JP2005504492A

JP2005504492A - Ｇｓｍ／ｅｄｇｅのためのトータル無線ネットワークソリューション

Info

Publication number: JP2005504492A
Application number: JP2003531751A
Authority: JP
Inventors: アンデルスフルスケル，; ステファン，ジー．クレイグ，; ブリュイン，ペーターデ
Original assignee: 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）
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2005-02-10
Also published as: DE60223700D1; DE60223700T2; EP1433339B1; CN100592828C; AU2002328006A1; US6757542B2; WO2003028388A2; CN1636416A; US20030060209A1; ES2296988T3; WO2003028388A3; EP1433339A2

Abstract

高容量の無線通信ネットワークを提供するための方法及び装置である。ネットワークは低い周波数再利用手法をセル間で用いる。この再利用手法は、例えばネットワークに対してトラフィックチャネル用に割り当てられた全周波数上で、そのネットワーク中の全セルがトラフィックチャネルを割り当てる能力を持たせることにより、ネットワークを干渉制限された状態にさせる。この再利用手法にはチャネル・アロケーション・ティアリング（ＣＨＡＴ）と通じて極めて高容量に拡張可能な比率負荷計画を用いる。各セル内の無線資源はサービスに基づく電力設定（ＳＢＰＳ）手法を用い、各サービスグループがそのサービス品質（ＱｏＳ）条件を達成しつつ、ネットワーク容量を最大化するように割り当てられる。干渉を制限し、受け入れ済みのユーザに対する必要なＱｏＳレベルを維持／制御するため、ネットワークは電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）を用いてネットワークへの新規ユーザ受け入れを制御する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信ネットワークに関し、特には高容量の無線通信ネットワークの提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信ネットワークの加入者数が増加するにつれ、また加入者によるこれらネットワークの利用が増加するにつれ、無線通信ネットワークの容量を増加する必要がある。無線通信ネットワークの容量は、ネットワーク内の、カバレージエリア（セル）の各々に割り当てられた無線資源の量によって制限される。無線資源の量は２つの要因、すなわち無線通信ネットワークによって提供されるチャネルの数及び、無線通信ネットワークにおける干渉の量によって決まる。
【０００３】
無線通信ネットワーク内のあるセルの容量がチャネル数によって制限されている場合、そのセルはチャネル制限されている(channel limited)と言われる。ある特定の無線通信ネットワークが利用する周波数の数は、政府機関省庁によって割り当てされた周波数の数に制限されることは理解されるであろう。チャネルを生成するための、これら制限された数の周波数の活用は、無線通信ネットワークが用いる具体的なアクセス方法によって決まる。ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication)に従って動作するネットワークによく用いられる１つのアクセス方法は周波数分割多元アクセス（ＦＤＭＡ）と時分割多元アクセス（ＴＤＭＡ）の組み合わせである。ＦＤＭＡ／ＴＤＭＡアクセス方法は各周波数を複数のタイムスロットに分割してチャネルを割り当てる。ＧＳＭにおいて、１つの音声チャネルは一般にフレーム当たり１タイムスロットで規定される（１フレームは８タイムスロットからなる）。あるセルにおいて複数のチャネルを利用するために必要な条件の１つは、当該チャネルの送信及び受信を可能とするための装置、例えば送受信器が設置されていることである。従って、ＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムにおいて、ある特定のセルに割り当てられるチャネルの数は、その特定のセルに割り当てられる周波数の数によって制限されることが理解できよう。ある特定のセルにおける全チャネルが割り当て済だとすると、あるいは、設置された全ての送受信器が完全に占有されているとすると、新たなユーザはそのセルから無線通信ネットワークへアクセスすることができない。
【０００４】
チャネル制限された状況を回避するためには、全てのセルが全周波数で動作可能とすることが望ましい。しかし、隣接するセルからの干渉が各セルへ全周波数を割り当てることを制限している。例えば、用いられる電力量によっては、あるセルにおけるある周波数での通信が、隣接するセルにおける同一周波数での通信及び、そのセル及び隣接セルの両方における、その周波数に隣接する周波数に対する干渉を引き起こす。あるセルからの通信が別のセルでの通信に対する干渉原因となる場合、それらのセルは隣接しているものと見なすことができる。ある特定のセルにおける１つの周波数上での通信によって引き起こされる干渉が十分に強いとすると、隣接セルにおけるその周波数又は隣接する周波数での通信はネットワークから切断(drop)されるかもしれない。隣接セルにおけるその周波数又は隣接する周波数での通信にもたらされた干渉が、それらの通信がネットワークから切断される程強くはないとしても、その干渉はその隣接セルにおける通信のサービス品質（ＱｏＳ）をかなり悪化させる程度には十分強いであろう。あるセルが、割り当てする他のチャネルを有するにも関わらず、そのチャネル自体が他のチャネルからの過剰な干渉を含む場合や、それら他のチャネルの割り当てをすると、既に通信に割り当てされているチャネルへの過剰な干渉を引き起こすであろう場合、それら他のチャネルの割り当てが出来ないことを干渉制限された状況(interference limited situation)と呼ぶ。
【０００５】
十分なサービス品質を提供する目的をもって干渉を制限するため、無線通信ネットワークは通常、その無線通信ネットワークに割り当てられた周波数の異なる部分を隣接するセルに割り当てる。これは周波数再利用(frequency reuse)として知られている。図１は、１／３周波数再利用パターンを示している。図１において、無線通信ネットワークに割り当てられた全ての周波数はセル１１０、１２０及び１３０で分割されている。同様に、無線通信ネットワークに割り当てられた全ての周波数はセル１４０、１５０及び１６０で分割されている。従って、セル１１０、１２０及び１３０はまとめて周波数再利用グループと呼ばれ、ここでは周波数再利用グループＡとする。
【０００６】
同様に、セル１４０、１５０及び１６０は周波数再利用グループであり、ここでは周波数再利用グループＢと呼ぶ。周波数再利用グループ間の干渉量を制限するため、ある再利用グループ内のある特定のセルに割り当てられる特定の周波数セットは、別の再利用グループ内でのこの特定の周波数セットから最も離れるように選択される。例えば、図１において、セル１１０と１４０、セル１２０と１５０、そしてセル１３０と１６０がそれぞれ同一の周波数セットを割り当てられうる。しかし、１つの再利用グループ内のセル間で周波数の数を分割することにより、各セルにおけるチャネル数は、各セルで全ての周波数を利用するものとした場合に割り当てできるであろうチャネル数よりも少ない数に制限される。干渉を制限するための別の手法は、ユーザとネットワークとの間の送信電力を制御することである。このように、送信電力はネットワークによって割り当て可能な無線資源の量の構成要素と見なすことが可能であることを理解すべきである。
【０００７】
チャネル制限及び干渉制限された状況を解決するための従来の手法は、１つの形式のサービスのみ、例えば音声サービスのみが提供されるネットワークを対象としていた。しかし、例えば、データといった他の形式のサービスがいまや無線通信ネットワークに統合されている。ＧＳＭネットワークにデータ通信を統合するための１つの規格がＥＤＧＥ(enhanced datarates for GSM evolution)として知られている。ＧＳＭにＥＤＧＥを組み込んだ第３世代(3G)ネットワークはＧＳＭ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク（ＧＥＲＡＮ）と呼ばれる。
【０００８】
データサービスはそれが搬送するデータ形式に特有な特性によって定義することができ、ストリーミングオーディオ及びビデオサービス、純粋なデータ（例えばファイル転送）等を含む。これらのサービスはみな、通信に対して異なる条件を要求する。音声サービスは一般に回線交換形式で実装され、チャネルの全体が音声サービス用に予約される。これは、音声サービスが、遅延及び誤りについて小さい許容範囲を要求することによる。しかし、データサービスは通常、遅延及び誤りに対する耐性がより大きいため、パケット交換形式で実装される。データサービスの誤り耐性が高いのは、誤って受信されたデータを再送する能力をこれらのサービスが有するからである。特定のサービスについての必要条件は本技術分野においてＱｏＳ条件として知られる。
【０００９】
異なる形式のサービスに対する異なるＱｏＳ条件を達成するための１つの方法は、異なる形式のサービスのそれぞれに所定の周波数を指定することである。しかし、この方法では無線資源の利用効率が非常に悪くなりうる。例えば、データサービス用に割り当てられたチャネルには空きがあり、音声サービス用に割り当てられたチャネルには空きがないとすると、データサービスに割り当てられ使用されていないチャネルは、音声サービスに使用できたにもかかわらず、結果として無線資源の無駄となる。
【００１０】
ＧＥＲＡＮにおける、様々なＱｏＳ条件を満たしながら容量を増加させるための１つの試みは、動的周波数及びチャネル割り当て（ＤＦＣＡ）と呼ばれる。動的周波数及びチャネル割り当て（ＤＦＣＡ）において、動的チャネル割り当ては各サービスに対する様々なＱｏＳ条件を維持する試みの中で実施される。動的チャネル割り当ては動的測定、統計データ及び予測に基づく。しかし、動的周波数及びチャネル割り当て（ＤＦＣＡ）は頻繁にチャネル再割り当てを行う必要があるため、ネットワーク容量を増加させるにはかなり複雑になる。さらに、動的周波数及びチャネル割り当て（ＤＦＣＡ）は、現在の無線品質の頻繁な測定に依存しており、この測定は無線通信ネットワークが処理しなければならない。このような頻繁な測定は、個々の要求元ユーザに対して最も好適なチャネルを予測するため、長期的な統計データと組み合わせなければならない。システムの過負荷を回避するため、要求された無線チャネルを提供できない場合にはユーザがシステムに接続を許されない”穏やかな接続許可制御(soft admission control)”手法が用いられる。さらに、動的周波数及びチャネル割り当て（ＤＦＣＡ）は、異なるＱｏＳ条件を有する異なるサービスが、同一チャネルを共有する可能性を除外、すなわち異なるＱｏＳ条件のためのパケット交換アクセスを除外している。
【００１１】
このように、容量を増加させる試みにおいて遭遇するチャネル及び干渉制限を考慮して、無線通信ネットワークの容量を増加させることが望まれている。また、様々なサービスをサポートする無線通信ネットワークにおいてこの容量増加を達成することが望ましい。さらに、各サービスが必要とするＱｏＳを依然として満たしながらネットワーク容量を増加することが望ましい。さらに、ネットワーク計画の複雑さを増すことなくネットワーク容量を増加させることが望ましい。加えて、用いる手法が将来の改良の導入及び利用を妨げないことを保証しながらネットワーク容量を増加させることが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は高容量の無線通信ネットワークを提供するための方法及び装置を提供する。このネットワークはセル間で少ない周波数再利用(low frequency reuse)手法を用いる。再利用手法は、各セルにおけるチャネルの割り当てが、ネットワークを干渉制限状態にさせるように選択される。ここで用いられる再利用手法は、チャネル・アロケーション・ティアリング（ＣＨＡＴ:Channel Allocation Tiering）を通じて極めて高い容量に拡張されうる比率負荷計画（ＦＬＰ:Fractional Load Planning）である。各セルにおける無線資源は、サービスに基づく電力設定（ＳＢＰＳ:Service Based Power Setting）手法を用い、各サービスグループが必要とするサービス品質（ＱｏＳ）条件を達成することを可能にしながら、ネットワーク容量を最大化するように割り当てられる。ネットワーク内の干渉を制限し、既に接続許可されたユーザに対して必要なＱｏＳレベルを維持／制御するため、新規ユーザのネットワークへの接続許可を制御するための、電力に基づく接続許可制御（ＰＢＡＣ:Power Based Admission Control）手法が用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の様々な特徴を説明する。図面では、類似部分が同一の参照文字で示されている。以下の説明において、限定ではなく説明を目的として、本発明の完全な理解を提供するために詳細な具体例が述べられる。しかし、本技術分野に属する当業者には明らかであろうように、本発明はこれら詳細な具体例とは離れた他の実施形態においても実施されうる。他の例において、本発明の説明が曖昧にならないよう周知の方法、装置及び回路の詳細な説明は省略する。
【００１４】
高容量ネットワークを達成するため、本発明は手法を組み合わせて利用する。具体的には、本発明はＦＬＰ／ＣＨＡＴを用いた厳しい周波数再利用(tight frequency reuse)と、ＳＢＰＳ及びＰＢＡＣの組み合わせを用いる。ネットワーク容量を増やすための個別の方法は多く存在するが、出願人はＦＬＰ／ＣＨＡＴを用いる厳しい周波数再利用と、ＳＢＰＳ及びＰＢＡＣの組み合わせが相乗的な特性を表すことを見いだした。特に、必要に応じてＣＨＡＴにより拡張されるＦＬＰにより、ＳＢＰＳ及びＰＢＡＣが最も有利な環境で機能する干渉制限された動作(interference limited operation)を常に保証することができる。
【００１５】
割り当てされた周波数スペクトルの利用において、スペクトル全体に渡る最大効率を実現するため、非常に厳しい周波数再利用が採用される。すなわち、無線通信ネットワークに割り当てられた周波数の多く或いは全てが全セルで用いられる。本発明は、必要に応じてチャネル・アロケーション・ティアリング（ＣＨＡＴ:Channel Allocation Tiering）を通じて極めて高い容量に拡張されうる、比率負荷計画（ＦＬＰ:Fractional Load Plannning）を用いる。この組み合わせをＦＬＰ／ＣＨＡＴと呼ぶ。ＦＬＰにおいて、例えば１再利用(1-reuse)といった厳しい再利用パターンが、無線通信ネットワーク全体におけるトラフィックチャネルに用いられる。トラフィックチャネル全体に渡って許容できる無線品質を提供するため、各セルにおいては割り当てされた周波数の１００％を下回る周波数が用いられ、従って負荷計画の単位(denomination)は比率(fractional)となる。各セルにおいて存在する割り当て周波数よりも少ない送受信器を設置することで、最大比率負荷(maximum fractional load)が１００％未満となることが一般に保証される。送受信器数及び／又はセル当たりの割り当て周波数の数を増やせば、より多くの資源を利用可能とすることができる。しかし、周波数に対する送受信器の割合が増えれば、ネットワーク中にはより多くの干渉が蔓延するであろう。
【００１６】
干渉ダイバーシチを最大化するため、そしてパフォーマンスを向上させるため、ランダム周波数ホッピングが、好ましくは多くの周波数に渡って用いられる。セル内及びセル間における十分な隣接チャネル干渉ダイバーシチを確実にするため、周波数ホッピングは、必要に応じてモバイル・アロケーション・インデックス・オフセット（ＭＡＩＯ）ホッピングを用いて拡張することができる。ランダム周波数ホッピングは、干渉を統計的に均等に全ユーザへ分配する。従って、全ユーザが同一の干渉レベル下にあると言うことができる。ネットワークで１再利用(1-reuse)パターンが採用されるとすると、隣接配置されるセルでは異なる周波数ホッピングパターンが用いられるであろう。ＣＨＡＴを通じ、ネットワークで１再利用(1-reuse)より低いパターンが採用されるとすると、各セルの異なるチャネルティア(channel tier)では異なる周波数ホッピングパターンが用いられるであろう。
【００１７】
リンクレベルの向上が、比率負荷計画（ＦＬＰ）ネットワークのような１再利用のネットワークにさえ、近い将来ブロッキング制限された(blocking limited)状況にさせうることは理解されよう。図２はこの現象を示している。具体的には、図２はダウンリンクにおいて満足な品質を有するユーザのパーセンテージと、様々なリンクレベル改善策を用いた場合の周波数負荷のパーセンテージのグラフである。ハッシュマーク付きの実線は拡張フルレート（ＥＦＲ）音声コーデックを用いたダウンリンクパフォーマンスを、”ｘ”付きの点線はマルチレート５９フルレート（ＭＲ５９）音声コーデックを用いたダウンリンクパフォーマンスを、菱形付きの一点鎖線はダウンリンク受信機においてＭＲ５９とＳＡＩＲ(Single Antenna Interference Rejection)を用いた場合のダウンリンクパフォーマンスを、そして丸の付いた実線はＭＲ５９，ＳＡＩＲ及びアダプティブアンテナ（ＡＡ）を用いた場合のダウンリンクパフォーマンスをそれぞれ示している。図２の縦線は最大許容ブロッキング確率（この場合は２％）に達した際の周波数負荷を表している。
【００１８】
図２に示すように、ＥＦＲのみを用いると、周波数負荷の増加につれ、ダウンリンクで満足な品質を有するユーザのパーセンテージはかなり急速に減少する。それぞれの個々の付加されたリンクレベル改善策により、周波数付加の増加に対する満足な品質を有するユーザの数は高い値をより長く維持している。ＭＲ５９，ＳＡＩＲ及びアダプティブアンテナ（ＡＡ）の組み合わせにより、ダウンリンクにおいて満足な品質を有するユーザのパーセンテージは、高い周波数負荷に対しても比較的高い値を維持し、ブロッキング制限負荷に達する時点でおよそ９８％である。セルラネットワークにおける通常のパフォーマンス要求は、９５％のユーザが十分な品質で受信できることと考えられるので、干渉という点に関していえば、チャネルが利用可能であればより多くのユーザをネットワークへ受け入れ可能であろうことが明らかである。チャネルが利用可能でなければ、このリンクレベル改善策の組み合わせを採用するネットワークは干渉制限状態ではなくチャネル制限状態となる。このチャネル制限状況を解決するため、本発明はチャネル・アロケーション・ティアリング（ＣＨＡＴ）を用いる。
【００１９】
チャネル・アロケーション・ティアリング（ＣＨＡＴ）は、分数負荷計画（ＦＬＰ）を、１つのセル内で周波数を再利用する場合に１再利用よりもさらに厳しい周波数再利用、つまり１未満の再利用（１つのセル内部で周波数が再利用される）にさえ拡張する。１未満の周波数再利用を実現するため、チャネル・アロケーション・ティアリング（ＣＨＡＴ）はセル内の送受信器資源を、そのセルに割り当てされた同じ無線資源（つまり周波数）を部分的又は完全に共用するグループ（所謂チャネルティア）に分割する。チャネルティア間の干渉を最小化するため、本発明は周波数ホッピング、アダプティブアンテナ、干渉抑制受信機、及び／又は強制的な無音制御(enforced silence)を用いる。チャネル・アロケーション・ティアリング（ＣＨＡＴ）に関するより詳細な情報は、米国特許出願第09/818,341号、「チャネル・ティアリングを通じた分数再利用」（２００１年３月２６日出願）を参照されたい。この出願の全内容を参照として本明細書に明示的に引用する。
【００２０】
ＦＬＰ／ＣＨＡＴの組み合わせを用いることで、各ユーザが受ける干渉は統計的に同一となり、従って搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉ）レベルは受信信号強度Ｃによって定まる。これは、以下に説明するサービスに基づく電力設定（ＳＢＰＳ）及び電力に基づく受け入れ制御（ＰＢＡＣ）といった無線資源管理アルゴリズムにとって理想的である。さらに、ある特定のユーザに対する品質がＣ／Ｉによって定まるため、例えば適応マルチレート音声変調器（ＡＭＲ）、干渉軽減合成（ＩＲＣ:interference rejection combining）又はＳＡＩＲを用いることによるパフォーマンス向上やリンクレベルの増大を、通信ネットワークの容量増大に直結することができる。
【００２１】
Ｃ／Ｉリンクゲイン(C/I link gain)は受信機における干渉耐性の向上を意味し、ＱｏＳを維持しながらネットワークがより多くのユーザを受け入れることを可能とする。ネットワークはチャネル制限状態にないので、システム容量の増大に直結する。各ユーザが受ける干渉は統計的に同一であるので、各サービスグループが受ける干渉もまた等しくなる。各サービスグループに対するＣ／Ｉの配分は受信信号強度Ｃによって、つまり出力電力及び無線環境によって決定されるので、容量を最大化するために（少なくとも異なるサービスのユーザが同様に配分される場合には）サービスに基づく電力設定（ＳＢＰＳ）を用いることが望ましいであろう。サービスに基づく電力設定（ＳＢＰＳ）は、全サービスグループに対して十分なＱｏＳを維持する一方で、サポート可能な最大のトラフィック負荷を与えるように設計されている。これはサービスグループ間で利用可能な電力資源を、異なるサービスグループの異なるＱｏＳ条件を同時に満たすようにバランスさせることで実現される。サービスに基づく電力設定（ＳＢＰＳ）は、受信信号強度をある所定値に調整することはしないが、代わりに、全サービスグループに対する電力オフセットを採用することで、サービスグループ全体に対して統計的に所定のＣ（又はＣ／Ｉ）を提供することに留意されたい。サービスに基づく電力設定（ＳＰＢＳ）で用いられるこの電力オフセットは、固定電力によるサービスと動的に電力調整されるサービスの両方に適用可能である。動的に電力調整される場合、このオフセットは最大電力に対して適用される。例えば、サービスに基づく電力設定（ＳＰＢＳ）は、電力調整される音声サービスグループと固定電力のデータサービスとの間で４ｄＢの電力オフセットを与えることが可能である。従って、音声サービスグループ内の各移動機の最大電力はこの４ｄＢのオフセットを基準とする。
【００２２】
図３は、音声サービスグループ及びデータサービスグループをサポートするネットワークにおける、サービスに基づく電力設定（ＳＰＢＳ）の適用例を示している。具体的には、図３は音声及びデータサービスグループ間での様々な無線資源割り当てについて、インタラクティブデータ容量と音声容量との関係を示している。図３において、白丸付きの実線は音声及びデータサービスグループ間で電力オフセットを適用しない場合を、黒丸付きの実線は音声及びデータサービスグループ間で３ｄＢの電力オフセットを適用した場合を、白丸付きの点線は音声及びデータサービスグループ間で６ｄＢの電力オフセットを適用した場合を、黒丸付きの点線は音声及びデータサービスグループ間で９ｄＢの電力オフセットを適用した場合を、菱形付きの実線は音声及びデータサービスグループが個別の（隔離された）資源を用いた場合をそれぞれ示している。
【００２３】
回線交換音声と、１０ｋｂｐｓ／タイムスロットを必要とするパケット交換インタラクティブユーザとを合わせてサポートするネットワークでは、音声及びデータサービスグループ間で６ｄＢの電力オフセットを与えるとネットワーク容量が最大になる。音声及びデータサービスグループ間で隔離された資源を割り当てた場合を表す曲線で示されるように、ネットワーク容量はサービスに基づく電力設定（ＳＰＢＳ）を用いて６ｄＢの電力オフセットを与えた場合よりも少なくなる。
【００２４】
ただし、サービスに基づく電力設定（ＳＰＢＳ）による、サービスグループ間の固定電力オフセットを用いて、ありうる全てのサービス構成に対して干渉制限された動作を実現することは出来ないであろうことを理解すべきである。図４Ａのグラフは、ある優先レベル（優先度１）を有するサービスグループの容量と、異なる優先レベル（優先度２）を有する第２のサービスグループに対する容量の関係を表している。具体的には、優先度１のサービスグループは２０ｋｂｐｓ／タイムスロットを必要とするパケット交換サービスグループであり、優先度２のサービスグループは１０ｋｂｐｓ／タイムスロットを必要とするパケット交換サービスグループである。図４Ａにおいて、丸付きの実線は優先度１及び優先度２のサービスグループ間で０ｄＢの電力オフセットを適用した場合を、三角付きの実線は優先度１及び優先度２のサービスグループ間で２ｄＢの電力オフセットを適用した場合を、四角付きの実線は優先度１及び優先度２のサービスグループ間で４ｄＢの電力オフセットを適用した場合を、Ｘマーク付きの実線は優先度１及び優先度２のサービスグループ間で６ｄＢの電力オフセットを適用した場合をそれぞれ示している。
【００２５】
図４Ａに示すように、ネットワークの最大容量は優先度１及び優先度２のサービスグループ間で４ｄＢ又は６ｄＢの電力オフセットを適用した場合に得られる。しかし、図４Ａで指摘しているように、サービスグループ間で４ｄＢの電力オフセットが適応された場合には、優先度１のサービスグループがチャネル制限された状況が起こるであろう。加えて、サービスグループ間で６ｄＢの電力オフセットが適応された場合には、優先度２のサービスグループが干渉制限された状況が起こるであろう。従って、これら２つのサービスグループに対して最大のネットワーク容量を実現するには、２つのサービスグループの容量に応じてサービスグループ間で異なる電力オフセットを適用することが必要と思われる。しかし、サービスグループの容量に応じてサービスグループ間で異なる電力オフセットを適用すると、不必要にネットワークを複雑化させる。
【００２６】
各サービスグループの容量とは無関係に、２つのサービスグループ間の固定オフセットを実現するため、本発明はスケジューリング及び／又はチャネル予約手法を用いることが可能であり、それによって特定のユーザグループに優先度を与えることができる。図４Ｂは、スケジューリング優先度を用いたネットワークにおける優先度１のサービスグループの容量と、優先度２のサービスグループの容量の関係を示す。なお、スケジューリング優先度は、多数のユーザ（そのうちの一人又は複数のユーザが、他のユーザよりも高い優先度を有し、頻繁にチャネルを利用できる）による、同一のチャネル、例えばタイムスロットの共有に関するものであることは理解されよう。また、チャネル予約は、異なるユーザをチャネルに分配するため、つまり、どのチャネルを利用できそうか、及び共用できそうかの判定に用いられることも理解されよう。電力オフセットは図４Ａとともに上で説明したのと同じ表記で表されている。図４Ｂに示すように、優先度１のサービスグループと優先度２のサービスグループ間での４ｄＢの電力オフセットは、スケジューリング優先度により、優先度１及び優先度２のサービスグループ間のサービス構成(service mix)に関わらず、ネットワーク容量を最も効率的に利用している。サービスに基づく電力設定（ＳＢＰＳ）に関するより詳細な情報は、Furusku較等による、米国特許出願第No.09/899,242号、「電力設定を通じた、複数サービスに対するサービス品質の制御方法及び装置」（２００１年７月６日出願）を参照されたい。この出願の全内容を参照として本明細書に明示的に引用する。
【００２７】
干渉制限状態にあるネットワークにおいて、トラフィック負荷がネットワーク容量を超えると、ユーザ品質が許容できないレベルに低下するであろうことは理解されよう。本発明はチャネル制限されたシナリオよりも干渉制限されたシナリオをターゲットとしているので、その追加チャネルは通常、干渉に対するネットワーク容量を超えた場合に利用可能である。これら過負荷状況を回避するため、本発明は、許可されたトラフィック負荷を、許可されたユーザが許容できる品質を与えるレベルに制限する受け入れ許可制御手法を用いる。従来の受け入れ許可制御手法は許可ユーザの最大数に基づくものが多い。これら受け入れ許可制御手法はネットワークが１形式のサービス、例えば回線交換音声サービスのみをサポートする場合には許容できるが、複数のサービスをサポートするネットワークの容量を最大化することはない。具体的には、複数のサービスをサポートするネットワークにおいて、異なるサービスのユーザは異なる量の干渉を生成し、サービスの組み合わせによってサポート可能なユーザ数は変化する。従って、許可ユーザ数に基づく受け入れ許可制御手法は、異なるサービスグループによって生じる変動量干渉により、多すぎたり少なすぎたりするユーザを受け入れてしまうであろう。
【００２８】
許可ユーザ数に基づく受け入れ制御手法の欠点を解消するため、本発明は電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）手法を用いる。本発明の、電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）手法は、セル又はセルのチャネルティアに対する新規ユーザを、そのセル又はチャネルティアで現在使用されている総電力の関数(function)に加え、その新規ユーザによって用いられるであろう電力の関数が所定の閾値を超えない場合のみ受け入れる。この所定の閾値は、セル又はチャネルティアで使用されている総電力の関数であって、その値を超えるとそのセル又はチャネルティアからの干渉が、そのセル又はチャネルティア内の、又は他のセル又はチャネルティアでの通信ＱｏＳが許容レベル未満になるような過大な干渉となるであろう値を表す。
【００２９】
図５のグラフは、音声ユーザの比率(fraction)とネットワークの最大負荷の関係であって、許可ユーザ数に基づく受け入れ許可制御手法を用い、音声サービスのユーザとデータサービスのユーザが等数のネットワークと、サービスグループによって用いられる電力に基づく受け入れ許可制御を用い、サービスグループによって用いられる電力が、サービスグループに割り当てられた実際の電力量に基づいて重み付けされているネットワークについて示している。図５に示すように、ユーザの重みが等しい場合、ネットワークの最大負荷はサービスの構成によって変化する。この場合、この変化はこのネットワークが、音声のみの負荷よりもデータのみの負荷についてより高い負荷に耐えられることによる。しかしながら、ネットワーク負荷を決定する際にユーザがその出力電力に基づいて重み付けされた場合、負荷の大きさはサービスの構成とはほぼ無関係である。
【００３０】
電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）の利点について、さらに図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、許可ユーザのうち満足な品質を有するユーザの割合及びブロッキング量のそれぞれと、正規化された総負荷との関係を示している。正規化負荷(normalized offered load (NOL))は、以下のように定義される。
ＮＯＬ＝ｖ／Ｖ＋ｄ／Ｄ
ここで、ｖ及びｄはそれぞれ音声及びデータトラフィック負荷であり、Ｖ及びＤは単一サービスネットワークにおける許容品質に対して耐えうる最大の音声及びデータトラフィック負荷である。混合サービスネットワークにおいて、相対容量(relative capacities)を保持するネットワークは、ＮＯＬ＝１の容量限界を有し、従ってＮＯＬ＝２の場合には許可ユーザに対する許容品質を保つために少なくとも５０％をブロッキングする必要があることが理解されよう。
【００３１】
図６Ａ及び図６Ｂにおいて、プラス記号付きの細線は音声サービスを、丸付きの太線はデータサービスを示している。具体的には、プラス記号付きの細い実線及び白丸付きの太い実線は、受け入れ許可制御を行わない（ＮｏＡＣ）ネットワークにおける音声サービス及びデータサービスを、２つのプラス記号（＋＋）付きの細い実線及び黒丸付きの太い実線は、電力に基づく受け入れ許可制御（Power-based AC)を行うネットワークにおける音声サービス及びデータサービスを、プラス記号付きの細い破線及び白丸付きの太い破線は、ユーザに基づく受け入れ許可制御（User-based AC)、つまりユーザ数に基づく受け入れ許可制御を行うネットワークにおける音声サービス及びデータサービスをそれぞれ示している。図６Ａに示すように、電力に基づく受け入れ許可制御(Power-based AC)によって、受け入れ許可制御を行わないネットワーク(No AC)に比べ、正規化総負荷の増加に伴って、満足な品質を有するユーザの割合をより多く得られる。しかし、ユーザに基づく受け入れ許可制御ネットワークの方が、電力に基づく受け入れ許可制御(Power-based AC)ネットワークよりも、満足な品質を有するユーザの割合をより多く得ている。
【００３２】
図６Ｂに転じると、ユーザに基づく受け入れ許可は、電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）ネットワークに比べ、正規化総負荷の増加に伴ってブロッキングレートが高くなっている。図６Ａと図６Ｂを比較すると、ユーザに基づく受け入れ許可制御(User-based AC)ネットワークによって実現される、満足な品質を有するユーザの高い割合は、電力に基づく受け入れ許可制御(Power-based AC)ネットワークに比べて高いブロッキングレートと引き替えであることがわかる。この、ユーザに基づく受け入れ許可制御(User-based AC)の高いブロッキングレートは、このネットワークが、いずれかのサービスグループの電力出力が最悪の場合に対処するために容量を決定(dimensioning)し、それによってある特定のユーザに帰因する実際の干渉を過大評価していることが原因である。加えて、より低いブロッキングレートを有する電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）ネットワークは、正規化総負荷が１よりも多い状態であっても依然として９５％の音声ユーザ及び９０％のデータユーザに対して品質を満たすことができる。サービスに基づく電力設定（ＳＢＰＳ）及び電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）に関するより詳細な情報は、米国特許出願第No.09/899,242号、「電力設定を通じた、複数サービスに対するサービス品質の制御方法及び装置」（２００１年２月１日出願）を参照されたい。この出願の全内容を参照として本明細書に明示的に引用する。
【００３３】
本発明の代表的な構成についての概要を説明してきたが、無線通信ネットワークにおけるこれら構成の実装について、図７と共に説明する。最初に、ネットワークはチャネルをネットワークの全セルに対して割り当てる（ステップ７１０）。この割り当ては低い周波数再利用のＦＬＰ／ＣＨＡＴ手法を含み、本発明の一実施形態によれば、この割り当てにより、同報制御チャネル（ＢＣＣＨ）の割り当て後、全ての周波数は、各セルにおいて割り当てされるトラフィックチャネル又はチャネルティアとして、ネットワークが割り当て可能になる。本発明はチャネル制限されたネットワークではなく干渉制限されたネットワークを生成するように策定されているため、ネットワーク干渉下で利用可能なチャネルよりも多いチャネルを各基地局に割り当てるようにチャネル割り当てが行われる。本技術分野の当業者は、例えばコンピュータモデリングプログラムを用いることにより、どのようにしてチャネルをシステム干渉制限された状況となるように割り当てるかを理解するであろう。
【００３４】
チャネル割り当てが終わると、各セルにおいて、各サービスに対するＱｏＳを選択する（ステップ７２０）。全サービスグループが個々のＱｏＳを達成できるよう、各セルにおける各サービスグループに必要な無線資源の量を決定する（ステップ７３０）。そして、決定した無線資源量の差異に基づいて無線資源を割り当てる（ステップ７４０）。無線資源の割り当ては、上述したように、サービスグループ間で固定の電力オフセットを与えることによってなされる。ステップ７２０−７４０は、上述したサービスに基づく電力設定（ＳＢＰＳ）を示している。次に、総電力の関数の閾値レベルを決定する（ステップ７５０）。閾値レベルは、その閾値を超えると、受け入れ許可されたユーザが許容できないＱｏＳの低下を被るように設定する。セル内で受け入れ許可されたユーザによって現在利用されている電力の関数を求める（ステップ７６０）。そして、受け入れ許可されたユーザによって利用されている電力の関数と、電力の閾値レベルとに基づいて、新規ユーザを受け入れ許可する（ステップ７７０）。ステップ７５０−７７０は上述した電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）手法を示している。
【００３５】
なお、タイトな周波数再利用、ＳＢＰＳ及びＰＢＡＣの組み合わせは、これら手法が相乗的な特性を示すという出願人の認識によって選択されたものであることを理解すべきである。特に、必要に応じてＣＨＡＴで拡張されるＦＬＰを用いることで、ＳＢＰＳ及びＰＢＡＣが最も有利な環境で動作する干渉制限された状況での動作を常に保証することが可能になる。しかしながら、ネットワーク容量を増加させるための多くの手法は一般に相加的ではない。例えば、ＦＬＰ／ＣＨＡＴ、ＳＢＰＳ及びユーザに基づく受け入れ許可制御の組み合わせは、本発明による高いネットワーク容量に必要なスペクトル効率を達成しない。これは、ユーザに基づく受け入れ許可制御が、サービス構成に依存し、ネットワークは最悪のサービス構成に対処できるように控えめに大きさを決定しなければならないからである。
【００３６】
本発明をＦＤＭＡ／ＴＤＭＡアクセス手法を用いて通信するＧＳＭ／ＥＤＧＥネットワークに関して説明してきたが、本発明は他の形式の無線通信ネットワーク及び他の形式のアクセス手法に対しても適用可能である。
【００３７】
また、本明細書では特定の実施形態を参照して本発明を説明した。しかし、本技術分野に属する当業者は、上述した形態以外の具体的な形式により本発明を実施しうることを容易に理解するであろう。これは本発明の精神を離れることなく実施可能であろう。上述した実施形態は単なる例示であり、多少なりとも限定的に解釈されるべきものではない。本発明の範囲は上述した内容ではなく、添付の請求項によって与えられる。また、請求項の範囲に含まれる全ての派生物及び均等物を本発明に包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の無線通信ネットワークを示す図である。
【図２】ダウンリンクにおいて満足な品質を有するユーザのパーセンテージと、様々なリンクレベルパ改善策を用いるＧＳＭネットワークについての周波数負荷のパーセンテージを示す図である。
【図３】音声及びデータサービスグループ間で隔離された資源を用いる場合、固定電力オフセットなしの場合、及び様々な固定電力オフセットを適用した場合についての音声容量とインタラクティブデータ容量の関係を示す図である。
【図４Ａ】スケジューリング優先度を用いない場合の、第１形式のサービスグループとの容量と、第２形式のサービスグループの容量の関係を示す図である。
【図４Ｂ】スケジューリング優先度を用いた場合の、第１形式のサービスグループとの容量と、第２形式のサービスグループの容量の関係を示す図である。
【図５】電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）及びユーザに基づく受け入れ許可制御とについて、最大負荷と音声ユーザの割合との関係を示す図である。
【図６Ａ】受け入れ許可制御を用いないネットワーク、電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）を用いたネットワーク及びユーザに基づく受け入れ許可制御を用いたネットワークについて、満足な品質を有するユーザの割合と正規化総負荷との関係を示す図である。
【図６Ｂ】受け入れ許可制御を用いないネットワーク、電力に基づく受け入れ許可制御（ＰＢＡＣ）を用いたネットワーク及びユーザに基づく受け入れ許可制御を用いたネットワークについて、ブロッキングレートと正規化総負荷との関係を示す図である。
【図７】本発明の代表的な実施形態に基づいて、高いネットワーク容量を提供するための方法を示す図である。

Claims

無線通信ネットワークの容量を最大化するための方法であって、
前記無線通信ネットワーク内において、それぞれ関連づけられたカバレージエリアを有する基地局の各々に、ネットワーク干渉下で使用可能なチャネルよりも多いチャネルを含むチャネルセットを割り当てる工程と、
前記無線通信ネットワーク内の前記基地局の各々について、第１のサービスグループ及び第２のサービスグループのためのサービス品質条件を選択する工程と、
前記第１及び第２のサービスグループが前記サービス品質条件をそれぞれ達成するための無線資源の量を決定する工程と、
前記決定した無線資源量の差に基づいて、前記第１及び第２のサービスグループ間で前記無線資源を割り当てる工程であって、前記無線資源は少なくとも前記チャネルセットから、前記第１及び第２のサービスグループ内のベアラ単位で割り当てられる工程と、
前記基地局の各々に関連づけされたカバレージエリアの各々に存在する全ユーザについての電力の関数を計算する工程と、
前記関数の計算により得られた値が所定の閾値未満であった場合に、前記基地局の１つに対応付けされた前記カバレージエリアへ新規ユーザを受け入れる工程とを有することを特徴とする方法。
前記チャネルが少なくとも１つの周波数と少なくとも１つのタイムスロットの組み合わせを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
各グループ内の前記基地局とユーザが、同じ周波数のセット上で周波数ホッピングシーケンスを用いて通信する工程をさらに有することを特徴とする請求項２記載の方法。
各グループ内の隣接する基地局のための前記周波数ホッピングシーケンスがそれぞれ異なることを特徴とする請求項３記載の方法。
互いの通信が予め定められ相互干渉量を超える場合に、各グループ内の複数の前記基地局が隣接配置されることを特徴とする請求項４記載の方法。
各基地局が、第１のチャネルティアに関連づけされた第１の送受信器及び第１のアンテナと、第２のチャネルティアに関連づけされた第２の送受信器及び第２のアンテナとを有し、前記第１及び第２の送受信器の一部又は前部が同一チャネルセットによって共用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
各チャネルが少なくとも１つの周波数と少なくとも１つのタイムスロットを有し、前記第１及び第２の送受信器が異なる周波数ホッピングシーケンスを用いて通信することを特徴とする請求項６記載の方法。
前記基地局の各々の送受信器資源をチャネルティアに分割する工程をさらに有し、
各チャネルティアが同一の無線資源の一部又は全部を共用し、前記送受信器資源の前記分割により、前記第１及び第２のサービスグループ間で割り当てられる前記無線資源の量を増加させることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記カバレージエリアへ受け入れられている、各サービスグループのユーザが、前記チャネルへアクセスできるように、前記ネットワークがスケジューリング優先度を用いることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記割り当てられる無線資源がさらに送信電力を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
無線通信ネットワークの容量を最大化するための方法であって、
前記無線通信ネットワーク内の各基地局に、前記ネットワークが干渉制限された状態となるよう、トラフィックチャネルとして用いるためのチャネルセットを割り当てる工程と、
第１のサービスグループ及び第２のサービスグループについてのサービス品質条件を選択する工程と、
前記第１及び第２のサービスグループが前記サービス品質条件をそれぞれ達成するための無線資源の量を決定する工程と、
前記決定した無線資源量の差異に基づいて、前記第１及び第２のサービスグループ間に前記無線資源を割り当てる工程であって、前記無線資源は電力量であり、かつ前記無線資源は少なくとも前記チャネルセットから割り当てられる工程と、
前記第１及び第２のサービスグループによって用いられている前記無線資源の総量を計算する工程と、
前記無線資源の総量が予め定めた閾値未満であった場合に、前記無線通信ネットワークに対する新規ユーザに無線資源を割り当てる工程とを有することを特徴とする方法。
前記チャネルの各々が少なくとも１つの周波数と少なくとも１つのタイムスロットを有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
前記無線通信ネットワーク内の前記基地局及びユーザが、同一周波数セット上で周波数ホッピングシーケンスを用いて通信する工程をさらに有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
隣接配置された基地局のための前記周波数ホッピングシーケンスがそれぞれ異なることを特徴とする請求項１３記載の方法。
複数の前記基地局が、互いの通信が予め定られ相互干渉量を超える場合に隣接配置されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
前記基地局の各々の送受信器資源をチャネルティアに分割する工程をさらに有し、
各チャネルティアが同一の無線資源の一部又は全部を共用し、前記送受信器資源の前記分割により、前記第１及び第２のサービスグループ間で割り当てられる前記無線資源の量を増加させることを特徴とする請求項１１記載の方法。
無線通信ネットワークの容量を最大化するための方法であって、
前記無線通信ネットワーク内の各基地局の各チャネルティアに対する第１のサービスグループ及び第２のサービスグループについてのサービス品質条件を選択する工程と、
前記第１及び第２のサービスグループが前記サービス品質条件をそれぞれ達成するための無線資源の量を決定する工程と、
前記決定した無線資源量の差異に基づいて、前記第１及び第２のサービスグループ間で前記無線資源を割り当てる工程であって、前記無線資源は前記第１及び第２のサービスグループ内のベアラ単位で割り当てられる工程と、
各チャネルティア内の全ユーザについての電力の関数を計算する工程と、
前記関数の計算により得られた値が所定の閾値未満であった場合に、各セクタへの新規ユーザを受け入れる工程とを有することを特徴とする方法。
前記無線通信ネットワーク内の前記基地局及びユーザが、同一周波数セット上で周波数ホッピングシーケンスを用いて通信する工程をさらに有することを特徴とする請求項１７記載の方法。
前記基地局の各チャネルティアのための前記周波数ホッピングシーケンスが異なることを特徴とする請求項１８記載の方法。
無線通信ネットワークの容量を最大化するための方法であって、
前記無線通信ネットワーク内の第１及び第２の基地局にチャネルセットを割り当てる工程であって、前記第１及び第２の基地局に、ネットワーク干渉下で通信用に用いることができるよりも多いチャネルを割り当てる工程と、
前記チャネルセットを、前記第１及び第２の基地局のための少なくとも２つのチャネルティアに分割する工程であって、前記第１の基地局の前記少なくとも２つのチャネルティアの各チャネルティアが、前記第１の基地局の前記少なくとも２つのチャネルティアの他のチャネルティアと互いにチャネルを部分的に共用する工程と、
第１及び第２のサービスグループについて予め定められたサービス品質条件を達成するための、前記第１及び第２のサービスグループ用無線資源量を決定する工程と、
前記決定した無線資源量の差異に基づいて、前記第１及び第２のサービスグループ間で前記無線資源を割り当てる工程であって、前記無線資源は前記第１及び第２のサービスグループ内のベアラ単位で割り当てられ、かつ前記資源は少なくとも前記チャネルセットから割り当てられる工程とを有することを特徴とする方法。