JP4282596B2 - Ｃｄｍａシステムにおける輻輳制御のための方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、未キャンセルのセル内干渉、未キャンセルのセル間干渉およびノイズ下限(noise floor)に関連する干渉によってシステムの容量が制限される、マルチユーザ検出（ＭＵＤ）機能を有する符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムに関する。

ＣＤＭＡシステムにおいて、システムの容量を制限する要因の１つは干渉である。一般に、こうしたシステムは、できるだけ干渉を生じないように試みる。電力制御は、干渉限界をできるだけ低く保つために一般的に用いられる１つの手法である。それにも関わらず、ＣＤＭＡシステムが多くのユーザ機器をサポートしようとしたとき、送信電力が制御されている場合でも、干渉レベルが許容可能でない場合がある。

ＣＤＭＡアップリンク（ＵＬ）極容量（pole capacity）という概念が、いつシステムが混雑しつつあるかを評価するために広く用いられてきた。この概念は、ＣＤＭＡシステムによって引き起こされる干渉の急激な増大、すなわちあらゆる干渉がノイズ下限を上回ることに基づいている。ＣＤＭＡシステムによって引き起こされる干渉は、セル内干渉およびセル間干渉から構成される。セル内干渉とは、ユーザ機器によって占有されるセル内で生成される干渉である。セル間干渉とは、対照的に、ユーザ機器があるセルの外のすべてのソースから生じる干渉である。極容量は、移動機が使用可能な無限の送信電力をもっていると仮定した場合の、論理上の最大容量である。実際の容量は通常、極容量のごく一部に過ぎない。この概念は概して、どの１対多地点（point-to-multi point）ＣＤＭＡシステムにも適用されるが、セル内干渉の一部をキャンセルする受信機におけるＭＵＤの使用は概念の基になる原理を変え、そうすることによってこの概念を適用不可能にする。

したがって、ＭＵＤ機能を有するＣＤＭＡシステムにおいて、輻輳を評価する方法が必要である。

本発明は、マルチユーザ検出（ＭＵＤ）機能を有する符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムについて、ユーザ機器（ＵＥ）測定値または無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）測定値に基づいてアップリンク（ＵＬ）における輻輳をモニタし制御する方法およびシステムを含む。

ＵＥ測定値に基づくアップリンク（ＵＬ）輻輳検出のために、通常のＣＤＭＡシステム、すなわちＭＵＤ機能をもたないＣＤＭＡシステムの極容量は、ノイズ下限(noise_floor)に対する総知覚干渉（total_perceived_interference）の比率である雑音増加量（noise_rise）、

を測定することによって決定することができる。上式で、総知覚干渉は、受信機でのあらゆる未キャンセル干渉（セル内およびセル間両方）であり、ノイズ下限は、熱雑音など、システムに無関係のあらゆる雑音であり、ηＵＬは、ＵＬ負荷率である。ただし、ＭＵＤ機能を有するＣＤＭＡシステムにおいて、ＭＵＤは、セル内干渉（Ｉｏｒ）を軽減し、セル間干渉（Ｉｏｃ）を増幅する。したがって、ＭＵＤ機能を有するＣＤＭＡシステムにおける雑音増加量を正確に測定するために、ηＵＬは、ＭＵＤが干渉に対して与える影響を明らかにしなくてはならない。

ＭＵＤの影響を具体的に明らかにするために、２つのパラメータ（１つはＩ_ｏｒの減少を明らかにするためであり、１つはＩ_ｏｃの増加を明らかにするためである）が定義され、η_ＵＬに組み込まれる。第１のパラメータ、

は、Ｉ_ｏｒ全体に対する、キャンセルされたＩ_ｏｒの平均比率を表し、Ｉ_ｏｒの減少を明らかにするのに用いられる。第２のパラメータ、

は、Ｉ_ｏｃ全体に対する、受け取られた余剰Ｉ_ｏｃの平均比率を表し、Ｉ_ｏｃの増加を明らかにするのに用いられる。パラメータ

および

は、要望に応じて、測定し、計算し、または仮定することができる。Ｉ_ｏｒ、Ｉ_ｏｃ、

および

を用いると、ＭＵＤによる影響を受ける総知覚干渉は、

となる。

本発明の第１の実施形態では、輻輳検出は、ＵＥ測定値に基づく。ただし、ＵＥ測定値は、システムによって生成される干渉に関して、Ｉ_ｏｒに制限される。したがって、やはりＩ_ｏｃを明らかにするために、η_ＵＬが、

によって得られる。上式で、ｉは、Ｉ_ｏｒに対するＩ_ｏｃの比率を表す所定の値であり、和は、Ｉ_ｏｒを表す。和において、Ｎは、セル内のユーザ機器の数であり、Ｗは、搬送波の帯域幅であり、ρ_ｊ、Ｒ_ｊ、およびｖ_ｊは、それぞれｊ番目のユーザ機器の、信号対ノイズ比（Ｅ_ｂ／Ｎ_０）、ビットレート、活動度（activity factor）である。Ｉ_ｏｒに（１＋ｉ）を掛けると、［Ｉ_ｏｒ＋Ｉ_ｏｒ（ｉ）］が得られ、ここで、Ｉ_ｏｒ（ｉ）＝Ｉ_ｏｃであり、その結果、セル内およびセル間干渉両方を、η_ＵＬにおいて明らかにすることが可能になる。式１からわかるように、η_ＵＬが１になると、雑音増加量は無限大になる。

η_ＵＬが計算されると、雑音増加量が、

によって得られる。

図１に、ＭＵＤ機能を有するＣＤＭＡシステムにおいて、ＵＥ測定値に基づいてＵＬにおける輻輳をモニタするステップを示してあり、全体を参照番号１０で示す。

本発明方法では、始めにステップ１２で、上で説明したように好ましくは式２を使ってＵＬ負荷率（η_ＵＬ）を計算する。ステップ１４で、式３が、やはり上で説明したように、好ましくは雑音増加量を計算するのに使われる。雑音増加量の値は輻輳に比例し、したがってステップ１６で、輻輳緩和対策が実施されるべきかどうか判定するために評価される。雑音増加量の値が所定の値を超えている場合、輻輳緩和対策が実施される（ステップ１８）。輻輳緩和対策をトリガするように選択される雑音増加量の所定の値は任意の値でよい。例として、一実施形態では、所定の値は、約６ｄＢと約１０ｄＢとの間である。

対照的に、ノイズ増加量の値が所定の値未満である場合、本発明方法は、ステップ１２からやり直すことができる。本発明方法は、所定の時間間隔で、ステップ１２からやり直すことができる。この所定の時間間隔は、要望に応じて、どの長さの時間でもよい。例として、一実施形態では、時間間隔は、約３秒から約５秒の間である。

本発明の別の実施形態では、ＵＬ輻輳検出は、ＲＡＮ測定値に基づくことができる。この実施形態において、Ｉ_ｏｃおよびＩ_ｏｒ両方ならびに

および

両方は、基地局（ＢＳ）で得られる測定値を読み取ることによって定めることができる。したがって、第１の実施形態とは対照的に、η_ＵＬおよび雑音増加量は、所定の値を使わずに計算されて、Ｉ_ｏｃを得ることができる。

より具体的には、η_ＵＬは、

によって得られ、上式で、ノイズ下限はやはり、システムに無関係のあらゆる雑音であり、総知覚干渉は、受信機でのあらゆる未キャンセル干渉を含む。総知覚電力を計算するのに必要とされる要素がわかっているので、総知覚電力は、

によって計算することができ、その結果、η_ＵＬを、

によって計算することが可能になる。η_ＵＬが得られると、実効雑音増加量が、

によって得られる。

図２に、ＭＵＤ機能を有するＣＤＭＡシステムにおいて、ＲＡＮ測定値に基づいてＵＬにおける輻輳を測定し回避するステップを示してあり、全体を参照番号５０で示す。

最初のステップ５２は、ノイズ下限を測定するためである。次いで、ステップ５４で、上で説明したように好ましくは式５によってη_ＵＬを計算するために、Ｉ_ｏｃ、Ｉ_ｏｒ、

および

が、ＢＳで得られる測定値を読み取ることによって定められる。しかし、代替実装形態では、比率

は、

によって計算することができる。この実施形態において、

は、無視することができるとみなされ、その結果、ＢＳ受信機から読み取られる必要がなくなる。式７に示す追加パラメータは、ＢＳ受信機で入手される測定値から識別され定義される。説明として、式７に含まれる追加パラメータは、ユーザ機器ｉ向けの受信コード電力（Rx_Code_Power_ｉ）、ユーザ機器ｉ向けの拡散因子（ＳＦ_ｉ）、およびタイムスロット内のアクティブコードの数（Ｍ）である。

η_ＵＬが得られると、雑音増加量が、ステップ５６で式６によって計算される。図１に示す実施形態と同様に、雑音増加量の値は、輻輳に比例する。したがって、雑音増加量の値は、輻輳緩和対策が実施されるべきかどうか判定するために、ステップ５８で評価される。雑音増加量の値が所定の値を超えている場合、輻輳緩和対策が実施される（ステップ６０）。あるいは、雑音増加量の値が所定の値未満である場合、本発明方法は、所定の時間間隔でステップ５２からやり直すことができる。図１に関連して説明した実施形態と同様に、雑音増加量および時間間隔の所定の値は、要望に応じて任意の値でよい。

輻輳緩和対策の実施は、様々な方法で実現することができる。たとえば、特定のユーザ機器の信号対ノイズ比（Ｅ_ｂ／Ｎ_０）目標は、低くすることができ、そうすることによってそうした特定のユーザ機器に、自身の送信電力を低下させる。ただし、この手法の欠点は、そうしたユーザ機器が、伝送される情報においてエラーを経験し、リンクの品質が大幅に低下されることである。

輻輳を緩和する好ましい方法は、ある特定のユーザ機器またはユーザ機器群のデータ転送速度を低下させることである。ユーザ機器は、データ転送速度、拡散因子ゲイン、ならびに最大送信電力およびパスロス（path loss）に応じて、自身の送信電力を決定する。したがって、ある特定のユーザ機器のデータ転送速度の低下は、黙示的に電力を低下させ、同じ信号対ノイズ比が、同じ拡散ゲインではあるが、より低い電力で達成されることを可能にする。さらに、ＷＣＤＭＡ ＴＤＤシステムでは、データ転送速度の低下は、ある特定のユーザ機器があるタイムスロットにおいて全く送信を行っておらず、その結果、そのタイムスロットに対する輻輳を緩和する追加利益をもたらすことを意味する。

輻輳を緩和する好ましい方法は、ソースでのデータ転送速度を制限する。したがって、再送は必要とされない。速度が低下されるユーザ機器またはユーザ機器群の選択は、送信電力、受信電力、およびサービスクラスを考慮することによって行われる。こうした要素は、各ユーザ機器に対して考慮され、要望に応じて、個別に、まとめて、またはこうしたやり方を組み合わせて考慮することができる。干渉に最も寄与し、かつサービスクラスの優先度が最も低いユーザ機器またはユーザ機器群が、好ましくはデータレート低下の候補として選ばれる。

輻輳を緩和する好ましい方法を、図３に示してあり、全体を参照番号１００で示す。始めに、送信電力、受信電力、およびサービスクラスが、それぞれステップ１０２、１０４、および１０６で各ユーザ機器に対して判定される。次いで、ステップ１０８で、各ユーザ機器の、雑音増加量への寄与率が計算される。説明したように、雑音増加量は、要望に応じて、式３または式６によって計算することができる。

ステップ１１０で、全体的に雑音増加量に最も寄与し、かつサービスの優先度が最も低いユーザ機器が選択される。選択されるユーザ機器を決定するために、各パラメータに対して所定の重みづけ因子を使うことができる。ユーザ機器選択における、優先度（priority）および雑音寄与率（noise contribution）の影響が要望に応じて調整できるように、重み係数に対して任意の値を使用できることに留意されたい。さらに、そうしたパラメータのただ１つを使うことが望ましい場合もあり、あるいは、雑音寄与率および優先度のように、要望に応じて重みづけすることができる追加パラメータを使うことが望ましい場合もある。ユーザ機器を選択する基準は、完全に柔軟性があり、輻輳を低減するように低下することができるデータ転送速度をもっているユーザ機器を正確に識別するどの基準でもよい。したがって、選択されるユーザ機器は、たとえば、
選択ユーザ機器（Uset_selected）＝Ｗ１（優先度）＋Ｗ２（雑音寄与率） 式（８）
によって決定することができる。

ステップ１１２で、選択されたユーザ機器のデータ転送速度が低下させられる。ステップ１１３で、輻輳が緩和されているかどうか判定するために、輻輳の量が評価される。雑音増加量における対応する低減が、輻輳が検出された所定の値未満に雑音増加量の値を低下させるのに十分である場合、本発明方法は終わり、輻輳モニタは、図１および２に関連して説明したように、継続することができる（ステップ１１４）。あるいは、雑音増加量の値が所定の値未満になるように輻輳が緩和されていない場合、輻輳は依然として存在し、方法１００は、要望に応じてステップ１１０または１０２に戻り、輻輳が緩和されるまで継続する。

ここで図４を参照すると、ＵＥ測定値に基づいてＵＬにおける輻輳を制御するシステム２００を示してある。システム２００において、ＵＬにおける輻輳は、ＵＥ測定値を用いてモニタされ制御される。システム２００は、少なくとも１つのＵＥ２０２、基地局すなわちノードＢ２１４、および無線ネットワークコントローラ２１０を備える。

ＵＥは、ＭＵＤ機能を有する受信機２０３、Ｉ_ｏｒ測定装置２０４、およびＩ_ｏｒシグナリング装置（signaling device）２０６を備える。Ｉ_ｏｒ測定装置２０４は、ＵＥ２０２で入手可能な情報を利用して、ＵＥ２０２が現在配置されているセル内のシステムによって生成される干渉の量を測定する。上で説明したように、このタイプの干渉は、セル内干渉（Ｉ_ｏｒ）と呼ばれる。

基地局すなわちノードＢ２１４は、ＭＵＤを有する受信機２０５と、Ｉ_ｏｒ信号受信機２０８とを含む。測定装置２０４によって測定されたＩ_ｏｒは、ＵＥ２０２のＩ_ｏｒシグナリング装置２０６から基地局すなわちノードＢ２１４のＩ_ｏｒ信号受信機２０８に送信される。基地局すなわちノードＢ２１４は、無線リソース管理（ＲＲＭ）装置２１２を備える無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）２１０にＩ_ｏｒを伝達する。ＲＲＭ２１２は、必要な場合は、基地局すなわちノードＢ２１４とともにＩ_ｏｒを処理し、そうすることによって、ＭＵＤ（群）２０３、２０５による影響を受ける総干渉を得ることができる。上で説明したように、総干渉は、Ｉ_ｏｒ、

およびｉを使って得ることができる。

総干渉が得られると、η_ＵＬおよび雑音増加量も得られる。雑音増加量が所定の値を超えている場合、各ユーザ機器の、雑音増加量への寄与率が測定される。好ましくは、各ユーザ機器の送信電力、受信電力、およびサービスクラスも測定される。現時点で、雑音増加量に最も寄与し、かつサービスクラスが最も低いユーザ機器のデータ転送速度が、雑音増加量全体が所定の値未満になるまで、必要に応じて低下させられる。言い換えると、雑音増加量に最も寄与していたユーザ機器のデータ転送速度の低下が、雑音増加量を所定の値未満に低減するのに十分でない場合、本発明方法は、各ユーザ機器の、雑音増加量への寄与率を計算し直し、最も寄与しているユーザ機器のデータ転送速度を低下させることによって継続する。あるいは、本発明方法は、現在のユーザ機器計算を用いて継続し、次に寄与しているユーザ機器の速度を単に低下させることもできる。

図５に、ＵＬにおける輻輳を制御するシステムの別の実施形態を示してあり、全体を参照番号３００で示す。システム３００において、ＵＬにおける輻輳は、ＲＡＮ測定値を使ってモニタされ制御される。システム３００は、少なくとも１つのＵＥ３０１、基地局すなわちノードＢ３０６、およびＲＮＣ３０８を備える。

ＵＥ３０１は、ＭＵＤ機能を有する受信機３０３を備える。基地局すなわちノードＢ３０６は、ＭＵＤ機能を有する受信機３０５、Ｉ_ｏｒ測定装置３０２、およびＩ_ｏｃ測定装置３０４を含む。基地局すなわちノードＢ３０６は、無線リソース管理（ＲＲＭ）装置３１０を備える無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）３０８にＩ_ｏｒおよびＩ_ｏｃを伝達する。ＲＲＭ３１０は、必要な場合は、基地局すなわちノードＢ３０６とともに、Ｉ_ｏｒおよびＩ_ｏｃを処理し、そうすることによって、ＭＵＤ（群）３０３、３０５による影響を受ける総干渉を得ることができる。上で説明したように、総干渉は、Ｉ_ｏｒ、Ｉ_ｏｃ、

および

を使って得ることができる。

総干渉が得られると、η_ＵＬおよび雑音増加量も得られる。雑音増加量が所定の値を超えている場合、各ユーザ機器の、雑音増加量への寄与率が測定される。好ましくは、各ユーザ機器の送信電力、受信電力、およびサービスクラスも測定される。現時点で、雑音増加量に最も寄与し、かつサービスクラスが最も低いユーザ機器のデータ転送速度が、図４に関連して説明したように、雑音増加量全体が所定の値未満になるまで、必要に応じて低下させられる。

本発明を詳細に説明したが、本発明はこうした説明に限定されず、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができることを理解されたい。

本発明の実施形態によるＭＵＤ機能を有するＣＤＭＡシステムのためにＵＥ測定値に基づいてＵＬにおける輻輳をモニタする方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によるＭＵＤ機能を有するＣＤＭＡシステムのためにＲＡＮ測定値に基づいてＵＬにおける輻輳をモニタする方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による輻輳を緩和する方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によるＵＥ測定値に基づいてＵＬにおける輻輳をモニタし制御するシステムを示す図である。 本発明によるＲＡＮ測定値に基づいてＵＬにおける輻輳をモニタし制御するシステムを示す図である。

Claims (10)

1. マルチユーザ検出機能を有するＣＤＭＡシステムにおける輻輳を制御する方法であって、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）において実施され、
   ユーザ機器測定値に基づいて、前記システムにおける干渉を示す雑音増加量の値を計算すること、
   前記雑音増加量の値をモニタして輻輳を検出すること、および、
   輻輳が検出されたときに輻輳緩和対策を実施することを含み、
   前記輻輳緩和対策は、
   各ユーザ機器に対してサービスクラスを判定すること、
   各ユーザ機器に対して雑音増加量への寄与率を計算すること、
   現時点で雑音増加量に最も寄与し、かつサービスクラスが最も低いユーザ機器を選択すること、および、
   前記選択されたユーザ機器のデータ転送速度を低下させること
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記ユーザ機器測定値は、セル内干渉の値を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記雑音増加量の値を計算することは、前記ＣＤＭＡシステムの前記マルチユーザ検出機能によって引き起こされる干渉に対する影響を明らかにすることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記マルチユーザ検出機能によって引き起こされる干渉に対する前記影響は、セル内干渉の減少およびセル間干渉の増加であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. マルチユーザ検出機能を有するＣＤＭＡシステムにおける輻輳を制御する方法であって、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）において実施され、
   ノイズ下限を測定すること、
   無線アクセスネットワーク測定値に基づいて、前記システムにおける干渉を示す雑音増加量の値を計算すること、
   前記雑音増加量の値をモニタして輻輳を検出すること、および、
   輻輳が検出されたときに輻輳緩和対策を実施することを含み、
   前記輻輳緩和対策は、
   各ユーザ機器に対してサービスクラスを判定すること、
   各ユーザ機器に対して雑音増加量への寄与率を計算すること、
   現時点で雑音増加量に最も寄与し、かつサービスクラスが最も低いユーザ機器を選択すること、および、
   前記選択されたユーザ機器のデータ転送速度を低下させること
   を含むことを特徴とする方法。
6. 前記無線アクセスネットワーク測定値は、セル内干渉の値およびセル間干渉の値を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記無線アクセスネットワーク測定値は、該無線アクセスネットワーク内の少なくとも１つの基地局によって受け取られる測定値であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記雑音増加量の値を計算することは、前記ＣＤＭＡシステムの前記マルチユーザ検出機能によって引き起こされる干渉に対する影響を明らかにすることを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. 前記マルチユーザ検出機能によって引き起こされる干渉に対する前記影響は、セル内干渉の減少およびセル間干渉の増加であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
10. マルチユーザ検出機能を有するＣＤＭＡシステムにおける輻輳を制御する方法であって、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）において実施され、
    ノイズ下限を測定すること、
    前記マルチユーザ検出機能が干渉に与える影響を計算に入れた雑音増加量の値を計算すること、
    前記雑音増加量の値をモニタして輻輳を検出すること、および、
    輻輳が検出されたときに輻輳緩和対策を実施することを含み、並びに、
    前記輻輳緩和対策は、
    各ユーザ機器に対してサービスクラスを判定すること、
    各ユーザ機器に対して雑音増加量への寄与率を計算すること、
    現時点で雑音増加量に最も寄与し、かつサービスクラスが最も低いユーザ機器を選択すること、および、
    前記選択されたユーザ機器のデータ転送速度を低下させること
    を含むことを特徴とする方法。

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