JP2011142375A - 基地局制御装置及び無線リソース割当方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セル境界に位置するユーザ端末のスループットを向上させること、及び、セルラ移動通信システムのトータルスループットの低下を抑制することを図る。
【解決手段】基地局コントローラ１０が、ユーザ端末２がシングルサイト接続するときの周波数利用効率とマルチサイト接続するときの周波数利用効率との比較によって決定された該ユーザ端末２の通信方法であるシングルサイト接続又はマルチサイト接続に応じた無線リソースを、該ユーザ端末２と通信を行う基地局１で確保する無線リソース割当部と、マルチサイト接続を行うユーザ端末２の無線リソース割当頻度の増減を、該ユーザ端末２とマルチサイト接続を行う基地局１の数の増減とは逆にする無線リソース割当頻度制御部と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基地局制御装置及び無線リソース割当方法に関する。

近年、日本国内の携帯電話サービスにおいては、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）およびＣＤＭＡ２０００（Code Division Multiple Access 2000）に代表されるＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunications 2000）と称される第３世代移動通信システムが普及してきている。さらに、そのＩＭＴ−２０００の高度化システムおよびＩＭＴ−２０００の次世代システムとして、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄと称される第４世代移動通信システムに関する標準規格が策定されつつある。

ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄは、低速移動時に１Ｇｂｐｓの伝送速度を、高速移動時には１００Ｍｂｐｓの伝送速度をそれぞれ実現することを目標としている。このような高速通信を実現するためには、広帯域な周波数帯を使用した通信方式を利用することが必要になるが、そのような通信方式の一つとして、直交周波数分割多元接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：ＯＦＤＭＡ）方式が知られている。ＯＦＤＭＡ方式は、広帯域の周波数帯をサブキャリアと称する直交した狭帯域に分割し、各サブキャリアで情報を伝送する方式である。このＯＦＤＭＡ方式によれば、無線装置で生じる周波数特性をサブキャリア毎に補正したり、又、伝送路で生じる周波数特性の時間変動に対して適応的に周波数多重伝送および周波数分割多元接続を行ったりすることができることから、広帯域通信を実現する有力な伝送方式の一つとして注目されている。

また、複数のアンテナを用いた伝送路マルチ化（Multiple Input Multiple Output：ＭＩＭＯ）技術は、送信側の複数のアンテナから個別に送信された信号を受信側の複数のアンテナで受信し、その受信信号から空間信号分離することで周波数利用効率の向上を図る技術として注目されている。

セルラ移動通信システムは、複数の基地局を配置し、各基地局の通信エリア（セル）によって連続的な通信サービスエリアを構築するものであるが、セルラ移動通信システムに対し、ＯＦＤＭＡ方式やＭＩＭＯ技術を用いた通信方式を適用する場合、使用可能な周波数領域の制限により、全周波数帯域を各セルに割当てる指針が考えられる。この場合、基地局近傍に位置する移動局については、通信基地局からの所望信号が高いレベルで受信できると共に、隣接する基地局からの無線信号が距離減衰によりレベル低下するため、高い通信品質を確保でき、広帯域通信の効果としてユーザスループットの高速化が期待できる。しかし、セル境界に位置する移動局については、所望信号のレベルが距離減衰により低下するだけでなく、隣接基地局の無線信号が通信信号と同レベルの干渉信号となり、通信品質を大きく劣化させるため、広帯域通信の効果が十分に得られないという課題がある。この課題は、移動局よりも基地局の送信電力が大きいため、特に下り回線（基地局から移動局方向の回線）で顕著になる。

その課題に対し、例えば特許文献１，２，３に対処方法が開示されている。この従来技術では、複数の基地局を制御する基地局コントローラを設け、基地局コントローラが、セル境界にいる移動局に対し複数の基地局が連携してＭＩＭＯ技術等を用いた通信を行うように、複数の基地局を制御する。

また、特許文献４に記載の従来技術では、各基地局（自セル基地局、他セル基地局）が、パイロット信号を含むパイロットチャネルと、少なくとも移動局との通信に必要な制御情報を含む制御チャネルと、ユーザデータの情報を含むトラヒックチャネルとを多重したＯＦＤＭ信号を送信する。移動局は、自セル基地局からの希望信号と他セル基地局からの干渉信号を受信し、パイロット信号から取得したチャネル情報と受信した制御情報とに基づいて、ＭＩＭＯにおける信号分離技術（例えば、最尤推定（Maximum Likelihood Detection：ＭＬＤ）法など）を用いて希望信号と干渉信号とを検出し、他セル基地局からの干渉信号を除去して自セル基地局からの希望信号を得る。

また、非特許文献１では、ＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）技術を用いた基地局連携手法が提案されている。この非特許文献１に記載の基地局連携手法では、従来のＦＦＲにおける外側セルに割当てるサブチャネル・グループに加えて、基地局連携ＭＩＭＯ送信用の新たなサブチャネル・グループを割当て、基地局連携通信を行うユーザ端末に対しては、当該基地局連携ＭＩＭＯ送信用に割当てたサブチャネル・グループ内の無線リソースを割当てる。

特開２００７−１３４８４４号公報 特開２００７−０４３３３２号公報 国際公開第２００６／０１６４８５号パンフレット 特開２００９−１００１１６号公報

石井隼人、吉本明代、服部武、大関武雄、鈴木利則、"FFRを用いる複数基地局協調型MIMO伝送システムの通信容量の検討"、電子情報通信学会ソサエティ大会、B-5-48、p397、２００９年９月

上述した特許文献１、２、３の従来技術を用いて基地局連携通信を行う場合、ある瞬間にあるセル境界に位置する一ユーザ端末が複数の基地局の無線リソースを占有する状態が発生する。これは、相対的に、基地局近くに位置し、高スループットを得ることができるはずの他ユーザ端末に対して、無線リソースの割当頻度を減少させるので、セルラ移動通信システムのトータルスループットが低下する一要因となる。また、特許文献４及び非特許文献１の従来技術は、セル境界におけるユーザスループットを向上させるための技術であるが、セルラ移動通信システムのトータルスループットの低下を抑制するという課題を解決するものではない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、セル境界に位置するユーザ端末のスループットを向上させること、及び、セルラ移動通信システムのトータルスループットの低下を抑制することができる基地局制御装置及び無線リソース割当方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る基地局制御装置は、複数の基地局を配置し、各基地局の通信エリアによって連続的な通信サービスエリアを構築するセルラ移動通信システムにおいて、複数の基地局を制御する基地局制御装置であって、移動局がシングルサイト接続するときの周波数利用効率とマルチサイト接続するときの周波数利用効率との比較によって決定された該移動局の通信方法であるシングルサイト接続又はマルチサイト接続に応じた無線リソースを、該移動局と通信を行う基地局で確保する無線リソース割当部と、マルチサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度の増減を、該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数の増減とは逆にする無線リソース割当頻度制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る基地局制御装置において、前記無線リソース割当頻度制御部は、シングルサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度に対して、マルチサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度を、該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数分の１に制限することを特徴とする。

本発明に係る基地局制御装置において、前記無線リソース割当頻度制御部は、マルチサイト接続を行う移動局を無線リソース割当候補に選択した回数を、移動局ごとにカウントするカウンタ部を有し、前記カウンタの値に基づいて、無線リソース割当候補になったマルチサイト接続を行う移動局に対し、無線リソースを割当てるか否かを判定することを特徴とする。

本発明に係る基地局制御装置において、前記無線リソース割当頻度制御部は、前記カウンタの値を、当該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数で剰余演算する剰余演算部を有することを特徴とする。

本発明に係る基地局制御装置において、前記無線リソース割当頻度制御部は、無線リソース割当候補の移動局を選択するときに用いる各移動局の評価値に対し、マルチサイト接続を行う移動局の評価値を該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数分の１にすることを特徴とする。

本発明に係る基地局制御装置においては、移動局がマルチサイト接続するときの周波数利用効率が、該移動局がシングルサイト接続するときの周波数利用効率よりも、「（所定の周波数利用効率向上率）×（該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数）」倍以上である場合にのみ、該移動局の通信方法としてマルチサイト接続を選択する通信方法選択部を備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線リソース割当方法は、複数の基地局を配置し、各基地局の通信エリアによって連続的な通信サービスエリアを構築するセルラ移動通信システムにおける無線リソース割当方法であって、複数の基地局を制御する基地局制御装置が、移動局がシングルサイト接続するときの周波数利用効率とマルチサイト接続するときの周波数利用効率との比較によって決定された該移動局の通信方法であるシングルサイト接続又はマルチサイト接続に応じた無線リソースを、該移動局と通信を行う基地局で確保するステップと、前記基地局制御装置が、マルチサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度の増減を、該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数の増減とは逆になるように制御するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る無線リソース割当方法において、前記基地局制御装置は、シングルサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度に対して、マルチサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度を、該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数分の１に制限することを特徴とする。

本発明に係る無線リソース割当方法においては、前記基地局制御装置又は移動局が有する通信方法選択部が、移動局がマルチサイト接続するときの周波数利用効率が、該移動局がシングルサイト接続するときの周波数利用効率よりも、「（所定の周波数利用効率向上率）×（該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数）」倍以上である場合にのみ、該移動局の通信方法としてマルチサイト接続を選択するステップをさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、セル境界に位置するユーザ端末のスループットを向上させること、及び、セルラ移動通信システムのトータルスループットの低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るセルラ移動通信システムの概略構成図である。 ＯＦＤＭ無線リソースの論理構成を示す概念図である。 本発明に係る無線リソース割当方法の一例である。 本発明に係る無線リソース割当方法の他の例である。 本発明に係る無線リソース割当方法の他の例である。 本発明に係る無線リソース割当方法の他の例である。 本発明に係る基地局コントローラ１０の実施例１である。 図７に示す基地局コントローラ１０に係る無線リソース割当方法の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る基地局コントローラ１０の実施例２である。 図９に示す基地局コントローラ１０に係る無線リソース割当方法の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るセルラ移動通信システムの概略構成図である。図１において、セルラ移動通信システムは、各々セルを提供する複数の基地局１、基地局１に無線接続して通信する移動局（ユーザ端末）２、及び、複数の基地局１を制御する基地局コントローラ１０を有する。図１には、２台の基地局１（基地局識別子がＡであるものとＢであるもの）並びに、基地局１（Ａ）が提供するセル３Ａ及び基地局１（Ｂ）が提供するセル３Ｂが、例示されている。

各基地局１は、バックボーンネットワーク４を介してコアネットワーク５に接続される。バックボーンネットワーク４及びコアネットワーク５は、それぞれルータ６を有する。基地局コントローラ１０は、バックボーンネットワーク４内に設けられ、各基地局１と有線で接続される。

本実施形態に係るセルラ移動通信システムにおいて、基地局１及びユーザ端末２は複数のアンテナを備え、基地局１とユーザ端末２が１対１で通信する場合も、複数の基地局１が連携して一ユーザ端末２と通信する場合も、ＭＩＭＯ技術を用いた伝送（ＭＩＭＯ伝送）を行うことが可能である。ＭＩＭＯ伝送の種類（ＭＩＭＯモード）としては、最大比合成送信ダイバーシチ等の送信ダイバーシチ、時空間符号化、固有ビーム空間多重方式等の空間多重、及び、それらの組合せなどがある。

また、本実施形態に係るセルラ移動通信システムにおいて、基地局１とユーザ端末２間の多元接続方式にはＯＦＤＭＡ方式を用いる。本実施形態では、論理的な無線リソースと物理的な無線リソースとの対応関係（マッピングの仕方）は、全ての基地局で共通であるとする。ＯＦＤＭＡとＭＩＭＯ伝送を利用する場合、無線リソースは、時間領域と周波数領域と空間領域とから構成される。一ユーザ端末２に対し複数の基地局１が連携したＭＩＭＯ伝送を行う場合、連携する複数の基地局には同じ無線リソースを割り当てる必要がある。

基地局コントローラ１０は、制御対象の基地局１の情報及び該基地局１に接続するユーザ端末２の情報を各基地局１から取得する。基地局コントローラ１０は、制御対象の基地局１の全てついて、その無線リソースの割当を一括で行う。基地局コントローラ１０は、無線リソース割当結果を各基地局１へ送信する。

以下の説明において、「シングルサイト接続」とは一ユーザ端末２と一基地局１が１対１の通信を行うことを指し、「マルチサイト接続」とは一ユーザ端末２と複数の基地局１が１対多の通信を行うことを指す。

基地局コントローラ１０が複数の基地局１を制御して、セル境界に在るユーザ端末２に対し、複数の基地局が連携してＭＩＭＯ伝送等を用いたマルチサイト接続を行うことにより、セル境界に在るユーザ端末２のスループットを向上させることができる。

次に、図２から図６までを参照して、本実施形態に係る無線リソース割当方法の概念を説明する。以下、基地局識別子がＡである基地局１を基地局Ａと称し、基地局識別子がＢである基地局１を基地局Ｂと称する。ここでは、マルチサイト接続は、基地局Ａ及び基地局Ｂの２台が連携する、２基地局連携を想定する。

図２は、基地局Ａ、基地局Ｂの各ＯＦＤＭ無線リソースの論理構成を示す概念図である。図２において、横軸は時間（タイムスロット単位）、縦軸は周波数（サブキャリア単位）である。図２は論理構成を示し、縦軸の周波数は物理的なサブキャリア周波数には対応しない。このため、論理的な無線リソース割当結果は、さらに物理的な無線リソースにマッピングされる。無線リソースの割当単位であるリソースブロック（Resource Block：ＲＢ）は、複数のサブキャリアとＯＦＤＭシンボルとからなる。例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）では１２個のサブキャリアと７個のＯＦＤＭシンボルとから１個のＲＢが構成される。

ここでは、説明の便宜上、図２に示すように、１回の無線リソース割当スケジューリング（以下、単にスケジューリングと称する）に対して、基地局Ａ及び基地局Ｂはそれぞれ６個のＲＢを有するとする。また、一ユーザ端末２に対して１個のＲＢを割当てるとする。また、スケジューリングの一回当たり、各基地局Ａ、Ｂは８個のＲＢをいずれかのユーザ端末２に割り当てるとする。

図３は、無線リソース割当方法の一例である。図３の例では、６台のユーザ端末２−１〜６（以下、ＵＥ（User Equipment）１〜６と称する）が存在している。ＵＥ１〜６のうち、ＵＥ１及びＵＥ３がマルチサイト接続を行う。図３の無線リソース割当方法では、ユーザ間の公平性を保つため、一ユーザ端末２に割当てるＲＢの数が同数となるようにする。マルチサイト接続を行うユーザ端末２（ＵＥ１、ＵＥ３）に対しては、１回の無線リソース割当において、基地局Ａ及び基地局Ｂの両方のＲＢ（同一のサブチャネル及び同一のタイムスロットで構成されるＲＢ）を割当てる必要がある。したがって、ＵＥ１及びＵＥ３には、それぞれ、１回の無線リソース割当により、基地局Ａの１個のＲＢと基地局Ｂの１個のＲＢとの合計２個のＲＢが割り当てられる。一方、シングルサイト接続を行うユーザ端末２（ＵＥ２、ＵＥ４、ＵＥ５、ＵＥ６）には、それぞれ、１個のＲＢを割り当てる無線リソース割当を２回ずつ行い、合計２個のＲＢを割り当てる。したがって、２基地局連携のマルチサイト接続を行うユーザ端末２は、シングルサイト接続を行うユーザ端末２に対して、無線リソース割当頻度が「１／（連携数）＝１／２」となる。これにより、各ＵＥ１〜６には、２個ずつＲＢが割り当てられる。

なお、３台の基地局１が連携する３基地局連携を行う場合、マルチサイト接続を行うユーザ端末２には、１回の無線リソース割当において、３台の基地局１が共通のＲＢを割り当てるので、各基地局１が１個のＲＢを割り当てることにより合計３個のＲＢが割り当てられる。このため、シングルサイト接続を行うユーザ端末２との公平性を保つために、３基地局連携のマルチサイト接続を行うユーザ端末２は、シングルサイト接続を行うユーザ端末２に対して、無線リソース割当頻度を「１／（連携数）＝１／３」とする。

上述の図３の無線リソース割当方法では、マルチサイト接続を行うユーザ端末２の無線リソース割当頻度を、シングルサイト接続を行うユーザ端末２の無線リソース割当頻度の「１／（連携数）」とする。これにより、一ユーザ端末２に割当てるＲＢの数が同数となるように調整し、ユーザ間の公平性を保つことができる。

図４、図５は、無線リソース割当方法の他の例である。図４において、６台のＵＥ１〜６うち、ＵＥ１、ＵＥ２及びＵＥ５が基地局Ａに所属し、ＵＥ３、ＵＥ４及びＵＥ６が基地局Ｂに所属している。ＵＥ１及びＵＥ３はマルチサイト接続が可能であり、他のユーザ端末２（ＵＥ２、ＵＥ４、ＵＥ５、ＵＥ６）はシングルサイト接続を行うとする。また、説明の便宜上、全てのユーザ端末２は、シングルサイト接続を行った場合、一ＲＢ当たりデータ量「１」を送信できるとする。また、ＵＥ１がマルチサイト接続を行った場合も、ＵＥ３がマルチサイト接続を行った場合も、シングルサイト接続に対するデータ送信量の向上度は同じとする。

図４に、基地局Ａ及び基地局Ｂが全ユーザ端末２に対してシングルサイト接続を行う場合の無線リソース割当例を示す。図４中の＜１＞は、各ユーザ端末２が割り当てられたＲＢで送信できるデータ量「１」を示す。図４において、セルラ移動通信システム（基地局Ａ及び基地局Ｂ）のトータルの送信データ量は１２である。

図５に、ＵＥ１及びＵＥ３がマルチサイト接続を行った場合の無線リソース割当例を示す。図５の例では、ＵＥ１及びＵＥ３はマルチサイト接続を行うことにより、シングルサイト接続に比べて２倍のデータ量「２」を送信できるとする。ここで、上述の図３の無線リソース割当方法を用いる。これにより、２基地局連携のマルチサイト接続を行うＵＥ１及びＵＥ３は、シングルサイト接続を行うユーザ端末２（ＵＥ２、ＵＥ４、ＵＥ５、ＵＥ６）に対して、無線リソース割当頻度が「１／（連携数）＝１／２」となる。したがって、図５に示すように、２基地局連携のマルチサイト接続を行うＵＥ１及びＵＥ３は、それぞれ、１回の無線リソース割当により２個のＲＢが割り当てられ、当該２個のＲＢにより、送信データ量「２」を得る。これに対して、シングルサイト接続を行うユーザ端末２（ＵＥ２、ＵＥ４、ＵＥ５、ＵＥ６）は、それぞれ、２回の無線リソース割当により２個のＲＢが割り当てられ、送信データ量「２」となる。

上述の図４、図５の例では、両方とも、セルラ移動通信システム（基地局Ａ及び基地局Ｂ）のトータルの送信データ量は１２であり、マルチサイト接続を行うユーザ端末２の無線リソース割当頻度を「１／（連携数）」とすることにより、マルチサイト接続を行うことによるセルラ移動通信システムのトータルスループットの低下を防止することができる。但し、マルチサイト接続を行うユーザ端末２も、シングルサイト接続を行うユーザ端末２も、データ送信量は２であり、マルチサイト接続を行うことによるスループット向上効果はない。

ここで、マルチサイト接続を行うことによりｎ倍のユーザスループット向上効果を得るには、マルチサイト接続を行うことによりシングルサイト接続に比べて「ｎ×２＝ｎ×（連携数）」倍のスループット向上を得る必要がある。図６は、図５の例に対し、マルチサイト接続を行うユーザ端末２のスループットをシングルサイト接続よりも向上させる無線リソース割当方法の例である。図６の例では、マルチサイト接続を行うＵＥ１及びＵＥ３は、それぞれ、２個のＲＢを用いてデータ送信量「４」を実現する。これは、マルチサイト接続を行うことにより２倍のユーザスループット向上効果を得るために、マルチサイト接続を行うことによりシングルサイト接続に比べて「２×２＝４」倍のスループット向上を得る必要があることを示す。

したがって、セルラ移動通信システムのトータルスループットを維持するために、マルチサイト接続を行った場合の周波数利用効率が、シングルサイト接続を行った場合の周波数利用効率に対して、「（所定の周波数利用効率向上率ｎ）×（連携数）」倍以上である場合にのみ、当該ユーザ端末２に対してマルチサイト接続を行う。

次に、本実施形態に係る基地局コントローラ１０の実施例を説明する。

以下に示す実施例では、論理ＲＢテーブルから物理ＲＢテーブルへのマッピング方法として、分散データマッピングを用いる。分散データマッピングでは、物理的な無線リソースを割当てる際に、セルラ移動通信システムの周波数全帯域に均等に分配されたサブキャリアにマッピングされて送信される。分散データマッピングにより、フェージングによる受信信号レベルの落ち込みを平均化する効果が得られる。また、連携基地局間の受信信号レベル差を平均化する効果も期待できる。したがって、本実施例では、周波数方向のスケジューリングは実施されない。また、論理ＲＢから物理無線リソースへのマッピングは、あるタイムスロット内の論理ＲＢの割当処理後に行われる。ここでは、１回の物理無線リソースへのマッピングのために行われる論理ＲＢ割当をスケジューリングタイミングと呼ぶ。したがって、スケジューリングタイミングはタイムスロット単位である。

また、以下に示す実施例では、マルチサイト接続を行うことにより、シングルサイト接続に比べて２倍のスループットを得られる（所定の周波数利用効率向上率が２である）ことを想定する。

以下の説明では、マルチサイト接続を行うユーザ端末２のことをマルチサイト接続端末と称し、シングルサイト接続を行うユーザ端末２のことをシングルサイト接続端末と称する。

図７は、本実施形態に係る基地局コントローラ１０の実施例１である。図７において、基地局コントローラ１０は、制御部１１とコアＮＷ側入出力インターフェース１２とスケジューリング部１３と接続基地局情報取得・保持部１４と接続端末情報取得・保持部１５とＢＳ側入出力インターフェース１６とＭＳ接続割当カウンタ１７とを備える。

制御部１１は、基地局コントローラ１０内の各部を制御する。コアＮＷ側入出力インターフェース１２は、コアネットワーク５に接続してデータを送受信する。スケジューリング部１３は、無線リソースを割当てる機能と、無線リソース割当頻度を制御する機能と、通信方法を選択する機能とを有する。接続基地局情報取得・保持部１４は、制御対象の基地局１の情報を取得して保持する。接続端末情報取得・保持部１５は、制御対象の基地局１に接続するユーザ端末２の情報を各基地局１から取得して保持する。ＢＳ側入出力インターフェース１６は、制御対象の基地局１に接続してデータを送受信する。

ＭＳ接続割当カウンタ１７は、ユーザ端末２ごとに設けられる。ＭＳ接続割当カウンタ１７は、マルチサイト接続端末の無線リソース割当頻度を「１／（連携数）」にするために使用される。本実施例１では、スケジューリング部１３が、あるユーザ端末２を選択した際に、当該ユーザ端末２がマルチサイト接続端末である場合にのみ、ＲＢを割当てる回数をユーザ端末２の選択回数に対して「１／（連携数）」に制限する。このために、ＭＳ接続割当カウンタ１７が、マルチサイト接続端末の選択回数をカウントする。

図８は、本実施形態に係る無線リソース割当方法の実施例１である。図８には、１回のスケジューリングタイミングにおける論理無線リソース割当の処理手順を示している。図８の処理は、スケジューリングタイミングごとに実行される。

図８において、ステップＳ１からＳ５までは、全ユーザ端末２に対して行われる。ステップＳ１では、スケジューリング部１３が、各ＭＩＭＯモードにおける周波数利用効率を計算する。具体的には、ユーザ端末２が接続基地局１経由で基地局コントローラ１０へ送信した無線品質情報を元にして、マルチサイト接続の有無の別に、全ＭＩＭＯモードに対し、最大伝送容量となるＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）を選択して周波数利用効率を計算する。

このとき、周波数利用効率として、送信できるビット数の期待値（スループットの期待値）を用いることができる。スループットの期待値は、次式（１）で算出できる。
（選択された連携パターン且つＭＣＳにより１回の割当で割当てられる無線リソースで送信できるビット数）×（１−ＰＥＲ） ・・・（１）
但し、ＰＥＲは、ユーザ端末２に対して選択された連携パターン且つＭＣＳを用いたときの当該ユーザ端末２の搬送波対干渉波及び雑音電力比（Carrier to Interference and Noise power Ratio：ＣＩＮＲ）により得られるパケット誤り率を示す。

無線品質情報は、例えば、ＣＩＮＲ、受信信号強度、各周辺基地局からの受信電力の差などである。なお、ＣＩＮＲの計算において、連携基地局からの信号は搬送波成分とすべきであるから、連携基地局の組合せ毎にＣＩＮＲを計算する。また、本実施例では、分散データマッピングを用いるので、無線品質情報には１回のスケジューリングタイミング（例えば、１個のタイムスロット）内の全サブキャリアにおける平均値を用いる。

次いで、ステップＳ２では、スケジューリング部１３が、ステップＳ１で計算した周波数利用効率のうち、マルチサイト接続を行った場合の周波数利用効率の最大値、そのときのＭＩＭＯモード及びＭＣＳ情報、並びに、シングルサイト接続を行った場合の周波数利用効率の最大値、そのときのＭＩＭＯモード及びＭＣＳ情報を保持する。

次いで、ステップＳ３では、スケジューリング部１３が、ステップＳ２で保持した周波数利用効率の最大値を用いて、次式（２）を判定する。
（マルチサイト接続の周波数利用効率の最大値）≧（所定の周波数利用効率向上率）×（連携数）×（シングルサイト接続の周波数利用効率の最大値） ・・・（２）
ここで、本実施例では、シングルサイト接続に比べてマルチサイト接続を行うことにより２倍のスループットを得られる場合を想定している。したがって、所定の周波数利用効率向上率は２であるので、上記の式（２）は次式（３）となる。
（マルチサイト接続の周波数利用効率の最大値）≧２×（連携数）×（シングルサイト接続の周波数利用効率の最大値） ・・・（３）

上記の式（３）が成立する場合（ステップＳ３、ＹＥＳ）には、ステップＳ４で当該ユーザ端末２に対してマルチサイト接続を選択する。上記の式（３）が成立しない場合（ステップＳ３、ＮＯ）には、ステップＳ５で当該ユーザ端末２に対してシングルサイト接続を選択する。

上記ステップＳ１〜Ｓ５により、全ユーザ端末２に対して、マルチサイト接続又はシングルサイト接続のいずれかが選択される。

次いで、ステップＳ６では、スケジューリング部１３が、全ユーザ端末２の各メトリック値を計算する。メトリック値の計算には、プロポーショナルフェアネス（Proportional Fairness：ＰＦ）やラウンド・ロビンなどの評価式を用いる。本実施例では、ＰＦを用いた次式（４）により、ユーザ端末２のメトリック値を計算する。

但し、Ｍ_（ｉ）（ｔ）は、端末識別子がｉであるユーザ端末２の時刻ｔにおけるメトリック値である。Ｒ_{ａｖｅ（ｉ）}（ｔ）は、端末識別子がｉであるユーザ端末２の時刻ｔまでの平均スループットである。Ｒ_{ｉｎｓｔ（ｉ）}（ｔ）は、端末識別子がｉであるユーザ端末２の時刻ｔにおける連携パターン（マルチサイト接続又はシングルサイト接続）且つＭＣＳにより送信可能な瞬時スループットである。γは、フェアネスファクターであり、デフォルト値は１である。

次いで、ステップＳ７では、スケジューリング部１３が、ステップＳ６で計算した全ユーザ端末２のメトリック値をそれぞれ比較し、最も大きなメトリック値を持つユーザ端末２を、無線リソース割当候補のユーザ端末２（以下、選択ユーザ端末２と称する）として選択する。この結果、選択ユーザ端末２を選択できた場合（ステップＳ８、ＹＥＳ）はステップＳ９に進み、選択ユーザ端末２を選択できなかった場合（ステップＳ８、ＮＯ）はステップＳ１８に進む。ここで、選択ユーザ端末２を選択できない場合とは、選択ユーザ端末２を選択するもとのユーザ端末２の集合が空である場合である。

ステップＳ９では、スケジューリング部１３が、選択ユーザ端末２の連携パターンを確認する。この結果、選択ユーザ端末２の連携パターンが、マルチサイト接続である場合はステップＳ１０に進み、シングルサイト接続である場合はステップＳ１４に進む。

ステップＳ１０では、スケジューリング部１３が、選択ユーザ端末２のＭＳ接続割当カウンタ１７を１つカウントアップする。次いで、ステップＳ１１では、スケジューリング部１３が、カウントアップ後の選択ユーザ端末２のＭＳ接続割当カウンタ１７のカウンタ値と選択ユーザ端末２のマルチサイト接続における基地局連携の連携数とを用いて、次式（５）を計算する。スケジューリング部１３は、式（５）の計算結果を用いて、マルチサイト接続を行う選択ユーザ端末２の無線リソース割当頻度を判定する。
（選択ユーザ端末２のＭＳ接続割当カウンタ値）ｍｏｄ（連携数） ・・・（５）
但し、ｍｏｄは剰余演算を表し、「Ｘ ｍｏｄ Ｙ」はＸをＹで割った余りである。

式（５）の計算結果が１である場合は、無線リソース割当頻度の判定結果が合格（ステップＳ１１、ＯＫ）であり、ステップＳ１２に進む。式（５）の計算結果が１以外である場合は、無線リソース割当頻度の判定結果が不合格（ステップＳ１１、ＮＧ）であり、選択ユーザ端末２に対して無線リソースを割り当てず、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１２では、スケジューリング部１３が、選択ユーザ端末２のマルチサイト接続における基地局連携の連携数、及び、ＭＩＭＯモードに基づいて、選択ユーザ端末２に無線リソースを割当てることができるか否かを判定する。例えば、２基地局連携（連携数が２）であった場合、選択ユーザ端末２と基地局連携により通信する２台の基地局１は同一の無線リソース領域が未割当であることが必須である。

ステップＳ１２の結果、選択ユーザ端末２に無線リソースを割当てることができる場合はステップＳ１３に進む。ステップＳ１２の結果、選択ユーザ端末２に無線リソースを割当てることができない場合は、選択ユーザ端末２に無線リソースを割り当てず、当該選択ユーザ端末２を、選択ユーザ端末２を選択するもとのユーザ端末２の集合から削除し、ステップＳ７に戻る。

ステップＳ１３では、スケジューリング部１３が、選択ユーザ端末２と基地局連携により通信する複数の基地局１の共通の未割当無線リソースを選択ユーザ端末２に割り当てる。この後、ステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１４では、スケジューリング部１３が、シングルサイト接続を行う選択ユーザ端末２が接続する基地局１に、割当可能な無線リソースが有る（無線リソース割当可）か無い（無線リソース割当不可）かを判定する。ステップＳ１４の結果、無線リソース割当可である場合はステップＳ１５に進む。ステップＳ１４の結果、無線リソース割当不可である場合は、選択ユーザ端末２に無線リソースを割り当てず、当該選択ユーザ端末２を、選択ユーザ端末２を選択するもとのユーザ端末２の集合から削除し、ステップＳ７に戻る。

ステップＳ１５では、スケジューリング部１３が、シングルサイト接続を行う選択ユーザ端末２の情報を保持する。この保持される情報は、選択ユーザ端末２の端末識別子、所要ＲＢ数などである。ここではまだ、シングルサイト接続を行う選択ユーザ端末２に対する無線リソースの割当を行わないが、選択ユーザ端末２が必要とする無線リソース量（論理リソーステーブルの未割当ＲＢ数）を割当済みとして記憶する。

ステップＳ１６では、スケジューリング部１３が、全ユーザ端末２に対して、平均スループットＲ_{ａｖｅ（ｉ）}（ｔ）を更新する。平均スループットＲ_{ａｖｅ（ｉ）}（ｔ）は次式（６）又は（７）の計算結果により更新される。無線リソースが時刻ｔで割当てられたユーザ端末２に対しては、式（６）を用いる。無線リソースが時刻ｔで割当てられなかったユーザ端末２に対しては、式（７）を用いる。但し、ステップＳ１１で無線リソース割当頻度の判定結果が不合格であった選択ユーザ端末２に対しては式（６）を用いる。

但し、βは時定数である。

次いで、ステップＳ１７では、スケジューリング部１３が、制御対象の基地局１に割当可能な無線リソース（未割当のＲＢ）が有るか否かを確認する。この結果、割当可能な無線リソースが有る場合はステップＳ６に戻り、割当可能な無線リソースが無い場合はステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、スケジューリング部１３が、ステップＳ１５で保持したシングルサイト接続端末の情報に基づいて、無線リソースを割り当てると決定したシングルサイト接続端末に対し、無線リソースの割当を行う。

基地局コントローラ１０は、無線リソース割当結果を制御対象の各基地局１へ送信する。無線リソース割当結果は、基地局１ごとに、どの無線リソース（ＲＢ）をどのユーザ端末２に割り当てるのかを示す情報である。

上述のシングルサイト接続端末に対するステップＳ１５及びＳ１８の処理は、分散データマッピングにおいて、効率的に無線リソース割当を行うための処理である。マルチサイト接続では、連携基地局の組合せを考慮して複数基地局で共通の無線リソースを割当てる必要がある。これに対し、シングルサイト接続では、シングルサイト接続端末を収容する一基地局の無線リソースのみを割当てればよい。このため、無線リソース割当の効率の観点から、無線リソース割当の自由度が大きいはじめのうちにマルチサイト接続端末へ無線リソースを割り当てる。すると、各基地局には、未割当無線リソースが分散的に残ることが予想されるので、この残余無線リソースをシングルサイト接続端末に活用するために、ステップＳ１５で所要の無線リソース量のみを確保し、ステップＳ１８で実際の無線リソース割当を行うのである。

なお、本実施例１では、ユーザ端末２が無線情報を基地局１経由で基地局コントローラ１０へ送信し、基地局コントローラ１０がユーザ端末２の連携パターンを決定するが、この限りではなく、各ユーザ端末２が上述のステップＳ１からＳ５までを実行して連携パターンを決定し、この結果を基地局コントローラ１０へ送信するようにしてもよい。

図９は、本実施形態に係る基地局コントローラ１０の実施例２である。図９において、図７の各部に対応する部分には同一の符号を付している。図９に示す実施例２の基地局コントローラ１０は、図７の構成と同様であるが、ＭＳ接続割当カウンタ１７を具備しない。以下、実施例１と異なる点を主に説明する。

図１０は、本実施形態に係る無線リソース割当方法の実施例２である。図１０には、１回のスケジューリングタイミングにおける論理無線リソース割当の処理手順を示している。図１０の処理は、スケジューリングタイミングごとに実行される。図１０において、ステップＳ３１からＳ３３までは、図８のステップＳ１からＳ３までと同じである。

ステップＳ３３の結果、上記の式（３）が成立する場合（ステップＳ３３、ＹＥＳ）には、ステップＳ３４で、スケジューリング部１３が当該ユーザ端末２に対してマルチサイト接続を選択する。次いで、ステップＳ３５では、スケジューリング部１３が、次式（８）により、マルチサイト接続のユーザ端末２のメトリック値を計算する。式（８）は、ＰＦを用いた計算式である。

但し、Ｍ_（ｉ）（ｔ）は、端末識別子がｉであるユーザ端末２の時刻ｔにおけるメトリック値である。連携数は、端末識別子がｉであるユーザ端末２のマルチサイト接続における基地局連携の連携数である。Ｒ_{ａｖｅ（ｉ）}（ｔ）は、端末識別子がｉであるユーザ端末２の時刻ｔまでの平均スループットである。Ｒ_{ｉｎｓｔ（ｉ）}（ｔ）は、端末識別子がｉであるユーザ端末２の時刻ｔにおけるマルチサイト接続且つＭＣＳにより送信可能な瞬時スループットである。γは、フェアネスファクターであり、デフォルト値は１である。なお、平均スループットＲ_{ａｖｅ（ｉ）}（ｔ）の更新に用いる計算式は、ＰＦと同様である。

上述の実施例１では、マルチサイト接続端末の無線リソース割当頻度を「１／（連携数）」に制限するためにＭＳ接続割当カウンタ１７を具備した。これに対し、本実施例２では、マルチサイト接続端末の無線リソース割当頻度を「１／（連携数）」に制限するために、式（８）に示すようにマルチサイト接続端末のメトリック値を「１／（連携数）」とする。

ステップＳ３３の結果、上記の式（３）が成立しない場合（ステップＳ３３、ＮＯ）には、ステップＳ３６で、スケジューリング部１３が当該ユーザ端末２に対してシングルサイト接続を選択する。次いで、ステップＳ３７では、スケジューリング部１３が、次式（９）により、シングルサイト接続のユーザ端末２のメトリック値を計算する。式（９）は、ＰＦを用いた計算式である。

但し、Ｍ_（ｉ）（ｔ）は、端末識別子がｉであるユーザ端末２の時刻ｔにおけるメトリック値である。Ｒ_{ａｖｅ（ｉ）}（ｔ）は、端末識別子がｉであるユーザ端末２の時刻ｔまでの平均スループットである。Ｒ_{ｉｎｓｔ（ｉ）}（ｔ）は、端末識別子がｉであるユーザ端末２の時刻ｔにおけるシングルサイト接続且つＭＣＳにより送信可能な瞬時スループットである。γは、フェアネスファクターであり、デフォルト値は１である。

次いで、ステップＳ３８では、スケジューリング部１３が、ステップＳ３５，Ｓ３７で計算した全ユーザ端末２のメトリック値をそれぞれ比較し、最も大きなメトリック値を持つユーザ端末２を、無線リソース割当候補のユーザ端末２（選択ユーザ端末２）として選択する。この結果、選択ユーザ端末２を選択できた場合（ステップＳ３９、ＹＥＳ）はステップＳ４０に進み、選択ユーザ端末２を選択できなかった場合（ステップＳ３９、ＮＯ）はステップＳ４５に進む。ここで、選択ユーザ端末２を選択できない場合とは、選択ユーザ端末２を選択するもとのユーザ端末２の集合が空である場合である。

ステップＳ４０では、スケジューリング部１３が、選択ユーザ端末２に無線リソースを割当てることができるか否かを判定する。この判定は、マルチサイト接続端末に対しては図８のステップＳ１２と同じであり、シングルサイト接続端末に対しては図８のステップＳ１４と同じである。ステップＳ４０の結果、選択ユーザ端末２に無線リソースを割当てることができる場合はステップＳ４１に進む。ステップＳ４０の結果、選択ユーザ端末２に無線リソースを割当てることができない場合は、選択ユーザ端末２に無線リソースを割り当てず、当該選択ユーザ端末２を、選択ユーザ端末２を選択するもとのユーザ端末２の集合から削除し、ステップＳ３８に戻る。

ステップＳ４１では、スケジューリング部１３が、選択ユーザ端末２の連携パターンを確認し、シングルサイト接続である場合はステップＳ４３に進み、マルチサイト接続である場合はステップＳ４２に進む。

ステップＳ４２では、スケジューリング部１３が、選択ユーザ端末２と基地局連携により通信する複数の基地局１の共通の未割当無線リソースを選択ユーザ端末２に割り当てる。この後、ステップＳ４４へ進む。

ステップＳ４３では、スケジューリング部１３が、シングルサイト接続を行う選択ユーザ端末２の情報を保持する。この保持される情報は、選択ユーザ端末２の端末識別子、所要ＲＢ数などである。ここではまだ、シングルサイト接続を行う選択ユーザ端末２に対する無線リソースの割当を行わないが、選択ユーザ端末２が必要とする無線リソース量（論理リソーステーブルの未割当ＲＢ数）を割当済みとして記憶する。

ステップＳ４４では、スケジューリング部１３が、制御対象の基地局１の割当可能な無線リソース（未割当のＲＢ）が有るか否かを確認する。この結果、割当可能な無線リソースが有る場合はステップＳ３１に戻り、割当可能な無線リソースが無い場合はステップＳ４５に進む。

ステップＳ４５では、スケジューリング部１３が、ステップＳ４３で保持したシングルサイト接続端末の情報に基づいて、無線リソースを割り当てると決定したシングルサイト接続端末に対し、無線リソースの割当を行う。

基地局コントローラ１０は、無線リソース割当結果を制御対象の各基地局１へ送信する。無線リソース割当結果は、基地局１ごとに、どの無線リソース（ＲＢ）をどのユーザ端末２に割り当てるのかを示す情報である。

なお、本実施例２では、ユーザ端末２が無線情報を基地局１経由で基地局コントローラ１０へ送信し、基地局コントローラ１０がユーザ端末２の連携パターンを決定するが、この限りではなく、各ユーザ端末２が上述のステップＳ３１からＳ３７までを実行して連携パターン及びメトリック値を決定し、この結果を基地局コントローラ１０へ送信するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態では、基地局コントローラ１０をバックボーンネットワーク４内に設けたが、この限りではなく、基地局コントローラ１０を各基地局１に分散して設け、ある基地局１の基地局コントローラ１０が隣接する基地局１の基地局コントローラ１０と連携するように構成してもよい。

１…基地局、２…移動局（ユーザ端末）、１０…基地局コントローラ（基地局制御装置）、１１…制御部、１２…コアＮＷ側入出力インターフェース、１３…スケジューリング部（無線リソース割当部、無線リソース割当頻度制御部、通信方法選択部）、１４…接続基地局情報取得・保持部、１５…接続端末情報取得・保持部、１６…ＢＳ側入出力インターフェース、１７…ＭＳ接続割当カウンタ

Claims (9)

1. 複数の基地局を配置し、各基地局の通信エリアによって連続的な通信サービスエリアを構築するセルラ移動通信システムにおいて、複数の基地局を制御する基地局制御装置であって、
   移動局がシングルサイト接続するときの周波数利用効率とマルチサイト接続するときの周波数利用効率との比較によって決定された該移動局の通信方法であるシングルサイト接続又はマルチサイト接続に応じた無線リソースを、該移動局と通信を行う基地局で確保する無線リソース割当部と、
   マルチサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度の増減を、該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数の増減とは逆にする無線リソース割当頻度制御部と、
   を備えたことを特徴とする基地局制御装置。
2. 前記無線リソース割当頻度制御部は、シングルサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度に対して、マルチサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度を、該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数分の１に制限する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の基地局制御装置。
3. 前記無線リソース割当頻度制御部は、
   マルチサイト接続を行う移動局を無線リソース割当候補に選択した回数を、移動局ごとにカウントするカウンタ部を有し、前記カウンタの値に基づいて、無線リソース割当候補になったマルチサイト接続を行う移動局に対し、無線リソースを割当てるか否かを判定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の基地局制御装置。
4. 前記無線リソース割当頻度制御部は、前記カウンタの値を、当該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数で剰余演算する剰余演算部を有することを特徴とする請求項３に記載の基地局制御装置。
5. 前記無線リソース割当頻度制御部は、
   無線リソース割当候補の移動局を選択するときに用いる各移動局の評価値に対し、マルチサイト接続を行う移動局の評価値を該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数分の１にする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の基地局制御装置。
6. 移動局がマルチサイト接続するときの周波数利用効率が、該移動局がシングルサイト接続するときの周波数利用効率よりも、「（所定の周波数利用効率向上率）×（該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数）」倍以上である場合にのみ、該移動局の通信方法としてマルチサイト接続を選択する通信方法選択部、
   を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の基地局制御装置。
7. 複数の基地局を配置し、各基地局の通信エリアによって連続的な通信サービスエリアを構築するセルラ移動通信システムにおける無線リソース割当方法であって、
   複数の基地局を制御する基地局制御装置が、移動局がシングルサイト接続するときの周波数利用効率とマルチサイト接続するときの周波数利用効率との比較によって決定された該移動局の通信方法であるシングルサイト接続又はマルチサイト接続に応じた無線リソースを、該移動局と通信を行う基地局で確保するステップと、
   前記基地局制御装置が、マルチサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度の増減を、該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数の増減とは逆になるように制御するステップと、
   を含むことを特徴とする無線リソース割当方法。
8. 前記基地局制御装置は、シングルサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度に対して、マルチサイト接続を行う移動局の無線リソース割当頻度を、該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数分の１に制限する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線リソース割当方法。
9. 前記基地局制御装置又は移動局が有する通信方法選択部が、移動局がマルチサイト接続するときの周波数利用効率が、該移動局がシングルサイト接続するときの周波数利用効率よりも、「（所定の周波数利用効率向上率）×（該移動局とマルチサイト接続を行う基地局の数）」倍以上である場合にのみ、該移動局の通信方法としてマルチサイト接続を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の無線リソース割当方法。

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