JP6556352B2 - 無線基地局、無線通信システムおよび無線リソース割当て方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線端末へ無線リソースを割当てる無線基地局、無線通信システムおよびこの無線基地局における無線リソース割当て方法に関する。

指向性を有する複数のビームを形成可能な無線基地局であって、複数のビームを用いて複数の無線端末へ同時に無線信号を送信可能な無線基地局が知られている。このような無線基地局を備える無線通信システムを、以下、複数のビームを用いる無線通信システムと呼ぶ。複数のビームを用いる無線通信システムでは、無線基地局は、指向方向が互いに異なる複数のビームを複数の無線端末にそれぞれ対応させて複数の無線端末へ無線信号を送信することにより、同時かつ同一の周波数を用いて複数の無線端末への送信を実施できる。したがって、複数のビームを用いる無線通信システムは、無線リソースを有効活用することができる。無線リソースとは、無線信号の伝送のために使用されるリソースのことであり、具体的には無線信号の伝送に用いられる周波数および通信期間のことを示す。

複数のビームを用いる無線通信システムにおける課題は、同時に形成可能なビームの数よりも多い数の無線端末が存在する状態において、各無線端末へ無線リソースをどのように割当てるかである。

特許文献１では、複数のビームを用いる無線通信システムにおける無線リソースの割当て方法が開示されている。特許文献１に記載の無線リソースの割当て方法では、無線基地局が、まず、無線端末である移動局をグループ分けする。次に、無線基地局が、複数のグループの中から、通信サービス要求条件に最も合致するグループを選択し、このグループに含まれる移動局を同時に下り送信する送信先として決定する。このように、特許文献１に記載の無線リソースの割当て方法では、グループ単位で、同時に下り送信する送信先となる移動局、すなわち無線リソースの割当て先となる移動局が選択される。

特開２００３−１１０４８５号公報

特許文献１に記載の無線リソースの割当て方法では、無線基地局からみた移動局間の方位の角度差が所定角度以上であることが、同一グループに属する移動局の条件に用いられる。そして、特許文献１に記載の無線リソースの割当て方法では、グループごとに、下り送信待ちデータが存在する移動局についての評価関数値の和を求め、評価関数値の和が最大となるグループに属する移動局が同時に下り送信する送信先に決定される。評価関数値は、通信品質を示す指標であり、通信品質が良いほど値が大きい。

特許文献１に記載の無線リソースの割当て方法では、評価関数値の和が大きいグループに属する移動局に優先して無線リソースが割当てられる。このため、通信品質の悪い移動局の数が多いまたは通信品質の極端に悪い移動局が存在するといった理由により評価関数値の和が小さいグループでは、評価関数値の和がより大きいグループに比べて無線リソースの割当てにおける優先順位が低くなる。この結果、評価関数値の和が小さいグループに属する移動局は、評価関数値の和がより大きいグループに属する移動局に比べて下りデータの送信待機時間が長くなる。送信待機時間は、下り方向の場合、無線基地局において移動局宛ての下りデータが生じてから、下りデータが宛先の移動局へ送信されるまでの時間である。このように、特許文献１に記載の無線リソースの割当て方法では、無線端末である移動局間で送信待機時間に差が生じ、移動局間の無線リソースの割当てにおいて公平性が欠如するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線端末間の送信待機時間の差を抑制することができる無線基地局を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる無線基地局は、複数のビームを同時に形成可能なアンテナ部と、サービスエリア内の無線端末を複数のグループにグループ分けするグループ化部と、複数のグループのうちの１つを、複数のグループのそれぞれに属する無線端末の通信の待ち時間を用いて選択するグループ選択部と、を備える。さらに、本発明にかかる無線基地局は、グループ選択部により選択されたグループに属する無線端末である選択端末へ無線リソースを割当てる割当部と、１回のビーム形成期間のタイミングに、アンテナ部により形成されるビームを選択端末へ向けるようアンテナ部を制御するビーム制御部とを備える。グループ選択部は、複数のグループのそれぞれに属する無線端末の通信の待ち時間のうちの最大値を求め、最大値が閾値を超える場合に、最大値に対応する無線端末が属するグループを選択し、最大値が閾値以下の場合、グループごとに、グループに属する無線端末のうち通信中の無線端末の数を算出し、グループごとの、算出された通信中の無線端末の数を用いてグループを選択する。

本発明にかかる無線基地局は、無線端末間の送信待機時間の差を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる無線通信システムの構成例を示す図 実施の形態１の無線基地局の機能構成例を示す図 実施の形態１の無線基地局のハードウェア構成の一例を示す図 ＵＥの機能構成例を示す図 実施の形態１のＵＥのハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態１の無線基地局の制御部における無線リソースの割当て処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１の無線基地局のサービスエリアとこのサービスエリア内のＵＥの配置の一例を示す図 図７に示した配置のＵＥをグループ分けした結果を示す図 図６に示したステップＳ３のグループ選択処理の一例を示すフローチャート 実施の形態２のグループ選択処理の一例を示すフローチャート 図１０に示したステップＳ２１の処理を示すフローチャート 図１０に示したステップＳ２１の処理の別の例を示すフローチャート 実施の形態３のグループ化処理部におけるグループ化処理の一例を示すフローチャート 実施の形態３の在圏情報の取得処理の一例を示すチャート図 図１３に示したステップＳ４５の同一スポット複数ＵＥグループ化処理の一例を示すフローチャート 図７に示したＵＥの配置例において実施の形態３のグループ化処理を実施した結果の一例を示す図 実施の形態３のＵＥの別の配置例を示す図 図１７に示した配置において実施の形態３のグループ化処理を実施した結果の一例を示す図 実施の形態３のＵＥの別の配置例を示す図 図１９に示した配置例において実施の形態３のグループ化処理を実施した結果の一例を示す図 図１９に示した配置例において、グループ内のＵＥを２重にこのグループに属させた場合の実施の形態３のグループ化処理の結果の一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる無線基地局、無線通信システムおよび無線リソース割当て方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１の無線通信システム１０は、無線基地局１と、無線基地局１と無線通信可能な無線端末であるユーザ端末（User Equipment：以下、ＵＥと略す）２−１，２−２，２−３とを備える。無線通信システム１０は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）規格およびＬＴＥ−Advanced規格をはじめとした移動体通信における通信規格に従った無線通信システムである。以下では、移動体通信における無線通信システムを例に説明するが、無線通信システム１０は、同時に複数のビームを形成可能な無線通信システムであればよく、移動体通信における無線通信システムに限定されない。一例として、無線通信システム１０は、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１ａｃをはじめとした無線ＬＡＮ（Local Area Network）の規格に従った無線通信システムあってもよい。

以下、ＵＥ２−１，２−２，２−３をそれぞれ区別せずに示す場合は、ＵＥ２と記載する。図１では、無線通信システムを構成するＵＥ２が３台の例を示しているが、ＵＥ２の数は３台に限定されない。ＵＥ２は、移動可能な無線端末であり、ＵＥ２の移動に伴い、無線基地局１と無線通信可能なＵＥ２の数は増加または減少することもある。したがって、実施の形態１の無線通信システムを構成するＵＥ２の数は固定ではない。

無線基地局１は、指向方向の異なる複数のビームを形成可能であり、形成可能なこれらの複数のビームのうち一部の複数のビームを同時に形成可能である。以下の実施の形態では、無線基地局１は、ビーム３−１〜３−８の８つのビームを形成可能であり、８つのビームのうち３つを同時に形成可能であるとして説明する。無線基地局１が形成可能なビームの数は８つに限定されず、無線基地局１が同時に形成可能な数は３つに限定されない。以下、無線基地局１とビームで通信可能な範囲がビームごとに定まるが、この範囲をスポットと呼ぶ。以下では、形成可能な８つのビームの指向方向および通信可能な範囲はあらかじめ定められている。

図１では、無線基地局１が、ビーム３−１〜３−８のうち、同時にビーム３−１，３−２，３−３の３つのビームを形成している例を示している。図１に示した例では、無線基地局１は、ＵＥ２−１に対してビーム３−１を用いて無線信号を送信し、ＵＥ２−２に対してビーム３−２を用いて無線信号を送信し、ＵＥ２−３に対してビーム３−３を用いて無線信号を送信している。

図２は、実施の形態１の無線基地局１の機能構成例を示す図である。無線基地局１は、制御部１１、変復調部１２、送受信部１３、アンテナ部１４および記憶部１５を備える。

アンテナ部１４は、複数のアンテナ素子と、これらの複数のアンテナ素子から放射される電波の振幅および位相を、制御部１１から入力される情報に基づいて調整する回路とを備える。アンテナ部１４は、無線信号を送信する際には、複数のアンテナ素子から放射される電波の振幅および位相を、制御部１１から入力される情報に基づいて制御することにより、ビームを形成する。アンテナ部１４は、無線信号を受信する際には、複数のアンテナ素子が受信した電波の振幅および位相を、制御部１１から入力される情報に基づいて調整することにより、ビームを形成する。アンテナ部１４は、送受信部１３から入力される無線信号を、形成したビームで送信する。また、アンテナ部１４は、ＵＥ２から送信された無線信号を形成したビームを用いて受信し、受信した無線信号を送受信部１３へ入力する。

制御部１１は、グループ化処理部１６、グループ選択部１７、ビーム制御部１８およびデータ制御部１９を備える。グループ化処理部１６は、無線基地局１のサービスエリア内に存在するＵＥ２のグルーピングを行い、グループを定義する。すなわち、グループ化処理部１６は、サービスエリア内の無線端末を複数のグループにグループ分けするグループ化部である。グループ選択部１７は、定義されたグループの中から、無線リソースを割当てるグループを選択する。詳細には、グループ選択部１７は、複数のグループのうちの１つを、複数のグループのそれぞれに属するＵＥ２の通信の待ち時間を考慮して選択する。グループ選択部１７は、選択したグループに属するＵＥ２を示す情報である選択結果をデータ制御部１９およびビーム制御部１８へ通知する。グループ化処理部１６およびグループ選択部１７の処理の詳細は、後述する。

ビーム制御部１８は、１回のビーム形成期間のタイミングに、アンテナ部１４により形成されるビームをグループ選択部１７により選択されたグループに属するＵＥ２である選択端末へ向けるようアンテナ部１４を制御する。ビーム形成期間は、後述するように、ビームの切替え単位となる時間である。詳細には、ビーム制御部１８は、ビームフォーミング技術を用いて、アンテナ部１４が有する複数のアンテナ素子のそれぞれから放射される電波の振幅および位相を制御するための情報を算出し、この情報をアンテナ部１４へ入力する。ビームフォーミング技術は、複数のアンテナ素子のそれぞれから放射される電波の位相および振幅を調整することで、ビームの指向方向およびビームの形状を制御する技術である。ビーム制御部１８が実施するビームフォーミング技術を用いた制御の方法は、無線通信システム１０において適用される通信規格に従った方法であればよく、具体的なアルゴリズムに特に制約はない。また、ビーム制御部１８は、ＵＥ２の存在する位置を確認するために、定期的に、ビーム３−１〜３−８のすべてを形成してＵＥ２から送信された信号を受信する。同時に形成可能なビームの数は３つであるから、具体的には、まず３つのビームを同時に形成し、次に異なる３つのビームを同時に形成し、最後に残りの２つのビームを同時に形成する。ＵＥ２が、ＵＥ２の存在する位置を確認するための信号を送信するタイミングは、無線基地局１からＵＥ２へ指定される。以下、ＵＥ２の存在する位置を確認するための信号を位置確認信号と略す。

上述した通り、アンテナ部１４が形成可能なビームの数は８つであり、アンテナ部１４が同時に形成可能なビームの数は、８つのうちの３つである。アンテナ部１４が形成可能な８つのビームのそれぞれの指向方向および形状はあらかじめ定められている。ビーム制御部１８は、これらの８つのビームのそれぞれについて、各ビームを形成するための位相および振幅を示す情報を保持している。ビーム制御部１８は、グループ選択部１７から通知された選択結果に基づいて、形成するビームを決定し、決定したビームを形成するための位相および振幅を示す情報をアンテナ部１４へ入力する。

割当部であるデータ制御部１９は、ＵＥ２との間の無線リソースの管理を行う。無線リソースの管理は、各ＵＥ２の上り方向の通信に割当てる通信期間および無線周波数の決定と各ＵＥ２の下り方向の通信に割当てる通信期間および無線周波数の決定とを含む。実施の形態１では、一定期間を単位としてアンテナ部１４が形成するビームを切替えるとする。すなわち、一定期間内では、アンテナ部１４が形成するビームは固定である。したがって、一定期間内では、無線基地局１と通信可能なＵＥ２は限られている。このため、一定期間内でのリソースは、この一定期間内で無線基地局１と通信可能なＵＥ２に対して割当てられる。換言すると、一定期間の無線リソースが、あるＵＥ２に割当てられることが決定されると、この一定期間では、決定されたＵＥ２に対応するビームが形成される。データ制御部１９は、グループ選択部１７から入力される選択結果に基づいて、一定期間単位で無線リソースを割当てるＵＥ２を決定し、決定したＵＥ２に対応するビームを形成するようビーム制御部１８へ指示する。すなわち、データ制御部１９は、グループ選択部１７により選択されたグループに属するＵＥ２である選択端末へ無線リソースを割当てる。

例えば、図１に示したように、ビーム３−１，３−２，３−３の３つのビームが同時に形成され、これら３つのビームの範囲にそれぞれＵＥ２−１，２−２，２−３が存在する場合、ＵＥ２−１，２−２，２−３は無線基地局１と通信可能である。したがって、ＵＥ２−１，２−２，２−３に無線リソースを割当てた期間では、ビーム３−１，３−２，３−３が形成される。無線リソースの管理の詳細については後述する。

データ制御部１９は、具体的には、次に示す動作を実施する。データ制御部１９は、ネットワークから受信したＵＥ２宛てのデータを記憶部１５に格納する。ネットワークは、コアネットワークとも呼ばれる無線基地局１の上位のネットワークであり、移動体通信のサービスを提供する事業者により設置される。このネットワークを介して、複数の無線基地局１が互いに接続され、無線基地局１間でデータの送受信が行われる。また、データ制御部１９は、グループ選択部１７から入力される選択結果に基づいて、選択されたＵＥ２宛てのデータを記憶部１５から読み出して変復調部１２へ入力する。

また、データ制御部１９は、変復調部１２から入力されるデータを、ネットワークへ送信する。ネットワークでは、データ制御部１９から受信したデータが宛先へ向けて転送される。さらに、データ制御部１９は、ＵＥ２に割当てた無線リソースを示す情報である割当て情報を生成して、変復調部１２、送受信部１３およびアンテナ部１４を介してＵＥ２へ送信する。この割当て情報には、上述した位置確認信号をＵＥ２が送信するタイミングを示す情報も含まれる。

変復調部１２は、制御部１１から入力されるデータをＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）といった変調方式により変調し、変調後のデータすなわちベースバンド信号を送受信部１３へ入力する。また、変復調部１２は、送受信部１３から入力されるデータを復調し、復調後のデータを制御部１１へ入力する。変復調部１２が実施する復調の方式は、ＵＥ２がデータの送信において実施した変調方式に対応した復調方式であり、ＵＥ２における変調方式は既知であるとする。

送受信部１３は、デジタル信号であるベースバンド信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号を無線周波数の信号すなわち無線信号へ周波数変換してアンテナ部１４へ入力する。また、送受信部１３は、アンテナ部１４から入力される無線信号をベースバンド周波数へ周波数変換し、周波数変換後の信号を変復調部１２へ入力する。

図３は、実施の形態１の無線基地局１のハードウェア構成の一例を示す図である。図３に示すように、無線基地局１は、プロセッサ１０１、メモリ１０２、送信機１０３、受信機１０４、アンテナ装置１０５およびネットワークインタフェースカード１０６を備える。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）、またはシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）をはじめとした不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などである。

図２に示した制御部１１および変復調部１２は、図３に示したプロセッサ１０１、メモリ１０２およびネットワークインタフェースカード１０６により実現される。具体的には、制御部１１の動作のうちネットワークインタフェースカード１０６により実現される動作を除いた動作を行うための第１のプログラムおよび変復調部１２の動作を行うための第２のプログラムがメモリ１０２に格納されている。プロセッサ１０１が、メモリ１０２に格納された第１のプログラムを、メモリ１０２から読みだして実行することにより、制御部１１が実現される。また、制御部１１の機能のうちネットワークとの間のデータの送受信機能は、ネットワークインタフェースカード１０６により実現される。ネットワークインタフェースカード１０６が、ネットワークとのデータ送受を行うために使用するプロトコルは、インターネットプロトコルが例示されるが、これに限らずどのようなプロトコルを使用してもよい。

また、プロセッサ１０１が、メモリ１０２に格納された第２のプログラムを、メモリ１０２から読みだして実行することにより、変復調部１２が実現される。

送受信部１３は、送信機１０３および受信機１０４により実現される。すなわち、送受信部１３における送信にかかる処理は送信機１０３により実現され、送受信部１３における受信にかかる処理は受信機１０４により実現される。また、記憶部１５は、メモリ１０２の一部により実現される。制御部１１を実現するためのメモリと記憶部１５を実現するためのメモリとが個別に設けられてもよい。

次に、ＵＥ２の構成例について説明する。図４は、ＵＥ２の機能構成例を示す図である。ＵＥ２は、制御部２１、変復調部２２、送受信部２３およびアンテナ部２４を備える。

アンテナ部２４は、無線基地局１から送信された無線信号を受信し、送受信部２３へ入力する。また、アンテナ部２４は、送受信部２３から入力された無線信号を電波として送信する。

変復調部２２は、制御部２１から入力されるデータをＱＰＳＫ、６４ＱＡＭといった変調方式により変調し、変調後のデータすなわちベースバンド信号を送受信部２３へ入力する。また、変復調部２２は、送受信部２３から入力されるデータを復調し、復調後のデータを制御部２１へ入力する。変復調部２２が実施する復調の方式は、無線基地局１がデータの送信において実施した変調方式に対応した復調方式であり、無線基地局１における変調方式は既知であるとする。

送受信部２３は、デジタル信号であるベースバンド信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号を無線周波数の信号すなわち無線信号へ周波数変換してアンテナ部１４へ入力する。送受信部２３は、無線信号をアンテナ部１４へ入力する。また、送受信部２３は、アンテナ部２４から入力される無線信号をベースバンド周波数へ周波数変換し、周波数変換後の信号を変復調部２２へ入力する。

制御部２１は、無線基地局１へ送信するデータを生成して、変復調部２２へ入力する。また、制御部２１は、変復調部２２から入力された信号が、無線基地局１から送信された割当て情報を含むものであった場合、この割当て情報に基づいて、データを変復調部２２へ出力するタイミングを制御する。また、変復調部２２から入力された信号が、位置確認信号を送信するタイミングを示す情報であった場合、この情報により指定されたタイミングで位置確認信号を変復調部２２へ入力する。位置確認信号は、どのような信号を用いてもよい。

図５は、実施の形態１のＵＥ２のハードウェア構成の一例を示す図である。図５に示すように、ＵＥ２は、プロセッサ２０１、メモリ２０２、送信機２０３、受信機２０４およびアンテナ装置２０５を備える。プロセッサ２０１は、ＣＰＵ、またはシステムＬＳＩといったものである。メモリ２０２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭをはじめとした不揮発性または揮発性の半導体メモリなどである。

図４に示した制御部２１および変復調部２２は、図５に示したプロセッサ２０１およびメモリ２０２により実現される。具体的には、制御部２１の動作を行うための第３のプログラムおよび変復調部２２の動作を行うための第４のプログラムがメモリ２０２に格納されている。プロセッサ２０１が、メモリ２０２に格納された第３のプログラムを、メモリ２０２から読みだして実行することにより、制御部２１が実現される。また、プロセッサ２０１が、メモリ２０２に格納された第４のプログラムを、メモリ２０２から読みだして実行することにより、変復調部２２が実現される。送受信部２３は、送信機２０３および受信機２０４により実現される。

次に、実施の形態１の無線リソースの割当て方法について説明する。図６は、実施の形態１の無線基地局１の制御部１１における無線リソースの割当て処理手順の一例を示すフローチャートである。無線基地局１の制御部１１は、ビームの切替え単位である一定期間ごとに図６に示した処理を実施する。この一定期間をビーム形成期間またはタイムスロットと呼ぶこととすると、タイムスロットＴ₁における無線リソースの割当て処理は、タイムスロットＴ₁より前に実施され、タイムスロットＴ₁では、無線リソースの割当て処理による割当て結果に基づいた通信が実施される。例えば、タイムスロットＴ₁の１つ前のタイムスロットＴ₀でタイムスロットＴ₁の無線リソースの割当て処理を実施する。

図６に示すように、無線基地局１の制御部１１は、サービスエリア内で、ＵＥ２の追加、削除またはスポット間の移動が発生したか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、サービスエリアとは、ＵＥ２が無線基地局１と通信を行うことが可能なエリアであり、具体的には、無線基地局１のアンテナ部１４が形成可能な８つのビームにそれぞれ対応する８つのスポットである。

ＵＥ２の追加とは、新たなＵＥ２が無線基地局１との接続を開始することを意味する。新たなＵＥ２が無線基地局１との接続を開始する手順は、ＬＴＥ規格で規定されているランダムアクセス手順を用いることができる。ランダムアクセス手順では、ＵＥ２は、通信を開始する場合、あらかじめ決められたパターンの信号を送信し、無線基地局１が、受信した信号からパターンを検出することで、新たに通信の開始を要求しているＵＥ２の存在を認識することができる。すなわち、制御部１１のデータ制御部１９は、受信した信号から上記のパターンを検出すると、ＵＥ２が追加されたと判断する。

ＵＥ２の削除とは、無線基地局１と通信を行っていたＵＥ２が、通信を終了したり、他の無線基地局のサービスエリアに移動したりといった理由により、ＵＥ２が無線基地局１と通信を行わなくなったことを意味する。また、通信を終了したＵＥ２とは、電源スイッチをオフとすることにより動作を停止したＵＥ２、および電源スイッチはオンであるが待ち受け状態にあるＵＥ２を含む。制御部１１のデータ制御部１９は、通信を終了する通知をＵＥ２から受信しない場合、一定時間以上ＵＥ２から信号を受信しない場合、および待ち受け状態であることを通知する信号を受信した場合に、ＵＥ２の削除と判断する。

スポット間の移動とは、無線基地局１のサービスエリア内のあるスポット内で無線基地局１と通信を行っていたＵＥ２が、無線基地局１のサービスエリア内の別のスポットへ移動したことを意味する。上述したように、ＵＥ２は、定期的に位置確認信号を送信する。無線基地局１は、各ビームでこの信号を受信し、受信した信号の信号レベルが最も高いビームに対応するスポットにＵＥ２が存在すると判断する。したがって、信号レベルが最も高いビームが変化した場合に、ＵＥ２のスポット間の移動が発生したと判断することができる。具体的には、ビーム制御部１８が、ＵＥ２ごとに、ＵＥ２から受信した信号の信号レベルが最も高いビームを算出する。ビーム制御部１８は、ＵＥ２とＵＥ２が存在するスポットとの対応を示す情報、すなわちＵＥ２とビームとの対応を示す情報を保持する。ビーム制御部１８は、ＵＥ２から受信した信号の信号レベルが最も高いビームを算出すると、算出したビームと保持している情報により示されるＵＥ２に対応するビームとが異なっている場合に、このＵＥ２にスポット間の移動が発生したと判断する。

無線基地局１の制御部１１は、サービスエリア内で、ＵＥ２の追加、削除またはスポット間の移動が発生したと判断した場合（ステップＳ１ Ｙｅｓ）、グループ化処理を実施する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、詳細には、データ制御部１９が、サービスエリア内で、ＵＥ２の追加、削除またはスポット間の移動が発生したと判断すると、グループ化処理部１６へグループ化処理の実施を指示する。グループ化処理部１６は、グループ化処理の実施の指示を受けると、ＵＥ２をグループ化する。すなわち、グループ化処理部１６は、各グループに属するＵＥ２を定義する。

ここで、１グループに属するＵＥ２の数の最大値は、同時にビームを形成可能な数とする。実施の形態１では、同時に形成可能なビームの数は３であるため、１つのグループに属するＵＥ２の数の最大値は３である。グループ化処理部１６は、サービスエリア内のＵＥ２の数をＮ_UEとし、１グループに属するＵＥ２の数の最大値をＮ_maxとするとき、Ｎ_UEがＮ_maxで割りきれる場合には、Ｎ_UEをＮ_maxで割った商をグループの数とする。また、Ｎ_UEがＮ_maxで割りきれない場合には、グループ化処理部１６は、Ｎ_UEをＮ_maxで割った商に１を加算した数をグループの数とする。サービスエリア内のＵＥ２の数は、無線基地局１に対して上述したランダム手順をはじめとした手順により接続要求があったＵＥ２の数から、通信を終了したり、他の無線基地局のサービスエリアに移動したりといった理由により削除されたＵＥ２の数を減ずることにより算出される。

グループ化処理部１６は、グループ化処理では、例えばＵＥ番号の若番から昇順となるようにＵＥをグループ番号の若い順に振り分ける。すなわち、全てのグループに１つずつＵＥ２を振り分けた後は、同様に、属するグループが決まっていないＵＥ２のうちＵＥ番号の若番から昇順となるようにＵＥをグループ番号の若い順に、振り分ける。これを繰り返すことにより、各グループに属するＵＥ２を決定する。ＵＥ番号とは、ＵＥ２を識別するための番号である。例えば、グループ化処理部１６が、サービスエリア内に存在するＵＥ２に、１から順番に番号を付与する。ＵＥ番号の付与方法はこれに限らず任意の付与方法を用いることができる。グループ番号とはグループを識別する番号である。グループ化処理部１６は、各グループに１から順にグループ番号を付与する。グループ番号の付与方法はこれに限らず任意の付与方法を用いることができる。ＵＥ２のグループ化を行うと、グループ単位で無線リソースを割当てることにより、ＵＥ２単位で無線リソースを割当てる場合に比べて、割当て処理を簡素化することができる。

図６の説明に戻り、ステップＳ２の後、グループ選択部１７は、定義された複数のグループの中から１つのグループを選択する（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理すなわちグループ選択処理については後述する。グループ選択部１７は、無線リソースの割当て対象に、選択したグループに属するＵＥ２を選択し（ステップＳ４）、処理を終了する。グループ選択部１７は、ステップＳ４の選択結果すなわちステップＳ４で選択したＵＥ２をデータ制御部１９およびビーム制御部１８へ通知する。

ステップＳ１で、ＵＥ２の追加、削除およびスポット間の移動のいずれも発生していないと判断した場合（ステップＳ１ Ｎｏ）、制御部１１は、処理をステップＳ３へ進める。

データ制御部１９は、グループ選択部１７から入力された選択結果に基づき、選択されたＵＥ２宛てのデータを記憶部１５から読み出し、選択結果に対応するタイムスロットで変復調部１２へ入力する。また、ビーム制御部１８は、グループ選択部１７から入力された選択結果に基づき、選択されたＵＥ２に対応するビームを形成するための振幅および位相を示す情報を、選択結果に対応するタイムスロットでアンテナ部１４へ入力する。

図７は、実施の形態１の無線基地局１のサービスエリアと、このサービスエリア内のＵＥ２の配置の一例とを示す図である。図８は、図７に示した配置のＵＥ２をグループ分けした結果を示す図である。図７に示したスポット４−１〜４−８は、無線基地局１が形成可能なビーム３−１〜３−８にそれぞれ対応するスポットである。図７では、各スポットを、各スポットの地上または建物の床面における範囲の包絡線により示している。図７に示した例では、スポット４−１内にＵＥ２−１が存在し、スポット４−２内にＵＥ２−２が存在し、スポット４−３内にＵＥ２−４が存在し、スポット４−４内にＵＥ２−５が存在する。さらに、スポット４−５内にＵＥ２−３およびＵＥ２−６が存在し、スポット４−６内にＵＥ２−７が存在し、スポット４−７内にＵＥ２−８が存在し、スポット４−８内にＵＥ２−９が存在する。このように、無線基地局１のサービスエリア内には、合計９台のＵＥ２が存在する。

サービスエリア内のＵＥ２の台数である９を、同時に形成可能なビーム数である３で割ると、商は３であることから、グループ化処理部１６は、３つのグループにＵＥ２をグループ分けする。グループ番号１のグループをグループ＃１と記載し、グループ番号２のグループをグループ＃２と記載し、グループ番号３のグループをグループ＃３と記載すると、グループ分けの結果各グループに属するＵＥ２は図８に示す通りとなる。すなわち、ＵＥ２−１、ＵＥ２−４およびＵＥ２−７は、グループ＃１に属し、ＵＥ２−２、ＵＥ２−５およびＵＥ２−８はグループ＃２に属し、ＵＥ２−３、ＵＥ２−６およびＵＥ２−９はグループ＃３に属す。なお、ＵＥ２−１〜ＵＥ２−９は、符号の枝番号がＵＥ２に付与されたＵＥ番号であるとする。例えば、ＵＥ２−１のＵＥ番号は１である。

図８に示すように各グループが定義され、無線リソースの割当て対象としてグループ＃１が選択された場合には、無線リソースはＵＥ２−１、ＵＥ２−４およびＵＥ２−７に割当てられる。このとき、ＵＥ２−１、ＵＥ２−４およびＵＥ２−７が存在するスポットに対応するビーム３−１、ビーム３−３およびビーム３−６が同時に形成される。無線リソースの割当て対象としてグループ＃２が選択された場合には、ＵＥ２−２、ＵＥ２−５およびＵＥ２−８が存在するスポットに対応するビーム３−２、ビーム３−４およびビーム３−７が同時に形成される。無線リソースの割当て対象としてグループ＃３が選択された場合には、ＵＥ２−３、ＵＥ２−６およびＵＥ２−９が存在するスポットに対応するビーム３−５およびビーム３−８が同時に形成される。なお、グループ＃３には、同一スポットに存在するＵＥ２−３およびＵＥ２−６が属している。したがって、１つのビームでＵＥ２−３およびＵＥ２−６への送信を行うことになる。このような場合、データ制御部１９は、ＵＥ２−３およびＵＥ２−６へそれぞれ異なる無線周波数帯を割当てる。すなわち、データ制御部１９は、下りの無線リソース割当ての場合、無線通信システム１０において使用可能な下りの無線周波数帯を分割して、ＵＥ２−３およびＵＥ２−６へそれぞれ割当てる。または、ビーム制御部１８がＬＴＥ規格におけるPrecodingと呼ばれる処理を施すことにより、干渉を抑制する。他のＵＥ２に対しては、データ制御部１９は、使用可能な下りの無線周波数帯を全て割当てることができる。同様に、上りの無線リソース割当てにおいては、無線通信システム１０において使用可能な上りの無線周波数帯を分割して、ＵＥ２−３およびＵＥ２−６へそれぞれ割当てる。

図７および図８に示した例において、タイムスロットＴ₁を対象とした無線リソース割当て処理により、グループ＃２が選択され、タイムスロットＴ₁の次のタイムスロットであるタイムスロットＴ₂を対象とした無線リソース割当て処理により、グループ＃１が選択されたとする。この場合、タイムスロットＴ₁で、ビーム３−２、ビーム３−４およびビーム３−７が同時に形成され、タイムスロットＴ₂で、ビーム３−１、ビーム３−３およびビーム３−６が同時に形成されることになる。

ここでは、上述したように、ＵＥ番号の若番から昇順となるようにＵＥをグループ番号の若い順に振り分けることを繰り返す方法でグループ化を行ったが、ＵＥ番号の老番から降順となるようにＵＥ２をグループ番号の大きい順に振り分けることを繰り返してもよいし、ランダムにＵＥ２を各グループに振り分けてもよい。

図９は、図６に示したステップＳ３のグループ選択処理の一例を示すフローチャートである。まず、グループ選択部１７は、選択するグループの候補である選択候補グループを決定する（ステップＳ１１）。具体的には、グループ選択部１７は、あらかじめデフォルトのグループの選択順を定めておき、初回のグループの選択では、デフォルトのグループの選択順の先頭のグループを、選択候補グループと決定する。２回目以降のグループの選択では、前回のグループの選択における後述するステップＳ１５またはステップＳ１７で、次回のグループ選択において選択候補グループとするグループが決定されている。このため、グループ選択部１７は、２回目以降のグループの選択では、前回のグループ選択において決定された、次回の選択候補グループを、選択候補グループに決定する。なお、図６に示した処理が繰り返され、ステップＳ１でＹｅｓとなった場合には、グループ化が再度実施されるため、それまでに用いていたデフォルトのグループの選択順は無効となる。この場合、グループ選択部１７は、グループ化の実施後、改めてデフォルトのグループの選択順を定義して、ステップＳ１１では、初回のグループの選択の処理を実施する。以下では、デフォルトのグループの選択順は、グループ番号の若い順であるとする。

次に、グループ選択部１７は、無線基地局１のサービスエリア内に存在する全てのＵＥ２のうち送信待ちデータのあるＵＥ２の中で、待ち時間が最大のＵＥ２のＵＥ番号および待ち時間を取得する（ステップＳ１２）。送信待ちデータとは、無線基地局１がネットワークから受信済のＵＥ２宛てのデータであり、ＵＥ２に送信されていないデータである。待ち時間とは通信の待ち時間であり、ＵＥ２宛てのトラフィックの発生からこのトラフィックのデータが無線基地局１から送信されていない状態での経過時間である。ここでは、トラフィックとは、データの集まりのことを示す。また、トラフィックは、あるＵＥ２が別のＵＥ２または固定電話網における電話と通信する、またはデータサーバにアクセスするといった場合に、ネットワークからＵＥ２に宛てて送信される一連のデータである。トラフィックの発生とは、ネットワークから無線基地局１がＵＥ２宛てのトラフィックのデータを受信することを意味する。

グループ選択部１７は、各ＵＥ２宛てのトラフィックの発生を監視し、トラフィックが発生した時刻をＵＥ２ごとに記憶部１５に格納する。ＵＥ２のトラフィックが発生してからの経過時間が、ＵＥ２の待ち時間である。また、グループ選択部１７は、無線基地局１からＵＥ２宛てのトラフィックが送信されれば、このＵＥ２の、トラフィックが発生した時刻を記憶部１５から消去する。グループ選択部１７は、記憶部１５を参照して、トラフィックが発生した時刻が最も古いＵＥ２を選択することで、待ち時間が最大のＵＥ２を選択することができる。

グループ選択部１７は、待ち時間が最大のＵＥ２の待ち時間すなわち最大待ち時間が、あらかじめ定められた閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ１３）。最大待ち時間が閾値を超えたと判断した場合（ステップＳ１３ Ｙｅｓ）、グループ選択部１７は、閾値を超えたＵＥ２が属するグループを、無線リソース割当て対象のグループとして選択する（ステップＳ１４）。次に、グループ選択部１７は、次回の選択候補グループを、ステップＳ１１で決定された選択候補グループとし（ステップＳ１５）、処理を終了する。

最大待ち時間が閾値を超えていないと判断した場合（ステップＳ１３ Ｎｏ）、ステップＳ１１で決定された選択候補グループを、無線リソース割当て対象のグループとして選択する（ステップＳ１６）。次に、グループ選択部１７は、次回の選択候補グループを、ステップＳ１１で決定された選択候補グループの次のグループとし（ステップＳ１７）、処理を終了する。なお、次のグループとは、デフォルトのグループの選択順において次の順序のグループである。また、ステップＳ１１で決定された選択候補グループがデフォルトのグループの選択順の最後のグループだった場合は、グループ選択部１７は、次回の選択候補グループを、デフォルトのグループの選択順の最初のグループとする。

以上のように、グループ選択部１７は、複数のグループのそれぞれに属するＵＥ２の通信の待ち時間のうちの最大値を求め、この最大値が閾値を超える場合に、この最大値に対応するＵＥ２が属するグループを選択する。

なお、以上に述べた例は、下り方向の待ち時間に基づいて下り方向の無線リソースを割当てている。無線基地局１がＵＥ２から、ＵＥ２における上り方向のトラフィックの発生時間を受信することで、グループ選択部１７は、上り方向についても、同様に上り方向の待ち時間を用いて、上り方向の無線リソースを割当てることができる。

ここで、グループ選択部１７は、閾値を、例えば、ＵＥ２宛てのデータに対して許容される伝送遅延を用いて決定する。具体的には、グループ選択部１７は、閾値を、許容される伝送遅延より小さい値に設定する。一般に、データの種別により許容される伝送遅延はあらかじめ定められている。ＵＥ２宛てのデータが電話の音声であれば許容できる伝送遅延は短い。一方、ＵＥ２宛てのデータがインターネットの閲覧情報またはメールの情報であれば許容できる伝送遅延は長い。したがって、許容される伝送遅延が異なるデータが、無線基地局１に同時に存在した場合には、グループ選択部１７は、短い方の許容される伝送遅延を用いて閾値を決定する。

また、以上の例では、グループ選択部１７は、最大待ち時間が閾値を超えるＵＥ２を選択したが、待ち時間が閾値を超えるＵＥ２を全て抽出し、抽出したＵＥ２の中からＵＥ２を選択して、選択したＵＥ２が属するグループを選択するようにしてもよい。

以上のように、実施の形態１では、無線基地局１は、サービスエリア内のＵＥ２をグループ分けし、グループに属するＵＥ２の待ち時間に基づいて、無線リソースを割当てるグループを決定するようにした。このため、待ち時間が閾値を超えたＵＥ２に無線リソースが割り当てられるため、送信待機時間の最大値は、「閾値＋無線リソースの割り当て処理から実施に送信されるまでの時間」以下に抑えられる。ＵＥ２間の送信待機時間の差を抑制することができ、送信待機時間を考慮しない場合と比べて無線リソース割当の公平性を向上させることができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２にかかる無線リソースの割当て方法について説明する。実施の形態２の無線通信システム１０の構成は、実施の形態１と同様であり、実施の形態２の無線基地局１およびＵＥ２の機能構成およびハードウェア構成も実施の形態１と同様である。実施の形態２では、グループ選択部１７が実施する無線リソースの割当て方法の一部が実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と異なる部分を説明し、実施の形態１と同様の動作については、重複する説明を省略する。

図１０は、実施の形態２のグループ選択処理の一例を示すフローチャートである。実施の形態２の無線基地局１の制御部１１における無線リソースの割当て処理手順は、図６に示したステップＳ３が図１０に示した処理となる以外は、図６に示した実施の形態１の無線リソースの割当て処理と同様である。

図１０に示したステップＳ１１〜ステップＳ１５は、実施の形態１のステップＳ１１〜ステップＳ１５と同様である。ステップＳ１３でＮｏの場合、グループ選択部１７は、グループ内のトラフィック有のＵＥ２の数を考慮したグループ選択処理を行い（ステップＳ２１）、処理を終了する。

図１１は、図１０に示したステップＳ２１の処理を示すフローチャートである。図１１に示すように、まず、グループ選択部１７は、選択候補グループのグループ番号を示す変数であるｉに、ステップＳ１１で決定した選択候補グループのグループ番号Ｌを代入する（ステップＳ３１）。次に、グループ選択部１７は、グループごとに、トラフィックが有るＵＥ２の数を求める（ステップＳ３２）。トラフィックが有るとは、ＵＥ２宛てのデータを無線基地局１が受信し、無線基地局１がこのデータをＵＥ２へ送信していない状態を示す。

グループ選択部１７は、トラフィック有のＵＥ数に対する閾値をあらかじめ定めておき、グループ番号がｉのグループの、トラフィック有のＵＥ数が閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ３３）。グループ番号がｉのグループの、トラフィック有のＵＥ数が閾値を超えたと判断した場合（ステップＳ３３ Ｙｅｓ）、グループ選択部１７は、グループ番号がｉのグループを、無線リソース割当て対象のグループとして選択する（ステップＳ３４）。次に、グループ選択部１７は、次回の選択候補グループを、グループ番号がｉ＋１のグループに決定し（ステップＳ３５）、処理を終了する。

グループ番号がｉのグループの、トラフィック有のＵＥ数が閾値を超えていないと判断した場合（ステップＳ３３ Ｎｏ）、グループ選択部１７は、全グループのトラフィック有のＵＥ数の閾値との比較を行ったか否かを判断する（ステップＳ３６）。全グループのトラフィック有のＵＥ数の閾値との比較を行った場合（ステップＳ３６ Ｙｅｓ）、ステップＳ１１で決定した選択候補グループを、無線リソース割当て対象のグループとして選択する（ステップＳ３７）。次に、グループ選択部１７は、次回の選択候補グループを、グループ番号がＬ＋１のグループに決定し（ステップＳ３８）、処理を終了する。

トラフィック有のＵＥ数の閾値との比較を行っていないグループがある場合（ステップＳ３６ Ｎｏ）、ｉ＝ｉ＋１とし（ステップＳ３９）、ステップＳ３３へ戻る。ただし、ｉがグループ番号の最大値である場合には、ステップＳ３９ではｉをグループ番号の最小値に設定する。

以上のように、グループ選択部１７は、複数のグループのそれぞれに属するＵＥ２の通信の待ち時間のうちの最大値を求め、この最大値が閾値を超えない場合、グループごとに、グループに属するＵＥ２のうち通信中のＵＥ２の数を算出し、グループごとの算出された通信中のＵＥ２の数を用いてグループを選択する。

なお、トラフィック有のＵＥ数に対する閾値は、無線通信システム１０の運用開始時に設定された値がそのまま用いられてもよいし、運用中に変更されてもよい。例えば、グループ選択部１７は、周期的に閾値変更処理を実施してもよい。閾値変更処理は、異なる閾値を設定したときのシステムスループットをそれぞれ計算して、スループットが高くなる閾値を設定する処理である。具体的には、閾値変更処理では、グループ選択部１７は、トラフィック有りのＵＥ数に対する閾値を、Ｋ（Ｋは１以上の整数）−Ｍ（Ｍは１以上の整数），Ｋ−Ｍ＋１，…，Ｋ-１，Ｋ，Ｋ＋１，Ｋ＋２，…，Ｋ＋Ｐ（Ｐは２以上の整数）と順番に変える。グループ選択部１７は、閾値をＫ−Ｍ，Ｋ−Ｍ＋１，…，Ｋ-１，Ｋ，Ｋ＋１，Ｋ＋２，…，Ｋ＋Ｐのそれぞれに設定したときのシステムスループットを計算し、システムスループットが最大となる閾値を選択する。グループ選択部１７は、次の閾値変更処理の実施タイミングまで、選択した閾値を用いてステップＳ３３の判定を行う。

または、グループ選択部１７は、ステップＳ２１の処理において、トラフィック有のＵＥ数が最大のグループを無線リソース割当対象のグループとして選択してもよい。図１２は、図１０に示したステップＳ２１の処理の別の例を示すフローチャートである。図１２に示したステップＳ１０１の処理は、図１１のステップＳ３２の処理と同様である。グループ選択部１７は、ステップＳ１０１の後、トラフィック有のＵＥ数が最大のグループを無線リソース割当対象のグループとして選択する（ステップＳ１０２）。なお、トラフィック有のＵＥ数が最大のグループが複数存在した場合、グループ選択部１７は、これら複数のグループのうち前回のグループ選択において選択されたグループ以外のグループを選択する。

実施の形態２では、無線基地局１は、待ち時間が実施の形態１で述べた閾値を超えていない場合に、トラフィックが発生しているＵＥ２の数に基づいてグループを選択する。実施の形態１では、待ち時間が最大待ち時間閾値を超えない限り、デフォルトの選択順序でグループが選択されるが、仮にグループに属するＵＥ２のうちトラフィックが発生しているＵＥ２の数がグループ間で異なっている場合でも、各グループが平等に選択されることになる。例えば、グループに属するＵＥ２のうちトラフィックが発生しているＵＥ２の数が１台のグループと、グループに属するＵＥ２のうちトラフィックが発生しているＵＥ２の数が３台のグループとがあった場合、前者のグループではビームが１本しか利用されず、同時に形成可能なビームを有効に利用することができない。これに対し、実施の形態２では、無線基地局１は、グループに属するＵＥ２のうちトラフィックが発生しているＵＥ２の数が閾値を超えるグループを優先して選択するため、実施の形態１に比べ、同時に形成可能なビームを有効に活用できる時間が増える。これにより、実施の形態２の無線通信システム１０のシステムスループットは、実施の形態１に比べて向上する。また、上述したように、トラフィック有のＵＥ数に対する閾値を、閾値変更処理においてシステムスループットに基づいて選択することにより、固定の閾値を用いる場合よりシステムスループットを向上させることができる可能性が高くなる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３にかかるＵＥのグループ化の方法について説明する。実施の形態３の無線通信システム１０の構成は、実施の形態１と同様であり、実施の形態３の無線基地局１およびＵＥ２の機能構成およびハードウェア構成も実施の形態１と同様である。実施の形態３では、グループ化処理部１６が実施するＵＥ２のグループ化方法の一部が実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と異なる部分を説明し、実施の形態１と同様の動作については、重複する説明を省略する。

図１３は、実施の形態３のグループ化処理部１６におけるグループ化処理の一例を示すフローチャートである。実施の形態３の無線基地局１の制御部１１における無線リソースの割当て処理手順は、図６に示したステップＳ２が図１３に示した処理となる以外は、図６に示した実施の形態１の無線リソースの割当て処理と同様である。

図１３に示すように、グループ化処理部１６は、まず、無線基地局１のサービスエリア内に存在するＵＥ２の数、および同時に生成可能なビーム数の情報を取得する（ステップＳ４１）。無線基地局１のサービスエリア内に存在するＵＥ２の数の算出方法は、実施の形態１で述べた通りである。同時に生成可能なビーム数は、アンテナ部１４を実現するアンテナ装置１０５のハードウェア仕様に依存する。同時に生成可能なビーム数は、アンテナ部１４を実現するアンテナ装置１０５のハードウェア仕様に基づいて、制御部１１を実現するメモリ１０２にあらかじめ格納される。グループ化処理部１６は、メモリ１０２から、同時に生成可能なビーム数を読み出すことにより、同時に生成可能なビーム数を取得する。

グループ化処理部１６は、無線基地局１のサービスエリア内に存在するＵＥ２の数、および同時に生成可能なビーム数に基づいて、グループ数を計算する（ステップＳ４２）。グループ数の計算方法は、実施の形態１で述べた通りである。

次に、グループ化処理部１６は、１つのグループに収容するＵＥ２の数に、ビーム数すなわち同時に形成可能なビーム数を設定する（ステップＳ４３）。１つのグループに収容するＵＥ２の数は、１つのグループに属するＵＥ２の数の最大値であり、収容数ともいう。グループ化処理部１６は、サービスエリア内の各ＵＥ２がどのスポットに存在するかの情報を取得する（ステップＳ４４）。どのスポットに存在するかの情報の取得方法は後述する。グループ化処理部１６は、どのスポットに存在するかの情報に基づいて、同一スポット複数ＵＥグループ化処理を実施し（ステップＳ４５）、処理を終了する。各ＵＥ２がどのスポットに存在するかの情報を以下、在圏情報と呼ぶ。同一スポット複数ＵＥグループ化処理は、同一スポットに複数のＵＥ２が存在する場合に、これら複数のＵＥ２が異なるグループにグループ分けされるように実施されるグループ化処理である。同一スポット複数ＵＥグループ化処理の詳細は後述する。

図１４は、実施の形態３の在圏情報の取得処理の一例を示すチャート図である。無線基地局１は、サービスエリア内のＵＥ２ごとに図１４に示した処理を実施する。まず、無線基地局１は、測定対象のＵＥ２との通信中に、各スポットの信号レベルを計測する（ステップＳ５１）。各スポットの信号レベルとは、無線基地局１が、各スポットに存在するＵＥ２から受信した信号の信号レベルである。具体的には、無線基地局１のビーム制御部１８が、形成可能な全てのビームを、同時に形成可能なビーム数単位で順次形成する。無線基地局１のアンテナ部１４は、各ビームにより受信した信号の信号レベルを計測し、グループ化処理部１６へ通知する。このとき用いる信号は、信号レベルの測定対象であるＵＥ２が送信した信号であればどのような信号でも良いが、無線基地局１から指定したパターンが格納された信号を用いると高い精度で測定を行うことができる。例えば、無線基地局１がＵＥ２に対してパターンを指定し、ＵＥ２は、指定されたパターンを含む信号を送信する。このとき、端末ごとにパターンが異なっている必要がある。ＬＴＥ規格ではＲＳ（Reference Signal）と呼ばれる信号が定義されており、各スポットの信号レベルの測定にＲＳ信号を用いることができる。なお、ＵＥ２が信号を送るタイミングは無線基地局１が決定しているため、無線基地局１にとっては測定対象のＵＥ２が信号を送信するタイミングは既知である。

無線基地局１は、計測した信号レベルが最も高いスポットを選択する（ステップＳ５２）。選択されたスポットは、測定対象のＵＥ２が存在するスポットであり、このスポットがＵＥ２の在圏情報である。無線基地局１は、これらの処理をサービスエリア内のＵＥ２ごとに行うことにより、サービスエリア内の全ＵＥ２の在圏情報を取得する。

図１５は、図１３に示したステップＳ４５の同一スポット複数ＵＥグループ化処理の一例を示すフローチャートである。図１５に示すように、まず、グループ化処理部１６は、サービスエリア内の全ＵＥ２の在圏情報に基づいて、スポット内のＵＥ２のグループ化が未了のスポットのうち１スポット内のＵＥ数が最も多いスポット内のＵＥ２を、グループ化する（ステップＳ６１）。

ステップＳ６１では、グループ化処理部１６は、スポット内のＵＥ２のグループ化が未了のスポットのうち１スポット内のＵＥ２の数が最も多いスポット内のＵＥ２を、異なるグループへ分散して振り分ける。例えば、スポット内のＵＥ２の数が２であり、グループ数が３である場合には、スポット内のＵＥ２をそれぞれ異なるグループへ振り分ける。スポット内のＵＥ２の数が、グループ数より多い場合には、同一グループに属するＵＥ２の数がなるべく少なくなるように、スポット内のＵＥ２を各グループへ振り分ける。ただし、グループ化処理部１６は、グループに属するＵＥ２の数が、収容数に達したグループへは振り分けを行わない。例えば、グループ数が３であり、３つのグループをグループ＃１、グループ＃２、グループ＃３とすると、グループ化処理部１６は、スポット内のＵＥ２を、グループ＃１、グループ＃２、グループ＃３の順に１つずつ振り分けていくことを、スポット内の全てのＵＥ２がグループ化されるまで繰り返す。

次に、グループ化処理部１６は、スポット内のＵＥ数が２台以上の全てのスポットについて、スポット内のＵＥ２のグループ化が終了したか否かを判断する（ステップＳ６２）。スポット内のＵＥ数が２台以上の全てのスポットについて、スポット内のＵＥ２のグループ化が終了した場合（ステップＳ６２ Ｙｅｓ）、グループ化処理部１６は、スポット内のＵＥ数が１台であるスポット内のＵＥ２のグループ化を行う（ステップＳ６３）。スポット内のＵＥ数が１台であるスポット内のＵＥ２のグループ化は、実施の形態１と同様の手順で実施することができる。ただし、グループ化処理部１６は、グループに属するＵＥ２の数が、収容数に達したグループへは振り分けを行わない。

次に、グループ化処理部１６は、サービスエリア内の全てのＵＥ２がグループ化されたか否かを判断する（ステップＳ６４）。サービスエリア内の全てのＵＥ２がグループ化された場合（ステップＳ６４ Ｙｅｓ）、グループ化処理部１６は、処理を終了する。

ステップＳ６２で、スポット内のＵＥ数が２台以上の全てのスポットのうち、スポット内のＵＥ２のグループ化が終了していないスポットがある場合（ステップＳ６２ Ｎｏ）、グループ化処理部１６は、ステップＳ６１へ戻る。また、ステップＳ６４で、サービスエリア内のＵＥ２のなかでグループ化されていないＵＥ２がある場合（ステップＳ６４ Ｎｏ）、グループ化の対象とするスポットを変更して、ステップＳ６３へ戻る。

以上の処理により、同一スポットに複数のＵＥ２が存在する場合に、これら複数のＵＥ２がなるべく異なるグループにグループ分けされるようにグループ化が実施される。したがって、グループ化処理部１６は、２台以上のＵＥ２が１つのビームに対応する範囲内に存在する場合、１つのビームに対応する範囲内に存在する２台以上のＵＥ２を複数のグループに振り分けることとなる。

図１６は、図７に示したＵＥ２の配置例において実施の形態３のグループ化処理を実施した結果の一例を示す図である。図１６の例では、ＵＥ２−３、ＵＥ２−２およびＵＥ２−７は、グループ＃１に属し、ＵＥ２−６、ＵＥ２−４およびＵＥ２−８はグループ＃２に属し、ＵＥ２−１、ＵＥ２−５およびＵＥ２−９はグループ＃３に属す。実施の形態１では、図８に示したように、グループ＃３に、同一スポット内のＵＥ２−３およびＵＥ２−６が含まれていた。これに対し、実施の形態３では、同一グループ内に同一スポット内のＵＥ２が含まれていない。実施の形態１に記載のグループ化処理では同一グループ内に同一スポット内のＵＥ２が含まれている場合がある。この場合、無線基地局１は、ＵＥ２−３およびＵＥ２−６に無線周波数帯を分割して割当てるまたはPrecoding処理をはじめとした干渉除去の処理を行う必要がある。これに対し、実施の形態３では、無線基地局１は、Precoding処理を行わない場合でも、ＵＥ２−３およびＵＥ２−６に、無線周波数帯を分割せずに割当てることができる。

図１７は、実施の形態３のＵＥ２の別の配置例を示す図である。図１８は、図１７に示した配置において実施の形態３のグループ化処理を実施した結果の一例を示す図である。図１７に示した配置例では、スポット４−１にＵＥ２−１〜２−５が存在し、スポット４−５にＵＥ２−６〜２−９が存在する。図１７の例では、１スポット内のＵＥ２の数が同時に形成可能なビーム数を超えている。このような場合には、同一グループに属するＵＥ２のうち同一スポット内に存在するＵＥ２がなるべく少なくなるようにグループ化を行う。

例えば、図１８に示した例では、ＵＥ２−１、ＵＥ２−４およびＵＥ２−７は、グループ＃１に属し、ＵＥ２−２、ＵＥ２−５およびＵＥ２−８はグループ＃２に属し、ＵＥ２−３、ＵＥ２−６およびＵＥ２−９はグループ＃３に属している。図１８に示した例では、同一グループに属するＵＥ２のうち同一スポットに属するＵＥ２の数はそれぞれ２である。このように、１スポット内のＵＥ２の数が同時に形成可能なビーム数を超えている場合には、実施の形態３のグループ化処理を実施した場合、同一グループに属するＵＥ２のうち同一スポット内に存在するＵＥ２が存在する。しかしながら、無線基地局１は、実施の形態３のグループ化処理を実施することにより、同一グループに属するＵＥ２が全て同一スポット内となるようグループ化される場合に比べて同一グループに属するＵＥ２のうち同一スポットに属するＵＥ２の数は抑制される。このため、各ＵＥ２に割当てる無線周波数の帯域幅を広くすることができる。

また、グループ化処理部１６は、サービスエリア内の全てのＵＥ２のグループ化が終了しても、１つ以上のグループのＵＥ２の数が、収容数未満であった場合、既にグループ化済のＵＥ２をこれらの１つ以上のグループにさらに属させてもよい。すなわち、グループ化部は、サービスエリア内の全てのＵＥをグループ分けした後に、グループに属するＵＥ２の数が収容数未満のグループがある場合、当該グループ以外のグループに属すことが決定されているＵＥ２を当該グループへ属させてもよい。換言すると、１つのＵＥ２が属するグループを複数としてもよい。これにより、無線基地局１は、同時に形成可能なビームを有効に利用することができる。

図１９は、実施の形態３のＵＥ２の別の配置例を示す図である。図２０は、図１９に示した配置例において実施の形態３のグループ化処理を実施した結果の一例を示す図である。図１９に示した例では、スポット４−１内にＵＥ２−１が存在し、スポット４−２内にＵＥ２−２が存在し、スポット４−３内にＵＥ２−３が存在し、スポット４−４内にＵＥ２−４が存在する。さらに、スポット４−５内にＵＥ２−５が存在し、スポット４−６内にＵＥ２−６が存在し、スポット４−７内にＵＥ２−７が存在し、スポット４−８内には、ＵＥは存在しない。

図１９に示した例では、サービスエリア内のＵＥ２の数は、７台であり、同時に形成可能なビーム数を３とすると、グループ数は３となる。図２０の左側の図は、図１５に示した処理により、サービスエリア内のＵＥ２をグループ化した結果を示している。図２０の左側の図の例では、ＵＥ２−１、ＵＥ２−４およびＵＥ２−７は、グループ＃１に属し、ＵＥ２−２およびＵＥ２−５はグループ＃２に属し、ＵＥ２−３およびＵＥ２−６はグループ＃３に属している。図２０の左側の図に示すように、グループ＃２およびグループ＃３では、グループに属するＵＥ２の数がそれぞれ２であり、収容数より少ない。したがって、図２０の左側の図において空きと示した部分に対応するビームが空いていることになる。このような場合、図２０の右側の図に示すように、空きの部分にＵＥ２−１，ＵＥ２−２を割当てる。図２０の右側の図で、グループ重複ＵＥ３０１として示したＵＥ２−１およびＵＥ２−２は、２つのグループに属している。図２０の左側の図のグループ化の場合に、グループ＃１、グループ＃２、グループ＃３の順で無線リソースが割当てられると、グループ＃２およびグループ＃３に無線リソースが割当てられている期間では２つのビームしか使用されない。これに対し、図２０の右側の図に示したグループ化の場合には、グループ＃２およびグループ＃３に無線リソースが割当てられている期間でも３つのビームが使用される。これにより、同時に形成可能なビームを有効に利用することができる。

または、グループ化処理部１６は、サービスエリア内の全てのＵＥ２のグループ化が終了しても、１つ以上のグループのＵＥ２の数が、収容数未満であった場合、グループ内のＵＥ２を２重にこのグループに属させてもよい。すなわち、グループ化処理部１６は、サービスエリア内の全てのＵＥ２をグループ分けした後に、グループに属するＵＥ２の数が収容数未満のグループがある場合、当該グループに属すことが決定されている無線端末を２重に当該グループへ属させてもよい。２重にグループに属するとは、同時に形成可能なビームのうち２つを、同一方向の範囲に照射することに対応する。例えば、グループ＃２に属するＵＥ２を、ＵＥ２−２、ＵＥ２−５およびＵＥ２−２と定義する。この場合、無線基地局１は、ＵＥ２−２との通信に、同時に形成するビームのうちの２つのビームを用いることになる。

上述したグループ内のＵＥ２を２重に当該グループに属させた例を図面で示す。図２１は、図１９に示した配置例において、グループ内のＵＥ２を２重にこのグループに属させた場合の実施の形態３のグループ化処理の結果の一例を示す図である。図２０の左側の図に示したように、図１５に示した処理により、サービスエリア内のＵＥ２をグループ化すると、空きと示した部分に対応するビームが空いていることになる。このとき、空きのビームが存在するグループに既に属しているＵＥ２を２重に属させる。図２１において２重ＵＥ３０２と示したＵＥ２は、各グループに２重に属しているＵＥ２を示す。図２１に示した例では、グループ＃２にＵＥ２−２が２重に属し、グループ＃３にＵＥ２−３が２重に属している。なお、ここでは、各グループにＵＥ２が２重に属する例を説明したが、各グループにＵＥ２が３重以上の多重に属すようにグループ化が行われてもよい。

上述したように、グループに２重に属するＵＥ２に対しては、無線基地局１は、同時に形成可能な３つのビームのうち２つのビームを用いて通信を行う。このため、グループに２重に属するＵＥ２は、１つのビームを用いて通信を行う場合に比べて、スループットは２倍となる。なお、同時に形成可能な３つのビームのうち２つのビームを同一方向に向けて照射する場合、２つのビームで伝送される信号が互いに干渉しないような処理が実施されることになる。送信側であらかじめ２つのビームで伝送される信号が互いに干渉しないような信号処理が実施されてもよいし、受信側で干渉を除去する処理が実施されてもよい。２つのビームで伝送される信号が互いに干渉しないような処理は、ＬＴＥ規格で規定されている。送信側であらかじめ行う、２つのビームで伝送される信号が互いに干渉しないような信号処理には、ＬＴＥ規格におけるPrecodingと呼ばれる処理が該当する。受信側で干渉を除去する処理は、規格化はされていないが、Zero Forcingと呼ばれる処理を用いることができる。２つのビームで伝送される信号が互いに干渉しないような処理は、これらに限定されずどのような処理が用いられても良い。

以上のように、実施の形態３では、同一グループに属する同一スポットに存在するＵＥ２の数ができるだけ少なくなるように、ＵＥ２をグループ化するようにした。このため、同一グループに属するＵＥ２が全て同一スポット内となるようグループ化される場合に比べて各ＵＥ２に割当てる無線周波数の帯域幅を広くすることができる。

また、以上の説明では、無線基地局１が、実施の形態１で述べた無線リソース割当て処理を実施する場合に、上述したグループ化処理を行う例を説明したが、無線基地局１が、実施の形態２で述べた無線リソース割当て処理を実施する場合に、本実施の形態のグループ化処理を行ってもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 無線基地局、２−１〜２−９ ＵＥ、１０ 無線通信システム、１１，２１ 制御部、１２，２２ 変復調部、１３，２３ 送受信部、１４，２４ アンテナ部、１５ 記憶部、１６ グループ化処理部、１７ グループ選択部、１８ ビーム制御部、１９ データ制御部。

Claims (7)

1. 複数のビームを同時に形成可能なアンテナ部と、
   サービスエリア内の無線端末を複数のグループにグループ分けするグループ化部と、
   前記複数のグループのうちの１つを、前記複数のグループのそれぞれに属する前記無線端末の通信の待ち時間を用いて選択するグループ選択部と、
   前記グループ選択部により選択されたグループに属する前記無線端末である選択端末へ無線リソースを割当てる割当部と、
   １回のビーム形成期間のタイミングに、前記アンテナ部により形成されるビームを前記選択端末へ向けるよう前記アンテナ部を制御するビーム制御部と、
   を備え、
   前記グループ選択部は、前記複数のグループのそれぞれに属する前記無線端末の前記通信の待ち時間のうちの最大値を求め、前記最大値が閾値を超える場合に、前記最大値に対応する前記無線端末が属する前記グループを選択し、前記最大値が閾値以下の場合、前記グループごとに、前記グループに属する前記無線端末のうち通信中の前記無線端末の数を算出し、前記グループごとの、算出された通信中の前記無線端末の数を用いて前記グループを選択することを特徴とする無線基地局。
2. 前記グループ化部は、２台以上の前記無線端末が１つのビームに対応する範囲内に存在する場合、１つのビームに対応する範囲内に存在する２台以上の前記無線端末を複数のグループに振り分けることを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
3. 複数のビームを同時に形成可能なアンテナ部と、
   サービスエリア内の無線端末を複数のグループにグループ分けするグループ化部と、
   前記複数のグループのうちの１つを、前記複数のグループのそれぞれに属する前記無線端末の通信の待ち時間を用いて選択するグループ選択部と、
   前記グループ選択部により選択されたグループに属する前記無線端末である選択端末へ無線リソースを割当てる割当部と、
   １回のビーム形成期間のタイミングに、前記アンテナ部により形成されるビームを前記選択端末へ向けるよう前記アンテナ部を制御するビーム制御部と、
   を備え、
   前記グループ選択部は、前記複数のグループのそれぞれに属する前記無線端末の前記通信の待ち時間のうちの最大値を求め、前記最大値が閾値を超える場合に、前記最大値に対応する前記無線端末が属する前記グループを選択し、
   前記グループに属する前記無線端末の数の最大値である収容数は、前記アンテナ部が同時に形成可能なビームの数であり、
   前記グループ化部は、サービスエリア内の全ての前記無線端末をグループ分けした後に、前記グループに属する前記無線端末の数が前記収容数未満の前記グループがある場合、既に属する前記グループが決定されている前記無線端末を前記収容数未満の前記グループへ属させることを特徴とする無線基地局。
4. 前記グループ化部は、サービスエリア内の全ての前記無線端末をグループ分けした後に、前記グループに属する前記無線端末の数が前記収容数未満の前記グループがある場合、当該グループ以外のグループに属することが決定されている前記無線端末を前記収容数未満の前記グループへ属させることを特徴とする請求項３に記載の無線基地局。
5. 前記グループ化部は、サービスエリア内の全ての前記無線端末をグループ分けした後に、前記グループに属する前記無線端末の数が前記収容数未満の前記グループがある場合、当該グループに属することが決定されている前記無線端末を２重に当該グループへ属させることを特徴とする請求項３に記載の無線基地局。
6. 無線基地局と、前記無線基地局から無線リソースを割当てられる無線端末とを備える無線通信システムであって、
   前記無線基地局は、
   複数のビームを同時に形成可能なアンテナ部と、
   サービスエリア内の無線端末を複数のグループにグループ分けするグループ化部と、
   前記複数のグループのうちの１つを、前記複数のグループのそれぞれに属する前記無線端末の通信の待ち時間を用いて選択するグループ選択部と、
   前記グループ選択部により選択されたグループに属する前記無線端末である選択端末へ無線リソースを割当てる割当部と、
   １回のビーム形成期間のタイミングに、前記アンテナ部により形成されるビームを前記選択端末へ向けるよう前記アンテナ部を制御するビーム制御部と、
   を備え、
   前記グループ選択部は、前記複数のグループのそれぞれに属する前記無線端末の前記通信の待ち時間のうちの最大値を求め、前記最大値が閾値を超える場合に、前記最大値に対応する前記無線端末が属する前記グループを選択し、前記最大値が閾値以下の場合、前記グループごとに、前記グループに属する前記無線端末のうち通信中の前記無線端末の数を算出し、前記グループごとの、算出された通信中の前記無線端末の数を用いて前記グループを選択することを特徴とする無線通信システム。
7. 複数のビームを同時に形成可能なアンテナ部を備える無線基地局における無線リソース割当て方法であって、
   サービスエリア内の無線端末を複数のグループにグループ分けするグループ化ステップと、
   前記複数のグループのうちの１つを、前記複数のグループのそれぞれに属する前記無線端末の通信の待ち時間を用いて選択する選択ステップと、
   前記選択ステップで選択されたグループに属する前記無線端末である選択端末へ無線リソースを割当てる割当てステップと、
   １回のビーム形成期間のタイミングに、前記アンテナ部により形成されるビームを前記選択端末へ向けるよう前記アンテナ部を制御するビーム形成ステップと、
   を含み、
   前記選択ステップでは、前記複数のグループのそれぞれに属する前記無線端末の前記通信の待ち時間のうちの最大値を求め、前記最大値が閾値を超える場合に、前記最大値に対応する前記無線端末が属する前記グループを選択し、前記最大値が閾値以下の場合、前記グループごとに、前記グループに属する前記無線端末のうち通信中の前記無線端末の数を算出し、前記グループごとの、算出された通信中の前記無線端末の数を用いて前記グループを選択することを特徴とする無線リソース割当て方法。

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