(57)【要約】【課題】  中継局を備えた無線通信システムにおいて、システム全体のトータルスループットを向上させるための送受信スケジューリングを行うことができ、また無線通信の時々刻々と変動する伝搬路環境においてスケジューリングに要する計算時間を短縮する。【解決手段】  基地局、中継局、複数の無線端末局によって構成され、基地局および中継局は時分割複信によって送受信を切り替え、無線フレームを基地局または中継局が無線端末局と通信を行うアクセス区間と、基地局と中継局が中継のための通信を行う中継区間とに時分割し、直交周波数分割多元接続によって無線フレームの周波数を複数のサブチャネルに分割して通信を行う無線通信システムにおいて、中継区間のサブチャネルのうち、基地局と中継局間の通信で伝送効率が低いサブチャネルを基地局と無線端末局間の通信に割り当てる構成である。【選択図】        図１
2009206790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局、中継局、複数の無線端末局によって構成され、基地局および中継局は時分割複信によって送受信を切り替え、無線フレームを基地局または中継局が無線端末局と通信を行うアクセス区間と、基地局と中継局が中継のための通信を行う中継区間とに時分割し、直交周波数分割多元接続によって無線フレームの周波数を複数のサブチャネルに分割して通信を行う無線通信システムにおいて、
前記中継区間のサブチャネルのうち、前記基地局と前記中継局間の通信で伝送効率が低いサブチャネルを前記基地局と前記無線端末局間の通信に割り当てる構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記無線端末局は、前記基地局と通信を行う少なくとも１つの基地局グループと、前記中継局と通信を行う少なくとも１つの中継局グループとにグループ化され、
前記アクセス区間で、前記中継局からの干渉が少ない基地局グループと前記基地局からの干渉が少ない中継局グループが、同一時間かつ同一のサブチャネルを利用する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、
前記無線端末局をグループ化するグループ化手段と、
前記中継区間の時間長、中継に用いるサブチャネル数および前記各基地局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する第１の手段と、
前記中継に用いるサブチャネルの配置を決定する第２の手段と、
前記各基地局グループの無線端末局に割り当てるサブチャネル数およびその配置を決定する第３の手段と
を備え、
前記中継器は、
前記無線端末局をグループ化するグループ化手段と、
前記基地局で決定した情報を基に前記各中継局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する第４の手段と、
前記各中継局グループの無線端末局に割り当てるサブチャネル数およびその配置を決定する第５の手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局および前記中継局のグループ化手段は、前記基地局と前記中継局が異なるサブチャネルを用いて通信を行う場合の各無線端末局におけるＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）の値と、前記基地局と前記中継局が共通のサブチャネルを用いて通信を行う場合の各無線端末局におけるＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）の値を用い、前記基地局グループの無線端末局をそのＣＩＮＲが閾値以上となる基地局グループＡと、閾値未満となる基地局グループＢにグループ化し、前記中継局グループの無線端末局をそのＣＩＮＲが閾値以上となる中継局グループＡと、閾値未満となる中継局グループＢにグループ化する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局グループＡは、前記基地局が前記中継局と同一時間かつ同一サブチャネルを用いて通信するグループとし、
前記基地局グループＢは、前記基地局が前記中継局と異なる時間かつ異なるサブチャネルを用いて通信するグループとし、
前記中継局グループＡは、前記中継局が前記基地局と同一時間かつ同一サブチャネルを用いて通信するグループとし、
前記中継局グループＢは、前記中継局が前記基地局と異なる時間かつ異なるサブチャネルを用いて通信するグループとする
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
前記第１の手段は、前記各無線端末局における平均スループットの逆数のグループごとの総和と前記基地局と前記中継局間における平均スループットを用いて、前記基地局と前記中継局間と、前記中継局と前記各中継局間とで通信可能なデータ量が等しくなるように、前記中継区間の時間長、中継に用いるサブチャネル数および前記各基地局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
前記第２の手段は、前記中継区間で、各サブチャネルに対して最も伝送効率の高い無線端末局または中継局に当該サブチャネルを割り当て、その後に中継に用いるサブチャネル数を前記第１の手段で設定したサブチャネル数に調整する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
前記第３の手段は、前記各無線端末局における平均スループットに反比例するように前記各基地局グループのサブチャネルを分配して、予め前記各無線端末局に割当てるサブチャネル数を設定し、サブチャネルごとに最もスループットが高くなる無線端末局を算出し、当該無線端末局に割り当て、その後に前記各無線端末局に割り当てたサブチャネル数を予め設定したサブチャネル数に調整する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
前記第５の手段は、前記各無線端末局における平均スループットに反比例するように前記各中継局グループのサブチャネルを分配して、予め前記各無線端末局に割り当てるサブチャネル数を設定し、サブチャネルごとに最もスループットが高くなる無線端末局を算出し、当該無線端末局に割り当て、その後に前記各無線端末局に割り当てたサブチャネル数を予め設定したサブチャネル数に調整する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。                                            
【請求項１０】
請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局または前記中継局における前記各手段をそれぞれ異なる周期で実行する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。                                            
【請求項１１】
基地局、中継局、複数の無線端末局によって構成され、基地局および中継局は時分割複信によって送受信を切り替え、無線フレームを基地局または中継局が無線端末局と通信を行うアクセス区間と、基地局と中継局が中継のための通信を行う中継区間とに時分割し、直交周波数分割多元接続によって無線フレームの周波数を複数のサブチャネルに分割して通信を行う無線通信システムのスケジューリング方法において、
前記中継区間のサブチャネルのうち、前記基地局と前記中継局間の通信で伝送効率が低いサブチャネルを前記基地局と前記無線端末局間の通信に割り当てる
ことを特徴とするスケジューリング方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のスケジューリング方法において、
前記基地局は、
前記無線端末局を前記基地局と通信を行う少なくとも１つの基地局グループと、前記中継局と通信を行う少なくとも１つの中継局グループとにグループ化するグループ化ステップと、
前記中継区間の時間長、中継に用いるサブチャネル数および前記各基地局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する第１のステップと、
前記中継に用いるサブチャネルの配置を決定する第２のステップと、
前記各基地局グループの無線端末局に割り当てるサブチャネル数およびその配置を決定する第３のステップと
を有し、
前記中継器は、
前記無線端末局を前記基地局と通信を行う少なくとも１つの基地局グループと、前記中継局と通信を行う少なくとも１つの中継局グループとにグループ化するグループ化ステップと、
前記基地局で決定した情報を基に前記各中継局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する第４のステップと、
前記各中継局グループの無線端末局に割り当てるサブチャネル数およびその配置を決定する第５のステップと
を有し、前記アクセス区間で、前記中継局からの干渉が少ない基地局グループと前記基地局からの干渉が少ない中継局グループが、同一時間かつ同一のサブチャネルを利用することを特徴とするスケジューリング方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のスケジューリング方法において、
前記第１の手段は、前記各無線端末局における平均スループットの逆数のグループごとの総和と前記基地局と前記中継局間における平均スループットを用いて、前記基地局と前記中継局間と、前記中継局と前記各中継局間とで通信可能なデータ量が等しくなるように、前記中継区間の時間長、中継に用いるサブチャネル数および前記各基地局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する
ことを特徴とするスケジューリング方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載のスケジューリング方法において、
前記第２の手段は、前記中継区間で、各サブチャネルに対して最も伝送効率の高い無線端末局または中継局に当該サブチャネルを割り当て、その後に中継に用いるサブチャネル数を前記第１の手段で設定したサブチャネル数に調整する
ことを特徴とするスケジューリング方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のスケジューリング方法において、
前記第２の手段は、前記中継区間で、サブチャネルごとに、当該サブチャネルの伝送効率の平均伝送効率に対する比率が最も高い無線端末局または中継局を算出し、当該サブチャネルを割り当て、その後に中継に用いるサブチャネル数を制御第１の手段で設定したサブチャネル数に調整する
ことを特徴とするスケジューリング方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載のスケジューリング方法において、
前記第３の手段は、前記各無線端末局における平均スループットに反比例するように前記各基地局グループのサブチャネルを分配して、予め前記各無線端末局に割当てるサブチャネル数を設定し、サブチャネルごとに最もスループットが高くなる無線端末局を算出し、当該無線端末局に割り当て、その後に前記各無線端末局に割り当てたサブチャネル数を予め設定したサブチャネル数に調整する
ことを特徴とするスケジューリング方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載のスケジューリング方法において、
前記第３の手段は、サブチャネルごとに、当該サブチャネルの伝送効率の平均伝送効率に対する比率が最も高い前記基地局グループの無線端末局を算出し、当該サブチャネルを割り当て、その後に前記各無線端末局に割り当てたサブチャネル数の前記グループごとの総和を前記第１の手段で設定した各グループのサブチャネル数に調整する
ことを特徴とするスケジューリング方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載のスケジューリング方法において、
前記第５の手段は、前記各無線端末局における平均スループットに反比例するように前記各中継局グループのサブチャネルを分配して、予め前記各無線端末局に割り当てるサブチャネル数を設定し、サブチャネルごとに最もスループットが高くなる無線端末局を算出し、当該無線端末局に割り当て、その後に前記各無線端末局に割り当てたサブチャネル数を予め設定したサブチャネル数に調整する
ことを特徴とするスケジューリング方法。                                        
【請求項１９】
請求項１２に記載のスケジューリング方法において、
前記第５の手段は、サブチャネルごとに、当該サブチャネルの伝送効率の平均伝送効率に対する比率が最も高い前記中継局グループの無線端末局を算出し、当該サブチャネルを割り当て、その後に前記各無線端末局に割り当てたサブチャネル数の前記グループごとの総和を前記第１の手段で設定した各グループのサブチャネル数に調整する
ことを特徴とするスケジューリング方法。
【請求項２０】
請求項１２に記載のスケジューリング方法において、
前記基地局または前記中継局における各ステップをそれぞれ異なる周期で実行する
ことを特徴とするスケジューリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中継局を備えた無線通信システムにおいて、システム全体のトータルスループットを向上させる送受信スケジューリングを行う無線通信システムおよびスケジュール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
IEEE802.16で規格化されているIEEE802.16e-2005規格の通信方式（いわゆるモバイルＷｉＭＡＸ(Worldwide interoperability for microwave access) ）では、アクセス方式としてＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続) が採用されている（非特許文献１）。ＯＦＤＭＡでは、複数のユーザで直交多重したサブキャリアを共有することが可能であり、基地局（以下ＢＳ）が各ユーザに伝送効率のよいサブキャリアを割り当てることにより周波数利用効率の改善が期待できる。
【０００３】
また、IEEE802.16TGj では、IEEE802.16e-2005規格に中継局（以下ＲＳ）を適用させるための拡張作業が行われている（非特許文献２）。ＲＳを用いることにより、建物などの電波遮蔽による通信品質が劣化するエリアの補完や、サービスエリアの拡張が期待できる。検討されている中継方式は、同一チャネルでの中継を実現するために、同一の周波数帯域をアクセス回線と中継回線で時分割多重する方式である。
【０００４】
IEEE802.16TGj で示される時分割で中継を実現するフレーム構成の一例を図１８に示す。ＢＳとＲＳは１つのフレームを時分割複信によって、ダウンリンク（以下ＤＬ）サブフレームとアップリンク（以下ＵＬ）サブフレームに分割し、さらに各サブフレームをアクセス区間と中継区間に再分割する。アクセス区間は、ＢＳおよびＲＳが共に無線端末局（以下ＳＳ）と通信する区間であり、このときＢＳおよびＲＳとＳＳとの通信が相互に干渉となる場合には、ＢＳおよびＲＳは使用するリソース（周波数と時間）を分割する。ＤＬサブフレームにおける中継区間は、ＢＳが中継データを送信し、ＲＳがその中継データを受信する区間である。ＵＬサブフレームにおける中継区間は、ＲＳが中継データを送信し、ＢＳがその中継データを受信する区間である。また、ＤＬサブフレームにおいて、アクセス区間とＢＳの中継区間の先頭で、各ＳＳやＲＳと同期をとるためのプリアンブルや、通信に割り当てるサブチャネルや時間を通知するスケジュール情報などの制御信号を送信する。
【非特許文献１】IEEE standard for Local and metropolitan area networks, Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, Amendment 2 and Corrigendum 1, 8.4.4.2 PMP frame structure, 2006
【非特許文献２】IEEE Draft standard for Local and metropolitan area networks, Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, Multihop Relay Specification, 8.4.4.7 Frame structure of MR-BS and RS, 2007
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１８で示される時分割で中継を実現する方式では、各サブフレームに中継用のリソースを設定するためにアクセス用のリソースが抑圧される。そのため、ＰＭＰ(Point-to-Multipoint) で構成されるシステムと比較してシステム全体のトータルスループットが低くなる問題があり、トータルスループットを改善するために無線フレームの時間・周波数を効率的に利用する必要がある。
【０００６】
また、中継区間長も重要なパラメータとなる。中継区間が長く、ＲＳがアクセス区間で複数のＳＳに送信可能なデータ量が、ＢＳが中継区間でＲＳへ送信可能なデータ量より小さい場合には、ＲＳにおいてデータの輻輳が生じ、スループットの低下や通信品質の劣化につながる。一方、中継区間が短く、ＲＳがアクセス区間で複数のＳＳに送信可能なデータ量が、ＢＳが中継区間でＲＳへ送信可能なデータ量より大きい場合であっても、中継回線がボトルネックとなり、ＲＳは十分な通信速度を提供することができない。
【０００７】
さらに、中継区間の設定は、ＢＳと直接通信するＳＳと、ＲＳを介して通信するＳＳとのスループットの公平性についても影響を与える。例えば、ＲＳを介して通信するＳＳが多い場合、ＲＳから各ＳＳに割り当てることができるサブキャリア数や時間は少なくなるので、ＢＳと直接通信するＳＳのスループットに比べてＲＳを介して通信するＳＳスループットが低下する。
【０００８】
本発明は、中継局を備えた無線通信システムにおいて、システム全体のトータルスループットを向上させるための送受信スケジューリングを行うことができ、また無線通信の時々刻々と変動する伝搬路環境においてスケジューリングに要する計算時間を短縮可能な無線通信システムおよびスケジュール方法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】
【０００９】
第１の発明は、基地局、中継局、複数の無線端末局によって構成され、基地局および中継局は時分割複信によって送受信を切り替え、無線フレームを基地局または中継局が無線端末局と通信を行うアクセス区間と、基地局と中継局が中継のための通信を行う中継区間とに時分割し、直交周波数分割多元接続によって無線フレームの周波数を複数のサブチャネルに分割して通信を行う無線通信システムにおいて、中継区間のサブチャネルのうち、基地局と中継局間の通信で伝送効率が低いサブチャネルを基地局と無線端末局間の通信に割り当てる構成である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明の無線通信システムにおいて、無線端末局は、基地局と通信を行う少なくとも１つの基地局グループと、中継局と通信を行う少なくとも１つの中継局グループとにグループ化され、アクセス区間で、中継局からの干渉が少ない基地局グループと基地局からの干渉が少ない中継局グループが、同一時間かつ同一のサブチャネルを利用する構成である。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明の無線通信システムにおいて、基地局は、無線端末局をグループ化するグループ化手段と、中継区間の時間長、中継に用いるサブチャネル数および各基地局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する第１の手段と、中継に用いるサブチャネルの配置を決定する第２の手段と、各基地局グループの無線端末局に割り当てるサブチャネル数およびその配置を決定する第３の手段とを備え、中継器は、無線端末局をグループ化するグループ化手段と、基地局で決定した情報を基に各中継局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する第４の手段と、各中継局グループの無線端末局に割り当てるサブチャネル数およびその配置を決定する第５の手段とを備える。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明の無線通信システムにおいて、基地局および中継局のグループ化手段は、基地局と中継局が異なるサブチャネルを用いて通信を行う場合の各無線端末局におけるＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）の値と、基地局と中継局が共通のサブチャネルを用いて通信を行う場合の各無線端末局におけるＣＩＮＲ（搬送波電力対雑音＋干渉電力比）の値を用い、基地局グループの無線端末局をそのＣＩＮＲが閾値以上となる基地局グループＡと、閾値未満となる基地局グループＢにグループ化し、中継局グループの無線端末局をそのＣＩＮＲが閾値以上となる中継局グループＡと、閾値未満となる中継局グループＢにグループ化する構成である。
【００１３】
第４の発明の無線通信システムにおいて、基地局グループＡは、基地局が中継局と同一時間かつ同一サブチャネルを用いて通信するグループとし、基地局グループＢは、基地局が中継局と異なる時間かつ異なるサブチャネルを用いて通信するグループとし、中継局グループＡは、中継局が基地局と同一時間かつ同一サブチャネルを用いて通信するグループとし、中継局グループＢは、中継局が基地局と異なる時間かつ異なるサブチャネルを用いて通信するグループとする。
【００１４】
また、第３の発明の無線通信システムにおいて、第１の手段は、各無線端末局における平均スループットの逆数のグループごとの総和と基地局と中継局間における平均スループットを用いて、基地局と中継局間と、中継局と各中継局間とで通信可能なデータ量が等しくなるように、中継区間の時間長、中継に用いるサブチャネル数および各基地局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する構成である。
【００１５】
また、第３の発明の無線通信システムにおいて、第２の手段は、中継区間で、各サブチャネルに対して最も伝送効率の高い無線端末局または中継局に当該サブチャネルを割り当て、その後に中継に用いるサブチャネル数を第１の手段で設定したサブチャネル数に調整する構成である。
【００１６】
また、第３の発明の無線通信システムにおいて、第３の手段は、各無線端末局における平均スループットに反比例するように各基地局グループのサブチャネルを分配して、予め各無線端末局に割当てるサブチャネル数を設定し、サブチャネルごとに最もスループットが高くなる無線端末局を算出し、当該無線端末局に割り当て、その後に各無線端末局に割り当てたサブチャネル数を予め設定したサブチャネル数に調整する構成である。
【００１７】
また、第３の発明の無線通信システムにおいて、第５の手段は、各無線端末局における平均スループットに反比例するように各中継局グループのサブチャネルを分配して、予め各無線端末局に割り当てるサブチャネル数を設定し、サブチャネルごとに最もスループットが高くなる無線端末局を算出し、当該無線端末局に割り当て、その後に各無線端末局に割り当てたサブチャネル数を予め設定したサブチャネル数に調整する構成である。
【００１８】
また、第３の発明の無線通信システムにおいて、基地局または中継局における各手段をそれぞれ異なる周期で実行する構成である。
【００１９】
第５の発明は、基地局、中継局、複数の無線端末局によって構成され、基地局および中継局は時分割複信によって送受信を切り替え、無線フレームを基地局または中継局が無線端末局と通信を行うアクセス区間と、基地局と中継局が中継のための通信を行う中継区間とに時分割し、直交周波数分割多元接続によって無線フレームの周波数を複数のサブチャネルに分割して通信を行う無線通信システムのスケジューリング方法において、中継区間のサブチャネルのうち、基地局と中継局間の通信で伝送効率が低いサブチャネルを基地局と無線端末局間の通信に割り当てる。
【００２０】
第６の発明は、第５の発明のスケジューリング方法において、基地局は、無線端末局を基地局と通信を行う少なくとも１つの基地局グループと、中継局と通信を行う少なくとも１つの中継局グループとにグループ化するグループ化ステップと、中継区間の時間長、中継に用いるサブチャネル数および各基地局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する第１のステップと、中継に用いるサブチャネルの配置を決定する第２のステップと、各基地局グループの無線端末局に割り当てるサブチャネル数およびその配置を決定する第３のステップとを有し、中継器は、無線端末局を基地局と通信を行う少なくとも１つの基地局グループと、中継局と通信を行う少なくとも１つの中継局グループとにグループ化するグループ化ステップと、基地局で決定した情報を基に各中継局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する第４のステップと、各中継局グループの無線端末局に割り当てるサブチャネル数およびその配置を決定する第５のステップとを有し、アクセス区間で、中継局からの干渉が少ない基地局グループと基地局からの干渉が少ない中継局グループが、同一時間かつ同一のサブチャネルを利用する。
【００２１】
第６の発明のスケジューリング方法において、第１の手段は、各無線端末局における平均スループットの逆数のグループごとの総和と基地局と中継局間における平均スループットを用いて、基地局と中継局間と、中継局と各中継局間とで通信可能なデータ量が等しくなるように、中継区間の時間長、中継に用いるサブチャネル数および各基地局グループに割り当てるサブチャネル数を決定する。
【００２２】
第６の発明のスケジューリング方法において、第２の手段は、中継区間で、各サブチャネルに対して最も伝送効率の高い無線端末局または中継局に当該サブチャネルを割り当て、その後に中継に用いるサブチャネル数を第１の手段で設定したサブチャネル数に調整する。
【００２３】
または、第２の手段は、中継区間で、サブチャネルごとに、当該サブチャネルの伝送効率の平均伝送効率に対する比率が最も高い無線端末局または中継局を算出し、当該サブチャネルを割り当て、その後に中継に用いるサブチャネル数を制御第１の手段で設定したサブチャネル数に調整する。
【００２４】
第６の発明のスケジューリング方法において、第３の手段は、各無線端末局における平均スループットに反比例するように各基地局グループのサブチャネルを分配して、予め各無線端末局に割当てるサブチャネル数を設定し、サブチャネルごとに最もスループットが高くなる無線端末局を算出し、当該無線端末局に割り当て、その後に各無線端末局に割り当てたサブチャネル数を予め設定したサブチャネル数に調整する。
【００２５】
または、第３の手段は、サブチャネルごとに、当該サブチャネルの伝送効率の平均伝送効率に対する比率が最も高い基地局グループの無線端末局を算出し、当該サブチャネルを割り当て、その後に各無線端末局に割り当てたサブチャネル数のグループごとの総和を第１の手段で設定した各グループのサブチャネル数に調整する。
【００２６】
第６の発明のスケジューリング方法において、第５の手段は、各無線端末局における平均スループットに反比例するように各中継局グループのサブチャネルを分配して、予め各無線端末局に割り当てるサブチャネル数を設定し、サブチャネルごとに最もスループットが高くなる無線端末局を算出し、当該無線端末局に割り当て、その後に各無線端末局に割り当てたサブチャネル数を予め設定したサブチャネル数に調整する。
【００２７】
または、第５の手段は、サブチャネルごとに、当該サブチャネルの伝送効率の平均伝送効率に対する比率が最も高い中継局グループの無線端末局を算出し、当該サブチャネルを割り当て、その後に各無線端末局に割り当てたサブチャネル数のグループごとの総和を第１の手段で設定した各グループのサブチャネル数に調整する。
【００２８】
第６の発明のスケジューリング方法において、基地局または中継局における各ステップをそれぞれ異なる周期で実行する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、ＢＳとＲＳがＳＳに対する干渉を回避しながら同一時間かつ同一サブチャネルを用い、中継に使用するサブチャネル数と時間を適切に設定することにより、各ＳＳとＲＳを含めてサブチャネルを最適に分配することができ、周波数の利用効率を向上させることができる。
【００３０】
また、各グループまたはＳＳに対して割り当てるサブチャネル数を適切に設定することにより、各ＳＳのスループットの公平性を確保することができる。
【００３１】
さらに、ＳＳをグループ化する処理と、中継に用いる時間とサブチャネル数、各グループに割り当てるサブチャネル数を設定する処理と、中継に用いるサブチャネル配置と各ＳＳへのサブチャネル数およびその配置を設定する処理に異なる実行周期を与え、スケジューリング実行時に一部の処理を省略することにより、スケジューリングに要する計算時間の削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（本発明で適用されるフレーム構成）
図１は、本発明で適用されるフレーム構成を示す。
図１において、ＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームのそれぞれの中継区間において、使用する全サブキャリアを複数（ｎ＋Ｎ）個のサブチャネル（複数のサブキャリアから構成されるサブセット）に分割する。そして、ＢＳ−ＲＳ間で伝送効率が良好なｎ個のサブチャネルをＢＳ−ＲＳ間の通信に割り当て、ＢＳ−ＲＳ間では伝送効率が劣化するがＢＳ−ＳＳ間で伝送効率が劣化しないＮ個のサブチャネルをＢＳ−ＳＳ間のアクセスに使用する。さらに、アクセス区間と中継区間の比率を動的に制御し、ＢＳとＲＳで占有するリソースを固定的に分割せず、ＢＳとＲＳで共用するリソースを動的に設定する構成である。
【００３３】
（無線通信システムの実施形態）
図２は、本発明の無線通信システムの実施形態を示す。
図２において、バックボーンネットワーク１から入力するデータは、ＢＳ１０のデータバッファ部１１に入力する。スケジューラ１２は、フレームをＤＬサブフレームとＵＬサブフレームに分割し、さらに各サブフレームをアクセス区間と中継区間に再分割し、さらに後述するように中継区間を、受信部１７から入力する伝搬路情報を基に時間領域および周波数領域で分割するスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部１１からデータを取り出し、送信データ生成部１３へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューラ１２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレームを作成する。送信部１４は、送信データ生成部１３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信制御されるＴＤＤスイッチ１５を介してアンテナ１６からＲＳ２０およびＢＳ配下のＳＳに送信する。
【００３４】
また、ＢＳ１０のアンテナ１６に受信する無線信号は、ＴＤＤスイッチ１５を介して受信部１７に入力する。受信部１７は、ＵＬサブフレームの無線信号を周波数変換および復調し、復調された受信データをデータバッファ部１１に入力し、さらにバックボーンネットワーク１に出力する。
【００３５】
ＲＳ２０は、アンテナ２６に受信する無線信号をＴＤＤスイッチ２５を介して受信部２７に入力する。受信部２７は、ＤＬサブフレームの中継区間およびＵＬサブフレームのアクセス区間の無線信号を周波数変換および復調する。ＢＳ１０または前ホップのＲＳから送信された制御メッセージはスケジューラ２２に入力され、ＢＳ１０、ＳＳ、前ホップのＲＳ、次ホップのＲＳとの送受信に用いる周波数および時間を把握する。受信部２７で復調されたＤＬサブフレームの中継区間およびＵＬサブフレームのアクセス区間の受信データはデータバッファ部２１に入力される。
【００３６】
ＲＳ２０のスケジューラ２２は、ＢＳ１０から通知されるスケジュール情報と受信部２７から入力する伝搬路情報を基にスケジュール情報を構築する。そして、そのスケジュール情報に従ってデータバッファ部２１からデータを取り出し、送信データ生成部２３へ出力する。送信データ生成部２３は、スケジューラ２２から入力するデータと、スケジュール情報から構成される制御メッセージを用いてフレームを作成する。送信部２４は、送信データ生成部２３で作成されたフレームを変調および周波数変換により無線信号に変換し、スケジュール情報に基づいて送受信制御されるＴＤＤスイッチ２５を介してアンテナ２６からＢＳ１０またはＳＳ（または前ホップのＲＳまたは次ホップのＲＳ）に送信する。
【００３７】
ＳＳは、アンテナ３１を介してＢＳ１０またはＲＳ２０が送信するスケジュール情報を参照し、フレームのアクセス区間において送受信を行う。
【００３８】
（ＢＳ１０の各部の構成例）
図３は、ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例を示す。
図３において、スケジューラ１２は、受信部１７から入力する伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部３１、各ＳＳのＣＮＲの時間変動を記憶するＣＮＲ時間変動記憶部３０、ＳＳを分類した各グループで要求されるリソース量の時間変動を記憶するリソース時間変動記憶部３２、スケジュール情報を構築するスケジュール情報構築部３３から構成される。
【００３９】
図４は、スケジュール情報構築部３３のスケジューリング処理手順を示す。
図４において、スケジュール情報構築部３３は、伝搬路情報記憶部３１を参照してＳＳをグループ化し（Ｓ１）、中継区間の時間長と中継に用いるサブチャネル数および各グループに割り当てるサブチャネル数を設定し（Ｓ２）、中継に用いるサブチャネル配置と、各グループのＳＳへ割り当てるサブチャネル数およびその配置を設定する（Ｓ３）。
【００４０】
（図４のステップＳ１のグループ化処理手順）
図５に示すＢＳ１０、ＲＳ２０、ＳＳｉ（ｉは１〜６の整数）の位置関係を例に、ＳＳｉのグループ化の処理手順について説明する。なお、ＳＳ３およびＳＳ４は、ＢＳ１０またはＲＳ２０からの距離が近い領域Ｚ１内で、一方からの受信電力が大きく、他方からの干渉波が問題にならない所に位置する。ＳＳ２およびＳＳ６は、ＢＳ１０またはＲＳ２０からの電波が建物などによって遮蔽される領域Ｚ２内で、一方からの受信電力のみが得られる所に位置する。ＳＳ１およびＳＳ５は、領域Ｚ１，Ｚ２以外で、ＢＳ１０およびＲＳ２０からの電波が互いに干渉を受ける所に位置する。
【００４１】
ＢＳ１０のスケジューラ１２の伝搬路情報記憶部３１には、図６(1) に示すように、ＢＳ１０と各ＳＳｉ間のサブチャネルｋごとのＣＮＲ（BS CNRi(k)) および平均ＣＮＲ（AVG BS CNRi)と、ＢＳ１０とＲＳ２０間のサブチャネルｋごとのＣＮＲ（CNR RELAY(k)) および平均ＣＮＲ（AVG CNR RELAY)と、ＲＳ２０と各ＳＳｉ間の平均ＣＮＲ（AVG RS CNRi)と、ＢＳ１０と各ＳＳｉ間のサブチャネルｋごとのＣＩＮＲ（BS CINRi(k))および平均ＣＩＮＲ（AVG BS CINRi) と、ＲＳ２０と各ＳＳｉ間の平均ＣＩＮＲ（AVG RS CINRi) と、後述する各平均ＣＩＮＲとＣＩＮＲの閾値の関係により決まる各ＳＳのグループ情報が記憶される。
【００４２】
ＣＮＲ（Carrier-to-Noise Ratio) は、ＢＳとＲＳが使用するリソースを分割したときにＳＳが受信する搬送波電力対雑音電力比の値であり、ＣＩＮＲ（Carrier-to-Interference-plus-Noise Ratio) はＢＳとＲＳが同じリソースを使用したときにＳＳが受信する搬送波電力対雑音＋干渉電力比の値である。
【００４３】
BS CNRi(k)とAVG BS CNRi は、ＢＳ１０が各ＳＳｉの送信信号をアンテナ１６、ＴＤＤスイッチ１５、受信部１７を介して受信して各サブチャネルのＣＮＲi(k)およびその平均ＣＮＲを把握するか、あるいはＢＳ１０が送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳｉが受信し、ＳＳｉが自身の各サブチャネルのＣＮＲi(k)およびその平均ＣＮＲを把握してその結果をＢＳ１０へ通知することにより伝搬路情報記憶部３１に登録される。
【００４４】
AVG RS CNRi は、まずＲＳ２０が各ＳＳｉの送信信号を受信して各サブチャネルのＣＮＲi(k)を把握するか、あるいはＲＳ２０が送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳｉが受信し、ＳＳｉが自身の各サブチャネルのＣＮＲ(k) を把握した後にその結果をＲＳ２０に通知し、ＲＳ２０からその平均ＣＮＲをＢＳ１０へ通知することにより伝搬路情報記憶部３１に登録される。
【００４５】
このとき、ＢＳ１０がＲＳ２０の送信信号を受信することにより、ＢＳ１０−ＲＳ２０間のサブチャネルごとのＣＮＲ（CNR RELAY(k)) および平均ＣＮＲ（AVG CNR RELAY)が把握される。
【００４６】
それぞれのＣＩＮＲ値に関しては、真値で、
BS CINRi(k) ＝BS CNRi(k) /(AVG RS CNRi＋1)
AVG BS CINRi＝AVG BS CNRi/(AVG RS CNRi＋1)
AVG RS CINRi＝AVG RS CNRi/(AVG BS CNRi＋1)
と計算される。
【００４７】
ＢＳ１０のスケジュール情報構築部３３は、伝搬路情報記憶部３１に登録されるこれらのＣＮＲおよびＣＩＮＲの値を参照してＳＳｉをグループ化する。
【００４８】
図７は、ＢＳによるＳＳｉのグループ化処理手順（S1）を示す。ここで、CINRthをＣＩＮＲの任意の閾値とし、例えばＳＳがＱＰＳＫを復調するために必要となる最小ＣＩＮＲの値などを設定する。
【００４９】
ＳＳi は、AVG BS CINRiがCINRth以上であるかまたはAVG RS CINRiがCINRth以上であるか否かを判断し（Ｓ11）、いずれかがCINRth以上であれば、AVG BS CINRiがAVG RS CINRiより大きいか否かを判断する（Ｓ12）。ここで、AVG BS CINRiまたはAVG RS CINRiがCINRth以上であり、かつAVG BS CINRiがAVG RS CINRiより大きい場合（Ｓ11でYes,Ｓ12でYes)は、ＳＳｉをＢＳ１０と通信を行うＡグループ（グループＢＳ−Ａ）に分類する（Ｓ13）。また、AVG BS CINRiまたはAVG RS CINRiがCINRth以上であり、かつAVG BS CINRiがAVG RS CINRiより小さい場合（Ｓ11でYes,Ｓ12でNo) は、ＳＳｉをＲＳ２０と通信を行うＡグループ（グループＲＳ−Ａ）に分類する（Ｓ14）。
【００５０】
AVG BS CINRiおよびAVG RS CINRiがともにCINRth未満であれば（Ｓ11でNo）、AVG BS CNRi がAVG RS CNRi より大きいか否かを判断する（Ｓ15）。ここで、AVG BS CINRiおよびAVG RS CINRiがともにCINRth未満であり、かつAVG BS CNRi がAVG RS CNRi より大きい場合（Ｓ11でNo ,Ｓ15でYes)は、ＳＳｉをＢＳ１０と通信を行うＢグループ（グループＢＳ−Ｂ）に分類する（Ｓ16）。また、AVG BS CINRiおよびAVG RS CINRiがCINRth未満であり、かつAVG BS CNRi がAVG RS CNRi より小さい場合（Ｓ11でNo ,Ｓ15でNo) は、ＳＳｉをＲＳ２０と通信を行うＢグループ（グループＲＳ−Ｂ）に分類する（Ｓ17）。
【００５１】
図５の例では、ＳＳ３はAVG BS CINR3≧CINRthかつAVG RS CINR3＜CINRthとなるので、グループＢＳ−Ａとなる。ＳＳ４はAVG BS CINR4＜CINRthかつAVG RS CINR4≧CINRthとなるので、グループＲＳ−Ａとなる。また、ＳＳ２はＲＳ２０からの干渉がなくAVG BS CINR2≧CINRthかつAVG RS CINR2＝０となるので、グループＢＳ−Ａとなる。ＳＳ６はＢＳ１０からの干渉がなくAVG BS CINR6＝０かつAVG RS CINR6≧CINRthとなるので、グループＲＳ−Ａとなる。また、ＳＳ１はAVG BS CINR1＜CINRthかつAVG RS CINR1＜CINRthとなり、AVG BS CNR1 ＞AVG RS CNR1 となるので、グループＢＳ−Ｂとなる。ＳＳ５はAVG BS CINR5＜CINRthかつAVG RS CINR5＜CINRthとなり、AVG BS CNR5 ＜AVG RS CNR5 となるので、グループＲＳ−Ｂとなる。
【００５２】
（ＳＳｉ、ＢＳ−ＲＳ間の伝送レートを推定）
次に、図６(1) に示すＳＳｉのグループ情報、ＣＮＲ、ＣＩＮＲの値を用いて、ＳＳｉで通信可能な伝送レートを設定する。グループＢＳ−Ａ（ＳＳ２，ＳＳ３）のサブチャネルｋごとの伝送レートBS RATEi(k) と平均伝送レートAVG BS RATEiは、BS CINRi(k) とAVG BS CINRiに応じた値が設定される。グループＢＳ−Ｂ（ＳＳ１）のサブチャネルｋごとの伝送レートBS RATEi(k) と平均伝送レートAVG BS RATEiは、BS CNRi(k)とAVG BS CNRi に応じた値が設定される。グループＲＳ−Ａ（ＳＳ４，ＳＳ５）の平均伝送レートAVG RS RATEiは、AVG RS CINRiに応じた値が設定される。グループＲＳ−Ｂ（ＳＳ６）の平均伝送レートAVG RS RATEiは、AVG BS CNRi に応じた値が設定される。ＢＳ−ＲＳ間のサブチャネルｋごとの伝送レートRATE RELAY(k) と平均伝送レートAVG RATE RELAYは、AVG CNR RELAY に応じた値が設定される。
【００５３】
ＢＳ１０のスケジューラ１２の伝搬路情報記憶部３１には、図６(2) に示すように、ＢＳ１０と各ＳＳｉ間のサブチャネルｋごとの伝送レートBS RATEi(k) および平均伝送レートAVG BS RATEiと、ＲＳ２０と各ＳＳｉ間の平均伝送レートAVG RS RATEiと、ＢＳ−ＲＳ間のサブチャネルｋごとの伝送レートRATE RELAY(k) と平均伝送レートAVG RATE RELAYと、各ＳＳｉのグループ情報が記憶される。
【００５４】
（図４のステップＳ２のサブチャネル数設定処理手順）
図８は、ＤＬサブフレームにおける各ＳＳグループへの割り当て例を示す。
図８において、ｎは中継用に割り当てたサブチャネル数である。ＮBS-A、ＮRS-Aは、グループＢＳ−Ａ，ＲＳ−ＡのＳＳに割り当てたサブチャネル数であり、ＮBS-B、ＮRS-Bは、グループＢＳ−Ｂ，ＲＳ−ＢのＳＳに割り当てたサブチャネル数である。Ｔ１はアクセス区間の時間長でデータ通信に用いるＯＦＤＭＡシンボル数であり、Ｔ２は中継区間の時間長でデータ通信に用いるＯＦＤＭＡシンボル数である。
【００５５】
アクセス区間Ｔ１において、ＮRS-A個のサブチャネルを用いて、ＢＳ１０はグループＢＳ−ＡのＳＳ２，ＳＳ３と、ＲＳ２０はグループＲＳ−ＡのＳＳ４，ＳＳ６と通信する。また、ＮRS-B個のサブチャネルを用いて、ＲＳ２０はグループＲＳ−ＢのＳＳ５と通信する。グループＢＳ−ＡのＳＳ２，ＳＳ３およびグループＲＳ−ＡのＳＳ４，ＳＳ６は、図５および図７で説明したように、ＢＳ１０またはＲＳ２０の一方からの受信電力が大きく他方からの干渉波の影響がないか、他方からの干渉波が遮蔽物などにより遮断されている所に位置しており、ＢＳ１０とＲＳ２０は、同じアクセス区間Ｔ１で同じＮRS-A個のサブチャネルを用いてこれらのＳＳと通信することが可能である。
【００５６】
中継区間Ｔ２において、ＢＳ−ＲＳ間で伝送効率が良好なｎ個のサブチャネルをＢＳ−ＲＳ間の通信に割り当て、ＢＳ−ＲＳ間では伝送効率が劣化するがＢＳ−ＳＳ間で伝送効率が劣化しないＮ個のサブチャネルをＢＳ−ＳＳ間のアクセスに使用する。ＢＳ１０はｎ個のサブチャネルを用いてＲＳ２０と中継通信し、中継区間であってもＮBS-B個のサブチャネルを用いてグループＢＳ−ＢのＳＳ１と通信する。さらに、ＢＳ１０は、ＮBS-A個のサブチャネルを用いてグループＢＳ−ＡのＳＳ２，ＳＳ３と通信してもよい。
【００５７】
なお、ＵＬサブフレームにおける各ＳＳグループへの割り当てについても同様である。また、アクセス区間と中継区間の順序が逆であっても構わない。このアクセス区間Ｔ１と中継区間Ｔ２の時間割合およびサブチャネル数ｎ，ＮBS-A，ＮBS-B，ＮRS-A，ＮRS-Bの各パラメータは、ＳＳｉの各グループに割り当てるリソース量に基づいて設定される。
【００５８】
図９は、各ＳＳｉのスループットの公平性を確保するための各パラメータの設定手順を示す。
【００５９】
まず、各ＳＳｉに同一のスループット（１ビット／１フレーム）を与えるために、各ＳＳｉで必要となるリソースＸ（サブチャネル数×ＯＦＤＭシンボル数）をサブチャネルの平均伝送レートの逆数から計算し、グループごとに和を計算する。それぞれのリソースは、
ＸBS-A＝Σ(1/AVG BS RATEi)    （ｉ∈グループＢＳ−Ａ）
ＸBS-B＝Σ(1/AVG BS RATEi)    （ｉ∈グループＢＳ−Ｂ）
ＸRS-A＝Σ(1/AVG BS RATEi)    （ｉ∈グループＲＳ−Ａ）
ＸRS-B＝Σ(1/AVG BS RATEi)    （ｉ∈グループＲＳ−Ｂ）
と表される。
【００６０】
また、ＢＳ１０からＲＳ２０への中継に要するリソースは、ＲＳ２０が１フレームでグループＲＳ−Ａ，ＲＳ−Ｂと通信するデータ量から計算する。グループＲＳ−ＡのＳＳ数がｍA 、グループＲＳ−ＢのＳＳ数がｍB の場合、各ＳＳｉに同一のスループット（１ビット／１フレーム）を与えるために、ＲＳ２０がアクセス区間で送信するデータ量は（ｍA ＋ｍB ）である。ＢＳ１０−ＲＳ２０間およびＲＳ２０−ＳＳ間の一方がボトルネットとならないためには、ＢＳ１０−ＲＳ２０間の中継で（ｍA ＋ｍB ）のデータ量を送信できる必要十分なリソースを確保する必要がある。そのため、ＢＳ１０がＲＳ２０に中継するために要するリソースＸRELAY は、
ＸRELAY ＝（ｍA＋ｍB)/AVG RATE RELAY
と計算される（Ｓ21）。
【００６１】
続いて、グループＢＳ−Ａに要するリソースＸBS-Aと、グループＲＳ−Ａに要するリソースＸRS-Aを比較する（Ｓ22）。ＸBS-A＞ＸRS-Aの場合、ＢＳ１０からグループＢＳ−Ａの通信に要するリソースは、アクセス区間でＲＳ２０からグループＲＳ−Ａに対する通信に要するサブチャネルだけでは不十分なため、中継区間でもグループＢＳ−Ａへのリソースを確保することが求められる。
【００６２】
次に、アクセス区間で要するリソース合計と中継区間で要するリソース合計の比率から、アクセス区間の時間長Ｔ１と中継区間の時間長Ｔ２の比率を調整する。さらに、アクセス区間に要するリソース合計と、グループＲＳ−ＡとグループＲＳ−Ｂに要するリソースの比率から、それぞれのリソースに割り当てるサブチャネル数を算出し、ＢＳ１０−ＲＳ２０間の中継またはグループＢＳ−ＡとグループＢＳ−Ｂに要するリソースの比率から、ＢＳ１０−ＲＳ２０間の中継または各グループに割り当てるサブチャネル数を算出する。具体的には、グループＢＳ−Ａに要するリソースＸBS-AがグループＲＳ−Ａに要するリソースＸRS-Aより大きい場合（Ｓ22でYes ）、ＲＳ２０がアクセス区間で要するリソースは（ＸRS-A＋ＸRS-B）であり、ＢＳ１０が中継区間で要するリソースは（ＸBS-A−ＸRS-A＋ＸBS-B＋ＸRELAY ) であるため、
Ｔ２／Ｔ１＝（ＸRS-A＋ＸRS-B)/(ＸBS-A＋ＸBS-B−ＸRS-A＋ＸRELAY ) 
ｎRELAY ＝ＮＸRELAY /(ＸBS-A＋ＸBS-B−ＸRS-A＋ＸRELAY ) 
ＮBS-B＝ＮＸBS-B/(ＸBS-A＋ＸBS-B−ＸRS-A＋ＸRELAY ) 
ＮBS-A＝Ｎ(ＸBS-A−ＸRS-A)/(ＸBS-A＋ＸBS-B−ＸRS-A＋ＸRELAY ) 
ＮRS-A＝ＮＸRS-A/(ＸRS-A＋ＸRS-B) 
ＮRS-B＝ＮＸRS-B/(ＸRS-A＋ＸRS-B) 
と計算される（Ｓ23）。
【００６３】
一方、グループＢＳ−Ａに要するリソースＸBS-AがグループＲＳ−Ａに要するリソースＸRS-Aより小さい場合（Ｓ22でNo）、ＲＳ２０がアクセス区間で要するリソースは（ＸRS-A＋ＸRS-B）であり、ＢＳ１０が中継区間で要するリソースは（ＸBS-A＋ＸRELAY ) であるため、
Ｔ２／Ｔ１＝（ＸRS-A＋ＸRS-B)/(ＸBS-B＋ＸRELAY ) 
ｎRELAY ＝ＮＸRELAY /(ＸBS-B＋ＸRELAY ) 
ＮBS-B＝ＮＸBS-B/(ＸBS-B＋ＸRELAY ) 
ＮBS-A＝０
ＮRS-A＝ＮＸRS-A/(ＸRS-A＋ＸRS-B) 
ＮRS-B＝ＮＸRS-B/(ＸRS-A＋ＸRS-B) 
と計算される（Ｓ24）。
【００６４】
ここで、ＮはＢＳ１０が使用できるサブチャネル数の合計を示す。また、Ｔ１とＴ２の値は、制御信号に要するＯＦＤＭシンボル数を除いたフレームあたりのシンボル総数と、Ｔ２／Ｔ１の比率から求める。上記の各計算値は整数値でないので、これらの計算値を整数値に近似し（Ｓ25）、図４のステップＳ２の中継区間の時間長と中継に用いるサブチャネル数および各グループに割り当てるサブチャネル数を設定して処理を終了する。
【００６５】
（図４のステップＳ３のサブチャネル配置処理手順）
図１０は、サブチャネル配置処理手順の第１例を示す。
図１０において、ステップＳ31，Ｓ32は、各ＳＳに割り当てるサブチャネル数を設定する処理である。各ＳＳに割り当てるサブチャネル数は、図４のステップＳ２で設定された各グループに割り当てられたサブチャネル数から分配される。このとき、各ＳＳにグループ内で公平なスループットを与えるために、ステップＳ２でグループに割り当てられたサブチャネル数から、各ＳＳに割り当てるサブチャネル数を、各ＳＳの平均伝送レートに反比例するように分配する（Ｓ31）。
【００６６】
アクセス区間では、ＢＳ１０とグループＢＳ−Ａ、ＲＳ２０とグループＲＳ−Ａの通信は同じサブチャネルを用いるため、グループＢＳ−Ａの各ＳＳｉにアクセス区間で割り当てるサブチャネル数ｎBS-A,T1(i)は、グループＲＳ−Ａに割り当てるサブチャネル数ＮRS-Aから分配される。中継区間でグループＢＳ−Ａの各ＳＳｉに割り当てるサブチャネル数ｎBS-A,T2(i)は、中継区間でグループＢＳ−Ａに割り当てるサブチャネル数ＮBS-Aから分配される。中継区間でグループＢＳ−Ｂの各ＳＳｉに割り当てるサブチャネル数ｎBS-B(i) は、中継区間でグループＢＳ−Ｂに割り当てるサブチャネル数ＮBS-Bから分配される。具体的には、
ｎBS-A,T1(i)＝ＮRS-A/(ＸBS-A・AVG BS RATEi)   （ｉ∈グループＢＳ−Ａ）
ｎBS-A,T2(i)＝ＮBS-A/(ＸBS-A・AVG BS RATEi)   （ｉ∈グループＢＳ−Ａ）
ｎBS-B(i)   ＝ＮBS-B/(ＸBS-B・AVG BS RATEi)   （ｉ∈グループＢＳ−Ｂ）
と計算される。上記の各計算値は整数値でないので、これらの計算値を整数値に近似する（Ｓ32）。
【００６７】
次に、サブチャネルの配置割り当てに入る。まず、アクセス区間でＲＳ２０からグループＲＳ−Ａに割り当てるサブチャネル（サブチャネル数ＮRS-A）を選択する（Ｓ33）。ＢＳは、このサブチャネルを用いてグループＢＳ−ＡのＳＳと通信するので、ＢＳはこのサブチャネルをＢＳとグループＢＳ−Ａとの通信に都合のよいサブチャネルを選択してもよい。例えば、各サブチャネルｋ（１，２，…，Ｎ）のグループＢＳ−Ａの合計値
ΣBS RATEi(k)   （ｉ∈グループＢＳ−Ａ）
を計算し，高いサブチャネルから順にＮRS-A本のサブチャネルを選択してもよい。続いて、アクセス区間において、Ｓ33で選択したサブチャネルから各サブチャネルを、グループＢＳ−ＡのＳＳｉうち，最も伝送効率RATEi(k)のよいＳＳを選択して割り当てる（Ｓ34）。
【００６８】
続いて、Ｓ34によってグループＢＳ−Ａに割当てられたサブチャネル数がＳ31，Ｓ32で設定されたｎBS-A,T1(i)に一致するようにサブチャネル数を調整する（Ｓ35）。例えば、Ｓ34で割り当てられたサブチャネル数がｎBS-A,T1(i)より多いＳＳがある場合には、ｎBS-A,T1(i)より少ないＳＳへと割り当ての見直しが行われ、再割り当てによるアクセス区間のトータルスループットの劣化が最も少ないサブチャネルとＳＳが選択され、再割り当てされる。この再割り当ては、グループＢＳ−ＡのＳＳに割当てられたサブチャネル数が、ｎBS-A,T1(i)に一致するまで繰り返される。
【００６９】
続いて、中継区間において各サブチャネルｋ（１，２，…，Ｎ）を、ＲＳ２０とグループＢＳ−ＡとグループＢＳ−ＢのＳＳのうち、ＢＳ１０から最も伝送効率RATEi(k)のよいＳＳを選択して配置する（Ｓ36）。Ｓ36によってＲＳ２０、グループＢＳ−ＡとグループＢＳ−Ｂの各ＳＳに割り当てられたサブチャネル数が，Ｓ21〜Ｓ25、Ｓ31〜Ｓ32で設定されたｎRELAY 、ｎBS-A,T2(i)、ｎBS-B(i) に一致するようにサブチャネルを調整する（Ｓ37）。例えば、Ｓ36で割り当てられたサブチャネル数がｎRELAY 、ｎBS-A,T2(i)、ｎBS-B(i) より多いＳＳまたはＲＳ２０がある場合には、ｎRELAY 、ｎBS-A,T2(i)、ｎBS-B(i) より少ないＳＳまたはＲＳ２０へと割り当ての見直しが行われ、再割り当てによる中継区間のトータルスループットの劣化が最も少ないサブチャネルとＳＳが選択され、再割り当てされる。この再割り当ては、中継、グループＢＳ−ＡとグループＢＳ−ＢのＳＳに割り当てられたサブチャネル数が、ｎRELAY 、ｎBS-A,T2(i)、ｎBS-B(i) に一致するまで繰り返され、各ＳＳへのサブチャネル割り当てを終了する。
【００７０】
図１１は、サブチャネル配置処理手順の第２例を示す。
ここでは、図１０に示す第１例の処理フローと異なり、各ＳＳに割り当てるサブチャネル数の決定過程（Ｓ31，Ｓ32）を含まない。図１０のステップＳ33〜Ｓ37は各サブチャネルｋ＝（１，２，…，Ｎ）を伝送効率が最もよいＳＳに割り当てる方法であったのに対して、本例は各サブチャネルｋ＝（１，２，…，Ｎ）を平均伝送効率に対するサブチャネルｋの伝送効率の比が最もよいＳＳに割り当てることによって、各ＳＳに割り当てるサブチャネル数の決定過程を省いたものである。まず、アクセス区間でＲＳ２０からグループＲＳ−Ａに割り当てるサブチャネル（サブチャネル数ＮRS-A）を選択する（Ｓ41）。続いて、アクセス区間で、ステップＳ41で割り当てたサブチャネルから、グループＢＳ−ＡのＳＳのうち、ＢＳ１０からの平均伝送効率に対する各サブチャネルｋの伝送効率の比（BS RATEi(k)/AVG BS RATEi）が最もよいＳＳを選択して割り当てる（Ｓ42）。
【００７１】
続いて、中継区間において各サブチャネルｋ＝（１，２，…，Ｎ）を、ＲＳ２０、グループＢＳ−ＡとグループＢＳ−ＢのＳＳのうち、ＢＳ１０からの平均伝送効率に対するサブチャネルｋの伝送効率の比（RATE RELAY(k)/AVG RATE RELAY）、（BS RATEi(k)/AVG BS RATEi）が最もよいＲＳ２０またはＳＳを選択して割り当てる（Ｓ43）。続いて、ステップＳ43によって各ＳＳに割り当てられたサブチャネル数のグループごとの合計が図４のステップＳ２（図９のステップＳ21〜Ｓ25）で設定されたｎRELAY 、ＮBS-A、ＮBS-Bに一致するようにサブチャネルを調整する（Ｓ44）。例えば、ステップＳ44で割り当てられたサブチャネル数がｎRELAY 、ＮBS-A、ＮBS-Bより多いグループがある場合には、ｎRELAY 、ＮBS-A、ＮBS-Bより少ないグループへと割り当ての見直しが行われ、再割当による中継区間のトータルスループットの劣化が最も少ないサブチャネルとＳＳが選択され、再割り当てされる。中継区間で、ＲＳ２０、グループＢＳ−ＡとグループＢＳ−Ｂに割り当てられたサブチャネル数が、ｎRELAY 、ＮBS-A、ＮBS-Bに一致するまで再割り当てが繰り返される。
【００７２】
図３に示す各ＳＳのＣＮＲ時間変動記憶部３０では、各ＳＳのＣＮＲ値の時間変動が記憶される。図４に示すフローで、中継に用いるサブチャネル配置と各ＳＳへ割り当てるサブチャネル数とその配置の設定（Ｓ３）の決定を、図１０に示すＳ31〜Ｓ32とＳ33〜Ｓ37の２段階のフローを用いるときに、各ＳＳのＣＮＲ時間変動記憶部３０の構成例を図１２に示す。図１０のサブチャネル割り当てフローを用いたときの各ＳＳのＣＮＲ時間変動記憶部３０は、サブチャネルごとのＣＮＲ時間変動記憶部３４とサブチャネルの平均ＣＮＲの時間変動記憶部３５から構成される。サブチャネルの平均ＣＮＲの時間変動が、サブチャネルごとのＣＮＲの時間変動に比べて、振幅が小さいまたは変動が緩慢である場合、スケジュール情報構築部３３は、図１０に示すフローで各ＳＳに割り当てるサブチャネル数の設定（Ｓ31〜Ｓ32）の実行周期を、サブチャネルの配置割り当て（Ｓ33〜Ｓ37）の実行周期より大きく設定する。
【００７３】
各グループで要求されるリソース量の時間変動記憶部３２では、各ＳＳが要求するリソース量のグループごとの合計の時間変動が記憶される。各グループで要求されるリソースの時間変動の振幅が小さい或は変動が緩慢である場合、スケジュール情報構築部３３は、図４に示すフローの中継に用いる時間とサブチャネル数、各グループに割り当てるサブチャネルの設定（Ｓ２）の実行周期を、その他の過程（Ｓ１，Ｓ３）の実行周期より大きく設定する。このように各パラメータの見直しを一度に行わずに異なる周期で実行することにより、ＢＳ１０は少ない負荷で早くスケジューリングを行うことができる。他の処理また以下に説明する中継局２０においても同様である。
【００７４】
ＢＳ１０のスケジューラ１２は、スケジュール情報構築部３３にて、以上のようにスケジュール情報を構築し、送信データ生成部１３へ出力する。送信データ生成部１３は、スケジューラ１２から入力されるデータとスケジュール情報から構成される制御信号で、フレームを作成する。アクセス区間における制御信号は、ＢＳ１０からＳＳに割り当てたサブチャネルなどのスケジュール情報を含む。中継区間の制御信号は、ＲＳ２０に割り当てたサブチャネルや中継区間長などの中継区間におけるスケジュール情報と、ＲＳ２０からグループＲＳ−ＡのＳＳに割り当てたサブチャネル群の情報を含む。
【００７５】
（ＲＳ２０の各部の構成例）
図１３は、ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例を示す。
図１３において、スケジューラ２２は、各ＳＳのサブチャネルごとの伝搬路情報を記憶する伝搬路情報記憶部３６、ＢＳのスケジュール情報保持部３７、スケジュール構築部３８から構成される。ＢＳのスケジュール情報保持部３７には、ＲＳ２０が中継区間でＢＳ１０から受信した制御信号に含まれるスケジュール情報が、受信部２７から入力して保存される。
【００７６】
図１４は、スケジュール情報構築部３７のスケジューリング処理手順を示す。
図１４において、スケジュール情報構築部３７は、伝搬路情報記憶部３６とＢＳのスケジュール情報保持部３７を参照してＳＳをグループ化し（Ｓ５）、各グループに割り当てるサブチャネルを設定し（Ｓ６）、各ＳＳへ割り当てるサブチャネル数とその配置の設定する（Ｓ７）。
【００７７】
（図１４のステップＳ５のグループ化処理手順）
伝搬路情報記憶部３６には、図１５(1) に示すように、ＲＳ２０と各ＳＳｉ間のサブチャネルｋごとのＣＮＲ（RS CNRi(k)) および平均ＣＮＲ（AVG RS CNRi)と、ＢＳ１０と各ＳＳｉ間の平均ＣＮＲ（AVG BS CNRi)と、ＢＳ１０とＲＳ２０間の平均ＣＮＲ（AVG CNR RELAY)と、ＲＳ２０と各ＳＳｉ間のサブチャネルｋごとのＣＩＮＲ（RS CINRi(k))および平均ＣＩＮＲ（AVG RS CINRi) と、ＢＳ１０と各ＳＳｉ間の平均ＣＩＮＲ（AVG BS CINRi) と、各平均ＣＩＮＲとＣＩＮＲの閾値の関係により決まる各ＳＳのグループ情報が記憶される。
【００７８】
RS CNRi(k)とAVG RS CNRi は、ＲＳ２０が各ＳＳｉの送信信号をアンテナ２６、ＴＤＤスイッチ２５、受信部２７を介して受信して各サブチャネルのＣＮＲi(k)およびその平均ＣＮＲを把握するか、あるいはＲＳ２０が送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳｉが受信し、ＳＳｉが自身の各サブチャネルのＣＮＲi(k)およびその平均ＣＮＲを把握してその結果をＲＳ２０へ通知することにより伝搬路情報記憶部３６に登録される。
【００７９】
AVG BS CNRi は、まずＢＳ１０が各ＳＳｉの送信信号を受信して各サブチャネルのＣＮＲi(k)を把握するか、あるいはＢＳ１０が送信する制御信号（プリアンブルなど）をＳＳｉが受信し、ＳＳｉが自身の各サブチャネルのＣＮＲ(k) を把握した後にその結果をＢＳ１０に通知し、ＢＳ１０からその平均ＣＮＲをＲＳ２０へ通知することにより伝搬路情報記憶部３６に登録される。
【００８０】
このとき、ＢＳ１０がＲＳ２０の送信信号を受信することにより、ＢＳ１０−ＲＳ２０間のサブチャネルごとのＣＮＲ（CNR RELAY(k)) および平均ＣＮＲ（AVG CNR RELAY)が把握される。
【００８１】
それぞれのＣＩＮＲ値に関しては、真値で、
RS CINRi(k) ＝RS CNRi(k) /(AVG BS CNRi＋1)
AVG RS CINRi＝AVG RS CNRi/(AVG BS CNRi＋1)
AVG BS CINRi＝AVG BS CNRi/(AVG RS CNRi＋1)
と計算される。
【００８２】
ＢＳ１０のスケジュール情報構築部３３は、伝搬路情報記憶部３１に登録されるこれらのＣＮＲおよびＣＩＮＲの値を参照してＳＳｉをグループ化する。
【００８３】
各ＳＳｉは、これらのＣＮＲとＣＩＮＲの値を参照してグループ化される。グループ化手法は図７に示すように、ＢＳと全く同じ方法が用いられＢＳ１０と通信を行うＳＳｉのＡグループ（グループＢＳ−Ａ）、ＲＳ２０と通信を行うＳＳｉのＡグループ（グループＲＳ−Ａ）、ＢＳ１０と通信を行うＳＳｉのＢグループ（グループＢＳ−Ｂ）、ＲＳ２０と通信を行うＳＳｉのＢグループ（グループＲＳ−Ｂ）に分類する。
【００８４】
次に、図１５(1) に示すＳＳｉのグループ情報、ＣＮＲ、ＣＩＮＲの値を用いて、ＳＳｉで通信可能な伝送レートを設定する。ＢＳ１０のスケジューラ１２の伝搬路情報記憶部３１には、図１５(2) に示すように、ＲＳ２０と各ＳＳｉ間のサブチャネルｋごとの伝送レートRS RATEi(k) および平均伝送レートAVG RS RATEiと、ＢＳ１０と各ＳＳｉ間の平均伝送レートAVG BS RATEiと、ＢＳ−ＲＳ間の平均伝送レートAVG RATE RELAYと、各ＳＳｉのグループ情報が記憶される。
【００８５】
各グループに割り当てるサブチャネルの設定（Ｓ６）では、ＢＳのスケジュール情報保持部３７が参照される。ＢＳのスケジュール情報保持部３７では、ＢＳ１０によってスケジュールされたアクセス区間でＲＳ２０からグループＲＳ−ＡのＳＳに割り当てるサブチャネル群の情報が保存されている。このサブチャネル群をＲＳ２０がグループＲＳ−ＡのＳＳとの通信に用いるサブチャネル（サブチャネル数：ＮRS-A）と設定し、それ以外のサブチャネルをグループＲＳ−Ｂとの通信に用いるサブチャネル（サブチャネル数：ＮRS-B）と設定する。
【００８６】
（図１４のステップＳ７のサブチャネル配置処理手順）
図１６は、サブチャネル配置処理手順（Ｓ７）の第１例を示す。
図１６において、ステップＳ71，Ｓ72は、各ＳＳに割り当てるサブチャネル数を設定する処理である。各ＳＳに割り当てるサブチャネル数は、図１４のステップＳ６で設定された各グループに割り当てられたサブチャネル数から分配される。このとき、各ＳＳにグループ内で公平なスループットを与えるために、グループに割り当てられたサブチャネル数から、各ＳＳに割り当てるサブチャネル数を、各ＳＳの平均伝送レートに反比例するように分配する。具体的には、
ｎRS-A(i) ＝ＮRS-A/(ＸRS-A・AVG RS RATEi)   （ｉ∈グループＲＳ−Ａ）
ｎRS-B(i) ＝ＮRS-B/(ＸRS-B・AVG RS RATEi)   （ｉ∈グループＲＳ−Ｂ）
と計算される（Ｓ71）。ここで、ｎRS-A(i) はグループＲＳ−ＡのＳＳi がアクセス区間で割り当てられたサブチャネル数、ｎRS-B(i) はグループＲＳ−ＢのＳＳi がアクセス区間で割り当てられたサブチャネル数を示す。上記のように計算された各値は整数値ではないので、これらの値を整数値に近似して（Ｓ72）、各ＳＳに割り当てるサブチャネル数の設定を終了する。
【００８７】
次に、サブチャネルの配置割り当てに入る。まず、アクセス区間においてグループＲＳ−Ａに設定したサブチャネル群から、各サブチャネルを、ＲＳ２０から最も伝送効率のよいＳＳを選択して割り当てる（Ｓ73）。続いて、割り当てたサブチャネル数がＳ71〜Ｓ72で設定されたｎRS-A(i) に一致するようにサブチャネルを調整する（Ｓ74）。例えば、Ｓ73で割り当てられたサブチャネル数がｎRS-A(i) より多いＳＳがある場合には、ｎRS-A(i) より少ないＳＳへとサブチャネルの割り当ての見直しが行われ、再割り当てによるアクセス区間のトータルスループットの劣化が最も少ないサブチャネルとＳＳが選択され、再割り当てされる。この再割り当ては、グループＲＳ−ＡのＳＳに割り当てられたサブチャネル数が、ｎRS-A(i) に一致するまで繰り返される。
【００８８】
続いて、アクセス区間においてＳ71〜Ｓ72でグループＲＳ−Ｂに設定したサブチャネル群から、各サブチャネルを、ＲＳ２０から最も伝送効率のＳＳを選択して割り当てる（Ｓ75）。続いて、割り当てたサブチャネル数がＳ71〜Ｓ72で設定されたｎRS-B(i) に一致するようにサブチャネルを調整する（Ｓ76）。例えば、Ｓ75で割り当てられたサブチャネル数がｎRS-B(i) より多いＳＳがある場合には、ｎRS-B(i) より少ないＳＳへとサブチャネルの割り当ての見直しが行われ、再割り当てによるアクセス区間のトータルスループットの劣化が最も少ないサブチャネルとＳＳが選択され、再割り当てされる。この再割り当ては、グループＲＳ−ＢのＳＳに割り当てられたサブチャネル数が、ｎRS-B(i) に一致するまで繰り返される。
【００８９】
図１７は、サブチャネル配置処理手順（Ｓ７）の第２例を示す。
ここでは、図１６に示す第１例の処理フローと異なり、各ＳＳに割り当てるサブチャネル数の決定過程（Ｓ71，Ｓ72）を含まない。図１６のは各サブチャネルを伝送効率が最もよいＳＳに割り当てる方法であったのに対して、本例は各サブチャネルを平均伝送効率に対するサブチャネルｋの伝送効率の比が最もよいＳＳに割り当てることによって、各ＳＳに割り当てるサブチャネル数の決定過程を省いたものである。アクセス区間において、図１４のステップＳ６でグループＲＳ−Ａに設定されたサブチャネル群から、各サブチャネルを、ＲＳ２０からの平均伝送効率に対するサブチャネルｋの伝送効率の比（RS RATEi(k)/AVG RS RATE)が最も良いＳＳを選択して割り当てる（Ｓ81）。
【００９０】
続いて、アクセス区間において、図１４のステップＳ６でグループＲＳ−Ｂに設定されたサブチャネル群から、各サブチャネルを、ＲＳ２０からの平均伝送効率に対するサブチャネルｋの伝送効率の比（RS RATEi(k)/AVG RS RATE)が最も良いＳＳを選択して、割り当てる（Ｓ82）。
【００９１】
なお、以上の説明では、中継局が基地局から得た情報をもとにグループ化の計算を行っているが、基地局が計算したグループ化の結果を中継局が取得して利用する方法を採ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明で適用されるフレーム構成を示す図。
【図２】本発明の無線通信システムの実施形態を示す図。
【図３】ＢＳ１０のスケジューラ１２の構成例を示す図。
【図４】スケジュール情報構築部３３のスケジューリング処理手順を示すフローチャート。
【図５】ＢＳ、ＲＳ、ＳＳの位置関係とグループ化の例を示す図。
【図６】伝搬路情報記憶部３１の例を示す図。
【図７】ＢＳによるＳＳｉのグループ化処理手順(S1)を示すフローチャート。
【図８】ＤＬサブフレームにおける各ＳＳグループへの割り当て例を示す図。
【図９】中継、各グループに割り当てるサブチャネル数等の設定処理手順(S2)を示すフローチャート。
【図１０】サブチャネル配置処理手順（S3）の第１例を示すフローチャート。
【図１１】サブチャネル配置処理手順（S3）の第２例を示すフローチャート。
【図１２】ＣＮＲ時間変動記憶部３０の構成例を示す図。
【図１３】ＲＳ２０のスケジューラ２２の構成例を示す図。
【図１４】スケジュール情報構築部３７のスケジューリング処理手順を示すフローチャート。
【図１５】伝搬路情報記憶部３６の例を示す図。
【図１６】サブチャネル配置処理手順（S7）の第１例を示すフローチャート。
【図１７】サブチャネル配置処理手順（S7）の第２例を示すフローチャート。
【図１８】従来のフレーム構成の一例を示す図。
【符号の説明】
【００９３】
１  バックボーンネットワーク
１０  基地局（ＢＳ）
２０  中継局（ＲＳ）
１１，２１  データバッファ部
１２，２２  スケジュール構築部
１３，２３  送信データ生成部
１４，２４  送信部
１５，２５  ＴＤＤスイッチ
１６，２６  アンテナ
１７，２７  受信部
３０  ＣＮＲ時間変動記憶部
３１  伝搬路情報記憶部
３２  リソース時間変動記憶部
３３  スケジュール情報構築部
３４  サブチャネルごとのＣＮＲ時間変動記憶部
３５  サブチャネルの平均ＣＮＲの時間変動記憶部
３６  伝搬路情報記憶部
３７  スケジュール情報保持部
３８  スケジュール構築部
ＳＳ  無線端末局
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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