無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法
【課題】基地局と複数の中継局の多重組合せパターンと、その多重組合せパターンにおいて各基地局や中継局が通信する端末局の組合せが得られ、フレーム全体でトータルスループットを向上させる。
【解決手段】基地局ＢＳは、ＣＮＲの情報を基に各端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを決定し、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局ＳＳに対して送信したときの、各端末局ＳＳと端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳとのＣＩＮＲを計算して伝送レートを推定し、伝送レートが最大となる端末局ＳＳを選択し、さらにグループごとに選択された端末局ＳＳの伝送レートの和と組合せパターンに含まれる基地局ＢＳと中継局ＲＳの合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを決定する。
【解決手段】基地局ＢＳは、ＣＮＲの情報を基に各端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを決定し、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局ＳＳに対して送信したときの、各端末局ＳＳと端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳとのＣＩＮＲを計算して伝送レートを推定し、伝送レートが最大となる端末局ＳＳを選択し、さらにグループごとに選択された端末局ＳＳの伝送レートの和と組合せパターンに含まれる基地局ＢＳと中継局ＲＳの合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局および中継局を備えた無線通信システムにおいて、システム全体のトータルスループットを向上させる無線リソースのスケジューリングを行う無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
IEEE802.16で規格化されているIEEE802.16e-2005規格の通信方式（いわゆるモバイルＷｉＭＡＸ(Worldwide interoperability for microwave access) ）では、高速なデータサービスに加えて、ＶｏＩＰやストリーミング配信など、様々なアプリケーションに幅広く対応できるように設計されている。周波数帯域としてマイクロ波帯を使用することで、サービスエリアの広域化が期待されている。しかし、建物や丘陵地の起伏などによって、電波遮蔽に伴うスループットの劣化やカバレッジホールが発生するため、単一の基地局（以下、ＢＳ）による広域化には限界がある。
【０００３】
また、IEEE802.16TGj では、IEEE802.16e-2005規格に中継局（以下、ＲＳ）を適用させるための拡張作業が行われている（非特許文献１）。ＲＳを用いることにより、建物などの電波遮蔽による通信品質が劣化するエリアの補完や、サービスエリアの拡張が期待できる。検討されている中継方式は、同一チャネルでの中継を実現するために、同一の周波数帯域をアクセス回線と中継回線で時分割多重する方式である。
【０００４】
IEEE802.16TGj で示される時分割で中継を実現するフレーム構成の一例を図１４に示す。ＢＳとＲＳは１つのフレームを時分割複信によって、ダウンリンク（以下、ＤＬ）サブフレームとアップリンク（以下、ＵＬ）サブフレームに分割し、さらに各サブフレームをアクセス区間と中継区間に再分割する。アクセス区間は、ＢＳおよびＲＳが共に端末局（以下、ＳＳ）と通信する区間であり、このときＢＳおよびＲＳとＳＳとの通信が相互に干渉となる場合には、ＢＳおよびＲＳは使用するリソース（周波数と時間）を分割する。ＤＬサブフレームにおける中継区間は、ＢＳが中継データを送信し、ＲＳがその中継データを受信する区間である。ＵＬサブフレームにおける中継区間は、ＲＳが中継データを送信し、ＢＳがその中継データを受信する区間である。また、ＤＬサブフレームにおいて、アクセス区間とＢＳの中継区間の先頭で、各ＳＳやＲＳと同期をとるためのプリアンブルや、通信に割り当てるサブチャネルや時間を通知するスケジュール情報などの制御信号を送信する。
【０００５】
図１４で示される時分割で中継を実現する方式では、各サブフレームに中継用のリソースを設定するためにアクセス用のリソースが抑圧される。そのため、ＰＭＰ(Point-to-Multipoint) で構成されるシステムと比較してシステム全体のトータルスループットが低くなる問題がある。非特許文献２では、無線リソース（無線フレームの時間・周波数）を効率的に利用してトータルスループットを改善するために、ＢＳとＲＳが使用する周波数の多重、アクセス区間と中継区間の比率の制御、サブキャリアの最適割当の適用が提案されている。
【０００６】
なお、ここでの多重または周波数の多重とは、１以上のＢＳや１以上のＲＳが同一時間で同一周波数を用いて複数の異なるＳＳと通信することが指す。例えば、図１５におけるＳＳ１では、ＢＳからの信号波が強く、ＲＳからの干渉波が問題とならない。また、ＳＳ２では、ＢＳからの信号が障害物によって遮断され、ＲＳからの信号しか受信しない。このような場合には、ＢＳからＳＳ１への通信と、ＲＳからＳＳ２への通信を多重することにより、スループットを改善することができる。
【０００７】
しかし、非特許文献２におけるＢＳとＲＳによる周波数の多重は、ＢＳと単一のＲＳのスケジューリング手順に留まっている。複数のＲＳやＢＳが存在する場合、多重するＢＳやＲＳの組合せパターン（以下、多重組合せパターン）が多くなり、さらに各ＳＳの位置する環境によって多重可能な多重組合せパターンやトータルスループットを最大化できる多重組合せパターンが異なる。そのため、トータルスループットを最大化するために、多重組合せパターンに含まれるＢＳやＲＳがそれぞれ通信するＳＳの環境を考慮して、最適な多重組合せパターンを動的に選択する手法が求められている。
【０００８】
図１４に示すフレーム構成において、時間軸または周波数軸において各ＳＳに割り当てる通信領域（以下、スロット）に分割し、スロットごとに多重組合せパターンを動的に選択する方法として、次の２つの方法が考えられる。
【０００９】
方法１は、各スロットにおいて、各ＳＳを多重組合せパターンごとに多重可否を判定し、多重組合せパターンに含まれるＢＳとＲＳの合計数（＝多重数）が最大になるように、多重組合せパターンと当該パターンで通信するＳＳを選択する。
【００１０】
方法２は、非特許文献３に示されるように、各スロットにおいて多重して通信するＳＳのスループットの合計が最大になるように、多重組合せパターンと当該パターンで通信するＳＳを選択する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】IEEE Draft standards for Local and metropolitan area networks, Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, Multihop Relay Specification, 8.4.4.8 TDD frame structure of MR-BS and RS, pp.194-202, 2008
【非特許文献２】大野陽平、清水達也、中津川征士、「無線中継アクセスシステムにおけるリソース制御に関する検討」、2008年電子情報通信学会総合大会、B-5-186 、2008年
【非特許文献３】大野陽平、清水達也、中津川征士、「複数中継局を備えた無線アクセスシステムにおける周波数リユース効果」、2008年電子情報通信学会ソサイエティ大会、B-5-103 、2008年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
方法１の周波数の多重可否判定は、図１６に示すように、例えばＱＰＳＫ復調可能なレベルなどに設定されるＣＩＮＲの閾値に基づいている。具体的には、ＢＳとＲＳが同時に同じ周波数の信号を送信したときに、ＢＳまたはＲＳの一方からＳＳへの送信信号に対する他方からの電波干渉量が大きくなく、一方からの送信信号のＣＩＮＲが閾値以上であれば、そのＳＳはＢＳとＲＳによる周波数多重が可能と判定するものである。ここで、ＢＳとＲＳ１とＲＳ２が存在し、ＢＳとＲＳ１とＲＳ２で周波数を多重する場合、それぞれのサービスエリアに位置しているＳＳ１とＳＳ２とＳＳ３とのＣＩＮＲの全てがＱＰＳＫ復調可能なレベル以上であれば、最大の多重数を有するＢＳとＲＳ１とＲＳ２による多重組合せパターンが選択される。
【００１３】
しかし、実際にはＢＳとＲＳ１とＲＳ２の多重組合せパターンより、ＢＳとＲＳ１の２つの多重組合せパターンの方が高いトータルスループットを実現できる場合がある。例えば、前者の多重組合せパターンではＳＳ１とＳＳ２とＳＳ３はＱＰＳＫでしか通信できないが、後者の多重組合せパターンではＳＳ１とＳＳ２は16ＱＡＭを用いて通信できる場合である。
【００１４】
また、ＢＳとＲＳ１の多重組合せパターンより、ＲＳ１とＲＳ２の多重組合せパターンの方がより高いトータルスループットを確保できる状況がある。方法２は、このような状況を想定しており、図１７に示される伝送レートリストを用いて、多重して通信するＳＳのスループットの和が最大になるように、多重組合せパターンと当該パターンで通信するＳＳを選択する。すなわち、全ての多重組合せパターンに対する合計レートを比較する。例えば、多重組合せパターンＢＳ，ＲＳ１，ＲＳ２の合計レートはＸ１＋Ｘ２＋Ｘ３であり、多重組合せパターンＢＳ，ＲＳ１の合計レートはＸ４＋Ｘ５であるが、それらの合計レートの中で最大となる多重組合せパターンを選択する。
【００１５】
しかし、方法２では、スロットごとに最大のトータルスループットを確保できるが、スループットの公平性を考慮して、全てのＳＳに対して均等にスロットサイズを割り当てる場合などでは、必ずしもフレーム全体でトータルスループットを最大化できないことがある。図１８に示すように、方法１では多重組合せパターンＢＳ，ＲＳ１，ＲＳ２が選択されており、１つのスロットですべてのＳＳの通信を割り当てられるので、アクセス区間をスロットに分割する必要はない。一方、方法２はスロットごとに最もスループットの和が高くなるように多重組合せパターンＢＳ，ＲＳ１が選択され、ＢＳ，ＲＳ１はそれぞれＳＳ１，ＳＳ２と周波数を多重して通信する。全てのＳＳに対して均等にスロットサイズを割り当てる場合は、ＳＳ３に対してのスロットを用意する必要があり、アクセス区間は２スロットに分割される。したがって、多重組合せパターンに割り当てられるスロットサイズが小さくなり、フレーム全体におけるトータルスループットが方法１に比べて小さくなる。
【００１６】
このように、フレーム全体におけるトータルスループットを最大化するという目的で、方法１および方法２は多重組合せパターンを必ずしも最適に選択できていない。
【００１７】
本発明は、複数の中継局ＲＳを備えた無線通信システムにおいて、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳが複数の端末局ＳＳへの通信に用いる周波数を多重する際に、最適な基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳの多重組合せパターンと、その多重組合せパターンにおいて各基地局ＢＳや中継局ＲＳが通信する端末局ＳＳの組合せが得られ、フレーム全体でトータルスループットを向上させることができる無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
第１の発明は、基地局ＢＳと、複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳによって構成される無線通信システムにおいて、基地局ＢＳは、基地局ＢＳおよび複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳとのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを決定する第１の手段と、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳの一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは複数の中継局ＲＳが、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局ＳＳに対して送信したときの、各端末局ＳＳと端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳとのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２の手段と、組合せパターンごとに、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは中継局と通信する複数の端末局ＳＳのグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局ＳＳを選択し、さらにグループごとに選択された端末局ＳＳの伝送レートの和と組合せパターンに含まれる基地局ＢＳと中継局ＲＳの合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局ＳＳを除外して、さらに端末局ＳＳの選択、組合せパターンの決定、端末局ＳＳの除外の手順を繰り返し、すべての端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンを決定する第３の手段とを備える。
【００１９】
第１の発明の無線通信システムにおいて、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。
【００２０】
第１の発明の無線通信システムにおいて、第１の手段は、基地局ＢＳと端末局ＳＳとの間、基地局ＢＳと中継局ＲＳとの間、中継局ＲＳと端末局ＳＳとの間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、端末局ＳＳごとに、基地局ＢＳとの直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと端末局ＳＳの伝送レート）を計算し、中継局ＲＳとの直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート＋１／中継局ＲＳと端末局ＳＳ間の伝送レート）を計算する手段と、無線リソースが最小となる基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを選択する手段とを備える。
【００２１】
第１の発明の無線通信システムにおいて、基地局ＢＳと中継局ＲＳは時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが端末局ＳＳと通信するアクセス区間と、基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが中継する中継区間とに時分割する構成であり、基地局ＢＳは、基地局ＢＳと中継局ＲＳが通信するデータ量と、中継局ＲＳと端末局ＳＳが通信するデータ量が等しくなるように、アクセス区間と中継区間の比率を制御する構成である。また、基地局ＢＳは、アクセス区間と中継区間の比率を、中継局ＲＳごとに、（中継局ＲＳとその中継局ＲＳと直接通信する端末局ＳＳ間の伝送レートの和）／（基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート×端末局ＳＳの通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定する構成としてもよい。
【００２２】
第１の発明の無線通信システムにおいて、基地局ＢＳを制御局機能を有する第１の基地局ＢＳとし、複数の中継局ＲＳに代えて複数の第２の基地局ＢＳを備え、第１の基地局ＢＳと第２の基地局ＢＳとの間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する構成である。
【００２３】
第２の発明は、基地局ＢＳと、複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳによって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、基地局ＢＳは、基地局ＢＳおよび複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳとのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを決定する第１のステップと、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳの一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは複数の中継局ＲＳが、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局ＳＳに対して送信したときの、各端末局ＳＳと端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳとのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２のステップと、組合せパターンごとに、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは中継局と通信する複数の端末局ＳＳのグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局ＳＳを選択し、さらにグループごとに選択された端末局ＳＳの伝送レートの和と組合せパターンに含まれる基地局ＢＳと中継局ＲＳの合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局ＳＳを除外して、さらに端末局ＳＳの選択、組合せパターンの決定、端末局ＳＳの除外の手順を繰り返し、すべての端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンを決定する第３のステップとを有する。
【００２４】
第２の発明の無線通信システムのスケジューリン方法において、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。
【００２５】
第２の発明の無線通信システムのスケジューリン方法において、第１のステップは、基地局ＢＳと端末局ＳＳとの間、基地局ＢＳと中継局ＲＳとの間、中継局ＲＳと端末局ＳＳとの間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、端末局ＳＳごとに、基地局ＢＳとの直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと端末局ＳＳの伝送レート）を計算し、中継局ＲＳとの直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート＋１／中継局ＲＳと端末局ＳＳ間の伝送レート）を計算するステップと、無線リソースが最小となる基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを選択するステップとを有する。
【００２６】
第２の発明の無線通信システムのスケジューリン方法において、基地局ＢＳと中継局ＲＳは時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが端末局ＳＳと通信するアクセス区間と、基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが中継する中継区間とに時分割する構成であり、基地局ＢＳは、基地局ＢＳと中継局ＲＳが通信するデータ量と、中継局ＲＳと端末局ＳＳが通信するデータ量が等しくなるように、アクセス区間と中継区間の比率を制御する。また、基地局ＢＳは、アクセス区間と中継区間の比率を、中継局ＲＳごとに、（中継局ＲＳとその中継局ＲＳと直接通信する端末局ＳＳ間の伝送レートの和）／（基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート×端末局ＳＳの通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定してもよい。
【００２７】
第２の発明の無線通信システムのスケジューリン方法において、基地局ＢＳを制御局機能を有する第１の基地局ＢＳとし、複数の中継局ＲＳに代えて複数の第２の基地局ＢＳを備え、第１の基地局ＢＳと第２の基地局ＢＳとの間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する。
【００２８】
第３の発明は、基地局ＢＳと、複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳによって構成される無線通信システムの基地局ＢＳにおいて、基地局ＢＳおよび複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳとのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを決定する第１の手段と、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳの一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは複数の中継局ＲＳが、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局ＳＳに対して送信したときの、各端末局ＳＳと端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳとのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２の手段と、組合せパターンごとに、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは中継局と通信する複数の端末局ＳＳのグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局ＳＳを選択し、さらにグループごとに選択された端末局ＳＳの伝送レートの和と組合せパターンに含まれる基地局ＢＳと中継局ＲＳの合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局ＳＳを除外して、さらに端末局ＳＳの選択、組合せパターンの決定、端末局ＳＳの除外の手順を繰り返し、すべての端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンを決定する第３の手段とを備える。
【００２９】
第３の発明の無線通信システムの基地局ＢＳにおいて、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。
【００３０】
第３の発明の無線通信システムの基地局ＢＳにおいて、第１の手段は、基地局ＢＳと端末局ＳＳとの間、基地局ＢＳと中継局ＲＳとの間、中継局ＲＳと端末局ＳＳとの間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、端末局ＳＳごとに、基地局ＢＳとの直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと端末局ＳＳの伝送レート）を計算し、中継局ＲＳとの直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート＋１／中継局ＲＳと端末局ＳＳ間の伝送レート）を計算する手段と、無線リソースが最小となる基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを選択する手段とを備える。
【００３１】
第３の発明の無線通信システムの基地局ＢＳにおいて、基地局ＢＳと中継局ＲＳは時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが端末局ＳＳと通信するアクセス区間と、基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが中継する中継区間とに時分割する構成であり、基地局ＢＳと中継局ＲＳが通信するデータ量と、中継局ＲＳと端末局ＳＳが通信するデータ量が等しくなるように、アクセス区間と中継区間の比率を制御する構成である。また、基地局ＢＳは、アクセス区間と中継区間の比率を、中継局ＲＳごとに、（中継局ＲＳとその中継局ＲＳと直接通信する端末局ＳＳ間の伝送レートの和）／（基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート×端末局ＳＳの通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定する構成としてもよい。
【００３２】
第３の発明の無線通信システムの基地局ＢＳにおいて、複数の中継局ＲＳに代えて配置される複数の基地局ＢＳとの間で、バックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する制御局機能を備える。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳが複数の端末局ＳＳへの通信に用いる周波数を多重する際に、最適な基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳによる組合せパターンと、その組合せパターンにおいて各基地局ＢＳや中継局ＲＳが通信する端末局ＳＳの組合せが得られ、フレーム全体でトータルスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の無線通信システムの実施形態を示す図である。
【図２】ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例を示す図である。
【図３】スケジュール情報構築部３２のスケジューリング処理手順を示すフローチャートである。
【図４】ＳＳの多重組合せ設定手順Ｓ１の一例を示すフローチャートである。
【図５】伝搬路情報記憶部３１の一例を示す図である。
【図６】グループ化処理の一例を示す図である。
【図７】グループ化処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】ＣＩＮＲリストの一例を示す図である。
【図９】伝送レートリストの一例を示す図である。
【図１０】正規化した伝送レートリストの一例を示す図である。
【図１１】多重組合せリストの一例を示す図である。
【図１２】アクセス区間と中継区間の比率設定手順Ｓ２の一例を示すフローチャートである。
【図１３】ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例を示す図である。
【図１４】従来のフレーム構成の一例を示す図である。
【図１５】単一のＢＳとＲＳによる多重の一例を示す図である。
【図１６】従来の周波数多重可否判定手順を示すフローチャートである。
【図１７】従来の多重組合せパターン選定の一例を示す図である。
【図１８】方法１と方法２の比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（無線通信システムの実施例）
図１は、本発明の無線通信システムの実施例の構成を示す。
図１において、本実施例の無線通信システムは、バックボーンネットワーク１に接続されるＢＳ１０、複数（ｍ個）のＲＳ２０(1) 〜２０(m) 、複数（ｎ個）のＳＳ３０(1) 〜３０(n) から構成される。
【００３６】
ＢＳ１０のデータバッファ部１１は、バックボーンネットワーク１からデータを入力する。スケジューラ１２は、フレームをＤＬサブフレームとＵＬサブフレームに分割し、さらに各サブフレームをアクセス区間と中継区間に再分割し、受信部１７から入力する伝搬路情報を基に、アクセス区間および中継区間を時間領域および周波数領域で分割するスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部１１からデータを取り出し、送信データ生成部１３へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューラ１２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレームを作成する。送信部１４は、送信データ生成部１３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信の切り替えを制御するＴＤＤスイッチ１５を介してアンテナ１６から複数のＲＳ２０およびＢＳ配下のＳＳ３０に送信する。
【００３７】
また、ＢＳ１０のアンテナ１６で受信する無線信号は、ＴＤＤスイッチ１５を介して受信部１７に入力する。受信部１７は、ＵＬサブフレームの無線信号を周波数変換および復調し、復調された受信データをデータバッファ部１１に出力し、さらにバックボーンネットワーク１に出力する。
【００３８】
ＲＳ２０は、アンテナ２６に受信する無線信号をＴＤＤスイッチ２５を介して受信部２７に入力する。受信部２７は、ＤＬサブフレームの中継区間およびＵＬサブフレームのアクセス区間の無線信号を周波数変換および復調する。ＢＳ１０または前ホップのＲＳから送信された制御メッセージはスケジューラ２２に入力され、ＢＳ１０、ＳＳ３０との送受信に用いる周波数領域および時間領域を把握する。受信部２７で復調されたＤＬサブフレームの中継区間およびＵＬサブフレームのアクセス区間の受信データはデータバッファ部２１に入力される。
【００３９】
ＲＳ２０のスケジューラ２２は、ＢＳ１０から通知されるスケジュール情報と受信部２７から入力する伝搬路情報を基にスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部２１からデータを取り出し、送信データ生成部２３へ出力する。送信データ生成部２３は、スケジューラ２２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレームを作成する。送信部２４は、送信データ生成部２３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信の切り替えを制御するＴＤＤスイッチ２５を介してアンテナ２６からＢＳ１０またはＳＳ３０に送信する。
【００４０】
ＳＳ３０は、アンテナ３１を介してＢＳ１０またはＲＳ２０が送信するスケジュール情報を参照し、フレームのアクセス区間において送受信を行う。
【００４１】
（ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例）
図２は、ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例を示す。
図２において、スケジューラ１２は、受信部１７から入力する伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部３１と、スケジュール情報を構築するスケジュール情報構築部３２から構成される。
【００４２】
図３は、スケジュール情報構築部３２のスケジューリング処理手順を示す。
図３において、スケジュール情報構築部３２は、伝搬路情報記憶部３１を参照してＳＳの多重組合せを設定し（Ｓ１）、アクセス区間と中継区間の比率を設定する（Ｓ２）。
【００４３】
ＢＳ１０のスケジューラ１２の伝搬路情報記憶部３１には、ＢＳとＳＳ(i) 間のＣＮＲ（BS CNR(i))と、ＲＳ(j) とＳＳ(i) 間のＣＮＲ（RSj CNR(i)) と、ＢＳとＲＳ(j) 間のＣＮＲ（BS CNR RELAY(j))が保存されている。ｉはＳＳの識別番号であり、ｊはＲＳの識別番号である。一例として、ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合の伝搬路情報記憶部３１の状態を図５に示す。ＣＮＲ（Carrier-to-Noise Ratio) は、ＢＳとＲＳが周波数多重しないときにＳＳが受信する搬送波電力対雑音電力比の値である。
【００４４】
BS CNR(i) は、ＢＳが各ＳＳ(i) の送信信号をアンテナ１６、ＴＤＤスイッチ１５を介して受信部１７で受信してそのＣＮＲを把握するか、またはＢＳが送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳ(i) が受信し、ＳＳ(i) でＣＮＲを把握してその結果をＢＳに通知することにより、伝搬路情報記憶部３１に登録される。
【００４５】
RSj CNR(i)は、まずＲＳ(j) が各ＳＳ(i) の送信信号を受信してＣＮＲを把握するか、またはＲＳ(j) が送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳ(i) が受信し、ＳＳ(i) でＣＮＲを把握してその結果をＲＳ(j) に通知し、さらにＲＳ(j) からＢＳへそのＣＮＲを通知することにより、伝搬路情報記憶部３１に登録される。このとき、ＢＳがＲＳ(j) の送信信号を受信することにより、ＢＳとＲＳ(j) と間のＣＮＲが把握される。
【００４６】
（図３のステップＳ１の多重組合せ設定手順）
本発明では、全てのＳＳに対してスループットの公平性を考慮して均等にスロットサイズを割り当てる場合などにおいて、ＢＳと複数のＲＳが複数のＳＳへの通信に用いる周波数を多重した場合のトータルスループットの最大化を目的としている。そのため、図３のステップＳ１の多重組合せ設定手順では、ＢＳと複数のＲＳの最適な多重組合せパターンと、この多重組合せパターンにおけるそれぞれのＢＳやＲＳが通信するＳＳの組合せを選択する。
【００４７】
ＢＳと複数のＲＳが複数のＳＳへの通信に用いる周波数を多重した場合のトータルスループットは、シャノンの定理を用いて次のように表される。
【数１】
【００４８】
ここで、ＫはＳＳ数、ＬはＢＳとＲＳの合計数、Ｔはアクセス区間を分割するスロット数を示す。Ｂはシステムが保有する周波数帯域、ｐはＢＳとＲＳの送信電力、Ｎ0 は雑音電力密度、ｈk,l はＢＳ(l) とＳＳ(k) とのチャネル利得を示す。なお、図１の実施例の構成では、ＢＳ(1) はＢＳを示し、それ以外のＢＳ(l) はＲＳに相当する。Ｃ(k,l,t) は、０と１により構成されるＫ×Ｌ×Ｔの割当行列の要素であり、スロット(t) でＢＳ(l) からＳＳ(k) へ通信する場合は１と設定され、そうでない場合は０と設定される。例えば、Ｋ＝３、Ｌ＝３の場合、スロット(t')におけるＣ(k,l,t')がＫ×Ｌの行列
【数２】
の要素として表される場合、ＢＳ(1) とＳＳ(1) との通信およびＢＳ(2) とＳＳ(3) との通信が、スロット(t')において周波数を多重して行われる。Σｐ｜ｈk,j ｜2 は、ＢＳ(l) とＳＳ(k) 間の通信時における干渉電力を示す。上記のＣ(k,l,t')の場合、多重組合せパターンはＢＳ(1) とＢＳ(2) であるので、スロット(t')でＢＳ(1) とＳＳ(1) の通信に対しては、ＲＳ(2) からＳＳ(1) への干渉電力がΣｐ｜ｈk,j ｜2 に相当する。
【００４９】
トータルスループットを最大化するためには、最適な割当行列の要素Ｃ(k,l,t) を選択することで、ＢＳと複数のＲＳの多重組合せパターンと、この多重組合せパターンにおいてそれぞれのＢＳやＲＳが通信するＳＳの組合せを導くことができる。全てのＳＳをいずれか１つのスロットでいずれか１つのＲＳとの通信に割り当てる場合、最適な割当行列の要素Ｃ(k,l,t) には制約条件である
【数３】
が付加される。この場合に、Ｃ(k,l,t) が取りうる行列のパターン数は（Ｌ・Ｔ) K となる。また、Ｔの数は多重組合せパターンによって１〜Ｋの領域で動的に変化する。したがって、ＲＳ数またはＳＳ数が増加するに従い、Ｃ(k,l,t) の組合せ数が増え、最適な解を得るまでには膨大な計算処理が必要となる。
【００５０】
しかし、各ＳＳにおける各ＢＳまたはＲＳからの受信信号電力がフェージングによって時々刻々と変化する環境では、それらに追随可能なスケジューリングが問われるので、計算処理を軽減する必要がある。そこで、準最適解を得ることを目的として (1)式を簡略化する。具体的には、全てのＳＳにおいて、所望のＢＳまたはＲＳからの信号電力が等しくｈであり、全てのＢＳ、ＲＳからの干渉電力が等しくｈ’であると仮定する。さらに、全てのＳＳにおいて、多重組合せパターンにおける多重数を等しくＭと仮定した場合、トータルスループットは次のように簡略化できる。
Ｍ・(Ｂ／(Ｋ／Ｍ)) log2(１＋ｐ｜ｈ｜2／(Ｎ0Ｂ＋Ｍｐ｜h'｜2))
＝（Ｂ／Ｋ)・Ｍ2・Ｆ(M) …(2)
【００５１】
この場合、スロット数ＴはＫ／Ｍと計算できる。また、
Ｆ(M) ＝ log2(１＋ｐ｜ｈ｜2／(Ｎ0Ｂ＋Ｍｐ｜h'｜2))
としている。上記の仮定においては、トータルスループットの最大化を図るためには、(2) 式を最大化するように、多重数Ｍを選択することが必要である。
【００５２】
ここで、背景技術に記した方法１および方法２と比較する。方法１は、 (2)式においてＭを最大化する方法である。方法２は、Ｍ・Ｆ(M) を最大化する方法である。したがって、本発明では、 (2)式に基づいてＭ2 ・Ｆ(M) を最大化するために、方法２において各スロットで多重して通信するＳＳのスループットの合計（＝Ｍ・Ｆ(M) ）に多重数Ｍを重み付けした値が最大となるように、多重組合せパターンと当該パターンにおいて通信するＳＳを選択する。
【００５３】
図４は、ＳＳの多重組合せ設定手順Ｓ１の一例を示す。
図４において、ＳＳのグループ化（S101) では、ＳＳが直接通信するＢＳまたはＲＳ(j) を決定し、ＢＳと直接通信するＳＳはＢＳグループに分類し、ＲＳ(j) と通信するＳＳはＲＳ(j) グループに分類する。ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合のグループ化処理の一例を図６に示す。図６では、ＳＳ(1) とＳＳ(2) はＢＳグループに分類され、ＳＳ(3) とＳＳ(4) はＲＳ(1) グループに分類され、ＳＳ(5) とＳＳ(6) はＲＳ(2) グループに分類される。ここでの分類は、各ＳＳ(i) にとって最もＣＮＲの高いＢＳまたはＲＳ(j) のグループを選択してもよい。また、ＢＳと直接通信したときにアクセスに必要となる無線リソースと、ＲＳ(j) を介して通信したときに中継とアクセスで必要になる無線リソースの和を比較し、必要となる無線リソースが最小となるＢＳまたはＲＳ(j) のグループを選択してもよい。後者の場合のグループ化処理手順の一例を図７に示す。
【００５４】
まず、伝搬路情報記憶部３１に登録されているBS CNR(i) とRSj CNR(i)から、通信可能なアクセスの伝送レートBS RATE(i)とRSj RATE(i) を推定する(S1011) 。続いて、ＢＳとＲＳ(j) 間のBS CNR RELAY(j) から通信可能な中継の伝送レートBS RATE RELAY(j)を推定する(S1012) 。続いて、ＳＳ(i) ごとに、ＢＳと直接通信したときにアクセスに必要となる無線リソース
１／BS RATE(i)
と、ＲＳ(j) を介して通信したときに中継とアクセスに必要となる無線リソース
１／BS RATE RELAY(j)＋１／RSj RATE(i)
とを計算し（S1013)、各ＳＳ(i) をリソースが最小となるＢＳまたはＲＳ(j) のグループに分類する（S1014)。
【００５５】
続いて図４において、ＢＳやＲＳ(j) が使用する周波数を多重したときの干渉量を考慮した伝送レートリストを作成する（S102）。伝送レートリストは、多重組合せパターンに対応した伝送レートが計算される。ＲＳ数（ＢＳ数を含む）がＬであった場合、多重組合せパターン数Ｘは、
Ｘ＝２L −１
である。まず、組み合わせパターンごとのＣＩＮＲリストが真値で
ＣＩＮＲ＝（ＳＳが直接通信するＢＳまたはＲＳ(j) からのＣＮＲ）／（１＋Σ多重 組み合わせパターンで干渉となるＢＳまたはＲＳ(j) からのＣＮＲ）
と計算され、ＣＩＮＲリストの値と通信可能な変調方式の多値数から伝送レートリストの値が推定される。
【００５６】
一例として、ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合のＣＩＮＲリストを図８に示し、伝送レートリストを図９に示す。多重組合せパターン数は７である。多重組合せパターンＩＤ＝１は、ＢＳ、ＲＳ(1) 、ＲＳ(2) の３個をすべて多重した場合である。多重組合せパターンＩＤ＝２〜４は、ＢＳ、ＲＳ(1) 、ＲＳ(2) のいずれか２個を多重した場合である。多重組合せパターンＩＤ＝５〜７は、ＢＳ、ＲＳ(1) 、ＲＳ(2) のいずれも周波数を多重しない場合である。
【００５７】
なお、図８および図９において斜線を記入した部分は、そのＳＳは周波数多重通信を行わないことを示す。例えば、図８の多重組合せパターンＩＤ＝２の列では、ＢＳとＲＳ(1) が同時送信した場合の各ＳＳのＣＩＮＲが記されている。ＳＳ(1) とＳＳ(2) はＢＳと直接接続するグループであり、対応する欄にＢＳとのＣＩＮＲが記されている。また、ＳＳ(3) とＳＳ(4) はＲＳ(1) と直接接続するグループであり、対応する欄にＲＳ(1) とのＣＩＮＲが記されている。一方、ＳＳ(5) とＳＳ(6) はＲＳ(2) と直接接続するグループであり、多重組合せパターンＩＤ＝２ではＲＳ(2) は信号を送信しないため、斜線が記入されている。
【００５８】
続いて、多重組合せパターンＩＤをｘ＝１と設定し（S103）、ステップS102で作成した伝送レートリストから多重組合せパターンＩＤ＝ｘにおいて多重化する各グループ（ＢＳグループ、ＲＳ(j) グループ）から最も伝送レートの高いＳＳを伝送レートリストから選択する（S104）。続いて、多重化する各グループで選択したＳＳの伝送レートの和を計算し、その値に多重組合せパターンＩＤ＝ｘに含まれるＢＳとＲＳの合計数である多重数を乗算する（S105）。多重組合せパターンＩＤのｘを１つずつ増やしながら（S107）、ステップS104,S105 を繰り返す。すべての多重組合せパターンでステップS104,S105 を繰り返した後に（S106でYes ）、各多重組合せパターンにおけるステップS105で乗算した値を比較し（S108）、最大となる多重組合せパターンで選択したＳＳを多重組合せとして確定するとともにその伝送レートを保存し（S109）、そのＳＳの伝送レートを伝送レートリストから削除する（S110）。そして、ステップS103〜S110を繰り返し、すべてのＳＳの多重組合せを確定したら（S111でYes ）、多重組合せリストを作成して多重組合せの設定を終了する（S112）。
【００５９】
また、伝送レートリストは、図１０に示すように各ＳＳの多重組合せパターンごとの伝送レートを、多重していないときの各ＳＳの伝送レートで正規化してもよい。この場合についても、正規化された伝送レートを参照して図４のステップS103〜S111の処理を実施し、多重組合せの設定を行う。
【００６０】
ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合の多重組合せリストの一例を図１１に示す。多重組合せリストには確定した多重組合せが示されていると同時に、その多重組合せの伝送レートが示されている。ＳＳ(1) ，ＳＳ(3) 、ＳＳ(5) は多重組合せパターンＩＤ＝１であり、それぞれＢＳ、ＲＳ(1）、ＲＳ(2) によって同じ周波数で多重化されて通信する。ＳＳ(4) ，ＳＳ(6) は多重組合せパターンＩＤ＝４であり、それぞれＲＳ(1),ＲＳ(2) によって同じ周波数で多重化されて通信する。ＳＳ(2) は多重組合せパターンＩＤ＝５であり、ＢＳはＲＳ(1),ＲＳ(2) と周波数を多重せずに占有して通信する。
【００６１】
（図３のステップＳ２のアクセス区間と中継区間の比率設定手順）
図１２は、アクセス区間と中継区間の比率設定手順Ｓ２の一例を示す。
図１２において、各ＲＳは、中継区間で通信するデータ量と、アクセス区間で通信するデータ量のいずれかがボトルネックとならないように区間の比率を設定する。具体的には、ステップＳ１で設定された多重組合せリストと、スケジューラ１２の伝搬路情報記憶部３１に保存されているＢＳとＲＳ(j) 間のＣＮＲから推定される伝送レートBS RATE RELAY(j)から、アクセス区間と中継区間で通信できるデータ量が等しくなるように、アクセス区間長length１と中継区間長length２の比率length２／length１を決定する。
【００６２】
アクセス区間において、ＳＳを割り当てた各多重組合せに等しい通信区間を設定する場合、アクセス区間はＳＳを割り当てた各多重組合せ数（スロット数Ｔ）で分割される。なお、図１１ではＴ＝３である。ＲＳ(j) がアクセス区間で通信できるデータ量は、多重組合せリストでＲＳ(j) グループに割り当てられたＳＳの伝送レートの和に、
length１／Ｔ
を乗算して計算する。ここで、ＲＳ(j) がアクセス区間でＳＳと通信可能なデータ量は、
ΣＲＳj RATE・length１／Ｔ
となる。一方、中継区間においてＢＳとＲＳ(j) 間で通信可能なデータ量は、
BS RATE RELAY(j)・ａ(j)・length２
である。ここで、ａ(j) とは、ＲＳ(j) に割り当てた通信区間の中継区間length２に対する比率である。
【００６３】
続いて、この２式の右辺が等しくなるように設定すると、
ａ(j) ＝ (ΣRSj RATE／BS RATE RELAY(j))・(length1／length2・Ｔ)
となる。このとき、Σａ(j) ＝１（ｊ＝１からｊ＝ＲＳ数を加算）であるので、アクセス区間と中継区間の比率は、
length1／length2 ＝Σ(ΣRSj RATE／BS RATE RELAY(j))・(１／Ｔ）
と決定することができる。
【００６４】
ＢＳ１０のスケジューラ１２は、スケジュール情報構築部３２において、以上のようにＳＳの多重組合せとアクセス区間と中継区間の比率を反映させたスケジューリング情報を構築し、送信データ生成部１４へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューラ１２から入力するデータとスケジュール情報から構築される制御信号によってフレームを作成する。アクセス区間における制御信号は、ＢＳ１０からＳＳに割り当てた通信領域の情報を含む。中継区間の制御信号は、複数のＲＳがスケジューリング情報を構築するために必要な情報、例えばアクセス区間と中継区間の比率や、ＳＳの多重組合せの情報に加えて、各多重組合せのＳＳが使用する通信領域の情報などが含まれる。
【００６５】
（ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例）
図１３は、ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例を示す。
図１３において、スケジューラ２２は、ＲＳ配下のサブチャネルごとの伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部３３、ＢＳのスケジュール情報保持部３４、スケジュール情報構築部３５から構成される。ＢＳのスケジュール情報保持部３４には、ＲＳ２０が中継区間でＢＳ１０から受信した制御信号に含まれるスケジュール情報、例えばアクセス区間と中継区間の比率や、ＳＳの多重組合せの情報などが、受信部２７から入力して保存される。スケジュール情報構築部３５は、ＢＳのスケジュール情報保持部３４を参照して、ＲＳ２０から複数のＳＳへのスケジュール情報を構築し、送信データ生成部２３へ出力する。
【００６６】
なお、以上の実施例では、本発明のスケジューリング処理における端末局ＳＳの多重組合せの設定の手順（ステップＳ１）を、基地局ＢＳ、複数の中継局ＲＳ、複数の端末局ＳＳが存在する環境で実施する場合について説明した。しかし、本手順は、複数の基地局ＢＳと複数の端末局ＳＳが存在する環境であっても、複数の基地局ＢＳを集中的に制御可能な制御局機能を備えることにより実施することができる。
【００６７】
例えば、制御局機能を有する１つの基地局ＢＳ１と、その他の複数の基地局ＢＳ２と、複数の端末局ＳＳとからなる無線通信システムにおいて、基地局ＢＳ１を図１の基地局ＢＳと同様の構成とし、基地局ＢＳ２を図１の中継局ＲＳと同様の構成とすればよい。ただし、基地局ＢＳ２はそれぞれバックボーンネットワークに接続される点が中継局ＲＳとは異なる。このようなシステムでは、図１４における中継区間の長さは、基地局ＢＳ１と基地局ＢＳ２とがバックボーンネットワークを介して制御信号を送受信する場合はゼロであり、または基地局ＢＳ１と基地局ＢＳ２とが無線通信によって制御信号を送受信する場合は一定値となるため、図３におけるアクセス区間と中継区間の比率設定の手順（ステップＳ２）は不要となる。
【符号の説明】
【００６８】
１ バックボーンネットワーク
１０ 基地局（ＢＳ）
２０ 中継局（ＲＳ）
１１，２１ データバッファ部
１２，２２ スケジューラ
１３，２３ 送信データ生成部
１４，２４ 送信部
１５，２５ ＴＤＤスイッチ
１６，２６ アンテナ
１７，２７ 受信部
３１，３３ 伝搬路情報記憶部
３２，３５ スケジュール情報構築部
３４ ＢＳのスケジュール情報保持部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局および中継局を備えた無線通信システムにおいて、システム全体のトータルスループットを向上させる無線リソースのスケジューリングを行う無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
IEEE802.16で規格化されているIEEE802.16e-2005規格の通信方式（いわゆるモバイルＷｉＭＡＸ(Worldwide interoperability for microwave access) ）では、高速なデータサービスに加えて、ＶｏＩＰやストリーミング配信など、様々なアプリケーションに幅広く対応できるように設計されている。周波数帯域としてマイクロ波帯を使用することで、サービスエリアの広域化が期待されている。しかし、建物や丘陵地の起伏などによって、電波遮蔽に伴うスループットの劣化やカバレッジホールが発生するため、単一の基地局（以下、ＢＳ）による広域化には限界がある。
【０００３】
また、IEEE802.16TGj では、IEEE802.16e-2005規格に中継局（以下、ＲＳ）を適用させるための拡張作業が行われている（非特許文献１）。ＲＳを用いることにより、建物などの電波遮蔽による通信品質が劣化するエリアの補完や、サービスエリアの拡張が期待できる。検討されている中継方式は、同一チャネルでの中継を実現するために、同一の周波数帯域をアクセス回線と中継回線で時分割多重する方式である。
【０００４】
IEEE802.16TGj で示される時分割で中継を実現するフレーム構成の一例を図１４に示す。ＢＳとＲＳは１つのフレームを時分割複信によって、ダウンリンク（以下、ＤＬ）サブフレームとアップリンク（以下、ＵＬ）サブフレームに分割し、さらに各サブフレームをアクセス区間と中継区間に再分割する。アクセス区間は、ＢＳおよびＲＳが共に端末局（以下、ＳＳ）と通信する区間であり、このときＢＳおよびＲＳとＳＳとの通信が相互に干渉となる場合には、ＢＳおよびＲＳは使用するリソース（周波数と時間）を分割する。ＤＬサブフレームにおける中継区間は、ＢＳが中継データを送信し、ＲＳがその中継データを受信する区間である。ＵＬサブフレームにおける中継区間は、ＲＳが中継データを送信し、ＢＳがその中継データを受信する区間である。また、ＤＬサブフレームにおいて、アクセス区間とＢＳの中継区間の先頭で、各ＳＳやＲＳと同期をとるためのプリアンブルや、通信に割り当てるサブチャネルや時間を通知するスケジュール情報などの制御信号を送信する。
【０００５】
図１４で示される時分割で中継を実現する方式では、各サブフレームに中継用のリソースを設定するためにアクセス用のリソースが抑圧される。そのため、ＰＭＰ(Point-to-Multipoint) で構成されるシステムと比較してシステム全体のトータルスループットが低くなる問題がある。非特許文献２では、無線リソース（無線フレームの時間・周波数）を効率的に利用してトータルスループットを改善するために、ＢＳとＲＳが使用する周波数の多重、アクセス区間と中継区間の比率の制御、サブキャリアの最適割当の適用が提案されている。
【０００６】
なお、ここでの多重または周波数の多重とは、１以上のＢＳや１以上のＲＳが同一時間で同一周波数を用いて複数の異なるＳＳと通信することが指す。例えば、図１５におけるＳＳ１では、ＢＳからの信号波が強く、ＲＳからの干渉波が問題とならない。また、ＳＳ２では、ＢＳからの信号が障害物によって遮断され、ＲＳからの信号しか受信しない。このような場合には、ＢＳからＳＳ１への通信と、ＲＳからＳＳ２への通信を多重することにより、スループットを改善することができる。
【０００７】
しかし、非特許文献２におけるＢＳとＲＳによる周波数の多重は、ＢＳと単一のＲＳのスケジューリング手順に留まっている。複数のＲＳやＢＳが存在する場合、多重するＢＳやＲＳの組合せパターン（以下、多重組合せパターン）が多くなり、さらに各ＳＳの位置する環境によって多重可能な多重組合せパターンやトータルスループットを最大化できる多重組合せパターンが異なる。そのため、トータルスループットを最大化するために、多重組合せパターンに含まれるＢＳやＲＳがそれぞれ通信するＳＳの環境を考慮して、最適な多重組合せパターンを動的に選択する手法が求められている。
【０００８】
図１４に示すフレーム構成において、時間軸または周波数軸において各ＳＳに割り当てる通信領域（以下、スロット）に分割し、スロットごとに多重組合せパターンを動的に選択する方法として、次の２つの方法が考えられる。
【０００９】
方法１は、各スロットにおいて、各ＳＳを多重組合せパターンごとに多重可否を判定し、多重組合せパターンに含まれるＢＳとＲＳの合計数（＝多重数）が最大になるように、多重組合せパターンと当該パターンで通信するＳＳを選択する。
【００１０】
方法２は、非特許文献３に示されるように、各スロットにおいて多重して通信するＳＳのスループットの合計が最大になるように、多重組合せパターンと当該パターンで通信するＳＳを選択する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】IEEE Draft standards for Local and metropolitan area networks, Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, Multihop Relay Specification, 8.4.4.8 TDD frame structure of MR-BS and RS, pp.194-202, 2008
【非特許文献２】大野陽平、清水達也、中津川征士、「無線中継アクセスシステムにおけるリソース制御に関する検討」、2008年電子情報通信学会総合大会、B-5-186 、2008年
【非特許文献３】大野陽平、清水達也、中津川征士、「複数中継局を備えた無線アクセスシステムにおける周波数リユース効果」、2008年電子情報通信学会ソサイエティ大会、B-5-103 、2008年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
方法１の周波数の多重可否判定は、図１６に示すように、例えばＱＰＳＫ復調可能なレベルなどに設定されるＣＩＮＲの閾値に基づいている。具体的には、ＢＳとＲＳが同時に同じ周波数の信号を送信したときに、ＢＳまたはＲＳの一方からＳＳへの送信信号に対する他方からの電波干渉量が大きくなく、一方からの送信信号のＣＩＮＲが閾値以上であれば、そのＳＳはＢＳとＲＳによる周波数多重が可能と判定するものである。ここで、ＢＳとＲＳ１とＲＳ２が存在し、ＢＳとＲＳ１とＲＳ２で周波数を多重する場合、それぞれのサービスエリアに位置しているＳＳ１とＳＳ２とＳＳ３とのＣＩＮＲの全てがＱＰＳＫ復調可能なレベル以上であれば、最大の多重数を有するＢＳとＲＳ１とＲＳ２による多重組合せパターンが選択される。
【００１３】
しかし、実際にはＢＳとＲＳ１とＲＳ２の多重組合せパターンより、ＢＳとＲＳ１の２つの多重組合せパターンの方が高いトータルスループットを実現できる場合がある。例えば、前者の多重組合せパターンではＳＳ１とＳＳ２とＳＳ３はＱＰＳＫでしか通信できないが、後者の多重組合せパターンではＳＳ１とＳＳ２は16ＱＡＭを用いて通信できる場合である。
【００１４】
また、ＢＳとＲＳ１の多重組合せパターンより、ＲＳ１とＲＳ２の多重組合せパターンの方がより高いトータルスループットを確保できる状況がある。方法２は、このような状況を想定しており、図１７に示される伝送レートリストを用いて、多重して通信するＳＳのスループットの和が最大になるように、多重組合せパターンと当該パターンで通信するＳＳを選択する。すなわち、全ての多重組合せパターンに対する合計レートを比較する。例えば、多重組合せパターンＢＳ，ＲＳ１，ＲＳ２の合計レートはＸ１＋Ｘ２＋Ｘ３であり、多重組合せパターンＢＳ，ＲＳ１の合計レートはＸ４＋Ｘ５であるが、それらの合計レートの中で最大となる多重組合せパターンを選択する。
【００１５】
しかし、方法２では、スロットごとに最大のトータルスループットを確保できるが、スループットの公平性を考慮して、全てのＳＳに対して均等にスロットサイズを割り当てる場合などでは、必ずしもフレーム全体でトータルスループットを最大化できないことがある。図１８に示すように、方法１では多重組合せパターンＢＳ，ＲＳ１，ＲＳ２が選択されており、１つのスロットですべてのＳＳの通信を割り当てられるので、アクセス区間をスロットに分割する必要はない。一方、方法２はスロットごとに最もスループットの和が高くなるように多重組合せパターンＢＳ，ＲＳ１が選択され、ＢＳ，ＲＳ１はそれぞれＳＳ１，ＳＳ２と周波数を多重して通信する。全てのＳＳに対して均等にスロットサイズを割り当てる場合は、ＳＳ３に対してのスロットを用意する必要があり、アクセス区間は２スロットに分割される。したがって、多重組合せパターンに割り当てられるスロットサイズが小さくなり、フレーム全体におけるトータルスループットが方法１に比べて小さくなる。
【００１６】
このように、フレーム全体におけるトータルスループットを最大化するという目的で、方法１および方法２は多重組合せパターンを必ずしも最適に選択できていない。
【００１７】
本発明は、複数の中継局ＲＳを備えた無線通信システムにおいて、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳが複数の端末局ＳＳへの通信に用いる周波数を多重する際に、最適な基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳの多重組合せパターンと、その多重組合せパターンにおいて各基地局ＢＳや中継局ＲＳが通信する端末局ＳＳの組合せが得られ、フレーム全体でトータルスループットを向上させることができる無線通信システム、基地局およびスケジューリング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
第１の発明は、基地局ＢＳと、複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳによって構成される無線通信システムにおいて、基地局ＢＳは、基地局ＢＳおよび複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳとのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを決定する第１の手段と、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳの一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは複数の中継局ＲＳが、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局ＳＳに対して送信したときの、各端末局ＳＳと端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳとのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２の手段と、組合せパターンごとに、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは中継局と通信する複数の端末局ＳＳのグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局ＳＳを選択し、さらにグループごとに選択された端末局ＳＳの伝送レートの和と組合せパターンに含まれる基地局ＢＳと中継局ＲＳの合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局ＳＳを除外して、さらに端末局ＳＳの選択、組合せパターンの決定、端末局ＳＳの除外の手順を繰り返し、すべての端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンを決定する第３の手段とを備える。
【００１９】
第１の発明の無線通信システムにおいて、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。
【００２０】
第１の発明の無線通信システムにおいて、第１の手段は、基地局ＢＳと端末局ＳＳとの間、基地局ＢＳと中継局ＲＳとの間、中継局ＲＳと端末局ＳＳとの間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、端末局ＳＳごとに、基地局ＢＳとの直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと端末局ＳＳの伝送レート）を計算し、中継局ＲＳとの直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート＋１／中継局ＲＳと端末局ＳＳ間の伝送レート）を計算する手段と、無線リソースが最小となる基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを選択する手段とを備える。
【００２１】
第１の発明の無線通信システムにおいて、基地局ＢＳと中継局ＲＳは時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが端末局ＳＳと通信するアクセス区間と、基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが中継する中継区間とに時分割する構成であり、基地局ＢＳは、基地局ＢＳと中継局ＲＳが通信するデータ量と、中継局ＲＳと端末局ＳＳが通信するデータ量が等しくなるように、アクセス区間と中継区間の比率を制御する構成である。また、基地局ＢＳは、アクセス区間と中継区間の比率を、中継局ＲＳごとに、（中継局ＲＳとその中継局ＲＳと直接通信する端末局ＳＳ間の伝送レートの和）／（基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート×端末局ＳＳの通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定する構成としてもよい。
【００２２】
第１の発明の無線通信システムにおいて、基地局ＢＳを制御局機能を有する第１の基地局ＢＳとし、複数の中継局ＲＳに代えて複数の第２の基地局ＢＳを備え、第１の基地局ＢＳと第２の基地局ＢＳとの間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する構成である。
【００２３】
第２の発明は、基地局ＢＳと、複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳによって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、基地局ＢＳは、基地局ＢＳおよび複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳとのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを決定する第１のステップと、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳの一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは複数の中継局ＲＳが、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局ＳＳに対して送信したときの、各端末局ＳＳと端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳとのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２のステップと、組合せパターンごとに、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは中継局と通信する複数の端末局ＳＳのグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局ＳＳを選択し、さらにグループごとに選択された端末局ＳＳの伝送レートの和と組合せパターンに含まれる基地局ＢＳと中継局ＲＳの合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局ＳＳを除外して、さらに端末局ＳＳの選択、組合せパターンの決定、端末局ＳＳの除外の手順を繰り返し、すべての端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンを決定する第３のステップとを有する。
【００２４】
第２の発明の無線通信システムのスケジューリン方法において、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。
【００２５】
第２の発明の無線通信システムのスケジューリン方法において、第１のステップは、基地局ＢＳと端末局ＳＳとの間、基地局ＢＳと中継局ＲＳとの間、中継局ＲＳと端末局ＳＳとの間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、端末局ＳＳごとに、基地局ＢＳとの直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと端末局ＳＳの伝送レート）を計算し、中継局ＲＳとの直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート＋１／中継局ＲＳと端末局ＳＳ間の伝送レート）を計算するステップと、無線リソースが最小となる基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを選択するステップとを有する。
【００２６】
第２の発明の無線通信システムのスケジューリン方法において、基地局ＢＳと中継局ＲＳは時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが端末局ＳＳと通信するアクセス区間と、基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが中継する中継区間とに時分割する構成であり、基地局ＢＳは、基地局ＢＳと中継局ＲＳが通信するデータ量と、中継局ＲＳと端末局ＳＳが通信するデータ量が等しくなるように、アクセス区間と中継区間の比率を制御する。また、基地局ＢＳは、アクセス区間と中継区間の比率を、中継局ＲＳごとに、（中継局ＲＳとその中継局ＲＳと直接通信する端末局ＳＳ間の伝送レートの和）／（基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート×端末局ＳＳの通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定してもよい。
【００２７】
第２の発明の無線通信システムのスケジューリン方法において、基地局ＢＳを制御局機能を有する第１の基地局ＢＳとし、複数の中継局ＲＳに代えて複数の第２の基地局ＢＳを備え、第１の基地局ＢＳと第２の基地局ＢＳとの間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する。
【００２８】
第３の発明は、基地局ＢＳと、複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳによって構成される無線通信システムの基地局ＢＳにおいて、基地局ＢＳおよび複数の中継局ＲＳと、複数の端末局ＳＳとのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを決定する第１の手段と、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳの一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは複数の中継局ＲＳが、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局ＳＳに対して送信したときの、各端末局ＳＳと端末局ＳＳが直接通信する基地局ＢＳまたは中継局ＲＳとのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２の手段と、組合せパターンごとに、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳまたは中継局と通信する複数の端末局ＳＳのグループの中で、推定された伝送レートが最大となる端末局ＳＳを選択し、さらにグループごとに選択された端末局ＳＳの伝送レートの和と組合せパターンに含まれる基地局ＢＳと中継局ＲＳの合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局ＳＳを除外して、さらに端末局ＳＳの選択、組合せパターンの決定、端末局ＳＳの除外の手順を繰り返し、すべての端末局ＳＳが通信に使用する組合せパターンを決定する第３の手段とを備える。
【００２９】
第３の発明の無線通信システムの基地局ＢＳにおいて、組合せパターンごとの伝送レートは、組合せパターンに含まれる全ての基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが同時に同一周波数の信号を送信しないときの伝送レートで正規化したものを用いる。
【００３０】
第３の発明の無線通信システムの基地局ＢＳにおいて、第１の手段は、基地局ＢＳと端末局ＳＳとの間、基地局ＢＳと中継局ＲＳとの間、中継局ＲＳと端末局ＳＳとの間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、端末局ＳＳごとに、基地局ＢＳとの直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと端末局ＳＳの伝送レート）を計算し、中継局ＲＳとの直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート＋１／中継局ＲＳと端末局ＳＳ間の伝送レート）を計算する手段と、無線リソースが最小となる基地局ＢＳまたは中継局ＲＳを選択する手段とを備える。
【００３１】
第３の発明の無線通信システムの基地局ＢＳにおいて、基地局ＢＳと中継局ＲＳは時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが端末局ＳＳと通信するアクセス区間と、基地局ＢＳおよび中継局ＲＳが中継する中継区間とに時分割する構成であり、基地局ＢＳと中継局ＲＳが通信するデータ量と、中継局ＲＳと端末局ＳＳが通信するデータ量が等しくなるように、アクセス区間と中継区間の比率を制御する構成である。また、基地局ＢＳは、アクセス区間と中継区間の比率を、中継局ＲＳごとに、（中継局ＲＳとその中継局ＲＳと直接通信する端末局ＳＳ間の伝送レートの和）／（基地局ＢＳと中継局ＲＳ間の伝送レート×端末局ＳＳの通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定する構成としてもよい。
【００３２】
第３の発明の無線通信システムの基地局ＢＳにおいて、複数の中継局ＲＳに代えて配置される複数の基地局ＢＳとの間で、バックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する制御局機能を備える。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳが複数の端末局ＳＳへの通信に用いる周波数を多重する際に、最適な基地局ＢＳと複数の中継局ＲＳによる組合せパターンと、その組合せパターンにおいて各基地局ＢＳや中継局ＲＳが通信する端末局ＳＳの組合せが得られ、フレーム全体でトータルスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の無線通信システムの実施形態を示す図である。
【図２】ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例を示す図である。
【図３】スケジュール情報構築部３２のスケジューリング処理手順を示すフローチャートである。
【図４】ＳＳの多重組合せ設定手順Ｓ１の一例を示すフローチャートである。
【図５】伝搬路情報記憶部３１の一例を示す図である。
【図６】グループ化処理の一例を示す図である。
【図７】グループ化処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】ＣＩＮＲリストの一例を示す図である。
【図９】伝送レートリストの一例を示す図である。
【図１０】正規化した伝送レートリストの一例を示す図である。
【図１１】多重組合せリストの一例を示す図である。
【図１２】アクセス区間と中継区間の比率設定手順Ｓ２の一例を示すフローチャートである。
【図１３】ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例を示す図である。
【図１４】従来のフレーム構成の一例を示す図である。
【図１５】単一のＢＳとＲＳによる多重の一例を示す図である。
【図１６】従来の周波数多重可否判定手順を示すフローチャートである。
【図１７】従来の多重組合せパターン選定の一例を示す図である。
【図１８】方法１と方法２の比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（無線通信システムの実施例）
図１は、本発明の無線通信システムの実施例の構成を示す。
図１において、本実施例の無線通信システムは、バックボーンネットワーク１に接続されるＢＳ１０、複数（ｍ個）のＲＳ２０(1) 〜２０(m) 、複数（ｎ個）のＳＳ３０(1) 〜３０(n) から構成される。
【００３６】
ＢＳ１０のデータバッファ部１１は、バックボーンネットワーク１からデータを入力する。スケジューラ１２は、フレームをＤＬサブフレームとＵＬサブフレームに分割し、さらに各サブフレームをアクセス区間と中継区間に再分割し、受信部１７から入力する伝搬路情報を基に、アクセス区間および中継区間を時間領域および周波数領域で分割するスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部１１からデータを取り出し、送信データ生成部１３へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューラ１２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレームを作成する。送信部１４は、送信データ生成部１３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信の切り替えを制御するＴＤＤスイッチ１５を介してアンテナ１６から複数のＲＳ２０およびＢＳ配下のＳＳ３０に送信する。
【００３７】
また、ＢＳ１０のアンテナ１６で受信する無線信号は、ＴＤＤスイッチ１５を介して受信部１７に入力する。受信部１７は、ＵＬサブフレームの無線信号を周波数変換および復調し、復調された受信データをデータバッファ部１１に出力し、さらにバックボーンネットワーク１に出力する。
【００３８】
ＲＳ２０は、アンテナ２６に受信する無線信号をＴＤＤスイッチ２５を介して受信部２７に入力する。受信部２７は、ＤＬサブフレームの中継区間およびＵＬサブフレームのアクセス区間の無線信号を周波数変換および復調する。ＢＳ１０または前ホップのＲＳから送信された制御メッセージはスケジューラ２２に入力され、ＢＳ１０、ＳＳ３０との送受信に用いる周波数領域および時間領域を把握する。受信部２７で復調されたＤＬサブフレームの中継区間およびＵＬサブフレームのアクセス区間の受信データはデータバッファ部２１に入力される。
【００３９】
ＲＳ２０のスケジューラ２２は、ＢＳ１０から通知されるスケジュール情報と受信部２７から入力する伝搬路情報を基にスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部２１からデータを取り出し、送信データ生成部２３へ出力する。送信データ生成部２３は、スケジューラ２２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレームを作成する。送信部２４は、送信データ生成部２３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信の切り替えを制御するＴＤＤスイッチ２５を介してアンテナ２６からＢＳ１０またはＳＳ３０に送信する。
【００４０】
ＳＳ３０は、アンテナ３１を介してＢＳ１０またはＲＳ２０が送信するスケジュール情報を参照し、フレームのアクセス区間において送受信を行う。
【００４１】
（ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例）
図２は、ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例を示す。
図２において、スケジューラ１２は、受信部１７から入力する伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部３１と、スケジュール情報を構築するスケジュール情報構築部３２から構成される。
【００４２】
図３は、スケジュール情報構築部３２のスケジューリング処理手順を示す。
図３において、スケジュール情報構築部３２は、伝搬路情報記憶部３１を参照してＳＳの多重組合せを設定し（Ｓ１）、アクセス区間と中継区間の比率を設定する（Ｓ２）。
【００４３】
ＢＳ１０のスケジューラ１２の伝搬路情報記憶部３１には、ＢＳとＳＳ(i) 間のＣＮＲ（BS CNR(i))と、ＲＳ(j) とＳＳ(i) 間のＣＮＲ（RSj CNR(i)) と、ＢＳとＲＳ(j) 間のＣＮＲ（BS CNR RELAY(j))が保存されている。ｉはＳＳの識別番号であり、ｊはＲＳの識別番号である。一例として、ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合の伝搬路情報記憶部３１の状態を図５に示す。ＣＮＲ（Carrier-to-Noise Ratio) は、ＢＳとＲＳが周波数多重しないときにＳＳが受信する搬送波電力対雑音電力比の値である。
【００４４】
BS CNR(i) は、ＢＳが各ＳＳ(i) の送信信号をアンテナ１６、ＴＤＤスイッチ１５を介して受信部１７で受信してそのＣＮＲを把握するか、またはＢＳが送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳ(i) が受信し、ＳＳ(i) でＣＮＲを把握してその結果をＢＳに通知することにより、伝搬路情報記憶部３１に登録される。
【００４５】
RSj CNR(i)は、まずＲＳ(j) が各ＳＳ(i) の送信信号を受信してＣＮＲを把握するか、またはＲＳ(j) が送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳ(i) が受信し、ＳＳ(i) でＣＮＲを把握してその結果をＲＳ(j) に通知し、さらにＲＳ(j) からＢＳへそのＣＮＲを通知することにより、伝搬路情報記憶部３１に登録される。このとき、ＢＳがＲＳ(j) の送信信号を受信することにより、ＢＳとＲＳ(j) と間のＣＮＲが把握される。
【００４６】
（図３のステップＳ１の多重組合せ設定手順）
本発明では、全てのＳＳに対してスループットの公平性を考慮して均等にスロットサイズを割り当てる場合などにおいて、ＢＳと複数のＲＳが複数のＳＳへの通信に用いる周波数を多重した場合のトータルスループットの最大化を目的としている。そのため、図３のステップＳ１の多重組合せ設定手順では、ＢＳと複数のＲＳの最適な多重組合せパターンと、この多重組合せパターンにおけるそれぞれのＢＳやＲＳが通信するＳＳの組合せを選択する。
【００４７】
ＢＳと複数のＲＳが複数のＳＳへの通信に用いる周波数を多重した場合のトータルスループットは、シャノンの定理を用いて次のように表される。
【数１】
【００４８】
ここで、ＫはＳＳ数、ＬはＢＳとＲＳの合計数、Ｔはアクセス区間を分割するスロット数を示す。Ｂはシステムが保有する周波数帯域、ｐはＢＳとＲＳの送信電力、Ｎ0 は雑音電力密度、ｈk,l はＢＳ(l) とＳＳ(k) とのチャネル利得を示す。なお、図１の実施例の構成では、ＢＳ(1) はＢＳを示し、それ以外のＢＳ(l) はＲＳに相当する。Ｃ(k,l,t) は、０と１により構成されるＫ×Ｌ×Ｔの割当行列の要素であり、スロット(t) でＢＳ(l) からＳＳ(k) へ通信する場合は１と設定され、そうでない場合は０と設定される。例えば、Ｋ＝３、Ｌ＝３の場合、スロット(t')におけるＣ(k,l,t')がＫ×Ｌの行列
【数２】
の要素として表される場合、ＢＳ(1) とＳＳ(1) との通信およびＢＳ(2) とＳＳ(3) との通信が、スロット(t')において周波数を多重して行われる。Σｐ｜ｈk,j ｜2 は、ＢＳ(l) とＳＳ(k) 間の通信時における干渉電力を示す。上記のＣ(k,l,t')の場合、多重組合せパターンはＢＳ(1) とＢＳ(2) であるので、スロット(t')でＢＳ(1) とＳＳ(1) の通信に対しては、ＲＳ(2) からＳＳ(1) への干渉電力がΣｐ｜ｈk,j ｜2 に相当する。
【００４９】
トータルスループットを最大化するためには、最適な割当行列の要素Ｃ(k,l,t) を選択することで、ＢＳと複数のＲＳの多重組合せパターンと、この多重組合せパターンにおいてそれぞれのＢＳやＲＳが通信するＳＳの組合せを導くことができる。全てのＳＳをいずれか１つのスロットでいずれか１つのＲＳとの通信に割り当てる場合、最適な割当行列の要素Ｃ(k,l,t) には制約条件である
【数３】
が付加される。この場合に、Ｃ(k,l,t) が取りうる行列のパターン数は（Ｌ・Ｔ) K となる。また、Ｔの数は多重組合せパターンによって１〜Ｋの領域で動的に変化する。したがって、ＲＳ数またはＳＳ数が増加するに従い、Ｃ(k,l,t) の組合せ数が増え、最適な解を得るまでには膨大な計算処理が必要となる。
【００５０】
しかし、各ＳＳにおける各ＢＳまたはＲＳからの受信信号電力がフェージングによって時々刻々と変化する環境では、それらに追随可能なスケジューリングが問われるので、計算処理を軽減する必要がある。そこで、準最適解を得ることを目的として (1)式を簡略化する。具体的には、全てのＳＳにおいて、所望のＢＳまたはＲＳからの信号電力が等しくｈであり、全てのＢＳ、ＲＳからの干渉電力が等しくｈ’であると仮定する。さらに、全てのＳＳにおいて、多重組合せパターンにおける多重数を等しくＭと仮定した場合、トータルスループットは次のように簡略化できる。
Ｍ・(Ｂ／(Ｋ／Ｍ)) log2(１＋ｐ｜ｈ｜2／(Ｎ0Ｂ＋Ｍｐ｜h'｜2))
＝（Ｂ／Ｋ)・Ｍ2・Ｆ(M) …(2)
【００５１】
この場合、スロット数ＴはＫ／Ｍと計算できる。また、
Ｆ(M) ＝ log2(１＋ｐ｜ｈ｜2／(Ｎ0Ｂ＋Ｍｐ｜h'｜2))
としている。上記の仮定においては、トータルスループットの最大化を図るためには、(2) 式を最大化するように、多重数Ｍを選択することが必要である。
【００５２】
ここで、背景技術に記した方法１および方法２と比較する。方法１は、 (2)式においてＭを最大化する方法である。方法２は、Ｍ・Ｆ(M) を最大化する方法である。したがって、本発明では、 (2)式に基づいてＭ2 ・Ｆ(M) を最大化するために、方法２において各スロットで多重して通信するＳＳのスループットの合計（＝Ｍ・Ｆ(M) ）に多重数Ｍを重み付けした値が最大となるように、多重組合せパターンと当該パターンにおいて通信するＳＳを選択する。
【００５３】
図４は、ＳＳの多重組合せ設定手順Ｓ１の一例を示す。
図４において、ＳＳのグループ化（S101) では、ＳＳが直接通信するＢＳまたはＲＳ(j) を決定し、ＢＳと直接通信するＳＳはＢＳグループに分類し、ＲＳ(j) と通信するＳＳはＲＳ(j) グループに分類する。ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合のグループ化処理の一例を図６に示す。図６では、ＳＳ(1) とＳＳ(2) はＢＳグループに分類され、ＳＳ(3) とＳＳ(4) はＲＳ(1) グループに分類され、ＳＳ(5) とＳＳ(6) はＲＳ(2) グループに分類される。ここでの分類は、各ＳＳ(i) にとって最もＣＮＲの高いＢＳまたはＲＳ(j) のグループを選択してもよい。また、ＢＳと直接通信したときにアクセスに必要となる無線リソースと、ＲＳ(j) を介して通信したときに中継とアクセスで必要になる無線リソースの和を比較し、必要となる無線リソースが最小となるＢＳまたはＲＳ(j) のグループを選択してもよい。後者の場合のグループ化処理手順の一例を図７に示す。
【００５４】
まず、伝搬路情報記憶部３１に登録されているBS CNR(i) とRSj CNR(i)から、通信可能なアクセスの伝送レートBS RATE(i)とRSj RATE(i) を推定する(S1011) 。続いて、ＢＳとＲＳ(j) 間のBS CNR RELAY(j) から通信可能な中継の伝送レートBS RATE RELAY(j)を推定する(S1012) 。続いて、ＳＳ(i) ごとに、ＢＳと直接通信したときにアクセスに必要となる無線リソース
１／BS RATE(i)
と、ＲＳ(j) を介して通信したときに中継とアクセスに必要となる無線リソース
１／BS RATE RELAY(j)＋１／RSj RATE(i)
とを計算し（S1013)、各ＳＳ(i) をリソースが最小となるＢＳまたはＲＳ(j) のグループに分類する（S1014)。
【００５５】
続いて図４において、ＢＳやＲＳ(j) が使用する周波数を多重したときの干渉量を考慮した伝送レートリストを作成する（S102）。伝送レートリストは、多重組合せパターンに対応した伝送レートが計算される。ＲＳ数（ＢＳ数を含む）がＬであった場合、多重組合せパターン数Ｘは、
Ｘ＝２L −１
である。まず、組み合わせパターンごとのＣＩＮＲリストが真値で
ＣＩＮＲ＝（ＳＳが直接通信するＢＳまたはＲＳ(j) からのＣＮＲ）／（１＋Σ多重 組み合わせパターンで干渉となるＢＳまたはＲＳ(j) からのＣＮＲ）
と計算され、ＣＩＮＲリストの値と通信可能な変調方式の多値数から伝送レートリストの値が推定される。
【００５６】
一例として、ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合のＣＩＮＲリストを図８に示し、伝送レートリストを図９に示す。多重組合せパターン数は７である。多重組合せパターンＩＤ＝１は、ＢＳ、ＲＳ(1) 、ＲＳ(2) の３個をすべて多重した場合である。多重組合せパターンＩＤ＝２〜４は、ＢＳ、ＲＳ(1) 、ＲＳ(2) のいずれか２個を多重した場合である。多重組合せパターンＩＤ＝５〜７は、ＢＳ、ＲＳ(1) 、ＲＳ(2) のいずれも周波数を多重しない場合である。
【００５７】
なお、図８および図９において斜線を記入した部分は、そのＳＳは周波数多重通信を行わないことを示す。例えば、図８の多重組合せパターンＩＤ＝２の列では、ＢＳとＲＳ(1) が同時送信した場合の各ＳＳのＣＩＮＲが記されている。ＳＳ(1) とＳＳ(2) はＢＳと直接接続するグループであり、対応する欄にＢＳとのＣＩＮＲが記されている。また、ＳＳ(3) とＳＳ(4) はＲＳ(1) と直接接続するグループであり、対応する欄にＲＳ(1) とのＣＩＮＲが記されている。一方、ＳＳ(5) とＳＳ(6) はＲＳ(2) と直接接続するグループであり、多重組合せパターンＩＤ＝２ではＲＳ(2) は信号を送信しないため、斜線が記入されている。
【００５８】
続いて、多重組合せパターンＩＤをｘ＝１と設定し（S103）、ステップS102で作成した伝送レートリストから多重組合せパターンＩＤ＝ｘにおいて多重化する各グループ（ＢＳグループ、ＲＳ(j) グループ）から最も伝送レートの高いＳＳを伝送レートリストから選択する（S104）。続いて、多重化する各グループで選択したＳＳの伝送レートの和を計算し、その値に多重組合せパターンＩＤ＝ｘに含まれるＢＳとＲＳの合計数である多重数を乗算する（S105）。多重組合せパターンＩＤのｘを１つずつ増やしながら（S107）、ステップS104,S105 を繰り返す。すべての多重組合せパターンでステップS104,S105 を繰り返した後に（S106でYes ）、各多重組合せパターンにおけるステップS105で乗算した値を比較し（S108）、最大となる多重組合せパターンで選択したＳＳを多重組合せとして確定するとともにその伝送レートを保存し（S109）、そのＳＳの伝送レートを伝送レートリストから削除する（S110）。そして、ステップS103〜S110を繰り返し、すべてのＳＳの多重組合せを確定したら（S111でYes ）、多重組合せリストを作成して多重組合せの設定を終了する（S112）。
【００５９】
また、伝送レートリストは、図１０に示すように各ＳＳの多重組合せパターンごとの伝送レートを、多重していないときの各ＳＳの伝送レートで正規化してもよい。この場合についても、正規化された伝送レートを参照して図４のステップS103〜S111の処理を実施し、多重組合せの設定を行う。
【００６０】
ＲＳ数が２、ＳＳ数が６の場合の多重組合せリストの一例を図１１に示す。多重組合せリストには確定した多重組合せが示されていると同時に、その多重組合せの伝送レートが示されている。ＳＳ(1) ，ＳＳ(3) 、ＳＳ(5) は多重組合せパターンＩＤ＝１であり、それぞれＢＳ、ＲＳ(1）、ＲＳ(2) によって同じ周波数で多重化されて通信する。ＳＳ(4) ，ＳＳ(6) は多重組合せパターンＩＤ＝４であり、それぞれＲＳ(1),ＲＳ(2) によって同じ周波数で多重化されて通信する。ＳＳ(2) は多重組合せパターンＩＤ＝５であり、ＢＳはＲＳ(1),ＲＳ(2) と周波数を多重せずに占有して通信する。
【００６１】
（図３のステップＳ２のアクセス区間と中継区間の比率設定手順）
図１２は、アクセス区間と中継区間の比率設定手順Ｓ２の一例を示す。
図１２において、各ＲＳは、中継区間で通信するデータ量と、アクセス区間で通信するデータ量のいずれかがボトルネックとならないように区間の比率を設定する。具体的には、ステップＳ１で設定された多重組合せリストと、スケジューラ１２の伝搬路情報記憶部３１に保存されているＢＳとＲＳ(j) 間のＣＮＲから推定される伝送レートBS RATE RELAY(j)から、アクセス区間と中継区間で通信できるデータ量が等しくなるように、アクセス区間長length１と中継区間長length２の比率length２／length１を決定する。
【００６２】
アクセス区間において、ＳＳを割り当てた各多重組合せに等しい通信区間を設定する場合、アクセス区間はＳＳを割り当てた各多重組合せ数（スロット数Ｔ）で分割される。なお、図１１ではＴ＝３である。ＲＳ(j) がアクセス区間で通信できるデータ量は、多重組合せリストでＲＳ(j) グループに割り当てられたＳＳの伝送レートの和に、
length１／Ｔ
を乗算して計算する。ここで、ＲＳ(j) がアクセス区間でＳＳと通信可能なデータ量は、
ΣＲＳj RATE・length１／Ｔ
となる。一方、中継区間においてＢＳとＲＳ(j) 間で通信可能なデータ量は、
BS RATE RELAY(j)・ａ(j)・length２
である。ここで、ａ(j) とは、ＲＳ(j) に割り当てた通信区間の中継区間length２に対する比率である。
【００６３】
続いて、この２式の右辺が等しくなるように設定すると、
ａ(j) ＝ (ΣRSj RATE／BS RATE RELAY(j))・(length1／length2・Ｔ)
となる。このとき、Σａ(j) ＝１（ｊ＝１からｊ＝ＲＳ数を加算）であるので、アクセス区間と中継区間の比率は、
length1／length2 ＝Σ(ΣRSj RATE／BS RATE RELAY(j))・(１／Ｔ）
と決定することができる。
【００６４】
ＢＳ１０のスケジューラ１２は、スケジュール情報構築部３２において、以上のようにＳＳの多重組合せとアクセス区間と中継区間の比率を反映させたスケジューリング情報を構築し、送信データ生成部１４へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューラ１２から入力するデータとスケジュール情報から構築される制御信号によってフレームを作成する。アクセス区間における制御信号は、ＢＳ１０からＳＳに割り当てた通信領域の情報を含む。中継区間の制御信号は、複数のＲＳがスケジューリング情報を構築するために必要な情報、例えばアクセス区間と中継区間の比率や、ＳＳの多重組合せの情報に加えて、各多重組合せのＳＳが使用する通信領域の情報などが含まれる。
【００６５】
（ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例）
図１３は、ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例を示す。
図１３において、スケジューラ２２は、ＲＳ配下のサブチャネルごとの伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部３３、ＢＳのスケジュール情報保持部３４、スケジュール情報構築部３５から構成される。ＢＳのスケジュール情報保持部３４には、ＲＳ２０が中継区間でＢＳ１０から受信した制御信号に含まれるスケジュール情報、例えばアクセス区間と中継区間の比率や、ＳＳの多重組合せの情報などが、受信部２７から入力して保存される。スケジュール情報構築部３５は、ＢＳのスケジュール情報保持部３４を参照して、ＲＳ２０から複数のＳＳへのスケジュール情報を構築し、送信データ生成部２３へ出力する。
【００６６】
なお、以上の実施例では、本発明のスケジューリング処理における端末局ＳＳの多重組合せの設定の手順（ステップＳ１）を、基地局ＢＳ、複数の中継局ＲＳ、複数の端末局ＳＳが存在する環境で実施する場合について説明した。しかし、本手順は、複数の基地局ＢＳと複数の端末局ＳＳが存在する環境であっても、複数の基地局ＢＳを集中的に制御可能な制御局機能を備えることにより実施することができる。
【００６７】
例えば、制御局機能を有する１つの基地局ＢＳ１と、その他の複数の基地局ＢＳ２と、複数の端末局ＳＳとからなる無線通信システムにおいて、基地局ＢＳ１を図１の基地局ＢＳと同様の構成とし、基地局ＢＳ２を図１の中継局ＲＳと同様の構成とすればよい。ただし、基地局ＢＳ２はそれぞれバックボーンネットワークに接続される点が中継局ＲＳとは異なる。このようなシステムでは、図１４における中継区間の長さは、基地局ＢＳ１と基地局ＢＳ２とがバックボーンネットワークを介して制御信号を送受信する場合はゼロであり、または基地局ＢＳ１と基地局ＢＳ２とが無線通信によって制御信号を送受信する場合は一定値となるため、図３におけるアクセス区間と中継区間の比率設定の手順（ステップＳ２）は不要となる。
【符号の説明】
【００６８】
１ バックボーンネットワーク
１０ 基地局（ＢＳ）
２０ 中継局（ＲＳ）
１１，２１ データバッファ部
１２，２２ スケジューラ
１３，２３ 送信データ生成部
１４，２４ 送信部
１５，２５ ＴＤＤスイッチ
１６，２６ アンテナ
１７，２７ 受信部
３１，３３ 伝搬路情報記憶部
３２，３５ スケジュール情報構築部
３４ ＢＳのスケジュール情報保持部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と、複数の中継局と、複数の端末局によって構成される無線通信システムにおいて、
前記基地局は、
前記基地局および前記複数の中継局と、前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する前記基地局または前記中継局を決定する第１の手段と、
前記基地局と前記複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局または複数の中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２の手段と、
前記組合せパターンごとに、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局または中継局と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和と前記組合せパターンに含まれる基地局と中継局の合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記組合せパターンの決定、前記端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第３の手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記第１の手段は、
前記基地局と前記端末局との間、前記基地局と前記中継局との間、前記中継局と前記端末局との間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、
前記端末局ごとに、前記基地局との直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局と端末局の伝送レート）を計算し、前記中継局との直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局と中継局間の伝送レート＋１／中継局と端末局間の伝送レート）を計算する手段と、
前記無線リソースが最小となる基地局または中継局を選択する手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局と前記中継局は時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを前記基地局および前記中継局が前記端末局と通信するアクセス区間と、前記基地局および前記中継局が中継する中継区間とに時分割する構成であり、
前記基地局は、前記基地局と前記中継局が通信するデータ量と、前記中継局と前記端末局が通信するデータ量が等しくなるように、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を制御する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を、前記中継局ごとに、（中継局とその中継局と直接通信する端末局間の伝送レートの和）／（基地局と中継局間の伝送レート×端末局の通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局を制御局機能を有する第１の基地局とし、前記複数の中継局に代えて複数の第２の基地局を備え、前記第１の基地局と前記第２の基地局との間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
基地局と、複数の中継局と、複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記基地局は、
前記基地局および前記複数の中継局と、前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する前記基地局または前記中継局を決定する第１のステップと、
前記基地局と前記複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局または複数の中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２のステップと、
前記組合せパターンごとに、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局または中継局と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和と前記組合せパターンに含まれる基地局と中継局の合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記組合せパターンの決定、前記端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第３のステップと
を有することを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項８】
請求項７に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
ことを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項９】
請求項７に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記第１のステップは、
前記基地局と前記端末局との間、前記基地局と前記中継局との間、前記中継局と前記端末局との間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、
前記端末局ごとに、前記基地局との直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局と端末局の伝送レート）を計算し、前記中継局との直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局と中継局間の伝送レート＋１／中継局と端末局間の伝送レート）を計算するステップと、
前記無線リソースが最小となる基地局または中継局を選択するステップと
を有することを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記基地局と前記中継局は時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを前記基地局および前記中継局が前記端末局と通信するアクセス区間と、前記基地局および前記中継局が中継する中継区間とに時分割する構成であり、
前記基地局は、前記基地局と前記中継局が通信するデータ量と、前記中継局と前記端末局が通信するデータ量が等しくなるように、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を制御する
ことを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記基地局は、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を、前記中継局ごとに、（中継局とその中継局と直接通信する端末局間の伝送レートの和）／（基地局と中継局間の伝送レート×端末局の通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定する
ことを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記基地局を制御局機能を有する第１の基地局とし、前記複数の中継局に代えて複数の第２の基地局を備え、前記第１の基地局と前記第２の基地局との間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する
ことを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項１３】
基地局と、複数の中継局と、複数の端末局によって構成される無線通信システムの基地局において、
前記基地局および前記複数の中継局と、前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する前記基地局または前記中継局を決定する第１の手段と、
前記基地局と前記複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局または複数の中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２の手段と、
前記組合せパターンごとに、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局または中継局と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和と前記組合せパターンに含まれる基地局と中継局の合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記組合せパターンの決定、前記端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第３の手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１４】
請求項１３に記載の無線通信システムの基地局において、
前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
ことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１５】
請求項１３に記載の無線通信システムの基地局において、
前記第１の手段は、
前記基地局と前記端末局との間、前記基地局と前記中継局との間、前記中継局と前記端末局との間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、
前記端末局ごとに、前記基地局との直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局と端末局の伝送レート）を計算し、前記中継局との直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局と中継局間の伝送レート＋１／中継局と端末局間の伝送レート）を計算する手段と、
前記無線リソースが最小となる基地局または中継局を選択する手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１６】
請求項１３に記載の無線通信システムの基地局において、
前記基地局と前記中継局は時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを前記基地局および前記中継局が前記端末局と通信するアクセス区間と、前記基地局および前記中継局が中継する中継区間とに時分割する構成であり、
前記基地局と前記中継局が通信するデータ量と、前記中継局と前記端末局が通信するデータ量が等しくなるように、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を制御する構成である
ことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１７】
請求項１６に記載の無線通信システムの基地局において、
前記アクセス区間と前記中継区間の比率を、前記中継局ごとに、（中継局とその中継局と直接通信する端末局間の伝送レートの和）／（基地局と中継局間の伝送レート×端末局の通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定する構成である
ことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１８】
請求項１３に記載の無線通信システムの基地局において、
前記複数の中継局に代えて配置される複数の基地局との間で、バックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する制御局機能を備えた
ことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１】
基地局と、複数の中継局と、複数の端末局によって構成される無線通信システムにおいて、
前記基地局は、
前記基地局および前記複数の中継局と、前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する前記基地局または前記中継局を決定する第１の手段と、
前記基地局と前記複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局または複数の中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２の手段と、
前記組合せパターンごとに、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局または中継局と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和と前記組合せパターンに含まれる基地局と中継局の合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記組合せパターンの決定、前記端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第３の手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記第１の手段は、
前記基地局と前記端末局との間、前記基地局と前記中継局との間、前記中継局と前記端末局との間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、
前記端末局ごとに、前記基地局との直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局と端末局の伝送レート）を計算し、前記中継局との直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局と中継局間の伝送レート＋１／中継局と端末局間の伝送レート）を計算する手段と、
前記無線リソースが最小となる基地局または中継局を選択する手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局と前記中継局は時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを前記基地局および前記中継局が前記端末局と通信するアクセス区間と、前記基地局および前記中継局が中継する中継区間とに時分割する構成であり、
前記基地局は、前記基地局と前記中継局が通信するデータ量と、前記中継局と前記端末局が通信するデータ量が等しくなるように、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を制御する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を、前記中継局ごとに、（中継局とその中継局と直接通信する端末局間の伝送レートの和）／（基地局と中継局間の伝送レート×端末局の通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局を制御局機能を有する第１の基地局とし、前記複数の中継局に代えて複数の第２の基地局を備え、前記第１の基地局と前記第２の基地局との間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
基地局と、複数の中継局と、複数の端末局によって構成される無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記基地局は、
前記基地局および前記複数の中継局と、前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する前記基地局または前記中継局を決定する第１のステップと、
前記基地局と前記複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局または複数の中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２のステップと、
前記組合せパターンごとに、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局または中継局と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和と前記組合せパターンに含まれる基地局と中継局の合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記組合せパターンの決定、前記端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第３のステップと
を有することを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項８】
請求項７に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
ことを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項９】
請求項７に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記第１のステップは、
前記基地局と前記端末局との間、前記基地局と前記中継局との間、前記中継局と前記端末局との間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、
前記端末局ごとに、前記基地局との直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局と端末局の伝送レート）を計算し、前記中継局との直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局と中継局間の伝送レート＋１／中継局と端末局間の伝送レート）を計算するステップと、
前記無線リソースが最小となる基地局または中継局を選択するステップと
を有することを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記基地局と前記中継局は時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを前記基地局および前記中継局が前記端末局と通信するアクセス区間と、前記基地局および前記中継局が中継する中継区間とに時分割する構成であり、
前記基地局は、前記基地局と前記中継局が通信するデータ量と、前記中継局と前記端末局が通信するデータ量が等しくなるように、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を制御する
ことを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記基地局は、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を、前記中継局ごとに、（中継局とその中継局と直接通信する端末局間の伝送レートの和）／（基地局と中継局間の伝送レート×端末局の通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定する
ことを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記基地局を制御局機能を有する第１の基地局とし、前記複数の中継局に代えて複数の第２の基地局を備え、前記第１の基地局と前記第２の基地局との間でバックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する
ことを特徴とする無線通信システムのスケジューリング方法。
【請求項１３】
基地局と、複数の中継局と、複数の端末局によって構成される無線通信システムの基地局において、
前記基地局および前記複数の中継局と、前記複数の端末局とのＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）を収集し、そのＣＮＲの情報を基に各端末局が直接通信する前記基地局または前記中継局を決定する第１の手段と、
前記基地局と前記複数の中継局の一部または全部で構成される組合せパターンごとに、各組合せパターンに含まれる全ての基地局または複数の中継局が、同時に同一周波数の信号をそれぞれ相手の端末局に対して送信したときの、各端末局と端末局が直接通信する基地局または中継局とのＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）を計算し、伝送レートを推定する第２の手段と、
前記組合せパターンごとに、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局または中継局と通信する複数の端末局のグループの中で、前記推定された伝送レートが最大となる端末局を選択し、さらにグループごとに選択された端末局の伝送レートの和と前記組合せパターンに含まれる基地局と中継局の合計数である多重数とを乗算し、その値が最大となる組合せパターンを、該組合せパターンにより選択された端末局が通信に使用する組合せパターンとして決定し、通信に使用する組合せパターンが決定した端末局を除外して、さらに前記端末局の選択、前記組合せパターンの決定、前記端末局の除外の手順を繰り返し、すべての端末局が通信に使用する組合せパターンを決定する第３の手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１４】
請求項１３に記載の無線通信システムの基地局において、
前記組合せパターンごとの伝送レートは、前記組合せパターンに含まれる全ての基地局および中継局が同時に同一周波数の信号を送信しないときの前記伝送レートで正規化したものを用いる
ことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１５】
請求項１３に記載の無線通信システムの基地局において、
前記第１の手段は、
前記基地局と前記端末局との間、前記基地局と前記中継局との間、前記中継局と前記端末局との間のＣＮＲから、それぞれの区間で通信可能な伝送レートを推定する手段と、
前記端末局ごとに、前記基地局との直接通信に必要となるアクセスの無線リソースとして（１／基地局と端末局の伝送レート）を計算し、前記中継局との直接通信に必要となる中継とアクセスの無線リソースとして（１／基地局と中継局間の伝送レート＋１／中継局と端末局間の伝送レート）を計算する手段と、
前記無線リソースが最小となる基地局または中継局を選択する手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１６】
請求項１３に記載の無線通信システムの基地局において、
前記基地局と前記中継局は時分割複信により送受信を切り替え、無線フレームを前記基地局および前記中継局が前記端末局と通信するアクセス区間と、前記基地局および前記中継局が中継する中継区間とに時分割する構成であり、
前記基地局と前記中継局が通信するデータ量と、前記中継局と前記端末局が通信するデータ量が等しくなるように、前記アクセス区間と前記中継区間の比率を制御する構成である
ことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１７】
請求項１６に記載の無線通信システムの基地局において、
前記アクセス区間と前記中継区間の比率を、前記中継局ごとに、（中継局とその中継局と直接通信する端末局間の伝送レートの和）／（基地局と中継局間の伝送レート×端末局の通信に確定した組合せパターン数）を計算し、それらの和を計算した値に基づいて決定する構成である
ことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【請求項１８】
請求項１３に記載の無線通信システムの基地局において、
前記複数の中継局に代えて配置される複数の基地局との間で、バックボーンネットワークを介してまたは無線通信により制御信号を送受信する制御局機能を備えた
ことを特徴とする無線通信システムの基地局。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−１９３２８９（Ｐ２０１０−１９３２８９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３６７６３（Ｐ２００９−３６７６３）
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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