JP5203500B2 - 無線通信システムのノードを制御するための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明に係る実施形態は、無線通信システムに関し、特に、無線通信システムのノードを制御するための装置および方法に関する。

ＭＩＭＯ対応基地局では、ＭＩＭＯシステムを構成する各アンテナが、アナログ信号を送受信するために必要な増幅を行なう電力増幅器に接続される。ベースバンド処理は、通常、全てのアンテナによって共有される共通のブロックで行なわれる。図３を参照すると分かるように、基地局のエネルギー消費量全体の最大で８０％までが電力増幅器によってもたらされる（例えば、非特許文献１参照）。

一方、電力増幅器の使用を最小限に抑えても依然としてエネルギー消費の減少に関して何ら利点を与えないことも分かってきた（非特許文献２参照）。これは、電力増幅器が活発に使用されないときであっても多くの電源を必要とする現在の電力増幅器の設計上の選択に起因する。

図４は、エネルギー消費量に対するトラフィックパターンの影響を示している。図から分かるように、低負荷状態では、基地局の動作が多くのエネルギーを消費する。基地局のハードウェアは、実際には、通常、高いトラフィック負荷でのみ効率が良くなるように調整され、そのため、トラフィックピーク中でも所要のキャパシティを与えるように設定される。

実際のＵＭＴＳセルで測定されるように２４時間モバイルトラフィックシナリオ（図２）に関してこれらを考慮すると、セルラーシステムにおけるエネルギー改善のためにどの程度大きな空間が必要なのかが既に分かる。

基地局ネットワーキングは、近年、無線送信キャパシティ、セル間干渉管理、および、個々のセルサイトでのエネルギー消費量の減少に関して得られる関連する利点に起因して、多くの研究上の注目を引き付けてきた。

モバイルネットワークのエネルギー効率に関しては、トラフィック負荷解析によって引き起こされる基地局スリーピングモードの使用が、幾つかの最近の研究論文（例えば、非特許文献３、非特許文献４、および、非特許文献５参照）およびネットワークベンダの研究（例えば、非特許文献２および非特許文献６参照）で提案されてきた。基地局でのスリーピングモードの許可の背後にある考えは、１つ以上の周囲の基地局のカバレッジエリアを広げることによりスリーピング基地局の必要とされるカバレッジ／キャパシティをバックアップすることである。

また、例えば図５に示されるように、待機して且つチャネルが良好なときに送信する例えばキューを伴うスケジューリングを使用する幾つかの局所的な手法も存在する。他の構成は、例えば図６に示されるように、ＭＩＭＯ（多重入力多重出力）構成からＳＩＳＯ（単一入力単一出力）構成にまで及ぶことができる。各モバイル機器６１０は基地局６３０の１つのアンテナ６２０だけによってアドレス指定される。

例えば省エネルギーのための基地局間の協調のように、幾つかの基地局サイトをＯＦＦに切り換えて同じカバレッジを与えるセルブリージング技術と呼ばれる分散・集中手法（幾つかの隣接するセルの送信範囲が増大する）が存在する。１つの基地局７２０の動作が停止された４つの基地局７１０に関する例が図７に示されている。

非特許文献３において、著者は、トラフィック負荷が低いときに幾つかの基地局をＯＦＦに切り換えるスリーピングモードスキームを提案する。著者が取り入れる制約は、特定のブロッキング確率の保証に基づいている。また、著者は、基地局での頻繁なＯＮ／ＯＦＦ切り換えを回避するために最小スリーピングモード保持時間も提案する。

非特許文献５では、ユーザ要求およびＱｏＳ要件を満たすためにリソースが必要とされるときにリソースを起動させる２つの無線割り当てスキームが提案される。第１のスキームは動的である。この第１のスキームは、システムの負荷の瞬間的な変化に応じてリソースをＯＮおよびＯＦＦに切り換え、それにより、ユーザの到着および出発に追従する。第２のスキームは準静的である。この第２のスキームは、平均トラフィック負荷がシステム内で変化するときにリソースを動作させて停止させる。

非特許文献７では、ネットワークトラフィックが低いときに動的にＯＦＦになる特定のＢＳが考慮される。集中・分散実施が検討される。前提は、全てのチャネル情報およびトラフィック要件がネットワーク側で知られていることである。提案されたアルゴリズムのエネルギー効率、および、省エネルギーとカバレッジとの間のトレードオフが保証する。

L. Saker, S-E. Elayoubi, 及び H. O. Scheck、「System selection and sleep mode for energy saving in cooperative 2G/3G networks」、IEEE VTC-fall 2009, Anchorage, September 2009 Micallef, G.、Mogensen, P.、Scheck, H.-O.、「Cell Size Breathing and Possibilities to Introduce Cell Sleep Mode」、Proc. of European Wireless 2010, Lucca, Italy Jie Gong、Sheng Zhou、ZhishengNiu、Peng Yang、「Traffic-aware base station sleeping in dense cellular networks」、Proc. of IEEE IWQOS 2010 Sheng Zhou、Jie Gong、Zexi Yang、ZhishengNiu、及び、Peng Yang、「Green Mobile Access Network with Dynamic Base Station Energy Saving」、Proc. of ACM Mobicom 2009 LouaiSaker、Salah-EddineElayoubi、TijaniChahed、「Minimizing energy consumption via sleep mode in green base station」、Proc. of IEEE 2010 Green Radio,「NEC’s Approach towards Energy-efficient Radio Access Networks」、Whitepaper, February 2010 S. Zhou、J. Gong、Z. Yang、Z. Niu、及び、P. Yang、「Green mobile access network with dynamic base station energy saving」、MobiCom'09 poster, Sept. 2009

本発明の目的は、無線通信システムにおけるエネルギーを節約するための改良された概念を提供することである。

この目的は、請求項１に係る装置または請求項１１に係る方法によって解決される。

本発明の一実施形態は、無線通信システムのノードを制御するための装置を提供する。ノードは複数のアンテナを備え、また、装置は、トラフィック負荷判定器、協調キャパシティ判定器、および、電力制御ユニットを備える。トラフィック負荷判定器は、無線通信システムにおけるトラフィック負荷を判定するように構成され、また、協調キャパシティ判定器は、無線通信システムの他のノードとのノードの利用可能な協調キャパシティを判定するように構成される。また、電力制御ユニットは、判定されたトラフィック負荷と判定された利用可能な協調キャパシティとに基づいてノードのアンテナを動作させ、あるいは停止させるように構成される。

本発明に係る実施形態は、無線通信内のトラフィック負荷が低いときに無線通信システムのノード（例えば、基地局）の１つ以上のアンテナの動作を停止させることができるという中心思想に基づいている。アンテナのこの動作停止は、無線通信システムのノードの利用可能な協調キャパシティの考慮の下で行なわれる。したがって、協調キャパシティを考慮しない場合よりも多くのノードのアンテナを停止させることができる場合がある。これは、複数のノードが共にユーザの所要のデータ転送速度を満たすことができるからである。このようにすると、動作アンテナの平均的な数をかなり減らすことができ、そのため、エネルギー消費量を直接に減らすことができる。

本発明に係る幾つかの実施形態では、判定されたトラフィック負荷が下側の負荷閾値よりも低い場合、ノードの複数のアンテナのうちの動作アンテナの数が増大され、判定されたトラフィック負荷が上側の負荷閾値よりも高い場合、動作アンテナの数が減少されてもよい。このようにすると、動作アンテナの数を無線通信システムの現在のトラフィック負荷に動的に適合させることができる。

本発明に係る幾つかの実施形態において、電力制御ユニットは、アンテナに接続される送信器の電力増幅器を動作させあるいは停止させることによってノードのアンテナを動作させあるいは停止させてもよい。このようにすると、トラフィック負荷が低い場合に、ノードのアンテナの１つ以上の電力増幅器の高いエネルギー消費を回避できる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳述する。

無線通信システムのノードを制御するための装置のブロック図である。 一日中にわたってモバイルネットワークセルで測定される平均トラフィックパターンを示す線図である。 個々のコンポーネントに関する基地局でのエネルギー消費量を示す図である。 トラフィック負荷とエネルギー消費量との間の関係を示す図である。 基地局のアンテナに接続されるスケジューラおよび電力増幅器のブロック図である。 データをモバイル機器に供給する基地局の概略図である。 セルブリージング技術を示す無線通信システムの概略図である。 ネットワークＭＩＭＯ構成の概略図である。 ネットワークＭＩＭＯ構成の更なる例の概略図である。 高閾値設定および低閾値設定の概略図である。 高閾値設定および低閾値設定の再構成の概略図である。 高負荷シナリオの概略図である。 低負荷シナリオの概略図である。 無線通信システムのノードを制御するためのアルゴリズムの統一モデリング言語図である。 セルブリージング技術を使用する無線通信システムの概略図である。 ネットワークＭＩＭＯを使用する無線通信システムの概略図である。 セルブリージング技術を使用する無線通信システムの概略図である。 ネットワークＭＩＭＯを使用する無線通信システムの概略図である。 無線通信システムのノードを制御するための方法のフローチャートである。

以下では、同じあるいは同様の機能特性を有するオブジェクトおよび機能ユニットに関して同じ参照符号が部分的に使用され、また、図に関するその説明を他の図にも適用して、実施形態の冗長な説明を減らす。

これまでのところ、ネットワークＭＩＭＯとの関連で、幾つかの技術が提案され（結合プリコーディング、協調スケジューリング、および、ビームフォーミングなど、例えば、“V. Jungnickel, L. Thiele, T. Wirth, T. Haustein, S. Schiffermuller, A. Forck, S. Wahls, S. Jaeckel, S.Schubert, H. Gabler他、「Coordinated Multipoint Trials in the Downlink」、Proc. 5th IEEE Broadband Wireless Access Workshop (BWAWS), Ieee, 2009, pp. 1-7”、“S. Venkatesan, H. Huang, A. Lozano, 及び R. Valenzuela、「A WiMAX-based Implementation of Network MIMO for Indoor Wireless Systems」、EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, vol.2009, p. 3”、および、“A. Benjebbour, M. Shirakabe, Y. Ohwatari, J. Hagiwara, 及び T. Ohya、「Evaluation of User Throughput for MU-MIMO Coordinated Wireless Networks」、2008 IEEE 19th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Ieee, 2008”参照）、これらの各技術は異なる性能利点を得ている。

“YANG Wei, LI Li-hua, SUN Wan-lu、「Energy-Efficient Relay Selection and Optimal Relay Location in Cooperative Cellular Networks with Asymmetric Traffic」、“The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications”, Elsevier, Sept 2010”においては、エネルギー消費に関して基地局との中継ノードの協調が評価される。エネルギー効率協調領域が調査される。協調エネルギー利得は、ＭＳとＢＳとの間の直接的な送信と同じスペクトル効率を得るために協調によって達成される省エネルギーのパーセンテージとして規定される。基地局協調の固有の性能利得のみが考慮される。同様の手法が無線センサネットワーク範囲で使用される。

非特許文献１では、２Ｇシステムと３Ｇシステムとの間の協調も省エネルギーのための手段と見なされる。

以下では、例えば図８に示されるように、ネットワークＭＩＭＯ技術（ターゲットネットワーク構成）を可能にするセルラーネットワーク８００が想定されてもよい。この例では、それぞれが４つのアンテナを備える２つの基地局８１０（ノード）が示されている。また、無線機器８３０への協調送信または無線機器８３０からの協調受信を制御するネットワークＭＩＭＯコントローラ８２０が示されている。例えば最多数（可能な数）のアンテナをＯＦＦに維持するためあるいは動作アンテナの数を最小にするための協調ネットワークＭＩＭＯ技術の使用のための他の例９００が図９に示されている。図示の無線通信システムは、同じ無線機器９２０へデータを供給する３つの基地局９１０を備える。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムのノードを制御するための装置１００のブロック図を示している。制御されるべきノードは複数のアンテナを備える。装置１００は、トラフィック負荷判定器１１０、協調キャパシティ判定器１２０、および、電力制御ユニット１３０を備える。トラフィック負荷判定器１１０および協調キャパシティ判定器１２０は電力制御ユニット１３０に接続される。トラフィック負荷判定器１１０は無線通信システムにおけるトラフィック負荷１１２を判定し、協調キャパシティ判定器１２０は、無線通信システムの１つ以上の他のノードとのノードの利用可能な協調キャパシティ１２２を判定する。また、電力制御ユニット１３０は、判定されたトラフィック負荷１１２と判定された利用可能な協調キャパシティ１２２とに基づいて、ノードのアンテナを動作させあるいは動作を停止させる。このため、電力制御ユニット１３０は、ノードのアンテナの動作または動作停止を引き起こす制御信号１３２を生成してもよい。

ノードのアンテナを動作させるあるいは動作を停止させることにより、ノードの利用可能な送信速度キャパシティを無線通信システムの現在の負荷に対して動的に適合させることができる。このようにすると、トラフィック負荷が低ければ全てのアンテナが動作しているとは限らないため、ノードの平均エネルギー消費量をかなり減らすことができる。

無線通信システムのノードは、例えば、基地局、中継局、または、無線通信システムの遠隔計算ポイントである。

トラフィック負荷判定器１１０は、無線通信システムにおいて現存するトラフィック負荷１１２を測定することができる。例えば、トラフィック負荷１１２は、制御されるべきノードの１つ以上の無線機器（例えば、携帯電話、ラップトップ）への現在の無線送信速度、無線通信システムの複数のノードの平均無線送信速度またはノードの他のノードとの有線送信速度、無線通信システムにおける一群のノード間の有線送信速度、または、各ユーザ（例えば、それぞれのモバイルユーザ、それぞれの無線機器）によって発生される無線トラフィックの合計を表わすことができる。トラフィック負荷１１２は例えばビット／秒で表わすことができる。

協調キャパシティ判定器１２０は、制御されるノードに対して付加的な無線リソース（例えば、無線送信速度）を与えることができる協調ノードの想定し得る組が存在するか否かを判定してもよい。これは、例えば、隣接するノードに対するリソース要求問い合わせプロセスによって実施することができ、隣接するノードは、それらの協調するあるいは協調しない能力と、それが与えることができる無線リソースの最終的な量とにしたがって応答する。このようにして、協調キャパシティ判定器１２０は、制御されるべきノードの無線通信システムの１つ以上の他のノードとの利用可能な協調キャパシティ１２２を判定することができる。すなわち、協調キャパシティ判定器１２０は、少なくとも１つの隣接するノードに対して協調キャパシティ要求を送信してもよく、また、少なくとも１つの隣接するノードから受信される協調キャパシティ応答に基づいて利用可能な協調キャパシティ１２２を判定してもよい。

電力制御ユニット１４０は、トラフィック負荷判定器１１０および協調キャパシティ判定器１２０によって集められた情報を使用して、ノードのアンテナの動作を停止できるか否か、あるいは現存するユーザの要求を満たすためにノードのアンテナを動作させるべきか否かを決定する。

ノードのアンテナは、例えば、アンテナに接続される送信器および／または受信器をＯＮまたはＯＦＦに切り換えることによって、あるいは、アンテナに接続される送信器および／または受信器の電力増幅器をＯＮまたはＯＦＦに切り換えることによって動作されあるいは動作が停止させることができる。送信器（および／または受信器）の電力増幅器をＯＮまたはＯＦＦに切り換えることで十分な場合がある。これは、図３にも示されるように、通常、この電力増幅器が送信器（および／または受信器）の最もエネルギーを消費する部分であるためである。この動作または動作停止は、電力制御ユニット１３０によって与えられる制御信号１３２により引き起すことができる。

本発明に係る幾つかの実施形態において、電力制御ユニット１３０は、判定されたトラフィック負荷１１２が下側の負荷閾値１０１０よりも低い場合にはノードの複数のアンテナのうちの動作アンテナの数を減らすことができ、また、判定されたトラフィック負荷１１２が上側の負荷閾値１０２０よりも高い場合には動作アンテナの数を増やすことができる。これが図１０に示されている。現在のトラフィック負荷が上側の負荷閾値１０２０（Ｈ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）よりも高い場合、電力制御ユニット１３０は、例えば、ノードの更なるアンテナの電力増幅器をＯＮに切り換えることができる。あるいは、現在のトラフィック負荷１１２が下側の負荷閾値１０１０（Ｌ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を下回っている場合、電力制御ユニット１３０は、例えば、ノードのアンテナの電力増幅器をＯＦＦに切り換えることができる。トラフィック負荷１１２が上側の負荷閾値１０２０と下側の負荷閾値１０１０との間にある場合、電力制御ユニット１３０は、ノードの複数のアンテナのうちの動作アンテナの現在の組を維持することができる。

電力制御ユニット１３０は、判定されたトラフィック負荷１１２が上側の負荷閾値１０２０よりも高くあるいは下側の負荷閾値１０１０よりも低い場合には、判定されたトラフィック負荷１１２と判定された利用可能な協調キャパシティ１２２とに基づいて、複数のアンテナのうちから動作アンテナの所要の組を決定することができる。あるいは、電力制御ユニット１３０は、判定されたトラフィック負荷−（マイナス）判定された利用可能な協調キャパシティ１２２が上側の負荷閾値１０２０よりも高くあるいは下側の負荷閾値１０１０よりも低い場合には、判定されたトラフィック負荷１１２と判定された利用可能な協調キャパシティ１２２とに基づいて、複数のアンテナのうちから動作アンテナの所要の組を決定することができる。更に代替として、判定された利用可能な協調キャパシティ１２２は、（例えば、利用可能な協調キャパシティを加えるあるいは差し引くことにより）上側の負荷閾値１０２０および下側の負荷閾値１０１０の決定のために考慮することができる。

電力制御ユニット１３０は、アンテナの決定された所要の組に基づいてノードのアンテナを動作させるあるいは停止させることができる。

また、電力制御ユニット１３０は、例えば、少なくとも１つの無線ユーザ機器（例えば、携帯電話またはラップトップ）のサービスの質の制約が満たされるように動作アンテナの所要の組を決定することができる。すなわち、電力制御ユニット１３０は、ノードまたは無線通信システムの送信範囲内の無線ユーザ機器の要求（１つ以上のサービスの質の制約）を満たすことができるノードの動作アンテナの組を見つけようと試みることができる。例えば、無線ユーザ機器が特定のデータ転送速度を必要とする場合、電力制御ユニット１３０は、利用可能な協調キャパシティ１２２も考慮しつつ、このデータ転送速度要件を満たすことができる動作アンテナの組を見つけようと試みる。

例えば、電力制御ユニット１３０は、動作アンテナの決定された所要の組を使用し且つ判定された利用可能な協調キャパシティ１２２を少なくとも部分的に使用することにより少なくとも１つの無線ユーザ機器のサービスの質の制約を満たすことができる一方で、判定された利用可能な協調キャパシティ１２２を少なくとも部分的に使用しなければ動作アンテナの決定された所要の組を使用しただけでは少なくとも１つの無線ユーザ機器のサービスの質の制約を満たすことができないように、動作アンテナの所要の組を決定することができる。このケースは特に興味深い。なぜなら、利用可能な協調キャパシティ１２２が利用されなければ、電力制御ユニット１３０が動作アンテナの決定された所要の組よりも多くのアンテナを動作させなければならない場合があるからである。すなわち、判定された利用可能な協調キャパシティ１２２を少なくとも部分的に使用することにより、より多くのアンテナの動作を停止させることができ、それにより、エネルギー消費量を減らすことができる。

エネルギー消費を最適化するため、電力制御ユニット１３０は、例えば、判定された利用可能な協調キャパシティ１２２の考慮の下で、動作アンテナの所要の組が、判定されたトラフィック負荷１１２を満たす（その結果として、現在の無線ユーザ要求を満たす）最少数の所要の動作アンテナを備えるように、動作アンテナの所要の組を決定することができる。

本発明に係る幾つかの実施形態では、上側の負荷閾値１０２０および下側の負荷閾値１０１０が動作アンテナの現在の組に適合される。このため、電力制御ユニット１３０は、動作アンテナの数を増大させあるいは減少させた後に、上側の負荷閾値１０２０および下側の負荷閾値１０１０を調整することができる。閾値は、例えば、動作アンテナの現在の組によって満たされる現在のトラフィック負荷が上側の負荷閾値１０２０と下側の負荷閾値１０１０との間に位置付けられるように適合させることができる。すなわち、動作アンテナの数が増大される場合には、上側の負荷閾値１０２０および下側の負荷閾値１０１０を増大することができ、また、動作アンテナの数が減少される場合には、上側の負荷閾値および下側の負荷閾値を減少することができる。これが図１１に示され、この場合、動作アンテナの数の増大が上側の負荷閾値における閾値の増大（Ｈ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ−α）をもたらし、動作アンテナの数の減少が下側の負荷閾値における閾値の減少（Ｌ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ−β）をもたらしている。

本発明に係る幾つかの実施形態において、電力制御ユニット１３０は、ノードによってカバーされる領域（セル）内で最小のデータ転送速度を保証できるように、ノードの複数のアンテナのうちの少なくとも１つのアンテナを動作状態に維持することができる。また、このようにすると、ノードが様々な負荷状況に対してより速く反応できる、また、少なくとも最小の協調キャパシティを隣接するノードに与えることができる。

以下、本発明の実施形態について更に詳しく説明する。この例では本発明の異なる態様が同時に実施されるが、これらの態様が互いに独立に実現することができる。

基地局がＮ個の送信／受信アンテナを備えるセルラーネットワークシナリオが考慮される。各アンテナには、送信された／受信された信号の増幅利得を制御するアナログＲＦトランシーバモジュール（電力増幅器とも称される）を設けることができる。したがって、Ｎ個のアンテナを備える基地局はＮ個のアナログＲＦトランシーバを備える。アナログＲＦトランシーバは、基地局で最もエネルギーを消費するコンポーネントである。この理解に基づき、提案される概念は、例えばそれぞれの基地局で可能な限り多くのアナログＲＦトランシーバモジュールをＯＦＦに切り換え、それにより、モバイルユーザのＱｏＳ要件を確保しつつ、高いエネルギー効率性能を得ることを目的とする。言い換えると、提案される概念は、最少数の動作アナログＲＦトランシーバモジュールを使用しつつ接続されたモバイルユーザを所要のＱｏＳレベルをもって扱うことができるように基地局を構成することができる。提案される概念によってとられる動作は、無線セルに存在する実際の無線トラフィック負荷によって引き起こすことができる。ユーザトラフィック要求（例えばＫｂｐｓで表わされる）が特定の閾値窓から抜け出ると、アルゴリズムは、ユーザのＱｏＳニーズを満たすことができる最もエネルギー効率の良いアンテナ構成を探すことができる。基地局協調は、この目的を達成するために最終的に使用される。ユーザのＱｏＳ要件を満たすために特定数の動作アンテナ（あるいは、同等に動作するアナログＲＦトランシーバまたは電力増幅器）を注目すべきであるのに対し、隣接するセルで利用できる未使用の無線キャパシティを利用するために隣接する基地局との協調が更に探究される。図１２および図１３は、提案される概念を適用した後のアンテナ構成における効果を示している。

図１２は、高負荷シナリオにおける無線通信システムの２つの基地局１２１０の一例を示している。両方の基地局は、全てのユーザ１２２０（無線ユーザ機器）のサービスの質（ＱｏＳ）要件を満たすために４つの動作アンテナで動作する。適切に、図１３は、低トラフィックシナリオにおける２つの基地局１３１０を示している。左側の基地局では、４つのアンテナの中から２つだけが使用される（右側の基地局では、４つのアンテナの中から３つが使用される）。ユーザ１３２０の更に高いトラフィック要求に起因する更なる無線リソースの必要性は、最終的に、右側の基地局からの無線リソース（利用できる残りのキャパシティ）を使用することによって満たされる。これは、ネットワーク動作のために使用される動作アンテナの数への影響を示す。

アルゴリズムは、最小のエネルギーコストで所要レベルのネットワークサービスを与えつつ、各セルサイトでアナログＲＦトランシーバモジュールの最小限の組の使用を確保してもよい。

アルゴリズムは、バックグラウンドで、別個の計算ポイントで、あるいは、各基地局で局所的に実行してもよい。エネルギー最適アンテナ構成のための計算プロセスの結果をその後に使用して、確立された省エネルギー対策を実際に展開する。

図１４は、提案される概念１４００（アルゴリズム）の想定し得る具体的な実施の詳細な統一モデリング言語図を示している。

例えば、提案される概念の目的は、現在のネットワーク状態に基づいて想定し得る最も低いエネルギーコストでユーザＱｏＳ要件を満たすことである。最も関連する利得は、通常のネットワーク動作と比べたＯＰＥＸコスト（動作費用コスト）全体の低減とすることができる。（図中の）７つのビルディングブロックは、省エネルギースキームを実施するために協働する。以下、それらの個々の機能性およびそれらの相互作用について説明する。

トラフィック負荷測定ブロック１４１０は、無線アクセスネットワークに現存するトラフィック負荷を測定する、例えば基地局であるいは遠隔計算ポイントで実行する処理ユニットである。この測定は、動作中のモバイル端末がそれらの基地局とやりとりする連続信号データにより常に行なうことができる。提案されたスキームでは、測定出力をビット／秒で表わすことができ且つそれが例えば各ユーザによって発生されるトラフィックの合計により表わされることを前提とする。トラフィック負荷測定ブロック１４１０がトラフィック負荷判定器によって実現されてもよい。

閾値範囲ブロック１４２０は、提案される省エネルギーポリシーの起動を試みることができるか否かを計算する、例えば基地局であるいは遠隔計算ポイントで実行する処理ユニットである。この目的のために２つの閾値が使用される（図１０）。測定された無線トラフィック負荷が下側の（負荷）閾値１０１０（Ｌ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を下回っているとき、あるいは高い方の（負荷）閾値１０２０（Ｈ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を上回っているときは常に、この情報がアンテナ構成ブロック１４３０へ送られ、それにより、適切なアンテナ構成設定が動作される。測定された無線トラフィック負荷が２つの閾値の間にとどまるときには、措置がとられず、アルゴリズムは制御をトラフィック負荷測定ブロック１４１０に戻す。閾値の設定は、後述するポリシーにしたがって閾値範囲調整ブロック１４７０で行なわれる。閾値範囲ブロック１４２０が電力制御ユニットによって実現されてもよい。

アンテナ構成ブロック１４３０は、現在の無線トラフィックパターンを用いてユーザＱｏＳ要件を満たすために必要とされるローカルアンテナの最少数を決定する、例えば基地局であるいは遠隔計算ポイントで実行する処理ユニットである。アンテナ構成ブロック１４３０が電力制御ユニットによって実現されてもよい。

このブロックでとられる動作は、閾値範囲ブロック１４２０からくる、あるいはユーザＱｏＳチェックブロック１４４０で行なわれるＱｏＳ（サービスの質）測定試験からくる、無線トラフィック負荷報告（判定されたトラフィック負荷）に依存する。

まず最初に、閾値範囲ブロック１４２０からくる無線トラフィック負荷報告に基づいて動作を解析する。

トラフィック負荷測定ブロック１４１０で測定される報告された無線トラフィック負荷がＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを下回る場合には、図１０に示されるように特定数ｘのＰＡ（アンテナ、電力増幅器）がＯＦＦに切り換えられる。変数ｘの値は、例えば、無線トラフィック減少量、例えばδをＯＦＦに切り換えられるＰＡ（電力増幅器）の数ｘに対してマッピングする階段関数を使用することによって割り当てることができる。このとき、１つの想定し得るアンテナ構成ポリシーは、無線トラフィック減少量δに基づいて可能な限り多くのアンテナをＯＦＦに切り換えることとすることができる。

測定された無線トラフィック負荷がＨ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを上回る場合には、図１０に示されるように特定数ｙのＰＡ（アンテナ、電力増幅器）がＯＮに切り換えられる。変数ｙの値は、例えば、無線トラフィック減少量、例えばγをＯＮに切り換えられるＰＡの数ｙに対してマッピングする階段関数を使用することによって割り当てることができる。このとき、１つの想定し得るポリシーは、無線トラフィック増加量γに基づいて可能な限り少ないアンテナをＯＮに切り換えることとすることができる。

ここで、入力がユーザＱｏＳチェックブロック１４４０から生じるときにアンテナ構成ブロック１４３０でとられる動作を考慮に入れる。ユーザＱｏＳチェックブロック１４４０はユーザのＱｏＳ要件の達成を評価する役目がある。結果は肯定的または否定的のどちらかとなり得る。この結果に基づいて、アンテナ構成ブロック１４３０で異なる動作がとられる。

動作アンテナの数の減少がユーザＱｏＳ要件を満たすのに十分でない場合、アンテナ構成ブロックはまず、ＱｏＳのギャップを満たすために使用できる更なる無線リソースを探し出すために基地局に協調を求める。図１４を参照すると、この動作は、アンテナ構成ブロック１４３０を基地局協調ブロック１４５０に接続する矢印により示される。

基地局協調がユーザＱｏＳ達成を可能にすれば、アンテナ構成が受け入れられ、選択された協調戦略の展開がシステム構成展開ブロック１４６０によって実行される。

そのような構成を展開する前に動作アンテナの数の減少がユーザＱｏＳ要件を満たすのに十分な場合、アンテナ構成ブロックは、最初に、更なるアナログＲＦトランシーバをＯＦＦに切り換えることができるかどうかをチェックする。その後、動作アンテナの数が更に少ない新たな構成が試みられる。ユーザＱｏＳチェックブロック１４４０からの結果に応じて、アンテナ構成ブロックは、（ｉ）そのような構成によりＱｏＳ要件が依然として達成可能である場合にはアナログＲＦトランシーバをシャットダウンし続けることができ、あるいは、（ｉｉ）所望のＱｏＳレベルを達成するために基地局協調を使用しようと試みることができる。

所望のＱｏＳレベルを達成できる構成が見いだされないと直ぐに手続きが停止する。この場合、アンテナ構成ブロックは、ユーザのための目標ＱｏＳレベルを確保して動作中のアナログＲＦトランシーバの数を最小にする最新の作業構成を再開する。

結果として得られるシステム構成（動作アンテナの組）が実際の展開のためにシステム構成展開ブロック１４６０に対して与えられる。

ユーザＱｏＳチェックブロック１４４０は、現在のアンテナ構成が必要なＱｏＳ要件をユーザに与えることができるか否かを判定する、例えば基地局であるいは遠隔計算ポイントで実行する処理ユニットである。この動作は、利用できる無線リソース全体（ローカルリソース＋基地局協調から最終的に得るリソース）が所望のＱｏＳレベルをユーザに与えることができるかどうかをチェックすることによって行なうことができる。ＱｏＳ評価は、実際のチャネル品質と利用できる無線リソースとに基づいて、現在のユーザ処理能力要件とそれらを満たすことができる可能性とを評価することによって行なわれる。ユーザＱｏＳチェックブロック１４４０が電力制御ユニットによって実現されてもよい。

ＱｏＳ試験の結果は、その後の動作の評価のためにアンテナ構成ブロック１４３０へ再び送られる。

基地局協調ブロック１４５０は、更なる無線リソースを求めている基地局へ与えることができる想定し得る基地局協調組が存在するか否かを判定する、基地局であるいは遠隔計算ポイントで実行する処理ユニットである。このメカニズムは、隣接する基地局に対するリソース要求問い合わせプロセスによって実施することができ、隣接する基地局は、それらの協調できるあるいは協調できない能力と、それらが与えることができる無線リソースの最終的な量とにしたがって応答する。この計算段階では、基地局協調を可能にするために必要とされる帰路キャパシティに関する要件を考慮に入れることができる。この構成の出力は、ＱｏＳ評価のためにユーザＱｏＳチェックブロック１４４０に与えられる。基地局協調ブロック１４５０が協調キャパシティ判定器によって実現することができる。

システム構成展開ブロック１４６０は、目標ＱｏＳを達成するためにそれが必要とされるかどうかにかかわらず、最終的な基地局協調プロセスと共にローカル基地局で実際のアンテナ構成を展開することを担う、基地局であるいは遠隔計算ポイントで実行する処理ユニットである。その後、閾値範囲調整のために、制御が閾値範囲調整ブロック１４７０へ送られる。システム構成展開ブロック１４６０が電力制御ユニットによって実現することができる。

閾値範囲調整ブロック１４７０は、現在のユーザトラフィックパターンを用いて任意の省エネルギーポリシーを起動できるか否かを判定するために使用されるＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄおよびＨ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを設定することを担う、基地局であるいは遠隔計算ポイントで実行する処理ユニットである。閾値範囲調整ブロック１４７０が電力制御ユニットによって実現されてもよい。

アンテナ構成調整をもたらした測定されたユーザトラフィック要求がＨ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも高かった場合には、ユーザトラフィック要求の僅かな変化に起因するアンテナの繰り返し設定を避けるため、Ｈ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄが新たな値＋（プラス）特定の量αに設定される。

アンテナ構成調整をもたらした測定されたユーザトラフィック要求がＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも低かった場合には、ユーザトラフィック要求の僅かな変化に起因するアンテナの繰り返し設定を避けるため、Ｌ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄが新たな値−（マイナス）特定の量βに設定される。

メカニズム全体は、動作アンテナおよび最終的な協調基地局組の繰り返し設定を伴うことなく、任意の僅かなトラフィック変動がＨ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄおよびＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ範囲内のままとなるようにする（図１１）。その後、ユーザトラフィック測定を再開するために、制御がブロック１４１０へ戻される。

本発明に係る幾つかの実施形態は、ネットワークＭＩＭＯ技術を適用することにより基地局のＲＦ（無線周波数）トランシーバユニットを無効にすることによってセルラーネットワークにおけるエネルギーを節約する、あるいは基地局のトランシーバユニットを無効にしてネットワークＭＩＭＯ技術および／または協調マルチポイント技術を適用することによってセルラーネットワークにおけるエネルギーを節約するための方法および／または装置に関する。

例えば、モバイルネットワークの全エネルギー消費量を最小にするために無線セルラーシステムの各基地局で最少数の動作アンテナを展開するための概念について説明する。解決策に対する制約として、モバイルユーザのＱｏＳ要件が常に保証されなければならないということを課すことができる。

現在のネットワーク状態にしたがって動的に設定されてもよい特定の閾値窓を無線トラフィックが下回るあるいは上回るときには常に、各基地局でエネルギー効率が最も高いアンテナ構成を探すメカニズムが、ネットワークＭＩＭＯ技術を利用することによって起動される。結果として得られるアンテナ構成は、アクティブユーザのＱｏＳニーズを満たすことによって抑制されてもよい。提案される概念は、基地局の協調で利用する動作ＲＦトランシーバの数を最小にし、それにより、ユーザからの新たなトラフィック要求が生じるときにアンテナを再び動作させるのを回避することを目的とする。ネットワークＭＩＭＯ協調の使用はユーザのＱｏＳ要件を達成するのに十分でないが、サービスを保証するためにアンテナが再び動作される。

提案される概念は、最小動作アンテナ構成スキームを早い時間に達成し、それにより、エネルギー消費に関して利点を与えることができる。

前述した概念は、モバイルネットワークアーキテクチャ、無線協調、ネットワークＭＩＭＯ、グリーン（環境対策を施した）ネットワーキング、および／または、基地局協調の分野で使用することができる。前述した概念を使用することにより、モバイルアクセスネットワークにおける動作費用（ＯＰＥＸ）が低減されてもよい。また、該概念は、省エネルギーのためおよび／またはネットワーク中枢ＭＩＭＯにおいて使用されてもよい。

例えば、省エネルギーメカニズムに対して基準点が導入されたような前述した概念によって低負荷トラフィックシナリオが目標付けられる。

提案される概念は、省エネルギーを達成するためにネットワークＭＩＭＯ基地局協調を使用することができる。このため、複数の隣から利用できるリソースで活用される最少数の動作アンテナを選択することができる。

以前の技術、特にセルブリージング技術と比べて、提案される概念は、低負荷システム動作中にエネルギー効率が最も高いアンテナ構成を採用することができる。更なるトラフィック要求がユーザからくるときは常に、システムは、幾つかのアンテナを再び動作させる前に、隣から利用できる未使用の全てのリソースがネットワークＭＩＭＯ基地局協調によって利用されるかどうかをチェックする。一方、セルブリージング技術はこの柔軟性を利用できず、また、幾つかの状況では、セルブリージング技術が全ての基地局の再起動を必要とすることができる。

提案される概念の採用により、かなりのＯＰＥＸ低減を達成することができる。

図１４により既に示されたように、前述した概念の実施のための一例は、与えられたトラフィックを測定し、ユーザトラフィックが特定の閾値よりも小さいかどうかをチェックし、アンテナを（ループ）再構成して基地局協調を有効にすることにより可能な限り多くのアンテナをＯＦＦに切り換え、ユーザのサービスの質が満たされるかどうかをチェックし、構成を展開し、閾値を再構成し、トラフィック測定値を戻すことを含むことができる。

前述した概念は、例えば、最も低いエネルギー消費コストでサービスをユーザに与えるために協調ネットワーク−ＭＩＭＯ技術を使用することができる。他の手法は、図１５ａに示されるように、セルブリージング技術を使用する。これと比較して、ネットワークＭＩＭＯは、図１５ｂに示されるように、例えば結合プリコーディング技術によって複数の隣り合うセルからのリソースを組み合わせる（同時に複数の基地局を扱う）。セルブリージングはローカルリソースのみを考慮する（一回で１つの基地局を扱う）。これも先と同様に高い処理能力を必要とする無線機器に関して図１６ａに示される。これと比べて、前述した概念は、高い処理能力を必要とする無線機器に関する図１６ｂに示されるように、最も少数の動作アンテナを維持して、複数の協調基地局から更なるリソースを与え、それにより、大きなエネルギー節約をもたらすことができる。

前述した概念を使用することにより、大きな動作費用節約（ＯＰＥＸ）を達成することができる。また、低トラフィック負荷状態でのエネルギー効率が高いネットワーク動作、および／または、ユーザのサービスの質（ＱｏＳ）要件を達成しつつ動作中のアンテナまたは電力増幅器の使用数を最小にすることを常に可能にすることができる。

本発明に係る幾つかの実施形態は、ネットワークＭＩＭＯ技術を使用した隣接する基地局との協調により（基地局全体をＯＦＦに切り換えることなく）１つの基地局のアンテナまたはトランシーバユニットの最大数を停止させることによって、セルラーネットワークにおけるエネルギーを節約するための方法および／または装置に関する。

一態様によれば、方法および／または装置は、即座にＯＮまたはＯＦＦに切り換えられる特定数のトランシーバユニットに対してトラフィック負荷の減少または増大をマッピングする階段関数を使用することにより、トランシーバユニットを動的に動作させあるいは停止させる欲張りな方法で機能させることができる。

他の態様によれば、方法および／または装置は、基地局および協調する基地局の残りの無線リソース（残りの無線送信速度）がユーザ要件を満たすのに十分であるかどうかをチェックすることにより、基地局のＭＩＭＯトランシーバユニットの停止がユーザのサービスの質の要件に違反することなく可能かどうかをチェックすることができる。

また、方法および／または装置は、（トランシーバユニットを停止させあるいは動作させた後に）現在のネットワーク負荷に基づいて閾値窓を規定することによって閾値を動的な動作プロセスまたは停止プロセスに自動的に適合させることができる。

一態様によれば、方法および／または装置は、ユーザにとって望ましいＱｏＳレベルを達成するためにリソースの借入を交渉する協調基地局の組を選択することができる。このため、無線通信システムの有線コアネットワークの特性（例えば、待ち時間、キャパシティ）を考慮することができる。

図１７は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムのノードを制御するための方法１７００のフローチャートを示している。ノードは複数のアンテナを備える。方法１７００は、無線通信システムにおけるトラフィック負荷を判定すること１７１０、および、無線通信システムの他のノードとのノードの利用可能な協調キャパシティを判定すること１７２０を含む。また、方法１７００は、判定されたトラフィック負荷と判定された利用可能な協調キャパシティとに基づいてノードのアンテナを動作させるあるいは停止させること１７３０を含む。

また、方法１７００は、前述した異なる実施形態の態様を表わす更なる随意的なステップを含むことができる。

装置との関連で前述した概念の幾つかの態様を説明してきたが、これらの態様が対応する方法の説明も表わすことは明らかであり、その場合、ブロックまたは機器が方法ステップまたは方法ステップの特徴に対応する。同様に、方法ステップとの関連で説明した態様は、対応するブロックまたは項目あるいは対応する装置の特徴の説明も表わす。

特定の実施要件に応じて、本発明の実施形態をハードウェアまたはソフトウェアで実施することができる。実施は、それぞれの方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働する（または、協働できる）、電子的に読み取り可能な制御信号が記憶されるデジタル記憶媒体、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ＤＶＤ、ブルーレイ、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、または、フラッシュメモリを使用して行なうことができる。したがって、デジタル記憶媒体はコンピュータ読取り可能とすることができる。

本発明に係る幾つかの実施形態は、本明細書中に記載される方法のうちの１つが実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働できる電子的に読み取り可能な制御信号を有するデータ担体を備える。

一般に、本発明の実施形態は、プログラムコードを伴うコンピュータプログラムプロダクトとして実施することができ、プログラムコードは、コンピュータプログラムプロダクトがコンピュータ上で実行するときに方法のうちの１つを実行する働きをする。プログラムコードは例えば機械可読担体に記憶されてもよい。

他の実施形態は、機械可読担体に記憶される、本明細書中に記載される方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを備える。

したがって、言い換えると、本発明の方法の一実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行するときに本明細書中に記載される方法のうちの１つを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。

したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、本明細書中に記載される方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムが記録されて成るデータ担体（または、デジタル記憶媒体、または、コンピュータ可読媒体）である。

したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、本明細書中に記載される方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを表わすデータストリームまたは一連の信号である。データストリームまたは一連の信号は、例えば、データ通信接続を介して、例えばインターネットを介して転送されるように構成されてもよい。

更なる実施形態は、本明細書中に記載される方法のうちの１つを実行するように構成されあるいは実行するように適合されている処理手段、例えばコンピュータまたはプログラマブル論理デバイスを備える。

更なる実施形態は、本明細書中に記載される方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムがインストールされて成るコンピュータを備える。

幾つかの実施形態では、本明細書中に記載される方法の機能性の一部または全てを果たすためにプログラマブル論理デバイス（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ）を使用することができる。幾つかの実施形態では、フィールドプログラマブルゲートアレイがマイクロプロセッサと協働して本明細書中に記載される方法のうちの１つを実行してもよい。一般に、方法は、任意のハードウェア装置によって実行することができるが望ましい。

前述した実施形態は本発明の原理のための単なる例示である。本明細書中に記載される構成および詳細の改良および変形は当業者に明らかであることが理解される。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲のみによって限定されるものであり、本明細書中の実施形態の記述および説明により与えられる特定の詳細によって限定されるものではない。

Claims (12)

1. 無線通信システムのノードを制御するための装置（１００）であって、該ノードは複数のアンテナを備え、該装置は、
   無線通信システムにおけるトラフィック負荷（１１２）を判定するように構成されるトラフィック負荷判定器（１１０）と、
   無線通信システムの他のノードとのノードの利用可能な協調キャパシティ（１２２）を判定するように構成される協調キャパシティ判定器（１２０）と、
   判定されたトラフィック負荷（１１２）と判定された利用可能な協調キャパシティ（１２２）とに基づいてノードのアンテナを動作させあるいは停止させるように構成される電力制御ユニット（１３０）と、
   を備える、装置（１００）。
2. 前記電力制御ユニット（１３０）は、判定されたトラフィック負荷（１１２）が下側の負荷閾値（１０１０）よりも低い場合にはノードの複数のアンテナのうちの動作アンテナの数を減らし、判定されたトラフィック負荷が上側の負荷閾値（１０２０）よりも高い場合には動作アンテナの数を増大させるように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記電力制御ユニット（１３０）は、判定されたトラフィック負荷（１１２）が上側の負荷閾値（１０２０）よりも高い場合あるいは下側の負荷閾値（１０１０）よりも低い場合には、判定されたトラフィック負荷（１１２）と判定された利用可能な協調キャパシティ（１２２）とに基づいて、複数のアンテナのうちから動作アンテナの所要の組を決定するように構成され、前記電力制御ユニット（１３０）は、アンテナの決定された所要の組に基づいてノードのアンテナを動作させあるいは停止させるように構成される、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記電力制御ユニット（１３０）は、少なくとも１つの無線ユーザ機器のサービスの質の制約が満たされるように動作アンテナの所要の組を決定するように構成される、請求項３に記載の装置。
5. 前記電力制御ユニット（１３０）は、動作アンテナの決定された所要の組を使用し且つ判定された利用可能な協調キャパシティ（１２２）を少なくとも部分的に使用することにより少なくとも１つの無線ユーザ機器のサービスの質の制約を満たすことができる一方で、動作アンテナの決定された所要の組を使用しただけでは少なくとも１つの無線ユーザ機器のサービスの質の制約を満たすことができないように、動作アンテナの所要の組を決定するように構成される、請求項４に記載の装置。
6. 前記電力制御ユニット（１３０）は、判定された利用可能な協調キャパシティ（１２２）の考慮の下で、動作アンテナの所要の組が、判定されたトラフィック負荷（１１２）を満たす最少数の所要の動作アンテナを備えるように、動作アンテナの所要の組を決定するように構成される、請求項３〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記電力制御ユニット（１３０）は、動作アンテナの数を増大させあるいは減少させた後に上側の負荷閾値（１０２０）および下側の負荷閾値（１０１０）を調整するように構成される、請求項２〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記協調キャパシティ判定器（１２０）は、少なくとも１つの隣接するノードに対して協調キャパシティ要求を送信して、少なくとも１つの隣接するノードから受信される協調キャパシティ応答に基づいて利用可能な協調キャパシティ（１２２）を判定するように構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記電力制御ユニット（１３０）は、アンテナに接続される送信器の電力増幅器を動作させあるいは停止させることによってノードのアンテナを動作させあるいは停止させるように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記電力制御ユニット（１３０）は、ノードの複数のアンテナのうちの少なくとも１つのアンテナを動作状態に維持するように構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 無線通信システムのノードを制御するための方法（１７００）であって、該ノードが複数のアンテナを備え、該方法は、
    無線通信システムにおけるトラフィック負荷を判定するステップ（１７１０）と、
    無線通信システムの他のノードとのノードの利用可能な協調キャパシティを判定するステップ（１７２０）と、
    判定されたトラフィック負荷と判定された利用可能な協調キャパシティとに基づいてノードのアンテナを動作させるあるいは停止させるステップ（１７３０）と、
    を含む、方法（１７００）。
12. コンピュータまたはマイクロコントローラで実行するときに請求項１１に記載の方法を実行するためのプログラムコードを伴うコンピュータプログラム。

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