(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムの現在の通信リンク構成について複数のユーザ（２５−ｋ）の間でリソースを割り振る装置（１３）であって、
前回の通信リンク構成に関連づけられた前回のリソース割り振りを記憶するメモリ（２６）と、
最適化規準及び初期リソース割り振りに基づいて反復を遂行する反復コントローラ（２８）と
を備え、
前記反復コントローラは、現在の通信リンク構成について最適化リソース割り振りを決定するように構成され、最適化リソース割り振りは最適化規準を満たし、前記反復コントローラ（２８）は、現在の通信リンク構成を、記憶された前回の通信リンク構成と比較する比較器を備え、比較器の比較結果によって、記憶された前回のリソース割り振りを初期リソース割り振りとして使用するか、初期リソース割り振りを初めから計算するように構成される、装置。
【請求項２】
前記比較器は、前記現在の通信リンク構成と前記前回の通信リンク構成との相関を決定し、この相関を所定の相関閾値と比較するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記反復コントローラ（２８）は、相関結果が所定の相関閾値を超過する場合に、前記記憶された前回のリソース割り振りを、現在の通信リンク構成の初期リソース割り振りとして使用するように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記比較器は、複数のユーザへの、又は、複数のユーザからの、通信チャネルのチャネル状態情報（αｋ，ｎ）に基づいて、現在の通信リンク構成と前回の通信リンク構成との相関を決定するように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記比較器は、複数のユーザのデータ・キューのキュー長に基づいて、現在の通信リンク構成と前回の通信リンク構成との間の相関を決定するように構成される、請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記比較器は、複数のユーザによって要望されるサービスの質の構成に基づいて、現在の通信リンク構成と前回の通信リンク構成との相関を決定するように構成され、各ユーザは個々のサービスの質を求める、請求項２から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記装置（１３）は、多元接続通信システム（１０）における複数のユーザ（２５−ｋ）についてリソースを割り振るように構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記多元接続通信システムはＯＦＤＭＡ通信システムである、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記装置（１０）は、反復のリソース割り振り結果に基づいて、複数のユーザ（２５−ｋ）の各々へ副搬送波を割り振るように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記反復コントローラ（２８）は、反復を遂行して、複数のユーザの全てと通信するのに必要な全体的送信電力を最小にするように構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記反復コントローラ（２８）は、反復を遂行して、複数のユーザの全てと通信するための全体的データ転送速度を最大にするように構成される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置（１３）は、反復のリソース割り振り結果に基づいて、複数のユーザ（２５−ｋ）の各々へ変調スキームを個々に割り振るように構成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
通信システムの現在の通信リンク構成について複数のユーザ（２５−ｋ）の間でリソースを割り振る方法であって、
前回の通信リンク構成に関連づけられた前回のリソース割り振りを記憶することと（Ｓ３２）、
現在の通信リンク構成を、記憶された前回の通信リンク構成と比較し、比較結果によって、記憶された前回のリソース割り振りを初期リソース割り振りとして使用するか、初期リソース割り振りを初めから計算するようにすることと、
最適化規準及び初期リソース割り振りに基づいて反復を遂行して、現在の通信リンク構成について最適化リソース割り振りを決定し、最適化リソース割り振りが最適化規準を満たすことと（Ｓ３３）
を備える方法。
【請求項１４】
コンピュータ・プログラムがコンピュータ又はマイクロコントローラの上で実行されるとき、請求項１３に記載の方法の全てのステップを遂行するコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の詳細な説明
本発明は通信システムに関し、具体的には、通信システムにおいて複数のユーザのためにリソースを割り振る装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信ネットワークは、ユーザへのブロードバンド・サービス、例えば、無線インターネット・アクセス及びリアルタイム・ビデオを提供するため、ますます頼られつつある。ブロードバンド無線通信システムの開発及び展開には、幾つかの難問題が存在する。ブロードバンド・サービスは、不利な条件、例えば、厳しい移動環境、限定された利用スペクトル、及び移動無線チャネルのマルチパス・フェージングによって引き起こされる記号間干渉（ＩＳＩ）の下で、信頼できる高データ転送速度通信を要求する。直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、ＩＳＩ問題に対処する最も有望な解決法の１つとして識別されてきた。
【０００３】
直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）は、ＯＦＤＭディジタル変調スキームのマルチユーザ版である。多元接続は、副搬送波の部分集合を個々のユーザへ割り当てることによってＯＦＤＭＡとして達成される。これは、基地局（ＢＳ）から複数のユーザへ、比較的に低いデータ転送速度の同時送信を許す。チャネル条件に関するユーザからのフィードバック情報に基づいて、ＯＦＤＭＡベースの通信システム内で、ユーザ対副搬送波の適応割り当てが達成され得る。割り当て又はリソース割り振りが、十分に高速な方法で達成されるならば、このことは、高速フェージング及び狭帯域同一チャネル干渉に対するＯＦＤＭ強靱性を更に改善し、なお一層の良好なスペクトル効率の達成を可能にする。リソース割り振りプロセスにおいて、複数のユーザの各々に対して異なる数の副搬送波が割り当てられ、各ユーザのために差別化されたサービスの質（ＱｏＳ）をサポートすること、即ち、各ユーザについて個々にデータ転送速度及び誤り確率を制御することが可能である。
【０００４】
単一ユーザＯＦＤＭ通信システムの場合、「注水（water-filling）」アプローチとして知られるアプローチが使用され、前記単一ユーザと通信するための総送信電力を最小にする副搬送波及びビット割り振り解決法を発見することができる。注水アルゴリズムは、複数のユーザの全てについてのリソース割り振りに対する単一ユーザの影響を考慮に入れることなく、単一ユーザの要件に基づいて、副搬送波及びビット割り振りを最適化する。従って、マルチユーザＯＦＤＭシステムにおいて、一人のユーザに最良な副搬送波及びビット割り振りが、他のユーザへの不当な干渉を引き起こすかもしれない。
【０００５】
ＯＦＤＭＡ通信システムにおいて、副搬送波及びビット割り振りは、単一ユーザＯＦＤＭ通信システムにおけるよりも、複雑度がずっと大きくなる。特に、一人のユーザの最良副搬送波（チャネル利得に関して）は、他のユーザの最良副搬送波でもあり得るからである。複数のユーザは同一副搬送波を同時に使用すべきではない。なぜなら、同一副搬送波を使用するユーザ間の相互干渉が、データ転送速度、即ち、データ・スループットを減少させるからである。マルチユーザＯＦＤＭシステムにおける副搬送波及びビット割り振りアルゴリズムに関して、多数の研究が存在した。それらのリソース割り振りアルゴリズムは、一般的型、第１に静的副搬送波割り振り、及び第２に動的副搬送波割り振りへ分類され得る。
【０００６】
２つの典型的な静的副搬送波割り振りアルゴリズムは、ＯＦＤＭ時分割多元接続（ＯＦＤＭ−ＴＤＭＡ）及びＯＦＤＭ周波数分割多元接続（ＯＦＤＭ−ＦＤＭＡ）である。ＯＦＤＭ−ＴＤＭＡにおいて、各ユーザは１つ又は複数の所定のタイムスロット、例えば、１つ又は複数のＯＦＤＭ記号を割り当てられ、割り当てられたタイムスロットの中で全ての副搬送波を使用することができる。ＯＦＤＭ−ＦＤＭＡにおいて、各ユーザはタイムスロット当たりに１つ又は複数の所定の副搬送波を割り当てられる。これらの静的スキームにおいて、副搬送波の割り振りは予め決定され、副搬送波の瞬間チャネル利得の知識を利用しない。
【０００７】
動的副搬送波割り振りスキームは、副搬送波及びビット割り振りについての瞬間チャネル利得を考慮する。これら動的リソース割り振りスキームの大部分は、どちらかと言えば複雑な解決法を生じる。複雑な解決法は、反復プロセスで見い出すことができる。普通の種類のＯＦＤＭＡスケジューラは反復プロセスをスタートして、初期リソース割り振りを決定し、ある最適化規準に従ってスケジュールを反復的に改善することによって、所与の時間区間についての最良リソース割り振りを発見する。しかしながら、多くの反復の遂行は、高い計算複雑度を引き起こし、リアルタイムの応用には禁止され得る。
【０００８】
ＳＡＩ  ＫＩＴ  ＬＡＩ  ｅｔ  ａｌ．：「Ａｄａｐｔｉｖｅ  ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｏｆ  ｏｐｔｉｍａｌ  ｂｉｔ  ａｎｄ  ｐｏｗｅｒ  ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ＯＦＤＭ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｉｎ  ｔｉｍｅ−ｖａｒｙｉｎｇ  ｃｈａｎｎｅｌｓ」ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＡＮＤ  ＮＥＴＷＯＲＫＩＮＧ  ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ；１９９９．ＷＣＮＣ．１９９９  ＩＥ  ＥＥ  ＮＥＷ  ＯＲＬＥＡＮＳ，ＬＡ，ＵＳＡ  ２１−２４  ＳＥＰＴ．１９９９，ＰＩＳＣＡＴＡＷＡＹ，ＮＪ  ＵＳＡ，ＩＥＥＥ，ＵＳ，２１  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  １９９９（１９９９−０９−２１），ｐａｇｅｓ  ７７６−７８０という刊行物も、複数のユーザ間でリソースを割り振る概念に関連している。それによれば、提案されたアルゴリズムは、初期化のために前回のビット割り振り情報を利用し、次いで、割り振りが最適解に到達するまで割り振りを反復的に精錬する。古いリソース割り振りは、新しい最適リソース割り振りを取得するための価値ある情報を依然として提供し得ることが見出される。割り振りの修正が必要になる度に割り振り問題を新しく解決する代わりに、効率的な適応追跡アルゴリズムが提案されて、チャネルが変動するにつれて割り振りを更新する。提案された「知能継続精錬(intelligent successive refinement)」（ＩＳＲ）アルゴリズムは、再マッピング・プロセスの後で間接的に前回のリソース割り振りを使用する。即ち、説明されたアルゴリズムは前回のビット割り振りを使用するが、ＯＦＤＭ副搬送波へのマッピングは異なる。
【０００９】
更に、チャネルが急速に変化するときでも、説明された適応追跡アルゴリズムは最適解に到達することができ、一からリソース割り振り問題を解決するアルゴリズムよりも、計算はずっと少ないことが陳述される。このようにして、文書Ｄ１で説明された概念は、現在のリソース割り振り反復のために前回のリソース割り振りを初期リソース割り振りとして常に使用する。
【００１０】
しかしながら、最適化される現在のリソース割り振りに到着するための基礎として前回のリソース割り振りを採用することは、最も有望な解決法ではないシナリオが存在するかもしれない。
【００１１】
このようにして、本発明の目的は、リソース割り振りに必要な反復回数を低減することによって、多元接続通信システムにおける複数のユーザへのリソース・ブロックのスケジューリングを改善することである。
【発明の概要】
【００１２】
本目的は、請求項１に従って複数のユーザにリソースを割り振る装置、請求項１５に従って複数のユーザにリソースを割り振る方法、及び請求項１６に従ったコンピュータ・プログラムによって解決され得る。
【００１３】
本発明は、関連づけられた副搬送波チャネル利得及びＱｏＳ要件を有する現在のユーザ構成、今後は現在の通信リンク構成として表されるユーザ構成の複数のユーザについてのリソース割り振りは、前回の通信リンク構成、即ち、関連づけられた副搬送波チャネル利得及びＱｏＳ要件を有する前回のユーザ構成に関連づけられた前回のリソース割り振りに基づき前記リソース割り振りを遂行することによって、前記リソース割り振りを遂行するために必要な反復ステップの量に関して改善され得るという知見に基づく。最適に近いリソース割り振りからスタートすることによって、反復プロセスに必要な反復回数は、合理的で好ましい条件の下で著しく低減され得る。
【００１４】
本発明の実施形態は、通信システム内の現在の通信リンク構成について複数のユーザ間でリソースを割り振る装置を提供する。ここで装置は、前回の通信リンク構成に関連づけられた前回のリソース割り振りを記憶するメモリ、及び最適化規準及び初期リソース割り振りに基づいて反復を遂行する反復コントローラを備える。ここで反復コントローラは、記憶された前回のリソース割り振りを、現在の通信リンク構成のための初期リソース割り振りとして使用することによって、現在の通信リンク構成のための最適化リソース割り振りを決定するように構成される。
【００１５】
更なる態様によれば、本発明は、通信システムにおける現在の通信リンク構成について複数のユーザ間でリソースを割り振る方法を提供する。ここで本方法は、前回の通信リンク構成に関連づけられた前回のリソース割り振りを記憶すること、及び最適化規準及び初期リソース割り振りに基づいて反復を遂行することを備える。ここで反復を遂行することは、記憶された前回のリソース割り振りを初期リソース割り振りとして使用することによって、現在の通信リンク構成のために最適化リソース割り振りを決定することを備える。
【００１６】
本発明の実施形態は、多元接続通信システムにおいて、リソース、例えば、副搬送波又は変調スキームの割り振りを決定するために使用され得る。例えば、本発明は、ＯＦＤＭ通信システムにおける多元接続の効率的副搬送波割り振りに使用され得る。現在のユーザ・シナリオについて最適に近いリソース割り振りからスタートしてしまうことによって、最適化規準に関して最適リソース割り振りに到着するための必要反復回数は、著しく低減され得る。前回のユーザ・シナリオに関連づけられた前回の記憶されたリソース割り振りを、現在のユーザ・シナリオの初期リソース割り振りとして使用することが適切でない場合、現在のユーザ・シナリオの初期リソース割り振りは、従来のリソース割り振りアルゴリズム、例えば、「Ａ  Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  Ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｓｃｈｅｍｅ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｄｏｗｎｌｉｎｋ  ＯＦＤＭ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」，Ｗｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，１９９９で提案されたアルゴリズムによって決定され得る。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態は、次の図面に関して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に従ったリソース割り振り装置を有するＯＦＤＭＡ通信システムの概略ブロック図を示す。
【図２】本発明の実施形態に従って、通信システム内の複数のユーザについてリソースを割り振る装置のブロック図を示す。
【図３】本発明の実施形態に従って、通信システム内の複数のユーザについてリソースを割り振る方法の概略フローチャートを示す。
【図４】本発明の実施形態に従って、通信システム内の複数のユーザ間でリソースを割り振る方法の更に詳細なフローチャートを示す。
【図５】本発明の実施形態に従って、現在の通信リンク構成を、記憶された前回の通信リンク構成と比較するステップのフローチャートを示す。
【図６】本発明の実施形態に従った反復プロセスが、関係づけられた反復回数の後に終了する確率を示す。
【図７】本発明の実施形態に従ったリソース割り振りを用いて達成可能なデータ転送速度の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態は、一般的に多元接続通信システムへ適用されることができ、特別な種類のそのような通信システムに限定されない。しかしながら、本発明の実施形態は、下記で無線ＯＦＤＭＡ通信システムに関して説明される。
【００２０】
ＯＦＤＭＡ通信システム１０の概略ブロック図は、図１で例示的に示される。
【００２１】
マルチユーザＯＦＤＭＡシステム１０は、一般的に、基地局に組み込まれる可能性が最も高い送信モジュール１１を備える。しかしながら、それは移動局によっても同様に備えられることが可能である。更に、マルチユーザＯＦＤＭＡシステム１０は、移動局の中に組み込まれる可能性が最も高い受信モジュール１２を備える。しかしながら、それは基地局の中に同様に置かれることが可能である。送信モジュール１１は、複数のユーザ間でリソースを割り振るモジュール１３、高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）モジュール１４、及びガード期間挿入モジュール１５を備える。リソース割り振りモジュール１３、ＩＦＦＴモジュール１４、及びガード期間挿入モジュール１５は、送信モジュール１１から複数のユーザへの情報信号の送信を容易にする。
【００２２】
リソース割り振りモジュール１３は、ユーザへの副搬送波の割り当て、及び各々の割り当てられた副搬送波で送信されるビットの数を決定してよい。副搬送波で送信されるビットの数に基づいて、リソース割り振りモジュール１３は、対応する変調スキームを更に適用し、副搬送波の適切な送信電力レベルを同様に決定してよい。
【００２３】
ＩＦＦＴモジュール１４は、ＩＦＦＴを使用することによって、リソース割り振りモジュール１３の複素出力記号を時間定義域標本へ変換する。ガード期間挿入モジュール１５は、ガード期間を各ＯＦＤＭ時間定義域記号の終わりへ挿入し、第１の無線周波数モジュール及びアンテナ２６を経由して送信前に記号間干渉を軽減する。
【００２４】
受信モジュール１２は、第２の無線周波数モジュール及びアンテナ１７、ガード期間除去モジュール２１、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）モジュール２２、及び復調器２３を備える。ガード期間除去モジュール２１はガード期間を除去する。次いで、ＦＦＴモジュール２２は、受信された時間定義域標本を、変調された記号へ変換する。最後に、復調モジュール２３は、対応する復調スキームを適用して、移動無線チャネルで送信機モジュール１１から送信されたユーザ・データを復元する。送信モジュール１１と受信モジュール１２との間には一般的な対応が存在するけれども、それぞれの機能は異なることが必要である。
【００２５】
Ｋ（Ｋ≧１）は、ＯＦＤＭＡ通信システム１０によってサポートされるユーザの数であるとし、Ｎ（Ｎ≧１）は、副搬送波の数であるとする。更に、Ｓｋは、ユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）によって要求される副搬送波の数を表すとする。Ｓｋは、それによって、前記ユーザｋによって要望されるＱｏＳに関連づけられてよい。各副搬送波は帯域幅を有し、この帯域幅は通信リンク又はチャネルのコヒーレンス帯域幅よりもずっと小さく、またユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）ごとの各副搬送波ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎ）の瞬間チャネル利得αｋ，ｎは、例えば、Ｋ人のユーザからのフィードバック情報に起因して、送信モジュール１１に知られていると仮定する。
【００２６】
送信モジュール１１は、本発明の実施形態によれば、現在の通信リンク構成について複数のユーザ間でリソースを割り振る装置１３を備える。ここで現在の通信リンク構成は、現在のリソース割り振り時間区間、例えば、ＯＦＤＭＡ記号に対応する。装置１３は、変調スキーム及び適切な送信電力を、ユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）ごとに各副搬送波ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎ）へ割り振ってよい。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態に従って複数のユーザ間でリソースを割り振る装置１３の概略ブロック図を示す。
【００２８】
装置１３は、送信モジュール１１から複数のユーザの各ユーザ２５−ｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）へ、通信リンク２４−ｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）のためのリソースを割り振ってよい。通信リンク２４−ｋの構成は、例えば、ユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）によって要求される副搬送波の数Ｓｋ、ユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）の各副搬送波ｎ（ｎ＝１，．．，Ｎ）の瞬間チャネル利得αｋ，ｎ、及び要望されたＱｏＳに依存する変調スキーム（例えば、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭなど）を含んでよい。
【００２９】
装置１３によって決定されたリソース割り振りは、後続のリソース割り振り時間区間の間で変化してよい。ここでリソース割り振り時間区間は、例えば、ＯＦＤＭ又はＯＦＤＭＡ記号によって定義される。過去のリソース割り振りを記憶するため、装置１３は、前回の通信リンク構成に関連づけられた過去又は前回のリソース割り振りを記憶するメモリ２６を備える。メモリ２６は反復コントローラ２８へ結合され、前回のユーザ・シナリオに関する情報を備える前回の記憶された通信リンク構成を、反復コントローラ２８へ提供する。反復コントローラ２８は、メモリ２６からの前回の記憶されたリソース割り振りを、反復プロセスの初期リソース割り振りとして使用することによって、最適化規準及び初期リソース割り振りに基づいて反復を遂行し、現在の通信リンク構成の最適化リソース割り振りを決定するように構成される。
【００３０】
１つのリソース割り振り時間区間から次のリソース割り振り時間区間へ高速で変動する後続の通信リンク構成の場合、現在の通信リンク構成は、先行する通信リンク構成とは全く異なるかもしれない。これは、例えば、ユーザの高いふらつきが存在するか、後続のリソース割り振り時間区間の間に、複数のユーザ２５−ｋ（ｋ＝１，．．．，，Ｋ）の高度に変動するデータ転送速度要件が存在するならば、高度に移動するユーザが通信システム内に存在する場合である。高度に移動するユーザの場合、各ユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）の各副搬送波ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎ）の瞬間チャネル利得αｋ，ｎは、１つのリソース割り振り時間区間から次のリソース割り振り時間区間へと全く異なるかもしれない。
【００３１】
送信モジュール１１の初期スタートアップの後には、メモリ２６は空であり、従って、前回のリソース割り振り又は通信リンク構成を保持していない。この場合、モジュール１３は、最初のリソース割り振り時間区間について従来の初期リソース割り振りを遂行する。多元接続ダウンリンクＯＦＤＭ送信の場合、前記最初のリソース割り振りは、例えば、「Ａ  Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  Ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｓｃｈｅｍｅ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｄｏｗｎｌｉｎｋ  ＯＦＤＭ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」，Ｗｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，１９９９で説明されるように遂行され得る。この副搬送波割り振りアルゴリズムによれば、副搬送波は、複数のユーザの全てと通信するための総送信電力が最小にされるように、複数のユーザ２５−ｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）へ割り当てられる。言い換えれば、ここで、副搬送波割り振りの最適化規準は、総送信電力の最小化である。結果の最初の反復副搬送波割り振り及び関連づけられた通信リンク・シナリオ又は構成は、後続のリソース割り振り時間区間で使用するためメモリ２６の中に記憶され得る。
【００３２】
例えば、送信モジュール１１のパワーアップの後、最初のリソース割り振りを決定するステップは、図３の概略フローチャート内のステップＳ３１として参照される。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態に従って、通信システム内の現在の通信リンク構成について複数のユーザ間でリソースを割り振る方法を示す。
【００３４】
全くの始まりにおいて、即ち、前回のリソース割り振りがメモリ２６の中で利用可能でない場合、最初の通信リンク構成に基づく最初のリソース割り振りが、最初のステップＳ３１で遂行される。次のステップＳ３２において、前回に決定された最初のリソース割り振り及び関連づけられた前回の通信リンク構成の双方が、メモリ２６の中に記憶され、次のステップで双方へのアクセスを有するようにされる。後続又は次のリソース割り振り時間区間に対応する次のステップＳ３３において、記憶されたリソース割り振り及びこれに関連づけられた前回の通信リンク構成に基づき、新しい通信リンク構成のための新しいリソース割り振りが遂行される。その後で、ステップＳ３２が反復され、最も近時の通信リンク構成について最も近時に決定されたリソース割り振りが、メモリ２６の中に再び記憶されて、次のリソース割り振り時間区間の前回の量として役立つようにされる。
【００３５】
図３で示された発明に係る方法において、現在のリソース割り振りは、記憶された前回のリソース割り振りに基づいて常に決定され、記憶された前回のリソース割り振りが、反復割り振りプロセスの初期リソース割り振りとして使用される。言い換えれば、前回のリソース割り振りは、現在のリソース割り振りを決定するための良好な出発点として役立つことが仮定される。これが当てはまるのは、チャネル係数αｋ，ｎ、データ転送速度要件、ユーザの数Ｋなどを備える通信リンク構成が、後続のリソース割り振り時間区間、例えば、後続のＯＦＤＭＡ記号の間に変化しない場合である。しかしながら、後続の通信リンク構成が、後続のリソース割り振り時間区間で無視できないほど変化する場合、前回のリソース割り振りを、現在のリソース割り振り時間区間の現在のリソース割り振り反復についての初期リソース割り振りとして採用することは、良いアイデアではないかもしれない。
【００３６】
前回のリソース割り振りが、現在のリソース割り振り反復の初期リソース割り振りとして役立つかどうかを決定するため、反復コントローラ２８は本発明の実施形態に従った比較器を備える。この比較器は、現在の通信リンク構成を前回の記憶された通信リンク構成と比較し、この比較結果に依存して、記憶された前回のリソース割り振りが初期リソース割り振りとして使用されるか、初期リソース割り振りが、従来の方法（例えば、「Ａ  Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  Ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｓｃｈｅｍｅ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｄｏｗｎｌｉｎｋ  ＯＦＤＭ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」，Ｗｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．）で初めから計算されるようにする。これを理由として、比較器は、現在の通信リンク構成と前回の通信リンク構成と相関を決定し、相関結果を所定の閾値と比較するように構成されてよい。相関結果が所定の閾値を超過する場合、記憶された前回のリソース割り振りが、現在の通信リンク構成の初期リソース割り振りとして使用される。そのようでなければ、即ち、相関結果が、所定の閾値よりも下であれば、現在の通信リンク構成の初期リソース割り振りは、前に説明されたように、従来の方法で初めから計算される。
【００３７】
本発明の実施形態によれば、現在の通信リンク構成と前回の通信リンク構成との相関は、チャネル状態情報（ＣＳＩ）又は複数のユーザ間の通信チャネルのチャネル係数αｋ，ｎに基づいて決定されてよい。即ち、前回のリソース割り振り時間区間ｍ−ｉ（例えば、ＯＦＤＭＡ記号）のユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）ごとの各副搬送波ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎ）のチャネル利得αｋ，ｎ［ｍ−ｉ］は、所与の相関メトリクスに従って、現在のリソース割り振り時間区間ｍのユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）ごとの各副搬送波ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎ）のチャネル利得αｋ，ｎ［ｍ］へ相関づけられる。当然ながら、例えば、ユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）ごとの各副搬送波ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎ）の信号対雑音比ＳＮＲｋ，ｎのように、他の物理層（ＰＨＹ）パラメータも、相関メトリクスの計算に使用され得る。追加的に、更なるパラメータの相関が考えられる。例えば、現在の通信構成と前回の通信リンク構成との相関も、データ・リンク層（ＤＬＬ）におけるユーザのキュー長（queue length）に基づいて決定されてよい。更に、現在の通信リンク構成と前回の通信リンク構成との相関は、複数のユーザ２５−ｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）の各々についてのＱｏＳパラメータ、例えば、要望されるデータ転送速度又は誤り率の限定値に基づいて決定されてよい。そのような誤り率は、例えば、複数のユーザの各々についての最大許容ビット誤り率（ＢＥＲ）であってよい。典型的には、ＱｏＳパラメータは、個々のユーザによって要望されるサービスに依存する。リアルタイムの高データ転送速度サービス、例えば、ビデオ呼び出しを要望するユーザは、典型的には、低い帯域幅要件しか有さないユーザよりも多くのリソースを割り振られなければならない。
【００３８】
相互に相関づけられる後続リソース割り振り時間区間の通信リンク構成パラメータ、例えば、ＰＨＹパラメータ、ＤＬＬパラメータ、又はＱｏＳパラメータが多くなれば、それだけ正確に、前回のリソース割り振りが現在のリソース割り振り反復の良好な出発点であるか否かについて決定され得る。
【００３９】
本発明の実施形態によれば、メモリ又はストレージ２６は、１つの前回のリソース割り振り及びこれに関連づけられた通信リンク構成を保持するだけでなく、複数の前回のシナリオを記憶するように構成されてよい。記憶された前回の通信リンク構成の各々を現在の通信リンク構成と相関づけることによって、最良に適合する前回の通信リンク構成を決定することが可能である。それによって、最良に適合する前回の通信リンク構成は、現在の通信リンク・シナリオと相関づけられるとき、最高の相関メトリクスを産出する。しかしながら、最高相関メトリクスだけでは、関係づけられた前回の最良適合リソース割り振りが、現在のリソース割り振り反復の良好な初期値として役立つことを保証しない。これを理由として、最良に適合する前回の通信リンク構成の最大相関メトリクスは、本発明の実施形態に従って所定の閾値と比較されてよい。最高相関メトリクスが、所定の閾値を超過するならば、最良に適合する前回のリソース割り振りは、現在のリソース割り振り反復の初期リソース割り振りとして使用される。しかしながら、最高相関メトリクスが、所定の閾値よりも下であれば、従来のリソース割り振り初期化が、代わって遂行される。
【００４０】
このアルゴリズムは、図４のフローチャートで概略的に描写される。
【００４１】
各々のリソース割り振り時間区間において、前回のリソース割り振りがメモリ２６の中で利用可能かどうかが、ステップＳ４１で決定される。前回のリソース割り振り時間区間の、そのような前回のリソース割り振りが利用可能でない場合、従来のリソース割り振り初期化がステップＳ４２で遂行される。この従来のリソース割り振り初期化Ｓ４２は、例えば、Ｗｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．の論文で説明されたように行われてよい。しかしながら、利用可能な前回のリソース割り振りがメモリ２６の中に存在する場合、現在の通信リンク構成と記憶された前回の通信リンク構成との相関メトリクスが、ステップＳ４３で決定される。それにより、現在のシナリオと前回のシナリオとの間の相関メトリクスは、例えば、複数のユーザについての要望されたＱｏＳ、ＤＬＬ状態、及び／又はＰＨＹ状態に基づいてよい。相関づけられたシナリオが、同じユーザ、副搬送波当たりの類似のＣＳＩ、及び各ユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）に要求される類似のデータ転送速度を備える場合、２つの通信リンク構成の間に比較的高い相関が存在することが確からしい。ステップＳ４３において、現在の通信リンク構成は、記憶された前回の通信リンク構成の各々と相関づけられる。後続のステップＳ４４において、最高相関メトリクスを有する前回の通信リンク構成が決定される。次にステップＳ４５において、この最良に適合する前回の通信リンク構成の最高相関メトリクスが、所定の限度又は閾値を超過するかどうかが決定される。閾値が超過されない場合、これは、最良に適合する前回の通信リンク構成が、現在の構成リンク構成とは、あまりに大きく異なり、したがって現在のリソース割り振り時間区間についてリソース割り振りの良好な出発点ではないという事実を表示する。この理由のために、一から現在のリソース割り振りをスタートするのがよい。これは、ステップＳ４２において従来の方法（例えば、Ｗｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．を参照）で行われてよい。しかしながら、最良に適合する前回の通信リンク構成の相関メトリクスが所定の閾値を超過するならば、ステップＳ４６において、最良に適合する前回の通信リンク構成に関連づけられた前回のリソース割り振りが、現在のリソース割り振り時間区間のリソース割り振り反復について初期リソース割り振りとして選ばれる。
【００４２】
現在のリソース割り振り時間区間において、例えば、Ｗｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．によって説明されるように、初期リソース割り振りの反復的改善が行われてよい。例えば、初期副搬送波割り振りは、ユーザ間の副搬送波を反復的に交換し、総送信電力を低減することによって改善されてよい。そのような反復において、２人のユーザ間で割り振られた副搬送波を交換し、総送信電力を低減することが試行される。ユーザの対及び対応する交換副搬送波の対を選択するため、２人のユーザを交換するためのコスト関数が計算されてよい。ユーザの各々の対ｋ、ｊについて、電力低減因子ｐｋ，ｊが計算される。この因子は、Δｐｋ，ｊ及びΔｐｊ，ｋの合計に等しい。ここでΔｐｋ，ｊは、ユーザｋへ割り振られた副搬送波が、代わりにユーザｊへ再割り振りされるならば、ユーザｋへ割り振られた全ての副搬送波にわたる最大電力低減を表す。Ｎｋｊは、電力低減を最大化する副搬送波を表す。全ての電力低減因子は降順に並べ替えられ、リスト内の最初の因子が取り上げられてよい。最初のｐｋｊが正であれば、副搬送波ｎｋｊをユーザｋからユーザｊへ、及び副搬送波ｎｊｋをユーザｊからユーザｋへ交換することによって、副搬送波の割り振りが変更される。交換の後に、全てのｐｋ，ｊの値が更新され、次いで更なる反復ステップがスタートする。全ての電力低減因子が負になったとき、反復は停止する。それは、２人のユーザｋ，ｊ≠ｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ；ｊ＝１，．．．，Ｋ）の副搬送波割り振りを交換することによっては、総送信電力がそれ以上低減され得ないことを意味する。
【００４３】
当然ながら、Ｗｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．によって説明された副搬送波割り振りは、ステップＳ４２で採用される多くの可能なのリソース割り振りスキームの１つにすぎない。例えば、リソース割り振りの他の代案は、所定の全体的送信電力を与えられた複数のユーザ２５−ｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）と通信するための全体的データ転送速度を最大化することである。したがって、この場合、最適化規準は、全体的データ転送速度の最大化を備える。
【００４４】
ステップＳ４３の例示的なバージョンは、図５でより詳細に説明される。
【００４５】
最初のサブステップＳ５１では、現在の通信リンク構成又はユーザ・シナリオに基づいて、要望されるＱｏＳが決定される。それにより、要望されるＱｏＳは、複数のユーザの全てについてデータ転送速度、誤り率などを含んでよい。第２のサブステップＳ５２では、現在の通信リンク構成についてＤＬＬ状態及びＰＨＹ状態が決定される。そのような情報は、現在のリソース割り振り時間区間ｍのユーザｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）ごとの各副搬送波ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎ）のチャネル状態情報αｋ，ｎ［ｍ］、複数のユーザの全てについてのキュー長などを含んでよい。更なるサブステップＳ５３では、サブステップＳ５１及びＳ５２の決定された量が、記憶された前回の通信リンク構成の対応する量との相関メトリクスを計算するために使用され、最良に適合する前回の構成リンク構成を決定してよい。
【００４６】
最良に適合する前回の構成リンク構成が発見されたならば、スロット／副搬送波割り当て、ビット負荷、電力負荷などに関して前記構成の記憶された関連づけソース割り振りが、現在のリソース割り振り時間区間の初期リソース割り振りとして使用されてよい。上記で説明されたように、前回の構成リンク・シナリオが利用可能でないか、前回の構成リンク・シナリオと現在の構成リンク・シナリオとの間の相関が所定の閾値を超過しない場合、初期リソース割り振りは、一から決定されてよい。
【００４７】
本発明の様々な実施形態が前記で説明されたので、最新技術のスケジューリング・アルゴリズムに勝る本発明の幾つかの利点が、この後で概説される。
【００４８】
ここで図６を参照すると、６つの曲線が示される。これらの曲線は、本発明の反復リソース割り振り概念の複雑度の低減を質的に証明する。図６は、指定された最適化規準を満たすために必要な反復数に対する累積確率密度を描写する。ここで、関連する反復数の後で反復プロセスが終了する確率が図６から分かる。
【００４９】
曲線６１は、ステップＳ４２に従った従来の初期リソース割り振りが決して遂行されないシナリオに関する。これは、曲線６１の場合、図３に従った方法が使用されることを意味する。更に、異なる副搬送波のチャネル係数は、１つのリソース割り振り時間区間から次のリソース割り振り時間区間へ、例えば、１つのＯＦＤＭＡ記号から次のＯＦＤＭＡ記号へ相関づけられない。前回のリソース割り振りは、初期リソース割り振りとして常に使用されるが、この場合の方法は、最適又は次善のリソース割り振りに到着するまで多大の反復回数を必要とする。これは、１つのリソース割り振り時間区間から次のリソース割り振り時間区間への無相関チャネル係数に起因する。しかしながら、後続するリソース割り振り時間区間の間の無相関チャネル係数は、現実のシナリオではありそうにない。
【００５０】
他の極端、即ち、各リソース割り振り時間区間について従来の方途で初期リソース割り振りを決定することが、曲線６２によって描写される。この場合、各リソース割り振り時間区間では、後続のリソース割り振り時間区間のチャネル係数が相関づけられるか否かとは独立して、関連するリソース割り振りが一から決定される。１つのリソース割り振り時間区間から次のリソース割り振り時間区間への無相関チャネル係数の場合、反復リソース割り振りについての従来の初期化は、本発明の実施形態よりも良い性能を発揮する。しかしながら、曲線６３、６４、６５、及び６６によって描写される一層現実的なシナリオに注目するとき、本発明の利点が明らかになる。
【００５１】
曲線６３は、後続のチャネルリンク構成が相互にある相関を有するシナリオを表す。ここで、チャネル係数は４９ＫＨｚのドップラー周波数に従って変化する。この周波数は、どちらかと言えば高速移動ユーザに対応する。更に、後続のリソース割り振り時間区間で、複数のユーザ２５−ｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）の各々が、副搬送波の異なる数Ｓｋを割り振られ得る。図３に従った発明に係る方法をこのシナリオへ適用すると、曲線６３を導く。曲線６３は、記憶された前回のリソース割り振りを、現在の時間区間の初期リソース割り振りとして使用するとき、最適又は次善のリソース割り振りに到着するために必要な反復回数が少なくなることを明瞭に示す。
【００５２】
例えば、２４Ｈｚのより低いドップラー周波数に従って、チャネル係数が後続時間区間で一層相互に相関づけられる場合、必要な反復は更に少なくなる（曲線６４）。
【００５３】
曲線６５は、チャネル係数αｋ，ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎ；ｋ＝１，．．．，Ｋ）が、１つのリソース割り振り時間区間から次のリソース割り振り時間区間へ４９ＫＨｚのドップラー周波数で変化し、複数のユーザ２５−ｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）の各々が、後続のリソース割り振り時間区間で、常に同じ数Ｓｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）の副搬送波を割り当てられるシナリオを表す。このシナリオは、曲線６２に従った従来の方法と比較して、必要な反復回数を更に低減する。チャネル係数が高度に相関づけられ（ドップラー周波数２４Ｈｚ）、及び後続のリソース割り振り時間区間で同数の副搬送波が複数のユーザ２５−ｋ（ｋ＝１，．．．，Ｋ）の各々へ割り当てられる場合、ほとんど反復は必要でなく、図３に従った発明に係る方法を使用するとき現在の時間区間について最終リソース割り振りに到着することを、曲線６６が表示する。
【００５４】
図７は、図６で説明された方法を用いて達成可能な信号対雑音比に対するデータ転送速度を示す。
【００５５】
全ての説明されたスケジューリング・スキームは、複数のユーザへほぼ同じデータ転送速度を許すことが分かる。ここで、データ転送速度は、達成可能なデータ転送速度の下限として働くマッピング容量７１と、上限として働くチャネル容量７２との間にある。
【００５６】
要約すると、本発明の実施形態に従ったリソース割り振りアルゴリズムは、通信システムにおいてリソースをスケジュールするスケジューラの中で使用され得る。本発明の実施形態は、最良に適合する前回の通信リンク構成に関連づけられた前回のリソース割り振りを、初期リソース割り振りとして応用することによって、従来の反復スケジューリング・アルゴリズムの複雑度を低減できることが示された。現在の通信リンク構成と前回の通信リンク構成との間の相関を遂行することによって、前回の通信リンク構成は、現在の通信リンク構成とある範囲まで適合する場合にのみ、使用されることが保証される。このようにして、相関メトリクスは、複雑度が増加する悪い事態を回避する。副搬送波を反復的に交換して全体の送信電力を低減するだけでなく、本発明の実施形態は、副搬送波を反復的に交換して全体のデータ転送速度を増加させる。後続の通信リンク構成に依存して、本発明の実施形態は著しく複雑度を低減させる。
【００５７】
状況に依存して、発明に係る方法は、ハードウェア又はソフトウェアで実現されてよい。実現は、ディジタル記憶メディア、特に電子的に読み取り可能な制御信号を有するディスク又はＣＤの上で行われてよい。ディジタル記憶メディアはプログラム可能コンピュータ・システムと協力して、本方法が実行されるようにする。一般的に、本発明はコンピュータ・プログラムプロダクトで構成され、機械読み取り可能担体上に記憶されたプログラム・コードは、コンピュータ・プログラムプロダクトがコンピュータ上で実行するとき、発明に係る方法を遂行する。言い換えれば、本発明はプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラムとして実現されてよく、前記プログラム・コードは、コンピュータ・プログラムがコンピュータ及び／又はマイクロコントローラ上で実行するとき、本発明の方法を遂行する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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