JP5793280B2 - 無線通信システムにおける資源スケジューリング方法及び基地局 - Google Patents

Description

本発明は、通信技術分野に関し、具体的には、無線通信システムにおいて資源をスケジューリングする方法及び対応する基地局に関する。

無線通信システムは既に大きな発展を遂げ、しかも発展が進化しており、ＧＳＭを代表とする第二代移動通信システムや実施中の第三代移動通信システム標準ＩＭＴ‐２０００が出てきている。しかし、現在の無線通信ネットワークは、依然として将来の通信の需要を満足することができない。将来の無線通信システムには、高速のデータ通信能力の提供が期待されているが、これは周波数スペクトル資源の不足に矛盾している。従って、限られた周波数スペクトル資源において、周波数利用効率を向上させると共により高いデータレートや様々なサービス品質（ＱｏＳ）需要を有するマルチメディアサービスをユーザ端末に提供することは、次世代移動通信システムのキーポイントの一つである。

直交周波数分割多重技術は、強い減衰抵抗能力、強いシンボル間干渉抵抗能力、高い周波数利用率を持ち、高速データや非対称型業務伝送に適合するなどの特徴を有するため、現在の高速データ伝送を解決する主流技術の一つとなっている。該技術は、デジタルビデオブロードキャスト（ＤＶＢ）、非対称型デジタル加入者回線（ＡＤＳＬ）及び無線アクセスネットワークシステムにおける使用に成功しており、次世代移動通信システムに発展する見込みのある伝送技術になるであろう。

Ａ．Ｊａｌａｌｉ， Ｒ．Ｐａｄｏｖａｎｉ， Ｒ．Ｐａｎｋａｉ， "Ｄａｔａ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｏｆ ＣＤＭＡ‐ＨＤＲ ａ Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ‐Ｈｉｇｈ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ，" ｉｎ Ｐｒｏｃ． Ｖｅｈ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｃｏｎｆ．， Ｊａｎ． ２００１， ｐｐ． ５５‐６７ Ｍａｔｔｈｅｗ Ａｎｄｒｅｗｓ， Ｋｒｉｓｈｎａｎ Ｋｕｍａｒａｎ， Ｋａｖｉｔａ Ｒａｍａｎａｎ， Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｓｔｏｌｙａｒ， Ｐｈｉｌ Ｗｈｉｔｉｎｇ． "Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ ｏｖｅｒ ａ ｓｈａｒｅｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｌｉｎｋ"， ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ． ２００１， ｐｐ．１５０‐１５４ Ｓ．Ｓｈａｋｋｏｔｔａｉ ａｎｄ Ａ．Ｌ．Ｓｔｏｌｙａｒ， "Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆｌｏｗｓ ｓｈａｒｉｎｇ ａ ｔｉｍｅ ｖａｒｙｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ： ｔｈｅ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｒｕｌｅ，" Ｂｅｌｌ ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｐｏｒｔ， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ， ２０００ Ｈ． Ｋｉｍ， Ｙ． Ｈａｎ， "Ａ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ"， ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎ． Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．９， Ｍａｒ ２００５， ｐｐ．２１０−２１２ Ｚｈｅｎ Ｋｏｎｇ， Ｊｉａｎｇｚｈｏｕ Ｗａｎｇ， Ｙｕ‐Ｋｗｏｎｇ Ｋｗｏｋ， "Ａ Ｎｅｗ Ｃｒｏｓｓ Ｌａｙｅｒ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ＱｏＳ‐Ａｗａｒｅ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ Ｐａｃｋｅｔ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｏｆ ＯＦＤＭ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ"， ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＩＣＣ， Ｊｕｎｅ， ２００７， ｐｐ． ５６９５‐５７００ Ｊｉｎｒｉ Ｈｕａｎｇ， Ｚｈｉｓｈｅｎｇ Ｎｉｕ， "Ｂｕｆｆｅｒ‐Ａｗａｒｅ Ａｎｄ Ｔｒａｆｆｉｃ‐Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｐａｃｋｅｔ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＯＦＤＭ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"， ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＷＣＮＣ， Ｍａｒｃｈ，２００７，ｐｐ． １５５４‐１５５８ Ｓｔｉｌｉａｄｉｓ， Ｄ．， Ｖａｒｍａ， Ａ， "Ｌａｔｅｎｃｙ‐ｒａｔｅ ｓｅｒｖｅｒｓ： ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｒａｆｆｉｃ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ"， ＩＥＥＥ／ＡＣＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ， ｖｏｌ．３， Ｏｃｔ．１９９８， ｐｐ． ３９９‐４０８

パケット交換に基づく無線システムにおいて、資源のスケジューリングはとても重要な機能を有する。Ｍａｘ Ｃ／ＩとＰＦは、現在広範に採用される二種類のスケジューリング方法である（非特許文献１）。複雑度が低いため実現されやすい面を有するほか、Ｍａｘ Ｃ／Ｉ方法によりシステムスループットを最大化することができ、ＰＦ方法によりユーザの公平性とシステムスループットとの有効な折衷を実現できる。しかし、この二種類の方法は、ユーザに対していかなるＱｏＳの保証を提供することもできない。

リアルタイム業務のＱｏＳ需要を保証するために、Ｍ．Ａｎｄｒｅｗｓなどは、Ｍ−ＬＷＤＦ方法を提案した（非特許文献２）。ＰＦ方法を基に、業務の最大遅延制限とユーザ端末のバッファにおける一個目のパケットの待ち遅延の両方を考慮しているため、リアルタイム業務の遅延要求を効果的に保証することができる。

Ｓ．Ｓｈａｋｋｏｔｔａｉなどは、リアルタイム業務に対する別種のスケジューリング方法であるＥＸＰ方法を提案した（非特許文献３）。Ｍ−ＬＷＤＦ方法と比べ、ＥＸＰ方法のほうがよりよい遅延特性を有している。システム負荷が非常に大きいという場合でもリアルタイム業務のＱｏＳ需要を満足することができる。

しかし、上記方法はシングルキャリアシステムに対して提案されたものであり、直交周波数分割多重システムに直接に応用することができない。マルチキャリア比例公平（ＭＣ−ＰＦ）方法（非特許文献４）は、ＰＦ方法を直交周波数分割多重システムの資源スケジューリングへ応用することに成功したが、業務のサービス品質の需要が考慮されていない。ＭＣ−ＰＦ方法に対する改良案であるＱＰＦ方法（非特許文献５）において、優先度を計算する際に業務の遅延とパケットロス率の要求を考慮しており、業務のサービス品質を保証する。

ＱＰＦ方法を除き、上記方法はいずれもフルバッファ（Ｆｕｌｌ Ｂｕｆｆｅｒ）という理想的なモデルを業務モデルとしており、即ちユーザ端末のキューには常に送信予定データがあると仮定している。従って、資源のスケジューリングを行うときに、ユーザ端末のバッファ状態を考慮する必要がない。しかし、実際のシステムでは、例えばｖｉｄｅｏ業務など一部の業務の場合、パケットが連続して生成するのではなく、且つパケットの長さが比較的に小さいため、その業務モデルは簡単にフルバッファモデルで表すことができない。

資源をより効果的に利用すると共にサービス品質需要を業務に提供するために、スケジューリングアルゴリズムの設計を行うときに、物理レイヤにおける資源の伝送レートのほか、ユーザ端末のバッファ状態も考慮しなければならない。ＱＰＦ方法とＪｉｎｒｉ Ｈｕａｎｇなどが提案したＢＡＴＤ方法（非特許文献６）は、共にユーザバッファの長さが限られていると仮定することを出発点としており、バッファあふれによるパケットロスを減少させるために、ユーザ端末のスケジューリング優先度を計算するときにバッファにおける残りの空間を考慮している。

また、直交周波数分割多重技術を物理レイヤ伝送技術とする将来のシステムにおいて、割り当てる資源の最小単位は、粗粒の特徴を有する。例えば、標準化が進められているＬＴＥシステムでは、割り当てる資源の最小単位が一つの物理資源ブロックであり、タイム領域では１４個のＯＦＤＭシンボルからなり、周波数領域では１２個のサブキャリアが含まれている。ユーザバッファにおけるデータ量が比較的に少ないとき、一つの物理資源ブロックの伝送レートは、ユーザバッファにおけるデータ量より高くなる。従って、このような粗粒の資源単位に対して割り当てを行うとき、資源の物理レイヤにおける伝送レートだけを考慮しユーザバッファにおけるデータ量のサイズを無視するのであれば、資源の浪費に繋がる。ＱＰＦ方法とＢＡＴＤ方法はバッファ状態を考慮しているが、資源浪費を減少させるという問題について解決していない。また、上記非特許文献２、３、５、６によるスケジューリング方法は業務に対してサービス品質を保証できるが、下りリンクのみに適合するものである。上りリンクでは、例えばユーザ端末のバッファにおける一個目のパケットの待ち遅延など一部の情報が得られないため、これらのスケジューリング方法は、ユーザ端末の上り業務にサービス品質保証を提供することができない。

本発明の目的は、複数のユーザ端末を含む無線通信システムに応用する資源スケジューリング方法及び基地局を提供することである。

本発明は、基地局と複数のユーザ設備とを含む無線通信システムにおいて資源をスケジューリングする方法を提供している。該方法は、上記複数のユーザ設備のうち、資源ブロックにおいてデータを送信するユーザ設備を確定する確定ステップと、少なくとも確定されたユーザ設備のバッファメモリに送信予定データのデータ量を考慮することにより、確定されたユーザ設備それぞれの優先度を計算する計算ステップと、上記資源ブロックを優先度が最高のユーザ設備に割り当てる割り当てステップとを含む。

また、本発明は、複数のユーザ設備と、各ユーザ設備に送信するデータをバッファするための業務バッファメモリを備える基地局とを含む無線通信システムにおいて資源をスケジューリングする方法を提供している。該方法は、上記複数のユーザ設備のうち、資源ブロックにおいてデータを送信してくるユーザ設備を確定する確定ステップと、少なくとも確定されたユーザ設備に対応する業務バッファメモリにおける送信予定データのデータ量を考慮することにより、確定されたユーザ設備それぞれの優先度を計算する計算ステップと、上記資源ブロックを優先度が最高のユーザ設備に割り当てる割り当てステップとを含む。

また、本発明は、無線通信システムにおいて資源をスケジューリングする基地局を提供している。該基地局には、複数のユーザ設備のバッファメモリにおけるデータのデータ量に関連する情報を記憶し、資源ブロックにおいてデータを送信するユーザ設備を確定するためのバッファ管理装置と、各ユーザ設備が要求するデータレートに関連する情報を記憶するためのレート情報記録装置と、少なくとも確定されたユーザ設備のバッファメモリにおける送信予定データのデータ量を考慮することにより、確定されたユーザ設備それぞれの優先度を計算し、上記資源ブロックを優先度が最高のユーザ設備に割り当てる資源スケジューリング装置とを含む。

更に、本発明は、無線システムにおいて資源をスケジューリングする基地局を提供している。該基地局には、複数のユーザ設備に対して設置されて、対応するユーザ設備に送信するデータを記憶する複数の業務バッファメモリと、各ユーザ設備が要求するデータレートに関連する情報を記憶するためのレート情報記録装置と、上記複数のユーザ設備のうち、資源ブロックにおいてデータを送信してくるユーザ設備を確定するバッファ管理装置と、少なくとも確定されたユーザ設備に対応する業務バッファメモリにおける送信予定データのデータ量を考慮することにより、確定されたユーザ設備それぞれの優先度を計算し、上記資源ブロックを優先度が最高のユーザ設備に割り当てる資源スケジューリング装置とを含む。

上記技術方案は、上りリンクのスケジューリングに応用できるのみならず、下りリンクのスケジューリングにも応用できる。上記技術方案によれば、システム資源をユーザ端末に動的に割り当てることでシステム資源の浪費を減少することができ、最小レート要求を有するユーザ端末のレートを保証することができる。シミュレーション結果によると、異なる業務特徴及びユーザ端末の最小レート要求に応じて、本発明による方法及び装置は、各指標について優れた性能を提供することができ、次世代移動通信ネットワークの発展の需要に応じることができる。

本発明の第１の実施例による無線通信システムの構造を示す。 本発明の第１の実施例による資源スケジューリング方法の流れを示す。 本発明の第２の実施例による無線通信システムの構造を示す。 本発明の第２の実施例による資源スケジューリング方法の流れを示す。

以下、図面を参照しながら本発明の優れた実施形態を詳細に説明する。各図面では、異なる図面にあるものの、同一の記号は同一又は類似の構成を示す。記載の明確化及び簡素化を図り、本発明の主題が不明確となることのないよう、既知の機能と構造の詳細な記載を省略する。

直交周波数分割多重システムにおいて、サブキャリアの間に一定の相関性を持つため、システムにおけるサブキャリアに対して直接にスケジューリングすることで、チャネルのフィードバック量が大きくなる。通常、サブキャリアをいくつかのグループに分けることが行われ、各グループのサブキャリアを一つのサブバンドという。例えば、直交周波数分割多重システムに隣接するＲ個のサブキャリアで一つのサブバンドを構成し、Ｎ個のサブキャリアがＭ個のサブバンドに分けられると、Ｎ＝Ｍ＊Ｒが成り立つ。ＬＴＥシステムにおける定義に類似して、本発明の実施例では、周波数領域の一つのサブバンドと時間領域のいくつかのＯＦＤＭシンボルからなる資源単位を物理資源ブロックと言い、ユーザ端末が物理資源ブロックを競争することにより通信を行う。直交周波数分割多重システムにおいて適応な変調符号化（ＡＭＣ）技術を利用すれば、可変の伝送レートをサポートできる。従って、各周期内に、基地局は、ユーザ端末の各物理資源ブロックにおける瞬時の信号対雑音比（ＳＮＲ）に基づいてそれに対応する変調符号化方式を確定することにより、ユーザ端末の各物理資源ブロックにおける伝送レートを取得し、該伝送レートを利用して下記の方式でユーザ端末のスケジューリング優先度を計算する。

（第１の実施例）
本発明の第１の実施例による資源スケジューリングは上りリンクに応用する。図１は、本発明の第１の実施例による無線通信システムの構造を示す。

図１に示すように、本発明の実施例による無線通信システムは基地局と少なくとも一つのユーザ端末を含む。本発明の第１の実施例による基地局１００は、チャネル推定ユニット１０１、バッファ管理ユニット１０４、レート情報記録ユニット１０５、資源スケジューリングユニット１０３及び資源割り当て記録ユニット１０２を含む。

本発明の第１の実施例において、チャネル推定ユニット１０１は、ユーザ端末の物理資源ブロックにおけるＳＮＲのようなチャネル情報を推定し、取得したチャネル情報を記録する。

バッファ管理ユニット１０４は、ユーザ端末のバッファメモリにバッファされているデータのデータ量情報を記録し、スケジューリング時刻毎にバッファメモリにデータ量がゼロでないユーザ端末を選択して集合Ｓを構成する。

レート情報記録ユニット１０５は、各ユーザ端末が要求する最小レートと送信レートとの差分を記録する。

資源スケジューリングユニット１０３は、チャネル推定ユニット１０１、資源割り当て記録ユニット１０２、バッファ管理ユニット１０４及びレート情報記録ユニット１０５における情報の少なくとも一部に基づいて、ユーザ端末の各物理資源ブロックにおけるスケジューリング優先度を確定し、ユーザ端末の優先度に基づいて物理資源ブロックに対して割り当てを行う。

資源割り当て記録ユニット１０２は、各スケジューリング周期内の物理資源ブロックのスケジューリング結果、即ち各物理資源ブロックに割り当てられたユーザ端末を記録する。各スケジューリング周期が終了するときに、本スケジューリング周期内のスケジューリング結果を符号化し、下り制御シグナリングでユーザ端末に通知する。

図１に示すように、本発明の第１の実施例によるユーザ端末２００は、業務バッファユニット２０１とロードユニット２０２とを含む。

業務バッファユニット２０１は、例えばバッファメモリであり、基地局送信される新着の業務パケットを記憶する。

ロードユニット２０２は、基地局からの上りスケジューリング情報に基づいて、業務パケットと業務バッファ状態報告とをデータブロックにパッケージ化し、該データブロックを、該ユーザ端末に割り当てられた物理資源ブロックにロードする。以下、図２を参照しながら、上記各ユニットの機能及びそれぞれの間の関係を詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施例による資源スケジューリング方法の流れを示す。

図２に示すように、本発明の第１の実施例による資源スケジューリング方法は、ユーザ端末から基地局までのリンクである上りリンクに応用する。該リンクにおける資源のスケジューリングは、基地局側により実現し、そして下り制御シグナリングを通してスケジューリング結果をユーザ端末に送信する。

図２に示すように、ステップＳ１０１において、スケジューリング時刻ｔの開始時に、ひとつ前のスケジューリング時刻の終了後に更新して得たユーザ端末の業務バッファユニットにおけるデータ量情報に基づいて、バッファ管理ユニット１０４は、送信予定データがあるすべてのユーザ端末を集合Ｓに構成する。資源のスケジューリングを行うときに、集合Ｓにおけるユーザ端末だけが考慮される。Ｎ個の物理資源ブロックに１、２、…、Ｎのように番号を振り、順に割り当てを行う。

ステップＳ１０２において、資源スケジューリングユニット１０３は、集合Ｓにおけるすべてのユーザ端末が現在割り当てられた物理資源ブロックｎ（１＜ｎ＜Ｎ）におけるスケジューリング優先度を計算する。

ステップＳ１０３において、資源スケジューリングユニット１０３は、物理資源ブロックｎにおいて優先度が最高のユーザ端末

を見つけ出し、物理資源ブロックｎを該ユーザ端末に割り当て、資源スケジューリング結果を資源割り当て記録ユニット１０２に通知する。

ステップＳ１０４において、バッファ管理ユニット１０４は、ユーザ端末ｋ^＊のバッファにおけるデータ量を公式（１）に従い更新する。また、資源割り当て記録ユニット１０２は、ユーザ端末ｋ^＊が現在時刻に取得した総資源量のサイズ

を公式（２）に従い更新する。

ステップＳ１０５において、ユーザ端末ｋ^＊の業務バッファ記憶ユニットにおけるデータ量が０であるか否かを判断する。

バッファ管理ユニット１０４に記録されているユーザ端末ｋ^＊のバッファにおけるデータ量が０であると、ステップＳ１０６において、ユーザ端末ｋ^＊を集合Ｓから削除する。そして、ステップＳ１０７において、集合Ｓがヌルであるか否かを判断する。

バッファ管理ユニット１０４に記録されているユーザ端末ｋ^＊のバッファにおけるデータ量が０でない場合、ステップＳ１１１において次の物理資源ブロックをターゲットとし、そしてステップＳ１１０において該物理資源ブロックが最後の物理資源ブロックであるか否かを判断する。最後の物理資源ブロックでなく、且つ集合

となる場合、ステップＳ１０２に戻り引き続き実行する。集合Ｓがヌルである又は該資源ブロックが最後の物理資源ブロックである場合、ステップＳ１０８において該時刻のスケジューリングを終了し、資源割り当て記録ユニット１０２はスケジューリング結果である各ユーザ端末の上りスケジューリング情報を符号化して下り制御シグナリングを通して各ユーザ端末に通知する。

ユーザ端末２００が資源スケジューリング情報を受信すると、ロードユニット２０２は上りスケジューリング情報に基づいて、業務バッファユニット２０１からパケットを抽出し、最新の業務バッファ状態情報ｂｓ_ｋ（ｔ＋１）と共にパッケージ化して、ユーザ端末に割り当てられた物理資源ブロックにロードして基地局１００に送信する。基地局１００は、受信したパケットにおけるユーザ端末識別子に基づいてバッファ管理ユニット１０４における対応する情報を更新する。

以下、具体的な例を通して、上記資源スケジューリング過程のステップＳ１０２のスケジューリング優先度の計算方法を詳細に説明する。

（例１）
例えば非リアルタイム型ビデオ業務のようなユーザ端末業務にはパケット長が比較的に短く、パケット生成間隔が比較的に長いという特徴を持ち、且つ、ユーザ端末には最小レート要求を有しないとき、ユーザバッファにおけるデータ量が一つの物理資源ブロックの伝送レートより小さい可能性があるため、ユーザ端末の物理資源ブロックにおけるスケジューリング優先度を計算する際に、ユーザ端末の物理資源ブロックにおける伝送レートだけを考慮すれば資源を浪費することとなる。このような資源の浪費を減少させ、ユーザ端末の業務バッファにおけるデータ量とユーザ端末の物理資源ブロックにおける伝送レートの両方を考慮するために、本発明の実施例に基づいて、有効伝送レート関数を下記のように定義する。

ユーザ端末ｋの物理資源ブロックｎにおける有効伝送レート関数は、公式（３）のように定義する。

上記公式のうち、

は、ｔ時刻でユーザｋが物理資源ブロックｎに送信可能な最大ビット数（該送信可能な最大ビット数は、上り伝送をスケジューリングするときにユーザから報告されたチャネル品質により指示され、下り伝送をスケジューリングする際に基地局が測定したチャネル状況により確定されるものであって、又は、該ユーザの最大伝送能力で確定されたビット数である）を示す。ｂｓ_ｋ（ｔ）は、ユーザｋがt時刻におけるバッファデータを示す。ｍｉｎは、ｂｓ_ｋ（ｔ）と

のうち小さいほうの値を示す。有効伝送レート関数に基づき、スケジューリング優先度の計算方法は下記のとおりとなる。

（例２）
ユーザ端末業務の特徴がＦＴＰ業務のようにフルバッファ業務に近く、且つ、ユーザ端末が最小レート要求を有する場合、ユーザ端末の最小レート要求を保証するために、本発明の実施例に基づいて、レート保証優先度関数を下記のように定義する。

ユーザ端末ｋのレート保証優先度関数は、下記のように定義する。

上記公式のうち、Ａ_ｋ（ｔ）はレート制御情報であり、ユーザ端末が要求する最小レートと実際の平均送信レートとの差分を示す。Ｔ_ａは、レート保証優先度関数の重みを調整するための、予め定義された制御パラメータである。本発明の実施例に基づいて、ここの実際の平均送信レートは、ユーザ端末が要求する最小レートとユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔ‐１までの実際の平均送信レート又はユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートとの差分を示す。

以下、レート保証優先度関数を更に説明する。最小レート要求が満足されたユーザ端末に対して、Ａ_ｋ（ｔ）＝０、このとき、

となるため、該関数はユーザ端末のスケジューリング優先度に影響を与えない。最小レート要求が満足されていないユーザ端末に対して、Ａ_ｋ（ｔ）＞０、このとき

となるため、該関数はユーザ端末のスケジューリング優先度を向上させる。

本発明の実施例に基づいて、レート制御情報は、三種類の方法により得られる。

１． 第１のレート制御情報計算方法

は、ユーザ端末ｋが要求する最小レートを示し、

は、ユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔまでの平均送信レートを示す。

２． 第２のレート制御情報計算方法

は、ユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートを示す。

３． 第３のレート制御情報計算方法
トークンバケツでレートを制御する方法を採用する（非特許文献７）。スケジューリング周期毎に、トークンは、ユーザ端末が要求する最小レート要求

でトークンバケツに入り込む。トークンの数がマイナスでないことを保証する前提において、実際の送信レートでトークンバケツから移行させる。数学式は、下記の如くである。

Ａ_ｋ（ｔ−１）は、ユーザ端末が要求する最小レートとユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔ−１までの実際の平均送信レート又はユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートとの差分を示す。

は、ユーザ端末ｋが要求する最小レートを示し、

は、ユーザ端末ｋがｔ‐１時刻に取得した総資源量のサイズを示し、Ｔ_ｓは、スケジューリング周期の長さを示す。

本発明の別の実施形態に基づいて、下記公式が成立する。

Ａ_ｋ（ｔ−１）は、ユーザ端末が要求する最小レートとユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔ‐１までの実際の平均送信レート又はユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートとの差分を示す。

は、ユーザ端末ｋが要求する最小レートを示し、

は、ユーザ端末ｋがｔ‐１時刻に取得した総資源量のサイズを示す。

レート保証優先度関数に基づいて、スケジューリング優先度の計算方法は下記となる。

（例３）
例えばリアルタイム型ビデオ会議業務のようなユーザ端末業務にはパケット長が比較的に短く、パケット生成間隔が比較的に長いという特徴を持ち、且つ、ユーザ端末には最小レート要求を有するとき、ユーザ端末の物理資源ブロックにおける伝送レートとユーザ端末バッファにおけるデータ量との相違により生じた資源の浪費を減少させると共に、ユーザ端末の最小レート要求を保証できるには、スケジューリング優先度の計算方法は下記となる。

資源ブロックに対してスケジューリングを行うとき、ユーザ端末間の公平性を更に考慮するために、上記三種類のスケジューリング優先度計算方法の実施例に記載された異なる業務類型に基づいて、上記スケジューリング優先度計算方法の例１〜例３の代わりにそれぞれ下記例４〜例６を実施することができる。

（例４）

（例５）

（例６）

上記資源スケジューリング方法のステップＳ１０２において、ユーザ端末のスケジューリング優先度を計算する場合、スケジューリング優先度計算方法の例４〜例６の何れか一つを実施するとき、毎回のスケジューリング時刻の終了時に

を更新する必要がある。詳しくは下記のように行われる。

ユーザ端末が資源スケジューリング情報を受信すると、ロードユニット２０２は上りスケジューリング情報に基づいて、業務バッファユニット２０１からパケットを抽出し、最新の業務バッファ状態情報ｂｓ_ｋ（ｔ＋１）と共にパッケージ化して、ユーザ端末に割り当てられた物理資源ブロックにロードして基地局１００に送信する。基地局１００は、受信したパケットにおけるユーザ端末識別子に基づいて、バッファ管理ユニット１０４における対応する情報を更新すると共に、対応するユーザ端末の平均レート

を更新する。下記公式のように行われる。

ユーザ端末に最小レート要求を有するとき、システムにアクセスするユーザ端末数が比較的に少ない場合、スケジューリング優先度計算方法の例２、３、５、６により各ユーザ端末の最小レートを公平に保証できる。システムにアクセスするユーザ端末が増加するにつれて、上記四種類のスケジューリング優先度計算方法はすべてのユーザ端末の最小レートを保証することができない。本発明によりシステム負荷が比較的に大きいときにすべてのユーザ端末が要求する最小レートを保証できないという問題を効果的に解決できるには、本発明の実施例における上記資源スケジューリング過程にユーザ端末に最小レート要求を有する実施方法について更に補充する。

基地局１００は、各アクセスしたユーザ端末の正規化平均レート

を周期的に計算する。

の計算方法は下記となる。

は、ユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔまでの平均送信レートを示す。

システムはアクセスしたすべてのユーザ端末が要求する最小レートを保証でき、即ち

（Ｋは現在システムにアクセスしたユーザ端末数を示す）のときに、新規ユーザ端末のアクセス要求があると、基地局が該ユーザ端末を受け入れる。スケジューリング時刻毎に、上記資源スケジューリング過程に従いユーザ端末に対して資源スケジューリングを行う。スケジューリング優先度計算方法は、上述のように、具体的な業務状況とシステムの性能要求に応じて上述優先度計算方法の例２、３、５、６のうちの一種を実施してもよい。

システムはアクセスしたすべてのユーザ端末が要求する最小レートを保証できないとき、即ち

のとき、新規ユーザ端末のアクセス要求をある場合、基地局が該ユーザ端末を拒絶する。スケジューリング時刻毎に、上記資源スケジューリング過程に従い受け入れたユーザ端末に対して資源スケジューリングを行う。チャネル品質が比較的に悪いユーザ端末の資源利用率がそれほど高くないため、システムはアクセスしたすべてのユーザ端末が要求する最小レートを保証できないとき、一部のチャネル品質が比較的に悪いユーザ端末レートを犠牲にして、チャネル品質が比較的によいユーザ端末が要求する最小レートを保証することができる。このとき、受け入れたユーザのスケジューリング優先度計算方法の例２、３、５、６に対して補正をする必要がある。詳しくは下記のように行われる。

（例２´）

（例３´）

（例５´）

（例６´）

上記公式のうち、

は、ユーザ端末ｋの平均ＳＮＲ値を示し、チャネル推定ユニット１０１により推定して得られる。ＳＮＲ_ＴＨは、基地局がシステムにアクセスしたすべてのユーザ端末の平均ＳＮＲ値に基づいて設定したＳＮＲ閾値であり、ユーザ端末のチャネル品質を区分することに用いられる。Ａ_ｋ（ｔ−１）の定義は、公式（５）〜（８）を参照し、時刻ｔをｔ‐１に差し替えている。

（第２の実施例）
本発明の第２の実施例による資源スケジューリングは下りリンクに応用する。図３は、本発明の第２の実施例による無線通信システムの構造を示す。図３に示すように、本発明の第２の実施例による無線通信システムの基地局１００は、チャネル情報記憶ユニット１０６、業務バッファユニット１０７、バッファ管理ユニット１０４、レート情報記録ユニット１０５、資源スケジューリングユニット１０３、資源割り当て記録ユニット１０２及びロードユニット１０９を含む。

本発明の第２の実施例において、チャネル情報記憶ユニット１０６は、ユーザ端末の物理資源ブロックにおけるＳＮＲのようなチャネル情報を記録する。

業務バッファユニット１０７は、各ユーザ端末に対応する業務バッファ領域を設置し、各ユーザ端末に送信され新着の業務パケットを記憶する。

バッファ管理ユニット１０４は、ユーザ端末のバッファメモリにおけるデータ量情報を記録し、スケジューリング時刻毎にバッファにデータ量が０でないユーザ端末を選択して集合Ｓを構成する。

レート情報記録ユニット１０５は、各ユーザ端末の最小レートと送信レートとの差分を記録する。

資源スケジューリングユニット１０３は、チャネル情報記憶ユニット１０６、業務バッファユニット１０７及びレート情報記録ユニット１０５における情報の少なくとも一部に基づいて、ユーザ端末の各物理資源ブロックにおけるスケジューリング優先度を確定し、ユーザ端末の優先度に基づいて物理資源ブロックに対して割り当てを行う。

資源割り当て記録ユニット１０２は、各スケジューリング周期内の物理資源ブロックのスケジューリング結果を記録する。各スケジューリング周期が終了するときに、本スケジューリング周期内のスケジューリング結果である下りスケジューリング情報を符号化し、下り制御シグナリングでユーザ端末に通知する。

ロードユニット１０９は、下りスケジューリング情報に基づいて、対応する業務バッファユニット１０４からパケットを抽出してパッケージ化し、各ユーザ端末に割り当てられた物理資源ブロックにロードする。

本発明の実施例によるユーザ端末２００は、チャネル情報フィードバックユニット２０３を含む。チャネル情報フィードバックユニット２０３は、ＳＮＲのような推定した、基地局１００からユーザ端末までのチャネルの情報を基地局にフィードバックし、チャネル情報記憶ユニット１０６に記憶する。

以下、図４を参照して上記各ユニットの具体的な機能とそれぞれの間の関係を詳細に説明する。

図４は、本発明の第２の実施例による資源スケジューリング方法の流れを示す。図４に示すように、ステップＳ２０１において、ユーザ端末に送信する下りパケットが基地局１００に送信されると、基地局１００は、パケットに付加されているユーザ端末識別子に基づいて、各ユーザ端末に設置した業務バッファユニット１０７の対応する業務バッファ領域に格納する。

ステップＳ２０２において、スケジューリング時刻ｔの開始時に、バッファ管理ユニット１０４は、業務バッファユニット１０７における各ユーザ端末のバッファ情報に基づいて、現在時刻において業務バッファに送信予定データを有するユーザ端末を集合Ｓに構成する。資源のスケジューリングを行うときに、集合Ｓにおけるユーザ端末だけが考慮される。Ｎ個の物理資源ブロックに１、２、…、Ｎのように番号を振り、順に割り当てを行う。

ステップＳ２０３において、資源スケジューリングユニット１０３は、集合Ｓにおけるすべてのユーザ端末が現在割り当てられた物理資源ブロックｎにおけるスケジューリング優先度を計算する。ここで、スケジューリング優先度の計算は上記第１の実施例の記載と同一のため、詳細な説明を省略する。

ステップＳ２０４において、資源スケジューリングユニット１０３は、該物理資源ブロックに優先度が最高のユーザ端末

を見つけ出し、物理資源ブロックｎを該ユーザ端末に割り当て、資源スケジューリング結果を資源割り当て記録ユニット１０２に通知する。

ステップＳ２０５において、バッファ管理ユニット１０４は、ユーザ端末ｋ^＊のバッファにおけるデータ量を公式（１）に従い更新する。また、資源割り当て記録ユニット１０２は、ユーザ端末ｋ^＊が現在時刻に取得した総資源量のサイズ

を公式（２）に従い更新する。

ステップＳ２０６において、ユーザ端末ｋ^＊のバッファ領域にデータ量が０であるか否かを判断する。バッファ管理ユニットに記録されているユーザ端末ｋ^＊のバッファにおけるデータ量が０であると、ステップＳ２０７において、ユーザ端末ｋ^＊を集合Ｓから削除する。そして、ステップＳ２０８において、集合Ｓがヌルであるか否かを判断する。

ヌルでない又はユーザ端末ｋ^＊のデータ量が０でない場合、次の物理資源ブロックをターゲットとし、該物理資源ブロックが最後の物理資源ブロックであるか否かを判断する。

最後の物理資源ブロックでない場合、ステップＳ２０３に戻り引き続き実行する。逆であると、ステップＳ２０９において該時刻のスケジューリングを終了し、資源割り当て記録ユニット１０２はスケジューリング結果を符号化して下り制御シグナリングを通して各ユーザ端末に通知する。ロードユニット１０９は下りスケジューリング情報に各ユーザ端末に割り当てた資源量のサイズ及び割り当てられた資源ブロックの位置基づいて、対応する業務バッファユニット１０７からパケットを抽出し、対応する物理資源ブロックにロードしてユーザ端末２００に送信する。

上記資源スケジューリング方法のステップＳ２０３において、ユーザ端末のスケジューリング優先度を計算するときに、スケジューリング優先度計算方法の例４〜例６の何れか１つを実施するには、上記下り無線資源スケジューリング実施例のステップＳ２０９に対して下記補正を行うことが必要となる。

残りの物理資源ブロックがあり、且つ集合

となる場合、ステップＳ２０３に戻り引き続き実行する。逆であると、該時刻のスケジューリングを終了し、資源割り当て記録ユニット１０２はスケジューリング結果を符号化して下り制御シグナリングを通して各ユーザ端末に通知する。ロードユニット１０９は下りスケジューリング情報に各ユーザ端末に割り当てた資源量のサイズ及び割り当てられた資源ブロックの位置基づいて、対応する業務バッファユニット１０７からパケットを抽出し、対応する物理資源ブロックにロードしてユーザ端末に送信し、公式（１４）に示すように

を更新する。

上述のように、本発明の実施例により、無線通信システムにおけるスケジューリング方法と対応する基地局を提供している。物理資源ブロックの伝送レートとユーザ端末バッファにおけるデータ量との相違により生じた資源の浪費を減少させ、システムにアクセスしたすべてのユーザ端末が要求する最小レートを保証するために、基地局はユーザ端末のチャネル情報、バッファ状態情報及びレート制御情報に基づいて、各物理資源ブロックにおけるスケジューリング優先度を計算する。該方法は、伝統的なＭＡＸ Ｃ／ＩとＰＦ方法と比べ、ユーザ数が比較的に少ないときにシステムのスループット性能を更に向上させることができ、ユーザ数が比較的に多いときに、ユーザ端末間の公平性とユーザ端末業務の最小レート要求をより保証することができる。

以上の記述は、本発明を実現する実施方式に限るものである。本分野の技術者にとって、本発明の範囲を逸脱しない元でのあらゆる補正或いは局部の差し替えは、いずれも本発明の請求項で限定された範囲に属する。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲書の保護範囲を基準とする。

Claims (18)

1. 基地局と複数のユーザ設備とを含む無線通信システムにおいて資源をスケジューリングする方法において、
   前記複数のユーザ設備のうち、資源ブロックにおいてデータを送信するユーザ設備を確定する確定ステップと、
   少なくとも確定されたユーザ設備のバッファメモリにおける送信予定データのデータ量とユーザ設備の前記資源ブロックにおける伝送レートとのうち、小さい方を前記資源ブロックにおける有効伝送レートとして確定し、前記有効伝送レートに基づいて、確定されたユーザ設備それぞれの優先度を計算する計算ステップと、
   前記資源ブロックを優先度が最高のユーザ設備に割り当てる割り当てステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 

   は、ｔ時刻でユーザｋが物理資源ブロックｎにおいて送信可能な最大ビット数、ｂｓ_ｋ（ｔ）は、ユーザｋのｔ時刻におけるバッファデータ量、ｍｉｎは、ｂｓ_ｋ（ｔ）と
   

   

   のうち小さいほうの値とすると、前記計算ステップにおいて下記公式に従い優先度を計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   

   
3. 

   は、ｔ時刻でユーザｋが物理資源ブロックｎにおいて送信可能な最大ビット数、ｂｓ_ｋ（ｔ）は、ユーザｋのｔ時刻におけるバッファデータ量、Ａ_ｋ（ｔ）はレート制御情報、Ｔ_ａは、レート保証優先度関数の重みを調整するための、予め定義された制御パラメータとすると、前記計算ステップにおいて下記公式に従い優先度を計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   

   
4. 

   は、ｔ時刻でユーザｋが物理資源ブロックｎにおいて送信可能な最大ビット数、ｂｓ_ｋ（ｔ）は、ユーザｋのｔ時刻におけるバッファデータ量、
   

   

   は、ユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートとすると、前記計算ステップにおいて下記公式に従い優先度を計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   

   
5. 

   は、ｔ時刻でユーザｋが物理資源ブロックｎにおいて送信可能な最大ビット数、ｂｓ_ｋ（ｔ）は、ユーザｋのｔ時刻におけるバッファデータ量、
   

   

   は、ユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レート、Ａ_ｋ（ｔ）はレート制御情報、Ｔ_ａは、レート保証優先度関数の重みを調整するための、予め定義された制御パラメータとすると、前記計算ステップにおいて下記公式に従い優先度を計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   

   
6. 

   は、ｔ時刻でユーザｋが物理資源ブロックｎにおいて送信可能な最大ビット数、ｂｓ_ｋ（ｔ）は、ユーザｋのｔ時刻におけるバッファデータ量、Ａ_ｋ（ｔ−１）はレート制御情報、Ｔ_ａは、レート保証優先度関数の重みを調整するための、予め定義された制御パラメータ、
   

   

   は、ユーザ端末ｋの平均ＳＮＲ値、ＳＮＲ_ＴＨは、基地局がシステムにアクセスしたすべてのユーザ端末の平均ＳＮＲ値に基づいて設定したＳＮＲ閾値とすると、前記計算ステップにおいて下記公式に従い優先度を計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   

   
7. 

   は、ｔ時刻でユーザｋが物理資源ブロックｎにおいて送信可能な最大ビット数、ｂｓ_ｋ（ｔ）は、ユーザｋのｔ時刻におけるバッファデータ量、Ａ_ｋ（ｔ−１）はレート制御情報、Ｔ_ａは、レート保証優先度関数の重みを調整するための、予め定義された制御パラメータ、
   

   

   は、ユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レート、
   

   

   は、ユーザ端末ｋの平均ＳＮＲ値、ＳＮＲ_ＴＨは、基地局がシステムにアクセスしたすべてのユーザ端末の平均ＳＮＲ値に基づいて設定したＳＮＲ閾値とすると、前記計算ステップにおいて下記公式に従い優先度を計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   

   
8. 

   は、ユーザ端末ｋが要求する最小レート、
   

   

   は、ユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔまでの実際の平均送信レートとすると、下記式が成り立つことを特徴とする請求項３又は５に記載の方法。
   

   
9. 

   は、ユーザ端末ｋが要求する最小レート、
   

   

   は、ユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートとすると、下記式が成り立つことを特徴とする請求項３又は５に記載の方法。
   

   
10. Ａ_ｋ（ｔ−１）は、ユーザ端末が要求する最小レートとユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔ−１までの実際の平均送信レート又はユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートとの差分、
    

    

    は、ユーザ端末ｋが要求する最小レート、
    

    

    は、ユーザ端末ｋがｔ時刻で取得した総資源量のサイズ、Ｔ_Ｓは、スケジューリング周期の長さとすると、下記式が成り立つことを特徴とする請求項３又は５に記載の方法。
    

    
11. Ａ_ｋ（ｔ−１）は、ユーザ端末が要求する最小レートとユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔ‐１までの実際の平均送信レート又はユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートとの差分、
    

    

    は、ユーザ端末ｋが要求する最小レート、
    

    

    は、ユーザ端末ｋがｔ時刻で取得した総資源量のサイズとすると、下記式が成り立つことを特徴とする請求項３又は５に記載の方法。
    

    
12. 

    は、ユーザ端末ｋが要求する最小レート、
    

    

    は、ユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔ‐１までの実際の平均送信レートとすると、下記式が成り立つことを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
    

    
13. 

    は、ユーザ端末ｋが要求する最小レート、
    

    

    は、ユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートとすると、下記式が成り立つことを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
    

    
14. Ａ_ｋ（ｔ−２）は、ユーザ端末が要求する最小レートとユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔ‐２までの実際の平均送信レート又はユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートとの差分、
    

    

    は、ユーザ端末ｋが要求する最小レート、
    

    

    は、ユーザ端末ｋがｔ‐１時刻で取得した総資源量のサイズ、Ｔ_Ｓは、スケジューリング周期の長さとすると、下記式が成り立つことを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
    

    
15. Ａ_ｋ（ｔ−２）は、ユーザ端末が要求する最小レートとユーザ端末ｋの業務接続確立からスケジューリング時刻ｔ−２までの実際の平均送信レート又はユーザ端末ｋが予め設定された時間ウィンドウ内における平均送信レートとの差分、
    

    

    は、ユーザ端末ｋが要求する最小レート、
    

    

    は、ユーザ端末ｋがｔ‐１時刻で取得した総資源量のサイズとすると、下記式が成り立つことを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
    

    
16. 複数のユーザ設備と、各ユーザ設備に送信するデータをバッファするための業務バッファメモリを備える基地局とを含む無線通信システムにおいて資源をスケジューリングする方法において、
    前記複数のユーザ設備のうち、資源ブロックにおいて前記基地局からデータが送信されてくるユーザ設備を確定する確定ステップと、
    少なくとも確定されたユーザ設備に対応する業務バッファメモリにおける送信予定データのデータ量とユーザ設備の前記資源ブロックにおける伝送レートとのうち、小さい方を前記資源ブロックにおける有効伝送レートとして確定し、前記有効伝送レートに基づいて、確定されたユーザ設備それぞれの優先度を計算する計算ステップと、
    前記資源ブロックを優先度が最高のユーザ設備に割り当てる割り当てステップとを含むことを特徴とする方法。
17. 無線通信システムにおいて資源をスケジューリングする基地局において、
    複数のユーザ設備のバッファメモリにおけるデータのデータ量に関連する情報を記憶し、資源ブロックにおいてデータを送信するユーザ設備を確定するためのバッファ管理装置と、
    各ユーザ設備が要求するデータレートに関連する情報を記憶するためのレート情報記録装置と、
    少なくとも確定されたユーザ設備のバッファメモリにおける送信予定データのデータ量とユーザ設備が要求するデータレートとのうち、小さい方を前記資源ブロックにおける有効伝送レートとして確定し、前記有効伝送レートに基づいて、確定されたユーザ設備それぞれの優先度を計算し、前記資源ブロックを優先度が最高のユーザ設備に割り当てる資源スケジューリング装置とを含むことを特徴とする基地局。
18. 無線システムにおいて資源をスケジューリングする基地局において、
    複数のユーザ設備に対して設置されて、対応するユーザ設備に送信するデータを記憶する複数の業務バッファメモリと、
    各ユーザ設備が要求するデータレートに関連する情報を記憶するためのレート情報記録装置と、
    前記複数のユーザ設備のうち、資源ブロックにおいて前記基地局からデータが送信されてくるユーザ設備を確定するバッファ管理装置と、
    少なくとも確定されたユーザ設備に対応する業務バッファメモリにおける送信予定データのデータ量とユーザ設備が要求するデータレートとのうち、小さい方を前記資源ブロックにおける有効伝送レートとして確定し、前記有効伝送レートに基づいて、確定されたユーザ設備それぞれの優先度を計算し、前記資源ブロックを優先度が最高のユーザ設備に割り当てる資源スケジューリング装置とを含むことを特徴とする基地局。

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