(57)【要約】【課題】送信をスケジューリングする方法を提供する。【解決手段】基地局（２）と複数の移動局（４，６，８，１０，１２）との間の送信のスケジューリング方法は、少なくとも１つの送信閾値を決定すること、前記少なくとも１つの送信閾値を前記複数の移動局（４，６，８，１０，１２）へ送信すること、各移動局で、前記少なくとも１つの送信閾値を、当該移動局についてのサービスパラメータと比較すること、及び、前記基地局（２）からの送信のスケジューリングを行うこと、を含み、前記スケジューリングは前記比較の結果に基づく。【選択図】      図４
2009153129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と複数の移動局との間の送信のスケジューリング方法であって、
少なくとも１つの送信閾値を決定することと、
前記少なくとも１つの送信閾値を前記複数の移動局へ送信することと、  
各移動局で、前記少なくとも１つの送信閾値を、当該移動局についてのサービスパラメータと比較することと、
前記基地局からの送信のスケジューリングを行うことと、
を含み、前記スケジューリングは前記比較の結果に基づく方法。
【請求項２】
各移動局は、当該移動局での比較に依存して、サービスの要求を基地局へ送信するか否かを決定する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記または各送信閾値はサービス閾値の品質を含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
各移動局は、自身のサービスパラメータを決定する請求項１記載の方法。
【請求項５】
複数の送信閾値を決定することをさらに含み、前記複数の送信閾値はパフォーマンスレンジの集合を定義する請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記基地局で前記複数のパフォーマンスレンジのうちの少なくとも１つを選択することをさらに含み、前記複数の移動局へ送信される前記少なくとも１つの送信閾値は、選択された前記少なくとも１つのパフォーマンスレンジを表す請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記複数のパフォーマンスレンジから１つのパフォーマンスレベルを選択することは、スケジューリングアルゴリズムを用いることにより実行される請求項６記載の方法。
【請求項８】
さらなるスケジューリングアルゴリズムを用いて、選択されたパフォーマンスレンジ内の複数の移動局のなかから、１つの移動局を選択することをさらに含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
基地局から複数の移動局への送信をスケジューリングする方法であって、
複数のパフォーマンスレンジを決定すること、
前記複数のパフォーマンスレンジのうちの１つを選択するスケジューリングアルゴリズムを適用すること、
選択されたパフォーマンスレンジに含まれる移動局を選択するさらなるスケジューリングアルゴリズムを適用すること、及び
前記基地局から前記選択された移動局への送信をスケジューリングすること、
を含む方法。
【請求項１０】
各パフォーマンスレンジは、そのサービスの品質のレンジである請求項９記載の方法。
【請求項１１】
ａ）目標パフォーマンスレベルを決定すること、
ｂ）達成されたパフォーマンスレベルを決定すること、
ｃ）前記目標パフォーマンスレベルと前記達成されたパフォーマンスレベルとを比較すること、
ｄ）前記比較に基づき送信をスケジューリングすること、
ｅ）送信スケジューリングの後に、前記達成されたパフォーマンスレベルを更新すること、及び
ｆ）ｂ）からｅ）を繰り返すこと
をさらに含む請求項５または９記載の方法。
【請求項１２】
各パフォーマンスレンジを高パフォーマンスグループと低パフォーマンスグループとのいずれか一方に割り当てること、
前記達成されたパフォーマンスレベルが前記目標パフォーマンスレベルよりも高いか低いかに基づき、前記高パフォーマンスグループと前記低パフォーマンスグループのうちの一方を選択すること、
選択されたグループ内の複数のパフォーマンスレンジのなかから１つのパフォーマンスレンジを選択すること、及び
選択されたパフォーマンスレンジに含まれる移動局への送信をスケジューリングすること、
をさらに含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記パフォーマンスレンジの選択は、請求項６記載の前記スケジューリングアルゴリズムを用いて実行され、前記選択されたパフォーマンスレンジに含まれる移動局への送信のスケジューリングは、請求項７記載の前記さらなるスケジューリングアルゴリズムを用いて実行される請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
パフォーマンスレンジを表す少なくとも１つの閾値を選択する手段、
前記少なくとも１つの閾値を複数の移動局へ送信する手段、
前記パフォーマンスレンジに含まれる少なくとも１つの移動局からの前記送信された閾値に応じたサービスの要求を受信する手段、及び
サービスの要求が受信された１または複数の移動局への送信のスケジューリングを行う手段
を含む基地局。
【請求項１５】
複数のパフォーマンスレンジを決定する手段、
前記複数のパフォーマンスレンジから１つのパフォーマンスレンジを選択するスケジューリングアルゴリズムを適用する手段、及び
選択されたパフォーマンスレンジに含まれる移動局を選択するさらなるスケジューリングアルゴリズムを適用し、前記選択された移動局への送信をスケジューリングする手段
を含む基地局。
【請求項１６】
移動局
パフォーマンスレンジを表す少なくとも１つの閾値を受信する手段、
前記パフォーマンスレンジ内である否かを決定する手段、及び
前記パフォーマンスレンジ内であるか否かに基づき、基地局へサービスの要求を送信する手段
を含む移動局。
【請求項１７】
パフォーマンスレンジを表す少なくとも１つの閾値を選択する手段、
前記少なくとも１つの閾値を複数の移動局へ送信する手段、
前記パフォーマンスレンジにある少なくとも１つの移動局からの前記送信された閾値に応じたサービスの要求を受信する手段、及び
サービスの要求が受信された１または複数の移動局への送信のスケジューリングを行う手段を含む基地局と、
複数の移動局と、
を含み、各移動局は、
前記少なくとも１つの送信された閾値を受信する手段、
前記少なくとも１つの閾値をサービスパラメータと比較する手段、及び
前記比較に基づきサービスの要求を送信する手段を含む通信システム。
【請求項１８】
基地局と複数の移動局とを含み、
前記基地局は、
複数のパフォーマンスレンジを決定する手段、
前記複数のパフォーマンスレンジから１つのパフォーマンスレンジを選択するスケジューリングアルゴリズムを適用する手段、
前記選択されたパフォーマンスレンジに含まれる１つの移動局を選択するさらなるスケジューリングアルゴリズムを適用する手段、及び
基地局から前記選択された移動局へデータを送信する手段
を含む通信システム。
【請求項１９】
請求項１または９に従って動作する手段を含む通信システム。
【請求項２０】
汎用コンピュータを請求項１または９に従った方法を実行するように動作させるコンピュータ実行可能な命令を記憶するコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワークスケジューリングに関し、特に、ネットワークへのマルチユーザアクセスのスケジューリングに関する。
【０００２】
本発明は、携帯電話ネットワークに特定用途があるが、携帯電話ネットワークの分野のみに限るものではなく、例えば、ＷＬＡＮ、ＷＰＡＮ、ＵＷＢなどのあらゆる無線システムにも適用できる。
【背景技術】
【０００３】
マルチユーザ送信システムにおけるマルチユーザダイバーシティの特徴は、多くの関心が寄せられている。マルチユーザアクセスは、特に携帯電話の用途においては、中央制御装置によりスケジューリングされることが提案されている。
【０００４】
スケジューリングポリシーは、送信スケジューリングの決定のために用いられる規則、手続き、または基準の集合である。基本的に、通信システム及びネットワークにおける独立した複数のユーザへの、または複数ユーザからの送信を組み合わせることが最も重要である。異なるリンクのスケジューリングは、複数の無線ネットワークにおいて相互依存するが、異なる複数のリンクは、複数の無線ラインネットワークにおいて互いに独立してスケジューリングされ得る。スケジューリングアルゴリズムの主な目的は、リソースの枯渇を最小限にすることと、リソースを利用する複数のユーザ間での公平性を保証することである。
【０００５】
スケジューリングアルゴリズムは、ランダムスケジューラアルゴリズムやＦＩＦＯ（先入れ先出し：first-in first-out）のような単純なものから、データパケットの配信に遅延変動を許容して、マルチユーザダイバーシティを利用することにより複数の無線システムのリソース管理を提供するより複雑な仕組みのものまで、多くのものがある。
【０００６】
携帯電話マルチユーザ送信システムにおけるユーザ選択についての簡易なアプローチの一つは、基地局（ＢＳ）が、通常はフィードバック機構によって、基地局からのデータの送信を要求するあらゆる移動局（ＭＳ）からの全ての情報を修正することが要求される閉ループ問題である。全てのフィードバック情報に基づき、基地局は、送信のための１（または複数の）移動局を選択することができる。
【０００７】
しかし、前節で述べたマルチユーザ送信システムにおけるこの簡易なアプローチは、大量の情報のフィードバックを必要とし、これにより送信効率が大幅に低下するため、現実的な実装にはまだほど遠い。最近、この問題に取り組むことができる、ランダムビームフォーミング（radom beam-forming:RB）、恣意的中継（opportunistic relay :OR）を含む協調ダイバーシティ（cooperative diversity）、及び仮想ＭＩＭＯのような新たな技術が開発されてきた。
【０００８】
協調ダイバーシティ技術は、空間に分布する端末間で連携して中継（リレー）し、無線通信のパフォーマンスを大幅に向上することができる。最も単純な場合、互いのチャネル状態情報（ＣＳＩ）を知っている２つの隣接するノードのペアは、終点（最終宛先）に向けて連携してビームを形成することができ、総キャパシティを増加させる。しかし、複数回の中継に協調ダイバーシティの考え方を拡張することは、最近の協調通信に対する関心にも関わらず、未だ研究されていない領域である。例えば、各中継が他の中継についてのＣＳＩを取得すること、終点がソース（送信元）と全ての中継点との間のＣＳＩを取得すること、は現実的ではない。
【０００９】
恣意的中継は、必要とする連携オーバヘッドを最小限に抑え、複数回中継する間の連携の潜在的な利益を同時に実現する１つのアプローチとして提案されている。例えば、低速フェージング無線環境における、単純な分散型の単一中継選択アルゴリズムが、非特許文献１に提案されている。しかし、このような開発成果を考慮しても、恣意的中継は、高速移動を伴う実際の携帯電話環境をサポートするには適していない。また、恣意的中継技術は、単一ユーザに対するネットワークオペレーションにおいて、ユーザに適用可能な未使用の複数の中継ノードが存在するという理想的な条件のもとで中継する。
【００１０】
次に、ランダムビームフォーミングについて考察する。この技術は、複数の送信アンテナで送信される送信ビームの形成と、当該複数の送信アンテナで送信される複数の信号の電力および位相を、種々の移動端末での受信ＳＮＲを最大にするために、各移動端末に対するチャネル利得にマッチングさせることとを必要とする。どの移動局も、そのチャネルの利得または品質の測定値を基地局へフィードバックする必要がある。
【００１１】
一般に、ランダムビームフォーミングは、非リアルタイムアプリケーションにより適している。また、ランダムビームフォーミングを無線ネットワークに配置する場合に考慮すべき２つの主要な条件がある。それらは、
・基地局では、全ユーザに対する送信アンテナからのチャネル利得の振幅及び位相は、監視され、また該基地局へフィードバックされなければいけない。
【００１２】
・基地局からの送信を要求する非常に多数の移動端末が、効果的になるような技術を考慮して、サービスエリア内に同時に存在している必要がある。
【００１３】
上記２つの条件が生じる主要な欠点として次のようなものが挙げられる。ます、第１の条件に関しては、プロセスに、ユーザアクセスを決定するために非常に多くのフィードバックと前処理が必要にあることであり、第２の条件に関しては、アクティブの移動端末の数が、ランダムビームフォーミング技術のパフォーマンスに大きな影響をもつということである。従って、サービスエリア内の移動ユーザの数がわずかな場合には、許容できる結果は得られないかもしれない。また、得られる結果もユーザの数に応じて変化することがある。これら２つの所見に基づき、既知のランダムビームフォーミング技術は、無線システムに実装するための興味をそそるような解決方法ではない。
【００１４】
単一ネットワークで、スループットやサービス要求の品質がそれぞれ異なる多くのサービスをサポートするめに、スケジューリング手順が徐々に重要となるに従い、既知のスケジューリング手順の問題は将来的に適用が難しい。
【００１５】
ネットワークは、数Ｋｂｐｓから数Ｇｂｐｓのスループットの範囲をもつアプリケーションをサポートすることが要求されることもある。総スループットを最適化すること、または各移動端末へ等しいスループットを与えることに基づく従来のスケジューリングスキームは、各移動端末が全く異なるスループットを要求することがあるネットワークにおいて満足する結果を与えることはできないであろう。例えば、総スループットを最適化することに基づくスケジューリングスキームは、低いデータレート及びまたは高いデータレートを要求するいくつかの移動端末には、ほとんどまたは全くデータスループットが与えられることはないであろう。
【００１６】
実際のプリケーションにおいて、サービスの品質レベルを維持することは難しい。例えば、保証された品質のサービスを与えるための試みがなされる場合、携帯電話の環境の性質は、各移動局がその保証された品質のサービスを得ることを常に保証されているわけではないということを意味する。携帯電話プリケーション環境でユーザの受信電力の標準的な分布が、都会のマクロセルと都会のマイクロセルとの両方について、図１に示されている。都会のマクロセルにおける移動端末での平均受信電力はマイクロセルの場合と比較すると大幅に削減されていることがわかる。これはより大きいセル半径と、より厳しいシャドーイングの結果として起こる。しかし、明らかに、小さいセルサイズ（例示するマイクロセルではたかだか０．５ｋｍ以下）であっても非常に低い電力を受信するいくらかのユーザが存在する。
【００１７】
さらに、例えば、全移動局にわたる全データスループットに基づき、全ネットワークのパフォーマンスの所望のレベルを与えるとともに、サービスの保証された品質を維持することも要求されている。従来のスケジューリングスキームでは、全移動局にわたるアクセスの公平さへ影響を与えることなく、このような問題を解決することはできない。例として図２ａは、異なるサービス要求をもつ異なる複数の移動局ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３の位置を基地局ＢＳの位置と比較して示している。基地局のサービスエリアの遠端にいる移動局ＭＳ３は、高いデータレートのサービスを要求し、他の２つの移動局は低いデータレートのサービスを要求する。遠端の移動局ＭＳ３は、セルのほとんど端にあり、ネットワークは、他の２つの移動局ＭＳ１およびＭＳ２のそれぞれから要求されたデータレート及び平均スループット要求の両方を満足させることはできない。従来の比例スケジューリングによれば、送信は、ほとんど遠端の移動局ＭＳ３にスケジューリングされ、従って、他の移動局ＭＳ１、ＭＳ２を処理することはほとんどない。これは、図２ｂに示されている。ここには、従来の比例スケジューリングを用いたときの、達成可能なデータレート及び各移動局へのネットワークアクセスの割合（パーセンテージ）を示している。
【非特許文献１】A.Bletsas et al, “A simple co-operative diversity method based on network path selection”, IEEE J. Select. Areas Commun., 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、改良された、または少なくとも代わりとなる、送信をスケジューリングする方法を提供することを目的とする。実施形態において、本発明は、公平とサービスの品質との両方を目標とするマルチユーザ送信のための進歩的なスケジューリングスキームを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の独立した側面では、基地局と複数の移動局との間の送信のスケジューリング方法を提供する。この方法は、
少なくとも１つの送信閾値を決定すること、
前記少なくとも１つの送信閾値を前記複数の移動局へ送信すること、
各移動局で、前記少なくとも１つの送信閾値を、当該移動局についてのサービスパラメータと比較すること、
前記基地局からの送信のスケジューリングを行うこと、
を含み、前記スケジューリングは前記比較の結果に基づく。
【００２０】
移動局のそれぞれで実行された比較結果に基づきスケジューリングを行うことにより、送信のスケジューリングのための処理負荷が、移動局と基地局との間に分配でき、基地局での処理負荷を軽減できる。
【００２１】
従って、初期手続きにおいて、送信すべき少なくとも１つの送信閾値の決定により、システムサービス及び品質が設定される。これは、音声、データ、高速ストリーミング、リアルタイム及びまたは非リアルタイムアプリケーションを含む幅広い範囲のサービスをサポートすることがある無線通信の世代の最近および将来の状況に特に有益である。基地局は、目標とするネットワークパフォーマンスを達成するために与えるべきサービスレベルを計画するように構成されている。
【００２２】
サービスパラメータは、例えば、チャネルの質の測定値、サービスの所望の質、または所望のデータ送信レートを含む。
【００２３】
好ましくは、各移動局は、当該移動局での比較に依存して、サービスの要求を基地局へ送信するか否かを決定する。
【００２４】
従って、基地局へサービスの要求を送信する移動局の数を低減でき、基地局と移動局との間の通信負荷を低減できる。移動局からの不要な送信を避けることができる。さらに、基地局で受信する、移動局からのサービスの要求が少なくなれば、基地局でのスケジューリング動作が簡略化できる。
【００２５】
好ましくは、前記方法は、送信電力、送信サービスエリア、スケジューリング手続きの結果のうちの１または複数に基づいて、前記または各送信閾値を決定することを含む。
【００２６】
前記または各送信閾値はサービス閾値の質を含む。従って、前記方法は、送信がサービスの品質に基づきスケジューリングされること、各移動局が所望するサービスの品質に基づいて、各移動局が基地局からのサービスの品質を得ることができること、を保証する特に利便のよいやり方を提供する。各移動局に対するサービスの品質のそれぞれのレベルの提供は保証されている。
【００２７】
ここで用いられているサービスの品質という用語は、基地局と移動局との間のレート及びデータ送信の質の測定値を意味する。基地局と特定の移動局との間のサービスの品質は、多くのアプリケーションでは、基地局により送信され、移動局で正しく受信されるデータの平均レートとして取られる。いくつかのアプリケーションにおいて、サービスの品質は、例えば、送信の信頼性、及び又はエラーレート、及び又は受信または送信電力、及び又は送信におけるあらゆるギャップはある長さよりも小さいという要求、及び又はデータ送信のレートが異なる時間期間にわたり幅広く変化しないという要求を表す要素を含むこともある。
【００２８】
サービスの品質の測定値は、移動局の要求に基づいて用いられる。例えば、移動局がビデオアプリケーションのストリーミングを行っている場合、移動基地局により送信され当該移動局で正しく受信される平均データレートがあるレベルを超えることを要求するが、ビデオのストリーミング中にギャップやジャンプがないことを保証するために、ある期間よりも長い送信ではギャップがないことを要求することもある。この例における、移動局により要求されるサービスの品質は、移動局で正しく受信される要求平均データレートと、送信中の要求最大ギャップとを含む。
【００２９】
ネットワークにとって、基地局から各移動局へ提供されるサービスの品質は、他の移動局へ提供されるサービスの品質に依存し、ネットワークスケジューリングは、各移動局により要求される又は所望されるサービスの品質の釣り合いをとることを伴う。
【００３０】
サービスパラメータは、サービスの所望の品質の測定値であることもある。
【００３１】
一例では、サービスの品質に２つのレベルが与えられる。サービスの品質の１つのレベルは、各移動局にサービスを提供するが、そのサービスの品質は最低レベルを指定する、サービスの保証された品質である。サービスの品質の他の１つは、サービスの目標とする品質又はネットワークの目標パフォーマンスであり、例えば特別の目的またはアプリケーションにおいて、オペレータに達成すべき目標を与える。パフォーマンスレンジ（range）は、サービスの品質のこれらのレベルに関連して定義され、閾値は、サービスの品質のこれらのレベルに等しくなるように設定され得る。この場合、１つパフォーマンスレンジは、サービスの品質を保証されたサービスの品質までおよび、他の１つのパフォーマンスレンジは、保証されたサービスの品質と等しいか、またはそれよりも高く目標のサービスの品質に及び、さらに他の１つのパフォーマンスレンジは、目標のサービスの品質と等しいか、またはそれよりも高いサービスの品質に及ぶ。
【００３２】
好ましくは、前記方法は、さらに、各移動局に、チャネルの質、基地局からの送信の当該移動局での受信方向、当該移動局の位置、当該移動局から基地局への距離、及びサービスの要求された質のうちの１つまたは複数に基づき、それぞれのサービスパラメータを決定すること、を含む。
【００３３】
従って、スケジューリングは、複数の基地局と複数の移動局との間のチャネルの品質のレベルと、基地局と各移動局との相対的な移動の変化を考慮することがある。各移動局から要求されるサービスの品質を考慮すると、スケジューリングは、全移動局に対しサービスを公平に分配されるとともに、移動局全てに渡り提供される全てのサービスの品質を最適化することができる。
【００３４】
好ましくは、各移動局が当該移動局自身でサービスパラメータの決定を実行する。
【００３５】
従って、基地局における負荷や、基地局と移動局との間の通信あるいはネットワーク容量における負荷を低減できる。また、各移動局自身で、それぞれのサービスパラメータを決定することにより、移動局のステータス変化、移動局と基地局との間のチャネルまたはリンクのステータス変化が考慮される特に効果的で迅速な方法を保証している。
【００３６】
各移動局は、それ自身のサービスパラメータの値を決定できる。
【００３７】
各移動局は、当該移動局と基地局との間のチャネルの品質に基づき、当該移動局の所望するサービスの品質及び又はサービスパラメータの値を変化することができる。
【００３８】
従って、例えば、低受信電力の移動局は、そのステータスに気づき、自身で再構成できるか、またはそれに応じて、サービスパラメータの値を変更できることがある。移動局はまた、閾値に基づき、自身で再構成したり、そのサービスパラメータを変更できることがある。１例として、低受信電力の移動局は、サービスの保証することのできる期待された品質に等しい所望の品質のサービスを持ち、それに応じてそのサービスパラメータを変更するように、自身を再構成することがある。
【００３９】
各移動局は、好ましくは、そのサービスパラメータの変動により、例えばサービスの期待されるレベルまたは品質、またはデータレートを得るために、そのステータスを変化するように構成されることがある。各移動局は、その電力消費レートとバッテリーレベルに基づき、そのステータスを変更するように構成されることがある。
【００４０】
好ましくは、前記方法は、複数の送信閾値を決定することをさらに含み、前記複数の送信閾値はパフォーマンスレンジの集合を定義する。
【００４１】
パフォーマンスレンジは、基地局からの送信リンクまたはチャネルの速度、キャパシティ、または信頼性を表すことがある。
【００４２】
前記方法は、基地局で前記複数のパフォーマンスレンジのうちの少なくとも１つを選択することをさらに含み、前記複数の移動局へ送信される前記少なくとも１つの送信閾値は、選択された前記少なくとも１つのパフォーマンスレンジを表す。
【００４３】
従って、パフォーマンスのレベルに基づく前記基地局からのサービスをスケジューリングする特に効果的な方法が提供され、これは、異なる複数の移動局が異なる複数のレベルのサービスを要求する場合に特に重要である。
【００４４】
複数のパフォーマンスレンジから１つのパフォーマンスレベルを選択することは、スケジューリングアルゴリズムを用いることにより実行できる。
【００４５】
前記方法は、さらなるスケジューリングアルゴリズムを用いて、選択されたパフォーマンスレンジ内の複数の移動局のなかから、１つの移動局を選択することをさらに含む。
【００４６】
従って、前記方法は、各移動局により要求されたサービスのレベルを考慮して、各移動局へ公平にサービスを提供することを保証するダブルスケジューリングを提供する。
【００４７】
この特徴は、特に重要であり、さらなる独立した側面において、基地局から複数の移動局への送信をスケジューリングする方法を提供する。この方法は、複数のパフォーマンスレンジを決定することと、前記複数のパフォーマンスレンジのうちの１つを選択するスケジューリングアルゴリズムを適用することと、選択されたパフォーマンスレンジに含まれる移動局を選択するさらなるスケジューリングアルゴリズムを適用することと、前記基地局から前記選択された移動局への送信をスケジューリングすることと、を含む。
【００４８】
好ましくは、各パフォーマンスレンジは、そのサービスの品質のレンジを含む。
【００４９】
各スケジューリングアルゴリズムは、及びさらなるスケジューリングアルゴリズムは、好ましくは、ランダムスケジューリングアルゴリズムと、ＦＩＦＯ（first-in first-out）アルゴリズムと、比例アルゴリズムとのうちの１つを含む。
【００５０】
前記方法は、さらに、
ａ）目標パフォーマンスレベルを決定すること
ｂ）達成されたパフォーマンスレベルを決定すること、
ｃ）前記目標パフォーマンスレベルと前記達成されたパフォーマンスレベルとを比較すること、
ｄ）前記比較に基づき送信をスケジューリングすること、
ｅ）送信スケジューリングの後に、前記達成されたパフォーマンスレベルを更新すること、
ｆ）ｂ）からｅ）を繰り返すこと
を含む。
【００５１】
従って、繰り返しスケジューリング手順が提供され、これは、目標パフォーマンスレベルが達成されることを保証する。パフォーマンスレベルは、ネットワークパフォーマンスレベルであり、例えば、基地局と移動局との間のリンクするネットワークのまたがるデータ送信のレートを測定する。達成されたパフォーマンスレベルは、予め定められた時間期間内で達成されたパフォーマンスレベルの平均値である。
【００５２】
前記方法は、各パフォーマンスレンジを高パフォーマンスグループと低パフォーマンスグループとのいずれか一方に割り当てることと、前記達成されたパフォーマンスレベルが前記目標パフォーマンスレベルよりも高いか低いかに基づき、前記高パフォーマンスグループと前記低パフォーマンスグループのうちの一方を選択することと、選択されたグループ内の複数のパフォーマンスレンジのなかから１つのパフォーマンスレンジを選択すること、選択されたパフォーマンスレンジに含まれる移動局への送信をスケジューリングすることと、をさらに含む。
【００５３】
前記パフォーマンスレンジの選択は、前記スケジューリングアルゴリズムを用いて実行され、前記選択されたパフォーマンスレンジに含まれる移動局への送信のスケジューリングは、さらなるスケジューリングアルゴリズムを用いて実行され得る。
【００５４】
好ましくは、前記方法は、基地局の送信ビームの形成を変えることと、前記送信ビームの形成を変化した後に、送信閾値、及びまたは各サービスパラメータ、及びまたは前記複数のパフォーマンスレンジのうちの１つを再決定することとを、さらに含む。従って、前記方法は、ビームステータスの変化を考慮することができる。
【００５５】
前記基地局は、ランダムビームフォーミング技術に従って、送信ビームの形成を変化するように構成されることもある。マルチユーザダイバーシティの量は、レートとチャネル変動の動的範囲とに依存することが知られている。ランダムビームフォーミングの使用は、チャネルの品質全体に高速な時間スケール変動を追加することにより、低速フェージング環境でのパフォーマンスを大幅に改善することができ、無線環境または他の干渉源における異なる複数のセルの複数の基地局間に恣意的に無干渉を提供する。
【００５６】
既知のランダムビームフォーミング、または他の恣意的なビームフォーミング技術は、移動局から基地局へ大量の可変のフィードバックが必要となる。しかし、本発明の方法の一部分としてランダムビームフォーミング技術を用いることにより、ランダムビームフォーミング技術の利点を維持しながら、フィードバックの量は低減できる。
【００５７】
さらなる独立した側面に係る基地局は、パフォーマンスレンジを表す少なくとも１つの閾値を選択する手段と、前記少なくとも１つの閾値を複数の移動局へ送信する手段と、前記パフォーマンスレンジに含まれる少なくとも１つの移動局からの前記送信された閾値に応じたサービスの要求を受信する手段と、サービスの要求が受信された１または複数の移動局への送信のスケジューリングを行う手段とを含む。
【００５８】
他の独立した側面に係る基地局は、複数のパフォーマンスレンジを決定する手段と、前記複数のパフォーマンスレンジから１つのパフォーマンスレンジを選択するスケジューリングアルゴリズムを適用する手段と、選択されたパフォーマンスレンジに含まれる移動局を選択するさらなるスケジューリングアルゴリズムを適用し、前記選択された移動局への送信をスケジューリングする手段とを含む。
【００５９】
他の独立した側面に係る移動局は、パフォーマンスレンジを表す少なくとも１つの閾値を受信する手段と、該移動局が前記パフォーマンスレンジ内であるか否かを決定する手段と、該移動局が前記パフォーマンスレンジ内であるか否かに基づき、基地局へサービスの要求を送信する手段とを含む。
【００６０】
前記選択する手段は、プロセッサまたは処理モジュールを含むことがある。前記送信する手段は、アンテナまたはアンテナアレイと、関連する受信回路網を含むことがある。前記決定する手段は、プロセッサまたは処理モジュールを含むことがある。スケジューリングアルゴリズムを適用する手段と、さらなるスケジューリングアルゴリズムを適用する手段のそれぞれは、プロセッサまたは処理モジュールを含むことがある。
【００６１】
さらなる独立した側面に係る通信システムは、パフォーマンスレンジを表す少なくとも１つの閾値を選択する手段、前記少なくとも１つの閾値を複数の移動局へ送信する手段、前記パフォーマンスレンジにある少なくとも１つの移動局からの前記送信された閾値に応じたサービスの要求を受信する手段、及び、サービスの要求が受信された１または複数の移動局への送信のスケジューリングを行う手段を含む基地局と、複数の移動局とを含み、各移動局は、前記少なくとも１つの送信された閾値を受信する手段、前記少なくとも１つの閾値をサービスパラメータと比較する手段、及び前記比較に基づきサービスの要求を送信する手段を含む。
【００６２】
さらに他の独立した側面に係る通信システムは、基地局と複数の移動局とを含む。前記基地局は、複数のパフォーマンスレンジを決定する手段と、前記複数のパフォーマンスレンジから１つのパフォーマンスレンジを選択するスケジューリングアルゴリズムを適用する手段と、前記選択されたパフォーマンスレンジに含まれる１つの移動局を選択するスケジューリングアルゴリズムを適用する手段と、基地局から前記選択された移動局へデータを送信する手段とを含む。
【００６３】
さらに独立した側面において、ここにクレームした方法に従って動作する手段を含む通信システムを提供する。
【００６４】
さらに独立した側面において、汎用コンピュータをここにクレームした方法を実行するように動作させるコンピュータ実行可能な命令を記憶するコンピュータプログラム製品を提供する。
【００６５】
一例において、本発明は、乗客らがそれぞれの携帯型コンピュータを、基地局として動作するとみなされる機内サーバへのＷｉＦｉ接続を介してインターネットに接続する航空機内インターネットシステムに用いられることがある。航空機と地上設備との間のチャネルキャパシティは、本発明に従ったスケジューリング方法を用いて携帯型コンピュータのいずれかに割り当てることがある。
【００６６】
マルチユーザアクセスの制御された移動端末が提供されることがある。これは、移動端末が、ネットワークアクセスのための特定のタイムスロットで送信を要求するかどうかを決定するために、それ自身のステータスを他の移動端末のステータスと比較して知るようにすることができる。本発明は、ユーザグループに対する、初期システムレベルスケジューリングとさらなるスケジューリングを提供する。目標とするシステムレベルの品質のサービスを伴う繰り返しスケジューリングが提供され得る。
【００６７】
他の側面において、自己制御型移動ユーザが恣意的にネットワークにアクセスすることができるようにするために、無線通信システムマルチユーザ制御メカニズム及び手順を提供する。これは、マルチユーザスケジューリング手続きと組み合わせて、自動的にグループ化された移動局の集合から移動局のグループを選択するための繰り返しスケジューリングを実行する初期化されたネットワークスケジューラを含む。繰り返しスケジューリングは、サービスの目標とするネットワークの品質を含むサービスの品質の範囲を伴うネットワーク繰り返しスケジューリングを含む。自己制御型移動局は、ネットワークパフォーマンス及び提供されるサービスをモニターでき、ネットワーク上での自身のステータスを推定できる。各移動局は自身を再構成すること、及びまたは自身のステータスを変更すること、及びまたは送信要求の送信に関し自身で決定すること、が可能である。従って、より少ない信号伝達が要求され、ネットワークの全システムキャパシティが増加する。目標とするネットワークパフォーマンスは、自己制御型ＭＳの恣意的なアクセスを用いることで達成され得る。目標とするサービスの品質の均衡を保つために、保証されたサービスの品質と公平性が提供され得る。
【００６８】
他の側面において、自己制御型移動ユーザが、自動的にグループ化された移動局によるマルチユーザスケジューリング手順の先頭で繰り返しスケジューリングを実行するネットワークスケジューラを用いて、ネットワークへ恣意的にアクセスさせることができる無線通信システムマルチユーザ制御メカニズム及び手順が提供され得る。さらなる独立した側面において、サービスの目標とするネットワークの品質のある範囲に基づきネットワーク繰り返しスケジューリングのメカニズム及び手順が提供され得る。さらなる独立した側面において、ネットワーク及び提供されたサービスをモニターし、ネットワーク上での自己ステータスの推定値を得て、送信要求について自身で決定する再構成が可能な自己制御型移動局が提供され得る。ネットワークスケジューリングを実行し、サービスの品質の１または複数の閾値、特定地域に合わせた変更、及び送信フォーマットに基づきブロードキャストするメッセージを形成するメカニズム及び構成が提供され得る。
【００６９】
本発明の一側面におけるどの特徴も、適切に組み合わせることで、本発明の他の側面にも適用し得る。特に、装置の特徴は方法の特徴にも適用ででき、その逆もまたしかりである。
【発明の効果】
【００７０】
公平とサービスの品質との両方を目標とするマルチユーザ送信のための進歩的なスケジューリングスキームを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】携帯電話環境におけるユーザの電力要求の標準的な分布を示すグラフ。
【図２ａ】基地局及び異なる要求をもつ複数の移動局を含むマルチユーザシステムを示す図。
【図２ｂ】従来の比例スケジューリングを用いて、図２ａのマルチユーザシステムで異なる複数の移動局により達成されるネットワークアクセスのデータレート及び割合（パーセンテージ）の例を示すグラフ。
【図３】好ましい実施形態に係るマルチユーザネットワークにおける基地局及び複数の移動局の配置を示す概略図。
【図４】好ましい実施形態に係る動作を示したフローチャート。
【図５】ランダムビームフォーミングにより形成されるビームパターンの例を示す図。
【図６】好ましい実施形態と既知のランダムビームフォーミング技術により達成される、移動局の数の関数としての平均システムキャパシティを示すグラフ。
【図７】好ましい実施形態の繰り返しスケジューリング手順の例による繰り返し数の関数としてのデータスループットの変動を示すグラフ。
【図８】図６の例について、異なる複数のスループットグループまたはそのレンジのそれぞれについて、ネットワークアテンション（network attention）の確率を示すグラフ。
【図９】図６及び図７の例の変形において、異なる複数のグループまたはレンジに与えられた重みを示すグラフ。
【図１０】図８の変形例において異なる複数のスループットグループまたはレンジのそれぞれについてネットワークアテンション（network attention）の確率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００７２】
本発明の実施形態について、添付の図面を参照して、例のみによって以下に説明する。
【００７３】
好ましい実施形態に従ったマルチユーザシステムの例は図３に概略的に示されている。図３の例において、当該システムは、基地局２が、それぞれ単一受信機を備える移動局の形をしたＫ人のユーザと通信する狭帯域ダウンリンク無線通信システムである。Ｋ個の移動局のうちの５つの移動局４，６，８，１０，１２が説明のために図３に示されている。
【００７４】
Ｋ個の移動局は種々の異なるタイプであり、サービス要求の質も異なる。Ｋ個の移動局は例えば移動電話、ラップトップ、組み込み機器を含み、ストリーミングビデオやストリーミングオーディオ、ｅ−メール、位置アプリケーション、制御デバイスとの通信を含む種々の異なるアプリケーションのために基地局との通信を通信することがある。基地局とＫ個の移動局との間のチャネルも異なるチャネルの品質を持ち、これは、送信ビームの特性の変動、基地局から各移動局までの距離、干渉の影響を含む要因の変動に依存する時間にわたって変化する。
【００７５】
基地局２は、アンテナアレイ及び制御プロセッサを含む。制御プロセッサは、アンテナアレイから出されるビームのフォームを制御できるように構成され、移動局からのデータを受信及び処理し、選択された１または複数の移動局へ任意の時間における送信をスケジューリングする。
【００７６】
各基地局は、それぞれのアンテナまたはアンテナアレイ、関連する受信機回路、及びアンテナ又はアンテナアレイ及び関連する受信機回路で受信された信号を処理するプロセッサを含む。
【００７７】
ベースバンドタイムのタイムスロットに分割されたブロックフェージングチャネルモデルが、ｋ番目のユーザに対し、次のように与えられる。
【数１】
2009153129.tif 000003
【００７８】
ここで、x(t)は、タイムスロットｔで送信されたベクトルであり、yk(t)はタイムスロットｔにユーザｋの受信されたシンボルのベクトルであり、hk(t)はタイムスロットｔにおける送信から受信機ｋのフェージングチャネルゲインであり、nk(t)は正規ランダム雑音ベクトルである。
【数２】
2009153129.tif 000004
【００７９】
と仮定する。ここで、ＰTxは送信電力レベルであり、対応する信号対雑音比(signal-to-noise ratio (SNR))は次のように表すことができる。
【数３】
2009153129.tif 000005
【００８０】
システム内で電力制御が要求されない場合、ＰTxは固定であり、実際のシステムでは、雑音電力レベルも定数と見なせる。この場合、ＳＮＲはチャネル電力
【数４】
2009153129.tif 000006
【００８１】
と線形関係を有し、ＳＮＲはチャネルＳＮＲとして参照される。
【００８２】
基地局２の制御プロセッサは、種々の異なるパラメータに基づき、異なるスケジューリング技術を実行するように動作する。例を挙げて以下により詳細に説明する。しかし、当該システムの特徴は、特定のスケジューリング技術にかかわらず、移動局は基地局から送信されるデータに基づく自己選択を実行することができる。例えば、各移動端末は基地局から受信された送信閾値と、サービスパラメータとを比較することができ、例えば、比較の結果に依存する送信スケジューリングを用いた、チャネルの品質、信号対雑音比、所望のサービスの品質、当該移動局に対する所望のデータ送信の測定である。
【００８３】
各移動局は、自信のチャネルＳＮＲを追跡でき（例えば、これは共通ダウンリンクパイロット信号を通じてできる）、要求があれば、基地局への一時的なチャネルまたはリンクの品質をフィードバックすることができる。選択されたスケジューリング技術によると、基地局は、送信を要求した複数の移動局について送信のスケジューリングを行い、一時的なチャネルの質の機能として、データ送信のレートを適応させる。この特徴は、多くのユーザをもち、また、独立した異なるチャネルをもつシステム内のマルチユーザダイバーシティ効果を向上させる。いつでも、平均ＳＮＲよりも強いチャネルを伴うユーザが存在することがあり得る。また、基地局はユーザへ、当該システムの全体的なスペクトル効率を上げるために、常に強いチャネルで送信する。
【００８４】
動作の一形態において、基地局２の制御プロセッサは、パフォーマンスレンジを設定する。例えばサービスの品質（ＱｏＳ）を、可能性あるユーザアクセスに予め割り当てられた上限または下限の閾値に設定する。これら２つの閾値はガイドラインとして利用され、基地局２により、例えば広告メッセージまたはメッセージを用いて、ブロードキャストされる。
【００８５】
基地局のセル範囲内の全ての移動局は、基地局をリッスン（listen）し、当該メッセージを復号することが要求される。復号されたメッセージは当該２つの閾値を含み、当該移動局により処理される。
【００８６】
一方、各移動局は当該移動局と基地局との間のチャネルまたはリンクの質を推定し、その際、移動局での受信電力を決定するために用いられる複数の既知の技術のうちのいずれか１つが用いられる。
【００８７】
当該２つの閾値及び推定されたリンクの質に基づき、各移動局は、その送信要求の形態を決定し、決定した結果を既知局へ送信する。
【００８８】
移動局は、そのサービスの品質がサービスレンジ外の質であるとき、送信を要求しない場合、当該移動局は、基地局へいかなるフィードバックメッセージも送らない。これはヌルフィードバックを送信するとも呼ばれる。そうでない場合、移動局は、‘送信要求なし’を示す指示（これは1ビットまたは数ビットのメッセージでもよい）をフィードバックする。この指示は、ＮＡＣＫメッセージの形式でもよい。
【００８９】
移動局は、そのサービスの品質がサービスレンジ内であるとき、送信要求を行いたい場合には、基地局へサービスメッセージの要求を送信する。
【００９０】
従って、基地局は、送信を要求している移動局が通知されて、恣意的スケジューリングを実行することが可能となる。この場合、基地局からの送信を要求する全ての移動局は基地局により設定されたサービスの品質のレンジ内である。
【００９１】
マルチユーザ送信技術は、基地局からの送信を要求した１または複数の移動局への送信をスケジューリングするために用いられる。マルチユーザ送信技術は、例えば、ランダムビームフォーミング、協調送信、及び恣意的中継技術のうちに１つであることがある。
【００９２】
基地局は１つの閾値レベルまたは数個の閾値レベルを持つことがある点に注意すべきである。
【００９３】
動作の好ましい形態において、２つのスケジューリングが用いられ、スケジューリング技術を用いて複数の閾値が選択され、次に基地局からの送信を要求した複数の移動局のうちの１つが（選択された閾値レベルに基づき）さらなるスケジューリング技術を用いて選択される。
【００９４】
動作の好ましい形態が図４のフローチャートに概略的に示されている。プロセスは、動作の好ましい形態の例において実行され、ここでは、システムパフォーマンスが閾値レベルを修正するために用いられ、ランダムビームフォーミング技術が用いられる。そして、恣意的アクセスの制御された移動局を提供する。ここでは、このプロセスをより詳細に考慮し、以下に要点ａ）からｎ）を列挙した。
【００９５】
ａ）基地局はアンテナアレイを用いて、ランダムビームフォーミング動作を実行する。ランダムビームフォーミング動作の結果として得られるビームパターンの例を図５に示す。好ましい実施形態の変形として、ビームフォーミング動作は、オムニまたはセクタビームフォーミングである。
【００９６】
ｂ）形成されたビームに基づき、基地局は実効アンテナゲイン（ｄＢｉ）を計算する。
【００９７】
ｃ）実効アンテナゲイン及び送信電力を用いて、基地局はその送信電力及びカバー範囲を推定する。
【００９８】
ｄ）推定された送信電力、レンジ及びスケジューリングに基づき、複数のパフォーマンスレンジを定義する閾値の集合を設定する。パフォーマンスレンジは、サービスの品質に基づくものである。
【００９９】
ｅ）複数のパフォーマンスレンジのうちの１つを選択するために、システムパフォーマンスに従って、システムレベルのスケジューリングを実行する。
【０１００】
ｆ）基地局において、実効電力対距離比に基づき最適方向指示も推定し、より明確なレンジを与える。
【０１０１】
ｇ）選択されたパフォーマンスレンジを表す閾値を各移動局で受信及び復号し、各移動局が、例えば基地局までの距離に基づく該閾値に対する自身のステータスとサービスの品質とを含む他の全ての必要なパラメータを得ることができるようにするために、当該閾値を含むトレーニングシーケンスを形成する。
【０１０２】
ｈ）該トレーニングシーケンスがネットワークにブロードキャストされる。
【０１０３】
ｉ）基地局のサービスエリア内の全ての移動局は、基地局をリッスンし、閾値の集合を含むネットワークに関する情報を復号する。
【０１０４】
ｊ）各移動局は、そのそれぞれのネットワーク上でのステータスを決定し、該ステータスを該閾値と比較することにより、各移動局の対応するフィードバックステータスを決定する。各移動局のステータスは、（例えば、基地局からの送信の到来方向、セル中の位置、移動チャネルの質に基づき）基地局へのリンクまたはチャネルの質のみによって決定されるのではなく、要求されたサービス及びサービスの品質によっても決定される。各移動局が既知局へのリンクまたはチャネルの品質を決定する際には、既知の移動局ローカライゼーション（localization）技術が用いられる。
【０１０５】
ｋ）閾値内の各移動局は、そのステータスの値を、基地局からのデータの受信要求とともに、基地局へフィードバックする。
【０１０６】
ｌ）閾値のレンジ外にある移動局は、いかなる情報も基地局へフィードバックしない。好ましい実施形態の変形では、閾値のレンジ外にある移動局はＮＡＣＫメッセージを基地局へフィードバックする。
【０１０７】
ｍ）移動局からの情報を受信すると、基地局は、複数の移動局のなかから１つを選択するために、マルチユーザスケジューリングの手順を実行する。
【０１０８】
ｎ）基地局は、選択された移動局から要求されたデータを当該移動局へ送信する。
【０１０９】
ｅ）からｎ）に示した、プロシジャは繰り返される。ａ）からｄ）の手順は、例えば、チャネル変動に依存して、または定期的に、また、例えばデータフレーム毎に、繰り返されてよく、その結果、変化したビーム特性及び閾値を提供する。
【０１１０】
図６は、動作の好ましい実施形態の一例における、移動局の数の関数としての達成可能な平均システム容量（bps/Hz）を示している。ここでは、総スループットを最大化するための欲張りスケジューリングアルゴリズムが、ｍ）のマルチユーザスケジューリングの手順として適用されている。この動作の好ましい実施形態では、特に、移動局の数が少ない場合、基地局により選択されたレンジ内の移動局のみが常に送信を要求するために、従来のランダムビームフォーミング技術よりも高いパフォーマンスを与えていることがわかる。
【０１１１】
システムレベルの比例スケジューリング
ｃ）で述べた、システムパフォーマンスに従い実行されるシステムレベルのスケジューリングは、好ましい実施形態の特徴の要部であり、ここでより詳細に説明する。
【０１１２】
システムレベルのスケジューリングは、システムスループットまたはパフォーマンスに依存し、既知のスケジューリングアルゴリズムの変形に基づく。好ましい実施形態では、システムレベルのスケジューリングは比例スケジューリング技術の変形である。
【０１１３】
既知の比例スケジューリングアルゴリズムは次のように動作する。該アルゴリズムは、長さｔcの過去のウィンドウにおける各ユーザｋの平均スループットＴk（ｔ）の経過を追う。タイムスロットｔに該スケジューリングアルゴリズムは、単純に、要求したデータレートＲk（ｔ）のＴk（ｔ）に対する比率Ｒk（ｔ）／Ｔk（ｔ）がシステム内の全てのアクティブユーザの中で最も大きいユーザｋ* へ送信する。
【０１１４】
そして、平均スループットＴk（ｔ）が指数関数的に重み付けされたローパスフィルターを用いて更新できる。
【数５】
2009153129.tif 000007
【０１１５】
比例スケジューリングアルゴリズムによると、各ユーザは、その要求したレートそのものではなく、それぞれの平均スループットにより規格化したものに基づきリソースを奪い合う。統計的に頑強なチャネルをもつユーザがより高い平均スループットをもつであろう。従って、該アルゴリズムは、ユーザを、時間スケールでの自身の平均チャネル状態に対して一時的なチャネルの品質が高いときにスケジューリングする。
【０１１６】
好ましい実施形態では、システムパフォーマンスに基づく、システムレベルの比例スケジューリングが用いられる。上記ｄ）で述べたように、基地局は複数のパフォーマンスレンジを設定し、各パフォーマンスレンジは、多くの移動局を含むことがある。システムレベルのスケジューリングの手順では、上述したように、比例スケジューリングアルゴリズムに基づくものであり、要求されたデータレートは、単純に単一ユーザに対し決定されるのではなく、複数のユーザすなわち移動局のグループに対し決定される。平均スループットもまた複数のユーザすなわち移動局のグループに対し決定される。
【０１１７】
動作の好ましい形態の上記ｅ）で述べたようなシステムレベルのスケジューリングの手順は以下を含む。
【０１１８】
・上記ｄ）で決定された各パフォーマンスレンジにける所望のデータレートが計算され、これは、ＲnR（ｔ）と表される。ここでｎ＝１，２，…、Ｎ、Ｎはパフォーマンスレンジの総数である。
【０１１９】
・初期スケジューリング及び送信スケジューリングでは、基地局から移動局へ初期送信は、例えば、ＦＣＦＳ（first-come first-served）アルゴリズム、欲張りアルゴリズム、比例アルゴリズムといった既知のスケジューリングアルゴリズムに従って実行される。
【０１２０】
・移動局へ送信する毎に、基地局は、当該移動局の属するレンジの平均スループットを収集し、これをＴnR（ｔ）と表される。
【０１２１】
・ネットワーク動作の予め定められた期間の後、初期スケジューリング及び送信プロシジャが終了し、各パフォーマンスレンジｎ＝１，２，…、Ｎに対し、ＲnR（ｔ）とＴnR（ｔ）が定まる。
【０１２２】
・その後、基地局は、全てのアクティブパフォーマンスレンジのうち、要求したデータレートＲnR（ｔ）のＴnR（ｔ）に対する比率ＲnR（ｔ）／ＴnR（ｔ）が最も大きいパフォーマンスレンジｎを選択することを含む、システムレベルのスケジューリングアルゴリズムを適用する。
【０１２３】
そして、基地局は、選択されたパフォーマンスレンジを表す閾値を、上記ｇ）及びｈ）で述べたように、トレーニングシーケンスの一部として、ブロードキャストする。選択されたパフォーマンスレンジ内の移動局は、閾値により定義され、上記ｉ）及びｌ）に従って基地局へフィードバックする。その後、さらなるマルチユーザスケジューリング手順が、上記ｍ）に従って、選択されたレンジ内の複数の移動局のうちの１つを選択する。そして、基地局は、上記ｎ）に従って、選択された移動局により要求されたデータを当該移動局へ送信する。
【０１２４】
基地局は、当該選択された移動局への送信を考慮して、ＲnR（ｔ）とＴnR（ｔ）の値を更新し、次の繰り返しを開始する。そして、再びシステムレベルのスケジューリングアルゴリズムを適用し、更新されたＲnR（ｔ）とＴnR（ｔ）の値を用いて、複数のパフォーマンスレンジのうちの１つを選択する。
【０１２５】
このように、動作の好ましい形態は、２つのスケジューリングの手順を含み、システムレベルのスケジューリングの手順がパフォーマンスレンジを選択するために用いられ、さらなるスケジューリングプロシジャが当該パフォーマンスレンジ内から１つの移動局を選択するために用いられる。
【０１２６】
ＲnR（ｔ）とＴnR（ｔ）の値が定まるまで、初期スケジューリング及び送信スケジューリングを用いることは、既知の送信スケジューリングの手順と比較して送信開始時に遅延がないことを意味する。
【０１２７】
好ましい実施形態のシステムの変形では、さらにＭＡＣオーバーヘッドを低減するために、レンジ表示のデフォルトスカラーとも呼ばれる閾値分離値が与えられて、閾値の各ペアの閾値間の区切りを表す。レンジ表示のデフォルトスカラーは、各移動局により、ネットワークへ初期エントリーする際に認識される。基地局は、当該基地局が動作するネットワーク内の移動局へ１つの閾値のみをブロードキャストする必要がある。すると移動局は、受信した閾値とレンジ表示のデフォルトスカラーとに基づき、他の全ての閾値を計算することができる。
【０１２８】
繰り返しスケジューリング
好ましい実施形態の他の変形は、ｅ）のシステムレベルのスケジューリングは修正され、さらに、目標のサービスの品質またはネットワークパフォーマンスレベルに基づく繰り返しスケジューリングを含む。目標のサービスの品質またはネットワークパフォーマンスレベルはオペレータにより選択されることがあり、例えば、ネットワークの特性または提供されるサービスに関連することがあれば、ある環境においてはビジネスモデルの利益目標に関連することがある。
【０１２９】
好ましい実施形態の変形に係る繰り返しスケジューリングは、次に示すものを含む。
【０１３０】
ｉ）ｄ）で設定されたパフォーマンスレンジに基づき、目標のネットワークパフォーマンスレベルが決定される。
【０１３１】
ii)２つのパフォーマンスグループが設定される。
【０１３２】
・目標のネットワークパフォーマンスレベルより高いパフォーマンスレンジからなる高パフォーマンスグループ
・目標のネットワークパフォーマンスレベルより低いパフォーマンスレンジからなる低パフォーマンスグループ
iii)システム動作の開始時に、基地局は、その開始点として、パフォーマンスレンジの集合から１つのレンジをランダムに選択する。
【０１３３】
iv)選択されたレンジを該開始点における平均システムパフォーマンスを表すものとみなす。
【０１３４】
v)平均システムパフォーマンスが目標のネットワークパフォーマンスより高い場合、基地局は、低パフォーマンスグループから１つのパフォーマンスレンジを選択する。パフォーマンスレンジは、前節で述べたシステムレベルのスケジューリングプロシジャを用いて、低パフォーマンスグループ中のパフォーマンスレンジのなから選択されることがある。一例において、基地局により選択されるパフォーマンスレンジは、低パフォーマンスグループのなかでネットワークアクセスの割合が最も低いパフォーマンスレンジである。割合が等しいパフォーマンスレンジが複数ある場合には、システムはランダムに１つを選択する。
【０１３５】
vi)平均システムパフォーマンスが目標のネットワークパフォーマンスよりも低い場合、基地局は、高パフォーマンスグループから１つのパフォーマンスレンジを選択する。パフォーマンスレンジは、前節で述べたシステムレベルのスケジューリングプロシジャを用いて、高パフォーマンスグループ中のパフォーマンスレンジのなから選択されることがある。一例において、基地局により選択されるパフォーマンスレンジは、高パフォーマンスグループのなかでネットワークアクセスの割合が最も低いパフォーマンスレンジである。割合が等しいパフォーマンスレンジが複数ある場合には、システムはランダムに１つを選択する。
【０１３６】
vii)基地局は、選択されたパフォーマンスレンジから、例えば、ステップｍ）のマルチユーザスケジューリングプロシジャを用いて、複数の移動局のうちの１つを選択する。
【０１３７】
viii)基地局は、複数のパフォーマンスレンジのネットワークアクセスの割合と、平均システムパフォーマンスを更新する。ネットワークアクセスの割合は、要求に応じてネットワーク経費に応じて重み付けできる。
【０１３８】
ix)プロセスv)からviii)を繰り返す。
【０１３９】
繰り返しスケジューリングプロシジャは、目標のサービスの品質にすばやく収束することができ、同時に、図７から図１０に示したように、異なるサービスの品質、スループットグループまたはレンジに属する複数の移動局に対し公平なスケジューリングを達成する。
【０１４０】
図７は、７つの異なるスループットグループ又はレンジを用いて、システムの目標スループットに基づき、例えば繰り返しスケジューリングの手順の繰り返し回数の関数として達成されたスループットを示している。ここには、一事例の初期スループットが１．６Ｍｂｐｓ及び他の事例の初期スループットが６．６Ｍｂｐｓから、目標のスループット４Ｍｂｐｓへとすばやく収束することを示している。図８は、図７の例の異なるスループットグループまたはレンジのそれぞれについて、ネットワークアテンション（network attention）の確率を示している。図７及び図８から、目標スループットへの高速な収束とともに、異なるグループの全てが、ネットワーク及びサービスに公平にアクセスしていることがわかる。
【０１４１】
必要に応じて、異なるグループまたはレンジが所望の比率で異なるレベルのアテンションを受信できるようにするために、異なるグループまたはサービスに異なる重み付けを行うことは容易である。図９は、図７及び図８の例を修正した７つのグループ又はレンジに対する、重み付けベクトルを用いた重み付けをグラフを用いて示している。図１０は、１．６Ｍｂｐｓ及び６．６Ｍｂｐｓの両方の初期スループットについて、繰り返しスケジューリングの手順を用いて、７つのグループまたはレンジのそれぞれにより達成されたネットワークアテンションの確率を示している。図１０から、異なるグループまたはレンジに与えられたアテンションの相対的なレベルは、図９に示した重み付けによく一致することがわかる。
【０１４２】
アンテナゲイン
好ましい実施形態において、用いられる閾値の集合は、動作の好ましい形態のｃ）及びｄ）に述べたように、送信電力、レンジ及びスケジューリングに基づく。アンテナゲイン計算に基づく送信電力の制御は、特に、好ましい実施形態のランダムビームフォーミング動作に関して、ここでさらに検討する。
【０１４３】
アンテナゲイン（ｄＢｉ）は通常通信において、入力デバイスと出力デバイスとの間の電力の利得（gain）または損失（loss）を表すために用いられ、半波長ダイポールｄＢまたは等方性ソースｄＢｉに対する信号電力の増加の比として表される。
【０１４４】
Antenna Theory − Analysis and Design  （C.A.Balanis, John Wiley & Sons, Inc. 1982）や、Optimum Array Processing  （H.L.V.Trees, Wiley Interscience, 2002）のように、アンテナゲインを計算する方法はいくつかある。
【０１４５】
アンテナゲインは、エリアの範囲を意図することにより決定される。ある波長でのゲインは、アンテナのサイズを適切に選択することにより達成される。ゲインは、また、半値幅の観点からも表現できる。適切なアンテナゲインを決定することは重要である。
【０１４６】
ランダムビームフォーミングプロセスは、基地局でランダムビームを形成する。ランダムビームフォーミングプロセスは、時間とともにビームをランダムに変化させる。ビームが変化すれば、実効送信電力と、従ってセル範囲が変化する。アンテナのゲインは、アンテナの効率とその指向性能力を考慮する測定値である指向性に非常に関連する。従って、アンテナの指向性特性を表し、これアンテナパターンにより定義される。
【０１４７】
アンテナの（任意の方向における）絶対ゲインは、アンテナにより受信／送信された電力が等方的に放射されている場合に得られる放射強度に対する、任意の方向における強度の比として定義される。等方的に放射される電力に対応する放射強度は、４πで分割されたアンテナにより受け取られる電力に等しく、また数学的に、
【数６】
2009153129.tif 000008
【０１４８】
と表すことができる。ここで、Ｕ（θ、φ）は放射強度を表し、Ｐは入力電力を表す。
【０１４９】
方向が提示されていないとき、電力ゲインは最大放射の方向を考慮する。アンテナ放射効率ｅcdの定義を用いると、総放射電力（Ｐrad）は、
【数７】
2009153129.tif 000009
【０１５０】
と、総入力電力（Ｐin）に関連する。
【０１５１】
効率は、インピーダンス不整合（反射損）と偏光不整合（損）から生ずる損失を含むことに注意すべきである。いかなる偏光不整合も通常、基地局により制御される。従って、式（４）は、次のように書き換えることができる。
【数８】
2009153129.tif 000010
【０１５２】
ランダムビームフォーミングにより生成される典型的なビームパターンは、一例として図５に示されている。ビームのアンテナゲインは上述したようにして得られる。
【０１５３】
ビームパターンとゲインは、例えば１週間または数週間の間に得られた前回のシステムパフォーマンス及びサービスの品質の配分に基づき、基地局により、システムパフォーマンスの確率とサービスの品質の配分を予測するために用いられる。
【０１５４】
動作の一形態において、定期的に、例えば１フレーム毎に、異なるランダムビームパターンが生成され、この場合、ビームパターン生成の度にアンテナゲインが測定または計算される。アンテナのゲインに基づき、ランダムビームから放射される電力は推定または測定され、そして制御される。
【０１５５】
電力制御を考慮する際に、２つの異なる場合がある。１つ目は、何ら特別の電力制御が適用されていない従来のランダムビームフォーミングで定義されているように、ランダムビームフォーミングにより生成されるビームのゲインに従って、エリアは変化する。従って、移動局において、適切な閾値を設定するために、ビームのゲインから受信電力を推定することができる。
【０１５６】
しかし、多くの実際のアプリケーション／システムにおいて、点状源から放射される球面波のように、信号が全方向に等しく放射されることを前提とした場合、受信機へ送信された見かけの電力である実効等方放射電力（ＥＩＲＰ：Effective Isotropic Radiated Power）に従って、送信が実行される。ＥＩＲＰ制限は、主に基地局のセルラー操作のためのものである。従って、この対応する電力は、
【数９】
2009153129.tif 000011
【０１５７】
と与えられる。ここで、Ｇtはランダムビームのゲインであり、Ｐtは送信電力である。よって、ランダムビームフォーミングのために送信電力が
【数１０】
2009153129.tif 000012
【０１５８】
により制御される。
【０１５９】
結果として、エリアの範囲は、ビームパターンと送信電力に従って変化する。これは、基地局における複数の閾値の設定を容易にし、該基地局がサービスを与える全ての移動局により認識される。
【０１６０】
本発明は、上述したように、単に例によって説明してきたが、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその詳細を変形できることは明らかであろう。
【０１６１】
実施形態の説明、（適切な）請求項、及び図面に開示された各特徴は、それ単独で、または適切に組み合わせて提供され得る。
【図１】
2009153129.tif 000013
【図２ａ】
2009153129.tif 000014
【図２ｂ】
2009153129.tif 000015
【図３】
2009153129.tif 000016
【図４】
2009153129.tif 000017
【図５】
2009153129.tif 000018
【図６】
2009153129.tif 000019
【図７】
2009153129.tif 000020
【図８】
2009153129.tif 000021
【図９】
2009153129.tif 000022
【図１０】
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【外国語明細書】
2009153129000001.pdf