JP2010114676A - 並列チャネルに対する電力割当方法 - Google Patents

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裕貴 井浦
Shigeru Uchida
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Abstract

【課題】電力割当の優先権を有するチャネルに対し、一定の伝送容量を保証するとともに、部分的にシステム伝送容量を最大化することのできる並列チャネルに対する電力割当方法を得る。
【解決手段】送信局(BS装置)と受信局(MS)との間でデータ送信が行われる複数の並列チャネルの送信電力を制御する際に、複数の並列チャネルのすべてに対し、各並列チャネルの最低所要電力を割当てるとともに、最低所要電力を割当てた後の余剰電力を、注水定理にしたがって、複数の並列チャネルのすべてに対してさらに割当てる。
【選択図】図2

Description

この発明は、送信側無線通信基地局装置に適用される並列チャネルに対する電力割当方法に関するものである。
近年、ワイヤレスブロードバンド高速大容量化に対する要求が大きくなっており、たとえばセルラーシステムにおいては、セル通信容量を最大化させることが求められている。
また、従来から、並列チャネルを用いたデータ送受信技術は良く知られている。
特に、システム帯域全体を複数の周波数ブロック(サブキャリアと呼ばれる)に分割し、各ブロックに対してデータを割当てるOFDM/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Orthogonal Frequency Division Multiple Access)などの、周波数的な並列伝送路を形成するマルチキャリアシステムや、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを用いて空間的な並列伝送路を形成するMIMO(Multiple−Input Multiple−Output)システムは、セル通信容量拡大手段として有効な手段である。
これら並列チャネルを有するシステムは、無線リソースを柔軟に制御可能であり、適切に無線リソースをスケジューリングすることにより、セル通信容量を改善することができる。
シングルサイトの場合、基地局(BS:Base Station)単位で送信電力制限が設けられることが一般的であり、送信電力割当方法について最適解を検討するためには、チャネル品質(信号電力利得)や変調度、通信品質に関するポリシーに応じた適応的制御が必要となる。
また、近年では、マルチサイトとして、複数の基地局がユーザデータや制御情報を共有し、協調的にデータ送信をする複数基地局協調方式が検討されている。
この方式は、或るBSの送信電力割当が、他のBSの電力割当や性能に影響を与えるので、状況に応じた適応的な電力制御が必要となる。
上記背景に鑑みて、並列チャネルの特定データクラスに対し、優先的な電力割当を行う並列チャネルに対する電力割当方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
並列チャネルに対する送信電力割当においては、均等割当(電力均等分配)が一般的であるが、均等割当には、以下の問題がある。
すなわち、BSがサポートするセル内のチャネル品質は、一様ではなく、受信局となる移動機(MS:Mobile Station)の位置によって変化するので、送信電力をすべてのMSに対して均等割当する場合、通信品質は、チャネル品質に正比例する。
しかし、各MSの所望スループットおよびBER(Bit Error Rate)などは、そのMSのデータ通信の種類やQoS(Quarity of Service)に依存するので、均等分配は必ずしも適切ではなく、セル通信容量最大化の側面においても適切ではない。
また、均等分配においては、品質の悪いチャネルでは低レート伝送となり、品質の良いチャネルと同程度の伝送容量を得ることができないので、複数のMSがこれら並列チャネルを分け合う場合には、ユーザ間の伝送容量差が大きく、MS間の通信品質の不均衡が生じるうえ、チャネル品質の低いMSに対し、高速・大容量のデータ送信が不可能となる問題がある。
さらに、複数のデータコネクションが並列チャネルを分け合う場合には、コネクション間に伝送容量差が生じ、同様の不均衡が生じてしまう。
また、或るMSで空間的な複数の並列チャネルを用いて分割されたFECデータブロックを伝送する場合には、特定のチャネルで生じた誤りにより、FECデータブロック全体がデコード不可になるという問題が生じてしまう。
よって、BSは、各並列チャネルの所望スループットおよびBERとチャネル品質とを考慮し、適応的に電力分配を行う必要がある。
一方、並列チャネルに対する電力分配において、合計伝送容量を最大化する電力割当法として注水定理分配があげられる。
しかし、注水定理による電力割当は、チャネル品質の良いチャネルに対しては、より多い電力を割当て、チャネル品質の悪いチャネルに対しては、より少ない電力を割当てるので、チャネル品質の悪いチャネルの伝送容量は、均等分配と比べて劣化する。また、場合によっては、全く電力が割当てられず、通信機会が割当てられない。
このような注水定理による割当方法は、並列チャネルの合計伝送容量を最大化するために、品質の悪いチャネルを切り捨てる排他制御であり、現実の通信システムにおいては、適切でない場合がある。
さらに、マルチサイト電力分配(複数基地局協調方式)の特徴と適用範囲について説明する。
複数基地局協調方式は、ユーザデータや制御情報を共有し、設置場所の異なるアンテナを協調的に用いて、ユーザスループットを改善させる方式である。
しかし、複数基地局協調方式は、セルエッジ領域のような複数のBSから同じ品質の電波を受信する位置で効果を発揮するので、チャネル品質が他のMSと比較して悪い場合がある。したがって、各MSに対して、電力を均等割当、または注水定理による電力割当では、不十分な伝送容量しか得られない問題があり、適応的な電力制御が必要となる。
特開2006−237897号公報
従来の並列チャネルに対する電力割当方法では、適応的な電力制御が必要となるにもかかわらず、これに対処する方法が提案されていないので、適正な割当を実現することができないという課題があった。
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、単一BSにおいては、電力割当の優先権を有するチャネルに対し、一定の伝送容量を保証するとともに、部分的にシステム伝送容量を最大化することのできる並列チャネルに対する電力割当方法を得ることを目的とする。
また、複数のBSの協調方式においては、協調対象となるチャネルに対して、一定の伝送容量の保証と、部分的なシステム伝送容量最大化と、複数BS間の電力分配調整とを行うことにより、送信側無線通信基地局装置および協調制御装置を実現することのできる電力割当方法を得ることを目的とする。
この発明による並列チャネルに対する電力割当方法は、送信局と受信局との間でデータ送信が行われる複数の並列チャネルの送信電力を制御する電力割当方法であって、複数の並列チャネルのすべてに対し、各並列チャネルの最低所要電力を割当てるとともに、最低所要電力を割当てた後の余剰電力を、注水定理にしたがって、複数の並列チャネルのすべてに対してさらに割当てるものである。
この発明によれば、電力割当の優先権を有するチャネルに対し、一定の伝送容量を保証するとともに、部分的にシステム伝送容量を最大化することができる。
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1に係る並列チャネルに対する電力割当方法について詳細に説明する。
ここでは、並列チャネルに対する電力割当方法が適用される無線基地局装置を例にとって説明する。なお、以下の説明によりこの発明が限定されるものではない。
図1はこの発明の実施の形態1に係る並列チャネルに対する電力割当方法が適用される無線基地局装置を示すブロック図であり、無線機(送信局)の構成を示している。
図1において、送信局となるBS装置100は、QoS検出部101と、スケジューリング部103と、リソースマッピング部104と、ベースバンド処理部105と、レベル測定部106を備えている。
QoS検出部101は、IPパケット107からQoS(Quality of Service)クラスを検出し、User Data(ユーザデータ)111およびQoS情報112を生成する。
スケジューリング部103は、チャネル品質報告メッセージ110(後述する)と、User Data111と、QoS情報112とを用いて、マッピング指示を行う。
リソースマッピング部104は、スケジューリング部103からの指示にしたがい、User Data111から論理無線フレーム108aへのリソースマッピングを行う。
ベースバンド処理部105は、リソースマッピング部104によりマッピングされた論理無線フレーム108aの無線信号処理を行い、物理無線フレーム108bを生成する。
また、ベースバンド処理部105は、後述する図6内のMS(受信局)から得られる受信信号(チャネル品質報告メッセージ109)の無線信号処理を行う。
なお、ベースバンド処理部105が行うUser Data111の無線信号処理には、MIMOエンコード、MIMOデコード、IDFT(Inverse Discreat Fourier Transfer、DFT(Descreat Fourier Transfer)によるOFDM処理、などが含まれる。
レベル測定部106は、スケジューリング部103からの指示にしたがい、各MSにて測定したチャネル品質を集計して、チャネル品質報告メッセージ110を生成する。
なお、レベル測定部106で集計されるチャネル品質には、CINR(キャリア電力対干渉信号電力および雑音比など)、および、RSSI(Received Signal Strength Indicator)が含まれる。
図1に示したBS装置100において、まず、IPパケット107は、QoS分離部101により、QoSごとにコネクションが分離される。
次に、スケジューリング部103において、QoS情報112やチャネル品質報告メッセージ110に基づき、フレームごとにマッピングするUser Data111や送信電力レベルが決定される。
ここで、チャネル品質報告メッセージ110は、各MSから収集されるチャネル品質報告メッセージ109から、ベースバンド処理部105により無線信号処理された後に、レベル測定部106により抽出されたCINRやRSSI情報である。
図2は図1内のスケジューリング部103を詳細に示すブロック図である。
図2において、スケジューリング部103は、User Data蓄積部131と、電力割当部203と、保証用CINR決定部207と、優先度演算部211とを備えている。
User Data蓄積部131は、QoS検出部101からのUser Data111を、キュー(Queue)130を用いて保留し、蓄積されたUser Data205をリソースマッピング部104に入力する。
優先度演算部211は、QoS検出部101からのQoS情報112に基づき、User Data111の優先度を決定して、優先度情報210を生成する。
保証用CINR決定部207は、優先度情報210に基づき、保証CINR情報212を決定する。
電力割当部203は、レベル測定部106からのチャネル品質報告メッセージ110と、保証用CINR決定部207からの保証CINR情報212とに基づき、User Dataごとの電力割当を決定して、電力割当情報208をリソースマッピング部104に入力する。
なお、優先度情報210は、上述した通り、各User Data111のQoS情報112に基づき、優先度演算部211によって決定される。
また、リースマッピング部104は、電力割当部203で決定された電力割当情報208に基づき、User Data205を論理無線フレーム108aにマッピングする。
図3は、たとえばIEEE802.16eのDL無線フレーム140の構成例を示す説明図であり、OFDM/OFDMAにおけるDL(Down Link)PUSCフレーム構成(または、DL AMCフレーム構成)を例にとって示している。
また、図6は図3のフレームに対応するMS(受信局)181〜183の配置例を示している。なお、図3に示すフレーム構成および図6に示すMS配置は、あくまでも一例に過ぎず、この発明の実施の形態1を制限するものではない。
図3において、IEEE802.16eにおけるDL無線フレーム140は、Preambleと、FCHと、DL−MAPと、UL−MAPと、DL Burst(バースト)141〜143とにより構成される。
ここでは、並列チャネルを「OFDMAにおけるサブキャリアを複数個まとめたサブチャネル」として扱うものとする。
各DL Busrt141〜143は、異なる周波数リソースを使用しているので、干渉の無い並列チャネルである。
DL Burst141の送信電力はPT1であり、DL Burst142の送信電力はPT2であり、DL Burst143の送信電力はPT3であり、それぞれの送信電力PT1〜PT3[dBm]は、図2内の電力割当部203によって決定される。
次に、図4〜図9の説明図を参照しながら、部分的最適割当方法(分配法)について説明する。
ここでは、すべてのDL Burst141〜143に対して、最低伝送レート保証する電力割当(ステップ1)と、余剰電力割当(ステップ2)との、2ステップからなる電力割当方法について説明する。
まず、最低伝送レート保証における電力割当方法(ステップ1)について説明する。
図4および図5はDL無線フレーム140に対応したこの発明の実施の形態1における電力割当例を示す説明図である。
図4は最低伝送レート保証電力割当160を示しており、「PT1_1」161は、DL Burst141への割当電力量、「PT2_1」162は、DL Burst142への割当電力量、「PT3_1」163は、DL Burst143への割当電力量である。
これらの割当電力量「PT1_1」161〜「PT3_1」163は、各DL Burst141〜143に割当てられるUser Dataの最低伝送レートを保証する電力量である。
たとえば、図6は、BS装置(基地局)100を含むセル(Cell)184内のMS181〜183の配置を示しており、DL Busrt141は、MS181へのデータ、DL Burst142は、MS182へのデータ、DL Burst143は、MS183へのデータである。
図6に示した通り、BS装置100からの伝搬距離は、MS181、MS182、MS183の順に長くなり、一般に、チャネル品質は、伝送路距離に比例して悪化する。
各DL Burst141〜143に割当てられる最低レート保証電力量(割当電力量)「PT1_1」161、「PT2_1」162、「PT3_1」163は、各MS181〜183におけるチャネル品質報告メッセージ110(図1、図2参照)と、各MS181〜183のUser Dataの最低伝送レートとによって決定される。
ここで、チャネル品質報告メッセージ110は、DL無線フレーム140内のPreambleやPilot信号などを用いて、MS側で推定されるCINR、RSSI情報などであり、MS181〜183は、ULフレーム内のフィードバック(Feedback)チャネルなどのMS状態報告チャネルを用いて、BS装置100に報知することにより得られる。
また、ULの伝送路を用いて、DLのチャネル品質をBS側で測定することも可能である。
また、User Data111の最低伝送レートは、User Data111のQoS情報112や、最低レート変調度の所要CINRなどに基づいて設定される。
具体的には、対象無線システムにおける最低伝送レートの変調度が所望BER/PERを達成する電力量とすることが考えられる。
次に、余剰電力割当方法(ステップ2)について説明する。
ステップ2においては、セル通信容量を最大化させるために、上記ステップ1で各MS181〜183に割当てられた電力総和を、BS総送信電力から減算し、この減算により得られた余剰電力を、注水定理にしたがい電力再割当を行う。
図5は余剰電力再割当170を示す説明図であり、各DL Burst141〜143への再割当電力量「PT1_2」171〜「PT3_2」173と、電力調整量「1/γ1」174〜「1/γ3」176と、からなるWater(水)レベル1/ηを示している。
再割当を行う電力PT_rは、BS総送信電力PTを用いて、以下の式(1)のように表される。
PT_r=PT−(PT1_1)−(PT2_1)−(PT3_1) ・・・(1)
よって、図5のように、「PT1_2」171を、DL Burst141への再割当電力量とし、「PT2_2」172を、DL Burst142への再割当電力量とし、「PT3_2」173を、DL Burst143への再割当電力量とすると、DL Burst141への総割当電力はPT1_1+PT1_2、DL Burst142への総割当電力はPT2_1+PT2_2、DL Burst143への総割当電力PT3_1+PT3_2である。総再割当電力PT_Rとの間に、以下の式(2)の関係が成り立つ。
PT_R=(PT1_2)+(PT2_2)+(PT3_2) ・・・(2)
電力調整量174は、DL Burst141における電力調整量であり、DL Burst141の値γ1は、MS181に対するチャネル品質報告メッセージ110に基づく値であり、一般に、電力均等分配時における受信CINR、CNRまたは距離減衰量である。
同様に、電力調整量175は、DL Burst142における電力調整量であり、電力調整量176は、DL Burst173にける電力調整量である。
これらの電力調整量174〜176は、チャネル品質の逆数であり、チャネル品質の良い場合には小さい量となり、チャネル品質の悪い場合には大きい量となる。
余剰電力は、電力調整を施した各サブチャネルに対し、図5内の水レベル1/ηが同一となるように、以下の式(3)を満足するように、割当てられる。
(PT1_2)+(1/γ1)=(PT2_2)+(1/γ2)
=(PT3_2)+(1/γ3) ・・・(3)
一般に、式(3)は、注水定理において、Water Levelとして言及される。
なお、電力調整量174〜176として、最低伝送レート保証電力割当160(図4)における各サブチャネルへの電力「PT1_1」161〜「PT3_1」163を付加した値としてもよい。
この場合、電力調整量174〜176の各補正値1/γ1’〜1/γ3’は、以下の式(4)〜式(6)となる。
1/γ1’=(1/γ1)+(PT1_1) ・・・(4)
1/γ2’=(1/γ2)+(PT2_1) ・・・(5)
1/γ3’=(1/γ3)+(PT3_1) ・・・(6)
このように、ステップ1において、最低伝送レートを保証のための電力を割当てた後、ステップ2において、セル通信容量を最大化させる注水定理による電力再割当を行うことにより、チャネル品質の悪いMSに対しても、最低限の伝送レートを保証しつつ、部分的にセル通信容量を最大化することが可能となる。
すなわち、この発明の実施の形態1(図1〜図6)によれば、BS装置(送信局)100と受信局との間でデータ送信が行われる複数の並列チャネルの送信電力を制御する際に、まず、ステップ1(図4)により、複数の並列チャネルのすべてに対し、各並列チャネルの最低伝送レート保証電力割当160を行う(各並列チャネルの最低所要電力を割当てる)。
続いて、ステップ2(図5)により、複数の並列チャネルのすべてに対して余剰電力再割当170を行う(最低所要電力を割当てた後の余剰電力を、注水定理(水レベル1/η)にしたがってさらに割当てる)。
これにより、複数の並列チャネルのすべてに対し、一定の伝送容量を保証するとともに、部分的にシステム伝送容量を最大化することができる。
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、ステップ1(図4)において、各並列チャネルの最低所要電力を割当てたが、図7のように、ステップ1として、複数の並列チャネルのうちの優先チャネル対して所要電力を割当ててもよい。
以下、図1〜図3とともに、図7〜図9の説明図を参照しながら、この発明の実施の形態2に係る並列チャネルに対する電力割当方法(部分的最適割当方法)について説明する。
なお、この発明の実施の形態2が適用される無線基地局装置は、図1〜図3に示した通りである。
この発明の実施の形態2に係る電力割当方法は、特定User Data(MS)のQoS情報112に基づいて優先度演算部211にて優先度が高いと評価されたUser Dataがマッピングされるサブチャネルへの優先的電力割当230(図7)と、余剰電力再割当(図8、図9)との2ステップからなる。
ステップ1においては、まず、優先度演算部211(図2)により優先度情報210が決定され、続いて、決定された優先度に基づき、保証用CINR決定部207により保証用CINR情報212が決定され、さらに、電力割当部203により、決定された保証用CINRを満足する電力が優先的に割当てられる。
このときの優先度情報210は、データ通信種類やQoS情報112に基づいて決定される。
図7は優先電力割当230の一例を示す説明図であり、DL Burst143(MS183)に対して優先的電力割当が行われる場合を示している。
図7のように、DL Burst143(MS183)に対して優先的電力割当を行う場合には、優先割当CINR情報212を満足する電力「PT3_1」231が、他のMS(DL Burst141、142)よりも優先して、DL Burst143に割当てられる。
続いて、ステップ2(図8)において、総送信電力PTから優先電力割当分PT3_1を減算した余剰電力「PT−PT3_1」の再割当240が行われる。
図8において、DL Burst141、142に対する送信電力「PT1」245、「PT2」246が、余剰電力「PT−PT3_1」による再割当分となる。
なお、DL Burst143に対しては、ステップ1(図7)において、すでに必要電力が割当てられているので、追加的な電力調整(PT3_1)が行われた後、セル通信容量を最大化させるための注水定理による電力割当を行う。
すなわち、DL Burst143については、「すでに割当てられた電力PT3_1」を「チャネル品質による電力調整量(1/γ3)」に加えて全体の電力調整量とする。
したがって、図8のように、水レベル(Water Level)1/ηがDL Burst143の全体の電力調整量以下である場合には、DL Burst143は、注水定理による余剰電力再割当の対象外となる。
一方、図9に示すように、水レベル1/ηがDL Burst143の全体の電力調整以下である場合には、DL Burst143は、注水定理による余剰電力の再割当対象となり、さらに再割当電力PT3_2が追加される。
このように、ステップ1(図7)において、優先度の高いUser Dataに対し必要電力PT3_1を割当てた後、ステップ2(図8、図9)において、セル通信容量を最大化させる注水定理による電力割当を、優先度の高いUser Dataに対しても再度行う(図9)ことにより、優先度の高いUser Dataの必要電力を確保しつつ、部分的にセル通信容量を最大化することが可能である。
すなわち、この発明の実施の形態2(図1〜図3、図7〜図9)によれば、送信局と受信局との間でデータ送信が行われる複数の並列チャネルの送信電力を制御する際に、まず、ステップ1(図7)により、優先電力割当230を行う(複数の並列チャネルのうちの優先チャネル対して所要電力を割当てる)。
続いて、ステップ2(図8、図9)により、余剰電力再割当240、250を行う(所要電力を割当てた後の余剰電力を、注水定理にしたがって、優先チャネルを含むすべての並列チャネルに対してさらに割当てる)。
これにより、前述の実施の形態1と同様の作用効果を奏する。
実施の形態3.
なお、上記実施の形態1、2(図1)では、送信局として単一のBS装置100(単一基地局)を用いたが、図10のように、並設された2個(複数)のBS装置300、301を用いてもよい。
以下、図10〜図14を参照しながら、この発明の実施の形態3について説明する。
図10は、この発明の実施の形態3に係る並列チャネルに対する電力割当方法が適用される無線基地局装置を示すブロック図であり、異なる2つのBS装置300、301が協調動作可能な複数基地局協調機能(Full−Cooperation:F−Coop電力分配)を有する無線機構成を示している。なお、協調動作するBS装置の数は、2つに限定されることはなく、任意のBS数での協調が可能である。
図10において、同一構成を有するBS装置300、301は、前述(図1参照)と同様の機能ブロック101、103〜106に加えて、チャネル状態測定部115と、協調動作制御部116とを備えている。
また、BS装置300、301内のQoS検出部101には、ユーザデータ分配部114が接続されている。
ユーザデータ分配部114は、複数のBS装置300、301が同一ユーザのデータを共有する協調方式の場合に必要な機能ブロックである。
協調動作制御部116は、レベル測定部106とスケジューリング部103との間に挿入され、チャネル状態測定部115は、ベースバンド処理部105と協調動作制御部116との間に挿入されている。
BS装置300、301内の各協調動作制御部116は、互いに通信可能に接続されており、協調動作制御信号113を送受信する。
これにより、BS装置300と、BS装置301とは、協調動作制御部116を介して協調動作可能に構成されている。
各BS装置300、301内において、チャネル状態測定部115は、MS(受信局)へのチャネル状態を測定して、協調動作制御部116に入力する。
協調動作制御部116は、チャネル状態測定部115からのチャネル状態情報に基づき、他方のBS装置と協調動作する際に必要となる制御情報を生成し、他方のBS装置との間で協調動作制御信号113(制御情報)を交換する。
このとき、チャネル状態測定部115は、チャネル品質報告メッセージ109に基づき、レベル測定部106よりも詳細なチャネル情報を取得する。具体的には送受信間のチャネル応答係数を取得する。
また、協調動作制御部116は、協調動作制御信号113を交換することにより、自身が属するBS装置と他方のBS装置との協調動作を可能にする。
なお、図10においては、ユーザデータ分配部114がBS装置300、301の外側に存在する場合を示しているが、この構成例に限定されず、たとえば、複数のBS装置のうちの1つ(または、いくつか)がユーザデータ分配部114を含む親BSとなり、他のBS装置に対してユーザデータを分配する方式としてもよい。
また、ここでは、協調動作制御部116を、各BS装置300、301内に設けたが、BS装置300、301の外部に協調動作制御部116を設けてもよい。
さらに、複数のBS装置のうちの1つ(または、いくつか)が、協調動作制御部116を備えた親局となり、他のBS装置からのチャネル状態情報やスケジューリング情報に基づき、協調動作制御信号113を生成する方式としてもよい。
次に、図11の説明図を参照しながら、この発明の実施の形態3におけるフレーム構成について説明する。図11において、(a)はBS装置300のフレーム構成、(b)はBS装置301のフレーム構成である。
図11においては、前述と同様に、IEEE802.16eの無線フレームを用いて複数基地局協調機能を有する電力制御を行う場合での、OFDM/OFDMAにおけるDL PUSCフレーム構成(または、DL AMCフレーム構成)の例を示している。
また、図12は、図11のフレームに対応するMS351〜355の配置の一例を示している。なお、図11のフレーム構成および図12のMS配置は、あくまでも一例に過ぎず、この発明の実施の形態3を制限するものではない。
図11(a)は、IEEE802.16eにおけるBS装置300とDL無線フレーム310とを示し、図11(b)は、BS装置301とDL無線フレーム311とを示す。
図11(a)において、DL無線フレーム310は、前述(図6)と同様に、Preambleと、FCHと、DL−MAPと、UL−MAPと、DL Burst321〜323とから構成されている。DL Burst321は、BS装置301と協調するBurstである。
同様に、図11(b)において、DL無線フレーム311は、preambleと、FCHと、DL−MAPと、UL−MAPと、DL Burst331〜333とから構成されている。DL Burst331は、BS装置300と協調するBurstである。
また、ここでは、並列チャネルを「OFDMAにおけるサブキャリアを複数個まとめたサブチャネル」として扱う。
同一BS装置内に属する各DL Busrtは、異なる周波数リソースを使用しているので、干渉の無い並列チャネルであるが、同一サブチャネルを使用する他のBS装置からの干渉は存在する。
図11(a)において、BS装置300が送信するDL Burst321の送信電力はPT1_1であり、DL Burst322の送信電力はPT1_2であり、DL Burst323の送信電力はPT1_3である。
同様に、図11(b)において、DL Burst331の送信電力はPT2_1であり、DL Burst332の送信電力はPT2_2であり、DL Burst333の送信電力はPT2_3である。
図12は、図11に示したDL無線フレームに対応するMS配置の一例を示している。
図12において、BS装置(基地局)300、BS装置301が協調通信(F−Coop)を行う領域内に、MS351(DL Burst321と、DL Burst331とに対応)が存在する。
また、セル360内には、MS352(DL Burst322に対応)と、MS353(DL Burst323に対応)とが存在し、セル361内には、MS354(DL Burst332に対応)と、MS355(DL Burst333に対応)とが存在する。
次に、この発明の実施の形態3による具体的方法として、F−Coopのウェイトについて説明する。
前述の通り、複数基地局協調方法においては、BS装置300、301の相互間で制御情報とユーザ情報との双方を共有する方法(F−Coop)がある。
F−Coop方法は、異なるBS装置に属するアンテナブランチを複数選択して、空間的に全く異なる位置に設置されているアンテナブランチからなるビッグアレーアンテナによる方法として言及され、このビッグアレーを用いて、1MSに対してデータ送信を行う。
さらに、各BS装置にて、電力重みと位相重みとを与えるPrecodingを用いる場合、各BS装置間での電力割当率は、上記電力重みに依存する。たとえば、2つの基地局がそれぞれ2アンテナを持ち、これらがF−Coopを実行することを考える。このとき、F−Coopにて使用できるアンテナ数は「4」である。
ここで、各アンテナの電力重みが、Wp11、Wp12、Wp21、Wp22であるとする。なお、Wpijの「i」はBS番号、「j」は各BS内のアンテナ番号である。
ことのき、図12内のMS351に対するBS装置300への割当電力は「Wp11+Wp12」であり、BS装置301への電力割当は「Wp21+Wp22」である。
一般に、F−Coopにて決定される各アンテナの電力重みWpijは、絶対値ではなく、各アンテナ間の電力割当比なので、別途に絶対的な電力割当が行われる。
次に、図13を参照しながら、F−Coopにおける均等電力割当(均等電力分配)の具体的方法について説明する。
一般的に、F−Coop対象となるMS351(図12)は、セル360、361内のエッジ領域に位置することが多いことから、均等電力分配においては、セルエッジ領域のMSに対するF−Coopによる利得が小さいので、データ通信種類やQoSに応じた所望スループット・BERなどを満足する所要電力を、優先的にF−Coop対象のMS351に割当てる。
図13(a)は、BS装置300の電力割当(BS300電力割当)380を示し、図13(b)は、BS装置301の電力割当(BS301電力割当)381とを示している。
図13において、図13(a)内のDL Burst321と、図13(b)内のDL Burst331とは、F−Coop対象のMS351へのBurstである。
各Burstの電力は、「PT1_1」382、「PT2_1」383であり、それぞれ、以下の式(7)、式(8)のように表される。
PT1_1=α*(Wp11+Wp12) ・・・(7)
PT2_1=α*(Wp21+Wp22) ・・・(8)
ただし、式(7)、式(8)において、αは所望スループット・BERなどを満足する所要電力により定められる係数であり、他のMS352〜355へのBurstよりも優先的に割当てられる。
優先割当後の各BS装置300、301の余剰電力は、F−Coop対象のMS351以外に対して、注水定理にしたがい再割当される。
このとき、注水定理による水レベル(Water Level)1/η1、1/η2がPT1_1またはPT2_1を越える場合でも、F−Coop対象のMS351への電力再割当は行わない。
以上のように、この発明の実施の形態3(図10〜図13)によれば、BS装置300、301(送信局)およびMS351〜355(受信局)はそれぞれ複数存在し、BS装置300、301(複数の送信局)は、協調してデータ送信を行い、BS装置300、301(複数の送信局)から複数のMS351〜355(受信局)のうちの同一の受信局(F−Coop対象のMS351)に対して、協調データ送信する。
これにより、複数のBS装置300、301を用いた場合であっても、前述の実施の形態1、2と同等の作用効果を奏する。
実施の形態4.
なお、上記実施の形態3では、特に言及しなかったが、電力調整(優先電力割当)の中止の判定を考慮する必要がある。
前述のPrecoding(電力重みおよび位相重みを与える)を用いる場合、F−Coop対象のDL Burst内で複数のMSを空間多重することができるが、伝送路状態やPrecoding手法によっては、多重による干渉成分が雑音に対して支配的となる可能性があり、電力割当を増加させてもその効果が薄い。
たとえば、F−Coop対象のDL Burstのすべてへの電力割当時において、所要CINRを満たさない場合には、優先電力割当を行わずに、F−Coop対象のDL Burstを他のDL Burstと同様に扱う。
優先電力割当の有無(実行/中止)に関する判定は、上記基準(所要CINRを満たすか否か)に制限されるものでなく、F−Coop対象DL BurstのQoS情報および他のDL BurstのQoS情報によって、判定基準を適応的に変える必要がある。
ところで、複数基地局協調方法には、制御情報のみを交換して、ユーザデータを共有しない方式、すなわちSemi−Cooperation(S−Coop)による電力分配方式が知られている。
S−Coopは、F−Coopに包含される関係にあり、F−Coopから「ユーザデータ共有」のみを除いた機能を有する。したがって、ビッグアレーによる協調処理は不可能であり、また、複数のBS装置から同一MSへのデータ送信は不可能である。
以下、図10および図11とともに、図14〜図17を参照しながら、この発明の実施の形態4について説明する。
この発明の実施の形態4が適用される無線基地局装置の構成は、図10、図11に示した通りである。ただし、ここでは、前述(図10)のBS装置300、301とは機能が異なるので、便宜的に、符号の後に「A」を付して、BS装置300A、301Aと称する。
図14はこの発明の実施の形態4に係る並列チャネルに対する電力割当方法の説明図であり、BS装置300A、301A(基地局)と関連して、S−Coopにおける複数のMS421〜426の配置例を示している。
図15(a)、(b)は、IEEE802.16eのDL無線フレーム140の構成例を示す説明図であり、BS装置300Aのフレーム構成と、BS装置301Aのフレーム構成とを示している。また、図16(a)、(b)および図17(a)、(b)はこの発明の実施の形態4による電力割当方法を示す説明図である。
図14において、セル401をサポートするBS装置300Aには、MS421〜423が属し、セル402をサポートするBS装置301Aには、MS424〜426が属する。
MS421〜423は、図15(a)内の各DL Burst451〜453に対応し、MS424〜426は、図15(b)内の各DL Burst461〜463に対応する。
この場合、MS421、424がS−Coop対象のMSであり、同じサブチャネルが使用されるので、互いに干渉源となる。また、一般的に、S−Coopにおいては、互いの干渉を低減させるために、BS装置300Aと、BS装置301Aとの間で協調し、マルチアンテナによるビーム形成・Precodingが行われる。
次に、図16を参照しながら、この発明の実施の形態4による電力分配方法(電力割当450、460)について説明する。
まず、S−Coop対象である図16(a)内のDL Burst451と、図16(b)内のDL Burst461とに対して、所望スループット・BERなどを満足する所要電力「PT1_1_0」474、「PT2_1_0」484を、他のBurstよりも優先的に割当てる。
続いて、各BS装置300A、301Aにおいて、注水定理による再割当を行い、優先割当電力を差し引いた余剰電力を再割当する。
注水定理を適用させる際には、各BS装置300A、301Aにおける優先割当の電力分を電力調整量の一部として用いるので、DL Burst451における電力調整量の合計は、図16(a)のように、(1/γ1_1)+(PT1_1_0)となる。
また、DL Burst461における電力調整量の合計は、図16(b)のように、(1/γ2_1)+(PT2_1_0)となる。
各BS装置300A、301Aでの注水定理による電力割当の結果、たとえば、図16(a)のように、BS装置300Aでの水レベル(Water Level)1/η1が、S−Coop対象のDL Burst451の電力調整量の合計以下である場合には、BS装置300Aでの優先割当電力と注水定理による電力割当との結果が、BS装置300A内での各DL Burstに対する電力割当となる。
一方、図16(b)のように、BS装置301Aでの注水定理による電力割当の結果、片方のBS装置301Aでの水レベル1/η2がS−Coop対象のDL Burst461の電力調整量の合計以上であり、DL Burst461に対して電力「PT2_1_1」487が割当てられた場合には、電力「PT2_2_1」487を電力PT2_1_0に上乗せせずに、その分の電力を、各DL Burst462、463に対して均等分配する。
また、図17(a)、(b)のように、各BS装置300A、301Aでの注水定理による電力割当500、510の結果、各BS装置300A、301Aでの水レベルが、S−Coop対象のDL Burst451の電力調整量の合計以上、DL Burst461の電力調整量の合計以上であり、DL Burst451に対して電力「PT1_1_1」507が割当てられ、DL Burst461に対して電力「PT2_1_1」517が割当てられた場合には、S−Coop対象の各DL Burst451、461に対して、追加的な電力調整が行われる。
このとき、電力「PT1_1_0」504に対する電力「PT1_1_1」507の比率を「A1」とし、電力「PT2_1_0」514に対する電力「PT2_1_1」517に対する比率を「A2」とすると、高比率のDL Burstを低比率のDL Burstに合わせるために、注水定理による高比率のDL Burst割当電力を削減し、この削減分を、他のDL Burstに対して均等に割当てる。
具体的には、比率A2が比率A1よりも高い場合には、電力「(PT2_1_1)−(PT_2_0)×(A1)」を、各DL Burst462、463に対して均等に再割当する。
以上のように、この発明の実施の形態4に係る並列チャネルに対する電力割当方法(図10、図11、図14〜図17)によれば、送信局および受信局はそれぞれ複数存在し、複数の送信局(BS装置300A、301A)は、協調してデータ送信を行い、複数の送信局のうちの異なる送信局から複数の受信局(MS421〜426)のうちの別々の受信局(MS421、424)に対してデータ送信するとともに、データ送信の方法を他の送信局と調整して送信する。
これにより、S−Coopにおいても、前述と同等の作用効果を奏する。
なお、S−Coop対象のDL Burst内で複数のMS421、424を空間多重するが、伝送路状態やPrecoding手法によっては、多重による干渉成分が雑音に対して支配的となる可能性があり、電力割当を増加させてもその効果が薄い。
たとえば、S−Coop対象のDL Burstのすべてに対する電力割当時において、所要CINRを満たさない場合には、優先電力割当を行わずに、S−Coop対象のDL Burstを、他DL Burstと同様に扱う。
この場合、優先電力割当の有無(実行/中止)に関する電力調整中止判定は、上記基準に制限されるものでなく、S−Coop対象のDL BurstのQoS情報および他のDL BurstのQoS情報によって、判定基準を適応的に変える必要がある。
この発明の実施の形態1に係る並列チャネルに対する電力割当方法が適用される無線基地局装置を示すブロック図である。 図1内のスケジューリング部を詳細に示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係るDL無線フレームの構成例を示す説明図である。 この発明の実施の形態1によるステップ1を示す説明図である。 この発明の実施の形態1によるステップ2を示す説明図である。 この発明の実施の形態1における受信局の配置例を示す説明図である。 この発明の実施の形態2によるステップ1を示す説明図である。 この発明の実施の形態2によるステップ2を示す説明図である。 この発明の実施の形態2によるステップ2を示す説明図である。 この発明の実施の形態3に係る並列チャネルに対する電力割当方法が適用される無線基地局装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態3に係るDL無線フレームの構成例を示す説明図である。 この発明の実施の形態3における受信局の配置例を示す説明図である。 この発明の実施の形態3に係る並列チャネルに対する電力割当方法を示す説明図である。 この発明の実施の形態4における受信局の配置例を示す説明図である。 この発明の実施の形態4に係るDL無線フレームの構成例を示す説明図である。 この発明の実施の形態4に係る並列チャネルに対する電力割当方法を示す説明図である。 この発明の実施の形態4に係る並列チャネルに対する電力割当方法を示す説明図である。
符号の説明
100、300、300A、301、301A BS装置(送信局)、103 スケジューリング部、113 協調動作制御信号、115 チャネル状態測定部、116 協調動作制御部、160 最低伝送レート保証電力割当(ステップ1)、170 余剰電力再割当(ステップ2)、181〜183、351〜355、421〜426 MS(受信局)、351 F−Coop対象のMS、421、424 S−Coop対象のMS、230 優先電力割当(ステップ1)、240、250 余剰電力再割当(ステップ2)、380、381、450、460、500、510 電力割当。

Claims (4)

  1. 送信局と受信局との間でデータ送信が行われる複数の並列チャネルの送信電力を制御する電力割当方法であって、
    前記複数の並列チャネルのすべてに対し、各並列チャネルの最低所要電力を割当てるとともに、
    前記最低所要電力を割当てた後の余剰電力を、注水定理にしたがって、前記複数の並列チャネルのすべてに対してさらに割当てることを特徴とする並列チャネルに対する電力割当方法。
  2. 送信局と受信局との間でデータ送信が行われる複数の並列チャネルの送信電力を制御する電力割当方法であって、
    前記複数の並列チャネルのうちの優先チャネル対して所要電力を割当てるともに、
    前記所要電力を割当てた後の余剰電力を、注水定理にしたがって、前記優先チャネルを含むすべての並列チャネルに対してさらに割当てることを特徴とする並列チャネルに対する電力割当方法。
  3. 前記送信局および前記受信局はそれぞれ複数存在し、
    前記複数の送信局は、協調してデータ送信を行い、前記複数の送信局から前記複数の受信局のうちの同一の受信局に対して協調データ送信することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の並列チャネルに対する電力割当方法。
  4. 前記送信局および前記受信局はそれぞれ複数存在し、
    前記複数の送信局は、協調してデータ送信を行い、前記複数の送信局のうちの異なる送信局から前記複数の受信局のうちの別々の受信局に対してデータ送信するとともに、データ送信の方法を他の送信局と調整して送信することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の並列チャネルに対する電力割当方法。
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