WO2009101838A1 - マルチキャリア通信基地局装置及びサブキャリア割り当て方法 - Google Patents

マルチキャリア通信基地局装置及びサブキャリア割り当て方法 Download PDF

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Yusuke Inaida
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    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/56—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on priority criteria

Definitions

  • the present invention relates to a multicarrier communication base station apparatus that multiplexes communications with a plurality of mobile stations using multicarriers and a subcarrier allocation method thereof.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • the OFDM scheme information is transmitted using N subcarriers having different frequencies.
  • the radio quality of each subcarrier is different, so that the subcarriers with good radio quality are different for each mobile station. Therefore, it is necessary to assign to each mobile station a subcarrier that is determined to have the best radio quality.
  • the subcarrier with better radio quality can communicate at a higher transmission rate, if a subcarrier with better radio quality is assigned to each mobile station, efficient communication as a whole system is possible. It can be performed.
  • the subcarrier allocation method described in Patent Document 1 will be described using a specific example.
  • the number of mobile stations is 3 and the number of subcarriers is 5.
  • the transmission rate is calculated based on the modulation scheme and the coding rate according to the table shown in FIG.
  • FIG. 12 is a table showing the transmission rate for each subcarrier, the dispersion value of the transmission rate, and the transmission rate requested by the mobile station for each of the three mobile stations.
  • subcarrier allocation is performed to the mobile station 1 having the next highest dispersion value after the mobile station 3.
  • the remaining subcarriers 1, 2, and 5 Assigned.
  • the mobile station 1 assigns subcarriers 1, 2, and 5
  • the required transmission rate 3 of the mobile station 1 is satisfied.
  • End carrier allocation As a result, since all subcarriers 1 to 5 have been allocated, the allocation ends.
  • FIG. 13 is a table showing assignment results.
  • the first problem in the above-described prior art is how the transmission rate varies because the mobile station to which the subcarrier is allocated is selected from only the dispersion value of the transmission rate of the subcarrier in each mobile station. This is not considered, and efficient subcarrier allocation may not be performed.
  • the mobile station 3 has a large dispersion value because the average transmission rate of each subcarrier is high while the transmission rate of subcarrier 1 is low.
  • the dispersion value is large.
  • a mobile station with a low average transmission rate and a large dispersion value can perform efficient communication as a whole system by assigning a subcarrier with a high transmission rate.
  • the allocation starts from the mobile station 3 having a dispersion value larger than that of the mobile station 1, and the subcarriers 3 and 4 of the mobile station 3 are allocated. For this reason, the mobile station 1 cannot be assigned to the subcarrier 4 having a high transmission rate.
  • allocation is performed for subcarriers having a low transmission rate of 1.5 or less except for the subcarriers 3 and 4, and the throughput of the entire system is lowered.
  • the second problem is that the mobile station with a small dispersion value of the transmission rate of the subcarriers has a low priority, and the subcarriers may not be allocated, so that the fairness cannot be maintained.
  • all the subcarriers may be assigned by the time a mobile station with a low dispersion value is to be assigned, and there may be no subcarrier to be assigned. Such a problem occurs.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and it is possible to realize subcarrier allocation for improving throughput as a whole system and to impart more fairness to subcarrier allocation of a mobile station.
  • An object of the present invention is to provide a multicarrier communication base station apparatus and a subcarrier allocation method.
  • the multicarrier communication base station apparatus is a frequency division multiple access system multicarrier communication base station apparatus that multiplexes a plurality of mobile stations on a frequency time axis using a plurality of subcarriers.
  • a transmission rate information management unit that manages transmission rate information of each subcarrier of each mobile station, and a subcarrier allocation unit that performs subcarrier allocation based on the transmission rate information.
  • Selection means for selecting a subcarrier to be allocated based on the transmission rate information in the mobile station, and a reference value of the transmission rate for the subcarrier to be allocated is calculated based on the transmission rate information in each mobile station, and the reference
  • An evaluation value calculating means for calculating an evaluation value obtained by evaluating a difference between the value and the transmission rate of a subcarrier that is not allocated; And it has a priority determining means for determining the priority of the mobile station to be assigned based on the evaluation value calculated by the serial evaluation value calculating unit to each subcarrier.
  • a subcarrier allocation method is a subcarrier allocation method in a frequency division multiple access scheme in which a plurality of mobile stations are multiplexed on a frequency time axis using a plurality of subcarriers,
  • the mobile station selects a subcarrier to be allocated based on the transmission rate information, calculates a reference value of the transmission rate for the subcarrier to be allocated based on the transmission rate information in each mobile station, and Then, a value obtained by evaluating a difference between transmission rates of unassigned subcarriers is calculated, and the priority of the mobile station assigned to each subcarrier is determined based on the evaluation value.
  • a multicarrier communication base station apparatus and subcarrier allocation capable of realizing subcarrier allocation that improves throughput as a whole system and imparting fairness to subcarrier allocation of a mobile station.
  • a method can be provided.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system includes a plurality of mobile stations 2 and a multicarrier communication base station apparatus 1 that transmits and receives data to and from the plurality of mobile stations by radio.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the multicarrier communication base station apparatus according to the present embodiment.
  • the multicarrier communication base station apparatus 1 includes a subcarrier allocation unit 11, a radio frame generation unit 12, a radio unit 13, an antenna 14, and a transmission rate information management unit 15.
  • the subcarrier allocation unit 11 receives transmission data and QoS information that is quality information of the transmission data, and is a transmission rate that can be transmitted on each subcarrier of each mobile station output from the transmission rate information management unit 15 Information is entered.
  • the transmission data input to the subcarrier allocation unit 11 may be data subjected to packet scheduling in advance.
  • the subcarrier allocation unit 11 determines and outputs data to be allocated to subcarriers based on transmission data, QoS information, and transmission rate information.
  • Radio frame generation unit 12 Data to be allocated to each subcarrier output from the subcarrier allocation unit 11 is input to the radio frame generation unit 12. Then, the radio frame generation unit 12 generates a radio frame and outputs it to the radio unit 13. At this time, if the size of the input data is less than the size of the radio frame, padding is performed to generate a radio frame.
  • the radio unit 13 performs modulation processing on the radio frame input from the radio frame generation unit 12 and outputs the result to the antenna 14.
  • a modulated radio frame is input to the antenna 14.
  • the antenna 14 transmits a modulated radio frame to the mobile station 2.
  • the multicarrier communication base station apparatus 1 receives the radio frame transmitted from each mobile station 2 by the antenna 14 and performs a demodulation process in the radio unit 13.
  • the radio unit 13 acquires information indicating the reception state from the radio frame or transmission rate information notified from the mobile station, and outputs the information to the transmission rate information management unit 15.
  • the transmission rate notified as information from the mobile station 2 it is not necessary to notify the multicarrier communication base station apparatus 1 from the mobile station 2 for all the subcarriers, and the subcarrier having a high transmission rate. May be notified only.
  • the transmission rate information management unit 15 manages the transmission rate for each subcarrier of each mobile station based on each information input from the radio unit 13. For example, in the case of frequency division duplex (FDD), separate frequency bands are used for the uplink and downlink, that is, the communication path is different for transmission and reception. Transmission rate information notified as information via an uplink may be used. In the case of time division duplex (TDD), the uplink and downlink use the same frequency band, that is, the communication path is the same for transmission and reception, so the downlink transmission rate is the same as that of the uplink. You may calculate from the receiving state obtained from a radio signal. Here, the transmission rate may be calculated from the modulation scheme and coding rate to be applied. Further, the transmission rate of subcarriers with extremely low radio quality may be calculated as 0, or may be set so as not to be allocated by treating them as subcarriers that have been allocated.
  • FDD frequency division duplex
  • TDD time division duplex
  • the uplink and downlink use the same frequency band, that is, the
  • FIGS. 4 to 10 will be described with reference to the specific examples shown in FIGS. 4 to 10 using the flowcharts of FIGS. 3A and 3B.
  • step S1 the transmission rate information of each subcarrier in each mobile station and the requested transmission rate are acquired from the data and QoS information.
  • FIG. 4 shows the transmission rate information and the required transmission rate of each subcarrier of each mobile station in a specific example.
  • the number of mobile stations is 3 and the number of subcarriers is 5.
  • it is assumed that one symbol per subcarrier is an assignment target.
  • step S2 the mobile station index is set to i, and the threshold Rth, i of the transmission rate in each mobile station is set for all mobile stations.
  • a threshold setting method for example, there is a method of calculating the maximum transmission rate or average transmission rate that can be transmitted from the transmission rate information of each subcarrier of each mobile station and setting it as the threshold.
  • step S3 subcarriers whose transmission rate is less than the threshold value Rth, i are excluded from data allocation at each mobile station.
  • Rth the threshold value
  • i the subcarriers whose transmission rate is less than the threshold value Rth, i are excluded from data allocation at each mobile station.
  • FIG. 5 shows an example in which the maximum transmission rate that can be transmitted is used as the threshold value.
  • the subcarriers shown in FIG. 5 the subcarriers surrounded by a thick frame are to be allocated, and the other subcarriers are not to be allocated.
  • step S4 a value Rv obtained by evaluating the difference between the reference value and the transmission rate of the subcarriers not to be assigned with the average value of the transmission rates of the subcarriers to be assigned as the reference value in each mobile station.
  • I is calculated.
  • Rv, i in the mobile station i is Rave, i, the average transmission rate of the subcarriers to be allocated
  • n is the number of subcarriers that are not allocated
  • the index of the subcarriers that are not allocated It may be calculated based on the following equation, where p, the transmission rate of the subcarriers not to be assigned is Ro, p, and the parameter predetermined by the subcarrier assigning unit is Rv0.
  • the priority of the mobile station in this allocation can be determined by evaluating the difference in transmission rate between the subcarriers that are the allocation target and the subcarriers that are not the allocation target. I can grasp it.
  • the subcarriers of the mobile station that satisfy the required transmission rate and the subcarriers that do not have the allocated radio resources are not included in the subcarriers that are not to be allocated because the allocation has been completed.
  • the maximum value that can be set as the value of Rv0 may be used, or may be used as 0.
  • FIG. 6 shows the calculation results of the evaluation values Rv, i.
  • step S5 the number k of mobile stations to be allocated to one subcarrier is initialized to 1. Then, in step S6, a search is made for subcarriers having k mobile stations to be assigned by each subcarrier.
  • step S7 it is determined whether or not the mobile station to be allocated has k subcarriers. If there are no k subcarriers to be allocated, the process proceeds to step S8, the value of k is incremented by 1, and the process returns to step S7.
  • step S9 the subcarrier to which the mobile station having the largest Rv is assigned is selected. If there are a plurality of subcarriers to which mobile stations having the same Rv are to be allocated, only one subcarrier is selected, for example, by selecting a subcarrier having a small subcarrier index.
  • subcarrier 1 is selected.
  • step S10 allocation to the subcarrier selected in S9 is started.
  • a radio resource is allocated to a mobile station having the largest evaluation value Rv among the mobile stations that are to be allocated by the selected subcarrier, and a mobile station that has allocated to the selected subcarrier is not to be allocated. To do.
  • the value of the requested transmission rate is subtracted by the transmission rate allocated here.
  • a radio resource represents a set of assigned subcarriers and symbols.
  • FIG. 7 shows the result of assigning subcarrier 1 to mobile station 2 and ending assignment of all mobile stations for subcarrier 1.
  • step S11 it is determined whether or not the transmission rate requested by the mobile station is satisfied by subcarrier allocation.
  • the process proceeds to step S12, and the allocation of all subcarriers of the mobile station satisfying the requested transmission rate is terminated.
  • the allocation of all subcarriers for the mobile station 2 is completed. The result of completing the assignment of all subcarriers for the mobile station 2 is shown in FIG.
  • step S13 it is determined whether the selected subcarrier has surplus radio resources and there is data to be allocated.
  • step S14 the allocation of the selected subcarrier is terminated, and all mobile stations are removed from the allocation target in the selected subcarrier. In the example of FIG. 8, all mobile stations are excluded from allocation targets in subcarrier 1.
  • step S15 it is determined whether there is a subcarrier to be allocated and there is data to be allocated.
  • the process returns to step S4.
  • the mobile station 3 is assigned to the subcarrier 3 and the mobile station 1 is assigned to the subcarrier 4 by repetitive assignment, resulting in FIG. 9, and the process proceeds to step S16.
  • step S16 it is determined whether there is a subcarrier that has not been allocated and there is data to be allocated. In the example of FIG. 9, since there is still data to be allocated to the mobile station 3, the process proceeds to step S17.
  • step S17 the transmission rate threshold Rth, i in each mobile station is reset, and the process returns to step S3.
  • a threshold setting method for example, the maximum transmission rate or average transmission rate that can be transmitted from the transmission rate information of each subcarrier of each mobile station may be calculated and set as the threshold.
  • the mobile station 3 is assigned to the subcarrier 2 and the mobile station 3 is assigned to the subcarrier 5 in the example of FIG. Meet the rate and finish the allocation.
  • FIG. 10 shows the final allocation result.
  • the required transmission rate represents the transmission rate requested from the mobile station before the subtraction.
  • the transmission rate is calculated and assigned using the subcarrier as the minimum unit, but each operation may be performed using the subchannel obtained by grouping a plurality of subcarriers as the minimum unit.
  • a plurality of transmission rates such as a minimum transmission rate and a maximum transmission rate may be provided. In this case, for example, first, the minimum transmission rate is assigned as the requested transmission rate, and after the assignment, the maximum transmission rate is assigned as the requested transmission rate if there are remaining radio resources. In this way, a plurality of required transmission rates may be set and assigned repeatedly.
  • allocation is performed by limiting the number of subcarriers to be allocated by assigning only the subcarriers having a high transmission rate to each mobile station, and then assigning the subcarriers to be allocated again. Set and assign. By repeating these steps, the fairness of each mobile station can be improved. Further, a high priority is given to subcarrier allocation to a mobile station having a high value Rv obtained by evaluating a difference from a transmission rate of a subcarrier excluded from allocation based on a transmission rate of a subcarrier to be allocated. As a result, each mobile station can be assigned with a subcarrier having a higher transmission rate, and the throughput of the entire system can be improved.
  • the first effect is that each mobile station can be allocated with a subcarrier having a high transmission rate, and efficient communication can be realized as a whole system.
  • the reason is to assign as follows. First, based on the transmission rate information, each mobile station sets a reference value for the transmission rate of the subcarrier to be allocated. Then, a value obtained by evaluating the difference between the reference value and the transmission rate of the subcarriers not to be allocated is calculated. Thereafter, by determining the priority of the mobile station to be allocated based on the evaluated value, the allocation can be performed in consideration of the subcarrier variation from the reference value, and an efficient allocation can be realized.
  • 2nd effect can improve the fairness of a mobile station with respect to subcarrier allocation.
  • the reason for this is to repeatedly limit and assign subcarriers to be assigned. Thereby, it is possible to prevent a large number of subcarriers from being assigned to a mobile station having a high priority at a time, and to improve the fairness of subcarrier assignment to each mobile station.
  • the present invention is applied to a multicarrier communication base station apparatus that multiplexes communication with a plurality of mobile stations using multicarriers and a subcarrier allocation method thereof.

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Abstract

　システム全体としてスループットを向上させるサブキャリア割り当てを実現し、かつ移動局のサブキャリア割り当てに対してより公平性を持たせることが可能なマルチキャリア通信基地局装置及びサブキャリア割り当て方法を提供する。 　本発明にかかるマルチキャリア通信基地局装置（１）は、各移動局（２）において伝送レート情報に基づいて割り当て対象とするサブキャリアを選択する選択手段と、各移動局（２）において伝送レート情報に基づいて、割り当て対象のサブキャリアに関する伝送レートの基準値を算出し、当該基準値と、割り当て外のサブキャリアの伝送レートの差分を評価した評価値を算出する評価値算出手段と、前記評価値算出手段により算出された評価値に基づいて各サブキャリアに割り当てる移動局の優先度を決定する優先度決定手段を有する。

Description

マルチキャリア通信基地局装置及びサブキャリア割り当て方法
　本発明は、マルチキャリアを用いて複数の移動局との通信を多重化するマルチキャリア通信基地局装置及びそのサブキャリア割り当て方法に関する。
　近年、マルチキャリア変調方式の一つである直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ)方式において、各サブキャリア、または複数のサブキャリアをグルーピングした各サブチャネルにユーザーを割り当てることにより多元接続を実現する直交周波数分割多元接続(Orthogonal Frequency Division Multiple Access：ＯＦＤＭＡ)方式が注目されている。このＯＦＤＭＡ方式は、例えば米国電気電子学会の標準規格であるIEEE802.16eにて検討されている。
　ＯＦＤＭ方式では周波数の異なるＮ個のサブキャリアを用いて情報を送信する。このとき、送信信号が様々な経路を通り受信されるマルチパスフェージング環境では、各サブキャリアの無線品質は異なるため、各移動局にとって、無線品質の良いサブキャリアが異なる。したがって、各移動局に対して、できるだけ無線品質の良いと判断されるサブキャリアを割り当てる必要がある。ここで、無線品質の良いサブキャリアであるほど、高い伝送レートで通信を行うことができるから、各移動局に対してできるだけ無線品質の良いサブキャリアをアサインすれば、システム全体として効率の良い通信を行うことができる。
　従来方式として、各移動局に対してサブキャリアの伝送レートの分散値を計算し、要求伝送レートを満たすまで分散値の一番大きい移動局に対してサブキャリアを割り当てる方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載されたサブキャリア割り当て法について、具体例を用いて説明する。本例では、移動局数を３、サブキャリア数を５とする。また、本例では、図１１に示す表に従って、伝送レートを変調方式、符号化率に基づき算出する。
　まず、移動局のそれぞれについて、図１１に示される表に従って、各サブキャリアの伝送レートと、その分散値を算出する。図１２は、３つの移動局のそれぞれについて、サブキャリア毎の伝送レート、伝送レートの分散値、移動局より要求された伝送レートを示した表である。
　最初に、３つの移動局のうち、分散値が大きい移動局３からサブキャリア割り当てが開始される。そして、移動局３のサブキャリアの中で、伝送レートの高いサブキャリア３、４が優先的に割り当てられる。サブキャリア３、４を割り当てると、合計伝送レートは、３＋３＝６となり、移動局３の要求伝送レートである６を満たすため、移動局３のサブキャリア割り当てを終了する。
　さらに、移動局３の次に分散値の高い移動局１にサブキャリア割り当てが行われる。そして、移動局１のサブキャリアの中のうち、サブキャリア３、４については移動局３に対して既に割り当てられているため、残りのサブキャリア１、２、５において伝送レートの高いサブキャリアから割り当てられる。本例では、移動局１はサブキャリア１、２、５を割り当てると、合計伝送レートは、１＋１＋１．５＝３．５となり、移動局１の要求伝送レート３を満たすため、移動局１のサブキャリア割り当てを終了する。これにより全てのサブキャリア１～５が割り当てられたため、割り当てを終了する。図１３は、割り当て結果を示す表である。
特開２００５－１０２２２５号公報
　上述の従来技術における第１の問題点は、各移動局でのサブキャリアの伝送レートの分散値のみからサブキャリアを割り当てる移動局を選択しているため、伝送レートがどのようにばらついているかが考慮されておらず、効率的なサブキャリア割り当てが行われない場合があるというものである。
　その理由について図を用いて説明する。
　図１２において、移動局３は、各サブキャリアの平均伝送レートが高い一方でサブキャリア１の伝送レートが低いため、分散値が大きくなっている。他方、移動局１は平均伝送レートが低い一方でサブキャリア４の伝送レートが高いため、分散値が大きくなっている。
　例えば、移動局１のサブキャリア４のように、平均伝送レートが低く、分散値が大きい移動局において伝送レートの大きいサブキャリアを割り当てたほうがシステム全体として効率のよい通信を行うことができる。しかし、従来方式では多くのサブキャリアでの伝送レートが高いにも関わらず分散値が移動局１よりも大きい移動局３から割り当てが開始され、移動局３のサブキャリア３、４が割り当てられる。このため、移動局１では伝送レートが高いサブキャリア４に割り当てられることができなくなる。これにより移動局１においてサブキャリア３、４以外の伝送レートが１．５以下の伝送レートが低いサブキャリアを対象に割り当てが行われることになり、システム全体としてスループットが低くなってしまう。
　第２の問題点は、サブキャリアの伝送レートの分散値が小さい移動局の優先度が低くなりサブキャリアを割り当てられなくなる可能性が生じて公平性が保てないという問題である。
　分散値が大きい移動局から伝送レートの高いサブキャリアを割り当てるため、分散値が低い移動局が割り当て対象となるまでにサブキャリアがすべて割り当てられてしまい割り当てるサブキャリアがなくなってしまう場合があるため、このような問題が発生する。
　本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、システム全体としてスループットを向上させるサブキャリア割り当てを実現し、かつ移動局のサブキャリア割り当てに対してより公平性を持たせることが可能なマルチキャリア通信基地局装置及びサブキャリア割り当て方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様にかかるマルチキャリア通信基地局装置は、複数のサブキャリアを用いて複数の移動局を周波数時軸上で多重化する周波数分割多元接続方式のマルチキャリア通信基地局装置であって、各移動局の各サブキャリアの伝送レート情報を管理する伝送レート情報管理部と、伝送レート情報に基づいてサブキャリア割り当てを行うサブキャリア割り当て部を備え、前記サブキャリア割り当て部は、各移動局において伝送レート情報に基づいて割り当て対象とするサブキャリアを選択する選択手段と、各移動局において伝送レート情報に基づいて、割り当て対象のサブキャリアに関する伝送レートの基準値を算出し、当該基準値と、割り当て外のサブキャリアの伝送レートの差分を評価した評価値を算出する評価値算出手段と、前記評価値算出手段により算出された評価値に基づいて各サブキャリアに割り当てる移動局の優先度を決定する優先度決定手段を有するものである。
　本発明の第２の態様にかかるサブキャリア割り当て方法は、複数のサブキャリアを用いて複数の移動局を周波数時軸上で多重化する周波数分割多元接続方式におけるサブキャリア割り当て方法であって、各移動局において伝送レート情報に基づいて割り当て対象とするサブキャリアを選択し、各移動局において伝送レート情報に基づいて、割り当て対象のサブキャリアに関する伝送レートの基準値を算出して、当該基準値と、割り当て外のサブキャリアの伝送レートの差分を評価した値を算出し、評価値により各サブキャリアに割り当てる移動局の優先度を決定するものである。
　本発明によれば、システム全体としてスループットを向上させるサブキャリア割り当てを実現し、かつ移動局のサブキャリア割り当てに対してより公平性を持たせることが可能なマルチキャリア通信基地局装置及びサブキャリア割り当て方法を提供することができる。
本発明の一実施例である無線通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明のマルチキャリア通信基地局装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るサブキャリア割り当て部１１の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るサブキャリア割り当て部１１の処理手順を示すフローチャートである。 本発明のサブキャリア割り当てを説明するための具体例を示したテーブルの図である。 本発明のサブキャリア割り当てを説明するための具体例を示したテーブルの図である。 本発明のサブキャリア割り当てを説明するための具体例を示したテーブルの図である。 本発明のサブキャリア割り当てを説明するための具体例を示したテーブルの図である。 本発明のサブキャリア割り当てを説明するための具体例を示したテーブルの図である。 本発明のサブキャリア割り当てを説明するための具体例を示したテーブルの図である。 本発明のサブキャリア割り当てを説明するための具体例での割り当て結果を示したテーブルの図である。 変調方式、符号化率より伝送レートを求めたテーブルの例を示した図である。 従来方式のサブキャリア割り当てを説明するための具体例を示したテーブルの図である。 従来方式のサブキャリア割り当てを説明するための具体例での割り当て結果を示したテーブルの図である。
符号の説明
　１　マルチキャリア通信基地局装置
　２　移動局
　１１　サブキャリア割り当て部
　１２　無線フレーム生成部
　１３　無線部
　１４　アンテナ
　１５　伝送レート情報管理部
　図１は本発明の実施の形態にかかる無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１に示されるように、当該無線通信システムは、複数の移動局２と、当該複数の移動局と無線によりデータの送受信を行うマルチキャリア通信基地局装置１を備えている。
　図２は本実施の形態にかかるマルチキャリア通信基地局装置の構成を示すブロック図である。当該マルチキャリア通信基地局装置１は、サブキャリア割り当て部１１、無線フレーム生成部１２、無線部１３、アンテナ１４及び伝送レート情報管理部１５を備えている。
　サブキャリア割り当て部１１には、送信データとその送信データの品質情報であるＱｏＳ情報が入力され、かつ、伝送レート情報管理部１５より出力された各移動局の各サブキャリアにおいて送信可能な伝送レート情報が入力される。ここで、サブキャリア割り当て部１１に入力される送信データは、あらかじめパケットスケジューリングを行ったデータであってもよい。当該サブキャリア割り当て部１１は、送信データ、ＱｏＳ情報、伝送レート情報に基づいて、サブキャリアに割り当てるデータを決定し、出力する。
　無線フレーム生成部１２には、サブキャリア割り当て部１１から出力された、各サブキャリアに割り当てるデータが入力される。そして、無線フレーム生成部１２は、無線フレームを生成して無線部１３に出力する。このとき、入力したデータのサイズが無線フレームのサイズに満たない場合はパディングを行って無線フレームを生成する。
　無線部１３は、無線フレーム生成部１２から入力した無線フレームの変調処理を行い、アンテナ１４に出力する。アンテナ１４には、変調された無線フレームが入力される。そして、アンテナ１４は、移動局２に対して変調された無線フレームを送信する。
　マルチキャリア通信基地局装置１は、各移動局２から送信された無線フレームをアンテナ１４によって受信し、無線部１３において復調処理を実行する。復調処理過程において、無線部１３は、無線フレームから受信状態を表す情報または移動局より通知された伝送レート情報を取得し、伝送レート情報管理部１５に出力する。
　ここで、移動局２から情報として通知される伝送レートを用いる場合には、すべてのサブキャリアについて移動局２からマルチキャリア通信基地局装置１に通知される必要はなく、伝送レートの高いサブキャリアのみが通知されるようにしてもよい。
　伝送レート情報管理部１５は、無線部１３から入力した各情報に基づいて、各移動局のサブキャリアごとに伝送レートを管理する。例えば、周波数分割複信（ＦＤＤ:Frequency Division Duplex）の場合には、上り回線と下り回線でそれぞれ別々の周波数帯域を使用、即ち送受信で通信路が異なるため、下り回線の伝送レートは移動局より上り回線を介して情報として通知される伝送レート情報を用いてもよい。また時分割複信(ＴＤＤ:Time Division Duplex)の場合には、上り回線と下り回線は同一の周波数帯域を使用、即ち送受信で通信路が同じであるため、下り回線の伝送レートは上り回線の無線信号から得られる受信状態より算出してもよい。ここで伝送レートは、適用する変調方式、符号化率から算出してもよい。また無線品質が著しく低いサブキャリアの伝送レートを０として算出してもよく、また割り当てを終了したサブキャリアとして扱うことで割り当てを行わないように設定してもよい。
　次に図２のサブキャリア割り当て部１１の処理について、図３Ａ及び図３Ｂのフローチャートを用いて、図４～図１０に示す具体例を参照しながら説明する。
　まず、ステップＳ１において、データやＱｏＳ情報から、各移動局における各サブキャリアの伝送レート情報、要求された伝送レートを取得する。ここで、図４に具体例における各移動局の各サブキャリアの伝送レート情報、要求伝送レートを示す。本例では、移動局数が３、サブキャリア数が５である。この例では説明を分かりやすくするために、１サブキャリアあたり１シンボルが割り当て対象であるとしている。
　次に、ステップＳ２において、移動局のインデックスをiとし、各移動局における伝送レートの閾値Ｒｔｈ，ｉをすべての移動局に対して設定する。ここで、閾値の設定方法としては、例えば各移動局の各サブキャリアの伝送レート情報から伝送可能な最大の伝送レートや平均伝送レートなどを算出し閾値として設定する方法がある。
　ステップＳ３では、各移動局にて伝送レートが閾値Ｒｔｈ，ｉ未満のサブキャリアをデータ割り当ての対象外とする。このように、各移動局での割り当て対象となるサブキャリアを制限することによって、ある移動局のみにサブキャリア割り当てを優先しすぎるのを防ぐことができる。ここで、図５に伝送可能な最大の伝送レートを閾値として用いる場合の例を示した。図５に示すサブキャリアのうち、太枠で囲んだサブキャリアが割り当て対象であり、それ以外のサブキャリアは割り当ての対象外とされる。
　ステップＳ４では、各移動局にて割り当て対象とされたサブキャリアの伝送レートの平均値を基準値として、その基準値と割り当て対象外とされたサブキャリアの伝送レートとの差分を評価した値Ｒｖ，ｉを算出する。例えば、移動局ｉにおけるＲｖ，ｉは、割り当て対象とされたサブキャリアの平均伝送レートをＲａｖｅ，ｉ、割り当て対象外とされたサブキャリア数をｎ、割り当て対象外とされたサブキャリアのインデックスをｐ、割り当て対象外とされたサブキャリアの伝送レートをＲｏ，ｐ、サブキャリア割り当て部にてあらかじめ決定したパラメータをＲｖ０としたときに、次式に基づいて算出するようにしてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このような式を用いることにより、今回割り当て対象となっているサブキャリアと割り当て対象外になっているサブキャリアでの伝送レートの違いを評価することで、今回の割り当てにおける移動局の優先度を把握することができる。ここで、要求伝送レートを満たした移動局のサブキャリア、割り当てを行った無線リソースが余っていないサブキャリアは割り当てを終了しているため割り当て対象外のサブキャリアに含まないこととする。またＲｖ０の値として設定可能な最大の値を用いてもよく、０として用いてもよい。図６に評価値Ｒｖ，ｉの算出結果を示す。
　ステップＳ５にて一つのサブキャリアに割り当て対象となっている移動局数ｋを１に初期化する。そして、ステップＳ６にて各サブキャリアで割り当て対象となっている移動局がｋ個となっているサブキャリアを探索する。
　次に、ステップＳ７において、割り当て対象となっている移動局がk個のサブキャリアがあるかどうか判断する。割り当て対象となっている移動局がｋ個あるサブキャリアが存在しない場合はステップＳ８に進み、ｋの値を１増加させ、ステップＳ７に戻る。
　さらに、ステップＳ９において、Ｒｖが一番大きい移動局を割り当て対象としているサブキャリアを選択する。もし、同じＲｖを持つ移動局を割り当て対象としているサブキャリアが複数存在した場合は、あらかじめ決めたサブキャリアのインデックスの小さいサブキャリアを選択する等してサブキャリアを一つのみ選択する。ここで、図６の例では、まず、サブキャリア１が選択される。
　ステップＳ１０にてＳ９で選択したサブキャリアに対する割り当てを開始する。選択したサブキャリアにて割り当て対象となっている移動局の中で評価値Ｒｖが一番大きい移動局に無線リソースを割り当て、選択したサブキャリアに対して割り当てを行った移動局を割り当て対象外とする。ここで割り当てた伝送レート分だけ要求伝送レートの値を減算する。
　また、割り当てを行うことにより、割り当てを行ったサブキャリアの無線リソースがなくなったら割り当てたサブキャリアに対して全ての移動局の割り当てを終了する。無線リソースとは、割り当てられるサブキャリアとシンボルのセットを表している。時間方向に多数のシンボルを用いてサブキャリア割り当てを行う場合には一つのサブキャリアに複数のシンボルがあるため、複数の移動局に一つのサブキャリアを割り当てることが可能である。
　図６の例では１サブキャリアあたり１シンボルのみを割り当て対象としているため、移動局２に割り当てを行った後、サブキャリア１について全ての移動局の割り当てを終了する。図７にサブキャリア１に移動局２に割り当てを行いサブキャリア１について全ての移動局の割り当てを終了した結果を示す。
　次に、ステップＳ１１において、サブキャリアの割り当てにより移動局が要求している伝送レートを満たしたかどうかを判定する。移動局が要求している伝送レートを満たした場合には、ステップＳ１２に進み、要求している伝送レートを満たした移動局の全てのサブキャリアの割り当てを終了する。図７の例では移動局２は要求伝送レートを満足するため、移動局２について全てのサブキャリアの割り当てを終了する。移動局２について全てのサブキャリアの割り当てを終了した結果を図８に示した。
　ステップＳ１３において、選択したサブキャリアに無線リソースが余っておりかつ割り当てるべきデータがあるかどうかを判定する。
　ステップＳ１４において、選択したサブキャリアの割り当てを終了し、選択したサブキャリアにおいて全ての移動局を割り当て対象から外す。図８の例ではサブキャリア１において全ての移動局を割り当て対象から外す。
　ステップＳ１５にて割り当て対象となっているサブキャリアが存在しかつ割り当てるべきデータがあるかどうかを判断する。図８の例ではサブキャリア３、４が割り当て対象となっているためステップＳ４へ戻る。図８の例では繰り返し割り当てにてサブキャリア３に移動局３、サブキャリア４に移動局１が割り当てられ図９の結果となり、ステップＳ１６へ進む。
　ステップＳ１６にて割り当てが終了していないサブキャリアが存在し、かつ割り当てるべきデータがあるかどうかを判定し、なければ終了する。図９の例ではまだ移動局３に割り当てるべきデータが存在するためステップＳ１７へ進む。
　ステップＳ１７にて各移動局での伝送レートの閾値Ｒｔｈ，ｉの再設定を行い、ステップＳ３へ戻る。ここで、閾値の設定方法として例えば各移動局の各サブキャリアの伝送レート情報から伝送可能な最大の伝送レートや平均伝送レートなどを算出し閾値として設定してもよい。ステップＳ１７にて閾値の再設定し割り当てを繰り返し行うことにより、図９の例ではサブキャリア２に移動局３、サブキャリア５に移動局３を割り当てられ移動局１、２、３とも要求した伝送レートを満たし割り当てを終了する。図１０に、最終的な割り当て結果を示す。なお、図１０において要求伝送レートは減算を行う前の移動局から要求された伝送レートを表している。
　なお、上記説明においてサブキャリアを最小単位として伝送レート算出、割り当てを行ったが、複数のサブキャリアをグルーピングしたサブチャネルを最小単位として各操作を行ってもよい。また、各移動局にて伝送レートを要求された伝送レートのみを考慮していたが、最小伝送レートと最大伝送レート等複数の伝送レートを設けてもよい。この場合、例えば、まず最小伝送レートを要求された伝送レートとして割り当て、その割り当ての後、無線リソースが余っているなら最大伝送レートを要求された伝送レートとして割り当てる。このように、複数の要求伝送レートを設定し繰り返し割り当てを行ってもよい。
　以上説明したように本発明により、各移動局にて伝送レートの高いサブキャリアのみを割り当て対象とすることで割り当て対象のサブキャリア数を制限し割り当てを行い、その後割り当て対象となるサブキャリアを再度設定し割り当てる。これらを繰り返すことによって、各移動局の公平性を高めることができる。また割り当て対象となっているサブキャリアの伝送レートを基準に割り当て対象外としたサブキャリアの伝送レートとの差分を評価した値Ｒｖが高い移動局にサブキャリア割り当てに高い優先度を与える。これにより、各移動局でより伝送レートの高いサブキャリアでの割り当てが可能となりシステム全体としてスループットを向上させることができる。
　第１の効果は、各移動局にて伝送レートの高いサブキャリアでの割り当てが可能となりシステム全体として効率的な通信を実現することができる。その理由は、以下のように割り当てるためである。まず、伝送レート情報を基に各移動局にて割り当て対象のサブキャリアの伝送レートの基準値を設定する。そして、その基準値と割り当て対象外のサブキャリアの伝送レートの差分を評価した値を算出する。その後、その評価した値により割り当てる移動局の優先度を決定することで基準値からのサブキャリアのばらつきを考慮した割り当てができ、効率的な割り当てが実現できる。
　第２の効果は、サブキャリア割り当てに対して移動局の公平性を高めることができる。その理由は、割り当て対象となるサブキャリアを制限し割り当てるということを繰り返すためである。これにより、優先度の高い移動局に対して多数のサブキャリアを一度に割り当てることを防ぐことができ各移動局に対するサブキャリア割り当ての公平性を高めることができる。
　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２００８年２月１２日に出願された日本出願特願２００８－３０８２４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明は、マルチキャリアを用いて複数の移動局との通信を多重化するマルチキャリア通信基地局装置及びそのサブキャリア割り当て方法に適用される。

Claims (16)

  1. 　複数のサブキャリアを用いて複数の移動局を周波数時軸上で多重化する周波数分割多元接続方式のマルチキャリア通信基地局装置であって、
    　各移動局の各サブキャリアの伝送レート情報を管理する伝送レート情報管理部と、
    　伝送レート情報に基づいてサブキャリア割り当てを行うサブキャリア割り当て部を備え、
    　前記サブキャリア割り当て部は、
    　各移動局において伝送レート情報に基づいて割り当て対象とするサブキャリアを選択する選択手段と、
    　各移動局において伝送レート情報に基づいて、割り当て対象のサブキャリアに関する伝送レートの基準値を算出し、当該基準値と、割り当て外のサブキャリアの伝送レートの差分を評価した評価値を算出する評価値算出手段と、
    　前記評価値算出手段により算出された評価値に基づいて各サブキャリアに割り当てる移動局の優先度を決定する優先度決定手段を有するマルチキャリア通信基地局装置。
  2. 　前記選択手段は、伝送レート情報より閾値を算出し、閾値以上のサブキャリアを割り当て対象とすることを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信基地局装置。
  3. 　前記閾値は、各移動局のサブキャリアにおいて送信可能な最大伝送レートとすることを特徴とする請求項２記載のマルチキャリア通信基地局装置。
  4. 　前記閾値は、各移動局のサブキャリアの伝送レートの平均値とすることを特徴とする請求項２記載のマルチキャリア通信基地局装置。
  5. 　前記伝送レートの基準値は、割り当て対象となっている各移動局のサブキャリアの平均伝送レートとすることを特徴とする請求項１～４いずれかに記載のマルチキャリア通信基地局装置。
  6. 　前記評価値算出手段により算出される評価値は、移動局ｉにおいて割り当て対象としているサブキャリアの平均伝送レートをＲａｖｅ，ｉ、割り当て対象外としたサブキャリア数をｎ、割り当て対象外としたサブキャリアのインデックスをｐ、割り当て対象外のサブキャリアの伝送レートをＲｏ，ｐ、前記サブキャリア割り当て部にてあらかじめ決定したパラメータをＲｖ０としたとき、次式によって算出することを特徴とする請求項１～５いずれかに記載のマルチキャリア通信基地局装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  7. 　前記優先度決定手段は、前記評価値が大きい移動局に高い優先度を与えることを特徴とする請求項６記載のマルチキャリア通信基地局装置。
  8. 　前記選択手段は、割り当て対象とするサブキャリアを選択しサブキャリア割り当てを行った後に再度割り当て対象とするサブキャリアを選択することを特徴とする請求項１～７いずれかに記載のマルチキャリア通信基地局装置。
  9. 　複数のサブキャリアを用いて複数の移動局を周波数時軸上で多重化する周波数分割多元接続方式におけるサブキャリア割り当て方法であって、
    　各移動局において伝送レート情報に基づいて割り当て対象とするサブキャリアを選択し、
    　各移動局において伝送レート情報に基づいて、割り当て対象のサブキャリアに関する伝送レートの基準値を算出して、当該基準値と、割り当て外のサブキャリアの伝送レートの差分を評価した値を算出し、
    　評価値により各サブキャリアに割り当てる移動局の優先度を決定するサブキャリア割り当て方法。
  10. 　前記割り当て対象とするサブキャリアの選択は、伝送レート情報より閾値を算出し、閾値以上のサブキャリアを割り当て対象とすることを特徴とする請求項９記載のサブキャリア割り当て方法。
  11. 　前記閾値は、各移動局のサブキャリアにおいて送信可能な最大伝送レートとすることを特徴とする請求項１０記載のサブキャリア割り当て方法。
  12. 　前記閾値は、各移動局のサブキャリアの伝送レートの平均値とすることを特徴とする請求項１０記載のサブキャリア割り当て方法。
  13. 　前記伝送レートの基準値は、割り当て対象となっている各移動局のサブキャリアの平均伝送レートとすることを特徴とする請求項９～１２いずれかに記載のサブキャリア割り当て方法。
  14. 　前記評価値は、移動局iにおいて割り当て対象としているサブキャリアの平均伝送レートをRave,i、割り当て対象外としたサブキャリア数をn、割り当て対象外としたサブキャリアのインデックスをp、割り当て対象外としたサブキャリアの伝送レートをRo,p、あらかじめ決定したパラメータをRv0とし、次式によって算出することを特徴とする請求項９～１３いずれかに記載のサブキャリア割り当て方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  15. 　前記各サブキャリアに割り当てる移動局の優先度の決定として、伝送レートの基準値とサブキャリアの伝送レートの差分を評価した値が大きい移動局に高い優先度を与えることを特徴とする請求項１４記載のサブチャネル割り当て方法。
  16. 　前記割り当て対象とするサブキャリアの選択は、割り当て対象とするサブキャリアを選択しサブキャリア割り当てを行った後に再度割り当て対象とするサブキャリアを選択することを特徴とする請求項９～１５いずれかに記載のサブチャネル割り当て方法。
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