JP4991833B2 - Dynamic resource allocation method and apparatus in multi-cell wireless communication system - Google Patents
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本発明は無線通信技術に関し、特に、マルチセル無線通信システムにおける動的リソース配分方法および装置に関する。 The present invention relates to a radio communication technology, and more particularly, to a dynamic resource allocation method and apparatus in a multi-cell radio communication system.
現在、次世代無線通信システムによるモバイル音声／データサービスに対する需要が増大している。次世代無線通信システムの構築に際して考慮すべき主な問題の１つは、各ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を維持しながらシステムのユーザ容量を拡大することである。 Currently, there is an increasing demand for mobile voice / data services by next generation wireless communication systems. One of the main issues to consider when building a next generation wireless communication system is to expand the system user capacity while maintaining the quality of service (QoS) of each user.
従来の移動体通信システムの構造は単純だが、無線リソースの利用効率は低い。移動体通信システムでは、システムの容量とスペクトル効率を高める周波数再利用技術（すなわち、同じ周波数を繰り返し使用する技術）が広く採用されているが、そのほとんどは静的な技術である。図１に、従来技術による、再利用係数３を有する移動体通信システムを示す。図１に図示するシステムの各セル内に示した番号は、各セルで使用されている異なる周波数帯域を表わす。図１を見ると、３つの周波数帯域が再利用されていることが分かる。しかし、これらのシステムはいずれも明らかな短所を抱えている。その短所とは、セル内でサービスを利用するユーザの人数にかかわらず、各セルに配分される周波数帯域はシステムスペクトル総数の１／３ずつに固定されていることである。そのため、１つのセルでユーザ数が急激に増加すると、当該セル内のユーザが各々発行するトラフィック要求に対応できなくなる。周波数の配分を柔軟に行うことができなければ、動的特性を有するモバイルユーザからのトラフィック要求に対応できないことは明白である。 The structure of a conventional mobile communication system is simple, but the utilization efficiency of radio resources is low. In mobile communication systems, frequency reuse techniques that increase system capacity and spectral efficiency (that is, techniques that repeatedly use the same frequency) are widely adopted, but most of them are static techniques. FIG. 1 shows a mobile communication system with a reuse factor of 3 according to the prior art. The numbers shown in each cell of the system illustrated in FIG. 1 represent the different frequency bands used in each cell. FIG. 1 shows that three frequency bands are reused. However, both of these systems have obvious disadvantages. The disadvantage is that the frequency band allocated to each cell is fixed to 1/3 of the total system spectrum regardless of the number of users who use the service in the cell. Therefore, if the number of users in one cell increases rapidly, it becomes impossible to respond to traffic requests issued by users in the cell. Obviously, if the frequency allocation cannot be made flexibly, it cannot respond to traffic requests from mobile users with dynamic characteristics.
上記の問題を解決するため、従来技術において多数の技術的解決法が推奨されている。こうした解決法の１つに、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）がある。ＯＦＤＭシステムにおいては、チャネル状態についてのフィードバック情報に基づいて、ユーザ−副搬送波の適応的な割当が実現される。この割当を迅速に実行できるなら、ＯＦＤＭシステムの高速フェージングと狭帯域同一チャネル干渉はさらに減少され、システムの周波数スペクトル効率を向上させることが可能となる。さらに、ユーザ毎に異なるＱｏＳ要件に対応するため（すなわち、各ユーザのデータ転送速度とエラー確率を制御するため）、各ユーザには異なる数の副搬送波が割り当てられる。ＯＦＤＭは、拡張性、多重入力−多重出力（ＭＩＭＯ）への親和性、およびチャネル周波数の選択性の面で優れるので、広帯域無線ネットワークにきわめて適している。そのため、ＯＦＤＭは、３ＧＰＰ ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ （ＬＴＥ）やＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ ８０２．１６）といった広帯域無線ネットワークの間で最も普及した技術的解決法の１つとなっている。 In order to solve the above problems, a number of technical solutions are recommended in the prior art. One such solution is orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). In an OFDM system, adaptive user-subcarrier allocation is realized based on feedback information about channel conditions. If this allocation can be performed quickly, fast fading and narrowband co-channel interference in the OFDM system can be further reduced, improving the frequency spectrum efficiency of the system. In addition, each user is assigned a different number of subcarriers to accommodate different QoS requirements for each user (ie, to control each user's data rate and error probability). OFDM is well suited for broadband wireless networks because of its extensibility, affinity for multiple input-multiple output (MIMO), and channel frequency selectivity. Therefore, OFDM has become one of the most popular technical solutions among broadband wireless networks such as 3GPP long-term evolution (LTE) and WiMAX (IEEE 802.16).
ＯＦＤＭＡは、ＯＦＤＭデジタル変調スキーマのマルチユーザ版である。ＯＦＤＭＡシステムにおいては、複数ユーザからデータ転送速度の遅い送信が同時に発生した場合には、各ユーザに対して副搬送波の部分集合を指定することで多重アクセスの実行が可能となる。 OFDMA is a multi-user version of the OFDM digital modulation scheme. In the OFDMA system, when transmissions with a low data transfer rate occur simultaneously from a plurality of users, multiple access can be executed by specifying a subset of subcarriers for each user.
直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）は、ＯＦＤＭと、静的な時間領域多重アクセス（すなわち、パケットモード通信）である時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）との組み合わせとみなされる。データ転送速度の遅いユーザが同時送信時に使用する送信電力は少なく、「パルス化」された高電力搬送波は使用されず、固定遅延を低く抑えられる。また、ＯＦＤＭＡシステムは、周波数領域多重アクセスと時間領域多重アクセスとの組み合わせ（すなわち、リソースが時間−周波数空間に応じて分割され、タイムスロットがＯＦＤＭ記号指標とＯＦＤＭ副搬送波指標に従って割り当てられる）ともみなすことができる。 Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) is considered a combination of OFDM and time division multiple access (TDMA), which is static time domain multiple access (ie, packet mode communication). A user with a low data transfer rate uses less transmission power at the time of simultaneous transmission, a “pulsed” high power carrier wave is not used, and a fixed delay can be kept low. The OFDMA system also considers a combination of frequency domain multiple access and time domain multiple access (ie, resources are divided according to time-frequency space, and time slots are allocated according to OFDM symbol indices and OFDM subcarrier indices). be able to.
ＯＦＤＭＡシステムのパフォーマンスを最適化する上では、無線リソース管理が重要な役割を果たすことが知られている。しかし、セル間干渉がない場合でも、チャネルリソースの配分を最適化することは困難である。また、実際の使用状況おいては、ユーザの速度要件等の他の制限により問題が一層複雑になるという現実もある。そして、さらに重要なのは、ＯＦＤＭＡのリソース配分のための技術的解決法のほとんどは、単一セルへの対応に限定されており、マルチセルでのリソース配分最適化には未だ対応できないことである。 Radio resource management is known to play an important role in optimizing the performance of OFDMA systems. However, even when there is no inter-cell interference, it is difficult to optimize channel resource allocation. Also, in actual usage situations, there is also the reality that the problem is further complicated by other limitations such as user speed requirements. More importantly, most of the technical solutions for OFDMA resource allocation are limited to support for a single cell and cannot yet cope with resource allocation optimization in multi-cells.
そのため、マルチセルシステムおいてシステム全体のスループットを最大化することのできる、副搬送波配分（「リソースブロック」とも呼ばれる）のための技術的解決法の提案が待たれている。これを実現するためには、セル間干渉、マルチユーザダイバーシチ効果の利用、ユーザ間でのリソース配分、パフォーマンスと実装の複雑性低減の両方に配慮した妥協案の決定等の様々な問題を検討する必要がある。さらに、無線モバイルネットワーク環境においては、チャネル状態情報、ユーザ位置、ユーザ行動のすべてが動的特性を有するため、提案される技術的解決法は、動的無線リソース配分を実現できるよう、チャネル状態情報、トラフィック要求、およびマルチセルシステムの各種サービスに対するＱｏＳ要件を考慮に入れたものでなければならない。 Therefore, a proposal of a technical solution for subcarrier allocation (also called “resource block”) that can maximize the throughput of the entire system in a multi-cell system is awaited. To achieve this, consider various issues such as inter-cell interference, use of multi-user diversity effects, resource allocation among users, and determination of compromise considering both performance and implementation complexity reduction. There is a need. Furthermore, in a wireless mobile network environment, channel state information, user location, and user behavior all have dynamic characteristics, so the proposed technical solution is that channel state information can be realized to achieve dynamic radio resource allocation. , Traffic requirements, and QoS requirements for various services in a multi-cell system.
従来技術にも、マルチセルＯＦＤＭＡシステムにおけるリソース配分のための技術的解決法がいくつかある。非特許文献１（Ｇ．ＬｉおよびＨ．Ｌｉｕ「Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ−Ｃｅｌｌ ＯＦＤＭＡ Ｓｙｓｔｅｍ」（マルチセルＯＦＤＭＡシステムのためのダウンリンク無線リソース配分）、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、ｖｏｌ．５、ｎｏ．１２、２００６年１２月）、では、無線ネットワーク制御装置と基地局において動的リソース配分が実行される、マルチセルＯＦＤＭＡシステムのためのダウンリンク無線リソース配分の解決法が推奨されている。この解決法は、無線リソースの制御決定が無線ネットワーク制御装置と基地局の間で分担されるという意味において、半分散的である。当該解決法によれば、無線ネットワーク制御装置は、スーパーフレームレベルでどの基地局がどのチャネルを使うかを決定し、基地局がその後、フレームレベルでどのユーザをどのチャネルに割り当てるかを決定する。このため、無線ネットワーク制御装置と基地局に対して２つの最適化問題が設定され、干渉回避とトラフィック／チャネル適応の機能を実行するための計算効率の高いアルゴリズムが当該解決法内で構築される。 The prior art also has several technical solutions for resource allocation in multi-cell OFDMA systems. Non-Patent Document 1 (G. Li and H. Liu “Downlink Radio Resource Allocation for Multi-Cell OFDMA System” (downlink radio resource allocation for multi-cell OFDMA system), IEEE Trans. On Wireless Communications, vol. .12, December 2006) recommend a downlink radio resource allocation solution for multi-cell OFDMA systems in which dynamic resource allocation is performed at the radio network controller and the base station. This solution is semi-distributed in the sense that radio resource control decisions are shared between the radio network controller and the base station. According to the solution, the radio network controller determines which base station uses which channel at the superframe level, and the base station then determines which user to assign to which channel at the frame level. For this reason, two optimization problems are set for the radio network controller and the base station, and a computationally efficient algorithm for executing the functions of interference avoidance and traffic / channel adaptation is constructed within the solution. .
図２に、上記の解決法に従って、マルチセルＯＦＤＭＡシステム内で無線リソース配分を実行する場合のブロック図を示す。図２に示すように、マルチセルＯＦＤＭＡシステムは、無線ネットワーク制御装置と基地局と移動局とを含む。当該システム内では、各移動局が自局のチャネル状態情報と顕著干渉情報とを基地局に報告し、基地局は受信したチャネル状態情報と顕著干渉情報とを無線ネットワーク制御装置に報告する。次に、無線ネットワーク制御装置はスーパーフレームレベルのサブチャネル配分を実行し、基地局はフレームレベルのスケジューリングを実行する。 FIG. 2 shows a block diagram for performing radio resource allocation in a multi-cell OFDMA system according to the above solution. As shown in FIG. 2, the multi-cell OFDMA system includes a radio network controller, a base station, and a mobile station. Within the system, each mobile station reports its own channel state information and significant interference information to the base station, and the base station reports the received channel state information and significant interference information to the radio network controller. Next, the radio network controller performs super-channel level subchannel allocation, and the base station performs frame-level scheduling.
具体的には、無線ネットワーク制御装置は複数の基地局を制御し、各基地局によって報告されたすべての移動局のチャネル状態情報と顕著干渉情報とに基づいてグローバル最適化を実行し、各基地局にサブチャネル配分結果を送信し、各基地局にさらに、個々の移動局の割当先となるサブチャネルの推奨を送信する。このスーパーフレームレベルでの無線リソース配分により、システムのダウンリンクにおけるスループットが最大化される。 Specifically, the radio network controller controls a plurality of base stations, performs global optimization based on channel state information and saliency interference information of all mobile stations reported by each base station, and The subchannel allocation result is transmitted to the station, and the recommendation of the subchannel to be assigned to each mobile station is further transmitted to each base station. This radio resource allocation at the superframe level maximizes the throughput in the downlink of the system.
以下では、無線ネットワーク制御装置がグローバル最適化を実行する手順について詳細に説明する。 Hereinafter, a procedure in which the radio network controller performs global optimization will be described in detail.
無線ネットワーク制御装置は、システムのダウンリンクにおけるスループットを最大化するために、基地局によって報告された全ユ―ザのチャネル状態情報と顕著干渉情報とに基づき、かつ以下の式に従って、グローバル最適化を実行する。
ここで、
は顕著干渉情報から得られた速度下降量を表し、
はチャネルｎ上におけるｍ番目のユーザの伝送速度を表し、
かつ以下の制約が満足される。
１）
２）
ymn∈{0,1},m=1,2,...,Mt;n=1,2,...,N
ここで
は、１人のユーザが任意の時点に、１つの基地局下にある各チャネルを最大限に使用できることを示す。
ここで、
Ｙ＝［ｙｍｎ］はサブチャネル配分行列を表し、
Ｎは利用可能なサブチャネル数を表し、
Ｌは基地局数を表し、
Ｍｔは全基地局内に存在するユーザの総数を表し、
Ｓｍｎは、チャネルｎ上に顕著干渉情報がないときにユーザｍが達成可能な速度を表し、
Ｉｍｎは、チャネルｎ上に顕著干渉情報があるときにユーザｍが達成可能な速度を表し、
Ｊｍｎはチャネルｎ上におけるユーザｍの顕著干渉基地局の指数を表し、
ＭＪｍｎはチャネルｎ上におけるユーザｍの顕著干渉基地局内に存在するユ―ザ集合を表わす。
In order to maximize the throughput in the downlink of the system, the radio network controller is globally optimized based on the channel state information of all users reported by the base station and the significant interference information and according to the following formula: Execute.
here,
Represents the speed drop obtained from the saliency interference information,
Represents the transmission rate of the mth user on channel n,
And the following constraints are satisfied.
1)
2)
y mn ∈ {0,1}, m = 1,2, ..., M t ; n = 1,2, ..., N
here
Indicates that one user can make maximum use of each channel under one base station at any given time.
here,
Y = [y mn ] represents a subchannel allocation matrix,
N represents the number of available subchannels,
L represents the number of base stations,
M t represents the total number of users present in all base stations,
S mn represents the speed that user m can achieve when there is no significant interference information on channel n,
I mn represents the speed that user m can achieve when there is significant interference information on channel n,
J mn represents the index of the significant interference base station of user m on channel n,
M Jmn represents a user set existing in the significant interference base station of user m on channel n.
上記のグローバル最適化において、移動局ｉは隣接セルからの自局に対する干渉を測定し、移動局ｉに最も深刻な干渉をもたらしている基地局ｌを移動局ｉの顕著干渉基地局と決定し、基地局ｌからの信号を移動局ｉの顕著干渉情報として判定する。顕著干渉情報は、顕著干渉が付加されていないときに測定された移動局ｉの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）と、顕著干渉が付加されているときに測定された移動局ｉのＳＩＮＲとで表される。 In the above global optimization, the mobile station i measures the interference to the own station from the adjacent cell, and determines the base station l causing the most serious interference to the mobile station i as the notable interference base station of the mobile station i. Then, the signal from the base station l is determined as the significant interference information of the mobile station i. The noticeable interference information is a signal-to-interference noise ratio (SINR) of the mobile station i measured when no noticeable interference is added and an SINR of the mobile station i measured when the noticeable interference is added. expressed.
グローバル最適化の完了後、無線ネットワーク制御装置は各基地局にサブチャネル配分結果を送信し、各基地局に各移動局の配分先となるサブチャネルの推奨を送信する。その後、基地局はフレームレベルでスケジューリングを行う（すなわち、各移動局のトラフィックとチャネルの状態に基づいて、各フレーム内の各タイムスロットを異なる移動局に割り当てる）。 After the global optimization is completed, the radio network controller transmits a subchannel allocation result to each base station, and transmits a subchannel recommendation to be allocated to each mobile station to each base station. The base station then schedules at the frame level (ie assigns each time slot in each frame to a different mobile station based on the traffic and channel conditions of each mobile station).
次に、基地局が移動局のチャネル状態情報とトラフィック状態とに基づいてスループットを最大化する方法の具体的な手順について説明する。まず、基地局は以下の式に従ってフレーム内のタイムスロットリソースを割り当てる。
ここで、
（ｓｍｎ−ＸＪｍｎｎ（Ｓｍｎ−Ｉｍｎ））はチャネルｎ上のユーザｍが達成可能な速度を表し、
は１つのタイムスロットの間にユーザｍが送信できるビット数を表し、
かつ以下の制約が満足される。
zmn∈{0,1},m=1,2,...,Ml;n=1,2,...,Nl
ここで、
ｑｍはユーザｍが占有するバッファ量を表し、
Ｎ１は基地局１に配分されたサブチャネル数を表し、
Ｍ１は基地局１内に存在するユーザ数を表し、
ｔｓは１タイムスロットの長さを表し、
Ｘ＝［ｘｌｎ］は無線ネットワーク制御装置が当該基地局に対して決定したサブチャネル配分行列を表し、
Ｚ＝［ｚｍｎ］は現在のタイムスロットに存在するユーザに関するサブチャネル配分行列を表わす。
Next, a specific procedure of a method for the base station to maximize the throughput based on the channel state information and traffic state of the mobile station will be described. First, the base station allocates time slot resources in a frame according to the following equation.
here,
(S mn -X J mn n (S mn -I mn )) represents the speed that user m on channel n can achieve,
Represents the number of bits that user m can transmit during one time slot,
And the following constraints are satisfied.
z mn ∈ {0,1}, m = 1,2, ..., M l ; n = 1,2, ..., N l
here,
q m represents the amount of buffer occupied by user m,
N 1 represents the number of subchannels allocated to the base station 1 ,
M 1 represents the number of users existing in the base station 1 ,
t s represents the length of one time slot;
X = [x ln ] represents a subchannel allocation matrix determined by the radio network controller for the base station,
Z = [z mn ] represents the subchannel allocation matrix for the users present in the current time slot.
最後に、移動局は基地局によって割り当てられたタイムスロット内のダウンリンクトラフィックをリッスンする。 Finally, the mobile station listens for downlink traffic in the time slot allocated by the base station.
上記に加えて、特許文献１（米国特許出願第２００７／００７７７９３ Ａ１号）は、マルチセルＯＦＤＭＡダウンリンクシステムにおける動的再利用パーティションを提案している。この文献では、セルラＯＦＤＭＡにおける動的サブチャネル配分の、再利用パーティションによる解決について検討されている。この問題は２つの副問題に分割され、２段階の副最適化方法が使用される。第１の副問題において、無線ネットワーク制御装置は、全セル内の各ユーザの制限情報に基づいて再利用パーティション問題を解決する。第２の副問題では、無線ネットワーク制御装置によって再利用パーティションモードが決定された後、各基地局が、そのセル内に存在する各ユーザの正確な情報に基づいてセル内のスループットを最大化する問題を解決する。 In addition to the above, U.S. Patent Application Publication No. 2007/0077793 A1 proposes a dynamic reuse partition in a multi-cell OFDMA downlink system. In this document, a solution using a reusable partition for dynamic subchannel allocation in cellular OFDMA is studied. This problem is divided into two sub-problems and a two-stage sub-optimization method is used. In the first sub-problem, the radio network controller solves the reuse partition problem based on the restriction information of each user in all cells. In the second sub-problem, after the reuse partition mode is determined by the radio network controller, each base station maximizes the throughput in the cell based on accurate information of each user present in that cell. Solve a problem.
上記を鑑みると、従来技術ではＱｏＳ要件、複数の同一チャネル干渉、アップリンクトラフィック等の多数の要因が考慮されていないため、マルチセルＯＦＤＭＡシステムにおいて動的リソース配分の実用的な実装を行う可能性が制限される結果となっている。 In view of the above, the prior art does not take into account many factors such as QoS requirements, multiple co-channel interference, uplink traffic, etc., so there is a possibility of practical implementation of dynamic resource allocation in a multi-cell OFDMA system. The result is limited.
本発明の目的は、マルチセル無線通信システムにおいてリソースを動的に配分する方法および装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method and apparatus for dynamically allocating resources in a multi-cell wireless communication system.
本発明の１つの態様によれば、マルチセル無線通信システムの制御装置であって、
基地局から送信されるチャネル状態情報とセル間干渉情報とトラフィック要求情報とを受信する受信手段と、
システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、受信手段が受信した情報に基づいてサブチャネル配分のグローバル最適化を実行するグローバル最適化手段と、
グローバル最適化手段によって実行されたサブチャネル配分の結果を送信する送信手段とを備えることを特徴とする制御装置を提供する。
According to one aspect of the present invention, there is provided a control device for a multi-cell radio communication system, comprising:
Receiving means for receiving channel state information, inter-cell interference information and traffic request information transmitted from the base station;
Global optimization means for performing global optimization of subchannel allocation based on information received by the receiving means to maximize the overall uplink and downlink throughput of the system;
There is provided a control device comprising transmission means for transmitting a result of subchannel allocation performed by global optimization means.
本発明の他の態様によれば、マルチセル無線通信システムの基地局であって、
制御装置から送信されたサブチャネル配分結果を受信する受信手段と、
受信手段が受信したサブチャネル配分結果に基づいて、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットを割り当てるスケジューリング手段と、
スケジューリング手段による移動局へのタイムスロット割当の結果を送信する送信手段とを備えることを特徴とする基地局を提供する。
According to another aspect of the present invention, a base station of a multi-cell radio communication system, comprising:
Receiving means for receiving a subchannel allocation result transmitted from the control device;
Scheduling means for allocating each time slot in each frame using a proportional fair scheduling algorithm for each service class based on the subchannel allocation result received by the receiving means;
There is provided a base station comprising transmission means for transmitting a result of time slot allocation to a mobile station by a scheduling means.
本発明のさらに他の態様によれば、マルチセル無線通信システムの制御装置におけるリソース配分方法であって、
（１）チャネル状態情報、セル間干渉情報、およびトラフィック要求情報を受信し、
（２）システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、受信した情報に基づいてサブチャネル配分のグローバル最適化を実行し、かつ
（３）サブチャネル配分結果を基地局に送信する、
ことを特徴とするリソース配分方法を提供する。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a resource allocation method in a control device of a multi-cell radio communication system,
(1) receiving channel state information, inter-cell interference information, and traffic request information;
(2) Perform global optimization of subchannel allocation based on received information to maximize the overall uplink and downlink throughput of the system, and (3) the subchannel allocation result to the base station Send,
A resource allocation method is provided.
本発明のさらに他の態様によれば、マルチセル無線通信システムの基地局におけるリソース配分方法であって、
（１）サブチャネル配分結果を受信し、
（２）受信したサブチャネル配分結果に基づいて、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットを割り当て、かつ
（３）タイムスロット割当結果を移動局に送信する、
ことを特徴とするリソース配分方法を提供する。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a resource allocation method in a base station of a multi-cell wireless communication system,
(1) Receive the subchannel allocation result,
(2) assigning each time slot in each frame using a proportional fair scheduling algorithm for each service class based on the received subchannel allocation result, and (3) assigning the time slot assignment result to the mobile station Send to
A resource allocation method is provided.
本発明のさらに他の態様によれば、マルチセル無線通信システムの基地局におけるリソース配分システムであって、制御装置と基地局とを備えることを特徴とするリソース配分システムを提供する。 According to still another aspect of the present invention, there is provided a resource allocation system in a base station of a multi-cell radio communication system, comprising a control device and a base station.
本発明のさらに他の態様によれば、マルチセル無線通信システムにおけるリソース配分方法であって、
（１）制御装置によって、チャネル状態情報とセル間干渉情報とトラフィック要求情報とを受信し、
（２）システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、受信した情報に基づいてサブチャネル配分のグローバル最適化を実行し、
（３）サブチャネル配分結果を基地局に送信し、
（４）基地局によって、受信したサブチャネル配分結果に基づいて、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットを割り当て、かつ
（５）タイムスロット割当結果を移動局に送信する、
ことを特徴とするリソース配分方法を提供する。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a resource allocation method in a multi-cell radio communication system,
(1) The controller receives channel state information, inter-cell interference information, and traffic request information,
(2) Perform global optimization of subchannel allocation based on received information to maximize the overall uplink and downlink throughput of the system;
(3) Send the subchannel allocation result to the base station,
(4) The base station assigns each time slot in each frame using a proportional fair scheduling algorithm for each service class based on the received subchannel allocation result; and (5) Time slot assignment. Send the result to the mobile station,
A resource allocation method is provided.
本発明は、ユーザのＱｏＳ要件、セル間干渉、アップリンクトラフィック要求等の要因を考慮し、かつ１セル内に存在するユーザ間にリソースをスケジューリングするために２レベルの動的リソース配分（すなわち、制御装置内における複数セル間でのリソース配分を実装する）を採用することにより、ユーザのトラフィック要求およびＱｏＳ要件に適した帯域幅リソースをユーザに割り当てて、システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを増大させる。 The present invention takes into account factors such as user QoS requirements, inter-cell interference, uplink traffic requirements, etc., and two levels of dynamic resource allocation (ie, to schedule resources among users present in one cell) (ie, By implementing resource allocation among multiple cells within the controller, the user can be allocated bandwidth resources suitable for the user's traffic requirements and QoS requirements, and the overall uplink and downlink of the system Increase throughput.
以下では、本発明によるマルチセル無線通信システムにおける動的リソース配分方法および装置について、図面と特定の実施例とを組み合わせて説明する。 Hereinafter, a dynamic resource allocation method and apparatus in a multi-cell radio communication system according to the present invention will be described in combination with drawings and specific embodiments.
図３は、本発明によるマルチセル無線通信システムのブロック図である。図３に示すように、マルチセル無線通信システムは、制御装置３１と、複数の基地局３２１〜３２ｎと、複数の移動局３３１１〜３３ｎｎとを含み、うち制御装置３１は基地局３２１〜３２ｎを制御し、スーパーフレームレベルでサブチャネル配分を実行し、基地局３２１〜３２ｎはフレームレベルでスケジューリングを実行する。
FIG. 3 is a block diagram of a multi-cell wireless communication system according to the present invention. As shown in FIG. 3, the multi-cell radio communication system includes a
本発明においては、移動局３３１１〜３３ｎｎは、測定されたチャネル状態情報とセル間干渉情報と帯域幅要求とを個々の基地局３２１〜３２ｎに報告し、基地局３２１〜３２ｎによって割り当てられたタイムスロットにおいてデータトラフィックを送受信する。本発明の特定の実施例によれば、移動局３３１１〜３３ｎｎによって測定されるチャネル状態情報はＳＩＮＲとして表される。セル間干渉情報は、移動局３３１１〜３３ｎｎによって測定されたＳＩＮＲと、セル間干渉が存在するときに移動局３３１１〜３３ｎｎによって測定されたＳＩＮＲとで表される。帯域幅要求は、移動局３３１１〜３３ｎｎが各種サービスタイプにアクセスする際に必要とする帯域幅を反映して作成される。
In the present invention, the
基地局３２１〜３２ｎは、移動局３３１１〜３３ｎｎによって報告されたチャネル状態情報とセル間干渉情報と帯域幅要求とに基づいて、各サブチャネルのダウンリンクおよびアップリンクの各平均信号強度とトラフィック要求とを取得し、その情報を制御装置３１に報告する。本発明の特定の実施例によれば、基地局３２１は、移動局から報告された異なるサブチャネル上の信号強度の平均値を直接計算するかまたはその加重平均値を計算することにより、各サブチャネルのダウンリンクの平均信号強度を計算すると共に、現在のセル内の異なるサブチャネル上のユーザ信号強度と隣接セル内のユーザ信号強度とを測定して、各セル内のユーザ信号強度の平均値を直接計算するかまたはその加重平均値を計算することにより、各サブチャネルのアップリンクの平均信号強度を計算する。本発明の他の特定の実施例によれば、基地局３２１は移動局３３１１〜３３１ｎによって報告された帯域幅要求を収集する。基地局３２１は、例えば、これらの帯域幅要求を累積してユーザのトラフィック要求を取得する。
The
制御装置３１は、各基地局から受信した、各サブチャネルのダウンリンクの平均信号強度と各サブチャネルのアップリンクの平均信号強度とに基づいて、各セル内のユーザの平均ダウンリンクＳＩＮＲと各セル内の基地局の平均アップリンクＳＩＮＲとを取得し、かつ、各基地局から受信したユーザのトラフィック要求に基づいてトラフィック要求情報を取得する。その後、システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、サブチャネル配分のグローバル最適化を実行する。最後に、基地局３２１〜３２ｎは、制御装置３１によって割り当てられたサブチャネル内のリソースを配分する。基地局は、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットを割り当て、移動局にタイムスロットの割当結果を送信する。
Based on the average downlink signal strength of each subchannel and the average uplink signal strength of each subchannel received from each base station, the
図３に示すマルチセル無線通信システム内の制御装置−基地局−移動局間の接続および情報交換は、既存のインターフェースおよびプロトコルを使用して実装できることに留意されたい。 It should be noted that the connection and information exchange between the control device-base station-mobile station in the multi-cell wireless communication system shown in FIG. 3 can be implemented using existing interfaces and protocols.
本発明の一実施例においては、マルチセル無線通信システムはマルチセルＯＦＤＭＡシステムである。 In one embodiment of the present invention, the multi-cell wireless communication system is a multi-cell OFDMA system.
本発明の他の実施例においては、マルチセル無線通信システムは、３ＧＰＰ ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）において定義されるマルチセル無線通信システムである（基地局３２１〜３２ｎはｅＮｏｄｅＢに対応し、移動局３３１１〜３３１ｎはユーザ機器ＵＥに対応する）。
In another embodiment of the present invention, the multi-cell radio communication system is a multi-cell radio communication system defined in 3GPP long-term evolution (LTE) (
図面を参照して、マルチセル無線通信システムについてさらに説明する。 The multi-cell wireless communication system will be further described with reference to the drawings.
図１０を参照する。図１０は、本発明の一実施例によるマルチセルＯＦＤＭＡシステムにおける動的リソース管理のブロック図である。本実施例においては、マルチセルＯＦＤＭＡシステムは、制御装置と基地局と移動局とを含む。図１０の実施例では、２レベル動的リソース管理（すなわち、制御装置がスーパーフレームレベルでサブチャネル配分を実行し、基地局がフレームレベルでスケジューリングを実行する）が採用されている。 Please refer to FIG. FIG. 10 is a block diagram of dynamic resource management in a multi-cell OFDMA system according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the multi-cell OFDMA system includes a control device, a base station, and a mobile station. In the embodiment of FIG. 10, two-level dynamic resource management (that is, the control device performs subchannel allocation at the superframe level and the base station performs scheduling at the frame level) is employed.
具体的には、各移動局はチャネル状態情報と測定されたセル間干渉情報と自局の帯域幅要求とを対応する基地局に報告し、当該基地局はその情報を制御装置に報告する。制御装置は、上記の情報に基づいて、各基地局内のユーザの平均チャネル状態情報と、各基地局のセル間干渉情報と、各基地局のトラフィック要求とを導出する。その後、制御装置は、導出した情報に基づいて、システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、グローバル最適化を使用して各基地局にサブチャネルを配分する。制御装置は、グローバル最適化の実行後には、各基地局にサブチャネル配分を送信するのみでよく、各移動局に関するリソース配分の推奨を送信する必要はない。 Specifically, each mobile station reports channel state information, measured inter-cell interference information, and its own bandwidth request to the corresponding base station, and the base station reports the information to the control device. Based on the above information, the control device derives average channel state information of users in each base station, inter-cell interference information of each base station, and traffic requests of each base station. The controller then allocates subchannels to each base station using global optimization to maximize the total uplink and downlink throughput of the system based on the derived information. The controller need only transmit the subchannel allocation to each base station after performing global optimization, and does not need to transmit resource allocation recommendations for each mobile station.
次に基地局は、制御装置によって配分されたサブチャネルに基づき、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内のタイムスロットリソースをスケジューリングし、各フレーム内のタイムスロットを異なる移動局に配分する。その後、移動局は、基地局からのスケジューリング結果に基づいてトラフィックを送受信する。 The base station then schedules the time slot resources in each frame using the proportional fair scheduling algorithm for each service class based on the subchannels allocated by the controller and the time slots in each frame. Are allocated to different mobile stations. Thereafter, the mobile station transmits and receives traffic based on the scheduling result from the base station.
図１１を参照すると、本発明の他の実施例による呼受付制御機能付きマルチセルＯＦＤＭＡシステムにおける動的リソース管理のブロック図が示されている。本実施例は、図１０に示す実施例と比較すると、呼受付制御技術を採用している点が異なる。 Referring to FIG. 11, a block diagram of dynamic resource management in a multi-cell OFDMA system with call admission control function according to another embodiment of the present invention is shown. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 10 in that a call admission control technique is adopted.
図１１に示すように、新規サービスのサービス受付要求が移動局から基地局に渡され、基地局からさらに制御装置に渡される。制御装置は、利用可能なシステム帯域幅に基づいて、新規サービスの受付を許可するかどうかを決定する。次に、受付制御の結果が基地局を介して移動局に送信される。 As shown in FIG. 11, a service acceptance request for a new service is passed from the mobile station to the base station, and further passed from the base station to the control device. The control device determines whether or not to accept a new service based on the available system bandwidth. Next, the result of admission control is transmitted to the mobile station via the base station.
本発明によるシステムの制御装置および基地局についてさらに説明する。図４に、本発明によるマルチセル無線通信システムの制御装置の構造的ブロック図を示す。図４を見ると、制御装置３１は、受信手段４１とグローバル最適化手段４２と送信手段４３とを含む。受信手段４１は、基地局３２１〜３２ｎから、チャネル状態情報と、セル間干渉情報およびトラフィック要求情報と、基地局３２１〜３２ｎからの新規サービスのサービス受付要求とを受信する。グローバル最適化手段４２は、システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、受信手段４１が受信した情報に基づいてサブチャネル配分のグローバル最適化を実行する。グローバル最適化手段４２はその後、送信手段４３を介して、サブチャネルのグローバル最適化の結果を基地局３２１〜３２ｎに送信する。本発明による制御装置にはさらに、受信手段４１が受信したサービス受付要求に関して、システム帯域幅に基づいて新規サービスの受付を許可するかどうかを決定して受付制御の結果を生成し、その受付制御結果を送信手段４３を介して基地局３２１〜３２ｎに送信する受付制御手段４４を含めることができる。
The system control apparatus and base station according to the present invention will be further described. FIG. 4 shows a structural block diagram of a control device of a multi-cell radio communication system according to the present invention. As shown in FIG. 4, the
本発明の他の実施例によれば、グローバル最適化手段４２はさらに、
受信手段４１が受信したチャネル状態情報とセル間干渉情報とに基づいて、各セル内のユーザの平均ダウンリンクＳＩＮＲと各セル内の基地局のアップリンクＳＩＮＲとを取得するための取得手段４２１と、
取得手段４２１が受信したＳＩＮＲに基づき、かつ全サブチャネル上の各基地局におけるアップリンクおよびダウンリンクの総合的転送速度が最大化されるようなサブチャネル配分方法で、トラフィック要求を満たすことを前提として、サブチャネル配分結果を生成し、そのサブチャネル配分結果を送信手段４３に供給するサブチャネル配分手段４２２とを含む。
According to another embodiment of the invention, the global optimization means 42 further comprises:
An
Based on the SINR received by the acquisition means 421, and on the assumption that the traffic request is satisfied by a subchannel allocation method that maximizes the total uplink and downlink transfer rate in each base station on all subchannels. A
本発明の一実施例によれば、サブチャネル配分手段４２２は、以下の条件を満たすことを前提として、サブチャネル配分のグローバル最適化を実行する。
１）ｘｌｎ∈｛０，１｝，ｌ＝１，２，…，Ｌ；ｎ＝１，２，…，Ｎ；
２）
これはダウンリンクの最小トラフィック要求制限を表わす。
３）
これはアップリンクの最小トラフィック要求制限を表わす。
このサブチャネル配分のグローバル最適化では、システムのアップリンクおよびダウンリンクのスループットを最大化するために以下の式に従って計算が行われ、サブチャネル配分結果が生成される。
ここで、
ＳＩＮＲｎ ｌ１は平均アップリンクＳＩＮＲを表し、
は基地局ｌ内の全ユーザのサブチャネルｎ上における平均信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を表し、
速度関数Ｒ（ＳＩＮＲ）は、そのＳＩＮＲ下にあるサブチャネルｎに対して適応的変調・符号化スキームを使用することで達成可能な速度を表し、
Ｘ＝［ｘｌｎ］はサブチャネル配分行列を表し、
λは、時分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクのフレーム時間比、また周波数分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクの周波数帯域幅比であり、
ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度であり、ｒｍｉｎ’（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合アップリンク最小所要速度である。
According to one embodiment of the present invention, the subchannel allocation means 422 performs global optimization of subchannel allocation on the assumption that the following condition is satisfied.
1) x ln ∈ {0, 1}, l = 1, 2,..., L; n = 1, 2,.
2)
This represents the minimum traffic requirement limit for the downlink.
3)
This represents the minimum traffic requirement limit for the uplink.
In this global optimization of subchannel allocation, a calculation is performed according to the following formula to maximize the uplink and downlink throughput of the system and a subchannel allocation result is generated.
here,
SINR n 11 represents the average uplink SINR,
Represents the average signal-to-interference and noise ratio (SINR) on subchannel n of all users in base station l;
The rate function R (SINR) represents the rate achievable by using an adaptive modulation and coding scheme for subchannel n under that SINR,
X = [x ln ] represents the subchannel allocation matrix,
λ is the downlink to uplink frame time ratio for time division duplex systems and the downlink to uplink frequency bandwidth ratio for frequency division duplex systems;
r min (i) is the total downlink minimum required speed for all service classes of user i, and r min ′ (i) is the total minimum uplink speed for all service classes of user i.
本発明の他の実施例によれば、速度関数Ｒ（ＳＩＮＲｎ）が事前に取得されない場合には、シャノンのチャネル容量定理を使用して適応的速度調整量が見積もられ、以下の式に従ってグローバル最適化が実行される。
ここで、上記のグローバル最適化解決法は、説明を目的とした本発明の一実施例に過ぎないことに留意されたい。当該技術に精通した当業者には、異なる適用シナリオ、適用要件に応じてこれらのパラメータのタイプと内容を変更することにより、異なるグローバル最適化解決法を実装できることは明らかである。 It should be noted here that the above global optimization solution is only one example of the present invention for purposes of illustration. It will be apparent to those skilled in the art that different global optimization solutions can be implemented by changing the type and content of these parameters according to different application scenarios and requirements.
本発明の一実施例によれば、受付制御手段４４は、新規サービスの受付を、以下の式が満足される場合にのみ許可する。
ここで、Ｅ［ｒ（ｉ）］はチャネルフィードバックに基づいて取得されたユーザｉの事前に見積もられた速度、Ｍｔはシステム内の全ユーザ、ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度である。
According to one embodiment of the present invention, the
Where E [r (i)] is user i's estimated speed obtained based on channel feedback, M t is all users in the system, and r min (i) is all services for user i. This is the total downlink minimum required speed for the class.
図５は、本発明によるマルチセル無線通信システムにおける基地局の構造的ブロック図を示す。図５を見ると、基地局３２１は、受信手段５１とスケジューリング手段５２と送信手段５４とを含む。受信手段５１は、移動局３３１１〜３３１ｎから、チャネル状態情報とセル間干渉情報と帯域幅要求とを受信する。スケジューリング手段５２は、受信手段５１が受信したチャネル状態情報とセル間干渉情報と帯域幅要求とに基づいて、各サブチャネルのダウンリンクの平均信号強度と、各サブチャネルのアップリンクの平均信号強度とトラフィック要求を取得し、その情報を送信手段５４を介して制御装置３１に報告する。
FIG. 5 shows a structural block diagram of a base station in a multi-cell wireless communication system according to the present invention. Referring to FIG. 5, the
制御装置３１がスーパーフレームレベルでサブチャネル配分を実行した後、基地局３２１はフレームレベルでスケジューリングを実行する。具体的には、受信手段５１は、制御装置３１によって送信されたサブチャネル配分の結果を受信する。スケジューリング手段５２は、受信手段５１が受信したサブチャネル配分結果に基づいて、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットを割り当てる。送信手段５４は、スケジューリング手段５２からのタイムスロット割当結果を移動局３３１１〜３３１ｎに送信する。
After the
本発明においては、基地局は、上記の制御装置と接続されるサービス要求受付手段５３を含むことができる。受付制御手順においては、受信手段５１は移動局３３１１〜３３１ｎから新規サービスのサービス受付要求を受信し、サービス要求受付手段５３は受信したサービス受付要求を送信手段５４を介して制御装置３１に送信する。制御装置３１が受付制御の決定を行った後、受信手段５１は制御装置３１から受付制御結果を受信し、サービス要求受付手段５３は送信手段５４を介してその受付制御結果を対応する移動局に送信する。
In the present invention, the base station can include service request reception means 53 connected to the control device. In the reception control procedure, the
本発明の一実施例によれば、スケジューリング手段５２は、同じサービスクラスに関して、タイムスロットｔにおいて以下の式を最大にすることのできるユーザを選択し、タイムスロットｔをそのユーザに配分する。
配分が決定された各タイムスロットにおいて、各ユーザの平均速度が以下の式に従って更新される。
ここで、ｒ（ｉ、ｔ）はタイムスロットｔにおけるユーザｉの瞬間速度の見積り、Ｅ［ｒ（ｉ、ｔ）］はタイムスロットｔにおけるユーザｉの平均速度の見積り、ｔｃは時定数である。
According to one embodiment of the present invention, the scheduling means 52 selects a user who can maximize the following expression in the time slot t with respect to the same service class, and allocates the time slot t to the user.
In each time slot for which the distribution is determined, the average speed of each user is updated according to the following equation.
Where r (i, t) is an estimate of the instantaneous speed of user i in time slot t, E [r (i, t)] is an estimate of the average speed of user i in time slot t, and t c is a time constant. is there.
本発明の一実施例によれば、スケジューリング手段５２は、優先度の高い順に、異なる優先度のサービスクラスにタイムスロットを割り当てる。優先度が同じサービスクラスについては、比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して各フレーム内の各タイムスロットが割り当てられる。 According to one embodiment of the present invention, the scheduling means 52 assigns time slots to service classes having different priorities in descending order of priority. For service classes with the same priority, each time slot in each frame is assigned using a proportional fair scheduling algorithm.
本発明の一実施例によれば、異なるサービスクラスへの優先度の割当は、サービスクラスの元のＱｏＳに基づいて行われる。 According to one embodiment of the present invention, priority assignment to different service classes is performed based on the original QoS of the service class.
図６は、本発明によるマルチセル無線通信システムの制御装置内におけるリソース配分方法のフローチャートである。図６に示すように、ステップＳ６１において、チャネル状態情報とセル間干渉情報とトラフィック要求とが受信される。ステップＳ６１において、システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、受信した情報に基づいてサブチャネル配分のグローバル最適化が実行される。そして、ステップＳ６３において、サブチャネル配分結果が基地局に送信される。 FIG. 6 is a flowchart of a resource allocation method in the control apparatus of the multi-cell radio communication system according to the present invention. As shown in FIG. 6, in step S61, channel state information, inter-cell interference information, and a traffic request are received. In step S61, global optimization of the subchannel allocation is performed based on the received information in order to maximize the overall uplink and downlink throughput of the system. In step S63, the subchannel allocation result is transmitted to the base station.
本発明の一実施例によれば、ステップＳ６２はさらに、
受信されたチャネル状態情報とセル間干渉情報とに基づいて、各セル内のユーザの平均ダウンリンクＳＩＮＲと各セル内の基地局のアップリンクＳＩＮＲとを取得するステップと、
受信されたＳＩＮＲに基づき、トラフィック要求を満たすことを前提として、全サブチャネル上の各基地局におけるアップリンクおよびダウンリンクの総合的転送速度が最大化されるようなサブチャネル配分方法で、サブチャネル配分結果を生成するステップとをさらに備える。
According to one embodiment of the present invention, step S62 further comprises:
Obtaining an average downlink SINR of users in each cell and an uplink SINR of a base station in each cell based on the received channel state information and inter-cell interference information;
A subchannel allocation method that maximizes the overall uplink and downlink transfer rate at each base station on all subchannels, based on the received SINR, assuming that the traffic request is satisfied. Generating a distribution result.
本発明の一実施例によれば、ステップＳ６２において、以下の条件が満足される。
１）ｘｌｎ∈｛０，１｝，ｌ＝１、２、…、Ｌ；ｎ＝１、２、…、Ｎ；
２）
３）
そして、システムのアップリンクおよびダウンリンクのスループットを最大化するために、以下の式に従ってサブチャネル配分のグローバル最適化が実行され、サブチャネル配分結果が生成される。
ＳＩＮＲｎ ｌ１は平均アップリンクＳＩＮＲを表し、
速度関数Ｒ（ＳＩＮＲ）は、そのＳＩＮＲ下にあるサブチャネルｎに対して適応的変調・符号化スキームを使用することで達成可能な速度を表し、
Ｘ＝［ｘｌｎ］はサブチャネル配分行列を表し、
λは、時分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクのフレーム時間比、また周波数分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクの周波数帯域幅比であり、
ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度であり、ｒｍｉｎ’（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合アップリンク最小所要速度である。
According to one embodiment of the present invention, the following condition is satisfied in step S62.
1) x ln ∈ {0, 1}, l = 1, 2,..., L; n = 1, 2,.
2)
3)
Then, in order to maximize the uplink and downlink throughput of the system, global optimization of subchannel allocation is performed according to the following formula, and a subchannel allocation result is generated.
SINR n 11 represents the average uplink SINR,
The rate function R (SINR) represents the rate achievable by using an adaptive modulation and coding scheme for subchannel n under that SINR,
X = [x ln ] represents the subchannel allocation matrix,
λ is the downlink to uplink frame time ratio for time division duplex systems and the downlink to uplink frequency bandwidth ratio for frequency division duplex systems;
r min (i) is the total downlink minimum required speed for all service classes of user i, and r min ′ (i) is the total minimum uplink speed for all service classes of user i.
本発明の一実施例によれば、このリソース配分方法はさらに、
システムの利用可能な帯域幅に基づいて、移動局からアクセスされた新規サービスを受け付けるかどうかを決定し、受付制御の結果を基地局に送信するステップを含む。
According to one embodiment of the present invention, the resource allocation method further comprises:
Determining whether to accept a new service accessed from a mobile station based on the available bandwidth of the system, and transmitting the result of admission control to the base station.
本発明の一実施例によれば、新規サービスの受付は、以下の式が満足される場合にのみ許可される。
ここで、Ｅ［ｒ（ｉ）］はチャネルフィードバックに基づいて取得されたユーザｉの事前に見積もられた速度、Ｍｔはシステム内の全ユーザ、ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度である。
According to one embodiment of the present invention, acceptance of a new service is permitted only if the following expression is satisfied.
Where E [r (i)] is user i's estimated speed obtained based on channel feedback, M t is all users in the system, and r min (i) is all services for user i. This is the total downlink minimum required speed for the class.
図７は、本発明によるマルチセル無線通信システムの基地局内におけるリソース配分方法のフローチャートを示す。図７に示すように、ステップＳ７１において、制御装置３１が送信したサブチャネル配分結果が受信される。そして、ステップＳ７２において、受信されたサブチャネル配分結果に基づいて、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットが割り当てられる。ステップＳ７３において、タイムスロット割当結果が移動局に送信される。
FIG. 7 shows a flowchart of a resource allocation method in a base station of a multi-cell radio communication system according to the present invention. As shown in FIG. 7, in step S71, the subchannel allocation result transmitted by the
本発明の一実施例によれば、ステップＳ７２において、同じサービスクラスに関して、タイムスロットｔにおいて以下の式の値を最大にすることのできるユーザが選択され、タイムスロットｔがそのユーザに割り当てられる。
配分が決定された各タイムスロットにおいて、各ユーザの平均速度が以下の式に従って更新される。
ここで、ｒ（ｉ、ｔ）はタイムスロットｔにおけるユーザｉの瞬間速度の見積り、Ｅ［ｒ（ｉ、ｔ）］はタイムスロットｔにおけるユーザｉの平均速度の見積り、ｔｃは時定数である。
According to one embodiment of the present invention, in step S72, for the same service class, a user who can maximize the value of the following expression in time slot t is selected and time slot t is assigned to that user.
In each time slot for which the distribution is determined, the average speed of each user is updated according to the following equation.
Where r (i, t) is an estimate of the instantaneous speed of user i in time slot t, E [r (i, t)] is an estimate of the average speed of user i in time slot t, and t c is a time constant. is there.
本発明の一実施例によれば、ステップＳ７２はさらに、
優先度の高い順にタイムスロットをサービスクラスに割り当て、優先度が同じサービスクラスについては、比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して各フレーム内の各タイムスロットを割り当てるステップを含む。
According to one embodiment of the present invention, step S72 further comprises:
Assigning time slots to service classes in descending order of priority, and assigning each time slot in each frame using a proportional fair scheduling algorithm for service classes with the same priority.
本発明の一実施例によれば、サービスクラスへの優先度の割当は、サービスクラスの元のＱｏＳに基づいて行われる。 According to one embodiment of the present invention, the assignment of priority to a service class is performed based on the original QoS of the service class.
本発明の一実施例によれば、このリソース配分方法はさらに、
移動局からの新規サービスのサービス受付要求を受信するステップと、制御装置からの受付制御結果を移動局に送信するステップとを含む。
According to one embodiment of the present invention, the resource allocation method further comprises:
Receiving a service acceptance request for a new service from the mobile station, and transmitting an acceptance control result from the control device to the mobile station.
図８に、本発明によるマルチセルＯＦＤＭＡシステムにおけるリソース配分システムのブロック図を示す。図８に示すように、本発明のリソース配分システムは、制御装置３１と基地局３２１と移動局３３１１とを含む。制御装置３１は受信手段４１とグローバル最適化手段４２と送信手段４３と受付制御手段４４とを含み、基地局３２１は受信手段５１とスケジューリング手段５２とサービス要求受付手段５３と送信手段５４とを含む。
FIG. 8 shows a block diagram of a resource allocation system in a multi-cell OFDMA system according to the present invention. As shown in FIG. 8, the resource allocation system of the present invention includes a
当業者には、各スーパーフレームは複数の連続するフレームに対応し、各フレームは複数のタイムスロットを含むことは既知である。本発明においては、利用可能な帯域幅は、各々がＯＦＤＭＡ副搬送波のクラスターで構成される複数のサブチャネルに分割でき、ＯＦＤＭＡサブチャネルは基地局単位で割り当てることができる。基地局は、時間／周波数リソースをタイムスロット（システムによっては「リソースブロック」と呼ばれる）の形式で各ユーザに割り当てる。タイムスロットとは、時間／周波数領域内の単一ユーザに配分することのできる物理層リソースの最小単位である。 One skilled in the art knows that each superframe corresponds to a plurality of consecutive frames, and each frame includes a plurality of time slots. In the present invention, the available bandwidth can be divided into a plurality of subchannels each composed of a cluster of OFDMA subcarriers, and OFDMA subchannels can be allocated on a per base station basis. The base station allocates time / frequency resources to each user in the form of time slots (sometimes called “resource blocks” in some systems). A time slot is the smallest unit of physical layer resources that can be allocated to a single user in the time / frequency domain.
図８に示すブロック図では、２レベル動的リソース管理（すなわち、制御装置３１がスーパーフレームレベルでサブチャネル配分を実行し、基地局３２１がフレームレベルでスケジューリングを実行する）が採用されている。具体的には、移動局３３１１がチャネル状態情報と測定されたセル間干渉情報と自局の帯域幅要求とを基地局３２１に報告し、基地局３２１はその情報を制御装置３１に報告する。制御装置３１は、上記の情報に基づいて、各基地局内のユーザの平均チャネル状態情報と、各基地局のセル間干渉情報と、各基地局のトラフィック要求とを導出する。その後、制御装置３１のグローバル最適化手段４２は、システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、導出された情報に基づいてサブチャネル配分のグローバル最適化を実行する。制御装置３１は、グローバル最適化の実行後には、各基地局にサブチャネル配分を送信するのみでよく、各移動局に関するリソース配分の推奨を送信する必要はない。
In the block diagram shown in FIG. 8, two-level dynamic resource management (that is, the
本発明の一実施例によれば、チャネル状態情報とセル間干渉情報は、基地局３２１または移動局３３１１によって測定された異なる形式のＳＩＮＲとして表される。
According to one embodiment of the present invention, the channel state information and the inter-cell interference information are represented as different types of SINRs measured by the
基地局３２１のスケジューリング手段５２は、制御装置３１によって配分されたサブチャネル内のリソースに基づき、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットのスケジューリングを実行し、それにより各フレーム内のタイムスロットを移動局に割り当てる。その後、移動局は、スケジューリング手段５２からのスケジューリング結果に基づいてトラフィックを送受信する。
The scheduling means 52 of the
次に、図８に示すリソース配分システムについてさらに詳細に説明する。
１．制御装置３１によるスーパーフレームでの基地局３２１へのサブチャネルの割当
Next, the resource distribution system shown in FIG. 8 will be described in more detail.
1. Assignment of subchannel to
本発明における制御装置の主な機能は、各セル内の相互干渉を調整し、トラフィック要求に対応することである。制御装置３１が実行するサブチャネル配分手順をより明確に説明するため、Ｎ個のトラフィックサブチャネルとＬ個の基地局（セル）とから成るネットワークを有するマルチセルＯＦＤＭＡシステムを想定する。Ｍｌは基地局ｌのユーザ集合を表す。各基地局は、動作モードにある利用可能なサブチャネルの部分集合を有効化し、残りのサブチャネルは無効化する。ｌ番目の基地局のユーザ数はＭｌであり、ネットワーク全体には
のユーザが存在する。
The main function of the control device in the present invention is to adjust the mutual interference in each cell and respond to traffic demands. In order to explain the subchannel allocation procedure executed by the
There are users.
チャネル配分行列ＸＬｘＮ＝［ｘｌｎ］：ｘｌｎ＝１は、サブチャネルｎが基地局ｌに割り当てられることを表し、ｘｌｎ＝０はサブチャネルｎが基地局ｌに割り当てられないことを表す。 Channel allocation matrix X LxN = [x ln ]: x ln = 1 represents that subchannel n is assigned to base station l, and x ln = 0 represents that subchannel n is not assigned to base station l .
図８に示すリソース配分システムにおいては、ダウンリンクおよびアップリンクの干渉抑制を別々に考慮することにより、システムの総スループットの最大化が図られる。
（１）ダウンリンクの干渉抑制
In the resource allocation system shown in FIG. 8, the total throughput of the system can be maximized by considering downlink and uplink interference suppression separately.
(1) Downlink interference suppression
トラフィックサブチャネルｎ上では、そのサブチャネルを利用する基地局ｌ（ｍ）と通信中のユーザｍが受信するＳＩＮＲは、以下の式で表すことができる。
受信されるＳＩＮＲの測定方法は、サブチャネルの置換モードによって決まる。隣接副搬送波の置換を行うシステムにおいては、ＲＳＳＩｌ ｌ，ｎはサブチャネルｎ上の基地局ｌ内に存在する全ユーザの平均受信信号強度インジケータである。測定はパイロット信号に対して実行される。ＲＳＳＩｌ ｊ，ｎは、サブチャネルｎ上の干渉源の基地局ｊから、基地局ｌ内の全ユーザが受けている平均受信信号強度インジケータである。サブチャネルｎ上の基地局ｌ内に存在するユーザの平均ＳＩＮＲは、以下の式を使って見積もられる。
分散（無作為化）副搬送波の置換を行うシステムにおいては、ＲＳＳＩｌ ｌは基地局ｌ内の全ユーザにサービスを提供している基地局からの平均受信信号強度インジケータである。チャネルの測定はプリアンブル信号に対して実行される。ＲＳＳＩｌ ｊ，ｎは、基地局ｌ内の全ユーザが干渉源の基地局ｊから受けている平均受信信号強度インジケータである。サブチャネルｎ上の基地局ｌ内に存在するユーザの平均ＳＩＮＲは、以下の式を使って見積もられる。
（２）アップリンクの干渉抑制
The method of measuring the received SINR depends on the subchannel replacement mode. In a system that performs adjacent subcarrier replacement, RSSI l l, n is an average received signal strength indicator for all users present in base station l on subchannel n. Measurements are performed on the pilot signal. RSSI l j, n is an average received signal strength indicator received by all users in base station l from base station j of the interference source on subchannel n. The average SINR of users present in base station l on subchannel n is estimated using the following equation:
In a system that performs distributed (randomized) subcarrier replacement, RSSI l l is an average received signal strength indicator from a base station serving all users in base station l. Channel measurements are performed on the preamble signal. RSSI l j, n is an average received signal strength indicator received by all users in base station l from base station j of the interference source. The average SINR of users present in base station l on subchannel n is estimated using the following equation:
(2) Uplink interference suppression
各基地局は、信号強度の測定値を得るために、移動局と隣接局のアップリンクパイロット信号をリッスンする。隣接副搬送波の置換を行うシステムにおいては、ＲＳＳＩｌ ｌ，ｎ’はサブチャネルｎ上の各ユーザの基地局ｌ内での平均受信電力、ＲＳＳＩｌ ｊ，ｎ’はサブチャネルｎ上の隣接基地局内に存在するユーザからの基地局ｌでの平均受信電力である。その後、サブチャネルｎ上の基地局ｌ内の平均アップリンクＳＩＮＲが、以下の式を使って見積もられる。
分散（無作為化）副搬送波の置換を行うシステムにおいては、ＲＳＳＩｌ ｌ’は各ユーザの基地局ｌ内での平均受信電力と想定される。ＲＳＳＩｌ ｊ’は、隣接基地局ｊ内のユーザからの基地局ｌにおける平均受信電力である。その後、サブチャネルｎ上の基地局ｌ内の平均アップリンクＳＩＮＲが、以下の式を使って見積もられる。
（３）制御装置３１がグローバル最適化を実行
Each base station listens to the uplink pilot signals of the mobile station and adjacent stations to obtain signal strength measurements. In a system that performs adjacent subcarrier replacement, RSSI l l, n ′ is the average received power in the base station l of each user on subchannel n, and RSSI l j, n ′ is the adjacent base on subchannel n. It is the average received power at the
In a system that performs distributed (randomized) subcarrier replacement, RSSI l l 'is assumed to be the average received power in each user's base station l. RSSI l j ′ is the average received power at the base station l from users in the adjacent base station j. The average uplink SINR in base station l on subchannel n is then estimated using the following equation:
(3) The
制御装置３１におけるグローバル最適化手順をより明確に説明するため、本発明は速度関数Ｒ（ＳＩＮＲｎ）を定義する。Ｒ（ＳＩＮＲｎ）は、そのＳＩＮＲ下にあるサブチャネルｎに対して適応的変調・符号化スキーム（ＭＣＳ）を使用することで達成可能な速度を表す。この関数は、リンク適応曲線またはルックアップテーブルから容易に得ることができる。
In order to explain the global optimization procedure in the
制御装置３１のグローバル最適化手段４２は、以下の式に従ってグローバル最適化を行う。
この場合の制約条件には、以下が含まれる。
１）ｘｌｎ∈｛０，１｝，ｌ＝１，２，…，Ｌ；ｎ＝１，２，…，Ｎ （７）
２）
３）
The constraint conditions in this case include the following.
1) x ln ∈ {0, 1}, l = 1, 2,..., L; n = 1, 2,.
2)
3)
λは、時分割二重（ＴＤＤ）システムの場合はダウンリンク対アップリンクのフレーム時間比、また周波数分割二重（ＦＤＤ）システムの場合はダウンリンク対アップリンクの周波数帯域幅比である。 λ is the downlink to uplink frame time ratio for a time division duplex (TDD) system and the downlink to uplink frequency bandwidth ratio for a frequency division duplex (FDD) system.
ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度、ｒｍｉｎ’（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合アップリンク最小所要速度である。一般に、ベストエフォートサービスはｒｍｉｎ（ｒｍｉｎ＝０）とはならない。 r min (i) is the total required minimum downlink speed for all service classes of user i, and r min '(i) is the total minimum required speed of uplink for all service classes of user i. In general, the best effort service is not r min (r min = 0).
式（６）において、ＳＩＮＲｎ ｌはダウンリンク方向の隣接基地局によってユーザが干渉されたときに取得されたＳＩＮＲを表し、ＳＩＮＲｎ ｌ’はアップリンク方向の隣接基地局によってユーザが干渉されなかったときに取得されたＳＩＮＲを表す。式（１）−（５）から、ＳＩＮＲｎ ｌとＳＩＮＲｎ ｌＳＩＮＲｎ ｌ’のいずれも、ユーザのチャネル状態情報とセル間干渉情報とに基づいて取得されることが分かる。さらに、ｒｍｉｎ（ｉ）とｒｍｉｎ’（ｉ）は単一ユーザの帯域幅要求を反映するのに対し、式（８）の
ここで、速度関数Ｒ（ＳＩＮＲｎ）が事前に取得されない場合には、シャノンのチャネル容量定理を使用して適応的速度調整量が見積もられるため、式（６）を以下のように修正した上でグローバル最適化が実行されることに留意する必要がある。
２．基地局３２１による移動局３３１１に対するフレームレベルでのスケジューリングの実行
Here, when the speed function R (SINR n ) is not acquired in advance, the adaptive speed adjustment amount is estimated using Shannon's channel capacity theorem. Therefore, the formula (6) is modified as follows: Note that global optimization is performed in
2. Execution of scheduling at the frame level for the
図８に示すブロック図において、基地局３２１は制御装置３１によって割り当てられたサブチャネル内のリソースを割り当てる。この配分手順は、基地局３２１のスケジューリング手段５２を使用して実装される。ダウンリンクのスケジューリングは待ち行列内のすべてのデータに対して実行されるが、アップリンクのスケジューリングは移動局から受信された帯域幅要求に対して実行される。
In the block diagram shown in FIG. 8, the
本発明においては、フレームレベルのリソース配分には優先度付き比例的公平性スケジューリングアルゴリズムが使用される。各種クラスの新規サービスに対し、これらのサービスの元のＱｏＳ要件に基づいて異なる優先度が割り当てられる。例えば、ＬＴＥにおいては、ＱｏＳの優先度はＱｏＳクラスインジケータ（ＱＣＩ）で表され、８０２．１６においては、ＱｏＳの優先度はサービスタイプに基づいて順序付けされる。すなわち、Ｕｎｓｏｌｉｃｉｔｅｄ Ｇｒａｎｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＵＧＳ）が最高の優先度を有し、Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｐｏｌｌｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ｒｔＰＳ）は次に高い優先度を有し、拡張ｒｔＰＳ（ｅｒｔＰＳ）はその次に高い優先度を有し、Ｎｏｎ−ｒｅａｌ ｔｉｍｅ Ｐｏｌｌｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ｎｒｔＰＳ）はこれらより低い優先度を有し、ベストエフォート（ＢＥ）サービスは最も低い優先度を有する。 In the present invention, a prioritized proportional fair scheduling algorithm is used for frame level resource allocation. Different classes of new services are assigned different priorities based on the original QoS requirements of these services. For example, in LTE, QoS priorities are represented by QoS class indicators (QCI), and in 802.16, QoS priorities are ordered based on service type. That is, the unsolicited grant service (UGS) has the highest priority, the real-time polling service (rtPS) has the next highest priority, and the extended rtPS (ertPS) has the next highest priority. Non-real time Polling Service (nrtPS) has a lower priority than these, and Best Effort (BE) service has the lowest priority.
スケジューリング手段５２は、フレームレベルのリソース配分を実行する際には、優先度の異なるサービスタイプについて、サービスタイプの優先度の高い順に各移動局にタイムスロットを割り当てる。続いて、スケジューリング手段５２は優先度が同じサービスクラスについて、タイムスロットｔにおいて以下の式の値を最大にすることのできる移動局を選択し、そのユーザにタイムスロットを割り当てる。
ここで、式（１０）を最大化する方法については、Ａ．Ｊａｌａｌｉ、Ｒ．Ｐａｄｏｖａｎｉ、およびＲ．Ｐａｎｋａｊの「Ｄａｔａ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｏｆ ＣＤＭＡ−ＨＤＲ：ａ Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−Ｈｉｇｈ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ」（ＣＤＭＡ−ＨＤＲのデータスループット：高効率・高データ速度のパーソナル通信無線システム）、ＶＴＣ−Ｓ’２０００、ｖｏｌ．３、ｐｐ．１８５４−１８５８、２０００年、を参照することができる。
When executing the resource allocation at the frame level, the scheduling means 52 assigns time slots to the mobile stations in order of decreasing service type priority for service types having different priorities. Subsequently, for the service classes having the same priority, the
Here, for a method of maximizing Equation (10), see A. Jalali, R.A. Padovani, and R.A. Pankaj's “Data Throughput of CDMA-HDR: a High Efficiency-High Data Rate Personal Communication Wireless System” (CDMA-HDR data throughput: 2000-V, high-efficiency, high-data-rate personal C system) . 3, pp. 1854-1858, 2000.
配分が決定された各タイムスロットにおいて、各ユーザの平均速度が以下の式に従って更新される。
ここで、ｒ（ｉ、ｔ）はタイムスロットｔにおけるユーザｉの瞬間速度の見積り、Ｅ［ｒ（ｉ、ｔ）］はタイムスロットｔにおけるユーザｉの平均速度の見積り、ｔｃは時定数である。
３．受付制御手順
In each time slot for which the distribution is determined, the average speed of each user is updated according to the following equation.
Where r (i, t) is an estimate of the instantaneous speed of user i in time slot t, E [r (i, t)] is an estimate of the average speed of user i in time slot t, and t c is a time constant. is there.
3. Reception control procedure
前述した２レベル動的リソース配分においては、各セルが取得する帯域はネットワークトラフィックの占有状況によって変動する。どのセルもユーザの行動に関するグローバル情報を持たないため、基地局が自局のトラフィック情報のみに基づいて呼受付制御を実行することは困難である。そのため、受付制御は、従来方式のように単一セル内のユーザ情報に基づいて実行するのではなく、制御装置においてネットワーク全体のユーザ情報に基づいて実行するべきである。 In the above-described two-level dynamic resource allocation, the band acquired by each cell varies depending on the network traffic occupation status. Since none of the cells has global information regarding user behavior, it is difficult for the base station to execute call admission control based only on the traffic information of the own station. Therefore, admission control should not be executed based on user information in a single cell as in the conventional method, but should be executed based on user information of the entire network in the control device.
図８に示すリソース配分システムにおいては、利用できるリソースの有無との関連において新規サービスの最小要求速度をチェックすることを目的として、呼受付制御（ＣＡＣ）技術が採用されている。これは、サービスを受けるユーザのＱｏＳを保証するための１つの方法である。 In the resource allocation system shown in FIG. 8, a call admission control (CAC) technique is employed for the purpose of checking the minimum required speed of a new service in relation to the presence or absence of available resources. This is one way to guarantee the QoS of the user receiving the service.
具体的には、図８に示すように、まず新規サービスのサービス受付要求が移動局３３１１から基地局３２１に報告され、基地局３２１のサービス要求受付手段５３がそれを制御装置３１に報告する。制御装置３１の受付制御手段４４は、利用可能なシステム帯域の有無に基づいて新規サービスの受付を許可するかどうかを決定し、その受付制御結果を送信手段４３を介して基地局３２１に送信する。その後、基地局３２１のサービス要求受付手段５３がその受付制御結果を送信手段５４を介して移動局３３１１に送信する。
Specifically, as shown in FIG. 8, first, a service acceptance request for a new service is reported from the
本発明においては、本発明の制御装置による受付制御の解決法を実装するために、非特許文献２（Ｓ．Ｄａｓ、Ｈ．Ｖｉｓｗａｎａｔｈａｎ、およびＧ．Ｒｉｔｔｅｎｈｏｕｓｅ「Ｄｙｎａｍｉｃ ｌｏａｄ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｉｎ ｐａｃｋｅｔ ｄａｔａ ｓｙｓｔｅｍｓ」（パケットデータシステムにおける協調スケジューリングによる動的ロードバランシング）Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＩＮＦＯＣＯＭ、Ｓａｎ Ｆｒａｎｓｃｉｓｃｏ、ＣＡ、２００３年４月）、に示される、測定に基づく呼受付制御方法を使用することができる。 In the present invention, in order to implement the admission control solution by the control device of the present invention, Non-Patent Document 2 (S. Das, H. Vishanathan, and G. Rittenhouse "Dynamic load balancing through coordinated spilling in packets." (Dynamic load balancing by cooperative scheduling in packet data systems) Proc. IEEE INFOCOM, San Francisco, CA, April 2003), a call admission control method based on measurements can be used.
具体的には、ｔｈｅ制御装置３１は、以下の式が満足されたときにのみ移動局３３１１の新規サービスの受付を許可する。
ここで、Ｅ［ｒ（ｉ）］はチャネルフィードバックに基づいて取得されたユーザｉの事前に見積もられた速度、Ｍｔはシステム内の全ユーザ、ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度である。
Specifically, the the
Where E [r (i)] is user i's estimated speed obtained based on channel feedback, M t is all users in the system, and r min (i) is all services for user i. This is the total downlink minimum required speed for the class.
ここで、本発明の制御装置は独立して配置するほか、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）内かまたはＡＳＮ（アクセスサービスネットワーク）ゲートウェイ（例えば、ＷｉＭＡＸシステム内）に常駐させるか、あるいはネットワーク内の１つの基地局内に常駐させることも可能であることに留意されたい。 Here, the control device of the present invention may be arranged independently, or may be resident in a radio network control device (RNC), an ASN (access service network) gateway (for example, in a WiMAX system), or one in the network. Note that it is possible to reside in one base station.
図９は、本発明によるマルチセル無線通信システムにおけるリソース配分方法を示す。制御装置はステップＳ９１において、チャネル状態情報とセル間干渉情報とトラフィック要求情報とを受信する。ステップＳ９２において、制御装置は、システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、受信した情報に基づいてサブチャネル配分のグローバル最適化を実行する。そして、ステップＳ９３において、サブチャネル配分結果が基地局に送信される。ステップＳ９４において、基地局は、受信したサブチャネル配分結果に基づいて、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットを割り当てる。そして、ステップＳ９５において、タイムスロット割当結果が移動局に送信される。 FIG. 9 shows a resource allocation method in a multi-cell radio communication system according to the present invention. In step S91, the control device receives channel state information, inter-cell interference information, and traffic request information. In step S92, the controller performs global optimization of the subchannel allocation based on the received information in order to maximize the overall uplink and downlink throughput of the system. In step S93, the subchannel allocation result is transmitted to the base station. In step S94, the base station allocates each time slot in each frame using a proportional fair scheduling algorithm for each service class based on the received subchannel allocation result. In step S95, the time slot allocation result is transmitted to the mobile station.
上記ではいくつかの特定の実施例について説明してきたが、本発明にはその基本概念から逸脱することなくいくつかの変更を行うことができ、これらの変更は請求項で述べる本発明の保護範囲内に入ることは、当業者には理解されるであろう。 While several specific embodiments have been described above, the present invention can be modified in several ways without departing from the basic concept thereof, and these modifications are covered by the protection scope of the present invention described in the claims. It will be understood by those skilled in the art to fall within.
３１：制御装置
３２１〜３２ｎ：基地局
３１：制御装置
４１：受信手段
４２：グローバル最適化手段
４２１：取得手段
４２２：サブチャネル配分手段
４３：送信手段
４４：受付制御手段
３３１１〜３３１ｎ：移動局
３１：制御装置
３２１：基地局
５１：受信手段
５２：スケジューリング手段
５３：サービス要求受付手段
５４：送信手段
31: Control device 321-32n: Base station 31: Control device 41: Receiving means 42: Global optimization means 421: Acquisition means 422: Subchannel distribution means 43: Transmission means 44: Admission control means 3311-331n: Mobile station 31 : Control device 321: Base station 51: Receiving means 52: Scheduling means 53: Service request accepting means 54: Transmitting means
Claims (18)
基地局から送信されるチャネル状態情報とセル間干渉情報とトラフィック要求情報とを受信する受信手段と、
システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、前記受信手段が受信した情報に基づいてサブチャネル配分のグローバル最適化を実行するグローバル最適化手段と、
前記グローバル最適化手段によって実行されたサブチャネル配分の結果を送信する送信手段とを備え、
前記グローバル最適化手段は、さらに、
チャネル状態情報とセル間干渉情報とに基づいて、各セル内のユーザの平均ダウンリンク信号と各セル内の基地局のアップリンク信号とを取得する取得手段と、
受信した信号対干渉雑音比に基づき、かつ全サブチャネル上の各基地局におけるアップリンクおよびダウンリンクの総合的転送速度が最大化されるようなサブチャネル配分方法で、トラフィック要求を満たすことを前提として、サブチャネル配分結果を生成するサブチャネル配分手段とを含み、
前記サブチャネル配分手段は、以下の条件、
１）ｘ ｌｎ ∈｛０，１｝，ｌ＝１，２，…，Ｌ；ｎ＝１，２，…，Ｎ；
２）
（これはダウンリンクの最小トラフィック要求制限を表わす）
３）
（これはアップリンクの最小トラフィック要求制限を表わす）
を満たすことを前提に、
システムのアップリンクおよびダウンリンクのスループットを最大化するために、以下の式に従ってサブチャネル配分のグローバル最適化を実行し、サブチャネル配分結果を生成する
（ここで、ＳＩＮＲ ｎ ｌ１ は、平均アップリンクＳＩＮＲを表し、
は基地局ｌ内の全ユーザのサブチャネルｎ上における平均信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を表し、
速度関数Ｒ（ＳＩＮＲ）は、そのＳＩＮＲ下にあるサブチャネルｎに対して適応的変調・符号化スキームを使用することで達成可能な速度を表し、
Ｘ＝［ｘ ｌｎ ］はサブチャネル配分行列を表し、
λは、時分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクのフレーム時間比、また周波数分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクの周波数帯域幅比であり、
ｒ ｍｉｎ （ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度であり、ｒ ｍｉｎ ’（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合アップリンク最小所要速度である）
ことを特徴とする制御装置。 A control device for a multi-cell radio communication system,
Receiving means for receiving channel state information, inter-cell interference information and traffic request information transmitted from the base station;
Global optimization means for performing global optimization of subchannel allocation based on the information received by the receiving means in order to maximize the overall uplink and downlink throughput of the system;
Transmitting means for transmitting a result of the subchannel allocation performed by the global optimization means ,
The global optimization means further includes:
Based on the channel state information and inter-cell interference information, an acquisition means for acquiring an average downlink signal of users in each cell and an uplink signal of a base station in each cell;
Based on the received signal-to-interference and noise ratio and assuming that the traffic requirements are met in a subchannel allocation method that maximizes the overall uplink and downlink transmission rate at each base station on all subchannels. Subchannel allocation means for generating a subchannel allocation result,
The subchannel allocation means includes the following conditions:
1) x ln ∈ {0, 1}, l = 1, 2,..., L; n = 1, 2,.
2)
(This represents the minimum traffic requirement limit for the downlink)
3)
(This represents the minimum traffic requirement limit for the uplink)
Assuming that
To maximize system uplink and downlink throughput, perform global optimization of subchannel allocation according to the following formula and generate subchannel allocation results
(Where SINR n 11 represents the average uplink SINR,
Represents the average signal-to-interference and noise ratio (SINR) on subchannel n of all users in base station l;
The rate function R (SINR) represents the rate achievable by using an adaptive modulation and coding scheme for subchannel n under that SINR,
X = [x ln ] represents the subchannel allocation matrix,
λ is the downlink to uplink frame time ratio for time division duplex systems and the downlink to uplink frequency bandwidth ratio for frequency division duplex systems;
r min (i) is the total downlink minimum required speed for all service classes of user i, and r min '(i) is the total minimum uplink speed for all service classes of user i)
A control device characterized by that.
新規サービスの受付を、以下の式が満足される場合にのみ許可する
（ここで、Ｅ［ｒ（ｉ）］はチャネルフィードバックに基づいて取得されたユーザｉの事前に見積もられた速度、Ｍｔはシステム内の全ユーザ、ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度である。）
ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。 The reception control means includes
Only accept new services if the following formula is satisfied:
(Where E [r (i)] is the pre-estimated speed of user i obtained based on channel feedback, M t is all users in the system, and r min (i) is all of user i (The total downlink minimum required speed for the service class.)
The control device according to claim 2.
制御装置から送信されたサブチャネル配分結果を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信したサブチャネル配分結果に基づいて、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットを割り当てるスケジューリング手段と、
前記スケジューリング手段による移動局へのタイムスロット割当の結果を送信する送信手段とを備え、
前記サブチャネル配分結果は、以下の条件、
１）ｘ ｌｎ ∈｛０，１｝，ｌ＝１，２，…，Ｌ；ｎ＝１，２，…，Ｎ；
２）
（これはダウンリンクの最小トラフィック要求制限を表わす）
３）
（これはアップリンクの最小トラフィック要求制限を表わす）
を満たすことを前提に、
システムのアップリンクおよびダウンリンクのスループットを最大化するために、以下の式に従ってサブチャネル配分のグローバル最適化が実行され、サブチャネル配分結果が生成される
（ここで、ＳＩＮＲ ｎ ｌ１ は、平均アップリンクＳＩＮＲを表し、
は基地局ｌ内の全ユーザのサブチャネルｎ上における平均信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を表し、
速度関数Ｒ（ＳＩＮＲ）は、そのＳＩＮＲ下にあるサブチャネルｎに対して適応的変調・符号化スキームを使用することで達成可能な速度を表し、
Ｘ＝［ｘ ｌｎ ］はサブチャネル配分行列を表し、
λは、時分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクのフレーム時間比、また周波数分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクの周波数帯域幅比であり、
ｒ ｍｉｎ （ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度であり、ｒ ｍｉｎ ’（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合アップリンク最小所要速度である）
ことを特徴とする基地局。 A base station for a multi-cell radio communication system,
Receiving means for receiving a subchannel allocation result transmitted from the control device;
Scheduling means for allocating each time slot in each frame using a proportional fair scheduling algorithm for each service class based on a subchannel allocation result received by the receiving means;
Transmitting means for transmitting a result of time slot allocation to the mobile station by the scheduling means,
The subchannel allocation result has the following conditions:
1) x ln ∈ {0, 1}, l = 1, 2,..., L; n = 1, 2,.
2)
(This represents the minimum traffic requirement limit for the downlink)
3)
(This represents the minimum traffic requirement limit for the uplink)
Assuming that
In order to maximize the uplink and downlink throughput of the system, global optimization of subchannel allocation is performed according to the following formula to generate subchannel allocation results
(Where SINR n 11 represents the average uplink SINR,
Represents the average signal-to-interference and noise ratio (SINR) on subchannel n of all users in base station l;
The rate function R (SINR) represents the rate achievable by using an adaptive modulation and coding scheme for subchannel n under that SINR,
X = [x ln ] represents the subchannel allocation matrix,
λ is the downlink to uplink frame time ratio for time division duplex systems and the downlink to uplink frequency bandwidth ratio for frequency division duplex systems;
r min (i) is the total downlink minimum required speed for all service classes of user i, and r min '(i) is the total minimum uplink speed for all service classes of user i)
A base station characterized by that.
配分が決定された各タイムスロットにおいて、各ユーザの平均速度を以下の式に従って更新する
（ここで、ｒ（ｉ、ｔ）はタイムスロットｔにおけるユーザｉの瞬間速度の見積り、Ｅ［ｒ（ｉ、ｔ）］はタイムスロットｔにおけるユーザｉの平均速度の見積り、ｔｃは時定数である。）
ことを特徴とする請求項４に記載の基地局。 The scheduling means selects a user who can maximize the following expression in a time slot t with respect to the same service class, and allocates the time slot t to the user.
In each time slot for which allocation is determined, the average speed of each user is updated according to the following formula:
(Where r (i, t) is an estimate of the instantaneous speed of user i in time slot t, E [r (i, t)] is an estimate of the average speed of user i in time slot t, and t c is a time constant. .)
The base station according to claim 4.
（１）チャネル状態情報、セル間干渉情報、およびトラフィック要求情報を受信し、
（２）システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、受信した情報に基づいてサブチャネル配分のグローバル最適化を実行し、
（３）サブチャネル配分結果を基地局に送信し、
チャネル状態情報とセル間干渉情報とに基づいて、各セル内のユーザの平均ダウンリンク信号と各セル内の基地局のアップリンク信号とを取得するステップと、
受信した信号対干渉雑音比に基づき、かつ全サブチャネル上の各基地局におけるアップリンクおよびダウンリンクの総合的転送速度が最大化されるようなサブチャネル配分方法で、トラフィック要求を満たすことを前提として、サブチャネル配分結果を生成するステップをさらに含み、
前記ステップ（２）において、以下の条件、
１）ｘｌｎ∈｛０，１｝，ｌ＝１，２，…，Ｌ；ｎ＝１，２，…，Ｎ；
２）
３）
（これはアップリンクの最小トラフィック要求制限を表わす）
を満たすことを前提に、
システムのアップリンクおよびダウンリンクのスループットを最大化するために、以下の式に従ってサブチャネル配分のグローバル最適化を実行し、サブチャネル配分結果を生成する
（ここで、ＳＩＮＲｎ ｌ１は、平均アップリンクＳＩＮＲを表し、
速度関数Ｒ（ＳＩＮＲ）は、そのＳＩＮＲ下にあるサブチャネルｎに対して適応的変調・符号化スキームを使用することで達成可能な速度を表し、
Ｘ＝［ｘｌｎ］はサブチャネル配分行列を表し、
λは、時分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクのフレーム時間比、また周波数分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクの周波数帯域幅比であり、
ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度であり、ｒｍｉｎ’（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合アップリンク最小所要速度である）
ことを特徴とするリソース配分方法。 A resource allocation method in a control device of a multi-cell radio communication system, comprising:
(1) receiving channel state information, inter-cell interference information, and traffic request information;
(2) Perform global optimization of subchannel allocation based on received information to maximize the overall uplink and downlink throughput of the system;
(3) sends a sub-channel allocation result to the base station,
Obtaining an average downlink signal of users in each cell and an uplink signal of a base station in each cell based on channel state information and inter-cell interference information;
Based on the received signal-to-interference and noise ratio and assuming that the traffic requirements are met in a subchannel allocation method that maximizes the overall uplink and downlink transmission rate at each base station on all subchannels. And further comprising the step of generating a subchannel allocation result,
In the step (2), the following conditions:
1) x ln ∈ {0, 1}, l = 1, 2,..., L; n = 1, 2,.
2)
3)
(This represents the minimum traffic requirement limit for the uplink)
Assuming that
To maximize system uplink and downlink throughput, perform global optimization of subchannel allocation according to the following formula and generate subchannel allocation results
(Where SINR n 11 represents the average uplink SINR,
The rate function R (SINR) represents the rate achievable by using an adaptive modulation and coding scheme for subchannel n under that SINR,
X = [x ln ] represents the subchannel allocation matrix,
λ is the downlink to uplink frame time ratio for time division duplex systems and the downlink to uplink frequency bandwidth ratio for frequency division duplex systems;
r min (i) is the total downlink minimum required speed for all service classes of user i, and r min '(i) is the total minimum uplink speed for all service classes of user i)
A resource allocation method characterized by that.
（ここで、Ｅ［ｒ（ｉ）］はチャネルフィードバックに基づいて取得されたユーザｉの事前に見積もられた速度、Ｍｔはシステム内の全ユーザ、ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度である。）
ことを特徴とする請求項１０に記載のリソース配分方法。 Accept new services only if the following formula is satisfied
(Where E [r (i)] is the pre-estimated speed of user i obtained based on channel feedback, M t is all users in the system, and r min (i) is all of user i (The total downlink minimum required speed for the service class.)
The resource allocation method according to claim 10.
（１）サブチャネル配分結果を受信し、
（２）受信したサブチャネル配分結果に基づいて、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットを割り当て、
（３）タイムスロット割当結果を移動局に送信し、
前記サブチャネル配分結果は、以下の条件、
１）ｘｌｎ∈｛０，１｝，ｌ＝１，２，…，Ｌ；ｎ＝１，２，…，Ｎ；
２）
３）
（これはアップリンクの最小トラフィック要求制限を表わす）
を満たすことを前提に、
システムのアップリンクおよびダウンリンクのスループットを最大化するために、以下の式に従ってサブチャネル配分のグローバル最適化が実行され、サブチャネル配分結果が生成される
（ここで、ＳＩＮＲｎ ｌ１は、平均アップリンクＳＩＮＲを表し、
速度関数Ｒ（ＳＩＮＲ）は、そのＳＩＮＲ下にあるサブチャネルｎに対して適応的変調・符号化スキームを使用することで達成可能な速度を表し、
Ｘ＝［ｘｌｎ］はサブチャネル配分行列を表し、
λは、時分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクのフレーム時間比、また周波数分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクの周波数帯域幅比であり、
ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度であり、ｒｍｉｎ’（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合アップリンク最小所要速度である）
ことを特徴とするリソース配分方法。 A resource allocation method in a base station of a multi-cell radio communication system, comprising:
(1) Receive the subchannel allocation result,
(2) assign each time slot in each frame using a proportional fair scheduling algorithm for each service class based on the received subchannel allocation results;
(3) Send the time slot allocation result to the mobile station,
The subchannel allocation result has the following conditions:
1) x ln ∈ {0, 1}, l = 1, 2,..., L; n = 1, 2,.
2)
3)
(This represents the minimum traffic requirement limit for the uplink)
Assuming that
In order to maximize the uplink and downlink throughput of the system, global optimization of subchannel allocation is performed according to the following formula to generate subchannel allocation results
(Where SINR n 11 represents the average uplink SINR,
The rate function R (SINR) represents the rate achievable by using an adaptive modulation and coding scheme for subchannel n under that SINR,
X = [x ln ] represents the subchannel allocation matrix,
λ is the downlink to uplink frame time ratio for time division duplex systems and the downlink to uplink frequency bandwidth ratio for frequency division duplex systems;
r min (i) is the total downlink minimum required speed for all service classes of user i, and r min '(i) is the total minimum uplink speed for all service classes of user i)
A resource allocation method characterized by that.
配分が決定された各タイムスロットにおいて、各ユーザの平均速度を以下の式に従って更新する
ことを特徴とする請求項１２に記載のリソース配分方法。 In step (2), for the same service class, select a user who can maximize the following expression in time slot t, and allocate time slot t to the user:
In each time slot for which allocation is determined, the average speed of each user is updated according to the following formula:
The resource allocation method according to claim 12.
優先度が同じサービスクラスについては、比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して各フレーム内の各タイムスロットを割り当てることを特徴とする請求項１２に記載のリソース配分方法。 Assign time slots to service classes of different priorities in order of priority of service class,
13. The resource allocation method according to claim 12, wherein for service classes having the same priority, each time slot in each frame is allocated using a proportional fair scheduling algorithm.
請求項１から請求項３の何れかに記載の制御装置と、
請求項４から請求項８の何れかに記載の基地局と
を備えることを特徴とするリソース配分システム。 A resource allocation system in a base station of a multi-cell radio communication system,
A control device according to any one of claims 1 to 3,
A resource allocation system comprising: the base station according to any one of claims 4 to 8.
（１）制御装置によって、チャネル状態情報、セル間干渉情報、およびトラフィック要求情報を受信し、
（２）制御装置によって、システムのアップリンクおよびダウンリンクの総合的スループットを最大化するために、受信した情報に基づいてサブチャネル配分のグローバル最適化を実行し、
（３）制御装置によって、サブチャネル配分結果を基地局に送信し、
（４）基地局によって、受信したサブチャネル配分結果に基づいて、各サービスクラス用の比例的公平性スケジューリングアルゴリズムを使用して、各フレーム内の各タイムスロットを割り当て、かつ
（５）基地局によって、タイムスロット割当結果を移動局に送信し、
前記制御装置が、
チャネル状態情報とセル間干渉情報とに基づいて、各セル内のユーザの平均ダウンリンク信号と各セル内の基地局のアップリンク信号とを取得するステップと、
受信した信号対干渉雑音比に基づき、かつ全サブチャネル上の各基地局におけるアップリンクおよびダウンリンクの総合的転送速度が最大化されるようなサブチャネル配分方法で、トラフィック要求を満たすことを前提として、サブチャネル配分結果を生成するステップをさらに含み、
前記ステップ（２）において、以下の条件、
１）ｘｌｎ∈｛０，１｝，ｌ＝１，２，…，Ｌ；ｎ＝１，２，…，Ｎ；
２）
３）
（これはアップリンクの最小トラフィック要求制限を表わす）
を満たすことを前提に、
システムのアップリンクおよびダウンリンクのスループットを最大化するために、以下の式に従ってサブチャネル配分のグローバル最適化を実行し、サブチャネル配分結果を生成する
（ここで、ＳＩＮＲｎ ｌ１は、平均アップリンクＳＩＮＲを表し、
速度関数Ｒ（ＳＩＮＲ）は、そのＳＩＮＲ下にあるサブチャネルｎに対して適応的変調・符号化スキームを使用することで達成可能な速度を表し、
Ｘ＝［ｘｌｎ］はサブチャネル配分行列を表し、
λは、時分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクのフレーム時間比、また周波数分割二重システムの場合はダウンリンク対アップリンクの周波数帯域幅比であり、
ｒｍｉｎ（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合ダウンリンク最小所要速度であり、ｒｍｉｎ’（ｉ）はユーザｉの全サービスクラスに関する総合アップリンク最小所要速度である）
ことを特徴とするリソース配分方法。
A resource allocation method in a multi-cell wireless communication system, comprising:
(1) The controller receives channel state information, inter-cell interference information, and traffic request information,
(2) The controller performs global optimization of the subchannel allocation based on the received information in order to maximize the overall uplink and downlink throughput of the system,
(3) by the control device transmits a sub-channel allocation result to the base station,
(4) assigns each time slot in each frame using the proportional fair scheduling algorithm for each service class based on the received subchannel allocation result by the base station, and (5) by the base station , Send the time slot allocation result to the mobile station,
The control device is
Obtaining an average downlink signal of users in each cell and an uplink signal of a base station in each cell based on channel state information and inter-cell interference information;
Based on the received signal-to-interference and noise ratio and assuming that the traffic requirements are met in a subchannel allocation method that maximizes the overall uplink and downlink transmission rate at each base station on all subchannels. And further comprising the step of generating a subchannel allocation result,
In the step (2), the following conditions:
1) x ln ∈ {0, 1}, l = 1, 2,..., L; n = 1, 2,.
2)
3)
(This represents the minimum traffic requirement limit for the uplink)
Assuming that
To maximize system uplink and downlink throughput, perform global optimization of subchannel allocation according to the following formula and generate subchannel allocation results
(Where SINR n 11 represents the average uplink SINR,
The rate function R (SINR) represents the rate achievable by using an adaptive modulation and coding scheme for subchannel n under that SINR,
X = [x ln ] represents the subchannel allocation matrix,
λ is the downlink to uplink frame time ratio for time division duplex systems and the downlink to uplink frequency bandwidth ratio for frequency division duplex systems;
r min (i) is the total downlink minimum required speed for all service classes of user i, and r min '(i) is the total minimum uplink speed for all service classes of user i)
A resource allocation method characterized by that.
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