JP5470505B2 - 基地局及び基地局を動作させる方法 - Google Patents

Description

本発明は無線送信に関し、特に、１つ又は複数の基地局と、これらの基地局と関連付けられた移動電話又は他の無線端末等のユーザ機器との間の無線送信に関する。

フェムトＢＳ等の低電力で小範囲のＢＳは、容量及びカバレッジの観点から高いシステム性能を約束する異種ネットワークの重要な要素のうちの１つである。一方、そのようなＢＳの協調していない展開に起因して、所望のサービス品質を提供するためには、それらのＢＳ間の動的干渉軽減が重要となる。提案される方法は、マルチユーザネットワーク展開におけるＢＳの動的干渉環境に従ってセルエッジ容量性能を改善する。提案される方法を用いると、リソースを完全に自律的な方式でＢＳに割り当てることができる。ＢＳが中央制御されるネットワークの場合、リソース割当ては、集中型の手法及び自律的手法の組合せによって行うこともできる。

セルラネットワークによってサービス提供されるかなりの割合のユーザが屋内に位置するが、従来のマクロセルラネットワークは、深刻な壁貫通損失に起因して、屋内ユーザにブロードバンド体験を届けることができない場合がある。フェムトＢＳ等の低電力ｂｓはこの問題への１つの解決法であり、壁貫通損失が大幅に軽減される一方、セルサイズが小さいことに起因して無線リソースの空間再利用が甚だしく上昇する［１〜３］。しかしながら、そのようなＢＳはほとんどの場合に、互いに協調することなくエンドユーザによってローカルに展開される。マクロセルネットワークと異なり、協調していないローカルエリア展開では、オペレータは近傍のＢＳのロケーションをアプリオリに求めることができない。これによって、特に企業又は集合住宅内等のｂｓが密に展開されているネットワークにおいて、ｂｓ間の高い干渉（同一チャネル干渉）が生じる。

干渉している近傍が異なる周波数リソース（部分帯域）でデータを送信する周波数再利用技法が、ローカルエリアネットワークにおいてセルエッジユーザのスループットを向上させるのに広く用いられている。残りの部分帯域へのアクセスは、近傍のｂｓと干渉しないように制限される。このため、２つ以上のｂｓの付近に位置するＵＥは、直面する干渉がより少なく、より良好なサービス品質を享受する。一方、周波数再利用のトレードオフは、ネットワークの全体リソース効率の減少である。したがって、リソース利用効率を増大させるために、ＢＳは可能な限り多くの部分帯域を用いるべきである。

ｂｓが受ける干渉状態が非常に多岐にわたっていることは、観測された干渉状態に部分帯域配分を採用することを目的とした動的周波数再利用手法の必要性を示している。分散型の（自律的）手法では、各ＢＳは各自で部分帯域配分を実行する。［４〜８］では、分散型周波数再利用方法が研究されている。この方法では、各ｂｓはあらかじめ規定された数の部分帯域にアクセスすることができるため、干渉状態が変化したときに、部分帯域数に余裕が与えられない。［９〜１１］は、ＢＳの干渉環境に依拠した部分帯域選択方法を提案している。しかしながら、これらの方法によって、ＢＳ間に過度なシグナリングが生じる可能性がある。集中型の手法では、中央コントローラによってｂｓに部分帯域が割り当てられ、これによって通常、中央コントローラにおける複雑度が高くなることと引き換えに、より効率的なリソース利用が達成される。また、この手法は、コントローラとＢＳとの間に追加のシグナリングを必要とする。［１２］では、中央エンティティは、優勢な干渉状態ではなく各ｂｓのトラフィック需要に従って部分帯域を割り当てる。したがって、全てのｂｓが大きな帯域幅を必要とする高トラフィック負荷状況の下では、この方法は、セルエッジユーザに十分なリソースを割り当てることができない場合がある。［１３〜１７］では、干渉状態をグラフ（干渉グラフ）にマッピングするグラフ理論に基づいて、中央リソース割当てが適用される。［１３−１５］では、リソース利用は対処されず、各ＵＥ（又は［１５］におけるようにＢＳ）は、自身の干渉環境と無関係に同じ量のリソースを配分される。一方、［１６］では、リソース配分の最適化が導入されるが、マクロセルネットワークにしか適用可能でない。［１７］では、ランダムな展開における高いリソース効率を有する動的周波数再利用に対処している。しかしながら、マルチユーザ展開ではこの動的周波数再利用の効率が減少する。

本発明の目的は、基地局内での改善された動作概念を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の基地局、請求項１４に記載の基地局を動作させる方法、又は請求項１５に記載のコンピュータプログラムによって達成される。

本発明は、高いセルエッジ容量を達成するために、二次送信リソースの配分に特別な注意を払わなくてはならないという知見に基づく。特に、受信機は、有用な二次送信リソース配分を実行するために、複数のユーザ機器のうちの第１のユーザ機器から、複数の送信リソースのうちの或る送信リソースにおいて第１のユーザ機器と干渉している更なる基地局の１つ又は複数の識別情報を受信する。このため、検討中の基地局と関連付けられた全てのユーザ機器が、該検討中の基地局と関連付けられた該ユーザ機器への干渉を与える他の基地局の識別情報を報告する。

さらに、基地局は、１つ又は複数の更なる基地局から、該更なる基地局の一次送信リソースを示す一次リソース指示子を受信するように構成される。この一次送信リソースにおいて、この更なる基地局に割り当てられた更なるユーザ機器が、検討中の基地局からの干渉を被る。換言すれば、検討中の基地局は、異なる基地局から一次リソース指示子を受信し、ここで、この異なる基地局は、検討中の基地局における他の基地局への他のユーザ機器の識別情報の送信に起因して、検討中の基地局によって通知を受けている。

検討中の基地局に含まれるような送信リソースアロケータは、利用可能な送信リソースの集合から第２のユーザ機器に二次送信リソースを割り当て、ここで利用可能な送信リソースの集合は、一次リソース指示子によって示される一次送信リソースを含まない。換言すれば、送信リソースアロケータは、近傍の基地局の一次送信リソースにおいて、検討中の基地局が、近傍の基地局においてユーザ機器が検討中の基地局の送信によって干渉を受けないように、情報を一切送信しないことを確実にする。その他の送信リソース、すなわち一次送信リソースによって示されない送信リソースは、移動ネットワークの容量を向上させるために、検討中の基地局と関連付けられているか又は検討中の基地局によって「サービス提供」されているエンドユーザ機器に自由に配分される。

更なる実施の形態では、検討中の基地局は、ユーザ機器から干渉している基地局の識別情報を受信するのみでなく、基地局によってサービス提供されているユーザ機器から部分帯域（subband）のＳＩＮＲ測定値も受信する。このため、検討中の基地局によって受信される受信情報は、好ましくは、ユーザ機器からの、干渉している基地局に関する識別情報及び部分帯域のＳＩＮＲ情報と、被干渉（victim）ユーザ機器のサービング基地局からの一次部分帯域指示子情報とを含む。

本発明による、基地局によって提供される出力情報は、好ましくは、一方で、ユーザ機器にリソースを配分する命令を含み、他方で、干渉している基地局に対する一次部分帯域指示子を含む。一次部分帯域選択、すなわち次に一次部分帯域指示子を介して近傍の基地局にシグナリングされる送信リソースの関連付けは、自律的な方式で、又は代替的に、中央制御された非自律的な方式で実行することができる。

続いて、本発明の好ましい実施形態を添付の図面との関連で論考する。

本発明の一実施形態による基地局を示すブロック図である。 幾つかの基地局及びユーザ機器からなる移動ネットワークを示す図である。 本発明の利点が明らかとなる状況を示す図である。 本発明の利点が明らかとなる状況を示す図である。 本発明の利点が明らかとなる状況を示す図である。 マルチユーザ展開のための送信リソース割当てを示す図である。 ユーザ機器によって行われた測定との関連で図４の状況を示す図である。 自律的に行われる一次部分帯域割当てプロセス及び二次部分帯域割当てプロセスの好ましい一実施形態を示す図である。 一次部分帯域が中央コントローラによって割り当てられる、基地局によって部分的に行われる一実施形態の部分帯域割当てプロセスの概観を示す図である。 時点ゼロにおける本発明の一例を示す図である。 タイムスロット１内の本発明の一例を示す図である。 タイムスロット１の終了時の、基地局における送信リソース割当てを示す図である。 タイムスロット２内の例の状況を示す図である。 タイムスロット２の終了／タイムスロット３の開始時の、基地局における送信リソース割当てを示す図である。 タイムスロット３内の例を示す図である。 他の手順と比較した、本発明による手順の平均セル容量を示す図である。 好ましいプロセスの高い収束を示すために、複数のタイムスロットにわたって、割り当てられたリソース及び衝突のパーセンテージを示す図である。 異なる手順についてＳＩＮＲのＣＤＦを示す図である。 幾つかの実施態様についてユーザ容量のＣＤＦを示す図である。 送信リソース利用可能性を計算するための一実施形態を示す。 二次割当て手順を実行するための一実施形態を示す。 自律的な方式で一次割当てを実行するための一実施形態を示す。 二次送信リソース割当てを実行するための更なる実施形態を示す図である。

図１は、基地局に割り当てられた複数のユーザ機器と通信する該基地局の好ましい実施形態を示している。基地局は、複数のユーザ機器のうちの第１のユーザ機器から、複数の送信リソースのうちの或る送信リソースにおいて該第１のユーザ機器と干渉している更なる基地局の１つ又は複数の識別情報１２を受信する受信機１０を備える。基地局によってサービス提供されている追加のユーザ機器が存在するとき、この基地局は、複数の送信リソースのうちの或る送信リソースにおいてこの第２のユーザ機器と干渉している更なる基地局の１つ又は複数の識別情報も受信する。受信機は加えて、更なる基地局から、該更なる基地局の一次送信リソースを示す一次リソース指示子１４を受信するように構成される。この一次リソース指示子１４において、この更なる基地局に割り当てられた更なるユーザ機器が基地局、すなわち図１に示す検討中の基地局からの干渉を被る。基地局は、利用可能な送信リソースの集合から、二次送信リソースを第２のユーザ機器に配分する送信リソースアロケータ１６も更に備える。利用可能な送信リソースの集合は一次リソース指示子１４によって示される一次送信リソースを含まない。

送信リソースアロケータ１６は、１８によって示されるように、一次送信リソースを第１のユーザ機器に配分するように構成され、該一次送信リソースは一次送信リソース指示子１４によって示される一次送信リソースと異なる。さらに、基地局は、更なる基地局に一次送信リソース指示子２２を送信する送信機２０を備え、該更なる基地局は、第１のユーザ機器から受信機１０によって受信された１つ又は複数の識別情報１２によって求められるような第１のユーザ機器における一次送信リソースにおいて干渉を引き起こす基地局である。

更なる実施形態において、受信機１０は、第２のユーザ機器から複数の異なる送信リソースの受信品質情報２４を受信するように構成される。さらに、送信リソースアロケータ１６は第２のユーザ機器に二次送信リソースのみを配分するように構成され、該第２のユーザ機器について、受信機１０は、該第２のユーザ機器から、所定の受信品質しきい値を超える受信品質を示す受信品質情報を受信している。

図１のブロック２０に示すように、送信機はタイムスロットごとの処理を実行し、同じことが受信機１０及び送信リソースアロケータ１６についても当てはまる。このため、受信機１０は、第１のタイムスロットにおいて１つ又は複数の識別情報１２及び受信品質情報２４を受信するように構成され、送信リソースアロケータ１６は、受信機１０が受信した情報に基づいて、第１のタイムスロットより時間的に後の第２のタイムスロットにおいて配分するように構成される。好ましくは、第２のタイムスロットは第１のタイムスロットに時間的に隣接しているが、例えば、２つ隣り又は３つ隣りの隣接していないタイムスロットとすることもできる。さらに、受信機１０は、第１のタイムスロットにおいて１つ又は複数の識別情報１２及び受信品質情報２４を受信するように構成され、送信機２０は、第１のタイムスロットより時間的に後の第２のタイムスロットにおいて一次リソース指示子２２を送信するように構成される。

このため、受信機は、一実施形態において、受信機を有する基地局によってサービス提供されている全てのユーザ機器からＩＤを受信し、配分後、一次リソースを配分されたユーザ機器は、このユーザ機器と干渉している基地局が一次リソース識別子を提供されるように処理される。一方、二次送信リソースを配分されたユーザ機器は、一次リソース指示子が生成され送信されるときには考慮されない。したがって、二次送信リソースを有するユーザ機器は、干渉している基地局のＩＤを報告するが、これらの干渉している基地局は一次リソース指示子を受信しない。

後に略述されるように、送信リソースアロケータ１６は、基地局によってサービス提供されているユーザ機器から受信した個々の受信品質情報に基づいて、複数の送信リソースのそれぞれの利用可能性尺度を計算するように構成され、送信リソースアロケータ１６は、特定の送信リソースの利用可能性尺度に基づいて二次送信リソースを配分するように構成される。

更なる実施形態において、送信リソースアロケータ１６は、ユーザ機器によって提供された受信品質尺度が所定の受信品質尺度しきい値を超える該ユーザ機器にのみ二次送信リソースを配分するように構成される。

更なる実施形態において、送信リソースアロケータ１６は加えて、一次送信リソース配分も実行するように構成される。この一次送信リソース配分は、基地局によって非集中型で自律的な方式で実行することができるが、中央制御された方式で実行することもできる。中央制御された方式で実行する場合、送信リソースアロケータ１６は、中央コントローラから命令２６を受信し、それによって、基地局がこれらの命令２６に従って、該基地局がサービス提供しているユーザ機器に一次送信リソースを配分する（２８）ように構成される。一方、図１の１８で示される二次送信リソース配分は、基地局の送信リソースアロケータ１６によって、非集中型で分散型の方式で実行される。

送信リソースアロケータ１６が一次送信リソース配分２８を非集中型の方式で実行する、実施形態において、送信リソースアロケータ１６は、受信機１０によって受信されるような、更なる基地局からの一次送信リソース指示子１４によって阻止されていない一次送信リソースのみを配分し、配分可能な送信リソースの最小利用可能性尺度よりも高い利用可能性尺度を有する送信リソースを選択することによって、一次送信リソースの配分の分散型手順を実行するように構成される。

さらに、送信リソースアロケータ１６は、配分された一次送信リソースの一次リソース指示子１４を受信した場合、後のタイムスロットのための一次送信リソースを再配分するように構成され、以前のタイムスロットにおいて配分された少なくとも１つの二次送信リソース１８は、後のタイムスロットのための一次送信リソース２８として選択されるように利用可能である。

図２は、図１の基地局が位置する状況を示している。特に、図１の基地局が図２の１００における基地局１に示されている。基地局１００がそこから一次リソース指示子ＰＲＩを受信する更なる基地局が、図２において更なる基地局３又は１０３として示されている。さらに、基地局１００の受信機がそこから１つ又は複数の識別情報を受信する複数のユーザ機器のうちの第１のユーザ機器が１０２で示されている。第１のユーザ機器１０２によって基地局１００に示される「更なる基地局」が図２において更なる基地局２又は１０４として示されている。更なる基地局１０４は第１のユーザ機器における干渉１０６をもたらし、ここで第１のユーザ機器１０２は基地局１００によってサービス提供されているので、基地局１００が第１のユーザ機器１０２に割り当てる一次送信リソースが、基地局１００から更なる基地局１０４に、一次リソース指示子１０５を介してシグナリングされる。基地局１００によって加えてサービス提供されている他の基地局は、二次リソース配分１０８によってシグナリングされる二次送信リソースを受信する第２のユーザ機器１０７である。更なる基地局１０３は、更なるユーザ機器１０８にサービス提供し、第１のユーザ機器１０８は１０９に示すように基地局１００による干渉を受信する。これに起因して、更なるユーザ機器１０８は、１１０に示すように、基地局１００の識別情報を更なる基地局１０３に提供する。これに起因して、更なる基地局１０３は一次リソース指示子１１１を基地局１００に送信する。

本発明の実施形態は、無線ネットワークにおける分散型の動的リソース分割に対処する。主要な目的は、全体システム性能の劣化を引き起こすことなく、２つ以上の基地局（ＢＳ）のセル境界近くに位置するユーザ機器（ＵＥ）を、有害なダウンリンク干渉から保護することである。この目的のために、本発明は、新規の分散型動的周波数再利用（Ｄ−ＤＦＲ）方法に関する。本方法及び対応する装置は、干渉保護と利用可能なリソースの空間再利用とをうまく両立させるという点で有利であり、本発明、すなわち、基地局、基地局を動作させる方法、及び対応するコンピュータプログラムは、ランダムに展開された無線ネットワークによく適しているのみでなく、他の非ランダムに又は半ランダムに展開された無線ネットワークにも用いることができる。

高いセルエッジ容量を達成するために、新規のＤ−ＤＦＲ方法が開発されている。Ｄ−ＤＦＲの主要な目的は、全体ネットワーク容量の激減を引き起こすことなくセルエッジＵＥの容量を改善させるように、部分帯域をｂｓに動的に割り当てることである。同じ目的でＤ−ＤＦＲを用いて、周波数リソースの代わりに、時間、符号等の任意の他のリソースもＢＳに割り当てることができる。この報告では、部分帯域の割当てに焦点を当てる。

Ｄ−ＤＦＲでは、各ＢＳは該ＢＳのＵＥ及び近傍のＢＳからフィードバックを収集する。これらのフィードバックに基づいて、各ＢＳに一次部分帯域及び二次部分帯域が割り当てられる。一次部分帯域は、干渉している近傍が用いることはできない。このため、一次部分帯域が配分されるＵＥは、直面する干渉が低く、より高い容量を享受する。ＢＳは、高いリソース利用のために、該ＢＳの干渉状態に応じて、一次部分帯域に加えて二次部分帯域を用いることができる。しかしながら、これらの部分帯域は干渉している近傍のＢＳにおいて阻止することができない。このため、Ｄ−ＤＦＲは、ＢＳの干渉環境によって制限された貪欲リソース配分を該ＢＳに提供する。

Ｄ−ＤＦＲは、ＢＳに割り当てられる部分帯域が、以前のタイムスロットのフィードバックに従って次のタイムスロットについて更新される反復アルゴリズムである。図６ａは、中央コントローラを一切有しないネットワークの場合に所与のＢＳ、すなわちＢＳ^ｂがとる動作の概観を示している。全てのＵＥ及びＢＳについて持続時間が同じであるタイムスロット中、ＵＥが、干渉しているＢＳのセルアイデンティティ（ＩＤ）を識別し、また各部分帯域にわたる信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）レベルも測定する。加えて、ＢＳ^ｂからの高い干渉に直面する被干渉ＵＥのサービングＢＳは、該サービングＢＳによって割り当てられた一次部分帯域をＢＳ^ｂに通知する。ＢＳ^ｂは、タイムスロットの終了時にこれらのフィードバックを受信すると、次のタイムスロット中に用いられることになる一次部分帯域及び二次部分帯域を割り当てる。

特に、図６ａは、検討中の基地局によって自律的に行われる一次部分帯域割当てプロセス及び二次部分帯域割当てプロセスの概観を示している。ここで、図２のユーザ機器１０８等の被干渉ＵＥは、検討中の基地局からの高い干渉に直面するユーザ機器である。他方で、１０４等の干渉している基地局は、検討中の基地局、すなわち基地局１００によってサービス提供されている図２の１０２等のユーザ機器に対して高い干渉（図２の１０６）を引き起こす基地局である。

特に、図６ａは加えて、タイムスロットごとの処理を示している。第１のタイムスロット６０ａ及び第２のタイムスロット６０ｂが示されており、第２のタイムスロット６０ｂは第１のタイムスロット６０ａよりも時間的に後であり、特に、第１のタイムスロット６０ａに時間的に隣接している。

特に、図６ａは送信リソースアロケータ１６の機能を更に示している。図６ａの実施形態において送信リソースアロケータ１６によって実行されるステップは、送信に利用可能な送信リソース又は（コンポーネントキャリアすなわちＣＣ）の識別１６ａである。次に、この実施形態において、１６ｂに示すように一次コンポーネントキャリア又は送信リソースの選択が実行され、この実施形態では、１６ｃにおいて二次コンポーネントキャリア選択が実行される。このプロセスへの入力は干渉している基地局のＩＤ１２であり、図１の２４に示す、ユーザ機器からの送信リソース（ＣＣ）の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）が追加の入力であり、ユーザ機器ではなく被干渉ユーザ機器の基地局からの追加の入力は一次リソース識別子１４である。送信リソースアロケータによって実行される手順の出力は、ユーザ機器へのリソースの配分１８、２８、及び干渉している基地局への一次リソース指示子２２の送信である。

図６ｂは、検討中の基地局、すなわち図２の基地局１００によって部分的に行われる部分帯域割当てプロセスの概観を示している。一次部分帯域は、図１の項目２６によって示されるように、基地局からのフィードバックに基づいて中央コントローラによって基地局に割り当てられる。一方、二次部分帯域は、図６ｂの１６ｃによって略述されるように、検討中の基地局によって自律的に割り当てられる。

図６ｂは、中央制御されたネットワークの場合のＢＳ_ｂにおける部分帯域割当てを示している。そのような場合、一次部分帯域は、ＢＳから送信されたフィードバックに応じて中央コントローラによってＢＳに割り当てられる。一方、二次部分帯域は、ＵＥ及び近傍のＢＳからのフィードバックに応じてＢＳによって自律的に割り当てられる。ＢＳの干渉環境はＵＥほど頻繁に変化しないので、中央コントローラは各タイムスロットにおいて一次部分帯域割当てを更新する必要がない。このようにしてシグナリングオーバヘッドが減少する。

検討中の基地局、すなわちＢＳ_ｂの現在の状況について中央コントローラに通知するために、送信リソースアロケータは、６１に示すように、中央コントローラに送信している干渉している基地局の識別情報を図１の送信機２０に転送するように構成される。

本発明は、異なる実施形態において複数の利点を提供する。

各ＢＳは、該ＢＳが干渉している近傍によって用いられていない一次部分帯域を有する。この部分帯域をセルエッジＵＥに配分することによって、セルエッジ容量が増大し、これによってセルエッジＵＥとセル中央ＵＥとの間の公平性が改善する。
・動的リソース割当て ＵＥによって行われる実際の測定に基づいて一次部分帯域及び二次部分帯域が更新される。
・柔軟性 割り当てられる部分帯域数は各ｂｓの干渉状態に依拠する。低い干渉に直面しているｂｓはより多くの部分帯域を用いることができ、これによってリソース利用が増大する。
・低複雑度 提案される方法は、シグナリングオーバヘッドが僅かであり、複雑度が低い。
・高速収束 ＢＳにおける部分帯域の賢明な選択によって、ネットワークは短時間で安定したリソース配分に達する。
・分散型手法及び集中型手法の双方への適用可能性 Ｄ−ＤＦＲを用いると、部分帯域割当ては、中央コントローラを必要とすることなく自律的に行うことができる。一方、中央制御されるネットワークの場合、一次部分帯域を中央コントローラによってＢＳに割り当てることができる。これによって、提案される方法が任意の種類のネットワーク展開に適したものとなる。
・マルチユーザ展開のための高いリソース利用 同じセル内の各ユーザが異なる干渉状態を受けるため、ＵＥが直面する干渉に従って異なるＵＥに異なる部分帯域を配分することが可能である。一次部分帯域に加えて、二次部分帯域の配分を用いて、直面する干渉がより少ないセル中央ＵＥにより多くの部分帯域を配分することができる。これによって、ネットワークのリソース効率が増大する。

続いて、以下の検討の基礎となるシステムモデルをより詳細に論考する。

３ＧＰＰロングタームエボリューション−アドバンスト（ＬＴＥ−Ａ）に基づく無線ネットワークにおけるダウンリンク送信が検討される。ＬＴＥ−Ａは、ＬＴＥの、より高いシステム性能目標を有する進化版である［１８］。また、ＬＴＥ−Ａは、ＬＴＥと後方互換性があるとされており、これは、ＬＴＥ−ＡネットワークがＬＴＥ ＵＥをサポートするべきであることを意味する。ＬＴＥ−Ａのための重要な要件のうちの１つは、最大１００ＭＨｚの送信帯域幅をサポートすることである。それにもかかわらず、ＬＴＥでは、サポートされる最大帯域幅は２０ＭＨｚである［１９］。高システム帯域幅を達成するために、キャリアアグリゲーション（ＣＡ）方法が開発されている［２０、２１］。ＣＡでは、コンポーネントキャリア（ＣＣ）と呼ばれるＬＴＥ帯域幅の複数のブロックが結合され、より広い帯域幅が得られる。各ＣＣはＬＴＥと互換性があるので、ＬＴＥ ＵＥ及びＬＴＥ−Ａ ＵＥの双方をＬＴＥ−Ａネットワークによってサポートすることができる。ＬＴＥ−Ａの帯域幅は複数のＣＣで構成されるので、各ＣＣは部分帯域と仮定することができ、ここでＢＳは１つ又は複数の部分帯域にわたってデータを送信する。報告の残りの部分の間、部分帯域及びＣＣは交換可能に用いられる。ＣＣは、ＵＥに配分することができる最小リソース単位であるリソースブロック（ＲＢ）からなることは注目すべきである。ＢＳは、各ＲＢが同じセル内の１つのＵＥにのみ配分されている限り、同じＣＣのＲＢをＵＥに配分することができる。

ネットワークにおいて、ＢＳ及びＵＥは互いに同期すると仮定される。各ＢＳは前のタイムスロットのフィードバックを受信し、次のタイムスロットについて判断を行う。各タイムスロット中、ＢＳによって用いられる部分帯域は変化しない。部分帯域割当ての変更はタイムスロット間でしか行われない。

例えば、図６ａ及びタイムスロット６０ａ、６０ｂが検討されるとき、一実施形態においてｔ_ｎ−１からのフィードバックが時点６１において受信されることに留意されたい。次に、時点６１において、ｔ_ｎ、すなわち時間スロット６０ａのための部分帯域割当てが実行される。次に、時点６２において、タイムスロット６０ａからのフィードバックが受信され、時点６２において、次のタイムスロット６０ｂのための部分帯域割当てが実行される。次に、時点６３において、タイムスロット６０ｂからのフィードバックが受信され、次のタイムスロットのための部分帯域割当て又はコンポーネントキャリアの割当てが実行される。

続いて、ユーザ機器によって行われる測定を更に詳細に論考する。

１）干渉しているＢＳのＩＤ：ＢＳの協調していない展開により、ＢＳの近傍をアプリオリに知ることは不可能である。したがって、各ＵＥは、動作中に該ＵＥが干渉している近傍を発見する。Ｄ−ＤＦＲでは、各ＵＥは該ＵＥが干渉しているＢＳを所定のＳＩＮＲしきい値γ_ｔｈに基づいて特定する。このしきい値は、各ＵＥについて最小の所望のＳＩＮＲを指定する。

ＬＴＥ−Ａでは、各部分帯域について、ＵＥは、ＢＳ固有の基準信号を活用して、異なるＢＳからの受信信号強度を区別することができる。ＵＥ_ｍによって観測されるＢＳ_ｂからの受信信号強度は、

によって求められる。ここで、Ｔ_ｂはＢＳ送信電力であり、Ｇ_ｍ，ｂはＢＳ_ｂとＵＥ_ｍとの間のチャネル利得である。これは、経路損失及びシャドーイングの結合した影響を説明する。測定間隔がＵＥの速度に基づいて十分に長いので、高速フェージングの影響は無視することができる。

ＵＥは、全ての近傍のＢＳからの受信信号強度を知ることによって、全ての近傍のＢＳからの干渉を考慮に入れることにより最悪の場合のＳＩＮＲを計算することができる。サービングＢＳ_ｂ及び全ての干渉しているＢＳの集合からの受信信号強度Ｉ_ｍに基づいて、ＵＥ_ｍは最悪の場合の、γ_ｔｈのＳＩＮＲを受ける。γ＜γｔｈの場合、Ｉ_ｍの中で、最も大きく干渉しているＢＳが除去され、γ_ｍが再計算される。このプロセスは、

となるまで継続する。ここで、ηは熱雑音を示し、

は、許容可能な干渉している近傍の集合であり、

によって定義される。ここで、Ｉ_{ｍ，ｒｅｍ}は除去された干渉しているＢＳの集合であり、この集合は、ＵＥ_ｍがγ_ｔｈを達成することができるように、ＵＥ_ｍに配分されたのと同じ部分帯域を用いてはならない。全てのＵＥは、変化（ＢＳがネットワークに入ったこと等）が検出されると、該ＵＥのサービングＢＳに該ＵＥが干渉している近傍を報告する。ＢＳが一次部分帯域ｐをＵＥ_ｍに配分すると、ＵＥ_ｍは、ＵＥ_ｍの（潜在的な）干渉しているＢＳがｐを用いないように、一次部分帯域指示子を介してこれらの干渉しているＢＳに通知する。このため、ＵＥ_ｍについて所望のγ_ｔｈを達成することができる。ＢＳが複数のＵＥにサービス提供している場合、各ＵＥが該ＵＥのロケーションに応じて別個の干渉しているＢＳを有するので、ＢＳは全てのＵＥについて同じプロセスを実行するべきである。

最終的な見解として、γ_ｔｈを増大させることによってＵＥの干渉しているＢＳの数が増大する。このようにして、より高いＳＩＮＲが達成されるが、これは部分帯域の低減された空間再利用とのトレードオフである。

２）部分帯域のＳＩＮＲレベル：上述したように、ＵＥは、各部分帯域にわたって、サービングＢＳ及び近傍のＢＳからの受信信号強度を測定する。したがって、ＵＥが各部分帯域のＳＩＮＲレベルを計算することが可能である。ＢＳは、各部分帯域にわたるＳＩＮＲ情報を用いて、次のタイムスロットのためにＵＥに配分する利用可能な部分帯域を特定する。続いて、部分帯域の利用可能性を論考する。

部分帯域を自律的に割り当てるために、ＢＳは部分帯域を比較する測定基準を必要とする。このようにして、ＢＳは所望の性能判断基準の観点で最も効率的な部分帯域を選択することができる。この目的のために、測定基準「部分帯域利用可能性」が作成される。部分帯域ｎの利用可能性Ａ_ｎは、セル内の幾つのＵＥがｎにわたってγ_ｔｈより高いＳＩＮＲを受けるかを示す。一方、所与のＢＳが該ＢＳの近傍（複数の場合もあり）から一次部分帯域指示子を受信する場合、該所与のＢＳは、被干渉セルエッジＵＥの所望のγ_ｔｈを維持するために、一次部分帯域指示子が意味する部分帯域を用いることができない。したがって、示された部分帯域（禁止部分帯域）の利用可能性は、ＵＥによって報告されたＳＩＮＲレベルと無関係に０となる。部分帯域ｎの利用可能性の計算は、図９ａの疑似コードにおいて与えられる。

Ｍは対象となるＵＥの集合であり、γ_ｍ，ｎはＵＥ_ｍがｎにわたって受けるＳＩＮＲレベルである。ｎが二次部分帯域として割り当てられることが計画されている場合、セル内の全てのＵＥがＭを構成する。一方、ｎが一次部分帯域として割り当てられることが計画されている場合、全てのＵＥ又はＵＥの部分集合のいずれかがＭを構成する。一次部分帯域を計算するためのＵＥの集合の選択は、以下でより詳細に説明される。

部分帯域割当て内で確率モデルを用いることが好ましい。ＢＳにおける部分帯域割当ては前のタイムスロットのフィードバックに従って分散型の方式で行われるので、ＢＳが、ＵＥに対し高い干渉を引き起こす誤った判断を行う可能性がある。ＢＳが該ＢＳの環境を知ると、ネットワークは安定点に達し、ＢＳは該ＢＳの部分帯域割当てを変更する必要がない。一方、ネットワークが可能な限り迅速に安定点に達することが望ましい。ＢＳの部分帯域割当ての変更によって、該ＢＳの近傍の部分帯域選択の変更が余儀なくされ、このためネットワークにおいて安定点に達するまでの時間が増大する。例えば、互いに干渉するＢＳ_Ａ及びＢＳ_Ｂを仮定する。これらのＢＳは、タイムスロットｔ_ｆについて、該ＢＳのＵＥに部分帯域ｎを配分する。次に、タイムスロットｔ_ｆ中に、ＢＳ_Ａ及びＢＳ_Ｂによってサービス提供されているＵＥは高い干渉に直面する。したがって、次のタイムスロットｔ_ｆ＋１について、ＢＳ_Ａ及びＢＳ_Ｂの双方がｎを用いることを断念する。一方、ｔ_ｆ＋１中、双方のＢＳがｎを用いないので、ＵＥはｎにわたって低い干渉を測定する。結果として、ＢＳ_Ａ及びＢＳ_Ｂの双方がｎ又はタイムスロットｔ_ｆ＋２を配分する。このプロセスは、ＢＳのうちの一方がｎを用いないときに他方がｎを用いることを決定するまで継続する。この目的のために、Ｄ−ＤＦＲでは、ＢＳは、前のタイムスロット中に用いられていない新たな部分帯域を、該新たな部分帯域の利用可能性に応じた確率で用いることができる。部分帯域割当てに確率を導入することによって、干渉しているＢＳは同じ部分帯域を同時に用いないようにされる。このようにして、ネットワークにおける干渉は減少し、ＢＳにおける部分帯域選択はより短時間で安定する。部分帯域ｎを割り当てる確率は以下のように計算される。

ここで、Ａ_ｎはｎの利用可能性であり、Ｍはｎの利用可能性を計算するのに用いられるＵＥの集合であり、演算子｜．｜は所与の集合の濃度を示す。（４）によれば、部分帯域を割り当てる確率は、該部分帯域の利用可能性が増大するとともに増大する。これは、高いＳＩＮＲを有するより多くのユーザに配分することができる部分帯域の選択を優遇する。

続いて、好ましい実施形態における一次部分帯域の割当てをより詳細に論考する。

一次部分帯域は、集中型で割り当てることもできるし、自律的に割り当てることもできる。一次部分帯域は、セルエッジＵＥに配分され、干渉しているＢＳによって用いることができない。したがって、ＢＳは、一次部分帯域が配分されたＵＥの干渉しているＢＳに一次部分帯域指示子を送信する。ＢＳに割り当てられた一次部分帯域数は固定であり、ネットワーク状態に応じて、ＢＳごとに適応させることができる。

１）集中型の割当て：各ＢＳは、ＵＥから干渉しているＢＳのＩＤを受信した後、これらのＩＤを中央コントローラに送信する。次に、中央コントローラは、受信したフィードバックに従って、一次部分帯域をＢＳに割り当てる。集中型の部分帯域配分の詳細な説明を［１７］において見つけることができる。

２）自律的な割当て：自律的な一次部分帯域配分では、ＢＳは、前のタイムスロット中に一次部分帯域が配分されたＵＥのフィードバックに従って該ＢＳの一次部分帯域割当てを更新する。以下の疑似コードにおいて一次部分帯域選択アルゴリズムが与えられており、ここでＮ’は前のタイムスロットにおいて一次部分帯域として割り当てられていない全ての部分帯域の集合であり、Ｐは一次部分帯域の集合であり、ｐは更新されることになる一次部分帯域である。

図９ｃの疑似コードによれば、アルゴリズムはまず、部分帯域の利用可能性を計算する。この目的のために、前のタイムスロット中にｐが配分されれたＵＥの集合の測定値のみが用いられる。セルエッジＵＥは一次部分帯域を用いる優先権を有するので、一次部分帯域が配分されるＵＥの測定値に基づいて一次部分帯域を更新することが妥当である。Ｎ’の中で、アルゴリズムは、利用可能性が一次部分帯域ｐよりも高い部分帯域を検索する。そのような部分帯域、例えばｎが存在する場合、この部分帯域は（４）において計算したようなμ（ｎ）の確率でＰ内のｐと置き換えられる。確率判断基準がｎについて成り立たない場合、ｎは部分帯域集合Ｎ’から除外され、アルゴリズムはｐよりも高い利用可能性を有する別の部分帯域を求めてＮ’内を検索する。このプロセスは、アルゴリズムが新たな一次部分帯域を割り当てるか、又はＮ’内の部分帯域のうちのいずれもＡ_ｐよりも高い利用可能性を有しなくなるまで継続する。一次部分帯域としていずれの部分帯域もｐに置き換わらない場合、ｐは次のタイムスロットについて一次部分帯域のままである。結果として、次のタイムスロットのために割り当てられた一次部分帯域は、前のタイムスロットにおいて割り当てられた一次部分帯域以上の利用可能性を常に有する。このようにして、より多くのセルエッジＵＥが高いＳＩＮＲを受け、このため高い容量を受けることができる。前のタイムスロット中に割り当てられた一次部分帯域ごとにアルゴリズム全体が繰り返される。

続いて、二次部分帯域の割当ての好ましい実施形態を論考する。一次部分帯域割当ての後、次のステップとして、ＢＳは、該ＢＳがＵＥに割り当てることができる更なる部分帯域を検索する。一次部分帯域と異なり、二次部分帯域は干渉しているＢＳにおいて禁止することができず、二次部分帯域にわたってγ_ｔｈよりも高いＳＩＮＲを測定するＵＥにのみ配分される。このため、部分帯域の利用可能性が増大すると、該部分帯域はより多くのユーザに配分することができる。これによってＵＥ間の公平性が増大する。ＢＳは該ＢＳの干渉環境に応じて用いることができる限り多くの部分帯域を用いることができる。それにもかかわらず、状況によっては、部分帯域数に対し、ＢＳが割当てることができる最大値制限Ｎ_ｍａｘが存在する可能性がある。これによって、用いることができる二次部分帯域の最大数が制限される。以下の疑似コードにおいてニ次部分帯域選択アルゴリズムが与えられており、ここでＮは全ての部分帯域の集合であり、Ｓは二次部分帯域の集合であり、Ｐは一次部分帯域の集合であり、演算子｜．｜は所与の部分帯域集合の濃度を示す。

図９ｂの疑似コードによれば、アルゴリズムはまず、部分帯域の利用可能性を計算する。この目的のために、一次部分帯域割当てと異なり、全てのＵＥの測定値が考慮に入れられる。何らかの二次部分帯域を選択する前に、ＢＳは二次部分帯域集合Ｓからゼロの利用可能性を有する部分帯域を除外する。なぜなら、これらの部分帯域は被干渉ＵＥのサービングＢＳによって禁止されているか、又はセル内の全てのＵＥがこれらの部分帯域にわたってγ_ｔｈよりも低いＳＩＮＲを受けるためである。したがって、そのような部分帯域は次のタイムスロットに用いることができない。アルゴリズムは、一次部分帯域としても二次部分帯域としても割り当てられていない部分帯域の集合Ｎ’の中から、利用可能性がｍｉｎＡｖａｉｌよりも高い部分帯域を検索する。割り当てられる部分帯域の最大数に対し制限が存在しない場合、ＢＳは任意の部分帯域の利用可能性が０より大きい限り（これはｍｉｎＡｖａｉｌ＝０を意味する）、該部分帯域を二次部分帯域として割り当てることができる。そのような部分帯域、例えばｎが存在する場合、アルゴリズムは、μ（ｎ）の確率でｎをＳに加えることによってＳを更新する。ｎは部分帯域集合Ｎ’から除外され、このプロセスはＮ’内の部分帯域のうちのいずれもｍｉｎＡｖａｉｌよりも高い利用可能性を有しなくなるまで継続する。

割り当てられる部分帯域の最大数に対し制限が存在する場合、割り当てられる部分帯域の総数がＮ_ｍａｘよりも小さい限り、同じアルゴリズムが続く。割り当てられる部分帯域の数がＮ_ｍａｘに達すると、ｍｉｎＡｖａｉｌが０の代わりにＳの最小利用可能性として設定される。換言すれば、ｍｉｎＡｖａｉｌ＝ｍｉｎ（Ａ_ｓ）である。次に、Ｎ’内にｍｉｎＡｖａｉｌよりも高い利用可能性を有する部分帯域ｎが存在する場合、アルゴリズムは、μ（ｎ）の確率でｎをＳ内の最小利用可能性を有する部分帯域と置き換えることによってＳを更新する。更新された二次部分帯域集合が、前のタイムスロットにおいて割り当てられた二次部分帯域集合以上の利用可能性を常に有することが明らかである。

最終的な見解として、リソース利用を増大させるために、γ_ｔｈと異なるＳＩＮＲを二次部分帯域割当てのために用いることができる。二次部分帯域割当ての部分帯域利用可能性の計算中、γ_ｔｈよりも低いＳＩＮＲしきい値が用いられる場合、部分帯域の利用可能性が増大する。このため、これによって、より多くの二次部分帯域が割り当てられる確率が増大する。

続いて、図８ａ〜図８ｄとの関連でシミュレーション結果を論考する。

１）シミュレーションセットアップ：［２２］では、シミュレータにおいて、フェムトセルネットワークにおけるダウンリンク送信が検討される。フェムトセルの展開は５×５のグリッドによってモデル化され、ここで、それぞれ１０ｍ×１０ｍの面積を有する２５個の部屋を有する平屋型の建物が用いられる。ＢＳ及びＵＥは、シミュレーションの各「スナップショット」中、部屋内でランダムにドロップされる。ＢＳは同様に同じ部屋内に位置する４つのＵＥにサービス提供する。部分帯域あたりのＲＢ数は４に設定される。このため、ＢＳは４つのＵＥ間で部分帯域を分配することができる。ＢＳアクティベーション確率は０．２に設定され、これは、平均で５分の１の部屋が１つのアクティブなＢＳを有することを意味する。簡単にするために、マクロセルネットワークからの干渉は無視される。これはマクロセル及びフェムトセルに異なる周波数帯域を配分することによって達成することができる。同一チャネルマクロセルがシミュレートされる場合であっても、結果の傾向は依然として同じままである。シミュレーションにおいて用いられるパラメータはＬＴＥの仕様に基づくが、帯域幅拡張を伴う。これらは表１に要約される［２２］。

容量計算のために、減衰され切捨てされたシャノン限界が用いられる。シャノン限界はリンク適応を用いてチャネルの容量を与え、これは、ＳＩＮＲに基づいて変調及び符号化方式が選択されることを意味する。特定のγ_ｍ，ｒを所与とすると、ＲＢｒにおける［ｂｐｓ／Ｈｚ］単位のＵＥ_ｍのスペクトル効率は［２３］のように計算される。

ここで、αは実装損失を表す減衰係数であり、γ_ｍｉｎ及びγ_ｍａｘは利用可能な変調及び符号化方式によって用いられる最小ＳＩＮＲ及び最大ＳＩＮＲである。これらのパラメータの値は表２に与えられる［２３、２４］。ユーザＵＥ^ｍに配分されるＲＢの集合Ｒ_ｍを所与とすると、ＵＥ_ｍの容量Ｃ_ｍは

となる。ここで、Ｂ_ｒはＲＢｒの帯域幅である。

シミュレータの各スナップショットは１０タイムスロット後も存続する。スナップショット中、ＢＳ及びＵＥの位置及びシャドーイング値は変化しない。これは、屋内ネットワークにおいて、ユーザの位置が劇的に変化しないので妥当である。ＳＩＮＲ及び容量等の統計は、１０番目のタイムスロットの終了時に計算される。

２）結果：シミュレーションにおいて、Ｄ−ＤＦＲは固定の周波数再利用２及び再利用４と比較され、ここで中央コントローラは各ＢＳにそれぞれ２つの部分帯域及び１つの部分帯域を割り当てる。例えば、再利用４の場合、ＢＳは該ＢＳのＵＥによって測定された干渉に従って３つの最も干渉している近傍を特定する。次に、ＢＳは中央コントローラに通知し、中央コントローラはＢＳに、該ＢＳの干渉している近傍と異なる部分帯域を割り当てる。Ｄ−ＤＦＲの場合、ＢＳに対する集中型制御は存在せず、各ＢＳは一次部分帯域及び二次部分帯域を自律的に割り当てる。ＳＩＮＲしきい値γ_ｔｈは５ｄＢに設定され、ＢＳあたりの一次部分帯域数は１に設定される。ＢＳが用いることができる帯域幅には制限がなく、これはｎ_ｍａｘ＝４を意味する。ＢＳは、各スナップショットの開始時に、１つの部分帯域を一次部分帯域としてランダムに割り当て、次に、フィードバックに応じて次のタイムスロット中に該ＢＳの部分帯域配分を更新する。

図８ｃ及び図８ｄは、それぞれＳＩＮＲの累積密度関数（ＣＤＦ）及びユーザ容量を示している。図８ｃによれば、Ｄ−ＤＦＲを用いると、ほとんど全てのＵＥが５ｄＢを超えるＳＩＮＲを達成する。５ｄＢはγ_ｔｈの値である。各ｂｓは１つの部分帯域を用いるので、再利用４で最良のＳＩＮＲ分布が達成される。しかしながら、次の図に示されるように、これはより高い容量につながらない。

図８ｄは、３つの方法のユーザ容量分布を比較する。（５）のシャノン限界に起因して、１９．５ｄＢを超えるＳＩＮＲ値についてスペクトル効率を更に増大させることができない。したがって、再利用４の場合、ＵＥのうちの約８３％が１１Ｍｂｐｓの容量を受け、再利用２の場合、ＵＥのうちの約半分が２２Ｍｂｐｓの容量を受ける。図８ｄから、再利用４が１１Ｍｂｐｓまで再利用２よりも良好な性能を示すことがわかる。この点から２２Ｍｂｐｓまで、再利用２は２倍の送信帯域幅に起因して再利用４の性能を上回る。各ＢＳは再利用４の方法において１つの部分帯域しか用いることができないので、増大したＳＩＮＲは直面する干渉がより少ないＵＥの低減されたリソース利用を補うことができず、このため該ＵＥの容量をこの領域において減少させる。結果として、再利用率を増大させることによって、高いセルエッジ性能が得られるが、平均セル容量に劇的な減少を伴う。Ｄ−ＤＦＲを用いると、高い容量領域において耐え得る減少を伴うが再利用４に類似した高いセルエッジ容量が達成される。１１Ｍｂｐｓと２２Ｍｂｐｓとの間でのみ、再利用２のＵＥにより多くの帯域幅が配分されることに起因して再利用２がＤ−ＤＦＲの性能を上回る。一方、Ｄ−ＤＦＲでは、低い干渉に曝されたＵＥに、より多くの部分帯域が割り当てられる。このため、Ｄ−ＤＦＲは、２２Ｍｂｐｓよりも高い容量において、双方の再利用方法の性能を上回る。表３は、３つの方法のセルエッジ容量（ユーザ容量のＣＤＦの５％として定義される）及び平均セル容量の性能を比較する。結果は、Ｄ−ＤＦＲが最良のセルエッジ容量及び平均セル容量の性能を有することを示している。これは、Ｄ−ＤＦＲを用いると、平均セル容量の劣化を一切伴うことなくセルエッジ容量を上昇させることができることを示している。これはほとんどの周波数再利用方法によって達成することができない。

図８ｂは、ＵＥに配分されるリソースのパーセンテージ、及び−１０ｄＢ未満のＳＩＮＲに直面するこれらの配分されたリソースのパーセンテージを示している。表３に与えるパラメータによれば、−１０ｄＢ未満でスペクトル効率は０になる。したがって、−１０ｄＢ未満のＳＩＮＲに直面するリソースの配分は衝突と呼ばれる。各タイムスロットの終了時に各測定が行われる。各ＢＳは第１のタイムスロットの一次部分帯域として１つの部分帯域をランダムに割り当てるので、配分されるリソースのパーセンテージは常に２５％である。また、ランダムな部分帯域割当てによって衝突のパーセンテージが増大する。次に、第２のタイムスロットの前に、ＵＥは該ＵＥのＳＩＮＲ測定値及び干渉しているＢＳのＩＤを該ＵＥのＢＳに報告する。ＳＩＮＲ値に応じて、ＢＳは第２のタイムスロット中に更なる部分帯域を二次部分帯域として割り当て、一次部分帯域指示子を干渉しているＢＳに送信する。ＢＳは該ＢＳの近傍のＢＳをまだ知らないため、ＳＩＮＲレベルにのみ基づく部分帯域の割り当てによって、用いられる部分帯域及び衝突の数が増大する。図５から見てとることができるように、第２のタイムスロット中、割り当てられるリソース及び衝突のパーセンテージがそれぞれ７０％及び６．７％に増大する。一方、第３のタイムスロットの前に初めて、ＢＳは被干渉ＵＥのサービングＢＳから、第２のタイムスロットの開始時に送信された一次部分帯域指示子を受信する。これらの一次部分帯域指示子は、干渉しているＢＳが該ＢＳの近傍の一次部分帯域を用いることを制限する。加えて、ＢＳは、受信したＳＩＮＲレベルにより、該ＢＳの干渉している近傍によって用いられる部分帯域に関してより多くを知る。したがって、割り当てられたリソースのパーセンテージ及び衝突のパーセンテージの双方が第３のタイムスロット中に減少する。第３のタイムスロット後、ＢＳは該ＢＳの近傍の判断をより認識するようになっているので、割り当てられるリソースのパーセンテージが、衝突のパーセンテージの減少とともに増大する。実際に、第４のタイムスロットの後に初めて部分帯域配分が安定し、これはＤ−ＤＦＲの別の利点である。

図８ａは、平均セル容量［Ｍｂｐｓ］の関数としてのユーザ容量［Ｍｂｐｓ］として性能評価を示している。図８ａは、８１に示す本発明による動的手順が、８２に示す再利用２のシナリオ、及び当然ながら８３に示す再利用１のシナリオの性能を上回ることを示している。

本発明は、完全に集中型の手法と完全に分散型の手法との間の妥協点を提供する。完全に集中型の手法では、送信リソースは中央コントローラによって割り当てられる。リソース利用は分散型の手法よりも効率的であるが、基地局とコントローラとの間の追加のシグナリングが必要とされる。一方、分散型の手法によって、送信リソースが基地局によって自律的に割り当てられるので、より低い複雑度が可能となる。

図３ｃは、図３ａ及び図３ｂと合わせて、分散型の動的周波数再利用によって得られる本発明の利点を示している。図３ｃは、基地局１００がチャネル１を一次送信リソースとして関連付け、基地局２がチャネル２を一次送信リソースとして関連付け、基地局３がチャネル３を一次送信リソースとして関連付けたことを示している。一方、重要なことに、基地局ａは、第１のユーザ機器１０２が一次送信リソースを有する間、ユーザ機器１０７と通信するための二次送信リソース（二次ＣＣ）を配分する立場にある。潜在的な干渉経路が３００に示されている。図３ｃに示すようなマルチユーザ展開は、同じセル内の各ユーザが異なる干渉状態を受けるという点で独特であり、このことは本発明において有利に用いられる。送信リソース配分は、一次送信リソースを配分することによって、及び重要なことに、基地局１００とユーザ機器１０７との間の通信のために例えばチャネル３として二次送信リソースを配分することによって、高いリソース利用のためにユーザ機器測定値に従って行われる。

マルチユーザ展開のための送信リソース割当てに関して、図４を参照する。好ましい実施形態の１つの規則は、基地局あたり１つの一次送信リソースのみが用いられることである。この結果、保護された領域が生じる。さらに、禁止送信リソースが存在する。基地局は、該基地局の近傍の一次送信リソースを用いることができない。これによって、全てのセルエッジユーザ機器について所定のＳＩＮＲしきい値の最小ＳＩＮＲが保証される。近傍によって二次送信リソースを用いることができる。これによって、特にマルチユーザ展開についてリソース効率が増大する。二次送信リソースは、ＳＩＮＲしきい値に従ってユーザ機器に配分されることが好ましい。図４は基地局Ａが一次送信リソースとしてチャネル１を有し、二次送信リソースとしてチャネル３を割り当てられていることを特に示している。一方、禁止送信リソースは、基地局Ａの場合チャネル２であり、基地局Ｂの場合チャネル１であり、基地局Ｃの場合チャネル１及び２である。

続いて、ユーザ機器によって実行される測定を更に説明するために、図５を参照する。特に、ユーザ機器によって提供される情報は、干渉している基地局の識別情報（ＩＤ）である。この目的のために、各ユーザ機器は該ユーザ機器の付近の各基地局からの受信電力を測定することができる。次に、各ユーザ機器は所定のＳＩＮＲしきい値に従って、干渉している基地局を特定する。次に、ユーザ機器からこの情報を受信する基地局は、一次リソースが或る基地局によってのみ用いられ、この一次送信リソースと関連付けられたユーザ機器が近傍の基地局と干渉しないことを確保するために、この情報を用いて一次リソース指示子を干渉している基地局に送信する。

さらに、各送信リソースのＳＩＮＲレベルが各ユーザ機器によって求められる。本発明は、有利には、各ユーザ機器が異なる送信リソースにおいて異なるＳＩＮＲを観測することを用いる。ＳＩＮＲレベルはサービング基地局に報告され、次にサービング基地局はこの情報を用いて、いずれの送信リソースが送信に利用可能であるかを見つけ出す。図５は、基地局間で送信されたＰＣＣ指示子３０５によって、結果として各基地局において禁止送信リソースが生じることを示している。図５は、干渉領域の外側に位置する各ユーザ機器が、近傍の基地局Ｃが該基地局の一次送信リソースとして第３のチャネルを用いる場合であっても、該第３のチャネルを二次送信リソースとして用いることができることを更に示している。

続いて、チャネル配分を実行するときに実行することができる一連の例示的なステップ及び動作を、図７ａ〜図７ｆに関して論考する。時点０、すなわちタイムスロット１の開始時において、各基地局は、１つのＣＣ（送信リソース）をランダムに割り当てることができる。図７ａの例では、この結果、基地局Ａ及びＣがチャネル３を有し、基地局Ｂがチャネル２を有するという状況になる。第１のタイムスロット中、ユーザ機器は測定を行い、干渉している基地局のＩＤを特定し、各送信リソースのＳＩＮＲレベルを計算する。潜在的な干渉経路が図７ｂに示されている。次に、タイムスロット１の終了時に、基地局はタイムスロット１のフィードバックを受信した。次に、基地局はＳＩＮＲレベルに従って利用可能な送信リソースを識別し、一次リソース配分（ＰＣＣ）割当てを更新し、可能であれば二次送信リソースを割り当てる。図７ｃの例では、この結果、基地局Ａが一次送信リソースとしてチャネル１を有し、基地局がＢ一次送信リソースにおいてチャネル２を有し、基地局Ｃが一次送信リソースとして３を有するという状況になる。このため、基地局Ａについての変更のみが実行される。加えて、チャネル２及び３の形態の二次送信リソースが基地局Ａに配分され、チャネル１及び２の形態の二次送信リソースが基地局Ｃに配分される。

次に、図７ｄに示すように、各基地局は一次送信リソース指示子を干渉している基地局に送信し、これはタイムスロット２内で行われる。一方、チャネルの配分は、図７ｃとの関連で論考するように、タイムスロット２内で同じままである。

次に、図７ｅに示すように、タイムスロット２は終了し、基地局が、いわゆる禁止送信リソースを示す受信した送信リソース指示子において指定された送信リソースを用いることができないことがわかる。これらの禁止送信リソースは、基地局Ａの場合チャネル２であり、基地局Ｂの場合チャネル１であり、基地局Ｃの場合チャネル１及び２である。したがって、残っている唯一の二次送信リソースは、基地局Ａの場合チャネル３である。次に、図７ｆに示すように、タイムスロット３において、このチャネル配分が用いられる。通常、３回〜４回の反復の後で初めてシステムが安定したリソース配分に到達することがわかっている。好ましいアルゴリズムは、近傍によって制限された貪欲リソース配分アルゴリズムであるとみなすことができる。

換言すれば、本発明は、協調していない展開において干渉を軽減するために、近傍の基地局が互いに異なる一次コンポーネントキャリアを割り当てられるように自律的に動的周波数リソース分割を行う方法又は基地局とみなすことができる。本方法又は本装置は、所定のＳＩＮＲしきい値についてリソース配分制限を求めるためのノード間シグナリング並びにユーザ機器及び基地局のフィードバックによって、隣接セルに、いずれの一次コンポーネントキャリアが干渉し得るかを通知する手段を備える。加えて、本方法／装置は、隣接セルの一次コンポーネントキャリアに過度な干渉を課すことなく、全体ネットワーク性能を最大にするために、基地局による更なる二次コンポーネントキャリア配分を求める手段を更に備える。一実施形態では、一次コンポーネントキャリア選択は、集中型の方法によって実行される一方、更なる実施形態では、一次コンポーネントキャリア選択は、分散型の方法によって実行される。分散型の方法では、一次コンポーネントキャリアはｐ永続媒体アクセスプロトコルによって連続して配分される。

本発明はいくつかの有利な効果を有する。１つの効果は、軟周波数再利用概念の異種ネットワークへの拡張であり、ここで、特に、協調されていない展開における動的干渉軽減が得られる。

さらに、自律的な送信リソース（ＣＣ）選択が実行される。これは、ロバストで自律的な解に必要な３ＧＰＰ研究項目「ノード間シグナリングの研究」との関連で特に有用である。ここで、各ＢＴＳノードは、全体ネットワーク性能（ＲＡＮ３）を最大にする２つのユーザキャリア（複数の場合もあり）を選択する。

さらに、本発明はＬＴＥ−Ａネットワークと互換性がある。

加えて、従来技術から既知であるよりも高い帯域幅利用が得られ、干渉状態に応じて割り当てられる送信リソース数及び二次送信リソースの選択にも或る柔軟性が得られる。

本発明は、結果として低シグナリングオーバヘッドをもたらし、安定したリソース配分への迅速な収束を示した。これは、マルチユーザ展開のリソース効率を増大させるために、集中型手法にも適用することができる。

図１０は、図１の送信リソースアロケータ１６によって実行される好ましい手順を示している。ステップ２００において、複数の送信リソースのそれぞれの利用可能性尺度が、基地局によってサービス提供されているユーザ機器から受信した個々の受信品質情報に基づいて計算される。

ステップ２０１において、全ての送信リソースの集合から、ゼロの利用可能性を有する送信リソースと、受信機によって受信された一次送信リソース指示子によって阻止されている送信リソースと、基地局によって配分された一次送信リソースとを除去することによって、複数の配分可能な二次送信リソースが求められる。

次に、ステップ２０２において、最小利用可能性よりも高い利用可能性を有する送信リソースの検索が実行され、検索は上記複数の配分可能な二次送信リソース内で実行される。次に、ステップ２０３において、同じユーザ機器又は基地局によってサービス提供されている少なくとも更なるユーザ機器について更なる送信リソースの更なる検索が実行され、検索及び更なる検索は、最大数の配分可能な二次送信リソースが求められるか、全ての配分可能な二次送信リソースが求められるまで反復的に繰り返される（２０４）。このため、最大数の配分可能な二次送信リソース又は全ての配分可能な二次送信リソースが反復終了判断基準を形成する。

図１０の項目２０５に示すように、反復終了判断基準が満たされると、検索ステップ及び更なる検索ステップによって見つかった送信リソースが、基地局によってサービス提供されている少なくとも１つのユーザ機器に二次送信リソースとして配分され、検討中の基地局によってサービス提供されている他のユーザ機器に配分される。

幾つかの態様が装置との関連で説明されたが、これらの態様は対応する方法の説明も表し、方法においては、ブロック又はデバイスは方法ステップ又は方法ステップの特徴に対応することが明らかである。それに類似して、方法ステップとの関連で説明された態様も、対応する装置の対応するブロック又はアイテム又は特徴の記述を表す。

或る実施態様要件に依拠して、本発明の実施形態はハードウェア又はソフトウェアで実施することができる。実施態様は、電子的に読取り可能な制御信号が格納されたデジタルストレージ媒体、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリを用いて実行することができ、それらは、それぞれの方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと連携する（又は連携可能である）。

本発明による幾つかの実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つが実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと連携することができる電子的に読取り可能な制御信号を有する非一時的なデータ担体を含む。

概して、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実装することができる。該プログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されると、方法のうちの１つを実行するように動作可能である。プログラムコードは、例えば機械可読担体上に格納することができる。

他の実施形態は、機械可読担体上に格納された、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含む。

したがって、換言すれば、本発明の方法の一実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるときに本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。

したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、データ担体（又はデジタルストレージ媒体若しくはコンピュータ可読媒体）であって、該データ担体上に記録された、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含む、データ担体である。

したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを表すデータストリーム又は信号シーケンスである。データストリーム又は信号シーケンスは、例えば、データ通信接続を介して、例えばインターネットを介して転送されるように構成することができる。

更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するように構成又は適合された処理手段、例えばコンピュータ又はプログラム可能な論理デバイスを含む。

更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを含む。

幾つかの実施形態では、プログラム可能な論理デバイス（例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ）を用いて、本明細書に記載された方法の機能のうちの幾つか又は全てを実行することができる。幾つかの実施形態では、フィールドプログラマブルゲートアレイは、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するためにマイクロプロセッサと連携することができる。概して、本方法は任意のハードウェア装置によって実行されることが好ましい。

上述した実施形態は、単に本発明の原理を例示するものである。本明細書に記載された構成及び詳細の変更及び変形は当業者には明らかであることが理解される。したがって、次の特許請求の範囲の範囲によってのみ制限され、本明細書における実施形態の記述及び説明のために提示された特定の詳細によって制限されるものではないことが意図される。

［参考文献］

Claims (14)

1. 基地局に割り当てられた複数のユーザ機器と通信する該基地局であって、
   複数のユーザ機器のうちの第１のユーザ機器から、複数の送信リソースのうちの或る送信リソースにおいて前記第１のユーザ機器と干渉する更なる基地局の１つ又は複数の識別情報（１２）を受信し、更なる基地局から、該更なる基地局の前記一次送信リソースを示す一次リソース指示子（１４）を受信する受信機（１０）であって、前記一次送信リソースにおいて、前記更なる基地局に割り当てられた更なるユーザ機器が前記基地局からの干渉を被る、受信機と、
   利用可能な送信リソースの前記集合から、前記第２のユーザ機器に二次送信リソースを配分する送信リソースアロケータ（１６）であって、前記利用可能な送信リソースの集合は、前記一次リソース指示子（１４）によって示される前記一次送信リソースを含まない、送信リソースアロケータと、
   を備え、
   前記送信リソースアロケータ（１６）は、前記基地局によってサービス提供されている前記ユーザ機器から受信した個々の受信品質情報に基づいて、前記複数の送信リソースのそれぞれの利用可能性尺度を計算し（２００）、前記特定の送信リソースの前記利用可能性尺度に基づいて前記二次送信リソースを配分するように構成される、基地局に割り当てられた複数のユーザ機器と通信する該基地局。
2. 前記送信リソースアロケータは、一次送信リソースを前記第１のユーザ機器に配分するように構成され、該一次送信リソースは前記一次送信リソース指示子によって示される前記一次送信リソースと異なり、
   前記基地局は、更なる基地局に一次送信リソース指示子を送信する送信機を更に備え、該更なる基地局は、前記第１のユーザ機器から前記受信機（１０）によって受信された前記１つ又は複数の識別情報（１２）によって求められるような前記第１のユーザ機器における前記一次送信リソースにおいて干渉を引き起こす基地局である、請求項１に記載の基地局。
3. 前記受信機は、前記第２のユーザ機器から複数の異なる送信リソースの受信品質情報（２４）を受信するように構成され、
   前記送信リソースアロケータは前記第２のユーザ機器に二次送信リソースのみを配分するように構成され、該第２のユーザ機器について、前記受信機は、該第２のユーザ機器から、所定の受信品質しきい値を超える受信品質を示す受信品質情報を受信している、請求項１又は２に記載の基地局。
4. 前記受信機（１０）は、第１のタイムスロットにおいて前記１つ又は複数の識別情報及び受信品質情報を受信するように構成され、前記送信リソースアロケータは、前記第１のタイムスロットよりも時間的に後の第２のタイムスロットにおいて、前記受信機（１０）によって受信した情報に基づいて配分するように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基地局。
5. 前記受信機（１０）は、第１のタイムスロットにおいて前記１つ又は複数の識別情報及び前記受信品質情報を受信するように構成され、前記送信機は、前記第１のタイムスロットよりも時間的に後の第２のタイムスロットにおいて前記一次送信リソース指示子を送信するように構成される、請求項２に記載の基地局。
6. 前記送信リソースアロケータ（１６）は、ユーザ機器によって提供された受信品質尺度が所定の受信品質尺度しきい値を超える該ユーザ機器にのみ前記二次送信リソースを配分するように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の基地局。
7. 前記送信リソースアロケータ（１６）は、前記基地局によってサービス提供されている前記複数のユーザ機器に、可能な限り多くの二次送信リソースを配分するか、又は前記基地局によって配分可能な所定の最大数によって制限された数の送信リソースのみを配分するように構成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の基地局。
8. 前記送信リソースアロケータ（１６）は、以下の一連のステップ、すなわち、
   全ての送信リソースの前記集合から、ゼロの利用可能性を有する送信リソースと、前記受信機によって受信された一次送信リソース指示子によって阻止されている送信リソースと、前記基地局によって配分された前記一次送信リソースとを除去することによって、複数の配分可能な二次送信リソースを求めるステップ（２０１）と、
   前記複数の配分可能な二次送信リソースにおける最小利用可能性よりも高い利用可能性を有する送信リソースを検索するステップ（２０２）と、
   同じユーザ機器又は前記基地局によってサービス提供されている少なくとも更なるユーザ機器の更なる送信リソースを更に検索するステップ（２０３）と、
   なお、前記検索するステップ及び前記更に検索するステップは、最大数の配分可能な二次送信リソースが求められるか、又は全ての配分可能な二次送信リソースが求められるまで反復的に繰り返され（２０４）、
   前記検索するステップ及び前記更に検索するステップによって見つかった前記送信リソースを、前記基地局によってサービス提供されている少なくとも１つのユーザ機器に、前記二次送信リソースとして配分するステップ（２０５）と、
   を実行するように構成される、請求項１に記載の基地局。
9. 前記送信リソースアロケータ（１６）は、前記基地局によってサービス提供されているユーザ機器数を累算することによって特定の送信リソースの利用可能性を計算するように構成され、前記ユーザ機器は、前記基地局に、前記特定の送信リソースの所定のしきい値を超える前記受信品質を示す受信品質情報を報告する、請求項１のいずれか１項に記載の基地局。
10. 前記送信リソースアロケータ（１６）は、前記基地局が、該基地局によってサービス提供されているユーザ機器に前記一次送信リソースを配分するように、中央コントローラから一次送信リソースを配分する命令を受信するように構成され、
    前記二次送信リソース配分は、前記基地局の前記送信リソースアロケータによって非集中型で分散型の方式で実行される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の基地局。
11. 前記送信リソースアロケータ（１０）は、前記受信機（１０）によって受信されるような、更なる基地局からの一次送信リソース指示子（１４）によって阻止されていない一次送信リソースのみを配分し、前記配分可能な送信リソースの最小利用可能性尺度よりも高い利用可能性尺度を有する送信リソースを選択することによって、前記一次送信リソースの前記配分（２８）の分散型手順を実行するように構成される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の基地局。
12. 前記送信リソースアロケータ（１６）は、前記配分された一次送信リソースの一次送信リソース指示子（１４）を受信した場合、後のタイムスロットのための一次送信リソースを再配分するように構成され、以前のタイムスロットにおいて配分された前記少なくとも１つの二次送信リソース（１８）は、前記後のタイムスロットのための一次送信リソース（２８）として選択されるように利用可能である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の基地局。
13. 基地局に割り当てられた複数のユーザ機器と通信する該基地局を動作させる方法であって、
    前記基地局によって、複数のユーザ機器のうちの第１のユーザ機器から、複数の送信リソースのうちの或る送信リソースにおいて前記第１のユーザ機器と干渉する更なる基地局の１つ又は複数の識別情報を受信するステップ（１０）と、
    前記基地局によって、更なる基地局から、該更なる基地局の前記一次送信リソースを示す一次リソース指示子を受信するステップであって、前記一次送信リソースにおいて、前記更なる基地局に割り当てられた更なるユーザ機器が前記基地局からの干渉を被る、受信するステップと、
    前記基地局によって、利用可能な送信リソースの前記集合から、前記第２のユーザ機器に二次送信リソースを配分するステップ（１６）であって、前記利用可能な送信リソースの集合は、前記一次リソース指示子によって示される前記一次送信リソースを含まない、配分するステップと、
    を含み、
    前記分配するステップ（１６）は、前記基地局によってサービス提供されている前記ユーザ機器から受信した個々の受信品質情報に基づいて、前記複数の送信リソースのそれぞれの利用可能性尺度を計算するステップ（２００）と、前記特定の送信リソースの前記利用可能性尺度に基づいて前記二次送信リソースを配分するステップとを含む、基地局に割り当てられた複数のユーザ機器と通信する該基地局を動作させる方法。
14. プロセッサ上で実行されると、請求項１３に記載の方法を実行するように適合されるコンピュータプログラム。
    

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