(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線基地局と複数の無線端末局とで構成され、少なくとも一部分の無線端末局が受信した信号を他の無線端末局もしくは無線基地局に送信する無線中継機能を有し、無線基地局と直接無線通信できない無線端末局が他の少なくとも１つの無線端末局の無線中継機能を利用して無線基地局との間で無線通信を行う通信システムにおいて各無線端末局及び／又は無線基地局の送信電力を決定するためのツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法であって、
無線回線により対向する２つの無線端末局の間又は無線端末局と無線基地局との間を直接接続する各無線リンクについて、無線端末局又は無線基地局の送信電力の初期値を決定する第１の手順と、
各無線端末局及び無線基地局の送信電力に基づいて、前記各無線リンクの無線端末局又は無線基地局における希望波と干渉波との受信電力比を表すＣＩ比を求める第２の手順と、
各無線リンクについて、当該無線リンクが属する通信経路上で当該無線リンクよりも無線基地局に近い他の各無線リンクを上位無線リンクとし、各上位無線リンクの中で、最小のＣＩ比を当該無線リンクの目標ＣＩ比として求める第３の手順と、
無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクを除く各無線リンクについて、当該無線リンクのＣＩ比が目標ＣＩ比よりも大きい場合に、前記目標ＣＩ比に応じて当該無線リンクを形成する無線端末局の送信電力を変更することを仮定し、当該送信電力の変更に伴って各無線リンクにおける干渉波と希望波との受信電力比の変化を表すＩＣ比変化量の全無線リンクに関する総和をＩＣ比総変化量として求める第４の手順と、
各無線リンクの前記ＩＣ比総変化量に基づいて１つの無線リンクを制御対象リンクとして選出する第５の手順と、
前記制御対象リンクの目標ＣＩ比に応じて当該無線リンクを形成する無線端末局の送信電力を変更する第６の手順と
を実行すること特徴とするツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法。
【請求項２】
請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第１の手順では、各無線リンクの受信局における希望波の受信電力が予め定めた値になるように送信局の送信電力を決定することを特徴とするツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法。
【請求項３】
請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第４の手順では、各無線リンクのＣＩ比が前記目標ＣＩ比と等しくなるように当該無線リンクを形成する無線端末局及び／又は無線基地局の送信電力を変更することを仮定してＩＣ比総変化量を求めることを特徴とするツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法。
【請求項４】
請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第５の手順では、全無線リンクの中で前記ＩＣ比総変化量が最大になる１つの無線リンクを制御対象リンクとして選出することを特徴とするツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法。
【請求項５】
請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第６の手順では、前記制御対象リンクのＣＩ比が当該無線リンクの目標ＣＩ比と等しくなるように当該無線リンクを形成する無線端末局及び／又は無線基地局の送信電力を変更することを特徴とするツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法。
【請求項６】
請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第２の手順，第３の手順，第４の手順，第５の手順及び第６の手順を複数回繰り返し実行することを特徴とするツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法。
【請求項７】
請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第３の手順では、無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクについては目標ＣＩ比として定数を割り当てることを特徴とするツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法。
【請求項８】
請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、全無線リンクにおける各受信局のＣＩ比の平均値を平均ＣＩ比として求める手順を更に実行し、前記第３の手順では、無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクについては目標ＣＩ比として前記平均ＣＩ比を割り当てることを特徴とするツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法。
【請求項９】
無線基地局と複数の無線端末局とで構成され、少なくとも一部分の無線端末局が受信した信号を他の無線端末局もしくは無線基地局に送信する無線中継機能を有し、無線基地局と直接無線通信できない無線端末局が他の少なくとも１つの無線端末局の無線中継機能を利用して無線基地局との間で無線通信を行う通信システムにおいて各無線端末局の送信電力を決定するために用いるコンピュータで実行可能な送信電力設定プログラムであって、
無線回線により対向する２つの無線端末局の間又は無線端末局と無線基地局との間を直接接続する各無線リンクについて、無線端末局又は無線基地局の送信電力の初期値を決定する第１の手順と、
各無線端末局及び無線基地局の送信電力に基づいて、前記各無線リンクの無線端末局又は無線基地局における希望波と干渉波との受信電力比を表すＣＩ比を求める第２の手順と、
各無線リンクについて、当該無線リンクが属する通信経路上で当該無線リンクよりも無線基地局に近い他の各無線リンクを上位無線リンクとし、各上位無線リンクの中で、最小のＣＩ比を当該無線リンクの目標ＣＩ比として求める第３の手順と、
無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクを除く各無線リンクについて、当該無線リンクのＣＩ比が目標ＣＩ比よりも大きい場合に、前記目標ＣＩ比に応じて当該無線リンクを形成する無線端末局の送信電力を変更することを仮定し、当該送信電力の変更に伴って各無線リンクにおける干渉波と希望波との受信電力比の変化を表すＩＣ比変化量の全無線リンクに関する総和をＩＣ比総変化量として求める第４の手順と、
各無線リンクの前記ＩＣ比総変化量に基づいて１つの無線リンクを制御対象リンクとして選出する第５の手順と、
前記制御対象リンクの目標ＣＩ比に応じて当該無線リンクを形成する無線端末局の送信電力を変更する第６の手順と
を設けたことを特徴とする送信電力設定プログラム。
【請求項１０】
請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第３の手順では、無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクについては目標ＣＩ比として定数を割り当てることを特徴とする送信電力設定プログラム。
【請求項１１】
請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、全無線リンクにおける各受信局のＣＩ比の平均値を平均ＣＩ比として求める手順を更に設けるとともに、前記第３の手順では、無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクについては目標ＣＩ比として前記平均ＣＩ比を割り当てることを特徴とする送信電力設定プログラム。
【請求項１２】
請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第１の手順では、各無線リンクの受信局における希望波の受信電力が予め定めた値になるように送信局の送信電力を決定することを特徴とする送信電力設定プログラム。
【請求項１３】
請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第４の手順では、各無線リンクのＣＩ比が前記目標ＣＩ比と等しくなるように当該無線リンクを形成する無線端末局及び／又は無線基地局の送信電力を変更することを仮定してＩＣ比総変化量を求めることを特徴とする送信電力設定プログラム。
【請求項１４】
請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第５の手順では、全無線リンクの中で前記ＩＣ比総変化量が最大になる１つの無線リンクを制御対象リンクとして選出することを特徴とする送信電力設定プログラム。
【請求項１５】
請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第６の手順では、前記制御対象リンクのＣＩ比が当該無線リンクの目標ＣＩ比と等しくなるように当該無線リンクを形成する無線端末局及び／又は無線基地局の送信電力を変更することを特徴とする送信電力設定プログラム。
【請求項１６】
請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第２の手順，第３の手順，第４の手順，第５の手順及び第６の手順を複数回繰り返し実行することを特徴とする送信電力設定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法及び送信電力設定プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ツリー型マルチホップ無線ネットワークは、例えば図７に示すように構成される。すなわち、複数の無線端末ＷＴと基地局ＢＳとを備える。また、各無線端末ＷＴは送信機能，受信機能及び中継機能を備える。基地局ＢＳは、無線端末ＷＴとの間で無線回線を介して通信を行い、無線端末ＷＴと有線ネットワークとの間で信号の中継を行う。
【０００３】
図７に示す例では、無線端末ＷＴ(1)−ＷＴ(2)の間、無線端末ＷＴ(1)−ＷＴ(3)の間、無線端末ＷＴ(2)−ＷＴ(3)の間、無線端末ＷＴ(4)−ＷＴ(5)の間、無線端末ＷＴ(1)−基地局ＢＳの間、無線端末ＷＴ(4)−基地局ＢＳの間にそれぞれ無線回線が形成されている。
すなわち、基地局ＢＳに対して多数の無線端末ＷＴがそれぞれの無線回線を介してツリー状に接続されている。従って、例えば無線端末ＷＴ(2)が基地局ＢＳと直接通信できない場合であっても、複数の無線回線を経由することにより、無線端末ＷＴ(2)と基地局ＢＳとの間で通信することができる。
【０００４】
例えば、無線端末ＷＴ(2)が有線ネットワーク上の端末に対して情報を送信する場合、無線端末ＷＴ(2)の送出した情報は無線回線を介してまず無線端末ＷＴ(1)に届く。無線端末ＷＴ(1)は情報の中継を行い、受信した情報を無線回線を介して隣の基地局ＢＳに送る。同様に、基地局ＢＳは情報の中継を行い受信した情報を有線ネットワーク上の端末に送る。すなわち、中継により複数の無線回線を経由して情報が宛先まで伝達される。
【０００５】
このようなツリー型マルチホップ無線ネットワークは、各無線端末と基地局とを直接接続する一般的なスター型の無線ネットワークと比べると、無線周波数の利用効率の向上，無線通信エリアの拡大，迂回ルートの構築などの点で優れている。
また、このような通信システムでは従来よりそれぞれの無線回線毎に独立に送信電力を決定している。実際には、無線回線毎に受信局における干渉受信電力の許容値を予め定め、前記許容値と当該無線回線における設計上の所要通信速度とに従って送信局の送信電力を決定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法を用いて各無線回線の送信電力を決定した場合、ある無線回線を形成する受信局の干渉受信電力がその許容値を超えると、前記無線回線では所要通信速度を維持できなくなる。すなわち、干渉受信電力が許容値を上回ると、設計上の通信速度を保証できなくなる。
【０００７】
実際には、多数の無線端末局が任意の位置関係で配置されることが想定されるので、全ての無線回線について各受信局の干渉受信電力が許容値を下回るように各無線回線の送信電力を決定できるとは限らない。
従って、ツリー型マルチホップ無線ネットワークにおいては、送信元の端末と宛先の端末との間の通信経路を構成する複数の無線回線のそれぞれについて保証可能な通信速度が互いに異なることになる。
【０００８】
このため、ツリー型マルチホップ無線ネットワークにおいて送信元の端末と宛先の端末との間の通信速度（エンド−エンド通信速度と呼ぶ）は、その経路上の全ての無線回線の中で、通信速度が最小の１つの無線回線の制約によって制限される。
従って、それぞれの無線回線の通信速度が独立して決定される場合には、送信元の端末と宛先の端末との間の経路を構成する複数の無線回線の中には、エンド−エンド通信速度よりも早い通信速度に対応する無線回線も存在することになる。その場合、エンド−エンド通信速度よりも通信速度が早い無線回線では、必要以上の余分な電力を使って信号を送信していることになる。
【０００９】
このような余分な送信電力は、他の無線回線に対して余分な干渉を与えることになり、結果としてツリー型マルチホップ無線ネットワーク全体の通信容量を下げることにつながる。
本発明は、各無線端末局及び無線基地局の送信電力を最小化しネットワーク全体の通信容量を改善することが可能なツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法及び送信電力設定プログラムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１は、無線基地局と複数の無線端末局とで構成され、少なくとも一部分の無線端末局が受信した信号を他の無線端末局もしくは無線基地局に送信する無線中継機能を有し、無線基地局と直接無線通信できない無線端末局が他の少なくとも１つの無線端末局の無線中継機能を利用して無線基地局との間で無線通信を行う通信システムにおいて各無線端末局及び／又は無線基地局の送信電力を決定するためのツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法であって、無線回線により対向する２つの無線端末局の間又は無線端末局と無線基地局との間を直接接続する各無線リンクについて、無線端末局又は無線基地局の送信電力の初期値を決定する第１の手順と、各無線端末局及び無線基地局の送信電力に基づいて、前記各無線リンクの無線端末局又は無線基地局における希望波と干渉波との受信電力比を表すＣＩ比を求める第２の手順と、各無線リンクについて、当該無線リンクが属する通信経路上で当該無線リンクよりも無線基地局に近い他の各無線リンクを上位無線リンクとし、各上位無線リンクの中で、最小のＣＩ比を当該無線リンクの目標ＣＩ比として求める第３の手順と、無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクを除く各無線リンクについて、当該無線リンクのＣＩ比が目標ＣＩ比よりも大きい場合に、前記目標ＣＩ比に応じて当該無線リンクを形成する無線端末局の送信電力を変更することを仮定し、当該送信電力の変更に伴って各無線リンクにおける干渉波と希望波との受信電力比の変化を表すＩＣ比変化量の全無線リンクに関する総和をＩＣ比総変化量として求める第４の手順と、各無線リンクの前記ＩＣ比総変化量に基づいて１つの無線リンクを制御対象リンクとして選出する第５の手順と、前記制御対象リンクの目標ＣＩ比に応じて当該無線リンクを形成する無線端末局の送信電力を変更する第６の手順とを実行すること特徴とする。
【００１１】
請求項１においては、前記第１の手順〜第６の手順を実行することにより、無線端末局と無線基地局とを接続し複数の無線リンクを含む通信経路上で無線端末局及び無線基地局が必要以上の送信電力で送信しないように、送信電力を適切に決定することができる。
従って、各無線リンクの通信速度を均一化するとともに、他局からの電波の干渉を減らすことができツリー型マルチホップ無線ネットワーク全体の通信容量を増やすことができる。
【００１２】
請求項２は、請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第１の手順では、各無線リンクの受信局における希望波の受信電力が予め定めた値になるように送信局の送信電力を決定することを特徴とする。
請求項２においては、第１の手順で各無線リンクの受信局における希望波の受信電力が予め定めた値になるように送信局の送信電力を決定するので、各無線リンクの最初のＣＩ比が干渉波の影響の大きさを表すように各無線リンクのＣＩ比を正規化することができる。
【００１３】
請求項３は、請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第４の手順では、各無線リンクのＣＩ比が前記目標ＣＩ比と等しくなるように当該無線リンクを形成する無線端末局及び／又は無線基地局の送信電力を変更することを仮定してＩＣ比総変化量を求めることを特徴とする。
前記目標ＣＩ比は、無線端末局と無線基地局とを接続し複数の無線リンクを含む通信経路上で最小のＣＩ比である。従って、同じ通信経路上では各無線リンクのＣＩ比を目標ＣＩ比まで下げても前記エンド−エンド通信速度は劣化しない。
【００１４】
請求項３においては、送信電力の変更対象となる無線リンク毎にＩＣ比総変化量を求めることにより、各無線リンクのＣＩ比を目標ＣＩ比まで下げた場合の全体としての影響を調べることができる。
請求項４は、請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第５の手順では、全無線リンクの中で前記ＩＣ比総変化量が最大になる１つの無線リンクを制御対象リンクとして選出することを特徴とする。
【００１５】
全無線リンクの中で前記ＩＣ比総変化量が最大になる１つの無線リンクについてそれを形成する送信局の送信電力を減らすことによりシステム全体の干渉波の影響を最も抑制することができる。従って、この無線リンクを制御対象リンクとして選出する。
請求項５は、請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第６の手順では、前記制御対象リンクのＣＩ比が当該無線リンクの目標ＣＩ比と等しくなるように当該無線リンクを形成する無線端末局及び／又は無線基地局の送信電力を変更することを特徴とする。
【００１６】
前記目標ＣＩ比は、無線端末局と無線基地局とを接続し複数の無線リンクを含む通信経路上で最小のＣＩ比である。従って、同じ通信経路上では各無線リンクのＣＩ比を目標ＣＩ比まで下げても前記エンド−エンド通信速度は劣化しない。請求項６は、請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第２の手順，第３の手順，第４の手順，第５の手順及び第６の手順を複数回繰り返し実行することを特徴とする。
【００１７】
第２の手順〜第６の手順を複数回繰り返し実行することにより、余分な送信電力で送信する無線リンクを順次に選択して送信電力を変更し、システム全体のＣＩ比を最適化することができる。
【００１８】
請求項７は、請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、前記第３の手順では、無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクについては目標ＣＩ比として定数を割り当てることを特徴とする。
最上位無線リンクの目標ＣＩ比として割り当てる定数については、例えばネットワーク設計上の所要ＣＩ比などを用いることが考えられる。
【００１９】
請求項７においては、各通信経路において最上位無線リンクの無線端末局又は無線基地局のＣＩ比を極力前記定数に揃えるように制御するので、各通信経路の最上位無線リンクの通信速度を均一化することが可能になる。すなわち、ツリー上の各通信経路の通信品質を均一化できる。
請求項８は、請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法において、全無線リンクにおける各受信局のＣＩ比の平均値を平均ＣＩ比として求める手順を更に実行し、前記第３の手順では、無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクについては目標ＣＩ比として前記平均ＣＩ比を割り当てることを特徴とする。
【００２０】
請求項８においては、各通信経路において最上位無線リンクの無線端末局又は無線基地局のＣＩ比を前記平均ＣＩ比に揃えるように制御することになる。また、最上位無線リンク以外の各無線リンクについてはＣＩ比を最上位無線リンクのＣＩ比に揃えるように制御するので、結果として全無線リンクの無線端末局及び無線基地局のＣＩ比を均一化することができる。
【００２１】
請求項９は、無線基地局と複数の無線端末局とで構成され、少なくとも一部分の無線端末局が受信した信号を他の無線端末局もしくは無線基地局に送信する無線中継機能を有し、無線基地局と直接無線通信できない無線端末局が他の少なくとも１つの無線端末局の無線中継機能を利用して無線基地局との間で無線通信を行う通信システムにおいて各無線端末局の送信電力を決定するために用いるコンピュータで実行可能な送信電力設定プログラムであって、無線回線により対向する２つの無線端末局の間又は無線端末局と無線基地局との間を直接接続する各無線リンクについて、無線端末局又は無線基地局の送信電力の初期値を決定する第１の手順と、各無線端末局及び無線基地局の送信電力に基づいて、前記各無線リンクの無線端末局又は無線基地局における希望波と干渉波との受信電力比を表すＣＩ比を求める第２の手順と、各無線リンクについて、当該無線リンクが属する通信経路上で当該無線リンクよりも無線基地局に近い他の各無線リンクを上位無線リンクとし、各上位無線リンクの中で、最小のＣＩ比を当該無線リンクの目標ＣＩ比として求める第３の手順と、無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクを除く各無線リンクについて、当該無線リンクのＣＩ比が目標ＣＩ比よりも大きい場合に、前記目標ＣＩ比に応じて当該無線リンクを形成する無線端末局の送信電力を変更することを仮定し、当該送信電力の変更に伴って各無線リンクにおける干渉波と希望波との受信電力比の変化を表すＩＣ比変化量の全無線リンクに関する総和をＩＣ比総変化量として求める第４の手順と、各無線リンクの前記ＩＣ比総変化量に基づいて１つの無線リンクを制御対象リンクとして選出する第５の手順と、前記制御対象リンクの目標ＣＩ比に応じて当該無線リンクを形成する無線端末局の送信電力を変更する第６の手順とを設けたことを特徴とする。
【００２２】
請求項９の送信電力設定プログラムを所定のコンピュータで実行することにより、請求項１のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法を実施することができる。
請求項１０は、請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第３の手順では、無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクについては目標ＣＩ比として定数を割り当てることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０の送信電力設定プログラムを所定のコンピュータで実行することにより、請求項７のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法を実施することができる。
【００２４】
請求項１１は、請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、全無線リンクにおける各受信局のＣＩ比の平均値を平均ＣＩ比として求める手順を更に設けるとともに、前記第３の手順では、無線端末局と無線基地局とを直接接続する最上位無線リンクについては目標ＣＩ比として前記平均ＣＩ比を割り当てることを特徴とする。
【００２５】
請求項１１の送信電力設定プログラムを所定のコンピュータで実行することにより、請求項８のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法を実施することができる。
請求項１２は、請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第１の手順では、各無線リンクの受信局における希望波の受信電力が予め定めた値になるように送信局の送信電力を決定することを特徴とする。
【００２６】
請求項１２の送信電力設定プログラムを所定のコンピュータで実行することにより、請求項２のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法を実施することができる。
請求項１３は、請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第４の手順では、各無線リンクのＣＩ比が前記目標ＣＩ比と等しくなるように当該無線リンクを形成する無線端末局及び／又は無線基地局の送信電力を変更することを仮定してＩＣ比総変化量を求めることを特徴とする。
【００２７】
請求項１３の送信電力設定プログラムを所定のコンピュータで実行することにより、請求項３のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法を実施することができる。
請求項１４は、請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第５の手順では、全無線リンクの中で前記ＩＣ比総変化量が最大になる１つの無線リンクを制御対象リンクとして選出することを特徴とする。
【００２８】
請求項１４の送信電力設定プログラムを所定のコンピュータで実行することにより、請求項４のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法を実施することができる。
請求項１５は、請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第６の手順では、前記制御対象リンクのＣＩ比が当該無線リンクの目標ＣＩ比と等しくなるように当該無線リンクを形成する無線端末局及び／又は無線基地局の送信電力を変更することを特徴とする。
【００２９】
請求項１５の送信電力設定プログラムを所定のコンピュータで実行することにより、請求項５のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法を実施することができる。
請求項１６は、請求項９の送信電力設定プログラムにおいて、前記第２の手順，第３の手順，第４の手順，第５の手順及び第６の手順を複数回繰り返し実行することを特徴とする。
【００３０】
請求項１６の送信電力設定プログラムを所定のコンピュータで実行することにより、請求項６のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法を実施することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法及び送信電力設定プログラムの１つの実施の形態について、図１及び図４〜図７を参照して説明する。この形態は、請求項１〜請求項６，請求項９及び請求項１２〜請求項１６に対応する。
【００３２】
図１はこの形態の送信電力設定方法の手順を示すフローチャートである。図４は送信局及び受信局の配置例を示す平面図である。図５は各局の配置例を示す平面図である。図６は１つの通信経路を構成する各無線リンクの構成例を示すブロック図である。図７はツリー型マルチホップ無線ネットワークの構成例を示すブロック図である。
【００３３】
この形態では、請求項１における第１の手順，第２の手順，第３の手順，第４の手順，第５の手順及び第６の手順はそれぞれ図１のステップＳ１１，Ｓ１２，ＰＲ１，ＰＲ２，Ｓ２０及びＳ２１に対応する。
この形態では、例えば図７に示すように複数の無線端末ＷＴが無線基地局ＢＳに対してツリー状に接続されたツリー型マルチホップ無線ネットワークにおいて、各無線端末ＷＴ及び無線基地局ＢＳの送信電力を決定する場合を想定している。また、この例では無線基地局ＢＳ及び各無線端末ＷＴは位置が固定され、それらの位置情報が把握できる状態で送信電力を決定する場合を想定している。
【００３４】
各無線端末ＷＴは、それぞれが送信機能，受信機能及び中継機能を備える。基地局ＢＳは、無線端末ＷＴとの間で無線回線を介して通信を行い、無線端末ＷＴと有線ネットワークとの間で信号の中継を行う。
図７に示す例では、無線端末ＷＴ(1)−ＷＴ(2)の間、無線端末ＷＴ(1)−ＷＴ(3)の間、無線端末ＷＴ(2)−ＷＴ(3)の間、無線端末ＷＴ(4)−ＷＴ(5)の間、無線端末ＷＴ(1)−基地局ＢＳの間、無線端末ＷＴ(4)−基地局ＢＳの間にそれぞれ無線回線が形成されている。
【００３５】
すなわち、基地局ＢＳに対して多数の無線端末ＷＴがそれぞれの無線回線を介してツリー状に接続されている。従って、例えば無線端末ＷＴ(2)が基地局ＢＳと直接通信できない場合であっても、複数の無線回線を経由することにより、無線端末ＷＴ(2)と基地局ＢＳとの間で通信することができる。
例えば、無線端末ＷＴ(2)が有線ネットワーク上の端末に対して情報を送信する場合、無線端末ＷＴ(2)の送出した情報は無線回線を介してまず無線端末ＷＴ(1)に届く。無線端末ＷＴ(1)は情報の中継を行い、受信した情報を無線回線を介して隣の基地局ＢＳに送る。同様に、基地局ＢＳは情報の中継を行い受信した情報を有線ネットワーク上の端末に送る。すなわち、中継により複数の無線回線を経由して情報が宛先まで伝達される。
【００３６】
なお、対向する無線端末ＷＴ同士の間、並びに無線端末ＷＴと無線基地局ＢＳとの間を接続する１つの無線回線をそれぞれ無線リンクと呼ぶ。
例えば、図６において無線端末ＷＴ(3)と無線基地局ＢＳとを接続する１つの通信経路は、無線端末ＷＴ(3)−ＷＴ(2)を接続する無線リンクＬ(23)と、無線端末ＷＴ(2)−ＷＴ(1)を接続する無線リンクＬ(12)と、無線端末ＷＴ(1)−無線基地局ＢＳを接続する無線リンクＬ(1B)とで構成されている。
【００３７】
図１に示す送信電力設定方法を実施する場合には、例えば図７に示すようなネットワークの構成及び各局の位置関係を予め決定し、形成可能な各々の無線リンクに通信用のチャネルを配置する。なお、図１に示す処理は任意のチャネル配置に対して実行できる。以下、図１に示す各ステップについて説明する。
ステップＳ１１では、無線リンク毎に各受信局の希望波受信電力Ｃ(n)が規定値になるように当無線リンクの送信局の送信電力Ｔ(n)を決定する（ｎは各無線リンクを区別する番号を表す）。
【００３８】
例えば、１つの無線リンクにおける送信局と受信局とが図４に示すように配置された場合を想定すると、次のようにしてステップＳ１１における送信局の送信電力を決定することができる。
送信局のアンテナからθｔ方向へ出る電力（密度）の強さＥは、形式的に考えると次式で表される。
【００３９】
Ｅ＝Ｔ・Ｇｔ・Ｄｔ(θｔ)      ・・・（１）
一方、受信局はθｒ方向に電力ｐの電波が到来したとき、アンテナの指向性（絞り方）に応じて次式で表される受信電力Ｒ［Ｗ］の信号をアンテナから入力する。
Ｒ＝ｐ・Ｇｒ・Ｄｒ(θｒ)      ・・・（２）
また、電波は次式で表されるように距離ｄに応じて減衰する。
【００４０】
ｐ＝Ｅ・Ａ・ｄ-x
ｘ：伝搬定数（２〜４程度）    ・・・（３）
Ａ：定数
ｘ，Ａは電波伝搬環境に応じて定まる。
従って、送信局の送信電力Ｔと受信局の受信電力Ｒとの関係は次式で表される。
【００４１】
Ｒ＝Ｔ・Ｇｔ・Ｄｔ(θｔ)・ＧｒＤｒ(θｒ)・Ａ・ｄ-x  ・・・（４）
前記第(4)式におけるｘ，Ａ，Ｒを設計者が一意に定めることにより、第(4)式から送信局の送信電力Ｔを求めることができる。図１のステップＳ１１を実行することにより、各無線リンクの希望波受信電力Ｃ(n)が一定になるように各無線リンクの送信局の送信電力Ｔ(n)が決定される。
【００４２】
図１におけるステップＳ１２〜Ｓ２２の処理は所定の条件を満たすまで複数回繰り返し実行される。
ステップＳ１２では、無線リンク毎に各無線端末ＷＴ又は無線基地局ＢＳの受信する信号における希望波受信電力Ｃと干渉波受信電力Ｉとの割合（Ｃ／Ｉ）を算出する。
【００４３】
例えば、図５に示すようにｊ番目の無線リンクを形成する送信局(j)及び受信局(j)とｋ番目の無線リンクを形成する送信局(k)及び受信局(k)が存在する場合には、ｊ番目の無線リンクの受信局(j)の受信信号に対して、ｋ番目の無線リンクを形成する送信局(k)からの信号が干渉波として影響する。
ここで、ｊ番目の無線リンクの送信局(j)から送信され受信局(j)で受信される希望波受信電力（所要受信電力）Ｃ(jr)は次式で表される。
【００４４】
0003704493.tif 000002
但し、所要受信電力Ｃ(jr)は受信局(j)における干渉雑音成分Ｍ，熱雑音Ｎ，所要Ｃ／(Ｎ＋Ｉ)により定まる。
【００４５】
また、ｋ番目の無線リンクの送信局(k)から送信され受信局(k)で受信される希望波受信電力（所要受信電力）Ｃ(kr)は次式で表される。
0003704493.tif 000003
但し、所要受信電力Ｃ(kr)は受信局(k)における干渉雑音成分Ｍ，熱雑音Ｎ，所要Ｃ／(Ｎ＋Ｉ)により定まる。
【００４６】
一方、ｋ番目の無線リンクの送信局(k)から送信されｊ番目の無線リンクの受信局(j)で受信される干渉波受信電力Ｉ(jkr)は次式で表される。
Ｉ(jkr)＝Ｔ(kt)・Ｇ(kt)・Ｄ(kt)(θ(kjt))・
Ｇ(jr)・Ｄ(jr)(θ(jkr))・Ａ・ｄ(kj)-x          ・・・（７）
従って、ｊ番目の無線リンクの受信局(j)における希望波受信電力（所要受信電力）Ｃ(jr)と干渉波受信電力Ｉ(jkr)との比Ｃ(jr)／Ｉ(jkr)は前記第(5)式，第(6)式，第(7)式より次式で表される。
【００４７】
0003704493.tif 000004
すなわち、図１のステップＳ１２では前記第(8)式に基づいて無線リンク毎にＣ／Ｉを算出する。実際には干渉局が複数の場合もあるが、その場合でも上記と同様の計算方法に基づいてＣ／Ｉを算出することができる。
【００４８】
図１に示す処理ＰＲ１では、無線リンク毎に目標Ｃ／Ｉを算出する。但し、無線基地局ＢＳと直接接続された最上位無線リンクについては、当無線リンクのＣ／Ｉをそのまま当無線リンクの目標Ｃ／Ｉに定める。
最上位無線リンク以外の各無線リンクについては、まずステップＳ１３で当無線リンクが属する通信経路上で当無線リンクよりも無線基地局ＢＳに近い他の無線リンク（上位無線リンクと呼ぶ）の無線端末ＷＴ又は無線基地局ＢＳのＣ／Ｉの中で最小のＣ／Ｉを選択し、それと当無線リンクのＣ／Ｉとを比較する。
【００４９】
図６に示すように、無線基地局ＢＳと無線端末ＷＴ(3)との間に１つの通信経路が形成されている場合を想定して説明する。この通信経路は、３つの無線リンクＬ(1B)，Ｌ(12)，Ｌ(23)で接続されている。
例えば無線リンクＬ(23)についてステップＳ１３を実行する場合には、２つの無線リンクＬ(1B)，Ｌ(12)が上位無線リンクになるので、無線リンクＬ(1B)における無線端末ＷＴ(1)又は無線基地局ＢＳのＣ／Ｉ並びに無線リンクＬ(12)における無線端末ＷＴ(1)又はＷＴ(2)のＣ／Ｉの中で最小のＣ／Ｉを選択し、それと無線リンクＬ(23)における無線端末ＷＴ(2)又はＷＴ(3)のＣ／Ｉとを比較する。
【００５０】
「上位リンク最小Ｃ／Ｉ＜当無線リンクＣ／Ｉ」の場合、すなわち当無線リンクの送信局の送信電力が同じ通信経路上の他の無線リンクに比べて必要以上に大きい場合にはステップＳ１３からＳ１４に進み、そうでない場合にはステップＳ１５に進む。
ステップＳ１４では、上位リンク最小Ｃ／Ｉを当無線リンクの目標Ｃ／Ｉに定める。例えば、図６において無線リンクＬ(23)を処理する場合には、上位無線リンクである無線リンクＬ(1B)におけるＣ／Ｉと無線リンクＬ(12)におけるＣ／Ｉとのいずれか小さい方を無線リンクＬ(23)の目標Ｃ／Ｉに定める。
【００５１】
ステップＳ１５では、ステップＳ１２で算出された当無線リンクのＣ／Ｉをそのまま当無線リンクの目標Ｃ／Ｉに定める。
図１に示すＰＲ１の処理は全ての無線リンクに対してそれぞれ実行される。従って、各々の無線リンクについてそれぞれ目標Ｃ／Ｉが決定される。この目標Ｃ／Ｉは、当無線リンクにおいてＣ／Ｉを下げる場合の目標値であり、当無線リンクを通る１つの通信経路上で通信品質の劣化が生じない下限値を表す。
【００５２】
次の処理ＰＲ２では、無線リンク毎に、送信電力を下げると仮定した場合の影響を表す変化量（Ｄｉｃ）を算出する。
まず、ステップＳ１７では当無線リンクのＣ／Ｉと当無線リンクの目標Ｃ／Ｉとを比較する。「当無線リンクＣ／Ｉ＞当無線リンク目標Ｃ／Ｉ」の場合には、ステップＳ１７からＳ１８に進む。
【００５３】
ステップＳ１８では、当無線リンクのＣ／Ｉが当無線リンクの目標Ｃ／Ｉになるまで当無線リンクの送信電力を下げると仮定した場合の、各無線リンクにおける干渉波受信電力Ｉと希望波受信電力Ｃとの割合（Ｉ／Ｃ）の全無線リンクについての総和の変化量Ｄｉｃを算出する。
送信電力を下げると仮定する無線リンクを順番に切り替えて、ステップＳ１７，Ｓ１８，Ｓ１９の処理を無線リンクの数だけ繰り返す。従って、無線リンクの総数がＮである場合を想定すると、処理ＰＲ２ではＮ個の変化量Ｄｉｃが得られる。なお、Ｃ／Ｉと目標Ｃ／Ｉとが等しい無線リンクについては送信電力を下げることができないので変化量Ｄｉｃは０になる。
【００５４】
次のステップＳ２０では、前の処理ＰＲ２で得られたＮ個の変化量Ｄｉｃを互いに比較する。そして、最大の変化量Ｄｉｃが得られた１つの無線リンクを制御対象無線リンクとして選出する。
ステップＳ２１では、ステップＳ２０で選出された１つの制御対象無線リンクについて、無線端末ＷＴのＣ／Ｉがその目標Ｃ／Ｉと一致するように、当無線リンクの無線端末ＷＴの送信電力を下げる。
【００５５】
すなわち、変化量Ｄｉｃが最大の無線リンクを制御対象無線リンクとし、その制御対象無線リンクについて送信電力を下げることによりシステム全体として干渉波の影響を最も効果的に低減することができる。
ステップＳ２２では、所定の終了条件に適合するか否かを識別する。終了条件に適合しない場合には、ステップＳ１２からの処理を繰り返し実行する。ステップＳ２２における実際の処理としては、例えば処理を繰り返す回数を予め定めた回数と比較してもよいし、各無線リンクのＣ／Ｉと目標Ｃ／Ｉとの差分の平均値を予め定めた閾値と比較してもよい。
【００５６】
ステップＳ１２〜Ｓ２２の処理を実行する度に１つの制御対象無線リンクが選出され、その無線リンクの送信電力が下がるので、ステップＳ１２〜Ｓ２２の処理を複数回繰り返すことにより、各無線リンクのＣ／Ｉと目標Ｃ／Ｉとの差は徐々に小さくなる。
但し、送信電力が減らされる無線リンクはそれが属する通信経路上で必要とされるエンド−エンド通信速度に必要とされる送信電力と比べて大きな送信電力で送信している無線リンクに限定される。そのため、図１に示す処理によっていくつかの無線リンクの送信電力を減らしても、各通信経路のエンド−エンド通信速度が下がることはない。つまり、各通信経路のエンド−エンド通信速度に合わせて余分な電力で送信しないように、各無線リンクの送信電力を最適化することができる。
【００５７】
以上の説明では、各無線端末及び無線基地局の位置関係が把握できる初期状態で各無線端末及び無線基地局の送信電力を決定する設計時の状況を想定している。しかし、例えば既存のツリー型マルチホップ無線ネットワークに新たな無線端末を追加する場合に各無線端末及び無線基地局の送信電力を再び最適化するために本発明を利用することもできる。
【００５８】
その場合には、各無線端末及び無線基地局に受信Ｃ／Ｉの測定機能を設けるのが望ましい。そして、各無線端末及び無線基地局でそれぞれ測定された受信Ｃ／Ｉを所定の制御局に通知し、制御局で本発明の方法を用いて各局の送信電力を決定し、決定された送信電力を制御局から各無線端末及び無線基地局に通知し、各無線端末及び無線基地局では通知された送信電力の情報に従って送信電力を制御すればよい。
【００５９】
なお、この形態では最適化アルゴリズムの「Simulated Annealing方法」を利用している。
この形態の送信電力設定方法はコンピュータを用いて自動的に実行することができる。コンピュータを用いる場合には、図１に示す手順に相当する送信電力設定プログラムを作成しておき、この送信電力設定プログラムを所定の記録媒体あるいはネットワークからコンピュータに読み込んで実行すればよい。
【００６０】
（第２の実施の形態）
本発明のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法及び送信電力設定プログラムの１つの実施の形態について、図２を参照して説明する。この形態は、請求項７及び請求項１０に対応する。
図２はこの形態の送信電力設定方法の手順を示すフローチャートである。この形態は、第１の実施の形態の変形例である。また、図２において図１と対応するステップには同一の番号を付けて示してある。第１の実施の形態と同一の部分については以下の説明を省略する。
【００６１】
この形態では、図２に示すようにステップＳ１２の後でステップＳ３１を実行する。ステップＳ３１では、最上位無線リンク（無線基地局ＢＳと直接接続された無線リンク）の目標Ｃ／Ｉとして予め定めた定数を割り当てる。この定数としては、例えばネットワーク設計上の所要Ｃ／Ｉなどが考えられる。
最上位無線リンクの目標Ｃ／Ｉとして予め定めた定数を割り当てることにより、各通信経路の最上位無線リンクについて、無線端末局あるいは無線基地局のＣ／Ｉを前記定数に極力揃えようとするので、各通信経路の最上位無線リンクの通信速度を均一化することが可能になる。すなわち、各通信経路の通信品質を均一化することができる。
【００６２】
図２の処理ＰＲ１Ｂでは、最上位無線リンク以外の各無線リンクについて目標Ｃ／Ｉを算出する。それ以外は図１の処理ＰＲ１と同一である。
この形態の送信電力設定方法はコンピュータを用いて自動的に実行することができる。コンピュータを用いる場合には、図２に示す手順に相当する送信電力設定プログラムを作成しておき、この送信電力設定プログラムを所定の記録媒体あるいはネットワークからコンピュータに読み込んで実行すればよい。
【００６３】
（第３の実施の形態）
本発明のツリー型マルチホップ無線ネットワークの送信電力設定方法及び送信電力設定プログラムの１つの実施の形態について、図３を参照して説明する。この形態は、請求項８及び請求項１１に対応する。
図３はこの形態の送信電力設定方法の手順を示すフローチャートである。この形態は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の変形例である。また、図３において図２と対応するステップには同一の番号を付けて示してある。第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同一の部分については以下の説明を省略する。
【００６４】
この形態では、図３に示すようにステップＳ１２の後でステップＳ３２を実行する。ステップＳ３２では、全ての無線リンクにおける無線端末局及び無線基地局のＣ／Ｉの平均値を算出し、その結果（平均Ｃ／Ｉ）を最上位無線リンク（無線基地局ＢＳと直接接続された無線リンク）の目標Ｃ／Ｉとして割り当てる。
最上位無線リンクの無線端末局あるいは無線基地局の目標Ｃ／Ｉとして平均Ｃ／Ｉを割り当てることにより、各通信経路の最上位無線リンクについて、無線端末局あるいは無線基地局のＣ／Ｉを平均Ｃ／Ｉに極力揃えるように制御される。また、最上位無線リンク以外の無線リンクにおける無線端末局のＣ／Ｉをその無線リンクが属する通信経路上の最上位無線リンクにおける無線端末局あるいは無線基地局のＣ／Ｉに極力揃えるように制御される。そのため、結果的に全ての無線リンクにおける無線端末局及び無線基地局のＣ／Ｉを均一化することになる。
【００６５】
この形態の送信電力設定方法はコンピュータを用いて自動的に実行することができる。コンピュータを用いる場合には、図３に示す手順に相当する送信電力設定プログラムを作成しておき、この送信電力設定プログラムを所定の記録媒体あるいはネットワークからコンピュータに読み込んで実行すればよい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、各無線端末局及び無線基地局がエンド−エンド通信速度に必要とされる送信電力を超える余分な電力で送信しないように各局の送信電力を最適化することが可能になる。
【００６７】
また、本発明の方法を実施することにより各局の送信電力は前述の目標Ｃ／Ｉと等しくなる。それを検証するために計算機を用いてシミュレーションを実施した。その結果が図８に示されている。
図８においては、あるチャネル配置直後において各無線リンクにおける無線端末局あるいは無線基地局の希望波受信電力が一定になるように各局の送信電力を定めた初期状態についての実際のＣ／Ｉの累積分布及び目標Ｃ／Ｉの累積分布と、前記初期状態から第１の実施の形態の手順を用いて各局の送信電力を定めた場合の実際のＣ／Ｉの累積分布及び目標Ｃ／Ｉの累積分布と、前記初期状態から第３の実施の形態の手順を用いて各局の送信電力を定めた場合の実際のＣ／Ｉの累積分布及び目標Ｃ／Ｉの累積分布とが対比できるように表してある。
【００６８】
このシミュレーションにおいては、無線基地局のセルモデルとして正方形モデルを想定し、無線基地局は正方形の中心に配置されるものとした。また、無線端末局が各セル内に一様になるように、セル内を格子分割して各格子点を中心とした正方形を描きその正方形内に１無線端末局をランダム分布させている。また、経路については無線基地局を中心とする正方形周辺上の格子点に対応する無線端末局は無線基地局からのホップ数が同一とし、各無線端末局が上り方向で最も近い無線端末局又は無線基地局と接続するようにした。また、各局のアンテナについては次式で与えられる指向性アンテナパターンのペンシルビームアンテナを想定した。
【数１】
0003704493.tif 000005
Ｄ(θ)：角度θにおけるアンテナゲイン
θH：半値幅
αB：サイドローブ減衰量
また、上記以外のシミュレーションの条件については次の表に示すとおりである。
【表１】
0003704493.tif 000006
図８を参照すると、チャネル配置直後は実際のＣ／Ｉの累積分布よりも目標Ｃ／Ｉの累積分布が小さくなっていることが分かる。従って、ある無線リンクにおける受信局のＣ／Ｉが上位無線リンクにおける受信局のＣ／Ｉよりも大きい状態、すなわち該無線リンクにおける無線端末局においてエンド−エンド通信速度以上の通信速度に対応する余分な電力を送信している状態になっていることが分かる。
【００６９】
一方、本発明の各実施形態により各局の送信電力を変更して得られる特性を参照すると、実際のＣ／Ｉの累積分布と目標Ｃ／Ｉの累積分布とがほぼ一致していることが分かる。従って、本発明によれば各無線端末局及び無線基地局が余分な電力を送信しないように送信電力を適切に決定できることが分かる。
また、第１の実施の形態よりも第３の実施の形態の手順で送信電力を決定した方が累積分布の低い範囲でのＣ／Ｉが向上していることが分かる。従って、第１の実施の形態において、最上位リンクの無線端末局あるいは無線基地局に対しても送信電力を変更することが効果的であることが分かる。
【００７０】
すなわち、第２の実施の形態のように最上位無線リンクにおける無線端末局あるいは無線基地局の目標Ｃ／Ｉにある定数を割り当てることにより、各通信経路の最上位無線リンクにおける無線端末局あるいは無線基地局のＣ／Ｉを前記定数に極力揃えるように制御することになり、各通信経路の最上位無線リンクの通信速度を均一化することができる。すなわち、各通信経路の通信品質を均一化することができる。
【００７１】
また、第３の実施の形態のように最上位無線リンクにおける無線端末局あるいは無線基地局の目標Ｃ／Ｉに平均Ｃ／Ｉを割り当てることにより、各通信経路の最上位無線リンクにおける無線端末局あるいは無線基地局のＣ／Ｉを平均Ｃ／Ｉに極力揃えるように制御することになる。また、最上位無線リンク以外の無線リンクにおける無線端末局のＣ／Ｉを、その無線リンクの属する通信経路の最上位無線リンクにおける無線端末局あるいは無線基地局のＣ／Ｉに極力揃えるように制御される。その結果、全ての無線リンクにおける無線端末局及び無線基地局のＣ／Ｉを均一化することができる。
【００７２】
本発明は、上記のように全無線リンクにおける各局のＣ／Ｉをなるべく最上位無線リンクにおける無線端末局及び無線基地局のＣ／Ｉに近づける送信電力を決定することができるので、ベストエフォート型サービスをツリー型マルチホップ無線ネットワークで提供する際に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の送信電力設定方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】第２の実施の形態の送信電力設定方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】第３の実施の形態の送信電力設定方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】送信局及び受信局の配置例を示す平面図である。
【図５】各局の配置例を示す平面図である。
【図６】１つの通信経路を構成する各無線リンクの構成例を示すブロック図である。
【図７】ツリー型マルチホップ無線ネットワークの構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明による特性変化を示すグラフである。
【符号の説明】
ＢＳ  無線基地局
ＷＴ  無線端末
Ｌ  無線リンク
【図１】
0003704493.tif 000007
【図２】
0003704493.tif 000008
【図３】
0003704493.tif 000009
【図４】
0003704493.tif 000010
【図５】
0003704493.tif 000011
【図６】
0003704493.tif 000012
【図７】
0003704493.tif 000013
【図８】
0003704493.tif 000014