JP4886808B2 - 無線資源を効率的に割り振るためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関する。より詳細には、本発明は、無線通信システム内での資源割振りのための方法に関する。

周知の通信標準はすべて、割り振られる資源のタイプに関わらず、システム資源の使用に対して制限がある。通信システム内では、資源管理が使用され、ユーザすべてに対して、その制限された量のシステム資源を効果的に割り振る。そのような資源には、タイムスロット、ＲＦ搬送波、または符号が含まれる可能性がある。たとえば、ユニバーサル移動通信システム（ＵＭＴＳ）時分割多元接続（ＴＤＤ）標準は、ビーコンと、他の共通チャネルおよびタイムスロットとを含む単一の搬送波セル（single career cell）を定義する。したがって、この場合には、搬送波選択は、セル選択に等しい。

一方、ＣＷＴＳ（China Wireless Telecommunication Standard）グループのＴＳＭ（TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access）System for Mobile）標準は多搬送波セル（multi-career cell）を定義する。しかし、これは、単一の適用例に属する物理チャネルすべてが同じ搬送波に割り当てられることを必要とする。

一般的な多搬送波ＴＤＤシステムは、無線送受信システム（ＷＴＲＵ）のために物理資源を、異なる搬送波の異なるタイムスロット内で割り当てることができる。たとえば、高速動的チャネル割振り（Ｆ−ＤＣＡ）アルゴリズムを使用し、ＣＣＴｒＣＨ（coded composite traffic channel）と呼ばれるユーザに資源（すなわち、その搬送波上のそのタイムスロット）を割り振る。この割振りは、タイムスロットをベースとする割振りメトリックとＣＣＴｒＣＨ全体についての断片化メトリック（fragmentation metric）との組合せとして表すことができる割振り品質メトリックの最適化に基づくものである。タイムスロットをベースとする割振りメトリックでは、タイムスロット干渉、タイムスロット送信電力、またはタイムスロット負荷が使用される。ＣＣＴｒＣＨ全体についての断片化メトリックでは、１つの搬送波内で複数のタイムスロットを使用することの断片化ペナルティが割り振られ、または複数の搬送波を使用することの断片化ペナルティが割り振られる。ｊ個のタイムスロットが使用されているとき、ＴＳ＿Ｆｒａｇ＿Ｐｅｎａｌｔｙ（ｊ）が、タイムスロットをベースとする断片化ペナルティを示すものとする。たとえば、ＴＳ＿Ｆｒａｇ＿Ｐｅｎａｌｔｙ（ｊ）は、

として示され、ただし、ｐは、タイムスロットをベースとする断片化ペナルティ増分であり、Ｃは、ユーザがサポートすることができるタイムスロットの最大数である。

ｊ個の搬送波が使用されているとき、Ｃａｒｒｉｅｒ＿Ｆｒａｇ＿Ｐｅｎａｌｔｙ（ｊ）を、搬送波をベースとする断片化ペナルティを示すものとする。たとえば、Ｃａｒｒｉｅｒ＿Ｆｒａｇ＿Ｐｅｎａｌｔｙ（ｊ）は、
Ｃａｒｒｉｅｒ＿Ｆｒａｇ＿Ｐｅｎａｌｔｙ（ｊ）＝ｑ・（ｊ−１） 式（２）
として示され、ただし、ｑは、搬送波をベースとする断片化ペナルティ増分である。

一部のＷＴＲＵは、複数の受信器を使用することができ、スロット選択に対する実施制約がないが、大抵のＷＴＲＵは、単一の受信器と、アップリンク（ＵＬ）タイムスロットとダウンリンク（ＤＬ）タイムスロットの間の有限切替え時間とを有する。したがって、大抵のＷＴＲＵについて、複数の搬送波からのタイムスロットが使用されているとき、以下の２つの制限が適用される。すなわち、１）１つの搬送波において、あるタイムスロットがＷＴＲＵによって使用されている場合、他の搬送波において同じタイムスロットをそのＷＴＲＵで使用することができない。また、２）１つの搬送波において、あるタイムスロットがＷＴＲＵによって使用されている場合、他の搬送波において、ＷＴＲＵが周波数を切り替えるために、使用されているタイムスロットから離隔された十分なガード時間（guard time）を許すタイムスロットだけ、同じＷＴＲＵで使用することができる。

特定のタイムスロットの使用と、２つの前述の制限とにより使用することができないこれらのタイムスロットは、特定のタイムスロットのうちの禁止タイムスロット（banned timeslots）のセットとして定義される。

特開平１１−２３４２４２号公報

チャネル割振りアルゴリズムがＴＤＤシステム用に開発されているが、これらのシステムは、一般に、運営会社（operator）によって使用される単一の搬送波を損なう。多搬送波ＴＤＤシステムでは、ネットワークには、ＷＴＲＵを１つまたはいくつかの搬送波に割り当てる自由がある。したがって、多搬送波ＴＤＤシステムについて、資源を適切に割り振ることが求められている。

本発明によれば、最初に複数のスロットシーケンスを生成することによって、動的資源割振りが実行される。次いで、重み付けされた干渉信号符号電力（ＩＳＣＰ）および重み付けされた資源単位（ＲＵ：resource units）に基づく評価係数（figure of merit）が、各スロットシーケンスの各タイムスロットについて生成される。各スロットシーケンス内のタイムスロットは、評価係数の降順で配置される。次いで、スロットシーケンスは、送信すべき符号をサポートすることができるかどうか判定するために処理される。

本発明による方法の流れ図である。 本発明による方法の流れ図である。 本発明による多搬送波通信システムのブロック図である。

本発明について、全体にわたって同様な符号が同様な要素を表す図面を参照して述べる。

本発明の好ましい実施形態については、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）広帯域符号分割多元接続（Ｗ−ＣＤＭＡ）通信システムによる音声およびデータ伝送をサポートする通信システムと共に述べられている。しかし、３ＧＰＰシステムは例として使用されているにすぎず、本発明は、他のＣＤＭＡシステムに適用することができることに留意されたい。例示的な諸実施形態について無線拡散スペクトル通信を用いて述べられているが、本発明は、他の形態のスロット型通信システム、非スロット型通信システム、多搬送波通信システム、単搬送波通信システムに適用することができ、あらゆるタイプの通信形式に広く適用することができる。さらに、本発明は、無線である通信にも有線接続（hardwire connections）を使用する通信にも適用することができる。基地局−移動局間通信について述べたが、本発明の概念は、ピアツゥピア通信においても有用である。本明細書では、ＷＴＲＵという用語には、それだけには限らないが、ユーザ機器、移動局、固定もしくは移動加入者ユニット、ページャ、または無線環境内で動作することが可能な任意の他のタイプのデバイスが含まれる。これらの例示的なタイプの無線環境には、それだけには限らないが、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）および公衆陸上移動ネットワーク（ＰＬＭＮ）が含まれる。以下で使用される基地局という用語には、それだけには限らないが、ノードＢ、サイトコントローラ、アクセスポイント、または無線環境内の他のインターフェース用デバイスが含まれる。

ＴＳＭ標準を使用する本発明の例示的な一態様によれば、改善された資源割振り手順が実装される。ＴＳＭ標準は、単一の適用例に属する物理チャネルすべてが同じ搬送波に割り当てられることを必要とする。本発明による資源割振り手順は、各搬送波について実行される。次いで、すべての搬送波の間で、最良の割当て品質メトリックを生み出す搬送波が選択される。

一般的な多搬送波ＴＤＤシステム内でＣＣＴｒＣＨをサポートするために、いくつかの符号が必要とされる。通常、これらの符号は、符号の拡散率（spreading factor）の昇順で配置される。この符号配置は、符号セットと呼ばれる。当業者には理解されるように、符号の拡散率が低くなるほど、その符号を送信するために必要とされるＲＵが増える。

図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、本発明による動的資源割振り手順１００が示されている。手順１００はステップ１０で始まり、それによって、複数のスロットシーケンスが生成される。特定の順序にあるタイムスロットのグループであるスロットシーケンスは、α^(k)＝１ β^(k)＝２^k（シーケンスｋ＋１）およびα^(k+m+1)＝２^m β^(k+m+1)＝１（シーケンスｋ＋ｍ＋１）に従ってｋ＋ｍ＋１対のαおよびβ値を適用することで生成される。ただし、αはＩＳＣＰの重みパラメータであり、βは、そのスロットにおいてＣＣＴｒＣＨが使用することができるＲＵの数の重みパラメータである。

ｋ＋ｍ＋１対のαおよびβ値を適用することで、ｋ＋ｍ＋１スロットシーケンスが以下のように生成される。すなわち、ａ）αは１に等しいままとなり、βは増大されるため、以下のシーケンスは、低断片化に有利である。すなわち、
α⁽¹⁾＝１ β⁽¹⁾＝２⁰（シーケンス１）
α⁽²⁾＝１ β⁽²⁾＝２¹（シーケンス２）
α⁽³⁾＝１ β⁽³⁾＝２²（シーケンス３）
その結果、
α^(k)＝１ β^(k)＝２^k（シーケンスｋ＋１） 式（３）
ｂ）βは１に等しいままとなり、αは増大されるため、以下のシーケンスは、低干渉に有利である。すなわち、
α^(k+1)＝２¹ β^(k+1)＝１（シーケンスｋ＋２）
α^(k+2)＝２² β^(k+2)＝１（シーケンスｋ＋３）
その結果、
α^(k+m+1)＝２^m β^(k+m+1)＝１（シーケンスｋ＋ｍ＋１） 式（４）
次いで、評価係数Ｆ_iが各タイムスロットについて計算される（ステップ１１）。スロットｉの評価係数Ｆｉは、
Ｆ_i＝−α・ΔＩ_i＋β・ｆ（Ｃ_i） 式（５）
として生成される。ただし、ΔＩ_iは、ＩＳＣＰ_i−ＩＳＣＰ_minとして定義され、ＩＳＣＰ_iは、スロットｉにおける、測定された干渉信号符号電力ＩＳＣＰ（単位ｄＢ）であり、ＩＳＣＰ_minは、同じ方向（すなわち、ＵＬまたはＤＬ）において使用可能なタイムスロットすべての間の最低ＩＳＣＰ（単位ｄＢ）であり、ｆ（Ｃ_i）は、スロットｉにおいて当該のＣＣＴｒＣＨが使用することができるＲＵの量である。

パラメータｆ（Ｃ_i）は、
ｆ（Ｃ_i）＝ｍｉｎ（Ｃ_i，ｍｉｎ（Ｍ，ＲＵ_{max_slot}）） 式（６）
として計算され、ただし、Ｃ_iは、スロットｉにおいて使用可能なＲＵの数であり、Ｍは、ＣＣＴｒＣＨによって必要とされる資源単位の量であり、ＲＵ_{max_slot}は、１つのスロットにおいてこのＣＣＴｒＣＨが使用することができるＲＵの最大量である。

ＷＴＲＵがｍ個のＣＣＴｒＣＨ（ただし、ｍ≧１）を同時にサポートしており、またこのタイムスロットにおいて、このＷＴＲＵの他のＣＣＴｒＣＨによって使用される符号の数がＮ_USEDであると仮定すると、ＷＴＲＵは、タイムスロット当たりＮ_WTRU個の符号の能力を有するため、このＣＣＴｒＣＨがこのタイムスロットにおいて使用することができる符号の数は、Ｎ_WTRU−Ｎ_USEDである。したがって、ＲＵ_{max_slot}は、そのＣＣＴｒＣＨにおいてＮ_WTRU−Ｎ_USED個の符号で使用することができるＲＵの最高の量によって与えられる。

次いで、各スロットシーケンスのタイムスロットが、評価係数Ｆｉの降順で配置される（ステップ１２）。これにより配置済みスロットシーケンスが得られる。

最初のスロットシーケンスから開始して（ステップ１４）、最初のスロットシーケンス内の第１のタイムスロットが選択される（ステップ１６）。符号セット内で最小の拡散率を有する符号もまた選択される（ステップ１８）。というのは、これが最も多くのＲＵを必要とすることになるからである。

選択されたタイムスロットにおいて使用可能な、対応する拡散率を有する符号があるかどうか判定される（ステップ２０）。そうである（すなわち、その符号が使用可能であり、その割当てが、ＷＴＲＵのどの能力にも、たとえばＷＴＲＵで使用することができるタイムスロットの最大数に違反しない）場合、手順はステップ２３に進む。

ステップ２０での判定が否定的である（すなわち、対応する符号が使用可能でない、またはその割当てが、ＷＴＲＵの能力のいくつかに違反する）場合には、アクションは、ＵＬタイムスロットであるか、それともＤＬタイムスロットであるかによって決まる（ステップ２４）。ＵＬタイムスロットである場合、手順１００はステップ２６に進む。ＤＬタイムスロットである場合、手順１００はステップ２８に進む。というのは、ＤＬでは、符号すべてが同じ拡散率を有し、現在の符号がそのタイムスロットをサポートすることができない場合、残りの割り当てられていない符号のどれも、そのタイムスロットにおいてサポートし得ないことになるからである。

ステップ２６では、その符号セット内で、より高い拡散率を有する符号があるかどうか判定される。ある場合、次に大きい拡散率を有する、その符号セットからの符号が選択され（ステップ３０）、手順１００はステップ２０に戻る。より高い拡散率を有する、その符号セットからの符号が使用可能でない場合、手順１００はステップ２８に進み、現在のタイムスロットがタイムスロットのそのシーケンスから省かれ、スロットシーケンスが更新される。

そのシーケンス内にまだタイムスロットが残っている場合（ステップ３２）、そのスロットシーケンス内の次のタイムスロットが試され、各スロットシーケンスの解析の冒頭で初期化されるタイムスロットカウンタが更新される（ステップ３４）。そのシーケンス内にそれ以上タイムスロットが残っていないとステップ３２で判定された場合、このスロットシーケンスについてスロット割当て解決策は見つけられない（ステップ３８）。

次いで、まだスロットシーケンスが使用可能であるかどうか判定される（ステップ４０）。使用可能である場合、次のスロットシーケンスが選択され（ステップ４２）、各タイムスロットのＩＳＣＰがリセットされる。次いで、手順１００はステップ１６に戻る。

ステップ３６では、このタイムスロットが使用される場合に必要とされるはずであるタイムスロットの総数が、ＷＴＲＵの能力内であるかどうか判定される。たとえば、いくつかのＷＴＲＵは、ある数のタイムスロットをサポートすることが可能であるにすぎないおそれがある。その数より多いタイムスロットを使用する割当て解決策（assignment solution）は、自動的に失敗となることになる。タイムスロットの総数がＷＴＲＵの能力内である場合、手順１００はステップ２０に戻る。タイムスロットの総数がＷＴＲＵの能力内でない場合、ＣＣＴｒＣＨにはそれ以上タイムスロットを割り当てることができず、このスロットシーケンスについてスロット割当て解決策は見つけることができない（ステップ３８）。次いで、手順１００はステップ４０に進む。

ステップ２０に戻ると、ステップ２０での判定が肯定的である場合、この拡散率を有する符号が追加された場合のそのタイムスロットにおけるノイズ増大および符号送信電力が推定される（ステップ２３）。次いで、この拡散率をそのタイムスロットにおいてサポートすることができるかどうか判定される（ステップ４４）。この判定は、推定されたノイズ増大および送信電力が以下の要件のいずれかに違反する場合、この拡散率をこのスロット内でサポートすることができないように行われる。すなわち、
１．ノイズ増大は、所定の閾値を超えることができない。閾値は設計パラメータである。
２．干渉（ＩＳＣＰ）は、所定の閾値を超えることができない。閾値は設計パラメータである。
３．ＵＬでは、ＷＴＲＵ送信電力は、その最大許容ＵＬ送信電力（すなわち、そのタイムスロットにおけるそのＵＥについての符号すべての送信電力の和）を超えることができない。
４．ＤＬでは、ノードＢ搬送波電力は、電力クラスによって定義されたその最大送信電力（すなわち、そのタイムスロットにおけるＷＴＲＵすべてについての符号すべての送信電力の和）を超えることができない。
５．ＤＬでは、同じタイムスロットにおける任意の２つの符号間の符号送信電力の差は、最大ダイナミックレンジを超えることができない。最大ダイナミックレンジの値は設計パラメータである。

この符号（すなわち、拡散率）をそのタイムスロット内でサポートすることができないとステップ４４で判定された場合、手順１００はステップ２８に進む。

その符号をそのタイムスロット内でサポートすることができる場合、手順１００はステップ４６に進み、そのタイムスロット内の干渉が更新される。スロットシーケンスは、このタイムスロットの使用により他の搬送波内で使用することができないタイムスロットすべてを削除することで更新される。

次いで、それ以上の符号を割り当てることが必要とされるかどうか（すなわち、符号セット内に任意の符号が残っているかどうか（ステップ４８））判定される。そうである場合、手順１００はステップ５０に進み、符号セット内の次の符号をこのタイムスロット内に割り当てようと試みられる。この推定では、ＩＳＣＰが更新済みの値をとるべきであることに留意されたい。

符号すべてが割り当てられている場合（ステップ４８）、割当て解決策が見つけられた（ステップ５２）。この割当て解決策は、このスロットシーケンスについて記録される（すなわち、各使用搬送波内の各使用タイムスロットについての符号の数とその拡散率）。ＣＣＴｒＣＨがＮ個の搬送波を使用し、各搬送波ｎ内でＳ_n個のタイムスロットが使用されると仮定すると、ＩＳＣＰ_total（ｎ）は、搬送波ｎ内のＣＣＴｒＣＨの総干渉を示す。重み付けされた干渉ＩＳＣＰ_weightedは、総干渉に、タイムスロット断片化ペナルティおよび搬送波断片化ペナルティを加えたものとして計算される。

より多くのスロットシーケンスがあるとステップ４０で判定された場合、次のスロットシーケンスが選択され、ＩＳＣＰは、選択されたスロットシーケンスの最初のスロットのＩＳＣＰにリセットされる。次いで、手順１００はステップ１６に戻る。このようにして、他の割当て解決策が、それぞれ、それらの対応する重み付けされた干渉を有して見つけられることになる。スロットシーケンスすべてについてスロット選択が実行されたとステップ４０で判定された場合、少なくとも１つのシーケンスによって割当て解決策が生成されたかどうか判定される（ステップ５４）。生成されていない場合、電力／干渉の使用可能性を用いて割当て解決策が見つけられておらず、手順１００は完了する（ステップ５８）。少なくとも１つの割当て解決策が見つけられる場合、割当て解決策すべての間で最も低い重み付けされた干渉を有するものが、最適な割当て解決策として選択される。手順１００は完了する（ステップ５８）。

図２は、コアネットワーク２０２と、複数の移動ＷＴＲＵ２０４、２０６とを含む無線通信システム２００の一般的な構成である。ネットワーク２０２は、ノードＢ２１２に結合された無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）２１０を含み、ノードＢ２１２はさらに、複数の基地局２１４、２１６、２１８に結合される。動作時には、ネットワーク２０２は、基地局２１８を介してＷＴＲＵ２０４、２０６と通信する。各ＷＴＲＵ２０４、２０６は、トランシーバセクション２２２と、とりわけ通信スロットを割り当てる信号処理セクション２２０とを含む。一実施形態では、図１Ａおよび図１Ｂに示されている手順は、専用チャネルについてＲＮＣ部で実行され、共用チャネルについてノードＢ部で実行される。（ＷＬＡＮなど）アドホックネットワークについては、そのような手順はＷＴＲＵ部で実行することができる。

Claims (7)

1. 符号セット内の複数の符号の伝送をサポートするように、タイムスロット型通信システム内でタイムスロットを割り振るための方法であって、
   各スロットシーケンスが複数のタイムスロットを含む複数のスロットシーケンスを生成するステップ、
   各タイムスロットについて、重み付けされた干渉信号符号電力（ＩＳＣＰ）および重み付けされた資源単位（ＲＵｓ）に基づく評価係数を計算するステップ、
   前記各スロットシーケンス内の前記タイムスロットを評価係数の降順で配置して配置済みスロットシーケンスを提供するステップ、
   前記符号セット内で最小の拡散率をもつ符号を選択するステップ、
   前記配置済みスロットシーケンス中のタイムスロットを選択するステップ、および、
   該選択されたタイムスロット中で最小の拡散率をサポートするために利用可能な符号を判定するステップ、
   を含むことを特徴とする方法。
2. さらに、前記符号セット内の符号の各々を各配置済みスロットシーケンスと比較して、該配置済みスロットシーケンスが前記符号セットをサポートし得る割当て解決策であるかを判定するステップを含むことを特徴とする請求項１の方法。
3. さらに、各割当て解決策について重み付けされた干渉値を計算するステップ、および、最も低い重み付けされた干渉を有する割当て解決策を最適な解決策として選択するステップを含むことを特徴とする請求項２の方法。
4. さらに、前記選択したタイムスロットにおけるノイズ増大および符号送信電力を推定するステップ、および、該ノイズ増大および該符号送信電力が過大であることを判定するステップを含むことを特徴とする請求項１の方法。
5. 前記符号セット内の前記符号は複数の異なる拡散率を有することを特徴とする請求項１の方法。
6. さらに、前記ノイズ増大および前記符号送信電力が過大でないと判定されたときに、前記選択したタイムスロット内の干渉を更新するステップを含むことを特徴とする請求項４の方法。
7. さらに、前記ノイズ増大および前記符号送信電力が過大でないと判定されたときに、前記配置済みスロットシーケンスを、前記選択したタイムスロットの使用により使用することができないタイムスロットを削除することで更新するステップを含むことを特徴とする請求項４の方法。

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