JP2008118656A

JP2008118656A - セルラー通信システムにおける上りリンク資源のスケジューリング方法

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Publication number: JP2008118656A
Application number: JP2007285514A
Authority: JP
Inventors: Minghai Feng; 明海馮; Xiaoming She; 小明余; Arashi Chin; 嵐陳
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2008-05-22
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Abstract

【課題】セル間干渉の変動性を減少させ、無線資源をより正確にスケジューリングすることができる、セル間の干渉に基づいて資源スケジューリングを行う方法を提供する。
【解決手段】本発明は、各移動局毎の隣接セルに対するセル間干渉が最も強い少なくとも一つの隣接セルの基地局を見出して、上りリンク方向におけるセル間干渉値を計算するステップと、セル間干渉値に基づいて本セル内の移動局全体をグルーピングするステップと、移動局グルーピング状況に応じてサブキャリアをグルーピングして、各グループ毎の移動局を１グループのキャリアに対応付けるステップと、各グループ毎のサブキャリアを、グループのサブキャリアに対応付けされた特定の移動局グルーピングに含まれる移動局に割当てるステップと、各移動局のサブキャリアに取得可能な信号対雑音干渉電力比を計算し、マルチ移動局資源スケジューリングアルゴリズムを実行するステップとを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ、Orthogonal Frequency Division Multiple Access）及びシングルキャリア（Single carrier）を多元接続方式として採用して、無線セルラー通信システムにおける上りリンクに対して資源をスケジューリングする方法に関する。具体的には、アルゴリズムの複雑度を顕著に増加させることなく、資源のスケジューリングによるセル間干渉の変動を減少し、顕著な資源スケジューリングゲインを取得するように、無線セルラー通信システムの上りリンクに対して、セル間の干渉に基づき信頼的な適応資源スケジューリングを行う方法を提供することに関する。

将来の無線移動通信システムにおけるキーとなる技術としての直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ、Orthogonal Frequency Division Multiplexing）は、システムの全帯域を、並列に伝送され、平坦にフェージングされ、且つ部分的にオーバーラップされ直交する大量のサブキャリアに分割することで、周波数選択性フェージングを抑制し、マルチパスによる符号間の干渉を減少して、周波数スペクトラムの利用率を高めることを特徴とする。このような技術のメリットによって、直交周波数分割多重化技術はＩＥＥＥ８０２シリーズの標準及び３ＧＰＰのLTE（Long Term Evolution）等の次世代の無線通信システム研究における物理層の主な候補技術の一つとなっている。

上記の基本的な技術特徴以外に、直交周波数分割多重化に基づく多元接続技術の応用として、例えば、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭ、Orthogonal Frequency Division Multiple Access）及びＤＦＴ−Ｓ−ＯＦＤＭＡ（シングルキャリアの一つであり、従来のシングルキャリアの低いピーク対平均電力比と直交周波数分割多重化の特徴とを兼有する）は、マルチユーザダイバーシティ（Multi-user Diversity）ゲインをさらに取得することができる。同一の時刻に、異なるユーザは異なるフェージング状況を体験するため、あるユーザに対してフェージングの酷いキャリアが、他のユーザに優れたチャネル品質を与える可能性がある。そこで、ＯＦＤＭＡ或はＤＦＴ−Ｓ−ＯＦＤＭＡが効果的なキャリア資源スケジューリング方法を結合すると、システムスループットを極めて増加させ、周波数スペクトラムの利用率を高めることができる。

しかしながら、ＯＦＤＭＡ又はシングルキャリア技術を多元接続方式とする無線セルラー通信システムにおいて、特有の上り方向のセル間干渉は、周波数領域では非白色雑音の特性を現し、時間領域では資源スケジューリングに伴って変動することとなる。このような変動特性によって、資源スケジューリングを効果的に行うことが困難になる。将来のＯＦＤＭＡ又はＤＦＴ−Ｓ−ＯＦＤＭＡ技術を核心とする無線セルラー通信システムにおいて、移動局が受けた干渉は、セル間干渉とセル内干渉を含む。サブキャリアやサブチャネル同士の直交性は、同セル内にあるユーザ同士の直交性を保証する。そこで、セル間干渉は、移動局に対する主要干渉源となっている。セル間干渉は、周波数領域に非白雑音として現れ、つまり、ユーザは異なるサブキャリアにおいて異なる干渉を感じるようになる。したがって、資源スケジューリングを行うときには、ユーザチャネルの周波数選択性フェージング以外、移動局の受けた干渉の周波数選択性を考慮する必要がある。なお、更に重要なのは、セル間干渉が資源スケジューリングに伴って変動し、即ち、資源スケジューリングがセル間干渉の数値を変更することである、これも資源スケジューリング中にさらに考慮すべき問題である。そして、将来の無線セルラー通信システムにおいて、上りリンクの資源スケジューリングとセル間干渉とは、互いに制約されるペアの要因となる。

ＣＤＭＡシステムにおいて、同一セルにおけるユーザ全体は周波数資源を共有する。一つのセルにおける移動局と基地局とが受ける干渉は、このシステムにおける他のセル中の全てのユーザからのものである。ＣＤＭＡシステムにおけるセル間干渉は、通常、ガウス白色雑音（ＡＷＧＮ）とすることができ、周波数再利用率が１である場合、隣接セル内の全てのユーザが送信した信号は、いずれもセル間干渉を発生し、大量なユーザ信号がオーバーラップされた結果は、異なるユーザの干渉信号同士の差異が平均に除去され、実際に感じたセル間干渉信号は、ガウス白色雑音と類似する、周波数スペクトラムで平坦な特性を有するようになる。

ＣＤＭＡシステムと異なって、ＯＦＤＭやシングルキャリアに基づくセルラーシステムにおいて、同一のセルラーセルには、各サブキャリアやサブチャネルのそれぞれが単一ユーザに占用されている。この場合、ある移動局又は基地局の受ける隣接セルからの干渉は、他のセルにおける、本セルユーザと同様のキャリアやチャネルを使用するユーザによるセル間干渉のみを含む。つまり、ＯＦＤＭシステムでは、隣接セルからの干渉要因が大きく減少されている。干渉要因の減少によって、セル間干渉は対応するセルにおける資源の調整に応じて急激に変化することになる。１つのセル内に１つの干渉ユーザしかないため、セル間干渉はすでにガウス白雑音の特徴を有しないかもしれない。

まず、干渉信号はマルチパス伝送を介して周波数選択性フェージングを発生する。次に、異なるサブキャリアにおける干渉信号は、隣接セルの異なるユーザからのものである可能性もあり、これらのユーザ信号は、異なるパスロス、シャドウイングフェージング及びチャネル高速フェージングを介して、干渉信号の強さが周波数スペクトラムで不均一に分布されるようになる。なお、マルチユーザ信号のオーバーラップが足りないため、このような干渉信号の強さは、サブキャリアやサブチャネルの変化に伴うジッター現象は平均化され得ない。したがって、セル間干渉は、非白雑音の状態を現す。

図１は、シミュレーションを通じて取得した、ＯＦＤＭＡに基づく無線セルラー通信システムにおけるセル間干渉の実際状況を示す。干渉源の数がある程度に減少されると、隣接セルが本セルに対して同一キャリアやチャネルを採用するときに発生する干渉は、時間によって激しいジッターを現している。図１に示す干渉曲線は、非白色雑音を現す。

セル間干渉は、周波数領域で非白色雑音の特徴を現す以外に、時間領域でもセル内の資源スケジューリングに伴って変化する。資源割り当て構成によってセル間干渉の非白色雑音の構造が決められ、スケジューリングした後の他の資源割り当て構造も異なる構造の他の非白色雑音のセル間干渉を与える。この現象は、セル間干渉が資源スケジューリングに伴って変動する現象として現れる。

図２は、シミュレーションを通じて取得した、移動局がシングルキャリアにて受けたセル間干渉がセル内の資源スケジューリングに伴って変化する結果を示す。図2における曲線はセル間干渉が資源スケジューリングによって変動する特性を証明している。このような資源のスケジューリングは、セル内のサブキャリアやチャネルの再割り当て、または電力の変更などを含む。通信システムにおいて、隣接セルにおけるこのような資源スケジューリングや再割り当ては、注目されるセル（本セル）に対する干渉信号を激しく変化させてしまう。つまり、隣接セルからの干渉は、予め推定された干渉と異なるものである。

このように、ＯＦＤＭの無線セルラー通信システムを使用したセルにおいて、隣接セルからのセル間干渉が資源スケジューリングに伴って大幅に変動するため、信号対雑音比（ＳＮＲ）に基づいてシステムにおける資源スケジューリングを推算するアルゴリズムは、もはや適用できない。これは、信号雑音比に応じて対応する計算を行うことができないとともに、適応符号化変調の誤りのためである。これは、適応符号化変調のＳＮＲ安定性に対する要求が極めて厳しいからである。ＳＮＲに対する推定に偏差があれば、適応符号化変調のメカニズムは大きな影響を受け、割り当てられた符号化や変調の階数に誤りが発生してしまう。

非白色雑音の特徴によって、資源スケジューリングアルゴリズムは各サブキャリアやシングルキャリアのフェージング状況だけでなく、サブキャリアやシングルキャリアにおけるセル間の干渉も考慮しなければならない。しかしながら、チャネル推定を介してチャネルのフェージングを予測することと異なって、資源スケジューリングに伴う変動特性は、セル間干渉が資源スケジューリングのプロセスに突発性を有して予測できなくなる。したがって、スケジューリング前の推定によるセル間干渉を依然として資源スケジューリングの依拠とすれば、資源スケジューリング後の隣接セルにおける移動局が受ける干渉情況は完全に異なる可能性があり、システムの性能を大きく下げる。

図３（ａ）は従来技術についてシミュレーションすることによって取得した、資源スケジューリング前にユーザが推定したセル間干渉を示し、図３（ｂ）はスケジューリング後、実際に受けたセル間干渉を示している。図３（ａ）及び３（ｂ）から分かるように、このようなスケジューリングの主な問題は下記の通りである。

１．干渉が過大に推定されたサブチャネルにおいて、資源が充分に利用されない。

２．干渉が過小に推定されたサブチャネルにおいて、ユーザの移動局は品質の悪いチャネルを使用するようになう。

３．干渉推定による偏差は、信号対干渉雑音電力比における誤った推定を招き、適応符号化変調の正確性に影響を与える。

したがって、ＯＦＤＭＡやシングルキャリア技術を多元接続技術とする次世代の無線セルラー通信システムにおいて、セル間干渉が非白色雑音として現れ且つ資源スケジューリングに伴って変動するという特性によって、このようなシステムに採用される資源スケジューリングアルゴリズムは、セル間干渉による不良影響を効果的に減少させるように、セル間の相互協調を考慮することを要求される。

GuoqingとHui Liuが発表した論文（非特許文献１を参照）には、干渉キャンセル、干渉ランダム化、及び干渉協調を含む、セル間干渉を減少するための複数のアルゴリズムを紹介している。しかしながら、これらの方法の目的は、如何にセル間干渉を減少することに限定され、セル間干渉の変動性と資源スケジューリングとの矛盾は効果的に解決されていない。Iordanis KoutsopoulosとLeandros Tassiulasが発表した論文（非特許文献２を参照）には、集中式の資源スケジューリング方案を紹介しており、上記のセル間干渉のみ考慮したアルゴリズムによる問題を解除することができる。しかしながら、非特許文献２に提出しているアルゴリズムは、複雑度が高く、セル内とセル間のチャネルに対して推定する必要があり、その余計支出が大きく、実際のシステムに適用されることは困難である。
「Dynamic resource allocation with buffer constraints in broadband OFDMA networks」WCNC’2003, March, 2003, New Orleans 「Carrier assignment algorithms in wireless broadband networks with channel adaptation」Proc of ICC. 2001, vol. 5, pp. 1401-1405

前記の課題に鑑みて、本発明は、セル間干渉の変動性を減少させ、無線資源をより正確にスケジューリングすることができる、セル間の干渉に基づいて資源スケジューリングを行う方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、無線セルラー通信システムの上りリンクにおいて資源スケジューリングを行う方法であって、本セル内の各移動局によって隣接セルのパイロット信号強さを測定して、各移動局の隣接セルに対するセル間干渉が最も強い少なくとも一つの隣接セルの基地局を見出して、移動局による前記少なくとも一つの隣接セルの基地局に対する上りリンク方向におけるセル間干渉値を計算するステップと、計算した前記セル間干渉値に基づいて本セル内の移動局全体をグルーピングするステップと、移動局グルーピング状況に応じて使用されるサブキャリアをグルーピングして、各グループの移動局を１グループのキャリアに対応付けるステップと、各グループのサブキャリアを、当該グループのサブキャリアグループに対応付けて選択された特定の移動局グルーピングに含まれる移動局に割り当てるステップと、サブキャリアグルーピングの割り当てに基づいて、各移動局の対応するサブキャリアグルーピングにおける修正された信号対雑音干渉電力比を計算し、対応するサブキャリアグルーピングにおける各ユーザグループ内でマルチ移動局資源スケジューリングアルゴリズムを実行するステップと、を含む方法を提供する。

本発明の他の側面によると、無線セルラー通信システムの上りリンクにおいて資源スケジューリングを行う方法であって、移動局が隣接セルのパイロット信号強さを測定して、各移動局毎の隣接セルに対するセル間干渉が最も強い少なくとも一つの隣接セルの基地局を見出すステップと、前記移動局が前記少なくとも一つの隣接基地局の下りパイロットの電力を測定し、測定した電力を本セル基地局に通知するステップと、各移動局のそれぞれが、所定のサブキャリアを使用するために調整すべき送信電力Ｐ_ｔを計算するステップと、計算した調整すべき送信電力Ｐ_ｔとセルの内チャネルフェージング及び干渉とを利用して、移動局による信号対雑音干渉電力比を推算するステップと、前記移動局の各サブキャリアにおける信号対雑音干渉電力比の値を利用して、マルチ移動局スケジューリングアルゴリズムを実行するステップとを含む方法を提供する。

本発明の更なる側面によると、無線セルラー通信システムの上りリンクにおいて資源スケジューリングを行う方法であって、
本セル内の各移動局が隣接セルのパイロット信号強さを測定して、各移動局毎の隣接セルに対するセル間干渉が最も強い少なくとも一つの隣接セルの基地局を見出して、移動局による前記少なくとも一つの隣接セルの基地局に対する上りリンク方向におけるセル間干渉値を計算するステップと、計算した前記セル間干渉値に基づいて、本セル内の移動局全体をグルーピングするステップと、移動局グルーピング状況に応じて使用されるサブキャリアをグルーピングして、各グループ毎の移動局を１グループのキャリアに対応付けるステップと、各グループ毎のサブキャリアを、当該グループのサブキャリアに対応付けて選択された特定の移動局グルーピングに含まれる移動局に割り当てるステップと、前記特定移動局グルーピングにおける各移動局が対応するサブキャリアを使用する時ときに調整すべき送信電力Ｐ_ｔを計算するステップと、調整した送信電力Ｐ_ｔに基づいて、移動局の前記サブキャリアグルーピングにおける信号対雑音干渉電力比の値を計算し、前記信号対雑音干渉電力比の値に基づいてマルチ移動局スケジューリングアルゴリズムを計算するステップとを含む方法を提供する。

本発明に係るスケジューリング方法によれば、資源スケジューリングを行うときに、サブキャリアは１グループの特定のユーザにだけ選択されるように制限され、このグループのユーザは、このサブキャリアにおいて資源スケジューリング直前の１周期内にこのサブキャリアを占用したユーザと同様又は近似するセル間干渉値を発生する。もしくは、ユーザが新たなサブキャリアにスケジューリングされた場合、そのユーザによるセル間干渉が、このサブキャリアを占用した前のユーザによるセル間干渉と近似的に等しくなるように、送信電力を調整する。

以下の実施形態と図面を結合した説明を通じて本発明の前記並びにその他の目的と特徴、メリットを更に明らかにする。

以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照して説明する。本発明に対する理解を混淆しないため、説明には本発明にとって必要ではない細部と機能を省略する。

まず、無線資源スケジューリングアルゴリズムにおいて、サブキャリアにおける信号対干渉雑音電力比は重要な指標であり、下記の数式（１）によって与えられる。

ここで、

がｉ番目のユーザのｊ番目のサブキャリアにおけるキャリア対干渉比を、

がｉ番目のユーザのｊ番目のサブキャリアにおけるチャネルゲインを、

がｎ番目のユーザからのセル内干渉を、

がｍ番目のユーザからのセル間干渉を、

がｊ番目のサブキャリアにおける熱雑音を、それぞれ表す。

ＯＦＤＭシステムのサブキャリア間の直交性がセル内ユーザの直交性を保証するため、セル間干渉に対して、セル内からの干渉は殆ど無視できる。したがって、数式（１）によって与えられるサブキャリアにおけるキャリア対干渉比は、下記の数式（２）によって近似に表すことができる。

サブキャリア、電力及びビットのような無線資源は、各ユーザの移動局の各サブキャリアにおけるキャリア対干渉比に基づいて、複数のユーザ間に最大キャリア対干渉比（Maximum Carrier to Interference、以下ＭａｘＣ／Ｉと称する）アルゴリズム、又はプロポーショナル・フェアー（Proportional Fair、以下ＰＦと称する）アルゴリズムなどのような方式によって割り当てられる。ここで、ＭａｘＣ／ＩアルゴリズムとＰＦアルゴリズムは従来技術に属する。

ＭａｘＣ／Ｉスケジューリングアルゴリズムは、「マルチユーザダイバーシティ効果」を利用してシステム容量の最大化を実現する代表的なアルゴリズムである。その基本的な思想は、全てのサービス待ち移動局に対してその受信信号Ｃ／Ｉ予測値に基づいて順序をつけて、大きい順に送信することである。このような方式によれば、基地局に近い移動局は、チャネル条件がよいため、常にサービスを受けるが、セルのエッジに位置されるユーザはＣ／Ｉが低いため、サービス品質に影響を受ける。ＰＦアルゴリズムによれば、セル内の各ユーザ毎に対応する優先度を割り当て、セルにおける優先度の最大のユーザがサービスを受けるようになる。

本発明は、セル間干渉の変動によってキャリア対干渉比が変動する場合、将来の無線セルラー通信システムの上りリンクに信頼できる適応資源スケジューリング方法を提供して、アルゴリズムの複雑度を顕著に増加させることなく、セル間干渉の変動性による影響を減少させ、顕著な資源スケジューリングゲインを取得するようにする。

一つのセル内又は当該セル内の基地局によってサービスされるどの移動局が、隣接セルのセル間干渉に変動を与えることなく、対応するサブキャリアを使用できるかを確定するためには、セルの基地局中にセルにおける通信状態を反映できるパラメータ記録表を作成すればよい。当該パラメータ記録表は、対応する基地局におけるサブキャリアの数と、ユーザ移動局の各サブキャリアに対する使用状況と、各サブキャリアからの干渉が最も強い、例えば本セルと隣接する両セルの通信状況とを記録すればよい。これらのパラメータには、スケジューリングの実行前、例えばスケジューリングの実行直前の１周期内に隣接セルに対する干渉の状況を含んでもよい。パラメータ記録表におけるこれらのパラメータがリアルタイムに更新され、それによって当該セルにおけるどの移動局が対応するサブキャリアを使用できるかを計算することができる。下記の表１は、本発明によるパラメータ記録表を表す。

前記の表１において、ＩＣＩ（ｊ，Ｂ１）（セル間干渉）は本セル中のｊ番目のユーザ移動局がセル１の基地局Ｂ１に対する干渉値を、ＩＣＩ（ｊ，Ｂ２）は本セル中のｊ番目のユーザ移動局がセル２の基地局Ｂ２に対する干渉値を、それぞれ表す。このように、前記の数式（１）又は（２）を利用して、各移動局が対応するサブキャリアを使用することによるセル間干渉を計算することによって、どのユーザが、隣接セルにおける移動局に対して干渉の変動を与えることなく、対応するサブキャリアを使用できるかを確定する。

注意すべき処は、本実施例において、本セルからのセル間干渉が最も強い両隣接セルを例として説明するが、本発明はこれに限らなく、より多い隣接セルに与えるセル間干渉又は１つのセルにのみ与える干渉を採用してもよい。

隣接セル干渉に関する測定は、使用状況に応じて周波数分割デュプレックス（ＦＤＤ）モードと時間分割デュプレックス（ＴＤＤ）モードとに分けられる。ＦＤＤモードでは、セルの基地局によってユーザ移動局の上りリンクにおけるセル間干渉を測定してから、有線又は無線固定ブロードバンドアクセス（ＦＷＡ）等のような方式で本セルにおける基地局に通知する。ＴＤＤモードでは、ユーザ移動局によってセル間干渉を測定する。ユーザ移動局がパイロット信号で隣接セルの下りリンクの干渉を検出したとき、測定したセル間干渉を本セルの基地局にフィードバックする。ＴＤＤモードでは、上りリンクと下りリンクとの相補性を利用し、即ち、そのチャネルが変化しないとして上りリンクのセル間の干渉値を取得することで、上りリンクのセル間干渉値を取得する。

本発明の方法によると、セル間干渉の測定は重要な部分となり、アルゴリズムの複雑度を決定する要因となる。セル間干渉信号にパスロス、シャドウイングフェージング及び高速フェージングが発生することは公知であるが、実際に、図１からわかるように、干渉信号の変動を決定する要因は、異なるユーザ間の異なるパスロスとシャドウイングフェージングである。アルゴリズムの複雑度と支出を考慮すると、短期のセル間干渉測定に代わり長期のセル間干渉測定を採用することができる。この場合、セル間の切り替えのために、隣接セルの下りパイロット信号は常時に測定される状態にあるので、この時、下記の数式（３）を採用してセル間干渉を計算することができる。

ここで、

がユーザｋの送信電力を、

がユーザｋがパイロットチャネルで受信された基地局Ｂの下りリンクのセル間干渉信号値を、

が基地局Ｂのパイロットチャネルの下り送信電力を、それぞれ表す。

本発明の技術方案によると、下記の３つの異なる適応資源スケジューリングアルゴリズムを採用して前記の目的を実現することができる。

１．セル間干渉測定とユーザグルーピングに基づく適応資源スケジューリングアルゴリズム
２．セル間干渉測定とユーザ電力調整に基づく適応資源スケジューリングアルゴリズム
３．セル間干渉測定、ユーザグルーピング、ユーザ電力調整を結合する適応資源スケジューリングアルゴリズム

実例１
以下、セル間干渉測定とユーザグルーピングに基づく適応資源スケジューリングの方法を説明する。

図５に示すように、まず、ステップＳ５０１において、本セル内の各移動局のそれぞれは、隣接セルのパイロット信号の強さを測定して、各移動局のそれぞれからのセル間干渉が最も強い両隣接基地局を見出して、移動局がこの両隣接基地局に与える上りリンク方向のセル間干渉値を計算する。その後、ステップＳ５０２において、本セル内の全ての移動局に対しては、計算して得られた隣接セルに対するセル間干渉値に基づいて、移動局を幾つのグループにグルーピングする。次に、ステップＳ５０３において、移動局グルーピング状況に応じてサブキャリアをグルーピングして、各グループの移動局を１グループのサブキャリアに対応付ける。ステップＳ５０４において、各グループのサブキャリアは、前記サブキャリアグループに対応付けて選択された特定の移動局グループに含まれる移動局のみに割り当てられる。対応するサブキャリアが割り当てられなかった特定のユーザグルーピングにおける他のユーザについては、これらのユーザの対応するサブキャリアにおける信号対雑音干渉電力比を０とする。サブキャリアの割り当てに対する制限に応じて、各移動局の各サブキャリアにおける修正された信号対雑音干渉電力比を計算し、ＭａｘＣ／ＩやＰＦ等のようなマルチユーザ資源スケジューリングアルゴリズムを実行する。

図４は、無線セルラー通信システムの実際モデルを示し、以下、無線セルラー通信システムにおいてユーザグルーピングに基づいて適応資源スケジューリングを行うプロセスについて、図４を参照して説明する。図４に示すように、基地局Ｂ３が位置しているセルを現在注目しているセル（「本セル」ともいう）とする。基地局Ｂ３の周りの隣接セル、即ち基地局Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４が位置しているセルは、干渉源として干渉を発生するセルである。注意すべき処は、簡単化のために、図４には隣接セルとして３個のセルしか示していないが、実際の無線セルラー通信システムにおいて、基地局Ｂ３が位置しているセル３の周りには、他の図示していない隣接セルも含み、これらのセル（図示省略）もセル３の干渉源となる。

資源スケジューリングの実行前、基地局Ｂ３における各サブキャリアのそれぞれに対して、まず、スケジューリングの前に対応するサブキャリアの使用する移動局を確定する。図４に示すように、資源スケジューリングの前に、ユーザ移動局ＵＥ_ｊがサブキャリアＳを使用していると仮定する。その後、ユーザ移動局ＵＥ_ｊに対して、移動局ＵＥ_ｊからの干渉が最も強い両隣接セルを見出して、例えば、ユーザ移動局ＵＥ_ｊが図４における基地局Ｂ１とＢ２が位置しているセル１とセル２に対する干渉が最も強いと仮定する。次に、ユーザ移動局ＵＥ_ｊのセル１とセル２に対する干渉値を計算する。資源スケジューリング又はサブキャリア再割り当てプロセスに他のユーザ移動局がサブキャリアＳを使用できるか否かを確定するためには、セル３に１グループのユーザ移動局を見出さなければならない。このグループの移動局を選択する条件は、このグループの移動局がサブキャリアＳを使用する時に隣接セル１とセル２に対する干渉、つまり基地局１と基地局２に対する干渉が、ユーザ移動局ＵＥ_ｊが直前の１周期内にセル１とセル２に対する干渉と殆ど同等であることであり、選択された特定の移動局グループに対しグルーピング・スケジューリングを行う。

図４には、セル１とセル２の周りの破線が同等ゲイン曲線と類似し、当該曲線は同等セル間干渉を表すものである。つまり、破線の周りのユーザ端末は、基地局１や基地局２に対し同等或いは近似する干渉を与えるようになる。図４に示すように、セル３における斜線で表すシャドウイング部分は、セル３において当該領域内のユーザ端末が隣接セル１とセル２に対し同等な干渉を与えることを表す。このようなユーザグルーピング領域を見出した後、キャリア（資源）スケジューリングプロセスにおいて、サブキャリアＳは当該ユーザグルーピングにおける移動局のみに割り当てられるようになる。つまり、当該ユーザグルーピングにおける移動局は、割り当てられるサブキャリアＳを選択する権力を持って、１つのセルにおけるサブキャリアや資源は割り当て前と割り当て後に、同等又は近似するセル間干渉を隣接セルに与えるようにする。同様に、資源割り当ての有無に拘わらず、隣接セルから本セルに与えられるセル間干渉が殆ど一定に保持されるように、隣接セルもこのような操作を実行する。これによって、無線セルラー通信システムには、資源スケジューリングによるセル間干渉の変動を抑制させる。

上記の図４に示すマルチセルモデルにおいて、サブキャリアＳのユーザグルーピングを計算しようとすれば、先ず資源スケジューリング直前の１周期内にこのサブキャリアを占用したユーザｊを見出し、さらに、ユーザｊからの干渉が最も強い両隣接基地局Ｂ_１とＢ_２を見出した後、図４に示す同等セル間干渉曲線を利用してサブキャリアＳのユーザグループ

を計算する。下記の数式（４）を用いて前記のユーザグループ

を計算すればよい。

ここで、

がユーザｋから基地局Ｂに対する上りリンク方向におけるセル間干渉を表し、

と

は二つの閾値であり、ユーザグルーピングにおけるユーザ間に発生されるセル間干渉の最大差異を決定する。

なお、移動局グルーピングに対応するサブキャリアグルーピングの方法は、移動局グルーピングにおける移動局の数と各移動局が使用可能な最大サブキャリア数とに基づいて、サブキャリアグループの大きさを確定することを含む。下記の数式（５）は、移動局グルーピングに対応するサブキャリアグルーピングにおけるキャリアの数を与える。

ここで、

が移動局グルーピングに対応するサブキャリアグルーピングにおけるキャリアの数を表し、

となり、

が移動局ｉに使用可能な最大サブキャリア数を、

が全サブキャリア数をそれぞれ表す。

実例２
以下、セル間干渉測定とユーザ電力調整とに基づく適応資源スケジューリングアルゴリズムを説明する
図６に示すように、まず、ステップＳ６０１において、セルにおける基地局は、本セル内の各ユーザの各サブキャリアにおける信号対雑音干渉電力比を測定する。移動局は、隣接セルのパイロット信号の強さを測定して、各移動局からのセル間干渉が最も強い両隣接基地局を見出す。前記移動局は、前記両隣接基地局の下りパイロットの電力を測定し、測定した電力を本セル基地局に通知する。その後、ステップＳ６０２において、セル内のサブキャリアＳに対し、資源スケジューリングの前、例えば、資源スケジューリング直前の１周期内に当該サブキャリアを占用したユーザｊを、参照ユーザｊとして記録する。次に、ステップＳ６０３において、対応するユーザの移動局は、下記の数式（６）を利用して、当該移動局がこのサブキャリアを使用するために調整すべき送信電力Ｐ_ｔを計算する。

ここで、Ｐ_ｃがユーザｋのパイロットチャネルにおける送信電力を表す。

そして、数式（６）に従って計算した調整すべき送信電力Ｐ_ｔとセル内チャネルフェージング及び干渉の状況とに基づいて、数式（７）に従ってユーザの発生可能な信号対雑音干渉電力比を計算する。

ここで、

がユーザｋのサブキャリアＳにおけるチャネルゲインを、

がサブキャリアＳにおける干渉信号を、それぞれ表す。

その後、ステップ６０４において、サブキャリア全体に対して前記のステップＳ６０２〜Ｓ６０３を実行し、ユーザ全体の各サブキャリアにおける信号対雑音干渉電力比を取得して、通信状況を表すパラメータ記録表に記録したか否かを判断する。ステップＳ６０４による判断結果がＹＥＳであれば、フローはステップＳ６０６に移行し、ステップＳ６０４にて取得したユーザ移動局の各サブキャリアにおける信号対雑音干渉電力比の値に基づいて、ＭａｘＣ／ＩやＰＦ等のようなマルチユーザスケジューリングアルゴリズムを実行する。ステップＳ６０４による判断結果がＮＯであれば、フローはステップＳ６０５に移行し、次のサブキャリアの特定ユーザグルーピングを選択し、選択したユーザグルーピングに対して、全てのスケジューリングすべきサブキャリアに対する対応するスケジューリングの実行が終了するまで、ステップＳ６０２〜Ｓ６０４のプロセスを実行する。

実際には、数式（６）を満たすユーザ送信電力を用いてセル間干渉を計算すると、下記の数式（８）を導出し得る。

つまり、電力調整後の資源スケジューリングプロセスは、各サブキャリアにおける新ユーザによるセル間干渉が直前のスケジューリング周期内に推定したセル間干渉を上回らないように保証するため、セル間干渉の変動による無線資源スケジューリングアルゴリズムへの影響をキャンセルする。

実例３
以下、セル間干渉測定と、ユーザグルーピングと、ユーザ電力調整とを結合した適応資源スケジューリング方法を説明する。この適応資源スケジューリング方法は、実例１及び実例２の特徴を結合して、無線セルラー通信システムにおける資源スケジューリングの機能を向上させるものである。

図７に示すように、まず、ステップＳ７０１において、本セル内の各移動局が隣接セルのパイロット信号強さを測定して、本セルの各移動局のそれぞれからのセル間干渉が最も強い両隣接基地局を見出して、移動局がこれらの隣接基地局に与える上りリンク方向におけるセル間干渉値を計算する。その後、ステップＳ７０２において、本セル内の全ての移動局に対して、計算して得られた隣接セルに対するセル間干渉値に基づいて、移動局を幾つのグループにグルーピングする。次に、ステップＳ７０３において、各グループのサブキャリアは、前記サブキャリアグループに対応付けて選択された特定の移動局グループに含まれる移動局のみに割り当てられる。対応するサブキャリアが割り当てられなかった特定のユーザグルーピングにおける他のユーザ移動局については、これらの移動局の対応するサブキャリアにおける信号対雑音干渉電力比を０とする。その後、ステップＳ７０５において、各サブキャリアグルーピングにおける各サブキャリアに対し、資源スケジューリングの前、例えば、直前の１周期内に当該サブキャリアを占用したユーザを、参照ユーザｊとして記録する。ステップＳ７０６において、対応するユーザの移動局は、前記の数式（６）を利用して、当該移動局がこのサブキャリアを使用するために調整すべき送信電力Ｐ_ｔを計算する。そして、数式（６）から計算された調整すべき送信電力Ｐ_ｔと、セル内チャネルフェージング及び干渉の状況とに基づいて、数式（７）に従ってユーザの発生可能な信号対雑音干渉電力比を計算して、通信状況を表すパラメータ記録表に記録する。

その後、ステップ７０７において、サブキャリア全体に対して前記のステップＳ７０５〜Ｓ７０６を実行し、ユーザ全体の対応するサブキャリアにおける調整すべき送信電力を取得したか否かを判断する。ステップＳ７０７による判断結果がＮＯであれば、フローはステップＳ７０８に移行し、次のサブキャリアグルーピングを選択し、対応する移動局グルーピングのこのサブキャリアグルーピングにおける信号対雑音干渉電力比を計算する。その後、フローはステップＳ７０５に戻して、全てのスケジューリングすべきサブキャリアに対して、対応する移動局グルーピングのこれらのサブキャリアグルーピングにおける信号対雑音干渉電力比が計算されるまで、ステップＳ７０５〜Ｓ７０８を繰り返して実行する。

ステップＳ７０７による判断結果がＹＥＳとなれば、フローはステップＳ７０９に移行し、ステップＳ７０６にて取得したユーザ移動局の各サブキャリアにおける信号対雑音干渉電力比の値に基づいて、ＭａｘＣ／ＩやＰＦ等のようなマルチユーザスケジューリングアルゴリズムを実行する。

図８（ａ）〜８（ｃ）は、本発明の実施例による方法を利用して取得したセル間干渉の変動を減少したことを示す模式図である。ここで、図８（ａ）は、ＭａｘＣ／Ｉの資源割り当て方法によるセル間干渉のジッター曲線であり、図８（ｂ）は、本発明によるユーザグルーピングに基づいて資源割り当てを行う方法によるセル間干渉のジッター曲線図であり、図８（ｃ）は、電力補償の資源割り当て方法によるセル間干渉のジッター曲線である。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す曲線を比較すると、本発明による適応資源スケジューリング方法は、セル間干渉の資源スケジューリングに伴う変動を効果的に低減させることがわかる。

図９は、本発明の方法による無線セルラー通信システムのスループットゲインを示す模式図である。本発明による適応資源スケジューリング方法は、ＭａｘＣ／Ｉ等のような従来技術による資源割り当て方法に比べて、無線セルラー通信システムのスループットを顕著に高めている。

ここまで、本発明について好ましい実施例を合わせて説明した。当業者であれば本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、様々な変更、交換及び追加を行ってもよいことが理解されるはずである。そこで、本発明の範囲は前記特定の実施例に限られるものと理解してはならず、添付した請求項の範囲によって限定されるものである。

図１は、無線セルラー通信システムにおける上りリンクのセル間干渉の非ガウス白色雑音の特徴を説明する模式図である。図２は、無線セルラー通信システムにおける上りリンクのセル間干渉が資源スケジューリングに伴って変動することを説明する模式図である。図３（ａ）は、従来技術に基づいてシミュレーションによって取得した、資源スケジューリング前にユーザ端末が推定したセル間干渉を表す模式図で、図３（ｂ）は、資源スケジューリングの後にユーザ端末が受けたセル間干渉を表す模式図である。図４は、無線セルラー通信システムにおいてユーザグルーピングに基づいて適応資源スケジューリングを行うことを説明する模式図である。図５は、本発明の実施例によるユーザグルーピングに基づいて適応資源スケジューリングを行う方法を説明するフローチャートである。図６は、本発明の実施例によるセル間干渉測定とユーザ電力調整とに基づく適応資源スケジューリングの方法を説明するフローチャートである。図７は、本発明の実施例による、セル間干渉測定、ユーザグルーピング及びユーザ電力調整を結合した適応資源スケジューリングの方法のフローチャートである。図８（ａ）〜８（ｃ）は、本発明の方法によるセル間干渉の変動の減少を表す模式図である。本発明の方法による無線セルラー通信システムのスループットゲインを表す模式図である。

符号の説明

Ｂ…基地局、Ｓ５０１〜Ｓ５０４…ステップ、Ｓ６０１〜Ｓ６０６…ステップ、Ｓ７０１〜Ｓ７０９…ステップ

Claims

無線セルラー通信システムの上りリンクにおいて資源スケジューリングを行う方法であって、
本セル内の各移動局によって隣接セルのパイロット信号強さを測定して、各移動局の隣接セルに対するセル間干渉が最も強い少なくとも一つの隣接セルの基地局を見出して、移動局による前記少なくとも一つの隣接セルの基地局に対する上りリンク方向におけるセル間干渉値を計算するステップと、
計算した前記セル間干渉値に基づいて本セル内の移動局全体をグルーピングするステップと、
移動局グルーピング状況に応じて使用されるサブキャリアをグルーピングして、各グループの移動局を１グループのキャリアに対応付けるステップと、
各グループのサブキャリアを、当該グループのサブキャリアグループに対応付けて選択された特定の移動局グルーピングに含まれる移動局に割り当てるステップと、
サブキャリアグルーピングの割り当てに基づいて、各移動局の対応するサブキャリアグルーピングにおける修正された信号対雑音干渉電力比を計算し、対応するサブキャリアグルーピングにおける各ユーザグループ内でマルチ移動局資源スケジューリングアルゴリズムを実行するステップと、を含むことを特徴とする方法。
移動局をグルーピングするステップは、前記少なくとも一つの隣接セルの基地局に対する上りリンクのセル間干渉がほぼ同じである移動局を、同一移動局として選択してグルーピングするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載する方法。
前記のサブキャリアをグルーピングするステップは、移動局グルーピングにおける移動局の数と、各移動局のそれぞれに使用可能な最大サブキャリア数とに応じて、サブキャリアグルーピングの大きさを確定するステップを含み、その計算式は下記の通りであり、

ここで、

は移動局グルーピングに対応するサブキャリアグルーピングにおけるキャリアの数を表し、

となり、

は移動局ｉに使用可能な最大サブキャリア数を、

が全サブキャリア数をそれぞれ表すことを特徴とする請求項１に記載する方法。
対応するサブキャリアグルーピングのための特定移動局として選択されていない移動局グルーピングにおける他の移動局について、前記の他の移動局の対応するサブキャリアグルーピング中のサブキャリアにおける信号対雑音干渉電力比を０に設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載する方法。
前記移動局の対応するサブキャリアにおける修正された信号対雑音干渉電力比を、パラメータ記録表に記録するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載する方法。
無線セルラー通信システムの上りリンクにおいて資源スケジューリングを行う方法であって、
移動局が隣接セルのパイロット信号強さを測定して、各移動局の隣接セルに対するセル間干渉が最も強い少なくとも一つの隣接セルの基地局を見出すステップと、
前記移動局が前記少なくとも一つの隣接基地局の下りパイロットの電力を測定し、測定した電力を本セル基地局に通知するステップと、
各移動局のそれぞれが、所定のサブキャリアを使用するために調整すべき送信電力Ｐ_ｔを計算するステップと、
計算した調整すべき送信電力Ｐ_ｔとセルの内チャネルフェージング及び干渉とを利用して、移動局による信号対雑音干渉電力比を推算するステップと、
前記移動局の各サブキャリアにおける信号対雑音干渉電力比の値を利用して、マルチ移動局スケジューリングアルゴリズムを実行するステップと、を含むことを特徴とする方法。
下記の数式を利用して、移動局が対応するサブキャリアを使用するときに調整すべき送信電力Ｐ_ｔを計算し、

ここで、

が移動局ｋのパイロットチャネルにおける送信電力を表し、

と

が移動局ｊが測定した前記両隣接基地局の下りパイロットの電力値であり、

と

が前記移動局が測定した前記両基地局の下りパイロットの電力値を表すことを特徴とする請求項６に記載する方法。
電力調整の後、各サブキャリアにおける新移動局によるセル間干渉が、直前の１スケジューリング周期内に推定したセル間干渉を上回らないように保証することを特徴とする請求項６に記載する方法。
無線セルラー通信システムの上りリンクにおいて資源スケジューリングを行う方法であって、
本セル内の各移動局が隣接セルのパイロット信号強さを測定して、各移動局毎の隣接セルに対するセル間干渉が最も強い少なくとも一つの隣接セルの基地局を見出して、移動局による前記少なくとも一つの隣接セルの基地局に対する上りリンク方向におけるセル間干渉値を計算するステップと、
計算した前記セル間干渉値に基づいて、本セル内の移動局全体をグルーピングするステップと、
移動局グルーピング状況に応じて使用されるサブキャリアをグルーピングして、各グループの移動局を１グループのキャリアに対応付けるステップと、
各グループのサブキャリアを、当該グループのサブキャリアに対応付けて選択された特定の移動局グルーピングに含まれる移動局に割り当てるステップと、
前記特定移動局グルーピングにおける各移動局が対応するサブキャリアを使用する時に調整すべき送信電力Ｐ_ｔを計算するステップと、
調整した送信電力Ｐ_ｔに基づいて、移動局の前記サブキャリアグルーピングにおける信号対雑音干渉電力比の値を計算し、前記信号対雑音干渉電力比の値に基づいてマルチ移動局スケジューリングアルゴリズムを計算するステップと、を含むことを特徴とする方法。
移動局をグルーピングするステップは、前記少なくとも一つの隣接セルの基地局に対する上りリンクのセル間干渉がほぼ同じの移動局を、同一移動局として選択してグルーピングするステップを含むことを特徴とする請求項９に記載する方法。
前記のサブキャリアをグルーピングするステップは、移動局グルーピングにおける移動局の数と各移動局のそれぞれに使用可能な最大サブキャリア数とに応じて、サブキャリアグルーピングの大きさを確定するステップを含み、その計算式は下記の通りであり、

ここで、

が移動局グルーピングに対応するサブキャリアグルーピングにおけるキャリアの数を表し、

となり、

が移動局ｉに使用可能な最大サブキャリア数を表し、

が全サブキャリア数を表すことを特徴とする請求項９に記載する方法。
対応するサブキャリアグルーピングのための特定移動局として選択されていない移動局グルーピングにおける他の移動局について、前記の他の移動局の対応するサブキャリアグルーピング中のサブキャリアにおける信号対雑音干渉電力比を０に設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載する方法。
前記移動局の対応するサブキャリアにおける修正された信号対雑音干渉電力比を、パラメータ記録表に記録するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載する方法。
下記の数式を利用して、移動局が対応するサブキャリアを使用するときに調整すべき送信電力Ｐ_ｔを計算し、

ここで、

が移動局ｋのパイロットチャネルにおける送信電力を表し、

と

が移動局ｊが測定した前記両隣接基地局の下りパイロットの電力値であり、

と

が前記移動局が測定した前記の両基地局の下りパイロットの電力値を表すことを特徴とする請求項９に記載する方法。