JP5657765B2 - 無線セルラネットワークのセルにおけるオペレーションを制御する方法、基地局及び無線セルラネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、無線セルラネットワークの分野に関し、より具体的には、無線セルラネットワークのセルにおけるオペレーションを制御する手法と、該無線セルラネットワークの基地局と、無線セルラネットワークとに関する。この手法は、セル内でローカルに利用可能な情報のみに基づいて該セルにおけるオペレーションを制御することを可能とする。

無線通信システムは、例えば非特許文献１に記載されているように、ヘテロジニアスアーキテクチャに向かっている。あるセルにおけるこのようなアーキテクチャにおいては、ユーザは、種々のタイプのアクセスポイント（access point, ＡＰ）、例えば非特許文献１に記載されているように、マクロセル、ピコセル、フェムトセル、中継装置及び／又はリモートラジオヘッド（remote radio head）といった４つの異なったタイプのアクセスポイントを有する場合がある。基本的には、これは、移動局（mobile station, ＭＳ）にとって多くの好ましい効果を提供することができ、移動局は、最も適した接続を見つけるために幾つかの接続の中から選択をすることができる。しかし、例えば、フェムトセルラオーバレイ（femto-cellular overlay）により、例えば、セルの組織化又は最適化、ユーザに対するリソースの割当て、並びに、とりわけ、同じセル内及び１つ以上の近傍セル内のアクセスポイント間の干渉の調整に関して多くの難題及び課題がもたらされる。

図１は、ヘテロジニアスネットワークの例、より具体的には、密に展開されたＨｅｔＮｅｔのシナリオを示している。図１は、無線セルラネットワークのセル１００を示している。セル１００は、そのセル１００内の複数の移動局ＭＳ１及びＭＳ２にサービスを提供する基地局ＢＳを有している。セル１００は、３つのセクタ１０１_１〜１０１_３を有し、移動局ＭＳ１はセクタ１００_１に存在し、移動局ＭＳ２はセクタ１００_３に存在している。図１は、セクタ１００_１にある中継局ＲＳ１と、セクタ１００_３にある中継局ＲＳ２とを更に示している。これらの中継局は、それらの周囲の網掛け部分により示しているような各セクタ内のあるエリアにサービスを提供する。加えて、セル１００は、セクタ１００_１及び１００_２内に２つのピコセルＰＣ１及びＰＣ２を有している。この場合も、ピコセルＰＣ１及びＰＣ２からサービスの提供を受けるエリアは、それらのピコセルの基地局（それぞれのアンテナによって示している）の周囲の網掛け部分によって示されている。さらに、セル１００は、フェムトセルＦＣ１〜ＦＣ４を有し、各セクタは、これらのフェムトセルのうちの少なくとも１つを含んでいる。図１に示す例では、セクタ１００_１内の移動局ＭＳ１は、矢印Ａ１によって示すように、中継局ＲＳ１からサービスの提供を受ける。セクタ１００_３内の移動局ＭＳ２は、矢印Ａ２によって示すように、セル１００の基地局ＢＳからサービスの提供を受ける。加えて、図１に示したセル１００においては、各移動局は、別の電波送信源からの干渉も受ける場合がある。移動局ＭＳ１と干渉する電波送信源の例は、矢印Ｉ１及びＩ２によって示すような基地局ＢＳ及びピコセルＰＣ１である。セクタ１００_３においては、矢印Ｉ３及びＩ４によって示すように、中継局ＲＳ２及びフェムトセルＦＣ３が移動局ＭＳ２に対する干渉源と考えられる。

非特許文献１〜３に詳細に記載されているように、図１に示すような中継局、ピコセル及びフェムトセルといったアクセスポイントの様々なタイプ、ロケーション及び密な展開に鑑みると、種々の送信電力又はその送信電力に連動した範囲に起因して、数多くの技術的課題が、例えば、フェムトセルとピコセルのオーバレイによって提起されている。基本的には、これらの課題は以下の分野に分類される。
− ネットワーク自己組織化： 自己構成、自己回復及び自己最適化が全てのセルに必要とされる。これらのタスクは、図１に示したような環境において検討する必要のある、追加的な複数のネットワークパラメータを所与のものとしてますます困難にとなる。
− バックホーリング（backhauling）： コアネットワークに対する種々の基地局の接続には、追加のインフラストラクチャが必要となる。しかし、フェムトセルの場合には、ユーザのＤＳＬ線を通じた接続が常に保証されるわけではなく、それによっては、ユーザはバックホールシステムへの接続ができない状態となる。
− ハンドオーバ： アクセスポイントの数が多くなるほど、ネットワーク内で行われるハンドオーバ判定の数が増える。
− 干渉： ティア間（cross-tier）の干渉が、オーバレイ構造のセル、例えば、図１に示したピコセル及びフェムトセルとの間で生じる。性能を維持するため、特にセルへのアクセスが制限される場合は、密な展開に起因した高いイントラフェムトティア（intra-femto-tier）の干渉も懸念されるため、このような干渉を軽減しなければならない。

ティア内及びティア間の干渉のハンドリングは、無線ネットワークの性能にとって最も重要であり、密に展開されたフェムトセルのシナリオにおける主要な干渉源（非特許文献１参照）は、以下のように類別及び分析することができる。
− 計画的ではない展開：
− 低電力ノード、例えばフェムトセルは、エンドユーザによって「ランダム」なロケーションに展開され、いつでもアクティブ又は非アクティブとすることができることにより、起こり得る干渉が更にランダムなものとなる。
− バックホーリングの難しさ（非オペレータのＤＳＬ接続等）に鑑みると、フェムトセルとの干渉調整が可能ではない場合がある。
− 別のティアからの干渉を動的に又は適応的に軽減するためには、連続的な検知及び監視がセルにとって必要となる。
− 密に展開されたフェムトセルに起因して、ティア間の干渉を検討する必要がある。
− クローズドな加入者アクセス
− ピコセル及びフェムトセルの制限されたアクセス制御は、ユーザがハンドオーバを実行できない場合に、アップリンク及びダウンリンクの双方における強い干渉のシナリオをもたらす場合がある。
− これは、フェムトセル又はピコセルの近くにいるものの、これらのセルにアクセスすることができない移動局にとって大きな干渉を引き起こす（図１における矢印Ｉ２及びＩ４参照）。
− ノードの送信電力の差：
− ピコセル及びフェムトセルのノードの電力が低いことにより、それに関連した問題及びダウンリンク又はアップリンクの干渉の問題も生じる場合がある。例えば、高電力のマクロ基地局に対し（ダウンリンクで）接続されたピコセルの近くにある移動局は、そのピコセルにおいて大きなアップリンクの干渉を引き起こす場合がある。

干渉の問題に対処するために、本技術分野では、標準的なセル間干渉調整技法（ＩＣＩＣ（inter-cell interference coordination）技法）が知られているが、これらのＩＣＩＣ技法は、非特許文献１〜３に記載されているように、集中型手法を利用し、主としてマクロ対マクロ又は小型セル対マクロの干渉の低減を取り扱う。しかし、上記で概説したように、図１に示したようなシナリオでは、異なるアクセスポイント間のバックホール接続の保証がなく、そのため、異なるアクセスポイント間のバックホール接続の保証がないそのような方式は効果がない。

非特許文献４及び５では、マクロユーザの近くにあるフェムトセル基地局（例えば、図１のフェムトセルＦＣ３を参照）からの大きな同一チャネル干渉（co-channel interference, ＣＣＩ）を防止するためのダウンリンクの電力制御メカニズムが提案されている。非特許文献４では、マクロユーザ及びフェムトユーザの双方のためのサービス品質要件を考慮しつつ、ＣＣＩに対処するべくダウンリンク電力制御の問題が説明されている。これは、非特許文献５とは対照的である。非特許文献５によれば、マクロセルユーザに優先権が与えられる。この手法では、リスニング時分割二重フレーム（listening time-division duplex frame）を用いて、周囲のマクロユーザのチャネル品質情報が推定され、それに応じて、フェムトセル基地局のダウンリンク送信電力が調整される。非特許文献４及び５はともに、ダウンリンクにおいてマクロセルに対する干渉の低減を扱っているものの、フェムトとフェムトとの干渉の問題は無視されている。

非特許文献６は、フェムトセルとマクロセルとの間のダウンリンクの干渉に対処するために、ゲーム理論的手法を選択している。比例公平（proportional fair）メトリックを用いて干渉を最小にするとともにスループットの公平性を改善しているが、全体的なシステムスループットは悪化している。アップリンクの電力制御問題に対処するための別の提案が非特許文献７に記載されており、従来の電力制御及び部分的電力制御（fractional power control）の少なくとも一方を用いている。しかし、これらのやり方は、マクロ・セルラ環境用に開発されているとともに、サービス品質を保証するものではない。

無線セルラネットワークにおけるスループットを向上させるために、部分的周波数再利用（fractional frequency reuse, ＦＦＲ）を用いる場合があり、この手法によれば、無線セルラネットワークにおいて、近傍のセルにおいて直交するリソースを割り当てることにより、セル端のユーザのスループットが向上する。しかし、ＦＦＲは、リソースの空間的再利用を減少させるため、システム容量は本質的には悪化する。加えて、フェムトセルの調整されていない展開によって引き起こされる干渉の環境の予測不可能な変動に対しては、電波源の空間的再利用を、観測された干渉状態に適応させることを目的とした動的干渉再利用（dynamic interference reuse）手法が必要となる。動的周波数再利用（dynamic frequency reuse）は、集中型手法又は分散型手法によって利用することができる。中央コントローラが基地局にリソースを割り当てることにより、より効率的なリソース利用が達成されるが、ネットワークインフラストラクチャ内の複雑度がより高くなるとともにシグナリングが増える点が犠牲となる。各基地局がリソース割当てを自律的に行う分散型の手法では、例えば非特許文献８〜１２に記載されているように、基地局は所定の数のサブバンドに個別にアクセスできるが、これは、干渉の状態が変化する場合には、サブバンド再割当ての可能性を大きく制限する。

ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）アドバンスト（ＬＴＥ−Ａ）では、キャリアの集約（carrier aggregation）が利用される。非特許文献１３及び１４に記載されているように、コンポーネントキャリア（component carriers, ＣＣ）と呼ばれる、ＬＴＥ帯域幅の複数のブロックがまとめられて、より広く利用可能なスペクトルが得られる。このキャリアの集約は、例えば、競合する基地局間で利用可能なＣＣのサブセットの選択を最適化することによって、干渉低減手法において利用することのできる更なる自由度を提供するものである。非特許文献１５〜１７には、ＬＴＥ−Ａシステムにおける基地局の干渉の環境に依存したＣＣ選択方式が記載されているが、これらの手法は結果的に、基地局間の過度のシグナリングをもたらし、密に展開された、調整されていないネットワークにおいてセル端の移動局の明確な保護を何ら提供するものではない。

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本発明の根本的な目的は、近傍のセルへの接続とは無関係に、あるセル内のオペレーションの効率的な制御を可能にする無線セルラネットワークにおける改善された手法を提供することにある。

上記目的は、請求項１に記載の方法、請求項２０に記載の非一時的なコンピュータプログラム製品、請求項２１に記載の基地局、請求項２２に記載の無線セルラネットワークによって達成される。

本発明は、無線セルラネットワークのセルにおけるオペレーションを制御する方法を提供するものである。前記無線セルラネットワークは複数のセルを有し、各セルは、１以上のモバイルユーザにサービスを提供する基地局を有している。本方法は、ファジィ論理を用いて前記セルにおけるオペレーションを制御するステップを含む。前記ファジィ論理の入力変数は、前記セルにおいてローカルに利用可能な情報のみに基づいて決定される入力変数を含む。

実施の形態によれば、前記制御は、前記基地局により、前記無線セルラネットワーク内の１以上の近傍の基地局とは無関係に実行される。

実施の形態によれば、前記制御は、前記基地局により、該制御に関して前記無線セルラネットワーク内の１以上の近傍の基地局と通信することなく単独で実行される。

実施の形態によれば、前記セルにおいて制御されるオペレーションには、リソース及び電力の割当てと、変調及び符号化のレートと、ＭＩＭＯ伝送方式とのうちの１以上が含まれる。

実施の形態によれば、前記セルにおいて制御される前記オペレーションには、リソース及び電力の割当てが含まれる。セルの基地局からサービスの提供を受けるユーザに対するリソース及び電力の割当ては、１以上の近傍セルにより発生する干渉についての干渉情報に基づいて行われる。前記ファジィ論理の入力変数は、前記セルにおいてローカルに利用可能な干渉情報のみに基づいて決定される。

前記基地局は、前記無線セルラネットワーク内の１以上の近傍の基地局及び／又は干渉する基地局とは無関係に、前記ユーザに対するリソース及び電力の割当てを行うことができる。

前記基地局は、リソース及び電力の割当てに関して前記無線セルラネットワーク内の１以上の近傍の基地局及び／又は干渉する基地局と通信することなく、前記ユーザに対するリソース及び電力の割当てを単独で行うことができる。

前記基地局は、前記ユーザに対する所望の信号が得られ、１以上の前記近傍セルによって発生する干渉が低減するか又は最小となり、かつ前記セル内の前記ユーザのレート要件が満たされるものとなるように、リソースブロックを割り当てることができる。

前記ローカルに利用可能な情報は、以下のものを含みうる。
・前記ユーザの所要レート
・前記所望の信号の品質又は強度
・前記リソースブロックに発生する干渉のレベル
・周波数選択性フェージングプロファイル（frequency-selective fading profile）

前記ユーザの所要レートにより、割り当てる必要のあるリソースブロックの数を決定することができ、前記所望の信号の強度により、必要な送信電力を決定することができ、前記リソースブロックに発生する前記干渉のレベルにより、各リソースブロックの割当て可能性を決定することができ、割り当てるリソースブロックの選択は、前記周波数選択性フェージングプロファイルに依存したものとすることができる。

前記所要レートと、前記所望の信号の品質又は強度と、前記リソースブロックに発生する干渉のレベルと、前記周波数選択性フェージングプロファイルとは、逆方向リンクでは前記基地局においてローカルに利用可能であり、前記順方向リンクでは前記ユーザにおいてローカルに利用可能であるものとすることができる。

前記基地局は、どのリソースブロックが、特定のタイムスロットにおいて前記ユーザに割り当てられるのに最も適しているのかを評価し、前記所要レートに従って、所要の、信号と干渉及び雑音との比（signal-to-interference-plus-noise ratio, ＳＩＮＲ）を得るために、割り当てられるリソースブロックについての送信電力を決定することができる。

前記基地局は、前記ファジィ論理を用い、前記ローカルに利用可能な情報に基づいて、各タイムスロットにおける各リソースブロックの割当て可能性を決定することができる。

前記ファジィ論理の入力変数は、以下のものを含みうる。
・前記ユーザが要求するサービスによって定まる前記ユーザの所要レート。該所要レートの値は、「小」と、「小〜中」と、「中〜大」と、「大」とである。
・前記所望の信号の強度。該所望の信号の強度の値は、「小」と、「中」と、「大」とである。
・各リソースブロックに対する各ユーザの干渉環境を表す干渉のレベル。該干渉のレベルの値は、「小」と、「中」と、「大」とである。
・前記周波数選択性フェージングプロファイル。該周波数選択性フェージングプロファイルの値は、「深い」と、「平均」と、「ピーク」とである。

前記ファジィ論理の出力変数は、以下のものを含みうる。
・前記ユーザのリソースブロック割当て。各リソースブロックの割当て可能性は、前記入力変数の値に応じて前記ファジィ論理によって計算される。
・前記ユーザに割り当てられるリソースブロックの送信電力。各リソースブロックは、前記入力変数の値に応じて半分の電力又は全電力で送信される。

本方法は、各タイムスロットにおいて、前記ファジィ論理のルールに従って最も適用可能なリソースブロック及び送信電力を前記ユーザに割り当てるとともにデータ送信を行うステップを更に含むことができる。

本方法は、前記ユーザと干渉する移動局とからの受信信号レベルに基づいて、前記リソースブロックに発生する干渉のレベルに関する前記ローカルに利用可能な干渉情報と、前記周波数選択性フェージングプロファイルとを、前記セルの長期間の干渉及びフェージングの環境をより正確に表すものとなるように更新するステップと、前記更新された情報を後のタイムスロットにおいてリソース及び電力の割当てのために用いるステップとを更に含むことができる。

本方法は、実施の形態によれば、前記無線セルラネットワークの複数のセルにおいて前記制御を行うことにより、前記無線セルラネットワークの前記複数のセルについて、各セルにおける１以上の前記ユーザが満たされる安定したグローバルな解が得られるように、前記制御を連続的にかつ個別に最適化するステップを更に含む。

前記無線セルラネットワークは、マクロセルネットワークと、ピコセルネットワークと、フェムトセルネットワークとのいずれかを含むことができる。

本発明は、無線セルラネットワークのセルの基地局を提供する。前記無線セルラネットワークは複数のセルを有し、各セルは、１以上の移動局にサービスを提供する基地局を有している。この基地局は、ファジィ論理を用いて前記セルにおけるオペレーションを制御するためのファジィ論理を有している。前記ファジィ論理の入力変数は、前記セルにおいてローカルに利用可能な情報のみに基づいて決定される入力変数を含む。

本発明は、無線セルラネットワークを提供する。この無線セルラネットワークは複数のセルを有する。１以上のセルは、本発明の実施の形態に基づく基地局を有する。

このように、本発明によれば、近傍セルとの明示的な調整又は通信を要することなく、無線セルラネットワークのセルを動作させる手法が教示される。本発明の実施の形態によれば、これは、近傍セルとの調整も通信も何ら必要とすることなく、ファジィ論理の出力に基づいてセル内のオペレーションを制御することができるように、ファジィ論理の理論を適用して、セルにおいてローカルに利用可能な情報のみを組み合わせることによって達成される。つまり、ローカルにのみ利用可能な情報を用いた、ファジィ論理を用いたオペレーションによって、例えば、密に展開された無線ネットワーク内の基地局におけるオペレーションの制御を自律的にかつ個別に行うことが可能となる。

本発明の実施の形態によれば、ローカルに利用可能な情報しか必要としない、単純で複雑度の低い手法が用いられるため、従来の手法よりも有利である。その結果、オペレーションの制御は、中央ネットワークコントローラなしで自律的に行われる。すなわち、分散型の制御がなされる。基地局間の調整又は通信は必要なく、それによって、特定のシグナリングが全てなくなる。また、ネットワーク内のＣＣＩが最小となる。更なる改善は、バックホールが必要とされないということである。すなわち、本発明の実施の形態は、任意の無計画的なネットワークに適用することができ、通常はリソース分割手法によって生じる効率の損失が発生せず、計算が各基地局において個別に実行されるため、追加的なシグナリングが必要ない。

実施の形態によれば、セルラネットワークにおけるリソース及び電力の割当ての分散型で自律的な技法が提示される。リソースブロック（resource block, ＲＢ）及び対応する送信電力は、基地局間の明示的な調整をすることなく個別に、ネットワークの各セルのユーザに割り当てられる。各リソースのこの「割当て可能性」は、ローカルに利用可能な情報のみを用いて決定される。したがって、ローカルな情報のみを利用して、ネットワーク全体の効率的又は準最適な解が得られる、各セルにおいて独立に動作する非集中型の自律的な干渉調整方式が提供される。基地局（全てのタイプの基地局、例えば、マクロセル基地局、ピコセル基地局、フェムトセル基地局）及び移動局がリソース割当て及び送信電力を個別に最適化することを可能とすることによって、システムを制御する集中型アルゴリズムなくグローバルな最適条件を見いだすことができる。これによって、シグナリングの量だけでなく、ネットワークのオペレーションの複雑度も低減される。

実施の形態によれば、システムからローカルに受信したパラメータを所与のものとして自律的なリソース割当てを可能とするために、ファジィ論理システムが利用される。各パラメータは、ある特定の入力を所与のものとしてその「値」を得ることができるようにファジィ化される。種々の入力パラメータについて得られた値は、各パラメータが移動局のリソースブロックの選択にどの程度影響するのかに関する明確に定められたルールを用いて組み合わされる。次に、これらのルールの結果は、組み合わされてデファジィ化され、特定のリソースブロックのロケーションが有利であるか有利でないかが移動局に示されることとなる。実施の形態によれば、ファジィシステムにおいて利用される、必要でローカルに利用可能な情報は、以下のとおりである。
− 割り当てられるリソースブロック（resouce block, ＲＢ）の数を決定するユーザの所要レート。
− 必要な送信電力を定める所望の信号の品質（すなわち強度）。
− 各リソースブロックの割当て可能性に大きく影響を与えるリソースブロックに生じる干渉のレベル。
− 周波数選択性フェージングプロファイル。これも、割り当てられる好ましいリソースブロックに影響する。

これらの変数の全ては、逆方向リンク（reverse link）では基地局においてローカルに利用可能であり、順方向リンク（forward link）では移動局においてローカルに利用可能である。そのため、近傍の基地局間で余分な情報を何ら得ることも交換することも必要ない。これらの近傍の基地局は、同じ種類のセルの基地局、例えば、近傍のマクロ基地局又は近傍のフェムトセル基地局であってもよいし、異なったセルの近傍の基地局、例えば、マクロセルの基地局とフェムトセルの基地局、又はフェムトセルの基地局とピコセルの基地局であってもよい。

ファジィ論理システムを用いることにより、これらの入力のそれぞれの時間平均値を組み合わせて、どのＲＢが特定のセルにおいて割り当てられるのに最も適しているのか、すなわち、セルにおけるユーザレート（複数の場合もある）が満たされる、又は最大となるようにどのリソースを割り当てることができるのかを判断することができる。これらの実施の形態によれば、バックホール接続を必要とすることなく、リソース分割（クレームにおいては時間周波数リソースの利用に限定）又はコンポーネントキャリアの選択に際してＩＣＩＣを行うことができる。

本発明の実施の形態によれば、セル内のオペレーションは、ＩＣＩＣに用いることができるようなリソース及び電力の割当てを含むが、例えばＭＣＳといった変調及び符号化のレートと、例えばＭＩＭＯ空間多重化又は空間ダイバーシティの場合のＭＩＭＯ伝送方式との制御にも関係している。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて更に詳細に説明する。

例示的なヘテロジニアスネットワーク、より具体的には、密に展開されたＨｅｔＮｅｔのシナリオの説明図である。 無線セルラネットワークのセル、例えば図１に示すようなセル内のオペレーションを制御する本発明の一実施形態の簡略化した説明図である。 自律的なリソース及び電力の割当てを行うための、図２の簡略化した説明図と同様に簡略化した説明図である。 ファジィ論理を用いたリソース及び電力の割当てにおける入力及びそれに関連した入力ファジィ化（input fuzzification）の説明図である。 ファジィ論理を用いたリソース及び電力の割当てシステムの説明図である。 ファジィ化された入力の、リソース及び電力の割当ての決定又は推奨への変換を制御するファジィルールの表である。 本発明の実施形態によるシステムにおける、ファジィ論理を用いたリソース及び電力の割当ての出力の説明図である。 完全ファジィ論理（complete fuzzy logic）を用いたリソース及び電力の割当て手法の説明図である。 完全ファジィ論理（complete fuzzy logic）を用いたリソース及び電力の割当て手法の説明図である。 ランダムな数の部屋がアクティブなフェムトセルを管理する５×５の部屋を有するアパートのシナリオの説明図である。 シミュレーションパラメータの表である。 ランダムＡＢＳ送信及び最大電力送信と比較した、本発明の実施形態におけるファジィ論理を用いたＩＣＩＣシステムのシステムダウンリンクのスループット性能の結果を示す説明図である。 ランダムＡＢＳ送信及び最大電力送信と比較した、ファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法のシステムダウンリンクのカバー結果を表す２つのグラフである。 ファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法を、ランダムＡＢＳ送信及び最大電力送信と比較したときのシステムダウンリンクのエネルギー効率の結果を示すグラフである。 ファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法とベンチマーク手法とのシステムアップリンクの性能比較のための、図１１〜図１３のグラフに対応したグラフである。 ファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法とベンチマーク手法とのシステムアップリンクの性能比較のための、図１１〜図１３のグラフに対応したグラフである。 ファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法とベンチマーク手法とのシステムアップリンクの性能比較のための、図１１〜図１３のグラフに対応したグラフである。 図１４と同様のグラフであるが、送信電力制御を行うように変更されているファジィ論理システムのグラフである。 図１４と同様のグラフであるが、送信電力制御を行うように変更されているファジィ論理システムのグラフである。 図１４と同様のグラフであるが、送信電力制御を行うように変更されているファジィ論理システムのグラフである。 密に展開されたフェムトセルネットワークにおいて最大電力送信を用いて受信された所望の信号エネルギー及び干渉信号エネルギーのＰＤＦ及びＣＤＦを示す説明図である。 密に展開されたフェムトセルネットワークにおいて従来の電力制御を用いて受信された所望の信号エネルギー及び干渉信号エネルギーのＰＤＦ及びＣＤＦを示す説明図である。

図２は、無線セルラネットワークのセル、例えば図１に示したようなセル内のオペレーションを制御する本発明の一実施形態の簡略化した説明図である。ファジィ論理システム１０２は、１以上の入力変数１０４_１〜１０４_ｎ（ＶＡＲ１〜ＶＡＲｎ）を受け取る。これらの入力変数１０４_１〜１０４_ｎに基づいて、ファジィ論理システム１０２は、セル内のオペレーションを制御する。より具体的には、ファジィ論理システム１０２の出力に基づいて行うことのできる１以上のオペレーション制御１０８_１〜１０８_ｎである。図２に示したシステムは、図１に示す各セルの基地局のそれぞれに設けることができ、例えば、図１に示した全体的なセル１００の基地局ＢＳ内又はピコセル及びフェムトセルの基地局に設けることができる。基地局（マクロセル、ピコセル及び／又はフェムトセルの基地局）の全て又は少なくとも一部が、このような論理を有することができ、変数１０４_１〜１０４_ｎは、セル内でローカルにのみ利用可能な変数である。セルの制御は、近傍のセルとの間で通信もシグナリングも何ら行う必要なく実行することができる。実施形態によれば、セル内で制御されるオペレーションには、リソース及び電力の割当ての制御と、変調及び符号化のレートの制御と、ＭＩＭＯ伝送方式の制御とのうちの１つ以上が含まれうる。これらのうちの１つ以上は、図２に示すようなシステムに基づいて制御することができ、上記で概説した各基地局において行うことができる。

以下、無線セルラネットワークのセル内のオペレーションを制御する一実施形態を、そのようなセル内の干渉調整の手法に基づいて更に詳細に説明する。本発明は、干渉調整の制御に限定されるものではなく、変調及び符号化のレートの制御又はＭＩＭＯ伝送方式の制御にも用いることができることに留意されたい。

干渉調整には、無線ネットワークのセル内のユーザへのリソース及び電力の割当てが必要となる。上記で説明したように、例えばフェムトネットワークの場合には、別々のフェムトセルの各基地局間のバックホール接続が存在せず、そのため、フェムトセル基地局間で情報をやりとりすることがほぼ不可能な場合があり得る。また、ピコセルネットワーク又はマクロセルネットワークの場合には、近傍セル又は干渉セルにある基地局との通信が可能ではないか又は所望されていない状況が存在する。上述したように、ＩＣＩＣのプロトコルは、近傍の基地局からの情報を必要とするが、この情報が利用可能でない場合がある。そのような状況に対処するために、本実施形態によれば、ファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法が提案される。この手法は、基本的には、セルラネットワークにおけるリソース及び電力の割当ての、分散型で自律的な手法である。各リソースの割当て可能性は、ローカルに利用可能な情報のみを用いて判断されるため、リソース及び電力の割当てに関して他の基地局との間で通信をする必要はない。このローカルに利用可能な情報に基づいて、ファジィ論理は、近傍基地局と通信する必要なく、セル内でのリソース及び電力の割当てを制御するための出力変数を生成する。

次に、フェムトセル環境に関して、本実施形態の更に詳細な内容を説明する。しかし、本発明は、フェムトセルに限定されるものではない。むしろ、以下に説明する手法は、マクロセル及び／又はピコセルといった他のセルにも同様に適用することができることに留意されたい。

フェムトセル環境は、ユーザによる各基地局の展開を可能にするものであるが、このユーザ側又は顧客側のフェムトセルのランダムな展開、及びその結果生じる固定的接続インフラストラクチャの欠如に鑑みると、フェムトセル基地局が互いに有線バックボーンにより通信することができるという保証は何ら存在し得ない。さらに、無線媒体（wireless medium）はそもそもほとんど利用可能ではなく、制御チャネル帯域幅を増加させることは本質的に困難であるため、無線媒体により基地局間の通信又は調整を行うことは所望されていない。そのため、本実施形態によれば、フェムトセル基地局間で追加のシグナリングを必要としない分散型で自律的な干渉調整が提供される。

図３は、自律的なリソース及び電力の割当てを行うための、図２の簡略化したものと同様に簡略化した様子を示している。ファジィ論理システム１０２は、４つの入力変数１０４_１〜１０４_４を受信するとともに、フェムトセルのオペレーションを制御するための、より具体的には、リソースブロック（resource block）の割当て及びリソースブロックの送信電力を制御するための出力１０８_１及び１０８_２を提供するファジィ論理を用いたＩＣＩＣシステムである。フェムトセル基地局は、基地局間通信を行わずに、ローカルに利用可能な情報のみに基づいてリソース及び電力の割当てを行う必要がある。フェムトセル基地局は、それ自体のセル内の性能を最大にするために、リソースブロック上の所望の信号が最大としつつ、近傍のセルからの干渉障害が最小となるようにリソースブロックを割り当てるよう試みる必要がある。さらに、基地局は、フェムトセル内のユーザ（複数の場合もある）のレート要件が満たされるように十分なリソースを割り当てる必要がある。したがって、ここで説明する実施形態によれば、図３に示すファジィ論理を用いたＩＣＩＣシステム１０２のためのローカルに利用可能で必要な情報又は入力変数は、以下のとおりである。
− 割り当てる必要のあるリソースブロックの数を決定するユーザの所要のレート（ユーザレート１０４_１）。
− 必要な送信電力を決定づける所望の信号の品質（ユーザの所望信号強度１０４_２）。
− 割り当てられるリソースブロックに影響を与える周波数選択性フェージングプロファイル（frequency-selective fading profile）（各リソースブロックについてのフェージング１０４_３）。
− 各リソースブロックの割当て可能性に大きく影響する各リソースブロックに生じる干渉のレベル（各リソースブロックの干渉１０４_４）。

これらの変数の全ては、逆方向リンク（reverse link）ではフェムトセル基地局においてローカルに利用可能であり、順方向リンク（forward link）では移動局（複数の場合もある）においてローカルに利用可能である。そのため、近傍セルの基地局と現在のセルの基地局との間で追加の情報を何らやりとりする必要はない。ファジィ論理を用いたＩＣＩＣシステム１０２は、これらの入力変数に基づいて、リソースブロックの割当てと、割り当てられたリソースブロックの送信電力とを制御する。より具体的には、特定のタイムスロットにおいてどのリソースブロック（複数の場合もある）が移動局に割り当てられるのに最も適しているのかが評価される。システムは更に、ユーザのレートを満たすことができるように、これらのリソースブロック（複数の場合もある）に対する送信電力を決定し、所要の、信号と干渉及び雑音との比（signal-to-interference-plus-noise ratio, ＳＩＮＲ）を得る。干渉をほとんど又は全く受けず、フェージングピークに位置しているリソースブロックは、フェムトユーザへの割当てにより適しているのに対し、大きな干渉を受けるか又は深いフェージングを受けるリソースブロック（複数の場合もある）は、はるかに不適切である。

図３からわかるように、ファジィ論理システム１０２は、与えられた入力情報から、各タイムスロットにおける各リソースブロックの割当ての可能性を決定するために用いられる。ファジィ論理１０２では、（連続的な）入力範囲が、変数の粗い評価を与える複数の「メンバシップ関数（membership function）」に分割される。例えば、水温（０℃〜１００℃の範囲）は、５０℃未満は「冷たい」と評価され、５０℃超は「熱い」と評価される場合がある。しかし、４５℃の水は決して冷たくなく、５５℃の水は十分に熱くないことは明らかである。したがって、ファジィ論理は、その範囲を０℃〜３０℃（「冷たい」）と、３０℃〜６５℃（「温かい」）と、６５℃〜１００℃（「熱い」）とに分割する。これは、明らかに、水温のより正確な記述である。同様の方法で、ＲＢフェージング値を「ピーク」と、「深い」と、「平均」とに分割することができるのと同様に、干渉のレベルを「高」、「低」、又は「中」と判断することができる。様々なルールにより入力のメンバシップ値を組み合わせることによって、各リソースブロックの割当て可能性が決定される。出力も、リソースブロックが現在の入力を所与のものとしてあるロケーションにどの程度適しているのか又はどの程度適していないのかを示しつつ、「イエス又はノー」の硬判定を回避する「ファジィ」なものである。この手法によって、スケジューラは、ファジィ論理ルールに従って「最も適切な」リソースブロック（複数の場合もある）を割り当てることができる。

各タイムスロットにおいて、フェムトセル基地局は、最も適切なリソースブロックを移動局に割り当て、データ伝送が行われる。所望のユーザ（移動局）及び干渉移動局からの受信信号レベルに基づいて、フェムトセル基地局は、そのセルの長期間の干渉及びフェージングの環境をより正確に表すために情報を更新する。この更新された情報は、後のタイムスロットにおいて利用され、この更新情報を考慮してその時点で更に改善されたリソース及び電力の割当てが再度行われる。このシナリオでは同じオペレーションが全てのフェムトセルにおいて行われ、リソースブロックの割当ては、各セル内のユーザ（複数の場合もある）が満たされるグローバルに安定した状況にシステムが収束することができるように、連続的にかつ個別に行われる。

上述した実施形態の重要な利点は、単純で複雑度の低いリソース割当てが、ローカルに利用可能な情報のみを用いて行われるということである。その結果、ＩＣＩＣは、自律的にかつ中央ネットワークコントローラなしで行われる。すなわち、分散型で実行される。基地局間の調整又は通信は不要であり、それにより、基地局間のシグナリングが不要となる。フェムトティア（femto-tier）内のＣＣＩは、補完的なＲＢの割当てにより最小となり、送信電力の制御によりマクロティア（macro-tier）への干渉が劇的に減少する。

以下では、フェムトセル環境においてＩＣＩＣ手法を行う実施形態の更に詳細な内容を説明する。フェムトセルラネットワークでは、バックホール接続があるという保証がないため、セル間で情報伝達を行う標準的なＩＣＩＣ技法は実施することができない。したがって、ローカルに利用可能な情報のみを所与のものとしてリソース割当て及び電力制御を行う上述した自律的で分散型の干渉調整が行われる。このようなＩＣＩＣメカニズムを容易なものとするために、ファジィ論理を用いて、全てのリソースブロックに対する様々な入力の値を分類し、したがって、セル内のユーザ（複数の場合もある）に割り当てられる各リソースブロックの適合性が判断される。フェムトセル基地局間の調整又は通信は行われないため、各セルは、最適なネットワーク性能の目標内で自己の有効性を最適化する。次に、ファジィ論理システムの入力の説明から始めて、実際のファジィ論理システムの機能及びその出力の更なる説明へと、システムを詳細に説明する。それに続いて、実際のスケジューリングを説明する。

図４は、ファジィ論理を用いたリソース及び電力の割当てにおける入力１０４及びそれに関連した入力ファジィ化１０６を示している。ここで説明する実施形態によれば、ファジィ論理システム１０２において対象となる入力変数１０４は、以下のとおりである。
− ユーザが要求するサービスによって定まる、移動局の所要レート１０４_１。入力ファジィ化１０６_１においては、ユーザレート１０４_１の範囲を種々の値に分ける。この実施形態では、値として「小」、「小〜中」、「中〜大」、「大」を用いて、ユーザが要求する所要レート１０４_１を分類する。これらの範囲は、ユーザのシナリオに依存しており、例えば、フェムトセルでは、良好なチャネル状態に起因してより高いレートを要求することができる。所要レートは、ユーザごとの要件であり、全てのリソースブロックについて等しいと考えられる。
− 所望の受信信号レベル１０４_２は、送信機から受信機までの送信状態を記述するものである。すなわち、例えば、送信機と受信機との距離が比較的短いことにより、所望の信号が強いほど、送信機と受信機との間のチャネル品質はより良好になる。入力ファジィ化１０６_２により、信号電力の領域は、「小」、「中」、「大」という値に分割され、ユーザは、その有用なチャネルに応じてソートされる。値の境界点（cutoff point）及び傾きは、後述するように累積分布関数（cumulative distribution function, ＣＤＦ）から決定される。高速フェージング成分は、別個の入力変数とみなされるため、指定された信号レベルはそのユーザについて表しており、この信号レベルも、ユーザに割り当てられる全てのリソースブロックについて等しいと考えられる。
− 各リソースブロックの高速フェージング成分１０４_３は、移動局において常に容易に利用可能であるとは限らないが、複数のタイムスロットにわたるサウンディング（sounding）又はパイロット又はデータの送信により利用可能とすることができる。追加の（例えば移動局ごとの）周波数選択性フェージングプロファイルが利用可能な帯域幅にわたって存在し、あるリソースブロックが、その他のものよりも又はその他の移動局に対してよりもその移動局に適している。入力ファジィ化１０６_３は、高速フェージング領域を、平均フェージング成分レベルを中心として「深い」、「平均」、「ピーク」という値に分ける。一般に、移動局は、「深い」フェードを有するリソースブロックを回避する選択を行い、「ピーク」のフェージング値を有するリソースブロックが過度に大きな干渉によって悪化していないことを条件に、これらのリソースブロックを取得しようと試みる。
− 干渉のレベル１０４_４は、各リソースブロックに対する移動局ごとの即時の干渉環境を示すものである。大きな干渉を有するリソースブロックは、それらのリソースブロックを現在利用している非常に近い近傍セルを示すことができ、干渉する複数の近傍セルさえも示すことができる。干渉が小さいか又はゼロのリソースブロックは、明らかに移動局にとって非常に魅力的である。入力ファジィ化１０６_４は、干渉電力領域を「小」、「中」、「大」という値に分けて、リソースブロックが受ける干渉の量に応じてリソースブロックを分類する。値の境界点（cutoff point）及び傾きは、後述するようにＣＤＦから決定される。

ファジィ論理システム１０２は、セル内の各リソースブロックの割当ての可能性と、各リソースブロックが送信される電力とを決定することを担当する。図５は、ファジィ論理を用いたリソース及び電力の割当てシステム１０２を示している。リソースブロックと、それらのリソースブロックを送信する電力との割当ては、３つの段階で行われる。入力１０４をファジィ化した値１０６（図４参照）は、ルール評価段階１０２ａに供給される。このルール評価段階において、これらの値が組み合わされて、出力のメンバシップ関数の「スコア」が決定される。図６は、ファジィ化された入力１０６の、リソース及び電力の割当ての決定又は推奨への変換を制御するファジィルールの表を示している。これらのルールのほとんどは説明を要しない。本質的には、これらのルールは、特定のリソースブロックがその移動局になぜ割り当てられるべきであるか又は割り当てられるべきでないかに関する直感的なガイドラインである。例えば、大きな干渉を受けているリソースブロック（表の３行目及び６行目参照）の割当ては、ある特定の場合を除いて有益ではないか、又は干渉が中程度のリソースブロックの割当ては、所要レートが過度に大きい場合若しくは信号レベルが過度に小さい場合（表の４行目及び５行目参照）には行われるべきではない。最後に、干渉の小さいほぼ全てのリソースブロックを割り当てることができ、図６の表の所望のレートを達成できるように半分の電力を用いて送信することができる（１行目参照）。

後続の段階であるルールの出力の集約段階１０２ｂ（図５参照）では、ルール評価段階１０２ａにて得られた全てのルールの結果がリソースブロックごとに組み合わされ、どれほどのリソースブロックを割り当てるべきか又は否かと、半分の電力で送信すべきか否かの程度を表すファジィ集合が得られる（すなわち、ルールの過半数がリソースブロックの割当てに「応じる」ものである場合は、そのリソースブロックは、割り当てられるべきではない程度を上回って割り当てられることになる）。

システム１０２は更に、各リソースブロックのファジィ集合の重心（gravity）（これは例えば、図３のブロック１０２ｃに示すように、整商（integral quotient）を用いて計算される）を計算し、出力のどのメンバシップ関数をシステムが推奨するのかを示す単一のスコアを生成するデファジィ化段階１０２ｃを有している。本質的に、この段階は、最終的にリソースブロックの割当て（イエス又はノー）とリソースブロックの送信電力（半分又は最大）を決定する。例えば、０．２５というリソースブロックの割当てのスコアは「イエス」を示し、０．６というリソースブロックの送信電力のスコアは最大電力での送信を推奨するものである。０．１という割当てスコアのリソースブロックは、０．４というスコアのリソースブロックよりもはるかに割当ての可能性が高い。

図７は、本発明の実施形態によるシステムの、ファジィ論理を用いたリソース及び電力の割当てにおける出力１０８_１及び１０８_２を示している。これらのシステムの出力は、リソースブロックのそれぞれについて推奨された割当て及び電力であり、最も「割当て可能な」リソースブロック、すなわち、最小のリソースブロック割当てスコアを有するリソースブロックが移動局に割り当てられる。図７に示すように、ファジィ論理システム１０２の出力変数は、以下のものを含む。
− 移動局に対するＲＢの割当て１０８_１。各リソースブロックの割当て可能性は、入力パラメータ１０４に応じて、ファジィ論理システム１０２により計算される。最後に、移動局は、自己に最も適したリソースブロックを選んで、自己に必要な数のリソースブロックを割り当てる。したがって、これは、単純な「イエス」又は「ノー」の判定であるが、出力のスコア（０〜１）は、どのリソースブロックが移動局に割り当てるのに最良であるのかを表している。スコアが小さいほど、良好である。
− 移動局に割り当てられたリソースブロックの送信電力１０８_２。各移動ブロックは、入力１０４に応じて、半分の電力又は全（最大）電力のいずれかで送信を行うことができる。例えば、干渉が小さいリソースブロックは、大きな電力で送信することができるのに対し、移動局の所望の信号が弱い場合又はリソースブロックに対するフェージングが深い場合には、全電力となる。

図８は、上述したような完全なファジィ論理を用いたリソース及び電力の割当て手法を示している。

次に、フェムトセルネットワークにおけるスケジューリングの更に詳細な内容を説明する。セルごとに単一の移動局が存在するというのが、フェムトセルネットワークにおける共通の前提である。したがって、フェムトセル基地局においてマルチユーザスケジューリングを実行する必要はなく、ユーザには、ファジィ論理システム１０２によって決定されたとおりの最良のスコアを有するリソースブロックを割り当てることができる。逆方向リンクでは、最小の合計スコアを有する必要な数の連続したリソースブロックを割り当てることによって、ＬＴＥに特有の隣接制約（contiguity constraint）が満たされる。さらに、セルにおいては高度なスケジューリングは必要ないが、全体的に、各フェムトセル基地局が最も適したリソースブロックを割り当てるため、固有周波数（natural frequency）が再利用されるということになる。より具体的には、近傍のフェムトセルユーザには、リソースブロックの直交した（すなわち重なり合っていない）集合が割り当てられるのに対し、互いにより遠くにいる（すなわち、干渉が少ない）フェムトセル同士には、過度の干渉ペナルティなしで同じリソースブロックを割り当てることができるということがわかる。

しかし、本発明の実施形態は、マルチユーザスケジューリングが必要となるネットワークにも適用可能である。複数のユーザが存在する状態でリソースの割当てを行う多くの実現可能なものが存在する。例えば、順方向リンクでは、フェムトセル基地局は、全ての移動局について計算されたスコアの昇順にリソースブロックを単純に割り当てることができる。これは、グリーディ手法であり、移動局が大幅に異なったチャネル状態を有する場合には最適ではない場合がある。リソースを割り当てるための別の実現可能なものは、比例公平（proportional fair）スケジューラである。このスケジューラでは、各ユーザのリソースブロックのスコアが、達成されるレートと所望のレートとの比率によってスケーリングされる。１つのタイムスロットにおいて自己のレートが大幅に達成されていない移動局には、その目標レートに近い移動局よりも先に、リソースブロックが割り当てられる。また、優先度スケジューラを利用して、最大の所要レート又は変調の順位を有するユーザに優先権を与えることができ、その結果、そのＱｏＳ要件を満たす可能性をより高めることができる。

以下、シミュレーションされたフェムトセルシナリオに基づいて、上述したファジィ論理を用いたＩＣＩＣシステム１０２の性能を説明する。図９は、ランダムな数の部屋がアクティブなフェムトセルを管理する、５×５の部屋を有するアパートのシナリオの概略図である。図９からわかるように、１０個のフェムトセル基地局（femto-cell base station, ＦＢＳ）が展開されており、また、１０個の移動局（mobile station, ＭＳ）が存在するものとする。各部屋は、アクティブフェムトセル基地局を含む確率がｐ_ａｃｔ＝０．５である。各フェムトセルにおいて、フェムトセル基地局及び単一の移動局は、部屋内に一様に分散している。モンテカルロシミュレーションを用いて、スループット、利用可能性、公平性及びエネルギー効率の分野の性能の統計が得られる。フェムトセルの私的な展開により、図８では、クローズドなアクセスシステムを前提とし、各移動局は、外部のフェムトセルが良好なリンク状態を示す場合であっても、その部屋内のフェムトセル基地局へと割り当てられる。図１０は、シミュレーションパラメータの表を示している。各ユーザは、平均１Ｍｂｐｓ及び１８０ｋｂｐｓという最小レートのレイリー分布から導き出されたあるレートを必要とする。各ユーザには、チャネルの使用につき１ビット（ＢＰＳＫ）から４ビット（６４ＱＡＭ）の変調次数（modulation order）が割り当てられている。各タイムスロットの後に、各移動局は、ファジィ論理を用いたＩＣＩＣシステムに従って自己のリソースブロックを再び割り当てる。各シミュレーションは、２０００個のシナリオを、それぞれ２５個のタイムスロットについて反復するものである。アクティブフェムトセル基地局の確率（ｐ_ａｃｔ）は０．５であり、各移動局の送信電力ｐ_ｍａｘは１０ｄＢｍである。

次に、本発明の実施形態によるファジィ論理演算に従って実行されたリソースブロック及び電力の割当てを以下のものと比較する。
− 「ランダムオールモストブランクサブフレーム（Random Almost-Blank Subframe（ＡＢＳ））送信」手法。この手法によれば、ランダムなリソースブロックの割当てがされ、最大電力で送信され、各タイムスロットにおいて、ユーザは、確率Γ_ＡＢＳでＡＢＳを送信する。このシミュレーションではΓ_ＡＢＳ＝０．１である。
− 「最大電力送信」手法。この手法によれば、ランダムなリソースブロックの割当てがされ、最大電力で送信される。

各ユーザの所望のレートがレイリー分布から導き出されるため、各ユーザは、異なった数のリソースブロックを必要とする。したがって、システムは、大きく干渉するフェムトセル基地局に直交するリソースが割り当てられたときに最良に機能することになる。図１１からわかるように、ファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法は、双方のベンチマーク手法、すなわち「ランダムオールモストサブフレーム（random almost-subframe）（ＡＢＳ）送信」手法及び「最大電力送信」手法を上回る、大幅に改善されたシステム性能を提供する。図１１は、ランダムＡＢＳ送信手法及び最大電力送信手法と比較した、ファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法のシステムのダウンリンクスループットの性能結果を示している。システムスループット（図１１（ｂ）参照）に関して、ファジィ論理手法は、全体的な所望のレート、すなわち個々の所望のレートの合計を達成する唯一の手法である。実際に、ファジィ論理方式は、合計の所望レートを大幅に上回って達成し、最大カバレッジ及びほぼ無視できる機能停止（outage）を示している。ＡＢＳ送信の確率は各スロットにおいて同一であるため、ＡＢＳの性能は、（最初のタイムスロットを除いて）全てのタイムスロットにわたって一定である。したがって、各タイムスロットにおいて、平均でユーザの１０％がＡＢＳを送信し、残りのユーザに多少の干渉低減をもたらしている。明らかに、もたらされる干渉低減は、犠牲となるスループットよりも重要度は低いため、データ送信のこの自制が、全電力送信に比べると、ＡＢＳシステムによるスループットの損失を拡大させている。さらに、個々のユーザレートに関して、ファジィ論理手法は、セル端のスループットも、最大電力手法及びダウンリンクと比較して５０％よりも大きく改善するのに対し、ＡＢＳシステムは機能停止（outage）となる。さらに、図１１（ａ）からわかるように、全ての移動局ネットワークは、ベンチマーク手法と比較して改善されたスループット性能を達成する。そのため、本発明によれば、システム容量が改善されるだけでなく、セル端のユーザに対するかなりの利益も認められる。

図１２は、ランダムＡＢＳ送信手法及び最大電力送信手法と比較したときのファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法のシステムダウンリンクのカバレッジの結果を表す２つのグラフである。図１２からわかるように、ファジィ論理手法によれば、システムスループット及びセル端のスループットの双方が増大し、その結果、他のベンチマークと比較してレート分布がより一様であるため、格段に最良の移動局にとっての利用可能性が提供され、最も公平なシステムも提供される。別の留意点を述べると、最大電力利用可能性及び公平性は、ＡＢＳシステムに関して増強されている。なぜならば、全ての移動局は制限なく送信することができ、したがって、（レートに関して）満たされていないユーザであっても、かなりのスループットを達成するからである。

図１３は、ファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法をランダムＡＢＳ送信手法及び最大電力送信手法と比較したときのシステムダウンリンクのエネルギー効率の結果を示すグラフである。エネルギー効率は、β＝Ｒ／Ｐ_ｔと定義される。ただし、Ｒは達成されるレートであり、Ｐ_ｔは用いられる送信電力である。エネルギー効率は、

で測定されるが、図１３では、視覚化を容易にするために、デシベル（ｄＢ）で示している。図１３からわかるように、シミュレーションされたシナリオにおけるエネルギー効率は、この場合も、ファジィ論理システムの非常に優勢な結果を与えている。これは、ファジィ論理システムは半分の電力で送信する可能性があることに起因している。これは通常、複数のタイムスロット及び相対的に直交するリソースブロックの割当ての達成の後に当てはまるものである。さらに、高いエネルギー効率が、かなり迅速に達成される。さらに、ＡＢＳ送信手法は、最大電力送信手法よりも僅かにエネルギー効率が高いことが示されている。これは、平均１０％のより少ない電力が用いられるものの、スループットの損失が１０％未満であるため、論理にかなっており、したがって、エネルギー効率が向上している。

要約すると、本発明の実施形態によるファジィ論理を用いたＩＣＩＣシステムは、スループット、機能停止（outage）、公平性、エネルギー効率に関して、フェムトセルネットワークにおいて大幅に優れた性能を提供する。

図１４は、ファジィ論理を用いたＩＣＩＣ手法とベンチマーク手法とのシステムアップリンクの性能比較のための、図１１〜図１３のグラフに対応するグラフである。図１４からわかるように、逆方向リンクであるアップリンクでも、ファジィ論理方式は、ベンチマーク方式よりも性能が優れている。図１５は、図１４と同様のグラフを示しているが、ファジィ論理システムは、送信電力の制御を適用するように変更されている。この場合も、本発明がベンチマーク手法よりも性能が優れていることを見て取れる。

上記説明において、図１６に示すＣＤＦから得られた所望の信号電力の入力変数及び干渉信号電力の入力変数の双方について値の境界点（cutoff point）が参照されている。図１６は、密に展開されたフェムトセルネットワークにおいて最大電力送信により受信された所望の信号エネルギー及び干渉信号エネルギーのＰＤＦ及びＣＤＦを示している。図１６に示すＣＤＦに基づくと、これらの変数について、以下の点が用いられる。
− 「低」： 最小信号レベルから｛ｖ｜Ｐ（Ｘ≧ｖ）＝０．４｝まで
− 「中」： ｛ｘ｜Ｐ（Ｘ＿ｘ）＝０．３｝から｛ｙ｜Ｐ（Ｘ≧ｙ）＝０．７｝まで
− 「高」： ｛ｚ｜Ｐ（Ｘ≧ｚ）＝０．６｝以降

電力制御送信の場合には、図１７に示す統計が用いられる。図１７は、従来の電力制御による、密に展開されたフェムトセルネットワークにおいて受信される所望の信号エネルギー及び干渉信号エネルギーのＰＤＦ及びＣＤＦを示している。

ＩＣＩＣ手法に関して好ましい実施形態を上記で説明してきたが、本発明は、ネットワークのセル内の別の制御オペレーションにも同様に適用できる、非常に適応可能性のある手法である。例えば、変調及び符号化のレート、例えばＭＣＳ、又は所望のＭＩＭＯの特殊な多重化若しくは空間ダイバーシティを実施するためのＭＩＭＯ伝送方式を決定するためにも利用できることに留意されたい。

図１に示したフェムトセルネットワークＦＣ１〜ＦＣ４といったフェムトセルネットワークに関して本発明の実施形態を上記で詳細に説明してきたが、本発明は、各マクロセル１００（図１参照）及び／又は例えば図１に示したような各ピコセルネットワークＰＣ１、ＰＣ２にも適用することができることに留意されたい。

幾つかの態様を装置との関連で説明してきたが、これらの態様は、対応する方法の記述も表していることは明らかであり、この対応する方法では、ブロック又はデバイスが、方法ステップ又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も、対応する装置の対応するブロック又は項目又は特徴の記述を表している。

ある特定の実施態様要件に応じて、本発明の実施形態はハードウェア又はソフトウェアにおいて実施することができる。実施態様は、電子的に読取り可能な制御信号が記憶されたデジタル記憶媒体、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリを用いて実行することができ、それらは、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連携する（又は連携可能である）。

本発明による幾つかの実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの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連携することができる電子的に読取り可能な制御信号を有する非一時的（non-transitory）データキャリアを含む。

概して、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実装することができる。該プログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されると、方法のうちの１つを実行するように動作可能である。プログラムコードは、例えば機械可読キャリア上に記憶することができる。

他の実施形態は、機械可読キャリア上に記憶された、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含む。

したがって、換言すれば、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されるときに本明細書に記載の方法のうちの１つを実行する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、データキャリア（又はデジタル記憶媒体若しくはコンピュータ可読媒体）であって、該データキャリア上に記録された、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含む、データキャリアである。

したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを表すデータストリーム又は信号シーケンスである。データストリーム又は信号シーケンスは、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することができる。

更なる実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するように構成又は適合された処理手段、例えばコンピュータ又はプログラム可能な論理デバイスを含む。

更なる実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを含む。

幾つかの実施形態では、プログラム可能な論理デバイス（例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ）を用いて、本明細書に記載の方法の機能のうちの幾つか又は全てを実行することができる。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は、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するためにマイクロプロセッサと連携することができる。概して、本方法は任意のハードウェア装置によって実行されることが好ましい。

上述した実施形態は、単に本発明の原理を説明したものである。本明細書に記載した構成及び詳細の変更及び変形は当業者には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によってのみ限定され、本明細書における実施形態の記述及び説明のために提示した特定の詳細によって限定されるものではないことが意図される。

Claims (18)

1. 無線セルラネットワークのセル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）におけるオペレーションを制御する方法であって、
   前記無線セルラネットワークは、複数のセル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）を有し、各セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）は、１以上のモバイルユーザにサービスを提供する基地局を有し、
   ファジィ論理（１０２）を用いて前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）におけるオペレーションを制御するステップを含み、前記ファジィ論理（１０２）の入力変数（１０４、１０４_１〜１０４_４）は、前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）においてローカルに利用可能な情報のみに基づいて決定される入力変数を含み、
   前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）において制御される前記オペレーションは、リソース及び電力の割当てを含むものであって、
   あるセル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）の基地局からサービスの提供を受けるユーザに対するリソース及び電力の割当ては、１以上の近傍セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）により発生する干渉についての干渉情報に基づいて行われ、前記ファジィ論理（１０２）の入力変数（１０４、１０４_１〜１０４_４）は、前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）においてローカルに利用可能な干渉情報のみに基づいて決定され、
   前記ユーザに対する所望の信号が得られるとともに、１以上の前記近傍セルにより発生する干渉が低減するか又は最小となり、かつ前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）内の前記ユーザのレート要件が満たされるものとなるように、前記基地局によりリソースブロックが割り当てられ、前記ローカルに利用可能な情報は、前記ユーザの所要レートと、前記所望の信号の品質又は強度と、前記リソースブロックに発生する干渉のレベルと、周波数選択性フェージングプロファイルとを含むものである、方法。
2. 前記制御は、前記基地局により前記無線セルラネットワーク内の１以上の近傍の基地局とは無関係に行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記制御は、前記基地局により、該制御に関して前記無線セルラネットワーク内の１以上の近傍の基地局と通信することなく単独で行われる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記基地局は、前記無線セルラネットワーク内の１以上の、近傍の基地局と、干渉する基地局と、近傍にあってかつ干渉する基地局とのいずれかとは無関係に、前記ユーザに対するリソース及び電力の割当てを行うものである、請求項１に記載の方法。
5. 前記基地局は、前記無線セルラネットワーク内の１以上の、近傍の基地局と、干渉する基地局と、近傍にあってかつ干渉する基地局とのいずれかと、前記ユーザに対するリソース及び電力の割当てに関して通信することなく、リソース及び電力の割当てを単独で行うものである、請求項１又は４に記載の方法。
6. 前記ユーザの所要レートにより、割り当てる必要のあるリソースブロックの数が決定され、
   前記所望の信号の強度により、必要な送信電力が決定され、
   前記リソースブロックに発生する干渉のレベルにより、各リソースブロックの割当て可能性が決定され、
   割り当てるリソースブロックの選択は、前記周波数選択性フェージングプロファイルに依存するものである、請求項１に記載の方法。
7. 前記所要レートと、前記所望の信号の品質又は強度と、前記リソースブロックに発生する干渉のレベルと、前記周波数選択性フェージングプロファイルとは、逆方向リンクでは前記基地局においてローカルに利用可能であり、順方向リンクでは前記ユーザにおいてローカルに利用可能である、請求項１又は６に記載の方法。
8. 前記基地局は、
   どのリソースブロックが、特定のタイムスロットにおいて前記ユーザに割り当てられるのに最も適しているのかを評価し、
   前記所要レートに従って所要の、信号と干渉及び雑音との比（ＳＩＮＲ）を得るために、割り当てられるリソースブロックについての送信電力を決定するものである、請求項１、６、７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記基地局は、前記ファジィ論理（１０２）を用い、前記ローカルに利用可能な情報に基づいて、各タイムスロットにおける各リソースブロックの割当て可能性を決定するものである、請求項８に記載の方法。
10. 前記ファジィ論理（１０２）の入力変数（１０４、１０４_１〜１０４_４）は、
    前記ユーザが要求するサービスにより定まる前記ユーザの所要レート（１０４_１）であって、該所要レートの値が「小」と「小〜中」と「中〜大」と「大」とである、前記ユーザの所要レートと、
    前記所望の信号の強度（１０４_２）であって、該所望の信号の強度の値が「小」と「中」と「大」とである、前記所望の信号の強度と、
    各リソースブロックに関する各ユーザの干渉環境を表す干渉のレベル（１０４_４）であって、該干渉のレベルの値が「小」と「中」と「大」とである、干渉のレベルと、
    前記周波数選択性フェージングプロファイル（１０４_３）であって、該周波数選択性フェージングプロファイルの値が「深い」と「平均」と「ピーク」とである、前記周波数選択性フェージングプロファイルと
    を含むものである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記ファジィ論理（１０２）の出力変数（１０８_１、１０８_２）は、
    前記ユーザに対するリソースブロックの割当て（１０８_１）であって、各リソースブロックの割当て可能性は、前記入力変数（１０４、１０４_１〜１０４_４）の値に応じて前記ファジィ論理（１０２）により計算されるものである、前記ユーザに対するリソースブロックの割当てと、
    前記ユーザに割り当てられるリソースブロックの送信電力（１０８_２）であって、各リソースブロックは、前記入力変数（１０４、１０４_１〜１０４_４）の値に応じて半分の電力又は全電力により送信される、前記ユーザに割り当てられるリソースブロックの送信電力（１０８_２）と
    を含むものである、請求項１０に記載の方法。
12. 各タイムスロットにおいて、前記ファジィ論理のルールに従って最も適用可能なリソースブロック及び送信電力を前記ユーザに割り当てるとともにデータ送信を行うステップを含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記ユーザと干渉する移動局とからの受信信号レベルに基づいて、前記リソースブロックに発生する干渉のレベルに関する前記ローカルに利用可能な干渉情報と、前記周波数選択性フェージングプロファイルとを、前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）の長期間の干渉及びフェージングの環境をより正確に表すものとなるように更新するステップと、
    更新された情報を後のタイムスロットにおいてリソース及び電力の割当てのために用いるステップと
    を含む請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記無線セルラネットワークの複数のセル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）において前記制御を行うことにより、前記無線セルラネットワークの前記複数のセル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）について、各セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）における１以上の前記ユーザが満たされる安定したグローバルな解が得られるように、前記制御を連続的にかつ個別に最適化するステップを含む請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記無線セルラネットワークは、マクロセル（１００）ネットワークと、ピコセル（ＰＣ１、ＰＣ２）ネットワークと、フェムトセルネットワーク（ＦＣ１〜ＦＣ４）とのいずれかを含むものである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
17. 無線セルラネットワークのセル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）の基地局であって、
    前記無線セルラネットワークは、複数のセル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）を有し、各セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）は、１以上の移動局にサービスを提供する基地局を有し、
    ファジィ論理（１０２）を用いて前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）におけるオペレーションを制御するためのファジィ論理（１０２）を有し、
    前記ファジィ論理（１０２）の入力変数（１０４、１０４_１〜１０４_４）は、前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）においてローカルに利用可能な情報のみに基づいて決定される入力変数を含み、
    前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）において制御される前記オペレーションは、リソース及び電力の割当てを含むものであって、
    あるセル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）の基地局からサービスの提供を受けるユーザに対するリソース及び電力の割当ては、１以上の近傍セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）により発生する干渉についての干渉情報に基づいて行われ、前記ファジィ論理（１０２）の入力変数（１０４、１０４_１〜１０４_４）は、前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）においてローカルに利用可能な干渉情報のみに基づいて決定され、
    前記ユーザに対する所望の信号が得られるとともに、１以上の前記近傍セルにより発生する干渉が低減するか又は最小となり、かつ前記セル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）内の前記ユーザのレート要件が満たされるものとなるように、前記基地局によりリソースブロックが割り当てられ、前記ローカルに利用可能な情報は、前記ユーザの所要レートと、前記所望の信号の品質又は強度と、前記リソースブロックに発生する干渉のレベルと、周波数選択性フェージングプロファイルとを含むものである、基地局。
18. 複数のセル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）を有し、１以上のセル（１００、ＦＣ１〜ＦＣ４、ＰＣ１、ＰＣ２）が請求項１７に記載の基地局を有するものである、無線セルラネットワーク。

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