューリング方法。
6. 無線ネットワークを介して、複数の端末装置からの通信要求を受信するステップと、
   前記受信するステップで通信要求を受信してからの経過時間を端末装置ごとに計測するステップと、
   前記複数の端末装置に対する信号品質をそれぞれ取得するステップと、
   前記計測するステップにおいて計測された経過時間と、前記取得するステップにおいて取得された信号品質とにもとづいて、前記複数の端末装置のうち、空間分割多重を行う端末装置を決定し、その結果を記憶するステップと、を含み、
   前記空間分割多重を行う端末装置を決定し、その結果を記憶するステップは、
   前記経過時間が長い順に、空間分割多重を行うべき第１の端末装置を順次選択するステップと、
   前記第１の端末装置より短い経過時間を有する少なくとも１以上の端末装置を第２の端末装置の候補とし、前記第１の端末装置および前記第２の端末装置の候補に割当要求を送信し、前記第１の端末装置および前記第２の端末装置の候補から割当応答を受信し、受信した割当応答のそれぞれの信号品質の差異を導出するステップと、
   前記信号品質の差異を導出するステップによって導出された差異のそれぞれのうち、所定のしきい値よりも小さい差異を選択し、当該差異に対応した第２の端末装置の候補を、第２の端末装置として限定するステップと、
   をコンピュータに実行させるためのプログラム。

Images