JP6606431B2 - 無線マルチバンド異機種ネットワークに亘って負荷均衡化を達成するユーザ／基地局シグナリング及び接続のための方法並びに装置 - Google Patents

Description

優先権

[0001]本特許出願は、２０１４年１２月３０日に出願された「無線マルチバンド異機種ネットワークに亘って負荷均衡化を達成するユーザ／基地局シグナリング及び接続のための方法並びに装置（Method and Apparatus for User/Base-Station Signaling and Association Achieving Load Balancing Across Wireless Multi-Band Heterogeneous Networks）」という題の対応する仮特許出願番号第６２／０９８１１８号に対する優先権を主張し、かつ参照によりこれを援用するものである。

発明の背景

[0002]Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ（大規模ＭＩＭＯ）技術の使用に依拠する密集したセルラーネットワーク配備は、将来の無線アクセス技術の極めて魅力的な候補となりつつある。これは、同一の伝送リソースを通じて多数の高レートストリームを多重化するＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯの能力によって、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯが基地局（ＢＳ）ごとの極めて大きなスループット増加を提供するという見込みに部分的にはよるものである。密集した（スモールセル）配備を通じたＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯの使用は、既存の配備に対してユニットエリアごとの大規模スループット増加につながる。

[0003]Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯは、ユーザトラフィックのホットスポットに効果的に供給することを含む、ユーザ負荷の大きな変動に対処するための候補としても想起される。このような配備はこの文脈において効果的に対処しなければならないという１つの側面は、負荷均衡化の必要性、即ち、ネットワークワイドなパフォーマンスを最適化する目的で、各セルからのユーザへの相対的なシグナル強度に基づくのみでなく、各セルの付近の相対的なユーザトラフィックも考慮してユーザをセルに接続する必要性である。負荷均衡化は、新興の密集した配備においてはより困難でさえある。第１に、スモールセルは本質的にあまり計画されないのでマクロ配備よりも規則的でなく、有効面積カバレッジの変動性が大きいので、負荷均衡化はスモールセルに関して、より一層重要となる。更に、新興のネットワークは、カバレッジエリアの差が莫大なＢＳを備えるティアを有するマルチティアネットワーク（multi-tier network）である。実際、負荷均衡化アルゴリズムは、全てのティア、バンド及びＢＳに亘ってネットワーク負荷を効果的に均衡化するために、各ティアのＢＳが異なるエリアをカバーしており、かつ異なるバンドで動作できるという事実を考慮しながら、複数のティアから及び場合によっては複数のバンドを通じて、複数の基地局（ＢＳ）が各ユーザに供給できるという事実を利用する必要がある。

[0004]不均一な負荷分布は、スモールセルネットワークにおける主な課題であると考えられる。負荷を効率的に均衡化できない場合、（スモールセルの使用による）ネットワークアクセスポイントの密度増加の結果として期待されるパフォーマンスゲインは、利用人口内において極めて不均一な様式で分散されることになる。スモールセルに亘ってユーザ負荷を動的に整えるための様々な負荷均衡化技術が提案されてきた。これらの技術は、１つのＢＳが一定の周波数及び時間リソースで最大１つのユーザに供給する従来のＰＨＹ層アプローチを考慮して一般的には設計される。しかし、ＰＨＹ層での主なゲインがＭＵ−ＭＩＭＯ及び特にＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯによるものと期待されることは今ではよく受け入れられている。

[0005]効果的な負荷均衡化及びユーザ接続技術の設計の問題は、２つ以上のユーザが同時及び同じ周波数のリソースで（即ちマルチユーザ伝送方式で）スケジューリングされる場合、一般により困難なものとなる。実際、例えば線形ゼロフォーシングビームフォーミング（ＬＺＦＢＦ：Linear Zero-Forcing Beamforming）等のマルチユーザ伝送方式の文脈で各ユーザが受けるレートは、ユーザ自身のチャネルだけでなく、このようなマルチユーザ伝送について上記ユーザと共にスケジューリングされる他のユーザの数、並びにこれらの他のユーザのチャネルにも左右される。ＬＺＦＢＦプリコーディングを適用した場合にユーザレートの合計を最大化するためにユーザ集合をスケジューリングする問題が考慮され、単一ＢＳを備える単一セルを考慮した場合のユーザ選択のための貪欲法が提案されてきた。このアルゴリズムは、各ＢＳにおけるプロポーショナルフェアネスを適用するセルラーネットワークにおいてセルラー及びクラスターＭＵ−ＭＩＭＯ伝送をスケジューリングするための構築手法として使用することができる。これらのアルゴリズムは、仮想キューのフレームワークを用いてより幅広い範囲のフェアネス条件を含むように系統的に拡張することもできる。

[0006]スケジューリング方法は、ユーザ−ＢＳ接続が既に発生していることを想定する点で局所的なので、フェアネスのフレームワークを各ＢＳにおいて局所的に適用できる。演繹的に予測すると、異なるユーザ−ＢＳ接続がこれらの「局所的にフェアな」スケジューラによりネットワークに亘って提供されるネットワークワイドなフェアネスに与える影響は一般に重大なものである。しかしながら、各伝送リソースエレメントにおいてＢＳが瞬間的に供給するユーザの数よりもＢＳのアンテナの数がかなり多い場合、瞬間的なユーザレートは「上昇し（harden）」（より低い変動性を示し）、ＢＳにおいて供給している集合のサイズを知るだけでこれを正確に予測できる。

ＭＵ−ＭＩＭＯユーザスケジューリング
[0007]上記文献中にＢＳにおいてマルチユーザＭＩＭＯ伝送をスケジューリングするために利用可能ないくつかの方法が存在するが、幅広く適用されるクラスの方法は、ＢＳにおけるいずれの所定のスケジューリングの瞬間に、予測される最も高い加重和レートをもたらすであろうユーザの部分集合をスケジューリングするスケジューリングポリシーを含む。伝送用にスケジューリングされる各集合の各ユーザの予測レートは、スケジューリングされる集合の全てのユーザの瞬間的なチャネルに関係している。実際、前のセクションで説明したＬＺＦＢ伝送を想定すると、いずれの所定のリソースブロックにおいて、係数λ_ｋは、（ＺＦＢＦに供給される）スケジューリング集合の全てのユーザの瞬間的なチャネル行列に左右され、特に

と表現でき、ここで

はｔ番目のリソースブロックにおけるユーザ集合ＳのＵＴ−ｋに関する複合ダウンリンクチャネル行列を表す。ユーザ集合Ｓ及び／又はリソースブロック（ｔ）の選択がλ_ｋに影響を及ぼすので、期待されるユーザレートはスケジューリング集合及び瞬間的なチャネル実現の両方に関係することは明らかである。スケジューリング時間のインスタンスを固定し、ＬＺＦＢＦ伝送を想定すると、加重和レートを最大化する部分集合Ｓを選択する問題は、アンテナの数と関係することになり、また、スケジューリングのために考え得る可能な部分集合Ｓの数は、ジョイントスケジューリングを考えることができるユーザの最大数と共に指数関数的に迅速に成長する。この問題に提案された１つのソリューションは、最大２次の複雑系を用いる、ユーザ集合選択のための貪欲法に依る。

[0008]スケジューリングポリシーにより提供されるスケジューリング割振りを決定する別の重要な要因は、加重和レート最大化処理を実行する前に各スケジューリングの瞬間において選択される「ユーザ加重」を使用することによる方法である。これらの加重を選択するための多くの方法が存在するが、（広いクラスのフェアネス基準（fairness criterion）に属するフェアネス基準に対して最適なパフォーマンスに近い結果をもたらすことができるという理由から）幅広く適用されるクラスの方法は、加重和レート最適化において瞬間的なユーザ加重を決定するために「仮想キュー」の使用に依るものである。

負荷均衡化
[0009]元来、セルラーネットワークにおける接続はユーザ端末ベースである。ユーザは近傍の基地局（ＢＳ）のビーコンに対する信号レベルを測定し、最も強い受信信号を有する基地局に接続する。この方針の汎化は、異機種ネットワークで使用されてきた。マクロ及びスモールセルからの信号強度を比較する場合、ユーザ端末は（マクロセルに対して）スモールセルへの接続を支持するために「バイアス」を適用することもできる。

[0010]トラフィック負荷の不均衡はスモールセルにおいて更に顕著なので、スモールセルにおける負荷均衡化に関して最近の研究がいくつか存在してきた。実際、スモールセルは、セルサイズの不均一及び供給するユーザの最小平均数の理由でセル接続ポリシーに対して更に敏感である。この不均一は、最大ＳＩＮＲセル接続に基づく非常に不均衡なトラフィック負荷をもたらし得る。この領域の先行技術は、各ユーザとすぐ近くのＢＳとの間で情報を交換する方法を主に含み、このＢＳは近傍のユーザとシグナリング交換を用いてその負荷を均衡化しようと試みる。「セル呼吸（cell breathing）」と呼ばれる別の関連技術は、セルの負荷状況（過負荷又は低負荷）に応じてセル伝送電力を調節することによりカバレッジエリアを動的に変動させる（縮小する又は拡張する）ことに依る。なお、これらの研究は、単一ユーザ伝送のみをスケジューリングするスモールセルに焦点を当てている。

[0011]上述の方法は重要な制限を有する。第１に、ＭＵ−ＭＩＭＯでユーザが見積るとすると、伝送は大規模名信号対干渉と雑音比（ＳＩＮＲ）に単に関係しないが、一般にスケジューリング集合及びチャネル実現に左右される。よって、得られる負荷均衡化技術は、いずれの単純なリソース効率様式に拡張できない。更に、相反性に基づくＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ ＴＤＤの性質は、ユーザと近傍の全てのＢＳとの間のリンクの大規模ＳＩＮＲを、ユーザから単一アップリンクパイロットブロードキャストを与えることにより達成可能にする。この文脈では、集中プロセッサは、ユーザとの交換を含まずにこれらユーザに供給できるＢＳの集合の中でユーザ人口のＵＴ−ＢＳ接続を決定できる。ＢＳの中で負荷均衡化を実行する（即ち、ＢＳに亘ってユーザ負荷を均衡化する）ため及び各ＢＳにおいて伝送をスケジューリングするために、このような中央コントローラを使用することは、中央コントローラに演算の負担をかける。

[0012]無線ネットワークに亘るユーザ／基地局シグナリング及び負荷均衡化のための方法並びに装置を本明細書中に開示する。一実施形態では、方法は、無線ネットワーク内の第１の基地局により、第１の基地局の負荷を示す情報をブロードキャストするステップと、負荷を示す情報に基づいた、ユーザ端末による第１の基地局からのネットスループットの予測に応じて、ユーザ端末から第１の基地局との接続のための接続要求を受信するステップであって、ネットスループットはユーザ端末が現時点で接続されている第２の基地局からのネットスループットよりも大きい、ステップと、基地局に接続されることになるユーザ端末からの要求の分画（fraction）のみを選択的に許可するための接続処理を実行しながら、接続要求を受け入れるかどうかを決定するステップとを含む。

[0013]本発明は、以下に与えられる詳細な説明及び本発明の様々な実施形態の添付の図面からより完全に理解されるであろうが、これらは本発明を特定の実施形態に限定するためのものと捉えられるべきではなく、単なる説明及び理解のためのものである。

無線ネットワークにおける基地局（ＢＳ）へのユーザ端末（ＵＴ）の接続切り替えの一実施形態を示す図である。 無線ネットワークの１−Ｄの一例の２部グラフである。 ＢＳの一実施形態のブロック図である。 接続及び再接続を取り扱うための工程の一実施形態に関するフロー図である。 新規の好適なＵＴ−ＢＳ接続を決定するための工程のフロー図である。 ＵＴのＢＳ接続を別のＢＳに切り替えるためのＵＴの要求を認可するための工程の一実施形態のフロー図である。 ユーザ端末の一実施形態のブロック図である。

本発明の詳細な説明

[0014]本発明の実施形態は、単一ティア及び異なるサイズのセルを備えたティアを含むマルチティアの無線ネットワークにおける負荷均衡化のための方法並びに装置を含む。説明される方法及び装置では、ユーザ端末がＢＳに対して接続のための要求を伝送し、これらの要求は、ブロードキャストされた、即ち異なるＢＳにおける負荷を示す情報に基づいて行われる。一実施形態によると、各ＢＳはこのような要求の受信時に局所認可制御を実行し、要求の分画を認可する。一実施形態では、各ＢＳに認可されたユーザの分画は、時間経過と共に及びＢＳごとに変化し得、ＢＳの現時点の及び過去の負荷と、所定のＢＳへと切り替える又はこれから切り離す過去の及び最近のユーザの分画とを示す他の情報を考慮することにより決定される。

[0015]本明細書中でチャネル相反性ベースのトレーニングと呼ばれるものに基づく単一ユーザ及びマルチユーザＭＩＭＯ伝送に携わる、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ配備との併用に関して実施形態を説明するが、本明細書中で説明される技術は、ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯを用いずに及び／又は相反性ベースのトレーニングを用いずに使用できる。

[0016]一実施形態では、ユーザ端末（ＵＴ）は、ＢＳへと接続されるために決定を下して要求をブロードキャストする。一実施形態では、これらの決定は、ネットワーク中継を介してブロードキャストされる各ＢＳの負荷を示す情報に基づいて行われ、これらの決定が個々のＵＴパフォーマンス（かつ必ずしもネットワークのパフォーマンスではない）の最適化を目的とする点で完全に利己的である。一実施形態では、どのＵＴがどのＢＳへと接続されるかの決定は、ＢＳの負荷を示すネットワークブロードキャストを処理することによりＵＴが行う接続要求の部分集合を認可することにより、ネットワークにより行われる。一実施形態では、ＵＴの要求は、ＵＴが受けることになる（予測される）スループットの最大化を目的とし、かつＢＳのブロードキャストはＵＴがこのような査定を正確に行うことができることを保証する。このような選択的な認可制御処理は、システム内の負荷のネットワークワイドな効率的な分布を保証する。

[0017]一実施形態では、認可制御ポリシーは各ＢＳにおいて局所的である。一実施形態では、認可制御ポリシーは、各ＢＳに関して、分画のサイズ及びＵＴのどの分画が供給集合に対して認可されるか（及び／又はこれらから退出を許可するか）を決定する。一実施形態では、認可制御モジュールは、ＢＳの集合に亘ってＵＴの集合の接続切り替えを制御する。

[0018]実施形態は、ネットワーク内の負荷及びＢＳによる（利己的な又はそうでない）関連する要求を示す情報のブロードキャストと併せて使用される、ＵＴ認可のための機構を含み、この機構は、ＵＴによる各接続要求が、一実施形態では、このＵＴのパフォーマンスを利己的に改善して潜在的に最適化することを目的としているという事実にもかかわらず、効率的なネットワークワイドな負荷均衡化を提供できる。

[0019]なお、用語「ユーザ端末（user terminal）」、「ユーザ機器（user equipment）」、「ユーザ（user）」、及び「クライアント（client）」は、本開示を通して同じ意味で使用される。

[0020]以下の説明では、本発明のより徹底した説明を提供するために多数の詳細を述べる。しかしながら、本発明を具体的な詳細を用いることなく実施できることは、当業者には明白であろう。他の例では、本発明を不明瞭にすることを回避するために、よく知られた構造及びデバイスを詳細にではなくブロック図の形態で示す。

[0021]以下に続く詳細な説明の一部は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する操作のアルゴリズム及びシンボル表現を用いて提示される。これらのアルゴリズム的な説明及び表現は、当業者が自らの研究の要旨を他の当業者に最も効果的に伝えるためにデータ処理技術において使用する手段である。アルゴリズムはここでは概して、所望の結果を導くステップの自己無撞着なシーケンスであると考えられる。ステップは、物理的な量の物理的な操作を要求するものである。必要なわけではないが通常、これらの量は、記憶、転送、結合、比較及びその他操作することが可能な電気的な又は磁気的な信号の形態をとる。主として共用の理由のために、これらの信号をビット、値、エレメント、シンボル、文字、用語、数等で呼ぶことが時には便利であることが分かっている。

[0022]しかしながら、これらの及び同様の用語の全ては、適切な物理的な量と関連付けられ、これらの量に適用される単なる便利なラベルにすぎないことに留意されたい。以下の記述から明白なように詳細に述べられない限りは、明細書を通して、「処理する（processing）」又は「演算する（computing）」若しくは「計算する（calculating）」又は「決定する（determining）」又は「表示する（displaying）」等の用語を利用する記述は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的な（電子的な）量として表されるデータを操作して、コンピュータシステムのメモリ又はレジスタ若しくは他のこのような情報ストレージ、伝送若しくは表示デバイス内の物理的な量として同様に表現される他のデータへと変換する、コンピュータシステム又は同様の電子演算デバイスの動作及び処理を表すことを理解されたい。

[0023]本発明は、本明細書中の操作を実行するための装置にも関する。この装置は、要求される目的のために特別に構成してもよく、又はコンピュータ内に記憶されたコンピュータプログラムにより選択的に活性化される若しくは再構成される汎用コンピュータを備えてもよい。このようなコンピュータプログラムを、フロッピー（登録商標）ディスク、光学ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び磁気−光学ディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気若しくは光学カードを含むいずれの種類のディスク、又は電子的命令を記憶するのに適したいずれの種類の媒体等の、しかしこれらに限定されない、それぞれコンピュータシステムバスに連結される、コンピュータ可読記憶媒体内に記憶してもよい。

[0024]本明細書中で提示されるアルゴリズム及び表示は、いずれの特定のコンピュータ又は他の装置と本質的に関係しない。本明細書中の教示に従ってプログラムと共に様々な汎用システムを用いてもよく、又は要求された方法ステップを実行するためのより特化した装置を構成することが便利であることが分かるであろう。様々なこれらのシステムに要求される構造は、以下の説明から明らかになるであろう。加えて、いずれの特定のプログラム言語に言及して本発明を説明しない。様々なプログラミング言語を用いて本明細書中で説明するような本発明の教示を実装してもよいことが理解されるであろう。

[0025]機械可読媒体は、機械（例えばコンピュータ）が読み取り可能な形態の情報を記憶する又は伝送するためのいずれの機構を含む。例えば、機械可読媒体としては、読み取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス等が挙げられる。

概観
[0026]セルラーｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を用いて無線異機種ネットワークを通じた効率的なネットワークワイドな負荷均衡化及びスケジューリングを可能にする方法及び装置が開示される。アーキテクチャ及び関連する技術を用いて、単一及びマルチティア無線ネットワークを通じて効率的かつ拡張可能な操作を提供できる。これらのネットワークの例としては、スモールセル、マクロセル、及び異機種配備が挙げられるが、これらに限定されない。

[0027]本明細書中に開示される実施形態は、ユーザ端末（ＵＴ）とこれらの近傍の基地局（ＢＳ）との間の相互作用と、ＢＳ及びコントローラ間の局所的な相互作用とを利用することにより、ユーザ接続及びスケジューリングと共に効果的なネットワークワイドな負荷均衡化を可能にする。負荷均衡化は、ユーザ端末がネットワークを移動する及びネットワークに入る又はネットワークを出るにつれ、周期的に実行／更新される。しかしながら明細書中では、本明細書の教示に関連する負荷均衡化機構を説明するために、単一ネットワーク状態インスタンスに焦点を当てる。この文脈では、技術は、動的なＢＳ間相互作用及びＢＳ−ＵＴ相互作用に基づいてＢＳ−ＵＴ接続ペアのシーケンスをもたらす機構を含む。これらの相互作用は局所的であり、負荷均衡化機構は容易に拡張可能である。また、一実施形態では、各ＵＴの選択は「利己的（selfish）」であり、良好なネットワークワイドなパフォーマンスを「達成する（achieving）」ことに関心がないという事実にもかかわらず、各ＢＳによりユーザ端末へとブロードキャストされる情報と、各ＢＳにおける局所的な認可ポリシールールとの組み合わせにより、最適に近い負荷均衡化が保証され、従って効率的なネットワークワイドなパフォーマンスが保証される。

[0028]一実施形態では、各ＢＳがブロードキャストする情報は、所定のＢＳの負荷を示す。これにより、所定のＢＳへと接続を切り替えた場合にユーザ端末が受けるであろう効果的な約束されたネットスループットをユーザ端末が見積るのを可能にする。一実施形態では、この見積りは、残存するＵＴ−ＢＳ接続が変更されないままであると想定する次の伝送のインターバルの期間に亘ってＵＴへと送達されると予想される平均レートである。これは、今度は、各ＵＴがＢＳへの新規の接続を利己的に決定して要求することを可能にし、これにより、特定の約束された又は保証されたスループット（例えば最も高い約束されたスループット、２番目に高い約束されたスループット等）を各ＵＴに提供する。

[0029]一実施形態では、ＢＳは、ＢＳがこれによりユーザ端末に亘って負荷を割り当てる機構及び／又は処理を示す情報もＵＴへと提供する。この情報は、ＢＳによりＵＴへと割り当てられることになるリソース分画をＵＴが予測することを可能にする（ＵＴがＢＳから受けることになる平均スループットをＵＴが予測することを可能にする）。

[0030]本明細書中に開示される実施形態は、新規接続を確立するためのＵＴ要求の受信時に、ユーザがセルに入る（ＢＳとの新規接続を確立する）こと及び／又はセルを出る（ＢＳとの接続を終了する）ことを許可する、各ＢＳにおいて実装される機構も含む。一実施形態では、所定のＢＳにおける認可ポリシーを担当する機構は、ＵＴの分画がＢＳのセルに入る（及び／又はセルを出る）許可を決定する際に、ＢＳにおける現時点の及び過去の負荷レベル、ＢＳのセルに入る及びこれを出るための現時点及び過去の要求、並びにＢＳによる尊重される過去の要求を示す情報を使用する。一実施形態では、所定のＢＳにおいて認可ポリシーを担当する機構は、例えばＵＴとＢＳとの間の（時間が経つにつれ緩慢に変化する）大規模なフェーディング特性等の、認可されると考えられるＵＴへとＢＳが提供できるピークのユーザレートを示す情報を入力として使用する。

[0031]本明細書中に開示される方法は、ネットワークに亘る反復の及び／又は動的な（適応的な）リソースの負荷均衡化も可能にする。実際、一実施形態では、各ＢＳにおいて、局所的な負荷均衡化の「ソリューション（solution）」（ユーザ−ＢＳペアに亘る活動分画のリソース割り当て）は、伝送リソースに基づいて及びＢＳにより認可されるＵＴに基づいて実行される。得られた負荷はＵＴへとブロードキャストされる。今度は、ＵＴはこの情報を用いて、近傍のＢＳからの約束されたネットスループットを決定し、かつ近傍のＢＳへの接続を要求する。また、一実施形態では、所定のインターバルから次のインターバルへと更新されるオンラインの負荷均衡化方法が、使用される直接的な拡張である。この場合、各ＢＳは先行インターバルの負荷均衡化ソリューションをブロードキャストし、認可及び退出の新規要求を受信し、近傍のＢＳとの短い交換の際に要求の分画を承諾する。従って、ＢＳは、ＢＳが供給しているＵＴに亘って自らの負荷をより良好に均衡化するために、供給中の新規ユーザ人口に亘って伝送リソースを再分配し、自らのスケジューラにＵＴを送り込む。各ＢＳにおいて更新された伝送リソースは、続いてスケジューリング割振りを行うために（即ち、伝送イベント／リソースブロックをそれぞれスケジューリングするためにどのパイロットリソースをどのユーザに割り当てるかを決定するために）ＢＳ内のスケジューラに使用される。

[0032]本明細書中に開示される方法及び装置は、幅広い範囲のフェアネス基準に基づいた負荷均衡化及びネットワークワイドな最適化を可能にする。加えて、相反性ベースｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯの文脈で実施形態を提示するが、本明細書中で説明される技術は、スモール又は大規模ＭＩＭＯを用いるフィードバックベースのＭＩＭＯ技術に適用することもできる。

[0033]各ＢＳにおいて局所的に、又は局所コントローラを用いる、ユーザセントリックな要求を伴う、新規接続のための要求を選択的に認可するための方法は、フェアな操作及び差別化されたサービス並びにトラフィック変動への迅速な適合を含む、ネットワークワイドな効率的な操作を併せてもたらすことができる。

[0034]実施形態は、拡張可能かつリソース効率が良い様式で無線ＨｅｔＮｅｔにおいて負荷を均衡化するための方法及び装置を含む。実施形態は、ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯスモールセルを用いたマルチティアネットワークを通じて負荷均衡化を実行するために、容易に適用することができる。これは、相反性ベースのＭＵ−ＭＩＭＯ伝送のための低オーバーヘッドのユーザスケジューリングと共に、リソース効率が良く実践的なかつ動的に適合される負荷均衡化を可能にする。

[0035]実施形態は、大規模なアンテナ配列及び多数のユーザを伴うＴＤＤ単一ティア及びマルチティア配備を通じた相反性ベースのＭＵ−ＭＩＭＯのためのネットワーク操作を改善し、かつ潜在的に最適化する。更に、一実施形態は、全てのティア及び全てのセルに亘る負荷均衡化を可能にし、従ってフェアな様式でネットワークに亘って全てのユーザに高い多重化ゲインを可能にする。これはＬＴＥ中継の下で操作することもできる。

例示的な実施形態
[0036]実施形態は、ＵＴ−ＢＳ接続のための及び各ＢＳにおけるリソース割り当てのための、実践的な拡張可能な方法を含み、この方法は、小さい、大規模な、及び／又はｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ配備を用いた単一及びマルチティア無線ネットワークの効率的かつ堅牢な操作を可能にする。一実施形態では、本明細書中で説明される技術は、以下に依る負荷均衡化アーキテクチャに依る。
・負荷ブロードキャスト。ＢＳがブロードキャストするメッセージであり、このメッセージは、１つ又は複数のＢＳセルの現時点の負荷、及びＵＴが近傍の各ＢＳからのネットスループットを予測することを可能にする追加の基準信号を示す情報を含有する。
・ユーザ端末により伝送される接続要求。１つ（又は複数の）近傍のＢＳに接続するための、ユーザ端末による要求である。
・接続要求承諾機構。ＢＳの局所認可ポリシーとネットワーク全体に地理的に分布したコントローラとの組み合わせの動作により行われる。ＵＴにより行われる接続要求を選択的に承諾するためのＢＳ機構が開示され、これにより最適に近い負荷均衡化（例えば、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ ＨｅｔＮｅｔ負荷均衡化）をネットワーク全体で達成できる。

[0037]各ＢＳがブロードキャストする負荷は、このＢＳにＵＴが接続される場合、このＢＳによりＵＴが利用できるようになる伝送リソースを示す情報を各ＵＴに提供する。一実施形態では、負荷情報は、所定のＢＳに接続されるＵＴの数である。別の実施形態では、負荷は、このＢＳにおいてネットワークオペレータが採用するユーザのフェアネス基準を考慮する。一実施形態では、このフェアネス基準はαフェアネス機能のクラスに由来する。α値は、オペレータにより選択され、オペレータが採用するフェアネスの（本質的に主観の）意向を反映する。例えば、αに値１を選択することは、オペレータがプロポーショナルフェアスケジューリング（ＰＦＳ：proportional fair scheduling）を採用することを意味する。つまり、ＢＳに接続された全てのユーザは、ＢＳのスケジューリング伝送リソースの均等な割合を割り当てられるが、分画は、異なるＢＳに接続されたユーザの数が変動し得るのでＢＳ間で変動し得る。対照的に、αに１より大きい値を選択することは、いくつかのＵＴに供給するために他のＵＴを通じてＢＳがより多くの伝送リソースを提供することになることを意味する。例えば「エッジ（edge）」のユーザ等のより低い「ピークレート（peak rates）」の（チャネルが不良な）ユーザに供給するために、ＢＳはより多くの伝送リソースを例えば提供することになる。α→∞である「ハードな（hard）」（又は最大−最小）フェアネスと呼ばれる極端な場合では、オペレータは、チャネルの品質に関わらず全てのユーザに同じレートの平均レートが供給されることになるようにリソースを分割する。この場合、不良なチャネル品質を有するユーザに、より多くの伝送リソースがＢＳにより割り当てられ、これにより全てのユーザは同じ平均スループットを得る。一実施形態では、ＢＳは各ＵＴに対して、ＢＳの「増分負荷（incremental load）」をどのように決定するかを示す情報をブロードキャストする。一実施形態では、ユーザへの増分負荷は、他のユーザの接続が同じままでありながら、このユーザがこのＢＳに接続された場合に（又はこのユーザがこのＢＳに接続されている場合に）特定のＢＳ負荷においてユーザが発生させるであろう（又は発生させた）負荷の増加である。一実施形態では、増分負荷は、（ＢＳの負荷が複数のＵＴに基づいている状況に対して）唯一のＵＴが負荷に関与している場合を除き、ＢＳについて負荷が決定されるのと同じよく知られた様式で決定される。

[0038]本明細書中で説明される実施形態は、ＵＴにおいて、ＢＳがブロードキャストする情報に基づいて、１つ又は複数のＢＳに対してＵＴが新規接続を要求するべきかどうかを決定するための機構も含む。開示される実施形態では、ＵＴは、供給ＢＳから及び１つ又は複数の候補のＢＳから受けることをユーザが期待するであろう約束されたネットスループットを予測する。これらのスループットの比較に基づいて、ＵＴがそのままＢＳへの接続を保持するべきか、又は異なるＢＳ（又は複数のＢＳ）との接続を要求するべきかを機構が決定する。続いてＵＴはこの要求をブロードキャストする。

[0039]各ＢＳにおける接続要求承諾機構の実施形態も開示される。新規接続のためのＵＴ要求の受信時、各ＢＳはこれらの要求のどの分画を尊重するかを決定する。一実施形態では、新規接続のためにＵＴにより行われる要求は、本質的に「利己的（selfish）」であり、ネットワークの負荷均衡化パフォーマンスを最適化することを目的としていない。開示されたＢＳにおける機構は、ＢＳがＵＴ接続要求を選択的に尊重することを可能にし、効率的なネットワークワイドな操作及び効果的な負荷均衡化をもたらすことができる。

[0040]なお、開示された機構を、ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ操作を伴う及び伴わない異機種ネットワークと併せて用いてよい。また、提案された機構は、従来の配備で行われるような、スモールセルに対する発見的な「バイアス（bias）」接続を要求されない。実際、各ＢＳの負荷が各ＵＴにおいて考慮されて新規接続を要求する、より系統的な方法で暗示的に実行される。

[0041]本明細書中では詳細に説明しないが、提示された機構の単純な拡張は、オペレータがネットワーク全体の負荷を同時に均衡化しながら、ＵＴに対して差別化されたサービスを提供することを容易に可能とすることができる。

[0042]加えて、本明細書中では詳細に説明しないが、提示された機構の単純な拡張は、異なる端末が異なる「マルチバンド（multi-band）」ケーパビリティを有する場合に、オペレータがマルチティアマルチバンド配備に亘ってネットワークワイドなフェアなリソース割り当てを提供することを容易に可能とすることができる。

[0043]図１は、ＢＳへのＵＴの接続切り替えの一実施形態を示す。一実施形態では、ＵＴ再接続要求は、コントローラにより可能とされる。図１を参照すると、２つのエリア１０１及び１０２が示されており、それぞれ、各所定のコントローラが再接続又は接続切り替えを可能とすることを担当するＵＴの集合を示している。詳細には、コントローラ１及び２は、エリア１０１及び１０２の再接続又は接続をそれぞれ可能にする。図１では、各コントローラはスモール及びマクロＢＳの部分集合にエッジで接続されており、これによりコントローラが供給する地理的エリア内のＵＴに潜在的に供給できる。いくつかの実施形態では、ＵＴは接続のための要求をＢＳに対して行う。これらの要求は、これらのＢＳから、これらの要求を可能にする担当のコントローラへと伝わる。よって、所定のコントローラが取り扱う所定のエリア内のＵＴについては、コントローラと対応するＢＳとの間の相互作用を通して接続切り替えが実行される。

[0044]一実施形態では、ＢＳと要求を可能とするコントローラとの相互作用は、簡潔に２部グラフの形態で表現できる。図２は、このような１−Ｄの一例の２部グラフである。図２を参照すると、通信ネットワークは、１０個のスモールセルＢＳ、１個のマクロＢＳ、及び５個のコントローラを含み、各ＢＳはそのコントローラと接続切り替えのための要求の部分集合を（場合によっては選択的に）共有している。各コントローラは、コントローラが取り扱うＵＴに対して、接続切り替えの要求の部分集合を（場合によっては選択的に）可能にする。一実施形態では、このような各接続切り替えは、コントローラと対応するＢＳ（即ち分離する及び新規接続のＢＳ）との間のエッジに沿って実行される。なお、一般的には、ＵＴは移動し、トラフィック負荷の分布は継時的に変化するので、「負荷均衡化ソリューション（load balancing solution）」、即ちＵＴに対するＢＳリソースのリソース割り当ては周期的に再び更新されなければならない。

[0045]図３はＢＳの一実施形態のブロック図である。図３を参照すると、ＢＳ２００は、ＭＩＭＯ無線伝送のための標準モジュールを含む。ＢＳ２００の伝送プロセッサ２１５は、データ源２１０から、１つ又は複数のＵＴに関するデータを受信し、各ＵＴに関するデータを処理し、全てのＵＴに対してデータシンボルを提供する。プロセッサ２１５は、コントローラ／プロセッサ２７０からの制御情報も受信して処理し、制御シンボルを提供する。プロセッサ２７０は、１つ又は複数の基準信号に関して基準シンボルも生成する。伝送（ＴＸ）ＭＩＭＯプロセッサ２２０は、各ＵＴについて、並びに同じＢＳ２００において又は他のＢＳ、遠隔無線ヘッド（ＲＲＨ：remote radio head）等の他の無線エンティティに対してコロケートされたアンテナに関する基準信号について、データシンボル、制御シンボル、及び／又は基準シンボルに対してプリコーディングを実行する。

[0046]プロセッサ２２０は、変調器（ＭＯＤＳ）２３０ａ〜２３０ｔへと平行出力シンボルストリームを提供する。各変調器２３０は、ダウンリンク信号を取得するために出力サンプルストリームを更に処理する（例えばアナログに変換する、増幅させる、フィルタリングする、及びアップコンバートする）。変調器２３０ａ〜２３０ｔからのダウンリンク信号は、アンテナ２３５ａ〜２３５ｔを介してそれぞれ伝送される。

[0047]ＢＳ２００において、様々なＵＴ又は同じＢＳ２００にコロケートされた若しくは異なるＢＳ若しくは他の無線エンティティに位置する他のアンテナからのアップリンク信号が、アンテナ２３５ａ〜２３５ｔにより受信され、復調器（ＤＥＭＯＤ）２３０ａ〜２３０ｔにより復調される。復調された信号は、ＭＩＭＯ検知器２４０により検知され、ＵＴ及び他の無線エンティティにより送信された復号されたデータ及び制御情報を取得するために受信プロセッサ２４５により更に処理される。受信プロセッサ２４５は、ＭＩＭＯ検知器２４０から検知された信号を受信し、復号されたデータをデータシンク２５０へと提供し、制御情報をコントローラ／プロセッサ２７０へと提供する。ＤＥＭＯＤ２３０ａ〜２３０ｔにより出力される復調された信号は、チャネルプロセッサ２８０にも提供され、このチャネルプロセッサ２８０ではアップリンクチャネルが見積られてコントローラ／プロセッサ２７０へと提供される。

[0048]一実施形態では、ＢＳ２００はキャリブレーションプロセッサ２８５も含む。キャリブレーションプロセッサ２８５は、コントローラ／プロセッサ２７０と制御情報を交換する。一実施形態では、キャリブレーションプロセッサ２８５は、キャリブレーション値を計算し、この値はダウンリンクチャネルの見積りを構築するためにコントローラ／プロセッサ２７０においてアップリンク（ＵＬ）チャネル見積りと共に使用してもよく、このダウンリンクチャネルの見積りは、プリコーディング用のＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ２２０へと提供される。一実施形態では、キャリブレーションプロセッサ２８５における処理は、キャリブレーションのシグナリングとデータ収集アスペクトとの両方並びに関連するキャリブレーション方法を含み、この方法は、収集されたデータに基づき、この及び場合によっては他のＢＳの伝送アンテナノードの任意の部分集合に関する過去の相対キャリブレーション値を含む、場合によっては追加のパラメータに基づく。

[0049]一実施形態では、ＢＳ２００はスケジューラ２１６も含む。スケジューラ２１６は、伝送プロセッサユニット２１５とスケジューリング情報を交換する。この情報に応じて、伝送プロセッサ２１５は、スケジューリングされたユーザのデータをデータ源２１０から要求する。スケジューラ２１６はまた、どのアップリンクチャネルの見積りがどのユーザに属するかの情報をチャネルプロセッサ２８０へと提供する。スケジューラ２１６は、図２のコントローラ等の１つ又は複数のコントローラにより提供される情報を処理する。１つ又は複数のコントローラにより提供される情報は、活動分画、様々なスケジューリング制約、再利用制約を含む。一実施形態では、異なるＢＳのスケジューラユニットは、各瞬間において見込みのある重複しない伝送を可能にするために互いに通信する。スケジューラ２１６は、リソース分配（割り当て）ユニット２７５から入力を得る。リソース分配ユニット２７５は、ＢＳ局所認可ポリシーユニット２９０からの入力として、現時点でＢＳに接続されているＵＴのリストと、場合によってはＵＴ特定サービス差別化とを示す情報を得る。今度は、リソース分配ユニット２７５は、ＢＳに接続された各ＵＴに提供される活動分画を決定する。一実施形態では、この決定は、ＢＳのオペレータが選択するフェアネス目的に応じて実行される。

[0050]一実施形態では、ＢＳにおいて局所認可ポリシーを決定する、ＢＳ局所認可ポリシーユニット２９０は本明細書中で開示される通りである。

システムモデル
[0051]次に、本明細書中で開示される負荷均衡化アーキテクチャ及び方法を詳細に説明する。一般性を失うことなく、本明細書中の焦点は、潜在的に極めて大きな地理的エリアに広がる、Ｋ個の単一アンテナＵＴに供給するＪ個のＢＳ／ＡＰ（本明細書中で用語ＢＳとＡＰとは同じ意味で用いられる）を含む以下のシナリオに当てられる。ＵＴ及びＢＳは、ＵＴ集合Ｋ＝｛１，２，…，Ｋ｝からのｋ、ＢＳ／ＡＰ集合Ｊ＝｛１，２，…，Ｊ｝内のｊで、指数ｋ及びｊによりそれぞれ指標付けされる。

[0052]ＢＳ_ｊはＭ_ｊ個のアンテナを有し、（ストリームごとに等しい電力を用いる）（セルラー）線形ゼロフォーストビームフォーミング（ＬＺＦＢ）を介して、サイズＳ_ｊのＵＴ集合に供給することを想定する。また、Ｓ_ｊ＜＜Ｍ_ｊであり、ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ概算を適用することを想定する。即ち、
・ＢＳ_ｊが（このＵＴを含む）Ｓ_ｊ個のＵＴの特定の集合に供給している場合のユーザの瞬間的なレートは、チャネル実現に関わらず（ほぼ）同じである。
・ＵＴがＳ_ｊ個のＵＴのグループ内でＢＳ_ｊにより供給される場合、ユーザの瞬間的なレートは、Ｓ_ｊの値にのみ効果的には基づき、他のＳ_ｊ−１個のＵＴのアイデンティティには基づかない。

[0053]一実施形態では、ＬＺＦＢＦを用い、Ｓ_ｊのグループのＢＳ_ｊにより供給される場合に、ＵＴ_ｋが得るピークレート（即ち、ＵＴが伝送のためにスケジューリングされる際に得るレート）は以下のようなものである。

ここでｇ_ｋ，ｊは、ＢＳ_ｊとＵＴ_ｋとの間の大規模な受信ＳＮＲ（例えば、リソースエレメントごとの熱雑音変動により分割される受信信号電力の比率）を表し、Ｐ_ｊはＢＳ_ｊからのリソースエレメントごとの伝送電力を表す。

[0054]表記Ｊ_ｋは、ＵＴ_ｋ（この集合内のエレメントは、例えばＵＴ_ｋに対して十分高度に大規模なＳＩＮＲを有するＢＳである）に供給できるＢＳの集合を表すために使用される。同様に、表記Ｋ_ｊは、ＢＳ_ｊ（この集合内のエレメントは、例えばＢＳ_ｊからの十分高度な大規模なＳＩＮＲを有するＵＴ）が供給できるＵＴの集合を表すために使用される。

負荷均衡化及び活動分画
[0055]参照のために、２０１３年１２月に出願の仮特許出願第６１／９１４３１９号のＤ． Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａらによる「相反性ベースのＭＩＭＯセルラー配備におけるスケジューリング、負荷均衡化、及びパイロット割振りのための方法並びに装置（Method and Apparatus for Scheduling, Load Balancing, and Pilot-Assignments in Reciprocity-Based MIMO Cellular Deployments）」及び２０１４年１２月３日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号（これ以降、Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ １とする）に開示された方法により解決される問題の簡単な説明を含む。

[0056]Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ １の方法は、全てのＢＳに亘って負荷均衡化最適化を実行する単一のコントローラを用いることにより、負荷均衡化ソリューションを提供する。ａ_ｋ，ｊは、これによりＬＺＦＢ伝送においてユーザｋがＢＳ_ｊにより供給される活動分画を表すとする。Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ １の方法により解決される問題を以下に挙げる。

[0057]Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ １の集中負荷均衡化コントローラにより解決される問題は、以下である。

[0058]（集中ａ）の関数Ｕは「フェアネス」の概念を捉える。一実施形態では、関数Ｕは、よく知られた技術のいくらかのα≧０に関するαフェアネス関数のクラスに由来する。より多くの情報は、ＩＥＥＥ／ＡＣＭネットワーク上のトランザクション（ＴｏＮ）、ｖｏｌ． ８、Ｎｏ． ５、ｐｐ． ５５６−５６７、２０００年、Ｊ．Ｍｏ及びＪ．Ｗａｌｒａｎｄの「フェアなエンドツーエンドのウィンドウベースの輻輳制御（Fair end-to-end window-based congestion control）」（これ以降「Ｍｏ」とする）を参照されたい。例えば、１に等しいαが選択されると、プロポーショナルフェアネスが取得される。また、α→∞の場合、（集中ａ）において最大化される目的の関数が提供される全てのユーザレートの中で最小となる、「ハードなフェアネス」基準が取得される。

[0059]一実施形態による制約は以下である。
・不等式の集合（集中ｂ）は、（全てのＢＳを通じた）各ＵＴの総活動分画が２以上になり得ないことを反映する（等式の結合の達成は、ユーザが全てのリソースエレメントにおいてＢＳのうちの１つにより供給されることを意味する）。
・（集中ｃ）の制約は、ＢＳ_ｊにより供給される全てのユーザの活動合計がＳ_ｊ、即ちＳ_ｊ回の利用可能な伝送リソース総計を超過し得ない（ＢＳ_ｊは一度にＳ_ｊに供給するため）という事実を反映する。
・（集中ｄ）の制約は、活動分画はゼロ以上でなければならないことを単に反映する。

[0060]なお、制約（集中ｂ）〜（集中ｄ）を満たす活動分画のいずれの集合について、セルラー伝送用にＵＴをスケジューリングするために（十分に多数のリソースブロックを通じた）スケジューリング割振りを取得することができ、これにより、各ｋ及びｊについて、ＢＳ_ｊによりスケジューリングされる約（１００×ａ_ｋ，ｊ）％のリソースブロックにおいて、ＵＴ_ｋがＢＳ_ｊにより伝送のためにスケジューリングされる。従って、このようなスケジューリングポリシーによって、ＢＳのネットワークによりＵＴ_ｋに対して提供されるレートは、以下により与えられる。

[0061]Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ １の処置は、各ＵＴが単一のＢＳにより接続及び供給される（及びいずれの所定のｋについて、単一の値ｊのみに関して、活動分画ａ_ｋ，ｊ＞０である）伝統的な場合を含むが、ＵＴが複数のＢＳにより部分的に供給され得る、即ち（各場合に別のリソースブロックで供給される）複数のＢＳから総レートの異なる分画を得ることがある、スケジューリング戦略の使用を許可する。更に、唯一のＵＴ−ＢＳ接続制約が実践的に魅力的でも、集合（集中ａ）〜（集中ｄ）により説明される部分的に供給されるＵＴを許可する緩和は、凸問題に対応している。また、集合（集中ａ）〜（集中ｄ）のソリューションは「分画的な接続」を指摘し得るが、http://ita.ucsd.edu/workshop/14/files/paper/paper_1660.pdfで入手可能なＢｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａらの「セルラーＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯのためのユーザ接続及び負荷均衡化（User Association and Load Balancing for Cellular Massive MIMO）」報告議事録、Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、ＩＴＡ ２０１４、サンディエゴ、カリフォルニア州（Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ ２）に示されるような点で、このようなソリューションは見込がある（実装可能である）が、各ＢＳに対するＵＴの活動分画が集合（集中ａ）〜（集中ｄ）のソリューションに準拠し、同じリソースブロック内の複数のＢＳによってＵＴがスケジューリングされないように、各ＵＴをスケジューリングするための決定スケジューリングルールが存在する。

[0062]一実施形態では、集合（集中ａ）〜（集中ｄ）により説明される問題を、既存の汎用凸オプティマイザ又は当該技術でよく知られた特定用途向けの方法により解決することができる。更なる情報については、例えばＢｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ ２を参照されたい。

[0063]本明細書中に開示された方法は、Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ ２で想定されたものとは異なる接続アーキテクチャに依りながら、集合（集中ａ）〜（集中ｄ）により説明される問題に対するソリューションも提供する。詳細には、ユーザ−ＢＳ接続及びリソース割り当てを実行するために、ネットワーク中継において全ての情報が利用可能なＢｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ ２の方法とは異なり、本明細書中で説明される方法は、ユーザベースの接続要求及びＢＳにおける局所認可制御ポリシーを介してユーザ−ＢＳ接続を実行する。

[0064]本質的に、ＵＴに供給する「最良の」ＢＳをＵＴに選ばせることは「利己的な」動作である。なお、しかしながら、各ＵＴがＵＴへ供給する最良のＢＳはどれだと考えるかに基づいて各ＵＴがその接続を選び、かつネットワークが全てのＵＴの要求を尊重する場合、得られる接続集合は、高度に準最適なものとなり得る。これは例えば、最良のピークレート（ＵＴがスケジューリングされた際に取得されるレート）に基づいて各ＵＴが供給セルを選択する場合にも当てはまる。実際、Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ ２で示されるように、このアプローチは、ＢＳに亘る負荷、即ち各ＢＳに接続されるＵＴの数に大きな変動をもたらし得る。ホットスポットにあるＵＴは従って、これらの場合、極めて少ない時間の分画を供給されるので、及びＵＴがスケジューリングされる各スケジューリングイベントにおいて高いレートを得ることができるが、ＵＴが受け取り得る全ては極めて低いレートであることを受ける。全ての近傍のＢＳの負荷をＵＴに対して周期的にブロードキャストする技術は、近傍のＢＳからＵＴが受けることができるネットレートのより正確な査定を各ＵＴが行うことを可能にすることができる。特に、ＵＴはＢＳブロードキャストにより提供される直近にブロードキャストされたＢＳ負荷を使用でき、（ＵＴ−ＢＳ大規模チャネル条件に基づいて）ＵＴがＢＳから受信できるのはＵＴのピークレートの見積りであり、これを使って所定のＢＳに約束されたネットレートを見積る。しかしながら、各ＵＴに最も高いネットレートを「約束する」ＢＳへの切り替えを許すことは、良好なネットワークワイドなシステムパフォーマンスに向かって収束する必要がない。Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ ２で示されるように、各ＵＴが確率的に最も高い約束されたレートのＢＳに接続を切り替えることを要求する場合、システムは時間経過ともに最適に近いパフォーマンスに到達することができる。特に、各瞬間にユーザがコインを投げ、コインが表で現れた場合はＵＴが最良のＢＳに切り替え、そうでなければ現時点の接続に留まることを想定する。Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ ２で示されるように「表」の確率が十分に小さい場合、システムは、この場合最適に近いものとして発生する均衡な「ナッシュ状態（Ｎａｓｈ ｓｔａｔｅ）」（全てのＵＴが切り替えなくてよい）へと収束することになる。なお、一実施形態では、このような「コイン投げ」は、選択を実装するために使用できるいずれのよく知られた仮の乱数発生処理の単なる類似物である。

[0065]Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ ２で含蓄されるＵＴセントリックな方法の限界は、ＵＴにその接続を決定させることに左右されることである。ＵＴは各サイクルにおいて好適なＢＳを決定し、確率的に切り替える要求をするのみである。しかしながら、確率的な切り替えは、個別のユーザにとっては最良の選択ではない。例えばユーザ１とラベル付けされたＵＴの決定を考え、全ての他のＵＴが低い確率で切り替えると想定する。ユーザ１も同じ低い確率で切り替え、共通の確率が十分に低い場合、システムは最終的に均衡及び最適に近いパフォーマンスに到達する。しかしながら問題は、ＵＴが確率的に切り替える場合よりも最適なＢＳにより速く到達する場合のように、ユーザ１は直ちに切り替えるという動機を有する点である。その結果、ＢＳがより高い約束されたレートを提案する場合、全てのＵＴは確率１（即ち直ちに）切り替えようとする。しかしながら、全てのＵＴがこのアプローチに追従する場合、システムは典型的には最適に近い均衡状態に収束しない。その代わりに、ＢＳ負荷は典型的には、ＵＴの大きな分画が１つの接続サイクルから次のサイクルで接続を変更し、１サイクルから次のサイクルで上下することになり、準最適かつ実際は極めて低いパフォーマンスをもたらす。

[0066]本明細書中に開示される方法は、各ＢＳにおいて認可制御機構を含み、この機構は、入ってくる及び適切な場合に最適に近いネットワークパフォーマンスを可能にすることができるＵＴの数を制御する。一実施形態では、ＢＳの認可制御機構は、最適に近いネットワークワイドなパフォーマンスへの収束のレートを最適化するような方法で、各サイクルで承諾される接続要求のレートも制御する。これは、ＵＴがシステム周辺を移動する及び／又はシステムに出入りするので、システムソリューションを常に適合する必要がある、実践的な配備の文脈で重要である。更に、本明細書中で説明される認可ポリシーは、差別化されたサービスを提供するために適切に拡張することができる。

[0067]図４は、接続及び再接続を取り扱うための工程の一実施形態に関するフロー図である。（回路、専用ロジック等の）ハードウェア、（汎用コンピュータシステム又は専用機械で実行されるような）ソフトウェア、又は両方の組み合わせで構成されてもよいロジックを処理することにより上記工程が実行される。

[0068]図４を参照すると、一実施形態では、各ＢＳは基準信号を周期的にブロードキャストする（処理ブロック４１０）。一実施形態では、基準信号はプリコーディングされている。これらの信号の受信時、ＵＴは、いずれの近傍のＢＳとＵＴとの間の大規模信号強度に関する情報を取得できる。

[0069]図４に示されるように、ネットワークは、システム内の（ＢＳ２００_ｊを含む）異なるＢＳの負荷を示す情報も周期的にブロードキャストする（処理ブロック４１５）。一実施形態では、ネットワークは、例えばいずれの所定のＢＳが同時に供給できるストリーム数、（アンテナ配列のサイズ及び形態の因子である）各ＢＳが提供することを期待できるビームフォーミングゲイン、並びにＢＳが共有するＵＴに亘って適用するフェアネス基準等の、しかしこれらに限定されない、他の情報もブロードキャストする。

[0070]これらのブロードキャストの受信時、（ＵＴ００１_ｋを含む）各ＵＴは、所定のＢＳにより伝送がスケジューリングされた場合にＵＴが受けることになるレートを予測する。更に、ＢＳ負荷及びＢＳが使用するフェアネス基準の知識を用いて、ＢＳが割り当てるとＵＴが期待するべきリソース分画をＵＴが予測し、今度は、近傍の各基地局により「約束される」ネットレートを予測することを可能にする（処理ブロック４２０）。（ＵＴ００１_ｋ等の）ＵＴが、近傍のＢＳのうちのいずれかが、現時点でＵＴに供給しているＢＳよりも高いネットスループットを約束すると予測すると（処理ブロック４２５）、ＵＴは、ＵＬ伝送を介して、より高いレートを予測するＢＳへの新規接続を要求する（処理ブロック４３０）。

[0071]（ＢＳ２００_ｊ等の）所定のＢＳへの切り替えを望むＵＴによる全ての切り替え要求の受信時、所定のＢＳは認可ポリシーを適用し（処理ブロック４４０）、この時、これらの要求の部分集合を承諾する。続いてＢＳは、コントローラ１００_ｑ等の適切なコントローラに対してこれらの要求を提供する（処理ブロック４６０）。（コントローラエンティティ１００_ｑを含む）各コントローラエンティティは、このような要求を近傍のＢＳから、取り扱っているＵＴの部分集合に関して収集し、ＵＴ−ＢＳ接続の変動を関連するＢＳに報告する（処理ブロック４７０）。その後、各ＢＳはリソースをＵＴに割振り、ＢＳ負荷を更新する（処理ブロック４８０）。その後、この負荷情報は、ネットワークからの新規ブロードキャストに使用され、これにより次のサイクルについてＢＳに関する更新された負荷情報の情報がＵＴに提供されることになる（処理ブロック４１５）。

[0072]実施形態の解説を簡潔にするために、一実施形態では、ネットワークがシステム内の全てのＵＴに関するデータを有する「完全バッファ（full buffer）」シナリオが想定される。一般性を失うことなく及び解説を容易にするために、一実施形態では、ＢＳごとに（平均的に）供給されるＵＴの数が、各ＢＳが各リソースブロック内で同時に供給できるＵＴの数よりかなり多い、十分に「加重された（loaded）」システムが想定される。（ユーザ−ＢＳ接続の品質を評価し、ネットワーク内の割り当てをスケジューリングするための）パフォーマンスのメトリックとして、（例えばＭｏの）αフェアネス関数のクラスから実用性メトリックをオペレータが選択し、特定のα値を選択することも想定される。Ｒ_ｋ，ｊは、伝送のためにＵＴがスケジューリングされた際にユーザｋがＢＳ_ｊから得るピークレートを表し、ｊ^＊がＵＴの現時点の供給ＢＳを表すとする。また、Ｋ_ｊはＢＳ_ｊにより現時点で供給されているＵＴの集合を表すとする。Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ ２で示されるように、ＢＳ_ｊ＊における最適化されたリソース割り当ては、（ＢＳ_ｊ＊により供給される）ユーザｋにスケジューリングリソースの分画

をもたらす。加重されたシナリオの関心では、上述の数が１より小さい。（加重されていない設定では、上述の等式が１より大きい数をもたらす場合、ＵＴはずっと供給される以上に供給されることはできないので、数は１に固定すべきである）。ユーザｋに関する「増分負荷」を

と同様の負荷と同定し、ＢＳ_ｊ＊の総負荷を

と同定すると、ユーザｋにＢＳ_ｊ＊が提供するリソース分画は

として表現でき、ユーザｋにＢＳ_ｊ＊が提供するネットレートは

として表現できる。

[0073]一実施形態では、３つの主要な構成要素が協働する。第１の構成要素は、（処理ブロック４１０及び４１５に示されるように）ネットワークブロードキャストを含む。ＢＳ_ｊは、ＢＳ負荷パラメータＬ_ｊを示す情報、ユーザ多重化ＢＳパラメータＳ_ｊを示す情報をブロードキャストする。一実施形態では、他のパラメータは、オペレータが使用するα値（フェアネス基準）、及びＢＳが提供できるビームフォーミングゲインを示す情報を含む。

[0074]第２の構成要素は、新規の好適なＵＴ−ＢＳ接続を決定するために各ＵＴにおいて使用される機構を含む。第１の構成要素においてネットワークブロードキャストによりＵＴが利用可能な情報に基づいて、ユーザｋは、近傍のＢＳ_ｊに接続を切り替えた場合にＵＴが受けるであろう増分負荷Ｉ_ｋ，ｊ、及びＢＳ_ｊにおいて対応する「予測される」新規負荷をＬ_ｊ＋Ｉ_ｋ，ｊとして演算し、従って各ＢＳ_ｊから次のサイクルで約束されるレートを

として演算する。

[0075]異なるＢＳからの予測されるネットレートの比較時に、ＵＴは、最も高い予測されるネットレート、即ち

をＵＴに提供できるＢＳの指数を決定する。上述のこの指数がユーザｋの現時点で供給しているＢＳの指数と異なる場合、即ち

がｊ^＊と異なる場合、ユーザｋは最も高いネットレートをユーザｋに約束するＢＳ、即ちＢＳ

への接続変更を要求する。

[0076]図５は新規の好適なＵＴ−ＢＳ接続を決定するための、（例えば、ユーザ端末００１_ｋの）ＵＴにおいて機構により実行される工程のフロー図である。（回路、専用ロジック等の）ハードウェア、（汎用コンピュータシステム又は専用機械で実行されるような）ソフトウェア、又は両方の組み合わせで構成されてもよいロジックを処理することにより上記工程が実行される。

[0077]図５を参照すると、ネットワークブロードキャストによりユーザ端末００１_ｋ（ＵＴ_ｋと呼ぶ）が利用可能な情報と、第１の構成要素（図４の処理ブロック４１０及び４１５）のネットワーク基準信号とに基づいて、ＵＴ_ｋは新規の好適な接続ＢＳを

として決定し、これをＢＳへと提供する。

[0078]図５で示す実施形態では、全ての近傍の（ＵＴ_ｋに対して近傍の）ＢＳは、１〜Ｊ_ｋまで再び指標付けされ、ＵＴ_ｋはＢＳのリストを一度に全て検討して

、即ち（ＵＴによりＵＴが利用可能な情報に基づいて予測されたように）ＵＴに最も高いネットスループットを提供できるＢＳを決定する。

[0079]図５を参照すると、現時点で確認されている基地局の指数ｊ、これまでに見つかった最良の基地局

、及びこれまでに予測される最良のレートｒ_ｂｅｓｔは、全て値０で初期化される（ユニット５２１）。続いて指数ｊ＝１から開始し、各ｊの指数値について、ＵＴはＢＳ_ｊからのＵＴ_ｋのピークレートの予測を取得し（処理ブロック５２５）、ＢＳ_ｊに対してＵＴ_ｋの増分負荷を演算し（処理ブロック５２６）、ＵＴがＢＳ_ｊから供給される場合に期待できるネットスループットの予測を取得する（処理ブロック５２７）。処理ブロック５２８で決定されるように、その値がこれまでに見つかった最良のネットスループットよりも大きい場合、ＵＴはこれまでの最良のスループットの値を置き換え、これまでに見つかった最良の指数をｊに更新する（処理ブロック５２９）。全ての基地局が確認されると（即ち処理ブロック５２３での比較が真（ｔｒｕｅ）の場合）、

の値は、入力として図４の処理ブロック４３０へと提供される。

[0080]なお、一実施形態では、ＵＴは、ＢＳ_ｊが供給することが期待される伝送リソースの分画によってＢＳ_ｊからの予測されたピークレートを多重化することにより、ＢＳ_ｊからのネットスループットを予測する。一実施形態では、このリソース分画は、（処理ブロック５２６で演算された）ＵＴがＢＳ_ｊに対して生じさせる増分負荷、（処理ブロック５２４により取得される）ＢＳ_ｊの負荷、及び各スケジューリングインスタンスにおいてＢＳ_ｊにより同時に供給されるＵＴの数を介して、容易に演算される。一実施形態では、ＵＴ_ｋに提供されるピークレートは、伝送時のＵＴとＢＳとの間の大規模なＳＩＮＲを見積ることにより取得される。一実施形態では、この大規模なＳＩＮＲは、信号ターム対雑音プラス干渉タームの比率として取得される。一実施形態では、（処理ブロック４１０により伝送された基準信号の電力を見積ることにより予測された）ＢＳ_ｊからＵＴ_ｋへの大規模な受信信号電力見積りを多重化することにより、ＢＳが提供することになるビームフォーミングゲインと共に信号タームは取得される。一実施形態では、ビームフォーミングゲインをネットワークにより明確にブロードキャストしてもよい。或いは、ビームフォーミングゲインを示す情報をブロードキャストするか又は（例えばＢＳ_ｊのアンテナの数及び潜在的なアンテナ設計パラメータを）知らせてもよく、これにより期待されるビームフォーミングゲインをＵＴが局所的に推測可能にできる。干渉電力タームは、（処理ブロック４１０によりブロードキャストされる、尊重されるＢＳからの基準信号の電力を見積ることにより予測されたような）全ての他の近傍のＢＳからのＵＴ_ｋにおける大規模な受信信号電力の合計に対応する。

[0081]第３の構成要素は、各ＢＳにおける認可制御機構である。一実施形態では、所定のＢＳにおいて、認可を要求する各ＵＴについて認可制御プロセッサは「コインを投げ」（例えば、仮の乱数発生処理を用いて選択し）、このＵＴをＢＳの供給集合に認可するかどうかを決定する。全てのＢＳが「表」の同じ確率を使用する場合、続いてこのシナリオは、より高い約束されたネットレートを有するＢＳへの切り替えを要求するかどうかを決定するために全てのＵＴが「表」の同じ確率を有する（及び、要求が承諾されると想定される）、Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ ２のアプローチと同じネット効果を有する。その結果、（ＵＴを認可するのに対応して）全てのＢＳが使用する「表」の同じ確率が十分に小さい場合、システムは、最適に近い負荷均衡化に対応する（全てのＵＴが満たされ、切り替えを望まない）均衡な「ナッシュ状態」へと収束することになる。別の実施形態では、認可制御プロセッサは、ユーザトラフィック、品質及びサービス要求等に基づいて決定を行う。

[0082]図６は、ユーザのＢＳ接続をＢＳ２００_ｊに切り替えるためのユーザの要求を認可するための工程の一実施形態のフロー図である。（回路、専用ロジック等の）ハードウェア、（汎用コンピュータシステム又は専用機械で実行されるような）ソフトウェア、ファームウェア、又はこれら３つの組み合わせで構成されてもよいロジックを処理することにより上記工程が実行される。

[0083]図６を参照すると、処理ユニット４４０は、所定のＢＳへの接続を要求しているＵＴのＩＤを入力とし、接続許可が承諾されることを望むユーザＩＤのリストを出力とする。この工程は、ＵＴが１〜Ｎまで順序付けされるように、ＵＴに再び指標付けするロジックを処理することにより開始する（処理ブロック６４１）。一実施形態では、ＵＴのグループは、前の負荷均衡化サイクルにおいてＢＳに接続されたＵＴの数を含む。

[0084]次に、処理ロジックは、ＵＴの指数をｎからゼロへと初期化し、ＵＴ認可リストを空にする（処理ブロック６４２）。続いて、処理ロジックは、ＵＴの指数ｎを１ずつ増加させ（処理ブロック６４３）、ＵＴの指数ｎが接続を要求しているＵＴの数Ｎを超える場合に試験する（処理ブロック６４４）。ＵＴの指数ｎが接続を要求しているＵＴの数Ｎを超えない場合、処理は、処理ロジックが「コインを投げて」ＵＴ認可リストへと追加されるべき特定のＵＴを決定する、処理ブロック６４５へと移る。裏の場合、処理は、次のＵＴについて工程が反復される処理ブロック６４３へと移る。表の場合、処理は、処理ロジックが指数ｎのＵＴをＵＴ認可リストへと追加する処理ブロック６４６へと移り、続いて次のＵＴについて工程が反復される処理ブロック６４３へと移る。ＵＴの指数ｎが、処理ブロック６４４において接続を要求しているＵＴの数Ｎを超える場合、続いて処理ロジックはＵＴ認可リスト中のＵＴに対して新規接続を要求する。

[0085]なお、一実施形態では、認可確率πのための全ての選択が、局所的な最適パフォーマンス又は収束をももたらすことになるとは限らない。例えば、ネットワークに亘って共通π値を用いる静的ＨｅｔＮｅｔ Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯネットワークを考える。シミュレーションは、十分に小さいπ値が最適に近いネットワークワイドなパフォーマンスへの収束を最終的にもたらすこと、及びより小さいπ値はより遅い収束をもたらすことを示唆する。しかしながら、大きなπ値の使用は、最適からは程遠い不安定な振動する挙動をもたらす。一実施形態では、収束を得るために十分小さく、ネットワークトラフィックの変動への迅速な適合に耐えるために十分大きいπ値が選択される。

[0086]一実施形態では、認可確率πは、収束の保証と迅速な適合との間の均衡をとるために、各ＢＳにおいて局所的に適合される。一実施形態では、π値の更新において、ＢＳのプロセッサは、現時点の及び直近の負荷均衡化サイクルにおける基地局の負荷レベル、現時点の及び過去の負荷均衡化サイクルにおける新規接続に関して受信した要求の数、過去の負荷均衡化サイクルで承諾された新規接続要求の数、並びに過去の負荷均衡化サイクルにおいて現時点のＢＳから新規のＢＳへと接続を切り替えたＵＴの数を含む、追加の入力を得る。一実施形態では、負荷情報は、異なるクラスのサービスに関する負荷を示す情報を含む、ベクトルであってもよい。

[0087]一実施形態では、図１及び図２の例で示されるように、ＢＳ出力は、１つ又は複数のコントローラエンティティに利用可能とされる。一実施形態では、各コントローラエンティティは、異なるＢＳへのＵＴ接続切り替えが承諾されることを保証する。一実施形態では、ユーザが（例えば同じ周波数バンドの異なるリソースブロックの）複数のＢＳに接続することを許可される複数のバンド及び／若しくは差別化サービスを通じた、又は（例えばキャリアアグリゲーションの）異なるバンドを通じた操作を含み、コントローラエンティティは、複数のＢＳ又は複数のバンドにより共同してユーザが正しく供給されることを保証する。この場合、一実施形態では、コントローラは、オペレータのフェアネスの意向に基づいてＵＴ接続要求の部分集合を選択的に尊重する。例えば、ＵＴの観点からは、モデムが許可できるような多数の異なるバンドからサービスを受けることが有益である。このようなサービスを複数のバンドから同時に取得することは、キャリアアグリゲーションと呼ばれることがある。キャリアアグリゲーションの利益は全ての単一のＵＴから、ネットワークの観点から望ましいが、ＵＴが単一のバンドのみで動作することを許可するのが望ましいであろう。コントローラは、キャリアアグリゲーションがネットワークにより正しく対処されることを保証できる。

[0088]第１の構成要素の一実施形態では、ＢＳ負荷情報はマクロティアによりブロードキャストされる。一実施形態では、ＢＳ負荷情報はスモールセルにより局所的にブロードキャストされる。実際、局所単一周波数ネットワークコンセプトは、ブロードキャスト信号に対してマクロダイバーシティを提供できるスモールセルにより局所的に適用され得る。第２の構成要素の一実施形態では、ＵＴは、先行のネットワークブロードキャストから並びにＵＴが接続のために行った先行の要求から取得された情報を使用することもできる。

[0089]図７は、２以上のアンテナを有するユーザ端末の一実施形態のブロック図である。一実施形態では、一般性のために、ＵＴは単一のアンテナを有する。一実施形態では、ＵＴはＭＩＭＯケーパビリティを有するが、これは必要条件ではない。図７を参照すると、ＵＴ７００は、例えば基地局からダウンリンク信号を受信して受信した信号を復調器（ＤＥＭＯＤ）７５４ａ〜７５４ｒにそれぞれ提供するアンテナ７５２ａ〜７５２ｒを含む、無線伝送用の標準モジュールを含む。一実施形態では、各復調器７５４は、受信した信号を調節して（例えば、フィルタリングして、増幅させて、ダウンコンバートして、デジタル化して）、入力サンプルを取得する。一実施形態では、各復調器７５４は、（例えばＯＦＤＭ等に関して）入力サンプルを更に処理して受信済みシンボルを取得する。ＭＩＭＯ検知器７５６は、全てのＲ個の復調器７５４ａ〜７５４ｒから受信済みシンボルを取得し、適用可能な場合は受信済みシンボルに対してＭＩＭＯ検知を実行して検知済みシンボルを提供する。受信プロセッサ７５８は、検知済みシンボルを処理し（例えば、復調して復号し）、ＵＴに関する復号済みデータをデータシンク７６０に提供し、復号済み制御情報及びシステム情報をコントローラ／プロセッサ７８０に提供する。ＵＴのアップリンクにおいて、伝送プロセッサ７６４は、データ源７６２からのデータとＢＳのコントローラ／プロセッサ（図３のユニット２７０）からの制御情報とを受信してこれらを処理する。一実施形態では、プロセッサ７６４は、１つ又は複数の基準信号に関して基準シンボルも生成する。

[0090]一実施形態では、ＵＴ７００は、ＢＳにより送信された基準信号を処理するためのチャネルプロセッサブロックも有する。処理済み信号を、図７の予測及びＢＳ選択プロセッサ７７０へと提供する。

[0091]一実施形態では、予測及びＢＳ選択プロセッサ７７０は、本明細書中で開示されるように、スループット予測及びＢＳ選択並びに接続要求を行う。一実施形態では、予測及びＢＳ選択プロセッサ７７０は、負荷を示す情報に基づいて１つの基地局からのネットスループットを予測し、予測されたネットスループットが現時点で接続されている基地局から供給されるネットスループットを超えるかどうかを決定する。一実施形態では、予測及びＢＳ選択プロセッサ７７０は、第１の基地局がユーザ端末に割り当てる伝送リソースを予測することにより、１つの基地局からのネットスループットを予測する。一実施形態では、上記１つの基地局がユーザ端末に割り当てようとしている伝送リソースに関する情報は、上記１つの基地局に関連するかつユーザ端末に受信される上記負荷情報と、接続要求を承諾する際に上記基地局において採用されるフェアネス基準から取得される。

[0092]一実施形態では、予測及びＢＳ選択プロセッサ７７０は、ユーザ端末が少なくとも１回のスケジューリングイベントの間に１つの基地局から受けることを期待するレートを予測することにより、１つの基地局からのネットスループットを予測する。一実施形態では、予測及びＢＳ選択プロセッサ７７０は、１つの基地局によりブロードキャストされる少なくとも２つの異なるようにプリコーディングされた基準信号の受信に基づいて、ユーザ端末が少なくとも１回のスケジューリングイベントの間に１つの基地局から受けることになるレートを予測する。

[0093]ＵＴ７００は、トランスミッタ（例えば伝送プロセッサ、伝送ＭＩＭＯプロセッサ、変調器及びアンテナ）を使用し、予測及びＢＳ選択プロセッサ７７０が、ＵＴが現時点で接続されている基地局よりも多くのスループットをＵＴに提供することになる基地局として選択した基地局との接続を要求するための接続要求を伝送する。

ＵＴが高周波数のピークレートを見積ることができるようにする基準シグナリング
[0094]Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ １で開示される集中負荷均衡化方法と、従来使用されるＢＳにユーザを割振るためのＳＩＮＲベースの方式との間の１つの違いは、ＵＴ−ＢＳ接続を決定する含蓄された機構である。このような接続がユーザセントリックである（ＵＴにより決定される）、ＳＩＮＲベースの方式（並びに文献中で提案されるいくつかの他の負荷均衡化方式）とは異なり、Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａ １の集中負荷均衡化方法は、ネットワークセントリックな接続の使用を提案する、即ちＵＴ−ＢＳ接続がネットワークにより決定されることを意味する。一実施形態では、ＢＳがブロードキャストする制御信号に基づいて接続を要求するＵＴに依る、本明細書中に開示されるようなＢＳ−ＵＴ接続方法を有するという要望も存在する。実際、従来のユーザセントリックな方式は、ＢＳがブロードキャストするビーコンに基づいた接続に依る。ｍａｓｓｉｖｅアレイスモールセルが可能なより高い周波数において、より厳しいパスロス減衰は、ビーコンのブロードキャストの範囲を厳しく制限する。なお、これは、スモールセルにより伝送されるデータは、特定のユーザチャネルに適合された、従ってｍａｓｓｉｖｅアレイから極めて大きなビームフォーミングゲインから利益を得るビームで伝送されるので適用しない。ブロードキャストされた信号の範囲を、それぞれが異なるビーム方向にプリコーディングされている、異なるように「プリコーディングされた」多数の基準信号を（時間及び周波数を通じて）各ＢＳに伝送させることにより、（伝送リソースを代償に）拡張できる。各ＵＴにおいてプリコーディングされたこれらの信号のそれぞれの受信された信号強度を監視することにより、ＵＴは、最も高い信号電力で受信された１つ又は少数の基準信号（及び十分な高電力における各基準信号）を、ＢＳに接続を要求するために使用する。その結果、ＢＳが伝送する制御信号の効果的な範囲は、本明細書中に開示される接続方法をシグナリングオーバヘッドの代償で実行可能とするような程度に改善できる。

[0095]一実施形態を代表する接続のこのような一例では、ユーザは受信された信号レベルを１つ又は複数のプリコーディングされたビームに対して監視し、これを用いてＵＴが受けることになるピークレート、即ちユーザがＢＳに供給される場合にユーザが受けるであろうレート（例えばリソースエレメントごとのビット数）を予測する。ネットワークがブロードキャストする所定のＢＳの負荷を示す信号の監視に基づいて、ＵＴは、ＵＴに割り当てられることになるリソース分画を予測する。ＵＴはこの演算を、ＵＴに供給中のＢＳとは異なる少なくとも１つのＢＳに関して実行し、異なるＢＳへのＵＴ接続の切り替えがＵＴにとって有益かどうかを決定する。別のＢＳへの切り替えが好適であるとＵＴが決定すると、続いてＵＴは切り替えの要求及び好適なＢＳのアイデンティティを示す情報を（アップリンクで）ブロードキャストする。一実施形態では、各ＢＳは、要求の分画が尊重されるようにする。代替的な実施形態では、コントローラエンティティにより又はこれと併せて認可制御が実行される。

[0096]本発明の実施形態は、以前のスケジューリング及び負荷均衡化アプローチに対して、以下の利点のうちの１つ又は複数を有する。
１）実施形態は、ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ配備を用いたマルチティア無線ネットワークに亘る、堅牢かつ実践的な負荷均衡化を可能とする。
２）既存の配備と同じように、本明細書中で説明される機構は、ユーザ端末がユーザセントリックな（従って利己的な）基準に基づいて新規接続を要求すること、及びＢＳがこのような要求を選択的に承諾することを可能にする。一実施形態では、機構は基地局間の相互作用及び基地局とユーザ端末との間の相互作用を使用し、効率的なネットワークワイドなパフォーマンスをもたらす。
３）静的なシナリオでは、本明細書中で説明されるアルゴリズムは、最適に近い負荷均衡化、即ち最適に近いネットワークワイドなパフォーマンスに反復で到達する。ユーザ移動性及びユーザトラフィック要求の時空変動を伴う実践で遭遇するシナリオにおいて、開示された実施形態は、効果的な負荷均衡化適合のためのオンライン機構を提供する。
４）提示された技術は、ネットワークサイズに関して、容易に拡張可能であり、各ＢＳにおけるフレキシブルなスケジューリングを可能とし、これによりネットワークワイドなフェアなリソース割り当てをもたらす。
５）実施形態は、無線ネットワークに亘る適応的な負荷均衡化及びリソース割り当てを可能とする。
６）実施形態は、異なるティア、バンド、又は更にＢＳを通じた異なるフェアネス基準の使用を可能とし、これにより異なるベンダ製品間の相互運用を可能とする。本明細書中で説明される機構は、インフラリソース（例えばＯＰＥＸ）の使用の費用を考慮して容易に修正することもできる。
７）ＢＳに亘る異なるユーザに対するフェアなリソース割り当て、並びにサービス差別化を可能にできる機構も開示される。

[0097]１つ又は複数の実施形態により解決される問題は以下を含む。
１）ユーザセントリックな接続決定及び要求を使用することによる、拡張可能かつ堅牢なオンラインのユーザ−ＢＳ接続及び負荷均衡化、並びにネットワーク認可制御。
２）ＢＳからの負荷ブロードキャストを考慮した、各ユーザ端末において好適な接続ＢＳを選択するための機構、及び関連する負荷ブロードキャスト実施形態。

[0098]前述の説明を読むと、本発明の多数の代替及び修正が疑いなく当業者には明らかになるであろうが、例として示した及び説明したいずれの特定の実施形態は、制限と考えられることを全く意図していないことを理解されたい。従って、様々な実施形態の詳細な言及は、本発明の本質と考えられる特徴のみを述べる特許請求の範囲を制限することを意図したものではない。

１・２…コントローラ、１０１・１０２…エリア、２００…ＢＳ、２１０…データ源、２１５…伝送プロセッサ、２１６…スケジューラ、２７０…コントローラ／プロセッサ、２２０…伝送（ＴＸ）ＭＩＭＯプロセッサ、２３０ａ〜２３０ｔ…変調器・復調器、２３５ａ〜２３５ｔ…アンテナ、２４０…ＭＩＭＯ検知器、２４５…受信プロセッサ、２５０…データシンク、２７０…コントローラ／プロセッサ、２７５…リソース分配ユニット、２８０…チャネルプロセッサ、２８５…キャリブレーションプロセッサ、２９０…ＢＳ局所認可ポリシーユニット、７００…ＵＴ、７５２ａ〜７５２ｒ…アンテナ、７５４ａ〜７５４ｒ…復調器、７５６…ＭＩＭＯ検知器、７５８…受信プロセッサ、７６０…データシンク、７６２…データ源、７６４…伝送プロセッサ、７７０…予測及びＢＳ選択プロセッサ、７８０…コントローラ／プロセッサ。

Claims (18)

1. 無線ネットワークにおいて基地局がユーザ端末に接続するための方法であって、
   前記無線ネットワーク内の第１の基地局により、前記第１の基地局の負荷を示す情報をブロードキャストするステップと、
   前記負荷を示す前記情報に基づいた、前記ユーザ端末による前記第１の基地局からのネットスループットの予測に応じて、前記ユーザ端末から前記第１の基地局との接続のための接続要求を受信するステップであって、前記ネットスループットは前記ユーザ端末が現時点で接続されている第２の基地局からのネットスループットよりも大きい、受信するステップと、
   複数のユーザ端末からの要求の一部（fraction）のみを選択的に許可するための接続処理を実行しながら、前記接続要求を受け入れるかどうかを決定するステップと、
   を含み、
   前記第１の基地局に対する過去の再接続要求と、１つ又は複数の他のユーザ端末が前記第１の基地局に接続されていた場合、前記１つ又は複数の他のユーザ端末による前記無線ネットワーク内の他の基地局に対する過去の再接続要求と、を示す情報を使用することにより、前記一部を時間経過と共に変化させる、
   方法。
2. 各再接続サイクルにおいて、ユーザ端末接続要求の前記一部を認可するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記無線ネットワーク内のコントローラによる前記ユーザ端末との接続が承諾されたという前記第１の基地局へのシグナリングに応じて、前記ユーザ端末にリソースを割振るステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の基地局と前記ユーザ端末との間の接続が行われてもよいことを示す、前記無線ネットワーク内のコントローラからのシグナリングを受信するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１の基地局及び前記無線ネットワーク内の１つ又は複数の他の基地局からの負荷情報に基づいた、前記第１の基地局と前記ユーザ端末との間の前記接続の前記コントローラによる許可に応じて、前記シグナリングが発生する、請求項４に記載の方法。
6. 前記接続要求を受信するステップが、前記ユーザ端末が現時点で接続されている第２の基地局及び前記ユーザ端末が接続され得る１つ又は複数の他の基地局からのネットスループットよりも大きい前記第１の基地局からのネットスループットの前記ユーザ端末による予測に応じている、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１の基地局から前記第２の基地局への前記ユーザ端末の接続切り替えのために１つ又は複数のコントローラを使用するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
8. 無線ネットワーク内で使用するための基地局であって、
   前記基地局の負荷を示す情報をブロードキャストするよう動作可能なトランスミッタと、
   前記負荷を示す前記情報に基づいた、ユーザ端末による第１の基地局からのネットスループットの予測に応じて、前記ユーザ端末から前記第１の基地局との接続のための接続要求を受信するよう動作可能な受信機であって、前記ネットスループットは前記ユーザ端末が現時点で接続されている第２の基地局からのネットスループットよりも大きい、受信機と、
   前記受信機に連結され、複数のユーザ端末からの要求の一部（fraction）のみを選択的に許可するための接続処理を実行しながら、前記接続要求を受け入れるかどうかを決定するよう動作可能な、認可ポリシーユニットと、
   を備え、
   前記第１の基地局に対する過去の再接続要求と、１つ又は複数の他のユーザ端末が前記第１の基地局に接続されていた場合、前記１つ又は複数の他のユーザ端末による前記無線ネットワーク内の他の基地局に対する過去の再接続要求と、を示す情報を使用することにより、前記一部を時間経過と共に変化させる、
   基地局。
9. 認可ポリシーユニットが、各再接続サイクルにおいてＵＴ接続要求の前記一部を認可するよう動作可能である、請求項８に記載の基地局。
10. 前記基地局が、前記無線ネットワーク内のコントローラによる前記ユーザ端末との接続が承諾されたという前記第１の基地局へのシグナリングに応じて、前記ユーザ端末にリソースを割振るよう動作可能なリソース分配ユニットを更に備える、請求項８に記載の基地局。
11. 第１の基地局及び第２の基地局を含む複数の基地局であって、前記第１の基地局及び前記第２の基地局が自らの負荷を示す情報をブロードキャストする、複数の基地局と、
    第１のユーザ端末を含む複数のユーザ端末であって、前記第１のユーザ端末は、前記第１の基地局の前記負荷を示す前記情報を受信し、前記負荷を示す前記情報に基づいて前記第１の基地局からのネットスループットを予測するよう動作可能であり、前記予測されたネットスループットが前記第１のユーザ端末が現時点で接続されている前記第２の基地局からのネットスループットよりも大きいことを決定し、前記第１の基地局との接続を要求する接続要求を伝送するよう動作可能である、複数のユーザ端末と、
    を備える無線通信システムであって、更に、
    前記第１の基地局は、前記第１のユーザ端末からの接続要求を受信し、複数のユーザ端末からの要求の一部（fraction）のみを選択的に許可するための接続処理を実行しながら前記接続要求を受けるかどうかを決定するよう動作可能であり、
    前記第１の基地局に対する過去の再接続要求と、１つ又は複数の他のユーザ端末が前記第１の基地局に接続されていた場合、前記１つ又は複数の他のユーザ端末による無線ネットワーク内の他の基地局に対する過去の再接続要求と、を示す情報を使用することにより、前記一部を時間経過と共に変化させる、
    無線通信システム。
12. 前記第１の基地局は、各再接続サイクルにおいてユーザ端末接続要求の前記一部を認可するよう動作可能である認可ポリシーユニットを備える、請求項１１に記載の無線通信システム。
13. 前記基地局は、無線ネットワーク内のコントローラによる前記第１のユーザ端末との接続が承諾されたという前記第１の基地局へのシグナリングに応じて、前記第１のユーザ端末にリソースを割振るよう動作可能なリソース分配ユニットを更に備える、請求項１１に記載の無線通信システム。
14. 前記第１のユーザ端末が、前記第１の基地局が前記ユーザ端末に割り当てることになる伝送リソースを予測することにより、前記第１の基地局からのネットスループットを予測するよう動作可能なプロセッサを備える、請求項１１に記載の無線通信システム。
15. 前記第１のユーザ端末が、前記ユーザ端末が少なくとも１回のスケジューリングイベントの間に前記第１の基地局から受けることになるレートを予測することにより、前記第１の基地局からのネットスループットを予測するよう動作可能なプロセッサを備える、請求項１１に記載の無線通信システム。
16. 前記プロセッサが、前記第１の基地局によりブロードキャストされる少なくとも２つの異なるようにプリコーディングされた基準信号の受信に基づいて、前記ユーザ端末が少なくとも１回のスケジューリングイベントの間に前記第１の基地局から受けることになる前記レートを予測する、請求項１５に記載の無線通信システム。
17. 前記複数の基地局のうちの１つから別の基地局へのユーザ端末の接続切り替えを可能にするための少なくとも１つのコントローラを更に備える、請求項１１に記載の無線通信システム。
18. コントローラが、それぞれの基地局の負荷を示す情報を組み合わせることにより、基地局及びバンドに対する、前記複数のユーザ端末のうちのユーザ端末の再接続を選択的に許可する、請求項１１に記載の無線通信システム。

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