(57)【要約】  第１の送信機（４１０）と、第１および第２のユーザ（４１５）と、第１の送信機が２つのユーザに送信する少なくとも第１および第２のチャネル（４２０）とを有する無線通信システムにおいて使用する方法（４００）であって、第１のラグランジュパラメータλを使用する方法。当該方法は、ユーザｕｉとチャネルｊとの逆チャネル品質を表すパラメータｑｉ，ｊを定義し（４２５）、ユーザｕｉに対してｑｉ，ｊ≦λｉだがｑｉ’，ｊ＞λ，Ｖｉ’≠ｉのようなチャネルをすべて見付け（４３０）、それらのチャネルをユーザｕに指定する。チャネルｊに関してｑｉ，ｊ＜λである１つを超えるユーザｕが見付けられた場合、そのチャネルを条件ｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，Ｖｉ’ ≠ｉを満足するユーザｕｉに割り当てる（４３５）。ｑｉ，ｊ＞λｉ，Ｖｉである場合、チャネルｊを割り当てないままにしておく（４３０）。電力レベルおよびレートも、本発明を使用して割り当て得る。
2010532624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の送信機（４１０）と、少なくとも第１および第２の受信機（４１５）、すなわち複数のユーザ、と、前記少なくとも第１の送信機が前記少なくとも２つのユーザに送信する少なくとも第１および第２のチャネル（４２０）と、を有する無線通信システム内で使用される方法（４００）であって、該方法は、少なくとも第１のラグランジュ・パラメータλを使用し、該方法は、
ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質を表すパラメータｑｉ，ｊを定義するステップ（４２５）と、
ｑｉ，ｊ≦λｉ、ただしｑｉ’，ｊ＞λｉ’，∀ｉ’≠ｉとなる、ユーザｕｉに対する全てのチャネルを見付け（４３０）、該チャネルをユーザｕｉに指定するステップと、
チャネルｊに関してｑｉ，ｊ≦λｉであるユーザｕｉが２以上見つかった場合、該チャネルをｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉを満足するユーザｕｉに割り当てるステップ（４３５）と、
ｑｉ，ｊ＞λｉ，∀ｉの場合、チャネルｊを割り当てられないままにするステップ（４３０）と、
を含むことを特徴とする方法（４００）。
【請求項２】
ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質のパラメータｑｉ，ｊは、ｑｉ，ｊ＝σｉ，ｊ２／Ｇｉ，ｊとして定義され、ここで、Ｇｉ，ｊはチャネル利得であり、受信機雑音および干渉電力はσｉ，ｊ２であることを特徴とする請求項１に記載の方法（４００，４５０）。
【請求項３】
ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対する出力電力が決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法（４００，４４５）。
【請求項４】
チャネルｊと該チャネルのユーザｉとに対して、電力レベルＰｉ，ｊは、Ｐｉ，ｊ＝λｉ−ｑｉ，ｊとして選択されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ラグランジュ・パラメータの前記セットはユーザｕｉに特有であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対するレートが決定されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法（４００，４５５）。
【請求項７】
チャネルｊにおける前記送信機からユーザｉに対するレートはｌｏｇ２（１＋ｐｉ，ｊ／ｑｉ，ｊ）として決定されることを特徴とする請求項６に記載の方法（４００，４５５）。
【請求項８】
ラグランジュ・パラメータの前記セットはユーザｕｉに特有であることを特徴とする請求項７に記載の方法（４００，４５５）。
【請求項９】
相違しかつ独立な複数のλｉが使用され、ユーザ毎のチャネル最適化とユーザ毎の制約とを独立可能にすることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法（４００）。
【請求項１０】
連結された複数のλｉが使用され、システム最適化とシステムまたはユーザ毎の制約とを相互依存可能にすることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法（４００）。
【請求項１１】
同一の複数のλｉが使用されることを特徴とする請求項１０に記載の方法（４００）。
【請求項１２】
複数のλｉに対して比例スケールが使用され、すなわちλｉ＝ｘλｉ０，λｉ’＝ｘλｉ’０に対してλｉ０≠λｉ’０が許容され、λｉ０＝Ｅ｛ｑｉ，ｊ｝であることを特徴とする請求項１１に記載の方法（４００）。
【請求項１３】
ラグランジュ・パラメータλｉは、
最適化のための合計パラメータ、すなわち、全てのレートの合計または全ての出力電力レベルの合計、であって、ただ１つのパラメータ、レートまたは電力、が最適化される合計パラメータとして選択され、
合計レートおよび／または合計電力の制約Ｐ（ｔｏｔ）およびＲ（ｔｏｔ）、または、ユーザ毎の個別電力および／または個別レートの制約Ｐ（ｔｏｔ）およびＲ（ｔｏｔ）、
ラグランジュ・パラメータの初期値、すなわち、各ユーザｕｉに対するλｉ（ｓｔａｒｔ）、
前反復ラウンドからの推定パフォーマンス値、
各チャネルの所望パフォーマンス制約に対する算出パフォーマンスからの偏差を計測する許容入力Ｔｊ、
を使用して反復的に決定され、
前記方法において、前記反復的に決定されたラグランジュ・パラメータが、チャネル割り当て、出力電力レベルＰｉ，ｊまたはレートＲｉ，ｊの少なくとも１つの割り当てを決定するために前記方法の入力として使用され、前記方法は、
全ユーザに対する合計パフォーマンス、および、合計レートおよび／または合計電力の制約、または、ユーザ毎の個別電力および／または個別レートの制約に関連する関連パフォーマンス測定値を推定するために、Ｐｉ，ｊまたはレートＲｉ，ｊの決定値を使用するパフォーマンス計算機を更に含むことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法（４００）。
【請求項１４】
少なくともユーザの第１の個数とチャネルの第２の個数とに対するチャネルの割り当て、出力電力およびレートは、ユーザに特有なラグランジュ・パラメータと、前記ユーザと前記チャネルとに対するチャネル品質とに基づいていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の方法（４００）。
【請求項１５】
ＬＴＥシステムまたはＩＥＥＥ８０２．１６システムのようなＯＦＤＭＡシステム、ＳＣ−ＦＤＭＡシステム、すなわち、単一キャリア周波数分割多元接続システム、のようなセルラ通信システムの基地局内の送信機に適用されることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の方法（４００）。
【請求項１６】
少なくとも第１および第２の受信機、すなわち複数のユーザ、を有する無線通信システム内で使用される送信機（５００）であって、該送信機（５００）は前記少なくとも２つのユーザに送信する少なくとも第１および第２のチャネルで送信するための手段を備えており、前記送信機は、少なくとも第１のラグランジュ・パラメータλを使用するための手段を含んでおり、前記送信機（５００）は、
ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質を表すパラメータｑｉ，ｊを定義し、
ｑｉ，ｊ≦λｉ、ただしｑｉ’，ｊ＞λｉ’，∀ｉ’≠ｉとなる、ユーザｕｉに対する全てのチャネルを見付け、該チャネルをユーザｕｉに指定し、
チャネルｊに関してｑｉ，ｊ≦λｉであるユーザｕｉが２以上見つかった場合、該チャネルをｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉを満足するユーザｕｉに割り当て、
ｑｉ，ｊ＞λｉ，∀ｉの場合、チャネルｊを割り当てられないままにする、
ための制御手段（５２０）を含むことを特徴とする送信機（５００）。
【請求項１７】
前記制御手段（５２０）は、ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質のパラメータｑｉ，ｊを、ｑｉ，ｊ＝σｉ，ｊ２／Ｇｉ，ｊとして定義し、ここで、Ｇｉ，ｊはチャネル利得であり、受信機雑音および干渉電力はσｉ，ｊ２であることを特徴とする請求項１６に記載の送信機（５００）。
【請求項１８】
前記制御手段（５２０）は、ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対する出力電力を決定することを特徴とする請求項１６または１７に記載の送信機（５００）。
【請求項１９】
前記制御手段（５２０）は、チャネルｊと該チャネルのユーザｉとに対して、電力レベルＰｉ，ｊを、Ｐｉ，ｊ＝λｉ−ｑｉ，ｊとして選択することを特徴とする請求項１８に記載の送信機（５００）。
【請求項２０】
前記制御手段（５２０）は、ユーザｕｉに特有であるラグランジュ・パラメータのセットを使用することを特徴とする請求項１８に記載の送信機（５００）。
【請求項２１】
前記制御手段（５２０）は、ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対するレートを決定することを特徴とする請求項１６乃至２０の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項２２】
チャネルｊにおける前記送信機からユーザｉに対するレートはｌｏｇ２（１＋ｐｉ，ｊ／ｑｉ，ｊ）として前記制御手段（５２０）により決定されることを特徴とする請求項２１に記載の送信機（５００）。
【請求項２３】
前記制御手段（５２０）により使用されるラグランジュ・パラメータの前記セットはユーザｕｉに特有であることを特徴とする請求項２１に記載の送信機（５００）。
【請求項２４】
前記制御手段（５２０）は、相違しかつ独立な複数のλｉを使用し、ユーザ毎のチャネル最適化とユーザ毎の制約とを独立可能にすることを特徴とする請求項１６乃至２３の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項２５】
前記制御手段（５２０）は、連結された複数のλｉを使用し、システム最適化とシステムまたはユーザ毎の制約とを相互依存可能にすることを特徴とする請求項１６乃至２３の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項２６】
前記制御手段（５２０）は、同一の複数のλｉを使用することを特徴とする請求項２５に記載の送信機（５００）。
【請求項２７】
前記制御手段（５２０）は、複数のλｉに対して比例スケールを使用し、すなわちλｉ＝ｘλｉ０，λｉ’＝ｘλｉ’０に対してλｉ０≠λｉ’０が許容され、λｉ０＝Ｅ｛ｑｉ，ｊ｝であることを特徴とする請求項２５に記載の送信機（５００）。
【請求項２８】
前記制御手段（５２０）は、ラグランジュ・パラメータλｉを、
最適化のための合計パラメータ、すなわち、全てのレートの合計または全ての出力電力レベルの合計、であって、ただ１つのパラメータ、レートまたは電力、が最適化される合計パラメータとして選択され、
合計レートおよび／または合計電力の制約Ｐ（ｔｏｔ）およびＲ（ｔｏｔ）、または、ユーザ毎の個別電力および／または個別レートの制約Ｐ（ｔｏｔ）およびＲ（ｔｏｔ）、
ラグランジュ・パラメータの初期値、すなわち、各ユーザｕｉに対するλｉ（ｓｔａｒｔ）、
前反復ラウンドからの推定パフォーマンス値、
各チャネルの所望パフォーマンス制約に対する算出パフォーマンスからの偏差を計測する許容入力Ｔｊ、
を使用して反復的に決定し、
前記制御手段（５２０）は、前記反復的に決定されたラグランジュ・パラメータを、チャネル割り当て、出力電力レベルＰｉ，ｊまたはレートＲｉ，ｊの少なくとも１つの割り当てを決定するための方法の入力として使用し、前記制御手段（５２０）は、全ユーザに対する合計パフォーマンス、および、合計レートおよび／または合計電力の制約、または、ユーザ毎の個別電力および／または個別レートの制約に関連する関連パフォーマンス測定値を推定するために、Ｐｉ，ｊまたはレートＲｉ，ｊの決定値を使用するパフォーマンス計算機を更に含むことを特徴とする請求項１６乃至２７の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項２９】
前記制御手段（５２０）により使用される少なくともユーザの第１の個数とチャネルの第２の個数とに対するチャネルの割り当て、出力電力およびレートは、ユーザに特有なラグランジュ・パラメータと、前記ユーザと前記チャネルとに対するチャネル品質とに基づいていることを特徴とする請求項１６乃至２８の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項３０】
ＬＴＥシステムまたはＩＥＥＥ８０２．１６システムのようなＯＦＤＭＡシステム、ＳＣ−ＦＤＭＡシステム、すなわち、単一キャリア周波数分割多元接続システム、のような種類の１つであるセルラシステムの基地局内の送信機であることを特徴とする請求項１６乃至２９の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のユーザすなわち受信機を有する１つの送信機と少なくとも１つのチャネルから成るセットを１以上備える通信システムにおいて、通信パラメータを割り当てる方法および装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
セルラアクセスシステムの基地局の送信機などの無線通信システムの送信機においては、電力消費を少なく保ち、基地局がサービスを提供する１つ以上のセルのユーザとの通信をエネルギー効率よく継続することが望ましい。これには相当数の理由があるが、その中から以下のものが言及されてもよい。
・電力／エネルギー消費を減らすことができる事業者は、費用効率がより高くなり、高い収益を生み出すことになる。エネルギー費用は、運転経費のかなりの部分を占めると一般に見られている。
・事業者は、投入された電力／エネルギーに関して顧客に最高の（またはサービスに関して満足のゆく）パフォーマンスを提供することにも関心があってもよい。
・製造業者は、基地局および他の装置の電力／エネルギー消費を削減することに関心がある。このことが、より少ない／より小さい冷却部品および電力増幅器による製造費用の低下に導くだろうし、製造費用の低下により競争力を向上するとともに、販売の利ざやを増やすことになるからである。
・エネルギー／電力消費の削減は、太陽電池パネル駆動の基地局にとっても有益である。あるエネルギー／電力使用割当量を与えられたとすると、エネルギー／電力消費の削減は、長期の運用および／または範囲の拡大を可能にするからである。このことは、配電網などのインフラがあるかなしかの農村地域に住んでいることの多い人々に将来セルラサービスを提供するとき、特に重要である。
・配電システムがないことが多い辺ぴな地域でシステムを運営している事業者は、例えばディーゼルのことが多い燃料で駆動される発電機に頼る必要が多そうであり、それ故にこの燃料の長ったらしく費用のかかる輸送および管理を必要とする。もっとエネルギー効率および電力効率のよい設計によってこの問題を軽減することが望ましいであろう。
・気候変動問題を考慮し、たいていのセルラシステムの電源が再生不能な化石燃料を基にしていることが多いことを認識すると、より資源効率の高い通信方法は社会全体としても重要である。
【０００３】
さらに、エネルギー消費をできるだけ少なくすることは一般に良い設計哲学である。
【０００４】
いわゆる”注水（water-filling）”法は、異なる利得対雑音比を有する複数のキャリア／チャネルで通信するときに、セルラ無線アクセスシステムにおいて電力およびレートを割り当てるための周知の技術であり、所与の合計電力の投入に対して通常合計レートで評価される最適パフォーマンスを提供する。”注水”法は、各チャネルに対する電力およびレートの割り当てを与える。
【０００５】
Ｊ個の直交チャネルを有するガウス性ベクトルチャネルを考慮するが、各チャネルには文字ｊのインデックスが付いており、すべてのチャネルに関して雑音対利得比ｑｊ＝σｊ２／Ｇｊが知られている。ここでσｊ２は雑音および干渉電力で、Ｇｊはチャネル利得である。問題は、総合計電力Ｐ（ｔｏｔ）の制約を条件として、チャネル全体の合計（シャノン）レートを最大にするチャネル電力割り当てＰｊを決定することである。
2010532624.tif 000003
上式中の用語”s.t.”は”subject to”の略語であり、最適化を行う際の制約を示す。この場合の最適化とは、各チャネルｊに関する合計レートの最大化である。Ｒｊは最大許容通信レートを表す。このレートは、ｂ／Ｈｚ／ｓ単位のチャネル容量と同義である。
【０００６】
Ｐｊ＊、Ｒｊ＊は、上記最適化問題への解であり、下式による。
2010532624.tif 000004
上式で、λはいわゆるラグランジュパラメータであり、すべての送信電力の合計が総電力Ｐｔｏｔになるという条件を満足するように合わされている。
【０００７】
セルラアクセスシステムなどの無線通信システムにおいては、例えば基地局などにある送信機は、システムのユーザとの通信のために、チャネルおよびレートなどの資源の割り当てと、適切な電力およびレートの割り当てとのタスクを一般に有する。
【０００８】
基地局は、ＬＴＥ（すなわち、３ＧＰＰのロングターム・エボリューション）、ＩＥＥＥ８０２．１６などによって例示されるＯＦＤＡシステムなどのマルチキャリアシステムでは特に、複数のユーザと通信してもよいので、伝統的な注水法は興味深いが、複数のユーザの存在に取り組んでいないので不十分である。マルチキャリアシステムの他の例には、ＳＣ−ＦＤＭＡ（単一キャリア周波数分割多元接続）システムがある。
【０００９】
無線通信システムでは一般に、チャネル割り当ては、電力およびレートの制御から切り離して扱われる、すなわち、システムはまずチャネルを選択し、それとは無関係に次いで電力およびレートを割り当てる。また、電力およびレートが一緒に適応される例はあるが、システムが、大雑把に電力レベルを固定してレートを適応させる（３ＧＰＰのＷＣＤＭＡのＨＳＤＰＡ）か、またはレートを固定して電力を適応させる（３ＧＰＰのＷＣＤＭＡのＷＣＤＭＡ用のＤＣＨまたはＧＳＭのＤＣＨ）かを、試みるのが実際のところ一般的である。
【００１０】
それにもかかわらず、複数のユーザを扱い、電力およびレートを同時に割り当てる問題は、種々の形態で取り組まれている。しかし一般に、既存の解決手段は、システムおよび個別ユーザレベルの両方で、異なるおよび／または変化する電力およびレートの制約に適応する簡単で順応性のあるフレームワークを提供していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、上記の説明のように、セルラ無線アクセスシステムなどの無線通信システムについては、基地局の送信機などの送信機に、ユーザ、ユーザがどのチャネルで通信すべきか、ならびに使用すべき出力およびレートを選択させる問題を解決するために、これまで知られているやり方より構造化されたやり方を見付ける必要がある。
【００１２】
さらに、複数のチャネルが異なる通信品質を提供するマルチチャネルシステムにおいて、その方法を用いることによって、１つの送信機から複数のユーザへのチャネル割り当て、電力およびレートを一緒に決定することを可能にするだろう方法の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの必要性について、本発明は、セルラ無線アクセスシステムなどの無線通信システムにおいて使用する方法を開示することにより取り組むが、そのシステムには、少なくとも第１の送信機と、第１および第２の受信機すなわち第１の送信機と関係があるユーザと、前述の少なくとも第１の送信機が前述の少なくとも２人のユーザに送信する少なくとも第１および第２のチャネルがある。
【００１４】
本発明の方法は、少なくとも第１のラグランジュパラメータλを使用し、以下を備える。
・ユーザｕｉとチャネルｊとの逆チャネル品質を表すパラメータｑｉ，ｊを定義する。
・ユーザｕｉに対して、ｑｉ，ｊ≦λｉ、ただしｑｉ’，ｊ＞λｉ’，∀ｉ’≠ｉのようなチャネルをすべて見付け、それらのチャネルをユーザｕｉに指定する。
・チャネルｊに関してｑｉ，ｊ≦λｉであるユーザｕｉが１人を超えて見つかった場合、そのチャネルをｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉを満足するユーザｕｉに割り当てる。
・ｑｉ，ｊ＞λｉ，∀ｉの場合、チャネルｊは割り当てられないままにする。
【００１５】
適切には、本発明の方法によれば、ユーザｕｉとチャネルｊとの逆チャネル品質パラメータｑｉ，ｊは、ｑｉ，ｊ＝σｉ，ｊ２／Ｇｉ，ｊと定義され、ここで、Ｇｉ，ｊはチャネル利得であり、σｉ，ｊ２は受信機における受信機雑音および干渉電力である。
【発明の効果】
【００１６】
従って、以下の本発明の詳細説明からさらに明らかになるであろうが、本発明は、ラグランジュパラメータと、ラグランジュベースの固有のチャネル割り当て基準を有するチャネル品質とに基づき、システムの様々なユーザにユーザ固有のチャネル割り当てと、出力と、レートとを一緒に決定するための、順応性があり、複雑さの少ない最適化フレームワークを提供する。
【００１７】
さらに、本発明は、フェージングまたは変化する干渉状況のせいで、時間または周波数で変動するチャネル品質を効率的に利用する可能性を有する、オポチュニスティックマルチユーザチャネル用の同時のスケジューリングおよび”注水法”も提供する。
【００１８】
また、本発明は、ユーザ個別の合計電力の制約と合計レートの制約との混合もさらに可能にする一方で、すべてのユーザに対する共通の目的関数を最適化する。
【００１９】
本発明について、添付の図面を参照して、以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の基本的方法を示す図である。
【図２】図１の方法の変形を示す図である。
【図３】本発明をグラフ表現を示す図である。
【図４】本発明の方法の基本フローチャートである。
【図５】本発明の送信機の概略のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明について、これよりアルゴリズムを示しながら以下により詳細に説明する。本発明は発見的やり方で導き出されているが、その出発点として伝統的な”注水法”をある程度取り入れているので本当の最適化の基礎を有することに注目すべきである。”注水法”および厳密解法については、それらの方法の具体的な詳細を求める読者のために、本明細書の最後に詳しく記述する。
【００２２】
前述のように、本発明は無線通信システムへの適用を目指しており、そのシステムにおける課題は、基地局などの送信者からシステムの移動端末を有するユーザなどの受信者への通信において、チャネル、出力およびレートを割り当てることである。
【００２３】
以下を仮定する。
・１つの送信機
・受信機（例えばシステムのユーザ）数Ｉ≧２
・チャネル数Ｊ≧２
ここで、
・ユーザｕｉに対する各チャネルは、そのチャネル利得Ｇｉ，ｊの特性を有し、対応する受信機雑音および干渉はσｉ，ｊ２である。簡潔にするため、ｑｉ，ｊ＝σｉ，ｊ／Ｇｉ，ｊと定義するが、ここでｑｉ，ｊは、ユーザｕｉとチャネルｊとの逆チャネル品質を表す。
【００２４】
ここで課題はチャネル割り当てを決定することであり、以下のやり方で行われる。
・チャネル割り当て
・各ユーザｕｉに対して、使用されるチャネルのセットがあれば、それを決定する。
・使用されないチャネルのセットがあれば、それを決定する。
・決定は、ｑｉ，ｊおよびラグランジュパラメータλｉセットに基づいており、各λｉは潜在的にユーザｕｉに固有であってもよく、詳細については以下を参照されたい。
【００２５】
具体的には、本発明が提案するチャネル割り当てルールは以下の通りである。
・ユーザｕｉに対して、ｑｉ，ｊ≦λｉ、ただしｑｉ’，ｊ＞λｉ’，∀ｉ’≠ｉのようなチャネルをすべて見付け、そのチャネルセットをユーザｕｉに指定する。
・チャネルＪに関して、ｑｉ，ｊ≦λｉであるユーザｕｉが複数ある場合は、ｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉを満足するユーザｕｉに割り当てる。
・ｑｉ，ｊ＞λｉ，∀ｉの場合は、チャネルｊは割り当てられないままである。
【００２６】
本発明は、以下のやり方で電力およびレートの割り当てにも使用されてもよい。
・電力割り当て：
・各ユーザｕｉに対して、使用される選択されたチャネルのセットがある場合、電力割り当ては”注水”法に基づいて決定される、すなわち、決定は、ｑｉ，ｊと潜在的にユーザｕｉ固有であってもよいラグランジュパラメータλｉセットとに基づく。
・レート割り当て：
・各ユーザｕｉに対して、使用される選択されたチャネルのセットがある場合、レート割り当ては”注水”法に基づいて決定される、すなわち、決定は、ｑｉ，ｊと潜在的にユーザｕｉ固有であってもよいラグランジュパラメータλｉセットとに基づく。
【００２７】
全体として、上記は、各ユーザに対するラグランジュパラメータのセット（本明細書ではベクトルλに集合されている）、ユーザｉとチャネルｊとの逆チャネル品質を示す要素ｑｉ，ｊを有するマトリクスＱ、ユーザｉに対するチャネルｊのレートを示す要素Ｒｉ，ｊを有するマトリクスＲ、ユーザｉに対するチャネルｊの電力を示す要素Ｐｉ，ｊを有するマトリクスＰからの固有のマッピングを明確に述べている。１人のユーザだけが電力およびレートを割り当てられ得るので、マトリクスＲおよびＰは、ユーザの間でどのようにチャネルが割り当てられるかも示す。従って、マッピングはｆ（λ，Ｑ）→｛Ｒ，Ｐ｝である。この定式化では、チャネルを割り当てられないユーザは、レートゼロ、電力ゼロを有することになる。チャネルが使用される場合には、最大でも、１人のユーザだけがチャネルを割り当てられ、ゼロでない電力およびゼロでないレートを使用する。チャネル割り当てがゼロでない要素を有するマトリクスＲ（またはＰ）の中で暗黙のうちに示されているこの記述を補完するため、およびユーザがチャネルを割り当てられていることをより明示的に示すために、各チャネルに関してそれぞれのユーザを有するチャネル割り当てベクトルｃが定義されてもよい。チャネル割り当てベクトルの一例は、ｃ＝｛ｕ４，ｕ３，ｕ９，ｕ１...，−，ｕ１，ｕ９｝の形態を取ることができ、これは、各チャネルがユーザｕｉに割り当てられているか、または未使用であるかを示し、未使用はシンボル”−”すなわちハイフンで示されている。
【００２８】
また、σｉ，ｊ２に含まれる干渉は、本発明の１つ以上の類似の装置、すなわち、１組のユーザと通信中で、かつ本発明によりチャネル、電力レベルおよびレートを割り当てる送信機を有する１つ以上のセットなどの、他のどの発信源からも生じ得ることに注意されたい。以下に示すように、ユーザに対してチャネル、電力レベルおよびレートの割り当ての反復決定が使用されるときはいつでも、干渉レベルは繰返しごとに変わってもよい。
【００２９】
ラグランジュパラメータに関して少しばかりの説明を加えてもよい。これは、ラグランジュの最適化法を用いて解決するとき、最適化問題の中で生じるパラメータである。ラグランジュパラメータは、最適化が行われる条件を満足するように合わせられる。
【００３０】
ここで本発明のチャネル割り当てルールのｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉのテストに戻ると、ｑｉ，ｊ≦λｉが当てはまるユーザの組だけがテストされる必要がある。また、ｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉのテストに”生き残った”ユーザだけが、考慮されているチャネルに関して、次のテストされていないユーザに対してテストされる必要がある。従って、複雑さを、かなり低く維持することができる。
【００３１】
図１は、本発明の方法１００の全体のシステム構成を示し、上述のように、ユーザｕｉに対するラグランジュパラメータ入力λｉに基づき、最適のユーザへのチャネル割り当て、送信機出力レベルＰｉ，ｊおよび／またはレートＲｉ，ｊを見付けるために、どのように方法またはアルゴリズム１００が使用され得るかを絵的に示す。アルゴリズム１００への入力”１０１”は、従ってλｉ，∀ｉであり、出力１０２は、Ｐｉ，ｊおよびＲｉ，ｊ，∀ｉ，ｊである。
【００３２】
図２は、本発明の方法の別の可能な変形２００を示し、そこでは、同じパラメータすなわちＰｉ，ｊおよびＲｉ，ｊが決定されるが、今度は、合計レート制約および／または合計電力制約あるいは個別レート制約および／または個別電力制約のセットを有する全部の最適化問題を満足するために、反復法で決定される。
【００３３】
さらに詳細には、図２に示される方法２００は、図１のアルゴリズムと基本的に同じアルゴリズム２１０を備えるが、方法２００は、すべてのユーザｕｉに対するλｉ計算機２３０も備え、このλｉ計算機２３０は、図２の数字２０１、２０２、２０３、２０４付きの入力矢印により示される以下の入力値に基づき、図２の２０５で示される新しいλｉのセットを見付けるために使用される。
・２０１：許容差入力Ｔｊ、これは、各チャネルに関する所望のパフォーマンスの制約に対する計算されたパフォーマンスの逸脱すなわちＴｊ，∀ｊを判定する。
・２０２：各ユーザｕｉに対するラグランジュパラメータの初期値すなわちλｉ（ｓｔａｒｔ）であり、数学的にはλｉ（ｓｔａｒｔ），∀ｉと表現される。
・２０３：最適化する合計パラメータ、すなわちすべてのレートの合計またはすべての出力レベルの合計。注意することは、１つのパラメータだけ、レートかまたは電力だけが、最適化されるべき合計パラメータとして選択され得ることである。
2010532624.tif 000005
・２０４：合計の電力および／またはレートの制約Ｐ（ｔｏｔ）およびＲ（ｔｏｔ）、あるいは個別のユーザごとの電力および／またはレートの制約Ｐｉ（ｔｏｔ）およびＲｉ（ｔｏｔ）であり、これらは数学的に以下のように表現されてもよい。
2010532624.tif 000006
・前反復ラウンドの推定パフォーマンス値。
【００３４】
アルゴリズムブロック２１０の出力２０５は、λｉ（ｎ），∀ｉとも表現されてもよい。
【００３５】
λｉのセットに基づき、アルゴリズムブロック２１０は、アルゴリズムブロックからの出力２０６として示される（ｎ＋１）回目の繰り返しの送信機出力レベルＰｉ，ｊ（ｎ＋１）、レートＲｉ，ｊ（ｎ＋１）およびユーザへのチャネル割り当てを決定する。出力２０６は、数学的に以下のようにも表現されてもよい。
2010532624.tif 000007
【００３６】
方法２００は、パフォーマンス計算機２２０である”パフォーマンス”も備え、これは、アルゴリズム２１０からの出力値Ｐｉ，ｊ（ｎ＋１）、Ｒｉ，ｊ（ｎ＋１）を使用して、すべてのユーザに対する合計パフォーマンス、ならびに合計のレートおよび／または電力の制約あるいは個別のユーザごとの電力および／またはレートの制約に関する関連パフォーマンスの程度を推定する。パフォーマンスの程度は、λｉ計算機への合計最大化入力に基づき決定される。合計電力（すなわち、ユーザおよびチャネル全体の合計）が最適化される場合、合計電力はパフォーマンス基準として使用され、レートに関しても同様である。
【００３７】
ラグランジュパラメータλｉは、様々な最適化目標の達成を可能にする種々のストラテジを用いて本発明の範囲内で決定されてもよい。そのようなストラテジの例を、以下に説明する。
・様々で他に依存しないλｉが、ユーザごとのリンク制約を有する他に依存しないユーザごとのリンク最適化を満足するために使用されてもよい。これは、例えば、問題
2010532624.tif 000008
または、問題
2010532624.tif 000009
を解くことができる。
・システムまたはユーザごとのリンク制約を有する相互依存のシステム最適化を満足するために、以下の下位事例を有する連結したλｉが使用されてもよい。
・同一のλｉが使用されるが、これはシステムの制約を必然的に伴う。これは問題
2010532624.tif 000010
または、問題
2010532624.tif 000011
を解くことができる。
・λｉの比例スケールが使用されてもよい、すなわちλｉが使用されるが、言い換えると、そのλｉは、λｉ＝ｘλｉ０、λｉ’＝ｘλｉ’０、ここでλｉ０≠λｉ’０が許容され、λｉ０＝Ｅ｛ｑｉ，ｊ｝である。これは、注水法による電力およびレートの割り当ても組み入れている、フェージングチャネルのオポチュニスティック（チャネル依存）スケジューリングを可能にする。オポチュニスティック・スケジューリングの視点からは、λｉ０＝Ｅ｛ｑｉ，ｊ｝の使用は、
2010532624.tif 000012
による比例的に公平なスケジューラ基準と等価である。
【００３８】
種々の制約が必然的に伴う上記の演算は、ラグランジュパラメータを以下のように適応させる手段でさらに補完されてもよい。
・以下を含む制約が満足される。
・電力およびレートの制約
・合計（すなわち、ユーザ全体）およびユーザごとの制約
【００３９】
レートベースの最適化を実行するとき、量を最大化すべきであるのに対して、電力ベースの最適化に関しては、電力を最小化することに注意されたい。
【００４０】
本発明の方法は、グラフによる視覚化を用いて示されてもよく、図３のグラフ３００に示されている。図３は、６つのチャネルＣ１〜Ｃ６を有する２ユーザの事例を示す。縦軸および横軸は、それぞれユーザ１に対する逆品質ｑ１およびユーザ２に対する逆品質ｑ２を示す。６つのチャネルの各々はクロスでグラフに示されており、破線はそれぞれのユーザｕ１およびｕ２に対するラグランジュパラメータλ１およびλ２を表す。ラグランジュパラメータλ１、λ２によって表される線は、グラフの中のチャネルＣ１〜Ｃ６に対するそれぞれの”割当領域”を線引きすると見なしてもよく、そこではチャネル割り当ては、チャネルを表すクロスからラグランジュパラメータλ１またはλ２のどちらかへの直線を用いて示されている。図に示されているように、チャネル２すなわちＣ２は例の２人のユーザのどちらにも割り当てられていないが、そのチャネルが割当領域のどちらの内側にもないからである。用語”内側にない”は、図３から分かるように、チャネル２がラグランジュパラメータλ１またはλ２のどちらよりも小さいｑｉ値を持たないことを意味する。
【００４１】
同様に図３のグラフに示されているように、チャネル１、４、６は、λ１によって定められる割当領域の内側にあるので、ユーザ１に割り当てられており、チャネル３、５はユーザ２に割り当てられている。
【００４２】
図３は、原点すなわち（０，０）から２つのラグランジュパラメータλ１およびλ２の線の交点への線も示す。（０，０）→（λ１，λ２）のこの線は、ユーザ割当領域間の境界である。同様に示されているように、両方のユーザの割当領域の内側にあるチャネルに関して、すなわちλ１によって定められる線の下にあるが、λ２によって定められる線の左側にもあるチャネルに関して、潜在的な”衝突領域”がある。図３のチャネル３および６の事例のような割り当ての衝突は、ｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉのルールを用いて解決される。このルールがどのように適用されるかの一例として、チャネル３（すなわちＣ３）を取り上げる。
ｑ１，３／ｑ２，３＞λ１／λ２
【００４３】
チャネル３はこのようにしてユーザ２に割り当てられ、このことは、チャネル３のクロスからλ２への直線を用いて示されている。類似のやり方で、チャネル６は、λ１への直線を用いて示され、ユーザ１に割り当てられている。”衝突領域”の内側でチャネルを割り当てるために使用されたルールは、以下のようにも理解されてもよい。原点（０，０）からチャネルを示すクロスへの線が想像されてもよい。この線の傾きが原点からλ１／λ２の交点への線の傾きより急である場合、チャネルはユーザ１すなわちλ１に割り当てられ、そうでなければチャネルはユーザ２すなわちλ２に割り当てられることになる。
【００４４】
チャネルを表すクロス（十字）からラグランジュ線への線は、チャネルがどのユーザに割り当てられているかを示すが、そのユーザに対してそのチャネルで使用される出力の指標としても理解されてもよい。従って、例えばチャネル５からの線はＰ２５で示され、これは、チャネル５がユーザ２に使用されることを示すだけでなく、矢印の長さがチャネル５で使用されてもよい出力も示す。
【００４５】
図３のチャネル割り当てベクトルを全部書き出すと、ｃ＝｛ｕ１，−，ｕ２，ｕ１，ｕ２，ｕ１｝になる。
【００４６】
図３のグラフ３００は、２ユーザの事例だけを示すが、これは明快にし、本発明の説明および読者の理解を容易にするためであり、方法は、任意のＩ人のユーザの事例に単純に拡大されてもよく、ここでＩ≧２である。
【００４７】
図３の参照を続けて、最適化および何が最適化されるかについての幾つかの側面についてここで検討する。
・様々で他に依存しないλｉが使用され、複数のユーザに共通の割当領域にチャネルが全くない場合、最適化はユーザごとであり、制約はユーザごとになることを理解する。しかし、複数のユーザに共通の割当領域にあるどのチャネルに関しても、そのチャネルがどのユーザに割り当てられるべきか直ぐには分からない。しかし、チャネルがどれか１人のユーザに割り当てられると直ぐに、伝統的なシングルユーザ注水法が最適の電力およびレートの割り当てを与える。チャネルに関する複数のユーザの中からの１ユーザの選択においては、最適化パラメータを連結し、共通関数を得る。
・連結された同一のλｉが使用されるとき、最適化はシステム指向である、すなわちユーザおよびチャネルの全体であり、システム関連の制約を有することが分かる。ユーザ割当領域間の境界線は、チャネルがどちらのユーザに割り当てられるかにかかわらず、線上にあるチャネルに関しては同じレートの割り当てを表す。従って、ｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉの条件は、チャネルが電力を最も少ししか使用しないユーザに割り当てられるのを確実にする。
【００４８】
本発明は、合計電力または合計レートの制約（ユーザおよびチャネルの全体）を有することとは別に、電力の制約とレートの制約との混合も可能にする、すなわち、あるユーザはレートの制約を有してもよいのに対して、別のユーザは電力の制約を有する。制約は、ユーザが割り当てられたチャネル全体で達成すべきである電力（またはレート）の合計と見なされるべきである。
【００４９】
図４は、本発明の方法の概略のフロー図４００を示す。オプションまたは代替のステップは破線で示されている。方法は、図４のステップ４１０に示される、少なくとも第１の送信機と、ステップ４１５に示される、少なくとも第１および第２の受信機すなわちユーザと、ステップ４２０に示される、前述の少なくとも第１の送信機が前述の少なくとも２人のユーザに送信する少なくとも第１および第２のチャネルとの使用を備える。
【００５０】
本明細書で前述のように、方法４００は、ステップ４２２に示される、ユーザごとの最初のラグランジュパラメータλを少なくとも使用し、以下を備える。
・ステップ４２５で、ユーザｕｉとチャネルｊとの逆チャネル品質を表すパラメータｑｉ，ｊを定める。
・ステップ４３０で、ユーザｕｉに対してｑｉ，ｊ≦λｉだがｑｉ’，ｊ＞λｉ’，∀ｉ’≠ｉのようなすべのチャネルを見付け、それらのチャネルをユーザｕｉに指定する。
・チャネルｊに関してｑｉ，ｊ≦λｉを満足する１人を超えるユーザｕｉが見つかった場合、ステップ４３５で、そのチャネルを条件ｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉを満足するユーザｕｉに割り当てる。
・ｑｉ，ｊ＞λｉ，∀ｉの場合、ステップ４４０でチャネルｊを割り当てないままにする。
【００５１】
ステップ４５０に示されているように、ユーザｕｉとチャネルｊとの逆チャネル品質パラメータｑｉ，ｊは、ｑｉ，ｊ＝σｉ，ｊ２／Ｇｉ，ｊと定義され、ここで、Ｇｉ，ｊはチャネル利得であり、σｉ，ｊ２は受信機における受信機雑音および干渉電力である。
【００５２】
ステップ４４５および４５５に示されているように、チャネルｊでの前述の第１のｕ１受信機および第２のｕ２受信機への第１の送信機からの出力ＰおよびレートＲは、ｑｉ，ｊおよびラグランジュパラメータλｉのセットを用いても決定される。
【００５３】
図５は、本発明による送信機５００の概略のブロック図を示す。図５に示されるように、送信機５００は、アンテナ５１０またはそのようなアンテナに接続される手段を備えてもよい。さらに送信機は、送信手段Ｔｘ５３０と、適切にはマイクロコンピュータ５２０もしくは他の形態のプロセッサである制御機能もしくは制御手段とを備えることになる。
【００５４】
制御手段５２０は、上記で説明され図１〜図４に示される種々のやり方で送信機５００を制御する働きをすることになる。
【００５５】
上記で説明され、図５の送信機で例示される本発明の送信機は、大体どの無線通信システムの送信機でもよい。しかし、言及されてもよい適用は、例えば、ＬＴＥ（すなわち、３ＧＰＰのロングターム・エボリューション）およびＩＥＥＥ８０２．１６で例示されるＯＦＤＭＡシステムなどのセルラ通信システムの基地局の送信機である。本発明が適用され得るセルラシステムの他の例は、ＳＣ−ＦＤＭＡシステムである。（ＳＣ−ＦＤＭＡ：単一キャリア周波数分割多元接続）
【００５６】
本発明は、上記で説明し図に示す実施形態の例に限定されず、添付の特許請求の範囲内で自由に変わり得る。
【００５７】
また、以下では本発明の数学的な背景について幾らか説明する。
【００５８】
＜ガウス性ベクトルチャネルでのシングルユーザ電力割り当て＞
本セクションは、参考までに、（シングルユーザ）電力割り当て問題へのいわゆる注水法の導出について記述する。この導出は、本発明にとって必須ではないが、通信ネットワークにおける電力割り当ての状況で”水位（水レベル）”の元を明示する働きをする。
【００５９】
すべてのチャネルに関して雑音対利得比ｑｊ＝σｊ２／ＧｊがわかっているＪ個の直交チャネルを有するガウス性ベクトルチャネルを考慮する。問題は、総合計電力Ｐ（ｔｏｔ）の制約を条件として、チャネル全体の総シャノンレートを最大にするチャネル電力割り当てＰｊを決定することである。
2010532624.tif 000013
Ｐ−ＳＵは、凹状目的関数（凹状関数の合計）および凸状制約を有する最大化問題なので、凸状非線形計画（ＮＬＰ）問題である。可能解のセットは、明らかに内部の点も有する（Ｐ（ｔｏｔ）＞０とき）ので、Ｓｌａｔｅｒの制約想定条件は満足される。従って、最適性には１次ＫＫＴ（Karush-Kuhn-Tucker）条件が必要十分である。
【００６０】
ここで、ラグランジュ方程式を形成する。
2010532624.tif 000014
【００６１】
ＫＫＴ条件は以下のように述べてもよい。
2010532624.tif 000015
【００６２】
さらに、主実行可能制約が満足される必要がある。
2010532624.tif 000016
【００６３】
まず、
2010532624.tif 000017
と仮定する。その場合（ｉｉｉ）はλ￣＝１を与え、（ｉ）から
2010532624.tif 000018
がもたらされるが、これは実行不可能である。その理由は、（ｉｉ）および（ｖｉ）からＰｊ￣≧０，μｊ￣≧０であり、かつｑｊ＞０であるからである。従って、
2010532624.tif 000019
およびλ￣＞０である。次いで、Ｐｊ￣＞０と仮定する。この場合、（ｉｖ）からμｊ￣＝０であるので、（ｉ）は
2010532624.tif 000020
を与え、これはλ’￣＝１／λ￣の代入後、以下を与える。
2010532624.tif 000021
【００６４】
すなわち、チャネルｊに電力が割り当てられる場合、このチャネルに関するある”水”レベルλ’￣＝１／λ￣から雑音対利得値を減じた差に等しいはずである。”水”レベルの値λ’￣は（ｖ）で必要な等式から導き出されてもよい。
2010532624.tif 000022
上式で、
2010532624.tif 000023
は正の電力が割り当てられたチャネルのセットである。
【００６５】
整理すると、次式が得られる。
2010532624.tif 000024
【００６６】
2010532624.tif 000025
であるから、ｑｊ＾＜ｑｊであるすべてのチャネルｊ＾が正の電力Ｐｊ￣＞０を与えられている場合、チャネルｊは正の電力Ｐｊ＾￣＞０を与えられてもよい。その場合だけは、この観察は、λ’￣を決定する以下のスキームに導く。
１．チャネルをｑｊの増加値でソートする。
２．最初のチャネルをＪ￣に加え、λ’￣を計算する。
３．次のチャネルｊ＾をＪ￣に加え、新しいλ’￣を計算することを試みる。
４．λ’￣＞ｑｊ＾である場合、ｊ＾をＪ￣の中に入れた状態を保ち３に進む、その他の場合は終了する。
【００６７】
この場合出力電力レベルは、最終的にＪ￣の中のｊ＾に関して
2010532624.tif 000026
と割り当てられる。
【００６８】
＜マルチユーザのチャネル、電力およびレート同時割り当て問題への厳密解法＞
個別のレートおよび電力の制約を有するマルチユーザのチャネル、電力およびレート同時一般割り当て問題、すなわち本発明が取り組む問題は、以下の最適化問題として提出されてもよい。
2010532624.tif 000027
【００６９】
上記のように、Ｊ個のチャネルは直交しており、雑音対利得比ｑｉ，ｊ＝σｉ，ｊ２／Ｇｉ，ｊは、チャネルとＩ人のユーザのすべての組み合わせに関して知られている。バイナリ変数ｘｉ，ｊは、ユーザｉに対してチャネルｊが使用されている（ｘｉ，ｊ＝１）か、使用されていない（ｘｉ，ｊ＝０）かを示し、連続変数Ｐｉ，ｊは，ユーザｉに対してチャネルｊに割り当てられる電力である。第１の制約は、総合計電力をＰｔｏｔまでに限定し、第２および第３の制約は，ユーザのあるサブセットＩＲ、ＩＰに対するユーザ個別のレートおよび電力の制約であり、第４の制約は、最大で１人のユーザが所与のチャネルに割り当てられてもよいことを述べている。問題は、チャネル全体の総シャノンレートを最大にするようにｘおよびＰを決定することである。
【００７０】
Ｐ−ＭＵは、整数非線形計画（Ｉ−ＮＬＰ）問題であり、シングルユーザ電力割り当て問題に関連している。シングルユーザ電力割り当て問題については、”ガウス性ベクトルチャネルでのシングルユーザ電力割り当て”の見出しのもとに上記で示しているように、最適解が分かっており、非常に効率的に計算することができる。
【００７１】
個別の電力およびレートの制約が取り除かれた場合、最適解の構造を見付けることは単純である。特定のユーザに対するチャネルに所与の可能解で電力が割り当てられており、このチャネルについて別のユーザのｑｉ，ｊの方が低いと仮定すると、そのチャネルを同じ電力を使用してその別のユーザに再割り当てするだけで、改善した可能解が取得し得る。従って、Ｐ−ＭＵを解決するストラテジは”貪欲な”やり方でユーザにまずチャネルを割り当て、すなわち本発明に説明されているようにすべてのＩに対して最小のｑｉ，ｊを有するチャネルをユーザにまず割り当て、その結果生じた電力変数のセットに”注水法”を適用することである。
【００７２】
上記の”貪欲”法ストラテジは、Ｐ−ＭＵに対しては一般にうまくいかない。一般のＰ−ＭＵに対して実用的なアルゴリズムを考案する１つのツールは、厳密最適化アルゴリズムを用いてそれを分析することである。これらの厳密アルゴリズムは、実際には問題に関して重要でなさそうであるが、実際的なスキームに関する指針の役割を果たしてもよく、パフォーマンスの限界を与えてもよい。
【００７３】
整数計画に関する厳密アルゴリズムは、いわゆる”分岐限定”法にたいてい基づいている。そのような方法の構造を明らかにするために、上記の”貪欲”法にもかかわらず、それは、個別のレートおよび電力の制約なしに、Ｐ―ＭＵ問題に適用される。
【００７４】
第４（ロジック）の制約がＰ−ＭＵから取り除かれ、すべてのバイナリ変数が１に設定されている場合、残っている問題はＩ−Ｊベクトルチャネルのシングルユーザ電力割り当て問題と見なしてもよいことにまず注意されたい。この”緩和”問題の解は、上記の”注水”法を用いて容易に見付けられる。しかし、解はＰ−ＭＵに対しては実行不可能なことがある、すなわち、それは取り除かれた制約に違反し、同じチャネル上の複数のユーザに電力を割り当てる。
【００７５】
可能解および下限は、”貪欲”発見的解法によって、各実行不可能解から作成されてもよく、この発見的解法では、特定のチャネルにつて最高のレートを与えられたユーザがそのチャネルに割り当てられた全電力を引き受ける一方で、やはり総電力の限定を順守する。分岐が全体のロジック制約について行われてもよい。その理由は、それが個別のバイナリ変数の代わりに、タイプ１のいわゆる特殊オーダのセット(special ordered set)であり、実行不可能解の中の最も”有望な”変数例えば最高レートに限定されてもよいからである。
【００７６】
個別のレートおよび／または電力の制約を有する一般Ｐ−ＭＵ事例に対して、同じ解決法を適用し得る。その場合、緩和問題はもはや簡単な”注水法”の問題ではなく、非線形問題に対する一般ソルバを用いることによってか、または制約のある電力割り当て問題に対する”注水”ストラテジによって解決されてもよい。
【図１】
2010532624.tif 000028
【図２】
2010532624.tif 000029
【図３】
2010532624.tif 000030
【図４】
2010532624.tif 000031
【図５】
2010532624.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月14日(2009.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の送信機（４１０）と、少なくとも第１および第２の受信機（４１５）、すなわち複数のユーザ、と、前記少なくとも第１の送信機が前記少なくとも２つのユーザに送信する少なくとも第１および第２のチャネル（４２０）と、を有する無線通信システム内で使用される方法（４００）であって、該方法は、少なくとも２つのパラメータλｉを使用し、該方法は、
ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質を表すパラメータｑｉ，ｊを定義するステップ（４２５）と、
λｉがｑｉに比例する、すなわちλｉ＝ｘｉ×Ｅ（ｑｉ）でありｘｉはユーザｉに対して固定または緩やかに変化する、ように設定するステップと、
ｑｉ，ｊ≦λｉ、ただしｑｉ’，ｊ＞λｉ’，∀ｉ’≠ｉとなる、ユーザｕｉに対する全てのチャネルを見付け（４３０）、該チャネルをユーザｕｉに指定するステップと、
チャネルｊに関してｑｉ，ｊ≦λｉであるユーザｕｉが２以上見つかった場合、該チャネルをｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉを満足するユーザｕｉに割り当てるステップ（４３５）と、
ｑｉ，ｊ＞λｉ，∀ｉの場合、チャネルｊを割り当てられないままにするステップ（４３０）と、
を含むことを特徴とする方法（４００）。
【請求項２】
ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質のパラメータｑｉ，ｊは、ｑｉ，ｊ＝σｉ，ｊ２／Ｇｉ，ｊとして定義され、ここで、Ｇｉ，ｊはチャネル利得であり、受信機雑音および干渉電力はσｉ，ｊ２であることを特徴とする請求項１に記載の方法（４００，４５０）。
【請求項３】
ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対する出力電力が決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法（４００，４４５）。
【請求項４】
チャネルｊと該チャネルのユーザｉとに対して、電力レベルＰｉ，ｊは、Ｐｉ，ｊ＝λｉ−ｑｉ，ｊとして選択されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ラグランジュ・パラメータの前記セットはユーザｕｉに特有であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対するレートが決定されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法（４００，４５５）。
【請求項７】
チャネルｊにおける前記送信機からユーザｉに対するレートはｌｏｇ２（１＋ｐｉ，ｊ／ｑｉ，ｊ）として決定されることを特徴とする請求項６に記載の方法（４００，４５５）。
【請求項８】
ラグランジュ・パラメータの前記セットはユーザｕｉに特有であることを特徴とする請求項７に記載の方法（４００，４５５）。
【請求項９】
相違しかつ独立な複数のλｉが使用され、ユーザ毎のチャネル最適化とユーザ毎の制約とを独立可能にすることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法（４００）。
【請求項１０】
連結された複数のλｉが使用され、システム最適化とシステムまたはユーザ毎の制約とを相互依存可能にすることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法（４００）。
【請求項１１】
同一の複数のλｉが使用されることを特徴とする請求項１０に記載の方法（４００）。
【請求項１２】
複数のλｉに対して比例スケールが使用され、すなわちλｉ＝ｘλｉ０，λｉ’＝ｘλｉ’０に対してλｉ０≠λｉ’０が許容され、λｉ０＝Ｅ｛ｑｉ，ｊ｝であることを特徴とする請求項１１に記載の方法（４００）。
【請求項１３】
ラグランジュ・パラメータλｉは、
最適化のための合計パラメータ、すなわち、全てのレートの合計または全ての出力電力レベルの合計、であって、ただ１つのパラメータ、レートまたは電力、が最適化される合計パラメータとして選択され、
合計レートおよび／または合計電力の制約Ｐ（ｔｏｔ）およびＲ（ｔｏｔ）、または、ユーザ毎の個別電力および／または個別レートの制約Ｐ（ｔｏｔ）およびＲ（ｔｏｔ）、
ラグランジュ・パラメータの初期値、すなわち、各ユーザｕｉに対するλｉ（ｓｔａｒｔ）、
前反復ラウンドからの推定パフォーマンス値、
各チャネルの所望パフォーマンス制約に対する算出パフォーマンスからの偏差を計測する許容入力Ｔｊ、
を使用して反復的に決定され、
前記方法において、前記反復的に決定されたラグランジュ・パラメータが、チャネル割り当て、出力電力レベルＰｉ，ｊまたはレートＲｉ，ｊの少なくとも１つの割り当てを決定するために前記方法の入力として使用され、前記方法は、
全ユーザに対する合計パフォーマンス、および、合計レートおよび／または合計電力の制約、または、ユーザ毎の個別電力および／または個別レートの制約に関連する関連パフォーマンス測定値を推定するために、Ｐｉ，ｊまたはレートＲｉ，ｊの決定値を使用するパフォーマンス計算機を更に含むことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法（４００）。
【請求項１４】
少なくともユーザの第１の個数とチャネルの第２の個数とに対するチャネルの割り当て、出力電力およびレートは、ユーザに特有なラグランジュ・パラメータと、前記ユーザと前記チャネルとに対するチャネル品質とに基づいていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の方法（４００）。
【請求項１５】
ＬＴＥシステムまたはＩＥＥＥ８０２．１６システムのようなＯＦＤＭＡシステム、ＳＣ−ＦＤＭＡシステム、すなわち、単一キャリア周波数分割多元接続システム、のようなセルラ通信システムの基地局内の送信機に適用されることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の方法（４００）。
【請求項１６】
少なくとも第１および第２の受信機、すなわち複数のユーザ、を有する無線通信システム内で使用される送信機（５００）であって、該送信機（５００）は前記少なくとも２つのユーザに送信する少なくとも第１および第２のチャネルで送信するための手段を備えており、前記送信機は、少なくとも２つのパラメータλｉを使用するための手段を含んでおり、前記送信機（５００）は、
ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質を表すパラメータｑｉ，ｊを定義し、
λｉがｑｉに比例する、すなわちλｉ＝ｘｉ×Ｅ（ｑｉ）でありｘｉはユーザｉに対して固定または緩やかに変化する、ように設定し、
ｑｉ，ｊ≦λｉ、ただしｑｉ’，ｊ＞λｉ’，∀ｉ’≠ｉとなる、ユーザｕｉに対する全てのチャネルを見付け、該チャネルをユーザｕｉに指定し、
チャネルｊに関してｑｉ，ｊ≦λｉであるユーザｕｉが２以上見つかった場合、該チャネルをｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉを満足するユーザｕｉに割り当て、
ｑｉ，ｊ＞λｉ，∀ｉの場合、チャネルｊを割り当てられないままにする、
ための制御手段（５２０）を含むことを特徴とする送信機（５００）。
【請求項１７】
前記制御手段（５２０）は、ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質のパラメータｑｉ，ｊを、ｑｉ，ｊ＝σｉ，ｊ２／Ｇｉ，ｊとして定義し、ここで、Ｇｉ，ｊはチャネル利得であり、受信機雑音および干渉電力はσｉ，ｊ２であることを特徴とする請求項１６に記載の送信機（５００）。
【請求項１８】
前記制御手段（５２０）は、ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対する出力電力を決定することを特徴とする請求項１６または１７に記載の送信機（５００）。
【請求項１９】
前記制御手段（５２０）は、チャネルｊと該チャネルのユーザｉとに対して、電力レベルＰｉ，ｊを、Ｐｉ，ｊ＝λｉ−ｑｉ，ｊとして選択することを特徴とする請求項１８に記載の送信機（５００）。
【請求項２０】
前記制御手段（５２０）は、ユーザｕｉに特有であるラグランジュ・パラメータのセットを使用することを特徴とする請求項１８に記載の送信機（５００）。
【請求項２１】
前記制御手段（５２０）は、ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対するレートを決定することを特徴とする請求項１６乃至２０の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項２２】
チャネルｊにおける前記送信機からユーザｉに対するレートはｌｏｇ２（１＋ｐｉ，ｊ／ｑｉ，ｊ）として前記制御手段（５２０）により決定されることを特徴とする請求項２１に記載の送信機（５００）。
【請求項２３】
前記制御手段（５２０）により使用されるラグランジュ・パラメータの前記セットはユーザｕｉに特有であることを特徴とする請求項２１に記載の送信機（５００）。
【請求項２４】
前記制御手段（５２０）は、相違しかつ独立な複数のλｉを使用し、ユーザ毎のチャネル最適化とユーザ毎の制約とを独立可能にすることを特徴とする請求項１６乃至２３の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項２５】
前記制御手段（５２０）は、連結された複数のλｉを使用し、システム最適化とシステムまたはユーザ毎の制約とを相互依存可能にすることを特徴とする請求項１６乃至２３の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項２６】
前記制御手段（５２０）は、同一の複数のλｉを使用することを特徴とする請求項２５に記載の送信機（５００）。
【請求項２７】
前記制御手段（５２０）は、複数のλｉに対して比例スケールを使用し、すなわちλｉ＝ｘλｉ０，λｉ’＝ｘλｉ’０に対してλｉ０≠λｉ’０が許容され、λｉ０＝Ｅ｛ｑｉ，ｊ｝であることを特徴とする請求項２５に記載の送信機（５００）。
【請求項２８】
前記制御手段（５２０）は、ラグランジュ・パラメータλｉを、
最適化のための合計パラメータ、すなわち、全てのレートの合計または全ての出力電力レベルの合計、であって、ただ１つのパラメータ、レートまたは電力、が最適化される合計パラメータとして選択され、
合計レートおよび／または合計電力の制約Ｐ（ｔｏｔ）およびＲ（ｔｏｔ）、または、ユーザ毎の個別電力および／または個別レートの制約Ｐ（ｔｏｔ）およびＲ（ｔｏｔ）、
ラグランジュ・パラメータの初期値、すなわち、各ユーザｕｉに対するλｉ（ｓｔａｒｔ）、
前反復ラウンドからの推定パフォーマンス値、
各チャネルの所望パフォーマンス制約に対する算出パフォーマンスからの偏差を計測する許容入力Ｔｊ、
を使用して反復的に決定し、
前記制御手段（５２０）は、前記反復的に決定されたラグランジュ・パラメータを、チャネル割り当て、出力電力レベルＰｉ，ｊまたはレートＲｉ，ｊの少なくとも１つの割り当てを決定するための方法の入力として使用し、前記制御手段（５２０）は、全ユーザに対する合計パフォーマンス、および、合計レートおよび／または合計電力の制約、または、ユーザ毎の個別電力および／または個別レートの制約に関連する関連パフォーマンス測定値を推定するために、Ｐｉ，ｊまたはレートＲｉ，ｊの決定値を使用するパフォーマンス計算機を更に含むことを特徴とする請求項１６乃至２７の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項２９】
前記制御手段（５２０）により使用される少なくともユーザの第１の個数とチャネルの第２の個数とに対するチャネルの割り当て、出力電力およびレートは、ユーザに特有なラグランジュ・パラメータと、前記ユーザと前記チャネルとに対するチャネル品質とに基づいていることを特徴とする請求項１６乃至２８の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項３０】
ＬＴＥシステムまたはＩＥＥＥ８０２．１６システムのようなＯＦＤＭＡシステム、ＳＣ−ＦＤＭＡシステム、すなわち、単一キャリア周波数分割多元接続システム、のような種類の１つであるセルラシステムの基地局内の送信機であることを特徴とする請求項１６乃至２９の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月3日(2010.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の送信機（４１０）と、少なくとも第１および第２の受信機（４１５）、すなわち複数のユーザ、と、前記少なくとも第１の送信機が前記少なくとも２つのユーザに送信する少なくとも第１および第２のチャネル（４２０）と、を有する無線通信システム内で使用される方法（４００）であって、該方法は、少なくとも２つのパラメータλｉを使用し、該方法は、
ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質を表すパラメータｑｉ，ｊを定義するステップ（４２５）と、
λｉがｑｉに比例する、すなわちλｉ＝ｘｉ×Ｅ（ｑｉ）でありｘｉはユーザｉに対して固定または緩やかに変化する、ように設定するステップと、
ｑｉ，ｊ≦λｉ、ただしｑｉ’，ｊ＞λｉ’，∀ｉ’≠ｉとなる、ユーザｕｉに対する全てのチャネルを見付け（４３０）、該チャネルをユーザｕｉに指定するステップと、
チャネルｊに関してｑｉ，ｊ≦λｉであるユーザｕｉが２以上見つかった場合、該チャネルをｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉを満足するユーザｕｉに割り当てるステップ（４３５）と、
ｑｉ，ｊ＞λｉ，∀ｉの場合、チャネルｊを割り当てられないままにするステップ（４３０）と、
を含むことを特徴とする方法（４００）。
【請求項２】
ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質のパラメータｑｉ，ｊは、ｑｉ，ｊ＝σｉ，ｊ２／Ｇｉ，ｊとして定義され、ここで、Ｇｉ，ｊはチャネル利得であり、受信機雑音および干渉電力はσｉ，ｊ２であることを特徴とする請求項１に記載の方法（４００，４５０）。
【請求項３】
ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対する出力電力が決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法（４００，４４５）。
【請求項４】
チャネルｊと該チャネルのユーザｉとに対して、電力レベルＰｉ，ｊは、Ｐｉ，ｊ＝λｉ−ｑｉ，ｊとして選択されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ラグランジュ・パラメータの前記セットはユーザｕｉに特有であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対するレートが決定されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法（４００，４５５）。
【請求項７】
チャネルｊにおける前記送信機からユーザｉに対するレートはｌｏｇ２（１＋ｐｉ，ｊ／ｑｉ，ｊ）として決定されることを特徴とする請求項６に記載の方法（４００，４５５）。
【請求項８】
少なくとも第１および第２の受信機、すなわち複数のユーザ、を有する無線通信システム内で使用される送信機（５００）であって、該送信機（５００）は前記少なくとも２つのユーザに送信する少なくとも第１および第２のチャネルで送信するための手段を備えており、前記送信機は、少なくとも２つのパラメータλｉを使用するための手段を含んでおり、前記送信機（５００）は、
ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質を表すパラメータｑｉ，ｊを定義し、
λｉがｑｉに比例する、すなわちλｉ＝ｘｉ×Ｅ（ｑｉ）でありｘｉはユーザｉに対して固定または緩やかに変化する、ように設定し、
ｑｉ，ｊ≦λｉ、ただしｑｉ’，ｊ＞λｉ’，∀ｉ’≠ｉとなる、ユーザｕｉに対する全てのチャネルを見付け、該チャネルをユーザｕｉに指定し、
チャネルｊに関してｑｉ，ｊ≦λｉであるユーザｕｉが２以上見つかった場合、該チャネルをｑｉ，ｊ／ｑｉ’，ｊ＞λｉ／λｉ’，∀ｉ’≠ｉを満足するユーザｕｉに割り当て、
ｑｉ，ｊ＞λｉ，∀ｉの場合、チャネルｊを割り当てられないままにする、
ための制御手段（５２０）を含むことを特徴とする送信機（５００）。
【請求項９】
前記制御手段（５２０）は、ユーザｕｉとチャネルｊとに対する逆チャネル品質のパラメータｑｉ，ｊを、ｑｉ，ｊ＝σｉ，ｊ２／Ｇｉ，ｊとして定義し、ここで、Ｇｉ，ｊはチャネル利得であり、受信機雑音および干渉電力はσｉ，ｊ２であることを特徴とする請求項８に記載の送信機（５００）。
【請求項１０】
前記制御手段（５２０）は、ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対する出力電力を決定することを特徴とする請求項８または９に記載の送信機（５００）。
【請求項１１】
前記制御手段（５２０）は、チャネルｊと該チャネルのユーザｉとに対して、電力レベルＰｉ，ｊを、Ｐｉ，ｊ＝λｉ−ｑｉ，ｊとして選択することを特徴とする請求項１０に記載の送信機（５００）。
【請求項１２】
前記制御手段（５２０）は、ユーザｕｉに特有であるラグランジュ・パラメータのセットを使用することを特徴とする請求項１０に記載の送信機（５００）。
【請求項１３】
前記制御手段（５２０）は、ｑｉ，ｊとラグランジュ・パラメータλｉのセットとを用いて、チャネルｊにおける前記第１の送信機から第１ｕ１および第２ｕ２の受信機の一方に対するレートを決定することを特徴とする請求項８乃至１２の何れか一項に記載の送信機（５００）。
【請求項１４】
チャネルｊにおける前記送信機からユーザｉに対するレートはｌｏｇ２（１＋ｐｉ，ｊ／ｑｉ，ｊ）として前記制御手段（５２０）により決定されることを特徴とする請求項１３に記載の送信機（５００）。
【国際調査報告】
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