JP5367876B2 - 分散干渉管理 - Google Patents

Description

本明細書で説明される実施形態は一般に干渉管理の方法に関係する。

セルラーシステムにおけるデータトラフィックに対するより高い需要の結果として、ユーザのデータレートを増加させるために、基地局又はアクセスポイントのより高密度な配備に向かう動きが増している。その結果、例えばフェムトセルのような新しい配備モデルがセルラー市場の成長における重要なファクターであると、多くのモバイルオペレーターにより考えられている。

しかし、基地局又はアクセスポイントの高密度な配備は、それら自身の諸問題をもたらす。それらのうちで最も重大な問題はセル間干渉である。そのような配備シナリオが本格的に考慮されるようになる前に、家庭での高密度配備に伴ってもたらされる干渉が解決される必要があるかもしれない。

フェムトセルラー配備については、オペレーターが特に関心をもつ２つの主要な干渉シナリオが存在する。第１は、図１で示すように、フェムトセル・アクセスポイント（ＦＡＰ）が同一の周波数スペクトルの利用のために他のマクロセル基地局（ＭＢＳ）に接続されたユーザ装置（ＵＥ）（以後、マクロセルＵＥ又はＭＵＥとして示される）に対してもたらす可能性があるダウンリンク干渉である。第２は、図２で示すように、ＭＵＥによりＦＡＰに対してもたらされるアップリンク干渉である。

それら干渉シナリオでは、通常、１又は複数の干渉源又は攻撃者（aggressor）が存在し、そして、干渉を軽減する二つの方法がある。一つは、被害者（victim）において感知される干渉が低減されるように、干渉源又は攻撃者を操作して、その伝送特性を修正することである。他の方法は、被害者を攻撃者からの干渉に影響されにくくするように、被害者の受信動作を変更することである。

受信機において経験される干渉を低減する一つの方法は、受信機における干渉を最小にするように近隣のセルの周波数割り当てを綿密に設計することである。しかし、この方法にはいくつかの欠点がある。第１に、それは基地局間での大量のデータの交換又はこの割り当てを調整可能な中央サーバへの大量の情報のフィードバックを必要とする。その上、周波数再利用率がより悪く、それゆえに、スペクトルがより効率的に利用されない。さらに、この技術は、近隣フェムトセル基地局間で通信する能力をもたないフェムトセル基地局には適していない。その上、そのような目的のための大量の情報のフィードバックは、フェムトセルをサポートするホーム・ブロードバンドを活動不能（cripple）にするであろう。

調整された伝送（coordinated transmission）は、周波数割り当てに替わるものである。この方法は、伝送の前に干渉をキャンセルすることによって、干渉を避ける。しかし、そのような方法は、基地局間の大量のデータの交換を必要とする。従って、それらのような方法は、フェムトセルでの実装には適していない。

干渉の状況を解消するために資源割り当て又は調整された伝送を使用することに関連する問題は、それらがタスクを達成するために必要とする事前知識の量である。両方の方法は、大量の知識（例えば複数の位置におけるチャネル状態情報など）を必要とする。例えば、１０の異なる干渉ノードへ８ビットで量子化された単一のチャネル係数をフィードバックするために８０ビットが必要とされ、２０のノードのために１６０ビットが必要とされるであろう。フィードバックのために必要とされるビットの数は、干渉ノードの数に線形に比例するであろう。

以下のような添付の図面を参照しながら本発明の実施形態がただ例としてこれから説明される。
図１は、モバイル局に干渉している複数の基地局を示す。 図２は、基地局における干渉をもたらしている複数のモバイル局を示す。 図３は、分散干渉回避の実施形態のフローチャートを示す。 図４は、分散ビームヌリングの後の干渉電力のＣＤＦを示す。 図５は、分散ビームヌリングの後の平均干渉電力を示す。

実施形態に従って無線ネットワークの干渉管理の方法が提供される。本方法は、無線受信機内で、該受信機における干渉のレベルを判定し、過度の干渉を示す信号を送信することを含む。無線送信機内で、該送信機が利用できる送信機アンテナのセットからランダムにビームフォーミング・ベクトル又は送信機アンテナのサブセットが選択される。この選択のために、該送信機内で実行可能な任意のランダム選択方法が使用され得る。上記過度の干渉を示す信号の受信の後、信号の伝送は、以前の伝送モードから該選択されたビームフォーミング・ベクトル又は該選択されたアンテナ・サブセットを使用する伝送モードへ切り替えられる。そして、該受信機内で、上記信号を伝送してから、干渉のレベルが改善されたかどうか判定される。改善されていない場合には、干渉のレベルの悪化を示す信号が送信される。該送信機において上記干渉のレベルの悪化を示す信号が受信される場合には、該送信機は、信号の伝送のために以前の伝送モードを使用することに戻す。

以下で説明される実施形態は、無線ネットワーク（例えばフェムトセル・システムなど）に実装することができる干渉管理システムに関係する。実施形態は、干渉軽減の決定をするために少量の情報を必要とし及び／又は干渉するエレメントとの最小限の量の情報交換を必要とする。

フェムトセルは、配備制約を受ける。そのような制約の例は、バックホールを介したフェムトセル間の通信がサポートされる方法がないということであり、また、フェムトセル間の無線通信について、スペクトルが高価であり、オペレーターはフェムトセル間の調整を可能にするために周波数資源の利用を最小にしたいので、シグナリングを最小限に保つ必要があるということである。以下で説明される実施形態は、フェムトセルのそのような利用に適している。

以下で説明される実施形態は、周囲の送信機を、特定の装置に対するそれらの干渉を最小するように、調整することに関係する。図１及び図２で示すように、この装置は、基地局であることもモバイル端末であることもできる。図１及び２において、実線により示されるリンクは、目的とするリンクを意味し、破線により示されるリンクは干渉するリンクを意味する。

実施形態において、開始ノード（originating node）（又は、干渉されているノード）のレンジ内の近隣の干渉者は、開始ノードのコマンド又は信号に従ってそれらの伝送モードを変更するように要求される。このコンテキストにおいて、伝送モードは、（アンテナ選択ケースについて）送信ビームフォーミング・ベクトル又は送信アンテナを指し示す。

調整者（coordinator）（又は、開始ノード）は、干渉を受けるノードである。調整者が干渉を検出するときは、該調整者は周囲の干渉ノードに通知を行う。そして、それら周囲のノードは、それらの伝送モードのランダムな変更を行い（つまり、それらはランダムに新しいビームフォーミング・ベクトルを選択し又はランダムに異なるアンテナ・セットを選択する）、新しい伝送モードを使用して伝送を続ける。この変更の後で（又は、実際には、調整者が最初に該調整者の伝送レンジ内の他の装置への通知を行った後の予め定められた固定遅延時間の後で）、該調整者は、干渉のレベルが以前の干渉レベルと比べて改善したか否かをレンジ内のノードに通知する。もしより多くの干渉が受信されるならば、該調整者は、干渉ノードに、それらの以前の伝送モードに戻すように、リクエストを送信しても良い。

干渉を低く保っておくことは重要であるが、干渉ノードがそれら自身の進行中の通信を許容レベルに維持することもまた期待される。実施形態では、これは、開始ノードからの上記の議論されたフィードバックを考慮すると同時に、該ノード自身の関連する基地局／モバイル端末からのフィードバックを考慮することによって達成される。もし伝送モードの変更が進行中の通信の品質の容認できない悪化をもたらすならば、該ノードは、調整者から受信されるフィードバックにかかわりなく、以前の伝送モードに戻す。

この実施形態において、送信機は、進行中の通信の品質が、調整者からのフィードバックが受信された後でのみ、新しい伝送モードで許容できるままであるかどうか調べるが、このチェックは、更に又は代わりに、フィードバックが受信される前に（例えば伝送モードの切り替えの直後に）、実行することもできる。

伝送モードを切り替えるためのリクエストをノードが二つ以上受信する状況が存在するであろうことが予想される。この目的のために対策がなされ、これによって、リクエストの重要度又は優先度がリクエストを送信している調整者によって示される。そして、伝送モードの変更のためのリクエストを複数受信しているノードは、より高い重要度をもつノードからのフィードバックに、それらの反応の基礎をおくことができる。伝送モードの変更がランダムな変更であるならば、伝送モードの変更の優先順位付けがなされる必要はない。しかし、なされた変更の有用性（すなわち、もたらされた干渉の変化）を反映している異なる調整ノードからのフィードバックは、受信されたリクエストの重要度に基づいて優先順位付けされても良い。

選択されるアンテナ・セット又は選択されるビームフォーミング・ベクトルのランダムな変更は、調整者により経験される干渉のレベルを変化させる。理想的には、調整者が干渉者からのゼロ信号強度の領域に位置するように、干渉者の送信ビームが変更されるが、干渉者による進行中の通信は、許容できる信号強度をもつ通信リンクに基づいて、継続することができる。本明細書で説明されるプロセスは、したがって、ビームヌリングプロセスと考えることができる。

制御チャネルを介して一つのノードから周囲のノードへ送信される過度の干渉を示す信号は、１ビットと同じくらい小さくすることができる。一つの実施形態において、信号が“１”にセットされるならば、該信号は、過度の干渉が経験されていることを示し、信号が“０”にセットされるならば、経験され得る任意の干渉が許容できると考えられる。しかし、信号のサイズは、１ビットである必要はなく、ことによると、いくぶん高くても良い（例えば、１０ビット）。わずかに高いバンド幅は、信号が該信号を介してリクエストの重要度を示すことを可能にする。

表１及び図３は、実施形態の分散ビームヌリングアルゴリズムの詳細を提供する。変数ｋは、アルゴリズムの繰り返し数を意味し、Ｌは、アルゴリズムが実行する繰り返し最大数を意味する。

ノードは、それらが選択することができる、（アンテナ選択のために）予め定められたビームフォーミング・ベクトルのセット又はアンテナ・セットを有しても良い。それらは、それらのプライマリー・リンクへ適した品質を提供する可能性のあるビームフォーミング・ベクトルのサブセット又はアンテナ・セットから選択することができ、あるいは、それらは、グローバルに定義されたビームフォーミング・ベクトルのセット又はアンテナ・セット（すべての基地局／モバイルの間で共通のセット）から選択することができる。

多数のノードがある大きなネットワークにおける干渉の管理において、そのようなネットワークのために必要なフィードバックは非常に大きくなるであろうことから、主要な問題は調整である。実施形態において、あらゆるノードは、予め確立された既知の制御チャネルの上で同一の低速ブロードキャストを受信するものであり、それゆえに、ノード間の調整に必要な大量なデータをほとんど完全に取り除く。

制御チャネルは、ノードがデータ・チャネルの円滑なオペレーションを促進及び調整するために制御メッセージを交換するチャネルである。制御チャネルは、例えば、ノードが、該制御チャネルを介して互いに通信可能なネットワークにおいて１又は複数のノードの動作パラメータを操作するのに適した情報を交換することができる任意の手段であっても良いし、あるいは、そのような手段を含んでも良い。制御チャネルは、例えば、専用のものであっても良く、制御情報の交換のために予約されている周波数帯域又はタイムスロット、制御情報の伝送に関連するコード、又は、システム内の１又は複数のノードの動作状態の制御のための情報を交換又は伝送可能な任意の他の手段であっても良い。制御チャネルは、例えば、制御情報を含むものとしてノードにより認識される特定のメッセージ・フォーマットを用いることによって実装されても良い。一つの実施形態において、制御チャネルは、更に、データ伝送のためにノードが利用できる資源ブロックの中から、いくつかの資源ブロックを利用しても良い。

実施形態では、既知の干渉管理方法（例えば、上述の資源割り当て及び調整された伝送アプローチなど）と比べて、大きなネットワークにおける調整された干渉の管理のために交換されるデータの量がかなり低減される。ノード間の調整のために大量のバンド幅を消費するタイプの制御チャネルのための要件は、実施形態により取り除かれる。実施形態では、非常に制限されたバンド幅だけが調整のために求められる。その上、干渉調整に由来する干渉低減は、重要な通信リンクの品質を改善し得る。

（イグザンプル）
図４は、上記の実施形態の干渉制御アルゴリズムの実装を伴う及び伴わない受信干渉電力の累積分布関数のシミュレーション結果を表す。シミュレーションにおいて、１６の干渉ノードが存在し、それらのノードそれぞれが４つの送信アンテナをもつと仮定された。アルゴリズムは、固定された繰り返しの回数、動作した。図４から分かるように、シミュレーション結果は、実施形態のアルゴリズムが受信干渉電力の低減をもたらすことを示す。干渉低減の量は、実行されるアルゴリズムの繰り返し回数に依存する。繰り返し回数を増加させることで、干渉低減の改善が達成される。アルゴリズムが１００回以上繰り返し実行するならば、かなりの干渉電力の低減を得ることができる。

図５は、繰り返し回数の増加にともない平均受信干渉電力が減少することを示す。１００回の繰り返しは、８０回までの干渉電力を低減するであろうこと、そして、２００回を超える繰り返しは、２００回までの干渉電力を低減するであろうことがわかる。

上記の実施形態はフェムトセル・ネットワークの干渉管理のコンテキストで説明されたが、本発明がこのコンテキストに制限されないことは認識されるであろう。むしろ、本干渉管理テクニック手法は、干渉を抑制又は低減する任意の無線ネットワークで使用され得る。

特定の実施形態が説明されたが、実施形態はただ例として示されたものであり、本発明の範囲を制限することが意図されるものではない。実際に、本明細書で説明された新規な方法、装置及びシステムは、種々の他のフォームにおいて実施されても良い；さらに、本明細書で説明された方法及びシステムの形の様々な省略、置き換え及び変更は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でなされ得る。添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物は、本発明の範囲及び趣旨に含まれるであろうそのようなフォーム又は変形をカバーすることが意図される。

Claims (13)

1. 無線ネットワークにおける干渉管理の方法において、
   無線受信機内で、受信機における干渉のレベルを判定し、過度の干渉を示す信号を送信することと、
   無線送信機内で、過度の干渉を示す信号を受信した場合に、該送信機が利用できる送信機アンテナのセットからランダムにビームフォーミング・ベクトル又は送信機アンテナのサブセットを選択し、信号の伝送を、以前の伝送モードから前記選択されたビームフォーミング・ベクトル又は前記選択されたアンテナのサブセットを使用する伝送モードに切り替え、
   前記受信機内で、前記信号を送信してから、干渉のレベルが改善されたかどうか判定し、改善されていない場合には、前記干渉のレベルの悪化を示す信号を送信することと、
   前記送信機内で、前記干渉のレベルの悪化を示す信号が受信される場合には、信号の伝送のために前記以前の伝送モードを使用することに戻すことを含む方法。
2. 前記送信機内で、
   前記ランダムな選択の後であって前記信号の伝送の切り替えの後又は前に、前記干渉のレベルの悪化を示す信号が受信される場合に、前記送信機が関与する既存の通信リンクの全部又は一部の伝送品質が、予め定められた閾値を超えるか否か判定することと、
   前記伝送品質が前記閾値を超える場合に、前記ランダムに選択された伝送モードを維持し又はそれに切り替えることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記過度の干渉を示す信号及び前記レベルの悪化を示す信号のうちの一つ又は複数は、専用の制御チャネルを介して送信される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記無線受信機は、経験される干渉レベルが予め定められた閾値未満に低減されるまで又は予め定められた最大数の前記信号が送信されるまで、過度の干渉を示す信号を繰り返し送信するように構成される、請求項１、２または３に記載の方法。
5. 無線受信機において前もって成される干渉管理の方法において、
   受信機における干渉のレベルを判定し、過度の干渉を示す信号を送信することと、
   前記信号を送信してから、干渉のレベルが改善されたかどうか判定し、改善されていない場合には、前記干渉のレベルの悪化を示す信号を送信することを含む方法。
6. 無線送信機において実行される干渉管理の方法において、
   信号であって該信号の送信者により経験されている過度の干渉を示す信号を受信することと、
   前記送信機が利用できる送信機アンテナのセットからランダムにビームフォーミング・ベクトル又は送信機アンテナのサブセットをランダムに選択し、信号の伝送を、以前の伝送モードから該選択されたビームフォーミング・ベクトル又は該選択されたアンテナ・サブセットを使用する伝送モードに切り替えることを含む方法。
7. 前記送信機内で、前記干渉のレベルの悪化を示す信号が受信される場合には、信号の伝送のために前記以前の伝送モードを使用することに戻すことを更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記ランダムな選択の後であって前記信号の伝送の切り替えの後又は前に、前記干渉のレベルの悪化を示す信号が受信される場合に、前記送信機が関与する既存の通信リンクの全部又は一部の伝送品質が、閾値を超えるか否か判定することと、
   前記伝送品質が前記閾値を超える場合に、前記ランダムに選択された伝送モードを維持し又はそれに切り替えることを含む、請求項６または７に記載の方法。
9. 受信干渉レベルを検出するように動作可能な干渉検出器と、
   過度の干渉の指示を送信するように動作可能な送信機とを含み、
   過度の干渉の指示の送信の後に干渉レベルを検出し、該過度の干渉の指示を送信してから、干渉レベルが改善されたかどうかを示す情報を含む信号を送信するように更に構成される、受信機。
10. 無線送信機において、
    過度の干渉を示す信号を受信した場合に、複数の利用可能なビームフォーミング・ベクトルの中から又は前記送信機が利用できる送信機アンテナのセットからランダムにビームフォーミング・ベクトル又は送信機アンテナのサブセットを選択し、信号の伝送を、以前の伝送モードから該選択されたビームフォーミング・ベクトル又は該選択されたアンテナ・サブセットを使用する伝送モードに切り替えるように動作可能な無線送信機。
11. 前記ランダムな選択の後であって前記伝送モードの切り替えの後又は前に、前記送信機が関与する既存の通信リンクの全部又は一部の伝送品質が、閾値を超えるか否か判定することと、
    前記伝送品質が前記閾値を超える場合に、前記ランダムに選択された伝送モードを維持し又はそれに切り替えることを含む、請求項１０に記載の送信機。
12. 前記送信機は、モバイル電話若しくは他のタイプのユーザ装置又は基地局の１つ又は複数である、請求項１１に記載の送信機。
13. 請求項８または９に記載の受信機と、
    請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の送信機とを含むシステム。

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