JP2013511170A - アップリンク電力を制御する技術 - Google Patents

Abstract

記載されている技術により、様々なアップリンク多入力多出力（ＭＩＭＯ）送信スキームをサポートすることのできるアップリンク電力制御技術が提供される。開ループの電力制御スキームおよび閉ループの電力制御スキームを利用することで、移動局の電力レベルを規定することができる。
【選択図】図１

Description

ここで開示する主題は、概して無線信号のトランスミッタ電力を決定する技術に係る。

無線ネットワークでは、多入力他出力（ＭＩＭＯ）機能を持つＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡが、次世代モバイルブロードバンドネットワークでは重要な技術となっている。アップリンク電力制御は、ＭＩＭＯ ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡにおいて極めて重要な要素である。アップリンク電力制御は、送信電力レベルを制御して、リンクのパフォーマンスと端末におけるバッテリ電力とを均衡させ、基地局間のアップリンクの同一チャネルにおける干渉を低減させる。１つの移動局の送信電力を上げると、リンクのパフォーマンスは上がるが、近隣の基地局の他の移動局も同じチャネルを利用しているために、これらの他の移動局の干渉が高まる。従って、他の移動局ではリンクのパフォーマンスが下がる。従って、アップリンクの電力レベルを決定する際には、特定のリンクのパフォーマンスを、他の基地局に対する干渉との均衡を図りながら決めることが重要である。

現行の電力制御スキームは、移動局における単一の送信アンテナについてのアップリンク制御のみに焦点を当てており、アップリンクＭＩＭＯオペレーションを考慮に入れていない。２以上の送信アンテナを移動局で利用することで、アップリンクＭＩＭＯオペレーションを、シングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）として実装することができる。アップリンクＭＩＭＯオペレーションはまた、それぞれが１以上の送信アンテナを有する２以上の移動局に、同時に同じ周波数及び時間リソースでアップリンク送信を行わせることができるＭＵ−ＭＩＭＯ（強調ＭＩＭＯ：collaborative MIMOとも称される）として実装することもできる。

本発明の実施形態はあくまで例示であり限定ではなく、図面において同様の参照番号は同様の部材を示している。

一実施形態における、開ループ電力制御（ＯＬＰＣ）モードにおける、基地局と移動局との間の情報交換をブロック図の形態で示す。 一実施形態における、閉ループ電力制御（ＣＬＰＣ）モードにおける、基地局と移動局との間の情報交換をブロック図の形態で示す。 一実施形態における、開ループ電力制御（ＯＬＰＣ）モードを利用してトランスミッタ電力を決定するために移動局が利用することのできるプロセスの一例を示す。 一実施形態における、閉ループ電力制御（ＣＬＰＣ）モードを利用してトランスミッタ電力を決定するために移動局が利用することのできるプロセスの一例を示す。 一実施形態における仮想セルモデルの一例を示す。 ユーザスループットの累積密度関数（ＣＤＦ）を示す。 一部のシミュレーション結果についてのパフォーマンス曲線を示す。 一部のシミュレーション結果についての温度制御曲線と干渉との関係を示す。

本明細書において、「１つの実施形態」または「一実施形態」という言い回しは、ある特定の実施形態との関連で記載されている特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを示している。従って、「１つの実施形態」または「一実施形態」という言い回しが本明細書のいろいろな場所で利用されていても、これらが全て同じ実施形態を示しているわけではない。さらに、実施形態によっては記載されている特徴、構造、または特性同士を組み合わせることもできる。

本発明の実施形態は、様々な用途に利用可能である。本発明の一部の実施形態は、様々なデバイスおよびシステムとともに利用することができ、例としては、トランスミッタ、レシーバ、トランシーバ、トランスミッタ−レシーバ、無線通信局、無線通信デバイス、無線アクセスポイント（ＡＰ）、モデム、無線モデム、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、デスクトップコンピュータ、モバイルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、ハンドヘルドデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）デバイス、ハンドヘルドＰＤＡデバイス、ネットワーク、無線ネットワーク、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、無線ＭＡＮ（ＷＭＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、無線ＷＡＮ（ＷＷＡＮ）、現行のＩＥＥＥ８０２．１１、８０２．１１ａ、８０１．１１ｂ、８０１．１１ｅ、８０２．１１ｇ、８０２．１１ｈ、８０２．１１ｉ、８０２．１１ｎ、８０２．１６、８０２．１６ｄ、８０２．１６ｅ、８０２．１６ｍ、または３ＧＰＰ規格および／または上記の規格の将来のバージョンおよび／または派生物および／またはロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、無線ＰＡＮ（ＷＰＡＮ）に準拠して動作するデバイスおよび／またはネットワーク、上述したＷＬＡＮおよび／またはＰＡＮおよび／またはＷＰＡＮネットワーク、一方向および／または双方向無線通信システム、セルラー式無線電話通信システムの一部であるユニットおよび／またはデバイス、セルラー電話機、無線電話機、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）デバイス、無線通信デバイスが組み込まれたＰＤＡデバイス、多入力多出力（ＭＩＭＯ）トランシーバまたはデバイス、単一入力多出力（ＳＩＭＯ）トランシーバまたはデバイス、多入力単一出力（ＭＩＳＯ）トランシーバまたはデバイス、マルチ・レシーバチェーン（ＭＲＣ：Multi Receiver Chain）トランシーバまたはデバイス、「スマートアンテナ」技術またはマルチアンテナ技術等を有するトランシーバまたはデバイスが含まれる。本発明の一部の実施形態は、１以上の種類の無線通信信号および／またはシステムとともに利用することができ、例としては、無線周波数（ＲＦ）、赤外線（ＩＲ）、周波数分割多重（ＦＤＭ）、直交ＦＭＤ（ＯＦＤＭ）、直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）、時分割多重化（ＴＤＭ）、時分割多重接続（ＴＤＡ）、拡張ＴＤＭＡ（Ｅ−ＴＤＭＡ）、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、拡張ＧＰＲＳ、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、ワイドバンドＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）、ＣＤＭＡ２０００、マルチキャリア変調（ＭＤＭ）、離散マルチトーン変調（ＤＭＴ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等が含まれる。本発明の実施形態は、さまざまな他の装置、デバイス、システム、および／またはネットワークで利用することもできる。ＩＥＥＥ８０２．１１ｘは、任意の既存のＩＥＥＥ８０２．１１仕様（これらに限定されないが、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ、８０１．１１ｂ、８０１．１１ｅ、８０２．１１ｇ、８０２．１１ｈ、８０２．１１ｉ、８０２．１１ｎ）であってよく、また、８０２．１６ｅ、８０２．１６ｍのいずれかのバージョンまたはドラフトのことであってもよい。

一部の実施形態は、開および閉ループ電力制御について異なるアップリンク多入力他出力（ＭＩＭＯ）送信スキームをサポートすることのできるアップリンク電力制御（ＵＬＰＣ）技術を提供している。一部の実施形態では、最大アップリンクスペクトル効率（ＳＥ）の原則に基づくＵＬＰＣ技術を提供する。一部の実施形態では、異なる多入力多出力（ＭＩＭＯ）送信スキームおよび異なる送信（Ｔｘ）アンテナを利用して、異なる移動局のオペレーションをサポートすることもできる。実施形態は、次世代ＯＦＤＭＡベースの無線ブロードバンド技術および関連プロダクトに適用することもでき（これらに限定はされないが例えばＩＥＥＥ８０２．１６ｅ、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍ、３ＧＰＰ ＬＴＥ、および、３ＧＰＰ２ ＵＭＢ）、アップリンク干渉、および、アップリンクセルエッジのユーザスペクトル効率とアップリンク平均スペクトル効率との間のトレードオフ関係を制御することで、アップリンクスペクトル効率を顕著に高めることもできる。

様々な実施形態では、ＭＵ−ＳＩＭＯにおいて、信号対干渉雑音比目標について以下のように利用することができる。
ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}＝γ×ＳＩＲ_ＤＬ−β

変数γは、干渉制御にも散られる。近隣のセクタがＭＵ−ＭＩＭＯ選択に関してより高い割合を有する場合、γを低減させることで、そのネットワークにおける干渉を低減させて、全体のペクトル効率を最大化することができる。βは、最大スペクトル効率を達成するためのオフセット値であり、β＝１／Ｎ_ｒのように表すことができる。ここで、Ｎ_ｒは基地局の受信アンテナ数を表す。しかしβは他の値であってもよい。様々な実施形態では、移動局がＳＵ−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯとの間を切り替える際に、同じＴｘ電力を利用することができる。

様々な実施形態で、ネットワークの干渉を制御して、システム全体のスペクトル効率とセルエッジユーザパフォーマンスとの間のトレードオフ関係を良好にして、同じ制御スキームを有するアップリンクＳＵ−ＭＩＭＯおよびＭＵ−ＭＩＭＯを両方ともサポートすることができる。

図１は、一実施形態における、開ループ電力制御（ＯＬＰＣ）モードにおける、基地局と移動局との間の情報交換をブロック図の形態で示す。基地局１０２は、バックホールネットワーク等であるがこれに限定はされないネットワーク（不図示）を利用して、近隣の基地局（不図示）から雑音干渉レベル（ＮＩ）等の情報を受信することができる。基地局１０２は、制御係数γ、ＳＩＮＲ_ＭＩＮ、および、移動局１０４が割り当てられている周波数区分を当該移動局にブロードキャストまたはユニキャストすることができる。制御係数γは、公正度および熱に対する干渉（ＩｏＴ）制御係数（a fairness and interference over thermal (loT) control factor）を表している。制御係数γは、ベンダ固有の方法を利用して基地局が決定することができる。例えば近隣のセクタがＭＵ−ＭＩＭＯ選択についてより高い割合を有している場合には、制御係数γを低減させて、そのネットワークにおける干渉を低減させて、全体のペクトル効率を最大化することができる。例えば基地局は、「近隣の基地局が高いアップリンク干渉レベルにある」という通知を受けた場合に制御係数γを低減させてよい。このような通知を受けない場合には、制御係数γを同じレベルを維持したり、増加したりする。

ＳＩＮＲ_ＭＩＮは、基地局が期待する最小データレートについての信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）要件を表しており、以下の式（ｂ）で示される。

基地局１０２は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍドラフト規格（Ｄ１）（２００９）の定義に従って、移動局１０４に、制御係数γおよびＳＩＮＲ_ＭＩＮおよびＮＩをブロードキャストまたはユニキャストすると決定することができる。基地局１０２は、このブロードキャストまたはユニキャストするという決定を、ベンダ固有の技術を利用して行うこともできる。基地局１０２は、ブロードキャストまたはユニキャストする期間も決定することができる。

移動局１０４がγ、ＳＩＮＲ_ＭＩＮおよびＮＩを基地局１０２から受信すると、移動局１０４は、式（ａ）に示すＯＬＰＣ送信電力制御計算公式を利用して、サブキャリアごと、および、アンテナごとの送信電力を決定することができる。
Ｐ（ｄＢｍ）＝Ｌ＋ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}＋ＮＩ 式（ａ）
ここでＰは、各送信（Ｔｘ）アンテナからのサブキャリアごとのＴＸ電力レベル（ｄＢｍ）である。移動局のＴｘアンテナ利得をＰの決定の要因とする（factored into）ことができる。ＩＥＥＥ８０２．１６ｍドラフト規格（Ｄ１）（２００９）に準拠した移動局では、電力レベルＰは、各ストリームについて決定される。Ｌは、電力アップリンク伝播損失の推定平均値であり、これは、移動局のＴｘアンテナ利得および経路損失を考慮に入れているが、基地局のＲｘアンテナ利得は考慮に入らない。Ｌは、移動局が、ダウンリンク信号送信を行って決定してよい。チャネル間の相互依存性により、ダウンリンク平均経路損失の計測値は、アップリンク平均経路損失を推定する際には利用しない。ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、以下の式（ｂ）に基づき計算される。ＮＩは、基地局のサブキャリアごとの雑音干渉の推定平均値であり、基地局のＲｘアンテナ利得は考慮に入らない。雑音干渉レベルの決定技術は公知であり、例えばＩＥＥＥ８０２．１６Ｒｅｖ２／Ｄ７（２００８年１０月）のセクション８．３．７．４．２、８．４．１０．３．２、８．４．１１．３、８．４．５．３．１９、および、８．３．９．３にその記述がある。

様々な実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅおよびＩＥＥＥ８０２．１６ｍ規格の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の目標を、以下の式（ｂ）を利用して実装する。

この式（ｂ）において、ＳＩＮＲ_ＭＩＮは、基地局が期待する最小データレートのＳＩＮＲ要件である。様々な実施形態において、ＳＩＮＲ_ＭＩＮは、ベンダ固有の技術を利用して基地局が選択することができる。Ｎ_ｒは基地局における受信アンテナ数である。ＳＩＮＲ_ＤＬは、移動局で計測されたダウンリンク干渉電力に対する有用なダウンリンク信号の比率である。ＳＩＮＲ_ＤＬは、ベンダ固有の技術を利用して基地局により選択されてよい。

様々な実施形態で、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍネットワーク通信およびレガシーＩＥＥＥ８０２．１６ｅ通信のマルチモードオペレーションがサポートされる。開ループ電力制御を利用して移動局の送信電力を制御する場合、アップリンクバーストのアップリンク送信についてのサブキャリアごとおよび送信（Ｔｘ）アンテナごとの電力は、以下の式（ｃ）により設定することができる。

この数（ｃ）において、Ｐは、現在の送信における１つの送信アンテナについて、サブキャリアごとのＴｘ電力レベル（ｄＢｍ）である。ＩＥＥＥ８０２．１６ｍドラフト規格（Ｄ１）（２００９）に準拠したシステムでは、Ｐはストリームごとの電力出力である。Ｌは、現在のアップリンク伝播損失の推定平均値であり、ＡＭＳのＴｘアンテナ利得および経路損失を含む。ＡＭＳは、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍドラフト規格（Ｄ１）（２００９）で記載されている高度移動局（Advanced Mobile Station）のことであるが、Ｌは、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格に説明されているようにどんな移動局についても決定することができる。Ｌは、フレームプリアンブルのアクティブなサブキャリアで受信された全電力に基づいて、高度基地局が送信するＢＳ＿ＥＩＲＰパラメータを参照して、決定されてよい。開ループ電力制御ではＬは移動局が決定してよい。例えばＬは、オープンリンク電力制御では移動局が、プリアンブルから受信した全ダウンリンク電力を計測して、基地局が送信するＢＳ＿ＥＩＲＰパラメータを利用して、決定されてよい。例えばＬは、チャネル対称：Ｌ＝ＢＳ＿ＥＩＲＰ−ＲＳＳとして推定することができ、ここでＲＳＳは、受信されたプリアンブルの受信信号強度のことである。ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、高度基地局（ＡＢＳ）が受信する、アップリンクのＳＩＮＲの目標であり、以下の式（ｄ）で示されている。ＡＢＳは、例えばＩＥＥＥ８０２．１６ｍドラフト規格（Ｄ１）（２００９）に記載されている。しかしアップリンクのＳＩＮＲの目標は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ基地局が受信したものであってもよい。ＮＩは、ＡＢＳにおけるサブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値（ｄＢｍ）であり、これにはＡＢＳのＲｘアンテナ利得は含まれていない。Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＭＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}は、ＡＭＳ固有電力オフセットの補正項のことである。この値は、ＡＭＳにより制御され、初期値はゼロに設定されていてよい。ＩＥＥＥ８０２．１６ｍドラフト規格（Ｄ１）（２００９）では、Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＭＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}の値の決定は、「Ｏｆｆｓｅｔ＿ＳＳｐｅｒＳＳ」に関して記載されており、また、セクション８．４．１０．３．２「パッシブなＵＬ開ループ電力制御」「アクティブなＵＬ開ループ電力制御」でも説明されている。Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＢＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}も、ＡＭＳ固有の電力オフセットの補正項である。この値は、ＡＢＳが電力制御メッセージを利用して制御することができる。Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＢＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}はＡＢＳが決定する。ＡＢＳは、Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＢＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}を、ベンダ固有の技術を利用して柔軟に決定することができる。

移動局がネットワークに接続するとき、移動局１０４は、サポートするＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}計算公式について交渉することができる。選択されたＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}計算公式は、電力制御メッセージを利用して信号により伝達することができる。様々な実施形態では、２つのモードを選択することができる。モード１および２では、ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、以下の式（ｄ）のように定義される。

この式（ｄ）において、Ｃ／Ｎは、現在の送信における変調／ＦＥＣレートの、正規化されたキャリア対雑音比である。Ｃ／Ｎの決定は、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００９のセクション８．４．１０．３のテーブル５１４に関して記載されている。Ｒは、変調／ＦＥＣレートの繰り返し数である。Ｃ／Ｎの決定は、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００９のセクション８．４．１０．３のテーブル５１４に関して記載されている。ＳＩＮＲ_ＯＰＴは、ＩｏＴ制御のＳＩＮＲ目標値であり、システムスループット全体とセルエッジパフォーマンスとの間のトレードオフ関係を提供している。ＳＩＮＲ_ＯＰＴは、以下の式から決定することができる。

ＳＩＮＲ_ＭＩＮは、ＡＢＳが期待する最小レートのＳＩＮＲ要件であり、電力制御メッセージを用いて設定することができる。様々な実施形態では、ＳＩＮＲ_ＭＩＮは、４ビットのフィールドであり、｛−３、−２．５、−２、−１．５、−１、０、０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５｝の中のｄＢ値を表す。ＳＩＮＲ_ＭＩＮの選択は、ベンダ固有の技術を利用して行われてよい。γは公正度およびＩｏＴ制御係数を表し、ＡＢＳにより決定されてよく、電力制御メッセージを用いて設定されてよい。様々な実施形態では、γは４ビットフィールドであり、｛０、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５｝の中の値を表していてよい。γの選択は、ベンダ固有の技術を利用して行われてよい。ＳＩＮＲ_ＤＬは、ＡＭＳが計測する、ダウンリンク信号対干渉雑音電力比を表す。ＳＩＮＲ_ＤＬは、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００９のセクション８．４．１１．１に記載されているＣＩＮＲを決定する技術を利用して行うことができる。Ｎ_ｒは、ＡＢＳの受信アンテナ数を表す。

図２は、一実施形態における、閉ループ電力制御モードにおける、基地局と移動局との間の情報交換をブロック図の形態で示す。この例では、基地局２０２は、γ、ＳＩＮ_ＭＩＮ、およびＮＩを移動局２０４にブロードキャストするのではなく、移動局２０４が、移動局２０４で計測したダウンリンク干渉電力に対するダウンリンクで有用な信号の比率を基地局２０２に報告して、基地局２０２が移動局２０４のアップリンク送信電力を決定することができるようにする。様々な実施形態では、移動局２０４は、ダウンリンクプリアンブル信号強度に基づいてＳＩＲ_ＤＬを計測して、このＳＩＲ_ＤＬを基地局２０２０に報告する。基地局２０２が移動局２０４から経路損失情報を受信すると、基地局２０２は、以下の手順を踏んで、移動局２０４のアップリンク電力レベルを決定する。
（１）移動局から基地局へのＳＩＲ_ＤＬの前の送信に基づいて経路損失を計測する。ＳＩＲ_ＤＬの経路損失の決定は、受信したメッセージの受信電力とＡＭＳのＴｘ電力とに基づいて基地局が決定することができる。例えば経路損失は、Ｐ＿ｄＢ（ＡＭＳ Ｔｘ電力）−Ｐ＿ｄＢ（受信電力）という公式を利用して決定することができる。これに対して、現在のアップリンク伝播損失（Ｌ）の推定平均値の決定は、ダウンリンク経路損失値の計測値を利用して行われる。
（２）ＳＩＲ_ＤＬおよび経路損失情報に基づいて、式（ａ）または（ｃ）に従って移動局の送信電力を計算する。経路損失情報は、式（ａ）および（ｃ）のＬ値に代入される。
（３）電力レベルを移動局２０４にユニキャストする。様々な実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００９のセクション８．４．１１．１に関して説明されるメッセージを利用して、ＳＩＲ_ＤＬおよび電力レベルを送信することができる。

図３は、一実施形態における、開ループ電力制御（ＯＬＰＣ）モードを利用してトランスミッタ電力を決定するために移動局が利用することのできるプロセスの一例を示す。

ブロック３０２は、近隣の基地局間で基地局同士が雑音干渉レベル等の情報を交換することを含む。様々な実施形態では、無線サービスオペレータが、基地局の配置および位置に一部基づいて、どの基地局同士が近隣にあるかを判断する。例えば、バックホールネットワーク等のネットワークを利用して情報を交換する。

ブロック３０４は、基地局が、制御係数γおよびＳＩＮＲ_ＭＩＮ、および、移動局が割り当てられている周波数区分における雑音干渉を移動局に送信することを含む。例えば基地局は、制御係数γ、ＳＩＮＲ_ＭＩＮ、および雑音干渉をブロードキャストまたはユニキャストで送信することができる。基地局は、ブロードキャストまたはユニキャストする期間も決定することができる。基地局は、制御係数γおよびＳＩＮＲ_ＭＩＮをベンダ固有の技術を利用して決定することができる。

ブロック３０６は、移動局が送信電力レベルを決定することを含む。例えば送信電力レベルを決定する方法は、式（ａ）または（ｃ）に記されている。

ブロック３０８は、移動局が、決定された送信電力レベルで基地局にアップリンク信号を送信することを含む。

図４は、一実施形態における、閉ループ電力制御（ＣＬＰＣ）モードを利用してトランスミッタ電力を決定するために移動局が利用することのできるプロセスの一例を示す。

ブロック４０２は、移動局が、ダウンリンクプリアンブル信号強度に基づいてＳＩＲ_ＤＬを計測して、ＳＩＲ_ＤＬを、この移動局に関連付けられている基地局に報告することを含む。

ブロック４０４は、基地局が、移動局から基地局へのＳＩＲ_ＤＬの前の送信に基づいて経路損失を計測することを含む。ＳＩＲ_ＤＬからの経路損失の決定は、受信したメッセージの信号電力とＡＭＳ Ｔｘ電力に基づいて基地局が決定することができる。

ブロック４０６は、基地局が、ＳＩＲ_ＤＬおよび経路損失情報に基づいて、式（ａ）および（ｃ）に従って移動局の送信電力を決定することを含む。経路損失情報は、式（ａ）および（ｃ）のＬ値に代入される。

ブロック４０８は、基地局が電力レベルを移動局に送信することを含む。その後は、移動局は所定の電力レベルで送信することができる。

様々な実施形態では、スペクトル効率（ＳＥ）の変化が負になるまで、ＴｘＰＳＤをステップΔＰＳＤ増加させて、Ｔｘ電力スペクトル密度ＰＳＤＴＸを決定することを含む。例えばＳＥの変化は、ホーム（またはサービング）セクタのＳＥ利得と近隣のセクタにおけるＳＥ損失との差として定義することができる。

一例ではｉ番目の近隣のセクタのＳＥ損失を予測するために、以下の情報を先ず取得する。つまり（ａ）移動局からｉ番目の近隣のセクタまでのチャネル損失ＣＬ_ｉ、（ｂ）ｉ番目の近隣のセクタの干渉レベルＮＩ_ｉに雑音をプラスした値、（ｃ）ｉ番目の近隣のセクタ内の同じチャネルで動作する移動局の送信電力密度ＰＳＤ_ＴＸ，ｉである。

移動局がネットワークに入ると、移動局からホーム基地局およびｉ番目の近隣の基地局（ｉ＝１，２，…，Ｎ）へのチャネル損失ＣＬ_ＨおよびＣＬ_ｉを、ダウンリンクプリアンブル（同期チャネル）を利用することで推定することができる。これらパラメータのうち、ＣＬ_ｉは移動局で、ｉ番目の基地局が送信したダウンリンクプリアンブルを利用して推定されてよく、ＮＩ_ｉは、先ず基地局間で交換されてからブロードキャストされねばならない。しかし、これら情報の取得は、高いフィードバックオーバヘッドというコストを伴い、ハードウェア実装が複雑である。

雑音干渉レベル（ＮＩ）は、各基地局で推定可能な雑音と干渉の電力密度の合計である。近隣のＮＩ（ＮＩ_１，ＮＩ_２，…，ＮＩ_Ｎ）は、ネットワークバックホールその他の方法で、基地局間で情報を交換して取得することができる。ホームＮＩ（ＮＩ_Ｈ）は、基地局によりブロードキャストすることができる。ＮＩとＩｏＴの関係は、ＮＩ＝ＩｏＴ＊Ｐ_{Ｎｏｉｓｅ}＋Ｐ_{Ｎｏｉｓｅ}と表すことができる。Ｐ_{Ｎｏｉｓｅ}は、熱雑音電力密度である。

仮想セルモデルは、全ての近隣セクタのＳＥ損失を予測するために利用することができる。図５は、一実施形態における仮想セルモデルの一例を示す。近隣のセクタ１−Ｎに対して現在の移動局が生じる複合的な干渉により被害を受ける仮想の近隣基地局がある場合を想定する。移動局からこの仮想基地局へのチャネル損失をＣＬｉと定義すると、従って以下の式が成り立つ。

この等価なチャネル損失（equivalent channel loss）を利用すると、アップリンク電力制御のダウンリンクプリアンブルのＳＩＮＲの推定が可能となるが、個々のＣＬ_ｉは推定されない。

一般的には、各セルはシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）またはＭＵ−ＭＩＭＯを利用することができる。従って、最小ＳＩＮＲ（ＳＩＮＲ_ＭＩＮ）を以下の４つの組み合わせについて決定する。つまり、（１）ホームセルがＳＵ−ＭＩＭＯで仮想セルがＳＵ−ＭＩＭＯの場合、（２）ホームセルがＭＵ−ＭＩＭＯで仮想セルがＳＵ−ＭＩＭＯの場合、（３）ホームセルがＳＵ−ＭＩＭＯで仮想セルＭＵ−ＭＩＭＯの場合、および、（４）ホームセルがＭＵ−ＭＩＭＯで仮想セルがＭＵ−ＭＩＭＯの場合、の４つのケースである。上述した構想に基づく電力制御の公式は、式（ｂ）の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）と統合することができる。

ホームセルがＳＵ−ＭＩＭＯで仮想セルがＳＵ−ＭＩＭＯの場合には、各移動局のホームセクタのＳＥ利得を以下のようにしてモデル化することができる。ここでは現在の電力スペクトル密度がＰＳＤ_{ＴＸ，Ａｎｔ}であり、Ｔｘ電力密度が小さなステップΔＰＳＤで増加すると想定する。この場合、新たな電力密度ＰＳＤ_{ＴＸ，Ａｎｔ}は、ＰＳＤ_{ＴＸ，Ａｎｔ}＋ΔＰＳＤとなり、これによりＳＥの向上は、以下のように表すことができる。

ここで、ＳＩＮＲは信号対干渉雑音比であり、

は、電力スペクトル密度をΔＰＳＤ増分した後の、受信アンテナごとの新たなＳＩＮＲである。

は、受信アンテナごとの元のＳＩＮＲであり、Ｎ_ｒは受信アンテナの数である。

一般的には、正確なＳＩＮＲを算出するために、瞬時チャネル実現（instantaneous channel realization）を前もって推定しておく。しかしこれには、多大な計算オーバヘッドが必要となり、長い処理遅延が生じる。遅いフェージング推定（slow fading estimation）を利用してＳＩＮＲを計算すると、得られるＳＥ利得が確率平均を求める際に有意なものとなる。これら仮定に基づいて、以下の計算を行う。

この移動局の電力スペクトル密度を増加させた後のＳＥ利得は以下のようになる。

仮想セクタのＳＥ損失は以下のようになる。

既に言及したように、ＳＥの変化は、全ての近隣のセクタのＳＥ損失に対するホームセクタのＳＥ利得の向上として定義されており、これは

と近似することができる。Ｔｘ電力のスペクトル電力の上昇が正のＳＥ変化になる場合、全てのセクタの全スループットも増加させる必要があり、さらには、Ｔｘ電力スペクトル密度も上げる必要がある。反対に、負のＳＥ変化が算出された場合には、元の電力密度が取得可能な最良のレベルであるはずであり、Ｔｘ電力スペクトル密度を増加させないほうが良い。この観点から、最良のＴｘ電力スペクトル密度は、ΔＰＳＤ→０のときＳＥ変化が０に等しくなり、式（ｂ）の信号対干渉雑音比になるようなレベルである。

セルエッジユーザのスループットを保障するためには、最小ＳＩＮＲ（ＳＩＮＲ_ＭＩＮ）を制限して、式（ｂ）の信号対干渉雑音比を生じさせる方法はいつの場合にも効果を奏する。

ホームセルＭＵおよび仮想セルＳＵの場合には、ＳＥ利得は、２人のユーザからの利得に対応しており、以下のように表すことができる。

ホームセルでＭＵ−ＭＩＭＯが利用されるので、仮想セルの干渉電力も以下のように二倍になる。

すると導出される最適なＴｘ電力スペクトル密度によって、式（ｂ）のような信号対干渉雑音比となる。

ホームセルがＳＵで仮想セルがＭＵの場合、ＳＥ利得はホームセルがＳＵ−ＭＩＭＯで仮想セルＳＵ−ＭＩＭＯである場合に導出したものと同じになる。しかしＳＥ損失は二倍になるはずである。つまり以下のようになる。

この場合、最適なＴｘ電力スペクトル密度によって、式（ｂ）の信号対干渉雑音比となる。

ホームセルがＭＵで仮想セルがＭＵの場合、ＳＥ利得は２人のユーザに対応しており、以下のようにモデル化される。

ホームセルでＭＵ−ＭＩＭＯが利用されるので、仮想セルの干渉電力は二倍になる。従ってＳＥ損失も二倍になる。

従って最適なＴｘ電力スペクトル密度によって、式（ｂ）の信号対干渉雑音比となる。

シミュレーション結果を利用して、アップリンク電力制御技術の様々な実施形態を評価した結果を次に示す。シミュレーション設定を表１に示す。

表２は表１の設定に基づくシミュレーション結果のまとめである。

図６は、ユーザスループットの累積密度関数（ＣＤＦ）を示す。図７Ａおよび図７Ｂは、表２のシミュレーション結果の一部のシミュレーション結果についての、パフォーマンス曲線と、温度制御曲線と干渉との間の関係を示している。

提示されているシミュレーション結果に基づいて、様々な実施形態は、アップリンクの（１）干渉制御および（２）全システムスループットとセルエッジパフォーマンスとの間のトレードオフに便宜を与える。

様々な実施形態の電力制御スキームが、特に平均スペクトル効率を犠牲にすることなく、８０２．１６ｍにおけるセルエッジユーザパフォーマンスの要件を満たすことができる点は特筆に値する。

本発明の実施形態は、マザーボード、ハードワイヤ論理、メモリデバイスに格納されマイクロプロセッサが実行するソフトウェア、ファームウェア、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を利用して相互接続される１以上のマイクロチップまたは集積回路のいずれか、またはこれらの組み合わせとして実装することができる。「論理」という用語は、例示ではあるが、ソフトウェアまたはハードウェア、および／または、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせを含んでよい。

本発明の実施形態は、例えば、例えばコンピュータ、コンピュータネットワーク、その他の電子デバイス等の１以上の機械により実行されると、本発明の実施形態によるオペレーションを実行する機械実行可能命令を格納する１以上の機械可読媒体を含みうるコンピュータプログラムプロダクトとして提供されてもよい。機械可読媒体には、これらに限定はされないが、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，磁気光ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カードまたは光カード、フラッシュメモリ、または、機械実行可能命令の格納に適したその他の種類の媒体／機械可読媒体が含まれる。

図面および前述の記載は、本発明の例示である。複数の別個の機能的なアイテムとして記載されたが、当業者であればこれら要素の１以上を単一の機能的な要素としてまとめることもできることに気づくだろう。この反対に、１つの要素を複数の機能的な要素に分割することもできる。一実施形態の要素を別の実施形態に加えることもできる。例えば、ここで記載した処理の順序は変更可能であり、記載されている順序に限定はされない。さらに、フロー図の動作は、示されている順序で実行されねばならないわけではなく、必ずしも動作を全て実行する必要はない。さらに、他の動作に依存していない動作については他の動作と平行して行うこともできる。しかし本発明の範囲はこれら特定の例に限定はされない。明細書に明示されていてもいなくても、構造、寸法、および材料の点で数々の変形例が可能である。本発明の範囲は、少なくとも以下の請求項が示す範囲である。

Claims (20)

1. 少なくとも１つの基地局から雑音干渉レベル情報を受信する段階と、
   制御係数、最小信号対干渉雑音比、および、雑音干渉レベル情報を移動局に送信する段階と、
   前記移動局が、前記制御係数、最小信号対干渉雑音比、および、雑音干渉レベル情報に一部基づいて、アンテナごとのアップリンク送信電力を決定する段階と
   を備える方法。
2. 前記アンテナごとのアップリンク送信電力を決定する段階は、
   Ｐ（ｄＢｍ）＝Ｌ＋ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}＋ＮＩを決定する段階を含み、
   Ｌは、アップリンク伝播損失の推定平均値を含み、ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、信号対干渉雑音比目標を含み、ＮＩは、少なくとも１つの基地局のサブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値を含む請求項１に記載の方法。
3. 信号対干渉雑音比目標の決定は、
   

   

   に一部基づいて行われ、ＳＩＮＲ_ＭＩＮは、前記移動局と通信している基地局が期待する最小データレートについての信号対干渉雑音比を含み、γは、公正度および熱に対する干渉（ＩｏＴ）制御係数を表し、ＳＩＮＲ_ＤＬは、前記移動局で計測されたダウンリンク干渉電力に対する有用なダウンリンク信号の比率を含み、Ｎ_ｒは、前記移動局と通信している前記基地局の受信アンテナ数を含む請求項２に記載の方法。
4. 近隣の基地局のアップリンク干渉レベルに一部基づいて前記ＩｏＴ制御係数を決定する段階をさらに備える請求項３に記載の方法。
5. 前記アンテナごとのアップリンク送信電力を決定する段階は、
   

   

   を決定する段階を含み、Ｌは現在のアップリンク伝播損失の推定平均値を含み、ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、高度基地局（ＡＢＳ）が受信するアップリンクの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の目標を含み、ＮＩは、前記ＡＢＳにおける、前記ＡＢＳの受信アンテナ利得を含まない、サブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値を含み、Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＭＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}は、ＡＭＳ固有電力オフセットの補正項を含み、Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＢＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}は、ＡＭＳ固有電力オフセットの補正項を含む請求項１に記載の方法。
6. 前記ＡＢＳが受信するアップリンクのＳＩＮＲの目標を決定する段階をさらに備え、
   前記ＡＢＳが受信するアップリンクのＳＩＮＲの目標を決定する段階は、
   

   

   を決定する段階を含み、Ｃ／Ｎは、現在の送信における変調／ＦＥＣレートの、正規化されたキャリア対雑音比を含み、Ｒは、前記変調／ＦＥＣレートの繰り返し数を含み、ＳＩＮＲ_ＯＰＴは、熱に対する干渉制御（interference over thermal control）のＳＩＮＲ目標値を含む請求項５に記載の方法。
7. 移動局から、ダウンリンク干渉電力に対するダウンリンクの有用な信号の少なくとも１つの比率を受信する段階と、
   基地局において、前記少なくとも１つの比率に一部基づいて、前記移動局のアンテナごとのアップリンク送信電力を決定する段階と
   を備える方法。
8. 少なくとも１つの基地局から雑音干渉レベル情報を受信する段階と、
   ダウンリンク干渉電力に対するダウンリンクの有用な信号の比率に一部基づいて経路損失を計測する段階であって、前記移動局のアンテナごとのアップリンク送信電力を決定する段階が、前記経路損失および前記比率に一部基づいて送信電力レベルを決定する段階を含む段階と、
   前記決定された送信電力レベルを前記移動局に送信する段階と
   をさらに備える請求項７に記載の方法。
9. 前記送信電力レベルを決定する段階は、
   Ｐ（ｄＢｍ）＝Ｌ＋ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}＋ＮＩを決定する段階を含み、
   Ｌは経路損失を含み、ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、信号対干渉雑音比目標を含み、ＮＩは、前記基地局のサブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値を含む請求項8に記載の方法。
10. 前記送信電力レベルを決定する段階は、
    

    

    を決定する段階を含み、Ｌは経路損失を含み、ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、高度基地局（ＡＢＳ）が受信するアップリンクの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の目標を含み、ＮＩは、前記ＡＢＳにおける、前記ＡＢＳの受信アンテナ利得を含まない、サブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値を含み、Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＭＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}は、ＡＭＳ固有電力オフセットの補正項を含み、Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＢＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}は、ＡＭＳ固有電力オフセットの補正項を含む請求項８に記載の方法。
11. 制御係数、最小信号対干渉雑音比、および、雑音干渉レベル情報を受信する論理と、
    前記制御係数、最小信号対干渉雑音比、および、雑音干渉レベル情報に一部基づいて、アンテナごとのアップリンク送信電力を決定する論理と
    を備える移動局。
12. 前記制御係数、最小信号対干渉雑音比、および、雑音干渉レベル情報を受信する論理は、前記制御係数、最小信号対干渉雑音比、および、雑音干渉レベル情報を基地局から受信する請求項１１に記載の移動局。
13. 前記アンテナごとのアップリンク送信電力を決定する論理は、
    Ｐ（ｄＢｍ）＝Ｌ＋ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}＋ＮＩを決定する段階を含み、
    Ｌは、アップリンク伝播損失の推定平均値を含み、ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、信号対干渉雑音比目標を含み、ＮＩは、少なくとも１つの基地局のサブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値を含む請求項１１に記載の移動局。
14. 前記アンテナごとのアップリンク送信電力を決定する論理は、
    

    

    を決定し、Ｌは現在のアップリンク伝播損失の推定平均値を含み、ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、高度基地局（ＡＢＳ）が受信する、アップリンクの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の目標を含み、ＮＩは、前記ＡＢＳにおける、前記ＡＢＳの受信アンテナ利得を含まない、サブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値を含み、Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＭＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}は、ＡＭＳ固有電力オフセットの補正項を含み、Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＢＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}は、ＡＭＳ固有電力オフセットの補正項を含む請求項１１に記載の移動局。
15. 少なくとも１つの基地局から雑音干渉レベル情報を受信する論理と、
    移動局から、ダウンリンク干渉電力に対するダウンリンクの有用な信号の少なくとも１つの比率を受信する論理と、
    前記ダウンリンク干渉電力に対するダウンリンクの有用な信号の少なくとも１つの比率に一部基づいて、経路損失を計測する論理と、
    前記経路損失に一部基づいて、アンテナごとの送信電力レベルを決定する論理と、
    前記決定されたアンテナごとの送信電力レベルを前記移動局に送信する論理と
    を備える基地局。
16. 前記送信電力レベルを決定する論理は、
    Ｐ（ｄＢｍ）＝Ｌ＋ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}＋ＮＩを決定し、
    Ｌは経路損失を含み、ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、信号対干渉雑音比目標を含み、ＮＩは、前記基地局のサブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値を含む請求項１５に記載の基地局。
17. 前記送信電力レベルを決定する論理は、
    

    

    を決定する段階を含み、Ｌは経路損失を含み、ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、高度基地局（ＡＢＳ）が受信するアップリンクの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の目標を含み、ＮＩは、前記ＡＢＳにおける、前記ＡＢＳの受信アンテナ利得を含まない、サブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値を含み、Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＭＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}は、ＡＭＳ固有電力オフセットの補正項を含み、Ｏｆｆｓｅｔ＿ＡＢＳ_{ｐｅｒＡＭＳ}は、ＡＭＳ固有電力オフセットの補正項を含む請求項１５に記載の基地局。
18. 少なくとも１つのアンテナと、
    前記少なくとも１つのアンテナに通信可能に連結されたコンピュータシステムと
    を備え、
    前記コンピュータシステムは、
    少なくとも１つのアンテナの送信電力を決定する論理と、
    前記決定された送信電力に基づいて少なくとも１つのアンテナから信号を送信する論理と
    を含み、
    前記決定する論理は、基地局が決定する送信電力レベル、制御係数、最小信号対干渉雑音比、および雑音干渉レベル情報のうち１以上に基づいて前記送信電力を決定する、システム。
19. 前記送信電力レベルを決定する基地局は、
    少なくとも１つの基地局から雑音干渉レベル情報を受信し、前記受信した雑音干渉レベル情報に一部基づいて前記基地局のサブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値を決定し、前記コンピュータシステムから、ダウンリンク干渉電力に対するダウンリンクの有用な信号の少なくとも１つの比率を受信し、前記基地局において、前記比率と、前記サブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値とに一部基づいて、移動局のアンテナごとのアップリンク送信電力を決定する、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記アンテナごとのアップリンク送信電力を決定するべく、前記基地局は、
    Ｐ（ｄＢｍ）＝Ｌ＋ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}＋ＮＩを決定し、
    Ｌは経路損失を含み、ＳＩＮＲ_{Ｔａｒｇｅｔ}は、信号対干渉雑音比目標を含み、ＮＩは、前記基地局のサブキャリアごとの雑音干渉の電力レベルの推定平均値を含む請求項１９に記載のシステム。

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