(57)【要約】【解決手段】ユーザあたりの優先度関数（ＰＦ）（２４）がレート要求インジケータ（ＲＲＩ）に示されるチャネル条件に基づく無線通信システムにおいてパケットデータ送信をスケジューリングするための方法（１８）。この方法はまた、所定のサービスの質（ＱＯＳ）要件により指図される公平の基準も考慮する。一実施の形態において、レート要求インジケータはデータ転送速度要求（ＤＲＲ）である。他の実施の形態において、レート要求インジケータは搬送波対干渉（Ｃ／Ｉ）情報である。例示実施の形態において、基地局は移動局のための優先度関数（ＰＦ）を計算する。各ＰＦは所定の移動ユーザのレート要求インジケータおよび予測されたスループットの関数である。ＰＦ値は、基地局が保留データを有する能動移動装置をスケジュールすることを可能にする。スケジューリングは、複数の移動局に、割当てられた送信時間のほぼ等しい割当てを形成する。【選択図】図２
2004537872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケットデータ送信に適合した無線通信システムにおいて、下記を具備する方法：
複数の移動局のためのレート要求インジケータを受信する；
前記レート要求インジケータに応答して前記複数の移動局のための優先度関数を計算する；および
前記優先度関数に従って前記移動局への送信をスケジュールする。
【請求項２】
さらに下記を具備する請求項１の方法：
前記レート要求インジケータの関数として前記複数の移動局のための予測されるスループット値を計算する；および
前記予測されるスループット値に応答して前記優先度関数を更新する。
【請求項３】
各優先度関数は、前記複数の移動局の各々に対して予測されるスループット値により分割されるレート要求インジケータとして計算される、請求項２の方法。
【請求項４】
前記レート要求インジケータの各々は前記複数の移動局の１つから受信したデータ転送速度要求である、請求項１の方法。
【請求項５】
前記レート要求インジケータの各々は前記複数の移動局の１つから受信した搬送波対干渉比である、請求項１の方法。
【請求項６】
送信をスケジューリングすることに応答して、前記複数の移動局にデータを送信することをさらに具備する、請求項１の方法。
【請求項７】
前記レート要求インジケータの関数としてスケジュールされた移動局の優先度関数を更新することをさらに具備する、請求項１の方法。
【請求項８】
前記レート要求インジケータをゼロに等しいとして仮定してスケジュールされない移動局の優先度関数を更新することを具備する、請求項７の方法。
【請求項９】
移動局からデータ転送速度要求を受信し、データ転送速度要求に応答して電力因子値を発生する優先度因子計算装置と；および
前記優先度因子計算装置に接続され、データ送信をスケジュールするように適合されたスケジューリング装置と；
から構成される無線装置。
【請求項１０】
前記スケジューリング装置に接続され、移動局からデータ転送速度要求を受信するように適合され、データ転送速度要求の関数として予測されたスループット値を発生するスループット計算装置をさらに具備し、
前記優先度因子計算装置は前記予測されたスループット値に基づいて優先度因子値を更新するように適合される、請求項９の無線装置。
【請求項１１】
前記スループット計算装置は平滑化フィルタを具備する、請求項１０の無線装置。
【請求項１２】
前記平滑化フィルタは無限インパルス応答フィルタである、請求項１１の無線装置
【請求項１３】
前記レート要求インジケータをゼロに等しいと仮定して、前記スループット計算装置は、スケジュールされない移動局に対して予測されたスループット値を発生するように適合した、請求項１０の無線装置。
【請求項１４】
下記を具備する、無線通信システムにおいてパケットデータ送信をスケジューリングするための方法：
ユーザのグループを決定する；
前記ユーザのグループの少なくとも一部の優先度関数を計算する；
前記ユーザのグループから保留になっているデータトランザクションを持つ第１のセットのユーザをスケジュールする；
前記ユーザのグループの前記部分からレート要求インジケータを受信する；および
前記レート要求インジケータに応答して前記第１のセットのユーザの優先度関数を更新する。
【請求項１５】
ゼロのレート要求を用いて、前記第１のセットのユーザとは異なる、ユーザのグループの前記部分内の第２のセットのユーザを更新する、請求項１４の方法
【請求項１６】
前記ユーザのグループの前記部分は保留データを有するユーザである、請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記第１のセットのユーザは一人のユーザを具備する、請求項１６の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は無線データ通信システムに関する。特に、この発明は無線通信システムにおいてパケットデータ送信をスケジュールするための新規で改良された方法および装置に関する。
【０００２】
【関連出願の記載】
無線通信システムにおいて、基地局は複数の移動ユーザと通信する。無線通信は、音声またはビデオ送信のような低遅延データ通信、またはパケット化データ送信のような高速データ転送速度通信を含めてもよい。１９９７年１１月３日に出願された米国特許出願第０８／９６３，３８６（発明の名称：「高速パケットデータ送信のための方法および装置」）は高速パケットデータ送信を記載し、この結果、参照することにより明確に組み込まれる。
【０００３】
パケットデータ送信は低潜時送信である必要はない、それゆえ、システム内の移動ユーザ送信をスケジュールする際に基地局に柔軟性を可能にする。一度スケジュールされると、基地局は所定の時間期間にたった一人の移動ユーザにデータを送信することも有り得る。一般に、システム内のパケットデータ移動ユーザのスケジューリングは２つの目標を持つ。第１の目標は、各チャネルの利用を最適化することである。第２の目標は移動ユーザに公平に送信を割当てることである。２つの目標は時々競合する。例えば、チャネル品質状態とあるユーザに対して処理しなければならないデータの量は、特に他のユーザを犠牲にして多大な時間をそのユーザに割当てる結果となるかもしれない。
【０００４】
それゆえ、チャネルに感応する移動ユーザへのパケットデータ送信のための公平な方法の必要性がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
開示された実施の形態は、無線通信システムにおいて、パケットデータ送信をスケジュールするための新規で改良された方法を提供する。１つの観点において、パケットデータ送信に適した無線通信システムにおいて、方法は、複数の移動局のためのレート（ｒａｔｅ）要求インジケータを受信し、レート要求インジケータに応答して、前記複数の移動局のための優先度関数値を計算し、前記優先度関数値に従って前記移動局への送信をスケジュールすることを含む。
【０００６】
他の観点によれば、無線装置は、移動局からのデータ転送速度要求を受信し、この要求に応答して電力因子値を発生するように適合した優先度因子計算装置、および前記優先度因子計算装置と接続され、データ送信をスケジュールするように適合したスケジューリング装置を含む。
【０００７】
さらに他の観点によれば、無線通信システムにおけるパケットデータトランザクションをスケジュールするための方法は、ユーザのグループを決定する、前記ユーザのグループの少なくとも一部分の優先度関数を計算する、前記ユーザのグループの部分から保留のデータトランザクションを有する第１のセットのユーザをスケジュールし、前記ユーザのグループの部分からレート要求インジケータを受信し、および前記レート要求インジケータに応答して前記第１のセットのユーザの優先度関数を更新することを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
現在開示している方法および装置の特徴、目的、および利点は全体を通して同一部に同符号を付した図面とともに以下に述べる詳細な記載からより明白になるであろう。
【０００９】
この発明の例示実施の形態において、スペクトル拡散無線通信システムの基地局は、一人のユーザにつき優先度関数（ＰＦ）の瞬時値に基づいて、移動ユーザへのパケットデータ送信をスケジュールする。ユーザスケジューリング優先度はＰＦ値に関連し、高いＰＦ値は高いスケジューリング優先度を示し、低いＰＦ値は低い優先度を示す。１つの観点において、ＰＦ値を決定するための方法は、レート要求インジケータ（ＲＲＩ）に示されるチャネル条件に基づいている。この方法はまた、サービスの質（ＱＯＳ）要件により決定される公正な基準を考慮する。そのような方法は送信器側上のノンゼロバッファアンダーラン（ｕｎｄｅｒ−ｒｕｎｓ）に対して堅固な保護を供給する。一実施の形態において、レート要求インジケータはデータ転送速度要求（ＤＲＲ）である。他の実施の形態において、レート要求インジケータは搬送波対干渉（Ｃ／Ｉ）情報である。代わりの実施の形態は、他の種類のレート要求インジケータまたは予測器を実現してもよい。例示実施の形態において、基地局は複数の移動ユーザに対して優先度関数（ＰＦ）を計算する。各ＰＦはレート要求インジケータおよび所定の移動ユーザの予測されるスループットの関数である。ＰＦ値は基地局が、保留しているデータを持つ動作中の移動装置をスケジュールすることを可能にする。スケジューリングはほぼ等しいシェアの割当てられた送信時間を複数の移動局に形成する。
【００１０】
スケジューリングの割当ては、データ転送速度に関連する悪影響を低減することによりチャネル感度を改良する。実際のデータ転送速度割当ては量子化された送信レートを供給する。これは、システム内のデータ転送速度の粗い調節を結果として生じる。実際の転送速度は切り捨ててもよい、さもなければ、割当てられたかつ利用可能なデータ転送速度に一致するように操作してもよい。送信データ転送速度を決定するためにレート要求インジケータを使用することにより、データ転送速度はシステムの実際の要件および動作環境に従って調節される。
【００１１】
図１に示す例示実施の形態において、無線通信システム１０は、移動局１４と通信し、および空中インターフェースまたは無線リンクを介して移動局１６と通信する基地局１２を含む。基地局１２は移動局１６の各々に対して別個の送信を処理する。図示するように、移動局１４は音声通信のような低遅延データ通信タイプのサービスを採用し、移動局１６は高速パケットデータ通信を採用している。基地局１２と移動局１４との間の通信はリアルタイムで実行される。それゆえ、すべての動作中の通信は同時に実行される。それにひきかえ、移動局１６を用いたパケットデータ通信はスケジュールすることができる。複数の移動局１６への通信は一時に同時に送信される。他の実施の形態は、チャネル利用を最適化することを求めている１つ以上の移動局１６への同時送信を可能にする。
【００１２】
図２はシステム１０内の移動局１６をスケジュールするための方法１８を図解する。プロセスはステップ２０においてシステム１０内の動作中の移動ユーザのグループを決定することにより開始する。グループ内の移動局１６またはユーザの合計数は「Ｎ」として指定される。ステップ２２において、Ｎが０に等しければ、プロセスは終了する。そうでなければプロセスはステップ２４に進み、グループ内の「Ｍ」ユーザのサブセットの各々に対してＰＦを計算する。但し動作中のＭユーザはデータを保留している。ＰＦ計算は以下の式に従って実行される。
【００１３】
【数１】
2004537872.tif 000003
ただし、ｊは保留データを有するＭの動作中のユーザに対応するユーザインデックスである。例示実施の形態において、レート要求インジケータはＤＲＲ（ｊ）として実現される。データ転送速度要求（ＤＲＲ）はｊ＝１、・・・、Ｍの場合にユーザｊから受信される。計算機にチャネル感応レート要求インジケータを持つことによりシステム１０内のユーザのスケジューリングに比例を供給する。次に、レート要求インジケータは各ユーザｊ、Ｔ’（ｊ）に関連する予測されるスループットにより分割される。各ユーザ、ｊの実際のスループットはＴ（ｊ）として表すことができるが、実際のスループットは式（１）のこの計算において直接使用されない。
【００１４】
ステップ２６において、データを保留しているＭ能動ユーザのサブセットから、送信のためにスケジュールされる「Ｋ」ユーザのサブセットが決定される。例示実施の形態において、Ｋユーザのサブセットは、システム構成および所定のスケジューリング政策にしたがって決定される。しばしばＫ＝１、すなわちＫは単一ユーザに制約される。しかしながら、ＫはＭ未満あるいはＭに等しいいかなる数であってもよい。計算されたＰＦ値に基づいて、基地局はステップ２８において、「Ｋ」ユーザをスケジュールする。留意すべきは、ＫのスケジュールされたユーザはＮの能動ユーザのサブセットを構成する、すなわち（Ｋ≦Ｍ≦Ｎ）という点である。次に、基地局１２はステップ２８のスケジュールに従って、ステップ３０においてパケットデータ送信を送信する。送信は、送信電力、電力制御、データ転送速度、変調、および送信の他のパラメータの決定を含む。留意すべきは、基地局１２は低潜時送信を移動局１４に送信しているかもしれないという点である。
【００１５】
ステップ３２において、基地局１２は、各スケジュールされたユーザから受信した対応するレート要求インジケータの関数としてＫのスケジュールされたユーザの各々に対して各予測されるスループットＴ’を更新する。以下の式は、例示実施の形態に従ってスケジュールされたユーザのためのＴ’更新計算を記載する。
【００１６】
Ｔ’（ｊ，ｎ＋１）＝（１−α）・Ｔ’（ｊ，ｎ）＋α・ＤＲＲ（ｊ）    （２）
但し、αはインデックスｎを有するデジタルサンプルに対して、スケジューリングのために使用される平滑化フィルタの時定数である。一実施の形態において、時定数は目標とされたＱＯＳおよび／または各移動局１６の速度に関連させてもよい。例示実施の形態において、レート要求インジケータは、
【数２】
2004537872.tif 000004
すなわち、
【数３】
2004537872.tif 000005
の場合に、ユーザ
【数４】
2004537872.tif 000006
から受信したデータ転送速度（ＤＲＲ）として実現される。計算機にチャネル感応レート要求インジケータを持つことはシステム１０内のユーザのスケジューリングに比例を供給する。次に、レート要求インジケータは各ユーザｊ，Ｔ’（ｊ）に関連する予測されるスループットにより分割される。各ユーザ、ｊ、の実際のスループットＴ（ｊ）として表すことができるが、実際のスループットは式（１）のこの計算において直接使用されない。むしろ、スケジューリング方法は、そのユーザから受信したレート要求インジケータに基づいて各ユーザのスループットの予言または予測を行なう。レート要求インジケータはデータ転送速度制御（ＤＲＣ）を介して送信されたＤＲＲであってもよく、ユーザは送信チャネルの品質を決定し、要求すべき対応するデータ転送速度を決定する。送信チャネルの品質は、ユーザにより受信される送信のＣ／Ｉ測定値であってもよい。この場合、対応するＤＲＲは参照テーブルを介するようなＣ／Ｉ比に関連する。一実施の形態において、ユーザはＣ／Ｉ比を基地局１２に送り、基地局１２はＣ／Ｉに基づいてデータ転送速度を決定する。あるいは、ユーザは、ユーザにより受信された送信されたデータにおけるエラーに基づいて要求すべきデータ転送速度を決定してもよい。ユーザは、種々の方法を用いて、基地局の要求すべきデータ転送速度を決定してもよい。同様に、ユーザは、基地局からデータ転送速度を要求するための種々のレート要求インジケータを実現してもよい。さらに、一実施の形態において、異なる移動局１６は異なるレート要求インジケータを実現する。
【００１７】
ステップ３４において、Ｋ＜Ｍならば、処理はステップ３６に続き、Ｎ能動ユーザのグループ内のスケジュールされていないユーザ、すなわちＭのスケジュールされたユーザに含まれないユーザに対して各Ｔ’を更新する。スケジュールされていないユーザに対する予測されるスループットの計算は、
ｉ＝１、・・・（Ｍ−Ｋ）に対し、
Ｔ’（ｉ，ｎ＋１）＝（１−α）・Ｔ’（ｉ，ｎ）                            （３）
として与えられる。ここで、スケジュールされていないユーザに関連する各ＰＦを更新するために使用される予測されるスループットの計算に対し、レート要求インジケータはゼロであると仮定される。
【００１８】
更新された予測されたスループット値はＰＦ値を更新するために使用される。次に、処理はステップ２６に戻り、更新されたＰＦ値を用いてまだ保留データを持つユーザを継続してスケジュールする。
【００１９】
例示実施の形態は、各移動局１６が十分な量の保留データを有し、各移動局１６により要求されるレートが実現できるかのように、各ユーザに対してＰＦ値を更新する。それゆえ、式（１）−（３）において計算されたＰＦにより発生されたスケジューリング系列は、バッファが送信すべきデータの少なくとも１ビットを有する限り、送信バッファの予測できない状態に対して敏感に反応しない。
【００２０】
図３は、受信され、処理され、送信される信号を含む基地局１２をさらに詳述する。図示するように、基地局１２は、複数の移動局１６からＤＲＲまたはＣ／Ｉのようなレート要求インジケータを受信する。制御情報は少なくとも移動局１６から受信される、そして、また基地局コントローラ（ＢＳＣ）（図示せず）のような中央コントローラから受信してもよい。基地局は、インターネットのようなネットワーク（図示せず）から「バックボーントラヒック」と呼ばれるトラヒックを受信する。これらの信号に応答して、基地局１２はデータを移動局１６に送信する。
【００２１】
図４は基地局１２のスケジューラー部を詳述する。基地局１２は、一時に能動的な移動局１６の数と特定を決定するためのグループ計算装置４０を含む。能動移動局１６は基地局１２と通信するが、保留するデータトランザクションを持たなくてもよい。グループ計算装置４０は移動局１６およびＢＳＣ（図示せず）から制御情報を受信し、さらにネットワーク（図示せず）からトラヒックを受信する。これに応答してグループ計算装置４０は、ユーザ識別情報
【数５】
2004537872.tif 000007
をＰＦ計算装置４２に供給する。ユーザ識別情報はシステム１０内のすべてのＮ能動ユーザに対して供給される。
【００２２】
ＰＦ計算装置４２は、
【数６】
2004537872.tif 000008
のような移動局１６からデータ転送速度要求インジケータを受信する。ＰＦ計算装置４２はレート要求インジケータを用いて式（１）に従い、各ユーザに対するＰＦを決定する。保留データｊ＝１，・・・，Ｋを持つすべてのユーザに対するＰＦ（ｊ）はスケジューリング装置４６に供給される。スケジューリング装置４６はＰＦ（ｊ）に関連する種々のユーザ間でスケジュールを決定する。スケジュール装置４６はスケジュール情報を送信回路４８に供給する。データ入力は送信回路４８にも供給される。送信回路４８はスケジュール情報に従ってデータを送信し、データ出力を形成する。スケジュール情報は計算装置５０にも供給され、計算装置５０は、能動Ｎユーザの予測されたスループットを更新する。スケジュールされたユーザは式（２）に従って更新され、スケジュールされないユーザは指揮（３）に従って更新される。予測されたスループット値を更新するために、計算装置５０は移動局１６のためのレート要求インジケータを受信する。保留データを有するＭユーザのサブセットに対する更新された予測されたスループットは、次に、ＰＦ計算装置４２に供給されＰＦ値を更新する。計算装置５０は、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタのような平滑化フィルタを含む。平滑化フィルタのためのタップ係数は設定可能である。
【００２３】
一例において、移動局１６は３ｋｍ／ｈｒの速度を有し、５．４Ｈｚのドップラー周波数，ｆｄｏｐｐｌｅｒを経験する。予測されたスループット（スループット群）は、ほぼ２秒として与えられる時定数を用いて式（２）および（３）に従ってＩＩＲ平滑化フィルタリングされる。ＩＩＲフィルタタップ係数αは、
【数７】
2004537872.tif 000009
として与えられる関係により時定数Ｔｗに関連づけられる。結果として、２０ｍｓｅｃのフレーム期間、すなわち５０フレーム／秒と仮定すると、１／１００の時定数を生じる。一般に、αの計算は第１に公平の制約を反映する送信に対してサービスの質を決定することを含む。この場合、各移動局１６には、所定の許容値内の時間の断片が割当てられる。この計算は次にαを最適化し、最適なリアルシステムスループットを得る。
【００２４】
以上、無線通信システムにおいてパケットデータ送信をスケジューリングするための新規で改良された方法および装置について記載した。当業者は、上記記載の全体に渡って参照されるかもしれない、データ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボルおよびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁性粒子、光学界または光学粒子またはそれらの組合せにより有利に表されることを理解するであろう。
【００２５】
当業者はさらに、ここに開示された実施の形態に関連して記載された種々の実例となる論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウエア、コンピュータソフトウエア、または両方の組合せとして実現されてもよいことを理解するであろう。種々の実例となる部品、ブロック、モジュール、回路およびステップは一般にそれらの機能性の観点から記載した。機能性がハードウエアとして実現されるかまたはソフトウエアとして実現されるかは、特定のアプリケーションおよび全体のシステムに課せられた設計上の制約に依存する。技術に熟達した職人はこれらの環境においてハードウエアとソフトウエアの互換性を認識し、各特定のアプリケーションに対してどのように最善に記載された機能を実現するかを認識する。例として、ここに開示された実施の形態に関連して記載された種々の実例となる論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、例えばレジスタやＦＩＦＯのようなディスクリートハードウエアコンポーネント、ファームウエア命令群を実行するプロセッサ、なんらかの一般的なプログラマブルソフトウエアモジュールおよびプロセッサ、またはここに記載された機能を実行するために設計されたそれらのなんらかの組合せを用いて実現または実行してもよい。プロセッサは有利には、マイクロプロセッサであってよいが、別の方法では、プロセッサはなんらかの一般的なプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であってよい。ソフトウエアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、脱着可能ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または技術的に知られている他の形態の記憶媒体に存在することができる。プロセッサはＡＳＩＣ（図示せず）に存在してもよい。ＡＳＩＣは電話（図示せず）に存在してもよい。別の方法では、プロセッサは電話に存在してもよい。プロセッサはＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せとして実現してもよいし、あるいはＤＳＰコア等とともに２つのマイクロプロセッサとして実現してもよい。
【００２６】
好適実施の形態の上述の記載は当業者がこの発明を製作または使用可能にするために提供される。これらの実施の形態に対する種々の変更は、当業者には容易に明白であり、ここに定義される包括的原理は発明力の使用なしに他の実施の形態に適用可能である。従って、この発明はここに示した実施の形態に限定することを意図したものではなく、ここに開示された原理と新規な特徴に一致する最も広い範囲が許容されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は一実施の形態に従う無線通信システムをブロック図のフォームで図解する。
【図２】
図２は一実施の形態に従って、図１に示すシステムにおけるパケットデータ送信をスケジュールするための方法を、フローチャートのフォームで図解する。
【図３】
図３は一実施の形態に従って、図１に示す基地局をブロック図のフォームで図解する。
【図４】
図４は一実施の形態に従って、図３の基地局の一部をブロック図のフォームで図解する。
【図１】
2004537872.tif 000010
【図２】
2004537872.tif 000011
【図３】
2004537872.tif 000012
【図４】
2004537872.tif 000013
【国際公開パンフレット】
2004537872.tif 000014
2004537872.tif 000015
2004537872.tif 000016
2004537872.tif 000017
2004537872.tif 000018
2004537872.tif 000019
2004537872.tif 000020
2004537872.tif 000021
2004537872.tif 000022
2004537872.tif 000023
2004537872.tif 000024
2004537872.tif 000025
2004537872.tif 000026
2004537872.tif 000027
2004537872.tif 000028
2004537872.tif 000029
2004537872.tif 000030
2004537872.tif 000031
2004537872.tif 000032
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004537872.tif 000033
2004537872.tif 000034
【国際調査報告】
2004537872.tif 000035
2004537872.tif 000036
2004537872.tif 000037
2004537872.tif 000038