JP4545613B2 - 無線リソース割り当て装置および無線リソース割り当て方法 - Google Patents

無線リソース割り当て装置および無線リソース割り当て方法 Download PDF

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Description

本発明は、通信に利用可能な複数の無線リソースをユーザが利用できる場合に効率的に無線リソースの割り当てを行うことのできる無線リソース割り当て装置および無線リソース割り当て方法に関するものである。
単一の周波数帯における周波数利用効率の向上を目的とするアルゴリズムが従来から検討されている。シングルユーザの電力割り当てアルゴリズムとして、マルチキャリア伝送において、チャネル状態の良いサブキャリアには多くの電力を割り当て、チャネル状態の悪いサブキャリアには少ない電力を割り当てる制御法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。さらに、これを適応変調等の技術と組み合わせることで、スループットを大幅に向上することを可能とする方式が提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。
一方で、マルチユーザスケジューリングアルゴリズムが提案されている（例えば、非特許文献３参照。）。ＲＲ(Round Robin)法は公平にリソースを割り当てるスケジューリングアルゴリズムである。公平性は保てるものの受信ＳＩＮＲ(Signal to Interference and Noise power Ratio)が考慮されていないため、受信ＳＩＮＲを考慮した方式と比較し、システムスループットは低くなる。Ｍａｘ．ＣＩＲ(Maximum Carrier to Interference power Ratio)法は最大の受信ＳＩＮＲを有するユーザに通信機会を割り当てることでシステムスループットを最大化するアルゴリズムである。この方式はＳＩＮＲの低いユーザには通信機会が与えられないため、公平性が保てないという問題がある。ＰＦ(Proportional Fairness)法は公平性を確保するために各ユーザの瞬時のＳＩＮＲを各ユーザの平均ＳＩＮＲで正規化を行い、正規化後の値が最大であるユーザを選択する。それにより、公平性を保ちつつ、システムスループットを向上することが可能である。
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従来のマルチユーザスケジューリングアルゴリズムとしては上述したようなものが存在していたが、単一の無線リソースで用いることが想定されており、複数の無線リソースにわたった制御は考えられていないため、複数の無線リソースを対象とした場合にスケジューリングの効果が得られないという問題があった。
図１は従来の無線リソース割り当て方法を示す図であるが、マルチユーザスケジューリングの対象を単一の無線リソースに限るため、無線リソースを選択した上で対象となる一部（複数）のユーザを特定（大枠での割り当て）し（ステップＳ１０）、次いで、各無線リソースにおいて独立にマルチユーザスケジューリングを行う（ステップＳ１１〜Ｓ１Ｎ）。
ここで、従来のマルチユーザスケジューリングは一般にユーザ数が多いほどスケジューリングの効果が高いことが知られているが、このように一部のユーザを各無線リソースに割り当てた後にマルチユーザスケジューリングを行うものであるため、各無線リソースを用いるユーザ数が少なくなり、スケジューリングの効果が低くなる。従って、チャネル状態や干渉量に追従した無線リソース割り当てが困難である。
本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、複数の無線リソースにわたったマルチユーザスケジューリングを効率よく行うことができ、チャネル状態や干渉量に追従した無線リソース割り当てを行うことのできる無線リソース割り当て装置および無線リソース割り当て方法を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明にあっては、請求項１に記載されるように、複数のユーザの送信データに対して無線リソースの割り当てを行う装置であって、ユーザのＱｏＳ、使用可能周波数情報、基地局や移動機における瞬時受信品質情報等を用いて、各ユーザのスケジューリングを開始する無線リソースを決定するスケジューリング開始無線リソース選択部と、所定の基準に従って順番付けした複数の無線リソースにつき、第１の無線リソースから当該無線リソースをスケジューリング開始無線リソースとするユーザを対象にスケジューリングを開始し、順次最後の無線リソースまで、直前のスケジューリングで無線リソースが割り当てられなかったユーザおよび当該無線リソースをスケジューリング開始無線リソースとするユーザを対象にスケジューリングを繰り返すスケジューリング部とを備える無線リソース割り当て装置を要旨としている。これにより、ユーザの状況を考慮した効率の高いスケジューリングを行うことができる。
また、請求項２に記載されるように、最後の無線リソースのスケジューリングの終了後に第１の無線リソースに戻り、直前のスケジューリングで無線リソースが割り当てられなかったユーザを対象にスケジューリングを繰り返すようにすることができる。これにより、空きの無線リソースが存在する場合に有効に無線リソースの割り当てを行うことができる。
また、請求項３に記載されるように、上記複数の無線リソースに対して優先度を設定し、無線リソースに対して優先度順にナンバリングする優先度設定部を備えるようにすることができる。これにより、優先度の高い無線リソースから割り当てを行うことができ、システムスループットの向上を図ることができる。
また、請求項４に記載されるように、上記優先度設定部は、無線リソースの優先度を無線パラメータとユーザのＱｏＳとに応じて適応的に決定するようにすることができる。これにより、状況に応じた適切な優先度とすることができる。
また、請求項５に記載されるように、無線リソース毎に適用するスケジューリング基準を決定するスケジューリング基準決定部を備えるようにすることができる。これにより、無線リソースに応じた適切なスケジューリングを行うことができる。
また、請求項６に記載されるように、上記スケジューリング基準決定部は、無線リソース毎のスケジューリング基準を無線パラメータとユーザのＱｏＳとに応じて適応的に決定するようにすることができる。これにより、状況に応じた適切なスケジューリングを行うことができる。
また、請求項７に記載されるように、上記スケジューリング基準決定部は、ユーザＱｏＳ情報、使用可能周波数情報、瞬時受信品質情報等を用いて、各無線リソースのスケジューリング方式を決定するようにすることができる。これにより、状況に応じた適切なスケジューリングを行うことができる。
また、請求項８に記載されるように、複数のユーザの送信データに対して無線リソースの割り当てを行う方法であって、ユーザのＱｏＳ、使用可能周波数情報等を用いて、各ユーザのスケジューリングを開始する無線リソースを決定し、所定の基準に従って順番付けした複数の無線リソースにつき、第１の無線リソースから当該無線リソースをスケジューリング開始無線リソースとするユーザを対象にスケジューリングを開始し、順次最後の無線リソースまで、直前のスケジューリングで無線リソースが割り当てられなかったユーザおよび当該無線リソースをスケジューリング開始無線リソースとするユーザを対象にスケジューリングを繰り返す無線リソース割り当て方法として構成することができる。
また、請求項９に記載されるように、最後の無線リソースのスケジューリングの終了後に第１の無線リソースに戻り、直前のスケジューリングで無線リソースが割り当てられなかったユーザを対象にスケジューリングを繰り返すようにすることができる。
本発明の無線リソース割り当て装置および無線リソース割り当て方法にあっては、所定の基準に従って順番付けした複数の無線リソースにつき、第１の無線リソースから全ユーザを対象にスケジューリングを開始し、無線リソースが割り当てられたユーザを除外して最後の無線リソースまで順次にスケジューリングを繰り返すので、従来の無線リソース割り当てとスケジューリングを２段階で行う方式に対し、チャネル状態や干渉量に追従したスケジューリングの効率の高い無線リソース割り当てが可能となる。
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。
なお、以下では、無線リソースを、無線チャネルや無線周波数等の物理的に分割できる無線のリソースと定義する。同一の基地局に複数の無線リソースが存在し、各ユーザは同時には一つの無線リソースのみ使える状況を想定する。
図２は本発明の第１の実施形態にかかる無線リソース割り当て方法を示す図である。図２において、各ユーザの送信データはまず無線リソース１においてスケジューリングが行われる（ステップＳ１００、Ｓ１０１）。その際のスケジューリングはＭａｘ．ＣＩＲ法等の従来のスケジューリングアルゴリズム等が想定される。スケジューリングにより無線リソースが割り当てられたユーザは、当該の無線リソースを用いるものとする。
一方、無線リソースが割り当てられなかったユーザは、無線リソース１と同様に無線リソース２においてスケジューリングを行う（ステップＳ１０２）。その時、スケジューリング基準は無線リソース１と異なっていてもよい。割り当てられなかったユーザは無線リソース３において同様の操作を行う（ステップＳ１０３）。この操作を最後の無線リソースＮまで繰り返すことで（ステップＳ１０Ｎ）、無線リソースの割り当てとスケジューリングを同時に行う。
図３は第１の実施形態にかかる無線リソース割り当て装置の制御ブロック図である。スケジューリング部１３の各無線リソース１〜Ｎに対応するスケジューリング部１３１〜１３Ｎには、スケジューリング基準決定部１２より入力されたスケジューリング基準情報Ｉ４、各ユーザの受信品質を測定することで得られる瞬時受信品質情報Ｉ５およびスケジューリング対象ユーザ情報Ｉ６（無線リソース１の場合は全ユーザ）が入力され、対象ユーザに対してスケジューリングが行われる。
スケジューリング基準決定部１２においては、ユーザＱｏＳ(Quality of Service)情報Ｉ２および使用可能周波数情報（例えば、周波数帯、帯域幅、変調方式、基地局や移動機における平均受信品質等）Ｉ１を考慮してスケジューリング基準が設定される。例えば、システムスループットを向上させる場合にはＭａｘ．ＣＩＲ法を用いる方法等が考えられる。また、ユーザのＱｏＳを考慮するためＳＩＮＲの値に対して閾値を設定する方法、ユーザ数に制限を設ける方法、各ユーザの無線リソースが割り当てられたときのスループットの値がＱｏＳを満たしているかどうか等の基準を設定することができる。
優先度設定部１１においては、ユーザＱｏＳ情報Ｉ２および使用可能周波数情報Ｉ１により無線リソースの優先度を設定し、無線リソースに対して優先度順にナンバリングする。ここでは、例えば帯域幅が広い無線リソースを優先度１に設定する等の方式が考えられる。本実施形態においてはここで設定した優先度が高い無線リソースから順に割り当てることとする。
図４は第１の実施形態における無線リソース割り当ての処理を示すフローチャートである。ここで、Ｎは無線リソースの数を示し、Ｒｎはｎ番目の無線リソースを示している。処理が開始すると（ステップＳ１１０）、ｎに１を設定し（ステップＳ１１１）、Ｒ１すなわち無線リソース１においてスケジューリングを行い（ステップＳ１１２）、このスケジューリングにおいて割り当てられたユーザに無線リソース１を割り当てる（ステップＳ１１３）。次いで、スケジューリングにおいて割り当てられなかったユーザを選択し（ステップＳ１１４）、ｎに１を加算し（ステップＳ１１５）、ｎがＮ以下であるか判断し（ステップＳ１１６）、ｎがＮ以下である場合には無線リソースＲｎにおけるスケジューリング（ステップＳ１１２）に戻り、ｎがＮを超えた場合に処理を終了する（ステップＳ１１７）。すなわち、優先度１の無線リソース１から順にスケジューリングを行い、割り当てられなかったユーザを次の無線リソースにおいてスケジューリングを行っていくものである。
図５は具体例として２つの周波数帯を無線リソースとした場合の無線リソース割り当ての処理を示すフローチャートである。周波数帯１、周波数帯２それぞれの周波数ｆ１、ｆ２はｆ１＞ｆ２の関係にあるものとする。図５において、処理が開始すると（ステップＳ１２０）、周波数利用効率の向上のために高い周波数帯１において、まずＭａｘ．ＣＩＲ法によるスケジューリングを行う（ステップＳ１２１）。このスケジューリングで割り当てられたユーザについては周波数帯１により伝送を行う（ステップＳ１２２、Ｓ１２３）。次いで、高い周波数帯１において割り当てられなかったユーザについては、公平性を確保する必要性があるため、低い周波数帯２においてＰＦ法を用いたスケジューリングが行われる（ステップＳ１２４）。このスケジューリングで割り当てられたユーザについては周波数帯２により伝送を行う（ステップＳ１２５、Ｓ１２６）。割り当てられなかったユーザについてはチャネルの割り当ては行われない（ステップＳ１２７）。このような制御を行うことにより、公平性を確保しつつ、スループット特性を向上することが可能となる。
次に、図６は本発明の第２の実施形態にかかる無線リソース割り当て方法を示す図である。図２に示した第１の実施形態ではどのユーザも無線リソース１からスケジューリングを行っていたが、この第２の実施形態では、それぞれの無線リソースにおける特性（例えば、帯域幅、周波数が異なるのであれば周波数の違い）および各ユーザのＱｏＳを考慮したスケジューリングを開始するスケジューリング開始無線リソースを各ユーザ毎に設定するようにしている（ステップＳ２００）。そして、無線リソース１からスケジューリングを開始し、無線リソース１においてはスケジューリング開始無線リソースが無線リソース１のユーザのみでスケジューリングが行われ（ステップＳ２０１）、無線リソース２においては、無線リソース１で割り当てられなかったユーザおよびスケジューリング開始無線リソースが無線リソース２のユーザでスケジューリングが行われる（ステップＳ２０２）。同様に最後の無線リソースＮまでスケジューリングが行われる（ステップＳ２０Ｎ）。
なお、無線リソースの特性およびユーザのＱｏＳに応じて、途中の無線リソースを用いないでその次の無線リソースにおいてスケジューリングを行うこともできる。例えば無線リソース１の次に無線リソース３でスケジューリングを行うようにすることができる。
図７は第２の実施形態にかかる無線リソース割り当て装置の制御ブロック図である。図３に示した第１の実施形態の制御ブロックに対し、使用可能周波数情報Ｉ１およびユーザＱｏＳ情報Ｉ２から各ユーザがスケジューリングを開始する無線リソース情報Ｉ８を生成し、これをスケジューリング部１３に与えてユーザ毎にスケジューリングの開始位置を制御するスケジューリング開始無線リソース選択部１４が新たに設けられている。
次に、図８は本発明の第３の実施形態にかかる無線リソース割り当て方法を示す図である。図６に示した第２の実施形態では、最後の無線リソースＮにおいてスケジューリングが終了した場合にスケジューリングは終了するが、この第３の実施形態では、無線リソースＮのスケジューリング（ステップＳ３０Ｎ）の次に、割り当てられなかったユーザを無線リソースに空きのある無線リソースについて、無線リソース１から順に再度スケジューリング（ステップＳ３０１〜）を行うようにしている。無線リソースＮまでのスケジューリングの際に無線リソースが割り当てられないユーザが存在し、ある無線リソースにおいて空きの無線リソースが存在した場合に有効に無線リソースを用いることができる効果がある。無線リソースＮで無線リソースが割り当てられず、再度無線リソース１からスケジューリングを行ったユーザにおけるスケジューリングの終了は、スケジューリング開始無線リソースの１つ前の無線リソースにおけるスケジューリングにおいて無線リソースが割り当てられなかった場合、または、無線リソースＮにおける２度目のスケジューリングにおいて無線リソースが割り当てられなかった場合が考えられる。
図９は本発明の実施形態による基地局からの距離と割り当て率の関係のシミュレーション結果を示す図である。横軸はユーザと基地局間の距離（ｋｍ）であり、縦軸はリソースを割り当てられているユーザの比率である割り当て率である。シミュレーションパラメータは図１０に示している。すなわち、本発明の場合の特性曲線ａは、スケジューリング方式として、２ＧＨｚ帯においてはＭａｘ．ＣＩＲ法を用い、８００ＭＨｚ帯においてはＰＦ法を用いる方法を示している。また、本発明の場合の特性曲線ｃは、スケジューリング方式として、２ＧＨｚ帯においてはＭａｘ．ＣＩＲ法を用い、８００ＭＨｚ帯においてもＭａｘ．ＣＩＲ法を用いる方法を示している。なお、本発明の方式と比較する方式として、ユーザをランダムにどちらかの周波数帯に割り当て、割り当てられた周波数帯において同条件のスケジューリングを行う方式について特性曲線ｂ、ｄで示している。
図９から明らかなように、８００ＭＨｚ帯のスケジューリングの方式の違いに関わらず、割り当て率特性は向上していることが分かる。特に８００ＭＨｚ帯にＰＦ法を用いる方式では、２ＧＨｚ帯で割り当てられなかったユーザ全てを対象としてＰＦ法を行っているため、公平性を保つことが可能であることが分かる。
図１１はセル当りのユーザ数とシステムスループットの関係のシミュレーション結果を示す図である。特性曲線ａ〜ｄは図９のものと対応している。図１１から明らかなように、スループット特性は、８００ＭＨｚ帯のスケジューリング基準に関わらず、向上していることが分かる。これは、２ＧＨｚ帯におけるスケジューリングの際に、全ユーザを対象としてスケジューリングが行えるため、利用効率が高くなっているためである。また、これらの結果から、２ＧＨｚ帯にＭａｘ．ＣＩＲ法を用いた後、８００ＭＨｚ帯においてＰＦ法を用いる方法が最も良いことが分かる。これは、Ｍａｘ．ＣＩＲ法による周波数利用効率の向上と、ＰＦ法による公平性の確保が可能となり、従来の方式よりスケジューリングの効果が上がることによる。
以上のように、本発明にあっては、複数の無線リソース（例えば周波数帯、無線チャネル等）にまたがったリソース割り当てを行う際に、例えば優先度の高い無線リソースから順にスケジューリングを行い、割り当てられたユーザは当該の無線リソースを利用し、リソースが割り当てられなかったユーザは次の優先度のリソースでスケジューリングを行い、最後のリソースまでこの操作を繰り返す方式をとっている。従って、各ユーザのチャネル状態や干渉量に追従した無線リソース割り当てが可能であり、無線パラメータ（周波数帯、帯域幅等）とユーザのＱｏＳ（トラヒックの種類、要求伝送レート）に応じて制御することで、無線リソースの有効利用が可能である。
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
従来の無線リソース割り当て方法を示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかる無線リソース割り当て方法を示す図である。 第１の実施形態にかかる無線リソース割り当て装置の制御ブロック図である。 第１の実施形態における無線リソース割り当ての処理を示すフローチャートである。 ２つの周波数帯を無線リソースとした場合の無線リソース割り当ての処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態にかかる無線リソース割り当て方法を示す図である。 第２の実施形態にかかる無線リソース割り当て装置の制御ブロック図である。 本発明の第３の実施形態にかかる無線リソース割り当て方法を示す図である。 基地局からの距離と割り当て率の関係のシミュレーション結果を示す図である。 シミュレーションに用いたパラメータを示す図である。 セル当りのユーザ数とシステムスループットの関係のシミュレーション結果を示す図である。
符号の説明
１〜Ｎ 無線リソース
１１ 優先度設定部
１２ スケジューリング基準決定部
１３、１３１〜１３Ｎ スケジューリング部
１４ スケジューリング開始無線リソース選択部
Ｉ１ 使用可能周波数情報
Ｉ２ ユーザＱｏＳ情報
Ｉ３ 優先度情報
Ｉ４ スケジューリング基準情報
Ｉ５ 瞬時受信品質情報
Ｉ６ スケジューリング対象ユーザ情報
Ｉ７ スケジューリング情報
Ｉ８ 無線リソース情報

Claims (9)

  1. 複数のユーザの送信データに対して無線リソースの割り当てを行う装置であって、
    ユーザのＱｏＳ、使用可能周波数情報、基地局や移動機における瞬時受信品質情報等を用いて、各ユーザのスケジューリングを開始する無線リソースを決定するスケジューリング開始無線リソース選択部と、
    所定の基準に従って順番付けした複数の無線リソースにつき、第１の無線リソースから当該無線リソースをスケジューリング開始無線リソースとするユーザを対象にスケジューリングを開始し、順次最後の無線リソースまで、直前のスケジューリングで無線リソースが割り当てられなかったユーザおよび当該無線リソースをスケジューリング開始無線リソースとするユーザを対象にスケジューリングを繰り返すスケジューリング部とを備えたことを特徴とする無線リソース割り当て装置。
  2. 最後の無線リソースのスケジューリングの終了後に第１の無線リソースに戻り、直前のスケジューリングで無線リソースが割り当てられなかったユーザを対象にスケジューリングを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の無線リソース割り当て装置。
  3. 上記複数の無線リソースに対して優先度を設定し、無線リソースに対して優先度順にナンバリングする優先度設定部を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の無線リソース割り当て装置。
  4. 上記優先度設定部は、無線リソースの優先度を無線パラメータとユーザのＱｏＳとに応じて適応的に決定することを特徴とする請求項３に記載の無線リソース割り当て装置。
  5. 無線リソース毎に適用するスケジューリング基準を決定するスケジューリング基準決定部を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線リソース割り当て装置。
  6. 上記スケジューリング基準決定部は、無線リソース毎のスケジューリング基準を無線パラメータとユーザのＱｏＳとに応じて適応的に決定することを特徴とする請求項５に記載の無線リソース割り当て装置。
  7. 上記スケジューリング基準決定部は、ユーザＱｏＳ情報、使用可能周波数情報、瞬時受信品質情報等を用いて、各無線リソースのスケジューリング方式を決定することを特徴とする請求項５または６のいずれか一項に記載の無線リソース割り当て装置。
  8. 複数のユーザの送信データに対して無線リソースの割り当てを行う方法であって、
    ユーザのＱｏＳ、使用可能周波数情報等を用いて、各ユーザのスケジューリングを開始する無線リソースを決定し、
    所定の基準に従って順番付けした複数の無線リソースにつき、第１の無線リソースから当該無線リソースをスケジューリング開始無線リソースとするユーザを対象にスケジューリングを開始し、順次最後の無線リソースまで、直前のスケジューリングで無線リソースが割り当てられなかったユーザおよび当該無線リソースをスケジューリング開始無線リソースとするユーザを対象にスケジューリングを繰り返すことを特徴とする無線リソース割り当て方法。
  9. 最後の無線リソースのスケジューリングの終了後に第１の無線リソースに戻り、直前のスケジューリングで無線リソースが割り当てられなかったユーザを対象にスケジューリングを繰り返すことを特徴とする請求項８に記載の無線リソース割り当て方法。
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