JP2010541300A - Method for allocating bandwidth from a radio frequency spectrum in a cellular network including a set of cells - Google Patents
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Abstract
【課題】本方法が、セルのセットを含むセルラネットワークにおいて無線周波数スペクトルから帯域幅を割り当てる。
【解決手段】各セルは、該セル内の移動局のセットにサービス提供する基地局を含む。各基地局を中心とするエリアを、中央領域及び境界領域に分割する。各基地局において、セル間干渉調整(ICIC)プロトコルに従って、中央領域内で使用するための帯域幅を予約し、ICICプロトコル及び基地局連携(BSC)プロトコルに従って、境界領域内で使用するための帯域幅を予約する。次に、帯域幅予約に従って、中央領域及び境界領域において移動局が基地局と通信するとき、帯域幅を該移動局に割り当てる。
【選択図】図1AThe method allocates bandwidth from a radio frequency spectrum in a cellular network including a set of cells.
Each cell includes a base station that serves a set of mobile stations in the cell. An area centered on each base station is divided into a central area and a boundary area. Each base station reserves bandwidth for use in the central region according to the inter-cell interference coordination (ICIC) protocol, and uses bandwidth within the boundary region according to the ICIC protocol and the base station cooperation (BSC) protocol. Reserve width. Next, according to the bandwidth reservation, when the mobile station communicates with the base station in the central region and the boundary region, bandwidth is allocated to the mobile station.
[Selection] Figure 1A
Description
この発明は、包括的には無線セルラネットワークにおける動的無線リソース割当てに関し、より詳細にはセル間干渉を低減することに関するものである。 The present invention relates generally to dynamic radio resource allocation in a wireless cellular network, and more particularly to reducing inter-cell interference.
OFDMA
直交周波数分割多重化(OFDM)は、多数の無線ネットワーク、たとえば既知のIEEE802.11a/g標準規格及びIEEE802.16/16e標準規格に従って設計されたネットワークの物理層(PHY)において使用される変調技法である。直交周波数分割多元接続(OFDMA)は、OFDMに基づく多元接続プロトコルである。OFDMAでは、直交トーン(サブチャネル又は周波数)の別個のセット及びタイムスロットが、基地局(BS)によって複数の送受信機又は移動局(MS)に割り当てられ、それによって複数の送受信機が同時に通信することができる。OFDMAは、無線リソース割り当てにおけるその効率性及び可変性に起因して、3GPPロングタームエボリューション(LTE)及びIEEE802.16m標準規格に基づいてネットワーク化されたネットワークのような多数の次世代セルラネットワークにおいて広範に採用されている。
OFDMA
Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a modulation technique used in many wireless networks, such as the physical layer (PHY) of networks designed in accordance with the known IEEE 802.11a / g standard and IEEE 802.16 / 16e standard. It is. Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) is a multiple access protocol based on OFDM. In OFDMA, a separate set of orthogonal tones (subchannels or frequencies) and time slots are assigned by a base station (BS) to multiple transceivers or mobile stations (MS) so that multiple transceivers communicate simultaneously. be able to. OFDMA is widely used in many next generation cellular networks such as networked networks based on 3GPP Long Term Evolution (LTE) and IEEE 802.16m standards due to its efficiency and variability in radio resource allocation. Has been adopted.
OFDMAリソース割当て
無線周波数(RF)は、周波数帯域内の電波の振幅、周波数、及び位相の組合わせを変動させることによって情報を搬送することができる。無線スペクトルの使用は、多くの政府機関によって周波数割当てを通じて規制されている。
OFDMA Resource Allocation Radio frequency (RF) can carry information by varying the combination of amplitude, frequency, and phase of radio waves within a frequency band. The use of radio spectrum is regulated through frequency allocation by many government agencies.
本明細書において使用及び定義されるように、帯域幅は無線周波数スペクトルの一部分を意味する。たとえば、IEEE802.11aは5GHzのU−NII周波数帯域の帯域幅を使用し、これは8個の重複しないチャネルを提供する。IEEE802.gは、IEEE802.11bと同様に2.4GHz帯域の帯域幅を使用するが、IEEE802.11aと同じOFDMベースの伝送方式を使用する。IEEE802.16aはIEEE802.16に改正されており、マルチポイント通信に関して2GHz〜11GHz帯域の帯域幅を使用する。IEEE802.16eはスケーリング可能なOFDMAデータを使用し、最大2048個のサブキャリアで1.25MHz〜20MHzのチャネル帯域幅をサポートする。IEEE802.16mは20MHz以上のRF帯域幅において動作することが見込まれる。 As used and defined herein, bandwidth means a portion of the radio frequency spectrum. For example, IEEE 802.11a uses a bandwidth of 5 GHz U-NII frequency band, which provides 8 non-overlapping channels. IEEE802. g uses the bandwidth of the 2.4 GHz band as in IEEE 802.11b, but uses the same OFDM-based transmission scheme as IEEE 802.11a. IEEE 802.16a has been amended to IEEE 802.16 and uses a bandwidth between 2 GHz and 11 GHz for multipoint communication. IEEE 802.16e uses scalable OFDMA data and supports a channel bandwidth of 1.25 MHz to 20 MHz with up to 2048 subcarriers. IEEE 802.16m is expected to operate in RF bandwidths above 20 MHz.
帯域幅及び時間は無線通信における2つの乏しいリソースであり、したがって効率的な割当て方法が必要とされる。無線用途及び加入者送受信機、すなわち移動局(MS)の急速な成長によって、ネットワーク容量を増大させると共に配備コストを削減することができる良好な無線リソース管理(RRM)方法が必要とされる。その結果、OFDMAのための効率的な無線リソース割当てプロトコルを開発することが、無線通信にとって非常に重要である。 Bandwidth and time are two scarce resources in wireless communications, so an efficient allocation method is needed. With the rapid growth of wireless applications and subscriber transceivers, i.e. mobile stations (MS), there is a need for good radio resource management (RRM) methods that can increase network capacity and reduce deployment costs. As a result, developing an efficient radio resource allocation protocol for OFDMA is very important for wireless communications.
基本的な課題は、広範な地理的領域において、多数の送受信機(ユーザ、ノード、又は端末としても既知である)に対し、限られた利用可能なRFスペクトルの帯域幅を割り当てることである。通常、基地局がリソースを割り当てる。換言すれば、同じ周波数スペクトルを複数の地理的領域又はセルにおいて使用することができる。これによって、隣接セル内の送受信機又は移動局(MS)が同時に同じスペクトルを使用するとき、必然的にセル間干渉(ICI)が生じる。実際、無線セルラネットワークにとって、ICIは性能を制限する主要な要因であることが分かっている。 The basic challenge is to allocate limited available RF spectrum bandwidth to a large number of transceivers (also known as users, nodes, or terminals) in a wide geographical area. Usually, base stations allocate resources. In other words, the same frequency spectrum can be used in multiple geographic regions or cells. This necessarily results in inter-cell interference (ICI) when transceivers or mobile stations (MS) in adjacent cells use the same spectrum at the same time. In fact, for wireless cellular networks, ICI has been found to be a major factor limiting performance.
スペクトル効率を最大にするために、OFDMAセル配置において周波数再利用係数1が使用される。すなわち、同じスペクトルがBS及びMSによって同時に再利用される。不都合なことに、この高スペクトル効率がICIをもたらすことは避けられない。したがって、良好なICI管理プロトコルが必要とされる。 In order to maximize spectral efficiency, a frequency reuse factor of 1 is used in the OFDMA cell arrangement. That is, the same spectrum is reused simultaneously by the BS and MS. Unfortunately, this high spectral efficiency inevitably results in ICI. Therefore, a good ICI management protocol is needed.
単一セルの場合、従来の割当て方法のほとんどが、各MSがセル内干渉を回避するために異なるサブチャネルを使用するという想定の下で電力又はスループットを最適化する。すなわち、セル内の全てのMSは、信号を送受信するために別個のサブキャリアを使用する。このため、干渉は起こり得ない。 In the case of a single cell, most conventional allocation methods optimize power or throughput under the assumption that each MS uses a different subchannel to avoid intra-cell interference. That is, all MSs in the cell use separate subcarriers for transmitting and receiving signals. For this reason, interference cannot occur.
単一セルリソース割当てにおける別の重要な想定は、BSがサブチャネルに関する信号対雑音比(SNR)を取得しているということである。BSからMSへのダウンリンク(DL)チャネルにおいて、SNRは通常MSによって推定され、BSにフィードバックされる。MSからBSへのアップリンクチャネルにおいて、BSはMSから受信した信号に基づいてSNRを直接推定することができる。 Another important assumption in single cell resource allocation is that the BS obtains the signal to noise ratio (SNR) for the subchannel. In the downlink (DL) channel from the BS to the MS, the SNR is usually estimated by the MS and fed back to the BS. In the uplink channel from the MS to the BS, the BS can directly estimate the SNR based on the signal received from the MS.
マルチセルのシナリオにおいて、干渉は複数のセル内のBS及びMSに由来する場合があり、リソース割当て前には知られていない、干渉物の距離、ロケーション、及び占有チャネル状態のような様々な要因に依拠するため、信号対干渉雑音比(SINR)は取得するのが難しい。これによって、結果としてICIが相互依存性となり、リソース割当て問題が複雑になる。したがって、SINRの大域的で完全な知識を有する必要がない実際的なマルチセルリソース割当て方法が望ましい。 In a multi-cell scenario, the interference may come from BSs and MSs in multiple cells, due to various factors such as interferer distance, location, and occupied channel conditions that are not known prior to resource allocation. Because it relies on, signal to interference noise ratio (SINR) is difficult to obtain. This results in ICI interdependencies and complicates resource allocation problems. Therefore, a practical multi-cell resource allocation method that does not require global and complete knowledge of SINR is desirable.
セル間干渉調整(ICIC)
セル間干渉調整(ICIC)は、BSから相対的に遠い領域、すなわちセル境界における領域において効果的にICIを低減することができるプロトコルである。ICICは、異なる複数のセルに関連付けられる、セルの境界付近のMSに、別個のチャネルリソースを割り当てることによって達成される。境界MSは高ICIの傾向が非常に強いため、境界MS間のチャネル割当ての調整によって、ICI全体を大幅に低減することができる。より詳細には、ICICは、同じリソースを地理的に遠く離れたMSに割当てることによってICI干渉を低減し、それによって、干渉に起因する経路損失が低減される。
Inter-cell interference adjustment (ICIC)
Inter-cell interference coordination (ICIC) is a protocol that can effectively reduce ICI in a region relatively far from the BS, that is, a region at a cell boundary. ICIC is achieved by allocating separate channel resources to MSs near cell boundaries that are associated with different cells. Since the boundary MS has a very strong tendency for high ICI, the overall ICI can be significantly reduced by adjusting the channel assignment between the boundary MSs. More specifically, ICIC reduces ICI interference by assigning the same resources to geographically distant MSs, thereby reducing path loss due to interference.
しかしながら、境界MSに関するリソース衝突を回避することにのみ基づくICICは、DL通信に関して限定された性能利得しか提供しない。これは、ICICが、BSからセル中央のMSへの送信によって生じる干渉を考慮しないためである。 However, ICIC based solely on avoiding resource collisions for the boundary MS provides only limited performance gains for DL communication. This is because ICIC does not take into account the interference caused by transmission from the BS to the MS in the cell center.
空間分割多元接続(SDMA)
空間分割多元接続(SDMA)は、プレコーディング及びマルチユーザスケジューリングを用いて多入力多出力(MIMO)技法を使用することによって、マルチユーザチャネル接続を提供する。SDMAはセル内のMSのロケーションの空間情報を利用する。SDMAによって、信号の放射パターンは、特定の方向において最も高い利得を得るようになっている。これは、ビーム形成又はビームステアリングと呼ばれることが多い。ビーム形成は、指向性信号送受信のための信号処理技法である。ビーム形成は干渉を利用して信号の指向性を変化させる。ビーム形成器は、送信するとき、信号の位相及び相対振幅を制御して、強め合う干渉及び弱め合う干渉のパターンを生成する。受信するとき、異なるアンテナからの情報は、予期される放射パターンが選択的に観察されるように組み合わされる。
Space division multiple access (SDMA)
Spatial division multiple access (SDMA) provides multi-user channel connections by using multiple-input multiple-output (MIMO) techniques with precoding and multi-user scheduling. SDMA uses spatial information of the location of the MS in the cell. With SDMA, the radiation pattern of a signal obtains the highest gain in a specific direction. This is often referred to as beam forming or beam steering. Beamforming is a signal processing technique for directional signal transmission and reception. Beam forming uses interference to change signal directivity. When transmitting, the beamformer controls the phase and relative amplitude of the signal to produce a pattern of constructive and destructive interference. When receiving, information from different antennas is combined so that the expected radiation pattern is selectively observed.
SDMAをサポートするBSは、同じリソースを使用して複数の移動局に同時に信号を送信する。SDMAは空間多重化を可能にするため、ネットワーク容量を増大させることができる。それにもかかわらず、ICIは、SDMAが使用される場合であっても依然として重要な課題であり続ける。 A BS that supports SDMA transmits signals simultaneously to multiple mobile stations using the same resource. Since SDMA enables spatial multiplexing, the network capacity can be increased. Nevertheless, ICI remains an important issue even when SDMA is used.
基地局連携(BSC)
基地局連携(BSC)によって、複数のBSがビーム形成を使用して、同じリソース、すなわち時間及び周波数を共有しながら、単一のMSに同時に信号を送信することが可能になる。
Base station cooperation (BSC)
Base Station Cooperation (BSC) allows multiple BSs to transmit signals simultaneously to a single MS using beamforming while sharing the same resources, ie time and frequency.
BSCは、SDMA技法を利用して、BSが信号をMSに連携して送信するようにする。BSCは、具体的には、複数のBSの送信範囲内にある境界MSのために使用される。この場合、ここで、別のBSからの干渉信号が有用な信号の部分となる。したがって、BSCは、空間ダイバーシティ及びICI低減の2つの利点を有する。 The BSC uses SDMA techniques to allow the BS to transmit signals in coordination with the MS. The BSC is specifically used for a boundary MS that is within the transmission range of multiple BSs. In this case, the interference signal from another BS is now a useful signal part. Thus, BSC has two advantages: spatial diversity and ICI reduction.
ダイバーシティセット
通常、各MSはアンカーBS又はサービングBSと呼ばれる1つのBSを登録し、該BSと通信する。しかしながら、ハンドオーバのような幾つかのシナリオにおいて、複数のBSとの同時通信が発生する可能性がある。ダイバーシティセットはこの目的に役立つためにIEEE802.16e標準規格において定義されている。ダイバーシティセットはアンカーBS及びMSの通信範囲内にある隣接するBSを追跡する。また、ダイバーシティセットの情報はMSにおいて維持及び更新される。
Diversity Set Normally, each MS registers and communicates with one BS called an anchor BS or serving BS. However, in some scenarios such as handovers, simultaneous communication with multiple BSs can occur. A diversity set is defined in the IEEE 802.16e standard to serve this purpose. The diversity set keeps track of neighboring BSs that are within communication range of the anchor BS and the MS. Also, diversity set information is maintained and updated in the MS.
マクロダイバーシティハンドオーバ(MDHO)
マクロダイバーシティハンドオーバ(MDHO)の間、ハンドオーバ(HO)領域において複数の基地局が同じ信号を単一のMSに送信する。マクロダイバーシティは受信信号強度を増大させ、HO領域におけるフェージングを減少させる。MSが1つのセルから境界領域を通じて別のセルへと移動するとき、MDHOが使用される。この移行は、BSからMSへのダウンリンク(DL)を使用して、BSに、同じ情報の複数のコピーをMSに送信させ、それによってMSにおいてRF合成又はダイバーシティ合成のいずれかを実施することができるようにすることによって達成される。
Macro diversity handover (MDHO)
During macro diversity handover (MDHO), multiple base stations transmit the same signal to a single MS in the handover (HO) region. Macro diversity increases received signal strength and reduces fading in the HO region. MDHO is used when the MS moves from one cell to another cell through the border region. This transition uses the BS to MS downlink (DL) to cause the BS to send multiple copies of the same information to the MS, thereby performing either RF combining or diversity combining at the MS Is achieved by allowing
MSからBSへのアップリンク(UL)において、移行は、2つ以上のBSにHO領域内のMSからの同じ信号を受信させ、それによって選択ダイバーシティが「最良の」アップリンクを使用することができるようにすることによって達成される。MDHOは同じリソースが複製信号のために使用される場合であってもICIを低減させることができる。すなわち、MDHOはリソースを浪費する。これは、MSが2つ以上のセルからのリソースを使用し、このリソースはそうでない場合他のMSによって使用可能であるためである。 In the uplink from the MS to the BS (UL), the transition may cause two or more BSs to receive the same signal from the MS in the HO region so that the selected diversity uses the “best” uplink. This is achieved by making it possible. MDHO can reduce ICI even when the same resources are used for duplicate signals. That is, MDHO wastes resources. This is because the MS uses resources from more than one cell and this resource is otherwise available for use by other MSs.
本発明の実施の形態は、干渉管理プロトコル、すなわちセル間干渉調整(ICIC)及び基地局連携(BSC)を組み込む無線ネットワークにおいてリソースを割り当てる方法を提供する。 Embodiments of the present invention provide a method for allocating resources in a wireless network that incorporates an interference management protocol, namely inter-cell interference coordination (ICIC) and base station cooperation (BSC).
セルエリアは、セル中央領域及びセル境界領域に分割される。セル中央領域は基地局付近であり、境界領域は基地局から遠い。境界領域は、セクタのセット、たとえば3つにさらに分割される。基地局が、エリアの全体的なジオメトリ及び領域内の移動局(MS)のロケーションの知識を有することが想定される。 The cell area is divided into a cell center region and a cell boundary region. The cell central area is near the base station, and the boundary area is far from the base station. The boundary area is further divided into a set of sectors, eg three. It is assumed that the base station has knowledge of the overall geometry of the area and the location of the mobile station (MS) within the area.
セルの中央領域及び境界領域において、MSへの帯域幅割当てのための最小帯域幅が予約される。したがって、帯域幅の全てを消費することが回避され、MSは不必要にアクセスを拒否されることがない。保証される帯域幅の正確な量は、実際の設計に応じて決まり、それに従って調整することができる。 In the central and boundary areas of the cell, a minimum bandwidth is reserved for bandwidth allocation to the MS. Thus, consuming all of the bandwidth is avoided and the MS is not unnecessarily denied access. The exact amount of bandwidth guaranteed depends on the actual design and can be adjusted accordingly.
中央領域内のMSに対しICICが使用される。境界領域内のMSに対し2つの干渉管理プロトコル、ICIC及びBSCがサポートされる。ICICのために固定帯域幅が割り当てられ、BSCのために可変帯域幅が割り当てられる。BSCの帯域幅における可変性は、トラフィック負荷、すなわちサービス提供されているMSの数における変化に適合することができる。オプションで、BSC帯域幅を部分的に又は全体的にICICの使用に切り換える必要がある場合、そのようにすることができる。 ICIC is used for MS in the central region. Two interference management protocols, ICIC and BSC, are supported for MSs in the border region. A fixed bandwidth is allocated for ICIC and a variable bandwidth is allocated for BSC. The variability in BSC bandwidth can adapt to changes in traffic load, ie the number of MSs being served. Optionally, if it is necessary to switch the BSC bandwidth partially or entirely to the use of ICIC, this can be done.
しかしながら、BSC帯域幅における適合の結果、同じBSCに関与しないセクタ内にスペクトル重複が生じる場合があり、したがってICIが発生し得る。しかしながら、この影響は、非BSC連携セクタを分離するセル境界領域のセクタ分割に起因して、この特定のリソース割当てプロトコルにおいて最小限である。 However, adaptation in the BSC bandwidth may result in spectral overlap in sectors that are not involved in the same BSC, and thus ICI may occur. However, this effect is minimal in this particular resource allocation protocol due to sector division of the cell boundary region that separates non-BSC associated sectors.
リソース割当て
図1Aは、本発明の実施の形態による無線リソース割当て構造を示している。図1Aはセルラネットワークの7つのセル100を示している。図を簡略化するために、各セルにおけるサービス提供されるエリアは6角形の形状100を有して示される。これはセル形状の近似であり、たとえば、セル内の地理、トポロジ、及び建物のような建造物に応じて、他の形状が可能であることが理解される。
Resource Allocation FIG. 1A shows a radio resource allocation structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A shows seven
各セルのほぼ中央に基地局110が存在する。基地局はセル内の移動局(MS)111にサービス提供する。従来技術において既知であり、且つ図4に示すように、BSはネットワークのインフラストラクチャ400又は基幹回線を使用して互いに調整することができることが理解される。
A
図1Aの構成は、8つ以上のセルに一般化することができる。ここで、周波数再利用係数は1である。すなわち、各セルはネットワークに割り当てられる帯域幅全体を使用する。セル1〜セル7に関して、各セルエリアはセル中央領域(D)101及び複数のセル境界領域102に地理的に分割される。
The configuration of FIG. 1A can be generalized to more than eight cells. Here, the frequency reuse factor is 1. That is, each cell uses the entire bandwidth allocated to the network. Regarding cell 1 to cell 7, each cell area is geographically divided into a cell central region (D) 101 and a plurality of
本明細書において定義されるように、セルエリアはセル全体に関連し、領域はエリアを分割したものである。図示される実施の形態では、セルエリアは中央領域及び複数のセル境界領域(たとえば3つ)に分割される。しかしながら、他の分割が可能であることを理解されたい。本明細書において、帯域幅割当ての目的のための様々な分割が、領域内の基地局及び移動局に効果的に適用される。 As defined herein, a cell area is associated with an entire cell, and a region is a division of the area. In the illustrated embodiment, the cell area is divided into a central region and a plurality of cell boundary regions (eg, three). However, it should be understood that other divisions are possible. In this document, various partitions for bandwidth allocation purposes are effectively applied to base stations and mobile stations in the region.
セル中央領域101は隣接セルからより遠いため、セル中央領域内の移動局への送信によって生じる、隣接セル内の移動局に対するセル間干渉(ICI)はより少ない。対照的に、セル境界領域102は隣接セルの境界領域に接するため、境界領域内の移動局への送信によってより強いICIが生じると共に、該送信がより強いICIを受ける可能性がある。
Since the
換言すれば、境界領域における(移動局への)リソース割当ては、ICIが低減されるように、より慎重に管理されるべきである。ICIは、ICIC又は基地局連携(BSC)のようなICI管理プロトコルと組み合わせて、境界領域に関するプランニングを実施することによって低減することができる。 In other words, resource allocation (to the mobile station) in the border region should be managed more carefully so that ICI is reduced. ICI can be reduced by implementing planning for border areas in combination with ICI management protocols such as ICIC or Base Station Cooperation (BSC).
具体的には、ICICは重複しない帯域幅リソースを隣接セル境界領域、たとえばA1、A2、及びA3;又はB1、B6、及びB7;又はC1、C4、及びC5内の移動局に割り当てることによって達成される。図1Bは重複しないリソースを示し、異なる斜線模様は重複しない帯域幅割当てを表す。 Specifically, ICIC achieves by allocating non-overlapping bandwidth resources to adjacent cell boundary regions, eg, A1, A2, and A3; or B1, B6, and B7; or C1, C4, and C5 mobile stations. Is done. FIG. 1B shows non-overlapping resources, and different hatched patterns represent non-overlapping bandwidth allocation.
それに比較して、BSCは同じ帯域幅リソースを、隣接セル境界領域内に存在すると共に同じBSC動作に関与する複数の移動局に割り当てることによって達成される。これは図1Cに示されている。本発明による無線リソース割当てプロトコルによって、ICIC及びBSCの双方の管理プロトコルを同時に使用することができることに留意されたい。 In comparison, BSC is achieved by allocating the same bandwidth resources to multiple mobile stations that exist in the neighboring cell boundary region and participate in the same BSC operation. This is illustrated in FIG. 1C. It should be noted that both ICIC and BSC management protocols can be used simultaneously by the radio resource allocation protocol according to the present invention.
帯域幅割当て
図2A〜図2Cは、本発明の実施の形態による例示的な帯域幅割当てプロトコルを示している。本明細書において使用及び定義されるように、帯域幅は無線周波数スペクトルの一部分を意味する。これらの図において、水平軸は利用可能な帯域幅を示し、垂直軸は中央領域(D)及び境界領域(ABC)を示す。複数の領域に対する帯域幅割当てを説明するとき、それぞれの領域における基地局と移動局との間の通信に、予約された帯域幅が割り当てられることを意味することが理解される。
Bandwidth Allocation FIGS. 2A-2C illustrate an exemplary bandwidth allocation protocol according to an embodiment of the present invention. As used and defined herein, bandwidth means a portion of the radio frequency spectrum. In these figures, the horizontal axis shows the available bandwidth and the vertical axis shows the central region (D) and the border region (ABC). When describing bandwidth allocation for multiple regions, it is understood that it means that reserved bandwidth is allocated for communication between base stations and mobile stations in each region.
最初に、プランニング中に、基地局は互いに通信し、それらの基地局の地理的関係及び様々な領域を決定することができる。そして、このプランニング段階中に決定される帯域幅予約を、後に移動局が様々な領域に出入りするときに、それらのMSに割り当てることができる。 Initially, during planning, base stations can communicate with each other and determine their geographical relationships and various regions. Bandwidth reservations determined during this planning phase can then be assigned to those MSs when the mobile station later enters and exits various regions.
図2Aに示す各セルにおいて、利用可能なネットワーク帯域幅全体が2つの部分に分割される。第1の部分はセル中央領域201内の移動局のために予約され、第2の部分はセル境界領域202内の移動局のために予約される。
In each cell shown in FIG. 2A, the entire available network bandwidth is divided into two parts. The first part is reserved for mobile stations in the cell
これらの2つの部分間の比率はトラフィック負荷に応じて決まり、負荷が変動するにつれて動的に調節することができる。ここでは、比率が1:1となるような、セル境界領域及びセル中央領域のための均等な帯域幅予約を示す。セル中央領域は全てのセルについて帯域幅Dを使用する。セル中央領域はICIが問題とならないように地理的に離隔している。 The ratio between these two parts depends on the traffic load and can be adjusted dynamically as the load varies. Here, an equal bandwidth reservation is shown for the cell boundary region and the cell center region such that the ratio is 1: 1. The cell center region uses bandwidth D for all cells. The cell center region is geographically separated so that ICI is not a problem.
異なる複数のセルエリアのセル境界領域内の移動局のための割当ては、ICICを達成するか、若しくはBSCを有効にするか、又はそれらの双方のために慎重に設計される。 Allocations for mobile stations within the cell boundary region of different cell areas are carefully designed to achieve ICIC or enable BSC or both.
図2Aに示すように、本発明によるセル境界領域への帯域幅割当てによって、双方のプロトコル、すなわちICIC(固定)203及びBSC(可変)204の使用が可能になる。 As shown in FIG. 2A, bandwidth allocation to the cell boundary region according to the present invention allows the use of both protocols, namely ICIC (fixed) 203 and BSC (variable) 204.
図2Aにおいて、同じ列内に示される領域内の移動局は同じ帯域幅を割り当てられる。ICIC203を達成するために、隣接セクタ内の移動局は、ICIを低減するために別個の周波数帯域を割り当てられる。たとえば、領域A1(205)、A2(206)、及びA3(207)は物理的に連続した領域であり、これらの領域内の移動局は別個の周波数帯域を割り当てられる。同じことが、領域Bl、B6、B7及び領域Cl、C4、C5について当てはまる。
In FIG. 2A, mobile stations within the areas shown in the same column are assigned the same bandwidth. To achieve
BSC204を達成するために、隣接領域、たとえばA1 205、A2 206、A3 207内の移動局は、BSCプロトコルを有効にするために同じ帯域幅を割り当てられる。
To achieve
図2Aに示すように、割当て可能な周波数帯域のサイズは、各異なる領域内のトラフィック負荷に動的に適合することができる。BSCを使用するトラフィック負荷が存在しない極端なケースでは、たとえば領域Al(251)、A2(252)、及びA3(253)内の移動局は、図2Bに示すように、他の領域に影響を与えることなくBSCからICICに切り換えることができる。BSCプロトコルは複数のアンテナを必要とし、一方でICICは複数のアンテナを必要としないため、この可変性は非常に望ましい。したがって、この実施の形態では、ICICを干渉管理のための主要手段と見なすことができ、一方でBSCは補助的手段である。 As shown in FIG. 2A, the size of the assignable frequency band can be dynamically adapted to the traffic load in each different region. In extreme cases where there is no traffic load using BSC, for example, mobile stations in regions Al (251), A2 (252), and A3 (253) may affect other regions as shown in FIG. 2B. It is possible to switch from BSC to ICIC without giving. This variability is highly desirable because the BSC protocol requires multiple antennas, while ICIC does not require multiple antennas. Therefore, in this embodiment, ICIC can be regarded as the main means for interference management, while BSC is an auxiliary means.
図2Cは別の割当ての可能性を示している。図2Aとの違いは、セル境界領域のためのICIC帯域幅割当てにある。具体的には、任意の隣接セル、たとえばセル1、2、及び3が別個の帯域幅を有するように、帯域幅が最初にセル境界領域に割り当てられる。そうすることによって、最も強い干渉を有する移動局、たとえば領域A1 271、A2 272、A3 273内の移動局が別個の周波数帯域上で通信する。次に、任意の残りの帯域幅がセル中央領域(内の移動局)に割り当てられる。
FIG. 2C shows another allocation possibility. The difference from FIG. 2A is in the ICIC bandwidth allocation for the cell boundary region. Specifically, bandwidth is initially allocated to the cell boundary region so that any neighboring cells, eg,
ICICシナリオ
図3は、2つのBS301及び302並びに2つのMS303及び304を有する、ICIシナリオのためのネットワークを示している。図3において、一方のセル境界MS303は該MSのBS301と通信しており、他方のセル境界MS304は該MSのBS302と通信している。それらのMSが近接していることに起因して、MS303及び304が同時に同じ周波数帯域を使用する場合、それらのMSによって干渉306及び307が生じ得る。したがって、ICICプロトコルは、その干渉を最小にするように、それらの2つの干渉信号を異なる周波数帯域上に分離する。
ICIC Scenario FIG. 3 shows a network for an ICI scenario with two BSs 301 and 302 and two MSs 303 and 304. In FIG. 3, one
BSCシナリオ
図4は、2つのMS及び2つのBSを有するBSCシナリオを示している。非BSCのケースでは、2つのセル境界MS(403及び404)は自身のBS(それぞれ401及び402)と個々に通信する。BSCを用いることによって、干渉する可能性のある信号405〜408は有用な信号に変えられ、これによって、MSが2つのBSと同時に通信することを可能にすることによってICIを抑える。
BSC Scenario FIG. 4 shows a BSC scenario with two MSs and two BSs. In the non-BSC case, the two cell border MSs (403 and 404) communicate individually with their BS (401 and 402, respectively). By using BSC, potentially interfering signals 405-408 are turned into useful signals, thereby reducing ICI by allowing the MS to communicate simultaneously with two BSs.
図4に示される2つのMS、2つのBSのネットワークは、基地局がBSC動作をサポートすることができる複数のアンテナを有する限り、同じ時間及び周波数リソースにおいて動作することができる。 The two MS, two BS network shown in FIG. 4 can operate in the same time and frequency resources as long as the base station has multiple antennas that can support BSC operation.
単一セルの分割
図5は、単一のセルエリア501及び該セルエリアのセル中央領域502を示している。セル中央領域502のサイズは、図2Aに示すセル中央領域201とセル境界領域202との間の帯域幅割当てに影響を与える。
Single Cell Division FIG. 5 shows a
図1Aに示すようにMSがセル内にほぼ均一に分散し、且つ各移動局が同様のトラフィック負荷を有する場合、セル中央領域502対総ネットワーク帯域幅の帯域幅比率(BR)は、中央領域502のサイズ対セルエリア501のサイズの比率に比例する。幾つかの例示の値r及びa並びにその結果のBRが以下の表Aに列挙される。
As shown in FIG. 1A, when the MSs are distributed almost evenly in the cell and each mobile station has a similar traffic load, the bandwidth ratio (BR) of the cell
セル境界領域内のMSに関する、BSCに関する容量利得は、r/aが増加すると増加する。図2A、図2B、及び図2Cは0.5のBRを使用し、これはr/aが2/3に等しいケースにほぼ対応する。 The capacity gain for BSC for MS in the cell boundary region increases as r / a increases. 2A, 2B, and 2C use a BR of 0.5, which roughly corresponds to the case where r / a is equal to 2/3.
図6は、セルラネットワークにおいて帯域幅を予約して割り当てる全体的な方法のステップを示している。 FIG. 6 shows the steps of the overall method for reserving and allocating bandwidth in a cellular network.
プランニング段階中、基地局601はインフラストラクチャ605を使用してネットワークのトポロジを決定する。
During the planning phase, the
トポロジを各基地局のためのエリアに分割し(620)、各エリアを中央領域621及び境界領域622にさらに分解する。境界領域を、セクタのセットにさらに分割することができる。
The topology is divided into areas for each base station (620), and each area is further broken down into a
ICICプロトコルに従って、各中央領域のための帯域幅を使用のために予約し(630)、一方で、ICICプロトコル及びBSCプロトコルに従って、境界領域が使用のために帯域幅を予約する(640)。ICICのために予約される帯域幅は固定であり、一方でBSCのために予約される帯域幅は可変である。 Bandwidth for each central region is reserved for use according to the ICIC protocol (630), while the border region reserves bandwidth for use according to the ICIC protocol and the BSC protocol (640). The bandwidth reserved for ICIC is fixed, while the bandwidth reserved for BSC is variable.
帯域幅リソース645が予約された後、それらの帯域幅リソースを、移動局602がネットワークの様々な領域に入るときに、該移動局に割り当てることができる。予約されたリソース645を動的に更新して(660)、変化するトラフィック負荷及びネットワークトポロジに適合するように再割当てすることができる。
After
本発明を好ましい実施の形態の例として説明してきたが、本発明の精神及び範囲内で様々な他の適応及び変更を行うことができることは理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神及び範囲内に入るすべての変形及び変更を包含することである。 Although the invention has been described by way of examples of preferred embodiments, it is to be understood that various other adaptations and modifications can be made within the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is the object of the appended claims to cover all modifications and variations that fall within the true spirit and scope of the invention.
Claims (18)
各基地局を中心とするエリアを、中央領域及び境界領域に分割するステップと、
各基地局において、セル間干渉調整プロトコルに従って、前記中央領域内で割り当てるための帯域幅を予約するステップと、
各基地局において、前記セル間干渉調整プロトコル及び基地局連携プロトコルに従って、前記境界領域内で割り当てるための帯域幅を予約するステップと、
前記中央領域及び境界領域内の前記移動局が前記基地局と通信するとき、予約された帯域幅を前記移動局に割り当てるステップと
を含む、セルのセットを含むセルラネットワークにおいて無線周波数スペクトルから帯域幅を割り当てる方法。 A method of allocating bandwidth from a radio frequency spectrum in a cellular network including a set of cells, each cell comprising a base station serving a set of mobile stations in the cell;
Dividing an area centered on each base station into a central area and a boundary area;
Reserving bandwidth at each base station for allocation within the central region according to an inter-cell interference coordination protocol;
In each base station, reserving bandwidth for allocation in the boundary region according to the inter-cell interference coordination protocol and the base station cooperation protocol;
Allocating a reserved bandwidth to the mobile station when the mobile station in the central region and the boundary region communicates with the base station, from a radio frequency spectrum in a cellular network including a set of cells How to assign.
請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein the dividing step uses an infrastructure of the cellular network.
請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein a bandwidth reserved for the central region and a bandwidth reserved for the border region are separate.
請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein a bandwidth for the inter-cell interference coordination protocol in the boundary region and a bandwidth for the base station cooperation protocol in the boundary region of the same cell are separate.
請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein a bandwidth reserved for the central region of a particular cell and a bandwidth reserved for the border region of neighboring cells are separate.
請求項1記載の方法。 The bandwidth reserved for the inter-cell interference coordination protocol in the central region of a particular cell overlaps with the bandwidth reserved for the inter-cell interference coordination protocol in the border region of a neighboring cell. Item 2. The method according to Item 1.
請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein a bandwidth reserved for the base station cooperation protocol in the boundary region is also used for the inter-cell interference coordination protocol.
前記移動局が前記セル間干渉調整プロトコルを使用するとき、異なる複数のセル内の隣接境界領域のために別個の帯域幅を予約すると共に割り当てるステップと、
前記移動局が前記基地局連携プロトコルを使用するとき、異なる複数のセル内の隣接境界領域のために同じ帯域幅を予約すると共に割り当てるステップとをさらに含む
請求項1記載の方法。 Further comprising dividing each boundary region into a set of sectors;
Reserving and allocating separate bandwidth for adjacent boundary regions in different cells when the mobile station uses the inter-cell interference coordination protocol;
The method of claim 1, further comprising reserving and allocating the same bandwidth for adjacent boundary regions in different cells when the mobile station uses the base station cooperation protocol.
請求項8記載の方法。 The method of claim 8, wherein the bandwidth reserved for the central region of a particular cell and the bandwidth reserved for the set of sectors of the same cell are separate.
請求項8記載の方法。 9. The bandwidth reserved for the inter-cell interference coordination protocol for the set of sectors and the bandwidth reserved for the base station cooperation protocol for the set of sectors in the same cell are separate. The method described.
請求項8記載の方法。 The method of claim 8, wherein the bandwidth reserved for the central region and the bandwidth reserved for the set of sectors in the border region of neighboring cells are separate.
請求項8記載の方法。 The bandwidth reserved for the inter-cell interference coordination protocol in the central region overlaps with the bandwidth reserved for the inter-cell interference coordination protocol in the border region of an adjacent cell. Method.
請求項8記載の方法。 The method of claim 8, wherein a bandwidth reserved for the base station cooperation protocol for the set of sectors in the boundary region is also used for the inter-cell interference coordination protocol.
請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein a bandwidth reserved for the inter-cell interference coordination protocol is fixed, and a bandwidth reserved for the base station cooperation protocol is variable.
請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein a ratio of bandwidth reserved for the central region and bandwidth reserved for the border region depends on traffic load.
請求項15記載の方法。 The method of claim 15, wherein the ratio is dynamically adjusted as the traffic load varies.
請求項15記載の方法。 The method according to claim 15, wherein the ratio is determined according to a size of the central region and the boundary region.
請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the mobile station is mobile between the central region and the boundary region of the set of cells, and the assignment is dynamically updated.
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