JP5437086B2 - 無線中継局装置、無線基地局装置及び送信電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、適応ＡＦ（Amplify-and-Forward）型リレー伝送を行う無線中継局装置、無線基地局装置及び送信電力制御方法に関する。

ＩＴＵ−Ｒ（International Telecommunication Union-Radio Communication Sector）においてＩＭＴ−Advanced（International Mobile Telecommunications-Advanced）と呼ばれる第４世代移動通信システムでは、現在の第３世代移動通信システムに比較して非常に高いデータレートのサポートが要求されている。このような高データレートの実現においては、特に移動端末装置からの送信における送信電力の制限に伴うカバレッジの減少が技術課題となる。

電力制限環境下で高速無線伝送を広カバレッジで実現するための技術として、リレー伝送が近年注目を集めている。リレー伝送は、受信ＲＦ（Radio Frequency）信号を復調せずに増幅して転送するＡＦ（Amplify-and-Forward）型と、無線中継局装置において一旦中継すべき受信信号を復調・復号し、その判定データを再符号化、再変調して転送するＤＦ（Decode-and-Forward）型に大別できる。

ＡＦ型リレー伝送は、中継転送に要する伝送遅延時間が小さい利点を有するが、無線中継局装置において、受信信号に含まれる雑音や干渉成分も希望信号成分とともに増幅して転送されるため、セルラ通信ではセル間干渉が増大する問題がある。また、一般に、リレー伝送は、通信帯域の一部を中継信号に割り当てる必要から周波数利用効率が劣化する。

そこで本発明者は先に、移動端末装置と無線基地局装置間及び移動端末装置と各無線中継局装置間のパスロスの大きさに基づいて２段階でリレー伝送を適用するかどうかを制御する、並びにリレー伝送を行う場合どの無線中継局装置を用いるかを制御する、適応ＡＦ型リレー伝送法を提案した（非特許文献１、特許文献１）。

特開２００９−１７７６２８号公報

町田春陽,樋口健一"セルラ通信に適した適応Amplify-and-Forward 型リレー伝送法の一検討"2008 信学総大,B-5-92, Mar. 2008.

この適応ＡＦ型リレー伝送法においては、無線基地局装置近傍の移動端末装置に対するリレー伝送をＯＦＦにし、また、リレー伝送を行う場合も、移動端末装置からの距離の小さい無線中継局装置のみＯＮにすることにより、リレー伝送による不要な周波数利用効率の劣化と他セル干渉増幅の問題を軽減する。この適応ＡＦ型リレー伝送法においても、実現できるユーザスループット特性はセル間の干渉量に大きく依存する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、適応ＡＦ型リレー伝送法においてユーザスループット特性を改善することができる無線中継局装置、無線基地局装置及び送信電力制御方法を提供することを目的とする。

本発明の送信電力制御方法は、移動端末装置がリレー伝送するかどうかの中継情報を含む下りリンク信号を受信する工程と、前記中継情報がリレー伝送する情報である場合に、前記リレー伝送の際のリレー増幅率を制御する工程と、制御されたリレー増幅率で増幅された上りリンク信号を送信する工程と、を具備し、移動端末装置の送信電力密度をフラクショナルＴＰＣを用いて決定し、リレー伝送を行った前記移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、無線中継局装置の位置に前記移動端末装置が存在してリレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるように前記リレー増幅率を制御することを特徴とする。

本発明の送信電力制御方法は、移動端末装置がリレー伝送するかどうかの中継情報を含む下りリンク信号を受信する工程と、前記中継情報がリレー伝送する情報である場合に、前記リレー伝送の際のリレー増幅率を制御する工程と、制御されたリレー増幅率で増幅された上りリンク信号を送信する工程と、を具備し、移動端末装置の送信電力密度をフラクショナルＴＰＣを用いて決定し、リレー伝送を行った前記移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、リレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるように前記リレー増幅率を制御することを特徴とする。

本発明によれば、適応ＡＦ型リレー伝送法においてユーザスループット特性を改善することができる。

適応ＡＦ型リレー伝送を説明するための図である。 適応ＡＦ型リレー伝送を説明するための図である。 フラクショナル送信電力制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る無線中継局装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線送基地局装置の構成を示す図である。 ユーザスループットの累積分布を示す図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態に係る送信電力制御方法のユーザスループットを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
セル間干渉を低減するアプローチとして、送信電力制御（ＴＰＣ:Transmission Power Control）がある。３ＧＰＰ (3rd Generation Partnership Project）において標準化が進められているEvolved UTRA（UMTS Terrestrial Radio Access) and UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)と呼ばれる次世代移動通信方式の無線インターフェース（ＬＴＥ (Long-Term Evolution)とも呼ばれる）では、平均的なパスロスの一部のみを補償するフラクショナルＴＰＣが適用され、セル間干渉を適度に抑圧することによってセル全体のスループットの改善を実現している。

ここで、フラクショナルＴＰＣについて説明する。
ＬＴＥシステムの上りリンクで送信する信号（ＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared Channel）、ＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control Channel）、ＳＲＳ（Sounding Reference Signal））などの送信電力は、無線基地局装置が比較的長周期で通知するパラメータ及び移動端末装置が測定する伝搬ロスによる開ループ制御と、無線基地局装置と移動端末装置との間の通信状況（例えば、無線基地局装置での受信ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Power Ratio）に基づいて無線基地局装置が比較的短周期で通知するＴＰＣコマンドによる閉ループ制御との組み合わせにより制御される。具体的には、ＰＵＳＣＨの送信電力は下記式（３）で与えられる。
P_PUSCH(i)＝min{P_MAX, 10log₁₀(M_PUSCH(i))+P₀__PUSCH(j)+α・PL+Δ_TF(i)+f(i)}
式（３）
このフラクショナルＴＰＣは、無線基地局装置と移動端末装置との間のパスロスＰＬに応じて目標受信電力を設定する（開ループ制御のパラメータαで実現）ことにより、セル間干渉を低減することができる。

図３は、フラクショナルＴＰＣを説明するための図である。図３において縦軸は目標受信電力（P_O__PUSCH）を示し、横軸はパスロス（ＰＬ）を示す。フラクショナルＴＰＣにおいては、セル間干渉を抑制する目的でセル端に存在する移動端末装置（セル端のユーザ）の目標受信電力を小さくするように設定されている。すなわち、パスロス（ＰＬ）が大きいとユーザがセル端に存在しており、パスロスが小さいとユーザが無線基地局装置の近くに存在していると考えられるので、無線基地局装置の近くのユーザの移動端末装置の目標受信電力を相対的に大きくし、セル端のユーザの移動端末装置の目標受信電力を相対的に小さくする。このような関係の一次特性線の傾きが−（１−α）である。

本発明においては、上りリンクにおける先に提案したセルラ通信に適した適応ＡＦ型リレー伝送に対して、フラクショナルＴＰＣをベースとしたリレー伝送時の送信電力制御を提供する。これにより、平均ユーザスループット及びセル端に位置する移動端末装置のユーザスループットを改善することができる。

まず、本発明の送信電力制御の前提となる適応ＡＦ型リレー伝送法について説明する。本発明者が先に提案したセルラ環境における適応ＡＦ型リレー伝送は、従来のＡＦ型リレー伝送（リピータ）における他セル干渉の増幅とリレー伝送に伴う割り当て時間・周波数利用効率損の問題を軽減する。

図１に示すように、無線基地局装置（ＢＳ）に加えて各無線中継局装置ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ_RS：Ｎ_RSはセル内の無線中継局装置数）が固有の下りリンク参照信号（下りＢＳ／ＲＳ固有参照信号：パイロットチャネル信号）を送信する。移動端末装置ＵＥ_ｋは、参照信号を用いて無線基地局装置及び各無線中継局装置との間のパスロス量（距離減衰＋シャドウイング）ＰＬ_BS,kとＰＬ_RS,i,kを測定する。移動端末装置ＵＥ_ｋは周期的にＰＬ_BS,kとＰＬ_RS,i,kを無線基地局装置に報告する。無線基地局装置は、ＰＬ_BS,kとＰＬ_RS,i,kを用いて移動端末装置ＵＥ_ｋの伝送に用いる無線中継局装置を２つのステップで適応的に選択する。

第１ステップとしては、無線基地局装置がＰＬ_BS,kに基づいて移動端末装置ＵＥ_ｋに対してリレー伝送を行うかどうかを選択する。具体的には、セル端での距離減衰量で正規化したＰＬ_BS,kが事前に定められたしきい値Ｔよりも大きい場合のみリレー伝送を行う。例えば、しきい値Ｔ＝２０ｄＢとすることができる。一方、リレー伝送を行わない場合は、移動端末装置ＵＥ_ｋに割り当てられた時間・周波数リソースを全て移動端末装置の送信に用いる。リレー伝送を行う場合は、割り当て時間の１／２が無線中継局装置の送信に用いられる。リレー伝送を行う場合には、さらに第２ステップでリレー伝送に用いる無線中継局装置を選択する。

第２ステップとしては、無線基地局装置はＰＬ_RS,i,kに基づいて移動端末装置ＵＥ_ｋの上りリンク伝送時に用いる無線中継局装置を選択する。具体的には、あらかじめ定められたしきい値Δを用いて、次式（４）を満たす無線中継局装置ｉのみを用いる。

第１ステップでセル近傍の移動端末装置のリレー伝送を解除することにより、時間・周波数リソースが改善されると共に、他セル干渉の増幅量が低減される。そして、第２ステップで希望移動端末装置の受信電力増大への寄与の小さい無線中継局装置の増幅率を０にすることにより、さらに他セル干渉の増幅量が低減される。

無線基地局装置は、事前に下り制御チャネルを介して全無線中継局装置に移動端末装置ＵＥ_ｋに用いる無線中継局装置の番号を通知する。その後、無線基地局装置は、周期的にスケジューラに基づき各移動端末装置への上りリンクの送信の割り当てを決定し、下りリンク制御信号で各移動端末装置に通知する。このスケジューリング情報は、セル内の各無線中継局装置も受信する。移動端末装置がリレー伝送を行わない場合、全ての無線中継局装置は電力増幅率を０にする。また、移動端末装置がリレー伝送を行う場合、事前に当該移動端末装置に対して選択された無線中継局装置のみが電力増幅率を０より大きく設定し、他の無線中継局装置は電力増幅率を０にする。

次に、本発明に係る適応ＡＦ型リレー伝送法における送信電力制御について説明する。
以降の説明では、移動端末装置−無線基地局装置間のパスロスをＰＬ_UE-BSとし、移動端末装置−無線中継局装置間のパスロスをＰＬ_UE-RSとし、無線中継局装置−無線基地局装置間のパスロスをＰＬ_RS-BSとする（いずれもｄＢ値）。

移動端末装置がリレー伝送を適用しない場合、移動端末装置の送信電力密度Ｐ^{（no relay）}（ｄＢｍ／Ｈｚ）は、ＬＴＥにおいて定義されているフラクショナルＴＰＣを適用して式（５）で決定される。
Ｐ^{（no relay）}＝Ｔ^{（no relay）}＋Ｐ_noise＋α^{（no relay）}ＰＬ_UE-BS
式（５）
ここで、Ｔ^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合の基準目標受信ＳＮＲ（Signal-to-Noise Power Ratio）であり、Ｐ_noiseは無線基地局装置の受信機の雑音電力密度であり、α^{（no relay）}（０＜α^{（no relay）}≦１）はリレー伝送を行わない場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数である。このとき、無線基地局装置における受信信号電力密度は式（６）のようになる。
Ｒ^{（no relay）}＝Ｐ^{（no relay）}−ＰＬ_UE-BS 式（６）
＝Ｔ^{（no relay）}＋Ｐ_noise−（１−α^{（no relay）}）ＰＬ_UE-BS
となる。式（６）において、α^{（no relay）}が１より小さくなると、セル端に近い移動端末装置はパスロスを補償しきれなくなり受信信号電力密度が減少するが、他セルに与える干渉量も低減することになる。

一方、移動端末装置がリレー伝送をする場合、移動端末装置の送信電力密度Ｐ^（relay）は、下記式（７）のフラクショナルＴＰＣにより決定する。
Ｐ^（relay）＝Ｔ^（relay）＋Ｐ_noise＋α^（relay）ＰＬ_UE-RS 式（７）
ここで、Ｔ^（relay）はリレー伝送を行う場合の基準目標受信ＳＮＲであり、α^（relay）（０＜α^（relay）≦１）はリレー伝送を行う場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数である。なお、ここでは、無線中継局装置の受信機の雑音電力密度は無線基地局装置と同一のＰ_noiseであると想定している。すなわち、リレー伝送を行う場合、移動端末装置の送信電力密度は、移動端末装置と選択された無線中継局装置間のパスロスを部分的に補償するように決定される。

リレー伝送を行う場合、無線中継局装置は、受信信号をある電力増幅率で増幅することになるが、本発明においては、この電力増幅率の制御法について２つの方法を提供する。

（１）ＲＳ−ＴＰＣ方法１
１つ目の無線中継局装置電力増幅率制御法（ＲＳ−ＴＰＣ方法１）においては、リレー伝送を行った移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、あたかも無線中継局装置の位置に移動端末装置が存在してリレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるように無線中継局装置の電力増幅率を制御する。

無線中継局装置における増幅率をＧとすると、無線中継局装置経由で無線基地局装置に受信される移動端末装置の信号電力密度は式（８）に示すようになる。
Ｒ^（relay）＝Ｇ＋Ｐ^（relay）−ＰＬ_UE-RS−ＰＬ_RS-BS 式（８）
＝Ｇ＋Ｔ^（relay）＋Ｐ_noise−（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS−ＰＬ_RS-BS

一方、仮に無線中継局装置の位置に存在した移動端末装置がリレー伝送なしで伝送したとすると、無線基地局装置における受信信号電力密度は式（９）に示すようになる。
Ｒ₁ ^{（no relay）}＝Ｔ^{（no relay）}＋Ｐ_noise−（１−α^{（no relay）}）ＰＬ_RS-BS
式（９）

したがって、Ｒ^（relay）＝Ｒ₁ ^{（no relay）}とするために、Ｇは式（１）により制御される。
Ｇ＝Ｔ^{（no relay）}−Ｔ^（relay）＋（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS＋α^{（no relay）}ＰＬ_RS-BS 式（１）

（２）ＲＳ−ＴＰＣ方法２
２つ目の無線中継局装置電力増幅率制御法（ＲＳ−ＴＰＣ方法２）においては、リレー伝送を行った移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、あたかもリレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるように無線中継局装置の電力増幅率を制御する。

実際はリレー伝送を適用する移動端末装置が、仮にリレー伝送を行わなかったとすると、無線基地局装置における受信信号電力密度は式（１０）に示すようになる。
Ｒ₂ ^{（no relay）}＝Ｔ^{（no relay）}＋Ｐ_noise−（１−α^{（no relay）}）ＰＬ_UE-BS
式（１０）

したがって、Ｒ^（relay）＝Ｒ₂ ^{（no relay）}とするために、Ｇは式（２）により制御される。
Ｇ＝Ｔ^{（no relay）}−Ｔ^（relay）＋（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS
−（１−α^{（no relay）}）ＰＬ_UE-BS＋ＰＬ_RS-BS 式（２）

これらの無線中継局装置の電力増幅率制御は、無線中継局装置で行っても良く、無線基地局装置で行っても良い。なお、無線中継局装置で電力増幅率制御を行う場合には、式（１）又は式（２）におけるパラメータを必要に応じて無線基地局装置又は移動端末装置から取得する。例えば、ＲＳ−ＴＰＣ方法２のパスロスＰＬ_UE-BSについては、無線基地局装置からのシグナリングにより取得するか、移動端末装置からの通知により取得する。具体的には、前者の例では、移動端末装置がパスロスＰＬ_UE-BSを測定し、無線基地局装置に対して、直接もしくは無線中継局装置を経由して通知し、無線基地局装置が無線中継局装置に対してパスロスＰＬ_UE-BSを含むパラメータを通知する。後者の例では、移動端末装置がパスロスＰＬ_UE-BSを測定し、無線中継局装置に通知する。無線中継局装置は、無線基地局装置から通知されるその他のパラメータの情報と合わせて、無線中継局装置の電力増幅率を制御する。この一連の通知及び制御は一般に長周期で周期的に、もしくは、無線基地局装置又は無線中継局装置からの制御信号による指示を契機として行われる。また、α^{（no relay）}が１のときは、ＲＳ−ＴＰＣ方法１とＲＳ−ＴＰＣ方法２は等価となる。

図２は、リレー伝送システムの概念図である。リレー伝送システムでは、無線基地局装置（ＢＳ：ｅＮＢ）及び移動端末装置（ＵＥ）に加えて、無線中継局装置（ＲＳ）がセル内に存在する。図２において、移動端末装置ＵＥ_Ａはセル端に在圏しているので、在圏セルの無線基地局装置ＢＳ_Ａに直接上り信号を送信する場合、無線基地局装置ＢＳ_Ａ近傍の移動端末装置に比較してより強い電力で送信することが考えられる。しかしながら、その移動端末装置ＵＥ_Ａ及び無線基地局装置ＢＳ_Ａ間には無線中継局装置ＲＳ_Ａが存在するので、移動端末装置ＵＥ_Ａからの上りリンク信号を、無線中継局装置ＲＳ_Ａを介して無線基地局装置ＢＳ_Ａに送信する。

したがって、移動端末装置ＵＥ_Ａからの上りリンク信号が無線中継局装置ＲＳ_Ａを介して無線基地局装置ＢＳ_Ａに送信する場合には、移動端末装置ＵＥ_Ａは、無線基地局装置ＢＳ_Ａより近い無線中継局装置ＲＳ_Ａに届く程度の電力で上りリンク信号を送信すればよいので、移動端末装置ＵＥ_Ａの送信電力を低くすることができる。なお、無線中継局装置ＲＳ_Ａは、動作原理的には移動端末装置でも良く、固定局でも良い。また、無線中継局装置は、無線基地局装置とは異なり、信号を中継する機能さえ備えていればよいので、無線基地局装置よりも簡易且つ安価に設置することができる。リレー伝送システムについては、例えばA. Nostatinia, T. E. Hunter, and A. Hedayat, "Cooperative Communication in Wireless Networks," IEEE Communications Magazine,Vol.42,No.10,pp.74-80,Oct.2004.に記載されている。この内容はすべてここに含めておく。

図４は、本発明の実施の形態に係る無線中継局装置の構成を示す図である。図４に示す無線中継局装置は、無線基地局装置からの下り制御信号を受信する下り制御信号受信部１１と、中継する信号に対するリレー増幅率を制御するリレー増幅率制御部１２と、移動端末装置からの上りリンク信号を受信する上りリンク信号受信部１３と、送信周波数と受信周波数とが異なる場合において、受信信号の周波数を送信信号の周波数に変換する周波数変換部１４と、リレー増幅率にしたがって、中継すべき上りリンク信号を増幅する増幅部１５と、無線基地局装置に対して上りリンク信号を送信する上りリンク信号送信部１６とから主に構成されている。

下り制御信号受信部１１は、無線基地局装置から下り制御信号を受信する。この下り制御信号には、移動端末装置がリレー伝送するかどうかの中継情報を含む。また、下り制御信号には、無線中継局装置電力増幅率制御法に用いる、すなわち式（１）、式（２）における必要なパラメータを含む。下り制御信号受信部１１は、下り制御信号を復調し、上りスケジューリング情報や中継情報を取得する。

リレー増幅率制御部１２は、下り制御信号から得られた情報に基づいて、上りリンク信号を中継する際のリレー増幅率を制御する。すなわち、リレー増幅率制御部１２は、中継情報がリレー伝送する情報である場合に、リレー伝送の際のリレー増幅率を制御する。リレー増幅率制御部１２は、ＲＳ−ＴＰＣ方法１又はＲＳ−ＴＰＣ方法２により、上りリンク信号を中継する際のリレー増幅率を制御する。

リレー増幅率制御部１２は、ＲＳ−ＴＰＣ方法１の場合には、リレー伝送を行った移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、無線中継局装置の位置に移動端末装置が存在してリレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるようにリレー増幅率を制御する。この場合、リレー増幅率Ｇは、以下の式（１）で求められる。
Ｇ＝Ｔ^{（no relay）}−Ｔ^（relay）＋（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS＋α^{（no relay）}ＰＬ_RS-BS 式（１）
ここで、Ｔ^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合の基準目標受信ＳＮＲであり、Ｔ^（relay）はリレー伝送を行う場合の基準目標受信ＳＮＲであり、α^（relay）はリレー伝送を行う場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、α^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、ＰＬ_UE-RSは移動端末装置と無線中継局装置との間のパスロスであり、ＰＬ_RS-BSは無線中継局装置と無線基地局装置との間のパスロスである。

一方、リレー増幅率制御部１２は、ＲＳ−ＴＰＣ方法２の場合には、リレー伝送を行った移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、リレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるようにリレー増幅率を制御する。この場合、リレー増幅率Ｇは、以下の式（２）で求められる。
Ｇ＝Ｔ^{（no relay）}−Ｔ^（relay）＋（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS
−（１−α^{（no relay）}）ＰＬ_UE-BS＋ＰＬ_RS-BS 式（２）
ここで、Ｔ^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合の基準目標受信ＳＮＲであり、Ｔ^（relay）はリレー伝送を行う場合の基準目標受信ＳＮＲであり、α^（relay）はリレー伝送を行う場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、α^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、ＰＬ_UE-BSは移動端末装置と無線基地局装置との間のパスロスであり、ＰＬ_RS-BSは無線中継局装置と無線基地局装置との間のパスロスである。

リレー増幅率制御部１２は、リレー増幅率の情報を増幅部１５に出力する。増幅部１５は、周波数変換部１４で周波数変換された上りリンク信号（中継すべき上りリンク信号）を、リレー増幅率制御部１２から受けたリレー増幅率で増幅する。

上りリンク信号受信部１３は、移動端末装置からの上りリンク信号を受信する。上りリンク信号受信部１３は、上りリンク信号を周波数変換部１４に出力する。周波数変換部１４は、受信信号の周波数を送信信号の周波数に変換する。周波数変換部１４は、周波数変換後の上りリンク信号を増幅部１５に出力する。

ここでは、中継が行われる際、無線中継局装置の受信周波数と送信周波数とが異なる場合について説明する。無線中継局装置の受信周波数及び送信周波数に同じ周波数を使用し、その代わりに時間スロット及び／又は符号などを変える場合には、周波数変換部１４は不要である。

上りリンク信号送信部１６は、増幅部１５においてリレー増幅率で増幅された上りリンク信号を無線基地局装置に送信する。すなわち、上りリンク信号送信部１６は、制御されたリレー増幅率で増幅された上りリンク信号を無線基地局装置に送信する。

図５は、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置の構成を示す図である。図５に示す無線基地局装置は、上りリンクのチャネル状態を測定する上りチャネル状態測定部２１と、移動端末装置からの上り制御信号を受信する上り制御信号受信部２２と、無線リソースの割り当てを行う制御部２３と、ユーザに対する制御信号を生成するユーザ制御信号生成部２４と、無線中継局装置に対する中継情報に関する制御信号を生成する中継局制御信号生成部２５と、制御信号及びユーザデータを含むベースバンド信号を生成するベースバンド信号生成部２６と、ベースバンド信号を無線周波数信号に変換してＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成部２７と、移動端末装置がリレー伝送を行うか否かを決定する中継情報を生成する中継情報生成部２８とから主に構成されている。

上りチャネル状態測定部２１は、移動端末装置から送信された参照信号を用いて、上りリンクのチャネル状態を測定する。この参照信号としては、ＬＴＥシステムにおいては、サウンディングリファレンス信号（ＳＲＳ：Sounding Reference Signal）が用いられる。なお、チャネル状態としては、参照信号のＳＩＮＲ、Ｅｃ／Ｎｏ、ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）などの受信品質を意味する。上りチャネル状態測定部２１は、上りリンクのチャネル状態の情報を制御部２３及び中継情報生成部２８に出力する。

上り制御信号受信部２２は、各移動端末装置からの上りリンクの制御信号を受信する。制御信号には、例えばスケジューリングリクエスト（ＳＲ：Scheduling Request）や、下りリンクの受信品質を示す量（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator）などが含まれる。上り制御信号受信部２２は、上り制御信号を制御部２３及び中継情報生成部２８に出力する。

中継情報生成部２８は、下りリンクのＣＱＩ及び／又は上りリンクの受信ＳＩＮＲなどの受信品質に基づいて、移動端末装置がリレー伝送を行うか否か中継情報をユーザ毎に生成する。すなわち、中継情報生成部２８は、移動端末装置がリレー伝送を行うか否か中継情報をユーザ毎に決定する。中継情報は、スケジューラ機能を有する制御部２３、ユーザ制御信号生成部２４及び中継局制御信号生成部２５に通知される。なお、上りリンク信号がリレー伝送されない場合には、中継情報は制御部２３に通知されなくても良い。

中継局制御信号生成部２５は、無線中継局装置に対する中継情報に関する制御信号を生成する。また、中継局制御信号生成部２５は、上りリンク信号を中継する際のリレー増幅率を制御する。すなわち、中継局制御信号生成部２５は、リレー伝送する場合に、リレー伝送の際のリレー増幅率を制御する。中継局制御信号生成部２５は、ＲＳ−ＴＰＣ方法１又はＲＳ−ＴＰＣ方法２により、上りリンク信号を中継する際のリレー増幅率を制御する。

中継局制御信号生成部２５は、ＲＳ−ＴＰＣ方法１の場合には、リレー伝送を行った移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、無線中継局装置の位置に移動端末装置が存在してリレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるようにリレー増幅率を制御する。この場合、リレー増幅率Ｇは、以下の式（１）で求められる。
Ｇ＝Ｔ^{（no relay）}−Ｔ^（relay）＋（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS＋α^{（no relay）}ＰＬ_RS-BS 式（１）
ここで、Ｔ^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合の基準目標受信ＳＮＲであり、Ｔ^（relay）はリレー伝送を行う場合の基準目標受信ＳＮＲであり、α^（relay）はリレー伝送を行う場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、α^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、ＰＬ_UE-RSは移動端末装置と無線中継局装置との間のパスロスであり、ＰＬ_RS-BSは無線中継局装置と無線基地局装置との間のパスロスである。

一方、中継局制御信号生成部２５は、ＲＳ−ＴＰＣ方法２の場合には、リレー伝送を行った移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、リレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるようにリレー増幅率を制御する。この場合、リレー増幅率Ｇは、以下の式（２）で求められる。
Ｇ＝Ｔ^{（no relay）}−Ｔ^（relay）＋（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS
−（１−α^{（no relay）}）ＰＬ_UE-BS＋ＰＬ_RS-BS 式（２）
ここで、Ｔ^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合の基準目標受信ＳＮＲであり、Ｔ^（relay）はリレー伝送を行う場合の基準目標受信ＳＮＲであり、α^（relay）はリレー伝送を行う場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、α^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、ＰＬ_UE-BSは移動端末装置と無線基地局装置との間のパスロスであり、ＰＬ_RS-BSは無線中継局装置と無線基地局装置との間のパスロスである。

このようにして、中継局制御信号生成部２５は、リレー伝送を行う場合に、リレー伝送の際のリレー増幅率を決定する。中継局制御信号生成部２５は、このようにして求められたリレー増幅率の情報を中継局制御信号として生成し、ベースバンド信号生成部２６に出力する。

スケジューラの機能を備えた制御部２３は、スケジューリングを行い、上りリンク及び下りリンクの無線リソースを割り当てる。制御部２３は、上りスケジューリング情報及び／又は下りスケジューリング情報をユーザ制御信号作成部２４に出力する。

ユーザ制御信号生成部２４は、各移動端末装置に通知する制御情報を生成する。この制御情報には、上りスケジューリング情報／下りスケジューリング情報が少なくとも含まれており、必要に応じて中継情報も含まれる。ユーザ制御信号生成部２４は、制御信号をベースバンド信号生成部２６に出力する。

ベースバンド信号生成部２６は、下りリンク信号に含める各種の制御情報及びユーザデータを含むベースバンド信号を生成する。ベースバンド信号生成部２６は、生成されたベースバンド信号をＲＦ信号生成部２７に出力する。ＲＦ信号生成部２７は、ベースバンド信号を無線伝送用の送信信号（ＲＦ信号）に変換する。このようにして、無線基地局装置は、リレー増幅率の情報を含む中継情報を無線中継局装置に送信する。

本発明に係る送信電力制御方法においては、無線中継局装置で、移動端末装置がリレー伝送するかどうかの中継情報を含む下りリンク信号を受信し、この中継情報がリレー伝送する情報である場合に、リレー伝送の際のリレー増幅率を制御し、制御されたリレー増幅率で増幅された上りリンク信号を送信する。

また、本発明に係る送信電力制御方法においては、無線基地局装置で、移動端末装置がリレー伝送を行うか否かを決定し、リレー伝送を行う場合に、リレー伝送の際のリレー増幅率を決定し、このリレー増幅率の情報を含む中継情報を無線中継局装置に送信する。

このように、本発明に係る送信電力制御方法においては、無線中継局装置でリレー増幅率を制御する態様１と、無線基地局装置でリレー増幅率を制御する態様２とがある。このそれぞれの態様において、リレー伝送を行った移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、無線中継局装置の位置に移動端末装置が存在してリレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるようにリレー増幅率を制御する方法（ＲＳ−ＴＰＣ方法１）と、リレー伝送を行った移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、リレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるようにリレー増幅率を制御する方法（ＲＳ−ＴＰＣ方法２）とがある。ＲＳ−ＴＰＣ方法１では、セル端に位置する移動端末装置からの信号は、無線中継局装置を用いない場合と比べて、無線基地局装置においてより大きな受信電力で受信されることから、ユーザスループットを改善することができる。ＲＳ−ＴＰＣ方法２では、無線基地局装置における受信電力は、無線中継局装置を用いない場合と基本的に変わらないものの、移動端末装置と無線中継局装置の送信電力を小さくすることができるため、周辺に与える干渉を低減することができ、その結果、ユーザスループットを改善することができる。

本発明によれば、このような４つの形態（態様１／ＲＳ−ＴＰＣ方法１、態様２／ＲＳ−ＴＰＣ方法１、態様１／ＲＳ−ＴＰＣ方法２、態様２／ＲＳ−ＴＰＣ方法２）において、それぞれユーザスループット特性を改善することができる。

次に、本発明の効果を明確にするためのユーザスループットの評価について説明する。
図６は、ＲＳ−ＴＰＣ方法１、ＲＳ−ＴＰＣ方法２を用いた場合のユーザスループットの累積確率分布を示す図である。ここでは、Ｔ^（relay）を４５ｄＢとし、α^（relay）を０．９ とした。図６から分かるように、全体の傾向として、ＲＳ−ＴＰＣ方法１のユーザスループットの分布の広がりがＲＳ−ＴＰＣ方法２よりも狭くなっている。これは、ＲＳ−ＴＰＣ方法１では、リレー伝送時の移動端末装置の無線基地局装置での受信信号電力が、無線中継局装置の位置に移動端末装置が存在していたときとほぼ同じになるように制御するため、セル端に位置する移動端末装置の受信信号電力が増大し、結果としてこれらの移動端末装置のスループットが増大する一方、セル端に位置する移動端末装置の伝送で生じる干渉が増大し、セル近傍の移動端末装置のスループットが劣化するためと考えられる。また、ＲＳ−ＴＰＣ方法２では、リレー伝送なしで得られる無線基地局装置での受信信号電力を、無線中継局装置の中継を通じて、移動端末装置の送信及び無線中継局装置の送信で発生する干渉量の和を減少させて実現するように制御されるため、セル内のユーザスループットのばらつきが増大する。ここでは、セル端のユーザスループットを累積確率が５％点での値と定義して評価した。

図７（ａ），（ｂ）は、それぞれＲＳ−ＴＰＣ方法１、ＲＳ−ＴＰＣ方法２を用いたときの、α^（relay）に対する平均ユーザスループット及びセル端ユーザスループットを示す図である。ここでは、Ｔ^（relay）を３５ｄＢから５０ｄＢまで変えて評価した。また、比較のために、リレー伝送の有無に依らず移動端末装置が式（５）のフラクショナルＴＰＣに従って送信電力密度を制御し、リレー伝送を行う場合に無線中継局装置が固定の電力増幅率で増幅して転送した際の場合の結果も示す。この場合、固定の電力増幅率はセル端ユーザスループットが最大になるように定めた。図７から分かるように、ＲＳ−ＴＰＣ方法１、ＲＳ−ＴＰＣ方法２共に、固定の電力増幅率を用いた場合に比較して、セル端ユーザスループット及び平均ユーザスループットの両方を増大している。

これは各リンクのパスロスに応じて適切な送信電力に設定することにより、干渉量を抑えられるためであると考えられる。本発明においてはα^（relay）を０．７から増大していくと、移動端末装置の送信電力が増大するため、無線中継局装置における電力増幅率が低く抑えられる。その結果として、無線中継局装置から増幅転送される他セル干渉が減少するため、セル端ユーザスループット及び平均ユーザスループットが増大する。しかしながら、α^（relay）を大きくしすぎると、移動端末装置の送信で直接発生するセル間干渉量が増大するため、ユーザスループットが劣化する傾向が見られる。この傾向は、特にＴ^（relay）が大きい条件で顕著である。

図７（ａ），（ｂ）のユーザスループットを比較すると、ＲＳ−ＴＰＣ方法１は、ＲＳ−ＴＰＣ方法２とほぼ同一の平均ユーザスループットを実現している一方で、セル端ユーザスループットを若干改善している。これは、ＲＳ−ＴＰＣ方法１の持つセル端ユーザの受信信号電力の積極的な増大効果が、同時に起こる無線中継局装置での他セル干渉増幅の影響を上回っているためと考えられる。

上述したように、本発明の送信電力制御方法は、無線中継局装置において、移動端末装置−無線中継局装置間、無線中継局装置−無線基地局装置間、及び移動端末装置−無線基地局装置間の平均パスロスの情報を必要とするが、無線中継局装置で固定の電力増幅率で中継転送する場合に比較して、同一のセル平均ユーザスループットの条件下で２倍程度のセル端ユーザスループットを実現できる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、上記説明における処理部の数、処理手順については適宜変更して実施することが可能である。また、図に示される要素の各々は機能を示しており、各機能ブロックがハードウエアで実現されても良く、ソフトウエアで実現されてもよい。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することが可能である。

本発明は、ＬＴＥシステム及びその発展型システムであるＬＴＥ−Advancedの無線中継局装置、無線基地局装置及び送信電力制御方法に有用である。

１１ 下り制御信号受信部
１２ リレー増幅率制御部
１３ 上りリンク信号受信部
１４ 周波数変換部
１５ 増幅部
１６ 上りリンク信号送信部
２１ 上りチャネル状態測定部
２２ 上り制御信号受信部
２３ 制御部
２４ ユーザ制御信号生成部
２５ 中継局制御信号生成部
２６ ベースバンド信号生成部
２７ ＲＦ信号生成部

Claims (10)

1. 移動端末装置がリレー伝送するかどうかの中継情報を含む下りリンク信号を受信する受信手段と、前記中継情報がリレー伝送する情報である場合に、前記リレー伝送の際のリレー増幅率を制御するリレー増幅率制御手段と、制御されたリレー増幅率で増幅された上りリンク信号を送信する送信手段と、を具備し、前記リレー増幅率制御手段は、移動端末装置の送信電力密度をフラクショナルＴＰＣを用いて決定し、リレー伝送を行った前記移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、無線中継局装置の位置に前記移動端末装置が存在してリレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるように前記リレー増幅率を制御することを特徴とする無線中継局装置。
2. 前記リレー増幅率Ｇが以下の式（１）で求められることを特徴とする請求項１記載の無線中継局装置。
   Ｇ＝Ｔ^{（no relay）}−Ｔ^（relay）＋（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS＋α^{（no relay）}ＰＬ_RS-BS 式（１）
   ここで、Ｔ^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合の基準目標受信ＳＮＲであり、Ｔ^（relay）はリレー伝送を行う場合の基準目標受信ＳＮＲであり、α^（relay）はリレー伝送を行う場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、α^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、ＰＬ_UE-RSは移動端末装置と無線中継局装置との間のパスロスであり、ＰＬ_RS-BSは無線中継局装置と無線基地局装置との間のパスロスである。
3. 移動端末装置がリレー伝送するかどうかの中継情報を含む下りリンク信号を受信する受信手段と、前記中継情報がリレー伝送する情報である場合に、前記リレー伝送の際のリレー増幅率を制御するリレー増幅率制御手段と、制御されたリレー増幅率で増幅された上りリンク信号を送信する送信手段と、を具備し、前記リレー増幅率制御手段は、移動端末装置の送信電力密度をフラクショナルＴＰＣを用いて決定し、リレー伝送を行った前記移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、リレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるように前記リレー増幅率を制御することを特徴とする無線中継局装置。
4. 前記リレー増幅率Ｇが以下の式（２）で求められることを特徴とする請求項３記載の無線中継局装置。
   Ｇ＝Ｔ^{（no relay）}−Ｔ^（relay）＋（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS
   −（１−α^{（no relay）}）ＰＬ_UE-BS＋ＰＬ_RS-BS 式（２）
   ここで、Ｔ^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合の基準目標受信ＳＮＲであり、Ｔ^（relay）はリレー伝送を行う場合の基準目標受信ＳＮＲであり、α^（relay）はリレー伝送を行う場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、α^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、ＰＬ_UE-RSは移動端末装置と無線中継局装置との間のパスロスであり、ＰＬ_UE-BSは移動端末装置と無線基地局装置との間のパスロスであり、ＰＬ_RS-BSは無線中継局装置と無線基地局装置との間のパスロスである。
5. 移動端末装置がリレー伝送を行うか否かを決定する中継情報生成手段と、リレー伝送を行う場合に、前記リレー伝送の際のリレー増幅率を決定する中継局制御信号生成手段と、前記リレー増幅率の情報を含む中継情報を無線中継局装置に送信する送信手段と、を具備し、前記中継局制御信号生成手段は、移動端末装置の送信電力密度をフラクショナルＴＰＣを用いて決定し、リレー伝送を行った前記移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、無線中継局装置の位置に前記移動端末装置が存在してリレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるように前記リレー増幅率を決定することを特徴とする無線基地局装置。
6. 前記リレー増幅率Ｇが以下の式（１）で求められることを特徴とする請求項５記載の無線基地局装置。
   Ｇ＝Ｔ^{（no relay）}−Ｔ^（relay）＋（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS＋α^{（no relay）}ＰＬ_RS-BS 式（１）
   ここで、Ｔ^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合の基準目標受信ＳＮＲであり、Ｔ^（relay）はリレー伝送を行う場合の基準目標受信ＳＮＲであり、α^（relay）はリレー伝送を行う場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、α^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、ＰＬ_UE-RSは移動端末装置と無線中継局装置との間のパスロスであり、ＰＬ_RS-BSは無線中継局装置と無線基地局装置との間のパスロスである。
7. 移動端末装置がリレー伝送を行うか否かを決定する中継情報生成手段と、リレー伝送を行う場合に、前記リレー伝送の際のリレー増幅率を決定する中継局制御信号生成手段と、前記リレー増幅率の情報を含む中継情報を無線中継局装置に送信する送信手段と、を具備し、前記中継局制御信号生成手段は、移動端末装置の送信電力密度をフラクショナルＴＰＣを用いて決定し、リレー伝送を行った前記移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、リレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるように前記リレー増幅率を制御することを特徴とする無線基地局装置。
8. 前記リレー増幅率Ｇが以下の式（２）で求められることを特徴とする請求項７記載の無線基地局装置。
   Ｇ＝Ｔ^{（no relay）}−Ｔ^（relay）＋（１−α^（relay））ＰＬ_UE-RS
   −（１−α^{（no relay）}）ＰＬ_UE-BS＋ＰＬ_RS-BS 式（２）
   ここで、Ｔ^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合の基準目標受信ＳＮＲであり、Ｔ^（relay）はリレー伝送を行う場合の基準目標受信ＳＮＲであり、α^（relay）はリレー伝送を行う場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、α^{（no relay）}はリレー伝送を行わない場合のフラクショナルＴＰＣの減衰係数であり、ＰＬ_UE-RSは移動端末装置と無線中継局装置との間のパスロスであり、ＰＬ_UE-BSは移動端末装置と無線基地局装置との間のパスロスであり、ＰＬ_RS-BSは無線中継局装置と無線基地局装置との間のパスロスである。
9. 移動端末装置がリレー伝送するかどうかの中継情報を含む下りリンク信号を受信する工程と、前記中継情報がリレー伝送する情報である場合に、前記リレー伝送の際のリレー増幅率を制御する工程と、制御されたリレー増幅率で増幅された上りリンク信号を送信する工程と、を具備し、移動端末装置の送信電力密度をフラクショナルＴＰＣを用いて決定し、リレー伝送を行った前記移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、無線中継局装置の位置に前記移動端末装置が存在してリレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるように前記リレー増幅率を制御することを特徴とする送信電力制御方法。
10. 移動端末装置がリレー伝送するかどうかの中継情報を含む下りリンク信号を受信する工程と、前記中継情報がリレー伝送する情報である場合に、前記リレー伝送の際のリレー増幅率を制御する工程と、制御されたリレー増幅率で増幅された上りリンク信号を送信する工程と、を具備し、移動端末装置の送信電力密度をフラクショナルＴＰＣを用いて決定し、リレー伝送を行った前記移動端末装置の無線中継局装置経由の無線基地局装置における受信信号電力密度が、リレー伝送なしで伝送した場合とほぼ同じになるように前記リレー増幅率を制御することを特徴とする送信電力制御方法。

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