(57)【要約】  WiMAXネットワークの基地局によってWiMAXダウンリンクフレームを充填する方法を提供する。ダウンリンクのMACプロトコルデータユニット(MPDU)がDL-MAPスケジューラによってWiMAXダウンリンクフレームにはめ込まれることで、相異なるコネクションからのダウンリンクMPDUを個々のバーストに連結することが可能となり、バーストは、WiMAXダウンリンクフレームの２つの次元 - OFDMA（直交周波数分割多元接続）シンボルとサブチャネルに関して、矩形となる。本方法は、DL-MAPスケジューラが、WiMAXダウンリンクフレーム内の利用可能な、および／または残存する空きスペースに基づいて、相異なるコネクションからのダウンリンクMPDUを個々のバーストに連結することを考慮するように構成され、それにより、WiMAXダウンリンクフレームを充填して無駄な無線リソースの量を最小化するDL-MAPスケジューラタスクが簡単になることを特徴とする。
2010536205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷｉＭＡＸネットワークの基地局によってＷｉＭＡＸダウンリンクフレームを充填する方法において、ダウンリンクのＭＡＣプロトコルデータユニット（ＭＰＤＵ）がＤＬ−ＭＡＰスケジューラによってＷｉＭＡＸダウンリンクフレームにはめ込まれることで、相異なるコネクションからのダウンリンクＭＰＤＵを個々のバーストに連結することが可能となり、バーストは、ＷｉＭＡＸダウンリンクフレームの２つの次元、すなわちＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）シンボルとサブチャネルに関して、矩形となり、
前記ＤＬ−ＭＡＰスケジューラが、ＷｉＭＡＸダウンリンクフレーム内の利用可能な、および／または残存する空きスペースに基づいて、相異なるコネクションからのダウンリンクＭＰＤＵを個々のバーストに連結することを考慮するように構成され、それにより、前記ＷｉＭＡＸダウンリンクフレームを充填して無駄な無線リソースの量を最小化するＤＬ−ＭＡＰスケジューラタスクが簡単になることを特徴とする、ＷｉＭＡＸネットワークの基地局によってＷｉＭＡＸダウンリンクフレームを充填する方法。
【請求項２】
ダウンリンクＭＰＤＵをバーストに連結し、ＷｉＭＡＸダウンリンクフレームのダウンリンク部分に該バーストを配置することは、該バーストを配置した後の利用可能／残存スペースが、できるだけ規則的な幾何学的形態を有する１つまたは複数の多角形になるように実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ダウンリンクＭＰＤＵをバーストに連結することは、該バーストが、ＷｉＭＡＸフレームの列全体または行全体を完全にまたは部分的に充填するように実行されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
同じ変調符号化方式（ＭＣＳ）に属するすべてのＭＰＤＵのサイズを考慮してそれらのＭＰＤＵをサブセットにまとめるアルゴリズムを使用し、該アルゴリズムは、サイズ総計に、各候補サブセットの許容可能なパディングがあればそれを加えたものが、利用可能／残存スペースの形状における考慮中の部分のサイズに一致するようにすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記アルゴリズムが、同じＭＣＳに属するＭＰＤＵどうしのすべての可能な組合せを考慮し、空スペースの目的部分を充填するために必要なパディングがなるべく少なくなる組合せを選択することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アルゴリズムが、利用可能な空スペースの一部を適切に充填することができるような、ＭＰＤＵどうしの適当な連結を、すべての可能な組合せを考慮するよりも高速に発見するために、ヒューリスティックを適用することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記アルゴリズムが、まずサイズの大きいＭＰＤＵのほうから連結を試みることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ＭＰＤＵの連結の判断において、シンボル方向よりもサブチャネル方向のほうが長いバーストが省電力効率のため優先されることを考慮することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
ＭＰＤＵの連結の判断において、ＴＤＤ（時分割二重）システムでは、アップリンクフレームとダウンリンクフレームの間で全容量をより効率的に共用することを可能とするために、ＷｉＭＡＸダウンリンクフレーム内で列（サブチャネル方向）ごとに左から右（シンボル方向）へ空スペースを充填し始めるのが好ましいことを考慮することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ＭＰＤＵの連結の判断において、ＱｏＳ要求により、一部のＭＰＤＵは次のＷｉＭＡＸフレームで送信する必要があり、一部はそうではないことを考慮することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＷｉＭＡＸネットワークの基地局によってＷｉＭＡＸダウンリンクフレームを充填する方法に関する。ここで、ダウンリンクのＭＡＣプロトコルデータユニット（MAC Protocol Data Unit, ＭＰＤＵ）がＤＬ−ＭＡＰスケジューラによってＷｉＭＡＸダウンリンクフレームにはめ込まれることで、相異なるコネクションからのダウンリンクＭＰＤＵを個々のバーストに連結（コンカテネーション）することが可能となる。バーストは、ＷｉＭＡＸダウンリンクフレームの２つの次元、すなわちＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）シンボルとサブチャネルに関して、矩形となる。
【背景技術】
【０００２】
ＷｉＭＡＸ（World Wide Interoperability for Microwave Access）は、ＩＥＥＥ８０２．１６標準ファミリをベースとして規定されている。Ｗｉ−ＦｉアライアンスがＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ標準の相互接続性を認証しているのと同様、ＷｉＭＡＸフォーラムが、ＩＥＥＥ８０２．１６無線標準の相互接続性を認証している。
【０００３】
ＷｉＭＡＸにおいて、ダウンリンク方向でのフレーム充填プロセスは、いわゆるダウンリンクＭＡＰ（ＤＬ−ＭＡＰ）スケジューラによって実行される。ＤＬ−ＭＡＰスケジューラの仕事は、与えられたビット数のダウンリンクＭＰＤＵ（ＭＡＣプロトコルデータユニット）をＷｉＭＡＸフレームのダウンリンク部分に割り当てることである。現在の２つのＷｉＭＡＸ標準であるＩＥＥＥの８０２．１６−２００４および８０２．１６ｅ−２００５によれば、ＷｉＭＡＸフレームは特定の２次元領域からなる。ＷｉＭＡＸフレームの２つの次元（方向）は、ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）シンボルとサブチャネルの形で与えられる。ＤＬ−ＭＡＰスケジューラのタスクは、２つの基本的なサブタスクに分解することができる。第１に、ＤＬ−ＭＡＰスケジューラは、特定のＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme, 変調符号化方式）が適用される、ＷｉＭＡＸ標準においてバーストと呼ばれる矩形に、上記のＭＰＤＵをはめ込まなければならない。第２に、ＤＬ−ＭＡＰスケジューラは、未使用スペースが最小になるように、これらのバーストを矩形のＷｉＭＡＸダウンリンクフレーム内に充填しなければならない。
【０００４】
前述した現在の２つのＷｉＭＡＸ標準は、基地局（およびＤＬ−ＭＡＰスケジューラのそれぞれ）が上記のタスクをどのように実現すべきかについての指針を提供していない。システムのパフォーマンスは、ＤＬ−ＭＡＰスケジューラのアルゴリズムに強く依存する。というのは、このアルゴリズムによって、無線リソースがどのくらい効率的に利用されるかが決まるからである。
【０００５】
８０２．１６標準では、同じＭＣＳを使用する相異なるＭＰＤＵを単一バーストにまとめることが可能なメカニズムが規定されている。このメカニズムを連結（コンカテネーション）という。相異なるコネクション識別子（connection identifier, ＣＩＤ）に属するＭＰＤＵを単一バーストに連結することにより、ＤＬ−ＭＡＰサイズに起因するシグナリングオーバーヘッドを低減できる。しかし、ＷｉＭＡＸ標準は、連結メカニズムを具体的に利用するための基準やアルゴリズムを規定していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ＤＬ−ＭＡＰスケジューラが、連結メカニズムの新たな利用法によって、ＭＰＤＵでＷｉＭＡＸダウンリンクフレームを充填するＤＬ−ＭＡＰスケジューラタスクを簡単化し、無駄な無線リソース（パディングおよび空スペース）の量を最小化するような方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記の目的は、請求項１の構成を有する方法によって達成される。この請求項に記載の通り、本方法は、ＤＬ−ＭＡＰスケジューラが、ＷｉＭＡＸダウンリンクフレーム内の利用可能な、および／または残存する空きスペースに基づいて、相異なるコネクションからのダウンリンクＭＰＤＵを個々のバーストに連結することを考慮するように構成され、それにより、ＷｉＭＡＸダウンリンクフレームを充填して無駄な無線リソースの量を最小化するＤＬ−ＭＡＰスケジューラタスクが簡単になることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、ＤＬ−ＭＡＰスケジューラは、ＭＰＤＵでＷｉＭＡＸダウンリンクフレームを充填するＤＬ−ＭＡＰスケジューラタスクを簡単化するために、ダウンリンクＷｉＭＡＸフレーム内の利用可能な／残存する空きスペースおよびその形態に基づいて、相異なるコネクションからのダウンリンクＭＰＤＵを個々のバーストに連結することを考慮するように構成される。ＭＰＤＵをバーストに連結するに際して、ダウンリンクＷｉＭＡＸフレーム内の利用可能な／残存する空きスペースを考慮することにより、（パディングおよび空スペースの形で）無駄な無線リソースの量を大幅に削減することができる。したがって、本発明は、希少な無線リソースの利用効率を高めるために、ＤＬ−ＭＡＰスケジューラの上記２つのサブタスクをともに考慮するソリューションを提案するものである。
【０００９】
好ましい実施形態では、ダウンリンクＭＰＤＵをバーストに連結し、ＷｉＭＡＸダウンリンクフレームのダウンリンク部分にそのバーストを配置することは、バーストを配置した後の利用可能／残存スペースが、できるだけ規則的な幾何学的形態を有する１つまたは複数の多角形になるように実行される。バースト配置後の残存スペースが規則的な幾何学的形態であることにより、次のバーストの配置が容易になるという利点がある。
【００１０】
一実施例として、ダウンリンクＭＰＤＵをバーストに連結することは、バーストが、ＷｉＭＡＸフレームのダウンリンク部分の利用可能な残存スペースの列全体または行全体のいずれかを充填するように実行することができる。ただし、列全体による割当てのほうが好ましいと考えられる。というのは、その場合、ＤＬ−ＭＡＰスケジューラの充填タスクが容易になることに加えて、消費電力の低減や、必要に応じてアップリンクに対するリソース割当てを増やせるといった他の利益も見込めるからである。
【００１１】
有利な実施形態によれば、同じ変調符号化方式（ＭＣＳ）に属するすべてのＭＰＤＵのサイズを考慮してそれらのＭＰＤＵをサブセットにまとめるアルゴリズムを使用する。このアルゴリズムは、サイズ総計に、各候補サブセットの許容可能なパディングがあればそれを加えたものが、利用可能／残存スペースの形状における考慮中の部分のサイズに一致するようにする。例えば、アルゴリズムは、同じＭＣＳに属するＭＰＤＵどうしのすべての可能な組合せを考慮し、ＷｉＭＡＸフレームの空スペースの目的部分を充填するために必要なパディングがなるべく少なくなる組合せを選択すればよい。別法として、アルゴリズムは、利用可能な空スペースの一部を適切に充填することができるような、ＭＰＤＵどうしの適当な連結を発見するために、発見法（ヒューリスティック）を適用してもよい。そのようなヒューリスティックによって、すべての可能な組合せを考慮するよりも高速に連結ができる。いずれの場合でも、アルゴリズムは、まずサイズの大きいＭＰＤＵのほうから連結を試みるとよい。
【００１２】
エネルギー消費の効率化と省電力のため、ＭＰＤＵの連結の判断においては、シンボル方向よりもサブチャネル方向のほうが長いバーストを優先するとよい。
【００１３】
特にＴＤＤ（時分割二重）システムにおいては、ＭＰＤＵの連結を実行する際には、ＷｉＭＡＸダウンリンクフレーム内で列（サブチャネル方向）ごとに左から右（シンボル方向）へ空スペースを充填し始めるとよい。このような手法は、アップリンクフレームとダウンリンクフレームの間で全容量をより効率的に共用することが可能となるので好ましい。
【００１４】
また、ＭＰＤＵの連結の判断においては、ＱｏＳ要求により、一部のＭＰＤＵは次のＷｉＭＡＸフレームで送信する必要があり、一部はそうではないということを考慮してもよい。すなわち、たとえＭＰＤＵのサイズがＷｉＭＡＸダウンリンクフレームの最適充填に関しては不利になるとしても、ＱｏＳ要求に関して優先度の高いＭＰＤＵは、低優先度のＭＰＤＵに比べて優先的に処理される。ＷｉＭＡＸダウンリンクフレームの最適充填に関する連結判断をどの程度ＱｏＳ要求よりも優先させるかは、設定可能なパラメータとしてもよい。
【００１５】
本発明を好適な態様で実施するにはいくつもの可能性がある。このためには、請求項１に従属する諸請求項を参照しつつ、図面により例示された本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を参照されたい。図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する際には、本発明の教示による好ましい実施形態一般およびその変形例について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術によるＷｉＭＡＸネットワークの基地局におけるダウンリンクデータフレームの第１の処理方法を示す。
【図２】従来技術によるＷｉＭＡＸネットワークの基地局におけるダウンリンクデータフレームの別の処理方法を示す。
【図３】本発明によるＷｉＭＡＸネットワークの基地局におけるダウンリンクデータフレームの処理方法の好ましい実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、代表的なＷｉＭＡＸフレームを示す。図１において、横方向は個々のＯＦＤＭＡシンボル（明示せず）に分割され、縦方向は個々のサブチャネル（同じく明示せず）に分割される。従来技術によれば、無線リンクを通じてダウンリンクでブロードキャストすべきバーストは、矩形バーストの形状を固定された所与の入力とみなして、ＷｉＭＡＸフレームにはめ込まれる。バーストの形状は、例えばパディングを最小にするように選択しておくことができる。この場合、ＤＬ−ＭＡＰスケジューラは、まず、バースト１と表示したバーストを、ＷｉＭＡＸフレームの左下部分にはめ込む。その後にバースト２からバースト５までが続く。バースト６は、バースト５の右側に利用可能なスペースが足りないので、バースト１の上の、ＷｉＭＡＸフレームの左上部分にはめ込む。次のバースト、すなわちバースト７は、ほぼ正方形であるが、利用可能なＯＦＤＭＡシンボルおよびサブチャネルに関して適当な領域がもう存在しないので、ＷｉＭＡＸフレームにこれ以上はめ込むことができない。その結果、バースト１〜６を含むＷｉＭＡＸフレームは満杯とみなされてブロードキャストされる。このように、利用可能な無線リソースが、きわめて非効率な形で利用される。
【００１８】
図２は、図１に関して説明した方法に比べて若干改善された、従来技術による別のメカニズムを示している。図２に示す例では、バーストは、改善されたアルゴリズムによってＷｉＭＡＸフレームにはめ込まれるが、それぞれのバーストの形状は依然として、アルゴリズムに対する固定された所与の入力とみなされる。アルゴリズムは、まず、縦方向のサイズが最大のバースト、すなわち、最も多くのサブチャネルをカバーするバーストを、ＷｉＭＡＸフレームの左下端にはめ込む。その後、縦方向が次に大きいバースト、すなわちバーストＢ２を、ＷｉＭＡＸフレーム内で最初のバーストＢ１の隣にはめ込む。このプロセスを、次のバーストをはめ込むに足るスロットが残らなくなるまで繰り返す。具体的には、図２において、このプロセスは、バーストＢ４を下の行にはめ込んだ後に停止する。次のバースト、すなわち、カバーされるサブチャネル数が次に大きいバースト（ここではバーストＢ３と表示している）は、利用可能なスロットが足りないので、下の行にはこれ以上入らない。その結果、次の行が開始され、上記のようにバーストで充填される。しかし、図２からわかるように、未使用の大きなスペースが依然として存在しており、これは、利用可能な無線リソースが無駄になっていることを意味する。
【００１９】
図３は、本発明によるＷｉＭＡＸネットワークの基地局におけるダウンリンクデータフレームの処理方法の好ましい実施形態を示している。ＷｉＭＡＸフレームのダウンリンク部分の利用可能／残存スペースを考慮して、相異なるコネクション識別子からのダウンリンクデータフレームをバーストに割り当てる。図３に示す実施形態では、割当ての実行に際して、ＷｉＭＡＸフレームの列全体を充填するバーストを生成しようとする。例えば、バースト１には、ＣＩＤ１からのデータとＣＩＤ５からのデータを割り当てることにより、いくつかのスロットで、ＷｉＭＡＸフレームの全サブチャネルを充填する。隣のバースト２（ＣＩＤ２、ＣＩＤ４、ＣＩＤ７からのデータを割り当てる）と、その隣のバースト３（ＣＩＤ３、ＣＩＤ１０、ＣＩＤ１１およびＣＩＤ１３からのデータを割り当てる）についても同様である。
【００２０】
上記の説明および添付図面の記載に基づいて、当業者は本発明の多くの変形例および他の実施形態に想到し得るであろう。したがって、本発明は、開示した具体的実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるものと理解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは総称的・説明的意味でのみ用いられており、限定を目的としたものではない。
【図１】
2010536205.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2010536205.tif 000006
2010536205.tif 000007
2010536205.tif 000008