JP2011530862A - 基地局の同時資源割当ておよびクラスタ化の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの移動ユニットにワイヤレス接続性を提供する第１の複数の基地局を含むワイヤレス通信システム内の第１の機能エンティティにおいて実装するための方法を提供する。本方法の一実施形態は、第１の機能エンティティで、第１の複数の基地局と移動ユニットとの間の複数のワイヤレス通信チャネルに関連づけられたチャネル状態情報を受信することを含む。第１の複数の基地局からの第２の複数の基地局の選択が、チャネル状態情報を用いて、第２の複数の基地局への資源割当てと同時に実施される。第１の機能エンティティは次いで、選択された第２の複数の基地局および割り当てられた資源を示す情報を、選択された第２の複数の基地局に伝達する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｌｌ Ｃｌｕｓｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ」という名称の、２００８年６月１７日に出願した米国特許出願第１２／１４０，５３７号に関連する。

本発明は概して、通信システムに関し、より詳細には、ワイヤレス通信システムに関する。

ワイヤレス通信システム内の基地局は、基地局に関連づけられた地理的エリア、すなわちセル内のユーザにワイヤレス接続性を提供する。いくつかのケースでは、セルは、選択された開き角を定めるセクタ（たとえば、３つの１２０°セクタまたは６つの６０°セクタ）であって、異なるアンテナによってサービス提供されるセクタに分割され得る。基地局とユーザそれぞれとの間のワイヤレス通信リンクは通常、基地局から移動ユニットに情報を送信する１つまたは複数のダウンリンク（ＤＬ）（または順方向）チャネルおよび移動ユニットから基地局に情報を送信する１つまたは複数のアップリンク（ＵＬ）（または逆方向）チャネルを含む。アップリンクおよび／またはダウンリンク・チャネルは、トラフィック・チャネル、信号チャネル、ブロードキャスト・チャネル、一斉呼出しチャネル、パイロット・チャネルなどを含む。こうしたチャネルは、時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）、ならびにこうした技法の組合せを含む様々なプロトコルに従って定義され得る。各セルの地理的範囲は、時間とともに変化する場合があり、基地局、アクセス・ポイント、および／または移動ユニットによって、ならびに環境条件、物理的障害物などによって使われる送信電力によって決定され得る。

対応するエアインタフェースによってサポートされるチャネルのプロパティに基づいて、基地局に移動ユニットが割り振られる。たとえば、従来のセルラー・システムでは、アップリンクおよび／またはダウンリンク信号強度などの基準に基づいて、各移動ユニットがセルに割り振られる。移動ユニットは次いで、そのサービング・セルと、適切なアップリンクおよび／またはダウンリンク・チャネルを介して通信する。移動ユニットとサービング・セルとの間で伝送される信号は、他の移動ユニットおよび／または他のセルの間の通信と干渉する場合がある。たとえば、移動ユニットおよび／または基地局は、同じ時間／周波数資源を使う他のすべてのサイトに対するセル間干渉を生じる。ワイヤレス通信資源に対する要求が増した結果、サービス・プロバイダは、ユニバーサルな資源再利用を実装するようになり、そうすることによって、セル間干渉の可能性が増した。実際、モデム・システムの性能は、セル間干渉によって主に制限され、セル間干渉は、基底にある熱雑音にも影響する。

セル間干渉は、いくつかのやり方で、たとえば周波数計画、ソフト・ハンドオフ、またはビーム形成複数アンテナにより低減することができる。たとえば、基地局、および任意選択で、ユーザ端末が複数のアンテナを含むときは、多重入出力（ＭＩＭＯ）技法を利用することができる。たとえば、複数のアンテナを含む基地局が、同じ周波数帯上で、複数の独立した別々の信号を、セル／セクタ内の同一ユーザまたは複数ユーザに一斉に送信する場合がある。ＭＩＭＯ技法は、ワイヤレス通信システムのスペクトル効率を、基地局で利用可能なアンテナの数に大体比例して増すことが可能である。

従来のワイヤレス通信システムでは、様々な干渉除去技法を用いてセル間干渉の影響を減少させることを試みているが、代替手法では、セル間「干渉」は、有益な情報を含む信号によって実際には引き起こされると認識している。たとえば、アップリンクでは、あるセル・サイトでのセル間干渉は、他のセル・サイトに向けられた信号の重畳に過ぎず、すなわち、セル間干渉は、間違った場所で収集された移動ユニット信号で形成される。こうした信号は、正しく分類し経路指定することができた場合、干渉するのをやめるはずであり、信号が運ぶ情報の検出において有用になるはずである。困難ではあるが、全く異なるサイトで受信される情報を合成することは、セル・サイトが共通の強力な基幹ネットワークに接続されているので、理論的には可能である。このことは、ワイヤレス・セル・サイトのネットワークが、大規模な分散型多重アクセス・チャネルを形成することができ、すべてのユーザが、セル・サイトすべてによりサービス提供され得ると認識することと同等である。この意欲的手法では、ワイヤライン・ネットワーク内で利用可能な帯域幅を活用して、セル間干渉を克服し、ワイヤレス・ボトルネックを緩和する。たとえば、異なる基地局にあるアンテナから１つまたは複数の移動端末への重畳信号波形の一斉送信を、その結果生じる相互干渉が抑制されるように可能にすることによってエアインタフェース性能を強化するために、基地局間ＭＩＭＯ（ＩＢＳ−ＭＩＭＯ）と呼ばれる新しい種類のマルチアンテナ技法が提案されている。

ダウンリンクでは、ＩＢＳ−ＭＩＭＯ技法により、異なる基地局が協調し、そうすることによって基地局のアンテナから１つまたは複数の移動ユニットに重畳信号波形を、その結果生じる相互干渉が抑制され、複数の基地局からの信号が各移動ユニットでコヒーレントに合成され得るように一斉に（協調して）送信する。このプロセスでは、ある特定の移動ユニットに向けられた信号は、異なる基地局から送信することができる。無線アクセス・ネットワークは、基地局の送信がコヒーレントに合成され得るように、基地局を協調させるための制御シグナリングおよび／またはデータ・プレーン交換を提供する。たとえば、各ユーザの信号は、複数の基地局アンテナ（可能性としては空間的に分散される）から一斉に送信することができる。信号は、重みづけされ、前処理され、そうすることによって、異なる基地局からの重畳信号のコヒーレント合成によってセル間干渉が軽減され、または完全に排除される。システム内のＢ個すべての基地局のＭ個のアンテナの間の完全協調の仮定の下では、システムの挙動は、Ｂ＊Ｍ個の分散型アンテナをもつＭＵ−ＭＩＭＯ（多ユーザ多入力多出力）システムと同じである。システムは通常、同じサイト内のアンテナのクラスタが総電力制約を被り、異なるクラスタに属すアンテナの間で電力が共有されないように、ハイブリッドなクラスタ単位電力制約を利用する。

利用可能なバックホール帯域幅に対する制約を含む多数の制約により、現実のシステムにおいて完全なネットワーク協調を実装することが困難または不可能になる場合がある。たとえば、完全なネットワーク協調を実装することにより、シグナリングおよびデータ送信用に要求されるバックホール・オーバーヘッドが、従来の非協調送信用に使われるバックホール帯域幅に比較して数段も増す場合がある。たとえば、Ｂ＝１０個の基地局とスター型ネットワーク・トポロジとの間の完全協調を仮定すると、バックホールにおけるデータ・トラフィックの量は、ほぼ１０倍増す。この追加バックホール帯域幅が、システムに収まり得る場合でも、システム設計者は、これを、ネットワーク内の基地局の完全協調によって実現される性能向上を達成するのに受け入れられない程大きなコストと見なし得る。

バックホール帯域幅および／またはオーバーヘッドは、協調をシステム内部の基地局および／またはセルのサブセットに制限することによって削減することができる。協調をシステム内のセルのサブセットのみに制限するために、様々な手法が検討されている。アップリンクおよびダウンリンク送信を協調させる一手法では、たとえば直交符号、時間間隔、周波数などの直交資源を使う異なるグループにユーザを分ける。同じグループに属すユーザに対してのみ、同時検出が用いられ得る。この技法では、弱いユーザ（すなわち、セル端部の所のユーザ）が１つにグループ化され、基地局協調は、弱いユーザから始まって、バックホールに対する所定の制約が達成されるまで実現される。ユーザは、数秒間など、比較的長期間に亘って平均されたチャネル状態情報を用いてグループに割り振られる。したがって、この技法では、アップリンクおよび／またはダウンリンク・チャネルのダイナミクスは検討しない。

１つの代替的基地局選択アルゴリズムでは、アップリンク送信のための等速度要件を満足するのに使われる電力を最小限にするように、基地局を選択する。電力割当て、受信（線形）ビーム形成およびクラスタ割振りは、選択された基地局に対して同時に実現される。等速度要件により、各ユーザに最小データ伝送速度またはサービス品質レベルが提供される。この要件は通常、音声サービスなど、回路ベースの送信用に使われる。ただし、この基地局選択アルゴリズムは、動的であり時間可変なチャネル条件を反映する情報を組み込まない。たとえば、アルゴリズムは、変化するチャネル条件に基づいて資源をスケジュールすることも割り当てることもない。したがって、この作業の主な限界は、変化するチャネル条件に関して多様性が欠如していることである。

別の代替的な動的クラスタ化技法では、アップリンク送信用の総和速度を最大限にするように基地局を選択する。この技法では、各基地局は、ユーザを選ぶ／スケジュールするための別個のスケジューラを実装し、次いで、中心エンティティが、スケジュールされたユーザに関連づけられた基地局のクラスタを形成する。たとえば、各タイム・スロットごとに、ラウンド・ロビン・スケジューリングを用いて１セルあたり１人のユーザが選択される。そのタイム・スロットで、選択された特定のユーザに対して、アルゴリズムは、同時合成を用いてユーザにサービス提供するための最良の基地局を選ぶ。

米国特許出願第１２／１４０，５３７号

開示する主題は、上に記載した問題のうち１つまたは複数の問題の影響に対処することを対象とする。開示する主題の一部の態様を基本的に理解してもらうために、開示する主題の簡略化した要約を以下に提示する。本要約は、開示する主題の包括的概要ではない。本要約は、開示する主題の主たる、または重大な要素を同定することも、開示する主題の範囲を定めることも意図していない。本要約の唯一の目的は、後で論じるより詳細な説明の前置きとして、いくつかの概念を、簡略化した形で提示することである。

一実施形態では、少なくとも１つの移動ユニットにワイヤレス接続性を提供する第１の複数の基地局を含むワイヤレス通信システム内の第１の機能エンティティにおいて実装するための方法が提供される。本方法の一実施形態は、第１の機能エンティティで、第１の複数の基地局と移動ユニットとの間の複数のワイヤレス通信チャネルに関連づけられたチャネル状態情報を受信することを含む。第１の複数の基地局からの第２の複数の基地局の選択が、チャネル状態情報を用いて、第２の複数の基地局への資源割当てと同時に実施される。第１の機能エンティティは次いで、選択された第２の複数の基地局および割り当てられた資源を示す情報を、選択された第２の複数の基地局に伝達する。

別の実施形態では、少なくとも１つの移動ユニットにワイヤレス接続性を提供する第１の複数の基地局を含むワイヤレス通信システム内の第１の基地局において実装するための方法が提供される。この方法は、ワイヤレス通信システム内の第１の機能エンティティに、第１の基地局と移動ユニットとの間の少なくとも１つのワイヤレス通信チャネルに関連づけられたチャネル状態情報を送信することを含み得る。この方法は、第１の機能エンティティから、第１の基地局が第２の複数の基地局の１つであることを示す情報を受信することも含む。第２の複数の基地局の選択は、チャネル状態情報を用いて、第２の複数の基地局への資源の割当てと同時に実施される。

以下の説明を添付の図面と併せて参照することによって、開示する主題を理解することができよう。図面では、同じ参照番号は同じ要素を識別する。

ワイヤレス通信システムの第１の例示的実施形態を概念的に示す図である。 図２Ａ及び２Ｂは、ワイヤレス通信システムの第２の例示的実施形態を概念的に示す図である。 同時に基地局を選択し、資源を割り当てる方法の第１および第２の例示的実施形態を概念的に示す図である。 同時に基地局を選択し、資源を割り当てる方法の第１および第２の例示的実施形態を概念的に示す図である。 図４Ａ乃至Ｃは、所定の協調クラスタのセットの例示的な一実施形態を概念的に示す図である。 セル単位の平均速度が非協調化および協調化アルゴリズム用の選択値未満である、シミュレートされた確率を示す図である。 非協調化および協調化アルゴリズム用のユーザ識別子を関数とするユーザごとのシミュレートされた平均速度を示す図である。

開示する主題は、様々な修正形態および代替的形が可能であるが、本発明の具体的実施形態を、例として図面に示してあり、本明細書において詳しく説明する。ただし、具体的実施形態の本明細書における説明は、開示する主題を、開示した特定の形に限定することを意図しているのではなく、反対に、その意図は、添付の請求項の範囲内であるあらゆる修正形態、等価物、および代替形態を対象とすることであることを理解されたい。

例示的実施形態を、以下に記載する。分かりやすくするために、実際の実装形態のあらゆる特徴が本明細書に記載されるわけではない。当然ながら、このような実際のどの実施形態の開発においても、開発者固有の目標を達成するために、実装形態ごとに変わるであろうシステム関連およびビジネス関連制約の遵守など、実装形態固有の多数の決断が行われるべきであることが理解されよう。さらに、このような開発作業は複雑であり時間がかかる可能性もあるが、それにもかかわらず、本開示の利益を受ける当業者にとっては規定の作業であろうことが理解されよう。

次に、添付の図面を参照して、開示する主題を説明する。様々な構造、システムおよび装置を、説明目的のためにのみ、かつ当業者に公知である細部で本発明を不明瞭にすることのないように、図面には概略的に示してある。それにもかかわらず、添付の図面は、開示する主題の具体例を記述し説明するために含まれている。本明細書において使われる言葉およびフレーズは、当業者による言葉およびフレーズの理解と一致した意味をもつように理解され解釈されるべきである。用語またはフレーズの特殊な定義、すなわち、当業者によって理解される通常の一般的意味とは異なる定義は、本明細書における用語またはフレーズの一貫使用によって含意されることを意図していない。用語またはフレーズが特殊な意味、すなわち、当業者によって理解される以外の意味をもつことを意図している限りにおいて、このような特殊定義は、その用語またはフレーズに対する特殊定義を直接的および明快に与える定義方式で、本明細書において明白に説明される。

図１は、ワイヤレス通信システム１００の第１の例示的実施形態を概念的に示す。図示する実施形態では、ワイヤレス通信システム１００は、ＵＭＴＳ地上無線アクセス（ＵＴＲＡ）技術など、ユニバーサル移動遠隔通信システム（ＵＭＴＳ）技術のために定義された標準および／またはプロトコルに従って動作する。本明細書に記載する実施形態例の原理は、ＵＭＴＳ発展型ＵＴＲＡ技術、標準および技法に基づくワイヤレス通信システムに特によく適し、このコンテキスト例において記載され得るが、本明細書に示し記載する実施形態例は、例示に過ぎないことを意味しており、限定的であることは全く意図していない。実施形態例は、８０２．１６ｅ、８０２．１６ｍ、ＷｉＭａｘ（登録商標、以下同）、およびＥＶ−ＤＯ改訂Ｃ版など、他の無線ネットワークおよび／または開発中の第４世代（４Ｇ）ワイヤレス通信システムにも適用可能である。したがって、他のワイヤレス通信システムに適用するための様々な修正が、当業者には明らかであり、本明細書における教示によって企図される。

ワイヤレス通信システム１００は、複数の基地局１０５（１〜４）を含む。区別用索引（１〜４）は、個々の基地局１０５（１）または基地局１０５（１〜２）のサブセットを指示するのに使われ得る。ただし、こうした索引は、基地局１０５をまとめて参照する際は省かれる場合がある。この取決めは、図面に示され、数字および１つまたは複数の区別用索引を使って参照される他の要素にも適用され得る。基地局１０５は、ワイヤレス接続性を提供するように構成され、ワイヤレス接続性は、エアインタフェースを介した信号の送信、エアインタフェースを介した信号の受信、およびエアインタフェースを介した通信に関連した測定の実施を含む。送信、受信および測定技法は、当該分野において公知であり、分かりやすくするために、本発明に関係する技法の態様のみを、本明細書において論じる。本発明は、任意の特定の数の基地局１０５を含むワイヤレス通信システム１００に限定されないことを、本開示の利益を受ける当業者は理解されたい。さらに、ワイヤレス通信システム１００の代替実施形態は、アクセス・ポイント、基地局ルータ、ノードＢなどを含むが、それに限定されない、ワイヤレス接続性を提供する他の機能エンティティを含み得ることが、本開示の利益を受ける当業者には理解されよう。

１つまたは複数の移動ユニット１１０が、基地局１０５のうち１つまたは複数の基地局への１つまたは複数のワイヤレス通信リンク（またはレッグ）を確立することによって、ワイヤレス通信システム１００にアクセスし得る。ワイヤレス通信リンクを確立し、維持し、それを介して通信し、かつ／または解体する技法は、当該分野において公知であり、明らかにするために、本発明に関係する技法の態様のみを、本明細書において論じる。ワイヤレス通信システム１００は、任意の特定の数の移動ユニット１１０に限定されないことを、本開示の利益を受ける当業者は理解されたい。移動ユニット１１０は、移動局、加入者局、加入者端末、ユーザ機器などとも呼ばれ得ることも、本開示の利益を受ける当業者は理解されたい。

ワイヤレス通信システム１００は、アップリンク（逆方向リンク）および／またはダウンリンク（順方向リンク）伝送のためのＩＢＳ−ＭＩＭＯ技法を実装する。ダウンリンクにおいてＩＢＳ−ＭＩＭＯ技法を実装する実施形態では、基地局１０５の選択されたグループ（またはクラスタ）の動作は協調されるので、協調クラスタ内の基地局１０５は、そのアンテナから１つまたは複数の移動ユニット１１０に重畳信号波形を一斉に送信するが、送信は、その結果生じる相互干渉が抑制され、複数の基地局１０５からの信号が、各移動ユニット１１０の所でコヒーレントに合成され得るように行われる。アップリンクにおいてＩＢＳ−ＭＩＭＯ技法を実装する実施形態では、協調クラスタ内の基地局１０５によって受信される信号は、復調／復号プロセスにおいて相互干渉が抑制されるように共有され、コヒーレントに合成され得る。

協調クラスタは、任意の数の基地局１０５を含んでよく、特定の任意のクラスタ内の基地局１０５は、時間とともに変わり得る。各移動ユニット１１０は、異なる協調クラスタに関連づけられ得る。あるいは、移動ユニット１１０のグループは、選択された協調クラスタに関連づけられ得る。本明細書で使用する、「関連づけられる」という用語は、移動ユニット１１０（またはそのグループ）と、協調クラスタ内の基地局１０５とのペアリングを含意する。ただし、移動ユニット１１０および基地局（１つまたは複数）１０５は、協調クラスタに関連づけられるべき情報を能動的に伝達している必要はない。たとえば、ワイヤレス通信システム１００およびアイドルな移動ユニット１１０は、アイドル移動ユニット１１０用の協調クラスタを示す情報を格納することができ、そうすることによって、移動ユニット１１０とワイヤレス通信システム１００との間の伝送に利用可能な情報があるとすぐに通信が開始され得る。一実施形態では、移動ユニット１１０は、アップリンクおよびダウンリンク伝送両方のために同じ協調クラスタに関連づけられる。ただし、代替実施形態では、移動ユニット１１０は、ダウンリンク伝送用とは異なる協調クラスタ内のアップリンク伝送用に、ある協調クラスタに関連づけられ得る。

同時に協調クラスタを形成し、協調クラスタに関連づけられた移動ユニット１１０を選択し、協調クラスタ内の基地局１０５と、関連づけられた移動ユニット１１０との間の通信に使われる資源を割り当てるのに、共通資源アロケータ（ＣＲＡ）１２０が使われる。たとえば、共通資源アロケータ１２０は、基地局１０５（１〜２）を含む協調クラスタを形成し、次いで、移動ユニット１１０（１〜２）をこの協調クラスタに関連づけることができる。一実施形態では、共通資源アロケータ１２０は、無線ネットワーク・コントローラなど、中心的な場所で実装される。ただし、代替実施形態では、共通資源アロケータ１２０の機能性は、ワイヤレス通信システム１００内の相異なる場所に分散されてよい。さらに、ワイヤレス通信システム１００は、複数の共通資源アロケータ１２０を含み得る。各共通資源アロケータ１２０は、異なる基地局セット１０５の協調動作を担い得る。

共通資源アロケータ１２０は、基地局１０５によって提供されるチャネル状態情報を用いて、通信資源を同時にスケジュールし割り当てる。一実施形態では、基地局１０５は、基地局１０５と移動ユニット１１０との間のワイヤレス通信リンクのアップリンクおよび／またはダウンリンク・チャネルに対するチャネル条件の様々な測定を（たとえば、パイロット信号、ビット・エラー・レートなどを用いて）実施する。基地局１０５は次いで、こうした測定の結果を共通資源アロケータ１２０に報告すればよく、アロケータ１２０は次いで、基地局１０５すべてから収集された測定値を用いて、同時スケジューリングおよび割当てプロセスを実施する。一実施形態では、基地局１０５は、同時スケジューリングおよび割当てプロセスで使用するためのスケジューリング要件も共通資源アロケータ１２０に与え得る。例示的なスケジューリング要件は、移動ユニット１１０に関連づけられた待ち時間要件および／または移動ユニット１１０に送信されるべきデータに関連づけられたバッファ占有を含み得るが、それに限定されない。

共通資源アロケータ１２０が、各移動ユニット１１０用の協調クラスタおよびこうした移動ユニット１１０との通信用の割当て資源を定義すると、共通資源アロケータ１２０は、この情報を基地局１０５に提供する。一実施形態では、資源割当ては、送信時刻および／または送信時間間隔、ビーム形成係数、ならびに電力割当てを含むので、この情報は、基地局１０５を含む協調クラスタに関連づけられた移動ユニット１１０と通信するよう、基地局１０５に命令する情報とともに基地局１０５に伝えられ得る。共通資源アロケータ１２０によって伝達される情報は、協調クラスタ内の他の基地局１０５のリストも含み得るので、各基地局１０５は、その協調クラスタ内の他の基地局１０５とデータを共有することができる。共通資源アロケータ１２０によって判定される協調クラスタ内の基地局１０５のみにデータ共有を制限することによって、データ共有によるシグナリングが大幅に削減される。たとえば、低ドップラー条件の下では、データ共有をサポートするのに使われるシグナリングは、完全なネットワーク協調をサポートするシステム内のバックホール・トラフィックの９０％に関わる。

図２Ａ、２Ｂは、ワイヤレス通信システム２００の第２の例示的実施形態を概念的に示す。第２の例示的実施形態では、移動ユニット２０５が、セル２１０（１〜２）を含む協調クラスタに最初に割り振られる。ただし、移動ユニット２０５は、図２Ｂにボールド体で示す異なる場所にローミングすることができる。ローミング移動ユニット２０５は次いで、セル２１０（２〜３）を含む異なる協調クラスタに割り振られ得る。移動ユニット２０５のローミングを調節するために、協調クラスタおよび関連づけられた移動ユニット２０５が実質的に連続してアップデートされ、かつ／または選択された間隔でアップデートされ得るように、同時スケジューリングおよび資源割当てが繰り返し実施され得る。

図３Ａ、３Ｂは、同時に基地局を選択し、資源を割り当てる方法３００の第１および第２の例示的実施形態を概念的に示す。方法３００の実施形態は、図１に示す共通資源アロケータ１２０などの機能エンティティにおいて実装され得る。方法３００は、繰り返し実施することができ、実質的に連続して、選択された間隔で、またはチャネル状態情報から導出された１つもしくは複数のパラメータの変更など、他の何らかの基準を満足したことに応答して反復することができる。したがって、各基地局は、割当てエンティティにチャネル推定値（たとえば、ＳＩＮＲ、信号フェーズ、信号振幅、長期、高速フェージング、共分散、ユーザ位置）を、実質的に連続して、またはビーム形成係数の算出など、資源割当てのスケジューリングおよび実施に使われる異なるアルゴリズムに依存して、他の間隔で送ることができる。

方法３００は、ワイヤレス・エアインタフェースのモデルを用いて、同時に協調クラスタを形成し、こうしたクラスタをユーザに関連づけ、協調クラスタ内の基地局に資源を割り当てる。例示する実施形態では、モデルは、Ｎをシステム内の基地局の数、Ｍを各基地局にあるアンテナの数、Ｂを各クラスタの最大規模、Ｋをネットワーク内のユーザの数、Ｌを各ユーザの所の受信アンテナの数、α_１、．．．、α_Ｋを異なるユーザに関連づけられたサービス品質の重みと定義する。

第ｎの基地局および第ｋのユーザからのチャネルは、Ｌ×Ｍ行列Ｈ_ｋ ^（ｎ）によって表わされる。第ｎのベースの第ｍのアンテナと第ｋのユーザとの間のチャネル係数は、

とモデル化され、上式で、Γ_ｋｍ ^（ｎ）は高速フェージング係数であり、βはパス損失定数であり、ｄ_ｋ ^（ｎ）は第ｎの基地局と第ｋのユーザとの間のｋｍで表わされる距離であり、αはパス損失指数であり、γ_ｋ ^（ｎ）はシャドーイング項（shadowing term）をモデル化する。ベクトルｗ_ｋ ^（ｎ）は、第ｎの基地局内の第ｋのユーザ用に使われるＭ×ｌプリコーディング・ベクトルを示す。変数Ｃ＝｛Ｃ_１，・・・Ｃ_Ｎｃ｝は、所与のクラスタ化のための基地局クラスタのセットであり、ここでＮ_Ｃ＝｜Ｃ｜であり、Ｕ_ｌ、ｌ＝１，．．．，Ｎ_Ｃは、第ｌのクラスタ内の送信に割り当てられるユーザのセットである。モデルは、ＵをＵ＝｛Ｕ_１，・・・Ｕ_Ｎｃ｝とも定義する。

第ｌのクラスタに属す第ｋのユーザによって受信される信号は、

と書くことができ、上式で、第１の項は有用信号を表し、第２の項は同じクラスタ内のユーザに送られる信号に起因する干渉を表し、第３の項は他のクラスタから生じる信号に起因する干渉を表し、最終項は熱雑音を表す。ベクトルｖ_ｋ ^Ｈは、ｌ×Ｌ受信合成器を示す。合成状態の後の信号は、

と書くことができる。（Ｃ，Ｕ）の関数としての第ｋのユーザのＳＩＮＲは、

によって与えられ、上式で、Ｐ_ｋは、第ｋのユーザに割り当てられる電力を表す。代替実施形態では、ベクトルｗ_ｋ ^（ｎ）は、ゼロフォーシング手法、ＭＭＳＥベースの手法を用いることによって、または部分的チャネル状態情報を求めるだけのプリコーディング技法を用いることによって算出することができる。

図３Ａに示す方法３００の第１の例示的実施形態では、１以上のユーザおよび基地局に関連づけられた１つまたは複数のスケジューリング要件３０５（利用可能な場合）およびチャネル状態情報３１０が、割当てエンティティに与えられる。割当てエンティティは次いで、（３１５で）同時に１人以上のユーザを選択し、選択されたユーザに関連づけられた基地局からなる１つまたは複数の協調クラスタを作成し、クラスタ化基地局から、選択されたユーザに送信用電力を割り当て、ビーム形成係数を算出する。こうした同時動作は、ユーザによって与えられるチャネル状態情報および（利用可能な場合）スケジューリング要件に基づいて（３１５で）実施される。ただし、割当てエンティティは、チャネル状態情報および／またはスケジューリング要件を用いて他の動作も実施し得ることを、本開示の利益を受ける当業者は理解されたい。割当てエンティティは次いで、クラスタ化、各クラスタに関連づけられたユーザ・リスト、電力割当て、およびビーム形成係数を示す情報を（３２０で）基地局に送信することができる。

図３Ｂに示す方法３００の第２の例示的実施形態では、割当てエンティティは、いくつかの候補クラスタに対して反復し、同時にユーザを選択し、選択されたユーザに資源を割り当て、次いで、総和速度基準などの基準に基づいて候補クラスタの１つを選択する。たとえば、スケジューリング要件３０５およびチャネル状態情報３１０が、基地局の候補クラスタ化を（３２５で）選択するのに最初に使われる。たとえば、候補クラスタ化は、動的に、協調クラスタに対するどのような固定または所定のパターンもなしで（３２５で）選択することができる。この例では、貪欲アルゴリズムを使ってよく、この場合、各ステップで、スループットが最大限にされるように、および／またはクラスタの最大規模に達するまで、新しい基地局がクラスタに追加される。あるいは、方法３００は、スケジューリングおよび割当て用の所定の候補協調クラスタのリストから候補クラスタを（３２５で）選択することができる。所定の候補協調クラスタ・セットを使うことにより、同時スケジューリングおよび割当て問題の複雑さを低減することができる。たとえば、

が可能協調クラスタのセットを表わす場合、探索の計算の複雑さは、セット

の濃度を正しく設定することによって低減することができる。

割当てエンティティは次いで、（３３０で）同時に１人以上のユーザを選択された候補協調クラスタに関連づけ、送信用電力を割り当て、ビーム形成係数を算出する。こうした同時動作は、ユーザによって与えられるチャネル状態情報および（利用可能な場合）スケジューリング要件に基づいて（３３０で）実施される。それ以上のクラスタが評価に利用可能な場合（３３５で判定される）、割当てエンティティは継続し、次いで、別の候補クラスタを（３２５で）選択し、同時ユーザ選択および資源割当てを（３３０で）実施する。

クラスタがすべて評価されると、割当てエンティティは、候補クラスタならびに関連づけられたユーザおよび割り当てられた資源の１つを（３４０で）選択する。一実施形態では、割当てエンティティは、最大可能総和速度および／または重みづけされた総和速度を達成するようにクラスタを（３４０で）選択する。たとえば、方法３００は、候補クラスタ化／ユーザ設定、利用可能チャネル状態情報、および（任意選択で）スケジューラ要件に応じてビーム形成係数および電力割当てを算出することによって、所与のクラスタ化／ユーザ設定用に取得される総和速度を評価することができる。割当てエンティティは次いで、クラスタ化、各クラスタに関連づけられたユーザ・リスト、電力割当て、およびビーム形成係数を示す情報を基地局に（３２０で）送信することができる。

図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、所定の協調クラスタのセットの例示的な一実施形態を概念的に示す。図示する実施形態において、図面は、こうした図面に示す７つのセル４００をグループ化するのに使うことができる３セットの候補協調クラスタを示す。各候補協調用クラスタ内の基地局は、太字の輪で示される。たとえば、図４Ａは、第１のクラスタがセル４００（１〜２）を含み、第２のクラスタがセル４００（６〜７）を含み、第３のクラスタがセル４００（３〜４）を含み、第４のクラスタがセル４００（５）を含む、協調クラスタの第１の候補セットを示す。別の例として、図４Ｂは、第１のクラスタがセル４００（２〜３）を含み、第２のクラスタがセル４００（５〜６）を含み、第３のクラスタがセル４００（４、７）を含み、第４のクラスタがセル４００（１）を含む、協調クラスタの第１の候補セットを示す。さらに別の例として、図４Ｃは、第１のクラスタがセル４００（１、６）を含み、第２のクラスタがセル４００（３、７）を含み、第３のクラスタがセル４００（４〜５）を含み、第４のクラスタがセル４００（２）を含む、協調クラスタの第１の候補セットを示す。

記号Δで表される協調クラスタの固定候補セットの仮定の下では、同時にアクティブ・ユーザをスケジュールし、クラスタ化を選択し、所与のクラスタにユーザを割り当てる問題は、

と書くことができる。

を算出するために、所与の実施形態では、ゼロフォーシング・プリコーディング戦略を用いる場合もある。たとえば、第ｌのクラスタについて検討する。基地局側でのアンテナの数が１（Ｍ＝１）に等しいと仮定すると、第ｌのクラスタに対する等価チャネル行列は、以下のように定義することができる。

ゼロフォーシング・プリコーディング戦略の下では、ｗ_ｋ ^（ｎ）は、

のように算出され、ＳＩＮＲ（１）は、

のように書き換えることができる。記載したＺＦ手法は、基地局での複数のアンテナ（Ｍ＞１）および各受信機での複数のアンテナのケースに拡張することができる。他の実施形態は、ビーム形成係数を算出するための計算の複雑さを低下させるために、貪欲ユーザ選択原理を用いることができる。

一実施形態では、方法３００は、最良の長期チャネル値（すなわち、パス損失＋シャドーイング）を保証する基地局に各ユーザが関連づけられ得る初期ステップも含み得る。別の代替実施形態では、方法３００の反復は、クラスタに属す基地局に関連づけられたユーザのセット中のアクティブ・ユーザのセットを選ぶことを含む。さらに、方法３００は、重複クラスタのケースおよび非重複クラスタのケース両方に適用することができる。たとえば、所定の候補協調クラスタ・セットは、１つまたは複数のクラスタの間で共有される１つまたは複数の基地局を含む場合がある。

図５は、セル単位の平均速度が非協調化および協調化アルゴリズム向けの選択値未満である、シミュレートされた確率を示す。水平軸は、セル単位での平均速度を示し、垂直軸は、このセル単位での平均速度がシミュレーションにおいて達成される確率を示す。図５に示す確率は、ワイヤレス通信システムが７つの単一アンテナ基地局を含むと仮定し、ラップアラウンドも仮定するシステム・シミュレータを使って計算される。ラップアラウンドは、中心クラスタの端部での協働の効果を考慮に入れるために設計される。したがって、シミュレートされた各ユーザは、同じ数の干渉基地局による影響を受け、各基地局は、同じ数の近隣基地局と協力する可能性がある。各単一アンテナ・ユーザは、各セル内部で均一な確率だけ低下させられる。比例公平性スケジューラによって公平性が保証される。ＳＮＲは、セル頂点での基準ＳＮＲと定義される。ＺＦプリコーダを使用した。シミュレーション結果は、１セルあたり２０人のユーザがおり、１５ｄＢの基準ＳＮＲ、４に等しい最大クラスタ規模、パス損失指数＝５、シャドーイングなし、比例公平係数＝０．０１と仮定している。

図５に示す４つの曲線は、基地局の間に協調がないケース、基地局すべての間に完全協調があるケース、最大規模４での静的協調があるケース、動的協調が図４Ａに示す候補協調クラスタを用いるケースに対応する。シミュレーションは、所定の候補協調クラスタ・セットを用いる動的協調（計算効率のよい手法である）が、完全協調によって達成される速度のおよそ７５％である通常速度を達成することを証明している。それとともに、動的協調を用いることによって、バックホール・シグナリングが約５０％削減される。

図６は、非協調化および協調化アルゴリズム用のユーザ識別子を関数とするユーザごとのシミュレートされた平均速度を示す。水平軸は、ユーザ識別子（平均速度の昇順にソートされている）を示し、垂直軸は、平均速度を示す。図５に示す確率は、ワイヤレス通信システムが７つの単一アンテナ基地局を含むこと、およびラップアラウンドを仮定するシステム・シミュレータを使って計算される。ラップアラウンドは、中心クラスタの端部での協働の効果を考慮に入れるために設計される。したがって、シミュレートされた各ユーザは、同じ数の干渉基地局による影響を受け、各基地局は、同じ数の近隣基地局と協力する可能性がある。各単一アンテナ・ユーザは、各セル内部で均一な確率だけ低下させられる。比例公平性スケジューラによって公平性が保証される。ＳＮＲは、セル頂点での基準ＳＮＲと定義される。ＺＦプリコーダを使用した。シミュレーション結果は、１セルあたり２０人のユーザがおり、１５ｄＢの基準ＳＮＲ、４に等しい最大クラスタ規模、パス損失指数＝５、シャドーイングなし、比例公平係数＝０．０１と仮定している。

図５と同様に、図６は、基地局の協調が、基地局の１つに非常に近く、したがってこの基地局と通信することによって非常に高い速度を達成するユーザを除くほぼすべてのユーザに対して平均速度を大幅に向上させることを証明している。さらに、所定の候補協調クラスタ・セットを用いる動的協調を実施する、計算効率のよい手法により、通常、協調なしで達成される速度より大幅に高く、基地局すべての完全協調によって達成される速度より少しだけ低い、平均的なユーザ単位速度が実現される。動的協調技法によって達成される増大は、平均速度が最も低いユーザ、たとえば、特定の任意の基地局から（平均して）最も離れているユーザに対して最大となる。

開示した主題のいくつかの部分および対応する詳細な記述は、ソフトウェア、またはコンピュータ・メモリ内のデータ・ビットに対する操作のアルゴリズムおよび記号表現という観点で提示している。こうした記述および表現は、当業者が自身の作業の本質を他の当業者に効果的に伝えるためのものである。アルゴリズムとは、本明細書で使われるように、および一般的に使われるように、所望の結果につながる、自己矛盾のない一連のステップであると考えられる。こうしたステップは、物理的量の物理的処置を要求するものである。必ずしもそうではないが、普通、こうした量は、格納し、転送し、結合し、比較し、あるいは操作することが可能な光学、電気、または磁気信号の形をとる。時には、主として共通使用のために、こうした信号をビット、値、要素、シンボル、キャラクタ、用語、数字などと呼ぶのが好都合であることが分かっている。

ただし、こうした用語および同様の用語はすべて、適切な物理的量に関連づけられることになり、こうした量に付与される便宜上のラベルに過ぎないことを心に留めるべきである。別段の記載のない限り、または考察から明らかなように、たとえば「処理」または「計算」または「算出」または「判定」または「表示」などの用語は、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理的、電子的量として表されるデータを操作し、コンピュータ・システム・メモリもしくはレジスタまたは他のこのような情報格納装置、伝送もしくは表示装置内の物理的量として同様に表される他のデータに変換するコンピュータ・システム、または同様の電子計算装置のアクションおよびプロセスを指す。

開示した主題のソフトウェア実装態様は通常、何らかの形のプログラム記憶媒体上でエンコードされ、または何らかのタイプの伝送媒体を介して実装されることにも留意されたい。プログラム記憶媒体は、磁気（たとえば、フロッピー・ディスクやハード・ドライブ）または光学（たとえば、コンパクト・ディスク読出し専用メモリ、すなわち「ＣＤ ＲＯＭ」）でよく、読取り専用またはランダム・アクセスでよい。同様に、伝送媒体は、ツイストペア線、同軸ケーブル、光ファイバ、または当業において公知である他の何らかの適切な伝送媒体でよい。開示した主題は、所与のどの実装形態のこうした態様によっても限定されない。

上で開示した特定の実施形態は例示に過ぎず、開示した主題は、本明細書における教示内容の利益を受ける当業者には明らかである、異なるが等価なやり方で修正し実施してよい。さらに、いかなる限定も、以降の請求項に記載する以外の、本明細書において示した構成または設計の詳細に向けたものではない。したがって、上で開示した特定の実施形態は、改変しても修正してもよく、このようなあらゆる変形形態は、開示した主題の範囲内と見なされることが明白である。したがって、本明細書において求められる保護は、以降の請求項に記載される。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの移動ユニットにワイヤレス接続性を提供する第１の複数の基地局を含むワイヤレス通信システム内の第１の機能エンティティにおいて実装する方法であって、
   前記第１の機能エンティティで、前記第１の複数の基地局と前記少なくとも１つの移動ユニットとの間の複数のワイヤレス通信チャネルに関連づけられたチャネル状態情報を受信するステップと、
   前記第１の複数の基地局から第２の複数の基地局を同時に選択し、前記少なくとも１つの移動ユニットとの通信のために前記第２の複数の基地局に資源を割り当てるステップとを含み、前記同時選択および割当てが、前記チャネル状態情報を用いて実施され、さらに、
   前記選択された第２の複数の基地局および前記割り当てられた資源を示す情報を、前記選択された第２の複数の基地局に伝達するステップを含む、方法。
2. 前記少なくとも１つの移動ユニットのスケジューリング要件を示す情報を受信するステップをさらに含み、同時に前記第２の複数の基地局を選択し、前記第２の複数の基地局に資源を割り当てるステップが、前記チャネル状態情報および前記スケジューリング要件を用いて資源を同時に選択し割り当てるステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の複数の基地局を選択するステップが、前記第１の複数の基地局のすべてより少ないものを含む、前記第１の複数の基地局のサブセットを選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の複数の基地局の前記サブセットを選択するステップが、前記選択されたサブセット中の基地局の数が、選択された最大規模に達するまでのスループットまたは最大バックホール・スループットの少なくとも一方に基づいて、前記第１の複数の基地局にある基地局を前記サブセットに繰り返し追加するステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記選択された第２の複数の基地局および前記割り当てられた資源を示す前記情報を伝達するステップが、前記第２の複数の基地局と前記少なくとも１つの移動ユニットとの間の前記複数のワイヤレス通信チャネルを介して送信され、または受信される信号がコヒーレントに合成され得るように、前記情報を前記第２の複数の基地局に送信するステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 少なくとも１つの移動ユニットにワイヤレス接続性を提供する第１の複数の基地局を含むワイヤレス通信システム内の第１の基地局において実装する方法であって、
   前記ワイヤレス通信システム内の第１の機能エンティティに、前記第１の基地局と前記少なくとも１つの移動ユニットとの間の少なくとも１つのワイヤレス通信チャネルに関連づけられたチャネル状態情報を送信するステップと、
   前記第１の機能エンティティから、前記第１の基地局が、前記第１の複数の基地局から同時に選択された第２の複数の基地局の１つであることを示す情報および前記少なくとも１つの移動ユニットとの通信のために前記第２の複数の基地局に同時に割り当てられる資源を示す情報を受信するステップとを含み、前記同時選択および割当てが、前記チャネル状態情報を用いて前記第１の機能エンティティによって実施される、方法。
7. 前記少なくとも１つのワイヤレス通信チャネルに関連づけられた前記チャネル状態情報を測定し、次いで、前記測定されたチャネル状態情報を前記第１の機能エンティティに送信するステップと、
   前記第１の機能エンティティが、前記チャネル状態情報および前記少なくとも１つのスケジューリング要件に基づいて、同時に資源を選択し、前記第２の複数の基地局に割り当てることができるように、前記少なくとも１つの移動ユニットに関連づけられた少なくとも１つのスケジューリング要件を送信するステップとを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第２の複数の基地局と前記少なくとも１つの移動ユニットとの間の前記複数のワイヤレス通信チャネルを介して送信され、または受信される信号がコヒーレントに合成され得るように、前記第２の複数の基地局の動作を協調させるステップを含む、請求項６に記載の方法。
9. 少なくとも１つの移動ユニットにワイヤレス接続性を提供する第１の複数の基地局を含むワイヤレス通信システム内の資源アロケータであって、
   前記第１の複数の基地局と前記少なくとも１つの移動ユニットとの間の複数のワイヤレス通信チャネルに関連づけられたチャネル状態情報を受信し、
   前記第１の複数の基地局から第２の複数の基地局を同時に選択し、前記少なくとも１つの移動ユニットとの通信のために前記第２の複数の基地局に資源を割り当て、前記同時選択および割当てを前記チャネル状態情報を用いて実施し、
   前記選択された第２の複数の基地局および前記割り当てられた資源を示す情報を、前記選択された第２の複数の基地局に伝達する、ように構成された資源アロケータ。
10. 少なくとも１つの移動ユニットにワイヤレス接続性を提供する第１の複数の基地局を含むワイヤレス通信システム内の第１の基地局であって、前記第１の基地局が、
    前記ワイヤレス通信システム内の第１の機能エンティティに、前記第１の基地局と前記少なくとも１つの移動ユニットとの間の少なくとも１つのワイヤレス通信チャネルに関連づけられたチャネル状態情報を送信し、
    前記第１の機能エンティティから、前記第１の基地局が複数の前記第１の基地局から同時に選択された第２の複数の基地局の１つであることを示す情報と、前記少なくとも１つの移動ユニットとの通信のために前記第２の複数の基地局に同時に割り当てられる資源を示す情報とを受信する、よう構成され、前記同時選択および割当てが、前記チャネル状態情報を用いて前記第１の機能エンティティによって実施される、第１の基地局。

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