JP5831590B2 - 通信制御方法、通信システム、および管理サーバ - Google Patents

Description

本発明は、通信制御方法、通信システム、および管理サーバに関する。

近日、次世代の通信ネットワークとして、ヘテロジニアスネットワークが提案されている。このヘテロジニアスネットワークは、マクロセル内で、複数種類の中小規模基地局が、アンダーレイ送信またはスペクトラムシェアリングを行うことにより共存するネットワークである。中小規模基地局としては、ＲＲＨ（Ｒｅｍｏｔｅ ＲａｄｉｏＨｅａｄ）セル基地局、ホットゾーン基地局（Ｐｉｃｏ／ｍｉｃｒｏ ｃｅｌｌ ｅＮＢ）、フェムトセル基地局（Ｈｏｍｅ ｅＮＢ）、および中継装置（リレー基地局）などがあげられる。

このようなヘテロジニアスネットワークにおいては、例えば、マクロセル基地局とフェムトセル基地局など、異なる基地局が同一の周波数の利用する場合に、干渉の発生によりエリアキャパシティの向上が阻害されてしまうことが懸念される。この点に関し、例えば特許文献１および特許文献２には、異なる送信装置間の干渉問題を改善するための技術が開示されている。

特開２００９−１５９４５２号公報 特表２００９−５４２０４３号公報

ここで、受信装置および送信装置からなる第１のネットワーク、および第２のネットワークが存在し、第１のネットワークが第２のネットワークから干渉を受けている場合を考える。この場合、例えば、第１のネットワークの送信装置の送信電力を増加させることにより、第１のネットワークの受信装置における受信品質を向上させることができる。

しかし、第１のネットワークの送信装置の送信電力を増加させると、第１のネットワークが第２のネットワークに与える干渉量が増加してしまう。したがって、一のローカルなネットワークにおける送信電力を一方的に増加させるのみでは、ネットワーク全体のキャパシティの総和を増加させることが困難であった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、異なるネットワークの各々の送信装置の送信パラメータをネットワーク間で協調して制御することによりネットワーク全体のキャパシティの総和を増加させることが可能な、新規かつ改良された通信制御方法、通信システム、および管理サーバを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第１の送信装置および第１の受信装置と、前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を利用する第２の送信装置および第２の受信装置と、からなる通信システムにおける、前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出するステップと；前記受信品質に基づいて前記第１の受信装置における干渉許容量を算出するステップと；前記第１の受信装置における干渉許容量が確保されるように前記第１の送信装置の送信パラメータを設定するステップと；前記第１の受信装置に前記第２の送信装置が与える干渉が、前記第１の受信装置における干渉許容量の範囲内になるよう、前記第２の送信装置の送信電力を設定するステップと；を含む、通信制御方法が提供される。

前記第１の受信装置における干渉許容量を算出するステップは、所定の上限値を上回らない範囲で前記第１の受信装置における干渉許容量を算出するステップであってもよい。

前記第１の送信装置の前記送信パラメータを設定するステップは、前記第１の受信装置における干渉許容量が確保されるように前記第１の送信装置の送信電力を変化させるステップであってもよい。

前記第１の送信装置の前記送信パラメータを設定するステップは、前記第１の受信装置における干渉許容量が確保されるように前記第１の送信装置の送信レートを変化させるステップであってもよい。

前記第１の送信装置の前記送信パラメータを設定するステップは、前記第１の受信装置における干渉許容量が確保されるように、前記第１の送信装置の送信電力の変化量、および前記第１の送信装置の送信レートの変化量を設定するステップであってもよい。

前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出するステップは、前記第２の受信装置の所要ＳＩＮＲに基づいて前記受信品質を算出することを含んでもよい。

前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出するステップは、前記第２の受信装置の実際のＳＩＮＲに基づいて前記受信品質を算出することを含んでもよい。

前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出するステップは、前記第２の受信品質に望まれる受信品質の変化レベルを前記受信品質として算出することを含んでもよい。

前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出するステップは、前記第２の受信装置の所要ＳＩＮＲと、前記第１の受信装置の実際のＳＩＮＲとの比率を前記変化レベルとして算出することを含んでもよい。

前記第１の受信装置における干渉許容量を算出するステップは、前記受信品質を実現するために必要な前記第１の受信装置における干渉許容量の変化分を演算し、演算により得られた干渉許容量の変化分を限度として、前記第１の送信装置が確保可能な前記第１の受信装置における干渉許容量の変化分を決定するステップであってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第１の送信装置および第１の受信装置による通信を管理する第１の管理サーバと；前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を利用する第２の送信装置および第２の受信装置による通信を管理する第２の管理サーバと；を備え、前記第２の管理サーバは、前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出する算出部と；前記第１の受信装置に前記第２の送信装置が与える干渉が、前記受信品質に基づいて前記第１の管理サーバにより算出される前記第１の受信装置における干渉許容量の範囲内になるよう、前記第２の送信装置の送信電力を設定する送信電力設定部と；を有し、前記第１の管理サーバは、前記第２の管理サーバにより算出された前記第２の受信装置に望まれる受信品質に基づいて前記第１の受信装置における干渉許容量を算出する干渉許容量算出部と；前記第１の受信装置における干渉許容量が確保されるように前記第１の送信装置の送信パラメータを設定する送信パラメータ設定部と；を有する、通信システムが提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第１の送信装置および第１の受信装置による通信を管理する他の管理サーバと通信する通信部と；前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を利用する第２の送信装置および第２の受信装置による通信を制御する通信制御部と；前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出する算出部と；前記第１の受信装置に前記第２の送信装置が与える干渉が、前記受信品質に基づいて前記他の管理サーバにより算出される前記第１の受信装置における干渉許容量の範囲内になるよう、前記第２の送信装置の送信電力を設定する送信電力設定部と；を備える、管理サーバが提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第１の送信装置および第１の受信装置による通信を制御する通信制御部と；前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を利用する第２の送信装置および第２の受信装置による通信を管理する他の管理サーバと通信する通信部と；前記他の管理サーバにより算出される前記第２の受信装置に望まれる受信品質に基づいて前記第１の受信装置における干渉許容量を算出する干渉許容量算出部と；前記第１の受信装置における干渉許容量が確保されるように前記第１の送信装置の送信パラメータを設定する送信パラメータ設定部と；を備える、管理サーバが提供される。

以上説明したように本発明によれば、異なるネットワークの各々の送信装置の送信パラメータをネットワーク間で協調して制御することによりネットワーク全体のキャパシティの総和を増加させることができる。

ヘテロジニアスネットワークの構成例を示した説明図である。 各中小規模基地局の概要を示した説明図である。 本発明の実施形態による通信システムの構成例を示した説明図である。 管理サーバの構成を示した機能ブロック図である。 通信システムにおける全体動作を示したシーケンス図である。 第２の受信装置２０に望まれる受信品質の向上レベルＭｒｅｑおよび第１の受信装置２０Ａにおける干渉許容量Ｍ’の関係を示した説明図である。 送信電力制御により干渉許容量Ｍ’を確保する場合の干渉許容量Ｍ’と平均通信容量の関係を示した説明図である。 送信レート制御により干渉許容量Ｍ’を確保する場合の干渉許容量Ｍ’と平均通信容量の関係を示した説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じて通信端末２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、通信端末２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単に通信端末２０と称する。

また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．ヘテロジニアスネットワークの構成例
２．本発明の実施形態の概要
３．本発明の実施形態による動作の詳細な説明
３−１．受信品質向上の要否判断（ステップ１）
３−２．受信品質向上レベルの期待値Ｍｒｅｑの算出（ステップ２）
３−３．干渉許容量Ｍの算出（ステップ３）
３−４．干渉許容量Ｍに基づく送信電力の制御（ステップ４）
４．数値解析結果の示す本発明の実施形態の効果
５．補足
６．まとめ

＜１．ヘテロジニアスネットワークの構成例＞
本発明の実施形態は、例えば、複数のローカルなネットワークが同一の周波数を利用して共存する通信システムに適用可能である。このような通信システムの一例として、ヘテロジニアスネットワークが挙げられる。

ヘテロジニアスネットワークは、マクロセル内で、複数種類の中小規模基地局が、アンダーレイ送信またはスペクトラムシェアリングを行うことにより共存するネットワークである。中小規模基地局としては、ＲＲＨ（Ｒｅｍｏｔｅ ＲａｄｉｏＨｅａｄ）セル基地局、ホットゾーン基地局（Ｐｉｃｏ／ｍｉｃｒｏ ｃｅｌｌ ｅＮＢ）、フェムトセル基地局（Ｈｏｍｅ ｅＮＢ）、および中継装置（リレー基地局）などがあげられる。なお、アンダーレイ送信は、互いの通信リンクに干渉を及ぼす範囲に存在する送受信機が、同一の周波数チャネルを用いて通信を行う送信形態のことである。アンダーレイ送信により周波数を二次利用する側の送信機は、一次利用者の通信リンクにとって致命的な干渉とならないように、与干渉レベルを調整する必要がある。以下、ヘテロジニアスネットワークの構成を具体的に説明する。

図１は、ヘテロジニアスネットワークの構成例を示した説明図である。図１に示したように、ヘテロジニアスネットワークは、マクロセル基地局１０（基地局１０と同義）と、中継装置３０と、ホットゾーン基地局３１と、フェムトセル基地局３２と、ＲＲＨセル基地局３３と、管理サーバ１６Ａおよび１６Ｂと、を備える。

管理サーバ１６Ａは、マクロセル基地局１０が形成するセルの状態を示す管理情報をマクロセル基地局１０から受信し、この管理情報に基づいてマクロセル基地局１０が形成するセルにおける通信を制御する。同様に、管理サーバ１６Ｂは、フェムトセル基地局３２が形成するセルの状態を示す管理情報をフェムトセル基地局３２から受信し、この管理情報に基づいてフェムトセル基地局３２が形成するセルにおける通信を制御する。また、管理サーバ１６Ａおよび１６Ｂは、マクロセル基地局１０および中小規模基地局が協調して動作するための機能を有する。なお、管理サーバ１６の機能は、マクロセル基地局１０またはいずれかの中小規模基地局に実装されていてもよい。

マクロセル基地局１０は、マクロセル内に存在する中小規模基地局３０および通信端末２０のスケジューリング情報を管理し、このスケジューリング情報に従って中小規模基地局３０および通信端末２０と通信することができる。

ホットゾーン基地局３１（ピコセル基地局、ミクロセル基地局）は、最大送信電力がマクロセル基地局１０より小さく、マクロセル基地局１０とはコアネットワークのＸ２やＳ１などのインタフェースを用いて通信する。なお、ホットゾーン基地局３１は、どの通信端末２０からもアクセス可能なＯＳＧ（Ｏｐｅｎ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｇｒｏｕｐ）を形成する。

フェムトセル基地局３２は、最大送信電力がマクロセル基地局１０より小さく、マクロセル基地局１０とはＡＤＳＬなどのパケット交換ネットワークを用いて通信する。または、フェムトセル基地局３２は、無線リンクによりマクロセル基地局１０と通信することも可能である。なお、フェムトセル基地局３２は、限られた通信端末２０からしかアクセスできないＣＳＧ（Ｃｌｏｓｅｄ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｇｒｏｕｐ）を形成する。

ＲＲＨセル基地局３３は、マクロセル基地局１０と光ファイバで接続されている。このため、マクロセル基地局１０は、地理的に異なる場所に配置されたＲＲＨセル基地局３３Ａおよび３３Ｂに光ファイバを介して信号を伝送し、ＲＲＨセル基地局３３Ａおよび３３Ｂから信号を無線送信させることができる。例えば、通信端末２０の位置に近いＲＲＨセル基地局３３のみを利用することも可能である。なお、制御系の機能はマクロセル基地局１０に実装されており、通信端末２０の分布に応じて、最適な送信形態を選択する。

以上説明した各中小規模基地局の概要を図２にまとめた。これらホットゾーン基地局３１やフェムトセル基地局３２などの中小規模基地局は、マクロセル基地局１０が利用する周波数を二次利用することにより、キャパシティの総和を増加させることができる。

ここで、フェムトセル基地局３２の送信電力を増加させれば、通信端末２０Ｄの受信品質を向上することができる。しかし、フェムトセル基地局３２の送信電力を増加させると、フェムトセル基地局３２がマクロセル内の他の通信に与える干渉量が増加してしまう。したがって、単にフェムトセル基地局３２の送信電力を一方的に増加させるのみでは、マクロセル全体におけるキャパシティの総和を増加させることが困難であった。

そこで、上記実情を一着眼点にして本発明の実施形態を創作するに至った。本発明の実施形態によれば、異なるネットワークの各々の送信装置（例えば、マクロセル基地局１０とフェムトセル基地局３２）の送信パラメータをネットワーク間で協調して制御することによりネットワーク全体のキャパシティの総和を増加させることが可能である。以下、このような本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜２．本発明の実施形態の概要＞
まず、図３を参照し、例えば上述したヘテロジニアスネットワークに適用可能な、本発明の実施形態による通信システム１の構成を説明する。

図３は、本発明の実施形態による通信システム１の構成例を示した説明図である。図３に示したように、本発明の実施形態による通信システム１は、管理サーバ１６Ａ（第１の管理サーバ）と、管理サーバ１６Ｂ（第２の管理サーバ）と、受信装置２０Ａ（第１の受信装置）、受信装置２０Ｂ（第２の受信装置）と、送信装置４０Ａ（第１の送信装置）と、送信装置４０Ｂ（第２の送信装置）と、を備える。ここで、受信装置２０Ａおよび受信装置２０Ｂは例えば図１に示した各通信端末２０に対応し、送信装置４０Ａは例えば図１に示したマクロセル基地局１０に対応し、送信装置４０Ｂは例えば図１に示したフェムトセル基地局３２に対応する。

管理サーバ１６Ａは、送信装置４０Ａおよび受信装置２０Ａによる通信を制御して第１の通信サービスを実現し、管理サーバ１６Ｂは、送信装置４０Ａと同一の周波数を二次利用する送信装置４０Ｂおよび受信装置２０Ｂによる通信を制御して第２の通信サービスを実現する。

このような通信システム１においては、図３に示したように、送信装置４０Ａから送信された無線信号は通信端末２０Ｂにおいて干渉波として作用し、送信装置４０Ｂから送信された無線信号は通信端末２０Ａにおいて干渉波として作用してしまう。このため、送信装置４０Ａおよび４０Ｂによる送信パラメータを適切に制御し、受信装置４０Ａおよび４０ＢにおけるＳＩＮＲの最適化を図ることが重要である。以下、図４および図５を参照して通信システム１における全体動作を概略的に説明した後、「３．本発明の実施形態による動作の詳細な説明」で各動作を詳細に説明する。

図４は、管理サーバ１６Ａおよび１６Ｂの構成を示した機能ブロック図である。図４に示したように、管理サーバ１６Ａは、ネットワーク通信部１１０と、干渉許容量算出部１２０と、送信パラメータ設定部１３０と、通信制御部１４０と、を備える。また、管理サーバ１６Ｂは、ネットワーク通信部２１０と、期待値算出部２２０（向上レベル算出部）と、送信電力設定部２３０と、通信制御部２４０と、を備える。管理サーバ１６Ａのネットワーク通信部１１０は、管理サーバ１６Ｂおよび送信装置４０Ａと通信するためのインタフェースであり、管理サーバ１６Ｂのネットワーク通信部２１０は、管理サーバ１６Ａおよび送信装置４０Ｂと通信するためのインタフェースである。他の構成については、以下に図５を参照して説明する通信システム１における全体動作と併せて説明する。

図５は、通信システム１における全体動作を示したシーケンス図である。図５に示したように、通信システム１における全体動作は、以下のステップ１〜ステップ４で構成される。

ステップ１：
管理サーバ１６Ｂの期待値算出部２２０が、受信装置２０Ｂの受信品質の向上が必要であるか否かを判断する。受信装置２０Ｂの受信品質の向上が必要であれば、ステップ２以降の動作が行われる。

ステップ２：
管理サーバ１６Ｂの期待値算出部２２０が、受信装置２０Ｂに望まれる受信品質の向上レベルＭｒｅｑを算出する。そして、Ｍｒｅｑを管理サーバ１６Ａに通知する。なお、当該処理は、管理サーバ１６Ａと１６Ｂが協調動作するための協調動作マネージャにより行われてもよい。ステップ３以降の処理も同様である。

ステップ３：
管理サーバ１６Ａの干渉許容量算出部２２０が、Ｍｒｅｑを実現するために必要な受信装置２０Ａにおける理想的な干渉許容量Ｍ’を算出し、干渉許容量Ｍ’から実際に適用する干渉許容量Ｍ（あるいは、干渉許容量の増分Ｍ）を決定する。そして、送信パラメータ設定部１３０が、受信装置２０Ａにおいて干渉許容量Ｍが確保されるように送信装置４０Ａの送信パラメータ（送信電力または送信レート）を設定する。また、受信装置２０Ａにおける干渉許容量Ｍを管理サーバ１６Ｂに通知する。

ステップ４：
管理サーバ１６Ｂの送信電力設定部１３０が、管理サーバ１６Ａにより決定された干渉許容量Ｍに従い、送信装置４０Ｂの送信電力を設定する。

なお、上記の各ステップを行う主体は特に限定されない。例えば、上記の各ステップを行う主体に、送信装置４０Ａまたは送信装置４０Ｂなどが含まれてもよいし、管理サーバ１６Ａまたは管理サーバ１６Ｂが含まれなくてもよい。より詳細には、上記の第１のステップ、第２のステップ、および第４のステップを送信装置４０Ｂが行い、上記の第３のステップを送信装置４０Ａが行ってもよい。さらに、上記の全てのステップを管理サーバ１６Ａ、管理サーバ１６Ｂ、送信装置４０Ａ、または送信装置４０Ｂのいずれかが行ってもよい。

＜３．本発明の実施形態による動作の詳細な説明＞
以下、上述したステップ１〜ステップ４の各々を詳細に説明する。

（３−１．受信品質向上の要否判断（ステップ１））
管理サーバ１６Ｂの期待値算出部２２０は、例えば、以下の場合に受信装置２０Ｂの受信品質の向上が必要であると判断する。

ケースＡ：受信装置２０Ｂの実際の受信品質（ＳＩＮＲ＿ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）が、受信装置２０Ｂに要求される所要ＳＩＮＲ（ＳＩＮＲ＿ｒｅｑｕｉｒｅｄ，ｓｅｃｏｎａｒｙ）を下回っている場合。すなわち、下記の数式１が満たされる場合。

ケースＢ：管理サーバ１６Ｂの管理下に複数の受信装置２０Ｂが存在し、複数の受信装置２０Ｂの各々の受信品質（ＳＩＮＲ＿ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）が、各受信装置２０Ｂに要求される所要ＳＩＮＲ（ＳＩＮＲ＿ｒｅｑｕｉｒｅｄ，ｓｅｃｏｎａｒｙ）を下回っている場合。すなわち、下記の数式２が満たされる場合。なお、数式２における添え字ｉは、管理サーバ１６Ｂが管理するｉ番目の受信装置２０Ｂの通信リンクを意味する。

ケースＣ：
ある通信範囲で、一定レベル以上の平均ＳＩＮＲが必要であり（たとえば、ＱｏＳ保証が必要な動画像伝送などの特定のアプリケーションの通信が期待される）、管理サーバ１６Ｂが管理するネットワークのキャパシティ（Ｃ＿ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）が足りず、下記の数式３のようにキャパシティの向上（Ｍ倍）が期待される場合。

（３−２．受信品質向上レベルの期待値Ｍｒｅｑの算出（ステップ２））
管理サーバ１６Ｂの期待値算出部２２０は、例えば以下に示す方法により受信装置２０Ｂに望まれる受信品質の向上レベルＭｒｅｑを算出する。そして、管理サーバ１６Ｂのネットワーク通信部２１０が、期待値算出部２２０により算出されたＭｒｅｑを管理サーバ１６Ａに通知する。

ケースＡ：期待値算出部２２０は、以下の数式４に示すように、ＳＩＮＲ＿ｓｅｃｏｎｄａｒｙとＳＩＮＲ＿ｒｅｑｕｉｒｅｄ，ｓｅｃｏｄａｒｙとの比率をＭｒｅｑとして算出する。

ケースＢ：期待値算出部２２０は、以下の数式５に示すように、各通信リンクについて受信品質の向上レベルＭｒｅqを算出する。

ケースＣ：キャパシティＣとＳＩＮＲの関係は一般的に以下の数式６のように表わされるので、数式７に従って所要ＳＩＮＲ＿ｒｅｑｕｉｒｅｄ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙを算出することができる。期待値算出部２２０は、この所要ＳＩＮＲ＿ｒｅｑｕｉｒｅｄ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙを用い、数式４または５に従ってＭｒｅｑを算出することができる。

（３−３．干渉許容量Ｍの算出（ステップ３））
管理サーバ１６Ａの干渉許容量算出部１２０は、まず、管理サーバ１６Ｂから通知されるＭｒｅｑを実現できるように、受信装置２０Ａにおける干渉許容量Ｍ’を以下の方法により算出する。

・ケースＡ：干渉許容量の算出対象がシングルリンクの場合
方法Ａ−１：送信電力制御による干渉許容量Ｍ’の算出
管理サーバ１６Ａの干渉許容量算出部１２０は、送信装置４０Ａの送信電力を増加させることによりＭｒｅｑに対応する干渉許容量を確保する場合、一例として以下に示す数式８に従って干渉許容量Ｍ’を算出する。なお、数式８の導出方法は、「５．補足」において説明する。

なお、数式８内の各パラメータは、受信装置２０Ａ、受信装置２０Ｂ、送信装置４０Ａ、および送信装置４０Ｂによるセンシングにより取得可能であり、管理サーバ１６Ａまたは管理サーバ１６Ｂを介して送受信される。

方法Ａ−２：送信レート制御による干渉許容量Ｍ’の算出
管理サーバ１６Ａの干渉許容量算出部１２０は、送信装置４０Ａの送信レートを減少させることによりＭｒｅｑに対応する干渉許容量を確保する場合、一例として以下に示す数式９に従って干渉許容量Ｍ’を算出する。なお、数式９の導出方法は、「５．補足」において説明する。

・ケースＢ：干渉許容量の算出対象がマルチリンクの場合
方法Ｂ−１：送信電力制御による干渉許容量Ｍ’の算出
管理サーバ１６Ａの干渉許容量算出部１２０は、送信装置４０Ａの送信電力を増加させることにより干渉許容量を確保する場合、複数の受信装置２０Ａの通信リンクに対するトータル干渉許容量Ｍ’を一例として以下に示す数式１０に従って算出する。

方法Ｂ−２：送信レート制御による干渉許容量Ｍ’の算出
管理サーバ１６Ａの干渉許容量算出部１２０は、送信装置４０Ａの送信レートを減少させることにより干渉許容量を確保する場合、複数の受信装置２０Ａの通信リンクに対するトータル干渉許容量Ｍ’を一例として以下に示す数式１１に従って算出する。

管理サーバ１６Ａの干渉許容量算出部１２０は、Ｍｒｅｑを実現するための受信装置２０Ａにおける理想的な干渉許容量Ｍ’を上述の方法により算出すると、この理想的な干渉許容量Ｍ’を上限として、実際に適用する干渉許容量Ｍを決定する。これは、場合によっては、理想的な干渉許容量Ｍ’を確保することが困難である場合が想定されるためである。

例えば、送信装置４０Ａが既に最大送信電力で無線信号を送信している場合、または最大送信電力に近い電力で無線信号を送信している場合には、送信電力を十分に増加させることができず、理想的な干渉許容量Ｍ’を確保することができない。または、受信装置２０Ａの通信リンクにあるＱｏｓ保証が期待されており、レートやレイテンシの下限値が制限される場合がある。

このような場合、管理サーバ１６Ａの干渉許容量算出部１２０は、理想的な干渉許容量Ｍ’を上限として、実際に適用する干渉許容量Ｍをベストエフォートで決定する。なお、干渉許容量算出部１２０は、送信電力の増加および送信レートの減少を組み合わせることにより、理想的な干渉許容量Ｍ’により近い干渉許容量Ｍを決定してもよい。例えば、送信電力の増加により得られる干渉許容量をＭ１、送信レートの減少により得られる干渉許容量をＭ２とすると、送信電力の増加および送信レートの減少を組み合わせることにより、干渉許容量Ｍ＝Ｍ１・Ｍ２を得ることができる。

そして、管理サーバ１６Ａの送信パラメータ設定部１３０は、干渉許容量算出部１２０により決定された干渉許容量Ｍを確保するために、送信装置４０Ａの送信パラメータを変更する。例えば、送信パラメータ設定部１３０は、送信装置４０Ａの送信電力をＭ倍に変更してもよい。または、送信パラメータ設定部１３０は、送信装置４０Ａの現在の送信電力が、変更後の送信レートの所要ＳＮＩＲを満たすために必要な送信電力のＭ倍になるように、送信装置４０Ａの送信レートを変更してもよい。さらに、送信パラメータ設定部１３０は、送信電力の増加により得られる干渉許容量Ｍ１と、送信レートの減少により得られる干渉許容量Ｍ２の乗算値がＭになるように、送信電力を増加させ、かつ送信レートを減少させてもよい。

また、管理サーバ１６Ａのネットワーク通信部１１０が、干渉許容量算出部１２０により決定された干渉許容量Ｍを管理サーバ１６Ｂに通知する。

（３−４．干渉許容量Ｍに基づく送信電力の制御（ステップ４））
管理サーバ１６Ｂの送信電力設定部２３０は、管理サーバ１６Ａから通知される干渉許容量Ｍに基づき、送信装置４０Ｂが受信装置２０Ａに与える干渉量が干渉許容量Ｍ以下になる範囲内で、送信装置４０Ｂの送信電力を増加させる。

（シングルリンクに対する送信電力の設定）
具体的には、送信電力設定部２３０は、以下のようにして送信装置４０Ｂの更新後の送信電力Ｐ’ｔｘ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙを算出する。

（マルチリンクに対する送信電力の設定）
また、送信電力設定部２３０は、干渉許容量Ｍが与えられた場合、各通信リンクの送信電力を以下の数式１３に示すように均等に算出できる。

または、送信電力設定部２３０は、数式１４に示すように、各通信リンクの送信電力を、各通信リンクの所要干渉許容量（Ｍｒｅｑ（ｉ））に従って重み付けして算出してもよい。

＜４．数値解析結果の示す本発明の実施形態の効果＞
送信装置４０Ａおよび受信装置２０Ａ間、送信装置４０Ｂおよび受信装置２０Ｂ間で本発明の実施形態により得られる平均通信容量の増加量を数値解析したので、以下で数値解析結果を説明する。なお、数値解析においては、送信装置４０Ａおよび送信装置４０Ｂ間の距離を３００ｍと仮定し、受信装置２０Ａおよび２０Ｂが送信装置４０Ｂから５０ｍ以内に存在し、Ｍ＝Ｍ’であると仮定した。

図６は、受信装置２０Ｂに望まれる受信品質の向上レベルＭｒｅｑおよび受信装置２０Ａにおける干渉許容量Ｍ’の関係を示した説明図である。図６を参照すると、送信電力制御（ＴＰＣ）および送信レート制御（ＲＣ）のいずれを利用しても、Ｍ’はＭｒｅｑに対して指数的に増加することが確認できる。特に、今回の解析結果では、Ｍｒｅｑを４０ｄＢ以上にするとＭ’が急激に増加するので、この領域でＭ’を制御することが有効であると考えられる。

また、送信電力制御を行う場合の方が、送信レート制御を行う場合より、同一のＭｒｅｑに対するＭ’の増加量が大きいことが分かる。これは、送信電力制御を行う場合には、送信装置４０Ａから受信装置２０Ｂへの干渉量、および送信装置４０Ｂから受信装置２０Ａへの干渉量の双方が増加するので、送信装置４０Ａの送信電力をさらに増加させる必要があるからである。実際の運用においては、各送信装置４０の送信電力には上限があるので、管理サーバ１６Ａはその上限を超えない範囲でＭを制御する。

図７は、送信電力制御により干渉許容量Ｍ’を確保する場合の干渉許容量Ｍ’と平均通信容量の関係を示した説明図である。図７に示したように、送信電力制御により干渉許容量Ｍ’を確保する場合、送信装置４０Ａおよび受信装置２０Ａ間の通信容量（ＴＰＣ，ＰＳ）はＭ’に対して一定となるように制御される。このため、送信装置４０Ｂおよび受信装置２０Ｂ間の通信容量（ＴＰＣ，ＳＳ）の増加分が、全体の通信容量の増加分となることが分かる。

また、図７に示したように、送信装置４０Ｂおよび受信装置２０Ｂ間の通信容量は、Ｍ’が５ｄＢ程度に達すると飽和する傾向がある。すなわち、Ｍ’を無制限に増やしても、全体の通信容量の増加に寄与しないと考えられる。そこで、管理サーバ１６Ａの干渉許容量算出部１２０は、干渉許容量Ｍの値を、所定の上限値（例えば、５ｄＢ）を上回らない範囲で決定してもよい。

図８は、送信レート制御により干渉許容量Ｍ’を確保する場合の干渉許容量Ｍ’と平均通信容量の関係を示した説明図である。図８に示したように、送信レート制御により干渉許容量Ｍ’を確保する場合、送信装置４０Ａの送信電力は一定に保たれるため、送信装置４０Ａおよび受信装置２０Ａ間の通信容量はＭ’の増加に対して減少する傾向にある。しかし、送信装置４０Ａおよび受信装置２０Ａ間の通信容量の減少分に対して、送信装置４０Ｂおよび受信装置２０Ｂ間の通信容量の増加分の方が大きいので、全体の通信容量は増加する。

また、送信電力制御の場合と同様に、送信装置４０Ｂおよび受信装置２０Ｂ間の通信容量は、Ｍ’が５ｄＢ程度に達すると飽和する傾向がある。すなわち、Ｍ’を無制限に増やしても、全体の通信容量の増加に寄与しないと考えられる。そこで、管理サーバ１６Ａの干渉許容量算出部１２０は、送信レート制御により干渉許容量を確保する場合にも、干渉許容量Ｍの値を、所定の上限値（例えば、５ｄＢ）を上回らない範囲で決定してもよい。

（５．補足）
以下では、Ｍｒｅｑに基づいて干渉許容量Ｍ’を算出するための数式８および数式９を導出する過程を説明する。

・数式８の導出
管理サーバ１６Ｂが要求するＭｒｅｑから受信装置２０Ａの干渉許容量Ｍ’および送信装置４０Ｂの実際の送信電力増加量Ｍ’ｒｅｑを算出するための方法の一例として、受信装置２０ＡのＳＩＮＲ条件と受信装置２０ＢのＳＩＮＲ条件による２元連立一次方程式を解くことが挙げられる。

まず、受信装置２０ＡのＳＩＮＲ条件として、以下の数式１５が考えられる。

また、受信装置２０ＢのＳＩＮＲ条件として、以下の数式１６が考えられる。

ここで、数式１５および数式１６を整理すると、Ｍ’およびＭ’ｒｅｑに関する連立方程式が得られる。

上記数式１７をＭ’について解くと数式８が得られ、上記のステップ３でＭが決定された後に数式１７をＭ’ｒｅｑについて解くと数式１２が得られる。

なお、数式１５〜１７、数式８および数式１２中の各パラメータは、以下のように表わすこともできる。

上記の数式１８に示した各パラメータを数式８および数式１２に代入すると、Ｍ’を以下に示す数式１９で表現し、Ｍ’ｒｅｑを以下に示す数式２０で表現することもできる。

・数式９の導出
送信レートを制御して受信装置２０Ａの干渉許容量Ｍ’および送信装置４０Ｂの実際の送信電力増加量Ｍ’ｒｅｑを確保する場合にも、受信装置２０ＡのＳＩＮＲ条件と受信装置２０ＢのＳＩＮＲ条件による２元連立一次方程式を解くことにより、Ｍ’およびＭ’ｒｅｑ得ることができる。

まず、受信装置２０ＡのＳＩＮＲ条件として、以下の数式２１が考えられる。

また、受信装置２０ＢのＳＩＮＲ条件として、以下の数式２２が考えられる。

数式２１および数式２２を整理すると、以下に示す２元連立一次方程式が得られる。

上記数式２３をＭ’について解くと数式９が得られ、上記のステップ３でＭが決定された後に数式２３をＭ’ｒｅｑについて解くと数式１２が得られる。

また、数式１８に示した各パラメータを数式９および数式１２に代入すると、Ｍ’を以下に示す数式２４で表現し、Ｍ’ｒｅｑを以下に示す数式２５で表現することもできる。

＜６．まとめ＞
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、受信装置２０Ａにおける干渉許容量Ｍを、送信装置４０Ａの送信電力を増加させること、または送信装置４０Ａの送信レートを減少させることにより確保する。そして、送信装置４０Ｂは、受信装置２０Ａに与える干渉が干渉許容量Ｍを超えない範囲で送信電力を設定する。かかる構成により、図７および図８を参照して説明したように、ネットワーク全体の通信容量を効果的に増加させることが可能である。

なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

また、管理サーバ１６に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した管理サーバ１６の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。

また、補足であるが、本明細書における「二次利用」は、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用して追加的あるいは代替的な通信サービス（第２の通信サービス）を行うことをいう。ここで、第１の通信サービスと第２の通信サービスとは、異なる種類の通信サービスであってもよく、又は同一の種類の通信サービスであってもよい。異なる種類の通信サービスは、例えば、デジタルＴＶ放送サービス、衛星通信サービス、移動体通信サービス、無線ＬＡＮアクセスサービス、又はＰ２Ｐ（Ｐｅｅｒ Ｔｏ Ｐｅｅｒ）接続サービスなどの複数種類の通信サービスから選択される２以上の異なる種類の通信サービスであってもよい。

一方、同一の種類の通信サービスは、例えば、移動体通信サービスにおける、通信事業者により提供されるマクロセルによるサービスと、ユーザやＭＶＮＯ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｏｐｅｒａｔｏｒ）により運用されるフェムトセルによるサービスとの間の関係を含んでもよい。また、同一の種類の通信サービスは、ＬＴＥ−Ａ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ−Ａｄｖａｎｃｅｄ）に準拠した通信サービスにおける、マクロセル基地局により提供されるサービスと、スペクトラムホールをカバーするために中継局（リレーノード）により提供されるサービスとの間の関係を含んでもよい。

さらに、第２の通信サービスは、スペクトラムアグリゲーション技術を用いて集約された複数の断片的な周波数帯を利用するものであってもよい。また、第２の通信サービスは、マクロセル基地局により提供されるサービスエリア内に存在する、フェムトセル群、中継局群、マクロセル基地局よりも小さなサービスエリアを提供する中小基地局群より提供される補助的な通信サービスであってもよい。上記の本発明の各実施形態の要旨は、このようなあらゆる種類の二次利用の形態に広く適用可能なものである。

１６、１６Ａ、１６Ｂ 管理サーバ
２０、２０Ａ、２０Ｂ 受信装置
４０、４０Ａ、４０Ｂ 送信装置
１１０、２１０ ネットワーク通信部
１２０ 干渉許容量算出部
１３０ 送信パラメータ設定部
１４０ 通信制御部
２２０ 期待値算出部
２３０ 送信電力設定部
２４０ 通信制御部

Claims (13)

1. 第１の送信装置および第１の受信装置と、前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を利用する第２の送信装置および第２の受信装置と、からなる通信システムにおける、前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出するステップと；
   前記第２の受信装置に望まれる前記受信品質に基づいて前記第１の受信装置における干渉許容量を算出するステップと；
   前記第１の受信装置における前記干渉許容量が確保されるように前記第１の送信装置の送信パラメータを設定するステップと；
   前記第１の受信装置に前記第２の送信装置が与える干渉が、前記第１の受信装置における前記干渉許容量の範囲内になるよう、前記第２の送信装置の送信電力を設定するステップと；
   を含む、通信制御方法。
2. 前記第１の受信装置における干渉許容量を算出するステップは、所定の上限値を上回らない範囲で前記第１の受信装置における干渉許容量を算出するステップである、請求項１に記載の通信制御方法。
3. 前記第１の送信装置の前記送信パラメータを設定するステップは、前記第１の受信装置における干渉許容量が確保されるように前記第１の送信装置の送信電力を変化させるステップである、請求項２に記載の通信制御方法。
4. 前記第１の送信装置の前記送信パラメータを設定するステップは、前記第１の受信装置における干渉許容量が確保されるように前記第１の送信装置の送信レートを変化させるステップである、請求項２に記載の通信制御方法。
5. 前記第１の送信装置の前記送信パラメータを設定するステップは、前記第１の受信装置における干渉許容量が確保されるように、前記第１の送信装置の送信電力の変化量、および前記第１の送信装置の送信レートの変化量を設定するステップである、請求項２に記載の通信制御方法。
6. 前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出するステップは、前記第２の受信装置の所要ＳＩＮＲに基づいて前記受信品質を算出することを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の通信制御方法。
7. 前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出するステップは、前記第２の受信装置の実際のＳＩＮＲに基づいて前記受信品質を算出することを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の通信制御方法。
8. 前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出するステップは、前記第２の受信装置に望まれる受信品質の変化レベルを前記受信品質として算出することを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の通信制御方法。
9. 前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出するステップは、前記第２の受信装置の所要ＳＩＮＲと、前記第１の受信装置の実際のＳＩＮＲとの比率を前記変化レベルとして算出することを含む、請求項８に記載の通信制御方法。
10. 前記第１の受信装置における干渉許容量を算出するステップは、前記受信品質を実現するために必要な前記第１の受信装置における干渉許容量の変化分を演算し、演算により得られた干渉許容量の変化分を限度として、前記第１の送信装置が確保可能な前記第１の受信装置における干渉許容量の変化分を決定するステップである、請求項１〜４のいずれかに記載の通信制御方法。
11. 第１の送信装置および第１の受信装置による通信を管理する第１の管理サーバと；
    前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を利用する第２の送信装置および第２の受信装置による通信を管理する第２の管理サーバと；
    を備え、
    前記第２の管理サーバは、
    前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出する算出部と；
    前記第１の受信装置に前記第２の送信装置が与える干渉が、前記第２の受信装置に望まれる前記受信品質に基づいて前記第１の管理サーバにより算出される前記第１の受信装置における干渉許容量の範囲内になるよう、前記第２の送信装置の送信電力を設定する送信電力設定部と；
    を有し、
    前記第１の管理サーバは、
    前記第２の管理サーバにより算出された前記第２の受信装置に望まれる受信品質に基づいて前記第１の受信装置における前記干渉許容量を算出する干渉許容量算出部と；
    前記第１の受信装置における前記干渉許容量が確保されるように前記第１の送信装置の送信パラメータを設定する送信パラメータ設定部と；
    を有する、通信システム。
12. 第１の送信装置および第１の受信装置による通信を管理する他の管理サーバと通信する通信部と；
    前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を利用する第２の送信装置および第２の受信装置による通信を制御する通信制御部と；
    前記第２の受信装置に望まれる受信品質を算出する算出部と；
    前記第１の受信装置に前記第２の送信装置が与える干渉が、前記第２の受信装置に望まれる前記受信品質に基づいて前記他の管理サーバにより算出される前記第１の受信装置における干渉許容量の範囲内になるよう、前記第２の送信装置の送信電力を設定する送信電力設定部と；
    を備える、管理サーバ。
13. 第１の送信装置および第１の受信装置による通信を制御する通信制御部と；
    前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を利用する第２の送信装置および第２の受信装置による通信を管理する他の管理サーバと通信する通信部と；
    前記他の管理サーバにより算出される前記第２の受信装置に望まれる受信品質に基づいて前記第１の受信装置における干渉許容量を算出する干渉許容量算出部と；
    前記第１の受信装置における前記干渉許容量が確保されるように前記第１の送信装置の送信パラメータを設定する送信パラメータ設定部と；
    を備える、管理サーバ。
    

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