(57)【要約】 【課題】  システム全体のスループットを改善すると共に、リアルタイムアプリケーションの品質を保証することができ、かつＰＦ方式との親和性が高い無線通信システム、基地局および無線通信端末を提供する。【解決手段】  無線フィードバック情報送信部２５は、受信強度監視部２３から出力された、受信局２に割り当て可能なレートＲｊ（ｎ）に関する情報と、受信バッファ内データ量監視部２４から出力された、受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ）に関する情報とに基づいてフィードバック情報を作成し、送信局１へフィードバック情報を送信する。スケジューラ１０は無線フィードバック情報受信部１２を介してフィードバック情報を取得し、フィードバック情報が示すＲｊ（ｎ）およびｂｊ（ｎ）に基づいて、タイムスロットを割り当てる受信局２を決定する。【選択図】    図２
2005142808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を送信する基地局と、該基地局によって決定されるタイムスロットにおいて前記基地局から前記情報を受信するＭ個（Ｍは自然数）の無線通信端末とを具備する無線通信システムにおいて、
前記無線通信端末は、
ｎ番目（ｎは自然数）のタイムスロットにおける自端末の割り当て可能なレートＲｊ（ｎ）（ｊは前記Ｍ以下の自然数であり、無線通信端末の区別に用いられる番号である）を検出する第１の検出手段と、
自端末の受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ）を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段によって検出された前記Ｒｊ（ｎ）および前記第２の検出手段によって検出された前記ｂｊ（ｎ）を前記基地局へ通知するための情報を前記基地局へ送信する送信手段とを備え、
前記基地局は、
前記無線通信端末によって送信された前記情報を受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された前記情報が示す前記Ｒｊ（ｎ）および前記ｂｊ（ｎ）に基づいて、前記Ｍ個の無線通信端末に対する前記ｎ番目のタイムスロットの割り当てを決定するスケジュール手段とを備えた
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記スケジュール手段は、前記Ｍ個の無線通信端末がリアルタイムアプリケーションに対応した無線通信端末である場合に、
Δｂｊ（ｎ）＝ｍａｘ｛０，ｍｉｎ｛Ｂｊ，ｂｊ（ｎ）＋Ｒｊ（ｎ）Δｔ｝−ｙｊ＊Δｔ｝−ｂｊ（ｎ）、
ただし、Δｂｊ（ｎ）はｊ番目の無線通信端末の前記ｂｊ（ｎ）の変動量を示し、Ｂｊは前記ｊ番目の無線通信端末の受信バッファ容量を示し、Δｔは１タイムスロットの長さを示し、ｙｊ＊は前記ｊ番目の無線通信端末で動作しているアプリケーションの所要スループットを示す、
なる式に基づいて前記Δｂｊ（ｎ）を算出し、
０≦ｂｊ（ｎ）＜ｂｊｍｉｎの場合は、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝Ｌ、
ｂｊｍｉｎ≦ｂｊ（ｎ）≦Ｂｊの場合は、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝１／ｘｊ（ｎ）、
ただし、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））は関数であり、Ｌは定数であり、ｘｊ（ｎ）は前記ｊ番目の無線通信端末の優先度を示す値であり、ｂｊｍｉｎ＝ｙｊ＊Δｔである、
なる式に基づいて前記Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、
ｂｊ（ｎ＋１）＜ｂｊＬの場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）−Ｃｘｊ（ｎ）、
ｂｊＬ≦ｂｊ（ｎ＋１）≦ｂｊＨの場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）、
ｂｊＨ＜ｂｊ（ｎ＋１）の場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）＋Ｃ（Ｒｊ（ｎ）Δｔ−ｘｊ（ｎ））、
ただし、Ｃ、ｂｊＬおよびｂｊＨは定数であり、ｘｊ（１）は任意の数である、
なる式に基づいて、ｎ番目のタイムスロット終了時に前記ｘｊ（ｎ＋１）を算出し、
前記Ｍ個の無線通信端末に対してΔｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、該Δｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））が最大となる番号の無線通信端末に対して前記ｎ番目のタイムスロットを割り当てる
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記Ｍ個の無線通信端末の中にＮ個（ＮはＭ以下の自然数）のベストエフォートクラスの無線通信端末がある場合、前記スケジュール手段はさらに、前記Ｎ個のベストエフォートクラスの無線通信端末に対して、
Δｂｊ（ｎ）＝ｍａｘ｛０，ｍｉｎ｛Ｂｊ，ｂｊ（ｎ）＋Ｒｊ（ｎ）Δｔ｝−ｙｊ＊Δｔ｝−ｂｊ（ｎ）、
なる式に基づいて前記Δｂｊ（ｎ）を算出し、
Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝１／ｘｊ（ｎ）なる式に基づいて前記Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、
ｎ番目のタイムスロットがｊ番目の無線通信端末に割り当てられなかった場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）−Ｄｘｊ（ｎ）、
ｎ番目のタイムスロットがｊ番目の無線通信端末に割り当てられた場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）＋Ｄ（Ｒｊ（ｎ）Δｔ−ｘｊ（ｎ））、
ただし、Dは定数であり、ｘｊ（１）は任意の数である、
なる式に基づいて、ｎ番目のタイムスロット終了時に前記ｘｊ（ｎ＋１）を算出し、
前記Ｍ個の無線通信端末に対してΔｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、該Δｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））が最大となる番号の無線通信端末に対して前記タイムスロットを割り当てる
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
Ｍ個（Ｍは自然数）の無線通信端末に対するタイムスロットの割り当てを決定し、タイムスロットが割り当てられた無線通信端末へ情報を送信する基地局において、
前記無線通信端末によって送信された、ｎ番目（ｎは自然数）のタイムスロットにおいて前記無線通信端末に割り当て可能なレートＲｊ（ｎ）および前記無線通信端末の受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ）に関する情報を受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された前記情報が示す前記Ｒｊ（ｎ）および前記ｂｊ（ｎ）に基づいて、前記Ｍ個の無線通信端末に対する前記ｎ番目のタイムスロットの割り当てを決定するスケジュール手段と、
を具備することを特徴とする基地局。
【請求項５】
前記スケジュール手段は、前記Ｍ個の無線通信端末がリアルタイムアプリケーションに対応した無線通信端末である場合に、
Δｂｊ（ｎ）＝ｍａｘ｛０，ｍｉｎ｛Ｂｊ，ｂｊ（ｎ）＋Ｒｊ（ｎ）Δｔ｝−ｙｊ＊Δｔ｝−ｂｊ（ｎ）、
ただし、Δｂｊ（ｎ）はｊ番目（ｊは前記Ｍ以下の自然数）の無線通信端末の前記ｂｊ（ｎ）の変動量を示し、Ｂｊは前記ｊ番目の無線通信端末の受信バッファ容量を示し、Δｔは１タイムスロットの長さを示し、ｙｊ＊は前記ｊ番目の無線通信端末で動作しているアプリケーションの所要スループットを示す、
なる式に基づいて前記Δｂｊ（ｎ）を算出し、
０≦ｂｊ（ｎ）＜ｂｊｍｉｎの場合は、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝Ｌ、
ｂｊｍｉｎ≦ｂｊ（ｎ）≦Ｂｊの場合は、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝１／ｘｊ（ｎ）、
ただし、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））は関数であり、Ｌは定数であり、ｘｊ（ｎ）は前記ｊ番目の無線通信端末の優先度を示す値であり、ｂｊｍｉｎ＝ｙｊ＊Δｔである、
なる式に基づいて前記Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、
ｂｊ（ｎ＋１）＜ｂｊＬの場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）−Ｃｘｊ（ｎ）、
ｂｊＬ≦ｂｊ（ｎ＋１）≦ｂｊＨの場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）、
ｂｊＨ＜ｂｊ（ｎ＋１）の場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）＋Ｃ（Ｒｊ（ｎ）Δｔ−ｘｊ（ｎ））、
ただし、Ｃ、ｂｊＬおよびｂｊＨは定数であり、ｘｊ（１）は任意の数である、
なる式に基づいて、ｎ番目のタイムスロット終了時に前記ｘｊ（ｎ＋１）を算出し、
前記Ｍ個の無線通信端末に対してΔｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、該Δｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））が最大となる番号の無線通信端末に対して前記ｎ番目のタイムスロットを割り当てる
ことを特徴とする請求項４に記載の基地局。
【請求項６】
前記Ｍ個の無線通信端末の中にＮ個（ＮはＭ以下の自然数）のベストエフォートクラスの無線通信端末がある場合、前記スケジュール手段はさらに、前記Ｎ個のベストエフォートクラスの無線通信端末に対して、
Δｂｊ（ｎ）＝ｍａｘ｛０，ｍｉｎ｛Ｂｊ，ｂｊ（ｎ）＋Ｒｊ（ｎ）Δｔ｝−ｙｊ＊Δｔ｝−ｂｊ（ｎ）、
なる式に基づいて前記Δｂｊ（ｎ）を算出し、
Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝１／ｘｊ（ｎ）なる式に基づいて前記Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、
ｎ番目のタイムスロットがｊ番目の無線通信端末に割り当てられなかった場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）−Ｄｘｊ（ｎ）、
ｎ番目のタイムスロットがｊ番目の無線通信端末に割り当てられた場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）＋Ｄ（Ｒｊ（ｎ）Δｔ−ｘｊ（ｎ））、
ただし、Dは定数であり、ｘｊ（１）は任意の数である、
なる式に基づいて、ｎ番目のタイムスロット終了時に前記ｘｊ（ｎ＋１）を算出し、
前記Ｍ個の無線通信端末に対してΔｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、該Δｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））が最大となる番号の無線通信端末に対して前記タイムスロットを割り当てる
ことを特徴とする請求項５に記載の基地局。
【請求項７】
基地局によって決定されたタイムスロットにおいて、該基地局によって送信される情報を受信する無線通信端末において、
ｎ番目（ｎは自然数）のタイムスロットにおける自端末の割り当て可能なレートＲｊ（ｎ）を検出する第１の検出手段と、
自端末の受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ）を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段によって検出された前記Ｒｊ（ｎ）および前記第２の検出手段によって検出された前記ｂｊ（ｎ）を前記基地局へ通知するための情報を前記基地局へ送信する送信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信局（基地局）から受信局（無線通信端末）への下り方向の通信が時分割多重方式によって行われる無線通信システムに関し、特に受信局に対する無線リソースの割当ての改善を図った無線通信システム、基地局および無線通信端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信においては、無線チャネルの状態が時間的な変動を持つ。適応変調技術を用いることで、現在の無線チャネルの状態に応じて伝送レートを変更することが可能である。複数の受信局に対して時分割多重で無線リソース（タイムスロット）を割り当てる方式を用いる場合、あるタイムスロットをどの受信局に割り当てるかによって、システム全体の性能が変わる。
【０００３】
非特許文献１においては、品質保証のないベストエフォートサービスを対象としたときに、多少のユーザ間の不公平を許容することで、システム全体のスループットを良くすることが可能なＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｆａｉｒ（ＰＦ）方式が提案されている。この方式では、ある受信局のチャネルの状態が相対的に良好な瞬間を選び、その受信局に割当てを行うことにより、スループットを改善する。この方式は現実のシステムでも採用されており、普及している。特許文献１においては、ＰＦ方式を改良し、ユーザ間の不公平性の程度をパラメータによって調節可能とすることが記載されている。また、非特許文献２においては、動画配信のようなリアルタイム性の要求されるアプリケーションを対象として、送信局側の送信バッファ内データ量に着目して品質を保証する方式が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１７１２８７号公報
【非特許文献１】Ａ．Ｊａｌａｌｉ，Ｒ．Ｐａｄｏｖａｎｉ，Ｒ．Ｐａｎｋａｊ，「Ｄａｔａ  ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  ｏｆ  ｃｄｍａ−ｈｄｒ  ａ  ｈｉｇｈ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｈｉｇｈ  ｄａｔａ  ｒａｔｅ  ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｓｙｓｔｅｍ」，ＶＴＣ−２０００  Ｓｐｒｉｎｇ，２０００，ｐ．１８５４−１８５８
【非特許文献２】Ｓ．Ｓｈａｋｋｏｔｔａｉ，Ａ．Ｓｔｏｌｙａｒ，「Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｆｏｒ  ａ  ｍｉｘｔｕｒｅ  ｏｆ  ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ａｎｄ  ｎｏｎ−ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｄａｔａ  ｉｎ  ＨＤＲ」，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＴＣ−１７，２００１，ｐ．７９３−８０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
動画配信のようなリアルタイムアプリケーションを使用するためには、通信システムに一定以上の品質が要求される。しかし、特許文献１や非特許文献１に記載された方式においては、システム全体のスループットは改善されるが、個々の通信に対して絶対的な品質の保証は行われない。また、非特許文献２に記載された方式においては、非特許文献１に記載される、現在普及しているＰＦ方式との共存が考慮されておらず、送信バッファ内データ量に基づいて割当てを行うため、現在広く普及しているＴＣＰのように送信元レート制御を伴う上位層プロトコルと干渉するため、現実のシステムへの導入が難しい。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、システム全体のスループットを改善すると共に、リアルタイムアプリケーションの品質を保証することができ、かつＰＦ方式との親和性が高い無線通信システム、基地局および無線通信端末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】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、情報を送信する基地局と、該基地局によって決定されるタイムスロットにおいて前記基地局から前記情報を受信するＭ個（Ｍは自然数）の無線通信端末とを具備する無線通信システムにおいて、前記無線通信端末は、ｎ番目（ｎは自然数）のタイムスロットにおける自端末の割り当て可能なレートＲｊ（ｎ）（ｊは前記Ｍ以下の自然数であり、無線通信端末の区別に用いられる番号である）を検出する第１の検出手段と、自端末の受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ）を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段によって検出された前記Ｒｊ（ｎ）および前記第２の検出手段によって検出された前記ｂｊ（ｎ）を前記基地局へ通知するための情報を前記基地局へ送信する送信手段とを備え、前記基地局は、前記無線通信端末によって送信された前記情報を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された前記情報が示す前記Ｒｊ（ｎ）および前記ｂｊ（ｎ）に基づいて、前記Ｍ個の無線通信端末に対する前記ｎ番目のタイムスロットの割り当てを決定するスケジュール手段とを備えたことを特徴とする無線通信システムである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無線通信システムにおいて、前記スケジュール手段は、前記Ｍ個の無線通信端末がリアルタイムアプリケーションに対応した無線通信端末である場合に、Δｂｊ（ｎ）＝ｍａｘ｛０，ｍｉｎ｛Ｂｊ，ｂｊ（ｎ）＋Ｒｊ（ｎ）Δｔ｝−ｙｊ＊Δｔ｝−ｂｊ（ｎ）、ただし、Δｂｊ（ｎ）はｊ番目の無線通信端末の前記ｂｊ（ｎ）の変動量を示し、Ｂｊは前記ｊ番目の無線通信端末の受信バッファ容量を示し、Δｔは１タイムスロットの長さを示し、ｙｊ＊は前記ｊ番目の無線通信端末で動作しているアプリケーションの所要スループットを示す、なる式に基づいて前記Δｂｊ（ｎ）を算出し、０≦ｂｊ（ｎ）＜ｂｊｍｉｎの場合は、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝Ｌ、ｂｊｍｉｎ≦ｂｊ（ｎ）≦Ｂｊの場合は、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝１／ｘｊ（ｎ）、ただし、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））は関数であり、Ｌは定数であり、ｘｊ（ｎ）は前記ｊ番目の無線通信端末の優先度を示す値であり、ｂｊｍｉｎ＝ｙｊ＊Δｔである、なる式に基づいて前記Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、ｂｊ（ｎ＋１）＜ｂｊＬの場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）−Ｃｘｊ（ｎ）、ｂｊＬ≦ｂｊ（ｎ＋１）≦ｂｊＨの場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）、ｂｊＨ＜ｂｊ（ｎ＋１）の場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）＋Ｃ（Ｒｊ（ｎ）Δｔ−ｘｊ（ｎ））、ただし、Ｃ、ｂｊＬおよびｂｊＨは定数であり、ｘｊ（１）は任意の数である、なる式に基づいて、ｎ番目のタイムスロット終了時に前記ｘｊ（ｎ＋１）を算出し、前記Ｍ個の無線通信端末に対してΔｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、該Δｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））が最大となる番号の無線通信端末に対して前記ｎ番目のタイムスロットを割り当てることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の無線通信システムにおいて、前記Ｍ個の無線通信端末の中にＮ個（ＮはＭ以下の自然数）のベストエフォートクラスの無線通信端末がある場合、前記スケジュール手段はさらに、前記Ｎ個のベストエフォートクラスの無線通信端末に対して、Δｂｊ（ｎ）＝ｍａｘ｛０，ｍｉｎ｛Ｂｊ，ｂｊ（ｎ）＋Ｒｊ（ｎ）Δｔ｝−ｙｊ＊Δｔ｝−ｂｊ（ｎ）、なる式に基づいて前記Δｂｊ（ｎ）を算出し、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝１／ｘｊ（ｎ）なる式に基づいて前記Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、ｎ番目のタイムスロットがｊ番目の無線通信端末に割り当てられなかった場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）−Ｄｘｊ（ｎ）、ｎ番目のタイムスロットがｊ番目の無線通信端末に割り当てられた場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）＋Ｄ（Ｒｊ（ｎ）Δｔ−ｘｊ（ｎ））、ただし、Dは定数であり、ｘｊ（１）は任意の数である、なる式に基づいて、ｎ番目のタイムスロット終了時に前記ｘｊ（ｎ＋１）を算出し、前記Ｍ個の無線通信端末に対してΔｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、該Δｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））が最大となる番号の無線通信端末に対して前記タイムスロットを割り当てることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、Ｍ個（Ｍは自然数）の無線通信端末に対するタイムスロットの割り当てを決定し、タイムスロットが割り当てられた無線通信端末へ情報を送信する基地局において、前記無線通信端末によって送信された、ｎ番目（ｎは自然数）のタイムスロットにおいて前記無線通信端末に割り当て可能なレートＲｊ（ｎ）および前記無線通信端末の受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ）に関する情報を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された前記情報が示す前記Ｒｊ（ｎ）および前記ｂｊ（ｎ）に基づいて、前記Ｍ個の無線通信端末に対する前記ｎ番目のタイムスロットの割り当てを決定するスケジュール手段とを具備することを特徴とする基地局である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の基地局において、前記スケジュール手段は、前記Ｍ個の無線通信端末がリアルタイムアプリケーションに対応した無線通信端末である場合に、Δｂｊ（ｎ）＝ｍａｘ｛０，ｍｉｎ｛Ｂｊ，ｂｊ（ｎ）＋Ｒｊ（ｎ）Δｔ｝−ｙｊ＊Δｔ｝−ｂｊ（ｎ）、ただし、Δｂｊ（ｎ）はｊ番目（ｊは前記Ｍ以下の自然数）の無線通信端末の前記ｂｊ（ｎ）の変動量を示し、Ｂｊは前記ｊ番目の無線通信端末の受信バッファ容量を示し、Δｔは１タイムスロットの長さを示し、ｙｊ＊は前記ｊ番目の無線通信端末で動作しているアプリケーションの所要スループットを示す、なる式に基づいて前記Δｂｊ（ｎ）を算出し、０≦ｂｊ（ｎ）＜ｂｊｍｉｎの場合は、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝Ｌ、ｂｊｍｉｎ≦ｂｊ（ｎ）≦Ｂｊの場合は、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝１／ｘｊ（ｎ）、ただし、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））は関数であり、Ｌは定数であり、ｘｊ（ｎ）は前記ｊ番目の無線通信端末の優先度を示す値であり、ｂｊｍｉｎ＝ｙｊ＊Δｔである、なる式に基づいて前記Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、ｂｊ（ｎ＋１）＜ｂｊＬの場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）−Ｃｘｊ（ｎ）、ｂｊＬ≦ｂｊ（ｎ＋１）≦ｂｊＨの場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）、ｂｊＨ＜ｂｊ（ｎ＋１）の場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）＋Ｃ（Ｒｊ（ｎ）Δｔ−ｘｊ（ｎ））、ただし、Ｃ、ｂｊＬおよびｂｊＨは定数であり、ｘｊ（１）は任意の数である、なる式に基づいて、ｎ番目のタイムスロット終了時に前記ｘｊ（ｎ＋１）を算出し、前記Ｍ個の無線通信端末に対してΔｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、該Δｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））が最大となる番号の無線通信端末に対して前記ｎ番目のタイムスロットを割り当てることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の基地局において、前記Ｍ個の無線通信端末の中にＮ個（ＮはＭ以下の自然数）のベストエフォートクラスの無線通信端末がある場合、前記スケジュール手段はさらに、前記Ｎ個のベストエフォートクラスの無線通信端末に対して、Δｂｊ（ｎ）＝ｍａｘ｛０，ｍｉｎ｛Ｂｊ，ｂｊ（ｎ）＋Ｒｊ（ｎ）Δｔ｝−ｙｊ＊Δｔ｝−ｂｊ（ｎ）、なる式に基づいて前記Δｂｊ（ｎ）を算出し、Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝１／ｘｊ（ｎ）なる式に基づいて前記Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、ｎ番目のタイムスロットがｊ番目の無線通信端末に割り当てられなかった場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）−Ｄｘｊ（ｎ）、ｎ番目のタイムスロットがｊ番目の無線通信端末に割り当てられた場合は、ｘｊ（ｎ＋１）＝ｘｊ（ｎ）＋Ｄ（Ｒｊ（ｎ）Δｔ−ｘｊ（ｎ））、ただし、Dは定数であり、ｘｊ（１）は任意の数である、なる式に基づいて、ｎ番目のタイムスロット終了時に前記ｘｊ（ｎ＋１）を算出し、前記Ｍ個の無線通信端末に対してΔｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を算出し、該Δｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））が最大となる番号の無線通信端末に対して前記タイムスロットを割り当てることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、基地局によって決定されたタイムスロットにおいて、該基地局によって送信される情報を受信する無線通信端末において、ｎ番目（ｎは自然数）のタイムスロットにおける自端末の割り当て可能なレートＲｊ（ｎ）を検出する第１の検出手段と、自端末の受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ）を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段によって検出された前記Ｒｊ（ｎ）および前記第２の検出手段によって検出された前記ｂｊ（ｎ）を前記基地局へ通知するための情報を前記基地局へ送信する送信手段とを具備することを特徴とする無線通信端末である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基地局が無線チャネルの状態および無線通信端末における受信バッファ内のデータ量に応じて、タイムスロットを割り当てる無線通信端末を決定するようにしたことにより、無線通信システム全体のスループットが向上し、リアルタイムアプリケーションの品質が保証されるという効果が得られる。また、ＰＦ方式との親和性が高く、既存の無線通信システムへの適用が容易であるという効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、この発明を実施するための最良の形態について説明する。リアルタイムアプリケーションは通常、遅延やスループットの変動を吸収するために受信側でバッファリングを行う。アプリケーションは受信バッファから一定レートでデータを取り出していき、データを読み出そうとしたときに受信バッファが空であれば、画像の乱れ等のアプリケーション品質の劣化が発生する。また、受信バッファが一杯であれば、受信側はそれ以上データを受信することはできない。
【００１５】
無線通信システム全体のスループットを改善するためには、送信局は受信局のチャネルの状態が相対的に良好な瞬間を選んで送信を行う必要がある。逆に、チャネルの状態が相対的に劣化している間は、スロットの割り当てが受けられない。そのため、受信バッファ内データ量が多いほど、無線チャネルの一時的な劣化への耐性が高まる。本実施形態においては、無線チャネルの状態と受信バッファ内データ量との両方を考慮して、受信局に対するタイムスロット（以下、スロットと称す）の割り当てを行う。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。本無線通信システムは送信局１（基地局）とＭ台（Ｍは自然数）の受信局２からなり、各受信局２は送信局１と無線チャネルを介した通信を行う。受信局２は、携帯電話、ＰＨＳ（登録商標）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などの無線通信機能を有する無線通信端末である。
【００１７】
図２は送信局１および受信局２の構成を示すブロック図である。送信局１において、１０はスケジューラであり、受信局２に割り当てるスロットを決定する。１１は無線データ送信部であり、スケジューラ１０によってスロットが割り当てられた受信局２へデータを送信する。なお、無線データ送信部１１は図示せぬ送信バッファを備えている。１２は無線フィードバック情報受信部であり、受信局２によって送信されたフィードバック情報を受信し、スケジューラ１０へ出力する。
【００１８】
受信局２において、２０は無線データ受信部であり、送信局１によって送信されたデータを受信し、受信バッファ２１へ出力する。受信バッファ２１は無線データ受信部２０から出力されたデータを一時的に蓄積する。アプリケーション部２２は、必要なデータを受信バッファ２１から取り出し、動画再生などに係る処理を行う。受信強度監視部２３は無線データ受信部２０が送信局１から無線信号を受信した際の受信強度を検出し、検出した受信強度から受信局２において割り当て可能なレートＲｊ（ｎ）を推定し、推定したＲｊ（ｎ）に関する情報を無線フィードバック情報送信部２５へ出力する。ただし、ｎはスロット番号を表し、ｎ＝１，２，３，・・・とする。
【００１９】
２４は受信バッファ内データ量監視部であり、受信バッファ２１内のデータ量を検出する。そして、受信バッファ内データ量監視部２４は受信バッファ２１内のデータ量である受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ）に関する情報を無線フィードバック情報送信部２５へ出力する。無線フィードバック情報送信部２５は受信強度監視部２３および受信バッファ内データ量監視部２４から出力された情報に基づいて、割り当て可能なレートＲｊ（ｎ）および受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ）に関するフィードバック情報を作成し、ｎ番目のスロットの開始前に、送信局１へフィードバック情報を送信する。
【００２０】
次に、本実施形態における無線通信システムの動作を説明する。図３は本実施形態における無線通信システムの動作を示すフローチャートである。送信局１においてスケジューラ１０はｎ番目のスロットの開始時に、無線フィードバック情報受信部１２から出力されたフィードバック情報から、受信局２に割り当て可能なレートＲｊ（ｎ）および受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ）を取得する。そして、Ｒｊ（ｎ）、ｂｊ（ｎ）、および受信局２の優先度に関する値ｘｊ（ｎ）に基づいて、ｎ番目のスロットを割り当てる受信局２を決定する（ステップＳ３０１）。ここで、ｍ番目の受信局２にスロットが割り当てられたとする。
【００２１】
続いて、スケジューラ１０は、スロットが割り当てられた受信局２へ送信するデータを無線データ送信部１１へ出力する。無線データ送信部１１は１スロットの長さΔｔの時間、そのデータをレートＲｍ（ｎ）で受信局２へ送信する（ステップＳ３０２）。無線データ受信部２０はこのデータを受信し、受信バッファ２１へ出力する。そして、アプリケーション部２２はｎ番目のスロットの終了時に、次のスロットで使用するデータを受信バッファ２１から取り出す（ステップＳ３０３）。
【００２２】
ｎ番目のスロットが終了したら、各受信局２の受信強度監視部２３は割り当て可能なレートＲｊ（ｎ＋１）を推定し、Ｒｊ（ｎ＋１）に関する情報を無線フィードバック情報送信部２５へ出力する。また、受信バッファ内データ量監視部２４は受信バッファ内データ量ｂｊ（ｎ＋１）を検出し、ｂｊ（ｎ＋１）に関する情報を無線フィードバック情報送信部２５へ出力する。そして、無線フィードバック情報送信部２５はフィードバック情報を作成し、送信局１へフィードバック情報を送信する（ステップＳ３０４）。続いて、ｎ＋１番目のスロットの処理が始まり（ステップＳ３０５）、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５の処理が繰り返される。
【００２３】
次に、本実施形態において、スケジューラ１０が受信局２に対するスロットの割り当てを決定する動作を説明する。Ｍ個の受信局２は、品質保証のない通信形態であるベストエフォートクラスと、リアルタイムアプリケーションを使用し、品質保証が必要な通信形態であるリアルタイムクラスとの２つのクラスに分けられる。受信局２は起動しているアプリケーションによって上記の２つのクラスに分類され、アプリケーションの起動・終了によってクラスが変更される。この場合、受信局２は例えば、送信局１に対してクラス変更の通知を行う。
【００２４】
まず、全受信局２がリアルタイムクラスの場合を考える。図１で示されるように、本無線通信システムには１番目の受信局２からＭ番目の受信局２までのＭ台の受信局２がある。１スロットの長さをΔｔとし、ｎ番目のスロットの開始時点におけるｊ番目（ｊは１以上Ｍ以下の整数）の受信局２の受信バッファ容量をＢｊ、受信バッファ２１でバッファリングされているデータ量をｂｊ（ｎ）とする。ただし、０≦ｂｊ（ｎ）≦Ｂｊである。ｊ番目の受信局２のアプリケーションの所要スループットをｙｊ＊とする。各受信局２は各スロットの終了時に受信バッファ２１からｙｊ＊Δｔのサイズのデータを取り出す。
【００２５】
ｎ番目のスロットは、以下のアルゴリズムによって決定される受信局ｍ（ｎ）に割り当てられる。
【００２６】
【数１】
2005142808.tif 000003
【００２７】
［数１］において、Δｂｊ（ｎ）はｎ番目のスロットをｊ番目の受信局２に割り当てた場合の、ｊ番目の受信局２の受信バッファ内データ量の変動であり、
Δｂｊ（ｎ）＝ｍａｘ｛０，ｍｉｎ｛Ｂｊ，ｂｊ（ｎ）＋Ｒｊ（ｎ）Δｔ｝−ｙｊ＊Δｔ｝−ｂｊ（ｎ）
となる。ただし、ｍａｘ｛Ａ，Ｂ｝＝Ｂ（Ａ≦Ｂ）、ｍｉｎ｛Ａ，Ｂ｝＝Ａ（Ａ≦Ｂ）である。Δｂｊ（ｎ）を定義する上式の右辺において、ｍｉｎ｛Ｂｊ，ｂｊ（ｎ）＋Ｒｊ（ｎ）Δｔ｝によって受信バッファ内データ量の上限がＢｊを超えないことが規定され、右辺全体では受信バッファ内データ量の下限が０以上であることが規定されている。
【００２８】
［数１］によるアルゴリズムは、Δｂｊ（ｎ）Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を各受信局２について計算し、それらの中で最大となる受信局２にｎ番目のスロットを割り当てることを示している。また、効用関数Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））を次式で定義する。
【００２９】
【数２】
2005142808.tif 000004
【００３０】
［数２］において、Ｌは非常に大きな正の定数とする。ｂｊｍｉｎはｎ番目のスロットをｊ番目の受信局２に割り当てなかった場合に、そのスロット終了時点でちょうど受信バッファ２１が空になるような受信バッファ内データ量であり、ｂｊｍｉｎ＝ｙｊ＊Δｔである。ｘｊ（ｎ）は受信バッファ２１内にデータが一定以上ある場合の、ｊ番目の受信局２の優先度を決定するための値である。［数２］によれば、受信バッファ内データ量がｂｊｍｉｎ未満の受信局２に対するスロットの割り当て優先度が高い。ｘｊ（ｎ）は各スロット終了時に次式のように更新される。
【００３１】
【数３】
2005142808.tif 000005
【００３２】
［数３］において、Ｃは非常に小さな正の定数（例えば、１／１０００）であり、ｂｊＬおよびｂｊＨは望ましい受信バッファ内データ量の範囲を表すパラメータである。［数３］によれば、受信バッファ内データ量がｂｊＬ未満の場合はｘｊ（ｎ）を減少させることにより、ｊ番目の受信局２に対するスロットの割り当て優先度が増加し、受信バッファ内データ量がｂｊＨ以上の場合はｘｊ（ｎ）を増加させることにより、ｊ番目の受信局２に対するスロットの割り当て優先度が減少する。なお、ｘｊ（ｎ）の初期値ｘｊ（１）は任意である。
【００３３】
次に、リアルタイムクラスの受信局２とベストエフォートクラスの受信局２とが混在する場合について説明する。ベストエフォートクラスの受信局２については、以下の通りとする。ベストエフォートクラスの受信局２においては、受信バッファ容量を無限大とし（Ｂｊ→∞）、アプリケーション部２２による受信バッファ２１からのデータ取り出し速度が現在の受信バッファ内データ量に比例するとすると、ｂｊｍｉｎ≦ｂｊ（ｎ）≦Ｂｊが常に成り立つので、
Ｕｊ（（ｂｊ（ｎ））＝１／ｘｊ（ｎ）
となる。また、ｂｊＬ＝ｂｊＨ＝ｂｊ（ｎ）とすると、ｘｊ（ｎ＋１）は次式のようになる。
【００３４】
【数４】
2005142808.tif 000006
【００３５】
［数４］において、ｍ（ｎ）≠ｊは、ｎ番目のスロットがｊ番目の受信局２に割り当てられなかった場合を示し、ｍ（ｎ）＝ｊは、ｎ番目のスロットがｊ番目の受信局２に割り当てられた場合を示す。このようにパラメータを割り当てることにより、ベストエフォートクラスの受信局２へのスロット割当て規則は従来のＰＦ方式と等しくなる。これにより、ベストエフォートクラスの受信局２とリアルタイムクラスの受信局２とが混在する場合にも、統一的に扱うことができる。なお、［数３］における定数Ｃおよび［数４］における定数Ｃを同じ値とすることにより、既存のシステムへの適用がより容易となるが、異なる値としてもよい。以上のように、本実施形態においてスケジューラ１０は、無線チャネルの状態（Ｒｊ（ｎ））および受信局２の受信バッファ内データ量（ｂｊ（ｎ））を考慮してスロットの割り当てを行っている。
【００３６】
次に、本実施形態による一実施例を示す。ここでは、従来方式と本実施例による方式との比較として、移動体通信を想定した電波伝搬モデルを含む計算機シミュレーションの結果を示す。従来方式（ＰＦ方式）はそのままではリアルタイムクラスをサポートしないため、以下のようにしている。すなわち、スケジューラはＰＦ方式とするが、受信バッファがあふれないようにするため、データ送信元（例えばストリーミング配信サーバ等）で、予め所要レートに制限して、一定レートで送信を行う。したがって、送信局側の送信バッファには、データが一定間隔で到着する。
【００３７】
本実施例のリアルタイムクラスの受信局においては、初期バッファリングを行うものとする。すなわち、最初は受信バッファからの取り出しは行わずに、ＰＦ方式と同様にスケジューリングを行い、受信バッファ内データ量がバッファ容量の半分に達した時点で、アプリケーションが受信バッファ内からデータの取り出し（動画の再生等）を行うものとする。
【００３８】
図４〜図７にシミュレーションによる結果を示す。図４および図５はそれぞれ従来方式および本実施例による無線通信システムの動作を示すグラフである。ここでは、４台の受信局を仮定し、そのうち２台はベストエフォートクラス、残りの２台はリアルタイムクラスとし、従来方式と本実施例による方式とでそれぞれシミュレーションを行った。本シミュレーションにおいては、Δｔ＝１／６００秒、リアルタイムクラスの所要レートｙｊ＊＝６４ｋｂｐｓ、バッファ容量Ｂｊ＝３２ＫＢ、ｂｊＬ＝０．１Ｂｊ、ｂｊＨ＝０．９Ｂｊ、Ｌ＝１０００００、Ｃ＝０．００１、ｘｊ（１）＝０とした。また、ベストエフォートクラスの所要スループットｙｊ＊は受信バッファ内データ量に比例するとしている。
【００３９】
図において、横軸は時間を示し、左縦軸はスループット、右縦軸は受信バッファ内データ容量を示している。ｙ１およびｙ２はベストエフォートクラスの受信局の平均スループットであり、ｙ３およびｙ４はリアルタイムクラスの受信局の平均スループットである。また、ｂ３およびｂ４はリアルタイムクラスの受信局の受信バッファ内データ量である。
【００４０】
従来方式においては、リアルタイムクラスの受信バッファ内データ量が初期バッファリングの容量のまま推移している（図４のｂ３およびｂ４を参照）。これは送信局の送信バッファがほとんど空の状態のため、送信バッファにデータが到着した瞬間にスロットが割り当てられているからであり、従来方式はチャネルの状態を考慮したスケジューリングとはなっていない。一方、本実施例による方式においては、リアルタイムクラスの受信バッファ内データ量は高い値で、ある程度の範囲内で上下しながら推移しており（図５のｂ３およびｂ４を参照）、チャネルの状態を考慮したスケジューリングが行われている。
【００４１】
そのため、従来方式と比較して、より少ないスロット数でリアルタイムクラスの所要レートを達成しており、その結果、ベストエフォートクラスに割り当てられるスロット数が増加し、ベストエフォートクラスのスループットが従来方式よりも改善されている。また、リアルタイムクラスの受信バッファ内データ量が従来方式よりも高いので、リアルタイムアプリケーションの品質の保証度が高まる。
【００４２】
図６および図７は、８台の受信局があり、そのうちリアルタイムクラスの受信局の数を０（すなわち全てベストエフォートクラス）から８（すなわち全てリアルタイムクラス）まで変化させたときの無線通信システム全体のスループットおよび各クラスごとの合計スループットを示している。横軸は全８台の受信局中のリアルタイムクラスの受信局の数を示し、縦軸はスループットを示している。計算に係るパラメータの値は上述した計算と同様である。図６が示すように、従来方式においてリアルタイムクラスの受信局の数を増加させると、それに比例してベストエフォートクラスのスループットが低下しており、結果として無線通信システム全体のスループットも低下している。この結果は、従来方式がリアルタイムクラスに対して、チャネルの状態を考慮したスケジューリングを行うことができていないことを示している。
【００４３】
一方、図７が示すように、本実施例による方式においては、リアルタイムクラスの受信局が８台中６台以下であれば、無線システム全体のスループットはわずかしか低下していない。これは、本実施例による方式がリアルタイムクラスにスロットの割り当てを行う際に、ＰＦ方式がベストエフォートクラスに割り当てを行うのと同程度の効率で割り当てを行うことができていることを示している。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態による無線通信システムにおいては、［数３］および［数４］で示されるように、送信局が無線チャネルの状態Ｒｊおよび受信バッファ内データ量ｂｊに応じて、スロットを割り当てる受信局の優先度を変化させるようにしたことにより、無線通信システム全体のスループットが向上する。また、送信局が受信局の受信バッファ内データ量ｂｊを考慮したスロットの割り当てを行うことにより、リアルタイムアプリケーションの品質保証を実現することができる。
【００４５】
また、本実施形態による方式は従来のＰＦ方式と互換性のあるアルゴリズムで変数の更新を行うので、本方式を既存システムへ適用した場合には、既存システムへの影響を最小限に留めることができる。さらに、送信局は送信バッファ内データ量に依存しない割り当てを行うので、ＴＣＰのようなレート制御を伴う上位層プロトコルとの干渉を防ぐことができ、。
【００４６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態による送信局１および受信局２の構成を示すブロック図である。
【図３】同実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】従来方式による無線通信システムの動作を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施例による無線通信システムの動作を示すグラフである。
【図６】従来方式による無線通信システムのスループットを示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例による無線通信システムのスループットを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・送信局、２・・・受信局、１０・・・スケジューラ、１１・・・無線データ送信部、１２・・・無線フィードバック情報受信部、２０・・・無線データ受信部、２１・・・受信バッファ、２２・・・アプリケーション部、２３・・・受信強度監視部、２４・・・受信バッファ内データ量監視部、２５・・・無線フィードバック情報送信部。
【図１】
2005142808.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005142808.tif 000010
【図５】
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【図６】
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【図７】
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