JPWO2009019751A1 - 無線基地局の送信電力制御方法及び無線基地局 - Google Patents
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Abstract
Description
上記無線通信システムの1つとして、近年、開発が進められているWiMAX(Worldwide
Interoperability for Microwave Access)と呼ばれる方式に準拠したWiMAXシステムがある。このWiMAXシステムでは、通信効率の向上を図るために、直交周波数分割多元接続(OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)方式及び適応変調方式(AMC:Adaptive Modulation and Coding)が採用される。
DLサブフレームは、さらに、時間軸(シンボル時間)方向と周波数軸(サブチャネル周波数)方向の2次元領域において、プリアンブル、フレームコントロールヘッダ(FCH)、DLのマップ情報(DLマップ)、ULのマップ情報(ULマップ)(以下、これらをヘッダ情報ということがある)、1以上のDLバーストが多重され、ULサブフレームには、1以上のULバーストが多重される。なお、「バースト」とは、サブチャネル周波数及び時間(送信タイミング)で特定される無線リソース(通信領域)を意味する。
また、下記特許文献2には、複数のサブキャリアを使用するマルチユーザ電気通信システムにおいて、少なくとも1つのユーザに割り当てられるサブチャネルにサブキャリアを割り当てる方法として、サブチャネルごとに品質を検出し、この品質レベルに応じてサブキャリアにサブチャネルを割り当てる方法が記載されている。
図7に示すように、SINRを横軸、スループットを縦軸とすると、SINRとスループットとの関係は階段状の関係にあり、MSとBSとの無線区間の通信環境(MSでの前記受信品質情報)に応じて、好適な変調方式及び符号化率が存在する。例えば、図8に示すように、MSからの受信品質情報であるSINR(dB)が、A以上かつB未満の値である場合、BSは、図7中で記号aのスループット(kbps)特性を示す16QAM(1/2)(括弧内は符号化率を表す)を選択する。
このようにして、BSは、MSとの通信環境に応じて、適した変調方式及び符号化率を選択して、MS宛のデータ送信を行なう。
そのため、前記のようにBSにおいて選択される変調方式(符号化率)が変更される境界近傍のSINRを報告したMSに関して、当該MSで計測されるSINRを向上させることができれば、大幅なスループット増加が期待できる。
しかしながら、このような送信電力増加制御を実現するには、次のような課題がある。
即ち、無線フレームにおいて、あるシンボル(時間)における送信電力の周波数軸(サブキャリア周波数)方向の総和は、法規制及び送信アンプの制限等により上限が存在するため、あるシンボルにおいて、周波数軸方向のサブキャリアが全て使用されるようにバーストが割り当てられ、送信電力が前記上限まで達している場合、上述したような送信電力増加制御を行なうことは不可能である。
なお、上記目的に限らず、後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
(1)本発明の無線基地局の送信電力制御方法は、無線端末との間の信号品質情報に応じて、前記無線端末に対して伝送効率の異なる複数の送信方式のいずれかを選択して前記無線端末への送信を行なう無線基地局の送信電力制御方法であって、前記無線基地局は、複数の無線端末との間の信号品質情報を取得し、選択する送信方式の変わらない範囲に属する前記信号品質情報に対応する複数の無線端末のうち、前記範囲の下限を超え、かつ、前記範囲の上限よりも小さい第1の閾値未満の信号品質情報に対応する第1の無線端末の送信電力を前記送信方式の変わらない範囲で減少制御し、前記第1の閾値以上の信号品質情報に対応する第2の無線端末の送信電力をより伝送効率の良い送信方式が選択されるように増加制御する。
(3)また、前記無線基地局は、あるシンボル時間における前記第1の無線端末宛の送信信号と前記第2の無線端末宛の送信信号とを周波数多重して送信するようにしてもよい。
(5)また、前記無線基地局は、複数の前記第2の無線端末についての前記増加制御による送信電力の増加量の和を、複数の前記第1の無線端末についての前記減少制御による送信電力の減少量の和以下に制御するようにしてもよい。
(7)あるいは、前記信号品質情報は、前記無線端末からの受信信号を基に測定した受信信号品質情報であってもよい。
(8)また、本発明の無線基地局は、無線端末との間の信号品質情報に応じて、前記無線端末に対して伝送効率の異なる複数の送信方式のいずれかを選択して前記無線端末への送信を行なう無線基地局であって、複数の無線端末との間の信号品質情報を取得する信号品質情報取得手段と、選択する送信方式の変わらない範囲に属する前記信号品質情報に対応する複数の無線端末のうち、前記範囲の下限を超え、かつ、前記範囲の上限よりも小さい第1の閾値未満の信号品質情報に対応する第1の無線端末の送信電力を前記送信方式の変わらない範囲で減少制御し、前記第1の閾値以上の信号品質情報に対応する第2の無線端末の送信電力をより伝送効率の良い送信方式が選択されるように増加制御する制御手段と、をそなえている。
(10)また、前記制御手段は、あるシンボル時間における前記第1の無線端末宛の送信信号と前記第2の無線端末宛の送信信号とを周波数多重して送信するようにしてもよい。
(12)また、前記制御手段は、複数の前記第2の無線端末についての前記増加制御による送信電力の増加量の和を、複数の前記第1の無線端末についての前記減少制御による送信電力の減少量の和以下に制御するようにしてもよい。
(1)無線基地局が、複数の無線端末との間の信号品質情報を取得し、選択する送信方式の変わらない範囲に属する信号品質情報に対応する複数の無線端末のうち、前記範囲の下限を超え、かつ、前記範囲の上限よりも小さい第1の閾値未満の信号品質情報に対応する第1の無線端末の送信電力を前記送信方式の変わらない範囲で減少制御し、前記第1の閾値以上の信号品質情報に対応する第2の無線端末の送信電力をより伝送効率の良い送信方式が選択されるように増加制御するので、大規模な装置変更を行なうことなく、より良い送信方式で前記無線端末との通信を実現でき、無線通信システムの伝送効率(スループット)を向上させることが可能となる。
(4)また、無線基地局は、あるシンボル時間における周波数軸方向の送信電力の和が、許容される送信電力を超えない範囲で、前記増加制御を行なうようにすれば、無線基地局内の装置構成を変更することなく上記効果を得ることができるので、コストの削減を図ることも可能となる。
2 無線基地局(BS)
3 無線端末(MS)
4 ネットワークインタフェース
5 BS側PDU生成部
6 BS側送信処理部
7,15 デュプレクサ
8,14 アンテナ
9 BS側受信処理部
10 BS側パケット生成部
11 DL/UL変調方式符号化率制御部
12 DL/ULマップ生成部
13 コネクション管理部
16 MS側受信処理部
17 MS側パケット生成部
18 アプリケーション処理部
19 MS側PDU生成部
20 MS側送信処理部
21 コネクション詳細分類部
22 受信品質予測部
23 ブースト無しDLマップ生成部
24 ブーストダウンDLマップ生成部
25 ブーストアップDLマップ生成部
26 余剰電力計算部
〔A〕一実施形態の説明
図1は本発明の一実施形態に係る無線通信システムの要部の構成を示すブロック図である。この図1に示す無線通信システム1は、複数の無線端末(MS)3と、これらのMS3と無線通信を行なう無線基地局(BS)2とをそなえている。BS2は、例えば、OFDMA方式による無線フレームへの送信データ多重化を行ない、複数のMS3宛に下りデータを送信する。一方、MS3は、BS2から受信した下りデータについての信号品質情報(受信品質情報)(SINRなど)を計測し、BS2宛に報告する。
図1に示すMS3は、その要部の機能に着目すると、例えば、アンテナ14と、デュプレクサ15と、MS側受信処理部16と、MS側パケット生成部17と、アプリケーション処理部18と、MS側PDU生成部19と、MS側送信処理部20とをそなえる。
ここで、アンテナ14は、BS2宛のULの無線信号をBS2へ送出する一方、BS2からのDLの無線信号を受信する機能を具備する。
MS側受信処理部16は、デュプレクサ15から受けたBS2からの受信信号について所定の受信処理を施すもので、例えば、受信信号からマップ情報(DL/ULマップ)を抽出し、DLマップにより特定される変調方式及び符号化率等のDLバーストの送信方式に応じた復調方式及び復号方式で復調、復号することができる。
アプリケーション処理部18は、所定のアプリケーション処理に応じたBS2宛の送信データ(ULデータ)を生成するもので、例えば、MS側パケット生成部17からのDLデータに対する応答をULデータにて生成することができる。
Data Unit)を生成するものである。このPDUは、当該送信パケットのプロトコルが扱うデータの単位であり、例えば、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)のPDUは、「パケット」であり、ATM(Asynchronous Transfer Mode)のPDUは、「セル」である。なお、このPDUの先頭には、データ本体とは別に、当該送信データのプロトコルで使用されるヘッダ等の通信制御情報が付加される。
(BS2の説明)
一方、図1に示すBS2は、その要部の機能に着目すると、例えば、ネットワークインタフェース4と、BS側PDU生成部5と、BS側送信処理部6と、デュプレクサ7と、アンテナ8と、BS側受信処理部9と、BS側パケット生成部10と、DL/UL変調方式符号化率制御部11と、DL/ULマップ生成部12と、コネクション管理部13とをそなえる。
デュプレクサ7は、BS側送信処理部6からのDLの無線信号をアンテナ8へ出力する一方、アンテナ8で受信されたULの無線信号をBS側受信処理部9へ出力する機能を具備する。
ネットワークインタフェース4は、前記のIP網やATM網等の上位ネットワークとのインタフェース機能(各種プロトコル制御を行なう機能等)を具備し、ULデータは上位ネットワーク側へ、上位ネットワークからのMS3宛のDLデータやMS3への応答のためのDLデータはBS側PDU生成部5へそれぞれ転送する。
コネクション管理部13は、MS3との間の通信コネクション(CID)を管理するもので、BS側パケット生成部10,BS側PDU生成部5及びDL/UL変調方式符号化率制御部11は、その管理情報に基づいてそれぞれの処理(UL/DLバーストのマッピング、送信処理など)を行なうものである。
換言すれば、本例のDL/UL変調方式符号化率制御部11は、前記受信品質情報に基づき、各MS3宛のDLデータの送信方式を選択する機能を具備する。
なお、前記マップ情報は、前記送信電力の上限を超えない範囲での前記ブーストアップを容易にすべく、ブーストアップ対象、ブーストダウン対象及びこれら以外(つまりブーストアップもブーストダウンもしない対象)の各DLバーストが前記無線フレームにおいて所定の位置となるように構築(生成)される。その詳細については図5を用いて後述する。
次に、図2〜図6を用いて上述のDL/ULマップ生成部12の構成及び動作について説明する。
図2は図1に示すDL/ULマップ生成部12の構成を示すブロック図である。
この図2に示すように、本例のDL/ULマップ生成部12は、受信品質予測部21を有するコネクション詳細分類部21と、ブースト無しDLマップ生成部23と、ブーストダウンDLマップ生成部24と、ブーストアップDLマップ生成部25と、余剰電力計算部26とをそなえる。
(1)受信品質情報が少量(所定量)劣化すると、より効率(スループット)の低い変調方式、符号化率が選択される領域
(2)受信品質情報が前記所定量変化(劣化又は向上)しても、同じ変調方式、符号化率(ここでは、変調方式16QAM、符号化率3/4)が選択される領域
(3)受信品質情報が少量改善すると、よりスループットの高い変調方式、符号化率(例えば、変調方式64QAM、符号化率2/3)が選択される領域
なお、MS3で計測される受信品質情報はBS2からのDLバーストの送信電力を変えると変化させることができるから、前記の領域(1),(2),(3)は、以下を意味するものと捉えることもできる。
(2)DLバーストの送信電力を少量増加しても、より効率の高い変調方式、符号化率が選択できず、また、送信電力を少量減少しても、より効率の低い変調方式、符号化率が選択されない領域
(3)DLバーストの送信電力を少量増加することで、より効率の高い変調方式、符号化率を選択できる領域
そのため、コネクション詳細分類部21は、図4に示すような分類(選択)テーブル(送信方式の選択情報)をテーブル形式のデータとして図示しないメモリ等に保持している。当該テーブルは、図4に示すSINRとスループットとの関係を示す情報(理論値でも実測値でもよい)から生成することも可能である。
ブーストダウンDLマップ生成部24は、前記ブーストダウン対象と決定されたMS3、つまりは前記領域(2)(B1≦SINR<B2)に属するMS3(第1の無線端末)についてのDLマップ情報を生成するものである。このDLマップ情報には、CID、DLバースト位置、ブーストダウン後の送信電力(送信電力の減少量としてもよい)、変調方式、符号化率などの情報が含まれ、当該情報に基づいてBS側送信処理部6にて該当DLバーストのブーストダウン(送信電力減少)制御が実施されることになる。
ブーストアップDLマップ生成部25は、前記ブーストアップ対象と決定されたMS3、つまりは前記領域(3)(B2≦SINR<C)に属するMS3(第2の無線端末)についてのDLマップ情報を生成するもので、その際、前記余剰電力を超えないように対象DLバーストのブーストアップ幅、無線フレームへのマッピング位置を決定できるようになっている。ここでのDLマップ情報にも、CID、DLバースト位置、ブーストアップ後の送信電力、変調方式、符号化率などの情報が含まれ、当該情報に基づいてBS側送信処理部6にて該当DLバーストのブーストアップ(送信電力増加)制御が実施されることになる。
もちろん、1つのMS3のブーストアップ(L>0)に対して、1つのMS3のブーストダウン(−L)を対応させてもよいが、1つのMS3のブーストアップ(L)に対して、複数(M:Mは2以上の自然数)のMS3のブーストダウン(Ni:i=1〜M)を対応させて、L≦ΣNiを実現することもできる。
この図5に示すように、無線通信システム1に用いる無線フレームをOFDMA方式に準拠した無線フレームとした場合、当該無線フレームには、ヘッダ領域と、DLサブフレーム(DL信号領域)と、ULサブフレーム(UL信号領域)とが時間多重され、ヘッダ領域には、プリアンブル信号やFCH、DL/ULマップがマッピングされ、DLサブフレームには、時間軸(シンボル時間)方向と周波数軸(サブチャネル周波数)方向の2次元領域において、UL/DLマップ、1以上のDLバーストが多重され、ULサブフレームには、1以上のULバーストが多重される。
次に、ブーストダウンDLマップ生成部24は、ブーストダウン対象のMS3と決定されたMS3、つまりは前記領域(2)(B1≦SINR<B2)に属するMS3宛のDLバースト#5〜#10が、図4に示すごとく、残りのDL信号領域(空き領域)において、それぞれ周波数軸方向のスロットよりも時間軸方向のスロットが多い横長のバーストとして周波数軸方向に積み重なるようにマッピング(周波数多重)するバースト割当情報をブーストダウンDLマップ情報として生成する。
その際、ブーストダウンDLマップ生成部24は、ブーストダウン対象のDLバースト#5〜#10について、選択される変調方式、符号化率が変化しない範囲で送信電力をブーストダウンできるか否かを判定しながら、DLマップ情報に含める送信電力情報のブーストダウンを行なう。
その際、ブーストアップDLマップ生成部25は、既述のとおり、余剰電力計算部26により計算された余剰電力に基づき、ブーストアップ対象のDLバースト#11〜#16について、より効率(スループット)の高い変調方式、符号化率が選択可能となるまで当該送信電力をブーストアップできるか否かを判定しながら、全ての時間(シンボル)における送信電力が所定の上限値を超えない範囲でDLマップ情報に含める送信電力情報をブーストアップする。
即ち、或るバーストについてブーストアップする場合、当該バーストと時間的に一部又は全部が重複するバーストについてブーストダウンすれば、その重複する時間帯での送信電力を抑えることができる。例えば図5において、バースト#12をブーストアップする場合、当該バースト#12と時間的に一部又は全部が重複するバーストはバースト#7,#13を除く各バーストであるから、これらのうちのいずれかのバーストをブーストダウン対象とすることができる。
次に、図6を用いて上述のBS2の動作について説明する。図6はBS2の動作の一例を説明するフローチャートである。
DL/UL変調方式符号化率制御部11は、BS側受信処理部9からのMS3から受信した受信品質情報及びBS2の受信品質情報に基づき、DL及びULデータ(バースト)の変調方式及び符号化率を制御(選択)する(ステップS2参照)。
以上のように、図6に示した処理手順により、BS2は、大規模な装置変更を行なうことなく、より良い送信方式でMS3との通信を実現でき、その結果、無線通信システム1の伝送効率(スループット)を向上させることが可能となる。
〔B〕その他
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
また、上記実施形態では、受信品質予測部22が、各MS3に関して所定量のブーストアップあるいはブーストダウンを実施した場合に、各MS3から報告されるSINRがどのように変化するかを予測し、この予測結果に基づいて、各MS3は、図3中のどの領域に属するかが分類されるが、より簡単な分類方法を採用することもできる。例えば、図3中のBからCの範囲の領域を3等分し、各MS3から報告されるSINRがどの領域に属するかに応じて上記分類を行なうことができる。このようにすれば、受信品質予測部22での予測処理を省略することができるので、BS2での処理を簡便化して動作を高速化することが可能となる。
Claims (14)
- 無線端末との間の信号品質情報に応じて、前記無線端末に対して伝送効率の異なる複数の送信方式のいずれかを選択して前記無線端末への送信を行なう無線基地局の送信電力制御方法であって、
前記無線基地局は、
複数の無線端末との間の信号品質情報を取得し、
選択する送信方式の変わらない範囲に属する前記信号品質情報に対応する複数の無線端末のうち、前記範囲の下限を超え、かつ、前記範囲の上限よりも小さい第1の閾値未満の信号品質情報に対応する第1の無線端末の送信電力を前記送信方式の変わらない範囲で減少制御し、前記第1の閾値以上の信号品質情報に対応する第2の無線端末の送信電力をより伝送効率の良い送信方式が選択されるように増加制御する、ことを特徴とする無線基地局の送信電力制御方法。 - 前記無線基地局は、
前記送信方式の変わらない範囲の下限を超え、かつ、前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値と前記第1の閾値との間の信号品質情報に対応する前記第1の無線端末の送信電力を前記減少制御することを特徴とする、請求項1記載の無線基地局の送信電力制御方法。 - 前記無線基地局は、
あるシンボル時間における前記第1の無線端末宛の送信信号と前記第2の無線端末宛の送信信号とを周波数多重して送信することを特徴とする、請求項2記載の無線基地局の送信電力制御方法。 - 前記無線基地局は、
あるシンボル時間における周波数軸方向の送信電力の和が、許容される送信電力を超えない範囲で、前記増加制御を行なうことを特徴とする、請求項2又は3に記載の無線基地局の送信電力制御方法。 - 前記無線基地局は、
複数の前記第2の無線端末についての前記増加制御による送信電力の増加量の和を、複数の前記第1の無線端末についての前記減少制御による送信電力の減少量の和以下に制御することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の無線基地局の送信電力制御方法。 - 前記信号品質情報は、前記無線端末において測定され通知される受信信号品質情報であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の無線基地局の送信電力制御方法。
- 前記信号品質情報は、前記無線端末からの受信信号を基に測定した受信信号品質情報であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の無線基地局の送信電力制御方法。
- 無線端末との間の信号品質情報に応じて、前記無線端末に対して伝送効率の異なる複数の送信方式のいずれかを選択して前記無線端末への送信を行なう無線基地局であって、
複数の無線端末との間の信号品質情報を取得する信号品質情報取得手段と、
選択する送信方式の変わらない範囲に属する前記信号品質情報に対応する複数の無線端末のうち、前記範囲の下限を超え、かつ、前記範囲の上限よりも小さい第1の閾値未満の信号品質情報に対応する第1の無線端末の送信電力を前記送信方式の変わらない範囲で減少制御し、前記第1の閾値以上の信号品質情報に対応する第2の無線端末の送信電力をより伝送効率の良い送信方式が選択されるように増加制御する制御手段と、
をそなえたことを特徴とする、無線基地局。 - 前記制御手段は、
前記送信方式の変わらない範囲の下限を超え、かつ、前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値と前記第1の閾値との間の信号品質情報に対応する前記第1の無線端末の送信電力を前記減少制御することを特徴とする、請求項8記載の無線基地局。 - 前記制御手段は、
あるシンボル時間における前記第1の無線端末宛の送信信号と前記第2の無線端末宛の送信信号とを周波数多重して送信することを特徴とする、請求項9記載の無線基地局。 - 前記制御手段は、
あるシンボル時間における周波数軸方向の送信電力の和が、許容される送信電力を超えない範囲で、前記増加制御を行なうことを特徴とする、請求項9又は10に記載の無線基地局。 - 前記制御手段は、
複数の前記第2の無線端末についての前記増加制御による送信電力の増加量の和を、複数の前記第1の無線端末についての前記減少制御による送信電力の減少量の和以下に制御することを特徴とする、請求項8〜11のいずれか1項に記載の無線基地局。 - 無線端末との間の信号品質情報が良い品質を示すほど良い送信方式を選択して前記無線端末への送信を行なう無線基地局の送信電力制御方法であって、
前記無線基地局は、
複数の無線端末との間の信号品質情報を取得し、
選択される送信方式が変化しない範囲の信号品質情報に対応する無線端末のうち、当該信号品質情報の前記範囲での位置に応じて、少なくともいずれかの無線端末への送信方式が前記信号品質情報によって選択される送信方式よりも良い送信方式となるよう、前記各無線端末への送信電力の配分を制御する、
ことを特徴とする、無線基地局の送信電力制御方法。 - 受信品質情報が所定の範囲内に収まる複数の無線端末のうち、少なくとも第1の無線端末については送信電力を増大させて前記所定の範囲を超える受信品質となるようにして、第1の送信方式でデータの送信を行ない、該複数の無線端末のうち、少なくとも第2の無線端末については送信電力を減少させて前記所定の範囲の受信品質となるようにして、前記第1の送信方式より低速な第2の送信方式でデータの送信を行なう送信部を備え、
前記第1の送信方式による送信期間と、前記第2の送信方式による送信期間とが少なくとも重複する時間帯を設けた、
ことを特徴とする、無線基地局。
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