JP5575890B2 - 電力効率の良いデータ伝送 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、無線通信システムにおけるモバイル・ノードとネットワーク・ノードとの間でのデータ伝送のための帯域幅選択に関し、具体的には、モバイル・ノードによって消費される電力の観点からデータを効率良く伝送するための帯域幅選択に関する。

第三世代パートナーシップ・プロジェクト（３ＧＰＰ）は現在、Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）システム及びＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄシステムを含む、来るべき無線通信システム向けの規格を開発中である。これらのシステムは、広範囲にわたる伝送帯域幅をサポートすることになる。ＬＴＥシステム向けの３ＧＰＰ規格は、たとえば、単一のＬＴＥ搬送波を介した約１ＭＨｚから２０ＭＨｚまでの伝送帯域幅を定義する。同様に、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄシステム向けの３ＧＰＰ規格は、５つまでの２０ＭＨｚ ＬＴＥコンポーネント搬送波を集約することで、１００ＭＨｚまでの伝送帯域幅を定義する。

こうした大規模伝送帯域幅をサポートすることで、データ速度を上げ、システム・スループットを高くすることができる。実際、現在のスケジューリング戦略は、システム・スループットを最大にするために（又は、少なくともある程度の公平性基準を満たしながら、システム・スループットを最大にするために）、広い帯域幅、並びに高次変調、空間多重化などを伴うデータ伝送のスケジューリングを提唱している。

しかしながら最大システム・スループットは、一般に、モバイル・ノードでの最大電力効率とは一致しない。すなわち現在のスケジューリング戦略は、システム・スループットを最大にするが、受信するデータ・ユニット当たりのモバイル・ノードによるエネルギー消費の増加という犠牲を払うものである。

本明細書で教示される方法及び装置は、有利なことに、モバイル・ノードの電力効率に基づいて可変帯域幅無線通信システムにおけるデータ伝送をスケジューリングする。この方法及び装置は、システム・スループットを最大にするためにデータ伝送をスケジューリングするのではなく、モバイル・ノード用の目標電力効率設定に従ってデータ伝送をスケジューリングする。

一実施形態では、たとえば、モバイル・ノードは、データ伝送のデータ速度がサービス品質の必要とする最低データ速度を下回ることなく達成可能な、最大電力効率で動作するように事前構成される。こうした諸実施形態では、モバイル・ノードは、データ速度を最高にするのではなく、モバイル・ノードの電力効率を最大にするように、データ伝送に関してリソースが割り振られることを要求する。もちろん、いくつかの無線通信システムでは、システムはモバイル・ノードの要求に（たとえばシステム容量を節約するために）応じる必要がなく、したがっていくつかの実施形態では、モバイル・ノードの再構成を、モバイル・ノードの所望又は目標の電力効率として理解することができる。もちろん、前述の例では、モバイル・ノードは可能な最大の電力効率で動作するように再構成されたが、他の諸実施形態では、モバイル・ノードは、電力効率とスループットとのより良いバランスを取る何らかの中間電力効率で動作するように再構成することができる。

さらに他の諸実施形態では、モバイル・ノードの電力効率構成は、モバイル・ノード内で事前構成されているものではなく、モバイル・ノードのユーザによって動的に設定される。たとえばユーザは、
モバイル・ノードが、可能な最大電力効率、可能な最高データ速度、又は何らかの中間電力効率のいずれで動作するかを、ユーザが動的に調整できるように、いくつかの事前定義された構成から電力効率構成（たとえば最大電力効率、最高データ速度など）を選択することが可能である。

にもかかわらず一実施形態では、モバイル・ノードは、モバイル・ノードへのデータ伝送（すなわち、ダウンリンク・データ伝送）の異なる可能な帯域幅に関して、モバイル・ノードの受信機の電力効率をモデル化する、電力効率モデルを格納する。モバイル・ノードは、データ伝送の異なる可能な帯域幅から、所与のデータ速度（たとえば最低データ速度、現行のデータ速度など）をサポートし、電力効率モデルに従って電力効率構成に適合する電力効率を引き出す、帯域幅を選択する。その後モバイル・ノードは、選択された帯域幅でモバイル・ノードへのデータ伝送をスケジューリングするよう、ネットワーク・ノードに要求するフィードバックを、システム内のネットワーク・ノードに送信する。

別の方法として、又は加えて、他の諸実施形態では、モバイル・ノードは、モバイル・ノードからのデータ伝送（すなわち、アップリンク・データ伝送）の異なる可能な帯域幅に関して、モバイル・ノードの送信器の電力効率をモデル化する、電力効率モデルを格納する。モバイル・ノードは、ダウンリンク・データ伝送とほぼ同じように、アップリンク・データ伝送のための帯域幅を選択するが、例外として、いくつかの実施形態では、アップリンクとダウンリンクのデータ伝送に関して別々の電力効率構成を設定することができる。すなわちいくつかの実施形態では、ユーザは、ダウンリンク方向及びアップリンク方向でのデータ伝送に関して電力効率構成を別々に指定することができる。

さらに他の諸実施形態では、モバイル・ノードではなくネットワーク・ノードが電力効率モデルを格納する。この場合、ネットワーク・ノードは、複数のモバイル・ノード又はモバイル・ノードの複数のグループに関して、電力効率モデルを格納する。その後、ネットワーク・ノードは、前述とほぼ同じ方法で、ある一定のモバイル・ノードへのデータ伝送又はある一定のモバイル・ノードからのデータ伝送に関して、そのモバイル・ノード又はそのモバイル・ノードを含むグループに関する電力効率モデルに基づいて、帯域幅を選択する。

もちろん、本発明は前述の特徴及び利点に限定されるものではない。実際、当業者であれば、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照すれば、追加の特徴及び利点を理解されよう。

本発明の一実施形態に従った、可変帯域幅無線通信システムにおけるモバイル・ノード及びネットワーク・ノードを示すブロック図である。 本発明の一実施形態に従った、モバイル・ノード内の処理回路を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に従った、ネットワーク・ノード内の処理回路を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に従った、モバイル・ノードによって消費される電力の観点からモバイル・ノードとネットワーク・ノードとの間でデータを伝送するための方法を示す、論理流れ図である。 モバイル・ノードの電力効率及び伝送データ速度を、伝送帯域幅及び必要な信号対雑音比の関数としてプロットしたグラフである。

図１は、モバイル・ノード２０とネットワーク・ノード４０との間のデータ伝送のための可変帯域幅無線通信システム１０を示す。データ伝送は、データ伝送が、ダウンリンク方向に（すなわちネットワーク・ノード４０からモバイル・ノード２０へと）発生するか、又はアップリンク方向に（すなわちモバイル・ノード２０からネットワーク・ノード４０へと）発生するかに応じて、１つ又は複数のダウンリンク搬送波１２を介して、或いは１つ又は複数のアップリンク搬送波１４を介して実行される。いずれの場合も、１つ又は複数の搬送波１２、１４によって占有される全帯域幅、及びそれによるデータ伝送の帯域幅は、ネットワーク・ノード４０によるスケジューリングによって変化する可能性がある。

たとえば一実施形態では、可変帯域幅無線通信システム１０はＬＴＥシステムを備える。ＬＴＥシステムの一部としてのネットワーク・ノード４０は、１．４ＭＨｚから２０ＭＨｚの間のいずれかのチャネル帯域幅（現行のＬＴＥ標準では、１．４ＭＨｚ搬送波、３ＭＨｚ搬送波、５ＭＨｚ搬送波、１０ＭＨｚ搬送波、１５ＭＨｚ搬送波、又は２０ＭＨｚ搬送波のいずれかを許可する）を占有する単一のＬＴＥ搬送波を介して発生するように、データ伝送をスケジューリングすることができる。他の実施形態では、システム１０はＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄシステムを備える。ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄシステムの一部としてのネットワーク・ノード４０は、たとえばデータ伝送用にスケジューリングされたＬＴＥコンポーネント搬送波の数に応じて、集約して１００ＭＨｚまでとすることが可能な帯域幅を占有する、１つから５つの間のいずれかのＬＴＥコンポーネント搬送波を介して発生するように、データ伝送をスケジューリングすることができる。

ネットワーク・ノード４０は実際に前述のようにデータ伝送の帯域幅をスケジューリングするが、ネットワーク・ノード４０は、モバイル・ノード２０からの要求又は提案に従ってこれを実行する。ネットワーク・ノード４０がモバイル・ノードの要求に対して与えなければならない重み量は、システム１０の構成及び／又はタイプに依存することができる。たとえば一実施形態では、モバイル・ノード２０は、今後のデータ伝送のための帯域幅を異なる可能な帯域幅から選択し、その帯域幅でのデータ伝送をスケジューリングするようネットワーク・ノード４０に対して要求するフィードバックを、ネットワーク・ノード４０に送信する。その後、ネットワーク・ノード４０は、このモバイル・ノードの要求に基づいてデータ伝送の帯域幅をスケジューリングすることができるが、たとえばシステム１０の容量を節約するために、その要求に従う必要がない場合もある。それにもかかわらず、本発明の一実施形態によれば、モバイル・ノード２０は、モバイル・ノードの電力効率に基づいてデータ伝送に対して要求するために帯域幅を選択する。

たとえば、データ伝送がネットワーク・ノード４０からモバイル・ノード２０へと送られたとする。モバイル・ノード２０内の受信器２２は、１つ又は複数のアンテナ２４によって、ネットワーク・ノード４０から１つ又は複数のダウンリンク搬送波１２を介してこれらのデータ伝送を受信する。このように実行する際に、受信器２２は電力を消費する。受信器２２が受信するデータ速度に対して受信器２２が消費する電力量が、モバイル・ノード２０の電力効率を定義する。したがって、所与の速度でデータを受信する間にモバイル・ノード２０が消費する電力が少ないほど、モバイル・ノード２０の電力効率は高い。

電力消費、データ速度、及びそれによるモバイル・ノード２０の電力効率は、受信するデータ伝送の帯域幅に依存する。いくつかの状況では、モバイル・ノード２０は、所与のデータ速度を維持しながらも、データ伝送を受信する際にモバイル・ノード２０によって消費される電力を減らすように、データ伝送の帯域幅を選択することができる。これによって、データ速度に妥協することなくモバイル・ノード２０の電力効率が上がる。しかしながら、システム１０が高負荷の場合などの他の状況では、モバイル・ノード２０は、モバイル・ノード２０の電力効率を上げるために、伝送のデータ速度を下げるようにデータ伝送の帯域幅を選択しなければならないもちろん、データ速度は、データ伝送に関連付けられたサービス品質が少なくとも最低のデータ速度を必要とする場合などのなんらかの状況で、ある範囲までしか下げることはできない。

モバイル・ノード２０の電力効率構成は、これらの状況における伝送帯域幅の選択を制御する。たとえば一実施形態では、モバイル・ノード２０は、データ速度がサービス品質によって要求される最低データ速度を下回ることなく、可能な最大の電力効率で動作するように事前に構成される。代わりに他の諸実施形態では、たとえば、状況によってこの両方が同時に達成されるのを防ぐ場合、ユーザがより高い電力効率（すなわちモバイル・ノード２０のより長いバッテリ寿命）又は早いデータ速度のいずれを好むかに基づいて、モバイル・ノードの電力効率構成は、モバイル・ノード２０のユーザによって動的に設定される。たとえばユーザは、ユーザに表示された複数の事前に定義された電力効率構成から構成を選択することによって、電力効率構成を設定することができる。１つの事前に定義された構成は、前述と同様の最大の電力効率構成を含むことができる。他の事前に定義された構成は、モバイル・ノードの電力効率に関係なく、可能な最高のデータ速度で動作するようにモバイル・ノード２０を制御する、最高データ速度構成を含むことができる。他の事前に定義された構成は、最大電力効率及び最高データ速度の中間の１つ又は複数の構成（たとえば、データ伝送の現行のデータ速度に妥協する必要のない最大電力効率で動作し、現行のデータ速度はサービス品質に必要な最低速度よりも大きいように、モバイル・ノード２０を制御する「欲張り（greedy）構成」）を含むことができる。したがって、モバイル・ノード２０の電力効率構成が事前構成又はユーザ選択のいずれによってどのように設定されるかに関係なく、モバイル・ノード２０は、所与のデータ速度（たとえば最低データ速度、現行データ速度など）をサポートするため、及び電力効率構成に適合する電力効率を引き出すために、データ伝送の帯域幅を選択する。

モバイル・ノード２０の１つ又は複数の処理回路３０は、メモリ２６と共にこの選択を実行する。図２は、こうした処理回路３０及びメモリ２６の一例を示す。図２では、メモリ２６は、データ伝送の異なる可能な帯域幅についてモバイル・ノード２０の電力効率をモデル化する、電力効率モデルを格納する。たとえばモデルは、異なる可能な帯域幅を各帯域幅が引き出す電力効率にマッピングする、メモリ２６内に格納されたルックアップ・テーブルとすることができる。１つ又は複数の処理回路３０は、この電力効率モデル、並びに、モバイル・ノード２０の電力効率構成を定義する制御設定の値、サービス品質（ＱｏＳ）に必要な最低データ速度などの１つ又は複数のサービス品質（ＱｏＳ）パラメータ、及び、いくつかの実施形態では現行データ速度を、入力として受け入れる、伝送パラメータ・セレクタ３２を含む。伝送パラメータ・セレクタ３２は、データ伝送の異なる可能な帯域幅から、所与のデータ速度をサポートし、電力効率モデルに従って電力効率構成に適合する電力効率を引き出す、帯域幅を選択する。

たとえば、制御設定が最大電力効率構成を定義した場合、その後伝送パラメータ・セレクタ３２は、示されたＱｏＳに必要な最低データ速度をサポートするそれらの可能な帯域幅から、最大電力効率を引き出す帯域幅を選択する。他方で、制御設定が欲張り構成を定義した場合、その後伝送パラメータ・セレクタ３２は、現行のデータ速度をサポートするそれらの可能な帯域幅から、最大電力効率を引き出す帯域幅を選択する。最終の例として、制御設定が最高データ速度構成を定義した場合、その後伝送パラメータ・セレクタ３２は、モバイル・ノード２０の電力効率に関係なく、最高データ速度をサポートする帯域幅を選択する。

データ伝送の帯域幅を選択した後、１つ又は複数の処理回路３０は、ネットワーク・ノード４０に対してその帯域幅でのデータ伝送をスケジューリングするための要求を生成する。具体的に言えば、図２の例における１つ又は複数の処理回路３０は、選択された帯域幅及び現行の帯域幅（たとえば最も新しく受信されたデータ伝送の帯域幅）を入力として受け入れる、割振り要求生成器３４を含む。割振り要求生成器３４は、選択された帯域幅と現行の帯域幅とを比較し、その比較に基づいて割振り要求を生成する。現行の帯域幅の方が選択された帯域幅よりも小さい場合、割振り要求は、帯域幅割振りが増加するようネットワーク・ノード４０に要求する。同様に、現行の帯域幅の方が選択された帯域幅よりも大きい場合、割振り要求は、帯域幅割振りが減少するようネットワーク・ノード４０に要求する。最後に、現行の帯域幅が選択された帯域幅と同じである場合、割振り要求は、その帯域幅割振りを維持するようネットワーク・ノード４０に要求する。

一実施形態では、割振り要求生成器３４は、制御チャネル上の２ビット・フィールドとして割振り要求を生成する。たとえば、「００」の値は帯域幅割振りを維持するための要求を示し、「０１」は帯域幅割振りを減少させる要求、「１０」は帯域幅割振りを増加させる要求、「１１」はプリファレンスなしを示す要求を示すことができる。他の諸実施形態では、割振り要求生成器３４は、（たとえば選択された帯域幅と現行の帯域幅との実際の差異に基づいて、）帯域幅割振りで要求される変更の方向のみならず、その変更の量をも示す、より詳細な要求として割振り要求を生成する。もちろん、前述の実施形態では、現行の帯域幅との比較に基づいて形成された要求として割振り要求を示してきたが、これは必須ではない。実際、割振り要求は、単に選択された帯域幅の指示を含むだけでもよい。

処理回路３０が割振り要求を生成すると、モバイル・ノード２０に含まれる送信器２８は、１つ又は複数のアンテナ２４を介してネットワーク・ノード４０に要求を送信する。一実施形態では、送信器２８はアップリンク物理制御チャネルを介して割振り要求を送信するように構成される。他の実施形態では、送信器２８は無線リソース制御（ＲＲＣ）メッセージングを使用して割振り要求を送信するように構成される。にもかかわらず、送信器２８は、あるタイミング要件に基づいて割振り要求を伝送するように構成することができる。たとえば一実施形態では、送信器２８は、システム１０内の他のモバイル・ノードによる割振り要求の送信と時刻合わせされている場合とされていない場合のある、ある時点で（たとえば数秒ごと）、要求を送信するように構成される。他の実施形態では、送信器２８は要求のタイプに依存するタイミングで、要求を送信するように構成される。たとえば送信器２８は、できる限り迅速にデータ伝送のデータ速度を上げる帯域幅割振りのための要求を送信しながら、それほど急がずにモバイル・ノード２０の電力効率を上げる帯域幅割振りのための要求を送信するように、構成することができる。

ネットワーク・ノード４０内の受信器４２は、１つ又は複数のアンテナ４４を介して割振り要求を受信し、この要求を１つ又は複数の処理回路５０に提供する。１つ又は複数の処理回路５０に含まれるスケジューラ５２は、割振り要求に従ってデータ伝送をスケジューリングし、その結果、送信器４８は１つ又は複数のダウンリンク搬送波１２を介してデータ伝送を送信する。前述のように、スケジューラ５２がモバイル・ノードの要求に対して与えなければならない重み量は、システム１０の構成及び／又はタイプに依存することができる。しかしながら、システム１０がＬＴＥシステムを備える場合などの一実施形態では、スケジューラ５２は、モバイル・ノード２０によって要求された帯域幅でデータ伝送をスケジューリングすることができるが、これは必須ではない。たとえばシステム１０がその容量に近付いている場合、モバイル・ノードの要求が帯域幅割振りの増加に関するものであれば、スケジューラ５２はその要求を拒否する（decline）ことができる。モバイル・ノードの要求はこうした諸実施形態において拒否される可能性があるため、モバイル・ノードの電力効率構成は、この場合、モバイル・ノードの所望又は目標の電力効率として理解することができる。

前述の諸実施形態では、モバイル・ノード２０は、その受信器２２の電力効率に基づいて、ダウンリンク方向で送信されるデータ伝送を要求するために帯域幅を選択する。ほぼ同じようにモバイル・ノード２０は、別の方法として、又は加えて、その送信器２８の電力効率に基づいて、アップリンク方向で送信されるデータ伝送を要求するために帯域幅を選択する。すなわち、モバイル・ノード２０の電力効率は、送信器２８が送信するデータの速度に対して、アップリンク方向でデータ伝送を送信する場合に送信器２８が消費する電力量の観点からも理解することができる。そこで、受信器２２と同様に、所与の速度でデータを送信する間に送信器２８が消費する電力が少ないほど、モバイル・ノード２０の電力効率は高くなる。

モバイル・ノード２０がダウンリンク方向とアップリンク方向の両方でのデータ伝送について帯域幅を選択する諸実施形態では、メモリ２６は、異なる可能な帯域幅についてモバイル・ノードの受信器２２及び送信器２８それぞれの電力効率をモデル化する、異なる電力効率モデルを格納する。ダウンリンク方向でのデータ伝送について帯域幅を選択する場合、１つ又は複数の処理回路３０は、モバイル・ノードの受信器２２の電力効率をモデル化する電力効率モデルに従って、帯域幅を選択する。同様に、アップリンク方向でのデータ伝送について帯域幅を選択する場合、１つ又は複数の処理回路３０は、モバイル・ノードの送信器２８の電力効率をモデル化する電力効率モデルに従って、帯域幅を選択する。

さらにいくつかの実施形態では、モバイル・ノード２０の単一の電力効率構成は、アップリンクとダウンリンクの両方の方向について伝送帯域幅のモバイル・ノードの選択を制御する。他の諸実施形態では、モバイル・ノード２０は、アップリンク方向及びダウンリンク方向について指定された、別々の電力効率構成を有する。たとえば、電力効率構成がモバイル・ノード２０のユーザによって設定される諸実施形態では、そのユーザは、アップリンク方向では最大電力効率で動作するが、ダウンリンク方向では最高データ速度で動作するように（又はその逆に）、モバイル・ノード２０を設定することができる。

前述の諸実施形態で説明したように、モバイル・ノード２０は、電力効率モデルを格納し、そのモデルに従って伝送帯域幅を選択するノードである。異なるモバイル・ノードが、たとえそれぞれ同じ伝送帯域幅であっても異なる電力効率を有する場合があるため、各モバイル・ノード２０内に電力効率モデルを格納することで、そのモデルはそのモバイル・ノードの潜在的に固有の電力効率特徴を説明することができる。モバイル・ノード２０内に電力効率モデルを格納することは、ネットワーク・ノード４０を基礎となる帯域幅割振り要求の詳細から隔離することでもある。

しかしながら他の諸実施形態では、ネットワーク・ノード４０は、電力効率モデルを格納し、たとえばスケジューリング・プロセス自体の一部として、そのモデルに従って伝送帯域幅を選択するノードとすることができる。図３は、このように構成された処理回路５０の一例を示す。図３では、ネットワーク・ノード４０に含まれるメモリ４６が、ネットワーク・ノード４０によってサービスが提供されるモバイル・ノードのＮ個のグループそれぞれについて１つずつ、Ｎ個の電力効率モデルを格納する。あるモバイル・ノード２０へのデータ伝送について帯域幅を選択するために、モデル・セレクタ５４は、モバイル・ノード２０を含むグループについて電力効率モデルを選択し、そのモデルを伝送パラメータ・セレクタ５６に提供する。伝送パラメータ・セレクタ５６は、図２の伝送パラメータ３２に関して上記で説明した方法とほぼ同じように、提供されたモデルに基づいてデータ伝送の帯域幅を選択するように構成され、その結果、スケジューラ５２は、選択された帯域幅でデータ伝送をスケジューリングする。制御設定が、モバイル・ノード２０のユーザによって設定される電力効率構成を定義する実施形態では、ネットワーク・ノード４０は、モバイル・ノード２０から選択された電力効率構成の指示を受信することに留意されたい。

上記実施形態におけるメモリ４６はモバイル・ノードの異なるグループについて電力効率モデルを格納したが、別の方法として、メモリ４６は個々のモバイル・ノードそれぞれについて電力効率モデルを格納することができることにも留意されたい。さらにネットワーク・ノード４０は、モバイル・ノード２０に関して上記で説明した方法とほぼ同様に、アップリンク方向、ダウンリンク方向、又はその両方でのデータ伝送について、帯域幅を選択することができる。

前述の変形及び修正に留意しながら、当業者であれば、モバイル・ノード２０の１つ又は複数の処理回路３０、或いは別の方法として、ネットワーク・ノード４０の１つ又は複数の処理回路５０が、一般に、（アップリンク又はダウンリンクのいずれかの方向での）データ伝送についての帯域幅を選択するために、図４に示された方法を実行することを理解されよう。図４では、１つ又は複数の処理回路３０、５０が、モバイル・ノード２０の電力効率構成を定義する制御設定の値を決定する（ブロック１００）。次に１つ又は複数の処理回路３０、５０は、データ伝送の異なる可能な帯域幅から、所与のデータ速度をサポートし、異なる可能な帯域幅についてモバイル・ノードの電力効率をモデル化する電力効率モデルに従って電力効率構成に適合する電力効率を引き出す、帯域幅を選択する（ブロック１１０）。

モバイル・ノード２０の電力効率は、データ伝送の帯域幅のみならず、伝送パラメータにも依存する場合があることに留意されたい。電力効率は、たとえば、変調形式、符号化方式、多重アンテナ技法、非連続受信（ＤＲＸ）又は非連続送信（ＤＴＸ）タイミング、搬送波の時間周波数領域内でのデータの割振り、或いは他のこうした伝送パラメータに関連して、データ伝送の帯域幅に依存することができる。したがっていくつかの実施形態では、データ伝送の帯域幅の選択は、所与のデータ速度をサポートし、電力効率構成に適合する電力効率を引き出す、帯域幅、組み合わせを含む、２つ又はそれ以上の伝送パラメータの異なる可能な組み合わせからの選択を伴うことができる。電力効率モデルは、前述の諸実施形態とほぼ同じように組み合わせの選択にも使用され、異なる可能な組み合わせについてモバイル・ノード２０の電力効率をモデル化することができる。

一実施形態では、たとえばデータ伝送の帯域幅は、データ伝送の帯域幅並びに変調及び符号化方式を含む、伝送パラメータの組み合わせを選択することによって選択される。データ伝送の変調及び符号化方式は、指定されたブロック誤り率（ＢＬＥＲ）又はそれ以下でのその方式或いは等価の手段で伝送されたデータ伝送を受信するために必要な、最低信号対雑音比（ＳＮＲ）に関連付けられるため、電力効率モデルは、伝送帯域幅及びＳＮＲの異なる可能な組み合わせの観点から、モバイル・ノード２０の電力効率をモデル化することができる。（したがって、以下の考察では、伝送帯域幅及びＳＮＲの組み合わせ要件の観点からの様々な例について、例示的な目的のためにのみ説明するが、当業者であれば、こうしたことが、あるＳＮＲ要件に関連付けられた帯域幅並びに変調及び符号化方式の組み合わせに言及するものであることを理解されよう。）

たとえば以下のように、モバイル・ノードの受信器２２の電力効率モデルは、受信されたデータ伝送の速度Ｒ_ｒと受信器２２によって消費された電力Ｐ_ｒとの比を含むものと仮定し、

上式でＲＰＲは受信器２２の速度対電力の比である。データ速度Ｒ_ｒ及び受信器の電力消費Ｐ_ｒは、どちらも以下で説明するように伝送帯域幅ＢＷ及びＳＮＲに関して表すことができる。

たとえば、受信器２２が、受信器フロントエンド（ＲＸ ＦＥ）２２ａ及び受信器バックエンド（ＲＸ ＢＥ）２２ｂとしてモデル化できると仮定する。この例でモデル化されたようなＲＸ ＦＥ ２２ａは、低雑音電力増幅器、下方変換ミキサ、ローカル発振器周波数合成器、及び、ＢＷ又はＳＮＲに依存しないものと仮定される電力消費特性を有する他のコンポーネントを含む。モデル化されたようなＲＸ ＢＥ ２２ｂは、チャネル・フィルタ、アナログ・デジタル変換器、及び、ＢＷ及びＳＮＲに線形的に依存するものと仮定される電力消費特性を有する他のコンポーネントを含む。これらの簡略化された仮定に基づき、受信器の電力消費Ｐ_ｒは以下のように表すことが可能であり、

上式で、Ｐ_ＦＥ（ワット）はＲＸ ＦＥ ２２ａによって消費される電力であり、Ｐ_ＢＥ（ワット／Ｈｚ）はＲＸ ＢＥ ２２ｂによって消費されるＨｚ及びＳＮＲ当たりの電力である。同様に、データ速度Ｒ_ｒは以下のようにモデル化できると仮定し、

上式で、ηは係数であり、近似値はＳＮＲ＞＞１を保つ。数式（１）、（２）、及び（３）を組み合わせると、ＢＷ及びＳＮＲに関してＲＰＲとしてモデル化された受信器２２の電力効率は、

を含み、上式で、ＲＰＲはジュール当たりのビット数で表される。

図５は、ＢＷ（１ＭＨｚから１００ＭＨｚまでを連続して掃引）及びＳＮＲ（１０ｄＢから４０ｄＢまでを連続して掃引）の異なる組み合わせについて正規化された、ＲＰＲ及びＲ_ｒのプロットを示す。図５はＢＷ及びＳＮＲの連続掃引に関するＲＰＲ及びＲ_ｒを示すが、実際には使用可能なＢＷ及びＳＮＲの範囲、並びにそれらの組み合わせは不連続となる。それでもなお、図５では、ＲＰＲは以下のようにＲＰＲ_ｎとして正規化されており、

上式で、Ｐ_０＝Ｐ_ＦＥ＋Ｐ_ＢＥ・ＢＷ_０・ＳＮＲ_０及びＲ_０＝η・ＢＷ_０・ｌｏｇ_２（ＳＮＲ_０）・ηは単位ビット／Ｈｚの定数であり、伝送構成のスペクトル効率を示す。さらに、この例では以下の値を仮定している。
ＢＷ_０＝１０ＭＨｚ、ＳＮＲ_０＝１００（２０ｄＢ）、Ｐ_ＦＥ＝５０ｍＷ、及びＰ_ＢＥ＝３０ｍＷ／ＢＷ_０／ＳＮＲ_０。

モバイル・ノードが図５のポイントＡ１で動作している例を考察してみる。ポイントＡ１でモバイル・ノードは、帯域幅が約８ＭＨｚであり、ＳＮＲ要件が約３７ｄＢである、データ伝送を受信する。この伝送パラメータの組み合わせで、モバイル・ノードは、Ｒ_ｒｎ＝１の正規化されたデータ速度、及びＲＰＲ_ｎ＝０．１の正規化された電力効率で、データを受信する。この例では、モバイル・ノードのデータ伝送に関連付けられたサービス品質に必要な最低データ速度は、実際には１ビット／秒であると仮定されるため、モバイル・ノードはそのデータ速度を低下させることはできない（少なくとも、そのサービス品質を維持することも伴う）。さらにモバイル・ノードは、最大電力効率構成で、すなわち正規化されたデータ速度が１を下回ることのない可能な最大電力効率で動作するように、構成されることも仮定される。

これらの仮定により、モバイル・ノードは、データ伝送の帯域幅ＢＷが増加し、そのＳＮＲ要件が低下した場合、その正規化されたデータ速度Ｒ_ｒｎを１未満に低下させる必要なしに、その正規化された電力効率ＲＰＲ_ｎを上昇させることが可能であることに、プロットから注目されたい。実際、モバイル・ノードがその正規化されたデータ速度Ｒ_ｒｎを１未満に低下させることを必要としない、帯域幅ＢＷ及びＳＮＲ要件の可能な組み合わせで、ポイントＤ（〜２０ＭＨｚ及び１０ｄＢ）でマークされるＢＷ及びＳＮＲ要件の組み合わせが最大の電力効率（ＲＰＲ_ｎ≒１．５）を引き出す。したがってモバイル・ノードは、ポイントＤでの組み合わせを選択し、これをポイントＡ１での現行の組み合わせと比較して、帯域幅ＢＷを増加させ、ＳＮＲ要件を低下させる（たとえば、符号化方式を変更し、変調の次数を下げることによって）ための要求を、ネットワーク・ノード４０に送信する。このプロセスは、１つ又は複数の割振り要求時間間隔の間続行されるため、結果としてモバイル・ノードの伝送パラメータの組み合わせは、Ｒ_ｒｎ＝１の線に沿ってポイントＡ１からポイントＤに向かって移動する。

しかしながらこの例では、たとえばシステム１０がその容量に近付いているために、ネットワーク・ノード４０が、ポイントＣ（〜１０ＭＨｚ）で帯域幅ＢＷの増加に関するモバイル・ノードの要求を拒否するものと仮定される。モバイル・ノードは、サービス品質によって要求される最低データ速度、すなわちＲ_ｒｎ＝１で、データ伝送をすでに受信しているため、モバイル・ノードは、サービス品質（及びシステム１０）によって許可される最大電力効率に達している。

次に、モバイル・ノードがポイントＡ１ではなくＡ２での動作を開始した場合を考えてみる。ポイントＡ２で動作すると、モバイル・ノードは正規化されたデータ速度、Ｒ_ｒｎ＝１．５でデータを受信するが、これはサービス品質に必要なＲ_ｒｎ＝１の最低データ速度よりも上である。したがって一実施形態では、モバイル・ノードは初期に、正規化されたデータ速度Ｒ_ｒｎ＝１．５を妥協する必要なく、正規化された電力効率ＲＰＲ_ｎを増加させる試行において、ポイントＥでのＢＷ及びＳＮＲの組み合わせを選択する。もちろんこれは、モバイル・ノードをポイントＡ２からポイントＢ（〜１０ＭＨｚ）へと移動させることに成功しており、その結果、ネットワーク・ノード４０は、帯域幅ＢＷの増加に関するモバイル・ノードの要求を拒否する。

モバイル・ノードが、現行のデータ速度に妥協する必要なく最高の電力効率に到達することを試行する「欲張り」構成で構成されている場合、モバイル・ノードはその構成によって許可される最高の電力効率に到達することになる。しかしながらこの例では、モバイル・ノードは最大電力効率構成で構成されており、より高い電力効率を達成するために、データ速度をサービス品質に必要な最低データ速度まで下げることができる。したがって、ここでモバイル・ノードは、ポイントＣでの組み合わせを選択し、これは（１）ネットワーク・ノード４０によって許可される最大帯域幅割振り、及び（２）サービス品質に必要な最低データ速度が与えられた場合、最大の電力効率を引き出す組み合わせである。ポイントＣで選択された組み合わせとポイントＢでの現行の組み合わせを比較し、モバイル・ノードは、帯域幅割振りを維持し、ＳＮＲ要件を低下させるための要求を、ネットワーク・ノード４０に送信する。このプロセスは１つ又は複数の割振り要求時間間隔の間続行されるため、結果としてモバイル・ノードの伝送パラメータの組み合わせは、ポイントＢからポイントＣに向かう線に沿って移動する。ポイントＣで、モバイル・ノードは、サービス品質（及びシステム１０）によって許可される最大電力効率に達している。

上記の例は、電力効率モデルが、システム１０の容量を節約するためにデータ伝送について選択できる可能な帯域幅を制限しなかった旨の仮定に基づいたものであることに留意されたい。すなわち、モデルは可能な帯域幅を１０ＭＨｚ又はそれ未満に制限しなかったため、この例でモバイル・ノードは、初期にポイントＥ（システムの容量を考慮に入れないポイント）を選択した。しかしながらいくつかの実施形態では、電力効率モデルは実際に、システム１０の容量を節約するためにデータ伝送について選択できる可能な帯域幅を制限することができる。その後、この例では、モデルは可能な帯域幅を１０ＭＨｚ又はそれ未満に制限することになり、結果としてモバイル・ノードは代わりにポイントＣを選択することができる。

さらに、上記の例では、ダウンリンク方向に送信されるデータ伝送についての帯域幅の選択を実証するために、モバイル・ノードの受信器２２の電力効率モデルについて説明した。しかしながら、アップリンク方向に送信されるデータ伝送についての帯域幅の選択を実証するために、ほぼ同じ方法でモバイル・ノードの送信器２８の電力効率モデルについて説明することができる。たとえばモバイル・ノードの送信器２８は同様に、送信器フロントエンド（ＴＸ ＦＥ）２８ａ及び送信器バックエンド（ＴＸ ＢＥ）２８ｂとしてモデル化することができる。したがって、送信器の電力消費Ｐ_ｔは、受信器の電力消費Ｐ_ｒに関して上記で説明されたと同様の数式を使用して表すことができる。したがって同業者であれば、前述の説明が単に例示的なものであって、モバイル・ノードの受信器２２に限定されるものでないことを理解されよう。

さらに前述の考察の多くは、モバイル・ノード２０が１つの受信器及び／又は送信器チェーンのみを含むものと仮定している。ＭＩＭＯが採用される場合、図１に示された機能ブロックのいくつかは、各受信器及び／又は送信器に対して重複可能である。したがって、使用される特定のＭＩＭＯ方式は、モバイル・ノード２０の電力効率に劇的な影響を与えることができる。ＭＩＭＯ方式が経時的に変更可能であるという点で、事前符号化方式、空間多重化方式、及び／又はダイバーシティ符号化方式を定義するパラメータなどの、ＭＩＭＯ方式を定義するパラメータは、モバイル・ノード２０の電力効率にも影響を与えることになる。前述のように、電力効率モデルは、これらの伝送パラメータの異なる組み合わせについてモバイル・ノード２０の電力効率をモデル化し、電力効率構成に適合する電力効率を引き出す組み合わせを選択することができる。

当業者であれば、説明された様々な「回路」が、１つ又は複数のプロセッサによって実行された場合に前述のように実行する（たとえばメモリに格納された）ソフトウェア及び／又はファームウェアと共に構成された、１つ又は複数のプロセッサを含む、アナログ回路及びデジタル回路の組み合わせを言い表すことができることを理解されよう。これらのプロセッサ並びに他のデジタル・ハードウェアのうちの１つ又は複数を単一の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に含めることが可能であるか、或いは、いくつかのプロセッサ及び様々なデジタル・ハードウェアを、システム・オン・チップ（ＳｏＣ）に個別にパッケージング又はアセンブルされた、いくつかの別々のコンポーネント間に分散させることが可能である。

さらに本発明は、ＬＴＥシステム及びＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄシステムを参照しながら上記で説明したが、これに限定されるものではない。実際、システム１０は、ＣＤＭＡ２０００ベース・システム、ＨＤＲベース・システム、ＨＳＰＡベース・システムなどを含むことができる。さらに当業者であれば、本明細書で使用されるネットワーク・ノードという用語は、基地局、ノードＢ、ｅノードＢ、又は、モバイル・ノードに無線通信を提供するシステム１０内の他のノードを言い表すものであることを理解されよう。最後に、当業者であれば、本明細書で使用されるモバイル・ノードという用語は、携帯電話、或いは、無線ページャ、携帯情報端末、ラップトップ／パームトップ・コンピュータ、及び／又はこうしたコンピュータ用の無線アドイン・カードなどの、他のタイプの移動局を言い表すものであることを理解されよう。「ノード」という用語は、それだけでネットワーク・ノード又はモバイル・ノードのいずれかを言い表すものとすることができる。

これら及び他の変形及び拡張を念頭に置き、当業者であれば、前述の説明及び添付の図面が、無線通信システムにおける移動局によるデータ伝送のために伝送パラメータを決定するための、本明細書で教示された方法及び装置の非限定的な例を表すことを理解されよう。したがって本発明は、前述の説明及び添付の図面によって限定されるものではない。それに代わりに本発明は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (26)

1. モバイル・ノード（２０）とネットワーク・ノード（４０）との間で、前記モバイル・ノード（２０）の受信器（２２）によって消費される電力の観点からデータを効率的に伝送するための可変帯域幅無線通信システム（１０）において、ノード（２０、４０）によって実装される方法であって、
   前記モバイル・ノード（２０）の電力効率構成を定義する制御設定の値を決定すること（１００）と、
   前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から、所与のデータ速度をサポートし、前記異なる可能な帯域幅について前記モバイル・ノード（２０）の電力効率をモデル化する電力効率モデルに従って、前記電力効率構成に適合する電力効率を引き出す、帯域幅を選択すること（１１０）、を含み、
   前記電力効率は、前記モバイル・ノード（２０）の前記受信器（２２）が受信するデータのデータ速度に対する消費される電力量によって定義され、
   前記電力効率構成は、最大電力効率構成、欲張り構成、及び最高データ速度構成を含み、
   前記最大電力効率構成は、サービス品質によって要求される最低データ速度を下回ることなく、可能な最大の電力効率で動作する構成であり、
   前記欲張り構成は、現行のデータ速度を下回ることなく、可能な最大の電力効率で動作する構成であり、
   前記最高データ速度構成は、電力効率に関係なく、可能な最高のデータ速度で動作する構成であり、
   前記制御設定の値を決定することにより、前記最大電力効率構成、前記欲張り構成、または前記最高データ速度構成が定義される方法。
2. 制御設定の値を決定することが、前記モバイル・ノードの複数の事前に定義された電力効率構成のうちの１つを識別する前記モバイル・ノードのユーザから受信した入力の値を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から所与のデータ速度をサポートする帯域幅を選択すること（１１０）が、前記最大電力効率構成が定義された場合に、前記データ伝送に関連付けられたサービス品質によって要求される最低データ速度を少なくともサポートする帯域幅を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から所与のデータ速度をサポートする帯域幅を選択すること（１１０）が、前記欲張り構成が定義された場合に、前記データ伝送の現行のデータ速度をサポートする帯域幅を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 電力効率モデルに従って帯域幅を選択すること（１１０）が、前記無線通信システム（１０）の容量を節約するために前記データ伝送について選択可能な前記異なる可能な帯域幅を制限する電力効率モデルに従って、帯域幅を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から帯域幅を選択すること（１１０）が、前記データ伝送の前記帯域幅を含む２つ又はそれ以上の伝送パラメータの異なる可能な組み合わせから、前記所与のデータ速度をサポートし、前記電力効率構成に適合する電力効率を引き出す、伝送パラメータの前記組み合わせを選択することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記異なる可能な組み合わせを含む前記２つ又はそれ以上の伝送パラメータが、その方式で伝送されたデータ伝送を受信するために必要な信号対雑音比に関連付けられた変調及び符号化方式をさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記異なる可能な組み合わせを含む前記２つ又はそれ以上の伝送パラメータが、複数のアンテナを使用して前記データ伝送を受信するための技法をさらに含む、請求項６に記載の方法。
9. 前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から帯域幅を選択すること（１１０）が、異なる可能な搬送波から前記データ伝送のための搬送波を選択することを含み、前記異なる可能な搬送波のうちの少なくとも２つが異なる帯域幅を有する、請求項１に記載の方法。
10. 前記可変帯域幅無線通信システム（１０）がＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ無線通信システムを備え、前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から帯域幅を選択することが、前記データ伝送のためのいくつかのＬＴＥコンポーネント搬送波を選択することを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記方法が前記モバイル・ノード（２０）によって実装され、前記方法が、前記選択された帯域幅に基づいて前記データ伝送のためにリソースを割り振るための要求を、前記ネットワーク・ノード（４０）に送信することをさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記選択された帯域幅に基づいてリソースを割り振るための要求を前記ネットワーク・ノードに送信することが、現行のデータ伝送の前記帯域幅が前記選択された帯域幅より小さいか又は大きいかに基づいて、それぞれ前記帯域幅を増加又は減少させるための要求を、前記ネットワーク・ノードに送信することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記方法が前記ネットワーク・ノード（４０）によって実装され、前記方法が、それぞれが複数のモバイル・ノードのうちの１つに特有であるか、又はモバイル・ノードの複数のグループのうちの１つに特有である、複数の電力効率モデルをメモリに格納すること、及び、前記複数の電力効率モデルから、前記モバイル・ノードに特有であるか、又は前記モバイル・ノードを含むモバイル・ノードの前記グループに特有である、前記電力効率モデルを選択すること、をさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
14. 可変帯域幅無線通信システムのノード内で使用するため、及び、モバイル・ノード（２０）とネットワーク・ノード（４０）との間で、前記モバイル・ノード（２０）の受信器（２２）によって消費される電力の観点からデータを効率的に伝送するための、１つ又は複数の処理回路（３０、４０）であって、
    前記モバイル・ノードの電力効率構成を定義する制御設定の値を決定することと、
    前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から、所与のデータ速度をサポートし、前記異なる可能な帯域幅について前記モバイル・ノードの電力効率をモデル化する電力効率モデルに従って、前記電力効率構成に適合する電力効率を引き出す、帯域幅を選択すること、
    を実行するように構成され、
    前記電力効率は、前記モバイル・ノード（２０）の前記受信器（２２）が受信するデータのデータ速度に対する消費される電力量によって定義され、
    前記電力効率構成は、最大電力効率構成、欲張り構成、及び最高データ速度構成を含み、
    前記最大電力効率構成は、サービス品質によって要求される最低データ速度を下回ることなく、可能な最大の電力効率で動作する構成であり、
    前記欲張り構成は、現行のデータ速度を下回ることなく、可能な最大の電力効率で動作する構成であり、
    前記最高データ速度構成は、電力効率に関係なく、可能な最高のデータ速度で動作する構成であり、
    前記制御設定の値を決定することにより、前記最大電力効率構成、前記欲張り構成、または前記最高データ速度構成が定義される、１つ又は複数の処理回路。
15. 前記１つ又は複数の処理回路が、前記モバイル・ノードの複数の事前に定義された電力効率構成のうちの１つを識別する前記モバイル・ノードのユーザから受信した入力の値を決定することによって、制御設定の値を決定するように構成された、請求項１４に記載の１つ又は複数の処理回路。
16. 前記１つ又は複数の処理回路が、前記最大電力効率構成が定義された場合に、前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から、前記データ伝送に関連付けられたサービス品質によって要求される最低データ速度を少なくともサポートする帯域幅を選択するように構成された、請求項１４に記載の１つ又は複数の処理回路。
17. 前記１つ又は複数の処理回路が、前記欲張り構成が定義された場合に、前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から、前記データ伝送の現行のデータ速度をサポートする帯域幅を選択するように構成された、請求項１４に記載の１つ又は複数の処理回路。
18. 前記１つ又は複数の処理回路が、前記無線通信システムの容量を節約するために前記データ伝送について選択可能な前記異なる可能な帯域幅を制限する電力効率モデルに従って、帯域幅を選択するように構成された、請求項１４に記載の１つ又は複数の処理回路。
19. 前記１つ又は複数の処理回路が、前記データ伝送の前記帯域幅を含む２つ又はそれ以上の伝送パラメータの異なる可能な組み合わせから、前記所与のデータ速度をサポートし、前記電力効率構成に適合する電力効率を引き出す、伝送パラメータの前記組み合わせを選択することによって、前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から帯域幅を選択するように構成された、請求項１４に記載の１つ又は複数の処理回路。
20. 前記異なる可能な組み合わせを含む前記２つ又はそれ以上の伝送パラメータが、その方式で伝送されたデータ伝送を受信するために必要な信号対雑音比に関連付けられた変調及び符号化方式をさらに含む、請求項１９に記載の１つ又は複数の処理回路。
21. 前記異なる可能な組み合わせを含む前記２つ又はそれ以上の伝送パラメータが、複数のアンテナを使用して前記データ伝送を受信するための技法をさらに含む、請求項１９に記載の１つ又は複数の処理回路。
22. 前記１つ又は複数の処理回路が、異なる可能な搬送波から前記データ伝送のための搬送波を選択することによって、前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から帯域幅を選択するように構成され、前記異なる可能な搬送波のうちの少なくとも２つが異なる帯域幅を有する、請求項１４に記載の１つ又は複数の処理回路。
23. 前記可変帯域幅無線通信システムがＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ無線通信システムを備え、前記１つ又は複数の処理回路が、前記データ伝送のためのいくつかのＬＴＥコンポーネント搬送波を選択することによって、前記データ伝送の異なる可能な帯域幅から帯域幅を選択するように構成された、請求項１４から２２のいずれか一項に記載の１つ又は複数の処理回路。
24. 前記１つ又は複数の処理回路が、前記選択された帯域幅に基づいてリソースを割り振るための要求を、前記ネットワーク・ノードに送信するようにさらに構成された、請求項１４から２３のいずれか一項に記載の１つ又は複数の処理回路を含むモバイル・ノード。
25. 前記１つ又は複数の処理回路が、現行のデータ伝送の前記帯域幅が前記選択された帯域幅より小さいか又は大きいかに基づいて、前記帯域幅を増加又は減少させるための要求を、前記ネットワーク・ノードに送信することによって、前記選択された帯域幅に基づいてリソースを割り振るための要求を前記ネットワーク・ノードに送信するように構成された、請求項２４に記載のモバイル・ノード。
26. 前記ネットワーク・ノードが、それぞれが複数のモバイル・ノードのうちの１つに特有であるか、又はモバイル・ノードの複数のグループのうちの１つに特有である、複数の電力効率モデルを格納するように構成されたメモリをさらに含み、前記１つ又は複数の処理回路が、前記複数の電力効率モデルから、前記モバイル・ノードに特有であるか、又は前記モバイル・ノードを含むモバイル・ノードの前記グループに特有である、前記電力効率モデルを選択するように構成された、請求項１４から２３のいずれか一項に記載の１つ又は複数の処理回路を含むネットワーク・ノード。

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