JP6291985B2 - デュアルアクセス技術セルのための無線リソース制御 - Google Patents

Description

本願明細書で議論される実施形態は、無線リソース制御に関する。

スマートフォン及び他のモバイル装置の増大する普及と共に、モバイルインターネットアプリケーションの使用の増加は、一般的に認可無線スペクトル（認可スペクトル）リソースを用いるセルラシステムにおけるデータレート需要の指数関数的成長をもたらしている。同時に、限られたスペクトルリソースのみが、現在及び将来のデータレート需要を満たすためにモバイルネットワーク事業者（ＭＮＯ）に利用可能である。

さらに、ＭＮＯは、特に通信システムセルの端における粗悪な屋内カバレッジの問題に直面している。大部分のデータトラフィック及び音声呼は屋内から生じるので、粗悪な屋内カバレッジは、ＭＮＯにとって重要な課題である。

未曾有のデータレート需要の増大に適合する及び粗悪な屋内カバレッジの問題を解決するために、幾つかのソリューションは、フェムトセルを頼みにしている。一般的に、フェムトセルは、屋内カバレッジを拡張し特定のトラフィックをマクロセルからオフロードするために配置できる小範囲低電力セルである。フェムトセルへのトラフィックのオフロードは、マクロセルネットワーク内の輻輳を低減し、したがって、マクロセルを介して通信システムに接続されるユーザの経験を向上するのを助けることができる。フェムトセルのように、ピコセルのような他のスモールセルも、マクロセルの輻輳を低減し及び／又は屋内カバレッジを改善するために用いることができる。

同時に、公衆ＩＥＥＥ８０２．１１無線ホットスポットは、増え続けるエリアに渡り顧客にインターネットアクセスを提供するために、数が増大している。一般的に、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ホットスポットは、未認可無線スペクトル（未認可スペクトル）リソースを介して無線インターネットアクセスを提供する。

大部分のモデムユーザ機器（ＵＥ）は、セルラ技術とＩＥＥＥ８０２．１１技術の両方を介して通信するよう装備されている。さらに、３ＧＰＰ（３rd Generation Partnership Project）の規格は、ユーザの介入を有しないで、セルラシステム及びＩＥＥＥ８０２．１１無線ホットスポットに渡り、ＵＥのシームレスな相互運用を可能にするアーキテクチャを提供する。

３ＧＰＰは、ＬＴＥ（Long Term Evolution）規格において認可スペクトルトラフィックを未認可スペクトルにオフロードする幾つかのアプローチを提示した。ローカルＩＰアクセス（ＬＩＰＡ）アプローチは、MNOのコアネットワークを用いることなく、ＵＥがフェムトセルのような３ＧＰＰ装置を通じてローカルな設備又は統合ネットワークにアクセスすることを可能にする。選択ＩＰトラフィックオフロード（ＳＩＰＴＯ）アプローチは、ＵＥトラフィックが、３ＧＰＰ装置からインターネットへローカルパケットゲートウェイ（Ｌ−ＰＧＷ）を介して直接流れ、それによりＭＮＯのコアネットワークを回避することを可能にする。ＬＩＰＡ及びＳＩＰＴＯの両方のアプローチは、ＵＥまで透過であり、MNOのコアネットワーク内の輻輳を回避することを目的とする。さらに、ＬＩＰＡ及びＳＩＰＴＯアプローチでは、ＵＥにおけるトラフィックは、ＵＥの３ＧＰＰ通信機を介して認可スペクトルで生じる。ＩＰフローモビリティ（ＩＦＯＭ）アプローチは、ＵＥを利用して、認可スペクトルを介して３ＧＰＰ装置、例えばＬＴＥを使用するか、又は未認可スペクトルを介してＩＥＥＥ８０２．１１アクセスポイント（ＡＰ）を使用するかを決定する。ＬＩＰＡ及びＳＩＰＴＯアプローチと異なり、ＩＦＯＭは、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）透過であり、ＵＥ透過ではない。

本願明細書で請求される主題は、上述のような欠点を解決する実施形態や上述のような環境でのみ機能する実施形態に限定されない。むしろ、この背景技術は、単に、本願明細書に記載される複数の実施形態が実施される技術分野の一例を説明するために提供される。

一実施形態の一態様によると、基地局は、第１のインタフェース、第２のインタフェース、第３のインタフェース、及び割り当て部を有する。第１のインタフェースは、認可無線スペクトルを介して複数の端末と通信する。第２のインタフェースは、未認可無線スペクトルを介して前記複数の端末と通信する。第３のインタフェースは、中央制御部から、認可無線スペクトルに関連付けられた割り当てられた物理リソースブロックの集合を含む認可無線スペクトル割り当てを受信する。割り当て部は、前記複数の端末の間で、未認可無線スペクトルリソース、及び認可スペクトル物理リソースブロックを割り当てる。

実施形態の目的及び利点が理解され、少なくとも特に特許請求の範囲で指摘された要素、特徴及び組合せを用いて達成されるだろう。

上述の全体的説明及び以下の詳細な説明の両方は、例示及び説明のためであり、本発明の範囲を限定しないことが理解される。

例示的な実施形態は、添付の図面を用いて、更なる特異性及び詳細事項と共に記載され説明される。
通信システムセルの例示的なネットワークアーキテクチャを図示する。 中央制御部及び基地局を含む通信システムを図示する。 例示的な負荷推定方法のフローチャートである。 例示的なグラフ彩色方法のフローチャートである。 無線リソースを制御する例示的な方法のフローチャートである。

フェムトセル及び他のスモールセルは、多数の環境で用いられ得る。望ましくは、ここでは概してエンタープライズ環境として記載する、比較的狭い領域内での多数のモバイル装置及び／又はデータレートの高い要求を経験する環境では、高密度のフェムトセルが用いられても良い。エンタープライズ環境は、企業建物、ショッピング複合施設、スタジアム、アリーナ、会議開催地、密集住宅領域、密集商業領域、重交通都市領域、等を含んでも良い。

複数のフェムトセル又は他のスモールセルが比較的狭い領域内に配置されるとき、近隣フェムトセル間の干渉は、主な問題を提示し得る。特に、フェムトセルは、認可無線スペクトル（認可スペクトル）と未認可無線スペクトル（未認可スペクトル）トラフィックの両方を収容し得る。認可スペクトルと未認可スペクトルトラフィックを収容し得るフェムトセルは、ここでは概してデュアルアクセス技術フェムトセルとして記載される。同様に、デュアルアクセス技術セルは、認可及び未認可スペクトルトラフィックの両方を収容し得るセルを表しても良い。

セル間の干渉制御に関して、及び認可スペクトルと未認可スペクトルの間のリソース割り当てに関して研究が行われている。しかしながら、このような研究は、エンタープライズ環境におけるデュアルアクセス技術セルを考慮していない。幾つかの研究は、エンタープライズ環境におけるセルラスペクトルのみのフェムトセルを検討している。他の研究は、単一のデュアルアクセス技術フェムトセルの認可及び未認可スペクトル管理を検討している。これらは概して、デュアルアクセス技術セルの広範な配置に拡張することができず、特にエンタープライズ環境にあるデュアルアクセス技術フェムトセル又は他のスモールセルに拡張できない。

有利なことに、本願明細書に記載する実施形態は、デュアルアクセス技術フェムトセル及び他のスモールセルをエンタープライズ環境に成功裏に配置させることができる。本願明細書に記載する実施形態は、有利なことに、全てではないが大部分のネットワークユーザのためにスループットを増大し公平を達成できる。しかしながら、本願明細書に記載する実施形態は、デュアルアクセス技術フェムトセルを超えて拡張されても良い。概して、本願明細書に記載する実施形態は、複数種類の無線スペクトルリソ―スが利用可能であり複数の装置によりアクセス可能である他の設定で用いられても良い。

本願明細書に記載のように幾つかの実施形態は、３ＧＰＰ（３rd Generation Partnership Project）のＬＴＥ（Long Term Evolution）無線アクセスネットワークに基づく通信システムに関連しても良い。ＬＴＥに関する記載は、３ＧＰＰのＬＴＥ−Ａ（Long Term Evolution Advanced）無線アクセスネットワーク又はＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）無線アクセスネットワークにも適用できる。しかしながら、本願明細書に記載の実施形態は、記載の例示的な通信システムに限定されない。むしろ、本願明細書に記載の実施形態は、他の通信システムに適用可能である。

本発明の実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。

図１は、通信システムセルの例示的なネットワークアーキテクチャを図示する。幾つかの実施形態では、ネットワークアーキテクチャは、Ｅ−ＵＭＴＳ（Evolved Universal Mobile Telecommunications System）のネットワークアーキテクチャを含んでも良い。Ｅ−ＵＭＴＳは、ＬＴＥ無線アクセスネットワーク等を含んでも良い。無線アクセスネットワークは、ｅＵＴＲＡＮ（E-UMTS Terrestrial Radio Access Network）を含んでも良い。しかしながら、他の種類のネットワークアーキテクチャが用いられても良い。

通信システム１００は、第１の基地局１０４ａ乃至第Ｎの基地局１０４ｂ（集合的に「基地局１０４」）として示される複数の基地局を有しても良い。基地局１０４は、無線通信設備の整ったノード（「無線ノード」）との無線通信を可能にするハードウェア及び／又はソフトウェアを含む基地局機器を有しても良い。基地局１０４は、概して、無線ノードが互いに無線通信することを可能にし、及び／又はコアネットワーク及び／又はＩＰネットワーク等に無線アクセスすることを可能にしても良い。

幾つかの実施形態では、基地局１０４は、エンタープライズ設定で設置される複数のスモールセル基地局１０４を有する。例えば、基地局１０４は、企業建物、ショッピング複合施設、スタジアム、アリーナ、会議開催地、密集住宅領域、密集商業領域、重交通都市領域、等のような閉じた地理的領域内に設置されるＨｅＮＢ（home eNodeB）のような複数のフェムトセルを有しても良い。

概して、基地局１０４は、認可スペクトル及び未認可スペクトルの両者に渡り無線通信を可能にするハ―ドウェア及びソフトウェアを有しても良い。認可スペクトルは、通常、セルラデータの送信のために許可された無線スペクトルの部分を有しても良い。例えば、基地局１０４は、３ＧＰＰ仕様リリース８−１２のようなＬＴＥに従うセルラデータを送信するよう構成されても良い。未認可スペクトルは、通常、認可不要な無線通信のために用意された無線スペクトルの部分を有しても良い。例えば、基地局１０４は、ＩＥＥＥ８０２．１１インタフェース又は他の無線通信インタフェースを介して通信するよう構成されても良い。

基地局１０４は、基地局１０４と中央制御部１０２との間に形成されるインタフェースを介して中央制御部１０２と通信しても良い。例えば、インタフェース１０５ａは、第１の基地局１０４ａと中央制御部１０２との間に形成されても良く、インタフェース１０５ｂは、第Ｎの基地局１０４ｂと中央制御部１０２との間に形成されても良い。インタフェース１０５ａ及びインタフェース１０５ｂ（集合的に「インタフェース１０５」）は、有線接続を含んでも良いが、幾つかの例では、インタフェース１０５は、交互に無線接続を含んでも良い。本願明細書に開示のように、中央制御部１０２は、基地局１０４がエンタープライズ環境に配置できるように、基地局１０４間の干渉管理及び／又は認可スペクトルのリソース管理を支援しても良い。

基地局１０４は、概して、プロセッサ１０７ａ及び１０７ｂ（集合的に「プロセッサ１０７」）と、メモリ１０９ａ及び１０９ｂ（集合的に「メモリ１０９」）と、を有しても良い。命令は、メモリ１０９に格納されても良い。命令がプロセッサ１０７により実行されると、基地局１０４は、本願明細書に記載の処理に関連する及び／又はそれを含む動作を実行しても良い。

通信システム１００は、認可及び／又は未認可スペクトルを介して基地局１０４と通信する複数の無線ノードを有しても良い。認可及び未認可スペクトルの両方を介して通信し得る無線ノードは、本願明細書では概して端末として記載される。例えば、端末は、ＩＥＥＥ８０２．１１通信と共にＬＴＥセルラ通信を可能にするスマートフォンを含んでも良い。未認可スペクトルのみを介して通信するよう構成される無線ノードは、本願明細書では概して装置として記載される。例えば、装置は、ＩＥＥＥ８０２．１１通信を可能にするが、セルラ通信のための設備の整っていない若しくは一時的にセルラ通信を無向にされたラップトップコンピュータを含んでも良い。

図１に開示するように、複数の端末１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、及び１１０ｄ（集合的に「端末１１０」）は、基地局１０４に関連付けられても良い。例えば、第１の端末１１０ａ（端末１_１と指定される）乃至第Ｓ_１の端末１１０ｂ（端末Ｓ_１と指定される）は、第１の基地局１０４ａに関連付けられても良い。

端末１１０は、それらの関連する基地局１０４と共に、認可スペクトルインタフェース１０６ａ及び１０６ｂ（集合的に「認可スペクトルインタフェース１０６」）を形成しても良い。同様に、端末１１０は、それらの関連する基地局１０４と共に、未認可スペクトルインタフェース１０８ａ及び１０８ｂ（集合的に「未認可スペクトルインタフェース１０８」）を形成しても良い。例えば、第１の端末１１０ａ乃至第Ｓ_１の端末１１０ｂは、認可スペクトルインタフェース１０６ａ及び未認可スペクトルインタフェース１０８ａを、第１の基地局１０４ａと共に形成しても良い。端末１１０は、通常、認可スペクトルで、関連付けられていない基地局１０４からの干渉１１４ａ及び１１４ｂ（集合的に「干渉１１４」）も経験しても良い。認可スペクトルインタフェース１０６及び未認可スペクトルインタフェース１０８は、通常、端末１１０と基地局１０４との間でデータを通信させる、端末１１０と基地局１０４との間の無線接続である。

複数の装置１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄ（集合的に「装置１１２」）は、基地局１０４に関連付けられても良い。例えば、第１の装置１１２ａ（装置１_１と指定される）乃至第Ｗ_１の装置１１２ｂ（装置Ｗ_１と指定される）は、第１の基地局１０４ａに関連付けられても良い。装置１１２は、それらの関連付けられた基地局１０４と共に未認可スペクトルインタフェース１０８を形成しても良い。例えば、第１の装置１１２ａ乃至第Ｗ_１の装置１１２ｂは、未認可スペクトルインタフェース１０８ａを、第１の基地局１０４ａと共に形成しても良い。

中央制御部１０２、端末１１０、及び装置１１２は、基地局１０４のプロセッサ１０７とメモリ１０９と同様の、プロセッサとメモリ（図示しない）を有しても良い。

各端末１１０は、通常、異なる最少通信レート要件で、多数の接続を有しても良い。各最少通信レート要件は、各接続のトラフィック要件の関数であっても良い。例えば、端末１１０ａは、会話音声接続及びＴＣＰ（transmission control protocol）に基づく接続を同時に有しても良い。各端末１１０の各接続のサービス品質（ＱｏＳ）要件に従って、基地局１０４は、端末１１０の各々に対して最小レート要件を設定しても良い。特定の端末１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ又は１１０ｄのための最小レート要件は、特定の端末１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ又は１１０ｄの全ての接続の最小レート要件の和に設定されても良い。最小レート要件は、通常、認可及び／又は未認可スペクトルを介して達成されても良い。

本願明細書に記載の実施形態は、公平な方法で、全ての端末１１０の最小レート要件を達成するために用いられても良い。例えば、通信システム１００内の端末１１０の最小レートを最大化するための試みが行われても良い。しかしながら、異なる端末１１０は、異なる最小レート要件を有しても良い。幾つかの実施形態では、最小比例レートが最大化されても良い。ここで、端末１１０ａのような特定の端末の比例レートは、端末１１０ａの全ての接続について認可及び未認可スペクトルの両方を介して端末１１０ａにより達成されるレートの和を、端末１１０ａの全ての接続について端末１１０ａにより要求される最小レートの和で除算したものとして定められても良い。しかしながら、代替の目的関数は、ＭＮＯの選好に依存して定められても良い。例えば、目的関数は、通信システム１００全体の合計スループットを最大化しても良い。例示的な最適化の式を、式１として以下に記載する。

本願明細書に開示する式及び関連する議論は、通常、ダウンリンク通信を参照して記載される。アップリンク通信は、同様の方法で代替又は追加で考えられても良い。さらに、ＬＴＥレート計算に関連する計算では、シャノンキャパシティが開示を簡単にするために用いられ得る。しかしながら、他のレート計算が導入されても良い。例えば、レート計算は、循環的プレフィックス及びパイロットのような異なるオ―バヘッドによる帯域幅の効率を説明しても良い。さらに、レート計算は、受信機アルゴリズム及びサポートされる変調符号方式（ＭＣＳ）による信号対干渉及び雑音比（ＳＩＮＲ）の実装効率を説明しても良い。

式１及び／又は本願明細書に開示の他の式で用いられる多数の変数を以下に説明する。追加変数は、特定の式に関連して説明されても良く、変数の文脈から理解され得る。

変数Ｎは、基地局１０４の数を表す。変数ｎは、特定の基地局１０４を表す。したがって、ｎは、通常、１からＮの間の包括的な整数の集合である。

Ｓｎは、基地局ｎに接続される認可スペクトルインタフェース１０６及び未認可スペクトルインタフェース１０８の両方を有する端末１１０の数を表す。Ｓは、ネットワーク内の端末１１０の合計数、つまりＮ個の基地局１０４の全てのＳ_ｎの和を表す。式１で、ｉは、通常、通信システム１００全体の特定の端末１１０を表す。したがって、式１では、ｉは、通常、１からＳまでの間の包括的な整数の集合に含まれる。しかしながら、全ての他の式では、ｉは、通常、特定の基地局ｎに関連する特定の端末を表す。したがって、他の式では、ｉは、通常、１からＳまでの包括的な整数の集合に含まれる。

ｃは、端末の接続を表す。

は、基地局ｎに関連付けられた端末ｉの接続ｃの集合を表す。

Ｗ_ｎは、基地局ｎに接続された未認可スペクトルインタフェース１０８のみを有する装置１１２の数を表す。Ｗは、ネットワーク内の装置１１２の合計数、つまりＮ個の基地局１０４の全てのＷ_ｎの和を表す。装置ｊは、通常、特定の基地局ｎに関連付けられた特定の装置を表す。したがって、ｊは、通常、１からＷ_ｎまでの包括的な整数の集合に含まれる。

は、基地局ｎの最大送信電力を表す。

Ｋは、認可スペクトルに関連付けられた物理リソースブロック（physical resource block：ＰＲＢ）の合計数を表す。物理リソースブロックｋは、通常、特定のＰＲＢを表す。したがって、ｋは、１からＫの間の包括的な整数の集合に含まれる。しかしながら、幾つかの例では、ｋは、ＰＲＢの１又は複数のサブキャリアを表しても良い。

は、基地局ｎから端末ｉへのＰＲＢｋでの送信電力を表す。

は、基地局ｎから端末ｉへのＰＲＢｋでのチャネル利得を表す。

σ^２は、認可スペクトル内のＰＲＢ毎のノイズ分散を表す。

Ｂは、合計システム帯域幅を表す。

は、基地局ｎが未認可スペクトルを介してダウンリンクで得る最大スループットを表す。各基地局１０４は、通常、未認可スペクトルでのリソースを争う基地局の合計数が与えられると、

を計算しても良い。ＩＥＥＥ８０２．１１を未認可スペクトルとして用いる実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣ（medium access control）性能は、未認可スペクトルのリソースを争う基地局の数に大いに依存し得る。例えば、第１の基地局１０４ａにおいて未認可スペクトルリソースを争う基地局は、第１の基地局１０４ａ、第Ｗの装置１１２ｂを通じて第１の装置１１２ａ、及び第Ｓの端末１１０ｂを通じて第１の端末１１０ａを有しても良い。しかしながら、幾つかの端末は、未認可スペクトルリソースを争わなくても良い。したがって、基地局ｎに関連付けられた全ての端末が未認可スペクトルで基地局ｎに送信している場合、争っている基地局の合計数は、Ｓ_ｎ＋Ｗ_ｎ＋１に等しい。幾つかの実施形態では、比較的多数の装置１１２が基地局１０４ａに接続する場合、基地局１０４ａは、幾つかの端末１１０の未認可スペクトル接続を解除して、未認可スペクトルリソースに対する競合を軽減できる。

幾つかの実施形態では、各基地局１０４は異なる未認可スペクトルチャネルで動作し、又は少なくとも近隣基地局は異なる未認可スペクトルチャネルを使用して、モバイルセルラ通信での周波数再利用の概念と同様に、基地局１０４の集合内で同じ未認可スペクトルチャネルが遠くの基地局のために再利用されても良いことを前提とする。その結果、他の基地局に接続された装置又は端末からのある基地局の未認可スペクトルに対する競合は無視されても良い。このような前提は、装置又は端末が、通常、最も近い基地局から来る最強の受信信号電力を有する未認可スペクトルチャネルで通常競合しようとするので、妥当である。しかしながら、この前提は、本願明細書に記載の他の前提と同様に、幾つかの実施形態の提示を簡単にするためであり、本開示を限定するものではない。例えば＜全ての装置及び端末が任意の基地局１０４の任意の未認可スペクトルで競合し得る、又は全ての基地局１０４が同じ未認可スペクトルチャネルを使用することを前提とするときでも、本願明細書に開示の実施形態は、依然として適用可能である。

は、未認可スペクトルにおける基地局ｎに接続された装置ｊの要求ダウンリンクデータレートを表す。

は、基地局ｎに関連する端末ｉの接続ｃに割り当てられる未認可スペクトルにおける推定ダウンリンクデータレートを表す。

は、基地局ｎに関連付けられた端末ｉの接続ｃの最小レート要件を表す。

は、基地局ｎに関連付けられた端末ｉの接続ｃに割り当てられるＰＲＢの数を表す。

Ω_ｎは、基地局ｎに接続される端末の集合を表す。

Ｍ_ｎは、基地局ｎに割り当てられるＰＲＢの集合を表す。

式１

式１では、

は、それぞれ、基地局ｎから端末ｉへの、ＰＲＢｋで又は幾つかの例ではサブキャリアｋで割り当てられた電力及びチャネル利得を表す。

式１ｂ〜１ｇは、式１の種々の制約を表す。例えば、式１ｂは、各基地局１０４の合計送信電力制約を表す。

さらに、式１ｃは、基地局ｎに関連付けられた端末１１０に割り当てられる合計未認可スペクトルレートが利用可能未認可スペクトルキャパシティにより上限を定められることを保証する。未認可スペクトルでの輻輳を回避するために、各基地局ｎは、先ずＷ_ｎ個の装置１１２に供するために望ましい未認可スペクトルキャパシティを決定し、次に残りの未認可スペクトルキャパシティに依存して未認可スペクトルでのダウンリンク送信をＳ_ｎ個の端末１１０のうちの全部又は一部に提供することを前提とする。したがって、未認可スペクトルでの最適化は、各基地局１０４が自身のレートをダウンリンクで異なる端末１１０の間でどのように分けるかに関連する。

の項は、利用可能未認可スペクトルキャパシティを表す。利用可能未認可スペクトルキャパシティは、ＩＥＥＥ８０２．１１ネットワーク内の利用可能キャパシティを計算する既存の技術のような多数の既存の論理式又は実用的方法を用いて計算されても良い。

式１ｄ、１ｅは、それぞれ、非負送信電力及び非負未認可スペクトルレートを保証する。

式１ｆを参照すると、通信システム１００がＳ個全ての端末１１０に供するために十分なキャパシティを有する場合、Ｎ個全ての基地局１０４についての和集合Ω_ｎは、集合｛１，２，．．．，Ｓ｝に等しくても良い。その他の場合、幾つかの端末１１０は許可を与えられないので、式１ｆのように、集合Ω_ｎの和集合は｛１，２，．．．，Ｓ｝の部分集合になる。

式１ｇは、各端末１１０が基地局１０４のうちの１つにのみ接続されることを保証する。つまり、式１ｇは、集合Ωｎが互いに素であることを保証する役割を果たす。

式１中の最適化変数は、集合Ω_ｎ、基地局ｎの中の各端末ｉ毎の及びＰＲＢｋ毎の最適電力割り当て、つまり

、並びに異なる端末１１０への最適未認可スペクトルレート分配、つまりＲＵ_ｉ，ｃを見付けることを通じて、最適な端末及び基地局の関連付けを表す。これらの変数の最適値を見付けることは、最適なネットワーク全体に渡る最大最小レートの公平性を示す。

しかしながら、式１は、非凸型混合整数計画問題であり、部分的にはΩ_ｎに関連する２進関連付け変数に起因する。さらに、中央制御部１０２において解を見付けるために、通常、中央制御部１０２は全てのＰＲＢでの端末１１０のチャネル利得を知る必要がある。その結果、式１を解くことは、多くの場合非常に困難であり計算的に非現実的であり得る。

幾つかの実施形態では、認可及び未認可スペクトルリソースを公平に分配するために、準最適階層的アプローチが用いられても良い。準最適階層的アプローチに関連するタスクは、基地局１０４と中央制御部１０２との間で分けられても良い。

幾つかの実施形態では、各基地局１０４は、関連付けられた端末１１０の数、端末１１０のレート要件、通信システム１００のチャネル状態、及び／又は端末１１０が未認可スペクトルを介して達する可能性のあるレートに基づき、認可スペクトルにおける要求リソースの数を推定しても良い。各基地局１０４は、要求されるリソースに関する情報を中央制御部１０２に提供しても良い。代替で又は追加で、中央制御部１０２は、各基地局１０４について認可スペクトルの中で要求されるリソースを推定しても良い。

中央制御部１０２は、グラフ彩色（graph coloring）方法等を介して干渉管理を実施しても良い。中央制御部１０２は、各基地局に関連付けられた要求リソースに基づき、基地局１０４間の認可スペクトルリソース割り当てを実施しても良い。

基地局１０４は、端末１１０及び装置１１２の間で、認可スペクトルリソース割り当て及び未認可スペクトルリソース割り当てを微調整しても良い。有利なことに、本願明細書に開示の実施形態は、端末１１０及び／又は装置１１２のデータレート要件及びサービス品質（ＱｏＳ）要件を満たすことができる。さらに、実施形態は、端末１１０及び／又は装置１１２の間で公平性を達成できる。

幾つかの実施形態では、各端末１１０は、特定の端末１１０において最大平均受信信号電力を有する基地局１０４に関連付けられることを前提とする。したがって、各端末１１０は、特定の端末１１０において最大観測信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する基地局１０４に関連付けられることを前提としても良い。このような前提では、２進関連付け値Ω_ｎが通常知られているので、式１に概略を示した最適化問題は、より簡単に解くことができる。同様に、幾つかの実施形態では、各装置１１２は、未認可スペクトルで特定の装置１１０において最大平均受信信号電力を有する基地局１０４に関連付けられると考えられる。したがって、各装置１１２は、未認可スペクトルで特定の装置１１２において最大観測ＳＮＲを有する基地局１０４に関連付けられると考えられる。

図２は、中央制御部１０２及び基地局１０４ａを含む通信システム２００を図示する。基地局１０４ａが説明されるが、基地局１０４ａの説明は、通常、図１の基地局１０４のうちの任意の個々の基地局に適用できる。したがって、図２には基地局１０４ａのみが示されるが、基地局１０４が参照され得る。

通信システム２００は、本願明細書に記載の多くの機能を実行しても良い。幾つかの実施形態では、例えば、通信システム２００は、干渉グラフを構築し２０８、負荷推定を実行し２０４、グラフ彩色を実行し２０６、リソース及び電力割り当てを実行し２１２、パケット分配を実行し２１４、未認可スペクトルスケジューリングを実行し２１６、任意で認可スペクトルスケジューリングを実行しても良い２１８。

中央制御部１０２は、基地局１０４ａから受信した基地局測定値２０９に基づき及び／又は端末レポート２２０に基づき、干渉グラフを構築しても良い２０８。任意で、通常、図１の端末１１０に対応する端末は、端末レポート２２０を中央制御部１０２に提供しても良い。端末レポート２２０は、ハンドオーバ処理中に得られた近隣基地局の受信信号強度指標（ＲＳＳＩ）を有しても良い。

幾つかの実施形態では、基地局測定値２０９は、基地局１０４ａの電源が入りのとき、少なくとも部分的に基地局１０４ａにより決定されても良い。基地局１０４ａは、近隣基地局の制御チャネル及び参照信号伝送を傾聴しても良い。集められた情報から、基地局１０４ａは、近隣基地局１０４のセル識別情報を決定するとともに、各近隣基地局１０４からの経路損失を決定しても良い。

中央制御部１０２は、基地局１０４を表す頂点と、基地局１０４間の干渉及び／又は輻輳状態を表す有向エッジと、を有する干渉グラフ２０８を構築しても良い。幾つかの実施形態では、干渉及び／又は輻輳状態は、端末により経験される関連付けられた基地局と干渉する基地局とからのチャネル利得間の差が、所定の閾を超えるとき、断言される。その結果、弱い干渉信号は無視できる。有利なことに、弱い干渉信号を無視することにより、干渉グラフの複雑性は低減され、本願明細書に記載のグラフ彩色処理は簡略化できる。代替で、全ての可能な干渉状態は、任意の２つの基地局間の有向エッジについて考慮されても良い。

幾つかの実施形態では、干渉グラフ及びグラフ彩色２０６は、Sadr, S.; Adve, R., "Hierarchical resource allocation in femtocell networks using graph algorithms," ２０１２ IEEE International Conference on Communications(ICC), pp.４４１６−４４２０, June ２０１２に記載の方法と同様の方法で達成されても良い。代替で、グラフ彩色２０６は、ここに開示の修正反復欲張り法により実行されても良い。

干渉グラフの構築２０８に加えて、通信システム２００は、負荷推定２０４を実行しても良い。負荷推定２０４はグラフ彩色２０６で用いられても良い。幾つかの実施形態では、基地局１０４は、負荷推定２０４を実行しても良い。代替で、１又は複数の基地局１０４についての負荷推定２０４は、中央制御部１０２により実行されても良い。

負荷推定を実行する際、基地局１０４ａは、基地局１０４ａに関連付けられた端末１１０の最小レート要件を設定しても良い。最小レート要件は、通常、トラフィック種類及び認可及び／又は未認可スペクトルのキャパシティに基づき、認可及び／又は未認可スペクトルにより達成されても良い。

負荷推定２０４を実行する際、基地局１０４ａは、各端末が各端末の最小レート要件を達成するために認可スペクトルの中で要求するリソース、つまりＰＲＢの推定を試みても良い。負荷推定２０４は、例えば、基地局１０４ａに関連付けられた端末の数、並びに端末のレート要件２０５、チャネル状態、及び未認可スペクトルにおける期待レートに基づいても良い。

幾つかの実施形態では、基地局１０４ａは、関連付けられた端末の要件を満たすＰＲＢの最小数の決定を試みても良い。これは、近隣基地局で生成される干渉を最小化するのを助け得る。例えば、負荷推定２０４は、以下に開示し議論する式２を用いて決定されても良い。

式２

式２は、最適化制御変数

を通じて、基地局ｎ毎の合計要求負荷、つまりＰＲＢの数を最小化し得る。変数

は、接続ｃのために基地局ｎに接続された端末ｉに割り当てられたＰＲＢの数を表す。変数

は、基地局ｎに接続された端末ｉに割り当てられたＰＲＢの平均割り当て電力を表す。変数

は、接続ｃのために基地局ｎに接続された端末ｉに割り当てられた未認可スペクトルレートを表す。

式２は、最適化変数

内の凸型最適化問題である。したがって、式２を解くことは、式１に定められたネットワーク全体の最適化問題よりも扱いやすい。

式２及び以下の式では、添え字ｉは、特定の基地局ｎに接続された端末の集合、つまりΩ_ｎに含まれる端末のインデックスである。例えば、基地局ｎについて、ｉは、通常、１乃至Ｓ_ｎの間の整数の包括的な集合に含まれる。

式２ｂは、関連付けられた端末、つまり集合Ω_ｎの中の端末の最小レート要件制約を表す。

の項は、接続ｃのために基地局ｎに接続された端末ｉの認可スペクトルレートを表す。また、変数

は、接続ｃのために基地局ｎに接続された端末ｉの未認可スペクトルでのレートを表す。

パラメータβは、可能性パラメータを表し、初めに１に設定されても良く、各端末ｉの各接続ｃのために認可及び未認可スペクトルの両方により達成されるレートが、変数

により表される対応する最小レート要件より大きい又はそれに等しくなるようにしても良い。しかしながら、システムキャパシティは、特に幾つかの接続若しくは端末が高い要求レートを有するとき、又は端末１１０若しくは装置１１２の数が非常に多いとき、このような最小レート要件を達成するには不十分であっても良い。その結果、部分的には全ての関連付けられた端末の全ての接続のレート要件を満たすために、基地局ｎは特定のシステム帯域幅に対して利用可能なよりも多くのＰＲＢを必要とするので、式２は許容解を有しなくても良い。言い換えると、式２は、式２ｂ及び２ｅが同時に満足できないとき、許容解を有しなくても良い。

したがって、基地局ｎに関連付けられた端末の要求レートは低下され、基地局ｎが式２を都合良く解くことがききるようにしても良い。例えば、βの値は適切に減少されても良い。

幾つかの実施形態では、適切に減少されたβの値は、二分アプローチにより識別されても良い。例えば、β＝１のとき式２が不可能である場合、式２の実現可能性は、β＝０．５で再チェックされても良い。問題が依然として不可能である場合、βの値は０．２５まで減少され、実現可能性は再びチェックされる。しかしながら、β＝０．５が許容解を生じる場合、β＝０．７５が評価される。二分アプローチは、２分ステップの最大数まで、又は１以下のβの最大値が見付かるまで、続けられても良い。

式２の許容解を推進するためにβの値を減少する他のアプローチが用いられても良い。幾つかの実施形態では、別個のパラメータβ_ｃは、ＱｏＳ要件又はＱｏＳクラス指標（ＱＣＩ）レベルに依存して、接続ｃ毎に定められても良い。低優先度のＱＣＩを有する接続のβ_ｃパラメータが最初に減少されても良い。その結果、各接続の要求レートは、計算的複雑性の増大の妥協点を有し、別個に調整されても良い。

式２ｂは、各基地局ｎが各関連付けられた端末の平均チャネル電力、つまり

を知っていることを前提とする。さらに、式２ｂは、同じ端末に割り当てられた全てのＰＲＢへの均一な電力割り当てを想定する。平均チャネル電力値が用いられるので、推定負荷、つまり項

は、要求端末負荷の粗推定を表しても良い。基地局ｎ毎の合計負荷の粗推定は、中央制御部１０２におけるグラフ彩色２０６の目的に適しても良い。幾つかの実施形態では、グラフ彩色の後に、基地局は、本願明細書に記載のように、リソース及び電力割り当てステップ２１２で、チャネル変化を検討しても良い。

式２ｃは、基地局ｎの端末に割り当てられた未認可スペクトルレートの和が、基地局ｎにおける利用可能未認可スペクトルキャパシティにより上限を定められることを保証する。式２ｄは、基地局ｎの最大送信電力を制約する。式２ｅは、基地局毎の要求ＰＲＢの和が、システム内のＰＲＢの合計数を超えないことを保証する。式２ｆ及び２ｇは、それぞれ、非負割り当て電力及び非負推定負荷を保証する役割を果たす。

式２ｈは、基地局ｎに接続された端末ｉの接続ｃのための未認可レートの境界を定める。この境界は、０に等しい下限、

に等しい上限を有する。上限は、基地局ｎに接続された各端末ｉの各接続ｃのレートの分配が、接続ｃのトラフィック種類に部分的に基づくことを保証し得る。

認可スペクトル通信にＬＴＥを用い、未認可スペクトル通信にＩＥＥＥ８０２．１１を用いる実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１１に基づく通信は、通常、ＧＢＲ（Guaranteed Bit Rate）又は遅延に敏感なトラフィック種類には望ましくない。幾つかの実施形態では、ＬＴＥ又はＩＥＥＥ８０２．１１でのレートの分配は、３ＧＰＰにより種々の接続種類について定められるＱＣＩに基づき実行される。ＱＣＩの値は、通常、各端末の接続種類について基地局において知られている。端末ｉの各接続ｃのＱＣＩの値に基づき、基地局ｎは、未認可スペクトルレートの上限を設定しても良い。

以下に示す表１は、種々の例示的な接続種類の例示的なＱＣＩを有する。

表１

幾つかの実施形態では、式２ｈの未認可スペクトル上限変数、つまり

は、

に等しく設定されても良い。ここで、μ_ＱＣＩの値はＱＣＩ値に依存し、０≦μ_ＱＣＩ≦１である。μ_ＱＣＩの値はＱＣＩ値に基づいても良く、トラフィックは、相対的に認可スペクトル又は未認可スペクトルを支持しても良い。例えば、１のＱＣＩレベルを有する接続では、接続がＩＥＥＥ８０２．１１レートを獲得しないこと、つまり接続のレート要件がＬＴＥリソースを用いて完全に満たされることを保証するために、μ_ＱＣＩの値は０に設定されても良い。反対に、９のＱＣＩを有する接続のような、低い優先度を有する非ＧＢＲ（non-GBR）接続では、接続の要求レート全体がＩＥＥＥ８０２．１１で得られるように、基地局はμ_ＱＣＩを１に設定しても良い。他の種類の接続では、基地局は、優先度、特性及び／又は接続のＱＣＩに従って、μ_ＱＣＩを０と１の間の値に設定しても良い。

基地局１０４ａは、負荷推定２０４からの要求負荷を、グラフ彩色２０６での使用のために中央制御部１０２に出力する２０７。代替で、負荷推定２０４は、中央制御部１０２により直接実行されても良い。負荷推定２０４の出力２０７は、基地局１０４ａの要求ＰＲＢの和を表す数値、つまりＭ_ｎであっても良い。幾つかの実施形態では、切り上げ又は丸め込み演算子がＭ_ｎに適用され、ＰＲＢの整数が求められるようにする。例えば、Ｍｎは、通常、次式で定められる。

幾つかの実施形態では、式２は、その複雑性を低減するために簡略化されても良い。１つの簡略化は、全ての端末への均一な電力割り当てを前提とすること、端末に電力を割り当てるためにリソース及び電力割り当て２１２に依存すること、を含んでも良い。簡略化された式は、式３として開示される。

式３

式３は、変数

及び

における線形計画問題である。結果として、式３は、内点法又はシンプレックス法のような方法を用いて効率的に解くことができる。

代替で又は追加で、式２は、未認可スペクトルレートの推定、つまり

を認可スペクトルレート、つまり

から切り離す発見的解決法により簡略化できる。

図３は、例示的な負荷推定方法３００のフローチャートである。方法３００は、ブロック３０２で、未認可スペクトルレートを計算するステップで開始しても良い。未認可スペクトルレートは、式４で定められる変数

により表せる。

式４

式４の変数

は、基地局ｎに接続された端末ｉの接続ｃの特定のＱＣＩの優先度を表す。変数ＰＱ_ｔｈは、通信システム２００により経験される未認可スペクトル輻輳に基づき調整され得る閾を表す。例えば、通信システム２００が未認可スペクトルで比較的低いトラフィックを経験しているとき、未認可スペクトルを介してより多くの通信を促すために、ＰＱ_ｔｈは低下されても良い。反対に、未認可スペクトルが比較的混雑してきたとき、認可スペクトルへ高優先度トラフィックを要請するために、ＰＱ_ｔｈは上昇されても良い。

がＰＱ_ｔｈよりも低いとき、通信は認可スペクトルに制限されても良い。しかしながら、

がＰＱ_ｔｈよりも大きい又は等しいとき、対応する接続及び端末の最小レート要件を達成するために、通信は、認可及び未認可スペクトルを介して生じても良い。

集合

は、ＰＱ_ｔｈよりも大きい又は等しいＱＣＩ値を有する基地局ｎに関連付けられた端末の集合を表す。利用可能未認可スペクトルキャパシティ、つまり

は、端末の要求レート、つまり

に比例して、端末間で分配されても良い。

最小化演算子は、いずれの端末にも該端末の要求レートより高いレートを割り当てることを回避することにより、端末間で公平性を促すことができる。しかしながら、幾つかの例では、

の中の端末の要求レートが満たされた後に、依然として、未認可スペクトルはキャパシティを超過し得る。超過キャパシティは、決定され、端末に分配されても良い。したがって、超過キャパシティは、端末が端末の要求レートを超えたレートを割り当てられ得るように、端末に分配されても良い。幾つかの実施形態では、超過未認可スペクトルキャパシティ、つまりＲ_{ｅｘｃｅｓｓ}は、式５に開示されるように決定されても良い。

式５

さらに、端末の未認可スペクトルレート、つまり

は、式６に開示されるように超過キャパシティを含むように調整されても良い。

式６

方法は続いて、ブロック３０４で、認可スペクトル負荷が推定される。ブロック３０６で、認可スペクトル電力が割り当てられる。幾つかの実施形態では、負荷推定３０４及び電力割り当て３０６は、ブロック３０８に示すように、反復的方法として実行されても良い。幾つかの実施形態では、ブロック３０４−３０８を含む反復的方法は、注水（water-filling）の従来の概念に基づいても良く、式７、８、９に開示されるように実行されても良い。

式７

式８

式９

式７、８、９の中の変数ｔは、反復インデックスを表す。集合

は、未認可スペクトルで未だ完全に満たされていない最小レート要件を有する端末の集合を表す。

パラメータ

は、注水のための中間パラメータを表す。変数

は、

として定められ、基地局ｎに接続されたｉ番目の端末の平均ＳＮＲを表す。

式７−９は、停止基準が満たされるまで（図３のブロック３０８で「Ｙｅｓ」）、繰り返し実行される。幾つかの実施形態では、停止基準は、最大反復数に達したとき、又は

若しくは

が定常状態値に達したときに、満たされても良い。

再び図２を参照すると、中央制御部１０２は、基地局１０４について、干渉管理及び認可スペクトルリソース割り当てを実行しても良い。幾つかの実施形態では、干渉管理及び認可スペクトルリソース割り当ては、グラフ彩色２０６を介して実行されても良い。グラフ彩色２０６は、ブロック２０８で構築された干渉グラフ、並びに各基地局１０４又は中央制御部１０２により実行された負荷推定２０４の出力２０７に基づいても良い。グラフ彩色に基づき、中央制御部１０２は、認可スペクトルリソース、つまりＰＲＢの集合を各基地局１０４に割り当てても良い２１０。

最適グラフ彩色は、従来経験則を用いて解かれる非決定的多項式時間困難（ＮＰ−ｈａｒｄ）問題である。幾つかの実施形態では、本願明細書に開示の反復的欲張りアルゴリズムが用いられても良い。反復的欲張りアルゴリズムは、有意な干渉が予期されない場合、基地局１０４間の周波数再利用を可能に出来る。その結果、システムキャパシティは、増大され得る。反復的欲張りアルゴリズムを実行するために、従来の干渉グラフの式は、重み付け干渉グラフに変更されても良い。ここで、各有向エッジの重み、つまりρ_ｎｍは式１０により与えられる。

式１０

式１０の変数Ｇ_ｎｍは、基地局ｎと基地局ｍとの間の平均経路損失を表し、基地局ｎと基地局ｍに関連付けられた端末との間の平均経路損失として定められても良い。代替で、Ｇ_ｎｍは、基地局ｎと基地局ｍに位置する架空の端末との間の経路損失として定められても良い。

値

は、基地局ｎのＰＲＢ当たりの平均電力を表す。

干渉グラフに重み付けを導入することは、要求負荷の観点で、グラフ彩色スキームの基地局の要求への適応を促すことができる。例えば、全ての基地局１０４の合計要求負荷が、システム内の利用可能ＰＲＢ及び／又はチャネルの合計数より少ない又は等しい場合、つまり

の場合、直交周波数割り当ては、基地局１０４間の相互干渉を有しないでグラフ彩色アルゴリズムにより提供されても良い。しかしながら、基地局１０４が通信システム２００で利用可能なものより多くのＰＲＢを要求する場合、本願明細書に開示のグラフ彩色アルゴリズムは、各基地局１０４に要求されたより少ないＰＲＢを割り当てるのではなく、各基地局１０４により見える干渉を最小化する方法で、ＰＲＢの周波数、つまり色を再利用しても良い。

図４は、例示的なグラフ彩色方法４００のフローチャートである。グラフ彩色方法４００は、周波数再利用を用いても良い。方法４００はブロック４０２で開始しても良い。ブロック４０２では、関連付けテーブル及びコストテーブルは、関連付け及びコストテーブル内の全てのエントリを０に設定することにより初期化されても良い。さらに、集合Ｖ‘は、構築された干渉グラフ内の未彩色頂点の集合を表し、構築された干渉グラフ内の全ての頂点の集合を表すＶに等しくなるよう定められる。図２のブロック２０８を参照して開示したように、構築された干渉グラフの各頂点は、基地局１０４のうちの１つを表し得る。

関連付けテーブルは、２進エントリａ_ｎｊを有するＮ×Ｊテーブルであっても良い。Ｎは基地局１０４の合計数であり、Ｊは色の合計数であっても良い。パラメータＪはＫに等しく設定されても良い。つまり、１つの色は、利用可能なＰＲＢ毎に示されても良い。代替で、パラメータＪはＫ／ｖに等しく設定されても良い。つまり、１つの色は、ｖ個のＰＲＢ毎に示されても良い。１より大きいｖの値は、グラフ彩色の複雑性を低減し得るが、粗く柔軟性の少ないチャネル割り当ての生成を代償とする。基地局ｎが色ｊを割り当てられる場合、関連付けテーブル内のエントリａ_ｎｊは、１に設定されても良い。その他の場合、エントリａ_ｎｊは０に設定されても良い。

コストテーブルは、基地局ｎについて色ｊを用いるコストを表す実数値エントリｃ_ｎｊを有するＮ×Ｊテーブルであっても良い。コストは、色ｊを割り当てられた全ての他の基地局１０４からの干渉電力の和として定められても良い。エントリｃ_ｎｊは、式１１に開示されるように定められても良い。

式１１

方法４００は、ブロック４０４で係属しても良い。ブロック４０４で、最大和干渉を生じる基地局ｎ’が見付けられても良い。幾つかの実施形態では、これは、式１２に開示されるように最大の外向きエッジ重み和を有する基地局ｎ’を選択することを含んでも良い。

式１２

最大和干渉を生じる基地局を選択することは、選択された基地局ｎ’が基地局１０４のうちで最も厄介であると考えられるので、有利である。幾つかの実施形態では、１より多い基地局ｎ’が同じ最大外向きエッジ重み和を有する場合、最大値Ｍ_ｎを有する基地局ｎ’が選択され得る。

方法４００はブロック４０６で継続しても良い。ブロック４０６で、ブロック４０４で選択された基地局ｎ’について、

個の最低コストを有する色が選択されても良い。色は、式１３に開示のように決定されても良い。

式１３

幾つかの実施形態では、

より多くの色が同じ最小コストをもたらす場合、最も頻繁に用いられる色が選択される。最も頻繁に用いられる色は、関連付けテーブルから識別されても良い。最も頻繁に用いられる色を選択することは、あまり頻繁に用いられない色は通常、後続の基地局に対してより低いコストを有するより高い可能性を有するので、彩色処理で後続の基地局に少ない干渉しかもたらさない。

方法４００はブロック４０８で継続しても良い。ブロック４０８で、割り当てテーブル及びコストテーブルは更新される。割り当てテーブル及びコストテーブルは、通常、ブロック４０６で基地局ｎ’に割り当てられた色、つまりＰＲＢを反映するために更新される。ブロック４１０で、未彩色頂点の集合Ｖ‘は、集合から基地局ｎ’と関連付けられた頂点を削除することにより更新される。

ブロック４１２で、未彩色頂点の集合Ｖ‘は、集合が空か否かを決定するために調べられる。Ｖ‘が空の場合、つまり全ての頂点が彩色された場合、方法４００はブロック４１４に続く。しかしながら、Ｖ‘が空でない場合、つまり１又は複数の頂点が未だ彩色されていない場合、方法４００は、ブロック４０４に戻り新しい基地局ｎ’が選択され、次にブロック４０６で彩色される。

ブロック４１４で、停止基準が満たされるか否かが決定されても良い。停止基準が満たされる場合、方法４００はブロック４１６に続いても良い。停止基準が満たされない場合、方法４００はブロック４２０へ続き、未彩色頂点の集合Ｖ‘が再び全頂点の集合Ｖとして定められ、方法４００のブロック４０４―４１４が繰り返されても良い。ブロック４１４及び４２０により導入されるグラフ彩色の反復的アプローチは、グラフ彩色方法４００を強化しても良い。幾つかの実施形態では、方法４００は連続的方法で頂点の彩色を実行するので、彩色された基地局の、前に彩色された基地局のコストに及ぼす影響は考慮されない。これは、ブロック４０４で、基地局が生じる干渉量の降順で、基地局を彩色することにより軽減され得る。この連続的動作は、ブロック４０４−４１４を繰り返すことにより反復的アプローチにより強化される。停止基準は、最大反復数、再利用メトリックの定常状態値、等を含んでも良い。再利用メトリックは、基地局により引き起こされる相互干渉電力の合計量として定められても良い。

ブロック４１４で停止基準が満たされたとき、方法４００はブロック４１６に続いても良い。ブロック４１６で、任意の未使用色、つまり未割り当てＰＲＢは、基地局に分配されても良い。幾つかの実施形態では、未割り当てＰＲＢは、全ての基地局の関連する端末の要求レートに渡り、個々の基地局の関連する端末の要求レートの和に比例する量で、各基地局に分配されても良い。幾つかの実施形態では、次に、関連付けテーブルは、ブロック４１６で分配されたＰＲＢを含むよう更新されても良い。

方法４００は、ブロック４１８で、関連付けテーブルに従って、ＰＲＢの最終的な集合、つまりＭｎを各基地局に割り当てることにより終了する。幾つかの実施形態では、各基地局は、各ＰＲＢｋでの干渉基地局の集合、及び干渉基地局の集合の中の全ての干渉基地局からの平均干渉電力を提供されても良い。

再び図２を参照すると、基地局１０４は、方法４００の結果として割り当てられたＰＲＢの集合を受信しても良い２１０。

次に、基地局１０４ａは、基地局１０４ａに割り当てられた端末（図示しない）毎に、リソース及び電力割り当て２１２を実行しても良い。リソース及び電力割り当て２１２は、各端末へのリソース割り当てを微調整すること、及び認可スペクトルの中のリソースについてＰＲＢ毎に電力割り当てを実行することを含んでも良い。リソース及び電力割り当て２１２は、関連付けられた端末のための未認可スペクトルリソース割り当てを更に含んでも良い。認可及び未認可スペクトルの両方でのリソース割り当ては、端末のデータレート要件を満たすために及び端末間の公平性を達成するために、連帯して行われても良い。

中央制御部１０２は、通常、基地局１０４より長い時間尺度で、通常、グラフ彩色２０６を通じて粗分解能リソース割り当てを実行しても良い。リソース割り当ては、基地局測定値２０９及び／又は端末レポート２２０により提供される長期間干渉管理統計に基づいても良い。各基地局１０４に割り当てられたＰＲＢの集合２１０は、基地局１０４間の干渉制御とスペクトル再利用との間のトレードオフを達成するために割り当てられ、総システムスループットを向上させても良い。

比較すると、基地局１０４ａは、通常、中央制御部１０２より短い時間尺度で、リソース及び電力割り当て２１２を介して、認可及び未認可スペクトルの両方で、端末１１０への精細分解能リソース割り当てを実行しても良い。例えば、ＬＴＥ−Ａを用いる実施形態では、リソース割り当ては、通常、１ミリ秒（ｍｓ）に等しい伝送時間間隔（Transmission Time Interval：ＴＴＩ）毎に許されても良い。幾つかの実施形態では、中央制御部１０２は、数百ＴＴＩの時間尺度でグラフ彩色２０６及びリソース割り当てを実行しても良く、一方で、基地局１０４ａはＴＴＩ毎に又は数ＴＴＩ毎にリソース割り当て２１２を実行しても良い。

幾つかの実施形態では、端末間の公平性を保証するために、ブロック２１２で、基地局１０４ａは、式１４に記載される最大−最小公平性基準に従って、認可スペクトル割り当て、ＰＲＢ毎電力割り当て、及び未認可スペクトル割り当てを実行する。

式１４

式１４は、通常、基地局ｎに関連付けられた全ての端末のついて、達成レートの要求レートに対する最悪の比を最大化し得る。式１４ａから分かるように、達成レートは、認可スペクトル、未認可スペクトル、又は両者に渡り得られる。特定の端末の要求レートは、特定の端末の全ての接続についての要求レートの和として定められる。

式１４では、集合Ｉ_ｋは、各ＰＲＢｋでの干渉基地局の集合を表す。変数

は、集合Ｉ_ｋ内の全ての干渉基地局ｊから基地局ｎへのＰＲＢｋでの平均干渉電力を表す。変数

は、基地局ｎの中の端末ｉについてＰＲＢｋの時分割係数を表す。幾つかの実施形態では、基地局ｎは、ＰＲＢの一部分を端末に割り当てても良い。例えば、１又は複数の端末は、一部分の時間の間、ＰＲＢｋを割り当てられても良い。

式１４ｂは、集合Ｍ_ｎの中の全てのＰＲＢに渡り及び基地局ｎに関連付けられた全ての端末に渡り、ＰＲＢ毎の電力の和が基地局ｎの最大送信電力に制限されることを保証する。

式１４ｃは、基地局ｎの端末に割り当てられた未認可スペクトルレートの和が、基地局ｎにおける利用可能未認可スペクトルキャパシティにより上限を定められることを保証する。

式１４ｄは、ＰＲＢｋの全ての時分割の和が１に等しいことを保証する。

式１４ｅ、１４ｆは、

の範囲を定める。幾つかの実施形態では、端末により要求される接続ｃの間の各端末ｉ毎の認可スペクトルリソースの分配、つまり

は、基地局１０４ａの任意認可スペクトルスケジューラ２１８の中の精細分解能スケジューリングの中で達成されても良い。認可スペクトルリソースの分配は、式１４により計算されるように、各接続の要求レート、つまり

並びに各接続の割り当て未認可スペクトルレート、つまり

に依存しても良い。

有利なことに、式１４は、効率的に且つ簡易な方法で解ける凸型最適化問題である。しかしながら、幾つかの実施形態では、式１４は簡略化されても良い。例えば、

は、

に近似されても良い。ここで、

及び

は負荷推定２０４で得られる。

代替で又は追加で、式１４は、式２を参照して記載した分離簡略化と同様に、認可及び未認可スペクトルに渡るリソース割り当てを分離することにより簡略化されても良い。認可及び未認可スペクトルに渡るリソース割り当ての分離は、式１５に開示のように簡略化された問題をもたらす。有利なことに、式１５は、式１４より計算的に簡単に解ける線形計画問題である。

式１５

式１４及び式１５は、中央制御部１０２から基地局１０４へ送信された平均干渉情報を用いても良い。有利なことに、平均干渉情報は、実際の達成レートに比較的近い、個々の最適化問題からの達成レートをもたらし得る。しかしながら＜幾つかの実施形態では、平均干渉情報は、中央制御部１０２により基地局１０４へ送信されなくても良い。したがって、中央制御部１０２と基地局１０４との間の通信オーバヘッドが低減される。

幾つかの実施形態では、ＳＩＮＲとは対照的に、ＳＮＲが考慮されても良い。ＳＮＲが考慮されるとき、中央制御部１０２は、割り当てられたＰＲＢの集合のみを基地局１０４に送信し、中央制御部１０２と基地局１０４との間の通信オーバヘッドを低減しても良い。しかしながら、特に全ての端末の平均要求レートが比較的高く、干渉が無視すると決定するには大き過ぎる場合、性能は低下し得る。

干渉が無視される実施形態では、最適化問題は式１４として定式化できるが、干渉項、つまり

を有する。結果として得る式は、式１５と同様に更に簡略化され、式１６に開示される。有利なことに、式１６は、式１４より計算的に簡単に解ける線形計画問題である。

式１６

ブロック２１２でリソース及び電力分配を決定すると、基地局１０４ａはパケット分配２１４を実行しても良い。リソース及び電力分配２１２から各接続ｃ及び端末ｉのために定められる最適化変数

及び

は、通常、パケット分配２１４へ送信される。相応して、パケット分配２１４は、認可及び未認可スペクトルに渡り、ダウンリンクパケットを端末に分割しても良い。

各端末に割り当てられたＰＲＢの数、及びＴ_ｄにより示されるリソース割り当ての期間が与えられると、パケット分配２１４は、期間Ｔ_ｄで認可スペクトルで送信されるビット数を計算しても良い。さらに、パケット分配２１４は、端末への未認可スペクトルダウンリンクレート、つまり

を用いて、期間Ｔ_ｄで未認可スペクトルで送信されるビット数を計算しても良い。

認可及び未認可スペクトルで送信されるビット数が与えられると、認可及び未認可スペクトルの間でパケットを分けるために、単純なスケジューリング技術が適用できる。例えば、パケット分配２１４は、各端末について、仮想バケツ対を有しても良い。バケツは、通常、従来のトークンバケツデータレート監視技術で用いられるバケツに対応しても良い。一方のバケツは認可スペクトルに関連付けられても良く、他方のバケツは未認可スペクトルに関連付けられても良い。端末ｉのダウンリンクパケットを受信すると、パケット分配２１４は、認可スペクトルレートと、未認可スペクトルレートと、及びバケツにより追跡されるときスペクトルで送信された累積ビット数との比に基づき、パケットを認可及び／又は未認可スペクトルに比例して割り当てても良く幾つかの実施形態では、バケツは、期間Ｔ_ｄの始めにリセットされても良い。例えば、バケツは、バケツが期間Ｔ_ｄの始めに空であるように、リセットされても良い。

未認可スペクトルスケジューラ２１６はパケット分配２１４からパケットを、並びに図１を参照して記載したように通常、装置１１２に対応する装置（図示しない）へのパケットを受信しても良い。未認可スペクトルスケジューラ２１６は、未認可スペクトルでの競合のためにパケットを多重化しても良い。未認可スペクトルスケジューラ２１６は、未認可スペクトルに関する情報２２２を、リソース及び電力割り当て２１２に提供しても良い。例えば、未認可スペクトルスケジューラが大きなビジー期間を経験する場合、提供された情報２２２は、リソース及び電力割り当て２１２に、本願明細書に記載の１又は複数の式を用いて又は特定の他の方法により、未認可スペクトルトラフィックを減少させても良い。

任意の認可スペクトルスケジューラ２１８は、追加スケジューリング要件を管理しても良い。例えば、ＬＴＥを用いる実施形態では、認可スペクトルスケジューラ２１８は、ＨＡＲＱ（hybrid automatic repeat request）誤り訂正スケジューリングに対応しても良い。他の実施形態では、認可スペクトルスケジューリング２１８は、他の誤り検査及び／又はスケジューリング機能に対応しても良い。

認可スペクトルスケジューラ２１８は、パケット分配２１４からパケットを受信し、従来の認可スペクトルスケジューリングメカニズムを適用しても良い。例えば、認可スペクトルスケジューラ２１８は、チャネルの変化する特性、端末のアップリンクＣＱＩレポート、及び／又は端末からの肯定応答（ＡＣＫ）若しくは否定応答（ＮＡＫ）フィードバックを考慮に入れるスケジューリングメカニズムに従って、ダウンリンクパケットをスケジューリングしても良い。

認可スペクトルスケジューラ２１８は、リソース及び電力割り当て２１２よりも頻繁に実行し、よりチャネル状態に適応した良好なスケジューリング分解能を助けても良い。

図５は、無線リソースを制御する例示的な方法５００のフローチャートである。幾つかの実施形態では、方法５００は、図１の基地局１０４のような基地局により実行されても良い。方法は、ブロック５０２で、認可無線スペクトルを介して複数の端末と通信することにより、開始しても良い。端末は、通常、図１を参照して記載した端末１１０に対応しても良い。認可無線スペクトルは、通常、図１を参照して記載した認可スペクトルに対応しても良い。認可無線スペクトルを介した複数の端末との通信は、アップリンク及び／又はダウンリンク通信を含んでも良い。

方法５００は、ブロック５０４で継続し、未認可無線スペクトルを介して複数の端末と通信するステップを含んでも良い。未認可無線スペクトルは、通常、図１を参照して記載した未認可スペクトルに対応しても良い。未認可無線スペクトルを介した複数の端末との通信は、アップリンク及び／又はダウンリンク通信を含んでも良い。

方法５００は、ブロック５０６で継続し、中央制御部から、認可無線スペクトルに関連付けられた割り当てられた物理リソースブロックの集合を含む認可無線スペクトル割り当てを受信するステップを含んでも良い。中央制御部は、通常、図１及び２を参照して記載した中央制御部１０２に対応しても良い。割り当てられた物理リソースブロックは、通常、図２を参照して記載したような割り当てられたＰＲＢの集合、つまりＭ_ｎに対応しても良い。

方法５００は、ブロック５０８で継続し、未認可無線スペクトルリソース及び認可スペクトル物理リソースブロックを複数の端末の間で割り当てるステップを含んでも良い。未認可無線スペクトルリソース及び認可スペクトル物理リソースブロックを複数の端末の間に割り当てるステップは、通常、図２を参照して記載したリソース及び電力割り当て２１２に対応しても良い。

幾つかの実施形態では、方法５００は、認可無線スペクトル及び未認可無線スペクトルの両方について、複数の端末により所望される無線リソースを推定するステップを更に含んでも良い。認可無線スペクトル及び未認可無線スペクトルの両方について、複数の端末により所望される無線リソースを推定するステップは、通常、図２を参照して記載した負荷推定２０４に対応しても良い。幾つかの実施形態では、認可無線スペクトル及び未認可無線スペクトルの両方について、複数の端末により所望される無線リソースは、未認可無線スペクトルレートの推定を認可無線スペクトルレートから分離することにより少なくとも部分的に推定されても良い。幾つかの実施形態では、認可無線スペクトル及び未認可無線スペクトルの両方について、複数の端末により所望される無線リソースは、複数の端末のレート要件を満たす物理リソースブロックの最小数を決定することにより少なくとも部分的に推定されても良い。

さらに、方法５００は、中央制御部へ、推定した、認可無線スペクトルについて複数の端末により所望される無線リソースを送信するステップを含んでも良い。中央制御部へ、推定した、認可無線スペクトルについて複数の端末により所望される無線リソースを送信するステップは、通常、図２を参照して記載した中央制御部１０２への負荷推定の出力２０７に対応しても良い。

幾つかの実施形態では、方法５００は、複数の端末のうちの１つの端末へ通信されるべきパケットを、認可無線スペクトルと未認可無線スペクトルとの間で分配するステップを更に含んでも良い。パケットを分配するステップは、通常、図２を参照して記載したパケット分配２１４に対応しても良い。幾つかの実施形態では、未認可無線スペクトルを介して通信されるパケットは、未認可スペクトルスケジューラに分配され、認可無線スペクトルを介して通信されるパケットは、認可スペクトルスケジューラへ分配される。未認可スペクトルスケジューラ及び認可スペクトルスケジューラは、通常、それぞれ図２を参照して記載した未認可スペクトルスケジューラ２１６及び認可スペクトルスケジューラ２１８に対応しても良い。

本願明細書に記載した実施形態は、以下に更に詳細に議論するように、種々のコンピュータハードウェア又はソフトウェアモジュールを備えた特定用途又は汎用コンピュータの使用を含み得る。

本願明細書に記載した実施形態は、コンピュータにより実行可能な命令又はデータ構造を伝える又は格納しているコンピュータ可読媒体を用いて実施され得る。このようなコンピュータ可読媒体は、汎用又は特定目的コンピュータによりアクセスできる利用可能な媒体であり得る。例として且つ限定ではなく、このようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、フラッシュメモリ装置（例えば、固体メモリ素子）を含む非一時的コンピュータ可読記憶媒体、又はコンピュータにより実行可能な命令若しくはデータ構造の形式で所望のプログラムコード手段を伝える若しくは格納するために用いられ汎用若しくは特定目的コンピュータによりアクセス可能な他の媒体を有し得る。上述の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲に包含され得る。

コンピュータにより実行可能な命令は、例えば、汎用コンピュータ、特定目的コンピュータ又は特定目的処理装置に特定の機能又は機能グループを実行させる命令及びデータを有する。本発明の主題は構造的特徴及び／又は方法論的動作に特有の言葉で記載されたが、本発明の主題は、特許請求の範囲に定められる上述の特定の特徴又は動作に限定されないことが理解されるべきである。むしろ、上述の特定の特徴及び動作は、特許請求の範囲の実施の例示的携帯として開示されたものである。

本願明細書で用いられるように、用語「モジュール」又は「コンポーネント」は、コンピューティングシステムで実行されるソフトウェアオブジェクト又はルーチンを表し得る。本願明細書に記載されたのと異なるコンポーネント、モジュール、エンジン及びサービスは、（例えば、別個のスレッドとして）コンピューティングシステムで実行されるオブジェクト又は処理として実施されても良い。本願明細書に記載されたシステム及び方法の幾つかはソフトウェアで実施されるとして記載されたが、ハードウェアによる実装又はソフトウェアとハードウェアの組合せも、可能であり想定される。この説明では、「コンピュータエンティティ」は、本願明細書で先に定められたようにコンピューティングシステム、又はコンピューティングシステムで実行されるモジュール若しくはモジュールの組合せであっても良い。

本願明細書に記載された全ての例及び条件文は、教育上の目的で、読者が本発明の原理及び発明者により考案された概念を理解するのを助け、技術を促進させるためであり、これらの特に記載された例及び条件に限定されないものと考えられるべきである。本発明の実施形態が詳細に記載されたが、種々の変更、置換及び修正が本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われうることが理解されるべきである。

１００ 通信システム
１０２ 中央制御部
１０４ 基地局１〜Ｎ
１０５ インタフェース
１０６ 認可スペクトルインタフェース
１０７ プロセッサ
１０８ 未認可スペクトルインタフェース
１０９ メモリ
１１０ 端末１_１〜端末Ｓ_Ｎ
１１２ 装置１_１〜装置Ｗ_Ｎ
１１４ 干渉
２０４ 負荷推定
２０５ レート要件
２０６ グラフ彩色
２０８ 干渉グラフ構築
２０９ 基地局測定値
２１２ リソース＆電力割り当て
２１４ パケット分配
２１６ 未認可スペクトルスケジューラ
２１８ 認可スペクトルスケジューラ
２２０ 端末レポート

Claims (14)

1. 認可無線スペクトルを介して複数の端末と通信するよう構成される第１のインタフェースと、
   未認可無線スペクトルを介して前記複数の端末と通信するよう構成される第２のインタフェースと、
   中央制御部から、前記認可無線スペクトルに関連付けられた割り当てられた物理リソースブロックの集合を含む認可無線スペクトル割り当てを受信するよう構成される第３のインタフェースと、
   前記複数の端末の間で、未認可無線スペクトルリソースと前記物理リソースブロックを割り当てるよう構成される割り当て部と、
   前記認可無線スペクトル及び前記未認可無線スペクトルの両方について前記複数の端末により所望される無線リソースを推定するよう構成される推定部と、
   を有し、
   前記第３のインタフェースは、前記中央制御部へ、前記の推定された前記認可無線スペクトルについて前記複数の端末により所望される無線リソースを送信するよう更に構成される、
   基地局。
2. 前記推定部は、少なくとも部分的に、未認可無線スペクトルレートの推定を認可無線スペクトルレートから分離することにより、前記認可無線スペクトル及び前記未認可無線スペクトルの両方について前記複数の端末により所望される無線リソースを推定するよう更に構成される、請求項１に記載の基地局。
3. 前記推定部は、少なくとも部分的に、前記複数の端末のレート要件を満たす物理リソースブロックの最小数を決定することにより、前記認可無線スペクトル及び前記未認可無線スペクトルの両方について前記複数の端末により所望される無線リソースを推定するよう更に構成される、請求項１に記載の基地局。
4. 前記割り当て部は、全ての端末について接続毎にトラフィック種類に基づき、ＱｏＳ（Quality of Service）保証を有する前記未認可無線スペクトルリソース及び前記物理リソースブロックを割り当てるよう更に構成される、請求項１に記載の基地局。
5. 前記複数の端末のうちの１つの端末に、通信されるパケットを分配するよう構成される分配部を有し、
   前記分配部は、前記認可無線スペクトルと前記未認可無線スペクトルとの間で前記パケットを分配するよう更に構成され、
   前記未認可無線スペクトルを介して通信される前記パケットは、未認可スペクトルスケジューラに分配され、前記認可無線スペクトルを介して通信されるパケットは、認可スペクトルスケジューラに分配される、請求項１に記載の基地局。
6. 通信システム内の無線リソースを制御する動作を実行するために処理装置により実行可能なコンピュータ命令を格納した非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記動作は、
   認可無線スペクトルを介して複数の端末と通信するステップと、
   未認可無線スペクトルを介して前記複数の端末と通信するステップと、
   中央制御部から、前記認可無線スペクトルに関連付けられた割り当てられた物理リソースブロックの集合を含む認可無線スペクトル割り当てを受信するステップと、
   前記複数の端末の間で未認可無線スペクトルリソース及び前記物理リソースブロックを割り当てるステップと、
   前記認可無線スペクトル及び前記未認可無線スペクトルの両方について、前記複数の端末により所望される無線リソースを推定するステップと、
   前記中央制御部へ、前記の推定された、前記認可無線スペクトルについて前記複数の端末により所望される無線リソースを送信するステップと、
   を有する、非一時的コンピュータ可読媒体。
7. 前記認可無線スペクトル及び前記未認可無線スペクトルの両方について前記複数の端末により所望される無線リソースは、少なくとも部分的に、未認可無線スペクトルレートの推定を認可無線スペクトルレートから分離することにより推定される、請求項６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
8. 前記認可無線スペクトル及び前記未認可無線スペクトルの両方について前記複数の端末により所望される無線リソースは、少なくとも部分的に、前記複数の端末のレート要件を満たす物理的リソースブロックの最小数を決定することにより推定される、請求項６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
9. 前記未認可無線スペクトルリソース及び前記物理リソースブロックは、全ての端末の各接続のトラフィック種類に基づきＱｏＳ（Quality of Service）保証を有し割り当てられる、請求項６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
10. 前記動作は、前記複数の端末のうちの１つの端末へ通信されるパケットを、前記認可無線スペクトルと前記未認可無線スペクトルとの間で分配するステップを更に有し、前記未認可無線スペクトルを介して通信されるパケットは、未認可スペクトルスケジューラに分配され、前記認可無線スペクトルを介して通信されるパケットは、認可スペクトルスケジューラに分配される、請求項６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
11. 無線リソースを制御する方法であって、
    認可無線スペクトルを介して複数の端末と通信するステップと、
    未認可無線スペクトルを介して前記複数の端末と通信するステップと、
    中央制御部から、前記認可無線スペクトルに関連付けられた割り当てられた物理リソースブロックの集合を含む認可無線スペクトル割り当てを受信するステップと、
    前記複数の端末の間で、未認可無線スペクトルリソース及び前記物理リソースブロックを割り当てるステップと、
    前記認可無線スペクトル及び前記未認可無線スペクトルの両方について、前記複数の端末により所望される無線リソースを推定するステップと、
    前記中央制御部へ、前記の推定された、前記認可無線スペクトルについて前記複数の端末により所望される無線リソースを送信するステップと、
    を有する方法。
12. 前記認可無線スペクトル及び前記未認可無線スペクトルの両方について前記複数の端末により所望される無線リソースは、少なくとも部分的に、未認可無線スペクトルレートの推定を認可無線スペクトルレートから分離することにより推定される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記認可無線スペクトル及び前記未認可無線スペクトルの両方について前記複数の端末により所望される無線リソースは、少なくとも部分的に、前記複数の端末のレート要件を満たす物理的リソースブロックの最小数を決定することにより推定される、請求項１１に記載の方法。
14. 前記方法は、前記複数の端末のうちの１つの端末へ通信されるパケットを、前記認可無線スペクトルと前記未認可無線スペクトルとの間で分配するステップを更に有し、前記未認可無線スペクトルを介して通信されるパケットは、未認可スペクトルスケジューラに分配され、前記認可無線スペクトルを介して通信されるパケットは、認可スペクトルスケジューラに分配される、請求項１１に記載の方法。

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