(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御ユニットを有するバックホールコアネットワークと複数の基地局とを有する無線通信システムにおいて、基地局とある無線デバイスとの間の協調送信又は協調受信を制御する制御ユニットを複数の制御ユニットの中から決定する装置であって、各制御ユニットは１つ以上の基地局を制御することができ、該制御ユニットは基地局を制御し、該基地局は無線デバイスにサービスを提供するものであり、
サービスを提供している基地局の制御ユニットが制御することのできる基地局の有線クラスタが、基地局の所望の無線クラスタを含むか否かを決定（５０１）する有線クラスタ決定部であって、基地局の前記所望の無線クラスタに含まれる基地局は、前記無線デバイスへの有用な無線チャネルを有するものである、有線クラスタ決定部と、
前記無線デバイスにサービスを提供している前記基地局を制御する制御ユニット以外の少なくとも１つの別の制御ユニットに対して、実現可能な有線クラスタを求める要求を送信（５０２、７０１）するとともに、該少なくとも１つの別の制御ユニットからクラスタ実現可能性応答を受信（７０２）するクラスタ実現可能性プロセッサ（４００）であって、前記クラスタ実現可能性応答は、前記少なくとも１つの別の制御ユニットに対する実現可能性要求を受けて、該少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタに関する情報を含み、該少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の該実現可能な有線クラスタは、前記バックホールコアネットワークの特性を考慮して得られるものである、クラスタ実現可能性プロセッサと、
前記少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタに関する情報がある選択基準を満たす場合には、該少なくとも１つの別の制御ユニットを選択（５０５）する制御ユニット選択部（４０３）であって、該少なくとも１つの別の制御ユニットは、前記クラスタ実現可能性応答に基づいて、該少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタ内の基地局と前記無線デバイスとの間の協調送信又は協調受信を制御することとなっている、制御ユニット選択部と
を備えた装置。
【請求項２】
前記制御ユニット選択部は、別の第１の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタに関する受信情報が、第１の無線デバイスについての前記選択基準を満たし、別の第２の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタに関する受信情報が、第２の無線デバイスについての前記選択基準を満たす場合に、少なくとも２つの基地局と前記第１の無線デバイスとの間の協調送信又は協調受信を制御するべく前記別の第１の制御ユニットを選択し、少なくとも２つの基地局と前記第２の無線デバイスとの間の協調送信又は協調受信を制御するべく前記別の第２の制御ユニットを選択するものである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の前記実現可能な有線クラスタが、
基地局の所望の無線クラスタ内の基地局を、ある選択閾値より多く含む場合か、
前記サービスを提供している基地局を制御する制御ユニットが制御することのできる基地局の有線クラスタよりも、基地局の所望の無線クラスタ内の基地局を多く含む場合か、
実現可能な有線クラスタに関する受信情報により判明した実現可能な全ての有線クラスタよりも、そして、前記サービスを提供している基地局を制御する制御ユニットが制御することのできる基地局の有線クラスタよりも、基地局の所望の無線クラスタ内の基地局を多く含む場合か
に前記選択条件が満たされることとなる、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御ユニット選択部は、前記サービスを提供している基地局を制御する制御ユニットが制御することのできる基地局の有線クラスタに関する情報と、前記少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の前記実現可能な有線クラスタに関する少なくとも１つの受信情報との比較に基づいて、該少なくとも１つの制御ユニットを選択するものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記クラスタ実現可能性プロセッサは、実現可能な有線クラスタの要求を、所望の無線クラスタに含まれる基地局を制御する全ての制御ユニットに対して送るものである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記バックホールコアネットワークの特性を考慮して、前記サービスを提供している基地局を制御する制御ユニットが制御することのできる基地局の有線クラスタを決定する有線クラスタ決定部を備えた請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
前記バックホールコアネットワークの特性が、有線クラスタ内の基地局と、該有線クラスタの制御ユニットとの間の許容可能な最大待ち時間であるか、又は前記有線クラスタ内の１つ以上の基地局と、該有線クラスタの制御ユニットとの間の有線リンクの容量である、請求項６又は７に記載の装置。
【請求項８】
前記制御ユニット選択部は、選択された制御ユニットにより制御される、少なくとも２つの基地局と前記無線デバイスとの間の協調送信又は協調受信をトリガするものである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の前記実現可能な有線クラスタに関する前記少なくとも１つの受信情報が、
前記実現可能な有線クラスタに含まれる一組の基地局か、
前記実現可能な有線クラスタに含まれるとともに基地局の所望の無線クラスタにも含まれる一組の基地局か、
前記実現可能な有線クラスタが基地局の所望の無線クラスタを完全に含むものであるか否かを表す情報か
を表すものである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御ユニット選択部は、現時点でサービスを提供している基地局から、選択された制御ユニットが制御する基地局へと、前記無線デバイスの切換えをトリガするものである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
複数の制御ユニット及び複数の基地局を有するバックホールコアネットワークを有する無線通信システムであって、各制御ユニットは１つ以上の基地局を制御することができ、
基地局とある無線デバイスとの間の協調送信又は協調受信を制御する制御ユニットを、無線通信システムにおける複数の制御ユニットの中から決定する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置と、
少なくとも２つの基地局と前記無線デバイスとの間の協調送信又は協調受信を制御する前記少なくとも１つの別の制御ユニットと
を有する無線通信システム。
【請求項１２】
複数の制御ユニットを有するバックホールコアネットワークと複数の基地局とを有する無線通信システムにおいて、基地局とある無線デバイスとの間の協調送信又は協調受信を制御する制御ユニットを複数の制御ユニットの中から決定する方法であって、各制御ユニットは１つ以上の基地局を制御することができ、該制御ユニットは基地局を制御し、該基地局は無線デバイスにサービスを提供するものであり、
サービスを提供している基地局の制御ユニットが制御することのできる基地局の有線クラスタが、基地局の所望の無線クラスタを含むか否かを決定（５０１）するステップであって、基地局の前記所望の無線クラスタに含まれる基地局は、前記無線デバイスへの有用な無線チャネルを有するものである、ステップと、
前記無線デバイスにサービスを提供している基地局を制御する制御ユニット以外の少なくとも１つの別の制御ユニットに対して、実現可能な有線クラスタを求める要求を送信（５０２、７０１）するステップと、
該少なくとも１つの別の制御ユニットからクラスタ実現可能性応答を受信（４００、７０２）するステップであって、前記クラスタ実現可能性応答は、前記少なくとも１つの別の制御ユニットに対する実現可能性要求を受けて、該少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタに関する情報を含み、該少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の該実現可能な有線クラスタは、前記バックホールコアネットワークの特性を考慮して得られるものである、ステップと、
前記少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタに関する情報がある選択基準を満たす場合には、該少なくとも１つの別の制御ユニットを選択（４０３、５０５）するステップであって、該少なくとも１つの別の制御ユニットは、前記クラスタ実現可能性応答に基づいた、該少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタ内の基地局と前記無線デバイスとの間の協調送信又は協調受信を制御することとなっている、ステップと
を含む方法。
【請求項１３】
コンピュータ又はマイクロコントローラに対して請求項１２に記載の方法を実行させるプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は無線通信システムに関し、具体的には、無線通信システムのコアネットワーク構成を決定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラ移動アクセスネットワークにおいて、協調又は協力（cooperation）は、無線伝送容量とセル間干渉制御とエネルギー消費との点で大きな利益を生み出すものである。これまでに（ジョイントプリコーディング及びデコーディング（joint precoding and decoding）、セル間協調といった）幾つかの方式が提案されており、それぞれが違った性能面のメリットを有する。
【０００３】
無線という観点でみると、ジョイント信号処理（joint signal processing）（非特許文献１〜３参照）及びセル間協調（inter-cell coordination）（非特許文献４及び５参照）といった、種々の協調方式（cooperation techniques）をとり、その性能を評価する分野において数多くの研究が行われている。これらの結果は、協調手法を無線システムに組み込む方法を示しており、得られる性能利得を実証するものである。その他の研究では、協調スキームに関与する構成要素の同期を取る方法（非特許文献６参照）と、所望の利得を得るために協調することが求められる基地局（Base Station, ＢＳ）の数（非特許文献７参照）と、オーバーラップしたクラスタ構成を導入すること等によりクラスタ間干渉に対処する方法（非特許文献８参照）と、チャネル状態情報（Channel State Information, ＣＳＩ）を効率的に収集する方法（非特許文献９参照）とが取り上げられている。
【０００４】
非特許文献１０には別の例が示されている。
【０００５】
協調的セルラネットワークの構成の一例は、あるユーザに対して共同して（jointly）サービスを提供するクラスタ内に複数の基地局（ＢＳ）を有している。将来の協調的ネットワーク（cooperative network）では、はるかに厳しい要件が課されるであろう。というのも、（ＣｏＭＰ（coordinated multipoint transmission, 協調的なマルチポイント送信）、ＮＷ−ＭＩＭＯ（network multiple input multiple output, ネットワーク多入力多出力）といった）新たな協調方式と、より大きな基地局密度（より多くのクラスタ候補）が利用できるようになるとともに、より大きなユーザデータ速度が必要とされるであろうからである。そのため、有線ネットワーク（wireline network）に関しても、はるかに高い要件が求められる場合がある。結果として、あらゆるクラスタが実現可能（feasible）であるという前提は、もはや成り立たない場合がある。協調送信（cooperative transmission）に際しては、協調する基地局のクラスタを特定するためにチャネル状態情報（ＣＳＩ）が収集される。クラスタの算出は、このチャネル状態情報に基づいて行われる。これは、クラスタが実現可能ではないために役に立たない場合がある。そのため、実現不可能なクラスタに関する結果は、計算リソース及びシグナリング容量の無駄となってしまう場合がある。
【０００６】
図１２は、幾つかの有線クラスタ１２１０と幾つかの無線クラスタ１０２０とを有する無線通信システム１２００を示している。有線クラスタ１２１０は、集中制御ユニット１２２０又は幾つかの分散制御ユニット１２２０による制御を受ける。図示しているように、無線クラスタ１０２０は、複数の有線クラスタ１２１０にまたがることはできない。
【０００７】
このような無線通信システムにおいて、協調又は協力の必要性（cooperation necessity）が検出された場合には、図１３の符号１３００として示すように、全ての基地局について収集された（チャネル状態情報などの）無線チャネル特性に基づいて、無線クラスタリング１３１０が行われる。このクラスタリングに伴い、協調的な送信又は受信１３２０が行われることになるが、有線コアネットワークの制約により実現可能ではない無線クラスタも一部存在する可能性がある。図１２は、有線クラスタと無線クラスタとのこのような関係を示している。
【０００８】
セルラ移動アクセスネットワークにおいて、協調的なマルチポイント送信（ＣｏＭＰ）、協調的スケジューリング（coordinated scheduling）といった無線協調方式（wireless cooperation techniques）を適用することにより得られる利得は、基地局（ＢＳ）とユーザ端末（user terminal, Ｕｔ）との間の無線チャネルの状態に依存する。このようなチャネル特性に応じて、ＢＳのセルのクラスタを選択し、協調を実行する。
【０００９】
無線特性に加えて、リンク遅延、容量、負荷といった、有線バックホール（wireline backhaul）及びコアネットワークの特性も、協調又は協力しているセルクラスタをいかに定めるかを判断する際に考慮しなければならない。これは、バックホール及びコアネットワークを通じて転送されるような、協調しているセルの集合において必要とされる制御データ及びユーザデータのやり取りのトラフィックによるものである。このトラフィックのデータ速度は、将来のバックホールネットワークにおいては、ＢＳあたり１Ｇｂｉｔ／ｓの目標容量を超えることになるだろう。つまり、無線協調に制限をもたらす混雑のシナリオが生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】V. Jungnickel, L. Thiele, T. Wirth, T. Haustein, S. Schiffermuller, A. Forck, S. Wahls, S. Jaeckel, S. Schubert, H. Gabler, and Others, ‘Coordinated multipoint trials in the downlink,’ in Proc. IEEE Broadband Wireless Access Workshop (BWAWS), Nov. 2009
【非特許文献２】V. Jungnickel, M. Schellmann, L. Thiele, T.Wirth, T. Haustein, O. Koch, W. Zirwas, and E. Schulz, ‘Interference-aware scheduling in the multiuser MIMO-OFDM downlink,’ IEEE Communications Magazine, vol. 47, no. 6, pp. 56-66, June 2009
【非特許文献３】S. Venkatesan, H. Huang, A. Lozano, and R. Valenzuela, ‘A WiMAX based implementation of network MIMO for indoor wireless systems,’ EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, 2009
【非特許文献４】W. Choi and J. G. Andrews, ‘The capacity gain from intercell scheduling in multi-antenna systems,’ IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 7, no. 2, pp. 714-725, Feb. 2008
【非特許文献５】J. G. Andrews, A. Ghosh, and R. W. Heath, ‘Networked MIMO with clustered linear precoding,’ IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 8, no. 4, pp. 1910-1921, Apr. 2009
【非特許文献６】V. Jungnickel, T. Wirth, M. Schellmann, T. Haustein, and W. Zirwas, ‘Synchronization of cooperative base stations,’ in Proc. IEEE Int. Symp. on Wireless Communication Systems (ISWCS), 2008, pp. 329-334
【非特許文献７】J. Hoydis, M. Kobayashi, and M. Debbah, ‘On the optimal number of cooperative base stations in network MIMO systems,’ Arxiv preprint arXiv:1003.0332, 2010
【非特許文献８】G. Caire, S. A. Ramprashad, and H. C. Papadopoulos, ‘Rethinking network MIMO: Cost of CSIT, performance analysis, and architecture comparisons,’ in Proc. IEEE Information Theory and Applications Workshop (ITA), Jan. 2010
【非特許文献９】L. Thiele, M. Schellmann, S. Schiffermuller, V. Jungnickel, and W. Zirwas, ‘Multi-cell channel estimation using virtual pilots,’in Proc. IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), May 2008, pp. 1211-1215
【非特許文献１０】G. Caire, S.A. Ramprashad, H.C. Papadopoulos, C. Pepin, and C.E. Sundberg, ‘Multiuser MIMO Downlink with Limited Inter-Cell Cooperation: Approximate Interference Alignment in Time, Frequency and Space,’ Communication, Control, and Computing, 2008 46th Annual Allerton Conference on, 2008, p. 730-737
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、複雑度を低く保ち、かつ既存のネットワークシナリオとの互換性を保ちながらデータスループットを改善するために、無線通信システム内の複数の制御ユニットの中からある制御ユニットを決定するための改善された概念を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、請求項１に記載の装置、請求項１３に記載の無線通信システム、請求項１４に記載の制御ユニットを決定する方法、又は請求項１５に記載のコンピュータプログラムによって達成される。
【００１３】
ある特定の基地局におけるＣｏＭＰコントローラ等の単一の制御ユニットが、２つの基本機能を担当する。第１の機能は、協調方式に必要とされる信号を処理し、無線クラスタの一部である、協調している全基地局に配信することである。第２の機能は、無線クラスタの一部である、協調している全基地局との間で、ユーザデータを収集し（アップリンク）、あるいはユーザデータを配信する（ダウンリンク）ことである。例示的なシナリオでは、このような制御ユニット又はＣｏＭＰコントローラが各基地局の位置に設けられている。しかし、このようなコントローラは、２つ以上の基地局にサービスを提供するために、２つの基地局の間に設けることもできる。
【００１４】
通常、協調している基地局の集合は、そのときのバックホールの待ち時間（latency）及び容量の状況により、所望のものよりも小さい場合がある。バックホールネットワークにより無線クラスタに参加することが許可されない基地局は、協調している集合から除外される。
【００１５】
無線クラスタの実現可能性を改善するために、ある無線デバイスにサービスを提供している基地局を実際に制御している制御ユニット以外の少なくとも１つの別の制御ユニットからクラスタ実現可能性応答を受信するクラスタ実現可能性プロセッサが提供される。ここで、前記クラスタ実現可能性応答は、この少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタに関する情報を含んでいる。さらに、この別の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタに関する受信情報に基づいて、少なくとも２つの基地局と無線デバイスとの間の協調送信を制御する少なくとも１つの制御ユニットを選択する制御ユニット選択部が提供される。
【００１６】
本発明においては、有線の実際の状況、すなわち特に有線クラスタの状況に応じて、稼働中に、無線デバイスに対する協調送信を制御する制御ユニットを、ある基地局に配置されている制御ユニットから、別の基地局に配置されている別の制御ユニットへと変更することができるため、本発明は柔軟性を有している。基地局においても、制御ユニットにおいても、バックホールネットワークにおいても、ハードウェアシステムの変更は不要である。それどころか、ある無線デバイスに対する協調送信を制御するコントローラが、クラスタ実現可能性要求及び受信したクラスタ実現可能性応答のメッセージに応じて柔軟に決定され、制御ユニット（別の基地局に配置されたクラスタコントローラ）が異なった有線又はバックホールの状態にあることにより、スループットを大きく向上させることができることが判明している。
【００１７】
実施形態において、無線クラスタの実現可能性は、元々無線クラスタの一部として選択された全ての基地局に対する、その無線クラスタの一部として効率的である基地局の割合として定められる。縮小した無線クラスタが、ＣｏＭＰにより想定されうる利得を提供しない場合があることは明らかである。
【００１８】
無線クラスタの実現可能性を改善するために、本発明は、ＣｏＭＰコントローラに最も適したロケーションを動的に選択することを可能とする。その理由は、ＣｏＭＰコントローラのロケーションが、用いられるＣｏＭＰの方式により要求されるデータ収集及び配信のプロセス全体に対する影響を有することにある。このため、無線クラスタコントローラ（制御ユニット）を、別の基地局と同じロケーション等の別のロケーションに移動させることは、協調クラスタの実現可能性に影響を与える。これは、協調又は協力している基地局に到達するために必要な有線ネットワーク内のホップ数を少なくすることが要求され、これにより無線クラスタの実現可能性が改善できることによるものである。
【００１９】
このため、本発明は、クラスタサイズを縮小した結果、ユーザスループットが低下するという問題を解決する。本発明は、現場での高価なハードウェアの設置によりバックホールをアップグレードするのではなく、所望の無線クラスタの各コントローラに関して実現可能な有線クラスタを計算し、有線クラスタが所望の有線クラスタの最も大きな部分を包含するようなコントローラを選択し、好ましい実施形態では選択された無線クラスタコントローラに向けてユーザ端末の制御をハンドオーバさせることにより、最も大きな有線クラスタを実現できる無線クラスタコントローラを動的に選択する。
【００２０】
したがって、多くのユーザ機器において、最大で２倍のサイズとなる大きなクラスタサイズの改善が見られ、この改善にはコストがかからない。これは、より大きなクラスタを有することによって、すなわち、全く同一の無線デバイスに対してサービスを提供するより多くの基地局を有することによって、あるビット誤り率が求められる際のデータスループットが改善できるか、又は、データスループットを維持しつつも、基地局の数が多くなるためにはるかに良好なビット誤り率が得られる。
【００２１】
以下、添付の図面を参照して好ましい実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】無線通信システムのコアネットワーク構成を決定する装置のブロック図である。
【図２ａ】無線通信システムのコアネットワーク構成を決定する装置のブロック図である。
【図２ｂ】無線通信システムの概略図である。
【図３】協調の必要性の検出を受けて行われる有線クラスタリング及び無線クラスタリングの概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による、複数の制御ユニットから制御ユニットを決定する装置のブロック図である。
【図５】協調送信又は協調受信に際し、最も良く制御されるユニットを動的に選択すべく行われることになるプロセスステップのフローチャートである。
【図６】ある実施形態の概要を示す説明図である。
【図７】更に好ましい実施形態のブロック図である。
【図８】本発明のプロセスによる大きな改善を示すシミュレーション結果の説明図である。
【図９】本発明のプロセスによる大きな改善を示す別のシミュレーション結果の説明図である。
【図１０】協調的なマルチポイント送信のシナリオを示す説明図である。
【図１１】バックホールあるいは有線の状況に起因する問題を示す説明図である。
【図１２】有線クラスタと無線クラスタとを有する無線通信システムの説明図である。
【図１３】協調送信又は協調受信の既知の方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図４は、無線通信システムにおいて、基地局と無線デバイスとの間の協調送信又は協調受信を制御する制御ユニットを複数の制御ユニットの中から決定する装置のブロック図である。ここで、無線通信システムは、複数の制御ユニットと複数の基地局とを有する有線ネットワークを有し、各制御ユニットは１つ以上の基地局を制御することができる。
【００２４】
上記装置は、ある無線デバイスに対して実際にサービスを提供している基地局を制御する制御ユニット以外の少なくとも１つの別の制御ユニットからクラスタ実現可能性応答（cluster feasibility response）４０１を受信するクラスタ実現可能性プロセッサ（cluster feasibility processor）４００を有している。このクラスタ実現可能性応答には、その実現可能性応答を送信した前記少なくとも１つの別の制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタの情報が含まれる。好ましくは、クラスタ実現可能性要求（cluster feasibility request）４００の宛先となる別の制御ユニットは、異なる２つのクラスタコントローラを決定する装置から送信される当該実現可能性要求４０２に応ずる。
【００２５】
クラスタ実現可能性プロセッサ４００は、制御ユニット選択部４０３と協調又は協力して動作する。制御ユニット選択部４０３は、好ましくは新たなクラスタコントローラの識別情報４０４を含む少なくとも１つの情報に基づいて、少なくとも２つの基地局と無線デバイスとの間の協調送信（cooperative transmission）又は協調受信（cooperative reception）を制御する少なくとも１つの新たな制御ユニットを選択する。そして、クラスタコントローラすなわち制御ユニットは、この別の（新たな）制御ユニットが制御することのできる基地局の実現可能な有線クラスタを確立する。これをトリガするために、制御ユニット選択部４０３は、選択されたクラスタコントローラ又は制御ユニットに向けて選択命令４０５を出力することが好ましい。符号４０５に示すとおりである。
【００２６】
図１０は、別々の地理的位置に配置されていて、異なるエリア１００４、１００５、１００６にサービスを提供する３つの異なる基地局１００１、１００２、１００３のあるシナリオを示している。無線デバイス１０１０は、この無線通信システム内に位置しており、３つ全ての基地局１００１、１００２、１００３への無線接続の機会、すなわち許容可能な無線チャネルを有する。
【００２７】
さらに、制御ユニットＣである符号１０１１、１０１２、１０１３は、各基地局と関連付けられている。すなわち、各基地局と同じロケーションに配置されている。３つの基地局は、あるクラスタの処理をするクラスタ単位の１つのアクティブなコントローラを用いて、ＣｏＭＰ（ジョイント処理（joint processing））を実行することができる。図１０に示した状況では、基地局１００３と同じロケーションに配置されているコントローラ１０１３は、移動デバイス１０１０との通信を実際に制御し、他の２つの基地局１００１、１００２を用いてクラスタを作ることができる。その一方で、図１１に示しているように、基地局１００３のＣｏＭＰ制御ユニットは、あるリンクにおける待ち時間又は容量の問題により、所望の全ての基地局に対してデータを配信できるわけではない。例えば、最上部の基地局１００１に到達するためには複数のホップを経由することが必要となるため、待ち時間が生じる。ひいては、容量により、バックホールクラスタの範囲も制限される可能性がある、例えば、２つの異なるユニキャストフローが同じリンクを経由できない場合がある。
【００２８】
その一方で、無線クラスタコントローラを、基地局１００２と同じロケーションに配置された制御デバイス１０１２に移すと、協調的クラスタの実現可能性（cooperative cluster feasibility）に影響を与えることになる。その効果を述べると、制御をコントローラ１０１２に移したとすると、このコントローラ１０１２が基地局１００１へ情報を提供する際のホップの数は減少する。他方、基地局１００３へ情報を提供する際のホップの数は増加するが、これは問題とはならない。なぜならば、単一のホップに過ぎないため、この追加的なホップにより生じる待ち時間は、図１０、図１１の例では許容可能であるためである。
【００２９】
つまり、本発明は、有線クラスタの制御ユニットを、サービスを提供している基地局から、協調送信と協調受信の少なくとも一方に際してより良好な（より多くの基地局を有するより大きな）有線クラスタを提供することのできる別の基地局へと動的に配置を変えることにより、ＣｏＭＰクラスタの候補となる基地局が、制限されたバックホールネットワークの能力によりサポートされない場合があるという問題と、クラスタサイズの縮小によりユーザスループットが低下するという問題とを解決する。
【００３０】
このため、本発明では、クラスタ実現可能性プロセッサから送られた図４の実現可能性要求４０２に応じて、所望の無線クラスタ内の基地局と同じロケーションに配置された各無線クラスタコントローラにて実現可能な無線クラスタの事前計算を行い、各クラスタコントローラからの実現可能性応答４０１により得られた結果に基づいて、制御ユニット選択部が最も大きな無線クラスタ実現可能性を選択することができ、そのマルチポイント送信を編成するために、当該無線クラスタコントローラへのハンドオーバを行うことができる。しかし、このハンドオーバは必ずしも、移動デバイス１０１０がクラスタコントローラを有する別の基地局に実際にリンクされるような実際のハンドオーバではなくてもよい。むしろ、移動デバイスは、それまでの基地局コントローラ１０１３に依然としてリンクすることができつつ、実際には基地局１０１２が有線クラスタを制御する。したがって、本発明によれば、移動デバイスが実際にリンクしている基地局コントローラと、有線クラスタをとりまとめるコントローラとが異なっていてもよい。
【００３１】
さらに、最適なスループットを提供する有線クラスタは、無線デバイスごとに異なっていてもよく、そのため、協調送信を制御する制御ユニットも無線デバイスごとに異なっていてもよい。したがって、例えば図１０であれば、移動デバイス１０２０は、最適なコントローラとして、上方の基地局１００１と関連付けられているコントローラ１０１１を有する一方で、コントローラ１０１２は、移動デバイス１０１０の最適なコントローラである。
【００３２】
図６は、最も大きな有線クラスタを実現する無線クラスタコントローラを動的に選択するための好ましい実施形態の概要を示している。図６は、所望の有線クラスタの最も大きな部分をカバーする有線クラスタを有するコントローラが選択される様子を示しており、これは最も右側にあるクラスタコントローラである。なぜならば、このコントローラが図６の移動デバイスを制御する際には、３つの基地局が協調的なマルチポイント送信に参加できるためである。その一方で、コントローラを左側の基地局又は上側の基地局に配置すると、２つの基地局しか参加ことができず、有線クラスタは準最適なものとなる。
【００３３】
本発明による手法の大きな利点は、本発明により、ネットワークにおけるハードウェアのアップグレードを一切必要とせずに、ＣｏＭＰクラスタの実現可能性を改善できることである。本発明によるシステムは、これまでのネットワークインフラストラクチャに基づいて、ユーザに対して最良のサービスを改善又は提供するために、可能な限り最良の構成（ＣｏＭＰコントローラのロケーション及びユーザ機器にサービスを提供するＢＳ）を見いだすものである。
【００３４】
図８は、本発明による改善を実証するシミュレーション結果を示している。プロットは、利得の発生と、全ユーザ機器について平均化したクラスタサイズの改善と、クラスタの改善により利益を享受する全てのユーザ機器について平均化したクラスタサイズの改善とを含んでいる。このシミュレーションは、例えば様々なリンク密度を有する受動光ネットワーク（passive optical network, ＰＯＮ）に対応するツリー状のバックホール（backhaul）ネットワークの配備（デプロイ、deployment）を前提としている。現実的なバックホールネットワークの配備に対応したリンク密度の範囲は、符号８００すなわち網掛けのエリアとして示している。プロットは、ネットワーク内の多くのユーザ機器（本例では約５０人〜６０人）が、符号８０１に示すように本発明により利益を享受できることを示している。符号８０２に示すように、クラスタサイズの改善が見られるユーザ機器が６０％〜１００％存在し、これは、ＣｏＭＰクラスタに含まれる基地局の数が最大で２倍となり得ることを意味する。全てのユーザ機器、すなわち利益を享受するユーザ機器及び何ら利得が見られないユーザ機器を平均してもなお、符号８０３に示すようにクラスタサイズの改善が見られるのは約４０％である。
【００３５】
図９は、メッシュ状のバックホールネットワークの配備による利得を示している。加えて、代替的なロケーション（ｎ）を探す際には、代替的なＣｏＭＰコントローラのロケーションの、様々な数の組み合わせを考慮し、評価する。プロットは、ツリー状バックホールネットワークと比べて利得が小さいことを示している。その理由は、メッシュ内のより高い接続性によって、より大きなＣｏＭＰクラスタが既に可能となっているため、クラスタサイズを改善する可能性が減少するからである。ｎの様々な値は小さな影響を示すに過ぎない。これは、代替的なＣｏＭＰコントローラのロケーションと、あるユーザ機器にサービスを提供している基地局とを探す際に、次の２つ〜４つのＢＳをチェックすれば既に十分であることを意味する。
【００３６】
本発明によれば、ネットワーク内に更なる機能を必要としないため、バックホールネットワークが将来的にアップグレードされても、その移行段階においてＣｏＭＰの性能が改善するようにネットワークを配備することができる。さらに、本発明の実施形態によればトレードオフは生じない。すなわち、本メカニズムにより利益を受けるユーザに大きな利得が見られる一方で、利益を受けないユーザも何ら不利益を有することはない。
【００３７】
このため、本発明は、ＣｏＭＰシステムにおける高いユーザ性能を提供する。なぜならば、このＣｏＭＰシステムは、所与のバックホールの状態について可能な限り最良の無線クラスタを可能とするためである。さらに、ＣｏＭＰの配備は、拡張的なバックホールネットワークのアップグレードを行うことなくできる。本発明は、ソフトウェアの更新により実施することができ、ＣｏＭＰを用いる任意のシステムにおいて機能し得るものである。
【００３８】
実施形態によれば、ネットワークにおけるクラスタコントローラ機能の最良のロケーションを、無線クラスタの実現可能性が改善されるように動的に選ぶ。さらに、例えば、２０１０年１１月１１日出願の欧州特許出願第１０１９０８９１号に記載されているように、そして図１〜図３を参照して説明するように決定される有線ネットワークの特性に基づいてコントローラ機能が選択される。加えて、所望の無線クラスタサイズを実現するための候補となる基地局を選択するために、閾値に基づくメカニズムが好ましい。他の実施形態では、新たな制御ユニットの選択に続いてクラスタの実現可能性を改善するために、ユーザ機器を別のコントローラにハンドオーバさせる。
【００３９】
続いて、本発明の好ましい実施形態を図５及び図７を参照して説明する。ブロック５００は、所望の無線クラスタの情報を提供するステップを示している。ステップ５００の機能は、図７のブロック７００によって実施される。ステップ５００又はブロック７００では、ＣｏＭＰ送受信のために定められる一組の基地局を選択する。所望の無線クラスタは、「A Dynamic Clustering Approach in Wireless Networks with Multi-Cell Cooperative Processing, A. Papadogiannis et al., ICC 2008 Proceedings, pages 1-5」に記載されているような既知の手順に従って決定される。この目的のために、アップリンクの合計レートを最大化するための線形ビームフォーミングが検討されている。協調する基地局のクラスタを形成するための貪欲アルゴリズム（greedy algorithm）が、マルチセルによる協調処理（multi-cell cooperative processing, ＭＣＰ）を組み込んだセルラネットワーキングについて示されている。この手法は、ラウンドロビン（round robin）等の公平な移動局スケジューリングのシナリオのもとで評価されるように選ばれる。クラスタリングアルゴリズムの目的は、既に選択されている移動局の合計レートの最大化にある。
【００４０】
しかし、所望の無線クラスタ情報を提供するために、より進化した、又はより直接的なアルゴリズムを実行することができる。このような直接的なプロセスは、例えば、移動局への有用な無線チャネルを有する全ての移動局が所望の無線クラスタを構成するようなプロセスである。
【００４１】
ステップ５０１において、バックホールの状況の観点で所望のクラスタが実現可能であるか否かがチェックされる。ステップ５０１にて所望のクラスタが実現可能であると判断されると、準備が全て整ったことになり、符号５０２に示すように所望の無線クラスタが用いられる。しかし、所望の無線クラスタが実現可能ではないと判断された場合には問題が生じる。そのため、サービスを提供している基地局、すなわち当該移動デバイスを実際に制御している基地局と同じロケーションに配置されているクラスタコントローラが、協調できる可能性のある基地局と同じロケーションに配置されている別のコントローラへの現在のバックホール接続に起因して、要求される協調の集合が実現可能ではないと判断した場合には、ステップ５０２に進む。
【００４２】
ステップ５０１におけるチェックは、実際に、すなわち現時点で発生しているバックホールの待ち時間、バックホールのトラフィックに基づいて行うことができ、あるいは、その他の任意のバックホール関連のパラメータによって行うこともできる。この目的のために、引用することにより本明細書の一部を成すものとする欧州特許出願第１０１９０８９１．１号に記載されているような、所望のクラスタがバックホールの状況に照らして実現可能であるかどうかをチェックする好ましいアルゴリズムを説明すべく、図１〜図３を参照する。
【００４３】
セルラ移動アクセスネットワークにおいて、協調的なマルチポイント送信（ＣｏＭＰ）又は協調スケジューリングといった無線協調の方式を適用することによって達成される利得は、基地局（ＢＳ）とユーザ端末（ＵＴ）との間の無線チャネルの状態に依存する。これらのチャネル特性に応じて、ＢＳセルのクラスタを選択し、協調を実行することができる。
【００４４】
無線特性に加えて、リンクの遅延、容量、負荷といった有線バックホール及びコアネットワークの特性も、協調するセルのクラスタをいかに設定するかを判断する際に考慮することができる。これは、制御データ及びユーザデータがバックホールネットワーク及びコアネットワークを通じて転送される際に、協調するセルの集合間でこれらデータのやり取りによるトラフィックが必要になることによるものである。このトラフィックのデータ速度は、将来のバックホールネットワークにおいてはＢＳあたり１Ｇｂｉｔ／ｓの目標容量を超えることになり、すなわち、無線協調を制限してしまう混雑のシナリオが生じる可能性がある。
【００４５】
図１は、本発明の一実施形態による、無線通信システムのコアネットワーク構成１１２を決定する装置１００のブロック図である。無線通信システムのコアネットワークには、複数の基地局と、基地局間の複数の有線リンクと、複数の基地局からなる基地局クラスタを制御する少なくとも１つの制御ユニットとが含まれる。装置１００は、クラスタ決定部１１０を有している。このクラスタ決定部１１０は、クラスタ内の各基地局と当該クラスタの制御ユニットとの間の待ち時間が許容可能な最大の待ち時間以下となるように、コアネットワーク構成１１２として、有線リンクによりリンクされるとともに所定の基本ネットワーク構成１０２に基づいて同じ制御ユニットによって制御される少なくとも１つの基地局クラスタを決定する。所定の基本ネットワーク構成１０２とは、構成されることになるコアネットワーク内の全ての基地局と、基地局間の可能な有線リンクとに関する情報を表すものである。
【００４６】
制御ユニットと基地局との間の待ち時間の点で有線コアネットワークの制約を考慮することにより、後に協調送信又は協調受信のために用いることのできる基地局クラスタを決定するための有線コアネットワークの制限をより正確に考慮できるようになる。
【００４７】
これに対し、既知の方法では、有線ネットワークの特性（制約）を無視し、協調するセル（基地局）を選択する際に、最適なネットワークを前提としている。しかし、有線ネットワークの特性が性能に影響を及ぼすか、又は無線協調の手法の実現可能性を制限する場合もあるため、この前提は実際には成り立たない。そのため、有線ネットワークの制限に起因して決して実現できないクラスタに関する無線チャネル状態情報が収集され、やり取りされる。これにより、余計なオーバーヘッド（バックホールネットワークのトラフィック及び計算負荷）が生じ、それがなおさら協調のチャンスを制限してしまう。
【００４８】
したがって、本発明の概念を用いれば、コアネットワークのトラフィックを低減することができ、それにより、実現可能な協調送信に際して、より多くの容量が確保できるようになり、結果として無線伝送容量が増加する。さらに、コアネットワークのトラフィック及び計算負荷を低減することができるので、エネルギー消費を低減することができる。さらに、新しい負荷状況に応じてコアネットワークを再構成することができ、それによりコアネットワークの柔軟性が著しく改善できる。
【００４９】
バックホールネットワークとも呼ばれるコアネットワークは、無線通信システムの有線接続部分を意味しており、特に、基地局と、（集中コントローラ又は処理ノードとも呼ばれる）制御ユニットと、それらの間の有線リンクとを有している。基地局は、（携帯電話機又はラップトップなどの）無線デバイスとの間でデータを送信受信するために、あるエリアにわたって分布している。制御ユニットは通常、基地局に配置されるが、基地局から独立して配置することもできる。通常、制御ユニットは基地局よりも数が少ないが、全ての基地局が制御ユニットを備えていてもよい。制御ユニットは１つ以上の基地局を制御することができ、中でも、協調送信又は協調受信を調整するための役割を担うことができる。
【００５０】
基地局と制御ユニットとの間の待ち時間は、幾つかの方法により定めることができる。一般的に、待ち時間は、基地局における信号の受信と、制御ユニットにおける信号若しくはその信号に関連付けられている情報の受信との間の時間か、又は制御ユニットから基地局に信号が送信される時刻と、基地局におけるその信号の受信との間の時間を示すものである。あるいは、待ち時間は、基地局が信号を受信してから、制御ユニットに向けて信号を送信し、制御ユニットがその信号を受信し、制御ユニットがその信号を処理し、その信号への応答を基地局に送信し、その応答を基地局が受信するまでのラウンドトリップ時間（round trip time）としてもよい。例えば、基地局は、無線デバイスからチャネル状態情報を受信し、この情報は、データをプリコーディングするために制御ユニットが利用する。そして、このプリコーディングされたデータは、無線デバイスにデータを送信する基地局に向けて応答として送信される。本例では、許容可能な最大の待ち時間は、受信したチャネル状態情報が有効である時間間隔とすることができる。
【００５１】
所定の基本ネットワーク構成１０２は、構成されることになるコアネットワークの入力されるシナリオを表すものである。これは、例えば、計画されている新たなネットワークのための、コアネットワーク内の基地局の数及び位置の少なくとも一方、並びにこれらの基地局間の可能な有線リンクとすることができる。あるいは、所定の基本ネットワーク構成１０２は、例えば、コアネットワーク内の基地局の位置についての情報、基地局間の有線リンクについての情報、及び再構成されることになる既存のコアネットワーク内の１つ以上の制御ユニットの位置についての情報を含んでいてもよい。この情報がクラスタ決定部１１０に対してどのようなフォーマットで提供されるかは、クラスタ決定部１１０がこのデータを処理することができる限りにおいて重要ではない。例えば、所定の基本ネットワーク構成１０２は、基地局ごとに１つの頂点（vertex）と、コアネットワーク内の基地局間のリンクごとに１つの辺（edge）とを含むグラフとすることができる。
【００５２】
既存のコアネットワークを再構成する場合には、所定の基本ネットワーク構成１０２は、既存のコアネットワークを表すものとすることができる。本例では、所定の基本ネットワーク構成１０２は、コアネットワーク内の全ての制御ユニットについての情報（例えば、コアネットワーク内の制御ユニットの位置）と、基地局と制御ユニットとの間の有線リンクについての情報とを更に表すものとすることができる。制御ユニットが基地局に設けられている場合には、基地局と制御ユニットとの間の有線リンクは、基地局間の有線リンクの部分的な集合とすることができる。
【００５３】
本発明の幾つかの実施形態によれば、待ち時間だけではなく、より多くの有線コアネットワークの制約を考慮することができる。例えば、有線リンクの容量の制限を考慮することができる。つまり、クラスタ決定部１１０は、基地局間、及び基地局と制御ユニットとの間の全ての有線リンクの容量が、必要とされる容量よりも大きくなるように、少なくとも１つのクラスタを決定することができる。これに関連して、リンクの容量は、有線リンクを通じて実現することのできる最大データ速度又は（現在の負荷を考慮する場合における）残りの最大データ速度を表す。上述したように、リンク又はコアネットワーク全体の現在の負荷又は平均負荷も考慮することができ、それは特に、既存のコアネットワークを再構成する場合に対象となる場合がある。つまり、クラスタ決定部１１０は、コアネットワークの現在の負荷又は平均負荷を考慮し、基地局間、及び基地局と制御ユニットとの間の全ての有線リンクの容量が必要な容量よりも大きくなるように、少なくとも１つのクラスタを決定することができる。
【００５４】
コアネットワークの現在の負荷又は平均負荷を考慮することにより、種々のコアネットワーク構成を得ることができる。このようにして、コアネットワークは、データ転送及びエネルギー消費の少なくとも一方が最適化できるように、種々の負荷状況に適応することができる。例えば、クラスタ決定部１１０は、第１の時点ではコアネットワークの第１の負荷を考慮して第１のコアネットワーク構成１１２を決定し、第２の時点ではコアネットワークの第２の負荷を考慮して第２のコアネットワーク構成１１２を決定することができる。負荷の状況が異なると、決定された第１のコアネットワーク構成１１２と、決定された第２のコアネットワーク構成１１２とは異なる可能性がある。
【００５５】
さらに、コアネットワークのコスト関数を考慮することができる。このコスト関数は、例えば、コアネットワークを構築するための、又はコアネットワークを運用するためのエネルギー消費又は金銭的なコストとして、コアネットワークの特性を表すものである。本例では、コアネットワーク構成１１２は、コアネットワークのコスト関数が最適化されるように決定することができる。用いる最適化アルゴリズムに応じて、コスト関数を最適化することにより、コスト関数の真の最小値若しくは最大値が得られるか、又は例えば、所定の反復回数若しくは所定の計算時間の後に見いだされる最小解が生成される（この最小解は、真の最小値若しくは最大値ではない場合がある）。つまり、クラスタ決定部１１０は、構成されることになるコアネットワークのコスト関数が最適なものとなるように、少なくとも１つのクラスタを決定することができる。
【００５６】
通常、無線通信システムのコアネットワークは、単一の制御ユニットにより制御可能な基地局の数よりも多くの基地局を有している。そのため、クラスタ決定部１１０は、コアネットワーク構成１１２を得るために、２つ以上の基地局クラスタを決定することができる。つまり、クラスタ決定部１１０は、所定の基本ネットワーク構成１０２に基づいて、有線リンクにより接続（あるいはリンク）され、かつ各制御ユニットにより制御される複数の基地局クラスタを決定することができる。その結果、コアネットワーク内の各基地局が、決定されたクラスタの１つに含まれることになり、かつクラスタ内の基地局と各制御ユニットとの間の全ての待ち時間が許容可能な最大の待ち時間以下となる。
【００５７】
コアネットワーク構成におけるクラスタは、種々の異なる最適化アルゴリズムに基づいて決定することができる。例えば、クラスタ決定部１１０は、混合整数線形計画アルゴリズム（mixed integer linear program algorithm, ＭＩＬＰ）又は幅優先探索アルゴリズム（breadth-first-search-algorithm, ＢＦＳ）に基づいて、少なくとも１つのクラスタを決定することができる。
【００５８】
１つの基本的な手法は、制御ユニット幾つかの基地局をコアネットワークの境界から離して位置決めすることである。コアネットワークの境界は、コアネットワークのエッジに配置される基地局により形成することができる（例えば、コアネットワーク内のその他の基地局は、これらの基地局の一方の側にのみ配置される）。制御ユニットとコアネットワークの境界にある基地局との間にある基地局の数は、許容可能な最大の待ち時間に依存するものとすることができる。つまり、制御ユニットとコアネットワークの境界にある基地局との間の待ち時間が許容可能な最大の待ち時間以下となるようにしつつ、制御ユニットとコアネットワークの境界にある基地局との間にある基地局の数が最大となるように、クラスタ決定部１１０は、所定の基本ネットワーク構成１０２に基づいて決定される少なくとも１つのクラスタの制御ユニットの位置を決定することができる。さらに、コアネットワークの１つ以上の制約も考慮しつつ、制御ユニットとコアネットワークの境界にある基地局との間にある基地局の数が最大となるように、コアネットワークのその他の制約（例えば、上述したような容量及びコスト関数の少なくとも一方）も考慮することができる。
【００５９】
図２は、本発明の一実施形態における無線通信システムのコアネットワーク構成１１２を決定する装置２００を示している。この装置２００は、図１に示した装置に似ている一方で、オプションとして、協調要求検出部２２０と基地局割当てユニット２３０の少なくとも一方を更に有している。オプションである協調要求検出部２２０はクラスタ決定部１１０に接続され、このクラスタ決定部１１０はオプションである基地局割当てユニット２３０に接続されている。
【００６０】
協調要求検出部２２０は、無線通信システムにおける協調送信又は協調受信の要求２２２を検出することができる。検出された協調送信又は協調受信の要求２２２を契機として、クラスタ決定部１１０により（新たな又は最適化された）コアネットワーク構成の決定がなされる。このようにして、新たなコアネットワーク構成を決定することができ、これは検出された協調送信又は協調受信の要求を考慮したものである。例えば、大きなデータ速度を要求する無線デバイスに対する無線接続のデータ速度を検出することができ、コアネットワークは、無線通信システムの範囲内で無線デバイスのこの現時点の要求に適応することができる。
【００６１】
基地局割当てユニット２３０は、決定されたコアネットワーク構成に基づいて、コアネットワーク内の基地局をコアネットワーク内の制御ユニットに割当てて、割り当てられた基地局のクラスタ２３２を得ることができる。このようにして、新たに決定されたコアネットワーク構成に基づいて、コアネットワーク内の制御ユニットにコアネットワーク内の基地局を割り当てることにより、現在のコアネットワーク構成を新たなコアネットワーク構成に更新することができる。このように、協調送信、協調受信の要求、又はコアネットワークの現在の負荷に関する種々の条件を考慮することができる。つまり、基地局割当てユニット２３０は、決定されたコアネットワーク構成に基づいて、コアネットワークを適合させることができる。
【００６２】
協調要求検出部２２０及び基地局割当てユニット２３０は、装置２００のオプショナルな一部分とすることができ、一緒にあるいは別々に実装することができる。
【００６３】
本発明に基づく幾つかの実施形態は、複数の基地局と、基地局間の複数の有線リンクと、複数の基地局からなる基地局クラスタを制御する少なくとも１つの制御ユニットとを含むコアネットワークを有する無線通信システムに関するものである。無線通信システムは、上述したような無線通信システムのコアネットワーク構成を決定する装置と、少なくとも１つのチャネル状態情報決定部とを有する。少なくとも１つのチャネル状態情報決定部は、無線デバイスの送信範囲内に位置する決定されたクラスタの基地局ごとに、その基地局とその無線デバイスとの間のチャネル状態情報を決定することができる。さらに、無線デバイスの送信範囲内に位置するコアネットワーク内の少なくとも１つの基地局が、決定されたクラスタに含まれていない場合には、チャネル状態情報が決定されることはない。
【００６４】
このようにして、ある無線デバイスと、決定されたクラスタに含まれていない基地局との間のチャネル状態情報の不必要なデータ転送を回避することができる。したがって、不必要なデータ転送を減らすことができ、このように節約された容量を他のデータのために用いることができる。
【００６５】
図２ｂは、２つの基地局クラスタを有する無線通信システム２５０の一例を示している。基地局２６２を含む第１のクラスタ２６０は、集中制御ユニット２６４により制御される基地局の一例を示しており、この集中制御ユニット２６４はチャネル状態情報集中決定部２６６を更に有する。このチャネル状態情報決定部２６６は、制御ユニット２６４により制御される基地局２６２ごとにチャネル状態情報の決定を制御することができる。さらに、基地局２７２を含む第２のクラスタ２７０は、集中制御ユニット２７４により制御される基地局２７２及び複数のチャネル状態情報決定部２７６の一例を示しており、チャネル状態情報決定部はクラスタ２７０内の基地局２７２ごとに１つずつ配置されている。本例では、各チャネル状態情報決定部２７２は、各基地局２７２のチャネル状態情報の決定を制御する。そして、チャネル状態情報は、制御ユニット２７４により収集され、例えば、無線デバイス２８０へ送信されることになるデータのジョイントプリコーディング（joint precoding）の際に用いることができる。さらに、図２ｂは、送信範囲２８２を有する無線デバイス２８０を示している。送信範囲２８２は、例えば、無線デバイス２８０が基地局に対して十分な信号強度に達するエリアとすることができる。この例では、第１のクラスタ２６０内の２つの基地局２６２と、第２のクラスタ２７０内の２つの基地局２７２とが、無線デバイス２８０の送信範囲２８２内にある。コアネットワークの構成により、無線デバイス２８０の送信範囲２８２内にある４つ全ての基地局により協調送信を確立することはできない。そのため、第２のクラスタ２７０のうち、送信範囲２８２内にある２つの基地局２７２のチャネル状態情報は決定せず、第１のクラスタ２６０内の２つの基地局２６２のチャネル状態情報を決定すれば十分とすることができる。このようにして、第２のクラスタ２７０における不必要なデータ転送を削減することができる。この例では、少なくとも１つのチャネル状態情報決定部２６６は、クラスタ２６０に含まれていない基地局のチャネル状態情報を決定せずに、無線デバイス２８０の送信範囲２８２内に位置するクラスタ内各基地局のチャネル状態情報だけを決定することができる。あるいは、第２のクラスタ２７０内の基地局２７２のみが、無線デバイス２８０のチャネル状態情報を決定することができる。
【００６６】
協調送信又は協調受信に際し、ある無線デバイスの送信範囲内に位置する、同じクラスタに含まれる基地局を決定して、協調送信又は協調受信のためのサブクラスタを形成することができる。つまり、クラスタ決定部１１０又はクラスタの制御ユニットは、コアネットワーク内の同じクラスタに含まれ、かつ無線デバイスの送信範囲内に位置する基地局を決定し、基地局のサブクラスタを得ることができる。さらに、クラスタ決定部１１０又はクラスタの制御ユニットは、無線デバイスに対する協調送信又は無線デバイスからの協調受信を行うことのできるサブクラスタ内の基地局（例えば、そのサブクラスタのうちのただ１つの基地局、幾つかの基地局、又はその全ての基地局）を決定することができる。
【００６７】
一般的に、クラスタ決定部１１０と、協調要求検出部２２０と、基地局割当てユニット２３０と、１つ以上のチャネル状態情報決定部２６６、２７６とのうちの少なくとも１つは、独立したハードウェアユニット、又はコンピュータ、デジタルシグナルプロセッサ若しくはマイクロコントローラの一部、及びコンピュータ、デジタルシグナルプロセッサ又はマイクロコントローラ上で実行するためのコンピュータプログラム又はソフトウェア製品とすることができる。
【００６８】
以下、コアネットワーク構成を決定する例をより詳細に説明する。詳述する例では、本発明の種々の態様を一緒に説明するが、この種々の態様は互いに独立して実施することもできる。
【００６９】
協調的なマルチポイント送信（Coordinated Multi-Point Transmission, ＣｏＭＰ）又はジョイントスケジューリング（joint scheduling）といった無線協調方式をどのように、そしてどの場面で適用するかは、無線チャネルの状態によるだけではなく、移動アクセスネットワークの有線部分の設計及び（負荷などの）現在の状態にもよる。例えば、これは主に容量及び待ち時間の要件に起因する場合がある。これらの要件は、無線側において協調を行えるようにするために有線側において満たさなければならないものである。
【００７０】
提示の概念によれば、移動アクセスネットワークの有線部分を設計し、所望の無線協調方式をネットワーク全体に適用できるようにすることができる。この設計の工程は、ネットワークを配備する前に行われる。さらに、提示の概念によれば、稼働中の移動アクセスネットワークにおいて、所与の時点において（例えば、現在の負荷に応じて）所望の無線協調方式を適用することのできるクラスタを見いだすことができる。これらのクラスタは、ネットワークの稼働中に定期的な間隔で（秒単位で）見いだすことができる。見いだされた有線クラスタにおいて、無線チャネルの状態に応じて（単一の無線フレームの時間単位で）、実際の無線クラスタ（サブクラスタ）を選択することができる。
【００７１】
以下、例として、最適解に近い品質を提供しつつ、コアネットワーク構成を決定するヒューリスティックなアルゴリズムを説明する。このアルゴリズムの高い効率性（最適解を得るのに２０時間かかるのに比べて１秒以下のランタイム）により、要求される時間単位でこのアルゴリズムを適用することができる。そのため、性能を向上させるために、かつそれを実施する際のオーバーヘッドを削減するために、無線協調方式のための有線に関する制約の重要な側面を考慮することができる。
【００７２】
ある（一組の）無線協調方式にとって有線ネットワークが最適であるということを前提とすることができるように、有線ネットワークを設定又は再構成することができる。これは、オフラインで、すなわち協調ネットワークが配備される前に、そしてある程度までオンラインでも、すなわちネットワークが配備された後に稼働している際に行うことができる。
【００７３】
さらに、状況などによっては、有線ネットワークが準最適なものであるということを容認することができる。これに対処するために、協調するセルクラスタを選択する方法に関する決定の過程が、無線チャネルの状態に加えて、有線ネットワーク部分に関する情報によってサポートされる。これはオンラインで、すなわちネットワークが稼働している間に行うことができる。
【００７４】
装置の故障あるいは変化するトラフィック負荷といった、ネットワークの存続中に生じる変化に起因して、再構成が好都合である場合がある。特に、ネットワークにおおける変化するトラフィック負荷は、１秒以下の時間単位で変化する場合もあるので、対処すべき課題である。
【００７５】
いずれの手法も、数学的な最適化問題としてこれらを定式化することによって解くことができる。しかし、これらの最適化問題を解くことは、ＮＰ完全（NP-complete）である場合があり、５０セル（基地局）からなる小さな入力シナリオの場合でも最大で２０時間かかる。この長いランタイムのため、実際の大きなネットワークに対してこの解決手法を利用することはできなくなり、オンラインで、すなわち協調ネットワークが稼働している際にその手法を利用することはできなくなる。
【００７６】
代案として、短いランタイム及び少ないメモリの要件における最適解に近いものを求めるヒューリスティックなアルゴリズムを提示する。
【００７７】
例えば、実際のネットワークにおいて無線協調方式を利用できるようにするために、上記のシナリオを解かなければならない。有線ネットワークの設計又は再構成は、通常、ネットワークの設計時に一度解くことができる。変化する負荷などのネットワーク内の変化に対処するために、協調するセルクラスタを選択する際に、無線チャネルの状態に加えて、有線ネットワーク部分に関する情報を、ネットワークの存続中に定期的な間隔で解くことができる。
【００７８】
まず、例として、ネットワーク設計問題を解くアルゴリズムを提示する。このアルゴリズムは、全てのセルの場所（例えば、セルはある基地局により制御されるエリア、又は基地局そのものとすることができる）と、セル間の相互接続（有線リンク）とを入力として取り込む。この意味で、セル間の相互接続は、セルを制御する基地局間にあるリンクが存在することを意味する。この入力は、例えば、セルごとに１つのノード（node）（基地局）と、セル間の相互接続ごとに１つの辺（edge）とを含むグラフとして定めることができる。ノード及び辺は、それらの要件及び能力、例えば、セルにおいて必要とされる帯域幅又は相互接続するリンクの容量を表す特性を有することができる。さらに、入力として、一組の制約、例えば、有線側において要求される容量、又は協調するセル（基地局）間の容認可能（許容可能）な最大の待ち時間が与えられる場合がある。これらの制約は、所望の無線協調方式により課される場合があり、例えばその問題の妥当な各解決法において満たす必要がある。
【００７９】
提示のアルゴリズムによれば、ネットワーク内のコントローラ又は処理ノード（制御ユニット）といった、共通する機能を最適に配置するための場所を決定することができる。これらの場所は、無線協調方式の上述の要件に依存するものである。さらに、このアルゴリズムによれば、所与の相互接続（リンク）に基づいて、セルのクラスタリングの仕方と、当該クラスタにおけるセルの相互接続の仕方とを決定することができる。これらの全ての決定は、金銭的なコスト、システム性能、又はエネルギー消費といった所望のコスト基準が最適なものとなるように行うことができる。
【００８０】
稼動中の（既存の）ネットワーク内で実現可能なクラスタを見いだすために、これまでに説明したアルゴリズムを少し変更することができる。ネットワーク内のコントローラあるいは処理ノードの最適な位置を計算するのではなく、それらの位置を固定し、付加的な入力パラメータとしてそれらを与える。同じことが、セル間の相互接続の場合にも行われる。この情報を用いて、本アルゴリズムは、例えば、所与のネットワーク構成とその（負荷などの）現在の状態と、協調方式の制約とに基づいて、その方式に際して可能な限り最も大きな全ての「有線」クラスタを計算するだけでよい。これらの可能なクラスタにおいて、無線チャネルの状態に基づいて、協調するセルを選択することができる。ここで、このような「無線」クラスタは、見いだされた「有線」クラスタのうちの複数のクラスタにまたがることができないという点に留意されたい。協調方式の要件が満たされないことになるためである。
【００８１】
クラスタリングに際して「有線」及び「無線」の両方の情報を取り入れるシステムの概要３００の一例を図３に示している。協調が必要であると判明した後に（１）、現在のネットワーク状態（３）に基づく有線クラスタリングが要求される（２）。その結果生成されたクラスタは、無線クラスタリングのプロセスに渡される（４）。この無線クラスタリングのプロセスでは実現可能なクラスタだけを考慮するため、実現可能なクラスタ内にあるＢＳの無線チャネル特性のみを収集する（５）。最後のステップでは、計算されたクラスタがネットワークに配備される（６）。
【００８２】
このようにして、インフラストラクチャーのコストを削減することができる。無線協調方式は、ネットワークの有線部分に関して、例えば、容量又は待ち時間の観点で制約を有している。これらの制約に違反することはできない。さもなければ、無線側の利得が小さくなり、協調が実現不可能となる場合さえある。このことは、提示の概念を用いない場合には、移動アクセスネットワーク（無線通信システム）の非常にオーバープロビジョン（over-provisioned；過度に提供）した有線部分（コアネットワーク）を用いてしか、無線協調ができないということを意味する。しかし、オーバープロビジョニングの結果、コストのかかる未使用のリソースが生じるため、ネットワーク事業者の観点では望ましいものではない。つまり、提示の概念によれば、移動ネットワーク事業者のコストを削減することができる。
【００８３】
さらに、ＣｏＭＰの性能を高めることができる。「無線」クラスタリングの場合には、チャネル状態情報（ＣＳＩ）を全ての候補セルから集めることが必要とされる場合がある。収集された情報はバックホールネットワークを通じて候補セル間で交換しなければならないため、無線側においてだけではなく、有線側においても無視できないほどのオーバーヘッドが生じる。提示の有線事前クラスタリング（wireline pre-clustering）の概念を用いれば、ＣＳＩを収集しなければならない候補セルの数が減少するため、これらのオーバーヘッドはいずれも削減される。
【００８４】
ステップ５０２では、図４に示したクラスタ実現可能性プロセッサ４００は、実現可能性要求により別のクラスタコントローラと通信する。これを図７の符号７０１に示している。当該別のクラスタコントローラは、図７の符号７０２に示すクラスタコントローラごとの実現可能性応答により応ずる。クラスタコントローラは、応答前に、図５の符号５０３に示すように事前クラスタリングアルゴリズム（pre-clustering algorithm）を実行する。各クラスタコントローラは、当該クラスタコントローラ独自の実現可能性手順を実行する。この実現可能性手順は、繰り返しになるが、図１〜図３を参照して説明したように、そして上述の欧州特許出願に記載されているように行うことができる。この計算が行われると、図５の符号５０４に示すように、実現可能性応答メッセージにより、サービスを提供している基地局と同じ場所に配置されたクラスタコントローラへと結果が返送される。つまり、実現可能性応答は、各クラスタコントローラ若しくは各制御ユニットにおいて実行されるか、又は具体的には図５の符号５０３に示したように図４の他の全ての制御ユニットにおいて実行される事前クラスタリングアルゴリズム７０３を必要とするものである。次に、図４を参照して説明したような制御ユニットを決定する装置が、別のクラスタコントローラの幾つかの識別情報と、ＣｏＭＰクラスタのサイズなどのそれらクラスタコントローラの特性とを受信することとなる。このため、各クラスタコントローラからの例示的な実現可能性応答は、各クラスタコントローラが自己の識別情報と、さらにこのクラスタの特性とを示すものである。クラスタの特性は、各クラスタコントローラにとって実現可能なクラスタ内の基地局の数とすることができる。このため、あるクラスタコントローラは、自己の実現可能なクラスタサイズが単一の基地局のみであることを伝えることにより応答する場合があり、別のクラスタコントローラは自己のクラスタサイズが５つの基地局であることを伝えることにより応答する場合があり、第３のクラスタコントローラは、自己のクラスタが４つの基地局を有することを伝えることにより応答する場合がある。このようなシナリオにおいて、制御ユニットベクトル４０３は新たなクラスタコントローラを選択する（符号５０５）。これを図７の符号７０４にも示している。この選択は閾値又は別の基準を用いて行われることが好ましい。例示的なシナリオでは、選択７０４の結果、５つの基地局を有するクラスタを提示した制御ユニットを選択することになる。それでも閾値７０５は有用である。なぜならば、現在の、すなわち実際に存在するクラスタが既に４つの基地局を有しているようなシナリオでは、たった１つの基地局を追加するために新たなクラスタコントローラに切り換えるのは有益ではない場合があるからである。シグナリングのオーバーヘッドのため、このように僅かな改善のためだけに切り換えを行うことが禁止される場合がある。そのため、新たに実現可能なクラスタ内の基地局数が、既に存在しているクラスタ内の基地局数よりも２つ多い場合にのみ切換えを行うといったような閾値７０５を設けることができる。
【００８５】
あるいは、最良の制御ユニットが常に選択されるのではなく、既存の制御ユニットを上回る改善を既に提供している制御ユニットが選択されるように、選択閾値を設けることができる。実現可能である最も大きなクラスタ、すなわち基地局数が最大である実現可能なクラスタを提供する制御ユニットを選択することが他のものよりも好ましい。しかし、クラスタを、特性が最良ではないクラスタにも動的に変更するような他の準最適な解決策も、効率、速度、及びその他の事項を考慮してある状況においては有用な場合もある。
【００８６】
ステップ５０６は、新たなクラスタコントローラが選択されるとすぐに、新たなクラスタコントローラを用いた協調的なマルチポイント送信又は協調的なマルチポイント受信が行われることを示している。図７に示すように、この手順は２つのステップあるいはブロック７０６ａ及び７０６ｂを必要とする場合がある。ステップ７０６ａでは、新たなコントローラへのハンドオーバが行われる。これは、このコントローラが当該無線デバイスに対して次にサービスを提供する基地局となることを意味する。しかし、上述したように、これは、突き詰めると必要というわけではない。なぜならば、有線クラスタ又は無線クラスタの制御は、基地局に対して実際にサービスを提供することにより必要となる手順とは別に行うことができるためである。
【００８７】
さらに、ステップ７０６ｂは、クラスタを実際に定める処理である。この手順においては、図１〜図３を参照して説明したステップを行うことができる。ここで、コントローラが、実現可能なクラスタに実際に参加している基地局のチャネル状態情報を収集することが好ましい。このため、この手順が事前クラスタリングアルゴリズム７０３にて要求された全ての制御ユニットに関して行われるのではなく、最終的に決定された新たなクラスタコントローラについてのみ行われることが保証される。その一方で、他の実施形態では、事前クラスタリングアルゴリズム７０３にて更なるクラスタコントローラについて完全なクラスタ情報を計算してこの情報を保存し、そして、保存した情報を、選択７０４により選択されたあるクラスタコントローラがステップ７０６ｂにて読み取ることもできる。次に、ステップ７０７に示すように、協調的なマルチポイント送信又は受信が行われる。
【００８８】
上述したように、実現可能性要求７０１は制御ユニットから送信される。このメッセージの目的は、これらのクラスタコントローラのロケーションのそれぞれが別々に、かつ現在のバックホールの状況に基づいて、対象となるユーザ端末にサービスを提供するクラスタを導き出すことを担当する場合に、これらのクラスタコントローラのロケーションのそれぞれが、実現できる無線クラスタのサイズを決定することにある。
【００８９】
その一方で、他の実施形態では実現可能性要求は必要ではない。その代わりに、他のコントローラが、送信又は受信範囲内にある無線デバイスに関して実現することのできる無線クラスタに関するメッセージを、１０秒ごと又は毎分などのように定期的に提供することができる。当然ながらこのような時間間隔とすることができ、この時間間隔は、要件に応じて選択することができる。非トリガ式（non-triggered）の実現可能性応答の他のタイミングは、ランダム生成手段（random generator）により制御される無作為事象等の他の事象とすることができる。それにより、別々の場所にある制御ユニットが、同期が取られない時点で実現可能性応答を提供する。これにより、制御ユニットを決定する装置内のクラスタ実現可能性プロセッサは、実際には単独で情報を要求するのではなく、任意の要求に対する応答を単独で受信し、外部からの要求に基づいて実現可能性応答を受信する。このため、クラスタ実現可能性プロセッサは実際には要求を送信する必要はないが、これは、ネットワークのオーバーヘッドの制約により好ましい。
【００９０】
図４の制御ユニット選択部４０３により行われる選択は、様々な判断基準に基づいて行うことができる。例えば、閾値に基づくメカニズムを用いることができる。所与のクラスタコントローラの実現可能性による改善がある値よりも高い場合、すなわち、一実施形態において、そのような値を実現可能なクラスタサイズにより表すことができる場合には、当該クラスタコントローラが、協調的なマルチポイント送信又は受信を要求するユーザ端末に対してサービスを提供するための新たなクラスタコントローラとして選択される。いずれのクラスタコントローラも何ら改善をもたらすことができない場合には、制御ユニット選択部４０３は新たなコントローラを選択せず、クラスタは最終的に、実際に動作している制御ユニットを用いて形成される。ここでもまた、図１〜図３を参照して説明した手順をこの目的で適用することができる。しかし、クラスタコントローラの再割当てにより、選択された閾値を超えて改善される無線クラスタの実現可能性が提供されうる際には、ハンドオーバの手順が行われる。これは、ネットワークによりトリガされたハンドオーバのための汎用シグナリングメカニズムとして生じるものである。クラスタコントローラと同じロケーションに配置されているサービス提供中の基地局は、ユーザに対し、選択されたクラスタコントローラと同じロケーションに配置されている基地局へと切り換えるように通知する。次に、そのユーザ端末は移動ネットワーク手順（要求又は応答）に基づいてハンドオーバのプロセスを開始する。ハンドオーバが完了すると、無線ＣｏＭＰ送信又は受信が開始される。あるいは、サービスを提供する基地局を変えずに、クラスタコントローラの再割当てのみを行う別の手順を用いることもできる。この場合には、サービスを提供する基地局と同じロケーションには配置されていないクラスタコントローラに向けて、ユーザに対するトラフィックフローをリダイレクトするために、コアネットワーク要素のアップグレードを行う必要がある。
【００９１】
幾つかの態様を装置との関係で説明したが、これらの態様はそれに対応する方法の説明にあたるものである。ここで、ブロック又はデバイスは、方法ステップ又は方法ステップの特徴に相当することは明らかである。同様に、方法ステップに関連して説明した態様も、それに相当する装置内の対応するブロック又はアイテム又は特徴の説明にあたるものである。
【００９２】
実施態様の要件に応じて、本発明の実施形態はハードウェア又はソフトウェアで実施することができる。実施態様は、電子的に読取り可能な制御信号が保存されたデジタル記録媒体、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリを用いて実施することができ、それらは、それぞれの方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと連携する（又は連携可能である）。
【００９３】
本発明による幾つかの実施形態には、本明細書に記載の方法のうちの１つが実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと連携することのできる電子的に読取り可能な制御信号を有する一時的ではない（non-transitory）データ記録媒体を含む。
【００９４】
概して、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実装することができる。このプログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されると、方法のうちの１つを実行するように動作することができる。このプログラムコードは、例えば機械可読媒体に保存することができる。
【００９５】
他の実施形態は、機械可読媒体上に保存された、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含む。
【００９６】
したがって、換言すれば、本発明の方法の一実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行される際に本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。
【００９７】
したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、データ記録媒体（又はデジタル記録媒体若しくはコンピュータ可読媒体）である。このデータ記録媒体には、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムが記録される。
【００９８】
したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを表すデータストリーム又は信号シーケンスである。このデータストリーム又は信号シーケンスは、例えば、データ通信接続を通じて、例えばインターネットを通じて送信されるように構成することができる。
【００９９】
更なる実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するように構成又は適応した処理手段、例えばコンピュータ又はプログラム可能な論理デバイスを含む。
【０１００】
更なる実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを含む。
【０１０１】
幾つかの実施形態では、プログラム可能な論理デバイス（例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ）を用いて、本明細書に記載の方法の機能のうちの幾つか又は全てを実行することができる。幾つかの実施形態では、フィールドプログラマブルゲートアレイは、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するためにマイクロプロセッサと連携することができる。概して、本方法は好ましくは、任意のハードウェア装置によって実行される。
【０１０２】
上述した実施形態は、単に本発明の原理を例示したものである。本明細書に記載の構成及び詳細の変更及び変形は、当業者には明らかであることを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、本明細書における実施形態の説明及び説明のために示した特定の詳細によって限定されるものではない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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