(57)【要約】      （修正有）【課題】専用チャネルのフェムトセル基地局で、マクロセル移動局からのアップリンクキャリア間干渉（ＩＣＩ）を軽減する。【解決手段】フェムトセル移動局に対するマクロセル移動局の予想される空間分布に基づき、ＩＣＩを低減するフェムトセルのアップリンクシンボルタイミングに対するタイミングオフセットを決定するステップと、タイミングオフセットを、少なくとも１つのフェムトセル移動局に伝達するステップと、フェムトセル基地局で、タイミングオフセットに従って、少なくとも１つのフェムトセル移動局からアップリンクシンボル送信を受信するステップとを含む方法が用意される。【選択図】図１６
2012005131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
専用チャネルのフェムトセル基地局で、マクロセル移動局からのアップリンクキャリア間干渉（ＩＣＩ）を軽減する方法であって、
前記フェムトセル基地局に対する前記マクロセル移動局の予想される空間分布に基づき、前記ＩＣＩを低減するフェムトセルのアップリンクシンボルタイミングに対するタイミングオフセットを決定するステップと、
前記タイミングオフセットを、少なくとも１つのフェムトセル移動局に伝達するステップと、
前記フェムトセル基地局で、前記タイミングオフセットに従って、前記少なくとも１つのフェムトセル移動局からアップリンクシンボル送信を受信するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記予想される空間分布が、単一のマクロセルに対する空間分布である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記予想される空間分布が、複数のマクロセルに対する空間分布である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記マクロセル移動局に対する履歴的な分布に基づき、前記予想される空間分布を推定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
複数の候補オフセットを用意するステップと、
候補オフセットごとに、前記フェムトセルアップリンク送信に対する前記候補オフセット及びサイクリックプレフィックス（ＣＰ）長に対応した候補ゼロ−ＩＣＩ領域を決定するステップとをさらに含み、
前記タイミングオフセットを決定する前記ステップが、前記マクロセル移動局に対する前記空間分布を前記候補ゼロ−ＩＣＩ領域と比較して、前記フェムトセル基地局で前記ＩＣＩを最小化する前記候補ゼロ−ＩＣＩ領域を決定するサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記予想される空間分布における変化を検出するステップと、
前記変化した予想される空間分布に基づいて、前記ＩＣＩを低減する改訂したタイミングオフセットを決定するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記タイミングオフセットを決定する前記ステップが、前記ＩＣＩを最小化する前記タイミングオフセットを決定するサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記予想される空間分布が、マクロセル移動局の一様なランダム分布である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記フェムトセル基地局に対する前記専用チャネルが、前記マクロセル移動局と共用することのない専用の複数のＯＦＤＭサブキャリアを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
専用チャネル中に生じるキャリア間干渉を低減するマクロセル移動局のアップリンク送信に関するタイミングオフセットを決定するように構成されるプロセッサであって、前記マクロセル移動局の予想される分布に対して前記タイミングオフセットを決定するようにさらに構成されるプロセッサと、
前記タイミングオフセットを記憶するためのメモリと
を備える専用チャネルのフェムトセル基地局。
【請求項１１】
前記タイミングオフセットを、少なくとも１つのフェムトセル移動局に送信するように構成された送信／受信モジュールをさらに備える、請求項１０に記載の専用チャネルのフェムトセル基地局。
【請求項１２】
前記送信／受信モジュールが、オペレータネットワークから前記予想される分布を受信するようにさらに構成される、請求項１１に記載の専用チャネルのフェムトセル基地局。
【請求項１３】
前記予想される空間分布が、単一のマクロセルに対する空間分布であり、前記プロセッサが、前記単一のマクロセルにおける前記マクロセル移動局からの前記ＩＣＩを最小にすべく前記タイミングオフセットを決定するようにさらに構成される、請求項１０に記載の専用チャネルのフェムトセル基地局。
【請求項１４】
前記予想される空間分布が、複数のマクロセルに対する空間分布であり、前記プロセッサが、前記複数のマクロセルにおける前記マクロセル移動局からの前記ＩＣＩを最小にすべく前記タイミングオフセットを決定するようにさらに構成される、請求項１０に記載の専用チャネルのフェムトセル基地局。
【請求項１５】
前記プロセッサが、複数の候補オフセットに関して、
候補オフセットごとに、フェムトセルアップリンク送信に対する前記候補オフセット及びサイクリックプレフィックス（ＣＰ）長に対応する候補ゼロ−ＩＣＩ領域を決定し、
前記マクロセル移動局に対する前記空間分布を前記候補ゼロ−ＩＣＩ領域と比較して、前記フェムトセル基地局で前記ＩＣＩを最小化する前記候補ゼロ−ＩＣＩ領域を決定する
ようにさらに構成される、請求項１０に記載の専用チャネルのフェムトセル基地局。
【請求項１６】
前記プロセッサが、
前記予想される空間分布における変化を検出し、
前記変化した予想される空間分布に基づいて、前記ＩＣＩを低減する改訂されたタイミングオフセットを決定する
ようにさらに構成される、請求項１０に記載の専用チャネルのフェムトセル基地局。
【請求項１７】
専用チャネルのフェムトセル基地局に対してキャリア間干渉（ＩＣＩ）を低減する方法であって、
前記フェムトセル基地局で、複数のマクロセル移動局からアップリンク送信を受信するステップと、
前記アップリンク送信のうちで最初に受信された前記アップリンク送信を決定するステップと、
前記マクロセル移動局の予想される分布、及びフェムトセルアップリンク送信に対するサイクリックプレフィックス（ＣＰ）長に基づいて、前記フェムトセル基地局における前記専用チャネルＩＣＩを最小化する、前記アップリンク送信のうちで前記最初に受信された前記アップリンク送信に対するシンボルフレームタイミングに関するタイミングオフセットを決定するステップと
を含む方法。
【請求項１８】
前記専用チャネルＩＣＩを最小化するステップが、前記サイクリックプレフィックス長を調整するサブステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
オペレータネットワーク内で、前記マクロセル移動局の履歴的な挙動に基づいて、前記マクロセル移動局の前記予想される分布を決定するステップと、
前記予想される分布を、前記フェムトセル基地局に送信するステップと
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記マクロセル移動局に対する前記予想される分布が、複数のマクロセルにわたる予想分布である、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術に関する。より詳細には、本発明は、多重キャリア信号方式を使用するフェムトセルネットワークで観察されるキャリア間干渉の管理に関する。
【０００２】
本出願は、２０１０年６月２１日に出願された米国特許仮出願第６１／３５６,９５０号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００３】
次世代無線システムに必要な高データレートを可能にするために、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）技術が広まってきている。ＯＦＤＭＡネットワークでは、各マクロセル移動局（ｍＭＳ）は、その送信時間をずらし、すべてのアップリンクシンボルがマクロセル基地局（ｍＢＳ）に同時に到達するようにマクロセル基地局と同期している。この同期送信を行うために、移動局は、基地局からのその範囲に従って送信する時間を調節する。マクロセルの外側端部にある移動局が最初に送信を開始し、一方、基地局により近い移動局は、中心から離れた移動局よりも遅延させて送信することになる。このようにして、様々に分布した移動局からの送信は、基地局に同時に到達する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＯＦＤＭＡ（又はＯＦＤＭ）ネットワークにおける移動局によるこの時間をずらした送信は、マクロセル方式ネットワーク内にフェムトセルネットワークを組み込むことに対して課題を提示する。その点に関して、フェムトセルネットワークは、次世代無線通信システムのための有望な技術の１つである。フェムトセルネットワークは、より高いデータレートに対する要求を満たし、サービスプロバイダのコストを低減し、良好な室内通信範囲を可能にし、且つマクロセル方式ネットワークに対する負荷を軽減する。しかしマクロセル移動局は、その送信をフェムトセル基地局（ｆＢＳ）と同期させないが、上記で論じたようにマクロセル基地局と同期させる。従って、マクロセル移動局のアップリンク送信は、同期してマクロセル基地局で受信されるが、これらの同じ送信が、フェムトセル基地局には非同期で届くことになる。フェムトセルネットワークは、マクロセルのデータトラフィックからの同一チャネル干渉を回避するために、専用チャネル上で動作することができる。しかし、フェムトセル基地局におけるアップリンク信号の到着時間差は、サイクリックプレフィックス（ＣＰ）長などのＯＦＤＭＡ信号方式パラメータに関して、キャリア間干渉（ＩＣＩ）を生ずる可能性がある。従って、フェムトセルネットワークが専用チャネル上で動作するとしても、マクロセルトラフィックを搬送するサブキャリアは、フェムトセルのサブキャリアと干渉することになる。
【０００５】
フェムトセル基地局におけるこの非同期受信に関する統計量は、マクロセル内のフェムトセル基地局の位置、及びマクロセル内のマクロセル移動局の分布に依存する。図１は、例示的なフェムトセルを含むマクロセルシナリオを示している。マクロセル移動局１２０は、フェムトセル基地局１５０に比較的近いが、マクロセル移動局１６０は、フェムトセル基地局１５０から比較的に遠くに離れている。フェムトセル基地局１５０は、最初に到達する移動局のアップリンク信号に同期されると考えることができ、その信号は、図１において、移動局１２０からのアップリンク送信に相当することになる。残りの移動局が、マクロセル中で移動局１２０の比較的近くに配置されている場合、これらの残りの移動局からのアップリンク送信の着信時間は、フェムトセル信号のＣＰ長内に取り込まれ、それにより、フェムトセル基地局におけるキャリア間干渉（ＩＣＩ）を制限することができる。しかし、フェムトセル基地局が、マクロセルの端部近くに展開された場合、フェムトセル基地局におけるマクロセル移動局のアップリンク信号着信時間の変動は、マクロセル内のマクロセル移動局の位置に大きく依存することになる。例えば、マクロセル移動局１６０とフェムトセル基地局の間の範囲は、局１６０からのアップリンク信号が、ＣＰ長を超える遅延を生じてフェムトセル基地局に到達し、フェムトセル基地局でＩＣＩを生ずるようになりうる。
【０００６】
従って、専用チャネルのフェムトセルネットワークのためのＩＣＩ軽減技法が、当技術分野で求められている。
【０００７】
典型的なマクロセルネットワークでは、アップリンク中、すべてのマクロセル移動局は、そのマクロセル基地局へと同期される。基地局により近い移動局は、遠く離れた移動局よりも遅延させた信号を送信し、従って、すべてのアップリンク信号が同じ時間に基地局に到達する。しかし、マクロセル移動局からのアップリンク送信は、フェムトセル基地局で様々な遅延を生じて受信され、その遅延が、フェムトセル基地局でキャリア間干渉を生ずる可能性がある。キャリア間干渉（ＩＣＩ）、さらにシンボル間干渉は、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）ベースのネットワークにおいて、望ましい信号のサイクリックプレフィックスより大きい遅延から生ずる。さらに本明細書で開示するように、ゼロ−ＩＣＩ領域の概念が導入される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の実施形態によれば、専用チャネルのフェムトセル基地局で、マクロセル移動局からのアップリンクキャリア間干渉（ＩＣＩ）を軽減する方法であって、フェムトセル基地局に対するマクロセル移動局の予想される空間分布に基づき、ＩＣＩを低減するフェムトセルのアップリンクシンボルタイミングに対するタイミングオフセットを決定するステップと、タイミングオフセットを少なくとも１つのフェムトセル移動局に伝達するステップと、フェムトセル基地局で、タイミングオフセットに従って、少なくとも１つのフェムトセル移動局からアップリンクシンボル送信を受信するステップとを含む方法が用意される。
【０００９】
第２の実施形態によれば、専用チャネル中に生じるキャリア間干渉を低減するマクロセル移動局のアップリンク送信に関するタイミングオフセットを決定するように構成されるプロセッサであって、マクロセル移動局の予想される分布に対してタイミングオフセットを決定するようにさらに構成されるプロセッサと、タイミングオフセットを記憶するためのメモリとを含む、専用チャネルのフェムトセル基地局が用意される。
【００１０】
第３の実施形態によれば、専用チャネルのフェムトセル基地局に対してキャリア間干渉（ＩＣＩ）を低減する方法であって、フェムトセル基地局で、複数のマクロセル移動局からアップリンク送信を受信するステップと、アップリンク送信のうちで最初に受信されたアップリンク送信を決定するステップと、マクロセル移動局の予想される分布、及びフェムトセルアップリンク送信に対するサイクリックプレフィックス（ＣＰ）長に基づいて、フェムトセル基地局における専用チャネルＩＣＩを最小にする、アップリンク送信のうちで最初に受信されたアップリンク送信に対するシンボルフレームタイミングに関するタイミングオフセットを決定するステップとを含む方法が用意される。
【００１１】
本発明の範囲は、参照によりこのセクションに組み込まれる特許請求の範囲によって定義される。本発明の実施形態のより完全な理解、並びにさらなる利点の認識は、１つ又は複数の実施形態の以下の詳細な説明を検討することにより当業者に提供されることになろう。最初に、簡単に説明する添付シートの図面に対して参照が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】マクロセルネットワーク内の例示的なフェムトセルネットワークを示す図である。
【図２】フェムトセル基地局でマクロセル移動局から受信したアップリンクシンボル間のタイミング関係を示す図である。
【図３ａ】ＣＰ長に満たない遅延で受信したアップリンク信号のＦＦＴサンプリングウィンドウを示す図である。
【図３ｂ】ＣＰ長を超える遅延で受信したアップリンク信号のＦＦＴサンプリングウィンドウを示す図である。
【図４】遅延（サンプル数で）の関数として表した望ましい信号電力、ＩＣＩ電力、及びＩＳＩ電力のグラフである、ただし、サイクリックプレフィックスのサイズが１２８サンプル、シンボル持続期間が１０２４サンプルである。
【図５】マクロセル中の別のｆＢＳ位置（セル半径Ｒ＝１５００ｍ、及び分離距離ｄ＝７００ｍ）に対する遅延分布を示す図である。
【図６】マクロセル中の別のｆＢＳ位置（セル半径Ｒ＝１５００ｍ、及び分離距離ｄ＝１４００ｍ）に対する遅延分布を示す図である。
【図７】図５及び６の分布から生じた相対的な遅延のＣＤＦを示す図である。
【図８】予想されるＩＣＩ電力と受信した信号電力の比（Ｒ＝１５００ｍ及びｄ＝１０００ｍ）を示す図である。
【図９】予想されるＩＣＩ電力と受信した信号電力の比（Ｒ＝１５００ｍ、及びｄ＝１４００ｍ）を示す図である。
【図１０】図８のマクロセル分布に対する予想されるＩＣＩ電力を示す図である。
【図１１】図９のマクロセル分布に対する予想されるＩＣＩ電力を示す図である。
【図１２】図１０及び１１のマクロセル分布に対するＣＤＦ−ＩＣＩ曲線を示す図である。
【図１３】複数のマクロセルシナリオ（Ｒ＝１５００ｍ及びｄ＝１４００ｍ）に対する予想されるＩＣＩ電力を示す図である。
【図１４】複数のマクロセルシナリオ（Ｒ＝５００ｍ及びｄ＝５００ｍ）に対する予想されるＩＣＩ電力を示す図である。
【図１５】複数セルのシナリオで、Ｒ＝１５００ｍ及びｄ＝１４００ｍの様々な同期点（時間サンプルで−４０、０、４０、及び１００）に対するゼロＩＣＩ領域を示す図である。
【図１６】フェムトセルのためのＩＣＩ最小化ＵＬ同期法の流れ図である。
【図１７】本明細書で開示されるＩＣＩ最小化技法を実施するように構成されたフェムトセル基地局、及び対応するフェムトセル移動局のブロック図である。  本発明の実施形態、及びその利点は、以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解される。同様の参照数字は、１つ又は複数の図で示された同様の要素を識別するために使用されることを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書で開示する有利なキャリア間干渉（ＩＣＩ）軽減技法をよりよく説明するために、多重キャリアマクロセルネットワーク内のフェムトセル基地局におけるＩＣＩの統計的性質をまず論議することになる。図１を再度参照すると、マクロセル１００は、解析を簡単にするために一般性を失うことなく、六角形ではなく円形のものであると考えられる。マクロセル１００がこの円形の幾何形状であるとすると、様々な移動局の位置を定義するのに極座標を使用すると便利である。マクロセル基地局１３０は、極座標の極に位置する。マクロセル移動局１２０、１６０、及び１４０に対する位置は、（ｒ，θ）の形で与えられる、ただし、θは、移動局とマクロセル基地局の角度であり、ｒは、その間の半径方向距離を表している。フェムトセル基地局（ｆＢＳ）１１０は、（ｄ，０）に位置する、ただし、ｄはマクロセル基地局とフェムトセル基地局１１０の間の半径方向距離であり、またθ＝０はその間の角度である。従って、任意のマクロセル移動局と基地局１１０の間の距離は、
【数１】
2012005131.tif 000003
で与えられる。
【００１４】
マクロセル移動局のそれぞれは、マクロセル基地局に完全に同期しているので、最初の送信は、基地局から最も遠くに位置するこれらの移動局から開始することになる。この最初の送信は、一般性を失うことなく、ｔ＝０秒で開始すると考えられる。マクロセル移動局と基地局の間でこの同期が与えられると、フェムトセル基地局１１０における移動局信号の着信時間は、
【数２】
2012005131.tif 000004
で与えられる、ただし、ｃは光の速度である。さらに、移動局が一様に分布している場合、ｚ（ｒ，θ）＝ｃｔｒｘ（ｒ，θ）の累積分布関数（ＣＤＦ）は、当技術分野で知られたＦＺ（ｒ，θ）（ｚ）として導出することができる。さらに、電力制御は、フェムトセル基地局における干渉に対する１つのファクタである。
【００１５】
電力制御は、マクロセル移動局の送信電力を適正なレベルに設定するために使用される。電力制御は、システム容量を改善するだけではなく、移動局による電力消費も低減する。アップリンク（移動局から基地局へ）では、理想的には、送信の直交性により、異なる移動局間でアップリンク干渉がないはずである。しかし、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ）無線プロトコルでは、周波数再使用ファクタに起因して、隣接するセル間で干渉を生じてシステム容量を低下させることになる。ＯＦＤＭベースのシステムでは、従って、干渉を最小化するために電力制御が必要である。３ＧＰＰ  ＬＴＥ仕様によれば、電力制御の式は、
Ｐｔｘ＝ｍｉｎ［Ｐｍａｘ、α．ＰＬｍＢＳ＋Ｐ０＋１０ｌｏｇ１０Ｍ＋δＭＣＳ＋ｆ（Δｉ）］，    （３）
ただし、Ｐｔｘは、マクロセル移動局の出力電力であり、Ｐｍａｘは、移動局に許容される最大電力であり、ＰＬｍＢＳは、移動局とマクロセル基地局の間の経路損失であり、Ｍは、割り振られたＰＲＢ（物理リソースブロック）の数であり、またＰ０は、受信装置におけるＰＲＢ当たりのｄＢｍで表した合計の目標電力である。パラメータαは、経路損失補償パラメータである。３ＧＰＰ  ＬＴＥでは、αは０と１．０の間で変化する。αが１であるとき、それは、完全な経路損失補償が行われることを意味する。反対に、経路損失補償パラメータが０である場合、経路損失に対する補償は何もない。δＭＣＳは、変調及び符号化スキームに依存するセル特有のパラメータであり、またｆ（Δｉ）は、訂正に使用できる関数である。これらのパラメータは、移動局の閉ループ電力制御に対するフィードバックを行う。一実施形態では、各マクロセル移動局は、１つのＰＲＢを用いて（すなわち、１０ｌｏｇ１０Ｍ＝０）、補償された電力レベルを有する移動局の信号を送信できると考えられる。焦点は、距離に関してフェムトセル基地局（ｆＢＳ）に対するマクロセル移動局（ｍＭＳ）の影響を解析することにあるので、フィードバック項は無視することができ、開ループの電力制御を使用することができる。当技術分野で知られているように、マクロセル移動局に対する開ループ送信電力は、
Ｐｔｘ＝Ｐ０＋α．ＰＬｍＢＳ，          （４）
Ｐ０＝ＳＮＲｔ＋Ｐｎｏｉｓｅ，          （５）
【数３】
2012005131.tif 000005
で与えられる、ただし、ＳＮＲｔは、マクロセル基地局（ｍＢＳ）における雑音レベルに対する目標の受信電力であり、Ｐｎｏｉｓｅは、ｍＢＳにおける雑音電力レベルであり、ηは、経路損失指数であり、λは、送信された信号の波長である。他方で、ｉ番目のマクロセル移動局により送信されたＯＦＤＭ信号は、サンプル時間ドメインで、
【数４】
2012005131.tif 000006
と記述することができる、ただし、Ｎは、利用可能なサブキャリアの数であり、ｍは、ＯＦＤＭのシンボル番号、ｋは、サブキャリア番号、ＮＣＰはサイクリックプレフィックスの長さ、及びＳｍｉ（ｋ）はこのｉ番目のマクロセル移動局に対するｋ番目のサブキャリア及びｍ番目のＯＦＤＭシンボルにより搬送される情報シンボルである。
【００１６】
マクロセル移動局の送信電力がＰｔｘに等しいと仮定すると、ＯＦＤＭシンボルの予想される合計電力は、従って、Ｐｔｘに等しい。次いで、フェムトセル基地局における予想される合計受信電力（ワットで）は、
【数５】
2012005131.tif 000007
により与えられ、ただし、
【数６】
2012005131.tif 000008
である。
【００１７】
一般性を失うことなく、本開示の残りでの導出を簡単化するために、平坦フェージングチャネルモデルが使用される。予想されるキャリア間干渉（ＩＣＩ）及びシンボル間干渉（ＩＳＩ）を、次に、フェムトセル基地局１５０におけるアップリンク信号の受信に関して導出することができる。
【００１８】
フェムトセル基地局１５０で受信されている移動局１６０及び１２０からのマクロセルアップリンク信号間のタイミング位置合わせ不良の例が、図２で示されている。局１２０は基地局１５０に近いが局１６０と同期されており、共に、ｍＢＳ１３０から同じ範囲の分離距離を有しているので、まず局１２０からのアップリンクシンボル２１０が受信され、その後に、局１６０からのアップリンクシンボル２０５が受信される。シンボル２０５は、サイクリックプレフィックス長ＣＰを超える遅延τだけ遅延され、ＩＣＩを生ずる可能性がある。従って、まず、我々は、アップリンクＯＦＤＭシステムにおける所与のタイミングオフセットに対するＩＣＩ、シンボル間干渉（ＩＳＩ），及び望ましい（ＤＥＳ）項の電力を解析する。タイミングオフセットは、サブキャリア間の直交性の損失を生ずる可能性があり、キャリア間干渉（ＩＣＩ）と呼ばれるサブキャリア間の相互作用を生ずる。連続するＯＦＤＭシンボルの同じサブキャリア間で矛盾がある場合、シンボル間干渉（ＩＳＩ）が生ずる。望ましい項は、ＩＳＩ及びＩＣＩ項とは別の残りの信号成分である。受信したシンボルに対する遅延Ｄが、図３（ａ）で示すようにＣＰ長よりも小さいと仮定すると（ＮＣＰ＞Ｄ）、ｉ番目のユーザから受信したサンプルドメイン信号は、
【数７】
2012005131.tif 000009
により与えられる。ＣＰ部分を除外し、ＦＦＴ演算を（１０）に適用すると、
【数８】
2012005131.tif 000010
が得られる。
【００１９】
式（１１）は、回転された望ましい項を表している。その場合、ＩＣＩ及びＩＳＩ項が存在しない。信号全体の予想される電力は、Ｅ［ＰＡＬＬ］＝Ｐｒｘで与えられ、ＩＳＩ及びＩＣＩ項はゼロに等しい。しかし、図３ｂで示すように、遅延がＣＰ長より大きい場合（ＮＣＰ＜Ｄ）、ＦＦＴは、
【数９】
2012005131.tif 000011
となる、ただし、第１項は望ましい項であり、第２項はＩＳＩ項であり、第３項及び第４項は、前のＯＦＤＭシンボル及び現在のＯＦＤＭシンボルによりそれぞれ生じたＩＣＩ寄与を示している。（１２）から、望ましい項、ＩＳＩ項、及びＩＣＩ項の予想電力は、
【数１０】
2012005131.tif 000012
である。
【００２０】
図４では、１０２４個のサブキャリアが使用され、またＣＰ長がサブキャリアの数の１／８である場合のこれらの項がプロットされている。遅延はサンプリング番号の関数として示されている。この場合、サイクリックプレフィックスは、１２８個のサンプルを受け取り、またアップリンクシンボルは１０２４個のサンプルを受け取る。ＩＣＩ電力３３０は、最大の直交性損失により、Ｄ＝１０２４／２＋１２８＝６４０で最大化される。最大点の後、サブキャリア間の直交性が増加するので、ＩＣＩ電力は減少する。ＩＳＩ電力３２０は、遅延値が大きくなると、前のＯＦＤＭシンボルからより多くのサンプルを受け取るので、常に、遅延の増加関数である。ＩＳＩ３２０及び望ましい項３００は、すでに占有されているサブキャリアに対する信号電力を示しているが、ＩＣＩ項３３０は、他のキャリアに対するいくつかのサブキャリアの影響を示している。専用チャネルフェムトセルでは、マクロセルアップリンクシンボルからのＩＳＩは、マクロセルサブキャリアに制約されている点で、すなわち、フェムトセルは、マクロセルのＩＳＩにより影響されないフェムトセル自体の専用サブキャリアを有している点で、比較的害がない。従って、専用チャネルのフェムトセルネットワークに関する主要な関心事は、ＩＣＩ成分の電力である。フェムトセルネットワークにおける専用のアクセス、又は便宜主義的なチャネルアクセスにおいて、マクロセルアップリンク送信からのＩＣＩ漏洩が、フェムトセルネットワークの容量を低下させる可能性がある。同時に送信される干渉性のマクロセルユーザの数が増加すると、全体のＩＣＩ電力が蓄積されることに起因して、フェムトセル基地局におけるアップリンクＩＣＩが増加する。
【００２１】
ＩＣＩ電力を最小化するために、フェムトセル基地局は、支配的な１つのマクロセルの移動局（又は複数の移動局）からのアップリンク送信が、ゼロ−ＩＣＩ遅延タイミング関係で受信されるように、フェムトセルに対するアップリンクタイミングを調整する。例えば、図４で示すように、アップリンクのマクロセルシンボルが、約３００サンプル未満、又は１１５０を超えるサンプルの遅延で受信されたと仮定すると、ＩＣＩはない。
【００２２】
マクロセル移動局が、マクロセル全体にランダムに分布していると見なされる場合、フェムトセル基地局において生ずるアップリンク送信の相対的な遅延もまた、ランダムに分布することになる。例えば、図１のフェムトセル基地局１１０を検討すると、それはマクロセル基地局１３０から離れた距離ｄにある。マクロセル移動局がマクロセル内で一様に分布していることを考慮し、且つ比較的多数のこのようなユーザがいると仮定すると（又は等価的に、マクロセルの端部、並びにフェムトセルの近傍に移動局が存在すると仮定すると）、基地局１１０における最初のマクロセル移動信号の着信時間は、
【数１１】
2012005131.tif 000013
と記述することができる。
【００２３】
次いで、（２）が与えられると、最初に到達した信号に対して、フェムトセル基地局に到達したマクロセル移動局信号の相対的な遅延は、
【数１２】
2012005131.tif 000014
と記述することができる。
【００２４】
（１７）を使用すると、遅延は、サンプル時間ドメインで、
【数１３】
2012005131.tif 000015
として計算することができ、その式はまた、ｚ（ｒ，θ）により、
【数１４】
2012005131.tif 000016
と記述することができる。
【００２５】
前に論じたｚ（ｒ，θ）のＣＤＦを用いると、Ｄ（ｒ，θ）のＣＤＦは、１つのランダム変数を有する関数の分散分析を行って導出される。
【数１５】
2012005131.tif 000017
【００２６】
この性質をよく説明するために、サンプル−時間ドメイン遅延の分布が、異なるフェムトセル基地局位置に関して式（１８）を用いて、図５及び６でプロットされている。これらの図は、典型的な３ＧＰＰ  ＬＴＥパラメータにマッチするように、マクロセル半径Ｒ＝１５００ｍ、Ｎ＝１０２４、及びＴｓ＝６６．７μｓに対応している。図５及び図６では、マクロセル中心にあるクロスハッチマークは、ｍＢＳの位置を示しており、一方、プラス符号はフェムトセル基地局の位置を示している。図５の領域３５０、及び図６の領域３６０は、最大の遅延領域を表す。最大の遅延を有する信号は、常に、マクロセル基地局に対して、負のｘ軸上の線から到来していることが分かる。この挙動の理由は、１）ｍＭＳとｆＢＳの間の分離距離がその領域で大きいこと、及び２）ｍＭＳのアップリンクの同期制約である。図５では、ｆＢＳは、ｄ＝７００ｍで展開され、遅延は、時間サンプルで約０と７０の間で変化する。ＣＰがネットワークにおいて１２８に選択された場合、図５のｆＢＳはＩＣＩを有しないことになる。しかし、図６では、ｆＢＳがｄ＝１４００ｍで展開され、遅延は、時間サンプルで、約０と１４５の間で変化する。従って、図６のｆＢＳは、遅延がＣＰサイズよりも大きくなりうるので、ＩＣＩを受ける可能性がある。図６の領域３６０に位置するｍＭＳがある場合、これらのｍＭＳは、このｆＢＳに対してＩＣＩを生ずることになる。さらにＣＰよりも小さい遅延を有するｍＭＳは、図６でＩＣＩを生成することはない。本明細書で使用される場合、このような領域は、ゼロＩＣＩ（Ｚ−ＩＣＩ）領域として示される。
【００２７】
図７は、図５及び図６の分布にそれぞれ対応するＣＤＦ曲線３７０及び３７５を示す。（２０）で与えられた理論式を用いたＣＤＦ曲線は、シミュレーション結果によくマッチしている。７００ｍなどのわずかなフェムトセルとマクロセルの分離距離に対する相対的な遅延は、常に、サイクリックプレフィックス内であり、一方、より大きなフェムトセルとマクロセルの分離距離に対しては、相対的な遅延は、サイクリックプレフィックス持続期間を超える（１２８サンプルを超えるなど）可能性がある。
【００２８】
ｆＢＳで受信されたｍＭＳのＯＦＤＭシンボル電力は、（８）で表すことができる。式（６）、（８）、及び（９）を組み合わせると、受信電力は、
【数１６】
2012005131.tif 000018
として記述することができる、ただし、
【数１７】
2012005131.tif 000019
である。式（１５）及び（１８）を（２１）と組み合わせると、マクロセル中でｆＢＳに対するｍＭＳの予想されるＩＣＩ電力寄与が、
【数１８】
2012005131.tif 000020
であることを示している。
【００２９】
（２２）における第１項は、ＩＣＩが生ずる領域を表しているが、第２項は、ｆＢＳに最初に到達したｍＭＳ信号に同期している場合、ゼロＩＣＩ領域を表している。一実施形態では、Ｎ＝１０２４、ＮＣＰ＝１０２４／１６＝６４、α＝０．８、Ｐ０＝−９５ｄＢｍ／ＰＲＢ、η＝３、動作周波数２．４ＧＨｚ、Ｒ＝１５００ｍ、及びＴＳ＝６６．７μｓである。このようなパラメータに対するシミュレーション結果が、図８及び９で示されている。これらの図では、ｍＢＳは、クロスハッチで示されたマクロセル中心に位置し、一方、プラス符号は、フェムトセル基地局（ｆＢＳ）の位置を示す。ｆＢＳとｍＢＳの間の距離は、図８で１０００ｍであり、図９で１４００ｍである。ｍＭＳ位置は、セル中でランダムに変化し、そのＩＣＩ寄与は、シミュレーション結果と、（２２）で与えられた理論式とを共に用いて解析される。図８は、Ｚ−ＩＣＩ領域３８５を含むが、一方、図９は、Ｚ−ＩＣＩ領域３９５を含む。
【００３０】
図８及び９では、ＩＣＩ電力と、ｍＭＳの受信電力との間の比が（パーセンテージで）与えられる。図８では、ｍＢＳとｆＢＳの間の距離が、図９と比べて比較的小さい、従って、領域３８０で示されるように、ｍＭＳ信号から受信された電力の多くても７パーセントが、図８のｆＢＳに対するＩＣＩとして現れるが、領域３９０で示されるように、ｍＭＳから受信された電力の多くても１４パーセントのＰＩＸが、図９のｆＢＳに対するＩＣＩとして現れる。
【００３１】
図１０及び１１は、図８及び９のシナリオにそれぞれ対応する様々なｍＭＳ位置に対するＩＣＩ電力を示す。図１０では、ｆＢＳがｍＢＳに比較的近接している、言い換えると、同期点に近接しているので、サンプル時間ドメインにおける遅延長さは、そのｆＢＳに対するＣＰサイズにより近い可能性がある。従って、Ｚ−ＩＣＩ領域４００は、図１１のＺ−ＩＣＩ領域４１０と比較すると、図１０ではより広い領域を含む。図１１では、ｆＢＳはセル端部により近いので、図１０と比較すると、Ｚ−ＩＣＩ領域はより小さくなる。さらに、ｍＢＳに近いｍＭＳの電力は、遠く離れた他のｍＭＳよりも低いので、ｍＢＳの周囲のｍＭＳのＩＣＩ寄与はセルの端部に位置するｍＭＳよりも低下することになる。従って、ＩＣＩディップ４２０は、セル内のｍＢＳの周囲で生じ、ＩＣＩ寄与は非常に低下する可能性がある。ｍＢＳの周囲のＩＣＩディップが図１０でも同様に示されている。両方のプロットに対して、セル端部に位置するｍＭＳのＩＣＩ寄与は、セル内の他の領域よりも概して高い。この高いＩＣＩ寄与の理由は、経路損失補償に起因して、セル端部におけるｍＭＳの送信電力が高いからである。ｆＢＳとｍＢＳの間の距離が減少した場合、直交性が増加するため、セル端部におけるｍＭＳの影響もまた減少する。ｆＢＳが図１１のようにセル端部に展開された場合、興味深い状態が生ずる。最大のＩＣＩ寄与は、領域４２５で示すように、ｍＢＳとｆＢＳの間から生ずるが、領域４２５の形状は、弧状のものになる。この領域では、ｍＭＳの出力電力は、タイミングオフセットが、セル端部におけるｍＭＳから到来する信号よりも良好である場合であっても、ＩＣＩに対してより影響がある。
【００３２】
図１２は、図１０及び図１１にそれぞれ対応するＩＣＩ電力に対するＣＤＦ曲線４３０及び４４０を示しており、ｍＭＳは、セル中で一様に分布している。Ｙ軸でＣＤＦ曲線が交差する点は、Ｚ−ＩＣＩ領域と合計のマクロセル領域との間の比を与える。曲線４３０によれば、マクロセル基地局からのフェムトセルの分離距離が１０００ｍに等しい場合、Ｚ−ＩＣＩ領域と合計領域の間の比は、０．４に等しい。さらに、予想されるように、ｆＢＳがｍＢＳから遠く離れて展開される場合、曲線４４０で示されるようにＣＤＦ曲線はより広くなる。図１２は、シミュレーションからのＩＣＩ電力計算が、（２２）における理論式から予想されるＩＣＩ電力と一致していることを示す。
【００３３】
解析は、予想されるＩＣＩ電力式（２２）を用いて、ｆＢＳに対する隣接セル及びマクロセル通信範囲サイズの影響を観察するために、複数セルのシナリオに拡張することができる。図１３では、各セルの半径は１５００ｍであり、セルは、不感帯を回避するために３７５ｍ以内で重複している。ｆＢＳは、中心セルの基地局から１４００ｍ離れた位置にある。ｍＭＳの信号の遅延が中心マクロセルで比較的小さいものであるとしても、隣接するマクロセルからの信号は、大きく遅延して到達する。従って、隣接セルからの信号は、直交性を失うことに起因して、ｆＢＳにおいて著しいＩＣＩを生ずる可能性がある。さらに、信号は距離と共にその電力を失うので、最大のＩＣＩ寄与は、より近い隣接マクロセルから生ずる。Ｚ−ＩＣＩ領域４５０は、この場合、３つのマクロセルの一部を含むだけである。反対に、図１４では、各セルの半径は５００ｍに過ぎない。セルは、不感帯を回避するために、１２０ｍ以内で重複している。ｆＢＳは、中心のｍＢＳから５００ｍ離れたセル端部に位置する。その場合、ｍＢＳの通信範囲の直径が比較的小さいので、ｍＭＳユーザの遅延は低減される。従って、Ｚ−ＩＣＩ領域４６０は、図１３のＺ−ＩＣＩ領域４５０と比較して、図１４の比較的広い領域をカバーする。さらに、ＩＣＩディップは、各マクロセル内で行われる電力補償により、各ｍＢＳの周囲で生ずる。
【００３４】
図１５は、Ｚ−ＩＣＩ領域が、ｍＭＳとｆＢＳの間の同期オフセットに関してどのように変化するかを示している。フェムトセル基地局は、中心のマクロセル基地局から１４００ｍに位置しており、従って、セル端部にある。−４０サンプルに等しい同期オフセットの場合、Ｚ−ＩＣＩ領域４７０は最小である。同期オフセットがゼロになると、Ｚ−ＩＣＩ領域４７５は増加する。同様に、４０に増加した同期オフセットの場合は、ゼロ−ＩＣＩ領域４８０はさらに大きくなる。１００サンプルの同期オフセットの場合、ゼロ−ＩＣＩ領域４８５はさらに大きくなる。図１５の各ゼロ−ＩＣＩ領域は、候補となるゼロＩＣＩ領域を表していると見なすことができる。各候補ゼロ−ＩＣＩ領域に対応するタイミングオフセットは、従って、候補タイミングオフセットを表すことになる。フェムトセル基地局は、従って、マクロセル移動局の予想される分布を、候補ゼロ−ＩＣＩ領域と比較して、フェムトセル基地局で生ずるＩＣＩの低減を最大化する候補ゼロ−ＩＣＩ領域を選択することができる。従って、対応する候補タイミングオフセットは、最適なタイミングオフセットとして選択され、且つフェムトセル移動局に伝達されることになり、フェムトセル移動局は、それに従ってそのアップリンク送信を同期させることができる。候補ゼロ−ＩＣＩ領域と、マクロセル移動局に対する予想される分布を比較することは、どのくらい多くの移動体ユーザが、ゼロ−ＩＣＩ領域に集中しているかだけではなく、このようなユーザに対する予想電力も考慮に入れることができる。言い換えると、領域４８５と比較して、ゼロ−ＩＣＩ領域４７５に位置するマクロセルユーザが少ない場合であっても、これらのユーザが比較的フェムトセル基地局に近いこと、且つフェムトセル基地局において、比較的強く受信されるはずであることにより、領域４７５に対する同期ポイントを選択することがより優れている可能性もある。他方で、領域４８５は、領域４７５よりもかなり大きいので、（一様な分布を仮定すると）領域４７５よりも多くのマクロセルユーザを含むことになる。従って、最適なゼロ−ＩＣＩ領域を選択することは、ゼロ−ＩＣＩ領域外のユーザにより寄与されるＩＣＩ電力に対して、ゼロ−ＩＣＩ領域に含まれうるマクロセルユーザ数を最大化することをバランスさせる作業であることが分かる。同期オフセットではなく、ＣＰサイズを変化させることによっても、同様の結果が観察できることに留意されたい。
【００３５】
フェムトセル基地局におけるＩＣＩを最小化するアップリンク同期のための流れ図が図１６で提供され、フェムトセルは、その同期点をマクロセル内のｍＭＳユーザ分布に基づいて調整する。最初のステップ５００では、フェムトセルは、マクロセル内のｍＭＳユーザ分布に関する情報を取得する。この情報は、時間、日、週、月などの時間単位で条件付けられた典型的なユーザ人口統計を用いて、又は、例えば、ユーザが、限定された時間期間に特定の地理上の位置内に集中するスポーツの試合又はコンサートなどの特別のイベント情報に基づき、オペレータのバックホール接続を介して、定期的に取得することができる。マクロセル内のユーザ分布に関する情報が取得された後、ステップ５１０で、所与のユーザ分布からの合計のＩＣＩ寄与を最小化するタイミングオフセットが取得される。密集したマクロセル移動局ユーザ人口を有する地理的領域が、可能な限りＺ−ＩＣＩ領域内に含まれることが理想的である。代替的には、すべてのマクロセルユーザからの合計のＩＣＩ寄与が、様々な同期インスタントに対して推定され、且つ合計のＩＣＩを最小化するタイミングオフセットが、マクロセルとフェムトセルの間の同期インスタントとして選択される。次いで、ステップ５２０で、この同期点は、ｆＢＳによりすべてのフェムトセル移動局に伝達される。それに応じて、ステップ５３０で、フェムトセル移動局（ｆＭＳ）は、ＵＬ信号が、ｆＢＳにより決定された同期インスタントでｆＢＳに達するように移動局のＵＬ送信を調整する。ｆＭＳは、ステップ５４０で、ユーザ分布の変化に関するトリガが受信されない限り、同じ同期点を使用する。トリガはオペレータネットワークからの更新でありうるが、定期的なトリガもまた、マクロセルネットワーク内における最近のユーザ分布に関する新しい情報を引き出すために使用することができる。
【００３６】
図１７で、例えば、図１６に関して論じたＵＬ同期を用いて、ＩＣＩ最小化法を実施するように構成されたフェムトセル基地局６００及びフェムトセル移動局６５０が示されている。フェムトセル基地局６００は、メモリ６４０とプロセッサ６３５とを含む。プロセッサ６３５は、現在の、又は推定されるマクロセル移動局分布から、ＩＣＩを最小化する同期点を計算するように構成される。メモリ６４０は、得られた同期値を記憶する。プロセッサ６３５は、例えば、オペレータネットワーク６８０から通信６９０で、ｍＭＳ分布に関する情報を取得する。最適な同期点とは別に、最適なＣＰサイズもまた、共に決定することができることに留意されたい。スケジューラ６３０は、信号発生器６１０を駆動して、アンテナ６４５から伝播されるダウンリンク送信を、送信／受信モジュール６２５を介して生成する。得られたダウンリンク送信は、同期点をｆＭＳ６５０へと搬送する。フェムトセル移動局６５０は、望ましい同期点に従って信号発生器を駆動し、アップリンクシンボルを生成するスケジューラ６７５を含む。送信／受信モジュール６６０は、次いで、アンテナ６５５を駆動して、ｆＢＳ６００に送る同期されたアップリンク送信を生成する。
【００３７】
本発明の上記で述べた諸実施形態は、多くの可能な実施形態を代表している。従って、本発明から逸脱することなく、様々な変更及び修正を開示されたものに加えうることは、当業者であれば明らかであろう。添付の特許請求の範囲は、このような変更及び修正をすべて、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして包含する。
【符号の説明】
【００３８】
１００…マクロセル、１１０…フェムトセル基地局、１２０…マクロセル移動局、１３０…マクロセル基地局、１４０…マクロセル移動局、１５０…フェムトセル基地局、１６０…マクロセル移動局、２０５…アップリンクシンボル、２１０…アップリンクシンボル、３００…望ましい項、３２０…ＩＳＩ電力、３３０…ＩＣＩ電力、ＩＣＩ項、３５０…領域、３６０…領域、３７０…ＣＤＦ曲線、３７５…ＣＤＦ曲線、３８０…領域、３８５…Ｚ−ＩＣＩ領域、３９０…領域、３９５…Ｚ−ＩＣＩ領域、４００…Ｚ−ＩＣＩ領域、４１０…Ｚ−ＩＣＩ領域、４２０…ＩＣＩディップ、４２５…領域、４３０…ＣＤＦ曲線、４４０…ＣＤＦ曲線、４５０…Ｚ−ＩＣＩ領域、４６０…Ｚ−ＩＣＩ領域、４７０…Ｚ−ＩＣＩ領域、４７５…Ｚ−ＩＣＩ領域、４８０…ゼロ−ＩＣＩ領域、４８５…ゼロ−ＩＣＩ領域、６００…フェムトセル基地局、６１０…信号発生器、６２５…送信／受信モジュール、６３０…スケジューラ、６３５…プロセッサ、６４０…メモリ、６４５…アンテナ、６５０…フェムトセル移動局、６５５…アンテナ、６６０…送信／受信モジュール、６７５…スケジューラ、６８０…オペレータネットワーク、６９０…通信。
【図１】
2012005131.tif 000021
【図２】
2012005131.tif 000022
【図３ａ】
2012005131.tif 000023
【図３ｂ】
2012005131.tif 000024
【図４】
2012005131.tif 000025
【図５】
2012005131.tif 000026
【図６】
2012005131.tif 000027
【図７】
2012005131.tif 000028
【図８】
2012005131.tif 000029
【図９】
2012005131.tif 000030
【図１０】
2012005131.tif 000031
【図１１】
2012005131.tif 000032
【図１２】
2012005131.tif 000033
【図１３】
2012005131.tif 000034
【図１４】
2012005131.tif 000035
【図１５】
2012005131.tif 000036
【図１６】
2012005131.tif 000037
【図１７】
2012005131.tif 000038
【外国語明細書】
2012005131000001.pdf