JP6259354B2 - Spatial multiplexing scheduling method, base station apparatus, and program - Google Patents
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Description
本発明は、空間多重スケジューリング方法、基地局装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a spatial multiplexing scheduling method, a base station apparatus, and a program.
現在、スマートフォンの爆発的な普及に伴って、利便性の高いマイクロ波帯の周波数資源が枯渇している。対策として、第3世代の携帯電話から第4世代の携帯電話への移行や、新しい周波数帯の割り当てが行われている。しかし、サービスの提供を望む事業者が多いことから、各事業者に割り当てられる周波数資源は限られている。 Currently, with the explosive spread of smartphones, convenient frequency resources in the microwave band are depleted. As countermeasures, a shift from a third-generation mobile phone to a fourth-generation mobile phone and the allocation of a new frequency band are being carried out. However, since there are many businesses that want to provide services, the frequency resources allocated to each business are limited.
携帯電話のサービスにおいては、複数のアンテナ素子を利用したマルチアンテナ・システムによる周波数利用効率の向上を目指す検討が進められている。既に普及している無線標準規格IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)802.11nでは、送信と受信との双方に複数のアンテナ素子を用いるMIMO伝送技術を用いて空間多重伝送を行う。これにより、IEEE802.11nでは、伝送容量を高めて周波数利用効率を向上させている。なお、MIMOという用語は、一般には送信局及び受信局共に複数アンテナを備えることを想定して使われる。受信側が単数アンテナの場合には、MIMOではなく、MISO(Multiple Input Single Output)という用語が使われる。ただし、本明細書では、これらを全て包含する意味でMIMOという用語を用いる。 In mobile phone services, studies are underway to improve frequency utilization efficiency with a multi-antenna system that uses multiple antenna elements. In the widely used wireless standard IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) 802.11n, spatial multiplexing transmission is performed using a MIMO transmission technique using a plurality of antenna elements for both transmission and reception. . Thereby, in IEEE 802.11n, the transmission capacity is increased to improve the frequency utilization efficiency. The term MIMO is generally used on the assumption that both the transmitting station and the receiving station are provided with a plurality of antennas. When the receiving side is a single antenna, the term MISO (Multiple Input Single Output) is used instead of MIMO. However, in this specification, the term MIMO is used to encompass all of these.
また、近時の通信技術としては、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式やSC−FDE(Single Carrier Frequency Domain Equalization)方式の様に、複数の周波数成分(サブキャリア)に分割して周波数軸上で信号処理を行う方式が一般的である。以下の説明では、特にOFDMやSC−FDEの区別をせず、それらに共通する一般的な方式を前提として「サブキャリア」という用語を用いて説明する。 Moreover, as a recent communication technology, it is divided into a plurality of frequency components (subcarriers) on the frequency axis like OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation system and SC-FDE (Single Carrier Frequency Domain Equalization) system. In general, a signal processing method is used. In the following description, OFDM and SC-FDE are not particularly distinguished, and the description will be made using the term “subcarrier” on the premise of a general scheme common to them.
MIMO伝送技術においては、送信局と受信局との間の伝送路情報を知ることで、より効率的な伝送を行うことが可能となる。最も単純な例としては、送信側にN本のアンテナ素子を備え、受信側に1本のアンテナ素子のみを備える場合、N本のアンテナ素子から送信される信号が受信アンテナにおいて同位相合成される様に送信側で指向性制御を行う。これにより、回線利得を高めることができる。具体的には、第kサブキャリアにおける送信局の第jアンテナから受信局のアンテナまでの間のチャネル情報をhj (k)としたときに、そのアンテナ素子に対して下記の数式(1)で送信ウエイトwj (k)を算出し、これを送信信号に乗算した信号を各アンテナから送信する。なお、上述のチャネル情報は、厳密には、送信系及び受信系のRF(Radio Frequency)回路内のアンプ、フィルタ等の複素位相の回転、及び振幅の変動情報を含むものとする。 In the MIMO transmission technique, it is possible to perform more efficient transmission by knowing transmission path information between a transmitting station and a receiving station. In the simplest example, when N antenna elements are provided on the transmitting side and only one antenna element is provided on the receiving side, signals transmitted from the N antenna elements are combined in phase at the receiving antenna. Similarly, directivity control is performed on the transmission side. Thereby, the line gain can be increased. Specifically, when channel information between the j-th antenna of the transmitting station and the antenna of the receiving station in the k-th subcarrier is h j (k) , the following mathematical formula (1) is given to the antenna element. Then, a transmission weight w j (k) is calculated and a signal obtained by multiplying the transmission weight w j (k) is transmitted from each antenna. Strictly speaking, the above-described channel information includes rotation of complex phases such as amplifiers and filters in transmission and reception RF (Radio Frequency) circuits and amplitude variation information.
チャネル情報及び送信ウエイトを各アンテナに対応させた各成分とするベクトルを、ダウンリンクにおけるチャネル情報ベクトルh(k)及び送信ウエイトベクトルw(k)と称する。厳密には、ダウンリンクにおけるチャネル情報ベクトル→h(k)(「h(k)」の前の記号「→」は、hの上に付与されてベクトルを表すための記号である)は行ベクトル、送信ウエイトベクトル→w(k)は列ベクトルとして表記されるべきである。しかし、本明細書では、簡単のために、行ベクトルと列ベクトルとを区別せずに表記する。また、以降の説明では受信信号Rx、送信信号Tx及びノイズnに関する表記も同様に「→」を付与してベクトルであることを明示すべきであるが、他に紛らわしい表記がないので「→」を省略して説明する。受信信号Rxは、送信信号Tx及びノイズnに対して下記の数式(2)で与えられる。 A vector having channel information and transmission weight corresponding to each antenna as a component is referred to as channel information vector h (k) and transmission weight vector w (k) in the downlink. Strictly speaking, the channel information vector in the downlink → h (k) (the symbol “→” before “h (k) ” is a symbol given to h to represent the vector) is a row vector. , The transmission weight vector → w (k) should be expressed as a column vector. However, in this specification, for the sake of simplicity, the row vector and the column vector are not distinguished from each other. In the following description, the notation regarding the reception signal Rx, the transmission signal Tx, and the noise n should be clearly indicated by adding “→” to be a vector, but “→” because there is no other confusing notation. The description is omitted. The reception signal Rx is given by the following mathematical formula (2) with respect to the transmission signal Tx and the noise n.
数式(1)を数式(2)に代入すると、チャネル情報ベクトルh(k)の各成分の絶対値を全アンテナ成分にわたって加算した値がチャネル利得として得られる。N本アンテナであれば、受信信号の振幅は1本アンテナで送信した場合のN倍になるものと期待される。受信信号強度は、振幅の2乗に比例するからN2倍にまで改善される。この値が複数のアンテナ素子をアレーアンテナとして利用した場合の利得である。 When Expression (1) is substituted into Expression (2), a value obtained by adding the absolute values of the components of the channel information vector h (k) over all antenna components is obtained as the channel gain. In the case of N antennas, the amplitude of the received signal is expected to be N times that of transmission with one antenna. The received signal strength is improved to N 2 times since it is proportional to the square of the amplitude. This value is a gain when a plurality of antenna elements are used as an array antenna.
一般的には、シャノンの定理により、SNR(Signal-Noise Ratio)の改善量に対して、伝送容量の増加は、低SNR領域ほど大きく、高SNR領域ほど小さいことが知られている。そのため、回線利得の改善によって伝送容量の向上を目指すより、受信側にも複数のアンテナを備え、空間多重によって伝送容量の向上を目指すことが多い。空間多重によって伝送容量のアップを目指すのがMIMO伝送技術である。複数の送信アンテナと受信アンテナとの間のチャネル情報が既知の場合には、そのチャネル行列をSVD(Singular Value Decomposition)分解し、固有モードでの伝送を行うことで伝送容量を最大化する。 Generally, according to Shannon's theorem, it is known that the increase in transmission capacity is larger in the low SNR region and smaller in the high SNR region than the amount of improvement in SNR (Signal-Noise Ratio). Therefore, rather than aiming to improve the transmission capacity by improving the line gain, it is often aimed to improve the transmission capacity by providing a plurality of antennas on the receiving side and spatial multiplexing. The MIMO transmission technology aims to increase the transmission capacity by spatial multiplexing. When channel information between a plurality of transmission antennas and reception antennas is known, the channel matrix is decomposed by SVD (Singular Value Decomposition), and transmission in the eigenmode is performed to maximize the transmission capacity.
具体的には、下記の数式(3)の様に、チャネル行列Hをユニタリー行列Uとユニタリー行列V、及び特異値λを対角成分にもつ対角行列Dに分解する。 Specifically, the channel matrix H is decomposed into a unitary matrix U and a unitary matrix V, and a diagonal matrix D having a singular value λ as a diagonal component as shown in the following equation (3).
この際、送信ウエイト行列としてユニタリー行列Vを用いれば、受信信号ベクトルRxは、送信信号ベクトルTx、ノイズベクトルnに対して、下記の数式(4)で与えられる。 At this time, if the unitary matrix V is used as the transmission weight matrix, the reception signal vector Rx is given by the following equation (4) with respect to the transmission signal vector Tx and the noise vector n.
受信側では、ユニタリー行列Uのエルミート共役の行列UHを乗算することで、下記の数式(5)を得る。 On the receiving side, the following formula (5) is obtained by multiplying the Hermite conjugate matrix U H of the unitary matrix U.
数式(5)において、対角行列Dの非対角成分はゼロであるから、送信信号のクロスタームは既にキャンセルされ、信号分離された状態となる。各特異値λの絶対値の2乗値が個別の信号系列の回線利得に相当する。各特異値λは、信号系統ごとに異なる値となる。この固有モードの特異値に合わせた伝送モードを最適化することによって、伝送容量を最大化することができる。伝送モードは、変調多値数と誤り訂正の符号化率などの組み合わせで定まる信号伝送の具体的なモードである。 In Equation (5), since the non-diagonal component of the diagonal matrix D is zero, the cross term of the transmission signal is already canceled and the signal is separated. The square value of the absolute value of each singular value λ corresponds to the line gain of an individual signal sequence. Each singular value λ is different for each signal system. The transmission capacity can be maximized by optimizing the transmission mode according to the singular value of the eigenmode. The transmission mode is a specific mode of signal transmission determined by a combination of the modulation multi-level number and the error correction coding rate.
上記は、1台の基地局と1台の無線局を想定したシングルユーザMIMO伝送技術に関する説明である。同様の説明は、1台の基地局と複数台の無線局との間において同時に同一周波数軸上で通信を行うマルチユーザMIMOにも拡張可能である。マルチユーザMIMOにおいては、一般に、各無線局は空間多重する合計の信号系統数よりも少ない本数のアンテナ素子で通信を行う。そのため、ダウンリンクにおいては、送信側で事前にユーザ間干渉を抑圧するための指向性制御を行う。具体的な式は若干異なるが、基本的には上記の固有モード伝送と同様に、チャネル行列を把握した上でそれに合わせた送信ウエイトを用いる。 The above is a description of a single user MIMO transmission technique assuming one base station and one radio station. The same description can be extended to multi-user MIMO that performs communication on the same frequency axis at the same time between one base station and a plurality of radio stations. In multi-user MIMO, in general, each radio station performs communication using a smaller number of antenna elements than the total number of signal systems to be spatially multiplexed. Therefore, on the downlink, directivity control for suppressing inter-user interference is performed in advance on the transmission side. Although the specific expressions are slightly different, basically, as in the above eigenmode transmission, the transmission weight corresponding to the channel matrix is used after grasping the channel matrix.
また、上記の説明では、ダウンリンクを中心に説明を行ったが、アップリンクにおいても同様に事前にチャネル情報を把握した上で、そのチャネル情報を利用した通信を行うことができる。例えば、最初に説明したアレーアンテナとしての処理においては、数式(1)にて与えられる同位相合成のウエイトを受信ウエイトとして用いる他、最大比合成のウエイトとして、下記の数式(6)で与えられるものを用いることも可能である。 Further, in the above description, the description has been focused on the downlink. However, in the uplink as well, communication using the channel information can be performed after grasping the channel information in advance. For example, in the process as the array antenna described first, in-phase combining weight given by Equation (1) is used as a reception weight, and maximum ratio combining weight is given by Equation (6) below. It is also possible to use one.
数式(6)の定数Cは適宜定められる係数である。ベクトルの各成分の中でhj (k)の絶対値が大きいものは大きな重みで足し合わされ、また、小さな信号は小さな重みで足し合わされる。これにより、SNRの大きな信号を重視し、SNRの小さな信号の雑音が過度に影響を与えない様に調整が図られる。 The constant C in Equation (6) is a coefficient that is appropriately determined. Among the components of the vector, those having a large absolute value of h j (k) are added with a large weight, and small signals are added with a small weight. As a result, a signal with a large SNR is emphasized, and adjustment is made so that noise of a signal with a small SNR does not excessively affect the signal.
以上のマルチユーザMIMO及びアレーアンテナの技術を更に発展させた新しい空間多重伝送技術として、大規模アンテナシステムの提案がなされている(例えば、非特許文献1から非特許文献4を参照)。
A large-scale antenna system has been proposed as a new spatial multiplexing transmission technology that is a further development of the above-described multi-user MIMO and array antenna technologies (for example, see Non-Patent
図15は、大規模アンテナシステムの概要を示す図である。図15においては、基地局1、無線局2、見通し波3、構造物による安定反射波4、地上付近の多重反射波5〜6、構造物7が示されている。図15の大規模アンテナシステムにおいて、基地局1は、多数(例えば100本以上)のアンテナ素子を備え、ビルの屋上や高い鉄塔の上など高所に設置される。無線局2も同様に、ビルの屋上、家屋の屋根の上、電信柱や鉄塔の上など高所に設置される。そのため、基地局1と無線局2との間は概ね見通し環境にある。基地局1と無線局2との間には、見通し波3のパスや大型の安定的な構造物7の安定反射波4などに加え、地上付近での車や人などの移動体などによる多重反射波5〜6が混在する。更に指向性アンテナを用いる場合などは特に、地上付近の多重反射波5〜6は、見通し波3及び安定反射波4などに比べて受信レベルが低くなる。
FIG. 15 is a diagram showing an outline of a large-scale antenna system. In FIG. 15, a
図16は、見通し環境及び見通し外環境におけるインパルス応答を表す図である。図16(a)は見通し外環境でのインパルス応答を、図16(b)は見通し環境でのインパルス応答をそれぞれ示している。図16(a)及び(b)において、横軸は遅延時間、縦軸は各遅延波の受信レベルを表す。図16(a)に示した見通し外環境の場合、見通し区間の直接波成分は存在せず、様々な経路の多重反射波が数多く成分として存在し、各振幅及び複素位相は時間と共にランダムに激しく変動する。 FIG. 16 is a diagram illustrating an impulse response in a line-of-sight environment and a non-line-of-sight environment. FIG. 16A shows an impulse response in a non-line-of-sight environment, and FIG. 16B shows an impulse response in a line-of-sight environment. 16A and 16B, the horizontal axis represents the delay time, and the vertical axis represents the reception level of each delayed wave. In the case of the non-line-of-sight environment shown in FIG. 16 (a), there are no direct wave components in the line-of-sight section, many multiple reflected waves of various paths exist as components, and each amplitude and complex phase becomes intense with time. fluctuate.
これに対し、図15に示した大規模アンテナシステムの様な見通し環境を想定する場合、見通し波3、構造物7による安定反射波4の安定パスはレベルが高い。見通し波3、構造物7による安定反射波4よりも遅延量が大きい時変動パスの多重反射波は、多重反射と経路長に伴う減衰により、図16(b)に示す様に相対的にレベルが小さくなる。この様なチャネル情報を複数回取得して平均化した場合、安定パスの成分は振幅及び複素位相共に毎回安定しているので、平均化されたチャネル情報からの変化は小さい。これに対して、時変動パスの成分は複素空間上でランダムに合成され平均化される。そのため、平均化により安定成分のみを効果的に抽出することが可能になる。
On the other hand, when a line-of-sight environment such as the large-scale antenna system shown in FIG. 15 is assumed, the level of the stable path of the line-of-
このようにして得られる時変動のない安定パスのチャネル情報を基に、基地局1は送受信ウエイトを算出する。基地局1は、算出した送受信ウエイトを用いて多数のアンテナ素子で同位相合成を行うための指向性制御を行う。上記の送受信ウエイトを用いることで、基地局1は、指向性制御のターゲットとする通信相手の無線局への指向性利得をアンテナ本数Nの2乗倍に比例して高めることができる。また、ターゲット以外の無線局への与干渉の指向性利得はN倍に留まるため、相対的に希望信号と干渉信号との間には単純計算でN倍のギャップが生じる。結果的にSIR(Signal to Interference Ratio)の期待値は10Log10(N)dBとなる。この期待値は、Nが100の場合には20dBとなる。更に相関の小さな無線局を選択的に空間多重する場合には、更なるSIR特性の改善が期待され、より高い空間多重が実現できる。
The
非特許文献3及び非特許文献4には、上記の送受信ウエイトでは抑圧しきれない干渉を更に抑圧するための技術や、より低いチャネル相関が得られる無線局の組み合わせを選択する技術が紹介されている。超高次の空間多重を実現するためには、チャネル情報の相関の小さな無線局を組み合わせることが重要である。基地局の多数のアンテナと第j無線局との間の第kサブキャリアに関するチャネル情報を成分とするチャネル情報ベクトル→hj (k)と、別の第i無線局におけるチャネル情報ベクトル→hi (k)との間のチャネル相関は下記の数式(7)で与えられる。
見通し波のみで構成される仮想的なチャネルモデルを想定すると、上記のチャネル相関は、基地局から二つの異なる無線局への方位間の方位差角度θに強く依存した振る舞いを示すと考えられる。図17は、基地局から方位差角度θをもって存在する二つの無線局を示す図である。同図に示す様に、一方の無線局と基地局との間のチャネル情報ベクトルを→h1 (k)とし、他方の無線局と基地局との間のチャネル情報ベクトルを→h2 (k)とすると、方位差角度θに対するチャネル相関の依存性を計算することができる。 Assuming a virtual channel model composed only of line-of-sight waves, the above-described channel correlation is considered to exhibit a behavior that strongly depends on the azimuth difference angle θ between the azimuths from the base station to two different radio stations. FIG. 17 is a diagram illustrating two radio stations that exist with an azimuth difference angle θ from the base station. As shown in the figure, the channel information vector between one radio station and the base station is set to → h 1 (k), and the channel information vector between the other radio station and the base station is set to → h 2 (k ) , The dependence of the channel correlation on the orientation difference angle θ can be calculated.
図18は、方位差角度θの二つの無線局におけるチャネル相関の方位差角度θ依存性を示す図である。ここでのシミュレーション条件は、基地局のアンテナ数を128本とし、5.2GHzの周波数帯において、2波長間隔で128本のアンテナを円形に配置することを想定した。基地局と無線局との間は3kmで固定し、円形に無線局の座標を動かしながらチャネル相関を計算している。図18を読み取ると、方位差角度θが例えば5度程度以下であるとチャネル相関が大きな値になる場合がある。しかし、所定の閾値α度を越えると相関は概ね0.2以下となる。非特許文献4に示されるスケジューリング法は、この方位差角度が5度以上の場合におけるチャネル相関の低さを積極的に利用したものである。
FIG. 18 is a diagram illustrating the dependence of the channel correlation on the azimuth difference angle θ in the two radio stations. The simulation conditions here assume that the number of antennas of the base station is 128, and that 128 antennas are arranged in a circle at intervals of two wavelengths in the frequency band of 5.2 GHz. The distance between the base station and the radio station is fixed at 3 km, and the channel correlation is calculated while moving the coordinates of the radio station in a circle. When FIG. 18 is read, if the azimuth difference angle θ is about 5 degrees or less, for example, the channel correlation may become a large value. However, when the predetermined threshold value α degree is exceeded, the correlation is approximately 0.2 or less. The scheduling method shown in
非特許文献4に記載のスケジューリング法は、基地局側のアンテナを円形アレー上に配置することで得られた結果であり、一般的なアンテナ構成においてはこの様な関係は成り立たない場合が多い。例えば、アンテナ素子を1次元的に並べてアレーアンテナを構成するアンテナ配置や、垂直平面上に正面方向に高い指向性利得を示す平面アンテナを並べた様なアンテナ配置が基地局において用いられる場合には、二つの無線局の方位差角度θに依存して図18に示した様な相関関係が得られない。この場合には、無線局の個別の方向や遠近差などの影響で、図18に示した相関関係と全く異なる相関関係になるのが一般的である。つまり、基地局側のアンテナ構成に応じて異なるチャネル相関の特性を示すため、より汎用的なスケジューリング法が求められている。
The scheduling method described in
上記事情に鑑み、本発明は、基地局装置のアンテナ構成にかかわらず、空間多重通信の対象となる無線局の組み合わせにおいてチャネル相関を低くすることができる空間多重スケジューリング方法、基地局装置及びプログラムを提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention provides a spatial multiplexing scheduling method, a base station apparatus, and a program capable of reducing channel correlation in a combination of radio stations to be subjected to spatial multiplexing communication regardless of the antenna configuration of the base station apparatus. It is intended to provide.
本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を備える基地局装置と複数の無線局とを備え、前記基地局装置と前記無線局との間に形成されるMIMOチャネルを利用し複数の前記無線局に対して空間多重通信を行うことが可能な無線通信システムにおいて、前記基地局装置が同時に空間多重を行う無線局の組み合わせを決定する空間多重スケジューリング方法であって、スケジューリング処理の前に、前記複数のアンテナ素子と前記無線局それぞれとの間のチャネル情報を取得してチャネル情報記憶部に記憶させるチャネル情報取得ステップと、スケジューリング処理として、通信機会の割り当てを待つ前記無線局から一つの無線局を判定対象の無線局に選択し、既に通信機会が割り当てられている前記無線局それぞれと前記判定対象の無線局とのチャネル情報の相関値が予め定められた第1の閾値未満である場合及び又は既に通信機会が割り当てられている前記無線局と前記判定対象の無線局とにおいて無線局ごとに他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し全ての累積値が予め定められた第2の閾値未満である場合に、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てる割当無線局決定ステップとを有することを特徴とする空間多重スケジューリング方法である。 One aspect of the present invention includes a base station apparatus including a plurality of antenna elements and a plurality of radio stations, and a plurality of the radio stations using a MIMO channel formed between the base station apparatus and the radio stations. In a wireless communication system capable of performing spatial multiplexing communication, a base station apparatus determines a combination of wireless stations that perform spatial multiplexing at the same time. Channel information acquisition step of acquiring channel information between each antenna element and each of the radio stations and storing the channel information in a channel information storage unit, and one radio station from the radio station waiting for allocation of a communication opportunity as a scheduling process Select a radio station to be determined, and each of the radio stations to which a communication opportunity has already been assigned and the radio station to be determined When the correlation value of the channel information is less than a predetermined first threshold and / or between the radio station to which a communication opportunity has already been assigned and the radio station to be determined An allocation radio station determination step of calculating a cumulative value of correlation values of channel information and allocating a communication opportunity to the determination target radio station when all the cumulative values are less than a predetermined second threshold value. Is a spatial multiplexing scheduling method characterized by
また、本発明の一態様は、上記の空間多重スケジューリング方法において、スケジューリング処理の前に、前記チャネル情報記憶部に記憶されているチャネル情報に基づいて、前記複数の無線局における無線局の対それぞれのチャネル情報の相関値を記憶するテーブルを生成するステップを有し、前記割当無線局決定ステップでは、前記無線局の対におけるチャネル情報の相関値を前記テーブルから読み出し、読み出した相関値に基づいて、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てるか否かの決定を行うことを特徴とする。 Further, according to one aspect of the present invention, in the spatial multiplexing scheduling method described above, each of a pair of radio stations in the plurality of radio stations is based on channel information stored in the channel information storage unit before the scheduling process. Generating a table for storing correlation values of channel information of the channel, and in the allocation radio station determining step, the correlation value of channel information in the pair of radio stations is read from the table, and based on the read correlation value And determining whether to assign a communication opportunity to the radio station to be determined.
また、本発明の一態様は、上記の空間多重スケジューリング方法において、前記割当無線局決定ステップにおいて実際に空間多重する前記無線局の数よりも多くの前記無線局に通信機会が一旦割り当てられた後に、通信機会が割り当てられた無線局ごとに通信機会が割り当てられた他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し、算出した累積値に基づいて、実際に通信機会を割り当てる無線局を絞り込む割当無線局絞込ステップを有することを特徴とする。 Further, according to one aspect of the present invention, in the spatial multiplexing scheduling method described above, after communication opportunities are once allocated to more radio stations than the number of radio stations that are actually spatially multiplexed in the allocated radio station determination step. A wireless value for which a communication opportunity is actually allocated based on the calculated cumulative value of a correlation value of channel information with another wireless station to which a communication opportunity is assigned for each wireless station to which a communication opportunity is assigned It has the allocation radio station narrowing-down step which narrows down a station.
また、本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を備える基地局装置と複数の無線局とを備え、前記基地局装置と前記無線局との間に形成されるMIMOチャネルを利用し複数の前記無線局に対して空間多重通信を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置であって、スケジューリング処理の前に、前記複数のアンテナ素子と前記無線局それぞれとの間のチャネル情報を取得してチャネル情報記憶部に記憶させるチャネル情報取得部と、スケジューリング処理として、通信機会の割り当てを待つ前記無線局から一つの無線局を判定対象の無線局に選択し、既に通信機会が割り当てられている前記無線局それぞれと前記判定対象の無線局とのチャネル情報の相関値が予め定められた第1の閾値未満である場合及び又は既に通信機会が割り当てられている前記無線局と前記判定対象の無線局とにおいて無線局ごとに他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し全ての累積値が予め定められた第2の閾値未満である場合に、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てる割当無線局決定部とを備えることを特徴とする基地局装置である。 One embodiment of the present invention includes a base station apparatus including a plurality of antenna elements and a plurality of radio stations, and uses a MIMO channel formed between the base station apparatus and the radio stations to A base station apparatus in a radio communication system capable of performing spatial multiplexing communication with a radio station, wherein channel information between the plurality of antenna elements and each of the radio stations is acquired before a scheduling process. The channel information acquisition unit to be stored in the channel information storage unit, and as a scheduling process, one radio station is selected as a determination target radio station from the radio stations waiting for communication opportunity assignment, and a communication opportunity has already been assigned. When the correlation value of channel information between each of the radio stations and the radio station to be determined is less than a predetermined first threshold and / or when there is already a communication opportunity A cumulative value of correlation values of channel information with other wireless stations is calculated for each wireless station between the assigned wireless station and the determination target wireless station, and all accumulated values are determined in advance. The base station apparatus comprising: an allocated radio station determination unit that allocates a communication opportunity to the determination target radio station when the threshold is less than the threshold.
また、本発明の一態様は、上記の空間多重スケジューリング方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 Another embodiment of the present invention is a program for causing a computer to execute the above spatial multiplexing scheduling method.
本発明によれば、基地局装置と無線局それぞれとの間のチャネル情報をスケジューリング処理の前に取得し、取得したチャネル情報間の相関値に基づいて、空間多重通信の対象となる無線局の組み合わせを決定することで、基地局装置のアンテナ構成の影響を受けることなくチャネル相関を低くすることができる。これにより、SIR特性を向上させつつ空間多重数を増加させることができる。 According to the present invention, channel information between the base station apparatus and each radio station is acquired before the scheduling process, and based on the correlation value between the acquired channel information, the radio station to be subjected to spatial multiplexing communication By determining the combination, the channel correlation can be lowered without being affected by the antenna configuration of the base station apparatus. Thereby, the number of spatial multiplexing can be increased while improving the SIR characteristics.
[本発明の基本原理]
大規模アンテナシステムでは、送受信される信号を多数のアンテナで同位相合成することにより、指向性利得と空間多重時のSIR特性との改善を図ることができる。これに対して、従来のマルチユーザMIMOを用いた通信システムにおいては、送受信の際に用いるウエイト行列(ないしは無線局ごとに分解すればウエイトベクトルに対応)は、同時に空間多重を行う無線局の組み合わせに応じて異なる。そのため、空間多重をした際の特性を正確に把握するためには、空間多重する無線局の組み合わせでウエイト行列を算出する必要がある。しかし、ウエイト行列を算出するための演算量が膨大であるために、多くの無線局の組み合わせパターンに対して実際に送受信ウエイトを適用した際の特性を評価することが困難であった。
[Basic Principle of the Present Invention]
In a large-scale antenna system, the directivity gain and the SIR characteristic at the time of spatial multiplexing can be improved by synthesizing the transmitted and received signals with the same phase using a number of antennas. In contrast, in a conventional communication system using multi-user MIMO, a weight matrix used for transmission / reception (or corresponding to a weight vector if decomposed for each wireless station) is a combination of wireless stations that simultaneously perform spatial multiplexing. Depending on. Therefore, in order to accurately grasp the characteristics when spatial multiplexing is performed, it is necessary to calculate a weight matrix with a combination of spatially multiplexed radio stations. However, since the amount of calculation for calculating the weight matrix is enormous, it is difficult to evaluate the characteristics when actually applying transmission / reception weights to the combination patterns of many radio stations.
また、非特許文献4に記載の技術は、見通し波が支配的で且つ基地局装置側に円形アレーアンテナを用いた場合に適用可能であり、異なる構成のアンテナ配列を用いた場合や反射の影響などが無視できない場合などには適用しても十分な効果が得られない。この様な場合には、その環境における実際のSIR特性を反映した簡易なスケジューリング技術が求められる。
The technique described in
また、大規模アンテナシステムにおいては、同位相合成を実現する送受信ウエイトには数式(1)又は数式(6)が用いられるので、送受信ウエイト自体は元々のチャネルベクトルの複素共役ベクトルに定数を乗算したベクトルとなっている。そのため、非特許文献3に記載のユーザ間干渉抑圧法を適用前のSIR特性は、同時に空間多重を行う無線局に対する数式(7)に示した相関値の累積値(総和)に相当する物理量に概ね依存することになる。
Further, in the large-scale antenna system, the transmission / reception weight for realizing the in-phase synthesis uses Expression (1) or Expression (6), so the transmission / reception weight itself is obtained by multiplying the complex conjugate vector of the original channel vector by a constant. It is a vector. Therefore, the SIR characteristic before the application of the inter-user interference suppression method described in
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の説明では周波数成分に関する添え字のkを記載するが、これは任意の周波数成分を意味する。例えばOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access)方式の様にサブキャリアごとに個別にスケジューリングを行うシステムであれば、本発明の関連技術は個別の周波数成分でのスケジューリングに活用できる。また、チャネル情報が帯域内の周波数成分間である程度相関が強い場合には、一つの周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分のスケジューリング結果を、全帯域に対するスケジューリング結果として用いることも可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the subscript k regarding the frequency component is described, which means an arbitrary frequency component. For example, in the case of a system that performs scheduling for each subcarrier individually as in the OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplex Access) system, the related technique of the present invention can be used for scheduling with individual frequency components. Further, when the channel information has a certain degree of correlation between the frequency components in the band, it is possible to extract one frequency component and use the scheduling result of the extracted frequency component as the scheduling result for the entire band.
また更に、数式(7)では左辺に示す関数fの引数にふたつのチャネル情報ベクトル→h1 (k)及び→h2 (k)を明示的に示していたが、以下の説明ではこれを簡略化しf(→h1 (k),→h2 (k))をf[i,j,k]として表記する。また、事前に無線局に対して通し番号に相当する識別番号を設定し、スケジューリングを行う際にはj番目に割り当てが確定した無線局の識別番号をS(j)として表記することにする。また、便宜上、j=0に対してS(0)=0、f[i,0,k]=f[0,i,k]=0として扱うことにする。また、物理的には同一局間の相関を表すf[i,i,k]は1とすべきところではあるが、本スケジューリング処理では異なるふたつの無線局間の相関を議論するので、処理のための便宜上、f[i,i,k]=0として扱うことにする。 Furthermore, in the equation (7), two channel information vectors → h 1 (k) and → h 2 (k) are explicitly shown as arguments of the function f shown on the left side, but this will be simplified in the following description. F (→ h 1 (k) , → h 2 (k) ) is expressed as f [i, j, k]. Also, an identification number corresponding to a serial number is set in advance for a wireless station, and when scheduling is performed, the identification number of the wireless station whose assignment is determined j-th will be expressed as S (j). For convenience, j (= 0) is treated as S (0) = 0, f [i, 0, k] = f [0, i, k] = 0. In addition, although f [i, i, k], which represents the correlation between the same stations physically, should be 1, this scheduling process discusses the correlation between two different radio stations. For convenience, it is assumed that f [i, i, k] = 0.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態における無線通信システムの構成を示す図である。図1に示す様に、無線通信システムは、一つの基地局装置100と、複数の無線局150とを備える。基地局装置100は複数のアンテナ素子を備える。無線局150は一つのアンテナ素子を備える。基地局装置100は、各無線局150との間に形成されるMIMOチャネルを利用し複数の無線局150に対して空間多重通信を行う。無線通信システムは、例えば図15に示した大規模アンテナシステムとして用いられる。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the wireless communication system includes one
大規模アンテナシステムとして用いる場合、基地局装置100の複数のアンテナ素子は、図15に示した大規模アンテナシステムにおける基地局1のアンテナの様に、ビルの屋上や高い鉄塔の上などの高所に設置される。また、無線局150それぞれのアンテナ素子も同様に高所に設置される。これにより、基地局装置100と各無線局150との受信信号において、見通し波又は安定反射波或いは両方の受信レベルが高くなる。
When used as a large-scale antenna system, a plurality of antenna elements of the
図2は、第1の実施形態における基地局装置100の構成例を示すブロック図である。図2に示す様に、基地局装置100は、複数のアンテナ素子101、無線通信部102、チャネル情報取得部103、チャネル情報記憶部104及びスケジューリング部110を備えている。スケジューリング部110は、送信機会待ち行列111、判定対象選択部112、相関値判定部113、累積値判定部114、バッファ115及び割当無線局決定部116を有している。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the
無線通信部102は、複数のアンテナ素子101を介して、複数の無線局150と通信を行う。無線通信部102は、複数の無線局150と通信する際に、複数のアンテナ素子101と各無線局150のアンテナ素子との間で形成されるMIMOチャネルを利用して同一時刻に空間多重された通信を行う。無線通信部102が通信対象とする無線局150の組み合わせは、スケジューリング部110によって選択される。
The
チャネル情報取得部103は、無線通信部102が受信する信号に基づいて、各無線局150との間における伝搬環境を示すチャネル情報を無線局150ごとに取得する。なお、チャネル情報取得部103が取得する無線局150ごとのチャネル情報は、無線通信システムにおいて用いられる周波数帯の各周波数成分におけるチャネル情報である。チャネル情報取得部103は、無線局150それぞれの各周波数成分におけるチャネル情報と当該無線局150を識別する識別番号とを対応付けてチャネル情報記憶部104に記憶させる。チャネル情報取得部103は、スケジューリング部110が通信対象の無線局150の組み合わせを選択する前に、各無線局150のチャネル情報を事前に取得してチャネル情報記憶部104に記憶させる。取得のタイミングは通信サービスのサービス提供中に逐次取得してもよい。或いは、非特許文献1〜4に記載の大規模アンテナシステムでは、通信サービスの開始前に全てのチャネル情報を取得し、これを記憶しておく構成としても構わない。このチャネル情報の取得方法は、スケジューリング処理とは独立の技術であり、如何なる組み合わせでも本実施形態におけるスケジューリング処理は実現可能である。
The channel
チャネル情報記憶部104には、無線局150ごとに各周波数成分のチャネル情報が記憶される。
The channel
基地局装置100において、無線局150へ送信すべき情報が発生すると、その送信すべき情報(データ)は無線通信部102に入力されて無線通信部102内の送信バッファに収容される。また、送信すべき情報の無線通信部102への入力に合わせて、当該情報の宛先情報及び情報量などを含む制御情報がスケジューリング部110の送信機会待ち行列111に入力される。宛先情報には、例えば無線局150の識別番号が用いられる。送信機会待ち行列111は、基地局装置100において無線局150へ送信すべき情報が発生した順に、当該無線局150の識別番号を記憶するバッファである。送信機会待ち行列111に識別番号が記憶されている場合、送信機会の割り当てを待っている無線局150が存在していることになる。なお、送信機会待ち行列111は、送信すべき情報が発生した順に記憶する無線局150の識別番号と共に、上述の情報量などを含む情報を記憶してもよい。
When information to be transmitted to the
判定対象選択部112は、スケジューリング処理が開始されると、送信機会待ち行列111に記憶されている識別番号を先頭から一つ読み出す。判定対象選択部112が読み出した識別番号の無線局150は、スケジューリング処理において送信機会を与えるか否かの判定対象の無線局150として扱われる。判定対象選択部112は、読み出した識別番号を相関値判定部113、累積値判定部114及び割当無線局決定部116に出力する。
When the scheduling process is started, the determination
相関値判定部113は、判定対象選択部112によって判定対象に選択された無線局150と基地局装置100との間のチャネル情報と、既に送信機会が割り当てられている各無線局150と基地局装置100との間のチャネル情報との相関値を周波数成分ごとに算出する。相関値判定部113は、割当無線局決定部116から既に送信機会が割り当てられている無線局150の情報の通知を受ける。相関値判定部113は、チャネル情報記憶部104に記憶されているチャネル情報に基づいて、これらの各無線局150との相関値を算出する。相関値判定部113は、算出した各周波数成分の相関値に基づいて、判定対象の無線局150に送信機会を割り当てるか否かの判定を行う。相関値判定部113は、判定結果を割当無線局決定部116に出力する。
Correlation
累積値判定部114は、割当無線局決定部116から既に送信機会が割り当てられている各無線局150の情報の通知を受ける。累積値判定部114は、チャネル情報記憶部104に記憶されているチャネル情報に基づいて、相関値を算出する。更に、累積値判定部114は、判定対象の無線局150と既に送信機会が割り当てられている各無線局150とにおいて、無線局150ごとに他の無線局150との相関値の累積値(総和)を周波数成分ごと算出する。累積値判定部114は、無線局150ごとに算出した累積値に基づいて、判定対象の無線局150に送信機会を割り当てるか否かの判定を行う。累積値判定部114は、判定結果を割当無線局決定部116に出力する。
Cumulative
バッファ115には、割り当て済み無線局バッファと次回割り当て待ちバッファとが含まれる。割り当て済み無線局バッファには、スケジューリング処理において送信機会が割り当てられた無線局150の識別番号が記憶される。相関値判定部113及び累積値判定部114は、割り当て済み無線局バッファに記憶されている識別番号を読み出すことにより、既に送信機会が割り当てられている無線局150を取得することができる。次回割り当て待ちバッファには、スケジューリング処理における送信機会を割り当てるか否かの判定の結果、送信機会が割り当てられなかった無線局150の識別番号が記憶される。
The
割当無線局決定部116は、相関値判定部113及び累積値判定部114から出力される判定結果に基づいて、判定対象選択部112によって判定対象に選択された無線局150に送信機会を割り当てるか否かを決定する。割当無線局決定部116は、判定対象の無線局150に送信機会を割り当てる決定をした場合、判定対象の無線局150の識別番号を割り当て済み無線局バッファに記憶させる。割当無線局決定部116は、判定対象の無線局150に送信機会を割り当てない決定をした場合、判定対象の無線局150の識別番号を次回割り当て待ちバッファに記憶させる。
Whether the assigned radio
また、割当無線局決定部116は、割り当て済み無線局バッファに記憶されている識別番号の数が空間多重の上限数に達しているか否かの判定を行う。上限数に達している場合、割当無線局決定部116は、割り当て済み無線局バッファに記憶されている識別番号を読み出す。割当無線局決定部116は、読み出した識別番号を無線通信部102に出力して、当該識別番号の無線局150に対する通信を無線通信部102に行わせる。また、上限数に達している場合、割当無線局決定部116は、次回割り当て待ちバッファに記憶されている識別番号を読み出し、送信機会待ち行列111の先頭領域に記憶させる。割当無線局決定部116は、スケジューリング処理において、送信機会を割り当て済みの無線局150の数をカウントするカウンタを有する。
Also, the assigned radio
無線通信部102は、送信機会が割り当てられた各無線局150の識別番号を含む割り当て決定の通知を割当無線局決定部116から受けると、当該識別番号の無線局150を宛先とする情報(データ)を無線通信部102内の送信バッファから読み出す。無線通信部102は、読み出した情報(データ)それぞれを、所定の無線通信のための信号処理の後に送信機会が割り当てられた無線局150それぞれに宛てて送信する。
Upon receiving notification of assignment determination including the identification number of each
図3及び図4は、第1の実施形態における基地局装置100が行うスケジューリング処理を示すフローチャートである。スケジューリング処理では、同一時刻に空間多重された通信を行う対象となる無線局150の組み合わせを決定する。基地局装置100において、スケジューリング処理が開始されると(処理S1)、割当無線局決定部116は、割り当て済み無線局150の数を管理するためのカウンタjにゼロを代入してリセットする(処理S2)。カウンタjのリセットが完了すると、判定対象選択部112は、送信機会待ち行列111に割り当て待ちの無線局150が存在するか否かを判定する(処理S3)。
3 and 4 are flowcharts illustrating a scheduling process performed by the
処理S3の判定において、送信機会の割り当てを待つ無線局150が存在する場合(処理S3でYES)、判定対象選択部112は、送信機会待ち行列111における先頭の無線局150を判定対象の無線局150に選択する(処理S4)。相関値判定部113は、判定対象の無線局150のチャネル情報と、送信機会を既に割り当てられたj局の無線局150それぞれのチャネル情報との周波数成分ごとの相関値が所定の閾値β以下であるか否かの判定を、第1段階目の判定として行う(処理S5)。ここで、相関値は、数式(7)で算出される値である。上述の表記f[i,j,k]を用いて数式(7)を簡略化して表記すると、処理S5における判定の条件は、下記の数式(8)として表される。
In the determination of the process S3, when there is a
数式(8)において、mは、送信機会の割り当ての可否を判定する対象の無線局150の識別番号である。S(i)(ここで、0≦i≦j)は送信機会が既に割り当てられた無線局150の識別番号である。すなわち、S(i)は、バッファ115に含まれる割り当て済み無線局バッファにi番目に記憶された識別番号を表す。閾値βは、0<β<1の所定の実数である。スケジューリング処理における初回の処理S5、すなわちj=i=0の場合における処理S5では、S(j)=0により数式(8)の左辺のf[S(i),m,k]はゼロであり、数式(8)は常に満たされる。スケジューリング処理において初回の処理S5の判定結果は、条件を満たすという判定結果になる。
In Equation (8), m is the identification number of the
処理S5の判定において、判定対象の無線局150と割り当て済みの無線局150それぞれとの相関値が数式(8)を満たす場合(処理S5でYES)、累積値判定部114は、第2段階目の判定を行う(処理S6)。第2段階目の判定として、累積値判定部114は、割り当て済みの無線局150のうち識別番号がS(i)(0≦i≦j)である無線局150及び識別番号がmの判定対象の無線局150に対して、周波数成分ごとに下記の数式(9)及び数式(10)が共に成立するか否かを判定する。数式(9)及び数式(10)におけるγ(j)は、割り当て済みの無線局150の数がj局である場合における所定の閾値を表す。
When the correlation value between each of the determination
処理S6の判定において、割り当て済みの無線局150それぞれについて数式(9)及び数式(10)が共に満たされる場合(処理S6でYES)、割当無線局決定部116は、判定対象の無線局150に対する割り当てを承認する(処理S7)。割当無線局決定部116は、割り当て済みの無線局150の数を示すカウンタjに1を加算し(処理S9)、第j番目の割り当て済みの無線局150としてS(j)にmを代入する(処理S10)。言い換えると、割当無線局決定部116は、判定対象の無線局150の識別番号mを、送信機会が割り当てられた無線局150の識別番号として割り当て済み無線局バッファに記憶させる。
When the formula (9) and the formula (10) are both satisfied for each assigned
割当無線局決定部116は、送信機会を割り当てる無線局150の数に対する上限値Jにカウンタjが達したか否かを判定する(処理S11)。カウンタjが上限値Jに達していない場合(処理S11でNO)、割当無線局決定部116は、処理を処理S3に戻して、送信機会の割り当てを繰り返す。カウンタjが上限値Jに達している場合(処理S11でYES)、割当無線局決定部116は、処理を処理S12に進める。
The assigned radio
処理S5の判定において判定対象の無線局150と既に割り当てた無線局150との相関値のうち少なくとも一つが数式(8)を満たさない場合(処理S5でNO)又は処理S6の判定において既に割り当て済みの無線局150のうち数式(9)を満たさない無線局150がある場合若しくは識別番号mの無線局150が数式(10)を満たさない場合(処理S6でNO)、割当無線局決定部116は、判定対象の無線局150に対する割り当てを承認しない。この場合、割当無線局決定部116は、判定対象の無線局150の識別番号mを次回割り当て待ちバッファの末尾に加え(処理S8)、処理をS3に戻して、送信機会の割り当てを繰り返す。
If at least one of the correlation values between the determination
処理S3の判定において送信機会の割り当てを待つ無線局150が存在しない場合(処理S3でNO)、或いは、処理S11の判定においてカウンタjが上限値Jに達している場合(処理S11でYES)、割当無線局決定部116は、次回割り当て待ちバッファに含まれる各無線局150の識別番号を送信機会待ち行列111の先頭に順に移し(処理S12)、スケジューリング処理を終了させる(処理S13)。
When there is no
割当無線局決定部116は、スケジューリング処理を終了した後に、割り当て済み無線局バッファに記憶されている識別番号を全て読み出す。割当無線局決定部116は、読み出した識別番号の無線局150の組み合わせを、空間多重の対象となる無線局150の組み合わせとして無線通信部102に通知する。
The assigned radio
なお、数式(9)及び数式(10)に含まれる所定の閾値γ(j)の値は、jの増加と共に単調増加するか又は単一の値であり、γ(j)≦γ(j+1)の関係を満たす閾値γ(j)であれば、如何なる関数でも構わない。最も単純な例は、全てが同一の所定の閾値を示す場合であり、その他にも例えば下記の数式(11)で表される様なγ(j)であってもよい。 Note that the value of the predetermined threshold value γ (j) included in Equation (9) and Equation (10) monotonically increases as j increases or is a single value, and γ (j) ≦ γ (j + 1) Any function may be used as long as it is a threshold value γ (j) that satisfies the above relationship. The simplest example is a case in which all indicate the same predetermined threshold value. Alternatively, γ (j) as expressed by the following formula (11) may be used.
数式(11)において、βは数式(8)における閾値であり、β’は0<β’<βなる所定の定数である。また、Γ(1)=1、2≦jの整数jに対して1>Γ(j)≧Γ(j+1)>0を満たす任意のΓ(j)に対し、下記の数式(12)で与えられる閾値γ(j)を用いてもよい。 In Equation (11), β is a threshold in Equation (8), and β ′ is a predetermined constant such that 0 <β ′ <β. For an arbitrary Γ (j) satisfying 1> Γ (j) ≧ Γ (j + 1)> 0 for an integer j of Γ (1) = 1, 2 ≦ j, the following equation (12) is given. The threshold value γ (j) to be used may be used.
図3及び図4に示したスケジューリング処理において、処理S5における第1段階目の判定は、判定対象の無線局150と既に割り当て済みの無線局150との二つの無線局間での相関値が所定の閾値βより小さいことを確認している。処理S6における第2段階目の判定は、相関の累積値が所定の閾値γ(j)より小さいことを確認している。第1段階目の判定と第2段階目の判定とが満たされた場合に、判定対象の無線局150に送信機会を割り当てることが承認されるという手順でスケジューリング処理が行われる。なお、閾値β及び閾値γ(j)の値は、シミュレーションの結果や実測値により得られた、チャネル情報や空間多重において得られる伝送レートなどに基づいて定めてもよい。同様に、上限値Jも、ミュレーションの結果や実測値に基づいて定めてもよい。
In the scheduling process shown in FIG. 3 and FIG. 4, the determination at the first stage in the process S <b> 5 is that the correlation value between the two radio stations of the determination
なお、スケジューリング処理における処理S8及び処理S12は、判定を行った結果、送信機会が割り当てられなかった無線局150に対して、次回の割り当てにおいて優先的に判定が行われる様にするための救済処置に相当する。
It should be noted that processing S8 and processing S12 in the scheduling processing are remedies for preferential determination in the next allocation for the
また、本実施形態におけるスケジューリング処理は、例えばタイムスロットが区切られたTDMA(Time Division Multiple Access)フレーム内のタイムスロットの割り当てであってもよいし、送信機会ごとの割り当て処理であってもよい。また、無線局150ごとに送信すべき情報が一般的には異なるため、図3及び図4に示すスケジューリング処理により送信機会の割り当てが行われた無線局150へ送信すべきデータが残っている場合に、次の割り当てにおいて当該無線局150に対して継続的に割り当てを行うこととしてもよい。この場合には、図3及び図4の処理において継続的に割り当てる無線局150の数がj局であれば、それらの無線局150をj≧iなる通し番号iを用いて新たなS(i)として再構成して管理し、処理S3に途中から割り込む形で割り当てを再開してもよい。
Further, the scheduling process in the present embodiment may be, for example, allocation of time slots in a TDMA (Time Division Multiple Access) frame in which time slots are divided, or may be allocation process for each transmission opportunity. In addition, since the information to be transmitted for each
また、継続的に割り当てるj局を送信機会待ち行列111の先頭に当初の順番通りに並べて、再度、図3及び図4に示すスケジューリング処理を最初からやり直せば、当該のj局に対する処理S5及び処理S6における判定は全て満たされて処理S7が行われるので、継続的な割り当てを実現することが可能である。また逆に、これらの無線局150を全て一旦、割り当てが終了したものと見なして、送信機会待ち行列111の末尾に順番に並べなおしても良い。
Further, if j stations to be continuously allocated are arranged at the head of the
更に、一般の広帯域のシステムではシングルキャリア伝送に加えてOFDM方式やOFDMAなどの方式が存在し、この中でOFDMA方式の場合には、サブキャリアごとに個別の割り当て処理を行うために、図3及び図4に示すスケジューリング処理を周波数成分ごとに行ってもよい。ここでも先に説明した様に、ある周波数成分で割り当てが行われた無線局150に関しては、次の周波数成分におけるスケジューリング処理においては継続的に割り当てを行うこととしてもよいし、一旦、割り当てが終了したものと見なして、送信機会待ち行列111の末尾に順番に並べなおしてもよい。これらの伝送方式の違いにより、スケジューリング機会ごとの無線局150の扱いは異なるが、本実施形態におけるスケジューリング処理の特徴は送信機会を割り当てるか否かの判定ごとに、図3に示した処理S5及び処理S6の条件を満たすことを確認し、その条件に合致した無線局150を同時に空間多重する無線局150として承認する点にある。
Further, in general broadband systems, there are OFDM and OFDMA schemes in addition to single carrier transmission. In the OFDMA scheme, in order to perform individual allocation processing for each subcarrier, FIG. And you may perform the scheduling process shown in FIG. 4 for every frequency component. Here, as described above, with respect to the
また、アップリンクとダウンリンクとの双方の送信機会を基地局装置100が集中管理する場合、基地局装置100は、アップリンクとダウンリンクとにおいて別々にスケジューリング処理を行うことになる。各無線局150がアップリンクでの情報を送信するために送信機会を要求する方法は、例えば制御回線において帯域要求と送信する情報量などとを通知するとしてもよいし、帯域の要求の有無にかかわらずラウンドロビン方式で各無線局150に定期的に割り当てるものとしてもよいし、如何なる割り当て要求の管理の仕方であっても、本実施形態におけるスケジューリング処理を適用することができる。
Further, when the
また、ここでは相関値を算出するのに用いるチャネル情報は、スケジューリング処理を開始する前に取得済みであることを前提とするが、そのチャネル情報は時変動のないものである必要はない。チャネル情報に時変動がある場合に、チャネル情報の更新を頻繁に行うことを許容すれば、無線局150は必ずしも高所に固定設置されている必然性はない。したがって、本実施形態における無線局150をモバイル用端末としても、本実施形態のスケジューリング処理を実施することは可能である。また、ここで利用されるチャネル情報は、基地局装置100と無線局150との間でチャネル情報のフィードバックを行い取得される。つまり、何らかのチャネルフィードバック処理が必要であるが、そのフィードバック方法を如何に実現するかには本実施形態におけるスケジューリング処理は全く依存することはなく、如何なるフィードバック方法を用いても構わない。
In addition, here, it is assumed that the channel information used for calculating the correlation value has been acquired before starting the scheduling process, but the channel information does not have to be time-variable. If it is allowed to update the channel information frequently when the channel information varies with time, the
第1の実施形態における基地局装置100によれば、基地局装置100と無線局150それぞれとの間のチャネル情報をスケジューリング処理の前に取得してチャネル情報記憶部104に記憶させ、チャネル情報記憶部104に記憶されたチャネル情報間の相関値に基づいて、空間多重通信の対象となる無線局150の組み合わせを決定する。これにより、基地局装置100が備えるアンテナ素子101の配置や形状などの影響を受けることなく、チャネル相関を低く抑えて空間多重通信の対象となる無線局150の組み合わせを決定することができる。その結果、各無線局150におけるSIR特性を向上させつつ、空間多重数を増加させることができる。
According to the
また、第1の実施形態における基地局装置100は、ウエイト行列を適用した際の特性の評価を行わずに、チャネル情報の相関値及び相関値の累積値を用いて、空間多重通信の対象となる無線局150の組み合わせを決定するので、無線局150の組み合わせに要する演算量及び処理負荷を削減することができる。
In addition, the
[第2の実施形態]
第1の実施形態における図3及び図4に示したスケジューリング処理では、処理S5及び処理S6における判定を行う際に数式(8)、数式(9)及び数式(10)の不等式を満たすか否かの判定を行う必要があった。大規模アンテナシステムの様にチャネル情報の時変動がほとんど無視できる場合には、事前に取得したチャネル情報を基に、数式(7)に相当する相関値を事前に算出し、算出した相関値をテーブル化して処理を簡易化することができる。第2の実施形態における基地局装置では、上述の様な処理の簡易化を図る構成を有している。
[Second Embodiment]
In the scheduling process shown in FIG. 3 and FIG. 4 in the first embodiment, whether or not the inequalities of Expression (8), Expression (9), and Expression (10) are satisfied when performing the determination in Step S5 and Step S6. It was necessary to make a judgment. When the time variation of channel information is almost negligible as in a large-scale antenna system, the correlation value corresponding to Equation (7) is calculated in advance based on the channel information acquired in advance, and the calculated correlation value is Processing can be simplified by creating a table. The base station apparatus in the second embodiment has a configuration that simplifies the processing as described above.
図5は、第2の実施形態における基地局装置200の構成を示すブロック図である。第2の実施形態における無線通信システムは、第1の実施形態における無線通信システムの基地局装置100に代えて基地局装置200を備える。基地局装置200は、図5に示す様に、複数のアンテナ素子101、無線通信部102、チャネル情報取得部103、チャネル情報記憶部104、相関値算出部201、テーブル記憶部202及びスケジューリング部110を備えている。第2の実施形態における基地局装置200と第1の実施形態における基地局装置100との差分は、基地局装置200が相関値算出部201及びテーブル記憶部202を備えている点である。基地局装置200が備える機能部のうち、基地局装置100が備える機能部と同じ機能部には同じ符号を付して、その機能部の説明を省略する。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the base station apparatus 200 according to the second embodiment. The radio communication system according to the second embodiment includes a base station apparatus 200 instead of the
相関値算出部201は、チャネル情報記憶部104に記憶されている無線局150ごとのチャネル情報に基づいて、二つの無線局150におけるチャネル情報の相関値を算出する。相関値算出部201は、算出した相関値と当該相関値に対応する二つの無線局150の組とを対応付けてテーブル記憶部202に含まれるテーブルに記憶させる。相関値算出部201は、無線通信システムが備える無線局150における全ての組に対して相関値を算出してテーブルに記憶させる。また、相関値算出部201は、無線通信システムにおける周波数成分kごとに各組の相関値を算出してテーブルに記憶させる。
The correlation
テーブル記憶部202には、周波数成分kごとのテーブルが含まれる。各テーブルには、相関値算出部201によって算出された相関値と当該相関値に対応する無線局150の組とが対応付けられている。
The
本実施形態においては、相関値判定部113が処理S5における判定を行う場合、相関値判定部113は、判定を行う無線局150の組に対応する相関値をテーブル記憶部202のテーブルから読み出すことになる。また、累積値判定部114が処理S6における判定を行う場合、累積値判定部114は、判定を行う無線局150の組に対応する相関値をテーブル記憶部202のテーブルから読み出すことになる。
In the present embodiment, when the correlation
図6は、第2の実施形態におけるテーブル記憶部202に含まれるテーブルの一例を示す図である。テーブルの最上段及び最左列に記載の数字は無線局150の識別番号である。相関値算出部201は、図6に示す様に、周波数成分kにおける第i番目の無線局150と第j番目の無線局150との相関値T(i,j)を記憶するテーブルを周波数成分kごとに、スケジューリング処理が行われる前に作成する。これにより、相関値判定部113及び累積値判定部114は、テーブルを参照することにより相関値f[i,j,k]が取得できる。各周波数成分のテーブルに記憶される相関値T(i,j)は、0から1までの間の値をとる。なお、以下のテーブルに関する説明では簡単のため周波数成分kに関する表記は省略する。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a table included in the
例えば、図6に示すテーブルでは、T(1,2)=T(2,1)=0.12、T(1,3)=T(3,1)=0.34、T(1,4)=T(4,1)=0.08の様に、無線局150の組み合わせに相関値が対応付けられている。基地局装置200では、この様なテーブルを用いることにより、図3及び図4に示したスケジューリング処理における処理S5及び処理S6の判定において相関値を算出する必要がなくなる。相関値判定部113及び累積値判定部114は、判定対象の周波数成分kに対応するテーブルから相関値を読み出すことで簡易に処理を行うことができる。なお、対角成分のT(i,i)は便宜上ゼロとして扱う。
For example, in the table shown in FIG. 6, T (1,2) = T (2,1) = 0.12, T (1,3) = T (3,1) = 0.34, T (1,4 ) = T (4,1) = 0.08, the correlation value is associated with the combination of the
また、図3の処理S5における判定は、所定の閾値βに対してテーブル値を比較する判定であるため、判定を行う都度に相関値と閾値βとの比較を行わなくても、事前に比較を行った結果を記憶させた比較結果テーブルを別途設ける様にしてもよい。これにより、更に処理の簡易化を行うことができる。図7は、第2の実施形態における処理S5の判定結果を記憶する比較結果テーブルの一例を示す図である。図7には、閾値β=0.30とした場合における図6のテーブルの相関値に対応する比較結果が示されている。なお、図7に示す比較結果テーブルでは、無線局150の組み合わせに対称性があるので、対角成分より左下側を空欄にしている。この様な比較結果テーブルは、例えば相関値算出部201が相関値を算出した際に、テーブル記憶部202に作成してもよい。
Further, since the determination in step S5 of FIG. 3 is a determination of comparing the table value against the predetermined threshold β, the comparison is made in advance without comparing the correlation value with the threshold β every time the determination is performed. A comparison result table that stores the results of performing the above may be provided separately. Thereby, the process can be further simplified. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a comparison result table that stores the determination result of the process S5 according to the second embodiment. FIG. 7 shows a comparison result corresponding to the correlation value in the table of FIG. 6 when the threshold value β = 0.30. In the comparison result table shown in FIG. 7, since the combination of the
図6に示すテーブルが用いられる場合、図3における処理S5の判定は、判定対象の無線局150の識別番号をmに対して、1≦i≦jなる全てのiに対してT(S(i),m)が閾値β以上であるか否かの判定に相当する。なお、図7においては、判定結果を「○」(マル)と「×」(バツ)とで示しているが「○」に対して「1」を割り当て「×」に対して「0」を割り当てることにより、判定結果を数値化して比較結果テーブルに記憶させてもよい。判定結果を「1」と「0」とで表す場合、判定対象の無線局150の識別番号をmとすれば、処理S5の数式(8)を用いた判定は、下記の数式(13)が成立するか否かの判定として扱うことができる。
When the table shown in FIG. 6 is used, the determination in step S5 in FIG. 3 is performed by using the identification number of the
ここで、式(13)の演算は判定結果が全て「1」の場合に成立するため、ハードウェアとしては論理積ANDを用いた簡易な回路で実現することも可能である。 Here, since the calculation of Expression (13) is established when the determination results are all “1”, the hardware can be realized by a simple circuit using a logical product AND.
なお、第2の実施形態において、基地局装置200が備えるテーブル記憶部202のテーブルに記憶させる相関値は、伝搬環境の変動を反映させるために更新してもよい。この際、相関値の更新に必要になるチャネル情報も伝搬環境の変動を反映させる形で更新してもよい。更に、取得済みのチャネル情報を更新せずとも、基地局装置200が新たな無線局150を収容する場合には、新たな無線局150に関するチャネル情報を取得し、テーブルにおける新たな無線局150に対応する行及び列を追加する更新を行ってもよい。また、基地局装置200に一旦収容された無線局150が運用を停止する場合ないし当該無線局150が基地局装置200の通信圏外に移動した場合などにおいて、相関値算出部201は、テーブルから当該無線局150のデータを削除しても構わない。
In the second embodiment, the correlation value stored in the table of the
第2の実施形態における基地局装置200は、第1の実施形態における基地局装置100が行うスケジューリング処理と同じスケジューリング処理を行う場合においても、相関値の算出に要する演算負荷を削減することができる。また、図7に示したテーブルを用いることにより、処理S5における判定を、比較結果テーブルから比較結果を読み出す動作で行うことができるので、更に演算負荷を削減することができる。
The base station apparatus 200 in the second embodiment can reduce the calculation load required for calculating the correlation value even when performing the same scheduling process as the scheduling process performed by the
[第3の実施形態]
第1の実施形態において図3及び図4に示したスケジューリング処理では、処理S5及び処理S6における判定の両方を満たすことを条件にして、送信機会の割り当てが行われている。しかし、必ずしも処理S5及び処理S6の両方の判定を行う必要はなく、1段階の処理として運用することも可能である。
[Third Embodiment]
In the scheduling process shown in FIGS. 3 and 4 in the first embodiment, transmission opportunities are assigned on condition that both the determinations in the process S5 and the process S6 are satisfied. However, it is not always necessary to determine both the process S5 and the process S6, and the process can be operated as a one-step process.
図8は、第3の実施形態におけるスケジューリング処理を示すフローチャートである。図8に示すスケジューリング処理と図3及び図4に示したスケジューリング処理との差分は、本実施形態のスケジューリング処理において処理S6が省略されている点である。本実施形態のスケジューリング処理では、処理S5の判定において条件が満たされると(処理S5でYES)、処理S7が行われる。割当無線局決定部116は、相関値判定部113による判定結果に基づいて、判定対象選択部112によって判定対象に選択された無線局150に送信機会を割り当てるか否かを決定する。
FIG. 8 is a flowchart showing the scheduling process in the third embodiment. The difference between the scheduling process shown in FIG. 8 and the scheduling process shown in FIGS. 3 and 4 is that the process S6 is omitted in the scheduling process of this embodiment. In the scheduling process of the present embodiment, when the condition is satisfied in the determination of process S5 (YES in process S5), process S7 is performed. The assigned radio
なお、第2の実施形態における基地局装置200が、図8に示したスケジューリング処理を行う様にしてもよい。すなわち、処理S5における条件判断の式は、図6又は図7に示すテーブルにより判定され、特に図7に示すテーブルの場合には、「○」及び「×」の代わりに「1」及び「0」を用いれば式(13)を用いて判断を行えばよい。 Note that the base station apparatus 200 in the second embodiment may perform the scheduling process shown in FIG. That is, the condition determination formula in the process S5 is determined by the table shown in FIG. 6 or FIG. 7, and particularly in the case of the table shown in FIG. 7, “1” and “0” instead of “◯” and “×”. ”Can be used to make a determination using equation (13).
[第4の実施形態]
第3の実施形態のスケジューリング処理では、第1の実施形態のスケジューリング処理における処理S6を省略した構成を説明した。第4の実施形態では、第1の実施形態のスケジューリング処理における処理S5を省略した場合について説明する。
[Fourth Embodiment]
In the scheduling process of the third embodiment, the configuration in which the process S6 in the scheduling process of the first embodiment is omitted has been described. In the fourth embodiment, a case where the process S5 in the scheduling process of the first embodiment is omitted will be described.
図9は、第4の実施形態におけるスケジューリング処理を示すフローチャートである。本実施形態のスケジューリング処理では、上述の様に、処理S5が省略されている。処理S4の後に処理S6が実行される。本実施形態のスケジューリング処理では、数式(11)におけるβとβ’とは必ずしも異なる値である必要はなく、γ(j)をβ×jで与えてもよいし、第1の実施形態と同様に数式(12)でγ(j)を与えてもよいし、jに依存せずに固定値として与えてもよい。 FIG. 9 is a flowchart showing the scheduling process in the fourth embodiment. In the scheduling process of this embodiment, the process S5 is omitted as described above. Process S6 is performed after process S4. In the scheduling process of the present embodiment, β and β ′ in Equation (11) are not necessarily different values, and γ (j) may be given by β × j, as in the first embodiment. Γ (j) may be given by Equation (12), or may be given as a fixed value without depending on j.
本実施形態のスケジューリング処理では、割当無線局決定部116は、累積値判定部114による判定結果に基づいて、判定対象選択部112によって判定対象に選択された無線局150に送信機会を割り当てるか否かを決定する。
In the scheduling process of this embodiment, the assigned radio
なお、第2の実施形態における基地局装置200が、図9に示したスケジューリング処理を行う様にしてもよい。 Note that the base station apparatus 200 in the second embodiment may perform the scheduling process shown in FIG.
[第5の実施形態]
以上の各実施形態では、スケジューリング処理において割り当てる無線局150の数(j)が空間多重の上限数Jに達するまで無線局150に対する判定を行っている。しかし、スケジューリング処理における割り当て無線局150の上限数Jを、実際の空間多重の上限数J’よりも大きく設定し、上限数Jに基づいて無線局150の割り当てを行った後で、割り当て済みの無線局150の数を上限数J’以下に絞り込んでもよい。
[Fifth Embodiment]
In each of the above embodiments, the determination is performed on the
図10は、第5の実施形態における基地局装置500の構成を示すブロック図である。第5の実施形態における無線通信システムは、第1の実施形態における無線通信システムの基地局装置100に代えて基地局装置500を備える。基地局装置500は、図10に示す様に、複数のアンテナ素子101、無線通信部102、チャネル情報取得部103、チャネル情報記憶部104及びスケジューリング部510を備えている。スケジューリング部510は、送信機会待ち行列111、判定対象選択部112、相関値判定部113、累積値判定部114、バッファ115、割当無線局決定部116及び割当無線局絞込部517を有している。基地局装置500が備える機能部のうち、基地局装置100が備える機能部と同じ機能部には同じ符号を付して、その機能部の説明を省略する。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a base station device 500 according to the fifth embodiment. The wireless communication system in the fifth embodiment includes a base station device 500 instead of the
割当無線局絞込部517は、割当無線局決定部116による無線局150に対する送信機会の割り当てが行われた後に、割り当て済みの無線局150の数を上限数J’以下に絞り込む。なお、本実施形態においては、割当無線局決定部116は、J局からJ’局の無線局150への絞り込み開始指示を割当無線局絞込部517に通知し、割当無線局絞込部517による無線局150の絞り込みが行われた後に、割り当て済み無線局バッファに記憶されている識別番号を無線通信部102に出力する処理と、次回割り当て待ちバッファに記憶されている識別番号を送信機会待ち行列111に記憶させる処理とを行う。
The assigned radio
図11及び図12は、第5の実施形態における基地局装置500が行うスケジューリング処理を示すフローチャートである。図11及び図12に示すスケジューリング処理と図3及び図4に示したスケジューリング処理との差分は、本実施形態のスケジューリング処理において処理S3及び処理S11と処理S12との間に、処理S14及び処理S15が設けられている点である。また、フローチャート上では明確な差とはなっていないが、図3の処理S11における上限値Jは実際に空間多重を行う上限数として設定されていたが、図11における処理S11では実際に空間多重を行う上限数よりも大きめの値に設定されている点が厳密には異なっている。 FIG.11 and FIG.12 is a flowchart which shows the scheduling process which the base station apparatus 500 in 5th Embodiment performs. The difference between the scheduling process shown in FIGS. 11 and 12 and the scheduling process shown in FIGS. 3 and 4 is the difference between the processes S3 and S11 and S12 in the scheduling process of this embodiment. Is a point provided. Further, although it is not a clear difference on the flowchart, the upper limit value J in the process S11 of FIG. 3 was set as the upper limit number for actually performing the spatial multiplexing, but in the process S11 of FIG. Strictly speaking, the point is set to a value larger than the upper limit number for performing.
第5の実施形態では、処理S3の判定において送信機会の割り当てを待つ無線局150が存在しない場合(処理S3でNO)、割当無線局絞込部517は、割当無線局決定部116からの指示に従いバッファ115内の割り当て済み無線局バッファに記録された割り当て済みの無線局150の中から、比較的相関の累積値の小さいJ’局以下の無線局150を選択する(処理S14)。割当無線局絞込部517は、処理S14において割り当てから外した無線局150の識別番号を次回割り当て待ちバッファに加え(処理S15)、処理を処理S12に進める。また、処理S11の判定においてカウンタjが上限値Jに達している場合(処理S11でYES)、割当無線局絞込部517は、処理S14及び処理S15を行う。
In the fifth embodiment, when there is no
ここで、相関値の累積値は、送信機会が割り当てられた識別番号S(j)の無線局150が他の識別番号S(i)の無線局150との間における相関値であって数式(7)で算出される相関値の累積値である。周波数成分kにおけるj番目に選択された無線局150の累積値F(j,k)は、下記の数式(14)で与えられる。
Here, the accumulated correlation value is a correlation value between the
数式(14)におけるΣの加算範囲は、割り当て済みの無線局150である。例えばp局を割り当て済みの無線局150の数とした場合、割当無線局絞込部517は、p局の無線局150に対して数式(14)の加算処理を実施する。数式(14)で算出される値は、大きいほど干渉量が大きいことを意味する。そこで、実際に空間多重を行うべきJ’局以下の無線局150を割り当て済みの無線局150から選択する際には、割当無線局絞込部517は、例えば数式(14)で算出された値が小さい無線局150から順にJ’局の無線局150を選択する。
The addition range of Σ in Expression (14) is the assigned
図13は、第5の実施形態における処理S14を示すフローチャートである。割当無線局絞込部517は、図12における処理S14を開始すると(処理S21)、割り当て済みの無線局150の数をpとする(処理S22)。割当無線局絞込部517は、無線局150の数pが上限値J’より大きいか否かを判定し(処理S23)、pがJ’以下である場合(処理S23でNO)、割り当て済みの全ての無線局150の割り当てが可能であるため無線局150の絞り込みを行わずに処理S14を終了して、処理を処理S15に進める(処理S25)。
FIG. 13 is a flowchart showing the process S14 in the fifth embodiment. The assigned radio
処理S23の判定においてpがJ’より大きい場合(処理S23でYES)、割当無線局絞込部517は、p局の無線局150のうちJ’局の無線局150を抽出するため、p局の無線局150それぞれに対して数式(14)の値を算出し、算出した値が小さい無線局150から順にJ’局の無線局150に選択する(処理S24)。処理S24において割当無線局絞込部517によって選択された無線局150が、空間多重の対象になる。割当無線局絞込部517は、処理S24においてJ’局の無線局150を選択し終えると、絞り込まれた無線局150を割当無線局決定部116に通知し、処理S14を終了させて処理S15に移る(処理S25)。
When p is larger than J ′ in the determination of the process S23 (YES in the process S23), the assigned radio
図14は、第5の実施形態における処理S14を示す別のフローチャートである。図13に示した処理S14ではp局からJ’局への絞り込みを一処理(処理S24)で行っているのに対して、図14に示す処理S14ではp局からJ’局への絞り込みを処理S22、処理S23及び処理S26を繰り返すことで行っている。図14に示す様に、処理S24の代わりに処理S26が設けられている。処理S26では、割当無線局絞込部517は、数式(14)で与えられる相関の累積値が最大となる無線局150を一局ずつ割り当ての対象から除外し、最終的にJ’局になるまで処理S22、処理S23及び処理S26を繰り返し行う。なお、この処理S22は処理S22、処理S23及び処理S26のループを繰り返すごとにpの値が1ずつ減算されているので、処理S26の後にpを1減算し、処理S23へ戻す処理としても等価である。
FIG. 14 is another flowchart showing the process S14 in the fifth embodiment. In the process S14 shown in FIG. 13, the narrowing from the p station to the J ′ station is performed in one process (process S24), whereas in the process S14 shown in FIG. 14, the narrowing from the p station to the J ′ station is performed. The process S22, the process S23, and the process S26 are repeated. As shown in FIG. 14, a process S26 is provided instead of the process S24. In the process S26, the assigned radio
これは、最初のp局の無線局150それぞれに対して数式(14)で算出した累積値のうち累積値が最大になる無線局150(便宜上、識別番号をnとする)を割り当てから除外した場合、残りの(p−1)局の無線局150から更に無線局150を絞り込む過程では、既に識別番号nの局は割り当てから除外されているために、本来であれば数式(14)においてf[n,S(j),k]の項の相関は考慮する必要がない。しかし、図13における処理S24では、一気にp局からJ’局への絞り込みを行うために、考慮する必要のない項を含めて評価が行われているために完全な最適化とはなっていない。そこで、図14における処理S26において、割当無線局絞込部517は、数式(14)の値を最大とする無線局150を検出し、検出した無線局150を除外した後に処理S22に処理を戻し、無線局150の除外をJ’局になるまで繰り返す。これにより、除外した無線局150に対応するf[n,S(j),k]の項を含めずに数式(14)を実行し、無線局150の絞り込みを行うことができる。
This excludes the wireless station 150 (for the sake of convenience, the identification number is n) having the maximum accumulated value among the accumulated values calculated by Equation (14) for each
なお、処理S22における割り当て済みの無線局150の数pは、処理S26において一つの無線局150を除外しているので、繰り返しごとにp→(p−1)と一つ少なくなっている。したがって、処理S26の後に行われる処理S22では、pの値の減算に相当する処理が含まれており、そのpの値の減算ごとに処理S23にて上限値J’の値との大小関係の判定がその都度行われる。最終的に、割当無線局絞込部517は、減算されたpの値が上限値J’になったところで(処理S23でNO)、絞り込まれた無線局150を割当無線局決定部116に通知し、処理S14を終了させて処理S15に移る(処理S25)。
Note that the number p of assigned
また、処理S15において、割当無線局絞込部517は、割り当てを外れた無線局150を次回割り当て待ちバッファに移す際に、当初の送信機会待ち行列111における割り当て待ちの順序と同じ順序になる様に次回割り当て待ちバッファに当該無線局150の識別番号を次回割り当て待ちバッファに移してもよい。ないしは、次回割り当て待ちバッファの先頭又は末尾に当該無線局150の識別番号を配置する様に次回割り当て待ちバッファに移してもよい。
In step S15, the assigned radio
第5の実施形態におけるスケジューリング処理の特徴は、一旦、一通りの割り当て処理を行った後で、割り当てた無線局150において特性的に良さそうな無線局150の組み合わせを優先して採用することにある。例えば8局の無線局150から3局の無線局150を空間多重する組み合わせを選択する場合に、真に最適な組み合わせを選択するには8C3通りの組み合わせの全パターンに対して相関の累積値を評価し、累積値が最小となる無線局の組み合わせを選ぶことが望ましい。しかし、第1から第4の実施形態におけるスケジューリング処理では、送信機会待ち行列111における割り当て待ちの無線局150の順番に最終的な割り当て結果が強く依存するため、最適な割り当てからはずれた割り当て結果が得られる可能性がある。これに対して、第5の実施形態におけるスケジューリング処理では、実際の空間多重における上限値J’よりも緩い上限値J(すなわちJ>J’)で無線局150を絞り込んだ後に、その中から最良の特性となる無線局150の組み合わせを選択している。この処理により、本実施形態のスケジューリング処理は、送信機会待ち行列111における割り当て待ちの順番の影響を弱めることができ、より最適な割り当てを得ることができる簡易な方法になっている。
A feature of the scheduling process in the fifth embodiment is that, after a series of allocation processes, a combination of
ここで、第5の実施形態における上記の説明では、J’の値を定数として扱ったが、必ずしも定数として与える必要はない。例えば図11及び図12における説明の処理S3でNOの場合又は処理S11でYESの場合の後、それまでに割り当て済みの無線局150の数が所定の閾値以上である場合、それまでに割り当て済みの無線局150の数から所定の数(例えば1又は2など)を減算した値をJ’として与えてもよい。この場合、処理S14の前段でJ’の値を上記のルールで設定する処理を付加すればよい。
Here, in the above description of the fifth embodiment, the value of J ′ is treated as a constant, but it is not always necessary to provide it as a constant. For example, after the case of NO in the processing S3 described in FIG. 11 and FIG. 12 or the case of YES in the processing S11, if the number of
なお、第5の実施形態における基地局装置500が、第2の実施形態における基地局装置200が有する相関値算出部201及びテーブル記憶部202を備える様にしてもよい。この場合、割当無線局絞込部517は、第2の実施形態における相関値判定部113及び累積値判定部114と同様にテーブル記憶部202に含まれるテーブルから無線局の対に対応するチャネル情報の相関値を読み出して、無線局150の絞り込みを行う。
Note that the base station device 500 according to the fifth embodiment may include the correlation
また、第5の実施形態における基地局装置500が、第3又は第4の実施形態と同様に、処理S5又は処理S6のいずれかを省略した形で実施することも可能である。 Also, the base station device 500 according to the fifth embodiment can be implemented in a form in which either the processing S5 or the processing S6 is omitted, as in the third or fourth embodiment.
[各実施形態に係る補足事項]
以下、各実施形態に係る補足事項を説明する。各実施形態の説明においては無線局150側のアンテナ素子を1本として説明した。しかし、無線局150が複数のアンテナ素子を備える場合において、実際の通信において一つの無線局150に対して空間多重伝送(多重数2以上)を行わなければ、複数のアンテナ素子に対して所定の送信ウエイト及び受信ウエイトを用いることにより、そのウエイトに対応した指向性を伴う仮想的な1本のアンテナを形成することが可能である。この仮想的なアンテナを想定すれば、基地局装置が認識するチャネル情報は1本のアンテナ素子に対応したベクトル形式と同様に表される。この様に扱えば、必ずしも無線局150側の備えるアンテナ素子は物理的に1本である必要はない。ここで、個別のアンテナ素子を物理的アンテナ、送受信ウエイトにより形成されるアンテナを仮想的アンテナと定義するならば、実質的には物理的アンテナと仮想的アンテナに扱い上の違いはない。
[Supplementary items for each embodiment]
Hereinafter, supplementary items according to each embodiment will be described. In the description of each embodiment, the antenna element on the
上述した実施形態における基地局装置をコンピュータで実現する様にしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線の様に、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリの様に、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、PLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。 You may make it implement | achieve the base station apparatus in embodiment mentioned above with a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read into a computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, a “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case may be included and a program that holds a program for a certain period of time. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system. It may be realized using hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array).
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計も含まれる。なお、当然ながら、上述した実施の形態及び複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態及び変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design that does not depart from the gist of the present invention. Needless to say, the above-described embodiment and a plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. Further, in the above-described embodiment and modification, the structure of each part has been specifically described. However, the structure and the like can be variously changed within a range that satisfies the present invention.
一つの基地局装置と複数の無線局との間の空間多重通信におけるスケジューリング処理を必要とする場合にも適用できる。 The present invention can also be applied to a case where scheduling processing is required in spatial multiplexing communication between one base station apparatus and a plurality of radio stations.
1…基地局
2…無線局
3…見通し波
4…安定反射波
5,6…多重反射波
7…構造物
100,200,500…基地局装置
101…アンテナ素子
102…無線通信部
103…チャネル情報取得部
104…チャネル情報記憶部
110,510…スケジューリング部
111…送信機会待ち行列
112…判定対象選択部
113…相関値判定部
114…累積値判定部
115…バッファ
116…割当無線局決定部
201…相関値算出部
202…テーブル記憶部
517…割当無線局絞込部
150…無線局
DESCRIPTION OF
Claims (5)
スケジューリング処理の前に、前記複数のアンテナ素子と前記無線局それぞれとの間のチャネル情報を取得してチャネル情報記憶部に記憶させるチャネル情報取得ステップと、
前記スケジューリング処理として、通信機会の割り当てを待つ前記無線局から一つの無線局を判定対象の無線局に選択し、既に通信機会が割り当てられている前記無線局と前記判定対象の無線局とにおいて無線局ごとに他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し全ての累積値が予め定められた閾値未満である場合に、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てる割当無線局決定ステップと
を実行することを特徴とする空間多重スケジューリング方法。 A base station apparatus including a plurality of antenna elements and a plurality of radio stations, and using a MIMO channel formed between the base station apparatus and the radio station, spatial multiplexing communication is performed for the plurality of radio stations. In a wireless communication system that can be performed, the base station apparatus is a spatial multiplexing scheduling method for determining a combination of wireless stations that simultaneously perform spatial multiplexing,
Channel information acquisition step of acquiring channel information between the plurality of antenna elements and each of the radio stations and storing the channel information in a channel information storage unit before the scheduling process;
As the scheduling process, selected from the radio station to wait for the allocation of the communication opportunity one radio station of the determination target to the radio station, in the said radio station already in communication opportunities are assigned the determination target wireless station If all of the accumulated value calculating a cumulative value of the correlation value of the channel information with other radio stations per radio station is lower than the predetermined threshold value, the assignment that assigns a communication opportunity to the radio station of the determination target A spatial multiplexing scheduling method comprising: performing a radio station determination step.
前記スケジューリング処理の前に、前記チャネル情報記憶部に記憶されているチャネル情報に基づいて、前記複数の無線局における無線局の対それぞれのチャネル情報の相関値を記憶するテーブルを生成するステップを実行し、
前記割当無線局決定ステップでは、
前記無線局の対におけるチャネル情報の相関値を前記テーブルから読み出し、読み出した相関値に基づいて、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てるか否かの決定を行う
ことを特徴とする空間多重スケジューリング方法。 The spatial multiplexing scheduling method according to claim 1, wherein
Before the scheduling process, performing the step of generating a table based on said channel information stored in the channel information storage unit, and stores the correlation values of the respective pair of channel information of the radio stations in the plurality of radio stations And
In the assigned radio station determining step,
Spatial multiplexing, wherein a correlation value of channel information in the pair of wireless stations is read from the table, and based on the read correlation value, it is determined whether or not to allocate a communication opportunity to the determination target wireless station. Scheduling method.
前記割当無線局決定ステップにおいて実際に空間多重する前記無線局の数よりも多くの前記無線局に通信機会が一旦割り当てられた後に、通信機会が割り当てられた無線局ごとに通信機会が割り当てられた他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し、算出した累積値に基づいて、実際に通信機会を割り当てる無線局を絞り込む割当無線局絞込ステップを実行する
ことを特徴とする空間多重スケジューリング方法。 In the spatial multiplexing scheduling method according to claim 1 or 2 ,
In the assigning radio station determining step, communication opportunities are assigned to each radio station to which a communication opportunity is assigned after a communication opportunity is once assigned to a number of the radio stations that are actually spatially multiplexed. A cumulative value of correlation values of channel information with other radio stations is calculated, and an assigned radio station narrowing step for narrowing down radio stations to which communication opportunities are actually allocated is executed based on the calculated cumulative value. Spatial multiplexing scheduling method.
スケジューリング処理の前に、前記複数のアンテナ素子と前記無線局それぞれとの間のチャネル情報を取得してチャネル情報記憶部に記憶させるチャネル情報取得部と、
前記スケジューリング処理として、通信機会の割り当てを待つ前記無線局から一つの無線局を判定対象の無線局に選択し、既に通信機会が割り当てられている前記無線局と前記判定対象の無線局とにおいて無線局ごとに他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し全ての累積値が予め定められた閾値未満である場合に、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てる割当無線局決定部と
を備えることを特徴とする基地局装置。 A base station apparatus including a plurality of antenna elements and a plurality of radio stations, and using a MIMO channel formed between the base station apparatus and the radio station, spatial multiplexing communication is performed for the plurality of radio stations. wherein a base station apparatus in a wireless communication system capable of performing,
A channel information acquisition unit that acquires channel information between the plurality of antenna elements and each of the wireless stations and stores the channel information in a channel information storage unit before the scheduling process;
As the scheduling process, selected from the radio station to wait for the allocation of the communication opportunity one radio station of the determination target to the radio station, in the said radio station already in communication opportunities are assigned the determination target wireless station If all of the accumulated value calculating a cumulative value of the correlation value of the channel information with other radio stations per radio station is lower than the predetermined threshold value, the assignment that assigns a communication opportunity to the radio station of the determination target A base station apparatus comprising: a radio station determination unit.
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