JP2009510967A - 柔軟な部分周波数再使用を用いるマルチキャリヤ無線ネットワーク - Google Patents

Abstract

マルチキャリヤプロトコルに従い通信できる無線ネットワークで使われるための基地局を開示する。上記基地局は、第１の予め定まったサブキャリヤのセットを使用して加入者ステーションと通信する。仮に、上記基地局が第１加入者ステーションと通信するために、上記第１の予め定まったセットで可用な追加サブキャリヤがないと判断すると、上記基地局は第１の隣り合う基地局により使われる第２の予め定まったサブキャリヤのセットで第１サブキャリヤを選択することで、サブキャリア資源を貸りて、上記第１加入者ステーションと通信するために、上記第２の予め定まったセットにおける上記第１サブキャリヤを割り当てる。

Description

直交周波数分割多重化（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）は、ユーザが多い直交周波数（または、サブキャリヤ）を通じて転送するマルチキャリヤ転送方法である。上記直交サブキャリヤは、周波数上で個別的に変調され分離されて、相互間の干渉を起こさない。これは、高いスペクトル効率と多重経路影響に対する抵抗力を提供する。直交周波数分割多重接続（Orthogonal Frequency Divisional Multiplex Access：ＯＦＤＭＡ）システムは、一人のユーザより互いに異なるユーザにサブキャリヤを割り当てる。

前述したように、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシステムの全帯域幅（bandwidth）は、サブキャリヤと呼ばれる直交する狭帯域周波数単位（orthogonal narrowband frequency unit）に分けられる。サブキャリヤの個数であるＮは、上記システムで使われるＦＦＴ／ＩＦＦＴブロックサイズＮと同一である。仮に、サブキャリヤが周波数スペクトルの境界でガードサブキャリヤ（guard subcarrier）として予約されると、データのために使われる上記サブキャリヤの個数がＮより少ない。ガードサブキャリヤを通じては如何なる情報も転送されない。

ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシステム内では、資源単位は互いに隣接するか分散された１つまたはその以上の予め定まったサブキャリヤとして定義されることができる。さらに、１つの資源セット（resource set）は、１つまたはその以上の資源ユニットとして定義されることができる。図４は、従来のＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ無線ネットワークの一実施形態によって周波数再使用の例を示す図である。図４では、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ無線ネットワークの３個の隣り合うセル（neighboring cells）−セルＡ（Cell A）、セルＢ（Cell B）、セルＣ（Cell C）−が図示されている。従来技術で使われる周波数再使用接近方法では、１つの資源セットは１つの固定された方式に従って１つのセルに割り当てられる。したがって、セルＡは資源セットＡに、セルＢは資源セットＢに、セルＣは資源セットＣに割り当てられる。

従来技術で使われた上記固定された周波数再使用方式は、１つの与えられたセルで使われる１つの周波数帯域を永久的に予約する。上記固定された周波数再使用接近方法では、与えられた時間に与えられたセルで使われない上記予約された資源は他のセルにより使われることができない。さらに、資源セットＡで未使用された周波数ユニットはセルＣで使われることができない。これは、スペクトル資源の使用を非効率的にする。

したがって、可用なスペクトルを効率良く使用する向上したＯＦＤＭ及びＯＦＤＭＡ無線ネットワークが必要とされる。特に、固定周波数再使用方式に限られないマルチキャリヤネットワークが必要とされる。

本発明の一実施形態によると、マルチキャリヤプロトコルに従う通信を遂行することができる無線ネットワークで使用される基地局が提供される。上記基地局は、第１の予め定まったサブキャリヤのセットを使用して加入者ステーションと通信する。上記基地局は、第１加入者ステーションと通信するために、上記第１の予め定まったサブキャリヤのセットで追加サブキャリヤが使用可能か否かを判断することができる。上記第１の予め定まったセットで追加サブキャリヤが使用可能でないという判断に応答して、上記基地局は第１の隣り合う基地局により使われる第２の予め定まったサブキャリヤのセットで第１サブキャリヤを選択し、上記第１加入者ステーションと通信するために、上記第２の予め定まったセットで上記第１サブキャリヤを割り当てる。

上記基地局は、上記第１加入者ステーションが上記基地局と近接しているか否かに対する判断（即ち、高い信号対干渉及び雑音比（Signal-to-interference and noise ratio）を持っているか）に基づいて、上記第１加入者ステーションと通信するために、上記第２の予め定まったセットで上記第１サブキャリヤを割り当てる。次に、上記基地局は、上記第１の予め定まったサブキャリヤのセットにおける上記サブキャリヤで使われた電力レベルと比較して、より低い転送パワーを上記第２の予め定まったセットにおける上記第１サブキャリヤに使用する。これは、第１の隣り合う基地局との干渉を最小化する。

有利にも、上記第２の予め定まったセットにおける上記第１サブキャリヤが上記第１の隣り合う基地局により必要とされる第２の予め定まったサブキャリヤのセット中の１つとなる可能性が最も少ないという判断に従って、上記基地局により上記第２の予め定まったセットにおける上記第１サブキャリヤが選択される。

本発明の他の実施形態では、無線ネットワークの基地局で使われるための方法が提供され、上記基地局は第１の予め定まったサブキャリヤのセットを使用して加入者ステーションと通信する。上記の方法は、第１加入者ステーションと通信するために、上記第１の予め定まったサブキャリヤのセットで追加サブキャリヤが使用可能か否かを判断するステップと、上記第１の予め定まったセットで追加サブキャリヤが使用可能でないという判断に応答して、第１の隣り合う基地局により使われた第２の予め定まったサブキャリアのセットで第１サブキャリヤを選択するステップと、上記第１加入者ステーションと通信するために、上記第２の予め定まったセットで上記第１サブキャリヤを割り当てるステップとを含む。

本発明の一実施形態において、上記第２の予め定まったセットで上記第１サブキャリヤを割り当てるステップは、上記第１加入者ステーションが高い信号対干渉及び雑音比を持つか否かを判断するサブステップを含む。上記の方法は、上記第１の予め定まったサブキャリヤのセットでサブキャリヤに対して転送するために、上記基地局が使用する電力レベルより低いレベルで上記第２の予め定まったセットで上記第１サブキャリヤに対して転送するステップを更に含む。

以下、本発明を説明する前に、本明細書の全般で使われる特定単語と文句の定義を説明する。用語“含む（include）”と“具備する（comprise）”、そして、これらの派生語は、制限無しで含むことを意味する。用語“または（or）”はそして／または（and/or）の意味を含む。文句“〜に関連される（associated with）”と、“〜自体に関連される（associated therewith）と、それらの派生語”、“含む（include）”、“〜の中に含まれる（be included within）”、“〜と共に相互連結される（interconnect with）”、“含む（contain）”、“〜の中に含まれる（be contained within）”、“〜に／と連結する（connect to or with）”、“〜に／と結合する（couple to or with）”、“〜と連通される（communicable with）”、“協同する（cooperate with）”、“挿入される（interleave）”、“併行配列される（juxtapose）”、“〜に近接する（be proximate to）”、“〜に、または、〜と繋がる（be bound to or with）”、“持つ（have）”、“〜の特性を持つ（have a property of）”などを意味する。

そして、用語“制御機（controller）”は、１つ以上の動作を制御する装備、システム、またはその一部分を意味する。このような装備は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの２つ以上の結合により具現されることができる。特別な制御機と関連した機能は、局部的に、または遠隔的に集中されるか分散されることができることを知っていなければならない。上記の単語と口語に対する定義は本明細書の全般に亘って提供される。当業者において、上記定義された単語と口語の多くは、従来技術だけでなく、今後にも適用できることが分かる。

本発明は、該技術分野で当業者には多様な変更と修正が提案されることができる。それは、本発明が添付された請求項の範囲内でそのような修正と変更が含まれることを意味する。

本明細書において、下記の図１から図９まで、そして本発明の原理を説明するに使われた多様な実施形態は、単に発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものと解してはならない。上記技術分野の当業者は適するように設けられた無線通信システムで本発明の目的が遂行できるということが分かる。

後述する説明では、一般的にＯＦＤＭＡモードで送信機と受信機が動作すると仮定する。しかしながら、本発明の実施形態が本発明の範囲を制限するものと解されてはならない。他の実施形態では、上記の送信機及び受信機は、ＯＦＤＭモードで動作するか本発明の原理から外れない他のマルチキャリヤモードで動作することができる。

以下、柔軟な部分周波数再使用技術を説明する。周波数資源は、隣り合うセル間のサブキャリヤ衝突（collision）を最小化する基地局で、予め定まった方式（rule）に従って隣り合うセルから借りてくることができる。理想的に、上記借りてきた資源で相対的に低い転送パワーが使われ、上記セルで良好な加入者ステーション（即ち、受信強さが強い）のみのために使われる。

図１は、本発明の原理に従う部分周波数再使用を遂行する好ましい無線ネットワーク１００を図示する。上記説明された実施形態では、無線ネットワーク１００は、基地局（ＢＳ）１０１、基地局（ＢＳ）１０２、基地局（ＢＳ）１０３と他の類似な基地局（図示せず）を含む。基地局１０１は、基地局１０２、及び基地局１０３と通信を遂行する。また、基地局１０１は、インターネット１３０、またはＩＰ基盤のネットワーク（図示せず）と通信を遂行する。

基地局１０２は、基地局１０２のカバレッジ領域（coverage area）１２０内で第１の複数の加入者端末に（基地局１０１を通じて）インターネット１３０への無線広帯域接続を提供する。上記第１の複数の加入者ステーションは、小規模事業体（Small business；以下、“ＳＢ”と称する）に位置する加入者ステーション１１１、企業体（Enterprise；以下、“Ｅ”と称する）に位置する加入者ステーション１１２、ＷｉＦｉホットスポット（hotspot；以下、“ＨＳ”と称する）に位置する加入者ステーション１１３、第１居住地（residence；以下、“Ｒ”と称する）に位置する加入者ステーション１１４、第２居住地（Ｒ）に位置する加入者ステーション１１５、及びセルフォン（cell phone）、無線ラップトップ（Wireless laptop）、無線ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）のようなモバイル装置（Ｍ）になることができる加入者ステーション１１６を含む。

基地局１０３は、基地局１０３のカバレッジ領域１２５内の第２の複数の加入者ステーションに（基地局１０１を通じて）インターネット１３０への無線広帯域接続を提供する。上記第２の複数の加入者ステーションは、加入者ステーション１１５と加入者ステーション１１６とを含む。好ましい実施形態では、基地局（１０１−１０３）は、互いに通信することができ、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ技術を使用して加入者ステーション（１１１−１１６）と通信することができる。

基地局１０１は、より多い基地局、または少ない基地局と通信中であることがある。さらに、図１には唯６個の加入者端末のみが図示されているが、無線ネットワーク１００が追加加入者端末に無線広帯域接続を提供できることが分かる。加入者端末１１５と加入者端末１１６がカバレッジ領域１２０とカバレッジ領域１２５との境界に位置していることに注意しなければならない。加入者端末１１５及び加入者端末１１６は、各々基地局１０２及び基地局１０３と通信し、当業者によく知られたように、ハンドオフモードで動作するということができる。

加入者端末（１１１−１１６）は、インターネット１０３を通じて、音声、データ、ビデオ、画像会議（video conferencing）及び／または他の広帯域サービスに接続することができる。好ましい一実施形態において、１つまたはその以上の加入者端末（１１１−１１６）は、ＷｉＦｉ ＷＬＡＮのアクセスポイント（Access Point；以下、“ＡＰ”と称する）と関連されることができる。加入者端末１１６は、無線可能なラップトップコンピュータ（wireless-enable laptop computer）、ＰＤＡ、ノートブック、ハンドヘルドディバイス（handheld device）、または他の無線可能な装置を含む多数のモバイル装置となることができる。例えば、加入者端末（１１４−１１５）は、無線可能な個人向けコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップコンピュータ、ゲートウェイ（gateway）、または他の装置となることができる。

図２Ａは、直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）転送経路の高レベルダイヤグラムである。図２Ｂは、直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）受信経路の高レベルダイヤグラムである。説明の便宜のために、図２Ａと２Ｂにおいて、上記ＯＦＤＭＡ転送経路は基地局（ＢＳ）１０２で遂行され、ＯＦＤＭＡ受信経路は加入者ステーション（ＳＳ）１１６で遂行される。しかしながら、ＯＦＤＭＡ受信経路がＢＳ１０２でも遂行でき、上記ＯＦＤＭＡ転送経路はＳＳ１１６でも遂行できることが当業者により分かる。

ＢＳ１０２において、上記転送経路は、チャネルコーディングと変調ブロック２０５、直列−並列（Serial-to-Parallel）（Ｓ−ｔｏ−Ｐ）ブロック２１０、サイズＮの逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform）（ＩＦＦＴ）ブロック２１５、並列−直列（Parallel-to-Serial）（Ｐ−ｔｏ−Ｓ）ブロック２２０、サイクリックプリフィクス（Cyclic Prefix）付加ブロック２２５、アップコンバータ（Up-converter）（ＵＣ）２３０、及び、主要制御部及びスケジューラ２３５（以下、簡単に主要制御部２３５と称する）を含む。ＳＳ１１６において、受信経路はダウンコンバータ（Down-converter）（ＤＣ）２５５、サイクリックプリフィクス除去ブロック２６０、直列−並列（Ｓ−ｔｏ−Ｐ）ブロック２６５、サイズＮの高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）（ＦＦＴ）ブロック２７０、並列−直列（Ｐ−ｔｏ−Ｓ）ブロック２７５、チャネルデコーディング及び復調ブロック２８０、及び主要制御部２８５を含む。

図２Ａと２Ｂにおいて、少なくとも一部の構成（component）はソフトウェアーで具現されることができ、他の構成要素は構成可能なハードウェア、またはソフトウェアと構成可能なハードウェアとを混合して具現されることができる。特に、本明細書で説明された上記ＦＦＴブロックとＩＦＦＴブロックは、構成可能なソフトウェアアルゴリズムとして具現されることができ、上記サイズＮの値は上記具現に従って変更できることに注意しなければならない。

さらに、たとえ本発明は上記ＦＦＴとＩＦＦＴを具現する実施形態に関するものであるが、これは実施形態に過ぎないものであり、本発明の範囲を制限するように解されてはならない。本発明の代替の実施形態において、ＦＦＴ機能（function）とＩＦＦＴ機能は、各々離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transform）（ＤＦＴ）機能と逆離散フーリエ変換（Inverse Discrete Fourier Transform）（ＩＤＦＴ）機能により容易に代替されることができる。上記ＦＦＴとＩＦＦＴ機能に対して上記Ｎ変数の値は２の二乗（即ち、１、２、４、８、１６等）のどの定数になる一方、ＤＦＴとＩＤＦＴ機能に対して上記Ｎ変数の値はどの定数（即ち、１、２、３、４等）となる。

ＢＳ１０２において、チャネルコーディング及び変調ブロック２０５は、情報ビットのセットを受信し、周波数ドメイン変調シンボルのシーケンスを作るために、上記入力ビットのコーディング（例えば、ターボコーディング）を適用し、変調（例えば、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ）する。直列−並列ブロック２１０は、Ｎ個の並列シンボルストリーム（上記Ｎは、ＢＳ１０２とＳＳ１１６で使われるＩＦＦＴ／ＦＦＴサイズ（size）である）を生成するために、上記直列変調されたシンボルを並列データに変換（即ち、デマルチプレックス（de-multiplex））する。サイズＮのＩＦＦＴブロック２１５は、時間ドメイン出力信号を生成するためにＮ個の並列シンボルストリームに対してＩＦＦＴ動作を遂行する。並列−直列ブロック２２０は、直列時間ドメイン信号を生成するために、サイズＮのＩＦＦＴブロック２１５から上記並列時間ドメイン出力シンボルを変換する。次に、サイクリックプリフィクス付加ブロック２２５は、上記時間ドメイン信号にサイクリックプリフィクスを挿入する。最終的に、アップコンバータ２３０は、無線チャネルを介して転送するために、サイクリックプリフィクス付加ブロック２２５の出力を無線周波数（Radio Frequency：ＲＦ）に変調（即ち、アップコンバート（up-convert））する。また、上記信号は無線周波数に変換される前に基底帯域（baseband）でフィルタリングされることができる。

上記転送されたＲＦ信号は、上記無線チャネルを通過した後にＳＳ１１６に到着し、ＢＳ１０２で遂行された動作の逆動作が遂行される。ダウンコンバータ２５５は、上記受信された信号を基底帯域周波数にダウンコンバートし、サイクリックプリフィクス除去ブロック２６０は、直列時間ドメイン基底帯域信号を生成するために、サイクリックプリフィクスを除去する。直列−並列ブロック２６５は、上記時間ドメイン基底帯域信号を並列時間ドメイン信号に変換する。そして、サイズＮのＦＦＴブロック２７０は、Ｎ並列周波数ドメイン信号を生成するために、ＦＦＴアルゴリズムを遂行する。並列−直列ブロック２７５は、上記並列周波数ドメイン信号を変調されたデータシンボルのシーケンスに変換する。チャネルデコーディング及び復調ブロック２８０は復調し、その後、上記オリジナル入力データストリームを復元するために上記変調されたシンボルを復号化する。

ここに説明され図２Ａと図２Ｂに図示された上記転送経路と受信経路構成部（component）は、ＢＳ１０２の主要制御部２３５またはＳＳ１１６の主要制御部２８５により再プログラム（re-program）され、制御されることができる構成可能な装置である。このようにして、例えば主要制御部２３５は他の変調技術（例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ等）に適用するために、変調ブロック２０５を構成するために実施可能である。同様に、主要制御部２８５は復調ブロック２８０を類似に構成するために実施可能である。また、主要制御部２３５、２８５は、上記サイズＮの値を修正するために実施可能である。

さらに、主要制御部２３５、２８５は、ここに記述された部分周波数再使用（fractional
frequency reuse）技術を具現するために実施可能である。例えば、主要制御部２３５はトラフィックレベルに従い資源ユニットを柔軟に（flexibly）割り当てるために、ＢＳ１０２により使われた上記資源セット（resource set）（即ち、資源ユニット、またはサブキャリヤ）を修正するために実施可能である。したがって、主要制御部２３５は、例えば、ＳＳ１１６及び他の加入者ステーションに対する上記チャネル品質指示子（Channel Quality Indicator：ＣＱＩ）、またはＲＳＳＩ情報を受信するために実施可能である。主要制御部２３５は、部分周波数再使用を具現するために、以下に説明され図示されたフローダイヤグラムを実行するために更に実施可能である。

通信リンクにおいて、多重経路（multi-path）チャネルは、周波数選択的フェーディング（frequency selective fading）で生じる。さらに、移動無線環境では、上記チャネルは時間変化フェーディング（time-varying fading）でも生じる。したがって、ＯＦＤＭ基盤の接続を使用する無線移動通信において、時間ドメインスケジューリング（time-domain scheduling）に加えて周波数選択的マルチユーザスケジューリング（frequency-selective multi-user scheduling）を使用することによって、全般的なシステム性能と効率が向上することができる。時間変化周波数選択的（time-varying frequency-selective）移動無線チャネルにおいて、上記サブキャリヤを通じて情報をコーディングまたは拡散することで、チャネルの信頼度（reliability）を向上させることもできる。

図３Ａは、好ましい実施形態に従う無線ネットワークにおいて、周波数選択的マルチユーザスケジューリングのためのサブキャリヤ割り当てを示す図である。図３Ｂは、好ましい実施形態に従う無線ネットワークにおいて、周波数ダイバーシティーのためのサブキャリヤ割り当てを示す図である。周波数選択的マルチユーザスケジューリングにおいて、アップ−フェード（up-fade）を潜在的に経る隣接するサブキャリヤのセット（図３Ａで陰影処理された）は、１つの加入者ステーション（例えば、ＳＳ１１６）への転送のために割り当てられる。図３Ａに示すように、全帯域幅（total bandwidth）は、グループされた多数の隣接したサブキャリヤをグループ化するサブバンドに分けられて、上記サブキャリヤＦ１、Ｆ２、Ｆ３、及びＦ４（全て陰影処理された）は、周波数選択的マルチユーザスケジューリングモードでＳＳ１１６への転送のための１つのサブバンドにグループ化される。図３Ａにおいて、サブキャリヤ（または、資源ユニット）Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、及びＦ４は、１つの資源セットを含む。

しかしながら、周波数ダイバーシティー転送において、上記割り当てられたサブキャリヤ（図３Ｂで陰影処理された）は、サブキャリヤＦ１、Ｆ５、Ｆ９、及びＦ１３の場合のように、全スペクトルに亘ってできる限り均一に分散される。図３Ｂにおいて、サブキャリヤ（または、資源ユニット）Ｆ１、Ｆ５、Ｆ９、及びＦ１３は、１つの資源セットを含む。上記周波数選択的マルチユーザスケジューリングは、チャネル品質が追的できる低い移動性を持つユーザには一般的に利得である。しかしながら、特に、チャネル品質フィードバック遅延によりダウンリンクとアップリンクとの間で上記フェーディングが独立的な周波数分割デュプレックス（Frequency Divison Duplex：ＦＤＤ）システムにおいて、上記チャネル品質は、高い移動性を持つ装置（devices）に対しては追跡できない。さらに、周波数ダイバーシティー転送モードは選好される。

図５は、本発明の原理に従い柔軟な部分周波数再使用を示す図である。上記無線ネットワーク１００の全サブキャリヤスペクトルは、多数のセグメントに分割される。図５において、３個のセグメントが使われるが、これは例に過ぎない。３個以上のセグメント、または３個より少ないセグメントも使われることができる。

上記３個のセグメントは、セグメントＡ、セグメントＢ、及びセグメントＣである。セグメントＡはセルＡに割り当てられた多数の資源セット、即ち、資源セットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、及びＡ５を含む。セグメントＢはセルＢに割り当てられた多数の資源セット、即ち、資源セットＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、及びＢ５を含む。セグメントＣはセルＣに割り当てられた多数の資源セット、即ち、資源セットＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、及びＣ５を含む。セルＡ、Ｂ、Ｃは、基地局１０１、１０２、１０３と関連された上記セルを含む無線ネットワーク１００で一般的なあるセルを表す。セルＡ、セルＢ、及びセルＣは、隣り合うセルと仮定する。

各セグメントにおいて、５個の資源セットが使われることは本発明の一例に過ぎない。５個の資源セットより多いか少ない資源セットも使われることができる。さらに、他のセルに割り当てられた資源セットの個数は違うことができる。資源セットＡ１−Ａ５、Ｂ１−Ｂ５、Ｃ１−Ｃ５の各々は、１つの加入者ステーションに割り当てられる１つまたはその以上の資源ユニットを含み、ここで、各資源ユニットは１つまたはその以上のサブキャリヤを含む。一例として、資源セットＡ１はＳＳ１１６に割り当てられる１６個のサブキャリヤ（隣接または散在した）を含むことができ、資源セットＡ２はＳＳ１１５に割り当てられる１６個のサブキャリヤ（隣接または散在した）を含むことができ、資源セットＡ３はＳＳ１１１に割り当てられた１６個のサブキャリヤ（隣接または散在した）を含むことができる。

図５において、矢印５０１、矢印５０２、及び矢印５０３により指示されるように、昇順と最も低い資源セットの個数に従い主要制御部２３５により１つの与えられたセル（例えば、ＢＳ１０２）に可用な資源セットが割り当てられるか、スケジュールされる。例えば、セルＡで、低いナンバリングされた資源セットが可用できないと仮定し、資源セットはＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の順で割り当てられる。同様に、セルＢでは資源セットがＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５の順で割り当てられ、セルＣでは資源セットがＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５の順で割り当てられる。

主要制御部２３５が常に最も低い番号を持つ上記可用な資源セットを割り当てるため、仮に資源セットＡ１、Ａ２、及びＡ３が初期に使われて、資源セットＡ２が可用であれば、スケジューリングされる上記次回の加入者ステーションは、資源セットＡ４でなくＡ２が割り当てられる。本明細書で説明された上記スケジューリングと割り当てアルゴリズムは、ラウンドロビンアルゴリズム（round-robin algorithm）でない。

仮に、基地局が自身に割り当てられた資源を消尽すれば、主要制御部２３５は予め定まった規則に従い他のセルのために予約された資源ユニットのセットから資源を割り当て始める。特に、主要制御部２３５は図５の矢印５０２、矢印５０４、矢印５０６により指示されるように、最も高い資源セットナンバーと割り当ての降順に従い他のセルのために正常的に予約された可用な資源セットを割り当てる。

例えば、仮にセルＡが資源セットを消尽すれば、セルＡはセルＢとセルＣから代替基礎（alternating basis）に従って設定されたセルＢとセルＣから資源を割り当てる。図５の例において、自身の資源を消尽した後、セルＡは矢印５０４、５０６により指示されたように、Ｂ５、Ｃ５、Ｂ４、Ｃ４、Ｂ３、Ｃ３、その他の順でセルＡでの新たな加入者ステーションに資源セットを割り当てる。同様に、仮にセルＢが資源セットを消尽すれば、セルＢは矢印５０２、５０６により指示されるように、Ａ５、Ｃ５、Ａ４、Ｃ４、Ａ３、Ｃ３、その他の順序に従いセルＢでの新たな加入者ステーションに資源セットを割り当てる。

前述したような資源ユニット割り当て方法は、上記システムが最大負荷がかからなかった時、上記同一な資源ユニットを使用する多重セルの確率を最小化する。各セルが最も低い資源セット番号１の可用な資源セットを割り当てるため、資源セットＡ１、Ｂ１、Ｃ１は、各々セルＡ、セルＢ、セルＣにより最も多く使われる資源セットとなる。同じ理由により、上記資源セットＡ５、Ｂ５、Ｃ５は、各々セルＡ、セルＢ、セルＣにより最も少なく使われる資源セットとなる。借用したセルが最も大きい資源セット番号（即ち、Ａ５、Ｂ５、Ｃ５）に従い上記資源セットを借りるため、上記借用したセルは隣り合うセル（または、貸したセル）により最も少なく使われる資源セットを有利に借りることができる。したがって、本明細書に開示された上記借りるアルゴリズムは、隣り合うセル間に上記干渉を減少させる。

図６は、本発明の原理に従い柔軟な部分周波数再使用を示す図である。セルＡは、資源セットＡ１−Ａ５の陰影部分が指示するような自身の全ての資源セットを使用し、資源セットＢ５とＣ５の陰影部分が指示するように、借用した２つの残りの資源セットを使用する。セルＢはセルＡまたはセルＣから借用した資源セットでない、資源セットＢ１、Ｂ２の陰影部分が指示するような唯２つの資源セットのみを使用する。しかしながら、セルＣは最大負荷（fully loaded）状態である。したがって、セルＣは資源セットＡ１−Ａ５、Ｂ１−Ｂ５、及びＣ１−Ｃ５の陰影部分が指示するように、自身の全ての資源セットを使用し、セルＡとセルＢから全ての資源セットを借りる。

図７は、本発明の原理に従い柔軟な部分周波数再使用を示す図である。図７において、他のセルから借りてきた資源セットに使われる転送パワーは、上記借用したセルに正常的に割り当てられた専用（dedicated）資源セットに使われる転送パワーより低い。例えば、セルＡがセルＢとセルＣから各々資源セットＢ５、Ｃ５を借りる時、上記セルＡの基地局は図７で資源セットＢ５、Ｃ５の部分的に陰影されて指示されるように、資源セットＢ５とＣ５で上記サブキャリヤに対して低いパワーレベルで転送する。同様に、セルＣはセルＡとセルＢから借りた資源ユニットＡ１−Ａ５とＢ１−Ｂ５に対して低いパワーレベルで転送する。

本発明の原理に従い、他のセルから借りた上記資源ユニットは、上記借用したセル（borrowing cell）で良好な（即ち、受信が強い）加入者ステーションに優先的に割り当てられる。一例として、図７におけるセルＡは、借りた資源セットＢ５とＣ５をセルＡの基地局で受信が強い加入者ステーションに割り当てる。上記良好な加入者ステーションは、一般的に上記基地局に近く位置し、高い信号対干渉及び雑音比（Signal-to-interference and noise：ＳＩＮＲ）を持つ。

このような割り当て方法と転送パワー制御は、上記基地局が受信が強い加入者ステーションに借りた資源セットに対して低い転送パワーでサービスを提供することを可能にする。また、上記借りた資源セットを通じた上記低い転送パワーは、低いセル間干渉（inter-cell interference）を保証（gurantee）する。したがって、借りた資源セットＢ５とＣ５において、上記サブキャリヤに対してセルＡにより使われる上記低い転送パワーは、セルＢで資源セットＢ５と、セルＣで資源セットＣ５で低い干渉を生じる。

付加的に、たとえ上記セルに一般的に割り当てられた全ての資源セットを使用しなくても、上記セルは相変わらず低い転送パワーで良好な加入者ステーションにサービスを提供する。したがって、セルＢは上記基地局で低いＳＩＮＲを持つ加入者ステーションにサービスを提供するために、資源セットＢ２で上記サブキャリヤに対して最大転送パワーを使用することができ、上記基地局で高いＳＩＮＲを持つ加入者ステーションにサービスを提供するために、資源セットＢ１で上記サブキャリヤに対して減少した転送パワーを使用することができる。

図８は、本発明の一実施形態によって基地局１０２における資源割り当てを説明するフローダイヤグラム（flow diagram）８００を示す図である。フローダイヤグラム８００において、基地局１０２はセルＡになると仮定する。最初に、基地局１０２はセルＡで資源ユニット（即ち、サブキャリヤ）の割り当てを受けるために新たな加入者ステーション（例えば、ＳＳ１１６）を選択する（ステップＳ８０５遂行）。次に、ＢＳ１０２は、少なくとも１つの資源セット（例えば、サブキャリヤのグループ）がセルＡで可用か否かを判断する（ステップＳ８１０遂行）。

セルＡ（例えば、資源セットＡ１）において、仮に資源ユニットが可用であれば、ＢＳ１０２は上記可用な資源ユニットをＳＳ１１６に割り当てて（ステップＳ８１５遂行）、より多い加入者ステーションがＢＳ１０２に接続するか否かを判断する（ステップＳ８２０遂行）。仮に、より多い加入者ステーションがＢＳ１０２に接続を試みると、ステップＳ８０５に進行する。仮に、ＢＳ１０２に接続するこれ以上の加入者ステーションがなければプロセスは停止する。

仮に、セルＡで資源ユニットが可用でなければ（即ち、ステップＳ８１０で“NO”）、ＢＳ１０２は可用な資源ユニットを借りるための隣り合うセル（例えば、ＢＳ１０１）を選択する（ステップＳ８２５に進行）。ＢＳ１０２は、セルＡで既に使われておらず（即ち、借用されず）、隣り合うセルで最も少なく使われる最も高い資源セット番号（インデックス）を持つ上記資源ユニットを借りる（ステップＳ８３０に進行）。

ＢＳ１０２は、ＳＳ１１６に対してこれ以上の資源ユニットが必要か否かを判断する（ステップＳ８３５に進行）。仮に、ＳＳ１１６にこれ以上の資源ユニットが必要であると判断すると、ＢＳ１０２はステップＳ８２０に戻り、借りるために他の隣り合うセル（例えば、ＢＳ１０３）を選択する。ステップＳ８２５、ステップＳ８３０、ステップＳ８３５は、ＳＳ１１６を満たすために隣り合うセルから充分な資源セットが借りれる時まで（即ち、割り当てのために選択された）繰り返される。ＳＳ１１６により追加的な資源ユニットが必要でない場合（即ち、ステップＳ８３５で“NO”）、ＢＳ１０２はＳＳ１１６に上記借りた資源ユニットを割り当てる（ステップＳ８４０に進行）。

次に、ＢＳ１０２は、より多い加入者ステーションがＢＳ１０２に接続するか否かを判断する（ステップＳ８４５に進行）。仮に、より多い加入者ステーションがＢＳ１０２に接続を試みると、ステップＳ８０５に戻る。仮に、これ以上ＢＳ１０２に接続を試みる加入者ステーションがなければ、プロセスは停止する。ＢＳ１０２に一般的に割り当てられた資源ユニットのプール（pool）から僅かの資源ユニットが割り当てられるための、そして隣り合うセルから僅かの借りれた資源ユニットが割り当てられるためのＳＳ１１６が可能であることに注目しなければならない。

図９は、本発明の他の実施形態により基地局（ＢＳ）１０２における資源割り当てを説明するフローダイヤグラム９００を示す図である。図９において、前述したように、上記資源は隣り合う（貸す）セルからランダムに選択され、次に、最も大きいインデックス数字により選択される。フローダイヤグラム９００は、フローダイヤグラム８００と関連して非常に類似している。最初に、ＢＳ１０２はセルＡで資源ユニット（即ち、サブキャリヤ）が割り当てられる新たな加入者ステーション（例えば、ＳＳ１１６）を選択する（ステップＳ９０５に進行）。次に、ＢＳ１０２は少なくとも１つの資源セット（即ち、サブキャリヤのグループ）がセルＡで可用か否かを判断する（ステップＳ９１０に進行）。

仮に、セルＡ（例えば、資源セットＡ１）で資源ユニットが可用であれば、ＢＳ１０２はＳＳ１１６に上記可用な資源ユニットを割り当てて（ステップＳ９１５に進行）、ＢＳ１０２に接続するこれ以上の加入者ステーションがあるか否かを判断する（ステップＳ９２０に進行）。仮に、ＢＳ１０２に接続するこれ以上の加入者ステーションがあれば、ステップＳ９０５に戻る。仮に、ＢＳ１０２に接続を試みるこれ以上の加入者ステーションがなければ、プロセスは停止する。

仮に、セルＡで資源ユニットが可用でなければ（即ち、ステップＳ９１０で“NO”）、ＢＳ１０２は可用な資源ユニットを借りるために隣り合うセル（例えば、ＢＳ１０１）を選択する（ステップＳ９２５に進行）。上記隣り合うセルはランダムに選択される。次に、ＢＳ１０２は、セルＡで既に使われず（即ち、借りれず）、隣り合うセルで最も少なく使われる１つまたはその以上の資源ユニットを借りるためにランダムに選択する（ステップＳ９３０に進行）。次に、ＢＳ１０２はＳＳ１１６に上記選択された資源ユニットを割り当てる（ステップＳ９４０）。

ＢＳ１０２は、ＢＳ１０２に接続するこれ以上の加入者ステーションがあるか否かを判断する（ステップＳ９４５）。仮に、ＢＳ１０２に接続を試みるこれ以上の加入者ステーションがあれば、ステップＳ９０５に戻る。仮に、ＢＳ１０２に接続を試みるこれ以上の加入者ステーションがなければ、プロセスは停止する。

本発明の有益な実施形態において、上記隣り合うセルから借りるための上記資源ユニットの選択は、上記選択された資源ユニットに対して上記選択された加入者ステーションにより経るチャネル品質（channel quality）に基盤する。例えば、仮にＳＳ１１６が資源セットＢ３とＣ１に良好なＣＱＩデータを報告すると、セルＡはＳＳ１１６にサービスを提供するために資源セットＢ３とＢ１を借りて、甚だしくは、資源セットＢ３とＣ１は上記の隣り合うセルで上記可用な資源セットで最も大きい資源セットインデックス数字を持たない。

本発明の他の実施形態において、一部の資源ユニットは１つのセルで使用するために独占的に予約されることができる。予約された資源ユニットはこのような資源ユニットでの如何なる潜在的な衝突を避けることによって、セル境界（edge）の近くの弱い加入者ステーションにサービスを提供するために予約される。したがって、例えば、資源セットＡ１、Ｂ１、Ｃ１は、セルＡ、セルＢ、セルＣで個別的、独占的に予約される。このような協議は、資源セットが上記隣り合うセルで使われないので、低いセル間干渉に起因して上記予約された資源ユニットに対して高いＳＩＮＲを保証する。

本発明と利点をより完壁な理解するために、添付した図面と連繋して後述する詳細な説明を参照する。参照番号は各部分を示す。
本発明の原理に従う部分（fractional）周波数再使用を遂行する好ましい無線ネットワークを示す図である。 直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）転送経路の高レベル（high-level）ダイヤグラム（diagram）である。 直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）受信経路の高レベルダイヤグラムである。 好ましい実施形態に従う無線ネットワークにおいて、周波数選択的多重ユーザスケジューリングと周波数ダイバーシティーのためのサブキャリヤ割り当てを示す図である。 好ましい実施形態に従う無線ネットワークにおいて、周波数選択的多重ユーザスケジューリングと周波数ダイバーシティーのためのサブキャリヤ割り当てを示す図である。 従来の実施形態に従う直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）／直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）無線ネットワークに従って周波数再使用の例を示す図である。 本発明の原理（概念）に従う柔軟な部分（flexible fractional）周波数再使用を示す図である。 本発明の原理に従う柔軟な部分周波数再使用を示す図である。 本発明の原理に従う柔軟な部分周波数再使用を示す図である。 本発明の一実施形態に従う好ましい基地局における資源割り当てを示すフローダイヤグラムである。 本発明の他の実施形態に従う好ましい基地局における資源割り当てを示すフローダイヤグラムである。

符号の説明

１００ 無線ネットワーク
１０１ 基地局
１０２ 基地局
１０３ 基地局
１２０ カバレッジ領域
１２５ カバレッジ領域

Claims (24)

1. マルチキャリヤプロトコルに従い通信できる無線ネットワークにおける使用のために、第１の予め定まったサブキャリヤのセットを使用する加入者ステーションと通信を遂行することができ、前記基地局は第１加入者ステーションと通信するために前記第１の予め定まったサブキャリヤのセットで追加サブキャリヤが使用可能か否かを判断し、前記第１の予め定まったサブキャリヤのセットで追加サブキャリヤが使用可能でないという判断に応答して、第１の隣り合う基地局により使われる第２の予め定まったサブキャリヤのセットで第１サブキャリヤを選択し、前記第１加入者ステーションと通信するために、前記第２の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤを割り当てる基地局を含むことを特徴とするマルチキャリヤプロトコルに従う通信可能無線ネットワーク。
2. 前記基地局は、前記第１加入者ステーションが最も高い信号対干渉及び雑音比（signal-to-Interference Noise Ratio：ＳＩＮＲ）を持つか否かに対する判断に基づいて、前記第１加入者ステーションと通信する前記第２の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤを割り当てることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. 前記基地局は、前記基地局が前記第１の予め定まったサブキャリヤのセットにおいて、サブキャリヤに対して転送することより低い電力レベルで前記第２の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤに対して転送することを特徴とする請求項２に記載の基地局。
4. 前記第２の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記第１の隣り合う基地局により使われる前記第２の予め定まったサブキャリヤのセットである可能性が最も少ないという判断に従って、前記基地局により選択されることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
5. 前記第２の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記基地局によりランダム（randomly）に選択されることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
6. 前記基地局は、前記第１の予め定まったセットで、前記追加サブキャリヤが使用可能でないという判断に応答して、第２の隣り合う基地局により使われた第３の予め定まったサブキャリヤのセットで第１サブキャリヤを選択し、前記第１加入者ステーションと通信する前記第３の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤを割り当てることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
7. 前記第３の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記第２の隣り合う基地局により使われる前記第３の予め定まったサブキャリヤのセットである可能性が最も少ないという判断に従って、前記基地局により選択されることを特徴とする請求項６に記載の基地局。
8. 前記第３の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記基地局によりランダムに選択されることを特徴とする請求項６に記載の基地局。
9. 複数の基地局、即ち、第１の予め定まったサブキャリヤのセットを使用するマルチキャリヤプロトコルに従って加入者ステーションと通信するそれぞれの基地局を含む無線ネットワークにおいて、前記それぞれの基地局は追加サブキャリヤが第１加入者ステーションと通信する前記第１の予め定まったサブキャリヤのセットで利用可能か否かを判断し、追加サブキャリヤが前記第１の予め定まったセットで利用可能でないという判断に応答して、第１の隣り合う基地局で使われた第２の予め定まったサブキャリヤのセットで第１サブキャリヤを選択し、前記第１加入者ステーションと通信する前記第２の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤを割り当てることを特徴とする無線ネットワーク。
10. 前記各基地局は、前記第１加入者ステーションが最も高い信号対干渉及び雑音比（signal-to-Interference Noise Ratio：ＳＩＮＲ）を持つか否かに対する判断に基づいて、前記第１加入者ステーションと通信する前記第２の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤを割り当てることを特徴とする請求項９に記載の無線ネットワーク。
11. 前記各基地局は、前記第１の予め定まったサブキャリヤのセットでサブキャリヤに対して転送することより低い電力レベルで前記第２の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤに対して転送することを特徴とする請求項１０に記載の無線ネットワーク。
12. 前記第２の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記第１の隣り合う基地局により使われる前記第２の予め定まったサブキャリヤのセットである可能性が最も少ないという判断に従って、前記基地局により選択されることを特徴とする請求項９に記載の無線ネットワーク。
13. 前記第２の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記各基地局によりランダム（randomly）に選択されることを特徴とする請求項９に記載の無線ネットワーク。
14. 追加サブキャリヤが前記第１の予め定まったセットで使用可能でないという判断に応答して、前記各基地局は第２の隣り合う基地局により使われる第３サブキャリヤのセットで第１サブキャリヤを選択し、前記第１加入者ステーションと通信する前記第３の予め定まったサブキャリヤのセットにおける前記第１サブキャリヤを割り当てることを特徴とする請求項９に記載の無線ネットワーク。
15. 前記第３の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記第２の隣り合う基地局により使われる前記第３の予め定まったサブキャリヤのセットである可能性が最も少ないという判断に従って、前記各基地局により選択されることを特徴とする請求項１４に記載の無線ネットワーク。
16. 前記第３の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記各基地局によりランダムに選択されることを特徴とする請求項１４に記載の無線ネットワーク。
17. 第１の予め定まったサブキャリヤのセットを使用する加入者ステーションと通信する無線ネットワークの基地局で使用するための方法であって、
    第１加入者ステーションと通信する前記第１の予め定まったサブキャリヤのセットで追加サブキャリヤが使用可能か否かを判断するステップと、
    前記第１の予め定まったセットで追加サブキャリヤが使用可能でないという判断に応答して、第１の隣り合う基地局により使われた第２の予め定まったサブキャリヤのセットで第１サブキャリヤを選択するステップと、
    前記第１加入者ステーションと通信する前記第２の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤを割り当てるステップと、
    を含むことを特徴とする無線ネットワークの基地局で使用するための方法。
18. 前記第２の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤを割り当てるステップは、
    前記第１加入者ステーションが最も高い信号対干渉及び雑音比（signal-to- Interference Noise Ratio：ＳＩＮＲ）を持つか否かを判断するサブステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１の予め定まったサブキャリヤのセットにおいて、サブキャリヤに対して転送することより低い電力レベルで前記第２の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤに対して転送するステップを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記第２の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤを選択するステップは、
    前記第２の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記第１の隣り合う基地局により使われる前記第２の予め定まったサブキャリヤのセットである可能性が最も少ないと判断するサブステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
21. 前記第２の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記基地局によりランダムに選択されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
22. 前記第１の予め定まったセットで使用可能な追加サブキャリヤがないという判断に対応して、第２の隣り合う基地局により使われた第３の予め定まったサブキャリヤのセットで第１サブキャリヤを選択するステップと、
    前記第１加入者ステーションと通信するために、前記第３の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤを割り当てるステップと、
    を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
23. 前記第３の予め定まったセットで前記第１サブキャリヤを選択するステップは、
    前記第３の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記第２の隣り合う基地局により使われる前記第３の予め定まったサブキャリアのセットである可能性が最も少ないと判断するサブステップを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記第３の予め定まったセットにおける前記第１サブキャリヤは、前記基地局によりランダムに選択されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。