WO2012153520A1 - 基地局および無線リソース割り当て方法 - Google Patents

基地局および無線リソース割り当て方法 Download PDF

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WO2012153520A1
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base station
communication terminal
agc
antenna input
level
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Inventor
高橋　宏和
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京セラ株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/12—Wireless traffic scheduling
    • H04W72/121—Wireless traffic scheduling for groups of terminals or users
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC

Definitions

  • the present invention relates to a base station and a radio resource allocation method.
  • LTE Long Term Evolution Evolution
  • OFDM Orthogonal Frequency Division
  • SC- FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • the LTE communication system allocates radio resources to each communication terminal in consideration of the communication environment and the like for efficient data transmission. Radio resources are allocated with a unit called a resource block as a minimum unit.
  • the base station receives signals from a plurality of communication terminals present in the cell, but the input level (hereinafter referred to as “antenna input level”) at the antenna end of the signal received from each communication terminal is not constant.
  • transmission power control called fractional TPC (Transmission Power Control) is employed. This is based on the SINR (Signal to Interference and Noise Ratio) target value of the received signal received by the base station from the communication terminal whose SINR target value for the signal from the communication terminal existing at the cell edge is closer to the base station. It is controlled so as to be smaller than the target value of SINR for the signal.
  • SINR Signal to Interference and Noise Ratio
  • fractional TPC The purpose of fractional TPC is to reduce the amount of interference to other cells caused by signals transmitted by communication terminals existing at the cell edge, and to improve the throughput of the entire system.
  • the antenna input level is smaller at the level received from the communication terminal at the cell edge than the level received from the communication terminal close to the base station.
  • the fractional TPC is an example of a factor in which the antenna input level received by the base station from each communication terminal is different.
  • the base station includes a circuit such as an amplifier to amplify the received signal.
  • a circuit such as an amplifier to amplify the received signal.
  • the amplifier When receiving a small signal, the amplifier performs a linear operation, but when receiving a large signal exceeding the capacity, the amplifier becomes a non-linear operation and distorts the signal. Therefore, in order to prevent the amplifier from distorting the signal, it is necessary to lower the signal level received by the amplifier to a predetermined signal level or lower.
  • the amplifier has been described as an example.
  • a circuit such as a filter or an ADC (Analog-to-Digital Converter), when receiving a large signal exceeding the capacity, becomes a non-linear operation and distorts the signal.
  • an AGC Automatic Gain Control circuit
  • AGC output level a signal level (hereinafter referred to as “AGC output level”) output from the AGC circuit is predetermined.
  • AGC output level a signal level (hereinafter referred to as “AGC output level”) output from the AGC circuit.
  • the AGC output level received by the amplifier or the like can be adjusted within a predetermined range by arranging the AGC circuit in the previous stage of the amplifier or the like.
  • the AGC circuit when the base station receives a large signal and a small signal having different signal levels in the same time slot, the AGC circuit is configured so that the AGC output level of the large signal is equal to or lower than a predetermined level in order to prevent signal distortion.
  • the AGC output level of the small signal input in the same time slot may be reduced below a predetermined range. In this case, when the AGC output level of the small signal approaches the noise level, the SINR may be deteriorated due to noise and the predetermined SINR may not be satisfied.
  • an object of the present invention made in view of such a point is to provide a base station and a radio resource allocation method capable of substantially extending the reception dynamic range of the base station.
  • the base station is A base station that uses a resource block as a minimum unit of radio resource allocation and performs radio resource allocation for each time slot, An input detection unit for detecting the antenna input level of the communication terminal; Based on the detected antenna input level, a grouping unit for grouping for each communication terminal having an equivalent antenna input level; A control unit that allocates radio resources to transmit uplink signals in the same time slot for each grouped communication terminal group.
  • the base station according to the second aspect further includes a channel quality detection unit that detects channel quality for each communication terminal in the base station according to the first aspect, and the control unit is configured to detect the channel quality for each communication terminal based on the channel quality. Control the modulation method.
  • a base station further includes an AGC whose gain is variable in the base station according to the first aspect, and a gain control unit that controls the gain of the AGC, wherein the gain control unit includes: The AGC is controlled so that the output levels of the AGC of all communication terminals are within a predetermined level range.
  • the solution of the present invention has been described as an apparatus.
  • the present invention can be realized as a method, a program, and a storage medium that stores the program substantially corresponding to these, and the scope of the present invention. It should be understood that these are also included.
  • a radio resource allocation method includes: A radio resource allocation method in which a resource block is a minimum unit of radio resource allocation and radio resource allocation is performed for each time slot, Detecting the antenna input level of the communication terminal; Grouping for each communication terminal having an equivalent antenna input level based on the detected antenna input level; Assigning radio resources to transmit uplink signals in the same time slot for each grouped communication terminal group.
  • a base station and a radio resource allocation method can be provided.
  • 5 is a flowchart illustrating a procedure for optimizing radio resource allocation according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the relationship between an AGC output level and EVM.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a schematic configuration of a base station according to an embodiment of the present invention.
  • the base station 10 includes a signal processing unit 100, a baseband unit 200, an RF (Radio Frequency) receiving unit 300, and an RF transmitting unit 400.
  • the signal processing unit 100 controls and manages the entire base station 10 including each functional unit of the base station 10, and is configured by a suitable processor such as a CPU.
  • the signal processing unit 100 includes an input level detection unit 110, a grouping unit 120, a control unit 130, a channel quality detection unit 140, and a gain control unit 150.
  • the input level detection unit 110 receives reception signals from all communication terminals in the cell from the baseband unit 200 and detects antenna input levels from all communication terminals.
  • the grouping unit 120 groups the communication terminals having the same antenna input level into the same group based on the antenna input levels of all the communication terminals in the cell detected by the input level detection unit 110.
  • a group of communication terminals having the same antenna input level grouped by the grouping unit 120 is referred to as a “communication terminal group”.
  • the control unit 130 allocates radio resources to the communication terminals in the cell so that the communication terminals included in the same communication terminal group transmit uplink signals at the same timing.
  • the control unit 130 reflects the radio resource allocation information on the control channel.
  • control unit 130 determines which modulation scheme is adopted by each communication terminal based on the channel quality between each communication terminal and the base station 10 detected by the channel quality detection unit 140.
  • the control unit 130 reflects the determined modulation scheme on the control channel.
  • the channel quality detection unit 140 receives a reference signal transmitted from each communication terminal in the cell from the baseband unit 200, and detects the channel quality between each communication terminal and the base station 10.
  • the gain control unit 150 controls the gain of the AGC 330 based on the antenna input level detected by the input level detection unit 110 so that the AGC output level input to the amplifier 340 falls within an appropriate range.
  • the gain control unit 150 performs gain control of the AGC 330 within the CP (Cyclic Prefix) period of the first symbol of each time slot, so that received data received during gain control cannot be demodulated and transmission efficiency is deteriorated. Can be prevented.
  • CP Cyclic Prefix
  • the baseband unit 200 receives the received data from the ADC 350 of the RF receiving unit 300, performs processing such as CP removal, FFT (Fast Fourier Transform), and demapping, and receives the received data after the processing. Is output to the signal processing unit 100.
  • the baseband 200 receives transmission data from the signal processing unit 100 for a transmission signal, performs processing such as mapping, IFFT (Inverse Fourier Transform), and CP addition, and transmits the processed transmission data. Output to the RF transmitter 400.
  • the RF receiving unit 300 receives an RF reception signal from the antenna, performs conversion to a baseband frequency, conversion from an analog signal to a digital signal, and the like, and then outputs received data to the baseband unit 200.
  • the RF receiver 300 includes an LNA (Low Noise Amplifier) 310, a mixer 320, an AGC 330, an amplifier 340, and an ADC 350.
  • LNA Low Noise Amplifier
  • the LNA 310 amplifies the received signal received from the antenna with low noise and outputs it to the mixer 320.
  • the mixer 320 receives the RF frequency reception signal from the LNA 310, converts it to a low frequency baseband frequency reception signal, and outputs it to the AGC 330.
  • the AGC 330 amplifies the reception signal received from the mixer 320 and outputs the amplified signal to the amplifier 340.
  • the amplification factor for amplifying the received signal is variable, and the amplification factor is controlled by the gain control unit 150 to output an appropriate AGC output level.
  • the amplifier 340 amplifies the reception signal received from the AGC 330 and outputs the amplified signal to the ADC 350.
  • the amplifier 340 generally performs a linear operation with respect to a small signal input.
  • the amplifier 340 performs a non-linear operation and distortion occurs in the output signal.
  • the AGC 330 is disposed in front of the amplifier 340, and the AGC output level is controlled to be within a predetermined range.
  • the example in which the amplifier 340 is arranged between the AGC 330 and the ADC 350 is shown, but this is not limited to the amplifier, and a circuit such as a filter or these and the amplifier are arranged.
  • a circuit such as a filter or these and the amplifier are arranged.
  • the RF transmitter 400 receives transmission data from the baseband unit 200, performs conversion from a digital signal to an analog signal, conversion from a baseband frequency to an RF frequency, and the like, and then outputs the transmission signal to the antenna.
  • FIG. 2A shows the antenna input level of the base station 10 from each communication terminal with respect to the time axis and the frequency axis.
  • the directions of the time axis and the frequency axis are as indicated by arrows in the lower left of the graph, the time axis is the horizontal direction, and the frequency axis is the oblique direction from the lower right to the upper left.
  • the height of the rectangular parallelepiped indicates the antenna input level of each communication terminal.
  • Each number from 0 to 10 on the time axis means one time slot.
  • the unit of time slot is 1 ms, and the allocation of radio resources to each communication terminal is changed every 1 ms.
  • the grouping unit 120 performs grouping for each communication terminal having the same antenna input level, and the control unit 130 allocates radio resources so that an uplink signal is transmitted in the same time slot for each communication terminal group.
  • the previous radio resource allocation state is shown.
  • the antenna input level of each communication terminal is usually a value different for each communication terminal.
  • the base station 10 receives signals from a plurality of communication terminals in one time slot in the time slots 4 and 9.
  • the base station 10 receives uplink signals from two communication terminals in the same time slot in time slot 4, and receives uplink signals from three communication terminals in the same time slot 9 in the same time slot.
  • the slot is receiving.
  • the antenna input levels of a plurality of communication terminals in the same time slot are not the same but different values.
  • the grouping unit 120 performs grouping for each communication terminal having the same antenna input level, and the control unit 130 allocates radio resources so that the uplink signal is transmitted in the same time slot for each communication terminal group. Shows how it was done.
  • the grouping unit 120 groups the communication terminals having the same antenna input level into five communication terminal groups, and the control unit 130 sets the time slot 0, 2, 4, 6 and 9 are assigned.
  • the numbers of communication terminals assigned to time slots 0, 2, 4, 6, and 9 are 2, 3, 3, 1, and 2, respectively.
  • the gain adjustment is performed in the state before the grouping unit 120 performs grouping for each communication terminal having the same antenna input level, that is, the state shown in FIG. 2 (a).
  • a state when the unit 150 adjusts the gain by the AGC 330 is shown.
  • FIG. 3 (a) is a graph corresponding to FIG. 2 (a), in which the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the AGC output level.
  • the control unit 130 assigns a plurality of communication terminals to the same time slot as in the time slot 4 or 9
  • the AGC output levels of the plurality of communication terminals are shown in an overlapping manner.
  • the length of the rectangle representing the AGC output level in the time axis direction is shortened. It is shortened for convenience, and there is no difference in physical quantity between when the length in the time axis direction is short and when it is long.
  • FIG. 3 (a) On the right side of FIG. 3 (a), three modulation schemes of QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) and 64 QAM are shown, and the range of the AGC output level is indicated by an arrow for each modulation scheme.
  • the range of the AGC output level indicated by the arrow is the range of the AGC output level in which the base station 10 can normally demodulate the received signal when each modulation method is adopted.
  • SINR Signal-to-Interference-and-Noise-Ratio
  • the SINR deteriorates due to nonlinear distortion caused by a large signal being input to the amplifier 340 or the like.
  • the SINR is reduced due to the AGC output level approaching the noise level. to degrade. Therefore, the range of the AGC output level in which the base station 10 can normally demodulate the received signal becomes narrower in the order of QPSK, 16QAM, and 64QAM.
  • FIG. 6 shows the relationship between the AGC output level and EVM (Error Vector Magnitude).
  • EVM Error Vector Magnitude
  • EVM is an amount indicating the magnitude of an error vector from a signal point to an actual signal on the constellation of each modulation method, and is an amount corresponding to SINR.
  • SINR is large
  • the EVM is small
  • the SINR is small
  • the EVM is large.
  • FIG. 6 when the AGC output level is small, the AGC output level approaches the noise level, so that SINR deteriorates due to noise, and therefore EVM increases.
  • the AGC output level is high, the SINR deteriorates due to nonlinear distortion caused by a large signal, and thus the EVM becomes large.
  • FIG. 6 shows the range of the AGC output level in which the base station 10 can normally demodulate the received signal with arrows for QPSK, 16QAM, and 64AQM. Since multi-level modulation requires higher SINR (that is, smaller EVM), the range of AGC output levels that can be normally demodulated by the base station 10 in the order of QPSK, 16QAM, and 64QAM becomes narrower.
  • FIG. 3B shows a state in which the gain adjustment unit 150 adjusts the AGC output level of the AGC 330 to the AGC target level that is a preferred AGC output level in the radio resource allocation state shown in FIG.
  • An arrow pointing up like time slots 0, 2, 3, 7, and 8 means that the gain control unit 150 has controlled the AGC 330 to amplify the signal.
  • the arrow pointing downward means that the gain controller 150 has controlled the AGC 330 to attenuate the signal.
  • the length of the arrow corresponds to the amount of amplification when it is upward and to the amount of attenuation when it is downward.
  • the gain control unit 150 In order to prevent non-linear distortion caused by the AGC 330, the AGC 330 is controlled so that the reception signal having the maximum AGC output level among the plurality of reception signals becomes the AGC target level. For example, in the time slot 9 example, the gain control unit 150 adjusts the AGC output level so that the AGC output level of the received signal having the maximum AGC output level among the three received signals becomes the AGC target level. Yes.
  • gain control section 150 sets the received signal having the maximum AGC output level to the AGC target level.
  • the received signal with the lowest AGC output level has a lower AGC output level than the range in which the base station 10 can normally demodulate with QPSK. In such a case, a communication terminal that cannot communicate with the base station 10 occurs, and the throughput of the entire system decreases.
  • grouping section 120 groups for each communication terminal having the same antenna input level, and control section 130 has the same uplink signal for each communication terminal group.
  • FIG. 4 (a) is a graph corresponding to FIG. 2 (b), and the notation method is the same as FIG. 3 (a).
  • a plurality of communication terminals in a cell are grouped by the grouping unit 120 with the same antenna input level, and each communication terminal group transmits an uplink signal in the same time slot.
  • a radio resource is allocated to the control unit 130. Therefore, in time slots in which uplink signals are received from a plurality of communication terminals in the same time slot, such as time slots 0, 2, 4, and 9, the AGC output levels of the communication terminals in the same time slot are the same.
  • FIG. 4B shows a state where the gain control unit 150 adjusts the AGC output level to the AGC target level in the radio resource allocation state shown in FIG.
  • the meaning of the arrow is the same as the meaning of the arrow in FIG.
  • the antenna input levels from the plurality of communication terminals in the time slot that the base station 10 receives from the plurality of communication terminals are the same. . Therefore, the adjusted AGC output levels of the plurality of communication terminals when the gain control unit 150 adjusts the AGC 330 so that the AGC output level becomes the target level are also the same.
  • the grouping unit 120 groups communication terminals having the same antenna input level, and the control unit 130 allocates radio resources so that the uplink signal is transmitted at the same timing for each communication terminal group.
  • the small signal input to the base station 10 in the same time slot as the large signal is prevented from deviating from the antenna output level range that the base station 10 can normally demodulate. Can do. As a result, the throughput of the entire system can be improved.
  • the input level detection unit 110 receives received signals from all communication terminals in the cell from the baseband unit 200, and detects the antenna input levels of all communication terminals (step S101).
  • the grouping unit 120 receives the antenna input levels of all communication terminals in the cell from the input level detection unit 110, and groups the communication terminals having the same antenna input level into the same group (step S102).
  • the control unit 130 allocates radio resources to the communication terminals in the cell so that the communication terminals in each communication terminal group transmit uplink signals at the same timing.
  • the control unit 130 reflects the radio resource allocation information on the control channel (step S103).
  • the gain control unit 150 controls the gain of the AGC 330 so that the AGC output level is equal to the AGC target level (step S104).
  • the base station 10 can allocate radio resources to communication terminals in a cell so that a signal with a large antenna input level and a signal with a small antenna input level are not received in the same time slot. it can.
  • the base station 10 can prevent the small signal from satisfying the desired SINR by the gain control unit 150 controlling the AGC 330 according to the signal having a high antenna input level. This substantially extends the reception dynamic range of the base station 10 while maintaining the linearity of the amplifier 340 and the like, and can improve the throughput of the entire system.
  • control channel 130 can be used to notify the communication terminal that has determined that multi-level modulation is possible.
  • control unit 130 can receive the received data in a state adjusted to the target level by executing gain control by the AGC 330 during the CP reception period in the first symbol of each time slot.
  • LTE is described as an example of the mobile communication system.
  • the present invention is not limited to this, and any wireless communication system that allocates wireless resources to communication terminals for each time slot may be used.
  • the present invention can be similarly applied.

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Abstract

　基地局の受信ダイナミックレンジを実質的に拡張することができる基地局および無線リソース割り当て方法を提供する。　基地局１０は、通信端末のアンテナ入力レベルを検出する入力検出部１１０と、検出した前記アンテナ入力レベルに基づいて、同等のアンテナ入力レベルを有する通信端末ごとにグループ分けするグルーピング部１２０と、グループ分けされた通信端末グループ毎に上りリンク信号を同一時間スロットで送信するように無線リソースを割り当てる制御部１３０とを備える。

Description

基地局および無線リソース割り当て方法 関連出願へのクロスリファレンス
　本出願は、日本国特許出願２０１１－１０４０７４号（２０１１年５月９日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
　本発明は、基地局および無線リソース割り当て方法に関するものである。
　新たな無線通信システムであるＬＴＥ（Long Term Evolution）は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を採用しており、通信端末から基地局への上りリンクの無線アクセス方式には、ＯＦＤＭに基づくＳＣ－ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）を採用し、基地局から通信端末への下りリンクの無線アクセス方式には、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を採用している。
　ＬＴＥ通信システムは、データ伝送の効率化のため、通信環境などを考慮して各通信端末へ無線リソースを割り当てる。無線リソースは、リソースブロックと称される単位を最小単位として割り当てられる。
　基地局は、セル内に存在する複数の通信端末から信号を受信するが、各通信端末から受信する信号のアンテナ端における入力レベル（以下「アンテナ入力レベル」と称する）は一定ではない。例えば、ＬＴＥ通信システムにおいては、フラクショナルＴＰＣ（Transmission Power Control）という送信電力制御が採用されている。これは、基地局が受け取る受信信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）の目標値を、セル端に存在する通信端末からの信号に対するＳＩＮＲの目標値の方が基地局に近い通信端末からの信号に対するＳＩＮＲの目標値よりも小さくなるように制御するものである。フラクショナルＴＰＣは、セル端に存在する通信端末が送信する信号による他セルへの干渉量を低減し、システム全体としてのスループットを改善することを目的とするものである。フラクショナルＴＰＣによる通信端末の制御を採用することにより、アンテナ入力レベルは、基地局に近い通信端末から受信するレベルよりもセル端の通信端末から受信するレベルの方が小さくなる。このように、フラクショナルＴＰＣは、基地局が各通信端末から受信するアンテナ入力レベルが異なる要因の一例として挙げられる。
　基地局は、受信信号を増幅するためにアンプなどの回路を備える。アンプは、小信号を受け取った場合は線形動作をするが、能力を超えた大信号を受け取った場合は非線形動作となり信号を歪ませる。したがって、アンプが信号を歪ませないようにするためには、アンプが受け取る信号レベルを所定の信号レベル以下まで下げる必要がある。ここで、アンプを例に挙げて説明したが、フィルタやＡＤＣ（Analog to Digital Converter）などの回路も同様に、能力を超えた大信号を受け取った場合は非線形動作となり信号を歪ませる。
　このような大信号に起因する信号の歪みを防ぐために、アンプなどの前段にＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路を設けて、ＡＧＣ回路が出力する信号レベル（以下「ＡＧＣ出力レベル」と称する）が所定の範囲内になるように制御する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特表平１０－５０６７６２号公報
　特許文献１に記載の発明のように、アンプなどの前段にＡＧＣ回路を配置することにより、アンプなどが受け取るＡＧＣ出力レベルを所定の範囲内に調整することができる。
　しかしながら、例えば、基地局が信号レベルの異なる大信号および小信号を同一時間スロットで受け取った場合に、信号の歪みを防ぐため、大信号のＡＧＣ出力レベルが所定のレベル以下になるようにＡＧＣ回路を制御すると、同一時間スロットに入力している小信号のＡＧＣ出力レベルが所定の範囲以下に小さくなる場合がある。この場合、小信号のＡＧＣ出力レベルがノイズレベルに近づくことでノイズ起因によりＳＩＮＲが劣化し、所定のＳＩＮＲを満たせなくなる場合がある。
　これを防ぐために、例えば、アンプなどの線形性を向上させ、大信号を入力しても歪みにくいようにする方法が考えられる。しかし、アンプなどの線形性を向上させるためには大幅な消費電力の増加が必要となるためコストの上昇につながってしまい好ましくない。
　したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、基地局の受信ダイナミックレンジを実質的に拡張することができる基地局および無線リソース割り当て方法を提供することにある。
　上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による基地局は、
　リソースブロックを無線リソース割り当ての最小単位とし、時間スロット毎に無線リソース割り当てを行う基地局であって、
　通信端末のアンテナ入力レベルを検出する入力検出部と、
　検出した前記アンテナ入力レベルに基づいて、同等のアンテナ入力レベルを有する通信端末毎にグループ分けするグルーピング部と、
　グループ分けされた通信端末グループ毎に上りリンク信号を同一時間スロットで送信するように無線リソースを割り当てる制御部と
を備える。
　第２の観点による基地局は、第１の観点による基地局において、さらに通信端末毎のチャネル品質を検出するチャネル品質検出部を備え、前記制御部は、当該チャネル品質に基づいて前記通信端末毎の変調方式を制御する。
　第３の観点による基地局は、第１の観点による基地局において、増幅率が可変であるＡＧＣと、前記ＡＧＣの前記増幅率を制御するゲイン制御部とをさらに備え、前記ゲイン制御部は、全ての通信端末の前記ＡＧＣの出力レベルが所定レベル範囲内になるように前記ＡＧＣを制御する。
　上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
　例えば、本発明を方法として実現させた第４の観点による無線リソース割り当て方法は、
　リソースブロックを無線リソース割り当ての最小単位とし、時間スロット毎に無線リソース割り当てを行う無線リソース割り当て方法であって、
　通信端末のアンテナ入力レベルを検出するステップと、
　検出した前記アンテナ入力レベルに基づいて、同等のアンテナ入力レベルを有する通信端末ごとにグループ分けするステップと、
　グループ分けされた通信端末グループ毎に上りリンク信号を同一時間スロットで送信するように無線リソースを割り当てるステップと
を含む。
　本発明によれば、アンテナ入力レベルの異なる複数の通信端末が上りリンク信号を同一時間スロットに送信しないように無線リソースを割り当てることにより、基地局の受信ダイナミックレンジを実質的に拡張することができる基地局および無線リソース割り当て方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る無線リソース割り当てを最適化する様子を示す図である。 無線リソース割り当ての最適化を実施せずにＡＧＣを実行した場合の各通信端末のＡＧＣ出力レベルを示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線リソース割り当ての最適化を実施してＡＧＣを実行した場合の各通信端末のＡＧＣ出力レベルを示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線リソースの割り当てを最適化する手順を示すフローチャートである。 ＡＧＣ出力レベルとＥＶＭとの関係を示す図である。
　以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。
　基地局１０は、信号処理部１００、ベースバンド部２００、ＲＦ（Radio Frequency）受信部３００およびＲＦ送信部４００を備える。
　信号処理部１００は、基地局１０の各機能部をはじめとして基地局１０の全体を制御および管理するものであり、ＣＰＵ等の好適なプロセッサによって構成される。信号処理部１００は、入力レベル検出部１１０、グルーピング部１２０、制御部１３０、チャネル品質検出部１４０およびゲイン制御部１５０を備える。
　入力レベル検出部１１０は、セル内の全通信端末からの受信信号をベースバンド部２００から受け取り、全通信端末からのアンテナ入力レベルを検出する。
　グルーピング部１２０は、入力レベル検出部１１０が検出したセル内の全通信端末のアンテナ入力レベルに基づいて、アンテナ入力レベルが同等の通信端末が同一のグループになるようにグルーピングする。以後、グルーピング部１２０がグルーピングしたアンテナ入力レベルが同等の通信端末のグループのことを「通信端末グループ」と称する。
　制御部１３０は、同一の通信端末グループに含まれる通信端末が上りリンク信号を同じタイミングで送信するように、セル内の通信端末に無線リソースを割り当てる。制御部１３０は、無線リソースの割り当て情報を制御チャネルに反映させる。
　また、制御部１３０は、チャネル品質検出部１４０が検出する各通信端末と基地局１０との間のチャネル品質に基づいて、各通信端末がどの変調方式を採用するかを決定する。制御部１３０は、決定した変調方式を制御チャネルに反映させる。
　チャネル品質検出部１４０は、セル内の各通信端末が送信するリファレンス・シグナルをベースバンド部２００から受け取り、各通信端末と基地局１０との間のチャネル品質を検出する。
　ゲイン制御部１５０は、入力レベル検出部１１０が検出したアンテナ入力レベルに基づいて、アンプ３４０に入力されるＡＧＣ出力レベルが適切な範囲になるようにＡＧＣ３３０のゲインを制御する。
　また、ゲイン制御部１５０は、各時間スロットの最初のシンボルのＣＰ（Cyclic Prefix）期間内にＡＧＣ３３０のゲイン制御をすることで、ゲイン制御中に受け取った受信データが復調できずに伝送効率を劣化させることを防ぐことができる。
　ベースバンド部２００は、受信信号に対しては、ＲＦ受信部３００のＡＤＣ３５０から受信データを受け取り、ＣＰ除去、ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)およびデマッピングなどの処理を実行し、当該処理後の受信データを信号処理部１００に出力する。また、ベースバンド２００は、送信信号に対しては、信号処理部１００から送信データを受け取り、マッピング、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）およびＣＰ付加などの処理を実行し、当該処理後の送信データをＲＦ送信部４００に出力する。
　ＲＦ受信部３００は、アンテナからＲＦ受信信号を受け取り、ベースバンド周波数への変換およびアナログ信号からデジタル信号への変換などを実行した後、受信データをベースバンド部２００に出力する。
　ＲＦ受信部３００は、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）３１０、ミキサ３２０、ＡＧＣ３３０、アンプ３４０およびＡＤＣ３５０を備える。
　ＬＮＡ３１０は、アンテナから受け取った受信信号を低雑音で増幅し、ミキサ３２０に出力する。
　ミキサ３２０は、ＬＮＡ３１０からＲＦ周波数の受信信号を受け取り、低周波のベースバンド周波数の受信信号に変換し、ＡＧＣ３３０に出力する。
　ＡＧＣ３３０は、ミキサ３２０から受け取った受信信号を増幅しアンプ３４０に出力する。この際、受信信号を増幅する増幅率は可変であり、当該増幅率はゲイン制御部１５０によって適切なＡＧＣ出力レベルを出力するように制御される。
　アンプ３４０は、ＡＧＣ３３０から受け取った受信信号を増幅しＡＤＣ３５０に出力する。ここで、アンプ３４０は、一般に小信号入力に対しては線形動作をするが、アンプ３４０の能力を超えた大信号が入力された場合は非線形動作となり、出力信号に歪みが発生する。これを防ぐため、アンプ３４０の前段にＡＧＣ３３０を配置し、ＡＧＣ出力レベルが所定の範囲内のレベルになるように制御されている。なお、本実施形態においては、ＡＧＣ３３０とＡＤＣ３５０との間にアンプ３４０が配置される例を示したが、これはアンプに限定されるものではなく、フィルタなどの回路、または、これらとアンプとが複合された回路の場合などがあり得る。フィルタなどの回路を使用する場合も線形動作できる範囲には制限があり、能力を超えた大信号が入力された場合は、その出力信号は歪む。
　ＲＦ送信部４００は、ベースバンド部２００から送信データ受け取り、デジタル信号からアナログ信号への変換、および、ベースバンド周波数からＲＦ周波数への変換などを実行した後、送信信号をアンテナに出力する。
　ここで、グルーピング部１２０および制御部１３０の動作について詳細に説明する。
　図２（ａ）は、各通信端末からの基地局１０のアンテナ入力レベルを時間軸および周波数軸に対して示したものである。時間軸および周波数軸の方向はグラフ左下において矢印で示す向きのとおりであり、時間軸は横方向、周波数軸は右下から左上への斜め方向である。また、直方体の高さは各通信端末のアンテナ入力レベルを示す。時間軸に示す０～１０の数字は、それぞれが１つの時間スロットを意味する。ＬＴＥ通信システムにおいては、時間スロットの単位は１ｍｓであり、１ｍｓ毎に各通信端末に対する無線リソースの割り当てが変更される。
　図２（ａ）は、グルーピング部１２０が、アンテナ入力レベルが同等の通信端末毎にグルーピングし、制御部１３０が通信端末グループ毎に上りリンク信号を同一時間スロットで送信するように無線リソースを割り当てる前の無線リソース割り当て状態を示す。図２（ａ）に示すように、各通信端末のアンテナ入力レベルは、通常、通信端末毎に異なる値である。図２（a）の例においては、基地局１０は、時間スロット４および９において、１つの時間スロット内で複数の通信端末からの信号を受信する。図２（ａ）に示す例では、基地局１０は、時間スロット４において２つの通信端末から上りリンク信号を同一時間スロットに受信し、時間スロット９において３つの通信端末から上りリンク信号を同一時間スロットに受信している。時間スロット４および９のいずれにおいても、同一時間スロット内の複数の通信端末のアンテナ入力レベルは同一ではなく異なる値である。
　図２（ｂ）は、グルーピング部１２０が、アンテナ入力レベルが同等の通信端末毎にグルーピングし、制御部１３０が通信端末グループ毎に上りリンク信号を同一時間スロットで送信するように無線リソースを割り当てた様子を示す。図２（ｂ）に示す例では、グルーピング部１２０は、アンテナ入力レベルが同等の通信端末毎に５つの通信端末グループにグルーピングし、制御部１３０は、当該５つの通信端末グループに時間スロット０、２、４、６および９を割り当てている。時間スロット０、２、４、６および９に割り当てられた通信端末の数は、それぞれ、２，３、３、１および２台である。
　図３（ａ）および図３（ｂ）は、仮に、グルーピング部１２０が、アンテナ入力レベルが同等の通信端末毎にグルーピングする前の状態、すなわち図２（ａ）に示した状態で、ゲイン調整部１５０がＡＧＣ３３０によるゲインを調整した場合の様子を示す。
　図３（ａ）は、図２（ａ）に対応するグラフであり、横軸を時間、縦軸をＡＧＣ出力レベルとしたものである。時間スロット４または９のように、制御部１３０が複数の通信端末を同一時間スロットに割り当てている時間スロットにおいては、複数の通信端末のＡＧＣ出力レベルを重ねて表している。ここで、複数の通信端末のＡＧＣ出力レベルを重ねて表す場合は、ＡＧＣ出力レベルを表す長方形の時間軸方向の長さは短くなっているが、これは、複数重ねたものを見やすくするために便宜上短くしたものであり、時間軸方向の長さが短い場合と長い場合とで何らかの物理量の差異があるわけではない。
　図３（ａ）の右側において、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）および６４ＱＡＭの３つの変調方式を示し、それぞれの変調方式について矢印でＡＧＣ出力レベルの範囲を示している。ここに矢印で示しているＡＧＣ出力レベルの範囲は、各変調方式を採用した場合に、基地局１０が受信信号を正常に復調できるＡＧＣ出力レベルの範囲である。一般に、基地局１０が受信信号を正常に復調するためには多値変調になるほど高いＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）を必要とする。ＡＧＣ出力レベルが大きい場合は、アンプ３４０などに大信号が入力されることに起因する非線形歪みによりＳＩＮＲが劣化し、ＡＧＣ出力レベルが低い場合は、ＡＧＣ出力レベルがノイズレベルに近づくことによりＳＩＮＲが劣化する。したがって、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの順で、基地局１０が受信信号を正常に復調することができるＡＧＣ出力レベルの範囲は狭くなる。
　上述のＡＧＣ出力レベルとＳＩＮＲとの関係についてのさらなる説明として、図６にＡＧＣ出力レベルとＥＶＭ（Error Vector Magnitude）との関係を示す。ここで、ＥＶＭとは、各変調方式のコンスタレーション上における、信号点から実際の信号への誤差ベクトルの大きさを示す量であり、ＳＩＮＲに対応する量である。ＳＩＮＲが大きい場合はＥＶＭが小さくなり、ＳＩＮＲが小さい場合はＥＶＭが大きくなる。図６に示すように、ＡＧＣ出力レベルが小さい場合は、ＡＧＣ出力レベルがノイズレベルに近づくためノイズに起因してＳＩＮＲが劣化し、したがってＥＶＭは大きくなる。ＡＧＣ出力レベルが大きい場合は、大信号に起因する非線形歪みによってＳＩＮＲが劣化し、したがってＥＶＭは大きくなる。
　図６は、基地局１０が受信信号を正常に復調できるＡＧＣ出力レベルの範囲を、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭおよび６４ＡＱＭのそれぞれについて矢印で示している。多値変調になるほど高いＳＩＮＲ（すなわち小さいＥＶＭ）が要求されるので、ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの順で基地局１０が正常に復調できるＡＧＣ出力レベルの範囲は狭くなっていく。
　図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した無線リソースの割り当て状態において、ゲイン調整部１５０がＡＧＣ３３０のＡＧＣ出力レベルを好ましいＡＧＣ出力レベルであるＡＧＣターゲットレベルに調整した様子を示す。時間スロット０、２、３、７および８のように矢印が上向きのものは、ゲイン制御部１５０が、ＡＧＣ３３０により信号を増幅させるように制御したことを意味し、時間スロット１、４および９のように矢印が下向きのものは、ゲイン制御部１５０が、ＡＧＣ３３０により信号を減衰させるように制御したことを意味する。また、矢印の長さは、上向きの場合は増幅量、下向きの場合は減衰量に相当する。
　図３（ｂ）において、基地局１０が、時間スロット４および９のように同一時間スロット内に複数の通信端末からの上りリンク信号を受信している場合は、ゲイン制御部１５０は、大信号に起因する非線形歪みを防ぐために、複数の受信信号のうちの最大のＡＧＣ出力レベルの受信信号がＡＧＣターゲットレベルになるようにＡＧＣ３３０を制御する。例えば、時間スロット９の例をみると、３つの受信信号のうちＡＧＣ出力レベルが最大の受信信号のＡＧＣ出力レベルがＡＧＣターゲットレベルになるように、ゲイン制御部１５０はＡＧＣ出力レベルを調整している。ここで、時間スロット９において同一時間スロットに受信した上りリンク信号は、ＡＧＣ出力レベルのレベル差が大きいため、ゲイン制御部１５０が、最大のＡＧＣ出力レベルの受信信号がＡＧＣターゲットレベルになるように調整すると、一番ＡＧＣ出力レベルが小さい受信信号は、基地局１０がＱＰＳＫで正常に復調できる範囲よりもＡＧＣ出力レベルが下がってしまう。このような場合は、基地局１０と通信できない通信端末が発生することになり、システム全体としてのスループットは低下する。
　図４（ａ）および図４（ｂ）は、本願発明に基づき、グルーピング部１２０が、アンテナ入力レベルが同等の通信端末毎にグルーピングし、制御部１３０が通信端末グループ毎に上りリンク信号を同一時間スロットで送信するように無線リソースを割り当てた状態、すなわち、図２（ｂ）に示した状態において、ゲイン制御部１５０がＡＧＣ３３０のゲインを調整した場合の様子を示す。
　図４（ａ）は、図２（ｂ）に対応するグラフであり、表記方法は図３（ａ）と同様である。図４（ａ）においては、セル内の複数の通信端末は、アンテナ入力レベルが同一の通信端末がグルーピング部１２０によってグルーピングされ、各通信端末グループは、上りリンク信号を同一時間スロットで送信するように制御部１３０によって無線リソースが割り当てられている。したがって、時間スロット０、２、４および９のように複数の通信端末から同一時間スロットに上りリンク信号を受信する時間スロットにおいては、同一時間スロット内の通信端末のＡＧＣ出力レベルは同等である。
　図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した無線リソースの割り当て状態において、ゲイン制御部１５０がＡＧＣ出力レベルをＡＧＣターゲットレベルに調整した様子を示す。矢印の意味は図３（ｂ）における矢印の意味と同様である。
　図４（ｂ）においては、時間スロット０、２、４および９のように、基地局１０が複数の通信端末から受信している時間スロットにおける複数の通信端末からのアンテナ入力レベルは同等である。したがって、ゲイン制御部１５０が、ＡＧＣ３３０をＡＧＣ出力レベルがターゲットレベルになるように調整した場合の複数の通信端末の調整後のＡＧＣ出力レベルも同等である。このように、グルーピング部１２０が、アンテナ入力レベルが同等である通信端末をグルーピングして、制御部１３０が通信端末グループ毎に上りリンク信号を同じタイミングで送信するように無線リソースを割り当てることにより、図３（ｂ）に示したように、基地局１０に大信号と同一時間スロットに入力された小信号が、基地局１０が正常に復調できるアンテナ出力レベルの範囲を外れてしまうことを防ぐことができる。その結果、システム全体のスループットを向上させることができる。
　図５に示すフローチャートを参照しながら、基地局１０が無線リソースの割り当てを最適化する手順を説明する。
　入力レベル検出部１１０は、セル内の全通信端末からの受信信号をベースバンド部２００から受け取り、全通信端末のアンテナ入力レベルを検出する（ステップＳ１０１）。
　グルーピング部１２０は、入力レベル検出部１１０からセル内の全通信端末のアンテナ入力レベルを受け取り、アンテナ入力レベルが同等の通信端末が同じグループになるようにグルーピングする（ステップＳ１０２）。
　制御部１３０は、各通信端末グループ内の通信端末が上りリンク信号を同じタイミングで送信するように、セル内の通信端末に無線リソースを割り当てる。制御部１３０は、無線リソースの割り当て情報を制御チャネルに反映させる（ステップＳ１０３）。
　ゲイン制御部１５０は、ＡＧＣ出力レベルがＡＧＣターゲットレベルと同等になるようにＡＧＣ３３０のゲインを制御する（ステップＳ１０４）。
　このように、本実施形態によれば、基地局１０は、アンテナ入力レベルが大きい信号と小さい信号とを同一時間スロットに受信することがないようにセル内の通信端末に無線リソースを割り当てることができる。これにより、基地局１０は、アンテナ入力レベルが大きい信号に合わせてゲイン制御部１５０がＡＧＣ３３０を制御することにより、小さい信号が所望のＳＩＮＲを満たせなくなることを防ぐことができる。これは、アンプ３４０等の線形性はそのままでありながら、基地局１０の受信ダイナミックレンジを実質的に拡張するものであり、システム全体としてのスループットを向上することができる。
　また、制御部１３０は、上述の方法による無線リソースの割り当てにより、チャネル品質検出部１４０の検出結果から、さらに多値の変調を行うことが可能な通信端末があると判断したときは、制御チャネルを用いて、多値変調が可能であると判定した通信端末にその旨を通知することができる。
　また、制御部１３０は、ＡＧＣ３３０によるゲイン制御を各時間スロットの先頭のシンボル中のＣＰ受信期間中に実行することにより、ターゲットレベルに調整された状態で受信データを受け取ることができる。
　本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
　また、上述の実施例では、移動体通信システムとしてＬＴＥを例に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、時間スロット毎に通信端末に無線リソースを割り当てる無線通信システムであれば、本発明を同様に適用することができる。
　１０　基地局
　１００　信号処理部
　１１０　入力レベル検出部
　１２０　グルーピング部
　１３０　制御部
　１４０　チャネル品質検出部
　１５０　ゲイン制御部
　２００　ベースバンド部
　３００　ＲＦ受信部
　３１０　ＬＮＡ
　３２０　ミキサ
　３３０　ＡＧＣ
　３４０　アンプ
　３５０　ＡＤＣ
　４００　ＲＦ送信部

Claims (4)

  1. 　リソースブロックを無線リソース割り当ての最小単位とし、時間スロット毎に無線リソース割り当てを行う基地局であって、
    　通信端末のアンテナ入力レベルを検出する入力検出部と、
    　検出した前記アンテナ入力レベルに基づいて、同等のアンテナ入力レベルを有する通信端末毎にグループ分けするグルーピング部と、
    　グループ分けされた通信端末グループ毎に上りリンク信号を同一時間スロットで送信するように無線リソースを割り当てる制御部と
    を備える基地局。
  2. 　請求項１に記載の基地局において、さらに通信端末毎のチャネル品質を検出するチャネル品質検出部を備え、前記制御部は、当該チャネル品質に基づいて前記通信端末毎の変調方式を制御する基地局。
  3. 　請求項１に記載の基地局において、増幅率が可変であるＡＧＣと、前記ＡＧＣの前記増幅率を制御するゲイン制御部とをさらに備え、前記ゲイン制御部は、全ての通信端末の前記ＡＧＣの出力レベルが所定レベル範囲内になるように前記ＡＧＣを制御する基地局。
  4. 　リソースブロックを無線リソース割り当ての最小単位とし、時間スロット毎に無線リソース割り当てを行う無線リソース割り当て方法であって、
    　通信端末のアンテナ入力レベルを検出するステップと、
    　検出した前記アンテナ入力レベルに基づいて、同等のアンテナ入力レベルを有する通信端末ごとにグループ分けするステップと、
    　グループ分けされた通信端末グループ毎に上りリンク信号を同一時間スロットで送信するように無線リソースを割り当てるステップと
    を含む無線リソース割り当て方法。
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