(57)【要約】【課題】無線ネットワークにおける負荷分散方法及び装置を記載する。【解決手段】一実施形態の本方法は、少なくとも１つの制御装置により、少なくとも１つの基地局から、１つ又は複数のクライアント端末群にサービスを提供する際に少なくとも１つの基地局が少なくとも１つのクライアント端末（少なくとも１つの制御装置に関連付けられた端末）に提供可能なレートを示す情報を受信するステップと、１つ又は複数の基地局のうちの少なくとも１つから、少なくとも１つの制御装置による少なくとも１つのクライアント端末間でのリソース割り当ての為、少なくとも１つの基地局により提供された送信リソースを示す情報を受信するステップと、少なくとも１つの制御装置により、レートの情報及び送信リソースの情報に基づき基地局からクライアント端末に対する基地局送信リソースの割当て情報を決定するステップと、を含む。【選択図】図３
2016005280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数の基地局及び複数のクライアント端末を有する無線ネットワークにおいて１つ又は複数の制御装置により送信のスケジューリングを行うための基地局リソースを割り当てる方法であって、
前記１つ又は複数の制御装置のうちの少なくとも１つにより、前記１つ又は複数の基地局のうちの少なくとも１つから、１つ又は複数のクライアント端末群にサービスを提供する際に前記少なくとも１つの基地局が当該少なくとも１つの基地局により少なくとも１つのクライアント端末に提供可能な、レートを示す情報を受信するステップであって、前記少なくとも１つのクライアント端末が前記少なくとも１つの制御装置に関連付けられた、当該レートを示す情報を受信するステップと、
前記１つ又は複数の制御装置のうちの前記少なくとも１つにより、前記１つ又は複数の基地局のうちの前記少なくとも１つから、前記少なくとも１つの制御装置による前記少なくとも１つのクライアント端末間でのリソース割り当てのため、前記少なくとも１つの基地局により提供された送信リソースを示す情報を受信するステップと、
前記少なくとも１つの制御装置により、前記レートを示す前記情報及び送信リソースを示す前記情報に基づいて、前記少なくとも１つの基地局から少なくとも１つのクライアント端末に対する基地局送信リソースの割り当てを示す情報を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
少なくとも１つのクラスタ制御装置により前記少なくとも１つの基地局に提供され、基地局−クライアント対の前記リソースの割り当てを示し、ユーザ及びアプリケーション制約のうちの１つ又は複数に基づく、前記割り当てを示す前記情報に基づいて、前記少なくとも１つの基地局のそれぞれにおけるユーザスケジューリングを行うステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
クライアント端末のスケジューリングが、前記少なくとも１つのクラスタ制御装置により決定された前記リソース割り当てに基づいて、前記１つ又は複数の基地局の各基地局において独立に行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記割り当てを示す前記情報が、前記クライアント端末群においてクライアント端末のスケジューリングを行う際の少なくとも１つの基地局−クライアント対及び少なくとも１つのパワーマスクに対して、クライアントがクライアント端末群サイズの基地局のサービスを受けるリソースの部分を指定する１つ又は複数のアクティビティ部分を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのクラスタ制御装置によって、実用的な測定基準を適用するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの制御装置と関連付けられた前記クライアント端末に割り当てられたリソースに基づいて前記少なくとも１つの制御装置の個々の制御装置により提供された平均レートを単一の測定基準に組み合わせるステップ、
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記実用的な測定基準がαフェアネス基準に基づいた、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ユーザレートを示す前記情報が、前記無線ネットワークにおけるクライアント端末と基地局との間の無線チャンネルの広域伝搬特性によって決まる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのクラスタ制御装置により前記少なくとも１つの基地局に提供され、基地局−クライアント対のリソースの割り当てを示す情報に基づいて、前記少なくとも１つの基地局により前記少なくとも１つのクラスタ制御装置に提供された、前記送信リソースを示す情報を変更するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
１つ又は複数の基地局及び複数のクライアント端末を有する無線ネットワークにおいて送信のスケジューリングを行うための基地局リソースを割り当てるクラスタ制御装置であって、
前記１つ又は複数の基地局のうちの少なくとも１つから、
１つ又は複数のクライアント端末群にサービスを提供する際に前記少なくとも１つの基地局が当該少なくとも１つの基地局により少なくとも１つのクライアント端末に提供可能な、レートを示す情報と、
前記少なくとも１つの制御装置による前記少なくとも１つのクライアント端末間でのリソース割り当てのため、前記少なくとも１つの基地局により提供された送信リソースを示す情報であって、前記少なくとも１つのクライアント端末が前記少なくとも１つの制御装置に関連付けられた、当該送信リソースを示す情報と、
を受信する収集器と、
前記レートを示す前記情報及び送信リソースを示す前記情報に基づいて、前記少なくとも１つの基地局から少なくとも１つのクライアント端末に対する基地局送信リソースの割り当てを示す情報を決定する負荷分散器と、
を備えたクラスタ制御装置。
【請求項１１】
前記割り当てを示す前記情報が、前記クライアント端末群においてクライアント端末のスケジューリングを行う際の少なくとも１つの基地局−クライアント対及び少なくとも１つのパワーマスクに対して、クライアントがクライアント端末群サイズの基地局のサービスを受けるリソースの部分を指定する１つ又は複数のアクティビティ部分を含む、
請求項１０に記載のクラスタ制御装置。
【請求項１２】
前記負荷分散器が、実用的な測定基準を適用するように動作可能である、請求項１０に記載のクラスタ制御装置。
【請求項１３】
前記負荷分散器が、前記少なくとも１つの制御装置と関連付けられた前記クライアント端末に割り当てられたリソースに基づいて個々の制御装置により提供された平均レートを単一の測定基準に組み合わせる、請求項１２に記載のクラスタ制御装置。
【請求項１４】
前記実用的な測定基準がαフェアネス基準に基づいた、請求項１２に記載のクラスタ制御装置。
【請求項１５】
ユーザレートを示す前記情報が、前記無線ネットワークにおけるクライアント端末と基地局との間の無線チャンネルの広域伝搬特性によって決まる、請求項１０に記載のクラスタ制御装置。
【請求項１６】
１つ又は複数の基地局と、
複数のクライアント端末と、
送信のスケジューリングを行うための基地局リソースを割り当てる１つ又は複数の制御装置であって、少なくとも１つの前記クライアント端末が当該１つ又は複数の制御装置のうちの１つに関連付けられ、当該１つ又は複数の制御装置が、それぞれ、
前記１つ又は複数の基地局のうちの少なくとも１つから、１つ又は複数のクライアント端末群にサービスを提供する際に前記少なくとも１つの基地局が当該少なくとも１つの基地局により少なくとも１つのクライアント端末に提供可能な、レートを示す情報と、前記少なくとも１つの制御装置による前記少なくとも１つのクライアント端末間でのリソース割り当てのため、前記少なくとも１つの基地局により提供された送信リソースを示す情報であって、前記少なくとも１つのクライアント端末が前記少なくとも１つの制御装置に関連付けられた、当該送信リソースを示す情報と、を受信する収集器と、
前記レートを示す前記情報及び送信リソースを示す前記情報に基づいて、前記少なくとも１つの基地局から少なくとも１つのクライアント端末に対する基地局送信リソースの割り当てを示す情報を決定する負荷分散器と、
を含む、当該１つ又は複数の制御装置と、
を備えた無線通信ネットワーク。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの基地局がそれぞれ、少なくとも１つのクラスタ制御装置により前記少なくとも１つの基地局に提供され、基地局−クライアント対のリソースの割り当てを示し、ユーザ及びアプリケーション制約のうちの１つ又は複数に基づく、前記割り当てを示す前記情報に基づいて、ユーザスケジューリングを行うように動作可能である、請求項１６に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１８】
前記１つ又は複数の基地局が、前記少なくとも１つのクラスタ制御装置により決定された前記リソース割り当てに基づいて、クライアント端末のスケジューリングを独立して行うように動作可能である、請求項１７に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１９】
前記割り当てを示す前記情報が、前記クライアント端末群においてクライアント端末のスケジューリングを行う際の少なくとも１つの基地局−クライアント対及び少なくとも１つのパワーマスクに対して、クライアントがクライアント端末群サイズの基地局のサービスを受けるリソースの部分を指定する１つ又は複数のアクティビティ部分を含む、請求項１６に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項２０】
前記負荷分散器が、実用的な測定基準を適用するように動作可能である、請求項１６に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項２１】
前記負荷分散器が、前記少なくとも１つの制御装置と関連付けられた前記クライアント端末に割り当てられたリソースに基づいて個々の制御装置により提供された平均レートを単一の測定基準に組み合わせる、請求項２０に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項２２】
前記実用的な測定基準がαフェアネス基準に基づいた、請求項２０に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項２３】
ユーザレートを示す前記情報が、無線ネットワークにおけるクライアント端末と基地局との間の無線チャンネルの広域伝搬特性によって決まる、請求項１６に記載の無線通信ネットワーク。
【請求項２４】
無線ネットワークにおいて使用する基地局であって、
前記無線ネットワークにおける少なくとも１つのクラスタ制御装置により提供され、基地局−クライアント対のリソースの割り当てを示し、ユーザ及びアプリケーション制約のうちの１つ又は複数に基づく、割り当てを示す情報を受信するユニットと、
割り当てを示す前記情報に基づいてユーザスケジューリングを行うスケジューラと、
を備えた基地局。
【請求項２５】
前記スケジューラが、前記無線ネットワークにおける他の基地局とは独立して前記少なくとも１つのクラスタ制御装置により決定されたリソース割り当てに基づいて、クライアント端末のスケジューリングを行うように動作可能である、請求項２４に記載の基地局。
【請求項２６】
前記ユニットが、前記無線ネットワークにおける複数のクラスタに対する基地局負荷を演算し、前記複数のクラスタ間の前記負荷の再配分を決定し、前記複数のクラスタに対する送信リソースの再割り当てを決定する、請求項２４に記載の基地局。
【請求項２７】
前記ユニットが、前記無線ネットワークにおける少なくとも１つのクラスタ制御装置により提供され、基地局−クライアント対のリソースの割り当てを示し、前記負荷の前記再配分に基づく、割り当てを示す情報に基づいて、１つ又は複数のクライアント端末群にサービスを提供する際に前記少なくとも１つの基地局が当該少なくとも１つの基地局により少なくとも１つのクライアント端末に提供可能な、レートを示す新たな情報を決定するように動作可能であり、さらに、前記ユニットが、前記新たな情報を前記スケジューラに提供するように動作可能である、請求項２６に記載の基地局。
【請求項２８】
リソース分割ユニットに結合され、送信リソースの前記再割り当てを前記複数のクラスタに送信する送信機をさらに備えた、請求項２６に記載の基地局。
【請求項２９】
前記ユニットが、複数のクラスタ制御装置により提供された前記割り当てを示す前記情報に基づいて、将来の送信時間のために送信リソースを複数のクラスタ制御装置に再度割り当てるように動作可能である、請求項２４に記載の基地局。
【請求項３０】
複数の制御装置を有する無線ネットワークにおける基地局が使用する方法であって、
前記無線ネットワークにおける少なくとも１つのクラスタ制御装置により提供され、基地局−クライアント対のリソースの割り当てを示し、ユーザ及びアプリケーション制約のうちの１つ又は複数に基づく、割り当てを示す情報を受信するステップと、
割り当てを示す前記情報に基づいてユーザスケジューリングを行うステップと、
を含む方法。
【請求項３１】
スケジューラが、前記無線ネットワークにおける他の基地局とは独立して前記少なくとも１つのクラスタ制御装置により決定されたリソース割り当てに基づいて、クライアント端末のスケジューリングを行うように動作可能である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記無線ネットワークにおける複数のクラスタに対する基地局負荷を演算するステップと、
前記複数のクラスタ間の前記負荷の再配分を決定するステップと、
前記複数のクラスタに対する送信リソースの再割り当てを決定するステップと、
をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記無線ネットワークにおける少なくとも１つのクラスタ制御装置により提供され、基地局−クライアント対のリソースの割り当てを示し、前記負荷の前記再配分に基づく、割り当てを示す情報に基づいて、１つ又は複数のクライアント端末群にサービスを提供する際に前記少なくとも１つの基地局が当該少なくとも１つの基地局により少なくとも１つのクライアント端末に提供可能な、レートを示す新たな情報を決定するステップと、
前記新たな情報を前記基地局のスケジューラに送信するステップと、
をさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
送信リソースの前記再割り当てを前記複数のクラスタに送信するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
複数のクラスタ制御装置により提供された前記割り当てを示す前記情報に基づいて、将来の送信時間のために送信リソースを複数のクラスタ制御装置に再度割り当てるステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0002]本発明の実施形態は、無線通信の分野に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、無線ネットワークにおけるユーザ端末又は他のクライアントドライバに対する基地局リソースの割り当てに関する。
【０００２】
［優先権］
[0001]本特許出願は、２０１４年６月１６日に出願された対応する仮特許出願第６２／０１２，８９３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ  Ａｃｒｏｓｓ  Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ  ＭＩＭＯ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」の優先権を主張し、参照によりこれを援用する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]互恵性チャンネル補足に基づくセルラー大規模多入力多出力（ＭＩＭＯ）は、将来の無線アクセス技術を考慮して、非常に魅力的な候補となってきている。これは、特に高密度（狭小セル）の配置に使用した場合に、単位エリア当たりのスループットの大幅な増大が期待できるためである。また、大規模ＭＩＭＯは、ユーザトラヒックホットスポットを含め、ユーザ負荷の大きな変動に対処するための候補として想定されている。このような配置の一課題として、負荷分散がある。すなわち、各セルからの相対的な信号強度に基づくのみならず、ネットワーク全体の性能を最適化するため、各セル近傍の相対的なユーザトラヒックも考慮に入れてユーザをセルと関連付けるという課題がある。負荷分散は、新興の配置において、さらに難易度が高くなる。第１に、負荷分散は、狭小セルに関してさらに重要である。狭小セルは、本質的に計画性が低いことから、マクロ配置よりも規則性が低く、有効エリア範囲が大きく変動し易いためである。さらに、新興のネットワークは、サービスエリアが大きく異なる基地局（ＢＳ）を備えた層を含む多層ネットワークである。実際のところ、負荷分散アルゴリズムは、各層のＢＳが異なるエリアを網羅しているという事実を考慮して、各ユーザが複数層の複数のＢＳのサービスを受けることにより、全層にわたってネットワーク負荷を効果的に分散可能であるという事実を利用する必要がある。
【０００４】
[0004]狭小セルネットワークにおいては、不均一な負荷配分が主要な課題と考えられる。負荷を効率的に分散できない場合は、（狭小セルの使用による）ネットワークアクセスポイントの密度増大の結果として期待される性能向上が、ユーザ群の中で非常に不均一に拡散してしまう可能性がある。狭小セル全体でユーザ負荷を動的に配置するため、様々な負荷分散技術が提案されている。これらの技術は一般的に、従来の物理（ＰＨＹ）層手法を考慮して設計されており、１つのＢＳが最大１つのユーザに対して、特定の周波数及び時間リソースにてサービスを提供する。ただし、現在のところ、ＰＨＹ層における主要なゲインは、ＭＵ−ＭＩＭＯ（多ユーザＭＩＭＯ）、特に大規模ＭＩＭＯによるものと一般的に認められている。
【０００５】
[0005]過去１０年間においては、従来のダウンリンクＭＵ−ＭＩＭＯ法が研究の最前線であった。これらの方法では、ユーザ端末には複数のアンテナを必要とせず、基地局に複数のアンテナを使用し、同時に複数のユーザにサービスを提供することによって、スペクトル効率の向上が期待される。これは、各ユーザと送信側基地局との間のチャンネル状態情報（ＣＳＩ）の知識を用いることによって実現される。送信機は、ＣＳＩＴ（送信機で利用可能なＣＳＩ）を有することにより、ユーザストリームをプリコーディングすることができるため、各ユーザ端末（ＵＥ）は、それ自体のストリームのみを見ることになる。Ｍ個の送信アンテナを備えた基地局を前提として、Ｋ個の単アンテナユーザ端末が同時にサービスを受けることができる場合、単一の端末にサービスを提供するシステムに対して、概ねｍｉｎ（Ｍ，Ｋ）に等しい多重化ゲインが得られる。
【０００６】
[0006]送信機がこの動作を確実に実現するには、十分に正確なＣＳＩＴを有する必要がある。すなわち、送信機は、それ自体とユーザそれぞれとの間のチャンネルを十分正確に把握する必要がある。ＣＳＩＴの取得に用いられる技術は、２つのカテゴリに分類される。第１のクラスでは、ダウンリンクにＭ個のパイロット（基地局の送信アンテナ当たり１つ）を採用することによって、各ユーザ端末が、ユーザ端末自体の（１つ又は複数の）アンテナと基地局の（１つ又は複数の）アンテナとの間のチャンネル係数を推定することができる。この動作では、各基地局送信アンテナとユーザ端末受信アンテナとの間のチャンネルに関して、各受信側ユーザ端末における各ＣＳＩ（ＣＳＩＲ）を提供する。そして、ＣＳＩＲすなわち各ユーザ端末で利用可能なＣＳＩ情報は、アップリンク送信により送信機にフィードバックされて、ＣＳＩＴすなわち送信側基地局におけるＣＳＩを提供する。ＣＳＩＴ取得法のこのクラスは、（ｉ）Ｍ（ひいては、送信側基地局におけるアンテナ要素数）に比例して変化するダウンリンクパイロットオーバヘッドと、（ｂ）各ユーザ端末と各基地局アンテナとの間のチャンネルを基地局に対して利用可能とするアップリンクフィードバックオーバヘッドという２つのオーバヘッドを有する。この場合、各ユーザ端末は単一のアンテナを有し、アップリンクフィードバックは、ＭＫ個のチャンネル係数（複素スカラー値）を基地局に対して、各ユーザ端末アンテナと各基地局アンテナとの間の各チャンネルに１つずつ提供する。原理上、アップリンクオーバヘッドは、ｍｉｎ（Ｍ，Ｋ）に比例して大きくなり得るが、実際に用いられる方法では、ＭとＫの積として大きくなる。ダウンリンクオーバヘッドは、配置可能なアンテナアレイのサイズＭを制限する。同様に、アップリンクオーバヘッドは、Ｍ及びＫの増加に対して急速に大きくなるため、Ｍ及びＫの両者を制限する。
【０００７】
[0007]ＣＳＩＴ取得技術の第２のクラスは、互恵性トレーニング法と称する。この方法では、チャンネル相互関係として知られる物理無線チャンネルの特性を利用することによって、特定の適宜選定した（Ｍ，Ｋ）対の下、非常に効率的なＣＳＩＴトレーニングで非常に高レートの送信を可能とする。特に、アップリンクでは、各ユーザによりパイロットが送信され（Ｋ個のパイロットが必要であるが、それ以上を使用することも可能）、基地局での対応するパイロット観測結果の直接使用により、ダウンリンク送信のプリコーダが構成される。アップリンクトレーニング及びこれに続くダウンリンクデータ送信が十分に近い時間及び周波数（当該チャンネルの可干渉時間及び可干渉帯域幅）で発生している場合、同じ時間及び周波数のアップリンク及びダウンリンクチャンネルが同一であることから、アップリンクトレーニングは、送信機における所要（ダウンリンクチャンネル）のＣＳＩを直接提供する。この技術クラスにおいては、アップリンクオーバヘッドがＫすなわち同時にサービスを受けるユーザ端末数に比例して変化する。また、これらの方法は通常、単一の送受信機がアップリンク及びダウンリンクデータ送信に共有されたユーザ端末チャンネルの可干渉帯域幅におけるアップリンクトレーニング及びダウンリンク送信を可能とするため、ＴＤＤ（時分割複信）に依拠するものと想定されている。
【０００８】
[0008]互恵性トレーニング法の魅力的な一側面として、トレーニングオーバヘッドの増大を招来することなく、送信アンテナアレイのサイズＭを大きくし続け、「大規模」にすることができる。Ｍ＞Ｋにおいて、Ｍの増大は、同時多重化ストリーム数Ｋ（すなわち、Ｋ個のストリームが同時に、各ユーザに１つずつ送信される）の増大に至らないものの、トレーニングのコストの追加なく、（ストリーム当たりのレート向上につながる）各ストリームの大幅な「ビーム形成」ゲインを引き起こす。或いは、Ｍの増大によって、ユーザ端末への目標レートを得るのに必要な送信パワーを低減可能となり、環境に優しい送信方法が得られる。大規模ＭＩＭＯの別の利点として、ユーザレートの固定がある。すなわち、多くのアンテナを用いることにより、ユーザが確保するレートは、小規模のフェージングで大きく変化することはない。この特性によれば、大規模ＭＩＭＯ配置に対して、実際的な負荷分散及びスケジューリング技術が得られる。
【０００９】
[0009]本研究では、互恵性トレーニング法による瞬時的なＣＳＩＴ取得を検討している。互恵性トレーニング法の課題として、同じ時間及び周波数におけるアップリンク及びダウンリンクの「複合」チャンネルは、同一ではない。具体的に、アップリンク及びダウンリンクの物理チャンネル成分は同一であるが、「起点ノード」（送信アンテナから情報を含む信号を送信）と宛先ノード（受信アンテナに付随）との間の各複合チャンネルは、送信機（送信機の回路）及び受信機（受信機の回路）に起因して、付加的な障害を有する。送信機及び受信機の役割を入れ替えた場合は、各ノードに異なる障害が発生して、２つの複合チャンネルは非互恵的となってしまう。ＤＬ（ダウンリンク）及びＵＬ（アップリンク）の複合チャンネルが略互恵的となるように受信機及び送信機を較正するための様々な較正技術が存在する。以下では、相互関係が完全に確立されているものと仮定する。
【００１０】
[0010]「ホットスポット」と称することが多い高トラヒックエリアにおける狭小セル配置は、急増するトラヒック要求に対処するための有望な解決手段と考えられる。いくつかの配置シナリオにおいて、狭小セル層は、マクロセル層と共存する場合がある。パワー及び帯域幅の効率良く高いトラヒック要求に対処するための補完となる別の有望な方向性として、大規模ＭＩＭＯがある。大規模ＭＩＭＯにおいては、ユーザにサービスを提供するアンテナの数がサービスを受けるユーザの数よりもはるかに多い。例えば、ダウンリンク大規模ＭＩＭＯにおいては、サービスを受けるユーザの数がアンテナ数よりもはるかに少ないという事実を利用することにより、ゼロフォーシングビーム形成（Ｚｅｒｏ  Ｆｏｒｃｉｎｇ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）或いはより簡単な共役ビーム形成（Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ  Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ）によって、多くのユーザが同時にサービスを受けることができる。アンテナ数が多くなると、送信ビームが鋭くなるため、はるかに低い送信パワーレベルにて所望の受信信号レベルが実現される。さらに、大型のアンテナアレイを用いることにより、得られるユーザレートが固定される。すなわち、高速（例えば、レーリー）フェージングによるユーザレートの変動は、効果的に無視できるようになる。
【００１１】
[0011]従来のマクロセル配置においては、ユーザ端末がそれ自体を最大パワーのマクロＢＳと関連付ける。例えば、ホットスポットの場合等には、異なる近隣ＢＳのトラヒック負荷が変動する可能性があるものの、一般的には、セルのサイズ及び計画によって、このような変動は相対的に小さい。小さくて計画性の低いセルにおいては、ある狭小セルから隣のセルにかけて、トラヒック負荷がはるかに大きく変動する可能性がある。その結果、最も強い信号を受信するＢＳに対して単純にユーザを関連付けると、異なる小型ＢＳにわたって負荷がはるかに大きく変動し易くなる可能性がある。多くのＢＳが過負荷となる一方、他の近隣ＢＳがごく僅かなユーザにしかサービスを提供していない場合があることは明らかである。幸いなことに、狭小セル配置の場合は、（平均すると）近接するＢＳの数がより多いため、多くのユーザが複数のＢＳから信号を受信可能となる場合がある。そのため、近年の多くの研究では、狭小セルがもたらす利用可能なリソースで最善を尽くすため、負荷分散及び関連付け方法を検討している。
【００１２】
[0012]良好な負荷分散及びユーザ関連付け技術を設計するという問題は一般的に、同じ時間及び周波数リソースすなわち多ユーザ送信法で２つ以上のユーザのスケジューリングを行う場合により難易度が高くなる。実際のところ、例えば線形ゼロフォーシングビーム形成（ＬＺＦＢＦ：Ｌｉｎｅａｒ  Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）等の多ユーザ送信法の背景における各ユーザの受信レートは、ユーザ自体のチャンネルのみならず、このような多ユーザ送信に対して当該ユーザとともにスケジューリングを行った他のユーザの数及びこれらユーザのチャンネルによって決まる。これまで、ＬＺＦＢＦプリコーディングを適用した場合にユーザ集合のスケジューリングを行ってユーザレートの合計を最大化するという問題が検討され、単一のＢＳを備えた単一のセルを考える場合のユーザ選択のためのグリーディアルゴリズムが提案されている。また、構築ツールとしての技術を用いることにより、各ＢＳでプロポーショナルフェアネスを適用したセルラーネットワークにおいて、セルラー及びクラスタＭＵ−ＭＩＭＯ送信のスケジューリングが行われている。これらの技術は、体系的に拡張することによって、仮想キューのフレームワークを備えたより広範囲のフェアネス条件を含むようにすることも可能である。
【００１３】
[0013]上述のスケジューリング方法はすべて、ユーザとＢＳとの関連付けが既に行われているため、フェアネスのフレームワークが各ＢＳにおいて局所的に適用可能であることを前提としている点において、局所的である。これらの「局所的にフェア」なスケジューラによってネットワーク全体に与えられたネットワーク全体のフェアネスに対して異なるユーザ／ＢＳ関連付けが及ぼす影響を事前に予測することは、一般的に簡単ではない。ただし、各送信リソース要素において、ＢＳのアンテナ数がＢＳのサービスを瞬時的に受けるユーザの数よりもはるかに多い場合は、瞬時的なユーザレートが「固定」され（はるかに変動し難くなり）、ＢＳにおけるサービス提供集合のサイズを把握するのみで正確に予測可能となる。
【００１４】
互恵性大規模ＭＩＭＯ
[0014]Ｍ個の送信アンテナのアレイからＵ個の単アンテナユーザ端末へのＭＵ−ＭＩＭＯ送信を可能とする問題について考える。ｉ番目の基地局送信アンテナとｋ番目のユーザ端末との間のダウンリンク（ＤＬ）チャンネルは、以下により与えられる。
【数１】
2016005280.tif 000003
ここで、
【数２】
2016005280.tif 000004
はそれぞれ、基地局アンテナｉからの送信信号、２つのアンテナ間の複合ＤＬチャンネル、並びにユーザ端末ｋの受信機における観測結果及び雑音を示す。このモデルは、任意のリソースブロックにおいて適用可能である。一般的に、上式の変数は、リソースブロックによって決まる。この依存性は、誤表記ではあるものの、現時点では便宜のため表記上無視しており、様々なリソースブロック全体での時分割を考慮する場合に使用することになる。ユーザ端末ｋの受信機においてＲＦ−ベースバンド間変換ハードウェア（例えば、ゲインコントローラ、フィルタ、ミキサ、Ａ／Ｄ等）により導入される振幅及び位相シフト並びに基地局アンテナｉが送信する信号を生成する送信機においてベースバンド−ＲＦ間変換ハードウェア（例えば、増幅器、フィルタ、ミキサ、Ａ／Ｄ等）により導入される振幅及び位相シフトはすべて、ＤＬ複合チャンネルに含まれる。
【００１５】
[0015]同様に、ｋ番目のユーザ端末とｉ番目の基地局アンテナとの間のアップリンクチャンネルは、以下により与えられる。
【数３】
2016005280.tif 000005
ここで、
【数４】
2016005280.tif 000006
はそれぞれ、ユーザ端末ｋからの送信信号、２つのアンテナ間の複合アップリンク（ＵＬ）チャンネル、並びに基地局アンテナｉの受信機における観測結果及び雑音を示す。基地局アンテナｉの受信機においてＲＦ−ベースバンド間変換ハードウェア（例えば、ゲインコントローラ、フィルタ、ミキサ、Ａ／Ｄ等）により導入される振幅及び位相シフト並びにユーザ端末ｋが送信する信号を生成する送信機においてベースバンド−ＲＦ間変換ハードウェア（例えば、増幅器、フィルタ、ミキサ、Ａ／Ｄ等）により導入される振幅及び位相シフトを含むスカラー（複素）係数
【数５】
2016005280.tif 000007
はすべて、複合ＵＬチャンネルに含まれる。
【００１６】
[0016]アップリンクにおいては、以下のモデルを使用するようにしてもよい。
【数６】
2016005280.tif 000008
ここで、
【数７】
2016005280.tif 000009
は、シンボル時刻ｔにおける副搬送波ｎ上のユーザシンボルを含むＫ×１次元（すなわち、Ｋ行×１列）のベクトルであり、
【数８】
2016005280.tif 000010
は、異なる端末のタイミング基準間の相対的な遅延に起因する一定の搬送波位相シフト及び周波数依存時間一定位相シフトを含むＭ×Ｕチャンネル行列であり、
【数９】
2016005280.tif 000011
は、ユーザ端末における受信信号ベクトル及び雑音である。
【００１７】
[0017]ダウンリンクにおいては、以下のモデルを使用するようにしてもよい。
【数１０】
2016005280.tif 000012
ここで、
【数１１】
2016005280.tif 000013
は、シンボル時刻ｔにおける副搬送波ｎ上のユーザシンボルの（行）ベクトルであり、
【数１２】
2016005280.tif 000014
は、異なる端末のタイミング基準間の相対的な遅延に起因する一定の搬送波位相シフト及び周波数依存時間一定位相シフトを含むＵ×Ｍチャンネル行列であり、
【数１３】
2016005280.tif 000015
は、ユーザ端末における受信信号（行）ベクトル及び雑音である。十分に近い距離にある他のＢＳは、ネットワークＭＩＭＯ／共同送信／ＣｏＭＰ（多地点協調送受信）又はその他任意の干渉軽減技術を考慮しなければ、干渉を引き起こす。その他のアクセスポイントからの干渉は、雑音項に含まれている。
【００１８】
[0018]完全な較正を前提とすると、ＵＬ及びＤＬの複合チャンネルは互恵的となるため、以下が成立する。
【数１４】
2016005280.tif 000016
【００１９】
[0019]簡素化のため、熱雑音は無視する。ダウンリンクチャンネル行列を推定するため、Ｕ個のユーザ端末がＵ個の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルのブロックを送信することにより、アップリンクトレーニング位相は以下のように書き表される。
【数１５】
2016005280.tif 000017
ここで、
【数１６】
2016005280.tif 000018
は、スケーリングしたユニタリ行列である。したがって、基地局は、以下のようにチャンネル行列を推定可能である。
【数１７】
2016005280.tif 000019
【００２０】
[0020]ダウンリンクビーム形成を行うため、複合チャンネルダウンリンク行列
【数１８】
2016005280.tif 000020
を使用する。
【００２１】
[0021]ＺＦＢＦプリコーディング行列は、以下のように算出される。
【数１９】
2016005280.tif 000021
ここで、Λは、λｍを対角要素とする対角行列であり、行列Ｗの各行に対して、すべてのｍに対する行正規化｜｜ｗｍ｜｜２＝１を行う。
【００２２】
[0022]したがって、各ビームのパワーが等しいダウンリンクのＺＦＢＦプリコーディング信号は、ｇｉを対角要素とする対角行列Ｇを用いた距離依存経路損失モデルも考慮に入れる。
【数２０】
2016005280.tif 000022
【００２３】
[0023]なお、Ｓ≦Ｍとすると、得られるチャンネル行列は、対角行列となる。
【００２４】
ＭＵ−ＭＩＭＯユーザスケジューリングに関する従来技術
[0024]ＢＳにおける多ユーザＭＩＭＯ送信のスケジューリングには、複数の方法が文献で利用可能であるが、広く認められている方法群は、ＢＳでの任意所与のスケジューリングの瞬間に、最も高い期待重み付け合計レートを生じるユーザのサブ集合のスケジューリングを行うスケジューリングポリシーを含む。スケジューリングを行った各送信集合における各ユーザの期待レートは、スケジューリング集合のすべてのユーザの瞬時チャンネルの関数である。実際のところ、前項に記載の通りにＬＺＦＢ送信を仮定すると、任意所与のリソースブロックにおいて、係数λｋは、（ＺＦＢＦのサービスを受ける）スケジューリング集合のすべてのユーザの瞬時チャンネル行列によって決まり、特に、以下のように表すことができる。
【数２１】
2016005280.tif 000023
ここで、
【数２２】
2016005280.tif 000024
は、ｔ番目のリソースブロックにおけるユーザ集合ＳのＵＥｋの複合ダウンリンクチャンネル行列を示す。ユーザ集合Ｓ及び／又はリソースブロック（ｔ）の選定がλｋに影響するため、期待ユーザレートは、スケジューリング集合及び瞬時チャンネル構成の両者の関数であることは明らかである。スケジューリングタイムインスタンスを固定し、ＬＺＦＢＦ送信を前提とすると、重み付け合計レートを最大化するサブ集合Ｓを選定するという問題は、アンテナ数の組み合わせ論である。スケジューリングに考慮可能なサブ集合Ｓの見込み数は、共同スケジューリングに考慮可能な最大ユーザ数とともに指数関数的に速く増大するためである。この問題に対して、最大２次の複雑性でユーザ集合を選択するためのグリーディアルゴリズムに依拠した解決手段が提案されている。
【００２５】
[0025]スケジューリングポリシーが生成するスケジューリング割り当てを規定する別の重要な因子として、重み付け合計レートの最大化演算を行う前の各スケジューリングの瞬間に「ユーザ重み」を選定する方法がある。これらの重みを選定する方法は多数存在するが、（広いフェアネス基準群に属するフェアネス基準に対して略最適な性能を得ることができるため）広く認められている方法群として、「仮想キュー」の使用に依拠することにより、重み付け合計レートの最適化において瞬時的なユーザ重みを決定するものがある。
【００２６】
負荷分散に関する従来技術
[0026]従来、セルラーネットワークにおける関連付けは、ユーザ端末に基づいている。ユーザは、近隣ＢＳのビーコンに対するその信号レベルを測定し、受信信号が最も強い基地局に関連付けられる。異種ネットワークにおいては、この原理を一般化して用いている。マクロセル及び狭小セルからの信号強度を比較する場合、ユーザ端末は、「バイアス」を適用することによって、（マクロセルに対する）狭小セルとの関連付けを優先することも可能である。
【００２７】
[0027]狭小セルにおいてはトラヒック負荷の不均衡がより顕著になるため、近年、狭小セルにおける負荷分散について、何らかの研究が行われている。実際のところ、狭小セルは、セルサイズの不均一性のためにセル関連付けポリシーの影響をはるかに受け易く、また、サービスを提供する最小平均ユーザ数の影響をはるかに受け易い。この不均一性により、最大ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）セル関連付けに基づいて、トラヒック負荷が極端に不均衡となる可能性がある。この分野における従来技術は主に、各ユーザと近隣ＢＳとの間で情報を交換することによって、近隣ユーザとのシグナリング交換により負荷の分散を試みる方法を含む。「セルブリージング」と称する別の関連技術は、セル送信パワーを調整することにより、セルの負荷状況（過負荷又は過小負荷）に応じてサービスエリアを動的に変更（縮小又は拡大）することに依拠する。なお、これらの研究は、単一ユーザ送信のみのスケジューリングを行う狭小セルに焦点を当てている。
【００２８】
過去の研究の制約
[0028]上述の方法には、重大な制約がある。第１に、ＭＵ−ＭＩＭＯ送信におけるユーザレートが単に、広域の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の関数ではなく、一般的にはスケジューリング集合及びチャンネル構成によって決まるとすると、得られる負荷分散技術は、任意の直接的なリソース効率の良い様態では拡張できない。さらに、互恵性大規模ＭＩＭＯ  ＴＤＤの性質により、ユーザからの単一のアップリンクパイロットブロードキャストを前提とすると、ユーザと近接するすべてのＢＳとの間のリンクにおける広域のＳＩＮＲが得られる。この背景において、ユーザのＢＳとの関連付け（存在する場合）は、ユーザとの交換を伴わないＢＳ間での集中処理によって行うことができる。ただし、中央制御装置を用いることによって、ＢＳ間での負荷分散を完全に実行するとともにＢＳそれぞれにおける送信のスケジューリングを行うのは、演算が困難である。
【００２９】
[0029]処理及び中央制御装置とＢＳ集合との間の情報共有を組み合わせて負荷分散及びスケジューリングを行う技術が提示されている。これらの方法では、「大規模ＭＩＭＯ」型送信の特性を利用することにより、大規模ＭＩＭＯセルラー送信において、略最適なスケジューリング及び負荷分散性能を実現可能とする。これらの方法は、基地局群の全体で負荷を分散させる中央制御装置の使用により負荷分散を行うのに適している。ただし、これらの技術は、負荷分散を行うネットワークにリソースを割り当てる単一の中央制御装置に依拠しているため、容易にエリア拡張可能ではない。これらの方法が容易に拡張可能ではない事実を説明するため、一時的に、ＢＳの平均密度及びユーザ群が固定されているものと仮定する。負荷分散を行うエリアを大きくしても、サービスエリアの最適化変数の数は線形的にしか増えない。これは、サービスエリアを大きくすると、エリアを網羅する様々な基地局との関連付けが必要なユーザの数が線形的に増加するためである。したがって、これらの技術は、所与の限られた地理的エリアにおける負荷の分散に限定される。
【発明の概要】
【００３０】
[0030]無線ネットワーク全体における負荷分散のための本明細書に開示の方法及び装置を説明する。一実施形態において、この方法は、１つ又は複数の制御装置のうちの少なくとも１つにより、１つ又は複数の基地局のうちの少なくとも１つから、１つ又は複数のクライアント端末群にサービスを提供する際に上記少なくとも１つの基地局が当該少なくとも１つの基地局により少なくとも１つのクライアント端末に提供可能な、レートを示す情報を受信するステップであり、上記少なくとも１つのクライアント端末が上記少なくとも１つの制御装置に関連付けられた、ステップと、上記１つ又は複数の制御装置のうちの上記少なくとも１つにより、上記１つ又は複数の基地局のうちの上記少なくとも１つから、上記少なくとも１つの制御装置による上記少なくとも１つのクライアント端末間でのリソース割り当てのため、上記少なくとも１つの基地局により提供された送信リソースを示す情報を受信するステップと、上記少なくとも１つの制御装置により、レートを示す上記情報及び送信リソースを示す上記情報に基づいて、上記少なくとも１つの基地局から少なくとも１つのクライアント端末に対する基地局送信リソースの割り当てを示す情報を決定するステップとを含む。
【００３１】
[0031]本発明は、以下に示す詳細な説明及び本発明の種々実施形態に関する添付の図面によって、より深く理解される。ただし、これらは、本発明を特定の実施形態に限定するものと解釈すべきではなく、説明及び理解を目的としているに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ＨｅｔＮｅｔ（異種ネットワーク）レイアウト及び異なるクラスタが網羅する領域への地理的エリアのモザイク分割の一例を示した図である。
【図２】基地局（ＢＳ）リソースの部分をそれぞれ対応するエリアのユーザに割り当てる２つのクラスタ制御装置を示した図である。
【図３】負荷分散アーキテクチャの１Ｄ（１次元）例の場合のＢＳとクラスタ制御装置との間の２部グラフを示した図である。
【図４】負荷分散方法を適用可能な無線ネットワークの一部を示した図である。
【図５】代表的なクラスタ制御装置の一部を示したブロック図である。
【図６】クラスタ制御装置ユニットからの入力を受けるスケジューラユニットと、クラスタ間でＢＳ  ＴＸ（送信）リソースを分割するユニットとを備えたＢＳ装置を示した図である。
【図７】リソース分割割り当てユニットを示した図である。
【図８】境界で接続された代表的なクラスタ制御装置ユニット及び代表的なＢＳユニットを示すフローチャートである。
【図９】周囲配置のＢＳをアクセスポイント（ＡＰ）と名付けた多数のＢＳに及ぶ重畳クラスタの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
[0032]本発明の実施形態は、サイズが異なるセルを備えた層を含む単層及び多層無線ネットワークにおける負荷分散のための方法及び装置を含む。本発明の実施形態は、互恵性単ユーザ及び多ユーザＭＩＭＯ送信を利用した大規模ＭＩＭＯ配置での使用を目的としているが、本明細書に記載の技術は、大規模ＭＩＭＯや互恵性トレーニング等を伴わない他の無線ネットワークにおいても使用可能である。
【００３４】
[0033]本明細書に示す技術は、限られたエリアにおける負荷分散に限定されない。特に、これらの技術は、ユーザの関連付け及び負荷分散に関する新規開示アーキテクチャに依拠しており、大きな地理的エリア及び多層ネットワークに対して非常に効率良く拡張可能な方法を容易に提供可能である。さらに、これらの技術は、ＢＳ中心のユーザ−ＢＳ関連付け方法のほか、従来のユーザ中心の関連付け方法と併せて容易に実施可能である。
【００３５】
[0034]セルラー大規模ＭＩＭＯ送信を伴うネットワークにおける拡張可能な負荷分散及びスケジューリングを可能とする方法及び装置を開示する。このアーキテクチャ及び関連技術を用いることにより、単層及び多層無線ネットワークにおける効率的且つ拡張可能な動作を提供可能である。これらネットワークの例としては、狭小セル、マクロセル、又は異種配置が挙げられる。
【００３６】
[0035]本発明の実施形態によれば、ＢＳの重畳クラスタ集合全体にネットワークリソースが分割されたアーキテクチャを利用することにより、ユーザの関連付け及びスケジューリングと併せて、ネットワーク全体の負荷分散が可能となる。特に、各クラスタは、所与の地理的エリアのユーザにサービスを提供可能な１つ又は複数の層のＢＳのサブ集合（又はすべて）を含む。各ユーザは、その地理的エリアにサービスを提供するクラスタと容易に関連付け可能である。この重畳クラスタのアーキテクチャにおいて、各ＢＳは、それが属するすべてのクラスタにわたってそのリソースを共有する。負荷分散は、各ＢＳのリソースをクラスタ全体で共有させるとともに、各クラスタのトラヒック負荷に従って当該クラスタにそのＢＳのリソースを割り当てることにより達成される。これにより、単層ひいてはＨｅｔＮｅｔ配置においてもリソースを都合よく共有可能となる。実際のところ、ＨｅｔＮｅｔ配置においては、一実施形態において、狭小セルＢＳよりも多くのクラスタにマクロＢＳが含まれる（そのため、これらのクラスタ全体でリソースを共有する）。
【００３７】
[0036]各クラスタにおける負荷分散は、２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」の方法の適当な拡張により、各ＢＳのリソースの一部のみが所与のクラスタのサービスを受けるユーザ間で共有可能になるという事実を考慮するように適宜変更することによって行うことができる。一実施形態において、ユーザレートは、クラスタのＢＳそれぞれにより当該クラスタに提供された利用可能な送信リソースの対象となるクラスタ全体の目的関数（単一の測定基準におけるフェアネス及び性能を捕捉）に対して最適化される。一実施形態において、このクラスタ全体の目的関数は、クラスタの各ＢＳから各ユーザへの適当な「アクティビティ部分」の割り当てに基づいて最適化されるか、或いは、当該クラスタ内の瞬時的なスケジューリング集合から独立している。一実施形態において、クラスタのサービスを受ける各ユーザのレートは、当該クラスタのＢＳそれぞれからの当該ユーザのアクティビティ部分に関係している。一実施形態において、これらのユーザアクティビティ部分は、負荷分散アルゴリズムによって返され、これらの部分が当てはまる期間に関連するスケジューリングフェーズにおいて用いられることになる。そして、任意所与のクラスタにおいて負荷分散アルゴリズムにより返されたこれらのアクティビティ部分は、当該クラスタの各ＢＳで共有される。各ＢＳは、一部を成す全クラスタにより提供されたアクティビティ部分を収集し、これらを用いることにより、これらの部分が当てはまる所与の期間にわたって、ＢＳからの各ユーザのアクティビティ部分が、関連するクラスタから負荷分散アルゴリズムにより提供されたアクティビティ部分と整合するように、スケジューリングインスタンスそれぞれのユーザ集合に対する（単ユーザ又は）多ユーザ送信のスケジューリングを行う。
【００３８】
[0037]一実施形態において、ユーザ−ＢＳ間のアクティビティ部分の最適化演算には、（時間とともにゆっくりと変化する）ユーザとＢＳとの間の広域フェージング特性等、ユーザにサービスを提供可能な各ＢＳにより各ユーザに提供可能な最大ユーザレートを示す情報が入力として必要となる。本明細書に開示の方法によれば、ネットワーク全体におけるリソースの反復的及び／又は動的な（適応的）負荷分散が可能となる。一実施形態においては、各クラスタにおいて、当該クラスタの各ＢＳにより割り当てられた送信リソースに基づく負荷分散「ソリューション」（ユーザ−ＢＳ対全体でのアクティビティ部分のリソース割り当て）を実行可能である。そして、負荷分散の「中間ソリューション候補」を所与として、各ＢＳの送信リソースをそれが属するクラスタ全体にわたって再配分し、サービスを提供するユーザサブ集合全体における負荷の改善又はより良い分散を行うことにより、改良されたソリューションを得ることができる。また、所与の期間から次の期間に掛けて更新される拡張可能なオンライン負荷分散方法についても、直接的な拡張である。この場合、一実施形態において、各ＢＳは、各クラスタが提供する更新負荷変動情報と併せて、（そのクラスタにより共有済みの）先行期間負荷分散ソリューションを用いることにより（例えば、所与のＢＳのサービスを享受可能なクラスタのユーザ機器（ＵＥ）群は、負荷を示す各クラスタからの予測ＢＳ負荷によって構成される）、それが属するクラスタ全体にその送信リソースを再配分することによって、サービスを提供するユーザサブ集合全体における負荷の改善又はより良い分散を行う。そして、各ＢＳにおける更新送信リソースを各クラスタ制御装置が使用することによって、次の期間の負荷分散ソリューションが得られる。
【００３９】
[0038]本明細書に開示の方法及び装置によれば、広範なフェアネス基準に基づく負荷分散及びネットワーク全体の最適化が可能となる。また、本発明の実施形態は、互恵性大規模ＭＩＭＯの背景において提示しているが、本明細書に開示の技術は、フィードバックを用いたＭＩＭＯ技術、狭域又は広域ＭＩＭＯにも適用可能である。
【００４０】
[0039]狭小セルＢＳ又はアクセスポイント（ＡＰ）とのユーザの関連付けを行う本明細書に開示の方法によれば、この固定効果を利用することによって、拡張可能な負荷分散性能が可能となる。
【００４１】
[0040]本発明の実施形態は、過去のスケジューリング及び負荷分散手法に対して、以下のような利点のうちの１つ又は複数を有する。
１．本発明の実施形態によれば、大規模ＭＩＭＯ配置の多層無線ネットワーク全体において、拡張可能で堅牢且つ実用的な負荷分散が可能となる。
２．本発明の実施形態は、ユーザ中心、ＢＳ中心、及び／又は混成ユーザ−ＢＳ関連付け方法と互換性がある。
３．本発明の実施形態によれば、負荷分散問題が簡素化され、各ＢＳでの柔軟なスケジューリングが可能となる。
４．本発明の実施形態によれば、無線ネットワーク全体における適応的な負荷分散及びリソース割り当てが容易に可能となる。クラスタ間の負荷分散は、大きな時間的尺度（場合によっては、分のオーダ）で変化する各ＢＳからそのクラスタへのリソース割り当てによって行われる。また、「クラスタハンドオフ」は、従来のハンドオフよりもはるかに短い時間的尺度で実行可能であり、クラスタが重畳していることから、これらのハンドオフを実行するためのより長い時間窓が存在する。
５．また、本明細書に記載の方法を用いることによって、多地点協調送信等の広範なＭＵ−ＭＩＭＯ配置法が可能となるため、ユーザ端末は、必ずしも常に同じＢＳのサービスを受けることはない。
６．本明細書に記載の方法によれば、ＢＳ中心の関連付けを行うＴＤＤを用いたＭＵ−ＭＩＭＯが可能となる。ユーザは、クラスタと関連付けられるが、サービスを提供するクラスタの１つ又は複数のＢＳを把握している必要はない。すべてのＵＥにおいて把握する必要があるのは、サービスを受ける時間スロット及びそれぞれのアップリンクパイロットを送信すべきタイミングである。
７．また、本発明の実施形態によれば、（負荷分散）クラスタに対するユーザ中心のユーザ関連付けが可能となる。また、本発明の実施形態によれば、クラスタ内でのＢＳに対するユーザの関連付けをユーザ中心又はクラスタ中心とすることができる。
【００４２】
[0041]本発明の実施形態は、無線ＨｅｔＮｅｔネットワークにおいて、拡張可能にリソース効率良く負荷を分散させる方法及び装置を含む。本発明の実施形態は、大規模ＭＩＭＯの狭小セルを有する多層ネットワークにおける負荷分散の実行に対して、容易に適用可能である。これにより、互恵性ＭＵ−ＭＩＭＯ送信に対する低オーバヘッドのユーザスケジューリングと併せて、リソース効率の良い実用的で動的に適応した負荷分散が可能となる。
【００４３】
[0042]本発明の実施形態は、大型のアンテナアレイ及び多数のユーザを有するＴＤＤ単層及び多層配置における互恵性ＭＵ−ＭＩＭＯのネットワーク動作を最適化する。これにより、すべての層及びすべてのセルにわたる負荷分散が可能となるため、ネットワーク全体において、すべてのユーザに対する公平な高多重化ゲインが可能となる。また、ＬＴＥ構成においても動作可能である。
【００４４】
[0043]以下の記述においては、多くの詳細を示すことによって、本発明をより詳しく説明する。ただし、当業者には、本発明がこれらの具体的詳細なく実施可能であることが明らかとなろう。他の例では、周知の構造及び機器を詳しく示すのではなく、ブロック図の形態で示すことによって、本発明が分かり難くならないようにする。
【００４５】
[0044]以下の詳細な説明の一部分は、コンピュータメモリ内でのデータビットに対する動作のアルゴリズム及び記号表現の観点で提示する。これらのアルゴリズム的記述及び表現は、データ処理技術分野の当業者がその業務内容を最も効果的に他の当業者に伝えるために使用する手段である。ここでのアルゴリズムは一般的に、所望の結果に至る首尾一貫した一連のステップと考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。通例、これらの量は、必須ではないものの、格納、移動、組み合わせ、比較、或いは操作可能な電気的又は磁気的信号の形態を取る。これらの信号は、主に共用のために、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数字等として表すのが好都合な場合があることが分かっている。
【００４６】
[0045]ただし、これらの用語及び類似用語はすべて、適当な物理量と関連付けられることになり、これらの量に適用される使い勝手の良いラベルに過ぎない点に留意すべきである。以下の説明から明らかな別段の具体的記述がない限り、当然のことながら、本明細書の全体にわたって、「処理」、「演算」、「計算」、「決定」、「表示」等の用語を用いた説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内で物理（電子）量として表されるデータを操作して、コンピュータシステムのメモリ若しくはレジスタ、又はそのような他の情報ストレージ、送信若しくは表示機器内で物理量として同様に表される他のデータに変換するコンピュータシステム又は類似の電子計算機の作用及び処理を表す。
【００４７】
[0046]また、本発明は、本明細書の動作を行う装置に関する。この装置は、所要目的のために特別に構成したものであってもよいし、格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再設定される汎用コンピュータを備えていてもよい。このようなコンピュータプログラムは、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び光磁気ディスク等の任意の種類のディスク、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ），ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気若しくは光カード、又は電子的命令の格納に適し、それぞれがコンピュータシステムバスに結合された任意の種類の媒体等のコンピュータ可読記憶媒体に格納されていてもよいが、これらに限定されない。
【００４８】
[0047]本明細書に提示のアルゴリズム及び表示は、任意特定のコンピュータ又は他の装置と本質的に関連するものではない。本明細書の教示内容に係るプログラムと併せて、様々な汎用システムを使用するようにしてもよい。或いは、より特殊な装置を構成して所要の方法ステップを実行するのが好都合な場合もある。これらの多様なシステムに必要な構造は、以下の説明により明らかとなろう。また、本発明は、任意特定のプログラミング言語を参照して記述したものではない。当然のことながら、本明細書に記載の本発明の教示内容は、多様なプログラミング言語を用いて実装するようにしてもよい。
【００４９】
[0048]機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）が読める形態の情報を格納又は送信する任意の機構を含む。例えば、機械可読媒体はとしては、リードオンリーメモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス等が挙げられる。
【００５０】
概要
[0049]本発明の実施形態は、狭域、広域、及び／又は大規模ＭＩＭＯ配置の単層及び多層無線ネットワークの効率的且つ堅牢な動作を可能とする実用的且つ拡張可能な負荷分散方法を含む。少なくとも１つの方法は、ＢＳの重畳クラスタを含む負荷分散アーキテクチャに依拠する。ユーザは、ＢＳとは対照的に、クラスタと関連付けられる。各クラスタは通常、クラスタ制御装置が提供する負荷分散ソリューションに応じた所与の地理的エリアにおけるユーザ群にサービスを提供する。また、各クラスタは、１つ又は複数層のＢＳを含んでいてもよく、各ＢＳが異なるエリアを網羅し、異なる層のＢＳが（場合により）大きく異なるサイズのサービスエリアを有する。一実施形態において、各ＢＳは、１つ又は（好ましくは）複数のクラスタの一部であり、それが属するすべてのクラスタにわたってその送信リソースを共有している。当然、マクロセルは、狭小セル等よりもはるかに大きなサービスエリアを有するため、狭小セルよりもはるかに多いクラスタに含まれる（また、当該クラスタにおいて送信リソースを共有している）。そのため、マクロＢＳは一般的に、一部を成すクラスタそれぞれに対して、そのリソースの微小部分を提供していてもよい。一実施形態において、これらのアーキテクチャでは、任意のアドホック狭小セル「バイアス」によって、狭小セルとの関連付けを優先する必要がない。実際のところ、これは、より体系的な方法で暗に行われる。クラスタ制御装置は、クラスタに含まれるＢＳ（小型及び大型）それぞれが当該クラスタに提供する送信リソースに基づいて、各クラスタにおける負荷分散を実行するためである。
【００５１】
[0050]図１は、不規則に配置された狭小セルの集合と併せてマクロセルの六角形レイアウトを含む一例を示している。図１には、異なるクラスタが網羅する六角形のユーザ領域となるように地理的エリアをモザイク分割した一例とともに、ＨｅｔＮｅｔレイアウトを示している。任意所与の六角形にサービスを提供しているクラスタ制御装置は、当該六角形に存在するユーザに対して異なるＢＳにより割り当てられる送信リソースの部分を決定する。図には、マクロＢＳ及び狭小セルＢＳの両者を示している。
【００５２】
[0051]図２は、六角形のユーザ領域のうちの２つを考慮しており、各エリアのクラスタ制御装置を示している。各クラスタ制御装置（例えば、クラスタ制御装置１、２）は、図２の境界で狭小及びマクロＢＳのサブ集合に接続されている。これらのＢＳはそれぞれ、各ＢＳが近傍のユーザ端末それぞれに提供可能な、レートを示す情報とともに、その送信リソースの一部をクラスタ制御装置に割り当てる。この情報に基づいて、クラスタ制御装置は、（対応する六角形エリアに存在する）所与のクラスタに関連する各ユーザに対するユーザ−ＢＳ間のアクティビティ部分の割り当てを決定する。そして、各ＢＳは、そのすべてのクラスタ（すなわち、ＢＳが送信リソースを提供したすべてのクラスタ）が提供するユーザ−ＢＳ間のアクティビティ部分の割り当てを収集し、これらを用いて、ユーザの送信のスケジューリングを行う。一実施形態において、ユーザ−ＢＳ間のアクティビティ部分により各ＢＳのユーザ送信のスケジューリングを行う方法は、２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」に記載されている。
【００５３】
[0052]なお、一実施形態において、負荷分散ソリューションすなわちＢＳリソースのＵＥへのリソース割り当ては、時間とともにユーザが移動してトラヒック負荷配分が変化するため、周期的に更新する必要がある。また、一実施形態において、各ＢＳは、そのクラスタ制御装置から提供された情報を用いることにより、以下の負荷分散サイクルにおいて、クラスタ間での送信リソースの適応及びより良い割り当てを行う。一実施形態において、各制御装置は、各基地局に対して、当該ＢＳがリソースを割り当てる必要があるクラスタのユーザに対するアクティビティ部分を受け渡す。これらは、以下に説明する
【数２３】
2016005280.tif 000025
である。そして、各ＢＳは、その制御装置により提供されたこのようなリソースの集合を用いることにより、制御装置間に分かれたリソースを再度割り当てる。これは、以下に説明する問題を解くことによって行われるが、以下に記載の通り、制約値
【数２４】
2016005280.tif 000026
は、
【数２５】
2016005280.tif 000027
により決定される。
【００５４】
[0053]本明細書に開示のアーキテクチャの実施形態によれば、以下の総合作用によって、ネットワーク全体の負荷分散を実行可能である。
ｉ．ＢＳ−クラスタ間リソース分散：各ＢＳが一部を成すクラスタ全体における当該ＢＳによる送信リソースの割り当て
ｉｉ．クラスタ内負荷分散：所与のクラスタに関連するユーザ間におけるＢＳ提供の送信リソースの各クラスタ制御装置による割り当て
【００５５】
[0054]図３の２部グラフは、本明細書に開示のアーキテクチャによって可能となった方法を図示している。図３を参照して、負荷分散アーキテクチャの１Ｄ例のＢＳとクラスタ制御装置との間の２部グラフは、１０個の狭小ＢＳ、１つのマクロ（Ｊ＝１０＋１）、及びＧ＝５つのクラスタを含む。すなわち、この例においては、５つのクラスタと１１個のＢＳ（１０個の狭小セルＢＳ及び１つのマクロ）とが存在する。各クラスタ制御装置は、境界を接するＢＳが提供する送信リソースを割り当てることによって、クラスタに関連するＵＥにリソースを割り当てる。すなわち、ＢＳと制御装置との間の各境界は、ＢＳがそのリソースの一部を共有して、所与のクラスタに関連するユーザにサービスを提供することを示す。例えば、３番目のクラスタは、３番目の制御装置のサービスを受ける。この３番目の制御装置は、ＢＳ４、６、７、８、１１により送信リソースが提供された後、このリソースを用いることによって、クラスタ内負荷分散を実行する。すなわち、３番目のクラスタに関連するユーザ間において、ＢＳ４、６、７、８、１１により制御装置に提供されたリソースを適当に分割する。同様に、各ＢＳは、一部を成す全クラスタにわたってそのリソースを分け合う。例えば、ＢＳ１は、１番目のクラスタと５番目のクラスタとの間でその送信リソースを分け合う。一方、マクロＢＳ１１は、５個すべてのクラスタ間でそのリソースを分け合う。この各ＢＳからそのクラスタへのリソース分散は、接続されたクラスタそれぞれが各ＢＳに提供する有効な負荷情報により提供された情報にも基づいている。
【００５６】
[0055]クラスタ内負荷分散には、関連するクラスタ制御装置が実行する処理を用いた所与のクラスタ内での負荷の分散が含まれる。一実施形態において、各クラスタ制御装置は、２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」に示されたネットワーク全体の負荷分散技術の拡張によって、そのネットワーク全体における負荷分散を実行する。この文献に示された通り、本発明の実施形態によれば、多ユーザ送信のための負荷分散及びユーザスケジューリングの分離が可能となる。一実施形態において、クラスタ制御装置は、（各ＢＳによりクラスタに割り当てられた送信リソースに基づいて）当該クラスタのＢＳ全体における負荷を最適化する。各ＢＳは、それが属するクラスタを制御する制御装置それぞれにより提供されたリソース割り当てを取得し、その「集合」アクティビティ部分を用いることによって、例えば２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」に記載の方法により、クラスタ制御装置が選定したユーザアクティビティ部分に応じたユーザに対するそれ自体のスケジューリングポリシー及びパイロット割り当てを制御する。
【００５７】
[0056]図４は、Ｊ個のＢＳ及びＫ個のＵＥを含む無線ネットワークを示している。図４を参照すると、Ｇ個の制御装置が存在し、それぞれがＵＥのクラスタにおけるクラスタ内負荷分散を行う。このような２つの代表的なクラスタ制御装置である制御装置ユニット１００−ｍ、１００−ｎは、ＵＥクラスタｍ、ｎそれぞれにおけるクラスタ内負荷分散を実行する。ＢＳ２００−ａ、２００−ｂ、２００−ｃ、２００−ｄ、２００−ｅは、それぞれの送信リソースの一部をクラスタ制御装置ｍに提供する。これらのリソースは、クラスタ制御装置ｍがそのクラスタ内負荷分散によって、クラスタｍ中のＵＥ００１−ｑ、００１−ｒ、００１−ｓ、及び残りのＵＥ間で分け合うことになる。同様に、ＢＳ２００−ｄ、２００−ｅ、２００−ｆ、２００−ｇ、２００−ｈは、それぞれの送信リソースの一部をクラスタ制御装置ｎに提供する。これらのリソースは、クラスタ制御装置ｎがそのクラスタ内負荷分散によって、クラスタｎ中のＵＥ００１−ｔ、００１−ｕ、００１−ｖ、及び残りのＵＥ間で分け合うことになる。これを達成するため、各クラスタ制御装置は、そのＢＳからクラスタ状態情報を取得する。一実施形態において、この情報には、クラスタ中の各ＢＳとＵＥとの間の広域フェージングチャンネル条件、クラスタ中のＵＥのバッファ、トラヒック、及び負荷情報、ＵＥストリームのアプリケーション及び遅延制約、負荷分散オプション等が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、クラスタ制御装置ユニット１００−ｍ、１００−ｎはそれぞれ、アクティビティ部分を独立して選定し、この情報をそのＢＳに送信する。また、一実施形態において、各クラスタ制御装置ユニットは、遅延制約又は様々なスケジューリングオプションをそのＢＳに送信する。遅延制約及びスケジューリングオプションの例については、Ｄ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号を参照のこと。一実施形態において、クラスタ制御装置ユニットは、負荷を示す付加的な情報を各ＢＳに送信する（例えば、以下に説明する量
【数２６】
2016005280.tif 000028
）。一実施形態において、これらの量は、ＢＳで完全に演算可能であるか、又は（部分的に）制御装置の助けを受けて演算可能である。各ＢＳは、そのすべてのクラスタが共有するこの情報の形態を用いることによって、一部を成すクラスタ全体における送信リソースの割り当てを再度更新するようにしてもよい。例えば、ＢＳ２００−ｄは、クラスタ制御装置ユニット１００−ｍ、１００−ｎ（及び接続された他のユニット）が提供する情報を考慮することにより、これらＢＳの全体においてその送信リソースを再度割り当てる。そして、ＢＳに対してそのクラスタ制御装置により提供されたアクティビティ部分（及びその他の情報）を当該ＢＳが用いることによって、２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」に記載と同様にＵＥのスケジューリングを行うことができる。
【００５８】
[0057]図５は、クラスタＢＳ制御装置１００の一実施形態のブロック図である。図５を参照して、クラスタＢＳ制御装置１００は、システム状態情報収集モジュール１１０を備える。また、クラスタＢＳ制御装置１００は、負荷分散器ユニット１２０を備える。負荷分散器ユニット１２０は、ユーザ−ＢＳ間のアクティビティ部分を計算する。一実施形態において、これらのアクティビティ部分は、収集された情報及び目的関数により捕捉された何らかのフェアネスの概念を用いて決定される。一実施形態において、システム状態収集器１１０は、クラスタにおけるＵＥの最大レート及び要求を示す情報と、クラスタで利用可能な送信リソースの部分を示す情報とを各ＢＳから受信する。一実施形態において、上記目的関数は、何らかのα≧０に対するαフェアネス関数のクラスによる。使用可能なαフェアネス関数の例については、Ｊ．Ｍｏ及びＪ．Ｗａｌｒａｎｄによる「Ｆａｉｒ  ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ  ｗｉｎｄｏｗ−ｂａｓｅｄ  ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ」，ＩＥＥＥ／ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ（ＴｏＮ），ｖｏｌ．８，ｎｏ．５，ｐｐ．５５６−５６７，２０００を参照のこと。これらのアクティビティ部分は、必ずしも何らかのスケジューリング集合を特定するものではなく、特定の集合サイズにおいて特定のユーザのスケジューリングを行う各ＢＳのリソースの部分を与えるものである。これらの部分を所与として、図６に示すように、各ＢＳにより、そのスケジューラ２１６において様々なスケジューリング集合を選定可能である。
【００５９】
[0058]一実施形態において、負荷分散器ユニット１２０は、ＵＥ−ＢＳ間のアクティビティ部分と、各ＢＳで共有されるクラスタＵＥのスケジューリング制約を示す情報とを出力する。一実施形態において、負荷分散器ユニット１２０は、ＢＳ負荷を示す情報を生成して各ＢＳに送信する。クラスタ制御装置１００は、この情報を各ＢＳとやり取りする通信インタフェース１４０を備える。
【００６０】
[0059]制御装置１３０は、クラスタ制御装置１００の動作を制御する。
【００６１】
[0060]図６は、ＢＳ２００の一実施形態のブロック図である。図６を参照して、ＢＳ２００は、ＭＩＭＯ無線送信用の標準モジュールを備える。ＢＳ２００の送信プロセッサ２１５は、データ源２１０から１つ又は複数のＵＥに対するデータを受信し、各ＵＥに対するデータを処理して、すべてのＵＥにデータシンボルを提供する。また、プロセッサ２１５は、制御装置／プロセッサ２７０から制御情報を受信して処理するとともに、制御シンボルを提供する。また、プロセッサ２７０は、１つ又は複数の基準信号に対する基準シンボルを生成する。送信（ＴＸ）ＭＩＭＯプロセッサ２２０は、各ＵＥのデータシンボル、制御シンボル、及び／若しくは基準シンボル並びに同じＢＳ２００若しくは他のＢＳ、ＲＲＨ等の他の無線エンティティと同一配置されたアンテナの基準信号に対するプリコーディングを行う。
【００６２】
[0061]プロセッサ２２０は、出力シンボルの並列ストリームを変調器ＭＯＤ（２３０ａ〜２３０ｔ）に提供する。各変調器２３０は、出力サンプルストリームをさらに処理（例えば、アナログ変換、増幅、フィルタリング、及びアップコンバート）することによって、ダウンリンク信号を得る。変調器２３０ａ〜２３０ｔからのダウンリンク信号はそれぞれ、アンテナ２３５ａ〜２３５ｔを介して送信される。
【００６３】
[0062]ＢＳ２００において、様々なＵＥからのアップリンク信号又は同じＢＳ２００に同一配置されるか、異なるＢＳ若しくは他の無線エンティティに配置された他のアンテナによるアップリンク信号は、アンテナ２３５ａ〜２３５ｔにより受信され、復調器（ＤＥＭＯＤ２３０ａ〜２３０ｔ）により復調される。復調された信号は、ＭＩＭＯ検出器２４０によって検出され、受信プロセッサ２４５によってさらに処理されることにより、ＵＥ及び他の無線エンティティが送信した復号データ及び制御情報を取得するようにしてもよい。受信プロセッサ２４５は、ＭＩＭＯ検出器からの検出信号を受信し、復号データデータシンク２５０に提供するとともに、制御情報を制御装置／プロセッサ２７０に提供する。また、ＤＥＭＯＤ２３０ａ〜２３０ｔが出力した復調信号は、チャンネルプロセッサ２８０に提供され、アップリンクチャンネルが推定されて制御装置／プロセッサ２７０に提供される。
【００６４】
[0063]一実施形態において、ＢＳ２００は、較正プロセッサ２８５も備える。較正プロセッサ２８５は、制御装置／処理ユニット２７０と制御情報を交換する。また、較正プロセッサ２８５は、ＵＬチャンネル推定と併せて制御装置／プロセッサ２７０で使用することによりダウンリンクチャンネル推定を構成するための較正値を計算するようにしてもよい。ダウンリンクチャンネル推定は、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ２２０に提供され、プリコーディングが行われる。較正プロセッサ２８５における処理には、較正のシグナリング及びデータ収集の両側面のほか、収集データに基づく相対的な較正方法、並びに当該ＢＳ及び考え得る他のＢＳにおける送信アンテナノードの任意のサブ集合に対する過去の相対較正値等の考え得る付加的なパラメータを含む。
【００６５】
[0064]また、一実施形態において、ＢＳ２００は、スケジューラ２１６を備える。スケジューラ２１６は、送信プロセッサユニット２１５とスケジューリング情報を交換する。この情報に従って、送信プロセッサ２１５は、スケジューリングされたユーザのデータをデータ源２１０に要求する。また、スケジューラ２１６は、アップリンクチャンネル推定に関する情報及びそれが属するユーザに関する情報をチャンネルプロセッサ２８０に提供する。スケジューラ２１６は、中央ＢＳ制御装置１００の負荷分散器ユニット１２０により提供された情報を処理する。一実施形態において、負荷分散器ユニット１２０により提供された情報は、アクティビティ部分、様々なスケジューリング制約、及び再利用制約を含む。異なるＢＳのスケジューラユニットは、互いにやり取りをすることによって、各瞬間に実現可能な非重畳送信を可能とするようにしてもよい。
【００６６】
[0065]また、一実施形態において、ＢＳ２００は、一部を成す全クラスタにわたるＢＳの送信リソース割り当てを決定するＢＳ−クラスタ間リソース分割ユニット２９０を備える。ユニット２９０の一実施形態の動作を図７においてより詳しく強調する。図７を参照して、ＢＳ−クラスタ間リソース分割ユニット２９０は、一部を成すクラスタそれぞれの負荷分散器ユニット１２０により提供されたＵＥ−ＢＳ間のアクティビティ部分（及び場合により、異なるクラスタの負荷を示す付加的な情報）を考慮に入れる。オンライン動的負荷分散を実現する一実施形態において、ユニット２９０は、異なるクラスタ全体におけるトラヒック変動を示す情報等の付加的な情報を考慮する。ユニット２９０は、この情報に基づいて、そのクラスタ全体における送信リソースの割り当てを更新するとともに、新たな送信リソース割り当てをそのクラスタに提供する。
【００６７】
[0066]本発明の実施形態は、（１つ又は複数の）スケジューラユニット２１６及び（１つ又は複数の）ＢＳ−クラスタ間リソース分割ユニット２９０と組み合わせて（１つ又は複数の）負荷分散器ユニット１２０を含むとともに、異種無線ネットワーク内の大規模ＭＩＭＯ動作の負荷分散及びスケジューリングの両側面を含む。
【００６８】
[0067]図８は、代表的なクラスタ制御装置ユニット１００−ｇ及び代表的なＢＳユニット２００−ｊを含む負荷分散及びスケジューリングのプロセスの一実施形態のフローチャートである。図８を参照して、一実施形態においては、クラスタ制御装置ユニット１００−ｇ及びＢＳユニット２００−ｊが境界を共有することが前提となる（すなわち、ＢＳユニット２００−ｊは、その送信リソースの一部をクラスタ制御装置ユニット１００−ｊと共有し、これらのリソースは、ＢＳユニット２００−ｊのサービスを享受可能なＵＥ間で割り当てられることになる）。図８に示すように、（図示していないその他すべてのＢＳユニット２００と併せて）ＢＳユニット２００−ｊは、境界を接する各クラスタ制御装置に対して、提供可能な最大レートを示す情報を提供する（ステップ３１０）。また、一実施形態において、ＢＳユニット２００−ｊは、負荷分散のためのクラスタ制御装置間での送信リソースの割り当てを示す情報を演算し、境界で接続されたクラスタ制御装置に送信する（ステップ３２０）。境界で接続されたすべてのＢＳからクラスタ制御装置ユニット１００−ｇに提供された情報に基づいて、制御装置ユニット１００−ｇは、ＵＥ−ＢＳ間のアクティビティ部分すなわちＵＥそれぞれにサービスを提供するために各ＢＳが割り当てるリソースの部分を決定する（ステップ３３０）。そして、ＢＳユニット２００−ｊは、制御装置ユニット１００−ｇ（及び境界で接続された他の制御装置）が共有するＵＥ−ＢＳ間のアクティビティ部分を用いることにより、ＵＥの送信のスケジューリングを行う（ステップ３４０）。一実施形態においては、ステップ３２０の一部として、制御装置ユニット１００−ｇ及び他の制御装置ユニットが共有する情報をＢＳユニット２００−ｊでも使用することにより、次回の負荷分散動作に対して、境界で接続されたクラスタ全体におけるリソースの再分配を行う。なお、ステップ３２０は、同じスケジューリング期間の新たな反復に対応していてもよいし、次のスケジューリング期間のＢＳによる更新されたリソース再配分に対応していてもよい。この場合、一実施形態において、クラスタ１００−ｇ（及び／又は他のクラスタ）は、クラスタからＢＳに対して、予測負荷（又は予測負荷変化）を示す付加的な情報も提供する。一実施形態において、このような予測は、クラスタ中のＵＥ数の変動と、場合によりクラスタ領域全体におけるそれらの配分とを追跡することにより、クラスタにおいて行われる。
【００６９】
本明細書に記載の方法のシステムモデル
[0068]次に、本明細書に開示の負荷分散アーキテクチャ及び方法について詳しく説明する。一般性を失うことなく、潜在的に非常に大きな地理的エリアに拡がったＫ個の単アンテナユーザにサービスを提供するＪ個のＢＳ／ＡＰ（用語ＢＳ及びＡＰは同じ意味で使用）を含むシナリオに焦点を当てる。ユーザ及びＢＳはそれぞれ、添え字ｋ、ｊを付し、ｋがユーザ集合ｋ＝｛１、２、・・・、Ｋ｝に、ｊがＢＳ／ＡＰ集合ｊ＝｛１、２、・・・、Ｊ｝に基づく。
【００７０】
[0069]ＢＳｊは、Ｍｊ個のアンテナを有し、（セルラー）ＬＺＦＢ（ストリームごとに同一パワー）によってサイズＳｊのユーザ集合にサービスを提供するものと仮定する。また、Ｓｊ＜＜Ｍｊと仮定すると、大規模ＭＩＭＯ近似が当てはまる。すなわち、
ＢＳｊがＳｊ個のユーザの特定集合（対象ユーザを含む）にサービスを提供している場合のユーザの瞬時レートは、チャンネル構成に関わらず（略）同じである。ユーザがＳｊ個のユーザ群におけるＢＳｊのサービスを受ける場合の当該ユーザの瞬時レートは、実際上はＳｊの値のみに依存し、その他Ｓｊ−１個のユーザの識別は依存しない。
【００７１】
[0070]一実施形態において、線形ゼロフォーシングビーム形成（ＬＺＦＢＦ）を用いると、Ｓｊ群におけるＢＳｊのサービスを受ける場合にＵＥｋが得る最大レート（すなわち、送信のスケジューリングを行っている場合にＵＥが得るレート）は、以下の通りである。
【数２７】
2016005280.tif 000029
ここで、ｇｋ，ｊは、ＢＳｊとＵＥｋとの間の広域受信ＳＮＲ（すなわち、リソース要素ごとに受信信号パワーを熱雑音変化で除した比率）を示し、Ｐｊは、ＢＳｊからのリソース要素ごとの送信パワーを示す。
【００７２】
[0071]Ｊｋは、ユーザｋにサービスを提供可能なＢＳの集合を示す（この集合の要素は、例えばユーザｋに対する広域ＳＩＮＲが十分に高いＢＳである）。同様に、Ｋｊは、ＢＳｊのサービスを享受可能なユーザの集合を示すのに用いている（この集合の要素は、例えばＢＳｊからの広域ＳＩＮＲが十分に高いユーザである）。
【００７３】
負荷分散及びアクティビティ部分
[0072]参考までに、２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」に開示の方法によって解かれる問題について、以下に概説する。２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」の方法は、すべてのＢＳにわたって負荷分散の最適化を行う単一の制御装置を用いた負荷分散ソリューションを提供する。ａｋ，ｊは、ＬＺＦＢ送信においてユーザｋがＢＳｊのサービスを受けるアクティビティ部分を示すものとする。
【００７４】
[0073]２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」においては、集中負荷分散制御装置により解かれる１つの問題として、以下が挙げられる。
【数２８】
2016005280.tif 000030
（集中ａ）を最大にする。
ただし、
【数２９】
2016005280.tif 000031
（集中ｂ）
【数３０】
2016005280.tif 000032
（集中ｃ）
【数３１】
2016005280.tif 000033
（集中ｄ）
の制約を受ける。
【００７５】
[0074]（集中ａ）の関数Ｕは、「フェアネス」の概念を捕捉する。一実施形態において、関数Ｕは、何らかのα≧０に対するαフェアネス関数のクラスによる。例えば、αが１に等しいものとして選定されると、比例的なフェアネスが得られる。また、α→∞の場合は、「ハードフェアネス」基準が得られるため、（集中ａ）において最大化する目的関数が、提供されるすべてのユーザレートの中で最小となる。
【００７６】
[0075]各制約について概説する。
不等式の集合（集中ｂ）は、各ユーザの（すべてのＢＳにおける）総アクティビティ部分が１より大きくはなり得ないことを反映している（等式による限界の実現は、ユーザがリソース要素ごとにＢＳのうちの１つのサービスを受けることを意味する）。（集中ｃ）の制約は、ＢＳｊのサービスを受けているすべてのユーザの合計アクティビティがＳｊすなわちＳｊ×利用可能な総送信リソース（ＢＳｊが一度にＳｊにサービスを提供するため）を超えることはない、という事実を反映している。
【００７７】
[0076]なお、制約（集中ｂ）〜（集中ｄ）を満たすアクティビティ部分の任意の集合に関しては、ユーザのスケジューリングを行うための（十分に多くのリソースブロックにおける）スケジューリング割り当てを取得することによってセルラー送信を行うことができるため、各ｋ及びｊに関して、ＢＳｊによりユーザｋの送信のスケジューリングが行われ、リソースブロックのおよそ（１００×ａｋ，ｊ）％がＢＳｊによりスケジューリングされる。その結果、一実施形態において、このようなスケジューリングポリシーでＢＳのネットワークによりユーザｋに提供されるレートは、以下により与えられる。
【数３２】
2016005280.tif 000034
【００７８】
[0077]なお、各ユーザは、単一のＢＳと関連付けられてサービスを受ける（ここで、任意所与のｋに関して、ｊが単一の値である場合にのみａｋ，ｊ＞０となる）が、ユーザが複数のＢＳのサービスを部分的に受ける、すなわち、その総レートの異なる部分を複数のＢＳから得る（その都度、異なるリソースブロックにおいてサービスを受ける）というスケジューリング方法の使用も可能である。さらに、一意のユーザ−ＢＳ関連付け制約が特に魅力的ではあるものの、それを緩和して、集合（集中ａ）〜（集中ｄ）に記述した通りユーザが部分的にサービスを受けられるようにすることは、凸問題に相当する。また、集合（集中ａ）〜（集中ｄ）の解は、「部分的関連付け」を指す場合があるが、このような解は、各ＢＳに対するユーザアクティビティ部分が集合（集中ａ）〜（集中ｄ）の解に適合するように各ユーザのスケジューリングを行う決定論的なスケジューリングルールが存在する点で実現可能（実行可能）であり、ユーザのスケジューリングは、同じリソースブロックの複数のＢＳによって行われない。
【００７９】
[0078]原理上、集合（集中ａ）〜（集中ｄ）の問題は、既存の汎用凸オプティマイザ又は専用の方法によって解くことができる（例えば、Ｄ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる「Ｕｓｅｒ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ」，Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  Ｉｎｆｏｒｍ．，Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，ＩＴＡ２０１４，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ（ｈｔｔｐ：／／ｉｔａ．ｕｃｓｄ．ｅｄｕ／ｗｏｒｋｓｈｏｐ／１４／ｆｉｌｅｓ／ｐａｐｅｒ／ｐａｐｅｒ＿１６６０．ｐｄｆにて入手可能）を参照）。
【００８０】
[0079]拡張可能な負荷分散アルゴリズムを検討するための動機付けは、負荷分散を行うサービスエリアの拡大に応じてこのようなアルゴリズムの演算の複雑性を考える場合にはっきりとする。一時的に、ＢＳの平均密度及びユーザ群が固定されているものと仮定すると、負荷分散を行うエリアを拡大することによって、サービスエリアとともに自由変項の数が線形的に増加する。特に、ＢＳｊが最大Ｋｊ個のユーザにサービスを提供可能であることを前提とすると、自由変項の総数｛ａｋ，ｊ｝は、
【数３３】
2016005280.tif 000035
に等しくなる。
【００８１】
[0080]本発明の実施形態は、（負荷分散を適用する）サービスエリアのサイズが拡大しても個々の複雑性は増さない「より小さな」並列最適化問題の（場合により一連の）集合を解くことによって「大きな」負荷分散問題を解くことに帰結するアーキテクチャを含む。したがって、これらによれば、ネットワークのサイズとともに複雑性が増すことのない拡張可能な負荷分散アルゴリズムを設計可能である。さらに、２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」に記載の集中問題を解くためのＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる「Ｕｓｅｒ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ」，Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  Ｉｎｆｏｒｍ．，Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，ＩＴＡ２０１４，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ（ｈｔｔｐ：／／ｉｔａ．ｕｃｓｄ．ｅｄｕ／ｗｏｒｋｓｈｏｐ／１４／ｆｉｌｅｓ／ｐａｐｅｒ／ｐａｐｅｒ＿１６６０．ｐｄｆにて入手可能）に記載のアルゴリズムを（適当に修正して）適用することにより、これらの「より小さな」問題を解くことができる。様々に記述されているこれらの拡張可能なアーキテクチャは、２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」に開示の手法を実現する。
【００８２】
拡張可能な負荷分散アルゴリズムを可能とするアーキテクチャ
[0081]一実施形態において、アーキテクチャは、自由変項が急増する集中最適化問題の解を必要とすることなく、負荷分散の利益を享受する。これらのアーキテクチャは、負荷分散のための近隣ＢＳ集合の重畳クラスタに依拠する。Ｇは、これらＢＳの重畳クラスタの数を示すものとする。ｇ番目のクラスタ（ｇは集合Ｇ＝｛１、２、・・・、Ｇ｝に属する）を含むＢＳの集合は、Ｊ（ｇ）と表され、Ｊで表される全ＢＳの集合のサブ集合である。
【００８３】
[0082]関心のある負荷分散問題のため、ｇ番目のクラスタは、ｇ番目のユーザ群Ｋ（ｇ）と称するユーザのサブ集合に「サービスを提供する」。すべてのユーザ群（集合Ｇのすべてのｇ）を統合したものは、すべてのユーザの集合であって、Ｋで表される。検討対象のアーキテクチャにおいては、各ユーザｋに対して、潜在的にユーザｋにサービスを提供可能なすべてのＢＳを含むクラスタが存在するように、ＢＳのクラスタが十分に大きく構成される。
【００８４】
[0083]また、一実施形態において、クラスタは代替として、ユーザをユーザ群に分割する観点で「規定」される。特に、（負荷分散を適用する）トポロジ全体における全ユーザの集合は、非重畳ユーザ集合に分割されると考えられる。すなわち、全ユーザの集合Ｋは、Ｇ個の非重畳群に分割され、Ｋ（ｇ）がｇ番目のユーザ群を示す。これは、例えばサービスエリアを小さな隣接タイル（例えば、長方形、正方形）にモザイク分割した後、各ユーザタイルに対してＢＳの「十分に大きな」クラスタを関連付けることにより、容易に実現可能である。
【００８５】
[0084]このようにレイアウトを非重畳タイル（例えば、六角形又は正方形）にモザイク分割することによって、これらＢＳの重畳クラスタを規定する簡単な方法が提供される。具体的に、プロセッサは、タイルを１からあるＧまで数え上げることから始め、その後、ｇ番目のタイルにおけるユーザの集合としてｇ番目のユーザ群Ｋ（ｇ）を規定する。そして、ｇ番目のタイル中のユーザにサービスを提供可能なＢＳが除外されることのないよう、当該クラスタを含むようにＢＳの集合Ｊ（ｇ）を規定する。これは、例えば広域ＳＩＮＲを用いた基準によって達成可能である。Ｋ（ｇ）の少なくとも１つのユーザに対して十分に高い広域ＳＩＮＲを有するＢＳは、Ｊ（ｇ）に含めてもよい。例えば、ユーザｋにサービスを提供可能なＢＳの集合すなわちユーザｋに対して十分に高い広域ＳＩＮＲを有するＢＳの集合をＪｋとして設定するようにしてもよい。
【００８６】
[0085]このアーキテクチャにより、一実施形態においては、タイル中のすべてのユーザが当該タイルにサービスを提供するクラスタと一意に関連付けられる。一実施形態において、負荷分散は、ＢＳが属するすべてのクラスタにわたって当該ＢＳの送信リソースを割り当て（分散）させることにより、これらの重畳クラスタアーキテクチャにおいて達成される。所与のクラスタｇがそのＢＳ  Ｊ（ｇ）それぞれにより利用可能な送信リソースに基づいて、当該クラスタの制御装置（このアーキテクチャの１つの制御装置／クラスタ）は、これらのリソースをそのユーザ集合Ｋ（ｇ）に割り当てる。この状況を図２に示す。図９には、周囲配置のＢＳをＡＰと名付けたＪ＝８個のＢＳに及ぶＧ＝４個の重畳クラスタの一例を示す。
【００８７】
[0086]ユーザタイルと関連付けられたクラスタがタイル中の任意のユーザにサービスを提供可能なすべてのＢＳを含むものと仮定すると、上記アーキテクチャは、集中最適化に対して、リソース割り当てオプションを制限していない。一実施形態においては、集中最適化の場合の任意の実現可能なアクティビティ部分割り当てすなわちｋがユーザの添え字を表しｊがＢＳの添え字を表す自由変項の任意の集合｛ａｋ，ｊ｝に関して、各ＢＳのクラスタに対するリソース割り当て（例えば、図２の設定の場合）が存在しており、これによって、各クラスタ制御装置は、アクティビティ部分｛ａｋ，ｊ｝をそのユーザに提供可能である。
【００８８】
[0087]なお、負荷分散ソリューション（例えば、ユーザに対するアクティビティ部分の割り当て）が演算され、実現可能なスケジューリング割り当てが演算されると、各ＢＳは、そのユーザのスケジューリングを行い、従来のセルラーＭＵ−ＭＩＭＯ送信においてユーザにサービスを提供する。さらに、これらのアーキテクチャによれば、反復的で拡張可能なアルゴリズムを使用可能である。
【００８９】
ユーザ中心のユーザ関連付けとネットワーク中心のユーザ関連付け
[0088]２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」に開示の集中負荷分散方法と従来使用されているＳＩＮＲを用いたユーザ割り当て方法との１つの重要な違いとして、ユーザ−ＢＳ関連付けを決定するメカニズムがある。ＳＩＮＲを用いた方法（及び上記文献において提案されたその他複数の負荷分散方法）では、このような関連付けがユーザ中心である（ユーザが決定する）が、２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」の集中負荷分散方法は、ネットワーク中心の関連付けの使用を提案している。すなわち、ユーザ−ＢＳ関連付けがネットワークにより決定されることを暗に示している。実際のところ、代替方法すなわち従来のユーザ中心の方法は、ＢＳがブロードキャストしたビーコンに基づく関連付けに依拠する。大規模アレイの狭小セルが可能となるより高い周波数では、大きな経路損失減衰によって、ビーコンのブロードキャスト範囲が大幅に制限される。なお、このことは、狭小セルにより送信されたデータには当てはまらない。特定のユーザチャンネルに適合されたビームで送信されるものであり、大規模アレイからの非常に大きなビーム形成ゲインの利益を享受するためである。一実施形態において、ユーザは、それぞれのビーコンをブロードキャストするとともに、大規模ＢＳアレイに受信信号レベルを推定させる。実際のところ、これらのユーザビーコンは本質的に、各ＢＳにおける大規模アレイ受信アンテナ処理ゲインの利益を享受する。したがって、本質的には、すべての近隣ＢＳにおける広域ＳＩＮＲの効率的な取得が可能となる（ＢＳそれぞれにおいて、受信ＭＩＭＯアレイ処理ゲインが自然に得られる）。
【００９０】
[0089]本明細書に記載のアーキテクチャによれば本質的に、ユーザ中心、ネットワーク中心、及び混成形態の関連付けが可能となる。一実施形態においては、このような関連付けの例として、ユーザがＢＳの異なるクラスタからのＳＩＮＲを監視し、当該情報を用いることによって、好適なクラスタを返す。そして、ユーザの好適なクラスタにおけるユーザにサービスを提供すべき１つ又は複数のＢＳの決定は、ネットワーク中心とすることができ、混成形態の関連付けとなるため、ユーザは当該クラスタを選定するが、クラスタは、当該ユーザにサービスを提供する１つ又は複数のＢＳを選定する。
【００９１】
[0090]なお、一実施形態において、クラスタ間の負荷分散は、大きな時間的尺度（場合によっては、分のオーダ）で変化する各ＢＳからそのクラスタへのリソース割り当てによって行われる。また、「クラスタハンドオフ」は、従来のＢＳ間ハンドオフよりもはるかに短い時間的尺度で実行可能である。実際のところ、ＢＳの集合では、近隣クラスタが重畳していることから（図２参照）、クラスタハンドオフには付加的な固有の柔軟性があり、これらのハンドオフを従来のハンドオフよりも長い時間的尺度で実行可能である。
【００９２】
[0091]なお、クラスタビーコンには本質的に、ＢＳビーコンによる関連付けに対して、大きな利点がある。ユーザと関連付けるＢＳの推定にも必要なＢＳビーコンとは異なり、クラスタビーコンは、複数のＢＳのサービスを享受可能な「クラスタ」領域内に関連付けを限定するためだけに必要である。このように、これらのクラスタビーコンは、データ送信の周波数帯である必要はなく、単一の場所から発せられる必要もない。一実施形態において、ビーコンは、「クラスタの中心における」単一の場所からではあるが、距離が長くなる低周波数で送信されてもよい。別の実施形態において、この送信は（同じ周波数であれ、より低い周波数であれ）、クラスタ中の複数のＢＳから発せられる。この場合は、巡回遅延ダイバーシティ等の技術を採用することによって、マクロダイバーシティの利益をクラスタビーコンに与えることにより、距離を長くするとともに受信強度の変動を最小化することによって、ユーザに提供されるビーコン推定値の品質を向上可能である。
【００９３】
クラスタアーキテクチャに基づく負荷分散問題の公式化
[0092]本開示のアーキテクチャによれば、無線ネットワーク全体におけるスケジューリング／負荷分散のための拡張可能なアルゴリズムの開発を可能とする負荷分散問題の再公式化が可能となる。この問題は、より小さな２つの問題集合に分解可能であり、一方が並列クラスタ内負荷分散問題を含み、他方が各ＢＳにおけるそのクラスタへの送信リソース割り当てを含む。一実施形態において、各集合の問題は、並列に解かれる。ただし、２つの集合は結合され、（場合により）反復的なアルゴリズムの改良及び／又はオンライン適応のプラットフォームが提供される。本明細書において、これら２つの問題集合は、「内部」及び「外部」最適化副問題と称する。
【００９４】
[0093]一実施形態においては、単一の内部反復問題及び単一の外部反復問題が存在する。また、一実施形態においては、複数の反復が存在し、各反復においては、負荷分散ソリューションが改良又は更新される。任意所与の反復において、内部最適化では、ＢＳのクラスタ当たり１つずつ、多くの並列リソース割り当て問題を考慮する。これらの問題それぞれにおいて、制御装置は、局所的なクラスタ内レベルで、所与のクラスタに関連するユーザに対して、（そのＢＳにより利用可能とされた）送信リソースを割り当てる。「外部」最適化問題は、ＢＳそれぞれによる当該ＢＳが属するクラスタへの送信リソースの再割り当て集合を含む。以下、標準的又は専用の凸オプティマイザで解くことができるこれら２つの問題の代表的な実施形態を示す。
【００９５】
内部最適化副問題（クラスタ内最適化問題）
[0094]次に、内部最適化副問題について検討する。任意の反復において、内部最適化は、Ｇ個の並列（独立）リソース割り当て問題を含むため、ｇ番目の問題は、ＢＳ  Ｊ（ｇ）のｇ番目のクラスタの各基地局においてリソースを割り当てることにより、ｇ番目のユーザ群Ｋ（ｇ）のユーザにサービスを提供するものである。
【００９６】
[0095]所与の反復ｎにおいて、ｇ番目の内部最適化問題では、２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」において対処される問題（複数のＢＳのサービスを受けるエリア全体での負荷分散を行う中央制御装置を含む）と同様の僅かに異なる問題を解く。第１に、ｇ番目の内部最適化問題は、ｇ番目のクラスタ制御装置に関連するユーザ集合Ｋ（ｇ）にサービスを提供するＢＳの集合Ｊ（ｇ）に限定されることから、「より小さなサイズの」問題と推定される。第２に、集合Ｊ（ｇ）の各ＢＳは、（制御装置がすべてのＢＳ送信リソースを利用可能な場合とは対照的に）ｇ番目のクラスタに対するリソースの部分のみを使用することに限定される。これらの場合におけるこれらの部分は、時間（及び反復）とともに変化する可能性があり、外部反復副問題によって与えられることになる。
【００９７】
[0096]次に、ｎ≧１の場合のｎ番目の反復におけるｇ番目の内部最適化問題の公式化について検討する。
【数３４】
2016005280.tif 000036
は、先行する反復すなわち反復ｎ−１の最後において、外部最適化問題すなわちＢＳｊがその属するクラスタＧｊに割り当てるリソースの部分を示すものとする。また、これらのリソース部分が「実現可能」であること、すなわち非負であり、各ＢＳｊに対して
【数３５】
2016005280.tif 000037
を満たすものと仮定する。
【００９８】
[0097]クラスタｇ＝ｇｏにおける内部負荷分散問題は、ｇｏ番目のクラスタ制御装置によって、当該クラスタ中のＢＳが提供する送信リソース
【数３６】
2016005280.tif 000038
を当該クラスタ中のユーザ全体にわたって割り当てることを含む。特に、この負荷分散問題は、クラスタｇｏのサービスを受けるユーザすなわち集合Ｋ（ｇｏ）中のユーザに対するＪ（ｇｏ）のＢＳからのアクティビティ部分ａｋ，ｊを決定することを含む。
【００９９】
[0098]クラスタ制御装置ｇ＝ｇｏが解くべき問題は、以下の通りである。
【数３７】
2016005280.tif 000039
（内部ａ）を最大にする。
ただし、
【数３８】
2016005280.tif 000040
（内部ｂ）
【数３９】
2016005280.tif 000041
（内部ｃ）
【数４０】
2016005280.tif 000042
（内部ｄ）
の制約を受ける。
【０１００】
[0099]クラスタｇｏにおいて上記最適化問題により返されるａｋ，ｊの集合は、
【数４１】
2016005280.tif 000043
によって表される。
【０１０１】
[00100]なお、
【数４２】
2016005280.tif 000044
の添え字ｇｏに対する依存性は抑えられている。実際のところ、この依存性は、ユーザの添え字ｋにおいては黙示的である。ユーザｋは、ＢＳの単一のｇ値すなわち単一のクラスタのサービスを受けるためである。
【０１０２】
[00101]クラスタｇ＝ｇｏにおけるｎ番目の反復クラスタ内アルゴリズムの出力は、非負実数の集合である。
【数４３】
2016005280.tif 000045
（内部出力）
【０１０３】
[00102]クラスタｇｏは、この集合をそのすべてのＢＳ  ｊ∈Ｊ（ｇｏ）に提供する。
【０１０４】
[00103]なお、一実施形態において、これらの並列クラスタ最適化問題は、負荷分散に用いられ、送信の直接的なスケジューリングには用いられない。実際のところ、最後の反復の後、各ＢＳは、一部を成す全クラスタが提供するすべてのアクティビティ部分を収集する。そして、各ＢＳ（そのクラスタ制御装置ではない）は、これらを用いることによって、セルラー送信のスケジューリングポリシーを生成するため、当該ＢＳが各ユーザに割り当てた送信リソースの長期部分は、そのクラスタ制御装置が共有する目標アクティビティ部分と略整合する。さらに、各ＢＳからそのクラスタへの「入力」送信リソース割り当てが実現可能であること、すなわち各ＢＳｊに対する
【数４４】
2016005280.tif 000046
及びすべてのｇ、ｊに対する
【数４５】
2016005280.tif 000047
を仮定すると、（内部出力）における結果としてのアクティビティ部分の割り当ては、各ＢＳにおける（内部ｂ）〜（内部ｄ）の制約に対して実現可能である。
【０１０５】
外部最適化副問題（ＢＳ−クラスタ間送信リソース分散）
[00104]本項では、外部最適化副問題について検討する。この場合、各ＢＳ  ｊ＝ｊｏは、一部を成すクラスタ制御装置すなわちクラスタの集合
【数４６】
2016005280.tif 000048
が共有する（内部出力）からの
【数４７】
2016005280.tif 000049
の集合を用いることによって、
【数４８】
2016005280.tif 000050
の要素それぞれに対する送信リソース割り当ての新たな集合を決定する。したがって、ＢＳ  ｊ＝ｊｏでのｎ番目の反復アルゴリズムの出力は、
【数４９】
2016005280.tif 000051
の集合であり、
【数５０】
2016005280.tif 000052
は、反復ｎの後にＢＳｊがｇ番目のクラスタに割り当てたリソースを示す。
【０１０６】
[00105]便宜上、
【数５１】
2016005280.tif 000053
は、（内部出力）によって与えられた反復ｎにおける内部最適化アルゴリズムによる出力に基づき、ＢＳ  ｊ∈Ｊ（ｇ）のみに対して非ゼロ部分を有するユーザ群Ｋ（ｇ）のユーザのサブ集合を示すものとする。また、
【数５２】
2016005280.tif 000054
は、ＢＳ  ｊ∈Ｊ（ｇ）及びＪ（ｇ）における少なくとも１つの別のＢＳに対して非ゼロ部分を有するユーザ群Ｋ（ｇ）のユーザのサブ集合を示すものとする。また、以下を規定する。
【数５３】
2016005280.tif 000055
及び
【数５４】
2016005280.tif 000056
【０１０７】
[00106]なお、Ｋ（ｎ）（ｇ）は、ｎ番目の反復クラスタ副問題が提供するアクティビティ部分に基づいて、クラスタｇの単一のＢＳのサービスを受けるユーザの集まりを示す。同様に、
【数５５】
2016005280.tif 000057
は、部分的ユーザ、すなわちｎ番目の反復クラスタ副問題が提供するアクティビティ部分に基づいて、（複数の）ＢＳのサービスを受けるユーザの集まりを示す。また、以下を仮定する。
【数５６】
2016005280.tif 000058
及び
【数５７】
2016005280.tif 000059
【０１０８】
[00107]なお、
【数５８】
2016005280.tif 000060
は、ｎ番目の反復クラスタ副問題が提供するアクティビティ部分に基づいて、ＢＳｊのみのサービスを受けるユーザを示す。一方、集合
【数５９】
2016005280.tif 000061
は、ＢＳｊ及び少なくとも１つの別のＢＳのサービスを受けるユーザの集合を示す。一実施形態において、ほとんどのユーザは、
【数６０】
2016005280.tif 000062
に属することが期待され、部分的であることすなわち
【数６１】
2016005280.tif 000063
に属することが期待されるユーザはほとんどない。
【０１０９】
[00108]ＢＳのそれぞれにおいて「外部」最適化を独立に行う代表的な方法を開示する。第１に、クラスタ負荷分散出力に従ってＢＳ  ｊｏのみのサービスを受けるユーザの集合に対するＢＳ  ｊ＝ｊｏでの最適化は制限されている。すなわち、ＢＳ  ｊ＝ｊｏでの最適化は、集合
【数６２】
2016005280.tif 000064
のユーザに対するものである。すなわち、ＢＳ  ｊ＝ｊｏにおいては、部分的ユーザの集合
【数６３】
2016005280.tif 000065
に割り当てられた送信リソースを固定しつつ、リソースのクラスタ全体における再割り当てを考慮する。この目的のため、以下を規定する。
【数６４】
2016005280.tif 000066
（γ−ε式）
【０１１０】
[00109]このように、ＢＳ  ｊ＝ｊｏにおける問題は結局、
【数６５】
2016005280.tif 000067
が利用可能な送信リソースすなわち
【数６６】
2016005280.tif 000068
（Γ式）
を
【数６７】
2016005280.tif 000069
のクラスタ全体にわたって再度割り当てることになる。一実施形態において、変数
【数６８】
2016005280.tif 000070
の集合は、以下の制約を受ける。
【数６９】
2016005280.tif 000071
【０１１１】
[00110]
【数７０】
2016005280.tif 000072
を有する
【数７１】
2016005280.tif 000073
におけるユーザアクティビティ部分すなわち
【数７２】
2016005280.tif 000074
（ａ式）
の線形変動を強制するとともに、
【数７３】
2016005280.tif 000075
（Ｒ式）
を仮定することにより、
【数７４】
2016005280.tif 000076
の観点において、割り当て
【数７５】
2016005280.tif 000077
でユーザｋが受信するレートは、
【数７６】
2016005280.tif 000078
であることから、表現が改められる。
【０１１２】
[00111]さらに、
【数７７】
2016005280.tif 000079
（ｆ式）
を規定すると、
【数７８】
2016005280.tif 000080
のユーザに対して、固定されたｊ＝ｊｏの場合のユーザアクティビティ制約の集合すなわち
【数７９】
2016005280.tif 000081
は、以下の制約集合と同等である。
【数８０】
2016005280.tif 000082
【０１１３】
[00112]このため、ＢＳ  ｊ＝ｊｏにおいて、一部を成すクラスタ
【数８１】
2016005280.tif 000083
間でその送信リソースを再度割り当てるという問題のｎ反復は、以下のようなＢＳ／ＢＳ  ｊ＝ｊｏにおける問題により与えられる。
【数８２】
2016005280.tif 000084
（外部ａ）を最大にする。
ただし、
【数８３】
2016005280.tif 000085
（外部ｂ）
【数８４】
2016005280.tif 000086
（外部ｃ）
【数８５】
2016005280.tif 000087
（外部ｄ）
の制約を受ける。ここで、
【数８６】
2016005280.tif 000088
はそれぞれ、（Γ式）、（Ｒ式）及び（ｆ式）により与えられる。
【０１１４】
[00113]
【数８７】
2016005280.tif 000089
は、（外部ａ）〜（外部ｄ）に記載の問題の解により返された
【数８８】
2016005280.tif 000090
の値を示すものとすると、ＢＳ  ｊ＝ｊｏからの新たな送信リソース割り当ては、以下により与えられる。
【数８９】
2016005280.tif 000091
（外部出力）
【数９０】
2016005280.tif 000092
は、ｊ＝ｊｏの場合の（γ−ε式）により与えられる。
【０１１５】
[00114]上記ステップは、図７に開示の動作の一実施形態として識別可能である。一実施形態において、ＢＳユニット２００−ｊｏにおけるステップ２９２は、（γ−ε式）の
【数９１】
2016005280.tif 000093
及び
【数９２】
2016005280.tif 000094
を演算することに対応する。ステップ２９４は、（外部）問題を解いて
【数９３】
2016005280.tif 000095
を求めることに対応する。ステップ２９６は、（外部出力）の
【数９４】
2016005280.tif 000096
によって与えられるＢＳ  ｊｏからそのクラスタへの新たな送信リソース割り当てを求めることに対応する。
【０１１６】
[00115]なお、一実施形態において、ＢＳ  ｊ＝ｊｏによるそのクラスタへの新たな送信リソースの割り当ては、ＢＳ  ｊ＝ｊｏのサービスを受けるユーザに対する新たなアクティビティ部分の割り当ても暗に示している。実際のところ、集合
【数９５】
2016005280.tif 000097
のユーザに対して、アクティビティ部分は、ｊ＝ｊｏの場合の（内部出力）からの入力アクティビティ部分と同じである。一方、
【数９６】
2016005280.tif 000098
のユーザに対して、新たなアクティビティ部分は、問題（外部ａ）〜（外部ｄ）の解すなわち
【数９７】
2016005280.tif 000099
で
【数９８】
2016005280.tif 000100
を置き換えた（ａ式）により与えられる。なお、（内部出力）からの元のアクティビティ部分が制約（集中ｂ）〜（集中ｄ）の集合を全体として満たすものと仮定すると、新たなアクティビティ部分の割り当ても同様になる。本発明の一実施形態においては、ＢＳに対してそのすべてのクラスタにより提供された共有ＵＥ−ＢＳ間のアクティビティ部分を所与のＢＳにて局所的に用いることにより、新たなＵＥ−ＢＳ間のアクティビティ部分を決定する。これを図７のステップ２９８に示す。そして、これらの改良されたアクティビティ部分を用いることにより、２０１４年１２月３日に出願されたＤ．Ｂｅｔｈａｎａｂｈｏｔｌａほかによる国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６８３２３号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｐｉｌｏｔ−Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ−Ｂａｓｅｄ  ＭＩＭＯ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓ」に開示の方法によって、当該ＢＳにおけるスケジューリング割り当てを決定可能である。
【実施例１】
【０１１７】
[00116]検討可能な興味深いケースとして、単一のマクロセル及び多数の狭小セルが同じ送信リソースを使用しているために互いに干渉している２層のシナリオが挙げられる。図３は、このようなシナリオの小規模な例を考慮している。図３は、１０個の狭小ＢＳ及び１個のマクロＢＳを含む無線ネットワークにおけるＧ＝５個のクラスタに基づいた負荷分散アーキテクチャを示している（すべてが送信リソース上で動作）。図３において、クラスタ制御装置ｇｏとＢＳ  ｊｏとの間の境界は、ＢＳ  ｊｏがクラスタｇｏの一部であること、すなわちｊｏ∈Ｊ（ｇｏ）且つ
【数９９】
2016005280.tif 000101
であることを示している。なお、図３に示す重畳クラスタのアーキテクチャにおいて、マクロは、すべてのクラスタの共通要素である。この重畳アーキテクチャによれば、上述の問題を解くアルゴリズムが可能となる（図中の各色は、最適化問題の各フレーム色に一致する）。特に、各内部反復においては、（内部ａ）〜（内部ｄ）の形態のＧ＝５個の独立した問題をクラスタ当たり１つずつ解くことによって、ユーザアクティビティ部分が生成される。そして、各クラスタ制御装置は、その境界を通して、そのユーザのアクティビティ部分をそのＢＳそれぞれに伝達する。各外部反復においては、（外部ａ）〜（外部ｄ）の形態のＪ＝１０＋１個の送信リソース割り当て問題をＢＳ当たり１つずつ並列に解く。
【０１１８】
[00117]本発明の多くの変更及び改良は、上記説明を読むことで当業者に対して確実に明らかとなろうが、一例として図示するとともに説明した任意特定の実施形態は、何ら限定的に捉えられるものではないことが了解される。したがって、種々実施形態の詳細への言及は、本発明に必須と考えられる特徴のみを本質的に列挙した特許請求の範囲を制限するものではない。
【図１】
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【図２】
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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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【外国語明細書】
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