JP2007236009A - ビームを使用したスロット化された符号分割多元接続システムにおけるユーザへのリソース割振り - Google Patents

Abstract

【課題】符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムにおける有効なタイムスロットおよびビームの割当て方式を提供する。
【解決手段】一実施形態は、適応型アレイを有するスロット化された符号分割多元接続通信システムにおいてタイムスロットを割り当てる方法であって、各タイムスロットについて、アンテナパターンおよび関連付けられたアンテナゲインを決定し、各タイムスロットについて、該決定された関連付けられたアンテナゲインを使用して、各ユーザに関連付けられた伝送パワーを決定し、該アンテナパターンを決定するステップおよび伝送パワーを決定するステップを反復的に繰り返し、最小の総合干渉であって、各スロットについて該決定された伝送パワーを使用して決定される最小の総合干渉を有する割当て用のスロットを選択する、各ステップを含むことを特徴とする方法である。
【選択図】図１０

Description

本発明は、一般に、スロット化された符号分割多元接続通信システムに関する。詳細には、本発明は、こうしたシステムにおけるユーザのタイムスロットおよびビームの割当てに関する。

符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムでは、通信用に異なる周波数スペクトルを使用することに加えて、ユーザ通信が、通信の伝送に使用される符号によって分けられる。提案されている第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ／Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）の広帯域符号分割多元接続（Ｗ−ＣＤＭＡ）通信システムでは、ユーザ符号にはチャネル化符号およびセル特有のスクランブル符号が含まれる。他の標準では、同様の構成のユーザまたはサービス特有のチャネル化（拡散とも呼ばれる）符合が使用される。

スロット化ＣＤＭＡ通信システムでは、通信はまた時間によって分けられる。伝送用の各通信には、１つまたは複数のタイムスロットで１つまたは複数の符号が割り当てられる。さらに時分割複信スロット化システムでは、アップリンクおよびダウンリンク伝送が割り当てられたタイムスロットによって分けられる。

スロット化ＣＤＭＡシステムでは、システムの性能にとって符号／スロット割当てが非常に重要である。隣り合うセル間の干渉、外部干渉、およびセル内のユーザ間の干渉などの多くの要因によって、特定ユーザの符号／スロット割当ての性能が低下する可能性がある。

スロット化ＣＤＭＡシステムの能力をさらに強化するために、セル内で複数のアンテナを使用することへの関心が高まっている。これらの技法は、一般に、固定型および適応型のビーム形成という２つのカテゴリに分けられる。通常、それぞれのビームは、放出された通信エネルギーがビーム内に集中し、そのビームの外側で放出エネルギーが低くなるように生成される。ビーム内に位置するユーザは、ビーム内で伝送される通信を容易に検出することが可能であり、ビーム外のユーザはビーム内のユーザに送信された信号によって干渉を受けることが少ない。

固定型のビーム形成技法では、セルの基地局のアンテナが複数の固定ビームで通信を伝送するように構成される。これらのビームは定常である。適応型のビーム形成では、ビームは適応型アンテナアレイで形成され、変更可能である。適応型ビーム形成は、セルの負荷が変化するにつれて、またはユーザがセル内を移動するにつれて、ビームを移動させることができる。

ビーム形成は、個々のシステムユーザ間でより良く区別をつけることを可能にする。セル内のユーザはタイムスロットおよびセルによって区別されるだけではなく、ビームによっても区別することができる。十分な分離が達成されれば、異なるユーザに同じ符号を使用することが可能であるためセルの能力が向上する。たとえば、第１のビーム内のユーザに、第２のビーム内のユーザと同じ符号および時間スロットを割り当てることができる。これらのユーザ伝送は、それぞれのビームごとに分けられる。

ビームはユーザ間でさらに区別をつけることを可能にするが、依然として割当ての問題がある。同じビーム内にある個人およびビームに接している個人が、互いに干渉する可能性がある。セル周辺のユーザは、隣接する複数のセルのビーム内に位置することがあるため、互いに干渉する可能性がある。

したがって、こうしたシステムで有効なタイムスロットおよびビームの割当て方式を有することが望ましい。

本発明は、符号分割多元接続通信システムにおけるスロット割当てに関するいくつかの実施形態を含む。実施形態の一部は固定型ビームに関し、その他は適応型アレイに関する。固定型ビームに関する一実施形態では、第１に最良の受信品質を有し、そのビームから最良のスロットが選択されるビームを検出することによって、スロットを割り当てる。他の固定型ビーム実施形態では、いくつかのビームで最良のスロットを決定し、全体で最良のビーム／スロットの組み合わせを決定する。他の固定型ビーム実施形態では、修正済みの干渉係数を使用する。適応型アレイを使用するアップリンクに関する一実施形態は、空間分析段階を使用し、その後伝送パワーレベル推定段階を使用する。各スロットに関連付けられた全体の干渉レベルが決定され、最良の全体品質を有するスロットが決定される。ダウンリンクに関する他の実施形態は、アップリンクの空間分析およびスロット割当てをダウンリンク用に使用する。ダウンリンクに関する他の実施形態は、空間および伝送パワーレベル推定段階を使用する。適応型アレイの場合、各ユーザに関する経路損失が推定されるか否か、および各ユーザからの信号が受信されるか否かで、スロット割当てを決定することができる。

好ましい実施形態は、時分割複信モードを使用する第３世代パートナーシッププログラム（３ＧＰＰ）の広帯域符号分割多元接続（Ｗ−ＣＤＭＡ）システムに関連して説明するが、当該実施形態は、任意のハイブリッド符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）／時分割多元接続（ＴＤＭＡ）通信システムにも適用可能である。さらに一部の実施形態は、一般に、提案された３ＧＰＰ Ｗ−ＣＤＭＡの周波数分割複信（ＦＤＤ）モードなどのビーム形成を使用するＣＤＭＡシステムに適用可能である。

以下、無線送信／受信ユニット（ＷＴＲＵ）には、ユーザ機器、移動局、固定型または移動型加入者ユニット、ページャ、あるいは無線環境で動作可能な任意の他のタイプのデバイスが含まれるが、これらに限定されるものではない。以下で言及される場合、基地局には、基地局、ノードＢ、サイトコントローラ、アクセスポイント、または無線環境での他のインターフェースデバイスが含まれるが、これらに限定されるものではない。

図１は、固定型ビームを有するセル内でのユーザへのビーム／スロットの割当てを示す流れ図である。図１の流れ図は、図３に例示された、図２の好ましい簡略化された無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）３０、基地局２８、およびＷＴＲＵ２６に関連して説明する。基地局２８にある固定型ビーム送信機／受信機４０は、その基地局のセルにおいてそのアンテナアレイ３４を使用し、ＷＴＲＵ２６に対する様々な固定型ビームを生成する。最初にステップ２０で、ＷＴＲＵ２６は、ビーム品質測定デバイス４８を使用してビーム品質測定を実行する。ビーム品質測定は多くの異なる手法で実行可能であるが、１つの手法は、すべてまたはいくつかのビームを介して基地局２８で受信された信号の受信信号パワーを測定することである。

ビーム品質測定を使用して、ＲＮＣ３０内の無線リソース管理（ＲＲＭ）デバイス３２は、ステップ２２でそのＷＴＲＵ２６に対して最良の品質を有するビームを決定する。図３に示されるように、ＷＴＲＵ２６は、ビーム１、ビーム２、およびビーム３のビーム品質を測定する。ビーム１は最良の品質を有し（ＷＴＲＵ２６はそのボアサイト（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）内にある）、ビーム１はそのＷＴＲＵ２６用に選択される。ビームが選択された後、ステップ２４でＲＲＭデバイス３２は、選択されたビーム内でＷＴＲＵ２６を割り当てるために最適のスロットを決定する。最適なスロットを決定するための１つの手法では、ユーザが体験した経路損失の情報、ならびに基地局２８に関するＷＴＲＵ２６で測定された干渉を使用して、ユーザおよびその伝送パワーの追加によって生じることになるシステムのノイズ増加を推定する。スロットは、伝送パワーが最低になるように選択することができる。経路損失は、ビーコンチャネルを介するなどの非ビーム形成伝送からのビーム形成伝送によって決定することができる。非ビーム形成チャネルからの経路損失の計算によって、経路損失測定に追加の誤差が導入されるが、通常、この誤差は数デシベル（ｄＢ）に過ぎない。この誤差は、ビームの中心（アンテナボアサイト）ではさらに少ない。その結果、非ビーム形成チャネルからの経路損失測定の使用が、計算およびスロット割当てを低下させることはほとんどない。図３に示されるように、ビーム１はＴＳ １からＴＳ ＮまでのＮ個の使用可能なタイムスロットを有する。ＲＲＭデバイス３２は、タイムスロット測定を使用して最適なスロットを決定することができる。

ＷＴＲＵ２６は、無線インターフェース３６を介した通信用の送信機（ＴＸ）４４および受信機（ＲＸ）４６を有する。基地局２８は、無線インターフェース３６を介した通信用の固定型ビームＴＸ４０およびＲＸ４２を有する。ＷＴＲＵ２６のアンテナは、信号の受信および放射を行う。

セル式システムで発生する１つの状況では、最良の使用可能スロットが最良のビーム内に配置されない可能性がある。たとえば図６に示されたようなＷＴＲＵ２６は、ビーム２よりもビーム１から見知らぬ信号を受信することがあるが、ビーム負荷、干渉、または他の理由によって、ビーム２内のスロットがより良い割振りである可能性がある。この問題は、図６に示されたようなビームのクロスオーバでより一般的に見られる。図４の流れ図の方法を使用すると、最強でないビーム内のこうしたスロットが、すべてのスロット／ビームの組み合わせを介した徹底的な探索をせずに発見される。

図４は、固定型ビームを有するセルに関するビーム／スロット割当てを示す他の流れ図である。図４の流れ図は、図５の好ましい簡略化されたＲＮＣ３０、基地局２８、およびＷＴＲＵ２６に関して説明され、図６を使用して例示される。ＷＴＲＵ２６は、ビーム品質測定デバイス４８を使用してビーム品質測定を実行する。ステップ５２では、使用可能なビームがそれらの品質の順にランク付けされる。ステップ５４では、スロット割当て分析用に最高品質を有するいくつかのビームＮが選択される。この数値Ｎは、２などのように事前に指定するか、可変とすることができる。可変数を使用する手法の１つは、最高品質のビームを基準として、所定のしきい値を超える品質を有するすべてのビームを選択することである。図６に示されるように、ＷＴＲＵ２６は、ビーム１、ビーム２、およびビーム３の３つのビームを識別している。最高品質を有するビーム１およびビーム２の２つのビームが、スロット分析用に選択される。

ステップ５６では、選択された各ビームについて、そのスロット割振り品質を決定するためにそれぞれの使用可能スロットが評価される。伝送パワー合計または干渉合計が最小になるようにスロットおよびビームを選択することによって、より最適な選択を実行することができる。ステップ５８では、各ビームについて最高のスロット割振り品質を有するスロットが決定され、他のビーム内のそれらと比較される。最高のスロット割振り品質のビームが、そのビーム用に選択されたスロットと共にＷＴＲＵに割り当てられる。たとえば図６を使用して、ビーム１およびビーム２の各スロットに関するスロット割振り品質が決定される。ビーム１に対するＴＳ ２およびビーム２に対するＴＳ ３などのように、各ビームについて最高の品質を有するスロットが選択される。ビーム１に対するＴＳ ２などのように、最高のスロット割振り品質で選択されたスロットを有するビームが、割当てのために選択される。ＷＴＲＵ２６はＴＸ４４およびＲＸ４６を有し、基地局２８は無線インターフェース３６を介した通信用の固定型ビームＴＸ４０およびＲＸ４２を有する。

いくつかの最良のビームの中で最良のスロットを選択することによって、スロットおよびビーム選択を最適化するための他の手法を提供することができる。組み合わせられたスロット／ビーム係数を使用して、最高の全体品質を有するスロット／ビームの組み合わせが選択される。通信をサポートするために複数のスロットが必要な場合、最高の全体品質を有する複数のスロット／ビームの組み合わせが選択される。複数のスロットが選択される場合、異なるビームからスロットが選択される可能性がある。ＷＴＲＵの符号化複合移送チャネル（ＣＣＴｒＣＨ）にリソースを割り当てる場合、スロット全体の品質係数を使用してスロットでスロット選択アルゴリズムが実行される。

図７は、固定型ビームを有するセルに関するビーム／スロット割当てを示す他の流れ図である。図７の流れ図は、図５の好ましい簡略化されたＲＮＣ３０、基地局２８、およびＷＴＲＵ２６に関して説明され、図８を使用して例示される。図７の方法は、複数のビームを介したタイムスロットの割当てを容易にするものである。好ましい修正された干渉係数を使用することで、すべてのスロット／ビームの組み合わせを即時に評価することができる。各使用可能ビームの品質は、ビーム品質測定デバイス４８によって決定される。ステップ６２、６４で、使用可能ビームがランク付けされ、スロット分析用にいくつかのビームＮが選択される。ビームの数は所定の数、品質しきい値を超えるビームの数、または使用可能なすべてのビームの数とすることができる。図８に示されるように、ＷＴＲＵ２６は、ビーム１からビームＭまでのＭ個のビームを検出し、Ｍ個すべてがスロット分析用に選択される。

ステップ６６で、各選択されたビームについて使用可能なタイムスロットのリストが作成される。図８に示されるように、ビーム１からビームＭまでの各ビームについて、ＴＳ １からＴＳ Ｎまでのタイムスロットのリストが示される。各タイムスロットについて、品質係数が決定される。その品質係数がビーム品質測定と組み合わされて、ＷＴＲＵ２６に対するそのスロット／ビームの割当ての全体品質が決定される。

好ましい一手法では、タイムスロット品質測定として、ビームｎのスロットｓに対するＩ_ｎｓの干渉測定と、ビーム品質測定として、ビームｎに対するＲ_ｎのビームの受信信号パワーとを使用する。干渉は、推定されるノイズ増加を含むように計算することができる。ステップ６８では、スロットｓの干渉測定およびビーム品質の組み合わせ係数が、修正された干渉測定Ｉ_ｎｓ’となる。Ｉ_ｎｓ’を決定するための好ましい数式が式１である。

Ｉ_ｎｓ’＝（１−α）Ｉ_ｎｓ＋α（Ｒ_ｋ−Ｒ_ｎ） 式１
Ｒ_ｋは基準となる受信信号パワー値であり、αは重み付け係数である。Ｒ_ｋおよびαの値は、実施および設計時に考慮すべき点に基づいて変化する。

図８に示されるように、各ビームは関連付けられた受信信号パワーＲ_１からＲ_Ｎを有する。各タイムスロットは、関連付けられた測定された干渉レベルＩ_１１からＩ_ＭＮを有する。各スロット／ビームの組み合わせに対して、そのスロットの測定された干渉レベルおよびそのビームの受信信号パワーを使用して、修正された干渉係数Ｉ_１１’からＩ_ＭＮ’が導出され、選択に使用される。ステップ７０で、組み合わせられたスロット／ビーム係数を使用して、最高の全体品質を有するスロット／ビームの組み合わせが選択される。

適応型アレイ方式の目的は、他のソースに送信される干渉および他のソースから受信される干渉を最小にしながら、所望のソースに送信されるエネルギーおよび所望のソースから受信されるエネルギーを最大にすることである。この目的は、複数のアンテナエレメントとの間の信号の空間領域処理によって達成される。干渉を最小にすることは、未相関経路に対して送信および受信のビームパターンにｎｕｌｌを配置すること、または相関経路に対して位相取消を作成することによって実施される。アレイから発せられるかまたはアレイによって受け取られる最大エネルギーの角度がビームであるとみなされる。

アレイがこの目的を達成する能力は、そのアパチャおよびそのアンテナエレメントの数に依存する。アパチャは、アレイがビームの中心近くにｎｕｌｌを配置する能力を示す。典型的には、ｎｕｌｌはビーム幅の０．５から２の内に配置することができる。ｎｕｌｌの深さは、その空間位置に依存する。アンテナエレメントの数は、挿入可能な独立ｎｕｌｌの数を示す。典型的には、人数Ｅのユーザを、Ｅ−１個のアンテナエレメントを使用してサポートすることができる。これらのエレメントは、一般に波長の半分ごとに分けられる。しかしながら、複数経路はこうしたアレイの性能を低下させる傾向がある。

システム性能は、伝送パワーまたは受信干渉、あるいはその両方が最小となったときに最適化される。したがって、適応型アンテナと賢明なスロット割振りを組み合わされることで、システム性能を最適化することになる。

図９は、適応型アンテナアレイを使用するシステムに関するアップリンクスロットの割当てを示し、図１０の簡略化されたＲＮＣ３０、基地局２８、およびＷＴＲＵ２６に関連して説明した流れ図である。アップリンク伝送用のスロット割振りアルゴリズムは、空間分析段階および最適なパワー割振り段階という、２つの主な構成要素からなるものである。典型的な状況の場合、ユーザの新しい物理チャネルがスロット内の既存の物理チャネルに追加される。各スロットに対するスロット選択アルゴリズムは、好ましくは、干渉を最小にするように、すべてのユーザの最適な伝送パワーおよび結果として生じる最適なアンテナ複合ゲインを決定することを反復的に試行する。干渉が最小のスロットが選択される。好ましいアルゴリズムは、各スロットについて、１）空間分析段階が（すべての信号ならびに干渉の）各ソースからの効果的なアンテナゲインを決定する、２）最適なパワー割振り段階がすべてのＷＲＴＵ２６に関する伝送パワーおよびネットワーク内の総合干渉レベルを決定する、３）収束またはわずかな変化が発生するまでこれらの手順を繰り返す、というものである。スロットは割振り品質の降順に配列され、一般的なスロット選択アルゴリズムが適用される。

再度図９を参照すると、最初にステップ７２で、各使用可能なアップリンクスロットについて適応型アレイ３４用のアンテナパターンがそのスロットに対して決定される。特定スロット用のアンテナパターンを決定するための手法の１つが、共分散（ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ）ベースのアルゴリズムである。共分散ベースのアルゴリズムは、基地局受信機での信号および干渉の共分散行列に依拠する。様々な共分散ベースのアルゴリズムは、一般にアップリンク干渉を最小にする様々な基準に基づいている。アップリンク干渉は、セル内の干渉ならびに他のセルの基地局などの他の干渉を含むことができる。共分散ベースのアルゴリズムは、アンテナアレイに適用される重みセットを生成する。通常、共分散行列は、干渉の存在下で信号を受信することによって導出される。行列の構築を支援するために、知られたトレーニングシーケンスを使用することができるが、他の信号を使用することも可能である。通常、共分散行列は基地局（ノードＢ）でわかるため、共分散ベースのアルゴリズムは、通常、基地局（ノードＢ）で実行される。

特定スロット用のアンテナパターンを決定するための他の手法は、指示（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）ベースのアルゴリズムである。これらのアルゴリズムは、すべての信号の着信の指示および相対パワーならびに信号の主な複数経路要素についての知識を必要とする。適応型アルゴリズムは指示ベース手法で使用可能であり、それらの挙動は経験的にモデル化することができる。したがって、複数経路の効果を含む、各信号または干渉ソースに対する等価のゲインを概算することができる。指示ベース手法の利点の１つは、アルゴリズム内では相関情報が使用されないため、いかなる信号をも受け取る前にアルゴリズムを使用できることである。指示ベースのアルゴリズム（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）は受信信号の強度および受信信号の着信指示を使用するため、通常、これらのアルゴリズムは基地局（ノードＢ）またはＲＮＣで実行される。

特定のタイムスロット用のアンテナパターンが決定された後、ステップ７４で、各ユーザの伝送パワーレベルが決定される。伝送パワーレベルを決定するための手法の１つは以下のとおりであり、ステップ７２の各ＷＴＲＵまたはノードからの既知または推定のアンテナゲインを使用する。経路損失はＷＴＲＵ２６内の経路損失測定デバイス５０によって決定され、スロット内の干渉レベルは干渉測定デバイス８６によって決定される。

各ＷＴＲＵ２６（ノード）が必要とする伝送パワーは、そのノードの物理チャネルの信号対干渉（ＳＩＲ）要件を満たすように決定される。基地局ｊ（ｊ＝１、２、．．．、Ｎ）に接続されたＷＴＲＵ ｋ（ｋ＝ｍ_ｊ−１＋１、２、．．．、ｍ_ｊ）の場合、そのＳＩＲレベルであるＳＩＲ_ｋ（●）は、式２で表される。

基地局ｊに関するｋは、ｍ_ｊ−１からｍ_ｊまでの値を有する。ｍ_ｊ−１は基地局ｊに接続された最初のＷＴＲＵ２６であり、ｍ_ｊが最後である。ｍ_ＮはＮ番目の基地局に接続された最後のＷＴＲＵ２６である。ｊは１からＮまでの値を有する。Ｎは、当該基地局の数である。Ω（ｊ）は、基地局ｊに接続されたＷＴＲＵ２６のセットである。Ｌ_ｋｊは、ＷＴＲＵ ｋと基地局ｊとの間の経路損失である。Ｇ_ｋｊは、基地局ｊでのＷＴＲＵ ｋの受信アンテナゲインである。αは、基地局受信機での非取消セル間エネルギーの分数（ｆｒａｃｔｉｏｎ）である。Ｔ_ｕ（ｋ）はＷＴＲＵ ｋの伝送パワーである。Ｎ_０は、数式内で反映されないノイズまたは干渉を反映する係数である。

話を簡単にするために、モデルはＷＴＲＵ２６について複数のチャネルに容易に適応可能であるが、各ＷＴＲＵ２６は単一の物理チャネルを有すると想定される。ＳＩＲ_ｋ（●）は、複数経路要素の相対的経路損失およびそれらそれぞれのゲインの関数とすることができる。

すべてのＷＴＲＵ２６に関する数式は、式３の行列形式で表される。

Ｔ_ｕ・Ａ＝Ｓ（●） 式３
Ａはｍ_Ｎ×ｍ_Ｎの行列である。行列Ａでは、各対角線要素Ａ_ｋｋ（１≦ｋ≦ｍ_Ｎ）は式４によって決められる。

Ａ_ｋｋ＝Ｌ_ｋｊ（ｋ∈Ω（ｊ），ｊ＝１，２，．．．，Ｎ） 式４
各非対角線要素Ａ_ｋｌ（ｋ≠１，１≦ｋ，１≦ｍ_Ｎ）は式５によって決められる。

Ｔ_ｕは１×ｍ_Ｎの行列であり、式６によって決められる。

Ｓ（●）は式７による１×ｍ_Ｎの行列である。

伝送パワーは式８によって決定される。

Ｔ_ｕ＝Ｓ（●）・Ａ^−１ 式８
各接続について伝送パワーレベルが決定された後、これらの新しい伝送パワーレベルを空間分析アルゴリズムで使用して、より精密なアンテナパターンを生成することができる。アレイコントローラ８２は、アレイ重み付けデバイス８４が使用するための精密なアンテナパターンを推定する。反復的に、ステップ７６で伝送パワーレベルの計算および空間分析アルゴリズムを繰り返すことができる。好ましいことには、これらは結果の変化がしきい値量よりも少なくなるまで繰り返される。その時点で反復が終了する。しかしながら、処理リソースを節約するために、反復は１回だけまたは所定の回数だけ実行することができる。

決定されたＴ_ｕを使用すると、基地局それぞれでのセル間干渉は式９によって決められる。

Ｉ_ｊは、基地局ｊでの干渉レベルである。

すべての基地局にわたる干渉は、そのタイムスロットを割り振る１つの優れた方法として、式１０によって平均化される。

ステップ７８では、最も少ない平均干渉

を有するタイムスロットがＲＲＭデバイス３２によって選択され、ＷＴＲＵ２６の符号化複合移送チャネル（ＣＣＴｒＣＨ）に割り当てられる。無線インターフェース３６を介した通信用に、基地局２８はＲＸ４２およびＴＸ８０を有し、ＷＴＲＵ２６はＲＸ４６およびＴＸ４を有する。

ダウンリンクスロット割当ての場合、アップリンクおよびダウンリンクの割当てが対称的であれば、アップリンクおよびダウンリンクのチャネル相互関係（ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）をスロット割当てに使用することができる。たとえば、アップリンクおよびダウンリンクの負荷は同じである（各ユーザは、ダウンリンクリソースユニットと同じ数のアップリンクリソースユニットを有する）。決定されたアップリンクタイムスロット割当ておよびアンテナパターンを使用して、各ダウンリンクタイムスロットには対応するアップリンクタイムスロットと同様の割当てが割り当てられる。基地局の送信側アレイは、対応するアップリンクタイムスロットと同じアンテナエレメント重みを使用して操向（ｓｔｅｅｒ）される。結果として、スロット割当ておよびアップリンク用と同じアンテナエレメント重みを使用することができる。この対称的なスロット／アンテナエレメントの重み割当てによって、ダウンリンクのスロットアンテナエレメントの重み割当てに必要な処理が大幅に削減される。

通常、アップリンクおよびダウンリンクのタイムスロットの左右対称割当ては実現可能でない。たとえば、データのダウンロード用などの多くのユーザ用のダウンリンクは、アップリンクよりも多くのリソースを必要とする可能性がある。さらに、状況によっては、アップリンクおよびダウンリンクに対してタイムスロットを別々に割り当てることが望ましい場合がある。

操向ベクトルを決定するための手法の１つは、チャネルの相互関係を巧みに利用するものである。ＷＴＲＵ２６のアップリンクおよびダウンリンクの帯域幅は異なる場合があるが、アップリンクのビーム形成に関する重みがダウンリンク伝送の操向に使用される。したがって、アップリンクに使用される同じ重みが、各ユーザのダウンリンクの伝送に適用される。この方法では各ユーザが受信するパワーは最適化されるが、他のユーザによる干渉は最適化されない。

図１１は、アップリンク割当てを使用せずに、ダウンリンクタイムスロットを割り当てるための流れ図であり、図１２の簡略化されたＲＮＣ３０、基地局２８、およびＷＴＲＵ２６に関して説明される。最初にステップ８８で、使用可能な各ダウンリンクスロットに対して、そのスロットの適応型アレイ３４に関する受信操向ベクトルが決定される。

操向ベクトルを決定するための手法の１つは、チャネルの相互関係を巧みに利用するものである。ＷＴＲＵのアップリンクおよびダウンリンクの帯域幅は異なる場合があるが、アップリンクのビーム形成に関する重みがダウンリンク伝送の操向に使用される。したがって、アップリンクに使用される同じ重みが、各ユーザのダウンリンクの伝送に適用される。この方法では各ユーザが受信するパワーは最適化可能であるが、他のユーザによって受信される干渉は最適化されない。

他の手法では、指示ベースのアルゴリズムを使用する。指示ベースのアルゴリズムは、ＷＴＲＵの着信の指示、相対的なパワーレベル、および信号の主な複数経路構成要素を使用する。挙動は経験的にモデル化することができる。結果として、複数経路効果を含む各信号または干渉ソースに関する等価のゲインを概算的に知ることができる。指示ベースのアルゴリズムに関する情報は、通常、基地局（ノードＢ）およびＲＮＣで入手可能である。

特定タイムスロットに関する操向ベクトルが決定された後、ステップ９０で各ユーザの伝送パワーレベルが決定される。伝送パワーレベルを決定するための手法の１つは以下のとおりであり、各ノードの既知または推定のアンテナゲインを使用する。経路損失は経路損失測定デバイス５０によって測定され、タイムスロット干渉レベルは干渉測定デバイス８６によって測定される。

各ＷＴＲＵ２６（ノード）が必要とする伝送パワーは、そのノードの物理チャネルの信号対干渉（ＳＩＲ）要件を満たすように決定される。ＷＴＲＵ ｋは基地局ｊに接続される。そのＳＩＲ、ＷＴＲＵ ｋの場合のＳＩＲ_ｋ（●）は、式１１によって決められる。

Ｎは、当該基地局２８の数である。Ω（ｊ）は、基地局ｊに接続されたＷＴＲＵ２６のセットである。Ｌ_ｋｊは、ＷＴＲＵ ｋと基地局ｊとの間の経路損失である。Ｇ_ｋｊは、基地局ｊでのＷＴＲＵ ｋの指示における送信アンテナゲインである。αは、ＷＴＲＵ受信機での非取消セル間エネルギーの分数である。Ｔ_Ｄ（ｉ，ｋ）はＷＴＲＵ ｋの基地局ｊの伝送パワーである。

話を簡単にするために、モデルはＷＴＲＵ２６について複数のチャネルに容易に適応可能であるが、各ＷＴＲＵ２６は単一の物理チャネルを有すると想定される。ＳＩＲ_ｋ（●）は、複数経路要素の相対的経路損失およびそれらそれぞれのゲインの関数とすることができる。

すべてのＷＴＲＵ２６に関する数式は、式１２の行列形式で表される。

Ｔ_ｕ・Ｂ＝Ｓ’（●） 式１２
Ｂはｍ_Ｎ×ｍ_Ｎの行列である。行列Ｂでは、各対角線要素Ｂ_ｋｋ（１≦ｋ≦ｍ_Ｎ）は式１３によって決められる。

Ｂ_ｋｋ＝Ｇ_ｋｊＬ_ｋｊ，ｋ∈Ω（ｊ），ｊ＝１，２，．．．，Ｎ 式１３
各非対角線要素Ｂ_ｋｌ（ｋ≠１，１≦ｋ，１≦ｍ_Ｎ）は式１４によって決められる。

Ｔ_Ｄは１×ｍ_Ｎの行列であり、式１５によって決められる。

Ｔ_Ｄ＝［Ｔ_Ｄ（１，１） Ｔ_Ｄ（１，２） ・・・ Ｔ_Ｄ（Ｎ，ｍ_Ｎ）］ 式１５
Ｓ’（●）は１×ｍ_Ｎの行列であり、式１６によって決められる。

行列Ｂは常に最大階数を有することになるため、逆行列Ｂが存在する。したがって伝送パワーは式１７によって決定される。

Ｔ_Ｄ＝Ｓ’（●）・Ｂ^−１ 式１７
各接続について伝送パワーレベルが決定された後、これらの新しい伝送パワーレベルを空間分析アルゴリズムで使用して、より精密なアンテナパターンを生成することができる。反復的に、ステップ９２で伝送パワーレベルの計算および空間分析アルゴリズムを繰り返すことができる。好ましいことには、これらは結果の変化がしきい値量よりも少なくなるまで繰り返される。その時点で反復が終了する。しかしながら、処理リソースを節約するために、反復は１回だけまたは所定の回数だけ実行することができる。

決定されたＴ_Ｄを使用すると、基地局それぞれでのセル間干渉は式１８によって決められる。

Ｉ_ｋは、基地局ｊでの干渉レベルである。

すべての基地局にわたる干渉は、そのタイムスロットを割り振る１つの優れた方法として、式１９によって平均化される。

ηは、好ましくは優先度によって決定される重み係数である。

ステップ９４では、最も少ない平均干渉

を有するタイムスロットがＲＲＭデバイス３２によって選択され、ＷＴＲＵ２６のＣＣＴｒＣＨに割り当てられる。無線インターフェース３６を介した通信用に、基地局２８はＲＸ４２およびＴＸ８０を有し、ＷＴＲＵ２６はＲＸ４６およびＴＸ４を有する。

一部の適用分野では、ノード間の経路損失はほとんどのＷＴＲＵ２６および基地局２８には知られていない。しかし、そのターゲットセルに追加されるＷＴＲＵ間の経路損失は既知である。この状況では、新しいＷＴＲＵ２６に対する既知の経路損失に基づく統計概算測定によって正確なグローバル干渉を概算する、概算アルゴリズムを使用することができる。

アップリンク割振りがわかっている場合、ダウンリンク割振りは、経路損失がわかっている実施形態と同じ方法でこれに従うことができる。同様に、ダウンリンク割振りがわかっている場合、アップリンク割振りは、経路損失がわかっている実施形態と同じ方法でこれに従うことができる。

図１３は、アップリンク割振りの知識なしでのダウンリンク割振りを示す流れ図である。新しいＷＴＲＵ２６とそのターゲット基地局２８との間の経路損失が既知であり、すべてのＷＴＲＵの信号が以前に受け取られている場合、それらの指示がわかっているため、ダウンリンク割振りを決定することができる。反復プロセスは以下のように実行される。ステップ９８で、新しいＷＴＲＵ２６の既知の指示および推定伝送パワーを使用して、既存および新しいＷＴＲＵ２６のアンテナゲインが決定される。ステップ１００で、新しいＷＴＲＵ２６の伝送パワーが、好ましくは経路損失、ユーザ側の干渉、および必要なＳＩＲを考慮して計算される。伝送パワーの推定は、結果として生じるビーム幅などの適応型アンテナシステムの係数を考慮に入れることができる。伝送パワー推定に基づいて、精密な新しいアンテナゲインが決定される。ステップ１０２で、すべての既存のＷＴＲＵ２６について新しい伝送パワーレベルが決定される。ステップ１０４で、新しいＷＴＲＵ２６の伝送パワーが再決定される。伝送パワーの推定は、結果として生じるビーム幅などの適応型アンテナシステムの係数を考慮に入れることができる。ステップ１０２および１０４は、ステップ１０６で収束またはわずかな変化が発生するまで繰り返される。ステップ１０８で、セル内の合計伝送パワーが計算され、合計伝送パワーが最も少ないスロットが選択される。

図１４は、ダウンリンク割振りの知識なしでのアップリンク割振りを示す流れ図である。新しいＷＴＲＵ２６とそのターゲット基地局２８との間の経路損失が既知であり、すべてのＷＴＲＵの信号が以前に受け取られている場合、それらの指示がわかっているため、反復プロセスを使用することができる。

ステップ１１０で、新しいＷＴＲＵ２６の既知の指示および推定伝送パワーを使用して、既存および新しいＷＴＲＵ２６のアンテナゲインが決定される。ステップ１１２で、アンテナゲインを使用し、好ましくは経路損失、ＷＴＲＵ２６での干渉、および必要なＳＩＲを考慮に入れて、新しいＷＴＲＵ２６の伝送パワーレベルが計算される。伝送パワーレベルの推定は、結果として生じる帯域幅などの適応型アンテナシステムの係数を考慮に入れることができる。この伝送パワーに基づいて推定されるアンテナゲインが精密になり、新しいアンテナゲインが決定される。ステップ１１４で、新しく受信される信号レベルがすべてのＷＴＲＵ２６について計算される。ステップ１１６で、新しいＷＴＲＵ２６の伝送パワーが再決定される。伝送パワーレベルの推定は、結果として生じるビーム幅などの適応型システムの係数を考慮に入れることができる。ステップ１１４および１１６は、ステップ１１８で収束またはわずかな変化が発生するまで繰り返される。ステップ１２０で、合計受信信号レベルが最も低いスロットが選択される。

適応型アンテナの性能の推定は、信号を受信する前に実行することもできる。上記いくつかの実施形態では、実際にすべての信号を受信する前に、適応型アンテナ受信または送信システムの性能を推定する必要がある。結果として、重みの算出およびアンテナゲインの導出に適応型アンテナアルゴリズムを使用することができない。代替方法は、図１５の流れ図に従うものである。

ステップ１２２で、実際のシステムと同じ数のアンテナを備えた実際または擬似適応型アンテナシステムが実際または擬似信号と共に使用され、各ＷＴＲＵ２６のアンテナゲインが決定される。通常、ＮＭ×ＮＭの行列が形成される。ＮはＷＴＲＵ２６の数であり、ＭはＷＴＲＵ２６についての最大経路数である。サイズ（ＮＭ）^２のニューラルネットワークは、既知の共分散行列または既知の着信指示およびアンテナゲインを使用してトレーニングされる。ステップ１２４で、ニューラルネットは等価のアンテナゲインの推定を提供する。

固定型ビームにスロットを割り当てる一実施形態を示す流れ図である。 図１の流れ図を使用するシステムを示す簡略図である。 図１の流れ図の実施形態を示す図である。 固定型ビームにスロットを割り当てる他の実施形態を示す流れ図である。 図４の流れ図を使用するシステムを示す簡略図である。 図４の流れ図の実施形態を示す図である。 固定型ビームにスロットを割り当てる他の実施形態を示す流れ図である。 図７の流れ図の実施形態を示す図である。 アップリンク用の適応型アレイシステムにスロットを割り当てる一実施形態を示す流れ図である。 図９の流れ図を使用するシステムを示す簡略図である。 ダウンリンク用の適応型アレイシステムにスロットを割り当てる一実施形態を示す流れ図である。 図９の流れ図を使用するシステムを示す簡略図である。 アップリンク割振りの知識なしでのダウンリンク割振りを示す流れ図である。 ダウンリンク割振りの知識なしでのアップリンク割振りを示す流れ図である。 アンテナゲインの決定を示す流れ図である。

Claims (12)

1. 適応型アレイを有するスロット化された符号分割多元接続通信システムにおいてタイムスロットを割り当てる方法であって、
   各タイムスロットについて、アンテナパターンおよび関連付けられたアンテナゲインを決定し、
   各タイムスロットについて、前記決定された関連付けられたアンテナゲインを使用して、各ユーザに関連付けられた伝送パワーを決定し、
   前記アンテナパターンを決定するステップおよび伝送パワーを決定するステップを反復的に繰り返し、
   最小の総合干渉であって、各スロットについて前記決定された伝送パワーを使用して決定される最小の総合干渉を有する割当て用のスロットを選択する、
   各ステップを含むことを特徴とする方法。
2. 前記反復的に繰り返すステップは、前記決定されたアンテナパターンおよび前記決定された伝送パワーがほぼ収束するまで繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記反復的に繰り返すステップは、所定回数だけ繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記決定されたアンテナパターンは、共分散ベースのアルゴリズムに基づくことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記決定されたアンテナパターンは、指示ベースのアルゴリズムに基づくことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記決定された伝送パワーは、リンクに関する所望の信号対干渉比を使用して決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記選択されたタイムスロットは、アップリンクタイムスロットであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記選択されたアップリンクタイムスロットに基づいて、前記選択されたアップリンクタイムスロットのユーザに対応するダウンリンクタイムスロットを選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記アップリンク用に決定された前記決定されたアンテナパターンの重みが、ダウンリンクアンテナパターン用に使用されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記選択されたタイムスロットは、ダウンリンクタイムスロットであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 適応型アレイを有するスロット化された符号分割多元接続通信システムにおいてタイムスロットを割り当てるための方法であって、
    各タイムスロットについて、
    新しいユーザおよび他のユーザについてアンテナゲインを決定し、
    前記決定されたアンテナゲインを使用して、新しいユーザおよび他のユーザの伝送パワーを決定し、
    前記決定されたアンテナゲインを使用して、新しいユーザおよび他のユーザのアンテナゲインを再決定し、
    前記伝送パワーを決定することおよび前記アンテナゲインを再決定することを反復し、
    前記決定された伝送パワーレベルを使用して、合計伝送パワーを決定し、
    割当て用に最小合計伝送パワーを有するタイムスロットを選択する、
    各ステップを含むことを特徴とする方法。
12. 適応型アレイを有するスロット化された符号分割多元接続通信システムにおいてタイムスロットを割り当てる方法であって、
    各タイムスロットについて、
    新しいユーザおよび他のユーザについてアンテナゲインを決定し、
    前記決定されたアンテナゲインを使用して、新しいユーザの伝送パワーを決定し、
    前記決定されたアンテナゲインを使用して、新しいユーザおよび他のユーザのアンテナゲインを再決定し、
    前記再決定されたアンテナゲインを使用して受信信号レベルを決定し、
    前記受信信号レベルを決定することおよび前記アンテナゲインを再決定することを反復し、
    前記決定された伝送パワーレベルを使用して、合計受信信号レベルを決定し、
    割当て用に最小合計受信信号レベルを有するタイムスロットを選択する、
    各ステップを含むことを特徴とする方法。

Images