JP5169689B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステップ関数を用いたＦＦＲ（fractional frequency reuse）制御機構を有する通信装置に関する。

近年、無線通信の高速化が図られており、周波数スペクトルは、効率的に使用されるべき、非常に限定されたリソースとなるにつれて、周波数スペクトル帯単位の単価も高くなってきている。最近の、１ｘＥＶ−ＤＯ、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ、ＬＴＥのような規格においては、周波数リユースが課題となっている。

図１１は、周波数リユースの様々な形態を説明する図である。
図１１（ａ）に記載された周波数リユースは、リユースファクタが１の周波数リユースであり、全てのセルのセクタが同一の周波数Ｆを使用するものであり、セル内の全てのセクタとネットワーク内の全てのセルが同じ周波数帯で動作したとき、高いセルスループットを達成する。しかし、このリユース方法は、セルエッジのユーザが隣接セルからの干渉により、劣化した信号を受ける可能性があることを示している。

セルエッジのユーザをよりよくカバーするために、図１１（ｂ）に示されるように、リユースファクタが１／３（１つのセルが３種類の周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を使い、各セクタは、１つの周波数を使用する）で、周波数プランニング（周波数の配置を設計時に考慮すること）を備えた、部分的周波数リユースに限定することも可能である。図１１（ｃ）では、周波数プランニングを用いていない（周波数の配置を設計時に考慮していない）場合を示している。中間の方法としては、周波数リユース２／３が、図１１（ｄ）に示されるように、使用することが出来る。この周波数リユース方法は、１つのセクタが、３つある周波数帯の内２つずつ（Ｆ１２、Ｆ２３、Ｆ１３）を利用するというものである。

図１２に、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅの仮定を用いた、各周波数リユースの性能比較を示す。
図１２において、横軸は、長時間平均のＳＮＲを示し、縦軸は、ＣＤＦ（Cumulative Distribution Function）であり、累積的な各ＳＮＲの発生割合を示す。

結果として、フル周波数リユース（リユース、１）と、周波数プランニングを伴った１／３周波数リユース（リユース、Ｆ１／３）は、１０ｄＢのゲインを得、２／３周波数リユース（リユース、Ｆ２／３）は、３ｄＢのゲインを得る。以上のゲインは、ＳＮＲのゲインに、周波数利用率、すなわち、リユース、１ならば、１、リユース、Ｆ（Ｒ）１／３ならば、１／３、リユース、Ｆ２／３ならば、２／３をかけたものである。

従来の周波数リユース方法とは別に、いくつかの部分的周波数リユース（ＦＦＲ）方法が、規格で提案されている。
適用ＦＦＲ（非特許文献１）としての一つの提案は、サブキャリアの異なったグループに対して、制限した、あるいは、制限していない送信パワーレベルを用いることであり、セルエッジユーザに制限されていないサブキャリアの組を割り当てることにより、大きなカバレッジゲインを得るものである。この方法では、予め定められたパターンが用いられ、ハイレイヤシグナリング制御チャネルを介して、隣接セル間で、この予め定められたパターンを通知しあうようにするものである。

他の方法（非特許文献２、３）は、ハイレイヤシグナリング制御チャネルによって構成されるサブキャリアを予約することによる干渉制御に対して、同様に考慮を行なうものである。干渉制御の利点は、ユーザの最近接のセル状態に依存した好適周波数をユーザに割り当てることによって得られる。

例示した干渉制御ＦＦＲスキームでは、一般に、高レイヤ制御チャネルが、送信パワーパターンあるいは、予約サブキャリアを示すために必要とされる。したがって、そのような制御チャネルがないシステムでは、使えない。
3GPP TSG-RAN1 WG1 #49, R1-072376, "Further Discussion on Adaptive Fractional Frequency Reuse", Kobe, Japan, May 7-11, 2007. 3GPP TSG-RAN1 WG1 #49, R1-072411, "Voice over IP resource allocation benefiting from Interference Coordination", Kobe, Japan, May 7-11, 2007. 3GPP TSG-RAN1 WG1 #50, R1-07-3604, "Semi-Static Interference Coordination Method", Athens, Greece, August 20-24, 2007..

本通信装置の課題は、部分的周波数リユース（ＦＦＲ）において、基地局からの送信パワーの制御をすることのできる通信装置を提供することである。

本通信装置は、ユーザ端末と無線通信する無線通信システムにおける、ダウンリンクの送信パワー制御方法を実行する、部分的周波数リユース方式を用いた通信装置において、ステップ関数を決定するステップ関数決定手段と、該ステップ関数に従ったパワープロファイルを周波数方向に持つ信号を送信する送信手段とを備える。

本通信装置によれば、部分的周波数リユース（ＦＦＲ）において、基地局からの送信パワーの制御をすることのできる通信装置を提供することができる。

本実施形態では、ステップ関数に基づいた、基地局からのダウンリンクのパワー制御（より正確には、パワースペクトル密度（ＰＳＤ））を実現する。このスキームでは、全帯域に渡ったダウンリンク（ＤＬ）の送信ＰＳＤの分布は、隣接セルから自律的に学習された干渉レベルに基づいたステップ関数のスロープや、切片を制御することにより、調整される。更に、スケジューラは、大きな送信ＰＳＤが分布しているサブキャリアにセルエッジのユーザ装置（ＵＥ）を割り当てるという役割を果たし、一方で、セルの中心のＵＥには、小さな送信ＰＳＤが分布されたサブキャリアが割り当てられる。このスキームを利用する利点は、
・ステップ数が３である場合に、殆どのＦＦＲスキームを一般化したものとなる。
・他のＦＦＲを用いた干渉制御方法のように、本方法は、大きなユーザカバレッジゲインを得る。
・制御チャネルを割り当てる必要が無く、ＦＦＲ動作は、完全に実装の問題となる。

本実施形態では、セルエッジのユーザカバレッジを改善する。ハイレイヤの制御チャネルを用いないようにすることもできる。
本実施形態は、新しいＦＦＲ干渉制御スキームは、ステップ関数に基づいたパワー制御（パワースペクトル密度（ＰＳＤ）制御）に基づいている。

本実施形態では、全帯域に渡ったダウンリンク（ＤＬ）の送信ＰＳＤの分布は、隣接セルから自律的に学習された干渉レベルに基づいたステップ関数のスロープや、切片を制御することにより、調整される。更に、スケジューラは、大きな送信ＰＳＤが分布しているサブキャリアにセルエッジのユーザ装置（ＵＥ）を割り当てるという重要な役割を果たし、一方で、セルの中心のＵＥには、小さな送信ＰＳＤが分布されたサブキャリアが割り当てられる。

ステップ関数の構成
ｘのステップ関数は、ｘ以下の最大の整数である。フロア関数は、様々な方法で記載されるが、一般には、特別な括弧
で示される。たとえば、
である。

本実施形態では、ＦＦＲ干渉制御のための変形ステップ関数は、
のように示されるステップ関数を用いて構成される。

本実施形態では、ステップ関数を制御するいくつかのパラメータが存在する。それらは、α、β、Δ、Ｍ、Ｗ、Ｎであり、それぞれ、傾き、切片、周波数のステップ幅、関数のブレークポイント（関数の折れ曲がりの点）、周波数領域（あるいは、帯域）及び、領域内のステップ数である。

図１は、ＦＦＲ干渉制御のための一般の変形ステップ関数を示す。
パラメータ間には、以下の関係がなりたつ。
ここで、ｆは、周波数である。

ステップ関数としてのパワースペクトル密度（ＰＳＤ）は、以下のように表される。
ここで、ｆは、ＰＳＤステップ関数ｐ^{（ＰＳＤ）}（ｆ）の変数、０≦ｆ＜Ｗは、周波数帯域である。 更に、Ｍがブレークポイントであることによって、Ｍ、α_１、α_２、β_１、β_２について、以下の式が成り立つ。

特別な場合には、Ｍは、０あるいは、Ｎ−１のいずれかに等しく、上記ステップ関数は、単純増加あるいは単純減少となる線形のステップ関数となる。α_１＝−α_２＝α、β_１＝β,のとき、ＰＳＤのステップ関数は、以下のように単純化される。

上記のようなステップ関数は、周波数ハードリユース（図１（ｂ））や適応型ＦＦＲ制御パターンを含むＦＦＲ方法の全てに適用可能である。

図２は、ステップ関数を用いた周波数ハードリユースについて説明する図である。
図２（ａ）〜（ｃ）において、横軸は、周波数、縦軸は、ＰＳＤ分布であり、ｍＷ／Ｈｚを単位としている。図２の周波数ハードリユースでは、周波数帯域を３つに分割して使っている。セクタ１では、０ＭＨｚから３．３ＭＨｚまでの帯域が割り当てられているが、パラメータの値によっては、０ＭＨｚから３．３ＭＨｚまでの帯域の電力を落とし、他の帯域の電力を増加することも行なわれる。図２（ａ）においては、上記Ｅｑ−１において、α_１＝−１．７９ｅ−０９（ｍＷ／Ｈｚ^２）、α_２＝０（ｍＷ／Ｈｚ^２）、β_１＝５．９９ｅ−０３（ｍＷ／Ｈｚ）としたものを太線で示している。細い線は、α_１＝−４．４９ｅ−１０（ｍＷ／Ｈｚ^２）、α_２＝０（ｍＷ／Ｈｚ^２）、β_１＝２．９９ｅ−０３（ｍＷ／Ｈｚ）とした場合である。図２（ｂ）は、太線が、α_１＝−１．７９ｅ−０９（ｍＷ／Ｈｚ^２）、α_２＝１．７９ｅ−０９（ｍＷ／Ｈｚ^２）、β_１＝０（ｍＷ／Ｈｚ）とした場合で、細線が、α_１＝４．４９ｅ−１０（ｍＷ／Ｈｚ^２）、α_２＝−４．４９ｅ−１０（ｍＷ／Ｈｚ^２）、β_１＝１．９９ｅ−０３（ｍＷ／Ｈｚ）とした場合である。図２（ｃ）は、太線が、α_１＝０（ｍＷ／Ｈｚ^２）、α_２＝１．７９ｅ−０９（ｍＷ／Ｈｚ^２）、β_１＝０（ｍＷ／Ｈｚ）とした場合で、細線が、α_１＝０（ｍＷ／Ｈｚ^２）、α_２＝４．４９ｅ−１０（ｍＷ／Ｈｚ^２）、β_１＝２．９９ｅ−０３（ｍＷ／Ｈｚ）とした場合である。図２（ｂ）は、セクタ２への周波数割付であり、図２（ｃ）が、セクタ３への周波数割付である。いずれのセクタも、最も電力の大きい部分は、帯域が重なっていないことが見て取れる。

ステップ関数制御ファクタ
本実施形態では、ステップ関数は、α_１、α_２、β_１、β_２、Δ、Ｎ、Ｍ等の多くのパラメータを含む。Δ及びＮは、予め決められる固定パラメータである。制御できるパラメータは、α_１、α_２、β_１、β_２、Ｍである。

ダウンリンクでは、全帯域にわたる全送信パワーは、一般に固定である。全帯域に渡る全送信パワーを一定に保つ式を条件式として使うことにより、制御可能なファクタは、３つに制限される。以下では、制御パラメータは、傾きα_１、α_２と切片β_１である。全帯域に渡る全送信パワーを定数Ｐとすると、Ｅｑ−１を使って、全送信パワーは、以下で与えられる。

結果として、傾きα_１、α_２と切片β_１が決定され、Ｍ及びβ_２が容易に導かれる。更に、条件α_１＝−α_２＝αの下では、Ｅｑ−２は、単純化されて、
となる。したがって、制御可能なファクタは、２つに減る。

ＵＥ用ステップ関数の決定
各ＵＥに必要なＵＥ用ステップ関数は、干渉プロファイルによって決定されるステップ関数によって定義される。ＵＥ用ステップ関数は、Ｎｏｄｅ−Ｂ（基地局）によって、Ｎｏｄｅ−Ｂ送信ＰＳＤステップ関数（セクタ用ステップ関数）を決定するために使用される。ＦＦＲに基づいた干渉制御に、ＵＥ用ステップ関数がどのように使われるかを説明するためには、他のＮｏｄｅ−Ｂによる干渉の振る舞いを理解する必要がある。
・どのＮｏｄｅ−Ｂからの送信ＰＳＤも、変形可能なステップ関数に基づいた全帯域にわたって分布される。
・受信された干渉は、時間領域で長時間にわたって平均化され、受信された干渉レベルを安定化する。これは、もし、送信ＰＳＤが、ステップ関数に依存するならば、全周波数帯にわたって受信される干渉プロファイルは、ステップ関数に大きく依存する。

したがって、Ｋ個のNｏｄｅ−Ｂからの干渉であって、g番目のＮｏｄｅ−Ｂによって収容されるｊ番目のＵＥによって受信される合計干渉のＰＳＤは、以下のように表される。
ここで、Ｐ^{（ＰＳＤ）} _ｋ（α_ｋ、１、α_ｋ、２、β_ｋ、Ｍ_ｋ、ｆ）は、ｋ番目のＮｏｄｅ−Ｂによって送信されるＰＳＤは、α_ｋ、１、α_ｋ、２は、傾き、β_ｋは、切片、Ｍ_ｋ、は、ブレークポイント、Ｌ_ｋ、ｊは、ｊ番目のＵＥとｋ番目のＮｏｄｅ−Ｂとの間の伝送路ロス、Ｋは、問題のＮｏｄｅ−Ｂを含むＮｏｄｅ−Ｂの数である。

各ＵＥから受信される干渉ＰＳＤプロファイル（ステップ関数）の合計である、Ｎｏｄｅ−Ｂでの干渉ＰＳＤプロファイルが、ステップ関数となるためには、以下の２つの制限を満たすことが望ましい。
・Ｎのステップ数は、奇数。
・全てのＵＥのステップ関数のブレークポイントＭ_ｋは、全周波数帯域の中心である。すなわち、
となる。

この結果、制御可能ファクタは、Ｅｑ−２で２つ 、Ｅｑ−１で１つとなる。
各ＵＥは、通常、他のＮｏｄｅ−Ｂから受信される干渉を測定することが出来、各ＵＥは、干渉プロファイル
を知っている。g番目のＵＥに対しては、Ｎｏｄｅ−Ｂは、全帯域に渡って、最も高いＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）をチェックする。予め定めた目標値に比べ、ＳＩＮＲが十分高くない場合には、送信ＰＳＤは、上昇させられなければならず、逆も同様である。g番目のＵＥによって望まれるｊ番目のＮｏｄｅ−Ｂ（送信Ｎｏｄｅ−Ｂ）からのＵＥ用ステップ関数
の送信ＰＳＤを決定する最適化基準は、
の条件の下に、
を最大化することである。ここで、δは、システムによって予め決定される送信ＰＳＤのオフセット(δは、１あるいは１ｄＢ程度の大きさのパワー制御ステップと同じ）であり、η_g，ｉは、以下で決定される重みファクタ（η_g，ｊ＝｛−１、０、１｝）、ｐ_gｊ（ｎ）は、g番目のＮｏｄｅ−Ｂによって送信される、ｊ番目のＵＥへの、ｎ番目のチャネルの割り当て確率）である。Γ_gｊ（ｎ、α_gｊ，１、α_gｊ、２、β_gｊ、１、β_gｊ、２）は、g番目のＮｏｄｅ−Ｂからのｊ番目のＵＥの受信ＳＩＮＲの評価値であり、

Ｌ_gｊは、g番目のＮｏｄｅ−Ｂによって送信されるｊ番目のＵＥの伝送路ロスである。チャネル割り当て確率ｐ_gｊ（ｎ）は、実験的に求めるか、単に、１／Ｎとする。ＵＥ用ステップ関数を制御するのは、重みファクタη_g，ｊを選択することにより、より悪い状態にあるＵＥのシステム性能を保障する送信ＰＳＤプロファイルを設計することにある。そのために、g番目のＮｏｄｅ−Ｂによって送信される各ＵＥは、前のＳＩＮＲ、Γ^{（ｐｒｅｖ、ｍａｘ）} _gｊ、をチェックし、現在の予想ＳＩＮＲ、Γ^{（ｃｕｒｒ、ｍａｘ）} _gｊ（ｎ）を決定する。

これは、前のセクタ用ステップ関数により、各ＵＥによって予測される現在の送信ＰＳＤを決定できることを意味する。このために、以下のアルゴリズムを考える。
図３は、ＵＥ用ステップ関数を決定する処理のフローチャートである。

各セクタで、全てのＵＥの中で、悪い性能を経験しているUEs（Ｕ_{ｗｏｒｓｅ}）のために、Ｎｏｄｅ−Ｂは、ＰＳＤを個々に設定する。各ＵＥのＰＳＤは、ｎ番目のステップで最大のＳＩＮＲを達成し、
Γ_ｍｉｎ≦Γ_{gｊ、ｍａｘ}（ｎ）≦Γ_ｍａｘ for ｎ＝｛０、Ｍ、Ｎ−１｝
とする。ここで、Γ_{gｊ、ｍａｘ}（ｎ）は、Ｎステップ中のｎ番目のステップにおける最大のＳＩＮＲであり、Γ_ｍａｘ及びΓ_ｍｉｎは、Ｎｏｄｅ−Ｂによって構成されたシステム用パラメータとしての最大及び最小のＳＩＮＲである。ステップＳ１０において、Γ^{（ｐｒｅｖ）} _{gｊ、ｍａｘ}（ｎ）の大きさを以下の基準で判断する。
・Γ^{（ｐｒｅｖ）} _{gｊ、ｍａｘ}（ｎ）＜Γ_ｍｉｎのとき、以下の関係で、ｎ番目のステップでのＳＩＮＲをアップデートする。
Γ^{（ｃｕｒｒ）} _{gｊ、ｍａｘ}（ｎ）＝Γ^{（ｐｒｅｖ）} _{gｊ、ｍａｘ}（ｎ）＋δ
ここで、δは、送信ＰＳＤのオフセットであり、ｄＢで表され、全帯域に渡って最大ＳＩＮＲを制御する。今の場合、η_gｊ＝１（ステップＳ１１）。
・Γ^{（ｐｒｅｖ）} _{gｊ、ｍａｘ}（ｎ）＞Γ_ｍａｘのとき、以下の関係で、ｎ番目のステップでのＳＩＮＲをアップデートする。
Γ^{（ｃｕｒｒ）} _{gｊ、ｍａｘ}（ｎ）＝Γ^{（ｐｒｅｖ）} _{gｊ、ｍａｘ}（ｎ）−δ。
この場合、η_gｊ＝−１（ステップＳ１２）。
Γ_ｍｉｎ≦Γ^{（ｐｒｅｖ）} _{gｊ、ｍａｘ}（ｎ）≦Γ_ｍａｘのとき、ｎ番目のステップで、ＳＩＮＲをアップデートする必要はない。この場合、η_gｊ＝０（ステップＳ１３）。

このアルゴリズムは、最適化問題を単純化し、ステップＳ１４の最適化の各ＵＥのＳＩＮＲの目標値への収束を早める。ステップ関数の傾きの初期値は、α_１＝α_２＝０とセットし、ｎ＝０、あるいは、ｎ＝Ｍ、あるいは、ｎ＝Ｎ−１のいずれかの点における最大ＳＩＮＲの点をランダムにセットする。

セクタ用ステップ関数の決定
図４に、セクタ用ステップ関数の決定処理のフローチャートを示す。
初期ステップ関数をα_gｊ、１＝α_gｊ、２＝０として設定し、ｎ＝０、あるいは、ｎ＝Ｍ、あるいは、ｎ＝Ｎ−１のいずれかの点において、最大ＳＩＮＲの位置をランダムに設定する（ステップＳ２０）。各ＵＥは、ＵＥ用ステップ関数を設定し、送信Ｎｏｄｅ−Ｂに、制御チャネルを用いて直接に、あるいは、ＣＱＩフィードバックチャネルのような制御チャネルを使って間接的に送る（ステップＳ２１）。

ステップＳ２３において、制御チャネルの種類を判断する。制御チャネルが既存の制御チャネルである場合には、ステップＳ２４において、Ｎｏｄｅ−Ｂは、全てのＵＥ用ステップ関数を評価し、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２３の判断の結果、制御チャネルが新しい制御チャネルである場合には、ステップＳ２５において、Ｎｏｄｅ−Ｂは、受信状態の良いＵＥと、受信状態の悪いＵＥをグループ化する。すなわち、Ｎｏｄｅ−Ｂは、全てのＵＥを２つのグループに分割する。１つは、より良いカバレッジのＵＥを、Ｕ^（ＢＧ）個含み、他は、より悪いカバレッジのＵＥを、Ｕ^（ＷＧ）個含む。ステップＳ２６において、各カバレッジレートに基づいて、各ＵＥに重み（優先度）を計算する。受信状態のより良いカバレッジＵＥグループにおいて、重みファクタρ_gｊは、g番目のＮｏｄｅ−Ｂと通信するｊ番目のＵＥに対し、０を設定する。受信状態のより悪いカバレッジＵＥグループにおいて、g番目のＮｏｄｅ−Ｂと通信するｊ番目のＵＥの重みファクタρ_gｊは、以下の式で設定する。

ここで、Ｔ_gｊは、g番目のＮｏｄｅ−Ｂと通信するｊ番目のＵＥの平均レートである。
受信状態のより悪いグループＵＥに対してのみ、通信するＮｏｄｅ−Ｂに対するステップ関数Ｐ^{（ＰＳＤ）} _g（ｆ）を決める（ステップＳ２７）。決定式は、
で与えられる。

ＣＱＩに基づいた干渉プロファイル評価
各ＵＥは、自身が最適な電力で信号を受け取るために、ＵＥ用ステップ関数をＮｏｄｅ−Ｂに教える必要がある。これらを全て集めると、ＵＥと通信するＮｏｄｅ−Ｂは、送信ＰＳＤステップ関数を決定する。これは、各ＵＥが、ＵＥと通信するＮｏｄｅ−Ｂにこれを送るメカニズムは、２つの方法で可能である。
・新たに制御チャネルを設け、各ＵＥから通信するＮｏｄｅ−Ｂに送る。
・既存の制御チャネルを使い、Ｎｏｄｅ−Ｂが、ＵＥ用ステップ関数を評価する。

第１の方法は、簡単で正確であるが、ＵＥと通信するＮｏｄｅ−Ｂとの間で新たに制御チャネルを設けるコストがかかる。第２の方法は、更に実用的である。ここでは、ＯＦＤＭＡシステムにおける、各ＵＥからの既存のフィードバックチャネルクオリティインディケーション（ＣＱＩ）を使う、Ｎｏｄｅ−Ｂにおける第２の方法を説明する。

各ＵＥによるＣＱＩ評価は、ＵＥと通信するＮｏｄｅ−Ｂからの共通参照シンボル（ＲＳ）に基づく。ＣＱＩは、変調コードスキーム（ＭＣＳ、Modulation Coding Scheme）情報あるいは、各サブバンドの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）レベルを含むとする。以下では、ＣＱＩは、受信ＳＩＮＲであるとする。

ＲＳは、所定のパターンの２次元の周波数時間平面に配置されている。各Ｎｏｄｅ−Ｂは、セクタ間のＲＳ衝突を避けるため、セクタＩＤに依存するシフトされたパターンを採用する。ＲＳの送信ＰＳＤは、各ＵＥに予め知られている全帯域にわたって一定である。ＣＱＩフィードバックは、最良ＣＱＩフィードバック方法により、全周波数帯域にいくつのＣＱＩがあるかに関係なく、ＣＱＩのみがフィードバックされる。

最小ＣＱＩ帯域幅は、ステップ関数幅、Δと同じである。フィードバックＣＱＩは、安定化させるために、時間領域で、長時間にわたり平均化される。全帯域に渡る受信干渉プロファイルと、ステップ関数により、瞬間のフィードバックＣＱＩから評価される長時間ＣＱＩは、同じステップ関数の性質を持つべきである。これは、g番目のＮｏｄｅ−Ｂと通信するｊ番目のＵＥパラメータα^{（ＳＩＮＲ）} _gｊ、１、α^{（ＳＩＮＲ）} _gｊ、２、β^{（ＳＩＮＲ）} _gｊ、１によるステップ関数を決めるのに使われる。受信された干渉プロファイルＩ^{（ＰＳＤ、Ｒｘ）} _gｊ（ｆ）のＰＳＤを評価する手続は、以下の通りである。

各ＵＥは、受信ＲＳと受信干渉を測定することによって、受信ＳＩＮＲを評価する。この測定手段は、一般に、多くのシステムでサポートされている。各ＵＥは、ＵＥと通信するＮｏｄｅ−ＢへのＣＱＩの一部として、ＳＩＮＲあるいは、ＭＣＳをフィードバックする。これは、一般に、多くのシステムでサポートされている。

Ｎｏｄｅ−Ｂは、通知されたＳＩＮＲあるいは、ＭＣＳに基づいて、ステップ関数を評価する（Ｅｓｔｉｍａｔｅ−Ｉ）。計算式は、以下で与えられる。
ここで、Γ_g、ｊ（ｎ）は、g番目のＮｏｄｅ−Ｂと通信するｊ番目のＵＥからのステップインデックスｎの関数として、通知されるＳＩＮＲである。Ｎｏｄｅ−Ｂは、長時間チャネルゲインＬ_gｊ（多くのシステムにおいて、Ｎｏｄｅ−Ｂによって知られる）と送信ＲＳ ＰＳＤ、Ｐ^{（ＰＳＤ、Ｐｉｌｏｔ）} _g、ｊを乗算し、Ｐ^{（ＰＳＤ、ＲＳ）} _gｊ・Ｌ_g、ｊとして、各ＵＥからの受信ＰＳＤの評価となる（Ｅｓｔｉｍａｔｅ−ＩＩ）。

Ｅｓｔｉｍａｔｅ−ＩとＥｓｔｉｍａｔｅ−ＩＩとの割り算をすることによって、Ｎｏｄｅ−Ｂは、各ＵＥに対しての、干渉ＰＳＤを以下のように容易に評価できる。

図５は、ＣＱＩを用いた干渉評価方法が、どのように機能するかの直感的な説明を行なう図である。
図５（１）が、ＵＥでの受信ＲＳ（受信信号）のスペクトルとする。ここでは、周波数範囲にわたって一定とする。図５（２）は、ＵＥで受信された干渉の大きさとする。図５（２）の値で、図５（１）を割り算した結果である図５（３）がＵＥで評価されたＳＩＮＲである。次に、図５（４）が、Ｎｏｄｅ−Ｂで評価された（チャネルゲイン）×（送信ＲＳ ＰＳＤ）であるとする。これを、図５（５）のＵＥからＮｏｄｅ−Ｂに通知されたＳＩＮＲで割り算した図５（６）が、Ｎｏｄｅ−ＢにおけるＵＥの干渉の評価値である。

比例平等スケジューラ
比例平等スケジューラは、所定のスケジュールインターバルにおいて、全リソースの、全てのＵＥについての、メトリックの計算を行なう。固定のスケジュールリソースにおける最も高いメトリックを有するＵＥは、全てのリソースが割り当てられるまで、アクティブなＵＥとされる。メトリックは、各リソースのスケジューリングの後、アップデートされる。

g番目のＮｏｄｅ−Ｂと通信するｉ番目のＵＥに対するメトリックΦ_gｊ（ｔ）は、スケジュールサブフレームｔにおいて、以下の式で与えられる。

ここで、Ｒ^{（Ｉｎｓｔ）} _g、ｊは、変調コーディングスキーム（ＭＣＳ）を含むＣＱＩフィードバック関数である、スケジュールサブフレームｔによる、瞬間的なデータレートである。Ｔ^{（Ａｖｇ）} _gｊ（ｔ）は、g番目のＮｏｄｅ−Ｂと通信するｉ番目のＵＥの、スケジューリングサブフレームｔにおける線形ローパスフィルタによって平滑化された平均スループットである。

平均スループットＴ^{（Ａｖｇ）} _gｊ（ｔ）は、以下の通り計算される。
スケジュールされたＵＥについては、
で与えられる。
スケジュールされていないＵＥについては、

Ωは、以下で与えられる。

ここで、Ｔ_{Ｗｉｎｄｏｗ}は、秒単位の平均ウィンドウを示し、Ｔ_{Ｆｒａｍｅ}は、システムのフレームの長さ（秒単位）を示す。

ユーザグルーピングを伴った比例平等スケジューラ
ユーザグルーピングの原理は、全てのＵＥを２つのグループに分割し、１つが、ユーザスループットを改善する必要のある悪いユーザグループに属し、他方が、ユーザスループットがシステム要求に合致するよいユーザグループに属するとするものである。各グループでは、スケジューラは、それぞれアクティブＵＥと対応するチャネルリソースを決定するために動作する。

図６及び図７は、ユーザグルーピングの例を説明する図である。
８個のＵＥが全体であり、ＵＥ１、ＵＥ３、ＵＥ５は、悪いＵＥグループに属し、ＵＥ２、ＵＥ４、ＵＥ６、ＵＥ７、及びＵＥ８は、より良いＵＥグループに属する。この例では、悪いＵＥグループに属する各ＵＥの平均スループットは常に良いＵＥグループよりも低いとしている。

平均のＵＥスループットが変わるたびに、ＵＥが属するグループは、アップデートされる。たとえば、図７では、新たに送信される送信パケットのために、ＵＥ７よりもＵＥ１の平均スループットが大きくなるので、スケジューラは、グループ間で、ＵＥ状態を変えなくてはならない。

ＵＥグルーピングのためにスケジューラに定義する必要のあるパラメータは、以下の通りである。
Ｔ^{（ＴＧＴ）}：ＵＥ目標スループット。これは、統計的に、あるいは、半統計的に構成可能で、ＵＥ状態を決定するのに使われる。
Ｕ^（ＷＧ） _g：g番目のＮｏｄｅ−Ｂの悪いＵＥグループのＵＥの数。これは、チャネル状態及び、目標スループットに強く依存する。
Ｕ^（ＢＧ） _g：g番目のＮｏｄｅ−Ｂの良いＵＥグループのＵＥの数。
Ｔ^{（Ａｖｇ）} _gｊ（ｔ）：サブフレームｔにおけるg番目のＮｏｄｅ−Ｂによって通信されるｊ番目のＵＥの平均スループット。

図８に、ユーザ及びチャネルリソースのグルーピング及びスケジューリングの詳細フローを示す。
・ＵＥグルーピングの処理：
初期ＵＥグルーピング状態においては、全てのＵＥは、悪いグループに配置され、平均スループットＴ^{（Ａｖｇ）} _gｊ（ｔ）は、全て１．０に設定される（ステップＳ３０）。

ＵＥグルーピング状態をアップデートするために、全てのＵＥについての平均スループットＴ^{（Ａｖｇ）} _gｊ（ｔ）と目標スループットＴ^{（ＴＧＴ）}とを比較する。
平均スループットＴ^{（Ａｖｇ）} _gｊ（ｔ）が目標値Ｔ^{（ＴＧＴ）}より小さい場合、悪いＵＥグループにＵＥは配置され、そうでない場合には、よいＵＥグループに配置される（ステップＳ３１）。

アクティブＵＥとチャネルリソースの割り当てを行なう処理（ステップＳ３２）：
スケジューラは、悪いＵＥグループからＵＥ候補を選ぶ。
スケジューラは、すべてのリソースについて、悪いＵＥグループにおけるメトリックΦ_gｊ（ｔ）を計算する。

メトリックの大きいＵＥについて、リソースの割付けを行い、ステップＳ３３において、リソースが残っているか否かを判断する。ステップＳ３３において、リソースが残っていないと判断された場合には、ステップＳ３４に進んで、フレーム時間ｔをｔ＋１にアップデートして、ステップＳ３１に戻る。ステップＳ３３の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ３５において、悪いＵＥグループにＵＥが残っているか否かについて判断する。ステップＳ３５の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ３２に戻り、ステップＳ３５の判断がＮｏの場合には、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３６では、良いＵＥグループについて、上記と同様のスケジュールを行い、ステップＳ３７において、リソースが残っているか否かを判断する。ステップＳ３７の判断がＮｏの場合には、ステップＳ３４に進み、ステップＳ３７の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ３６に戻る。

スケジューラに基づいたＵＥグルーピングの基本利点は、スケジューラは、いつも全てのＵＥに対するユーザカバレッジ性能を確保するため、悪いＵＥグループのＵＥに対し、全帯域幅にわたって、良いチャネルリソースを割り当てることにある。

Ｎｏｄｅ−Ｂのスケジューラは、ＵＥの干渉プロファイルがわかると、ＵＥとの通信の品質を鑑みて、当該ＵＥへの送信データの送信に適した適切な帯域を、当該ＵＥへの送信データに割り当てる。これは、ＵＥからの干渉量の報告を受けて、スケジューリングを行なう通常のスケジューラの機能である。

図９は、Ｎｏｄｅ−Ｂの構成ブロック図であり、図１０は、ＵＥの構成ブロック図である。
図９において、データ信号と制御信号は、アンテナ１０において受信され、ＲＦ回路１１において、ダウンコンバージョンされる。ダウンコンバージョンされたデータ信号は、復調部１２において、復調され、出力データとして、出力される。また、ダウンコンバージョンされた制御シンボルは、復調部１３において復調され、復調後は、ＵＥ用ステップ関数演算部において、ＵＥの用いているステップ関数が計算される。ＵＥ用ステップ関数は、各ＵＥ_１〜ＵＥ_Ｕまでのそれぞれについて計算される。そして、ＵＥ用ステップ関数を使って、セクタ用ステップ関数演算部において、セクタ用ステップ関数が計算される。変調部１６に入力される入力データは、変調部１６において変調され、パワー制御部１７に入力される。パワー制御部１７では、セクタ用ステップ関数演算部１５からのセクタ用ステップ関数の情報を得て、各サブチャンネルのパワーを制御して、ＲＦ回路１８に入力する。ＲＦ回路１８では、信号を無線帯域に変換し、アンテナ１９から出力する。

図１０において、干渉と、所望Ｎｏｄｅ−Ｂからの所望信号とは、アンテナ２０において、受信される。アンテナ２０で受信された信号は、ＲＦ回路２１において、ダウンコンバージョンされ、復調部２２において、復調されて、出力データとなる。また、ダウンコンバージョンされた信号は、干渉評価／ＣＱＩ決定部２３において、干渉量が評価され、変調部２４において、干渉量情報が信号として変調される。入力データは、変調部２５において、変調され、多重部２６において、変調された入力信号と、変調された干渉量信号とが多重され、ＲＦ回路２７において、無線帯域に変換され、アンテナ２８からデータ信号及び制御信号として送出される。

図３の処理は、図９のＵＥ用ステップ関数演算部１４において行なわれる。図４の処理は、図９のセクタ用ステップ関数演算部１５において行なわれる。図８の処理は、図９には、図示されていない、上位レイヤのＭＡＣ制御部において実行される。

（他の実施例）
この実施例では、例えば、図９の構成を持つ無線基地局９は、無線エリアを形成する。無線基地局９の周辺には、隣接する無線エリアを形成する他の無線基地局が存在する。他の無線基地局も無線基地局９と同様の構成を備える。

無線基地局９と隣接する無線基地局は、所定の周波数帯域内において重複する周波数帯域を用いて送信を行なうことが許容されている。即ち、部分的周波数再利用が許容されたシステムである。

しかし、このシステムでは、期間Ｔ１において、無線基地局９及び隣接する無線基地局がそれぞれ周波数Ｆ１、Ｆ２を用いてデータの送信を行い、期間Ｔ２において、無線基地局９と隣接する無線基地局の双方が周波数Ｆ１とＦ２を利用するといった固定的な送信周波数の再利用に制限されず、アダプティブなＦＦＲが実現される。

即ち、無線基地局９は、配下の複数の移動局１０から、複数の移動局１０のそれぞれにおいて測定（図１０の２３参照）した所定の周波数帯域内における受信環境のレポートを受信、復調し（図１０の１３参照）、複数の移動局１０から取得したレポートに基づいて、所定の送信周波数帯域内において、送信周波数と送信パワーとの対応関係を設定する（図１０の１４、１５参照）。

その設定は、パワー制御部１７に対する制御により送信処理に反映される。即ち、その対応関係に従った移動局１０への送信処理が実行される。尚、移動局９は、無線基地局９が送信するパイロット信号（既知信号）に基づいて受信環境を測定することができる。パイロット信号は、周波数に応じて送信パワーを実質的に変化させないようにして送信することもできる。

移動局１０の受信環境は、隣接する無線基地局からの無線信号により干渉（図５の（２）参照）を受けて劣化する。尚、ＳＩＮＲは、図５（３）のようになる。図５の（２）、（３）のように、移動局１０において測定された受信環境が、無線基地局９にレポートされ、上述のように、受信、復調されるのである。

そこで、無線基地局９のセクタ用ステップ関数演算部１５は、配下の複数の移動局からの受信環境のレポートに基づいて、受信環境が相対的に劣化した周波数に対しては、低い送信パワーを対応させ、受信環境が相対的に良好な周波数に対しては、高い送信パワーを対応させる。

図５の例では、（３）の縦軸を送信パワーとするように周波数と送信パワーとの対応関係を設定する。
尚、この際、プライオリティの高い移動局のレポートを支配的に用いて対応関係を設定することもできるし、レポートのあった全ての移動局の間で平均化処理して得られた受信環境に応じて対応関係を設定することもできる。

そして、配下の１つの移動局からの受信環境のレポートを受信したスケジューラ２９は、配下の移動局からの受信環境のレポートをセクタ用ステップ関数演算部により算出対応関係（ステップ関す以外の関数で表現されてもよい）に基づいて補正して得られる受信環境に基づいて、その動局に割り当てる周波数を選択する。例えば、移動局からのレポートは、パイロット信号について測定したＳＩＮＲ等であり、セクタ用ステップ関数演算部によるパワー制御の影響を受けていない。従って、セクタ用ステップ関数演算部によるパワー制御によりＳが増大する分、受信環境としてのＳＩＮＲを周波数毎に増大させる補正を行なう。これにより、パワー制御分の受信環境の改善を周波数割当の際に考慮することができる。周波数の割り当ての際には、補正後の受信環境（ＳＩＮＲ）から、受信品質が良好な周波数がなるべく選択されるようにすることができる。

そして、その移動局に対してデータ送信する際に、選択された周波数と、対応関係により選択された周波数に関係付けられた送信パワーとを送信信号に適用されるようにする。即ち、選択された周波数（及びタイミング）でその移動局宛のデータが送信されるように、変調部に対して送信データを与えることで、パワー制御部１７において対応関係に従った送信がなされるようにする。

周波数の選択の際には、受信が良好（所定に基準に対する相対評価、全体の受信品質に対する相対評価でもよい）である周波数を選択することが望ましい。
尚、対応関係は、所定の周波数帯域を構成する複数の部分周波数帯域毎に、送信パワーが対応づけられた関係を有するようにしてもよい。即ち、図５の（３）の縦軸を送信パワーとすると、部分周波数帯域毎に送信パワーを異なるように設定することができる。これにより、送信パワーの制御を部分周波数毎に行なうことができるのでより制御が簡易化される。
また、パイロット信号については、セクタ用ステップ関数演算部により算出された周波数と送信パワーとの関係を反映させないでよい。

上記実施形態の他に、以下の付記を開示する。
（付記１）
ユーザ端末と無線通信する無線通信システムにおける、ダウンリンクの送信パワー制御する、部分的周波数リユース方式を用いた通信装置において、
ステップ関数を決定するステップ関数決定手段と、
該ステップ関数に従ったパワープロファイルを周波数方向に持つ信号を送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。
（付記２）
前記ステップ関数は、ステップの数が奇数で、ブレークポイントが帯域の中央にあることを特徴とする付記１に記載の通信装置。
（付記３）
前記ステップ関数決定手段は、
各ユーザ端末から送られてくる時間平均した干渉量情報と、全送信パワーの制限値とを条件に入れてステップ関数を決定することを特徴とする付記１に記載の通信装置。
（付記４）
前記干渉量は、ユーザ端末から通信装置に、専用の制御チャネルを使って送信されることを特徴とする付記３に記載の通信装置。
（付記５）
前記干渉量は、ユーザ端末から通信装置に、既存の干渉量通知用チャネルを使って送信されることを特徴とする付記３に記載の通信装置。
（付記６）
前記ステップ関数決定手段は、
各ユーザ端末から送られてくる干渉量情報で、送信チャネルゲインと送信信号のパワーの周波数プロファイルの積を割ることによって、ユーザ端末個別の干渉量の周波数プロファイルを計算することを特徴とする付記４または５に記載の通信装置。
（付記７）
前記ステップ関数決定手段は、
ユーザ端末を、受信状態の悪いグループと、受信状態の良いグループとにグループ分けし、受信状態の悪いグループに属するユーザ端末から大きな重みをつけて、各ユーザ端末個別の干渉量の周波数プロファイルを加算し、最終的なステップ関数を決定することを特徴とする付記６に記載の通信装置。
（付記８）
前記ステップ関数は、
全てのユーザの平均スループットを目標スループットと比較し、目標スループットより平均スループットが大きいユーザ端末を、受信状態が良いユーザ端末に、以下のユーザ端末を、受信状態の悪いユーザ端末にグループ分けすることを特徴とする付記７に記載の通信装置。
（付記９）
ユーザ端末個別の干渉量の周波数プロファイルから、通信品質を考慮して、各ユーザ端末への送信信号を送信帯域にスケジューリングするスケジューラを更に備えることを特徴とする付記７のいずれか１つに記載の通信装置。
（付記１０）
前記スケジューラは、
受信状態の悪いグループのユーザ端末の中から、ユーザ端末を選び出し、チャネルリソースを優先的に割り当てることを特徴とする付記９に記載の通信装置。
（付記１１）
前記ステップ関数は、
α_１、α_２を傾き、Δをステップ幅、ｆを周波数、β_１、β_２を切片、Ｍをステップ関数の折れ曲がりであるブレークポイント、Ｎをステップ数としたとき、
出与えられることを特徴とする付記１に記載の通信装置。
（付記１２）
ユーザ端末と無線通信する無線通信システムにおける、ダウンリンクの送信パワー制御する、部分的周波数リユース方式を用いた通信方法において、
ステップ関数を決定し、
該ステップ関数に従ったパワープロファイルを周波数方向に持つ信号を送信する、
ことを特徴とする通信方法。

本発明の実施形態に従った、部分的周波数リユースのためのステップ関数を説明する図である。 ステップ関数を使ったハード周波数リユースのパワー周波数プロファイルについて説明する図である。 ＵＥ用ステップ関数の決定処理フローチャートである。 ステップ関数を用いた部分的周波数リユース制御のフローチャートである。 ＣＱＩに基づく干渉量評価方法の直感的説明を行なう図である。 ＵＥのグルーピングについて説明する図（その１）である。 ＵＥのグルーピングについて説明する図（その２）である。 ＵＥのグルーピングを行なうステップ関数に基づく部分的周波数リユース制御の処理フローである。 本発明の実施形態に従った、Ｎｏｄｅ−Ｂのブロック構成図である。 本発明の実施形態に従った、ＵＥのブロック構成図である。 周波数リユースの様々な形態を説明する図である。 各周波数リユース形態におけるＳＮＲの分布を例示する図である。

符号の説明

１０、１９、２０、２８ アンテナ
１１、１８、２１、２７ ＲＦ回路
１２、１３、２２ 復調部
１４ ＵＥ用ステップ関数演算部
１５ セクタ用ステップ関数演算部
１６、２４、２５ 変調部
１７ パワー制御部
２３ 干渉評価／ＣＱＩ決定部
２６ 多重部

Claims (12)

1. ユーザ端末と無線通信する無線通信システムにおける、ダウンリンクの送信パワー制御を実行する、部分的周波数リユース方式を用いた通信装置において、
   ステップ関数を決定するステップ関数決定手段と、
   該ステップ関数に従ったパワープロファイルを周波数方向に持つ信号を送信する送信手段と、
   を備え、
   前記ステップ関数は、
   α _１ 、α _２ を傾き、Δをステップ幅、ｆを周波数、β _１ 、β _２ を切片、Ｍをステップ関
   数の折れ曲がりであるブレークポイント、Ｎをステップ数としたとき、
   で与えられ、
   大きな送信パワースペクトル密度のところにエッジ付近の端末を割り当て、セルの中の端末には、小さな送信パワースペクトル密度のところを割り当てることを特徴とする通信装置。
2. 前記ステップ関数は、ステップの数が奇数で、ブレークポイントが帯域の中央にあることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記ステップ関数決定手段は、
   各ユーザ端末から送られてくる時間平均した干渉量情報と、全送信パワーの制限値とを条件に入れてステップ関数を決定することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
4. 前記干渉量は、ユーザ端末から通信装置に、専用の制御チャネルを使って送信されることを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
5. 前記干渉量は、ユーザ端末から通信装置に、既存の干渉量に関わる通知用チャネルを使って送信されることを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
6. 前記ステップ関数決定手段は、
   各ユーザ端末から送られてくる干渉量情報で、送信チャネルゲインと送信信号のパワーの周波数プロファイルの積を割ることによって、ユーザ端末個別の干渉量の周波数プロファイルを計算することを特徴とする請求項４または５に記載の通信装置。
7. 前記ステップ関数決定手段は、各ユーザ端末が受け入れる干渉量を用いて決めた、ユーザ端末の希望するステップ関数を集めて、最終的なステップ関数を決定することを特徴とする請求項４または５に記載の通信装置。
8. 前記ステップ関数決定手段は、
   ユーザ端末を、受信状態の悪いグループと、受信状態の良いグループとにグループ分けし、受信状態の悪いグループに属するユーザ端末から大きな重みをつけて、各ユーザ端末個別の干渉量の周波数プロファイルを加算し、最終的なステップ関数を決定することを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
9. 前記ステップ関数は、
   全てのユーザの平均スループットを目標スループットと比較し、目標スループットより平均スループットが大きいユーザ端末を、受信状態が良いユーザ端末に、以下のユーザ端末を、受信状態の悪いユーザ端末にグループ分けすることを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
10. ユーザ端末個別の干渉量の周波数プロファイルから、通信品質を考慮して、各ユーザ端末への送信信号を送信帯域にスケジューリングするスケジューラを更に備えることを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
11. 前記スケジューラは、
    受信状態の悪いグループのユーザ端末の中から、ユーザ端末を選び出し、チャネルリソースを優先的に割り当てることを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
12. ステップ関数を一般化することで、ステップ関数の変わりに普通連続関数を使用することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。