JP2008042537A - スケジューリング装置、通信装置、マルチキャリア通信システムおよびスケジューリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の回線品質と把握している回線品質が異なる可能性がある場合に、システムスループットの低下を抑えるようにスケジューリングを行うスケジューリング装置を得ること。
【解決手段】本発明は、マルチキャリア通信システムの下りデータの送信局において、自局に割り当てられた帯域を所定周波数毎の周波数ブロックに分割し、受信局へ割り当てるスケジューリング装置であって、受信局から通知される周波数ブロック毎の下り回線品質を取得するＣＱＩ取得部（３１）と、下り回線品質を取得してから現在時刻までの経過時間と、下り回線品質を通知した受信局の移動速度と、の少なくともいずれか一つに基づいて、現在時刻の下り回線品質との間で品質に差があるかどうかを判断するための信頼度を算出する信頼度判定部（３６）と、信頼度の高い受信局の順に周波数ブロックを割り当てる周波数ブロック割当部（３７）と、を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、移動通信システムにおける無線リソースのスケジューリングに関するものであり、特に、マルチキャリア通信システムにおいて、自身に割り当てられた周波数帯域を周波数ブロックに分割し、分割して得られた周波数ブロックをデータの受信局へ割り当てるスケジューリング装置、通信装置、マルチキャリア通信システムおよびスケジューリング方法に関するものである。

従来の移動通信システムにおいて、基地局は、自局の運用範囲内に在圏する端末（移動局）にパケットを送信する場合、端末方向への下りリンクの無線状態に応じてパケットの送信方法を適応的に変更することで所定の誤り率を実現しながら、高効率なデータ伝送を実現している。このパケットの送信方法は、たとえば、変調方式や、符号化率を適応的に変更することにより実現される。

具体例を示すと、端末への回線品質（下りリンクの無線状態）が良好な場合や、低速移動中の場合は、変調方式を６４ＱＡＭに変更したり符号化率を１に変更したりすることで、より高速なパケット送信を実現する。また、回線品質が悪い場合や中速・高速移動中の場合は、変調方式をＱＰＳＫに変更したり符号化率を０．２５に変更したりすることで、伝送効率は上記の場合よりも劣るが雑音や干渉に耐性のあるパケット送信を実現する。

このように、適応的に変調方式と符号化率を変更することで伝播環境の変動に応じた効率的なデータ伝送を実現できる。

また、システムとして高速データ伝送を行うためには広帯域に伝送することが必要だが、広帯域マルチパス環境下では周波数選択性フェージングにより個々の端末の受信信号の電力強度（回線品質）は周波数軸方向で大きく変化する。さらに、その変化状況は端末ごとに独立であるため、基地局において周波数軸上での伝送制御（スケジューリング）を行うことが、効率的なデータ伝送に有効であることが知られている。これは、注水定理と呼ばれ、たとえば、全帯域を所定の周波数毎に分割し、分割されたそれぞれの帯域（周波数ブロック）ごとに回線品質の良好な端末を選択することによりシステムスループットを向上させることができる。

なお、注水定理を適用し、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）などのマルチキャリア通信システムのシステムスループットを向上させるスケジューリング方法が、下記特許文献１に記載されている。下記特許文献１の記載によれば、周波数領域において、帯域を複数の周波数ブロックに分割し、それぞれの周波数ブロックを回線品質の良い端末に割り当て、さらに回線品質に応じて変調方式および符号化率を変更することによりシステムスループットが改善できる、とされている。

特開２００６−５０５４５号公報

ここで、基地局が伝播環境に応じて無線リソースを割当て、適応的に変調方式と符号化率を変更するためには下りリンクあるいは上りリンクの回線品質を把握する必要がある。たとえば第三世代移動通信システムの標準化団体である３ＧＰＰ（3^rd Generation Partnership Project）で規格化されたＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）方式では、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）と呼ばれる制御情報（回線品質情報）を端末が基地局へ送信することにより、基地局が下りリンクの回線品質を把握するようにしている。また、基地局が上りリンクの回線品質を把握する手法として、端末が送信した既知の信号から求めたＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）に基づいて回線品質を求める方法が検討されている。

しかしながら、上述したような、帯域を周波数ブロックに分割して行うスケジューリングを実現するためには、送信局（基地局）にて受信局（端末）の回線品質を周波数領域および時間領域にて周期的に把握する必要がある。そのため、受信局から送信するＣＱＩの伝送情報量が莫大になり上りリンクの帯域を圧迫してしまう、という問題があった。

上記問題の対策としてＣＱＩを周波数領域および時間領域で間引いて報告する、といった手法が考えられるが、この手法を用いた場合、ＣＱＩが間引かれた時間および周波数において、送信局は過去の回線品質しか把握できない。一方、回線品質は受信局の移動などに伴い変動するため、送信局が把握している回線品質と実際の回線品質との間に乖離が生じる。すなわち、ＣＱＩの報告間隔が間引かれると送信側にて把握できる回線品質の精度が十分ではなくなるため、実際の回線品質に適さない無線リソースを割り当ててしまい、システムスループットが低下する場合がある、という別の問題を招来する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、たとえば受信局が下りリンクの回線品質を間引いて通知したため、実際の回線品質とは異なる回線品質に基づいてスケジューリングを行う場合であっても、実際の回線品質に基づいて行う場合と比較してシステムスループットが大きく低下することのない（システムスループットの低下量を抑えた）データ伝送を実現するスケジューリング装置、通信装置、マルチキャリア通信システムおよびスケジューリング方法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、本発明は、マルチキャリア通信システムの下りデータの送信局において、自局に割り当てられた帯域を所定周波数毎の周波数ブロックに分割し、当該周波数ブロックを下りデータの受信局へ割り当てるスケジューリング装置であって、受信局から通知される周波数ブロック毎の下り回線品質を取得する回線品質取得手段と、前記回線品質取得手段が受信局から下り回線品質を取得してから現在時刻までの経過時間と、下り回線品質を通知した受信局の移動速度と、の少なくともいずれか一つに基づいて、前記下り回線品質と現在時刻の下り回線品質との間で品質に差があるかどうかを判断するための信頼度を算出する信頼度算出手段と、前記信頼度の高い受信局の順に周波数ブロックを割り当てる周波数ブロック割当手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、送信局は、スケジューリングを行う時刻における受信局毎のＣＱＩの信頼度に基づいて、無線リソースを信頼度の高い受信局へ優先的に割当てるので、ＣＱＩの報告間隔が通常よりも長い場合であっても、実際の回線品質に適さない無線リソースを割り当てる頻度を低く抑え、システムスループットの低下を抑えることができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかるスケジューリング装置、通信装置、マルチキャリア通信システムおよびスケジューリング方法の実施の形態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、本発明にかかるスケジューリング装置を備えた送信局（基地局）の構成例を示す図である。この送信局は、通信ネットワークから受け取ったＩＰパケットを送信バッファに振り分けるパケット選別部１と、ＩＰパケットの待ち行列である送信バッファを複数含んだ送信バッファ部２と、ＰＤＵ（Protocol Data Unit）の生成方法を制御するためのスケジュール部３と、ＰＤＵを生成するＰＤＵ生成部４と、無線伝送部５と、を備える。

次に送信局の動作について図１を参照して説明する。ネットワークからＩＰパケットを受信した場合、送信局のパケット選別部１は、たとえば受信局ごとやＱｏＳ（Quality Of Service）の優先度ごとに、受信したＩＰパケットを選別する。ここでいうＱｏＳの優先度とは、たとえばＩＰパケットを送信するまでの許容遅延があげられる。

パケット選別部１にて選別されたＩＰパケットは、送信バッファ部２にてそれぞれ待ち行列に格納される。なお、図１においては、送信バッファ部２を４つの待ち行列を含んだ構成としているが、待ち行列の数は４以外であってもよい。

スケジュール部３はＱｏＳの優先順位に基づいて送信バッファ部２からＩＰパケットを取り出しＰＤＵ生成部４へ入力する。また、スケジュール部３は、ＰＤＵを送信する際に使用する変調方式、符号化率などの情報を決定する。また、スケジュール部３は、受信局から通知されたＣＱＩと、ＰＤＵの送達確認を表すＡＣＫ（Acknowledgement）／ＮＡＫ（Negative Acknowledgement）、受信局の移動速度およびＣＱＩを通知されてからの経過時間のうちの少なくとも一つの情報と、に基づいて各受信局へ割当てる周波数ブロックに対するスケジューリング指標を求め、さらに、このスケジューリング指標に基づいて周波数ブロックの割当て（スケジューリング）を行う。

なお、送信局が送信アンテナを複数備え、また、受信局が受信アンテナを複数備えている場合、スケジュール部３は、送信アンテナのウェイトを決定してもよい。これにより、空間上のひとつ、または複数のストリームにデータを多重して送信することができる。また、受信局が送信局へＣＱＩを送信する周期をスケジュール部３が決定し、決定した送信周期を受信局へ通知してもよい。

ＰＤＵ生成部４は、入力されたＩＰパケットをＰＤＵ化する。ここで、ＩＰパケットをＰＤＵ化する場合においては一つのＩＰパケットを分割して複数のＰＤＵにしてもよいし、複数のＩＰパケットを結合して一つのＰＤＵにしてもよい。

無線伝送部５は、スケジュール部３が決定した情報（変調方式、符号化率などの情報）に基づいて、ＰＤＵ生成部４が生成したＰＤＵの符号化および変調処理を行い、スケジューリング結果に従った周波数ブロックを用いて、または周波数ブロックおよびストリームを用いて、受信局へ送信する。

つづいて、スケジュール部３の動作について、図２を参照して説明する。図２は、スケジュール部３の構成例を示す図であり、このスケジュール部３は、ＣＱＩ取得部３１と、現在時刻取得部３２と、報告経過時間取得部３３と、移動速度取得部３４と、ＡＣＫ／ＮＡＫ取得部３５と、信頼度判定部３６と、周波数ブロック割当部３７と、アンテナウェイト割当部３８と、ＣＱＩ報告周期決定部３９と、ＭＣＳ選択部４０と、を備える。

回線品質取得手段に相当するＣＱＩ取得部３１は、受信局から通知される下りリンクのＣＱＩ（以下、下りＣＱＩと呼ぶ）を取得する。なお、受信局から通知されるＣＱＩは時間領域で平均化されていてもよい。また、送信局は受信局から通知される下りＣＱＩを時間領域で平均化してもよい。この場合、ＣＱＩ取得部３１は、自ら下りＣＱＩの平均化を行ってもよいし、図示していない他の構成要素において平均化された後の下りＣＱＩを取得してもよい。

また、ＣＱＩ取得部３１は、受信局から下りＣＱＩを取得すると、その旨を通知する信号（トリガ）を報告経過時間取得部３３へ送る。報告経過時間取得部３３は、ＣＱＩ取得部３１からのトリガ入力があると、その時点の時刻を下りＣＱＩ通知時刻として記憶しておおく。そして、この下りＣＱＩ通知時刻および現在時刻取得部３２から取得した現在時刻に基づいて、下りＣＱＩ通知時刻からの経過時間を求め、求めた経過時間の情報を信頼度判定部３６へ渡す。なお、下りＣＱＩ通知時刻からの経過時間は、受信局毎に個別に求める。すなわち、自局の運用範囲内に在圏する受信局が複数存在する場合は、受信局それぞれについて、下りＣＱＩ通知時刻からの経過時間を求める。

移動速度取得部３４は、受信局の移動速度に関する情報（たとえば、移動速度そのものやドップラー周期）を取得し、取得した情報を信頼度判定部３６へ渡す。なお、移動速度に関する情報は、受信局が直接通知してもいいし、受信局から通知される制御情報に基づいて算出するなどしてもよい。

ＡＣＫ／ＮＡＫ取得部３５は、受信局から通知されるＡＣＫ／ＮＡＫ（送達確認）情報を取得する。なお、ＡＣＫ／ＮＡＫ取得部３５は、ＰＤＵの送信時に割り当てられた（使用した）周波数ブロックの識別情報（周波数ブロックＩＤ）と、ＰＤＵの送信時に使用したＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme、変調方式および符号化率）およびアンテナウェイトを記憶しておく。そして、送達確認を取得した場合には、その送達確認の対象であるＰＤＵの送信時に記憶しておいた周波数ブロックＩＤ、ＭＣＳおよびアンテナウェイトについての情報を、送達確認情報（ＡＣＫ／ＮＡＫ情報）と共に、信頼度判定部３６へ渡す。

信頼度算出手段に相当する信頼度判定部３６は、上記報告経過時間取得部３３からの入力、上記移動速度取得部３４からの入力および上記ＡＣＫ／ＮＡＫ取得部３５からの入力の中の少なくとも１つに基づいて周波数ブロックの割り当て優先度（スケジューリング指標）を求める。この割り当て優先度は、たとえば次式（１）を使用して算出する。
R（User_X,RB_Y,Stream_Z）
＝α*R_CQI（fd,t）＋β*R_ACK_{RB_Y,Stream_Z}（t）＋γ*R_ACK_else（t）
＋Δ*R_NAK_{RB_Y,Stream_Z}（t）＋ε*R_NAK_else（t） …（１）

上式（１）において、“R（User_X,RB_Y,Stream_Z）”は、“User_X”で示される受信局に対して、“RB_Y”で示される周波数ブロック、および“Stream_Z”で示されるアンテナストリームを割り当てる際に参照する周波数ブロックの割り当て優先度（スケジューリング指標）を表す関数である。

“R_CQI（fd,t）”は、受信局（＝User_X）が報告したＣＱＩの信頼度を表し、当該受信局がＣＱＩを報告してからの経過時間および移動速度を引数とする関数である。また、“fd”は最大ドップラー周波数の情報であり、たとえば、fd=5.5Hzの場合は2GHz帯において移動速度3km/hを表す。また、“ｔ”は受信局（＝User_X）がＣＱＩを報告してからの経過時間（n*TTI）を表す。なお、ここではTTI=0.5msである。

“R_ACK_{RB_Y, Stream_Z}（t）”および“R_NAK_{RB_Y, Stream_Z}（t）”は、受信局（＝User_X）が周波数ブロック（＝RB_Y）およびアンテナストリーム（＝Stream_Z）を使用してＰＤＵを受信局（＝User_X）へ送信した場合の周波数ブロック（＝RB_Y）およびアンテナストリーム（＝Stream_Z）の信頼度を表し、時間ｔを引数とする関数である。

“R_ACK_else（t）”および“R_NAK_else（t）”は、受信局（＝User_X）が周波数ブロック（＝RB_Y）およびアンテナストリーム（＝Stream_Z）以外を使用してＰＤＵを受信局（＝User_X）へ送信した場合の周波数ブロック（＝RB_Y）およびアンテナストリーム（＝Stream_Z）の信頼度を表し、時間ｔを引数とする関数である。

また、α、β、γ、Δ、εは、上式（１）における信頼度を表す各関数の重み付けを制御するためのパラメータである。そして、これらα、β、γ、Δ、εの中の一つまたは複数を０（ゼロ）に設定した場合、その項を無効にすることができる。

周波数ブロック割り当て部３７およびアンテナウェイト割り当て部３８は、信頼度判定部３６が求めた上記スケジューリング指標を考慮して、スケジューリングを行う。すなわち、周波数ブロック割り当て部３７は各受信局へ割り当てる（各受信局へのデータ送信に使用する）周波数ブロックを決定し、アンテナウェイト割り当て部３８は各送信アンテナのウェイトを決定する。

また、送信間隔調整手段に相当するＣＱＩ報告周期決定部３９は、信頼度判定部３６が求めた上記スケジューリング指標に基づいて、各送信局から下りＣＱＩの通知（報告）を受ける周期を決定する。

ＭＣＳ選択部４０は、周波数ブロック割り当て部３７からの入力である周波数ブロックスケジューリング結果と、アンテナウェイト割り当て部３８からの入力であるアンテナウェイトスケジューリング結果と、ＣＱＩ取得部３１からの入力であるＣＱＩと、自身が保持しているＣＱＩ／ＭＣＳ変換テーブル（ＣＱＩの値に対応するＭＣＳを示したテーブル）と、に基づいて、各周波数ブロックにおいて使用するＭＣＳを選択する。なお、ＭＣＳ選択部４０は、各下りＣＱＩについて、それが通知された時刻（ＣＱＩ取得部により下りＣＱＩが取得された時刻）からの経過時間を報告経過時間取得部３３から取得するなどして、下りＣＱＩの信頼度を考慮したＭＣＳ選択動作を行ってもよい。

ここで、上式（１）を使用するなどして求めたスケジューリング指標を用いてスケジューリングを行う理由を、図３−１および図３−２に基づいて説明する。図３−１は、高速移動中の受信局に対するスケジューリングにおいて使用する上記スケジューリング指標の時間変化の様子を示した図である。図３−２は、低速移動中の受信局に対するスケジューリングにおいて使用する上記スケジューリング指標の時間変化の様子を示した図である。

まず、受信局が高速移動中の場合には、マルチパスフェージングの影響で回線品質の時間変動が急峻になり、受信局から送信局へ通知したＣＱＩの信頼度は短時間で失われてしまう。そのため、信頼度を表すR_CQI（fd,t）の値を小さくする（時間の経過に伴うR_CQI（fd,t）の変動幅を大きくする）ことでスケジューリング指標を図３−１に示した例のように時間変動させる（制御する）。これにより、実際の回線品質と通知されたＣＱＩの値がかけ離れている（誤差が大きい）と推測される周波数ブロック、およびアンテナストリームのスケジューリング指標を下げ、ＣＱＩが報告されてから時間が経過していない、すなわちＣＱＩの信頼度が高い周波数ブロックおよびアンテナストリームを優先的に割当てることができる。その結果、高速移動中の受信局に対して実際の回線品質に適さない周波数ブロックを割り当ててしまう可能性を低く抑えることができる。

一方、受信局が低速移動中の場合などでは、回線品質の時間変動が緩やかなため受信局から送信局へ通知したＣＱＩの信頼度は移動速度が高速な場合と比較して長い時間高く保たれる。そのためR_CQI（fd,t）の値を大きくすることでスケジューリング指標を図３−２に示した例のように時間変動させる。これにより、信頼度が高くかつＣＱＩが大きな（回線品質の良好な）受信局へ周波数ブロックを割り当てることができる。

また、図４は、周波数ブロックごとのスケジューリング指標の時間変化の様子を示した図である。たとえば、特定の周波数ブロック（Ｒ１とする）を使用して送信したＰＤＵがＣＲＣエラーとなり、それを通知するＮＡＫが受信局から返送された場合、送信局は、送信エラーが発生した周波数ブロックＲ１についてのR_NAK_{RB_Y,Stream_Z}（t）を小さくすることで、周波数ブロックＲ１およびアンテナストリームの優先度を下げる。このとき、ＰＤＵ送信時に割当てられていない無線リソース（周波数ブロックＲ２，Ｒ３およびアンテナストリーム）についてはＮＡＫが返ってきた事象と無関係であるから、優先度を下げる必要がない。そのため、図４に示した例のように、各周波数ブロックのスケジューリング指標を制御する。これにより、ＮＡＫが返ってきたら一様に周波数ブロックの割り当て優先度を調整する（下げる）方式と比較して、周波数軸上での細かい優先制御を行うことができる。なお、上記の例ではＮＡＫが返ってきた場合のみスケジューリング指標を下げているが、ＡＣＫが返ってきた場合には割当て優先度を上げるようにしてもよい。

図４では、特徴的な処理である「ＮＡＫが通知された場合にスケジューリング指標を変化させる」という点に焦点を絞った形でスケジューリング指標の変化の様子を例示している。そのため図４の例では、図３−１や図３−２の場合とは異なり、スケジューリング指標を時間の経過とともに変化させるようにはしていない。なお上述したように、式（１）におけるα、β、γ、Δ、εを調整することにより、ＮＡＫが通知された場合にのみスケジューリング指標を変化させるような制御も可能である。

以上のように、受信局から通知されたＣＱＩの信頼度の時間変動の違いを考慮してスケジューリングを行うことにより、注水定理に則したスケジューリングが実現され、システムスループットを向上させることができる。たとえば、ある時点において、送信局から高速度で遠ざかっていく受信局から通知されたＣＱＩが、低速移動中の送信局から通知されたＣＱＩよりも大きい場合であっても、その後しばらく経過した時点での実際のこれらのＣＱＩの大小関係が逆転している可能性がある。そのため、本発明では、各ＣＱＩの取得時点からの経過時間などに基づいて、各ＣＱＩの信頼度（スケジューリングを行う時点でのＣＱＩ情報の妥当性）についても考慮してスケジューリングを行うこととしている。

なお、上記R_NAK_{RB_Y,Stream_Z}（t）は時間ｔを引数とする関数であるため、過去の情報に基づいて割当て優先度を決定する。しかしながら、無線伝播環境は時々刻々と変化するため、送信局がスケジューリングする時刻における無線伝播環境の統計的性質と時間相関の無い時刻に通知されたＮＡＫは、回線品質情報の信頼度判断結果に影響を与えない。そのため、上記R_NAK_{RB_Y,Stream_Z}（t）を求める過程において上記ＮＡＫを用いない（時間相関の無い時刻に通知されたＮＡＫを考慮しない）手段を加えることが望ましい。この手段を実現する方法として、たとえば、図３−１および図３−２では受信局User_XからＣＱＩが通知される周期で割当て優先度をリセットしているが、ＣＱＩが通知される周期よりも長い周期（たとえば最大ドップラー周期）で割り当て優先度をリセットしてもよい。また、時間窓（たとえば最大ドップラー周期）を定義して、スケジューリングする時刻以前の時間窓内において通知されたＮＡＫの数によって上記R_NAK_{RB_Y,Stream_Z}（t）を求めてもよい。また、上式（１）のそれぞれの関数は、異なる周期または時間窓を定義してもよい。

このように、本実施の形態においては、送信局は、スケジューリングする時刻における受信局毎のＣＱＩの信頼度をスケジューリング指標として用いて、ＣＱＩの信頼度が高い受信局に対して無線リソースを優先的に割当てることとした。これにより、ＣＱＩの報告間隔が間引かれた場合であっても、実際の回線品質に適さない無線リソースを割り当てる頻度を低く抑え、上述したシステムスループットが低下するという問題を改善することができる。

なお、上記方法については下りリンクを想定しているが、図２のＣＱＩ取得部３１において受信局が送信した既知の信号から求めたＳＩＲに基づいて上りリンクの回線品質を知ることができるため、同様の構成で上りリンクにも適用可能である。

また、本実施形態はＣＱＩの信頼度という観点からスケジューリング指標を求めているが、たとえばパケットの許容遅延時間や受信局間のスループットの公平性に基づいて求めたスケジューリング指標と組み合わせることも可能である。また、本実施の形態ではＣＱＩやＡＣＫ／ＮＡＫが１ビットの情報であるかのように記述したが、複数ビットの情報を用いて、信頼度判定部３６が信頼度判定を行ってもよく、これによっても上記と同様の効果を奏する。なお、この場合、受信局において追加の回線品質情報として、ビットレペティションや、ＣＲＣ付加または既知情報の追加を行ってもよい。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２のスケジューリング装置について説明する。本実施の形態の送信局およびスケジューリング装置の構成は、上述した実施の形態１と同様である。上述した実施形態１では、受信局へ割り当てる周波数ブロックおよびアンテナストリームのスケジューリング指標を周波数ブロックおよびアンテナストリームの信頼度に基づいて導き出す方法について説明したが、本実施の形態では、周波数ブロック割当部３７が上記スケジューリング指標を参照して周波数ブロックを割り当てる方法の詳細について説明する。

なお、以下の説明において、ｕはそれぞれ受信局のＩＤ，ｒは周波数ブロックのＩＤ，max_rは全周波数ブロック数，table_r（r）は各受信局の割り当て優先度（信頼度判定部３６が求めたスケジューリング指標）を周波数ブロックごとにソートした集合とする。

図５は、実施の形態２の周波数ブロック割当部３７が実行する周波数ブロックの割り当て動作を示したフローチャートである。まず、周波数ブロック割当部３７は、各周波数ブロックについてのtable_r（r）を生成する（ステップＳ６０）。なお、ステップＳ６０を実行すると、周波数ブロックの数と同数のtable_r（r）が生成される。

つぎに、ｕおよびｒを初期化し（ステップＳ６１，Ｓ６２）、ｒが示す周波数ブロック（以下、周波数ブロック＃ｒと記載する）がすでに割り当て済みかどうかを確認する（ステップＳ６３）。周波数ブロック＃ｒがまだ割り当てられていない場合（ステップＳ６３，Ｎｏ）、受信局をソートした集合table_r（r）のトップが、当該ｕが示す受信局（以下、受信局＃ｕと記載する）であるかどうか確認する（ステップＳ６５）。

table_r（r）のトップが受信局＃ｕの場合（ステップＳ６５，Ｙｅｓ）、周波数ブロック＃ｒを受信局＃ｕに（受信局＃ｕへのデータ送信用周波数ブロックとして）割り当てる（ステップＳ６６）。そして、当該周波数ブロック＃ｒを割り当てたことを記憶し（各周波数ブロックの割り当て状況を示す情報において当該周波数ブロックを“割り当て済み”に設定し）、ｒが全周波数ブロック数max_rに達していないかどうか確認する（ステップＳ６７）。ステップＳ６７の確認の結果、ｒがmax_rに達していない（ｒ＜max_r）場合（ステップＳ６７，Ｙｅｓ）、ｒ（周波数ブロックＩＤ）に１を加算、すなわちｒをインクリメントする（ステップＳ６４）。以降、ｒがmax_rに達するまで、同様の処理（ステップＳ６３〜Ｓ６７で示した処理）を継続する。

また、上記ステップＳ６３において周波数ブロック＃ｒがすでに割り当てられていると判断した場合（ステップＳ６３，Ｙｅｓ）、および上記ステップＳ６５においてtable_r（r）のトップが受信局＃ｕではないと判断した場合（ステップＳ６５，Ｎｏ）には、ステップＳ６７へ遷移する。そして、上述したステップＳ６６からステップＳ６７へ遷移した場合と同様に、ｒがmax_rに達するまで処理を継続する。

そして、ｒがmax_rに達した場合には（ステップＳ６７，Ｎｏ）、まだ割り当てていない周波数ブロック（未割り当て周波数ブロック）が存在するかどうかを確認する（ステップＳ６８）。未割り当て周波数ブロックが存在しない場合（ステップＳ６８，Ｎｏ）、処理を終了する。一方、未割り当て周波数ブロックが存在する場合（ステップＳ６８，Ｙｅｓ）、ｕ（受信局ＩＤ）をインクリメントし（ステップＳ６９）、ステップＳ６２へ遷移する。以降、未割り当て周波数ブロックが無くなるまで上述したステップＳ６２〜Ｓ６９の処理を継続して実行する。

なお、本実施の形態においては、周波数ブロック割当部３７が行うスケジューリング（周波数ブロックスケジューリング）について説明したが、アンテナウェイト割当部３８が行うスケジューリング（アンテナウェイトの割り当て動作）も上述した周波数ブロックスケジューリングと同様である。すなわち、上記各処理において“周波数ブロック”を“アンテナウェイト”に置き換えた処理をアンテナウェイト割当部３８は実行する。

このように、本実施の形態においては、受信局からＣＱＩが時間領域および周波数領域で間引いて通知された場合、送信局は、スケジューリングする時刻における受信局毎のＣＱＩの信頼度をスケジューリング指標として用いることとした。これにより、複数の受信局の中から最も信頼度の高い受信局に対して最も信頼度の高い無線リソースを割り当てることができる。この結果、送信局はスケジューリング時刻における最も回線品質に即した無線リソースを受信局へ割り当てるため、注水定理によりスループットを向上させることができる。

実施の形態３．
つづいて、実施の形態３のスケジューリング装置について説明する。上述した実施の形態２では、各周波数ブロックについて最もスケジューリング指標（優先度）の高い受信局に対して周波数ブロックを割り当てるスケジューリング方法について説明したが、本実施の形態ではさらに、受信局における信頼度の期待値を考慮して周波数ブロックを割り当てる方法について説明する。

なお、本実施の形態の送信局およびスケジューリング装置の構成も、上述した実施の形態１と同様である。また、受信局における信頼度の期待値は、たとえば、受信局から通知された全周波数ブロック、および、全アンテナストリームに対するＣＱＩの信頼度、を表す関数である上式（１）で示したR（User_X，RB_Y，Stream_Z）の平均値を用いる。

また、以下の説明において使用するｕ，ｒ，max_r，table_r（r）は、実施の形態２で使用したものと同様である。また、R（u）は受信局＃ｕにおける信頼度の期待値，ｔｈはR（u）を評価するためのしきい値，table_u（u）は各周波数ブロックを受信局ごとにソートした集合，ｉはtable_u（u）の優先順位，ｋは受信局＃ｕに対して割り当てた周波数ブロックの数，min_kは周波数ブロックの割り当て最小数とする。

図６は、実施の形態３の周波数ブロック割当部３７が実行する周波数ブロック割り当て動作を示したフローチャートである。本実施の形態の周波数ブロック割当処理は、実施の形態２の周波数ブロック割当処理（図５参照）のステップＳ６０の処理に代えてステップＳ７０を実行し、さらにステップＳ７１〜Ｓ７９の処理を追加したものである。なお、上述した実施の形態２の周波数ブロック割当方法を示した図５と同様の処理については、同一のステップ番号を付してその説明を省略する。

まず、周波数ブロック割当部３７は、各周波数ブロックについてのtable_r（r）、各受信局についてのtable_u（u）を生成する（ステップＳ７０）。なお、ステップＳ７０を実行すると、周波数ブロックの数と同数のtable_r（r）、および受信局の数と同数のtable_u（u）が生成される。

その後、周波数ブロック割当部３７は、ステップＳ６１につづいて、受信局＃ｕにおける信頼度の期待値R（u）がしきい値ｔｈ未満かどうかを確認する（ステップＳ７１）。期待値R（u）がしきい値ｔｈ未満でない場合（ステップＳ７１，Ｎｏ）、ステップＳ６２へ遷移し、ステップＳ６２〜Ｓ６９を実行する。

これに対して、期待値R（u）がしきい値ｔｈ未満の場合（ステップＳ７１，Ｙｅｓ）、ｉ（table_r（r）の優先順位）およびｋ（受信局＃ｕに対して割り当てた周波数ブロックの数）を初期化し（ステップＳ７２）、周波数ブロックをソートした集合table_u（u）の優先順位ｉ番目の周波数ブロック＃ｒを取得する（ステップＳ７３）。

そして、取得した周波数ブロック＃ｒがすでに割り当て済みかどうかを確認する（ステップＳ７４）。周波数ブロック＃ｒがすでに割り当て済みの場合（ステップＳ７４，Ｙｅｓ）、ｉをインクリメントする（ステップＳ７７）。一方、周波数ブロック＃ｒがまだ割り当てられていない場合は（ステップＳ７４，Ｎｏ）、当該周波数ブロック＃ｒを当該受信局＃ｕへ割り当てる（ステップＳ７５）。さらに、当該周波数ブロック＃ｒを割り当てたことを記憶し（各周波数ブロックの割り当て状況を示す情報において当該周波数ブロックを“割り当て済み”に設定し）、ｋをインクリメントし（ステップＳ７６）、ステップＳ７７へ遷移する。

次に、周波数ブロック割当部３７は、ｋがmin_k（周波数ブロックの割り当て最小数）に達していないかどうかを確認する（ステップＳ７８）。ｋがmin_kに達した場合（ステップＳ７８，Ｎｏ）、当該受信局への周波数ブロック割り当て動作を終了（ステップＳ６８へ遷移）する。ステップＳ６８へ遷移後は、ステップＳ６８の処理結果（判定結果）に従った動作を行う。

これに対して、ｋがmin_kに達していない（ｋ＜min_k）場合には（ステップＳ７８，Ｙｅｓ）、まだ割り当てていない周波数ブロック（未割り当て周波数ブロック）が存在するかどうか確認する（ステップＳ７９）。未割り当て周波数ブロックが存在しない場合（ステップＳ７９，Ｎｏ）、処理を終了する。一方、未割り当て周波数ブロックが存在する場合（ステップＳ７９，Ｙｅｓ）、ステップＳ７３へ遷移する。以降、ステップＳ７８においてｋがmin_kに達したと判断するか、ステップＳ７９において未割り当て周波数ブロックが無くなったと判断するまで上述したステップＳ７３〜Ｓ７９の処理を継続して実行する。

なお、しきい値（ｔｈ）および周波数ブロックの割り当て最小数（min_k）は複数個あってもよく、しきい値によって段階的に周波数ブロックの割り当て最小数の設定を変更してもよい。たとえば、ＣＱＩが大きくかつ当該ＣＱＩの信頼度が高い受信局に対してより多くの周波数ブロックが割り当てられるようにｔｈおよびmin_kを設定する。

また、複数の周波数ブロックを一つの受信局が占有してもよく、複数の受信局で複数の周波数ブロックをサブキャリア単位、またはシンボル単位で共有してもよい。

また、ある受信局について、当該受信局以外の受信局のＣＱＩの信頼度が高く、当該受信局に対する周波数ブロックの割り当て数が周波数ブロックの割り当て最小値（上記min_kに相当）へ達しない場合（十分なダイバーシチ効果が期待できない場合）には、変調方式（変調多値数）や符号化率を低めに調整してロバストにＰＤＵを送信してもよい。同様に、変調方式や符号化率を調整してパケット誤りを低減することができる。

また、アンテナウェイト割当部３８のスケジューリング手順（アンテナウェイトを割り当てる手順）も上述した周波数ブロック割当部３７が実行する手順と同様である。すなわち、上記各処理において“周波数ブロック”を“アンテナウェイト”に置き換えた処理をアンテナウェイト割当部３８は行う。

このように、本実施の形態においては、従来のスケジューリング方法を使用した場合の「受信局へ割り当てた周波数ブロックにおけるＣＱＩの信頼度が極端に低くなると、ＰＤＵを送信しても適応変調および符号化率が回線品質に即した値ではなくなり、受信局にて受信エラーが発生する可能性が増えてしまう」という問題を改善するために、ＣＱＩの信頼度が低いと判断した受信局に対する周波数ブロック割り当て動作においては、周波数ブロックの割り当て数の最低値を設けて周波数領域に拡散して割り当てることとした。これにより、ＰＤＵを送信する時の回線品質が周波数領域で平均化されるので少ない周波数ブロックでＰＤＵを送信した場合に比べてパケット誤りを低減することができる。

実施の形態４．
つづいて、実施の形態４のスケジューリング装置について説明する。上述した実施の形態１、２および３では、ＣＱＩの信頼度に基づいて周波数ブロックを割り当てるスケジューリング方法について説明したが、本実施の形態においては、ＣＱＩの信頼度に基づいてＣＱＩの報告周期を制御するスケジューリング方法について説明する。なお、本実施の形態の送信局およびスケジューリング装置の構成とＣＱＩの信頼度を求める方法は、上述した実施の形態１と同様である。

本実施の形態のスケジューリング方法において、ＣＱＩ報告周期決定部３９は、ＣＱＩの信頼度がしきい値th_minを下回ったと判断した場合、ＣＱＩの信頼度が極端に低い（十分なスケジューリング精度が得られない程度に低い）と判断し、ＣＱＩの報告周期を短くする。逆にＣＱＩの信頼度がしきい値th_maxを上回ったと判断した場合には、ＣＱＩの信頼度が高い（ＣＱＩの報告周期を長くしても十分なスケジューリング精度が得られる程度に高い）と判断し、ＣＱＩの報告周期を長くする。調整後の報告周期は、当該調整後の報告周期を使用する受信局に対して通知される。

なお、上記しきい値th_minおよびth_maxは複数個あってもよく、しきい値によって段階的に周期の設定を変更してもよい。また、本実施の形態のスケジューリング方法（ＣＱＩ報告周期の調整動作）を上述した実施の形態２または３のスケジューリング方法（周波数ブロックの割り当て動作）と組み合わせて実行するようにしてもよい。このとき、実施の形態２または３の周波数ブロックの割り当て動作（図５に示した動作または図６に示した動作）につづいて本実施の形態のＣＱＩ報告周期調整動作を実行してもよいし、周波数ブロックの割り当て動作を実行する前にＣＱＩ報告周期調整動作を実行してもよい。また、周波数ブロックの割り当て動作とは関係なく独立にＣＱＩ報告周期調整動作を実行してもよい。

また、ＣＱＩの報告周期は、全ての周波数ブロックで同じとしてもよいし、周波数ブロックごとに別々としてもよい。また、ＣＱＩの報告周期の最大値のみを与えて、それより短い間隔で報告するようにしてもよい。さらに、送信局が指示するまで受信局はＣＱＩを報告しない（送信局がＣＱＩ報告を必要とする場合にＣＱＩ報告を受信局へ要求する）、という手順を使用して送信局がＣＱＩの報告を受けるようにしてもよい。

このように、本実施の形態においては、ＣＱＩの信頼度が低い場合はＣＱＩの報告周期を短くすることとした。これにより、上記課題で述べた実際の回線品質と送信局が把握している回線品質情報との乖離が生じる問題を解決することができる。一方、ＣＱＩの信頼度が高い場合にはＣＱＩの報告周期を長くすることとした。これにより、ＣＱＩの報告量（伝送情報量）を削減し、上記課題で述べた上りリンクの帯域を圧迫するという問題を解決することができる。

以上のように、本発明にかかるスケジューリング装置は、移動通信システムに有用であり、特に、受信局（移動局）から報告される下りリンクの回線品質に基づいて、下りリンクの無線リソースを受信局へ割り当てる送信局（基地局）のスケジューリング装置に適している。

本発明にかかるスケジューリング装置を備えた送信局の構成例を示す図である。 スケジュール部の構成例を示す図である。 高速移動中の受信局に対するスケジューリングにおいて使用するスケジューリング指標の時間変化の様子を示した図である。 低速移動中の受信局に対するスケジューリングにおいて使用するスケジューリング指標の時間変化の様子を示した図である。 周波数ブロックごとのスケジューリング指標の時間変化の様子を示した図である。 実施の形態２の周波数ブロック割り当て動作を示したフローチャートである。 実施の形態３の周波数ブロック割り当て動作を示したフローチャートである。

符号の説明

１ パケット選別部
２ 送信バッファ部
３ スケジュール部
４ ＰＤＵ生成部
５ 無線伝送部
３１ ＣＱＩ取得部
３２ 現在時刻取得部
３３ 報告経過時間取得部
３４ 移動速度取得部
３５ ＡＣＫ／ＮＡＫ取得部
３６ 信頼度判定部
３７ 周波数ブロック割当部
３８ アンテナウェイト割当部
３９ ＣＱＩ報告周期決定部
４０ ＭＣＳ選択部

Claims (15)

1. マルチキャリア通信システムの下りデータの送信局において、自局に割り当てられた帯域を所定周波数毎の周波数ブロックに分割し、当該周波数ブロックを下りデータの受信局へ割り当てるスケジューリング装置であって、
   受信局から通知される周波数ブロック毎の下り回線品質を取得する回線品質取得手段と、
   前記回線品質取得手段が受信局から下り回線品質を取得してから現在時刻までの経過時間と、下り回線品質を通知した受信局の移動速度と、の少なくともいずれか一つに基づいて、前記下り回線品質と現在時刻の下り回線品質との間で品質に差があるかどうかを判断するための信頼度を算出する信頼度算出手段と、
   前記信頼度の高い受信局の順に周波数ブロックを割り当てる周波数ブロック割当手段と、
   を備えることを特徴とするスケジューリング装置。
2. 前記信頼度算出手段は、以前に送信した下りデータの送達確認がＮＡＫの場合、当該下りデータを送信するために割り当てた周波数ブロックの下り回線品質の信頼度を調整し、前記周波数ブロック割当手段は、当該調整後の信頼度の高い受信局の順に周波数ブロックを割り当てることを特徴とする請求項１に記載のスケジューリング装置。
3. 前記信頼度算出手段は、前記受信局の移動速度に基づいて時間窓を決定し、当該時間窓内において前記受信局からＮＡＫを取得した場合に、信頼度を調整することを特徴とする請求項２に記載のスケジューリング装置。
4. 前記周波数ブロック割当手段は、さらに、特定の受信局の信頼度と当該信頼度を評価するためのしきい値とを比較し、当該信頼度が当該しきい値未満の場合に、予め決められている割り当て最小数以上の周波数ブロックを前記特定の受信局へ割り当てることを特徴とする請求項１、２または３に記載のスケジューリング装置。
5. さらに、
   スケジューリング精度（下り回線品質に即したスケジューリングが可能かどうか）を判定するためのしきい値と前記信頼度との比較結果に基づいて、前記受信局による下り回線品質の送信間隔周期を調整する送信間隔調整手段、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のスケジューリング装置。
6. 前記送信間隔調整手段は、前記信頼度と前記しきい値の一つであるスケジューリング精度の劣化判定を行うための第１の信頼度しきい値とを比較し、信頼度が第１の信頼度しきい値よりも低い場合、前記送信間隔周期が短くなるように調整し、一方、前記信頼度と前記しきい値の一つであるスケジューリング精度の余裕度判定を行うための第２の信頼度しきい値とを比較し、信頼度が第２の信頼度しきい値よりも高い場合には、前記送信間隔周期が長くなるように調整することを特徴とする請求項５に記載のスケジューリング装置。
7. マルチキャリア通信システムを構成する下りデータ送信側の通信装置（送信局）であって、
   請求項１〜６のいずれか一つに記載のスケジューリング装置を備えることを特徴とする通信装置。
8. 請求項７に記載の下りデータ送信側の通信装置（送信局）とともにマルチキャリア通信システムを構成し、当該送信局から送信される下りデータを受信する通信装置（受信局）であって、
   下り回線品質を前記送信局に対して送信する間隔を指示するための情報を受信した場合に、当該送信間隔で下り回線品質を送信することを特徴とする通信装置。
9. 請求項７に記載の第１の通信装置と、
   請求項８に記載の複数の第２の通信装置と、
   を含み、
   前記第１の通信装置は、前記第２の通信装置の各々から送信された下り回線品質に基づいて、当該第２の通信装置に対して、下りデータ送信に使用する周波数ブロックの割り当てを行い、当該割り当て結果に従って下りデータを送信することを特徴とするマルチキャリア通信システム。
10. マルチキャリア通信システムにおいて、下りデータの送信局が、自局に割り当てられた帯域を所定周波数毎の周波数ブロックに分割し、当該周波数ブロックを下りデータの受信局へ割り当てるスケジューリング方法であって、
    受信局から通知される周波数ブロック毎の下り回線品質を取得する回線品質取得ステップと、
    前記回線品質取得ステップにおいて下り回線品質を取得してから現在時刻までの経過時間と、下り回線品質を通知した受信局の移動速度と、の少なくともいずれか一つに基づいて、前記下り回線品質と現在時刻の下り回線品質との間で品質に差があるかどうかを判断するための信頼度を算出する信頼度算出ステップと、
    前記信頼度の高い受信局の順に周波数ブロックを割り当てる周波数ブロック割当ステップと、
    を含むことを特徴とするスケジューリング方法。
11. さらに、
    以前に送信した下りデータの送達確認がＮＡＫの場合、当該下りデータを送信するために割り当てた周波数ブロックの下り回線品質の信頼度を調整する信頼度調整ステップ、
    を含み、
    前記信頼度調整ステップにおいて信頼度が調整された場合、前記周波数ブロック割当ステップでは、当該調整された後の信頼度の高い受信局の順に周波数ブロックを割り当てることを特徴とする請求項１０に記載のスケジューリング方法。
12. 前記信頼度調整ステップでは、前記受信局の移動速度に基づいて時間窓を決定し、当該時間窓内において前記受信局からＮＡＫを取得した場合に、信頼度を調整することを特徴とする請求項１１に記載のスケジューリング方法。
13. 前記周波数ブロック割当ステップでは、さらに、特定の受信局の信頼度と当該信頼度を評価するためのしきい値とを比較し、当該信頼度が当該しきい値未満の場合に、予め決められている割り当て最小数以上の周波数ブロックを前記特定の受信局へ割り当てることを特徴とする請求項１０、１１または１２に記載のスケジューリング方法。
14. さらに、
    スケジューリング精度（下り回線品質に即したスケジューリングが可能かどうか）を判定するためのしきい値と前記信頼度との比較結果に基づいて、前記受信局による下り回線品質の送信間隔周期を調整する送信間隔調整ステップ、
    を含むことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一つに記載のスケジューリング方法。
15. 前記送信間隔調整ステップでは、前記信頼度と前記しきい値の一つであるスケジューリング精度の劣化判定を行うための第１の信頼度しきい値とを比較し、信頼度が第１の信頼度しきい値よりも低い場合、前記送信間隔周期が短くなるように調整し、一方、前記信頼度と前記しきい値の一つであるスケジューリング精度の余裕度判定を行うための第２の信頼度しきい値とを比較し、信頼度が第２の信頼度しきい値よりも高い場合には、前記送信間隔周期が長くなるように調整することを特徴とする請求項１４に記載のスケジューリング方法。

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