JP5770861B2 - 基地局がアンテナ・アレイを有する無線システムにおける電力割当て - Google Patents

Description

諸実施形態は、基地局が比較的大型のアンテナ・アレイを有する多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線システムにおける電力割当てに関する。

時分割二重化（ＴＤＤ）多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線システムは、無線通信の進歩の代表例である。ＭＩＭＯシステムでは、無線リンクの送信端および／または受信端で２つ以上のアンテナを用いる。これら複数のアンテナにより、無線帯域幅および電力を一定に保ちながらデータ送信速度を改善する。

ＭＩＭＯ送信機では、送出信号を複数のサブ信号に多重分離し、サブ信号を別々のアンテナから送信することによって、送出信号が複数のアンテナを使用して送信される。ＭＩＭＯでは、スループットを向上し、かつビット誤り率を低減するために複数の信号伝播経路を利用する。ＭＩＭＯ技法を用いると送信速度は、局所環境によっては直線的に増大する。

典型的なＴＤＤ無線システムでは、セルとして知られる比較的より狭い地理単位で組織された比較的広い地理領域にサービスを提供することができる。各セルは、移動ユーザとも呼ばれるｎ個の携帯電話またはユーザ機器などにサービスを提供する基地局を含む。全セル内のすべてのユーザ機器が、対応する基地局にパイロット信号を送る。各セル内でｎ個のユーザ機器が、関連付けられた基地局に直交パイロット信号ｖ_ｋ（ｋ＝１、…、ｎ）を送る。

知られているように、あるＭＩＭＯシステム内の基地局に結合されたアンテナの数が非常に多くなった場合、各基地局アンテナの受信器（例えば、そのアンテナに到達した信号を処理している可能性がある各アンテナに結合された電子機器）に必然的に存在する付加雑音により、システムの動作は事実上停止する。しかし、データ送信速度を増大することは、別々のセル内に置かれたユーザ機器に送信されるダウンリンク信号の汚染によって引き起こされるセル間干渉の故に、困難になる。

ダウンリンク信号の汚染は、別々のセルに位置するユーザ機器から基地局に到達するパイロット信号の汚染によって引き起こされる。

パイロット信号の汚染は、別々のセル内で基地局と関連付けられたユーザ機器でパイロット系列が再使用されることにより、不可避である。言い換えると、セル１内の基地局と関連付けられたｋ番目のユーザ機器がパイロットｖ_ｋを使用し、隣接するセル２内にセル２内の基地局と関連付けられたパイロットｖ_ｋをやはり使用するユーザ機器がある場合、セル１内の基地局からセル１内のｋ番目のユーザに送信されるダウンリンク信号が、基地局２からセル２内のｋ番目のユーザに送信されるダウンリンク信号と干渉する。

一実施形態は、無線ネットワーク内で送信電力を割り当てる方法を含む。この方法は、基地局が基地局と関連付けられた各能動ユーザ機器にダウンリンク信号を送信する電力を、ダウンリンク信号のそれぞれが別の能動ユーザと関連付けられ、基地局が、関連付けられた能動ユーザ機器にダウンリンク信号をそれぞれ異なる電力で送信できるように決定するステップを含む。この方法は、関連付けられたダウンリンク信号を基地局から能動ユーザ機器に、決定された電力で送信するステップをさらに含む。

一実施形態は、コントローラを有する基地局を含む。このコントローラは、基地局が基地局と関連付けられた各能動ユーザ機器にダウンリンク信号を送信する電力を決定するように構成され、その結果、それぞれのダウンリンク信号が別の能動ユーザと関連付けられ、基地局が、このダウンリンク信号を関連付けられた能動ユーザ機器にそれぞれ異なる電力で送信できるようになる。コントローラはさらに、基地局に結合された複数のアンテナを使用して、関連付けられたダウンリンク信号を能動ユーザ機器に決定された電力で送信するように構成される。

本発明は、本明細書で以下に示される詳細な説明および添付の図面により、いっそう完全に理解されよう。図面では、同じ要素が同じ参照数字で示され、図面は、例示としてのみ示され、したがって本発明を限定するものではない。

例示的な諸実施形態による多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線同報通信システムの一部分を示す図である。 例示的な諸実施形態による多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線同報通信システムの電力を割り当てる方法を示す流れ図である。 例示的な諸実施形態による多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線同報通信システムの電力を割り当てる方法を示す流れ図である。 例示的な諸実施形態による基地局を示す図である。

上記の図は、特定の例示的な諸実施形態で利用される方法、構造および／または材料の一般的な特徴を図示すると共に、以下の書かれた説明を補足するものであることに留意されたい。しかし、これらの図面は原寸に比例していなく、任意の所与の実施形態の正確な構造上および性能上の特徴を正確に反映していないことがあり、また例示的な諸実施形態に包含される価値または特性の範囲を画定または限定するものと解釈されるべきものではない。例えば、分子、層、領域および／または構造的要素の相対的な厚さおよび配置は、分かりやすくするために縮小または誇張されることがある。様々な図面で類似または同じ参照番号が使用されるのは、類似または同じ要素または特徴が存在することを示すためである。

例示的な諸実施形態は様々な修正形態および代替形態が可能であるが、これらの実施形態は図面に例示的に示されており、本明細書で詳細に説明される。しかし、例示的な諸実施形態を開示された特定の形態に限定する意図はなく、それとは反対に、例示的な諸実施形態は、特許請求の範囲に入るすべての修正形態、等価物、および代替形態を包含するものであることを理解されたい。図の説明全体を通して、同じ番号は同じ要素を指す。

例示的な諸実施形態をより詳細に論じる前に、いくつかの例示的な実施形態は、流れ図で示された処理または方法として説明されることに留意されたい。流れ図は、諸動作を順次処理として示すが、動作の多くは並行して、一斉に、または同時に実施することができる。加えて、動作の順序は並べ替えることができる。これらの処理は、その動作が完了したときに終了させることができるが、図に含まれていない追加のステップを有することもある。これらの処理は、方法、機能、手順、サブルーチン、サブプログラムなどに該当し得る。

以下で論じられる方法は、そのいくつかが流れ図によって示されているが、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはこれらの任意の組合せによって実施することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェアまたはマイクロコードで実施される場合、必要なタスクを実行するためのプログラム・コードまたはコード・セグメントは、記憶媒体などの機械またはコンピュータ可読媒体に記憶することができる。プロセッサ（１つまたは複数）が、必要なタスクを実行することができる。

本明細書で開示される特定の構造上および機能上の細部は、本発明の例示的な諸実施形態について説明することが目的の代表的なものにすぎない。しかし、本発明は、本明細書に示された諸実施形態だけに限定されると解釈されるべきではなく、多くの代替形態として具現化することができる。

第１、第２などの用語が、様々な要素を説明するために本明細書で用いられることがあるが、こうした要素がこれらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は単に、１つの要素を別のものと区別するために用いられるにすぎない。例えば、第１の要素が第２の要素と呼ばれることがあり、同様に、第２の要素が第１の要素と呼ばれることが、例示的な諸実施形態の範囲から逸脱することなくあり得る。本明細書では「および／または」という用語は、関連する列挙品目のうちの１つ以上のいずれかの、またはすべての組合せを含む。

ある要素が別の要素と「接続」または「結合」されていると言及される場合、その要素は別の要素と直に接続または結合されていることがあり、あるいは介在要素が存在することがあることを理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素と「直に接続」または「直に結合」されていると言及される場合には、存在する介在要素がない。要素間の関係を説明するのに用いられる他の語も同様に解釈されたい（例えば、「間の」に対し「直に間の」、「隣接する」に対し「直に隣接する」など）。

本明細書で用いられる術語は、特定の諸実施形態を説明することだけが目的であり、例示的な諸実施形態を限定するものではない。本明細書では、単数形「１つの（a）」、「１つの（an）」および「その（the）」は、それ以外の指示がない限り複数形もまた含むものである。「含む（comprises）」、「含んでいる（comprising）」、「含む（includes）」および／または「含んでいる（including）」という用語は、本明細書で用いられる場合、提示された特徴、完全体、ステップ、操作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップ、操作、要素、構成要素、および／またはこれらの群が存在すること、または追加されることを排除しないことをさらに理解されたい。

いくつかの代替実施態様では、示された機能／活動は、図に示された順序から外れて起こりうることにもまた留意されたい。例えば、連続して示された２つの図が、関連する機能／活動に応じて、実際には同時に実行されること、または場合により反対の順序で実行されることがある。

特に定義されていない限り、本明細書で用いられるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示的な諸実施形態が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。例えば一般に使用される辞書に定義されている用語は、関連技術の文脈におけるその意味と一致する意味を有すると理解されるべきであり、理想化された、または過度に正式の意味には、本明細書で明らかにそのように定義されていない限り、解釈されないことを理解されたい。

例示的な諸実施形態の各部分、および対応する詳細な説明は、ソフトウェアまたはアルゴリズムに関して、およびコンピュータ・メモリ内のデータ・ビットに対する動作の記号表現に関して提示される。これらの説明および表現は、それによって当業者がその製作品の実体を他の当業者に効果的に伝達するものである。本明細書でアルゴリズムという用語は、一般に用いられるのと同様に、所望の結果に至る首尾一貫した一連のステップであると考えられる。ステップとは、諸物理量の物理的操作を必要とするものである。通常これらの量は、必ずというわけではないが、記憶、転送、結合、比較、およびそれ以外の操作をすることができる光信号、電気信号、または磁気信号の形をとる。これらの信号をビット、値、要素、記号、特性、用語、番号などと呼ぶことが、それが一般的な用法という主たる理由で、場合により便利であることが分かっている。

以下の説明では、例示的な諸実施形態が活動を参照して説明され、プログラム・モジュールまたは機能処理として実施できる動作の記号表示（例えば、流れ図の形）には、特定のタスクを実行する、または特定の抽象データ型を実施すると共に、既存のハードウェアを使用して既存のネットワーク要素で実施することができるルーチン、プログラム、対象物、構成要素、データ構造などが含まれる。このような既存のハードウェアは、１つまたは複数の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路、利用者書込み可能ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）コンピュータなどを含み得る。

しかし、これらのすべておよび類似の用語は、適切な諸物理量と関連付けられるものであり、単にこれらの量に付けられた便利な標識にすぎないことを念頭に置かれたい。特に提示されていない限り、またはこの議論から明らかなように「処理する」、「計算する（computing）」、「計算する（calculating）」、「決定する」または「表示する」などの用語は、コンピュータ・システムまたは類似の電子計算デバイスの動作および処理を指し、このシステムまたはデバイスは、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内で物理量、電子量として表されたデータを操作すると共に、コンピュータ・システム・メモリもしくはレジスタ、または他のこのような情報記憶デバイス、送信デバイスもしくは表示デバイス内で物理量として同様に表される他のデータに変換する。

例示的な諸実施形態のソフトウェア実施態様は通常、何らかの形態のプログラム記憶媒体上で符号化され、あるいは何らかのタイプの伝送媒体を介して実施されることにも留意されたい。プログラム記憶媒体は、磁気媒体（例えば、フロッピー・ディスクもしくはハード・ドライブ）、または光媒体（例えば、コンパクト・ディスク読出し専用メモリ、すなわち「ＣＤ ＲＯＭ」）であることがあり、また読出し専用もしくはランダム・アクセスであることがある。同様に伝送媒体は、ツイスト・ペア線、同軸ケーブル、光ファイバ、または当技術分野で知られている他の何らかの適切な伝送媒体であり得る。例示的な諸実施形態は、これら任意の所与の実施態様によって限定されない。

本明細書で「ユーザ機器」（ＵＥ）は、顧客、移動設備車、移動局、移動ユーザ、携帯電話、加入者、ユーザ、遠隔局、アクセス端末、受信機などと同義と考えることができ、場合によって以下でそのように呼ばれることもあり、また無線通信ネットワーク内の無線資源の遠隔ユーザを表すことがある。

同様に本明細書で、「基地局」は、ノードＢ、拡張ノードＢ、基地送受信局（ＢＴＳ）などと同義と考えることができ、場合によって以下でそのように呼ばれることもあり、また無線通信ネットワーク内で携帯電話と通信し、携帯電話に無線資源を提供するトランシーバを表すことがある。本明細書で論じられるように基地局は、本明細書で論じられる方法を実施する機能に加えて、従来のよく知られた基地局に付随するすべての機能を有し得る。

図１は、例示的な諸実施形態による多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線同報通信システムの一部分を示す。例示的な諸実施形態は、一般的な意味において、図１の従来のＭＩＭＯシステムに関して説明される。図１のＭＩＭＯシステムでは、時分割二重化（ＴＤＤ）または周波数分割二重化（ＦＤＤ）を使用することがある。しかし、例示的な諸実施形態は、他のＭＩＭＯシステムならびに他の無線通信システムでも実施できることを理解されたい。

図１を参照すると、セル１０５−１および１０５−２は、アンテナ１２０−１および１２０−２をそれぞれ有する基地局１１５−１および１１５−２を含む。セル１０５−１はユーザ機器１１０−１、１１０−３、１１０−ｎを含み、セル１０５−２はユーザ機器１１０−２を含む。図１に示されるように、アンテナ１２０−１は、ダウンリンク信号をユーザ機器１１０−１に送信し、このダウンリンク信号はまた、ユーザ機器１１０−２へも伝播し得る。前述のように、アンテナ１２０−１からユーザ機器１１０−２に送信されるダウンリンク信号は、アンテナ１２０−２からユーザ機器１１０−２に送信される信号とのセル間干渉を引き起こすことがある。

図１と関連する例示的な諸実施形態、および次の式について論じる目的のために、セル１０５−１はｊ番目のセルであり、セル１０５−２はｌ番目のセルであるとする。さらに、図１と関連する例示的な諸実施形態、および次の式について論じる目的のために、ユーザ機器１１０−１は、ｊ番目のセル１０５−１に関してｋ番目の携帯電話であり、ユーザ機器１１０−２は、ｌ番目のセル１０５−２に関してｋ番目の携帯電話であるとする。さらに、ｊ番目のセル内のｋ番目の携帯電話と、ｌ番目のセル内のｋ番目の携帯電話とは、同じパイロット系列（例えば、ｖ_ｋ）を使用する。

図１に示されるように、アンテナ１２０−１から送信されユーザ１１０−１および１１０−２でそれぞれ受信されるダウンリンク信号は、それぞれ

および

として数式で表すことができる。ここでｐ_ｊｋは、ｊ番目の基地局（例えば、基地局１１５−１）がｊ番目のセル（例えば、セル１０５−１）内でｋ番目の携帯電話（例えば、ユーザ機器１１０−１）に送信するのに用いる電力であり、β_ｊｋｊは、ｊ番目の基地局（例えば、基地局１１５−１）とｊ番目のセル（例えば、セル１０５−１）内のｋ番目の携帯電話（例えば、ユーザ機器１１０−１）との間の遅いフェージング係数であり、β_ｊｋｌは、ｊ番目の基地局（例えば、基地局１１５−１）とｋ番目のセル（例えば、セル１０５−２）内のｋ番目の携帯電話（例えば、ユーザ機器１１０−２）との間の遅いフェージング係数である。

上記の式に基づいて、ｌ番目のセル（例えば、セル１０５−２）内のｔ番目のユーザ機器（例えば、ユーザ機器１１０−２）の信号対干渉比（ＳＩＲ）は、
式１：

となる。式１に基づくと、直感的に、電力ｐ_ｊｋが小さければ小さいほど、他のセル内のいずれかのユーザ機器に対してｊ番目の基地局によって引き起こされる干渉は小さくなる。しかし、ｐ_ｊｋがあまりに小さい場合には、ｊ番目のセル内のｋ番目のユーザ機器にｊ番目のセル内の基地局から送信されるダウンリンク信号が、そのダウンリンク信号をｋ番目のユーザ機器が使用するにはあまりに弱くなる。

ｌ番目のセル内でｋ番目のユーザ機器の最大可能データ送信速度は、次式とほぼ等しい。
式２：
Ｒ_ｌｋ≒ｌｏｇ（１＋ＳＩＲ_ｌｋ＋付加雑音）
知られているように、基地局が相対的に多数の基地局アンテナを含む場合、付加ノイズは相対的に小さくなり得る。したがって、式２は次式となる。
式３：
Ｒ_ｌｋ≒ｌｏｇ（１＋ＳＩＲ_ｌｋ）

知られている無線システムの性能尺度は、最良ユーザ機器のＮ％（例えば、Ｎ＝９５％）の中の最小データ送信速度である（例えば、ユーザ機器のＮ％の中の最小ＳＩＲ）。言い換えると、（１００−Ｎ）％の最悪ユーザ機器を除外し、残りＮ％のユーザ（例えば、ユーザ機器の９５％）の最小ＳＩＲを解析する。この速度は、ＳＩＲ_Ｎと表すことができる。例示的な諸実施形態では、ＳＩＲ_Ｎを最大化する（例えば、Ｎ個のユーザ機器が最小ＳＩＲを有する）基地局送信電力ｐ_ｌｋを選択する少なくとも１つの方法を提示する。

図２および図３に関して以下で説明される例示的な諸実施形態は、固定されたｋおよびｌ＝１、…、Ｌに対する最適電力ｐ_ｌｋを選択する方法を示す。Ｌは、無線ネットワーク内のセルの総数である。この方法はまた、Ｌ個のセル内のｊ番目（ｊ≠ｋ）のユーザ機器にも適用される。

係数β_ｊｋｌは徐々に変化し得る。その結果、係数β_ｊｋｌは、対応する基地局およびユーザ機器によって推定することができる。係数β_ｊｋｌは定期的に更新することができる。したがって、例示的な諸実施形態では、すべてのβ_ｊｋｌ、ｊ、ｌ＝１、…、Ｌ、がＬ個すべての基地局に提供されると想定する。

知られているように、基地局は、基幹送信媒体によって互いに接続することができる。したがって、各基地局は、対応する係数β_ｊｋｌを互いに送出して、それぞれの対応する係数β_ｊｋｌが無線ネットワーク内の他のすべての基地局に提供されるようにすることができる。さらに、基幹送信媒体は、各基地局が無線ネットワーク内の他の基地局とユーザ機器情報を交換できるようにする機構を形成する。例えば、送信電力ｐ_ｌｋおよびユーザ機器状態（例えば、能動または受動）を基幹送信媒体を介して交換することができる。

基幹媒体はまた、係数β_ｊｋｌを中央コントローラに送信し、割り当てられた電力ｐ_ｌｋを逆にコントローラから基地局に送信するのに使用することもできる。ネットワークは、ｎ個までのコントローラ（ｎはパイロット信号の長さ）を含むことができる。さらに、所与のｋに対し、すべてのｊについてｌ＝１、…、Ｌ（Ｌはセルの総数）である係数β_ｊｋｌを同一のｋ番目のコントローラに送信することができる。言い換えると、すべてのセル内で同じパイロット信号ｖ_ｋを共用するユーザである、ｋ番目のユーザ機器に対応する係数β_ｊｋｌは、ｋ番目のコントローラで集めることができる。

相対的に同じ時間に、係数β_ｊｋｌ、ｊ、ｌ＝１、…、Ｌ（ここでｌ≠ｋ）は、ｔ番目のコントローラで集めることができる。ｋ番目のコントローラは、以下で説明するように、Ｌ個のセル内のｋ番目のユーザの中で能動ユーザのＮ％を選択し、この能動ユーザに対する最適電力ｐ_ｋｌを計算することができる。次に、ｋ番目のコントローラは、これらの電力ｐ_ｋｌを対応する基地局に送信することができる。どの基地局もｋ番目のコントローラになり得ることに留意されたい。あるいは、ｋ番目のコントローラは、すべての基地局に接続された１つの別のユニットとして組織されることもある。いくつかの、またはすべてのコントローラは、同一のネットワーク・ユニットの中に結合されることがあることにも留意されたい。

例示的な諸実施形態では、ユーザ機器のＮ％でデータ速度を最大化する（例えば、ユーザ機器のＮ％が相対的に最良のＳＩＲを有する）。したがって、例示的な諸実施形態では、Ｌ個のセル内のｋ番目の各ユーザ機器を能動ユーザと受動ユーザに分割することがある。例えば、ｋ番目のユーザ機器でｐ_ｌｋ＝０である（例えば、ｌ番目の基地局がｋ番目のユーザ機器に現在送信していない）場合、ｌ番目のセル内のｋ番目のユーザ機器は、受動であると判定することができる。

図２は、例示的な諸実施形態による多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線同報通信システムにおいて電力を割り当てる方法を示す。図２に関して以下で説明される例示的な実施形態は、基地局コントローラについて説明される。しかし、例示的な諸実施形態はこれに限定されない。

図２を参照すると、ステップＳ２０５で、例えば、基地局（例えば、基地局１１５−１）に付属するコントローラ（例えば、以下で図４に関して説明されるコントローラ４１０）であるコントローラは、無線ネットワーク内の各基地局と関連付けられた能動ユーザ機器を特定する。例えば、前述のように、ｊ番目のセル内のｋ番目のユーザ機器（例えば、ユーザ機器１１０−１）は、ｐ_ｊｋ＝０である場合、受動であると判定され得る。それに反して、ｌ番目のセル内のｋ番目のユーザ機器（例えば、ユーザ機器１１０−２）は、ｐ_ｌｋ≠０である場合、能動であると判定され得る。

ステップＳ２１０で、コントローラは、対応する基地局と関連付けられたｋ番目の能動ユーザ機器に別々のセル内の基地局がダウンリンク信号を送信する電力を、それぞれのダウンリンク信号が別の能動ユーザと関連付けられ、基地局が、これら関連付けられた能動ユーザ機器にダウンリンク信号をそれぞれ異なる電力で送信できるように決定する。

例えば、図１を参照すると、コントローラは、セルｌ内のｋ番目のユーザ１１０−２が能動であると判定することができ、さらに、セルｌ内の基地局（例えば、基地局１１５−２）がこのユーザに送信するのに用いる電力ｐ＿｛ｌｋ｝を決定する。一方、ｊ番目のセル内のｋ番目のユーザ１１０−１は受動であり得る。

電力決定は、関連付けられた能動ユーザ機器に関連する電力を最大化すること、および別の基地局と関連付けられたユーザ機器への干渉を最小化することに基づくことができる。所与のユーザに対する信号対干渉比は、送信される関連付けられたダウンリンク信号と、同じパイロット系列を共用する別の基地局から送信されるダウンリンク信号とに基づくことができる。

信号対干渉比はまた、送信される関連付けられたダウンリンク信号に関連するフェージング係数と、別の基地局から送信されるダウンリンク信号に関連するフェージング係数とに基づくこともできる。

ダウンリンク信号を基地局が送信する電力を決定することはまた、最大信号対干渉比および最小信号対干渉比に基づいて変数を計算すること、およびこの変数に基づく制約を受ける電力の線形関数の最小電力解を求めることを含み得る。

上記の例のそれぞれは、図３に関して以下でより詳細に説明される。

図２に戻ると、ステップＳ２１５でコントローラは、能動ユーザ機器の数が所定の百分率以下であるかどうかを判定する。能動ユーザ機器の数が所定の百分率以下である場合、処理はステップＳ２２０に進む。そうでない場合、処理はＳ２２５に移動する。能動ユーザ機器の数が所定の百分率以下であるかどうかを判定することについては、上記でより詳細に説明されている。例えば、所定の百分率はＮ＝９５％であり得る。

ステップＳ２２０でコントローラは、各能動ユーザと関連付けられたダウンリンク信号をステップＳ２１０で決定された電力で送信する。例えば、ＭＩＭＯ無線システム（上述）において基地局１１５−１、１１５−２は、送出信号を多数のサブ信号に多重分離し、このサブ信号を別々のアンテナから送信することによって、多数のアンテナを使用して送出信号を送信する。ダウンリンク信号を送信することは当業者に知られており、簡潔にするためにこれ以上は説明しない。

ステップＳ２１５で、能動ユーザ機器の数が所定の百分率を超えているとコントローラが判定した場合、処理はＳ２２５に進む。ステップＳ２２５でコントローラは、決定された電力が最大である能動ユーザ機器を除外する。

例えば、コントローラは、関連付けられたユーザ機器のうちの１つ（例えば、ユーザ機器１１０−１）に対する送信電力をゼロ（０）に設定することができる。あるユーザ機器を除外する他の方法は当業者に知られており、簡潔にするためにこれ以上は説明しない。ユーザ機器が除外された後、処理はステップＳ２１０に戻る。

当業者には理解されるように、最大電力で送信されるダウンリンク信号が最も強い干渉を他のユーザ機器にもたらすので、電力が最大のユーザ機器を除外することによって、他のユーザ機器に対するＳＩＲの影響が相対的に最も大きく低減され得る。

図３は、例示的な諸実施形態による多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線同報通信システムにおいて電力を割り当てる方法を示す。

図３を参照すると、ステップＳ３０５でコントローラは、無線ネットワークの各セル内の各基地局と関連付けられた各能動ユーザに、ある一定の電力レベルを割り当てる。あるいは、コントローラは、ネットワーク内の基地局およびセルのどれかの部分集合の各能動ユーザに、ある一定の電力を割り当てることができる。例えば、各能動ユーザ機器１１０−１から１１０−２にはｐ_ｌｋ＝ｐ_ｊｋ＝Ｐを割り当てることができ、ここでＰは任意の定数である（例えば、Ｐ＝１）。

ステップＳ３１０でコントローラは、各基地局と関連付けられた各能動ユーザ機器について信号対干渉比（ＳＩＲ）を計算することができる。例えば、ＳＩＲは、前述の式１を用いて計算することができる。ステップＳ３１５でコントローラは、能動ユーザ機器の組について最小ＳＩＲ（Ｓ_ｍｉｎ）を計算することができる。Ｓ_ｍｉｎは、等価電力ｐ_ｌｋ＝Ｐを用いて計算することができる。したがって、最適（不等）電力ｐ_ｌｋを用いると、能動ユーザのＳＩＲは少なくともＳ_ｍｉｎにもなる。例えば、Ｓ_ｍｉｎは次のように計算することができる。
式４：
Ｓ_ｍｉｎ＝ｍｉｎ｛ＳＩＲ_ｌｋ、ｌ＝１、…、Ｋ｝

ステップＳ３２０でコントローラは、理想最大ＳＩＲ（Ｓ_ｍａｘ）を計算する。例えば、どのＳＩＲよりも大きいいかなるＳ_ｍａｘも、最適電力ｐ_ｌｋを用いて最も適切に得られる。例えば、Ｓ_ｍａｘは次式として計算することができる。
式５：
Ｓ_ｍａｘ＝１０００×Ｓ_ｍｉｎ

ステップＳ３２５で、コントローラは電力の線形関数を選択する。電力の線形関数は、設計上の選択決定である。例えば、電力の線形関数は、次式として選択することができる。
式６：
ｆ（ｐ_ｌｋ，…，ｐ_Ｋｋ）＝ｐ_１ｋ＋ｐ_２ｋ＋…＋ｐ_Ｋｋ
ここでＫは、同じパイロット系列ｖ_ｋを共用する能動ユーザの数である。

ステップＳ３３０で、コントローラはＳＩＲに基づいて変数ｓを計算する。ｓを計算する式は、設計上の選択決定である。例えば、ｓを計算する式は次式とすることができる。

式７：
ｓ＝（Ｓ_ｍａｘ−Ｓ_ｍｉｎ）／２
ステップＳ３３５でコントローラは、ステップＳ３２５で選択された、ｓおよび式１に基づく制約を受ける線形電力関数（例えば、式６）の最小電力解を求める。例えば、任意の線形プログラミング法（例えば、既知のシンプレックス法）を使用して、次の問題の解の実現可能性を調べることができる。
ｆ（ｐ_ｌｋ，…，ｐ_Ｋｋ）＝ｐ_１ｋ＋ｐ_２ｋ＋…＋ｐ_Ｋｋを次式に従って最小化せよ。
式８（式１に基づく）：

および
式９：
ｐ_ｌｋ≧０、ｌ＝１、…、Ｋ

ステップＳ３４０でコントローラが、ステップＳ３３５の最小電力解に対する解が見つかったと判定した場合、処理はステップＳ３４５に進む。そうでない場合、処理はステップＳ３５０に移動する。ステップＳ３４５で、コントローラはＳ_ｍｉｎをｓの値に設定し、処理はステップＳ３５５に移動する。ステップＳ３５０で、コントローラはＳ_ｍａｘをｓの値に設定し、処理はステップＳ３５５に移動する。ステップＳ３５５で、コントローラはＳ_ｍａｘ−Ｓ_ｍｉｎを計算し、Ｓ_ｍａｘ−Ｓ_ｍｉｎをある値と比較する。Ｓ_ｍａｘ−Ｓ_ｍｉｎがこの値よりも小さい場合、処理はステップＳ３６０に移動する。そうでない場合、処理はステップＳ３３０に戻る。

例えば、Ｓ_ｍａｘ−Ｓ_ｍｉｎが相対的に小さい場合、例えばＳ_ｍａｘ−Ｓ_ｍｉｎ＜０．５ｄＢである場合、処理は停止し、コントローラは見つかった電力

を使用し、そうでない場合は、この処理が繰り返される（例えば、処理はステップＳ３３０に戻る）。ステップＳ３６０でコントローラは、求められた最小電力と等しい電力を使用する。例えば、前記のステップＳ２０５の求められた電力は、ステップＳ３３５で求められた電力と等しい。

図２および図３は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線同報通信システムにおいて電力を割り当てる方法を示すが、例示的な諸実施形態はこれらの方法に限定されない。当業者には、例えば、図２および図３に関して上述したものからの代替の式および公式に基づいて電力を割り当てるための変形形態が理解されよう。

図４は、例示的な諸実施形態による基地局を示す。図４を参照すると、基地局４０５はコントローラ４１０を含む。コントローラ４１０は、図２および図３に関して上述した諸ステップを実施するように構成することができるプロセッサ（Ｐ）４２０を含む。アンテナ４１５は、例えば図２で示されたステップＳ２２０に関して上述した、関連付けられたダウンリンク信号を送信することができる。３つのアンテナ４１５が図示されているが、例示的な諸実施形態はこれに限定されない。例えば、時分割二重化（ＴＤＤ）多セル多ユーザ（ＭＩＭＯ）無線システムは、１００から４００以上のアンテナ４１５を含み得る。

図２〜４は、基地局コントローラに関連して多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線同報通信システムの電力を割り当てる方法および装置を示すが、例示的な諸実施形態はこれらに限定されない。例えば、別法として、無線同報通信システム内の各基地局は、無線同報通信システム内の各セルにわたって、添え字ｋが付くユーザ機器それぞれに電力割当ての決定を行うことができる。言い換えると、この基地局は、無線同報通信システム内のすべてのセルにわたって、ｋ番目のユーザのコントローラとして働くことになる。

さらに、別法として、無線同報通信システムに付属する中央ネットワーク要素またはコントローラは、その無線同報通信システムに付属するすべてのセル内の各ユーザ機器に対し電力割当ての決定を行うことができる。このような変更は、本発明から逸脱するものと見なされるべきではなく、当業者には理解されるものであり、このような修正形態のすべてが本発明の範囲内に含まれるものである。

本発明の諸代替実施形態は、コンピュータ・システムで使用するためのコンピュータ・プログラム製品として実施することができ、このコンピュータ・プログラム製品は、例えば、ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、または固定ディスクなどの手で触れることのできる、または非一時的データ記録媒体（コンピュータ可読媒体）に記憶された一連のコンピュータ命令、コード・セグメントまたはプログラム・セグメントであり、あるいはコンピュータデータ信号に埋め込まれ、この信号は、手で触れることのできる媒体を介して、または例えばマイクロ波もしくは赤外線である無線媒体を介して送信される。これら一連のコンピュータ命令、コード・セグメントまたはプログラム・セグメントは、上述の例示的な諸実施形態の方法の機能の全部または一部を構成することができ、また半導体、磁気、光もしくは他のメモリ・デバイスなどの揮発性または不揮発性の任意のメモリ・デバイスに記憶することもできる。

例示的な諸実施形態が詳細に図示され説明されたが、当業者には、特許請求の趣旨および範囲から逸脱することなく形態および細部の変更を諸実施形態に加え得ることが理解されよう。

このように本発明が説明されているが、本発明を様々に変更できることは明らかである。このような変更は、本発明から逸脱するものと見なされるべきでなく、このような修正形態のすべてが本発明の範囲内に含まれるものである。

Claims (10)

1. 無線ネットワークにおいて送信電力を割り当てる方法であって、
   １つの基地局と関連する各能動ユーザ機器に送信電力を割当てるステップと、
   前記基地局と関連する前記能動ユーザ機器の各々に対する信号対干渉比を計算するステップと、
   前記計算された信号対干渉比に基づいて、前記基地局が前記基地局と関連付けられた各能動ユーザ機器にダウンリンク信号を送信する電力を、前記ダウンリンク信号のそれぞれが別の能動ユーザ機器と関連付けられ、前記基地局が、ダウンリンク信号を前記関連付けられた能動ユーザ機器にそれぞれ異なる電力で送信できるように決定するステップと、
   前記関連付けられたダウンリンク信号を前記基地局から前記能動ユーザ機器に、前記決定された電力で送信するステップと
   を含む、方法。
2. 前記決定された電力が、前記関連付けられた能動ユーザ機器に関連する電力と、別の基地局と関連付けられたユーザ機器の信号対干渉比とに基づく、請求項１に記載の方法。
3. 前記信号対干渉比が、前記別の基地局から送信されるダウンリンク信号と、前記送信される関連付けられたダウンリンク信号とに基づく、請求項２に記載の方法。
4. 前記信号対干渉比が、前記送信される関連付けられたダウンリンク信号と、同じパイロット系列を共用する前記別の基地局から送信される前記ダウンリンク信号との間で改善される、請求項３に記載の方法。
5. 前記信号対干渉比が、前記送信される関連付けられたダウンリンク信号に関連するフェージング係数と、前記別の基地局から送信されるダウンリンク信号に関連するフェージング係数とに基づく、請求項３に記載の方法。
6. 

   であり、ここで
   ＳＩＲ_ｌｋが、ｌ番目のセル内のｋ番目のユーザ機器についての信号対干渉比であり、
   Ｋが、ｌ番目のセル内のｋ番目のユーザ機器と同じパイロット系列を共用する能動ユーザ機器の数であり、
   ｐ_ｌｋが、ｌ番目のセル内の前記ｋ番目のユーザ機器に対する送信電力であり、
   β_ｌｋｌが、ｌ番目のセルの送信アンテナと、ｌ番目のセル内の前記ｋ番目のユーザ機器との間のフェージング係数であり、
   ｐ_ｊｋが、ｊ番目のセル内のｋ番目のユーザ機器に対する送信電力であり、
   β_ｊｋｌが、ｊ番目のセルの送信アンテナと、ｌ番目のセル内の前記ｋ番目のユーザ機器との間のフェージング係数である、
   請求項５に記載の方法。
7. 基地局がダウンリンク信号を送信する電力を決定する前記ステップが、
   信号対干渉比の最大値および信号対干渉比の最小値に基づく変数を計算するステップと、
   前記変数に基づく制約を受ける線形電力関数の最小電力解を求めるステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
8. 

   ここで、ｐ_ｌｋ≧０、ｌ＝１、…、Ｋ
   の制約のもとで
   ｓ＝（ＳＩＲ_ｍａｘ−ＳＩＲ_ｍｉｎ）／２
   であり、ここで
   ｓが前記変数であり、
   Ｋが能動ユーザ機器の数であり、
   ｐ_ｌｋが、ｌ番目のセル内のｋ番目のユーザ機器に対する送信電力であり、
   β_ｌｋｌが、ｌ番目のセルの送信アンテナと、ｌ番目のセル内の前記ｋ番目のユーザ機器との間のフェージング係数であり、
   ｐ_ｊｋが、ｊ番目のセル内の前記ｋ番目のユーザ機器に対する送信電力であり、
   β_ｊｋｌが、ｊ番目のセルの送信アンテナと、ｌ番目のセル内の前記ｋ番目のユーザ機器との間のフェージング係数である、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記無線ネットワークと関連付けられた能動ユーザ機器の数がユーザ機器のしきい値百分率よりも大きい場合、決定された電力が最大である能動ユーザ機器を除外するステップ
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記ユーザ機器の前記百分率が、信号対干渉比が相対的に小さい能動ユーザ機器の数と、信号対干渉比が相対的に大きい能動ユーザ機器の数とに基づく、請求項９に記載の方法。

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