JP2011521544A - ワイヤレス通信システムのエアインターフェース上の周波数副チャネルを割り振る方法、及び対応する無線資源割振りモジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、事前定義された期間にワイヤレス通信システムのエアインターフェース上の周波数副チャネルをユーザに割り振る方法であって、セルに属する基地局と、周波数副チャネル割振りを要求する前記セルのカバレッジ下のユーザとの間で通信するのに複数の周波数副チャネルが利用可能である方法に関する。本発明によれば、この方法は、セル内の基地局に対する、前記セルのカバレッジ下のユーザの角度位置を求めるステップと、ユーザの角度位置、及び少なくとも１人の他のユーザの角度位置に応じて、ユーザに割り当てるべき少なくとも１つの周波数副チャネルを選択するステップとを含む。

Description

本発明は、ワイヤレス通信システムのエアインターフェース上の周波数副チャネルをユーザに割り振る方法に関する。

ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）伝送システムのような多搬送波システムでは、伝送されるデータがいくつかの並列データストリームに分割され、それぞれが別々の副搬送波を変調するのに使用される。言い換えれば、ブロードバンド無線通信路が複数のナローバンド周波数副搬送波に細分され、ナローバンド周波数副搬送波が副チャネルにグループ化され、各副搬送波が、例えばＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、又は副搬送波当たりのデータ転送速度を高くすることを可能にするより高次の変調次数で独立して変調される。

そのようなシステムでは、ユーザチャネルに副搬送周波数又は副チャネルを短期的に（例えば全て２ｍｓ）割り振ることができ、各ユーザについての伝送チャネルを定義する副搬送波当たりの変調次数を同様に短期的に更新すべきである。

システムの全体的スループットを向上させるためにはいくつかの方法がある。

第１に、異なるユーザに対して効率的な副搬送波／変調割振りを実施すべきであり、即ち、ユーザに対して最も適切な副搬送波又は副チャネルが識別されるとき、こうした副搬送波又は副チャネル上で使用すべき最適な変調を適切に選択すべきである。受信機での信号対雑音干渉比（ＳＩＮＲ）が復調を可能にするのに十分な高さである場合にのみ、より高い変調次数を使用することができる。

第２に、ネットワークがセルラワイヤレス通信ネットワークであるとき、干渉を引き起こすことなく可能な限り多くの副チャネルを再利用するために、周波数再利用を適切に選ぶべきである。このために、セルをセクタ及び副セクタに分離することができ、利用可能な副チャネルのセット自体をいくつかの副チャネルサブセットに分割することができ、図１に示すように、１つの事前定義された副チャネルサブセットが、セルの１つの事前定義された副セクタ内で使用される。

基地局ＢＳを中心とするセルが３つの３セクタＡ、Ｂ、及びＣに分割される。

各セクタはさらに、３つの副セクタＡ１、．．．、Ａ３、Ｂ１、．．．、Ｂ３、Ｃ１、．．．、Ｃ３に分割される。

Ｎ個の周波数副チャネルがネットワークで利用可能であると仮定すると、３つの副チャネルのグループ［０，ｎ１］，］ｎ１，ｎ２］，］ｎ２，Ｎ］を構成することができ、以下のように副セクタに割り振ることができる。
副チャネルグループ［０，ｎ１］が副セクタＡ１、Ｂ１、Ｃ１内のユーザに割り振られ、
副チャネルグループ］ｎ１，ｎ２］が副セクタＡ２、Ｂ２、Ｃ２内のユーザに割り振られ、
副チャネルグループ］ｎ２，Ｎ］が副セクタＡ３、Ｂ３、Ｃ３内のユーザに割り振られる。

この固定割振りにより、同一の副チャネルサブグループがセルの２つの連続する部分で使用される状況が生じないので、低副セクタ間干渉が保証される。この割振り方式は、すべての周波数副チャネルがすべてのセル内、さらには各セルのすべてのセクタ内で同時に使用されるので、周波数再利用１方式である。周波数サブグループが副セクタについて識別されると、対応する副セクタ内に位置するユーザに、基地局と通信するための周波数サブグループの周波数副チャネルのうちの１つ以上が割り振られる。

本発明の目的は、周波数再利用１ワイヤレス無線通信ネットワーク内のキャパシティをさらに改善することである。

これらの目的、及び以下で現れるその他の目的は、請求項１記載のワイヤレス通信システムのエアインターフェース上の周波数副チャネルをユーザに割り振る方法、及び請求項９記載の無線資源割振りモジュールによって達成される。

本発明による方法は、セル内の周波数副チャネルをより柔軟に割り振ると共に、低いセル間干渉及びセル内干渉を保証するという利点を提示する。

本発明のさらなる有利な特徴が従属請求項で定義される。

非限定的な例示として添付の図面から与えられる以下の好ましい実施形態の説明を読むときに、本発明の他の特徴及び利点が明らかとなるであろう。

当技術分野で周知のワイヤレスセルラワイヤレス通信ネットワークでの周波数副チャネル割振り方法を示す図である。 本発明による周波数副チャネル割振り方法を示す図である。 本発明による周波数副チャネル割振り方法を示す図である。 本発明による周波数副チャネル割振り方法を示す図である。 本発明による方法の異なるステップに関する流れ図である。 本発明による無線資源割振りモジュールの一実装を示す図である。

本特許出願の冒頭部分で、現況技術に関連して、当技術分野で周知のワイヤレスセルラワイヤレス通信ネットワークでの周波数副チャネル割振り方法を示す図１を説明した。

図２ａ、２ｂ、２ｃは、本発明による周波数副チャネル割振り方法を示す。

図２ａは、全方位性アンテナを使用する基地局ＢＳ、その周囲のセル、及びセルのカバレッジ下の２人のユーザＭＳ１、ＭＳ２の単純化した状況を示す。

本発明によれば、ユーザの角度位置が求められる。実際には、角度位置０に対応する、基地局ＢＳから見た基準方向が選ばれる。ユーザＭＳ１、ＭＳ２の方向と基準方向との間の角度がこのユーザの角度位置に対応する。この例では、ＭＳ１が角度位置α１を有し、ＭＳ２が角度位置α２を有する。１人のユーザ自体の角度位置、及び少なくとも１人の他のユーザの角度位置に応じて、周波数副チャネルがその１人のユーザに帰属する。

この例では、角度位置の昇順のユーザの順序が求められる。周波数副チャネルの順序も事前定義される。その後、マッピングが行われる。周波数副チャネルの事前定義された順序に従って、順序が最初のユーザに、１つ以上の周波数副チャネルが割り当てられる。単純なシナリオでは、副チャネルの順序を周波数の昇順で定義することができる。

単純なシナリオでは、ユーザ当たりただ１つの周波数副チャネルを割り振ることができる。あるいは、周波数副チャネルの必要に応じて、事前定義された数の周波数副チャネルを各ユーザに割り振ることができる。各ユーザが必要とする副チャネル数の決定は周知の方法に従ってスケジューラで実施することができ、そのことは本発明の範囲外である。

図２ｂは、各セクタが１２０°の角度を有する３セクタ化基地局での、本発明による方法の第１実装を示す。本発明が当技術分野で周知の任意のＮセクタ化基地局に適用可能であること、及び本発明の範囲から逸脱することなくセクタの角度サイズはセクタごとに異なるものでよいことを当業者は理解されよう。

この実施形態では、基地局ＢＳがセクタＡ、Ｂ、及びＣによって取り囲まれる。例示のために、各セクタ内で３人のユーザ、即ちセクタＡ内の角度位置の昇順にソートしたＭＳＡ１、ＭＳＡ２、ＭＳＡ３、セクタＢ内の角度位置の昇順にソートしたＭＳＢ１、ＭＳＢ２、ＭＳＢ３、セクタＣ内の角度位置の昇順にソートしたＭＳＣ１、ＭＳＣ２、ＭＳＣ３が利用可能である。

事前定義された数の副チャネル（ここでは４８）が通信のために利用可能であり、周波数再利用１ネットワークに到達するために、その副チャネルを３つのすべてのセクタで同時に使用することができる。本発明によれば、セクタ内のユーザの角度位置及びこのセクタ内の他のユーザの角度位置に応じて、副チャネルがこのユーザに割り振られる。

この実施形態では、周波数副チャネルが周波数の昇順に割り振られる。最低の角度位置のユーザＭＳＡ１に１６個の第１副チャネルが割り振られる。次に低い角度位置のユーザＭＳＡ２に次の１６個の副チャネルが割り振られる。最後に、最高の角度位置のユーザＭＳＡ３に次の１６個の副チャネルが割り振られる。同じプロセスがセクタＢ及びＣで反復される。

図２ｃは、各セクタが１２０°の角度を有する３セクタ化基地局での、本発明による方法の別の有利な実装を示す。

この実施形態では、基地局ＢＳがセクタＡ、Ｂ、及びＣによって取り囲まれる。例示のために、各セクタ内で３人のユーザ、即ちセクタＡ内の角度位置の昇順にソートしたＭＳＡ１、ＭＳＡ２、ＭＳＡ３、セクタＢ内の角度位置の昇順にソートしたＭＳＢ１、ＭＳＢ２、ＭＳＢ３、セクタＣ内の角度位置の昇順にソートしたＭＳＣ１、ＭＳＣ２、ＭＳＣ３が利用可能である。

事前定義された数の副チャネル（ここでは４８）が通信のために利用可能であり、周波数再利用１ネットワークに到達するために、その副チャネルを３つのすべてのセクタで同時に使用することができる。

異なるセクタ内に位置するユーザと同数の副チャネルグループが定義されるので、ここでは話を簡単にするために３つのグループＳＣＧ１、ＳＣＧ２、ＳＣＧ３が定義される。ＳＣＧ１は１６個の第１副チャネル０から１５を含み、ＳＣＧ２は次の１６個の副チャネル１６から３１を含み、ＳＣＧ３は次の１６個の副チャネル３２から４７を含む。

セクタ内のユーザの角度位置及びこのセクタ内の他のユーザの角度位置に応じて、副チャネルがこのユーザに割り振られるが、基地局の隣接するセクタで使用される副チャネル順序にも従って割り振られる。

セクタＡでは、最低の角度位置のユーザＭＳＡ１に、ＳＣＧ１が割り振られる。次に低い角度位置のユーザＭＳＡ２に、ＳＣＧ２が割り振られる。最後に、最高の角度位置のユーザＭＳＡ３にＳＣＧ３が割り振られる。

セクタＢでは、ＭＳＢ１にＳＣＧ２が割り振られ、ＭＳＢ２にＳＣＧ３が割り振られ、ＭＳＢ３にＳＣＧ１が割り振られる。

セクタＣでは、ＭＳＣ１にＳＣＧ３が割り振られ、ＭＳＣ２にＳＣＧ１が割り振られ、ＭＳＣ３にＳＣＧ２が割り振られる。

この実施形態は、この方法が異なる隣接セルで同時に使用されるときにセル間干渉を低減するという利点を提示する。

本発明による方法をセル内の任意の数のセクタ、セル内の任意の数のユーザに適用できることを当業者は理解されよう。さらに、周波数副チャネルグループは、本発明の範囲から逸脱することなく、同一のサイズ又は異なるサイズとなり得る。

本発明の別の実施形態では、過度に多数のユーザがセクタ内の資源を要求している場合、同時にサービスすべきユーザのグループを定義することができる。好ましくは、あるグループに属するユーザの角度位置を、可能な限り互いに離れるように選択すべきである。異なるユーザグループが、異なる時間間隔にスケジューリングされる。

図３は、本発明による方法の異なるステップに関する流れ図を示す。

ステップ３１は、基地局に対する、セルのカバレッジ下のユーザの角度位置を求めるものである。このことは様々な方法によって行うことができる。

一解決策は、アップリンクアンテナアレイ処理を使用するものである。受信機アルゴリズムが実施され、ユーザにデータを送信するダウンリンクでビームステアリングを使用する伝送のために使用されるビームパターンと同一のビームパターンが生成される。好ましくは、アップリンクビームステアリングが、主ローブが現在考慮中のユーザに向く特性ビーム形状を生成する。この主ローブの方向が使用され、現在考慮中のユーザの角度位置が求められる。

最も未知の経路の一方向で１つの有意な最大値を有する典型的な主ローブを生成するそのようなビームステアリングアルゴリズムは「主成分」ビームフォーマとして知られているアルゴリズムでよい。角度位置を求めるために、ある条件では、例えばＭａｘｉｍｕｍ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ（ＭＲＣ）のようなアップリンク受信アルゴリズムを使用できることに留意されたい。ＭＲＣは、信号が到来する場所からすべての方向で異なる利得を有する異なるビームを生成することができる。角度方向を明瞭に識別することができるほどに、異なるビームのうちの１つが他のビームと比べて十分に強い場合にのみこれを利用することができる。

あるいは、他の手段により、ユーザから基地局へのＧＰＳ位置レポートとしてユーザの角度位置を求めることもでき、基地局自体は基地局の位置を認識しており、基地局に対するユーザの角度位置を容易に求めることができる。

他の周知の方法を適用することもできることを当業者は理解されよう。

ステップ３２は、ユーザの角度位置、及びセルのカバレッジ下の少なくとも１人の他のユーザの角度位置に応じて、ユーザに割り当てるべき少なくとも１つの周波数副チャネルを選択するものである。

ユーザに対する周波数副チャネルのマッピングを実施する容易な方法は、セル又はセルのセクタ内の基準に対するユーザの角度位置の昇順に、副チャネル割振りを要求するユーザを順序付けるものである。次いで、副チャネル周波数が、順序付けられたユーザのリストに、やはり周波数の昇順に割り振られる。

帯域幅に対するユーザの必要に応じて、各ユーザに１つ又はいくつかの周波数副チャネルを割り振ることができる。こうした必要は通常、スケジューリングアルゴリズムにより、接続要求段階でユーザによってネゴシエートされる帯域幅に応じて評価される。

ユーザに対する周波数副チャネルの他の任意のマッピングはこのマッピングが基地局に対するユーザの絶対角度位置ではなく、ユーザの互いに対する相対位置を考慮に入れる限りは本発明の範囲下にあることができる。

本発明の一実施形態では、基地局から見た、事前定義されたセクタ数にセルを分割することができる。各セクタでは、セクタ間干渉が低く保たれる条件下で、このセクタに属するユーザに周波数副チャネルのスペクトル全体を割り振ることができる。上述の方法は、セクタのうちの少なくとも２つ、又はセクタのそれぞれで適用することができる。

本発明の第１実施形態では、周波数副チャネルが各セクタで同じ順序で割り振られる。この方法は「角度ソーティング」とも呼ばれる。この方法により、低い角度のセクタのエリア内で使用される副チャネルが高い角度範囲で使用される副チャネルとは異なることが保証される。

３セクタ化基地局に適用されると、角度位置の昇順でのユーザへの副チャネルの割当ては同一である。セクタ数とユーザに割り振る副チャネルの順序付けとの間の関係が以下の表で与えられる（利用可能な副チャネルの合計数はＮである）。

ユーザが角度範囲にわたって均一に分布し、それぞれ同数の副チャネルを使用する場合、これにより、ユーザ数に対応するいくつかの副セクタを用いた固定副セクタ化と同じ性能が得られる。ユーザ当たりの副チャネル数が異なる場合、これにより、各フレームについて変化する可能性のある動的副セクタ化が得られる。全体的ＳＩＮＲについて、やはり利得が達成される。

本発明の別の実施形態では、基地局のセクタでの副チャネルの割当てについて、異なる明確な副チャネルの順序が使用される場合、別の干渉低減を達成することができる。この方法は「置換角度ソーティング」とも呼ばれる。セクタ内のこうした異なる順序は、追加の干渉を引き起こすことなく、システム内の各基地局地点について同一でよい。

副チャネルの好ましい順序付けは周波数副チャネル範囲をいくつかの範囲に分割するものであり、範囲の数は基地局の周囲のセクタ数に等しい。周波数副チャネルがセクタ内のユーザにユーザの角度位置に応じて割り振られる順序が、隣接するセクタ内で使用される少なくとも２つのグループの周波数副チャネルの順序の置換として得られる。

この実施形態では、上述の周波数副チャネル順序の置換のない実施形態と比べてセクタ境界での干渉が低減される。さらに、セクタの中央部分は周囲の基地局からの干渉によって受ける影響が少なく、それにより、スループット及びカバレッジがさらに向上する。

この一般的概念下にあり、３セクタ化基地局に適用される置換の特定の手順が以下のように記述される。
１．基地局に対するユーザの角度に従ってユーザがソートされる。
２．セクタ１では、ユーザに対する副チャネルの割当てが、周波数副チャネルの昇順である。
３．セクタ２及び３では、セクタ数に応じて、ユーザに対する副チャネルの割当てが置換される。セクタ数とユーザに割り振る副チャネルの順序付けとの関係が以下の表で与えられる（利用可能な副チャネルの合計数はＮである）。

本発明のさらに別の実施形態では、多数のユーザの場合には特に、こうしたユーザのサブセットだけが同時にスケジューリングされる。ユーザのサブセットが時間領域で分離される。単純な例では、フレーム長さ全体について１２人のユーザをスケジューリングする代わりに、ユーザを４人のユーザの３つのサブセットにグループ化することができ、次いで各サブセットがフレーム期間の１／３についてスケジューリングされる。

サブセットへのソートは以下の通りである。
− フレーム内でスケジューリングすべきユーザが基地局に対するユーザの角度に従ってソートされる（角度範囲、例えば１２０°セクタ内の３０°．．．１５０°）
− 基地局に対するユーザの角度の順序でユーザが番号付けられる（この例では、基地局に対する角度の昇順に、１から１２）
− 第１サブセットが、ユーザ番号１、４、７、１０を使用して構築される
− 第２サブセットが、ユーザ番号２、５、８、１１を使用して構築される
− 第３サブセットが、ユーザ番号３、６、９、１２を使用して構築される
− こうしたサブセットのそれぞれについて、上述の「角度ソーティング」又は「置換角度ソーティング」のどちらかが適用される。

この手順のために、サブセットを構築するユーザ間の角度分離が、１２人のすべてのユーザを同時にスケジューリングする場合と比べて向上する。

この手順は１２人のユーザに制限されない。一般には、同時にスケジューリングされるユーザ数Ｕ及びサブセット数Ｓと共に、パラメータとしてこの手順を定義することができる。ユーザの合計数がＭである場合、一般にはサブセットを以下のように構築することができる。

図４は本発明による無線資源割振りモジュールの一実装を示す。無線資源割振りモジュールは、セルに属する基地局に対する、前記セルのカバレッジ下のユーザの角度位置を求める手段４１、及び手段４１と接続された、前記基地局に対する前記ユーザの角度位置に応じて前記ユーザに割り当てるべき少なくとも１つの周波数副チャネルを選択する手段４２を備える。スタンドアロンではない場合、無線資源割振りモジュールはスケジューラ、又はフレームビルダ、又はネットワーク内の他の任意の適切なモジュールの一部でよい。

Claims (9)

1. 事前定義された期間にワイヤレス通信システムのエアインターフェース上の周波数副チャネルをユーザに割り振る方法であって、セルに属する基地局と、周波数副チャネル割振りを要求する前記セルのカバレッジ下のユーザとの間で通信するのに複数の周波数副チャネルが利用可能であり、
   セル内の基準に対する、前記セルのカバレッジ下のユーザの角度位置を求めるステップ、及び
   ユーザの角度位置、及び少なくとも１人の他のユーザの角度位置に応じて、ユーザに割り当てるべき少なくとも１つの周波数副チャネルを選択するステップ
   からなる方法。
2. 請求項１記載の方法であって、セルが、前記セルに属する基地局から見た、事前定義された数のセクタに細分され、複数の副チャネルが前記セルの少なくとも２つのセクタで同時に使用可能であり、前記方法が前記少なくとも２つのセクタで独立に適用される方法。
3. 請求項２記載の方法であって、前記周波数副チャネルがユーザの角度位置に応じて前記ユーザに割り振られる順序が前記少なくとも２つのセクタで同じである方法。
4. 請求項２記載の方法であって、前記周波数副チャネルがセクタ内のユーザの角度位置に応じて前記ユーザに割り振られる順序が、隣接するセクタで使用される少なくとも２つのグループの周波数副チャネルの順序の置換として得られる方法。
5. 請求項１記載の方法であって、前記セルのカバレッジ下の前記ユーザのサブセットが選択され、前記事前定義された期間の一部の間に前記ユーザのサブセットに前記方法が適用され、前記選択が前記ユーザの角度位置に応じて行われる方法。
6. 請求項５記載の方法であって、サブセット内のユーザが、事前定義されたしきい値よりも高い角度位置の差を有する方法。
7. 請求項１記載の方法であって、ユーザの前記角度位置が前記基地局での受信時にアップリンクアンテナアレイ処理アルゴリズムによって得られる方法。
8. 請求項１記載の方法であって、ＯＦＤＭ無線通信システムで使用される方法。
9. 事前定義された期間にエアインターフェース上の周波数副チャネルをユーザに割り振る、ワイヤレス通信システムで使用されるように適合された無線資源割振りモジュールであって、セルに属する基地局と、周波数副チャネル割振りを要求する前記セルのカバレッジ下のユーザとの間で通信するのに複数の周波数副チャネルが利用可能であり、
   セルに属する基地局に対する、前記セルのカバレッジ下のユーザの角度位置を求める手段、及び
   前記基地局に対する前記ユーザの角度位置に応じて、前記ユーザに割り当てるべき少なくとも１つの周波数副チャネルを選択する手段
   を備えた無線資源割振りモジュール。

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