JP5558551B2 - 分散セルラシステムのための無線通信リソース管理 - Google Patents

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関連出願

この出願は、２０１１年１２月２３日提出の英国特許出願第１１２２４２０．１号に基づいており、その優先権を主張するものであって、その全内容を本明細書に援用する。

本明細書で説明する実施形態は、一般に、分散セルラシステムにおけるユーザ機器と信号ノードの間の通信リンクのスケジューリングのための方法およびシステムに関する。

ＣＰＵが多数の分散型セルまたは遠隔無線ユニットを管理する分散型セルラシステムが普及している。このようなシステムの例として、分散型アンテナシステム（ＤＡＳ）および未来型クラウドＲＡＮ（無線アクセスネットワーク）の二つが挙げられる。

複数のアンテナが分散的にセル内に配置される新しいネットワークアーキテクチャの導入により、セル受信範囲およびシステム性能を改善するため、最新型ＬＴＥ（ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）システム用の分散型アンテナシステム（ＤＡＳ）が開発されている。このようなアーキテクチャでは、通常では光ファイバーを介して中央管理ハブユニット（ＨＵ）にアンテナが接続されており、このアンテナを無線遠隔ユニット（ＲＵ）と見なすことができる。一方、ベースバンド信号はＨＵに集められて処理される。その結果、ＤＡＳが空間的な多重利得を用いるのでより優れたシステム性能が提供される。

ＤＡＳはさまざまな応用シナリオに応じて配置することができる。例えば、マクロセル基地局には、従来のような共同場所に配置されるアンテナに代えて、マクロセル内の異なる位置に分散型アンテナを装備することができる。近年では、ハイブリッドまたは異機種ネットワークは、受信範囲の問題への取り組み、通信量の負荷軽減、ユーザ機器のエクスペリエンスの改善を実践的に行うものとなっている。このようなネットワークでは、異なるタイプのセルが同一エリアに重複して存在しており、例えば、複数の小型ピコセルが一つのマクロセル内に存在する。通常、これらの小型セルは屋内・建物内に配置されており、ＤＡＳはこれら小型セルの性能をさらに改善するのに非常に役立っている。したがって、ＤＡＳはこのような小型セルを備えた建物においてますます普及している。

本明細書で説明する実施形態によれば、ＣＰＵが多数の分散型セルまたは遠隔無線ユニットを管理する、分散型セルラシステム用の新規なリソース割当て方法が提供される。これら遠隔ユニットは、例えば、ＣＲＡＮモデルのＤＡＳアーキテクチャまたは遠隔無線ユニット（ＲＲＵ）においてＲＵとなり得る。

本発明の実施形態について添付の図面を用いて説明する。
建物内に配置された小型セルを有する分散型アンテナシステムの概略図である。 ＣＲＡＮアーキテクチャを示す図である。 以下に記載する実施形態が使用される信号ノードおよびユーザ機器の配置を示す図である。 以下に記載する一実施形態によるスケジューリング手順に関する工程のフローチャートである。 以下に記載する一実施形態による協調送信を用いた分散型アンテナシステムを示す図である。 以下に記載する一実施形態によるスケジューリング手順に関する工程のフローチャートである。 以下に記載する一実施形態を用いた場合に実現される平均ＲＵスループットおよびユーザ機器の平均スループットをシミュレートするため用いられるネットワークレイアウトを示す。 以下に記載する一実施形態によるスケジューリング方法を用いた場合と従来のスケジューリング方法を用いた場合とで実現される平均ユーザスループットを比較して示す。 以下に記載する一実施形態によるスケジューリング方法を用いた場合と従来のスケジューリング方法を用いた場合とで実現される平均ＲＵスループットを比較して示す。

一実施形態によれば、ネットワークにおけるユーザ機器と信号ノードの間の通信リンクをスケジューリングする方法が提供される。該方法は、
１つ以上の稼働信号ノード／ユーザ機器の対を識別することであって、各稼働対はそれぞれの稼働ユーザ機器と現在において信号チャネル上で通信している信号ノードを含む、ことと、
１つ以上の非稼働信号ノード／ユーザ機器の対を識別することであって、各非稼働対は現在は前記信号チャネル上で通信していない非稼働信号ノードおよび前記非稼働信号ノードと前記信号チャネル上で通信することができる潜在的なユーザ機器を含む、ことと、
稼働対とするならば、最大の合計公平基準を達成する前記非稼働対のうちの１つを識別することであって、前記合計公平基準は、問題の前記非稼働対における潜在的なユーザ機器の公平基準と、前記非稼働対の各々が稼働対になる場合の前記稼働対の各々の公平基準との和である、ことと、を含み、
各ユーザ機器の前記公平基準は、その対における前記ユーザ機器と前記信号ノードの間で達成可能な伝送レートに基づいて判定される。

いくつかの実施形態では、各ユーザ機器の前記公平基準は、その対における前記ユーザ機器と前記信号ノードの間で達成可能な伝送レートと、これまでに前記ユーザ機器によって達成されたスループットとの比に基づく。

いくつかの実施形態では、これまでに各ユーザ機器によって達成された前記スループットは、所定時点から測定される。例えば、これまでに達成された前記スループットは、前記ユーザ機器によって所定スケジューリング回数にわたり達成された合計スループットとすることができる。

いくつかの実施形態では、これまでにユーザ機器によって達成された前記スループットを、前記ユーザ機器によって所定スケジューリング回数にわたり達成された平均スループットとして計算してもよい。スケジューリングの期間は、稼働対とされる非稼働対を識別し、稼働対とされる次の非稼働対を識別するまでの期間に一致してもよい。

いくつかの実施形態において、稼働対とするならば最大の合計公平基準をもたらす前記非稼働対を識別するステップは、
各非稼働対について前記信号チャネル上で達成可能な伝送レートを計算することと、
それぞれの非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて各稼働対が前記信号チャネル上で達成可能な伝送レートを計算することと、
前記非稼働対の各々が稼働対になる場合の、各非稼働対における前記潜在的なユーザ機器の比例公平率を計算することと、
非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて各稼働ユーザ機器の比例公平率を計算することと、
各非稼働対について、前記非稼働対の潜在的なユーザ機器について計算された比例公平率を、前記非稼働対の各々が稼働対になる場合の、各稼働ユーザ機器について計算された比例公平率に加え、前記非稼働対の各々が稼働対になる場合について比例公平率の潜在的総和を得ることと、
稼働した際に比例公平率の潜在的総和の最大をもたらす前記非稼働対を識別することと、を含む。いくつかの実施形態において、稼働対とするならば最大の合計公平基準を達成する前記非稼働対を識別するステップは、個々の非稼働対をそれぞれ稼働対にすることにより生じる干渉を考慮に入れること含む。例えば、非稼働対を稼働対にするかを判定する場合、現在の稼働対のそれぞれについて信号対雑音比計算してもよい。前記雑音は、前記非稼働対の各々を稼働対にすることにより生じる干渉を含む。

いくつかの実施形態は、最大の合計公平基準が前記ユーザ機器の前記公平基準の和より大きいかを判定するステップを含んでいる。

いくつかの実施形態では、前記非稼働対を稼働対にすることにより達成される最大の合計公平基準が、前記ユーザ機器の前記公平基準の和より大きい場合にのみ、非稼働対を稼働対にする。

いくつかの実施形態では、前記非稼働対の各々の比例公平率の潜在的総和が、稼働ユーザ機器の比例公平率の和より大きい場合にのみ、非稼働対を稼働対にする。

いくつかの実施形態は、ある非稼働対が稼働対とされた後において、他の非稼働対が残っているかどうか判定し、そうであるならば、当該方法における上記ステップから繰り返すことを含む。前記非稼働対が稼働対とされた後において非稼働対が残っていない場合には、新規な信号チャネルを選択し、該新規な信号チャネルについて当該方法の上記ステップを繰り返してもよい。

いくつかの実施形態では、稼働ユーザ機器（群）は、非稼働信号ノードの潜在的なユーザ機器（群）としても扱われる。前記最大の合計公平基準を達成するものと識別された前記非稼働対が、稼働対における稼働ユーザ機器でもある潜在的なユーザ機器を含んでいる場合、前記非稼働対が稼働対となったら、前記稼働対および非稼働対の各々の信号ノードが前記潜在的なユーザ機器に協調送信してもよい。例えば、ある信号ノードから送信された信号を、別の信号ノードから送信された信号に同期させてもよい。例えば、ある信号ノードから送信された信号が、別の信号ノードから送信された信号に時間インターリーブされてもよい。したがって、別の信号ノードから送信された信号を、干渉ではなくユーザ機器に有用な信号とすることができる。

いくつかの実施形態では、前記信号チャネルはＯＦＤＭシステムにおけるサブキャリア信号である。

いくつかの実施形態では、前記非稼働対を稼働対にした場合、各稼働ユーザ機器について計算された前記公平基準が閾値を上回る場合に、前記最大の合計公平基準を達成するものと識別された前記非稼働対のみを稼働対にしてもよい。

第２の実施形態は、信号ノードとユーザ機器の間の通信リンクをスケジューリングするためのマルチノード通信システムのためのシステムコントローラを提供するものであって、前記コントローラは、
ｉ）１つ以上の稼働信号ノード／ユーザ機器の対を識別し、各稼働対は、それぞれの稼働ユーザ機器と現在において信号チャネル上で通信している信号ノードを含み、
ｉｉ）１つ以上の非稼働信号ノード／ユーザ機器の対を識別し、各非稼働対は、現在は前記信号チャネル上で通信していない非稼働信号ノード、および前記非稼働信号ノードと前記信号チャネル上で通信することができる潜在的なユーザ機器を含み、
ｉｉｉ）稼働対とするならば、最大の合計公平基準を達成する前記非稼働対のうちの１つを識別し、前記合計公平基準は、問題の前記非稼働対における潜在的なユーザ機器の公平基準と、前記非稼働対の各々が稼働対になる場合の前記稼働対の各々の公平基準の和とするように構成され、
各ユーザ機器の前記公平基準は、その対における前記ユーザ機器と前記信号ノードの間で達成可能な伝送レートに基づいて、前記システムコントローラによって判定される。

いくつかの実施形態では、各ユーザ機器の前記公平基準は、その対における前記ユーザ機器と前記信号ノードの間で達成可能な伝送レートと、これまでに前記ユーザ機器によって達成されたスループットとの比に基づいて、前記システムコントローラによって判定される。

いくつかの実施形態では、前記システムコントローラは、これまでに前記ユーザ機器によって達成されたスループットを、所定スケジューリング回数にわたり達成された平均スループットとして計算するよう構成される。各スケジューリングの期間は、前記システムコントローラが稼働対とすべき非稼働対を識別し、前記システムコントローラが稼働対とすべき別の非稼働対を識別するまでの期間であってもよい。

いくつかの実施形態において、稼働対とするならば最大の合計公平基準を達成する前記非稼働対を識別するにあたり、前記コントローラは、
ｉｖ）各非稼働対について前記信号チャネル上で達成可能な伝送レートを計算し、
ｖ）各非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて各稼働対が前記信号チャネル上で達成可能な伝送レートを計算し、
ｖｉ）前記非稼働対の各々が稼働対になる場合の、各非稼働対における潜在的なユーザ機器の比例公平率を計算し、
ｖｉｉ）非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて、各稼働ユーザ機器の比例公平率を計算し、
ｖｉｉｉ）ステップｖｉ）およびｖｉｉ）において得られた結果を合計することにより、非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて比例公平率の潜在的総和を求め、
ｉｘ）稼働した際に最大の総計比例公平率をもたらす前記非稼働対を識別する、ように構成される。

いくつかの実施形態では、前記システムコントローラは、各非稼働対が達成可能な伝送レートを計算する場合に、前記稼働対からの干渉の影響を考慮に入れるように構成される。

いくつかの実施形態では、前記システムコントローラは、最大の合計公平基準が前記稼働ユーザ機器の各々の前記公平基準の和より大きいかを判定し、そうであるならば、ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対を稼働対にするように構成される。いくつかの実施形態では、前記システムコントローラは、前記非稼働対の各々の比例公平率の潜在的総和が稼働ユーザ機器の比例公平率の和より大きい場合に、ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対を稼働対にするように構成される。

いくつかの実施形態では、前記コントローラは、前記最大の合計公平基準を達成するものと識別された前記非稼働対が稼働対とされた後において、非稼働対が残っているかどうか判定し、そうであるならばステップｉ）からｉｉｉ）を繰り返すように構成される。

いくつかの実施形態では、ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対が稼働対とされた後において非稼働対が残っていない場合に、前記システムコントローラは新規な信号チャネルを選択し、この新規な信号チャネルについてステップｉ）からｉｉｉ）を繰り返すように構成される。

いくつかの実施形態では、前記コントローラは、各非稼働信号ノードの潜在的なユーザ機器における稼働ユーザ機器を含めるように構成される。

いくつかの実施形態では、ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対が、別の稼働対における稼働ユーザ機器である潜在的なユーザ機器を含んでいる場合、前記システムコントローラは、前記非稼働対が稼働対となる場合に、前記稼働対および非稼働対の各々の信号ノードに対し、前記潜在的なユーザ機器に協調送信するよう制御する。

いくつかの実施形態では、前記システムコントローラは、前記非稼働対を稼働対とした場合、各稼働ユーザ機器のそれぞれの公平基準が閾値を上回る場合にのみ、前記最大の合計公平基準を達成するものと識別された前記非稼働対を稼働対にする。

いくつかの実施形態において、前記システムコントローラは、該システムコントローラが制御可能な複数の信号ノードを含んだシステムに含まれても良い。

いくつかの実施形態では、前記システムはＯＦＤＭシステムである。

いくつかの実施形態において、非稼働対における潜在的なユーザ機器の前記公平基準は、潜在的なユーザ機器と前記非稼働ノードの各々の間で達成可能な伝送レートとして計算される。

本発明の第３の実施形態は、コンピュータ可読媒体に記録されたコンピュータプログラムを含み、前記媒体は、システムコントローラに本発明の第１の実施形態による方法を実行させるための命令を含む。

図１は、二つの遠隔ユニット（ＲＵ）を接続したハブユニット（ＨＵ）が三階建ての各フロアに設けられたＤＡＳの建物内配置の例を示す。図１に示すように、ＨＵ内の異なるＲＵは異なるユーザ機器に対して同一周波数を用いることができ、ユーザ機器はこの周波数を実質的に再利用することにより、スペクトル効率を改善する。

ＤＡＳのほかにクラウド無線アクセスネットワーク（ＣＲＡＮ）と呼ばれる新しいセルアーキテクチャが、主要ネットワークオペレータおよび機器ベンダ（例えばＣｈｉｎａ Ｍｏｂｉｌｅ、Ｉｎｔｅｌ、Ｈｕａｗｅｉ、Ｅｒｉｃｓｓｏｎ）などの間で段々と人気が高まっている。コンピュータネットワークおよびマルチコアプロセッサにおける急速な発展のおかげで、集中処理を行うリアルタイムクラウドコンピューティングが現実的なものとなっている。クラウドコンピューティングとは、インターネット上のサービスとして提供されるアプリケーションと、こうしたサービスを提供するデータセンタのハードウェアおよびシステムソフトウェアの両方を意味するものである。モバイル機器のエネルギーを節約できるよう、クラウドのモバイルクライアントにおける計算を負荷軽減することが提案されている（例えばノキア）。近年、Ｃｈｉｎａ Ｍｏｂｉｌｅ、ＩＢＭ、および他の主要ＩＣＴ企業（例えばＩｎｔｅｌ、Ｈｕａｗｅｉ、Ｅｒｉｃｓｓｏｎ）は、基地局のクラスタが高速光伝送ネットワークを介して接続される、いわゆるクラウド無線アクセスネットワーク（ＣＲＡＮ）に向けて、ＬＴＥにおけるＣｏＭＰ（統合多岐送信）を一歩前進させることを提案した。このようなネットワークアーキテクチャは、高度で複雑な計算を集中処理クラウドに移すことで基地局の低消費電力化を可能とする、環境に優しい無線を目指す方法である。ＣＲＡＮアーキテクチャの構成図を図２に示す。

ＣＲＡＮは、（過去３０年間に渡りあまり変化しなかった）セルラネットワークアーキテクチャのパラダイムシフトとなるものである。信号処理が強力なクラウドに移行するにつれ、ネットワーク状態およびユーザ機器トラフィックについてグローバルな知識を利用可能となり、より優れた基地局の調整、より容易な管理信号伝達、そして、より優れた負荷バランス調整を実現可能となっている。

このように、分散型セルラシステムには多くの長所がある。にもかかわらず、これらのタイプのシステムは好機とともに課題をもたらすものである。例えば、ＤＡＳは建物内の小型セルにはメリットがある一方、特にＨＵ内におけるＲＵ間での干渉が大きな問題となる。図１を参照すると、例えば、ユーザ機器１と通信中の遠隔無線ユニットＲＵ１は、遠隔無線ユニットＲＵ２と通信中のユーザ機器２への干渉を引き起こすことになる。反対に、ＲＵ２は、さらにユーザ機器１への干渉を引き起こすこととなる。ＣＲＡＮアーキテクチャに関して、リソースの割当ておよび干渉管理上の既存アルゴリズムの多くは、例えば、有限なクラウドリンク容量やレイテンシ、リアルタイム処理要件などの新しい制約を考慮した上で見直す必要があるかもしれない。

図３は、非稼働信号ノードおよび稼働信号ノードを含む複数の信号ノード対と、複数のユーザ機器とを含む分散型セルラシステムの例を示す。図示システムでは、信号ノードＳＮ１、ＳＮ２、ＳＮ３およびＳＮ４は各々、分散的にセル上に配置されたアンテナを構成する。これらのアンテナは中央管理ハブユニット（図３では不図示）に接続される。また、ユーザ機器ＵＤ１、ＵＤ２、ＵＤ３およびＵＤ４を図３に示す。ユーザ機器ＵＤ１〜ＵＤ４を、例えば、あるネットワークへの異なる加入者の所有する携帯電話機とする。

信号ノードＳＮ１は、信号チャネル上のユーザ機器ＵＤ１に現在情報を送信している稼働信号ノードである。信号ノードＳＮ１およびＵＤ１は稼働対１を構成する。信号ノードＳＮ２およびユーザ機器ＵＤ２は別の稼働対３を構成する。信号ノードＳＮ３は、ユーザ機器のいずれにも現在送信していないために現在は非稼働である。同様に、信号ノードＳＮ４も現時点では送信を行っていない。

ＳＮ３はユーザ機器ＵＤ１またはＵＤ３のいずれか１つに送信している可能性がある。このように、ＳＮ３およびＵＤ１は非稼働５を構成し、またＳＮ３およびＵＤ３は別の不稼働対７を構成する。同様に、ＳＮ４およびＵＤ３は非稼働対を構成する。また、ＳＮ４およびＵＤ４も同様である。理論上、ＳＮ３はＳＮ１と同一の信号チャネル上のＵＤ１またはＵＤ３のいずれかに自由に送信を行うことができ、またＳＮ４は同一の信号チャネル上のＵＤ３またはＵＤ４のいずれかに自由に送信を行うことができる。

本発明の実施形態によれば、信号チャネル上で送信を行うため現在非稼働の信号ノードのいずれを次に稼働させるべきか、またどのユーザ機器がその信号ノードからの送信を受信すべきか、確定するための手段が提供される。稼働すべき非稼働ノード一つと送信すべきユーザ機器を選択する際には、現在稼働している対のすべての伝送レートの実効的な影響を考慮すればよい。例えば、信号ノードの稼働対およびユーザ機器によって達成される伝送レートは、新しい対を稼働させるときに引き起こされる干渉の結果として減少すればよい。同時に、現在稼働している対の伝送レートにおけるこうした減少については、その他の現在非稼働のユーザ機器に最小程度のスループット達成を保証する必要性とのバランスをとることが必要となる場合がある。

実施形態のいくつかにおいては、比例公平スケジューリングを用いて各ユーザ機器に対する公平基準を求める。比例公平スケジューリングとは、以下のとおり平均ユーザ機器スループットの対数和を最大化するものとして表すことができる。

ここで、

は最後のスケジューリングｋ回目までにおけるｉ番目のユーザ機器の平均スループットである。

マルチキャリアまたはＯＦＤＭベースのシステムの比例公平最適化は以下のように示されることがわかった。

ここで、

である。

はスケジューラがｎ番目の信号チャネルをｉ番目のユーザ機器に割り当てる場合に１となり、そうでない場合は０となる二値割当て変数である。

はｎ番目の信号チャネル上で即座に達成可能なｉ番目のユーザ機器のスループットである。

可能性のある組合せすべての中で最大値を網羅して探索せねばならず、また比例公平を求めるための以下の代替線形最適化が広範に用いられているため、（２）の解はかなり複雑となり、

である。

（３）について広範に受入れられている解は、キャリアワイズ比例解すなわち

である。

（４）におけるキャリアワイズ比例解の基本概念は、信号チャネル上のユーザ機器を一つずつ割り当てていくことである。各信号チャネル毎に、最大の比例公平率を有するユーザ機器が（４）の

のとおり、割り当てられることとなる。

いずれのアーキテクチャにおいても中央制御装置および多数のＲＵ（図１および図２参照）が存在するため、ＣＲＡＮとＤＡＳは非常に類似している。以下、各ユーザ機器に信号チャネルを割り当てるためのアルゴリズムについて説明するためＤＡＳを用いる。同一のアルゴリズムを容易にＣＲＡＮシステムにも適用できる。

建物内ＤＡＳにおいて、ＨＵは中央制御装置であり、属するＲＵのユーザ機器のチャンネルステータス情報（ＣＳＩ）をすべて有しており、干渉を減少させるためにマルチＲＵの動的リソース割当ておよびスケジューリングを可能とする。更にＨＵは、ＲＵどうしの送信を調整し、適時多数のＲＵを共同させてユーザ機器に送信させることで干渉を除去することができる。最終的に、本発明の実施形態においては新しい無線通信リソース割当て方法（ＯＦＤＭベースの分散型セルラシステムの協調送信を用いた、比例公平スケジューリング）を用いる。

ＤＡＳ用システム全体の比例公平の最適化は以下のように表すことができる。

である。

Ｓ_ｃがｃ番目のＲＵをサーバとするユーザ機器の組であるとすると、

はスケジューラがｃ番目のＲＵ内においてｎ番目の信号チャネルをｉ番目のユーザ機器に割り当てた場合に１となり、そうでない場合に０となる二値割当て変数である。

はｃ番目のＲＵ内においてｎ番目の信号チャネル上のｉ番目のユーザ機器が即座に達成可能なレートである。

は最後のｋ回目のスケジューリングにおけるｃ番目のＲＵ内のｉ番目のユーザ機器の平均スループットである。制約条件は、各信号チャネルをＲＵ内の１つのユーザ機器のみに割り当て可能なことを意味する。

注目すべきは、任意のＲＵ内のユーザ機器の達成可能なレートが、そのＲＵからの信号だけでなく、（５）における最適化を一層困難とする他のＲＵからの干渉に依存することである。（５）における最適解を見いだすことはＮＰ困難であり、したがって実践的には準最適解を見いだすことに意味がある。

実施形態のいくつかは、信号チャネルワイズ準最適解は、信号チャネル上のユーザ機器を一つずつ割当てることであると開示している。各信号チャネルｎについて、最大でも一つのユーザ機器のみが各Ｒｕに割り当てられるという条件にしたがい、複数のＲＵ内の複数のユーザ機器が、（６）におけるような、比例公平レートの合計を最大化するよう割当てられる。

である。

（６）のように各信号チャネルにおける比例公平レートの合計を最大化するために、信号チャネルにユーザ機器を貪欲に割り当てる反復法を提案する。各反復においては、選択されていないＲＵ（つまり非稼働の対のうち可能性のあるユーザ機器）中で選択されていないユーザ機器のうち、以前に選択されたことのあるユーザ機器（つまり稼働中の機器）の比例公平レートの合計に対して最も正側に貢献しているユーザ機器が選択されることとなる。その後、すべてのＲＵにユーザ機器が割当てられるか、比例公平率の合計に対して正の貢献がなくなるまで、次の反復処理が実行される。処理手順全体には以下の工程が含まれる。

Ｃ_ｎを信号チャネルｎ上で選択されるユーザ機器を有するＲＵの集合とし、その集合のＲＵを選択ＲＵと呼ぶ。Ｕ_ｎは信号チャネルｎの選択されたユーザ機器の集合である。したがって｛Ｃ_ｎ，Ｕ_ｎ｝は選択ＲＵの対集合（つまり稼働対の集合）となる。Ωは現在選択されている（つまり稼働中の）ユーザ機器の比例公平率の合計である。ＫはＲＵの合計の集合である。

はどのユーザ機器も選択されていない非選択ＲＵの集合であり、

である。φはゼロの集合である。Ｓ_ｃはｃ番目のＲＵ中のユーザ機器の集合である。｜Ｋ｜および｜Ｃ_ｎ｜は集合ＫおよびＣ_ｎそれぞれの集合数である。ここで、Ｃ＝｜Ｋ｜ ｍ＝｜Ｃ_ｎ｜が与えられる。

一般的損失を考慮せず、合計Ｋのユーザ機器が存在し、ユーザ機器合計が

であると仮定する。

各信号チャネルｎについての反復処理を以下のように表すことができる。

工程１：初期化

工程２：各非選択ＲＵについて

（ａ）集合Ｃ_ｎのＲＵからの干渉（つまり稼働中のユーザ機器からの干渉）下の∀ｉ∈Ｓ_ｃついて達成可能なレート

を算出する。

（ｂ）ＲＵ

内の潜在的ユーザ機器がｎ番目の信号チャネルで選択されることと、そのために余分な干渉を引き起こしていることとを仮定して、以前に選択されたユーザ機器（つまり稼働中の機器）∀ｉ｛ｃ’，ｊ｝∈｛Ｃ_ｎ，Ｕ_ｎ｝について達成可能なレート

を算出する。

（ｃ）潜在的ユーザ機器ｉ∈Ｓ_ｃを稼働中のユーザ機器リストに加えるものと仮定して、以前に選択されたユーザ機器（稼働中のユーザ機器）の比例公平率の合計を算出すると、以下のように求められる。

そして、加えられたユーザ機器ｉ∈Ｓ_ｃによる比例公平率の総合計を算出する。

（ｄ）比例公平率

にもっとも貢献している非選択ＲＵ（ｃ^＊，ｉ^＊）のユーザ機器における潜在的ユーザ機器を以下により求める。

工程３：比例公平率への貢献が正であるか確認し、比例公平率への貢献が正の場合、つまり

の場合、以下が行われる。

（ａ）現在の選択ユーザ機器（稼働中のユーザ機器）比例公平率の合計を

と設定する。

（ｂ）新たに選択されたユーザ機器を稼働中のユーザ機器の集合に

として加える。

（ｃ）新たに選択されたユーザ機器のサーバであるＲＵを選択されたＲＵの集合

に加える。

（ｄ）非選択ＲＵの集合を

に更新する。

（ｅ）

に設定する。

工程４：非選択ＲＵの集合が空かどうか確認する（つまりいずれかの非稼働対が残っているかどうか確認）。空でない場合には工程２および３へ、その他の場合には次の信号チャネルへ移行する。上述の処理手順を図４に示す。

ＤＡＳにおいては、ＲＵセルの縁でユーザ機器が厳しい干渉を受ける場合がある。この干渉を確実に防ぐため、多重化したＲＵの干渉がさらに緩和されるよう上記のリソース割当て方法を少し変更することもできる。例えば、実施形態のいくつかにおける工程２では、各反復工程においてどの稼働中のユーザ機器にすべきか決定する方程式を、非稼働対が稼働対へかわる結果として、現在稼働中のユーザ機器に性能劣化が確実に生じないよう変更可能である。

実施形態のいくつかにおいては、非稼働ＲＵの潜在的ユーザ機器（ｃ＊，ｉ＊）のうち、比例公平率

の合計に対して最も貢献しているユーザ機器

のみが以下の場合において稼働ユーザとなる。

ここで、γは最小ＭＣＳを有する最小ＱｏＳ要件またはデータレートである。言い換えると、非稼働対を稼働対に変更する効果については、現在稼働中のユーザ機器にとって達成可能な送信レートを閾値レベル以下に下げるほどであれば非稼働対は稼働対には変更されない。

ＤＡＳアーキテクチャによれば、各ＲＵは物理的にはアナログアンテナの配列で構成されており、ＨＵユニットと直接接続される。ＨＵは配下のＲＵの全ユーザ機器からのＣＱＩ情報をすべて有することができ、また中央制御装置として動作する。このアーキテクチャには協調送信を実装することができる。

協調送信の概念を図示するため、図５において、ユーザ機器ＵＥはＲＵ−１のセルに位置するがＲＵ−２からの干渉を受けるものとなっている。協調送信が利用される場合、ＲＵ−２からユーザ機器ＵＥに送信される信号は、単に相互干渉する２つの信号であるというより、ＲＵ−１からユーザ機器に送信される信号に有益な追加されるものである。便宜上、ユーザ機器ＵＥにサービスを提供する本来のＲＵをサーバＲＵと呼び、ユーザ機器ＵＥに協調送信を行うＲＵをユーザ機器ＵＥのスレーブＲＵと呼ぶ。

上述したキャリアワイズのリソース割当て方法は、協調送信を統合するために以下のように変更できる。実施形態のいくつかにおいて、各スケジュールイベント毎に、以前に選択されたユーザ機器（つまり稼働中のユーザ機器）が非稼働対のうちの潜在的なユーザ機器となってもよい。先に説明したように、以前に選択された（つまり稼働中の）ユーザ機器の比例公平率の合計に対して正側に最も貢献している非稼働対が、稼働対となるべく選択されることになる。新たに選択されたユーザ機器が以前に選択された（稼働中の）ユーザ機器ならば、そのユーザ機器は、協調通信によってそのユーザ機器に送信を行うであろう２つの信号ノードと通信中であることになる。その後、次の反復工程が実行され、全ＲＵそれぞれにユーザ機器が割当てられるか、比例公平率の合計に対して正の貢献がなくなるまで、さらに次の反復工程が実行される。処理手順全体には以下の工程が含まれる。

各信号チャネルｎについて、相互処理手順は以下のように表される。

工程１：初期化

工程２：非選択ＲＵ

それぞれについて、
（ａ）集合Ｃ_ｎの選択ＲＵからの干渉（つまり稼働中のユーザ機器からの干渉）下の∀ｉ∈Ｓ_ｃについて達成可能なレート

を算出する。

（ｂ）ＲＵ

の潜在的ユーザ機器がｎ番目の信号チャネルにて選択されることと、そのために余分な干渉を引き起こしていることとを仮定して、以前に選択された（稼働中の）ユーザ機器∀｛ｃ’，ｊ｝∈｛Ｃ_ｎ，Ｕ_ｎ｝について達成可能なレート

を算出する。

（ｃ）すでに稼働対｛ｃ’，ｊ｝∈｛Ｃ_ｎ，Ｕ_ｎ｝の一部であるユーザ機器に協調送信を信号ノードＲＵ ｃを仮定して、以前に選択された（稼働中の）ユーザ機器∀｛ｃ’，ｊ｝∈｛Ｃ_ｎ，Ｕ_ｎ｝について達成可能なレート

を算出する
（ｄ）比例公平率の合計を以下のように算出する。

ここで非選択ＲＵ ｃ（すなわちｇ∈Ｓ_ｃ）のユーザ機器が追加されると仮定している。

（ｅ）比例公平率の合計を以下のように算出する。

ここで信号ノードＲＵ ｃは以前に選択された（稼働中の）ユーザ機器、すなわち｛ｃ’，ｇ｝∈｛Ｃ_ｎ，Ｕ_ｎ｝に協調送信を行うと仮定する。

（ｆ）比例公平率に最も貢献しているユーザ機器を見いだす。

工程３：比例公平率に正側で貢献しているか確認する。

比例公平率への貢献が正すなわち

であれば以下を行う。

（ａ）現在選択されているユーザ機器（稼働中のユーザ機器）の比例公平率の合計を

と設定する。

（ｂ）新たに選択されたユーザ機器を選択されているユーザ機器（稼働中のユーザ機器）の集合

に加える
（ｃ）新たに選択されたユーザ機器のサーバとなるＲＵを選択されているＲＵの集合

に加える。

（ｄ）非選択ＲＵの集合

に更新する。

（ｅ）

を設定する。

工程４：非選択ＲＵの集合が空かどうか確認する（つまりいずれかの非稼働対が残っているかどうか確認）。空でない場合には工程２および３へ、その他の場合には次の信号チャネルへ移行する。この処理手順を図６に示す。

サブチャネルまたはチャンクが複数のサブキャリアを含むグループである場合、各信号チャネルはサブキャリアであればよく、サブチャネルまたはチャンクレベルに制限されない。

調整されていない各セルまたはＲＵ内で独立してユーザ機器のスケジューリングを行う前述のリソース割当て方法とは対照的に、ここに記載した実施形態によれば、貪欲に比例公平率の総計を最大化するため、異なるユーザ機器の信号チャネルワイズリソースをスケジューリングできる新たな方法が提供される。これら実施形態は、ネットワークアーキテクチャにおいて中央制御装置がＲＵの全ユーザ機器のチャネル情報すべてを有することを利用したものである。これら実施形態はユーザ機器に対して協調的な方法でリソースを動的に割り当てるものである。実施形態のいくつかにおいては、ＲＵ間の協調送信をＲＵ間の干渉を減じるためにさらに利用できる。

ここに記載の実施形態は、ＲＵ内の全ユーザ機器において公平性を考慮してリソースを割り当てるものであり、比例公平率の合計を最大化することにより及び／または信号ノード間を接続する協調送信を提供することにより、より優れた公平性とシステム性能とを達成することができる。

実施形態はＤＡＳおよび未来型クラウドに基づくセルラシステムに等しく適用できる。

本発明の実施形態を用いるシステムの性能を研究するため、システムシミュレーションはすでに行なわれている。研究の一つは、ネットワークレイアウトが図７に示すような１９区のマクロセルでモデル化されている。サイト間距離またはマクロＢＳ距離（ＩＳＤ）は５００メートルであり、中央のマクロセル内のマクロＢＳのポイントに関連するポイント（１００，１００）メーターに位置する建物には４つのＲＵが設けられる。２本の送信アンテナを備えた各ＲＵは４つのユーザ機器を有する。またＭＲＣ ＭＩＭＯレシーバを仮定している。

ユーザ機器スループットおよびＲＵスループットのＣＤＦで表したシステム性能を図８および図９に示す。本発明の実施形態を用いることで、各ＲＵで独立的に行われる比例公平スケジューリング方法と比較して、平均ＲＵスループットおよびＲＵ内における平均ユーザ機器スループットが、いずれも著しく改善されることを図面が示している。

Claims (22)

1. ネットワークにおけるユーザ機器と信号ノードとの間の通信リンクをスケジューリングする方法であって、
   ｉ）１つ以上の稼働信号ノード／ユーザ機器の対を識別することであって、各稼働対はそれぞれの稼働ユーザ機器と現在において信号チャネル上で通信している信号ノードを含む、ことと、
   ｉｉ）１つ以上の非稼働信号ノード／ユーザ機器の対を識別することであって、各非稼働対は、現在は前記信号チャネル上で通信していない非稼働信号ノード、および前記非稼働信号ノードと前記信号チャネル上で通信することができる潜在的なユーザ機器を含む、ことと、
   ｉｉｉ）稼働対とするならば、最大の合計公平基準を達成する前記非稼働対のうちの１つを識別することであって、前記合計公平基準は、問題の前記非稼働対における潜在的なユーザ機器の公平基準と、前記非稼働対の各々が稼働対になる場合の前記稼働対の各々の公平基準との和である、こととを含み、
   各ユーザ機器の前記公平基準は、その対における前記ユーザ機器と前記信号ノードの間で達成可能な伝送レートによって判定され、
   前記非稼働対を稼働対にした場合、各稼働ユーザ機器の前記公平基準のそれぞれが閾値を上回る場合にのみ、ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対を稼働対にする、方法。
2. 各ユーザ機器の前記公平基準は、その対における前記ユーザ機器と前記信号ノードの間で達成可能な伝送レートと、これまでに前記ユーザ機器によって達成されたスループットとの比に基づいて決定される請求項１に記載の方法。
3. 稼働対とするならば最大の合計公平基準をもたらす前記非稼働対を識別するステップは、
   ｉｖ）各非稼働対について前記信号チャネル上で達成可能な伝送レートを計算することと、
   ｖ）それぞれの非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて各稼働対が前記信号チャネル上で達成可能な伝送レートを計算することと、
   ｖｉ）前記非稼働対の各々が稼働対になる場合の、各非稼働対における前記潜在的なユーザ機器の比例公平率を計算することと、
   ｖｉｉ）非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて各稼働ユーザ機器の比例公平率を計算することと、
   ｖｉｉｉ）ステップｖｉ）およびｖｉｉ）において得られた結果を合計することにより、非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて比例公平率の潜在的総和を求めることと、
   ｉｘ）稼働した際に最大の総計比例公平率をもたらす前記非稼働対を識別することと、
   を含む請求項１または２に記載の方法。
4. 各非稼働対が達成可能な伝送レートを計算するステップは、前記稼働対からの干渉の影響を考慮に入れる、請求項３に記載の方法。
5. 前記最大の合計公平基準が前記稼働ユーザ機器の各々の前記公平基準の和より大きいかを判定し、そうであるならばステップｉｘ）において識別させた前記非稼働対を稼働対にするステップをさらに含む請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対が稼働対とされた後において、非稼働対が残っているかどうか判定し、そうであるならば前記方法のステップｉ）からｉｉｉ）を繰り返すことをさらに含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対が稼働対とされた後において非稼働対が残っていない場合に、前記方法は新規な信号チャネルを選択し、この新規な信号チャネルについてステップｉ）からｉｉｉ）を繰り返すことを含む、請求項６に記載の方法。
8. 稼働ユーザ機器は非稼働信号ノードの潜在的なユーザ機器である、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対が、別の稼働対における稼働ユーザ機器である潜在的なユーザ機器を含んでいる場合であって、前記非稼働対が稼働対となる場合に、前記稼働対および非稼働対の各々の信号ノードが前記潜在的なユーザ機器に協調送信をする、請求項８に記載の方法。
10. 前記信号チャネルはＯＦＤＭに基づくシステムにおけるサブキャリア信号である、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
11. 信号ノードとユーザ機器の間の通信リンクをスケジューリングするためのマルチノード通信システムのためのシステムコントローラであって、
    ｉ）１つ以上の稼働信号ノード／ユーザ機器の対を識別し、各稼働対は、それぞれの稼働ユーザ機器と現在において信号チャネル上で通信している信号ノードを含み、
    ｉｉ）１つ以上の非稼働信号ノード／ユーザ機器の対を識別し、各非稼働対は、現在は前記信号チャネル上で通信していない非稼働信号ノード、および前記非稼働信号ノードと前記信号チャネル上で通信することができる潜在的なユーザ機器を含み、
    ｉｉｉ）稼働対とするならば、最大の合計公平基準を達成する前記非稼働対のうちの１つを識別し、前記合計公平基準は、問題の前記非稼働対における潜在的なユーザ機器の公平基準と、前記非稼働対の各々が稼働対になる場合の前記稼働対の各々の公平基準の和とするように構成され、
    各ユーザ機器の前記公平基準は、その対における前記ユーザ機器と前記信号ノードの間で達成可能な伝送レートに基づいて、前記システムコントローラによって判定され、
    前記非稼働対を稼働対とした場合、各稼働ユーザ機器のそれぞれの公平基準が閾値を上回る場合にのみ、前記最大の合計公平基準を達成するものと識別された前記非稼働対を稼働対にする、システムコントローラ。
12. 各ユーザ機器の前記公平基準は、その対における前記ユーザ機器と前記信号ノードの間で達成可能な伝送レートと、これまでに前記ユーザ機器によって達成されたスループットとの比に基づいて、前記システムコントローラによって判定される、請求項１１に記載のシステムコントローラ。
13. 稼働対とするならば最大の合計公平基準を達成する前記非稼働対を識別するにあたり、前記コントローラは、
    ｉｖ）各非稼働対について前記信号チャネル上で達成可能な伝送レートを計算し、
    ｖ）各非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて各稼働対が前記信号チャネル上で達成可能な伝送レートを計算し、
    ｖｉ）前記非稼働対の各々が稼働対になる場合の、各非稼働対における潜在的なユーザ機器の比例公平率を計算し、
    ｖｉｉ）非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて、各稼働ユーザ機器の比例公平率を計算し、
    ｖｉｉｉ）ステップｖｉ）およびｖｉｉ）において得られた結果を合計することにより、非稼働対が稼働対になる場合のそれぞれについて比例公平率の潜在的総和を求め、
    ｉｘ）稼働した際に最大の総計比例公平率をもたらす前記非稼働対を識別する、ように構成される、請求項１１または１２に記載のシステムコントローラ。
14. 前記システムコントローラは、各非稼働対が達成可能な伝送レートを計算する場合に、前記稼働対からの干渉の影響を考慮に入れるように構成される、請求項１３に記載のシステムコントローラ。
15. 前記コントローラは、最大の合計公平基準が前記ユーザ機器の前記公平基準の和より大きいかを判定するように構成され、そうであるならば、ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対を稼働対にする、請求項１１乃至１４のいずれかに記載のシステムコントローラ。
16. 前記コントローラは、前記最大の合計公平基準を達成するものと識別された前記非稼働対が稼働対とされた後において、非稼働対が残っているかどうか判定し、そうであるならばステップｉ）からｉｉｉ）を繰り返すように構成される、請求項１１乃至１５のいずれかに記載のシステムコントローラ。
17. ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対が稼働対とされた後において非稼働対が残っていない場合に、前記システムコントローラは新規な信号チャネルを選択し、この新規な信号チャネルについてステップｉ）からｉｉｉ）を繰り返すように構成される、請求項１１乃至１６のいずれかに記載のシステムコントローラ。
18. 前記コントローラは、各非稼働信号ノードの潜在的なユーザ機器における稼働ユーザ機器を含めるように構成される、請求項１１〜１７のうちのいずれかに記載のシステムコントローラ。
19. ステップｉｉｉ）において識別された前記非稼働対が、別の稼働対における稼働ユーザ機器である潜在的なユーザ機器を含んでいる場合、前記システムコントローラは、前記非稼働対が稼働対となる場合に、前記稼働対および非稼働対の各々の信号ノードに対し、前記潜在的なユーザ機器に協調送信するよう制御する、請求項１８に記載のシステムコントローラ。
20. 請求項１１乃至１９のいずれかに記載のシステムコントローラと、該システムコントローラにより制御されうる複数の信号ノードとを含むシステム。
21. 前記システムはＯＦＤＭに基づくシステムである、請求項２０に記載のシステム。
22. コンピュータ可読な媒体に記録されたコンピュータプログラムであって、システムコントローラに請求項１乃至１０のいずれかの方法を実行させるための命令を含むプログラム。

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