JP4662074B2 - 上り回線無線リソース制御の方法、基地局装置、及び無線ネットワーク制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）技術による上り回線（アップリンク）データパケット伝送に関し、特に、各基地局が移動局の上り回線データパケット伝送をスケジューリングするネットワークシステムでの、無線リソース（資源）管理のための方法と装置に関する。

代表的なセルラ移動体通信ネットワークシステムが図１に示されている。移動体通信ネットワークは、複数の移動局（ＭＳ）１０１、１０５と、移動局に接続されている複数の基地局（ＢＴＳ）１０２、１０４と、基地局１０２、１０４に接続されている無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）１０３とを含む。基地局は、移動体通信ネットワークのそれぞれのセルに割り当てられている。基地局（ＢＴＳ１）１０２はセル１を受け持ち、セル１内に位置する移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）１０２、１０５と通信することができる。基地局（ＢＴＳ２）１０４はセル２を受け持ち、セル２内に位置する移動局（ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４）と通信することができる。

移動局（ＭＳ１）１０１が無線で上り回線データパケットを基地局トランシーバ（ＢＴＳ１）１０２に送信すると、基地局１０２はパケットを受信し、受信されたパケットを無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）１０３へ向けて転送する。無線ネットワーク制御装置１０３は、次に、受信されたパケットを適切な上位レイヤに送信する。移動体通信ネットワーク内での複数の移動局からの効率的な上り回線パケット伝送をサポートするため、基地局は、個々の移動局のＱｏＳ（サービス品質；Ｑｕａｒｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）要件を満たしながらサポート可能な移動局の数、つまり同等のことであるが、セルの全上り回線データスループットを最大化するように、複数の移動局をスケジューリングする。上り回線データパケットのスケジューリングの例として、ＷＣＤＭＡ移動体システムの「Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｕｐｌｉｎｋ Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ（上り回線専用チャンネルの機能強化）」が提案されている（３ＧＰＰ ＴＲ ２５．８９６ Ｖ１．２．１（２００４−０１） Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ； Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ； Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ Ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｕｐｌｉｎｋ ｆｏｒ ＵＴＲＡ ＦＤＤ； （Ｒｅｌｅａｓｅ ６）を参照）。基地局による上り回線データパケットのスケジューリングについては、日本国特許公報：特表２００１−５２３９０１号公報に対応するＰＣＴ国際公開パンフレットＷＯ９９／１３６００でも説明されている。

ＢＴＳスケジューリングでの上り回線パケットの伝送では、スケジューリングのための共通無線リソースは、セルによって受信される全干渉である。基地局にさらに多くの無線リソースがあれば、基地局で上り回線のスループットをさらに高めたり、移動局の数を増やしたりできる。従来、無線ネットワーク制御装置が、事前に定義された固定レベルとして、個々のセルの全干渉を設定する。その後、基地局のスケジューラは、この事前に定義された上限まで、移動局をスケジューリングすることができる。

日本国特許公報：特開２００３−２４４７５４号公報では、無線ネットワーク制御装置が許容干渉を計算するという特徴が開示されている。日本国特許公報：特開２００２−２４４７５４号公報では、ネットワーク制御装置が上り回線干渉を計算し、基地局に無線リソースを要求するという特徴が開示されている。

以下、本明細書中で引用した文献を列挙する。
国際公開ＷＯ９９／１３６００号 特開２００３−２４４７５４号公報 特開２００２−２４７６３９号公報 ３ＧＰＰ ＴＲ ２５．８９６ Ｖ１．２．１（２００４−０１） Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ； Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ； Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ Ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｕｐｌｉｎｋ ｆｏｒ ＵＴＲＡ ＦＤＤ （Ｒｅｌｅａｓｅ ６） ３ＧＰＰ ＴＳ ２５．２１５ Ｖ５．５．０（２００３−０９）３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ； Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ； Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ−Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ （ＦＤＤ） （Ｒｅｌｅａｓｅ ５）

従来の技術、つまり、事前に定義された全干渉を使用することに関連する主要な問題は、スケジューリング可能な無線リソースに関する保証がなく、したがって、ネットワークのカバレッジ（送受信範囲）が狭まるという点にある。一例が図１に示されているが、そこでは、基地局（ＢＴＳ１、ＢＴＳ２）１０２、１０４は、複数の移動局の上り回線データパケット伝送を制御し、無線ネットワーク制御装置１０３は両方のセル（セル１、セル２）に対し等しい全干渉を割り当て、両方のセルの移動局の個数は同一である。この場合、ＢＴＳ１ １０２が移動局（ＭＳ２）１０５をスケジューリングすることによりセル２に対する高い干渉を引き起こすとすると、セル２の全干渉は増大する。従来の方法では、ＢＴＳ２ １０４は、セル１からの干渉が増大するため、スケジューリングリソースを減少させる。すると、セル２のスケジューリングリソースのこのような低減は、セル１にとっては都合がよく、ＢＴＳ１ １０２は、より多くの上り回線データパケットをスケジューリングするので、これは、セル２のスケジューリングリソースのさらなる減少をもたらす。したがって、セル２のスケジューリング可能な無線リソースは、徐々に減らされ、２つのセル間のキャパシティの不平衡が高まる。

従来の技術の問題がさらに及ぼす影響は、ネットワークの全体的なキャパシティの減少である。上述と同じシナリオを考察すると、ＢＴＳ２ １０４でスケジューリングするデータがＢＴＳ１ １０２よりも多い場合、２つのセルの総キャパシティの向上が可能であるとしても、ＢＴＳ１ １０２は、ＢＴＳ２ １０４よりも多くのデータパケットをスケジューリングするであろう。

従来の技術の問題がまたさらに及ぼす影響は、ネットワークのカバレッジ（送受信範囲）の減少である。互いに強く干渉しあうセルが多数存在する場合、いくつかの基地局では、移動局をスケジューリングするための利用可能な無線リソースが足りなくなり、その結果、上り回線データパケット伝送が行えなくなる。つまり、従来の技術だと、前記の問題により、ネットワーク内にカバレッジの穴ができる可能性がある。

本発明の目的は、総ネットワークキャパシティを最大にし、ネットワークキャパシティのバランスを改善するとともに、ネットワークのカバレッジを改善する最適化されたリソース配分方法を、無線ネットワーク制御装置において見つける方法を提供することである。無線ネットワーク制御装置は、ランダムに分散する移動局に関する知識と、どの無線状態が短時間のうちに急に変化するかに関する知識との両方を持たずに決定を下さなければならず、さらに、基地局スケジューラによって高速で無線リソースの再分配が行われているので、この目的は、決して些細な目的ではない。

本発明の目的は、複数の移動局と、複数の移動局に接続されている複数の基地局と、複数の基地局に接続されている無線ネットワーク制御装置とを含み、複数の基地局はそれぞれのセルを受け持つ移動体通信ネットワーク内での上り回線（アップリンク）無線リソース（資源）制御の方法であって、複数の基地局において、全干渉値とセル内干渉値の両方を測定するステップと、複数の基地局において、測定された全干渉値及び測定されたセル内干渉値に基づいて、セル間干渉値を予測するステップと、複数の基地局から、予測されたセル間干渉値及び測定されたセル内干渉値を無線ネットワーク制御装置に報告するステップと、無線ネットワーク制御装置において、複数の基地局からの報告に応じて、個々のセルに対する許容全干渉を計算するステップと、許容全干渉に関する情報を無線ネットワーク制御装置から複数の基地局に送信するステップと、複数の基地局によって、送信された許容全干渉に応じて、それぞれのセルについて計算された許容全干渉を超えないように複数の移動局の上り回線データパケット伝送をスケジューリングするステップと、を含む方法によって達成される。

以下では、測定された全干渉及び測定されたセル内干渉の両方を報告する基地局に関係する、提案された発明の態様の利点について説明する。

基地局が、セルに属する複数の移動局の上り回線データパケット伝送をスケジューリングするときに、基地局は、セルの全干渉及びセル内干渉の両方に関する知識を持っている。他方で、無線ネットワーク制御装置は、ネットワーク内の複数のセルの全干渉を制御しなければならない。ネットワーク内の複数のセルからの全干渉及びセル内干渉の両方の測定結果により、無線ネットワーク制御装置は、セル間の特性を抽出することができる。その後、ネットワークのキャパシティ及びカバレッジを改善するように、それらの特性を予測することによって、無線リソース管理の効率的な大域的最適化を実現することができる。

基地局の報告から、後述の式（６）で記述されている提案された方法によって、上り回線データパケット伝送の重要な特性、すなわちｍネットワーク内のセルの間のセル間干渉メトリック（ｍｅｔｒｉｃ）が導かれる。ネットワーク内のセルの間のセル間干渉関係を正確に予測することで、無線ネットワーク制御装置は、与えられた任意の許容されるスケジューリング可能な無線リソースでのセル間干渉、すなわち、後述の式（９）で表されるような許容セル内干渉を推定することができるようになる。

測定されたセル内干渉についての基地局の報告から、無線ネットワーク制御装置は、ネットワーク内のそれぞれのセルの無線リソースの利用度を計算することができる。セル間干渉メトリックに加えてこの利用度係数を使用することにより、無線ネットワーク制御装置は、ネットワークの全キャパシティを改善することができるやり方で、それぞれのセルに割り当てられる無線リソースを調整することができる。

以下では、リソース配分をスケジューリングする提案された方法の利点について説明する。

本発明で提案されている方法は、無線ネットワーク制御装置が、低利用度であって高く干渉しているセルに比べて多くの無線リソースを高利用度であって低く干渉しているセルに割り当てることを可能にする。ネットワークのセル間干渉条件を考慮していない従来の技術と比較すると、提案された方法は、限りのある共通無線リソースを使用してネットワークの全キャパシティを改善する。

本発明で提案されている方法は、無線ネットワーク制御装置が、セルの利用度を目標（ターゲットレベル）に維持するように許容全干渉を調整することを可能にする。そのための手順は、後述の図６に示されている。したがって、ネットワークの共通無線リソースが、配分されたリソースがセル間で均等に利用されるように、ネットワーク内の複数のセル間に分散される。これにより、複数のセル間でバランスのとれたキャパシティ割り当てを行うことができて、ネットワーク内の移動局間での公平な性能をもたらすことができる。

さらに、提案されている方法は、無線ネットワーク制御装置が、ネットワーク内の高利用度及び低利用度のセルの所定の混在において、高利用度のセルに対してリソース配分を優先することを可能にする。そのための手順は、後述の図６に示されている。。したがって、無線ネットワーク制御装置は、セル間のキャパシティの不均衡を制御し、ネットワークのカバレッジを改善する。さらに、ネットワーク内の高く干渉するセル及び低く干渉するセルの所定の混在において、無線ネットワーク制御装置は、セルの目標利用度を制御することにより、低く干渉するセルに対してリソース配分を優先するようにできる。そのための手順は、後述の図７に示されている。より低く干渉するセルは、より多くの共通無線リソースを割り当てられるため、これにより、ネットワークの全無線キャパシティが改善される。

複数の移動局の上り回線（アップリンク）パケット伝送をスケジューリングする基地局と複数の基地局の上り回線無線リソースを制御する無線ネットワーク制御装置とを備える代表的な移動体通信ネットワークシステムを示す図である。 本発明の一実施形態による方法が実現される移動体通信ネットワークシステムを示すブロック図である。 隣接するセルから送信されたセル間干渉を示す図である。 全干渉を更新するための無線ネットワーク制御装置における手順を示すフローチャートである。 全干渉を更新するための基地局における手順を示すフローチャートである。 全干渉を計算するための無線ネットワーク制御装置における手順を示すフローチャートである。 目標（ターゲット）利用度を計算するための無線ネットワーク制御装置における手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１、１０５、２０１ 移動局
１０２、１０４、２０２、３０１ 基地局
１０３、２０３ 無線ネットワーク制御装置
２０４ データパケット送信部
２０５ スケジューラスレーブ部
２０６ 基地局スケジューラ
２０７、２０９ データパケット受信部
２０８ データパケット復号部
２１０、２１２ 測定部
２１１ 無線リソースコントローラ
３０１ 着目セル

以下では、提案された発明の詳細な実現例について説明する。

図２は、ＷＣＤＭＡ技術に基づき、基地局２０２に接続されている複数の移動局２０１を含むとともに、無線ネットワーク制御装置２０３が複数の基地局２０２に接続されている、移動体通信ネットワークシステムを示している。

各移動局（ＭＳ）は、データパケット送信部（ＤＣＨ Ｔｘ）２０４と、基地局スケジューラ２０６により制御されるスケジューラスレーブ部（ＳＣＨスレーブ）２０５とを含む。

各基地局２０２は、各移動局２０１内のスケジューラスレーブ部２０５のマスタとして機能する基地局スケジューラ（ＳＣＨマスタ）２０６と、各移動局２０１からデータパケットを受信するデータパケット受信部（ＤＣＨ Ｒｘ）２０７と、受信されたパケットを復号し、復号されたパケットを無線ネットワーク制御装置２０３に送信するデータパケット復号部２０８と、セル内干渉（ＩｎｔｒａＩｎｔ）を測定する測定部（ＭＳＲ）２１０と、全干渉（ＴｏｔＩｎｔ）に対する測定部（ＭＳＲ）２１２と、を含む。

無線ネットワーク制御装置２０３は、各基地局２０２からデータパケットを受信するデータパケット受信部（ＤＣＨ Ｒｘ）と、セルの無線リソースを制御する無線リソースコントローラ（ＲＲＣ）２１１とを含む。

図２に示されたシステムでは、移動局２０１のデータパケット送信部２０４は、接続された受け持ちの基地局２０２に上り回線データパケットを送信し、その伝送は、移動局２０２内のスケジューラのスレーブ部２０５により制御される。基地局スケジューラ２０６は、基地局２０２が受け持つすべての移動局のスケジューラのスレーブ部２０５を制御する。基地局２０２及び移動局２０１は、スケジューリング関係情報を送信することにより互いに通信しあう。例えば、ＷＣＤＭＡ移動体システムの上り回線専用チャネルの機能強化では、専用制御チャネルを使用することによる高速なスケジューリング情報処理を想定している。この高速スケジューリング処理を使用することにより、基地局２０２は、最良の無線状態の移動局をスケジューリングすることによって、所定の全干渉をより効率よく利用することができる。

基地局２０２内のデータパケット受信部２０７は、移動局からデータパケットを受信し、送信されてきたデータパケットをデータパケット復号部２０８により復号して、復号されたパケットを無線ネットワーク制御装置２０３内のデータパケット受信部２０９に転送する。セルの全干渉、またはそれと同等の全受信電力は、そのセルを受け持つ基地局２０２の測定部２１２により測定することができる。全干渉Ｉは、以下の式で示されているように、３つの異なる成分に分割することができる。

熱雑音Ｎ_０は、無線通信チャネルの自然現象によるものであるが、Ｉ_{Ｉｎｔｒａ}及びＩ_{Ｉｎｔｅｒ}で示されるセル内（ｉｎｔｒａ−ｃｅｌｌ）及びセル間（ｉｎｔｅｒ−ｃｅｌｌ）の両方の干渉は、それぞれ、自セル及び隣接セルの上り回線パケット伝送によるものである。基地局は、測定部２１２において全受信電力を測定することにより、全干渉Ｉを測定することができる。また、基地局２０２は、スケジューリングされた移動局により送信された上り回線データパケットを認識しているため、測定部２１０においてセル内干渉を測定することもできる。

基地局スケジューラ２０６の重要なタスクの１つは、ネットワークを安定させるため、式（２）に示すように、式（１）内の全干渉Ｉを事前に定義されたレベルＩ_ＭＡＸよりも小さくなるように維持することである。

複数のセルの全干渉の事前に定義されているレベルは、無線ネットワーク制御装置２０３内の無線リソースコントローラ２１１により制御される。

上で考察したシステムにおいて、無線ネットワーク制御装置２０３は、ネットワーク内のセルの測定された全干渉及び測定されたセル内干渉の両方に関する情報を受信する。その後、基地局の熱雑音レベルがアプリオリ（先験的）に知られていると仮定して、式（２）により、セル間干渉を求めることができる。そして、セル内干渉とセル間干渉との明示的な関係を以下のように定めることができる。

ここで、Ｉ_{Ｉｎｔｅｒ}（ｍ）及びＩ_{Ｉｎｔｒａ}（ｍ）は、それぞれ、セルｍでのセル間干渉及びセル内干渉を表し、η（ｍ，ｉ）は、セルｍとセルｉのセル間干渉メトリックである。また、Ψ（ｍ）は、セルｍに対する１または複数の干渉セルの集合を表している。

図３は、式（３）における代表的な移動体セルラ配置（レイアウト）との関係を示している。図示されたネットワークレイアウトにおいて、それぞれ六角形であるセクタ分割セルが使用され、それぞれが３つの隣接セルを受け持つ基地局（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配置されている。セル１は着目セル３０１であり、基地局Ａ ３０２により制御される。この例では、セル１のセル間干渉は、ネットワーク内の全部で１１個のセルのうち６個の隣接セルからの６つの独立した寄与を受ける。６つのセル間干渉のうち、２つのすぐ隣のセル、つまりセル４とセル５からの３つの強い干渉がある。セル６及びセル７もセル１に近接しているが、セクタのアンテナ利得のせいで、それらの寄与は取るに足らないとみなすことができる。また、近接して配置されているセル３は、セル３とセル１の内部の干渉を引き起こす移動局の間の経路損失が大きいため（つまりシャドウイング）、遠くに配置されているセル８に比べて、与える干渉が少ない。

一般に、セル間干渉のメトリックは、セルの距離、セクタの向き、ユーザ分布、及びスケジューリングポリシーなどによって変わる。さらに、このメトリックの特性は、以下のように述べられる。

Ｉ．時間変動が遅い：
所定の短い観測間隔で、セル間干渉Ｉ_{Ｉｎｔｅｒ}（ｍ）とセル内干渉Ｉ_{Ｉｎｔｒａ}（ｍ）の両方は、時間に関して急激に変化する関数であり、上り回線データパケットのバースト的性質だけでなく、基地局で展開されるスケジューリングポリシーに左右される。これらのランダム変数の短期間平均により、動的（ダイナミック）性質を平均化することができ、したがって、セル間干渉メトリックは、時間に関してゆっくりと変化する関数となる。

ＩＩ．制限された隣接集合：
一般性を失うことなく、ネットワーク内には、セルｍに対して干渉する限られた数のセルがあると仮定され、これらの干渉するセルは、一般に、Ψ（ｍ）で表される。この仮定をおくことで、ネットワーク内のセルの相互依存性を劇的に低減することができる。この集合は、物理的なセルの距離、セルの周波数割り当て、セクタの向きなどにより、選択することができる。図３から、セル１に対しては、強く干渉するセルは３つしか存在していないことが分かる。

上で考察した、図２に示されたシステムでは、無線ネットワーク制御装置は、以下に示す方法で、全干渉を割り当てる。図４は、全干渉を割り当てる手順を示している。

まず、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）は、ステップ４０１において、基地局から、セル間干渉及びセル内干渉に関するＮ個の測定結果を受信する。もちろん、無線ネットワーク制御装置は、セル間干渉に関する測定結果の代わりに全干渉に関する測定結果を受信し、式（２）を使用してセル間干渉を推定することができる。さらに、熱雑音Ｎ_０は基地局のものであり、事前に測定され、無線ネットワーク制御装置に知られていることに注意されたい。

次に、無線ネットワーク制御装置は、以下の式を形成するため、ある期間にわたる受信されたセル間干渉及びスケジューリングされたセル内干渉の複数回の測定結果を記憶しておく。

ただし、

は、セルｍのセル間測定ベクトルを表すＮ次元ベクトルであり、

は、セルｍに対して干渉するセルのセル内測定行列を表すＮ_Ψ×Ｎ次元行列である。セルｍのセル間干渉ベクトルは、

により表され、Ｎ_Ψ次元ベクトルである。測定の数はＮで表され、セルｍに対して干渉する全セルの個数はＮ_Ψで表される。式（４）をより明確な形式で書き換えると、以下の式（５ａ）〜（５ｃ）が得られる。

次に、無線ネットワーク制御装置は、ステップ４０２において、各セルのセル間干渉ベクトルを推定する。式（４）から、セルｍのセル間干渉ベクトルは、以下の式を使用して推定することができる。

推定されたセル間干渉ベクトルの存在を保証するために、式（６）内の行列の逆行列が存在可能であるかチェックする必要がある。式（７）は、十分な回数の測定結果が得られれば、無線ネットワーク制御装置がセル間干渉メトリックを推定できることを示している。特に、測定回数が、セルｍに対して干渉するセルの個数よりも多ければ、逆行列は存在することが可能である。

実際、測定時間が非常に短い場合、隣接する測定が互いに強い相関関係を持つ可能性があり、独立した測定の実効的な回数が、干渉するセルの個数よりも小さくなる可能性がある。このようなケースを防止するために、可能ならば、十分な測定時間と測定ベクトルの大きな集合とを選択することができる。セル間干渉メトリックもゆっくりと変化する関数であるため、スライディングウィンドウ（移動窓）法に基づく測定期間が、推定の品質の向上に役立つ可能性がある。

次に、無線ネットワーク制御装置は、ステップ４０３において、ネットワークのセル間干渉行列を形成する。セル間干渉行列は、以下の式で示されているように、式（６）からの各セルの推定セル間干渉メトリックから、形成することができる。

ただし、

は、それぞれ、セルｍのＮ_ｃｅｌｌ次元セル間干渉ベクトル及びネットワークのＮ_ｃｅｌｌ×Ｎ_ｃｅｌｌ次元セル間干渉行列である。Ｎ_ｃｅｌｌはネットワーク内のセルの総数を表すことに注意されたい。式（６）と比較すると、個々のセル間干渉ベクトルの次元は増大するが、その非ゼロ要素の個数は変わらない。式（８）から、以下の大域的セル干渉関係を導くことができる。

ただし、セル間干渉ベクトル及びセル内干渉ベクトル

は、両方とも、Ｎ_ｃｅｌｌ次元ベクトルである、つまり、以下の通りである。

式（９）に示されているシステム式から、上り回線データパケット伝送の基本的な設計フレームワークが得られる。所定のセル内干渉ベクトルにおいて、システム式は、以下のように、予測された全干渉ベクトル

を与える。

ただし、

は、Ｎ_ｃｅｌｌ次元単位行列である。

式（１１）は、無線ネットワーク制御装置が、ネットワークの推定セル間干渉メトリックのおかげで、与えられた任意の許容セル内干渉でネットワーク内のすべてのセルの全干渉を予測することができることを示している。

次に、無線ネットワーク制御装置は、ステップ４０４において、許容全干渉を調整する。言い換えれば、無線ネットワーク制御装置は、それぞれのセルに対してリソース配分手順を実行する。したがって、リソース配分手順は、全干渉と割り当てられたセル内干渉との関係に関する情報を利用して、セル間のキャパシティの不均衡、カバレッジの狭まり、及び全ネットワークキャパシティの低下などの従来の技術の前述の問題を防止することができる。最後に、無線ネットワーク制御装置は、ステップ４０５において、許容全干渉を複数の基地局にシグナリング（報知）し、その後、処理はステップ４０１に戻る。

図１に示されている２つのセルのシナリオの例を使用することで、式（６）， （９）， （１１）により利用可能な情報に基づき、ステップ４０４でのリソース配分戦略を考案することができる。

次に、それぞれの基地局が実行する手順について、図５を参照しながら説明する。

基地局は、ステップ５０１において、制御側の無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）から報知される許容全干渉を連続的に監視する。無線ネットワーク制御装置が報知すると、基地局は、ステップ５０２において、無線ネットワーク制御装置が全干渉の新しい値を報知したことに応じて、値を更新する。その後、基地局は、ステップ５０３において、全干渉が報知された許容全干渉よりも小さいという要件を満たす移動局をスケジューリングする。セル内干渉と全干渉の平均を計算するために、基地局は、ステップ５０４において、両方の干渉の瞬時レベルを測定する。所定の報告基準において、例えば、定期的報告により、基地局は、ステップ５０５及び５０６において、干渉の平均を無線ネットワーク制御装置に送信する。その後、基地局の手順は、ステップ５０１に戻る。

次に、リソース配分の詳細な手順を説明する。

リソース配分の最初のステップは、着目セルに現在割り当てられているリソースが基地局スケジューラによりどのように利用されているかを調べることである。定義できるメトリックの１つに、以下のようなセル利用度がある。

ここで、

は、それぞれ、セルｋの測定されたセル内干渉及び許容セル内干渉である。利用度は、セル内の移動局の数など、セルのトラフィック負荷に比例する。セルに追加される移動局が多い場合、測定されるセル内干渉は増大し、その結果、利用度も増加する。逆に、利用度は、移動局の数が減るとともに減少する。

リソース配分の次のステップにおいて、無線ネットワーク制御装置は、２つのセル、すなわち第１のセルと第２のセルの利用度、及びそれらの間のセル間干渉メトリックを比較する。第１のセルの利用度が第２のセルの利用度よりも高く、第１のセルにより第２のセルに高い干渉が生じない場合、無線ネットワーク制御装置は第１のセルの無線リソースを増やさなければならない。また、第１のセルの利用度が第２のセルの利用度よりも低いが、第１のセルにより第２のセルに高い干渉が生じる場合、無線ネットワーク制御装置は、第１のセルの無線リソースを減らさなければならない。

リソース配分の次のステップにおいて、無線ネットワーク制御装置は、両方のセルの全干渉が上限であることを保証しなければならない。第１のセルに追加されるリソースが多い場合、以下のように、第２のセルに対する影響を考慮しなければならない。

ただしここでは、一般性を失うことなく、第１のセル（セル１）に対する無線リソースを増やすと想定しており、上の不等式では、そのような変化の影響を第２のセル（セル２）が受け入れられるかどうかをチェックしている。

次に、上述の提案された方法の利点について説明する。

無線ネットワーク制御装置は、一方のセルのセル間干渉を、他方のセルの測定された全干渉と測定されたセル内干渉から計算することができる。このセル間干渉情報を各セルのリソース配分に使用することで、他方のセルの全干渉を安全しきい値以下に保持しながら、一方のセルの無線リソースを調整することが可能である。

無線ネットワーク制御装置は、測定されたセル内干渉から、２つのセルの無線リソースの利用度を測定し、両方のセルにおける無線リソースの調整が必要かどうかを監視することができる。その後、低利用度または高く干渉するセルに比べて、より低く干渉する、高利用度のセルの無線リソースを高めることにより、無線ネットワーク制御装置は、両方のセルの全キャパシティが増えるように無線リソースを調整することができる。

これまで２つのセルを含むネットワークのケースを考察してきたが、後述のように、前述の原理を任意の数のセルを含むネットワークに一般化することができる。図６は、詳細な手順のフローチャートを示している。

図６及び図７において、ｍｌｓｃ（ｋ）及びｍｌｏｃ（ｋ）は、それぞれ、セルｋの測定された平均セル内干渉及び測定された平均セル間干渉を表す。ｍｌｓｃ（ｋ）とｍｌｏｃ（ｋ）との和は、ｍｌｔｃ（ｋ）で表される。同様に、ａｌｓｃ（ｋ）及びａｌｏｃ（ｋ）は、それぞれ、セルｋの割り当てられたセル内干渉及びセル間干渉を表し、ｔｌｓｃ（ｋ）及びｔｌｏｃ（ｋ）は、それぞれ、セルｋの一時的な（ｔｅｍｐｏｒａｒｙ）セル内干渉及びセル間干渉を表す。ａｌｓｃ（ｋ）とａｌｏｃ（ｋ）との和は、ａｌｔｃ（ｋ）により表され、ｔｌｓｃ（ｋ）とｔｌｏｃ（ｋ）との和は、ｔｌｔｃ（ｋ）により表される。セルｎからセルｋへのセル間干渉メトリックは、ｅｔａ（ｋ，ｎ）で表される。

変数Ｋ６１、Ｋ６２及びＫ６３は、それぞれ、目標利用度、最大全干渉、及びセル内干渉に対する正の調整係数を表す。変数Ｋ６４、Ｋ６５及びＫ６６は、それぞれ、最大セル内干渉、セル内干渉に対する負の調整係数、及び最小セル内干渉を表す。

最初に、ステップ６０１において、基地局からの報告された測定結果、つまり全干渉及びセル内干渉が更新され、式（１）で示される関係により、セル間干渉が計算される。ステップ６０２において、利用度が最高であるセルから始めて、各セルの新しいセル内干渉の計算が以下のように行われる。

ステップ６０３において、セルの利用度を計算し、その利用度と目標利用度とを比較することにより、選択されたセルが過度に利用されている（ｏｖｅｒ−ｕｔｉｌｅｉｚｅｄ）か、または利用が不足している（ｕｎｄｅｒ−ｕｔｉｌｉｚｅｄ）かをチェックする。過度に利用されている場合、ステップ６０４において、許容全干渉の増大の余地があるかをさらにチェックする。全干渉がすでに最大レベルに近づいている場合、全干渉を最大レベル以下に保つために、利用度をさらに高めることはできない。その後、処理はステップ６１３に進む。

ステップ６０４においてさらに増大の余地がある場合、ステップ６０５、６０６、６０７、６０８において、選択されたセルのセル内干渉の増大により他のセルの最大許容全干渉の違反が生じる可能性があるかどうかがチェックされる。この増大により他のセルに違反が生じる可能性がある場合、処理はステップ６１３に進む。ステップ６０８においてこの増大により他のセルに違反が生じない場合、ステップ６０９において、セル内干渉の新たな調整が実行される。セル内干渉の新たな調整が実行されると、その結果得られる許容全干渉の更新がステップ６１０、６１１と続き、処理はステップ６１３に進む。

ステップ６１３では、利用度が次に最高であるセルが選択され、ステップ６１４において制御パラメータｋがインクリメントされ、その後、処理はステップ６０３に戻り、利用度が最低のセルに達するまで手順が繰り返される。ステップ６０３においてセルの利用度がしきい値よりも小さい場合、割り当てられたセル内干渉は、ステップ６１２において、事前に定義されているレベルだけ下げられ、処理はステップ６１０に進む。

上で提案されている方法は、２セルの場合のシナリオについて説明されている方法の利点を受け継いでいる。

さらに、上述の方法に関係する利点は、無線ネットワーク制御装置が、干渉する１つのセルまたは複数のセルのセル内干渉を減らすことにより、隣接セルでどれだけセル間干渉が減少するかを推定することができることである。セル間干渉行列を知ることにより、無線ネットワーク制御装置は、隣接セルでのセル間干渉の低下を予測することができ、それはその後でセル内干渉で利用可能となる。

さらに、さらに多くの無線リソースを必要とする複数のセルがある場合、上述の方法では、無線リソースの利用度が高いセルを、無線リソースの利用度が低いセルよりも優先する。このため、利用度の高いセルは、利用度の低いセルよりも前に共通無線リソースを消費することができ、ネットワーク内のセルは無線リソースについて類似の利用度を示すようにある。異なるセルの間で類似の無線リソース利用が可能な場合、ネットワーク内の異なるセルの間で、エンドユーザは公正な扱いを受ける。図１に示されている例を考察すると、両方のセルが同等に多数の移動局を持つ場合、ネットワークのキャパシティは、セル１からの高い干渉のせいで、セル２の全干渉を上限とする。この場合、セル２の利用度はセル１の利用度よりも高くなる。上述の方法では、無線ネットワーク制御装置は、セル２のリソース配分を優先し、したがって、セル１にリソースをより多く配分することはなくなる。

以下では、セルの目標利用度を制御する方法について説明する。

図６で説明されている調整方法は、セルの事前定義された目標利用度を仮定している。セルのターゲット利用度も、図７に例されている方法により、制御することが可能である。図７において、ａｇｌｏｃ（ｋ）及びｔＵ（ｋ）は、それぞれ、セルｋによって引き起こされる全セル間干渉の集計値及びセルｋの目標利用度を表す。変数Ｋ７１、Ｋ７２は、それぞれ、高干渉セル及び低干渉セルを定めるしきい値を表し、Ｋ７３及びＫ７４は、それぞれ、目標利用度に関する正の調整係数及び負の調整係数を表す。最大目標利用度及び最小目標利用度は、それぞれ、Ｋ７５及びＫ７６として表される。

最初に、無線ネットワーク制御装置は、ステップ７０１において、測定されたセル内干渉及び全干渉を更新し、セル間干渉行列を計算する。次に、ステップ７０２において、選択されたセルの全セル間干渉の集計値を計算し、ステップ７０３において、事前に定義されている上限しきい値と比較する。干渉の集計値がしきい値よりも大きい場合、選択されたセルの目標利用度は、ステップ７０４において、事前に定義されている調整係数だけ増やされ、処理はステップ７０７に進む。調整は、事前に定義されている最大目標利用度係数を上限とする。干渉の集計値が、ステップ７０３においてしきい値よりも大きくない場合、ステップ７０５において、干渉の集計値を事前に定義されている下限しきい値と比較する。下限しきい値よりも小さい場合には、選択されたセルの目標利用度は、ステップ７０６において、事前に定義されている調整係数だけ減らされ、処理はステップ７０７に進む。調整は、事前に定義されている最小目標利用度係数を下限とする。干渉の集計値が、ステップ７０５において低いしきい値よりも小さくない場合、制御処理は、直接、ステップ７０７に進む。ステップ７０７において、制御パラメータｋはインクリメントされ、処理はステップ７０３に戻り、すべてのセルについて手順が繰り返される。

図６に示されているリソース調整方法では、重要なシステムパラメータとして目標利用度を必要とする。上記では目標利用度を判別する方法が説明されている。この方法では、隣接するセルに対してはセル間干渉をほとんど引き起こさない低干渉のセルは、かなりのセル間干渉を引き起こすセルと比べて高いセル内干渉を持つことができる。言い換えれば、この方法により、低干渉のセルの目標利用度が低減され、したがって、図６の前述のリソース調整方法にしたがって、さらに多くのセル内干渉を配分することができる。図１に示されている例を考察すると、セル２がセル１に対して干渉するのよりもセル１がセル２に干渉するほうが大きいため、セル２の目標利用度は、セル１よりも小さいレベルに合わせて調整される。２つのセルの移動局の数が同じであれば、目標利用度が低いセル２のセル内干渉は、セル１よりも高くなる。一般に、セルが複数の隣接セルに対して著しい干渉を引き起こしている場合、無線ネットワーク制御装置は、干渉を受けているセルのキャパシティを高めることができるように、そのようなセルのセル内干渉を低減する。そうすることで、ネットワーク全体のキャパシティを向上させることができる。

一般に移動体通信ネットワークの基地局装置は、アンテナや無線送受信部の他に、基地局装置の動作を制御するコンピュータを備えている。したがって上述したリソース制御を行う基地局装置は、基地局装置を構成するコンピュータが上述の機能を実現するためのプログラムを読み込んで実行することによって実現されるものであってもよい。同様に上述したリソース制御を行う無線ネットワーク制御装置は、無線ネットワーク制御装置を構成するコンピュータが上述の機能を実現するためのプログラムを読み込んで実行することによって実現されるものであってもよい。

このようなプログラムは、例えば、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されており、その記録媒体をコンピュータに装着することによってコンピュータに読み込まれる。あるいはそのようなプログラムは、インターネットなどのネットワークを介してコンピュータに読み込まれるものであってもよい。したがって、そのようなプログラム、そのようなプログラムを記録した記録媒体、そのようなプログラムを含むプログラムプロダクトも本発明の範疇に含まれる。

Claims (17)

1. 複数の移動局と、前記複数の移動局に接続された複数の基地局と、前記複数の基地局に接続された無線ネットワーク制御装置とを備え、前記複数の基地局はそれぞれのセルを受け持つ移動体通信ネットワーク内での上り回線無線リソース制御の方法であって、
   前記複数の基地局において全干渉の値とセル内干渉の値の両方を測定するステップと、
   前記複数の基地局において、測定された全干渉値及び測定されたセル内干渉値に基づいて、セル間干渉値を予測するステップと、
   前記複数の基地局から、前記予測されたセル間干渉値及び前記測定されたセル内干渉値を前記無線ネットワーク制御装置に報告するステップと、
   無線ネットワーク制御装置において、前記複数の基地局からの前記報告に応じて、個々のセルの許容全干渉を計算するステップと、
   前記無線ネットワーク制御装置から、前記許容全干渉に関する情報を前記複数の基地局に送信するステップと、
   前記複数の基地局によって、前記送信された許容全干渉に応じて、それぞれのセルについて計算された前記許容全干渉を超えないように、前記複数の移動局の上り回線データパケット伝送をスケジューリングするステップと、
   を含む方法。
2. 前記移動体通信ネットワークはＣＤＭＡネットワークである請求項１に記載の方法。
3. 前記無線ネットワーク制御装置は、前記許容全干渉を、許容セル内干渉及び予測セル間干渉の和として計算する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記複数の基地局は、前記複数の移動局の上り回線パケット伝送アクティビティを監視することにより、セル内干渉の平均を定期的に測定する、請求項１または２に記載の方法。
5. 第１のセルの利用度が第２のセルの利用度よりも低く、前記第２のセルへの前記第１のセルの干渉が高い場合に、前記第１のセルの許容全干渉は低減される、請求項１または２に記載の方法。
6. 第１のセルの利用度が第２のセルの利用度よりも高く、前記第２のセルへの前記第１のセルの干渉が高くない場合に、前記第１のセルの許容全干渉は増加される、請求項１または２に記載の方法。
7. 前記無線ネットワーク制御装置は、許容セル内干渉に対する前記測定されたセル内干渉の比として、セルの利用度を計算する、請求項１または２に記載の方法。
8. 前記無線ネットワーク制御装置により、ネットワーク内のセルに対し、目標利用度を割り当てるステップと、
   前記無線ネットワーク制御装置により、それぞれのセルの前記利用度が前記目標利用度に維持されるように、前記許容全干渉を調整するステップを含む請求項１または２に記載の方法。
9. 前記無線ネットワーク制御装置は、利用度が最高のセルから始めて利用度が最低のセルまで、それぞれのセルの前記許容全干渉を調整する、請求項８に記載の方法。
10. 前記無線ネットワーク制御装置は、前記セルにより引き起こされるセル間干渉の集計値が低いか高い場合に、それぞれ、セルの前記目標利用度をそれぞれ増加させるか減少させる、請求項８に記載の方法。
11. 前記無線ネットワーク制御装置は、１ステップずつ、所定のステップサイズにより前記許容全干渉の割り当てを調整する請求項８に記載の方法。
12. 全干渉値及びセル内干渉値の両方を測定する手段と、
    測定された全干渉値及び測定されたセル内干渉値に基づいて、セル間干渉値を予測する手段と、
    予測されたセル間干渉値及び前記測定されたセル内干渉値を無線ネットワーク制御装置に報告する手段と、
    前記無線ネットワーク制御装置から許容全干渉に関する情報を受信する手段と、
    前記許容全干渉を超えないように、複数の移動局の上り回線データパケット伝送をスケジューリングする手段と、
    を備える移動体通信ネットワークの基地局装置。
13. 前記移動体通信ネットワークはＣＤＭＡネットワークである請求項１２に記載の基地局装置。
14. 複数の基地局から、セル間干渉の予測値及びセル内干渉の測定値の両方を受信する手段と、
    前記受信されたセル間干渉の予測値及び前記受信されたセル内干渉の測定値に基づき、それぞれのセルの許容全干渉を計算する手段と、
    前記許容全干渉に関する情報を前記複数の基地局に送信する手段と、
    を備える移動体通信ネットワークの無線ネットワーク制御装置。
15. 前記移動体通信ネットワークはＣＤＭＡネットワークである請求項１４に記載の無線ネットワーク制御装置。
16. 移動体通信ネットワークの基地局装置を構成するコンピュータに、
    全干渉値及びセル内干渉値の両方を測定する処理と、
    測定された全干渉値及び測定されたセル内干渉値に基づいて、セル間干渉値を予測する処理と、
    予測されたセル間干渉値及び前記測定されたセル内干渉値を無線ネットワーク制御装置に報告する処理と、
    前記無線ネットワーク制御装置から許容全干渉に関する情報を受信する処理と、
    前記許容全干渉を超えないように、複数の移動局の上り回線データパケット伝送をスケジューリングする処理と、
    を実行させるプログラム。
17. 移動体通信ネットワークの無線ネットワーク制御装置を構成するコンピュータに、
    複数の基地局から、セル間干渉の予測値及びセル内干渉の測定値の両方を受信する処理と、
    前記受信されたセル間干渉の予測値及び前記受信されたセル内干渉の測定値に基づき、それぞれのセルの許容全干渉を計算する処理と、
    前記許容全干渉に関する情報を前記複数の基地局に送信する処理と、
    を実行させるプログラム。

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