JP4656310B2

JP4656310B2 - スケジューリング方法及び移動通信システム

Info

Publication number: JP4656310B2
Application number: JP2005198938A
Authority: JP
Inventors: 亨菊地
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2025-07-07
Also published as: JP2007019835A

Description

本発明は移動局から無線基地局に対する上り方向の通信時におけるパケットのスケジューリング方法及びそれを適用する移動通信システムに関する。

移動通信システムでは、複数の移動局に対する下り方向（無線基地局から移動局）の通信時、無線基地局は、一般的に各移動局から通知される下り信号の受信品質（以下、下り受信品質と称す）を用いてスケジューリングを行う。このとき、移動局へ送信するデータは無線基地局が把握しているため、無線基地局はスケジューリングに必要なパラメータ（下り受信品質）が得られた段階でスケジューリングを行い、データを送信する。なお、スケジューリングとは、無線基地局が管理するセルに在圏する複数の移動局との通信時において、限られた無線リソースを、パケット毎に要求されるサービス品質を維持しつつ効率的に割り当てるための処理を言う。

一方、上り方向(移動局から無線基地局)の通信時、送信データの有無は移動局が把握しているため、無線基地局へ送信するデータがある場合、移動局は予約パケットを用いて送信データがあることを無線基地局へ通知する。無線基地局は、予約パケットを送信した移動局についてスケジューリングを行い、該移動局に送信許可通知を返信する。移動局は無線基地局から送信許可通知を受信するとデータパケットの送信を開始する。このような処理を行うことで移動局は無線基地局へデータを送信できる。

また、上り方向の通信時、無線基地局は、移動局毎に上り信号の受信品質（以下、上り受信品質と称す）をそれぞれ測定し、各移動局の上り受信品質を考慮してスケジューリングを実施する。例えば、特許文献１では、移動局毎に上り受信品質をそれぞれ測定し、所定の伝送単位（スロット等）毎に上り受信品質が最も良好な移動局に対して送信許可通知を与えることでスループットの低下を抑制すると共に、下り信号に対する確認応答信号（ＡＣＫ信号）の送信を要求した移動局については、上り受信品質の良否にかかわらず優先的に送信許可通知を与えることでパケットの不要な再送の発生を抑止したスケジューリング方法が提案されている。
特開２００３−１９８５５６号公報

上述したように、移動通信システムにおける上り方向の通信時、無線基地局は、移動局毎の上り受信品質を考慮してスケジューリングを行い、スケジューリング結果にしたがって選択した移動局へ送信許可通知を送信するのが一般的である。

しかしながら、例えば、ＦＤＤ(Frequency Division Duplex：周波数分割複信)方式の移動通信システムのように、上り方向と下り方向とで伝搬特性に差があるような場合、上り受信品質に基づいて最適な移動局を選択しても、移動局で無線基地局からの下り信号を正しく受信できなければ無線リソースを無駄に使用することになるため、無線リソースを効率的に利用できるスケジューリングが行えないという問題がある。

本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、無線リソースをより効率的に利用できるスケジューリング方法及び移動通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のスケジューリング方法は、複数の移動局から無線基地局に対する上り方向のパケット通信のスケジューリング方法であって、
前記無線基地局が、前記複数の移動局から送信された上り信号の受信品質を測定し、
前記複数の移動局のうち前記無線基地局が送信を許可した移動局から送信されるデータパケットの受信成功回数及び受信失敗回数から該移動局毎の受信成功確率を求め、
前記複数の移動局の前記上り信号の受信品質、前記複数の移動局から前記上り信号によって通知される下り信号の受信品質及び前記無線基地局が送信を許可した移動局毎の前記受信成功確率から前記複数の移動局の優先度をそれぞれ求め、
前記複数の移動局のうち、前記優先度の値が高い移動局を選択し、選択した移動局に前記データパケットの送信許可通知を送信する方法である。

一方、本発明の移動通信システムは、移動局から送信される予約パケットにより該移動局がデータパケットの送信待機状態であることを認識する移動局登録判定部、前記複数の移動局から送信される上り信号によって通知される、該移動局毎の下り信号の受信品質を前記上り信号からそれぞれ抽出する下り受信品質抽出部、前記複数の移動局から送信される上り信号の受信品質をそれぞれ測定する上り受信品質測定部、前記複数の移動局のうち、送信が許可された移動局からのデータパケットの受信成功回数及び受信失敗回数から該移動局毎の受信成功確率を求めるデータパケット受信部、前記複数の移動局の前記上り信号の受信品質、前記複数の移動局から前記上り信号によって通知される下り信号の受信品質及び前記無線基地局が送信を許可した移動局毎の前記受信成功確率から前記複数の移動局の優先度をそれぞれ求め、前記複数の移動局のうち、前記優先度の値が高い移動局を選択するスケジューリング処理部、並びに前記スケジューリング処理部で選択された移動局に前記データパケットの送信許可通知を送信する信号送信部を備えた無線基地局と、
前記無線基地局から送信された下り信号の受信品質を測定する受信品質測定部、前記無線基地局から送信された下り信号に前記送信許可通知があるか否かを判定する送信許可通知判定部、送信するデータが存在する場合は前記予約パケットの送信を指示し、前記無線基地局から前記送信許可通知を受信した場合は前記データパケットの送信を指示する送信データ判定部、並びに前記送信データ判定部の指示にしたがって前記予約パケットまたは前記データパケットを送信する信号送信部を備えた移動局と、
を有する構成である。

上記のようなスケジューリング方法及び移動通信システムでは、上り方向の通信時において、移動局は無線基地局から送信された下り信号の受信品質を無線基地局へ返送し、無線基地局は、移動局から返送される下り信号の受信品質、上り信号の受信時に測定した上り信号の受信品質及び移動局から送信されるデータパケットの受信成功確率を用いて移動局毎の優先度を求めるため、無線基地局は、移動局へ送信する送信許可通知に対して移動局が測定した受信品質も考慮してスケジューリングを行うことができる。

本発明によれば、移動通信システムの上り方向の通信時におけるスケジューリング処理時に、下り信号の受信品質、上り信号の受信品質及び上り信号の受信成功確率の各情報を用いることで、無線基地局は、移動局へ送信する送信許可通知に対して移動局が測定した受信品質も考慮してスケジューリングを行うことができる。したがって、上り方向の通信時に、より最適な移動局を選択することが可能であり、無線リソースをより効率的に利用できるスケジューリング処理が実現される。

次に本発明について図面を参照して説明する。

本発明のスケジューリング方法は、移動通信システムの上り方向のパケット通信において、移動局は無線基地局から送信された下り信号の受信品質を測定して無線基地局へ返送し、無線基地局は、移動局から返送される下り信号の受信品質、移動局からの上り信号の受信時に測定した上り信号の受信品質、及び移動局から送信されたデータパケットの受信成功回数及び受信失敗回数から求めた受信成功確率を用いて移動局毎の優先度を求め、データパケットの送信許可通知を送信する移動局を決定する方法である。

図１は本発明のスケジューリング方法を適用する無線基地局の一構成例を示すブロック図であり、図２は本発明のスケジューリング方法を適用する移動局の一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、無線基地局は、アンテナ部１０１、信号受信部１０２、移動局登録判定部１０３、上り受信品質測定部１０４、下り受信品質抽出部１０５、データパケット受信部１０６、受信品質管理部１０７、スケジューリング処理部１０８及び信号送信部１０９を有する構成である。

受信信号部１０２は、各移動局に対応する複数の受信処理部１０２−１〜１０２−Ｎ（Ｎは正数）を備え、アンテナ部１０１で受信した無線周波数信号（上り信号）を受信処理部１０２−１〜１０２−Ｎで移動局毎の受信信号に分離し、ベースバンド信号に変換して、移動局登録判定部１０３、上り受信品質測定部１０４、下り受信品質抽出部１０５及びデータパケット受信部１０６へそれぞれ供給する。

移動局登録判定部１０３は、信号受信部１０２で分離された移動局毎の受信信号（ベースバンド信号）に予約パケットが含まれているか否かを判定し、予約パケットを送信した移動局がある場合は、送信データ有りの移動局として受信品質管理部１０７へ登録する。この場合、無線基地局は、送信データ有りの移動局がデータパケットの送信待機状態であることを認識できる。また、移動局登録判定部１０３は、信号受信部１０２で分離された移動局毎の受信信号に送信データの終了通知が含まれているか否かを判定し、送信データの終了通知を送信した移動局がある場合は、送信データ無しの移動局として受信品質管理部１０７へ登録する。送信データ有りとして登録された移動局は、送信データの終了通知を受信しない限り送信データ有りで登録が維持される。

上り受信品質測定部１０４は、信号受信部１０２で分離された移動局毎の受信信号からそれぞれの上り受信品質を測定し、その測定結果を受信品質管理部１０７へ格納する。上り受信品質としては、例えば上り信号の受信レベルやＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）を測定すればよい。上り受信品質の測定方法については、周知の方法を用いればよく、特に測定方法を限定するものではない。

下り受信品質抽出部１０５は、信号受信部１０２で分離された移動局毎の受信信号から、それに含まれる下り受信品質の情報を抽出し、抽出した下り受信品質の情報を受信品質管理部１０７に格納する。

データパケット受信部１０６は、後述するスケジューリング処理部１０８で選択した移動局、すなわち送信許可通知を送信した移動局からの上り信号に含まれるデータパケットの受信処理を行う。また、データパケットの受信成功または受信失敗を移動局毎にそれぞれ判定する。データパケット受信部１０６は、データパケットの受信成功回数及び受信失敗回数をそれぞれカウントし、それらのカウント結果を受信品質管理部１０７へ格納する。

受信品質管理部１０７は、各移動局に対する送信データの有無の登録状態、移動局毎の上り受信品質及び下り受信品質、並びに送信許可通知を送信した移動局からのデータパケットの受信成功回数及び受信失敗回数の値をそれぞれ保存・管理する。

スケジューリング処理部１０８は、受信品質管理部１０７に格納された送信許可通知を送信した移動局からのデータパケットの受信成功回数及び受信失敗回数の値を基に受信成功確率（受信成功回数／受信成功回数＋受信失敗回数）を算出する。また、上り受信品質、下り受信品質及び受信成功確率の各値を用いてスケジューリング処理を実行し、移動局毎の優先度をそれぞれ算出して最も優先度が高い移動局を選択する。

本実施形態では、移動局の優先度を、例えば以下の式（１）で求める。

移動局の優先度＝α×上り信号の受信品質＋β×下り信号の受信品質＋γ×（（受信成功回数／（受信成功回数＋受信失敗回数））−ｎ）…（１）
ここで、α、β、γは重み係数、ｎは定数である。

重み係数α、β、γは伝搬環境に応じて任意に設定可能な値であり、シミュレーション結果や実験結果によって最適に設定される。例えば、上り受信品質よりも下り受信品質の方が高い伝搬環境下ではα＜βに設定し、下り受信品質よりも上り受信品質の方が高い伝搬環境下ではβ＜αに設定することが考えられる。

また、定数ｎはデータパケットの受信成功確率の基準値であり、この定数ｎも伝搬環境に応じて任意に設定可能な値とする。例えば、定数ｎを０．５に設定した場合、データパケットの受信成功確率が５０％以上であれば、優先度が高くなる方向に作用し、５０％未満であれば優先度が低くなる方向に作用する。

なお、スケジューリング処理部１０８は、移動局毎の優先度を以下の式（２）を用いて求めてもよい。

移動局の優先度＝α×上り受信品質＋β×下り受信品質＋γ×（（ｍフレーム前までの受信成功回数）／（（ｍフレーム前までの受信成功回数）＋（ｍフレーム前までの受信失敗回数））−ｎ）…（２）
ここで、α、β、γは重み係数、ｍ、ｎは定数である。

式（２）は、式（１）で示した受信成功確率を、ｍフレーム前までに受信したデータパケットの受信成功回数や受信失敗回数に基づいて算出するものであり、これによって必要以上に過去の受信成功確率を用いることなく優先度を算出することになるため、伝搬環境が変化する場合でも、その変化に応じて各移動局の優先度を最適に求めることができる。

スケジューリング処理部１０８は、選択した移動局をデータパケット受信部１０６及び信号送信部１０９へそれぞれ通知する。

信号送信部１０９は、スケジューリング処理部１０８で選択された移動局に対して送信許可通知を送信する。

図２に示すように、移動局は、アンテナ部２０１、信号受信部２０２、受信品質測定部２０３、送信許可通知判定部２０４、上りデータパケット供給部２０５、送信データ判定部２０６及び信号送信部２０７を有する構成である。

信号受信部２０２は、アンテナ部２０１を介して受信した無線基地局からの下り信号をベースバンド信号に変換し、受信品質測定部２０３及び送信許可通知判定部２０４へ供給する。

受信品質測定部２０３は、信号受信部２０２で処理された受信信号（ベースバンド信号）から下り受信品質を測定し、その測定結果を信号送信部２０７へ通知する。下り受信品質としては、例えば下り信号の受信レベルやＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）を測定すればよい。下り受信品質の測定方法については、周知の方法を用いればよく、特に測定方法を限定するものではない。

上りデータパケット供給部２０５は、移動局が備える不図示の制御装置に無線基地局へ送信するデータがあるか否かを判定し、送信するデータがある場合は、その旨を送信データ判定部２０６へ通知する。また、送信対象のデータを送信データ判定部２０６へ供給する。

送信許可通知判定部２０４は、予約パケットの送信が完了し、かつデータパケットの送信待機状態にあるとき、信号受信部２０２で処理された受信信号に無線基地局からの送信許可通知が含まれているか否かを判定し、判定結果を送信データ判定部２０６へ通知する。

送信データ判定部２０６は、上り信号として送信するデータがある場合は予約パケットを送信するように信号送信部２０７へ指示する。また、送信許可通知判定部２０４の判定結果により無線基地局から送信許可通知が送信された場合は、送信対象のデータを信号送信部２０７へ転送し、データパケットの送信を信号送信部２０７へ指示する。

送信信号部２０７は、送信データ判定部２０６からの指示にしたがって予約パケットまたは送信データ判定部２０６から転送されたデータからデータパケットを生成する。生成した予約パケットまたはデータパケットは、受信品質測定部２０３から受け取った下り受信品質の情報と共に上り信号としてアンテナ部２０１を介して無線基地局へ送信する。

次に、本発明のスケジューリング方法の手順について図３を用いて説明する。

図３は上り方向の通信時における無線基地局及び移動局の処理手順の一例を示すシーケンス図である。なお、図３は他のセルから移動してきた２つの移動局（第１の移動局および第２の移動局）からそれぞれ予約パケットが送信された場合の処理手順を示している。

図３に示すように、第１の移動局から予約パケット及び下り受信品質の情報を含む上り信号が無線基地局へ送信されると（ステップ３０１）、無線基地局は、第１の移動局から送信された上り信号を受信し、その上り受信品質を測定すると共に第１の移動局がデータパケットの送信待機状態であることを認識する（ステップ３０２）。また、第２の移動局から予約パケット及び下り受信品質の情報を含む上り信号が無線基地局へ送信されると（ステップ３０３）、無線基地局は、第２の移動局から送信された上り信号を受信し、その上り受信品質を測定すると共に第２の移動局がデータパケットの送信待機状態であることを認識する（ステップ３０４）。

次に、無線基地局は、第１の移動局及び第２の移動局の上り信号に含まれるそれぞれの下り受信品質の情報、並びに測定した第１の移動局及び第２の移動局の上り受信品質の値を用いてスケジューリング処理を行い、優先度の高い移動局を選択する（ステップ３０５）。ここでは、第１の移動局及び第２の移動局が他のセルから移動してきた新規の移動局であるため、データパケットの受信成功回数や受信失敗回数を考慮せずに、上り受信品質及び下り受信品質の値に基づいて各移動局の優先度を決定する。

無線基地局は、スケジューリング処理により優先度の高い移動局を選択すると、選択した移動局に対して送信許可通知を送信する（ステップ３０６）。ここでは、第２の移動局が選択されたものとする。

第２の移動局は、無線基地局から送信許可通知を受信すると（ステップ３０７）、送信対象であるデータパケット及び送信許可通知の受信時に測定した下り受信品質の情報を含む上り信号を無線基地局へ送信する（ステップ３０８）。

無線基地局は、第２の移動局から送信された上り信号を受信し、その上り受信品質を測定する（ステップ３０９）。このとき、第２の移動局から送信されたデータパケットを正常に受信できた場合は受信成功回数を「１」とし、第２の移動局に対応する情報として受信品質管理部１０７に格納する。

ステップ３０６の処理時に無線基地局から送信許可通知が送信されていない第１の移動局は、下り受信品質の情報のみを含む上り信号を無線基地局へ送信する（ステップ３１０）。無線基地局は、第１の移動局から送信された上り信号を受信し、その上り受信品質を測定する（ステップ３１１）。ここでは、第１の移動局に対して送信許可通知を送信していないため、無線基地局は第１の移動局に対するデータパケットの受信成功／失敗の判定処理は実施しない。

次に、無線基地局は、ステップ３０９及びステップ３１１で得られた情報を用いてスケジューリング処理を再び行い、優先度の高い移動局を選択し（ステップ３１２）、選択した移動局に送信許可通知を送信する（ステップ３１３）。ここでは、第１の移動局が選択されたものとする。但し、無線基地局から第１の移動局へ送信された送信許可通知を第１の移動局は正常に受信できなかったとする。

第１の移動局は、無線基地局からの送信許可通知の受信に失敗すると、送信許可通知が送信されないものとして、下り受信品質の情報のみを含む上り信号を無線基地局へ送信する（ステップ３１５）。

無線基地局は、第１の移動局から上り信号を受信し、その上り受信品質を測定する（ステップ３１７）。無線基地局は、第１の移動局に対して送信許可通知を送信しているにも拘わらず、上り信号にデータパケットが存在しないため、データパケットの受信失敗と判定して受信失敗回数を「１」とし、第１の移動局に対応する情報として受信品質管理部１０７に格納する。

ステップ３１３の処理時に無線基地局から送信許可通知を受け取っていない第２の移動局は、下り受信品質の情報のみを含む上り信号を無線基地局へ送信する（ステップ３１８）。無線基地局は、第２の移動局から送信された上り信号を受信し、その上り受信品質を測定する（ステップ３１９）。ここでは、第２の移動局に対して送信許可通知を送信していないため、無線基地局は第２の移動局に対するデータの受信成功／失敗の判定処理は実施しない。

以下、第１の移動局及び第２の移動局からそれぞれデータパケットの終了通知を含む上り信号を受信するまで無線基地局は同様の処理を繰り返し、上り方向の通信におけるスケジューリング処理を続行する。

以上説明したように、本発明によれば、移動通信システムの上り方向の通信時におけるスケジューリング処理時に、下り受信品質、上り受信品質及び上り信号の受信成功確率の各情報を用いることで、無線基地局は、移動局へ送信する送信許可通知に対して移動局が測定した受信品質も考慮してスケジューリングを行うことができる。したがって、上り方向の通信時に、より最適な移動局を選択することが可能であり、無線リソースをより効率的に利用できるスケジューリング処理が実現される。

本発明のスケジューリング方法を適用する無線基地局の一構成例を示すブロック図である。本発明のスケジューリング方法を適用する移動局の一構成例を示すブロック図である。上り方向の通信時における無線基地局及び移動局の処理手順の一例を示すシーケンス図である。

符号の説明

１０１、２０１アンテナ部
１０２、２０２信号受信部
１０２−１〜１０２−Ｎ受信処理部
１０３移動局登録判定部
１０４上り受信品質測定部
１０５下り受信品質抽出部
１０６データパケット受信部
１０７受信品質管理部
１０８スケジューリング処理部
１０９、２０７信号送信部
２０３受信品質測定部
２０４送信許可通知判定部
２０５上りデータパケット供給部
２０６送信データ判定部

Claims

複数の移動局から無線基地局に対する上り方向のパケット通信のスケジューリング方法であって、
前記無線基地局が、前記複数の移動局から送信された上り信号の受信品質を測定し、
前記複数の移動局のうち前記無線基地局が送信を許可した移動局から送信されるデータパケットの受信成功回数及び受信失敗回数から該移動局毎の受信成功確率を求め、
前記複数の移動局の前記上り信号の受信品質、前記複数の移動局から前記上り信号によって通知される下り信号の受信品質及び前記無線基地局が送信を許可した移動局毎の前記受信成功確率から前記複数の移動局の優先度をそれぞれ求め、
前記複数の移動局のうち、前記優先度の値が高い移動局を選択し、選択した移動局に前記データパケットの送信許可通知を送信するスケジューリング方法。
前記上り信号の受信品質、前記下り信号の受信品質及び前記データパケットの受信成功確率に対して、それぞれ伝搬環境に応じて任意に設定可能な重み係数を付与して前記優先度を求める請求項１記載のスケジューリング方法。
移動局から送信される予約パケットにより該移動局がデータパケットの送信待機状態であることを認識する移動局登録判定部、前記複数の移動局から送信される上り信号によって通知される、該移動局毎の下り信号の受信品質を前記上り信号からそれぞれ抽出する下り受信品質抽出部、前記複数の移動局から送信される上り信号の受信品質をそれぞれ測定する上り受信品質測定部、前記複数の移動局のうち、送信が許可された移動局からのデータパケットの受信成功回数及び受信失敗回数から該移動局毎の受信成功確率を求めるデータパケット受信部、前記複数の移動局の前記上り信号の受信品質、前記複数の移動局から前記上り信号によって通知される下り信号の受信品質及び前記無線基地局が送信を許可した移動局毎の前記受信成功確率から前記複数の移動局の優先度をそれぞれ求め、前記複数の移動局のうち、前記優先度の値が高い移動局を選択するスケジューリング処理部、並びに前記スケジューリング処理部で選択された移動局に前記データパケットの送信許可通知を送信する信号送信部を備えた無線基地局と、
前記無線基地局から送信された下り信号の受信品質を測定する受信品質測定部、前記無線基地局から送信された下り信号に前記送信許可通知があるか否かを判定する送信許可通知判定部、送信するデータが存在する場合は前記予約パケットの送信を指示し、前記無線基地局から前記送信許可通知を受信した場合は前記データパケットの送信を指示する送信データ判定部、並びに前記送信データ判定部の指示にしたがって前記予約パケットまたは前記データパケットを送信する信号送信部を備えた移動局と、
を有する移動通信システム。
前記スケジューリング処理部は、
前記上り信号の受信品質、前記下り信号の受信品質及び前記データパケットの受信成功確率に対して、それぞれ伝搬環境に応じて任意に設定可能な重み係数を付与して前記優先度を求める請求項３記載の移動通信システム。