(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信ネットワークにおける複数の干渉しているノード（Ａ〜Ｅ）に対して周波数サブバンド（ｓ、１〜３）を割り当てる方法であって、
あるノード（Ａ〜Ｅ）に割り当てられるサブバンド（ｓ、１〜３）の数は、当該ノード（Ａ〜Ｅ）における干渉の状態に依存しており、当該ノードにおける干渉が少ないほどより多くのサブバンドが当該ノードに割り当てられ、
（ａ）前記複数の干渉しているノード（Ａ〜Ｅ）のそれぞれについて、前記ネットワークにおけるサブバンド利用率の減少量が最小となるようにある周波数サブバンド（ｓ、１〜３）を選択するステップと、
（ｂ）各周波数サブバンドについて、その他の周波数サブバンドのうちの１つ以上との関係で干渉が少ないかまたは干渉がない前記干渉しているノード（Ａ〜Ｅ）を１つ以上決め、ネットワークにおけるサブバンド利用率の減少量が最小となるように１つ以上の干渉しているノードを選択するステップと、
（ｃ）前記その他の周波数サブバンドの１つ以上を選択された干渉しているノード（Ａ〜Ｅ）に対して割り当てるステップと
を含む方法。
【請求項２】
サブバンドの利用は、ある特定のサブバンドが割り当てられているある選ばれたノードと干渉するノードの数に基づいて定められる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
選ばれたあるノードに特定のサブバンドを割り当てることによるサブバンドの利用は、前記ネットワークに対する当該サブバンドの割当てのコストに基づいて定められるものであり、
前記コストは、一組のノードに基づいて求められ、前記一組のノードのうちの各ノードは、（ａ）当該ノードが前記選ばれたあるノードの近傍であり、（ｂ）前記特定のサブバンドは当該ノードには割り当てられず、（ｃ）前記特定のサブバンドは当該ノードの近傍には割り当てられない、という特性を有しており、
前記コストが最小の場合にサブバンド利用率の減少量が最小である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ａ）は、各干渉しているノードについて、
（ａ１）近傍のノードを最も多く有する干渉しているノードを選択するステップと、
（ａ２）選択されたノードについて、当該選択されたノードに優先サブバンドとして割り当てることのできる利用可能なサブバンドを見いだすステップと、
（ａ３）１つ以上の利用可能なサブバンドが存在する場合には、サブバンド利用率の減少量が最小となるようにサブバンドを選択するステップと、
（ａ４）利用可能なサブバンドが存在しない場合には、そのノードについてサブバンドを選択しないステップと
を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ａ１）〜（ａ４）は、所定の回数にわたって繰り返され、前記所定の回数は、各ノードへ割り当てようとする優先サブバンドの最小数（ｓｍｉｎ）によって定められる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｂ）及び前記ステップ（ｃ）は、各サブバンドについて、
当該サブバンドを優先サブバンドとして割り当てることのできる全てのノードを決めるステップと、
サブバンド利用率の減少量が最小となるようなノードに対して当該サブバンドを割り当てるステップと、
２つ以上のノードがサブバンド利用率の最小の減少量をもたらす場合には、割り当てられたサブバンドの数が最も少ないノードに対してサブバンドを割り当てるステップと
を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記干渉しているノードが、ユーザによって配置された基地局によって形成されるフェムトセルアクセスポイントであり、干渉しているノードが近傍のノードであり、ある所与のノードの近傍は、当該所与のノードからサービスの提供を受けている移動端末に干渉をもたらすノードとして定められ、各ノードは１つ以上の移動端末に対してサービスを提供するものである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記無線通信ネットワークは、周波数サブバンド（ｓ、１〜３）を前記干渉しているノード（Ａ〜Ｅ）に割り当てる中央制御装置（１０６）を有しており、当該中央制御装置（１０６）は、各フェムトセルの近傍リストを保持しており、
１つ以上の近傍リストが変化した場合には、その変化を前記中央制御装置（１０６）に報告するステップを含み、
前記中央制御装置（１０６）は、前記変化に応じて、前記干渉しているノードに対し前記周波数サブバンドの動的な再割当てを行うものである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
周波数サブバンドの割当てにより、サブバンドが割り当てられていない干渉しているノードが１つ以上あった場合には、割当てを受けていない全ての干渉しているノードに対して、当該割当てを受けていない干渉しているノードの近傍のうち、最小数のノードによって使用されているサブバンドを割り当てるステップを更に含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
機械可読キャリアに保存された命令を有するプログラムであって、前記命令は、請求項１に記載の方法の各ステップをコンピュータに実行させるものである、プログラム。
【請求項１１】
複数のノード（Ａ〜Ｅ）を有する無線通信ネットワークの中央制御装置（１０６）であって、
前記複数のノードから近傍リストを受信して保存するストレージと、
前記無線通信ネットワーク内の干渉しているノードに周波数サブバンドを割り当てるプロセッサであって、前記干渉しているノードは前記近傍リストにより定められるものである、プロセッサと
を備えており、前記プロセッサは、あるノードの干渉の状態に応じて当該ノードに複数のサブバンドを割り当てるものであり、当該ノードにおける干渉が少ないほどより多くのサブバンドが当該ノードに割り当てられ、
前記プロセッサは、サブバンドを前記干渉しているノードに割り当てる際に、
（ａ）前記複数の干渉しているノード（Ａ〜Ｅ）のそれぞれについて、前記ネットワークにおけるサブバンド利用率の減少量が最小となるようにある周波数サブバンド（ｓ、１〜３）を選択し、
（ｂ）各周波数サブバンドについて、その他の周波数サブバンドのうちの１つ以上との関係で干渉が少ないかまたは干渉がない前記干渉しているノードを１つ以上決め、前記ネットワークにおけるサブバンド利用率の減少量が最小となるように１つ以上の干渉しているノードを選択し、
（ｃ）前記その他の周波数サブバンドの１つ以上を選択された干渉しているノードに対して割り当てるものである、中央制御装置。
【請求項１２】
複数のノード（Ａ〜Ｆ）であって、それらノード（Ａ〜Ｅ）のうちの少なくともいくつかが干渉しているノードである、複数のノードと、
請求項１１に記載の中央制御装置（１０６）と
を備えた無線通信システム。
【請求項１３】
前記中央制御装置（１０６）は、干渉の状態が変化すると前記周波数サブバンドの再割当てを行うものである、請求項１２に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線通信ネットワークの分野に関し、より具体的にはフェムトセルを含む多種間ネットワーク（heterogeneous network）の分野に関する。さらに具体的には、実施形態は、無線通信ネットワーク内の複数の干渉しているノードに周波数サブバンドを割り当てる方法と、無線通信ネットワークの制御装置と、そのような制御装置を有する無線通信システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
多種間ネットワークは、容量及びサービス提供エリア（coverage）の点で高いシステム性能を保証するものである。フェムトセルはそのようなネットワークの重要な部分のうちの１つである。フェムトセルが密に配置されているネットワークでは、所望のサービス品質（quality of service, ＱｏＳ）を提供するために、そのようなフェムトセル間の干渉の軽減が極めて重要なものとなっている。無線ネットワークにおいては、データトラフィックが日増しに増加しており、携帯電話事業者は、ユーザの要求を満たす難しさに直面している。この問題に対する１つの解決策は、ホーム発展型ノードＢ（home evolved node B, ＨｅＮＢ）としても知られるフェムトセルアクセスポイント（ＦＡＰ）の導入である。これらのアクセスポイント又はノードは、ユーザによって配置される小さな基地局であり、大抵は屋内環境用として用いられる。図１は、基地局１０２を有するネットワークセル１００の概略を示している。図１においては、セル１００の内部に屋内環境１０４が概略的に示されている。屋内環境１０４は、例えば、第１の部屋１０４１と第２の部屋１０４２とを有している。部屋１０４１及び１０４２においては、ユーザが配置したフェムトセルアクセスポイントすなわちホーム発展型ノードＢがそれぞれ、符号ＨｅＮＢ−１及びＨｅＮＢ−２として示されている。部屋１０４１及び１０４２内には、ユーザ機器ＦＵＥ−１及びＦＵＥ−２が存在している。また、セル１００内には、１つの移動ユーザ機器ＭＵＥが示されている。矢印１で示すように、屋内環境１０４内の第１の部屋１０４１に位置するユーザ機器ＦＵＥ−１は、基地局１０２と直接的に通信する。前記環境１０４の外部かつセル１００の内部にある移動ユーザ機器ＭＵＥは、矢印２で示すようにフェムトセルアクセスポイントＨｅＮＢ−１と通信する。屋内環境１０４内の第２の部屋１０４２には、別のユーザ機器ＦＵＥ−２がある。このユーザ機器ＦＵＥ−２も、屋内環境１０４内の第１の部屋１０４１にあるフェムトセルアクセスポイントＨｅＮＢ−１と通信する。
【０００３】
ＨｅＮＢの主要な利点は、例えば非特許文献１及び２に記載されているように、屋内のサービス提供エリア及び容量が大きく改善することであり、これはマクロセルのみを用いるだけでは達成できない。ＨｅＮＢのサービス提供エリアは小さいため、利用可能なスペクトルをより頻繁に再利用することができる。また、屋内のユーザはＨｅＮＢからサービスの提供を受けるため、マクロセル１００内のトラフィック負荷が減少する。これはオペレーターによるフェムトセル配置の別の利点であり、これについては非特許文献３にも記載されている。
【０００４】
しかし、フェムトセルの配置にもいくつかの問題が伴う。そのような問題の中でも、特に、企業、ショッピングモール等のネットワークといった、フェムトセルが密に配置されるネットワークにおけるフェムトセル間の干渉（同一チャネル干渉）に対してより注目する必要がある。マクロセルとは異なり、フェムトセルはエンドユーザによって配置されるため、周波数のプランニングは可能ではない。加えて、２つのフェムトセルが互いに非常に近接して配置される可能性があり、このような状況では、ユーザ機器（ＵＥ）は近隣のフェムトセルから大きな干渉を受け、これらのＵＥは停止状態に陥ることになるであろう。図１には、屋内環境内の第２の部屋１０４２にあるユーザ機器ＦＥＵ−２と第１の部屋１０４１にあるＨｅＮＢ−１との間の干渉を概略的に示している。つまり、フェムトセルの配置によって、サービス提供エリアの拡大及びデータレートの増加が可能となる一方で、干渉の増加が伴う。そのため、従来の手法には、フェムトセルネットワークにおける体感品質（user experience）を許容可能なレベルに維持することができないという問題がある。
【０００５】
この問題に対する１つの既知の解決策は、リソース分配を用いることである。この手法によれば、互いに干渉している近傍どうしが、最大の遷移電力（transition power）を有する優先サブバンド（priority subband）とも呼ばれる異なったサブバンドを用いる。残りのサブバンド、いわゆる二次サブバンド（secondary subband）は用いられないか、又は近傍のフェムトセルの優先バンドと干渉しないように電力が制御されたうえで用いられる。図２は、リソース分配による干渉軽減の手法を示している。図２（Ａ）は、互いに隣接している３つのセルＡ、Ｂ、Ｃの例を示している。各セルは、基地局ｅＮＢＡ、ｅＮＢＢ、ｅＮＢＣを有している。第１のセルＡは、第１のリソース１、例えば利用可能な周波数範囲内の第１の周波数帯域を用いる。第２のセルＢは、第２のリソース２、例えば第２の周波数帯域を用い、セルＣは第３のリソース３、例えば第３の周波数サブバンドを用いる。図２（Ｂ）は、リソース分配によって、すなわちセルＡ〜Ｃが利用可能な周波数範囲Ｆにおいて重複しない優先サブバンドを用いるものとなるようにサブバンド１〜３を選択することによって、干渉の軽減がどのように達成されるかを示している。図２（Ｂ）は、近傍セルＡ、Ｂ、Ｃを含む例を示している。ここで、第１の周波数帯域１はセルＡによって用いられるのに対し、残りのサブバンド、すなわち二次サブバンドｉｉ及びｉｉｉは全く用いられないか、又は優先サブバンド１と比較して電力を低減して用いられる。同様に、セルＢは優先サブバンドとしてサブバンド２を有しており、残りのサブバンド、すなわち二次サブバンドｉ及びｉｉｉは用いられないか、又は電力を低減して用いられる。第３のサブバンド３を用いるセル３にも同じことが当てはまり、第１の二次サブバンドｉ及び第２の二次サブバンドｉｉは用いられないか、又は電力を低減して用いられる。図２からわかるように、システム容量を最大にしつつ、全ユーザの許容可能な体感品質を維持することは、相反する目標となる場合がある。リソース分配による干渉の制御によれば、セルの中心にいるユーザは全てのリソースを低減された電力で用いることができる一方で、セル端にいるユーザには優先帯域が割り当てられ、その優先帯域において当該セル端のユーザは最大の電力で送信を行うことができる。
【０００６】
このため、優先サブバンドが割り当てられるＵＥが受ける干渉はより少なくなり、当該ＵＥはより高い容量値を享受することになる。しかし、リソース分配によってネットワークのリソース効率が減少する。より多くの帯域幅が二次帯域として割り当てられるにつれて、最大利用可能電力により用いられるリソースが少なくなる。マクロセルネットワークについては、種々のリソース分配手法が知られている。そのようなネットワークでは、ある基地局の近傍が、位置及びセルＩＤを含めて事前に知られている。近傍の数及び位置に応じて、総周波数帯域が直交する領域に分割され、各基地局が自己の優先サブバンドとしてこれらの領域のうちの１つを用いる。
【０００７】
フェムトセルネットワークにおいては、このような手法を用いることは難しい場合があり、上述したリソース分配手法はそのようなネットワークでは容易に利用できない場合がある。図３は、フェムトセルネットワークにおいて、リソース分配手法を用いて優先サブバンドをどのように割り当てることができるかを概略的に示している。図３（Ａ）は、複数の部屋１０４１〜１０４１０を有する屋内環境１０４を概略的に示している。この環境では、部屋１０４１〜１０４６内に、それぞれのフェムトセルアクセスポイントＡ〜Ｆが設置されているか又はユーザによって配置されている。例えば、図３では、最初に、３つのＦＡＰ（フェムトセルアクセスポイント）Ａ、Ｂ、Ｃが存在する場合がある。この場合、図２に示したようなリソース分配を用いることができる。しかし、ある時間後に、追加のＦＡＰ、例えばＤ、Ｅ、Ｆがネットワークに入る場合がある。見てわかるように、フェムトセルアクセスポイント（ＨｅＮＢ）が近傍の部屋１０４１〜１０４５に設けられている一方で、フェムトアクセスポイントＦは、その他のフェムトセルアクセスポイントから離れた部屋１０４６に配置されている。図３（Ａ）内の矢印は、各フェムトセル間の可能性のある干渉経路を示している。見てわかるように、セルＡはセルＢ〜Ｅと干渉する場合があるがセルＦとは干渉しないことを前提としている。部屋１０４２内のセルＢは、セルＡ及びＣと干渉するがセルＤ〜セルＦとは干渉しないことを前提としている。部屋１０４３内のセルＣは、セルＡ及びＢと干渉するが、セルＤ〜Ｆとは干渉しないことを前提としている。セルＤ及びセルＥは、セルＡとのみ干渉することを前提とする一方で、セルＦは、上述したように、その他のセルから更に離れているため、干渉を前提としていない。上述したリソース分配手法を用いることによって、図３（Ｂ）に示すような周波数サブバンドの配分がもたらされる。この配分は、周波数範囲内で利用可能な３つのサブバンドがセルＡ、Ｂ、Ｃ間で分配されるという点では図２（Ａ）に示した配分に類似しているが、図３（Ｂ）のクエスチョンマークによって示しているように、セルＤ、Ｅ、Ｆをカバーしていない。つまり、図３は動的なリソース分配の必要性を示している。動的なリソース分配は集中型又は分散型で行うことができる。
【０００８】
分散型の手法においては、各基地局は自己が用いるリソースを決める。マクロネットワーク及びフェムトネットワークにおける分散型のリソース分配は、例えば非特許文献４〜７に記載されている。
【０００９】
このような既知の方法によれば、各（Ｈ）ｅＮＢは所定の数のサブバンドのみを送信用として用いる。変化する干渉の状態は認識されることもなければ処理されることもない。このような手法の別の欠点は、用いられることになるリソースが、環境を検出（listen）することによって決められ、近傍の（Ｈ）ｅＮＢ間で協調がとられないことである。このため、分散型の手法によれば、ノード又は周波数アクセスポイントは自己が用いることになるリソースを決めるものの、ノード又は（Ｈ）ｅＮＢごとに所定の数のリソースのみが用いられることによって、結果としてサブバンドの利用率が低くなり、コンバージェンス（収束）の問題が生じる。
【００１０】
他方、集中型の手法においては、全てのノード又は（Ｈ）ｅＮＢから干渉情報を取得し、これらのフィードバックに基づいて各（Ｈ）ｅＮＢに対して優先サブバンドを割り当てる中央制御装置が存在する。優先帯域が集中型で割り当てられるため、より効率的にリソースを利用することができる。集中型の手法は、迅速なコンバージェンスをもたらし、セルが密に配置されているネットワークに効果的であるが、ＨｅＮＢ−ＧＷ（ＧＷ：gate way）といった中央制御装置が必要になる。
【００１１】
集中型のリソース割当てにおいて用いられる最も一般的な手法は、セル間の干渉関係をグラフ（干渉グラフ）にマッピングする、いわゆるグラフ理論である。図４は、グラフ理論を用いたリソース割当てのための手法の例を示している。図４（Ａ）は、６つの部屋１０４１、１０４２、１０４３、１０４４、１０４５、１０４６を有する屋内環境の概略を示している。この屋内環境１０４において、部屋１０４１〜１０４３には（Ｈ）ｅＮＢとしてＡ〜Ｃが設けられている。ノードＡ〜Ｃの周りの円はそれらの範囲を示している。見てわかるように、これらの範囲は重なり合っている。さらに、集中型の手法によれば、それぞれのノードＡ〜Ｃからそれぞれの干渉情報を集める中央制御装置１０６が設けられる。中央制御装置１０６は、図４（Ｂ）に示すような干渉グラフを生成する。このグラフにおいて、干渉する近傍が、例えば所定のパラメータ閾値（例えばＳＩＮＲ、Signal to Interference and Noise Ratio）によって定められる。干渉グラフ１０８において、ノード（あるいは節点、node）Ａ〜Ｃは、（図４（Ａ）の円によって示した）各セルに対応しており、２つのノードを結ぶエッジ（あるいは辺、edge）はそれぞれのセル間の干渉を表している。セルすなわちノードＡ〜Ｃの範囲は交わっており、重なり合っているため、干渉グラフ１０８は、各ノードＡ〜Ｃが自己の近傍にあるノードと干渉していることを示している。
【００１２】
図４（Ｂ）のような干渉グラフが生成されると、干渉グラフにおける制約に従って優先サブバンドが割り当てられる。これは概して、複雑度の低いグラフ彩色アルゴリズムを用いることによって行われる。マクロセルネットワークの場合のグラフ彩色アルゴリズムを用いたリソース割当ては、非特許文献８〜１０に記載されている。
【００１３】
ＵＥに基づいて干渉グラフが作られる。ＵＥの干渉状態は頻繁に変化するため、このような干渉グラフはより頻繁に更新されなければならず、これによって大量のシグナリングが生じる。また、非特許文献８では、ネットワーク全体のサブバンドの利用効率が十分に検討されていない。他方、非特許文献１０では、ＵＥは中央制御装置によって１つ又は複数の色で彩色され、次に各基地局は、自己がサービスを提供しているＵＥに対して、リソース配分量が増加するように、割り当てられたＵＥの色の集合のなかでリソースの１つ以上のパーティションを割り当てる。グラフ彩色は別として、非特許文献１１では、中央のエンティティが、ネットワーク全体の干渉を最小にするために最適化関数を用いてリソースを割り当てる。この方法では、（Ｈ）ｅＮＢに割り当てられるリソースの量は、干渉状態ではなく各（Ｈ）ｅＮＢのトラフィック需要に基づいて評価される。したがって、全ての（Ｈ）ｅＮＢが大きな帯域幅を要求するようなトラフィック負荷の高い状況下では、この手法は干渉のないサブバンドをセル端のユーザに割り当てることができなくなる。
【００１４】
つまり、各サブバンドを基地局に割り当てる上述した従来の手法は、フェムトセルネットワークのような動的な環境において、利用可能でかつ優先サブバンドを効率的に割り当てるために必要な全体の周波数空間を利用するわけではないため、フェムトセルネットワークには適用できず、不利である。むしろ、優先サブバンドを割り当てる問題を扱う従来技術の手法の全ては、単に、複数の可能なサブバンドのうちの１つを概してランダムに選択するため、利用されないサブバンドに起因して、スループットの減少を受けることになる。非特許文献９に記載されている手法は、マクロセルを扱っているが、フェムトセルに適用可能ではない。なぜならば、各基地局は、サブバンドがユーザ機器に割り当てられた後に、セクター間で自己のリソースを利用するからである。しかし、フェムトセルネットワークでは、ＨｅＮＢは１つのセクターしか有しないため、この手法ではマクロセルネットワークのように性能が改善することはない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】H. Claussen「Performance of Macro- and Co-Channel Femtocells in a Hierarchical Cell Structure」（Proc. Of the 18th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Athens, Greece, Sep. 3-7 2007, pp. 1-5）
【非特許文献２】Z. Bharucha、 H. Haas、A. Saul、及びG. Auer「Throughput Enhancement through Femto-Cell Deployment」（European Transactions on Telecommunications, vol. 21, no 4, pp. 469-477, Marc. 31 2010）
【非特許文献３】V. Chandrasekhar、J. Andrews、及びA. Gatherer「Femtocell Networks: A Survey」（IEEE Communications Magazine, vol. 46, no. 9, pp. 59-67, 2008）
【非特許文献４】Y. -Y. Li、 M. Macuha、E. Sousa、T. Sato、及びM. Nanri「Cognitive interference management in 3G femtocells」（Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2009 IEEE 20th International Symposium on, Sep. 13-16 2009, pp. 1118-1122）
【非特許文献５】J. Ling、D. Chizhik、及びR. Valenzuela「On Resource Allocation in Dense Femto-deployments」（Microwaves, Communications, Antennas and Electronics Systems, 2009, COMCAS 2009, IEEE International Conference on, Nov. 9-11 2009, pp. 1-6）
【非特許文献６】J. Ellenbeck、 C. Hartmann、及びL. Berlemann「Decentralized Inter-Cell Interference Coordination by Autonomous Spectral Reuse Decisions」（Wireless Conference, 2008, EW 2008, 14 European, Jun. 22-25 2008, pp. 1-7）
【非特許文献７】C. Lee、 J.-H Huang、及びL.-C. Wang「Distributed Channel Selection Principles for Femtocells with Two-Tier Interference」（Vehicular Technology Conference (VTC 2010 - Spring), 2010 IEEE 71st, May 16-19 2010, pp. 1-5）
【非特許文献８】Chang、 Z. Tao、J. Zhang、及びC.-C. Kuo「A Graph Approach to Dynamic Fractional Frequency Reuse (FFR) in Multi-Cell OFDMA Networks」（Communications, 2009, ICC ’09, IEEE International Conference on, Jun. 14-18, 2009, pp. 1-6）
【非特許文献９】M.C. Necker「Integrated scheduling and interferences coordination in cellular OFDMA networks」（Broadband Communications, Networks and Systems, 2007, BROADNETS 2007, Fourth International Conference on, Sep. 10-14 2007, pp. 559-566）
【非特許文献１０】「A Graph-Based Scheme for Distributed Interference Coordination in Cellular OFDMA Networks」（Vehicular Technology Conference, 2008, VTC Spring 2008, IEEE, May 11-14 2008, pp. 713-718）
【非特許文献１１】D. Lopez Perez、G. de la Roche、A. Valcarce、A. Juttner、及びJ. Zhang「Interference avoidance and dynamic frequency planning for wimax femtocells networks」（Communication Systems, 2008, ICCS 2008, 11th IEEE Singapore International Conference on, Nov. 19-21 2008, pp. 1579-1584）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、複数のノードを有しており、これらノードのうちの少なくともいくつかが干渉しているような無線通信ネットワークにおいて、周波数サブバンドを割り当てるための改善された手法を提供することにある。
【００１７】
上記目的は、請求項１に記載の方法及び請求項１２に記載の制御装置によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、ある無線通信ネットワークにおける複数の干渉しているノード（interfering node）に対して周波数サブバンドを割り当てる方法が提供される。ここで、あるノードに割り当てられるサブバンドの数は、当該ノードにおける干渉の状態に依存しており、当該ノードにおける干渉が少ないほどより多くのサブバンドが当該ノードに割り当てられる。
【００１９】
本発明によれば、さらに、複数のノードを有する無線通信ネットワークの制御装置が提供される。この制御装置は、前記複数のノードから近傍リストを受信して保存するストレージと、前記無線通信ネットワーク内の干渉しているノードに周波数サブバンドを割り当てるプロセッサとを備えている。干渉しているノードは前記近傍リストにより定められる。前記プロセッサは、あるノードの干渉の状態に応じて当該ノードに複数のサブバンドを割り当てる。当該ノードにおける干渉が少なくないほどより多くのサブバンドが当該ノードに割り当てられる。
【００２０】
本発明の実施形態によれば、さらに、機械可読キャリアに保存された命令を有するプログラムを有するコンピュータプログラム製品が提供される。前記命令は、本発明の実施形態に係る方法をコンピュータに実行させる。
【００２１】
更なる実施形態によれば、複数のノードであって、それらノードのうちの少なくともいくつかが干渉しているノードである、複数のノードと、本発明の実施形態に係る中央制御装置とを備えた無線通信システムが提供される。
【００２２】
本発明の手法は、上述した従来の手法とは異なり、近傍のノードとの干渉状態が追加のサブバンドの配置を許容するものである限り、できるだけ多くのサブバンドをあるノードに割り当てることを教示するものである。そのため、ネットワーク内のノードのうちの少なくともいくつかに複数のサブバンドを割り当て、それにより効率及びスループットを高めることができる。
【００２３】
本発明の手法は、フェムトセルネットワークの環境の動的な特性を考慮したものである。特に、近傍の数と位置が動作中に変化する場合があるために、事前の周波数計画が不可能であることを考慮したものである。したがって、本発明の手法は、優先帯域を割り当てて、それによりサブバンドの高い利用効率をもたらす動的な干渉低減を教示するものである。より具体的には、フェムトセルネットワークにおいて近傍の数はフェムトセルの動作中に変化するため、各フェムトセルによって用いられる優先サブバンドは、干渉の状態に応じて動的に決められて更新される。これとは別に、各フェムトセルの干渉の状況は互いに異なる。これは、干渉を引き起こす近傍が少ないフェムトセルほど、優先サブバンドとしてより多くのサブバンドを用いることができることを意味する。それゆえ、リソースの利用効率、ひいては全体のシステム容量を増加させるために、各フェムトセルは、近傍の位置及びその数に応じて可能な限り多くの優先帯域を使用する。
【００２４】
本発明の手法は、追加のノードがネットワークに加入する際の図３に示したような状況に対処するものであり、どのサブバンドをどのＨｅＮＢに割り当てるべきかを判断する動的なリソース分配方法を提供する。本発明の手法は、これらＦＡＰ間の近傍関係が予めわかっていないにも関わらず、各ＨｅＮＢに対する適切なサブバンド割当てを可能とする。
【００２５】
本発明の実施形態は、フェムトセルネットワークにおけるリソース分配方法を教示するものである。その目的は、上述したように、大きな干渉を受けるユーザ機器のスループットを増加させることである。周波数帯域（サブバンド）は、各フェムトセルに、近傍のフェムトセルが同じサブバンドを用いないように配分される。この目的のため、実施形態によれば、グラフによる手法を用いて効率性に鑑みてサブバンドを割り当てる新規の集中型リソース割当て方法がとられる。
【００２６】
実施形態によれば、干渉しているノードにサブバンドを割り当てることは、複数の干渉しているノードのそれぞれについて、ネットワークにおけるサブバンド利用率の減少量が最小となるようにある周波数サブバンドを選択するステップと、各周波数サブバンドについて、その他の周波数サブバンドのうちの１つ以上との関係で干渉が少ないかまたは干渉がない前記干渉しているノードを１つ以上決め、ネットワークにおけるサブバンド利用率の減少量が最小となるように１つ以上の干渉しているノードを選択するステップと、その他の周波数サブバンドの１つ以上を選択された干渉しているノードに対して割り当てるステップとを含む。サブバンドの利用は、ある特定のサブバンドが割り当てられているある選ばれたノードと干渉するノードの数に基づいて定められる。例えば、サブバンド利用率は、利用可能な全てのサブバンドに対する、割り当てられた優先サブバンドの割合である。例えば、システムが４つのサブバンドを有しており、あるＨｅＮＢに２つのサブバンドが優先サブバンドとして割り当てられている場合には、そのＨｅＮＢのサブバンド利用率は５０％となる。実施形態によれば、選ばれたあるノードに特定のサブバンドを割り当てることによるサブバンドの利用は、ネットワークに対する当該サブバンドの割当てのコストに基づいて定められる。コストは、一組のノードに基づいて求められ、前記１組のノードのうちの各ノードは、（ａ）当該ノードが前記選ばれたあるノードの近傍であり、（ｂ）前記特定のサブバンドは当該ノードには割り当てられず、（ｃ）前記特定のサブバンドは当該ノードの近傍には割り当てられない、という特性を有している。前記コストが最小の場合にサブバンド利用率の減少量が最小である。
【００２７】
実施形態によれば、複数の干渉しているノードのそれぞれについて周波数サブバンドを選択する上記のステップは、各干渉しているノードについて、近傍のノードを最も多く有する干渉しているノードを選択するステップ（例えば、ある所与のノードに連結される異なるサブバンドの数である当該ノードの飽和度に従って、各ノードをソートするステップ）と、選択されたノードについて、当該選択されたノードに優先サブバンドとして割り当てることのできる利用可能なサブバンドを見いだすステップと、１つ以上の利用可能なサブバンドが存在する場合には、サブバンド利用率の減少量が最小となるようにサブバンドを選択するステップと、利用可能なサブバンドが存在しない場合には、そのノードについてサブバンドを選択しないステップとを含む。これら上述のステップは、所定の回数にわたって繰り返すことができる。その所定の回数は、各ノードへ割り当てようとする優先サブバンドの最小数によって定められる。
【００２８】
更なる実施形態によれば、干渉しているノードを決めて選択する上記のステップと、周波数サブバンドを割り当てる上記のステップとは、各サブバンドについて、当該サブバンドを優先サブバンドとして割り当てることのできる全てのノードを決めるステップと、サブバンド利用率の減少量が最小となるようなノードに対して当該サブバンドを割り当てるステップと、２つ以上のノードがサブバンド利用率の最小の減少量をもたらす場合には、割り当てられたサブバンドの数が最も少ないノードに対してサブバンドを割り当てるステップとを含む。
【００２９】
実施形態によれば、干渉しているノードが、ユーザによって配置された基地局によって形成されたフェムトセルアクセスポイントであり、干渉しているノードが近傍のノードであり、ある所与のノードの近傍は、当該所与のノードからサービスの提供を受けている移動端末に干渉をもたらすノードとして定められる。ここで、各ノードは１つ以上の移動端末に対してサービスを提供するものである。
【００３０】
他の実施形態によれば、無線通信ネットワークは、周波数サブバンドを干渉しているノードに割り当てる中央制御装置を有している。この中央制御装置は、各フェムトセルの近傍リストを保持している。本実施形態では、１つ以上の近傍リストが変化した場合には、その変化が中央制御装置に報告され、制御装置は、その変化に応じて干渉しているノードに対し周波数サブバンドの動的な再割当てを行う。
【００３１】
別の実施形態によれば、周波数サブバンドの割当てにより、サブバンドが割り当てられていない干渉しているノードが１つ以上あった場合には、割当てを受けていない全ての干渉しているノードに対して、当該割当てを受けていない干渉しているノードの近傍のうち、最小数のノードによって使用されているサブバンドを割り当てる。
【００３２】
好ましい実施形態に基づいて、フェムトセル間の動的な干渉低減を実現するために、新規のリソース分配方法について説明する。本方法は、グラフに基づく動的な周波数再利用方法（graph based dynamic frequency reuse method, ＧＢ−ＤＦＲＭ）である。この方法の主な目的は、セル端にあるユーザ機器のスループットを改善するために用いることができるフェムトセルの優先サブバンドを動的に割り当てることである。ＧＢ−ＤＦＲＭは、割り当てられるサブバンドの数が、各セルの周波数の条件に依存するという柔軟性を利用するものである。セルには、受ける干渉が少なくなるほど、より多くのサブバンドが割り当てられ、これによりネットワークのリソース効率が増加する。
【００３３】
ＧＢ−ＤＦＲＭにおける一実施形態によれば、中央制御装置は各フェムトセルから干渉する近傍のＩＤを収集し、この情報を干渉グラフへとマッピングする。次に、中央制御装置は、干渉グラフの制約に従って、サブバンドの集合Ｓ（濃度｜Ｓ｜＝Ｓ）から、優先サブバンドを各フェムトセルに割り当てる。この目的のために、本発明の実施形態に基づいて変更されたグラフ彩色アルゴリズムが用いられる。このアルゴリズムはサブバンドの利用効率を考慮したものである。特にサブバンドの集合Ｓが大きい場合には、フェムトセル間の優先サブバンドの公平な分配をもたらすために、ＧＢ−ＤＦＲＭにおいて、各フェムトセルへ割り当てようとする優先サブバンドの最小数を表す設計パラメータｓｍｉｎを用いることができる。
【００３４】
ＧＢ−ＤＦＲＭは、フェムトセルネットワーク内の干渉の低減のために用いることができるが、基地局が集中型で制御されている別の無線ネットワークにも適用することができる。
【００３５】
セル周波数再利用の概念を多種間ネットワークへと拡張することは、動的な周波数再利用が可能になるという効果を生む。ここで、サブバンドの数及び干渉のシナリオは前もって知られていない。従来の周波数計画手法とは異なり、新たな方法により、協調的ではない各基地局の配置が可能となる一方で、低い計算複雑度及びコストのみで、既知の従来技術の手法によって達成可能な帯域幅利用よりも高い帯域幅利用率がもたらされる。
【００３６】
ＧＢ−ＤＦＲＭは以下の利点を有する。
・各フェムトセルに優先サブバンドが割り当てられる。ＧＢ−ＤＦＲＭは、各フェムトセルに対し、各フェムトセルに干渉する近傍によって用いられていないか又は電力制御されて用いられている優先サブバンドを割り当てる。
・動的なリソース割当て。干渉の状態が変化すると、中央制御装置は、フェムトセルからの報告に基づいて干渉グラフを更新し、それらのフェムトセルに対し優先サブバンドの再割当てを行う。
・ＧＢ−ＤＦＲＭは、リソースの利用効率を考慮する。優先サブバンドは、ネットワーク内の別のフェムトセルができるだけ多く再利用することができるように各フェムトセルに割り当てられる。
・調整可能な優先サブバンドの帯域幅。パラメータｓｍｉｎを調整することにより、システムの総サブバンド数Ｓが増加する場合には、あるフェムトセルに割り当てられる最小の帯域幅を所望の範囲内に保持することができる。
・より低い複雑度。中央制御装置は、各フェムトセルと干渉している近傍のＩＤしか必要としない。制御装置は、このデータに基づき、低複雑度で低コストのグラフ彩色アルゴリズム及びサーチアルゴリズムを用いることによって優先サブバンドを割り当てる。
【００３７】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】基地局を有するネットワークセルの概略図である。
【図２】リソース分配による干渉軽減の手法を示す説明図である。図２（Ａ）は３つの隣接セルの例を示しており、図２（Ｂ）はリソース分配によってどのように干渉軽減がなされるかを示している。
【図３】フェムトセルネットワークにおいて、リソース分配を用いて優先サブバンドを割り当てる方法を示す概略図である。図３（Ａ）は、複数のフェムトセルアクセスポイントを有する屋内環境を概略的に示している。図３（Ｂ）は、リソース分配手法を用いることによって得られる周波数サブバンドの配分を示している。
【図４】グラフ理論を用いたリソース割当ての手法の例を示す説明図である。図４（Ａ）は屋内環境の概略を示している。図４（Ｂ）は、中央制御装置によって生成された干渉グラフを示している。
【図５】フェムトセルネットワークの５×５グリッドモデルの説明図である。
【図６】干渉グラフ及び彩色アルゴリズムを適用した後の優先サブバンドの割当ての例を示す説明図である。図６（Ａ）は干渉グラフを示しており、図６（Ｂ）は彩色ノードを示している。
【図７】各ノードに周波数サブバンドを割り当てるためのグラフ彩色手法の制約を示す説明図である。図７（Ａ）は、図３（Ａ）に示した屋内環境に類似する屋内環境の例を示している。図７（Ｂ）は、グラフ彩色手法の結果を示している。
【図８】５つのノードを有するフェムトセルネットワークの例を示す説明図である。
【図９】本発明の方法の一例を示す説明図である。図９（Ａ）は、図７（Ｂ）に示したような制約を受けた既知のグラフ彩色手法の結果を示している。図９（Ｂ）は、本発明の方法を適用した後のサブバンド割当てを示している。
【図１０】本発明の手法の別の例を示す説明図である。図１０（Ａ）は、５つのノードを有するネットワークの例を示している。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のネットワークにおいて、ノードＡが自己に対し追加でサブバンド３も割り当てた様子を示している。図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）のネットワークにおいて、ノードＢ〜Ｄが自己に対し追加でサブバンド３も割り当てた様子を示している。
【図１１】６つのノードを有するネットワークの干渉グラフの例を示す説明図である。図１１（Ａ）は、本発明の方法によるアルゴリズムの第１のステップを適用する前のグラフである。図１１（Ｂ）は、アルゴリズムの第１の反復の後に得られたサブバンド割当てを示している。図１１（Ｃ）は、アルゴリズムの第１及び第２の反復の後に得られたサブバンド割当てを示している。
【図１２】ＳＩＮＲ及び容量の累積分布関数（cumulative distribution function, ＣＤＦ）を示すグラフである。
【図１３】様々なサブバンド数を用いてＧＢ−ＤＦＲＭの容量の性能を比較したグラフである。
【図１４】様々なフェムトセルの密度を用いて、サブバンド利用率を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
次に、www.3gpp.org/ftp/Specs/にある3GPP「Simulation Assumptions and Parameters for FDD HeNB RF Requirements」（3GPP TSG RAN WG4 R4-092042, May 2009）に記載されているモデルに基づいて、本発明の実施形態を更に詳細に説明する。上記刊行物では、５×５グリッドモデルを有する３ＧＰＰロングタームエボリューション（ＬＴＥ）に基づくフェムトセルネットワークを対象としている。これは、都市部用の密なＨｅＮＢモデル化である。このモデルでは、それぞれが１０ｍ×１０ｍのサイズである２５個のアパートメントを有する一階建て（single floor）の建物を用いる。ＨｅＮＢゲートウェイ（ＨｅＮＢ−ＧＷ）とすることのできる中央制御装置がネットワークの全てのフェムトセルを制御する。図５は５×５グリッドモデルを示している。ＨｅＮＢを三角印（△）で示し、ＵＥを丸印（○）で示している。各アパートメントには、最大で１つのフェムトセルが確率ｐで存在する。フェムトセルがあるアパートメント内にある場合には、当該フェムトセルは常にアクティブであり、かつ、同じアパートメント内に位置する１つの移動電話機のみにサービスを提供するものとする。図５は、フェムトセル及び移動電話機の配置例を示している。話を簡単にするために、マクロセルとフェムトセルとの間には干渉が存在しないものとし、フェムトセルネットワークは、マクロセルネットワークのスペクトルとは別のスペクトルを有するものとする。
【００４０】
システム帯域幅はＳ個の等しいサブバンドに分割される。本実施形態によれば、各フェムトセルは、自己の環境に応じて、１つ又は複数のサブバンドを優先サブバンドとして用いることができる。優先サブバンドあたりの送信電力はＸｓである。二次サブバンドについて電力制御は用いられず、これらのサブバンドの電力は０に設定される。したがって、この状況では、あるフェムトセルによって用いられるサブバンドは、当該フェムトセルに割り当てられた優先サブバンドに相当する。ダウンリンク送信の場合に、移動端末ｍ（ユーザ機器ＵＥ）における、サブバンドｓを用いてフェムトセルｆから受信した信号の信号対干渉雑音比（signal-to-interference-and-noise ratio, ＳＩＮＲ）は、以下のように計算される。
【数１】
0005331188.tif 000002
ただし、
【数２】
0005331188.tif 000003
は、フェムトセルｆから移動端末ｍへと送信された受信信号電力であり、Ｉｍ，ｓは、サブバンドｓを用いる干渉したフェムトセルの集合であり、ηは熱雑音である。受信電力強度は以下のように計算される。
【数３】
0005331188.tif 000004
ただし、
【数４】
0005331188.tif 000005
は送信信号電力である。また、
【数５】
0005331188.tif 000006
は、フェムトセルｆと移動端末ｍとの間のチャネル利得であり、経路損失及びシャドウイング（shadowing）を組み合わせた効果である。
【００４１】
容量を計算するために、シャノン限界法を減衰させて簡略化（truncate）した形式を用いる。これは、ＳＩＮＲに基づいて変調方式及び符号化方式を選択することを意味するリンク適合（link adaptation）を伴うチャネルの容量を与えるものである。ある特定の
【数６】
0005331188.tif 000007
が与えられたとすると、www.3gpp.org/ftp/Specs/にある3GPP「Evolved Universal Terrestial Radio Access (E-UTRA); Radio Frequency (RF) System Scenarios」（3GPP TR 36.942 V8.2.0, Jun. 2010）に基づいて、サブバンドｓ上の移動端末ｍのスペクトル効率がｂｐｓ／Ｈｚ単位で以下のように計算される。
【数７】
0005331188.tif 000008
ただし、αは固定劣化（implementation loss）を表す減衰係数である。また、γｍｉｎ及びγｍａｘは、それぞれ、利用可能な変調方式及び符号化方式によって用いられる最小ＳＩＮＲ及び最大ＳＩＮＲである。ダウンリンク方向におけるこれらのパラメータの値を表１に示している（www.3gpp.org/ftp/Specs/にある3GPP「Evolved Universal Terrestial Radio Access (E-UTRA); Radio Frequency (RF) System Scenarios」（3GPP TR 36.942 V8.2.0, Jun. 2010）、A. Persson、T. Ottosson、A. Saul、G. Auer、及びM. Afgani「On the Performance of Inter-Sector Scheduling in OFDMA Systems」（FREQUENZ Journal of RF-Engineering and Telecommunications, vol. 61, pp. 47-50, Jan. 2007）を参照されたい）。
【００４２】
【表１】
0005331188.tif 000009
【００４３】
ユーザｍに割り当てられるサブバンドの集合Ｓｍが与えられたとすると、ユーザ又は移動端末ｍの容量Ｃｍが以下のように計算される。
【数８】
0005331188.tif 000010
ただし、Ｂｓはサブバンドｓの帯域幅である。
【００４４】
所与のフェムトセルｆの近傍が、当該所与のフェムトセルｆからサービスの提供を受けている移動端末に対して干渉を引き起こすフェムトセルとして定められる。既に述べたように、ユーザによって配置されるというフェムトセルの特性により、フェムトセルの近傍を事前に又は先験的に知ることは不可能である。そのため、各フェムトセルはその動作中に近傍を見いだす。
【００４５】
ＧＢ−ＤＦＲＭにおいては、あるフェムトセルは、ＳＩＮＲ閾値γｔｈと呼ばれる所定の設計パラメータに基づいて、別のフェムトセルを自己の近傍として指定する。γｔｈは、ネットワーク内の各移動端末が受ける所望の最小ＳＩＮＲである。移動端末ｍが、全ての干渉しているフェムトセルＩｍのなかでγｔｈよりも小さいγｍを検出する場合には、干渉が最大のフェムトセルが削除され、
【数９】
0005331188.tif 000011
が再び再計算される。この処理は、
【数１０】
0005331188.tif 000012
がγｔｈを上回るまで続けられる。
【数１１】
0005331188.tif 000013
【００４６】
式（５）では、簡単にするためにサブバンドを表す文字を省いている。ここで、
【数１２】
0005331188.tif 000014
は以下のように定義される。
【数１３】
0005331188.tif 000015
ただし、Ｉｍ，ｒｅｍは、削除された干渉しているフェムトセルの集合である。このような近傍の集合は、サービスを提供しているフェムトセルの近傍、換言すればｆの近傍のリストとなる。同様の処理が、M.C. Necker「Integrated scheduling and interferences coordination in cellular OFDMA networks」（Broadband Communications, Networks and Systems, 2007, BROADNETS 2007, Fourth International Conference on, Sep. 10-14 2007, pp. 559-566）及び「A Graph-Based Scheme for Distributed Interference Coordination in Cellular OFDMA Networks」（Vehicular Technology Conference, 2008, VTC Spring 2008, IEEE, May 11-14 2008, pp. 713-718）に記載されているものの、移動端末間で近傍関係が構築されている。与えられている近傍のフェムトセルの定義に基づき、あるフェムトセルの近傍が使用していない（又は電力制御のうえで使用している）当該フェムトセルのサブバンドは、干渉のないサブバンドと呼ぶことができる。
【００４７】
以下、干渉グラフの作成について更に詳細に説明する。全てのフェムトセルは、自己の近傍リストにおいて、自己の付近でのフェムトセルの参入等の変化があった場合には、当該リストを中央制御装置に通知する。中央制御装置は、フェムトセル間の近傍関係に基づいて干渉グラフを作成する。干渉グラフにおいて、各ノード（あるいは節点、node）は、以下ノードとも呼ばれるフェムトセルに相当し、２つのノードを結ぶエッジ（あるいは辺、edge）は、２つのフェムトセル間の干渉を表す。図６は、干渉グラフ及び彩色アルゴリズム適用後の優先サブバンドの割当て例であり、ノード間のエッジは、これらのフェムトセルが同じサブバンドを用いるべきでないことを示している。図６（Ａ）は干渉グラフを示しており、ここでＨｅＮＢを三角印（△）で表し、ＵＥを丸印（○）で表している。図６（Ｂ）は彩色されたノードを示しており、それぞれの色は異なるサブバンドを表している（図においては、異なった色で表すことに代えて、同じ色が割り当てられたノードには同じ番号が付されていることに注意されたい）。図６は、図５の５×５グリッドモデルを用いて作成された干渉グラフの例である。グラフ彩色を行うにあたり、６つの色すなわちサブバンドが必要となるため、図６（Ｂ）では１〜６の番号の１つが各ノードに割り当てられている。
【００４８】
図６（Ａ）は干渉グラフの例を示しており、ここでγｔｈは５ｄＢとして選択されている。近傍関係は対称なものとすることができる。すなわち、フェムトセルＡがフェムトセルＢを自己の近傍として報告した場合には、フェムトセルＡがフェムトセルＢの近傍であることをフェムトセルＢが報告しようとしまいと、フェムトセルＡはフェムトセルＢの近傍となることに留意されたい。γｔｈを増加させると、近傍の数、つまりグラフ内のエッジの数が増加することになるので、グラフがより複雑となる。このようにすれば、より大きなＳＩＮＲ値が得られるが、その代償としてサブバンドの利用率が減少する。
【００４９】
以下、グラフ彩色アルゴリズムを更に詳細に説明する。図６（Ｂ）に示したように、グラフ彩色アルゴリズムを用いて、エッジによって結ばれているノード（近傍ノード）が同じ色にならないように、最小数の色を用いてグラフ内のノードを彩色する（上述したように、異なる色で示す代わりに、異なる数が各ノードに関連付けられている）。既知の様々なグラフ彩色アルゴリズムが存在するが、そのような既知のアルゴリズムの中でも、本発明の実施形態では、D. Brelaz「New methods to color the vertices of a graph」（Communications of the ACM, vol. 22, no. 4, pp. 251-256, Apr. 1979）に記載のＤｓａｔｕｒアルゴリズムを用いる。このアルゴリズムは、複雑度が低く、効率的であることから用いるものである。このアルゴリズムは、以下、「アルゴリズム１」とする。ノードの飽和度（saturation degree）であるΘｓａｔは、あるノードに連結されているノードに割り当てられた異なる色の総数として定義される。
【００５０】
【表２】
0005331188.tif 000016
【００５１】
同様に、干渉グラフに基づいて優先サブバンドの割当てを行うことができる。ここで、エッジで連結された２つのフェムトセルは、優先サブバンドとして同じサブバンドを用いるべきでない。この事例では、Ｓは色のプールであり、Θｓａｔは、あるフェムトセルの近傍に割り当てられた異なるサブバンドの総数である。図６（Ｂ）は、Ｄｓａｔｕｒアルゴリズムを適用した後に、ノードがどのように彩色されるかを示したものである。所与の干渉グラフにおける全ての衝突（conflict）を解消するためには、６つのサブバンドすなわち色が必要となる。Ｓは、所定のネットワーク計画パラメータである。したがって、本アルゴリズムは、Ｓが必要とされる色数Ｐ（これはＰの濃度（cardinality）に等しい）以上である限りは、所望の形で動作する。さもなければ、Ｓは、全てのフェムトセルに対して干渉のないサブバンドを割り当てるには十分ではないこととなる。この場合、色番号（color ID）がＳよりも大きいフェムトセルには、当該フェムトセルの近傍によっても用いられているサブバンドが割り当てられることになる。
【００５２】
図７は、各ノードに周波数サブバンドを割り当てるための上記グラフ彩色手法における制約を示している。図７（Ａ）は、図３（Ａ）に示した屋内環境に類似した屋内環境１０４の例を示している。図３（Ａ）と同様、ノードＡはノードＢ〜Ｅと干渉し、ノードＢはノードＡ及びＣと干渉し、ノードＣはノードＡ及びＢと干渉し、ノードＤはノードＡと干渉し、ノードＥはノードＡと干渉することを前提とする。ノードＦは他のノードと干渉しない。本技術分野において既知であるように、上述したグラフ彩色手法の結果が図７（Ｂ）に示されている。図７（Ｂ）は、ノードＡがエッジによりノードＢ〜Ｅのそれぞれに連結されている干渉グラフを示している。エッジはこれらのノード間のそれぞれにある干渉を示している。ノード間のそれぞれのエッジは、近傍ノード間の干渉を表しており、加えて、３つの利用可能な周波数帯域のうち、どの周波数帯域が各ノードＡ〜Ｆに割り当てられるかを示している。見てわかるように、各ノードには１つのサブバンドしか関連付けられていない。ノードＡには第１のサブバンド１が割り当てられ、干渉を回避するために周囲のセルＢ〜Ｅでは第１のサブバンド１とは別のサブバンドが用いられる。また、ノードＢ及びＣは互いに干渉しているノードであるため、これらの２つのノードも同じサブバンドを用いることはない。つまり、見てわかるように、ノードＢには第３のサブバンド３が割り当てられるため、ノードＣには第２のサブバンド２が割り当てられる。ノードＤ及びノードＥは互いに干渉せず、ノードＡとのみ干渉するため、これらのノードのそれぞれにはサブバンド２及び３のうちの一方を割り当てることができ、これは、上述したグラフ彩色手法によれば、ランダムに行われる。同様に、ノードＦは他のノードと干渉するような連結を一切有していないため、３つのサブバンド１〜３のうちの１つがランダムに選択される。図７（Ｂ）は、サブバンド１が選択されたことを示している。
【００５３】
このように、彩色アルゴリズムの欠点は、リソースの非効率的な利用にある。図７（Ｂ）に示したように、本アルゴリズムを適用することにより、各フェムトセルには１つの優先サブバンドのみが割り当てられる。二次サブバンドにおいてデータが送信されないとすると、各フェムトセルは、自己の近傍の数に関わらず、周波数帯域の１／Ｓのみを用いることになる（例えば図７（Ｂ）のノードＦ、あるいはノードＤ及びＥを参照されたい）。他方、リソースの利用率を上げるには、割り当てられるサブバンドの数に柔軟性をもたせることが必要である。例えば、図６（Ｂ）によれば、フェムトセルのうちのいくつかは干渉する３つの近傍を有しており、これらのフェムトセルに対しては、優先帯域として周波数帯域の１／４を割り当てることができる。加えて、全てのフェムトセルが干渉のないサブバンドを用いることを保証するためにＳを増加させることによって、結果として各フェムトセルの帯域幅の利用率が更に減少する。また、Ｓ＞Ｐの場合には、いくつかのサブバンドがアイドル状態となる。Ｓは事前に定められているため、動的な干渉状態及びＰに応じてＳを更新することはできない。そのため、グラフ彩色アルゴリズムの性能は、Ｓの値によって大きく左右される。本発明の実施形態による方法では、これらの問題が解決され、サブバンドの利用効率及び柔軟性を増加させるためにグラフ彩色アルゴリズムの変更を行う。
【００５４】
実施形態においては、グラフに基づく動的周波数再利用手法（graph based dynamic frequency reuse approach, ＧＢ−ＤＦＲＭ）が、３つのステップによりフェムトセルに優先サブバンドを割り当てる。ＧＢ−ＤＦＲＭは、干渉グラフの制約に従うことによって、高いリソース利用効率をもたらす最適解を決めるものである。これは、ネットワーク内のサブバンド利用率の全減少量を表すコスト関数を用いることによってなされる。ＧＢ−ＤＦＲＭの各ステップを更に詳細に説明する前に、最適解に到達するためのコスト関数及びその利用について更に詳細に説明する。
【００５５】
上述したように、サブバンドｓがあるフェムトセルｆの近傍に割り当てられていない限り、ｓを優先サブバンドとして当該フェムトセルｆに割り当てることができる。サブバンドｓがフェムトセルｆに割り当てられている場合、ネットワークに対するこのサブバンド割当てのコストは以下のように定められる。
【数１４】
0005331188.tif 000017
ただし、Ｎｆ，ｓ（濃度｜Ｎｆ，ｓ｜＝Ｎｆ，ｓ）は、構成要素（フェムトセル）が以下のような特性を有するフェムトセルの集合である。
・該構成要素はフェムトセルｆの近傍であり、
・ｓが該構成要素に割り当てられておらず、かつ
・ｓが該構成要素の近傍のうちのいずれにも割り当てられていない。
【００５６】
所与の特性によれば、Ｎｆ，ｓの構成要素は、干渉グラフの制約に基づいてサブバンドｓを優先バンドとして割り当てることのできるフェムトセルである。サブバンドｓがフェムトセルｆに割り当てられた場合には、当該サブバンドｓをこれらのフェムトセルに更に割り当てることができず、したがってこれによりネットワーク内のサブバンドｓの利用率がＮｆ，ｓだけ減少する。コスト関数はサブバンド利用率の減少量を表すため、最適なフェムトセルｆとサブバンドｓとのペアは、式（７）によって示したような、コストを最小にするペアとするべきである。
【００５７】
ＧＢ−ＤＦＲＭにおいて、コスト関数は２つの事例で用いられる。第１の事例では、優先サブバンドとしてフェムトセルｆに割り当てることのできる利用可能なサブバンドの集合Ｓａｖの中からサブバンドｓを見いだすことが目的である。最適解は、以下のように、ネットワーク内のサブバンド利用率の最小の減少をもたらすサブバンドを選択することによって求められる。
【数１５】
0005331188.tif 000018
【００５８】
第２の事例では、優先サブバンドとしてサブバンドｓを割り当てることのできる利用可能なフェムトセルの集合Ｆａｖの中からフェムトセルｆを選択することを目的とする。この事例では、最適なフェムトセルは、サブバンドｓが割り当てられた場合にネットワーク内のサブバンド利用率の最小の減少をもたらすフェムトセルである。
【数１６】
0005331188.tif 000019
【００５９】
図８は、５つのノードを有するフェムトセルネットワークに基づくコスト関数を示している。図８に示しているように、フェムトセルネットワークは、５つのノードＡ〜Ｅを有しており、これら５つのノードのうち、各ノードＢ〜ＥはノードＡのみと干渉する。ノードＢとＣの間と、ノードＣとＤの間と、ノードＤとＥの間と、ノードＥとＢの間とには干渉がない。上述したように、コスト関数は、ある所与のサブバンドがノード（ＨｅＮＢ）ｆのうちの１つに割り当てられた場合のネットワーク内のサブバンド利用率の減少量を表している。図８では、周波数帯域を３つのサブバンド１、２、３に分割することができることを前提としている。ノードＡ及びサブバンド３について、コスト関数ｃ（Ａ，３）＝４である。具体的には、第３のサブバンド３をノードＡに割り当てると、残りの全てのノードＢ〜Ｅには、ノードＡとの関係で近傍ノード（干渉しているノード）であることにより、サブバンド３をもはや割り当てることができないため、これらの４つのノードはこのサブバンドをもはや用いることができず、この点が４に等しいコストで表される。その一方で、それぞれがノードＡのみと干渉するノードＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅの場合には、第３のサブバンド３を各ノードに割り当てると、結果としてコスト関数ｃ（Ｂ，３）＝１となる。これは、ネットワーク内の更なる１つのノード、すなわちノードＡのみが、もはや当該サブバンドを用いることができないためである。図８に示した例では、サブバンド３をノードＢ、Ｃ、Ｄ、又はＥに割り当てる際のコストは同じであり、そして、当該第３のサブバンドをノードＡに割り当てる際のコストは４であり、すなわち当該サブバンドを別のノードに割り当てる際のコストよりも大きい。
【００６０】
上述したように、本発明の実施形態によれば、グラフに基づく動的周波数再利用方法は２つのステップを用いる。第１のステップでは、セルにわたって繰り返し（loop over）、上述したコスト関数に基づいて、ある所与のセルについて、ネットワークにおけるサブバンド利用率の減少量が最小となるようなサブバンドの選択が行われる。セルにわたって繰り返すことにより、セルあたりのサブバンドの最小数に関する制約ｓｍｉｎを所与のものとして、特にサブバンドの数が多い場合には所望の量の優先サブバンドが各セルに割り当てられる。第２のステップでは、サブバンドにわたってループが行われ、より多くのサブバンドを割り当てることができるようにするために、直面する干渉がより少ないセルを見いだし、ネットワークにおけるサブバンド利用率の減少量が最小となるようなセルの選択が行われる。本発明の一実施形態によれば、これによって、変化しうる干渉状態に基づいた動的処理が可能となり、割り当てられるサブバンド数の点で柔軟な手法がもたらされ、結果として、低複雑度及び低コストで高い利用効率（high resolution utilization）がもたらされる。
【００６１】
図９は、セル及びサブバンドにわたってループして、より多くのサブバンドを割り当てる本発明の方法の一例を示している。図９（Ａ）は、図７（Ｂ）に示したようなグラフ彩色手法の限られた結果を示している。ノードＡ〜Ｆのそれぞれに単一のサブバンドのみが割り当てられている。その一方で、本発明の方法を適用することによって、図９（Ｂ）に示すようなサブバンドの割当てがなされる。本発明の方法によれば、ノードＡ〜Ｃには、これらの３つのノード間の干渉に起因してサブバンドを追加的に割り当てることができない。他方、本発明の手法によれば、ノードＤ及びノードＥには追加のサブバンドを割り当てることができる。より詳細には、ノードＤには、元のサブバンド３に加えて、ノードＡが使用しないサブバンド２も割り当てられている。ノードＤとノードＣとの間に干渉が存在しないため、このような割当てが可能である。同様に、ノードＥには、同じくノードＡが使用しないサブバンド３も追加で割り当てられている。ノードＥとノードＤとの間には干渉が存在せず、かつノードＥとノードＢとの間にも干渉が存在しないため、第３のサブバンド３をこのように追加で割り当てることができる。また、見てわかるように、ノードＦは他のノードのいずれとも干渉の関係を有していない。ノードＦには３つ全てのサブバンド１〜３が割り当てられる。
【００６２】
図１０は、本発明の手法の別の例を示している。この手法によれば、サブバンドの利用率を増加させるための適切なサブバンド及びセルのペアが見いだされ、上述したコスト関数を用いることによってサブバンドがセルに割り当てられる。コスト関数は、所与のサブバンドｓがセルに割り当てられたときに、ネットワークにおけるサブバンド利用率の減少量を示すものである。
【００６３】
図１０（Ａ）は、図８を参照してコスト関数を説明するために用いたネットワークと類似した、５つのノードすなわちフェムトセルＡ〜Ｅを有するネットワークの例を示している。ここでもまた、周波数帯域の３つのサブバンド１〜３が利用可能であり、それぞれのノードに配分する必要がある。図１０（Ａ）には、従来の彩色アルゴリズムの結果を示しており、そのアルゴリズムによれば、各ノードには単一のサブバンドが割り当てられる。図１０（Ａ）からわかるように、ノードＡにはサブバンド２が割り当てられており、他の全てのノードにはサブバンド１が割り当てられている。ここでもまた、ノードＡのみが他のノードのそれぞれと干渉する一方で、ノードＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅは互いに干渉しない。図１０（Ａ）では、５つのノードのそれぞれが１つのサブバンドを用いるので、利用可能なサブバンドのうちの５つが用いられることになり、すなわちサブバンド利用率は５／１５に等しい。本発明の手法によれば、サブバンドの利用率を増加させるためのサブバンド及びセルのペアが見いだされる。図１０（Ｂ）は、ノードＡに、追加的にサブバンド３も割り当てられていることを示している。しかし、これにより、ノードＡと他の全てのノードＢ〜Ｅとの干渉関係に起因して、ノードＢ〜Ｅにおいては第３のサブバンドの使用ができなくなる。図１０（Ｂ）のシナリオにおける１５個のサブバンドのうち、６つのサブバンドのみが用いられることになるため、サブバンド利用率は６／１５に等しい。別の手法は、追加のサブバンドをノードＡに割り当てるのではなく、図１０（Ｃ）に示すようなやり方で、ノードＢ〜Ｅのそれぞれに追加のサブバンドを割り当てることである。図示しているように、ノードＢ〜Ｄのそれぞれには、同じくノードＡが使用しない更なるサブバンド３が割り当てられている。これによって一方では、ノードＡに追加のサブバンドを割り当てることができなくなる。しかし、見てわかるように、図１０（Ｃ）のシナリオでは、１５個のサブバンドのうちの９個を用いられるため、サブバンド利用率は９／１５に等しい。これは、図１０に示すシナリオにおいて可能な最大のサブバンド利用率である。
【００６４】
図１０（Ａ）から始めて、コスト関数に基づいて追加のサブバンドをノードＡに割り当てるのか又はノードＢ〜Ｅのうちの１つに割り当てるのかに関する判断がなされる。図１０（Ｂ）では、ノードＡにサブバンド３を割り当てることによって、残りの全てのノードＢ〜Ｅではサブバンド３の使用ができなくなるため、追加のサブバンドをノードＡに割り当てる際のコスト関数の値は４となる。結果として図１０による割り当てにより、ネットワークにおけるサブバンド利用率が大きく減少する。これに対し、図１０（Ｃ）を見ると、第３のサブバンド３をノードＢ〜Ｅのそれぞれに割り当てる際のコストとして、各ノードについて１に等しいコスト関数が得られる。これは、ノードＡのみに、もはや追加のサブバンド３を割り当てることができないためである。したがって、コスト関数を適用する本発明の手法によれば、本方法は図１０（Ｃ）に従った構成を自動的に選択する。これは、最小のコスト関数に起因して、ネットワークにおけるサブバンド利用率の減少量が最小となり、ひいては最大のサブバンド利用率（図１０（Ｃ）では９／１５）をもたらすためである。
【００６５】
次に、上述したステップを以下で更に詳細に説明する。
【００６６】
［第１ステップ］
本ステップにて、サブバンドは、上述したグラフ彩色アルゴリズムと同様の方式でフェムトセルへと割り当てられる。その一方で、性能を向上させるためにアルゴリズムを変更する。第１の変更は、サブバンドの選択のプロセスにおいて行われるものである。従来の彩色アルゴリズムでは、所与のフェムトセルに割り当てることのできる２つ以上の利用可能なサブバンドが存在する場合には、これらのサブバンドからランダムに選択がなされる。他方、本発明の実施形態によれば、式８に基づいて、ネットワークにおけるサブバンド利用率の最小の減少量をもたらす最適なサブバンドが選択される。そのため、ネットワーク内でより多くのサブバンドを用いることができる。第２に、既知のグラフ彩色アルゴリズムとは異なり、セルはｓｍｉｎ回にわたりループされる。各ループにおいて、各フェムトセルに対して１つのサブバンドのみが割り当てられる。アルゴリズムにおいて、所与のフェムトセルに対し、いかなる利用可能なサブバンドも見つけることができない場合には、どのサブバンドも割り当てることなく当該フェムトセルをスキップする。このようにして、各フェムトセルには、Ｓ及びγｔｈが適切に選択される限りにおいては、ｓｍｉｎ個のサブバンドが割り当てられる。ｓｍｉｎを導入するという着想は、特にＳが大きく設定された場合に、フェムトセルに割り当てる最小の優先帯域幅を調整することである。本ステップにおいて用いられるアルゴリズムの疑似コードを以下に示す。
【００６７】
【表３】
0005331188.tif 000020
【００６８】
アルゴリズム２において、ノードの飽和度（Θｓａｔ）は、あるノードに連結されているノードに割り当てられた異なるサブバンドの総数を表している。例えば、図１１（Ａ）に示すような、干渉グラフによって表されているネットワークを対象とし、ノードＡは４つの近傍ノードＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅを有するものとする。また、ノードＢにはサブバンド１が割り当てられ、ノードＣにはサブバンド１及び３が割り当てられ、ノードＤにはサブバンド３が割り当てられ、ノードＥにはサブバンド４が割り当てられるとする。つまり、ノードＡの近傍には、１、３、４という３つの異なるサブバンドが割り当てられる。これは、ノードＡの飽和度が３であることを意味する。
【００６９】
上記アルゴリズムの第４行〜第７行の疑似コードはグラフ彩色アルゴリズムに類似しているものの、改良点を含んでいる。第４行〜第７行のコードでは、各ノードを一度選択し、ｆｏｒ文を用いて当該ノードへサブバンドを割り当てる。
【００７０】
したがって、ｆｏｒ文の第ｉ番目のループの各々の開始時点（第３行に相当）において、全てのノードは「未選択」としてマーキングされる。次に、アルゴリズムは、全てのノードが一度選択されるまで、第４行〜第７行のコードを反復する。従来のグラフ彩色アルゴリズムによれば、各ノードの飽和度が同じである場合には、これらのノードのうち、未彩色の近傍を最も多く有するノードを選択することになる。ここでも同様であるが、ノードは２回以上彩色され、かつ、選択されつつもどのサブバンドも割り当てられないノードがいくつか存在する可能性があるため、各ノードは、第ｉ番目のループにおいて、彩色済み又は未彩色として表現されるのではなく、「選択済み」又は「未選択」としてマーキングされる。これについて図１１を用いて説明する。
【００７１】
システムは６つのサブバンド、すなわちＳ＝｛１，２，３，４，５，６｝とｓｍｉｎ＝２とを有するものとする。これは、各ノードが少なくとも２つの優先サブバンドを有することが所望されていることを意味する。システム又はネットワークは、図１１（Ａ）に示す干渉グラフによって表現される。
【００７２】
・アルゴリズムによれば、ｉ＝１から始めて、Ａ〜Ｆの全てのノードを未選択としてマーキングする（所与のアルゴリズムの第３行）。
・ここで、これらのノードをソートする必要がある（第５行）。明らかに、全てのノードについて飽和度は０である。したがって、ｆｏｒ文のこの第１のループにおいては、まだ選ばれていない近傍を最も多く有するノードを選択することになる。換言すれば、「未選択」の近傍を最も多く有するノードを選択する。
【００７３】
【表４】
0005331188.tif 000021
【００７４】
上記の表で与えた値によれば、ノードＡが未選択の近傍を最も多く（Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）を有するため、アルゴリズムは、ノードＡを選び、そのノードＡを選択済みとしてマーキングする。次に、アルゴリズムはサブバンド１をノードＡに割り当てる（第６行）。
【００７５】
・あるサブバンドをノードＡに割り当てた後、ｆｏｒ文の第１のループにおいて、選ばれていないノードが５つあることになる。換言すれば、５つの未選択ノードがあり、その未選択ノードとはＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆである。このようにして、全てのノードが一度だけ選ばれることを保証する。これらのノードの属性を再計算すると、以下のようになる。
【００７６】
【表５】
0005331188.tif 000022
【００７７】
ノードＡにはあるサブバンドが割り当てられているため、ノードＡの近傍であるＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅは飽和度１を有している。また、Ａが選択済みであるため、ここではＢは未選択の近傍を１つのみ有しており、それはノードＣである。同様に、ノードＣは未選択の近傍を１つのみ有しており、それはノードＢである。上記で与えた値によれば、アルゴリズムはノードＢを選択して（第５行）、選択済みとしてマーキングする。次に、Ｂにサブバンド２が割り当てられる（第６行）。
【００７８】
・再び、アルゴリズムはコードの第５行に到達する。Ａ及びＢが選択済みであるため、アルゴリズムはＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆからあるノードを選ぶ。これらのノードの属性を再計算すると以下のようになる。
【００７９】
【表６】
0005331188.tif 000023
【００８０】
ノードＣの近傍であるＡ及びＢには、２つのサブバンド（１及び２）が割り当てられているため、Ｃの飽和度は２となる。ノードＣは最大の飽和度を有するため、アルゴリズムはノードＣを選び、「未選択」としてマーキングし、あるサブバンドを割り当てる。
【００８１】
・次に、再び第５行において、Ｄ、Ｅ、Ｆから選択が行われ、このプロセスは、全てのノードが一度選ばれるまで続く。（ｆｏｒ文の第１のループの終了時におけるサブバンドの割当てを示している）図１１（Ｂ）のようなサブバンドの割当てがなされる。
【００８２】
次に、アルゴリズムは、ｆｏｒ文（第２行）の第２のループを開始する。上述したように、本ループにおいて、全てのノードが再び選択されなければならないため、全てのノードを未選択としてマーキングする（第３行）。
【００８３】
・次に、第５行に進む。未選択のノードは以下のような属性を有している。
【００８４】
【表７】
0005331188.tif 000024
【００８５】
Ａの近傍はサブバンド２及び３を使用する（Ｂ及びＣにはそれぞれサブバンド２及び３が割り当てられる）ため、Ａの飽和度は２と求められる。同様に、Ｂの近傍にはサブバンド１及び３が割り当てられるため、ノードＢの飽和度も２と求まり、以下同様である。Ａ、Ｂ、Ｃは最大の飽和度を有しているため、それらの有する未選択の近傍の数をチェックする。これにより、アルゴリズムはＡを選び、Ａを選択済みとしてマーキングし、ノードＡにサブバンド４を割り当てる（第６行）。
【００８６】
・次に、アルゴリズムは第５行に進む。ここで、アルゴリズムは、選ばれていないノードＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆをソートする。
【００８７】
【表８】
0005331188.tif 000025
【００８８】
Ｂの近傍にはサブバンド１、３、４が割り当てられているため、Ｂの飽和度は３となり、他のノードの飽和度も同様に計算される。次に、本コードはＢを選び、Ｂを選択済みとしてマーキングし（第５行）、サブバンド５を割り当てる（第６行）。
【００８９】
・これが、全てのノードが一度選ばれるまで続く。ｆｏｒ文の第２のループの終了時点において、（ｆｏｒ文の第２のループの終了時におけるサブバンドの割当てを示している）図１１（Ｃ）に示すようなサブバンドの割当てが得られる。
【００９０】
図１１（Ｃ）は、本発明の方法の第１ステップを適用した後の優先サブバンドの割当てを示している。続いて説明する第２ステップにおいて、アルゴリズムが各サブバンドをループし、可能な限り多くのサブバンドを割り当てようと試みる。
【００９１】
［第２ステップ］
ｓｍｉｎ個のサブバンドをフェムトセルに割り当てた後、第２ステップでは、本発明の方法は、フェムトセルに割り当てることのできる更なるサブバンドを見いだす。この目的のために、本ステップにおいて用いられるアルゴリズムは、全てのサブバンドにわたってループする。各サブバンドにつき、アルゴリズムは、選択されたサブバンドを優先サブバンドとして割り当てることのできるフェムトセルを見いだす。次に、これらの利用可能なフェムトセルの中から、式（９）に基づいて、サブバンド利用率について最小の減少量をもたらすフェムトセルが選択される。このようにして、同じサブバンドをより多くのフェムトセルに割り当てることができる。このアルゴリズムの疑似コードは以下のとおりである。
【００９２】
【表９】
0005331188.tif 000026
【００９３】
本ステップにおいて用いられるアルゴリズムは常に、ある所与のサブバンドについて最適なフェムトセルを見いだすのであり、フェムトセルの選択に関する制限はない。あるフェムトセルが干渉グラフにおいて多数の近傍を有する場合には、本ステップにて、当該フェムトセルにサブバンドを一切割り当てないとすることができる。その一方で、より干渉の少ないフェムトセルは、サブバンド利用率のより少ない減少量をもたらすため、大抵は、より干渉の少ないフェムトセルにサブバンドが割り当てられる。したがって、ｓｍｉｎを減少させると、ネットワークにおけるサブバンドの利用率が増加することになる。他方、これによってフェムトセル間の優先帯域の割当ての公平性も低下する。この場合、より少ない近傍を有するフェムトセルに対しては、多くの量の周波数帯域が優先帯域として割り当てられるのに対し、残りのフェムトセルには周波数帯域が小さな割合でしか割り当てられない。それゆえ、ｓｍｉｎは、Ｓ及びネットワークの状態に応じて設定すべきである。
【００９４】
例えば、図１１（Ｃ）の例において、第２ステップでは、上記のアルゴリズムを用いて各ノードへ更なるサブバンドを割り当てることができる。例えば、アルゴリズムは、ノードＤ及びＥのそれぞれに追加のサブバンド５及び６を割り当てることができる。これは、ノードＤとノードＥとの間には干渉がなく、かつサブバンド５及び６が割り当てられた他のノード（Ｂ及びＣ）との干渉もないためである。また、他のノードのいずれとも干渉のないノードＦには、サブバンド１及び２に加えて、サブバンド３、４、５、６をも割り当てることができる。
【００９５】
［第３ステップ］
オプショナルではあるが、第３のステップにおいて、所与のネットワークでは、干渉する近傍を多数有するフェムトセルが存在する場合があり、全てのサブバンドが当該フェムトセルの近傍に既に割り当てられていると、上述したアルゴリズムは干渉のない優先サブバンドをそのようなフェムトセルに割り当てることができない場合がある。したがって、本ステップでは、本発明の一実施形態によれば、本方法は第１のステップ及び第２のステップにおいてサブバンドが割り当てられていないフェムトセルを検索する。これらのフェムトセルに対して、アルゴリズムは、当該フェムトセルの近傍のうち、最小数の近傍が用いているサブバンドを割り当てて、同じサブバンドを用いる、干渉している近傍の数が最小となるようにする。Ｓが適切に設定されている場合には、全てのフェムトセルに対して少なくとも１つの干渉のない優先サブバンドを割り当てることができる。二次サブバンドに対して電力制御を行う場合には、本ステップをスキップすることができる。
【００９６】
以下、発明者によって行われたシミュレーションの結果を示す。これは、上述したようにサブバンドを動的に割り当てる本発明の手法の利点を示すものである。シミュレーションにおいて用いられたパラメータは、www3.gpp.org/ftp/Specs.にある3GPP「Simulation Assumptions and Parameters for FDD HeNB RF Requirements」（3GPP TSG RAN WG4 R4-092042, May 2009）、「Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Frequency (RF) System Scenarios」（3GPP TR 36.942 V8.2.0, Jun. 2010）と、www.3gpp.org/ftp/Specsにある3GPP「Channel Models for Femtocell」（3GPP TSG RAN1 WG1 #59bis R1-100560, Jan. 2010）とから得られたものであり、表２に示す。
【００９７】
【表１０】
0005331188.tif 000027
【００９８】
シミュレーションにおいては、全てのＨｅＮＢ及びＵＥが建物内にランダムに投入（drop）される。シミュレーションを１０００回の投入にわたって続け、各投入において所望のデータを計算し収集する。干渉グラフを作成する際には、γｔｈを常に５ｄＢに設定する。既に説明したように、フェムトセルは送信用として優先サブバンドのみを用い、二次サブバンドは用いない。３つの異なる手法を調べた。
（１）全てのフェムトセルが、利用可能な全てのサブバンドを用いる（reuse-1）。
（２）従来のグラフ彩色アルゴリズムに基づいて、各フェムトセルに１つの優先サブチャネルを割り当てる。
（３）本発明のＧＢ−ＤＦＲＭを用いて、各フェムトセルに（複数の）優先サブバンドを割り当てる。
【００９９】
図１２は、３つの手法に関する、ＳＩＮＲ及び容量の累積分布関数（cumulative distribution function, ＣＤＦ）を示している。（図５に示したように）全てのアパートメントがアクティブなフェムトセルを１つ有するという最悪のシナリオを前提としている。リソース分配方法にあっては、Ｓ＝４及びＳ＝６という異なったサブバンド数を用いており、ＧＢ−ＤＦＲＭにあってはｓｍｉｎを１に設定している。図１２（Ａ）によれば、各フェムトセルが全ての周波数帯域を用いる場合には、３０％のＵＥのみが、所定のＳＩＮＲ閾値であるγｔｈ＝５ｄＢよりも大きいＳＩＮＲとなる。このＳＩＮＲの分布は、干渉の低減が必要であることを示している。干渉低減手法を全く用いないと、セル端の端末は所望のサービス品質を得ることができない。リソース分配の効果は重要である。Ｓ＝４の場合には、ＵＥの約９０％が５ｄＢよりも大きいＳＩＮＲとなっている。Ｓを増加させるとＳＩＮＲの値は改善し、Ｓ＝６の場合にはほぼ全てのＵＥが５ｄＢよりも大きいＳＩＮＲとなっている。これは、所与のネットワークにおいて、４つのサブバンドでは干渉グラフ内の全ての衝突（conflict）を解消するには十分ではないため、いくつかのフェムトセルに対しては、当該フェムトセルの（複数の）近傍も使用している優先サブバンドが割り当てられるためである。しかし、Ｓ＝６の場合には、本発明の手法に従って、各フェムトセルに対して少なくとも１つの干渉のない優先サブバンドが割り当てられる。
【０１００】
図１２（Ｂ）には、３つの手法による容量を示している。各フェムトセルは１つのユーザのみにサービスを提供するため、ユーザの容量はフェムトセルの容量をも表す。曲線における段差（step）は、容量の計算に用いるシャノン限界法によるものである。図１２（Ｂ）によれば、本発明のリソース分配方法を適用することにより、低容量の領域においてより良好な性能が得られている。セル端のＵＥは大きな干渉を受けるため、少ないものの干渉のないサブバンドを割り当てることにより、結果として容量が大きくなる。その一方で、より干渉が小さいＵＥの場合には、ＳＩＮＲの増加はリソースの減少を補うことができないため、容量が減少する。そして、Ｓ＝６の場合は約５Ｍｂｐｓ（Ｓ＝４の場合は約３．７Ｍｂｐｓ）以上において、reuse-1は、リソース分配方法よりも性能が優れている（overperform）。この点において本発明のＧＢ−ＤＦＲＭの良い影響を明確に見て取ることができる。小さい干渉に直面しているフェムトセルに対して、より多くのサブバンドが割り当てられるほど、大きい容量において、ＧＢ−ＤＦＲＭは、グラフ彩色アルゴリズムと比較してより良好に機能するようになる。加えて、ｓｍｉｎを変化させずにＳを増加させることによって、小容量の領域及び大容量の領域における性能が改善するが、中央の領域では減少が生じる。これは妥当である。なぜならば、Ｓを増加させることによって、干渉のないサブバンドを、大きな干渉に直面しているフェムトセルへと割り当てることのできる可能性が増加するためである。これにより、容量曲線のより低い部分における右へのシフトが生じるが、Ｓを４から６に変更することによって、フェムトセルのうちのいくつかに周波数帯域の１／４ではなく１／６が割り当てられ、これによりそれらのフェムトセルの容量が減少することになる。この影響が曲線の中央部分において見られる。このような干渉に直面しているフェムトセルのうち、残りのフェムトセルに対して、より多くのサブバンドが割り当てられる。なぜならば、本発明の手法は、これらのフェムトセルに、第１のステップにて各フェムトセルに対しｓｍｉｎ＝１個のサブバンドを割り当てた後に、第２のステップにて更なるサブバンドをこれらのフェムトセルに割り当てることによってサブバンドの利用効率の向上を試みるためである。したがって、これらの端末の容量は更に改善することになる。その一方で、従来のグラフ彩色アルゴリズムにおいてＳを増加させると、大容量の領域において性能が低下する。なぜならば、これによって各フェムトセルに対し、干渉状態とは無関係に１つのサブバンドのみが割り当てられるためである。
【０１０１】
図１３は、異なるサブバンド数Ｓ、すなわちＳ＝６、１２、２４について、ＧＢ−ＤＦＲＭの容量性能を比較したものである。ｓｍｉｎは、ｓｍｉｎ／Ｓの比が一定となるように、それぞれ１、２、４と設定している。そのため、各フェムトセルに割り当てられる最小のサブバンドの帯域幅（bandwidth of the minimum assigned subband to each femtocell）は３つの事例全てについて同じになる。図１３において、ｓｍｉｎ／Ｓの比を変更せずに同様の性能が得られることが明らかである。加えて、サブバンド数をより大きく設定すると、少なくとも１つの干渉のないサブバンドが各フェムトセルに割り当てられ、これは小容量の領域における改善を意味する。
【０１０２】
最後に、図１４は、様々なフェムトセル密度におけるサブバンドの利用率を比較したものである。ここで、Ｓ＝６であり、ｓｍｉｎ＝１である。フェムトセル密度が減少（ｐが減少）するにつれて、サブバンドの利用率が増加することがわかる。この図は、本発明の手法が、環境条件及び干渉状態に応じて、サブバンドを各フェムトセルにいかに動的に割り当てるかを示している。また、この図では、全てのフェムトセル密度において、サブバンドの利用率が１００／６≒１６．７％である従来のグラフ彩色アルゴリズムよりも多くのサブバンドを用いている。さらに、サブバンドの約３０％を用いることによって、図１３に示したようなＣＤＦのプロットが得られる。二次サブバンドに対して電力制御を行う場合には、更なる改善を達成することができる。
【０１０３】
本発明の方法の目的は、変動する干渉状態に応じて優先サブバンドをフェムトセルに割り当てることにある。フェムトセルに対して同じ数のサブバンドを割り当てるのではなく、本発明によれば、リソースの割当てはサブバンド数の点で柔軟に行われる。これによってサブバンドの利用効率が増加し、各フェムトセルがより少ない干渉状態の下でより多くの帯域幅を享受することができる。シミュレーション結果は、本発明のＧＢ−ＤＦＲＭによれば、より小さい容量における改善がより大きい容量における減少の代償であることを示している。また、ネットワーク条件に応じて、ｓｍｉｎを調整することができる。サブバンドの最小数に関する目標（minimum subband target）は、サブバンドの利用効率を低下させる場合があるものの、フェムトセル間におけるリソース割当ての公平性を調整することができる。これは、多くのサブバンドが用いられている場合に、望ましくない量のサブバンドを各フェムトセルに割り当てることを防ぐものである。上述した結果において、ｓｍｉｎ／Ｓの比が一定である場合には、本発明の方法がＳに依存しないことも示されている。簡略にするために、各ＨｅＮＢが１つのＵＥのみにサービスを提供するネットワークの場合のＧＢ−ＤＦＲＭについて説明してきた。しかし、本発明の手法は、ＨｅＮＢが複数のＵＥにサービスを提供するネットワークに対しても同様に適用することができる。この場合、１つのＵＥの場合と同様に、各ＨｅＮＢは自己のＵＥから干渉情報を取得し、ＵＥのフィードバック及びγｔｈに応じて近傍を定める。ＵＥ数が増加すると、干渉する近傍が増加する可能性があるため、干渉グラフにおける制約を減らすために、干渉する近傍の数に関する制限を設けることができる。
【０１０４】
装置との関係でいくつかの態様を説明したが、これらの態様は、それに対応する方法の説明をも表しており、ここでブロック又はデバイスは方法の各ステップ又は方法の各ステップの特徴に相当することは明らかである。これと同様に、方法のステップに関連して説明した態様も、それに対応する装置内の対応するブロック又はアイテム又は特徴の説明を表している。
【０１０５】
ある実施要件に応じて、本発明の実施形態はハードウェア又はソフトウェアにおいて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、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、これらは、各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システムと連携する（又は連携可能である）。本発明によるいくつかの実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの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システムと連携することのできる電子的に読取り可能な制御信号を有するデータキャリアを含む。
【０１０６】
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プログラム製品として実装することができる。このプログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されると、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、例えば機械可読キャリア上に格納することができる。他の実施形態は、機械可読キャリア上に格納された、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含む。
【０１０７】
したがって、換言すれば、本発明の方法の一実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されると本明細書に記載の方法のうちの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プログラムである。したがって、本発明の方法のさらなる実施形態は、データキャリア（又はデジタルストレージ媒体若しくはコンピュータ可読媒体）であって、当該データキャリア上に記録された、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含むデータキャリアである。したがって、本発明の方法のさらなる実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータ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、データ通信接続を通して、例えばインターネットを通して転送するように構成することができる。
【０１０８】
さらなる実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するように構成又は適した処理手段、例えばコンピュータ又はプログラム可能な論理デバイスを含む。さらなる実施形態は、本明細書に記載の方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを含む。
【０１０９】
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、本明細書に記載の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によれば、フィールドプログラマブルゲートアレイは、本明細書に記載の方法のうちの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、本方法は好ましくは任意のハードウェア装置によって実行される。
【０１１０】
上述した実施形態は、単に本発明の原理を説明するためのものである。本明細書に記載の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を理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、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した特定の詳細によって限定されるものではないことが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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【図１４】
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