JP2008099293A - 広帯域無線通信システムにおけるセグメント再割当装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、広帯域無線通信システムにおけるセグメント再割当装置及び方法に提供する。
【解決手段】全セルに対する平均密集度とセル間の平均最小距離Ｒを計算する過程と、各セル別に、定数ｋを増加させながら該当セルを中心に半径がｋＲである円の密集度が平均密集度以下となり始める円を決める過程と、各セル別に、決められた円に含まれたセルを要素とするクラスタ（cluster）を生成する過程とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、セグメント再割当に関し、特に、広帯域無線通信システムにおけるセグメント再割当装置及び方法に関する。

ＩＥＥＥ８０２．１６ｅシステムは、基本的にセルラー方式を採択しており、周波数の再使用係数１を支援するため、隣接セル間で同一の周波数を使用することができる。そのため、システム内の端末は、同一の周波数を使用する基地局の中で自分の属した基地局と隣接基地局とを区分しなければならない。そのために各基地局では、端末へ伝送する毎フレームの１番目のシンボルであるプリアンブルに、基地局固有の擬似雑音符号（Pseudo Noise code：以下、「ＰＮコード」という）をのせて送る。

ＩＥＥＥ８０２．１６ｅシステム標準に定義されたプリアンブルＰＮコードは、全部１１４個であり、それぞれのコードは、０から１１３のコードインデックスを有している。また、プリアンブルＰＮコードは、ＩＤセル（以下、「ＩＤｃｅｌｌ」ともいう）とセグメントナンバーとを有している。それにより、端末は、プリアンブルＰＮコードを解釈することにより該当基地局のコードインデックス、ＩＤセル、セグメントナンバーを把握することができる。ここで、ＩＤセルは、０〜３１の３２種の値を有し、セグメントナンバーは、０〜２の３種の値を有する。よって、全てのコードが固有の（ＩＤセル、セグメントナンバー）の組み合わせを有することができるわけにはいかず、１１４個のコードのうち０〜９５番目のコードだけが、固有の（ＩＤセル、セグメントナンバー）の組み合わせを有し、９６〜１１３番目のコードは、０〜９５番目のコードと（ＩＤセル、セグメントナンバー）の組み合わせが重複することになる。

ここで、セグメントは、多様な用途で用いられ、セグメントの割当て結果は、システムの性能に大きい影響を及ぼす。先ず、セグメントは、プリアンブルが伝送される搬送波セット（carrier-set）を決める点で重要な意味を有する。ここで、プリアンブルは、保護帯域（guard band）を取り除いた残りの副搬送波（subcarrier）のうち、１／３の副搬送波のみを通じて伝送され、このとき、プリアンブルが伝送される搬送波セットは、下記の式５を使用して決められる。

ここで、隣接セクター間に同じセグメントが割り当てられる場合には、両セクターのプリアンブルは、同一の搬送波セットを通じて伝送されるということがわかる。この場合には、たとえ両セクターのプリアンブルに割り当てられたコードインデックスが異なり、端末のプリアンブルの獲得には問題がない状況であっても、ダウンリンク（downlink）の性能が劣化する可能性がある。

ダウンリンクにおいて、端末は、基地局が伝送するパイロット信号を通じてチャンネルを推定し、推定結果を復調（demodulation）に適用する。しかしながら、フレーム制御ヘッダー（Frame Control Header：以下、「ＦＣＨ」という）及びダウンリンクマップ（Downlink-MAP：以下、「ＤＬ−ＭＡＰ」という）のようにフレームの最初のいくつかのシンボルに伝送される情報の場合には、基地局から伝送されるパイロット信号がないため、チャンネル推定が難しい。よって、端末は、プリアンブルを利用してチャンネルを推定するようになる。このとき、隣接したセクター間の搬送波セットの重複の有無は、チャンネル推定の性能に相当な影響を及ぼすことになる。もしも、隣接セクター間に異なるセグメントが割り当てられてプリアンブルが伝送される搬送波セットが互いに異なる場合には、プリアンブルを通じるチャンネル推定が正確に行われ、それによりＦＣＨとＤＬ−ＭＡＰの復調性能が向上する。一方、隣接したセクターの間に同一のセグメントが割り当てられる場合には、プリアンブルを通じるチャンネル推定が不正確になるため、ダウンリンクの復調性能が劣化する可能性がある。

また、セグメントは、ダウンリンクのＰＵＳＣ（Partial Usage of Sub Carrier）領域の使用周波数帯域を決めることができる。ダウンリンクのＰＵＳＣ領域で全副搬送波は、総６つのグループに分けられ、そのうち、メジャーグループ（major group）が３つと、マイナーグループ（minor group）が３つと指定される。各セクターでは、６つのグループから全部または一部を利用することができ、この情報は、ＦＣＨを通じて端末に伝送される。この時、各セクターは、１つ以上のメジャーグループを利用しなければならず、利用すべきメジャーグループの番号は、セクターに割り当てられたセグメントによって決まる。ここで、システムは、セル境界地域におけるセル間の干渉を減らすために、セクター間の一部のグループを利用するように設定することができ、これをセグメント化ＰＵＳＣ（segmented PUSC）ということとする。もし、隣接セクター間にセグメントが重複すると、両セクターは、同じグループを利用することになるので、セグメント化ＰＵＳＣを利用する場合にも、干渉量が減らず、よって、ダウンリンクの性能低下が招かれる。

このように、隣接セクターの間にセグメントが重複割当されると、ダウンリンクの復調性能が低下することがあり、したがってセグメントの割当は、システムの性能に重要な影響を及ぼす。しかしながら、セグメントの数が３つに限定されているため、隣接セクター間の重複を最小化するように割り当てるのが容易でない問題がある。

セグメントが効率的に割り当てられた場合にも、追ってセグメントの再割当が必要な場合がある。例えば、システム内の一部の基地局の位置、伝送パワー、アンテナ角度、アンテナ種類などの無線構成（radio configuration）の変化により、既存のセグメント割当てがもう効率的でない場合が生じ得る。さらに、建物や地形が変更される場合には、電波環境が変更されるため、既存のセグメント割当てを維持するのが好ましくなくなる。このような場合には、セグメントの再割当が必要となり、従来技術によるアルゴリズムを適用して、システム内の全てのセクターにセグメントを新たに割り当てることにより、セグメントを再割当することもあり得るが、この場合、セグメントの割当て変化が大きいと、システムの運営側面で好ましくない問題がある。

したがって、現在のセグメント割当てに改善の余地がある場合には、既存の割当結果を用いて再割当を行うことにより、セグメント割当て変更の幅を最小化しながらも、セグメントの割当性能を改善することができるセグメント再割当方法が必要である。
韓国特許公開第１９９８−７６７４５号明細書

そこで、本発明の目的は、広帯域無線通信システムにおけるセグメント再割当装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、広帯域無線通信システムにおける既存の割当結果を用いてセグメントを再割当するための装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、広帯域無線通信システムにおけるセグメント割当変更の幅を最小化しながらも、セグメントの割当性能を改善することができるセグメント再割当装置及び方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、広帯域無線通信システムにおいて密集度の概念を取り入れて、距離が近いセルをクラスタに束ね、クラスタ単位でセグメントを再割当するための装置及び方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態によれば、広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法は、全セルに対する平均密集度と、セル間の平均最小距離Ｒを計算する過程と、各セル別に、定数ｋを増加させながら、該当セルを中心に半径がｋＲである円の密集度が平均密集度以下となり始める円を決める過程と、各セル別に、決められた円に含まれたセルを要素とするクラスタを生成する過程と、を含むことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態によれば、広帯域無線通信システムのセグメント再割当装置は、全セルに対する平均密集度を計算する平均密集度計算部と、セル間の平均最小距離Ｒを計算するセル間の平均距離計算部と、各セル別に、定数ｋを増加させながら、該当セルを中心に半径がｋＲである円の密集度が平均密集度以下となり始める円を決めるクラスタ生成条件比較部と、各セル別に、決められた円に含まれたセルを要素とするクラスタを生成するクラスタ生成及び保存部と、を含むことを特徴とする。

上述のように、本発明は、広帯域無線通信システムにおいて、密集度の概念を取り入れて距離が近いセルをクラスタに束ね、クラスタ単位でセグメントを再割当することによって、セグメント再割当が必要の場合、セグメント再割当の幅を最小化しながらもセグメントの割当性能を改善することができる利点がある。

以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面の参照とともに詳細に説明する。そして、本発明の説明において、関連した公知機能又は構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

以下、ここでは、広帯域無線通信システムにおけるセグメント再割当装置及び方法について説明する。

以下の説明において、本発明による実施形態は、全セルにセグメントが割当てられた状態で、セグメント割当の性能を高めるために、一部のセルのセグメント割当を変更する方法である。ここで、セグメント再割当方法は、基本的に、１つのセル内のセクターに互いに異なるセグメントを再割当し、特定のセクターに対してセグメント割当を変更する場合には、該当セクターを含むセル内の全てのセクターに対してセグメントを再割当し、互いに異なるセルのセクター間にも、隣接度を考慮してセグメントを割当てる。ここで、セルは、基地局と同意であり、セルは、１つ以上のセクターで構成されたものとする。

また、本発明による実施形態では、密集度の概念を取り入れて、距離の近いセルをクラスタ（cluster）に束ね、クラスタ単位でセグメント再割当を行う。ここで、クラスタとは、特定のセルを中心とする隣接セルの集合である。セグメントは、その数が３つと非常に少ないため、１つのセクターに対するセグメント割当てを変更する場合には、隣接セクターが影響される可能性が大きい。すなわち、１つのセクターに対するセグメント変更は、隣接セクターに対するセグメント変更をもたらす可能性が高く、これにより連鎖のセグメント割当て変更が起きる可能性が高い。よって、本発明では、このような連鎖のセグメント割当て変更を防止するために、１つのセクター／セル単位ではなく、クラスタの単位でセグメントの再割当を行う。

ここで、密集度の概念を取り入れる理由は、セルが密集している地域であるだけに、連鎖のセグメント割当て変更が生じる可能性が高いからである。よって、セルが密集している地域では、クラスタのサイズを大きくして一度に多くのセルを再割当し、セルが密集していない地域では、クラスタのサイズを小さくして一度に再割当されるセルの数を最小化することができる。

最後に、本発明による実施形態は、セグメントの再割当を例として説明したが、広帯域無線通信システムで使用されるさらに他の基地局区分パラメーターである擬似ランダムビットシーケンスＩＤ（Pseudo-Random Bit Sequence ID：ＰＲＢＳ＿ＩＤ）の割当にも有効に使用され得る。

一方、セクター間のセグメントが重複するときのコストを算出するためには、セクター間の隣接度が定義されなければならず、セクターｉがセクターｊに与える干渉の量を、セクターｉのセクターｊに対する隣接度として定義し、Ｐｒｏｘ＿ｉｊという。Ｐｒｏｘ＿ｉｊは、様々な方法で決められ、例えば、ネットワーク管理ツール（Network planning tool）を利用する場合、セクターｊがセクターｉに与える干渉の総量をＰｒｏｘ＿ｉｊと決められ、セクター間の距離情報のみがある場合、セクターｉとセクターｊとの間の経路損失（path loss）値を、Ｐｒｏｘ＿ｉｊと決められる。この他にも多くの方法があり、本発明による実施形態では、後述の図１及び図２のような装置及び方法でＰｒｏｘ＿ｉｊを決めることとする。

図１は、本発明の実施形態による広帯域無線通信システムでセクター間の隣接度決定装置の構成を示したブロック図である。本実施形態の隣接度決定装置は、平均基地局の半径計算部１０１、セクター対（ｉ、ｊ）選択部１０３、セクターｉの仮想ユーザ位置計算部１０５、セクターｉの隣接度計算部１０７、セクターｊの仮想ユーザ位置計算部１０９、セクターｊの隣接度計算部１１１、及び、セクター対（ｉ、ｊ）の隣接度保存部１１３を含んで構成される。

図１を参照すると、平均基地局の半径計算部１０１は、システム内の平均基地局の半径を計算し、計算された平均基地局の半径を、セクター対（ｉ、ｊ）選択部１０３に出力する。ここで、任意の基地局ｉから最も近い基地局までの距離をｄｉとし、システム内の全ての基地局に対するｄｉの平均を平均基地局距離とし、平均基地局距離の１／２を平均基地局の半径とする。

セクター対（ｉ、ｊ）選択部１０３は、セクター対から隣接度が決まっていない任意のセクター対（ｉ、ｊ）を選択した後に、選択されたセクター対（ｉ、ｊ）と、平均基地局の半径計算部１０１から入力される平均基地局の半径とを、セクターｉの仮想ユーザ位置計算部１０５及びセクターｊの仮想ユーザ位置計算部１０９に出力する。

セクターｉの仮想ユーザ位置計算部１０５は、セクター対（ｉ、ｊ）選択部１０３から入力されるセクター対（ｉ、ｊ）と平均基地局の半径とを使用して、セクターｉを代表する仮想ユーザ（virtual user）位置を計算し、計算された仮想ユーザ位置をセクターｉの隣接度計算部１０７に出力する。ここで、仮想ユーザは、該当セクターのアンテナ（Antenna）方位角と同一線上で平均基地局の半径の１／２となる距離に位置するものとする。

セクターｉの隣接度計算部１０７は、計算されたセクターｉの仮想ユーザ位置を使用してセクターｉのセクターｊに対する隣接度Ｐｒｏｘ＿ｉｊを計算し、計算されたＰｒｏｘ＿ｉｊをセクター対（ｉ、ｊ）の隣接度保存部１１３に出力する。ここで、Ｐｒｏｘ＿ｉｊは、セクターｊ及び計算されたセクターｉの仮想ユーザ位置の間の経路損失（path loss）値で決められる。この場合には、セクターｉのアンテナ方位角とアンテナパターン、伝送パワーを考慮する。

セクターｊの仮想ユーザ位置計算部１０９は、セクター対（ｉ、ｊ）選択部１０３から入力されるセクター対（ｉ、ｊ）と平均基地局の半径とを使用して、セクターｊを代表する仮想ユーザ位置を計算し、計算された仮想ユーザ位置をセクターｊの隣接度計算部１１１に出力する。ここで、仮想ユーザは、該当セクターのアンテナ方位角と同一線上で平均基地局の半径の１／２となる距離に位置するものとする。

セクターｊの隣接度計算部１１１は、計算されたセクターｊの仮想ユーザ位置を利用してセクターｊのセクターｉに対する隣接度Ｐｒｏｘ＿ｊｉを計算し、計算されたＰｒｏｘ＿ｊｉをセクター対（ｉ、ｊ）の隣接度保存部１１３に出力する。ここで、Ｐｒｏｘ＿ｊｉは、セクターｉ及び計算されたセクターｊの仮想ユーザ位置の間の経路損失（path loss）値で決められる。この場合には、セクターｊのアンテナ方位角とアンテナパターン、伝送パワーを考慮する。

セクター対（ｉ、ｊ）の隣接度保存部１１３は、セクターｉの隣接度計算部１０７及びセクターｊの隣接度計算部１１１から入力されるＰｒｏｘ＿ｉｊとＰｒｏｘ＿ｊｉとの和をセクター対（ｉ、ｊ）の隣接度として決め、決められたセクター対（ｉ、ｊ）の隣接度を保存する。ここで、決められたセクター対（ｉ、ｊ）の隣接度は、その後、セグメント（segment）割当てに利用される。

図２は、本発明の実施形態よる広帯域無線通信システムにおけるセクター間の隣接度決定方法の手続きを示したフローチャートである。

図２を参照すると、先ず、本実施形態の隣接度決定装置は、ステップ（図中ではステップをＳと略す。以下同じ。）２０１において、システム内の平均基地局の半径を計算する。ここで、任意の基地局ｉから最も近い基地局までの距離をｄｉとし、システム内の全ての基地局に対するｄｉの平均を平均基地局距離とし、平均基地局距離の１／２を平均基地局の半径とする。

次に、本実施形態の隣接度決定装置は、ステップ２０３において、隣接度が決まっていない任意のセクター対（ｉ、ｊ）を選択した後に、ステップ２０５において、セクターｉを代表する仮想ユーザ（virtual user）位置を計算する。ここで、仮想ユーザは、該当セクターのアンテナ方位角と同一線上で平均基地局の半径の１／２となる距離に位置するとする。次に、本実施形態の隣接度決定装置は、ステップ２０７において、計算されたセクターｉの仮想ユーザ位置を使用してセクターｉのセクターｊに対する隣接度Ｐｒｏｘ＿ｉｊを計算する。ここで、Ｐｒｏｘ＿ｉｊは、セクターｊ及び計算されたセクターｉの仮想ユーザ位置の間の経路損失（path loss）値で決められる。この場合には、セクターｉのアンテナ方位角とアンテナパターンと、伝送パワーを考慮する。

次に、本実施形態の隣接度決定装置は、セクターｉと同様の方法で、ステップ２０９において、セクターｊの仮想ユーザ（virtual user）位置を計算し、ステップ２１１において、計算されたセクターｊの仮想ユーザ位置を使用してセクターｊのセクターｉに対する隣接度Ｐｒｏｘ＿ｊｉを計算する。言い換えると、セクターｉ及び計算されたセクターｊの仮想ユーザ位置の間の経路損失（path loss）値でＰｒｏｘ＿ｊｉを決める。この場合には、セクターｊのアンテナ方位角、アンテナパターン及び伝送パワーを考慮する。

次に、本実施形態の隣接度決定装置は、ステップ２１３において、システム内の全てのセクター対の隣接度が決められたか否かを検査し、全てのセクター対の隣接度が決まっていない場合には、ステップ２０３に戻る。一方、全てのセクター対の隣接度が決まった場合には、本実施形態の隣接度決定装置は、アルゴリズムを終了する。

上記と同様の方法によって、システム内の全てのセクターの間の隣接度が決められた状態で、各セクターにセグメント割当てが行われる。ここで、セクターｉがセクターｊに及ぼす干渉の程度とセクターｊがセクターｉに及ぼす干渉の程度が異なる場合もあるため、セクター対の隣接度は、Ｐｒｏｘ＿ｉｊとＰｒｏｘ＿ｊｉとの和で決める。

図３は、本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ生成装置の構成を示したブロック図である。本実施形態のクラスタ生成装置は、平均密集度計算部３０１、セル間の平均距離計算部３０３、セル選択及びｋ設定部３０５、クラスタ生成条件比較部３０７、ｋ増加部３０９、及びクラスタ生成及び保存部３１１を含んで構成される。

図３を参照すると、平均密集度計算部３０１は、全トポロジー（topology）に対して密集度（以下、「平均密集度」という）を計算し、計算された平均密集度をセル選択及びｋ設定部３０５に出力する。ここで、密集度は、どれだけ多くのセルが互いに密集しているかを示す尺度であり、下記の式６のように定義される。

セル間の平均距離計算部３０３は、セル間の平均最小距離Ｒを計算し、計算されたセル間の平均最小距離Ｒをセル選択及びｋ設定部３０５に出力する。ここで、セル間の平均最小距離Ｒは、各セルに対して最も近いセルとの距離に対する平均値として定義される。

セル選択及びｋ設定部３０５は、全セルのいずれか１つのセルを選択し、定数ｋを１に設定した後、セル間の平均距離計算部３０３から入力されるセル間の平均最小距離Ｒと、平均密集度計算部３０１から入力される平均密集度と、選択されたセル及び設定された定数ｋとをクラスタ生成条件比較部３０７に出力する。ここで、セル選択及びｋ設定部３０５は、この処理を、クラスタ生成及び保存部３１１から入力されるクラスタ生成結果に従って全セルのクラスタ保存が完了するまで繰り返す。

クラスタ生成条件比較部３０７は、セル選択及びｋ設定部３０５から入力されるセル間の平均最小距離Ｒと、平均密集度と、選択されたセル及び設定された定数ｋとを用いて、選択されたセルを中心に半径がｋＲである円の密集度が平均密集度以下かを検査する。この際、半径がｋＲである円の密集度が平均密集度よりも大きい場合には、ｋをｋ増加部３０９に出力し、その後、ｋ増加部３０９から増加した定数ｋが入力された場合には、増加した定数ｋを用いて、選択されたセルを中心に半径がｋＲである円の密集度が平均密集度以下かをさらに検査する。一方、半径がｋＲである円の密集度が平均密集度以下の場合には、セル間の平均最小距離Ｒと選択されたセル及び定数ｋとをクラスタ生成及び保存部３１１に出力する。

ｋ増加部３０９は、クラスタ生成条件比較部３０７から入力される定数ｋをｋに１を足した数に増加させ、増加されたｋをクラスタ生成条件比較部３０７に出力する。

クラスタ生成及び保存部３１１は、クラスタ生成条件比較部３０７から入力されるセル間の平均最小距離Ｒと選択されたセル及び定数ｋとを用いて、該当セルに対して、セルを中心に半径がｋＲである円に含まれたセルを要素とするクラスタを生成し、生成されたクラスタを保存する。また、クラスタ生成及び保存部３１１は、クラスタ生成結果をセル選択及びｋ設定部３０５に出力する。

図４は、本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ（cluster）生成方法の手続きを示したフローチャートである。

図４を参照すると、本実施形態のクラスタ生成装置は、ステップ４０１において、全トポロジー（topology）に対して密集度、すなわち平均密集度を計算し、セル間の平均最小距離Ｒを計算する。ここで、セル間の平均最小距離Ｒは、各セルに対して最も近いセルとの距離に対する平均値として定義される。

ここで、密集度は、どれだけ多くのセルが互いに密集しているかを示す尺度であり、下記の式６のように定義される。

次に、本実施形態のクラスタ生成装置は、ステップ４０３において、全セルのいずれか１つのセルを選択し、定数ｋを１に設定した後、ステップ４０５において、選択されたセルを中心に半径がｋＲである円の密集度が平均密集度以下かを検査する。半径がｋＲである円の密集度が平均密集度よりも大きい場合には、本実施形態のクラスタ生成装置は、ステップ４０７において、ｋをｋに１を足した数に増加させ、ステップ４０５に戻って以下のステップを繰り返して行う。

一方、半径がｋＲである円の密集度が平均密集度以下の場合には、クラスタ生成装置は、ステップ４０９において、該当セルに対して円に含まれたセルを要素とするクラスタを生成し、生成されたクラスタを保存する。例えば、ｋが１である場合には、選択されたセルを中心に半径がＲである円の密集度が平均密集度以下の場合には、選択されたセルのみを要素とするクラスタが生成される。

次に、本実施形態のクラスタ生成装置は、ステップ４１１において、全セルのクラスタ保存を完了したか否かを検査し、全セルのクラスタ保存を完了していない場合には、ステップ４０３に戻る。一方、全セルのクラスタ保存を完了した場合には、本実施形態のクラスタ生成装置は、アルゴリズムを終了する。

図５は、本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ単位のセグメント再割当装置の構成を示したブロック図である。ここで、本実施形態のセグメント再割当装置は、既存の割当入力部５０１、クラスタ生成部５０３、セグメント再割当セル候補群選択部５０５、セグメント再割当部５０７、隣接度決定部５０９、再割当結果比較部５１１、再割当結果保存部５１３を含んで構成される。

図５を参照すると、先ず、既存の割当入力部５０１は、初期セグメント割当結果、すなわち既存の全セルに対するセグメント割当結果が入力され、初期セグメント割当結果をクラスタ生成部５０３及び隣接度決定部５０９に出力する。

クラスタ生成部５０３は、既存の割当入力部５０１から入力される初期セグメント割当結果を用いて全セルに対して各セルを中心にクラスタを生成し、生成された各セルごとのクラスタをセグメント再割当セル候補群選択部５０５に出力する。言い換えると、平均密集度とセル間の平均最小距離Ｒとを計算し、各セルごとに、定数ｋを増加させながら該当セルを中心に半径がｋＲである円の密集度が平均密集度以下となり始める円を決めた後に、決められた円に含まれたセルを要素とするクラスタを生成する。

セグメント再割当セル候補群選択部５０５は、最適のセグメント割当が決まるまで、全セルからセグメントを再割当するための所定の数のセルを選択し、クラスタ生成部５０３から入力される全セルに対する各セルごとのクラスタのうち、選択されたセルに該当するクラスタをセグメント再割当部５０７に出力する。

セグメント再割当部５０７は、選択されたセルに該当するクラスタごとに該当クラスタ内部のみを対象としてセグメントを再割当し、選択されたセルごとのセグメント再割当結果を隣接度決定部５０９に出力する。ここで、クラスタにセグメントを再割当する方法に様々なセグメント割当アルゴリズムを適用することができる。

隣接度決定部５０９は、既存の割当入力部５０１から入力される初期セグメント割当結果を用いて全セルに対して各セクター対の隣接度を決め、決められた各セクター対の隣接度を再割当結果比較部５１１に出力する。言い換えると、システム内の平均基地局の半径を計算し、既存の割当入力部５０１から入力される初期セグメント割当結果で隣接度が決まっていない任意のセクター対（ｉ、ｊ）に対して、計算された平均基地局の半径を用いて各セクターごとに仮想ユーザ（virtual user）位置を計算し、計算されたセクターｉの仮想ユーザ位置を用いてセクターｉのセクターｊに対する隣接度Ｐｒｏｘ＿ｉｊを計算し、計算されたセクターｊの仮想ユーザ位置を用いてセクターｊのセクターｉに対する隣接度Ｐｒｏｘ＿ｊｉを計算した後に、計算されたＰｒｏｘ＿ｉｊとＰｒｏｘ＿ｊｉの和で該当セクター対の隣接度を決める。その後、隣接度決定部５０９は、セグメント再割当部５０７から入力される選択されたセルのそれぞれに対して、上記方法と同様に、該当セグメント再割当結果を用いて全セルに対して各セクター対の隣接度を決め、決められた各セクター対の隣接度を再割当結果比較部５１１に出力する。

再割当結果比較部５１１は、隣接度決定部５０９から入力される初期セグメント割当結果に対する各セクター対の隣接度を用いて目的式値を計算し、計算された目的式値と初期セグメント割当結果とを再割当結果保存部５１３に保存する。その後、再割当結果比較部５１１は、最適のセグメント割当が決まるまで、隣接度決定部５０９から入力される選択されたセルのそれぞれに対して、該当セグメント再割当結果に対する各セクター対ごとの隣接度を用いて目的式値を計算し、選択されたセルの目的式値を比べて最も小さい目的式値を有するセルを選択した後に、選択されたセルの目的式値と再割当結果保存部５１３に保存された目的式値とを比べて、より小さい値を有する目的式値及び該当セグメント割当又は再割当結果に再割当結果保存部５１３に保存された値を更新する。その後、所定の回数以上更新されないセグメント割当又は再割当を最適のセグメント割当として決める。

再割当結果保存部５１３は、再割当結果比較部５１１から入力される目的式値及び該当セグメント割当又は再割当結果を保存する。

図６は、本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ単位のセグメント再割当方法の手続きを示したフローチャートである。ここで、セグメント再割当方法は、特定の数のクラスタをランダムに選択し、各場合ごとにクラスタにセグメントを再割当してシステムのセグメント割当能が最良の場合を選択し、この処理を繰り返す方法である。

図６を参照すると、本実施形態のセグメント再割当装置は、ステップ６０１において、初期セグメント割当として既存の全セルに対するセグメント割当を把握し、初期セグメント割当に対する隣接度を用いて目的式値を計算した後に、計算された目的式値と初期セグメント割当をベストソリューションとして保存する。また、セグメント再割当装置は、カウントを０に初期化する。ここで、カウントは、ベストソリューションが更新されない繰り返しの回数を示す。

ここで、セグメント再割当のための目的式は、下記の式７のように決める。

ここで、ｗ_ｉは、セクターｉとセグメントが重複するセクター中でセクター対の隣接度が最大のセクターである。セグメントは、３つしかないため、全システムで多数の重複が発生する。よって、最悪の場合（worst case）のみを考慮する目的式を決める場合には、最悪の場合になる１つのセクター対の性能を良くするために全システムの性能が大きく低下する恐れがある。一方、セグメントが重複する全てのセクター対を考慮する場合には、全システムの性能を良くするために特定のセクターで性能が大きく低下する恐れがある。よって、本実施形態では、その折衷案として、上記のように、各セクターごとの重複による影響が最も大きいセクター１つのみを考慮してセクター対を生成し、全てのセクターに対してこのようなセクター対に対する隣接度の和を最小化することを目的式で決める。

次に、本実施形態のセグメント再割当装置は、ステップ６０３において、初期セグメント割当結果を用いて全セルに対して各セルを中心にクラスタを生成する。ここで、クラスタの生成ステップを検討すると、図３及び図４で示されるように、先ず、平均密集度とセル間の平均最小距離であるＲを計算し、各セルごとに、定数ｋを増加させながら、該当セルを中心に半径がｋＲである円の密集度が平均密集度以下となり始める円を決めた後に、決められた円に含まれたセルを要素とするクラスタを生成する。

次に、本実施形態のセグメント再割当装置は、ステップ６０５において、全セルのうちセグメントを再割当するための所定の数のセルと該当セルのクラスタとをランダムに選択する。ここで、選択されるセルの数を多くする場合には、再割当の品質は良くなり得るものの、アルゴリズムの実行複雑度が増加するようになるので、本実施形態では、選択されるセルの数を全セルの数の１０％と決めることとする。

次に、本実施形態のセグメント再割当装置は、ステップ６０７において、選択されたセルに該当するクラスタごとのセグメント再割当によって所定の数のソリューションを生成する。言い換えると、選択されたセルに該当するクラスタごとに、該当クラスタ内部のみを対象としてセグメントを再割当して選択されたセル数ほどのソリューションを生成する。ここで、クラスタにセグメントを再割当する方法に様々なセグメント割当アルゴリズムを適用することができる。

次に、本実施形態のセグメント再割当装置は、ステップ６０９において、生成された所定の数のソリューションのうち、最も優れた性能のソリューションを選択する。言い換えると、生成された所定の数のソリューションのそれぞれに対して目的式値を計算し、ソリューションのうち、最も小さい目的式値を有するソリューションを選択する。

次に、本実施形態のセグメント再割当装置は、ステップ６１１において、選択されたソリューションがベストソリューションよりも優れた性能を有するか否かを検査する。言い換えると、選択されたソリューションの目的式値とベストソリューションの目的式値とを比べて、選択されたソリューションがベストソリューションよりも小さい目的式値を有するか否かを検査する。選択されたソリューションがベストソリューションよりも優れた性能を有する場合には、すなわち、選択されたソリューションに該当するセルのクラスタにセグメントを再割当することによって初期セグメント割当よりも優れた性能を有することができる場合には、本実施形態のセグメント再割当装置はステップ６１３に進み、選択されたソリューションをベストソリューションとして保存することによってベストソリューションを更新し、カウントを０に初期化する。一方、ベストソリューションが選択されたソリューションよりも優れた性能を有する場合には、本実施形態のセグメント再割当装置はステップ６１７に進み、カウントをカウントに１を足した値に更新する。

次に、本実施形態のセグメント再割当装置は、ステップ６１５において、カウントが再割当可能閾値以上であるか否かを検査する。カウントが再割当可能な閾値よりも小さい場合には、本実施形態のセグメント再割当装置は、ステップ６０５に戻って以下の過程を繰り返す（iteration）。一方、カウントが閾値以上の場合、すなわち閾値以上の繰り返し（iteration）で連続的にベストソリューションが更新されない場合には、本実施形態のセグメント再割当装置は、ベストソリューションに該当するセグメント割当を最適のセグメント割当として決め、アルゴリズムを終了する。ここで、ベストソリューションは、最も良い性能、すなわち最も小さい目的式を有するベスト割当（best allocation）になる。

図７は、本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ（cluster）生成方法を示した例示図である。

図７を参照すると、最左側に位置したセルの場合には、セルを中心とした、半径がＲである領域以内のセル密集度が平均密集度よりも大きいが、半径が２Ｒである領域のセル密集度が密集度よりも小さいため、半径がＲであるクラスタ７０１が生成される。一方、中央に位置したセルの場合には、半径がＲである領域と２Ｒである領域以内のセル密集度が密集度に比べて大きいが、半径が３Ｒである領域以内のセル密集度が密集度よりも小さいため、半径が２Ｒであるクラスタ７０３が生成される。最後に、最右側に位置したセルの場合、半径がＲである領域以内のセル密集度が密集度よりも小さいため、１つのセルからなるクラスタ７０５が生成される。

図８Ａ〜Ｃは、本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ単位のセグメント再割当方法を示した例示図である。ここで、セグメント再割当装置は、３つのセルを任意に選択してセグメントを再割当することを例として説明する。ここで、初期セグメント割当は、図７と同様であるとする。

図８Ａ〜Ｃを参照すると、選択された３つのセルのうち、最左側に位置したセルの場合には、初期セグメント割当でセルのクラスタ８０１の内部のみを対象としてセグメントを再割当し（図８Ａ）、中央に位置したセルの場合には、初期セグメント割当でセルのクラスタ８０３の内部のみを対象としてセグメントを再割当し（図８Ｂ）、最右側に位置したセルの場合には、初期セグメント割当でセルのクラスタ８０５の内部のみを対象としてセグメントを再割当する（図８Ｃ）。

上述した本発明の好ましい実施形態は、例示の目的のために開示されたものであり、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、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるセクターの間の隣接度決定装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるセクターの間の隣接度決定方法の手続きを示したフローチャートである。 本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ生成装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ生成方法の手続きを示したフローチャートである。 本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ単位のセグメント再割当装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ単位のセグメント再割当方法の手続きを示したフローチャートである。 本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ生成方法を示した例示図である。 本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ単位のセグメント再割当方法を示した例示図である。 本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ単位のセグメント再割当方法を示した例示図である。 本発明の実施形態による広帯域無線通信システムにおけるクラスタ単位のセグメント再割当方法を示した例示図である。

符号の説明

１０１：平均基地局の半径計算部
１０３：セクター対（ｉ、ｊ）選択部
１０５：セクターｉの仮想ユーザ位置計算部
１０７：セクターｉの隣接度計算部
１０９：セクターｊの仮想ユーザ位置計算部
１１１：セクターｊの隣接度計算部
１１３：セクター対（ｉ、ｊ）の隣接度保存部
３０１：平均密集度計算部
３０３：セル間の平均距離計算部
３０５：セル選択及びｋ設定部
３０７：クラスタ生成条件比較部
３０９：ｋ増加部
３１１：クラスタ生成及び保存部
５０１：既存の割当入力部
５０３：クラスタ生成部
５０５：セグメント再割当セル候補群選択部
５０７：セグメント再割当部
５０９：隣接度決定部
５１１：再割当結果比較部
５１３：再割当結果保存部

Claims (21)

1. 全セルに対する平均密集度と、セル間の平均最小距離Ｒを計算する過程と、
   各セル別に、定数ｋを増加させながら、該当セルを中心に半径がｋＲである円の密集度が前記平均密集度以下となり始める円を決める過程と、
   各セル別に、前記決められた円に含まれたセルを要素とするクラスタを生成する過程と、
   を含むことを特徴とする広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
2. 前記密集度は、どれだけ多くのセルが互いに密集しているかを表す尺度であり、下記の式１を使用して計算されることを特徴とする請求項１に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
   

   
3. 前記セル間の平均最小距離Ｒは、各セルに対して最も近いセルとの距離に対する平均値であることを特徴とする請求項１に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
4. 前記全セルに対する初期セグメント割当てを把握し、前記把握した初期セグメント割当てを用いて全セルに対し各セクター対の隣接度を決め、前記決められた隣接度を用いて目的式値を計算し、前記計算された目的式値をメモリーに保存する過程と、
   セグメント再割当のための１つ以上のセルを選択し、前記選択されたセルに該当するクラスタ別に該当クラスタ内部のみを対象としてセグメントを再割当し、前記選択されたセルのそれぞれに対し、該当セグメント再割当の結果を用いて全セルに対し各セクター対の隣接度を決め、前記決められた隣接度を用いて目的式値を計算する過程と、
   前記選択されたセルの目的式値及び前記保存された目的式値を比較して、最も小さい目的式値で、前記メモリーに保存された目的式値を更新する過程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
5. 前記１つ以上のセルを選択する過程は、
   所定の回数以上前記目的式値が更新されないまで繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
6. 前記所定の回数以上目的式値が更新されない場合には、前記所定の回数以上更新されない目的式値に該当するセグメント割当を最適セグメント割当として決める過程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
7. 前記目的式値は、下記の式２を使用して計算することを特徴とする請求項４に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
   

   

   
   ここで、前記ｗ_ｉは、セクターｉとセグメントが重複するセクター中でセクター対の隣接度が最大のセクターで、ｐｒｏｘ＿ａｂは、セクターａのセクターｂに対する隣接度である。すなわち、前記目的式は、各セクターごとにセグメント重複による影響が最大のセクターの１つのみを考慮してセクター対を生成し、全てのセクターに対し前記生成されたセクター対に対する隣接度の和を最小化する値を求める式である。
8. 前記隣接度の決定過程は、
   隣接度が決まっていない任意のセクター対（ｉ、ｊ）を選択する過程と、
   前記セクターｉの仮想ユーザ位置を計算し、前記計算されたセクターｉの仮想ユーザ位置を使用して前記セクターｉのセクターｊに対する隣接度を計算する過程と、
   前記セクターｊの仮想ユーザ位置を計算し、前記計算されたセクターｊの仮想ユーザ位置を使用して前記セクターｊのセクターｉに対する隣接度を計算する過程と、
   前記セクターｉのセクターｊに対する隣接度と前記セクターｊのセクターｉに対する隣接度の和で前記セクター対の隣接度を決める過程と、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
9. 前記仮想ユーザは、該当セクターのアンテナの方位角と同一線上で、システム内の平均基地局の半径の１／２の距離に位置することを特徴とする請求項８に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
10. 前記平均基地局の半径は、システム内の全ての基地局に対し任意の基地局から最も近い基地局までの距離の平均である平均基地局距離の１／２であることを特徴とする請求項９に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
11. 前記セクターの隣接度は、選択されたセクター対（ｉ、ｊ）の一方のセクターと他方のセクターの仮想ユーザとの間の経路損失を用いて計算することを特徴とする請求項８に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
12. 前記セクターの隣接度は、該当セクターのアンテナの方位角、アンテナパターン、伝送パワーの少なくとも１つを考慮して計算することを特徴とする請求項８に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当方法。
13. 全セルに対する平均密集度を計算する平均密集度計算部と、
    セル間の平均最小距離Ｒを計算するセル間の平均距離計算部と、
    各セル別に、定数ｋを増加させながら、該当セルを中心に半径がｋＲである円の密集度が前記平均密集度以下となり始める円を決めるクラスタ生成条件比較部と、
    各セル別に、前記決められた円に含まれたセルを要素とするクラスタを生成するクラスタ生成及び保存部と、
    を含むことを特徴とする広帯域無線通信システムのセグメント再割当装置。
14. 前記密集度は、どれだけ多くのセルが互いに密集しているかを表す尺度であり、下記の式３を使用して計算することを特徴とする請求項１３に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当装置。
    

    
15. 前記セル間の平均最小距離Ｒは、各セルに対し最も近いセルとの距離に対する平均値であることを特徴とする請求項１３に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当装置。
16. 前記全セルに対する初期セグメント割当てを把握する既存の割当入力部と、
    セグメント再割当のための１つ以上のセルを選択するセグメント再割当セル候補群選択部と、
    前記選択された１つ以上のセルに該当するクラスタ別に、該当クラスタ内部のみを対象にセグメントの再割当を行うセグメント再割当部と、
    前記把握された初期セグメント割当てを用いて全セルに対し各セクター対の隣接度を決め、前記選択されたセルのそれぞれに対し、該当セグメント再割当の結果を用いて全セルに対して各セクター対の隣接度を決める隣接度決定部と、
    前記決められたそれぞれの隣接度を用いて該当目的式値を計算し、前記目的式値を比較して、最も小さい目的式値に該当するセグメント割当てを最適セグメント割当てとして決める再割当結果比較部と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当装置。
17. 前記セグメント再割当セル候補群選択部は、
    前記決められた最適セグメント割当てが所定の回数以上更新されないまで前記セル選択過程を繰り返すことを特徴とする請求項１６に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当装置。
18. 前記目的式値は、下記の式４を使用して計算することを特徴とする請求項１６に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当装置。
    

    

    
    ここで、前記ｗ_ｉは、セクターｉとセグメントが重複するセクター中でセクター対の隣接度が最大のセクターで、ｐｒｏｘ＿ａｂは、セクターａのセクターｂに対する隣接度である。すなわち、前記目的式は、各セクターごとにセグメント重複による影響が最大のセクターの１つのみを考慮してセクター対を生成し、全てのセクターに対し前記生成されたセクター対に対する隣接度の和を最小化する値を求める式である。
19. 前記隣接度決定部は、
    前記生成されたセクター対のうち、隣接度が決まっていない任意のセクター対（ｉ、ｊ）を選択するセクター対（ｉ、ｊ）選択部と、
    前記セクターｉの仮想ユーザ位置を計算するセクターｉの仮想ユーザ位置計算部と、
    前記計算されたセクターｉの仮想ユーザ位置を利用して、前記セクターｉのセクターｊに対する隣接度を計算するセクターｉの隣接度計算部と、
    前記セクターｊの仮想ユーザ位置を計算するセクターｊの仮想ユーザ位置計算部と、
    前記計算されたセクターｊの仮想ユーザ位置を利用して、前記セクターｊのセクターｉに対する隣接度を計算するセクターｊの隣接度計算部と、
    前記セクターｉのセクターｊに対する隣接度と、前記セクターｊのセクターｉに対する隣接度との和で前記セクター対の隣接度を決めるセクター対（ｉ、ｊ）の隣接度保存部と、
    を含むことを特徴とする請求項１６に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当装置。
20. 前記仮想ユーザは、該当セクターのアンテナの方位角と同一線上で、システム内の平均基地局の半径の１／２の距離に位置することを特徴とする請求項１９に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当装置。
21. 前記平均基地局の半径は、システム内の全ての基地局に対して任意の基地局から最も近い基地局までの距離の平均である平均基地局の距離の１／２であることを特徴とする請求項２０に記載の広帯域無線通信システムのセグメント再割当装置。

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