WO2012114830A1

WO2012114830A1 - 無線制御装置、無線通信システム、制御プログラムおよび集積回路

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Publication number: WO2012114830A1
Application number: PCT/JP2012/052025
Authority: WO
Inventors: 一成横枕; 泰弘浜口; 中村　理; 淳悟後藤; 高橋　宏樹
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2012-08-30
Also published as: US20130329829A1; JP2012175502A

Abstract

　スペクトル整形を用いた送信方法において、移動局装置の送信電力の増大に伴う他セルへの干渉を抑制する。少なくとも一つの無線端末装置がシステム帯域中の一部の周波数をクリッピングして送信信号を配置する制御を行なう無線制御装置であって、前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下に抑制されるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定する。また、前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、前記システム帯域以下となるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定する。

Description

無線制御装置、無線通信システム、制御プログラムおよび集積回路

　本発明は、無線通信システムに関する。

　第３．９世代の携帯電話の無線通信システムであるＬＴＥ（Long Term Evolution）システムの標準化がほぼ完了し、最近ではＬＴＥシステムをより発展させたＬＴＥ－Ａ（LTE-Advanced）が、第４世代の無線通信システム（IMT-Aなどとも称する）の一つとして標準化が行なわれている。

　一般的に、移動通信システムの上り回線（移動局装置から基地局装置への通信）では、移動局装置が送信局となるため、限られた送信電力で増幅器の電力利用効率を高く維持でき、ピーク電力の低いシングルキャリア方式（LTEではSC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access)方式が採用されている）が有効とされている。なお、ＳＣ－ＦＤＭＡはＤＦＴ－Ｓ－ＯＦＤＭ（Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing）やＤＦＴ－ｐｒｅｃｏｄｅｄ　ＯＦＤＭなどとも呼ばれる。

　ＬＴＥ－Ａでは、さらに周波数利用効率を改善させるために、送信電力に余裕のある移動局装置については、ＳＣ－ＦＤＭＡスペクトルを複数のサブキャリアから構成されるクラスタに分割し、各クラスタを周波数軸の任意の周波数に配置するＣｌｕｓｔｅｒｅｄ　ＤＦＴ－Ｓ－ＯＦＤＭ（ダイナミックスペクトル制御(DSC:Dynamic Spectrum Control)、SC-ASA(Single Carrier Adaptive Spectrum Allocation)などとも称される）と呼ばれるアクセス方式を新たにサポートすることが決定されている。

　一方、受信処理にターボ等化を用いることを前提に、周波数信号（スペクトル）を注水定理に基づいてスペクトル整形する技術が開示されている（例えば、特許文献1）。特許文献１では、送信装置で予め信号が受ける伝搬路特性を把握した上で、総送信電力が一定という条件の下で送信装置が各離散スペクトル（サブキャリア）の電力を再配分することで受信電力を最大化する方法である。

　このようなスペクトル整形を用いた送信方法は、各移動局装置の周波数領域の送信信号に対して、総送信電力が一定という条件の下、受信信号電力が高くなるよう各離散スペクトル（サブキャリア）の送信電力を決定している。そのため、ターボ等化が正しく動作すれば、最終的な伝送特性は受信エネルギーで決定されるため、伝送性能が最大化する。

　さらに、注水定理に一部の周波数信号を欠落させる（クリッピングする）という処理があることに着目し、欠落された周波数に他の移動局装置の信号を多重する方法も提案されている（例えば、非特許文献1）。

特開２００８－２１９１４４号公報

A. Okada, et. al., "Spectrum Shaping Technique Combined with SC/MMSE Turbo Equalizer for High Spectral Efficient Broadband Wireless Access Systems," ICSPCS2007, Gold Coast, Australia, Dec. 2007.

　上り回線の通信では、各移動局装置がデータを送信する際、基地局装置で所定の受信レベルで受信できるよう送信電力制御（TPC:Transmit Power Control）が適用される。この送信電力制御は、隣接セルへの干渉レベルの量を調節する役割も果たしており、干渉波のレベルはＩｏＴ（Interference over Thermal noise）として制御されている。したがって、非特許文献１の方法をそのまま採用すると、同一帯域幅で全移動局装置の合計の送信電力が高くなるため、セル間の送信電力制御により送信電力の上げ合いが起こり、システムが不安定となる。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スペクトル整形を用いた送信方法において、移動局装置の送信電力の増大に伴う他セルへの干渉を抑制することができる無線制御装置、無線通信システム、制御プログラムおよび集積回路を提供することを目的とする。

　（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線制御装置は、少なくとも一つの無線端末装置がシステム帯域中の一部の周波数をクリッピングして送信信号を配置する制御を行なう無線制御装置であって、前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下に抑制されるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定することを特徴としている。

　このように、無線制御装置は、システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下に抑制されるように、各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定するので、システムを安定化することが可能となる。

　（２）また、本発明の無線制御装置において、前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、前記システム帯域以下となるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定することを特徴としている。

　このように、無線制御装置は、無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、システム帯域以下となるように、各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定するので、周波数割当を決定した際に、クリッピング前のＲＢ数である第１のＲＢ数が多いことによる干渉レベルの変動を抑えるよう制御することができ、システムが安定する。

　（３）また、本発明の無線制御装置において、前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下となる受信電力値、前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計、および前記システム帯域中で送信信号が配置される周波数のクリッピング率を用いて自装置における目標受信電力値を算出し、前記目標受信電力値に基づいて、前記無線端末装置の送信電力を決定することを特徴としている。

　このように、無線制御装置は、システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下となる受信電力値、無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計、およびシステム帯域中で送信信号が配置される周波数のクリッピング率を用いて自装置における目標受信電力値を算出するので、クリッピング（またはスペクトル整形）を適用したシステムを安定化させることができる。

　（４）また、本発明の無線制御装置において、前記目標受信電力値と、自装置が制御するセル固有のパラメータとに基づいて、前記無線端末装置の送信電力を決定することを特徴としている。

　このように、無線制御装置は、目標受信電力値と、自装置が制御するセル固有のパラメータとに基づいて、無線端末装置の送信電力を決定するので、システムを安定化することが可能となる。

　（５）また、本発明の無線制御装置において、前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、前記システム帯域を超えた場合、超えた分の周波数帯域に対応する送信電力を差し引いて前記無線端末装置の送信電力を決定することを特徴としている。

　このように、無線制御装置は、無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、システム帯域を超えた場合、超えた分の周波数帯域に対応する送信電力を差し引いて無線端末装置の送信電力を決定するので、クリッピング（またはスペクトル整形）を適用したシステムを安定化させることができる。

　（６）また、本発明の無線制御装置において、前記干渉レベルは、ＩｏＴ（Interference over Thermal noise power ratio）で示されることを特徴としている。

　このように、干渉レベルが、ＩｏＴ（Interference over Thermal noise power ratio）で示されるので、無線端末装置は、送信電力制御により、隣接セルへの干渉レベルの量を調節することができる。

　（７）また、本発明の無線制御装置において、前記ＩｏＴは、前記無線端末装置で行なわれる送信電力制御のパラメータにより決定されることを特徴としている。

　このように、ＩｏＴが、無線端末装置で行なわれる送信電力制御のパラメータにより決定されるので、無線端末装置は、送信電力制御により、隣接セルへの干渉レベルの量を調節することができる。

　（８）また、本発明の無線制御装置において、前記送信電力制御は、フラクショナル送信電力制御（Fractional Transmission Power Control）であることを特徴としている。

　このように、送信電力制御が、フラクショナル送信電力制御（Fractional Transmission Power Control）であるので、無線制御装置は、無線制御装置付近の無線端末装置の受信品質を低下させることなく、隣接セルへの干渉量（隣接セルの無線制御装置において測定されるIoT）を一定に保つことができる。

　（９）また、本発明の無線通信システムは、上記（１）から（８）のいずれかに記載の無線制御装置と、複数の無線端末装置と、から構成されることを特徴としている。

　このように、無線通信システムが、上記（１）から（８）のいずれかに記載の無線制御装置と、複数の無線端末装置と、から構成されるので、無線制御装置は、システムを安定化することが可能となる。

　（１０）また、本発明の制御プログラムは、少なくとも一つの無線端末装置がシステム帯域中の一部の周波数をクリッピングして送信信号を配置する制御を行なう無線制御装置の制御プログラムであって、前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下に抑制されるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定する処理を、コンピュータに実行させることを特徴としている。

　このように、制御プログラムが、システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下に抑制されるように、各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定するので、無線制御装置は、システムを安定化することが可能となる。

　（１１）また、本発明の制御プログラムにおいて、前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、前記システム帯域以下となるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定する処理を更に含むことを特徴としている。

　このように、制御プログラムが、無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、システム帯域以下となるように、各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定するので、無線制御装置は、周波数割当を決定した際に、クリッピング前のＲＢ数である第１のＲＢ数が多いことによる干渉レベルの変動を抑えるよう制御することができ、システムが安定する。

　（１２）また、本発明の制御プログラムにおいて、前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下となる受信電力値、前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計、および前記システム帯域中で送信信号が配置される周波数のクリッピング率を用いて自装置における目標受信電力値を算出する処理と、前記目標受信電力値に基づいて、前記無線端末装置の送信電力を決定する処理を更に含むことを特徴としている。

　このように、制御プログラムが、システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下となる受信電力値、無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計、およびシステム帯域中で送信信号が配置される周波数のクリッピング率を用いて自装置における目標受信電力値を算出するので、無線制御装置は、クリッピング（またはスペクトル整形）を適用したシステムを安定化させることができる。

　（１３）また、本発明の制御プログラムにおいて、前記目標受信電力値と、自装置が制御するセル固有のパラメータとに基づいて、前記無線端末装置の送信電力を決定する処理を更に含むことを特徴としている。

　このように、制御プログラムが、目標受信電力値と、自装置が制御するセル固有のパラメータとに基づいて、無線端末装置の送信電力を決定するので、無線制御装置は、システムを安定化することが可能となる。

　（１４）また、本発明の制御プログラムにおいて、前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、前記システム帯域を超えた場合、超えた分の周波数帯域に対応する送信電力を差し引いて前記無線端末装置の送信電力を決定する処理を更に含むことを特徴としている。

　このように、制御プログラムが、無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、システム帯域を超えた場合、超えた分の周波数帯域に対応する送信電力を差し引いて無線端末装置の送信電力を決定するので、無線制御装置は、クリッピング（またはスペクトル整形）を適用したシステムを安定化させることができる。

　（１５）また、本発明の集積回路は、無線制御装置に実装されることにより、前記無線制御装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、少なくとも一つの無線端末装置がシステム帯域中の一部の周波数をクリッピングして送信信号を配置する制御を行なう機能と、前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下に抑制されるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定する機能と、の一連の機能を、前記無線制御装置に発揮させることを特徴としている。

　このように、集積回路が、システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下に抑制されるように、各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定するので、無線制御装置は、システムを安定化することが可能となる。

　本発明により、スペクトル整形を適用した無線通信システムが安定化する。即ち、本発明を適用することで、基地局装置は、周波数割当を決定した際に、クリッピング前のＲＢ数がシステム周波数帯域に含まれるＲＢ数よりも多いことによる干渉レベルの変動を抑えるよう制御することにより、システムを安定化することが可能となる。

本発明の無線通信システムの概念を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る移動局装置１の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る基地局装置２の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係るスケジューリング部２１３の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る第１の移動局装置１－１における送信周波数信号を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る第１の基地局装置２－１における受信周波数信号を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る基地局装置２の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る移動局装置１の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る基地局装置２の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係るスケジューリング部５０５の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る基地局装置２の動作を示すフローチャートである。本発明の第３の実施形態において、αを変えた場合のＰＬに対する基地局装置２の受信電力の関係を示すグラフである。

　以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、スペクトル整形をクリッピングした上で総送信電力を一定にするという方式を前提として説明をするが、注水定理に基づくスペクトル整形等、周波数領域で周波数信号に対して前処理をする方法に対してクリッピングさえ含まれていればいかなる方式にも適用できる。なお、スペクトル整形とは、周波数領域の送信信号に対して一部を削除する処理であるクリッピング技術や、周波数領域での送信電力の再配分処理などを指すものとする。

　［第１の実施形態］
　図１は、本発明の無線通信システムの概念を示す図である。同図は、第１の基地局装置２－１と第１の移動局装置１－１、第２の基地局装置２－２と第２の移動局装置１－２が接続しているものとする。以下、第１の移動局装置１－１、第２の移動局装置１－２を合わせて移動局装置１と表し、第１の基地局装置２－１と第２の基地局装置２－２を合わせて基地局装置２と表す。このとき、同図に示されるように、第１の移動局装置１－１は第２の基地局装置２－２における干渉となり、同様に第１の基地局装置２－１における干渉となる。

　図２は、本発明の第１の実施形態に係る移動局装置１の構成を示すブロック図である。アンテナ１０１から受信した基地局装置２からの制御信号は、無線受信部１０３においてダウンコンバージョン、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換された後、制御信号検出部１０５に入力される。制御信号検出部１０５では、変調方式や情報ビット数（トランスポートブロックサイズと定義されることもある）、または符号化率など符号化や変調に必要な情報を示すＭＣＳ（Modulation and Coding Schemes）、再送に関する情報、復調用参照信号の系列を示す情報（CSI（Cyclic Shift Index）なども含む）、基地局装置２におけるスケジューリング結果を示す周波数割当情報など、データ送信に必要な制御情報を検出する。検出されたＭＣＳなどの制御情報は、データ信号生成部１０７に入力される。

　データ信号生成部１０７では、入力された制御情報に基づいて、送信する情報ビット列に対して誤り訂正符号化を行なった後、四相位相変調（QPSK：Quaternary Phase Shift Keying）や１６値直交変調（16QAM：16-ary Quadrature Amplitude Modulation）などの変調を行なう。その後、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）部１０９において、データ信号生成部１０７からの出力である変調が施された時間信号は、周波数信号に変換された後、復調用参照信号多重部１１１に入力される。一方、復調用参照信号生成部１１３では制御信号検出部１０５より入力される参照信号の系列に関する情報に基づいて復調用参照信号（DMRS：DeModulation Reference Signal）が生成され、生成された復調用参照信号は復調用参照信号多重部１１１に入力され、データ信号と時間多重される。ＤＭＲＳが多重されたデータ信号は、スペクトル整形部１１５においてスペクトル整形情報に基づいてクリッピングが行なわれる。

　次に、スペクトル整形が施された送信信号は周波数割当情報に基づいて周波数割当部１１７において、システム帯域内にデータ信号が配置される。また、サウンディング参照信号生成部１１９では、基地局装置２がスケジューリングをするためにシステム帯域全体あるいは一部の伝搬路状態を把握するためのサウンディング参照信号（SRS：Sounding Reference Signal）が生成される。生成されたサウンディング参照信号はサウンディング参照信号多重部１２１に入力され、周波数割当がなされたデータ信号に多重する。その後、サウンディング参照信号が多重された周波数信号は、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１２３において時間信号に変換され、ＣＰ（Cyclic Prefix）挿入部１２５において時間の後方の波形を前方にコピーしたサイクリックプレフィックス（CP）を挿入され、無線送信部１２７において、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換およびアップコンバージョンされ、アンテナ１０１から送信される。

　図３は、本発明の第１の実施形態に係る基地局装置２の構成を示すブロック図である。アンテナ２０１で受信した受信信号は、無線受信部２０３により、ダウンコンバージョン、Ａ／Ｄ変換がなされ、ＣＰ除去部２０５によりＣＰを除去される。ＣＰが除去された受信信号は、ＦＦＴ部２０７により周波数領域の受信信号に変換される。次に、周波数領域の受信信号は、サウンディング参照信号分離部２０９により、周波数領域の受信信号からＳＲＳが分離される。分離されたＳＲＳは伝送可能な周波数帯域のチャネルの状態（伝搬路利得、受信SINR）を把握するサウンディング部２１１－１～２１１－Ｕ（サウンディング部211-1～211-Uを合わせてサウンディング部211とも表す）に入力する。ここで、サウンディングは移動局装置１毎に行なうものとしているため、便宜上サウンディング部２１１は接続している移動局装置数Ｕだけ存在するものとしている。ただし、各移動局装置１からのＳＲＳを順番にサウンディングする場合には１つのブロックとしてよい。

　得られた各移動局装置１から基地局装置２までのサウンディング結果（チャネル状態）は、スケジューリング部２１３に入力され、スケジューリング部２１３では各移動局装置１の周波数割当およびスペクトル整形情報を決定し、制御情報生成部２１５－１～２１５－Ｕに入力する。このとき、スケジューリング部２１３が設定する周波数割当は式（１）を満たすように決定される。制御情報生成部２１５－１～２１５－Ｕでは、入力された各移動局装置１の周波数割当およびスペクトル整形情報に加え、通信に必要なその他の情報を生成し、所定のフォーマット（各種無線通信システム、LTEやWiMAXなどで定義されているフォーマット（例えば、LTEではDCI（Downlink Control Information）フォーマット））に変換する。無線送信部２１７は、これを無線信号に変換し、アンテナ２０１は、これを制御情報として送信する。

　一方、サウンディング参照信号分離部２０９から出力された受信信号は、復調用参照信号分離部２１９においてＤＭＲＳが分離される。分離されたＤＭＲＳは伝搬路推定部２２１－１～２２１－Ｕに入力される。伝搬路推定部２２１－１～２２１－Ｕでは、入力されたＤＭＲＳを用いてデータ伝送に利用した周波数における伝搬路特性の推定を行なう。またデータ検出部２２３では、ＤＭＲＳが分離された復調用参照信号分離部２１９からの入力と伝搬路推定部２２１－１～２２１－Ｕにおいて推定された伝搬路特性を用いて非線形繰り返し等化などにより送信ビットを復号し、各移動局装置１の復号ビット列を得る。

　図４は、本発明の第１の実施形態に係るスケジューリング部２１３の構成を示すブロック図である。スケジューリング部２１３内では、サウンディング部２１１－１～２１１－Ｕから入力される、各移動局装置１のサウンディング結果がリソース決定部３０１に入力される。リソース決定部３０１は各移動局装置１が伝送に用いるリソースブロックの周波数位置を決定し、リソース判定部３０３に入力する。同時にスペクトル整形情報生成部３０５によりクリッピングするＲＢ数を決定する。なお、以下では、クリッピング前のＲＢ数を第１のＲＢ数、クリッピング後の周波数信号において使用しているＲＢ数を第２のＲＢ数と定義する。

　次にリソース判定部３０３は、スケジューリングによって全移動局装置１に割り当てられた第１のＲＢ数の合計とシステム帯域に含まれるＲＢ数を式（１）により比較する。例えば、第１のＲＢ数の合計の超過分を算出し、リソース調整部３０７に出力する。リソース調整部３０７では、ＲＢ数が多く割り当てられた場合には、実質的に使用するＲＢが割当帯域幅のＲＢ数以下になるよう調節を行なう。

　以下では、具体的に示すため、移動局装置数を３、システム帯域に含まれるＲＢ数を１０として説明する。リソース決定部３０１により、各移動局装置１に割り当てられた第２のＲＢ数がそれぞれ（4,3,3）ＲＢであったとする。このとき、クリッピングしているＲＢ数が（1,1,0）である場合、全移動局装置１の第１のＲＢ数の合計は、クリッピングするＲＢも含めて、４＋３＋３＋１＋１＋０＝１２ＲＢである。これを、式（１）により比較すると、２ＲＢ多いことが分かる。したがって、第２のＲＢ数の合計を１０ＲＢにするためには、合計で２ＲＢ減らせばよい。例えば、割り当てられるＲＢ数を（4,3,3）ＲＢから（3,2,3）ＲＢに変更すると、クリッピングするＲＢ数が（1,1,0）である場合、全移動局装置１の第１のＲＢ数の合計は３＋２＋３＋１＋１＋０＝１０ＲＢとなり、システム帯域に含まれる１０ＲＢと一致する。

　この結果、単位ＲＢあたりに割り当てる平均送信電力を変えずに、クリッピングを適用することができる。このとき、ＲＢ数を減らす方法はどのような方法でもよい。例えば、割り当てられているＲＢの中で、サウンディングにより得られた伝搬路のゲインの最も小さいＲＢが割り当てられている移動局装置１のＲＢから減らす方法などでもよいし、各移動局装置１で許容されるクリッピングＲＢ数に基づいて、許容されるクリッピングＲＢ数より、第１のＲＢ数が少ない移動局装置１に割り当てられたＲＢから解放するなどといった方法が考えられる。

　図５Ａは、本発明の第１の実施形態に係る第１の移動局装置１－１における送信周波数信号を示す図である。図５Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る第１の基地局装置２－１における受信周波数信号を示す図である。横軸は周波数、縦軸は周波数信号の電力密度を表す。ここで、ＲＢ１～ＲＢ６は、周波数リソースの最小単位であるリソースブロック（RB：Resource Block）であり、例えばＬＴＥでは１２サブキャリア（離散周波数、リソースエレメント）から構成される。第１の移動局装置１－１は、時間信号をＤＦＴにより周波数信号Ｏ１－１に変換し、周波数信号Ｏ１－１に対して一部の周波数信号を削除するクリッピングを施した上で、クリッピングした周波数信号分の電力を再配分した周波数信号Ｆ１－１を生成する。

　このとき、本来であれば周波数信号Ｏ１－１のように、ＲＢ１からＲＢ６までの６ＲＢを使用して送信するが、クリッピングを適用することでＲＢ１からＲＢ４までの４ＲＢを使用して周波数信号Ｆ１－１のように整形して送信する。このとき、クリッピングした５ＲＢおよび６ＲＢの送信電力はＲＢ１からＲＢ４に再配分されているため、電力密度を高く設定することができる。このとき、これらの割り当てられた信号は基地局装置２において周波数信号Ｆ２－１のように受信される。このとき、周波数信号Ｐ２－１は、クリッピングにより節約した周波数に対して他の移動局装置１に周波数を割り当てている場合の受信周波数信号である。

　次に、隣接セルへ与える干渉について考える。通常、無線リソースに空きがあり、かつ送信すべきデータがバッファに存在すれば、基地局装置２は、無線リソースの割当を決定するスケジューリングにおいて、任意の移動局装置１に無線リソースを割り当てることになる。図５Ｂの場合、通常ＲＢ５、ＲＢ６は第１の基地局装置２－１と接続している移動局装置１のバッファにデータがあれば移動局装置１が周波数信号Ｐ２－１のように割り当てられることになる。

　しかしながら、この場合、周波数信号Ｐ２－１を送信した移動局装置１がクリッピングを適用していないとしても、第１の移動局装置１－１が２ＲＢ分を再配分しているため、結果的に全移動局装置１の合計の送信電力は周波数信号Ｏ１－１のみを送信する場合よりも２ＲＢ分高いことになる。そのため、図５Ａにおける、ＲＢ５、ＲＢ６はバッファに関わらず割り当てない、つまり全移動局装置１の送信電力の合計がシステム帯域以下となるよう制御することで、システムの不安定化を防ぐ。

　一般的に言えば、移動局装置１の数をＵ、システム帯域に含まれるＲＢ数をＭとしたとき、各移動局装置１に割り当てられたクリッピング前のＲＢ数（図5Aにおける周波数信号O1-1に相当するRB数）の合計が、Ｍ以下となるよう制御する。つまり、式（１）が満たされるように制御を行なう。

　ここでＮ（ｕ）は、ｕ番目の移動局装置１におけるクリッピング前のＲＢ数である。このような制御を導入することで、システムが安定する。

　図６は、本発明の第１の実施形態に係る基地局装置２の動作を示すフローチャートである。まず、基地局装置２は、各移動局装置１にＲＢを割り当てる（ステップＳ１）。次に、基地局装置２は、割り当てたクリッピング前のＲＢ数の合計を計算する（ステップＳ２）。このとき、クリッピングするＲＢ数は予め決定しておいてもよいし、各移動局装置１の受信品質から予測されるＭＣＳなどに対して一対一に対応させておいてもよい。なお、ＭＣＳは、スケジューリングにより割り当てられたＲＢの受信品質から決定する方法を用いてもよい。この場合、各移動局装置１のＭＣＳを決定後、各移動局装置１の第１のＲＢ数をＭＣＳと対応付けられたクリッピング率などから算出し、その総和を取ることで、最大のクリッピング率を設定してもよい。なお、（第１のＲＢ数－第２のＲＢ数）／第１のＲＢ数と定義され、ＭＣＳと一対一に対応させることを前提とした最大のクリッピング率を設定する手順は、第２の実施形態に記載している。

　次に、基地局装置２は、各移動局装置１に割り当てた第１のＲＢ数の合計がシステム内のＲＢ数より多いかどうかを判定し（ステップＳ３）、もし多ければ（ステップＳ３：Yes）、全移動局装置１に割り当てられたＲＢの中から、受信品質（例えば、SINR）や割当の優先度の最も低いＲＢを削除し（ステップＳ４）、再びステップＳ３に戻る。もし、ステップＳ３において割当ＲＢ数がシステム内のＲＢ数より多くなければ（ステップＳ３：No）、最終的な割当として決定する。なお、このとき各移動局装置１においてクリッピングするＲＢ数が、許容されるクリッピング率以上である場合には、クリッピング前のＲＢ数を減らしてもよい。

　このように、本形態では、全移動局装置１に割り当てられる第１のＲＢ数をシステム帯域に含まれるＲＢ以下に調整する、即ち、周波数割当を決定した際に、クリッピング前のＲＢ数である第１のＲＢ数が多いことによる干渉レベルの変動を抑えるよう制御することで、システムが安定する。

　［第２の実施形態］
　第２の実施形態では、第１の実施形態のように第２のＲＢ数を減らすのではなく、送信電力制御における制御値を変更することで干渉量を制御する。例えば、ＬＴＥシステムでは、上り回線における各移動局装置１の送信電力を式（２）のように定義している。

　式（２）において、Ｐ_{ＰＵＳＣＨ}（ｉ）はｉ番目のサブフレーム（時間領域の伝送単位）における移動局装置１の送信電力、Ｐ_ＣＭＡＸは移動局装置１の最大送信電力、Ｍ_{ＰＵＳＣＨ}（ｉ）はｉ番目のサブフレームで割り当てられたＲＢ数、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}（ｊ）は１ＲＢあたりの目標受信電力であり、伝送方法ｊにおけるセル固有の目標受信レベルＰ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ＿ＮＯＭＩＮＡＬ}（ｊ）と移動局装置固有の目標受信電力Ｐ_{Ｏ＿ＵＥ＿ＰＵＳＣＨ}（ｊ）の和を表す。また、α（ｊ）は伝送方法ｊにおけるセル固有のパラメータであり０から１の間の実数、ＰＬは基地局装置２と移動局装置１の間のパスロス、Δ_ＴＦ（ｉ）はｉ番目のサブフレームで適用された変調方式により決まるパラメータ、ｆ（ｉ）はｉ番目のサブフレームにおける移動局装置１へ通知される閉ループ送信電力制御のための補正項を表している。つまり、式（２）は、目標受信電力を達成するために必要な送信電力を、移動局装置１で許容できる最大送信電力より高くならないように設定することを意味している。

　次に、伝送方法ｊについて説明する。ここで説明する伝送方法ｊは、送信するチャネルあるいはスケジューリング方法により番号が振られており、ｊ＝０は、音声通話（VoIP（Voice over IP））などに対するリソース割当、即ち伝搬路状況に依らないスケジューリングを行なうＳＰＳ（Semi-Persistent Scheduling）、ｊ＝１は、主にパケットデータ通信で用いられる伝搬路状況に応じてスケジューリングするダイナミックスケジューリング、ｊ＝２は、移動局装置１の信号送信のタイミングの変更や上り回線における信号の同期のために送信されるランダムアクセスチャネル（RACH：Random Access Channel、特に、初期接続時など他の移動局装置１のＲＡＣＨとの衝突が起こりうる場合に送信するＲＡＣＨ（Contention based Random Access Procedureと呼ばれる動作を伴う））を表わす。なお、α（ｊ）に関しては、式（３）のように定義されている。

　これは、基地局装置２からの距離が近いほど受信電力レベルを高くするために設定されるパラメータであり、例えば、α（ｊ）＝１の場合は、パスロスを完全に補償すること（伝搬距離、シャドウィングによる減衰を、送信電力を高くすることで補償する）を意味する。送信電力制御は隣接セルのＩｏＴに影響を与える。したがって、全移動局装置１に割り当てたクリッピング後のＲＢ数がシステム帯域に含まれるＲＢ数より多くなったとしても、送信電力制御の目標受信電力を低く設定すれば、隣接セルへの干渉レベルを高くすることなくクリッピングを適用することができる。したがって、本実施形態では、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}の値を第１のＲＢ数に応じて設定する方法を記載する。

　図７は、本発明の第２の実施形態に係る移動局装置１の構成を示すブロック図である。同図は、同一の符号は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。図７では、明示的に送信電力制御部４０１を記載している。本実施形態では、上述したように送信電力の目標受信レベルにおけるＰ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}の値を調節する。送信電力制御部４０１では、上位レイヤ４０３から通知されるＰ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}に基づいて式（２）で計算された送信電力となるよう送信電力制御を行なっている。ただし、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}の通知は上位レイヤ４０３による通知に限定されるものでなく、物理層の制御信号で通知されても良い。また、本発明ではＰ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}を制御するように記述しているが、送信電力が最終的に調整されればいいことを考慮すると、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}ではなく式（２）のｆ（ｉ）を用いてもよい。

　図８は、本発明の第２の実施形態に係る基地局装置２の構成を示すブロック図である。同図は図３を基本とした構成となっており、同一の符号は図３と同一の機能・手段を具備する。最大クリッピング率設定部５０１は、最大のクリッピング率を算出する。この値はＲＢ数でもシステム帯域に含まれるＲＢ数に対する割合でもよい。また、この値はシミュレーションなどで取得した最適な値などを予め設定しておいてもよい。例えば、最大のクリッピング率が全体の２０％の場合、システム帯域に含まれるＲＢ数を５０とすると、５０／（１－０．２）＝６２ＲＢを第１のＲＢ数として全移動局装置１に割り当ててもよいことを意味する。なお、最大クリッピング率については、移動局装置１毎に許容される最大のクリッピング率などとしてもよい。この場合には、移動局装置１毎の最大クリッピング率に応じたクリッピングするＲＢ数の合計が最大クリッピング数となる。なお、最大クリッピング数は第１のＲＢ数に対する最大クリッピング数の割合として最大クリッピング率と定義されてもよい。

　次に、目標受信レベル設定部５０３は、上述の最大クリッピング率に応じて、目標受信レベルを設定する手段を有する。例えば、上述の例では、第１のＲＢ数の合計が６０の場合、接続している全移動局装置１に割り当ててもよいことから、５０／６０＝０．８３倍に送信電力の値を低くすればよい。

　図９は、本発明の第２の実施形態に係るスケジューリング部５０５の構成を示すブロック図である。スケジューリング部５０５では、図４と同様、リソース決定部３０１において周波数割当をサウンディング結果から決定し、リソース判定部６０１において、周波数割当とクリッピング率からＲＢ数が多いかどうかを判定し、多い場合にどのぐらいＲＢ数が多いかを出力する。その後、リソース調整部３０７においてＲＢ数を調整、各移動局装置１の割当情報を確定する。一方で、リソース決定部３０１で決定された周波数割当情報に基づいてＭＣＳ決定部６０３においてＭＣＳを決定する。決定されたＭＣＳは、最大クリッピング率設定部５０１に入力され、各移動局装置１のクリッピング率が算出される。その後、出力された最大クリッピング率はスペクトル整形情報生成部３０５に入力され、スペクトル整形情報生成部３０５は、各移動局装置１のスペクトル整形情報を生成する。

　ここで、例えば、システム帯域に含まれるＲＢ数を１０とし、３つの移動局装置１に割り当てられたＲＢ数を（4,3,3）とする。このとき、各移動局装置１が割り当てられたＲＢから算出されたＭＣＳをそれぞれ（QPSK(r=1/3)、QPSK(r=1/2)、16QAM(r=1/2)）とする。ただし、ｒは符号化率を表している。各々のＭＣＳで許容されるクリッピング率（クリッピングしてもよいRB数の第1のRB数に対する割合）を、（50%、25%、0%）とする。この場合、それぞれの第２のＲＢ数から算出される第１のＲＢ数は（8,4,3）となり、合計１５ＲＢとなる。このことから、システム帯域全体でクリッピングされるＲＢ数は５ＲＢとなり、最大のクリッピング率は、（１５－１０）／１５＝０．３３＝３３％となる。この値に基づいて以下の方法で送信電力を設定する。また、スペクトル整形情報は、この場合第１のＲＢ数（8,4,3）を表している。送信電力を注水定理のようにさらに細かく配分する場合には、そのような情報も含まれる。第１の実施形態に適用する場合には、上記算出した３３％を元に、５ＲＢ分の割当を解放するか、クリッピングするＲＢ数を減らすという方法を取る。

　図１０は、本発明の第２の実施形態に係る基地局装置２の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１からステップＳ３までは第１の実施形態で示した図６と同一である。本実施形態では、基地局装置２は、ＲＢ数の合計がシステム内のＲＢ数より多ければ（ステップＳ３：Yes）、第１のＲＢ数の合計がシステム帯域内のＲＢ数よりいくつ多いかを計算する（ステップＳ１０１）。例えば、接続している全移動局装置１のＲＢ数の合計が２０、システム帯域内に含まれるＲＢ数が１６であるとすると、この場合は２０－１６＝４という値を算出する。次に、基地局装置２は、送信電力制御における目標受信レベルを上記計算されたＲＢ数分だけ低く設定する（ステップＳ１０２）。例えば、この例では４ＲＢ多く割り当てられているので、４ＲＢ分送信電力を低くしなければならない。つまり、２０ＲＢでこれまで１６ＲＢに割り当てていた送信電力と同一にすることを意味する。即ち、基地局装置２は、１６／２０＝４／５倍に各ＲＢの送信電力を低くするよう設定する。これをデシベルで表現すると、１０×ｌｏｇ_１０（４／５）＝－０．９７ｄＢとなり、０．９７デシベル目標受信レベルを下げるよう設定する。

　このように、基地局装置２が、隣接セルへ与える干渉（各々の基地局装置2で推定されるIoT）に基づいて、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}（またはf(i)）を決定することで、クリッピング（またはスペクトル整形）を適用したシステムを安定化させることができる。

　［第３の実施形態］
　ここでは、第３の実施形態として、第２の実施形態と同様の考え方に基づいて、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}とαの両方を制御する方法について説明する。

　図１１は、本発明の第３の実施形態において、αを変えた場合のＰＬに対する基地局装置２の受信電力の関係を示すグラフである。同図において横軸は式（２）におけるＰＬ（デシベル）、縦軸は受信電力を示している。α＝１とした場合の線７０１は、ＰＬの値に依らず一定の受信電力になるよう制御することを表わしており、αを１より小さい値とした場合の線７０２は、ＰＬの値が小さい、即ち基地局からの距離が近いほど受信電力が高くなるように送信電力制御が行なわれる。このような送信電力制御の方法はフラクショナル送信電力制御（FTPC：Fractional Transmit Power Control）と称され、ＬＴＥシステムなど最近の無線通信システムに導入されている。一般に、上り回線では基地局から遠い移動局装置１ほど隣接セルへの強い干渉源になる傾向があるため、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}とαを適切に制御すれば、基地局装置２付近の移動局装置１の受信品質を低下させることなく、隣接セルへの干渉量（隣接セルの基地局装置2において測定されるIoT）を一定に保つことができる。

　例えば、移動局装置１間で周波数リソースをクリッピングせずに基地局装置２に送信するＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）方式を前提とし、基地局装置間距離５００ｍ、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}＝－１０６ｄＢｍ、α＝１の場合、平均ＩｏＴはおおよそ７ｄＢであった場合、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}＝－８５ｄＢｍ、α＝０．８とすることで、同程度のＩｏＴを達成することができる。最大クリッピング率を２０％とした場合には０．８ｄＢ送信電力を下げる必要があるが、第３の実施形態では、これと同等の効果を実現する方法として、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}とαの値を制御する。

　具体的には、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}＝－７６ｄＢｍ、α＝０．７とした場合、１ＲＢあたりの送信電力はおおよそ１ｄＢ低減される。Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}とαの値に関しては、シミュレーションで決定してもよいし、実際に測定してもよい。

　これを実現する基地局装置２の構成は図８と同様であり、目標受信レベル設定部５０３がＰ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}とαの値を設定する。勿論、Ｐ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}の代わりにｆ（ｉ）またはそれら両方を設定してもよい。

　このように、本発明を適用することでクリッピングにより送信電力がセル全体で増えることを想定した場合でも、システムが安定する。

　以上、第１から第３の実施形態については、互いに組み合わせて適用してもよく、先にＰ_{Ｏ＿ＰＵＳＣＨ}とαの少なくともいずれか一方を決定し、最大クリッピング率または各移動局装置１のクリッピング率を設定するような方法でも本質的に同一である。また、ＩｏＴを基地局装置２間で制御するために、基地局装置２間の有線のインターフェースであるＸ２インターフェースを用いてＯＩ（Overload Indicator）やＨＩＩ（High Interference Indicator）として通知してもよい。また、本発明は干渉レベルを制御する上で、セル半径の異なるヘテロジーニアスネットワークやピコセル、フェムトセル、セル内に中継局を設置するリレーなどにも適用可能である。

　本発明に関わる移動局装置１および基地局装置２で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ROM、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。

　また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における移動局装置１および基地局装置２の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。移動局装置１および基地局装置２の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。

　以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。本発明は、携帯電話装置を移動局装置１とする移動体通信システムに用いて好適であるが、これに限定されない。

１、１－１、１－２　移動局装置
２、２－１、２－２　基地局装置
１０１　アンテナ
１０３　無線受信部
１０５　制御信号検出部
１０７　データ信号生成部
１０９　ＤＦＴ部
１１１　復調用参照信号多重部
１１３　復調用参照信号生成部
１１５　スペクトル整形部
１１７　周波数割当部
１１９　サウンディング参照信号生成部
１２１　サウンディング参照信号多重部
１２３　ＩＦＦＴ部
１２５　ＣＰ挿入部
１２７　無線送信部
２０１　アンテナ
２０３　無線受信部
２０５　ＣＰ除去部
２０７　ＦＦＴ部
２０９　サウンディング参照信号分離部
２１１、２１１－１～２１１－Ｕ　サウンディング部
２１３　スケジューリング部
２１５、２１５－１～２１５－Ｕ　制御情報生成部
２１７　無線送信部
２１９　復調用参照信号分離部
２２１、２１１－１～２１１－Ｕ　伝搬路推定部
２２３　データ検出部
３０１　リソース決定部
３０３　リソース判定部
３０５　スペクトル整形情報生成部
３０７　リソース調整部
４０１　送信電力制御部
４０３　上位レイヤ
５０１　最大クリッピング率設定部
５０３　目標受信レベル設定部
５０５　スケジューリング部
６０１　リソース判定部
６０３　ＭＣＳ決定部
７０１　α＝１とした場合の線
７０２　αを１より小さい値とした場合の線
Ｆ１－１、Ｆ２－１、Ｏ１－１、Ｐ２－１　周波数信号

Claims

　少なくとも一つの無線端末装置がシステム帯域中の一部の周波数をクリッピングして送信信号を配置する制御を行なう無線制御装置であって、
　前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下に抑制されるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定することを特徴とする無線制御装置。
　前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、前記システム帯域以下となるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定することを特徴とする請求項１記載の無線制御装置。
　前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下となる受信電力値、前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計、および前記システム帯域中で送信信号が配置される周波数のクリッピング率を用いて自装置における目標受信電力値を算出し、前記目標受信電力値に基づいて、前記無線端末装置の送信電力を決定することを特徴とする請求項１記載の無線制御装置。
　前記目標受信電力値と、自装置が制御するセル固有のパラメータとに基づいて、前記無線端末装置の送信電力を決定することを特徴とする請求項３記載の無線制御装置。
　前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、前記システム帯域を超えた場合、超えた分の周波数帯域に対応する送信電力を差し引いて前記無線端末装置の送信電力を決定することを特徴とする請求項１記載の無線制御装置。
　前記干渉レベルは、ＩｏＴ（Interference over Thermal noise power ratio）で示されることを特徴とする請求項１記載の無線制御装置。
　前記ＩｏＴは、前記無線端末装置で行なわれる送信電力制御のパラメータにより決定されることを特徴とする請求項６記載の無線制御装置。
　前記送信電力制御は、フラクショナル送信電力制御（Fractional Transmission Power Control）であることを特徴とする請求項７記載の無線制御装置。
　請求項１から請求項８のいずれかに記載の無線制御装置と、
　複数の無線端末装置と、から構成されることを特徴とする無線通信システム。
　少なくとも一つの無線端末装置がシステム帯域中の一部の周波数をクリッピングして送信信号を配置する制御を行なう無線制御装置の制御プログラムであって、
　前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下に抑制されるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定する処理を、コンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラム。
　前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、前記システム帯域以下となるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定する処理を更に含むことを特徴とする請求項１０記載の制御プログラム。
　前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下となる受信電力値、前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計、および前記システム帯域中で送信信号が配置される周波数のクリッピング率を用いて自装置における目標受信電力値を算出する処理と、
　前記目標受信電力値に基づいて、前記無線端末装置の送信電力を決定する処理を更に含むことを特徴とする請求項１０記載の制御プログラム。
　前記目標受信電力値と、自装置が制御するセル固有のパラメータとに基づいて、前記無線端末装置の送信電力を決定する処理を更に含むことを特徴とする請求項１２記載の制御プログラム。
　前記無線端末装置に割り当てるクリッピング前の周波数帯域の合計が、前記システム帯域を超えた場合、超えた分の周波数帯域に対応する送信電力を差し引いて前記無線端末装置の送信電力を決定する処理を更に含むことを特徴とする請求項１０記載の制御プログラム。
　無線制御装置に実装されることにより、前記無線制御装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、
　少なくとも一つの無線端末装置がシステム帯域中の一部の周波数をクリッピングして送信信号を配置する制御を行なう機能と、
　前記システム帯域全体の干渉レベルが一定値以下に抑制されるように、前記各無線端末装置が送信信号を配置する周波数を決定する機能と、の一連の機能を、前記無線制御装置に発揮させることを特徴とする集積回路。