JP2010056652A - 無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基地局と複数の中継局が複数の端末局への通信に用いる周波数を多重する際に、最適な端末局の多重組合せを得て周波数の利用効率を向上させる。
【解決手段】 基地局は、基地局または複数の中継局と、複数の端末局とのＣＮＲを収集し、そのＣＮＲから各端末局が直接通信する基地局または中継局を決定する第１の手段と、基地局と複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲを計算する第２の手段と、組合せパターンごとのＣＩＮＲから組合せパターンごとの伝送レートを推定し、これに基づいて基地局および中継局が同時に同一周波数を用いて通信する端末局の組合せを設定する第３の手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、中継局を備えた無線通信システムにおいて、システム全体のトータルスループットを向上させる無線リソースのスケジューリングを行う無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法に関する。

IEEE802.16で規格化されているIEEE802.16e-2005規格の通信方式（いわゆるモバイルＷｉＭＡＸ(Worldwide interoperability for microwave access) ）では、高速なデータサービスに加えて、ＶｏＩＰやストリーミング配信など、様々なアプリケーションに幅広く対応できるように設計されている。周波数帯域としてマイクロ波帯の使用が定められており、見通し外環境でも通信をある程度保つことができる。しかし、建物や丘陵地の起伏などによって、電波遮蔽に伴うスループットの劣化やカバレッジホールが発生するため、単一の基地局（以下ＢＳ）による広域化には限界がある。

また、IEEE802.16TGj では、IEEE802.16e-2005規格に中継局（以下ＲＳ）を適用させるための拡張作業が行われている（非特許文献１）。ＲＳを用いることにより、建物などの電波遮蔽による通信品質が劣化するエリアの補完や、サービスエリアの拡張が期待できる。検討されている中継方式は、同一チャネルでの中継を実現するために、同一の周波数帯域をアクセス回線と中継回線で時分割多重する方式である。

IEEE802.16TGj で示される時分割で中継を実現するフレーム構成の一例を図１４に示す。ＢＳとＲＳは１つのフレームを時分割複信によって、ダウンリンク（以下ＤＬ）サブフレームとアップリンク（以下ＵＬ）サブフレームに分割し、さらに各サブフレームをアクセス区間と中継区間に再分割する。アクセス区間は、ＢＳおよびＲＳが共に端末局（以下ＳＳ）と通信する区間であり、このときＢＳおよびＲＳとＳＳとの通信が相互に干渉となる場合には、ＢＳおよびＲＳは使用するリソース（周波数と時間）を分割する。ＤＬサブフレームにおける中継区間は、ＢＳが中継データを送信し、ＲＳがその中継データを受信する区間である。ＵＬサブフレームにおける中継区間は、ＲＳが中継データを送信し、ＢＳがその中継データを受信する区間である。また、ＤＬサブフレームにおいて、アクセス区間とＢＳの中継区間の先頭で、各ＳＳやＲＳと同期をとるためのプリアンブルや、通信に割り当てるサブチャネルや時間を通知するスケジュール情報などの制御信号を送信する。

図１４で示される時分割で中継を実現する方式では、各サブフレームに中継用のリソースを設定するためにアクセス用のリソースが抑圧される。そのため、ＰＭＰ(Point-to-Multipoint) で構成されるシステムと比較してシステム全体のトータルスループットが低くなる問題がある。非特許文献２では、無線リソース（無線フレームの時間・周波数）を効率的に利用してトータルスループットを改善するために、ＢＳとＲＳが使用する周波数の多重、アクセス区間と中継区間の比率の制御、サブキャリアの最適割当の適用が提案されている。なお、ここでの周波数の多重とは、複数のＢＳや複数のＲＳが同一時間で同一周波数を用いてＳＳと通信することが指す。
IEEE Draft standards for Local and metropolitan area networks, Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, Multihop Relay Specification, 8.4.4.7 Frame structure of MR-BS and RS, 2007 大野陽平、清水達也、中津川征士、「無線中継アクセスシステムにおけるリソース制御に関する検討」、2008年電子情報通信学会総合大会、B-5-186 、2008年

非特許文献２におけるＢＳとＲＳによる周波数の多重は、ＢＳと単一のＲＳのスケジューリング手順に留まっている。例えば、ＢＳとＲＳによる周波数多重判定は、図１５に示すように、ＱＰＳＫ復調可能なレベルなどに設定されるＣＩＮＲの閾値に基づいている。すなわち、ＢＳとＲＳが同時に同じ周波数の信号を送信したときに、ＢＳまたはＲＳの一方からＳＳへの信号に対する他方からの電波干渉量があまり大きくなく、一方からの送信信号のＣＩＮＲが閾値以上であれば、そのＳＳはＢＳとＲＳで周波数多重が可能と判定するものである。

しかし、複数のＲＳが存在する場合、周波数多重の組み合わせは複数考えられる。例えば、ＢＳの他に、ＲＳ(1) とＲＳ(2) が存在し、ＢＳとＲＳ(1) とＲＳ(2) で３つの周波数を多重するとき、複数のＳＳにおけるＣＩＮＲが上記の閾値を超えている場合でも、ＢＳとＲＳ(1) とＲＳ(2) で周波数多重するより、ＢＳとＲＳ(1) で多重する方が、またそれよりＢＳとＲＳ(2) を多重する方が高い伝送レートを確保できる状況が発生しうる。したがって、無線リソースをより効率的に活用するために、ＳＳに対して最適な多重組合せを選択することが必要である。

本発明は、複数の中継局ＲＳを備えた無線通信システムにおいて、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳが複数の端末局ＳＳへの通信に用いる周波数を多重する際に、最適な端末局ＳＳの多重組合せが得られ、周波数の利用効率を向上させることができる無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、基地局と、複数の中継局と、複数の端末局によって構成される無線通信システムにおいて、基地局は、基地局または複数の中継局と、複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲから各端末局が直接通信する基地局または中継局を決定する第１の手段と、基地局と複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算する第２の手段と、組合せパターンごとのＣＩＮＲから組合せパターンごとの伝送レートを推定し、これに基づいて基地局および中継局が同時に同一周波数を用いて通信する端末局の組合せを設定する第３の手段とを備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、第３の手段は、組合せパターンごとに、同一の基地局または中継器と通信する複数の端末局のグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局を選択する手段と、グループごとに選択された端末局の伝送レートの和が最大となる組合せパターンを選択し、この組合せパターンを該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する多重組合せパターンとして決定する手段と、多重組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに端末局の選択、多重組合せパターンの決定、端末局の除外を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する多重組合せパターンを決定する手段とを備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。

第１の発明の無線通信システムにおいて、基地局を制御局機能を有する第１の基地局とし、複数の中継局に代えて複数の第２の基地局を備え、第１の基地局と第２の基地局との間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号をやりとりする構成である。

第１の発明の無線通信システムにおいて、第１の手段は、基地局と端末局との間、基地局と中継局との間、中継局と端末局との間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、端末局ごとに、基地局と直接通信したときにアクセスに必要となる無線リソースとして（１／基地局と端末局の伝送レート）を計算し、中継局と直接通信したときに中継とアクセスに必要となる無線リソースとして（１／基地局と中継局の伝送レート＋１／中継局と端末局の伝送レート）を計算する手段と、無線リソースが最小となる基地局または中継局を選択する手段とを備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、基地局と中継局は時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを基地局および中継局が端末局と通信するアクセス区間と、基地局および中継局が中継する中継区間とに時分割する構成であり、基地局は、基地局と中継局が通信するデータ量と、中継局と端末局が通信するデータ量が等しくなるように、アクセス区間と中継区間の比率を制御する構成である。また、基地局は、アクセス区間と中継区間の比率を、中継局ごとに、中継局とその中継局と直接通信する端末局との間の伝送レートの和と、基地局と中継局との間の伝送レート×端末局の通信に確定した組合せパターン数との比率として計算する構成としてもよい。

第２の発明は、基地局と、複数の中継局と、複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、基地局は、基地局または複数の中継局と、複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲから各端末局が直接通信する基地局または中継局を決定する第１のステップと、基地局と複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算する第２のステップと、組合せパターンごとのＣＩＮＲから組合せパターンごとの伝送レートを推定し、これに基づいて基地局および中継局が同時に同一周波数を用いて通信する端末局の組合せを設定する第３のステップとを有する。

第２の発明の無線通信システムのスケジューリング方法において、第３のステップは、組合せパターンごとに、同一の基地局または中継器と通信する複数の端末局のグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局を選択するステップと、グループごとに選択された端末局の伝送レートの和が最大となる組合せパターンを選択し、この組合せパターンを該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する多重組合せパターンとして決定するステップと、多重組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに端末局の選択、多重組合せパターンの決定、端末局の除外を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する多重組合せパターンを決定するステップとを有する。

第２の発明の無線通信システムのスケジューリング方法において、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。

第２の発明の無線通信システムのスケジューリング方法において、基地局を制御局機能を有する第１の基地局とし、複数の中継局に代えて複数の第２の基地局を備え、第１の基地局と第２の基地局との間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号をやりとりする。

第２の発明の無線通信システムのスケジューリング方法において、第１のステップは、基地局と端末局との間、基地局と中継局との間、中継局と端末局との間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定するステップと、端末局ごとに、基地局と直接通信したときにアクセスに必要となる無線リソースとして（１／基地局と端末局の伝送レート）を計算し、中継局と直接通信したときに中継とアクセスに必要となる無線リソースとして（１／基地局と中継局の伝送レート＋１／中継局と端末局の伝送レート）を計算するステップと、無線リソースが最小となる基地局または中継局を選択するステップとを有する。

第２の発明の無線通信システムのスケジューリング方法において、基地局と中継局は時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを基地局および中継局が端末局と通信するアクセス区間と、基地局および中継局が中継する中継区間とに時分割する構成であり、基地局は、基地局と中継局が通信するデータ量と、中継局と端末局が通信するデータ量が等しくなるように、アクセス区間と中継区間の比率を制御する。また、基地局は、アクセス区間と中継区間の比率を、中継局ごとに、中継局とその中継局と直接通信する端末局との間の伝送レートの和と、基地局と中継局との間の伝送レート×端末局の通信に確定した組合せパターン数との比率として計算するようにしてもよい。

第１の発明の無線通信システムの基地局は、複数の中継局に代えて配置される複数の基地局との間で、バックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号をやりとりする制御局機能を備える。

本発明は、ＢＳと複数のＲＳによる複数のＳＳへの通信に用いる周波数を端末する際に、ＢＳと複数のＲＳによる多重組合せパターンごとに通信可能な伝送レートが最大となる複数のＳＳを選択し、それらの伝送レートの和が最大となる多重組合せパターンを選択する。これにより、最適なＳＳの多重組合せが得られ、周波数の利用効率を向上させることができる。また、複数の多重組合せを考慮してアクセス区間と中継区間の比率を制御することにより、ボトルネックを解消することができる。

（無線通信システムの実施形態）
図１は、本発明の無線通信システムの実施形態を示す。
図１において、本実施形態の無線通信システムは、バックボーンネットワーク１に接続されるＢＳ１０、複数（ｍ個）のＲＳ２０(1) 〜２０(m) 、複数（ｎ個）のＳＳ３０(1) 〜３０(n) から構成される。

バックボーンネットワーク１から入力するデータは、ＢＳ１０のデータバッファ部１１に入力する。スケジューラ１２は、フレームをＤＬサブフレームとＵＬサブフレームに分割し、さらに各サブフレームをアクセス区間と中継区間に再分割し、中継区間を受信部１７から入力する伝搬路情報を基に、時間領域および周波数領域で分割するスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部１１からデータを取り出し、送信データ生成部１３へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューラ１２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレームを作成する。送信部１４は、送信データ生成部１３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信制御されるＴＤＤスイッチ１５を介してアンテナ１６から複数のＲＳ２０およびＢＳ配下のＳＳ３０に送信する。

また、ＢＳ１０のアンテナ１６に受信する無線信号は、ＴＤＤスイッチ１５を介して受信部１７に入力する。受信部１７は、ＵＬサブフレームの無線信号を周波数変換および復調し、復調された受信データをデータバッファ部１１に入力する。データバッファ部１１に入力した受信データは、バックボーンネットワーク１に出力される。

ＲＳ２０は、アンテナ２６に受信する無線信号をＴＤＤスイッチ２５を介して受信部２７に入力する。受信部２７は、ＤＬサブフレームの中継区間およびＵＬサブフレームのアクセス区間の無線信号を周波数変換および復調する。ＢＳ１０または前ホップのＲＳから送信された制御メッセージはスケジューラ２２に入力され、ＢＳ１０、ＳＳ３０との送受信に用いる周波数および時間を把握する。受信部２７で復調されたＤＬサブフレームの中継区間およびＵＬサブフレームのアクセス区間の受信データはデータバッファ部２１に入力される。

ＲＳ２０のスケジューラ２２は、ＢＳ１０から通知されるスケジュール情報と受信部２７から入力する伝搬路情報を基にスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部２１からデータを取り出し、送信データ生成部２３へ出力する。送信データ生成部２３は、スケジューラ２２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレームを作成する。送信部２４は、送信データ生成部２３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信制御されるＴＤＤスイッチ２５を介してアンテナ２６からＢＳ１０またはＳＳ３０に送信する。

ＳＳ３０は、アンテナ３１を介してＢＳ１０またはＲＳ２０が送信するスケジュール情報を参照し、フレームのアクセス区間において送受信を行う。

（ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例）
図２は、ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例を示す。
図２において、スケジューラ１２は、受信部１７から入力する伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部３１と、スケジュール情報を構築するスケジュール情報構築部３２から構成される。

図３は、スケジュール情報構築部３２のスケジューリング処理手順を示す。
図３において、スケジュール情報構築部３２は、伝搬路情報記憶部３１を参照してＳＳの多重組合せを設定し（Ｓ１）、アクセス区間と中継区間の比率を設定する（Ｓ２）。

ＢＳ１０のスケジューラ１２の伝搬路情報記憶部３１には、ＢＳとＳＳ(i) 間のＣＮＲ（BS CNR(i))と、ＲＳ(j) とＳＳ(i) 間のＣＮＲ（RSj CNR(i)) と、ＢＳとＲＳ(j) 間のＣＮＲ（BS CNR RELAY(j))が保存されている。ｉはＳＳの識別番号であり、ｊはＲＳの識別番号である。一例として、ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合の伝搬路情報記憶部３１の状態を図５に示す。ＣＮＲは、ＢＳとＲＳが周波数多重しないときにＳＳが受信する搬送波電力対雑音電力比の値である。

BS CNR(i) は、ＢＳが各ＳＳ(i) の送信信号をアンテナ１６、ＴＤＤスイッチ１５を介して受信部１７で受信してそのＣＮＲを把握するか、またはＢＳが送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳ(i) が受信し、ＳＳ(i) でＣＮＲを把握してその結果をＢＳに通知することにより、伝搬路情報記憶部３１に登録される。

RSj CNR(i)は、まずＲＳ(j) が各ＳＳ(i) の送信信号を受信してＣＮＲを把握するか、またはＲＳ(j) が送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳ(i) が受信し、ＳＳ(i) でＣＮＲを把握してその結果をＲＳ(j) に通知し、さらにＲＳ(j) からＢＳへそのＣＮＲを通知することにより、伝搬路情報記憶部３１に登録される。このとき、ＢＳがＲＳ(j) の送信信号を受信することにより、ＢＳとＲＳ(j) と間のＣＮＲが把握される。

（図３のステップＳ１の多重組合せ設定手順）
図４は、ＳＳの多重組合せ設定手順Ｓ１の一例を示す。
図４において、ＳＳのグループ化（S101) では、ＳＳが直接通信するＢＳまたはＲＳ(j) を決定し、ＢＳと直接通信するＳＳはＢＳグループに分類し、ＲＳ(j) と通信するＳＳはＲＳ(j) グループに分類する。ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合のグループ化処理の一例を図６に示す。図６では、ＳＳ(1) とＳＳ(2) はＢＳグループに分類され、ＳＳ(3) とＳＳ(4) はＲＳ(1) グループに分類され、ＳＳ(5) とＳＳ(6) はＲＳ(2) グループに分類される。ここでの分類は、各ＳＳ(i) にとって最もＣＮＲの高いＢＳまたはＲＳ(j) のグループを選択してもよい。また、ＢＳと直接通信したときにアクセスに必要となる無線リソースと、ＲＳ(j) を介して通信したときに中継とアクセスで必要になる無線リソースの和を比較し、必要となる無線リソースが最小となるＢＳまたはＲＳ(j) のグループを選択してもよい。後者の場合のグループ化処理手順の一例を図７に示す。

まず、伝搬路情報記憶部３１に登録されているBS CNR(i) とRSj CNR(i)から、通信可能なアクセスの伝送レートBS RATE(i)とRSj RATE(i) を推定する(S1011) 。続いて、ＢＳとＲＳ(j) 間のBS CNR RELAY(j) から通信可能な中継の伝送レートBS RATE RELAY(j)を推定する(S1012) 。続いて、ＳＳ(i) ごとに、ＢＳと直接通信したときにアクセスに必要となる無線リソース
１／BS RATE(i)
と、ＲＳ(j) を介して通信したときに中継とアクセスに必要となる無線リソース
１／BS RATE RELAY(j)＋１／RSj RATE(i)
とを計算し（S1013)、各ＳＳ(i) をリソースが最小となるＢＳまたはＲＳ(j) のグループに分類する（S1014)。

続いて図４において、ＢＳやＲＳ(j) が使用する周波数を多重したときの干渉量を考慮した伝送レートリストを作成する（S102）。伝送レートリストは、多重組合せパターンに対応した伝送レートが計算される。ＲＳ数がＭであった場合、多重組合せパターン数Ｋは、
Ｋ＝Σ _M+1Ｃ_M+1-k （ｋは０〜Ｍ）
である。まず、組み合わせパターンごとのＣＩＮＲリストが真値で
ＣＩＮＲ＝（ＳＳが直接通信するＢＳまたはＲＳ(j) からのＣＮＲ）／（１＋Σ多重 組み合わせパターンで干渉となるＢＳまたはＲＳ(j) からのＣＮＲ）
と計算され、ＣＩＮＲリストの値と通信可能な変調方式の多値数から伝送レートリストの値が推定される。

一例として、ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合のＣＩＮＲリストを図８に示し、伝送レートリストを図９に示す。多重組合せパターン数は７である。多重組合せパターンＩＤ＝１は、ＢＳ、ＲＳ(1) 、ＲＳ(2) の３個をすべて多重した場合である。多重組合せパターンＩＤ＝２〜４は、ＢＳ、ＲＳ(1) 、ＲＳ(2) のいずれか２個を多重した場合である。多重組合せパターンＩＤ＝５〜７は、ＢＳ、ＲＳ(1) 、ＲＳ(2) のいずれも周波数を多重しない場合である。

なお、図８および図９において斜線を記入した部分は、そのＳＳは周波数多重通信を行わないことを示す。例えば、図８の多重組合せパターンＩＤ＝２の列では、ＢＳとＲＳ(1) が同時送信した場合の各ＳＳのＣＩＮＲが記されている。ＳＳ(1) とＳＳ(2) はＢＳと直接接続するグループであり、対応する欄にＢＳとのＣＩＮＲが記されている。また、ＳＳ(3) とＳＳ(4) はＲＳ(1) と直接接続するグループであり、対応する欄にＲＳ(1) とのＣＩＮＲが記されている。一方、ＳＳ(5) とＳＳ(6) はＲＳ(2) と直接接続するグループであり、多重組合せパターンＩＤ＝２ではＲＳ(2) は信号を送信しないため、斜線が記入されている。

続いて、多重組合せパターンＩＤをｋ＝１と設定し（S103）、ステップS102で作成した伝送レートリストから多重組合せパターンＩＤ＝ｋにおいて多重化する各グループ（ＢＳグループ、ＲＳ(j) グループ）から最も伝送レートの高いＳＳを伝送レートリストから選択する（S104）。続いて、多重化する各グループで選択したＳＳの伝送レートの和を計算する（S105）。多重組合せパターンＩＤのｋを１つずつ増やしながら（S107）、ステップS104,S105 を繰り返す。すべての多重組合せパターンでステップS104,S105 を繰り返した後に（S106でYes ）、各多重組合せパターンで選択したＳＳの伝送レートの和を比較し（S108）、最大となる多重組合せパターンで選択したＳＳを多重組合せとして確定するとともにその伝送レートを保存し（S109）、そのＳＳの伝送レートを伝送レートリストから削除する（S110）。そして、ステップS103〜S110を繰り返し、すべてのＳＳの多重組合せを確定したら（S111でYes ）、多重組合せリストを作成して多重組合せの設定を終了する（S112）。

また、伝送レートリストは、図１０に示すように各ＳＳの多重組合せパターンごとの伝送レートを、多重していないときの各ＳＳの伝送レートで正規化してもよい。この場合についても、正規化された伝送レートを参照して図５のステップS103〜S111の処理を実施し、多重組合せの設定を行う。

ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合の多重組合せリストの一例を図１１に示す。多重組合せリストには確定した多重組合せが示されていると同時に、その多重組合せの伝送レートが示されている。ＳＳ(1) ，ＳＳ(3) 、ＳＳ(5) は多重組合せパターンＩＤ＝１であり、それぞれＢＳ、ＲＳ(1）、ＲＳ(2) によって同じ周波数で多重化されて通信する。ＳＳ(4) ，ＳＳ(6) は多重組合せパターンＩＤ＝４であり、それぞれＲＳ(1),ＲＳ(2) によって同じ周波数で多重化されて通信する。ＳＳ(2) は多重組合せパターンＩＤ＝５であり、ＢＳはＲＳ(1),ＲＳ(2) と周波数を多重せずに占有して通信する。

（図３のステップＳ２のアクセス区間と中継区間の比率設定手順）
図１２は、アクセス区間と中継区間の比率設定手順Ｓ２の一例を示す。
図１２において、各ＲＳは、中継区間で通信するデータ量と、アクセス区間で通信するデータ量のいずれかがボトルネックとならないように区間の比率を設定する。具体的には、ステップＳ１で設定された多重組合せリストと、スケジューラ１２の伝搬路情報記憶部３１に保存されているＢＳとＲＳ(j) 間のＣＮＲから推定される伝送レートBS RATE RELAY(j)から、アクセス区間と中継区間で通信できるデータ量が等しくなるように、アクセス区間長Ｔ１と中継区間長Ｔ２の比率Ｔ２／Ｔ１を決定する。

アクセス区間において、ＳＳを割り当てた各多重組合せに等しい通信区間を設定する場合、アクセス区間はＳＳを割り当てた各多重組合せ数（num group ）で分類される。なお、図１１では num group＝３である。ＲＳ(j) がアクセス区間で通信できるデータ量は、多重組合せリストでＲＳ(j) グループに割り当てられたＳＳの伝送レートの和に、
Ｔ１／num group
を乗算して計算する。ここで、ＲＳ(j) がアクセス区間でＳＳと通信可能なデータ量は、
ΣＲＳ(j) RATE・Ｔ１／num group …(1)
となる。一方、中継区間においてＢＳとＲＳ(j) 間で通信可能なデータ量は、
BS RATE RELAY(j)・ａ(j)・Ｔ２ …(2)
である。ここで、ａ(j) とは、ＲＳ(j) に割り当てた通信区間の中継区間Ｔ２に対する比率である。

続いて、式(1),(2) が等しくなるように設定すると、

となる。このとき、Σａ(j) ＝１（ｊ＝１からｊ＝ＲＳ数を加算）であるので、アクセス区間と中継区間の比率は、

と決定することができる。

ＢＳ１０のスケジューラ１２は、スケジュール情報構築部３２において、以上のようにＳＳの多重組合せとアクセス区間と中継区間の比率を反映させたスケジューリング情報を構築し、送信データ生成部１４へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューリング１２から入力するデータとスケジュール情報から構築される制御信号によってフレームを作成する。アクセス区間における制御信号は、ＢＳ１０からＳＳに割り当てた通信領域の情報を含む。中継区間の制御信号は、複数のＲＳがスケジューリング情報を構築するために必要な情報、例えばアクセス区間と中継区間の比率や、ＳＳの多重組合せの情報に加えて、各多重組合せのＳＳが使用する通信領域の情報などが含まれる。

（ＲＳ２０の各部の構成例）
図１３は、ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例を示す。
図１３において、スケジューラ２２は、ＲＳ配下のサブチャネルごとの伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部３３、ＢＳのスケジュール情報保持部３４、スケジュール情報構築部３５から構成される。ＢＳのスケジュール情報保持部３４には、ＲＳ２０が中継区間でＢＳ１０から受信した制御信号に含まれるスケジュール情報、例えばアクセス区間と中継区間の比率や、ＳＳの多重組合せの情報などが、受信部２７から入力して保存される。スケジュール情報構築部３５は、ＢＳのスケジュール情報保持部３４を参照して、ＲＳ２０から複数のＳＳへのスケジュール情報を構築し、送信データ生成部２３へ出力する。

なお、以上の実施形態では、本発明のスケジューリング処理における端末局ＳＳの多重組合せの設定の手順（ステップＳ１）を、基地局ＢＳ、複数の中継局ＲＳ、複数の端末局ＳＳが存在する環境で実施する場合について説明した。しかし、本手順は、複数の基地局ＢＳと複数の端末局ＳＳが存在する環境であっても、複数の基地局ＢＳを集中的に制御可能な制御局機能を備えることにより実施することができる。

例えば、制御局機能を有する１つの基地局ＢＳ１と、その他の複数の基地局ＢＳ２と、複数の端末局ＳＳとからなる無線通信システムにおいて、基地局ＢＳ１を図１の基地局ＢＳと同様の構成とし、基地局ＢＳ２を図１の中継局ＲＳと同様の構成とすればよい。ただし、基地局ＢＳ２はそれぞれバックボーンネットワークに接続される点が中継局ＲＳとは異なる。このようなシステムでは、図１４における中継区間の長さは、基地局ＢＳ１と基地局ＢＳ２とがバックボーンネットワークを介して制御信号をやりとりする場合はゼロであり、または基地局ＢＳ１と基地局ＢＳ２とが無線通信によって制御信号をやりとりする場合は一定値となるため、図３におけるアクセス区間と中継区間の比率設定の手順（ステップＳ２）は不要となる。

本発明の無線通信システムの実施形態を示す図。 ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例を示す図。 スケジュール情報構築部３２のスケジューリング処理手順を示すフローチャート。 ＳＳの多重組合せ設定手順Ｓ１の一例を示すフローチャート。 伝搬路情報記憶部３１の一例を示す図。 グループ化処理の一例を示す図。 グループ化処理手順の一例を示すフローチャート。 ＣＩＮＲリストの一例を示す図。 伝送レートリストの一例を示す図。 正規化した伝送レートリストの一例を示す図。 多重組合せリストの一例を示す図。 アクセス区間と中継区間の比率設定手順Ｓ２の一例を示すフローチャート。 ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例を示す図。 従来のフレーム構成の一例を示す図。 従来の周波数多重判定手順を示すフローチャート。

符号の説明

１ バックボーンネットワーク
１０ 基地局（ＢＳ）
２０ 中継局（ＲＳ）
１１，２１ データバッファ部
１２，２２ スケジューラ
１３，２３ 送信データ生成部
１４，２４ 送信部
１５，２５ ＴＤＤスイッチ
１６，２６ アンテナ
１７，２７ 受信部
３１，３３ 伝搬路情報記憶部
３２，３５ スケジュール情報構築部
３４ ＢＳのスケジュール情報保持部

Claims (15)

1. 基地局と、複数の中継局と、複数の端末局によって構成される無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、
   前記基地局または前記複数の中継局と、前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲから各端末局が直接通信する前記基地局または前記中継局を決定する第１の手段と、
   前記基地局と前記複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算する第２の手段と、
   前記組合せパターンごとのＣＩＮＲから前記組合せパターンごとの伝送レートを推定し、これに基づいて前記基地局および中継局が同時に同一周波数を用いて通信する前記端末局の組合せを設定する第３の手段と
   を備えたことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記第３の手段は、
   前記組合せパターンごとに、同一の基地局または中継器と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択する手段と、
   前記グループごとに選択された端末局の伝送レートの和が最大となる組合せパターンを選択し、この組合せパターンを該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する多重組合せパターンとして決定する手段と、
   前記多重組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記多重組合せパターンの決定、前記端末局の除外を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する多重組合せパターンを決定する手段と
   を備えたことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記基地局を制御局機能を有する第１の基地局とし、前記複数の中継局に代えて複数の第２の基地局を備え、前記第１の基地局と前記第２の基地局との間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号をやりとりする構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記第１の手段は、
   前記基地局と前記端末局との間、前記基地局と前記中継局との間、前記中継局と前記端末局との間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、
   前記端末局ごとに、前記基地局と直接通信したときにアクセスに必要となる無線リソースとして（１／基地局と端末局の伝送レート）を計算し、前記中継局と直接通信したときに中継とアクセスに必要となる無線リソースとして（１／基地局と中継局の伝送レート＋１／中継局と端末局の伝送レート）を計算する手段と、
   前記無線リソースが最小となる基地局または中継局を選択する手段と
   を備えたことを特徴とする無線通信システム。
6. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記基地局と前記中継局は時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを前記基地局および前記中継局が前記端末局と通信するアクセス区間と、前記基地局および前記中継局が中継する中継区間とに時分割する構成であり、
   前記基地局は、前記基地局と前記中継局が通信するデータ量と、前記中継局と前記端末局が通信するデータ量が等しくなるように、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を制御する構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
7. 請求項６に記載の無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を、前記中継局ごとに、中継局とその中継局と直接通信する端末局との間の伝送レートの和と、基地局と中継局との間の伝送レート×端末局の通信に確定した組合せパターン数との比率として計算する構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
8. 基地局と、複数の中継局と、複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、
   前記基地局は、
   前記基地局または前記複数の中継局と、前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲから各端末局が直接通信する前記基地局または前記中継局を決定する第１のステップと、
   前記基地局と前記複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算する第２のステップと、
   前記組合せパターンごとのＣＩＮＲから前記組合せパターンごとの伝送レートを推定し、これに基づいて前記基地局および中継局が同時に同一周波数を用いて通信する前記端末局の組合せを設定する第３のステップと
   を有することを特徴とするスケジューリング方法。
9. 請求項８に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
   前記第３のステップは、
   前記組合せパターンごとに、同一の基地局または中継器と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択するステップと、
   前記グループごとに選択された端末局の伝送レートの和が最大となる組合せパターンを選択し、この組合せパターンを該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する多重組合せパターンとして決定するステップと、
   前記多重組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記多重組合せパターンの決定、前記端末局の除外を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する多重組合せパターンを決定するステップと
   を有することを特徴とするスケジューリング方法。
10. 請求項８または請求項９に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
    前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
    ことを特徴とするスケジューリング方法。
11. 請求項８に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
    前記基地局を制御局機能を有する第１の基地局とし、前記複数の中継局に代えて複数の第２の基地局を備え、前記第１の基地局と前記第２の基地局との間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号をやりとりする
    ことを特徴とするスケジューリング方法。
12. 請求項８に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
    前記第１のステップは、
    前記基地局と前記端末局との間、前記基地局と前記中継局との間、前記中継局と前記端末局との間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定するステップと、
    前記端末局ごとに、前記基地局と直接通信したときにアクセスに必要となる無線リソースとして（１／基地局と端末局の伝送レート）を計算し、前記中継局と直接通信したときに中継とアクセスに必要となる無線リソースとして（１／基地局と中継局の伝送レート＋１／中継局と端末局の伝送レート）を計算するステップと、
    前記無線リソースが最小となる基地局または中継局を選択するステップと
    を有することを特徴とするスケジューリング方法。
13. 請求項８に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
    前記基地局と前記中継局は時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを前記基地局および前記中継局が前記端末局と通信するアクセス区間と、前記基地局および前記中継局が中継する中継区間とに時分割する構成であり、
    前記基地局は、前記基地局と前記中継局が通信するデータ量と、前記中継局と前記端末局が通信するデータ量が等しくなるように、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を制御する
    ことを特徴とするスケジューリング方法。
14. 請求項１３に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
    前記基地局は、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を、前記中継局ごとに、中継局とその中継局と直接通信する端末局との間の伝送レートの和と、基地局と中継局との間の伝送レート×端末局の通信に確定した組合せパターン数との比率として計算する
    ことを特徴とするスケジューリング方法。
15. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
    前記基地局は、前記複数の中継局に代えて配置される複数の基地局との間で、バックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号をやりとりする制御局機能を備えた
    ことを特徴とする無線通信システムの基地局。

Images