(57)【要約】【課題】セルラー移動通信システムにおいて分散制御スペクトル共有を実現する方法およびその装置を提供する。【解決手段】本発明に係る方法は、測定点（ＭＰ）は各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量を検出し、あるサブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量の和が所定の干渉閾値より大きい場合、各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を新たに決定し、新たに決定された、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権情報をそれぞれ相応のセカンダリユーザに配信する、ことを含む。上記方法によれば、各サブキャリア上のセカンダリユーザによる同一チャネル干渉を効果的に制御することができ、効果的なスペクトル共有を実現することができる。【選択図】図３
2010130693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散制御スペクトル共有方法であって、
測定点（ＭＰ）は各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量を検出し、
ＭＰは、あるサブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量の和が所定の干渉閾値より大きい場合、各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を新たに決定し、
ＭＰは、新たに決定された、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権情報をそれぞれ相応のセカンダリユーザに配信する、
ことを含むことを特徴とする分散制御スペクトル共有方法。
【請求項２】
前記干渉量は干渉温度として計測され、
前記干渉閾値は所定の各サブキャリアにおける干渉温度閾値であり、
前記各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザの干渉量の和が所定の干渉閾値より大きい場合、各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を新たに決定することは、
各サブキャリアｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ、Ｎはサブキャリアの総数）において計測された干渉温度ＩＴｎが、予め定められたサブキャリアｎにおける干渉温度閾値ＩＴＬｎより大きい場合、各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定する、
ことを含むことを特徴とする請求項１に記載の分散制御スペクトル共有方法。
【請求項３】
各セカンダリユーザが自局の送信側からＭＰまでの各サブキャリアのチャネル利得をＭＰにフィードバックすることをさらに含み、
前記各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定することは、
各セカンダリユーザ自身の送信側からＭＰまでのサブキャリアｎのチャネル利得に基づいて、サブキャリアｎ上の各セカンダリユーザの干渉温度をそれぞれ算出するステップ４０１と、
各セカンダリユーザのサブキャリアｎにおける干渉温度の昇順に全てのセカンダリユーザをソートし、前記ソートされたセカンダリユーザの順番を配列｛Ｘｍ，ｍ＝１，・・・，Ｍ｝（Ｍはセカンダリユーザの総数）として記録するステップ４０２と、
カウント変数の初期値をｋ＝０のように設定するステップ４０３と、
ｋとＭとを比較して、ｋ＜Ｍである場合、ステップ４０５に進み、ｋ≧Ｍである場合、本プロセスを終了するステップ４０４と、
ＸＭ−ｋ番目のセカンダリユーザのサブキャリアｎ上の送信権を解除するステップ４０５と、
サブキャリアｎにおける全てのセカンダリユーザによる干渉温度から、サブキャリアｎにおけるＸＭ−ｋ番目のセカンダリユーザによる干渉温度を除去するステップ４０６と、
更新後の干渉温度をサブキャリアｎの干渉温度閾値と比較して、前記干渉温度閾値以下である場合、本プロセスを終了し、前記干渉温度閾値より大きい場合、カウント変数ｋに１を加え、ステップ４０４に戻るステップ４０７と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の分散制御スペクトル共有方法。
【請求項４】
各セカンダリユーザが相手局のセカンダリユーザの送信側から自局の受信側までの各サブキャリアにおける伝送容量をＭＰにフィードバックすることをさらに含み、
前記各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定することは、
サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎを決定するステップ５０１と、
今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βを決定するステップ５０２と、
今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βと、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎとを比較して、β≧Ｋｎである場合、ステップ５０８に進み、β＜Ｋｎである場合、ステップ５０４に進むステップ５０３と、
Ｋｎ個のセカンダリユーザを相手局のセカンダリユーザの送信側から自局の受信側までのサブキャリアｎにおける伝送容量の昇順にソートした順番を配列｛Ｘｍ，ｍ＝１，・・・，Ｋｎ｝として記録するステップ５０４と、
カウント変数の初期値をｋ＝１のように設定するステップ５０５と、
Ｘｋ番目のセカンダリユーザのサブキャリアｎ上の送信権を解除し、カウント変数ｋに１を加えるステップ５０６と、
カウント変数ｋと今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βとを比較して、ｋ≦βである場合、ステップ５０６に戻り、ｋ＞βである場合、本プロセスを終了するステップ５０７と、
サブキャリアｎ上で現在通信を行っているＫｎ個全てのセカンダリユーザの送信権を解除するステップ５０８と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の分散制御スペクトル共有方法。
【請求項５】
各セカンダリユーザが各サブキャリアを使用しているか否かをＭＰにフィードバックすることをさらに含み、
前記各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定することは、
サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎを決定するステップ６０１と、
今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βを決定するステップ６０２と、
今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βと、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎとを比較して、β≧Ｋｎである場合、ステップ６０８に進み、β＜Ｋｎである場合、ステップ６０４に進むステップ６０３と、
Ｋｎ個のセカンダリユーザをランダムに並べた順番を配列｛Ｘｍ，ｍ＝１，・・・，Ｋｎ｝として記録するステップ６０４と、
カウント変数の初期値をｋ＝１のように設定するステップ６０５と、
Ｘｋ番目のセカンダリユーザのサブキャリアｎ上の送信権を解除し、カウント変数ｋに１を加えるステップ６０６と、
カウント変数ｋと今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βとを比較して、ｋ≦βである場合、ステップ６０６に戻り、ｋ＞βである場合、本プロセスを終了するステップ６０７と、
サブキャリアｎ上で現在通信を行っているＫｎ個全てのセカンダリユーザの送信権を解除するステップ６０８と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の分散制御スペクトル共有方法。
【請求項６】
前記今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βは式
【数１】
2010130693.tif 000011
によって算出され、ここで、ＩＴｎはサブキャリアｎ上の干渉温度を表し、ＩＴＬｎはサブキャリアｎの干渉温度閾値を表し、Ｋｎはサブキャリアｎを使用するセカンダリユーザの総数を表し、演算子（  ）＋は切り上げ演算を表すことを特徴とする請求項４または５に記載の分散制御スペクトル共有方法。
【請求項７】
分散制御スペクトル共有方法であって、
各セカンダリユーザが、予め各サブキャリアに対して送信パラメータを割り当て、
各セカンダリユーザが、それぞれ、測定点（ＭＰ）より配信された、自局に対する各サブキャリアの送信権情報に基づいて、自局の使用可能なサブキャリア上の送信パワーを新たに決定する、
ことを含むことを特徴とする分散制御スペクトル共有方法。
【請求項８】
前記各セカンダリユーザが、予め各サブキャリアに対して送信パラメータを割り当てることは、
各セカンダリユーザが、全てのサブキャリアを使用し、且つ各サブキャリア上の送信パワーの各々が最大送信パワーの１／Ｎ（Ｎはサブキャリアの総数）となるように設定しておく、
ことを含むことを特徴とする請求項７に記載の分散制御スペクトル共有方法。
【請求項９】
前記各セカンダリユーザが、それぞれ、ＭＰより配信された、自局に対する各サブキャリアの送信権情報に基づいて、自局の使用可能なサブキャリア上の送信パワーを新たに決定することは、
各セカンダリユーザが、それぞれ、自局の送信側から相手局の受信側までの各サブキャリア上の信号対干渉電力と雑音比（ＳＩＮＲ）を算出し、
各セカンダリユーザが、それぞれ、ＭＰから通知された、自局の各サブキャリアに対する送信権情報、および自局の各サブキャリア上のＳＩＮＲに基づいて、注水定理を用いて自局の各サブキャリア上の送信パラメータを新たに割り当てる、
ことを含むことを特徴とする請求項７に記載の分散制御スペクトル共有方法。
【請求項１０】
各セカンダリユーザがそれぞれ自局のチャネル情報をＭＰにフィードバックすることをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の分散制御スペクトル共有方法。
【請求項１１】
前記チャネル情報が、各セカンダリユーザ自身の送信側とＭＰとの間のチャネル利得、または、各セカンダリユーザの全てのサブキャリア上の相手局のセカンダリユーザの送信側から自局の受信側までの伝送容量、または、各セカンダリユーザ自身における各サブキャリアの使用状況を含むことを特徴とする請求項１０に記載の分散制御スペクトル共有方法。
【請求項１２】
前記各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パラメータが、各セカンダリユーザにおける各サブキャリアの使用状況、および各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パワーを含むことを特徴とする請求項７に記載の分散制御スペクトル共有方法。
【請求項１３】
測定点（ＭＰ）であって、
各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量をそれぞれ検出する干渉検出モジュールと、
干渉検出モジュールで検出された各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量の和を、それぞれ、所定の干渉閾値と比較して、あるサブキャリアにおける干渉量の和が所定の干渉閾値より大きい場合、各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を新たに決定する送信権決定モジュールと、
新たに決定された、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権情報をそれぞれ相応のセカンダリユーザに配信する送信権通知モジュールと、
を含むことを特徴とするＭＰ。
【請求項１４】
前記送信権決定モジュールは、
各セカンダリユーザによってフィードバックされたチャネル情報を受信するチャネル情報受信サブモジュールと、
干渉検出モジュールで検出された各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉温度を、それぞれ、所定の各サブキャリアの干渉温度閾値と比較して、あるサブキャリアにおける干渉温度が該サブキャリアの干渉温度閾値より大きい場合、該サブキャリア上の各セカンダリユーザの送信権を調整するよう送信権調整サブモジュールに通知する閾値比較サブモジュールと、
チャネル情報受信サブモジュールで受信されたチャネル情報に基づいて、干渉温度が干渉温度閾値より大きいサブキャリア上の各セカンダリユーザの送信権を新たに決定し、該決定された送信権情報を送信権通知モジュールに送信する送信権調整サブモジュールと、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載のＭＰ。
【請求項１５】
セカンダリユーザデバイスであって、
本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリア上の送信パラメータを予め割り当てる送信パラメータ予備割当モジュールと、
測定点（ＭＰ）から配信された本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリアに対する送信権情報を受信する送信権受信モジュールと、
本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリアにおける送信権情報に基づいて、注水定理を用いて本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリア上の送信パラメータを新たに割り当てる送信パラメータ割当モジュールと、
を含むことを特徴とするセカンダリユーザデバイス。
【請求項１６】
本セカンダリユーザデバイスの関連チャネル情報をＭＰにフィードバックするチャネル情報報告モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のセカンダリユーザデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信技術分野に関し、特に、セルラー移動通信システムにおいて分散制御スペクトル共有を実現する方法および関連装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信システムの発展において、セルラー構造が移動通信の主な発展パターンである。電磁波伝送の遠近効果のせいで、システム端ユーザは良いサービスを得られないことがよくあり、高速データサービスの実現が困難である。そして、システムにおいて「ブラインドゾーン」がよくあるため、ネットワーク事業者の信用に影響を与える。また、負荷分散能力がないため、ネットワークにおいて、セルの「ホットスポット」と呼ばれる局所的なサービス過負荷の現象がよく現れ、サービス中断を引き起こす。セルラーシステムにおける上記の問題を解決し、従来のセルラーシステムのサービス品質を向上させるために、混合セルラーネットワークおよびフェムトセル（Ｆｅｍｔｏｃｅｌｌ）ネットワークの概念が既に提出された。
【０００３】
混合セルラーネットワークにおいて、セル端の局所的なサービスは、基地局を介してネットワーク全体に直接に拡散せずに、複数のセルラーユーザの間で中継方式によって完成する。これにより、セルのボトルネック効果を緩和させ、また、インフラストラクチャのサポートがない場合またはインフラストラクチャが破壊された場合、ある程度で通信を実現することができる。混合ネットワークにおけるマルチホップユーザがマルチホップ方式でネットワークにアクセスし、基地局の制御から離れるため、マルチホップユーザは周囲の環境に基づいて独立に選択をすべきである。即ち、マルチホップユーザは、分散アクセス方式を用いてネットワークにアクセスすることになる。
【０００４】
フェムトセルネットワークにおいて、もとのセルラーシステム内部に新規追加のフェムト基地局が多くあり、もとの基地局が中央制御方式で各フェムト基地局の送信パラメータを制御することができなくなるため、各フェムトセルも独立にパラメータ設定を行うことが必要となる。即ち、フェムトセルユーザも、分散アクセス方式を用いてネットワークにアクセスすることになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
混合セルラーネットワークおよびフェムトセルネットワークにおいて、マルチホップユーザとフェムトセルユーザの両方とも分散アクセス方式を用いるため、マルチホップユーザとフェムトセルユーザは、必ず元のセルラーシステムに対して同一チャネル干渉を生じて、もとのセルラーシステムのサービス品質を大幅に低下させる。従って、実際の応用では、混合セルラーネットワークやフェムトセルネットワークなどの従来のセルラー移動通信システムと他の移動通信システムとを混合したセルラー移動通信システムにおいて、効果的なスペクトル共有方法を用いて、生じた同一チャネル干渉を制御しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の技術的課題を解決するために、本発明は、セルラー移動通信システムにおいて分散制御スペクトル共有を実現する方法およびその装置を提供し、セルラー移動通信システムにおいて分散制御スペクトル共有を実現することができ、且つスペクトル共有による同一チャネル干渉を効果的に制御することができる。
【０００７】
本発明の実施例に係る分散制御スペクトル共有方法は、測定点（ＭＰ）は各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量を検出し、ＭＰは、あるサブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量の和が所定の干渉閾値より大きい場合、各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を新たに決定し、ＭＰは、新たに決定された、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権情報をそれぞれ相応のセカンダリユーザに配信する、ことを含む。
【０００８】
ここで、前記干渉量は干渉温度として計測され、前記干渉閾値は所定の各サブキャリアにおける干渉温度閾値であり、前記各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザの干渉量の和が所定の干渉閾値より大きい場合、各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を新たに決定することは、各サブキャリアｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ、Ｎはサブキャリアの総数）において計測された干渉温度ＩＴｎが、予め定められたサブキャリアｎにおける干渉温度閾値ＩＴＬｎより大きい場合、各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定する、ことを含む。
【０００９】
上記方法は、各セカンダリユーザが自局の送信側からＭＰまでの各サブキャリアのチャネル利得をＭＰにフィードバックすることをさらに含む。
【００１０】
前記各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定することは、各セカンダリユーザ自身の送信側からＭＰまでのサブキャリアｎのチャネル利得に基づいて、サブキャリアｎ上の各セカンダリユーザの干渉温度をそれぞれ算出するステップ４０１と、各セカンダリユーザのサブキャリアｎにおける干渉温度の昇順に全てのセカンダリユーザをソートし、前記ソートされたセカンダリユーザの順番を配列｛Ｘｍ，ｍ＝１，・・・，Ｍ｝（Ｍはセカンダリユーザの総数）として記録するステップ４０２と、カウント変数の初期値をｋ＝０のように設定するステップ４０３と、ｋとＭとを比較して、ｋ＜Ｍである場合、ステップ４０５に進み、ｋ≧Ｍである場合、本プロセスを終了するステップ４０４と、ＸＭ−ｋ番目のセカンダリユーザのサブキャリアｎ上の送信権を解除するステップ４０５と、サブキャリアｎにおける全てのセカンダリユーザによる干渉温度から、サブキャリアｎにおけるＸＭ−ｋ番目のセカンダリユーザによる干渉温度を除去するステップ４０６と、更新後の干渉温度をサブキャリアｎの干渉温度閾値と比較して、前記干渉温度閾値以下である場合、本プロセスを終了し、前記干渉温度閾値より大きい場合、カウント変数ｋに１を加え、ステップ４０４に戻るステップ４０７と、を含む。
【００１１】
上記方法は、各セカンダリユーザが相手局のセカンダリユーザの送信側から自局の受信側までの各サブキャリアにおける伝送容量をＭＰにフィードバックすることをさらに含む。
【００１２】
前記各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定することは、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎを決定するステップ５０１と、今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βを決定するステップ５０２と、今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βと、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎとを比較して、β≧Ｋｎである場合、ステップ５０８に進み、β＜Ｋｎである場合、ステップ５０４に進むステップ５０３と、Ｋｎ個のセカンダリユーザを相手局のセカンダリユーザの送信側から自局の受信側までのサブキャリアｎにおける伝送容量の昇順にソートした順番を配列｛Ｘｍ，ｍ＝１，・・・，Ｋｎ｝として記録するステップ５０４と、カウント変数の初期値をｋ＝１のように設定するステップ５０５と、Ｘｋ番目のセカンダリユーザのサブキャリアｎ上の送信権を解除し、カウント変数ｋに１を加えるステップ５０６と、カウント変数ｋと今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βとを比較して、ｋ≦βである場合、ステップ５０６に戻り、ｋ＞βである場合、本プロセスを終了するステップ５０７と、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているＫｎ個全てのセカンダリユーザの送信権を解除するステップ５０８と、を含む。
【００１３】
上記方法は、各セカンダリユーザが各サブキャリアを使用しているか否かをＭＰにフィードバックすることをさらに含む。
【００１４】
前記各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定することは、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎを決定するステップ６０１と、今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βを決定するステップ６０２と、今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βと、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎとを比較して、β≧Ｋｎである場合、ステップ６０８に進み、β＜Ｋｎである場合、ステップ６０４に進むステップ６０３と、Ｋｎ個のセカンダリユーザをランダムに並べた順番を配列｛Ｘｍ，ｍ＝１，・・・，Ｋｎ｝として記録するステップ６０４と、カウント変数の初期値をｋ＝１のように設定するステップ６０５と、Ｘｋ番目のセカンダリユーザのサブキャリアｎ上の送信権を解除し、カウント変数ｋに１を加えるステップ６０６と、カウント変数ｋと今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βとを比較して、ｋ≦βである場合、ステップ６０６に戻り、ｋ＞βである場合、本プロセスを終了するステップ６０７と、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているＫｎ個全てのセカンダリユーザの送信権を解除するステップ６０８と、を含む。
【００１５】
ここで、前記今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βは式
【数１】
2010130693.tif 000003
によって算出され、ＩＴｎはサブキャリアｎ上の干渉温度を表し、ＩＴＬｎはサブキャリアｎの干渉温度閾値を表し、Ｋｎはサブキャリアｎを使用するセカンダリユーザの総数を表し、演算子（  ）＋は切り上げ演算を表す。
【００１６】
本発明の別の実施例に係る分散制御スペクトル共有方法は、各セカンダリユーザが、予め各サブキャリアに対して送信パラメータを割り当て、各セカンダリユーザが、それぞれ、測定点（ＭＰ）より配信された、自局に対する各サブキャリアの送信権情報に基づいて、自局の使用可能なサブキャリア上の送信パワーを新たに決定する、ことを含む。
【００１７】
ここで、前記各セカンダリユーザが、予め各サブキャリアに対して送信パラメータを割り当てることは、各セカンダリユーザが、全てのサブキャリアを使用し、且つ各サブキャリア上の送信パワーの各々が最大送信パワーの１／Ｎ（Ｎはサブキャリアの総数）となるように設定しておく、ことを含む。
【００１８】
前記各セカンダリユーザが、それぞれ、ＭＰより配信された、自局に対する各サブキャリアの送信権情報に基づいて、自局の使用可能なサブキャリア上の送信パワーを新たに決定することは、各セカンダリユーザが、それぞれ、自局の送信側から相手局の受信側までの各サブキャリア上の信号対干渉電力と雑音比（ＳＩＮＲ）を算出し、各セカンダリユーザが、それぞれ、ＭＰから通知された、自局の各サブキャリアに対する送信権情報、および自局の各サブキャリア上のＳＩＮＲに基づいて、注水定理を用いて自局の各サブキャリア上の送信パラメータを新たに割り当てる。
【００１９】
上記方法は、各セカンダリユーザがそれぞれ自局のチャネル情報をＭＰにフィードバックすることをさらに含む。
【００２０】
前記チャネル情報は、各セカンダリユーザ自身の送信側とＭＰとの間のチャネル利得、または、各セカンダリユーザの全てのサブキャリア上の相手局のセカンダリユーザの送信側から自局の受信側までの伝送容量、または、各セカンダリユーザ自身における各サブキャリアの使用状況を含む。
【００２１】
前記各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パラメータは、各セカンダリユーザにおける各サブキャリアの使用状況、および各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パワーを含む。
【００２２】
本発明の実施例では、測定点（ＭＰ）を提供している。該ＭＰは、各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量をそれぞれ検出する干渉検出モジュールと、干渉検出モジュールで検出された各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量の和を、それぞれ、所定の干渉閾値と比較して、あるサブキャリアにおける干渉量の和が所定の干渉閾値より大きい場合、各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を新たに決定する送信権決定モジュールと、新たに決定された、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権情報をそれぞれ相応のセカンダリユーザに配信する送信権通知モジュールと、を含む。
【００２３】
前記送信権決定モジュールは、各セカンダリユーザによってフィードバックされたチャネル情報を受信するチャネル情報受信サブモジュールと、干渉検出モジュールで検出された各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉温度を、それぞれ、所定の各サブキャリアの干渉温度閾値と比較して、あるサブキャリアにおける干渉温度が該サブキャリアの干渉温度閾値より大きい場合、該サブキャリア上の各セカンダリユーザの送信権を調整するよう送信権調整サブモジュールに通知する閾値比較サブモジュールと、チャネル情報受信サブモジュールで受信されたチャネル情報に基づいて、干渉温度が干渉温度閾値より大きいサブキャリア上の各セカンダリユーザの送信権を新たに決定し、該決定された送信権情報を送信権通知モジュールに送信する送信権調整サブモジュールと、を含む。
【００２４】
また、本発明の実施例では、セカンダリユーザデバイスを提供している。該セカンダリユーザデバイスは、本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリア上の送信パラメータを予め割り当てる送信パラメータ予備割当モジュールと、測定点（ＭＰ）から配信された本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリアに対する送信権情報を受信する送信権受信モジュールと、本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリアにおける送信権情報に基づいて、注水定理を用いて本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリア上の送信パラメータを新たに割り当てる送信パラメータ割当モジュールと、を含む。
【００２５】
上記セカンダリユーザデバイスは、本セカンダリユーザデバイスの関連チャネル情報をＭＰにフィードバックするチャネル情報報告モジュールをさらに含むようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るセルラー移動通信システムにおいて分散制御スペクトル共有を実現する方法およびその装置では、各サブキャリア上の全てのセカンダリユーザによる同一チャネル干渉を検出し、検出された干渉が所定の干渉閾値より大きい場合、各サブキャリアで通信を行っているセカンダリユーザをキックオフ（Ｋｉｃｋ  Ｏｆｆ）して、キックオフ結果を全てのセカンダリユーザに配信する。セカンダリユーザは、ＭＰから配信されたキックオフ情報を受信した後、関連サブキャリアの使用権を放棄し、自局のチャネル状況に基づいて使用可能なサブキャリア上の送信パワーを独立に決定する。全てのセカンダリユーザは、プライマリシステムの全てのサブキャリア上のセカンダリシステムによる干渉温度が干渉温度閾値より低く、且つナッシュ均衡状態になるまで、上記の処理を行って、一連の反復過程を行う。これにより、各サブキャリア上のセカンダリユーザによる同一チャネル干渉を効果的に制御し、効果的なスペクトル共有を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例に係るコグニティブ無線システムのシステムモデルの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係るコグニティブ無線システムにおけるセカンダリユーザの送信側および受信側のトポロジー構成図である。
【図３】本発明の実施例に係るセルラー移動通信システムにおいて分散制御スペクトル共有を実現する方法のフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施例に係るサブキャリアｎ上で通信を行っているセカンダリユーザを調整する方法を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係るサブキャリアｎ上で通信を行っているセカンダリユーザを調整する方法を示す図である。
【図６】本発明の第３実施例に係るサブキャリアｎ上で通信を行っているセカンダリユーザを調整する方法を示す図である。
【図７】本発明の実施例に係るＭＰの内部構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係るセカンダリユーザデバイスの内部構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る分散制御スペクトル共有方法の性能シミュレーション図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明のポイントは、コグニティブ無線（ＣＲ：Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ  Ｒａｄｉｏ）技術とセルラー移動通信システムとを組合せて、従来のセルラー移動通信システムと混合した混合セルラーネットワークやフェムトセルネットワークなどの無線通信システムに、コグニティブ無線システムのコグニティブ能力を応用することで、混合セルラーネットワークやフェムトセルネットワークなどのネットワークにおけるユーザの分散無線アクセスを実現し、混合セルラーネットワークやフェムトセルネットワークなどのネットワークにおける分散アクセスのユーザによる従来のセルラー移動通信システムへの同一チャネル干渉を効果的に抑制することができ、混合セルラーネットワークやフェムトセルネットワークにおけるマルチホップユーザやフェムトセルユーザとセルラー移動通信システムのユーザとがスペクトルを調和的に共有することができる。
【００２９】
近年、コグニティブ無線技術は無線通信分野の研究の焦点になる。コグニティブ無線システムは、周囲の環境を感知し、送信パラメータを知能的に変更および調整し、無線スペクトルリソースを効率的に使用し、無線スペクトル不足の現状を緩和させることができる。しかし、コグニティブ無線システムは、通常、従来のセルラー移動通信システムの免許付与済み周波数帯域で動作するため、通信中で従来のセルラー移動通信システムの伝送品質を確保しなければならない。即ち、コグニティブ無線システムのユーザのデータ伝送は、従来のセルラー移動通信システムのユーザへ干渉を与えるべきではない。従って、干渉を制御して、コグニティブ無線システムと従来のセルラー移動通信システムとの調和的な共存の目的を達するために、効果的なスペクトル共有方法を用いなければならない。
【００３０】
既に提案された様々なスペクトル共有方法のうち、スペクトルアンダーレイ（ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｕｎｄｅｒｌａｙ）モードが、無線通信スペクトルリソースの不足に対して提案されたスペクトル共有ソリューションである。スペクトルアンダーレイモードで、まず、セルラー移動通信システムがチャネルを最初から最後まで使用することを想定する。このような場合、セルラー移動通信システムのユーザのデータ伝送要求を満たすために、コグニティブ無線システムは、自分のユーザの送信パワーを厳しく制限することによって、共有のサブキャリア上でコグニティブ無線システムのユーザのデータ伝送による同一チャネル干渉が、該サブキャリアの所定の干渉温度閾値（ＩＴＬ：Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｌｉｍｉｔ）を超えないことを確保する。スペクトルアンダーレイモードは、セルラー移動通信システムのユーザがチャネルを最初から最後まで使用するといった最悪の場合を前提とするため、コグニティブ無線システムがスペクトルホールを検出および利用する必要がない。そして、スペクトルアンダーレイモードは、サブキャリアを使用するコグニティブ無線システムのユーザ数についても要求がない。コグニティブ無線システムのユーザのデータ伝送は、セルラー移動通信システム内のサブキャリアのＩＴＬを超えなければ、即ち、セルラー移動通信システムのユーザの伝送品質を顕著に干渉することがなければ、コグニティブ無線システムのユーザは、自分のニーズに応じて、サブキャリアを自由に使用してデータを伝送することができる。そのため、スペクトルアンダーレイモードを用いると、コグニティブ無線システムと従来のセルラー移動通信システムとの間の効果的なスペクトル共有を実現することができ、そして、システム設計および実現の複雑度が比較的に低い。
【００３１】
本発明は、コグニティブ無線技術を利用して、セルラー移動通信システムにおいて分散制御スペクトル共有を実現する方法およびその装置を提供し、従来のセルラー移動通信システムと混合した混合セルラーネットワークやフェムトセルネットワークなどのネットワークにおけるユーザの分散無線アクセスを実現することができ、混合セルラーネットワークにおけるマルチホップユーザまたはフェムトセルネットワークにおけるフェムトセルユーザによる従来のセルラー移動通信システムへの同一チャネル干渉を効果的に抑制することができる。
【００３２】
本発明では、説明の便宜上、免許付与済み周波数帯域で動作する従来のセルラー移動通信システムをプライマリシステムと呼び、該システムのユーザをプライマリユーザと呼ぶ。それに応じて、プライマリシステムとスペクトルリソースを共有して、コグニティブ無線技術を用いるシステムを、コグニティブ無線システムまたはセカンダリシステムと呼び、該システムのユーザをセカンダリユーザと呼ぶ。例えば、セル端において中継モードで動作するマルチユーザまたはフェムトセルユーザはいずれもセカンダリユーザと呼ばれることができる。
【００３３】
本発明の実施例では、各セカンダリユーザおよびプライマリユーザはいずれも直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式によって同じ周波数帯域で動作し、各セカンダリユーザ同士が分散方式を用いてシステムにアクセスし、即ち、セカンダリユーザの間で情報のやりとりがないことを想定する。
【００３４】
本発明の目的、解決手段をさらに明確にするために、以下、図面を参照して実施例を挙げながら、本発明をさらに詳しく説明する。
【００３５】
図１は本発明の実施例に係るコグニティブ無線システムのシステムモデルの構成を示す図である。図１に示すシステムモデルにおいて、各セカンダリユーザはいずれも１つの送信側と、１つの受信側とを含む。送信側および受信側には、それぞれ１本のアンテナが装着される。セカンダリユーザの総数がＭであり、サブキャリアの総数がＮであることを想定する。送信側はＴｍ（ｍ＝１，…，Ｍ）で表され、受信側はＲｍ（ｍ＝１，…，Ｍ）で表される。また、プライマリユーザのデータ伝送を確保するために、コグニティブ無線システムに測定点（ＭＰ：Ｍｅａｓｕｒｅ  Ｐｏｉｎｔ）を設定して、各サブキャリアにおける干渉温度（ＩＴ：Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）をリアルタイムに制御することが必要となる。コグニティブ無線システムにＭＰを設定する役割として、各サブキャリアに対して、ＭＰは、各セカンダリユーザからの干渉量をそれぞれ測定し、あるサブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量の和が該サブキャリアの干渉温度閾値より大きい場合、干渉制御を行い、該サブキャリアの使用を停止すべきセカンダリユーザを少なくとも１つ決定し、相応のセカンダリユーザに情報を送信して、該サブキャリアの使用を停止するよう指示する。
【００３６】
図２は本発明の実施例に係るコグニティブ無線システムにおけるセカンダリユーザの送信側および受信側のトポロジー構成図である。コグニティブ無線システムにおける各セカンダリユーザについて、その送信側はある固定領域にランダムに分布し、受信側は送信側を中心にする有限領域に分布することを想定する。図２において、黒丸はＭＰを表し、白丸は送信側を表し、星印は受信側を表す。
【００３７】
各コグニティブ無線システムは１つのみのＭＰを用い、各セカンダリユーザの最大送信パワーはいずれもｐｍａｘであり、且つ全てのサブキャリアの干渉温度閾値は同じであることを想定する。また、セカンダリユーザの間でいかなるチャネル状態情報（ＣＳＩ）のやりとりがないことを想定する。そして、干渉が複数のセカンダリユーザから生じること、および干渉の不確定性のため、各セカンダリユーザの受信側は、他のセカンダリユーザの送信側から送信された信号をガウス雑音と見なすことになる。コグニティブ無線システムは、ＭＰとセカンダリユーザとの間の有限の情報やりとりによって、プライマリユーザのデータ伝送を保護する。ＭＰは全てのサブキャリア上の干渉の変化を追跡でき、且つ全てのサブキャリアのチャネル利得は、いずれのセカンダリユーザおよびＭＰに対しても、フラットフェージングが発生することを想定する。理想的な場合で、ＭＰはサブキャリアｎ上の干渉温度を測定するには、以下のような数式１を用いて算出することができる。
【００３８】
【数２】
2010130693.tif 000004
ここで、ｋはボルツマン定数であり、その値が１．３８×１０−２３Ｊ／Ｋであり、ＢＷはサブキャリアの帯域幅を表し、ｐｍ，ｎはセカンダリユーザｍがｎ番目のサブキャリアに割り当てたパワーを表し、ｈｍ０，ｎはサブキャリアｎにおけるセカンダリユーザｍの送信側とＭＰとの間のチャネル利得を表し、下記のセカンダリユーザの送信側と受信側との間のチャネル利得と区分するように、ｈｍ０，ｎの０でセカンダリユーザの送信側とＭＰとの間のチャネル利得を表し、Ｎ０は雑音分散を表し、Ｍはセカンダリユーザの総数を表し、Ｎはサブキャリアの総数を表す。サブキャリアの干渉温度の単位はケルビン温度、または絶対温度である。
【００３９】
図３は本発明の実施例に係るセルラー移動通信システムにおいて分散制御スペクトル共有を実現する方法のフローチャートである。図３に示すように、該方法は以下のステップを含む。
【００４０】
ステップ３０１で、各セカンダリユーザは、各サブキャリアに対して送信パラメータを予め独立に割り当てる。
【００４１】
本実施例では、上記各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パラメータが、各セカンダリユーザにおける各サブキャリアの使用状況、および各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パワーを含む。
【００４２】
上記の各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パラメータを予め割り当てるステップは、システム初期化とも呼ばれ、各セカンダリユーザによって独立に完成するものである。本発明の１つの実施例では、各セカンダリユーザが全てのサブキャリアを使用し、且つ各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パワーが均等に割り当てられて、いずれも各セカンダリユーザの最大送信パワーｐｍａｘの１／Ｎ（Ｎはサブキャリアの総数）となるように設定しておいてもよい。当業者にとって、このような送信パラメータの割当方法は、簡易なうえに、全てのセカンダリユーザの公平性への配慮がなされることが理解できる。具体的に、該実施例の送信パラメータの割当過程は、以下のことを含む。
【００４３】
まず、ｍ＝１，２，・・・，Ｍ、ｎ＝１，・・・，Ｎ（Ｍはセカンダリユーザの総数を表し、Ｎはサブキャリアの総数を表す）に対して、セカンダリユーザｍがｎ番目のサブキャリアに割り当てたパワーを表すベクトルｐｍ，ｎを定義し、サブキャリアｎがセカンダリユーザｍによって使用される状況を表すａｍ，ｎを定義し、ここで、ａｍ，ｎが１である場合はサブキャリアｎがセカンダリユーザｍによって使用されることを表し、ａｍ，ｎが０である場合はサブキャリアｎがセカンダリユーザｍによって使用されていないことを表す。
【００４４】
各セカンダリユーザの最大送信パワーはいずれもｐｍａｘであることを想定する。
【００４５】
ｍ＝１，２，・・・，Ｍ、ｎ＝１，・・・，Ｎに対して、ｐｍ，ｎを
【数３】
2010130693.tif 000005
のように初期化して、ａｍ，ｎをａｍ，ｎ＝１のように初期化する。
【００４６】
説明すべきところとして、上記の送信パラメータの割当方法は本発明の簡単な実施例に過ぎない。後続のプロセスの実施に影響を与えることがないため、他の送信パラメータ割当方法を用いるようにしてもよい。
【００４７】
ステップ３０２で、ＭＰは、各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量を検出し、あるサブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量の和が所定の干渉閾値より大きい場合、各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を新たに決定し、新たに決定された、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権情報をそれぞれ相応のセカンダリユーザに配信する。
【００４８】
本発明の実施例では、前記干渉量は干渉温度として計測されてよく、上記干渉閾値は所定の各サブキャリアにおける干渉温度閾値である。この場合、上記ステップ３０２で前記各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を新たに決定する方法は、具体的に以下のステップを含む。
【００４９】
ステップ３０２１で、各サブキャリアｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に対応して、ＭＰはサブキャリアｎにおける全てのセカンダリユーザの干渉温度ＩＴｎをそれぞれ検出する。
【００５０】
プライマリユーザにとって、全てのセカンダリユーザから送信された信号を干渉と見なすことができるため、本ステップでは、ＭＰは、各セカンダリユーザごとの送信パワーを区分せずに、全てのセカンダリユーザから送信されたＭＰへの総干渉を検出し、検出された全てのセカンダリユーザの送信パワーに基づいて、サブキャリアｎにおける全てのセカンダリユーザの干渉温度ＩＴｎを決定する。
【００５１】
ステップ３０２２で、各サブキャリアｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に対応して、ＭＰは、検出されたサブキャリアｎにおける干渉温度ＩＴｎを、予め定められたサブキャリアｎにおける干渉温度閾値ＩＴＬｎと比較して、上記干渉温度閾値ＩＴＬｎより大きい場合、ステップ３０２３を実行し、上記干渉温度閾値ＩＴＬｎより大きくない場合、ステップ３０２１に戻って、次のサブキャリアにおける全てのセカンダリユーザの干渉温度を引き続き検出する。全てのサブキャリアに対する検出が完了するまで、上記の処理を繰り返す。
【００５２】
本発明の実施例では、全てのサブキャリアの干渉温度閾値は同じものであってもよく、異なるものであってもよい。
【００５３】
ステップ３０２３で、各サブキャリアｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）に対応して、サブキャリアｎにおけるセカンダリユーザの干渉を低減するために、ＭＰは、各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定する。
【００５４】
上記のステップによれば、ＭＰは、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権を新たに決定することができる。
【００５５】
ステップ３０２４で、ＭＰは、新たに決定された、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権情報をそれぞれ相応のセカンダリユーザに配信する。
【００５６】
ステップ３０２３において前記各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定する方法として、サブキャリアｎにおけるセカンダリユーザの干渉を低減する目的を実現するために、該サブキャリアで現在通信を行っている少なくとも１つのセカンダリユーザの送信パワーを０に設定し、即ち、該セカンダリユーザが該サブキャリアを使用して信号を送信することを停止するようにしてもよい。ＭＰは各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定する具体的な方法について、図４、図５、図６を参照して詳しく後述するため、ここで詳細を省略する。
【００５７】
ステップ３０３で、各セカンダリユーザは、それぞれ、ＭＰで新たに決定された、自局の各サブキャリアにおける送信権情報に基づいて、自局の使用可能な各サブキャリア上の送信パワーを新たに割り当てて、関連チャネル情報をＭＰにフィードバックする。
【００５８】
本発明の１つの実施例では、上記ステップ３０３を実現するために、各セカンダリユーザｍはそれぞれ以下のステップを実行する。
【００５９】
ステップ３０３１で、自局の各サブキャリアｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）上の信号対干渉電力と雑音比（ＳＩＮＲ）γｍ，ｎをそれぞれ算出する。
【００６０】
本ステップでは、セカンダリユーザｍのサブキャリアｎ上のＳＩＮＲは、以下の数式２によって算出されることができる。
【００６１】
【数４】
2010130693.tif 000006
ここで、各パラメータの具体的な意味は数式１と同じである。
【００６２】
ステップ３０３２で、各セカンダリユーザは、それぞれ、ＭＰから受信された、自局の各サブキャリアに対する送信権情報、および算出されたγｍ，ｎに基づいて、注水定理を用いて自局の各サブキャリアｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）上の送信パラメータを新たに割り当てる。即ち、ＭＰから受信されたａｍ，ｎおよび算出されたγｍ，ｎに基づいて、注水定理を用いてｐｍ，ｎ、ａｍ，ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）を更新する。
【００６３】
当業者にとって理解できるものとして、上記注水定理を用いてセカンダリユーザｍのサブキャリアｎ上の送信パワーを新たに割り当てる方法は、セカンダリユーザの最大伝送パワーの制限でセカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パワーを新たに割り当てることであり、各セカンダリユーザの全てのサブキャリアにおける伝送速度の和を最大化する目標を達することができる。
【００６４】
当業者にとって理解できるものとして、注水定理に類似する、各セカンダリユーザの全てのサブキャリアにおける総伝送速度を最大化できる他の方法、またはより簡単な方法を用いて、各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パワーを新たに割り当てるようにしてもよい。例えば、各セカンダリユーザは、ＭＰから受信された送信パラメータに基づいて、該セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パワーの和がセカンダリユーザの最大送信パワーｐｍａｘになるように、各サブキャリア上の送信パワーを均等に割り当てる。
【００６５】
説明すべきところとして、上記ステップ３０２および３０３は本質的に循環反復の過程である。即ち、各セカンダリユーザは、それぞれ、自局の各サブキャリア上の送信パラメータを新たに決定した後、各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パラメータの変化に従って、ＭＰで検出された各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量も変化する。このとき、ＭＰは、あるサブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量の和がやはり所定の干渉閾値より大きいことを検出すると、各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を再度新たに決定し、新たに決定された、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権情報を再度それぞれ相応のセカンダリユーザに配信する。このとき、セカンダリユーザは、自局の各サブキャリアにおける送信権情報に基づいて、自局の各サブキャリア上の送信パラメータを再度新たに決定する。このような反復が複数回行われた後、ＭＰは、全てのサブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量の和が所定の干渉閾値以下であることを検出すると、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権を新たに決定することを停止する。このとき、各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パラメータの割り当て結果が安定状態になる。
【００６６】
ここで、上記安定状態とは、各セカンダリユーザの各サブキャリア上の送信パワーの割り当て結果がナッシュ均衡状態になり、即ち、今回の送信パワーの割り当て結果と前回の送信パワーの割り当て結果が同じであり、または両者の差が所定の均衡閾値以下であることをいう。
【００６７】
以下、本発明の実施例および図４、図５、図６を参照して、上記ステップ３０２３において前記各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定する３つの方法をさらに詳しく説明する。上記ステップ３０３で説明するように、各セカンダリユーザは、自局の使用可能な各サブキャリア上の送信パワーを新たに割り当てた後、ＭＰのキックオフ戦略に基づいて自局のチャネル情報をＭＰにフィードバックする。該チャネル情報は、各セカンダリユーザ自身の送信側とＭＰとの間のチャネル利得、または、各セカンダリユーザの全てのサブキャリア上の相手局のセカンダリユーザの送信側から自局の受信側までのシャノン容量、または、各セカンダリユーザ自身における各サブキャリアの使用状況を含むようにしてもよい。
【００６８】
図４は本発明の第１実施例に係る各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定する方法を示す。本実施例では、各セカンダリユーザは、さらに、自局の送信側とＭＰとの間のチャネル利得をＭＰにフィードバックする必要がある。図４に示すように、該方法は主に、各セカンダリユーザ自身の送信側からＭＰまでのサブキャリアｎのチャネル利得に基づいて、サブキャリアｎ上の全てのセカンダリユーザの干渉温度をそれぞれ算出し、即ち、
【数５】
2010130693.tif 000007
を算出するステップ４０１と、算出結果に基づいて、各セカンダリユーザのサブキャリアｎにおける干渉温度の昇順に全てのセカンダリユーザをソートし、前記ソートされたセカンダリユーザの順番を配列｛Ｘｍ，ｍ＝１，・・・，Ｍ｝として記録するステップ４０２と、カウント変数の初期値をｋ＝０のように設定するステップ４０３と、ｋとセカンダリユーザの総数Ｍとを比較して、ｋ＜Ｍである場合、ステップ４０５に進み、ｋ≧Ｍである場合、本プロセスを終了するステップ４０４と、ＸＭ−ｋ番目のセカンダリユーザのサブキャリアｎ上の送信権を解除し、即ち、ａＭ−ｋ，ｎ＝０にするステップ４０５と、サブキャリアｎにおける全てのセカンダリユーザによる干渉温度から、サブキャリアｎにおけるＸＭ−ｋ番目のセカンダリユーザによる干渉温度を除去し、即ち、数式
【数６】
2010130693.tif 000008
によって全てのセカンダリユーザのサブキャリアｎにおける干渉温度を更新するステップ４０６と、更新後の干渉温度をサブキャリアｎの干渉温度閾値と比較して、前記干渉温度閾値以下である場合、本プロセスを終了し、前記干渉温度閾値より大きい場合、カウント変数ｋに１を加え、即ち、ｋ＝ｋ＋１にし、ステップ４０４に戻るステップ４０７と、を含む。
【００６９】
上記ステップ４０１〜４０７の方法によれば、ＭＰは、サブキャリアｎ上で通信を行っているユーザを調整することによって、現在のステップでサブキャリアｎにおける全てのセカンダリユーザによる干渉温度を干渉温度閾値以内に制限することができる。
【００７０】
図５は第２実施例に係る各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定する方法を示す。本実施例では、各セカンダリユーザは、相手局のセカンダリユーザの送信側から自局の受信側までの全てのサブキャリアにおける伝送容量、例えばシャノン容量（Ｓｈａｎｎｏｎ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）をＭＰにフィードバックする必要がある。図５に示すように、該方法は主に以下のステップを含む。
【００７１】
ステップ５０１で、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎを決定し、即ち、サブキャリアｎを使用するセカンダリユーザの総数を決定する。
【００７２】
ステップ５０２で、今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βを決定する。
【００７３】
本実施例では、以下のような数式３によってβを算出するようにしてよい。
【００７４】
【数７】
2010130693.tif 000009
ここで、演算子（  ）＋は切り上げ演算を表す。
【００７５】
ステップ５０３で、今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βと、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎとを比較して、β≧Ｋｎである場合、ステップ５０８に進み、β＜Ｋｎである場合、ステップ５０４に進む。
【００７６】
ステップ５０４で、Ｋｎ個のセカンダリユーザを伝送容量の昇順にソートした順番を配列｛Ｘｍ，ｍ＝１，・・・，Ｋｎ｝として記録する。
【００７７】
ステップ５０５で、カウント変数の初期値をｋ＝１のように設定する。
【００７８】
ステップ５０６で、Ｘｋ番目のセカンダリユーザのサブキャリアｎ上の送信権を解除し、即ちａｋ，ｎ＝０にし、カウント変数ｋに１を加え、即ちｋ＝ｋ＋１にする。
【００７９】
ステップ５０７で、カウント変数ｋと今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βとを比較して、ｋ≦βである場合、ステップ５０６に戻り、ｋ＞βである場合、本プロセスを終了する。
【００８０】
ステップ５０８で、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているＫｎ個全てのセカンダリユーザの送信権を解除し、即ち、ａｍ，ｎ＝０（ｍ＝１，・・・，Ｋｎ）にする。
【００８１】
図６は第３実施例に係る各セカンダリユーザがサブキャリアｎ上で送信権を有するかどうかを新たに決定する方法を示す。本実施例では、各セカンダリユーザは、各サブキャリアを現在使用しているかどうか、即ち、自局がどのサブキャリアを使用して信号を伝送するかのみを、ＭＰにフィードバックすればよい。図６に示すように、該方法は主に以下のステップを含む。
【００８２】
ステップ６０１で、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎを決定する。
【００８３】
ステップ６０２で、今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βを決定する。
【００８４】
本実施例でも、上記数式３によってβを算出するようにしてもよい。
【００８５】
ステップ６０３で、今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βと、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているセカンダリユーザの数Ｋｎとを比較して、β≧Ｋｎである場合、ステップ６０８に進み、β＜Ｋｎである場合、ステップ６０４に進む。
【００８６】
ステップ６０４で、Ｋｎ個のセカンダリユーザをランダムに並べた順番を配列｛Ｘｍ，ｍ＝１，・・・，Ｋｎ｝として記録する。
【００８７】
ステップ６０５で、カウント変数の初期値をｋ＝１のように設定する。
【００８８】
ステップ６０６で、Ｘｋ番目のセカンダリユーザのサブキャリアｎ上の送信権を解除し、即ちａｋ，ｎ＝０にし、カウント変数ｋに１を加え、即ちｋ＝ｋ＋１にする。
【００８９】
ステップ６０７で、カウント変数ｋと今回調整に係る最大のセカンダリユーザ数βとを比較して、ｋ≦βである場合、ステップ６０６に戻り、ｋ＞βである場合、本プロセスを終了する。
【００９０】
ステップ６０８で、サブキャリアｎ上で現在通信を行っているＫｎ個全てのセカンダリユーザの送信権を解除し、即ち、ａｍ，ｎ＝０（ｍ＝１，・・・，Ｋｎ）にする。
【００９１】
ここからわかるように、本発明の実施例に係るセルラー移動通信システムにおいて分散制御スペクトル共有を実現する方法は、物理伝送層にＯＦＤＭＡ技術を用いた、スペクトルアンダーレイモードでコグニティブ無線システムと従来のセルラー移動通信システムとが混在したシステムに適する。上記方法によれば、セルの仮想半径を拡大し、仮想セルを構築し、セルラーシステム端エリアおよびホットスポットエリアのサービス品質を向上させることができる。これによって、従来のセルラー移動通信システムにおける「ブラインドゾーン」および「ホットスポット」の問題が解決される。
【００９２】
上記の説明からわかるように、本発明の実施例に係る分散制御スペクトル共有方法を実現するために、ＭＰと各セカンダリユーザとは、ＭＰの計算処理能力によって、異なる種類の送信パラメータなどの情報のやりとりをそれぞれ行う必要がある。これは、柔軟なシステム実現に保証を提供する。実際の応用過程では、ＭＰと各セカンダリユーザとの間の必要な情報やりとりを実現するために、各セカンダリユーザに対して、ＭＰとの情報やりとり用の固定の干渉監視タイムスロットを設定するようにしてもよい。
【００９３】
また、本発明の実施例は、上記セルラー移動通信システムにおいて分散制御スペクトル共有方法を実現するＭＰおよびセカンダリユーザデバイスを提供する。
【００９４】
ここで、ＭＰの内部構成は、図７に示すように、主に干渉検出モジュールと、送信権決定モジュールと、送信権通知モジュールと、を含む。
【００９５】
ここで、干渉検出モジュールは、各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量をそれぞれ検出する。
【００９６】
送信権決定モジュールは、干渉検出モジュールで検出された各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉量の和を、それぞれ、所定の干渉閾値と比較して、あるサブキャリアにおける干渉量の和が所定の干渉閾値より大きい場合、各セカンダリユーザの該サブキャリアに対する送信権を新たに決定する。
【００９７】
送信権通知モジュールは、新たに決定された、各セカンダリユーザの各サブキャリアに対する送信権情報をそれぞれ相応のセカンダリユーザに配信する。
【００９８】
上記送信権決定モジュールは、チャネル情報受信サブモジュールと、閾値比較サブモジュールと、送信権調整サブモジュールと、を含む。
【００９９】
ここで、チャネル情報受信サブモジュールは、各セカンダリユーザによってフィードバックされたチャネル情報を受信する。
【０１００】
上記チャネル情報は、各セカンダリユーザからフィードバックされた自局の送信側とＭＰとの間のチャネル利得、または、各セカンダリユーザからフィードバックされた全てのサブキャリア上の相手局のセカンダリユーザの送信側から自局の受信側までのシャノン容量、または、各セカンダリユーザ自身における各サブキャリアの使用状況を含む。
【０１０１】
閾値比較サブモジュールは、干渉検出モジュールで検出された各サブキャリアにおける全てのセカンダリユーザからの干渉温度を、それぞれ、所定の各サブキャリアの干渉温度閾値と比較して、あるサブキャリアにおける干渉温度が該サブキャリアの干渉温度閾値より大きい場合、該サブキャリア上の各セカンダリユーザの送信権を調整するよう送信権調整サブモジュールに通知する。
【０１０２】
送信権調整サブモジュールは、チャネル情報受信サブモジュールで受信されたチャネル情報に基づいて、干渉温度が干渉温度閾値より大きいサブキャリア上の各セカンダリユーザの送信権を新たに決定し、該決定された各サブキャリアにおける各セカンダリユーザの送信権情報を送信権通知モジュールに送信する。
【０１０３】
ここで、異なるチャネル情報に対応して、上記送信権調整サブモジュールは、図４〜図６に係る方法を用いて、あるサブキャリア上で通信を行っているセカンダリユーザを調整するようにしてもよい。
【０１０４】
セカンダリユーザデバイスの内部構成は、図８に示すように、主に送信パラメータ予備割当モジュールと、送信権受信モジュールと、送信パラメータ割当モジュールと、を含む。
【０１０５】
ここで、送信パラメータ予備割当モジュールは、本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリア上の送信パラメータを予め割り当てる。
【０１０６】
送信権受信モジュールは、ＭＰから配信された本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリアに対する送信権情報を受信する。
【０１０７】
送信パラメータ割当モジュールは、本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリアにおける送信権情報に基づいて、本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリア上の送信パラメータを新たに割り当て、例えば、注水定理を用いて本セカンダリユーザデバイスの各サブキャリア上の送信パラメータを新たに割り当てる。
【０１０８】
上記セカンダリユーザデバイスは、本セカンダリユーザデバイスのチャネル情報をＭＰにフィードバックするチャネル情報報告モジュールをさらに含むようにしてもよい。例えば、ＭＰが各セカンダリユーザにおける該サブキャリアの使用状況を新たに決定できるように、本セカンダリユーザ自身の送信側とＭＰとの間のチャネル利得、または、本セカンダリユーザの全てのサブキャリア上の相手局のセカンダリユーザの送信側から自局の受信側までのシャノン容量、または、本セカンダリユーザ自身における各サブキャリアの使用状況をフィードバックする。
【０１０９】
図９は本発明の実施例に係るスペクトル共有方法の性能シミュレーション図である。ここで、横座標は反復回数（Ｉｔｅｒａｔｉｏｎ  Ｎｕｍｂｅｒ）を表し、縦座標はコグニティブ無線システムの総容量（Ｃａｐａｃｉｔｙ）を表す。図９において、菱形印の曲線は、ＭＰが図４に示す方法を用いて、あるサブキャリア上で通信を行っているセカンダリユーザを調整する場合の性能シミュレーション曲線（Ｓｃｈｅｍｅ１）を表す。星印の曲線は、ＭＰが図５に示す方法を用いて、あるサブキャリア上で通信を行っているセカンダリユーザを調整する場合の性能シミュレーション曲線（Ｓｃｈｅｍｅ２）を表す。丸印の曲線は、ＭＰが図６に示す方法を用いて、あるサブキャリア上で通信を行っているセカンダリユーザを調整する場合の性能シミュレーション曲線（Ｓｃｈｅｍｅ３）を表す。
【０１１０】
以下の表１には、シミュレーションシステムに係る具体的なパラメータ、例えば、セカンダリユーザ数、セカンダリユーザの分布範囲、サブキャリアの帯域幅、サブキャリア数、ＩＴＬ、大規模フェージング参照係数、小規模フェージング因子などを示す。簡単かつ公平にするために、シミュレーション過程中の初期化過程では、パワーの均等割当を用いる。
【０１１１】
【表１】
2010130693.tif 000010
【０１１２】
図９からわかるように、ＭＰが図４に示す方法を用いて、あるサブキャリア上で通信を行っているセカンダリユーザを調整する場合、セカンダリユーザからＭＰへフィードバックした情報はまったく正確なチャネル情報であり、情報の正確性により、ＭＰは正確な措置をとって同一チャネルの干渉を制御することができるので、システムの性能は他の２つの方法より優れている。そして、反復過程中で、各サブキャリア上で通信を行っているセカンダリユーザを絶えず調整して、各サブキャリアにおけるセカンダリユーザからの干渉を制御する目的を達することにより、コグニティブ無線システムの総容量が低下する傾向にある。
【０１１３】
上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の精神と原則内で行われる種々の修正、均等置換え、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
【図１】
2010130693.tif 000012
【図２】
2010130693.tif 000013
【図３】
2010130693.tif 000014
【図４】
2010130693.tif 000015
【図５】
2010130693.tif 000016
【図６】
2010130693.tif 000017
【図７】
2010130693.tif 000018
【図８】
2010130693.tif 000019
【図９】
2010130693.tif 000020