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
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Description
[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λk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λk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。
[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。
[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。
[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。
[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。
・BSjが(このUTを含む)Sj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Sj個のUTのグループ内でBSjにより供給される場合、ユーザの瞬間的なレートは、Sjの値にのみ効果的には基づき、他のSj−1個のUTのアイデンティティには基づかない。
ここでgk,jは、BSjとUTk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、PjはBSjからのリソースエレメントごとの伝送電力を表す。
[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。
・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、BSjにより供給される全てのユーザの活動合計がSj、即ちSj回の利用可能な伝送リソース総計を超過し得ない(BSjは一度にSj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。
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、BSj*の総負荷を
と同定すると、ユーザkにBSj*が提供するリソース分画は
として表現でき、ユーザkにBSj*が提供するネットレートは
として表現できる。
として演算する。
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。
として決定し、これをBSへと提供する。
、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。
、及びこれまでに予測される最良のレートrbest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BSjからのUTkのピークレートの予測を取得し(処理ブロック525)、BSjに対してUTkの増分負荷を演算し(処理ブロック526)、UTがBSj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。
[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。
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。
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。
Claims (18)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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