JP3805252B2 - 通信ネットワーク - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、通信ネットワークに関し、特に符号分割多元接続を使用する通信ネットワークに関するが、これに限定されない。
【０００２】
（発明の背景）
ネットワークによってカバーされるエリアが、複数のセルに分割されるセルラー電気通信ネットワークは周知である。各セルは基地局を含み、該基地局は、この基地局の関連するセル内の移動局と通信するように構成されている。現在検討が行われている第三世代の規格は、スペクトル拡散接続技術、特に符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）技術を使用することも目的としている。
【０００３】
符号分割多元接続は、現在、米国のＩＳ−９５規格で使用されている。
現在使用され、提案されているＣＤＭＡ技術を使用すれば、基地局および移動局は、使用することができる全周波数帯により信号を送信することができる。信号を識別するために、信号に対して異なる拡散コードが適用される。拡散コードは、通常、直交している。それ故、移動局または基地局は、使用周波数帯内で比較的多数の信号を受信する。特定の信号を分離するために、信号はデスプレッドされる。適当なコードでデスプレッドすると、必要とする信号の強度が、必要としない信号の強度より遥かに強くなるので、特定の信号を分離することができる。必要としない信号は干渉を起こす。
【０００４】
ＣＤＭＡシステムの容量は、必要とする信号に対する背景干渉のレベルにより異なる。干渉に対する必要とする信号の比率が、あるしきい値を超えない場合には、サービスの品質が劣化し、および／または必要とする信号に依存する接続は確立されないか、失われる。
提案されている第三世代の規格（ＵＭＴＳ地上無線アクセス：ＵＴＲＡ）には、時分割双方向伝送方式（ＴＤＤ）が示唆されている。ＴＤＤを使用した場合には、基地局は、異なる時間に送受信するように構成される。移動局も同じように構成される。スロット構造が示唆されている。
【０００５】
それ故、必要とするそれぞれの信号に対する移動局および基地局による干渉のレベルを最低のレベルに維持することが重要であることが分かっている。もちろん、必要とする各信号は、他の移動局または基地局に対する干渉となる。他のユーザに対する干渉のレベルを最低のレベルに維持することによりそのシステムの容量を増大することができ、および／またはサービスの品質を改善することができる。
【０００６】
（発明の概要）
本発明の１つの目的は、容量および／またはサービスの品質を改善することである。
第１の態様によれば、本発明は、複数の第１の局と複数の第２の局からなり、上記第１の局は上記第２の局と通信するように配置されていて、上記第１および第２の各局が、異なる時間に信号を送受信するように構成された通信ネットワークを提供する。この場合、上記第１の局のうちの少なくとも２つの局は、同時に送信および同時に受信するように構成されていて、上記第１の局のうちの少なくとも２つの局は、上記第１の局のうち少なくとも１つの局が送信と受信とをそれぞれ行うとき同時に、上記第１の局のうちの少なくとも１つの局が送信および受信を行うように構成されている。
【０００７】
もう１つの態様によれば、本発明は、複数の第１の局と複数の第２の局からなるネットワーク内で通信するための方法を提供する。該方法は、ある第１の局が、他の第１の局が信号の送信と受信とをそれぞれ行うときに同時に信号の送信と受信とを行う第１のモードになっているかどうか、またはその第１の局が、他の第１の局とは異なる時間に信号の送信と受信とを行う第２のモードになっているかどうかを判定するステップと、上記判定ステップにおける判定に基づいて、同時にまたは異なる時間に送信および受信を行うように上記第１の局を制御するステップとを含む。
【０００８】
さらにもう１つの態様によれば、本発明は、複数の第１の局および複数の第２の局からなるネットワークで使用するためのネットワーク素子を提供する。上記素子は、第１の局と通信している第２の局のために、第１の局が、他の第１の局が信号の送信と受信とをそれぞれ行うときに同時に信号の送信と受信とを行うのか、または上記第１の局が、上記他の第１の局とは異なる時間に信号の送信と受信とを行うのかを判定するための手段を備える。
【０００９】
さらに別の態様によれば、本発明は、複数の第１の局と複数の第２の局とからなり、上記第１の局が上記第２の局と通信するように構成されていて、上記第１の局と上記第２の局とが各々異なる時間に信号を送信し受信するように構成された通信ネットワークを提供する。この場合、上記第１の局のうちの少なくとも２つの局は、これら２つの局による信号の送信および／または受信の間に所定のオフセットが生じるように構成されている。
【００１０】
（発明の実施形態の詳細な説明）
図１について説明すると、この図は、本発明の実施形態を使用することができるセルラー電気通信ネットワークである。ネットワーク２によりカバーされるエリアは、多数のセル４に分割される。図１にはそのうちの３つのセルを示す。実際には、セルの数は遥かに多い。各セルは、基地トランシーバ局６を備える。基地局６は、各基地局に関連するセル内に位置する移動局８と通信するように配置されている。各基地局は、無線ネットワーク・コントローラ７により制御される。図１の配置の場合には、同じ無線ネットワーク・コントローラが、図の３つの基地局を制御する。しかし、本発明の実施形態には、１つ以上の無線ネットワーク・コントローラを設置することができることを理解されたい。
【００１１】
本発明の好適な実施形態の場合には、無線ネットワーク・コントローラは、本発明の実施形態の方法を実行するように構成されているプロセッサ１１を有する。本発明の実施形態を実行するために、プロセッサ１１は、基地局および／または移動局から情報を受信することができる。
【００１２】
符号分割多元接続システムと関連して、本発明の実施形態について説明する。この構成の場合には、移動局を１つ以上の基地局と同時に通信するように構成することができる。この構成はマクロ・ダイバーシティと呼ばれ、ソフトハンドオフの際に使用される。さらに、図１のシステムは、ＴＤＤ（時分割双方向伝送方式システム）である。ということは、基地局から移動局への信号が、移動局から基地局への信号の送信とは異なる時間に受信されるということを意味する。基地局が、移動局から受信し、移動局へ送信する信号についても同じことが言える。
【００１３】
ＴＤＤシステムの場合には、受信ＲＸスロットおよび送信ＴＸスロットの同期は、すべての隣接する基地局（ＢＳ）が、非同期の重畳を全然起こさないで、同じ時間に送受信することを意味する。すなわち、第１の基地局およびその隣接する基地局は、すべての基地局が、（自分自身のセル内、または他の基地局に関連するセル内に位置する）各移動局に対して同時に送信するように制御される。同様に、各セル内に位置する移動局は、同時に基地局に信号を送信するように構成されている。それ故、基地局は同期している。
【００１４】
このような構造体を形成するために、図１１に示すようなフレーム構造体が使用される。例えば、５１または任意の他の適当な数のフレームのような多数のフレーム２０２からなる上部フレーム２００が設置される。各フレームは、例えば、１５というような、多数のスロット２０４に分割される。スロットの中のいくつかは、基地局により使用され、また移動局により使用される。基地局および移動局が使用するスロットの数は、同じであってもよいし、同じでなくてもよい。チャネルが対称でない場合には、ＴＤＤを使用すると有利である。すなわち、移動局および／または基地局が、異なる数の受信スロットおよび送信スロットを持っている場合には、ＴＤＤを使用すると有利である。
【００１５】
共通の時間的基準で、基地局のタイミングを確実に制御するために種々の異なる方法が提案されてきた。そのうちの１つの方法はＧＰＳシステムを使用する。本発明の実施形態においては、この技術または任意の他の適当な技術を使用することができる。
【００１６】
隣接する基地局が同時に受信および送信を行わない場合には、移動局のところの干渉は、他の基地局および移動局からの干渉を含む。同様に、基地局のところの干渉は、移動局および他の基地局からの干渉を含む。この場合には、基地局は同期していないで、スケーリング係数ａを定義することができる。このスケーリング係数ａは、スロットの持続時間で割ったフレームのオフセット時間の比率により定義することができる。このスケーリング係数は、同期が行われている場合と比較した場合の他の干渉の測定基準となる。
【００１７】
ネットワークが１つの隣接セルを含む１つのセルを含む１つのセル・モデルを使用した場合には、送信／受信ＴＸ／ＲＸタイムスロットを同期させても、隣接チャネル干渉を含む環境においては、必ずしも容量が最大にならないことが分かっている。本発明者達は、あるシナリオの場合には、ＴＸ／ＲＸの方向に関して２つのセルの間でタイムスロットを対向させると有利であることを発見した。すなわち、あるセル内の基地局が移動局に送信している間に、他のセル内の移動局は、基地局に送信を行っている。２つのセル内のタイムスロットは同期している。
【００１８】
さらに調査を進めるために、もっと複雑なモデルについて考察した。このモデルの場合には、動的な電力制御が使用され、最小の経路損失に基づいてユーザ割当てを行った。それ故、移動局は、それにより最小の経路損失を受けた基地局に割り当てられた。さらに、各セルが必ず同じ数の隣接セルを持つように、セル・ラップアラウンド技術を適用した。
【００１９】
上記複雑なモデルは、図２に示すように、二次格子上に配置された４つのセル１２を含む。すなわち、各セルは、各セル１２の中心に位置する基地局１３ときちんと適合している。各セル１２は、セルの境界効果を克服するために、（ラップアラウンド技術を使用する）８つの隣接セルを持つ。二次格子を使用するのは、最小経路損失に基づいてユーザ割当てを行うからである。それ故、実際のセルのレイアウトは、結果に大きな影響を与えない。主な違いは、従来の六角形の格子内の基地局間の距離は、図１に示すように一定であることである。しかし、図２のモデルの二次格子の場合には、対角線のセル１２内の基地局は、距離ｒ√２だけ離れている。この場合、ｒは最も近い基地局間の距離であり、セルの辺の長さである。経路損失は距離の対数に比例するので、二次格子の結果は、従来の六角格子による経路損失と大きく違わないことを理解されたい。
【００２０】
図２を見れば分かるように、各移動局１４と基地局との間の通信経路は、点線で表示してある。図を見れば分かるように、移動局は、移動局が位置するセルの基地局と何時でも通信するわけではない。むしろ、移動局は、経路損失が最も少ない基地局と通信する。
モデル内に所定の数のユーザ１４をランダムにまた均等に分散した後で、アップリンクおよびダウンリンク内の電力制御ループが始動する。図３の場合には、電力制御ステップに対して、移動局が送信する電力のグラフが描かれている。ＣＤＭＡの場合には、電力は、最初比較的高くなるように、また以降の電力制御ステップでは、必要に応じて小さくなるように制御される。移動局と基地局との間の距離がどうであれ、何時でも移動局の信号が必ず基地局により受信されるように、使用電力は、最初、比較的高く選択される。使用する電力制御方法は、開ループ電力制御方法であっても、閉ループ電力制御方法であってもよい。
【００２１】
それ故、図３は、ランダムに選択した移動局１４の電力制御のスナップショットである。送信電力が、急速に増大することが分かる。送信電力が急速に増大するということは、システムの全ノイズ・フロアが、ＣＤＭＡシステムの相互干渉効果により高いことを意味している。すなわち、移動局が使用する送信電力が大きいということは、移動局の他の移動局に対する干渉が増大することを意味する。ノイズ・フロアが高いということは、信号対干渉比が低いことを意味する。従って、ある種の露出移動局は、基地局のところで目標の必要とする信号対干渉比を達成しない。ということは、サービスの品質が許容できないこと、または移動局が基地局と接続を確立できないことを意味する。接続がすでに行われている場合には、接続が失われる場合がある。
非常に大きな干渉発生源、すなわち、非常に大きな電力で送信するこれら移動局を除去すると、送信電力が、図３の参照番号２０で示す安定電力レベルに収束するまで、ノイズ・フロアが低減する。
【００２２】
本発明の実施形態は、ＣＤＭＡ方法を使用するＴＤＤシステムで、干渉を最小限度まで低減するための方法を提供する。該方法は、任意のＴＤＤ例のところでの干渉は、基本的に２つの干渉源からなるという事実を使用する。これら２つの干渉源は、基地局からの干渉および移動局からの干渉である。干渉は、隣接基地局の間のフレーム同期の程度、およびシステムのチャネルの非対称の程度により測定される。それ故、隣接基地局間のフレームの同期を制御すれば、干渉レベルを制御することができる。より詳細に説明すると、全干渉を最小限度まで低減することができる。そうすることにより、ＣＤＭＡシステムのような干渉制限システムの場合には、容量が改善されおよび／またはサービスの品質が向上する。
【００２３】
図４は、本発明を実行するための方法の略図であるが、下記のように隣接基地局間で２つの同期状態だけを可能にするような構成になっている。
１．すべての基地局が同時に送信し、移動局が基地局の送信時間とは異なる時間に同時に送信する、理想的に同期しているタイムスロット（ａ＝０）
２．１つのセルの基地局が、隣接セル内に移動局と同時に送信し、その逆を行う対向タイムスロット（ａ＝１）
【００２４】
他の実施形態の場合には、ａは０と１との間の任意の値をとることができることを理解されたい。このことは、隣接基地局のフレーム間にオフセットが存在するかもしれないことを意味する。隣接セルにおいては、タイムスロットは、同時にスタートすることはできない。すなわち、一方の基地局は、あるタイムスロットのスタートの時点で、送信または受信を開始し、所定の時間が経過した後で、他の基地局が送信または受信を開始する。これは、上記一方の基地局に対する次のスロットがスタートする前に行われる。
【００２５】
この方法は、隣接チャネルが干渉を起こしている環境で有利に使用することができる。何故なら、オペレータ間でフレームが同期しているかどうか分からないからである。本発明の方法は、動的チャネル・アルゴリズムに内蔵されている。図４のフローチャートを参照しながら、本発明を実行するための方法について説明する。図４の方法は、好適には、各タイムスロット毎に、各移動局に対して実行することが好ましい。別な方法としては、本発明の実施形態は、もっと高い頻度でまたはもっと低い頻度で、および一定の間隔または不規則な間隔で実行することができる。
【００２６】
最初のステップＳ１において、方法はスタートする。
次のステップＳ２においては、移動局のアップリンク送信電力が測定される。
ステップＳ２の次のステップＳ３においては、測定送信電力が、移動局が送信することができる最大電力より、大きいかどうかの判断が行われる。最大値は、例えば、関連するＵＭＴＳ規格に定義されている。測定送信電力が最大電力以下である場合には、ステップＳ４に進む。そうでない場合には、ステップＳ６に進む。
ステップＳ４においては、チャネルが移動局に割り当てられるか、または前に割り当てられたチャネルが引続き使用される。ＴＤＤシステムおよびＣＤＭＡシステムの場合には、このことは、拡散コードおよびタイムスロットを割り当てることを意味する。
移動局にチャネルが割り当てられると、処理はステップＳ５で終了する。
【００２７】
ステップＳ３において、測定送信電力が最大電力より大きいと判断された場合には、ステップＳ６に進む。このステップにおいて、基地局のところでの他の基地局からの干渉が、その基地局のところでの移動局からの干渉より大きいかどうかの判断が行われる。
基地局からの干渉が移動局からの干渉より大きくない場合には、ステップＳ７において、ｍ局の基地局の中のどれが同期しているタイムスロットを持つかが判断される。
【００２８】
ステップＳ８においては、ｍ｜ｍ＞０であるかどうか、（すなわち、ｍが０より大きいかどうか）の判断が行われる。そうでない場合には、ステップＳ９において、ユーザは機能停止に当面する。従って、ステップＳ１０において、処理が終了する。
ステップＳ８においては、ｍ｜ｍ＞０であると判断された場合には、ステップＳ１１に行く。ステップＳ１１において、同期しているタイムスロットを持つｍ局の基地局の中から、１つの基地局ｊがランダムに選択される。
【００２９】
ステップＳ１２において、基地局ｊの受信タイムスロットおよび送信タイムスロットは、問題の移動局にサービスを行っている基地局の対向スロットに変化する。次に、処理はステップＳ２に進み、上記ステップが反復して行われる。
ステップＳ６において、基地局からの干渉が移動局からの干渉より大きいと判断された場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３においては、ｎ局の基地局のうちのどれが、対向タイムスロットを持っているのかについての判断が行われる。
【００３０】
ステップＳ１４においては、ｎ｜ｎ＞０であるかどうかについての判断が行われる。そうである場合には、ステップＳ１５に進み、そこでｎ局の基地局の中から１つの基地局ｉが選択される。ステップＳ１６においては、基地局ｉのタイムスロットが、問題の基地局のタイムスロットと同期する。処理はステップＳ２に進み、上記処理が反復して行われる。
【００３１】
ｎ｜ｎ＞０でない場合には、ステップＳ１７において、ユーザは機能停止に当面したと判断される。従って、ステップＳ１８において、処理は終了する。
ｎ＝５００で、予め定義した数の移動局の分配がｎ回反復して行われ、各モンテカルロ実行の際に機能停止を起こす移動局の数を記憶した。各基地局に対して２つのタイムスロット（送信用の１つのタイムスロット、および受信用の１つのタイムスロット）が考慮された。図５−図１０にその結果を示す。この結果についてさらに詳細に説明する。
【００３２】
図５について説明すると、この図は、機能停止を起こす移動局の数に対する機能停止の頻度のグラフである。機能停止とは、サービスの品質が許容できるレベル以下に劣化する場合、または接続が失われる場合である。図５は、全ネットワークに対する平均負荷Ａが、約２４．８８である場合の結果、すなわち、セルおよびタイムスロット当りの平均負荷が、移動局の数にして６．２２である場合の結果を示す。
【００３３】
完全なネットワークは、ａ_１２、ａ_１３、ａ_１４、ａ_２３、ａ_２４、ａ_３４＝０で示す、問題のタイムスロットの間で理想的な同期が行われている。この場合、ａ_１２は、図２の第１の基地局ＢＳ１および第２の基地局ＢＳ２の送信および受信同期であり、ａ_１３は、第１の基地局ＢＳ１と第３の基地局ＢＳ３との間の送信および受信同期であり、以下同じ。ａ_ｘｙ＝０は、各基地局の受信および送信スロットが整合していることを意味する。それ故、両方の基地局は同時に送受信する。対照的に、ａ_ｘｙ＝１は、上記基地局が、対向している受信および送信タイミングを持つことを意味する。すなわち、一方の基地局が送信している場合には、他方の基地局が受信していることを意味する。
【００３４】
図５を見れば分かるように、機能停止（Ｏｕｔ_ｍｅａｎ）の平均は計算することができる。機能停止は、下式により求めることができる。
機能停止＝（Ｏｕｔ_ｍｅａｎ）／Ａ
図５を見れば分かるように、タイムスロット当りの６．２２の移動局の平均負荷Ａにより、４つのセルに対する平均負荷Ａは２４．８８である。Ｏｕｔ_ｍｅａｎは１．４１であり、機能停止は、理想的に同期しているセル（ａ_ｘｙ＝０）を仮定して、約５．７％である。
【００３５】
図６は、図５のグラフに類似のグラフであるが、平均負荷Ａが、タイムスロットおよびセル当り、７．８人のユーザに対して増大している。この場合、機能停止は、約２６％に増大する。さらに、タイムスロットおよびセル当り、約４人のユーザの負荷についてシミュレーションを行ったが、機能停止は無視できる程度のものであった。
【００３６】
図７は、図５のグラフと類似のグラフであるが、送信および受信スロット同期が、最悪であると仮定した場合のものである。第１の基地局ＢＳ１の送信および受信タイムスロットは、第２の基地局ＢＳ２の送信および受信タイムスロットの反対になっている。第２の基地局ＢＳ２の送信および受信スロットは、第３の基地局ＢＳ３の反対になっている。第３の基地局ＢＳ３の送信および受信スロットは、第４の基地局の送信および受信スロットの反対になっている。このことは、第１および第３の基地局が同期していること、および第２および第４の基地局が同期していることを意味する。
【００３７】
図７のシナリオの場合には、タイムスロットおよびセル当りの平均負荷が、６．２２人のユーザである場合、完全に同期しているネットワークの場合の５．７％と比較すると、機能停止は６７％に増大している。
図８は、図６のシナリオに類似のシナリオのグラフであるが、タイムスロットおよびセル当りの負荷が７．８人のユーザに増大している。この場合、タイムスロットおよびセル当りの負荷が６．２２人のユーザであった、前の場合の２６％と比較すると、５１％に増大している。
【００３８】
図９は、図５と類似のグラフであるが、図４のところで説明したように、本発明を実行する方法を使用している。この場合もまた、タイムスロットおよびセル当りの平均負荷は、ユーザ６．２２人分である。機能停止は約６．４％で、これは図５の理想的な場合の５．７％より若干高い。
図９のシナリオの場合には、ａに対して下記の値が得られた。
ａ_１２＝０．０６１
ａ_１３＝０．０５９
ａ_１４＝０．０６０８
ａ_２３＝０．０５２４
ａ_２４＝０．０５８２
ａ_３４＝０．０５５４
従って、５．２％〜６．１％の場合には、タイムスロットは相互に反対になっているが、このことは、一方のセルが送信している場合には、他方のセルは受信していることを意味する。
【００３９】
図１０について説明すると、この図は、本発明を実行するための方法を使用する結果を示している点で図９に類似している。しかし、図１０のグラフの場合には、４つのセルに対する平均負荷は、全ネットワークに対して、移動局３１．２１台分に増大している。この場合、同じセル負荷に対して２６．０８％であった図５の同期ネットワークと比較した場合、機能停止は若干低減して、値は２４．７６％である。
【００４０】
図１０の構成の場合には、下記の値が得られた。
ａ_１２＝０．１２５６
ａ_１３＝０．１２９８
ａ_１４＝０．１１５４
ａ_２３＝０．１０３
ａ_２４＝０．１１３８
ａ_３４＝０．０９９２
【００４１】
それ故、１０％〜１３％の場合には、タイムスロットは反対方向を向いている。
使用したモデルの場合には、隣接チャネル間の干渉は考慮しなかった。すなわち、隣接搬送周波数上の異なるオペレータ（または、同じオペレータ）により制御される基地局および移動局からの干渉は考慮しなかった。本発明を実行するための方法を使用することにより、現在の提案と比較した場合、隣接チャネル間干渉があっても、有意の改善を行うことができる。
【００４２】
本発明の有効性を証明するために、図２の４つのセルの配置を使用したことを理解されたい。しかし、本発明の実施形態は、任意のセルのレイアウトと一緒に使用することができ、本発明の利点を達成することができることを理解されたい。
本発明の方法は、任意のＴＤＤ例のところでの干渉は、それぞれの影響が同期により異なる移動局干渉成分および基地局干渉成分からなるという現象を使用する。すでに説明したように、ＴＤＤおよびＣＤＭＡ同期受信および送信タイムスロットを使用する移動通信ネットワークは、何時でも最高の容量および／またはサービスの品質を供給するわけではない。隣接チャネル間の干渉がなくても、本発明の方法は、完全に同期したネットワークよりも優れた結果を達成することができる。
【００４３】
本発明の実施形態は、ＵＴＲＡ／ＴＤＤネットワークに特に適している。本発明の実施形態を使用すれば、ネットワークの容量、性能および／または柔軟性を改善することができる。ネットワーク内の他のユーザおよび基地局に対する干渉を低減することができるために、このような改善を行うことができる。
【００４４】
本発明者達は、ＴＤＤシステムの非同期重畳についての前の仮定は、完全には正しくなかったことを発見した。すでに説明したように、同期が理想的に行われた場合には、最善の結果が得られると仮定した。同時に送信し、同時に受信するように、すべてのローカル基地局を同期するように提案している従来の方法よりむしろ、本発明の実施形態は、特定のタイムスロット内の同期を反対方向に向ける。動的チャネル割当てを使用することにより、ネットワークの性能が改善するように、どのタイムスロットを反対方向に向けるべきなのか、どれを同期させるべきなのかについての決定をインテリジェントに行うことができる。本発明の実施形態を使用すれば、容量を最適化しながら、隣接セル内に異なる非対称を使用することができる。
【００４５】
図１４−図１８について説明する。図１４−図１７に示したシナリオで使用した方法は、本発明の他の実施形態のステップを示す図１８に示す方法である。本発明の前の実施形態の場合のように、上記方法は、チャネル割当て手順の一部にすることができる。
ステップＴ１において、方法がスタートする。
ステップＴ２においては、セルｋのタイムスロットｊ内のユーザｉに対する送信電力ＴＸｉが測定される。ユーザｉは移動局である。
ステップＴ３においては、ステップＴ２において測定された送信電力が、移動局に対する最大許容送信電力と比較される。この値は適当な規格に規定されている。
移動局の送信電力が最大送信電力より大きくない場合には、ステップＴ４に進む。ステップＴ４においては、チャネルが割り当てられるか、前のチャネルが引続き使用される。次のステップＴ５で、処理は終了する。
【００４６】
送信電力ＴＸｉが最大許送信電力より大きい場合には、ステップＴ６に進む。ステップＴ６においては、タイムスロットＴＳ_ｌ，ｎが、基地局のところの受信タイムスロットであるかどうかの判断が行われる。この場合、ｌは、隣接基地局の中の１つであり、ｎは、使用したタイムスロットの中の１つであり、ｊは、移動局の送信電力のタイムスロットであり、測定される。
【００４７】
タイムスロットが受信タイムスロットである場合には、基地局ｌのところのタイムスロットｎ内の干渉Ｉ_ｎ，ｌは、下式により求められる。
【数１】

ここで、ｅｓｔは１であっても、１以上でも、１以下であってもよい推定係数であり、伝播の修正を表す。Ｃ／Ｉ_ｍｉｎは、隣接セルｌ内でのキャリヤ／干渉比である。ユーザの数は、タイムスロットＴＳ_ｎ，ｌ内のユーザの数である。Ｉ_{ｌ，ｏｗｎ}は、隣接基地局ｌのところでの、その移動局からの干渉である。
【００４８】
ステップＴ６において、タイムスロットが、送信タイムスロットであると判断された場合には、ステップＴ８に進み、そこで隣接基地局ｌのタイムスロットｎ内の干渉Ｉ_ｎ，ｌが、下式により求められる。
【数２】

ＢＳ＿ＴＸ_ｎ，ｌは、タイムスロットｎ内での基地局ｌの送信電力であり、経路損失（ＢＳ_ｌ，ＢＳ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）は、現在の基地局と基地局ｌとの間の経路損失である。
【００４９】
ステップＴ７およびＴ８の次のステップはＴ９である。このステップにおいて、ステップＴ７またはＴ８で測定したＩ_ｎ，ｌの値が、タイムスロットｊ内の基地局ｌに対する干渉Ｉ_ｊ，ｌと比較される。前者が後者より小さく、タイムスロットｎ内での送信方向が、タイムスロットｊ内での送信方向と異なる場合には、タイムスロットｎおよびｊが、ステップＴ１０において交換される。それ故、タイムスロットｊ内での送信方向は変わらない。次に、上記方法が、ステップＴ２から反復して行われる。
前者が後者より小さくない場合には、ステップＴ６に進み、そこで異なるｎおよび／またはｉに対して上記方法が反復して実行される。上記方法は、ｎおよびＩのすべての値に対して反復して実行され、終了する。
【００５０】
図１４のシナリオは４つのセル１−４を持つ。各ユーザは、一組の以降の４つのタイムスロットおよび１つのコードを占める。各タイムスロット／コードの行ビット速度は、１６キロビット／秒である。すなわち、セル２−４内でのサービスは、対象の３２キロビット／秒サービスである。セル１においては、トラヒックはアンバランスであり（すなわち、アップリンクとダウンリンクとの間の比率は３：１であり）、基地局ＢＳ１に接続しているすべての移動局は、４８キロビット／秒で送信し、基地局ＢＳ１自身だけが１６キロビット／秒で送信する。このシナリオの場合には、タイムスロットＴＳ１のところで非対称の重畳が起こる。異なるユーザ人口に対する結果として起こる機能停止について調査した。適用したモデルの場合には、基地局へのユーザの割当てに対して最小の経路損失が毎回適用されないように、ハンドオーバーを考慮する。各ユーザは、図１４に示すように、すべての４つのタイムスロットＴＳを占めるものと仮定する。
【００５１】
図１５はこの結果を示す。機能停止の数字は、対向スキームを使用する場合、干渉解決アルゴリズムを使用しない場合、すなわち、移動局がランダムに割り当てられ、再割当てを行わない場合のものである。両方の場合、図１４のモデルを使用する。このことは、セル１は、何時でも、３：１のアップリンク／ダウンリンクのバランスを持っていることを意味する。
【００５２】
ユーザ１２とユーザ２０との間の全負荷の場合には、対向スキームの利点が最大になることを理解することができるだろう。これは、最大の容量で動作していないネットワークの場合には、本発明の実施形態は、相互干渉を最小にするために、より多くのオプションを持っているからである。
負荷が１６人のユーザである場合には、例えば、機能停止は、約８％から５％に低減する。
【００５３】
図１６は第２のシナリオを示す。図１４のシナリオとは対照的に、セル１のユーザだけが以降の４つのタイムスロットを占めている。この場合もまた、セル１内においては、アップリンク／ダウンリンクのトラヒックは、３：１に分割される。すなわち、アップリンクのデータ速度およびダウンリンクのデータ速度は、それぞれ、４８キロビット／秒および１６キロビット／秒である。シナリオＡとは対照的に、セル２からセル４へのサービスは、１６キロビット／秒で十分である。セル２−４においては、対称的なサービスが行われていると仮定するので、各ユーザは以降の２つのタイムスロットを占めるだけである。しかし、シミュレーションの場合には、各セルに対して４つのタイムスロットを考慮の対象にする。このことは、セル２−４内に、１つのスロット当り最大８人のユーザを収容できるものと仮定して、全部で１６人のユーザを収容することができることを意味する。セル２−４での割当て手順は、最初に、ＴＳ１／ＴＳ２が「満たされる」ように行われる。ＴＳ１／ＴＳ２がその最大容量で動作すると、移動局に割り当てるために、ＴＳ３／ＴＳ４が使用される。
【００５４】
図１７は、図１６のシナリオに対する機能停止の値を示す。機能停止に対する対向アルゴリズムの影響が、干渉解決アルゴリズムを使用しない場合と比較される。さらに、正方形で示す曲線が、非同期な重畳が存在しない場合の、すなわち、セル１も対称的サービスを使用している場合の機能停止を示す。この場合、ＢＳ１のＴＳ１も送信のために使用される。
【００５５】
それ故、正方形を含む曲線を、非対称な重畳の影響を研究するための基準として使用することができる。対向スキームが、機能停止を有意に改善することが分かる。この結果は、重畳を起こさないシナリオと非常によく似ている。例えば、タイムスロットＴＳ１のところに非対称な重畳が存在し、能動的でない干渉の機能停止が約１４％である場合に、ネットワークにアクセスするために待機中の移動局が２１あると仮定しよう。本発明による対向スキームを導入すると、機能停止は、理想的場合の約３．５％と比較した場合、約６％に低減する。
【００５６】
約３０〜４０の移動局のところでの機能停止曲線は、再び上昇を始める前にある安定した値に収束する。このように収束する理由は、予め行ったチャネルの割当て方法により説明することができる。タイムスロットＴＳ１およびＴＳ２だけを考慮した場合、最大容量の約半分は約３２人のユーザである。このしきい値のところで、セル２−４内のユーザは、タイムスロットＴＳ３およびＴＳ４に割り当てられ、この場合、ＴＳ３およびＴＳ４の機能停止に追加された少しの移動局は有意に増大しない。この行動は、セル２−４のタイムスロットＴＳ１およびＴＳ２だけが、移動局を割り当てるために使用される８〜２０人のユーザの場合と同じである。機能停止曲線は、これらの類似性を反映している。
【００５７】
適応した異なるセル対称性を持つＴＤ−ＣＤＭＡの場合には、本発明の方法により、非対称な重畳による機能停止を有意に軽減することができる。最大の利点は、ネットワークの負荷を３０％〜６０％にした場合に達成することができる。例えば、ネットワークの負荷がこのレベルの場合に、本発明の実施形態を使用することができる。
【００５８】
本発明の実施形態の理論的背景の説明を分かりやすくするために、基地局から見て、同じ受信／送信割当てを持つセル（セル１）により囲まれている、問題のセル（ＣＯＩ）を示す図１２を参照することにする。対照的に、セル２は、問題のセルの基地局に関して対向受信／送信割当てを使用する。後者のシナリオは非同期セル重畳と定義される。何故なら、この重畳は、２つの隣接セルが異なる非対称性を使用する場合に発生するからである。セル１からの干渉をセル２からの干渉と比較した場合、２つの異なる干渉シナリオが存在する。問題のセルとセル１とを考慮した場合、移動局に対する基地局の干渉、および基地局に対する移動局の干渉を考慮する必要がある。問題のセルとセル２との間の干渉を調査する場合、上記干渉は基地局間の干渉であり、移動局間の干渉である。
【００５９】
周波数分割二重化を使用するＣＤＭＡシステムの容量（ユーザの数）は、下式により求められる。
【数３】

ここで、ｐｇは処理利得であり、ηはＮ_ｏ／Ｉ_ｏであり、この場合、Ｎ_ｏは熱雑音でありＩ_ｏは全最大許容干渉密度であり、Ｅ_ｂはビット・エネルギーであり、ｆは問題のセル、ＣＯＩのところでの、自身のセル干渉に対する他のセル干渉の比率である。
【００６０】
式（１）を導き出す仮定において、隣接セルの移動局だけが、アップリンク内の他のセル干渉に影響を与える。何故なら、移動局はＦＤＤシステムであるからである。ＴＤＤシステムに対してこのモデルを使用して、すでに説明した係数ａを、図１２の異なる干渉シナリオのために導入した。それ故、隣接セルの第１の段からの干渉は、式（２）で表すことができる。
【数４】

ここで、タイムスロットが対向している場合には、ａ＝１であり、タイムスロットが同期している場合には、ａ＝０である。
【００６１】
式（１）に式（２）を代入すると、式（３）が得られる。
【数５】

【００６２】
ここで、ｇ_ｉは、問題のセル、ＣＯＩ内の自身のセル干渉に対する基地局ＢＳｉによるセル干渉の比率である。同様に、ｆ_ｉは、自身のセル干渉に対するセルｉの全移動局ＭＳ干渉の比率である。ｆ_ｉは、基本的には、ＦＤＤシステムで観察されるものと同じものである。式（３）は、ＴＤＤシステムの興味のある特性を示す。式（３）は、例えば、２つの隣接セルの受信／送信方向が、簡単な動的チャネル割当て（ＤＣＡ）アルゴリズム（例えば、図４参照）により配置することができる、本発明の実施形態と一緒に選択される場合には、ＣＤＭＡ／ＴＤＤシステムの容量を等価のＦＤＤシステムの容量より大きくすることができることを示す。例えば、ｇ_ｉがｆ_ｉより小さく、タイムスロットが非同期状態で重畳するようにａ_ｉを選択する場合には、ａ_ｉ＝１になり、全部の他のセルの干渉は、ｆ_ｉより小さくなり、そのため、類似のＦＤＤシステムより小さくなる。式（３）による容量の結果は、式（１）による結果と比較される。
【００６３】
【数６】

式（４）から、ノミネータ内の合計がゼロより小さくなることができる場合には、等価のＦＤＤシステムと比較したＴＤＤシステムの相対的な容量の利得が、１より大きくなる場合があることが分かる。
【００６４】
本発明の好適な実施形態の場合には、下記のことが実行される。ＵＴＲＡ−ＴＤＤ内のフレーム持続時間は１０ｍｓである。１つのフレームは、１５のタイムスロットに分割され、各タイムスロットをダウンリンクのタイムスロットまたはアップリンクのタイムスロットに割り当てることができる。この場合の唯一の制約は、任意の構成内の少なくとも１つのタイムスロットをアップリンクに割り当てることである。そうすることにより、下記のように簡単な方法を定義することができる。

【００６５】
すなわち、セルｉからの基地局の干渉の影響が、セルｉからの全移動局のＭＳ干渉電力より小さい場合は何時でも、上記アルゴリズムは、各タイムスロットに反対になるように選択する。すなわち、同じタイムスロットのところの２つのセルの間の送信方向は反対になる。それ故、式（４）内の項、ａ_ｉ（ｇ_ｉ−ｆ_ｉ）は、下式のようになる。

この式は、上記の本発明の方法により使用される。
【００６６】
Ｅ｛ｆ｝およびＥ｛ζ｝をコンピュータ・シミュレーションするために、図１２のセル・トポロジーを使用した。問題のセルは６つの隣接セルで囲まれている。ＵＭＴＳの場合には、１つのタイムスロットが、８人のユーザを収容できるように定義される。上記シミュレーションの場合には、下記のパラメータを使用した。
セル半径＝５０ｍ
行ビット速度＝１６キロビット／秒
チップ速度＝３．８４メガチップ／秒
シャドーイング＝１０ｄＢ
ノイズ値＝５
最大移動局送信電力＝４ｄＢ
最大基地局送信電力＝１０ｄＢ
Ｅｂ／Ｉｏ＝２ｄＢ
経路損失＝静的ＣＯＳＴ２３１
【００６７】
図１３は、上記の本発明の簡単な方法を使用するＴＤＤシステムの相対的容量である。等間隔で配置したユーザの数は変動するが、横軸はそのユーザの数を示す。調査したすなわちユーザの数の場合、ＴＤＤシステムは、等価のＦＤＤシステムより大きな容量を持つ。１つのセル内に２人のユーザが位置している場合の、最大容量利得は約１３．５％である。ネットワーク内に位置するユーザの数が増えると、相対的容量は指数的に減少する。それは、ネットワーク内のユーザの数が増大すると、自身のセル干渉が非直線的に増大するからである。
【００６８】
本発明の実施形態は、また、異なるオペレータまたは同じオペレータに属する隣接周波数キャリヤからの干渉にも適用することができる。このことは、異なるオペレータは、自分のネットワークを同期する必要がないこと、または有害な干渉を避けるために、同じ非同期性を採用する必要がないことを意味する。
【００６９】
本発明の好適な実施形態により、移動局と基地局との間の通信を説明してきた。移動局としては、移動電話または任意の他の通信デバイスを使用することができる。本発明の実施形態は、また固定端末を含む無線通信にも、使用することができることを理解されたい。
符号分割多元接続技術により、本発明を説明してきた。しかし、本発明の実施形態は、例えば、そのハイブリッドを含む、他のスペクトル拡散技術または周波数分割技術のような任意の他の適当な技術と一緒に使用することができることを理解されたい。
【００７０】
本発明の実施形態の場合には、基地局から移動局への通信に使用する周波数範囲は、移動局から基地局への通信に使用する周波数範囲と同じものであっても、異なるものであってもよい。
本発明の方法は、無線ネットワーク・コントローラ、基地局等で実行することができる。
【図面の簡単な説明】
本発明および本発明の実行方法をもっとよく理解してもらうために、添付の図面を参照するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
【図１】 本発明の実施形態を使用することができる通常のセルラー電気通信ネットワークである。
【図２】 本発明を説明するためのセルラー電気通信ネットワークの１つのモデルである。
【図３】 移動局の送信電力である。
【図４】 本発明を実行するための１つの方法である。
【図５】 第１の負荷を含む理想的に同期しているネットワークの場合の、機能停止を起こす移動局の数に対する機能停止の発生の頻度のグラフである。
【図６】 第２の負荷を含む理想的に同期しているネットワークの場合の、機能停止を起こす移動局の数に対する機能停止の発生の頻度のグラフである。
【図７】 第１の負荷を含む同期していないネットワークの場合の、機能停止を起こす移動局の数に対する機能停止の発生の頻度のグラフである。
【図８】 第２の負荷を含む同期していないネットワークの場合の、機能停止を起こす移動局の数に対する機能停止の発生の頻度のグラフである。
【図９】 第１の負荷を含む本発明の一実施形態により動作中のネットワークの場合の、機能停止を起こしている移動局の数に対する機能停止の発生の頻度のグラフである。
【図１０】 第２の負荷を含む本発明の一実施形態により動作中のネットワークの場合の、機能停止を起こす移動局の数に対する機能停止の発生の頻度のグラフである。
【図１１】 本発明の１つの実施形態で使用するタイミング構造である。
【図１２】 本発明の実施形態の原理を説明するためのセル構造体である。
【図１３】 等価のＦＤＤセルに関するＴＤＤセルの相対的容量である。
【図１４】 もう１つのセル・モデルである。
【図１５】 図１４のモデルの場合の、ユーザの数に対するユーザの機能停止である。
【図１６】 別のモデルである。
【図１７】 図１６の装置の機能停止の結果である。
【図１８】 本発明を実行するための別の方法である。

Claims (32)

1. 複数の第１の局と複数の第２の局とからなり、前記第１の局が前記第２の局と通信するように構成され、前記第１の局と前記第２の局とが各々異なる時間に信号を送信し受信するように構成された通信ネットワークであって、
   前記第１の局のうち少なくとも２つの前記第１の局が同時に送信を行うとともに同時に受信を行い、前記少なくとも２つの第１の局のうち少なくとも１つの前記第１の局が送信と受信とをそれぞれ行うとき同時に少なくとも１つの前記第１の局が送信と受信とを行うよう構成され、
   前記少なくとも２つの第１の局の何れかが送信と受信とを同時に行い、前記少なくとも２つの第１の局の何れかが送信と受信とを異なる時間に行うようになっているかを判定する手段を提供することを特徴とする通信ネットワーク。
2. 請求項１に記載の通信ネットワークにおいて、前記ネットワークが時分割双方向伝送方式を使用するように構成されていることを特徴とする通信ネットワーク。
3. 請求項２に記載の通信ネットワークにおいて、前記時分割双方向伝送方式を使用するように構成された前記ネットワークが、１つのタイムスロット構造を使用するように構成され、前記第１および第２の各局が、各タイムスロット内で送受信を行うように構成されていることを特徴とする通信ネットワーク。
4. 請求項３に記載の通信ネットワークにおいて、前記第１および第２の局が、同期しているタイムスロットを使用するように構成されていることを特徴とする通信ネットワーク。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の通信ネットワークにおいて、前記ネットワークが無線電気通信ネットワークであることを特徴とする通信ネットワーク。
6. 請求項５に記載のネットワークにおいて、前記第１の局が基地局であることを特徴とするネットワーク。
7. 請求項５または６に記載の通信ネットワークにおいて、前記第２の局が移動局であることを特徴とする通信ネットワーク。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の通信ネットワークにおいて、前記ネットワークが、最大負荷の３０〜６０％の間の負荷を持つことを特徴とする通信ネットワーク。
9. 請求項１乃至８の何れかに記載のネットワークにおいて、第１の局の少なくとも１つが、前記第１の局の少なくとも１つが受信するのと同時に送信し、送信するのと同時に受信するように前記ネットワークの５〜２０％が構成されていることを特徴とするネットワーク。
10. 請求項１乃至９の何れかに記載の通信ネットワークにおいて、前記第１の局の少なくとも１つが、関連する第２の局へ送信または関連する第２の局から受信するように構成される回数が、前記関連する局が前記第１の局の少なくとも１つへ送信または前記第１の局の少なくとも１つから受信するように構成される回数より多いことを特徴とする通信ネットワーク。
11. 請求項１乃至１０の何れかに記載の通信ネットワークにおいて、前記判定手段が、少なくとも１つの前記第１の局内に設置されることを特徴とする通信ネットワーク。
12. 請求項１乃至１１の何れかに記載の通信ネットワークにおいて、前記判定手段が、もう１つのネットワーク素子内に設置されることを特徴とする通信ネットワーク。
13. 請求項１２に記載の通信ネットワークにおいて、請求項５に従属する時、前記判定手段が、ネットワーク・コントローラ内に設置されることを特徴とする通信ネットワーク。
14. 請求項１乃至１３の何れかに記載の通信ネットワークにおいて、前記判定手段が、前記２つの第１の局が送信と受信とを同じ時間に行うか、送信と受信とを異なる時間に行うかを判定するために、１つまたはそれ以上の前記第１および／または第２の局の送信電力を測定するように構成されていることを特徴とする通信ネットワーク。
15. 請求項１乃至１４の何れかに記載の通信ネットワークにおいて、前記判定手段が、前記２つの第１の局が送信と受信とを同じ時間に行うか、送信と受信とを異なる時間に行うかを判定するために、前記第１および／または第２の局が引き起こす干渉を測定するように構成されていることを特徴とする通信ネットワーク。
16. 請求項１乃至１５の何れかに記載の通信ネットワークにおいて、前記ネットワークが、符号分割多元接続ネットワークであることを特徴とする通信ネットワーク。
17. 複数の第１の局と複数の第２の局とからなるネットワーク内での通信方法であって、
    １つの第１の局が、他の第１の局が信号の送信と受信とをそれぞれ行うときに同時に信号の送信と受信とを行う第１のモードになっているか、または、その第１の局が、他の第１の局とは異なる時間に信号の送信と受信とを行う第２のモードになっているかを判定するステップと、
    前記判定ステップにおける判定に基づいて、同時にまたは異なる時間に送信と受信とを行うよう前記第１の局を制御するステップと
    を含むことを特徴とする通信方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、前記第１の局と通信している第２の局のために、前記第２の局の送信電力であって、前記第１の局が第１のモードにあるか第２のモードにあるかを判定するために使用される送信電力を測定するステップを含むことを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、前記測定電力が、所定の最大電力と比較されることを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、前記所定の電力が前記測定電力より大きい場合には、前記第２の局および前記第１の局が通信することを特徴とする方法。
21. 請求項１７乃至２０の何れかに記載の方法において、干渉を測定するステップを含み、前記干渉を使用して、前記第１の局が前記第１のモードを使用しているか前記第２のモードを使用しているかを判定することを特徴とする方法。
22. 請求項２１に記載の方法において、前記所定の電力が前記測定電力より弱い場合には、前記第１の局のモードを判定する場合に、前記干渉を考慮に入れることを特徴とする方法。
23. 請求項２１または２２に記載の方法において、少なくとも１つの他の第１の局からの干渉を測定することを特徴とする方法。
24. 請求項２１乃至２３の何れかに記載の方法において、少なくとも１つの第２の局からの干渉を測定することを特徴とする方法。
25. 請求項２３または２４に記載の方法において、前記少なくとも１つの他の第１の局からの干渉が、前記少なくとも１つの第２の局からの干渉と比較されることを特徴とする方法。
26. 請求項２５に記載の方法において、前記少なくとも１つの他の第１の局からの干渉が、前記少なくとも１つの第２の局からの干渉より大きい場合に、前記第１の局が、前記他の第１の局と同じ時間に、送受信を行うように構成されていることを特徴とする方法。
27. 請求項２５に記載の方法において、前記少なくとも１つの他の第１の局からの干渉が、前記少なくとも１つの第２の局からの干渉より小さい場合に、前記第１の局が、前記他の第１の局とは異なる時間に送信と受信とを行うように構成されていることを特徴とする方法。
28. 複数の第１の局および複数の第２の局からなるネットワーク内で使用されるネットワーク素子であって、
    前記素子が、第１の局と通信している第２の局のために、前記第１の局が、他の第１の局が信号の送信と受信とをそれぞれ行うときに同時に信号の送信と受信とを行うのか、または前記第１の局が、他の第１の局とは異なる時間に信号の送信と受信とを行うのかを判定するための手段を備えることを特徴とするネットワーク素子。
29. 請求項２８に記載のネットワーク素子において、前記ネットワーク素子が、無線ネットワーク・コントローラであることを特徴とするネットワーク素子。
30. 複数の第１の局と複数の第２の局とからなり、前記第１の局が前記第２の局と通信するように構成され、前記第１の局と前記第２の局とが各々異なる時間に信号を送信し受信するように構成された通信ネットワークであって、
    少なくとも２つの前記第１の局が、前記少なくとも２つの第１の局による信号の送信および／または受信の間に所定のオフセットが生じるように構成され、
    少なくとも２つの前記第１の局の何れが、前記少なくとも２つの第１の局による信号の送信および／または受信の間に所定のオフセットが生じるように構成されているかを判定する手段を提供することを特徴とする通信ネットワーク。
31. 請求項３０に記載の通信ネットワークにおいて、前記第１の局の１つによる送信が、他の第１の局が信号を受信するのと同時に行われることを特徴とする通信ネットワーク。
32. 請求項３０または３１に記載の通信ネットワークにおいて、前記第１の局の１つによる送信が、他の第１の局が信号を送信するのと同時に行われることを特徴とする通信ネットワーク。

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