JP5670448B2 - パワー共有による基地局とリモート端末との間のダウンリンク通信の最適化 - Google Patents

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Description

本出願は、2008年7月7日に出願されたUS61/078,520及び2009年7月6日に出願されたUS61/223,148からの優先権を主張する。
本出願は、無線通信システムにおけるパワー共有による基地局とリモート端末との間のダウンリンク通信の最適化に関し、より詳細には、ダウンリンク通信最適化のための基地局により制御されたパワー共有に関する。
2008年4月15日付けのDraft IEEE802.16m System Description Document,IEEE802.16m−08/003r1は、ライセンスされた帯域における処理のための先進的な無線インタフェースを提供するため、IEEE802.16 WirelessMAN−OFDMA仕様書を補正することが意図された。このドラフトは、IMT−Advanced次世代モバイルネットワークのセルラレイヤ要件を満たし、レガシーWirelessMAN−OFDMA設備のための継続的なサポートを提供する規定を記述することが意図された。さらに、ドラフトの目的は、ITUによりReport ITU−R M.2072において記述されるものなど、以降の先進的なサービス及びアプリケーションをサポートするのに必要なパフォーマンスの向上を提供することであった。
しかしながら、ドラフトにおいて提供される提案は、多くの事柄を所望されるままにしている。例えば、規格による1つの課題は、基地局毎にトータルのパワー制御及びスケジューリングされたユーザの最小信号対雑音要求を受けるトータルパワーリソースユニットを最小化することである。この課題の充足は、解くことが困難な非線形最適化問題を提供する。特に、実現可能性と最適性との2つの主要な問題が生じる。すなわち、最適なパワープランは実現可能である必要がある。
本発明の一態様によると、無線通信システムにおける基地局と移動局との間の通信のダウンリンクを最適化する方法が提供される。本方法は、システムの登録されたユーザに関連する移動局についてユーザ識別子とジオメトリ値とを取得することに関する。本方法はまた、各ジオメトリ値に応答して各ユーザとMCS(Modulation Control Scheme)パワー値とを関連付け、パワープールを初期化し、リファレンスMCSパワー値より大きなMCSパワー値を有するユーザを高パワーユーザとして特定し、各高パワーユーザについてパワー差を計算することに関する。パワー差は、各高パワーユーザに関連するジオメトリ値とリファレンスMCSパワー値に関連するリファレンスジオメトリ値との間の差である。本方法はさらに、パワー差を合計することによって、各高パワーユーザに関連するパワー差をパワープールに蓄積することに関する。本方法はさらに、リファレンスMCSパワー値以下のMCSパワー値を有するユーザを低パワーユーザとして特定し、パワープールが枯渇するまで対応する量だけパワープールを使用ながら、増加されたジオメトリ値と低パワーユーザの少なくとも一部とを関連付け、増加されたジオメトリ値に基づき低パワーユーザの少なくとも一部について新たなMCSを決定し、新たなMCSに関連するパワーレベルにより対応する新たなMCSにより特定されるMCSを利用して、低パワーユーザに制御情報を送信することに関する。
ジオメトリ値は、SNR(Signal to Noise Ratio)値を含むものであってもよい。
SNRは、移動局から受信される信号対ノイズ値により表されてもよい。
MCSパワー値の関連付けは、ジオメトリ値があるレンジに従ってMCSパワー値を割り当てることに関するものであってもよい。
本方法はさらに、ジオメトリ値の昇順又は降順にユーザ識別子をソートすることに関するものであってもよい。
増加されたジオメトリ値を低パワーユーザの少なくとも一部に関連付けることは、ジオメトリの昇順にリファレンスジオメトリ値を低パワーユーザに関連付けることに関するものであってもよい。
リファレンスMCSパワー値は、ダウンリンク制御に必要とされる最も高いMCSパワー値であってもよい。
低パワーユーザへの制御情報の送信は、基地局の制御システムに新たなMCSと関連するパワーレベルとを利用して登録されたユーザに送信するための制御パッチに関するフレームを生成されることに関するものであってもよい。
本方法はさらに、リファレンスMCSパワー値に対応するリファレンスMCSを高パワーユーザに割当て、リファレンスMCSを利用して高パワーユーザとの通信を実行させることに関するものであってもよい。
本発明の他の態様によると、上述した方法の何れかをプロセッサ回路に実行するよう指示するためのコードにより符号化されたコンピュータ可読媒体が提供される。
本発明の他の態様によると、無線通信システムにおいて基地局と移動局との間のダウンリンク通信を最適化する装置が提供される。本装置は、システムの登録されたユーザに関連する移動局についてユーザ識別子とジオメトリ値とを受信するための入力を有する。本装置はまた、入力と通信するプロセッサ回路を有し、プロセッサ回路は、各ジオメトリ値に応答して各ユーザとMCSパワー値とを関連付け、パワープールを初期化し、リファレンスMCSパワー値より大きなMCSパワー値を有するユーザを高パワーユーザと特定し、各高パワーユーザについてパワー差を計算するよう動作構成される。パワー差は、各高パワーユーザに関連するジオメトリ値とリファレンスMCSに関連するリファレンスジオメトリ値との間の差である。プロセッサ回路はまた、パワー差を合計することによって、各高パワーユーザに関連するパワー差をパワープールに蓄積し、リファレンスMCSパワー値以下のMCSパワー値を有するユーザを低パワーユーザとして特定し、パワープールが枯渇するまで対応する量だけパワープールを使用しながら、低パワーユーザの少なくとも一部と増加されたジオメトリ値とを関連付けるよう動作構成される。プロセッサ回路はまた、増加されたジオメトリ値に基づき低パワーユーザの少なくとも一部について新たなMCSを決定するよう動作構成される。本装置はさらに、新たなMCSに関連するパワーレベルにより対応する新たなMCSにより特定されるMCSを利用して、低パワーユーザに制御情報を送信するための信号を提供する、プロセッサ回路と通信する出力を有する。
ジオメトリ値は、SNR(Signal to Noise Ratio)値を含むものであってもよい。
SNRは、移動局から受信される信号対ノイズ値により表されてもよい。
プロセッサ回路は、ジオメトリ値があるレンジに従ってユーザとMCSパワー値とを関連付けるよう動作構成されてもよい。
プロセッサ回路は、ジオメトリ値の昇順又は降順にユーザ識別子をソートするよう動作構成されてもよい。
増加されたジオメトリ値と低パワーユーザの少なくとも一部との関連付けは、ジオメトリ値の昇順にリファレンスジオメトリ値を低パワーユーザに関連付けることを含むものであってもよい。
リファレンスMCSパワー値は、ダウンリンク制御に必要とされる最も高いMCSパワー値であってもよい。
プロセッサ回路は、新たなMCSに関連するパワーレベルにより新たなMCSに従って登録されたユーザに送信する制御パッチを含むフレームを表す信号を生成するよう動作構成されてもよい。
プロセッサ回路は、リファレンスMCSパワー値に対応するリファレンスMCSを高パワーユーザに割当て、リファレンスMCS及び関連するパワーレベルを利用して制御パッチを高パワーユーザに送信するよう動作構成されてもよい。
本装置はさらに、無線通信システムの基地局を含むものであってもよい。
本発明の他の態様及び特徴は、添付した図面に関して本発明の特定の実施例の以下の説明を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。
図1は、本発明の各態様が実現可能な汎用的なセルラ通信システムのブロック図である。 図2は、図1に示される基地局のブロック図である。 図3は、図1に示される無線端末のブロック図である。 図4は、図1に示される一例となる中継局のブロック図である。 図5は、図2に示される基地局の一例となるOFDM送信機の論理的分解のブロック図である。 図6は、図3に示される無線端末の一例となるOFDM受信機の論理的分解のブロック図である。 図7は、図1に示されるセルラ通信システムにより実現されるネットワークアーキテクチャの概略図であり、IEEE802.16m−08/003r1に対応する。 図8は、図4に示され、IEEE802.16m−08/003r1の図2に対応する中継局のアーキテクチャの概略図である。 図9は、図1に示されるセルラ通信システムのシステムリファレンスモデルの概略図であり、IEEE802.16m−08/003r1の図3に対応する。 図10は、IEEE802.16mによるプロトコル構成の概略図であり、IEEE802.16m−08/003r1の図4に対応する。 図11は、IEEE802.16mによるMS/BSデータプレーンの処理フロー図であり、IEEE802.16m−08/003r1の図5に対応する。 図12は、IEEE802.16mによるMS/BS制御プレーンの処理フロー図であり、IEEE802.16m−08/003r1の図6に対応する。 図13は、マルチキャリアシステムをサポートする汎用プロトコルアーキテクチャの概略図であり、IEEE802.16m−08/003r1の図7に対応する。 図14は、本発明の第1実施例による図1に示される通信システムの基地局と移動局との間のダウンリンク最適化に影響を与える基地局の制御プロセッサにより実行される処理のフローチャートである。 図15は、図14に示される処理に入力されるデータのテーブル表現である。 図16は、図14に示される処理の実行においてプロセッサにより使用される参照テーブルである。 図17は、図16に示される参照テーブルによる図14に示される入力に割り当てられるMCS(Modular Control Scheme)パワー値のテーブル表現である。 図18は、降順にソートされた図17のテーブルである。 図19は、パワー差を決定し、当該差をパワープールに累積するテーブル表現である。 図20は、パワープールからのパワーを低パワーユーザに再配分するテーブル表現である。 図21は、図20に示される新たなジオメトリによる新たなMCSパワー値を関連付けるテーブル表現である。 図22は、図20に示される新たなジオメトリによるターゲット変調制御スキームの割当てのテーブル表現である。 図23は、図14に示される処理による生成されるデータのテーブル表現である。 図24は、移動局に対するパワー使用を最適化するため図23に示されるデータを含むOFDMAフレームの概略図である。 図25は、本発明の第2実施例によるパワー差を計算し、当該パワー差をパワープールに累積するテーブル表現である。 図26は、第2実施例による低パワーユーザのジオメトリを増大させるため、パワープールからのパワーを低パワーユーザに割り当てるテーブル表現である。 図27は、第2実施例による各ユーザに関連する新たなターゲットジオメトリ値のテーブル表現である。 図28は、図27の新たなジオメトリ値と新たなMCSパワー値と関連付け、新たなMCSパワー値によるターゲット変調制御スキームを関連づけるテーブル表現である。 図29は、本発明の第2実施例による図14の処理を実行することにより生成され、移動局に対するパワー使用を最適化する新たな変調制御スキームを通信するため本発明の第2実施例による図24に示されるOFDMAフレーム内に含まれる図29に示される出力データのテーブル表現である。 同様の参照番号は、同様の要素を示すため異なる図において使用される。
図面を参照して、図1は、対応する基地局(BS)14により提供される複数のセル12内の無線通信を制御する基地局コントローラ(BSC)10を示す。ある構成では、各セルはさらに複数のセクタ13又はゾーン(図示せず)に分割される。一般に、各基地局14は、対応する基地局14に関連するセル12内の移動局(MS)及び/又は無線端末16と直交周波数分割多重(OFDM)デジタル変調方式を用いた通信を実行する。
基地局14に関する移動局16の移動は、チャネル状態の有意な変動をもたらす。図示されるように、基地局14及び移動局16は、通信について空間ダイバーシチを提供するための複数のアンテナを有してもよい。ある構成では、中継局15は、基地局14と移動局16との間の通信を支援してもよい。移動局16は、セル12、セクタ13、ゾーン(図示せず)、基地局14又は中継局15の何れかから、セル12、セクタ13、ゾーン(図示せず)、基地局14又は中継局15の他の何れかにハンドオフすることが可能である。ある構成では、基地局14は、バックホールネットワーク11を介し互いに及び他のネットワーク(コアネットワーク又はインターネット(何れも図示せず)など)と通信する。ある構成では、基地局コントローラ10は必要とされない。
[基地局]
図2を参照して、基地局14の一例が示される。基地局14は、一般に制御システム20、ベースバンドプロセッサ22、送信回路24、受信回路26、複数の送信アンテナ28及びネットワークインタフェース30を有する。受信回路26は、移動局16(図3に図示)及び中継局15(図4に図示)により提供される1以上のリモート送信機から、情報を担持する無線周波数信号を受信する。低ノイズアンプ及びフィルタ(図示せず)が、処理のため受信した信号からのベースバンド干渉を増幅及び除去するため連係してもよい。その後、ダウン変換及びデジタル化回路(図示せず)が、フィルタリングされた受信信号を中間又はベースバンド周波数信号にダウン変換し、その後、1以上のデジタルストリームにデジタル化する。
ベースバンドプロセッサ22は、受信信号により伝送された情報又はデータビットを抽出するため、デジタル化されたストリームを処理する。この処理は、典型的には、復調、復号化及び誤り訂正処理からなる。また、ベースバンドプロセッサ22は、一般に1以上のDSP(Digital Signal Processor)又はASIC(Application−Specific Integrated Circuit)により実現される。その後、情報は、中継局15の1つを利用して又は直接的に、ネットワークインタフェース30を介し無線ネットワークに送信され、又は基地局14によるサービスを受ける他の移動局16に送信される。
送信機能を実行するため、ベースバンドプロセッサ22は、制御システム20の制御の下でネットワークインタフェース30から音声、データ又は制御情報を表しうるデジタル化されたデータを受信し、送信用の符号化されたデータを生成する。符号化されたデータは、送信回路24に出力され、所望の送信周波数を有する1以上のキャリア信号と変調される。パワーアンプ(図示せず)は、変調されたキャリア信号を送信に適したレベルに増幅し、マッチするネットワーク(図示せず)を介し送信アンテナ28に変調されたキャリア信号を送信する。変調及び処理の詳細は、以降において詳細に説明される。
[移動局]
図3を参照して、移動局16の一例が示される。基地局14と同様に、移動局16は、制御システム32、ベースバンドプロセッサ34、送信回路36、受信回路38、複数の受信アンテナ40及びユーザインタフェース回路42を有する。受信回路38は、基地局14及び中継局15の1以上から、情報を担持する無線周波数信号を受信する。低ノイズアンプ及びフィルタ(図示せず)は、処理のため信号からのブロードバンド干渉を増幅及び除去するため連係してもよい。その後、ダウン変換及びデジタル化回路(図示せず)は、フィルタリングされた受信信号を中間又はベースバンド周波数信号にダウン変換し、その後、1以上のデジタルストリームにデジタル化する。
ベースバンドプロセッサ34は、当該信号に伝送される情報又はデータビットを抽出するため、デジタル化されたストリームを処理する。この処理は、典型的には、復調、復号化及び誤り訂正処理からなる。ベースバンドプロセッサ34は、一般に1以上のDSP及びASICにより実現される。
送信のため、ベースバンドプロセッサ34は、制御システム32から音声、ビデオ、データ又は制御情報を表しうるデジタル化されたデータを受信し、送信のため符号化する。符号化されたデータは、送信回路36に出力され、所望の送信周波数において1以上のキャリア信号を変調するため変調手段により利用される。パワーアンプ(図示せず)は、変調されたキャリア信号を送信に適したレベルに増幅し、マッチしたネットワーク(図示せず)を介し受信アンテナ40に変調されたキャリア信号を送信する。当業者に利用可能な各種変調及び処理技術が、直接的に又は中継局15を介し移動局16と基地局14との間の信号送信に利用されてもよい。
[OFDM変調]
OFDM変調では、送信帯域は複数の直交したキャリア波に分割される。各キャリア波は、送信されるデジタルデータに従って変調される。OFDMは送信帯域を複数のキャリアに分割するため、キャリア毎の帯域幅は減少し、キャリア毎の変調時間が増大する。複数のキャリアがパラレルに送信されるため、何れか所与のキャリアによるデジタルデータ又はシンボルの送信レートは、単一のキャリアしか使用されないときより低くなる。
OFDM変調は、送信対象の情報に対する逆高速フーリエ変換(IFFT)の利用を含む。復調のため、高速フーリエ変換(FFT)が、送信された情報を復元するため受信信号に対して実行される。実際には、IFFT及びFFTは、逆離散フーリエ変換(IDFT)及び離散フーリエ変換(DFY)にそれぞれ関するデジタル信号処理により提供される。従って、OFDM変調の特徴は、直交キャリア波が送信チャネル内の複数の帯域について生成されることである。変調された信号は、相対的に低い送信レートを有し、各自の帯域内に留まることが可能なデジタル信号である。個々のキャリア波は、デジタル信号によって直接的には変調されない。代わりに、すべてのキャリア波はIFFT処理により一度に変調される。
動作について、OFDMは、好ましくは、基地局14から移動局16への少なくともダウンリンク送信に利用される。各基地局14にはn個(n≧1)の送信アンテナ28が設けられ、各移動局16にはm個(m≧1)の受信アンテナ40が設けられる。特に、各アンテナは、適切なデュプレクサ又はスイッチを用いて送受信に利用可能であり、簡単化のためそのようにラベル付けされる。
中継局15が使用されるとき、OFDMは、好ましくは、基地局14から中継局へのダウンリンク送信及び中継局から移動局16へのダウンリンク送信に利用される。
[中継局]
図4を参照して、一例となる中継局15が示される。基地局14及び移動局16と同様に、中継局15は、制御システム132、ベースバンドプロセッサ134、送信回路136、受信回路138、複数のアンテナ130及び中継回路142を有する。中継回路142は、中継局15が基地局14の1つと移動局16の1つとの間の通信を支援することを可能にする。受信回路138は、基地局14及び移動局16の1以上から、情報を担持する無線周波数信号を受信する。低ノイズアンプ及びフィルタ(図示せず)は、処理のため信号からブロードバンド干渉を増幅及び除去するよう連係してもよい。その後、ダウン変換及びデジタル化回路(図示せず)は、フィルタリングされた受信信号を中間又はベースバンド周波数信号にダウン変換し、その後、1以上のデジタルストリームにデジタル化する。
ベースバンドプロセッサ134は、当該信号に伝送される情報又はデータビットを抽出するため、デジタルストリームを処理する。この処理は、典型的には、復調、復号化及び誤り訂正処理からなる。ベースバンドプロセッサ134は、一般に1以上のDSP及びASICにより実現される。
送信のため、ベースバンドプロセッサ134は、制御システム132から音声、ビデオ、データ又は制御情報を表しうるデジタル化されたデータを受信し、送信用に符号化する。符号化されたデータは送信回路136に出力され、所望の送信周波数により1以上のキャリア信号を変調するため変調手段により利用される。パワーアンプ(図示せず)は、変調されたキャリア信号を送信に適したレベルに増幅し、マッチしたネットワーク(図示せず)を介しアンテナ130に変調されたキャリア信号を送信する。当業者に利用可能な各種変調及び処理技術が、上述されるように、直接的に又は中継局15を介し間接的に移動局16と基地局14との間の信号送信に利用されてもよい。
図5を参照して、OFDM送信の論理アーキテクチャが説明される。まず図1を参照して、基地局コントローラ10は、中継局15の1つの支援により又は直接的に、各種移動局16に送信されるデータを基地局14に送信する。基地局14は、移動局16に関するCQI(Channel Quality Indicator)を利用して、送信用のデータをスケジューリングし、スケジューリングされたデータを送信するのに適した符号化及び変調を選択するようにしてもよい。例えば、本発明の一実施例によると、スケジューリングされたユーザ及びユーザのジオメトリ又はSNR(Signal to Noise Ratio)の知識は、所与のOFDMフレームにMCS(Modulation and Coding Scheme)を割り当てるのに利用される。CQIは、移動局16により直接的に提供されてもよいし、又は移動局により提供される情報に基づき基地局14により決定されてもよい。何れのケースでも、各移動局16のCQIは、OFDM周波数帯域においてチャネル振幅(又はレスポンス)が変動する程度の関数である。CQIは、例えば、移動局16の1つにおいて受信された信号のSNRを表すなど、SNRなどのジオメトリ値を含むものであってもよい。
図5を参照して、制御システム20、ベースバンドプロセッサ22及び送信回路24がより詳細に機能的に示される。制御システム20は、通信システムの物理レイヤとネットワークレイヤとのインタフェースをとるため、図10に概略的に示されるMAC(Media Access Control)機能を実現する。従って、制御システム20は、ネットワークレイヤデータ入力200とユーザID/ジオメトリ入力202とを有する。これらの入力は、インタフェースプロセッサ(図示せず)が制御システム20による使用のためにデータを配置するレジスタ(図示せず)を含むものであってもよい。ネットワークレイヤデータ入力200において受信されるデータは、無線システムを介しユーザ間でわたされるビデオ、オーディオなどのデータを含む。ユーザID/ジオメトリ入力202において受信されるデータは、受信回路26から受信され、無線システムに登録される対応する識別されたユーザに関するユーザ識別データ及びジオメトリデータを含む。
無線システムへの登録は、例えば、基地局14の1つにより提供されるセル12へのユーザのエントリを記録するなどによる従来の方法により行われてもよい。ジオメトリデータは、移動局16の1つにより提供されるSNR情報を含むものであってもよく、又は移動局のGPS受信機などの位置修正機能によって若しくは基地局14により実行される位置推定技術を介し提供される位置情報を含むものであってもよい。何れのイベントにおいても、ジオメトリデータは、移動局の1つに信号を送信するのに利用されるパワーを実質的に表す。
制御システム20は、制御システムの上述されたMAC態様の機能を実行し、本発明の一実施例によると、ダウンリンク最適化を実行するため付加的な機能を実行するプロセッサ回路21を有する。一実施例では、これら付加的機能は、図10に示される無線リソース管理及び/又はスケジューリング並びにリソース多重化を実行するため提供される機能を拡張することによって提供されてもよい。
一実施例では、プロセッサ回路21は、コンピュータ可読媒体に格納され、プロセッサ回路により実行可能なコードにより制御される。これらのコードは、図14に示されるような機能ブロックにより表現されてもよい。
図14を参照して、本発明の一実施例によると、1つの基地局14のプロセッサ回路21により実行される処理が、210により全体表示される。
当該処理は、プロセッサ回路21に図5に示されるユーザID/ジオメトリ入力202からユーザID及びジオメトリ値を取得させるブロック212から開始される。図15を参照して、ユーザID及びジオメトリ値は、本来的にユーザID及び対応するジオメトリが数字のペアとして提供される、214により全体表示されるテーブルなどにより表されてもよい。図14を再び参照して、ブロック216は、プロセッサ回路に各自のジオメトリ値に応答して各ユーザとMCSパワー値とを関連付けさせる。
これを実行するため、図16を参照して、プロセッサ回路21は、ジオメトリレンジカラム220、MCSパワー値カラム222及びMCSカラム224からなるリファレンステーブル218を維持する。ジオメトリレンジカラム220は、MCSパワー値カラム222の同一のローの対応するMCSパワー値に関連付けされるジオメトリ値の範囲を表す数字のペアを含むローを含む。従って、例えば、ジオメトリレンジ0〜1.9がMCSパワー値1に関連付けされる。さらに、MCSカラム224は、同じローのジオメトリレンジ及びMCSパワー値とMCSとを関連付ける。従って、例えば、ジオメトリ値0〜1.9及びMCSパワー値1は、QPSK1/16のMCSに関連付けされる。従って、214に示されるテーブルからジオメトリが与えられると、ジオメトリが属するレンジが、ローを決定するためジオメトリレンジカラム220において検出でき、当該ローから対応するMCSパワー値がMCSパワー値カラム222から検出可能であり、MCSカラム224から対応するMCSが検出可能である。
図17を参照して、図15に示される8人のユーザのそれぞれのジオメトリ値を利用して、MCSパワー値が、図17の226において示されるように割り当てられる。
図14を再び参照して、ブロック228は、プロセッサにパワープールを初期化させる。パワープールは、単にプロセッサ回路21にメモリのパワープールバッファを確立させることによって実現されてもよい。パワープールバッファは、図19の240により示される。
次に、ブロック230は、リファレンスMCSパワー値より大きなMCSパワー値を有するユーザを特定するようプロセッサ回路21に指示する。リファレンスMCSパワー値は、複数の方法により選択されてもよい。例えば、それは、異なるアルゴリズムの制御下で他のプロセッサ回路又は同一のプロセッサ回路21により再プログラム又は供給されてもよい。図示された実施例では、リファレンスMCSパワー値は、図16に示されるリファレンステーブルにリストされるMCSパワー値の1つである。本実施例では、ダウンリンク通信に適した所定の最も高いMCSパワー値が選択され、本実施例では、MCSパワー値は、QPSK1/4のMCSと5.2〜6.4のジオメトリレンジとに対応して4であることが仮定される。本実施例では、ジオメトリレンジのエンドポイントは、リファレンスジオメトリ値を確定する。例えば、リファレンスジオメトリ値は、4のMCSパワー値について5.2であってもよい。
図14及び図18を参照して、リファレンスMCSパワー値より大きなMCSパワー値を有するユーザの容易な特定を実現するため、ユーザID及びジオメトリを表す数字のペアが、ジオメトリの降順又は昇順によりソートされてもよい。図18に示される実施例では、ジオメトリ値は降順にソートされる。
図14を参照して、ブロック232は、所与の高パワーユーザに関連するジオメトリ値とリファレンスジオメトリ値との間の差分であるパワー差を高パワーユーザのそれぞれについてプロセッサ回路21に計算させる。これは、高パワーユーザのソートされたユーザID、MCSパワー値及びジオメトリのタプルがリファレンスジオメトリ値の一部のカラムに隣接して示され、さらにこのようなパワー差の値を求めるのに用いられる計算の指示及びパワー差の値とのカラム236が隣接する図19に最も良く示される。
図14を再び参照して、ブロック238は、パワー差をパワープールに蓄積するようプロセッサ回路21に指示する。図19を参照して、パワープールのコンテンツは、240により全体表示されるパワープールバッファにおいてソートされ、本実施例では、トータルで11.9のジオメトリ単位に達する。これは、11.9のジオメトリ単位が基地局14により提供される高パワーユーザにより使用される超過パワーを表し、高パワーユーザがリファレンスジオメトリ値に関連するパワー及びMCSを利用するよう指示され、低パワーユーザが制御送信信頼性及びパワー効率性を向上させるため、より良いジオメトリ値を提供するパワー及びMCSを利用するよう指示される場合、自らのジオメトリを向上させるように同一の基地局によるサービスを受ける他のユーザにより利用可能である。従って、図14を再び参照して、ブロック242は、プロセッサ回路21にリファレンスMCSパワー値より小さなMCSパワー値を有するユーザを特定するよう指示する。図18〜20を参照して、図示されるテーブルの下半分の4人のユーザは低パワーユーザであることが確認できる。図14を参照して、ブロック244は、パワープールが枯渇するまで、対応する量だけパワープールを使用しながら、低パワーユーザの少なくとも一部と増大するジオメトリ値とを関連付けるようプロセッサ回路21に指示する。これは、低パワーユーザのジオメトリ値が当該ユーザの差引量を取得するため、リファレンスジオメトリ値から差し引かれ、当該差引量は当該ユーザのジオメトリをリファレンスジオメトリ値まで引き上げようとするために当該ユーザに割当て可能なパワープールの部分を表す図20において最も良く確認される。従って、例えば、ユーザ7,3,5,4のそれぞれは、各自の差引量を有し、その合計は図19に示されるパワープールバッファ240においてソートされる11.9より小さな7.5まで加算される。従って、高パワーユーザがリファレンスジオメトリ(5.2)に対応する新たなターゲットジオメトリを有するようにされる場合、低パワーユーザはまた、リファレンスジオメトリ値に対応するターゲットジオメトリを有するようにすることが可能であり、留保されるパワーがあってもよいことが確認できる。従って、図14を再び参照して、ブロック246は、増加されたジオメトリ値、すなわち、低パワーユーザに現在関連するターゲットジオメトリ値(5.2)に基づき、低パワーユーザの新たなMCS及び関連するパワーを決定するようプロセッサ回路21に指示する。従って、5.2のターゲットジオメトリが4のMCSパワー値に関連付けされるため、MCSパワー値4は、図21に示されるように、各ユーザに関連付けされる。各ユーザに関連するMCSパワー値を知ると、対応するター別途MCSは、図16に示されるリファレンステーブル218から決定可能であり、対応する新たなMCSが、図22に示されるように、対応するユーザに関連付けされる。従って、ユーザID、対応する新たなMCS及び関連するMCSパワーレベルを表す出力データは、図23に示されるように表すことができる。
図14を再び参照して、ブロック248は、図22に示されるように、新たなMCSに関連するパワーレベルにおいて対応する新たなMCSにより特定されるMCSを利用して、低パワーユーザ(及び高パワーユーザ)に制御情報を送信するための信号を生成するようプロセッサ回路に指示する。これらの信号は、図24に示されるような従来のサブマップバーストフレームのフォーマットにより生成されてもよく、図24の250により示されるような少なくとも1つの制御パッチは、移動局16との制御通信のため基地局14により使用される対応するMCSとユーザとを特定する情報を含む。図5を再び参照して、当該フレームはスケジューリングされたデータ44として送信回路24に提供される。
上述された実施例では、リファレンスジオメトリ値、リファレンスMCSパワー値及び対応するリファレンスMCSが予め規定された。しかしながら、本発明の第2実施例によると、後述されるように、ユーザのジオメトリに従ってリファレンスジオメトリ値、リファレンスMCS及びリファレンスMCSパワー値を設定することも可能である。例えば、ジオメトリ値によるユーザID、ジオメトリ値及びMCSパワー値のタプルのソート後、図18に示されるように、最も高いジオメトリ値10が、MCSパワー値が5であり、対応するMCSがQPSK1/2であり、当該MCSパワー値のジオメトリレンジの下限が6.5であることを決定するため、図16に示されるリファレンステーブル218と比較できる。従って、図14のブロック216を実行した後、例えば、MCS及びMCSパワー値が各ユーザに関連付けされる場合、プロセッサ回路21は、ジオメトリレンジを決定するため図16に示されるリファレンステーブルのジオメトリレンジの値とユーザの最も高いジオメトリ値とを比較することによって、最も高いMCSを求めるようプロセッサ回路に指示する任意的なブロック217を実行するよう指示されてもよい。その後、ジオメトリ値が既知になると、対応するMCSパワー値が既知となり、対応する最も高いMCSがリファレンステーブル218から既知となる。
その後、プロセッサ回路21は、ブロック217において求められた最も高いMCSをリファレンスMCSとして割当て、リファレンステーブル218からの対応するMCSパワー値をリファレンスMCSパワー値として割当て、当該最も高いMCSパワー値に関連するジオメトリレンジの下限をリファレンスジオメトリ値として割り当てさせるブロック229に移行される。その後、処理は、ブロック230において上述されるように継続される。図14及び図25を参照して、リファレンスジオメトリ(6.5)が第1実施例の初期の所定のリファレンスジオメトリ5.2よりはるかに大きく、従って、パワープールへの加算がはるかに小さく、パワープールバッファ240において示されるような6.7のトータルパワープール値に達することが確認できる。
図14及び図26を参照して、プロセッサ回路21は、パワープールが枯渇するまで、増大したジオメトリ値と低パワーユーザの少なくとも一部とと関連付けるようブロック244に移行されると、プロセッサ回路は、最小のジオメトリ値(このケースでは、1.5)を有するユーザからスタートし、6.5のリファレンスジオメトリ値に等しいターゲットジオメトリを対応するユーザ(ユーザ4)に提供しようとするため、図25に示されるパワープールバッファ240にソートされるパワープールから取得される必要がある量(5.0)を計算する。パワープールから5.0のジオメトリ単位を取得した後、パワーユニットは使い切ることになり、これらは次に最も高いジオメトリ値を有するユーザ、このケースではユーザ5に割り当てられてもよい。しかしながら、ユーザ5は、現在は2.8のジオメトリ値しか有さず、パワープールからの1.7がこの2.8に追加される場合、4.5となる。この新たなジオメトリ値4.5は、当初のジオメトリ値2.8に対して依然として増加しており、4.5の新たなターゲットジオメトリ値がユーザ5に関連付けされる。従って、ユーザ4,5には増加したターゲットジオメトリ値が与えられる。
図27を参照して、リファレンスジオメトリ値が高パワーユーザに関連付けされ、ユーザ7,3のターゲットジオメトリが4.7を維持する間、2人の最も低い低パワーユーザのジオメトリ値が増大される。従って、様々なユーザは異なるターゲットジオメトリを有するが、低パワーユーザの少なくとも2人のターゲットジオメトリは増大される。これらの新たなターゲットジオメトリと図16に示されるリファレンステーブル218とを利用して、図14のブロック246は新たなターゲットジオメトリとリファレンステーブルのジオメトリレンジとを比較するため実行される。対応するMCSパワー値は、高パワーユーザと、低パワーユーザの最も低いものであったユーザ4とについて5となり、ユーザ7,3については3のMCSパワー値が維持され(すなわち、変更なし)、当初のMCSパワー値に対して1だけMCSパワー値が増加したユーザ5にMCSパワー値3が関連付けされることが確認できる。従って、これらのユーザの新たなMCSは、高パワーユーザについて同一に維持され、低パワーユーザの最も低いユーザについて高パワーユーザのものと同じまで増加され、低パワーユーザの2番目に低いユーザ(すなわち、ユーザ5)について1カテゴリだけ増加され、ユーザ7,3についてMCSは同じに維持される。従って、低パワーユーザの少なくとも一部はMCSが増加される。
図29を参照して、各ユーザに新たなMCS及び新たなMCSパワー値を関連付ける出力データテーブルが示され、図24に示されるフレームの制御パッチ250を規定する信号を生成するのに利用され、新たなMCSに関連する新たなMCS及びパワー値を用いて制御パッチを送信回路に送信させるため、図5に示される制御システム20から送信回路24に送信される。図24に示されるフレームは、スケジューリングされたデータ44と呼ばれてもよい。
[スケジューリングされたデータの移動局への送信]
図1及び5を参照して、スケジューリングされたデータ44はビットストリームであり、当該ストリームはデータスクランブリングロジック46を用いてデータに関連するPAPR(Peak−to−Average Power Ratio)を低減するようにスクランブル化される。スクランブル化されたデータのCRC(Cyclic Redundancy Check)が決定され、CRC付加ロジック48を用いてスクランブル化されたデータに付加される。次に、チャネルエンコーダ50を用いて移動局16における復元及び誤り訂正を実現するため、データに冗長性を効果的に加えることによって、チャネル符号化が実行される。移動局16の1つに対するチャネル符号化は、当該移動局に関連するCQIに基づく。ある実現形態では、チャネルエンコーダ50は、既知のターボ符号化技術を利用する。符号化されたデータは、その後にレートマッチングロジック52により処理され、符号化に関連するデータ拡張を補償する。
ビットインタリーバロジック54は、連続するデータビットのロスを最小限にするため、符号化されたデータのビットをシステマティックにリオーダする。リオーダされたデータビットは、マッピングロジック56により選択されたベースバンド変調に依存して対応するシンボルにシステマティックにマッピングされる。好ましくは、QAM(Quadrature Amplitude Modulation)又はQPSK(Quadrature Phase Shift Key)変調が利用される。変調の程度は、図14〜29に関して上述されるように、移動局に関連するCQIに基づき選択される。シンボルは、シンボルインタリーバロジック58を用いて周波数選択フェージングにより生じる定期的なデータロスを送信信号の耐性をさらに強化することによって、システマティックにリオーダされてもよい。
この時点では、ビットグループは、振幅及び位相コンステレーションの位置を表すシンボルにマッピングされている。空間ダイバーシチが所望されるとき、シンボルのブロックは、その後に空間時間ブロックコード(STC)エンコーダロジック60により処理され、移動局16においてより容易に復号化され、送信信号を干渉により耐性のあるものにするようにシンボルを修正する。STCエンコーダロジック60は、入力シンボルを処理し、基地局14の送信アンテナ28の個数に対応して“n”個の出力を提供する。図5に関して上述されたような制御システム20及び/又はベースバンドプロセッサ22は、STCエンコーダを制御するためのマッピング制御信号を提供する。この時点で、“n”個の出力のためのシンボルは送信対象のデータを表し、移動局16により復元可能であることが仮定される。
本例では、基地局(図1の14)は2つの送信アンテナ28を有し(n=2)、STCエンコーダロジック60は2つの出力シンボルストリームを提供することが仮定される。各出力シンボルストリームは、理解の簡単化のため別々に示される対応する出力パス61,63に送信される。当業者は、1以上のプロセッサがこのようなデジタル信号処理を単独で又はここに開示される他の処理との組み合わせにより提供するのに利用可能であることを認識するであろう。各出力パスでは、IFFTプロセッサ62は、逆フーリエ変換を実行するため、それに提供されたシンボルに対して実行される。IFFTプロセッサ62の出力は、時間ドメインにおいてシンボルを提供する。OFDMシンボルとしても知られる時間ドメインシンボルは、プリフィックス単位挿入機能64を割り当てることによって、フレームにグループ化される。結果としてのフレームは、デジタルドメインにおいて中間周波数にアップ変換され、各自のデジタルアップ変換(DUC)及びデジタル・アナログ(D/A)変換回路66を介しアナログ信号に変換される。その後、各出力パスからの結果としての(アナログ)信号は、所望のRF周波数に同時に変調され、RF回路68及び送信アンテナ28を介し1つの移動局16に増幅及び送信される。特に、意図される移動局16により知られるパイロット信号は、サブキャリアに分散される。以下で詳細に説明される移動局16は、チャネル推定のためパイロット信号を利用する。
[移動局における信号の受信]
基地局の1つ(図1の14)から直接的に又は中継局の1つ(図1の15)の支援により移動局16の1つによる送信信号の受信を説明するため、図6が参照される。移動局16の1つの各受信アンテナ40における送信信号の到着に応答して、各信号は対応するRF回路70により復調及び増幅される。簡単化のため、2つの受信パスの1つのみが詳細に説明及び図示される。アナログ・デジタル(A/D)コンバータ及びダウン変換回路72が、デジタル処理のためアナログ信号をデジタル化及びダウン変換する。結果として得られるデジタル化された信号は、受信信号レベルに基づきRF回路70のアンプのゲインを制御するため、自動ゲイン制御回路(AGC)74により利用されてもよい。
まず、デジタル化された信号は、76により全体表示される同期ロジックに提供され、同期ロジックは粗同期機能78を有し、複数のOFDMシンボルをバッファし、連続する2つのOFDMシンボルの間の自己相関を計算する。当該相関結果の最大値に対応する結果としての時間インデックスは、ヘッダに基づき正確なフレーミングスタート位置を決定するため同期機能80により利用される詳細同期機能80により利用される詳細同期サーチウィンドウを決定する。詳細同期機能80の出力は、フレーム配置ロジック84によるフレーム取得を実現する。適切なフレーミング配置は、以降のFFT処理が時間ドメインから周波数ドメインへの正確な変換を提供するように重要である。詳細同期アルゴリズムは、ヘッダにより搬送される受信パイロット信号と既知のパイロットデータのローカルコピーとの間の相関に基づく。フレーム配置取得が実行されると、OFDMシンボルのプリフィックスが、プリフィックス除去ロジック86により除去され、結果としてのサンプルが周波数オフセット/相関機能88に送信され、送信機及び受信機における一致しないローカルオシレータにより生じたシステム周波数オフセットが補償される。好ましくは、同期ロジック76は、ヘッダを利用して送信信号の周波数オフセット及びクロックオフセットを推定し、これらの推定を適切にOFDMシンボルを処理するために周波数オフセット/訂正機能88に提供する周波数オフセット及びクロック推定機能82を有する。
この時点で、時間ドメインのOFDMシンボルは、FFT処理機能90により周波数ドメインへの変換の準備ができている。この結果は、周波数ドメインシンボル群であり、処理機能92に送信される。処理機能92は、分散パイロット抽出機能94を用いて分散されたパイロット信号を抽出し、チャネル推定機能96を用いて抽出されたパイロット信号に基づくチャネル推定を決定し、チャネル再構成機能98を用いてすべてのサブキャリアのチャネルレスポンスを提供する。各サブキャリアのチャネルレスポンスを決定するため、パイロット信号は、時間と周波数との双方において既知のパターンのOFDMサブキャリア全体のデータシンボル間に分散された実質的に複数のパイロットシンボルである。
図6に続き、処理ロジックは、パイロットシンボルが送信されたサブキャリアのチャネルレスポンスを決定するため、ある時間のあるサブキャリアにおいて期待されるパイロットシンボルと受信パイロットシンボルとを比較する。その結果は、パイロットシンボルが提供されない残りのサブキャリアのすべてではないが大部分についてチャネルレスポンスを推定するのに補間される。実際の及び補間されたチャネルレスポンスは、全体のチャネルレスポンスを推定するのに利用され、OFDMチャネルのサブキャリアのすべてではないが大部分のチャネルレスポンスを含む。
周波数ドメインシンボルとチャネル再構成情報とは、各受信パスのチャネルレスポンスから導出され、STCデコーダ100に提供され、STCデコーダ100は、送信シンボルを復元するため受信パスの双方に対するSTC復号化を提供する。チャネル再構成情報は、各周波数ドメインシンボルを処理する際に送信チャネルの効果を削除するのに十分な等価情報をSTCデコーダ100に提供する。
復元されたシンボルは、送信機のシンボルインタリーバロジック58に対応するシンボルデインタリーバロジック102を用いて順序が戻される。その後、デインタリーブされたシンボルは、デマッピングロジック104を用いて対応するビットストリームに復調又はデマッピングされる。その後、ビットは、送信機アーキテクチャのビットインタリーバロジック54に対応するビットデインタリーバロジック106を用いてデインタリーブされる。デインタリーブされたビットは、その後にレートデマッチングロジック108により処理され、最初のスクランブル化されたデータとCRCチェックサムを復元するため、チャネルデコーダロジック110に提供される。従って、CRCロジック112は、CRCチェックサムを削除し、従来方法によりスクランブル化されたデータをチェックし、既知の基地局デスクランブリングコードを用いて当初の送信データをデータとして再生成するデスクランブル化のため、デスクランブリングロジック114に提供する。
図6をさらに参照して、データ116の復元とパラレルに、CQI又は各基地局14においてCQIを生成するのに十分な情報が決定され、各基地局に送信される。上述されるように、CQIは、キャリア対干渉レシオ(CR)の関数であると共に、チャネルレスポンスがOFDM周波数帯の各サブキャリアにおいて変動する程度との関数であってもよい。本実施例については、情報を送信するのに利用されるOFDM周波数帯域の各サブキャリアのチャネルゲインは、チャネルゲインがOFDM周波数帯域において変化する程度を決定するため、互いに関して比較される。多数の技術が変動の程度を測定するのに利用可能であるが、1つの技術は、データを送信するのに利用されるOFDM周波数帯域全体の各サブキャリアのチャネルゲインの標準偏差を計算することである。
ある実施例では、中継局が1つのみの無線を用いて、又は複数の無線を有した時間分割により動作してもよい。
本発明の実施例が実現される通信システムの具体例が上述されたが、本発明の実施例は、上述された具体例と異なるが、上述された実施例の実現形態と整合して動作するアーキテクチャを有する通信システムにより実現可能であることが理解されるべきである。
本発明の特定の実施例が説明及び図示されたが、このような実施例は、本発明の単なる例示であり、添付した請求項に従って解釈される本発明を限定するものでない。

Claims (20)

  1. 無線通信システムにおいて基地局と移動局との間のダウンリンク通信を最適化する方法であって、
    前記システムの登録されたユーザに関連する前記移動局についてユーザ識別子とジオメトリ値とを取得するステップと、
    前記各ジオメトリ値に応答して前記各ユーザとMCSパワー値とを関連付けるステップと、
    前記基地局が提供する移動局によって用いられる超過パワーを表すパワープールのコテンツを格納するパワープールバッファーを前記基地局のメモリにおいて確立するステップと、
    リファレンスMCSパワー値より大きなMCSパワー値を有するユーザを高パワーユーザとして特定するステップと、
    前記高パワーユーザのそれぞれについて、該高パワーユーザに関連するジオメトリ値と前記リファレンスMCSパワー値に関連するリファレンスジオメトリ値との間の差であるパワー差を計算するステップと、
    前記パワー差を合計することによって、前記高パワーユーザのそれぞれに関するパワー差を前記パワープールのコンテンツに蓄積するステップと、
    前記リファレンスMCSパワー値以下のMCSパワー値を有するユーザを低パワーユーザとして特定するステップと、
    前記パワープールのコンテンツが枯渇するまで、対応する量だけ前記パワープールを使用しながら、増加されたジオメトリ値と前記低パワーユーザの少なくとも一部とを関連付けるステップと、
    前記増加されたジオメトリ値に基づき、前記低パワーユーザの少なくとも一部について新たなMCSを決定するステップと、
    前記新たなMCSに関連するパワーレベルにより対応する前記新たなMCSにより特定されるMCSを利用して、前記低パワーユーザに制御情報を送信するステップと、
    を有する方法。
  2. 前記ジオメトリ値はSNR値を含む、請求項1記載の方法。
  3. 前記SNRは、移動局から受信される信号対ノイズ値により表される、請求項2記載の方法。
  4. 前記MCSパワー値を関連付けるステップは、前記ジオメトリ値があるレンジに従ってMCSパワー値を割り当てることを含む、請求項1記載の方法。
  5. ジオメトリ値の昇順又は降順によりユーザ識別子をソートするステップをさらに有する、請求項1記載の方法。
  6. 前記増加されたジオメトリ値と前記低パワーユーザの少なくとも一部とを関連付けるステップは、ジオメトリ値の昇順により前記リファレンスジオメトリ値と前記低パワーユーザとを関連付けることを含む、請求項1記載の方法。
  7. 前記リファレンスMCSパワー値は、ダウンリンク制御に必要とされる最も高いMCSパワー値である、請求項1記載の方法。
  8. 前記低パワーユーザに制御情報を送信するステップは、前記基地局の制御システムに、前記新たなMCSに関連するパワーレベルにより前記新たなMCSに従って前記登録されたユーザに送信するための制御パッチを有するフレームを生成させることを含む、請求項1記載の方法。
  9. 前記リファレンスMCSパワー値に対応するリファレンスMCSを前記高パワーユーザに割当て、前記リファレンスMCSを利用して前記高パワーユーザとの通信を実行させるステップをさらに有する、請求項1記載の方法。
  10. 請求項1乃至9何れか一項記載の方法をプロセッサ回路に実行させるためのコードにより符号化されたコンピュータ可読媒体。
  11. 無線通信システムにおいて基地局と移動局との間のダウンリンク通信を最適化する装置であって、
    前記システムの登録されたユーザに関連する前記移動局についてユーザ識別子とジオメトリ値とを受信する入力と、
    前記入力と通信するプロセッサ回路であって、前記プロセッサ回路は、前記各ジオメトリ値に応答して前記各ユーザとMCSパワー値とを関連付け、
    前記基地局が提供する移動局によって用いられる超過パワーを表すパワープールのコテンツを格納するパワープールバッファーを前記基地局のメモリにおいて確立し、
    リファレンスMCSパワー値より大きなMCSパワー値を有するユーザを高パワーユーザとして特定し、
    前記高パワーユーザのそれぞれについて、該高パワーユーザに関連するジオメトリ値と前記リファレンスMCSパワー値に関連するリファレンスジオメトリ値との間の差であるパワー差を計算し、
    前記パワー差を合計することによって、前記高パワーユーザのそれぞれに関するパワー差を前記パワープールのコンテンツに蓄積し、
    前記リファレンスMCSパワー値以下のMCSパワー値を有するユーザを低パワーユーザとして特定し、
    前記パワープールが枯渇するまで、対応する量だけ前記パワープールのコンテンツを使用しながら、増加されたジオメトリ値と前記低パワーユーザの少なくとも一部とを関連付け、
    前記増加されたジオメトリ値に基づき、前記低パワーユーザの少なくとも一部について新たなMCSを決定する、よう動作構成される前記プロセッサ回路と、
    前記プロセッサ回路と通信し、前記新たなMCSに関連するパワーレベルにより対応する前記新たなMCSにより特定されるMCSを利用して、前記低パワーユーザに制御情報を送信するための信号を提供する出力と、
    を有する装置。
  12. 前記ジオメトリ値はSNR値を含む、請求項11記載の装置。
  13. 前記SNRは、移動局から受信される信号対ノイズ値により表される、請求項12記載の装置。
  14. 前記プロセッサ回路は、前記ジオメトリ値があるレンジに従ってMCSパワー値をユーザと関連付けるよう動作構成される、請求項11記載の装置。
  15. 前記プロセッサ回路は、ジオメトリ値の昇順又は降順によりユーザ識別子をソートするよう動作構成される、請求項11記載の装置。
  16. 前記増加されたジオメトリ値と前記低パワーユーザの少なくとも一部との関連付けは、ジオメトリ値の昇順により前記リファレンスジオメトリ値と前記低パワーユーザとを関連付けることを含む、請求項11記載の装置。
  17. 前記リファレンスMCSパワー値は、ダウンリンク制御に必要とされる最も高いMCSパワー値である、請求項11記載の装置。
  18. 前記プロセッサ回路は、前記新たなMCSに関連するパワーレベルにより前記新たなMCSに従って前記登録されたユーザに送信するための制御パッチを有するフレームを表す信号を生成するよう動作構成される、請求項11記載の装置。
  19. 前記プロセッサ回路は、前記リファレンスMCSパワー値に対応するリファレンスMCSを前記高パワーユーザに割当て、前記リファレンスMCS及び関連するパワーレベルを利用して前記高パワーユーザに制御パッチを送信するよう動作構成される、請求項18記載の装置。
  20. 請求項11乃至19何れか一項記載の装置を有する無線通信システムの基地局。
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