JP4998564B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、基地局（ＢＳ）が複数の固定又は移動加入者局（ＳＳ）と通信する種類の無線通信システムに関する。

近年、広帯域無線接続を介したデータ通信のために種々の規格が開発されてきている。このような規格の１つは、ＩＥＥＥ８０２．１６仕様書で設計され、ＷｉＭＡＸとして一般に知られている。当該仕様書は、主として固定加入者局を有するシステムを対象とするＩＥＥＥ８０２．１６−２００４、及び特に移動加入者局を規定するＩＥＥＥ８０２．１６ｅ−２００５を含む。以下の記載では、加入者局（ＳＳ）の語は固定及び移動局（ＳＳ／ＭＳ）の両方に適用される。

ＩＥＥＥ規格８０２．１６−２００４「Ａｉｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｆｏｒ Ｆｉｘｅｄ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ」の全体の内容は、参照されることにより本願明細書に組み込まれる。ＩＥＥＥ８０２．１６は、加入者局が、基地局が定める少なくとも１つの「セル」の範囲内で基地局と直接通信する単一ホップシステムを想定する。基地局を所与の地理的領域内の適切な位置に展開することにより、及び／又は同一の基地局に複数のアンテナを設けることにより、セルの隣接するグループが作成され、広域ネットワークを形成し得る。本願明細書では、用語「ネットワーク」及び「システム」は、同等に使用される。

上述の種類のシステムでは、加入者局と基地局との間でコネクション（マネジメント・コネクション又はトランスポート・コネクション）が維持される間、データは、加入者局と基地局との間のパケット交換により通信される。加入者局から基地局へのパケットの送信方向は上り回線（ＵＬ）と称される。また基地局から加入者局への方向は下り回線（ＤＬ）と称される。パケットは、システム及びシステムの構成要素の無線装置に適用される階層プロトコルに従う定められたフォーマットを有する。パケットに関するプロトコルの層は、それ自体、所謂、物理層（ＰＨＹ）及びメディアアクセス層（ＭＡＣ）である。ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４仕様では、これらのプロトコル層は、図１に示されるプロトコル・スタックを形成する。

図１に示されるメディアアクセス層は、本願明細書に記載される本発明に最も関連するプロトコル層である。メディアアクセス層は、ネットワークアクセス、帯域割り当て及びコネクション維持を含む種々の機能の処理に関与する。これは、ＢＳ及びＳＳの、システム内で所定の単位時間であり且つ時間領域で多数のスロットに分割される「フレーム」に基づくネットワークへのアクセス制御を含む。データは、ＭＡＣピアエンティティ間で、換言すると加入者局と基地局との間で、プロトコルデータユニット（ＰＤＵ）の単位で交換される。ＰＤＵはＰＨＹ層を渡り多数のスロットを使用して伝達される。従って、「スロット」は帯域を割り当てるために用いられる時間の単位である。ＭＡＣは、認証、鍵交換及びＰＤＵの暗号化を可能にするセキュリティ副層を有する副層に分割される（図１を参照）。これらの機能及び副層は、大体、より高レベルの機能を有する「ＭＡＣ上層」又はＵＭＡＣとより低レベルの、よりスピードが重視される機能を有するＭＡＣ低層又はＬＭＡＣにグループ化されうる。

ＵＭＡＣは、通常、汎用プロセッサでソフトウェアを実行することにより実施され、更新及びシステム変更が要求されたときの再設定を可能にする。ＵＭＡＣの機能は、図１に示すようにＭＡＣ管理、サービス依存コンバージェンス層及びＭＡＣ共通副層（ＭＡＣ ＣＰＳ、図１を参照）を有する。ＬＭＡＣも、プロセッサにより実行されるソフトウェアにより提供されてよいが、本例では低レベルのコード（場合によってはプロセッサに実装される）及び／又はリアルタイム・オペレーティング・システムが必要である。ＬＭＡＣは、ＵＭＡＣとＰＨＹとの間のブリッジとして動作し、データ暗号化／復号化（図１に示すセキュリティ副層の機能）、誤り訂正コード（ＣＲＣ）の生成、ＰＤＵ分類及び以下に更に説明するブロック処理を実行することにより、ＵＭＡＣのタスクの幾つかをオフロードする。

データの送信を考えると、データ・フローは一般的にプロトコル・スタックの上位から下位へ流れる。従って、例えば、データ・パケット（又は所謂、サービス・データ・ユニット、ＳＤＵ、以下に更に詳細に記載する）は、プロトコル・スタックの上位（アプリケーション層、図１に示さない）から、図１のＣＳ ＳＡＰを介して送信される。ＵＭＡＣでは、ＳＤＵはＬＭＡＣへの送信キューに入れられ、サブフレームを構成するために（「パッキング」と称されるプロセスで）ＭＡＣ ＰＤＵに変換される。ＳＤＵ及びＰＤＵのデータ・サイズは一致する必要がないので、所謂「フラグメンテーション」も必要とされる。フラグメンテーションでは、単一のＳＤＵは複数のＭＡＣ ＰＤＵの間で分割される。物理層では、サブフレームの構成要素を電磁波の多数の「バースト」のうちの１つに割り当てることにより、組み立てられたサブフレームが送信のために準備される。図２はＳＤＵ、ＰＤＵ及びバーストの間の関係を概略的に示す。

バーストでは、前方誤り訂正（ＦＥＣ）が用いられ、受信機が送信処理により導入された誤りを訂正するのを助ける。各バーストは、図２に示したように複数のＦＥＣブロックを有しうる。ＭＡＣ ＰＤＵはＦＥＣブロック内に含まれ、ＭＡＣ ＰＤＵはＦＥＣブロックの複数の境界に跨ってよい。

利用可能な周波数範囲及びアプリケーションに依存して、種々の物理層の実装がＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークで可能である。例えば、以下に記載される時分割二重（ＴＤＤ）方式及び周波数分割二重（ＦＤＤ）方式である。ＰＨＹ層はまた、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）又はＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多重アクセス）のような伝送技術を定める。これらの技術は以下に簡単に説明される。

ＯＦＤＭでは、単一のデータストリームがＮ個の並列のサブキャリアに変調される。各サブキャリアの信号はそれぞれの周波数範囲を有する。これは、全帯域（つまり所与の時間間隔で送信されるべきデータ量）を複数のサブキャリアに渡り分割し、それにより各データ・シンボルの期間を増大する。各サブキャリアは低い情報レートを有するので、複数搬送波システムは単一搬送波システムと比べてチャンネルに導入される歪みが少ないので有利である。これは、送信レート、従って各サブキャリアの帯域幅がチャンネルのコヒーレンス帯域幅より小さいことを保証することにより可能になる。結果として、単一搬送波で被るチャンネル歪みは周波数に依存せず、従って単純な位相及び振幅補正係数により補正できる。従って、複数搬送波受信機内でチャンネル歪みを補正することにより、システムの帯域幅がチャンネルのコヒーレンス帯域幅を超えている場合に、単一搬送波受信機内の対向部分の複雑性を有意に低下しうる。

ＯＦＤＭシステムは複数のサブキャリア周波数を用いる。複数のサブキャリア周波数は数学的意味で直交するので、サブキャリアのスペクトルが相互に独立であるという事実により、サブキャリアは干渉せずに重なり合う。ＯＦＤＭシステムの直交性は帯域周波数を保護する必要がなく、それによりシステムのスペクトル効率を向上する。ＯＦＤＭは多くの無線システムに提案され適用されている。ＯＦＤＭシステムでは、逆離散又は高速フーリエ変換アルゴリズム（ＩＤＦＴ／ＩＦＦＴ）を用いることにより、Ｎ個の変調された並列データ源の信号ブロックがＮ個の直交する並列サブキャリアにマッピングされ、送信機で時間領域の「ＯＦＤＭシンボル」として知られる信号を形成する。従って、「ＯＦＤＭシンボル」はＮ個のサブキャリア信号全ての複合信号である。受信機で、受信された時間領域信号は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）又は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムを適用することにより周波数領域に変換して戻される。

ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多重アクセス）はＯＦＤＭの多重アクセス版である。ＯＦＤＭＡはサブキャリアのサブセットを個々のサブキャリアに割り当てることにより動作する。これは、複数のユーザからの同時送信を許容し、一層良好なスペクトル効率をもたらす。しかしながら、双方向通信の実現、つまり上り及び下り方向に干渉のない通信可能にするという課題が依然として存在する。

２つのノード間で双方向通信を実現するために、２つの良く知られた異なる手法が存在する。これらの手法は、２つの（順方向又は下り、及び逆方向又は上り）通信リンクを二重にして、装置が同一のリソース媒体で同時に送信及び受信できないという物理的制約を克服する。第１の手法である周波数分割二重（ＦＤＤ）は、２つのリンクを同時に動作するが、送信媒体を２つの別個の帯域、つまり１つはＤＬ通信のため、もう１つはＵＬ通信のために分割することにより異なる周波数帯域で動作する。第２の手法である時分割二重（ＴＤＤ）は、２つのリンクを同一周波数帯で動作させるが、媒体への同時アクセスを分割し、如何なる時点においてもＤＬ又はＵＬのみが媒体を使用する。２つの手法（ＴＤＤ及びＦＤＤ）はそれぞれの利点を有し、共に単一ホップ有線及び無線通信システムに良く利用される技術である。ＩＥＥＥ８０２．１６規格はＦＤＤとＴＤＤ方式の両方を盛り込んでいるが、本願明細書では以下にＴＤＤ方式に関して主に記載する。

図３及び４はＩＥＥＥ８０２．１６規格（ＷｉＭＡＸ）のＯＦＤＭＡ物理層モードで用いられるＴＤＤフレーム構造を示す。

図３では、フレームは所与の時間長及び所与の周波数帯、つまり図３に「ＯＦＤＭシンボル数」により示される時間軸、及び「サブチャネル数」（各サブチャネルは上述のサブキャリアのセットである）により示される周波数軸を占有すると考えられる。各フレームは、それぞれ別個の送信間隔であるＤＬ及びＵＬ下位フレームに分割される。それらは送信／受信及び受信／送信遷移保護間隔（それぞれＴＴＧ及びＲＴＧ）により分離される。各ＤＬ下位フレームはプリアンブルで始まり、次にフレーム制御ヘッダ（ＦＣＨ）、ＤＬ−ＭＡＰ、そしてＵＬ−ＭＡＰが続く。ＦＣＨはＤＬフレーム・プレフィックス（ＤＬＦＰ）を含み、バースト特性及びＤＬ−ＭＡＰの長さを指定する。ＤＬＦＰは各フレームの始めに送信されるデータ構造であり、ＦＣＨにマッピングされる現在のフレームに関する情報を含む。同時ＤＬ割り当ては、ブロードキャスト、マルチキャスト及びユニキャストであり、それらはＢＳにサービスを提供するというより、別のＢＳのための割り当てを含む。同時ＵＬはデータ割り当て及びレンジング又は帯域幅要求であってよい。

図４は、ＵＬサブフレーム内に２つの部分、つまりＰＨＹヘッダ及びＭＡＣ ＰＤＵを有する異なる観点からのＯＦＤＭＡ ＴＤＤフレーム構造を説明する。ＭＡＣ ＰＤＵはまた、ＭＡＣヘッダ、任意のペイロード及び任意の誤り訂正符号（巡回冗長符号又はＣＲＣ）を有する。ＰＨＹ層ヘッダは、トレーニングシーケンス、周波数帯割り当て情報及び物理層パラメータに関する他の情報を有する。ＭＡＣ ＰＤＵ内で、ＭＡＣヘッダは通常、ＰＤＵの種類、ＭＡＣアドレス及びＭＡＣ信号の種類等のような媒体アクセスのために不可欠なパラメータを与える。ＭＡＣ ＰＤＵ内のＣＲＣは任意であり、受信したＭＡＣ ＰＤＵを検査するために使用されうる。ＭＡＣ ＰＤＵ内のペイロードは、ＳＳがＢＳへ送信したいデータを含めるために用いられるが、任意である。例えば、帯域要求のような制御メッセージ又はＡＣＫメッセージは、如何なるペイロードも有さない。ペイロードは、より高位の層のデータ又は追加ＭＡＣ情報を与えうる副ＭＡＣヘッダであり得る。

また、８０２．１６ｅのＯＦＤＭＡは、ネットワーク性能を管理するより良い手段としてサブチャネル化を提供し、依存コンバージェンス層及び能力要件を解決する。ＯＦＤＭＡ物理層は、利用可能なＯＦＤＭシンボル及び構成要素であるサブキャリア（図３を参照）を、別個の論理的及び物理的サブチャネルに分割し、図３に示すように複数のバーストの共存又は各時間間隔での重なり合いを許容する。下り回線では単一のバーストが複数のユーザ（加入者局）により共有されてよいが、上り回線では各バーストは一般的に単一のユーザに対応する。ＯＦＤＭＡサブチャネル化技術は、周波数分割及び周波数選択性伝送スキームを含む。

周波数分割伝送スキームは、全帯域を用いたサブチャネル化（Full Usage of Subchannels：ＦＵＳＣ）及び帯域の一部を用いたサブチャネル化（Partial Usage of Subchannels：ＰＵＳＣ）モードにグループ化されうる。これらのモードは、周波数分割伝送に対応する。周波数分割伝送では、各論理サブチャネルに割り当てられたサブキャリアは利用可能なサブキャリアのセットに渡り疑似的にランダムに分散される。ＦＵＳＣでは、サブキャリアは周波数範囲全域に分散されるが、ＰＵＳＣでは、サブキャリアの幾つかの分散されたクラスタがサブチャネルを形成するために用いられる。これらのスキームは、変化するチャネル条件を扱うのに一層適しており且つネットワーク・カバレッジ及び能力に利益をもたらす周波数ダイバーシティを提供する。

周波数選択性サブチャネル化は、帯域適応型変調及び符号化（Adaptive Modulation and Coding：ＡＭＣ）モードで対応される。帯域ＡＭＣは、物理的に隣接するサブキャリア配置、つまりサブキャリアの連続するグループを通じてサブチャネル構成を許容する。システム・スケジューラは、閉ループのチャネル帰還技術を利用し、固有のチャネル条件に基づき各サブキャリアに割り当てられるべき最適なサブチャネルを決定しうる。図６は、ＦＵＳＣ、ＰＵＳＣ及びＡＭＣゾーンを有するＯＦＤＭＡ ＴＤＤモードのフレーム構成を示す。一般に、ＦＵＳＣ及びＰＵＳＣは基地局と移動局との間の接続に適している。一方でＡＭＣは固定加入者局との接続に適している。

サブチャネル化は、隣接するセルの間で周波数を割り当てる周波数再利用スキームにとって重要である。恐らく、最も一般的な再利用スキームは「リユース３」（再利用係数３）と称される。このスキームでは、干渉を低減するために、六角形のセルは、隣接するセルの各対が周波数チャネルの異なるセットを割り当てられていると考えられる。チャネルの３個のセットはこれを達成するのに十分である。ＰＵＳＣ又はＦＵＳＣは、この場合に適切な伝送スキームである。何故なら、サブキャリアのサブチャネルへのランダムな割り当てにより、異なるセル内の信号間の干渉の可能性が一層最小化されるからである。一方で「リユース１」は単に各セル内で同一の周波数セットを用いることを意味する（再利用係数１）。これは、干渉を増大させるが（ＣＩＮＲを減少させる）、利用可能な周波数範囲の全体（図３の全てのサブチャネル）が各接続により用いられることを可能にし、且つ単純なので実在のシステム内に実装できる。異なる再利用スキームを単一のセル内の異なるサブキャリアに対し同時に用いることが可能である。特に、リユース３はセルの端に近いユーザに適し、一方でリユース１は他のセルからの干渉が起こりにくいセルの中央に近いサブキャリアに安全に用いることができる。これは結果として１と３の間のどこかのシステムに対し「効率的な再利用係数」になる。通常、セルはそれぞれ個々の中央に位置する基地局を設けられるが、次第に複数方向のアンテナが単一の基地局に取り付けられ、同一の基地局が該基地局の周りの複数のセルにサービスを提供できるようになっている。

ＤＬサブフレームは、ＤＬ−ＭＡＰとＵＬ−ＭＡＰを備えたブロードキャスト制御フィールドを含む。これらにより、ＢＳは受信装置にフレーム構造を知らせる。ＭＡＰはフレーム内の帯域幅割り当てのマップであり、それぞれコネクションＩＤを有する情報要素（ＩＥ）も含む。マップのＩＥは、加入者局に、当該加入者局が情報を受信するよう割り当てられたバーストを知らせる。従って、ＴＤＤ方式のネットワークでは、帯域幅割り当てはフレーム内の資源（スロット）の割り当てを意味する。ＤＬ−ＭＡＰとＵＬ−ＭＡＰはＢＳによる管理メッセージのブロードキャスト（つまり全ての加入者へ送信される）の例である。他の管理メッセージは、上りリンク・チャネル記述子ＵＣＤと下りリンク・チャネル記述子ＤＣＤ（両方とも図４に示す）、動的サービス要求及び応答（ＤＳ−ＲＥＱ及び−ＲＳＰ）を含む。

サービスの質（ＱｏＳ）の概念は、幅広いサービスの提供を可能にするため無線通信システムで利用される。提供されるサービスの種類（以下を参照）に依存して、パケットは、ある程度の精度及び／又はある時間遅延内に送信される必要がある。或いは、パケットは壊れており、場合によっては再送信を要求する必要がある。加入者局との通信中、基地局は、加入者局により要求されたサービスの種類及び利用可能な帯域に依存して、基地局が標準的に複数の加入者局と同時に通信することを念頭に置き、ＱｏＳレベルを割り当てる。ＱｏＳパラメータは、送信の優先度（時間遅延、又は待ち時間）、送信の精度（誤り率）及びスループット（データ・レート）を考慮に入れる。

基地局と加入者局との間のコネクション（より詳細には、それら装置、所謂ピアエンティティのＭＡＣ層間）はコネクション識別子（ＣＩＤ）を割り当てられ、基地局は基地局のアクティブなコネクションを管理するためＣＩＤを追跡し続ける。アドレス付与及びＱｏＳ制御に対応するため、ある無線通信システムは、ＭＡＣヘッダにコネクション識別子（ＣＩＤ）を付す。例えばＷｉＭＡＸでは、ＳＳ／ＭＳとＢＳとの間のサービス・フローは、ネットワーク・エントリ手順の間に又は動的サービス・フロー手順により作成され及び活性化され得る。前述のように、サービス・フローＩＤ（ＳＦＩＤ）は、存在するサービス・フローにそれぞれ割り当てられる。また各サービス・フローは特定のＱｏＳ要求と関連付けられる。サービス・フローは、少なくとも１つのＳＦＩＤ及び関連する方向を有する。トランスポート・コネクションのコネクション識別子（ＣＩＤ）は、サービス・フローが許可された又はアクティブである場合のみ存在する。ＳＦＩＤとトランスポートＣＩＤとの間の関係は一意的である。これはＳＦＩＤが１つより多いトランスポートＩＤに関連付けられるべきでないこと及びトランスポートＣＩＤが１つより多いＳＦＩＤに関連付けられるべきでないことを意味する。

ＢＳは、スケジューラ（スケジューリング・アルゴリズム）を用い、現在アクティブな全てのコネクションへの帯域幅（スロット）の割り当てを管理し、種々の加入者の要求の平衡をとる。つまり、各ＳＳは、ネットワーク・エントリに対し１回だけ交渉する必要がある。その後、ＢＳにより割り当てられた帯域幅は、ＳＳからの要求により又はネットワークの他の必要により増大又は減少するが、当該ＳＳへ割り当てられたままであり、従ってコネクションをアクティブのままにする。

スケジューラは、可能な限り、現行のフレーム（特に基地局で構成されるＤＬサブフレーム）内でサービスを提供される必要のある全てのコネクションが幾つかのリソース（帯域幅）を受けることを保証しなければならない。このＱｏＳ要件とは別に、考慮されるべき他の要因には、基地局から各加入者への距離（経路損失）及び必要に応じて加入者の移動度が含まれる。加入者が基地局から遠い場合又は遠くに移動している場合、下り回線で実現可能な伝送レートは、基地局に近い加入者を優先的に取り扱うために（システム性能の観点から）より効率的になるよう低減される。他方で、如何なる加入者もデータがなくなることは許容できない。

これらの要因のバランスを取ることを狙ったある技術は、「比例公平（ＰＦ）」アルゴリズムと称される。該アルゴリズムは、全ての加入者に提供される長期平均データ・レートの対数を最大化することにより、システム性能と加入者に対する公平との間のバランスを達成することを目的とする。

前述のように、各コネクションは、サービス・クラスと関連付けられたＱｏＳを有する。ＱｏＳは、最初に、加入者局がネットワークへ参加するときのネットワーク・エントリ手順（コネクション確立段階）の間に割り当てられ、そしてその後、コネクションが維持されている間、基地局への要求を行う加入者局により変更されてよい。これは、ネットワーク内で利用可能なリソースに依存して、おそらく繰り返し、コネクションへの追加の帯域幅の割り当てを伴う。

ＱｏＳとＣＩＤ／ＳＦＩＤとの間の関係は、図５に図示される。図５の理解を簡単にするため、留意すべき点は、「サービス・フロー（Ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｌｏｗ）」が、特定のＱｏＳを有するコネクションでの所与の方向（上り回線又は下り回線）のデータ送信を示すことである。コネクションのＱｏＳは、コネクション識別子と１対１の関係を有するサービス・フロー識別子（ＳＦＩＤ）により定められる。厳密には、サービス・フロー（又はコネクション）に帯域幅が割り当てられるのだが、ＢＳによりコネクションに含まれるＳＳに割り当てられている帯域幅を考慮するのが都合がよい。各サービス・フローは、サービス・クラス又はＱｏＳクラスのセットの１つに分類されうる。基本的にＤＬとＵＬの両者に対して同一であるが、これらのサービス・クラスは、ＤＬ及びＵＬスケジューラの観点からは僅かに異なるよう定められる。ＤＬ及びＵＬのＱｏＳ配信のメカニズムの間には差異がある。この差異は、ＢＳがＭＳにあるバッファ状態を直接見ることができず、ＭＳでのパケット誤りレートを知らないかも知れないという事実に起因する。

＜下り回線（ＤＬ）＞
以下のサービス・クラス・タイプはＩＥＥＥ８０２．１６で定められている。
−ＵＧＳ：アンソリシテッド・グラント・サービス（Unsolicited grant service）
−ＲＴ−ＶＲ：リアルタイム可変レート・サービス（Real-time variable rate Service）
−ＥＲＴ−ＶＲ：拡張リアルタイム可変レート・サービス（Extended Real-time variable rate Service）
−ＮＲＴ−ＶＲ：非リアルタイム可変レート・サービス（Non Real-time variable rate Service）
−ＢＥ：ベストエフォート・サービス（Best Effort service）。

表１は、目的の簡単な説明を提供し、各サービス・クラスと関連付けられたパラメータを列挙する。これらのパラメータを表２に説明する。
［表１］ＤＬのサービス・タイプの概要

［表２］パラメータの説明

下り回線のパケット・スケジューラの役割は、設定されたパラメータ設定に基づきアクティブなサービス・フロー毎に設定された要件が満たされることを保証することである。

＜上り回線（ＵＬ）＞
以下のサービス・クラス・タイプ及びスケジューリング・サービスは、ＩＥＥＥ８０２．１６規格で定められ、ＷｉＭＡＸ Ｆｏｒｕｍ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｆｉｌｅで支持されている。
−ＵＧＳ：アンソリシテッド・グラント・サービス（Unsolicited grant service）
−ｒｔＰＳ：リアルタイム・ポーリング・サービス（Real-time Polling Service）
−ｅｒｔＰＳ：拡張リアルタイム・ポーリング・サービス（Extended Real-time Polling Service）
−ｎｒｔＰＳ：非リアルタイム・ポーリング・サービス（Non-Real-time Polling Service）
−ＢＥ：ベストエフォート・サービス（Best Effort service）

表３は、目的の簡単な説明を提供し、各サービス・クラスと関連付けられたパラメータを列挙する（パラメータの説明は表２に示す）。
［表３］ＵＬのサービス・タイプの概要

上り回線のパケット・スケジューラの役割は、設定されたパラメータ設定に基づき、ＭＳ ＣＩＤに適切にリソースを割り当てることにより、アクティブなサービス・フロー毎に設定された要件が満たされることを保証することである。特にＵＬの場合には、スケジューラはポーリング間隔を有するサービス・フロー（例えばｒｔＰＳ又はｎｒｔＰＳ）若しくはＰＭビットセットを有するＵＧＳコネクションの許可又はフロー・パラメータに基づくアンソリシテッドな許可の要求のためにポーリングの機会（ＢＷ要求を送信するのに十分なＢＷ）も提供しなければならない。

ＵＬでは、スケジューラは、ＭＳの現在の要件に関するＭＳから受信した情報を検討する必要もある。これらの要件は次のものを含む。
−許可管理サブヘッダ内のＰＢＲ、ＰＭ、ＳＩ、ＦＬ及びＦＬＩビット（以下を参照）
−ＭＡＣシグナリング・タイプＩヘッダ内のＢＲ（付加的又は集合体）
−ＣＤＭＡ ＢＷ要求

これらの情報項目の更なる詳細を以下の表に示す。

＜対応するクラス及びパラメータ＞
表４はサービス・クラス毎にどのパラメータが必須か、任意か又は適用できないかを示す。
［表４］種類毎に対応するサービス・クラスのパラメータ

以上の説明から明らかなように、基地局内のＵＬ及びＤＬのパケット・スケジューラのタスクが大いに関連する。しかしながら、ＷｉＭＡＸシステムでは、商業的に成功するためには基地局の機能は低価格で提供されなければならない。従って、簡単な方法で上述のスケジューリング機能を提供し、必要な処理能力及びその価格を最小限に抑えるようにする必要がある。

より詳細には、効果的且つ費用効率の高いＬＭＡＣスケジューラ及びＰＤＵ形成部を提供するサブシステムが必要である。

本発明の第１の態様によると、無線通信システムの基地局で用いられるモジュールが提供される。当該無線通信システムでは少なくともデータのパケットが当該基地局から複数の加入者局へ送信され、当該基地局は、前記加入者局とのコネクションを定め、各コネクションは、複数のサービス・クラスのうちの１つを有し、各サービス・クラスは関連するＱｏＳを有し、当該モジュールは、所定の単位時間内で利用可能なシステムのリソースを各コネクションに割り当て、当該モジュールは：前記コネクションの前記ＱｏＳ要件に応じて、該コネクションのＱｏＳを達成するために前記所定の単位時間内でスケジューリングされる必要のあるコネクションを決定する第１段階のスケジューリング手段；前記スケジューリングされる必要のあるコネクションにリソースを割り当てた後に依然として利用可能なリソースを用いて、前記所定の単位時間内でスケジューリングできる他のコネクションを決定し、ＱｏＳ以外の要件に基づき該他のコネクションの優先順位を割り当てる第２段階のスケジューリング手段；及び前記第１段階のスケジューリング手段及び前記第２段階のスケジューリング手段により行われた決定に従いリソースを各コネクションに割り当てるリソース割り当て手段；を有する。

上述のモジュールでは、前記ＱｏＳ以外の要件は、当該無線通信システムのオペレータにより定められる。前記他のコネクションのスケジューリングの方法を変更するために、当該モジュールは、ＱｏＳ以外の要件に関する情報を受信する手段を有してよい。第２段階のスケジューリング手段の目的は、当該システムのスペクトル効率を最大化することであってよい。または、比例公平アルゴリズムが加入者に対する公平さを有しスペクトル効率を平衡させるために用いられてよい。

本発明の第２の態様によると、無線通信システムの基地局で用いられるモジュールが提供される。当該無線通信システムでは、データのフレームが複数の加入者局から当該基地局を介して送信され、前記フレームは、時間的に複数のゾーンに分けられ、各ゾーンは、複数のバーストを有し、当該基地局は、複数の隣接する領域内の加入者局から信号を受信し、該加入者局とのコネクションを定め、前記フレーム内のリソースを割り当てることにより該コネクションにサービスを提供し、当該モジュールは：コネクション毎に信号レベルを受信し、該信号レベルと閾レベルとの比較に基づき該コネクションのゾーン割り当てを実行するゾーン割り当て手段；及び該ゾーン割り当て手段によりゾーン割り当てのために用いられる前記閾レベルを選択する部分周波数再利用管理部；を有する。

当該モジュールは、例えば、前記領域のような隣接する六角形セルにサービスを提供するために３セクタのアンテナを有する基地局で用いられる。上述の構成では、望ましくは、ゾーンはリユース１ゾーン及びリユース３ゾーンを有し、該１及び３は前記セルの間の周波数再利用係数を示し、リユース１は、前記セルの間で周波数の再利用がないことを示し、リユース３は、前記周波数が、前記ゾーンにより占有される周波数帯域内でサブチャネルの３つのセットに分けられることを示し、各セットは異なるセルに割り当てられ、前記閾レベルは、最適なリユース３／リユース１の遷移信号レベルである。

本発明の他の態様は、従属請求項に定められるように、上述のモジュールの一方又は両方を有するサブシステム、当該モジュール又はサブシステムを有する基地局、スケジューリング装置、スケジューリング方法、無線通信方法、無線通信システム及び以上に定められたモジュールの機能を実施するソフトウェアを提供する。

ＩＥＥＥ８０２．１６に従うプロトコル層を示す。 ＩＥＥＥ８０２．１６無線通信ネットワークにおけるＳＤＵ、ＰＤＵ及びバーストの間の関係を示す。 ＩＥＥＥ８０２．１６無線通信システムで用いられるＴＤＤ方式のフレーム・フォーマットを説明し、バーストの観点からのフレーム構造を示す。 ＩＥＥＥ８０２．１６無線通信システムで用いられるＴＤＤ方式のフレーム・フォーマットを説明し、ＰＤＵの観点からのフレーム構造を示す。 ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークにおけるＣＩＤ、ＳＦＩＤ及びＱｏＳの間の関係を示す。 周波数再利用の場合の変更されたフレーム・フォーマットを概略的に示す。 本発明を実施する基地局サブシステムの全体構造を示す。 図７のサブシステムの全体の動作のフローチャートである。 パケット・スケジューリングに関する、図７のサブシステムの動作の第１の態様を示す。 所謂リユース３／リユース１の基地局の構成で用いられるフレーム・フォーマットを示す。 リユース３／リユース１構成のスペクトル効率と効果的な再利用係数との関係を示す。

例として、添付の図面を参照する。

＜本発明を実施するモード＞
本発明の実施例は、図７−１１を参照し、ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークを例として用いて記載される。先ず、ＷｉＭＡＸ基地局がＱｏＳ配信を保証することを可能にすると共にスペクトル効率を最大化するＬＭＡＣスケジューラ及びＰＤＵ形成部の高レベルの説明を記載する。手短に言うと、これはサービス・フロー・タイプに基づきキューに入れられたパケットのコネクションに基づくパケット・スケジューリング、関連パラメータ及びチャネル状態の考慮の組み合わせを通じて達成される。次に、スケジューラ及びＰＤＵ形成部に関連する各構成要素内に含まれる幾つかのアルゴリズムの概略を説明する。

図７は、下り回線の場合のＷｉＭＡＸ基地局のＬＭＡＣスケジューラ及びＭＡＣ ＰＤＵ形成部の高レベルのアーキテクチャを示す。留意すべき点は、ＵＬスケジューラの場合には、以下に説明するようにデータ・プレーンを形成する要素が必要ないことである。しかしながら実際には、ＤＬスケジューラとＵＬスケジューラの両方を実装するために同一のプロセッサが用いられ、設定のみが変更されるだろう。

＜下り回線（ＤＬ）スケジューラ＞
下り回線スケジューラ及びＰＤＵ形成部の構成要素は、データ又は制御プレーンの部分に分けられる。データ・プレーンは、以下の構成要素を有する。
−（入来パケットの）分類部
−ＳＤＵキュー管理部
−ＳＤＵデキュー部
−ＰＤＵ形成部（サブフレーム形成部内にある）
−ＰＨＹインターフェース
データ・プレーンの構成要素の全体的な動作は、入り（入力）ＳＤＵをキューに入れ、ＰＨＹ層へ送信するために出（出力）ＭＡＣ ＰＤＵに変換することである。これを達成するために、ＰＤＵ形成部の機能は、該ＰＤＵ形成部がどのように動作するかを知らせるバースト・マップ部の機能からの情報を必要とする。

制御プレーンは、以下の構成要素を有する。
−サービス・フロー管理部
−サブフレーム決定部
−ＳＤＵキュー管理部
−ＦＦＲ管理部
−局管理部
−コネクション・スケジューラ
−バースト・マップ部（サブフレーム形成部内にある）
制御プレーンの構成要素の全体的な動作は、ＰＤＵ形成部がその機能を実行するために必要とする入力をデータ・プレーン内のＰＤＵ形成部に供給し、結果としてＰＨＹ層へ送信するためにＭＡＰ ＩＥを有するＭＡＰメッセージを構築することである。これは、最終的にバースト・マップ部により提供される。にバースト・マップ部は、示されたように、制御プレーンの他の構成要素からの情報に頼っている。

＜上り回線スケジューラ＞
図示しないが、上り回線のスケジューラ内の機能的な構成要素は、下り回線のスケジューラ内の構成要素の一部を有する。上り回線の場合には、ＢＳにはデータ・プレーンがなく、代わりにＤＬ構成要素の等価物がＭＳ内に存在している。従って、ＵＬアーキテクチャは、サービス・フロー管理部、局管理部、コネクション・スケジューラ及びサブフレーム形成部のバースト・マップ部のみを有する。

図８は、システム・レベルでコネクション・スケジューリング及びＰＤＵ形成のアルゴリズムをフローチャートに基づく表現で示す。フローチャート内の各ブロックの動作を以下に詳細に説明する。

＜高レベルの構成要素の説明＞
（ｉ）局管理部
各承認された加入者局では、局管理部が局の状態情報を有するデータ構造を維持する。状態情報自体は、能動的管理及びトランスポート・コネクションの状態情報を有するデータ構造を有している。構造に含まれる情報は、最低でも、コネクション・スケジューラ及びフレーム形成部により必要とされる。

局管理部も、データ構造に影響する多くの機能を有する。該機能は以下を含む。
−ゾーン割り当て：局にサブフレーム内の適切なゾーンを割り当てる。
−バースト・プロファイル割り当て：局にバースト・プロファイルを割り当てる。
−ＭＳ／ＣＩＤ状態更新：局／コネクション状態データ構造を更新する。

ＭＳ／ＣＩＤ状態更新機能は、新たな局情報が受信されたとき（例えば、サービス・フローの変更、ＣＩＮＲ報告を受信した、コネクションがスケジューリングされた、新たなＳＤＵが受信されたとき）に開始されてよく、周期的に実行され、ＳＤＵキュー長又は待ち時間情報のような情報をフェッチし更新してもよい。

留意すべき点は、代案としてＳＤＵ情報がバースト・マップ部及びＳＤＵキュー管理部からの情報、理論的には新たなＳＤＵが到着するか又はＳＤＵがスケジューリングされたときにＳＤＵキュー管理部からの更新される必要のある情報のみに基づき追跡されうることである。或いは、局管理部によりフレーム毎に待ち時間が増大されうる。この情報は、事象に基づき更新され、ＳＤＵキュー管理部からの明示的な更新情報を必要とするか、或いはＳＤＵキュー管理部への周期的な要求に基づき周期的に更新される。

新たな受信情報に基づき、機能は、ゾーン割り当て又はバースト・プロファイル割り当て機能を開始し、現行の割り当てを更新する。

ゾーン割り当て機能及びバースト・プロファイル割り当て機能はＳＩＳＯユーザのみを扱うとする。ＤＬのＭＩＭＯユーザのためのフレームワークを設計することを目的とし（Ｗａｖｅ２に対応する必要がある）、ＭＩＭＯ割り当てを可能にするために次の２つの手法がある。
−ＳＴＣ＿Ｚｏｎｅ／ＤＬ＿Ｚｏｎｅ＿Ｓｗｉｔｃｈ＿ＩＥを用いて別個のＳＩＳＯ及びＭＩＭＯゾーンを設定する：サブフレーム決定部が別個のゾーンを設定する必要がある。
−ＭＩＭＯ＿ＤＬ＿Ｂａｓｉｃ＿ＩＥ又はＭＩＭＯ＿ＤＬ＿Ｅｎｈａｎｃｅｄ＿ＩＥを用いてＳＩＳＯゾーン内のＭＩＭＯバーストを設定する：サブフレーム決定部がＭＩＭＯ割り当て用のバーストを設定し、バースト・マップ部がバーストから各ＭＩＭＯのスケジューリングされたコネクションへ領域を割り当てる必要がある。

（ｉｉ）コネクション・スケジューラ
コネクション・スケジューラは、フレーム毎にどのコネクションがスケジューリングされるべきかを決定する。

結果としてコネクション記述子（ＣＤ）のリストを生じるこの決定は、局管理部から入手可能な入力パラメータの数に基づく。全体の動作は、アクティブなパラメータ・セットにより記述されるようなＱｏＳを保証するとともにスペクトル効率を最大化することを目的とする。

第１の機能は、最大ＱｏＳを保証することが確実に満たされるように、どのコネクションが高優先度にスケジューリングされるべきかを決定することである。これらのコネクションは、現行のフレーム内でスケジューリングされていない場合には、最低ＱｏＳ要件を満たさないコネクションを抽出することにより決定される。この最初の部分は、サービス・クラスに基づきコネクションを分析することにより開始する。最初にＵＧＳコネクションから開始し、次にＲＴ、ＥＲＴ、そして最後にＮＲＴコネクションを分析する。最低ＱｏＳを満たすスケジューリングが一旦完了すると、第２の段階は、残りのコネクションのランク付けされたリストを作成し、フレーム内のリソースの割り当てを検討する。このランク付けされたリストは、次に第１の段階の一部として、抽出されたコネクションのリストに添付される。

次に、コネクション・スケジューラは、このランク付けされたデータ・オブジェクトであるコネクション記述子のリストをバースト・マップ部へ渡す。これらのデータ・オブジェクトは、次にＰＤＵ形成部へ供給される許可のサイズを決定するためにバースト・マップ部が必要とする情報を有する。

図８は、ランク付けされたコネクション記述子のリストに到達するために用いられる方法を詳細に示す。図８に示す高レベルのフローチャートは、この構成要素により実行される２つの段階及び結果として生じるコネクション記述子の構造を示す。

（ｉｉｉ）ＳＤＵデキュー部
ＳＤＵデキュー部は、ＳＤＵ（又はフラグメント）をＰＤＵ形成部へ要求に応じて供給し、要求されたコネクションのためにＳＤＵ（又はフラグメント）を適切なＳＤＵキューからフェッチし、また、ＰＵＤ形成部の動作の結果として作成されたＳＤＵフラグメントを保持する。留意すべき点は、ＳＤＵデキュー部、ＳＤＵキュー管理部及び分類部は、優先度の変化するどんなコネクションでも入りパケットを処理できるように設計される。

（ｉｖ）分類部及びＳＤＵキュー管理部
分類部は、入りＳＤＵを取り込み、該ＳＤＵを適切なバッファに配置する。ＳＤＵキュー管理部は、キュー長及びＳＤＵ待ち時間を監視し、この情報を要求に応じて局管理部に通知する。ＳＤＵキュー管理部は、局管理部に、それまで空だったキューへの新たなデータの到着についても通知する。この後者の機能は、データがＳＤＵバッファ内に滞留するようになると局管理部がＭＳ／ＣＩＤ状態を更新することを可能にする。

（ｖ）サブフレーム形成部
サブフレーム形成部は、２つの構成要素、つまりバースト・マップ部及びＰＤＵ形成部並びに以下に説明する１つのデータ構造（サブフレーム・リソース・マップ）を有する。

サブフレーム形成部は、コネクション・スケジューラにより供給されるランク付けされたコネクション記述子のリストの全体を、以下の終了条件の１つが満たされるまで順次解決する。
−サブフレーム構築の期限に達した。
−ＣＤリストの終わりに達した。
−バースト内にリソースの残りがない。
−ＭＡＰメッセージ用に割り当てられた領域内にリソースの残りがない。

バースト・マップ部は、スケジューリングされたコネクションのＰＤＵがマップされる割り当てられたゾーン内の対象バーストを決定する。また、バースト・マップ部は、以下に詳細に説明するように、入力パラメータの数に基づき該バースト内の割り当てサイズを計算する。一旦マップされると、バースト・マップ部は、そのサブフレーム内で用いられるリソースを示すためにサブフレーム・リソース・マップを更新する。バースト・マップ部は、ＤＬの場合にはＭＡＰ ＩＥも更新し、ＵＬの場合にはＩＥを作成する。これらのＩＥは下り回線のサブフレーム・リソース・マップ内に格納される。

バースト・マップ部は、局管理部にリソースの割り当てを通知する。これにより局管理部はＭＳ／ＣＩＤ状態データ構造内の適切な要素を更新できる。バースト・マップ部は、ＰＵＤ形成部にこのコネクションで形成されるべきＰＵＤのサイズ及び他のサポートする情報も通知する。

ＰＵＤ形成部は、バースト・マップ部により指定されたサイズにＰＵＤを形成する。ＳＤＵ用に利用可能なペイロードのサイズを決定するときに、ＰＵＤ形成部は、ＭＡＣヘッダ、サブヘッダ及びＣＲＣ用のＰＤＵサイズを設定する。ＰＵＤ形成部は、ＳＤＵデキュー部にＰＵＤ形成部がペイロードに受け付け可能なデータの最大サイズを通知する。ＳＤＵデキュー部は、次に、必要なフラグメントを含めるために必要なオーバーヘッドを考慮に入れて又はサブヘッダをパッキングして（つまり拡張タイプ及びＡＲＱの使用に依存して８又は１６ビット）ＳＤＵ（場合によっては先頭又は末尾にフラグメントを有する）を返送する。ＰＵＤ形成部は、次にＰＤＵを構築し、適切な場合にはＣＲＣを付加する。

（ｖ−１）サブフレーム・リソース・マップ
これは、サブフレームの論理的マップを有するデータ構造である。このマップは、以下に説明するサブフレーム形成部により定められる制御用として設けられた領域（例えば、ＭＡＰ、レンジング（ranging）、ＣＱＩＣＨ、ＡＣＫ等）及びトランスポート・トラフィック用の領域（例えば、データ・バースト（burst））を有する。

ＤＬサブフレームの場合には、サブフレーム・リソース・マップは、ゾーンの階層的マップ及びサブフレーム形成部によりサブフレームのために定められたゾーン内のバーストを有する。また、割り当てのようなＭＡＰメッセージの構成は、バースト・マップ部により追跡されるべきである。ＤＬの場合には、ＭＡＰ ＩＥの内容の大部分は予め定められる。しかしながら、バースト・マップ部がバースト内の割り当てを行うとき、バースト・マップ部はサブフレーム・リソース・マップに含まれるＭＡＰ ＩＥ内のＣＩＤリストを更新する。

ＵＬサブフレームの場合には、サブフレーム・リソース・マップは、サブフレームのために定められたゾーンの階層的マップを有する。また、ＵＬ ＭＡＰメッセージを有するＤＬサブフレーム・リソース・マップの一部にアクセス可能である。バースト・マップ部がバーストの割り当てを行うとき、バースト・マップ部は、ＭＡＰ ＩＥをＤＬサブフレーム・リソース・マップに含まれるＵＬ ＭＡＰに挿入するとともに、適切なデータ・ゾーンの使用を更新する。

（ｖｉ）サービス・フロー管理部
サービス・フロー管理部は、サービス・フローの許可及び起動を管理する。該管理は、許可制御アルゴリズムを用いて実行される。スケジューラに関するサービス・フロー管理部の主要な機能は、局管理部にアクティブなサービス・フローの追加、変更又は削除を通知することである。

サービス・フロー管理部は、フロー許可制御を担う。許可制御アルゴリズムは局管理部又はコネクション・スケジューラからの、余剰無線資源の可用性についてのフィードバックを要求してもよい。サービス・フロー管理部は、サービス・フロー毎に設定されるＱｏＳパラメータの設定を決定し管理する。次に、サービス・フローが起動したときに、サービス・フロー管理部は、局管理部にこれらの値を通知する。

（ｖｉｉ）サブフレーム決定部
サブフレーム決定部は、サブフレームのレイアウトを定め、サブフレーム構築部のサブフレーム・リソース・マップ内に格納する。サブフレーム決定部は、以下を含む制御メッセージ用にリソースを用意しておく。
−ＤＬサブフレーム内のＦＣＨ／ＭＡＰ
−ＵＬサブフレーム内のＣＱＩＣＨ、ＡＣＫＣＨ、レンジング
サブフレーム決定部は、ＰＨＹ層により用いられるべき他の領域も用意する。例えば、サウンディング・ゾーン、ＰＡＰＲ低減又はギャップ・ゾーン（ＤＩＵＣ又はＵＩＵＣ１３）である。システム全体のリソースの使用の調整を担うネットワーク管理エンティティと連動して、サブフレーム決定部は、ＤＬ及びＵＬサブフレーム内のゾーンの数及び位置も定める。最後に、ＤＬゾーン内で、サブフレーム決定部は、バースト・マップ部が割り当てを開始する前に、バースト・マップ部がリソースの割り当てを開始し空のＣＩＤリストを有するＤＬ ＭＡＰ ＩＥを含むＭＡＰメッセージを構成する前に、バーストのレイアウトを定める。

サブフレーム決定部は、サブフレーム・リソース・マップをフレーム毎に監視するか又はバースト・マップ部と通信しバースト、ゾーン及びサブフレームの現在の使用を決定し、局所的な変化を生成するか又はネットワーク管理エンティティへ起こり得るシステム全体の達成すべき変化について報告する。従って、ＤＬの場合には、このレイアウトは、サブフレーム内のバーストの現在の使用の監視及びＤＣＤメッセージ内に定められたバースト・プロファイルのリストに基づき動的に調整されうる。

（ｖｉｉｉ）ＦＦＲ管理部
図１１は、分割周波数再利用（ＦＦＲ）に対応するＤＬサブフレームの構成を示す。「リユース３」と「リユース１」ゾーンとの間のゾーン切り替え点が図１１に示すようにネットワーク全体を通じて調整され、それによりサブフレーム決定部がネットワーク管理エンティティと連動してリユース３とリユース１のゾーン遷移点を設定することが期待される。ＦＦＲ管理部の役割は、局管理部のゾーン割り当て機能により用いられる閾を最適に選択し、ＭＳが「Ｒ３」又は「Ｒ１」ゾーンのどちらに割り当てられたかを決定することである。これは、システムが図１１に示すような最適な動作領域で動作することを可能にする。ゾーン割り当てアルゴリズム及び閾計算アルゴリズムに関する更なる詳細を以下に説明する。

＜ＰＤＵ生成部のＬＭＡＣスケジューリングの構成要素の説明＞
ＷｉＭＡＸのＢＳスケジューラ及びＰＤＵ生成部の主要な構成要素を以下に詳細に説明する。

（ａ）局管理部
局管理部は、３つの機能及び多数のデータ構造を有する。これらを以下の区分に分けて説明する。

（ａ１）ＭＳ状態データ構造
この構造は、ＭＳに特有であるがＭＳのコネクション（又はサービス・フロー）の全てに適用されるパラメータの現在の状態を維持する。パラメータを以下に示す。

ＭＳ状態データ構造は、アクティブなコネクション毎にＣＩＤ状態オブジェクトも有する。

ＢＳ及びＭＳのＰＨＹ層は、物理ＣＩＮＲレポートのみに対応してもよく（Ｗａｖｅ１）、追加で実効ＣＩＮＲレポートに対応してもよい（Ｗａｖｅ２）。ＭＳ状態データ構造は、物理ＣＩＮＲだけでなく、物理ＣＩＮＲ測定値又は実効ＣＩＮＲ測定値のどちらかを有するよう拡張されうる。

（ａ２）ＣＩＤ状態データ構造
このデータ構造は、ＭＳのコネクション（又はサービス・フロー）に特有なパラメータの現在の状態を維持するために用いられる。パラメータを以下に示す。

最大許容ＳＤＵ待ち時間（Maximum Allowed SDU Latency）は、ＱｏＳパラメータ・セットの中に設定された最大待ち時間（Maximum latency）に基づき計算される。最大待ち時間（Maximum latency）はＣＳピア・ツー・ピアの待ち時間である。従って、最大許容ＳＤＵ待ち時間（Maximum Allowed SDU Latency）はＳＤＵのスケジューリングとＣＳピアでの到着との間の特別遅延を考慮に入れる必要がある。局管理部は、最大許容ＳＤＵ待ち時間（Maximum Allowed SDU Latency）のこの計算を行う。

（ａ３）ＭＳ／ＣＩＤ状態更新
本機能は、ＭＳ状態（MS Status）及び関連するＣＩＤ状態（CID Status）のデータ構造をイベントに基づき更新する。更新を生じさせるイベントを以下に示す。

（ａ４）ＣＱＩレポート・イベント
パイロットＣＩＮＲについてのＣＱＩレポートが受信されると、平均パイロットＣＩＮＲ（Average Pilot CINR）が更新される。更新に用いられる式を次に示す。

ここで、ＣＩＮＲａｖ［ｋ］はフレームｋ内の平均パイロットＣＩＮＲであり、ＣＩＮＲ［ｋ］はフレームｋ内のパイロットＣＩＮＲであり、βは適切に設定されるべき忘却因子である。

比例公平アルゴリズムにより用いられる平均ＣＩＮＲが適切であることを保証することを目的として、βの最適な設定に達するためにシミュレーションを用いる。平均ウインドウが長すぎる場合、比例公平アルゴリズムはラウンドロビンのようになり、如何なるスペクトル効率の利益も提供しない。一方で、平均ウインドウが短すぎる場合、比例公平アルゴリズムは最大Ｃ／Ｉのようになり、如何なる公平さも提供しない。

（ａ５）許可／ポーリング割り当ての成功イベント
許可の成功の場合には、最後の許可時間（Last Grant Time）は現在時刻に等しく設定される。ＳＤＵバッファ・サイズ（SDU Buffer Size）又は要求ＢＷ（Requested BW）は割り当てられたＳＤＵバイト数だけ減じられる。サービスが設定されたアンソリシテッド・グラント・インターバル（Unsolicited grant interval）を有する場合、次の許可時間（Next Grant Time）が現在時刻とアンソリシテッド・グラント・インターバルの和に基づき設定される。最後に、サービスが設定された次のポーリング時間（Next Poll Time）を有する場合、該次のポーリング時間が現在時刻とアンソリシテッド・ポーリング・インターバル（Unsolicited Polling Interval）の和に基づき設定される。ポーリング割り当ての成功の場合には、次のポーリング時間（Next Poll Time）は現在時刻とアンソリシテッド・ポーリング・インターバルの和に等しく設定される。

（ａ６）ゾーン配置（ＦＦＲ）
プリアンブルＣＩＮＲレポートが受信されたときは常に、ゾーン割り当て機能がＭＳ／ＣＩＤ更新機能により呼び出される。ゾーン割り当て機能の動作は、ＭＳがリユース１又はリユース３のゾーン内に配置されているかに依存する。

ここでは、ＣＩＮＲ１は再利用構成１のためにプリアンブルに対して行われたＣＩＮＲ測定値を表すために用いられる。またＣＩＮＲ３は再利用構成３のためにプリアンブルに対して行われたＣＩＮＲ測定値を表す。

（ａ７）リユース３の動作
ＭＳがリユース３ゾーンに現在割り当てられている場合、ゾーン割り当て機能は、ＣＩＮＲ１リポートがＲ１／Ｒ３遷移閾より上かどうかを調べる。閾より上の場合、ゾーン割り当て機能は、ＣＩＤをＲ１ゾーンに割り当てる。閾より上でない場合、コネクションはＲ３ゾーンのままである。次に、ゾーン割り当て機能は、ＰＨＹ層をスケジューリングし、ＣＩＮＲ１の次の周期的チェックを実行する。

（ａ８）リユース１の動作（ＣＩＮＲ１レポートの受信）
リユース１ゾーンの場合、ゾーン割り当て機能は、ＣＩＮＲ１リポートがＲ１／Ｒ３遷移閾より下かどうかを調べる。閾より下の場合、ゾーン割り当て機能は、ＣＩＮＲ３の測定値を要求する。閾より下でない場合、コネクションはＲ１ゾーンのままである。次に、ゾーン割り当て機能は、ＰＨＹ層をスケジューリングし、ＣＩＮＲ１の次の周期的チェックを実行する。

（ａ９）リユース１の動作（ＣＩＮＲ３レポートの受信）
ＣＩＮＲ３レポートがＣＩＮＲ１レポートより高い場合、ゾーン割り当て機能は、ＣＩＤをＲ３ゾーンに割り当てる。次に、ゾーン割り当て機能は、ＰＨＹ層をスケジューリングし、ＣＩＮＲ１の次の周期的チェックを実行する。レポートを得る１つの可能性は、ＣＩＮＲ１レポートのためにＣＱＩＣＨを介して周期的ＣＱＩレポートを設定することである。次に、ＲＥＰ−ＲＥＱ／ＲＳＰは、要求に応じてＣＩＮＲ３レポートを得るために利用されうる。

（ａ１０）バースト・プロファイル割り当て
パイロットＣＱＩレポートが受信されたときは常に、バースト・プロファイル割り当て機能がＭＳ／ＭＳ／ＣＩＤ更新機能により開始され、ＭＳコネクションのために適正なバースト・プロファイル割り当てを行うことを保証する。Ｗａｖｅ１ではＭＳはパイロット・サブキャリアについての物理ＣＩＮＲ測定のみに対応しているので、バースト・プロファイル割り当てアルゴリズムはこのメトリックを利用する。
バースト・プロファイル割り当て機能は、物理ＣＩＮＲの検索テーブルの使用に基づき、アクティブなバースト・プロファイルのリストから最適なバースト・プロファイル・フォーマットを定める。バースト・プロファイルのＣＩＮＲへのマッピングがチャネル・タイプと共に変化することが期待されるので、多数の検索テーブルが必要とされるだろう。

（ｂ）ＦＦＲ管理部
ＦＦＲ管理部の役割は、システムのスペクトル効率を最大化することである。一般に、図１１に示すように、システムの効果的なスペクトル効率は実効再利用係数と共に変化すると期待される。

通常、ＩＥＥＥ８０２．１６システムのＯＦＤＭＡフレームは、リユース３ゾーンから開始する。これは、リユース３ゾーンがフレームのプリアンブルのための伝送モードとして定められているからである（図３及び１０を参照）。ＦＦＲ管理部は、局管理部内のゾーン割り当て機能により用いられる最適なＲ３／Ｒ１（リユース３／リユース１）遷移ＣＩＮＲを選択し、ＯＴＡ（over-the-air）スループット（つまり、ＰＨＹ層へ送信されるペイロードのビット数）を最大化することによりスペクトル効率を最大化するようにする。

閾が低すぎる場合、全てのユーザはリユース１ゾーンになる。干渉は、セクタ端周辺の何人かのユーザに生じ、ＣＩＮＲを低下させる。これにより、バースト・プロファイルは非常に強靱に設定され、結果としてスループットが低下する。反対に、閾が高すぎる場合、全てのユーザはリユース３ゾーンになる。これは全てのユーザにリンク・レベルで最良のスループットを保証するが、割り当てに利用可能なスロット数は、前者の場合に利用可能なスロット数の３分の１である。従って、システムのスループットは妥協される。従って、ＯＴＡの閾を調整の影響を監視すること及び単純な傾斜降下に基づくアルゴリズムを用いることにより、ＦＦＲ管理部が遷移点を最適に調整することが可能になる。

（ｃ）コネクション・スケジューラ
ＱｏＳ要件が確実に満たされるために、コネクション・スケジューラは、ＵＧＳサービス・タイプに割り当てられたコネクションを考慮することから開始し、次にリアルタイム、拡張リアルタイム、非リアルタイムのサービス・タイプに割り当てられたコネクションへ進み、最後にベストエフォート・サービス・タイプへ進む。

サービス・タイプ毎に、コネクション・スケジューラは、ＱｏＳパラメータ・セットに対して現在のＱｏＳメトリック（Current QoS Metrics）を分析することにより、コネクションがフレーム内でスケジューリングされるべきかどうかを決定する必要がある。サービス・タイプ毎にこれを決定するアルゴリズムを以下で検討する。本説明は、先ず下り回線コネクション・スケジューラに焦点を当て、上り回線コネクション・スケジューラの場合との相違を強調する。

コネクション・スケジューラが、フレーム内でコネクションをスケジューリングする必要がないが、利用可能なリソースが存在するならば該コネクションに帯域幅を許可しうると決定した場合、残りのコネクションの要件が検討されるまで、該コネクションは保留される。該コネクションが他の全ての後に検討されるべきか否かを決定する方法に関する詳細を以下に説明する。

留意すべき点は、ＤＬの全てのコネクションでは、該コネクションのＳＤＵバッファ・サイズ（SDU Buffer Size）がゼロであるか又は該コネクションがスリープ状態であり現在のフレームが傾聴ウインドウではなく、従って該コネクションがスケジューリングされないことである。同様に、ＵＬでは、要求ＢＷ（Requested BW）がゼロであり且つコネクションがアンソリシテッド・グラント若しくはポーリングを発行されない又はＤＬ用に記述された同一のスリープ条件が存在する場合、コネクションはスケジューリングされない。

ＥＲＴ、ＮＲＴ又はＢＥコネクションで受信される競合型のＣＤＭＡ帯域幅要求の場合には、リソースの予約とＣＤＭＡ＿Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ＿ＩＥのＵＬ ＭＡＰへの挿入は、コネクション・スケジューラとは別個に解決される。ＣＤＭＡ＿Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ＿ＩＥのためのリソース割り当ては、バースト・マップ部がスケジューリングされたコネクションにリソースを割り当てる前に行われる。留意すべき点は、フレーム当たりの最大コネクション数も、ＭＡＣ層のリソース限界に従って設定されることである。

コネクション・スケジューラは、冒頭で概略を説明した種々のサービス・クラスのコネクションを以下のように処理する。

（ｃ１）UGS
ＵＧＳサービス・タイプに割り当てられたコネクションは、コネクションをスケジューリングするか否かの決定に関連する以下のＱｏＳパラメータを設定される。
−許容ジッタ（Tolerated jitter）
−最大待ち時間（Maximum latency）
−要求／伝送ポリシー（Request/Transmission policy）
−アンソリシテッド・グラント・インターバル（Unsolicited grant interval）
コネクション・スケジューラは、次の許可時間（Next Grant Time）がサブフレーム内か（又は期限切れか）又はコネクションがフレーム内にスケジューリングされていない場合に最大許容ＳＤＵ待ち時間（Maximum Allowed SDU Latency）を超過しているかを調べる。結果が肯定的な場合、コネクションをそのフレーム内でスケジューリングすることが検討される。これらのイベントの何れも生じない場合、コネクションは現行フレーム内にスケジューリングされない。

全てのＵＧＳコネクションの検討が終了すると、現行フレームにスケジューリングされたコネクションは、以下に示す最後の許可時間（Latest Grant Time）に基づきランク付けされる。
Latest Grant Time=min(Next Grant Interval+Tolerated jitter,Next Grant Interval+Max.Allowed SDU Latency-Current Max.SDU Latency)
ランク付けは、最後の許可時間（Latest Grant Time）の昇順である。

ＵＬの場合、ＳＤＵ待ち時間は、ＣＩＤ状態の中のＦＬフィールドを介して得られる。ＦＬが最大許容ＳＤＵ待ち時間（Max Allowed SDU Latency）と等しいか又はそれより大きい場合、コネクションはそのフレーム内にスケジューリングされる。

（ｃ２）リアルタイム（ＲＴ）サービス
ＲＴサービス・タイプに割り当てられたコネクションは、コネクションをスケジューリングするか否かの決定に関連する以下のＱｏＳパラメータを設定される。
−最大待ち時間（Maximum latency）
−最低保証トラフィック・レート（Minimum reserved traffic rate）
コネクション・スケジューラは、コネクションがそのフレーム内にスケジューリングされていない場合に、ＳＤＵ待ち時間（SDU Latency）を超過しているか（つまり、Maximum Allowed SDU Latency−Current Maximum SDU Latency<フレーム期間か）を調べる。結果が肯定的な場合、コネクションをそのフレーム内でスケジューリングすることが検討される。また、コネクションがそのフレーム内にスケジューリングされていない場合、次式を用いて現在の最小レート（Current Minimum Rate）を計算することにより、最低保証トラフィック・レートが満たされるかも調べる。
Current Minimum Rate=Last Grant Size/(Next Frame Time-Last Grant Time)
Current Minimum Rate<Minimum reserved traffic rateの場合に、コネクションがスケジューリングされる。いずれの条件も満たされない場合、残りのサービス・クラスの検討が終了した後に、コネクションは再検討される。ＵＬの場合には、ＢＳは、アンソリシテッド・ポーリング・インターバル（Unsolicited Polling Interval）に基づき定期的なポーリング機会を提供する必要がある。これに対応するため、次のポーリング時間（Next Poll Time）がそのフレーム内にスケジューリングされた（又は期限切れの）場合、コネクション・スケジューラはコネクションをスケジューリングする。ＢＳも、ＵＬの場合と同様に、最低保証トラフィック・レート（Minimum reserved traffic rate）が満たされることを保証する必要がある。従って、ＵＬでも、Current Minimum Rate<Minimum reserved traffic rateの場合に、コネクションがスケジューリングされる。

（ｃ３）拡張リアルタイム（ＥＲＴ）サービス
ＥＲＴサービス・タイプに割り当てられたコネクションは、コネクションをスケジューリングするか否かの決定に関連する以下のＱｏＳパラメータを設定される。
−最大待ち時間（Maximum latency）
−許容ジッタ（Tolerated jitter）
−最低保証トラフィック・レート（Minimum reserved traffic rate）
−アンソリシテッド・グラント・インターバル（Unsolicited grant interval）
ＵＧＳ及びＲＴについて上述したのと同一のメカニズムを用い、許可インターバル、待ち時間及び最低レートに基づき、コネクションをスケジューリングするかを決定する。更に、選択したコネクションは、ＵＧＳに用いられる基準に基づきランク付けされる。条件の何れも満たされない場合、コネクションはそのフレーム内にスケジューリングされない。

ＵＬの場合には、コネクション・スケジューラは、ＵＧＳ及びＲＴについて上述したのと同一のメカニズムを用い、インターバル又はレートに基づきコネクションをスケジューリングするかどうか決定する。留意すべき点は、ＵＬの場合には、ＥＲＴはポーリング機会を提供せず、常に許可を与えることである。許可は追加の帯域幅を要求するために用いられる。

（ｃ４）非リアルタイム（ＮＲＴ）サービス
ＮＲＴサービス・タイプに割り当てられたコネクションは、コネクションをスケジューリングするか否かの決定に関連する以下のＱｏＳパラメータを設定される。
−最低保証トラフィック・レート（Minimum reserved traffic rate）
ＲＴの場合と同一のメカニズムが用い、コネクションを最低レート保証に基づきスケジューリングするかどうかを決定する。条件が満たされない場合、残りのサービス・クラスの検討が終了した後に、コネクションは再検討される。ＵＬでは、コネクション・スケジューラはポ―リング機会を提供するが、ポーリングのレートは１秒程度である。従って、ＵＬの場合には、コネクションは要求に応じてスケジューリングされ、最低レートの要件又は次のポーリング時間が満たされること（若しくは期限切れ）を保証する。

（ｃ５）ベストエフォート（ＢＥ）サービス
ＢＥに割り当てられたコネクション並びにＲＴ及びＮＲＴに割り当てられた、ＱｏＳの要求を満たすためにスケジューリングされなかったコネクションが最後に検討される。前述のメカニズムは結果として最低ＱｏＳ要求を満たすようリソースを割り当てるので、残りのリソースは、スペクトル効率を最大化すると同時に、残りのリソースの部分の割り当てをある程公平に度維持するように割り当てられる。

これを行う前に、コネクション・スケジューラは、以上にサービス・クラスと関連して概要を説明したメカニズムによってスケジューリングされた全てのＲＴ及びＮＲＴコネクションを、残りのコネクションのリストに追加する。これは、最初にＱｏＳを保証するために必要な最低リソースを割り当てるＰＤＵ形成部の動作を支援することである。これが行われると、コネクション・スケジューラは、残りのリソースを割り当ててスペクトル効率を最大化する。従って、既に最小値を割り当てられたＲＴ及びＮＲＴコネクションは、スケジューリングされていないコネクションが検討されるのと同一の方法で、許可サイズを増大させるために再検討されうる。

次に、コネクションのリストは、例えば均等に公平な基準を用いて格納される。最初の段階は、リストｉの中の各コネクションに対しコネクションの重みを計算することである。
Wi=Last recorded CINR/(Averaged CINR)
次に、コネクションはＷｉの降順に格納される。多くのコネクションの重みが同一の範囲内にある場合に公平さを維持することを保証するために、コネクション・スケジューラは最後の許可時間（Last Grant Time）に基づきこれらのコネクションのリストを任意的にソートする。ＵＬでは、同一のメカニズムを用い、残りのコネクションをスケジューリングするか否かを決定する。

上述のスケジューリングされていないコネクションをソートするメカニズムは、特定の用途に好適なように、システム・オペレータにより置き換えられてよい（又は該メカニズムの基準を変更されてよい）。

（ｃ６）他のタスク
各サービス・タイプが検討されると、コネクション記述子（Connection Descriptors）のリストが構築される。これは順序付けられたリストであり、最上位のＵＧＳコネクションの記述子で開始し、厳格な順序でＲＴ、ＥＲＴ、ＮＲＴコネクションの記述子が続く。次に、格納されたＢＥコネクションのリストがコネクション記述子のリストに追加され、サブフレーム形成部へ供給されるコネクション記述子の完全なリストを形成する。ところで、あるシステムでは、順序付けられたリストの中でＥＲＴをＲＴより優先して扱うことが望ましい。

コネクション記述子（Connection Descriptors）は、以下の情報を有する。
−ＣＩＤ状態（CID Status）へのポインタ（従って、パラメータがアクセスされうる。）
−スケジューリングの理由：許可インターバル（Grant Interval）、待ち時間（Latency）、最低レート（Min Rate）、なし、（ＵＬでのポーリング）。

アルゴリズムはＱｏＳパラメータ・セット内のサービス・タイプ（Service Type）及びスケジューリングの理由に依存するので、スケジューリングの理由は、そのＣＩＤの許可サイズ（Grant Size）を計算するために用いる方法を決定するためにバースト・マップ部により用いられる（更なる詳細は以下の「バースト・マップ部」の個所で説明する）。理由「なし」は、フレーム内のコネクションのスケジューリングを生じさせる如何なる最低ＱｏＳ要件も存在しないことを示す。

（ｄ）バースト・マップ部
バースト・マップ部は、コネクション・スケジューラにより供給されたコネクション記述子（Connection Descriptors）のリストを順々に捜索する。割り当てられＰＤＵ形成部に送信されたＰＤＵサイズに到達しＭＡＰ ＩＥを更新（又はＵＬの場合には生成）するために、バースト・マップ部は以下のアルゴリズムをコネクション毎に実行する。
１ （割り当てられたバースト・プロファイルを有するバースト用に割り当てられたゾーン内の捜索に基づき）コネクションのための対象バーストの位置を決める。（注意：バースト当たり２５６個のコネクションの制限が守られなければならない。）
２ バーストが見付かると、スロット内の最大残りリソースを決定する。
３ 利用可能なスロット及び割り当てられたバースト・プロファイル・フォーマットに基づき、最大許容ＰＤＵ割り当てを計算する。
４ 適切なアルゴリズムを用い、（以下に説明するように）サービス・クラスに基づき実際のＰＤＵサイズを決定する。留意すべき点は、割り当てられたサイズがＳＤＵバッファ内に残っているＳＤＵの量又は対象バースト内で利用可能なリソースの量の最小値を決して超えないことである。ＵＬの場合には、非ＵＧＳコネクションの場合に要求されたＢＷの量を超えない（留意すべき点は、割り当てがポーリングのためである場合には、如何なる要求されたＢＷも突出していないので、割り当ては６バイトになることである）。また、バースト・サイズは、フラグメント化及び／又はパッキングを防ぎうるのでコネクションのために設定された要求／伝送ポリシーを考慮しなければならない。この場合には、バースト・マップ部は、次のＳＤＵのサイズを決定し、これを用いて割り当てサイズを制限しなければならない。

許可サイズ（Grant Size）がコネクション毎に決定されると、ＭＡＰメッセージは適切に更新される。ＤＬでは、バーストを記述するＩＥは、コネクションのＣＩＤを含むように更新される。ＵＬでは、このコネクションがスケジューリングされた最初のコネクションである場合に、ＩＥはＵＬ ＭＡＰに挿入される。このコネクションがスケジューリングされた更なるコネクションである場合には、ＩＥに記録された割り当てサイズは、（ＵＬではＭＳ当たり１つのＩＥしかないので）許可サイズ（Grant Size）だけ増加される。上述の終了条件のいずれも満たされない場合、バースト・マップ部は、コネクション記述子（Connection Descriptors）のリストの処理を終了する。より詳細には、バースト・マップ部は以下のように異なるサービス・クラスのコネクションを処理する。

（ｄ１）UGS
ＵＧＳコネクションは、その許可インターバル又はＳＤＵ待ち時間を超過しそうであることを理由にスケジューリングされている。前者の理由の場合には、許可サイズ（Grant Size）は最大持続的トラフィック・レート（Maximum sustained traffic rate）（最小値に等しい）及びアンソリシテッド・グラント・インターバル（Unsolicited grant interval）から計算されうる。
Grant Size=Traffic Rate*Unsolicited grant interval
後者の理由でコネクションがスケジューリングされた場合、許可サイズ（Grant Size）は待ち時間の要件を超過しそうなＳＤＵに含まれているデータの量（つまり、最大遅延を経験するＳＤＵ内のバイト数（Number of Bytes in SDUs Experiencing Maximum Delay）のサイズとパッキングに対応するために必要なサブヘッダの和）（複数のＳＤＵがスケジューリングされる場合には、最大遅延を経験するＳＤＵの数（Number of SDUs Experiencing Maximum Delay）の値）と等しい。

選択したバーストがこのサイズの許可に対応できない場合、バースト・マップ部は、割り当てが行われうる別の適切なバーストの位置を決めようと試みる。如何なるバーストも見付からない場合、許可サイズ（Grant Size）は、全ての可能な対象バースト内で見付かった最も大きい最大許容ＰＤＵサイズに合うように調整される。ＵＬの場合、同一の方法が用いられる。しかしながら、ＳＩビットがＣＩＤ状態（CID Status）内に設定されている場合、ＢＳは許可サイズ（Grant Size）の１０１％を割り当てることにより過剰に割り当てる。

（ｄ２）リアルタイム（ＲＴ）サービス
ＲＴコネクションは、そのＳＤＵ待ち時間を超過しそうであること又は最低保証レートが満たされないことを理由にスケジューリングされている。前者の理由である場合、許可サイズ（Grant Size）は上述と同様に計算される。後者の理由である場合、サイズは最低及び最大レートの要件を満たすことを保証する必要がある。従って、許可は以下により区切られる。
Minimum reserved traffic rate*(現在時刻−Last Grant Time)<Grant Size<Max Sustained Traffic Rate*(現在時刻−Last Grant Time)
先ず最低ＱｏＳ要件を維持するために、この段階で、許可サイズ（Grant Size）が設定され、最低保証トラフィック・レート（Minimum reserved traffic rate）の要件を満たすことを保証する。次に、残りのサービス・タイプが更なる帯域幅の割り当てのために検討された後に、コネクションが再び検討される。ＵＬでは、コネクションは、最低保証トラフィック・レート（Minimum reserved traffic rate）が満たされない又はアンソリシテッド・ポーリング・インターバル（Unsolicited Polling Interval）が終了することを理由にスケジューリングされている。前者の場合、同一の方法を利用して、許可サイズを計算する。後者の場合、許可サイズ（Grant Size）は、（ＢＷ要求ヘッダ（BW Request Header）を送信可能にするため）６バイトに等しく設定される。留意すべき点は、追加のＢＷはＢＥサービスの場合に以下に説明するメカニズムで割り当てられてよい。

（ｄ３）拡張リアルタイム（ＥＲＴ）サービス
ＥＲＴコネクションは、その許可インターバル、ＳＤＵ待ち時間を超過しそうであること又は最低保証レートが満たされないことを理由にスケジューリングされている。最初の２つの場合のいずれかの場合には、ＵＧＳの場合に説明したメカニズムを利用して許可サイズを計算し、その他の場合にはＲＴについてのレートのためのメカニズムを利用する。

ＵＬの場合には、ＥＲＴコネクションは、許可インターバル又は最低レートの要件によりスケジューリングされる。ＵＬの場合にＵＧＳ及びＲＴについて既に説明した適切なメカニズムが利用される。

（ｄ４）非リアルタイム（ＮＲＴ）サービス
ＮＲＴコネクションは、スケジューリングされていない限り、最低保証レートが満たされないことを理由にスケジューリングされている。従って、許可サイズ（Grant Size）は以下により計算される。
Grant Size=Minimum reserved traffic rate*(現在時刻−Last Grant Time)
ＵＬでは、最低保証レートの要件によりスケジューリングされ、この場合には同一のメカニズムを用いて許可サイズ（Grant Size）を決定する。或いは、ポーリング・インターバルの要件によりスケジューリングされる場合には、ＲＴについて上述した理由で６バイトが割り当てられる。

（ｄ５）ベストエフォート（ＢＥ）サービス及び「理由なし」
キューの最後のＢＥコネクション並びにＲＴ及びＮＲＴコネクションは、留保しているデータがなく如何なるＱｏＳ要件も既に満たされていることを理由に、スケジューリングされる。バースト・マップ部は、残りのコネクションを捜索し、許可（又はＵＬの場合にはポーリング割り当てのみ）が未だ行われていない場合にはそのコネクションに対し最大の許可割り当てを行うことを試みる。許可（又はＵＬの場合にはポーリング割り当てのみ）が既に行われている場合（ＲＴ及びＮＲＴコネクションの場合に起こりうる）、バースト・マップ部は、それらのコネクションの割り当てのサイズを可能な限り最大まで増大させることを試みる。ＲＴ及びＮＲＴの場合には、最大可能許可は最大持続的トラフィック・レート（Maximum sustained traffic rate）により次のように定められる。
Grant Size=Maximum sustained traffic rate*(現在時刻−Last Grant Time)
ＢＥの場合には、このパラメータが設定されていない場合、バースト・マップ部は、以上に外車区を説明した限度を考慮して可能な最大ＰＤＵサイズを用いる。

＜まとめ＞
「主要な」構成要素、構成要素である機能及びデータ構造、「主要な」構成要素間及びスケジューラ又はＰＤＵ形成部の一部とは見なされない他の構成要素間の相互作用の詳細な説明で、ＷｉＭＡＸ基地局の低位ＭＡＣスケジューラ及びＰＤＵ形成部のシステムの高レベルのアーキテクチャを説明した。

サブシステムの設計は、アクティブなコネクションに対して設定されたＱｏＳ要件が満たされると共に、自己最適化部分周波数再利用と比例公平スケジューリングとの組み合わせを通じてシステム全体のスペクトル効率を最大化することを保証する。上述の実施例では、これは、各局が最も適した再利用ゾーンに適正に割り当てられることを保証することにより、及び無線リソースをコネクションに割り当てて最低ＱｏＳが最初に満たされることを保証することにより、達成される。次に、残りの無線リソースが、比例公平基準に基づき割り当てられる。しかしながら、比例公平は残りのリソースを割り当てるためにのみ可能なアルゴリズムではない。別の可能な手法は、各コネクションのＣＩＮＲのみに基づいて割り当てることである。この場合、例えばサービス・クラスをコネクションに割り当てるときに、「公平さ」はＱｏＳレベルで提供される。

サブシステムは幾らか複雑であるように見えるが、これは最低ＱｏＳ要件を満たすことを保証する解決策に特有のものである。しかしながら、全ての構成要素である機能及びアルゴリズムの設計は、単純且つ良好に構成され、サブシステムを実施するために必要な処理能力の量を制限するという狙いを有する。

上述の説明は、例としてＳＩＳＯ無線通信システム、つまりＢＳの単一のアンテナがＳＳの単一のアンテナと信号を交換するシステムを参照した。しかしながら、ＭＩＭＯシステムも本発明のサブシステムを用いることができる。ＭＩＭＯシステムでは、複数のアンテナ（及び関連する受信機回路）がコネクションの各端に存在する。

本発明の実施例は、ハードウェア、又は１つ以上のプロセッサで若しくはそれらの組み合わせで作動するソフトウェアモジュールとして実施されてよい。つまり、当業者は、上述のサブシステムの動作の一部又は全ての機能を実施するために、マイクロプロセッサ又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が実際に使用されてよいことを理解するだろう。本発明はまた、本願明細書に記載された方法の一部又は全てを実行する、１つ以上の素子又は装置のプログラム（例えば、コンピュータプログラム及びコンピュータプログラム製品）として実施されてよい。このような本発明を実施するプログラムは、コンピュータ可読媒体に格納されてよく又は例えば１つ以上の信号の形式であってよい。このような信号は、インターネットウェブサイトからダウンロード可能な若しくは搬送信号により提供される又は任意の他の形式のデータ信号であってよい。

本発明は、フレーム内に含まれるデータ・パケットを交換することにより基地局が加入者局と通信する無線通信システムに関する。フレームは、特定の時間期間及び周波数範囲を占有する。各フレームは基地局から加入者局への下り回線サブフレーム、及び加入者によりデータを基地局へ送信するために用いられる上り回線サブフレームを有する。各サブフレームは複数のゾーンを有し、各基地局はゾーン内で関連する加入者局へパケットを送信することにより加入者との複数の同時のコネクションを有する。ゾーンは、加入者が同一の基地局によりサービスを提供される異なるセル内に位置する場合に周波数再利用を可能にする。更に、各コネクションは、多かれ少なかれシステム内のリソースを要求する関連するサービス・レベルを有する。

本発明を実施する基地局は、パケットのスケジューリング及び部分周波数再利用管理を提供するサブシステムを有する。当該基地局は：各コネクションを介して加入者局から送信されたパケットを受信する手段；先ずサービス・レベルを達成するために現行の下り回線サブフレーム内でスケジューリングされる必要のあるタイムクリティカルなコネクションを決定し、次に依然として利用可能なリソースを用いて該サブフレーム内でスケジューリングできる非タイムクリティカルなコネクションを決定し、次に非タイムクリティカルなコネクションの優先順位を割り当てることにより、該サブフレーム内のパケット・スケジューリングを行う手段；及び加入者局からの信号レベルと可変閾との間の比較に基づき各コネクションにゾーンを割り当てることにより、当該基地局からの送信に利用可能な利用可能周波数の部分周波数再利用を実行する手段；を有する。

スケジューリング中に非タイムクリティカルなコネクションに与えられる優先順位は、システム・オペレータにより設定されたパラメータにより支配されてよい。一方、タイムクリティカルなコネクションを決定するために用いられるサービス・レベルは、システムの標準に設定される。部分周波数再利用に用いられる閾は、特定のセル内の加入者に最適なリユース３／リユース１遷移を提供するよう選択される。

以上にＩＥＥＥ８０２．１６無線通信システムが例として記載されたが、本発明は、プロトコル・スタックのＭＡＣ層でパケット・スケジューリングが必要とされる他の通信システムにも適用されてもよい。

Claims (17)

1. 無線通信システムの基地局で用いられるモジュールであって、
   当該無線通信システムでは少なくともデータのパケットが当該基地局から複数の加入者局へ送信され、
   当該基地局は、前記加入者局とのコネクションを定め、
   各コネクションは、複数のサービス・クラスのうちの１つを有し、
   各サービス・クラスは関連するＱｏＳを有し、
   当該モジュールは、所定の単位時間内で利用可能なシステムのリソースを少なくとも一部の前記コネクションに割り当て、
   当該モジュールは：
   前記コネクションの前記ＱｏＳ要件に応じて、該コネクションのＱｏＳを達成するために前記所定の単位時間内でスケジューリングされる必要のあるコネクションを決定する第１段階のスケジューリング手段；
   前記スケジューリングされる必要のあるコネクションにリソースを割り当てた後に依然として利用可能なリソースを用いて、前記所定の単位時間内でスケジューリングできる他のコネクションを決定し、ＱｏＳ以外の要件に基づき該他のコネクションの優先順位を割り当てる第２段階のスケジューリング手段；及び
   前記第１段階のスケジューリング手段及び前記第２段階のスケジューリング手段により行われた決定に従いリソースを少なくとも一部の前記コネクションに割り当てるリソース割り当て手段；
   を有するモジュール。
2. 前記第１段階のスケジューリング手段及び前記第２段階のスケジューリング手段のそれぞれは、コネクション記述子のリストを出力する、
   請求項１記載のモジュール。
3. 前記第１段階のスケジューリング手段により出力された前記コネクション記述子のリストは、サービス・クラスに基づく優先度の順で構成される、
   請求項２記載のモジュール。
4. 前記第２段階のスケジューリング手段により出力された前記コネクション記述子のリストは、リソースを割り当てるためによく使われる順によってランク付けされる、
   請求項２記載のモジュール。
5. 前記のコネクション記述子の複数のリストを単一のリストに結合し、結合した該リストを前記リソース割り当て手段に供給する手段、
   を更に有する請求項２記載のモジュール。
6. 前記所定の単位時間はフレームであって、該フレームは複数のバーストを有し、前記リソース割り当て手段は、バーストをコネクションに割り当てるバースト・マップ部を有し；
   前記フレームは、下り回線サブフレーム及び上り回線サブフレームに分けられ、該下り回線サブフレームの間にデータのパケットは当該基地局から前記加入者局へ送信され；
   当該モジュールは、前記下り回線サブフレームで送信するためのサービス・データ・ユニット（ＳＤＵ）の形式でパケットを受信するようにされ、該ＳＤＵをプロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ）にするＰＤＵ形成部を更に有し、該ＰＤＵ形成部は前記バースト・マップ部からの情報に基づきＰＤＵを形成するようにされ；及び
   当該モジュールは、前記ＰＤＵ形成部へ転送するために入来ＳＤＵをキューに配置する手段を更に有する、
   請求項１記載のモジュール。
7. 基地局のサブシステムであって、
   当該基地局は請求項１乃至６のいずれか一項記載のモジュールを有し、
   当該基地局は無線通信システム内で用いられ、
   該無線通信システムでは、データのフレームが複数の加入者局へ当該基地局を介して送信され、
   前記フレームは、時間的に複数のゾーンに分けられ、
   各ゾーンは、複数のバーストを有し、
   当該基地局は、複数の隣接する領域内の加入者局から信号を受信し、該加入者局とのコネクションを定め、前記フレーム内のリソースを割り当てることにより該コネクションにサービスを提供し、
   当該サブシステムは：
   コネクション毎に信号レベルを受信し、該信号レベルと閾レベルとの比較に基づき該コネクションのゾーン割り当てを実行するゾーン割り当て手段；及び
   該ゾーン割り当て手段によりゾーン割り当てのために用いられる前記閾レベルを選択する部分周波数再利用（ＦＦＲ）管理部；
   を有するサブシステム。
8. 前記ゾーン割り当て手段は局管理部の一部であり、前記局管理部は、前記信号レベルを含む前記各コネクションに関する情報を受信し維持し、前記割り当てられたゾーン内のコネクションにバースト・プロファイルを割り当て、
   前記局管理部は、前記各コネクションに関する情報を前記第１段階のスケジューリング手段及び前記第２段階のスケジューリング手段に渡すようにされる、
   請求項７記載のサブシステム。
9. 前記サブシステムは、前記基地局内に、当該無線通信システムで用いられるプロトコル・スタックの下位ＭＡＣ層を実装する、
   請求項８記載のサブシステム。
10. ＩＥＥＥ８０２．１６無線通信システムで用いられる基地局のＬＭＡＣスケジューラ及びＰＤＵ形成部を有する、 請求項８記載のサブシステム。
11. 通信ネットワークのノード間の通信で用いられるスケジューリング装置であって、
    当該通信は、当該ノード間で、複数のサービス・クラスのうちの１つをそれぞれ有するコネクションを定めることにより管理され、
    当該スケジューリング装置は、
    所定の単位時間内で利用可能なシステム・リソースを少なくとも一部の前記コネクションに割り当て、
    前記コネクションの前記サービス・クラスに応じて、前記所定の単位時間内でスケジューリングされる必要のあるコネクションを決定する第１段階のスケジューリング手段；
    前記スケジューリングされる必要のあるコネクションにリソースを割り当てた後に依然として利用可能なリソースを用いて、前記所定の単位時間内でスケジューリングできる他のコネクションを決定し、該他のコネクションの優先順位を割り当てる第２段階のスケジューリング手段；及び
    前記第１段階のスケジューリング手段及び前記第２段階のスケジューリング手段により行われた決定に従いリソースを少なくとも一部の前記コネクションに割り当てるリソース割り当て手段；
    を有するスケジューリング装置。
12. 通信ネットワークのノード間の通信のためのスケジューリング方法であって、
    当該方法は：
    当該ノード間で、複数のサービス・クラスのうちの１つをそれぞれ有するコネクションを定める段階；及び
    所定の単位時間内で利用可能なシステム・リソースを少なくとも一部の前記コネクションに割り当てる段階；
    を有し、
    前記割り当てる段階は：
    前記コネクションの前記サービス・クラスを用い、前記所定の単位時間内でスケジューリングされる必要のあるコネクションを決定する第１のスケジューリング段階；
    前記スケジューリングされる必要のあるコネクションにリソースを割り当てた後に依然として利用可能なリソースを用いて、前記所定の単位時間内でスケジューリングできる他のコネクションを決定し、該他のコネクションの優先順位を割り当てる第２のスケジューリング段階；及び
    前記第１のスケジューリング段階及び前記第２のスケジューリング段階により行われた決定に従い少なくとも一部の前記コネクションにリソースを割り当てる段階；
    を有する、スケジューリング方法。
13. 無線通信システムであって、
    当該無線通信システムでは、フレーム内に含まれるデータ・パケットを交換することにより基地局が加入者局と通信し、
    前記各フレームは、基地局から加入者局への下り回線サブフレームを有し、
    各サブフレームは、周波数再利用を可能にする目的で複数のゾーンを有し、
    各基地局は、前記加入者局との複数の同時のコネクションを維持し、
    各コネクションは、多かれ少なかれ当該システム内のリソースを要求する関連付けられたサービス・レベルを有し、
    前記各基地局は：
    前記各コネクションを介して前記加入者局から送信されたパケットを受信する手段；
    最初にサービス・レベルを達成するために現行の下り回線サブフレーム内でスケジューリングされる必要のあるコネクションを決定し、次に依然として利用可能なリソースを用いて該現行の下り回線サブフレーム内でスケジューリングできる他のコネクションを決定し、次に前記コネクションに優先順位を割り当てる、該現行の下り回線サブフレーム内でパケットのスケジューリングを行う手段；及び
    前記加入者局からの信号レベルと可変閾との間の比較に基づき少なくとも一部の前記コネクションにゾーンを割り当てることにより、前記基地局からの送信に利用可能な利用可能周波数の部分周波数再利用を実行する手段；
    を有する、無線通信システム。
14. 基地局であって、請求項１乃至６のいずれか一項記載のモジュールを有する基地局。
15. 基地局であって、請求項７記載のサブシステムを有する基地局。
16. コンピュータ可読媒体であって、
    当該コンピュータ可読媒体にはソフトウェアが記録されており、前記ソフトウェアは、基地局のプロセッサにより実行されると、請求項１乃至６のいずれか一項記載のモジュールを提供する、
    コンピュータ可読媒体。
17. コンピュータ可読媒体であって、
    当該コンピュータ可読媒体にはソフトウェアが記録されており、前記ソフトウェアは、基地局のプロセッサにより実行されると、請求項７記載のサブシステムを提供する、
    コンピュータ可読媒体。

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