特許 5744746 マルチキャリアシステムにおける電力割振りのための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5744746

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月8日

(54)【発明の名称】マルチキャリアシステムにおける電力割振りのための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   H04W 52/24 20090101AFI20150618BHJP

【ＦＩ】

   H04W52/24

【請求項の数】14

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2011-538070(P2011-538070)

(86)(22)【出願日】2009年11月30日

(65)【公表番号】特表2012-510749(P2012-510749A)

(43)【公表日】2012年5月10日

(86)【国際出願番号】IB2009007596

(87)【国際公開番号】WO2010064110

(87)【国際公開日】20100610

【審査請求日】2012年10月30日

(31)【優先権主張番号】61/118,771

(32)【優先日】2008年12月1日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】598036300

【氏名又は名称】テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル）

(74)【代理人】

【識別番号】100109726

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 吉隆

(74)【代理人】

【識別番号】100101199

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義教

(72)【発明者】

【氏名】ラーション， ペーター

【審査官】 古市 徹

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６４００７７３（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／２４ − ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００ − ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有する少なくとも２つの通信リンクを提供する無線通信システムの、前記周波数チャネルを使用する周囲の１つまたは複数の送信機からの干渉の影響下にあるリンク上で受信側通信ノードと通信するように構成された通信ノードにおける方法であって、
データ転送速度の合計についての前記リンクの目標を決定するステップ（２０１）と、
前記リンク上の電力の合計を最小限に抑えながら前記目標に到達するように前記周波数チャネル上の電力を割り振るステップ（２０２）と
を含み、
前記割り振るステップ（２０２）は、
前記リンクの各周波数チャネル上の電力を割り振るステップ（２０２−１）と、
前記受信側通信ノードに、前記リンクの前記周波数チャネルを使用して、前記少なくとも２つのリンク上でデータまたは基準信号を送信するステップ（２０２−２）と、
前記送信されたデータまたは基準信号に基づき、前記受信側通信ノードから、前記周波数チャネルの利得対干渉比（ＧＩＮＲ）に基づく指示を受信するステップ（２０２−３）と、
前記周波数チャネルの前記受信されたＧＩＮＲに基づき、前記リンクについての前記データ転送速度の合計を算出するステップ（２０２−４）と、
前記目標が達成され、または収束メトリックが満たされたかどうか判定するステップ（２０２−５）と、
前記目標が達成されるまで、前記割り振るステップ、前記送信するステップ、前記受信するステップ、および前記算出するステップを反復し、更新された電力を使用するステップ（２０２−６）と
をさらに含む、方法。

【請求項2】

前記目標は前記目標から所定の範囲内にある場合に達成される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有する少なくとも２つの通信リンクを提供する無線通信システムの、前記周波数チャネルを使用する周囲の１つまたは複数の送信機からの干渉の影響下にあるリンク上で受信側通信ノードと通信するように構成された通信ノードにおける方法であって、
データ転送速度の合計についての前記リンクの目標を決定するステップ（２０１）と、
前記リンク上の電力の合計を最小限に抑えながら前記目標に到達するように前記周波数チャネル上の電力を割り振るステップ（２０２）と
を含み、
１つの周波数チャネルについてあるリンクｕ上で割り振られるべき更新電力は、ｕが前記リンクを表し、ｍが前記反復を表す事前定義のラグランジュパラメータλ_ｕ^{（ｍ＋１）}を前提として注水（ｗａｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇ）割振りを使用することにより計算され、
リンクｕについて割り振られるべき前記更新電力を計算するのに使用されるべき更新されたラグランジュパラメータλ_ｕ^{（ｍ＋１）}が、

であり、式中、Ｒ_ｕ^（ｍ）は、反復ｍにおけるリンクｕ上の前記データ転送速度を表し、Ｒ_ｕ^{Ｔａｒｇｅｔ}は前記目標であり、Ｎ_ｕ^（ｍ）は、送信側が反復ｍにおいて非０の送信電力を使用する周波数チャネルの数である、方法。

【請求項4】

前記ノードは前記無線通信システムにおける基地局である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記ノードは前記無線通信システムにおける移動端末である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有する少なくとも２つの通信リンクを提供する無線通信システムの、前記周波数チャネルを使用する周囲の１つまたは複数の送信機からの干渉の影響下にあるリンク上で受信側通信ノードと通信するように構成された通信ノード（４００）であって、
データ転送速度の合計についての前記リンクの目標を決定するように構成されたプロセッサ（４０１）と、
前記リンク上の前記電力の合計を最小限に抑えながら前記目標に到達するように前記周波数チャネル上の前記電力を割り振るように構成された電力割振り器（４０２）と、
受信側通信ノードに、前記リンクの前記周波数チャネルを使用して、前記少なくとも２つのリンク上でデータまたは基準信号を送信するための送信機（４０３）と、
前記送信されたデータまたは基準信号に基づき、前記受信側通信ノードから、前記少なくとも２つのリンクの前記周波数チャネルのＧＩＮＲに基づく指示を受信するための受信機（４０４）と、
前記周波数チャネルの前記受信されたＧＩＮＲに基づき、前記リンク上の前記データ転送速度の合計を算出するように構成され、前記目標が達成されたかどうか判定するように構成され、前記目標が達成されるまで、更新された電力を使用して前記電力の前記割振りが反復されるように制御するように構成された計算器（４０５）と、を備える、通信ノード（４００）。

【請求項7】

前記目標は前記目標から所定の範囲内にある場合に達成される、請求項６に記載の通信ノード（４００）。

【請求項8】

それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有する少なくとも２つの通信リンクを提供する無線通信システムの、前記周波数チャネルを使用する周囲の１つまたは複数の送信機からの干渉の影響下にあるリンク上で受信側通信ノードと通信するように構成された通信ノード（４００）であって、
データ転送速度の合計についての前記リンクの目標を決定するように構成されたプロセッサ（４０１）と、
前記リンク上の前記電力の合計を最小限に抑えながら前記目標に到達するように前記周波数チャネル上の前記電力を割り振るように構成された電力割振り器（４０２）と、
１つのチャネルについてあるリンクｕ上で割り振られるべき更新電力を、ｕが前記リンクを表し、ｍが前記反復を表す事前定義のラグランジュパラメータλ_ｕ^{（ｍ＋１）}を前提として注水割振りを使用することにより計算するように構成された計算器（４０５）と、を備え、
リンクｕについて割り振られるべき前記更新電力を計算するのに使用されるべき更新されたラグランジュパラメータλ_ｕ^{（ｍ＋１）}が、

であり、式中、Ｒ_ｕ^（ｍ）は、反復ｍにおけるリンクｕ上の前記データ転送速度を表し、Ｒ_ｕ^{Ｔａｒｇｅｔ}は前記目標であり、Ｎ_ｕ^（ｍ）は、送信側が反復ｍにおいて非０の送信電力を使用する周波数チャネルの数である、通信ノード（４００）。

【請求項9】

前記ノードは前記無線通信システムにおける基地局である、請求項６から８のいずれか一項に記載の通信ノード（４００）。

【請求項10】

前記ノードは前記無線通信システムにおける移動端末である、請求項６から８のいずれか一項に記載の通信ノード（４００）。

【請求項11】

それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有し、それぞれが前記周波数チャネルを使用して受信側と通信する送信側を備えるように定義された少なくとも２つの通信リンクを提供する無線通信システムの、周囲の１つまたは複数の送信機からの干渉の影響を受ける通信ノードにおける方法であって、
送信側ノードから前記周波数チャネル上でデータまたはパイロット信号を受信するステップ（ａ）と、
前記受信されたデータまたはパイロット信号から前記周波数チャネルの利得対干渉比、ＧＩＮＲ、に基づく指示を決定するステップ（ｂ）と、
リンク上の電力の合計を最小限に抑えながらデータ転送速度の合計についての前記リンクの目標に到達するように前記周波数チャネル上の電力を割り振るために、前記送信側ノードに、前記送信側ノードにおいて使用されるべき前記決定された指示を送信するステップ（ｃ）と
を含み、
前記リンクの各周波数チャネル上の電力を割り振るステップ（２０２−１）と、
前記受信側通信ノードに、前記リンクの前記周波数チャネルを使用して、前記少なくとも２つのリンク上でデータまたは基準信号を送信するステップ（２０２−２）と、
前記送信されたデータまたは基準信号に基づき、前記受信側通信ノードから、前記周波数チャネルの利得対干渉比（ＧＩＮＲ）に基づく指示を受信するステップ（２０２−３）と、
前記周波数チャネルの前記受信されたＧＩＮＲに基づき、前記リンクについての前記データ転送速度の合計を算出するステップ（２０２−４）と、
前記目標が達成され、または収束メトリックが満たされたかどうか判定するステップ（２０２−５）と、
前記目標が達成されるまで、前記割り振るステップ、前記送信するステップ、前記受信するステップ、および前記算出するステップを反復し、更新された電力を使用するステップ（２０２−６）と、により前記電力が割り振られる、方法。

【請求項12】

それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有し、それぞれが前記周波数チャネルを使用して受信側と通信する送信側を備えるように定義された少なくとも２つの通信リンクを提供する無線通信システムの、周囲の１つまたは複数の送信機からの干渉の影響を受ける通信ノードにおける方法であって、
送信側ノードから前記周波数チャネル上でデータまたはパイロット信号を受信するステップ（ａ）と、
前記受信されたデータまたはパイロット信号から前記周波数チャネルの利得対干渉比、ＧＩＮＲ、に基づく指示を決定するステップ（ｂ）と、
リンク上の電力の合計を最小限に抑えながらデータ転送速度の合計についての前記リンクの目標に到達するように前記周波数チャネル上の電力を割り振るために、前記送信側ノードに、前記送信側ノードにおいて使用されるべき前記決定された指示を送信するステップ（ｃ）と
を含み、
１つの周波数チャネルについてあるリンクｕ上で割り振られるべき更新電力は、ｕが前記リンクを表し、ｍが前記反復を表す事前定義のラグランジュパラメータλ_ｕ^{（ｍ＋１）}を前提として注水（ｗａｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇ）割振りを使用することにより計算され、
リンクｕについて割り振られるべき前記更新電力を計算するのに使用されるべき更新されたラグランジュパラメータλ_ｕ^{（ｍ＋１）}が、

であり、式中、Ｒ_ｕ^（ｍ）は、反復ｍにおけるリンクｕ上の前記データ転送速度を表し、Ｒ_ｕ^{Ｔａｒｇｅｔ}は前記目標であり、Ｎ_ｕ^（ｍ）は、送信側が反復ｍにおいて非０の送信電力を使用する周波数チャネルの数である、
方法。

【請求項13】

それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有し、それぞれが前記周波数チャネルを使用して受信側と通信する送信側を備えるように定義された少なくとも２つの通信リンクを提供する無線通信システムの、周囲の１つまたは複数の送信機からの干渉の影響を受ける通信ノード（４１０）であって、
送信側ノードから前記周波数チャネル上でデータまたはパイロット信号を受信するように動作する受信機（４１１）と、
前記受信されたデータまたはパイロット信号から、前記周波数チャネルの利得対干渉比、ＧＩＮＲ、に基づく指示を決定するためのプロセッサ（４１２）と、
リンク上の電力の合計を最小限に抑えながらデータ転送速度の合計についての前記リンクの目標に到達するように前記周波数チャネル上の電力を割り振るために、前記送信側ノードに、前記送信側ノード（４００）において使用されるべき前記決定された指示を送信するための送信機（４１３）とを備え、
前記リンクの各周波数チャネル上の電力を割り振るステップ（２０２−１）と、
前記受信側通信ノードに、前記リンクの前記周波数チャネルを使用して、前記少なくとも２つのリンク上でデータまたは基準信号を送信するステップ（２０２−２）と、
前記送信されたデータまたは基準信号に基づき、前記受信側通信ノードから、前記周波数チャネルの利得対干渉比（ＧＩＮＲ）に基づく指示を受信するステップ（２０２−３）と、
前記周波数チャネルの前記受信されたＧＩＮＲに基づき、前記リンクについての前記データ転送速度の合計を算出するステップ（２０２−４）と、
前記目標が達成され、または収束メトリックが満たされたかどうか判定するステップ（２０２−５）と、
前記目標が達成されるまで、前記割り振るステップ、前記送信するステップ、前記受信するステップ、および前記算出するステップを反復し、更新された電力を使用するステップ（２０２−６）と、により前記電力が割り振られる、
通信ノード（４１０）。

【請求項14】

それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有し、それぞれが前記周波数チャネルを使用して受信側と通信する送信側を備えるように定義された少なくとも２つの通信リンクを提供する無線通信システムの、周囲の１つまたは複数の送信機からの干渉の影響を受ける通信ノード（４１０）であって、
送信側ノードから前記周波数チャネル上でデータまたはパイロット信号を受信するように動作する受信機（４１１）と、
前記受信されたデータまたはパイロット信号から、前記周波数チャネルの利得対干渉比、ＧＩＮＲ、に基づく指示を決定するためのプロセッサ（４１２）と、
リンク上の電力の合計を最小限に抑えながらデータ転送速度の合計についての前記リンクの目標に到達するように前記周波数チャネル上の電力を割り振るために、前記送信側ノードに、前記送信側ノード（４００）において使用されるべき前記決定された指示を送信するための送信機（４１３）とを備え、
１つの周波数チャネルについてあるリンクｕ上で割り振られるべき更新電力は、ｕが前記リンクを表し、ｍが前記反復を表す事前定義のラグランジュパラメータλ_ｕ^{（ｍ＋１）}を前提として注水（ｗａｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇ）割振りを使用することにより計算され、
リンクｕについて割り振られるべき前記更新電力を計算するのに使用されるべき更新されたラグランジュパラメータλ_ｕ^{（ｍ＋１）}が、

であり、式中、Ｒ_ｕ^（ｍ）は、反復ｍにおけるリンクｕ上の前記データ転送速度を表し、Ｒ_ｕ^{Ｔａｒｇｅｔ}は前記目標であり、Ｎ_ｕ^（ｍ）は、送信側が反復ｍにおいて非０の送信電力を使用する周波数チャネルの数である、
通信ノード（４１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のセルからの干渉に曝される無線通信システムにおいて電力を割り振るための方法および構成に関する。詳細には、本発明は、複数の搬送波および複数のチャネルにわたって平衡化された電力割振りを可能にし、またそれによってチャネルを選択する。

【背景技術】

【0002】

無線通信システムにおいて所望の通信品質を保証するために、多くの場合、電力・速度制御が配備される。ある種類の電力・速度制御は、搬送波対干渉雑音比（ＣＩＮＲ：Ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−Ｎｏｉｓｅ−Ｒａｔｉｏ）を、ユーザごとのＣＩＮＲ目標に（または全ユーザについて等しいＣＩＮＲ目標に）合わせて調整することにより、ユーザごとにある固定された速度が達成されるようにすることを目指す。この手法をＣＩＮＲ平衡化という（Ｎが省かれ、ＣＩＲ平衡化と呼ばれることもある）。ユーザという用語は、リンクおよびＴＸ−ＲＸ対という用語と区別なく使用されることに留意されたい。

【0003】

いくつかの分散ＣＩＮＲ平衡化方式が開発されている。Ｓ．Ａ．Ｇｒａｎｄｈｉ，Ｒ．Ｖｉｊａｙａｎ，ａｎｄ Ｄ．Ｊ．Ｇｏｏｄｍａｎ，「Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｒａｄｉｏ ｓｙｓｔｅｍｓ，」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，ｐｔ．１，ｖｏｌ．４２，ｎｏ．２−４，ｐｐ．２２６−２２８，１９９４では、分散電力制御（ＤＰＣ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アルゴリズムが紹介された。リンクｕについての第ｍの反復電力値Ｐ_ｕ^（ｍ）、ＣＩＮＲ Γ_ｕ^（ｍ）および目標ＣＩＮＲ Γ_ｕ^{Ｔａｒｇｅｔ}に基づき、リンクｕについての新しい電力値が次式として計算され得る。

（１）の形について直観的に認められるのは、ＣＩＮＲについて、すべての干渉が一定に保たれる場合、ＣＩＮＲは、それ自体のリンクの送信電力において線形であることである。したがって、何らかの要因でＣＩＮＲを増加させることが求められる場合には、所望のＣＩＮＲと現在のＣＩＮＲとの比率を用いて電力を増加させる必要がある。

【0004】

ＣＩＮＲ平衡化の考え方が発展したのは、狭帯域システムにおける音声サービスのためであった。

【0005】

しかし、今日のシステムは、多くの場合、広帯域型のものである。そのより広い帯域幅を扱うためには、より広い帯域は、典型的には、情報を転送するための複数のより小さい帯域幅に分割される。これが当てはまる典型的なシナリオがＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ ａｃｃｅｓｓ：直交周波数分割多重アクセス）である。

【0006】

別のシナリオは、コグニティブ無線システムにおける、スペクトルの広範囲に隔たった部分にあってさえも可能な、複数の帯域の使用とすることができるはずである。

【0007】

ＣＩＮＲ平衡化は、副搬送波といった各スペクトルリソース上で使用することもできるはずであるが、この手法は、異なるスペクトルリソースが、多くの場合、独立に減衰すること、および利得対雑音比の劣る副搬送波ではなく利得対雑音比の良好な副搬送波に電力を再割り振りした方が賢明なはずであることを考慮せず、これを活用しない。

【0008】

また、著しく異なる周波数帯域上の帯域を使用するコグニティブ無線（または他の任意のシステム）の場合には、各帯域の平均伝搬損および干渉状況も著しく異なり、データ転送速度に関してなど、電力が最も奏功する帯域に電力を再割り振りすることが道理にかなう場合もある。

【発明の概要】

【0009】

したがって、複数の周波数帯域および／または副搬送波の態様を組み込んだ電力・速度制御のための方法および構成を実現することが求められている。本発明の実施形態によれば、これは、各ユーザへの１リンクについてある一定の合計速度を、すなわち、上記リンク上のすべての副搬送波／周波数帯域にわたって合計したときの速度を提供することにより実現される。

【0010】

本発明の第１の態様によれば、無線通信システムの通信ノードにおける方法が提供される。無線通信システムは、それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有する少なくとも２つの通信リンクを提供し、通信ノードは、上記周波数チャネルを使用する周囲の（１つまたは複数の）送信機からの干渉の影響下にあるリンク上で受信側通信ノードと通信するように構成される。この方法では、データ転送速度の合計についての上記リンクの目標が決定され、周波数チャネル上の電力が、上記リンク上の電力の合計を最小限に抑えながら上記目標に到達するように割り振られる。

【0011】

本発明の第２の態様によれば、無線通信システムの通信ノードが提供される。無線通信システムは、それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有する少なくとも２つの通信リンクを提供する。通信ノードは、上記周波数チャネルを使用する周囲の（１つまたは複数の）送信機からの干渉の影響下にあるリンク上で受信側通信ノードと通信するように構成される。さらに、通信ノードは、データ転送速度の合計についての上記リンクの目標を決定するように構成されたプロセッサと、リンク上の電力の合計を最小限に抑えながら上記目標に到達するように周波数チャネル上の電力を割り振るように構成された電力割振り器とを備える。

【0012】

本発明の第３の態様によれば、無線通信システムの通信ノードにおける方法が提供される。通信ノードは、周囲の（１つまたは複数の）送信機からの干渉の影響を受け、無線通信システムは、それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有する少なくとも２つの通信リンクを提供し、各リンクは、上記周波数チャネルを使用して受信側と通信する送信側を備えるように定義される。この方法では、送信側ノードから周波数チャネル上でデータまたはパイロット信号が受信され、受信されたデータまたはパイロット信号から周波数チャネルのＧＩＮＲに基づく指示が決定され、決定された指示が送信側ノードに送信される。この指示は、送信側ノードにおいて、リンク上の電力の合計を最小限に抑えながらデータ転送速度の合計についてのリンクの目標に到達するように周波数チャネル上の電力を割り振るために使用される。

【0013】

本発明の第４の態様によれば、無線通信システムの通信ノードが提供される。通信ノードは、周囲の（１つまたは複数の）送信機からの干渉の影響を受け、無線通信システムは、それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有する少なくとも２つの通信リンクを提供し、各リンクは、上記周波数チャネルを使用して受信側と通信する送信側を備えるように定義される。このノードは、送信側ノードから周波数チャネル上でデータまたはパイロット信号を受信するように動作する受信機と、受信されたデータまたはパイロット信号から周波数チャネルのＧＩＮＲに基づく指示を決定するためのプロセッサと、送信側ノードにおいて、リンク上の電力の合計を最小限に抑えながらデータ転送速度の合計についてのリンクの目標に到達するように周波数チャネル上の電力を割り振るために使用されるべく決定された指示を送信側ノードに送信するための送信機とを備える。

【0014】

よって、本発明の実施形態の一利点は、ＴＸ−ＲＸ対（リンク）が、その電力を、目標合計速度に合致するように調整することである。

【0015】

本発明の実施形態の別の利点は、電力が、最適な副搬送波（または周波数帯域）に割り振られる、すなわち、不良な副搬送波（または周波数帯域）上で浪費されないことである。これは、最小限の合計電力目標と相まって、結果として、エネルギー効率性、ＣＯ_２排出量の低減、および電池寿命の延長をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1a】本発明が実施され得る無線通信システムを示す図である。

【図1b】本発明が実施され得る無線通信システムを示す図である。

【図1c】本発明が実施され得る無線通信システムを示す図である。

【図2】本発明の一実施形態による方法を示す流れ図である。

【図3】本発明の一実施形態による方法を示すシーケンス図である。

【図4】本発明の実施形態による通信ノードを概略的に示す図である。

【図5】リンク合計速度対最大合計リンク速度のＣＤＦ（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：累積分布関数）を示す図である。

【図6】搬送波ごとおよびユーザごとの速度割振り対基地局からモバイルユーザまでの距離を示す図である。

【図7】ユーザごとおよび搬送波ごとの速度のＣＤＦを示す図である。

【図8a】異なる初期設定条件でのチャネルおよびユーザごとの収束特性を示す図である。

【図8b】異なる初期設定条件でのチャネルおよびユーザごとの収束特性を示す図である。

【図9a】ユーザごとおよびチャネルごとの速度およびチャネル割振りを示す図である。

【図9b】ユーザごとおよびチャネルごとの速度およびチャネル割振りを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下では、本発明の好ましい実施形態が示される添付の図面を参照して本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に示す実施形態だけに限定されるものと解釈すべきではない。そうではなく、これらの実施形態は、本開示が詳細で完全なものであり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供するものである。図面において、同類の参照符号は同類の要素を指し示す。

【0018】

さらに、当業者は、本明細書で説明する手段および機能が、プログラム式マイクロプロセッサまたは汎用コンピュータと併せて機能するソフトウェアを使用して、かつ／または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用して実施されてもよいことも理解するであろう。また、本発明は主に方法および装置として説明されるが、本発明は、コンピュータプログラム製品としても、コンピュータプロセッサと、本明細書で開示する機能を果たし得る１つまたは複数のプログラムで符号化される、プロセッサに結合されたメモリとを備えるシステムとしても実施され得ることも理解されるであろう。

【0019】

図１ａおよび１ｂに、本発明の実施形態が実施され得る無線通信システムを示す。このシナリオでは、基地局が送信側ユニットであり、移動端末が受信側ユニットである。しかし、本発明の実施形態は、移動端末が送信側ユニットであり、基地局が受信側ユニットであるときにも適用できる。ここで、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ：ロング・ターム・エボルーション）システムといったセルラシステムで例示する無線通信システムは、コアネットワーク（図示せず）に接続される、ｅＮｏｄｅＢと呼ばれる無線基地局１００を備え、ｅＮｏｄｅＢ同士も相互接続され得る。各ｅＮｏｄｅＢ１０１は、アンテナ１０５と関連付けられた送受信機１０４を有し、ｅＮｏｄｅＢは、送受信機１０６とアンテナ１０７とを備える移動端末１０２と無線で通信する。本発明は、無線通信システムにおける送信側ユニットを有する通信ノードを対象とする。これは送信側ユニットであるが、送信機と受信機の両方を備える。送信することは、データの送信の方向を指す。送信側ノードの受信機は、測定情報といった制御情報を受信する。

【0020】

図１ｂには、Ｕ個のリンク、すなわち、Ｕ個の送信側ＴＸとＵ個の受信側ＲＸとが示されている。各リンクはｋ個のチャネル（周波数帯域／副搬送波）を有し、各チャネルは、伝搬路利得Ｇ_ｕｕ（ｋ）を有する電力Ｐ_ｕ（ｋ）、で送信される。さらに、各受信側は、伝搬路利得Ｇ_ｕｊ（ｋ）（ｊ≠ｕ）を有する同じリンクに属さない送信機からの干渉を受ける。加えて、各受信機は、内部および外部の雑音Ｗ_ｕも受ける。

【0021】

主として考慮されるネットワークトポロジはセルラシステムであるが、本発明はそれだけに限定されないことに留意すべきである。実際、本発明は、複数の同時の潜在的干渉源となる伝送が発生する任意の無線マルチキャリア／帯域システムに適用され得る。

【0022】

本発明は、マルチキャリアシステムのための電力割振りにかかわるものである。したがって、本発明の実施形態では、異なるスペクトルリソース／帯域／副搬送波上で使用される電力が、各ユーザが目標合計速度、すなわち、１つまたは複数のリンク（搬送波）上の利用可能なチャネル上の速度の合計を満たすように調整される。したがって、この目標合計速度は、リンク特有のものとすることもでき、一部または全部のリンクについて同様とすることもできる。このようにして、複数の帯域および／または副搬送波の態様を組み込んだ電力・速度制御が実現される。

【0023】

これが図１ｃに示されている。図１ｃには、２個のリンク、すなわち、２個の送信側ＴＸと２個の受信側ＲＸとを備えるシステム１２０が示されている。各リンクは２個のチャネル（帯域／副搬送波）を有し、各チャネルは、利得Ｇ_ｕｕ（ｋ）を有する電力Ｐ_ｕ（ｋ）で送信される。さらに、各受信側は、同じリンクに属さない送信機から、伝搬路利得Ｇ_ｕｊ（ｋ）（ｊ≠ｕ）を有する、送信側から受信側ｕへの干渉を受ける。加えて、各受信側は、内部および外部の雑音Ｗ_ｕ（ｋ）も被る。

【0024】

リンク１は、グラフ１３０で表すように、チャネル１、ＣＨ１、上で送信電力Ｐ_１（１）を、チャネル２、ＣＨ２、上でＰ_１（２）を使用する。それぞれ、１４０および１５０で表すグラフに示すように、リンク１のＣＨ１上のＣＩＮＲはΓ_１（１）であり、リンク１のＣＨ２上のＣＩＮＲはΓ_１（２）であり、リンク１のＣＨ１上のデータ転送速度は、Ｒ_１（１）であり、リンク１のＣＨ２上のデータ転送速度は、Ｒ_１（２）である。その場合、チャネル１およびチャネル２に及ぶデータ転送速度の合計は、本発明の実施形態に従い、１６０で表すグラフに示すように算出される。リンク２についての対応するパラメータは、１７０〜２００で表す各グラフに示されている。

【0025】

さらに、周囲の送信機からの干渉の影響を受ける受信側ノードと無線で通信する無線通信システムの通信ノードにおける方法が提供される。無線通信システムは、それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有する少なくとも２つの通信リンクを提供し、各リンクは、上記周波数チャネルを使用して受信側と通信する送信側を備えるように定義される。図２の流れ図に示すように、
２０１．プロセッサは、データ転送速度の合計についてのリンクの目標を決定する。
２０２．送信電力割振り器は、リンク上の電力の合計を最小限に抑えながら上記目標に到達するように周波数チャネル上の電力を割り振る。

【0026】

一実施形態によれば、リンク合計電力は、ＴＸ−ＲＸ対ごとの所望のリンク合計速度を目標としながらの反復的な分散型の解決法により最小化される。リンク合計電力を最小限に抑えることにより、各ユーザは、不良なチャネルと比べて良好なチャネルに大部分の電力を日和見的に（ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃａｌｌｙ）割り振り、不良なチャネルにはゼロ電力が割り振られない場合さえもあり得る。良好なチャネルとは高い利得対雑音比を有するチャネルであり、不良なチャネルとは低い利得対干渉雑音比（ＧＩＮＲ）を有するチャネルである。低い利得対干渉雑音比を有する搬送波には、電力が全く割り振られない場合もあり、スケジュールされないのと同じことになる。チャネル割振り問題への従来からの手法である、組み合わせ的に非常に複雑な問題を解くのではなく、本発明者らは、ほんの数回の反復だけで最適なチャネル割振りを見出す。

【0027】

したがって、割振りステップ２０２は、一実施形態によれば、さらに以下のステップを含む。

【0028】

電力割振り器は、上記リンク上の各周波数チャネル上の電力を割り振る２０２−１。送信機は、受信側ノードに、リンクの周波数チャネルを使用して、少なくとも２つのリンク上でデータまたは基準信号を送信し２０２−２、受信機は、送信されたデータまたは基準信号に基づき、受信側ノードから、周波数チャネルの利得対干渉比（ＧＩＮＲ）に基づく指示を受信する２０２−３。さらに、計算器は、周波数チャネルの受信されたＧＩＮＲに基づいてデータ転送速度の合計を算出し２０２−４、上記目標が達成され、または収束メトリックが満たされたかどうか判定する２０２−５。これらのステップは、上記目標が達成されるまで、または収束メトリックが満たされる場合に反復される。反復ごとに、割り振られる電力は、目標または収束メトリックが少数回の反復で満たされるように更新される２０２−６。したがって、目標または収束メトリックが満たされると、割り振られた電力が送信に使用される２０２−７。これについて以下でさらに説明する。

【0029】

このアルゴリズムは、他の電力・速度目標、アルゴリズムおよび手段と一緒に使用されてもよい。例えば、別の電力・速度制御の方法がユーザごとの合計速度上限を超えないように使用されてもよい。これは、提案のアルゴリズムによって決定される送信電力を、ユーザごとに合計速度限界を超えないような電力レベルに下方制御することによって実現され得る。

【0030】

次に、図１ｂおよび１ｃを見て、送信側基地局と受信側モバイルを有するセルラシステムが考察されている本発明の実施形態をさらに説明する。当然ながら、本発明の実施形態は、ユーザ端末から基地局へのアップリンク伝送でも適用できる。図１ｂには、図１ａのシステムのモデルが示されている。送信側ｕ（この場合には基地局ｕ）は、電力Ｐ_ｕ（ｋ）を用いて、チャネルＧ_ｕｕ（ｋ）上のチャネルｋで、受信側ｕ（この場合にはユーザ端末ｕ）に送信する。送信側ｕの送信は、チャネル利得Ｇ_ｊｕ（ｋ）によりユーザｊにおいて干渉を引き起こす。

【0031】

この動作を、分散型動作の見地から説明する。とはいえ、完全な利得行列が各送信側または中央ノードにおいて知られている場合には、以下に示すのと同じ原理を適用して電力、速度、およびチャネル割振りを計算することもできる。

【0032】

一実施形態による方法が、送信側３０１および受信側３０２の見地で、図３のシーケンス図に示されている。送信側３０１および受信側３０２は、データの送信のための方向を指示するものであることに留意すべきである。というのは、送信側３０１も受信側３０２から送信される制御情報を受信するからである。一代替実施形態によれば、送信側３０１は基地局であり、受信側３０２は移動端末であり、別の代替実施形態によれば、送信側３０１は移動端末であり、受信側３０２は基地局である。

【0033】

第１のステップ２０１で、送信側は、合計データ転送速度目標を決定し、または合計データ転送速度目標に関して知らされる。第２のステップ２０２−１で、電力が、決定された合計目標データ転送速度に到達するように割り振られ、または所望の合計速度に近づく。チャネル／帯域／副搬送波についてのＧＩＮＲパラメータが得られるように、データまたはパイロット信号が、割り振られた電力で受信側に送信される２０２−２。パイロット信号が必要とされ得る理由は、データが非ゼロの電力を有する搬送波上でのみ送信されるべきだからであり、その他のサイレントチャネルの品質が高くなったときにそれらのチャネルに電力を再割り振りするために、それらのチャネルの伝搬路利得を算出することが必要とされ得る。

【0034】

図３のステップａ．で、受信側の受信モジュールにおいてデータまたはパイロット信号がしかるべく受信される。

【0035】

加えて、送信側も時々、受信側がそれ自体の送信側／受信側チャネル利得を算出するように、各チャネル上で受信側が既知の電力で、パイロット（パイロット信号、基準シンボル、チャネル推定シンボル、訓練シーケンスともいう）を送信し得る。これに加えて、受信側も、各チャネル上の干渉および雑音の合計を推定する。

【0036】

利得および各チャネル上の干渉および雑音の合計に基づき、受信側３０２の計算器は、ＧＩＮＲ、または、ＧＩＮＲを導出するための、ＳＩＮＲといった別のパラメータを形成し（図３ステップｂ．）、受信側３０２は、それらの全部または選択される一部を送信側３０１に送り返す（図３ステップｃ．）ための送信機を備える。

【0037】

送信側は、受信機において（１つまたは複数の）ＧＩＮＲを受信し２０２−３、それらのＧＩＮＲを使用して合計データ転送速度を計算し２０２−４、合計データ転送速度目標に到達するかどうか、または収束メトリックが満たされるかどうか判定する２０２−５。合計データ転送速度に到達した場合には、割り振られた電力がデータ伝送のために使用され、そうでない場合には、以下で詳細に説明するアルゴリズムに従って割り振られるべき電力が更新される２０２−６。

【0038】

この手順は、収束メトリックが満たされるまで反復される。収束メトリックは、目標合計速度に対する実際の合計速度の相対誤差の偏差が係数ε未満であることとすることができる。あるいは、収束メトリックは、ある反復から次の反復までの各相対電力更新または合計相対電力更新がある閾値より小であることとすることもできる。チャネル速度反復更新に基づくものなど、代替の収束尺度を想定することもできる。

【0039】

上記の例のフィードバックではＧＩＮＲが使用されるが、他の同等のフィードバック尺度を考慮することもできるはずである。また、受信されたパイロット電力を送信側に送り返すことも可能である。というのは、送信側は、使用されたパイロット電力の知識に基づき、それ自体のチャネル利得を計算することができるからである。別の代替尺度は、ある程度まで、データトラフィックについて割り振られ、使用されたチャネルの受信電力の測定を利用する。

【0040】

前述のように、図２および図３には、固定された干渉を想定して、リンクについての合計電力を最小限に抑えながら、所望の合計データ転送速度を提供する反復アルゴリズムが示されている。一実施形態によれば、逆注水法（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｗａｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇ）に基づく反復アルゴリズムがこの目的で使用される。これは、電力およびデータ転送速度割振りを反復して計算するための唯一の方法ではないが、最適化しなければならない場合には、高速で常に収束する代替方法である。

【0041】

以下では、逆注水割振りを使用するときに、割り振られるべき電力がどのように更新されるかを説明する。

【0042】

初期設定段階では、注水割振りに使用されるべきラグランジュ（Ｌａｇｒａｎｇｅ）パラメータλ_ｕが、可能な限り最終的なラグランジュパラメータに近いものと想定され得る値に設定され得る。前のセル全体の電力更新からのλ_ｕが利用できる場合には、この値が使用され得る。λ_ｕおよびＧＩＮＲに基づく（最初の反復では、まだ干渉が発生していないため、１回目は利得対雑音比だけを有し得る）。

【0043】

この部分では、式（１）に対する対応する比に基づく反復更新式を導出するための第１のステップが与えられる。

【0044】

すべての干渉が固定されているものと仮定する。ユーザｕについてのラグランジュパラメータλ_ｕが与えられる場合、副搬送波ごとの電力は、

であり、速度Ｒ_ｕ^{Ｔａｒｇｅｔ}＝ｌｇ_２（１＋Γ_ｕ^{Ｔａｒｇｅｔ}）、Γ_ｕ^{Ｔａｒｇｅｔ}＝Ｃ／Ｉ、Ｃ＝Ｐ_ｕ（ｋ）、

である。

【0045】

次いで、ユーザごとの合計速度がステップ２０２−４で、

として計算される。式中、ｋ’は非ゼロの正の電力を有する搬送波についてのインデックスを表す。これは、以下の形に書き換えられてもよい。

【0046】

差し当たり、少なくとも１つの帯域／搬送波が使用されるものと仮定する。アクティブな副搬送波／周波数帯域の数Ｎ_ｕは、式（４）が、

であるように導入され、式中、ｋ’は、Ｎ_ｕ個のアクティブな副搬送波についてのインデックスであり、Ｃ_ｕは、すべての干渉源電力が一定であると仮定される場合には、一定である。これは、反復ＣＩＲ平衡化式（１）を導出する際になされたのと同じ仮定であることに注意されたい。

【0047】

Ｃ_ｕおよびＮ_ｕは反復ｍから次の反復ｍ＋１まで同じであるものと仮定すると、第ｍの速度式と第ｍ＋１の速度式との比は、

に従って形成される。同一の（固定と仮定される）干渉項Ｃ_ｕは打ち消されることがわかる。

【0048】

次に、前のラグランジュパラメータ、前に測定された速度、前のアクティブ搬送波の数、および所望の速度に基づいて、更新されたラグランジュパラメータの値が求められる。この更新されたラグランジュパラメータは、ステップ２０２−６で、割り振られるべき更新電力を計算するときに使用される。

上記では、１リンク当たり少なくとも１つの搬送波が使用されるものと想定した。搬送波が使用されない場合、これは、Ｎ_ｕ^（ｍ）＝０の場合である。これは望ましくない状況である。というのは、電力が割り振られていないユーザは、合計速度を満たすようにその電力を調整しないからである。この問題を軽減するために、搬送波の数は、

に従って少なくとも１つに設定される。要約すると、所望の電力およびデータ転送速度割振りを見つけるためには、以下のステップが行われる。

【0049】

初期電力が、初期値：

を使用することにより割り振られる（ステップ２０２−１）。

【0050】

合計データ転送速度が、

として算出される２０２ー４。

【0051】

目標に到達していない場合には、更新されたラグランジュパラメータを使用することにより、更新された電力が以下のように算出される。

【0052】

更新された送信電力を計算する。

【0053】

例えば、

などにより、十分な収束が達成されるまで反復する。

【0054】

前述のような電力を割り振るための方法は、図４ａおよび図４ｂに示すような受信側ノード４１０との通信のために適合された送信側通信ノードにおいて実施することができる。送信側ノード４００は、通信ノードが周囲の送信機からの干渉の影響を受ける無線通信システムの一部となるように構成される。送信側ノード４００は、基地局でも移動局でもよい。送信側ノード４００が基地局である場合、受信側ノード４１０は移動端末であり、送信側ノード４００が移動端末である場合、受信側ノード４１０は基地局である。無線通信システムは、それぞれが少なくとも２つの周波数チャネルを有する少なくとも２つの通信リンクを提供し、通信ノードは、上記周波数チャネルを使用する周囲の送信機からの干渉の影響下にあるリンク上で受信側通信ノードと通信するように構成される。送信側ノードと受信側ノードとは、少なくとも２つの周波数チャネルを提供する１つのリンク上で通信することに留意すべきである。送信側ノード４００は、データ転送速度の合計についてのリンクの目標を決定するように構成されたプロセッサ４０１と、リンク上の電力の合計を最小限に抑えながら上記目標に到達するように周波数チャネル上の電力を割り振るように構成された電力割振り器４０２とを備える。

【0055】

本発明の実施形態によれば、送信側ノードは、受信側ノード４１０の受信機４１１に、リンクの周波数チャネルを使用して少なくとも２つのリンク上でデータまたは基準信号を送信するための送信機４０３を備える。受信側ノード４１０は、データまたはパイロット信号を使用してＧＩＮＲを推定するように構成されたプロセッサ４１２と、推定されたＧＩＮＲまたは類似のパラメータを送信側ノード４００に送信するための送信機とを備える。したがって、送信側ノード４００は、少なくとも２つのリンクの周波数チャネルのＧＩＮＲの指示を受信するための受信機４０４をさらに備える。さらに、送信側ノード４００においては、周波数チャネルの受信されたＧＩＮＲに基づいて、リンク上のデータ転送速度の合計を算出するように構成された計算器４０５が設けられる。計算器４０５は、さらに、上記目標が達成されたかどうか判定し、上記目標が達成されるまで、更新された電力を使用して電力の割振りが反復されるように制御するように構成される。

【0056】

電力の割振りには注水アルゴリズムが使用され得る。したがって、計算器４０５は、一実施形態によれば、さらに、ｕがリンクを表しｍが反復を表す事前定義のラグランジュパラメータλ_ｕ^{（ｍ＋１）}を前提として注水割振りを使用することにより、１つのチャネルについてあるリンクｕ上で割り振られるべき更新電力を計算するように構成される。リンクｕに割り振られるべき更新電力を計算するための使用されるべき更新されたラグランジュパラメータλ_ｕ^{（ｍ＋１）}は、

として計算することができ、式中、Ｒは、反復ｍにおけるリンクｕ上のデータ転送速度を表し、Ｒ_ｕ^{Ｔａｒｇｅｔ}は上記目標であり、Ｒ_ｕ^（ｍ）は、送信側が反復ｍにおいて非ゼロの送信電力を使用する周波数チャネルの数である。

【0057】

本発明の実施形態の性能を、以下に開示するシミュレーション結果で例示する。

【0058】

この部分では、（ラップアラウンドを用いて１０×１０の六角形セルとして配置された）１００セルのシステムを考察する。チャネルｋについての平均経路利得モデルは、

であり、式中、Ｒ_ｉｊはリンクｉの送信側とリンクｊの受信側との距離である。瞬間経路利得は、

が与えられた場合の、平均経路利得Ｇ_ｉｊ（ｋ）およびフェージング利得ｇ_ｉｊ（ｋ）に基づくものである。所望のリンクでは、ｉ＝ｊであり、一方、干渉源リンクでは、ｉ≠ｊである。（平均経路利得がユーザについてのチャネル間で等しい場合でさえも、リンクの各チャネルは異なって減衰し、異なる瞬間経路利得を有する場合があることに留意されたい。）以下のシミュレーションでは、α＝３．６と仮定する。

【0059】

以下のシミュレーションでは、さらに、ユーザごとの合計速度目標は２ｂ／Ｈｚ／ｓ、すなわち、Ｒ_ｕ^{Ｔａｒｇｅｔ}＝２ｂ／Ｈｚ／ｓであるものと仮定する。

【0060】

図５に、このアルゴリズムの最後の反復におけるユーザごとの合計速度ＣＤＦを示す。明らかに、すべてのユーザがその合計速度目標に到達する。

【0061】

図６に、搬送波ごとの速度割振り対モバイルユーザから基地局までの距離を示す。

【0062】

図７に、このアルゴリズムの最後の反復におけるすべてのユーザおよび搬送波についての速度ＣＤＦを示す。リンク上のごく一部３％が最大合計速度に等しいリンク速度を使用し（すなわち、それらのユーザについてのそれ以外の３搬送波は完全にサイレントであり）、副搬送波の約４２％はサイレントであり、残りの５５％の副搬送波には、最大合計速度上のゼロの間の速度が割り振られていることが認められる。

【0063】

図８ａ〜ｂに、セルラシステムにおいて更新電力が適用されるときの１反復回当たりの（あらゆる副搬送波およびユーザについての）電力変動を示す。図８ａでは、すべてのチャネルが干渉なしであるものと仮定され、平均経路利得が使用されるという開始条件を前提とする。一方、図８ｂでは、各ユーザが、干渉が生じない場合の、各ユーザの合計速度目標を達成するようにその電力を適応させるという開始条件を前提とする。実際の収束には３〜４反復で十分のようである。（図には示されていないが）より厳密に検査すれば、相対合計電力誤差は、１反復当たりおおよそ１０ｄＢ減少する、すなわち相当に高速な収束であることが示されるはずである。図９ａ〜ｂに、速度およびチャネル割振り（すなわち、速度０のチャネルには割り振られず、０でない速度のチャネルには割り振られる）を示す。図９ａ〜ｂには、それぞれが４チャネル利用できる１００ＴＸ−ＲＸ対が示されている。図９ａでは、ユーザチャネル間の平均利得は同一であるが、チャネルは、レイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）分布変数に従って独立に減衰する。図９ｂでは、ユーザチャネル間の平均利得は、それぞれ、１倍、０．１倍、０．１倍、および０．０１倍だけ異なり、各チャネルはやはり独立に減衰する（レイリー）。したがって、図９ｂには、広く隔てられた帯域を使用したコグニティブ無線システムの場合のような、大幅に異なる平均経路利得を有する異なる帯域が存在する場合が示されている。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8a】

【図8b】

【図9a】

【図9b】