JP5172860B2

JP5172860B2 - 複数のユーザ間での無線パケット・データのリアルタイム・トラフィック伝送のためのチャネル割り振り

Info

Publication number: JP5172860B2
Application number: JP2009547227A
Authority: JP
Inventors: オベルノステラー，フランク; デコルシー，アーミン; ガンレベン，ピーター
Original assignee: アルカテル−ルーセントユーエスエーインコーポレーテッド
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: KR20100014338A; WO2008091348A8; JP2010517421A; CN101601248A; CN101601248B; KR101210239B1; WO2008091348A1; US20130286968A1; EP2127435B1; EP2127435A1

Description

本発明は概して遠隔通信に関し、より詳細には無線通信に関する。

マルチユーザ・ネットワーク環境では、多数のユーザが一意のサービスへのアクセスを所望することがあり、そのため、リアルタイム・トラフィック・データを伝送するためのチャネルをユーザに割り振るためにチャネル割り振り手法が用いられている。しかし、多くの無線通信システムにおいて、チャネル割り振りは、システム・パフォーマンスに影響を与えるであろう。無線ネットワークにおけるチャネル割り振りは、一般的には、他のユーザへの干渉を最小にして各ユーザを共通のアクセス媒体にアクセスできるようにチャネル割り振りを決定する。複数のユーザの場合、スケジューラが、通信用の所望のＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ：サービスの品質）を有する無線ネットワークへのアクセスを提供することができる。例えば、パケット・データ・ネットワークでは、基地局コントローラ（ＢＳＣ）または無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）が、移動局から基地局への逆方向リンク（ＲＬ）またはアップリンク（ＵＬ）通信をスケジュールすることができる。あるいは、基地局が順方向リンク（ＦＬ）またはダウンリンク（ＤＬ）通信をスケジュールすることができる。基地局からのダウンリンクまたは順方向リンク上のデータ・パケット伝送の場合、移動局が、サポート可能なデータ伝送速度を示す。それに応答して、基地局は、無線リソース、例えば周波数チャネルおよび対応するビット、ならびに移動局からのユーザ伝送用の電力レベルなどを割り振ることができる。

無線通信システムは第３世代のデジタル・マルチメディア・システム（ＣＤＭＡ２０００１ＸおよびＵＭＴＳ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍ：ユニバーサル移動体通信システム））および高速データ・システム（ＣＤＭＡ２０００、ＥＶ−ＤＯ（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ−ＤａｔａＯｐｔｉｍｉｚｅｄ：発展版データ最適化）、およびＵＭＴＳＨＳＰＤＡ（Ｈｉｇｈ−ＳｐｅｅｄＤｏｗｎｌｉｎｋＰａｃｋｅｔＡｃｃｅｓｓ：高速ダウンリンク・パケット・アクセス））にまで発展している。第３世代無線システムは、所望のＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ：サービスの品質）を有するマルチメディア・サービスをサポートできるが、システムが回線交換システムのため、堅固なデータ伝送用第３世代無線システムの効率はそれほど高くない。一方、パケット交換高速データ・システムは、伝送における無線チャネル・アウェアネスによって効率のよい無線リソース割り振りおよびスケジューリングを使用する。リソース割り振りは、一般的に、基地局のサービス対象セル内のパフォーマンスを最適化するように電力および／または帯域幅を決定することを含む。

ＵＭＴＳ−ＨＳＤＰＡなどの高速パケット交換システムは移動体通信市場に役立っているが、ＬＴＥ（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍｅｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）版ＵＭＴＳは、様々なサービス・クラスへの広帯域無線アクセスを普及させている。しかし、ＵＭＴＳ−ＬＴＥによる広帯域アクセスを提供するときのリソース割り振りは、それぞれが所望のＱｏＳを有する複数のユーザにサービスを提供する場合には、システム全体のパフォーマンスに悪影響を及ぼす可能性がある。それにもかかわらず、無線技術の急速な普及と結びついたインターネットの成長は、無線のパケット指向のデータ伝送の需要の増大をもたらした。多くの無線ネットワーク上の無線パケット指向データ・トラフィックは、音声、マルチメディア遠隔会議およびゲームなどのリアルタイム・トラフィックと、ウェブ・ブラウジング、メッセージング、ファイル転送などの非リアルタイム・データ・トラフィックの混在を許容する。無線通信システムにおけるそのようなトラフィック特性は、多様なＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ：サービスの品質）を同時に提供するとき、伝送に使用できるシステム・リソースを制約する可能性がある。

したがって、マルチユーザ環境では、システム・リソースとしては、周波数帯域、拡散符号、タイム・スロット、さらには空間ドメイン内のリソース、および信号を伝送するための電力などがある。そのため、特定のサービスに課されたＱｏＳの制約を様々なユーザに所望されるとおりに満たしながらこれらのリソースをユーザに割り振ることは困難なことがある。例えば、固定データ速度が必須ＱｏＳ制約であるパケット・データ・チャネルを介して伝送されるリアルタイム・トラフィック（音声、マルチメディア・ストリーミングなど）において、最適なリソース割り振りが所望されることがあるだろう。そのようなリソース割り振りは、時間、符号、または空間ドメイン単位を割り振るのではなく、周波数帯域（チャネル）を複数のリアルタイム・トラフィック・ユーザに割り振ることが必要になるだろう。

例えば、ダウンリンクの高速データ伝送には直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）チャネルが使用できる。ＯＦＤＭを使用するには、ビット、電力、および様々な直交周波数チャネルを複数のユーザに割り振ることを必要とし、そのユーザ全員が使用可能な全周波数帯域にアクセスする可能性がある。マルチユーザ環境では、ビット、電力およびチャネルの共同割り振りのための１つの最適なソリューションは、最小の合計伝送電力での固定速度の伝送を目標とする。その結果、異なるユーザ間でチャネルを共用要因に基づいてタイムシェアすることになるが、この共同ソリューションは、どのように合理的に実施するにしても、あまりに複雑すぎる。

別の方法では、共同最適化を２つの個別の最適化問題に分割する。一方の問題はチャネル割り振り（ＣＡ）のみに対応し、ビットおよび電力割り振り（ＢＰＡ）は、この場合でも、共同で解決される。ビットおよび電力割り振りの場合、単一ユーザ・グリーディ・アルゴリズムが基地局で適用できる。チャネル割り振りのためのいくつかの方法で、最適、または最適に近いチャネル割り振りが行われる。チャネル割り振りをビットおよび電力割り振りと分離しても、そのような最適なチャネル割り振り方法は、まだ、非常に複雑であり、そのため、実施に適しているとは考えられていない。

あるいは、いくつかの副最適チャネル割り振り方式で、ステップごとに１組のユーザが作成されるステップ式でチャネルをユーザに割り振る。この方式は、一般に「集合割り当て」と呼ばれる。この集合に属すユーザは、一般に「イン集合（Ｉｎ−Ｓｅｔ）」と呼ばれるが、イン集合のユーザはチャネル割り振りで競合し、一般に「アウト集合（Ｏｕｔ−Ｓｅｔ）」と呼ばれる集合に属すユーザは、それぞれの割り振りステップでチャネル割り振りを検討されない。そのような集合割り当てを使用することにより、電力消費を軽減することができるが、チャネル割り振りプロセスに速度要件が含まれていれば、チャネル割り振りプロセスは、複雑さは軽減されるが、やはり複雑である。しかし、これらの方式は、最良のチャネル、例えば、最大チャネル・マグニチュード（ｃｈａｎｎｅｌｍａｇｎｉｔｕｄｅ）に基づいたチャネル割り振りプロセスを特徴とする。特に、最大マグニチュードのチャネルが選択され、競合するユーザ集合の中から個別ユーザが選択される。

チャネル割り振りおよびビット・電力割り振りに関して、リアルタイム・トラフィックがパケット・データ方式（例えば、ＵＭＴＳ−ＬＴＥ）によって伝送される場合、上述の方式には、次のようないくつかの欠点がある。
（１）共同最適リソース割り振りは、実施するには複雑すぎる。
（２）チャネル割り振りをビットおよび電力割り振りと分離すると、リソース割り振りは単純化できるが、最適チャネル割り振りは、実施するには、やはり複雑すぎる。
（３）一般的な副最適チャネル割り振り方法は、チャネル・マグニチュードを直接使用する。集合割り当て方式用の集合は速度要件を含むことがあるが、主として、割り当てに利用される情報は、チャネル・マグニチュードのみに限定される。
（４）項目（３）で記載された副最適方式に、次のような別の欠点がある。
ａ．伝送電力が大きい（特に、セルの境界にいるユーザの場合）
ｂ．システム容量の損失

以下で、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を促すために、本発明の簡単な概要を説明する。この概要は、本発明の包括的な概説ではない。本発明のキーまたは重要な要素を特定することも、本発明の範囲を概説することも意図されていない。その唯一の目的は、後述される、より詳細な説明の序文として、簡略な形で多少の概念を提示することである。

本発明は、上記の問題の１つまたは複数の影響を克服すること、または少なくとも軽減することに関する。

本発明の一実施形態において、マルチユーザ環境において、無線パケット・データ・ネットワークでリアルタイム・トラフィックを伝送するためにチャネルを割り振る方法が提供されている。この方法は、複数の移動局のそれぞれについて、その複数の移動局に関連付けられた複数の周波数チャネルに関連付けられたチャネル状態情報、および送信機における複数の周波数チャネル間の均一な電力分配の予備的仮定に基づいて、チャネルごとの「推測的」データ速度を決定するステップを含む。この方法は、また、複数の移動局のそれぞれについて、チャネルごとの前記「推測的」データ速度に基づいて、前記複数の周波数チャネルから１つまたはいくつかの一意の周波数チャネル（複数可）をその複数の移動局のうちの少なくとも１つに割り振るステップも含む。他の実施形態では、マルチユーザ環境において、無線通信システム内でリアルタイム・トラフィック・データを伝送するためにチャネルを割り振る方法の実施形態を実施するために、送信機、および命令を記憶しているコンピュータ可読記憶媒体を備えた物品が使用されている。周波数チャネルが本発明に従って移動局に属すようになったら、第２のステップで、最先端の技術を用いて、例えば、グリーディ・アルゴリズムを使用して、ビットおよび電力割り振りが行われる。

本発明は、添付の図面と関連付けて記載される以下の説明を参照することにより理解できるであろう。この説明の中では、同様の参照番号は同様の要素を識別する。

第１および第２の移動局、ならびに無線パケット・データ・ネットワークのリアルタイム・トラフィック伝送のための周波数チャネルを複数のユーザ間で割り振るためのデバイスを備えた基地局を含む、本発明の例示的な一実施形態による、ＵＭＴＳＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）システムなどの無線通信システムの要素を概略的に示した図である。第１および第２のリソース・アロケータが、図１に示された、本発明の例示的な一実施形態によるＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）システムなどのマルチユーザ環境のユーザに対して、一意のチャネル、ビットおよび電力割り振りを行うことができるＯＦＤＭ送信機を概略的に示した図である。図１に示された、本発明の例示的な一実施形態に添った無線通信システムにおいて、ユーザ関連のチャネル状態情報と、使用可能なチャネル間の均一な伝送電力分配の決定を使用することにより複数のユーザの個別のユーザに対して決定された周波数チャネルごとの「推測的」データ速度に基づいて、リアルタイム・トラフィック・データを伝送するためのチャネルを複数のユーザに割り振ることができる方法を実施するための様式化された説明を示した図である。

本発明は、種々の修正および代替形態が可能であるが、本発明の具体的な実施形態を図面に例示の目的で示し、本明細書において詳細に説明する。ただし、本明細書における具体的な実施形態の説明は、本発明を、開示された特定の形に限定するようには意図されておらず、それどころか、意図するところは、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の精神および範囲内に入るすべての修正、均等物、および代替形態を包含することであることを理解されたい。

本発明の例示的な実施形態を以下で説明する。明瞭にするために、本明細書では、実際の実施態様のすべての特徴は説明しない。当然ながら、そのような実際の実施形態の開発において、実施態様ごとに異なるであろう、システム関連および業務関連の制約を順守するなど、開発者の特定の目標を達成するために多くの実施態様一意の決定を行えることが理解されよう。さらに、そのような開発の努力は複雑で時間を消費する可能性があるが、それにもかかわらず、本開示の利益を得る当業者には、ルーチン作業になる可能性があることを理解されたい。

概略的には、無線パケット・データ・ネットワークでのマルチユーザ環境でリアルタイム・トラフィック・データを伝送するためのチャネルを複数のユーザに割り振るための方法および装置が提供されている。ＵＭＴＳ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ：ユニバーサル移動体通信システム）ＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）などの無線通信システムにおいて、基地局で送信機または基地局ルータを使用することにより、第１および第２のリソース割り振りは、マルチユーザ環境のユーザに対して一意のチャネル、ビットおよび電力割り振りを行うことができる。この方法は、複数のユーザの移動局の個別のユーザについて、複数の周波数チャネルのユーザごとのチャネル状態情報および送信機におけるチャネル間の均一な電力分配の予備的仮定に基づいて、チャネルごとの「推測的」データ速度を決定するステップを含む。この方法は、複数のユーザの個別のユーザについて、チャネルごとの前記「推測的」データ速度に基づいて、前記複数の周波数チャネルから１つまたはいくつかの一意の周波数チャネル（複数可）を前記複数のユーザの個別のユーザに割り振るステップをさらに含む。送信機は、複数の移動局ユーザの個別の移動局ユーザのデータ・ストリームを別々に符号化するために複数のエンコーダを備えてよい。第１のリソース・アロケータは、複数の周波数チャネルから１つまたはいくつかの一意の周波数チャネル（複数可）を前記複数のユーザの個別のユーザに割り振る。この第１のアロケータの出力、すなわち、「周波数チャネル対ユーザ」のマッピングに基づいて、第２のアロケータは、２つの残りのリソース「ビット」および「伝送電力」を前記複数のユーザの個別のユーザに割り振る。この割り振りの完了後、複数のエンコーダの出力は関連の適応型変調器（複数）に供給され、それら変調器はＩＦＦＴデバイスにリンクされ、ＩＦＦＴデバイスは、一般的には、ＯＦＤＭ伝送システムを実施するために使用される。

図１は、第１および第２の移動局（ＭＳ）１０５（１、２）、ならびに複数の周波数チャネル１２０（１〜ｍ）を割り振るためのリソース・アロケータ１３０（１〜２）を備えた基地局（ＢＳ）１１０を含む、本発明の例示的な一実施形態による、ＵＭＴＳ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ：ユニバーサル移動体電話システム）ＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）１００などのマルチチャネル無線通信システムを概略的に示している。リソース・アロケータ１３０（１〜２）は、比較的高速の無線パケット・データ・ネットワークにおけるリアルタイム・トラフィック・データ伝送のためのチャネル１２０（１〜ｍ）をマルチユーザ環境の複数のユーザに割り振ることができる。複数のエンコーダ（ＥＮ）１２５（１〜Ｋ）がリソース・アロケータ１３０（１〜２）と連動して作動して、本明細書で詳しく説明されているように、チャネル状態情報１３３に基づいて適用型チャネル割り振りを行う。一実施形態では、リソース・アロケータ１３０（１〜２）は、チャネル状態情報１３３および／または１つまたは複数のアクティブな移動局１０５の個別の固定速度要件（ＲＥＧ）１３５（１、２）に関する情報に基づいてビットおよび電力割り振りも行うことができる。ビットおよび電力割り振りアルゴリズムは、チャネル割り振りとは別に、例えば、別のリソース・アロケータ１３０（１〜２）を使用して実施できる。

基地局１１０は、第１および第２の移動局１０５（１、２）（アクセス端末（ＡＴ）、ユーザ機器（ＵＥ）などとしても知られている）が存在するセルのうちの１つまたは２つにサービスを提供する。基地局１１０は、無線パケット・データ・ネットワーク、ならびに公衆交換電話システム（ＰＳＴＮ）およびデータ・ネットワークなど、他の相互接続された遠隔通信システムにもアクセスできる。第１および第２の移動局１０５（１、２）と無線接続するために、基地局１１０は、セルをＵＭＴＳＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）システム１００に接続するネットワーク制御サーバ１４５と通信することができる。ＵＭＴＳＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）システム１００およびネットワーク制御サーバ１４５は、ＵＭＴＳ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｅｒｖｉｃｅｓ：ユニバーサル移動体通信サービス）プロトコルに従って動作し、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）を実施することができる。しかし、本開示の利益を得る当業者は、本発明は、ＵＭＴＳ−ＬＴＥ、またはＯＦＤＭＡベースの通信システムにより動作する通信システムに限定されないことを理解されたい。代替実施形態では、ＵＭＴＳＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）システム１００は、限定ではないが、ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：移動体通信用グローバル・システム）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００など）などの１つまたは複数の他のプロトコルにより動作することができる。

例示の目的で、図１のマルチチャネル無線通信システムは、ＯＦＤＭＡを使用するＵＭＴＳＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）システム１００であるが、本発明は、データおよび／または音声通信をサポートする他のシステムにも適用可能であることを理解されたい。ＵＭＴＳＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）システム１００は、従来のＵＭＴＳシステムといくつかの類似点を有するが、基地局１１０に関しては、本発明の動作は実質的に異なる。すなわち、ＵＭＴＳＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）システム１００において、送信機１１５は、複数の移動局のそれぞれについて、チャネルごとの前記「推測的」データ速度に基づいて、複数の使用可能な周波数チャネルから周波数チャネル（複数可）を複数の移動局のうちの少なくとも１つに割り振る。

例示された実施形態において、送信機１１５は、第１と第２の移動局１０５（１、２）の間に、基地局１１０と通信するときに使用する周波数スペクトル内の複数のチャネル１２０（１〜ｍ）を割り振ることができる。例えば、第１の移動局１０５（１）の範囲内にある基地局１１０は、ダウンリンクおよびアップリンクを含む通信リンク１５０（１）を使用して第１の移動局１０５（１）と通信できる。このようにして、基地局１１０は、対応する地理的エリアまたはセルと無線接続することができる。周波数チャネル１２０（１）を使用することにより、第１の移動局１０５（１）は、基地局から第１の移動局１０５（１）までの通信リンク１５０のダウンリンクにおいて高速のデータ速度でリアルタイム・トラフィック・データを受信することができる。

周波数チャネル１２０のそれぞれを別々に、場合によってはビットおよび電力割り振りとは分離して各スケジュールされた移動局１０５に割り振るために、送信機１１５は、複数のエンコーダ１２５（１〜Ｋ）ならびに第１および第２のリソース・アロケータ１３０（１、２）を備えることができる。その複数のエンコーダ１２５（１〜Ｋ）は、複数の移動局１５０ユーザの個別の移動局１５０ユーザのデータ・ストリームを別々に符号化することができる。第１のリソース・アロケータ１３０（１）は、各ユーザおよび各周波数チャネルについての個別のチャネル状態情報１６０および所望の伝送速度、すなわち、速度要件１３５（１〜２）のうちの１つまた複数に基づいて、複数のスケジュールされた移動局１０５ユーザの各移動局１０５ユーザに複数の周波数チャネルのうちの１つまたはいくつかの一意の周波数チャネル（複数可）を割り振る。第２のリソース・アロケータ１３０（２）は、ビットおよび電力を複数の移動局１０５ユーザに割り振る。リソース・アロケータ１３０（１〜２）は、複数のエンコーダ１２５（１〜Ｋ）のデータ・ストリームを決定された周波数チャネルにリンクする。

上述のように、基地局１１０はＵＭＴＳプロトコルによる無線接続を行い、ＯＦＤＭＡを実施することができるが、基地局１１０はこれらのプロトコルに限定されるわけではない。例示された実施形態において、基地局１１０は、ＯＦＤＭチャネルを使用して第１および第２の移動局１０５（１、２）との無線接続を行う。しかし、本開示の利益を得る当業者は、基地局１１０は、セル内、またはセルの近傍の任意の位置で、他のチャネルを使用して無線接続が行えることを理解されたい。

稼働時、基地局１１０は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００）プロトコル、ＥＶＤＯ（ＥｖｏｌｖｅｄＤａｔａＯｐｔｉｍｉｚｅｄ：発展版データ最適化）型（ＥＶＤＯ、１ＸＥＶＤＯ）プロトコル、ＵＭＴＳ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ：ユニバーサル移動体通信システム）プロトコル、ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：移動体通信用グローバル・システム）プロトコルなど、任意の所望のプロトコルにより、第１および第２の移動局１０５（１、２）と無線接続を行うことができる。例えば、第１の移動局１０５（１）におけるアクティブ・ユーザの第１の速度要件（ＲＥＱ）１３５（１）は、９．６ｋｂｐｓから１５３．６ｋｂｐｓまでの間で異なってよい。例示された実施形態において、通信リンク１５０（１〜２）によるリアルタイム・トラフィック・データ伝送は、選択された周波数帯域内の１つまたは複数のチャネルを含むことができる。例えば、サブキャリアは、ＯＦＤＭＡ方式により定義できる。当業者は、サブキャリアは、周波数チャネル、サブチャネル、トーンなどの用語を使用して参照されることもあることを理解されたい。

第１および第２の移動局１０５（１、２）の例としては、限定ではないが、セルラ電話、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、およびデジタル・セルラＣＤＭＡネットワークなどの高速無線パケット・データ・ネットワークで動作する全地球測位システム（ＧＰＳ）など、多数の無線通信デバイスがある。第１および第２の移動局１０５（１、２）の他の例としては、スマートフォン、テキスト・メッセージング・デバイスなどがある。

ＵＭＴＳＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）システム１００において、高速無線パケット・データ・ネットワークは、第１および第２の基地局１１０と第１および第２の移動局１０５（１、２）との間の無線通信を任意の所望のプロトコルにより可能にするために任意の所望のプロトコルをデプロイすることができる。そのようなプロトコルの例としては、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００）プロトコル、ＥＶＤＯ（ＥｖｏｌｖｅｄＤａｔａＯｐｔｉｍｉｚｅｄ：発展版データ最適化）型（ＥＶＤＯ、１ＸＥＶＤＯ）プロトコル、ＵＭＴＳプロトコル、ＧＳＭプロトコルなどがある。そのようなプロトコルの他の例としては、１ｘＥＶ−ＤＯプロトコル、ＵＭＴＳプロトコル、ＧＳＭプロトコルなどがある。これらのプロトコルのいずれか１つ、または同様のプロトコルに基づいた３Ｇセルラ・システムは、拡張された音声容量を提供し、高速データ・パケットベースのサービスをサポートする。一例として、これらの機能は、ＩＳ−８５６と呼ばれる、ＣＤＭＡ２０００１ｘＥＶ高速パケット・データ・エア・インターフェースで提供される。より具体的には、３Ｇセルラ・システムＣＤＭＡ２０００１ｘＥＶは、ＩＳ−９５標準に基づいたセルラ・ネットワークに比べて非対称のデータ・トラフィックを用いて、ユーザへの高速無線インターネット・アクセスを可能にしている。

図２は、チャネル・アロケータ２００が、１つまたは複数のアップリンク・チャネルに関連付けられたチャネル状態情報１３３に基づいて適応型チャネル割り振りを行うことができるＯＦＤＭ送信機１１５ａを概略的に示している。一実施形態では、チャネル・アロケータ２００は、図１に示されたＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）ＵＭＴＳシステム１００用の第１および第２の速度要件１３５ａ（１、２）を用いてビットおよび電力を割り振ることができるビットおよび／または電力アロケータ１３０ａ（１〜２）を備えている。しかし、いくつかの実施形態では、ビット電力割り振りは、チャネル割り振りとは分離して実行することができる。ＯＦＤＭ送信機１１５ａは、複数のＯＦＤＭ周波数チャネル１２０ａ（１〜Ｎ）を別々に変調するための、チャネル・アロケータ２００に結合された複数の変調器２０５（１〜Ｎ）を備えることができる。ＯＦＤＭ送信機１１５ａは、逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）２１０、および複数の移動局１０５の各移動局１０５用の高速データ・トラフィックの伝送中にガード・インターバルを挿入するためのガード・インターバル要素２１５をさらに備えることができる。

Ｋ個の移動局のリアルタイム・トラフィック・データを伝送するために、ＯＦＤＭ送信機１１５ａは、一実施形態では、複数の移動局のそれぞれについて、チャネルごとの「推測的」データ速度に基づいて、複数の使用可能な周波数チャネルまたはキャリアから、複数の移動局のそれぞれに割り振るための一意の周波数チャネル（ＯＦＤＭキャリアなど）を決定する。複数の移動局の個別の移動局について、その複数の移動局に関連付けられた複数の周波数チャネル１２０ａに関連付けられたチャネル状態情報１３３、およびＯＦＤＭ送信機１１５ａにおける複数の周波数チャネル１２０ａ間の均一な電力分配の予備的仮定に基づいて、チャネルごとの「推測的」データ速度を決定することができる。そのようなチャネル状態情報は、ユーザ一意の場合があり、検討対象のユーザ用の全検討対象周波数チャネルまたはそのような周波数チャネルのバンドルを含むことができる。

例示的な一実施形態において、移動局が利用できる各サービス・クラスに最大基地局伝送電力を割り当てることができる。各チャネル割り振りステップにおいて、リアルタイム・トラフィック伝送に利用できる最大基地局電力は、「推測的」に、使用可能な周波数チャネル間で均一に共用されるように仮定される。正確な電力およびビット割り振りは、チャネル割り振りプロセス後に、後段で、例えば、グリーディ・アルゴリズムによって行われるので、これは、「推測的」仮定にすぎない。チャネル状態情報（ユーザごと、およびチャネルごと）とチャネル群１２０ａ間の均一な電力分配の予備的仮定を組み合わせて用いることにより、各移動局について、チャネルごとの「推測的」データ速度が計算できる。例えば、各移動局ＫについてのチャネルＮごとの「推測的」データ速度Ｒ_ＮＫは、Ｋ人のユーザおよびＮ個のチャネルを対象とした等式

によって得られる「推測的」速度振りマトリックスを使用することにより計算できる。一実施形態では、速度Ｒ_ＮＫは、各移動局のすべての使用可能なチャネルについて計算され、マトリックス風の速度バッファに記憶することができる。

その後は、チャネル割り振りプロセスは、その速度割り振りマトリックを使用して実行できる。一実施形態では、ラウンド・ロビン割り振り手法が用いられる。ラウンド・ロビン割り振りでは、最高速度のチャネルが第１の移動局に割り振られる。割り振りアルゴリズムは、次に、ラウンド・ロビン方式で次の移動局に進み、次の最高速度のチャネルを割り振るなどのようにする。別の実施形態では、必要な速度と、チャネル割り振りによって割り当て済みのチャネルに関する合計速度の差を利用する差分方式を使用できる。例えば、ラウンド・ロビン方式は、すべての移動局が単一のチャネルを割り当てられるようになるまで使用される。そうなった時、チャネルは、割り当てられた速度と必要な速度との間に最大の速度差のある移動体ユニットに割り振られる。さらに別の実施形態では、フェアネス・アウェア（ｆａｉｒｎｅｓｓａｗａｒｅ）方式が使用できる。例えば、フェアネス・アウェア（ｆａｉｒｎｅｓｓａｗａｒｅ）方式は、あるチャネルをあるユーザに割り当てる「利点」と、他のユーザにこのチャネルを与えないことによる他のユーザへの「損害」を考察するメトリックに基づいてチャネルを割り振る。

次にデータ・ストリーム２１０（１〜Ｋ）が符号化され、種々のデータ・ストリーム２１０（１〜Ｋ）を符号化した後、ＯＦＤＭ送信機１１５ａは、データ・ストリーム２１０（１〜Ｋ）を一意のＯＦＤＭチャネル１２０ａ（１〜Ｎ）にマッピングすることができる。このマッピング（割り振り）のためには、ＯＦＤＭ送信機１１５ａは、種々のリアルタイム・サービスのＱｏＳによって示される第１および第２の速度要件１３５（１、２）を使用できる。アロケータ２１５は、速度要件１３５（１、２）およびチャネル状態情報１６０に基づいて、Ｋ個のデータ・ストリーム２１０（１〜Ｋ）をＮ個のＯＦＤＭ周波数チャネル１２０ａ（１〜Ｎ）に割り振ることができる。アロケータ２１５は、チャネル・アロケータ１３０ａ（１）およびビット電力アロケータ１３０ａ（２）の両方を含む。割り振り後、複数の変調器２００（１〜Ｎ）が種々のＫ個のデータ・ストリーム２１０（１〜Ｋ）を処理（適応型ＯＦＤＭ変調を含む）できる。その後、ＩＦＦＴ２１０が実行され、各スケジュールされた移動局１０５へ伝送される信号にガード・インターバル２１５が挿入できる。

図３は、チャネル状態情報１３３に基づいて、リアルタイム・トラフィック・データを伝送するためのＯＦＤＭ周波数チャネル１２０ａ（１〜Ｎ）を複数の移動局１０５に割り振ることができる方法３００を実施するための様式化された説明を示している。一実施形態では、方法３００は、図１に示された、本発明の例示的な一実施形態に添ったＵＭＴＳＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ：長期発展）システム１００で実施できる。ブロック３０５において、アロケータ２００が、複数のチャネルに関連付けられた均一な電力分配を決定する。ブロック３１０において、アロケータ２００は、第１のＯＦＤＭ周波数チャネル１２０ａ（１）によってデータを伝送するために、例えば、移動局１０５（１）に対する「推測的」データ伝送速度を決定することができる。例えば、アロケータ２００は、周波数チャネル群１２０ａに関連付けられたチャネル状態情報１３３、およびＯＦＤＭ送信機１１５ａにおける複数の周波数チャネル１２０ａ間の均一な電力分配の予備的仮定に基づいて、複数の周波数チャネル１２０ａのうちの１つまたは複数に関連付けられた「推測的」データ伝送速度を決定することができる。ブロック３１０において、アロケータ２００は、本明細書で詳しく説明されているように、その「推測的」データ伝送速度に基づいて、一意の周波数チャネルを移動局に割り振ることができる。

本明細書で説明されるチャネルの割り振り手法の実施形態は、従来の方法に比べて多くの利点が考えられる。例えば、ビット、電力およびチャネル割り振りを２つの部分に分割することにより、ビットおよび電力割り振り問題は、ＨＳＤＰＡですでに使用されている、計算重視が緩和されたグリーディ・アルゴリズムによって解決することができる。「推測的」速度割り振りマトリックスを事前に計算することにより、割り当てられるリソースと必要なリソースとのバランスが良くなり、各移動体ユニットは、より公平に扱えるようになる（例えば、各移動体ユニットは、本当に必要なものを得るようになる）。本明細書で説明される手法は、結果的に電力の節約（伝送される電力が減少することがあるから）およびアクティブ・ユーザの数という点でシステム容量の増加を生み出すことがあり、さらにデータのスループットを集約することがある。

本発明の部分および対応する詳細な説明は、ソフトウェア、またはアルゴリズムおよびコンピュータ・メモリ内のデータ・ビットに対する動作の記号表現に関して示される。このような説明および表現は、当業者がその仕事の実体を他の当業者に効果的に伝える手段として使用されるものである。アルゴリズムとは、この用語が本明細書で使用された場合、一般に使用された場合と同様に、所望の結果に導く、自己矛盾のない一連のステップであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。通常、ただし必須ではないが、これらの量は、記憶、転送、組合せ、比較、およびそれ以外の操作が可能な光学的、電気的、または磁気的信号の形をとる。主として一般的な習慣が理由で、これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、数字などと呼ぶと便利であることが時々証明されている。

ただし、これらの用語および同様の用語はすべて、適切な物理量に関連付けられており、これらの量に適用される便利なラベルにすぎないことを記憶に留めておくべきである。他に特に断りがない限り、あるいは説明から明らかなように、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「判定」、「表示」などの用語は、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理的、電子的量として表されるデータを操作し、コンピュータ・システムのメモリまたはレジスタまたは他のそのような情報記憶、送信、または表示装置内で同様に物理量として表される他のデータに変換する、コンピュータ・システムまたは同様の電子計算装置のアクションおよびプロセスを指す。

また、ソフトウェアが実施する本発明の態様は、普通は、何らかの形のプログラム記憶媒体上に符号化されるか、またはいずれかのタイプの送信媒体を介して実施されることにも留意されたい。プログラム記憶媒体は磁気式（例えば、フロッピー（登録商標）・ディスクまたはハード・ドライブ）または光学式（例えば、コンパクト・ディスク読取専用メモリ、すなわち「ＣＤＲＯＭ」）であってよいし、読取専用またはランダム・アクセス方式であってよい。同様に、伝送媒体は対のより線、同軸ケーブル、光ファイバ、または当業者に知られている他の適切な伝送媒体であってよい。本発明は、所与の実施方法のこれらの態様によって限定されることはない。

上述の本発明を、添付の図を参照しながら説明する。種々の構造、システム、およびデバイスを、説明を目的としてのみ、さらに当業者によく知られた詳細で本発明を曖昧にしないように、図面に概略的に示す。それでも、添付の図面は、本発明の例示的な例を挙げて説明するために記載されている。本明細書で使用される語および句は、当業者による、その語および句の解釈と矛盾しない意味を持つものと理解および解釈されたい。本明細書の用語または句の一貫した用法によって、その用語または句の特別な定義、すなわち、当業者によって解釈される通常の、習慣的な意味と異なる定義を意味することは意図されていない。用語または句が特別な意味、すなわち、当業者による解釈以外の意味を持つことが意図されている限り、そのような特別な定義が、明細書の中で、その用語または句の特別な定義を直接的に、明確に提供する定義らしい方法で明示的に記載される。

本発明は、本明細書では、無線遠隔通信ネットワーク環境で有用であると説明されているが、他の接続環境でも応用できる。例えば、上記のデバイスの２つ以上をデバイス間接続によって、例えば、有線、高周波信号（例えば、８０２．１１（ａ）、８０２．１１（ｂ）、８０２．１１（ｇ）、８０２．１６、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなど）、赤外線結合、電話回線とモデムなどによって結合することができる。本発明は、２人以上のユーザが相互接続され、相互に通信できる任意の環境で応用できる。

当業者は、本明細書の様々な実施形態で例示される様々なシステム層、ルーチンまたはモジュールは、実行可能な制御ユニットでよいことが理解できよう。制御ユニットとしては、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、プロセッサ・カード（１つまたは複数のマイクロプロセッサまたはコントローラを備えたもの）、または他の制御またはコンピューティング・デバイス、および１つまたは複数の記憶デバイスに記憶された実行可能な命令などがある。記憶デバイスとしては、データおよび命令を記憶するための１つまたは複数の機械可読の記憶媒体がある。記憶媒体としては、動的または静的ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ）、消去可能なプログラマブル読取専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブル読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）およびフラッシュメモリなどの半導体メモリ・デバイス、固定ディスク、フロッピー（登録商標）・ディスク、取り外し可能ディスクなどの磁気ディスク、テープなどの他の磁気媒体、コンパクト・ディスク（ＣＤ）またはデジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体など、様々な形のメモリがある。様々なシステム内の様々なソフトウェア層、ルーチン、またはモジュールを構成する命令は、それぞれの記憶デバイスに記憶できる。命令がそれぞれの制御ユニットによって実行されると、対応するシステムが、プログラムされた処置を実行する。

本発明は、本明細書の教示の利益を得る当業者には明らかな、異なるが均等の方法で修正および実施できるので、本明細書で開示された特定の実施形態は例示のためだけである。さらに、添付の特許請求の範囲に記載されたことを除いて、本明細書に示された構成または設計の詳細に限定されることは意図されていない。したがって、本明細書で開示された特定の実施形態は変更または修正が可能であることは明らかであり、そのような変形はすべて、本発明の範囲内であると見なされる。したがって、本明細書で求める保護は、添付の特許請求の範囲の記載のとおりである。

Claims

無線パケット・データ・ネットワーク内でリアルタイム・データ・トラフィックを伝送するためにマルチユーザ環境でチャネルを割り振る方法であって、
複数の移動局に関連付けられた複数の周波数チャネルに関連付けられたチャネル状態情報と送信機における前記複数の周波数チャネル間の均一な電力分配の予備的仮定とに基づいて、前記複数の移動局のそれぞれについてチャネルごとの推測的データ速度を決定するステップと、
前記複数の移動局のそれぞれについてチャネルごとの推測的データ速度に基づいて、前記複数の周波数チャネルから一意の周波数チャネルを前記複数の移動局のうちの少なくとも１つに割り振るステップと、
前記割り振られた一意の周波数チャネルによるビットの伝送のための電力を割り振るステップであって、前記電力の割り振りは前記一意の周波数チャネルの割り振りとは別に実行されるステップと、を含む方法。
前記リアルタイム・トラフィック伝送に使用可能な所与の最大基地局電力が、各周波数チャネルを割り振るときに前記複数の周波数チャネルのうちの使用可能なチャネル間で均一に共用されるものと仮定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記複数の周波数チャネルから一意の周波数チャネルを割り振るステップが、
前記一意の周波数チャネルを割り振った後で電力およびビットを割り振るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記複数の周波数チャネルから一意の周波数チャネルを割り振るステップが、
基地局から前記リアルタイム・トラフィック伝送を伝送するための一意の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）チャネルを前記移動局に割り振るステップであって、前記一意のＯＦＤＭチャネルが、前記複数の移動局のうちの他の移動局に関連付けられたＯＦＤＭチャネルとは異なるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
前記チャネル状態情報に基づいて、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）チャネルを前記複数の移動局に割り振るための推測的速度マトリックスを事前に計算するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
「推測的」速度マトリックスを事前に計算するステップが、
Ｋ人のユーザおよびＮ個のチャネルを対象にした

によって得られる「推測的」速度割り振りマトリックスを取得するステップをさらに含み、前記複数の移動局のそれぞれについて、前記複数の周波数チャネルのすべての使用可能なチャネルについてデータ速度Ｒ１１〜ＲＫＮが計算され、マトリックス風の速度バッファに記憶される、請求項５に記載の方法。
グリーディ・アルゴリズムを使用することにより電力およびビットを割り振る前に、周波数チャネルを割り振るための前記推測的速度割り振りマトリックスを使用するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
所与の最高速度の周波数チャネルを割り振るために前記複数の移動局のうちの１つから始めて、前記複数の移動局のうちの次の移動局にラウンド・ロビン方式で進むことにより、ラウンド・ロビン・アルゴリズムに基づいて周波数チャネルを割り振るための前記推測的速度割り振りマトリックスを使用するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
第１のデータ速度と、前記周波数チャネルを割り振ることによりすでに割り当てられた合計速度との差を利用することにより、差分アルゴリズムに基づいて周波数チャネルを割り振るために、前記推測的速度割り振りマトリックスを使用するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
第１の周波数チャネルを前記複数の移動局のうちの第１の移動局に割り当てる利点を示す利点パラメータと他の移動局にこの周波数チャネルを与えないことによる他の移動局への損害を示す損害パラメータとに基づいたメトリックを使用することにより、フェアネス・アウェア・アルゴリズムに基づいて周波数チャネルを割り振るための前記推測的速度割り振りマトリックスを使用するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
無線通信システム内でリアルタイム・トラフィック伝送を伝送するためにマルチユーザ環境でチャネルを割り振るための送信機であって、
複数の移動局の各個別の移動局のデータ・ストリームを別々に符号化するための複数のエンコーダと、
伝送ビットおよび伝送電力を前記複数の移動局に割り振るために前記複数のエンコーダに結合された第１のリソース・アロケータと、
前記複数のエンコーダに結合された第２のリソース・アロケータとを含み、前記第２のリソース・アロケータは、
前記複数の移動局のそれぞれについて、前記複数の移動局に関連付けられた複数の周波数チャネルに関連付けられたチャネル状態情報と前記複数の周波数チャネル間の均一な伝送電力分配の予備的仮定とに基づいて、チャネルごとの推測的データ速度を決定し、
前記複数の移動局のそれぞれについて、チャネルごとの前記推測的データ速度に基づいて、前記複数の周波数チャネルから一意の周波数チャネルを前記複数の移動局のうちの少なくとも１つに割り振り、ならびに
前記割り振られた一意の周波数チャネルによるビットの伝送のための電力を割り振るものであって、前記電力の割り振りは前記一意の周波数チャネルの割り振りとは別に実行される、送信機。
前記複数の周波数チャネルを別々に変調するための、前記第１および第２のリソース・アロケータに結合された複数の変調器をさらに備えた、請求項１１に記載の送信機。
前記複数の移動局ユーザのそれぞれについて、高速データ・トラフィックの伝送のための逆高速フーリエ変換器をさらに備えた、請求項１１に記載の送信機。
複数のＯＦＤＭチャネルを前記複数の移動局に割り振るために基地局内に配置された、請求項１３に記載の送信機。
複数のＯＦＤＭチャネルを前記複数の移動局に割り振るために基地局ルータ内に配置された、請求項１３に記載の送信機。
実行されると、無線通信システムが、
無線パケット・データ・ネットワーク内でリアルタイム・トラフィック伝送を伝送するために複数の周波数チャネルの少なくとも１つを割り振るために、複数の移動局のそれぞれについて、前記複数の移動局に関連付けられた前記複数の周波数チャネルに関連付けられたチャネル状態情報と送信機における前記複数の周波数チャネル間の均一な伝送電力分配の予備的仮定とに基づいて、チャネルごとの推測的データ速度を決定し、
前記複数の移動局のそれぞれについて、チャネルごとの前記推測的データ速度に基づいて、前記複数の周波数チャネルから一意の周波数チャネルを前記複数の移動局のうちの少なくとも１つに割り振り、そして、
前記割り振られた一意の周波数チャネルによるビットの伝送のための電力を割り振るものであって、前記電力の割り振りは前記一意の周波数チャネルの割り振りとは別に実行される、
という命令を記憶するコンピュータ可読媒体を備えた物品。
実行されると、無線通信システムが、
前記リアルタイム・トラフィック伝送に使用可能な所与の最大基地局伝送電力が、各周波数チャネルを割り振るときに前記複数の周波数チャネルのうちの使用可能なチャネル間で均一に共用されるものと仮定する、
という命令を記憶する媒体を備えた、請求項１６に記載の物品。
実行されると、無線通信システムが、
前記一意の周波数チャネルを割り振った後で伝送電力およびビットを割り振る、
という命令を記憶する媒体を備えた、請求項１６に記載の物品。
実行されると、無線通信システムが、
基地局から前記リアルタイム・トラフィック伝送を伝送するための一意の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）チャネルを前記移動局に割り振る、
という命令を記憶する媒体を備え、前記一意のＯＦＤＭチャネルが、前記複数の移動局のうちの他のいずれか１つに関連付けられたＯＦＤＭチャネルとは異なる、請求項１６に記載の物品。
実行されると、無線通信システムが、
前記チャネル状態情報に基づいて、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）チャネルを前記複数の移動局に割り振るための推測的速度マトリックスを事前に計算する、
という命令を記憶する媒体を備えた、請求項１６に記載の物品。