JP6242387B2 - 協調マルチポイントダウンリンク送信のためのネットワークセントリックなリンク適応 - Google Patents

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Description

[相互参照]
本出願は、2009年6月12日に提出され本出願の譲受人に譲渡された“Network-Centric Link Adaptation for Coordinated Multipoint Downlink
Transmission”というタイトルの米国特許出願第12/483,603号の一部継続出願(CIP)であり、その開示は、ここで十分に説明されているかのように、全体として参照によりここに取り入れられる。
[発明の分野]
本発明は、一般に、無線通信ネットワークに関し、より具体的には、協調マルチポイント(CoMP)セルについてのダウンリンクリンク適応のネットワークセントリックなシステム及び方法に関する。
無線セルラ通信ネットワークがよく知られており、広く配備され、数百万もの加入者へモバイルの音声及びデータ通信を提供している。セルラネットワークでは、固定型の送受信機(基地局、NodeBなど)が、地理的エリア又はセル(ここで使用されるところによれば、セクタとの用語はセルと同義である)の範囲内の複数の加入者との双方向の無線通信を提供する。セルラ通信ネットワークの永遠の設計目標は、モバイル加入者へ高いデータレートで通信サービスを効率的かつ継続的にデリバリすることである。
HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access)及びUTRANのLTE(Long Term Evolution)といった多くの現代の無線通信プロトコルは、変化するリンク品質の下でダウンリンク通信のデータレートを最大化するために、リンク適応を利用する。リンク適応−本分野では適応変調及び符号化としても知られる−は、無線リンク条件を所与としてUEへ最大のレートをデリバリするために、変調法(例えば、QPSK、16−QAM、64−QAM)、FEC(Forward Error Correction)符号化における冗長レベル又は冗長度、並びに他の信号及びプロトコルのパラメータ、を動的に変更することによってデータレートを最大化させる技法である。リンク適応において、ネットワーク送受信機は、各UEへのダウンリンクチャネルの瞬間的な品質の推定に基づいて、変調技法及び符号化方式などの定義されるセットの中からの選択を行う。チャネル品質情報は、典型的には、UEによりレポートされ、UEにより測定され又は推定される信号対干渉及び雑音比(SINR:Signal to Interference and Noise Ratio)を含み得る。直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)では、UEに割り当てられる複数のサブキャリアにわたるSINRベクトルは、次の通りである:
SINR(t)=[SINR(k1;t) SINR(k2;t) … SINR(K;t)]
ここで、SINR(k;t)は、時刻“t”、サブキャリア“k”(k=k1,k2,…,K)におけるSINRである。
UEにより経験されるSINR(k;t)は、一般的に、UEへ送信される所望信号、同じサブセル内の他のUEへの送信からの干渉、他のサブセル内の他のUEへの送信からの干渉、及び熱雑音に依存する。従来型のリンク適応は、各UEが周期的にSINR(k;t)を測定し、測定結果がアップリンク上で例えばチャネル品質情報(CQI:Channel Quality Information)レポートにおいて−いくつもの送信時間インターバル(TTI:Transmission Time Intervals)の遅延と共に−ネットワークへレポートされる点で、UEセントリックなものとして説明されることができる。こうしたUEセントリックなリンク適応の重大な欠点は、パケット指向のセルラシステムにおいて、通常、自セル及び他セルの干渉がネットワーク送受信機でのスケジューリングに依存してあるTTIから次のTTIへと変化することである。それに応じて、UEによりレポートされるSINR(k;t)は、“d”を正の遅延として、SINR(k;t+d)の非常に劣悪な予測情報(predictor)となる。この劣悪な予測は、貴重な無線リソースの利用率低下をもたらし、システムの全体的なスペクトル効率を有意に減少させ得る。さらに、CQIレポートの頻度を増加させて“d”を短縮することでUEによりレポートされるSINR(k;t+d)の予測値を改善しようという試みは、アップリンクの輻輳及び干渉を増大させ、アップリンクデータを減少させる。
高速かつ正確なリンク適応を可能とするための、UEにより経験される瞬間的なSINRの正確な予測は、無線通信ネットワークの設計及び運用における主要な課題として存在する。
ここで開示され権利を請求される1つ以上の実施形態によれば、各CoMPセルコントローラにより、ネットワークセントリックなリンク適応処理が実行される。CoMPセルコントローラは、CoMPセル内のUEから少なくとも頻繁でないチャネル推定を受信し、当該UEにおけるダウンリンクチャネル品質及び熱雑音をそこから推定する。CoMPセルコントローラは、UEにおいて受信されるべき所望信号と、当該UEへの、CoMPセル内の他のUEへの送信により引き起こされるCoMPセル内干渉と、を認識している。CoMPセルは、他のCoMPセルによる送信により引き起こされるCoMPセル間干渉のレポートをUEから受信する。ダウンリンクチャネル品質、所望信号、CoMPセル内干渉、CoMPセル間干渉、及び熱雑音に基づいて、CoMPセルコントローラは、来たるべき送信期間(TTIなど)のために変調符号化方式及び他の送信パラメータを選択することにより、リンク適応を実行する。CoMPセルコントローラは、UEにとって既知のあるインターバルの期間中に、当該UEへサービス中のネットワーク送信機からの送信を行わないことにより、CoMPセル間干渉の推定を容易化(facilitate)してもよい。
無線通信ネットワーク内の協調マルチポイント(CoMP)セルの機能ブロック図である。 無線通信ネットワーク内の複数のCoMPセルの機能ブロック図である。 CoMPセルコントローラによるリンク適応の方法のフロー図である。 シミュレーション結果の2つのグラフを示している。
従来型のUEセントリックなリンク適応に伴う根本的な問題は、低速においてさえも、自セル干渉及び他セル干渉が1つのTTIから次のTTIへと動的に変化し得ることである。この素早い変化の主な理由は、時間分割多重アクセス(TDMA)スケジューリングである。TDMAスケジューリングにおいて、各セルは各リソースブロック(RB)を独立的にスケジューリングし、よって、1つのTTIにおいてセルは特定のRB上で送信を行うことを決定し、同じセルが次のTTIにおいてはそのRB上で送信を行わないことを決定し得る。複数の送信アンテナ及び高速な線形プリコーディングによって、各ネットワーク送信機から各RB上で送信される信号の、行列値をとる(matrix-valued)送信電力スペクトル密度(各ネットワーク送信機は、1つ以上の送信アンテナで構成され得る)もまた、各RB上でどのUEがスケジューリングされるかに依存して、1つのTTIから次のTTIへと変化し得る。
自セル干渉及び他セル干渉における高速な時間変動は、時刻“t”においてUEにより測定されるSINRと時刻“t+d”においてUEにより経験されるSINRとの間にしばしば大きなミスマッチが存在することを示唆する。このミスマッチは、転じて、希少な無線リソースの利用率低下をもたらし、システムの全体的なスペクトル効率を有意に減少させ得る。
LTEでは、典型的には、各セルにおいて各RB上に1つのユーザのみがスケジューリングされ;よって、自セル干渉は、通常は、LTEではゼロである。これは、LTEにおいてSINRの予測における誤差の支配的なソースが高速に変動する他セル干渉であること、を示唆する。
協調マルチポイント(CoMP)は、セル間干渉を最小化させる技術である。地理的に連続する複数のセル(サブセルという)がCoPセルを形成するように共にグルーピングされる。各CoMPセルは中央コントローラを有し、中央コントローラは、CoMPセル内のセル間干渉(ここでは、CoMPセル内干渉という)を予め決定される量以下に維持するように、自身を構成するサブセル内の送信を協調させる。CoMPセルコントローラは、セル内のユーザ機器(UE)との間の送信のスケジューリングを協調的に行い、及び/又は、信号処理技法を用いて能動的に干渉を抑圧する。
CoMP技術に関する追加的な情報が以下に提供されるであろう。具体的には、ここでは“CoMP”セル及び“サブセル”という用語が使用されているが、より最新のCoMP用語では、CoMPセルを“CoMP協働セット(cooperating set)”又は“CoMPクラスタ”といい、構成するセルを“サブセル”よりもむしろ単に“セル”という。この用語における変更は、ここで説明されるCoMPの機能性に影響しない。さらに、前の段落において説明したようなCoMP用語は、複数のサブセルを含む。いくつかの実施形態において、CoMPセルは、互いに異なるサイトに位置する基地局群を伴う地理的に連続する複数のセルを含んでよく、これを多くの場合“サイト間(inter-site)”CoMP技術という。他の実施形態において、CoMPセルは、共通するサイトに位置する基地局群を伴う地理的に連続する複数のセル(又はセクタ)を含んでよく、これを多くの場合“サイト内(intra-site)”CoMP技術という。よって、例えば、セルラーシステム内のサイトが各々120度をカバーする3つのセクタへと分割され、それらは3つの論理的に別個の基地局を伴う。ここで説明される多様な実施形態により、3つの及び/又は他のマルチセルの実施形態のいずれも包含される。また別の実施形態では、CoMPセルは、単一の基地局を伴う単一のセルから構成される。従って、以下の説明及び図1〜図4は、複数のサブセルを含み、又は単一の基地局と共に単一のサブセルからなるCoMPセルを含む、いかなるCoMP技術をも包含するものと解釈されるものとする。
図1は、協調マルチポイント(CoMP)セル12を示しており、CoMPセル12は、この例では、ここでサブセルという7つの従来型のセル14を含む。各サブセル14は、サブセル14内のモバイルUE18を含む加入者へ無線通信を提供する(基地局、NodeB又はアクセスポイントなどとしても知られる)ネットワーク送受信機16を含む。(NodeB又はeNodeBとしても知られる)CoMPセルコントローラ20は、CoMPセル内干渉を予め決定されるレベルを下回るように維持しつつ、選択されるUEへのデータレートを最大化するために、CoMPセル内のUE18への送信を協調させる。CoMPセルコントローラ20は、これを、スケジューリングを通じて、及び/又は、任意のUE18への2つ以上のネットワーク送受信機16からの重み付けされる送信を合成することによって達成し得る。
図2は、複数のCoMPセル12、22、24を含む無線通信ネットワーク10を示しており、その各々は複数のサブセル14を含む。CoMPセルコントローラ20は、単一のCoMPセル12内のCoMPセル内干渉を軽減することにおいて有効であるものの、概して隣接するCoMPセル22、24においてスケジューリングされる送信の知識を有しない。従って、CoMPセルコントローラ20には、他のCoMPセルからの干渉又はCoMPセル間干渉を推定する元となる情報が不足している。異なるCoMPセルの間で送信が協調的に行われないことから、上で説明したものと同じ、TDMAスケジューリングに関する欠陥、及び1つのTTIから次のTTIへの自セル干渉と他セル干渉との間の変動に関する欠陥もまた、それぞれ、CoMP内干渉及びCoMP間干渉に当てはまる。
図1及び図2は、そのうちの1つ以上が単一のサブセル14からなるCoMPセル12をも包含する。
CoMPセルコントローラ20においてチャネル状態情報(CSI)が利用可能なCoMPシステムでは、各CoMPセル12内のコントローラ20は、所与のTTIの期間中にSINR(k;t+d)に寄与する信号の大部分を正確に予測するために十分な情報を既に有する。CoMPセル12によりサービスされるUE18へのダウンリンクのチャネル状態情報から、CoMPセルコントローラ20は、各UE18により観測されることになる所望信号と、各UE18により観測されることになるCoMPセル内干渉とを容易に予測することができる。さらに、各UE18により観測される熱雑音及び平均CoMPセル間干渉の推定値が、UEによりCoMPセルコントローラ20へとレポートバックされ得る。これは、CoMPセルコントローラ20が正確なネットワークセントリックなリンク適応を実行することを可能とする。こうしたネットワークセントリックなリンク適応は、従来型のUEセントリックなリンク適応に比してダウンリンク性能を改善するのみならず、アップリンク上でのUE18によるチャネルレポーティングを削減する。
UEと表記される第1のUE18がCoMPセルゼロと表記される第1のCoMPセル12によりサービスされることを考慮されたい。UEが単一の受信アンテナを有すると仮定すると、UEにより受信される信号を、次のように表現することができる。
Figure 0006242387
そして、サブキャリア“k”及び時刻“t”においてUEにより観測されるSINR(k;t)は、次のように表現され得る。
Figure 0006242387
CoMPセル12において、CoMPセルコントローラ20は、CoMPセル12によりサービスされる全てのUE18への全てのダウンリンクチャネルを認識している。よって、CoMPセルコントローラ20は、UE18からの遅延の付随する測定結果及びレポートに依拠するよりも良好な正確さで、式(1)内の多様な数量を推定することができる。
特に、CoMPセルコントローラ20は、自身がサービスするUE18へのダウンリンクのチャネル品質を認識している(又は少なくとも推定する)ため、品質H(k;t)は既知となる。CoMPセルコントローラ20は、自身のCoMPセル内の他のUE18をも認識しているため、量S(k;t)は既知であり、σ (k;t)も同様である。各UE18における熱雑音の分散は時間及び周波数にわたって一定であり、よって、CoMPセルコントローラ20は、N(k;t)を容易に取得し又は推定することができるものと安全に想定することができる。
式(1)のCoMPセルコントローラ20にとって未知の部分は、他のCoMPセル22、24による送信に起因するUEから見た干渉のみである。異なるCoMPセル12、22、24が独立的に動作するものとすると、CoMPセル12、22、24のどの1つもこの情報を取得することができない。前に議論したように、このCoMPセル間干渉は、非常に素早く変化し得る。
1つの実施形態において、各UE18は、全てのサブキャリアにわたるCoMPセル間干渉の電力の平均を計算し、自身のサービングCoMPセルコントローラ20へ、CoMPセル間干渉の電力についてのただ1つの周波数非依存の平均値をレポートする。CoMPセル間干渉のその観測される(サブキャリア及び時間にわたって平均される)平均電力をUE18がネットワークへレポートする仕組みが、関連するネットワークプロトコルの拡張によって定義されてもよい。ネットワークプロトコルの拡張は、各UE18によってそのサービングCoMPセルコントローラ20へそうしたレポートがどういった頻度で送信されるべきかをも定義してもよい。そのレポートされる量は周波数非依存であるため、ネットワークセントリックなリンク適応を実装するために要するフィードバックの量は、従来型のUEセントリックなリンク適応を実装するために必要とされるフィードバックの量よりも有意に少ない。いくつかの実施形態において、実践的な実装は、UE18にCoMPセル内干渉及び熱雑音の合計をレポートさせてもよい。
図3は、複数のネットワーク送受信機16を含む第1のCoMPセル12のコントローラ20により実行される、第1のUE18についてのネットワークセントリックなリンク適応を実行する方法100を示しており、各ネットワーク送受信機16は、それぞれのサブセル内のUE18へサービスしている。方法100は、例えばTTIごとに1回といった予め決定される期間で反復され、その期間にわたってリンク適応が実行される。CoMPセルコントローラ20は、第1のCoMPセル20内の第1のUE18への送信を行うようにスケジューリングされた1つ以上のネットワーク送信機16と第1のUE18の受信アンテナとの間のダウンリンクチャネルを判定する(ブロック102)。これは、関連するネットワーク送信機16により送信されるリファレンス又はパイロットシンボルに基づくUE18によるチャネル状態情報(CSI)又は類似のレポートからの結果であり得る。
CoMPセルコントローラ20は、第1のUE18において受信されるべき所望信号であって、例えばネットワーク12により受信される適切に変調され符号化されたデータパケットといった所望信号を判定する(ブロック104)。CoMPセルコントローラ20は、第1のCoMPセル12における他のUE18への送信により引き起こされる、第1のUE18への干渉をも判定する(ブロック106)。多くのケースで、CoMPセルコントローラ20は、他のUE18へ現れる干渉を同時に最小化しつつ、選択されるUE18へのデータレートを最大化するために、洗練された信号処理アルゴリズムを利用して、異なるネットワーク送信機16からの送信を重み付けする。従って、CoMPセルコントローラ20は、CoMPセル内干渉の結果としていかなる所与のUE18に現れる干渉をも一意に認識している。
CoMPセルコントローラ20は、さらに、第1のUE18において観測される熱雑音を判定する(ブロック108)。各UE18における熱雑音の分散は時間及び周波数にわたって一定であるため、熱雑音は、UE18からの相対的に頻繁でないレポートに基づいて正確に推定され得る。さらに、UE18は、周波数にわたって熱雑音の測定結果を平均してもよく、それにより必要なレポートの回数が削減され、よってアップリンク帯域幅が保全される。
最後に、CoMPセルコントローラ20は、第1のUE18から、1つ以上の他のCoMPセル22、24からの干渉の指標を受信する(ブロック110)。1つの実施形態において、UE18による合計のCoMPセル間干渉の測定は、ある既知のインターバルの期間中にCoMPセルコントローラ20が自身のネットワーク送受信機16のいずれからもシンボルを送信しないことによって容易化される。そうしたインターバルの間、UE18により受信される全ての信号は、他のCoMPセル22、24からのものとなる。1つの実施形態において、UE18は、複数のサブキャリアにわたってCoMPセル間干渉を平均し、よって、従来型のUEセントリックなリンク適応の方法と比較して、そのアップリンクレポーティングは有意に削減される。
ダウンリンクチャネル品質、所望信号、CoMPセル内干渉、CoMPセル間干渉、及び熱雑音に基づいて、CoMPセルコントローラ20は、予め決定される次の送信期間(例えばTTI)の期間中のCoMPセル12による第1のUE18への送信に適用されるべき、変調符号化法及び他の送信パラメータを判定することにより、第1のUE18についてのリンク適応を実行する(ブロック112)。そして、方法100は、予め決定される次の送信期間について、(例えばブロック108など、必ずしも全てのステップが各繰り返しにおいて新たに実行されることになるわけではないが)繰り返される。
図4は、従来型のUEセントリックなリンク適応の性能を、ここで開示した本発明のネットワークセントリックなリンク適応と比較するために行ったシステムレベルのシミュレーションの結果をグラフ化している。シミュレーション環境としては、各々3つのセクタを含む7つのサブセル、即ちCoMPセル12ごとに別個に制御可能な21個のネットワーク送受信機16、を伴うCoMPシステムにおけるダウンリンク送信を構成した。シミュレーションにおけるネットワーク送受信機16のサイト間の距離は、500メートルであった。各ネットワーク送受信機16は、4つの送信アンテナを有し、各UE18は、2つの受信アンテナを有する。
ネットワーク送受信機16ごとに2ユーザという平均の負荷を課し、シミュレーションは、2つの異なるリンク適応のアプローチ−UEセントリック及びネットワークセントリック−について、全体的なスペクトル効率及びセルエッジビットレートを計算した。図4が描いているように、ネットワークセントリックなリンク適応は、UEセントリックなリンク適応よりもスペクトル効率(Hz別、セル別でのビット毎秒によって測定されたスループット)が約50%高いという結果となった。同様に、ネットワークセントリックなリンク適応は、UEセントリックなリンク適応よりも90%高いセルエッジビットレートを達成可能であるという結果となった(大部分のCoMPセル間干渉は、CoMPセルのエッジのサブセルにて生じる)。
これらシミュレーション結果は、リンク適応のためのネットワークセントリックなアプローチについてのダウンリンク効率における明白な有利性を示している。追加的に、UE18によるCQIレポーティングの削減と、CoMPセル間干渉のレポーティングの(レポートが複数のサブキャリアにわたって平均されることによる)削減とによって、アップリンクも恩恵を受ける。このアップリンクの“オーバヘッド”の削減は、限りあるアップリンク帯域幅がデータ送信に割り当てられることを可能とする。
本発明は、当然ながら、発明の本質的な特徴から逸脱することなく、ここで具体的に説明されたものとは別の手法で遂行されてもよい。本実施形態は、あらゆる観点で例示的であって限定的ではないものとして見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲の意味及び均等の範囲内に入る全ての変更は、そこに包含されることが意図される。

Claims (14)

  1. 単一のセル内の複数のユーザ機器(UE)に各々がサービスする複数のネットワーク送受信機で構成される第1の協調マルチポイント(CoMP)協働セットのコントローラにより実行される、第1のUEのためのネットワークセントリックなリンク適応の方法であって、
    前記第1のCoMP協働セット内の前記複数のネットワーク送受信機のうちの1つ以上のネットワーク送信機と前記第1のUEとの間のダウンリンクチャネル品質を判定することと、
    前記第1のUEにおいて受信されるべき所望信号を判定することと、
    前記第1のCoMP協働セットにおける他のUEへの送信により引き起こされる、前記第1のUEへの干渉を判定することと、
    前記第1のUEにおいて観測される熱雑音を判定することと、
    前記ダウンリンクチャネル品質、前記所望信号、CoMP協働セット内の前記干渉、及び前記熱雑音に基づいて、前記第1のUEについてリンク適応を実行することと、
    を含む方法。
  2. 1つ以上の他のCoMP協働セットからの干渉の指標を、前記第1のUEから受信すること、をさらに含み、前記第1のUEについてリンク適応を実行することは、CoMP協働セット間の干渉にも基づいてリンク適応を実行すること、をさらに含む、請求項1の方法。
  3. 他のCoMP協働セットからの干渉の指標を受信することは、前記第1のCoMP協働セット内のどのネットワーク送受信機もシンボルを送信していない時に前記第1のUEにより観測される干渉の指標、を受信すること、を含む、請求項2の方法。
  4. 他のCoMP協働セットからの干渉の指標を前記第1のUEから受信することは、他のCoMP協働セットからの干渉の周波数非依存の指標を受信すること、を含む、請求項2の方法。
  5. 他のCoMP協働セットからの干渉の周波数非依存の指標を受信することは、サブキャリア及び時間にわたって平均された、他のCoMP協調セットからの観測された干渉の指標を受信すること、を含む、請求項の方法。
  6. 他のCoMP協働セットからの干渉の指標を前記第1のUEから受信することは、他のCoMP協働セットからの干渉及び熱雑音の指標を前記第1のUEから受信すること、を含む、請求項2の方法。
  7. 前記第1のUEについてリンク適応を実行することは、サブキャリア“k”及び時刻“t”における前記第1のUEについての信号対干渉及び雑音比(SINR)を、
    Figure 0006242387
    請求項2の方法。
  8. 協調マルチポイント(CoMP)セルコントローラであって、
    CoMP協働セットの単一のセル内の複数のユーザ機器(UE)に各々が無線通信を提供する前記CoMP協働セット内の複数のネットワーク送受信機、への通信インタフェースと、
    予め決定される量を下回る前記CoMP協働セット内の他のUEへの干渉を生み出しつつ、選択されるUEへのデータレートを最大化するために、前記複数のネットワーク送受信機のうちの単一のネットワーク送受信機へ送信パラメータを通信するように動作可能なコントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、
    1のCoMP協働セット内の1つ以上のネットワーク送信機と前記第1のUEとの間のダウンリンクチャネル品質を判定し、
    前記第1のUEにおいて受信されるべき所望信号を判定し、
    前記第1のCoMP協働セットにおける他のUEへの送信により引き起こされる、前記第1のUEへの干渉を判定し、
    前記第1のUEにおいて観測される熱雑音を判定し、
    前記ダウンリンクチャネル品質、前記所望信号、CoMP協働セット内の前記干渉、及び前記熱雑音に基づいて、前記第1のUEについてリンク適応を実行する、
    ことによりリンク適応を実行するようにさらに動作可能である、
    コントローラ。
  9. 前記コントローラは、1つ以上の他のCoMP協働セットからの干渉の指標を、前記第1のUEから受信する、ようにさらに動作可能であり、前記コントローラは、CoMP協働セット間の干渉にも基づいて、前記第1のUEについてリンク適応を実行する、ように動作可能である、請求項8のコントローラ。
  10. 前記コントローラは、前記第1のCoMP協働セット内のどのネットワーク送受信機もシンボルを送信していない時に前記1のUEにより観測される、他のCoMP協働セットからの干渉の指標、を受信するように動作可能である、請求項9のコントローラ。
  11. 前記コントローラは、他のCoMP協働セットからの干渉の周波数非依存の指標を、前記第1のUEから受信する、ように動作可能である、請求項9のコントローラ。
  12. 前記コントローラは、サブキャリア及び時間にわたって平均された、他のCoMP協調セットからの干渉の周波数非依存の指標を、前記第1のUEから受信する、ように動作可能である、請求項11のコントローラ。
  13. 前記コントローラは、他のCoMP協働セットからの干渉及び熱雑音の指標を、前記第1のUEから受信する、ように動作可能である、請求項9のコントローラ。
  14. 前記コントローラは、サブキャリア“k”及び時刻“t”における前記第1のUEについての信号対干渉及び雑音比(SINR)を、
    Figure 0006242387
    請求項9のコントローラ。
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