(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおいて前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御方法であって、
前記端末はその所要通信品質が端末の利用形態によって予め設定されており、
前記複数の基地局にそれぞれ属する端末の通信品質が前記所要通信品質と等しくなるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１のステップと、
前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２のステップと、
前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の端末のうちの前記所要通信品質が低い端末について優先的に通信を制限して、前記第１のステップ及び第２のステップを実行させる第３のステップと
を有することを特徴とする基地局送信電力制御方法。
【請求項２】
複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおいて前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御方法であって、
前記複数の基地局にそれぞれ属する端末の通信品質が所要通信品質と等しくなるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１のステップと、
前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２のステップと、
前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、同一の端末に対して複数の基地局から同一の信号を送信する基地局間協調送信を行うことができるときは、該基地局間協調送信を行うものとして、前記第１のステップと前記第２のステップを実行させる第３のステップと、
前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の端末のうちの一部の端末について通信を制限して、前記第１のステップ及び第２のステップを実行させる第４のステップと
を有することを特徴とする基地局送信電力制御方法。
【請求項３】
前記基地局間協調送信を行うことができるときは、基地局間協調送信の全ての組合せについて前記第３のステップを実行した後、前記第４のステップを実行することを特徴とする請求項２記載の基地局送信電力制御方法。
【請求項４】
複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおける前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御装置であって、
前記端末はその所要通信品質が端末の利用形態によって予め設定されており、
前記複数の基地局にそれぞれ属する端末の通信品質が前記所要通信品質と等しくなるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１の手段と、
前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２の手段と、
前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の端末のうちの前記所要通信品質が低い端末について優先的に通信を制限して、前記第１の手段及び第２の手段の処理を実行させる第３の手段と
を有することを特徴とする基地局送信電力制御装置。
【請求項５】
複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおいて前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御装置であって、
前記複数の基地局にそれぞれ属する端末の通信品質が所要通信品質と等しくなるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１の手段と、
前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２の手段と、
前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、同一の端末に対して複数の基地局から同一の信号を送信する基地局間協調送信を行うことができるときは、該基地局間協調送信を行うものとして、前記第１の手段と前記第２の手段の処理を実行させる第３の手段と、
前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の端末のうちの一部の端末について通信を制限して、前記第１の手段及び前記第２の手段の処理を実行させる第４の手段と
を有することを特徴とする基地局送信電力制御装置。
【請求項６】
前記基地局間協調送信を行うことができるときは、基地局間協調送信の全ての組合せについて前記第３の手段の処理を実行した後、前記第４の手段の処理を実行することを特徴とする請求項５記載の基地局送信電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基地局によって形成される複数の無線ゾーン（セル）を組み合わせてサービスエリアを形成するセルラ通信システムにおける基地局送信電力制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラ通信システムでは、各セルが利用する周波数はセル間で再利用されており、他セルからの同一の周波数をもつ信号は干渉となる。
図１７は、下りリンクにおける他セルからの干渉の様子を説明するための図である。
この図において、ＢＳは基地局、ＭＳは端末である。ここで、隣接するセルが同一の周波数を利用しているものとする（１セル周波数繰り返し）。図示するように、基地局ＢＳｉに属する端末ＭＳｉには、基地局ＢＳｉからの希望信号とともに基地局ＢＳｋなどの他セルの基地局ＢＳからの干渉信号が受信されることとなる。
【０００３】
端末が所属する基地局からの端末における希望信号の強度を表す指標としてＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）が用いられる。ＳＩＮＲが高ければ伝送品質が良く、低ければ悪い。
ＳＩＮＲは、次式で表される。
【数１】
0005456501.tif 000002
周辺からの干渉が大きくなればなるほど式（１）の分母が大きくなるため、ＳＩＮＲが低くなり、伝送品質が悪くなってしまう。
このように、セルラ通信システムでは、端末が基地局と通信を行う際、周辺基地局で送信される同一周波数の電波が干渉となり、端末において十分な伝送品質を得ることができず、システム容量（スループットやユーザの同時接続数）が制限されてしまうという問題がある。
【０００４】
そこで本発明者は、各端末が要求される通信品質（ＳＩＮＲ）を達成するように、各基地局の送信電力を協調して最適制御する基地局送信電力制御方法を提案している（特願２００８−２２３８４１号、特願２００８−２２３８４２号、特願２００８−２２３８４３号）。
この複数基地局協調送信電力制御方法について説明する。
この方法では、端末ｉにおける受信ＳＩＮＲ（ＳＩＮＲi）が所要通信品質γiを満足するように、次の条件を満たすように、送信電力を制御する。
【数２】
0005456501.tif 000003
ここで、Ｎcは基地局数、Ｐkは基地局ｋの送信電力、ｚi,kは、基地局ｋから端末ｉまでの伝搬利得、ｎiは端末ｉでの雑音電力である。
【０００５】
図１８は、基地局数が２の場合に端末が受信する信号について説明する図である。
図示するように、端末１（ＭＳ１）には、自局の所属する基地局ＢＳ１からの希望信号（Ｐ1ｚ1,1）と、隣接する基地局ＢＳ２からの干渉信号（Ｐ2ｚ1,2）が到達し、端末２（ＭＳ２）には、その所属する基地局ＢＳ２からの希望信号（Ｐ2ｚ2,2）と隣接する基地局ＢＳ１からの干渉信号（Ｐ1ｚ2,1）が到達する。無線リソース割り当て制御装置１０は、端末１（ＭＳ１）における受信ＳＩＮＲ1が所要通信品質γ1以上となり、端末２（ＭＳ２）における受信ＳＩＮＲ2が所要通信品質γ2以上となるように、基地局ＢＳ１及びＢＳ２の送信電力を制御する。
【０００６】
上述した式（２）を行列を用いて表すと、次の式（３）となる。
【数３】
0005456501.tif 000004
ここで、Ｐは基地局の送信電力Ｐiを要素とする（Ｎc，１）行列、Ｚはｚi,k／ｚi,iを要素とする（Ｎc，Ｎc）行列、Ｎはｎi／ｚi,iを要素とする（Ｎc，１）行列、Ｉは（Ｎc、Ｎc）の単位行列、Γはγiを要素に持つ対角行列であり、それぞれ、次の式（４）〜式（８）で表される。
【数４】
0005456501.tif 000005
【数５】
0005456501.tif 000006
【数６】
0005456501.tif 000007
【数７】
0005456501.tif 000008
【数８】
0005456501.tif 000009
【０００７】
上記式（３）における不等号を等号へ変換し、解くことで、各ユーザの通信品質がγiとなる各基地局の送信電力Ｐiを決定する。
すなわち、次の式（９）を解く。
【数９】
0005456501.tif 000010
【０００８】
この式を解くことで、全ての端末における通信品質が所要通信品質γiとなる場合の各基地局の送信電力Ｐiを求めることができる。ただし、行列Ｐの要素Ｐiは、基地局の最大送信電力をＰmaxとして、次の電力の制約条件を満たす必要がある。
【数１０】
0005456501.tif 000011
【０００９】
行列Ｚや行列Γによっては、行列Ｐの要素Ｐiが上記電力の制約条件を満たさない場合（「特異解」とよぶ。）が存在する。
図１９を参照して、特異解の例について説明する。この図に示す場合は、基地局数Ｎc＝４、各端末の所要通信品質γi＝10[dB]（ｉ＝１〜４）の場合である。また、規格化最大送信電力を１（真値）としている。
図１９の（ａ）に示す例は、前記式（９）の連立方程式を解いた結果、得られた送信電力の行列Ｐの要素Ｐ4が負の値「−0.4」となった場合である。また、（ｂ）に示す例は、行列Ｐの要素Ｐ1の値が「1.3」、Ｐ3の値が「1.1」となって、最大送信電力を上回る値となった場合である。
このように、行列Ｐの要素Ｐiの値が前記電力の制約条件を満たさない特異解となる場合がある。
【００１０】
前記式（９）を解いた結果得られた行列Ｐの要素Ｐiの中に、前記式（１０）の電力の制約条件を満たさない特異解となるものがあった場合は、全端末が所要通信品質を満たして通信を行うことが不可能である。そこで、前記電力の制約条件を満たすように、通信を許可する端末の数を削減する。幾つかの端末の通信を一時的に遮断、すなわち、その端末が所属する基地局の送信出力を遮断することにより変数を減らし、解が前記電力の制約条件を満たすように、再度式（９）の連立方程式を立式し、その解を求める。ここで、端末数を削減する際は、同時接続できる端末数を可能な限り増やすことを評価規定とする。
【００１１】
図２０は、通信を制限する端末の選択手順について説明する図である。ここでは、基地局数Ｎc＝４であるものとして説明する。
図２０の（ａ）に示すように、全ての基地局のセルにそれぞれ１台の端末が存在する場合に、前記電力の制約条件が満足されないものとする。このとき、４台の端末のうちの１つを選択し、その通信を制限（除外）する。図２０の（ｂ）は、４台の端末のうちの１台を除外する組合せを示す図であり、セルの色が濃くなっているセルの端末が除外されることを示している。除外された端末ｊが所属する基地局ｊの送信電力Ｐjは０とされる。このように、まず１台の端末を除外し、再度前記式（９）を立式して解くことにより得られた行列Ｐの要素Ｐiが全て前記電力の制約条件を満たしている場合には、その結果を用いて各基地局の送信電力Ｐiを決定する。一方、（ｂ）に示す４台の端末のうちの１台を除外する全ての組合せにおいても、電力の制約条件が満足されなかった場合には、４台の端末のうち２台の端末を選択し、その通信を除外する。４台の端末のうち２台の端末を除外する６通りの組合せのうち、例えば、図２０の（ｃ）に示す組合せの場合に、再度立式した式（９）を解いた結果得られた行列Ｐの各要素Ｐiが前記電力の制約条件を満たしたとすると、その得られた結果を基地局送信電力Ｐiとして決定する。このときの同時接続率は、２／４＝0.5となる。
このようにして、所要の通信品質を満たすユーザ数を可能な限り多くすることが可能となる。
【００１２】
ここで、通信を制限する端末を決定する最も有効な方法として、通信を許可する端末の組合せについて順次式（９）の連立方程式を解いていくことにより、前記基地局電力の制約条件を満たす端末の組合せのうち、同時接続端末数が最大となるものを見つける方法（総当り法）がある。この方法においては、通信を制限する端末を選択するに際し、何らかの条件に合致する端末を優先的に選択するということをせず、ランダムに選択する。
【００１３】
図２１は総当り法の処理の流れを示すフローチャートである。
電力割当制御が開始されると、まず、前記式（９）の連立方程式を立式するための前処理、すなわち、各基地局から各端末までの伝送路の状態（伝搬利得）ｚi,k及び各端末における雑音電力ｎiなどの推定を行う（ステップＳ４１）。
そして、削減する端末の数を示す変数ｉに初期値０をセットし（ステップＳ４２）、ステップＳ４３に進む。ステップＳ４３では、Ｎc台の端末からｉ台の端末を取り除く組合せを全通り計算する。
そして、Ｎc端末からｉ台取り除く組合せの中の順番を示す変数ｊに１をセットする（ステップＳ４４）。
次に、前記ステップＳ４３で求めた組合せの中のｊ番目の組合せに対し、前記式（９）を立式し、その解を求める（ステップＳ４５）。初期状態では、取り除く端末の台数が０であり、前述した式（９）を立式して、その解を求めることとなる。
【００１４】
そして、求められた解（行列Ｐの要素Ｐi）が前記式（１０）の基地局電力の制約条件を満たしているか否かを判定する（ステップＳ４６）。
その結果、得られた解が前記制約条件を満たしている場合は、その解を各基地局の送信電力として決定し、各基地局に割り当てて（ステップＳ４７）、この電力割当制御処理を終了する。
一方、得られた解の中に前記制約条件を満たしていないものがある場合は、その組合せがＮc端末からｉ台取り除く組合せNcＣiの最後のものであるか否かを判断する（ステップＳ４８）。その結果、最後の組合せではないときには、ｊをｊ＋１として（ステップＳ５０）、前記ステップＳ４５に進み、次の組合せについて、前記連立方程式を立式し、その解を求め、前述した処理を繰り返す。
また、前記ステップＳ４８の判定の結果、その組合せが最後のものであったときには、ｉがＮcに等しいか否かを判定し（ステップＳ４９）、ｉ＝Ｎcであるときは、全ての端末を削減したこととなるため、送信電力の割当が不可であるとして、この電力割当制御処理を終了する。
また、ｉがＮcに等しくないときは、ステップＳ５１でｉをｉ＋１にして（削減する端末の数を１つ増やして）前記ステップＳ４３に進み、Ｎc端末からｉ台取り除く組合せの計算から再度前述した処理を繰り返す。
【００１５】
総当り法は、Ｎc端末からｉ台の端末を取り除く組合せについて順次連立方程式を立式し、解を求めているため、正確な結果を得ることができるが、協調制御を行う基地局の数が増加すると計算量が指数関数的に増大するという問題がある。
そこで、本発明者は、少ない計算量でシステム容量を大幅に改善することができるセルラ通信システムにおける複数基地局送信電力制御方法及び装置を上記特許出願において提案している。
【００１６】
また、行列Ｐの要素Ｐiが前記電力の制約条件を満足しない場合、特定のユーザの所要通信品質を許容レベルの範囲で若干低下させることにより、回避する手法が提案されている（非特許文献１）。
図２２を参照して、提案されている複数基地局協調送信電力制御方法について説明する。ここで、基地局の数Ｎc＝４とする。前記図１９の場合と同様に、各端末の所要通信品質γi＝10[dB]（ｉ＝１〜４）として、前記式（９）を解いたとき、図２２の（ａ）に示すように、行列Ｐの要素Ｐ1が「1.3」、Ｐ3が「1.1」となって、前記式（１０）の電力の制約条件を満たさないという結果が得られたとする。このとき、図２２の（ｂ）に示すように、一部の端末の所要通信品質を低下させる。具体的には、端末ＭＳ２の所要通信品質γ2を７[dB]、端末ＭＳ３の所要通信品質γ3を６[dB]に低下させ、再度前記式（９）を解く。この結果、図示するような行列Ｐの値が得られたとすると、行列Ｐの要素Ｐiは全て前記電力の制約条件を満たすこととなる。
しかしながら、この方法は、中途半端に通信品質が劣化するユーザ数が増大するという問題点がある。  
【００１７】
なお、従来から行われている基地局電力調整方法として、次の二つの方法がある。
一つは、全ての基地局に対して同一の電力を設定して送信する方法、もう一つは各基地局内の端末に対して所要ＳＩＮＲ（信号対雑音電力比）が達成されるように基地局ごとに電力制御を行う方法である。しかしながら、どちらの方法も、周辺基地局からの干渉電力については考慮されていないため、干渉によりＳＩＮＲが劣化し、所要通信品質を満たせない可能性がある。
また、サービスエリアの状態と、周辺基地局における総送信電力やパイロットチャネル送信電力、上り干渉量の情報を用いて共通制御チャネルの送信電力の制御を行うことにより、周辺基地局と協調しつつ共通制御チャネルの送信電力を自律的に設定してセル形成を行うことができる送信電力制御方法も提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−１３５６７３号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Z. Han and K. J. R. Liu, "Joint Link Quality and Power Management Over Wireless Networks With Fairness Constraint and Space-Time Diversity", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.53, No.4, Jul. 2004, pp.1138-1148
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
パケット通信が基本である次世代移動通信システムでは、ユーザごとに異なる伝送速度（ＱｏＳ）が求められる。
上記提案されている複数基地局送信電力制御方法及び装置は、全てのユーザが同一のQoSである場合でのみ評価していたが、ユーザごとにQoSが異なる場合を想定すると、更なる周波数利用効率の向上が期待できる。
また、単一基地局からの送信のみを対象としたものであり、複数基地局から同一の端末に対して同一の信号を送信する送信方法を対象とするものではなかった。
そこで本発明は、次世代移動通信システムにより適合した基地局送信電力制御方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の基地局送信電力制御方法は、複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおいて前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御方法であって、前記端末はその所要通信品質が端末の利用形態によって予め設定されており、前記複数の基地局にそれぞれ属する端末の通信品質が前記所要通信品質と等しくなるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１のステップと、前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２のステップと、前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の端末のうちの前記所要通信品質が低い端末について優先的に通信を制限して、前記第１のステップ及び第２のステップを実行させる第３のステップとを有するものである。
【００２２】
また、本発明の他の基地局送信電力制御方法は、複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおいて前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御方法であって、前記複数の基地局にそれぞれ属する端末の通信品質が所要通信品質と等しくなるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１のステップと、前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２のステップと、前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、同一の端末に対して複数の基地局から同一の信号を送信する基地局間協調送信を行うことができるときは、該基地局間協調送信を行うものとして、前記第１のステップと前記第２のステップを実行させる第３のステップと、前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の端末のうちの一部の端末について通信を制限して、前記第１のステップ及び第２のステップを実行させる第４のステップとを有するものである。
さらに、前記基地局間協調送信を行うことができるときは、基地局間協調送信の全ての組合せについて前記第３のステップを実行した後、前記第４のステップを実行するものである。
【００２３】
さらにまた、本発明の基地局送信電力制御装置は、複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおける前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御装置であって、前記端末はその所要通信品質が端末の利用形態によって予め設定されており、前記複数の基地局にそれぞれ属する端末の通信品質が前記所要通信品質と等しくなるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１の手段と、前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２の手段と、前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の端末のうちの前記所要通信品質が低い端末について優先的に通信を制限して、前記第１の手段及び第２の手段の処理を実行させる第３の手段とを有するものである。
【００２４】
さらにまた、本発明の他の基地局送信電力制御装置は、複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおいて前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御装置であって、前記複数の基地局にそれぞれ属する端末の通信品質が所要通信品質と等しくなるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１の手段と、前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２の手段と、前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、同一の端末に対して複数の基地局から同一の信号を送信する基地局間協調送信を行うことができるときは、該基地局間協調送信を行うものとして、前記第１の手段と前記第２の手段の処理を実行させる第３の手段と、前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の端末のうちの一部の端末について通信を制限して、前記第１の手段及び前記第２の手段の処理を実行させる第４の手段とを有するものである。
さらにまた、記基地局間協調送信を行うことができるときは、基地局間協調送信の全ての組合せについて前記第３の手段の処理を実行した後、前記第４の手段の処理を実行するものである。
【発明の効果】
【００２５】
このような本発明の基地局送信電力制御方法及び装置によれば、端末ごとの利用形態によって予め設定された所要伝送品質を保証する送信電力制御を行うことが可能になる。
また、複数の基地局から同一の端末に対して信号を送信する基地局間協調送信を行う本発明の基地局送信電力制御方法及び装置によれば、隣接セルに電力及び周波数リソースが余っている場合に有効であり、特に、干渉が厳しいセル端などで所要ＳＩＮＲを達成できない場合にも所要ＳＩＮＲを達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の基地局送信電力制御方法が適用されるセルラ通信システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における通信を制限する端末の選択手順について説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における基地局電力割当制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態と他の方法における、低い所要通信品質γLowと同時接続率の関係を、高い所要通信品質γHighを要求するユーザ（端末）の割合αが0.0の場合と0.4の場合についてシミュレーションした結果を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態と他の方法におけるユーザ同時接続率のシミュレーション結果を示す図であり、高い所要通信品質γHighを要求するユーザの割合αに対する同時接続率の関係を、低い所要通信品質γLow＝３[dB]、Δγ＝５[dB]として、シミュレーションした結果を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態と他の方法における、高い所要通信品質γHighを要求するユーザの割合αに対する高い所要通信品質γHighを有するユーザの同時接続率の関係を、低い所要通信品質γLow＝３[dB]、Δγ＝５[dB]として、シミュレーションした結果を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態と他の方法における、高い所要通信品質γHighを要求するユーザの割合αに対する低い所要通信品質γLowを要求するユーザの同時接続率の関係を、低い所要通信品質γLow＝３[dB]、Δγ＝５[dB]として、シミュレーションした結果を示す図である。
【図８】基地局間協調送信について説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における基地局番号の付け替えについて説明する図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態において、電力の制約条件を満たさない特異解の例について説明する図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における基地局電力割当制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における基地局間協調送信が可能な端末の全ての組合せについて基地局間協調送信を試行し、送信電力制御を行う処理について説明する図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態と他の方法における、セル端のＳＮＲが10dBの場合の移動局が通信する確率αに対する同時接続率をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態と他の方法における、セル端のＳＮＲが３dBの場合の移動局が通信する確率αに対する同時接続率をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態と他の方法における、セル端のＳＮＲが10dB、α≒0.6の場合の所要受信ＳＩＮＲγに対する同時接続率をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態と他の方法における、セル端のＳＮＲが３dB、α≒0.3の場合の所要受信ＳＩＮＲγに対する同時接続率をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１７】下りリンクにおける他セルからの干渉の様子を説明する図である。
【図１８】基地局数が２の場合に端末が受信する信号について説明する図である。
【図１９】電力の制約条件を満たさない特異解について説明する図である。
【図２０】通信を制限する端末の選択手順について説明する図である。
【図２１】総当り法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図２２】提案されている複数基地局協調送信電力制御方法について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の基地局送信電力制御方法が適用されるセルラ通信システムの構成例を示す図である。この図において、ＢＳ１〜ＢＳＮcは基地局、ＭＳ１〜ＭＳＮcは端末、１０は前記複数の基地局ＢＳ１〜ＢＳＮcに接続された無線リソース割当制御装置である。ここで、基地局数Ｎcは２以上の整数であれば任意の数とすることができる。なお、前記無線リソース割当制御装置１０は、前記複数の基地局を統括する制御局内に設置してもよいし、あるいは、任意の基地局内に設置してもよい。
各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮcによりそれぞれセルが形成されており、各セルで同一の周波数を利用する端末数は１台とする。
【００２８】
前記無線リソース割当制御装置１０は、同時接続ユーザ数を最大化させるように、各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮcの送信電力を決定する。すなわち、前記複数の基地局ＢＳ１〜ＢＳＮcを介して得られる情報などに基づいて、各端末ＭＳ１〜ＭＳＮcから要求される通信品質（ＳＩＮＲ）を達成するように各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮcの送信電力を決定し、該決定した送信電力を各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮcに通知する。各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮcは自己の送信電力を無線リソース割当制御装置１０から通知された送信電力となるように制御する。
【００２９】
前記無線リソース割当制御装置１０において実行される本発明の基地局送信電力制御方法の第１の実施の形態について説明する。
この実施の形態は、前記提案されている複数基地局協調送信電力制御方法を、ユーザごとに異なる所要通信速度（ＱｏＳ）が求められる場合に適用するものである。
伝送速度は、通信品質（ＳＩＮＲ）に置き換えて考えることができる。したがって、基地局送信電力を求める式における所要通信品質γiを端末ごとに変えることで対応することができる。
【００３０】
例えば、適応変調を適用しているシステムにおいて、各変調多値数での変調に必要となる通信品質を、次のように定義できるものとする。
【数１１】
0005456501.tif 000012
【００３１】
基地局数Ｎc＝４とし、端末ＭＳ１の所要伝送レートをＱＰＳＫ、端末ＭＳ２の所要伝送レートを１６ＱＡＭ、端末ＭＳ３の所要伝送レートをＱＰＳＫ、端末ＭＳ４の所要伝送レートを６４ＱＡＭであるとする。
この場合、前記式（９）における所要通信品質の行列Γとして、次の式（１２）を与え、前記式（９）を解く。
【数１２】
0005456501.tif 000013
なお、行列Γ以外の行列Ｐ、行列Ｚ、行列Ｎ及び単位行列Ｉは前述と同様である。
このように、各端末の所要通信品質を行列Γの式にあてはめることで、所要の伝送速度を完全に保証する送信電力の制御が可能となる。
【００３２】
ここで、前記式（９）を解いて得られる行列Ｐの要素Ｐiの中に、前記式（１０）の電力の制約条件を満たさない特異解がある場合には、前記提案されている複数基地局協調送信電力制御方法と同様に、システム全体のスループットを最大化するように、通信を許可する端末の数を削減する。
本実施の形態における通信を制限する端末の選択手順について、図２を参照して説明する。
ここでは、説明を分かりやすくするために、高い伝送レート（例えば、６４ＱＡＭ）を要求する端末と、低い伝送レート（例えば、ＱＰＳＫ）を要求する端末の２種類の端末がシステム内に存在する場合を想定し、高い伝送レートに必要となる高い通信品質をγHigh、低い伝送レートに必要となる低い通信品質をγLowと写像できるものと定義する。
今、図中において、端末１（ＭＳ１）と端末３（ＭＳ３）が低い伝送レート、端末２（ＭＳ２）と端末４（ＭＳ４）が高い伝送レートをそれぞれ要求する場合、ＭＳ１及びＭＳ３がγLowを所要通信品質として要求する端末であり、ＭＳ２及びＭＳ４がγHighを所要通信品質として要求する端末として定義できる。図中、所要通信品質が低い端末については端末を四角で囲んで示している。
【００３３】
図２の（ａ）は、行列Γの要素γ1＝γ3＝γLow、γ2＝γ4＝γHighとして、前記式（９）を解いて得られる基地局の送信電力を示す行列Ｐの要素Ｐ1〜Ｐ4のうちのいずれかが前記式（１０）の電力の制約条件を満たしていない状態を示している。
このとき、前記無線リソース割当制御装置１０は、所要通信品質が低い通信品質γLowである端末を１つ選択し、その通信を制限する。図示する例では、端末ＭＳ１及びＭＳ３のいずれかを選択し、選択した端末を除外した条件で前記式（９）を再度立式して解く。図の（ｂ−１）は端末ＭＳ１を除外した場合、（ｂ−２）は端末ＭＳ３を除外した場合を示している。
その結果、（ｂ−１）又は（ｂ−２）のいずれかの場合において、前記電力の制約条件を満たす解が得られたときは、得られた行列Ｐの要素Ｐ1〜Ｐ4を基地局ＢＳ１〜ＢＳ４の送信電力と決定し、対応する基地局に通知する。
【００３４】
（ｂ−１）及び（ｂ−２）のいずれの場合においても、得られた解が前記電力の制約条件を満たしていないときには、所要通信品質が高い通信品質γHighである端末を１つ選択し、選択した端末を除外して再度式（９）を立式し、解く。図の（ｃ−１）は端末ＭＳ４を除外した場合、（ｃ−２）は端末ＭＳ２を除外した場合を示す。
その結果、（ｃ−１）又は（ｃ−２）のいずれかの場合において、前記電力の制約条件を満たす解が得られたときは、得られた行列Ｐの要素Ｐ1〜Ｐ4を基地局ＢＳ1〜ＢＳ4の送信電力と決定し、対応する基地局に通知する。
【００３５】
一方、（ｃ−１）及び（ｃ−２）のいずれの場合においても、得られた解が前記電力の制約条件を満たしていないときは、所要通信品質が低い通信品質γLowである端末を２つ選択し、選択した端末を除外して再度式（９）を立式し、解く。図の（ｄ）は、通信品質がγLowである端末ＭＳ１とＭＳ３を除外した場合を示す。
その結果、得られた解が前記電力の制約条件を満たした場合には、該得られた行列Ｐの要素Ｐ1〜Ｐ4を基地局ＢＳ１〜ＢＳ４の送信電力と決定し、対応する基地局に通知する。
このとき、所要通信品質が低い通信品質γLowである端末の同時接続率は０／２＝０となるが、高い通信品質γHighである端末の同時接続率は２／２＝１となり、高い伝送レートで通信が可能な端末が通信できる。
したがって、この実施の形態によれば、端末ごとに異なる通信品質を保証し、なおかつ高い伝送レートで通信できる端末の数を可能な限り多くできるので、システム全体のスループットを向上することができる。
【００３６】
図３は、この実施の形態における各基地局の送信電力を決定する電力割当制御処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、前記図２１で説明した総当たり法と基本的に同一であるが、前記図２１のステップＳ４３とはステップＳ３における処理内容が異なっている。この処理は、前記無線リソース割当制御装置１０において実行される。前述のように、基地局数をＮc（Ｎcは２以上の整数）とし、各セルに１台ずつ合計Ｎc台の端末が存在するものとする。
【００３７】
電力割当制御が開始されると、まず、前記式（９）の連立方程式を立式するための前処理、すなわち、各基地局から各端末までの伝送路の状態（伝搬利得）ｚi,k及び各端末における雑音電力ｎiなどの推定を行う（ステップＳ１）。
そして、削減する端末の数を示す変数ｉに初期値０をセットし（ステップＳ２）、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、Ｎc台の端末からｉ台の端末を取り除く組合せを全通り計算し、取り除く端末の所要通信品質が低い順にｊ＝1, 2, 3,...として並べる。この所要通信品質が低い順に並べる点が前述した総当り法と相違している。
そして、Ｎc端末からｉ台取り除く組合せの中の順番を示す変数ｊに１をセットする（ステップＳ４）。
次に、前記ステップＳ３で求めた組合せの中のｊ番目の組合せに対し、前記式（９）を立式し、その解を求める（ステップＳ５）。初期状態では、取り除く端末の台数が０であり、前述した式（９）を立式して、その解を求めることとなる。
【００３８】
そして、求められた解（行列Ｐの要素Ｐi）が前記式（１０）の基地局電力の制約条件を満たしているか否かを判定し（ステップＳ６）、前記制約条件を満たしている場合は、その解を各基地局の送信電力として決定し、各基地局に割り当てて（ステップＳ７）、この電力割当制御処理を終了する。
一方、得られた解の中に前記制約条件を満たしていないものがある場合は、その組合せがＮc端末からｉ台取り除く組合せNcＣiの最後のものであるか否かを判断する（ステップＳ８）。その結果、最後の組合せではないときには、ｊをｊ＋１として（ステップＳ１０）、前記ステップＳ５に進み、次の組合せについて、前記連立方程式を立式し、その解を求め、前述した処理を繰り返す。
また、前記ステップＳ８の判定の結果、その組合せが最後のものであったときには、ｉがＮcに等しいか否かを判定し（ステップＳ９）、ｉ＝Ｎcであるときは、全ての端末を削減したこととなるため、送信電力の割当が不可であるとして、この電力割当制御処理を終了する。
また、ｉがＮcに等しくないときは、ステップＳ１１でｉをｉ＋１にして（削減する端末の数を１つ増やして）前記ステップＳ３に進み、Ｎc端末からｉ台取り除く組合せの計算から再度前述した処理を繰り返す。
【００３９】
このように、この実施の形態では、全ての端末の所要通信品質を満たす基地局送信電力が得られない場合に、所要通信品質が低い端末の通信を優先的に制限することで、端末ごとに異なる通信品質を完全に保証し、なおかつシステム全体のスループットを向上させるようにしている。
【００４０】
計算機シミュレーションを用いて、本実施の形態の方法と他の方法において達成されるユーザ同時接続率を評価した結果について、図４〜図７を参照して説明する。
シミュレーション諸元は、次の通りである。セル構成を１９セル六角形正則配置とし、ユーザ発生モデルは各セルに１ユーザが存在し、セル内に一様分布する環境とした。伝搬特性は、長区間変動のみ考慮し、伝搬損失は距離ｒの３．５乗に比例するものとした。基地局アンテナ特性はオムニセル構成（水平面内指向性は無指向）とし、セル半径、基地局最大送信電力（Ｐmax）、雑音電力についてはセル端での受信ＳＮＲが最大で１０ｄＢとなるように設定した。また、各端末の雑音電力は全て同じ値とした。ユーザ所要通信品質は、２つの通信品質を仮定し、低い所要受信ＳＩＮＲをγLow、高い所要受信ＳＩＮＲをγHigh（＝γLow＋Δγ）とし、Δγを５dBとした。そして、高い通信品質を要求するユーザの割合をα、低い通信品質を要求するユーザの割合を１−αとし、各ユーザにランダムに割り当てるものとした。なお、全基地局−端末間の伝搬損及び端末の雑音電力は理想的に求まるものとした。
【００４１】
また、評価対象として、全ての基地局が最大送信電力Ｐmaxで送信する方式（No power control）と、各基地局が個別に送信電力制御を行う方式（Independent power control）の２つの方式を用いた。
評価する同時接続率を、システム内にＮcユーザ（このうち、高い伝送レートを要求する端末がＮHighユーザ、低い伝送レートを要求する端末がＮLowユーザ）が存在し、ｘユーザ（このうち、高い伝送レートを要求する端末がｘHighユーザ、低い伝送レートを要求する端末がｘLowユーザ）を制限して、前記制約条件を満足する場合の同時接続率とした。システム全体の同時接続率、γHighのユーザの同時接続率、γLowのユーザの同時接続率は次の式（１３）〜式（１５）により表される。なお、全体のユーザ同時接続率については、本実施の形態の方法（低い通信品質ユーザ優先制限方法）と、本発明者により提案されている前述した方式（通信を制限する端末をランダムに選択する方法。ランダム制限方法）で全く等しい結果となる点に注意されたい。
【数１３】
0005456501.tif 000014
【００４２】
図４〜図７において、「Proposed method」は本実施の形態の方式、「No power control」は全ての基地局が最大送信電力Ｐmaxで送信する方式、「Independent power control」は各基地局が個別に送信電力制御を行う方式の各場合における結果を示している。
図４は、低い所要通信品質γLowと同時接続率の関係を、高い所要通信品質γHighを要求するユーザ（端末）の割合αが0.0の場合と0.4の場合についてシミュレーションした結果を示す図である。ここで、縦軸はユーザ同時接続率、横軸はγLowを示している。
この図に示すように、全ての場合において、γLowが大きくなるほど、同時接続率は低くなっている。また、αが大きいと同時接続率は低くなっている。本実施の形態の方式によれば、従来方式の場合よりも同時接続率が向上されていることが分かる。
【００４３】
図５は、高い所要通信品質γHighを要求するユーザの割合αに対する同時接続率の関係を、低い所要通信品質γLow＝３[dB]、Δγ＝５[dB]として、シミュレーションした結果を示す図である。ここで、縦軸は同時接続率、横軸はαを示している。
この図に示すように、αが大きくなると、同時接続率は低下している。そして、本実施の形態の方式によれば、従来方式と比較してαの値に依らず高い同時接続率を維持することができることが分かる。
【００４４】
図６は、高い所要通信品質γHighを要求するユーザの割合αに対する高い所要通信品質γHighを有するユーザの同時接続率の関係を、低い所要通信品質γLow＝３[dB]、Δγ＝５[dB]として、シミュレーションした結果を示す図である。ここで、縦軸は高い所要通信品質γHighを有するユーザの同時接続率、横軸はαを示している。また、図６及び図７において、「Random disconnection」は、本発明者により提案されている前述した方法（通信を制限する端末をランダムに選択する方法。ランダム制限方法）を示し、「Low QoS oriented disconnection」は、本実施の形態の方法（低い通信品質ユーザ優先制限方法）を示している。
図６に示されているように、本実施の形態の方式の場合には、従来方式と比較してγHighのユーザの同時接続率を大きく改善できることが分かる。また、本実施の形態の「低い通信品質ユーザ優先制限方法」によれば、提案されている「ランダム制限方法」に対して、αが0.2以下において約１割程度改善することができる。
【００４５】
図７は、高い所要通信品質γHighを要求するユーザの割合αに対する低い所要通信品質γLowを要求するユーザの同時接続率の関係を、低い所要通信品質γLow＝３[dB]、Δγ＝５[dB]として、シミュレーションした結果を示す図である。ここで、縦軸は低い所要通信品質γLowを有するユーザの同時接続率、横軸はαを示している。
図７に示されているように、本実施の形態の「低い通信品質ユーザ優先制限方法」における低い所要通信品質γLowを要求するユーザの同時接続率は、γLowのユーザを優先的に取り除くようにしているため、提案されている「ランダム制限方法」と比較して若干劣化しているが、従来方式と比較すると、低い所要通信品質γLowを要求するユーザの同時接続率も十分改善していることが分かる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
前記提案されている複数基地局協調送信電力制御方法及び前記第１の実施の形態においては、単一基地局からの送信を対象とするものであった。例えば、前記図１８に記載したように、基地局ＢＳ１は自局に所属する端末ＭＳ１に対してのみ信号を送信し、基地局ＢＳ２は自局に所属する端末ＭＳ２に対してのみ信号を送信するというものであった。
本発明の第２の実施の形態は、前記複数基地局協調送信電力制御方法を基地局間協調送信を行う場合に拡張したものである。
基地局間協調送信は、複数の基地局から同一の端末に対して信号を送信する送信方法であり、隣接セルに電力及び周波数リソースが余っている場合に有効である。特に、干渉が厳しいセル端などで所要ＳＩＮＲを達成できない場合、基地局間協調送信を利用することで所要ＳＩＮＲを達成することができるようになる。
【００４７】
図８を参照して、基地局間協調送信について説明する。
図８において、基地局ＢＳ１のセル内に端末ＭＳ１が存在しており、基地局ＢＳ１は端末ＭＳ１に対して信号を送信している（単一基地局送信）。基地局ＢＳ２のセル内の基地局ＢＳ３のセルとの境界付近には端末ＭＳ２が存在しており、基地局ＢＳ２は端末ＭＳ２に対して信号を送信している。また、自セル内に端末が存在していない基地局ＢＳ３も、基地局ＢＳ２のセル内に存在している端末ＭＳ２に対して基地局ＢＳ２と同一の信号を送信する（基地局間協調送信）。これにより、端末ＭＳ２は、基地局ＢＳ２からの信号（Ｐ2ｚ2,2）に加え、基地局ＢＳ３からの信号（Ｐ3ｚ2,3）を受信することとなる。
このように、基地局間協調送信は、二つの基地局のアンテナと送信電力を同時に活用することにより、セル端に位置する端末の通信品質を改善することができる。
【００４８】
基地局間協調送信を考慮して前述した複数基地局協調送信電力制御を行う方法について説明する。ここで、前述と同様に、基地局数をＮc、基地局ｋの送信電力をＰk、基地局ｋから端末ｉまでの伝搬利得をｚi,k、端末ｉでの雑音電力をｎiとする。また、隣接基地局が協調送信する移動局数をｍとする。つまり、Ｎc端末のうちｍ端末は、２つの基地局を用いて通信を行う。したがって、同時接続できる最大の移動局数はＮc−ｍである。
本実施の形態においては、計算の便宜上、基地局の番号を次のように定義し、基地局番号を付け替える。
・自局のセル内に協調送信を行う端末が存在する基地局：１，２，…，ｍ
・前記基地局と協調して端末ｉに対して協調送信する基地局：Ｎc−ｍ＋１，…，Ｎc
また、端末の番号は、在圏する基地局の付け替えられた番号と同じ番号とする。
【００４９】
図９を参照して、基地局番号の付け替えについて説明する。
図９の（ａ）は基地局番号を付け替える前の状態であり、図示する例では、基地局１と基地局６のセルには端末が存在していない。そして、基地局３のセルの基地局１のセルとの境界付近に端末が存在し、基地局７のセルの基地局６のセルとの境界付近に端末が存在している（図中、○で囲まれている）。
このとき、○で囲まれた端末が、隣接するセルとの境界付近に位置しており、かつ、その隣接セル内に端末が在圏していないため、基地局間協調送信の対象として選択される。
【００５０】
まず、基地局間協調送信の対象となる端末が在圏する基地局番号ｉを若い順に１，２，…，ｍとする。図９の例では、（ｂ）に示すように、付け替え前の基地局３を基地局１とし、付け替え前の基地局７を基地局２とする。
次に、端末ｉに対して協調送信する基地局番号をＮc−ｍ＋ｉとする。この場合、基地局１に在圏する端末１に対して基地局Ｎc−ｍ＋１が協調送信し、基地局２に在圏する端末２に対して基地局Ｎc−ｍ＋２が協調送信し、・・・、基地局ｍに在圏する端末ｍに対して基地局Ｎcが協調送信することになる。図９（ｂ）の例では、端末１（付け替え後の基地局１のセルに在圏する端末）に対して協調送信する基地局（付け替え前の基地局３）を基地局６とし、端末２（付け替え後の基地局２のセルに在圏する端末）に対して協調送信する基地局（付け替え前の基地局６）を基地局７とする。在圏する端末が存在するその他の基地局は単一基地局送信となる。
【００５１】
基地局ｉと基地局Ｎc−ｍ＋ｉが協調送信した場合、端末ｉの受信信号電力は２つの基地局の受信信号電力の和となる。さらに、協調送信する２つの基地局が送信信号の位相を適宜制御することにより、端末ではダイバーシチ効果が得られる。そこで、単一基地局送信における所要受信ＳＩＮＲをγi、基地局間協調送信した場合のダイバーシチ効果をΔγiとおくと、基地局間協調送信した場合の所要受信ＳＩＮＲはγi−ΔγiとΔγiだけ小さくすることができる。そこで、ダイバーシチ効果を考慮した所要受信ＳＩＮＲをγei（≡γi−Δγi）とおく。
【００５２】
図９の（ｃ）は、この図に示した例、すなわち、Ｎc＝７、ｍ＝２の場合の基地局及び端末の番号と所要ＳＩＮＲの組合せを示す図である。ここで、γi＝８dB、Δγi＝５dBとすると、図示するように、基地局間協調送信の対象となる端末１及び端末２の所要受信ＳＩＮＲはγi−Δγi＝３dB、単一基地局送信が行われる端末３〜端末５の所要受信ＳＩＮＲは８dBとなる。
【００５３】
以上のことから、基地局間協調送信が行われる端末（端末１〜端末ｍ）の受信ＳＩＮＲは、次の式（１６）となる。
【数１４】
0005456501.tif 000015
ここで、分子は、２つの基地局から送信される希望信号の和となっている。
【００５４】
また、基地局間協調送信が行われない（単一基地局送信される）端末（端末ｍ＋１〜端末Ｎc−ｍ）の受信ＳＩＮＲは次の式（１７）で表される。
【数１５】
0005456501.tif 000016
ｍ＝０のときは、基地局間協調送信を行わない提案されている複数基地局協調送信電力制御方法及び第１の実施の形態の場合と等しくなる。
【００５５】
上記式（１６）及び式（１７）は、行列を用いて次の式（１８）のように表すことができる。
【数１６】
0005456501.tif 000017
【００５６】
ここで、Ｐは基地局送信電力Ｐiを要素とする（Ｎc，１）行列であり、前記式（４）と同じである。また、Ｚは伝搬利得ｚi,kを要素とする（Ｎc−ｍ，Ｎc）行列、Ｎは雑音電力ｎiを要素とする（Ｎc−ｍ，１）行列、Ｉは（Ｎc−ｍ，Ｎc−ｍ）の単位行列、Γは所要通信品質γeiを要素とする（Ｎc−ｍ，Ｎc−ｍ）行列である。行列Ｚ、行列Ｎ、行列Γは、それぞれ、次の式（１９）〜式（２１）で表される。
【数１７】
0005456501.tif 000018
【数１８】
0005456501.tif 000019
【数１９】
0005456501.tif 000020
【００５７】
Ｚcは協調送信に関する伝搬利得を与える（Ｎc−ｍ，Ｎc）行列であり、次の式（２２）のように与えられる。
【数２０】
0005456501.tif 000021
【００５８】
上記式（１８）を送信電力Ｐについて解くと、次の式（２３）となる。
【数２１】
0005456501.tif 000022
ただし、
【数２２】
0005456501.tif 000023
は、（Ｎc−ｍ，Ｎc）行列であり、正方行列ではないため逆行列を求めることはできない。そこで、ノルム最小二乗型であるMoore-Penroseの一般逆行列
【数２３】
0005456501.tif 000024
で与えている。
【００５９】
前述の場合と同様に、行列Ｐの要素Ｐiは、基地局の最大送信電力をＰmaxとして、前記式（１０）に示す電力の制約条件を満たす必要がある。しかし、行列Ｚ、行列Ｚc、行列Γによっては、行列Ｐの要素である基地局送信電力Ｐiが上記制約条件を満たさない場合（特異解）が存在する。
図１０を参照して、特異解となる場合について説明する。この図に示す例は、基地局数Ｎc＝４、基地局間協調送信が行われる端末の数ｍ＝１、単一基地局送信における所要受信ＳＩＮＲγi＝10dB、基地局間協調送信における所要受信ＳＩＮＲΔγi＝５dBとした場合である。また、規格化最大送信電力を１（真値）としている。
図１０の（ａ）に示す例は、前記式（２３）により得られた送信電力の行列Ｐの要素が負の値「−0.4」となった場合である。また、（ｂ）に示す例は、送信電力の行列Ｐの要素が「1.3」、「1.1」となって、最大送信電力を上回る値となった場合である。
このように、行列Ｐの要素Ｐiの値が前記電力の制約条件を満たさない特異解となる場合がある。
【００６０】
このように、送信電力Ｐの要素Ｐiが前記電力の制約条件を満たさない場合には、全端末が所要通信品質を満たす通信を行うことができない。そこで、本実施の形態においては、まず、基地局間協調送信が可能な端末の組合せについて順次協調送信を試行し、送信電力Ｐが前記制約条件を満たす組合せが得られなかったときに、一部の端末を協調の対象から外して、前述と同様の複数基地局協調送信電力制御を行うようにした。
【００６１】
図１１は、この実施の形態における基地局電力割当制御処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、前記無線リソース割当制御装置１０で実行される。
まず、ステップＳ２１で、前記式（２３）の連立方程式を立式するための前処理、すなわち、各基地局から各端末までの伝送路の状態（伝搬利得）ｚi,k及び各端末における雑音電力ｎiなどの推定を行う。
次に、基地局間協調送信を行わず（ｍ＝０として）、前記式（２３）を立式し、送信電力Ｐを求める。
そして、ステップＳ２３で、得られた送信電力Ｐの要素Ｐiが前述した式（１０）の電力の制約条件を満たしているか否かを判定し、満たしている場合には得られた解を各基地局の送信電力として割り当てる（ステップＳ２４）。
【００６２】
ステップＳ２３の判定の結果、電力の制約条件を満たしていないときは、ステップＳ２５に進み、基地局間協調送信が可能な端末の組合せについて順次基地局間協調送信を試行し、送信電力制御を行う。すなわち、自セル内に通信を要求する端末が存在しない基地局がある場合には、その基地局に隣接するセルに在圏する端末の全ての組合せについて基地局間協調送信を行うものとして、順次前記式（２３）を立式してその解を求め、前記制約条件を満たしているか否かを判定する（ステップＳ２６）。
得られた解が電力の制約条件を満たしている場合には、ステップＳ２４に進む。
得られた解が電力の制約条件を満たしていない場合には、ステップＳ２７に進み、基地局間協調送信を行わずに、一部の端末を協調の対象から外して複数基地局協調送信電力制御を行う。このステップＳ２７の処理は、前記図２１で説明した総当り法と基本的に同一の処理である。すなわち、Ｎc端末からｉ台（ｉ＝１，２，・・・）の端末を取り除く組合せについて順次連立方程式を立式し、解を求める処理を、電力の制約条件を満たす解が得られるまで、繰り返す。
このようにして、所要通信品質を満たすユーザ数を最大化することができる。
【００６３】
図１２は、前記ステップＳ２５における処理の内容を具体的に説明するための図である。ここでは、基地局数Ｎc＝６であるものとする。また、２１〜２６は基地局、３１〜３４は端末を示す。
図１２の（ａ）に示すように、基地局２１〜２６のうち、基地局２１と基地局２３のセル内には通信を要求する端末が存在しないものとする。この状態で、前記式（２３）の連立方程式を立式し、ステップＳ２３の判定の結果、電力の制約条件が満たされていなかったものとする。
このとき、基地局間協調送信可能な端末を１つ選択し、該端末に対して基地局間協調送信をするものとして、前記式（２３）を立式し、その解を求める。図１２の（ｂ）は基地局間協調送信可能な端末の選択の様子を示す図であり、（ｂ−１）は基地局２２のセルに在圏する端末３１を選択し、基地局２２と基地局２１で協調送信を行う場合、（ｂ−２）は基地局２６のセルに在圏する端末３４を選択し、基地局２６と基地局２３で協調送信を行う場合を示している。なお、他の端末３２及び３３に対しては単一基地局送信とする。
【００６４】
図１２の（ｂ）の（ｂ−１）又は（ｂ−２）のいずれかの場合に、式（２３）により求めた解が電力の制約条件を満たしている場合には、その解を各基地局の送信電力に割り当てる。
（ｂ−１）及び（ｂ−２）のいずれの場合にも、式（２３）により求めた解が電力の制約条件を満たしていない場合には、図１２の（ｃ）に示すように、端末３１と端末３４の２台の端末を基地局間協調送信可能な端末として選択し、基地局間協調送信をさせるものとして前記式（２３）を立式する。すなわち、基地局２１と基地局２２が端末３１に対して基地局間協調送信を行い、基地局２３と基地局２６が端末３４に対して基地局間協調送信を行うものとして前記式（２３）を立式する。その結果得られた解が、前記電力の制約条件を満たすものとすると、その解を各基地局に割り当てる。このとき、同時接続率は、４／４＝１となる。
【００６５】
前記図１２の（ｃ）の場合であっても、前記電力の制約条件が満たされなかった場合には、前記ステップＳ２７に進み、従来のアルゴリズムによる複数基地局協調送信電力制御が行われる。この処理の具体例は、前記図２０に示したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。
以上説明したように、この実施の形態によれば、基地局間協調送信を考慮して複数基地局協調送信電力制御を行っているので、所要通信品質を満たすユーザ数を最大化することが可能となる。
【００６６】
計算機シミュレーションを用いて、本実施の形態の方法と他の方法において達成される同時接続率を評価した結果について、図１３〜図１６を参照して説明する。
シミュレーション諸元は、次の通りである。セル構成を７セル六角形正則配置とし、ユーザ発生モデルは各セルに１端末が存在し、セル内に一様分布するものとした。また、端末が呼を発生させる確率をαとし、セルごとにαの確率で通信を行わせ、１−αの確率で通信を行わせないものとした。伝搬利得は、送受信間距離の−3.5乗に比例する長区間変動と、標準偏差が４dBの対数正規分布に従う短区間変動が重畳した変動とした。基地局アンテナ特性はオムニセル構成（水平面内指向性は無指向）とした。セル半径、基地局最大送信電力（Ｐmax）、雑音電力についてはセル端での受信ＳＮＲが最大で３dB及び10dBとなるそれぞれの場合について評価し、また、各端末の雑音電力は全て同じ値とした。ユーザ所要通信品質は、単一基地局送信を用いる場合の所要受信ＳＩＮＲをγとして、全て等しいものとし、基地局間協調送信を用いる場合も、ダイバーシチ効果を５dBと固定し、γ−５dBとして、全て等しいものとした。なお、全基地局−端末間の伝搬損及び端末の雑音電力は理想的に求まるものとした。
【００６７】
また、評価対象として、複数基地局協調電力制御を行わない、全ての基地局が最大送信電力Ｐmaxで送信する方式（電力制御なし）と、各基地局が個別に送信電力制御を行う方式（基地局個別電力制御）の２つの方式を用いた。
評価する同時接続率を、システム内にＮcユーザが存在し、そのうちαの割合のユーザが通信を要求していた場合、ｘユーザを制限して、前記制約条件を満足する場合の同時接続率とした。同時接続率は次の式（２４）により表される。
【数２４】
0005456501.tif 000025
【００６８】
図１３と図１４は、移動局が通信する確率αに対する同時接続率をシミュレーションした結果を示す図であり、図１３はセル端のＳＮＲが10dBの場合、図１４はセル端のＳＮＲが３dBの場合についてシミュレーションした結果である。
図１３と図１４に示されているように、複数基地局協調送信電力制御は、協調制御を行わない方式と比較して同時接続率を改善できることが分かる。また、αの値が小さい場合（呼の発生頻度が低い場合）は、隣接基地局のリソースを利用できる確率が高いため、基地局間協調送信を行う本実施の形態の効果が大きい。特に、セル端のＳＮＲが低い図１４の場合は、隣接基地局の電力リソースを利用して受信電力を上げることができる基地局間協調送信は著しい効果を上げることができることが分かる。
【００６９】
図１５と図１６は、所要受信ＳＩＮＲγに対する同時接続率をシミュレーションした結果を示す図であり、図１５はセル端のＳＮＲが10dB、α≒0.6の場合、図１６はセル端のＳＮＲが３dB、α≒0.3の場合についてシミュレーションした結果である。
図１５と図１６に示されているように、基地局間協調送信を考慮した本実施の形態の複数基地局協調送信電力制御の場合には、セル端のＳＮＲが低いにもかかわらず、所要受信ＳＩＮＲγが高い場合にも改善効果があることが分かる。
【符号の説明】
【００７０】
ＢＳ：基地局、ＭＳ：端末、Ｐi：基地局ｉの送信電力、ｚi,k：基地局ｋから端末ｉまでの伝搬利得、１０：無線リソース割当制御装置
【図１】
0005456501.tif 000026
【図２】
0005456501.tif 000027
【図３】
0005456501.tif 000028
【図４】
0005456501.tif 000029
【図５】
0005456501.tif 000030
【図６】
0005456501.tif 000031
【図７】
0005456501.tif 000032
【図８】
0005456501.tif 000033
【図９】
0005456501.tif 000034
【図１０】
0005456501.tif 000035
【図１１】
0005456501.tif 000036
【図１２】
0005456501.tif 000037
【図１３】
0005456501.tif 000038
【図１４】
0005456501.tif 000039
【図１５】
0005456501.tif 000040
【図１６】
0005456501.tif 000041
【図１７】
0005456501.tif 000042
【図１８】
0005456501.tif 000043
【図１９】
0005456501.tif 000044
【図２０】
0005456501.tif 000045
【図２１】
0005456501.tif 000046
【図２２】
0005456501.tif 000047