JP5296210B2 - セルラ・ネットワークの分散アップリンク・マルチセル逐次干渉除去 - Google Patents

Description

本発明は、無線ネットワーク内でセル間干渉を減らす方法及びシステムに関する

今日の無線ネットワーク内で使用される多くの進歩した物理層技法およびリンク層技法（たとえば、適応変調およびコーディング、ＨＡＲＱ、電力制御など）にもかかわらず、多数のモバイル・ユーザ、特にセル・エッジにいるモバイル・ユーザは、激しい干渉およびパス・ロスに起因する耐えられないほどに低いデータ・レートを受信する。さらに、マルチメディア無線ネットワークでますます高いデータ・レートを求める高まる需要がある。その結果、効果的な干渉軽減技法が、将来の無線ネットワークで適度なサービス品質を提供するために必要である。

第４世代無線システム（たとえば、Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）、ＷｉＭＡＸ、およびＵｌｔｒａ Ｍｏｂｉｌｅ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ（ＵＭＢ））は、異なる時間−周波数リソース（たとえば、トーン）上でセル内ユーザをスケジューリングすることによってセル内干渉回避を提供する、たとえば直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）を使用する。その一方で、隣接基地送信からのセル間干渉は、大きい問題を引き起こし続けている。

適用可能性のさらなる領域は、本明細書で提供される説明から明白になる。この説明および特定の例が、例示のみのためのものであって、本開示の範囲を限定することは意図されていないことを理解されたい。

例示の実施形態は、逐次干渉除去（ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ、ＳＩＣ）を使用して無線ネットワークでセル間干渉を減らす方法を対象とする。例示の実施形態は、第１ネットワーク要素からバックホールを介して第２ネットワーク要素で、復号された第１データ信号を受信するステップを含む方法を提供する。この方法は、精製された第２データ信号を作るために、受信された復号された第１データ信号に基づいて、第２ネットワーク要素で受信された第２データ信号内の干渉を除去するステップと、第２ネットワーク要素で精製された第２データ信号を復号するステップとをも含む。

例示の実施形態は、第１データ信号の複数の版を受信するステップと、第１データ信号の受信された複数の版のうちの少なくとも１つと干渉する少なくとも１つの干渉するデータ信号を受信するステップと、受信された干渉するデータ信号を復号するステップとを含む、無線ネットワーク内でセル間干渉を減らす方法をも提供する。この方法は、第１データ信号の少なくとも１つの精製された版を作るために、対応する復号された干渉するデータ信号に基づいて第１データ信号の受信された複数の版内の干渉を除去するステップと、精製されていない版および精製された版を含む第１データ信号の受信された複数の版を復号するステップと、品質判断基準に基づいて第１データ信号の復号された版のうちの１つを選択するステップとを含むことができる。例示の実施形態は、無線ネットワーク内で複数のデータ信号についてこれらのステップを繰り返すステップも含むことができる。無線ネットワークは、複数のセルを含むことができ、複数のセルは、それぞれが複数のセクタを含む。

例示の実施形態は、データ信号の集合を識別するステップと、しきい値未満の対応するチャネル状態を有する、データ信号の集合の部分集合を識別するステップとを含む、無線ネットワーク内でセル間干渉を減らす方法をも提供する。この方法は、データ信号の部分集合を第１からＮまで順序付けるステップであって、第１データ信号は、最良のチャネル（またはリンク）状態を有し、第Ｎデータ信号は、最悪のチャネル（またはリンク）状態を有する、ステップと、データ信号の部分集合内のデータ信号ごとに、干渉を引き起こす可能性が高い、複数のセル内のセルを識別するステップとをさらに含むことができる。この方法は、順序付けられた第１データ信号を復号するステップと、復号された第１データ信号に基づいて、残りの復号されていないデータ信号すなわち第２データ信号から第Ｎデータ信号のそれぞれについて干渉を除去するステップと、第Ｎデータ信号が復号されるまで、復号されていない順序付けられたデータ信号の復号および除去を繰り返すステップとも含むことができる。追加の例示の実施形態は、残りの復号されていないデータ信号すなわち第２データ信号から第Ｎデータ信号の干渉を除去した後に、新しい対応するチャネル（またはリンク）状態を判定するステップと、残りの復号されていないデータ信号を再順序付けするステップであって、第１データ信号は、新たに判定された最良の対応するチャネル（またはリンク）状態を有し、第（Ｎ−１）データ信号は、新たに判定された最悪の対応するチャネル（またはリンク）状態を有する、ステップと、第Ｎデータ信号が復号されるまで、データ信号の復号、除去、判定、および再順序付けを繰り返すステップとをさらに含むことができる。

例示の実施形態は、添付図面と共に読まれる次の詳細な説明から、より明瞭に理解されるであろう。図１〜６は、本明細書で説明される、非限定的な例示の実施形態を表す。

例示の実施形態による、単純なマルチセル干渉除去方法を示す図である。 例示の実施形態による、副基地局での干渉除去を示す図である。 例示の実施形態による、ハイブリッド干渉除去方法を示す図である。 例示の実施形態による、マルチセル干渉除去を適用するステップを示す流れ図である。 例示の実施形態による、ラップアラウンドを有する１９セル／５７セクタのネットワーク・トポロジを示す図である。 例示の実施形態による、パラボラ・アンテナ構成を示す図である。 １セクタＭＭＳＥ＋３レグＳＩＣと等しいＳＩＣを用いる比較アップリンク性能を示すグラフである。 １セクタＭＭＳＥ＋６レグＳＩＣと等しいＳＩＣを用いる比較アップリンク性能を示すグラフである。 副ユーザ復号のための主ユーザの干渉除去を含む、ＳＩＣを用いる比較アップリンク性能を示すグラフである。

さまざまな例示の実施形態を、いくつかの例示の実施形態が示された添付図面を参照して、これからより十分に説明する。図面では、層および領域の厚さが、わかりやすくするために誇張されている場合がある。

したがって、例示の実施形態は、さまざまな変更および代替形態が可能であるが、その実施形態は、図面に実例として示され、本明細書で詳細に説明される。しかし、例示の実施形態を開示される特定の形態に限定する意図があるのではなく、逆に、例示の実施形態が、本発明の範囲に含まれるすべての修正形態、同等物、および代替形態を含まなければならないことを理解されたい。同様の符号は、図の説明全体を通じて同様の要素を指す。

用語第１、第２などが、本明細書でさまざまな要素を記述するのに使用される場合があるが、これらの要素がこれらの用語によって限定されてはならないことを理解されたい。これらの用語は、ある要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。たとえば、例示の実施形態の範囲から逸脱せずに、第１要素を第２要素と呼ぶことができ、同様に、第２要素を第１要素と呼ぶことができる。本明細書で使用されるときに、用語「および／または」は、関連してリストされる項目のうちの１つまたは複数の任意のすべての組合せを含む。ある要素が別の要素に「接続される」または「結合される」ものとして言及されるときに、その要素を、別の要素に直接に接続しまたは結合することができ、あるいは、介在する要素が存在することができることを理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素に「直接に接続される」または「直接に結合される」ものとして言及されるときには、介在する要素は存在しない。要素の間の関係を記述するのに使用される他の単語は、同様の形で解釈されなければならない（たとえば、「〜の間」対「直接に〜の間」、「隣接する」対「直接に隣接する」など）。

本明細書で使用される用語法は、特定の実施形態を説明するためのみのものであって、例示の実施形態について限定的であることは意図されていない。本明細書で使用されるときに、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈がそうではないことを明らかに示さない限り、複数形をも含むことが意図されている。さらに、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、および／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」は、本明細書で使用されるときに、述べられる特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および／またはそのグループの存在または追加を除外しないことを理解されたい。

空間に関連する用語、たとえば「ｂｅｎｅａｔｈ（〜の下に）」、「ｂｅｌｏｗ（〜の下に）」、「ｌｏｗｅｒ（より下の）」、「ａｂｏｖｅ（〜の上に）」、「ｕｐｐｅｒ（より上の）」等は、本明細書では、図に示された１つの要素またはある特徴と別の要素もしくは特徴との間の関係を記述するための説明を簡単にするのに使用される場合がある。空間に関連する用語が、図面に示された配置に加えて、使用中または動作中のデバイスの異なる配置を包含することが意図されていることを理解されたい。たとえば、図内のデバイスが反転される場合に、他の要素または特徴の「ｂｅｌｏｗ（下）」または「ｂｅｎｅａｔｈ（下）」として記述された要素は、その他の要素または特徴の「ａｂｏｖｅ（上）」に配置されるはずである。したがって、たとえば、用語「ｂｅｌｏｗ」は、上ならびに下である両方の配置を包含することができる。このデバイスを他の配置にする（９０度回転しまたは他の配置で見るか参照する）ことができ、本明細書で使用される空間に関連する記述子は、それに従って解釈されなければならない。

また、いくつかの代替実施形態で、示される機能／行為が、図に示された順序から外れて発生する可能性があることに留意されたい。たとえば、連続して示される２つの図が、関連する機能性／行為に依存して、実際には実質的に同時に実行されてもよく、あるいは、時々逆の順序で実行されてもよい。そうではないと定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示の実施形態が属する技術における通常の技量を有するものによって一般に理解されるものと同一の意味を有する。さらに、用語、たとえば一般に使用される辞書で定義される用語は、関連技術の文脈での意味と一貫する意味を有すると解釈されなければならず、本明細書で特にそのように定義されない限り、理想化された意味または過度に形式的な意味では解釈されないことを理解されたい。

本発明の諸部分および対応する詳細な記述は、ソフトウェアすなわち、コンピュータ・メモリ内のデータ・ビットに対する動作のアルゴリズムおよび記号表現に関して提示される。これらの記述および表現は、当業者がそれによって彼らの作業の実質を他の当業者に効率的に伝える記述および表現である。アルゴリズムは、この用語が本明細書で使用されるときに、および一般に使用されるときに、所望の結果につながるステップの自己完結的シーケンスと考えられる。ステップは、物理的量の物理的操作を必要とするステップである。必ずではないが通常、これらの量は、格納、転送、組合せ、比較、および他の操作が可能な光信号、電気信号、または磁気信号の形をとる。時々、主に一般的な使用の理由から、これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、項、数等と呼ぶことが便利であることがわかっている。

次の説明では、例示的実施形態を、プログラム・モジュールとして実施できる行為および動作の記号表現（たとえば、流れ図の形の）を参照して説明し、あるいは、機能プロセスは、特定のタスクを実行するか特定の抽象データ型を実施し、既存ネットワーク要素または制御ノードの既存ハードウェア（たとえば、基地局またはＮｏｄｅ Ｂに配置されたスケジューラ）を使用して実施できる、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。そのような既存ハードウェアは、１つまたは複数のディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、コンピュータ等を含むことができる。

しかし、上記および類似する用語のすべてが、適切な物理的量に関連付けられなければならず、単にこれらの量に適用される便利なラベルであることに留意されたい。そうではないと具体的に述べられない限り、または議論から明白であるように、「ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（処理）」、「ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ（コンピューティング）」、「ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ（計算）」、「ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ（表示）」または「ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ（判定）」などの用語は、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理的電子量として表されたデータを操作し、コンピュータ・システム・メモリもしくはレジスタまたは他のそのような情報記憶デバイス、情報伝送デバイス、もしくは情報表示デバイス内の物理的量として同様に表された他のデータに変換する、コンピュータ・システムまたは類似する電子コンピューティング・デバイスのアクションおよびプロセスを指す。

また、本発明のソフトウェアが実施される態様が、通常は、ある形のプログラム記憶媒体上で符号化されるか、あるタイプの伝送媒体を介して実施されることに留意されたい。プログラム記憶媒体は、磁気的（たとえば、フロッピ・ディスクまたはハード・ドライブ）または光学的（たとえば、コンパクト・ディスク読取り専用メモリすなわち「ＣＤ ＲＯＭ」）とすることができ、読取り専用またはランダム・アクセスとすることができる。同様に、伝送媒体は、より対線、同軸ケーブル、光ファイバ、または当技術分野で既知の他の適切な伝送媒体とすることができる。本発明は、任意の所与の実施態様のこれらの態様によって限定されない。下で使用されるときに、基地局、無線基地局（ＢＴＳ）、ＮｏｄｅＢ、ネットワーク要素、ゲートウェイなどの用語は、同義であり、無線ネットワークと１つまたは複数のＵＥとの間のデータ接続性を提供する機器を記述するために交換可能に使用される場合がある。さらに、下で使用される場合に、ユーザ、ユーザ機器（ＵＥ）、加入者、移動局、リモート・ステーションなどの用語は、同義であり、無線通信ネットワーク内の無線リソースのリモート・ユーザを記述するために交換可能に使用される場合がある。さらに、下で使用される場合に、チャネル状態およびリンク状態という用語は、信号対干渉雑音比または誤り率に関して特徴を表すことができるリンク品質を記述するために交換可能に使用される場合がある。

例示の実施形態は、基地局間協力を活用することによってセル間干渉軽減問題に対処する。例示の実施形態は、たとえば調整された電力制御、マルチセル協調ビームフォーミング、またはマルチセル協調Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔ（ＭＩＭＯ）アンテナに関するものなど、複数の基地局伝送を調整するために、バックホール（たとえば、より対線、光ファイバその他などの有線またはセルラ、マイクロ波、自由空間光その他などの無線）を介して基地局にまたがって干渉関連情報を共用する。

例示の実施形態は、無線ネットワークのアップリンクに関するマルチセル逐次干渉除去（ＳＩＣ）の利益を示す。例示の実施形態は、ユーザのグループ（たとえば、高いパス・ロスおよび干渉を有するセル・エッジ・モバイル）について選択的にマルチセル干渉除去を実行することができると同時に、信号品質向上が、穏当なレベルのバックホール・オーバーヘッドを維持するために少数の最も強い干渉源（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｒ）だけを除去することによって達成され得る。したがって、例示の実施形態は、穏当なバックホール・コストでコスト−利益トレードオフに関して改善された利得を達成する。

例示の実施形態は、新規のセル間協力方法を提供し、この方法では、セル（たとえば、セクタ、基地局、ネットワーク要素などを含む）は、それに関連するユーザのデータを連続して復号し、復号された記号（たとえば、ビット、データ、データ信号など）および関連する制御情報を、悪い信号受信状態をこうむる他のセルに（バックホールを介して）渡すことができる。ユーザ復号は、広義に解釈されることが意図されており、たとえば、復号されるデータは、誤り制御および回復に関連する制御情報、スケジューリング情報（すなわち、割り振られる無線リソース）、変調およびコーディング方式、電力、パイロット信号強度などを含むことができる。好ましくないチャネルをユーザに与える基地局が、強い干渉源のデータを除去するときに、その基地局は、それ自体のユーザを改善された信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）で復号することができる。

前述の干渉除去技法を使用してユーザの復号を改善することによって、平均セル・スループット（たとえば、平均スループット・レート／ユーザ）およびセル・エッジ・スループット（たとえば、最悪スループット・レート／ユーザ）を改善することができる。というのは、除去から利益を得るユーザが、より高いＳＩＮＲを達成できるからである。また、セル・カバレージを改善することができる。というのは、ユーザの大部分に、所与の情報レートで成功して供給することができるからである。さらに、セル間協力の使用は、サービス・プロバイダが、現在のシステムに類似するカバレージを提供するためにより少数の基地局（次世代テクノロジを有する）を展開することをも可能にし、したがって、資本支出（ＣＡＰＥＸ）を節約する。

図１に、それぞれ要素１および２に対応する基地局ＡおよびＢと、それらに関連する、それぞれ要素３および４に対応するモバイルＡおよびＢとからなる２セル・ネットワークの、例示の実施形態による単純なマルチセル干渉除去方法を示す。図１では、移動局３は、移動局４に干渉し、劣悪な信号受信を引き起こし、したがって、基地局２での移動局４のデータ信号の不成功の復号を引き起こす。対照的に、基地局１は、移動局４からの干渉の存在の下であっても、移動局３を成功裏に復号することができる。基地局１が移動局３のデータ信号を復号した後に、基地局１は、復号されたデータ信号をバックホールを介して基地局２に渡すことができる。基地局２（除去を実行する基地局）は、移動局３からの干渉を除去し、移動局４に対して改善された信号対干渉雑音比をもたらすために、移動局３（セル外モバイル）からのチャネルを推定する。この改善は、基地局１が移動局３の復号されたデータを基地局２と交換するのに必要な追加のバックホール・オーバーヘッドを犠牲にして達成される。

図２に、干渉除去がマルチセル・ネットワーク内で役立つ可能性がある、例示の実施形態による別の方法を示す。ここでは、基地局１と基地局２との両方が、移動局４のデータ信号の復号を試みる。図１に示された方法からの相違は、図２では、干渉除去も基地局１で行われることである。基地局１が、移動局３のデータ信号を成功して復号した後に、基地局１は、移動局３に起因する干渉を除去し、移動局４のデータ信号の精製された版をもたらし、その後、移動局４の精製されたデータ信号の復号を試みる。基地局２も、移動局３の干渉の存在下で移動局４のデータ信号を復号する試みを行う。２つの出力（復号された移動局４のデータ信号）のうちのよりよい出力が、復号された移動局４データ信号として使用され、したがって、移動局４は、選択ダイバーシティから利益を得る。基地局２がよりよい出力を有する場合には、データ信号は、バックホール内で移動される必要がなく、したがって、上の方法は、バックホール・オーバーヘッドを全くこうむらない。

よりよい出力を判定する際に、復号されたデータ信号が、品質判断基準を使用して比較される。品質判断基準は、たとえば、巡回冗長検査シーケンスを介する誤り検出、復号の前の第１データ信号の精製されたおよび精製されていない受信された複数の版の有効信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）推定値の比較、復号の前の第１データ信号の精製されたおよび精製されていない受信された複数の版のビット誤り確率推定値の比較などを含むことができる。

図３に、図１および図２に示された方法の組合せを含む、ハイブリッド方法と呼ばれているものを示す。図３では、基地局１と基地局２との両方が、移動局３に起因する干渉を除去した後に、移動局４のデータ信号の復号を試みる。この例示の実施形態では、移動局３のデータ信号を、バックホール内で基地局２に伝えることができ、基地局１と基地局２との両方が、干渉除去を実行することができる。したがって、移動局４は、選択ダイバーシティと複数セル・サイトでの干渉除去との両方から利益を得ることができる。

当業者によって了解されるように、基地局１および基地局２は、それぞれ、たとえばパス・ロス、フェージングなどに起因して、それぞれ移動局３および移動局４からわずかに異なる信号を受信する可能性がある。したがって、この例示の実施形態で基地局１で受信される移動局４からのデータ信号は、実際には、移動局４データ信号の複数の版のうちの第１の版である可能性があり、基地局２で受信されるデータ信号は、移動局４データ信号の複数の版のうちの第２の版である可能性がある。したがって、たとえば図２に示された方法では、出力は、第２データ信号の復号された第１の版および第２データ信号の復号された第２の版になるはずである。

上の例示の実施形態が、単純な２セル２ユーザ方法を示すが、追加の例示の実施形態が、すべての任意の個数のネットワーク要素、セル（および／またはセクタ）、および／またはユーザにあてはまることに留意されたい。また、さまざまな方法を、無線ネットワーク内の複数のデータ信号について繰り返すことができる。

図４は、例示の実施形態による、マルチセルＳＩＣのさまざまなステップを示す流れ図である。ステップＳ４００では、除去のために検討されなければならない、複数のセル／セクタをカバーするデータ信号の集合を識別する。ステップＳ４１０では、マルチセルＳＩＣから利益を得る可能性がある、データ信号の集合の部分集合を識別する。このデータ信号の部分集合の識別は、しきい値未満のチャネル（またはリンク）状態を有するデータ信号を識別することを含むことができる。しきい値は、たとえばユーザ・サービス契約、最小データ・レート、平均データ・レートなどに基づいてサービス・プロバイダによってセットされ得るＳＩＮＲレベルとすることができる。データ信号の部分集合を識別するために、各データ信号は、しきい値と比較され、しきい値未満の信号が、部分集合に含められる。

ステップＳ４２０では、データ信号の部分集合を、第１からＮまでに順序付ける。第１の順序付けられたデータ信号は、最良のチャネル状態を有することができ、第Ｎのデータ信号は、最悪のチャネル状態を有することができる。ステップＳ４３０では、複数のセル／セクタ内の各部分集合データ信号との干渉を引き起こす可能性が高いセルを識別する。ステップＳ４４０では、第１の順序付けられたデータ信号を復号し、ステップＳ４５０では、残りの未復号のデータ信号すなわち第２データ信号から第Ｎデータ信号のそれぞれについて、復号された第１データ信号に基づいて干渉を除去する。その後、残りの未復号の順序付けられたデータ信号の復号ステップおよび除去ステップを、第Ｎデータ信号が復号されるまで繰り返すことができる。独立とすることのできる追加ステップは、ＳＩＣから利益を得る可能性が高いユーザと、除去のために干渉するユーザ・データを交換することができる隣接セクタとの間のリンクに対応するチャネル利得および位相を推定することと、順序においてより以前に復号されたユーザ（たとえば、より高いランクを与えられたユーザ）の成功して復号されたデータを交換することと、未復号データ信号について対応するチャネルを推定することとを含むことができる。また、除去ステップは、より低いランクを与えられたユーザを復号するのに入手されたチャネル推定値および任意の他の従来のセクタ内受信器信号処理を使用して、ユーザから干渉を除去することを含むことができる。

例示の実施形態は、上で説明した「静的」順序付け処理と比較して「動的な」順序付け処理を含むこともできる。動的順序付けでは、新しい対応するチャネル状態を、上で説明したように残っている第２から第Ｎの未復号データ信号について干渉を除去した後に判定することができる。次に、残りの未復号データ信号の再順序付けを実行し、ここで、第１データ信号は、新たに判定された最良のチャネル状態を有し、第（Ｎ−１）データ信号は、新たに判定された最悪のチャネル状態を有する。これを動的に保つために、復号ステップ、除去ステップ、判定ステップ、および再順序付けステップは、第Ｎデータ信号が復号されるまで繰り返される。

例示の実施形態を、システム・モデルを使用して説明することもできる。まず、それぞれがｒ個の受信アンテナを有するＭ個の基地局とＮ個の単一アンテナ・モバイルとを有する無線ネットワークのアップリンクを記述する。受信信号モデルは、次式によって与えられる。

ここで、ｙ_ｉ∈Ｃ^ｒは、基地局ｉでのｒ次元受信信号を表し、ｈ_ｉｊ∈Ｃ^ｒは、ユーザｊから基地局ｉへの複素チャネル・ベクトルを表し、ｘ_ｊは、ユーザｊのアンテナ出力を表し、ｎ_ｉ〜ＣＮ（０，σ^２Ｉ_ｒ）は、白色ガウス雑音を表す。線形受信ビームフォーミング・ベクトルｗ_ｉ∈Ｃ^ｒが、ｙ_ｉをフィルタリングするために使用されるときには、対応する信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）γ_ｉは、次式になる。

ここで、ｐ_ｊは、ユーザｊの送信電力を表す。我々は、ＳＩＮＲを最大にする最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）フィルタ

が使用されると仮定する。しかし、他のタイプの受信器、たとえば最大比合成を使用することもできる。ＭＭＳＥフィルタを使用すると、ＳＩＮＲは、次式によって与えられる。

ベースラインＳＩＮＲ計算について、モバイルは最大電力で送信し、電力制御は使用されないと仮定する。したがって、ｊ＝１，２，…，Ｎについてｐ_ｊ＝Ｐであり、Ｐは、最大電力制約を表す。図１に示されたマルチセルＳＩＣ方法に関連するシステム・モデルを、下でさらに説明する。図２および図３に示された他の例示の実施形態の基本レートおよびＳＩＮＲの計算は、下で説明されるモデルに基づいて、当業者に簡単に理解されるであろう。

図１に示されているように、干渉除去は、復号されたデータ信号および関連する制御情報をバックホール内で（基地局１から基地局２へ）移動することを含み、これは、バックホール負荷を増やす。オーバーヘッドを低く保つために、ＳＩＣを、モバイルの部分集合だけについて使用することができる。したがって、モバイルは、２つの集合すなわち、潜在的にＳＩＣから利益を得るモバイルの集合Ｓと、そのデータ信号が従来の形で（ＳＩＣなしで）復号される、Ｓ’＝｛１，２，…，Ｎ｝−Ｓによって与えられる残りの集合とにグループ化される。最悪のチャネル状態を有するユーザについてＳＩＣを適用するために、しきいＳＩＮＲγ_Δを使用して、集合Ｓを定義することができ、したがって、Ｓ＝｛ｉ：γ_ｉ≦γ_Δ，ｉ∈｛１，２，…，Ｎ｝｝である。

集合Ｓ’のモバイルは、（Ｎ−１）個のすべてのユーザからの干渉の存在の下で、最初に復号される。したがって、これらは、（３）によって与えられるＳＩＮＲを達成する。集合Ｓのモバイルについて、我々は、順列π（Ｓ）＝［π（１），π（２），…，π（｜Ｓ｜）］を定義し、ここで、ｊ＝１，２，…，｜Ｓ｜についてπ（ｊ）∈Ｓであり、これは、ＳＩＣを用いる復号順序を決定する。したがって、ユーザπ（１）は、最初に復号され、そのデータ信号を既に復号されているユーザ（π（１）について集合Ｓ’に含まれるユーザ）からの干渉だけを除去することができる。最悪のチャネルを有するユーザを助けるという目標と一貫して、
π（Ｓ）＝｛［π（１），π（２），…，π（｜Ｓ｜）］：γ_π（ｉ）＜γ_π（ｊ）、ただしｉ＞ｊ，π（ｉ），π（ｊ）∈Ｓ｝ （４）
になるように、準最適順序付けが選択される。したがって、ネットワーク内で最悪のＳＩＮＲを有するユーザは、最後に復号され、潜在的に他のすべてのユーザからの干渉を除去することができる。上の順序付け（４）を考慮すると、ユーザｉ∈ＳのＳＩＮＲを、

と記述することができる。

順序が静的であり、図４を参照して説明したようにベースラインγ_ｉ（３）に基づいて判定される（４）によって与えられる復号順序とは異なって、代替の動的ユーザ順序付け方式も、下で述べるように可能である。動的順序付けでは、Ｓに含まれる、最大のＳＩＮＲを有するユーザが、まず復号され（π（１）になり）、これは、（４）によって選択されるものと同一のユーザでもある。しかし、この順序での第２のユーザは、第１ユーザおよびＳ’に含まれるユーザからの干渉が除去されたと仮定されるときの残りの｜Ｓ｜−１個のユーザの中で最大のＳＩＮＲを有するユーザである。したがって、集合｛π（１），π（２），…，π（ｎ−１）｝をπ_ｎ−１によって表すと、この順序の第ｎユーザπ（ｎ）は

である。上の順序付けを考慮すると、式（５）および（６）を変形して、それぞれ個々のユーザのＳＩＮＲおよび対応するバックホール・オーバーヘッドを得ることができる。

ＳＩＣに伴うバックホール・オーバーヘッドは、次のように決定される。式（５）が暗示するように、ユーザｉ∈Ｓは、Ｓ’に含まれるユーザおよび条件γ_ｊ＞γ_ｉを満足する集合Ｓに含まれるユーザからの干渉を有しない。これは、ユーザｉに関連する基地局に移動される、除去されるユーザのデータ信号を含む。したがって、ユーザｉの干渉除去動作に起因してこうむるバックホール・オーバーヘッドＢ_ｉは、

であり、ここで、ｌｏｇ_２（１＋γ）は、ＳＩＮＲγでのシャノン・レートであり、第１の和は、非ＳＩＣユーザからの寄与であり、そのＳＩＮＲは（３）で与えられ、第２項は、（５）によって与えられるＳＩＮＲを有するＳＩＣユーザに起因する。干渉除去動作にかかわるすべてのユーザにまたがって合計することによって、マルチセルＳＩＣの総バックホール・オーバーヘッドは、

になる。

バックホール・オーバーヘッドをさらに減らすために、除去すべき干渉源の個数を制限することもできる。たとえば、最も強い少数の干渉源だけを、ＳＩＣユーザごとに除去することができる。実験の例（下で述べる）では、ｎレグ（ｎ＝３または６）干渉除去の結果、ユーザｉへの最大の干渉寄与を有する集合

内のｎ個までのユーザを除去できる。ユーザｉの受信信号に対するユーザｊの寄与が、（２）によれば

であることに留意されたい。

実験的実施形態のシミュレーション・セットアップおよびパラメータは、主に、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｍシステム評価方法論文書に基づく。図５に示された標準的な１９セル／５７セクタ・ネットワーク・トポロジを、ラップアラウンドおよび１ｋｍのサイト対サイト距離を用いて検討する。５７個のセクタのそれぞれは、４個のパラボラ受信アンテナを有し（ｒ＝４）、アンテナのそれぞれは、図６に示されているように、７０度で３ｄＢビーム幅を有する。

都市マクロセルラＣｏｓｔ ２３１／Ｈａｔａモデルに基づく距離依存パス・ロスに加えて、８ｄＢ標準偏差（基地局にまたがる独立同分布）を有するシャドウフェージング実現および０平均単位分散複素ガウス成分（ｚｅｒｏ−ｍｅａｎ ｕｎｉｔ ｖａｒｉａｎｃｅ ｃｏｍｐｌｅｘ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を有するレイリー・フェージング実現（アンテナにまたがる独立同分布）が検討される。各セクタは、単一のオムニアンテナを有する１つのユーザによって負荷を与えられる。ユーザ負荷は、次の形で順次実行される。ユーザが、５７セクタ・トポロジにまたがって均一に配置され、このユーザの受信信号が最も強いセクタが（パス・ロスおよびシャドウ・フェードに基づく）判定される。このユーザは、見つかったセクタがまだ別のユーザに関連付けられていない場合にはそのセクタに関連付けられ、そうでない場合には、このユーザは破棄される。この手順が、５７個のセクタのそれぞれが１つのユーザに関連付けられるまで継続される。

各モバイルの送信電力は、２００ｍｗ（２３ｄＢｍ）である。さらに、１７ｄＢｉおよび０ｄＢｉのアンテナ利得が、それぞれ基地局アンテナおよびモバイル・アンテナについて仮定される。各ユーザは、２５０ＫＨｚアップリンク・チャネル（たとえば、通常のアップリンクＯＦＤＭＡタイルのサイズ）を占有すると仮定される。背景雑音に加えて、５ｄＢ雑音および２ｄＢケーブル損失が仮定される。Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＣＤＦ）は、２００個のインスタンスに基づくモンテカルロ・シミュレーションによって入手され、ここで、各インスタンスは、モバイルの位置およびレイリー／シャドウ実現の１つの集合を指す。次のケースが、シミュレートされ、比較される。
１．単一セクタの最大比合成（ＭＲＣ）受信器（４つのセクタ内受信アンテナを使用する）。
２．単一セクタのＭＭＳＥ受信器（４つのセクタ内受信アンテナを使用する）。
３．４つの最強のセクタを使用する制限付きアップリンク・ネットワークＭＩＭＯ（ジョイントＭＭＳＥベースの受信ビームフォーミング）（１６個のアンテナ）
４．７つの最強のセクタを使用する制限付きアップリンク・ネットワークＭＩＭＯ（１６個のアンテナ）
５．フル・アップリンク・ネットワークＭＩＭＯ（５７個すべてのセクタ、５７×４個のアンテナ）
６．ＳＩＣが続くフル・アップリンク・ネットワークＭＩＭＯ。この場合に、ユーザの受信信号は、５７×４個すべてのネットワーク・アンテナを使用して、最大ＳＩＮＲを有するユーザから開始して１つずつ処理され、復号される。復号されたユーザの信号は、残りのユーザのＭＭＳＥ処理／復号の前に除去される。
７．ＳＩＣから利益を得るモバイルの１０％、５０％、および１００％（ベースラインＭＭＳＥレートに基づく最悪の１０％、５０％）を用いるマルチセルＳＩＣ。３レグ（最強の３つの干渉源）が、ユーザごとに除去される。
８．ＳＩＣから利益を得るモバイルの１０％、５０％、および１００％（ベースラインＭＭＳＥレートに基づく最悪の１０％、５０％）を用いるマルチセルＳＩＣ。６レグ（最強の３つの干渉源）が、ユーザごとに除去される。
９．フル・マルチセルＳＩＣ ＳＩＣから利益を得るすべてのユーザ。干渉源が使用可能なそのデータ信号を有する、すなわち、干渉源がＳＩＣ復号順序に基づいてそのデータ信号を既に復号済みである限り、除去されるレグ／干渉源の個数に対する制限はない。（７）によって与えられる動的ユーザ順序付け（セクションＩＩ．Ｄ）が適用される。
１０．ユーザのデータ信号が主ベースに加えて副ベースでも復号され、ユーザが選択ダイバーシティから利益を得る、図２に示された方法。

図７および８のグラフは、ＳＩＣが、ユーザごとに３レグまでの除去を用いてユーザの半分について使用されるときに、ベースラインＭＲＣ受信器と比較して８〜９ｄＢの改善が、セル・エッジ・モバイルについて可能であり（ＣＤＦ内の１０番目のパーセンタイル点）、ベースラインＭＭＳＥ受信器と比較して３〜４ｄＢの改善が可能であることを示す。モバイルの半分について６レグまでを除去することが可能であるときには、それぞれベースラインＭＲＣ受信器およびベースラインＭＭＳＥ受信器と比較して、ＳＩＣを用いて約１２ｄＢおよび約６〜７ｄＢの利得が可能である。中央値ＣＤＦ点での改善は、それぞれＭＲＣおよびＭＭＳＥに関して、３レグ除去を用いると約５ｄＢおよび約２ｄＢ、６レグ除去を用いると約６ｄＢおよび約３ｄＢである。

その一方で、フル・マルチセルＳＩＣを用いると、ＭＲＣおよびＭＭＳＥに関して、セル・エッジで約１９〜２０ｄＢおよび約１５〜１６ｄＢの利得、中央値ＣＤＦ点で約１２〜１３ｄＢおよび約７〜８ｄＢの利得が可能である。最後に、図９に示されているように、図２に示されたＳＩＣ方法は、バックホール内でデータ信号を移動しない場合があり、したがって、バックホール・オーバーヘッドをこうむらず、それぞれＭＲＣ受信器およびＭＭＳＥ受信器に関して、セル・エッジで約７ｄＢおよび約２ｄＢの利得をもたらす。上で説明したように、例示の実施形態は、将来の無線システムで簡単に使用できる効果的なセル間干渉軽減法をもたらす。例示の実施形態が使用されるときには、セル・エッジ・スループットおよび平均セル・スループットを高めることができる。さらに、ユーザの大部分に、マルチセル逐次干渉除去を用いて所与の情報レートで成功して供給することができるので、セル・カバレージを増やすこともできる。カバレージ改善は、サービス・プロバイダが、より少数の基地局を展開することによってＣＡＰＥＸを節約するのを助けることができる。

本発明の例示の実施形態をこのように説明したので、これを多くの形で変更できることは明白であろう。そのような変形は、本発明の例示的実施形態の趣旨および範囲からの逸脱とみなされてはならず、当業者に明白なすべてのそのような変更が、本発明の範囲に含まれることが意図されている。

Claims (8)

1. 第１ネットワーク要素（１）からバックホールを介して第２ネットワーク要素（２）で、復号された第１データ信号を受信するステップと、
   精製された第２データ信号を作るために、前記受信された復号された第１データ信号に基づいて、前記第２ネットワーク要素（２）で受信された第２データ信号内の干渉を除去するステップと、
   前記第２ネットワーク要素（２）で前記精製された第２データ信号を復号するステップと
   を含む、無線ネットワーク内でセル間干渉を減らす方法。
2. 前記無線ネットワーク内で複数のデータ信号について前記ステップを繰り返すステップであって、前記無線ネットワークは、複数のセルを含む、ステップ
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 第１ネットワーク要素（１）において、第１データ信号、及び第２データ信号を受信するステップと、
   第２ネットワーク要素（２）において、前記第２データ信号を受信するステップと、
   を含む方法であって、前記第１データ信号は、前記第２データ信号と干渉し、
   前記方法は、更に、
   前記第１ネットワーク要素（１）において、受信された前記第１データ信号を復号するステップと、
   精製された前記第２データ信号を作るために、前記第１ネットワーク要素（１）において、前記復号された第１データ信号に基づいて、受信された該第２データ信号内の干渉を除去するステップと、
   前記第１ネットワーク要素（１）において、前記精製された第２データ信号を復号するステップと、
   前記第２ネットワーク要素（２）において、精製されていない前記第２データ信号を復号するステップと、
   品質判断基準に基づいて、複数の前記復号された第２データ信号のうちの１つを選択するステップと、
   を含む、無線ネットワーク内でセル間干渉を減らす方法。
4. 複数の前記復号された第２データ信号うちの１つを選択するのに使用される前記品質判断基準は、巡回冗長検査シーケンスを介する誤り検出、復号の前の前記精製された又は精製されていない第２データ信号の有効信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）推定値、および復号の前の前記精製された又は精製されていない第２データ信号のビット誤り確率推定値、のうちの１つまたは複数を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記無線ネットワーク内の複数のデータ信号について前記ステップを繰り返すステップであって、前記無線ネットワークは、複数のセルを含む、ステップ
   をさらに含む、請求項３に記載の方法。
6. 第１ネットワーク要素（１）において、第１データ信号、及び第２データ信号を受信するステップと、
   第２ネットワーク要素（２）において、前記第２データ信号を受信するステップと、
   を含む方法であって、前記第１データ信号は、前記第２データ信号と干渉し、
   前記方法は、更に、
   前記第１ネットワーク要素（１）において、前記第１データ信号を復号するステップと、
   第２ネットワーク要素（２）おいて、バックホールを介して第１ネットワーク要素（１）から復号された前記第１データ信号を受信するステップと、
   第１の精製された前記第２データ信号を作るために、前記第１ネットワーク要素（１）において、前記復号された第１データ信号に基づいて、受信された該第２データ信号内の干渉を除去するステップと、
   第２の精製された前記第２データ信号を作るために、前記第２ネットワーク要素（２）において、前記受信された復号後の第１データ信号に基づいて、受信された該第２データ信号内の干渉を除去するステップと、
   前記第１ネットワーク要素（１）において、前記第１の精製された第２データ信号を復号するステップと、
   前記第２ネットワーク要素（２）において、前記第２の精製された第２データ信号を復号するステップと、
   品質判断基準に基づいて、前記復号された複数の第２データ信号のうちの１つを選択するステップと、
   を含む、無線ネットワーク内でセル間干渉を減らす方法。
7. 前記復号された複数の第２データ信号のうちの１つを選択するのに使用される前記品質判断基準は、巡回冗長検査シーケンスを介する誤り検出、復号の前の前記精製された又は精製されていない第２データ信号の有効信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）推定値、および復号の前の前記精製された又は精製されていない第２データ信号のビット誤り確率推定値、のうちの１つまたは複数を含む、請求項６に記載の方法。
8. 復号された第１データ信号をバックホールを介して少なくとも第２ネットワーク要素に送信する少なくとも第１ネットワーク要素と
   精製された第２データ信号を作るために、受信された復号された第１データ信号に基づいて前記第２ネットワーク要素で受信された第２データ信号内の干渉を除去し、前記精製された第２データ信号を復号する、前記少なくとも第２ネットワーク要素と
   を含む無線ネットワーク・システム。

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