JP2011527538A - 自己最適化リピータ - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、無線通信ネットワーク内で稼働するリピータの干渉及び電力消費を削減することである。本発明によれば、この目的は、セルごとに予め定められたキャリア通信リソースを用いる無線通信ネットワークで用いるための自己最適化リピータ(10)によって達成される。自己最適化リピータ(10)は、キャリア通信リソースから選択された通信リソースの第１のサブセットを増幅するように構成された増幅器(12)と、通信リソースの第１のサブセットのトラフィック負荷を監視するように構成された監視部(14)と、通信リソースの第１のサブセットを、監視されたトラフィック負荷の関数として調整するように構成された調整部(16)とを有する。自己最適化リピータの動作は完全に透過的であり、かつ自己最適化リピータを制御するための制御信号の伝送が不要である。

Description

本発明は無線通信ネットワークにおいて稼働する自己最適化リピータ、自己最適化リピータを用いる無線通信ネットワークの無線アクセスサブシステム、及び自己最適化リピータの動作させる方法に関する。

米国公開特許公報第2003/0236067 A1号には、デジタルチャネライザを有するリピータが開示されている。経時変化しない特定周波数で通信チャネルを再送信するため、受信器はその通信チャネルの特定の周波数を含む信号を受信することができる。アナログ−デジタル変換器は、受信した信号に相関付けられたデジタル信号を生成し、このデジタル信号は、フィルタ処理によって通信チャネルの特定周波数またはその周辺の周波数の成分を通過させるためにデジタルフィルタに通されてもよい。デジタル−アナログ変換器は、フィルタ処理されたデジタル信号に相関付けられたアナログ信号を生成してよく、またそのアナログ信号を送信してもよい。

さらに、米国公開特許公報第2007/0015462 A1号には、時分割多重(TDD)制御されるリピータが開示されている。TDDリピータは、フォワードリンク方向で通信がいつアクティブになるか、及びリバースリンク方向で通信がいつアクティブになるか、に関するスケジュールを解析するスケジュール要素を有する。なお、通信は時分割多重の対象となる。増幅器は、受信した通信をスケジュールの関数として増幅する。リピータは、フォワードリンク方向及びリバースリンク方向の１つ以上で受信した通信を増幅するように増幅器を設定する設定要素を有することができる。

図１は、無線通信ネットワークにおけるリピータの動作の基本原則を示す。

図１に示すように、電磁波信号を再増幅するため、無線通信ネットワークでは複数のリピータが広く用いられている。リピータは、特定チャネルの信号を受信し、増幅し、再送信する。増幅された信号は、より長い距離を伝播可能であるか、よりよい品質、すなわち、元の信号よりも良好な信号対雑音干渉比を提供する。リピータはまた、レイヤ１リレー又は、増幅転送リレーとしても知られる。

さらに、増幅された信号は、周波数変換(frequency translating)を通じて元の信号の周波数帯と異なる周波数帯で送信されてもよいし、元の信号と同じ周波数帯、いわゆる、同一周波数(on-frequency)で送信されてもよい。後者の場合、例えば個別のアンテナや自己干渉除去技術を用いたり、サーキュレータのような電子部品を用いたりして自己干渉を回避する必要がある。

図１に示すように、リピータは、ダウンリンクDL上でユーザに向かう、又はアップリンクUL上でユーザからくる、リピータのサポートを必要とする所望のキャリア信号を有するリソースを増幅する。

しかし、従来のリピータはチャネル周波数帯域の全体を常に増幅する。リソース（例えばTDMAタイムスロット、FDMAサブチャネル、又はOFDMAリソースブロック）が現在用いられていなくても、あるいはリソースがリピータのサポートを必要としなくても、リピータはリソースを増幅する。そのため、これらのリソースをリピータが増幅する場合には常に無駄にエネルギーを消費する。

図２は、無線通信ネットワークで稼働するリピータによって生成される、望ましくない干渉信号の生成を示している。

図２に示すように、リピータは所望の信号を有さないリソースも増幅する。それらリソース上の望ましくない信号は例えば以下のようなものである。
・リピータによって増幅される、隣接セルからの干渉。これはセル内の信号品質を低下させる。図２に示すように、これはULにおける実線部分で、DLにおける破線部分で発生する。
・リピータのサポートを必要としない、ユーザからのキャリア信号が増幅される。これら増幅された信号は、隣接セルへの干渉を引き起こす。図２に示すように、これはULにおける実線部分及びDLにおける破線部分で発生する。さらに、同一周波数(on-frequency)リピータに起因する処理遅延が許容範囲を超えると、増幅された信号は元の信号に干渉する。図２では、これをダウンリンクDL及びアップリンクULについて点線で示している。
・リピータの受信機ノイズが増幅され、セル内及び隣接セルに対する干渉を引き起こす。

さらに、従来のリピータでは、リピータの送信電力は増幅される信号に対して均等に割り当てられている。電力増幅器は、増幅された信号の電力スペクトル密度を制限する。

加えて、無線基地局が専用制御チャネルを介してリピータを制御するかもしれない。この制御チャネルは、リピータに対し、リソースの動作(turn on)、非動作(turn off)を通知しうる。しかし、制御チャネルは規格化される必要があり、また制御チャネルは無線リソースを消費する。さらに、制御チャネルは無線基地局を一層複雑にする。制御メッセージを復号する必要があるため、リピータはベースバンド処理能力を必要とするであろう。これはリピータも一層複雑にする。

米国公開特許公報第2003/0236067 A1号 米国公開特許公報第2007/0015462 A1号

以上の点に照らして、本発明の目的は改善されたリピータの提供にある。

本発明によれば、この目的は、セルごとに所定のキャリア通信リソースを用いる無線通信ネットワークで用いるための自己最適化リピータであって、前記キャリア通信リソースから選択された、通信リソースの第１のサブセットを増幅するように構成された増幅器と、前記通信リソースの第１のサブセットのトラフィック負荷を監視するように構成された監視手段と、前記通信リソースの第１のサブセットを、前記監視されたトラフィック負荷の関数として調整するように構成された調整手段とを有することを特徴とする自己最適化リピータによって達成される。

さらに、上述した本発明の目的は、セルごとに所定のキャリア通信リソースを用いる無線通信ネットワークで用いるための無線アクセスサブシステムであって、少なくとも１つの移動端末と無線通信するための通信リソースをスケジュールするように構成された無線基地局と、前記移動端末との無線通信をサポートするように構成された本発明に係る自己最適化リピータとを有することを特徴とする無線アクセスサブシステムによって達成される。

従って、本発明は、無線アクセスサブシステムを実現するための透過的手法に関する。自己最適化リピータは、無線基地局を通じた制御なしに自律的に動作する。無線基地局は、自己最適化リピータによってサポートされる通信リソースの改善された通信品質を監視し、それに従って通信リソースのスケジュールを開始(trigger)するだけでよい。

さらに、上述した本発明の目的は、セルごとに所定のキャリア通信リソースを用いる無線通信ネットワークにおける自己最適化リピータの動作方法であって、前記キャリア通信リソースから選択された、通信リソースの第１のサブセットを増幅するステップと、前記通信リソースの第１のサブセットのトラフィック負荷を監視するステップと、前記通信リソースの第１のサブセットを、前記監視されたトラフィック負荷の関数として調整するステップとを有することを特徴とする方法によって達成される。

無線通信ネットワークにおけるリピータの動作の基本原則を示す図。 無線通信ネットワークで稼働するリピータによって生成される、望ましくない干渉信号の生成を示す図。 本発明に係る自己最適化リピータの模式図。 図３に示した自己最適化リピータの動作のフローチャート。 図３に示した自己最適化リピータの動作の別のフローチャート。 本発明に係る自己最適化リピータによって増幅された、通信リソースの第１のサブセットの一例を示す図。 本発明に係る自己最適化リピータによって増幅された、通信リソースの第１のサブセットの動的な調整例を示す図。 周波数が隣接しており、時間が連続した、本発明に従って増幅された複数の通信リソースの一例を示す図。 本発明に係る自己最適化リピータによって処理される静的および動的通信リソースを用いたスペクトルマスクを示す図。 本発明に係る自己最適化リピータによって処理される、ロングタームエボリューションダウンリンク通信における静的および動的通信リソースを用いたスペクトルマスクを示す図。 本発明に係る、周波数分割多重FDDのための自己干渉除去を用いる自己最適同一周波数リピータの模式図。 本発明に係る自己最適化リピータのための時分割多重動作を示す図。 本発明に係る、専用の複数アンテナを用いる時分割多重TDDのための自己干渉除去を用いる自己最適同一周波数リピータの模式図。 本発明に係る、１つのアンテナを用いる時分割多重TDDのための自己干渉除去を用いる自己最適同一周波数リピータの模式図。

以下、本発明のベストモードかつ好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。
以下、本発明をその実施形態に関して説明する。本発明の様々な機能が説明されるが、それら機能はいずれも、ソフトウェア、ハードウェア及びその組み合わせの少なくとも１つによって実施されてよいことは明らかなはずである。

図３は、本発明に係る自己最適化リピータの模式図である。自己最適化リピータは、セルごとに予め定められたキャリア通信リソースを用いる無線通信ネットワークで用いるために提供される。

図３に示すように、自己最適化リピータ１０は増幅器１２、監視部１４及び調整部１６を有する。自己最適化リピータは、さらに、必要に応じて設定部１８を有してもよい。

図４は、図３に示した自己最適化リピータの動作のフローチャートである。

図４に示すように、増幅器１２は、キャリア通信リソースから選択された、通信リソースの第１のサブセットを増幅するためにステップＳ１０を実行する。

所定の周波数リソース、例えばOFDMAにおけるサブキャリアやFDMAにおけるサブチャネルに送信電力を集中することにより、電力スペクトル密度を増加させることができる。また、これにより、自己最適化リピータにおける、あまり能力が高くなく、あまり高価でない増幅器の利用が可能となったり、信号品質及び到達範囲を向上させることが可能となったりする。

ステップＳ１０は、例えば制御信号の伝達に用いられる、通信リソースの第２のサブセットを、連続的に増幅するような方法で実行されてもよい。ここで、連続的に増幅される通信リソースの第２のサブセットは、通信リソースの第１のサブセットと異なる。

図４に示すように、監視部１４は、通信リソースの第１のサブセット上のトラフィック負荷を監視するためにステップＳ１２を実行する。

ステップＳ１２は、増幅器１２の総入力または総出力を測定したり、通信リソースの第１のサブセットにおける通信リソースごとの受信又は送信電力を測定したりすることによって実行されてよい。

ここで、増幅器１２の総入力又は総出力について検討する場合、全ての通信リソースがアイドルのときは、ノイズと干渉以外は増幅されないので、電力消費は低下するであろう。そのため、将来的には増幅すべき通信リソースを少なくすべきである。全ての通信リソースがキャリア信号で占有されている場合、増幅器１２の電力消費は増加する。そのため、将来的に増幅すべき通信リソースを多くすべきである。

あるいは、通信リソースごとの受信電力が測定される場合、ステップＳ１２の実行には受信信号のエネルギースペクトル密度の算出が必要となる。これは暗に処理が複雑であることを示すが、測定はより正確である。

つまり、自己最適化リピータ１０の増幅器１２によって増幅される通信リソースの利用を監視するためのステップＳ１２の実行には、様々な方法を用いることができる。概要を述べたように、これらの方法は、増幅される通信リソースの数を拡張／縮小するために、高／低負荷状況を検出する。

図４に示すように、調整部１６は、通信リソースの第１のサブセットを、監視されたトラフィック負荷の関数として調整するためにステップＳ１４を実行する。

ステップＳ１４は、高トラフィック負荷を監視した際に通信リソースの第１のサブセットを拡大させ、低トラフィック負荷を監視した際に通信リソースの第１のサブセットを縮小させるように実行されてよい。

ステップＳ１４は、通信リソースの第１のサブセット内の通信リソースの隣接性を維持するように実行されることが好ましい。

さらに、ステップＳ１４は、高トラフィック負荷を監視した際に通信リソースの第１のサブセットの増幅率を増加させ、低トラフィック負荷を監視した際に通信リソースの第１のサブセットの増幅率を減少させるように実行されてよい。ここで、増幅率の変更は、上述した通信リソースの拡大又は縮小と組み合わせられてもよい。

さらに、ステップＳ１４は、基地局で通信リソースのスケジュールに用いられるスケジュールタイムスケールよりも大きな動作タイムスケールに従って実行されてよい。

上述の通り、本発明の根底にある基本的な概念は、自己最適化リピータ１０が、所定の周波数チャネル及び所定のタイムスロットからなるリソースを、透過的な方法で自律的にオン・オフすることである。この調整により、自己最適化リピータ１０は、変動するトラフィック要求に適応することが可能になる。リソースの所定のセットは、移動端末と無線基地局との間のリピータパスを探索することができるよう常にオンされる。増幅されるリソースの増減は、FDD、TDD、OFDMA、FDMA、TDMAのようなアクセス規格と、周波数及び／又は時間依存スケジュールのようなスケジュール原理に最適化された方法で実行される。

さらに本発明は、無線基地局が有する、チャネル状態を考慮したスケジューラ(channel aware scheduler)がタイムスロット及び周波数の少なくとも一方にリソースを動的に割り当てる、いかなる無線通信ネットワークにも適用可能である。これは例えば、時分割多元アクセスTDMA、周波数分割多元アクセスFDMA、直交周波数多元アクセスOFMDAのような様々な多元アクセス手法、動的周波数選択、又はゴグニティブ無線を用いることによって実現可能である。例えば、3GPPロングタームエボリューションLTEは、自己最適化リピータのための候補システムの１つである。ロングタームエボリューションLTEは、時間及び周波数領域を利用することが可能な、チャネル状態を考慮したスケジュール方法を提供する。LTEのOFDMA及びSC-FDMA送信手法に従い、リソースは時間及び周波数において動的に割り当てられることができる。

さらに、本発明による手法は、完全に透過的であることに留意されたい。自己最適化リピータ１０を制御するための制御チャネルは不要である。すなわち、自己最適化リピータ１０は、無線通信ネットワーク内の容量を自律的に最適化する。従って、ベースとなる標準技術を変更する必要が無く、複数の無線システムとともに動作することが可能である。さらに、レガシー端末も完全なサポートを享受できる。

また、ここで提案する自己最適化リピータ１０は、自身が要因となる干渉を削減することにも留意されたい。これは、より高いシステム容量や、より広範囲なサービス提供範囲の提供に直結する。

本発明の実施形態によれば、増幅器１２は通信リソースの第２のサブセットを継続的に増幅するように構成され、継続的に増幅される通信リソースの第２のサブセットは通信リソースの第１のサブセットとは異なる。通信リソースの第２のサブセットは、例えば制御信号の伝送に用いられてよい。一般に、通信リソース内で容易に判別できるよう、制御信号の伝送には固定の通信リソースが割り当てられる。

この実施形態の利点は、無線通信ネットワークの動作に特定の関連性を有する制御信号の送信が、常に適切にサポートされることである。

本発明の別の実施形態によれば、監視部１４が、増幅器１２の総入力または総出力を測定したり、通信リソースの第１のサブセットにおける通信リソースごとの受信又は送信電力を測定したりすることによって、トラフィック負荷を監視するように構成される。

この実施形態の利点は、トラフィック負荷の正確かつ効率的な監視を可能とすることである。

本発明の別の実施形態によれば、調整部１６は、高トラフィック負荷を監視した際には通信リソースの第１のサブセットを拡大させ、低トラフィック負荷を監視した際には通信リソースの第１のサブセットを縮小させるように構成される。

本発明のこの実施形態によれば、自己最適化リピータ１０の電力消費を削減することができる。その理由は、自己最適化リピータ１０が現在使用されていないリソースを増幅しないからである。あるいは、所与の電力消費において、リソースあたりの電力密度をより高めることが可能である。

さらに、上述した利点は、トラフィック要求が変動したり、ユーザ数が動的に変化するような難しい環境においても維持できる。自己最適化リピータ１０は、その振る舞いを動的に調整する。

本発明の別の実施形態によれば、調整部１６は、通信リソースの第１のサブセット内の通信リソースの隣接性を維持しながら、通信リソースの第１のサブセットを拡大または縮小するように構成される。

本発明のこの実施形態の利点は、自己最適化リピータ１０の構築が容易になるように、自己最適化リピータ１０が、常に継続する通信リソースをサポートすることである。

本発明の別の実施形態によれば、調整部１６は、高トラフィック負荷を監視した際には通信リソースの第１のサブセットの増幅率を増加させ、低トラフィック負荷を監視した際には通信リソースの第１のサブセットの増幅率を減少させるように構成される。

本発明のこの実施形態の利点は、電力消費のさらなる最小化である。

本発明の別の実施形態によれば、調整部１６は、通信リソースのスケジュールに用いられるスケジュールタイムスケールよりも大きな動作タイムスケールに従って動作するように構成される。

本発明のこの実施形態の利点は、自己最適化リピータ１０における通信リソース割り当てと一致した通信リソースのスケジュールを基地局が実現するための十分な時間が常に存在することである。

本発明の別の実施形態によれば、調整部１６は、通信リソースの第１のサブセットを拡大する前に、通信リソースの使用状況を評価するように構成される。

本発明のこの実施形態の利点は、自己最適化リピータ１０内の過負荷状況(overload constellations)が常に回避されるであろうことと、通信リソースの拡大が、自己最適化リピータ１０の最大容量で停止することである。

本発明の別の実施形態によれば、調整部１６は、通信リソースの第１のサブセットを、ダウンリンクとアップリンクとで同様に調整するように構成される。

本発明のこの実施形態は、アップリンク上およびダウンリンク上で、自己最適化リピータ１０によってサポートされる通信リソース間の整合性をサポートする。

本発明の別の実施形態によれば、自己最適化リピータ１０は、自己最適化リピータ１０の配置時に無作為な設定または通信リソースごとの干渉レベルに従って予め行われた設定に従って、最初の、又は最大の通信リソースの第１のサブセットを設定するように構成された設定部１８を有する。

図５は、図３に示した自己最適化リピータの動作のための、修正を加えたフローチャートである。図４と同一のステップには同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

図５に示すように、図３に示す設定部１８は、ステップＳ１０からＳ１４の実行に先立ち、自己最適化リピータの配置時に無作為な設定または通信リソースごとの干渉レベルに従って予め行われた設定に従って、最初の、又は最大の通信リソースの第１のサブセットを設定するためにステップＳ１８を実行する。

本発明によれば、無線通信ネットワークの１つのセルに、いくつかの自己最適化リピータ１０が配置されてもよいことに留意されたい。いくつかの自己最適化リピータ１０の増幅される通信リソースが時間および周波数の少なくとも一方で重複する場合、望ましくない信号が増幅されるおそれがあり、それは不要なエネルギー消費及び干渉の原因となる。そのため、自己最適化リピータ１０は重複しない通信リソースを選択することができる。しかしながら、例えば、基地局と移動端末との間で複数パス伝送をサポートするために、２つの自己最適化リピータが同一の通信リソースを増幅することが望ましい場合もあるかもしれない。

配置の際の、自己最適化リピータ１０の各々の設定部１８を通じた事前設定により、さらなる利点が実現されるかもしれない。あらゆる自己最適化リピータ１０が、チャネル内で利用可能な通信リソースの、明確な部分(well defined portion)に割り当てられる。自己最適化リピータ１０は、増幅される通信リソースの数を自分が調整しても、自身が増幅する通信リソースの全てが、割り当てられた部分に位置するようにする。例えば空間分割多元アクセスSDMAを用いるなどにより空間再利用を利用する無線通信ネットワークにおいて、重複する通信リソースは有益なことがあることに留意されたい。その点を考慮して自己最適化リピータ１０を設定すべきである。

さらに、増幅される通信リソースの組が、設定部１８によって無作為に選択されてもよい。この方法は通信リソースの重複を回避しない。しかし、いかなる設定も必要としない。

さらに、通信リソースごとの実干渉レベルに基づく通信リソース割り当てのような他の方法も可能である。しかし、この方法は、通信リソースごとの干渉を測定するために、測定およびより高度な信号処理を必要とする。

図５に示すように、調整部１６は、過負荷状態を回避できるよう、通信リソースの第１のサブセットを拡大する前に、通信リソースの使用状況を評価するためにステップＳ２０を実行する。

ここで、増幅される通信リソースが全て使用される場合に、増幅される通信リソースの数を拡大するためのアルゴリズムは、増幅されていない通信リソースの利用も考慮する必要がある。特に、通常全ての通信リソースが割り当てられている過負荷状況では、リピータのサポートが望ましくなくても、増幅される通信リソースが割り当てられることがある。そのような場合、調整部１６は増幅されるリソースの数を拡大すべきでない。

図３〜図５に関して既に行った説明に加え、通信リソースの第１のサブセットを調整するためのステップＳ１４は一般に、ダウンリンクとアップリンクとで同様に実行されてよいことに留意されたい。

本発明の一般的な原理を図３〜図５に関して説明してきたが、以下では、図６〜図１４に関して本発明のより詳細な態様を説明する。

図６は、図３に示す自己最適化リピータ１０の増幅器により、ステップＳ１０において増幅される通信リソースの第１のサブセットの例を示す。より詳細には、図６は、チャネル状態を考慮したスケジュール処理の実行を通じた、増幅される通信リソースの引き続く選択における制限を示している。

上述したように、自己最適化リピータ１０は、セルごとに予め定められたキャリア通信リソースを用いる無線通信ネットワークの無線アクセスサブシステムの一部を形成する。無線アクセスサブシステムは、自身のサービス提供範囲内で稼働する少なくとも１つの移動端末との無線通信に用いるための無線リソースをスケジュールするように構成された無線基地局を有する。

あるいは、通信リソースのスケジュールは、基地局と通信する移動端末においても実行されてよい。以下では、基地局での通信リソースのスケジュールに関する説明を行うが、これら説明が移動端末でのスケジュールの実行についてもカバーすることをを理解されたい。

さらに、自己最適化リピータ１０は、少なくとも基地局のサービス提供範囲のサブエリア内における無線通信をサポートするか、あるいは、基地局のサービス提供範囲を拡張してもよい。上述の通り、自己最適化リピータ１０の動作は無線基地局の動作とは自律的に行われる。

一般に、自己最適化リピータは、無線基地局のサービス提供範囲の一部のみをサポートし、無線通信ネットワークのセル内部の移動端末のサブセットのみのサポートのみを必要とする。従って、自己最適化リピータ１０の増幅器１２は、無線基地局が受け持つセル内で利用可能な通信リソースの第１のサブセットのみを増幅すれば足りる。

図６に示すように、過多な望ましくない通信リソースを増幅しないよう、自己最適化リピータ１０の増幅器１２はチャネルの利用可能な全リソースのサブセットのみを増幅する。所与のチャネルにおいて利用可能な他の全ての通信リソースは自己最適化リピータ１０によってサポートされない。

図６に示すように、通信リソースは所定の周波数及び時間境界の少なくとも１つによって規定されてよく、境界は利用可能なチャネルの境界に等しいか、より制限的である。TDMAシステムでは１つのリソースは１つのタイムスロットであり、FDMAでは１つのサブチャネルであり、OFDMAシステムでは１つのリソースは１つ以上のサブキャリア及び１つ以上のOFDMシンボル期間から構成される。

一方、基地局においては、収集されたチャネル状態情報に基づいて、スケジュールプロセスが、所定の移動端末へ向かうチャネルまたは所定の移動端末からのチャネルが、自己最適化リピータ１０の動作を通じて所定の通信リソース上で改善されることを認識するであろう。従って、無線基地局における、チャネル状態を考慮したスケジューラは、それら通信リソースを特定の移動端末に割り当てるであろう。改善されるチャネルを見たり報告しない移動端末について、スケジュールプロセスはそれらの特定の通信リソースを割り当てないであろう。

従って、自己最適化リピータ１０の動作から恩恵をうける移動端末は、自己最適化リピータ１０の増幅器１２によって増幅される通信リソース上でサービスの提供を受けるであろう。自己最適化リピータ１０の動作から恩恵を受けない移動端末または自己最適化リピータ１０の操作によって悪影響をうける移動端末は、増幅される通信リソースを敬遠するであろう。

結果として、自己最適化リピータ１０は、無線基地局内の、時間及び／又は周波数選択的スケジューラを利用する。上述の通り、無線通信ネットワークにおいて、チャネル状態を考慮したスケジュールが移動端末でも行われてよく、この場合自己最適化リピータ１０は移動端末内の時間及び／又は周波数選択的スケジューラを利用する。

さらに、スケジュールプロセスは、チャネルが所定の通信リソース上で改善された理由の情報は用いず、単に改善を見るだけである。さらに、自己最適化リピータ１０は無線基地局と移動端末の両方に対して透過的である。

さらに、本発明はマルチアンテナ送信に対しても透過的であることに留意されたい。無線通信ネットワーク内の全ノード、すなわち無線基地局、自己最適化リピータ１０、又は移動端末は、マルチアンテナを備えうる。シングルアンテナ送信と同様、チャネル状態を考慮したスケジュールプロセスは、最適な通信リソースをマルチアンテナに割り当てるであろう。

ここでは、自己最適化リピータ１０の動作又はもともとの良好な伝播状況により、チャネルがそれら通信リソースに好ましいかどうかは問題にならない。例えば、ビーム形成技術を用いて、特定の移動端末に対して最適な固定もしくは適合ビームが選択されるであろう。一部の移動端末について、通信パスは、ビームが移動端末ではなく自己最適化リピータ１０に向かうことができるように、自己最適化リピータ１０を通ってもよい。他の移動端末については、ビームが移動端末に最適化されるよう、通信パスは直接移動端末へ向かうであろう。

さらに、ダイバーシチ符号化技術は、一部の通信リソース上での伝送が自己最適化リピータによって増幅され、それ以外は増幅されないことから、ダイバーシチも有効活用できる。それら通信リソース上で得られるチャネルは相関関係がないため、時間及び／又は周波数においてダイバーシチゲインが得られる。

図７は、本発明に係る自己最適化リピータ１０によって増幅される通信リソースの第１のサブセットの動的な調整例を示す図である。このような動的な調整は、図３に示す調整部１６による、図４に示した調整ステップＳ１４を実行を通じて実現される。

一般に、トラフィック及び特に無線通信システムにおけるデータトラフィックは、変動が大きくまたバースト的である。トラフィックは、個々のユーザの要求、サポートされるユーザ数、又は制御エンティティの接続許可制御や優先度付けといった要因で変動する。そのため、自己最適化リピータ１０のサポートを必要とするトラフィックの変動に応じて変化する。

図７に示すように、変動するトラフィック要求に適応するために、自己最適化リピータ１０は増幅する通信リソースブロックの数を動的に調整する。自己最適化リピータ１０の監視部１４は、自己最適化リピータ１０が増幅した通信リソースの使用量を継続的に監視する。

図７に示すように、増幅した通信リソースブロックの大半が使用されている限り、自己最適化リピータ１０の調整部１６は増幅する通信リソースの数を拡大させる。逆に、増幅された通信リソースのごく一部だけが使用されていれば、自己最適化リピータ１０の調整部１６は増幅する通信リソースの数を削減する。

さらに、増幅する通信リソースの数を自己最適化リピータ１０の調整部１６が調整すると、基地局又は少なくとも１つの移動端末で実行される、チャネル状態を考慮したスケジュールプロセスが、より多くの、あるいはより少ない通信リソース上でチャネルが良好であるように見えることを認識するであろう。スケジュールプロセスはそれに応じて将来の通信リソース許可を割り当てるであろう。ここでも、自己最適化リピータ１０は時間及び／又は周波数選択的スケジューラを利用する。

自己最適化リピータによる動的な調整のタイムスケールは、チャネル状態を考慮したスケジュールプロセスのタイムスケールよりも大きくすべきであることに留意されたい。そうしないと、スケジュールプロセスが増幅されたリソースを検出したり割り当てたりすることができなくなるかもしれない。

図８は、周波数が隣接しており、時間が連続した、本発明に従って増幅された複数の通信リソースの一例を示す図である。このような動的な調整は、このような動的な調整は、図３に示す調整部１６による、図４に示した調整ステップＳ１４を実行を通じて実現される。

図８に示すように、本発明の一実施形態の自己最適化リピータ１０は隣接する複数のサブキャリアを増幅する。その理由は、増幅されたスペクトル帯のサイズを調整する調整可能なバンドパスフィルタが、帯域外放出を削減する一層の急勾配を可能にするからである。そうでなければ、周波数領域に散らばった個々の通信リソースを、十分な精度で増幅することが難しいであろう。

一般に、増幅された通信リソースの境界は、無線通信ネットワークが提供するリソース割り当ての最小粒状性と合致すべきである。

例えば、3GPP-LTEにおいて、スケジュール可能な最小の通信リソースは１つのリソースブロックである。これを考慮すれば、増幅された通信リソースの境界は通信リソースブロックの境界と合致すべきである。これを実現するには、周波数の粗い同期が必要となるであろう。また、チャネル境界も合致させられるべきである。

別の例として、現在のFDMA又はOFDMAシステムにおいて、スケジュールプロセスは周波数のみを選択可能である。時間に依存するチャネルの振る舞いは、スケジュールプロセスを頻繁に行うことにより利用される。従って、例えばチャネル推定、チャネルフィードバック、スケジュール決定および実伝送のためのスケジュールタイムスケールは、チャネルコヒーレンス時間よりも小さいのが通常である。さらに、チャネルフィードバックは周波数領域についてのみ与えられる。すなわち、各サブチャネルがそのチャネル状態を報告する。チャネルの時間変動は、連続するサブチャネルをまとめることによってのみ監視可能である。その結果、自己最適化リピータ１０の増幅器１２によって増幅される通信リソースは、時間的に連続すべきである。

さらに、自己最適化リピータ１０は、スケジューラにおける周波数及び時間選択的なチャネル知見に依存する。良好なチャネル知見が得られるほど、チャネルに依存するリソース割り当て及び自己最適化リピータ１０によるサポートもまた良好になる。従って、チャネル知見を取得するきめ細かい仕組みが必要である。アップリンクULに関して、無線基地局は、現在端末に割り当てられている通信リソースに関するチャネル知見を暗に収集する。チャネルの全通信リソースについてチャネル知見を収集するため、LTE無線基地局はアップリンクULチャネルサウンディング信号を要求することができる。ダウンリンクDLに関して、チャネル知見は移動端末で入手可能である。LTE移動端末は、物理アップリンク制御チャネルPUCCHにおいて、限られた数のチャネル品質指標COIを報告することができる。しかし、物理アップリンク共有チャネルPUSCH上でより詳細なCQI報告を要求することが有益であるかもしれない。

図８に示すように、通信リソースの数を調整する際、自己最適化リピータ１０はできれば通信リソースの隣接性、例えば、周波数において隣接し、かつ時間において連続する通信リソース、を維持する。図８に示す例において、自己最適化リピータ１０は増幅される通信リソースの数を拡大又は縮小するために、下側の境界を調整する。

図９は、本発明に係る自己最適化リピータ１０によって処理される静的および動的通信リソースを用いたスペクトルマスクを示す図である。

上述の通り、自己最適化リピータ１０の動作は、周波数及び時間選択的リソース割り当てに依存する。それは、周波数領域および時間領域のいずれにおいても自己最適化リピータサポートを保証するものではない。

図９に示すように、送信、特には制御チャネルは、固定されたリソース割り当てを有する。自己最適化リピータ１０の誤った振る舞いを回避するため、周波数及び時間選択的割り当てを用いる通信リソース、例えばデータチャネルだけについて自己最適化リピータを適用するという第１の選択肢がある。制御チャネルについては、移動端末制御が自己最適化リピータ１０に依存せずに基地局によって直接提供される一方、データ送信は自己最適化リピータ１０によって増強されてもよい。

２つめの選択肢として、アクセスタイプ及び規格に応じて、動作に必須な制御信号が特定の通信リソース上で常に送信され、従って一定の方法で自己最適化リピータ１０によって増幅されてもよい。つまり、制御信号用の特定の通信リソースの割り当ては、例えばデータチャネルの状態には依存しない。一定であり、かつ稼働前に自己最適化リピータ１０に事前設定されてよい。これは、元の基地局サービス提供範囲を拡げることを可能にする。

図９に示すように、LTEにおけるアップリンクUL制御信号は、チャネル内で利用可能な最高及び最低のリソースブロック上で常に送信される。そのような状況下で、自己最適化リピータ１０は通信リソースのこの選択されたセットを常に増幅するであろう。

LTEに関して図９に示すように、全体のチャネル帯域幅の一部だけが自己最適化リピータ１０に割り当てられている。増幅される通信リソースは隣接しており、割り当てられたサブセット内に配置される。それとは別に、必要な通信リソース、例えば制御信号は、一定な方法で増幅される 図９において、これら固定されたリソースは、チャネル帯域幅(LTE UL)の上下の境界に配置されている。

図１０は、本発明に係る自己最適化リピータによって処理される、ロングタームエボリューションLTEダウンリンク通信における静的および動的通信リソースを用いたスペクトルマスクを示す図である。

図１０に示すように、ロングタームエボリューションLTEダウンリンク通信L1/L2制御信号伝送において、同期および同報チャネルは固定通信リソース上に割り当てられる。図１０はロングタームエボリューションLTEダウンリンク通信において固定的にまた動的に増幅される通信リソースを示している。

図１１は、本発明に係る、周波数分割多重FDDのための自己干渉除去を用いる自己最適同一周波数リピータの模式図である。

図１１に示すように、FDDベースの無線通信システムにおいて、上述した自己最適化リピータシステムをダウンリンクDL及びアップリンクULの少なくとも一方で個別に適用可能である。図１１は、FDD用の自己最適化同一周波数リピータの模式的な設計図を示す。

図１１に示すように、デュプレックスフィルタはDL信号とUL信号を分離し、それぞれ対応するブランチへ供給する。可変バンドパスフィルタBPF1及びBPF2は自己最適化リピータ１０のスペクトルマスクを適用する。ここで、ダウンリンクDL及びアップリンクULブランチは、個々に最適化されたスペクトルマスクを適用する。

図１１に示すように、低雑音増幅器LNA及び電力増幅器PAが信号を増幅する。この例では、自己干渉除去SICのための機器が存在する。自己最適化リピータ１０の両側で複数のアンテナが用いられてもよい。

図１２は、本発明に係る自己最適化リピータのための時分割多重動作を示す図である。

図１２に示すように、TDDベースの無線通信ネットワークにおいて、チャネルはダウンリンクDL及びアップリンクUL専用のサブフレームに分割される。そのため、TDDでは、増幅されるDL通信リソースはダウンリンクDLサブフレームに配置され、増幅されるアップリンクUL通信リソースはアップリンクULサブフレームに配置される。自己最適化リピータ１０は、交互に現れるダウンリンクDLサブフレームとアップリンクULサブフレームに同期する。なお、可変ダウンリンク-アップリンク切換点を用いる無線通信ネットワークにおいても、ダウンリンクアップリンク同期が維持されなければならない。

図１２に示すように、一般に、ダウンリンクDLとアップリンクULとのチャネル相互関係は、TDDシステムにおいて前提かつ利用されている。そのため、増幅される通信リソースはダウンリンクDLとアップリンクULとで等しくなるべきである。そうしないと、チャネルの相互関係が崩れるであろう。

ここで、自己最適化リピータ１０は、ダウンリンクDL及びアップリンクULチャネルの相互関係を維持するため、ダウンリンクDLとアップリンクULとで同時に通信リソースの数を調整する。無線基地局が通信リソースを割り当てる無線通信ネットワークでは、アップリンクULチャネル推定がその後のDL（及びUL)リソース割り当ての基礎となるので、開始点はアップリンクULであるべきである。図１２はTDDチャネルを示している。ダウンリンクDL及びアップリンクUL通信リソースは交互に増幅される。通信リソースの拡大はアップリンクULで始まる。

図１３は、本発明に係る、複数の専用アンテナを用いる時分割多重TDDのための、自己干渉除去を用いる自己最適同一周波数リピータの模式図である。

図１３に示すように、TDD用の自己最適化同一周波数リピータ１０は、無線基地局に向いた１つのアンテナと、複数の移動端末に向いた１つのアンテナである複数の専用アンテナを用いる。自己最適化リピータ１０は、転換時間にダウンリンクDLとアップリンクULとを切り替える。可変バンドパスフィルタBPFは、自己最適化リピータ１０のスペクトルマスクを適用する。スペクトルマスクはダウンリンクDLとアップリンクULとで同じなので、必要なのは１つのブランチだけである。低ノイズ増幅器LNA及び電力増幅器PAが信号を増幅する。図１１に示したFDDの場合と同様、自己干渉除去SICのための機器が存在する。

図１４は、本発明に係る、１つのアンテナを用いる時分割多重TDDのための自己干渉除去を用いる自己最適同一周波数リピータの模式図である。

図１４に示すように、TDD用の自己最適化同一周波数リピータ１０は、１つのアンテナを用いる。サーキュレータが送信Tx信号及び受信Rx信号を分離する。その後、受信Rx信号は増幅され、最適化されたスペクトルマスクが適用される。送信Tx信号と受信Rx信号のセパレーションを改善するため、自己干渉除去が行われる。アンテナが１つの場合、同期は不要である。自己最適化リピータ１０は、ダウンリンクDLサブフレームとアップリンクULサブフレームのどちらが存在するかとは無関係に、自身の通信リソースを継続的に増幅する。ダウンリンクアップリンク相互関係は自動的に維持される。送信Tx電力と受信Rx電力との大幅な差異により、受信Rx信号と送信Tx信号との分離には、高能率自己干渉除去SIC及びサーキュレータデバイスが必要となるかもしれない。

上述の内容とは別に、本発明によれば、自己最適化リピータのプロセッサが実行すると本発明に係る方法を実行するためのソフトウェアコードを有する、自己最適化リピータの内部メモリに直接読み込み可能なコンピュータプログラムもまた提供される。

従って、コンピュータ又はプロセッサシステム上で本発明の方法手順を実施可能とすることもまた本発明の目的である。結局、そのような実施は、コンピュータシステム、又はより具体的には自己最適化リピータ１０が有するプロセッサで用いるためのコンピュータプログラムを提供することになる。

本発明の機能を規定するこのプログラムは、様々な形態でコンピュータ／プロセッサに供給することができる。形態の非限定的な例には、書き込み不能な記憶媒体、例えばプロセッサ又はコンピュータI/O接続機器によって読み取り可能なROMやCD-ROMディスクのような読み出し専用メモリデバイスに恒久的に保存された情報、フレキシブルディスク及びハードディスクのような書き込み可能な記憶媒体に保存された情報、又はモデムや他のインタフェース機器を介してネットワーク及び電話網の少なくとも一方のような通信媒体を通じてコンピュータ／プロセッサに搬送される情報が含まれる。

本発明の考え方を実施する、プロセッサが読み取り可能な命令を搬送する場合には、そのような媒体が本発明の実施形態を表すことを理解すべきである。

Claims (15)

1. セルごとに予め定められたキャリア通信リソースを用いる無線通信ネットワークで用いるための自己最適化リピータ(10)であって、
   キャリア通信リソースから選択された、通信リソースの第１のサブセットを増幅するように構成された増幅器(12)と、
   前記通信リソースの第１のサブセット上のトラフィック負荷を監視するように構成された監視手段(14)と、
   前記通信リソースの第１のサブセットを、前記監視されたトラフィック負荷の関数として調整する調整手段(16)と、を有することを特徴とする自己最適化リピータ。
2. 前記増幅器(12)が、通信リソースの第２のサブセットを継続的に増幅するように構成され、前記継続的に増幅される通信リソースの第２のサブセットが前記通信リソースの第１のサブセットとは異なることを特徴とする請求項１記載の自己最適化リピータ。
3. 前記監視手段(14)が、前記増幅器(12)の総入力または総出力を測定するか、前記通信リソースの第１のサブセットにおける通信リソースごとの受信又は送信電力を測定することによって、前記トラフィック負荷を監視するように構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の自己最適化リピータ。
4. 前記調整手段(16)が、高トラフィック負荷を監視した際には前記通信リソースの第１のサブセットを拡大させ、低トラフィック負荷を監視した際には前記通信リソースの第１のサブセットを縮小させるように構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の自己最適化リピータ。
5. 前記調整手段(16)が、前記通信リソースの第１のサブセット内の通信リソースの隣接性を維持しながら、前記通信リソースの第１のサブセットを拡大又は縮小するように構成されることを特徴とする請求項４記載の自己最適化リピータ。
6. 前記調整手段(16)が、高トラフィック負荷を監視した際には前記通信リソースの第１のサブセットの増幅率を増加させ、低トラフィック負荷を監視した際には前記通信リソースの第１のサブセットの増加率を減少させるように構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の自己最適化リピータ。
7. 前記調整手段(16)が、通信リソースのスケジュールに用いられるスケジュールタイムスケールよりも大きな動作タイムスケールに従って動作するように構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の自己最適化リピータ。
8. 前記調整手段(16)が、過負荷状況を回避できるように、前記通信リソースの第１のサブセットの拡大に先立って通信リソースの使用状況を評価するように構成されることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の自己最適化リピータ。
9. 前記調整手段(16)が、前記通信リソースの第１のサブセットを、ダウンリンクとアップリンクとで同様に調整するように構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の自己最適化リピータ。
10. さらに、前記自己最適化リピータの配置時に、無作為な設定もしくは通信リソースごとの干渉レベルに従って予め行われた設定に従って、最初の、又は最大の前記通信リソースの第１のサブセットを設定するように構成された設定手段(18)を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の自己最適化リピータ。
11. セルごとに予め定められたキャリア通信リソースを用いる無線通信ネットワークで用いるための無線アクセスサブシステムであって、
    少なくとも１つの移動端末と無線通信するための通信リソースをスケジュールするように構成された無線基地局と、
    前記移動端末との無線通信をサポートするように構成された、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の自己最適化リピータ(10)と、を有することを特徴とする無線アクセスサブシステム。
12. セルごとに予め定められたキャリア通信リソースを用いる無線通信ネットワーク内の自己最適化リピータを動作させる方法であって、
    前記キャリア通信リソースから選択された、通信リソースの第１のサブセットを増幅するステップ(S10)と、
    前記通信リソースの第１のサブセット上のトラフィック負荷を監視するステップ(S12)と、
    前記通信リソースの第１のサブセットを、前記監視されたトラフィック負荷の関数として調整するステップ(S14)と、を有することを特徴とする方法。
13. 前記増幅するステップ(S10)が、通信リソースの第２のサブセットに関して継続的に実行され、前記継続的に増幅される通信リソースの第２のサブセットが前記通信リソースの第１のサブセットとは異なることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記調整するステップ(S14)が、高トラフィック負荷を監視した際には前記通信リソースの第１のサブセットを拡大させ、低トラフィック負荷を監視した際には前記通信リソースの第１のサブセットを縮小させるために実行されることを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の方法。
15. 前記調整するステップ(S14)が、高トラフィック負荷を監視した際には前記通信リソースの第１のサブセットの増幅率を増加させ、低トラフィック負荷を監視した際には前記通信リソースの第１のサブセットの増加率を減少させるために実行されることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の方法。

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