(57)【要約】【課題】無線帯域の無線リソースを割り当てる制御を行う通信システムにおいて、無線帯域を有効に利用する基地局装置及び通信方法を提供する。【解決手段】基地局装置は、無線リソース（RB）の割り当ての制約条件にしたがって利用可能な無線リソースの組合せを決定する。評価指数計算部１４は、無線リソース（RB）のチャネルの状態に基づいて、利用可能な無線リソース（RB）の組合せの評価指標値を端末局装置ごとに算定する。最適な無線リソース割当部１５は、利用可能な無線リソース（RB）の組合せの中から、割り当て対象の端末局装置に対して割り当てる無線リソース（RB）の組合せを評価指標値にしたがって選択するものであって、評価指標値の総和が最大となることを目的とする、全ての端末局装置を対象とした組合せ最適化問題について、定められた複数の条件を満たす無線リソース（RB）の組合せを選択する。【選択図】図２
2011055110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の端末局装置に、時間軸と周波数軸に基づいて定義される割当用最小単位の無線リソースの割り当てを行う基地局装置であって、
前記無線リソースの割当の制約条件を提供する制約条件提供部と、
前記制約条件にしたがって利用可能な前記無線リソースの組合せを決定する利用可能ＲＢ組み合わせ決定部と、
前記割当用最小単位の無線リソースに応じたチャネルの状態を前記端末局装置ごとに保持するチャネル状態データ保存部と、
前記保持されたチャネルの状態に基づいて、前記利用可能な無線リソースの組み合わせの評価指標値を前記端末局装置ごとに算定する評価指数計算部と、
前記利用可能な無線リソースの組合せの中から、割り当て対象の前記端末局装置に対して前記割り当てる無線リソースの組合せを前記評価指標値にしたがって選択するものであって、前記評価指標値の総和が最大となることを目的とする、全ての前記端末局装置を対象とした組合せ最適化問題について、定められた複数の条件を満たす前記割当用最小単位の無線リソースの組合せを選択する無線リソース割当部と、
を備えることを特徴とする基地局装置。
【請求項２】
前記無線リソース割当部は、
前記有効な割当用最小単位の無線リソースの組合せの選択において、前記端末局装置と通信する無線リンクの上りリンクに対して、前記上りリンクのコントロールチャネル用情報を伝送しない前記無線リソースの組合せの中から、前記端末局装置の最大送信電力、前記上りリンクにおける送信可能データ量の変化、及び、前記端末局装置が送信すべきデータキュー長に応じて有効な前記割当用最小単位の無線リソースの組合せを前記端末局装置ごとに選択する有効なＲＢ組合せ選択部、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
【請求項３】
前記無線リソース割当部は、
前記有効な前記割当用最小単位の無線リソースの組合せの選択において、前記無線リンクの下りリンクに対して、前記下りリンクにおける送信可能データ量の変化、及び、前記端末局装置が送信すべきデータキュー長による有効な前記無線リソースの組合せを前記端末局装置ごとに選択するＲＢ組合せ選択部、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の基地局装置。
【請求項４】
前記有効なＲＢ組合せ選択部は、
前記有効な前記無線リソースの組合せの選択において、前記有効な無線リソースの組合せ数として予め定められた値Qにしたがって、前記評価指標によって有効とされる上位Q個の前記評価指標値に対応する前記有効な無線リソース組合せを選択する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の基地局装置。
【請求項５】
前記無線リソース割当部は、
１組の前記割当用最小単位の無線リソースの組合せを高々１つの前記端末局装置に割り当てること、
１つの前記端末局装置に高々１つの前記割当用最小単位の無線リソースの組合せを割り当てること、
前記１組の前記割当用最小単位の無線リソースの組合せが割り当てられた特定の前記端末局装置に、前記1組の前記割当用最小単位の無線リソースの組合せに含まれる全ての前記割当用最小単位の無線リソースを割り当てること、
前記１つの無線リソースを高々１つの前記端末局装置に割り当てること
を前記組合せ最適化問題の条件として定義される
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の基地局装置。
【請求項６】
前記利用可能ＲＢ組み合わせ決定部は、
前記上りリンクに対して、連続する無線リソースを含んだ前記無線リソースの組合せとして選択し、
前記下りリンクに対して、リソースアロケーションタイプ１，２，３を用いて表現できる前記無線リソースの組合せを利用可能無線リソースの組合せとして選択する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の基地局装置。
【請求項７】
複数の端末局装置に、時間軸と周波数軸に基づいて定義される割当用最小単位の無線リソースの割り当てを行う通信方法であって、
前記無線リソースの割り当てを行う際の制約条件を提供する制約条件提供過程と、
前記制約条件にしたがって利用可能な前記無線リソースの組合せを決定する利用可能ＲＢ組み合わせ決定過程と、
無線リソースに応じたチャネルの状態を前記端末局装置ごとに保持するチャネル状態データ保存過程と、
前記保持されたチャネルの状態に基づいて、前記利用可能な無線リソースの組み合わせの評価指標値を前記端末局装置ごとに算定する評価指数計算過程と、
前記利用可能な無線リソースの組合せの中から、割り当て対象の前記端末局装置に対して前記割り当てる無線リソースの組合せを前記評価指標値にしたがって選択するものであって、前記評価指標値の総和が最大となることを目的とする、全ての前記端末局装置を対象とした組合せ最適化問題について、定められた複数の条件を満たす前記無線リソースの組合せを選択する無線リソース割当過程と、
を備えることを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線帯域の無線リソースを割り当てる制御を行う通信システムにおいて、無線帯域を有効に利用する基地局装置及び通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型の端末局装置を用いる無線通信システムにおいて、基地局装置から端末局装置に向かう方向を下り方向として、下り100Mbps（メガビット毎秒）以上/上り50Mbps以上の高速通信の実現を目指した標準化が進められている。標準化を進める団体のうち、標準化団体３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）では、「LTE」(Long Term Evolution)システムとしての標準化が進められている。LTEシステムでは、無線通信の周波数利用効率を向上させるため、LTEの下りリンクのアクセス方式としてOFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が採用されている。また、上りリンクにおいて、OFDMAの欠点である高いピーク対平均電力(PAPR： Peak-to-average power ratio)を回避するため、アクセス方式としてSC-FDMA(single-carrier frequency-division multiple access)が採用されている。
【０００３】
無線通信システムでは、端末局装置の移動に起因するチャネルの時間変動、及びマルチパスフェージングに起因するチャネルの周波数変動が特徴として挙げられる。貴重な無線帯域を効率よく利用するため、広い周波数帯域をサブキャリアに分割し、各サブキャリアを時分割したOFDMシンボル(あるいはSC-FDMAシンボル)に受信状態に応じて適切な端末局装置に割り当てていく方法は有効であると考えられる。つまり、複数端末局装置が存在する場合、マルチユーザダイバーシティゲインを得るために、各端末局装置にチャネル状態がいい時間-周波数のリソースを割り当てることがポイントである。このリソースの割当機能は、基地局に配置される基地局装置により実現するのは一般的である。
また、OFDMA、あるいはSC-FDMAベースシステムでは、リソースの最小単位は、resource  elementである。resource elementの定義は、１OFDMシンボル(あるいは1SC-FDMAシンボル)×1サブキャリアである。端末局装置に割り当てたリソースを通知するコントロールメッセージのOverheadを削減するために、resource elementをグループ化して、そのグループを割当最小単位とすることが一般に行われている。例えば、LTEの下り/上りリンクでは、14OFDMシンボル(あるいは14SC-FDMAシンボル)×12サブキャリアのresource element グループを、リソースブロック(RB)と定義する。そして、1RBは、端末局装置に割り当てるリソースの最小単位とする。
【０００４】
また、端末局装置に割り当てたRBを通知するコントロールメッセージのOverheadをさらに削減するために、実システムでは、１つの端末局装置に割り当てられるRBの組合せについて制限をかける。一例として、LTEの下りリンクでは、３つのリソースアロケーションタイプを定義し、定義した３つのリソースアロケーションタイプを用いて表現できるRBの組合せのみ端末局装置に割り当てられる(非特許文献２を参照)。
また、LTEの上りリンクでは、低いPAPRを維持するために、端末局装置に連続するRBを割り当てることとする制限がある。
上述のように、様々な制約条件の下で、OFDM、あるいはSC-FDMAベースシステムにおいて、貴重な無線帯域を効率よく利用することが求められている。無線帯域を有効に利用するため、様々なパケットスケジューリング手法が提案された。提案されたパケットスケジューリング手法の中で、Proportional Fairness（PF)（例えば、非特許参考文献３参照）に基づくパケットスケジューリング手法がシステムの周波数利用効率と端末局装置間公平性のトレードオフをバランスよく保つことができるから、注目されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】3GPP TS 36.211 V8.7.0 (2009-5)
【非特許文献２】3GPP TS 36.213 V8.7.0 (2009-5)
【非特許文献３】R. Padovani, A. Jalali, and R. Pankaj, “Data Throughput of CDMA HDR a High Efficiency-High Data Rate Personal Communication Wireless System,” Proceedings of IEEE Vehicular Technology Conference (VTC) Spring, July 2000, pp. 1854-1858.
【非特許文献４】F. D. Calabrese, C. Rosa, M. Anas, P. H. Michaelsen, K. I. Pedersen, P. E. Mogensen, “Adaptive Transmission Bandwidth Based Packet Scheduling for LTE Uplink,” Proceedings of IEEE Vehicular Technology Conference (VTC) 2008 Fall, September 2008.
【非特許文献５】L. Temifio, G. Berardinelli, S. Frattasi and P. Mogensen, “Channel-Aware Scheduling Algorithms for SC-FDMA in LTE Uplink,” Proceedings of IEEE Personal Indoor and Mobile Radio Communication Conference (PIMRC), September 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許参考文献３をはじめとするこれまでに提案された各PFスケジューリング手法による無線リソース割り当ては、ヒューリスティックな手法であることから局所最適解にとどまっていて、全体最適解による無線帯域の有効利用になっていないという課題がある。一例として、非特許参考文献４及び非特許参考文献５に示されたLTE上りリンクにおけるPFスケジューリング手法では、PF評価指標が高いRBに着目し、そのRBを端末局装置に割り当てる。RBを端末局装置に割り当てていく過程において、連続するRBのみを割当候補とすることにより、連続するRBの割当制約を考慮することになる。連続してRBを割り当てる際には、割り当てられるRBのチャネル状態の変化は考慮されていない。そのため、非特許参考文献４と非特許参考文献５に示されたパケットスケジューリング手法では、割り当てられた解が全体最適解となることが保証されないという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、無線帯域の無線リソースを割り当てる制御を行う通信システムにおいて、無線帯域を有効に利用する基地局装置及び通信方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するために、本発明は、複数の端末局装置に、時間軸と周波数軸に基づいて定義される割当用最小単位の無線リソース（ＬＴＥでは、「RB（無線リソースブロック）」という）の割り当てを行う基地局装置であって、前記無線リソースの割当の制約条件を提供する制約条件提供部と、前記制約条件にしたがって利用可能な前記無線リソースの組合せを決定する利用可能ＲＢ組み合わせ決定部と、前記割当用最小単位の無線リソースに応じたチャネルの状態を前記端末局装置ごとに保持するチャネル状態データ保存部と、前記保持されたチャネル状態に基づいて、前記決定された利用可能RB組合せに応じて評価指標値を算定する評価指数計算部と、前記利用可能RB組合せの中から、割り当て対象の前記端末局装置に対して割り当てるRB組合せを前記評価指標値にしたがって選択するものであって、前記評価指標値の総和が最大となることを目的とする、全ての前記端末局装置を対象とした組合せ最適化問題について、定められた複数の条件を満たす前記割り当てるRBの組合せを選択する無線リソース割当部と、を備えることを特徴とする基地局装置である。(以後、割当用最小単位の無線リソースを「RB（無線リソースブロック）」と記す)
【０００９】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記無線リソース割当部は、前記有効なRB組合せの選択において、前記無線リンクの上りリンクに対して、前記上りリンクのコントロールチャネル用情報を伝送しない前記利用可能RB組合せの中から、前記端末局装置の最大送信電力、前記上りリンクにおける送信可能データ量の変化、及び、前記端末局装置が送信すべきデータキュー長に応じて有効な前記有効なRB組合せを前記端末局装置ごとに選択するＲＢ組合せ選択部、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記無線リソース割当部は、前記有効なRB組合せの選択において、前記無線リンクの下りリンクに対して、前記下りリンクにおける送信可能データ量の変化、及び、前記端末局装置が送信すべきデータキュー長による有効な前記有効なRB組合せを前記端末局装置ごとに選択する有効なＲＢ組合せ選択部、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記有効なＲＢ組合せ選択部は、前記有効なRB組合せの選択において、前記有効なRB組合せ数として予め定められた値Qにしたがって、前記評価指標によって有効とされる上位Q個の前記評価指標値に対応する前記有効なRB組合せを選択することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記無線リソース割当部は、１組の前記利用可能RB組合せを高々１つの前記端末局装置に割り当てること、１つの前記端末局装置に高々１つの前記利用可能RB組合せを割り当てること、前記１組の前記利用可能RB組合せが割り当てられた特定の前記端末局装置に、前記１組の前記利用可能RB組合せに含まれる全ての前記RBを割り当てること、前記１つのRBを高々１つの前記端末局装置に割り当てることを前記線形計画法の制約条件として定義してされることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記利用可能ＲＢ組み合わせ決定部は、前記上りリンクに対して、連続する無線リソースを含んだ前記RBの組合せとして選択し、前記下りリンクに対して、リソースアロケーションタイプ１，２，３を用いて表現できる前記RBの組合せを利用可能無線リソースの組合せとして選択することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、複数の端末局装置とに、時間軸と周波数軸に基づいて定義される無線リソースブロック(RB)の割り当てを行う通信方法であって、前記無線リソースの割り当てを行う際の制約条件を提供する制約条件提供過程と、前記制約条件にしたがって利用可能な前記RBの組合せを決定する利用可能ＲＢ組み合わせ決定過程と、RBに応じたチャネルの状態を前記端末局装置ごとに保持するチャネル状態データ保存過程と、前記保持されたチャネル状態に基づいて、前記RBの組合せの評価指標値を前記端末局装置ごとに算定する評価指数計算過程と、前記利用可能なRB組合せの中から、割り当て対象の前記端末局装置に対して前記RBの組合せを前記評価指標値にしたがって選択するものであって、前記評価指標値の総和が最大となることを目的とする、全ての前記端末局装置を対象とした組合せ最適化問題について、定められた複数の条件を満たす前記無線リソースの組合せを選択する無線リソース割当過程と、を備えることを特徴とする通信方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基地局装置では、制約条件提供部が、無線リソースの割り当ての制約条件を提供する。利用可能ＲＢ組み合わせ決定部は、制約条件にしたがって利用可能な無線リソース（RB）の組合せを決定する。チャネル状態データ保存部は、無線リソース（RB）に応じたチャネルの状態を前記端末局装置ごとに保持する。評価指数計算部は、保持されたチャネルの状態に基づいて、利用可能な無線リソース（RB）の組合せに応じて評価指標値を端末局装置ごとに算定する。無線リソース割当部は、利用可能な無線リソース（RB）の組合せの中から、割り当て対象の端末局装置に対して割り当てる無線リソース（RB）の組合せを評価指標値にしたがって選択するものであって、評価指標値の総和が最大となることを目的とする、全ての端末局装置を対象とした組合せ最適化問題について、定められた複数の条件を満たす無線リソースの組合せを選択する。
【００１６】
これにより、本発明は、OFDMA、あるいはSC-FDMAベースシステムにおける様々な割当制約の下で、パケットスケジューリング問題を組合せ最適化問題と定義し、有効なRB組合せをベースに端末局装置へのリソース割当を実施する。なお、定義した組み合わせ最適化問題を解き、全体最適解を提供することができるため、貴重な無線リソースを最適に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による本実施形態による無線通信システムを示す概略ブロック図である。
【図２】本実施形態による無線フレーム制御部６の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】本実施形態によるLTEシステムの上りリンクにおけるシステム帯域とサブフレームの関係を示す図である。
【図４】本実施形態による利用可能RB組合せとRBの対応関係を示す図である。
【図５】本実施形態によるセルスループットのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】本実施形態によるセルカバレッジのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】本実施形態によるリソースアロケーションタイプ１におけるリソースブロックグループの割当状況を示す図である。
【図８】本実施形態による利用可能RB組合せとRBの対応関係を示す図である。
【図９】本実施形態によるRBGをサブセットに分割した例を示す図である。
【図１０】本実施形態によるリソースアロケーションタイプ２の各利用可能RB組合せとRBの対応関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態について図を参照し説明する。
図１は、本実施形態における無線通信システムを示す概略ブロック図である。
無線通信システム１０は、基地局装置１と端末局装置９とを含んで構成される。
基地局装置１は、通信を提供するサービスエリア内に存在する複数の端末局装置９と通信する。基地局装置１と端末局装置９とが通信する無線リンクは、例えばLTE(Long Term Evolution)システムに準拠するものとする。その無線リンクにおいて、基地局装置１から端末局装置９に向かう通信を下りリンクとし、その逆方向の通信を上りリンクとする。
本実施形態に示す基地局装置１は、この無線リンクにおける無線リソースの割り当ての最適化を行う。無線リソースの割り当ては、割当用最小単位の無線リソース（以下、「RB」と記す)に基づく割り当てが最適化される。
【００１９】
基地局装置１は、パケットバッファ２、５、ＯＦＤＭＡ送信部３、ＳＣ−ＦＤＭＡ受信部４、無線フレーム制御部６を備える。
パケットバッファ２は、端末局装置９に向け送信するパケットを一時的に保持して、送信パケットとして送信するタイミングを調整する。
ＯＦＤＭＡ送信部３は、無線リンクのフレームを生成するフレーム化処理、パケットバッファ２から供給される送信パケットを生成したフレームに割り付けて送信する処理、ＯＦＤＭ信号の生成処理などを行う。ＯＦＤＭＡ送信部３は、無線フレーム処理部６からの指示により無線フレームにおける無線リソースを選択し、選択した無線リソースを利用して送信パケットのデータを割り付けて送信する。
また、ＯＦＤＭＡ送信部３は、無線フレーム処理部６から端末局装置９に通知する制御情報を選択した無線リソースを利用して送信する。通知される制御情報には、無線フレームにおける無線リソースの割り付け情報が含まれる。
【００２０】
ＳＣ−ＦＤＭＡ受信部４は、端末局装置９から受信したＳＣ−ＦＤＭＡ信号を復調し、無線フレーム処理部６からの指示により、無線フレームに割り付けられた無線リソースを選択して、その無線リソースを用いて受信した信号を抽出し、パケット信号に変換する。
パケットバッファ５は、端末局装置９から受信したパケットを一時的に保持して、受信パケットが転送されるタイミングを調整する。
【００２１】
無線フレーム制御部６は、ＤＬ制御部６ＤとＵＬ制御部６Ｕを備え、基地局装置１が送受信する無線リンクにおける無線リソースを管理して、限られた無線リソースの有効利用を図るべくＯＦＤＭＡ送信部３及びＳＣ−ＦＤＭＡ受信部４を制御するとともに、無線リソースの割り付け状況を端末局装置９に通知する。
ＤＬ制御部６Ｄは、無線リンクにおける下りリンクの無線リソースの管理を行い、ＯＦＤＭＡ送信部３を制御する。
ＵＬ制御部６Ｕは、無線リンクにおける上りリンクの無線リソースの管理を行い、ＳＣ−ＦＤＭＡ受信部４を制御する。
【００２２】
図を参照しＤＬ制御部６Ｄ及びＵＬ制御部６Ｕの構成について示す。
図２は、無線フレーム制御部６の構成を示す概略ブロック図である。
図に示される無線フレーム制御部６には、下りリンクと上りリンクを区別せずに、１系統のみ、すなわち、ＤＬ制御部６Ｄ又はＵＬ制御部６Ｕの一方を示したものである。
無線フレーム制御部６は、制約条件提供部１１、利用可能ＲＢ組合せ決定部１２、チャネル状態データ保存部１３、評価指標計算部１４及び最適な無線リソース割り付け部１５を備える。
【００２３】
制約条件提供部１１は、下りリンク又は上りリンクにおける無線リソース割り当ての制約条件を提供する。一例として、制約条件提供部１１は、上りリンクにおいて連続するRBを割り当てる制約条件を利用可能RB組合せ決定部１２に提供する。
利用可能RB組合せ決定部１２は、制約条件提供部１１から提供された制約条件にしたがい、全ての端末に対する利用可能RB組合せを選択する。
チャネル状態データ保存部１３は、時間軸と周波数軸に基づいて定義されるRBに応じたチャネルの状態を端末局装置９ごとに保持する。
【００２４】
評価指標計算部１４は、チャネル状態データ保存部１３より取得した端末局装置９ごとのチャネル状態に基づいて、利用可能RB組合せごとの評価指標値を計算し、最適な無線リソース割り付け部１５に提供する。例えば、周波数利用効率の最大化を目的とするシステムでは、評価指標を周波数利用効率とし、評価指標計算部１４では、チャネル状態を周波数利用効率に変換する。また、周波数利用効率と端末局装置９間の公平性のトレードオフをバランスよく保つことを目的とするシステムでは、評価指標をProportional Fairness（PF）指標とし、評価指標計算部１４では、チャネル状態より推定した瞬時伝送レートと今までの無線リソース割当結果に基づいた端末局装置９の平均伝送レートの比を計算する。
【００２５】
最適な無線リソース割当部１５は、選択された利用可能なRBの組合せに基づいて、無線リソースの最適な利用を図るため組合せ最適化問題として定められる複数の条件を満たす無線リソースの組合せを評価指標値にしたがって選択する。
最適な無線リソース割当部１５では、無線リソース割当問題を組合せ最適化問題として定義し、線形計画法より組合せ最適化問題の最適解を求め、無線リソースの最適な利用を図る。具体的には、最適な無線リソース割当部１５では、評価指標の最大化を組合せ最適化問題の目的関数と定義し、利用可能RB組合せの中から、端末局装置９ごとに決定した有効なRB組合せ(決定方法は後述する)の評価指標をベースに、線形計画法より最適なリソース割り当て解を求める。
【００２６】
つまり、最適な無線リソース割当部１５では、利用可能なRBの組合せの中から、割り当て対象の端末局装置９に対して割り当てるRBの組合せを評価指標値にしたがって選択するものであって、評価指標値の総和が最大となることを目的とする、全ての端末局装置９を対象とした組合せ最適化問題について、定められた複数の条件を満たす無線リソースの組合せを選択する。
【００２７】
この最適な無線リソース割当部１５は、有効なRB組合せ決定部１６、最適なリソース割当演算部１７を備える。
有効なRB組合せ決定部１６は、無線リソース割当部１５において端末局装置９ごとの有効なRB組合せを決定する。有効なRB組合せ決定部１６による端末局装置９ごとの有効なRB組合せとは、利用可能RB組合せ決定部１２によって導かれた、全ての端末に対する利用可能RB組合せのうち、それぞれの端末局装置９に割り当て可能なRB組合せのことである。
最適なリソース割当演算部１７は、無線リソース割当部１５において線形計画法を用いて最適なリソース割り当てを行う。最適なリソース割当演算部１７による線形計画法では、利用可能RB組合せの中で、有効なRB組合せ以外のRB組合せをこの端末局装置９に割り当てないこととする。すなわち、最適な無線リソース割当部１５は、選択された利用可能な無線リソースの組合せに基づいて、無線リソースの最適な利用を図るため組合せ最適化問題として定められる複数の条件を満たす割り当てるRBの組合せを評価指標値にしたがって選択する。また、線形計画法の計算量を削減するために、端末局装置９ごとの有効なRB組合せ上限値を予め定めてもよい。
【００２８】
以下に、LTEシステムのSC-FDMAベース上りリンクにおける最適なパケットスケジューリング、及びOFDMAベース下りリンクにおける最適なパケットスケジューリングを例として、実施例を説明する。
【００２９】
はじめに、実施形態について、以下に示した用語を定義して説明する。
「端末ｉ」は、複数の端末局装置９について、それぞれを識別するIndexｉを用いて示す。
「サブフレーム」とは、時間軸における無線リソース割当の最小単位であり、LTEシステムでは、14OFDMシンボル、また14SC-FDMAシンボルをサブフレームと定義される。時間軸におけるサブフレームのIndex（「サブフレームIndex j」という。）と、周波数軸におけるRB(12サブキャリアより構成される)のIndex（「RB Index k」という。）とによって無線リソースブロックが識別される。
【００３０】
「RBの割当結果A(i, j, k)」は、端末i に対して、サブフレームIndex j、RB Index kで参照される無線リソースの割当結果を示す。A(i, j, k)=1は、サブフレームIndex j、RB Index k で参照される無線リソースを端末i に割り当てることを示す。一方、A(i, j, k)=0は、サブフレーム Index j、RB Index k で参照される無線リソースを端末i に割り当てないことを示す。RBの割当結果A(i, j, k)は、端末に割り当てるリソースを直交させる制約があることから、式（１）として表せる。つまり、１つのRBは、高々１つの端末に割り当てられる。
【００３１】
【数１】
2011055110.tif 000003
【００３２】
「利用可能RB組合せの集合Ｏ」は、システムの帯域幅と割当制約条件に基づいて導かれる利用可能RB組合せを要素とする集合である。
「利用可能RB組合せのIndex l」は、利用可能RB組合せの集合Ｏに含まれるRB組合せを識別するためのIndexを示す。利用可能RB組合せのIndex lによって示されるRB組合せを「RB組合せl」として示す。
「RBと利用可能RB組合せの包含関係V(k, l)」は、RB k がRB組合せlに含まれる場合、V(k, l)=1とする。また、RB k がRB組合せl に含まれない場合、V(k, l)=0とする。
「利用可能RB組合せl に含まれるRBの数」は、N(l)とする。
【００３３】
「RB組合せの割当結果α(i, j, l)」は、端末i に対して、サブフレームIndex j、RB組合せIndex l の割当結果である。α(i, j, l)=1は、サブフレーム Index j、RB組合せIndex l に含まれるRBを端末i に割り当てることを示す。一方、α(i, j, l)=0は、サブフレーム Index j、RB組合せIndex l に含まれるRBを端末i に割り当てしないことを示す。端末に割り当てる無線リソースを直交させる制約から、Σi α(i, j, l)=0 or 1である。つまり、1 RB組合せは高々1端末に割り当てられる。また、RB組合せベースにリソース割り当てを行うため、式（２）として表せる。つまり、１つの端末には、高々１つのRB組合せが割り当てられる。
【００３４】
【数２】
2011055110.tif 000004
【００３５】
「PF指標M(i, j, l)」は、端末i がサブフレームIndex j、RB組合せIndex l の無線リソースにおけるPF指標を示す。
「割当対象端末集合Ω（ｊ）」は、サブフレームIndex j において、割当対象端末のIndexを要素とする集合である。
「割当可能RB Indexの集合P(j)」は、サブフレームIndex j において、データに割当可能なRB Indexの集合である。
「端末i に対する有効なRB組合せ集合Ｃ（ｉ，j）」は、サブフレームIndex j において、端末i に対する有効なRB組合せを要素とする集合であり、集合Ｏの部分集合になる。
【００３６】
［１］LTEシステムの上りリンクへの適用
最初に、LTEシステムの上りリンクにおける最適なパケットスケジューリングについて示す。
LTEシステムの上りリンクのアクセス方式は、SC-FDMAである。
このSC-FDMAベースシステムにおけるパケットスケジューリングでは、低いPAPRを維持するために、端末に連続するRBを割り当てる制約がある。
図３は、LTEシステムの上りリンクにおけるシステム帯域とサブフレームの関係を示す図である。
【００３７】
この図の縦軸は、RBを単位としたシステム帯域を示し、横軸は、サブフレームを示す。
この図では、システム帯域を11RBとした例を示し、RB0からRB10までのRBが示される。また、サブフレームIndex０からサブフレームIndex jとして示されるサブフレームが時間軸（横軸）方向に連続して示される。以下、システム帯域を11RBとして、利用可能RB組合せ集合Ｏ及び利用可能RB組合せのIndex、V(k, l)について説明する。
【００３８】
利用可能RB組合せに含まれるRB数をXで示すと、そのXは、「１」から「システム帯域RB数K」までの値をとる。利用可能RB組合せにおいて、RBは連続して配置させる制約があることから、X個のRBを含む利用可能RB組合せの数は、(K-X+1)である。「１」から「システム帯域RB数K」までの全ての利用可能RB組合せ数を式（３）に示す。
【００３９】
【数３】
2011055110.tif 000005
【００４０】
そのため、利用可能RB組合せIndex ｌは、式（４）に示される範囲の値をとる。
【００４１】
【数４】
2011055110.tif 000006
【００４２】
ここでは、利用可能RB組合せIndexｌを、組合せに含まれるRB数の昇順に付与すると仮定すれば、X’個の RBを含む利用可能RB組合せIndex lは、式（５）に示される範囲の値をとる。
【００４３】
【数５】
2011055110.tif 000007
【００４４】
RBと利用可能RB組合せの包含関係を示すV(k, l)を用いて、RBと利用可能RB組合せの包含関係を表す。
図４は、利用可能RB組合せとRBの対応関係を示す図である。
この図４（ａ）は、一例として、各利用可能RB組合せをX’=1とした場合において割り当てられるRBの対応関係を示す。この図では利用可能RB組合せに含まれるRBは１つであることから、利用可能RB組合せIndexｌごとに１つのRBが割り当てられる。
例えば、利用可能RB組合せIndexｌが「０」である場合、割り当てられるRBはｋ＝０として示される。
この図に示される利用可能RB組合せIndexｌは、０から１０までの値をとる。
【００４５】
この図４(ｂ)は、一例として、各利用可能RB組合せをX’=５とした場合において割り当てられるRBの対応関係を示す。
利用可能RB組合せに含まれるRBは５つであることから、利用可能RB組合せIndexｌごとに５つのRBが連続して割り当てられる。
例えば、利用可能RB組合せIndexｌが「３８」である場合、割り当てられるRBはｋ＝０〜ｋ＝４として示される。
この図は、前述の図４（ａ）に示された利用可能RB組合せIndexｌの範囲から連続して付与された利用可能RB組合せIndexｌによって示され、利用可能RB組合せIndexｌは、３８から４４までの値をとる。
【００４６】
サブフレームIndex jにおいて、端末i に対する有効なRB組合せの集合Ｃ（ｉ，ｊ）が異なる。利用可能RB組合せの集合Ｏはシステム帯域、上りリンクにおける連続するRBの割当制約によって定義されることに対して、集合Ｃ（ｉ，ｊ）はサブフレーム Index jにおける上りリンクコントロールチャネル送信用RB Index、端末iの最大送信電力及びチャネル状態によって定義される。
利用可能RB組合せの集合にある全てのRB組合せのうち、以下の条件を満足するRB組合せlが集合Ｃ（ｉ，ｊ）に含まれないこととする。
【００４７】
(1)コントロールチャネルに割り当てたRB Indexを含むRB組合せl
一例として、サブフレームIndex jにおいて、11RBのうち、両端のRB（RB0とRB10）を上りリンクコントロールチャネル用RBと仮定する。つまり、データに割り当てられるRBのIndexは、1〜9である。そのため、X’=1のRB組合せのうち、l=0とl=10について式（６）として示す関係が成り立つ。
【００４８】
【数６】
2011055110.tif 000008
【００４９】
また、X’=5のRB組合せのうち、l =38とl =44について式（７）として示す関係が成り立つ。
【００５０】
【数７】
2011055110.tif 000009
【００５１】
(2)端末iの最大送信電力を超えるRB組合せl
例えば、端末iの最大送信電力制限で、最大で送信できるRB数が5である場合、６以上のRBが割り当てられることはないことから、式（８）とする。
【００５２】
【数８】
2011055110.tif 000010
【００５３】
(3)RB組合せlの送信可能データ量(TBS： Transport Block Size)が、RB組合せlのある部分集合であるRB組合せの送信可能データ量より下回るとき、式（９）とする。
【００５４】
【数９】
2011055110.tif 000011
【００５５】
ここで、TBSは、RB組合せlにおける平均的なチャネル状態に依存する。マルチパスフェージングに起因する周波数帯域におけるチャネル状態の変動が生じている状態で、割当RBを拡張した場合、伝播特性が低下したRBも利用することになり、送信可能データ量が減少する可能性がある。
(4）RB組合せl  の部分集合であるRB組合せの送信可能データ量はこの端末の送信すべきデータキュー長より大きい場合、式（１０）とする。
【００５６】
【数１０】
2011055110.tif 000012
【００５７】
以上の定義を用いて、組合せ最適化問題を以下のように定義する。
組合せ最適化問題の目的関数を式（１１）に示す。ここでのPF評価指標を最大化する目的関数は一例であり、ほかの評価指標の最小化や最大化を目的関数とした場合、下記最適化の定式を容易に移植できる。
【００５８】
目的関数：
【００５９】
【数１１】
2011055110.tif 000013
【００６０】
組合せ最適化問題の制約条件を式（１２）から式（１９）に示す。
【００６１】
制約条件：
Subject to：
【００６２】
【数１２】
2011055110.tif 000014
【００６３】
【数１３】
2011055110.tif 000015
【００６４】
【数１４】
2011055110.tif 000016
【００６５】
【数１５】
2011055110.tif 000017
【００６６】
【数１６】
2011055110.tif 000018
【００６７】
【数１７】
2011055110.tif 000019
【００６８】
【数１８】
2011055110.tif 000020
【００６９】
【数１９】
2011055110.tif 000021
【００７０】
上記の制約条件の各式について、以下に順に説明する。
式（１２）において、式の左辺は、RB単位で管理している割当結果であり、端末iに割り当てたRB数を示す。また、式の右辺は、RB組合せ単位で管理している割当結果であり、同じく端末iに割り当てたRB数を示す。つまり、式（１２）は、RB組合せIndex i をある端末に割り当てたら、RB組合せIndex i に含まれる全てのRBをその端末に割り当てることを示す。
式（１３）は、１つのRB組合せを高々1端末に割り当てることを示す。
式（１４）は、１端末に高々1つのRB組合せを割り当てることを示す。
式（１５）は、１つのRBを高々1端末に割り当てることを示す。
式（１６）は、端末に割り当てたRB数がシステム帯域のRB数以下であることを示す。
式（１７）は、端末iに対する有効なRB組合せ集合Ｃ（ｉ，ｊ）に含まれるRB組合せの割当結果は0(割当てない)か1（割当てる）であることを示す。
式（１８）は、端末iに対するRB Index kの割当結果は0(割当てない)か1（割当てる）であることを示す。
式（１９）は、端末iに対する有効なRB組合せ集合Ｃ（ｉ，ｊ）に含まれないRB組合せの割当結果は0(割当てない)であることを示す。
【００７１】
また、線形計画法の計算量を削減するために、端末ごとに線形計画法に展開する有効なRB組合せの数を制限する。つまり、全ての端末を対象として、評価指標の上位Q個の有効なRB組合せについてのみ線形計画法に展開する。端末iのQ番目の評価指標をδ（i）で表せば、この制約条件は式（２０）を用いて示される。
【００７２】
【数２０】
2011055110.tif 000022
【００７３】
線形計画法に式(１１)〜式（２０）を展開すると、組合せ最適化問題の最適解が求められる。
【００７４】
一例として示される条件に基づいて評価したセルスループット及びセルカバレッジ（5% outage average user throughputをカバレッジの評価指標とする）結果示す。
図５は、セルスループットのシミュレーション結果を示すグラフである。
縦軸は、セルスループット（ｋｂｐｓ（キロビット毎秒））を示し、横軸は、セルあたりの端末数を示す。
また、このシミュレーションでは、セルあたりの端末数が10である場合、Qを91、セルあたりの端末数が15と20である場合、Qを45とする。
【００７５】
図６は、セルカバレッジのシミュレーション結果を示すグラフである。
縦軸は、セルカバレッジ（ｋｂｐｓ）を示し、横軸は、セルあたりの端末数を示す。
また、このシミュレーションでは、セルあたりの端末数が10である場合、Qを91、セルあたりの端末数が15と20である場合、Qを45とする。
【００７６】
図５と図６のシミュレーションによる評価結果では、本実施形態に示した手法による最適なパケットスケジューリング（OPSA： Optimum Packet Scheduling Algorithm）と、従来手法によるヒューリスティックパケットスケジューリング（HPSA： Heuristic Packet Scheduling Algorithm）とを比較する。本実施形態に示した手法による最適なパケットスケジューリング（OPSA）は、ヒューリスティックパケットスケジューリング（HPSA）に比べセルスループット及びセルカバレッジの向上に有効であることが示され、最適な無線リソース割り当てが行われていることがわかる。
【００７７】
［２］LTEシステムのOFDMAベース下りリンクへの適用
続いて、LTEシステムのOFDMAベース下りリンクにおける最適なパケットスケジューリングについて示す。
上りリンクに適用した最適なパケットスケジューリングと同様に、下りリンクにおける最適なパケットスケジューリングを以下に説明する。
LTEシステムの下りリンクにおいて、利用可能RB組合せ決定部１２は、リソースアロケーションタイプ１、２、３として示される３つのリソースアロケーションタイプについて適用可能である。以下、順に追って書くリソースアロケーションタイプへの適用について示す。
【００７８】
＜リソースアロケーションタイプ１への適用＞
利用可能RB組合せ決定部１２は、リソースアロケーションタイプ１におけるRB割り付けでは、複数RBによって構成されるリソースブロックグループ(RBG)単位に無線リソースを端末に割り当てる。ただし、RBGに含まれるRB数はシステム帯域に依存する。一例として、システム帯域が11RBであり、割り当てるRBGは２つのRBより構成される場合を示す。
図７は、リソースアロケーションタイプ１におけるリソースブロックグループの割り当て状況を示す図である。
この図に示すように、２つのRBより構成されるRBGの場合では、６つのRBGが定義される。ただし、システム帯域が11RBであることから、RBG6だけは、１つのRBより構成される。
【００７９】
つまり、リソースアロケーションタイプ１を用いて表現できる利用可能RB組合せの数は、式（２１）に示すように６３通りとなる。
【００８０】
【数２１】
2011055110.tif 000023
【００８１】
図を参照し、1RBGと2RBGより構成される利用可能RB組合せの例を示す。
図８は、利用可能RB組合せとRBの対応関係を示す図である。
この図に示される利用可能RB組合せのIndexの設定は、一例である。
この図における利用可能RB組合せIndex l=0〜 l=５までは、１つのBRGを割り当てた例を示し、利用可能RB組合せIndex l=６〜 l=20までは、２つのBRGを割り当てた例を示す。
【００８２】
＜リソースアロケーションタイプ２への適用＞
利用可能RB組合せ決定部１２は、リソースアロケーションタイプ２におけるRB割り付けでは、RBGをさらにサブセットに分割して管理する。ただし、分割可能なサブセットの数はシステム帯域に依存する。
図９は、RBGをサブセットに分割した例を示す図である。
この図に示すRBGの分割例は、システム帯域を11RBとした場合において、２つのサブセットに分割した場合のサブセット構成例である。
図９（ａ）は、分割前のRBGの割り付けを示し、RBG1にはRB0とRB1、RBG２にはRB2とRB3、RBG3にはRB4とRB5、RBG4にはRB6とRB7、RBG5にはRB8とRB9、RBG6にはRB10が割り付けられている。この割り付けを２つのサブセットに分割する。
図９（ｂ）は、第１のRBGサブセット（RBG  subset１）を示す。第１のRBGサブセットには、３つのRBGが割り付けられる。第１のRBGサブセットに割り付けられたRBGでは、RBG1にはRB0とRB1、RBG3にはRB4とRB5、RBG5にはRB8とRB9が割り付けられる。
図９（ｃ）は、第２のRBGサブセット（RBG  subset２）を示す。第２のRBGサブセットにも、３つのRBGが割り付けられる。第２のRBGサブセットに割り付けられたRBGでは、RBG２にはRB2とRB3、RBG4にはRB6とRB7、RBG6にはRB10が割り付けられる。
【００８３】
リソースアロケーションタイプ２を用いた場合では、同じサブセット内のRBを端末ごとに割り当てることが可能である。リソースアロケーションタイプ２を用いて表現できる利用可能RB組合せの数は、式（２２）に示す組合せの数になる。
【００８４】
【数２２】
2011055110.tif 000024
【００８５】
図１０は、リソースアロケーションタイプ２の各利用可能RB組合せとRBの対応関係を示す。
図に示される例では、2RBより構成される利用可能RB組合せを例として示す。
なお、リソースアロケーションタイプ２では、リソースアロケーションタイプ１の利用可能RB組合せと重複するものがある。この図に示される利用可能RB組合せでは、リソースアロケーションタイプ１の利用可能RB組合せと重複するものは示していない。ここで示した利用可能RB組合せIndexは一例である。
【００８６】
＜リソースアロケーションタイプ３への適用＞
リソースアロケーションタイプ３におけるRB割り付けでは、端末ごとに連続するRBを割り当てる。つまり、先に示した上りリンクにおける制約と同様である。リソースアロケーションタイプ３を用いて表現できる利用可能RB組合せの例については、前述の図４を参照する。
【００８７】
利用可能RB組合せ集合にある全てのRB組合せのうち、以下の条件を満足するRB組合せlが集合Ｃ（ｉ，ｊ）に含まれないこととする。
【００８８】
（1）RB組合せlの送信可能データ量(TBS: Transport Block Size)は、RB組合せlのある部分集合であるRB組合せの送信可能データ量より下回るとき、式（２３）に示す関係とする。その関係は、先に示した上りリンクの場合と同様である。
【００８９】
【数２３】
2011055110.tif 000025
【００９０】
（2）RB組合せlの部分集合であるRB組合せの送信可能データ量は、この端末の送信すべきデータキュー長より大きい場合、式（２４）に示す関係とする。その関係は、先に示した上りリンクの場合と同様である。
【００９１】
【数２４】
2011055110.tif 000026
【００９２】
端末ごとに有効なRB組合せを求めた後、上りリンクの場合に示したように、組合せ最適化問題を定義し、最適なリソース割当演算部１７によってその組合せ最適化問題を線形計画法によって解を導く。詳細については、式（１１）〜（２０）を参照する。
【００９３】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
最適なリソース割当演算部１７によって行われる組合せ最適化問題の解を線形計画法によって導くものとして示したが、動的計画法など他の方法を適用することも可能である。
また、本実施形態に示したシステム帯域、無線リソースの割り当て方、各Indexの定義は一例であり、他の形態とすることも可能である。
また、本実施形態の適用をLTEシステムへの適用を例示して示したが、他のシステムへの適用も可能である。
【００９４】
なお、本実施形態の基地局装置１では、制約条件提供部１１が、無線リソースの割り当ての制約条件を提供する。利用可能ＲＢ組み合わせ決定部１２は、制約条件にしたがって利用可能な無線リソースの組合せ（利用可能RB組合せ）を決定する。チャネル状態データ保存部１３は、RBに応じたチャネルの状態を前記端末局装置ごとに保持する。評価指数計算部１４は、保持されたチャネルの状態に基づいて、利用可能なRBの組合せの評価指標値を端末局装置９ごとに算定する。最適な無線リソース割当部１５は、利用可能な無線リソースの組合せの中から、割り当て対象の端末局装置９に対して割り当てるRBの組合せを評価指標値にしたがって選択するものであって、評価指標値の総和が最大となることを目的とする、全ての端末局装置９を対象とした組合せ最適化問題について、定められた複数の条件を満たす無線リソースの組合せを選択する。
これにより、組合せ最適化問題として示される複数の条件に基づいて無線リソースの割り付けが可能となり、無線帯域を有効に利用できる。
【００９５】
また、本実施形態の最適な無線リソース割当部１５は、有効なＲＢ組合せ選択部１６が、有効なRB組合せの選択において、無線リンクの上りリンクに対して、上りリンクのコントロールチャネル用情報を伝送しない無線リソースの組合せの中から、端末局装置９の最大送信電力、上りリンクにおける送信可能データ量の変化、及び、端末局装置９が送信すべきデータキュー長に応じて有効な無線リソースの組合せを端末局装置９ごとに選択する。
これにより、例えば、LTEシステムの上りリンクへの適用を可能とし、無線帯域を有効に利用できる。
【００９６】
また、本実施形態の最適な無線リソース割当部１５は、有効なＲＢ組合せ選択部１６が、有効なRB組合せの選択において、無線リンクの下りリンクに対して、下りリンクにおける送信可能データ量の変化、及び、端末局装置９が送信すべきデータキュー長による有効な無線リソースの組合せを端末局装置９ごとに選択する。
これにより、例えば、LTEシステムの下りリンクへの適用を可能とし、無線帯域を有効に利用できる。
【００９７】
また、本実施形態の利用可能ＲＢ組み合わせ決定部１２は、有効なRB組合せの選択において、有効なRB組合せ数として予め定められた値Qにしたがって、評価指標によって有効とされる上位Q個の評価指標値に対応する有効なRB組合せを選択する。
これにより、最適化問題の解の候補とされる有効なRB組合せの数を制限することにより、演算処理を軽減することが可能となり、組合せ最適化問題の解を容易に導くことができるようになることから、無線帯域を有効に利用できる。
【００９８】
また、本実施形態の最適な無線リソース割当部１５は、１組のRB組合せを高々１つの端末局装置９に割り当てること、１つの端末局装置９に高々１つのRB組合せを割り当てること、１組のRB組合せが割り当てられた特定の端末局装置９に、１組のRB組合せに含まれる全てのRBをその特定の端末局装置９に割り当てること、１つのRBを高々１つの端末局装置９に割り当てることを組合せ最適化問題の条件として定義される。
これにより、組合せ最適化問題として示される複数の条件を示すことにより、組合せ最適化問題の条件から解を導くことから、無線帯域を有効に利用できる。
【００９９】
また、本実施形態の有効なＲＢ組合せ選択部１６は、上りリンクに対して、連続するRBを含んだRB組合せとして選択し、下りリンクに対して、リソースアロケーションタイプ１，２，３を用いて表現できるRBの組合せを利用可能RBの組合せとして選択する。
これにより、LTEシステムに適用する無線リンクの無線リソースの割り付けにおいて最適化でき、無線帯域を有効に利用できる。
【符号の説明】
【０１００】
６  無線フレーム制御部
１１  制約条件提供部
１２  利用可能ＲＢ組合せ決定部
１３  チャネル状態データ保存部
１４  評価指標計算部
１５  最適な無線リソース割り付け部
１６  有効なRB組合せ決定部
１７  最適なリソース割当演算部
【図１】
2011055110.tif 000027
【図２】
2011055110.tif 000028
【図３】
2011055110.tif 000029
【図４】
2011055110.tif 000030
【図５】
2011055110.tif 000031
【図６】
2011055110.tif 000032
【図７】
2011055110.tif 000033
【図８】
2011055110.tif 000034
【図９】
2011055110.tif 000035
【図１０】
2011055110.tif 000036