WO2017221413A1 - 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

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 Download PDF

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WO2017221413A1
WO2017221413A1 PCT/JP2016/068884 JP2016068884W WO2017221413A1 WO 2017221413 A1 WO2017221413 A1 WO 2017221413A1 JP 2016068884 W JP2016068884 W JP 2016068884W WO 2017221413 A1 WO2017221413 A1 WO 2017221413A1
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radio
unit
base station
grouping
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PCT/JP2016/068884
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充弘 橋本
福井　範行
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三菱電機株式会社
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    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/12—Wireless traffic scheduling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/56—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on priority criteria
    • H04W72/563—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on priority criteria of the wireless resources

Definitions

  • the present invention relates to a radio base station that allocates radio resources to radio terminals, a radio communication system, and a radio resource allocation method in the radio base station.
  • a radio base station capable of forming a plurality of beams having directivity and capable of simultaneously transmitting radio signals to a plurality of radio terminals using the plurality of beams is known.
  • a radio communication system including such a radio base station is referred to as a radio communication system using a plurality of beams.
  • a radio base station transmits a radio signal to a plurality of radio terminals in such a manner that a plurality of beams having different directivity directions correspond to the plurality of radio terminals, respectively. Transmission to a plurality of wireless terminals can be performed using the frequency. Therefore, a radio communication system using a plurality of beams can effectively use radio resources.
  • the radio resource is a resource used for transmitting a radio signal, and specifically indicates a frequency and a communication period used for transmitting the radio signal.
  • a problem in a radio communication system using a plurality of beams is how to allocate radio resources to each radio terminal in a state where there are more radio terminals than the number of beams that can be formed simultaneously.
  • Patent Document 1 discloses a radio resource allocation method in a radio communication system using a plurality of beams.
  • a radio base station first groups mobile stations that are radio terminals into groups. Next, the radio base station selects a group that best matches the communication service request condition from a plurality of groups, and determines mobile stations included in this group as transmission destinations for simultaneous downlink transmission.
  • a mobile station that is a transmission destination that performs simultaneous downlink transmission that is, a mobile station that is a radio resource allocation destination, is selected in units of groups.
  • the fact that the angle difference between the azimuths of mobile stations viewed from the radio base station is a predetermined angle or more is used as a condition for mobile stations belonging to the same group. Then, in the radio resource allocation method described in Patent Document 1, for each group, the sum of evaluation function values for mobile stations in which downlink transmission waiting data exists is obtained, and belongs to the group in which the sum of evaluation function values is maximized.
  • the transmission destination is determined to be transmitted simultaneously by the mobile station.
  • the evaluation function value is an index indicating the communication quality, and the value is larger as the communication quality is better.
  • radio resources are preferentially assigned to mobile stations belonging to a group having a large sum of evaluation function values. For this reason, a group with a small sum of evaluation function values is larger than a group with a large sum of evaluation function values because there are many mobile stations with poor communication quality or there are mobile stations with extremely poor communication quality.
  • the priority in radio resource allocation is lowered.
  • a mobile station belonging to a group having a small sum of evaluation function values has a longer transmission standby time for downlink data than a mobile station belonging to a group having a larger sum of evaluation function values.
  • the transmission standby time is the time from when downlink data destined for the mobile station is generated in the radio base station until the downlink data is transmitted to the destination mobile station.
  • the radio resource allocation method described in Patent Document 1 has a problem in that there is a difference in transmission standby time between mobile stations that are radio terminals, and there is a lack of fairness in radio resource allocation between mobile stations. is there.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a radio base station capable of suppressing a difference in transmission standby time between radio terminals.
  • a radio base station includes an antenna unit that can simultaneously form a plurality of beams, and a group that groups radio terminals in a service area into a plurality of groups. And a group selection unit that selects one of the plurality of groups using a waiting time for communication of wireless terminals belonging to each of the plurality of groups. Furthermore, a radio base station according to the present invention is formed by an antenna unit at the timing of one beam forming period and an allocation unit that allocates radio resources to a selected terminal that is a radio terminal belonging to the group selected by the group selection unit. A beam control unit that controls the antenna unit to direct the beam to be selected to the selection terminal.
  • the radio base station according to the present invention has an effect that a difference in transmission standby time between radio terminals can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a radio base station according to the first embodiment.
  • the figure which shows the function structural example of UE The figure which shows an example of the hardware constitutions of UE of Embodiment 1 7 is a flowchart illustrating an example of a radio resource allocation processing procedure in the control unit of the radio base station according to the first embodiment.
  • positioning of the service area of the wireless base station of Embodiment 1, and UE in this service area The figure which shows the result of having grouped UE of the arrangement
  • FIG. 7 is a chart showing an example of the area information acquisition process according to the third embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a result of grouping processing according to Embodiment 3 in a case where UEs in a group are doubly belonging to this group in the arrangement example illustrated in FIG. 19.
  • FIG. 1 is a diagram of a configuration example of a wireless communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • a radio communication system 10 includes a radio base station 1 and a user terminal (User Equipment: hereinafter abbreviated as UE) 2 that is a radio terminal capable of radio communication with the radio base station 1. -1, 2-2, 2-3.
  • the wireless communication system 10 is a wireless communication system that complies with communication standards in mobile communication including the LTE (Long Term Evolution) standard and the LTE-Advanced standard.
  • the radio communication system 10 may be any radio communication system capable of forming a plurality of beams at the same time, and is not limited to a radio communication system in mobile communication.
  • the wireless communication system 10 may be a wireless communication system that complies with wireless LAN (Local Area Network) standards such as IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11ac.
  • FIG. 1 shows an example in which there are three UEs 2 configuring the wireless communication system, the number of UEs 2 is not limited to three.
  • the UE 2 is a movable radio terminal, and the number of UEs 2 that can perform radio communication with the radio base station 1 may increase or decrease as the UE 2 moves. Therefore, the number of UEs 2 constituting the radio communication system of the first embodiment is not fixed.
  • the radio base station 1 can form a plurality of beams having different directing directions, and can simultaneously form some of the plurality of beams that can be formed.
  • the radio base station 1 can form eight beams 3-1 to 3-8, and three of the eight beams can be formed simultaneously.
  • the number of beams that the radio base station 1 can form is not limited to eight, and the number that the radio base station 1 can form simultaneously is not limited to three.
  • the range in which the radio base station 1 can communicate with the beam is determined for each beam, and this range is referred to as a spot.
  • the directivity directions and the communicable range of the eight beams that can be formed are determined in advance.
  • FIG. 1 shows an example in which the radio base station 1 simultaneously forms three beams of the beams 3-1, 3-2 and 3-3 among the beams 3-1 to 3-8.
  • the radio base station 1 transmits a radio signal to the UE 2-1 using the beam 3-1, and transmits a radio signal to the UE 2-2 using the beam 3-2.
  • the radio signal is transmitted to the UE 2-3 using the beam 3-3.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration example of the radio base station 1 according to the first embodiment.
  • the radio base station 1 includes a control unit 11, a modem unit 12, a transmission / reception unit 13, an antenna unit 14, and a storage unit 15.
  • the antenna unit 14 includes a plurality of antenna elements and a circuit that adjusts the amplitude and phase of radio waves radiated from the plurality of antenna elements based on information input from the control unit 11.
  • the antenna unit 14 forms a beam by controlling the amplitude and phase of radio waves radiated from a plurality of antenna elements based on information input from the control unit 11.
  • the antenna unit 14 forms a beam by adjusting the amplitude and phase of radio waves received by a plurality of antenna elements based on information input from the control unit 11.
  • the antenna unit 14 transmits the radio signal input from the transmission / reception unit 13 using the formed beam.
  • the antenna unit 14 receives the beam that forms the radio signal transmitted from the UE 2 and inputs the received radio signal to the transmission / reception unit 13.
  • the control unit 11 includes a grouping processing unit 16, a group selection unit 17, a beam control unit 18, and a data control unit 19.
  • the grouping processing unit 16 performs grouping of UEs 2 existing in the service area of the radio base station 1 and defines a group. That is, the grouping processing unit 16 is a grouping unit that groups wireless terminals in the service area into a plurality of groups.
  • the group selection unit 17 selects a group to which radio resources are allocated from the defined groups. Specifically, the group selection unit 17 selects one of the plurality of groups in consideration of the communication waiting time of the UE 2 belonging to each of the plurality of groups.
  • the group selection unit 17 notifies the data control unit 19 and the beam control unit 18 of a selection result that is information indicating the UEs 2 belonging to the selected group. Details of the processing of the grouping processing unit 16 and the group selection unit 17 will be described later.
  • the beam control unit 18 controls the antenna unit 14 so that the beam formed by the antenna unit 14 is directed to the selection terminal that is the UE 2 belonging to the group selected by the group selection unit 17 at the timing of one beam forming period. .
  • the beam forming period is a time as a beam switching unit, as will be described later.
  • the beam control unit 18 calculates information for controlling the amplitude and phase of the radio wave radiated from each of the plurality of antenna elements included in the antenna unit 14 by using a beam forming technique, and uses this information. Input to the antenna unit 14.
  • the beam forming technique is a technique for controlling the beam directing direction and the beam shape by adjusting the phase and amplitude of a radio wave radiated from each of a plurality of antenna elements.
  • the control method using the beam forming technique performed by the beam control unit 18 may be a method according to the communication standard applied in the wireless communication system 10, and there is no particular limitation on a specific algorithm. Further, the beam control unit 18 periodically forms all the beams 3-1 to 3-8 and receives signals transmitted from the UE2 in order to confirm the position where the UE2 exists. Since the number of beams that can be formed at the same time is three, specifically, three beams are formed simultaneously, then three different beams are formed simultaneously, and finally the remaining two beams are formed simultaneously. .
  • the timing at which UE2 transmits a signal for confirming the position where UE2 exists is specified from radio base station 1 to UE2.
  • a signal for confirming the position where the UE 2 exists is abbreviated as a position confirmation signal.
  • the number of beams that can be formed by the antenna unit 14 is eight, and the number of beams that the antenna unit 14 can simultaneously form is three of the eight.
  • the directivity directions and shapes of the eight beams that can be formed by the antenna unit 14 are determined in advance.
  • the beam control unit 18 holds information indicating the phase and amplitude for forming each beam for each of these eight beams.
  • the beam control unit 18 determines a beam to be formed based on the selection result notified from the group selection unit 17, and inputs information indicating the phase and amplitude for forming the determined beam to the antenna unit 14.
  • the data control unit 19 that is an allocating unit manages radio resources with the UE 2.
  • the management of radio resources includes determination of a communication period and radio frequency assigned to uplink communication of each UE 2 and determination of a communication period and radio frequency assigned to downlink communication of each UE 2.
  • the beam formed by the antenna unit 14 is switched in units of a certain period. That is, the beam formed by the antenna unit 14 is fixed within a certain period. Therefore, the UE 2 that can communicate with the radio base station 1 is limited within a certain period. For this reason, resources within a certain period are allocated to the UE 2 that can communicate with the radio base station 1 within this certain period.
  • the data control unit 19 determines the UE 2 to which radio resources are allocated in a certain period unit, and instructs the beam control unit 18 to form a beam corresponding to the determined UE 2 To do. That is, the data control unit 19 allocates radio resources to the selected terminal that is the UE 2 belonging to the group selected by the group selection unit 17.
  • beams 3-1, 3-2 and 3-3 are formed simultaneously, and UE 2-1, 2-2 and 2-3 fall within the range of these three beams.
  • UE 2-1, 2-2, 2-3 can communicate with the radio base station 1. Therefore, beams 3-1, 3-2 and 3-3 are formed in a period in which radio resources are allocated to the UEs 2-1, 2-2 and 2-3. Details of radio resource management will be described later.
  • the data control unit 19 performs the following operation.
  • the data control unit 19 stores the data addressed to the UE 2 received from the network in the storage unit 15.
  • the network is an upper network of the radio base station 1, also called a core network, and is installed by a provider that provides mobile communication services.
  • a plurality of radio base stations 1 are connected to each other via this network, and data is transmitted and received between the radio base stations 1.
  • the data control unit 19 reads out the data addressed to the selected UE 2 from the storage unit 15 and inputs it to the modem unit 12.
  • the data control unit 19 transmits the data input from the modem unit 12 to the network. In the network, the data received from the data control unit 19 is transferred to the destination. Furthermore, the data control unit 19 generates allocation information that is information indicating radio resources allocated to the UE 2 and transmits the allocation information to the UE 2 via the modem unit 12, the transmission / reception unit 13, and the antenna unit 14. This allocation information includes information indicating the timing at which the UE 2 transmits the position confirmation signal described above.
  • the modulation / demodulation unit 12 modulates the data input from the control unit 11 by a modulation scheme such as QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) or 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation), and inputs the modulated data, that is, the baseband signal, to the transmission / reception unit 13. . Further, the modem unit 12 demodulates the data input from the transmission / reception unit 13 and inputs the demodulated data to the control unit 11.
  • the demodulation method performed by the modem unit 12 is a demodulation method corresponding to the modulation method performed by the UE 2 in data transmission, and the modulation method in the UE 2 is known.
  • the transmission / reception unit 13 converts a baseband signal, which is a digital signal, into an analog signal, converts the analog signal into a radio frequency signal, that is, a radio signal, and inputs the signal to the antenna unit 14. Further, the transmission / reception unit 13 frequency-converts the radio signal input from the antenna unit 14 to the baseband frequency, and inputs the frequency-converted signal to the modulation / demodulation unit 12.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the radio base station 1 according to the first embodiment.
  • the radio base station 1 includes a processor 101, a memory 102, a transmitter 103, a receiver 104, an antenna device 105, and a network interface card 106.
  • the processor 101 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)), system LSI (Large Scale Integration), or the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • processing unit processing unit
  • arithmetic unit microprocessor
  • microcomputer processor
  • DSP Digital Signal Processor
  • system LSI Large Scale Integration
  • the memory 102 is a nonvolatile or volatile semiconductor such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). Memory, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), etc.
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
  • EEPROM Electrical Erasable Programmable Read Only Memory
  • Memory magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), etc.
  • the control unit 11 and the modulation / demodulation unit 12 shown in FIG. 2 are realized by the processor 101, the memory 102, and the network interface card 106 shown in FIG. Specifically, the first program for performing the operation excluding the operation realized by the network interface card 106 among the operations of the control unit 11 and the second program for performing the operation of the modem unit 12 are stored in the memory 102. Stored in The control unit 11 is realized by the processor 101 reading the first program stored in the memory 102 from the memory 102 and executing the first program. In addition, the function of transmitting and receiving data with the network among the functions of the control unit 11 is realized by the network interface card 106.
  • the protocol used by the network interface card 106 to exchange data with the network is exemplified by the Internet protocol, but is not limited to this, and any protocol may be used.
  • the modulation / demodulation unit 12 is realized by the processor 101 reading the second program stored in the memory 102 from the memory 102 and executing it.
  • the transmission / reception unit 13 is realized by the transmitter 103 and the receiver 104.
  • the processing related to transmission in the transmission / reception unit 13 is realized by the transmitter 103
  • the processing related to reception in the transmission / reception unit 13 is realized by the receiver 104.
  • the storage unit 15 is realized by a part of the memory 102.
  • a memory for realizing the control unit 11 and a memory for realizing the storage unit 15 may be provided separately.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a functional configuration example of the UE 2.
  • the UE 2 includes a control unit 21, a modem unit 22, a transmission / reception unit 23, and an antenna unit 24. *
  • the antenna unit 24 receives a radio signal transmitted from the radio base station 1 and inputs it to the transmission / reception unit 23.
  • the antenna unit 24 transmits the radio signal input from the transmission / reception unit 23 as a radio wave.
  • the modem unit 22 modulates the data input from the control unit 21 by a modulation method such as QPSK or 64QAM, and inputs the modulated data, that is, the baseband signal, to the transmission / reception unit 23. Further, the modem unit 22 demodulates the data input from the transmission / reception unit 23 and inputs the demodulated data to the control unit 21.
  • the demodulation method performed by the modem unit 22 is a demodulation method corresponding to the modulation method performed by the wireless base station 1 in data transmission, and the modulation method in the wireless base station 1 is known.
  • the transmitting / receiving unit 23 converts a baseband signal, which is a digital signal, into an analog signal, converts the analog signal into a radio frequency signal, that is, a radio signal, and inputs the signal to the antenna unit 14.
  • the transmission / reception unit 23 inputs a radio signal to the antenna unit 14.
  • the transmission / reception unit 23 frequency-converts the radio signal input from the antenna unit 24 to the baseband frequency, and inputs the frequency-converted signal to the modulation / demodulation unit 22.
  • the control unit 21 generates data to be transmitted to the radio base station 1 and inputs the data to the modem unit 22. Further, when the signal input from the modem unit 22 includes the allocation information transmitted from the radio base station 1, the control unit 21 outputs data to the modem unit 22 based on the allocation information. Control timing. When the signal input from the modem unit 22 is information indicating the timing for transmitting the position confirmation signal, the position confirmation signal is input to the modem unit 22 at the timing specified by this information. Any signal may be used as the position confirmation signal.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the UE 2 according to the first embodiment.
  • the UE 2 includes a processor 201, a memory 202, a transmitter 203, a receiver 204, and an antenna device 205.
  • the processor 201 is a CPU or a system LSI.
  • the memory 202 is a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a RAM, a ROM, a flash memory, an EPROM, and an EEPROM.
  • the control unit 21 and the modem unit 22 shown in FIG. 4 are realized by the processor 201 and the memory 202 shown in FIG. Specifically, a third program for performing the operation of the control unit 21 and a fourth program for performing the operation of the modem unit 22 are stored in the memory 202.
  • the control unit 21 is realized by the processor 201 reading the third program stored in the memory 202 from the memory 202 and executing it.
  • the modulation / demodulation unit 22 is realized by the processor 201 reading the fourth program stored in the memory 202 from the memory 202 and executing it.
  • the transmission / reception unit 23 is realized by the transmitter 203 and the receiver 204.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a radio resource allocation processing procedure in the control unit 11 of the radio base station 1 according to the first embodiment.
  • the control unit 11 of the radio base station 1 performs the processing shown in FIG. 6 for each fixed period that is a beam switching unit.
  • this predetermined period is called a beam forming period or time slot
  • the allocation processing in the radio resources in the time slot T 1 is performed prior to the time slot T 1, the time slot T 1, by the allocation processing of the radio resources Communication based on the allocation result is performed.
  • the control unit 11 of the radio base station 1 determines whether or not the addition or deletion of the UE 2 or movement between spots has occurred in the service area (step S1).
  • the service area is an area where the UE 2 can communicate with the radio base station 1, and specifically corresponds to each of the eight beams that can be formed by the antenna unit 14 of the radio base station 1. There are 8 spots.
  • the addition of UE2 means that a new UE2 starts connection with the radio base station 1.
  • a procedure for starting a connection of the new UE 2 with the radio base station 1 a random access procedure defined in the LTE standard can be used.
  • the UE 2 transmits a signal of a predetermined pattern, and the radio base station 1 newly requests the start of communication by detecting the pattern from the received signal.
  • the presence of the UE 2 that is present can be recognized. That is, when the data control unit 19 of the control unit 11 detects the above pattern from the received signal, it determines that the UE 2 has been added.
  • Deletion of UE2 means that UE2 communicated with radio base station 1 because UE2 communicating with radio base station 1 ended communication or moved to the service area of another radio base station. It means no longer done.
  • UE2 that has finished communication includes UE2 that has stopped operating by turning off the power switch, and UE2 that is in a standby state although the power switch is on.
  • the data control unit 19 of the control unit 11 does not receive a notification to end communication from the UE 2
  • the signal is not received from the UE 2 for a certain period of time, and when the signal that notifies the standby state is received, the UE 2 It is determined to be deleted.
  • Movement between spots means that the UE 2 that has been communicating with the radio base station 1 in a certain spot in the service area of the radio base station 1 has moved to another spot in the service area of the radio base station 1.
  • UE2 periodically transmits a position confirmation signal.
  • the radio base station 1 receives this signal with each beam, and determines that the UE 2 exists at a spot corresponding to the beam with the highest signal level of the received signal. Therefore, when the beam having the highest signal level changes, it can be determined that movement between spots of UE2 has occurred.
  • the beam control unit 18 calculates, for each UE2, a beam having the highest signal level of the signal received from the UE2.
  • the beam control unit 18 holds information indicating the correspondence between UE2 and the spot where UE2 exists, that is, information indicating the correspondence between UE2 and the beam.
  • the beam control unit 18 calculates the beam having the highest signal level of the signal received from the UE 2, if the calculated beam is different from the beam corresponding to the UE 2 indicated by the held information, the beam control unit 18 It is determined that movement between spots has occurred.
  • step S2 When the control unit 11 of the radio base station 1 determines that addition or deletion of the UE 2 or movement between spots has occurred in the service area (Yes in step S1), the control unit 11 performs a grouping process (step S2).
  • step S2 in detail, when the data control unit 19 determines that the addition or deletion of the UE 2 or movement between spots has occurred in the service area, the data control unit 19 instructs the grouping processing unit 16 to perform the grouping processing. .
  • the grouping process part 16 will group UE2 if the instruction
  • the maximum value of the number of UEs 2 belonging to one group is a number that can form beams simultaneously.
  • the maximum value of the number of UEs 2 belonging to one group is 3.
  • Grouping processing unit 16 when the number of UE2 in the service area and N UE, the maximum number of UE2 belonging to one group and N max, if the N UE is divisible by N max is N UE Is the number of groups. Also, when the N UE is not divisible by N max, the grouping processing unit 16 sets the number obtained by adding 1 to N UE to the quotient by N max the number of groups.
  • the number of UEs 2 in the service area is determined based on the number of UEs 2 that have requested connection to the radio base station 1 by the procedure including the random procedure described above. It is calculated by subtracting the number of UE2 deleted due to reasons such as moving to.
  • the grouping processing unit 16 sorts UEs in ascending order of group numbers, for example, in ascending order from the lowest UE number. That is, after assigning UE2 to all groups one by one, UEs are similarly assigned in ascending order of the group number from the lowest UE number among UE2 to which the group does not belong. By repeating this, UE2 belonging to each group is determined.
  • the UE number is a number for identifying UE2.
  • the grouping processing unit 16 assigns numbers in order from 1 to the UE 2 existing in the service area.
  • the UE number assigning method is not limited to this, and any assigning method can be used.
  • the group number is a number for identifying a group.
  • the grouping processing unit 16 assigns group numbers in order from 1 to each group.
  • the group number assigning method is not limited to this, and any assigning method can be used.
  • the allocation process can be simplified by allocating radio resources in units of groups, compared to the case of allocating radio resources in units of UE2.
  • step S3 the group selection unit 17 selects one group from the plurality of defined groups.
  • step S3 that is, the group selection process will be described later.
  • the group selection unit 17 selects a UE 2 belonging to the selected group as a radio resource allocation target (step S4), and ends the process.
  • the group selection unit 17 notifies the data control unit 19 and the beam control unit 18 of the selection result of step S4, that is, the UE 2 selected in step S4.
  • step S1 When it is determined in step S1 that neither addition or deletion of UE2 nor movement between spots has occurred (No in step S1), the control unit 11 advances the process to step S3.
  • the data control unit 19 reads out the data addressed to the selected UE 2 from the storage unit 15 based on the selection result input from the group selection unit 17 and inputs the data to the modem unit 12 in the time slot corresponding to the selection result.
  • the beam control unit 18 also displays information indicating the amplitude and phase for forming the beam corresponding to the selected UE 2 based on the selection result input from the group selection unit 17 in the time slot corresponding to the selection result. Input to the antenna unit 14.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a service area of the radio base station 1 according to the first embodiment and an example of an arrangement of the UEs 2 in the service area.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a result of grouping UEs 2 having the arrangement illustrated in FIG. Spots 4-1 to 4-8 shown in FIG. 7 are spots corresponding to the beams 3-1 to 3-8 that can be formed by the radio base station 1, respectively.
  • each spot is indicated by an envelope of a range on the ground or the floor of the building.
  • UE 2-1 is present in spot 4-1
  • UE 2-2 is present in spot 4-2
  • UE 2-4 is present in spot 4-3
  • spot 4- 4 includes UE 2-5.
  • UE2-3 and UE2-6 exist in spot 4-5
  • UE2-7 exists in spot 4-6
  • UE2-8 exists in spot 4-7
  • spot 4-8 UE2-9 exists.
  • a total of nine UEs 2 exist in the service area of the radio base station 1.
  • the grouping processing unit 16 groups the UEs 2 into three groups. If the group of group number 1 is described as group # 1, the group of group number 2 is described as group # 2, and the group of group number 3 is described as group # 3, the UEs belonging to each group as a result of grouping are shown in FIG. As shown in FIG. That is, UE2-1, UE2-4 and UE2-7 belong to group # 1, UE2-2, UE2-5 and UE2-8 belong to group # 2, UE2-3, UE2-6 and UE2-9 Belongs to group # 3. It is assumed that UE2-1 to UE2-9 are UE numbers with code branch numbers assigned to UE2. For example, the UE number of UE 2-1 is 1.
  • group # 1 when each group is defined and group # 1 is selected as a radio resource allocation target, radio resources are allocated to UE 2-1, UE 2-4, and UE 2-7. At this time, the beam 3-1, the beam 3-3, and the beam 3-6 corresponding to the spots where the UE2-1, UE2-4, and UE2-7 exist are simultaneously formed.
  • group # 2 is selected as a radio resource allocation target
  • beam 3-2, beam 3-4, and beam 3-7 corresponding to the spot where UE2-2, UE2-5, and UE2-8 exist are provided. Formed simultaneously.
  • group # 3 is selected as a radio resource allocation target, beams 3-5 and 3-8 corresponding to spots where UE2-3, UE2-6, and UE2-9 exist are formed simultaneously.
  • the data control unit 19 assigns different radio frequency bands to UE2-3 and UE2-6, respectively. That is, in the case of downlink radio resource allocation, the data control unit 19 divides downlink radio frequency bands that can be used in the radio communication system 10 and allocates them to UE2-3 and UE2-6, respectively. Alternatively, the beam control unit 18 performs a process called Precoding in the LTE standard to suppress interference. The data control unit 19 can assign all usable downlink radio frequency bands to other UEs 2. Similarly, in uplink radio resource allocation, an uplink radio frequency band usable in the radio communication system 10 is divided and allocated to UE2-3 and UE2-6, respectively.
  • the radio resource allocation processing for a time slot T 1, group # 2 is selected, the target time slot T 2 is the next time slot of the time slot T 1 It is assumed that group # 1 is selected by the wireless resource allocation process.
  • the beam 3-2, beams 3-4 and beams 3-7 are formed simultaneously in the time slot T 2, beam 3-1, beams 3-3 and beams 3-6 are simultaneously Will be formed.
  • grouping was performed by repeatedly assigning UEs in ascending order from the smallest UE number, so that the UE numbers were sorted in ascending order. You may repeat assigning UE2 in order with a large group number, and you may distribute UE2 to each group at random.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of the group selection process in step S3 shown in FIG.
  • the group selection unit 17 determines a selection candidate group that is a candidate for a group to be selected (step S11). Specifically, the group selection unit 17 determines a default group selection order in advance, and determines the first group in the default group selection order as a selection candidate group in the initial group selection. In the second and subsequent group selection, a group to be a selection candidate group in the next group selection is determined in step S15 or step S17 described later in the previous group selection. For this reason, in the second and subsequent group selections, the group selection unit 17 determines the next selection candidate group determined in the previous group selection as the selection candidate group. If the process shown in FIG.
  • Step S1 grouping is performed again, and the default group selection order used so far becomes invalid.
  • the group selection unit 17 defines a default group selection order again, and in step S11, performs the first group selection process.
  • the default group selection order is the order of young group numbers.
  • the group selection unit 17 obtains the UE number and the waiting time of the UE 2 with the longest waiting time among all the UEs 2 present in the service area of the radio base station 1 and having the transmission waiting data.
  • the transmission waiting data is data addressed to the UE 2 that has been received from the network by the radio base station 1 and is not transmitted to the UE 2.
  • the waiting time is a waiting time for communication, and is an elapsed time in a state where data of the traffic is not transmitted from the radio base station 1 since the traffic addressed to the UE 2 is generated.
  • the traffic indicates a collection of data.
  • the traffic is a series of data transmitted from the network to the UE 2 when a UE 2 communicates with another UE 2 or a telephone in a fixed telephone network, or accesses a data server.
  • the generation of traffic means that the radio base station 1 receives traffic data addressed to the UE 2 from the network.
  • the group selection unit 17 monitors the generation of traffic addressed to each UE 2 and stores the time when the traffic is generated in the storage unit 15 for each UE 2. The elapsed time from the occurrence of UE2 traffic is the waiting time for UE2. In addition, when the traffic addressed to the UE 2 is transmitted from the radio base station 1, the group selection unit 17 deletes the traffic generation time of the UE 2 from the storage unit 15. The group selection unit 17 can select the UE 2 with the longest waiting time by referring to the storage unit 15 and selecting the UE 2 with the oldest traffic generation time.
  • the group selection unit 17 determines whether or not the waiting time of the UE 2 with the longest waiting time, that is, the maximum waiting time has exceeded a predetermined threshold (step S13). When it is determined that the maximum waiting time has exceeded the threshold (Yes at Step S13), the group selection unit 17 selects a group to which the UE 2 that has exceeded the threshold belongs as a group to which radio resources are to be allocated (Step S14). Next, the group selection unit 17 sets the next selection candidate group as the selection candidate group determined in step S11 (step S15), and ends the process.
  • the selection candidate group determined in Step S11 is selected as a group to be assigned with radio resources (Step S16).
  • the group selection unit 17 sets the next selection candidate group as the next group of the selection candidate group determined in step S11 (step S17), and ends the process.
  • the next group is a group in the next order in the default group selection order. If the selection candidate group determined in step S11 is the last group in the default group selection order, the group selection unit 17 sets the next selection candidate group as the first group in the default group selection order.
  • the group selection unit 17 obtains the maximum value of the communication waiting time of UE2 belonging to each of the plurality of groups, and when this maximum value exceeds the threshold, the UE2 corresponding to this maximum value Select the group to which it belongs.
  • downlink radio resources are allocated based on the downlink waiting time.
  • the group selection unit 17 similarly uses the uplink waiting time for the uplink radio resource in the uplink direction as well. Can be assigned.
  • the group selection unit 17 determines the threshold using, for example, a transmission delay allowed for data addressed to the UE2. Specifically, the group selection unit 17 sets the threshold value to a value smaller than the allowable transmission delay.
  • the transmission delay allowed by the type of data is predetermined. If the data destined for UE2 is telephone voice, the allowable transmission delay is short. On the other hand, if the data addressed to the UE 2 is Internet browsing information or mail information, the allowable transmission delay is long. Therefore, when data having different allowable transmission delays are simultaneously present in the radio base station 1, the group selection unit 17 determines a threshold using the shorter allowable transmission delay.
  • the group selection unit 17 selects the UE 2 whose maximum waiting time exceeds the threshold, but extracts all the UEs 2 whose waiting time exceeds the threshold, selects the UE 2 from the extracted UE 2,
  • the group to which the selected UE2 belongs may be selected.
  • the radio base station 1 groups the UEs 2 in the service area, and determines a group to which radio resources are allocated based on the waiting time of the UEs 2 belonging to the group. For this reason, since radio resources are allocated to the UE 2 whose waiting time exceeds the threshold value, the maximum value of the transmission standby time is suppressed to be equal to or less than “threshold time + time from wireless resource allocation processing to actual transmission”. The difference in the transmission standby time between the UEs 2 can be suppressed, and the fairness of radio resource allocation can be improved as compared with the case where the transmission standby time is not considered.
  • Embodiment 2 a radio resource allocation method according to the second exemplary embodiment of the present invention will be described.
  • the configuration of radio communication system 10 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the functional configuration and hardware configuration of radio base station 1 and UE 2 of the second embodiment are also the same as those of the first embodiment.
  • a part of the radio resource allocation method performed by the group selecting unit 17 is different from the first embodiment.
  • a different part from Embodiment 1 is demonstrated and the description which overlaps about the operation
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of group selection processing according to the second embodiment.
  • the radio resource allocation processing procedure in the control unit 11 of the radio base station 1 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 6 except that step S3 shown in FIG. 6 is the process shown in FIG. This is the same as the radio resource allocation process.
  • Steps S11 to S15 shown in FIG. 10 are the same as steps S11 to S15 of the first embodiment.
  • the group selection unit 17 performs a group selection process considering the number of UEs 2 with traffic in the group (step S21), and ends the process.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the process of step S21 shown in FIG.
  • the group selection unit 17 substitutes the group number L of the selection candidate group determined in step S11 for i, which is a variable indicating the group number of the selection candidate group (step S31).
  • the group selection part 17 calculates
  • the presence of traffic indicates a state where the radio base station 1 receives data addressed to the UE 2 and the radio base station 1 is not transmitting this data to the UE 2.
  • the group selection unit 17 determines a threshold for the number of UEs with traffic in advance, and determines whether or not the number of UEs with traffic for the group with the group number i exceeds the threshold (step S33). When it is determined that the number of UEs with traffic exceeds the threshold for the group with the group number i (step S33, Yes), the group selection unit 17 selects the group with the group number i as a group to be allocated with radio resources. (Step S34). Next, the group selection unit 17 determines the next selection candidate group as a group having a group number i + 1 (step S35), and ends the process.
  • the group selection unit 17 compares the threshold with the number of UEs with traffic in all groups. It is determined whether or not (step S36). When comparison is made with the threshold value of the number of UEs having traffic in all groups (step S36, Yes), the selection candidate group determined in step S11 is selected as a group to which radio resources are to be allocated (step S37). Next, the group selection unit 17 determines the next selection candidate group as a group having the group number L + 1 (step S38), and ends the process.
  • the group selection unit 17 obtains the maximum value among the communication waiting times of the UEs 2 belonging to each of the plurality of groups, and if this maximum value does not exceed the threshold, the UEs 2 belonging to the group are grouped for each group.
  • the number of UEs 2 in communication is calculated, and a group is selected using the calculated number of UEs 2 in communication for each group.
  • the threshold value changing process is a process for calculating a system throughput when a different threshold value is set, and setting a threshold value for increasing the throughput.
  • the group selection unit 17 sets the threshold value for the number of UEs with traffic to K (K is an integer of 1 or more) ⁇ M (M is an integer of 1 or more), K ⁇ M + 1,. , K-1, K, K + 1, K + 2,..., K + P (P is an integer of 2 or more).
  • the group selection unit 17 calculates the system throughput when the threshold values are set to KM, KM + 1,..., K-1, K, K + 1, K + 2,. Select a threshold. The group selection unit 17 performs the determination in step S33 using the selected threshold until the next threshold change processing execution timing.
  • the group selection unit 17 may select a group having the largest number of UEs with traffic as a group to which radio resources are to be allocated in the process of step S21.
  • FIG. 12 is a flowchart showing another example of the process of step S21 shown in FIG. The process of step S101 shown in FIG. 12 is the same as the process of step S32 of FIG. After step S101, the group selection unit 17 selects a group with the largest number of UEs with traffic as a group to which radio resources are to be allocated (step S102). When there are a plurality of groups having the largest number of UEs with traffic, the group selection unit 17 selects a group other than the group selected in the previous group selection from among the plurality of groups.
  • the radio base station 1 selects a group based on the number of UEs 2 in which traffic is generated when the waiting time does not exceed the threshold described in Embodiment 1.
  • a group is selected in the default selection order.
  • the number of UEs 2 generating traffic is between groups. Even if they are different, each group is selected equally.
  • the radio base station 1 preferentially selects a group in which the number of UEs 2 generating traffic exceeds a threshold among the UEs 2 belonging to the group. This increases the time during which beams that can be formed simultaneously can be used effectively. As a result, the system throughput of the wireless communication system 10 according to the second embodiment is improved as compared with the first embodiment. In addition, as described above, by selecting a threshold for the number of UEs with traffic based on the system throughput in the threshold change process, there is a higher possibility that the system throughput can be improved than when a fixed threshold is used. .
  • Embodiment 3 a UE grouping method according to the third embodiment of the present invention will be described.
  • the configuration of radio communication system 10 of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and the functional configuration and hardware configuration of radio base station 1 and UE 2 of the third embodiment are also the same as those of the first embodiment.
  • a part of the grouping method of the UE 2 performed by the grouping processing unit 16 is different from the first embodiment.
  • a different part from Embodiment 1 is demonstrated and the description which overlaps about the operation
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of grouping processing in the grouping processing unit 16 according to the third embodiment.
  • the radio resource allocation processing procedure in the control unit 11 of the radio base station 1 of the third embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 6 except that step S2 shown in FIG. 6 is the process shown in FIG. This is the same as the radio resource allocation process.
  • the grouping processing unit 16 first acquires information on the number of UEs 2 present in the service area of the radio base station 1 and the number of beams that can be generated simultaneously (step S41).
  • the method for calculating the number of UEs 2 present in the service area of the radio base station 1 is as described in the first embodiment.
  • the number of beams that can be generated simultaneously depends on the hardware specifications of the antenna device 105 that implements the antenna unit 14.
  • the number of beams that can be generated simultaneously is stored in advance in the memory 102 that implements the control unit 11 based on the hardware specifications of the antenna device 105 that implements the antenna unit 14.
  • the grouping processing unit 16 reads the number of beams that can be generated simultaneously from the memory 102 to obtain the number of beams that can be generated simultaneously.
  • the grouping processing unit 16 calculates the number of groups based on the number of UEs 2 present in the service area of the radio base station 1 and the number of beams that can be generated simultaneously (step S42).
  • the method for calculating the number of groups is as described in the first embodiment.
  • the grouping processing unit 16 sets the number of beams, that is, the number of beams that can be simultaneously formed, as the number of UEs 2 accommodated in one group (step S43).
  • the number of UEs 2 accommodated in one group is the maximum value of the number of UEs 2 belonging to one group, and is also referred to as the number of accommodations.
  • the grouping processing unit 16 acquires information on which spot each UE2 in the service area exists (step S44). A method of acquiring information on which spot exists will be described later.
  • the grouping processing unit 16 performs the same spot multiple UE grouping process based on information on which spot exists (step S45), and ends the process.
  • information on which spot each UE 2 exists is referred to as in-zone information.
  • the same spot multiple UE grouping process is a grouping process performed so that when a plurality of UEs 2 exist in the same spot, the plurality of UEs 2 are grouped into different groups. Details of the same spot multiple UE grouping process will be described later.
  • FIG. 14 is a chart diagram illustrating an example of the area information acquisition process according to the third embodiment.
  • the radio base station 1 performs the process shown in FIG. 14 for each UE 2 in the service area.
  • the radio base station 1 measures the signal level of each spot during communication with the measurement target UE 2 (step S51).
  • the signal level of each spot is a signal level of a signal received by the radio base station 1 from the UE 2 existing at each spot.
  • the beam control unit 18 of the radio base station 1 sequentially forms all the beams that can be formed in units of the number of beams that can be formed simultaneously.
  • the antenna unit 14 of the radio base station 1 measures the signal level of the signal received by each beam and notifies the grouping processing unit 16 of the signal level.
  • the signal used at this time may be any signal as long as it is a signal transmitted by the UE 2 that is the signal level measurement target. However, if the signal storing the pattern specified by the radio base station 1 is used, measurement can be performed with high accuracy. It can be carried out.
  • the radio base station 1 designates a pattern for the UE 2, and the UE 2 transmits a signal including the designated pattern. At this time, the pattern needs to be different for each terminal.
  • RS Reference Signal
  • an RS signal can be used to measure the signal level of each spot.
  • the radio base station 1 determines the timing at which the UE 2 sends a signal, the timing at which the measurement target UE 2 sends the signal is known to the radio base station 1.
  • the radio base station 1 selects a spot having the highest measured signal level (step S52).
  • the selected spot is a spot where the UE 2 to be measured exists, and this spot is the location information of the UE 2.
  • the radio base station 1 performs the above processing for each UE 2 in the service area, thereby acquiring the location information of all UEs 2 in the service area.
  • FIG. 15 is a flowchart showing an example of the same spot multiple UE grouping process in step S45 shown in FIG.
  • the grouping processing unit 16 determines the number of UEs in one spot among spots where UE2 in the spot has not been grouped based on the location information of all UEs 2 in the service area.
  • UE2 in the spot with the largest number is grouped (step S61).
  • the grouping processing unit 16 distributes and distributes UE2 in the spot having the largest number of UE2 in one spot among the spots for which UE2 in the spot has not been grouped, to different groups. For example, when the number of UEs 2 in the spot is 2 and the number of groups is 3, the UEs 2 in the spot are allocated to different groups. When the number of UEs 2 in the spot is larger than the number of groups, the UEs 2 in the spot are distributed to each group so that the number of UEs 2 belonging to the same group is as small as possible. However, the grouping processing unit 16 does not distribute the group to which the number of UEs 2 belonging to the group has reached the accommodation number.
  • the grouping processing unit 16 sets the UE 2 in the spot as group # 1, group # 2, and group # 3. The process of sorting one by one in the order of 3 is repeated until all UEs 2 in the spot are grouped.
  • the grouping processing unit 16 determines whether or not the grouping of the UEs 2 in the spot has been completed for all spots in which the number of UEs in the spot is two or more (step S62).
  • the grouping processing unit 16 determines that the number of UEs in the spot is one.
  • the UEs 2 are grouped (step S63). Grouping of UEs 2 in a spot where the number of UEs in the spot is one can be performed in the same procedure as in the first embodiment. However, the grouping processing unit 16 does not distribute the group to which the number of UEs 2 belonging to the group has reached the accommodation number.
  • the grouping processing unit 16 determines whether or not all the UEs 2 in the service area have been grouped (step S64). When all the UEs 2 in the service area have been grouped (step S64 Yes), the grouping processing unit 16 ends the process.
  • step S62 When there is a spot in which the grouping of UE2 in the spot is not finished among all the spots having two or more UEs in the spot in step S62 (No in step S62), the grouping processing unit 16 Return to S61. Moreover, when there exists UE2 which is not grouped among UE2 in a service area by step S64 (step S64 No), the spot made into the object of grouping is changed, and it returns to step S63.
  • the grouping processing unit 16 distributes the two or more UEs 2 present within the range corresponding to one beam into a plurality of groups. It will be.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a result of performing the grouping process of the third embodiment in the arrangement example of the UE 2 illustrated in FIG.
  • UE2-3, UE2-2, and UE2-7 belong to group # 1
  • UE2-6, UE2-4, and UE2-8 belong to group # 2
  • UE2-1, UE2-5 And UE2-9 belong to group # 3.
  • group # 3 includes UE2-3 and UE2-6 in the same spot.
  • UE2 in the same spot is not included in the same group.
  • UE2 in the same spot may be included in the same group.
  • the radio base station 1 needs to divide and assign radio frequency bands to UE2-3 and UE2-6 or perform interference removal processing such as Precoding processing.
  • the radio base station 1 can allocate the radio frequency band to the UE 2-3 and the UE 2-6 without dividing the radio frequency band even when the precoding process is not performed.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating another arrangement example of the UE 2 according to the third embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a result of performing the grouping process of the third embodiment in the arrangement illustrated in FIG.
  • UEs 2-1 to 2-5 exist in spot 4-1
  • UEs 2-6 to 2-9 exist in spot 4-5.
  • the number of UEs 2 in one spot exceeds the number of beams that can be formed simultaneously. In such a case, grouping is performed so that UE2 existing in the same spot among UE2 belonging to the same group is reduced as much as possible.
  • UE2-1, UE2-4, and UE2-7 belong to group # 1
  • UE2-2, UE2-5, and UE2-8 belong to group # 2
  • UE2-3 UE2-6 and UE2-9 belong to group # 3.
  • the number of UEs 2 belonging to the same spot among UEs 2 belonging to the same group is two. In this way, when the number of UEs 2 in one spot exceeds the number of beams that can be formed simultaneously, when the grouping process of Embodiment 3 is performed, the UEs 2 belonging to the same group are within the same spot. There exists UE2.
  • the radio base station 1 performs the grouping process of the third embodiment, so that the UEs 2 belonging to the same group are compared with the case where the UEs 2 belonging to the same group are all grouped in the same spot.
  • the number of UEs 2 belonging to the same spot is suppressed. For this reason, the bandwidth of the radio frequency allocated to each UE 2 can be widened.
  • the grouping processing unit 16 may determine that the UE2 already grouped if the number of UE2 of one or more groups is less than the number of accommodations even after all the UE2s within the service area have been grouped. May further belong to one or more of these groups. That is, after grouping all the UEs in the service area, the grouping unit determines that the UE 2 belonging to a group other than the group is included when there is a group in which the number of UEs 2 belonging to the group is less than the number accommodated. May belong to the group. In other words, there may be a plurality of groups to which one UE 2 belongs. As a result, the radio base station 1 can effectively use beams that can be simultaneously formed.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating another arrangement example of the UE 2 according to the third embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a result of performing the grouping process according to the third embodiment in the arrangement example illustrated in FIG.
  • UE 2-1 is present in spot 4-1
  • UE 2-2 is present in spot 4-2
  • UE 2-3 is present in spot 4-3
  • spot 4- 4 includes UE2-4.
  • UE 2-5 exists in spot 4-5
  • UE 2-6 exists in spot 4-6
  • UE 2-7 exists in spot 4-7
  • UE 4-7 exists in spot 4-8. Does not exist.
  • the number of UEs 2 in the service area is seven, and the number of groups is three if the number of beams that can be formed simultaneously is three.
  • the diagram on the left side of FIG. 20 shows the result of grouping UEs 2 in the service area by the process shown in FIG.
  • UE2-1, UE2-4 and UE2-7 belong to group # 1
  • UE2-2 and UE2-5 belong to group # 2
  • the number of UEs 2 belonging to the group is 2, which is smaller than the accommodation number.
  • the beam corresponding to the portion indicated as empty in the left side of FIG. 20 is empty.
  • UE 2-1 and UE 2-2 shown as group duplication UE 301 belong to two groups.
  • the grouping shown in the left diagram of FIG. 20 if radio resources are allocated in the order of group # 1, group # 2, and group # 3, the period in which radio resources are allocated to group # 2 and group # 3 So only two beams are used.
  • three beams are used even during a period in which radio resources are allocated to group # 2 and group # 3. Thereby, the beam which can be formed simultaneously can be used effectively.
  • the grouping processing unit 16 sets the UE2 in the group to 2 if the number of UE2 in one or more groups is less than the number of accommodations even after the grouping of all UE2 in the service area is completed. You may belong to this group. That is, after grouping all the UEs 2 in the service area, when the grouping processing unit 16 has a group in which the number of UEs 2 belonging to the group is less than the accommodated number, the radio terminal that has been determined to belong to the group May belong to the group twice. “Duplicately belonging to a group” corresponds to irradiating two of the beams that can be simultaneously formed in the same direction. For example, UE2 belonging to group # 2 is defined as UE2-2, UE2-5, and UE2-2. In this case, the radio base station 1 uses two of the beams formed simultaneously for communication with the UE 2-2.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a result of the grouping process according to the third embodiment in a case where UEs 2 in a group are doubly belonged to this group in the arrangement example illustrated in FIG.
  • the beam corresponding to the portion indicated as free is free.
  • UE2 that already belongs to a group in which an empty beam exists is caused to belong to a double.
  • UE2 indicated as dual UE 302 indicates UE2 that belongs to each group twice.
  • UE 2-2 belongs to group # 2
  • UE 2-3 belongs to group # 3.
  • grouping may be performed so that UE2 belongs to each group in a multiple of three or more.
  • the radio base station 1 performs communication using two of the three beams that can be formed at the same time for the UE 2 that belongs to the group twice. For this reason, UE2 which belongs to a group twice has a throughput twice that of a case where communication is performed using one beam.
  • processing is performed such that signals transmitted by the two beams do not interfere with each other.
  • Signal processing may be performed so that signals transmitted by two beams in advance do not interfere with each other on the transmission side, or processing for removing interference may be performed on the reception side. Processing that prevents signals transmitted by two beams from interfering with each other is defined by the LTE standard.
  • Processing called Precoding in the LTE standard corresponds to signal processing performed in advance on the transmission side so that signals transmitted by two beams do not interfere with each other.
  • the process of removing interference on the receiving side is not standardized, but a process called Zero Forcing can be used.
  • the processing for preventing the signals transmitted by the two beams from interfering with each other is not limited to these, and any processing may be used.
  • the UEs 2 are grouped so that the number of UEs 2 present in the same spot belonging to the same group is as small as possible. For this reason, compared with the case where UE2 which belongs to the same group is grouped so that all may be in the same spot, the bandwidth of the radio frequency allocated to each UE2 can be widened.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • 1 wireless base station 2-1 to 2-9 UE, 10 wireless communication system, 11, 21 control unit, 12, 22 modulation / demodulation unit, 13, 23 transmission / reception unit, 14, 24 antenna unit, 15 storage unit, 16 groups Processing unit, 17 group selection unit, 18 beam control unit, 19 data control unit.

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Abstract

無線基地局（１）は、複数のビームを同時に形成可能なアンテナ部（１４）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処理部（１６）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（１７）と、グループ選択部（１７）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データ制御部（１９）と、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選択端末へ向けるようアンテナ部（１４）を制御するビーム制御部（１８）と、を備える。

Description

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
　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。
　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ＮUEとし、１グループに属するＵＥ２の数の最大値をＮmaxとするとき、ＮUEがＮmaxで割りきれる場合には、ＮUEをＮmaxで割った商をグループの数とする。また、ＮUEがＮmaxで割りきれない場合には、グループ化処理部１６は、ＮUEをＮmax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 (9)

  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、
    　を備えることを特徴とする無線基地局。
  2. 　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することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
  3. 　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請求項１または２に記載の無線基地局。
  4. 　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から３のいずれか１つに記載の無線基地局。
  5. 　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請求項１から４のいずれか１つに記載の無線基地局。
  6. 　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５に記載の無線基地局。
  7. 　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５に記載の無線基地局。
  8. 　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、
    　を備えることを特徴とする無線通信システム。
  9. 　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、
    　を含むことを特徴とする無線リソース割当て方法。
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