(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムのコアネットワーク構成（１１２）を決定するための装置（１００）であって、無線通信システムのコアネットワークは、複数の基地局と、該基地局間の複数の有線リンクと、該複数の基地局からなる基地局クラスターを制御するための少なくとも１つの制御ユニットとを備え、該装置は、
前記コアネットワーク構成を得るために、前記クラスターの前記基地局と前記個々の制御ユニットとの間の全てのレイテンシが最大許容可能レイテンシ未満であるように、有線リンクによってリンクされかつ個々の制御ユニットによって制御される複数の基地局クラスターを決定するように構成されたクラスター決定器（１１０）を備え、
前記クラスター決定器（１１０）は、有線リンクによってリンクされかつ同じ制御ユニットによって制御される１つの基地局クラスターを、基地局と前記クラスターの前記制御ユニット間のレイテンシが前記最大許容可能レイテンシ未満ならば前記クラスターに該基地局を追加することによって、前記クラスターの各基地局と前記クラスターの前記制御ユニットとの間のレイテンシが前記最大許容可能レイテンシ未満であるように、所定の基本ネットワーク構成（１０２）に基づいて決定するように構成され、
前記所定の基本ネットワーク構成（１０２）は、構成されることになるコアネットワークの全ての基地局についての情報、及び前記基地局間の可能な有線リンクについての情報を表す、装置。
【請求項２】
前記クラスター決定器（１１０）は、基地局間、及び基地局と前記制御ユニットとの間の全ての有線リンクの容量が、必要とされる容量よりも大きくなるように、前記少なくとも１つのクラスターを決定するよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記クラスター決定器（１１０）は、基地局間、及び基地局と前記制御ユニットとの間の全ての有線リンクの容量が、必要とされる容量よりも大きくなるように、前記コアネットワークの現在の負荷又は平均負荷を考慮に入れて、前記少なくとも１つのクラスターを決定するよう構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記クラスター決定器（１１０）は、構成されることになる前記コアネットワークのコスト関数が最適化されるように、前記少なくとも１つのクラスターを決定するよう構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記クラスター決定器（１１０）は、第１の時点において前記コアネットワークの第１の負荷を考慮に入れて第１のコアネットワーク構成（１１２）を決定し、第２の時点において前記コアネットワークの第２の負荷を考慮に入れて第２のコアネットワーク構成（１１２）を決定するように構成され、該第１の決定されたコアネットワーク構成（１１２）は、該第２の決定されたコアネットワーク構成（１１２）とは異なる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記決定されたコアネットワーク構成（１１２）に基づいて、前記コアネットワークの制御ユニットに前記コアネットワークの基地局を割り当てるように構成された基地局割当てユニット（２３０）を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記制御ユニットと前記コアネットワークの境界にある基地局との間のレイテンシが最大許容可能レイテンシ未満である状態で、前記制御ユニットと、前記コアネットワークの境界にある前記基地局との間にある基地局の数が最大になるように、前記クラスター決定器は、前記所定の基本ネットワーク構成に基づいて決定されることになる前記少なくとも１つのクラスターの制御ユニットの位置を決定するように構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記クラスター決定器（１１０）は、混合整数線形計画アルゴリズム、又は幅優先探索アルゴリズムに基づいて前記少なくとも１つのクラスターを決定するように構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記無線通信システムにおいて協調送信又は協調受信の要求を検出するように構成された協調要求検出器（２２０）を備え、コアネットワーク構成（１１２）の決定又は前記クラスター決定器（１１０）は、協調送信又は協調受信の検出された要求（２２２）によってトリガーされる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
複数の基地局（２６２）と、該基地局間の複数の有線リンクと、該複数の基地局からなる基地局クラスター（２６２）を制御するための少なくとも１つの制御ユニット（２６４）とを含むコアネットワークを有する無線通信システム（２５０）であって、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の無線通信システムのコアネットワーク構成を決定するための装置と、
無線デバイス（２８０）の送信範囲（２８２）内に位置する決定されたクラスターの基地局（２６２）毎に、基地局（２６２）と無線デバイス（２８０）との間のチャネル状態情報を決定するように構成された１つ又は複数のチャネル状態決定器（２６６）とを備え、前記決定されたクラスターによって含まれない、前記無線デバイス（２８０）の前記送信範囲（２８２）内に位置する前記コアネットワークの少なくとも１つの基地局のためのチャネル状態情報は決定されない、無線通信システム。
【請求項１１】
前記１つ又は複数のチャネル状態決定器（２６６）は、前記決定されたクラスターによって含まれないいかなる基地局のためのチャネル状態情報も決定することなく、前記無線デバイス（２８０）の前記送信範囲（２８２）内に位置する前記決定されたクラスターの各基地局（２６２）のためのチャネル状態情報のみを決定するように構成される、請求項１０に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記クラスター決定器（１１０）又はクラスターの制御ユニットは、前記コアネットワークの同じクラスターによって含まれ、前記無線デバイス（２８０）の前記送信範囲（２８２）内に位置する基地局を決定して、基地局のサブクラスターを得るように構成され、かつ前記無線デバイス（２８０）への協調送信、又は前記無線デバイス（２８０）からの協調受信を実行することができる前記サブクラスターの基地局を決定するように構成される、請求項１０又は１１に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
無線通信システムのコアネットワーク構成を決定するための方法（９００）であって、無線通信システムのコアネットワークは、複数の基地局と、該基地局間の複数の有線リンクと、該複数の基地局からなる基地局クラスターを制御するための少なくとも１つの制御ユニットとを備え、該方法は、
前記コアネットワーク構成を得るために、前記クラスターの前記基地局と前記個々の制御ユニットとの間の全てのレイテンシが最大許容可能レイテンシ未満であるように、有線リンクによってリンクされかつ個々の制御ユニットによって制御される複数の基地局クラスターを決定すること（９２０）を含み、
有線リンクによってリンクされかつ同じ制御ユニットによって制御される１つの基地局クラスターは、基地局と前記クラスターの前記制御ユニット間のレイテンシが前記最大許容可能レイテンシ未満ならば前記クラスターに該基地局を追加することによって、前記クラスターの各基地局と前記クラスターの前記制御ユニットとの間のレイテンシが前記最大許容可能レイテンシ未満であるように、所定の基本ネットワーク構成に基づいて決定され、
前記所定の基本ネットワーク構成は、構成されることになるコアネットワークの全ての基地局についての情報、及び前記基地局間の可能な有線リンクについての情報を表す、方法。
【請求項１４】
コンピューター、デジタルシグナルプロセッサ又はマイクロコントローラー上で実行されるときに、請求項１３に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータープログラム。
【請求項１５】
無線通信システムのコアネットワーク構成（１１２）を決定するための装置（１００）であって、無線通信システムのコアネットワークは、複数の基地局と、該基地局間の複数の有線リンク又は無線リンクと、該複数の基地局からなる基地局クラスターを制御するための少なくとも１つの制御ユニットとを備え、該装置は、
前記コアネットワーク構成を得るために、前記クラスターの前記基地局と前記個々の制御ユニットとの間の全てのレイテンシが最大許容可能レイテンシ未満であるように、有線リンクによってリンクされかつ個々の制御ユニットによって制御される複数の基地局クラスターを決定するように構成されたクラスター決定器（１１０）を備え、
前記クラスター決定器（１１０）は、有線リンク又は無線リンクによってリンクされかつ同じ制御ユニットによって制御される１つの基地局クラスターを、基地局と前記クラスターの前記制御ユニット間のレイテンシが前記最大許容可能レイテンシ未満ならば、前記クラスターに該基地局を追加することによって、前記クラスターの各基地局と前記クラスターの前記制御ユニットとの間のレイテンシが前記最大許容可能レイテンシ未満であるように、所定の基本ネットワーク構成（１０２）に基づいて決定するように構成され、
前記所定の基本ネットワーク構成（１０２）は、構成されることになるコアネットワークの全ての基地局についての情報、及び前記基地局間の可能な有線リンク又は無線リンクについての情報を表す、装置。
【請求項１６】
前記所定の基本ネットワーク構成（１０２）は、有線リンクによってリンクされる基地局及び無線リンクによってリンクされる基地局を含み、前記クラスター決定器（１１０）は、無線リンクによってリンクされる少なくとも２つの基地局を含む、少なくとも１つの基地局クラスターを決定するように構成される、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施の形態は無線通信システムに関し、詳細には、無線通信システムのコアネットワーク構成を決定するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラー移動アクセスネットワークにおける協調は、無線伝送容量、セル間干渉管理及びエネルギー消費の点から大きな利益を示す。これまでにいくつかの技法が提案されており（ジョイントプリコーディング及びデコーディング、セル間協調等）、それぞれ異なる性能メリットを改善する。
【０００３】
無線の観点から、ジョイント信号処理（V. Jungnickel、 L. Thiele、T. Wirth、T. Haustein、S. Schiffermuller、A. Forck、S. Wahls、S. Jaechel、S. Schubert、H. Gabler、他、「Coordinated multipoint trials in the downlink」、Proc. IEEE Broadband Wireless Access Workshop (BWAWS), Nov. 2009；V. Jungnickel、M. Schellmann、L. Thiele、T. Wirth、T. Haustein、O. Koch、W. Zirwas、及び、E. Schulz、「Interference-aware Scheduling in the multiuser MIMO-OFDM downlink」、IEEE Communications Magazine, vol. 47, no. 6, pp. 56-66, June 2009、並びに、S. Venkatesan、H. Huang、A. Lozano、及び、R. Valenzuela、「A WiMAX based implementation of network MIMO for indoor wireless systems」、EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, 2009）、並びにセル間協調（W. Choi、及び、J. G. Andrews、「The capacity gain from intercell scheduling in multi-antenna systems」、IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 7, no. 2, pp. 714-725, Feb. 2008；J. G. Andrews、A. Ghosh、及び、R. W. Heath、「Networked MIMO with Clustered Linear precoding」、IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 8, no. 4, pp. 1910-1921, Apr. 2009）のような種々の協調技法を実施し、その性能を評価する分野において数多くの研究が行なわれてきた。それらの結果は、協調技法を無線システムに組み込む方法を示しており、可能な性能利得を実証している。他の研究は、協調方式に関与する構成要素を同期させる方法に関する態様（V. Jungnicket、 T. Wirth、M. Schellmann、T. Haustein、及び、W. Zirwas、「Synchronization of cooperative base stations」、Proc. IEEE Int. Symp. on Wireless Communication Systems (ISWCS), 2008, pp. 329-334）、協調して所望の利得を達成するのに必要とされる基地局（ＢＳ）の数に関する態様（J. Hoydis、M. Kobayashi、及び、M. Debbah、「On the optimal number of cooperative base stations in network MIMO systems」、Arxiv preprint arXiv: 1003.0332, 2010）、例えば、重なり合うクラスター構成を導入すること等によって、クラスター間干渉に対処する方法に関する態様（G. Gaire、S. A. Ramprashad、及び、H. C. Papadopoulos、「Rethinking network MIMO: Cost of CSIT, performance analysis, and architecture comparisons」、Proc. IEEE Information Theory and Applications Workshop (ITA), Jan. 2010）、並びにチャネル状態情報（ＣＳＩ）を効率的に収集する方法に関する態様、（L. Thiele、M. Schellmann、S. Schiffermuller、V. Jungnickel、及び、W. Zirwas、「Multi-cell channel estimation using virtual pilots」、Proc. IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), May 2008, pp. 1211-1215）を取り扱っている。
【０００４】
G. Caire、S. A. Ramprashad、H. C. Papadopoulos、C. Pepin、及び、C. E. Sundberg、「Multiuser MIMO Downlink with Limited Inter-Cell Cooperation: Approximate Interference Alignment in Time, Frequency and Space」、Communication, Control, and Computing, 2008 46th Annual Allerton Conference on, 2008, p. 730-737において、更なる例が示されている。
【０００５】
協調セルラーネットワークの構成の一例１０００が図１０に示される。クラスター１０２０内の複数の基地局（ＢＳ）１０１０が共同でユーザー１０３０にサービスを提供する。新たな協調技法（例えば、ＣｏＭＰ、多地点協調送信、ＮＷ−ＭＩＭＯ，ネットワーク多入力多出力）並びにより高い基地局密度（より多くのクラスター候補）が利用可能になる場合があり、より高いユーザーデータ速度が必要とされる場合があるので、将来の協調ネットワークは、はるかに厳密な要件を有するであろう。それゆえ、有線ネットワークに関しても、はるかに高い要件が必要とされる場合がある。結果として、全てのクラスターが実現可能であるという仮定は、もはや当てはまらない場合がある。協調送信の場合、図１１の無線通信システム１１００について示されるように、協調基地局クラスターを特定するためにチャネル状態情報（ＣＳＩ）が収集される。クラスター計算は、このチャネル状態情報に基づいて行われる。図１１に示されるように、クラスターが実現可能でなくなるので、これは役に立たない場合がある。それゆえ、実現不可能なクラスターに関する結果は、計算リソース、及びシグナリングのための容量の無駄となる場合がある。
【０００６】
したがって、図１２は、いくつかの有線クラスター１２１０及びいくつかの無線クラスター１０２０を有する無線通信システム１２００を示す。有線クラスター１２１０は、中央制御ユニット１２２０、又はいくつかの分散した制御ユニット１２２０によって制御することができる。図に示されるように、無線クラスター１０２０は、複数の有線クラスター１２１０にまたがることはできない。
【０００７】
そのような無線通信システムにおいて、協調の必要性が検出される場合には、図１３において示される例１３００において示されるように、全ての基地局のために収集された無線チャネル特性（例えば、チャネル状態情報）に基づいて、無線クラスタリング１３１０が実行される。このクラスタリングによれば、協調送信又は受信１３２０が実行されるべきであるが、有線コアネットワークの制限に起因して、無線クラスターの中には実現できないものもある場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、無線伝送容量を改善し、構成の自由度を改善し、エネルギー消費を低減し、かつ／又はコストを削減できるようにする、無線通信システムのコアネットワーク構成を決定するための改善された概念を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１による装置、又は請求項１４による方法によって解決される。
【００１０】
本発明の実施の形態は、無線通信システムのコアネットワーク構成を決定するための装置を提供する。無線通信システムのコアネットワークは、複数の基地局と、該基地局間の複数の有線リンクと、該複数の基地局からなる基地局クラスターを制御するための少なくとも１つの制御ユニットとを備える。該装置は、前記クラスターの各基地局と前記クラスターの前記制御ユニットとの間のレイテンシが最大許容可能レイテンシ未満であるように、所定の基本ネットワーク構成に基づいて、有線リンクによってリンクされかつ同じ制御ユニットによって制御される少なくとも１つの基地局クラスターを前記コアネットワーク構成として決定するように構成されたクラスター決定器を備える。前記所定の基本ネットワーク構成は、構成されることになるコアネットワークの全ての基地局についての情報、及び前記基地局間の可能な有線リンクについての情報を表す、装置を提供する。
【００１１】
本発明による実施形態は、コアネットワークの構成を決定する場合に、無線通信システムの有線コアネットワークの制約が考慮されるという中心概念に基づく。この概念は、無線通信システムの新たなコアネットワークを計画する場合に、かつ無線通信システムの既存のコアネットワークを再構成する場合に適用可能である。この手法によれば、実現可能な有線クラスターを実現不可能な有線クラスターから区別することができる。それゆえ、不要なデータ転送（例えば、実現不可能なクラスターからチャネル状態情報を収集すること）を削減することができ、それゆえ、無線伝送容量が改善されることができる。結果として、エネルギー消費が低減することができる。さらに、既存のコアネットワークを再構成することによって、コアネットワーク再構成の自由度を著しく改善することができる。さらに、コアネットワークのクラスタリングを最適化することによって、新たなコアネットワークを構築するためのコスト、又は既存のコアネットワーク内の省エネルギーに関するコストが削減されることができる。
【００１２】
提案される概念は、基地局のクラスターを決定することによって有線コアネットワークの制約を考慮するので、クラスターの各基地局とクラスターの制御ユニットとの間のレイテンシは、最大許容可能レイテンシ未満である。無線デバイスから受信されるチャネル状態情報を特定の時間間隔に限ってのみ有効にし、この時間間隔内に協調送信又は受信が実行されるようにするために、これが必要である。
【００１３】
本発明によるいくつかの実施形態では、クラスター決定器は、レイテンシだけよりも、コアネットワークの制約（例えば、リンクの容量、又はクラスターの最大サイズ）の方を重点的に考慮するように構成される。
【００１４】
本発明によるいくつかの実施形態は、基地局割当てユニットを含み、基地局割当てユニットは、決定されたコアネットワークに基づいて、コアネットワークの基地局をコアネットワークの制御ユニットに割り当てる。このようにして、決定されたコアネットワーク構成は、無線通信システムのコアネットワークによって実現される。
【００１５】
本発明によるいくつかのさらに別の実施形態は、協調要求検出器を含む。協調要求検出器は、無線通信システム内の協調送信又は協調受信の要求を検出する。この検出された要求は、クラスター決定器をトリガーし、新たな（最適化された）コアネットワーク構成を決定することができる。このようにして、コアネットワーク構成は、種々の時点において種々の要求に合わせられる場合がある。
【００１６】
本発明によるいくつかの実施形態は、混合整数線形計画アルゴリズム（ＭＩＬＰ）又は幅優先探索アルゴリズム（ＢＳＳ）に基づいて少なくとも１つのクラスターを決定するクラスター決定器に関する。
【００１７】
続いて、本発明による実施形態を添付の図面を参照しながら詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】無線通信システムのコアネットワーク構成を決定するための装置のブロック図である。
【図２ａ】無線通信システムのコアネットワーク構成を決定するための装置のブロック図である。
【図２ｂ】無線通信システムの概略図である。
【図３】検出された協調必要性によってトリガーされる有線クラスタリング及び無線クラスタリングの概略図である。
【図４ａ】規則的な配列を有する所定の基本ネットワーク構成の概略図である。
【図４ｂ】不規則な配列を有する所定の基本ネットワーク構成の概略図である。
【図５ａ】規則的な配列のコアネットワークを用いるコアネットワーク構成の概略図である。
【図５ｂ】不規則な配列のコアネットワークを用いるコアネットワーク構成の概略図である。
【図６】決定された基地局クラスターの概略図である。
【図７ａ】入力シナリオサイズによるソルバーランタイムを示す図である。
【図７ｂ】入力シナリオサイズによるメモリ消費を示す図である。
【図８ａ】規則的な入力シナリオの場合の入力シナリオサイズによる、結果として生成されるネットワーク構成のコストを示す図である。
【図８ｂ】不規則な入力シナリオの場合の入力シナリオサイズによる、結果として生成されるネットワーク構成のコストを示す図である。
【図９】無線通信システムのコアネットワーク構成を決定するための方法の流れ図である。
【図１０】無線通信システムの概略図である。
【図１１】無線通信システムの概略図である。
【図１２】無線通信システムの概略図である。
【図１３】協調送信又は協調受信のための既知の方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、実施形態の説明の冗長を減らすために、同じ、又は類似の機能特性を有する対象物及び機能ユニットに対して同じ参照符号が部分的に使用され、或る図面に関するその説明は、他の図にも当てはまることになる。
【００２０】
セルラー移動アクセスネットワークにおいて多地点協調送信（ＣｏＭＰ）又は協調スケジューリングのような、無線協調技法を適用することによって達成される利得は、基地局（ＢＳ）とユーザー端末（ＵＴ）との間の無線チャネルの条件による。これらのチャネル特性に応じて、ＢＳセルのクラスターを選択して、協調を実行することができる。
【００２１】
無線特性に加えて、リンク遅延、容量及び負荷のような有線バックホール及びコアネットワークの特性も、協調するセルクラスターをいかに構成するかを判断するときに考慮に入れることができる。これは、このデータがバックホール及びコアネットワークを介して転送されるときに、協調するセル集合内で制御トラフィック及びユーザーデータトラフィックを交換する必要があることに起因する。このトラフィックのデータ速度は、今後のバックホールネットワークのＢＳあたり１Ｇｂｉｔ／ｓの目標容量を超えることになり、すなわち、無線協調を制限する輻輳シナリオが生じる可能性がある。例えば、図１２は、有線クラスターと無線クラスターとの間の関係のための例を示す。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態による、無線通信システムのコアネットワーク構成１１２を決定するための装置１００のブロック図を示す。無線通信システムのコアネットワークは、複数の基地局と、基地局間の複数の有線リンクと、複数の基地局からなる基地局クラスターを制御するための少なくとも１つの制御ユニットとを含む。装置１００は、クラスター決定器１１０を含む。クラスターの各基地局と、クラスターの制御ユニットとの間のレイテンシが最大許容可能レイテンシ未満になるように、このクラスター決定器１１０は、コアネットワーク構成１１２として、有線リンクによってリンクされると共に所定の基本ネットワーク構成１０２に基づいて同じ制御ユニットによって制御される少なくとも１つの基地局クラスターを決定する。所定の基本ネットワーク構成１０２は、構成されることになるコアネットワークの全ての基地局についての情報、及び基地局間の可能な有線リンクについての情報を表す。
【００２３】
制御ユニットと基地局との間のレイテンシに関する有線コアネットワークの制約を考慮することによって、後に協調送信又は受信のために用いることができる基地局クラスターを決定するための有線コアネットワークの制限をさらに正確に考慮できるようになる。
【００２４】
それに比べて、既知の方法は、有線ネットワークの特性（制約）を無視し、協調のためのセル（基地局）を選択する際に、最適なネットワークが想定される。しかしながら、有線ネットワークの特性が性能に影響を及ぼすか、無線協調技法の実現可能性を制限する場合もあるので、この想定は実際には成り立たない。それゆえ、有線ネットワークの制限に起因して決して実現することができないクラスターのための無線チャネル状態情報が収集され、交換される。これにより、不要なオーバーヘッド（バックホールネットワークトラフィック及び計算負荷）が生じ、それがさらに協調機会を制限する。
【００２５】
それゆえ、本発明の概念を用いることによって、コアネットワークトラフィックを低減することができ、それにより、実現可能な協調送信のために、より多くの容量が残されるようになり、結果として無線伝送容量が増加する。さらに、コアネットワークトラフィック及び計算負荷を低減することができるので、エネルギー消費を低減することができる。さらに、新たな負荷状況に反応するようにコアネットワークを再構成することができ、それによりコアネットワークの自由度が著しく改善される。
【００２６】
バックホールネットワークとも呼ばれるコアネットワークは、無線通信システムの有線接続部分を表しており、特に、基地局、制御ユニット（中央コントローラー又は処理ノードとも呼ばれる）、及びそれらの間の有線リンクを含む。基地局は、無線デバイス（例えば、セル電話又はラップトップ）との間でデータを送信又は受信するために、或るエリアにわたって分散される。制御ユニットは通常、基地局に配置されるが、基地局から独立して配置することもできる。通常、制御ユニットは基地局よりも少ないが、基地局毎に制御ユニットを備えることが可能である場合もある。制御ユニットは１つ又は複数の基地局を制御することができ、中でも、協調送信又は受信を調整するための役割を担うことができる。
【００２７】
基地局と制御ユニットとの間のレイテンシは、いくつかの方法において定義することができる。一般的に、レイテンシは、基地局における信号の受信と、制御ユニットにおける信号の受信又はその信号に関連付けられる情報の受信との間の時間、或いは制御ユニットから基地局に信号が送信される時刻と、基地局におけるその信号の受信との間の時間を示す。代替的には、レイテンシは、基地局において信号を受信してから、制御ユニットに信号を送信し、制御ユニットにおいて信号を受信し、制御ユニットにおいて信号を処理し、その信号への応答を基地局に送信し、その応答を基地局において受信するまでのラウンドトリップ時間とすることができる。例えば、基地局は、無線デバイスからチャネル状態情報を受信し、その情報は、データをプリコードするために制御ユニットによって用いられる。このプリコードされたデータは、その後、無線デバイスにデータを送信するための基地局に、応答として送信される。この例では、最大許容可能レイテンシは、受信されたチャネル状態情報が有効である時間間隔とすることができる。
【００２８】
所定の基本ネットワーク構成１０２は、構成されることになるコアネットワークの入力シナリオを表す。これは、例えば、計画される新たなネットワークのための、コアネットワークの基地局の数及び／又は位置、並びにこれらの基地局間で可能な有線リンクとすることができる。代替的には、所定の基本ネットワーク構成１０２は、例えば、コアネットワークの基地局の位置についての情報、基地局間の有線リンクについての情報、及び再構成されることになる既存のコアネットワークの１つ又は複数の制御ユニットの位置についての情報を含むことができる。この情報がクラスター決定器１１０にどのフォーマットで与えられるかは、クラスター決定器１１０がこのデータを処理することができる限り重要ではない。例えば、所定の基本ネットワーク構成１０２は、基地局毎に１つの頂点と、コアネットワークの基地局間のリンク毎に１つの辺とを含むグラフとすることができる。
【００２９】
既存のコアネットワークを再構成する場合、所定の基本ネットワーク構成１０２は、既存のコアネットワークを表すことができる。この例では、所定の基本ネットワーク構成１０２はさらに、コアネットワークの全ての制御ユニットについての情報（例えば、コアネットワーク内の制御ユニットの位置）及び基地局と制御ユニットとの間の可能な有線リンクについての情報を表すことができる。制御ユニットが基地局に配置される場合には、基地局と制御ユニットとの間の可能な有線リンクは、基地局間の可能な有線リンクの部分集合とすることができる。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態では、レイテンシだけよりも、有線コアネットワークの制約の方を重点的に考慮することができる。例えば、有線リンクの容量の制限を考慮することができる。言い換えると、クラスター決定器１１０は、基地局間、及び基地局と制御ユニットとの間の全ての有線リンクの容量が、必要とされる容量よりも大きくなるように、少なくとも１つのクラスターを決定することができる。この関連において、リンクの容量は、有線リンクを通して実現することができる、最大データ速度又は（現在の負荷が考慮される場合には）最大残留データ速度を表す。先に言及されたように、リンク又はコアネットワーク全体の現在の負荷又は平均負荷も考慮することができ、それは特に、既存のコアネットワークを再構成する場合に対象となる場合がある。言い換えると、クラスター決定器１１０は、コアネットワークの現在の負荷又は平均負荷を考慮に入れて、基地局間、及び基地局と制御ユニットとの間の全ての有線リンクの容量が要求される容量よりも大きくなるように、少なくとも１つのクラスターを決定することができる。
【００３１】
コアネットワークの現在の負荷又は平均負荷を考慮する結果として、種々のコアネットワーク構成をもたらすことができる。このようにして、コアネットワークは、データ転送及び／又はエネルギー消費を最適化できるように、種々の負荷状況に適合することができる。例えば、クラスター決定器１１０は、第１の時点において、コアネットワークの第１の負荷を考慮に入れて第１のコアネットワーク構成１１２を決定し、第２の時点において、コアネットワークの第２の負荷を考慮に入れて第２のコアネットワーク構成１１２を決定することができる。負荷状況が異なる場合に、第１の決定されたコアネットワーク構成１１２は、第２の決定されたコアネットワーク構成１１２とは異なる場合がある。
【００３２】
さらに、コアネットワークのコスト関数を考慮することができる。このコスト関数は、例えば、コアネットワークを構築するための、又はコアネットワークを運用するためのエネルギー消費又は金銭的なコストとして、コアネットワークの特性を表すことができる。この例では、コアネットワーク構成１１２は、コアネットワークのコスト関数が最適化されるように決定することができる。用いられる最適化アルゴリズムに応じて、コスト関数を最適化する結果として、コスト関数の実際の最小値若しくは最大値が生成されるか、又は例えば、所定の数を繰り返した後に、若しくは所定の計算時間後に見つけられる最小解が生成される（この最小解は、実際の最小値若しくは最大値でない場合がある）。言い換えると、クラスター決定器１１０は、構成されることになるコアネットワークのコスト関数が最適化されるように、少なくとも１つのクラスターを決定することができる。
【００３３】
通常、無線通信システムのコアネットワークは、単一の制御ユニットによって制御可能な基地局の数よりも多くの基地局を含む。それゆえ、クラスター決定器１１０は、コアネットワーク構成１１２を得るために、２つ以上の基地局クラスターを決定することができる。言い換えると、コアネットワークの各基地局が、決定されたクラスターのうちの１つによって含まれ、かつ基地局とクラスターのそれぞれの制御ユニットとの間の全てのレイテンシが最大許容可能レイテンシ未満になるように、クラスター決定器１１０は、所定の基本ネットワーク構成１０２に基づいて、有線リンクによってリンクされ、かつ個々の制御ユニットによって制御される複数の基地局クラスターを決定することができる。
【００３４】
コアネットワーク構成のクラスターは、種々の異なる最適化アルゴリズムに基づいて決定することができる。例えば、クラスター決定器１１０は、混合整数線形計画アルゴリズム（ＭＩＬＰ）又は幅優先探索アルゴリズム（ＢＦＳ）に基づいて、少なくとも１つのクラスターを決定することができる。
【００３５】
１つの基本的な手法は、制御ユニットといくつかの基地局をコアネットワークの境界から離隔して配置することであろう。コアネットワークの境界は、コアネットワークのエッジに配置される基地局によって形成することができる（例えば、コアネットワークの他の基地局は、これらの基地局の片側にのみ配置される）。制御ユニットとコアネットワークの境界にある基地局との間の基地局の数は、最大許容可能レイテンシによる場合がある。言い換えると、制御ユニットとコアネットワークの境界にある基地局との間のレイテンシが最大許容可能レイテンシ未満である状態で、制御ユニットとコアネットワークの境界にある基地局との間にある基地局の数が最大になるように、クラスター決定器１１０は、所定の基本ネットワーク構成１０２に基づいて決定される少なくとも１つのクラスターの制御ユニットの位置を決定することができる。さらに、コアネットワークの他の制約（例えば、先に言及されたような容量及び／又はコスト関数）も考慮することができ、コアネットワークの１つ又は複数の制約も考慮しながら、制御ユニットとコアネットワークの境界にある基地局との間の基地局の数が最大になるようにする。
【００３６】
図２は、本発明の一実施形態による、無線通信システムのコアネットワーク構成１１２を決定するための装置２００を示す。装置２００は図１に示される装置に類似しているが、オプションの協調要求検出器２２０及び／又はオプションの基地局割当てユニット２３０をさらに含む。オプションの協調要求検出器２２０はクラスター決定器１１０に接続され、クラスター決定器１１０はオプションの基地局割当てユニット２３０に接続される。
【００３７】
協調要求検出器２２０は、無線通信システム内の協調送信又は協調受信の要求２２２を検出することができる。この検出された協調送信又は協調受信要求２２２は、クラスター決定器１１０による（新たな、又は最適化された）コアネットワーク構成の決定をトリガーすることができる。このようにして、新たなコアネットワーク構成を決定することができ、それは検出された協調送信又は協調受信要求を考慮に入れる。例えば、高いデータ速度を要求する無線デバイスへの無線接続のデータ速度を検出することができ、コアネットワークは、無線通信システムの範囲内で無線デバイスのこの現在の要求に適合することができる。
【００３８】
基地局割当てユニット２３０は、決定されたコアネットワーク構成に基づいて、コアネットワークの制御ユニットにコアネットワークの基地局を割り当てて、割り当てられた基地局からなるクラスター２３２を得ることができる。このようにして、新たに決定されたコアネットワーク構成に従ってコアネットワークの制御ユニットにコアネットワークの基地局を割り当てることによって、現在のコアネットワーク構成を新たなコアネットワーク構成に更新することができる。したがって、協調送信、協調受信の要求、又はコアネットワークの現在の負荷に関する種々の条件を考慮に入れることができる。言い換えると、基地局割当てユニット２３０は、決定されたコアネットワーク構成に従って、コアネットワークを適合させることができる。
【００３９】
協調要求検出器２２０及び基地局割当てユニット２３０は、装置２００のオプション部品とすることができ、一緒に又は互いに独立して実装することができる。
【００４０】
本発明によるいくつかの実施形態は、コアネットワークを有する無線通信システムに関連し、コアネットワークは、複数の基地局と、基地局間の複数の有線リンクと、複数の基地局からなる基地局クラスターを制御するための少なくとも１つの制御ユニットとを含む。無線通信システムは、先に言及されたような無線通信システムのコアネットワーク構成を決定するための装置と、少なくとも１つのチャネル状態情報決定器とを含む。少なくとも１つのチャネル状態情報決定器は、無線デバイスの送信範囲内に位置する決定されたクラスターの基地局毎に、基地局と無線デバイスとの間のチャネル状態情報を決定することができる。さらに、無線デバイスの送信範囲内に位置するコアネットワークの少なくとも１つの基地局が決定されたクラスターによって含まれない場合には、チャネル状態情報は決定されない。
【００４１】
このようにして、無線デバイスと、決定されたクラスターによって含まれない基地局との間のチャネル状態情報の不要なデータ転送を避けることができる。したがって、不要なデータ転送を削減することができ、この節約された容量を他のデータのために用いることができる。
【００４２】
図２ｂは、２つの基地局クラスターを含む、無線通信システム２５０の一例を示す。基地局２６２からなる第１のクラスター２６０は、中央制御ユニット２６４によって制御される基地局の場合の一例を示し、中央制御ユニットは中央チャネル状態情報決定器２６６をさらに含む。このチャネル状態情報決定器２６６は、制御ユニット２６４によって制御される基地局２６２毎のチャネル状態情報の決定を制御することができる。さらに、基地局２７２からなる第２のクラスター２７０は、中央制御ユニット２７４によって制御される基地局２７２及び複数のチャネル状態情報決定器２７６の場合の一例を示しており、チャネル状態情報決定器はクラスター２７０の基地局２７２毎に１つずつ配置される。この例では、各チャネル状態情報決定器２７２は、それぞれの基地局２７２のチャネル状態情報の決定を制御する。その後、チャネル状態情報は、制御ユニット２７４によって収集することができ、例えば、無線デバイス２８０に送信されることになるデータのジョイントプリコーディングのために用いることができる。さらに、図２ｂは、その送信範囲２８２を有する無線デバイス２８０を示す。送信範囲２８２は、例えば、無線デバイス２８０が基地局に対して十分な信号強度に達するエリアとすることができる。この例では、第１のクラスター２６０の２つの基地局２６２及び第２のクラスター２７０の２つの基地局２７２は、無線デバイス２８０の送信範囲２８２内にある。コアネットワーク構成に起因して、無線デバイス２８０の送信範囲２８２内の全ての４つの基地局によって協調送信を確立することはできない。それゆえ、第１のクラスター２６０の２つの基地局２６２のためのチャネル状態情報を決定すれば十分とすることができ、一方、第２のクラスター２７０の送信範囲２８２内の２つの基地局２７２のためのチャネル状態情報は決定されない。このようにして、第２のクラスター２７０内の不要なデータ転送を削減することができる。この例では、少なくとも１つのチャネル状態情報決定器２６６は、クラスター２６０によって含まれない基地局のためのチャネル状態情報を決定することなく、無線デバイス２８０の送信範囲２８２内に位置するクラスターの各基地局のためのチャネル状態情報だけを決定することができる。代替的には、第２のクラスター２７０の基地局２７２のみが、無線デバイス２８０のチャネル状態情報を決定することができる。
【００４３】
協調送信又は協調受信の場合、無線デバイスの送信範囲内に位置する、同じクラスターによって含まれる基地局を決定して、協調送信又は協調受信のためのサブクラスターを形成することができる。言い換えると、クラスター決定器１１０又はクラスターの制御ユニットは、コアネットワークの同じクラスターによって含まれ、かつ無線デバイスの送信範囲内に位置する基地局を決定し、基地局のサブクラスターを得ることができる。さらに、クラスター決定器１１０又はクラスターの制御ユニットは、無線デバイスへの協調送信、又は無線デバイスからの協調受信を実行することができるサブクラスターの基地局（例えば、そのサブクラスターのうちの１つのみの基地局、いくつかの基地局、又は全ての基地局）を決定することができる。
【００４４】
一般的に、クラスター決定器１１０、協調要求検出器２２０、基地局割当てユニット２３０及び／又は１つ又は複数のチャネル状態情報決定器２６６、２７６は、コンピューターの独立したハードウエアユニット又は部分、デジタルシグナルプロセッサ又はマイクロコントローラー、及びコンピューター、デジタルシグナルプロセッサ又はマイクロコントローラー上で実行するためのコンピュータープログラム又はソフトウエア製品とすることができる。
【００４５】
以下では、コアネットワーク構成を決定するための例がより詳細に説明される。本発明の種々の態様が、これらの詳述される例において一緒に説明されるが、種々の態様は互いに独立して実現される場合もある。
【００４６】
多地点協調送信（ＣｏＭＰ）又はジョイントスケジューリングのような、無線協調技法をどのように、かつどこで適用するかは、無線チャネル条件によるだけでなく、移動アクセスネットワークの有線部分の設計及び現在の状態（例えば、負荷）にもよる。例えば、これは主に容量及びレイテンシの要件に起因する場合があり、それらの要件は、無線側において協調できるようにするために有線側において満たさなければならない。
【００４７】
提案される概念は、所望の無線協調技法をネットワーク全体に適用できるように、移動アクセスネットワークの有線部分を設計可能とすることができる。この設計ステップは、ネットワークが展開される前に行なわれる。さらに、提案される概念は、稼働中の移動アクセスネットワークにおいて、所与の時点において（例えば、現在の負荷に応じて）所望の無線協調技法を適用することができるクラスターを見つけることを可能にすることができる。これらのクラスターを見つけることは、ネットワークが稼働している間に、規則的な間隔で（秒単位の時間スケールにおいて）行うことができる。見つけられた有線クラスター内で、無線チャネル条件に応じて（単一の無線フレームの時間スケールで）、実際の無線クラスター（サブクラスター）を選択することができる。
【００４８】
例えば、以下において、最適に近い解の品質を提供しながら、コアネットワーク構成を決定するヒューリスティックアルゴリズムを説明することができる。そのアルゴリズムの高い効率性に起因して（最適解を得るのに２０時間かかるのに比べて１秒未満のランタイム）、そのアルゴリズムは要求される時間スケールにおいて適用することができる。それゆえ、その性能を改善するために、かつそれを実施する際のオーバーヘッドを低減するために、無線協調技法のための有線に関する制限の重要な態様を考慮に入れることができる。
【００４９】
有線ネットワークが或る特定の（１組の）無線協調技法にとって最適であると想定することができるように、有線ネットワークを設定又は再構成することができる。これは、オフラインで、すなわち、協調ネットワークが展開される前に、そして或る程度までオンラインでも、すなわち、ネットワークが展開された後に稼働している間に行うことができる。
【００５０】
さらに、例えば、場所によっては、有線ネットワークが準最適であることを受け入れることができる。これに対処するために、協調するセルクラスターを選択する方法に関する決定過程が、無線チャネル条件に加えて、有線ネットワーク部分についての情報によって支援される。これはオンラインで、すなわち、ネットワークが稼働している間に行うことができる。
【００５１】
装置故障、又は変化するトラフィック負荷のような、ネットワークの寿命中に生じる変化に起因して、再構成が好都合である場合がある。特に、ネットワーク内での変化するトラフィック負荷は、１秒未満の時間スケールにおいて変化する場合もあるので、対処するのが難しい。
【００５２】
いずれの手法も、数学的な最適化問題としてそれらを定式化することによって解くことができる。しかしながら、これらの最適化問題を解くことは、ＮＰ完全である場合があり、５０セル（基地局）からなる小さな入力シナリオの場合でも最大で２０時間かかる。この長いランタイムによって、実際の大きなネットワークに対してこの解決手法は使用できなくなり、オンラインで、すなわち、協調ネットワークが稼働している間に、その手法は使用できなくなる。
【００５３】
代替的には、短いランタイム及び少ないメモリ要件において最適解に近似するヒューリスティックアルゴリズムが提案される。
【００５４】
例えば、実際のネットワークにおいて無線協調技法を使用できるようにするために、上記のシナリオを解かれなければならない。有線ネットワークの設計又は再構成は通常、ネットワークの設計時に一度解くことができる。変化する負荷のようなネットワーク内の変化に反応するために、協調するセルクラスターを選択するときに、無線チャネル条件に加えて、有線ネットワーク部分についてのインクルード情報を、ネットワークの寿命中に規則的な間隔で解くことができる。
【００５５】
最初に、例えば、ネットワーク設計問題を解くアルゴリズムが提案される。そのアルゴリズムは、入力として、全てのセルの場所（例えば、セルは基地局によって制御されるエリア、又は基地局そのものとすることができる）及びセル間の可能な相互接続（有線リンク）を取り込む。この関連で、セル間の相互接続は、セルを制御する基地局間に１つのリンクが存在することを意味する。この入力は、例えば、セル毎に１つのノード（基地局）、及びセル間の可能な相互接続毎に１つの辺を含むグラフとして定義することができる。ノード及び辺は、それらの要件及び能力、例えば、セルの必要とされる帯域幅又は相互接続するリンクの容量を記述する特性を有する場合がある。さらに、入力として、１組の制約、例えば、有線側において要求される容量、又は協調するセル（基地局）間の最大容認可能（許容可能）レイテンシが与えられる場合がある。これらの制約は、所望の無線協調技法によって課せられる場合があり、例えば、その問題の各有効解において満たされる必要がある。
【００５６】
提案されるアルゴリズムは、ネットワーク内のコントローラー又は処理ノード（制御ユニット）のような共通の機能を最適に配置する場所を決定することができる。これらの場所は、無線協調技法の上記の要件による。さらに、そのアルゴリズムは、セルをクラスタリングする方法、及び所与の可能な相互接続（リンク）に基づいて、クラスター内のセルを相互接続する方法を決定することができる。これらの全ての決定は、金銭的コスト、システム性能、又はエネルギー消費のような所望のコスト測定基準が最適化されるように行うことができる。
【００５７】
稼動中の（既存の）ネットワーク内で実現可能なクラスターを見つけるために、記述されたばかりのアルゴリズムを僅かに変更することができる。ネットワーク内のコントローラー／処理ノードのための最適な位置を計算する代わりに、それらの位置は固定され、追加の入力パラメータとして与えられる。同じことが、セル間の相互接続の場合にも行われる。この情報を用いて、そのアルゴリズムは、例えば、所与のネットワーク構成、その現在の状態（例えば、負荷）及びその技法の制約に基づいて、特定の協調技法のための全ての最も大きな可能な「有線」クラスターを計算することのみができる。これらの可能なクラスター内で、無線チャネル条件に従って協調するためのセルを選択することができる。その協調技法の要件が満たされないことになるので、そのような無線クラスターは、見つけられた有線クラスターのうちの複数のクラスターにまたがることはできないことに留意されたい（例えば、図１２）。
【００５８】
クラスタリングのために「有線」及び「無線」の両方の情報を組み込むそのようなシステムの概要３００の一例が図３に示される。協調が必要であることがわかった後に（１）、現在のネットワーク状態（３）に基づいて、有線クラスタリングがトリガーされる（２）。結果として生成されたクラスターは、無線クラスタリング機構に渡され（４）、無線クラスタリング機構は実現可能なクラスターだけを考慮し、それゆえ、実現可能なクラスター内にあるＢＳのための無線チャネル特性のみを収集する（５）。最後のステップにおいて、計算されたクラスターがネットワーク内に展開される（６）。
【００５９】
このようにして、インフラストラクチャーコストを削減することができる。無線協調技法は、ネットワークの有線部分に関して、例えば、容量又はレイテンシに関して制約を有する。これらの制約に違反してはならない。違反した場合には、無線側における利得が減少するかもしれないし、協調を実現不可能にするかもしれない。これは、提案された概念を用いない場合、移動アクセスネットワーク（無線通信システム）の過剰投資した有線部分（コアネットワーク）でしか、無線協調技法を利用できないことを意味する。しかしながら、過剰投資する結果として、費用がかかる未使用のリソースが生じるので、これはネットワーク事業者の観点から望ましくない。それゆえ、提案された概念によって、移動ネットワーク事業者のためのコストを削減することができる。
【００６０】
さらに、ＣｏＭＰ性能を高めることができる。「無線」クラスタリングの場合、チャネル状態情報（ＣＳＩ）を全ての候補セルから集めることが必要とされる場合がある。収集された情報はバックホールネットワークを介して候補セル間で交換されなければならないので、これは、無線側においてだけでなく、有線側においても無視できないオーバーヘッドを引き起こす。有線プリクラスタリングに対して提案された概念を用いるときに、それによりＣＳＩが収集されなければならない候補セルの数が減少するので、これらのオーバーヘッドはいずれも低減される。
【００６１】
さらに、計算の複雑さも緩和することができる。
【００６２】
理論的には、コアネットワーク構成は、例えば、混合整数線形計画（ＭＩＬＰ）の数学的な最適化及び定式化によって決定することができる。しかしながら、ＭＩＬＰを解くことはＮＰ完全であり、秒単位の時間スケールにおいて解くことが必要とされる場合には、長いランタイムに起因して、この解決手法は使用できなくなる。ＭＩＬＰを最適に用いるコアネットワーク構成に比べて、ヒューリスティック法は大幅に短いランタイムと、はるかに小さなメモリフットプリントとを有することができる。その違いを示すための一例が図７ａ及び図７ｂにおいて示される。この例では、ＭＩＬＰソルバー（ＭＩＬＰを用いるクラスター決定器）は、最適解との１０％の隔たりを容認するように構成されており、すなわち、返される解は、最適解よりも最大で１０％悪い。
【００６３】
そのプロットは、１７セル（基地局）以上からなる入力シナリオの場合に、ＭＩＬＰソルバーランタイムは複数時間にわたり急速に増加するが、ヒューリスティックは１秒未満のランタイム後に終了することを示す。
【００６４】
ヒューリスティックの出力の品質の概念を得るために、図８ａ及び図８ｂは、ＭＩＬＰソルバーによって得られる出力（最適解）を本発明の提案されるヒューリスティックの出力と比較する。
【００６５】
提案される（ヒューリスティック）概念の返される出力は、ＭＩＬＰソルバーによって与えられる出力よりも最大で５％悪い。大きなシナリオの場合、その結果は、ＭＩＬＰによって返される結果よりもさらに良くなる。ＭＩＬＰソルバーの最適解との隔たりが１０％に設定され、ヒューリスティックの結果がそれよりも良好であるので、これが起こり得る。
【００６６】
結論として、提案される概念は、最適解に近い出力品質を提供する。しかしながら、ランタイム及びメモリ要件は、ＭＩＬＰソルバーのランタイム及びメモリ要件に比べて著しく低い。これらの利点によって、提案される（ヒューリスティック）概念を、１秒未満の時間スケールにおいてオフライン及びオンラインで使用できるようになる。
【００６７】
例えば、オフラインの場合に、入力シナリオがヒューリスティックに与えられ、ヒューリスティックは最適なネットワーク構成を計算し、その出力を用いて、所望の無線協調技法に対応するネットワーク設定を展開する。これらの全てのステップは、協調ネットワーク設定が実際に展開される「前に」行なわれる。この応用例は、ネットワーク計画のタスクに類似である。
【００６８】
オンラインの場合、協調ネットワークは既に展開されている。ヒューリスティックのための入力データは、例えば、故障がないかを調べるために、又はネットワーク構成を意図的に変更することが好都合な場合がある状況を検出するために、ネットワークのランタイム中に収集される。この良い例が、エネルギーを節約するために、いつかの基地局（その一部）をオフに切り替えることが好都合であり得る夜間の低負荷の状況である。そのランタイムが非常に短く、リソースの消費が非常に少ないことから、提案された概念を用いて、上記の状況において稼働中に代替のネットワーク構成を計算することができる。
【００６９】
有線ネットワークを設計又は再構成する場合、以下に擬似コードとして要約される貪欲法を用いることができる。割り当てられないセルは、協調するセルクラスターにまだ加えられていないセルである。
【００７０】
［表１］
入力グラフ内に割り当てられてないセルが存在する間は、以下を実行する：
・割り当てられてないセル（基地局）から新たなコントローラー／プロセッサＣ（制御ユニット）を選択し、
ｏグラフ（所定の基本ネットワーク構成）の境界までのその距離が結果として形成されるクラスターの予想される半径に等しいようにＣを選択し、
−その際、制約（例えば、可能な最大クラスターサイズ、リンク容量、リンクレイテンシ）に依存する。
・Ｃ（制御ユニット）から修正された幅優先探索（ＢＦＳ）を開始し、
ｏもし、制約を破ることなく、新たに見つけられたセルＸ（基地局）をＣによって制御することができる場合には：
−Ｃ（制御ユニット）によって制御されるクラスターにＸ（基地局）を追加し、
−入力グラフ（所定の基本ネットワーク構成）からＸ（基地局）及びその隣接するリンクを除去する。
【００７１】
その方法は、割り当てられていないセル（基地局）のみを含む入力グラフ（所定の基本ネットワーク構成）によって開始し、すなわち、それらのセルは全て現時点までクラスターに属していない。この１組のセルから、ヒューリスティックは、コントローラー／プロセッサ機能（制御ユニット）が配置されることになる１つのセルＣを選択する。この選択過程は、Ｃ（制御ユニット）から入力グラフの境界までの距離が、結果として形成されるクラスターの予想される半径に等しいように行なわれる。このようにして、例えば、非対称なクラスター形状及び切断が回避することができる。
【００７２】
結果として形成されるクラスターのサイズ（それゆえ、半径）は、種々の事柄、例えば、関与するセル及びそれらの相互接続の物理的特性（負荷、レイテンシ等）、及び無線協調技法によって課せられる制約に依存する場合がある。例えば、ジョイントプリコーディングの場合、満たされるべき２つの制約が存在する場合がある。第１の制約は、ＣＳＩを測定してから、一緒に符号化されるデータが送信される時点までのレイテンシが或る特定の制限（例えば、ＬＴＥの場合に１ｍｓ）未満でなければならないことである。それゆえ、コントローラー（制御ユニット）における処理遅延、及びコントローラーから制御されるセル（基地局）までのＲＴＴ（ラウンドトリップ時間）は、この制限を超えてはならない。したがって、レイテンシｃｓ＿ｅｘｐ＿ｌａｔに関する予想クラスターサイズは、式（ａ）に示されるように計算することができる。ただし、ｍａｘ＿ｔｗｏｗａｙ＿ｄｅｌａｙは、ＣＳＩ（チャネル状態情報）を測定してからデータを実際に送信するまでの最大時間量であり、ｃｔｒｌ＿ｐｒｏｃ＿ｄｅｌａｙはコントローラーにおける処理遅延であり、ｍｅａｎ＿ｌｉｎｋ＿ｌａｔは、入力グラフ（所定の基本ネットワーク構成）における平均リンクレイテンシである。
【数１】
0005357948.tif 000002
【００７３】
ジョイントプリコーディングの第２の制限は、コントローラーから制御されるセルまでのリンクが、それらの信号が送られた場所から個々のセルまで信号を移送するだけの十分な容量を有していなければならないものとすることができる。したがって、制御される各セルにおいて必要とされる帯域幅の量、及びコントローラーからセルまでのリンク容量は、可能な最大クラスターサイズも制限することができる。例えば、式（ｂ）は、入力グラフにおいて、リンクの平均帯域幅容量ｍｅａｎ＿ｌｉｎｋ＿ｂｗ＿ｃａｐ及びセルの平均帯域幅要件ｍｅａｎ＿ｃｅｌｌ＿ｂｗ＿ｒｅｑを用いて、予想クラスターサイズｃｓ＿ｅｘｐ＿ｂｗを計算する方法を示す。
【数２】
0005357948.tif 000003
【００７４】
結果として、予想クラスター全体サイズｃｓ＿ｅｘｐは、式（ａ）及び（ｂ）において計算される２つの値のうちの最小値である。それゆえ、セルホップの数における予想クラスターサイズは、最終的には、式（ｃ）に従って計算することができる。
【数３】
0005357948.tif 000004
【００７５】
無線協調の種類が異なると、満たされるべき制約も異なる場合があるので、予想クラスターサイズの計算は当然、無線協調の種類によって異なる。
【００７６】
新たなコントローラーＣ（制御ユニット）が入力グラフから選択された後に、開始ノードとしてＣを用いて、ＢＦＳが開始される。ＢＦＳアルゴリズムがリンクを横断し、入力グラフにおいて新たなセル（基地局）を見つけるときはいつでも、制約を破ることなく、現在のクラスターにそのセルを追加することができるか否かを調べる。これが可能である場合には、そのセルは現在のクラスターに追加され、そのセル及び全ての隣接するリンクが入力グラフから除去される。そのセルをクラスターに追加することができない場合には、そのセルは入力グラフ内に保持される。この後、ＢＦＳアルゴリズムは、入力グラフ内の次の未訪問のセルを調査し続ける。ＢＦＳが終了すると、新たなクラスターが作成されている。
【００７７】
ＢＦＳが終了した後に、残りの入力グラフから新たなコントローラーＣが選択され、説明された手順が最初から再開される。これらのステップは、入力グラフ内に残りのノードが存在しなくなるまで繰り返される。
【００７８】
稼動中のネットワークにおいて実現可能なクラスターを見つけるために（有線プリクラスタリング）、上記のアルゴリズムを僅かに変更することができる。コントローラー／処理ノード（制御ユニット）の場所、及びセル（上記のアルゴリズムの出力の両方の部分とすることができる）間の相互接続（リンク）が、ここで、追加の入力パラメータとして与えられる。この拡張された入力（所定の基本ネットワーク構成）に基づいて、以下のアルゴリズムを用いて、有線ネットワークの観点から全ての可能なクラスターを見つけることができる。
【００７９】
［表２］
各セルＣに対し、以下を行う：
・Ｃから修正された幅優先探索（ＢＦＳ）を開始し、
ｏもし、制約を破ることなく、新たに見つけられたセルＸがＣのコントローラー／処理ノードによって制御できる場合には、：
−Ｃによって制御されるクラスターにＸを追加する。
【００８０】
そのアルゴリズムは、入力グラフ（所定の基本ネットワーク構成）に含まれる全てのセル（基地局）にわたって繰り返すことができる。これらのセル毎に、有線クラスターが作成される。これは、上記のアルゴリズムの場合と同様に、制約が破られないときはいつでも隣接するセルを新たなクラスターに追加する修正ＢＦＳを用いて行なうことができる。このようにして、有線クラスターを可能な限り大きくすることができ、最終的に、可能な限り無線クラスターの数を増やすことができるようにする。
【００８１】
提案される概念は、移動アクセスネットワーク、移動ネットワークアーキテクチャ、無線協調、ネットワークＭＩＭＯ、ＣｏＭＰ、無線アクセスネットワーク、セルラーネットワーク及び／又は協調と共に用いることができる。
【００８２】
提案される概念を用いて、例えば、協調移動アクセスネットワークのためのコスト最適化ネットワーク構成を効率的に計算することができる。このようにして、提案される概念は、有線接続ネットワークの特性に基づいて、予め計算されたコスト最適化（例えば、金銭的、エネルギー）協調クラスターを提供することができるので、例えば、ＣｏＭＰ技法を簡略化することができる。
【００８３】
以下では、コアネットワーク構成を決定するためのさらに詳細な例が説明される。先に言及されたように、一実施形態において説明される本発明の種々のオプションの態様（例えば、種々の考慮されるコアネットワーク制約）が互いに独立して実施される場合もある。
【００８４】
大部分の協調技法の共通の特徴はコア又はバックホールネットワーク内に配置される中央コントローラー又は処理ノード（制御ユニット）である。協調技法を展開する際に事業者が直面する１つの問題は、ネットワーク内にコントローラー／処理ノードを最適に配置する場所、及びそれらのコントローラー／処理ノードを、クラスタリングされた基地局に接続する方法である。このために、協調技法の要件及びネットワークインフラストラクチャーの特性が考慮に入れられなければならない。考慮されない場合には、無線性能が低下するか、又は協調が不可能になる場合もある。
【００８５】
所望の無線性能を達成するために必要とされる、協調ＢＳ（基地局）集合をクラスタリングすることは、バックホールアーキテクチャ設計においていくつかの難問を提示する。用いられる協調方式によるが、中央コントローラー及び／又は処理ノード並びに１組の協調するＢＳはシグナリングを、そして場合によっては、ユーザーデータトラフィックを交換する必要がある。
【００８６】
これらのコントローラー／処理ノードの配置、及び協調するＢＳとのその接続は、バックホールアーキテクチャ全体の設計において重要な役割を果たす。例えば、ネットワークの有線部分内の伝搬遅延、ユーザーデータ及び制御情報を移送するために必要とされるリンク容量、協調ＢＳ間の同期、バックホールアーキテクチャの資本費用（ＣＡＰＥＸ）及び運用費用（ＯＰＥＸ）のようなシステムパラメータを考慮に入れる必要がある。
【００８７】
１組のＢＳ及びその（潜在的な）相互接続が与えられると、ネットワーク内のコントローラー／処理ノードの最適な配置及びこれらのノードへのＢＳの割当てが決定される。
【００８８】
このために、以下の表内に示されるパラメータを用いて、入力シナリオを定義することができる。これらのパラメータは、ＢＳｂ∈Ｂ毎に１つの頂点、及びＢＳ間のリンクｌ∈Ｌ毎に１つの辺を有するグラフを定義する。全ての頂点及び辺が、ネットワーク設計過程にとって重要である容量及びレイテンシのような特性とともに増加する場合がある。さらに、この例では、ＢＳ又はリンクとは無関係である４つのグローバル特性（ｃｓｍｉｎ、ｃｓｍａｘ、ｔｐｒｏｃ及びｔｍａｘ）が存在する。
【００８９】
【表１】
0005357948.tif 000005
【００９０】
さらに、ネットワーク設計を最適に解くことができる混合整数線形計画（ＭＩＬＰ）を導入することができる。入力に基づいて、ＭＩＬＰは、コストを最小限に抑えながら、コントローラー／処理ノードのための最適な位置を計算し、これらのノードにＢＳを割り当てる。この割当てによって、全てのＢＳを最適に相互接続できるようになる。
【００９１】
以下では、最適化の目標として、金銭的コストを用いることができる。これは、エネルギー消費のような異なるコスト測定基準にも容易に適合させることができる。
【００９２】
ＭＩＬＰは、入力として上記の表からのパラメータを使用し、測定基準を最適化するために、以下の表に示される変数を使用する。
【００９３】
【表２】
0005357948.tif 000006
【００９４】
ｌ＿ａｃｔｕ，ｖを１に設定することは、リンク（ｕ，ｖ）が或るフローを移送すること、すなわち、１に設定される少なくとも１つのｆｓ，ｄ，ｕ，ｖが存在することを意味する。これと同じように、ｂ＿ａｃｔｕが１に設定される場合には、コントローラー／処理機能がＢＳ  ｕに配置される。その時点で、ＭＩＬＰは、これらの機能をＢＳに配置するように支援し、それらの機能をネットワーク内に恣意的に位置決めすることはできない。
【００９５】
３つの変数、ｂ＿ａｃｔＣｏｓｔＦｕ、ｂ＿ａｃｔＣｏｓｔＣｕ及びｌ＿ａｃｔＣｏｓｔｕ，ｖは、コントローラー及びリンクのための実際のコストを含む。これらのコストは、コントローラー／処理ノードがＢＳに実際に配置されるか否か、及びリンクがアクティブであるか否か、すなわち、クラスタリングされたＢＳを接続するために用いられるか否かに依拠する。
【００９６】
ネットワーク構成のためのリンク及びコントローラー／処理ノードの全コストを得るために、個々のコストを合算することができる。これは、例えば、式（１）及び式（２）においてそれぞれ行なわれる。
【数４】
0005357948.tif 000007
【００９７】
その目標は、上記の表内のパラメータによって定義される、適用される無線協調方式の制約を考慮に入れながら、全コストを最小限に抑えることである。以下のＭＩＬＰは、以下の式を達成することができる。
【数５】
0005357948.tif 000008
【００９８】
式（４）における第１の制約は、各ＢＳが厳密に１つのコントローラーに割り当てられるのを確実にする。これは、各ＢＳにおいて終了するフローの数を１に固定することによって行なわれる。式（５）における第２の制約は、ＢＳにおいて終了する各フローが開始ＢＳ−コントローラーを有することを保証する。式（６）は第３の制約を含み、それはネットワーク内のフローを生成するために必要である。それはフローバランスを保証し、すなわち、１つのフローが１つのノードに入るときはいつでも、そのフローは再びそのノードを出なければならない。ただし、そのノードがフローの発信元又は宛先である場合を除く。最後に、式（７）はフロー毎のローカルループを禁止する。
【００９９】
コントローラーとＢＳとの間のフローを作成した後に、式（８）におけるヘルパー制約は、複数のフローのうちの１つを移送するために必要とされるネットワーク内の全てのリンクを起動する。この制約は、これを果たすために、「ビッグＭ制約」を用いる。同様に、式（９）は、少なくとも１つのフローの発信元である各ＢＳにおいてコントローラー機能をアクティブ化する。
【０１００】
ジョイントプリコーディングのような多くの協調方式は、所望の利得を達成するために、一緒に制御される最小数のＢＳを必要とするので、式（１０）の制約は、少なくともｃｓｍｉｎ個のＢＳが同じコントローラーに接続されることを必要とする。同時に、式（１１）は、最大クラスターサイズをｃｓｍａｘに制限する。これは、コントローラー容量が制限され、それゆえ、クラスターが或る特定のサイズを超えることができない場合に役に立つことがある。
【０１０１】
式（１２）及び式（１３）における制約は、ダウンリンク（コントローラーからＢＳ）及びアップリンクにおいてそれぞれリンク容量が超えられないことを確実にする。
【０１０２】
式（１４）における次の制約は、コントローラーとＢＳとの間のラウンドトリップ遅延が上限未満であるのを確実にする。この上限は、最大限許容される遅延ｔｍａｘから、コントローラーにおいて必要とされる処理時間ｔｐｒｏｃを減算することによって計算される。そのような制約は、例えば、ジョイントプリコーディングの場合に重要である。ここで、それに基づいて符号化が行なわれたＣＳＩが依然として有効である間に、符号化されたデータが送信されなければならない。
【０１０３】
最後に、最後の３つの制約は、結果として形成されるネットワークのためのリンク及びコントローラーコストを計算する。式（１５）及び式（１６）は、固定及び動的コントローラーコストを定義する。式（１７）は、リンクがアクティブであるか否かに応じて、リンク毎のコストを設定する。
【０１０４】
上記の制約は、この例において示されるように、全て一緒に考慮することもできるし、それらの制約のうちの１つ又は複数を、他の制約から独立して、又は他の制約を用いることなく考慮することもできる。
【０１０５】
この例では、上記のクラスター決定器は、説明されたＭＩＬＰ問題を解いて、コアネットワーク構成を得るように構成することができる。
【０１０６】
提示されるＭＩＬＰは、コアネットワークを設計又は再構成するための最適解を返すことができる。しかしながら、そのような解を見つけることは、ＮＰ困難であり、長いソルバーランタイムを必要とする。
【０１０７】
ＭＩＬＰのランタイム問題を克服するために、最適解を近似するヒューリスティックが提案される。ヒューリスティックはＭＩＬＰ（すなわち、ＢＳ及び潜在的な相互接続を含む特性グラフ）と同じ入力（所定の基本ネットワーク構成）を取り込み、ＭＩＬＰ（全てのＢＳ、コントローラー／プロセッサの場所、及びこれらの構成要素間の最適化された相互接続を含むグラフ）と同じ種類の出力（コアネットワーク構成）を生成する。
【０１０８】
例えば、修正幅優先探索（ＢＦＳ）アルゴリズムに基づく貪欲法を用いて、ＢＳのクラスターを構築することができる。結果として生成されるヒューリスティックがアルゴリズム１において要約される。
【０１０９】
【表３】
0005357948.tif 000009
【０１１０】
方法ＣＯＮＦＩＧＵＲＥＣＯＯＰＮＥＴＷＯＲＫは、入力パラメータＧｉｎを予想する。これは、ＢＳ及び潜在的な相互接続（リンク）からなる入力グラフ(所定の基本ネットワーク構成）である。そのアルゴリズムは最初に出力グラフＧｏｕｔ（コアネットワーク構成）を初期化する。この後、そのアルゴリズムはループを横断し、そのループが繰り返される度に、１つの新たなクラスターが生成され、Ｇｏｕｔに追加される。さらに、クラスターに割り当てられたＢＳはＧｉｎから除去される。
【０１１１】
繰り返される度に最初に、クラスターコントローラー（制御ユニット）としての役割を果たすことになる、Ｇｉｎ内のＢＳのうちの１つが選択される。この新たなコントローラーｃから開始して、ＢＦＳアルゴリズムはｃを中心にしてクラスターを構築し、結果として生成されたクラスターグラフＧｎｅｗＣｌｕｓｔを返す。このグラフは、クラスターのメンバーである全てのＢＳ、及びこれらのＢＳをコントローラーｃに接続するリンクを含む。
【０１１２】
後に評価において明らかになるように、Ｇｉｎからｃを選択する方法は、ヒューリスティックの出力の品質にとって重要な役割を果たすことができる。方法ＣＨＯＯＳＥＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲは、例えば、Ｇｉｎの境界への距離が現時点で作成されたクラスターの予想される半径に等しいように、ＧｉｎからＢＳを選択する。
【０１１３】
結果として生成されるクラスターのサイズ（それゆえ、半径）は種々の事柄、例えば、関与するＢＳ及びその相互接続の物理的特性、及び無線協調技法によって課せられる制約による。
【０１１４】
以下では、協調技法としてのジョイントプリコーディングの場合にこれを行うことができる方法の一例（アルゴリズム２）が与えられる。
【０１１５】
【表４】
0005357948.tif 000010
【０１１６】
ジョイントプリコーディングは、満たされなければならない２つの大きな制約を有する場合がある。第１の制約は、ＣＳＩを測定してから、一緒に符号化されるデータが送信される時点までのレイテンシが上限未満、例えば、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）の場合に１ｍｓ未満でなければならないことである。それゆえ、コントローラーにおける処理遅延、及びコントローラーから制御されるＢＳまでのラウンドトリップ時間（ＲＴＴ）がこの限度を超えてはならない。したがって、レイテンシｃｒｌａｔに関する予想クラスター半径を、アルゴリズム２の第１のラインにおいて示されるように計算することができる。パラメータｔｍａｘ及びｔｐｒｏｃは、ＣＳＩを測定してからデータが実際に送信されるまでの最大限許容される期間と、コントローラーにおける処理遅延とをそれぞれ含む（上記の表において定義される）。ＭＥＡＮＬＩＮＫＬＡＴＥＮＣＹは平均リンクレイテンシを計算する。
【０１１７】
ジョイントプリコーディングの場合の第２の制約は、リンクが、コントローラーから、信号が送信されるＢＳまで信号を移送するだけの十分な容量を有しなくてはならないこととすることができる。したがって、各ＢＳにおいて必要とされる帯域幅の量、及びコントローラーからＢＳまで（おそらく複数のホップを含む）のリンク容量も、可能な最大のクラスターサイズを制限する。これは、アルゴリズム２のライン２において考慮に入れられる。そこで、入力グラフの容量特性ｃｒｃａｐに依拠した予想クラスター半径が計算される。その半径は、平均リンク容量、及びＢＳの平均容量要件に依拠する。
【０１１８】
結果として、全体的な予想クラスター半径ｃｒｏｖｅｒａｌｌは、ｃｒｌａｔ及びｃｒｃａｐの最小値である。入力としてｃｒｏｖｅｒａｌｌを用いるとき、方法ＧＥＴＮＯＤＥＮＨＯＰＳＦＲＯＭＢＯＲＤＥＲは、入力グラフから、グラフの境界から厳密にｃｒｏｖｅｒａｌｌホップだけ離れたＢＳを返す。このＢＳが新たなコントローラーである。
【０１１９】
無線協調の種類が異なると、満たされなくてはならない制約も異なる場合があるので、予想クラスター半径の計算は、無線協調の種類によって異なる場合がある。
【０１２０】
ここで、ＣＨＯＯＳＥＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲを用いて、ヒューリスティックが入力グラフＧｉｎから新たなコントローラーｃを選択したので、修正ＢＦＳは、開始ノードとしてｃから開始される。標準的なＢＦＳアルゴリズムに比べて、そのＢＦＳアルゴリズムはリンクを横断し、Ｇｉｎにおいて新たなＢＳｘを見つけたときにはいつでも、制約を一切破ることなく、ｘを現在のクラスターに追加できるか否かを調べる。これが可能である場合には、ｘは現在のクラスターに追加され、かつ後に探索を続けるためにＢＳのＢＦＳキューに追加される。ｘをクラスターに追加することができない場合には、探索アルゴリズムは、探索木のこのパスにおいて、新たなＢＳを探索し続けない。ＢＦＳアルゴリズムが終了すると、コントローラーｃを中心にして新たなクラスターが作成されている。
【０１２１】
ＢＦＳが終了した後に、新たなクラスター（ＧｎｅｗＣｌｕｓｔによって表される）が出力グラフＧｏｕｔに追加され、入力グラフＧｉｎから除去される。全てのＢＳが１つのクラスターに割り当てられるまで、そのループは次の繰返しを続ける。
【０１２２】
次に、ＭＩＬＰを用いて問題を解くこと、及びヒューリスティックアルゴリズムを用いて最適解を近似することに関する評価が示される。以下の図において、全ての信頼区間は、９５％の信頼水準について計算された。
【０１２３】
入力シナリオは、正方形を形成するｎ個のＢＳのマトリックスからなる。ＢＳの２つの異なる配列が考慮された。第１の配列は規則的な配列であり、全てのＢＳが、
【数６】
0005357948.tif 000011
の同一のＢＳ間距離を有し（A. Benjebbour、 M. Shirakabe、 Y. Ohwatari、 J. Hagiwara、及び、T. Ohya、「Evaluation of user throughput for MU-MIMO coordinated wireless networks」、Proc. IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Sept. 2008）、全ての隣接するＢＳへの潜在的な相互接続を有する。第２のタイプの配列は不規則であり、ＢＳの位置決めにランダム性を追加する。この結果として、ＢＳは依然として、
【数７】
0005357948.tif 000012
の平均距離を有するが、位置は標準偏差
【数８】
0005357948.tif 000013
で正規分布する。ＢＳの距離が
【数９】
0005357948.tif 000014
未満である場合には、それらのＢＳは相互接続される。不規則な入力シナリオを有する理由は、ＢＦＳ中に新たな隣接物を恣意的に選択することによって、ヒューリスティックが損なわれるか否かを調べることである。図４ａ及び図４ｂは、ｎ＝１６の場合のこれら２つの配列タイプの２つの例を示す。
【０１２４】
その相互接続は光学的であり、ｓ・（１．４５／ｃ）のレイテンシを有する。ただし、ｃは光の速さであり、１．４５はファイバーの屈折率である。これは、通常のシングルモードファイバー（ＳＭＦ）設定に対応する。さらに、コントローラーからＢＳまでの光ファイバー無線（Radio over Fibre：ＲｏＦ）設定が想定される（これだけが評価に影響を及ぼし、提案される概念は任意の技術に対応するほど十分に汎用性があることに留意されたい）。各リンクのＲｏＦ容量は３０００ＭＨｚであり、それは標準的なＲｏＦ装置に対応する。全てのＢＳが３つのセクターからなり、それらのセクターはそれぞれ、１００ＭＨｚの帯域幅において動作する４つのアンテナを有し、その帯域幅は将来の広帯域無線システムに対応する。以下の表は、入力パラメータを要約する。
【０１２５】
【表５】
0005357948.tif 000015
【０１２６】
ＭＩＬＰソルバーの最適解との隔たりを０．１に設定しながら、デュアルコアマシン（コアあたり３．３３ＧＨｚ、４ＧＢＲＡＭ）においてｎ∈{３２，４２，５２，６２，７２}の場合の実験が行なわれた。これは、返される解が最適解よりも最大で１０％悪いことを意味する。より大きな入力シナリオの場合に１週間未満のソルバーランタイムを達成するために、そのような大きな隔たりが必要とされた。
【０１２７】
ＭＩＬＰを用いて最適に問題を解くことに比べて、ヒューリスティック法は、大幅に短いランタイムと、はるかに少ないメモリ要件とを有する。その違いが、規則的な入力シナリオ（ｒｅｇ）について図７ａにおいて、不規則な入力シナリオ（ｉｒｒｅｇ）について図７ｂに示される。その図は、ＢＦＳのための開始ノードを選択する利点を後に例示するために、ヒューリスティック法の２つのバージョンを示す。「簡単な」バージョンは、全体的なトポロジーにおけるその場所と無関係に、入力グラフの境界において単に第１のノードを選ぶ。しかしながら、ｍｈｏｐヒューリスティックは、入力グラフにおける予想クラスターサイズを用いて、アルゴリズム２において提案されるように、新たなコントローラーの場所を選択する。
【０１２８】
そのプロットは、ＭＩＬＰソルバーランタイムが、２６個以上のＢＳからなる入力シナリオの場合に急速に数時間まで増加するが、ヒューリスティックは１秒未満に留まることを示す。
【０１２９】
ヒューリスティックの出力の品質の概念を得るために、図８ａ及び図８ｂは、ＭＩＬＰソルバー（クラスター決定器）によって与えられる出力と、本発明者らによって提案されるヒューリスティックの２つのバージョンの出力とを比較する（図７ａ及び図７ｂと同じ凡例を用いる）。結果として生成されるコストは、上記の表において定義される単位コストを用いる、返されるネットワーク構成に関する全コストである。
【０１３０】
ヒューリスティックの返される出力は、ＭＩＬＰソルバーによって与えられる出力よりも最大で５％悪い。さらに、簡単なヒューリスティックとｍｈｏｐヒューリスティックとの間の違いは、新たなコントローラーを選択することに関して提案される方法が、不規則な入力シナリオの場合に特に、すなわち、ＢＳが平面内にランダムに分布し、かつリンクが容量及びレイテンシに関して異なる特性を有する場合に特に、大きな効果を有することを示す。
【０１３１】
図８ａでは、ヒューリスティック（ｍｈｏｐ）はＭＩＬＰよりも低いコストさえ生成することに留意されたい。ＭＩＬＰソルバーの最適解との隔たりが１０％に設定されるときに、これが起こり得る。しかしながら、ヒューリスティックの結果は、それよりも良好である。
【０１３２】
図５ａは、規則的な配列を有するコアネットワークの基地局の、コアネットワーク構成が決定されたクラスター５１０の、のための一例を示す。各クラスター５１０は、少なくとも１つの基地局０〜１５と、クラスター５１０のの基地局に配置される１つの制御ユニット５２０とを含む。例えば、クラスター５１０のこの分布は、制御ユニット５２０によって制御される各基地局が制御ユニット５２０に直に接続されなければならない（制御ユニットまで１基地局分だけの距離を含まなければならない）という制約を定義することによって見つけることができる。この例では、制御ユニット５２０は最初に基地局５に配置することができ、基地局０、１、２、４、６及び９はこの制御ユニット５２０に割り当てられる。その後、更なる制御ユニット５２０が基地局１０に配置され、この制御ユニットに基地局１１、１３、１４及び１５が割り当てられる。さらに、制御ユニット５２０が基地局８に配置され、この制御ユニット５２０に基地局１２が割り当てられ、制御ユニット５２０が基地局７に配置され、この制御ユニット５２０に基地局３が割り当てられる。
【０１３３】
図５ｂは、不規則な構成を有するコアネットワークの場合の、クラスター５１０を含む決定されたコアネットワーク構成のためのさらに別の例を示しており、基地局は、クラスター５１０の制御ユニット５２０まで最大で２基地局分の距離を含む。この例では、制御ユニット５２０は、最初に基地局２に配置することができ、この制御ユニット５２０に基地局０、１、３、４、５、６、７、９及び１１が配置することができる。その後、更なる制御ユニット５２０を基地局１３に配置することができ、この制御ユニット５２０に基地局８、１０、１２、１４及び１５を割り当てることができる。
【０１３４】
図５ａに示される例では、制御ユニット５２０は、できる限りコアネットワークの境界から１基地局分だけ離れて配置される（例えば、基地局５及び基地局１０に配置される）。その後、制御ユニット５２０は、コアネットワークの境界にも配置される（例えば、基地局７及び８に配置される）。図５ｂでは、制御ユニット５２０は、その境界から２基地局分だけ離れて配置され（例えば、基地局２に配置される制御ユニット）、その後、制御ユニット５２０は、その境界のさらに近くに配置される（例えば、基地局１３に配置される制御ユニット）。
【０１３５】
本発明によるいくつかの実施形態は、協調セルラーネットワークにおけるバックホール構成及び有線クラスタリング、又は協調移動アクセスネットワークのためのバックホール設計及びコントローラー配置に関連する。
【０１３６】
無線移動アクセスネットワークにおいて協調を用いることは、無線伝送容量、セル間干渉管理、及びエネルギー消費低減に関して達成可能な関連する利点に起因して、最近になって数多くの研究において高い関心を集めている。これまでにいくつかの技法が提案されており（ジョイントプリコーディング、セル間協調、ビームフォーミング）、それぞれ異なる性能メリットを達成する。これらの技法の共通の特徴は、移動事業者コアネットワーク内に配置される中央協調又は処理点の存在である。これらの提案のうちのいくつかは、そのような協調技法を展開するために必要とされるシグナリングの量、及び不完全なバックホールネットワークが無線性能に及ぼす影響を十分に評価されているが、いずれの技法も、これらの協調方式に対応するために移動アクセスネットワークの有線部分を設計する方法に関する問題、及び協調するセルクラスターを選択する過程において有線ネットワーク特性を取り入れるか方法に関する問題に明確に対処していない。
【０１３７】
無線移動アクセスネットワークにおいて協調を利用することによって、無線伝送容量、セル間干渉管理、及びエネルギー消費低減のための関連する利点がもたらされる。所望の無線性能を達成するために必要とされる、協調基地局集合のクラスタリングは、バックホールアーキテクチャ設計においていくつかの難題を提示する。適用される協調技法の具体的な要件を考慮に入れて、ネットワーク内のコントローラー／処理ノードの最適な配置、及びそれをクラスタリングされた基地局に接続する方法が検討される。このために、これを最適に解くことができるＭＩＬＰ、及びこの解を近似するヒューリスティックアルゴリズムが記述される。ヒューリスティックの解品質は最適に近く、ランタイム及びメモリ要件は、ＭＩＬＰの場合よりも何桁も小さい。これにより、ネットワーク計画のためにオフラインでだけでなく、そのランタイム中に既存のネットワークを再構成するためにオンラインでも、このヒューリスティックを使用できるようになる。
【０１３８】
オフラインの場合、ヒューリスティックは、ネットワークを展開する前に適用することができる。この応用例はネットワーク計画に類似である。
【０１３９】
オンラインの場合、協調ネットワークは既に展開されている。ヒューリスティックのための入力データは、例えば、故障がないかを調べるために、又はネットワーク構成を意図的に変更することが好都合な場合がある状況を検出するために、ネットワークのランタイム中に収集することができる。この良い例が、エネルギーを節約するためにＢＳをオフに切り替えることが好都合である夜間の低負荷の状況である。ヒューリスティックはランタイムが非常に短く、リソースの消費が少ないことから、これらの状況では、ヒューリスティックを用いて代替のネットワーク構成を計算することができ、それに基づいてネットワークがオンザフライで再構成される。
【０１４０】
協調移動アクセスネットワークにおいてコントローラー／プロセッサノードを位置決めする方法、及びそれらのノードにＢＳを割り当てる方法が提案される。ＭＩＬＰは最適解を返すが、小さな入力シナリオの場合にのみ実現可能である。ヒューリスティックは、ＭＩＬＰの出力よりもわずか５％だけ悪い解を生成する場合があるが、ＭＩＬＰに比べて数桁小さなランタイム及びメモリ消費を有する。
【０１４１】
ヒューリスティックによれば、大きな入力シナリオについて準最適な解を計算できるようになり、リソース要件が低いことから、ネットワークのランタイム中に適用して、ネットワークをオンザフライで再構成することができる。ヒューリスティック手法は、ＢＳの場所とは無関係にコントローラーを位置決めするように、ツリー型又はリング型トポロジーにおいて共用リソースを考慮に入れるように、かつＢＳあたりの複数の重なり合うクラスターに対応するように拡張することができる。
【０１４２】
提案される概念は、例えば、ネットワークＭＩＭＯ又はＣｏＭＰとの関連において、有線ネットワーク特性に基づいてクラスタリングに対処する。
【０１４３】
これは、実現可能なクラスターを見つける機構（プリクラスタリング）とすることができ、それらのクラスターは、例えば、レイテンシ、容量又は負荷（例えば、秒単位の時間スケールにおいて計算される）に応じて、有線ネットワークの観点から可能な限り最も大きなクラスターとすることができる。例えば、実際の無線条件（例えば、ミリ秒単位の時間スケールにおいて計算される）に応じて、有線クラスターのサブクラスターにおいて無線協調を行なうことができる。
【０１４４】
このようにして、クラスタリングのための有線及び無線情報を組み合わせるシステムを実現することができる。これは、例えば、有線クラスタリングによって（無線クラスタリング用の）ループを延長することによって行なうことができる。
【０１４５】
有線クラスタリングのための１つの可能なアルゴリズムは貪欲アルゴリズムとすることができる。このために、有線ネットワークのグラフ表現（所定の基本ネットワーク構成）を作成することができる。その後、そのアルゴリズムは、ＣｏＭＰ技法を使用すること意図するセル毎に実行することができる。これは、秒単位の時間スケールにおいて再計算することができる。クラスタリングのための一例が図６に示される。全てのＣｏＭＰ要件（例えば、リンクレイテンシ、リンク容量、クラスターサイズ等）を満たす基地局６１０のみを、無線クラスタリングのために考慮することができる。提案される概念によれば、実現不可能なクラスターを予め特定することによって、無線及び／又は有線容量を節約できるようにする（輻輳を回避できるようにする）ことができる。このようにして、協調できないことになる移動端末及び基地局の中での不要なチャネル状態情報交換を回避して、結果として、シグナリングを低減することができる。さらに、有線の観点から実現不可能であるクラスターのための基地局協調を展開するのを回避して、結果としてユーザーデータを削減することができる。さらに、実現可能でないクラスターのための不要な計算を回避することによって、無線クラスタリングのための計算時間を節約することができる。
【０１４６】
有線クラスタリング問題はオプションでＭＩＬＰ（ＮＰ完全）によって解くことができる。ＭＩＬＰに比べて、提案されるヒューリスティックアルゴリズムは、概ね同一の出力品質を提供しながら、必要とするランタイムを短くし、メモリ要件を少なくすることができる（例えば、評価において、リンクレイテンシ及びリンク容量を制約として用いることができる）。
【０１４７】
記述された概念を用いることによって、移動ネットワーク性能を改善することができ、そのアルゴリズムは実際のネットワークにおいてネットワークＭＩＭＯ又はＣｏＭＰを使用するための基礎とすることができる。さらに、チャネル状態情報の収集又は交換が少なく、かつ／又は、無線ネットワーク及び／若しくは有線ネットワーク内のオーバーヘッドが少ない簡略化されたＣｏＭＰ手順を可能にすることができる。
【０１４８】
本発明によるいくつかの実施形態は、協調無線システムを拡張して、クラスタリング過程において、レイテンシ、容量及び現在の負荷のような有線ネットワーク部分についての情報を使用するための方法又は装置に関する。無線チャネル条件に基づいてクラスタリングを実施する前に、ネットワークの有線部分についての情報を用いて、過負荷状態のバックホールリンクのような、有線ネットワーク条件に起因して実現不可能である無線（クラスター）を計算するためのオーバーヘッドを回避することができる。要約すると、例えば、有線情報を用いてネットワークＭＩＭＯ又はＣｏＭＰクラスタリングを向上させるシステムを実現することができる。
【０１４９】
さらに、これは、有線クラスタリングを実行するための方法によって拡張することができる。この方法は、拡張幅優先探索（ＢＦＳ）アルゴリズムに基づくことができ、そのアルゴリズムは、システムが稼働している間に、中央ノードにおいて実行することもできるし、分散して実行することもできる。有線ネットワークの現在の状態（例えば、リンクレイテンシ、容量及び利用率からなる）及び所望の協調が与えられる。要約すると、プリクラスタリングのための方法、すなわち、例えば、後に無線クラスターが探索されるネットワーク内で実現可能な有線クラスターを見つけるための方法を実現することができる。
【０１５０】
可能な貪欲アルゴリズム手法は、例えば、以下とすることができる。
各セルＣに対し、以下を行う：
−セルＣから幅優先探索（ＢＦＳ）を開始し、
ｏもし、制約を破ることなく、新たなに見つけられたセルＸをＣのコントローラー／処理ノードによって制御できる場合には、
・Ｃによって制御されるクラスターにＸを追加する。
【０１５１】
図９は、本発明の一実施形態による無線通信システムのコアネットワーク構成を決定するための方法９００の流れ図を示す。無線通信システムのコアネットワークは、複数の基地局と、基地局間の複数の有線リンクと、複数の基地局からなる基地局クラスターを制御するための少なくとも１つの制御ユニットとを含む。方法９００は、そのクラスターの各基地局とそのクラスターの制御ユニットとの間のレイテンシが最大許容可能レイテンシ未満であるように、所定の基本ネットワーク構成に基づいて有線リンクによってリンクされかつ同じ制御ユニットによって制御される少なくとも１つの基地局クラスターを、コアネットワーク構成として決定すること（９２０）を含む。所定の基本ネットワーク構成は、構成されることになるコアネットワークの全ての基地局についての情報、及び基地局間の可能な有線リンクについての情報を表す。
【０１５２】
さらに、方法９００は、オプションで、無線通信システム内の協調送信又は協調受信の要求を検出すること（９１０）を含み、コアネットワーク構成を決定すること９２０は、協調送信又は協調受信の検出された要求によってトリガーすることができる。
【０１５３】
さらに、方法９００は、オプションでは、決定されたコアネットワーク構成に基づいて、コアネットワークの制御ユニットにコアネットワークの基地局を割り当てること（９３０）を含む。
【０１５４】
さらに、方法９００は、上記の提案された概念の１つ又は複数の態様を表す更なるオプションのステップを含むことができる。
【０１５５】
本発明によるいくつかの実施形態は、複数の基地局と、基地局間の複数の有線リンクと、複数の基地局からなる基地局クラスターを制御するための少なくとも１つの制御ユニットとを含むコアネットワークを有する無線通信システムにおいて、無線デバイスにデータを協調送信するための基地局からのチャネル状態情報を決定するための方法に関する。この方法は、上記の概念に従って、無線通信システムのコアネットワーク構成を決定することを含む。さらに、その方法は、無線デバイスの送信範囲内に位置する決定されたクラスターの基地局毎に、基地局と無線デバイスとの間のチャネル状態情報を決定することを含み、決定されたクラスターによって含まれない、無線デバイスの送信範囲内に位置するコアネットワークの少なくとも１つの基地局のためのチャネル状態情報は決定されない。
【０１５６】
説明した概念のいくつかの態様が装置との関係で説明されたが、これらの態様は対応する方法の説明も表し、ここでブロック又はデバイスは、方法ステップ又は、方法ステップの特徴に、対応することが明らかである。それに類似して、方法ステップに関連して説明された態様も、対応する装置の対応するブロック又はアイテム又は特徴の記述を表す。
【０１５７】
或る実施態様要件に依拠して、本発明の実施形態はハードウェア又はソフトウェアで実施することができる。実施態様は、電子的に読取り可能な制御信号が格納されたデジタルストレージ媒体、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ＤＶＤ、ブルーレイ、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリを用いて実行することができ、それらは、それぞれの方法が実行されるようにプログラム可能なコンピューターシステムと連携する（又は連携可能である）。したがって、デジタルストレージ媒体はコンピューター可読媒体とすることができる。
【０１５８】
本発明によるいくつかの実施形態は、本明細書に記載される方法のうちの１つが実行されるようにプログラム可能なコンピューターシステムと連携することができる電子的に読取り可能な制御信号を有するデータ担体を含む。
【０１５９】
概して、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータープログラム製品として実装することができる。該プログラムコードは、コンピュータープログラム製品がコンピューター上で実行されると、方法のうちの１つを実行するように動作可能である。プログラムコードは、例えば機械可読担体上に格納することができる。
【０１６０】
他の実施形態は、機械可読担体上に格納された、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータープログラムを含む。
【０１６１】
したがって、換言すれば、本発明の方法の一実施形態は、コンピュータープログラムがコンピューター上で実行されるときに本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するプログラムコードを有するコンピュータープログラムである。
【０１６２】
したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、データ担体（又はデジタルストレージ媒体若しくはコンピューター可読媒体）であって、該データ担体上に記録された、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータープログラムを含む、データ担体である。
【０１６３】
したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータープログラムを表すデータストリーム又は信号シーケンスである。データストリーム又は信号シーケンスは、例えば、データ通信接続を介して、例えばインターネットを介して転送されるように構成することができる。
【０１６４】
更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するように構成又は適合された処理手段、例えばコンピューター又はプログラム可能な論理デバイスを含む。
【０１６５】
更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータープログラムがインストールされたコンピューターを含む。
【０１６６】
いくつかの実施形態では、プログラム可能な論理デバイス（例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ）を用いて、本明細書に記載された方法の機能のうちのいくつか又は全てを実行することができる。いくつかの実施形態では、フィールドプログラマブルゲートアレイは、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するためにマイクロプロセッサと連携することができる。概して、本方法は任意のハードウェア装置によって実行されることが好ましい。
【０１６７】
上述した実施形態は、単に本発明の原理を例示するものである。本明細書において記載される構成及び詳細の変更及び変形は当業者には明らかであることが理解される。したがって、次の特許請求の範囲の範囲によってのみ制限され、本明細書における実施形態の記述及び説明のために提示された特定の詳細によって制限されるものではないことが意図される。
【０１６８】
上記の実施形態は、有線リンクによってリンクされる基地局（並びに／又は制御局及び基地局）に関するが、この有線リンクは基地局（並びに／又は制御局及び基地局）間の無線リンクによっても同様に実現することができる。言い換えると、無線通信システムのコアネットワークは主に、基地局、制御ユニット及びその間のリンク(接続）によって表される。これらのリンクは、有線リンク又は無線リンクによって同じように実現することができる。提案される概念の場合、関連する量は、基地局間、及び／又は基地局と制御ユニットとの間のリンクのレイテンシ（及びオプションで更なる量）であるので、基地局（並びに／又は制御局及び基地局）間のリンクの具体的な実施態様（例えば、有線又は無線リンク）はあまり重要ではない。
【０１６９】
例えば、いくつかの実施形態は、無線通信システムのコアネットワーク構成１１２を決定するための装置１００に関し、無線通信システムのコアネットワークは、複数の基地局と、該基地局間の複数の有線リンク又は無線リンクと、該複数の基地局からなる基地局クラスターを制御するための少なくとも１つの制御ユニットとを備える。この装置は、クラスターの各基地局とクラスターの制御ユニットとの間のレイテンシが最大許容可能レイテンシ未満であるように、所定の基本ネットワーク構成１０２に基づいて、有線リンク又は無線リンクによってリンクされ、かつ同じ制御ユニットによって制御される少なくとも１つの基地局クラスターをコアネットワーク構成１１２として決定するように構成されたクラスター決定器１１０を備える。所定の基本ネットワーク構成１０２は、構成されることになるコアネットワークの全ての基地局についての情報、及び基地局間の可能な有線リンク又は無線リンクについての情報を表す。
【０１７０】
所定の基本ネットワーク構成１０２が、有線リンクによってリンクされる基地局及び無線リンクによってリンクされる基地局を含む場合、クラスター決定器１１０は、無線リンクによってリンクされる少なくとも２つの基地局を含む、少なくとも１つの基地局クラスターを決定することができる。
【０１７１】
さらに、決定されたクラスターは、有線リンクよってリンクされる基地局、及び無線リンクによってリンクされる基地局を含むことができる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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