(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法において、
二次送信機の送信範囲内の少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するチャネル品質指標（ＣＱＩ）を取得するステップと、
前記ＣＱＩに基づいて、ＣＱＩに示されるチャネル品質と一致する送信電力を二次送信機の送信電力として決定するステップと、を含み、
前記ＣＱＩに基づいて二次送信機の送信電力を決定するステップは、前記一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら前記二次送信機のスループットが最適化されるように、前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定するステップを含み、
前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定するステップは、各ＣＱＩインデックスに対応する各送信電力が設定されている複数の電力制御コードブックのうち、二次送信機のスループットが一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら最大化されるように設定された所定の電力制御コードブックからのＣＱＩによって示されるＣＱＩインデックスに対応する送信電力を選択するステップを含み、
前記所定の電力制御コードブックは、
一次リンク及び階層間リンクに関するチャネル分布情報を取得し、
各ＣＱＩインデックスに対応する各送信電力を取得するために、チャネル分布情報に基づいて、一次受信機の許容可能な速度損失量並びに二次送信機の電力制約という条件下で二次送信機のスループットを最大化する最適化問題を解決し、
各送信電力と各ＣＱＩインデックスとの間の対応を示すコードブックを所定の電力制御コードブックとして記録する、
ことによりオフラインで決定されたものである、
ことを特徴とする階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【請求項２】
階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法において、
二次送信機の送信範囲内の少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するチャネル品質指標（ＣＱＩ）を取得するステップと、
前記ＣＱＩに基づいて、ＣＱＩに示されるチャネル品質と一致する送信電力を二次送信機の送信電力として決定するステップと、を含み、
前記ＣＱＩに基づいて二次送信機の送信電力を決定するステップは、前記一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら前記二次送信機のスループットが最適化されるように、前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定するステップを含み、
前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定するステップは、各ＣＱＩインデックスに対応する各送信電力が設定されている複数の電力制御コードブックのうち、二次送信機のスループットが一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら最大化されるように設定された所定の電力制御コードブックからのＣＱＩによって示されるＣＱＩインデックスに対応する送信電力を選択するステップを含み、
前記所定の電力制御コードブックは、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能で、一次受信機はそれがスケジューリングされている時にのみ保護される状況、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機はそれがスケジューリングされる確率に基づいて保護される状況、及び一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機は常時保護される状況、のいずれかについて決定されたものである、
ことを特徴とする階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【請求項３】
ＣＱＩによって示されるチャネル品質のうち最も高いチャネル品質を、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質とみなすことを特徴とする請求項１または２に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【請求項４】
二次送信機の送信範囲内に存在するスケジューリングされた一次受信機のチャネル品質、または可能な最も低いチャネル品質を、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質とみなすことを特徴とする請求項１または２に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【請求項５】
決定された送信電力から二次送信機の送信速度を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するＣＱＩを取得するステップは、一次リンクの制御／フィードバックチャネルをリッスンするステップを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【請求項７】
階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定装置において、
二次送信機の送信範囲内の少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するチャネル品質指標（ＣＱＩ）を取得する情報取得手段と、
前記ＣＱＩに基づいて、ＣＱＩに示されるチャネル品質と一致する送信電力を二次送信機の送信電力として決定する電力決定手段と、を備え、
前記電力決定手段は、前記一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら前記二次送信機のスループットが最適化されるように、前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定する手段を備え、
前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定する手段は、各ＣＱＩインデックスに対応する各送信電力が設定されている複数の電力制御コードブックのうち、二次送信機のスループットが一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら最大化されるように設定された所定の電力制御コードブックからのＣＱＩによって示されるＣＱＩインデックスに対応する送信電力を選択する手段を備え、
前記所定の電力制御コードブックは、
一次リンク及び階層間リンクに関するチャネル分布情報を取得し、
各ＣＱＩインデックスに対応する各送信電力を取得するために、チャネル分布情報に基づいて、一次受信機の許容可能な速度損失量並びに二次送信機の電力制約という条件下で二次送信機のスループットを最大化する最適化問題を解決し、
各送信電力と各ＣＱＩインデックスとの間の対応を示すコードブックを所定の電力制御コードブックとして記録する、
ことによりオフラインで決定されたものである、
ことを特徴とする送信電力決定装置。
【請求項８】
階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定装置において、
二次送信機の送信範囲内の少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するチャネル品質指標（ＣＱＩ）を取得する情報取得手段と、
前記ＣＱＩに基づいて、ＣＱＩに示されるチャネル品質と一致する送信電力を二次送信機の送信電力として決定する電力決定手段と、を備え、
前記電力決定手段は、前記一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら前記二次送信機のスループットが最適化されるように、前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定する手段を備え、
前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定する手段は、各ＣＱＩインデックスに対応する各送信電力が設定されている複数の電力制御コードブックのうち、二次送信機のスループットが一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら最大化されるように設定された所定の電力制御コードブックからのＣＱＩによって示されるＣＱＩインデックスに対応する送信電力を選択する手段を備え、
前記所定の電力制御コードブックは、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能で、一次受信機はそれがスケジューリングされている時にのみ保護される状況、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機はそれがスケジューリングされる確率に基づいて保護される状況、及び一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機は常時保護される状況、のいずれかについて決定されたものである、
ことを特徴とする送信電力決定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してモバイル通信技術の分野に関し、特に階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
階層的スペクトル共有とは、階層的スペクトル共有システム内の無線ユーザを、スペクトル使用特権に基づき一次ユーザと二次ユーザに分類する技法である。こうした階層的スペクトル共有システムでは、一次ユーザと二次ユーザは同じ周波数帯域を共有するが、周波数帯域を使用する特権は一次ユーザが有し、一次ユーザはシステム内に共存する二次ユーザを認識しない。そのため、一次ユーザはいつでも当該周波数帯域を使用することができる。これとは対照的に、二次ユーザは、一次ユーザが低信号品質で信号を送信中である、一次ユーザにとって低信号品質でも許容可能である、といった適切な状況が存在する時に限り、その周波数帯域を使用できる。階層的スペクトル共有技法は、例えばよく知られたコグニティブ無線、異機種ネットワーク（例：マクロ／フェムトネットワーク、マクロ／ピコネットワーク、マクロ／マイクロネットワーク）等の様々なシナリオに適用することができる。しかも、柔軟性がある、スペクトル効率の向上に貢献するといった多数の利点があるため、次世代ネットワークにとっては必須の技法である。
【０００３】
階層的スペクトル共有システムが抱える主な問題は、階層間干渉、特に二次ユーザによる近隣の一次ユーザへの干渉である。一次ユーザは共有システム内に共存する二次ユーザを認識しないため、二次ユーザからの干渉についての知識がなく、そのために二次ユーザからの干渉に対処することがきわめて困難となる。従って、階層的スペクトル共有システムでは、二次ユーザからの干渉を、一次ユーザへの影響が許容可能となる一定レベルにまで抑制することが必要となる。
【０００４】
マクロ／フェムト異機種ネットワークは典型的な階層的スペクトル共有システムの１つであり、近年広範な注目を集めている。ＦＡＰ（フェムトセルアクセスポイント）では、マクロセルからの負担を解放することが可能なため、セルラーネットワークの受信可能範囲を拡大することができる。さらに、フェムトセルは屋内の電波不感地帯の接続に役立ち、特に電波伝搬条件が悪いためにマクロセルからの信号が家の中まで届かない場合に有効である。
【０００５】
ＦＡＰは、住宅地域やオフィス街では送信範囲が狭くなる傾向があるが、周波数帯域を再利用できる回数が多いので、ネットワークの容量拡大に大きく貢献することはよく知られている。但し、認可を受けていないマクロユーザ機器（ＭＵＥ）は自機器のマクロｅＮｏｄｅＢ（ＭｅＮＢ）にしか接続できず、たとえフェムトセル送信範囲（ＦＴＲ）内にあったとしても、ＦＡＰに接続することは許可されない。そのため、ＭＵＥは深刻な階層間干渉を受ける可能性があり、これが火急の問題となっている。
【０００６】
非特許文献１(Ｓ．−Ｍ  Ｃｈｅｎｇ，ｅｔ  ａｌ．「Ｏｎ  ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ  ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ  ｒａｄｉｏ  ｔｏ  ｍｉｔｉｇａｔｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｉｎ  ｍａｃｒｏ／ｆｅｍｔｏ  ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ（マクロ／フェムト異機種ネットワークの干渉軽減を目的としたコグニティブ無線の利用について）」ＩＥＥＥ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．１８，ｎｏ．３，ｐｐ．４０−４７，Ｊｕｎｅ，２０１１)という記事では、階層間干渉問題に対処するための解決法が提案されている。この解決法においては、ＭＵＥにＨＡＲＱ（ハイブリッド自動再送要求）方式が採用されている。この方式では、１つのパケットの直前の送信試行が失敗した時に、それに続く数個のタイムスロットにおいてそのパケットが繰り返し送信される。ここで、図１及び図２を参照して、この文献で開示されている解決法について説明する。
【０００７】
図１は、上記記事において開示されたマクロ／フェムト異機種ネットワークにおける、フェムトセル干渉軽減のための解決法の簡素化されたアーキテクチャを示す概略図である。図１に示すように、システムは各１つのＭｅＮＢ、ＭＵＥ、ＦＡＰ及びＦＵＥ（フェムトユーザ機器）を備える。ＭＵＥに送信されたメッセージはＭＵＥとＦＵＥの両方によって受信され、同様に、ＭＵＥからＭｅＮＢにフィードバックされる情報はＭｅＮＢとＦＡＰの両方によって受信される。ＦＵＥ宛のメッセージもやはりＭＵＥによって受信され、ＭＵＥに干渉する。図２に示すフローチャートによると、ＦＡＰはＭｅＮＢの最初の送信試行の間には沈黙し（ステップＳ２０１）、ＭＵＥからのＡＲＱフィードバックを観察する（ステップＳ２０２）。すなわち、ＭＵＥからのＡＲＱフィードバックは、ＭｅＮＢのみではなく、ＭｅＮＢとＦＡＰの両方によって受信される（図１の長い破線の矢印）。ＡＲＱフィードバックがＡＣＫ（ＭＵＥでのパケット受信が成功したことを意味する）の時は、ＦＡＰは何もせずＭＵＥからの後続のＡＲＱフィードバックの観察を続ける。ＡＲＱフィードバックがＮＡＣＫ（ＭＵＥがパケットの復号に失敗したため再送が必要であることを意味する）の時は、ＦＡＰはＭｅＮＢによる再送中に自アクセスポイントのパケットをＦＵＥに送信する（ステップＳ２０３）。ＦＡＰが再送期間中に自アクセスポイントのパケットを送信できるのは、ＨＡＲＱ方式であるために、この期間中にＭＵＥにおいてＭｅＮＢからのパケットを復号するために必要とされるＳＩＮＲが最初の送信試行ほどには高くなく、ＭＵＥがＦＡＰからの比較的軽度の干渉に耐えられるためである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｓ．−Ｍ  Ｃｈｅｎｇ，ｅｔ  ａｌ．「Ｏｎ  ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ  ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ  ｒａｄｉｏ  ｔｏ  ｍｉｔｉｇａｔｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｉｎ  ｍａｃｒｏ／ｆｅｍｔｏ  ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ（マクロ／フェムト異機種ネットワークの干渉軽減を目的としたコグニティブ無線の利用について）」ＩＥＥＥ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．１８，ｎｏ．３，ｐｐ．４０−４７，Ｊｕｎｅ，２０１１
【非特許文献２】Ｓ．Ｐ．Ｂｏｙｄ「“Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｃｏｎｖｅｘ  ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ（順次凸プログラミング）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の解決法により、階層間干渉は軽減され、スペクトル効率が向上する。しかし、データ転送速度の高速化と省電力化に対する要求が爆発的に増大している近年では、当該技術においてスペクトル効率をさらに向上させる必要が生じている。
【００１０】
前述の問題を解決するため、本発明は、スペクトル効率の向上を実現することのできる、階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力を決定するための解決法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つの態様によれば、階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法が提供される。当該方法は、二次送信機の送信範囲内の少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するチャネル品質情報を取得するステップと、当該チャネル品質情報に基づいて、チャネル品質情報に示されるチャネル品質と一致する送信電力を二次送信機の送信電力として決定するステップとを備える。
【００１２】
本発明の１つの実施例においては、チャネル品質情報に基づいて二次送信機の送信電力を決定するステップは、一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら二次送信機のスループットが最適化されるように、チャネル品質情報に基づいて送信電力を決定するステップを含む。
【００１３】
本発明の他の実施例においては、チャネル品質情報に基づいて送信電力を決定するステップは、電力制御コードブックにおいて各チャネル品質指標インデックスに対応する各送信電力が設定されており、これらの電力制御コードブックのうち、二次送信機のスループットが一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら最大化されるように設定された所定の電力制御コードブックからのチャネル品質情報によって示されるチャネル品質指標インデックスに対応する送信電力を選択するステップを含む。
【００１４】
本発明のさらに他の実施例においては、所定の電力制御コードブックは、一次リンク及び階層間リンクに関するチャネル分布情報を取得し、各チャネル品質指標インデックスに対応する各送信電力を取得するために、チャネル分布情報に基づいて、一次受信機の許容可能な速度損失量並びに二次送信機の電力制約という条件下で二次送信機のスループットを最大化する最適化問題を解決し、各送信電力及び各チャネル品質指標インデックス間の対応を示すコードブックを所定の電力制御コードブックとして記録することによってオフラインで決定される。
【００１５】
本発明のさらに他の実施例においては、所定の電力制御コードブックは、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能で、一次受信機はそれがスケジューリングされている時にのみ保護される状況、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機はそれがスケジューリングされる確率に基づいて保護される状況、及び一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機は常時保護される状況、のいずれかについて決定される。
【００１６】
本発明のさらに他の実施例においては、チャネル品質情報によって示されるチャネル品質のうち最も高いチャネル品質が、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質とみなされる。
【００１７】
本発明のさらに他の実施例においては、二次送信機の送信範囲内に存在するスケジューリングされた一次受信機のチャネル品質、または可能な最も低いチャネル品質が、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質とみなされる。
【００１８】
本発明の他の実施例においては、当該方法は、決定された送信電力から二次送信機の送信速度を決定するステップをさらに備える。
【００１９】
本発明のさらに他の実施例においては、少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するチャネル品質情報を取得するステップは、一次リンクの制御／フィードバックチャネルをリッスンするステップを含む。
【００２０】
本発明のさらに他の実施例においては、階層的スペクトル共有システムはマクロ／フェムト異機種ネットワークを備え、当該ネットワーク内の一次受信機はマクロセルユーザ機器であり、二次送信機はフェムトセルアクセスポイントである。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定装置が提供される。当該装置は、二次送信機の送信範囲内の少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するチャネル品質情報を取得する情報取得手段と、当該チャネル品質情報に基づいて、これに示されるチャネル品質情報と一致する送信電力を二次送信機の送信電力として決定する電力決定手段とを備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電力制御方式は一次リンクに関するチャネル品質情報に基づいて二次送信機に適用される。このように、一次受信機の速度損失量が制御可能なことにより二次送信機のスループットが改善されるため、システム全体のスペクトル効率がさらに向上する。特に、本発明のいくつかの好適な実施例においては、一次受信機の速度損失量が制御可能なことにより二次送信機のスループットが最大化される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明の上記及びその他の特徴は、各実施例において添付図面を参照して示される、各実施例の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。なお、図面においては、同じまたは類似の構成要素は同じ番号を使用して示している。
【００２４】
【図１】従来技術における、マクロ／フェムト異機種ネットワークでのフェムトセル干渉軽減のための解決法の簡素化されたアーキテクチャを示す概略図である。
【図２】従来技術における、マクロ／フェムト異機種ネットワークでのフェムトセル干渉軽減のための解決法の概略フローチャートである。
【図３】本発明の一実施例による、階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法の概略フローチャートである。
【図４】本発明の一実施例による、所定の電力制御コードブックを決定する方法の概略フローチャートである。
【図５】マルチユーザマクロセルシステムと共存する典型的なフェムトセルとそのＭＵＥへの干渉を示す概略図である。
【図６Ａ】本願による３つの異なるケースに関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６Ｂ】本願による３つの異なるケースに関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例による、階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定装置のブロック図である。
【図８】本発明の一実施例による、所定の電力制御コードブックのためのオフライン手段のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明で提供される階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法及び装置について、添付図面を参照し、実施例を用いて説明する。なお、これらの実施例は、当業者による本発明の理解と実装を助けることのみを目的とし、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。
【００２６】
本発明においては、方法のステップを実行するための具体的な順序が示されているが、これらの方法は図示する順序を厳密に守って実行する必要はなく、それぞれの方法のステップの性質によっては逆の順序で実行したり同時に実行したりすることができることに留意されたい。本明細書において、ステップ、手段、装置、物体等に使用される不定冠詞「ａ／ａｎ」は、これらの複数を除外するものではない。
【００２７】
以下では、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２８】
まず、図３を参照して、本発明で提供される階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法について説明する。
【００２９】
図３に示すように、ステップＳ３０１において、二次送信機の送信範囲内の少なくとも１つの一次受信機から、一次リンクに関するチャネル品質情報が取得される。
【００３０】
一般に、一次送信機は、一次受信機からフィードバックされたチャネル品質情報に基づいて、一次受信機にサービスを提供する。この目的のため、一次受信機は、チャネルをテストしてチャネル状態を測定し、それに基づいて一次リンクに関するチャネル品質情報（ＳＩＮＲインデックス等）を生成する。その後、一次受信機は制御／フィードバックチャネルを介して当該情報を一次送信機に送信する。例えば、ＬＴＥシステムにおいては、ダウンリンクに関するチャネル品質情報がＰＵＣＣＨ（Ｐｕｂｌｉｃ  Ｕｐｌｉｎｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｈａｎｎｅｌ）を介してＭＵＥからＭｅＮＢにフィードバックされる。そのため、本発明の実施例においては、一次リンクの制御／フィードバックチャネルをリッスンすることにより、一次リンクに関するチャネル品質情報を取得することができる。このチャネル品質情報の例としては、ＭＵＥ側からのチャネル品質指標（ＣＱＩ）のフィードバック（ＣＱＩインデックス等）が挙げられるが、チャネル品質を示すその他の形態の情報であってもよい。
【００３１】
続いて、ステップＳ４０２において、当該チャネル品質情報に基づいて、これに示されるチャネル品質と一致する送信電力が二次送信機の送信電力として決定される。
【００３２】
チャネル品質に関する情報の取得後には、二次送信機において、当該チャネル品質情報によって示されるチャネル品質と一致するように、送信電力を慎重な判断により選択する。この時、二次送信機においてスペクトル効率が向上され、同時に一次受信機の速度損失量（すなわち、一次受信機への干渉）が一定の許容水準を下回るように、送信電力を選択する必要がある。
【００３３】
本発明の１つの実施例においては、送信電力がチャネル品質情報に基づいて決定されるため、一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら二次送信機のスループットが最適化される。そのため、二次送信機はより高いスループットで副帯域を共有することができ、なおかつ一次受信機への干渉は許容水準未満に維持される。
【００３４】
本発明のさらに他の実施例においては、所定の電力制御コードブックから、チャネル品質情報によって示されるＣＱＩインデックスに対応する送信電力が選択される。このコードブックはＣＱＩインデックス及び送信電力間の対応を示す。ここに示される各チャネル品質指標インデックスに対応する各送信電力は、一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら二次送信機のスループットを最大化することのできる送信電力である。この電力制御コードブックは、経験、実験、システムシミュレーション等に基づいて所定のコードブックであってもよい。但し、本発明の１つの好適な実施例においては、電力制御コードブックは、一次受信機の許容可能な速度損失量並びに二次送信機の電力制約という条件下で二次送信機のスループットを最大化する最適化問題を解決することにより、オフラインで決定される。
【００３５】
次に、図４を参照して、電力制御コードブックを決定する方法の一例について説明する。図４は、本発明の一実施例による、所定の電力制御コードブックを決定する方法の概略フローチャートである。
【００３６】
図４に示すように、ステップＳ４０１において、一次リンク及び階層間リンクに関するチャネル分布情報が取得される。例えば、無線チャネルにレイリーフェージングが存在する場合には、分布手段が必要とされる。ダウンリンク送信の場合は、「一次リンク」とは一次送信機から一次受信機までのダウンリンクを意味する。また、「階層間リンク」とは、一次送信機から二次受信機までの階層間リンクと、二次送信機から一次受信機までの階層間リンクとを含む干渉源リンクを意味する。チャネル分布情報をリアルタイムで取得することは難しいので、代わりにチャネル分布に関する統計情報が取得される。統計情報は一次ユーザによって収集され、例えば二次ユーザに送信する。この作業は、バックホール通信とパイロットシンボルによって完了できる。
【００３７】
その後、ステップＳ４０２において、チャネル分布情報に基づいて、一次受信機の許容可能な速度損失量並びに二次送信機の電力制約という条件下で二次送信機のスループットを最大化する最適化問題が解決され、各チャネル品質インデックスに対応する各送信電力が取得される。
【００３８】
チャネル分布情報に基づいて、二次送信機のスループット、一次受信機の速度損失、及び二次送信機における電力の数式が得られる。これらの数式を用いて、目的関数、速度損失制約及び電力制限制約を容易に構築し、一次受信機の許容可能な速度損失量並びに二次送信機の電力制約という条件下で二次送信機のスループットを最大化する最適化モデル／問題を確立することができる。
【００３９】
最適化問題を解決することにより、各チャネル品質インデックスに対応する各送信電力が取得される。
【００４０】
次に、ステップＳ４０３において、各送信電力及び各チャネル品質指標インデックス間の対応を示すコードブックが所定の電力制御コードブックとして記録される。
【００４１】
各チャネル品質インデックスに対応する決定された送信電力に基づいて、これらの対応を示すコードブックが形成され、これが前述の所定の電力制御コードブックとなる。コードブックに示される各チャネル品質指標インデックスに対応する各送信電力は、一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら二次送信機のスループットが確実に最大化される送信電力である。
【００４２】
一次ユーザに関するスケジューリング情報は二次送信機において利用可能なこともそうでないこともあるので、採用される方式は条件によって異なり、さらにはこの方式によって上記の数式も異なってくる。例えば、二次送信機においてスケジューリング情報が利用可能なシナリオでは、二次送信機の送信範囲内に存在する一次受信機はそれがスケジューリングされている時にのみ保護される。そして、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではないシナリオの場合には、一次受信機はそれがスケジューリングされる確率に基づいて保護されるか、またはそれが二次送信機の送信範囲内に存在する限りにおいて常時保護されるかのいずれかとなる。
【００４３】
従って、方式によって取得される数式セットが異なり、ひいては、方式によって構築される最適化モデルが異なるので、取得される電力制御コードブックも異なるものとなる。最適化問題の詳細については、下記で説明する最適化問題構築の具体例を参照されたい。
【００４４】
二次送信機が複数のチャネル品質を取得した場合には、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質は方式毎に異なるものとなる。例えば、スケジューリング情報が二次送信機において利用可能なシナリオでは、二次送信機の送信範囲内に存在する一次受信機がスケジューリングされていることが既知の場合には、スケジュールされた一次受信機のチャネル品質を基本参照チャネル品質とすることができ、あるいは、例えば可能な最も低いチャネル品質を基本参照チャネル品質とみなす（すなわち、ＣＱＩをゼロとみなす）ことも可能である。スケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではないシナリオでは、一次送信機において最大Ｃ／Ｉスケジューラが使用されている場合には、チャネル品質情報によって示されるチャネル品質のうち最も高いチャネル品質が基本参照チャネル品質とみなされる。
【００４５】
図３に戻ると、ステップＳ３０３において、決定済みの送信電力から二次送信の送信速度がさらに決定されるのが望ましい。
【００４６】
最適化された送信電力には常に、対応する適切な出力率が存在し、この出力率と送信電力との間には所定の関係がある。二次送信機の適切な送信速度をさらに決定できるなら、二次送信機のスループットが最大化されることがさらに確保されるので有利となる。送信速度は他の方法で選択することも可能であるが、その場合はこうした利点が失われることは当業者には理解されるであろう。
【００４７】
上記の本発明の説明から、本発明の実施例においては、一次リンクに関するチャネル品質情報に基づいて、電力制御方式が二次送信機に適用されることは理解されるであろう。このように、一次受信機の速度損失量が制御可能なことにより二次送信機のスループットが改善されるため、システム全体のスペクトル効率がさらに向上する。特に、本発明のいくつかの好適な実施例においては、一次受信機の速度損失量が制御可能なことにより二次送信機のスループットが最大化される。
【００４８】
以下では、説明用として、マルチユーザマクロセルシステムと共存する典型的なダウンリンクフェムトセル（すなわち、マクロ／フェムト異機種システム）を具体的な適用シナリオとして取り上げて、本発明についてさらに詳細に説明する。但し、本願はこれに限定されず、他の異機種システム、コグニティブシステム等の他の階層的スペクトル共有システムに適用でき、さらにはアップリンク送信にも適用することができる。
【００４９】
本発明についての説明を進める前に、まず図５を参照して、マルチユーザマクロセルシステムと共存する典型的なダウンリンクフェムトセルのシステムモデルについて説明する。
【００５０】
図５のシステムにおいては、フェムトセルとマクロセルとの間で同じ副帯域が共有されているが（これは「普遍的周波数再利用」と呼ばれる）、説明の簡素化のため、単一副帯域のシナリオについて考察することとする。図５に図示するように、マクロセル内には、１つのＭｅＮＢとＭ個のＭＵＥが存在し、ＦＴＲ（Ｎ≦Ｍ）内にはＮ個のＭＵＥが存在する。ＭｅＮＢは、ＭＵＥ側からのＣＱＩフィードバックに基づいて、マクロセル内の接続された全ＭＵＥに対するサービス提供を担当する。また、ＭｅＮＢは、ＣＱＩインデックスが最も高いＭＵＥがアクティブユーザとして選択される、最大Ｃ／Ｉスケジューラを採用すると想定する。さらに、ＭｅＮＢは、送信を行わないＣＱＩ＝０の場合を除いて、対象の副帯域に対して定送信電力ＰＭを採用し、適応変調符号化（ＡＭＣ）方式を用いてチャネルを適切な送信速度と一致させる。ＭｅＮＢ及びＭＵＥ間のチャネル伝搬利得はｇｍ（ここで、ｍ＝１；２；…；Ｍ）によって表される
【００５１】
フェムトセル内には１つのＦＡＰと１つのＦＵＥが存在し、ＦＡＰは自己のＦＴＲ内のＦＡＰに対してサービスを提供する。そのため、ＦＡＰがメッセージをＦＵＥに送信する際には、ＦＴＲ内に存在するスケジューリングされたＭＵＥに干渉する。従って、このシステムの基本的な問題は、図５において短い破線の矢印で表される、ＦＡＰからＭＵＥへの干渉に対処することである。ＦＴＲ外に存在するとみられる、破線の四角で示されるＭＵＥは、ＦＡＰの送信により干渉されない。ＦＡＰ及びＭＵＥ間、ＦＡＰ及びＦＵＥ間、ＭｅＮＢ及びＦＵＥ間のチャネル利得は、それぞれｈｎ、ｇＦ、ｈＦとして示される。これらのパラメータの正確な値を得ることが難しい場合は、代わりに基準信号を監視することにより、これらの統計（平均
【数１】
0005642896.tif 000002
及び分布）を知ることができる。
【００５２】
システムの最適化問題を構築する前に、ＭｅＮＢにおけるＣＱＩ領域の分割、すなわち搬送波対干渉及び雑音比（ＣＩＮＲ）の量子化領域、［Ｔ０，Ｔ１］，［Ｔ１，Ｔ２］，…，［ＴＬ−１，ＴＬ］］（ここでＴ０＝０、ＴＬ＝＋∞）の知識が取得される。Ｔ０〜ＴＬの値は「量子化しきい値」と呼ばれ、各量子化領域は、ＣＱＩフィードバックインデックスｌによって指定され、ｌの範囲は０（範囲外を意味し、以下「ＯＯＲ」という）〜Ｌ−１である。最大スペクトル効率を達成するために、マクロセルのスループットも最大化され、ＣＩＮＲ領域の分割はマクロセルのスループットを最大化する最大化問題によって決定される。
【００５３】
最初に、
【数２】
0005642896.tif 000003
を定義すると、これを使用して、個別のｇｍではなく
【数３】
0005642896.tif 000004
の分布から、ＣＱＩ量子化しきい値が導出される。
【数４】
0005642896.tif 000005
におけるＣＮＲのｃｄｆ．関数（すなわち、ＭＵＥにおける
【数５】
0005642896.tif 000006
。ここで、Ｎ０は平均σ２の背景ガウス雑音である）は、
【数６】
0005642896.tif 000007
である。さらに、前述したように、送信電力は一定であるため、量子化領域１〜Ｌ−１の各々における送信電力はＰＭに等しい。但し、
【数７】
0005642896.tif 000008
からＯＯＲが送り返された場合には、ＭｅＮＢはダウンリンク送信電力をゼロに設定して送信を停止する。上記の情報に基づき、最大化問題は以下のように構築される。
【数８】
0005642896.tif 000009
ここで、
【数９】
0005642896.tif 000010
はマクロセルの予想平均スループットを表し、
【数１０】
0005642896.tif 000011
である。量子化領域０（すなわち、ＯＯＲ）ではＭｅＮＢは総スループットに貢献しないため、総和は量子化領域０ではなく量子化領域１から始まっていることに留意されたい。問題を解くことにより、ＣＩＮＲ領域［Ｔ１，Ｔ２），…，［ＴＬ−１，ＴＬ］の最適分割が得られ、従ってＭｅＮＢのコードブックも決定される。
【００５４】
以下ではフェムトセルの最適化問題の構築について説明するが、その前にまず、二次ユーザが得られる自身のパケット送信機会について説明する。最も明白な機会は、全ての受信可能なＣＱＩが０（すなわち、ＯＯＲ）の時に到来するのは明らかである。ＣＱＩが０とは、ＦＴＲ内にアクティブユーザとしてスケジューリングされたＭＵＥが存在せず、従ってフェムトダウンリンク送信はＭＵＥに全く干渉しないことを意味する。フェムトセルのもう一つの送信機会は、ＣＱＩ＞０で、かつＦＡＰからの干渉がＭＵＥにとって許容可能である場合に到来する。これは、ＭＵＥで受信されたＣＩＮＲが、下側の量子化しきい値Ｔｌを依然として上回ることを意味する（ｌ（＞０）はＭＵＥ側から送られてきたと想定される）。上記で説明したように、最適化問題は２種類の送信機会について構築されるが、この２種類の送信機会はさらに３つのケースに分割される。以下では、各ケースの最適化問題について詳細に説明する。
ケース１：スケジューリング情報がＦＡＰで利用可能
【００５５】
このケースでは、ＦＡＰはこのＦＴＲ内のこのＭＵＥがアクティブか否かの知識を有しているので、ＦＴＲ内の当該ＭＵＥがアクティブな時（すなわち、スケジューリングされている時）にそれを保護することが可能である。但し、バックホール接続には長い遅延があるため、ＦＡＰが正確な知識を得ることは現実的ではないが、その結果は比較用のベンチマークとして利用することができる。
【００５６】
マクロセルの速度損失量を定量化するため、最初に
【数１１】
0005642896.tif 000012
の確率を計算する。
【数１２】
0005642896.tif 000013
の確率とは、最も高いＣＩＮＲを有するＭＵＥがＦＴＲ内に存在する確率である。各マクロセルダウンリンクチャネル上にｉ．ｉ．ｄ．（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ＆  ｉｄｅｎｔｉｃａｌｌｙ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ:互いに独立で同一の分布に従う）レイリーフェージングが存在すると想定すると（
【数１３】
0005642896.tif 000014
は平均電力利得を示す）、最も高いＣＩＮＲを有するＭＵＥがＦＴＲ内に存在する確率は、対称性の仮定により単純にＮ／Ｍによって得られる。そのため、アクティブなＭＵＥがＦＴＲ外に存在するためにＦＡＰの送信がＭＵＥに干渉しない確率は、１−Ｎ／Ｍである。一方、
【数１４】
0005642896.tif 000015
の場合、ＦＡＰは、マクロセルユーザの速度損失量が予め定義されたしきい値Ｒｌｏを下回るように、適切な送信電力を慎重に選択しなければならない。この場合、送信電力は以下の式を満足する必要がある。
【数１５】
0005642896.tif 000016
ここで、
【数１６】
0005642896.tif 000017
であり、新しい確率変数
【数１７】
0005642896.tif 000018
は、ＦＡＰからの干渉が含まれる時の
【数１８】
0005642896.tif 000019
におけるＣＩＮＲを表す。
【数１９】
0005642896.tif 000020
及び
【数２０】
0005642896.tif 000021
間の差は、干渉下における
【数２１】
0005642896.tif 000022
の瞬断率を示す（但し、
【数２２】
0005642896.tif 000023
）。
【数２３】
0005642896.tif 000024
は、以下の式で表される。
【数２４】
0005642896.tif 000025
【００５７】
従って、ＦＡＰの対応する長期電力制限の制約は、以下の式で表すことができる。
【数２５】
0005642896.tif 000026
ここで、１番目の項目は、ＦＴＲ内にアクティブなＭＵＥが存在しないケースを表す。
ケース２：スケジューリング情報がＦＡＰで利用可能ではなく、ＭＵＥはスケジューリングされる確率に基づいて保護される
【００５８】
このケースでは、ＭｅＮＢ及びＦＡＰ間に信頼できる連絡手段がないため、ＦＡＰがＦＴＲ内のＭＵＥがアクティブか否かの知識を得ることは容易ではない。但し、マクロダウンリンクチャネルの分布はｉ．ｉ．ｄ．分布であるため、最大Ｃ／ＩスケジューラがＦＴＲ内外のＭＵＥを公正に選択することが保証される。そのため、各フェージングタイムスロットにおける
【数２６】
0005642896.tif 000027
の平均速度損失量は、
【数２７】
0005642896.tif 000028
がアクティブユーザとして選択される確率はＮ／Ｍであると想定することにより、推定することができる。従って、このケースに対応する速度損失量制約と電力制限制約は、それぞれ、以下の式（５）及び（６）によって得られる。
【数２８】
0005642896.tif 000029
ここで、速度損失量制約は式（２）に示されるものと同じであるが、平均電力制限に対する電力制限制約は式（４）とは異なっている。それは、このケースでは、ＦＡＰはアクティブなＭＵＥがＦＴＲの中と外のどちらに存在しているかの知識を有さないからである。換言すれば、スケジューリング情報が利用可能ではない場合には、式（４）の１番目の項目と、対応する確率Ｎ／Ｍが除去される。ＦＡＰは、長期速度損失量が未だ制御下にある確率が一定以上の場合にのみ、ＦＴＲ内のＭＵＥを保護することができる。
ケース３：スケジューリング情報がＦＡＰで利用可能ではなく、ＭＵＥは常時保護される
【００５９】
アクティブなＭＵＥをさらに厳重に保護するため、アクティブなＭＵＥは常にＦＴＲ内に存在すると仮定することができる。これにより、副帯域の使用は抑制される。この場合、対応する速度損失量制約と電力制限制約は、それぞれ、以下の式（７）及び（８）によって得られる。
【数２９】
0005642896.tif 000030
【００６０】
上記では、異なるケースに対する速度損失量制約と電力制限制約の確定について説明してきた。次に、目的関数について説明する。前述したように、この最適化問題の目的は慎重な電力選択によりフェムトセルのスループットを最大化することである。低速のブロックフェージングチャネルにおいては、エルゴード容量ではなく瞬断容量を適用する方がより有効である。そのため、ＦＡＰにおいて完全なチャネル状態情報（ＣＳＩ）が利用可能ではない場合には、数値の小さい瞬断確率しきい値εを導入することにより、瞬断しきい値を満たす送信速度を導出可能にすることができる。この場合、ＦＡＰにおいてスケジューリング情報が利用可能な場合の平均有効スループット
【数３０】
0005642896.tif 000031
は、以下の式によって得られる。
【数３１】
0005642896.tif 000032
【００６１】
同様に、ＦＡＰにおいてスケジューリング情報が利用可能でない場合の平均有効スループット
【数３２】
0005642896.tif 000033
は、以下の式（１０）によって得られる。
【数３３】
0005642896.tif 000034
【００６２】
加えて、事前設計されるＳＩＮＲγＦ，ｌは以下の式（１１）を満たす必要がある。
【数３４】
0005642896.tif 000035
【００６３】
従って、送信速度をｌｏｇ（１＋γＦ，ｌ）とすると、対応する瞬断確率はしきい値εと同じかそれ以下となる。さらに、式（９）及び（１０）は、式（１１）からの以下の派生式に基づいて、さらに単純化することができる。
【００６４】
まず、無線チャネルでは平均
【数３５】
0005642896.tif 000036
と
【数３６】
0005642896.tif 000037
においてレイリーフェージングが発生すると想定する。その後、式（１１）はさらに以下のように派生することができる。
【数３７】
0005642896.tif 000038
これにより、ｌ＝０，１，…，Ｌ−１のいずれにおいても同じ瞬断確率制約が満たされる、適正ＳＩＮＲしきい値γＦ，ｌを選択することが可能になる。適正ＳＩＮＲしきい値γＦ，ｌは、式（１２）から派生された以下の式を解くことによって導出することができる。
【数３８】
0005642896.tif 000039
ここで、左側は単調減少関数であり、右側はγＦ，ｌに関連して増加している。これは、このＳＩＮＲしきい値γＦ，ｌの解は１つのみであり、その解は数値として導出できることを意味する。
【００６５】
検索手順は（０，１）及び
【数３９】
0005642896.tif 000040
間の直線を用いてインデックス関数を近似することによりさらに単純化される。式の左側と右側のこれら２つの直線の交点が、γＦ，ｌの解である。単純代数の後、次のような解が得られる。
【数４０】
0005642896.tif 000041
【００６６】
対応する送信速度しきい値は、ｌｏｇ（１＋γＦ，ｌ）によって得られる。ここで、パラメータ
【数４１】
0005642896.tif 000042
であり、これはＦＵＥにおいて受信された信号にマクロセル干渉が含まれている時の調整係数を示す。このようにして、送信電力が決定されれば、対応する送信速度もまた決定することができる。
【００６７】
さらに、式（１４）に基づいて、式（９）及び（１０）は以下の近似により単純化及び置換することができる。
【数４２】
0005642896.tif 000043
【００６８】
シミュレーションにより、この近似は特に瞬断確率が２０％未満の時に有効であることが実証されている。
【００６９】
上記の速度損失量制約、電力制限制約及び平均有効スループット
【数４３】
0005642896.tif 000044
に基づき、最適化問題は以下のように構築される。
【数４４】
0005642896.tif 000045
目的関数は、ＦＡＰにおいてスケジューリング情報が利用可能な時には式（１５）に従い、スケジューリング情報が利用可能でない時には式（１６）に従う。この問題は、前述の速度損失量制約及び電力制限制約の上記３セットの１つであること、及び送信電力が正定値性を有することを前提条件として、フェムトセルの有効平均スループットを最大化することを目指すものである。
【００７０】
式（１７）は非線形及び非凸最適化問題であり、通常は多項式時間内に解くことは困難である。但し、単純な変数置換
【数４５】
0005642896.tif 000046
の後には、速度損失量制約と電力制限制約はいずれも凸制約のようになり、かつパラメータｋは一定なので、目的は新しい変数に関する凸関数である。従って、上記の速度最大化は典型的な微分凸問題である。非特許文献２（Ｓ．Ｐ．Ｂｏｙｄ「“Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｃｏｎｖｅｘ  ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ（順次凸プログラミング）」）で説明されており、例えばウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｔａｎｆｏｒｄ．ｅｄｕ／ｃｌａｓｓ／ｅｅ３６４ｂ／ｌｅｃｔｕｒｅｓ／ｓｅｑ＿ｓｌｉｄｅｓ．ｐｄｆに掲載されている、順次凸プログラミング（ＳＣＰ）を適用することにより、目的関数は新たなＱＦ，ｌセットが利用可能になる度に線形化される。アルゴリズムは、収束が達成されるまで停止する。
【００７１】
最適化問題はこのようにして解かれ、ＰＦ，ｌが最終的に決定される。ここで、ｌ＝０，１，…，Ｌ−１である。ＦＡＰ用のコードブックはＰＦ，ｌに基づいて決定することができる。
従って、ＦＡＰはＰＵＣＣＨをリッスンして、ＦＴＲ内に存在するＭＵＥからＣＱＩインデックスを取得し、採用された方式（ケース１、ケース２、ケース３）に基づいて、適切なＣＱＩインデックスを、送信電力を決定するための基本参照ＣＱＩインデックスとして選択する。前述したように、ＦＡＰにおいてスケジューリング情報が利用可能なシナリオでは、二次送信機の送信範囲内に存在するスケジューリングされた一次受信機のＣＱＩインデックスが基本参照チャネル品質として採用されるか、あるいはＣＱＩインデックスは０（ＯＯＲ）とみなされる。また、スケジューリング情報が利用可能でないシナリオにおいては、受信したＣＱＩインデックスのうち最大のＣＱＩインデックスが基本参照チャネル品質とみなされる。その後、対応するコードブックから、選択された基本参照ＣＱＩインデックスに対応する送信電力が選択される。
【００７２】
本発明においては、本発明による具体的な適用業務を対象に数種類のシミュレーションがさらに実行された。これらのシミュレーションにおける想定事項は、以下の通りである。すなわち、全てのチャネルリンクはインデックス分布（レイリーフェージング）に従い、平均値は
【数４６】
0005642896.tif 000047
である。マクロセル全体の中には合計１０個のＭＵＥ（すなわち、Ｍ＝１０）が存在し、ＦＴＲの中には合計４個のＭＵＥ（すなわち、Ｎ＝４）が存在する。また、ＦＴＲ内に存在する各ＭＵＥからの４ビットＣＱＩフィードバックが使用される。これは、ＣＩＮＲの領域が１６個の量子化領域に分割されることを意味し、各領域はインデックスｌ＝０〜１５によって示される。受信機側の送信電力とガウス雑音は１に等しい。マクロセル
【数４７】
0005642896.tif 000048
における速度損失量の許容値は１０％とする。これは、別段の指示がない限り、フェムトリンクの瞬断しきい値ε＝１０％と同じである。
【００７３】
図６Ａは、シミュレーションにおける、ＦＡＰでの電力制限の増加に伴うスループットの変化を示す図である。ここでは、ＦＡＰからＦＴＲ内のＭＵＥへの干渉チャネルは比較的弱く、
【数４８】
0005642896.tif 000049
であると想定している。図６Ａにおいて、上記３つのケース（すなわち、ケース１、ケース２及びケース３）のシミュレーション結果はそれぞれ、円と実線、十字と点、破線と三角形で示されている。図６Ａから、ケース１が最大のスループットを達成しており、ケース２は常にケース３よりも高いスループットを達成しているものの、その違いは小さいことが分かる。ケース３は、干渉の軽減においてはケース２よりも有効度が高いが、フェムトセルで達成されるスループットは実質的に同等である。
【００７４】
図６Ｂは、あるシミュレーションにおける、フェムトセルのスループットとＦＴＲ内のＭＵＥの総数を対比した図である。ここで、ＦＡＰからＭＵＥへの干渉源リンクは強く、
【数４９】
0005642896.tif 000050
であると想定されている。図６Ｂから、フェムトセルのスループットは、ＭＵＥの総数の増加に伴って減少していることが分かる。これは、フェムトセルは、干渉が許容水準内の場合には、ＦＴＲ内のＭＵＥへの干渉を維持するためにより多くのスループットを犠牲にするからである。さらに、図６Ａと同様にケース１が最良の結果を達成しており、ケース３は、ＦＴＲ内に１〜２個のＭＵＥしか存在しない場合を除いて、ケース２と実質的に同等の結果を達成している。そして、全てのＭＵＥがＦＴＲ内に存在している場合には、結果は全３つのケースの間で同じとなっている。
【００７５】
以下では、本発明について、例示的システムのダウンリンク送信と関連付けて詳細に説明する。但し、本発明はアップリンク送信にも適用できることは、当業者には理解されるであろう。アップリンク送信については、ＦＡＰ（このケースでは二次受信機）は、ＦＵＥ（このケースでは二次送信機）の送信範囲内に存在するＭｅＮＢ（このケースでは一次受信機）からの情報を取得することによって、一次アップリンクのチャネル品質情報を取得することができる。ＦＡＰは、ＦＵＥの送信電力と任意の送信速度とを決定し、決定した送信電力と送信速度とをＦＵＥに送信する。ＦＵＥは、この決定された速度で、この決定された送信電力を用いて送信する。
【００７６】
次に、さらなる解説として、本発明をマクロ／フェムト異機種システムと関連付けて説明する。但し、本発明はこれに限定されず、マクロ／フェムトネットワーク、マクロ／ピコネットワーク、マクロ／マイクロネットワーク、コグニティブ無線等の様々な階層的スペクトル共有システムに適用できることに留意されたい。本発明は、詳細かつ具体的な動作を各システムの特性に応じて変更することにより、マクロ／フェムト異機種システム以外のシステムにも適用でき、当業者であれば本明細書の教示と自身の知識に基づいてこれらの変更を容易に実装できるので、他のシステムの説明は煩雑化を避けるために省略する。
【００７７】
次に、図７を参照して、本発明によって提供される階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定装置について説明する。図７は、本発明の一実施例による送信電力決定装置７００のブロック図である。
【００７８】
図７に示すように、装置７００は、情報取得手段７０１と電力決定手段７０２とを備える。情報取得手段７０１は、二次送信機の送信範囲内の少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するチャネル品質情報を取得するように構成され、電力決定手段７０２は、当該チャネル品質情報に基づいて、これに示されるチャネル品質と一致する送信電力を二次送信機の送信電力として決定するよう構成されている。
【００７９】
本発明の１つの実施例においては、電力決定手段７０２はさらに、一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら二次送信機のスループットが最適化されるように、チャネル品質情報に基づいて送信電力を決定するように構成される。本発明の他の実施例においては、電力決定手段７０２はさらに、電力制御コードブックにおいて各チャネル品質指標インデックスに対応する各送信電力が設定されており、これらの電力制御コードブックのうち、二次送信機のスループットが一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら最大化されるように設定された所定の電力制御コードブックからのチャネル品質情報によって示されるチャネル品質指標インデックスに対応する送信電力を選択するステップを含む。
【００８０】
本発明のさらに他の実施例においては、所定の電力制御コードブックは、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能で、一次受信機はそれがスケジューリングされている時にのみ保護される状況、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機はそれがスケジューリングされる確率に基づいて保護される状況、及び一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機は常時保護される状況、のいずれかについて決定される。
【００８１】
本発明のさらに他の実施例においては、チャネル品質情報によって示されるチャネル品質のうち最も高いチャネル品質が、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質とみなされる。本発明のさらに他の実施例においては、二次送信機の送信範囲内に存在するスケジューリングされた一次受信機のチャネル品質、または可能な最も低いチャネル品質が、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質とみなされる。
【００８２】
本発明の他の実施例においては、装置７００はさらに、決定された送信電力から二次送信機の送信速度を決定する速度決定手段７０３を備える。
【００８３】
本発明のさらに他の実施例においては、情報取得手段７０１はさらに、一次リンクの制御／フィードバックチャネルをリッスンするように構成される。
【００８４】
本発明のさらに他の実施例においては、階層的スペクトル共有システムはマクロ／フェムト異機種ネットワークを備え、当該ネットワーク内の一次受信機はマクロセルユーザ機器であり、二次送信機はフェムトセルアクセスポイントである。
【００８５】
本発明の他の実施例においては、所定の電力制御コードブックは、以下で図８を参照して説明するオフライン手段によって決定される。
【００８６】
図８は、本発明の一実施例による、オフライン手段のブロック図である。図８に示すように、オフライン手段８００は、一次リンク及び階層間リンクに関するチャネル分布情報を取得するための情報取得手段８０１と、各チャネル品質指標インデックスに対応する各送信電力を取得するために、チャネル分布情報に基づいて、一次受信機の許容可能な速度損失量並びに二次送信機の電力制約という条件下で二次送信機のスループットを最大化する最適化問題を解決する問題解決手段８０３と、各送信電力及び各チャネル品質指標インデックス間の対応を示すコードブックを所定の電力制御コードブックとして記録するコードブック記録手段８０３とを備える。
【００８７】
オフライン手段８００は、装置７００に内蔵することも、あるいは装置７００の使用に供するためにコードブックを提供する独立した構成部品とすることもできることは、当業者には理解されるであろう。
【００８８】
なお、装置７００及び手段８００を構成する個々の手段の動作は、実質的には前述した方法の各ステップに対応することに留意されたい。従って、装置７００及び手段８００内の個々の手段の詳細な動作については、上記で図３〜６Ｂを参照して行った本発明の方法の説明を参照されたい。
【００８９】
これまで、添付図面を参照して本発明の特定の実施例について説明してきたが、本発明は図示及び説明されたこれらの特定の実施例には限定されず、本発明の範囲の中で様々な修正が可能であることに留意されたい。
【００９０】
加えて、本発明の実施例は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせとして実装することが可能である。ハードウェア部分は専用の論理回路を使用して実装でき、ソフトウェア部分はメモリに格納して、マイクロプロセッサや専用設計のハードウェア等の適切な命令実行システムによって実行することができる。当該技術の標準的なスキルを有する当業者には、上記の方法及びシステムは、プロセッサに含まれるコンピュータによる実行が可能な命令または制御コードを使用して実装でき、当該コードは、磁気ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のベアラ用媒体、または読み出し専用メモリ等のプログラマブルメモリ（ファームウェア）、または光学もしくは電子信号用ベアラ等のデータベアラに格納して提供されることが、理解されるであろう。本実施例の装置及びその構成要素は、超大規模集積回路やゲートアレイ等のハードウェア回路、論理チップやトランジスタ等の半導体、またはフィールドプログラマブルゲートアレイやプログラマブル論理デバイス等のプログラマブルハードウェアデバイスによって実装することも、各種プロセッサによって実行されるソフトウェアによって実装することも、あるいは、ハードウェア回路とソフトウェアの組み合わせ（例えば、ファームウェア）によって実装することもできる。
【００９１】
上記では本発明を本書で考察した実施例を参照して説明してきたが、本発明は開示された実施例に限定されないことは理解されるであろう。本発明は、添付請求項の精神及び範囲から逸脱しない様々な修正及び等価構成を含むことが意図されている。付記された請求項の範囲は最も広義な説明であり、変更態様、等価な構造、及び機能を全て含んでいる。
【００９２】
さらに、上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これに限定されない。
【００９３】
（付記１）  階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法において、
二次送信機の送信範囲内の少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するチャネル品質指標（ＣＱＩ）を取得するステップと、
前記ＣＱＩに基づいて、ＣＱＩに示されるチャネル品質と一致する送信電力を二次送信機の送信電力として決定するステップと
を含むことを特徴とする階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【００９４】
（付記２）  前記ＣＱＩに基づいて二次送信機の送信電力を決定するステップは、
前記一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら前記二次送信機のスループットが最適化されるように、前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定するステップを含むことを特徴とする付記１に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【００９５】
（付記３）  前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定するステップは、
電力制御コードブックにおいて各チャネル品質指標インデックスに対応する各送信電力が設定されており、これらの電力制御コードブックのうち、二次送信機のスループットが一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら最大化されるように設定された所定の電力制御コードブックからのＣＱＩによって示されるチャネル品質指標インデックスに対応する送信電力を選択するステップを含むことを特徴とする付記２に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【００９６】
（付記４）  前記所定の電力制御コードブックは、
一次リンク及び階層間リンクに関するチャネル分布情報を取得し、
各チャネル品質指標インデックスに対応する各送信電力を取得するために、チャネル分布情報に基づいて、一次受信機の許容可能な速度損失量並びに二次送信機の電力制約という条件下で二次送信機のスループットを最大化する最適化問題を解決し、
各送信電力及び各チャネル品質指標インデックス間の対応を示すコードブックを所定の電力制御コードブックとして記録することにより、
オフラインで決定されることを特徴とする付記３に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【００９７】
（付記５）  前記所定の電力制御コードブックは、
一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能で、一次受信機はそれがスケジューリングされている時にのみ保護される状況、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機はそれがスケジューリングされる確率に基づいて保護される状況、及び一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機は常時保護される状況、のいずれかについて決定されることを特徴とする付記３に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【００９８】
（付記６）  ＣＱＩによって示されるチャネル品質のうち最も高いチャネル品質を、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質とみなすことを特徴とする付記１に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【００９９】
（付記７）  二次送信機の送信範囲内に存在するスケジューリングされた一次受信機のチャネル品質、または可能な最も低いチャネル品質を、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質とみなすことを特徴とする付記１に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【０１００】
（付記８）  決定された送信電力から二次送信機の送信速度を決定するステップをさらに含むことを特徴とする付記１に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【０１０１】
（付記９）  前記少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するＣＱＩを取得するステップは、一次リンクの制御／フィードバックチャネルをリッスンするステップを含むことを特徴とする付記１に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【０１０２】
（付記１０）  前記階層的スペクトル共有システムはマクロ／フェムト異機種ネットワークを備え、当該ネットワーク内の一次受信機はマクロセルユーザ機器であり、二次送信機はフェムトセルアクセスポイントであることを特徴とする付記１に記載の階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定方法。
【０１０３】
（付記１１）  階層的スペクトル共有システムにおける二次送信機の送信電力決定装置において、
二次送信機の送信範囲内の少なくとも１つの一次受信機から一次リンクに関するチャネル品質指標（ＣＱＩ）を取得する情報取得手段と、
前記ＣＱＩに基づいて、ＣＱＩに示されるチャネル品質と一致する送信電力を二次送信機の送信電力として決定する電力決定手段と
を備えることを特徴とする送信電力決定装置。
【０１０４】
（付記１２）  前記電力決定手段は、
前記一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら前記二次送信機のスループットが最適化されるように、前記ＣＱＩに基づいて送信電力を決定することを特徴とする付記１１に記載の送信電力決定装置。
【０１０５】
（付記１３）  前記電力決定手段は、
電力制御コードブックにおいて各チャネル品質指標インデックスに対応する各送信電力が設定されており、これらの電力制御コードブックのうち、二次送信機のスループットが一次受信機の許容可能な速度損失量を維持しながら最大化されるように設定された所定の電力制御コードブックからのＣＱＩによって示されるチャネル品質指標インデックスに対応する送信電力を選択することを特徴とする付記１２に記載の送信電力決定装置。
【０１０６】
（付記１４）  前記所定の電力制御コードブックは、
一次リンク及び階層間リンクに関するチャネル分布情報を取得する情報取得手段と、
各チャネル品質指標インデックスに対応する各送信電力を取得するために、チャネル分布情報に基づいて、一次受信機の許容可能な速度損失量並びに二次送信機の電力制約という条件下で二次送信機のスループットを最大化する最適化問題を解決する問題解決手段と、
各送信電力及び各チャネル品質指標インデックス間の対応を示すコードブックを所定の電力制御コードブックとして記録するコードブック記録手段とを備えるオフライン手段によって決定されることを特徴とする付記１３に記載の送信電力決定装置。
【０１０７】
（付記１５）  前記所定の電力制御コードブックは、
一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能で、一次受信機はそれがスケジューリングされている時にのみ保護される状況、一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機はそれがスケジューリングされる確率に基づいて保護される状況、及び一次ユーザに関するスケジューリング情報が二次送信機において利用可能ではなく、一次受信機は常時保護される状況、のいずれかについて決定されることを特徴とする付記１３に記載の送信電力決定装置。
【０１０８】
（付記１６）  ＣＱＩによって示されるチャネル品質のうち最も高いチャネル品質を、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質とみなすことを特徴とする付記１１に記載の送信電力決定装置。
【０１０９】
（付記１７）  二次送信機の送信範囲内に存在するスケジューリングされた一次受信機のチャネル品質、または可能な最も低いチャネル品質を、二次送信機の送信電力を決定するための基本参照チャネル品質とみなすことを特徴とする付記１１に記載の送信電力決定装置。
【０１１０】
（付記１８）  決定された送信電力から二次送信機の送信速度を決定する速度決定手段をさらに備えることを特徴とする付記１１に記載の送信電力決定装置。
【０１１１】
（付記１９）  前記情報取得手段は、
一次リンクの制御／フィードバックチャネルをリッスンすることを特徴とする付記１１に記載の送信電力決定装置。
【０１１２】
（付記２０）  前記階層的スペクトル共有システムはマクロ／フェムト異機種ネットワークを備え、当該ネットワーク内の一次受信機はマクロセルユーザ機器であり、二次送信機はフェムトセルアクセスポイントであることを特徴とする付記１１に記載の送信電力決定装置。
【符号の説明】
【０１１３】
７００：装置
７０１：情報取得手段
７０２：電力決定手段
７０３：速度決定手段
８００：オフライン手段
８０１：情報取得手段
８０２：問題解決手段
８０３：コードブック記録手段
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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