JP2010062666A - 基地局送信電力制御方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の基地局と各基地局のセルにそれぞれ存在する端末との間の伝搬損失及び各端末の雑音電力を推定し(S1)、各端末におけるSINRが所要伝送品質に等しいものとして各基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、その解を求める(S2)。その解が基地局電力の制約条件を満たすか否かを判定し(S3)、満たしていないときは、前記連立方程式の解を利用して選択された端末及びその基地局を取り除いて(S6)、再度前記連立方程式を立式する(S2)。解が制約条件を満たすか(S3)、あるいは、取り除く端末がなくなるまで(S5)、上記の処理を繰り返す。解が制約条件を満たすときには、その解を各基地局の送信電力として割り当てる(S4)。
【選択図】図2
Description
図4は、下りリンクにおける他セルからの干渉の様子を説明するための図である。
この図において、BSは基地局、MSは端末である。ここで、隣接するセルが同一の周波数を利用しているものとする(1セル周波数繰り返し)。図示するように、基地局BSiに属する端末MSiには、基地局BSiからの希望信号とともに基地局BSkなどの他セルの基地局BSからの干渉信号が受信されることとなる。
SINRは、次式で表される。
このように、セルラ通信システムでは、端末が基地局と通信を行う際、周辺基地局で送信される同一周波数の電波が干渉となり、端末において十分な伝送品質を得ることができず、システム容量(スループットやユーザの同時接続数)が制限されてしまうという問題がある。
一つは、全ての基地局に対して同一の電力を設定して送信する方法、もう一つは各基地局内の端末に対して所要SNR(信号対雑音電力比)が達成されるように基地局ごとに電力制御を行う方法である。
しかしながら、どちらの方法も、周辺基地局からの干渉電力については考慮されていないため、干渉によりSINRが劣化し、所要伝送品質を満たせない可能性がある。
また、サービスエリアの状態と、周辺基地局における総送信電力やパイロットチャネル送信電力、上り干渉量の情報を用いて共通制御チャネルの送信電力の制御を行うことにより、周辺基地局と協調しつつ共通制御チャネルの送信電力を自律的に設定してセル形成を行うことができる送信電力制御方法も提案されている(特許文献1)。
これを避けるためには、予め各基地局が周辺基地局の端末に与える干渉を計算し、各端末が所要伝送品質を得られるように基地局の電力制御を協調して行うことが必要である。
端末における受信SINRが所要伝送品質を満足できるように、複数の基地局の送信電力を決定する方法について検討する。
基地局BSiの送信電力をpi、基地局BSkの送信電力をpk、基地局BSiから基地局BSiに属する端末MSiまでの伝搬損失をzii、基地局BSkから端末MSiまでの伝搬損失をzikとすると、希望信号電力はpizii、基地局BSkからの干渉信号電力はpkzikとなる。
基地局数をN(Nは2以上の整数)、端末MSiでの雑音電力をniとすると、端末MSiにおける受信SINRiが所要伝送品質γreq,iを満足するためには、以下の条件を満たす必要がある。
ただし、各基地局の送信電力pi(i=1〜N)は、基地局の最大送信電力をPlimitとして、0≦pi≦Plimitを満たす必要がある(基地局電力の制約条件)。
しかし、電力の解が基地局の出力可能な範囲を外れる場合がある。例えば、解が負の値となる場合がある。
最も有効な方法として、通信を許可する端末の全ての組み合わせについて連立方程式を解き、前記基地局電力の制約条件を満たす端末の組み合わせのうち、同時接続端末数が最大となるものを見つける方法(総当り法、Full search)がある。
電力割当制御が開始されると、まず、前記連立方程式を立式するための前処理、すなわち、各基地局から各端末までの伝送路の状態(伝搬損失)及び各端末における雑音電力などの推定を行う(ステップS21)。
そして、削減する端末の数を示す変数iに初期値0をセットし(ステップS22)、N個の端末からi個の端末を取り除く組み合わせを全通り計算する(ステップS23)。
そして、N端末からi個取り除く組み合わせの中の順番を示す変数jに1をセットする(ステップS24)。
次に、前記ステップS23で求めた組み合わせの中のj番目の組み合わせに対し、前記式(3)の連立方程式を立式し、その解を求める(ステップS25)。初期状態では、取り除く端末の個数が0であり、前述した式(3)の連立方程式を立式して、その解を求めることとなる。
その結果、得られた解が前記制約条件を満たしている場合は、その解を各基地局の送信電力として決定し、各基地局に割り当てて(ステップS27)、この電力割当制御処理を終了する。
一方、得られた解の中に前記制約条件を満たしていないものがある場合は、その組み合わせがN端末からi個取り除く組み合わせNCiの最後のものであるか否かを判断する(ステップS28)。その結果、最後の組み合わせではないときには、jをj+1として(ステップS30)、前記ステップS25に進み、次の組み合わせについて、前記連立方程式を立式し、その解を求め、前述した処理を繰り返す。
また、前記ステップS28の判定の結果、その組み合わせが最後のものであったときには、iがNに等しいか否かを判定し(ステップS29)、i=Nであるときは、全ての端末を削減したこととなるため、送信電力の割当が不可であるとして、この電力割当制御処理を終了する。
また、iがNに等しくないときは、iをi+1にして(削減する端末の数を1つ増やして)前記ステップS23に進み、N端末からi個取り除く組み合わせの計算から再度前述した処理を繰り返す。
そこで本発明は、少ない計算量でシステム容量を大幅に改善することができるセルラ通信システムにおける基地局送信電力制御方法及び装置を提供することを目的としている。
また、前記第3の工程において、前記第1の工程で得られた連立方程式の解のうち前記基地局電力の制約条件の範囲から最も離れた解を示す基地局の属する端末、あるいは、前記第1の工程で得られた連立方程式の解を各基地局の仮の送信電力として、各基地局が前記複数の端末に与える干渉信号電力の合計を求め、その合計電力が最も大きい値を示す基地局に属する端末を、削減する端末として選択するものである。
したがって、少ない演算量で、前記基地局電力の制約条件を満たすとともに、同時接続する端末数を可能な限り多くすることができるように、各基地局の送信電力を決定することができる。
制御局3は、前記複数の基地局11〜1Nと接続し、各基地局11〜1Nを介して得られる情報などに基づいて各基地局11〜1Nの送信電力を決定し、各基地局11〜1Nに該決定した送信電力を通知する。基地局11〜1Nは、自己の送信電力を制御局3から通知された送信電力となるように制御する。本発明においては、このようにして複数基地局が協調して送信電力制御を行う。
本発明においては、全ての端末が所要伝送品質を満たすように基地局送信電力を決定することが不可能であった場合に、通信を許可する端末数を削減して残りの基地局に対して送信電力を決定するときに、前述した総当り法のように全ての組み合わせについて連立方程式を解くのではなく、前記連立方程式の解(この中には、基地局電力の制約条件を満たさない解も含まれている)を利用して取り除く端末を一意に選択し、端末を取り除く度に連立方程式を解き、その解が基地局電力の制約条件を満たしていなければ、再び取り除く端末を一意に選択する処理を繰り返すようにしている。これにより、前述した総当り法に比べ、計算量を大幅に削減している。
この電力割当制御処理が開始されると、まず、前述した式(3)の連立方程式を立式するための前処理を行う(ステップS1)。すなわち、前記式(3)におけるzik(1≦k≦N)(基地局kから基地局iに属する端末iまでの伝搬損失)、及び、ni(端末iにおける雑音電力)を準備する。
また、各基地局11〜1Nから各端末21〜2Nまでの伝搬損失zikは、例えば、各端末21〜2Nにおける各基地局11〜1Nからのパイロットチャネルの信号の受信電力を用いて推定することができる。各端末21〜2Nにおいて、それぞれ基地局11〜1Nからのパイロットチャネルの信号の受信電力を計測し、その計測値を上りのチャネルを介してその端末21〜2Nが所属している基地局11〜1Nに通知し、該基地局11〜1Nから制御局3に通知する。制御局3は、通知された各端末21〜2Nにおける基地局11〜1Nからのパイロットチャネルの信号の受信電力と各基地局11〜1Nのパイロットチャネルの送信電力piに基づいて、各基地局11〜1Nから各端末21〜2Nまでの伝搬損失zikを推定する。
各端末21〜2Nにおける雑音電力niは、例えば、各端末21〜2Nにおけるパイロットチャネルの信号の受信電力から前記各基地局11〜1Nからのパイロットチャネルの信号の受信電力を減算することにより算出することができる。その他、帯域幅からも推定することができる。各端末21〜2Nにおいて、それぞれ雑音電力niを求めて、その値をその端末21〜2Nが接続している基地局11〜1Nに通知するようにしてもよい。
そして、得られた解piが、基地局電力の制約条件、0≦pi≦Plimitを満たしているか否かを判定する(ステップS3)。ここで、Plimitは、各基地局11〜1Nの最大送信電力である。
この判定の結果、全ての基地局11〜1Nの送信電力pi(1≦i≦N)が、いずれも、前記制約条件を満たしている場合には、得られた解piを、それぞれの基地局11〜1Nの送信電力として割り当て(ステップS4)、この電力割当制御処理を終了する。
残りの端末数が0でないときには、ステップS6に進み、通信を許可する端末を1つ削減する処理を行う。この削減処理においては、総当り法(Full search)のように全通り計算を行って試すのではなく、前記ステップS2で得られた連立方程式の解を利用して取り除く端末を一意に選択するようにしている。詳細については後述するが、連立方程式の解を利用する選択方法として、(1)基地局電力の制約条件の範囲を考慮した選択、及び、(2)解を仮の送信電力とする与干渉最大基地局選択の2通りの方法がある。このように、取り除く端末を一意に決定することにより、組み合わせを全て計算する総当り法の場合よりも計算量を大きく削減することができる。
削減された端末が属していた基地局は、通信する端末が削除されたため、その送信電力は0とされ、残りの基地局について前記連立方程式が立式されることとなる。
すなわち、前記ステップS2に戻り、端末数が削減された状態において前記式(3)の連立方程式を立式し、新たな解piを求める。
新たに立式された連立方程式の解も前記制約条件を満たしていないときは、前記ステップS5に進み、残りの端末数が0でない場合には、前記ステップS6に進んで、前述と同様に一意に選択された端末を削減する処理を行う。そして、前記ステップS2に戻り、端末数がさらに削減された状態における前記連立方程式を立式し、その解piを求める。
以下、同様に、解piが前記制約条件を満たすか、あるいは、残りの端末数が0となるまで、一意に選択された端末を一つずつ取り除いて連立方程式を解き、その解が前記制約条件を満たすかどうかを判別し、満たさなければ再び選択された端末を取り除き、上記の処理を繰り返す。
前述のように、ステップS6では、前記連立方程式の解を利用して削減する端末を選択するのであるが、その具体的方法として、(1)基地局電力の制約条件の範囲を考慮した選択、又は、(2)解を仮の送信電力とする与干渉最大基地局選択の2通りの選択法がある。
(1)基地局電力の制約条件の範囲を考慮した選択
この方法は、連立方程式の解piの中から、前記基地局電力の制約条件の範囲(0≦pi≦Plimit)から最も離れた値を示す解、すなわち、0又はPlimitから最も離れた解pkを選択し、その解pkに対応する基地局1kに属する端末2kを削減する端末として選択する方法である。
(2)解を仮の送信電力とする与干渉最大基地局選択
この方法は、前記連立方程式の解pi(1≦i≦N)を各基地局11〜1Nの仮の送信電力pk'として、以下の式(4)のように、各基地局11〜1Nが各端末21〜2Nに与える干渉量(干渉信号電力)を計算し、その合計の絶対値Ikを計算する。絶対値をとるのは、利用する解が負の値をとる場合があるためである。次に、その合計値が最も大きい基地局1kに属する端末2kを削減する端末として選択する方法である。
図中、aは総当り法(Full search)、bは(1)基地局電力の制約条件の範囲を考慮した選択、cは(2)解を仮の送信電力とする与干渉最大基地局選択、d及びeは複数基地局協調を行わない従来技術であり、dは基地局個別に電力制御を行う方式(基地局個別に、端末におけるSNRがγreq,i+x[dB]となるように電力を決定)、eは全ての基地局において最大送信電力で出力する方式の各場合を示している。
この図に示すように、基地局協調制御を行うことにより基地局協調制御を行わないd及びeの場合と比較して、ユーザ同時接続率の大幅な向上を図ることができている。
また、bの(1)基地局電力の制約条件の範囲を考慮した選択、及び、cの(2)解を仮の送信電力とする与干渉最大基地局選択のいずれの場合にも、少ない計算量であるにもかかわらず、aの総当り法の場合に対して90%以上の性能を維持していることが分かる。
Claims (4)
- 複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおいて前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御方法であって、
前記複数の基地局にそれぞれ属する端末の伝送品質が所要の伝送品質になるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第1の工程と、
前記連立方程式の解が基地局電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第2の工程と、
前記連立方程式の解が前記制約条件を満たしていない場合に、前記複数の端末の中から、前記第1の工程で得られた前記連立方程式の解を利用して選択された端末を削減して、前記第1の工程に移行する第3の工程と
を有することを特徴とする基地局送信電力制御方法。 - 前記第3の工程において、前記第1の工程で得られた連立方程式の解のうち前記基地局電力の制約条件の範囲から最も離れた解を示す基地局の属する端末を削減する端末として選択することを特徴とする請求項1記載の基地局送信電力制御方法。
- 前記第3の工程において、前記第1の工程で得られた連立方程式の解を各基地局の仮の送信電力として、各基地局が前記複数の端末に与える干渉信号電力の合計を求め、その合計電力が最も大きい値を示す基地局に属する端末を削減する端末として選択することを特徴とする請求項1記載の基地局送信電力制御方法。
- 複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおける前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御装置であって、
前記複数の基地局にそれぞれ属する端末の伝送品質が所要の伝送品質になるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第1の手段と、
前記連立方程式の解が基地局電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第2の手段と、
前記連立方程式の解が前記基地局電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の端末の中から、前記第1の工程で得られた前記連立方程式の解を利用して選択された端末を削減して、前記第1の手段の処理を実行させる第3の手段と
を有することを特徴とする基地局送信電力制御装置。
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