JP2009500907A - 無線ネットワークの干渉を減少させ、容量を増加させるようにチャネル割り当てを行うシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

チャネル再利用度１を有するシステムにおいて信号対干渉比（ＳＩＲ）が高い場合に衝突を減少させることにより無線システムの容量を改善するためのシステムおよび方法が開示されている。干渉するセルのそれぞれにおいて、パターンに応じて、例えば基地局からの距離に（電力レベルにより決定される）応じてチャネル割り当てを順序付けることにより、移動局がそれらの間の干渉を減少させるように同じチャネル上で対に組み合わされる。１つの実施形態では、このインテリジェント割り当ては、１つのセル内の移動局を、最も強い信号を有する移動局がチャネルＡを割り当てられ、干渉するセル内では、最も弱い信号を有する移動局がチャネルＡを割り当てられるように割り当てることにより達成される。別の実施形態では、特定の優先移動局が、干渉のないチャネル、または弱い干渉の移動局と対にされるチャネルを割り当てられる。

Description

本発明は無線ネットワークのチャネル割り当てに関し、より詳細には、無線ネットワークにおける干渉を減少させ、容量を増加させるようなチャネル割り当てを行うためのシステムおよび方法に関する。

無線システムにおいては、多くの場合、個々のセル内のすべてのチャネル（または割り振られたスペクトルのすべて）を使用することが望まれる。これらのシステムはＮ＝１再利用システムと呼ばれる。そのようなシステムにおいては、移動局（ＭＳ）は同じチャネル上で２つの基地局（ＢＳ）から等しい電力の信号を受信することが可能である。

この問題を解決する現在の方法には、異なる符号が異なるＢＳによって送信されるＣＤＭＡが含まれており、拡散係数（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）に応じて、信号が干渉からより高い信頼性で抽出可能である。残念なことに、そのようなシステムでは、拡散が全体のスループットを正比例で低下させる。

他の解決法は周波数ホッピングを必要とする。この場合には、ＢＳはＭＳに送信するためのチャネルを無作為に選択し、ほんの少数の移動局が使用中の場合は、各チャネルは一部の短い時間だけ使用されるので、衝突の機会は少なくなることができる。しかし、負荷（ＭＳの増加）が増大するにつれて衝突の可能性は大きくなり、ついには各ＢＳ上の可能なユーザの１００％で、各インスタンスごとに衝突が起こる。各インスタンスでの干渉に起因する損害は、干渉するＢＳの瞬間送信機電力、およびＭＳがそれぞれのＢＳから隔てた相対的距離に応じて異なる。

発明の要約

チャネル再利用度１を有するシステムにおいて信号対干渉比（ＳＩＲ）が高い場合に衝突を減少させることにより無線システムの容量を改善するためのシステムおよび方法が開示されている。干渉するセルのそれぞれにおいて、パターンに応じて、例えばＢＳからの距離に応じてインテリジェントにチャネル割り当てを行う（順序付ける）ことにより、ＭＳ同士が、それらの間の干渉を減少するように同じチャネル上で対に組み合わされる。第２のステップは、ＢＳおよびＭＳ送信機の電力を随意に制御してユーザ容量をさらに最適化する、または干渉を減少させることである。

１つの実施形態では、このインテリジェント割り当ては、１つのセル内のＭＳ群を、最も強い信号を有するＭＳがチャネルＡを割り当てられ、干渉するセル内では、最も弱い信号を有するＭＳがチャネルＡを割り当てられるように割り当てることにより達成される。他の実施形態では、特定の優先ＭＳが、干渉のないチャネル、または弱い干渉のＭＳと対にされるチャネルを割り当てられる。

上記説明は、これ以降の発明の詳細な説明がよりよく理解できるように本発明の特徴および技術的利点をやや大ざっぱに概説したものである。以下で、本発明の付随的な特徴および利点を述べるが、それらは本発明の特許請求の範囲の主題となるものである。当業者には、開示される概念および特定の実施形態は、本発明と同じ目的を達成するために変形するか、または他の構成を設計する基礎として容易に利用できることが理解されたい。また、当業者には、そのような均等な構成は添付の特許請求の範囲で記載された本発明の精神および範囲から逸脱しないことも理解されたい。本発明の特徴と考えられる新規の特徴は、その構成および動作方法の両方について、添付の図面と関連付けて考察すれば、さらなる目的および利点とともに以下の説明からよりよく理解されるであろう。しかし、図面のそれぞれは例示および説明の目的で記載されるに過ぎず、本発明の限界の定義として意図されたものでないことを明確に理解すべきである。

本発明をより完全に理解するには、添付の図面と関連付けて記述される以下の説明を参照する。

図１は、ＢＳ１が最も近く（最も強い電力レベル）から最も遠く（最も弱い電力レベル）へとＭＳのチャネル割り当てを行い、ＢＳ２が最も遠く（最も弱い電力レベル）から最も近く（最も強い電力レベル）へとＭＳへのチャネル割り当てを行う１つの実施形態１０を示している。この割り当てパターンは図２に示される。

このチャネル割り当てを使用すると、強い信号を有するパターンＭＳ１−Ａ（１）はセル１内でチャネルＡを割り当てられる。セル２の端にあり、ＢＳ２からの比較的弱い信号を有するＭＳ７は、セル２内でチャネルＡを割り当てられる。この割り当てでは、ＭＳ３とＭＳ７とが同じチャネル上で対に組み合わされる状況は回避される。そのようなことが起こった場合、ＢＳからＭＳおよびＭＳからＢＳへの各方向の送信のＳ対Ｉは、高い干渉を生じる。

各ＢＳは、時々、新規のチャネル割り当てを行うことができ、それにより、ＭＳの大多数は、ＭＳが移動中であっても、各ＭＳの相対的な強度に応じて割り当てられたままである。

異なる目的を達するために、他の方法でインテリジェント割り当てを行うことができる。例えば、一部のＭＳを優先ユーザとして指定しておき、それにより優先ユーザを、どのインスタンスにおいても、常に、最も弱い干渉元（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｒ）と対に組み合わせるようにすることができる。例えば、ＭＳ４が優先ユーザとすると、ＭＳ４は図１の例の中でＭＳ７と対に組み合わされる。

他の目的は、特定のユーザに最大の容量を与えることであってもよい。そのような場合は、そのユーザにクリア・チャネルを保証するか、またはそのユーザを他のセル内の最も弱いユーザと対に組み合わせることもできる。

他の目的は、ＢＳおよび／または選択されたＭＳを、電力を減らして遅い速度で送信させることによってセル内の干渉を減少させることであってもよい。

本明細書で述べられている戦略は、干渉するＢＳでの信号および干渉に関する事前の知識なしに各ＢＳで実施することができる。１つの代替例は、すべてのＭＳの信号レベルおよび干渉レベルに対するアクセスを有し、次いで、例えばネットワーク全体の容量を最大にするために中央集中戦略を実施する中央集中制御装置がある。原則的には、コンピュータが可能なすべての対の組合せを評価し、そこから、最大ネットワーク容量または高干渉条件の最小化などの所望の結果を選択することができる。

図３は、図２に示した高い方から低い方への順序付けを、干渉するＢＳの低い方から高い方へと対に組み合わせた（グラフ３０３）シミュレーション３０を示している。グラフ３０１、３０２および３０３は、３つの戦略の容量の分布を表している。例えば、２５％の点では、これは、全ユーザの７５％がそれぞれ４、３および２．５ＢＰＨを超える容量を得ることを意味する。または別の見方をすれば、全ユーザの２５％が４、３および２．５ＢＰＨ未満の容量を有している。１６個の副搬送波を使用した結果は、帯域幅（理論上の容量）が増加することを示している。すなわち、より多くのユーザに関して、優先チャネル割り当て方法（グラフ３０１）または無作為割り当て（グラフ３０２）（それらはどれも干渉するセルの両方において１００％のチャネルを使用する）のどちらよりも高干渉事象が大幅に減少することを示す。優先権による対の組合せを使用すると（これはいくつかのＭＳを選択するために使用可能なプレミアム・サービス［ｐｒｅｍｉｕｍ ｓｅｒｖｉｃｅ］であってよい）、より高い容量（グラフ３０１）が得られることができるが、ＭＳの数は減少することに留意されたい。

例えば、グラフ３０２は、個々のＭＳがすべての使用可能な副搬送波のサブセットを割り当てられる一般的なＯＦＤＭＡシステムを示している。一般的な送信スロットでは、ＢＳは使用可能な１６個、３２個、またはそれ以上のサブ・チャネルを有することができる。通常、１つのサブ・チャネルはいくつかの副搬送波を有し、副搬送波のそれぞれが独立した情報を搬送する。通常、サブ・チャネルは、通常はそのそれぞれのセル内で不規則に分散している移動ユーザに先着順サービス方式で割り当てられる。

グラフ３０３を使用する対の組合せは、上述のように、例えば、５ミリ秒ごとに変更して、それにより確実に、セル１では最も強い局をチャネルＡに残し、最も弱い局をチャネルＤに割り当て、セル２では最も弱い局をチャネルＡに割り当て、最も強い局をチャネルＤに割り当てるようにすることができる。潜在的に干渉するセルが測定基準（ｍｅｔｒｉｃ）について一致している限り、最も強いということは、任意の便利な測定基準を使って定義することができる。１つの例として、強度の目安として高い信号対干渉比（ＳＩＲ）を使用することが挙げられよう。

優先割り当てセル１を使用する場合、例えば先頭５〜１０％のチャネルは優先顧客への割り当て用に開放されたままになり、最後の５〜１０％のチャネルは空のままにされる。セル２は逆を行う。すなわち、セル２の先頭の５〜１０％のチャネルは空のままになり、優先顧客を最後の５〜１０％のチャネルに割り当てる。また、上述のように、優先ユーザは常に他方のセルから最も弱い干渉を受けるように設定することもできる。グラフ３０１は、優先ユーザが最も弱い干渉元（１６個の無作為の場所のうちの最も弱い干渉元）と対に組み合わされた場合についてシミュレートしたものである。

図４は、無線システム内でチャネルを割り当てるプロセスの１つの実施形態４０を示している。プロセス４０１は、ＭＳ（ユーザ）からのサービス要求を管理し、プロセス４０２は任意で、要求しているユーザは優先ユーザであるかどかを判定する。優先ユーザである場合、プロセス４０３は、ユーザとの契約上の取り決めに応じて、サービスのクラスに従って、またはＭＳの他の識別特性に従ってチャネルを割り当てる。

要求するユーザが優先ユーザでない場合、上述のように、プロセス４０４は相対的な信号強度を判定し、プロセス４０５は、図２に示された割り当てパターンに従って、プロセス４０６、４０７、４０８および４０９と協働して適切なチャネルを割り当てる。プロセス４０６、４０７、４０８および４０９は、特定のチャネルの使用に関して禁止（例えば、特定のチャネルが空でなければならないような場合に発生する禁止）がないことを確認するチェックを行う。

プロセス４１０は、図２で確立されたパターンが少なくとも平均して確実に維持されるように、時々、チャネル割り当ての再割り当てを制御する。

１つの実施形態では、割り振られたスペクトラムは複数のチャネルに分割される。チャネルは、割り振られたスペクトラムの、指定された期間に使用される部分（全部であってよい）と定義される。発明の概念は、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＴＤ−ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭＡまたはそれらの組合せに適用される。

ＢＳの容量または特定のＭＳの容量は、スループット（容量）と引き換えに電力を調整することにより上げる、または下げることができることに留意されたい。単純な例は、ユーザがより小さい容量を必要としている場合、電力を下げて変調速度を変更することである。
Ｃ＝ｌｏｇ_２（１＋Ｓ／Ｎ＋Ｉ）
Ｓを４分の１に減らすと、新しいＣは以前のＣの２分の１になる。
Ｓを４倍にすると、新しいＣは２倍になる。

これはトレードオフである。ＢＳが電力を下げるたびに近傍のセルを救うが、ＢＳが特定のＭＳへの電力を増加すると、より大きい干渉を引き起こす。しかし、電力が増加されたチャネルが予約セットの一部である場合、それは問題にならないであろう。

本発明およびその利点を詳細に説明したが、本明細書中に、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の変更、置換および修正を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲は、本明細書で記載されたプロセス、装置、製品、物質の組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されない。通常の当業者は本発明の開示から容易に理解できるように、現在存在しているか、または将来開発される、本明細書中で説明された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行するか、また実質的に同じ結果を得るプロセス、装置、製品、物質の組成物、手段、方法またはステップは、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲はその範囲内にそのようなプロセス、装置、製品、物質の組成物、手段、方法またはステップを含むように意図される。

パターンに従って順序付けられた無線セルの１つの実施形態を示す図である。 １つの割り当てパターンを示す図である。 無作為でインテリジェントなチャネル割り当ての場合の理論的な容量分散のシミュレーションを示す図である。 チャネルを割り当てるためのアルゴリズムの１つの実施形態を示す図である。

Claims (20)

1. 無線システムにおいてチャネルを割り当てる方法であって、
   干渉するセル内で、各前記セル内のどの移動局（ＭＳ）が最も高い信号強度で通信しているかを所与の一時点で判定するステップと、
   前記判定された信号強度に基づいて前記ＭＳにチャネルを割り当てるステップと
   を含む方法。
2. 前記割り当てステップは、
   前記セルの１つにおいて、受信される電力が最も強いＭＳが特定のチャネルを割り当てられるようなチャネル割り当てを行い、干渉するセルにおいて、受信される電力が最も弱いＭＳが前記特定のチャネルを割り当てられるような割り当てを行うステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記割り当てステップは、
   前記セルの１つにおいて、優先ＭＳが特定のチャネルに割り当てられ、干渉するセルにおいて、前記特定のチャネルが予約されるようなチャネル割り当てを行うステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記予約チャネルはＭＳの割り当てなしに少なくとも１つのセルの中で維持される、請求項３に記載の方法。
5. 前記予約チャネルは特定の電力レベルに限定される、請求項４に記載の方法。
6. 最も弱い電力を受信する判定済みＭＳが前記予約チャネルに割り当てられる、請求項３に記載の方法。
7. 優先ＭＳは追加送信電力を割り振られる、請求項３に記載の方法。
8. チャネルをＭＳに割り当てる方法であって、
   一対の潜在的に干渉するセルにおいて、各セル内の順序付けられた一連のチャネルに関して、第１のセルが特定の割り当てパターンに従ってＭＳをチャネルに割り当て、前記セルのうち第２のセルでは、割り当てが前記第１のセルにおける割り当てのミラー・イメージになるようなチャネル割り当て順を確立するステップを含む方法。
9. 前記特定のパターンは、前記第１のセルに関しては、最も強い信号強度から最も弱い信号強度へという順番になっていて、前記第２のセル内では、前記チャネル割り当ては、同じ順序付けられた一連のチャンネルに関して最も弱い側から最も強い側へという順番になっている、請求項８に記載の方法。
10. 各セルにおいて、定期的なベースでＭＳ信号強度を判定するステップと、
    各前記判定に従って前記ＭＳ信号の前記割り当てを行うステップと
    をさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記定期的なベースとは約５ミリ秒である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記定期的なベースとは約５ミリ秒である、請求項７に記載の方法。
13. 前記特定のパターンは、前記第１のセル内の前記順序付けられたチャネルの第１のグループのチャネルが特定のＭＳ用に予約され、前記第２のセル内の前記順序付けられたチャネルの最後のグループのチャネルが前記特定のＭＳ用に予約されるようなものである、請求項８に記載の方法。
14. 前記第２のセル内の前記順序付けられたチャネルの前記第１のグループのチャネルは、最も弱い信号強度の受信局用に予約される、請求項１３に記載の方法。
15. 各セルにおいて、受信されるＭＳ信号の信号強度を定期的なベースで判定するステップと、
    各前記判定に従って、前記ＭＳの前記割り当てを行うステップと
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 特定のＭＳに関して、時々、基地局（ＢＳ）の電力レベルを変更するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
17. Ｎ＝１反復パターンを使用し、それぞれがセルを定義する少なくとも２つのＢＳと、
    各前記ＢＳと通信するＭＳ間で相対的な信号強度を判定する手段と、
    同じチャネルを使用する前記セルのそれぞれにおいて、ＭＳ間の干渉を最小にするように設計されたパターンに従ってＭＳを割り当てる手段と
    を有する無線システム。
18. 前記割り当て手段によって使用される前記パターンは、
    １つのセルにおいて、最も弱い信号強度のＭＳが前記チャネル順の一端から割り当てられ、最も強い信号強度のＭＳが前記チャネル順の他端から割り当てられるように各前記セル内の前記チャネルに順番を割り当てる手段
    を有する、請求項７に記載のシステム。
19. 前記ＭＳの一部を優先ＭＳとして指定する手段と、
    前記セルの１つにある優先ＭＳと前記セルの他方にある弱い信号強度のＭＳとを組み合わせる手段と
    をさらに有する、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記セルの両方の全体の容量を最適化するためにＢＳと１つまたは複数のＭＳ間の電力レベルを変更するために時々活動可能な手段をさらに有する、請求項１９に記載のシステム。

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