JP4812534B2 - 基地局、移動局及びチャネル品質情報通知方法 - Google Patents

基地局、移動局及びチャネル品質情報通知方法 Download PDF

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Description

本発明は、基地局、移動局及びチャネル品質情報通知方法に関し、特に、システム帯域幅を複数のブロックに分割するときにチャネル品質情報を通知するブロック数を制御する技術に関する。
ＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）の移動通信環境において、基地局（ｅＮｏｄｅＢ）が移動局（ＵＥ）に対して無線リソースをスケジューリングするときに、移動局から通知されたＣＱＩ（Channel Quality Indicator）を使用する。具体的には、図１に示すように、移動局は基地局からパイロットチャネル等を受信して信号電力対干渉電力比（ＳＩＲ：Signal to Interference Ratio）等の品質情報を測定し（Ｓ１）、基地局にＣＱＩをフィードバックする（Ｓ２）。基地局は、各移動局から通知されたＣＱＩを用いて、適切な無線リソースの割り当て等のスケジューリングを行う（非特許文献１参照）。
典型的にはＣＱＩは５ｂｉｔの情報である。また、ＨＳＤＰＡでは、移動局は２ｍｓｅｃ毎にＣＱＩの測定を行うことができる。従って、移動局がＣＱＩを測定する毎に基地局に通知すると仮定すると、ＣＱＩの通知のために移動局毎に５ｂｉｔ／２ｍｓｅｃ＝２．５ｋｂｐｓの無線リソースが必要になる。
3GPPTS 25.214, "Physicallayer procedures (FDD)"
３ＧＰＰ Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡ ａｎｄ ＵＴＲＡＮのような次世代の移動通信環境では、基地局は、システム帯域幅を周波数領域で分割したリソースブロックを移動局に割り当てることができる。典型的には、図２に示すように、無線リソースは周波数方向に２４のブロックに分割され、時間方向は送信単位である０．５ｍｓｅｃのサブフレームに分割される。基地局がそれぞれのリソースブロックに対して最適なスケジューリングを行うためには、それぞれのリソースブロックに対応するＣＱＩを移動局から受信する必要がある。
図３は、移動局で測定した信号受信品質と、ＣＱＩ報告フォーマットを示す図である。移動局で測定した信号受信品質は周波数方向に変化する。移動局は、その信号受信品質からリソースブロック毎にＣＱＩを算出し、算出したＣＱＩからＣＱＩ報告フォーマットを作成する。例えば、ＣＱＩはブロック番号順に並べられ、ＣＱＩ報告フォーマットは２４ブロック分のＣＱＩの情報から構成される。
上記と同様に、ＣＱＩが５ｂｉｔの情報であると仮定すると、ＣＱＩの通知のために移動局毎に５ｂｉｔ×２４／０．５ｍｓｅｃ＝２４０ｋｂｐｓの無線リソースが必要になる。このように、システム帯域幅を複数のリソースブロックに分割すると、ＣＱＩの通知のための情報量が大きくなる。
本発明は、上記のような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、移動局から基地局に通知されるチャネル品質情報に必要となる無線リソースを低減することを目的とする。
本発明の前記の目的は、
システム帯域幅をＭのブロックに分割し、移動局宛のデータを分割されたブロックに割り当てて送信する基地局であって：
前記Ｍのうち前記移動局がチャネル品質情報を通知するブロック数Ｎを、データ量が多い移動局ほど大きくなるよう移動局毎に設定するＮ設定部；
前記ブロック数Ｎを前記移動局に通知するための制御情報を作成する制御情報作成部；
前記移動局からＮのチャネル品質情報と、Ｎのチャネル品質情報以外のチャネル品質情報の平均値とを受信するチャネル品質情報受信部；及び
前記Ｎのチャネル品質情報と、前記Ｎのチャネル品質情報以外のチャネル品質情報の平均値とを用いて前記移動局に対して無線リソースを割り当てるスケジューリング部；
を有する基地局、によって解決することができる。
また、本発明の前記の目的は、
システム帯域幅をＭのブロックに分割してデータを割り当てて送信する基地局と通信する移動局であって：
前記Ｍのうち、当該移動局のデータ量が多いほど大きくなるよう移動局毎に設定されたチャネル品質情報を通知するブロック数Ｎを、前記基地局から受信するＮ受信部；
前記Ｍのブロックに対応するＭのチャネル品質情報から、Ｎのチャネル品質情報を選択するＮ選択部；
選択されたＮのチャネル品質情報以外のチャネル品質情報を平均化する残チャネル品質情報平均化部；及び
前記Ｎのチャネル品質情報と、前記平均化されたチャネル品質情報とを前記基地局に通知するための帰還情報を作成する帰還情報作成部；
を有する移動局、によっても解決することができる。
更に、本発明の前記の目的は、
システム帯域幅をＭのブロックに分割し、移動局宛のデータを分割されたブロックに割り当てて送信する基地局と、該基地局と通信する移動局とを有する通信システムにおけるチャネル品質情報通知方法であって：
前記基地局が、前記Ｍのうち前記移動局がチャネル品質情報を通知するブロック数Ｎを、データ量が多い移動局ほど大きくなるよう移動局毎に設定するステップ；
前記基地局が、前記ブロック数Ｎを前記移動局に通知するステップ；
前記移動局が、前記ブロック数Ｎを、前記基地局から受信するステップ；
前記移動局が、前記Ｍのブロックに対応するＭのチャネル品質情報から、Ｎのチャネル品質情報を選択するステップ；
前記移動局が、選択されたＮのチャネル品質情報以外のチャネル品質情報を平均化するステップ；及び
前記移動局が、前記Ｎのチャネル品質情報と、前記平均化されたチャネル品質情報とを前記基地局に通知するステップ；
前記基地局が、前記移動局からＮのチャネル品質情報と、Ｎのチャネル品質情報以外のチャネル品質情報の平均値とを受信するステップ；及び
前記基地局が、前記Ｎのチャネル品質情報と、前記Ｎのチャネル品質情以外のチャネル品質情報の平均値とを用いて前記移動局に対して無線リソースを割り当てるステップ；
を有するチャネル品質情報通知方法、によっても解決することができる。
本発明の実施例によれば、移動局から基地局に通知されるチャネル品質情報に必要となる無線リソースを低減することができる。
本発明の実施例について図面を参照して説明する。
以下の実施例では、移動局（ＵＥ）から基地局（ｅＮｏｄｅＢ）に通知されるチャネル品質情報として、５ｂｉｔのＣＱＩが用いられることを仮定する。また、システム帯域幅は２４のリソースブロックに分割され、無線フレームの送信単位であるサブフレームは０．５ｍｓｅｃであると仮定する。
＜ＣＱＩ報告フォーマット＞
前記のように、図３に示すＣＱＩ報告フォーマットを用いる場合、移動局毎に２４０ｋｂｐｓの無線リソースが必要になる。本発明の実施例では、この無線リソースを低減するために、移動局は信号受信品質が良好な順に（ＣＱＩが大きい順に）Ｎ個のＣＱＩを選択する。選択したＮ個については、移動局はリソースブロック番号とＣＱＩの値とを基地局に通知する。残りのＣＱＩは平均化し、Ｎ＋１個のＣＱＩに相当する情報量のＣＱＩ報告フォーマットを作る。ＣＱＩのビット数をａ、リソースブロック番号の識別に必要なビット数をｂとすると、このような報告形式とすることで、ＣＱＩ報告フォーマットの情報量は、｛ａ・（Ｎ＋１）＋ｂ・Ｎ｝／（ａ・Ｍ）になる（Ｍは１サブフレーム当たりのリソースブロック数を示す）。システム帯域幅を２４のリソースブロックに分割した場合、リソースブロック番号を一意に表現するために５ｂｉｔ必要となるため、ｂ＝５となる。
Ｎ＝６の場合のＣＱＩ報告フォーマットを図４Ａに示し、Ｎ＝１２の場合のＣＱＩ報告フォーマットを図４Ｂに示す。図示のように、ＣＱＩ報告フォーマットの各ＣＱＩは降順にソートされてもよい。ａ＝５、ｂ＝５の場合且つＮ＝６の場合には、ＣＱＩ報告フォーマットの情報量は６５／１２０になり、Ｎ＝１２の場合には、ＣＱＩ報告フォーマットの情報量は１２５／１２０になる。従って、ａ＝５、ｂ＝５の場合は、Ｎ＝１２とすると逆に報告情報量が増えてしまう。しかし、ａ＝６の場合は情報量が１３８／１４４となり、情報量を削減できる。このように、ａ及びｂの値に応じて情報量を削減できるＮの最大値（以下Ｎｍａｘとする）は制限される。よって、具体的にはＮの値は０からＮｍａｘまでの値を取り得る。なお、Ｎ＝Ｎｍａｘ＋１が設定された場合、移動局はＭ個のリソースブロック全てのＣＱＩを報告してもよい。
基地局は、移動局から報告されたＣＱＩを勘案してリソースブロックを割り当てるスケジューリングを行う。スケジューリングのアルゴリズムとしては様々なものが考えられるが、例えばリソースブロック毎に報告されたＣＱＩの値が最大のユーザに対してリソースブロックを割り当てることができる。このような割り当て方はＭａｘＣ／Ｉと呼ばれる。上記Ｎ個の選択に漏れ、平均値で代表されたリソースブロックについては、報告された平均値を用いてスケジューリングすることができる。ＭａｘＣ／Ｉはシステムのスループットを最大化できることで知られるが、必ずしもユーザ間の公平性を提供することができない。ユーザ間の公平性を提供するためには、リソースブロック毎に報告されたＣＱＩをそれぞれプロポーショナルフェアネス（ＰＦ）のメトリックに変換し、ＰＦスケジューリングを適用することができる。また、伝送遅延が通信品質上肝要なサービスを提供する場合、ＰＦメトリックを更にＭ−ＬＷＤＦ（Modified Largest Weighted Delay First）やＥｘｐｏｎｅｎｔｉａｌメトリックに変換して、Ｍ−ＬＷＤＦやＥｘｐｏｎｅｎｔｉａｌアルゴリズムによるスケジューリングを行ってもよい。いずれの場合も、基本的にＣＱＩがより大きい場合にリソースブロックが割り当てられる確率が高くなる性質を有する。ユーザ間の無線伝搬状況はほぼ独立に変動するため、ＣＱＩがより大きい場合に（即ち瞬間的な無線チャネル状態がよりよい場合に）リソースブロックを割り当てることで、無線伝送効率が飛躍的に向上する。このような効果はマルチユーザダイバーシティと呼ばれる。
これらのスケジューリングアルゴリズムを適用した場合、同一セル内のユーザ数が多くなるほどユーザ当たり同時に割り当てられるリソースブロック数が減少する傾向がある。従って、同一セル内のユーザ数が多い場合にＭ個の全リソースブロック分のＣＱＩを報告しても無駄になる確率が高くなる。そこで、同一セル内のユーザ数に応じてＮを制御することが有益となる。ユーザ数が多い場合にＮを小さくし、ユーザ数が少ない場合にＮを大きくすることで、ＣＱＩ報告量と無線伝送効率のバランスを保つことができる。ここで、必ずしも全ユーザについて送信すべきデータがあるとは限らないから、送信バッファに滞留したデータ量を勘案してＮを制御してもよい。ユーザ数や滞留データ量などを勘案した混み具合、即ちトラヒック量を基地局で測定し、Ｎを制御すればよい。トラヒック量が多い場合にＮを小さくし、トラヒック量が少ない場合にＮを大きくする。基地局が設定したＮの値は、例えば報知情報に載せて全ユーザ一律に制御する。或いは、ユーザ毎のサービスに対する要求品質などを勘案して、Ｎをユーザ毎に個別に制御してもよい。例えば、データ量が多いユーザに対してはＮを大きくし、逆に割り当てるリソースブロック数を減らしても送信バッファを空にできるようなデータ量が少ないユーザに対してはＮを小さく設定することができる。基地局からＮの指定を受けた移動局は、ＣＱＩを報告すべきＮ個のリソースブロックを選択する。また、Ｎ個の選択に漏れたリソースブロックについては、平均値を報告することで、スケジューラによって割り当てられないリソースブロックが生じる問題を回避する。
具体的なＮの設定方法として、基地局は、最近のフレームで割り当てた１ユーザ当たりのブロック数を平均化してＮを算出してもよい。例えば、１つ前のサブフレームでユーザＡに２リソースブロック、ユーザＢに４リソースブロックを割り当て、２つ前のサブフレームでユーザＡに４リソースブロック、ユーザＣに６リソースブロックを割り当てた場合について検討する。２つ前のサブフレームまでに割り当てた１ユーザ当たりのブロック数を用いてＮを算出する場合、Ｎ＝（２ブロック＋４ブロック＋４ブロック＋６ブロック）／延べ４ユーザ＝４になる。なお、算出されたＮにマージンαを持たせてもよい。
なお、本実施例によれば、基地局がＮの値、即ち報告フォーマットを指定しているため、基地局において受信すべき報告フォーマットが予め指定される。従って、基地局は決まった報告フォーマットで待ち受けることができる。
＜信号のフロー＞
本発明の実施例に従って基地局（ｅＮｏｄｅＢ）と移動局（ＵＥ）との間で通信される信号のフローを図５に示す。
基地局はトラヒック量を分析して混み具合を把握する（Ｓ１０１）。トラヒック量が多い場合にＮを小さく設定し、トラヒック量が少ない場合にＮを大きく設定する（Ｓ１０３）。設定されたＮは移動局に通知される（Ｓ１０５）。
移動局は、パイロット信号等を受信したときに（Ｓ１０７）、ＣＱＩを測定する（Ｓ１０９）。次に、ＣＱＩの大きい順にＮのＣＱＩを選択し（Ｓ１１１）。残りのＣＱＩを平均化する（Ｓ１１３）。移動局は、Ｎ＋１個のＣＱＩに相当する情報量のＣＱＩ報告フォーマットを作り、基地局に通知する（Ｓ１１５）。
基地局は、移動局宛の下りリンクデータ（ＤＬデータ）がバッファにあるときに（Ｓ１１７）、移動局から通知されたＣＱＩに基づいて最適なリソースブロックに割り当てるスケジューリングを行い（Ｓ１１９）、移動局に送信する（Ｓ１２１）。
なお、本発明は図５に示す信号のフローの順序に限定されない。例えば、Ｎは頻繁に通知される必要性が小さいため、基地局がＮを通知する頻度は、移動局がＣＱＩを通知する頻度より小さくてもよい。
＜移動局の構成＞
図６は、本発明の実施例に係る移動局１０のブロック図である。移動局１０は、受信ＲＦ部１０１と、ＣＱＩ測定部１０３と、ＢｅｓｔＮ選択部１０５と、Ｎ受信部１０７と、残ＣＱＩ平均化部１０９と、帰還情報作成部１１１と、送信バッファ１１３と、送信信号作成部１１５と、多重合成部１１７と、送信ＲＦ部１１９とを有する。
受信ＲＦ（Radio Frequency）部１０１は、基地局から送信された信号を受信し、パイロットチャネル、報知チャネル、制御チャネルのような信号成分を分離する。パイロットチャネル等を受信すると、ＣＱＩ測定部１０３は信号電力対干渉電力比（ＳＩＲ：Signal to Interference Ratio）等の品質情報を測定し、ＣＱＩを作る。一方、移動局１０がＣＱＩを通知するブロック数Ｎを受信すると、このブロック数Ｎは受信ＲＦ部１０１を通じてＮ受信部１０７で受信される。ＢｅｓｔＮ選択部１０５は、ＣＱＩ測定部１０３で測定されたリソースブロック数Ｍに相当するＣＱＩのうち、ＣＱＩの大きい順にＮ個のＣＱＩを選択する。Ｎ個のＣＱＩは降順にソートされてもよい。残りの（Ｍ−Ｎ）個のＣＱＩは、残ＣＱＩ平均化部１０９で平均化される。帰還情報作成部１１１は、Ｎ個のＣＱＩと平均化されたＣＱＩとを組み合わせたＣＱＩ報告フォーマットを作る。前記のように、このＣＱＩの情報量は｛ａ・（Ｎ＋１）＋ｂ・Ｎ｝／（ａ／Ｍ）になる。Ｎが閾値（Ｎｍａｘ）より大きい場合には、帰還情報作成部１１１は、Ｍ個のリソースブロックの全てのＣＱＩを報告するＣＱＩ報告フォーマットを作ってもよい。
送信バッファ１１３は、移動局１０から基地局に送信するユーザデータを格納するバッファである。このバッファにユーザデータが格納されている場合に、送信信号作成部１１５は、基地局に送信する送信信号を作成する。多重合成部１１７は、帰還情報作成部１１１で作成されたＣＱＩ報告フォーマットと、送信信号作成部１１５で作成された送信信号とを多重し、送信ＲＦ部１１９を通じて基地局に送信する。
＜基地局の構成＞
図７は、本発明の実施例に係る基地局２０のブロック図である。基地局２０は、受信ＲＦ部２０１と、ＣＱＩ受信部２０３と、スケジューラ２０５と、Ｎ設定部２０７と、制御情報作成部２０９と、送信バッファ２１１と、送信信号作成部２１３と、多重合成部２１５と、送信ＲＦ部２１７とを有する。
受信ＲＦ部２０１は、移動局から送信された信号を受信して信号成分を分離する。基地局２０が移動局からＣＱＩを受信すると、このＣＱＩは受信ＲＦ部２０１を通じてＣＱＩ受信部２０３で受信される。
スケジューラ２０５は、送信バッファ２１１に格納されたユーザデータのＱｏＳ（Quality of Service）及び／又は滞留データ量を参照すると共にＣＱＩを考慮して、ユーザデータを適切なリソースブロックに割り当てるスケジューリングを行う。
このスケジューリング結果として、リソースブロックに割り当てるデータサイズ（トランスポートブロックサイズ）を送信バッファ２１１に指示する。また、スケジューラ２０５は、割り当て情報や送信バッファの滞留データ量のようなトラヒック量をＮ設定部２０７に通知する。Ｎ設定部２０７は、移動局がＣＱＩを通知するブロック数Ｎをトラヒック量に応じて制御する。前記のように、トラヒック量が多い場合にＮを小さくし、トラヒック量が少ない場合にＮを大きくする。また、Ｎ設定部２０７は、移動局毎のサービスに応じてＮを移動局毎に設定してもよい。制御情報作成部２０９は、報知チャネル又は制御チャネルを用いてブロック数Ｎを移動局に通知するための制御情報を作成する。
送信バッファ２１１は、基地局２０から移動局に送信するユーザデータを格納するバッファである。このバッファにユーザデータが格納されている場合に、送信信号作成部２１３は、スケジューラ２０５から指示されたデータサイズのユーザデータを移動局に送信する送信信号を作成する。多重合成部２１５は、制御情報作成部２０９で作成された制御情報（ブロック数Ｎを含む）と、送信信号作成部２１３で作成された送信信号とを多重し、送信ＲＦ部２１７を通じて移動局に送信する。
上記のように、本発明の実施例によれば、移動局から基地局に通知されるＣＱＩに必要となる無線リソースを低減することができる。
品質情報が移動局から基地局に通知される手順を示す図 システム帯域幅を周波数領域で分割したリソースブロックを示す図 移動局で測定した信号受信品質とＣＱＩ報告フォーマットとを示す図 移動局で測定した信号受信品質と本発明の実施例に係るＣＱＩ報告フォーマットとを示す図（その１） 移動局で測定した信号受信品質と本発明の実施例に係るＣＱＩ報告フォーマットとを示す図（その２） 本発明の実施例に従って基地局と移動局との間で通信される信号のフローを示す図 本発明の実施例に係る移動局のブロック図 本発明の実施例に係る基地局のブロック図
符号の説明
１０ 移動局
１０１ 受信ＲＦ部
１０３ ＣＱＩ測定部
１０５ ＢｅｓｔＮ選択部
１０７ Ｎ受信部
１０９ 残ＣＱＩ平均化部
１１１ 帰還情報作成部
１１３ 送信バッファ
１１５ 送信信号作成部
１１７ 多重合成部
１１９ 送信ＲＦ部
２０ 基地局
２０１ 受信ＲＦ部
２０３ ＣＱＩ受信部
２０５ スケジューラ
２０７ Ｎ設定部
２０９ 制御情報作成部
２１１ 送信バッファ
２１３ 送信信号作成部
２１５ 多重合成部
２１７ 送信ＲＦ部

Claims (5)

  1. システム帯域幅をＭのブロックに分割し、移動局宛のデータを分割されたブロックに割り当てて送信する基地局であって：
    前記Ｍのうち前記移動局がチャネル品質情報を通知するブロック数Ｎを、データ量が多い移動局ほど大きくなるよう移動局毎に設定するＮ設定部；
    前記ブロック数Ｎを前記移動局に通知するための制御情報を作成する制御情報作成部；
    前記移動局からＮのチャネル品質情報と、Ｎのチャネル品質情報以外のチャネル品質情報の平均値とを受信するチャネル品質情報受信部；及び
    前記Ｎのチャネル品質情報と、前記Ｎのチャネル品質情報以外のチャネル品質情報の平均値とを用いて前記移動局に対して無線リソースを割り当てるスケジューリング部；
    を有する基地局。
  2. 前記Ｎ設定部は、移動局毎のサービスに応じてＮを移動局毎に設定することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
  3. システム帯域幅をＭのブロックに分割してデータを割り当てて送信する基地局と通信する移動局であって：
    前記Ｍのうち、当該移動局のデータ量が多いほど大きくなるよう移動局毎に設定されたチャネル品質情報を通知するブロック数Ｎを、前記基地局から受信するＮ受信部；
    前記Ｍのブロックに対応するＭのチャネル品質情報から、Ｎのチャネル品質情報を選択するＮ選択部；
    選択されたＮのチャネル品質情報以外のチャネル品質情報を平均化する残チャネル品質情報平均化部；及び
    前記Ｎのチャネル品質情報と、前記平均化されたチャネル品質情報とを前記基地局に通知するための帰還情報を作成する帰還情報作成部；
    を有する移動局。
  4. 前記帰還情報作成部は、前記Ｎが所定の閾値より大きい場合に、前記Ｍのブロックに対応するＭのチャネル品質情報を前記基地局に通知するための帰還情報を作成することを特徴とする請求項３に記載の移動局。
  5. システム帯域幅をＭのブロックに分割し、移動局宛のデータを分割されたブロックに割り当てて送信する基地局と、該基地局と通信する移動局とを有する通信システムにおけるチャネル品質情報通知方法であって：
    前記基地局が、前記Ｍのうち前記移動局がチャネル品質情報を通知するブロック数Ｎを、データ量が多い移動局ほど大きくなるよう移動局毎に設定するステップ；
    前記基地局が、前記ブロック数Ｎを前記移動局に通知するステップ；
    前記移動局が、前記ブロック数Ｎを、前記基地局から受信するステップ；
    前記移動局が、前記Ｍのブロックに対応するＭのチャネル品質情報から、Ｎのチャネル品質情報を選択するステップ；
    前記移動局が、選択されたＮのチャネル品質情報以外のチャネル品質情報を平均化するステップ；
    前記移動局が、前記Ｎのチャネル品質情報と、前記平均化されたチャネル品質情報とを前記基地局に通知するステップ；
    前記基地局が、前記移動局からＮのチャネル品質情報と、Ｎのチャネル品質情報以外のチャネル品質情報の平均値とを受信するステップ；及び
    前記基地局が、前記Ｎのチャネル品質情報と、前記Ｎのチャネル品質情以外のチャネル品質情報の平均値とを用いて前記移動局に対して無線リソースを割り当てるステップ；
    を有するチャネル品質情報通知方法。
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