JP5056848B2 - 無線リソース割り当て方法及び無線局 - Google Patents

Description

本発明は、無線リソースの割り当て方法及び無線局に関し、例えば、ＯＦＤＭＡ方式を採用した移動体無線通信において適用可能な無線リソースの動的な割り当て制御に関する。

図１は、従来技術であるIEEE 802.16e（WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access）にて定義されたWiMAX標準化仕様の無線フレームフォーマット(ＰＵＳＣ(Partial Usage of Subchannel)方式を使用)を示している。

図１に示すフォーマットでは、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)方式のSub Channel(サブチャネル数６０個、帯域幅２０ＭＨｚ)が、６個のサブチャネルグループ＃０〜＃５に分けられ、基地局内の配下セクタに無線リソースが配分される。

例えば、図１に示すように、基地局が３つのセクタＳ１〜Ｓ３を有する場合には、サブチャネルのグループ＃０及び＃１の無線リソースがセクタＳ１に割り当てられ、グループ＃２及び＃３の無線リソースがセクタＳ２に割り当てられ、グループ＃４及び＃５の無線リソースがセクタＳ３に割り当てられる。

このようなフレームフォーマットでは、FCH(Frame Control Header)やDL/UL-MAP(Down link/Up link-MAP)などの端末ブロードキャスト情報領域の構造(配置位置)が、偶数番号を有するサブチャネルグループ(＃０,＃２,＃４)上に固定されている。このため、１つの無線リソースを３セクタ以上に分割することができかった。

また、基地局の通信エリアが３セクタに分割されている場合には、干渉を防止するため、同じ帯域の周波数を当該基地局の周辺に位置する他の基地局に割り当てることができなかった。

また、無線リソースの割り当て方法として、固定無線リソース割り当てを適用し、複数のセクタを有する基地局に対し、総てのセクタに無線リソースを固定的且つ均等に割り当てることが考えられる。例えば、図２に示すように、セクタ１〜３に対して無線リソースを均等に固定で割り当てた場合において、或る時刻でセクタ１の収容ユーザ数が少なく、セクタ２の収容ユーザ数が多く、セクタ３の収容ユーザ数が普通である状況が発生する場合がある。この場合、セクタ１の無線リソースは未使用部分が残るのに対して、セクタ３は無線リソースが足りなくなる状況が生じ得る。このように、固定無線リソース割り当てでは、複数のセクタ中の特定のセクタにユーザ(端末)が偏った場合には、基地局全体での最大スループットを得ることができない。

これに対し、動的無線リソース割り当てとして、各セクタの収容ユーザ数に応じて各セクタに割り当てられる無線リソースの全体に対する割合を動的に変更する。動的無線リソース割り当てでは、上記の状況下で、セクタ１に割り当てられる無線リソースの割合を減らし、セクタ２に割り当てられる無線リソースの割合を増やすことができる。これによって、収容ユーザ数が特定のセクタに偏った場合でも、基地局全体で最大スループットを得ることができ、周波数帯域の有効利用を図ることが可能となる。

図３は、従来技術としての、動的チャネル割り当て制御を用いてReuse Factor=1を実現した場合の説明図である。この動的チャネル割り当て制御を用いたReuse Factor=1では、同一の周波数帯域を基地局(セクタ)間で使用し、基地局毎の無線リソースの使用状況に応じ、サブチャネル単位で、各基地局(図３では基地局Ｓ１〜Ｓ６)に無線リソースが動的に割り当てられる。即ち、一定間隔で各基地局の無線リソース使用状況が測定され、各基地局への無線リソースの配分(各基地局(セクタ)に割り当てられるサブチャネル数)が動的に変更される。
特開平１０−１２６８４６号公報

しかしながら、図２に示す従来技術(動的チャネル割り当て制御を用いたReuse Factor=1)では、以下の課題があった。
〈１〉基地局間で無線フレーム内の構造を等しくする必要があった。このため、基地局毎のMIMO(Multiple-Input Multiple-Output)やAAS(Adaptive Array System)などの複数のアンテナを利用する技術の運用を柔軟に行うことができなった。
〈２〉Sub Channelが複数の基地局(セクタ)間でランダムに使用されると部分フェージング等の対策が難しくなる。
〈３〉無線リソースが細分化されてしまい運用効率が悪い。

本発明の目的は、従来よりも効率的な無線リソース割り当てを可能とする技術を提供することである。

本発明は、上述した目的を達成するために以下の構成を採用する。即ち、本発明の第１の態様は、複数の無線局又は複数のセクタ間で共用される共用無線リソースを各無線局又は各セクタに割り当てる方法であって、
前記共用無線リソースを時間軸上で繰り返し提供するための所定数の複数の無線フレームをフレームセットとして定義し、
前記フレームセットで提供される共用無線リソースを無線フレーム単位及びサブチャネルグループ単位で分割したときの最小単位を無線リソースユニットとして定義し、
少なくとも１つの無線リソースユニットを各基地局又は各セクタに対して割り当てる
ことを含む無線リソース割り当て方法である。

本発明によれば、無線リソースユニット単位で各無線局(例えば基地局)又は各セクタに対して無線リソースが割り当てられる。このため、無線フレームの構造が無線局(基地局)間又はセクタ間で異なることが許容される。よって、ＭＩＭＯやＡＡＳに対して柔軟な運用が可能となる。また、基地局(セクタ)間でのサブチャネルのランダムな使用がなくなることで、周波数分散によるフェージング対策を効率よく実施できる。さらに、サブチャネルの細分化がなくなることによって、効率的な帯域利用が可能となる(複数のサブチャネル間に設けるマージンの割合を低減できる)。

好ましくは、本発明の第１の態様は、前記各無線局又は前記各セクタでの無線リソースの使用量に応じて前記各無線局又は前記各セクタに割り当てられる前記無線リソースユニットの数を決定する
ことをさらに含むことができる。

好ましくは、本発明の第１の態様は、前記各無線局又は前記各セクタに対する無線リソースユニットの割り当て状況を、前記各無線局又は前記各セクタでの無線リソースの使用率に応じて変更する
ことをさらに含むことができる。

好ましくは、本発明の第１の態様は、無線リソースの増加が望まれる無線局又はセクタに対し、他の無線局又は他のセクタで使用されている１以上の無線リソースユニットを譲渡することによって、前記無線リソースユニットの割り当て状況を変更する
ことをさらに含むことができる。

好ましくは、本発明の第１の態様は、複数の無線局の１つが使用している無線リソースユニットに対して複数の他の無線局からの譲渡要求が生じた場合には、最も無線リソースが不足している前記複数の他の無線局の１つに前記譲渡が要求された無線リソースユニットを譲渡することをさらに含むことができる。

本発明の第２の態様は、複数のサブチャネルグループからなる無線フレームを用いて無線通信を行い、複数の無線局間で共用される無線リソース，又は複数のセクタ間で共用される無線リソースが割り当てられる無線局であって、
複数の無線フレームと複数のサブチャネルグループとで定義された前記共用される無線リソースを無線フレーム及びサブチャネルグループで分割した場合における無線リソースの最小単位を構成する無線リソースユニットの少なくとも１つを自局で使用する無線リソースとして決定する無線リソース管理部と、
前記決定された無線リソースユニットに応じた無線通信のスケジューリングを行うスケジューラと
を備える無線局である。

好ましくは、本発明の第２の態様における前記無線リソース管理部は、自局の無線リソースの使用量に応じて自局で使用する無線リソースユニットの数を動的に変更するように構成することができる。

好ましくは、本発明の第２の態様における無線リソース管理部は、前記複数の無線局の夫々で使用されている１以上の無線リソースユニットに関する使用率に基づいて、自局が使用する無線リソースユニットの数を動的に変更するように構成することができる。

好ましくは、本発明の第２の態様における無線リソース管理部は、自局の無線リソースユニットの使用数を増加する場合に、他の無線局に該他の無線局が使用中の無線リソースユニットの譲渡を要求し、他の無線局が無線リソースユニットの譲渡を許可した場合に、譲渡された無線リソースユニットを使用することを決定し、
前記スケジューラは、前記譲渡された無線リソースユニットを用いて自局が無線通信を行うようにスケジュール変更を行うように構成することができる。

好ましくは、本発明の第２の態様における無線リソース管理部は、自局が使用中の無線リソースユニットに対する譲渡要求を複数の他の無線局から受け取った場合に、最も無線リソースが不足している前記複数の他の無線局の１つに無線リソースユニットの譲渡を許可し、譲渡を許可した無線フレームユニットの使用停止を決定し、
前記スケジューラは、前記譲渡を許可した無線フレームユニットを用いた無線通信が行われないようにスケジュール変更を行うように構成することが可能である。

本発明によれば、従来よりも効率的な無線リソース割り当てが可能となる。

図１は、WiMAX標準化仕様無線フレームフォーマット(PUSC形式を使用)の説明図である。 図２は、固定無線リソース割り当てと動的無線リソース割り当てとの説明図である。 図３は、一周波数帯域を繰り返し用いて(Reuse Factor=1)、複数の基地局(セクタ)にサブチャネルを動的に割り当てる従来技術の説明図である。 図４は、本発明に係る割り当て制御で使用される制御無線フレームセット及び無線リソースユニットの定義例を示す図である。 図５は、複数の基地局(セクタ)に対する無線リソースユニットの割り当て例を示す図である。 図６は、無線リソース配分の更新処理の例を示す説明図である。 図７は、本発明に係る割り当て制御が適用されるネットワークシステムの構成例を示す図である。 図８は、図７に示した基地局(ＢＳ)の構成例を示す機能ブロック図である。 図９は、動的な無線リソースの割り当て変更手順の例を示すシーケンス図である。 図１０は、無線リソース管理部(ＲＲＣ)で管理される無線リソース使用状況管理テーブルの例を示す図である。 図１１は、無線リソース管理部(ＲＲＣ)で管理される無線リソース使用率管理テーブルの例を示す図である。 図１２は、図９に示した要求サブフレーム決定処理の例を示すフローチャートである。 図１３は、図９に示した要求受け入れ可否判断処理の例を示すフローチャートである。 図１４は、図９に示した要求受け入れ可能の認識処理の例を示すフローチャートである。 図１５は、無線リソース使用状況報告メッセージのフォーマット例を示す図である。 図１６は、無線リソース要求メッセージのフォーマット例を示す図である。 図１７は、無線リソース使用変更報告及び無線リソース使用変更通知メッセージのフォーマット例を示す図である。

符号の説明

１、２・・・ＡＳＮ−ＧＷ(ＧＷ)
１１・・・ＭＡＣレイヤ制御部
１２・・・ＰＨＹレイヤ制御部
１３・・・呼制御部(ＣＣ)
１４・・・無線リソース管理部(ＲＲＣ)
１５・・・スケジューラ
１６・・・ＰＨＹ処理部

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
〈実施形態の概要〉
本発明の実施形態は、ＯＦＤＭＡ方式を採用した移動体無線通信において、電波資源(無線リソース)を最大限の効率で使用する動的無線リソース割り当て制御に係る方法及び装置を提供する。

本発明の実施形態は、以下の(１)〜(４)の少なくとも１つの適用又は具備によって、効率的な無線リソースの割り当てを可能にし、各基地局又はセクタにおいて、割り当てられた周波数帯域で「最大端末収容数」と「最大スループット」を達成することを可能にする。
(１)PUSC方式下での一周波数繰り返し利用(Reuse Factor=1)を、ＯＦＤＭＡ方式採用の移動体無線通信網内における隣接する複数の基地局(セクタ)に適用する。
(２)基地局にて事業者に割り当てられた無線リソース(周波数帯域)を無線リソースユニット単位で動的に割り当てする機能。
(３)無線リソースの配分の無線リソースユニットを固定帯域にて使用する機能。
(４)基地局毎にて割り当てるMIMOやAAS(Adaptive Array System)の適用を柔軟に行うことのできる機能。

〈前提条件〉
本発明の実施形態(TDMAとOFDMAを組み合わせた動的無線リソース割り当て制御)を実現するための前提条件として、下記(1)〜(5)を全無線基地局/全セクタで一致させる必要がある。
(1)無線フレームのタイミング同期
(2)無線フレームのサイズ
(3)Perm Base(ＰＵＳＣ方式において物理的なサブキャリアを論理チャネルにマッピングするために必要な情報及び形式)
(4)Band Width(帯域幅)
(5)FFT size (高速フーリエ変換サイズ)
〈無線リソースユニットの定義〉
最初に、サブチャネルグループ単位と無線フレーム単位とで無線リソースを分割した、無線リソースユニットの定義について説明する。

本発明に係る無線リソースの動的な割り当て制御では、複数の無線局(例えば基地局)又は複数のセクタ間で共用される共用無線リソースについて、各無線局又は各セクタに対する割り当てが行われる。

本発明の実施形態では、時間軸を所定数の複数の無線フレームで分割し、この所定数の複数の無線フレームで提供される無線リソースが、複数の無線局間又は複数のセクタ間で共用される共用無線リソースとして定義される。このような共用無線リソースは、「無線フレームセット(フレームセット)」と呼ばれる。本発明の実施形態では、このようなフレームセットが、複数の無線局又は複数のセクタに対して時間軸上で繰り返し提供される。

フレームセットは、周波数軸上でさらに分割される。フレームセットを構成する無線フレームとして、所定帯域幅を周波数軸上で複数のサブチャネルグループ(各グループは所定数のサブチャネルからなる)に分割可能な無線フレームが適用される。

周波数軸は、サブチャネルグループ(Sub-Channel Group)単位で分割される。その結果、フレームセット(共用無線リソース)は、無線フレーム単位及びサブチャネルグループ単位で分割される。このような分割によって生じる無線リソースの最小単位は、「無線リソースユニット」と呼ばれる。各無線局及び各セクタに対して、無線リソースユニット単位で無線リソースの割り当てが行われる。

図４は、無線フレームセットの定義の説明図である。図４の横方向が時間軸で無線フレームを表し、縦方向が周波数軸でサブチャネル(サブチャネルグループ)を表す。

図４に示す例では、１つのフレームセットを構成する無線フレーム数として、“５”が定義されており、“ｋ＋１”〜“ｋ＋５”の無線フレームが１つのフレームセットを構成している。

フレームセット内で、各無線フレームは、任意の数のサブチャネルグループで分割される。但し、図４の例では、WiMAX標準仕様の無線フレームフォーマット(IEEE802.16e, PUSC：図１)に従い、６０個のサブチャネルが６個のサブチャネルグループに分割されている。

図４に示す例では、破線で囲まれた領域が１つの無線フレームを構成し、無線フレームは６つのサブチャネルグループに分割されている。従って、サブチャネルグループ数(６)×無線フレーム数(５)＝３０個の無線リソースユニット(＃０〜＃２９)で、１フレームセットが定義されている。各無線局又は各セクタに割り当てられる無線リソースユニットは、システムパラメータによって可変にすることができる。

〈無線リソースの配分〉
次に、無線リソースの配分について説明する。共用無線リソースの割り当て対象となる複数の基地局又はセクタに対して、無線リソースユニット単位で、無線リソースの割り当てが行われる。即ち、各基地局又は各セクタに対して、無線フレーム数×Sub-channel Group数で定義される１フレームセット中の少なくとも１つの無線リソースユニットが割り当てられる。

図５は、複数の基地局(セクタ)への無線リソースユニットの割り当て例を示す図であり、図４に示したような１つのフレームセットが複数の基地局Ｓ１〜Ｓ７に割り当てられた例を示す。図５の下図は、基地局Ｓ１〜Ｓ７のセル配置例を示す。

図５に示す例では、１フレームセットにおいて、基地局Ｓ１〜Ｓ７に対し、少なくとも１つの無線リソースユニットが割り当てられている。各基地局(セクタ)に割り当てられる無線リソースユニット数は、各基地局(セクタ)での無線リソースの使用量を考慮して決定される。

〈無線リソースユニットの割り当て〉
各基地局又はセクタに対して割り当てられる１フレームセット中の無線リソースユニット数は、基地局又はセクタで使用している無線リソースの使用量を考慮し、使用量に比例するように決定される。この場合、無線リソースの使用量が多いほど、割り当てられる無線リソースユニット数が増加する。

また、フレームセットは、割り当て対象である複数の基地局(セクタ)への無線リソース割り当て制御の繰り返し単位を構成する。各基地局(セクタ)での無線通信は、フレームセット毎に割り当てられる無線リソース(１以上の無線リソースユニット)を用いて行われる。

従って、或るスケジューリング周期では、無線リソースユニットが割り当てられていない基地局がＰｒｅａｍｂｌｅ信号(同期信号)を除いて電波を放射しない場合があり得る。例えば、図５に示すFrame k+1のスケジューリング周期では、基地局Ｓ１,Ｓ２,Ｓ３は電波を放射するが、基地局Ｓ４,Ｓ５,Ｓ６は電波を放射しないことになる。ただし、Ｐｒｅａｍｂｌｅ信号（同期信号）は放射されるので、端末と基地局との間の同期が外れることはない。
なお、WiMAX標準化仕様の無線フレームフォーマットを用いて各基地局又はセクタに無線リソースを分配する場合には、各基地局又はセクタに対して割り当てられる無線リソースユニット中に、無線リソースユニット番号が偶数の無線リソースユニットを必ず含まなければならない。標準化仕様上、偶数番番号の無線リソースユニットはＦＣＨ(Frame Control Header)を含み、ＦＣＨは無線フレーム上のDL/UL−MAPの位置情報や、使用するSub Channel Groupについての記述を含んでいるためである。

〈無線リソースの配分変更〉
次に、無線リソースの配分変更(割り当て変更)について説明する。複数の基地局又はセクタに対する無線リソースの配分は、各基地局又はセクタでの無線リソース使用率に応じて周期的に且つ動的に変更される。

図６は、無線リソースの配分変更の説明図である。本発明に係る動的無線リソースユニット割り当て制御では、一定期間経過毎に、無線リソースの配分が動的に変更される。例えば、フレームセット(繰り返し単位)の提供回数が所定回数となる毎に、共用無線リソース内における無線リソースユニットの割り当て状況が動的に変更(更新)される。

図６に示す例では、５フレームセット毎に無線リソース配分が更新される。言い換えれば、一旦無線リソース配分が決定されると、その無線リソース配分を有するフレームセットが５回繰り返される。配分更新の周期はフレームセット単位で任意に決定できる。即ち、任意の数のフレームセット毎に無線リソース配分を更新(変更)することができる。

このように、無線リソースユニット割り当て制御を一定周期で実施することにより、無線リソースの使用状況の変化に応じて、動的に各基地局に割り当てを行なうことができる。

〈ネットワークシステム構成例〉
図７は、上述した無線リソースの動的割り当て制御が適用されるネットワークシステムの構成例を示す図である。図７は、WiMAXが適用されたネットワークシステムを示し、通信エリア(セル)を有する複数の無線基地局(ＢＳ)Ａ〜Ｄと、基地局Ａ〜Ｄを収容するＡＳＮ−ＧＷ(Access Service Network)１及び２と、ＡＳＮ−ＧＷ１及び２を収容するコアネットワークとからなる。

ＡＳＮ−ＧＷ１及び２の夫々は、WiMAXで必要となる基地局間のハンドオーバなどを制御する機能を提供する基地局の管理装置である。基地局Ａ〜Ｄの夫々は、自局に割り当てられた無線リソースを用いて、自局のセル内に位置する端末(収容ユーザ)との間で無線通信を行う。

図７に示す例では、基地局Ａのセルに対して基地局Ｂ及びＣのセルが隣接している。また、基地局Ｃのセルに対して基地局Ｄのセルが隣接している。このような通信エリアが隣接する基地局間において、無線リソースの割り当て制御が実施される。また、本発明の実施形態では、１つの基地局が複数のセクタ(最大３)を有する場合において、そのセクタ間での無線リソースの割り当てを動的に変更する場合にも適用可能である。

〈基地局の構成例〉
図８は、図７に示した各基地局Ａ〜Ｄに対して適用可能な基地局の構成例を示す機能ブロックである。図８において、基地局(ＢＳ)＃１は、基地局＃２とともに、ＡＳＮ−ＧＷ(ＧＷ)に収容されている。基地局＃１は、ＭＡＣ(Media Access Control)レイヤの制御部１１と、ＰＨＹ(物理)レイヤの制御部１２とを含んでいる。

制御部１１は、呼制御部(Call Controller：ＣＣ)１３と、無線リソース管理部(Radio Resource Control：ＲＲＣ)１４と、スケジューラ１５とを含んでいる。ＣＣ１３は、基地局＃１を介した端末間通信の呼制御を司り、呼に係るコネクション制御、ＭＡＣメッセージ送受信制御、端末管理等を行う。

ＲＲＣ１４は、無線リソースの割付、再構築及び解放などを行うWiMAX標準フォーラムで標準化された機能ブロックであり、基地局間無線リソースの管理，基地局内でのセクタ間無線リソース管理(セルが複数のセクタに分割されている場合)，帯域制御(受付制御)等を行う。ＲＲＣ１４は、他の基地局(ＢＳ＃２)との間でＲＲＣ間メッセージ通信を行い、動的な無線リソース割り当てを制御する。

スケジューラ１５は、ＲＲＣ１４の無線リソース割り当て制御の結果に従って割り当てられた無線リソースを使用して、基地局配下の各端末（通常は複数の端末）と通信するための、データ(送信データ)の送信に係るスケジューリングを行う。

ＰＨＹレイヤ制御部１２は、ＰＨＹ処理部を有しており、送信データをＯＦＤＭＡ変換する処理や、無線フレームを生成する処理を行う。無線フレームは、基地局に接続されたアンテナ(図７参照)から送信される。

〈無線リソースユニット割り当て変更手順〉
次に、無線リソースユニット割り当て変更手順について説明する。図９は、割り当て変更手順の例を示すシーケンス図である。図１０は、無線リソース管理部(ＲＲＣ)が有する無線リソース使用状況管理テーブルの例を示す図である。図１１は、無線リソース管理部(ＲＲＣ)が有する無線リソース使用率管理テーブルの例を示す図である。図１２は、要求無線リソースユニット決定処理を示すフローチャートである。図１３は、要求の受け入れ可否判断処理を示すフローチャートである。図１４は、要求受け入れ可の認識処理を示すフローチャートである。図１５は、無線リソース使用状況報告メッセージのフォーマット例を示す図である。図１６は、無線リソース要求メッセージのフォーマット例を示す図である。図１７は、無線リソース使用変更報告メッセージ及び無線リソース使用変更通知のフォーマット例を示す図である。

図９に示す例では、無線局としての基地局(無線基地局)＃０〜＃３に対して無線リソースの動的割り当て制御が適用される。基地局＃０〜＃３は、無線通信に使用する無線リソースを共用する関係にある。また、基地局＃０〜＃３は、図８に示した基地局＃１の構成を夫々有するとともに、相互に隣接するセル(通信エリア)を夫々有しており、図４に示したようなフレームセットを用いて、周期的に割り当て状態(リソース配分)を変更(更新)するものと仮定する。さらに、初期状態において、無線リソースユニットは、基地局＃０〜＃３に対し、各基地局の無線リソース使用量と比例するように割り当てられているものと仮定する。

図９に示す例では、以下のルールに従って、無線リソースの割り当て状態が変更される。
〈１〉無線リソースユニット割り当ての変更は、隣接する基地局が使用している無線リソースユニットを譲り受けることで行われる。
〈２〉無線リソースユニットの譲渡の要求が重複した場合には、無線リソースがより不足している基地局に譲渡される。

具体的な割り当て変更の手順を、以下の〔１〕〜〔４〕で詳細に説明する。

〔１〕割り当て無線フレーム要求情報収集
図９において、基地局＃０は、基地局＃０に割り当てる要求無線リソースユニットを決定するための情報収集を実施する。

基地局＃０のＲＲＣ１４は、周期的な定時刻に、周辺基地局＃１〜＃３(自基地局(自局)＃０を含む)のキャパシティ情報を、ＲＲＣ間メッセージの１つである無線リソース使用状況報告メッセージ(図１５)の受信により収集する(図９：Ｓ１,Ｓ２,Ｓ３)。

キャパシティ情報は、無線リソース輻輳段階を示す情報である。基地局の無線リソース使用率に応じて輻輳段階を設けることにより、小さい無線リソース使用率の変動で無線リソース割り当て制御がばたつくことを防ぐために設けられている。

無線リソース使用状況報告メッセージは、周辺基地局のＲＲＣ１４に対して、自局の無線リソース使用率を報告するためのメッセージである。無線リソース使用状況報告メッセージは、周期的に送信される。無線リソース使用状況報告メッセージは、パラメータとして、自局番号(基地局識別子)と、自局の無線リソース使用率とを含む(図１５参照)。

無線リソース使用率は、無線リソース割り当て制御によって割り当てられた無線リソース量(本発明の実施形態では無線リソースユニット数×無線リソースユニットあたりの無線リソース量)に対して、実際に基地局のスケジューラにて送信データが割り当てられて電波が送信された無線リソースの割合である。無線リソース使用率は、通常百分率で表される。

ここに、ＲＲＣ１４は、基地局内に設けられた記憶装置に格納された無線リソース使用状況管理テーブル２１(図１０)と、無線リソース使用率管理テーブル２２(図１１)とを管理する。

無線リソース使用状況テーブル２１は、図１０に示すように、自局情報の格納領域と、周辺基地局の格納領域とを有する(図１０は、基地局＃０のテーブル２１を例示している)。各格納領域には、自局又は周辺基地局に関する、基地局番号，現在割り当てられている無線リソースユニット数，及び現在割り当てられている無線リソースユニット番号が格納される。

また、無線リソース使用率管理テーブル２２は、図１１に示すように、自局情報の格納領域と、周辺基地局情報の格納領域とを有する(図１１には、基地局＃０のテーブル２２を例示)。各格納領域には、自局又は周辺基地局の基地局番号、及び無線リソース使用率が格納される。

ＲＲＣ１４は、無線リソース使用状況報告メッセージを受け取ると、このメッセージ中に含まれる基地局番号及び無線リソース使用率を抽出し、無線リソース使用率管理テーブル２２中の対応する格納領域に格納する。

無線リソース使用率と無線リソース輻輳段階(キャパシティ情報)とは予め関連付けられており、ＲＲＣ１４は、無線リソース使用率から無線リソース輻輳段階(キャパシティ情報)を求めることができる。

なお、無線リソース使用状況報告メッセージは、各基地局＃０〜＃３から、総ての周辺基地局に対して送信され、各基地局＃０〜＃３における各テーブル２１及び２２の格納内容及びキャパシティ情報は同期をとるように構成されている。

次に、基地局＃０のＲＲＣ１４は、自基地局及び周辺基地局から収集したキャパシティ情報(無線リソース輻輳段階)から、要求無線リソースユニットを決定する(図９：Ｓ４)。

決定アルゴリズムは以下の通りである(図１２：要求サブフレーム決定)。なお、自基地局の要求無線リソースユニット数に応じて、複数の周辺基地局へ無線リソースの譲渡を要求することができる。さらに、輻輳段階の差に応じて、或いは輻輳の危険度(輻輳段階の大きさ)に応じて、１以上の周辺基地局に対して、複数の無線リソースユニットを要求することもできる。

最初に、ＲＲＣ１４は、要求無線リソースユニット数を決定する(図１２：Ｓ４０１)。即ち、ＲＲＣ１４は、各基地局の無線リソース輻輳段階に応じて、自基地局が周辺基地局に対して譲渡を要求する無線リソースユニット数を決定する。このとき、ＲＲＣ１４は、自基地局の無線リソース輻輳段階が自基地局を含む周辺基地局の中で最も低い場合には、無線リソースユニットを要求しない。

次に、ＲＲＣ１４は、要求無線リソースユニット番号を決定する(図１２：Ｓ４０２)。即ち、ＲＲＣは、最もキャパシティ(無線リソース輻輳段階)の低い周辺基地局が使用している(割り当てられている)無線リソースユニット番号を、譲渡を要求する無線リソースユニット番号として決定する。

但し、或る無線フレーム時間において、複数のサブチャネルグループの中から無線リソースユニットを選択する場合には、ＦＣＨを含むサブチャネルグループが適用される偶数番号の無線リソースユニットを、１以上、必ず選択しなければならない。

〔２〕無線リソースユニット要求メッセージの送信処理
要求無線リソースユニット番号が決定されると、ＲＲＣ１４は、無線リソースユニット要求メッセージ(無線リソース要求)の送信処理を行う(図１２：Ｓ４０３)。

即ち、ＲＲＣ１４は、ステップＳ４０２で決定された無線リソースユニット番号の無線リソースユニットを使用中の基地局を無線リソース使用状況管理テーブル２１から特定し、特定された基地局内で当該無線リソースユニットを管理するＲＲＣ１４に対して、無線リソースユニット要求メッセージ（無線リソース要求）を送信する。

無線リソース要求は、要求先の基地局のＲＲＣ１４に対して無線リソースユニットの譲渡を要求するＲＲＣ間メッセージの１つである。無線リソース要求は、図１６に示すように、自基地局番号，要求無線リソースユニット数，要求無線リソースユニット番号をパラメータとして含んでいる。なお、ＲＲＣ１４は、この無線リソース要求を周期的な定時刻(サブフレーム要求期限ｔ１)までに送信する。

なお、各基地局＃１〜＃３は、サブフレーム要求期限ｔ１が到来する前に、ステップＳ４０１及びＳ４０２の処理を行い、必要に応じて１以上の他の基地局に対し、無線リソース要求を送信することができる。

図９に示す例では、基地局＃０のＲＲＣ１４のみが、基地局＃２が使用中の無線リソースユニットの譲渡(割り当て変更)を要求することを決定し、無線リソース要求を基地局＃２に送信している(図９：Ｓ５)。

〔３〕無線リソースユニット割り当て判断
周辺基地局(基地局＃０)からの無線リソース要求を受信した基地局(基地局＃２)のＲＲＣ１４は、要求された無線リソースユニットの譲渡の可否を以下の要領で判断する(図９：Ｓ６)。

即ち、ＲＲＣ１４は、無線リソース要求の受信処理を行う(図１３：Ｓ６０１)。

次に、ＲＲＣ１４は、無線リソースの譲渡先基地局と譲渡する無線リソースユニットとを、無線リソース要求に基づき決定する(図１３：Ｓ６０２)。ＲＲＣ１４は、単一の無線リソース要求を受信した場合には、その無線リソース要求で指定された無線リソースユニットの譲渡を受け入れる。

これに対し、複数の周辺基地局からの無線リソース要求が受信された場合には、ＲＲＣ１４は、無線リソース使用率の高い周辺基地局からの要求を受け入れる。ここで、複数の周辺基地局の輻輳段階(無線リソース使用率)が同一であった場合には、ＲＲＣ１４は、複数の周辺基地局の１つへの譲渡をランダムに決定する。これに対し、自基地局が無線リソース要求を送信している場合は、ＲＲＣ１４は譲渡を受け入れない。

図９に示す例では、基地局＃２は、基地局＃０からの無線リソース要求を受け入れている。

〔４〕無線リソースユニット使用変更報告
無線リソース要求を受信した基地局(基地局＃２)は、ステップＳ６(Ｓ６０２)での判断結果をもとに、無線リソースユニット使用変更報告メッセージ（無線リソース使用変更報告：図１７）を作成及び送信することによって、周辺基地局の総て(基地局＃０,＃１及び＃３)に対し、自局の使用無線リソースユニット使用状況が変更されたことを通知する(図９：Ｓ７,Ｓ８,Ｓ９)。

即ち、ＲＲＣ１４は、無線リソース使用変更報告の送信処理を行う(図１３：Ｓ６０３)。具体的には、ＲＲＣ１４は、譲渡要求を受け入れることを決定した場合、無線リソース使用状況管理テーブル２１(図１０)の自局情報の格納領域から、譲渡対象の無線リソースユニットに係る情報を消去する更新処理を行い、更新後の格納領域の内容を含む無線リソース使用変更報告を作成し送信する。

ここに、無線リソース使用変更報告は、無線リソース要求を受信した基地局のＲＲＣ１４が周辺基地局のＲＲＣ１４に対して自局の無線リソースユニットの使用状況が変更されたことを通知するためのＲＲＣ間メッセージの１つである。無線リソース使用変更報告は、図１７に示すように、パラメータとして、自基地局番号と、自局の使用無線リソースユニット数と、自局の使用無線リソースユニット番号とを含む。

なお、ＲＲＣ１４が要求を受け入れない場合には、管理テーブル２１の格納内容は更新されず、そのときの無線リソース使用変更報告には、譲渡が要求された無線リソースユニット番号が含まれる。

無線リソース要求を送信した基地局(基地局＃０)は、無線リソース使用変更報告を受信すると、要求受け入れ可否認識処理を行う(図９：Ｓ１０)。

即ち、ＲＲＣ１４は、無線リソース使用変更報告の受信処理を行う(図１４：Ｓ１００１)。次に、ＲＲＣ１４は、無線リソース使用変更報告を解析して、無線リソース要求の可否を判断する。

このとき、ＲＲＣ１４は、無線リソース使用変更報告に譲渡を要求した無線リソースユニット番号が含まれているか否かを判断する。このとき、無線リソースユニット番号が含まれていなければ、ＲＲＣ１４は要求が受け入れられたと判断する。無線リソースユニット番号が含まれていれば、ＲＲＣ１４は要求が拒絶されたと判断する。

要求が受け入れられたと判断した場合、ＲＲＣ１４は、無線リソース使用変更報告メッセージ中のパラメータに従って、管理テーブル２１中の基地局＃２に対応する周辺基地局の格納領域を更新する(図１４：Ｓ１００２)。即ち、対応する格納領域から、譲渡対象の無線リソースユニット番号が消去されるとともに、消去された数が無線リソースユニット数から減じられる。

続いて、ＲＲＣ１４は、譲渡を要求した無線リソースユニット番号を管理テーブル２１の自局情報の格納領域に登録するとともに、無線リソースユニット数を増加させる(図１４：Ｓ１００３)。これによって、基地局＃０の無線リソースユニットの使用状況が変更される。

ＲＲＣ１４は、上述した管理テーブル２１の更新が終了すると、自局の無線リソースユニット使用変更通知メッセージ(無線リソース使用変更通知)を作成して送信する(図９：Ｓ１１,Ｓ１２,Ｓ１３)。

ここに、無線リソース使用変更通知は、無線リソース使用変更報告を受信した基地局（基地局＃０）のＲＲＣ１４が、当該報告の結果に応じて自局の無線リソースユニットの使用状況を変更したことを総ての周辺基地局のＲＲＣ１４に通知するためのＲＲＣ間メッセージの１つである。無線リソース使用状況通知は、無線リソース使用状況報告と同じフォーマットを有する(図１７参照)。

無線リソース使用変更通知を受信した各周辺基地局(基地局＃１,＃２及び＃３)は、この通知中のパラメータを用いて、管理テーブル２１中の基地局＃０に係る格納領域を更新する。

なお、サブフレーム要求期限ｔ１の経過後、所定の使用状況通知期限ｔ２が到来するまでに無線リソース使用状況通知の送受信が終了するように、各基地局＃０〜＃３での処理が行われる。

なお、無線リソース要求が拒絶された場合には、要求元のＲＲＣ１４は、自局の無線リソースユニット使用状況の更新、及び無線リソース使用変更通知の送信を行わない。但し、受信された無線リソース使用状況報告において、或る周辺基地局の使用状況が変更されている場合には、ＲＲＣ１４は、その変更内容に従って、管理テーブル２１の更新処理を行う。

使用状況通知期限ｔ２が到来すると、基地局＃０のスケジューラ１５は、管理テーブル２１中の自局情報を参照し、所定の更新タイミングｔ３において、スケジューラ１５自身が使用する無線リソース情報の更新(変更)設定を行い、新たな無線リソースによるスケジューリングに従って、自局に割り当てられた無線リソースユニットを用いて送信データが自局から送信されるようにする(図１４：Ｓ１００４)。

このようなスケジュールの更新処理は、要求に応じて無線リソースユニットを譲渡した基地局(基地局＃２)のスケジューラ１５においても実行される(図１３：Ｓ６０４)。

なお、図９に示す例では、サブフレーム要求期限ｔ１，使用状況通知期限ｔ２及び更新タイミングｔ３の間隔は固定となっており、さらに、サブフレーム要求期限ｔ１は、フレームセット(図４)の提供が所定回数繰り返された後に周期的に到来するように構成されている。

〈実施形態の効果〉
以上説明した本発明の実施形態の効果として、次のものを挙げることができる。
[１]Reuse Factor=1(一周波数繰り返し置局設計)での効率的な無線リソース運用が実現可能となる。
[２]動的に基地局間のリソース配分を変更することで常にシステム全体での最大スループットを実現可能となる。
[３]無線リソースユニット単位でのリソース配分のために無線フレーム内の構造を基地局同士で同期する必要がなくなる。
[４]上記[３]によって、DL/UL比率、複数アンテナ（MIMO、ダイバシチ、AASなど）の適用を基地局毎に変更することができる。
[５]サブチャネルを細分化しないので周波数特性に影響しない部分フェージングの対策をとりやすい。
[６]WiMAX（IEEE 802.16e）で標準化されている仕様の無線フレームフォーマットを満たした上で、本発明を適用することができる。

Claims (10)

1. 複数の無線局又は複数のセクタ間で共用される共用無線リソースを各無線局又は各セクタに割り当てる方法であって、
   前記共用無線リソースを時間軸上で繰り返し提供するための所定数の無線フレームをフレームセットとして定義し、
   前記フレームセットで提供される共用無線リソースを無線フレーム単位及びサブチャネルグループ単位で分割したときの最小単位を無線リソースユニットとして定義し、
   各基地局又は各セクタに少なくとも１つの無線リソースユニットを割り当てる
   ことを含む無線リソース割り当て方法。
2. 前記各無線局又は前記各セクタでの無線リソースの使用量に応じて前記各無線局又は前記各セクタに割り当てられる前記無線リソースユニットの数を決定する
   ことをさらに含む請求項１記載の無線リソース割り当て方法。
3. 前記各無線局又は前記各セクタに対する無線リソースユニットの割り当て状況を、前記各無線局又は前記各セクタでの無線リソースの使用率に応じて変更する
   ことをさらに含む請求項１又は２記載の無線リソース割り当て方法。
4. 無線リソースの増加が望まれる無線局又はセクタに対し、他の無線局又は他のセクタで使用されている１以上の無線リソースユニットを譲渡することによって、前記無線リソースユニットの割り当て状況を変更することをさらに含む
   請求項１〜３のいずれかに記載の無線リソース割り当て方法。
5. 複数の無線局の１つが使用している無線リソースユニットに対して複数の他の無線局からの譲渡要求が生じた場合には、最も無線リソースが不足している前記複数の他の無線局の１つに前記譲渡が要求された無線リソースユニットを譲渡することをさらに含む
   請求項４記載の無線リソース割り当て方法。
6. 複数の無線局間又は複数のセクタ間で共用される共用無線リソースの一部又は全部を用いて無線通信を行う無線局であって、
   時間軸上で繰り返し提供される所定の複数の無線フレームからなるフレームセットで提供される無線共用リソースを無線フレーム単位且つサブチャネルグループ単位で分割した場合の最小単位を構成する無線リソースユニットの少なくとも１つを自局で使用する無線リソースとして決定する無線リソース管理部と、
   前記決定された無線リソースユニットに応じた無線通信のスケジューリングを行うスケジューラと
   を備える無線局。
7. 前記無線リソース管理部は、自局の無線リソースの使用量に応じて自局で使用する無線リソースユニットの数を動的に変更する
   請求項６記載の無線局。
8. 前記無線リソース管理部は、前記複数の無線局の夫々で使用されている１以上の無線リソースユニットに関する使用率に基づいて、自局が使用する無線リソースユニットの数を動的に変更する
   請求項６又は７記載の無線局。
9. 前記無線リソース管理部は、自局の無線リソースユニットの使用数を増加する場合に、他の無線局に該他の無線局が使用中の無線リソースユニットの譲渡を要求し、他の無線局が無線リソースユニットの譲渡を許可した場合に、譲渡された無線リソースユニットを使用することを決定し、
   前記スケジューラは、前記譲渡された無線リソースユニットを用いて自局が無線通信を行うようにスケジュール変更を行う
   請求項６〜８のいずれかに記載の無線局。
10. 前記無線リソース管理部は、自局が使用中の無線リソースユニットに対する譲渡要求を複数の他の無線局から受け取った場合に、最も無線リソースが不足している前記複数の他の無線局の１つに無線リソースユニットの譲渡を許可し、譲渡を許可した無線フレームユニットの使用停止を決定し、
    前記スケジューラは、前記譲渡を許可した無線フレームユニットを用いた無線通信が行われないようにスケジュール変更を行う
    請求項６〜９のいずれかに記載の無線局。

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