JP6499241B2 - セルラネットワークのセルに位置するユーザデバイスに無線リソースブロックを割り当てるためのコントローラ - Google Patents

Description

ここに記述される実施形態は、セルラネットワークのセルに位置するユーザデバイスに無線リソースブロックを割り当てるためのコントローラに関する。

高データレートの次世代ワイヤレスサービスに対処するために、マクロセルラセルは、全体システム容量と同様にスペクトル利用を増加させることを支援する、ピコセルおよびフェムトセルのようなより小さなサイズのセルに通常分割される。そのようなシステムでは、隣接セルは、高いスペクトル効率を達成するために同じ無線周波数を共有してもよい。しかし、これはセル間干渉（ＩＣＩ）を生じさせうる。

セル間干渉は、多数の配置されたスモールセルおよびそれらのカバーエリアの重複に起因して、将来のスモール基地局シナリオにおける特に重要な問題である。適切なリソース割り当て方法がなければ、セルエッジユーザＣＥＵ（すなわち、地理的カバーエリアのセルのエリアの端に近接して位置するユーザ）は、隣接するセルからのシビアな干渉を経験するかもしれず、エッジユーザスループットを著しく減少させ、そしてユーザ供給停止という結果になる。

ＩＣＩ問題を克服するための以前のアプローチは、主として合計容量の最大化に注目している。それによって、高スループットを有するセル中心ユーザＣＣＵ（すなわち、別のセルを備える境界に近接して位置しないユーザ）は、スペクトルリソースを割り当てるとき、より高い優先度が与えられる。それにもかかわらず、ユーザ公平性は、セル（ＣＥＵ）の境界でのユーザに関する信頼できるサービスを保証することができるように考慮される必要がある。

フラクショナル周波数繰り返し（ＦＦＲ）は、ＩＣＩ問題を対処するためのもう１つの技術である。ＦＦＲでは、ＣＥＵおよびＣＣＵのために割り当てられるチャネルの数（サブキャリアまたはリソースブロック）は、単一の隣接セルごとに独立して予め定められる。各セルはその後、それらのセルエッジユーザにチャネルの異なるサブセットを割り当てる。ＦＦＲでは、専用チャネルの部分は、良いセルエッジ性能を達成するためにセルエッジユーザ用に予約される。しかし、そのようにすると、低いスペクトル効率となり、これらのチャネルリソースが隣接セルのセル中心ユーザによって再利用されることができないので、全体のセルスループットが著しく減少する。一方、ソフト周波数繰り返し（ＳＦＲ）は、ＣＣＵおよびＣＥＵに関して異なるサブキャリア電力レベルを用いる。そこで、低い電力がＣＣＵに用いられ、高い電力がＣＥＵに用いられる。結果として、ＳＦＲは、ＦＦＲよりも高いスペクトル効率を達成する。

加えて、プロポーショナルフェア（ＰＦ）スケジューリングのような他の技術は、全てのユーザに少なくとも最低限レベルのサービスを許可する一方、全体のセルスループットを最大化するために提案されている。

ＰＦ、ＦＦＲおよびＳＦＲのような技術は、ユーザ公平性および統合された（aggregated）ユーザスループットの両方を考慮するが、提案されるアルゴリズムの大半は、セルエッジユーザのスループットを保証できない。それぞれのセルにおける各サブキャリアの送信電力は、ユーザの任意の組に関して最適に割り当てられるべきであることが望ましく、これらの技術を用いるときはそうではない。

従って、セルエッジユーザのスループットを保証することを支援するとともに、ユーザ間で無線リソースを適正に分配するための技術を提供する必要がある。

図１Ａは、実施形態を説明するのに用いられるセルラネットワークの例を示す。 図１Ｂは、図１Ｂに示されるユーザデバイスのそれぞれに関する支配的なダウンリンク隣接干渉セル（ＤＤＮＩＣ）をリスト化するテーブルを示す。 図２は、実施形態を実装するためにふさわしいアルゴリズムの例を示す。 図３は、図２の実施形態において実装されるステップのフローチャートを示す。 図４は、第２の実施形態に実装されるステップのフローチャートを示す。 図５Ａは、異なる電力レベルが、第２の実施形態に従うユーザデバイスとセルのうちの１つに位置する基地局との間の送信に用いられるセルラネットワークの例を示す。 図５Ｂは、図５Ａの中で示される異なる電力レベルが、ネットワークの隣接するセルに位置するデバイスのユーティリティにどのように影響を及ぼすかの例を示す。 図６は、第３の実施形態に実装されるステップのフローチャートを示す。 図７は、実施形態に従って方法の性能をシミュレートするために用いられるネットワークのモデルを示す。 図８Ａは、実施形態に従って方法を用いるとき、システムスループットのシミュレーションの結果を示す。 図８Ｂは、実施形態に従って方法を用いるとき、システムスループットのシミュレーションの結果を示す。 図９Ａは、実施形態に従って方法を用いるとき、平均のセルスループットのシミュレーションの結果を示す。 図９Ｂは、実施形態に従って方法を用いるとき、平均セルエッジユーザスループットのシミュレーションの結果を示す。 図１０Ａは、実施形態に従って方法を用いるとき、セルスループットのシミュレーションの結果を示す。 図１０Ｂは、実施形態に従って方法を用いるとき、セルエッジユーザスループットのシミュレーションの結果を示す。

第１の実施形態によれば、セルラネットワークのセルに位置するユーザデバイスに無線リソースブロックを割り当てる方法が提供され、前記セルは第１基地局を有し、前記方法は、前記第１基地局の範囲内にある複数のエッジユーザデバイスを識別し、前記エッジユーザデバイスは前記セルのエッジ領域に位置するユーザデバイスであり、前記複数のエッジユーザデバイスから、前記第１基地局が通信する予定である第１エッジユーザデバイスと、隣接するセルに位置する第２基地局と現在通信している第２エッジユーザデバイスとを識別し、前記第１エッジユーザデバイスと前記第１基地局との間の通信のためのリソースブロックを割り当てることによって、通信チャネルを前記第１エッジユーザデバイスに割り当て、割り当てられた前記リソースブロックは、前記第２エッジユーザデバイスと前記第２基地局との間の通信のために既に割り当てられるいくつかのリソースブロックと異なり、さらに前記第１エッジユーザデバイスに関して最も高い送信レートを提供するリソースブロックとして選択される。

いくつかの実施形態では、前記第２エッジユーザデバイスは、前記第１基地局の範囲内にありかつ隣接するセルに位置する基地局と現在通信している、識別された複数の第２エッジユーザデバイスの１つであり、前記第１エッジユーザデバイスと前記第１基地局との間の通信のために割り当てられるリソースブロックは、前記第２エッジユーザデバイスと前記第２基地局との間の通信のために既に割り当てられるいくつかのリソースブロックと異なり、さらに前記第１エッジユーザデバイスに関して最も高い送信レートを提供するリソースブロックとして提供されてもよい。

いくつかの実施形態では、前記第１エッジユーザデバイスは、前記第１基地局の範囲内にあり、かつ前記第１基地局が通信する予定である、識別された複数の第１エッジユーザデバイスの１つである。そのような実施形態では、方法は、各第１エッジユーザデバイスと前記第１基地局との間の通信のためにそれぞれリソースブロックを割り当てることによって、通信チャネルを前記第１エッジユーザデバイスのそれぞれに割り当てることを含んでもよく、前記第１エッジユーザデバイスのそれぞれに関し、割り当てられた前記リソースブロックは、前記第２エッジユーザデバイスと前記第２エッジユーザデバイスが現在通信している各基地局との間の通信のために既に割り当てられる問題となる前記ユーザデバイスに関して最も高い送信レートを提供するリソースブロックとして選択される。

いくつかの実施形態では、前記第１エッジユーザデバイスのそれぞれは、順に複数のリソースブロックが割り当てられる。いくつかの実施形態では、各第１ユーザデバイスに関し、前記リソースブロックが順に選ばれ、各ブロックは、前記第２エッジユーザデバイスと前記第２エッジユーザデバイスが現在通信している前記基地局との間の通信のために既に割り当てられるいくつかのリソースブロックと異なり、さらに前記第１エッジユーザデバイスに関する送信レートにおける最も大きな増加を提供するブロックとして選ばれる。

いくつかの実施形態では、前記第１デバイスのそれぞれ１つは、リソースブロックの同じ最小数が第１に割り当てられ、その後残りの利用可能なリソースブロックが、前記セルに関する最も高い送信をもたらすセルに位置するデバイスに割り当てられる。

いくつかの実施形態では、前記第２エッジユーザデバイスは、当該第２エッジユーザデバイスが現在通信している各基地局から受信した電力と、前記第１基地局から受信した前記電力との差分が所定の閾レベルよりも低いデバイスとして識別される。

第２の実施形態によれば、セルラネットワークにおけるユーザデバイスによって経験する干渉を軽減する方法が提供され、前記方法は、前記ユーザデバイスとセルを提供する第１基地局との間の通信のためのリソースブロックを割り当てることによって、前記ネットワークの前記セルに位置する第１ユーザデバイスに通信チャネルを割り当て、前記セルのエッジ領域に位置しかつ同じリソースブロックを用いる隣接するセルに位置する第２基地局と現在通信している、少なくとも１つの他のユーザデバイスを識別し、前記少なくとも１つの他のユーザデバイスでの送信によって引き起こされる前記干渉を低減するために、前記第１ユーザデバイスおよび前記第１基地局との間の送信の電力を調整することを具備する。

いくつかの実施形態では、前記第１ユーザデバイスと前記第１基地局との間の前記送信の電力は、複数のレベルを通じて変化する。各レベルに関して、性能基準が決定されてもよく、前記性能基準は、現在前記第１基地局の範囲内にある各ユーザデバイスの送信レートに基づく。前記方法は、前記性能基準に関する最良値となる電力レベルを選択することを具備してもよい。

いくつかの実施形態では、前記送信の電力は、最大値から最小値にインクリメントに変化する。各電力レベルでは、前記性能基準は、現在前記第１基地局の範囲内にある各ユーザデバイスの平均送信レートに少なくとも部分的に基づいて決定されてもよい。前記性能基準は、現在前記第１基地局の範囲内にある全てのユーザデバイスの最も低い送信レートを有するユーザデバイスの前記送信レートに少なくとも部分的に基づいて決定されてもよい。前記性能基準は、現在前記第１基地局の範囲内にある各ユーザデバイスの平均送信レートと、現在前記第１基地局の範囲内にある全てのユーザデバイスの最も低い送信レートを有するユーザデバイスの前記送信レートとの重み付け和を具備してもよい。

いくつかの実施形態では、各リソースブロックは、ＯＦＤＭシステムにおけるサブキャリアである。

第３の実施形態によれば、第１および第２の実施形態のステップを含む方法が提供される。

第４の実施形態では、セルラネットワークのセルに位置するユーザデバイスに無線リソースブロックを割り当てるコントローラが提供され、前記セルは第１基地局を有し、前記コントローラは、前記第１基地局の範囲内にある複数のエッジユーザデバイスを識別する手段と、前記エッジユーザデバイスは前記セルのエッジ領域に位置するユーザデバイスであり、前記複数のエッジユーザデバイスから、前記第１基地局が通信する予定である第１エッジユーザデバイスと、隣接するセルに位置する第２基地局と現在通信している第２エッジユーザデバイスとを識別する手段と、前記第１エッジユーザデバイスと前記第１基地局との間の通信のためにリソースブロックを割り当てることによって、通信チャネルを前記第１エッジユーザデバイスに割り当てる手段と、を含み、前記割り当てる手段は、前記第２エッジユーザデバイスと前記第２基地局との間の通信のために既に割り当てられるいくつかのリソースブロックと異なり、さらに前記第１エッジユーザデバイスに関して最も高い送信レートを提供する前記リソースブロックを選択する。

第５の実施形態によれば、セルラネットワークにおけるユーザデバイスと基地局との間の送信の電力を制御するコントローラが提供され、前記コントローラは、前記ユーザデバイスとセルを提供する第１基地局との間の通信に関するリソースブロックを割り当てることによって、前記ネットワークの前記セルに位置する第１ユーザデバイスに通信チャネルを割り当てる手段と、前記セルのエッジ領域に位置しかつ同じリソースブロックを用いる隣接するセルに位置する第２基地局と現在通信している、少なくとも１つの他のユーザデバイスを識別する手段と、前記少なくとも１つの他のユーザデバイスでの前記送信によって引き起こされる前記干渉を低減するために、前記第１ユーザデバイスおよび前記第１基地局との間の送信の前記電力を調整する手段と、を含む。

第６の実施形態によれば、第４および第５の実施形態両方の特徴を有するコントローラが提供される。

第７の実施形態によれば、コンピュータ上で実行される場合、前記コンピュータに第１、第２または第３の実施形態のいずれか１つに係る方法を実行させるコンピュータ実行可能な指示を含むコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

図１Ａは、基地局ＢＳ_１、ＢＳ_２およびＢＳ_３のそれぞれで提供される３つのセルＣ_１、Ｃ_２およびＣ_３を含むセルラネットワークのセクションを示す。コントローラ１は、各セルの基地局からそのセルに位置するユーザデバイスへの送信を調整するために用いられる。第１ユーザデバイスＵ_１ ^ｅは、セルＣ_１の端（エッジ）に位置し、そのセルの基地局ＢＳ_１と通信するためのチャネルを割り当てられる。第２ユーザデバイスＵ_２ ^ｅは、セルＣ_２に位置し、そのセルの基地局ＢＳ_２と通信するためのチャネルを割り当てられるとともに、第３ユーザデバイスＵ_３ ^ｅは、セルＣ_３に位置し、基地局ＢＳ_３と通信するためのチャネルを割り当てられる。

基地局ＢＳ_２が、セルＣ_１における基地局ＢＳ_１とユーザデバイスＵ_１ ^ｅとの間の通信のために割り当てられたものと同様の周波数でブロードキャストするとき、セルＣ_１およびＣ_２間の重複により、ユーザデバイスＵ_１ ^ｅは、第２セルＣ_２からの干渉を経験する可能性がある。同じことが第３ユーザデバイスＵ_３ ^ｅについて当てはまる。第２基地局ＢＳ_２によって用いられる周波数が、セルＣ_３における第３ユーザデバイスＵ_３ ^ｅと基地局ＢＳ_３との間の通信のために割り当てられたものと同様であるとき、第３ユーザデバイスＵ_３ ^ｅは干渉を経験する可能性がある。そのような経験を回避するために、適切なリソース割り当てメカニズムが要求される。

ここに記述される実施形態は、ユーザに無線リソースを適切に割り当てることによって、および／または、多重チャネルシステムにおいて適応的な電力割り当てを通して、ダウンリンク干渉を低減しようとするものである。各チャネルは、ＬＴＥ（登録商標）またはＷｉＭＡＸ（登録商標）システムでのリソースブロック（ＲＢ）、またはＯＦＤＭに基づくシステムでのサブキャリアであってもよい。以下では、用語「リソースブロック」は、チャネルまたは１つ以上のサブキャリアのグループを表わすことが理解されうる。

第１の実施形態は、ダウンリンクユーザ公平性を高めるとともに、セル間干渉を緩和し、エッジユーザ停止を回避するような方法で、無線リソースが割り当てられることが記述される。ここで、Ｍ個のセルにおけるユーザデバイスへのＮ個のリソースブロックＲＢの割り当ては、Ｍ行Ｎ列の行列Ｕによってモデル化される。行列Ｕの各成分は、ユーザデバイスに割り当てられる必要があるセルにおける利用可能なリソースブロックを表す。多重リソースブロックＲＢは、同じユーザデバイスＵＥに割り当てられる。各スモールセルは、利用可能なスペクトルを表すリソースブロック（ＲＢ）の有限数、および、地理的サービスエリアのセルのエリア内にランダムに分布されるユーザデバイス（ＵＥ）の数を有すると仮定する。

本実施形態では、ユーザ公平性および平均セルスループットの両方の観点から最適化されるリソース割り当てを決定するために、行列Ｕに基づいて動作することができるアルゴリズムを提供する。セルエッジユーザは、低いＳＩＮＲを有する傾向があり、隣接セルからの干渉を受ける可能性がよりありそうなので、エッジユーザ優先のスキームが用いられる。それによって、より良いユーザ公平性を達成するために、エッジユーザ（Ｕ^ｅ）は、中心ユーザ（Ｕ^Ｃ）よりもリソースブロックを割り当てるときに高い優先度が与えられる。

本実施形態では、２つ以上の隣接する基地局からのデバイスで受信される信号電力を比較することにより、エッジユーザデバイスは識別される。隣接セルからの干渉を受けやすいエッジユーザｉに対して、以下の条件が適用される。

ここで、Ｒｐ_ｉ ^ｉは、デバイスの現在提供中のセルからの受信電力であり、Ｒｐ_ｉ ^ｊは、隣接セルｊの基地局からの受信電力であり、γは、予め定義された閾値である。（セル中心ユーザにとって、逆が真になる、つまり、Ｒｐ_ｉ ^ｉ−Ｒｐ_ｉ ^ｊ≧γであることに留意する。）
さらに、Ｒｐ_ｉ ^ｉとＲｐ_ｉ ^ｊとの間の差分は、予め定義された閾値γよりも小さい場合、隣接セルｊがユーザｉに関する支配的ダウンリンク隣接干渉セル（ＤＤＮＩＣ）の１つであるということになる（すなわち、ｊ∈Ｕ_ｉ ^ｉｎｆ、Ｕ_ｉ ^ｉｎｆは、問題となるユーザデバイスに関するＤＤＮＩＣとして決定されるセルの集合である。）。隣接セルのどれがＤＤＮＩＣであるかを確証する上記方法が、ほんの一例としてここに提示される。当業者は、上述したもののほかに他の方法でも、例えばユーザのＳＩＮＲがある隣接セルからの干渉を備えるかどうかを決定することでも、どのセルがＤＤＮＩＣであるかを決定するために用いられ得ることを理解する。

本実施形態では、リソース割り当て制約は、リソースの最小数が各ユーザに割り当てられることを保証するために用いられ、それによって、各ユーザにサービスの最低レベルを提供する。制約は式２に示される。

ここで、ｒ_ｉは、ｉ番目のユーザデバイスに割り当てられるリソースブロックの数であり、σは、各ユーザに割り当てられるものとするリソースブロックの最小数である。σの値は以下のように得られる。

ここで、Ω_ｊがｊ番目（ｊ∈Ｍ）のセルのユーザの総数である一方、τは、全てのエッジユーザに等しく割り当てられうる利用可能なリソースブロックの総数である。τの値は、エッジユーザが別のエッジユーザのＤＤＮＩＣに位置する場合に異なるリソースまたはサブキャリアがそれらのエッジユーザに割り当てられなければならない条件を満たす必要がある。

各ユーザにσの値と等しいＲＢの数を割り当てた後、残っている利用可能なＲＢ（Ｎ−σ×Ω_ｊ）は、全セルスループットを増加させるために、比較的高いデータレートを有する中心ユーザに割り当てられる。

図１Ｂは、図１Ａの中で示されるシナリオに関するＤＤＮＩＣを示す。ここで、セルＣ_２は、エッジユーザＵ_１ ^ｅおよびＵ_３ ^ｅに関するＤＤＮＩＣであるとして決定され、エッジユーザＵ_１ ^ｅおよびＵ_３ ^ｅの両方は基地局ＢＳ_２の範囲内にある。その一方で、エッジユーザＵ_２ ^ｅは、それ自身のサービング基地局ＢＳ２のみの範囲内にあるとき、ＤＤＮＩＣを有さない。

別のセルに関するＤＤＮＩＣであるセルは、他のセルがそれ自身のエッジユーザに既にリソースブロックを割り当てたエッジユーザに、同じリソースブロックを割り当てることを避けるべきである。これは、図１Ａを参照することにより理解されうる。ここで、コントローラ１は、セルＣ_２がセルＣ_１におけるエッジユーザＵ_１ ^ｅに関するＤＤＮＩＣであり、さらにセルＣ_３におけるエッジユーザＵ_３ ^ｅに関するＤＤＮＩＣであることを認識する。従って、基地局ＢＳ_２とユーザデバイスＵ_２ ^ｅとの間の通信のためにサブキャリアまたはリソースブロックを割り当てるとき、コントローラ１は、割り当てられたリソースがＵ_１ ^ｅとＵ_３ ^ｅとの間、およびそれらのそれぞれの基地局ＢＳ_１とＢＳ_３との間の通信のためにすでに割り当てられたリソースと異なることを保証するべきである。図１に示される例において、セルＣ_１がＵ_３ ^ｅに関するＤＤＮＩＣでなく、セルＣ_３がＵ_１ ^ｅに関するＤＤＮＩＣでないので、エッジユーザＵ_１ ^ｅおよびＵ_３ ^ｅが両方とも同じリソースブロックを割り当てることができることに留意する。

本実施形態を実装するのに適した疑似コードの一例が、図２におけるアルゴリズム１に示され、図３のフローチャートに要約される。方法は、どのユーザデバイスがエッジユーザであるかおよびどのユーザが中心ユーザであるかを識別することによって、開始する（ステップＳ３１）。値Ｒ_{（ｉ，ｊ）} ^ｋの集合をリスト化する行列Ｌ^ｅが生成される。行列Ｌ^ｅにおける各値Ｒ_{（ｉ，ｊ）} ^ｋは、ユーザに特定のリソースブロックｋを割り当てるとき、セルｊにおけるエッジセルユーザｉのユーティリティを定義する（すなわち、ユーザが問題のリソースブロックを割り当てられるときのそのユーザの達成可能な送信レート）。同様の行列Ｌ^Ｃは、セル中心ユーザに関して生成される（ステップＳ３２）。

図２におけるアルゴリズム１の１４行では、特定のエッジユーザが選択される（ステップＳ３３）。そのユーザに関する行列Ｌ^＊が初期化される。Ｌ^＊は、全Ｎ個のリソースブロックに関するユーザＵ_{（ｉ＊，ｊ＊）}のユーティリティ配列である。同時に、σに関する値が決定され、σは、各ユーザに割り当てられなければならないリソースブロックの最少数である。

アルゴリズムの１８行では、最も高いユーティリティ

を備える問題のエッジユーザＵ_{（ｉ＊，ｊ＊）}を提供するリソースブロックｋ^＊が識別される。エッジユーザが割り当てられるセルｊ^＊が潜在的に任意の他のセルに関するＤＤＮＩＣである場合で、もしそうであるなら、リソースブロックｋ^＊がそれらの他のセルのいずれか１つに割り当てられているかどうかを確かめるために、チェックがなされる。もしそうでなければ、

その後リソースブロックｋ^＊は、ユーザＵ_{（ｉ＊，ｊ＊）}に割り当てられうる。リソースブロックｋ^＊が隣接セルによって既に割り当てられた１つと競合しない場合、その後隣接セルと競合しない次の最も高いユーティリティを有するリソースブロックが選択される（ステップＳ３４）。選択されたユーティリティ値は、行列Ｌ^＊および１ずつ減少したσの値から取り除かれる。その後、問題のユーザＵ_{（ｉ＊，ｊ＊）}がσと等しいリソースブロックの数を割り当てられるまで、処理は繰り返す（ステップＳ３５）。その後、全てのエッジユーザがσ個のリソースブロックを割り当てられるまで、新しいエッジユーザが識別され、処理が繰り返される（ステップＳ３６）。一旦エッジユーザがそれぞれσ個のリソースブロックを割り当てられたならば、セル中心ユーザは、ここで似たようなやり方でσ個のリソースブロックを割り当てられる（ステップＳ３７）。

一旦σ個のブロックが各中心ユーザに割り当てられたならば、残っているリソースブロック（Ｎ−σ×Ω）は、全体の最大ユーティリティを提供するそれらのユーザ（エッジユーザまたは中心ユーザのどちらか）に割り当てられる（ステップＳ３８）。

セル中心ユーザにリソースブロックを割り当てる場合（図３中のステップＳ３７）、割り当てられたリソースブロックが、隣接セルにおけるエッジユーザに割り当てられたものと直交することを保証することは、非本質的である。これには２つの理由がある。１つは、利用可能なリソースブロックの数は制限があり（Ｎは有限数）、全てのユーザへの完全にスタッガーされたＲＢ割り当てを形成することができないかもしれない。第２に、中心ユーザがエッジユーザに干渉を引き起こす場合、適応電力制御は、下記第２の実施形態で議論されるように、この問題を軽減するために用いられることができる。

平均ユーザスループットを増加させるため、適応電源制御方法がセル中心ユーザに関する適切な電力レベルを選択するために利用される第２の実施形態がここに記述される。第２の実施形態は、セルエッジユーザと比較して、セル中心ユーザが通常はるかに高いＳＩＮＲを持つだろうという事実に依存する。従って、セル中心ユーザのために十分よいデータ送信を提供するが、エッジユーザに非常に少ない干渉となる減少した送信電力が選ばれうる。

本実施形態では、リソースブロックまたはサブキャリアの観点で適用的な電力割り当てメカニズムは、セル中心ユーザ関して最適化された送信電力を提供するために用いられうる。目的関数Ｆは、２つの目的で、すなわち、高いユーザ公平性を達成し、かつ平均ユーザスループットを増加させるため、適切な電力レベルを選択するために提案される。目的関数Ｆは以下のように定義することができる。

第２項は、より高い全体平均を達成することができる電力レベルを選択する。よって、適応電力割り当て方法は、ユーザ公平性を考慮するだけでなく、全体のセルユーティリティを改善することを目的とする。定数αは、重み付けパラメータである。

実際、電力割り当て方法の動作は、Ｋステップに基づいてもよい。Ｋは、システムで利用可能な送信電力レベルの総数である。例えば，最初のステップでは、基地局は、全てのユーザに関して同じ送信電力を用いてもよい。その後、いくつかの段階のそれぞれで、中心ユーザの送信電力が１レベルずつ減少してもよい。隣接するエッジユーザと同様に中心ユーザの対応するユーザユーティリティ（データレート）は、現在の電力レベルに関するＦを計算するためにコントローラにフィードバックされる。その後、最終的な電力レベルは、どのレベルがＦの最大値となるかを考慮することにより選択される。

図４は、第２の実施形態に係るスキームを実装するためのフローチャートを示す。プロセスは、セルエッジユーザへの干渉を引き起こしているセル中心ユーザＣＣＵを識別することにより開始する（ステップＳ４１）。次に、基地局がセル中心ユーザに送信する電力が、インクリメントによって減少する（ステップＳ４２）。この点では、問題の電力レベルでＦの値を計算するために、セルフィードバックは、各デバイスから収集され、目的関数Ｆに入力される（ステップＳ４３）。処理はその後、Ｋ個の電力レベルのそれぞれ１つについて繰り返され（ステップＳ４４）、その後、目的関数Ｆに関する最高値を提供する電力レベルが選択される（ステップＳ４５）。処理はその後、残っている各セル中心ユーザに関して繰り返す。

図５は、第２の実施形態が実際にどのように機能するかを示す単純な例を示す。図５Ａを参照すると、セルＣ_２におけるセル中心ユーザＵ_２ ^Ｃは、セルＣ_１におけるセルエッジユーザＵ_１ ^ｅ、さらにセルＣ_３におけるＵ_３ ^ｅと同じリソースブロックが割り当てられる。Ｕ_２ ^Ｃのダウンリンク送信電力が減少するとき、それらがセルＣ_２の基地局からのより少ない干渉を経験するように、Ｕ_１ ^ｅとＵ_３ ^ｅとのユーティリティは増加する。図５Ｂのテーブルに示されるように、電力レベル３は、Ｆに関する最良値、つまり、ユーザ公平性および全体セルスループットの間の最適な妥協点を提供するように最終的に選択される（例に示されるユーティリティは例示の目的のみに選択されることに留意する）。

それゆえ、第２の実施形態の適用的な電力割り当てスキームは、ユーザ公平性および全体セルスループットの間の適当なバランスを実現するために、セル中心ユーザに送信するための適切な送信電力レベルを用いる。

第１および第２の実施形態の特徴を組み合わせた第３の実施形態が、ここに記述される。この実施形態のステップは、図６のフローチャートの中で概略的に示される。図６に見られるように、最初のステップｓ６１−６７は、第１実施形態の中で用いられるものと同じである。この場合、一旦リソースブロックの各々が割り当てられると（ステップＳ６７）、方法は、第２の実施形態のステップを実装することにより継続する、すなわち、セルエッジユーザに対する干渉を軽減するためにセル中心ユーザに適用される電力を調整する（ステップＳ６８−７３）。

第３の実施形態では、セル中心ユーザによって引き起こされた干渉は、それらのユーザへの送信電力を調整することにより軽減される。これにより、セル中心ユーザが隣接セルにおけるユーザに直交するりソースを割り当てることを保証することは非本質的となる。その代わりに、送信の電力は、それらの送信の信号強度がセルのエッジ側で無視でき、従って、それらのエッジ近くに位置するユーザへの干渉を引き起こさないように調整されうる。

システム評価は、第３の実施形態に係る方法の性能を研究するために実行された。シミュレーションセットアップについては、ネットワークが、図７に示されるような１９個のマクロセルでモデル化される。各マクロセルは３つのセクタを有し、サイトまたはマクロ基地局ＢＳ間距離（ＩＳＤ）は、１７３２メートルである。各セクタにおいては、マクロセル中心に位置する４つのスモール基地局ＢＳがある。各スモールＢＳは、２つの送信アンテナを備える。各スモールＢＳにおいて１５ユーザが想定され、各ユーザは、２つの受信アンテナを備える。ＭＲＣ ＭＩＭＯ受信器が想定される。スモールＢＳの約２０％〜３０％は、セルエッジユーザであると想定される。

図８Ａは、重み付けパラメータαに関して異なる値を選ぶことによる、システムスループットへの影響を示す。αの値が小さいほど、全体スループットと比較されるユーザ公平性についての重要度が低くなる。αの値が増加する場合、ユーザ公平性が全体のスループットよりも重要となり、全体セルスループットにおける減少が観測されうる。反対に、図８Ｂを参照すると、ユーザスループット曲線傾きは、より高いユーザ公平性を示すαの値が増加するときに、急峻になる。

提案されたアルゴリズムを評価するために、プロポーショナルフェア（ＰＦ）アルゴリズム、フラクショナル周波数繰り返し（ＦＦＲ）およびソフト周波数繰り返し（ＳＦＲ）が、競争相手として選ばれる。図９Ａおよび図９Ｂは、各技術に関し、平均セルスループットおよび平均セルエッジユーザスループットをそれぞれ示す。提案アルゴリズムが重み付けパラメータαが０．１に設定されるとき、０．５の場合と比較してより高い全体のセルスループットを達成できることが、図９Ａから理解されうる。しかし、提案アルゴリズムは、ＦＦＲと比較して２４．１％（α＝０．１）および１７．６％（α＝０．５）よく、ＳＦＲと比較して１０．７％（α＝０．１）および５％（α＝０．５）よい。一方、大きいα値（０．５）が用いられるとき、提案アルゴリズムはまた、図９Ｂから理解されるように、平均セルエッジユーザスループットの観点で、ＰＦ、ＦＦＲおよびＳＦＲに対して最良となる。
図１０Ａおよび１０Ｂは、累積分布関数（ＣＤＦ）の観点で、セルスループットおよびユーザスループットのシステム性能をそれぞれ図示する。ここで、本実施形態の方法が、他の手法と比較してユーザスループットの著しい向上を提供することが理解されうる。また、ユーザ公平性の観点では、本実施形態は、ＰＦと比較してより良く、ＦＦＲおよびＳＦＲと比較して同様のエッジユーザ公平性を達成する。

それゆえ、ここに記述される実施形態は、各ユーザに等しい数のリソースブロックを割り当てることを目的とし、そのため、ユーザへの最小のサービスレベルを保証する。調整されたＲＢ割り当ては、セルエッジユーザに適用され、隣接セルからの主なセル間干渉を軽減することができる。実施形態は、全体セルスループットの合計を増加させることを焦点とする以前のアプローチをしのぐ。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (17)

1. セルラネットワークのセルに位置するユーザデバイスに無線リソースブロックを割り当てる方法であって、前記セルは第１基地局を有し、前記方法は、
   前記第１基地局の範囲内にある複数のエッジユーザデバイスを識別し、前記エッジユーザデバイスは前記セルのエッジ領域に位置するユーザデバイスであり、
   前記複数のエッジユーザデバイスから、前記第１基地局が通信する予定である第１エッジユーザデバイスと、隣接するセルに位置する第２基地局と現在通信している第２エッジユーザデバイスとを識別し、前記隣接するセルは、前記第１基地局のセルに対して支配的ダウンリンク隣接干渉セルであると決定されたセルであり、
   前記第１エッジユーザデバイスと前記第１基地局との間の通信のためのリソースブロックを割り当てることによって、通信チャネルを前記第１エッジユーザデバイスに割り当て、
   割り当てられた前記リソースブロックは、前記第２エッジユーザデバイスと前記第２基地局との間の通信のために既に割り当てられるいくつかのリソースブロックと異なり、さらに前記第１エッジユーザデバイスに関して最も高い送信レートを提供するリソースブロックとして選択され、
   前記セルの中心領域に位置する中心ユーザデバイスと前記第１基地局との間の通信に関するリソースブロックを割り当てることにより、前記中心ユーザデバイスに通信チャネルを割り当て、
   隣接するセルに位置する基地局と現在通信している前記第２エッジユーザデバイスの少なくとも１つを識別し、
   前記中心ユーザデバイスが第２エッジユーザデバイスに干渉を引き起こす場合、前記中心ユーザデバイスと前記第１基地局との間の送信の電力を調整することを具備し、
   前記中心ユーザデバイスと前記第２エッジユーザデバイスとは、同じリソースブロックが割り当てられ、
   前記第１エッジユーザデバイス及び前記中心ユーザデバイスには、少なくとも所定数のリソースブロックが割り当てられ、当該所定数のリソースブロックが割り当てられた後の残りの利用可能なリソースブロックは、前記中心ユーザデバイスに割り当てられ、
   前記送信の電力を調整することは、前記中心ユーザデバイスと前記第２エッジユーザデバイスとに関し、複数のセルの中で最低のデータレートを有するユーザデバイスのデータレートを増加させることを目的とする目的関数であってかつユーザ公平性および平均ユーザスループットに関する目的関数が最大となる電力レベルを決定することである方法。
2. 前記第２エッジユーザデバイスは、前記第１基地局の範囲内にありかつ隣接するセルに位置する基地局と現在通信している、識別された複数の第２エッジユーザデバイスの１つであり、
   前記第１エッジユーザデバイスと前記第１基地局との間の通信のために割り当てられるリソースブロックは、前記第２エッジユーザデバイスと前記第２基地局との間の通信のために既に割り当てられるいくつかのリソースブロックと異なり、さらに前記第１エッジユーザデバイスに関して最も高い送信レートを提供するリソースブロックとして提供される請求項１に記載の方法。
3. 前記第１エッジユーザデバイスは、前記第１基地局の範囲内にあり、かつ前記第１基地局が通信する予定である、識別された複数の第１エッジユーザデバイスの１つであり、前記方法は、
   各第１エッジユーザデバイスと前記第１基地局との間の通信のためにそれぞれリソースブロックを割り当てることによって、通信チャネルを前記第１エッジユーザデバイスのそれぞれに割り当て、
   前記第１エッジユーザデバイスのそれぞれに関し、割り当てられた前記リソースブロックは、前記第２エッジユーザデバイスと前記第２エッジユーザデバイスが現在通信している各基地局との間の通信のために既に割り当てられるいくつかのリソースブロックと異なり、さらに問題となる前記ユーザデバイスに関して最も高い送信レートを提供するリソースブロックとして選択される請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記第１エッジユーザデバイスのそれぞれは、順に複数のリソースブロックが割り当てられる請求項３に記載の方法。
5. 各第１エッジユーザデバイスに関し、前記リソースブロックが順に選ばれ、各ブロックは、前記第２エッジユーザデバイスと前記第２エッジユーザデバイスが現在通信している前記基地局との間の通信のために既に割り当てられるいくつかのリソースブロックと異なり、さらに前記第１エッジユーザデバイスに関する送信レートにおける最も大きな増加を提供するブロックとして選ばれる請求項４に記載の方法。
6. 前記第１エッジユーザデバイスのそれぞれ１つは、リソースブロックの同じ最小数が第１に割り当てられ、その後残りの利用可能なリソースブロックが、前記セルに関する最も高い送信レートをもたらすセルに位置するデバイスに割り当てられる請求項５に記載の方法。
7. 前記第２エッジユーザデバイスは、当該第２エッジユーザデバイスが現在通信している各基地局から受信した電力と、前記第１基地局から受信した前記電力との差分が所定の閾レベルよりも低いデバイスとして識別される請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. セルラネットワークにおけるユーザデバイスによって経験する干渉を軽減する方法であって、前記方法は、
   前記ユーザデバイスとセルを提供する第１基地局との間の通信のためのリソースブロックを割り当てることによって、前記セルラネットワークの前記セルの中心領域に位置する中心ユーザデバイスに通信チャネルを割り当て、
   前記セルのエッジ領域に位置しかつ同じリソースブロックを用いる隣接するセルに位置する第２基地局と現在通信している、少なくとも１つの他のユーザデバイスを識別し、前記隣接するセルは、前記第１基地局のセルに対して支配的ダウンリンク隣接干渉セルであると決定されたセルであり、
   前記中心ユーザデバイスでの送信によって引き起こされる前記少なくとも１つの他のユーザデバイスへの前記干渉を低減するために、前記中心ユーザデバイスおよび前記第１基地局との間の送信の電力を調整することを具備し、
   前記中心ユーザデバイス及び前記他のユーザデバイスには、少なくとも所定数のリソースブロックが割り当てられ、当該所定数のリソースブロックが割り当てられた後の残りの利用可能なリソースブロックは、前記中心ユーザデバイスに割り当てられ、
   前記送信の電力を調整することは、前記中心ユーザデバイスと前記他のユーザデバイスとに関し、複数のセルの中で最低のデータレートを有するユーザデバイスのデータレートを増加させることを目的とする目的関数であってかつユーザ公平性および平均ユーザスループットに関する目的関数が最大となる電力レベルを決定することである方法。
9. 前記中心ユーザデバイスと前記第１基地局との間の前記送信の電力は、複数のレベルを通じて変化し、
   各レベルに関して、性能基準が決定され、前記性能基準は、現在前記第１基地局の範囲内にある各ユーザデバイスの送信レートに基づき、
   前記方法は、前記性能基準に関する最良値となる電力レベルを選択することを具備する請求項８に記載の方法。
10. 前記送信の電力は、最大値から最小値にインクリメントに変化する請求項９に記載の方法。
11. 各電力レベルで、前記性能基準は、現在前記第１基地局の範囲内にある各ユーザデバイスの平均送信レートに少なくとも部分的に基づいて決定される請求項９または請求項１０に記載の方法。
12. 前記性能基準は、現在前記第１基地局の範囲内にある全てのユーザデバイスの最も低い送信レートを有するユーザデバイスの前記送信レートに少なくとも部分的に基づいて決定される請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記性能基準は、現在前記第１基地局の範囲内にある各ユーザデバイスの平均送信レートと、現在前記第１基地局の範囲内にある全てのユーザデバイスの最も低い送信レートを有するユーザデバイスの前記送信レートとの重み付け和を具備する請求項１２に記載の方法。
14. 各リソースブロックは、ＯＦＤＭシステムにおけるサブキャリアである請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
15. セルラネットワークのセルに位置するユーザデバイスに無線リソースブロックを割り当てるコントローラであって、前記セルは第１基地局を有し、前記コントローラは、
    前記第１基地局の範囲内にある複数のエッジユーザデバイスを識別する手段と、前記エッジユーザデバイスは前記セルのエッジ領域に位置するデバイスのエッジユーザデバイスであり、
    前記複数のエッジユーザデバイスから、前記第１基地局が通信する予定である第１エッジユーザデバイスと、隣接するセルに位置する第２基地局と現在通信している第２エッジユーザデバイスとを識別する手段と、前記隣接するセルは、前記第１基地局のセルに対して支配的ダウンリンク隣接干渉セルであると決定されたセルであり、
    前記第１エッジユーザデバイスと前記第１基地局との間の通信のためにリソースブロックを割り当てることによって、通信チャネルを前記第１エッジユーザデバイスに割り当てる手段と、具備し、
    前記割り当てる手段は、前記第２エッジユーザデバイスと前記第２基地局との間の通信のために既に割り当てられるいくつかのリソースブロックと異なり、さらに前記第１エッジユーザデバイスに関して最も高い送信レートを提供する前記リソースブロックを選択し、前記コントローラはさらに、
    前記セルの中心領域に位置する中心ユーザデバイスと前記第１基地局との間の通信に関するリソースブロックを割り当てることにより、前記中心ユーザデバイスに通信チャネルを割り当てる手段と、
    隣接するセルに位置する基地局と現在通信している前記第２エッジユーザデバイスの少なくとも１つを識別する手段と、
    前記中心ユーザデバイスが第２エッジユーザデバイスに干渉を引き起こす場合、前記中心ユーザデバイスと前記第１基地局との間の送信の電力を調整する手段とを具備し、
    前記中心ユーザデバイスと前記第２エッジユーザデバイスとは、同じリソースブロックが割り当てられ、
    前記第１エッジユーザデバイス及び前記中心ユーザデバイスには、少なくとも所定数のリソースブロックが割り当てられ、当該所定数のリソースブロックが割り当てられた後の残りの利用可能なリソースブロックは、前記中心ユーザデバイスに割り当てられ、
    前記送信の電力を調整する手段は、前記中心ユーザデバイスと前記第２エッジユーザデバイスとに関し、複数のセルの中で最低のデータレートを有するユーザデバイスのデータレートを増加させることを目的とする目的関数であってかつユーザ公平性および平均ユーザスループットに関する目的関数が最大となる電力レベルを決定するコントローラ。
16. セルラネットワークにおけるユーザデバイスと基地局との間の送信の電力を制御するコントローラであって、前記コントローラは、
    前記ユーザデバイスとセルを提供する第１基地局との間の通信に関するリソースブロックを割り当てることによって、前記セルラネットワークの前記セルの中心領域に位置する中心ユーザデバイスに通信チャネルを割り当てる手段と、
    前記セルのエッジ領域に位置しかつ同じリソースブロックを用いる隣接するセルに位置する第２基地局と現在通信している、少なくとも１つの他のユーザデバイスを識別する手段と、前記隣接するセルは、前記第１基地局のセルに対して支配的ダウンリンク隣接干渉セルであると決定されたセルであり、
    前記中心ユーザデバイスでの前記送信によって引き起こされる前記少なくとも１つの他のユーザデバイスへの干渉を低減するために、前記中心ユーザデバイスおよび前記第１基地局との間の送信の電力を調整する手段と、を具備し、
    前記中心ユーザデバイス及び前記他のユーザデバイスには、少なくとも所定数のリソースブロックが割り当てられ、当該所定数のリソースブロックが割り当てられた後の残りの利用可能なリソースブロックは、前記中心ユーザデバイスに割り当てられ、
    前記送信の電力を調整する手段は、前記中心ユーザデバイスと前記他のユーザデバイスとに関し、複数のセルの中で最低のデータレートを有するユーザデバイスのデータレートを増加させることを目的とする目的関数であってかつユーザ公平性および平均ユーザスループットに関する目的関数が最大となる電力レベルを決定するコントローラ。
17. コンピュータ上で実行される場合、前記コンピュータに請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の方法を実行させるコンピュータ実行可能な指示を具備するコンピュータ読み取り可能な記録媒体。