JP6704524B2 - 無線リソースを割り当てるための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線リソースをスケジュールして割り当てるための装置および方法に関する。本発明は、特に異機種ネットワーク（HetNet）に利用することができる。具体的には、それは、HetNetのミリメートル波（ミリ波）のバックホールリンクおよびアクセスリンク上でのダウンリンク（DL）送信およびアップリンク（UL）送信の干渉管理および無線リソース割り当てに使用することができる。

ミリ波の周波数は、現在のセルラー割り当てよりも数桁大きいスペクトルを提供する。しかしながら、ミリ波帯域におけるいくつかの好ましくないチャネル伝搬特性は、通信システムの技術的側面において大きい課題をもたらす。一方では、適切なビームフォーミング技術を介してより高い自由空間経路損失を補償するために、両方のトランシーバ側での指向性アンテナが要求される。他方では、高密度に配備され、従来の同種のマクロセルの基礎となるスモールセルを有するHetNetは、増大した自由空間経路損失に対処し、送信電力を低下させるために、見込みのある配備戦略として考えられてきた。

HetNet内では、図14に表わされたように、マクロセル基地局（BS）は、通常、ミリ波のバックホールリンクとアクセスリンクの両方、ならびに、たとえば、6GHz以下のリンクを介したシグナリング交換を提供する。対照的に、スモールセルのアクセスポイント（AP）は、通常、ミリ波のアクセスリンクのみを提供する。そのようなHetNetをサポートするために、すべてのスモールセルに有線／ファイババックホールを装備することは、経済的に実現可能ではない。同じエアインターフェースおよびスペクトルをアクセスリンクと共有することによってワイヤレスバックホールを利用することは、より魅力的である。この概念は「自己バックホール」と呼ばれる。豊富で利用可能なスペクトルを活用することにより、ミリ波帯域でのワイヤレスバックホールを有するHetNetは、ユーザ機器（UE）の組み合わされたダウンリンク（DL）送信およびアップリンク（UL）送信にギガバイト／秒（Gbps）のオーダの容量を提供する可能性を有する。ビームフォーミングを有する指向性アンテナは、リンク間の干渉をさらに低減することができ、従って、空間多重化およびダイバーシティが可能になる。図14は、上記に記載された従来の自己バックホールシナリオを例示する。

ミリ波関連ワイヤレスローカルエリアネットワーク（WLAN）規格802.11adおよびワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（WPAN）規格802.15.3cでは、時分割多元接続（TDMA）方式が採用されている。しかしながら、これらの規格は、ネットワーク性能を改善するための重要な技法のうちの1つと考えられる空間多重化を活用していない。さらに、両方の規格にスケジューリング手順は存在しない。

空間再利用および時分割多重化利得を活用するために、マルチホップ同時送信方式が提案されている。特に、トラフィックフローのために適切なリレーホップを選択するために、ピコネットコントローラのためのホップ選択メトリックが設計されている。その結果、この方式では、ノードは通信リンクで同時に送信することが可能にされる。しかしながら、この方式は、HetNetの状況では実現可能でなく、共同バックホールおよびアクセスリンク上のDL送信とUL送信の両方に適していない。その上、時間および電力のリソース割り当ては含まれていない。

別の提案された方式では、同時送信が常にTDMA送信をしのぐ条件が導出され、REXと呼ばれるランダム化されたスケジューリング手順が提案されている。この手順は、同時送信をサポートする排他領域の概念に基づいている。しかしながら、この方式の1つの欠点は、それがHetNetにおける共同バックホールおよびアクセスリンクにも、DL送信とUL送信の両方を有する場合にも適用されないことである。この方式の別の欠点は、最適化、特に、ネットワークスループットの向上が明確に実証されていないことである。排他的領域は、空間多重化がTDMAをしのぐ条件が満たされることのみ保証するが、その空間多重化がどれだけの利得を達成できるかに関するいかなる分析も提供しない。

別の提案されたミリ波バックホール方式では、同時送信がより低いエネルギー消費およびより高いエネルギー効率のために利用されている。空間多重化も利用されるが、ネットワーク性能を改善するために、異なる最適化目標（エネルギー効率）が考慮される。その上、提案された方式は、DL送信およびUL送信を有するHetNetにおける複雑な共同バックホールおよびアクセスリンクに適用可能ではない。

上述された問題および欠点に鑑みて、本発明は先行技術を改善することを目的とする。本発明は、特に、ミリ波HetNetにおけるネットワークスループットを最大化する状況で、無線リソースを割り当てるための改善された装置および方法を提供する目的を有する。それにより、DL送信とUL送信の両方のためにバックホールリンクとアクセスリンクの両方に無線リソースを割り当てる主な課題が対処されるはずであり、同じ無線リソースおよびエアインターフェースは、ミリ波のバックホールリンクとアクセスリンクとの間で共有されるべきである。さらに、この発明は時分割複信（TDD）モードと互換性があるべきである。

上述された目的に対する解決策を提供するために、本発明は5つの重要な要因を考慮に入れる。

第1に、バックホールリンクに割り当てられた無線リソースはアクセススループットを制限するので、バックホールリンクとアクセスリンクとの間の結合が考慮に入れられる。

第2に、BS、AP、またはUEは、所与のタイムスロットの間に送信または受信のいずれかのみができ、同時に送信および受信することができないので、TDD制約が考慮に入れられる。

第3に、送信フロー間の干渉が考慮に入れられる。したがって、干渉情報は、スケジューリングおよびリソース割り当ての前に（干渉検知によって）取得されなければならない。さらに、干渉特性の動的変化が監視されるべきである。干渉情報に基づいて、スケジューリングを実行するときに空間分割多元接続（SDMA）を利用することができる。

第4に、電力割り当てが考慮に入れられる。広範なビームフォーミングを有する大型アンテナアレイを想定すると、BSおよびAPにおける複数のビームに対する送信（Tx）電力割り当てが最適化される必要がある。

第5に、解決策の実現可能性が考慮されなければならない。すなわち、実現可能な解決策は、多項式時間で、かつ低い計算複雑性で動作することができるべきである。

本発明の目的は、添付の独立請求項において提供される解決策によって達成される。この解決策は、5つの重要な要因すべてを考慮に入れる。本発明の解決策の有利な実装は、従属請求項においてさらに定義される。

本発明の第1の態様は、無線リソースをスケジュールして割り当てるための装置を提供し、装置がプロセッサを含み、プロセッサが、少なくとも1つのユーザ機器（UE）の送信要求に従って、かつ干渉情報に従って、複数の送信フローを複数のグループにスケジュールし、各送信フローに送信継続時間を割り当てるように構成され、同じグループの送信フローが、少なくとも1つのUEのトラフィック要求情報に従って同じ送信継続時間を割り当てられ、プロセッサが、各送信フローに送信電力を割り当てるように構成され、同じグループの送信フローについて、そのグループの各送信フローのチャネル品質に従って送信電力が割り当てられる。

UEは、BSまたはAPに接続されたデバイスである。干渉情報は、送信フロー間の相互干渉に関する情報である。すべてのUEが遭遇する雑音は同じなので、チャネル品質とも呼ばれるチャネル利得は関連する量である。グループは、たとえば、SDMA同時送信フローを含むSDMAグループとすることができる。

第1の態様のスケジューリングおよび無線リソース割り当て装置の使用は、ネットワーク性能の著しい向上に導く。特に、たとえば、従来のTDMA方式と比較するとき、平均ユーザスループットにおける著しい利得が観測される。それにより、性能利得は、特に平坦な送信電力で達成される。その上、装置は、電力割り当てを最適化し、電力制約を満たすことを可能にする。

第1の態様による装置の第1の実装形態では、プロセッサは、同じグループの送信フローを同時に、割り当てられた送信継続時間および電力で送信するようにさらに構成される。

送信フローは、バックホールリンクおよびアクセスリンク上のDLフローとULフローの両方からなってもよい。したがって、バックホールリンクとアクセスリンクとの間の結合が考慮に入れられ、これはアクセススループットをさらに向上させる。

第1の態様自体による、または第1の態様の第1の実装形態による装置の第2の実装形態では、送信フローをスケジュールするために、プロセッサは、任意の時分割複信（TDD）制約または半二重制約に違反することなく、かつしきい値を超える干渉を引き起こすことなく同時に送信することができる、グループごとの送信フローの最大数を見つけるように構成される。

したがって、この装置を利用することは、TDD制約および個々の送信フロー間の干渉を考慮に入れる。

第1の態様の第2の実装形態による装置の第3の実装形態では、グループごとの送信フローの最大数を見つけるために、プロセッサは、送信要求および干渉情報に従って競合グラフを生成するように構成され、競合グラフが、送信フローを表現するノードと、TDD制約または半二重制約を表現するエッジと、2つの選択された送信フロー間のしきい値を超える干渉とを含み、プロセッサは、任意の2つの選択されたノード間にエッジが存在しない、競合グラフ内のノードの最大数を見つけるように構成される。

従って、多項式時間で、かつ低い計算複雑度でスケジューリングおよび割り当て結果を提供する実現可能な解決策が達成される。

第1の態様自体による、または第1の態様の前の実装形態のいずれかによる装置の第4の実装形態では、送信フローをスケジュールするために、プロセッサは、各グループおよび／または同じグループの各送信フローをグループ識別情報（ID）と関連付けるように構成される。

グループIDを使用することにより、シグナリングオーバーヘッドが低減され得る。

第1の態様自体による、または第1の態様の前の実装形態のいずれかによる装置の第5の実装形態では、プロセッサは、少なくとも1つのUEまたは少なくとも1つのアクセスポイント（AP）から干渉情報を受信するようにさらに構成され、干渉情報は、干渉検知手順において少なくとも1つのUEおよび／またはAPによって取得される。

第1の態様の第5の実装形態による装置の第6の実装形態では、少なくとも1つのUEおよび／またはAPの干渉検知手順のために、プロセッサは、少なくとも1つのUEの送信要求および／または少なくとも1つのAPの送信要求に従って、複数のパイロット送信を複数のパイロット段階にスケジュールし、どのパイロット段階でどのUEおよび／またはAPにどのパイロットを送信するかを決定するように構成される。

異なるパイロット段階では、異なる送信機が少なくとも1つのパイロットを送信する。干渉検知手順は、スケジューリング中に取得された結果を再利用することができる。従って、全体の効率が改善される。

第1の態様の第6の実装形態による装置の第7の実装形態では、パイロット送信をスケジュールするために、プロセッサは、任意のTDD制約または半二重制約に違反することなく同時に送信することができる、各パイロット段階のパイロット送信の最大数を見つけるように構成される。

TDD制約または半二重制約は、送信フローをグループにスケジュールすることから、装置によって再利用することができる。従って、全体としての干渉検知の効率が改善される。

第1の態様自体による、または第1の態様の前の実装形態のいずれかによる装置の第8の実装形態では、各送信フローに送信継続時間を割り当てるために、プロセッサは、各グループの送信フローのための最大送信継続時間を決定し、最大送信継続時間およびスーパーフレームの長さに基づいて、前記グループの送信フローに割り当てられるべき送信継続時間を計算するように構成される。

従って、送信継続時間は、グループ化された送信フローおよびスーパーフレーム長に従って最適化することができる。

第1の態様自体による、または第1の態様の前の実装形態のいずれかによる装置の第9の実装形態では、各送信フローに送信電力を割り当てるために、プロセッサは、より高いチャネル品質を有する送信フローにより大きい送信電力を割り当て、より低いチャネル品質を有する送信フローにより小さい送信電力を割り当てるように構成される。

それにより、送信フローのスループットが向上し、これは装置の全体の効率を改善する。

第1の態様自体による、または第1の態様の前の実装形態のいずれかによる装置の第10の実装形態では、プロセッサは、基地局（BS）へのUEの初期アクセス中に少なくとも1つのUEからトラフィック要求情報を取得し、かつ／またはBSへのUEの初期アクセス中に少なくとも1つのUEから送信フローのチャネル品質を取得するようにさらに構成される。

UEのトラフィック要求は時間にわたって変化し得る。したがって、UEは、好ましくは、BSへのトラフィック要求情報をいつでも更新することができる。

第1の態様自体による、または第1の態様の前の実装形態のいずれかによる装置の第11の実装形態では、プロセッサは、少なくとも1つのUEおよび／または少なくとも1つのAPと、送信フローのスケジューリングの結果、および送信継続時間の割り当ての結果をシグナリングによって交換するように構成される。

シグナリング交換は、すべてのUEおよびAPが関連する送信パラメータを瞬時に認識することを保証する。

第1の態様の第11の実装形態による装置の第12の実装形態では、送信フローのスケジューリングの結果はグループIDを含み、各グループIDは1つのグループおよび／または1つのグループの各送信フローに関連付けられ、送信継続時間の割り当ての結果は、各グループの送信継続時間および第1のグループの送信開始時間を含む。

上述されたパラメータのみをシグナリングすることにより、シグナリングオーバーヘッドが著しく低減される。

第1の態様自体による、または第1の態様の前の実装形態のいずれかによる装置の第13の実装形態では、プロセッサは、UEおよび／またはAPが移動し、アイドルになり、かつ／または新しく出現するとき干渉情報を更新し、少なくとも1つのUEの送信要求に従って、かつ更新された干渉情報に従って、送信フローを複数の新しいグループに再スケジュールするように構成される。

それにより、ユーザスループットをいつでも高く維持することができる。

本発明の第2の態様は、無線リソースをスケジュールして割り当てるための方法を提供し、方法は、基地局（BS）により、少なくとも1つのユーザ機器UEの送信要求に従って、かつ干渉情報に従って、複数の送信フローを複数のグループにスケジュールするステップと、BSにより、各送信フローに送信継続時間を割り当てるステップであって、同じグループの送信フローが、少なくとも1つのUEのトラフィック要求情報に従って同じ送信継続時間を割り当てられる、ステップと、BSおよび／または少なくとも1つのアクセスポイント（AP）により、各送信フローに送信電力を割り当てるステップであって、同じグループの送信フローについて、そのグループの各送信フローのチャネル品質に従って送信電力が割り当てられる、ステップとを含む。

第2の態様による方法の第1の実装形態では、方法は、BSおよび／または少なくとも1つのAPにより、同じグループの送信フローを同時に、割り当てられた送信継続時間および電力で送信するステップをさらに含む。

第2の態様自体による、または第2の態様の第1の実装形態による方法の第2の実装形態では、送信フローをスケジュールするステップは、任意の時分割複信（TDD）制約または半二重制約に違反することなく、かつしきい値を超える干渉を引き起こすことなく同時に送信することができる、グループごとの送信フローの最大数を見つけるステップを含む。

第2の態様の第2の実装形態による方法の第3の実装形態では、グループごとの送信フローの最大数を見つけるステップは、送信要求および干渉情報に従って競合グラフを生成するステップであって、競合グラフが、送信フローを表現するノードと、TDD制約または半二重制約を表現するエッジと、2つの選択された送信フロー間のしきい値を超える干渉とを含む、ステップと、任意の2つの選択されたノード間にエッジが存在しない、競合グラフ内のノードの最大数を見つけるステップとを含む。

第2の態様自体による、または第2の態様の前の実装形態のいずれかによる方法の第4の実装形態では、送信フローをスケジュールするステップは、各グループおよび／または同じグループの各送信フローをグループIDと関連付けるステップを含む。

第2の態様自体による、または第2の態様の前の実装形態のいずれかによる方法の第5の実装形態では、方法は、少なくとも1つのUEまたは少なくとも1つのアクセスポイント（AP）から干渉情報を受信するステップをさらに含み、干渉情報は、干渉検知手順において少なくとも1つのUEおよび／またはAPによって取得される。

第2の態様の第5の実装形態による方法の第6の実装形態では、少なくとも1つのUEおよび／またはAPの干渉検知手順は、BSにより、少なくとも1つのUEの送信要求および／または少なくとも1つのAPの送信要求に従って、複数のパイロット送信を複数のパイロット段階にスケジュールするステップと、どのパイロット段階でどのUEおよび／またはAPにどのパイロットを送信するかを決定するステップとを含む。

第2の態様の第6の実装形態による方法の第7の実装形態では、パイロット送信をスケジューするステップは、任意のTDD制約または半二重制約に違反することなく同時に送信することができる、各パイロット段階のパイロット送信の最大数を見つけるステップを含む。

第2の態様自体による、または第2の態様の前の実装形態のいずれかによる方法の第8の実装形態では、各送信フローに送信継続時間を割り当てるステップは、各グループの送信フローのための最大送信継続時間を決定するステップと、最大送信継続時間およびスーパーフレームの長さに基づいて、前記グループの送信フローに割り当てられるべき送信継続時間を計算するステップとを含む。

第2の態様自体による、または第2の態様の前の実装形態のいずれかによる方法の第9の実装形態では、各送信フローに送信電力を割り当てるステップは、より高いチャネル品質を有する送信フローにより大きい送信電力を割り当て、より低いチャネル品質を有する送信フローにより小さい送信電力を割り当てるステップを含む。

第2の態様自体による、または第2の態様の前の実装形態のいずれかによる方法の第10の実装形態では、方法は、BSへのUEの初期アクセス中に少なくとも1つのUEからトラフィック要求情報を取得するステップ、および／またはBSへのUEの初期アクセス中に少なくとも1つのUEから送信フローのチャネル品質を取得するステップをさらに含む。

第2の態様自体による、または第2の態様の前の実装形態のいずれかによる方法の第11の実装形態では、方法は、BSと少なくとも1つのUEおよび／または少なくとも1つのAPとの間で、送信フローのスケジューリングの結果、および送信継続時間の割り当ての結果をシグナリングによって交換するステップをさらに含む。

第2の態様の第11の実装形態による方法の第12の実装形態では、送信フローのスケジューリングの結果はグループIDを含み、各グループIDは1つのグループおよび／または1つのグループの各送信フローに関連付けられ、送信継続時間の割り当ての結果は、各グループの送信継続時間および第1のグループの送信開始時間を含む。

第2の態様自体による、または第2の態様の前の実装形態のいずれかによる方法の第13の実装形態では、方法は、UEおよび／またはAPが移動し、アイドルになり、かつ／または新しく出現するとき干渉情報を更新するステップと、少なくとも1つのUEの送信要求に従って、かつ更新された干渉情報に従って、送信フローを複数の新しいグループに再スケジュールするステップとをさらに含む。

第2の態様の方法およびその実装形態を用いて、第1の態様の装置およびそのそれぞれの実装形態と同じ利点が達成される。

本出願に記載されたすべてのデバイス、要素、ユニット、および手段は、ソフトウェア要素もしくはハードウェア要素またはそれらの任意の種類の組合せにおいて実装できることが注記されなければならない。本出願に記載された様々なエンティティによって実行されるすべてのステップ、ならびに様々なエンティティによって実行されるように記載された機能は、それぞれのエンティティがそれぞれのステップおよび機能を実行するように適合または構成されることを意味するように意図される。具体的な実施形態の以下の記載において、外部のエンティティによって完全に形成される具体的な機能またはステップが、その具体的なステップまたは機能を実行するそのエンティティの具体的な詳細要素の記載に反映されていなくても、それぞれのソフトウェア要素もしくはハードウェア要素またはそれらの任意の種類の組合せにおいてこれらの方法および機能を実装できることは、当業者には明確なはずである。

本発明の上記に記載された態様および実装形態は、添付図面との関連で具体的な実施形態の以下の記載において説明される。

本発明の一実施形態による、無線リソースをスケジューリングして割り当てるための装置を表わす。 本発明の一実施形態による、無線リソースをスケジューリングして割り当てるための方法を表わす。 本発明の一実施形態による方法および関連するシグナリング交換手順を含む、スケジューリングの全体的な手順を表わす。 同時送信スケジューリングのステップを例示する。 送信継続時間割り当てのステップを例示する。 送信電力割り当てのステップを例示する。 単一セルのシナリオおよびオーバーレイミリ波ネットワークにおける初期アクセスのシグナリング手順を例示する。 干渉検知手順を例示する。 UEを意識した干渉およびスケジューリング更新の手順を表わす。 性能評価のための屋外マンハッタングリッドを例示する。 BS、AP、およびUEのアンテナアレイの3Dアンテナパターンを表わす。 100ユーザについての3つの方式の平均ユーザスループットの累積分布関数を表わす。 200ユーザについての3つの方式の平均ユーザスループットの累積分布関数を表わす。 従来のミリ波HetNetを例示する。

本発明は、概して、異なるシナリオに適用され得る、スケジューリングおよびリソース割り当ての装置および方法を提案する。たとえば、アプリケーションシナリオは干渉検知（長期間）であってもよく、別のアプリケーションシナリオはスケジューリングおよびリソース割り当て（長期間）であってもよく、別のアプリケーションシナリオは、ネットワーク内の干渉状況を変えるあるイベントによってトリガされ得る干渉およびスケジューリング更新（短期間）であってもよい。

特に、スケジューリングおよびリソース割り当ての装置および方法は、3つの主なステップを実行する。さらに、それらはフローモデルに基づき、各アクティブ送信リンクは送信フローとしてモデル化される。

図1は、本発明の一実施形態による装置100を表わす。装置100は、特に、HetNetのミリ波のバックホールリンクおよびアクセスリンク上のDL送信およびUL送信の無線リソースをスケジュールして割り当てるために構成される。図1の装置100は、上述された3つの主なステップを実行するように構成された少なくとも1つのプロセッサ101を含む。

第1に、プロセッサ101は、図1に示されたように、複数の送信フローを複数のグループ102にスケジュールするように構成される。スケジューリングは、少なくとも1つのUEの送信要求に従って、かつ干渉情報に従って実行される。たとえば、同時／SDMA送信は、プロセッサ101によって実行される最大独立セット（MIS）ベースの発見的スケジューリングアルゴリズムを使用して、各グループ102にスケジュールされてもよい。グループ102の送信フローは、有利には、同時送信用である。

第2に、プロセッサ101は、各送信フローに送信継続時間を割り当てるように構成され、同じグループ102の送信フローは同じ送信継続時間を割り当てられる。割り当ては、少なくとも1つのUEのトラフィック要求情報に従って実行される。すなわち、送信継続時間は、第1のステップのスケジューリング結果に従って各送信フローに割り当てられる。各グループ102は、それに応じて、1つの送信継続時間に関連付けられる。

第3に、プロセッサ101は、各送信フローに送信電力を割り当てるように構成され、同じグループ102の送信フローについて、送信電力はグループ102の各送信フローのチャネル品質に従って割り当てられる。すなわち、送信電力は、同じBSおよび／またはAPから同時に送信されるべき送信フローに割り当てられる。

図1の装置100はBSであってもよく、BS内で少なくとも部分的に利用されてもよい。この場合、プロセッサ101は、BSの処理ユニットの少なくとも一部であってもよい。しかしながら、装置100は、また、少なくとも1つのBSにわたって、かつ／または、たとえば、少なくとも1つのAPにわたって分散されてもよい。すなわち、たとえば、第1および第2の主なステップはBSのプロセッサ内で実行されてもよく、一方、第3のステップはAPのプロセッサ内で実行される。

図2は、本発明の別の実施形態による方法200を表わす。方法は、装置100のプロセッサ101が実行するように構成された、3つの主なステップに対応する3つの主なステップ201、202、203を含む。

特に、方法200の第1のステップ201において、BSは、少なくとも1つのUEの送信要求に従って、かつ干渉情報に従って、複数の送信フローを複数のグループ102にスケジュールする。スケジューリングは、たとえば、BSであってもよく、BS内で利用されてもよい装置100によって実行されてもよい。方法200の第2のステップ202において、BSは、各送信フローに送信継続時間を割り当て、同じグループ102の送信フローは、少なくとも1つのUEのトラフィック要求情報に従って、同じ送信継続時間を割り当てられる。方法200の第3のステップ203において、BSおよび／または少なくとも1つのAPは、各送信フローに送信電力を割り当て、同じグループ102の送信フローについて、送信電力はグループの各送信フローのチャネル品質に従って割り当てられる。

以下では、本発明の実施形態は、特に方法のステップを参照してより詳細に記載される。しかしながら、装置100のプロセッサ101は、各々が具体的に記載された方法のステップを実行するように構成されてもよい。

図3は、本発明の実施形態による、上記に記載された装置100および方法200を使用する全体的な手順を詳細に表わす。図3に表わされたように、全体的な手順は、BS（マクロ）、少なくとも1つの（ミリ波）AP、および少なくとも1つのUE（ユーザ）の間で実行されてもよい。

最初に、初期アクセス手順が少なくとも1つのUEおよび／またはAPによって実行される。この手順は、たとえば、BSまたはAPへのUEの関連付け、ビームアライメント（Txビームおよび／またはRxビーム）、ならびに信号対雑音比（SNR）推定を含む。SNR推定は、好ましくは、少なくとも1つのUEにおいて行われる。この手順から、BSは、たとえば、6GHz以下のリンクを介して少なくとも1つのUEのトラフィック要求情報を収集することができ、さらに、要求されるミリ波送信フローを識別してもよい。これらの送信フローは、バックホールリンクおよび／またはアクセスリンク上のDLおよび／またはULの両方からなってもよい。

次いで、好ましくは、干渉検知手順が実行され、最も好ましくは、すべてのネットワーク要素（すなわち、BS、AP、およびUE）において、かつパイロット送信に対するBSのスケジューリングに従って実行される。特に、初期アクセスの後に、BSは、干渉検知の目的で、たとえば、6GHz以下のリンクを介してAPおよびUEへのパイロット送信をスケジュールする。干渉検知手順は、好ましくは長周期手順である（たとえば、いくつかのスーパーフレーム当たり1回実行される）。干渉検知手順が終了するとき、APおよび／またはUEは、たとえば、6GHz以下のリンクを介して、異なる送信フローの中で、取得された干渉情報をBSに報告する。次いで、干渉情報は、次に記載される送信フロースケジューリングに使用することができる。

報告に基づいて、装置100により、方法200に従って最初の2つのステップが実行される。図3では、装置100は、それに応じて少なくとも部分的にBSで利用される。すなわち、同時送信（たとえば、図3にあるようなSDMA）スケジューリング（ステップ1）、および送信継続時間割り当て（ステップ2）が実行される。特に、ミリ波送信フローおよび干渉情報を用いて、プロセッサ101は、同時送信スケジューリングおよび送信継続時間割り当てを計算するように構成されてもよい（より詳細に後に記載される）。

取得された結果に従って、BSは、次いで、各グループ102のグループID（たとえば、図3のフローへのSDMAグループIDマッピング）および送信継続時間割り当てについて、APおよびUEに通知する。特に、BSは、たとえば、6GHz以下のリンクを介してAPおよびUEに通知してもよい。前に注記されたように、各グループ102は、同時にスケジュールすることができる送信フローを含む。

これらの受信されたパラメータを用いて、APおよびUEは、割り当てられた送信時間および送信フローの継続時間、ならびに送信フレームのTDD切替点を導出することができる（すなわち、APおよびBSは異なるTDD切替点を有することができる）。特に、グループIDおよび送信継続時間を復調した後、APおよびUEは、対応する送信フローの送信時刻および送信継続時間を導出してもよい。加えて、DL送信およびUL送信のTDD切替点もAPにおいて導出されてもよい。

最後に、BSおよび／またはAPにおけるTx電力割り当てが実行される（ステップ3）。特に、同時送信スケジューリング結果に基づいて、BSおよびAPは、送信電力を対応するフローに割り当てる（より詳細に後に記載される）。

上記に記載されたスケジューリングおよびリソース割り当ての後、図3に表わされた全体的な手順の残りの部分は、各グループ102の継続時間の通常の再割り当てである。特に、ユーザトラフィック要求が異なるフレームで変動し得るので、各グループ102内の送信継続時間の通常の再割り当ては、短期間方式で実行され得る。トラフィック要求および更新された送信継続時間割り当ては、たとえば、6GHz以下のリンクを介して交換されてもよい。

以下で、無線スケジューリングおよびリソース割り当てのための3つの主なステップ201〜203が、図4〜図6に関してより詳細に記載される。すなわち、図1の装置100および図2の方法200に基づく具体的な実施形態が記載される。

第1のステップ201について、図4に例示されたように、たとえば、プロセッサ101により、同時送信スケジューリングアルゴリズムが実行されてもよい。プロセッサ101は、好ましくは、少なくとも部分的にBSに配置される。このアルゴリズムの主な着想は、UE送信要求および干渉情報に従って、どの送信フローがどのグループ102で送信されるべきかを決定することである。干渉情報は、BSへのUEの初期アクセス中に、かつ上記の全体的な手順で述べられた干渉検知に従って取得されてもよい。

第1のステップ201のための入力メッセージとして、送信フローグラフが、UEトラフィック要求および干渉検知によって取得された干渉情報から生成される。両方の入力は、特に、たとえば、6GHz以下のリンクを介した上記の全体的な手順で述べられたシグナリング方法により、BSとAPおよび／またはUEとの間で交換される。送信フローグラフでは、ネットワーク要素（すなわち、BS、AP、およびUE）はノード（図4の大文字）によって表現され、送信フローはノード間のエッジ（図4の矢印）によって表現される。

干渉情報とともに、送信フローグラフは、たとえばプロセッサ101によって、「競合グラフ」と呼ばれる新しいグラフに転送される。この競合グラフでは、ノードは送信フロー（フローグラフ内のエッジ）を表現し、エッジは送信フロー間の「競合関係」を描く。より具体的には、いずれか2つのフローがTDD制約もしくは半二重制約によって結合されたならば、または2つのフロー間でしきい値を超える干渉が存在するならば、競合グラフ内で2つのノード（フロー）間にエッジが存在する。対応するネットワーク要素が同時に送信および受信することができないので、または同時送信が結果としてしきい値を超える強い干渉となるならば、明らかに、エッジによって「接続」された送信フローを同時にスケジュールすることはできない。

競合グラフを有すると、最大独立送信（MIS）ベースのスケジューリングアルゴリズムは、好ましくは、たとえばプロセッサ101によって、全体のアルゴリズムの中核として実行される。それにより、競合グラフ内のノードの最大数が見つかり、ここで、いかなる選択されたノード間にもエッジは存在しない。言い換えれば、MISベースのスケジューリングアルゴリズムは、任意のTDD制約、半二重制約に違反することなく、かつしきい値を超えるいかなる干渉もなしに同時に送信することができる、フローの最大数を見つける。アルゴリズムによって選択されたフローは、たとえば、SDMAグループについて「SDMAグループID」と呼ばれる、一意のIDでインデックス付けされ、それらのフローが同時にスケジュールされることを意味する。

第1のステップ201の出力メッセージとして、同時送信スケジューリングアルゴリズムを実行した後、スケジューリングテーブルが、たとえばプロセッサ101によって出力され、それはグループID（図4のSDMAグループID）ならびに（たとえば、開始ノードおよび終了ノードによって示された）各グループ102内のフローを含む。この情報は、シグナリング交換手順において、たとえば、上記の全体的な手順で述べられたように、6GHz以下のリンクを介してAPおよびUEに送信される。

第2のステップ202について、図5に例示されたように、すべての送信フローがグループ102のうちの1つにおいてスケジュールされ、対応するフローについての送信継続時間を決定するために、各グループ102の送信継続時間が割り当てられる。各グループ102内のすべてのフローは、たとえばプロセッサ101によって同じ送信継続時間を割り当てられる。それにより、合計の継続時間は、好ましくは、スーパーフレーム長を超えない。

第2のステップ202のための入力メッセージとして、第1のステップ201について記載された同時送信スケジューリングから生じるスケジューリングテーブルは、初期アクセス後のシグナリング交換手順から取得されたユーザ要求と組み合わされる。

グループ102ごとに、すべてのフローの要求（要求される送信継続時間）は異なり得る。したがって、各グループ102内で、最大送信継続時間が選択され、次いで、各グループ102内のフローの実際に割り当てられた送信継続時間が、最大送信継続時間およびスーパーフレームの全長によって比例計算される。より具体的には、グループiの最大送信継続時間がn_max^iとして表記されると仮定すると、グループiの割り当てられた継続時間は、

のように計算される。

上記の式において、Nはスーパーフレームの全長であり、

はフロア関数を示す。各グループ102の継続時間を計算した後、対応するグループ102内のすべてのフローは、グループ102の継続時間に等しい同じ送信継続時間を割り当てられる。

第2のステップ202の出力メッセージとして、各グループ102（たとえば、SDMAグループ）の継続時間が出力される。

最初の2つのステップ201、202が行われると、BSは、次いで、たとえば、6GHz以下のリンクを介して、APおよびUEに各グループ102のグループIDおよび送信継続時間を通知する。残りの第3のステップ203では、図6に例示されたように、すべてのフローのための送信電力が割り当てられる。空間多重化を可能にすることにより、同じBSおよび／またはAPから同時に送信されるフローは、各々最大送信電力を取得することができない。電力割り当て方式はネットワークスループットを向上させる。ここで、好ましく、同じBSおよび／またはAPから分散方式で送信される同時フローに注水電力割り当てアルゴリズムが適用され、電力制約なしにそれらのフローのために最大送信電力が保持される。

第3のステップ203のための入力メッセージとして、グループIDをマッピングすることにより、BSおよびAPはそれらの対応する同時送信フローを取得する。さらなる入力は、フローのチャネル品質、たとえば、全体的な手順の始めに初期アクセスから取得され得る、フローのチャネル利得である。

注水電力割り当てアルゴリズムは、好ましくは、より高いチャネル品質を有する、たとえば、より高いチャネル利得を有するフローにより多くの電力を与え、およびその逆である。図6で分かるように、フローAからBへのチャネル品質は、たとえば、フローAからGへのそれよりも高く、したがって、フローAからGの0.4wと比べてより多くの電力（0.6w）がフローAからBに割り当てられる。図6に表わされた他のフローについて、それらに対する電力制約が存在しないので、最大送信電力を割り当てることができる。

第3のステップ203の出力メッセージとして、各送信フローの送信電力が出力される。

次に、3つの主なステップ201〜203に関連する低オーバーヘッドシグナリング方法が、図7に関して詳細に記載される。シグナリング方法は、たとえば、6GHz以下のリンクを介して、BS、AP、およびUEの間の重要な情報交換を提供し得る。ここでの主要な問題は、すべてのフローの送信継続時間をシグナリングすることが多くの制御情報を要求し、その結果、オーバーヘッドを増大させることである。しかしながら、各グループ102内のフローの送信継続時間は同じなので、BSは、好ましくは、以下の情報：グループID、各グループ102内のフロー、第1のグループ102の開始時間、および各グループ102の継続時間をAPおよびUEと交換するのみである。それにより、オーバーヘッドを著しく低減することができる。

上記の情報からマッピングすることにより、APおよびUEは、いつどれだけ長くどのフローを送信するか、ならびにいつ受信に切り替えるか（DL／UL切替点）を含む、送信に関するすべてを知ることができる。さらなる情報は要求されない。このようにして、シグナリングオーバーヘッドは小さいままである。

次に、干渉検知手順が図8に関してより詳細に記載される。上記に記載されたように、干渉検知は長期間の手順であり、それほど頻繁には実行されない（たとえば、いくつかのスーパーフレーム当たり1回）。干渉検知手順の効率をさらに向上させるために、第1のステップ201に関して上記に記載されたMISベースのスケジューリングアルゴリズムが再利用されてもよい。この目的のために、競合グラフは、TDD制約または半二重制約のみを用いて構築されてもよく、このシナリオにおいて同時に送信することができるフローが見つけられてもよい。「スケジューリング」結果からのフローをグループ化した後、BSは、（同時送信スケジューリングにおけるグループ102と同様に）干渉感知に何段のパイロットが必要であるかをすでに知っている。より具体的には、各パイロット段階におけるフローの送信機（Tx）はパイロットを送信し、それに対応して、それらのフローの受信機（Rx）は受信する。直交パイロットは干渉検知に利用可能であると想定され、その結果、各パイロット段階で使用されるパイロットの数および継続時間は、パイロット段階で「スケジュール」されたフローの数に依存する。干渉検知の後、パイロットのRxは、たとえば、6GHz以下のリンクを介して、BSおよび／またはAPに干渉情報を報告する。

次に、UEを意識した干渉およびスケジューリング更新手順が図9に関して詳細に記載される。ネットワーク内の干渉状況は時間変動であり得る。特に、以下の事象は干渉情報の変化に導く：新しいUE／APが出現し、UE／APが移動し、UE／APがアイドルになる。

これらの事象は、好ましくは、以下のようにBSで干渉情報更新手順をトリガする：新しいUE／APが出現するとき、BSは初期アクセス手順によってトリガされる。UE／APが移動するとき、BSはビーム追跡手順によってトリガされる。UE／APがアイドル状態になるとき、BSはRRC接続状態のタイムアウトによって通知される。

これに基づいて、変化は上記の事象を有するAP／UE（BSも）のみによって引き起こされるので、干渉検知は再実行される必要があるが、好ましくは、全体的な干渉スケジューリングと比較して単純化された方式で再実行される。具体的には、対応するAP／UEのみがパイロット信号を送信することができ、他のノードは単に受信する。その後、干渉を検知したAP／UEは、たとえば、BSまたは装置100に新しい干渉情報を報告する。既存の干渉情報は、好ましくは、たとえば、BSまたは装置100において既知のままであり、それは余分なシグナリングが要求されないことを意味する。

次いで、BSは、ステップ201に関して上記に記載された競合グラフを更新し、同時送信スケジューリングおよび送信継続時間割り当てアルゴリズム（図9のステップ1および2）を再実行し、対応するAP／UEにグループIDの更新部分のみを送信する。同時送信スケジューリングは本質的に（以前の結果からの）スケジューリング結果の変化をできるだけ小さく保つ。グループIDから送信フローへのマッピングの変更されていない部分は、好ましくはシグナリングされず、対応するUE／APは、対応するフローについてのみグループIDマッピングおよび送信継続時間割り当てを更新する。最後に、好ましくは、対応するフローに関連付けられたBSおよび／またはAPのみが送信電力割り当て（ステップ3）を再実行する。明らかに、このようにして、シグナリングオーバーヘッドは非常に低く保たれる。

次に、TDDフレーム構造サブフレームマッピングが記載される。（フローのグループID、送信継続時間のような）上記に記載されたスケジューリング決定に関する情報から、APおよびUEは、いつどれだけ長くどのフローを送信するか、ならびにいつ受信に切り替えるか（TDDフレーム内のDL／UL切替点）を含む、送信に関するすべてを知ることができる。冗長な情報は必要でない。各フロー上の送信継続時間割り当ては、異なるスーパーフレーム内の同時送信スケジューリング結果によって変動する。結果として、各APは、それに応じてDL／ULの送信継続時間を柔軟に調整することができるべきである。上述されたように、各グループ102のグループIDマッピングおよび送信継続時間を用いて、APはDL／UL切替点を導出することができる。対応するグループIDからのすべてのDLフローを組み合わせることにより、APは合計のDL送信継続時間を計算することができる。このDL送信継続時間の後に、DLとULとの間の切替えのためのガードインターバルが続く。このガードインターバルの後に、UL送信がある継続時間の間行われ、それはDLの送信継続時間と同様に計算することができる。

本発明はまた、他の最適化目的、たとえば、加重和レート最適化、エネルギー効率などに容易に拡張することができることが注記される。加重和レート最適化では、本発明によりネットワークスループットが最大化されるので、目的関数にわずかな修正を加えたリソース割り当てアルゴリズムおよび関連する低オーバーヘッドシグナリング方法のための提案された3つのステップ201〜203を再利用することも、加重和レートを最大化することに導き得る。加えて、エネルギー効率最適化について、同時送信が有効にされ、各フローにより多くの時間リソースを割り当てることができる。したがって、同時送信なしで同じネットワークスループットを達成するために、送信電力を低減することができる。最初の2つのステップ201、202を変えないまま、要求される最小スループットを達成するために各フローに送信電力を割り当てるように、最後のステップを変更することができる。

本発明の利点を実証するために、図10〜図13に関して以下に数値評価が提示される。数値評価について、以下のシステムパラメータが想定される：都市シナリオ−マンハッタングリッド、28GHzおよび73GHzの搬送波周波数、（M.R.Akdenizら、「Millimeter Wave Channel Modeling and Cellular Capacity Evaluation」Selected Areas in Communications、IEEEジャーナル第32巻、第6号、ページ1164〜1179、2014年、で提案されたような）従来の経路損失モデル。さらに、BS、AP、およびUEは、それぞれ、8×16および4×4のアンテナアレイを有し、アンテナ素子間距離（ハーフラムダ）は、それぞれ、28GHzおよび73GHzで4.55mmおよび2.085mmであり、BS、AP、およびUEの最大送信電力は、それぞれ、30dBmおよび20dBmであり、トラフィック要求は「フルバッファ」である。

図10は、下記の性能評価のための例示の屋外マンハッタングリッドシナリオを例示する。図10では、通りに囲まれた建物は4つの正方形で表現されている。UEは小さい十字で描かれ、通りに沿って一様に分散している。矢印は、それぞれ、2つのアクセスリンクおよび1つのバックホールリンクを表現する。

図11は、BS／APアンテナアレイ（左）およびUEアンテナアレイ（右）の3Dアンテナパターンを表わす。

図12および図13は、異なる総ユーザ数についての3つの異なる方式の平均ユーザスループットを表わす。3つの方式は、純粋なTDMA方式、最初の2つのステップ201および202（同時送信スケジューリングおよび送信継続時間割り当て）のみを有するスケジューリング方式、ならびに、それぞれ、3つのステップ201〜203すべてを有する方式である。3つの方式の各々について、破線の曲線は28GHzの搬送波周波数でのユーザスループットを描き、実線の曲線は73GHzの搬送波周波数でのユーザスループットを例示する。すべてのスループットは、累積分布関数（CDF）で比較される。

図12に見られるように、本発明の実施形態による3つの主なステップ201〜203を実装することは、特にTDMA方式と比較されるとき、両方の搬送波周波数で平均ユーザスループットにおけるかなりの改善をもたらす。ここでは、100ユーザが想定されている。平均ユーザスループットの300Mbpsおよび475Mbpsの利得は、それぞれ、28GHzおよび73GHzの搬送波周波数について観測することができる。さらに、3つのステップ201〜203すべてを有する方式も、平坦な送信電力を有する方式（ステップ201および202のみ）をしのぎ、それは、電力割り当てがユーザスループットをさらに向上させるという理論的期待と一致する。

図13では、両方の搬送波周波数において同様の傾向が観測可能である。ユーザ数を200に増やすと、制限された帯域幅のために、平均ユーザスループットの利得がいくらか低減するが、150Mbpsおよび225Mbpsの利得は、28GHzと73GHzの両方の搬送波周波数で、3つのステップ201〜203を有する本発明の方式とTDMA方式との間で依然として観測することができる。

本発明は、例ならびに実装としての様々な実施形態とともに記載されている。しかしながら、図面、この開示、および独立請求項の検討から、特許請求された発明を実施するこの技術分野の当業者によって、他の変形が理解され、実施されることが可能である。特許請求の範囲および明細書において、「含む」という語は、他の要素またはステップを排除せず、不定冠詞「a」または「an」は複数を排除しない。単一の要素または他のユニットは、特許請求の範囲に記載されたいくつかの実体または項目の機能を満たし得る。ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利な実装に使用できないことを示さない。

100 装置
101 プロセッサ
102 グループ
200 方法

Claims (15)

1. 無線リソースをスケジュールして割り当てるための装置であって、前記装置がプロセッサを含み、前記プロセッサが、
   少なくとも1つのユーザ機器（UE）の送信要求に従って、かつ干渉情報に従って、複数の送信フローを複数のグループにスケジュールし、
   各送信フローに送信継続時間を割り当てるように構成され、同じグループの送信フローが、前記少なくとも1つのUEのトラフィック要求情報に従って同じ送信継続時間を割り当てられ、
   前記プロセッサが、各送信フローに送信電力を割り当てるように構成され、同じグループの送信フローについて、前記グループの各送信フローのチャネル品質に従って前記送信電力が割り当てられる、装置。
2. 前記プロセッサが、
   同じグループの送信フローを同時に、前記割り当てられた送信継続時間および電力で送信するようにさらに構成される、請求項1に記載の装置。
3. 前記送信フローの前記スケジュールのために、前記プロセッサが、
   任意の時分割複信（TDD）制約または半二重制約に違反することなく、かつしきい値を超える干渉を引き起こすことなく同時に送信することができる、グループごとの送信フローの最大数を見つけるように構成される、請求項1または2に記載の装置。
4. グループごとの送信フローの前記最大数を前記見つけるために、前記プロセッサが、
   前記送信要求および前記干渉情報に従って競合グラフを生成するように構成され、前記競合グラフが、送信フローを表現するノードと、TDD制約または半二重制約を表現するエッジと、2つの選択された送信フロー間のしきい値を超える干渉とを含み、
   前記プロセッサが、任意の2つの選択されたノード間にエッジが存在しない、前記競合グラフ内のノードの最大数を見つけるように構成される、請求項3に記載の装置。
5. 前記送信フローを前記スケジュールするために、前記プロセッサが、
   各グループおよび／または同じグループの各送信フローをグループ識別情報（ID）と関連付けるように構成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記プロセッサが、
   前記少なくとも1つのUEまたは少なくとも1つのアクセスポイント（AP）から前記干渉情報を受信し、前記干渉情報が、干渉検知手順において前記少なくとも1つのUEおよび／またはAPによって取得されるようにさらに構成される、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記少なくとも1つのUEおよび／またはAPの前記干渉検知手順のために、前記プロセッサが、
   前記少なくとも1つのUEの前記送信要求および／または前記少なくとも1つのAPの送信要求に従って、複数のパイロット送信を複数のパイロット段階にスケジュールし、
   どのパイロット段階でどのUEおよび／またはAPにどのパイロットを送信するかを決定するように構成される、請求項6に記載の装置。
8. 前記パイロット送信を前記スケジュールするために、前記プロセッサが、
   任意のTDD制約または半二重制約に違反することなく同時に送信することができる、各パイロット段階のパイロット送信の最大数を見つけるように構成される、請求項7に記載の装置。
9. 各送信フローに前記送信継続時間を前記割り当てるために、前記プロセッサが、
   各グループの前記送信フローのための最大送信継続時間を決定し、
   前記最大送信継続時間およびスーパーフレームの長さに基づいて、前記グループの前記送信フローに割り当てられるべき前記送信継続時間を計算するように構成される、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
10. 各送信フローに前記送信電力を前記割り当てるために、前記プロセッサが、
    より高いチャネル品質を有する送信フローにより大きい送信電力を割り当て、より低いチャネル品質を有する送信フローにより小さい送信電力を割り当てる
    ように構成される、請求項1から9のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記プロセッサが、
    基地局（BS）への前記UEの初期アクセス中に前記少なくとも1つのUEから前記トラフィック要求情報を取得し、かつ／または
    前記BSへの前記UEの初期アクセス中に前記少なくとも1つのUEから前記送信フローの前記チャネル品質を取得する
    ようにさらに構成される、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記プロセッサが、
    前記少なくとも1つのUEおよび／または少なくとも1つのAPと、前記送信フローをスケジュールすることの結果、および前記送信継続時間を割り当てることの結果をシグナリングによって交換する
    ように構成される、請求項1から11のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記送信フローをスケジュールすることの前記結果がグループIDを含み、各グループIDが1つのグループおよび／または1つのグループの各送信フローに関連付けられ、
    前記送信継続時間を割り当てることの前記結果が、各グループの送信継続時間および第1のグループの送信開始時間を含む、請求項12に記載の装置。
14. 前記プロセッサが、
    UEおよび／またはAPが移動し、アイドルになり、かつ／または新しく出現するとき前記干渉情報を更新し、
    前記少なくとも1つのUEの前記送信要求に従って、かつ前記更新された干渉情報に従って、前記送信フローを複数の新しいグループに再スケジュールする
    ように構成される、請求項1から13のいずれか一項に記載の装置。
15. 無線リソースをスケジュールして割り当てるための方法であって、前記方法が、
    基地局（BS）により、少なくとも1つのユーザ機器（UE）の送信要求に従って、かつ干渉情報に従って、複数の送信フローを複数のグループにスケジュールするステップと、
    前記BSにより、各送信フローに送信継続時間を割り当てるステップであって、同じグループの送信フローが、前記少なくとも1つのUEのトラフィック要求情報に従って同じ送信継続時間を割り当てられる、ステップと、
    前記BSおよび／または少なくとも1つのアクセスポイント（AP）により、各送信フローに送信電力を割り当てるステップであって、同じグループの送信フローについて、前記グループの各送信フローのチャネル品質に従って前記送信電力が割り当てられる、ステップと
    を含む方法。