JP5033822B2 - 無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の基地局を備えた無線通信システムにおいて、システム全体のトータルスループットを向上させる無線リソースのスケジューリングを行う無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法に関する。

IEEE802.16で規格化されているIEEE802.16e-2005規格の通信方式（いわゆるモバイルＷｉＭＡＸ(Worldwide interoperability for microwave access) ）では、高速なデータサービスに加えて、ＶｏＩＰやストリーミング配信など、様々なアプリケーションに幅広く対応できるように設計されている。

モバイルＷｉＭＡＸでは、周波数利用効率を向上させるために、ＦＦＲ(Fractional Frequency Reuse)と呼ばれる柔軟性の高い周波数再利用の仕組みが利用できるように設計されている。通常のＦＦＲでは、図１４に示すフレーム構成のように、基地局（以下、ＢＳ）の近傍、すなわちセル中心エリアの端末（以下、ＳＳ）に対しては周波数再利用係数＝１で周波数を割り当て、セルエッジに位置するＳＳに対しては周波数再利用係数＝３で周波数を割り当てる（非特許文献１）。ＢＳ近傍のＳＳは、受信電力が大きく干渉波の影響が小さいため、ＢＳは隣接するＢＳと同じ時間かつ周波数を用いて当該ＳＳとの通信が可能である。一方、ＢＳのセルエッジに位置するＳＳは、受信電力が小さく干渉波の影響が大きいため、ＢＳは隣接するＢＳと異なる時間または周波数を用いて干渉回避しながら当該ＳＳとの通信を行う。また、セルエッジのＳＳに割り当てるゾーンと、セル中心エリアのＳＳに割り当てるゾーンは、一般的に時分割される。ＦＦＲにおけるスループットの改善には、ＢＳはＳＳの位置がＢＳ近傍かセルエッジかを適切に判断する必要がある。非特許文献２では、ＳＩＮＲ（信号電力対干渉雑音電力比）またはＣＩＮＲ（搬送波電力対干渉雑音電力比）に閾値を設け、ＢＳとＳＳとのＳＩＮＲまたはＣＩＮＲが閾値以上であれば、ＢＳ近傍と判断して周波数再利用係数＝１で動作するように周波数の割り当てを行う。

非特許文献３では、周波数利用効率を向上させるために、次のような手法を提示している。複数のＢＳが、それぞれのサービスエリアに位置するＳＳとのＳＮＲ（信号電力対雑音電力比）またはＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を把握し、それらの情報を複数のＢＳが交換・共有する。続いて、それらの値から同じ時間で同じ周波数を用いて異なるＳＳと通信する複数のＢＳの組合せを設定する。

ＢＳ０とＢＳ１とＢＳ２と複数のＳＳで無線通信システムが構成される場合、従来のＦＦＲでは、各ＢＳとＳＳのＳＩＮＲが閾値以上であれば、ＢＳ０とＢＳ１とＢＳ２は同じ時間で同じ周波数を用いて通信する（多重数＝３）。しかし、図１５に示すように、ＢＳの一部のみが同じ時間で同じ周波数を用いたとき（多重数＝２）の方が、トータルスループットを高くできる場合がある。なお、本明細書では、隣接ＢＳが同じ時間で同じ周波数を用いて異なるＳＳと通信することを、多重またはリソース多重と呼ぶ。

また、非特許文献３では、トータルスループットの最大化のために、複数のＢＳとそれらのサービスエリアに位置するＳＳとのＳＮＲ情報を用いて、最適な多重組合せパターンを動的に選択する手法を提示している。各スロット（時分割または周波数分割された各ＳＳに割り当てる通信領域）において、多重して通信するＳＳのスループットの合計が最大になるように、各スロットにおける多重組合せと当該多重組合せにおいて通信するＳＳを選択する。具体的には、図１６に示される伝送レートリストを用いて、多重して通信するＳＳのスループットの和が最大になるように、多重組合せパターンと当該パターンで通信するＳＳを選択する。すなわち、全ての多重組合せパターンに対する合計レートを比較する。例えば、多重組合せパターンＢＳ０，ＢＳ１，ＢＳ２の合計レートはＸ１＋Ｘ２＋Ｘ３であり、多重組合せパターンＢＳ０，ＢＳ１の合計レートはＸ４＋Ｘ５であるが、それらの合計レートの中で最大となる多重組合せパターンを選択する。

庄納 崇 編著、「ＷｉＭＡＸ教科書」、インプレスＲ＆Ｄ、pp.107-108 藤井啓正、吉野仁、「Fractional Frequency Reuseを用いるＯＦＤＭＡセルラシステムの特性解析 通信容量およびアウテージレート」、無線通信システム研究会、RSC2007-161 2007年 大野陽平、清水達也、中津川征士、「複数中継局を備えた無線アクセスシステムにおける周波数リユース効果」、2008年電子情報通信学会ソサイエティ大会、B-5-103 、2008年

従来のＦＦＲでは、リソースを多重して通信するＢＳの組合せは固定的であり、各ＢＳは自律的にＳＳのリソース多重可否を判別して送信電力を制御する方法が用いられていた。

しかし、この場合には、ＳＳの位置（セル中心エリアやセルエッジ）に応じてリソースを多重して通信するＢＳの最適な組合せの設定が困難であり、隣接セルへの干渉量を制御できないため、トータルスループットが劣化する問題があった。

本発明は、複数の基地局ＢＳを備えた無線通信システムにおいて、フレーム全体でトータルスループットを向上させることができる無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、共通する複数の周波数を用いて通信を行う複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムにおいて、複数の基地局が互いに異なる単一の周波数に送信電力を集中して送信する電力集中ゾーンと、複数の基地局が共通する複数の周波数で送信するリソース多重ゾーンとを時分割してダウンリンクのフレームが構成され、複数の基地局のうち集中制御機能を有する基地局は、複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数で送信するリソース多重ゾーンでそれぞれ相手の端末局に対して送信したときに通信可能な伝送レートと、単一の基地局からなる組合せパターンについて、単一の周波数に該基地局の送信電力を集中して送信する電力集中ゾーンで相手の端末局に対して送信したときの通信可能な伝送レートとを推定する第１の手段と、組合せパターンごとに、組合せパターンに含まれる全ての基地局と通信する複数の端末局のグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに端末局の選択、組合せパターンの決定、端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第２の手段とを備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、第１の手段は、複数の基地局と複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する基地局を決定する手段と、複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数でそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局とのＣＩＮＲを計算して各伝送レートを推定する手段とを備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。

第２の発明は、共通する複数の周波数を用いて通信を行う複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、複数の基地局が互いに異なる単一の周波数に送信電力を集中して送信する電力集中ゾーンと、複数の基地局が共通する複数の周波数で送信するリソース多重ゾーンとを時分割してダウンリンクのフレームが構成され、複数の基地局のうち集中制御機能を有する基地局は、複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数で送信するリソース多重ゾーンでそれぞれ相手の端末局に対して送信したときに通信可能な伝送レートと、単一の基地局からなる組合せパターンについて、単一の周波数に該基地局の送信電力を集中して送信する電力集中ゾーンで相手の端末局に対して送信したときの通信可能な伝送レートとを推定する第１のステップと、組合せパターンごとに、組合せパターンに含まれる全ての基地局と通信する複数の端末局のグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに端末局の選択、組合せパターンの決定、端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第２のステップとを有する。

第２の発明の無線通信システムのスケジューリング方法において、第１のステップは、複数の基地局と複数の端末局とのＣＮＲを収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する基地局を決定するステップと、複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数でそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局とのＣＩＮＲを計算して各伝送レートを推定するステップとを有する。

第２の発明の無線通信システムのスケジューリング方法において、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。

第３の発明は、共通する複数の周波数を用いて通信を行う複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムで集中制御機能を有する基地局において、複数の基地局が互いに異なる単一の周波数に送信電力を集中して送信する電力集中ゾーンと、複数の基地局が共通する複数の周波数で送信するリソース多重ゾーンとを時分割してダウンリンクのフレームが構成され、複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数で送信するリソース多重ゾーンでそれぞれ相手の端末局に対して送信したときに通信可能な伝送レートと、単一の基地局からなる組合せパターンについて、単一の周波数に該基地局の送信電力を集中して送信する電力集中ゾーンで相手の端末局に対して送信したときの通信可能な伝送レートとを推定する第１の手段と、組合せパターンごとに、組合せパターンに含まれる全ての基地局と通信する複数の端末局のグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに端末局の選択、組合せパターンの決定、端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第２の手段とを備える。

第３の発明の基地局において、第１の手段は、複数の基地局と複数の端末局とのＣＮＲを収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する基地局を決定する手段と、複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数でそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局とのＣＩＮＲを計算して各伝送レートを推定する手段とを備える。

第３の発明の基地局において、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。

本発明は、複数の基地局が送信に用いる電力集中ゾーンとリソース多重ゾーンの双方の組合せパターンの中から、トータルスループットを最大化する基地局の組合せパターンと、その組合せパターンで各基地局が通信する端末局を最適化することができる。これにより、帯域を制限してピーク電力を向上させるとともに、隣接セルへの干渉量を制御でき、周波数の利用効率およびトータルスループットを向上させることができる。

本発明の無線通信システムの実施形態を示す図である。 ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例を示す図である。 スケジュール情報構築部３２で得られるダウンリンクのフレーム構成の一例を示す図である。 スケジュール情報構築部３２のスケジューリング処理手順を示すフローチャートである。 伝搬路情報記憶部３１の一例を示す図である。 グループ化処理の一例を示す図である。 ＣＩＮＲリストの一例を示す図である。 電力集中制御を考慮したＣＩＮＲリストの一例を示す図である。 伝送レートリストの一例を示す図である。 正規化した伝送レートリストの一例を示す図である。 多重組合せリストの一例を示す図である。 ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例を示す図である。 本発明によるスケジューリング結果に基づく各ＢＳのフレーム構成の一例を示す図である。 従来のＦＦＲを用いたフレーム構成の一例を示す図である。 従来のリソース制御を用いたフレーム構成の一例を示す図である。 従来の多重組合せパターン選定の一例を示す図である。

（無線通信システムの実施例）
図１は、本発明の無線通信システムの実施例の構成を示す。
図１において、本実施例の無線通信システムは、バックボーンネットワーク１に接続されるＢＳ１０、複数（ｍ個）のＢＳ２０(1) 〜２０(m) 、複数（ｎ個）のＳＳ３０(1) 〜３０(n) から構成される。ＢＳ１０は、その他複数のＢＳ２０(1) 〜２０(m) が使用する周波数および時間などのスケジューリング情報を集中制御で決定する機能を有する。なお、図１に示すＢＳ２０(1) 〜２０(m) は、バックボーンネットワーク１との接続を必要とせず、ＢＳ１０とデータトラフィックや制御情報を無線信号によって通信する、いわゆる無線中継局である。

ＢＳ１０のデータバッファ部１１は、バックボーンネットワーク１からデータを入力する。スケジューラ１２は、受信部１７から入力する伝搬路情報を基にスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部１１からデータを取り出し、送信データ生成部１３へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューラ１２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレームを作成する。送信部１４は、送信データ生成部１３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信の切り替えを制御するＴＤＤスイッチ１５を介してアンテナ１６から複数のＢＳ２０およびＢＳ配下のＳＳ３０に送信する。

また、ＢＳ１０のアンテナ１６で受信する無線信号は、ＴＤＤスイッチ１５を介して受信部１７に入力する。受信部１７は、ＵＬサブフレームの無線信号を周波数変換および復調し、復調された受信データをデータバッファ部１１に出力し、さらにバックボーンネットワーク１に出力する。

ＢＳ２０は、アンテナ２６に受信する無線信号をＴＤＤスイッチ２５を介して受信部２７に入力する。受信部２７は、無線信号を周波数変換および復調して受信データと制御メッセージを出力する。ＢＳ１０から送信された制御メッセージはスケジューラ２２に入力され、ＢＳ１０、ＳＳ３０との送受信に用いる周波数領域および時間領域を把握する。受信部２７で復調された受信データはデータバッファ部２１に入力される。

ＢＳ２０のスケジューラ２２は、ＢＳ１０から通知されるスケジュール情報と受信部２７から入力する伝搬路情報を基にスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部２１からデータを取り出し、送信データ生成部２３へ出力する。送信データ生成部２３は、スケジューラ２２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレームを作成する。送信部２４は、送信データ生成部２３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信の切り替えを制御するＴＤＤスイッチ２５を介してアンテナ２６からＢＳ１０またはＳＳ３０に送信する。

ＳＳ３０は、アンテナ３１を介してＢＳ１０またはＢＳ２０が送信するスケジュール情報を参照して送受信を行う。

（ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例）
図２は、ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例を示す。
図２において、スケジューラ１２は、受信部１７から入力する伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部３１と、スケジュール情報を構築するスケジュール情報構築部３２から構成される。

図３は、スケジュール情報構築部３２で得られるダウンリンクのフレーム構成の一例を示す。
ここでは、ＤＬフレームをリソース多重ゾーンと電力集中ゾーンに時分割する。リソース多重ゾーンでは、複数のＢＳがリソースを多重してそれぞれ異なるＳＳと通信する。電力集中ゾーンでは、複数のＢＳにそれぞれ異なる周波数帯域の一部が割り当てられ、それぞれに割り当てられた周波数帯域で電力集中して通信する。

ＢＳ１０のスケジューラ１２の伝搬路情報記憶部３１には、ＢＳ(j) とＳＳ(i) 間のＣＮＲ（BSj CNR(i)) と、ＢＳ(0) とその他のＢＳ(j) 間のＣＮＲ（BS CNR RELAY(j))が保存されている。ｉはＳＳの識別番号であり、ｊはＢＳの識別番号（０〜ｍ）である。ここで、ＢＳ(0) は図１のＢＳ１０に該当し、ＢＳ(1) 〜ＢＳ(m) は図１のＢＳ２０(1) 〜２０(m) に該当する。一例として、ＢＳ数が３、ＳＳ数が６の場合の伝搬路情報記憶部３１の状態を図５に示す。ＣＮＲ（Carrier-to-Noise Ratio) は、ＢＳが周波数多重しないときにＳＳが受信する搬送波電力対雑音電力比の値である。

BSj CNR(i)は、ＢＳ(j) が各ＳＳ(i) の送信信号をアンテナ１６、ＴＤＤスイッチ１５を介して受信部１７で受信してそのＣＮＲを把握するか、またはＢＳが送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳ(i) が受信し、ＳＳ(i) でＣＮＲを把握してその結果をＢＳに通知することにより、伝搬路情報記憶部３１に登録される。

続いて、ＢＳ(0) を除く各ＢＳ(j) が把握したBSj CNR(i)をＢＳ(0) へ通知することにより、伝搬路情報記憶部３１に登録される。このとき、ＢＳ(0) がその他のＢＳ(j) の送信信号を受信することにより、ＢＳ(0) とその他のＢＳ(j) と間のＣＮＲが把握される。

図４は、スケジュール情報構築部３２のスケジューリング処理手順を示す。
図４において、ＳＳのグループ化（S101) では、ＳＳが直接通信するＢＳ(j) を決定し、ＢＳ(j) と直接通信するＳＳはＢＳ(j) グループに分類する。ＢＳ数が３、ＳＳ数が６の場合のグループ化処理の一例を図６に示す。図６では、ＳＳ(1) とＳＳ(2) はＢＳ(0) グループに分類され、ＳＳ(3) とＳＳ(4) はＢＳ(1) グループに分類され、ＳＳ(5) とＳＳ(6) はＢＳ(2) グループに分類される。ここでの分類は、各ＳＳ(i) にとって最もＣＮＲの高いＢＳ(j) のグループを選択してもよい。

続いて、ＢＳ(j) がリソースを多重したときの干渉量を考慮した伝送レートリストを作成する（S102）。伝送レートリストは、多重組合せパターンに対応した伝送レートが計算される。ＢＳ数がＬであった場合、多重組合せパターン数Ｘは、
Ｘ＝２^L −１
である。まず、組み合わせパターンごとのＣＩＮＲリストが真値で
ＣＩＮＲ＝（ＳＳが直接通信するＢＳ(j) からのＣＮＲ）
／（１＋Σ多重組み合わせパターンで干渉となるＢＳ(j) からのＣＮＲ）
と計算される。

一例として、ＢＳ数が３、ＳＳ数が６の場合のＣＩＮＲリストを図７に示す。多重組合せパターン数は７である。多重組合せパターンＩＤ＝１は、ＢＳ(0),ＢＳ(1),ＢＳ(2) の３個をすべて多重した場合である。多重組合せパターンＩＤ＝２〜４は、ＢＳ(0),ＢＳ(1),ＢＳ(2) のいずれか２個を多重した場合である。多重組合せパターンＩＤ＝５〜７は、ＢＳ(0),ＢＳ(1),ＢＳ(2) のいずれもリソースを多重しない場合である。

続いて、電力制御を適用するためにＣＩＮＲリストに新たに多重組合せパターンを追加する。複数のＢＳのうち１つが電力集中して送信する場合には、その他のＢＳと通信するＳＳへの干渉電力増大を回避するために、その他のＢＳとリソース多重せず、当該ＢＳはその時間と周波数を占有する。したがって、ＣＩＮＲリストに追加される多重組合せパターンに示すＣＮＲは、多重組合せパターンに含まれるＢＳ数が１である多重組合せパターンＩＤのＣＮＲから計算される。計算方法は、図８に示すように、図７のＣＮＲ（真値）に、ＮＵＭ（システムが用いる全周波数帯域幅／各ＢＳが使用する周波数帯域幅）が乗算される。このＮＵＭ値は、図５の伝搬路情報記憶部３１を参照して登録されているＢＳ数を把握し、
ＮＵＭ＝登録されているＢＳ数＋１
とする。なお、ここで１を加算しているのは、スケジューリング処理を行うＢＳ(0) 自身も電力集中することを考慮しているからである。

続いて、図８に示す多重組合せパターンが追加されたＣＩＮＲリストの値と通信可能な変調方式の多値数から伝送レートリストの値が推定され、図９に示すような伝送レートリストが作成される。ここでは、追加された多重組合せパターンでは、電力集中を適用するため、他のＢＳとリソースを多重せずに分割共有する。したがって、各ＢＳが使用する周波数帯域はＢＳ数で等分されることを想定して、ＣＮＲから推定した伝送レートの値にＮＵＭを除算している。

なお、図７〜図９において斜線を記入した部分は、そのＳＳは周波数多重通信を行わないことを示す。例えば、図８の多重組合せパターンＩＤ＝２の列では、ＢＳ(0) とＢＳ(1) が同時送信した場合の各ＳＳのＣＩＮＲが記されている。ＳＳ(1) とＳＳ(2) はＢＳ(0) と直接接続するグループであり、対応する欄にＢＳ(0) とのＣＩＮＲが記されている。また、ＳＳ(3) とＳＳ(4) はＢＳ(1) と直接接続するグループであり、対応する欄にＢＳ(1) とのＣＩＮＲが記されている。一方、ＳＳ(5) とＳＳ(6) はＢＳ(2) と直接接続するグループであり、多重組合せパターンＩＤ＝２ではＢＳ(2) は信号を送信しないため、斜線が記入されている。

続いて、図４において多重組合せパターンＩＤをｘ＝１と設定し（S103）、ステップS102で作成した伝送レートリストから多重組合せパターンＩＤ＝ｘにおいて多重化する各グループ（ＢＳ(j) グループ）から最も伝送レートの高いＳＳを伝送レートリストから選択する（S104）。続いて、多重化する各グループで選択したＳＳの伝送レートの和を計算する（S105）。多重組合せパターンＩＤのｘを１つずつ増やしながら（S107）、ステップS104,S105 を繰り返す。すべての多重組合せパターンでステップS104,S105 を繰り返した後に（S106でYes ）、各多重組合せパターンにおけるステップS105で計算した値を比較し（S108）、最大となる多重組合せパターンで選択したＳＳを多重組合せとして確定するとともにその伝送レートを保存し（S109）、そのＳＳの伝送レートを伝送レートリストから削除する（S110）。そして、ステップS103〜S110を繰り返し、すべてのＳＳの多重組合せを確定したら（S111でYes ）、図３のフレームを構築するための多重組合せリストを作成してスケジューリング処理手順を終了する（S112）。

また、伝送レートリストは、図１０に示すように各ＳＳの多重組合せパターンごとの伝送レートを、多重していないときの各ＳＳの伝送レートで正規化してもよい。この場合についても、正規化された伝送レートを参照して図４のステップS103〜S111の処理を実施し、多重組合せの設定を行う。

ＢＳ数が３、ＳＳ数が６の場合の多重組合せリストの一例を図１１に示す。多重組合せリストには確定した多重組合せが示されていると同時に、その多重組合せの伝送レートが示されている。多重組合せリストにおいて、多重組合せパターンＩＤが１〜７の多重組合せに割り当てられたＳＳは、図３に示すリソース多重ゾーンに割り当てられ、多重組合せパターンＩＤが８の多重組合せに割り当てられたＳＳは、図３に示す電力集中ゾーンに割り当てられる。図１１の例では、ＳＳ(1),ＳＳ(2) は多重組合せパターンＩＤ＝４であり、図３に示すリソース多重ゾーンでそれぞれＢＳ(1) ，ＢＳ(2) と多重通信する。ＳＳ(3) は多重組合せパターンＩＤ＝５であり、図３に示すリソース多重ゾーンでＢＳ(0) と通信する。ＳＳ(4),ＳＳ(5),ＳＳ(6) は多重組合せパターンＩＤ＝８であり、図３に示す電力集中ゾーンでそれぞれＢＳ(0),ＢＳ(1),ＢＳ(2) と電力集中によって通信する。なお、電力集中ゾーンでは、ＢＳ(0),ＢＳ(1),ＢＳ(2) はそれぞれ異なる周波数帯域を用いて通信するように設定される。

また、リソース多重ゾーンと電力集中ゾーンの比率も、上記の多重組合せリストに基づいて決定する。例えば、ＳＳを割り当てた多重組合せのうち、電力集中を考慮していない多重組合せ数と電力集中を考慮した多重組合せ数から次のように設定することができる。
リソース多重ゾーン／電力集中ゾーン
＝ＳＳを割り当てた多重組合せのうち電力集中を考慮していない多重組合せ数
／（ＳＳを割り当てた多重組合せのうち電力集中を考慮した多重組合せ数×ＮＵＭ）

図１１の例では、前者は２（ＩＤ＝４，５）であり、後者は１（ＩＤ＝８）、ＮＵＭ（ＢＳ数）は３であるので、リソース多重ゾーンと電力集中ゾーンの比率は２：３と設定可能である。なお、ここで、分母にＮＵＭ：３を乗算しているのは、電力集中ゾーンではリソース多重せずにＢＳの数で分割共有されるので、全てのＳＳに同じリソース量（時間×周波数帯域）を与える場合は、電力集中ゾーン長をＮＵＭ（ＢＳ数）に比例して設定する必要があるからである。

ＢＳ１０のスケジューラ１２は、スケジュール情報構築部３２で以上のようにスケジューリング情報を構築し、送信データ生成部１３へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューラ１２から入力するデータとスケジュール情報によって図３に示すフレームを作成する。図３に示す制御信号は、ＢＳ１０からＳＳに割り当てた通信領域の情報を含む。一方、ＢＳ１０が設定した複数のＢＳ２０のスケジューリング情報（例えば、リソース多重ゾーンで各ＢＳ２０に割り当てたＳＳの多重組合せ数、電力集中ゾーンで各ＢＳ２０に割り当てた周波数とＳＳの情報、リソース多重ゾーンと電力集中ゾーンの比率）は、図３に示すフレームとは異なる時間または周波数でＢＳ１０からＢＳ２０へ転送される。

（ＢＳ２０のスケジューラ２２の構成例）
図１２は、ＢＳ２０のスケジューラ２２の構成例を示す。
図１２において、スケジューラ２２は、ＢＳ２０配下のＳＳごとの伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部３３、ＢＳ１０から通知されたスケジュール情報を保持するスケジュール情報保持部３４、スケジュール情報構築部３５から構成される。スケジュール情報保持部３４には、ＢＳ２０がＢＳ１０から受信した制御信号に含まれるスケジュール情報、例えばリソース多重ゾーンで各ＢＳ２０に割り当てたＳＳの多重組合せ情報、電力集中ゾーンで各ＢＳ２０に割り当てた周波数とＳＳの情報、リソース多重ゾーンと電力集中ゾーンの比率などが、受信部２７から入力して保存される。スケジュール情報構築部３５は、ＢＳのスケジュール情報保持部３４を参照して、ＢＳ２０から複数のＳＳへのスケジュール情報を構築し、送信データ生成部２３へ出力する。

図１３は、本発明によるスケジューリング結果に基づく各ＢＳのフレーム構成を示す。 図１３において、電力集中ゾーンでは、ＳＳ(4),ＳＳ(5),ＳＳ(6) はそれぞれＢＳ(0),ＢＳ(1),ＢＳ(2) と異なる周波数帯域f1，f2，f3を用いて通信する。リソース多重ゾーンでは、周波数帯域f1＋f2＋f3を用いて、ＳＳ(3) がＢＳ(0) と通信し、ＳＳ(1),ＳＳ(2) がそれぞれＢＳ(1),ＢＳ(2) と多重通信する。また、電力集中ゾーンとリソース多重ゾーンの時間比率は、図１１の多重組合せリストからＳＳを割り当てた多重組合せ数に基づいて３：２と設定される。

なお、以上の実施例では、ＢＳ１０とＢＳ２０は無線信号によって複数のＳＳとのＣＮＲ情報やスケジューリング情報などを通信する方法であり、ＢＳ２０はいわゆる無線中継局として機能していた。しかし、ＢＳ１０とＢＳ２０はスケジューリング情報などを有線回線を介して通信することも可能である。この場合のＢＳ２０は、それぞれが図１のバックボーンネットワーク１に接続されることになる。このようなシステムでは、ＢＳ１０とＢＳ２０がそれぞれ把握している複数のＳＳとのＣＮＲ情報やスケジューリング情報は、バックボーンネットワーク１を介して転送される。さらに、ＢＳ２０がバックボーンネットワーク１に接続しなくても、ＢＳ１０と光ファイバ伝送路などの有線回線を介して接続されていれば、これを介してＣＮＲ情報やスケジューリング情報を転送することができる。

１ バックボーンネットワーク
１０ 基地局（ＢＳ(0) ）
２０ 基地局（ＢＳ(1) 〜ＢＳ(m) ）
１１，２１ データバッファ部
１２，２２ スケジューラ
１３，２３ 送信データ生成部
１４，２４ 送信部
１５，２５ ＴＤＤスイッチ
１６，２６ アンテナ
１７，２７ 受信部
３１，３３ 伝搬路情報記憶部
３２，３５ スケジュール情報構築部
３４ スケジュール情報保持部

Claims (9)

1. 共通する複数の周波数を用いて通信を行う複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムにおいて、
   前記複数の基地局が互いに異なる単一の周波数に送信電力を集中して送信する電力集中ゾーンと、前記複数の基地局が共通する複数の周波数で送信するリソース多重ゾーンとを時分割してダウンリンクのフレームが構成され、
   前記複数の基地局のうち集中制御機能を有する基地局は、
   前記複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数で送信する前記リソース多重ゾーンでそれぞれ相手の端末局に対して送信したときに通信可能な伝送レートと、単一の基地局からなる組合せパターンについて、単一の周波数に該基地局の送信電力を集中して送信する前記電力集中ゾーンで相手の端末局に対して送信したときの通信可能な伝送レートとを推定する第１の手段と、
   前記組合せパターンごとに、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記組合せパターンの決定、前記端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第２の手段と
   を備えたことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記第１の手段は、
   前記複数の基地局と前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する前記基地局を決定する手段と、
   前記複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数でそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対干渉雑音電力比）を計算して前記各伝送レートを推定する手段と
   を備えたことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 共通する複数の周波数を用いて通信を行う複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、
   前記複数の基地局が互いに異なる単一の周波数に送信電力を集中して送信する電力集中ゾーンと、前記複数の基地局が共通する複数の周波数で送信するリソース多重ゾーンとを時分割してダウンリンクのフレームが構成され、
   前記複数の基地局のうち集中制御機能を有する基地局は、
   前記複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数で送信する前記リソース多重ゾーンでそれぞれ相手の端末局に対して送信したときに通信可能な伝送レートと、単一の基地局からなる組合せパターンについて、単一の周波数に該基地局の送信電力を集中して送信する前記電力集中ゾーンで相手の端末局に対して送信したときの通信可能な伝送レートとを推定する第１のステップと、
   前記組合せパターンごとに、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記組合せパターンの決定、前記端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第２のステップと
   を有することを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
5. 請求項４に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
   前記第１のステップは、
   複数の基地局と前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する前記基地局を決定するステップと、
   前記複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数でそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対干渉雑音電力比）を計算して前記各伝送レートを推定するステップと
   を有することを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
6. 請求項４に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
   前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
   ことを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
7. 共通する複数の周波数を用いて通信を行う複数の基地局と複数の端末局によって構成される無線通信システムで集中制御機能を有する基地局において、
   前記複数の基地局が互いに異なる単一の周波数に送信電力を集中して送信する電力集中ゾーンと、前記複数の基地局が共通する複数の周波数で送信するリソース多重ゾーンとを時分割してダウンリンクのフレームが構成され、
   前記複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数で送信する前記リソース多重ゾーンでそれぞれ相手の端末局に対して送信したときに通信可能な伝送レートと、単一の基地局からなる組合せパターンについて、単一の周波数に該基地局の送信電力を集中して送信する前記電力集中ゾーンで相手の端末局に対して送信したときの通信可能な伝送レートとを推定する第１の手段と、
   前記組合せパターンごとに、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記組合せパターンの決定、前記端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第２の手段と
   を備えたことを特徴とする基地局。
8. 請求項７に記載の基地局において、
   前記第１の手段は、
   複数の基地局と前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する前記基地局を決定する手段と、
   前記複数の基地局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局が、同時に共通する複数の周波数でそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対干渉雑音電力比）を計算して前記各伝送レートを推定する手段と
   を備えたことを特徴とする基地局。
9. 請求項７に記載の基地局において、
   前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
   ことを特徴とする基地局。

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