JP5111182B2 - 無線基地局制御装置および無線基地局制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝送路マルチ化（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output）技術を用いた無線通信システムにおける無線基地局制御装置および無線基地局制御方法に関する。

従来、ＭＩＭＯ技術が無線通信システムの周波数利用効率を向上させる技術の一つとして知られている。図６にＭＩＭＯ無線通信システムの基本概念図を示す。図６において、送信局は、複数の送信アンテナからそれぞれ別々のデータ信号を同一周波数で無線送信する。受信局は、その送信された無線信号を複数の受信アンテナで受信し復元する。その復元の際に、チャネル行列Ｈが理想的に分かっていれば、チャネル行列Ｈの逆行列を受信信号に乗算することで送信信号を分離することができ、図６の例のように４本の送信アンテナから別々のデータ信号を送信した場合には最大で４倍の速度でデータ通信を行うことが可能になる。これにより、周波数利用効率の向上が図られる。また、特許文献１に記載の従来のＭＩＭＯ無線通信システムは、複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより同時通信を行っている。
特開２００７−１３４８４４号公報

しかし、上述した特許文献１に記載の従来のＭＩＭＯ無線通信システムでは、無線端末において各基地局から送信された無線信号の受信電力に差がある場合、受信電力が小さい方の無線信号の受信特性が劣化するため、想定した通信品質が得られないという問題がある。又、無線端末の通信で要求されるＱｏＳ（Quality of Service）に応じた通信品質を如何にして提供するのかという点も課題である。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向（基地局から無線端末への方向）の同時通信を行う際に、無線端末における無線受信環境に応じて適切にＭＩＭＯを適用するとともに、無線端末の通信で要求されるＱｏＳに応じた通信品質を提供するべく基地局を制御することのできる無線基地局制御装置および無線基地局制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る無線基地局制御装置は、複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御装置において、無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラと、無線端末の通信で要求されるＱｏＳの情報を記憶する要求ＱｏＳ情報保持部と、ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う無線パケットスケジューラと、を備え、前記無線パケットスケジューラは、無線端末の通信で要求されるＱｏＳに基づいて基地局のＭＩＭＯ方式および送信スケジュールを制御することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記無線パケットスケジューラは、基地局のＭＩＭＯ方式によって無線端末との間で実現可能な通信品質を算出する推定通信品質算出手段を有し、該推定通信品質が無線端末の通信で要求されるＱｏＳを満足するか判断することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記無線パケットスケジューラは、無線端末における無線受信環境に基づいて、複数の基地局のＭＩＭＯ方式の組合せとして、周波数効率重視のＭＩＭＯ方式と通信品質重視のＭＩＭＯ方式の中から最も周波数効率の高いＭＩＭＯ方式の組合せを選択し、該選択されたＭＩＭＯ方式の組合せにおいて、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組の方から先に、無線リソースの割当判断を行うことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記無線パケットスケジューラは、空き無線リソース量又は要求ＱｏＳの不適合の場合に、基地局のＭＩＭＯ方式の変更を試みることを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記無線パケットスケジューラは、周波数効率重視から通信品質重視へＭＩＭＯ方式を変更することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記無線パケットスケジューラは、既に無線リソースを割当済みのパケットに対して、新たなＭＩＭＯ方式で無線リソースを確保できるか検証することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記無線受信環境は、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲ、受信電力、無線レイヤにおける推定スループット又は無線端末の位置によって表されることを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記要求ＱｏＳのレベルは、ＩＰパケットの遅延時間、ジッター、ＩＰパケットが属するＩＰ通信のスループット又はパケット誤り率を含むことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御方法は、複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御方法であって、無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する第１のステップと、ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う第２のステップと、を含み、前記第２のステップにおいて、無線端末の通信で要求されるＱｏＳに基づいて基地局のＭＩＭＯ方式および送信スケジュールを制御することを特徴とする。

本発明によれば、複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う際に、無線端末における無線受信環境に応じて適切にＭＩＭＯを適用するとともに、無線端末の通信で要求されるＱｏＳに応じた通信品質を提供するべく基地局を制御することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの構成を示す概念図である。図１において、無線基地局制御装置１は、バックボーンネットワーク（インターネットプロトコル（ＩＰ）網）に接続されている。複数の基地局２は、無線基地局制御装置１に通信回線で接続されている。無線端末３は基地局２との間で無線通信を行う。

以下の説明では、本発明に係る下り方向（基地局２から無線端末３への方向）の無線通信に係る構成について説明する。

無線端末３は、一つ又は複数の基地局２との間で下り方向の無線通信を行う。複数の基地局２と一つの無線端末３の間では、複数の基地局２が連携したＭＩＭＯにより下り方向の同時通信（以下、「ＭＩＭＯ同時通信」と称する）を行う。無線基地局制御装置１は、無線端末３における無線受信環境に応じて適切にＭＩＭＯ同時通信を適用するとともに、無線端末３の通信で要求されるＱｏＳに応じた通信品質を提供するべく各基地局２を制御する。

図２は、本実施形態に係る無線基地局制御装置１の構成を示すブロック図である。図２において、無線基地局制御装置１は、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１、無線パケットスケジューラ１２、要求ＱｏＳ情報保持部１３、ＩＰパケットキュー情報保持部１４、ＩＰパケットキュー１５及び無線パケット構築部１６を有する。無線パケット構築部１６は、基地局２の各々に対応して設けられる。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、ＭＩＭＯ同時通信を制御する。無線パケットスケジューラ１２は、基地局２が無線端末３宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う。送信スケジューリングでは、無線送信周期でＩＰパケットに対して無線リソースの割当を行う。無線リソースとしては、例えば、時間のリソース、周波数のリソースなどが挙げられる。

要求ＱｏＳ情報保持部１３は、無線端末３が行うＩＰ通信で要求されているＱｏＳの情報を記憶する。その要求ＱｏＳのレベルとしては、例えば、ＩＰパケットの遅延時間、ジッター、ＩＰパケットが属するＩＰ通信のスループット、パケット誤り率などが挙げられる。

ＩＰパケットキュー情報保持部１４は、ＩＰパケットキュー１５に格納されているＩＰパケットの情報（パケットのアドレス情報（宛先アドレス、発信元アドレス）、パケットサイズ、パケット総数など）を記憶する。ＩＰパケットキュー１５は、無線端末３宛に送信されるＩＰパケットを格納する。無線パケット構築部１６は、無線端末３宛のＩＰパケットを無線パケットに変換する。該無線パケットは、該当の基地局２へ送られる。

次に、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１の動作を説明する。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、無線端末３における無線受信環境を表す受信環境情報に基づいて、ＭＩＭＯ同時通信を制御する。受信環境情報は、基地局２ごとの情報を含む。無線端末３は、各基地局２についての自己の無線受信環境を表す受信環境情報を基地局２（図２の例では基地局＃１）へ送る。基地局２は、無線端末３から受け取った受信環境情報を無線基地局制御装置１へ送る。受信環境情報としては、例えば、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）、ＣＩＮＲ（Carrier to Interference and Noise power Ratio）、受信電力、無線レイヤにおける推定スループット、無線端末３の位置などの情報が挙げられる。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、受信環境情報に基づいて、ＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する。その際、受信環境情報に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判定するための判定条件を事前に定めておく。その判定条件の設定基準は、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できることである。従って、受信環境情報が判定条件を満足する場合は、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できると判断する。以下に、受信環境情報に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する方法について、いくつかの実施例を挙げて説明する。

実施例１では、受信環境情報として、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲ又は無線レイヤにおける推定スループットの情報を利用する。判定条件には、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる限界値を用いる。例えば、受信環境情報としてＳＩＮＲの情報を用いる場合、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できるＳＩＮＲの限界値を定め、該限界値を判定用の閾値とする。この場合、受信環境情報で表されるＳＩＮＲが閾値以上である場合、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できると判断する。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、受信環境情報に含まれる各基地局２の情報と判定条件を比較し、複数の基地局２の情報が判定条件を満足する場合に、ＭＩＭＯ同時通信を行うと決定する。そして、最もよく判定条件を満足する方から２以上所定数の基地局２を、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信する基地局に選択する。

一方、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、判定条件を満足する基地局２の台数が１以下である場合には、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信することができないと判断する。

実施例２では、受信環境情報として受信電力の情報を利用する。判定条件には、各基地局２からの受信電力の差を用いる。その判定条件として、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる受信電力差の限界値を定め、該限界値を判定用の閾値とする。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、受信環境情報に含まれる各基地局２の受信電力情報から各受信電力の差を計算し、この計算結果の受信電力差をそれぞれ閾値と比較する。基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、閾値以下の受信電力差が存在する場合に、ＭＩＭＯ同時通信を行うと決定する。そして、その閾値条件を満足する受信電力差に対応する基地局２のグループの中で、受信電力差が最も小さい方から２以上所定数の基地局２を、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信する基地局に選択する。

一方、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、閾値以下の受信電力差が存在しない場合には、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信することができないと判断する。

実施例３では、受信環境情報として無線端末３の位置の情報を利用する。判定条件には、無線端末３と各基地局２との間の距離（端末基地局間距離）についての差を用いる。その判定条件として、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる端末基地局間距離差の限界値を定め、該限界値を判定用の閾値とする。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、受信環境情報に含まれる無線端末３の位置情報から、当該無線端末３と各基地局２について端末基地局間距離を計算する。基地局２の位置情報は事前に設定しておく。基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、各端末基地局間距離の差を計算し、この計算結果の端末基地局間距離差をそれぞれ閾値と比較する。基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、閾値以下の端末基地局間距離差が存在する場合に、ＭＩＭＯ同時通信を行うと決定する。そして、その閾値条件を満足する端末基地局間距離差に対応する基地局２のグループの中で、端末基地局間距離差が最も小さい方から２以上所定数の基地局２を、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信する基地局に選択する。

一方、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、閾値以下の端末基地局間距離差が存在しない場合には、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信することができないと判断する。

なお、実施例３の変形例として、事前に、無線端末３が存在しうる位置に対応する端末基地局間距離差を計算し、この計算結果に基づいた基地局選定データベースを作成しておいてもよい。基地局選定データベースは、無線端末３の位置情報に関連付けて、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信を行うことが可能な２以上所定数の基地局２の情報を格納する。この場合、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、受信環境情報に含まれる無線端末３の位置情報に基づいて基地局選定データベースを検索し、検索結果として当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信を行う２以上所定数の基地局２の情報を取得する。もし、基地局選定データベースの検索結果なしの場合には、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信を行うことができないと判断する。

以上が受信環境情報に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する方法についての実施例である。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、無線端末３とＭＩＭＯ同時通信する２以上所定数の基地局２を、無線パケットスケジューラ１２へ指示する。

一方、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、無線端末３とＭＩＭＯ同時通信を行うことができないと判断した場合には、無線端末３と一対一で無線通信する基地局２を無線パケットスケジューラ１２へ指示する。基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、無線端末３と一対一で無線通信する基地局２として、当該無線端末３における無線受信環境が最良となる基地局２を受信環境情報に基づいて選択する。例えば、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲ、受信電力、無線レイヤにおける推定スループット、無線端末３の位置のいずれか又は複数の情報に基づいて、無線端末３における最良の無線受信環境となる基地局２を判断する。

次に、無線パケットスケジューラ１２の動作を説明する。

無線パケットスケジューラ１２は、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１から無線端末３とＭＩＭＯ同時通信する旨の指示を受けた場合、その指示によるＭＩＭＯ同時通信対象の２以上所定数の基地局２について、ＭＩＭＯ方式の決定と、当該無線端末３宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングと、を行う。この動作の詳細は後述する。

一方、無線パケットスケジューラ１２は、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１から無線端末３と一対一で無線通信する旨の指示を受けた場合、その指示による一対一無線通信対象の一基地局２について、当該無線端末３宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う。この送信スケジューリングでは、当該無線端末３に係るＩＰ通信で要求されているＱｏＳを考慮することが好ましい。

無線パケットスケジューラ１２は、送信スケジューリング結果に従って、ＩＰパケットキュー１５からＩＰパケットを送信基地局２に対応の無線パケット構築部１６へ出力させる。さらに、ＭＩＭＯ同時通信する場合には、各基地局２に対してＭＩＭＯ方式を指示する。

無線パケット構築部１６は、ＩＰパケットキュー１５から出力されたＩＰパケットを受信し、該ＩＰパケットを無線パケットに変換して基地局２へ送信する。

次に、図３、図４及び図５を参照して、ＭＩＭＯ同時通信する場合の無線パケットスケジューラ１２の動作を詳細に説明する。図３、図４及び図５は、無線パケットスケジューラ１２が行う制御処理の流れを示すフローチャートである。

無線パケットスケジューラ１２は、ＩＰパケットキュー１５内のＩＰパケット毎に制御処理を行う。その際、無線パケットスケジューラ１２は、ＩＰパケットキュー情報保持部１４からＩＰパケットのアドレス情報を取得し、この取得したアドレス情報によって特定されるＩＰ通信で要求されているＱｏＳの情報を要求ＱｏＳ情報保持部１３から取得する。無線パケットスケジューラ１２は、その取得した要求ＱｏＳ情報に基づいて、当該ＩＰパケットに係る要求ＱｏＳを認識する。

以下の説明では、説明の便宜上、ＭＩＭＯ同時通信する基地局２を２つ（以下、基地局＃１，＃２とする）とし、基地局＃１，＃２が１つの無線端末３（以下、単に無線端末とする）との間でＭＩＭＯ同時通信を行うとする。なお、３つ以上の基地局２によりＭＩＭＯ同時通信する場合にも同様に適用することができる。

まず、図３において、ステップＳ１では、パケット番号を表す変数ｉに初期値「０」を設定する。パケット番号は、ＩＰパケットキュー１５内のＩＰパケットの各々に対して一意に付与される。従って、パケット番号は、「０」から「ＩＰパケットキュー１５内のパケット総数−１」までである。

次いでステップＳ２では、無線端末における基地局＃１からの無線受信環境及び基地局＃２からの無線受信環境に基づいて、基地局＃１，＃２の各ＭＩＭＯ方式を決定する。このとき、基地局＃１のＭＩＭＯ方式と基地局＃２のＭＩＭＯ方式の組合せは、最も周波数効率が高くなるように、選択する。

ＭＩＭＯ方式としては、例えば、空間多重（Spatial Multiplexing：ＳＭ）方式と時空間符号化（Space Time Coding：ＳＴＣ）方式が挙げられる。ＳＭ方式は、複数の送信アンテナから各々異なるデータを送信することで、伝送速度を向上させるものであり、周波数効率重視のＭＩＭＯ方式である。ＳＴＣ方式は、時間方向および空間方向に符号化を行うことで、所要信号対雑音電力比（ＳＮＲ）を低減させるものであり、通信品質重視のＭＩＭＯ方式である。

ＭＩＭＯ方式の組合せとしては、ＳＭ方式とＳＭ方式の組合せが最も周波数効率が高く、ＳＭ方式とＳＴＣ方式の組合せが次に周波数効率が高く、ＳＴＣ方式とＳＴＣ方式の組合せが最も周波数効率が低い。この周波数効率の順位に各々対応するＭＩＭＯ方式の組合せの情報は、事前に設定しておく。さらに、無線受信環境によって利用可能なＭＩＭＯ方式（ＳＭ方式もしくはＳＴＣ方式、又はＳＭ方式とＳＴＣ方式の両方）の情報は、事前に設定しておく。これら情報に基づき、無線端末における基地局＃１からの無線受信環境で利用可能なＭＩＭＯ方式と無線端末における基地局＃２からの無線受信環境で利用可能なＭＩＭＯ方式とを把握し、基地局＃１，＃２で各々利用可能なＭＩＭＯ方式の中から最も周波数効率が高くなるＭＩＭＯ方式の組合せを選択する。この選択結果（基地局＃１のＭＩＭＯ方式と基地局＃２のＭＩＭＯ方式）の情報は記録しておく。

次いでステップＳ３では、ステップＳ２で選択した基地局＃１のＭＩＭＯ方式と基地局＃２のＭＩＭＯ方式によって実現可能な通信品質（例えばＳＮＲ）を、基地局＃１と無線端末間、基地局＃１と無線端末間のそれぞれで算出する。この算出値を以下、「推定通信品質」と称する。この基地局＃１の推定通信品質の情報と、基地局＃２の推定通信品質の情報は記録しておく。

次いでステップＳ４では、変数ｉがＩＰパケットキュー１５内のパケット総数以上であるか判断する。変数ｉがＩＰパケットキュー１５内のパケット総数以上である場合、ＩＰパケットキュー１５内の全ＩＰパケットについて処理が完了したので、処理終了となる。一方、変数ｉがＩＰパケットキュー１５内のパケット総数未満である場合はステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組について、空き無線リソース量が現処理対象のＩＰパケット（ｉ番パケット）のサイズに不足するか判断する。空き無線リソース量は、無線端末に割り当て可能な無線リソースの内、未割当で残っている無線リソースの量である。ステップＳ５の結果、空き無線リソース量がｉ番パケットのサイズに不足する場合は図４のステップＳ９に進む。一方、空き無線リソース量がｉ番パケットのサイズに足りる場合はステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、悪い方の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足するか判断する。この結果、悪い方の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足する場合はステップＳ７に進む。一方、悪い方の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足しない場合は図５のステップＳ１６に進む。

ステップＳ７では、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組は空き無線リソース量及び要求ＱｏＳともにｉ番パケットに適合するので、ｉ番パケットに対して該推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組の無線リソースを割り当てる。この後、ステップＳ８に進み、変数ｉに１加算し、次のＩＰパケットを処理対象とする。

上記ステップＳ５の結果、空き無線リソース量がｉ番パケットのサイズに不足する場合、図４のステップＳ９において、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組について、空き無線リソース量がｉ番パケットのサイズに不足するか判断する。この結果、空き無線リソース量がｉ番パケットのサイズに不足する場合は、今回の送信スケジューリングではｉ番パケットに無線リソースを割り当てることができないので、ｉ番パケットを次回の送信スケジューリングに繰り越す。この後、図３のステップＳ８に進み、変数ｉに１加算し、次のＩＰパケットを処理対象とする。一方、空き無線リソース量がｉ番パケットのサイズに足りる場合はステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、良い方の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足するか判断する。この結果、良い方の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足する場合はステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組は空き無線リソース量及び要求ＱｏＳともにｉ番パケットに適合するので、ｉ番パケットに対して該推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組の無線リソースを割り当てる。この後、図３のステップＳ８に進み、変数ｉに１加算し、次のＩＰパケットを処理対象とする。

一方、ステップＳ１０の結果、良い方の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足しない場合、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組の空き無線リソース量はｉ番パケットのサイズに足りているので、ＭＩＭＯ方式の変更によってｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足させることを試みる。まず、ステップＳ１２では、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組のＭＩＭＯ方式を変更可能か判断する。このとき、現ＭＩＭＯ方式よりも周波数効率の低いＭＩＭＯ方式に変更可能か判断する。つまり、周波数効率を下げて通信品質の向上を図るようにする。現ＭＩＭＯ方式よりも周波数効率の低いＭＩＭＯ方式を選択することができる場合には、該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式によって無線リソース割当の見直しを行う。これにより、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組の無線リソースを既に割当済みのＩＰパケットに対して、該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式で無線リソースを確保できるか検証する。この検証が成功（無線リソース割当済みＩＰパケットに対して該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式で無線リソース確保可能）の場合は、該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式に変更可能と判断する。一方、該検証が失敗（無線リソース割当済みＩＰパケットに対して該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式で無線リソース確保不可能）の場合は、該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式に変更不可能と判断する。

ステップＳ１２の結果、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組のＭＩＭＯ方式を変更可能な場合はステップＳ１３に進む。一方、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組のＭＩＭＯ方式を変更不可能な場合は、今回の送信スケジューリングではｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足させることができないので、ｉ番パケットを次回の送信スケジューリングに繰り越す。この後、図３のステップＳ８に進み、変数ｉに１加算し、次のＩＰパケットを処理対象とする。

ステップＳ１３では、ステップＳ１２で変更可能と判断されたＭＩＭＯ方式により、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末間の推定通信品質を再計算する。ステップＳ１４では、該再計算結果の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足するか判断する。この結果、再計算結果の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足する場合はステップＳ１５に進む。一方、再計算結果の推定通信品質でもｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足しない場合は、今回の送信スケジューリングではｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足させることができないので、ｉ番パケットを次回の送信スケジューリングに繰り越す。この後、図３のステップＳ８に進み、変数ｉに１加算し、次のＩＰパケットを処理対象とする。

ステップＳ１５では、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組のＭＩＭＯ方式を、ステップＳ１２で変更可能と判断されたＭＩＭＯ方式に変更するように、記録を書き換える。さらに、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組の推定通信品質を、ステップＳ１３の再計算結果に変更するように、記録を書き換える。さらに、該ＭＩＭＯ方式を変更した基地局と無線端末の組は空き無線リソース量及び要求ＱｏＳともにｉ番パケットに適合するので、ｉ番パケットに対して該ＭＩＭＯ方式を変更した基地局と無線端末の組の無線リソースを割り当てる。この後、図３のステップＳ８に進み、変数ｉに１加算し、次のＩＰパケットを処理対象とする。

上記図３のステップＳ６の結果、悪い方の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足しない場合、図５のステップＳ１６において、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組について、空き無線リソース量がｉ番パケットのサイズに不足するか判断する。この結果、空き無線リソース量がｉ番パケットのサイズに不足する場合はステップＳ１８に進む。

一方、ステップＳ１６の結果、空き無線リソース量がｉ番パケットのサイズに足りる場合はステップＳ１９に進み、良い方の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足するか判断する。この結果、良い方の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足する場合はステップＳ２０に進み、ｉ番パケットに対して該推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組の無線リソースを割り当てる。この後、図３のステップＳ８に進み、変数ｉに１加算し、次のＩＰパケットを処理対象とする。ステップＳ１９の結果、良い方の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足しない場合はステップＳ１８に進む。

ステップＳ１６，Ｓ１９の結果、推定通信品質が良い方の基地局と無線端末の組ではｉ番パケットに適合しない場合、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組の空き無線リソース量はｉ番パケットのサイズに足りているので、ＭＩＭＯ方式の変更によってｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足させることを試みる。まず、ステップＳ１８では、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組のＭＩＭＯ方式を変更可能か判断する。このとき、周波数効率を下げて通信品質の向上を図るよう、現ＭＩＭＯ方式よりも周波数効率の低いＭＩＭＯ方式に変更可能か判断する。現ＭＩＭＯ方式よりも周波数効率の低いＭＩＭＯ方式を選択することができる場合には、該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式によって無線リソース割当の見直しを行う。これにより、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組の無線リソースを既に割当済みのＩＰパケットに対して、該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式で無線リソースを確保できるか検証する。この検証が成功（無線リソース割当済みＩＰパケットに対して該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式で無線リソース確保可能）の場合は、該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式に変更可能と判断する。一方、該検証が失敗（無線リソース割当済みＩＰパケットに対して該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式で無線リソース確保不可能）の場合は、該周波数効率の低いＭＩＭＯ方式に変更不可能と判断する。

ステップＳ１８の結果、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組のＭＩＭＯ方式を変更可能な場合はステップＳ２１に進む。一方、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組のＭＩＭＯ方式を変更不可能な場合は、今回の送信スケジューリングではｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足させることができないので、ｉ番パケットを次回の送信スケジューリングに繰り越す。この後、図３のステップＳ８に進み、変数ｉに１加算し、次のＩＰパケットを処理対象とする。

ステップＳ２１では、ステップＳ１８で変更可能と判断されたＭＩＭＯ方式により、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末間の推定通信品質を再計算する。ステップＳ２２では、該再計算結果の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足するか判断する。この結果、再計算結果の推定通信品質がｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足する場合はステップＳ２３に進む。一方、再計算結果の推定通信品質でもｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足しない場合は、今回の送信スケジューリングではｉ番パケットの要求ＱｏＳを満足させることができないので、ｉ番パケットを次回の送信スケジューリングに繰り越す。この後、図３のステップＳ８に進み、変数ｉに１加算し、次のＩＰパケットを処理対象とする。

ステップＳ２３では、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組のＭＩＭＯ方式を、ステップＳ１８で変更可能と判断されたＭＩＭＯ方式に変更するように、記録を書き換える。さらに、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組の推定通信品質を、ステップＳ２１の再計算結果に変更するように、記録を書き換える。さらに、該ＭＩＭＯ方式を変更した基地局と無線端末の組は空き無線リソース量及び要求ＱｏＳともにｉ番パケットに適合するので、ｉ番パケットに対して該ＭＩＭＯ方式を変更した基地局と無線端末の組の無線リソースを割り当てる。この後、図３のステップＳ８に進み、変数ｉに１加算し、次のＩＰパケットを処理対象とする。

上述したＭＩＭＯ同時通信する場合の無線パケットスケジューラ１２の制御処理によれば、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組の方から先に、ｉ番パケットに対する空き無線リソース量及び要求ＱｏＳの適合可否を判断し、無線リソースの割当を行っている。この理由は、推定通信品質が悪い方で要求ＱｏＳを提供可能ならば、推定通信品質が良い方では過剰な通信品質となることが予想されるので、先ず推定通信品質が悪い方からｉ番パケットに適合するか試みることにより不必要に推定通信品質が良い方の無線リソースを使用することを避け、無線リソースの有効活用を図るためである。

なお、上述した実施形態において、どの基地局のどの送信アンテナからｉ番パケットを送信させるのかまで制御するように構成してもよい。この場合、推定通信品質は送信アンテナ単位で計算する。そして、推定通信品質が悪い方の送信アンテナから順番に、ｉ番パケットに適合するか試みる。

次に、ＭＩＭＯ方式の変更の例をいくつか挙げる。
（１）基地局あたりの送信アンテナが２個の場合、ＭＩＭＯ方式の変更の例が（１）式に示される。（１）式では、２系統の送信シンボルデータＳ_１，Ｓ_２に対して、ＳＭ方式からＳＴＣ方式に変更している。

（２）基地局あたりの送信アンテナが４個の場合、ＭＩＭＯ方式の変更の例が（２）式に示される。（２）式では、４系統の送信シンボルデータＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４に対して、ＳＭ方式単独からＳＭ方式及びＳＴＣ方式の併用に変更し、さらにＳＴＣ方式単独に変更している。

上述したように本実施形態によれば、無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する。これにより、無線端末における無線受信環境に応じて適切にＭＩＭＯを適用することができ、通信品質上、有効にＭＩＭＯを活用することが可能になる。さらに、無線端末の通信で要求されるＱｏＳに基づいて基地局のＭＩＭＯ方式および送信スケジュールを制御する。これにより、無線端末の通信で要求されるＱｏＳに応じた通信品質を提供するべく基地局を制御することができる。

又、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
無線端末宛の複数の通信コネクション間で要求するＱｏＳレベルが異なる場合に、各パケットがその要求ＱｏＳにあった基地局の送信アンテナから、適切なＭＩＭＯ方式によりＭＩＭＯ伝送されるように、基地局を制御することができる。例えば、複数の基地局間で、ある無線端末に対してＭＩＭＯ同時通信を行っている場合に、要求ＱｏＳレベルの低いベストエフォートのデータパケットを通信品質が高い送信アンテナからＳＭ方式により送信することで周波数効率を上げつつ、遅延要求レベルの高い制御パケットをある程度通信品質が確保された送信アンテナからＳＴＣ方式により送信することで通信確実性を高める、といった制御を行うことが可能になる。このことにより、無線リソースの効率的な割当てや、ＱｏＳ保証の実現可能性の向上を図ることに寄与することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの構成を示す概念図である。 同実施形態に係る無線基地局制御装置１の構成を示すブロック図である。 図２に示す無線パケットスケジューラ１２が行う制御処理の流れを示すフローチャートである。 図２に示す無線パケットスケジューラ１２が行う制御処理の流れを示すフローチャートである。 図２に示す無線パケットスケジューラ１２が行う制御処理の流れを示すフローチャートである。 ＭＩＭＯ無線通信システムの基本概念図である。

符号の説明

１…無線基地局制御装置、２…基地局、３…無線端末、１１…基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ、１２…無線パケットスケジューラ、１３…要求ＱｏＳ情報保持部、１４…ＩＰパケットキュー情報保持部、１５…ＩＰパケットキュー、１６…無線パケット構築部

Claims (8)

1. 複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御装置において、
   無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラと、
   無線端末の通信で要求されるＱｏＳの情報を記憶する要求ＱｏＳ情報保持部と、
   ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う無線パケットスケジューラと、を備え、
   前記無線パケットスケジューラは、無線端末の通信で要求されるＱｏＳに基づいて基地局のＭＩＭＯ方式および送信スケジュールを制御し、
   前記無線パケットスケジューラは、基地局のＭＩＭＯ方式によって無線端末との間で実現可能な通信品質を算出する推定通信品質算出手段を有し、該推定通信品質が無線端末の通信で要求されるＱｏＳを満足するか判断する、
   ことを特徴とする無線基地局制御装置。
2. 複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御装置において、
   無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラと、
   無線端末の通信で要求されるＱｏＳの情報を記憶する要求ＱｏＳ情報保持部と、
   ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う無線パケットスケジューラと、を備え、
   前記無線パケットスケジューラは、無線端末の通信で要求されるＱｏＳに基づいて基地局のＭＩＭＯ方式および送信スケジュールを制御し、
   前記無線パケットスケジューラは、
   無線端末における無線受信環境に基づいて、複数の基地局のＭＩＭＯ方式の組合せとして、周波数効率重視のＭＩＭＯ方式と通信品質重視のＭＩＭＯ方式の中から最も周波数効率の高いＭＩＭＯ方式の組合せを選択し、
   該選択されたＭＩＭＯ方式の組合せにおいて、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組の方から先に、無線リソースの割当判断を行う、
   ことを特徴とする無線基地局制御装置。
3. 前記無線パケットスケジューラは、空き無線リソース量又は要求ＱｏＳの不適合の場合に、基地局のＭＩＭＯ方式の変更を試みることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線基地局制御装置。
4. 前記無線パケットスケジューラは、周波数効率重視から通信品質重視へＭＩＭＯ方式を変更することを特徴とする請求項３に記載の無線基地局制御装置。
5. 前記無線パケットスケジューラは、既に無線リソースを割当済みのパケットに対して、新たなＭＩＭＯ方式で無線リソースを確保できるか検証することを特徴とする請求項３又は４に記載の無線基地局制御装置。
6. 前記無線受信環境は、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲ、受信電力、無線レイヤにおける推定スループット又は無線端末の位置によって表されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線基地局制御装置。
7. 複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御方法であって、
   無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する第１のステップと、
   ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う第２のステップと、を含み、
   前記第２のステップにおいて、無線端末の通信で要求されるＱｏＳに基づいて基地局のＭＩＭＯ方式および送信スケジュールを制御し、
   前記第２のステップにおいて、基地局のＭＩＭＯ方式によって無線端末との間で実現可能な通信品質を算出し、該推定通信品質が無線端末の通信で要求されるＱｏＳを満足するか判断する、
   ことを特徴とする無線基地局制御方法。
8. 複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御方法であって、
   無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する第１のステップと、
   ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う第２のステップと、を含み、
   前記第２のステップにおいて、無線端末の通信で要求されるＱｏＳに基づいて基地局のＭＩＭＯ方式および送信スケジュールを制御し、
   前記第２のステップにおいて、
   無線端末における無線受信環境に基づいて、複数の基地局のＭＩＭＯ方式の組合せとして、周波数効率重視のＭＩＭＯ方式と通信品質重視のＭＩＭＯ方式の中から最も周波数効率の高いＭＩＭＯ方式の組合せを選択し、
   該選択されたＭＩＭＯ方式の組合せにおいて、推定通信品質が悪い方の基地局と無線端末の組の方から先に、無線リソースの割当判断を行う、
   ことを特徴とする無線基地局制御方法。

Images