JP2014123939A - 無線通信ネットワークにおいて動作するトランシーバ、無線通信ネットワークにおける送信システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本実施形態は、無線通信ネットワークにおける１以上の信号の送信に関するトランシーバ、方法およびシステムを提供する。
【解決手段】記述される実施形態に係るトランシーバは、ネットワークにおける別のトランシーバからの受信信号に基づいてチャネル特性を収集し、前記受信信号の干渉レベルを決定し、受信信号の１以上のパラメータおよび決定される干渉レベルに基づく後続の送信に関する干渉レベルを推定することで、前記収集されるチャネル特性に基づいて後続の信号送信に関する送信モードを予測し、後続の送信に関する送信モードは、推定される干渉レベルに基づいて予測される。トランシーバはさらに、予測される送信モードに基づいて１以上の後続の送信の送信パラメータを適合させる。
【選択図】図２Ａ

Description

ここに記述される実施形態は、無線通信ネットワークにおいて動作するトランシーバ、無線通信ネットワークにおける発信元および宛先ノード間の信号の送信システムおよび方法に関する。

この出願は、２０１２年１０月１５日に出願された、英国特許出願番号１２１８４６７．７号に基づいて優先権の利益を主張し、全体が参照されることによりここに組み込まれる。

無線通信システムでは、システムが環境の変化に気づき、そのような変化に従ってその送信を適合させることができることが望ましい。特に、環境のそのような変化は、同じ周波数で作動する隣接したデバイスによって引き起こされる干渉を含む。無線通信ネットワークのパフォーマンスにおいて干渉がある影響は、よく認識される。それは、チャネル容量を制限する可能性がある支配的な要因である。干渉に対処する既知のアプローチは、干渉除去である。しかしながら、干渉除去は、各ユーザが完全に復号されなければならない多数の異なったユーザを有する複雑なネットワーク用に実装することは困難であり得る。

別の既知のアプローチは、干渉を“雑音”として扱い、雑音レベルに従って信号検出基準を調整することである。このアプローチを用いる現実的解決法は、コグニティブ無線を使用する通信システムに関して開発されている。コグニティブ無線は、無線スペクトルにおいて利用可能なチャネルを自動的に検出し、それに応じてその送信または受信パラメータを変更するトランシーバである。そのため、より多くの無線通信は、特定空間における任意のスペクトルバンドにおいて同時に実行してもよい。これらの解決法のうちのいくつかは、送信／受信パラメータを調整するために用いられうる将来の時間間隔に関する雑音の予測を用いる。しかしながら、コグニティブ無線のための干渉解決法は、周期定常課程（cyclostationary process）として雑音または干渉予測を対処することに言及するのみである。

知的信号処理は、ある応答が入力の特定セットに関して決定されるので、パフォーマンスのいくつかの要素を改善するための観測を用いるために、コグニティブ無線システムにおいて用いられる。そのようなシステムでは、周期的なフィードバックは、特定の無線環境、すなわち、想定される雑音レベルの影響下で特定システムのパフォーマンスで受信される。この連続的または周期的なフィードバックは、そのような条件下での将来のパフォーマンスが改善されるように、以前の測定から学習し適合するために、コグニティブ無線によって用いられる。しかしながら、そのようなコグニティブ無線システムは、干渉が周期定常であると仮定するパラメータ変化を予測する。そのような解決法は、干渉が局所的またはランダムである状況、すなわち、干渉が一般的な確率過程であり、かつ変化がいつでも生じうる状況に関しては提供できない。

いくつかの実用的解決法は、要求する基地局での通信を最適化するために、隣接する基地局（ＢＳ）からチャネル状態情報（ＣＳＩ）を得るためのセルラシステムで存在する。しかしながら、そのような解決法では、別個のインフラストラクチャーが、対象とされる基地局（ＢＳ）と近接する基地局との間のＣＳＩ交換のために必要とされ、かなり複雑となる。

したがって、単純なデバイスおよびシステムへの要求、および／または、干渉が確率課程である干渉レベルのような、変化がかなりランダムでありうる一般的な環境状況を予測することが可能な要求がある。

図１は、無線通信ネットワークを形成するトランシーバ１からＮを示す。 図２Ａは、一実施形態に係るトランシーバのブロック図である。 図２Ｂは、一実施形態に係るトランシーバのブロック図である。 図２Ｃは、図２Ａまたは図２Ｂのトランシーバを含むシステムのブロック図である。 図３は、さらなる実施形態に係るシステムのブロック図である。 図４は、干渉がセルラシステムに生じうるシナリオを示す。 図５は、記述される実施形態に従う信号を受信し、送信モードを予測する方法を示すフローチャートである。 図６は、適合した送信モードを用いて、信号を送信する方法を示すフローチャートである。 図７は、図４のシナリオにおいて図３に示されるシステムの動作を示すフローチャートである。 図８は、現在記述される実施形態を用いる、送信適合（transmission adaptation）を有する通信システムおよび送信適合がない通信システムのパフォーマンス比較を示すグラフである。

このアプリケーションに記述される実施形態は、無線通信ネットワークで動作するトランシーバ、ネットワークにおける信号の送信に関する方法およびシステムを提供する。

一実施形態によれば、無線通信ネットワークを確立することで１以上のトランシーバと無線通信を確立するトランシーバであって、前記トランシーバは、
別のトランシーバから前記トランシーバへの信号送信からの受信信号に基づいてチャネル特性を収集するチャネル特性収集手段と、
前記収集されたチャネル特性に基づいて、前記他のトランシーバから前記トランシーバに後続の信号送信に関する送信モードを決定する送信予測手段と、前記送信予測手段は、前記受信信号の干渉レベルを決定し、前記受信信号の１以上のパラメータおよび前記決定された干渉レベルに基づいて前記後続の送信に関する干渉レベルを推定する干渉決定手段を含み、前記後続の送信に関する前記送信モードは前記推定された干渉レベルに基づいて決定され、
前記決定された送信モードに基づいて前記後続の送信の送信パラメータを適合させ、前記適合した送信パラメータを備える１以上の後続の信号を送信する送信適合手段と、を具備するトランシーバが提供される。

発明の態様は、複数のトランシーバを有するネットワークを具備する通信システムを提供し、前記トランシーバの少なくとも１つは上で提示したようなものである。

発明の別の態様によれば、１以上の信号の送信に関する方法であって、前記方法は、
ａ）別のトランシーバから前記トランシーバへの信号送信からの受信信号に基づいてチャネル特性を収集し、
ｂ）前記収集されたチャネル特性に基づいて、前記トランシーバから前記他のトランシーバへの後続の信号送信に関する送信モードを予測し、前記送信モードを予測することは、前記受信信号の干渉レベルを決定し、前記受信信号の１以上のパラメータおよび前記決定された干渉レベルに基づいて前記後続の送信に関する干渉レベルを推定することを含み、前記後続の送信に関する前記送信モードは前記推定された干渉レベルに基づいて推定され、
ｃ）前記予測された送信モードに基づいて前記後続の送信の送信パラメータを適合させ、前記適合した送信パラメータを備える１以上の後続の信号を送信する、ステップを具備し、上で提示したようなトランシーバによって実装される方法を提供する。

さらなる実施形態では、第１ノードおよび第２ノードを具備するネットワークを具備する通信システムであって、前記第１および第２ノードは前記ネットワークにおいて無線通信可能なトランシーバであり、前記第１ノードは、
前記第２ノードから前記第１ノードへの信号送信からの受信信号に基づいてチャネル特性を収集するチャネル特性収集手段と、
前記収集されたチャネル特性に基づいて、前記第２ノードから前記第１ノードへの後続の信号送信に関する送信モードを決定する送信予測手段と、前記送信予測手段は、前記受信信号の干渉レベルを決定し、前記受信信号の１以上のパラメータおよび前記決定された干渉レベルに基づいて前記後続の送信に関する干渉レベルを推定する干渉決定手段を含み、前記後続の送信に関する前記送信モードは前記推定された干渉レベルに基づいて決定され、
前記第２ノードに前記決定された送信モードを送信する送信手段と、を具備し、
前記第２ノードは、
信号を前記第１ノードに送信する送信手段と、
前記第１ノードからの前記決定された送信モードを受信する受信手段と、
前記決定された送信モードに基づいて前記後続の送信の送信パラメータを適合させる送信適合手段と、
前記送信手段は、前記適合した送信パラメータで１以上の後続の信号を送信することを具備する通信システムが提供される。

さらなる態様では、実施形態は、無線通信ネットワークにおいて第１ノードから第２ノードへ放射される１以上の信号の送信に関する方法であって、前記方法は、
ａ）前記第２ノードから前記第１ノードへの信号送信からの受信信号に基づいてチャネル特性を収集し、
ｂ）前記収集されたチャネル特性に基づいて、前記第２ノードから前記第１ノードへの後続の信号送信に関する前記宛先ノードでの送信モードを予測し、前記送信モードを予測することは、前記受信信号の干渉レベルを決定し、前記受信信号の１以上のパラメータおよび前記決定された干渉レベルに基づいて前記後続の送信に関する干渉レベルを推定することを含み、前記後続の送信に関する前記送信モードは前記推定された干渉レベルに基づいて推定され、
ｃ）前記第２ノードに前記予測される送信モードを送信し、
ｄ）前記受信した予測される送信モードに基づいて前記後続の送信に関して前記第２ノードで送信パラメータを適合させ、
ｅ）前記第２ノードからの前記適合した送信パラメータで１以上の後続の信号を送信するステップを具備し、上に提示されるシステムにおいて実装される方法。

記述される実施形態は、受信信号が、干渉のような通信環境状況の推定、その後次のおよび／または後続の送信に関する干渉レベルの予測に用いられる手法を提供する。本実施形態は、発信元と宛先ノードとの間で送信されるべき後続の信号に関する干渉予測のために、受信信号から得られるチャネル状態およびチャネル状態情報（ＣＳＩ）を採用する。これによって、この後続の送信に関する送信パラメータは、受信信号の１以上のパラメータおよび干渉の予測されたレベルに適合させることができる。この予測は、任意の時間での、電流、干渉の実反射、および、（トラフィックフローレート、干渉デバイスの数などのような）他の環境状態であり、１つまたは複数の後続の送信フレーム、または、１つまたは複数の信号用のトランシーバで計算されてもよい。これは、さらに続く送信、すなわち、次のまたは指定される後続の送信フレームまたは信号に続く送信に関する干渉予測に用いることができる。

ここに記述される実施形態は、受信信号のパラメータおよび無線通信ネットワークにおける通信環境状態（すなわち干渉）に送信パラメータを適合させることができるトランシーバを提供する。記述される実施形態では、このパラメータは受信信号の電力である。本実施形態の他の態様では、変調フォーマット、データレート、符号化スキームタイプなどのような受信信号の１以上の他のパラメータが、さらなる送信の適合に用いられてもよい。これらの他のパラメータは、受信信号の信号電力に加えて用いられてもよいし、記述される実施形態に係る送信適合に関する信号電力の代わりに用いられてもよい。信号電力のような単一のパラメータは、後続の信号の送信適合に用いられてもよいし、受信信号の多くの信号パラメータ（電力、データレートおよび／または変調フォーマット）の組合せが用いられてもよい。

複数のそのようなトランシーバは、そのようなネットワークを形成するために接続されてもよい。トランシーバ１からＮまでが無線ネットワークに接続されることが図１に示される。一般的な確率過程によってモデル化されうる一般化された干渉は、１つまたは複数の受信信号から予測される。１つの態様では、トランシーバは、ランダム干渉モデルをトレーニングし、かつシステムで経験される干渉のレベルを取得するために、対象とする宛先ノードに初期ステップとしてプリアンブルまたはパイロット信号を送る。既知の信号電力でのパイロット信号またはプリアンブルは、送信の開始時に送られてもよい。干渉が一般化された確率過程としてモデル化され、かつ、信号電力、そしてある場合では、システムの雑音レベルが既知であると仮定すると、プリアンブルは特定の時間でモデル化された干渉を学習するために用いられうる。これおよび受信信号の電力に基づいて、実施形態は、後続の信号送信に関する環境において生成される干渉のレベル（または干渉の数）を動的に予測することができる。これは、後続の送信に影響することが予測されるシステムにおける干渉信号の強さまたは干渉電力の推定である。実施形態は、後続の信号への周波数割り当て、電源制御／適合のような無線リソース管理を行なうことにより、この推定に基づく後続の送信に関する送信パラメータを調整することができる。

記述される実施形態は、特定のハードウェアデバイス、適合するソフトウェアによって構成される多目的デバイス、または両方の組合せに組み込むことができる。
態様は、完全なソフトウェア実装として、または（プラグインのような）既存ソフトウェアの拡張または修正に関するアドオンコンポーネントとして、ソフトウェア製品に具現化されることができる。そのようなソフトウェア製品は、記憶媒体（例えば光ディスクまたはＦＬＡＳＨメモリのような大記憶メモリ）、または（ダウンロードのような）信号媒体のような、キャリア媒体により具現化されることができる。実施形態に適する特定のハードウェアデバイスは、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ若しくはＤＳＰのような特定用途向けデバイス、または他の専用機能ハードウェア手段を含むことができる。

読み手は、実施形態の以下のどの議論も、これから発見されまたは定義される実行の手段である発明の将来の実装を制限しないと理解するだろう。

さらなる態様では、コンピュータによって実行される時、コンピュータに上に述べたような方法を行わせるコンピュータ実行可能な命令を含むコンピュータプログラムが提供されてもよい。コンピュータプログラムは記憶媒体で具現化されてもよい。記憶媒体は、光学的記憶手段、磁気記憶装置手段、または電子記憶手段を含んでもよい。

１つの態様では、提案された実施形態のトランシーバは、無線通信システムにおいて発信元または宛先ノードとして動作するように構成される。発信元および宛先ノードの両方はまた、現在の実施形態に係るトランシーバとして実装されうる。このトランシーバは、添付図面の図２Ａおよび図２Ｂに示される。図２Ｃに示されるように、発信元および宛先ノードの両方が、記述される実施形態のトランシーバ１０として実装されるシナリオを想定する。しかしながら、いくつかの実施形態では、発信元または宛先ノードだけが、記述される実施形態のトランシーバ１０として実装されてもよい。他の実施形態では、図３に示されたように、１つのトランシーバは、発信元ノード１１０ａとして設計され、別のトランシーバは、それらの間のすべての通信に対する宛先ノード１１０ｂとして設計される。

特定の送信に関する図２Ａおよび図２Ｂの実施形態において発信元ノードの役割を果たすトランシーバ１０は、送信用の宛先ノードの役割を一般に果たすトランシーバ１０に初期信号を送る。トランシーバ１０（宛先ノード）によって受信されるこの信号は、初期信号の電力レベル、チャネル状態情報（ＣＳＩ）および受信信号からの他の条件を含む通信システムの現在の環境を示すチャネル特性を収集するチャネル収集部１２によって処理される。収集される特性の例の限定的なリストは次のものを含む。
−既存のチャネルトラフィック／負荷の指標
−トランシーバ周辺にある、すなわち、同じセルまたは隣接セルに存在する発信元／宛先トランシーバの動作周波数と同様の周波数で動作する追加的な送信および／または受信デバイスの番号
−信号の送信電力
−上述の送信に割り当てられるリソース、すなわち、周波数割り当てなどのような無線リソース管理
−送信の期間
−任意の送信遅延
−既存のチャネル雑音
記述される実施形態では、受信信号の電力は後続の送信の適合に用いられる信号パラメータである。他の実施形態については、変調フォーマット、データレート、符号化スキームタイプなどのような1以上の異なるパラメータが、受信信号電力に加えて、または受信信号電力の代わりに、この適合に用いられてもよい。

いくつかの態様では、宛先ノードで最初に受信されるこの受信信号は、ネットワークにおいて発信元ノードから宛先ノードに送信されるパイロット信号またはプリアンブルを含む。他の態様では、この信号は、送信されるべきデータを表す、発信元と宛先ノードとの間で行われることになっている送信の初期信号でもよい。初期信号は、既知または決定された電力レベルでそのとき送信される。時間ｔ（ｔ｛０、Ｔ_１．．．Ｔ_Ｎ｝）での初期信号について、送信信号ｙ（ｔ）は、
式１：
ｙ（ｔ）＝ｐ（ｔ）＋ｉ（ｔ）＋ｎ（ｔ）
で与えられる。

ここで、ｐ（ｔ）＝例えばプリアンブルを表す信号電力
ｉ（ｔ）＝時間ｔでの干渉電力
ｎ（ｔ）＝システムで経験する雑音（これはｔの全ての値に対して一定のままであるか、または既知の統計値であると仮定する）
式（１）における信号ｙ（ｔ）は、初期信号またはプリアンブルを含んでもよく、図２（Ａ−Ｃ）における受信信号２４を表し、図３における受信信号１２４を表す。信号のｙ（ｔ）は、図７のステップＳ３−２およびＳ３−４に対応する。

時間ｔ＝０での初期信号またはプリアンブルについては、ｐ（ｔ）は既知であり、ｎ（ｔ）は既知の統計値である。干渉の値ｉ（ｔ）は、時間ｔ＝０で学習されるべき統計値である。

システムで経験する干渉は、ランダムであるか、またはガウスまたはポアソン分布のような一般化された分布に従うと想定される。したがって、プリアンブルに基づく予測は、一般化された干渉のモデルをトレーニングすること、およびシステムによって経験される干渉電力の初期レベルを識別することを含む。干渉モデルは、送信経過につれて、または一定間隔で再度トレーニングされてもよい。

トランシーバ１０は、発信元および宛先間で信号の後続の送信に関する送信構成または送信モードを予測する送信予測部１４を含む。この予測は、受信／初期信号２４から収集されるチャネル特性を用いてなされる。送信予測部１４は、信号を受信した特性に基づいて通信環境における干渉レベルを決定する干渉決定部１６を含む。経験されるこの干渉は、電力、平均信号強度、雑音、重複通信（ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）などのような、収集されるチャネル特性を用いて、受信信号から決定されうる。いったん現在の干渉が決定されれば、干渉決定部１６は、発信元と宛先トランシーバ１０との間の後続の送信に関する干渉レベルを推定する。これは、後続の送信に関して予測される干渉の電力の推定（予測される干渉電力レベル）であり、受信信号の１以上のパラメータと同様に受信信号によって経験される決定された干渉に基づく。いくつかの場合におけるこの推定される干渉はまた、トランシーバ１０の位置の近くおよび／または同一周波数で動作する他のデバイスの存在に基づいて計算される。以前に受信したチャネル特性に基づくシステムによって学習される干渉が、干渉予測に用いられてもよい。しかし、各後続の送信に関して推定される干渉電力レベルは、信号電力、データレート、変調フォーマット、符号化スキームなどのような受信信号の１以上のパラメータに常に基づく。

推定される干渉が計算される後続の送信は、受信信号２４の受信の直後のまさに次の送信フレームまたは信号であってもよい。これは、宛先トランシーバ１０（今、発信元になる)から以前に発信元ノードであったトランシーバ１０に戻る、次の送信であってもよい。

他の実施形態では、後続の送信は、元の発信元から宛先ノードまで送られた次の信号送信でありうる。この場合、推定される干渉は、指定される発信元から指定される宛先トランシーバ１０までの送信に関するだろう。

他の実施形態では、後続の送信は受信信号２４に直ちに続く必要はない。後続の送信は、宛先での初期信号の受信に続く、ある時間間隔の後に生じる信号送信に関してであってもよく、この間隔は、予め定められる。他の態様では、後続の送信は、発信元と宛先ノードとの間の、送信または送信フレームの予め決められた数に続いて行われてもよい。推定された干渉レベルが現在経験する通信環境を正確にモデル化し、通信環境の真の干渉レベルに基づくことができるように、予め決められた時間間隔または送信の数は、望ましくは小さな値に設定される。

いったん推定された干渉レベルが指定された後続の送信のために決定されれば、送信予測部１４は、この後続の送信に関する送信モードを決定する。この送信モードは、後続の送信に関する通信環境において体験するだろう推定された干渉電力または干渉の推定レベルを考慮する、後続の送信のために割り当てられるリソースおよび／または送信パラメータの構成である。これは、送信が、経験される一般化された干渉にもかかわらず効率的かつ確実に送られてもができることを保証し、経験される干渉にもかかわらず、後続の送信のサービス品質を維持するまたは改善することをできるようにする。送信モードに従って構成されうる送信パラメータの限定的なリストは、下のように与えられる。
−対象とする発信元から対象とする宛先への信号送信電力
これは、初期または以前の送信と比較されるとき、維持するか、増加するかまたは減少してもよい。
−後続の送信に関する利用可能なチャネルリソースの無線リソース割り当て（すなわち、周波数分配、帯域幅など)、推定された干渉値に基づいて修正されてもよい。
−後続の送信に関するデータ送信レートは、維持し増加し、または減少してもよい。

式１と同様に、時刻ｔ＝Ｔ_１（ｔ＝０の後の後続の送信）について、信号は
式２：
ｙ（Ｔ_１）＝ｓ（Ｔ_１）＋ｉ（Ｔ_１）＋ｎ（ｔ）
で表すことができる。

ここで、ｓ（Ｔ_１）は、推定された干渉に基づく送信モードの指標であり、かつｔ＝０での受信信号ｙ（ｔ）の信号パラメータであり、ｉ（Ｔ_１）は、ｔ＝Ｔ_１での干渉である。

例えば、ｓ（Ｔ_１）の値が、信号ｙ（Ｔ_１）に関して適合した送信電力の値を構成すると仮定する。これは、時間ｔ＝０での受信信号ｙ（ｔ）の電力および干渉電力レベルｉ（ｔ）に基づく。

式２中の信号ｙ（Ｔ_１）は、図２（Ａ−Ｃ）における適合した後続の信号２６および図３における適合した後続の信号１２６であると考えられる。これは、この式に関する受信信号２４／１２４であるｙ（ｔ）の信号パラメータに基づく。この信号のｙ（Ｔ_１）は、図７のステップＳ３−１４およびＳ３−１６にさらに対応する。

いったん後続の送信に関する送信モードが送信予測部１４によって決定されたならば、トランシーバ１０の送信適合部１８は、決定された送信モードｓ（ｔ）に従って後続の送信に送信パラメータを適合させる。図２Ａに示されるように、後続の信号２６はその後、トランシーバ１０から対象とする宛先ノードに、適合した送信パラメータを備えて送信手段２２によって送られる。

別の実施形態では、いったん送信モードが送信予測部によって決定されるならば、送信部２２は通信システムでの別のトランシーバにこの決定された送信モードを送る。この他のトランシーバは、受信した送信モードに基づいてその次の送信を適合させることができる。この実施形態は、図２Ｂに示される。したがって、決定された送信モードに基づいて後続の信号を送るというよりはむしろ、図２Ｂのトランシーバ１０は、決定された送信モードのみ送り、そして指定される後続の送信は、別のトランシーバから生じる。この他のトランシーバは、図２Ａで示され、上に議論されるトランシーバ１０と同様でもよい。

次に指定される後続の送信がこの信号２６に基づいて適合するように、この後続の信号は、さらなる後続の送信、すなわち、Ｔ_１で最初に適合した信号送信に続く送信に関する受信信号としてみなされてもよい。図２Ａおよび図２Ｃに示される実施形態では、この次の送信は、前の送信についての宛先であったトランシーバ１０から始まる。これは、次の送信に関する発信元となり、以前の発信元トランシーバは宛先となる。

図２Ｂおよび図３に示される実施形態では、最初に適合した送信Ｔ_１に続く送信は、さらなる後続の送信、すなわち、トランシーバ１１０ａ（発信元）からトランシーバ１１０ｂ（目的地）への次の送信となるだろう。

ｔ＝Ｔ_１で最初に適合した送信に続くｔ＝Ｔ_２でのこのさらなる送信は、
式３：
ｙ（Ｔ_２）＝ｓ（Ｔ_２）＋ｉ（Ｔ_２）＋ｎ（ｔ）
で与えられる。

ここでｓ（Ｔ_２）は、ｔ＝Ｔ_１での信号ｙ（Ｔ_１）の信号パラメータおよび推定される干渉に基づく送信モードの指標である。ｉ（Ｔ_２）はｔ＝Ｔ_２での干渉である。

記述される実施形態では、ｓ（Ｔ_２）の値は、信号ｙ（Ｔ_２）について適合した送信電力の値を構成する。これは、干渉レベルｉ（Ｔ_１）および受信信号ｙ（Ｔ_１）の電力に基づく。

式３中の信号ｙ（Ｔ_２）は、図２（Ａ−Ｃ）中の信号２６によって表されるさらに後続の適合した信号および図３中の適合した後続の信号１２６と考えられてもよい。これは、この式に関する受信信号２４／１２４であると考えられるｙ（Ｔ_１）の信号パラメータに基づく。これはさらに図７のステップＳ３−１８に対応する。

期間Ｔ_２および続く期間Ｔ_３...Ｔ_Ｎでさらに適合する送信に関して、次の期間に関する干渉を予測するために用いられる時間Ｔ_１での以前に受信した信号の干渉の決定は、以下の方法のいずれか１つによって計算されてもよい。

信号ｙ（Ｔ_１）を例に挙げると、１つの態様では、干渉ｉ（Ｔ_１）は、受信信号ｙ（Ｔ_１）の収集されるチャネル特性に基づいて決定されてもよい。この決定は、プリアンブルを含む信号ｙ（ｔ）に関して上述された干渉決定と同様である。

別の態様では、干渉ｉ（Ｔ_１）は、信号ｙ（Ｔ_１）に関する最適な送信パラメータに基づいて、つまり言い換えると以前に受信した信号に基づいて決定されてもよい。この実施形態では、干渉決定ｉ（Ｔ_１）は、チャネル特性が再び収集されることを要求せず、単に利用可能な送信パラメータから得られてもよい。

信号ｙ（Ｔ_１）に関する最適な送信パラメータが信号電力の指標を構成すると仮定すると、ｎ（ｔ）は既知の統計量であるので、一例を挙げれば、干渉電力ｉ（Ｔ_１）は以下のように決定されてもよい。
ｉ（Ｔ_１）＝ｙ（Ｔ_１）−ｓ（Ｔ_１）−ｎ（ｔ）
いったん干渉ｉ（Ｔ_１）が決定されたならば、これは、時間Ｔ_２．．．Ｔ_Ｎでのさらなる後続の信号に関する干渉を推定するために用いられうる。

図３に示される発明の実施形態では、通信システム１００は、１つのトランシーバが発信元ノードとして指定し、別のトランシーバ指定がそれらの間の全ての通信に関する宛先ノードであるけれども、上述されるような同様の方法で、送信電力適合および干渉推定を行なうことが提供される。ここで、第１トランシーバまたは発信元ノードトランシーバ１１０ａは、受信部１２８、送信部１３０、および、前の実施形態のトランシーバ１０に記述される送信適合部１８と機能が類似する送信適合部１１８が備わる。第２トランシーバまたは宛先ノードトランシーバ１１ｂには、受信部１２０および送信部１２２が備わり、チャネル特性収集部１１２、送信予測部１１４および干渉決定部１１６もさらに備わり、それらのすべては、（トランシーバ１０が発信元または宛先ノードでありえる）以前に記述される実施形態の対応する特徴と機能が類似する。

このさらなる実施形態では、いったん送信モードが送信予測部１１４で決定されるならば、このモードは宛先ノードの送信部１２２によって発信元ノードトランシーバに送信される。いったん発信元ノードの受信部１２８で受信したならば、発信元での送信適合部１１８は、送信パラメータを適合させ、発信元ノードの送信部１３０を介して宛先ノードに、適合したパラメータを用いて、適合した信号１２６を送信する。この実施形態では、後続の送信は、常に指定される発信元ノード１１０ａから指定される宛先ノード１１０ｂに起こる。この実施形態は、基地局が宛先ノード１１０ｂであり、ユーザ装置端末が発信元ノード１１０ａであるだろうセルラシステムに適する。

後続の送信に関する干渉決定の目的のために、１つの態様では、第１トランシーバまたは発信元ノード１１０ａは、第２トランシーバ１１０ｂから受信するパラメータ、最適な送信モードｓ（ｔ）に基づいて第２トランシーバ１１０ｂに信号を送信する。第２のトランシーバまたは宛先ノード１１０ｂは、受信信号ｙ（Ｔ_１）から、前の時間インスタンスＴ_１におけるこれらのパラメータを決定している。第１トランシーバ１１０ａが信号を送り、第２トランシーバ１１０ｂが信号のｙ（Ｔ_２）＝ｓ（Ｔ_２）＋ｉ（Ｔ_２）＋ｎ（ｔ）を受信する続くインスタンスＴ_２については、第２トランシーバ１１０ｂは、干渉ｉ（Ｔ_２）に基づいてメッセージｓ（Ｔ_２）を復号し、次の時（ｍｏｍｅｎｔ）Ｔ_３に関する干渉を予測する。

干渉ｉ（Ｔ_３）を予測する１つのやり方は、時Ｔ_２とＴ_３との間でプリアンブルをもう一度送ることにより、チャネル特性を収集することである。

またはその代わりに、第２のトランシーバ１１０ｂが、干渉ｉ（Ｔ_２）の統計、例えばその電力を決定するために、送信信号ｓ（Ｔ_２）のパラメータおよび受信信号ｙ（Ｔ_２）に関する知識を用いることが可能である。推定されたｉ（Ｔ_２）に基づいて、第２トランシーバ１１０ｂは、次の時ｉ（Ｔ_３）に関する干渉を予測することができる。第２トランシーバ１１０ｂは、送信信号ｓ（Ｔ_３）のための最適なコンフィグレーションを決定するためにこの情報を用いてもよく、次の時Ｔ_３で送信を開始する第１トランシーバ１１０ａにこれらのパラメータを送る。

上記の技術も、図２Ａおよび図２Ｃ中で示されるシステムおよびトランシーバ１０によって実装されてもよい。

別の態様では、チャネルが急速に変化するとき、送信パフォーマンスは、メッセージ送信間の予め決められた時間間隔においてプリアンブル信号を定期的送ることにより、または、干渉の時間変化する統計を考慮する予測、例えば、時間変化するカルマンフィルタまたは他のロバストな予測方法を適用することによって、改善されうる。

上述される例に加え、後続の信号に関する干渉を計算する他の手段も、チャネル特性を収集する必要なしで、本実施形態に用いられてもよい。

必要な送信が完了するまで、すなわち、時間ＴＮまで上述されるプロセスが継続される。

図３に示される通信システムを実装するシナリオ例は、第１基地局ＢＳ１がユーザ装置（ＵＥ）１と通信する一方、第２基地局ＢＳ２がＵＥ２と通信する、図4に図示される。ＵＥ１とＵＥ２とが同じ周波数を共有してもよいので、特に、ＵＥ２はＢＳ１の送信／受信範囲内に存在し、積極的に送信する場合、それはＢＳ１への干渉を引き起こす。当業者は、これが単なる干渉シナリオを示す例であることを認識するだろう。同様のシナリオは、フェムトセルおよびコグニティブ無線などを用いる、異なるシステムについて考えられうる。実際、干渉者として振る舞うセル端での多数のＵＥが存在しうる。記述される実施形態では、目的は、ＢＳ１の干渉環境を予測し、それに応じてその送信を構成することである。そのような構成は、送信のサービス品質（ＱｏＳ）が劣化しないように、受信信号の信号電力および予測される干渉電力レベルに従ってＵＥ１の送信パラメータ（例えば送信電力）を適合させることができる。本発明の別の実施形態では、ＢＳ１は、隣接セルにおいて干渉するＵＥの数に従って、その（周波数および時間における）リソースブロックを割り当てることができる。

図５から７は、本実施形態に係る信号を送信および受信する方法の例を示す。図５は、初期信号を受信する方法について記述し、図６は適合した後続の信号を送信することを記述する。提案される発明では、プリアンブルは、図４に示されるようにＵＥのようなトランシーバによって、ステップＳ１−２で最初に送信される。このプリアンブルは干渉予測の目的で用いられてもよい。Ｓ１−４およびＳ１−６では、ＢＳで受信したプリアンブル信号に基づいて、ＢＳは、次のタイムスロットに関して、干渉電力レベル（またはアクティブなＵＥの数）を予測することができる。
この予測も受信したプリアンブルの電力レベルに基づく。ステップＳ１−８では、次のタイムスロットに関する予測される干渉に従って、基地局は、ＵＥが次のタイムスロットにおいて送信する場合に行われるべき適切な送信コンフィグレーションを計算する。そのようなコンフィグレーションは、例えば、予測される干渉および受信信号電力に基づく、ＵＥで要求される電力適合またはＢＳからのリソースブロック割り当てでありうる。図６に示されるように、ステップＳ２−４では、いったんトランシーバ（ＵＥ）が送信モードを受信すれば、トランシーバは、Ｓ２−６では送信パラメータを適合させ、Ｓ２−８では適合したパラメータを用いて、後続の信号を送信する。

図７は、送信が完了するまで送信／受信の上記方法を継続することを示す図４中のシナリオに関する送信プロトコルの表現である。Ｓ３−１２では、いったんＵＥがＳ３−８における干渉予測に続く基地局からの送信モードまたは適合したコンフィグレーションを受信すれば、Ｓ３−１４ではその後、次の信号を送信する。ＢＳはこの次の信号を受信し、（信号からＵＥのデータを抽出することに加えて）３番目のタイムスロットにおいて干渉の更新された予測を提供するために信号Ｓ３−１６を用い、受信信号の信号電力および更新された予測に基づいて更新された送信コンフィグレーションを計算し、Ｓ３−１８では、ＵＥにそれを送る。ＵＥは、再びＳ３−１４において更新されたコンフィグレーションに従って送信する。そのようなプロセスは送信が終了するまで、繰り返し実行される。ＵＥ送信の電力は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）が一定となるように、適合することができる。記述される実施形態に係る干渉予測は、マルコフ連鎖モデルを用いてモデル化されうる。マルコフ連鎖は、

で表わすことができる。

マルコフ性に従って、Ｘによって表わされる次の状態は、現在の状態だけであり、過去の状態はなく、ｋは現在の状態であり、かつｋは、１とＮとの間の値をとることができる。Ｎは、システムの可能な状態の数である。最も単純な形式では、各状態は、干渉者の数または干渉の電力レベルのいずれかに対応しうる。マルコフ連鎖は、Ｎ×Ｎの遷移確率行列Ａ（ｋ）および状態確率のベクトル

によって完全に定義されてもよい。遷移確率行列Ａ（ｋ）は状態ｊから状態ｉに移行するための条件付き確率

を含む。状態確率ベクトルの発展（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）は、Ｐ（０）が既知であると仮定すると、Ｐ（ｋ＋１）＝Ａ（ｋ）Ｐ（ｋ）で与えられる。

実用的な応用のために、ガウスまたはポアソン分布を有することができる一般化された干渉システムに関する遷移確率行列Ａ（ｋ）は、いくつかの方法で推定されうり、これらの１つは、正確なＡ（ｋ）推定を得るのに十分なある時間に関する、受信した干渉信号のセンシングである。干渉値の予測は、そのマルコフ連鎖表現によって実行されうる。予測では、２つの可能なケース、完全に観測可能な場合と部分的に観測可能な場合とが考えうる。完全に可能な場合は、マルコフ連鎖Ｘ（ｋ）の状態が、正確に測定されうることを意味する一方、後の方はマルコフ連鎖観測Ｘが雑音によって破損（ｃｏｒｒｕｐｔ）される。雑音がある観測は、Ｙ＝｛Ｙ（ｋ）｝_ｋ≧１によって示される。隠れマルコフモデルの理論は、ワンステップ予測に用いられうる以下の再帰的フィルタを与える。

Ｑ（ｋ）は、いわゆる非正規化条件付き状態確率ベクトルであり、Γ（ｋ）は、主対角線でのベクトル

を有する対角行列であり、Ｐ（０）＝Ｑ（０）である。時間インスタンスｋでの状態ｉにおける（過去の観測で条件付けられた）条件つき確率は、

で決定される。ここで、Ｐ_ｉ（ｋ）およびＱ_ｉ（ｋ）は、それぞれベクトルＰ（ｋ）およびＱ（ｋ）のｉ番目のエントリである。時間インスタンスｋ＋１について、状態の予測

は、最大の発生確率を有する状態ｉを選択することにより、最大尤推定法（ＭＬ）原理を用いて得られる。

当業者は、図４において１つのタイムスロット予測のみが例として用いられるが、次の複数のタイムスロットの予測が、高次予測を用いることで可能であることを理解するだろう。

図５は、ＵＥ送信電力が、以前の受信信号の１以上のパラメータおよび予測される干渉に従って適合する、記述された実施形態（図２の通信システム１０）に係る干渉予測の有効性を図示するグラフを表す。比較の目的で、電力適合がない（すなわち、送信時間中一定の送信電力を使用する）通信システム１０のパフォーマンスもプロットされる。両方のシステムは、同様の全送信電力を有すると仮定される。この例は、図３に図示されるシナリオに基づくシミュレーション結果を示す。ＵＥ１が図４中の方法に従って暗号化されない四相位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）を用い、干渉がポアソン分布によってモデル化され、干渉電力が時々異なると仮定される。それは周期性に従わない。モデル化されたときの図４の方法は、ＵＥの最大値が５であるとき、受信プリアンブルからの干渉マルコフモデルを生成することができる。宛先ノードでは、ビット誤り率（ＢＥＲ）が測定され、後続の送信に関する受信信号および推定される干渉に従って、送信電力が変化しないシステムのＢＥＲと比較される。グラフから、記述される実施形態に従って送信電力を適合させることによる電力適合を備えるシステムは、電力適合を用いないシステムと比較して性能向上をもたらすことが観察される。

各後続の送信に関する受信信号に基づく干渉予測および電力適合がないシステムと比較して、実質的性能向上がここに記述される実施形態によって達成されうる。いくつかの既存のシステムにおける場合であるように、実施形態は、任意のランダム干渉モデルに一般に適用し、干渉信号の周期性を要求しない。いったん干渉が予測されれば、様々なアルゴリズムは、続いて生じる送信のそれぞれに関する送信パラメータの調整により、将来の環境に従ってリソースをより効果的に割り当てかつ送信の信頼性を高めるために適用されうる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (18)

1. 無線通信ネットワークを確立することで１以上のトランシーバと無線通信を確立するトランシーバであって、前記トランシーバは、
   別のトランシーバから前記トランシーバへの信号送信からの受信信号に基づいてチャネル特性を収集するチャネル特性収集手段と、
   前記収集されたチャネル特性に基づいて、前記トランシーバと前記他のトランシーバとの間の後続の信号送信に関する送信モードを決定する送信予測手段と、前記送信予測手段は、前記受信信号の干渉レベルを決定し、前記受信信号の１以上のパラメータおよび前記決定された干渉レベルに基づいて前記後続の送信に関する干渉レベルを推定する干渉決定手段を含み、前記後続の送信に関する前記送信モードは前記推定された干渉レベルに基づいて決定され、
   前記決定された送信モードに基づいて前記後続の送信の送信パラメータを適合させる送信適合手段と、を具備するトランシーバ。
2. 前記推定された干渉レベルは、前記後続の送信について予測された前記干渉の前記電力である請求項１に記載のトランシーバ。
3. 前記受信信号の前記１以上のパラメータは、前記受信信号の符号化スキーム、データレート、変調フォーマット、信号電力の少なくとも１つを含む請求項１または請求項２に記載のトランシーバ。
4. 送信モードは、前記推定された干渉レベルに基づく後続の送信のサービス品質を維持するまたは改善するために割り当てられるリソースおよび／または送信パラメータのコンフィグレーションである請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のトランシーバ。
5. 前記推定される干渉レベルは、以下の収集されるチャネル特性、
   既存のチャネルトラフィック／負荷、
   前記トランシーバ周辺にある、前記トランシーバの動作周波数と同様の周波数で動作する追加的な送信および／または受信デバイスの番号、
   信号送信電力、
   前記送信に割り当てられるリソース、
   送信の期間、
   送信遅延、および
   既存のチャネル雑音の１以上に基づいて、前記干渉決定手段によって計算される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のトランシーバ。
6. 後続の送信に関する前記送信モードは、
   維持するか、増加するかまたは減少するような、対象とする発信元から対象とする宛先への信号送信電力、
   前記後続の送信のための利用可能なチャネルリソースのリソース割り当て、
   維持するか、増加するかまたは減少するような、前記後続の送信に関するデータ送信レート、
   の１以上を適合させることにより得られる請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のトランシーバ。
7. 送信電力適合は、前記トランシーバによって、前記受信信号に基づく受信信号対雑音比を決定し、
   前記信号対雑音定数を一定に保ち、かつ決定される閾値を増加させないことにより、前記後続の送信に関する前記信号送信電力を適合させることにより行われる請求項６に記載のトランシーバ。
8. 前記後続の送信は、前記受信信号の直後に生じる送信である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のトランシーバ。
9. 前記後続の送信は、前記受信信号に続き予め決められた時間間隔で生じる送信である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のトランシーバ。
10. 前記適合した送信パラメータで送信される前記後続の信号が前記トランシーバで受信されるとき、この後続の信号は、さらなる後続の送信に関する干渉レベルが推定されるかどうかに基づいて、前記受信信号となる請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のトランシーバ。
11. 前記後続の信号の前記干渉レベルは、前記後続の信号に関して収集されるチャネル特性に基づいて決定される請求項１０に記載のトランシーバ。
12. 前記後続の信号の前記干渉レベルは、前記受信信号および前記後続の信号の、前記送信パラメータに基づいて決定される請求項１０に記載のトランシーバ。
13. 前記後続の信号に続くさらなる送信に関する前記推定された干渉レベルは、前記後続の信号の１以上の信号パラメータおよび前記後続の信号の前記決定される干渉レベルに基づく請求項１１または請求項１２に記載のトランシーバ。
14. 複数のトランシーバを有するネットワークを具備し、前記トランシーバの少なくとも１つは請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のトランシーバである通信システム。
15. １以上の信号の送信に関する方法であって、前記方法は、
    ａ）別のトランシーバから前記トランシーバへの信号送信からの受信信号に基づいてチャネル特性を収集し、
    ｂ）前記収集されたチャネル特性に基づいて前記トランシーバから前記他のトランシーバへの後続の信号送信に関する送信モードを予測し、前記送信モードを予測することは、前記受信信号の干渉レベルを決定し、前記受信信号の１以上のパラメータおよび前記決定された干渉レベルに基づいて前記後続の送信に関する干渉レベルを推定することを含み、前記後続の送信に関する前記送信モードは前記推定された干渉レベルに基づいて推定され、
    ｃ）前記予測された送信モードに基づいて前記後続の送信の送信パラメータを適合させる、ステップを具備する、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のトランシーバによって実装される方法。
16. 第１ノードおよび第２ノードを具備するネットワークを具備する通信システムであって、前記第１および第２ノードは前記ネットワークにおいて無線通信可能なトランシーバであり、前記第１ノードは、
    前記第２ノードから前記第１ノードへの信号送信からの受信信号に基づいてチャネル特性を収集するチャネル特性収集手段と、
    前記収集されたチャネル特性に基づいて前記第２ノードから前記第１ノードへの後続の信号送信に関する送信モードを決定する送信予測手段と、前記送信予測手段は、前記受信信号の干渉レベルを決定し、前記受信信号の１以上のパラメータおよび前記決定された干渉レベルに基づいて前記後続の送信に関する干渉レベルを推定する干渉決定手段を含み、前記後続の送信に関する前記送信モードは前記推定された干渉レベルに基づいて決定され、
    前記第２ノードに前記決定された送信モードを送信する送信手段と、を具備し、
    前記第２ノードは、
    信号を送信する送信手段と、
    前記第１ノードからの前記決定された送信モードを受信する受信手段と、
    前記決定された送信モードに基づいて前記後続の送信の送信パラメータを適合させる送信適合手段と、
    前記送信手段は、前記適合した送信パラメータで１以上の後続の信号を送信することを具備する通信システム。
17. 前記第２ノードは、ユーザ装置（ＵＥ）であり、前記第１ノードは基地局である請求項１６に記載の通信システム。
18. 無線通信ネットワークにおいて第１ノードから第２ノードへ放射される１以上の信号の送信に関する方法であって、前記方法は、
    ａ）前記第２ノードから前記第１ノードへの信号送信からの受信信号に基づいてチャネル特性を収集し、
    ｂ）前記収集されたチャネル特性に基づいて、前記第２ノードから前記第１ノードへの後続の信号送信に関する前記宛先ノードでの送信モードを予測し、前記送信モードを予測することは、前記受信信号の干渉レベルを決定し、前記受信信号の１以上のパラメータおよび前記決定された干渉レベルに基づいて前記後続の送信に関する干渉レベルを推定することを含み、前記後続の送信に関する前記送信モードは前記推定された干渉レベルに基づいて推定され、
    ｃ）前記第２ノードに前記予測される送信モードを送信し、
    ｄ）前記受信した予測される送信モードに基づいて前記後続の送信に関して前記第２ノードで送信パラメータを適合させ、
    ｅ）前記第２ノードから前記適合した送信パラメータで１以上の後続の信号を送信するステップを具備する、請求項１６または請求項１７に記載のシステムにおいて実装される方法。

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