無線通信装置
【課題】高いスループットを得ることができる。
【解決手段】本開示の一実施形態は、伝搬路情報取得部と、スケジューリング部とを含む。伝搬路情報取得部は、１以上のアンテナを含む複数の張り出し基地局から伝搬路の干渉の状態を示す干渉電力値を取得する。スケジューリング部は、干渉電力値に応じて、複数の張り出し基地局がそれぞれ形成するセルを複数のグループに分け、第１グループに属するセル内で通信が可能な第１期間のスケジューリングを行う第１タイミングと、第２グループに属するセル内で通信が可能な第２期間のスケジューリングを行う第２タイミングとの時間差を、第２グループに属するセルを形成する張り出し基地局が干渉電力値を取得する期間を含む第３期間以上に決定する。
【解決手段】本開示の一実施形態は、伝搬路情報取得部と、スケジューリング部とを含む。伝搬路情報取得部は、１以上のアンテナを含む複数の張り出し基地局から伝搬路の干渉の状態を示す干渉電力値を取得する。スケジューリング部は、干渉電力値に応じて、複数の張り出し基地局がそれぞれ形成するセルを複数のグループに分け、第１グループに属するセル内で通信が可能な第１期間のスケジューリングを行う第１タイミングと、第２グループに属するセル内で通信が可能な第２期間のスケジューリングを行う第２タイミングとの時間差を、第２グループに属するセルを形成する張り出し基地局が干渉電力値を取得する期間を含む第３期間以上に決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラーシステムにおいて、無線部とベースバンド部とが分離し、１台のベースバンド部で複数の無線部を接続する分散設置型基地局がある。例えば、初期の分散設置型基地局における複数セルのスケジューリング（ユーザ選択及びチャネル割り当て）では、従来の一体型基地局のスケジューリングを複数同時に実施することになると想定される。すなわち、隣接する複数セルのスケジューリングが同一タイミングで実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現行のセルラーシステムで利用可能なチャネル情報を用いて、隣接セル間で同時にスケジューリングが実施されると、実施のタイミングが複数の隣接セルにおいて同時である場合は、互いにチャネルの割り当てを自粛することとなり、いずれのセルにもチャネルが割り当てられていない無駄な空き時間が多く発生する。また、干渉を与え合うユーザ端末が隣接セルで同時に選択される可能性があることから、周波数利用効率の低いスケジューリング結果となる。
【０００５】
本発明の一観点は、高いスループットを実現することができる無線通信装置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】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る無線通信装置は、伝搬路情報取得部と、スケジューリング部とを含む。伝搬路情報取得部は、１以上のアンテナを含む複数の張り出し基地局から伝搬路の干渉の状態を示す干渉電力値を取得する。スケジューリング部は、前記干渉電力値に応じて、前記複数の張り出し基地局がそれぞれ形成するセルを複数のグループに分け、前記グループのうち、第１グループに属するセル内で通信が可能な第１期間のスケジューリングを行う第１タイミングと、該第１タイミングよりも後であって第２グループに属するセル内で通信が可能な第２期間のスケジューリングを行う第２タイミングとの時間差を、該第２グループに属するセルを形成する張り出し基地局が前記干渉電力値を取得する期間を含む第３期間以上に決定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る無線通信装置を示すブロック図。
【図２】実施形態に係る物理層信号処理部を示すブロック図。
【図３】上りリンクのキャリアセンス結果を用いるスケジューリングタイミングの一例を示す図。
【図４】下りリンクの受信電力測定結果を用いるスケジューリングタイミングの一例を示す図。
【図５】セルグループごとのスケジューリングタイミングの一例を示す図。
【図６】基地局及びユーザ端末の干渉到達範囲の一例を示す図。
【図７】セルグループごとのスケジューリングタイミングの別例を示す図。
【図８】シミュレーション結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る無線通信装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
なお、本実施形態では、シングルキャリア伝送を想定して記述するが、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing、直交周波数分割多重伝送）に代表されるマルチキャリア伝送や、さらにこのＯＦＤＭを用いてユーザ端末を周波数方向及び時間方向に多重するシステムについても同様に適用されてもよい。また、上下リンクの多重方法についても特に限定されず、ＴＤＤ（Time Division Duplex）またはＦＤＤ（Frequency Division Duplex）に適用することができる。
【０００９】
本実施形態に係る無線通信装置について図１を参照して説明する。
本実施形態に係る無線通信装置１００は、複数の張り出し基地局１５０と、中央制御ユニット１０１とを含む。張り出し基地局１５０は、１以上のアンテナ１５１と、アナログ部１５２とを含む。中央制御ユニット１０１は、物理層信号処理部１０２と、スケジューリング部１０３と、ネットワークインターフェース部１０４とを含む。図１の例では、張り出し基地局１５０−１から張り出し基地局１５０−Ｎ（Ｎは２以上の自然数）までＮ個の張り出し基地局１５０が中央制御ユニット１０１に接続される。
【００１０】
アンテナ１５１は、１つの張り出し基地局１５０に１以上接続され、図１の例では、アンテナ１５１−１からアンテナ１５１−Ｍ（Ｍは２以上の自然数）までＭ個のアンテナが１つの張り出し基地局１５０に接続される。
【００１１】
アナログ部１５２は、複数のアンテナ１５１にそれぞれ対応してアンテナ１５１と同数存在し、図１の例では、アナログ部１５２−１からアナログ部１５２−ＭまでＭ個のアナログ部１５２がある。
信号送信時のアナログ部１５２は、後述の物理層信号処理部１０２からデジタル信号を受け取り、デジタル信号をアナログ信号に変換して、アナログ信号をアンテナ１５１を介して外部へ送信する。送信時のアナログ部１５２のデジタル−アナログ処理は、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器や局部発振回路、周波数変換器、帯域通過フィルタ、電力増幅器を含む一般的な構成を用いて一般的な処理を行うため、ここでの詳細な説明は省略する。
信号受信時のアナログ部１５２は、アナログ信号をアンテナ１５１を介して受け取り、アナログ信号をデジタル信号に変換して、デジタル信号を物理層信号処理部１０２へ送る。受信時のアナログ部１５２のアナログ−デジタル処理は、帯域通過フィルタ、電力増幅器、局部発振回路、周波数変換器、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含む一般的な構成を用いて一般的な処理を行うため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００１２】
物理層信号処理部１０２は、複数の張り出し基地局１５０にそれぞれ対応して同数存在し、図１の例では、物理層信号処理部１０２−１から物理層信号処理部１０２−ＮまでＮ個の物理層信号処理部１０２がある。なお、複数の物理層信号処理部１０２を物理的に同一のＤＳＰ（Digital Signal Processor）上に実装してそれぞれの処理を行うようにしてもよい。物理層信号処理部１０２の詳細については、図２を参照して後述する。
【００１３】
スケジューリング部１０３は、物理層信号処理部１０２からユーザ端末との伝搬路の干渉の状態を示す情報である干渉電力値と、物理層信号処理に関する情報を除去した情報ビットを受け取る。スケジューリング部１０３は、干渉電力値に応じて、通信を行う際に張り出し基地局１５０により形成されるセルが互いに干渉しないようにグループ分けを行い、１以上のセルグループを生成する。スケジューリング部１０３は、その後、セルグループごとに、スケジューリングタイミングを決定する。スケジューリングタイミングとは、基地局によってスケジューリングされた結果が、各ユーザに対して通知され、各ユーザがそのスケジューリング結果に従って動作を開始するタイミングをいう。干渉電力値は、伝搬路の干渉の度合いを算出できるものであればどのようなものでもよい。例えば、各張り出し基地局１５０における上りリンクの電力測定結果、すなわちキャリアセンス結果、または、各ユーザ端末における下りリンクの受信電力測定結果を表す情報である。
下りリンクの受信電力測定結果を表す情報としては、例えばＸＧＰ（eXtended Global Platform）システムにおいては、下りリンクの受信電力が規定の閾値を超えているかどうかを示す情報であり、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍでは、ＣＩＮＲ（Carrier to Interference plus Noise Ratio：搬送波電力対干渉雑音電力比）を示す情報である。また、３ＧＰＰ ＬＴＥでは、ユーザ端末から要求されるＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）インデックスなどの情報である。これらの情報により、セル間干渉の程度を推測することができる。なお、その他の無線通信システムにおいてもデータ伝送が行われるチャネルのセル間干渉電力の程度を推測することができる情報であればよく、それがいかなる形態で通知されてもよい。
ネットワークインターフェース部１０４は、ユーザ端末ごとに送信するデータに関して全ての制御を行う。例えば、ネットワークインターフェース部１０４は、ユーザ端末ごとのデータを生成したり、データトラフィック量を監視する。
【００１４】
次に、物理層信号処理部１０２について図２を参照して詳細に説明する。
物理層信号処理部１０２は、デジタル信号受信処理部２０１と、データ検出部２０２と、伝搬路情報取得部２０３と、データ生成部２０４と、デジタル信号送信処理部２０５とを含む。
【００１５】
デジタル信号受信処理部２０１は、伝搬路等化器、デマッパ、デコーダを含み、必要に応じシリアル／パラレル変換器、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）演算器、パラレル／シリアル変換器、受信ウェイト乗算器、デスクランブラ、デビットインターリーバ等を含む。デジタル信号受信処理部２０１は、張り出し基地局１５０のアナログ部１５２からデジタル信号を受け取り、復号化、デスクランブリング、デビットインタリーブ、復調、シリアル／パラレル変換、ＦＦＴ、パラレル／シリアル変換などを行い情報ビットを抽出する。
【００１６】
データ検出部２０２は、デジタル信号受信処理部２０１から情報ビットを受け取り、物理層信号処理に関する情報を除去する。ここでのデータ処理は一般的な処理を行うため、詳細な説明は省略する。
【００１７】
伝搬路情報取得部２０３は、デジタル信号受信処理部２０１から情報ビットを受け取り、張り出し基地局１５０ごとの干渉電力値を算出する。また、伝搬路情報取得部２０３は、デジタル信号受信処理部２０１から受け取った情報ビットより、セル内の各ユーザ端末の下りリンクの受信電力測定結果を表す情報を取得してもよい。
【００１８】
データ生成部２０４は、スケジューリング部１０３からユーザデータや制御情報を示す情報ビット系列を受け取り、物理層信号処理に関する情報ビットを付加する。ここでのデータ処理は一般的な処理を行うため、詳細な説明は省略する。
【００１９】
デジタル信号送信処理部２０５は、マッパ、エンコーダを有し、必要に応じスクランブラ、ビットインターリーバ、シリアル／パラレル変換器、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：高速逆フーリエ変換）演算器、パラレル／シリアル変換器、送信ウェイト乗算器を含む。そして、デジタル信号送信処理部２０５は、データ生成部２０４から情報ビット系列を受け取り、符号化、スクランブリング、ビットインタリーブ、変調、シリアル／パラレル変換、高速逆ＦＦＴ、パラレル／シリアル変換などを行いデジタル信号を生成する。
【００２０】
また、張り出し基地局１５０が２本以上のアンテナ数を有する場合、デジタル信号受信処理部２０１又はデジタル信号送信処理部２０５は、ＡＡＡ（Adaptive Array Antenna）処理を適用するためのＡＡＡウェイト計算部及び乗算部を含んでもよい。ＡＡＡ処理は、所望波電力を最大化する最大比合成（ＭＲＣ：Maximum Ratio Combining)や干渉電力を最小化するヌルステアリングといった一般的な手法を用いればよいため、ここでの詳細な説明は省略するが、いかなる方法であっても本実施形態に影響を与えることなく適用可能である。
【００２１】
次に、スケジューリング部１０３で設定されるスケジューリングについて図３及び図４を参照して説明する。図３は、上りリンクのキャリアセンス結果を用いてスケジューリングする場合を示し、図４は、下りリンクの受信電力測定結果を表す情報を用いてスケジューリングする場合を示す。
各セルのスケジューリングは、上りリンクのキャリアセンス結果に基づいて、あるチャネルの上りリンクのキャリアセンス結果による干渉電力値が規定の閾値以上であれば、このチャネルに対してユーザ端末を割り当てず、干渉電力値が規定の閾値未満である場合は、ユーザ端末を割り当てて通信を行う。
【００２２】
このとき、チャネルに割り当てるユーザ端末の選択方法は、ユーザ端末の通信要求の大きさに基づいて行われてもよく、公平性を考慮し全ユーザ端末に均一に通信機会を提供してもよい。また、伝搬路情報取得部２０３が各ユーザ端末の下りリンクの受信電力測定結果を表わす情報を取得している場合は、この情報を用いて被干渉量の多いユーザ端末を選択しない規範で実施してもよい。各セルのスケジューリングにおけるユーザ選択方法は、このように上りリンクのキャリアセンス結果及び下りリンクの受信電力測定結果を表わす情報の一方または両方を用いてセル間の干渉を回避する規範であればいかなる方法であってもよい。
【００２３】
スケジューリング部１０３は、第１から第Ｎまでの張り出し基地局１５０を、第１から第Ｋ（Ｋは、Ｎ以下の２以上の整数）までのＫ個のグループに分割してセルグループを生成する。スケジューリング部１０３は、同一のセルグループに属するセルのスケジューリングタイミングは同一時刻として設定する。スケジューリング部１０３は、セルグループごとに異なるスケジューリングタイミングを割り当てる。図３の例では、第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング３０１と第ｋのセルグループのスケジューリングタイミング３０２とが異なる時刻に設定されていることを示す。
【００２４】
第ｋのセルグループの上りリンクのキャリアセンスは、第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング３０１よりも後に開始する。そのため、第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング３０１から第ｋのセルグループのスケジューリングタイミング３０２までの時間差３１４（Δｔ＿ｋ）は、式(１)で表せる。
【数１】
【００２５】
ここで、ｌ＿ｕｌｃｓ＿ｋは、第ｋのセルグループに属するセルの上りリンクのキャリアセンス期間３１１であり、ｌ＿ｕｓ＿ｋは、セル内に存在する１以上のユーザ端末の中から通信を行うユーザを選択するユーザ選択期間３１２であり、ｌ＿ｎｔｆ＿ｋは、ユーザ端末へスケジューリングの結果を通知するためのスケジューリング結果通知期間３１３である。なお、異なるセルグループのスケジューリングタイミングの間隔を時間差３１４以上に確保することが望ましい。
【００２６】
また、図４に示すように、下りリンクの場合も上りリンクの場合と同様に、第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング４０１と第ｋのセルグループのスケジューリングタイミング４０２とが異なる時刻に設定される。第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング４０１から第ｋのセルグループのスケジューリングタイミング４０２までの時間差４１５（Δｔ＿ｋ）は、式(２)で表せる。
【数２】
【００２７】
ここで、ｌ＿ｄｌｃｓ＿ｋは、ユーザ端末の下りリンクの受信電力を測定する受信電力測定期間４１１であり、ｌ＿ｆｂ＿ｋは、ユーザ端末の受信電力測定結果の基地局へのフィードバック期間４１２である。なお、下りリンクの受信電力測定結果を用いる場合も同様に、異なるセルグループのスケジューリングタイミングの間隔を時間差４１５以上に確保することが望ましい。
【００２８】
なお、上りリンクのキャリアセンス結果及び下りリンクの受信電力測定結果を表す情報を用いてスケジューリングを実施する場合には、式（３）の関係を満たす。
【数３】
【００２９】
この場合、上りリンクのキャリアセンス期間３１１か、受信電力測定期間４１１及びフィードバック期間４１２かのどちらか期間が長い方に依存して、時間差が決定される。
【００３０】
次に、セルのグループピング方法及びセルグループごとのスケジューリングタイミングの一例について図５を参照して説明する。
図５に示すように、セルグループごとに、同一のセルグループ内において任意のスケジューリングタイミングから次のスケジューリングタイミングまでの既定の時間間隔５２１（以下、スケジューリング間隔ともいう）でスケジューリングが周期的に実施される。また、第１から第Ｋまでのセルグループの順にスケジューリングが繰り返し実施される。Δｔ＿１の時間差５２２−１を、第Ｋのセルグループのスケジューリングタイミング５０１−Ｋから第１のセルグループのスケジューリングタイミング５０１−１までの時間とすると、スケジューリング間隔５２１は、以下の式（４）を満たす必要がある。
【数４】
【００３１】
また、上りリンクのキャリアセンス結果を用いてスケジューリングを実施するシステムの場合では、全セルの上りリンクのキャリアセンス期間、ユーザ選択期間及びスケジューリング結果通知期間に必要な時間がそれぞれｌ＿ｕｌｃｓ、ｌ＿ｕｓ及びｌ＿ｎｔｆとすると、セルグループ数Ｋは式（５）のように表せる。
【数５】
【００３２】
同様に、下りリンクの受信電力測定結果を表す情報を用いてスケジューリングを実施するシステムの場合では、全ユーザ端末の受信電力測定期間と受信電力の測定結果のフィードバックに必要な期間とを、それぞれｌ＿ｄｌｃｓ＿ｋとｌ＿ｆｂ＿ｋとすると、セルグループ数Ｋは式（６）のように表せる。
【数６】
【００３３】
さらに、上りリンクのキャリアセンス結果及び下りリンクの受信電力測定結果を表す情報を用いてスケジューリングを実施する場合には、式（７）のように表せる。
【数７】
【００３４】
また、下りリンクの受信電力測定が基地局からの指示により開始されるシステムの場合には、第ｋのセルグループに属する基地局が、第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング以降の適切な時刻に、ユーザ端末に下りリンクの受信電力測定を開始させる必要がある。第ｋのセルグループに属するセルのユーザ端末に基地局からの下りリンクの受信電力の測定結果を基地局へ送信するように要求する、要求信号の受信処理に必要な時間をｌ＿ｒｘ＿ｋとすると、第ｋのセルグループの基地局は、要求信号を第ｋのセルグループのスケジューリングタイミングよりも式（８）に示す時間Ｔｉｎｓｔ以前に送信する必要がある。
【数８】
【００３５】
次に、セルのグルーピング方法について説明する。
セルのグルーピングは、セル間の干渉の影響が閾値以上であれば、異なるグループに属させる。このとき、セル間の干渉の度合いが大きいほど、それらのセルが優先的に異なるセルグループに属するように分けることが望ましい。セル間の干渉の判定方法は、具体的に、実地で測定した結果を用いてセル間の干渉度合いを判定してもよく、セル内に属するユーザ数が多いほど干渉の影響が多いと判定してもよい。また、張り出し基地局１５０同士の距離が近いほど干渉の影響が大きいと判定してもよい。さらに、ユーザ端末のハンドオーバ履歴を参照することにより、ハンドオーバの回数が多いほどセル間で重なるエリアが多いため、干渉の影響が大きいと判定してもよい。このような判定方法により、干渉の影響が大きいそれぞれのセルを異なるグループに属させる。
【００３６】
このグルーピングについては、グラフ彩色問題として扱うことができ、よく知られている周波数割り当てと同様のアルゴリズムを適用することが可能である。また、このグルーピング処理は頻繁に行う必要はなく、基地局を新規に敷設したとき、変更したとき、さらには、ビルの建設などにより伝搬環境に大きな変化が生じた場合に実施すればよい。
【００３７】
次に、本実施形態に係る無線通信装置の動作の一例を図６及び図７を参照して説明する。図６は、基地局が形成する下りリンクの干渉到達範囲、またはユーザ端末が形成する上りリンクの干渉到達範囲を示す。図７は、セルグループごとのスケジューリングタイミングの一例を示す。
【００３８】
図６に示すように、基地局Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ設置され、基地局ごとにセルを形成する。また、基地局ごとの下りリンクの干渉到達範囲６０１Ａ，６０１Ｂ，６０２Ｃが実線で示される。一方、ユーザ端末ａ，ｂ１，ｂ２，ｃは各基地局に属する。具体的には、ユーザ端末ａは基地局Ａが形成するセルＡに属し、ユーザ端末ｂ１，ｂ２は基地局Ｂに形成するセルＢに属し、ユーザ端末ｃは基地局Ｃに形成するセルＣに属する。また、ユーザ端末ごとの上りリンクの干渉到達範囲６０２ａ，６０２ｂ−１，６０２ｂ−２，６０２ｃが破線で示される。
【００３９】
セルグループ数Ｋは３つとし、セルＡ，Ｂ，Ｃが、異なるセルグループＡからＣまでにそれぞれ属する場合を想定する。
次に、本実施形態に係るチャネルの割り当て状況について図７を参照して説明する。ここでは、全セルグループは同一のスケジューリング間隔７３１でスケジューリングを実施するが、各セルグループのスケジューリングタイミングが異なるように設定する。
【００４０】
セルグループＡは、スケジューリングタイミング７０１Ａ，７０２Ａ，・・・，７０７Ａにおいて、その直前に実施されたスケジューリング結果を適用して、チャネルをユーザ端末に割り当てて通信を行うかどうかを決定する。同様に、セルグループＢ及びＣに対しても、スケジューリングタイミング７０１Ｂ，７０２Ｂ，・・・，７０７Ｂ、スケジューリングタイミング７０１Ｃ，７０２Ｃ，・・・，７０７Ｃにおいて、その直前に実施されたスケジューリング結果をそれぞれ適用して、チャネルをユーザ端末に割り当てて通信を行うかどうかを決定する。
図７に示すように、初めに時刻７０１ＡにおいてセルＡに属するユーザ端末ａのデータ通信７１１が行われた場合を想定する。このデータ通信７１１の期間中に、ユーザ端末ｂ１及びｃが通信要求を行ったと想定する。このとき、セルＢ及びセルＣでは、時刻７０１Ａ−７０１Ｂの期間内及び時刻７０１Ｂ−７０１Ｃの期間内でそれぞれ実施される、上りリンクのキャリアセンスにおいてユーザ端末ａの干渉電力が閾値以上で検出される（キャリアセンス結果７２１及び７２２）。よって、セルグループＢ及びＣのそれぞれのスケジューリングタイミング７０１Ｂ及び７０１Ｃではチャネルを割り当てることができない。
【００４１】
ここで、ユーザ端末ａの通信が時刻７０２Ａで終了すると、時刻７０２Ａ−７０２Ｂの期間内で、基地局Ｂの上りリンクのキャリアセンス及びユーザ端末ｂ１の下りリンク受信電力測定では他の干渉が検出されない。よって、ユーザ端末ｂ１に対してチャネルが割り当てられてデータ通信７１２が行われる。また、時刻７０２Ｂ−７０２Ｃの期間内では、基地局Ｃの上りリンクのキャリアセンスでユーザ端末ｂ１の干渉が検出されず、ユーザ端末ｃの下りリンク受信電力測定においても基地局Ｂの干渉が検出されないことから、セルＣのスケジューリングタイミング７０２Ｃでユーザ端末ｃに対してチャネルが割り当てられ、データ通信７１３が行われる。
ここで、時刻７０２Ａ−７０２Ｂの期間は、いずれのユーザ端末にもチャネルが割り当てられていない空き期間である。従来の手法では、例えば全セルのスケジューリングタイミングが同時である場合、空き期間がスケジューリング間隔Ｔとなるが、本実施形態では、空き期間がスケジューリング周期Ｔより短い期間とすることができる。本実施形態におけるスケジューリングでは、式（５）から式（７）までの条件を満たす最大のセルグループ数Ｋに設定することにより空き期間が必要最小限とすることができる。
【００４２】
続いて、時刻７０２Ｂ−７０２Ｃの期間内で、ユーザ端末ａの通信要求が発生しているが、時刻７０２Ｃ−７０３Ａの期間でユーザ端末ｂ１及びユーザ端末ｃが通信を行っていることから閾値以上の干渉電力が検出される。よって、ユーザ端末ｂ１及びユーザ端末ｃのデータ通信７１２及び７１３がそれぞれ終了した後、スケジューリングタイミング７０４Ａでユーザ端末ａにチャネルが割り当てられ、データ通信７１４が開始される。
また、時刻７０３Ｃ−７０４Ａの期間内においてユーザ端末ｂ２から、及び時刻７０４Ａ−７０４Ｂの期間内においてユーザ端末ｃからそれぞれ通信要求が発生したとする。このとき、セルＢ及びセルＣでは、時刻７０４Ａ−７０４Ｂの期間内及び時刻７０４Ｂ−７０４Ｃの期間内のそれぞれで実施される上りリンクのキャリアセンスにおいて、ユーザ端末ａがデータ通信７１４を行っていることによる干渉電力が閾値以上で検出される（キャリアセンス結果７２５及び７２６）。よって、それぞれのスケジューリングタイミング７０４Ｂ及び７０４Ｃでチャネルを割り当てることができない。
【００４３】
そこで、ユーザ端末ａのデータ通信７１４が時刻７０５Ａで終了すると、時刻７０５Ａ−７０５Ｂの期間ではどのセルグループも通信をしていないので、スケジューリングタイミング７０５Ｂにおいてユーザ端末ｂ２が選択され、データ通信７１５を行う。このとき、時刻７０５Ｂ−７０５Ｃの期間では、ユーザ端末ｂ２の干渉が基地局Ｃで検出される（キャリアセンス結果７２７）。よって、スケジューリングタイミング７０５Ｃでユーザ端末ｃが選択されることはなく、時刻７０６Ｂでユーザ端末ｂ２のデータ通信７１５終了後、スケジューリングタイミング７０６Ｃにおいてユーザ端末ｃにチャネルが割り当てられデータ通信７１６が行われる。
なお、従来の手法のように、全セルのスケジューリングタイミングが同時で、全てセルグループＡと同一であった場合、ユーザ端末ａの通信終了時刻７０５Ａ後の最初のスケジューリングタイミング７０６Ａで、ユーザ端末ｂ２とユーザ端末ｃとが同時に選択されることとなる。この場合、ユーザ端末ｂ２と基地局Ｃとは、互いに干渉を検出する位置関係にあるため、通信品質が劣化してしまう。一方、本実施形態に係るスケジューリング方法では、隣接セルの関係にあるセルＢ及びセルＣのスケジューリングタイミングにオフセットを設けているため、セル間干渉を及ぼし合うユーザ端末同士が同時に選択されることなく、各ユーザ端末の通信は高い通信品質を維持することができる。
【００４４】
なお、図７の例では、セルグループＡが通信をおこなった場合、スケジューリングタイミング６０１Ａから次のスケジューリングタイミング６０２Ａまでの期間（スケジューリング間隔中）で通信を続ける例を示したが、通信すべきデータがスケジューリング間隔に満たない場合は、スケジューリング間隔に達するまでダミーデータなどを送ってもよい。
また、通信すべきデータがスケジューリング間隔に満たない場合に、他のセルグループがスケジューリングタイミングに基づいて通信を行ってもよい。例えば、図７では、時刻７０１Ａから７０１Ｂまでの期間内でセルグループＡの通信が終了した場合を想定する。この場合、時刻７０１Ｂから７０１Ｃまでの期間内でのセルグループＣにおけるキャリアセンス結果により、どのセルグループも通信を行っていないことがわかるので、セルグループＣがスケジューリングタイミング７０１Ｃにおいてチャネルの割り当てを行ってもよい。
【００４５】
本実施形態に係る無線通信装置のシミュレーション結果の一例について図８を参照して説明する。
セル半径２００ｍの正六角形セルを平面上に２７個のセルを配置し、各セルに８個のユーザ端末を一様分布に配置したモデルを想定する。チャネルモデルはＩＴＵ−Ｒ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ Ａ（３ｋｍ／ｈ）とし、スケジューリングにおけるユーザ選択はＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ規範で行う。張り出し基地局のアンテナ数は４、ユーザ端末のアンテナ数は１とし、ＡＡＡにおいてＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範のヌルステアリングを行う。基地局及びユーザ端末の送信電力は、それぞれ４３ｄＢｍ及び２３ｄＢｍとする。
【００４６】
従来手法は、全セルが同一スケジューリングタイミングで３フレームごとにスケジューリング結果を適用するのに対し、本実施形態に係るスケジューリング手法では、隣接セル同士が同一セルグループとならないように３つのセルグループに分け、セルグループ間のスケジューリングタイミングには１フレームのオフセットを設けている。ただし、上りリンクのキャリアセンス及び下りリンクの受信電力測定は、スケジューリングタイミングの直前１フレームで行い、図３及び図４を用いて上述したその他の処理に必要な時間は考慮していない。
図８に示すように、下りリンクのユーザＳＩＮＲをＣＤＦ（Cumulative Distribution Function：累積分布関数）で示す。グラフ８０１は従来手法であり、グラフ８０２は本実施形態に係るスケジューリング手法である。グラフ８０１とグラフ８０２とを比較すると、グラフ８０２がグラフ８０１よりもユーザＳＩＮＲが約１．５ｄＢ向上する。なお、セル全体のスループットは１１．４％向上する。
【００４７】
以上に示した本実施形態によれば、基地局が形成するセルをセル間干渉の程度によって複数のセルグループにグループ分けを行い、セルグループごとに異なるスケジューリングタイミングを設定することにより、無駄な空き時間を低減し、かつセル間の干渉回避を効率的に行うことができ、周波数利用効率を高め、高いスループットを実現することができる。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１００・・・無線通信装置、１０１・・・中央制御ユニット、１０２・・・物理層信号処理部、１０３・・・スケジューリング部、１０４・・・ネットワークインターフェース部、１５０・・・張り出し基地局、１５１・・・アンテナ、１５２・・・アナログ部、２０１・・・デジタル信号受信処理部、２０２・・・データ検出部、２０３・・・伝搬路情報取得部、２０４・・・データ生成部、２０５・・・デジタル信号送信処理部、３０１，３０２，４０１，４０２，５０１，７０１Ａ〜Ｃ，７０２Ａ〜Ｃ，７０３Ａ〜Ｃ，７０４Ａ〜Ｃ，７０５Ａ〜Ｃ，７０６Ａ〜Ｃ・・・スケジューリングタイミング（時刻）、３１１・・・キャリアセンス期間、３１２・・・ユーザ選択期間、３１３・・・スケジューリング結果通知期間、３１４，４１５，５２２・・・時間差、４１１・・・受信電力測定期間、４１２・・・フィードバック期間、５２１，７３１・・・スケジューリング間隔、６０１Ａ，６０１Ｂ，６０１Ｃ・・・基地局、６０２Ａ，６０２Ｂ，６０２Ｃ，６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ・・・干渉到達範囲、６０３ａ，６０３ｂ−１，６０３ｂ−２，６０３ｃ・・・ユーザ端末、７１１〜７１６・・・データ通信、７２１〜７２７・・・キャリアセンス結果、８０１，８０２・・・グラフ。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラーシステムにおいて、無線部とベースバンド部とが分離し、１台のベースバンド部で複数の無線部を接続する分散設置型基地局がある。例えば、初期の分散設置型基地局における複数セルのスケジューリング（ユーザ選択及びチャネル割り当て）では、従来の一体型基地局のスケジューリングを複数同時に実施することになると想定される。すなわち、隣接する複数セルのスケジューリングが同一タイミングで実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現行のセルラーシステムで利用可能なチャネル情報を用いて、隣接セル間で同時にスケジューリングが実施されると、実施のタイミングが複数の隣接セルにおいて同時である場合は、互いにチャネルの割り当てを自粛することとなり、いずれのセルにもチャネルが割り当てられていない無駄な空き時間が多く発生する。また、干渉を与え合うユーザ端末が隣接セルで同時に選択される可能性があることから、周波数利用効率の低いスケジューリング結果となる。
【０００５】
本発明の一観点は、高いスループットを実現することができる無線通信装置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】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る無線通信装置は、伝搬路情報取得部と、スケジューリング部とを含む。伝搬路情報取得部は、１以上のアンテナを含む複数の張り出し基地局から伝搬路の干渉の状態を示す干渉電力値を取得する。スケジューリング部は、前記干渉電力値に応じて、前記複数の張り出し基地局がそれぞれ形成するセルを複数のグループに分け、前記グループのうち、第１グループに属するセル内で通信が可能な第１期間のスケジューリングを行う第１タイミングと、該第１タイミングよりも後であって第２グループに属するセル内で通信が可能な第２期間のスケジューリングを行う第２タイミングとの時間差を、該第２グループに属するセルを形成する張り出し基地局が前記干渉電力値を取得する期間を含む第３期間以上に決定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る無線通信装置を示すブロック図。
【図２】実施形態に係る物理層信号処理部を示すブロック図。
【図３】上りリンクのキャリアセンス結果を用いるスケジューリングタイミングの一例を示す図。
【図４】下りリンクの受信電力測定結果を用いるスケジューリングタイミングの一例を示す図。
【図５】セルグループごとのスケジューリングタイミングの一例を示す図。
【図６】基地局及びユーザ端末の干渉到達範囲の一例を示す図。
【図７】セルグループごとのスケジューリングタイミングの別例を示す図。
【図８】シミュレーション結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る無線通信装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
なお、本実施形態では、シングルキャリア伝送を想定して記述するが、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing、直交周波数分割多重伝送）に代表されるマルチキャリア伝送や、さらにこのＯＦＤＭを用いてユーザ端末を周波数方向及び時間方向に多重するシステムについても同様に適用されてもよい。また、上下リンクの多重方法についても特に限定されず、ＴＤＤ（Time Division Duplex）またはＦＤＤ（Frequency Division Duplex）に適用することができる。
【０００９】
本実施形態に係る無線通信装置について図１を参照して説明する。
本実施形態に係る無線通信装置１００は、複数の張り出し基地局１５０と、中央制御ユニット１０１とを含む。張り出し基地局１５０は、１以上のアンテナ１５１と、アナログ部１５２とを含む。中央制御ユニット１０１は、物理層信号処理部１０２と、スケジューリング部１０３と、ネットワークインターフェース部１０４とを含む。図１の例では、張り出し基地局１５０−１から張り出し基地局１５０−Ｎ（Ｎは２以上の自然数）までＮ個の張り出し基地局１５０が中央制御ユニット１０１に接続される。
【００１０】
アンテナ１５１は、１つの張り出し基地局１５０に１以上接続され、図１の例では、アンテナ１５１−１からアンテナ１５１−Ｍ（Ｍは２以上の自然数）までＭ個のアンテナが１つの張り出し基地局１５０に接続される。
【００１１】
アナログ部１５２は、複数のアンテナ１５１にそれぞれ対応してアンテナ１５１と同数存在し、図１の例では、アナログ部１５２−１からアナログ部１５２−ＭまでＭ個のアナログ部１５２がある。
信号送信時のアナログ部１５２は、後述の物理層信号処理部１０２からデジタル信号を受け取り、デジタル信号をアナログ信号に変換して、アナログ信号をアンテナ１５１を介して外部へ送信する。送信時のアナログ部１５２のデジタル−アナログ処理は、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器や局部発振回路、周波数変換器、帯域通過フィルタ、電力増幅器を含む一般的な構成を用いて一般的な処理を行うため、ここでの詳細な説明は省略する。
信号受信時のアナログ部１５２は、アナログ信号をアンテナ１５１を介して受け取り、アナログ信号をデジタル信号に変換して、デジタル信号を物理層信号処理部１０２へ送る。受信時のアナログ部１５２のアナログ−デジタル処理は、帯域通過フィルタ、電力増幅器、局部発振回路、周波数変換器、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含む一般的な構成を用いて一般的な処理を行うため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００１２】
物理層信号処理部１０２は、複数の張り出し基地局１５０にそれぞれ対応して同数存在し、図１の例では、物理層信号処理部１０２−１から物理層信号処理部１０２−ＮまでＮ個の物理層信号処理部１０２がある。なお、複数の物理層信号処理部１０２を物理的に同一のＤＳＰ（Digital Signal Processor）上に実装してそれぞれの処理を行うようにしてもよい。物理層信号処理部１０２の詳細については、図２を参照して後述する。
【００１３】
スケジューリング部１０３は、物理層信号処理部１０２からユーザ端末との伝搬路の干渉の状態を示す情報である干渉電力値と、物理層信号処理に関する情報を除去した情報ビットを受け取る。スケジューリング部１０３は、干渉電力値に応じて、通信を行う際に張り出し基地局１５０により形成されるセルが互いに干渉しないようにグループ分けを行い、１以上のセルグループを生成する。スケジューリング部１０３は、その後、セルグループごとに、スケジューリングタイミングを決定する。スケジューリングタイミングとは、基地局によってスケジューリングされた結果が、各ユーザに対して通知され、各ユーザがそのスケジューリング結果に従って動作を開始するタイミングをいう。干渉電力値は、伝搬路の干渉の度合いを算出できるものであればどのようなものでもよい。例えば、各張り出し基地局１５０における上りリンクの電力測定結果、すなわちキャリアセンス結果、または、各ユーザ端末における下りリンクの受信電力測定結果を表す情報である。
下りリンクの受信電力測定結果を表す情報としては、例えばＸＧＰ（eXtended Global Platform）システムにおいては、下りリンクの受信電力が規定の閾値を超えているかどうかを示す情報であり、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍでは、ＣＩＮＲ（Carrier to Interference plus Noise Ratio：搬送波電力対干渉雑音電力比）を示す情報である。また、３ＧＰＰ ＬＴＥでは、ユーザ端末から要求されるＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）インデックスなどの情報である。これらの情報により、セル間干渉の程度を推測することができる。なお、その他の無線通信システムにおいてもデータ伝送が行われるチャネルのセル間干渉電力の程度を推測することができる情報であればよく、それがいかなる形態で通知されてもよい。
ネットワークインターフェース部１０４は、ユーザ端末ごとに送信するデータに関して全ての制御を行う。例えば、ネットワークインターフェース部１０４は、ユーザ端末ごとのデータを生成したり、データトラフィック量を監視する。
【００１４】
次に、物理層信号処理部１０２について図２を参照して詳細に説明する。
物理層信号処理部１０２は、デジタル信号受信処理部２０１と、データ検出部２０２と、伝搬路情報取得部２０３と、データ生成部２０４と、デジタル信号送信処理部２０５とを含む。
【００１５】
デジタル信号受信処理部２０１は、伝搬路等化器、デマッパ、デコーダを含み、必要に応じシリアル／パラレル変換器、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）演算器、パラレル／シリアル変換器、受信ウェイト乗算器、デスクランブラ、デビットインターリーバ等を含む。デジタル信号受信処理部２０１は、張り出し基地局１５０のアナログ部１５２からデジタル信号を受け取り、復号化、デスクランブリング、デビットインタリーブ、復調、シリアル／パラレル変換、ＦＦＴ、パラレル／シリアル変換などを行い情報ビットを抽出する。
【００１６】
データ検出部２０２は、デジタル信号受信処理部２０１から情報ビットを受け取り、物理層信号処理に関する情報を除去する。ここでのデータ処理は一般的な処理を行うため、詳細な説明は省略する。
【００１７】
伝搬路情報取得部２０３は、デジタル信号受信処理部２０１から情報ビットを受け取り、張り出し基地局１５０ごとの干渉電力値を算出する。また、伝搬路情報取得部２０３は、デジタル信号受信処理部２０１から受け取った情報ビットより、セル内の各ユーザ端末の下りリンクの受信電力測定結果を表す情報を取得してもよい。
【００１８】
データ生成部２０４は、スケジューリング部１０３からユーザデータや制御情報を示す情報ビット系列を受け取り、物理層信号処理に関する情報ビットを付加する。ここでのデータ処理は一般的な処理を行うため、詳細な説明は省略する。
【００１９】
デジタル信号送信処理部２０５は、マッパ、エンコーダを有し、必要に応じスクランブラ、ビットインターリーバ、シリアル／パラレル変換器、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：高速逆フーリエ変換）演算器、パラレル／シリアル変換器、送信ウェイト乗算器を含む。そして、デジタル信号送信処理部２０５は、データ生成部２０４から情報ビット系列を受け取り、符号化、スクランブリング、ビットインタリーブ、変調、シリアル／パラレル変換、高速逆ＦＦＴ、パラレル／シリアル変換などを行いデジタル信号を生成する。
【００２０】
また、張り出し基地局１５０が２本以上のアンテナ数を有する場合、デジタル信号受信処理部２０１又はデジタル信号送信処理部２０５は、ＡＡＡ（Adaptive Array Antenna）処理を適用するためのＡＡＡウェイト計算部及び乗算部を含んでもよい。ＡＡＡ処理は、所望波電力を最大化する最大比合成（ＭＲＣ：Maximum Ratio Combining)や干渉電力を最小化するヌルステアリングといった一般的な手法を用いればよいため、ここでの詳細な説明は省略するが、いかなる方法であっても本実施形態に影響を与えることなく適用可能である。
【００２１】
次に、スケジューリング部１０３で設定されるスケジューリングについて図３及び図４を参照して説明する。図３は、上りリンクのキャリアセンス結果を用いてスケジューリングする場合を示し、図４は、下りリンクの受信電力測定結果を表す情報を用いてスケジューリングする場合を示す。
各セルのスケジューリングは、上りリンクのキャリアセンス結果に基づいて、あるチャネルの上りリンクのキャリアセンス結果による干渉電力値が規定の閾値以上であれば、このチャネルに対してユーザ端末を割り当てず、干渉電力値が規定の閾値未満である場合は、ユーザ端末を割り当てて通信を行う。
【００２２】
このとき、チャネルに割り当てるユーザ端末の選択方法は、ユーザ端末の通信要求の大きさに基づいて行われてもよく、公平性を考慮し全ユーザ端末に均一に通信機会を提供してもよい。また、伝搬路情報取得部２０３が各ユーザ端末の下りリンクの受信電力測定結果を表わす情報を取得している場合は、この情報を用いて被干渉量の多いユーザ端末を選択しない規範で実施してもよい。各セルのスケジューリングにおけるユーザ選択方法は、このように上りリンクのキャリアセンス結果及び下りリンクの受信電力測定結果を表わす情報の一方または両方を用いてセル間の干渉を回避する規範であればいかなる方法であってもよい。
【００２３】
スケジューリング部１０３は、第１から第Ｎまでの張り出し基地局１５０を、第１から第Ｋ（Ｋは、Ｎ以下の２以上の整数）までのＫ個のグループに分割してセルグループを生成する。スケジューリング部１０３は、同一のセルグループに属するセルのスケジューリングタイミングは同一時刻として設定する。スケジューリング部１０３は、セルグループごとに異なるスケジューリングタイミングを割り当てる。図３の例では、第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング３０１と第ｋのセルグループのスケジューリングタイミング３０２とが異なる時刻に設定されていることを示す。
【００２４】
第ｋのセルグループの上りリンクのキャリアセンスは、第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング３０１よりも後に開始する。そのため、第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング３０１から第ｋのセルグループのスケジューリングタイミング３０２までの時間差３１４（Δｔ＿ｋ）は、式(１)で表せる。
【数１】
【００２５】
ここで、ｌ＿ｕｌｃｓ＿ｋは、第ｋのセルグループに属するセルの上りリンクのキャリアセンス期間３１１であり、ｌ＿ｕｓ＿ｋは、セル内に存在する１以上のユーザ端末の中から通信を行うユーザを選択するユーザ選択期間３１２であり、ｌ＿ｎｔｆ＿ｋは、ユーザ端末へスケジューリングの結果を通知するためのスケジューリング結果通知期間３１３である。なお、異なるセルグループのスケジューリングタイミングの間隔を時間差３１４以上に確保することが望ましい。
【００２６】
また、図４に示すように、下りリンクの場合も上りリンクの場合と同様に、第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング４０１と第ｋのセルグループのスケジューリングタイミング４０２とが異なる時刻に設定される。第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング４０１から第ｋのセルグループのスケジューリングタイミング４０２までの時間差４１５（Δｔ＿ｋ）は、式(２)で表せる。
【数２】
【００２７】
ここで、ｌ＿ｄｌｃｓ＿ｋは、ユーザ端末の下りリンクの受信電力を測定する受信電力測定期間４１１であり、ｌ＿ｆｂ＿ｋは、ユーザ端末の受信電力測定結果の基地局へのフィードバック期間４１２である。なお、下りリンクの受信電力測定結果を用いる場合も同様に、異なるセルグループのスケジューリングタイミングの間隔を時間差４１５以上に確保することが望ましい。
【００２８】
なお、上りリンクのキャリアセンス結果及び下りリンクの受信電力測定結果を表す情報を用いてスケジューリングを実施する場合には、式（３）の関係を満たす。
【数３】
【００２９】
この場合、上りリンクのキャリアセンス期間３１１か、受信電力測定期間４１１及びフィードバック期間４１２かのどちらか期間が長い方に依存して、時間差が決定される。
【００３０】
次に、セルのグループピング方法及びセルグループごとのスケジューリングタイミングの一例について図５を参照して説明する。
図５に示すように、セルグループごとに、同一のセルグループ内において任意のスケジューリングタイミングから次のスケジューリングタイミングまでの既定の時間間隔５２１（以下、スケジューリング間隔ともいう）でスケジューリングが周期的に実施される。また、第１から第Ｋまでのセルグループの順にスケジューリングが繰り返し実施される。Δｔ＿１の時間差５２２−１を、第Ｋのセルグループのスケジューリングタイミング５０１−Ｋから第１のセルグループのスケジューリングタイミング５０１−１までの時間とすると、スケジューリング間隔５２１は、以下の式（４）を満たす必要がある。
【数４】
【００３１】
また、上りリンクのキャリアセンス結果を用いてスケジューリングを実施するシステムの場合では、全セルの上りリンクのキャリアセンス期間、ユーザ選択期間及びスケジューリング結果通知期間に必要な時間がそれぞれｌ＿ｕｌｃｓ、ｌ＿ｕｓ及びｌ＿ｎｔｆとすると、セルグループ数Ｋは式（５）のように表せる。
【数５】
【００３２】
同様に、下りリンクの受信電力測定結果を表す情報を用いてスケジューリングを実施するシステムの場合では、全ユーザ端末の受信電力測定期間と受信電力の測定結果のフィードバックに必要な期間とを、それぞれｌ＿ｄｌｃｓ＿ｋとｌ＿ｆｂ＿ｋとすると、セルグループ数Ｋは式（６）のように表せる。
【数６】
【００３３】
さらに、上りリンクのキャリアセンス結果及び下りリンクの受信電力測定結果を表す情報を用いてスケジューリングを実施する場合には、式（７）のように表せる。
【数７】
【００３４】
また、下りリンクの受信電力測定が基地局からの指示により開始されるシステムの場合には、第ｋのセルグループに属する基地局が、第（ｋ−１）のセルグループのスケジューリングタイミング以降の適切な時刻に、ユーザ端末に下りリンクの受信電力測定を開始させる必要がある。第ｋのセルグループに属するセルのユーザ端末に基地局からの下りリンクの受信電力の測定結果を基地局へ送信するように要求する、要求信号の受信処理に必要な時間をｌ＿ｒｘ＿ｋとすると、第ｋのセルグループの基地局は、要求信号を第ｋのセルグループのスケジューリングタイミングよりも式（８）に示す時間Ｔｉｎｓｔ以前に送信する必要がある。
【数８】
【００３５】
次に、セルのグルーピング方法について説明する。
セルのグルーピングは、セル間の干渉の影響が閾値以上であれば、異なるグループに属させる。このとき、セル間の干渉の度合いが大きいほど、それらのセルが優先的に異なるセルグループに属するように分けることが望ましい。セル間の干渉の判定方法は、具体的に、実地で測定した結果を用いてセル間の干渉度合いを判定してもよく、セル内に属するユーザ数が多いほど干渉の影響が多いと判定してもよい。また、張り出し基地局１５０同士の距離が近いほど干渉の影響が大きいと判定してもよい。さらに、ユーザ端末のハンドオーバ履歴を参照することにより、ハンドオーバの回数が多いほどセル間で重なるエリアが多いため、干渉の影響が大きいと判定してもよい。このような判定方法により、干渉の影響が大きいそれぞれのセルを異なるグループに属させる。
【００３６】
このグルーピングについては、グラフ彩色問題として扱うことができ、よく知られている周波数割り当てと同様のアルゴリズムを適用することが可能である。また、このグルーピング処理は頻繁に行う必要はなく、基地局を新規に敷設したとき、変更したとき、さらには、ビルの建設などにより伝搬環境に大きな変化が生じた場合に実施すればよい。
【００３７】
次に、本実施形態に係る無線通信装置の動作の一例を図６及び図７を参照して説明する。図６は、基地局が形成する下りリンクの干渉到達範囲、またはユーザ端末が形成する上りリンクの干渉到達範囲を示す。図７は、セルグループごとのスケジューリングタイミングの一例を示す。
【００３８】
図６に示すように、基地局Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ設置され、基地局ごとにセルを形成する。また、基地局ごとの下りリンクの干渉到達範囲６０１Ａ，６０１Ｂ，６０２Ｃが実線で示される。一方、ユーザ端末ａ，ｂ１，ｂ２，ｃは各基地局に属する。具体的には、ユーザ端末ａは基地局Ａが形成するセルＡに属し、ユーザ端末ｂ１，ｂ２は基地局Ｂに形成するセルＢに属し、ユーザ端末ｃは基地局Ｃに形成するセルＣに属する。また、ユーザ端末ごとの上りリンクの干渉到達範囲６０２ａ，６０２ｂ−１，６０２ｂ−２，６０２ｃが破線で示される。
【００３９】
セルグループ数Ｋは３つとし、セルＡ，Ｂ，Ｃが、異なるセルグループＡからＣまでにそれぞれ属する場合を想定する。
次に、本実施形態に係るチャネルの割り当て状況について図７を参照して説明する。ここでは、全セルグループは同一のスケジューリング間隔７３１でスケジューリングを実施するが、各セルグループのスケジューリングタイミングが異なるように設定する。
【００４０】
セルグループＡは、スケジューリングタイミング７０１Ａ，７０２Ａ，・・・，７０７Ａにおいて、その直前に実施されたスケジューリング結果を適用して、チャネルをユーザ端末に割り当てて通信を行うかどうかを決定する。同様に、セルグループＢ及びＣに対しても、スケジューリングタイミング７０１Ｂ，７０２Ｂ，・・・，７０７Ｂ、スケジューリングタイミング７０１Ｃ，７０２Ｃ，・・・，７０７Ｃにおいて、その直前に実施されたスケジューリング結果をそれぞれ適用して、チャネルをユーザ端末に割り当てて通信を行うかどうかを決定する。
図７に示すように、初めに時刻７０１ＡにおいてセルＡに属するユーザ端末ａのデータ通信７１１が行われた場合を想定する。このデータ通信７１１の期間中に、ユーザ端末ｂ１及びｃが通信要求を行ったと想定する。このとき、セルＢ及びセルＣでは、時刻７０１Ａ−７０１Ｂの期間内及び時刻７０１Ｂ−７０１Ｃの期間内でそれぞれ実施される、上りリンクのキャリアセンスにおいてユーザ端末ａの干渉電力が閾値以上で検出される（キャリアセンス結果７２１及び７２２）。よって、セルグループＢ及びＣのそれぞれのスケジューリングタイミング７０１Ｂ及び７０１Ｃではチャネルを割り当てることができない。
【００４１】
ここで、ユーザ端末ａの通信が時刻７０２Ａで終了すると、時刻７０２Ａ−７０２Ｂの期間内で、基地局Ｂの上りリンクのキャリアセンス及びユーザ端末ｂ１の下りリンク受信電力測定では他の干渉が検出されない。よって、ユーザ端末ｂ１に対してチャネルが割り当てられてデータ通信７１２が行われる。また、時刻７０２Ｂ−７０２Ｃの期間内では、基地局Ｃの上りリンクのキャリアセンスでユーザ端末ｂ１の干渉が検出されず、ユーザ端末ｃの下りリンク受信電力測定においても基地局Ｂの干渉が検出されないことから、セルＣのスケジューリングタイミング７０２Ｃでユーザ端末ｃに対してチャネルが割り当てられ、データ通信７１３が行われる。
ここで、時刻７０２Ａ−７０２Ｂの期間は、いずれのユーザ端末にもチャネルが割り当てられていない空き期間である。従来の手法では、例えば全セルのスケジューリングタイミングが同時である場合、空き期間がスケジューリング間隔Ｔとなるが、本実施形態では、空き期間がスケジューリング周期Ｔより短い期間とすることができる。本実施形態におけるスケジューリングでは、式（５）から式（７）までの条件を満たす最大のセルグループ数Ｋに設定することにより空き期間が必要最小限とすることができる。
【００４２】
続いて、時刻７０２Ｂ−７０２Ｃの期間内で、ユーザ端末ａの通信要求が発生しているが、時刻７０２Ｃ−７０３Ａの期間でユーザ端末ｂ１及びユーザ端末ｃが通信を行っていることから閾値以上の干渉電力が検出される。よって、ユーザ端末ｂ１及びユーザ端末ｃのデータ通信７１２及び７１３がそれぞれ終了した後、スケジューリングタイミング７０４Ａでユーザ端末ａにチャネルが割り当てられ、データ通信７１４が開始される。
また、時刻７０３Ｃ−７０４Ａの期間内においてユーザ端末ｂ２から、及び時刻７０４Ａ−７０４Ｂの期間内においてユーザ端末ｃからそれぞれ通信要求が発生したとする。このとき、セルＢ及びセルＣでは、時刻７０４Ａ−７０４Ｂの期間内及び時刻７０４Ｂ−７０４Ｃの期間内のそれぞれで実施される上りリンクのキャリアセンスにおいて、ユーザ端末ａがデータ通信７１４を行っていることによる干渉電力が閾値以上で検出される（キャリアセンス結果７２５及び７２６）。よって、それぞれのスケジューリングタイミング７０４Ｂ及び７０４Ｃでチャネルを割り当てることができない。
【００４３】
そこで、ユーザ端末ａのデータ通信７１４が時刻７０５Ａで終了すると、時刻７０５Ａ−７０５Ｂの期間ではどのセルグループも通信をしていないので、スケジューリングタイミング７０５Ｂにおいてユーザ端末ｂ２が選択され、データ通信７１５を行う。このとき、時刻７０５Ｂ−７０５Ｃの期間では、ユーザ端末ｂ２の干渉が基地局Ｃで検出される（キャリアセンス結果７２７）。よって、スケジューリングタイミング７０５Ｃでユーザ端末ｃが選択されることはなく、時刻７０６Ｂでユーザ端末ｂ２のデータ通信７１５終了後、スケジューリングタイミング７０６Ｃにおいてユーザ端末ｃにチャネルが割り当てられデータ通信７１６が行われる。
なお、従来の手法のように、全セルのスケジューリングタイミングが同時で、全てセルグループＡと同一であった場合、ユーザ端末ａの通信終了時刻７０５Ａ後の最初のスケジューリングタイミング７０６Ａで、ユーザ端末ｂ２とユーザ端末ｃとが同時に選択されることとなる。この場合、ユーザ端末ｂ２と基地局Ｃとは、互いに干渉を検出する位置関係にあるため、通信品質が劣化してしまう。一方、本実施形態に係るスケジューリング方法では、隣接セルの関係にあるセルＢ及びセルＣのスケジューリングタイミングにオフセットを設けているため、セル間干渉を及ぼし合うユーザ端末同士が同時に選択されることなく、各ユーザ端末の通信は高い通信品質を維持することができる。
【００４４】
なお、図７の例では、セルグループＡが通信をおこなった場合、スケジューリングタイミング６０１Ａから次のスケジューリングタイミング６０２Ａまでの期間（スケジューリング間隔中）で通信を続ける例を示したが、通信すべきデータがスケジューリング間隔に満たない場合は、スケジューリング間隔に達するまでダミーデータなどを送ってもよい。
また、通信すべきデータがスケジューリング間隔に満たない場合に、他のセルグループがスケジューリングタイミングに基づいて通信を行ってもよい。例えば、図７では、時刻７０１Ａから７０１Ｂまでの期間内でセルグループＡの通信が終了した場合を想定する。この場合、時刻７０１Ｂから７０１Ｃまでの期間内でのセルグループＣにおけるキャリアセンス結果により、どのセルグループも通信を行っていないことがわかるので、セルグループＣがスケジューリングタイミング７０１Ｃにおいてチャネルの割り当てを行ってもよい。
【００４５】
本実施形態に係る無線通信装置のシミュレーション結果の一例について図８を参照して説明する。
セル半径２００ｍの正六角形セルを平面上に２７個のセルを配置し、各セルに８個のユーザ端末を一様分布に配置したモデルを想定する。チャネルモデルはＩＴＵ−Ｒ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ Ａ（３ｋｍ／ｈ）とし、スケジューリングにおけるユーザ選択はＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ規範で行う。張り出し基地局のアンテナ数は４、ユーザ端末のアンテナ数は１とし、ＡＡＡにおいてＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範のヌルステアリングを行う。基地局及びユーザ端末の送信電力は、それぞれ４３ｄＢｍ及び２３ｄＢｍとする。
【００４６】
従来手法は、全セルが同一スケジューリングタイミングで３フレームごとにスケジューリング結果を適用するのに対し、本実施形態に係るスケジューリング手法では、隣接セル同士が同一セルグループとならないように３つのセルグループに分け、セルグループ間のスケジューリングタイミングには１フレームのオフセットを設けている。ただし、上りリンクのキャリアセンス及び下りリンクの受信電力測定は、スケジューリングタイミングの直前１フレームで行い、図３及び図４を用いて上述したその他の処理に必要な時間は考慮していない。
図８に示すように、下りリンクのユーザＳＩＮＲをＣＤＦ（Cumulative Distribution Function：累積分布関数）で示す。グラフ８０１は従来手法であり、グラフ８０２は本実施形態に係るスケジューリング手法である。グラフ８０１とグラフ８０２とを比較すると、グラフ８０２がグラフ８０１よりもユーザＳＩＮＲが約１．５ｄＢ向上する。なお、セル全体のスループットは１１．４％向上する。
【００４７】
以上に示した本実施形態によれば、基地局が形成するセルをセル間干渉の程度によって複数のセルグループにグループ分けを行い、セルグループごとに異なるスケジューリングタイミングを設定することにより、無駄な空き時間を低減し、かつセル間の干渉回避を効率的に行うことができ、周波数利用効率を高め、高いスループットを実現することができる。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１００・・・無線通信装置、１０１・・・中央制御ユニット、１０２・・・物理層信号処理部、１０３・・・スケジューリング部、１０４・・・ネットワークインターフェース部、１５０・・・張り出し基地局、１５１・・・アンテナ、１５２・・・アナログ部、２０１・・・デジタル信号受信処理部、２０２・・・データ検出部、２０３・・・伝搬路情報取得部、２０４・・・データ生成部、２０５・・・デジタル信号送信処理部、３０１，３０２，４０１，４０２，５０１，７０１Ａ〜Ｃ，７０２Ａ〜Ｃ，７０３Ａ〜Ｃ，７０４Ａ〜Ｃ，７０５Ａ〜Ｃ，７０６Ａ〜Ｃ・・・スケジューリングタイミング（時刻）、３１１・・・キャリアセンス期間、３１２・・・ユーザ選択期間、３１３・・・スケジューリング結果通知期間、３１４，４１５，５２２・・・時間差、４１１・・・受信電力測定期間、４１２・・・フィードバック期間、５２１，７３１・・・スケジューリング間隔、６０１Ａ，６０１Ｂ，６０１Ｃ・・・基地局、６０２Ａ，６０２Ｂ，６０２Ｃ，６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ・・・干渉到達範囲、６０３ａ，６０３ｂ−１，６０３ｂ−２，６０３ｃ・・・ユーザ端末、７１１〜７１６・・・データ通信、７２１〜７２７・・・キャリアセンス結果、８０１，８０２・・・グラフ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のアンテナを含む複数の張り出し基地局から伝搬路の干渉の状態を示す干渉電力値を取得する伝搬路情報取得部と、
前記干渉電力値に応じて、前記複数の張り出し基地局がそれぞれ形成するセルを複数のグループに分け、前記グループのうち、第１グループに属するセル内で通信が可能な第１期間のスケジューリングを行う第１タイミングと、該第１タイミングよりも後であって第２グループに属するセル内で通信が可能な第２期間のスケジューリングを行う第２タイミングとを決定するスケジューリング部とを備え、
前記第１タイミングと前記第２タイミングとの時間差は、該第２グループに属するセルを形成する張り出し基地局が干渉電力値を取得する期間を含む第３期間以上であることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記スケジューリング部は、第１セルと第２セルとの間の干渉電力値が閾値以上である場合、前記第１セルと前記第２セルとを異なるグループに属させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記スケジューリング部は、第１張り出し基地局と第２張り出し基地局との間の距離が閾値以下である場合に、前記第１張り出し基地局に属する第１セルと第２張り出し基地局に属する第１セルとを異なるグループに属させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記スケジューリング部は、第１セルから第２セルあるいは前記第２セルから前記第１セルへのユーザのハンドオーバの回数が閾値以上である場合に、前記第１セルと前記第２セルとを異なるグループに属させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第１グループのスケジューリング間隔と前記第２グループのスケジューリング間隔とは等しく、
前記スケジューリング部は、グループの数を、前記第３期間を定数倍した時間が前記スケジューリング間隔以下となるときの該定数の値以下に設定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記第３期間は、ユーザから張り出し基地局へのリンクを示す上りリンクの該張り出し基地局で受信電力を測定するキャリアセンス期間、チャネルを割り当てるユーザを選択するユーザ選択期間、及びユーザを選択した結果を前記チャネルが割り当てられたユーザへ通知する通知期間を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記第３期間は、張り出し基地局からユーザへのリンクを示す下りリンクの受信電力の測定期間、該受信電力の測定値を前記ユーザから前記張り出し基地局へフィードバックするフィードバック期間、チャネルを割り当てるユーザを選択するユーザ選択期間、及びユーザを選択した結果を前記チャネルが割り当てられたユーザへ通知する通知期間を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項８】
ユーザから張り出し基地局へのリンクを示す上りリンクの該張り出し基地局で受信電力を測定するキャリアセンス期間が、前記張り出し基地局からユーザへのリンクを示す下りリンクの受信電力の測定期間と、該受信電力の測定値を前記ユーザから前記張り出し基地局へフィードバックするフィードバック期間との和よりも長い場合は、前記第３期間は、前記測定期間及び前記フィードバック期間の和を含み、
前記キャリアセンス期間が前記測定期間と前記フィードバック期間との和以下である場合は、前記第３期間は、前記キャリアセンス期間を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記スケジューリング部は、前記第１グループに属するセル内で通信が可能なユーザに受信電力の測定結果を張り出し基地局へ送信するように要求する要求信号を、前記第１タイミングよりも、前記第３期間とユーザが前記要求信号を受信処理するのに必要な時間とをあわせた期間以上前に送信することを特徴とする請求項７及び８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
１以上のアンテナを含む複数の張り出し基地局と、
前記複数の張り出し基地局における通信を制御する制御部と、を具備する無線通信装置であって、
前記制御部は、
複数の張り出し基地局から伝搬路の干渉の状態を示す干渉電力値を取得する伝搬路情報取得部と、
前記干渉電力値に応じて、前記複数の張り出し基地局がそれぞれ形成するセルを複数のグループに分け、前記グループのうち、第１グループに属するセル内で通信が可能な第１期間のスケジューリングを行う第１タイミングと、該第１タイミングよりも後であって第２グループに属するセル内で通信が可能な第２期間のスケジューリングを行う第２タイミングとを決定するスケジューリング部とを備え、
前記第１タイミングと前記第２タイミングとの時間差は、該第２グループに属するセルを形成する張り出し基地局が前記干渉電力値を取得する期間を含む第３期間以上であることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１】
１以上のアンテナを含む複数の張り出し基地局から伝搬路の干渉の状態を示す干渉電力値を取得する伝搬路情報取得部と、
前記干渉電力値に応じて、前記複数の張り出し基地局がそれぞれ形成するセルを複数のグループに分け、前記グループのうち、第１グループに属するセル内で通信が可能な第１期間のスケジューリングを行う第１タイミングと、該第１タイミングよりも後であって第２グループに属するセル内で通信が可能な第２期間のスケジューリングを行う第２タイミングとを決定するスケジューリング部とを備え、
前記第１タイミングと前記第２タイミングとの時間差は、該第２グループに属するセルを形成する張り出し基地局が干渉電力値を取得する期間を含む第３期間以上であることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記スケジューリング部は、第１セルと第２セルとの間の干渉電力値が閾値以上である場合、前記第１セルと前記第２セルとを異なるグループに属させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記スケジューリング部は、第１張り出し基地局と第２張り出し基地局との間の距離が閾値以下である場合に、前記第１張り出し基地局に属する第１セルと第２張り出し基地局に属する第１セルとを異なるグループに属させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記スケジューリング部は、第１セルから第２セルあるいは前記第２セルから前記第１セルへのユーザのハンドオーバの回数が閾値以上である場合に、前記第１セルと前記第２セルとを異なるグループに属させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第１グループのスケジューリング間隔と前記第２グループのスケジューリング間隔とは等しく、
前記スケジューリング部は、グループの数を、前記第３期間を定数倍した時間が前記スケジューリング間隔以下となるときの該定数の値以下に設定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記第３期間は、ユーザから張り出し基地局へのリンクを示す上りリンクの該張り出し基地局で受信電力を測定するキャリアセンス期間、チャネルを割り当てるユーザを選択するユーザ選択期間、及びユーザを選択した結果を前記チャネルが割り当てられたユーザへ通知する通知期間を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記第３期間は、張り出し基地局からユーザへのリンクを示す下りリンクの受信電力の測定期間、該受信電力の測定値を前記ユーザから前記張り出し基地局へフィードバックするフィードバック期間、チャネルを割り当てるユーザを選択するユーザ選択期間、及びユーザを選択した結果を前記チャネルが割り当てられたユーザへ通知する通知期間を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項８】
ユーザから張り出し基地局へのリンクを示す上りリンクの該張り出し基地局で受信電力を測定するキャリアセンス期間が、前記張り出し基地局からユーザへのリンクを示す下りリンクの受信電力の測定期間と、該受信電力の測定値を前記ユーザから前記張り出し基地局へフィードバックするフィードバック期間との和よりも長い場合は、前記第３期間は、前記測定期間及び前記フィードバック期間の和を含み、
前記キャリアセンス期間が前記測定期間と前記フィードバック期間との和以下である場合は、前記第３期間は、前記キャリアセンス期間を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記スケジューリング部は、前記第１グループに属するセル内で通信が可能なユーザに受信電力の測定結果を張り出し基地局へ送信するように要求する要求信号を、前記第１タイミングよりも、前記第３期間とユーザが前記要求信号を受信処理するのに必要な時間とをあわせた期間以上前に送信することを特徴とする請求項７及び８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
１以上のアンテナを含む複数の張り出し基地局と、
前記複数の張り出し基地局における通信を制御する制御部と、を具備する無線通信装置であって、
前記制御部は、
複数の張り出し基地局から伝搬路の干渉の状態を示す干渉電力値を取得する伝搬路情報取得部と、
前記干渉電力値に応じて、前記複数の張り出し基地局がそれぞれ形成するセルを複数のグループに分け、前記グループのうち、第１グループに属するセル内で通信が可能な第１期間のスケジューリングを行う第１タイミングと、該第１タイミングよりも後であって第２グループに属するセル内で通信が可能な第２期間のスケジューリングを行う第２タイミングとを決定するスケジューリング部とを備え、
前記第１タイミングと前記第２タイミングとの時間差は、該第２グループに属するセルを形成する張り出し基地局が前記干渉電力値を取得する期間を含む第３期間以上であることを特徴とする無線通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−６５０４７（Ｐ２０１２−６５０４７Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０６００３（Ｐ２０１０−２０６００３）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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