JP2012004836A - セル間干渉回避通信方法および通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】セル端で使用するサブチャネル集合を動的に変更することが可能なセル間干渉回避通信方法を得ること。
【解決手段】移動機が、接続している基地局のセルと隣接する隣接セル内の信号の通信品質を測定して当該基地局へ通知し、前記基地局が、所定の通信品質以上の通信品質を通知した移動機を自セルのセル端に位置していると判定し、自セルのセル端に位置している移動機に対して割り当てるべきサブチャネルの所要帯域を設定してサーバへ通知し、前記サーバが、前記所要帯域に基づいて干渉グラフを生成して多重彩色問題を解き、セル端の移動機ごとにサブチャネル帯域が等しくなるように各色にサブチャネルを対応付けて、各基地局に対して割り当て、セル端の移動機に割り当てたサブチャネルをそれぞれの基地局へ通知し、前記基地局が、自局のセル端に位置している移動機に対してサブチャネルを割り当てる。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の移動端末と当該移動端末と接続する複数の基地局を備えた通信システムにおけるセル間干渉回避通信方法に関する。

３ＧＰＰ（3^rd Generation Partnership Project）で規格化が進められているＬＴＥ（Long Term Evolution）や、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）で規格化が進められているＷｉＭＡＸなどの次世代移動体通信システムでは、無線通信方式としてＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が採用されている。ＯＦＤＭは、複数の直交する搬送波（サブキャリア）を使用し、周波数軸、時間軸上で複数のユーザデータを多重して送信する通信方式である。

近年、ＯＦＤＭの柔軟なサブキャリア割り当て特性を活かして、周波数利用効率において１セル繰り返しと従来のＮセル繰り返しの間を占める周波数繰り返し方式である部分周波数繰り返し（ＦＦＲ：Fractional Frequency Reuse）が検討されている。

ＦＦＲでは、セル端付近で使用するサブキャリアを制限し、隣接セル間で同一のサブキャリアを使用しないことにより、セル間の干渉を回避する。実際の通信システムでは、複数のサブキャリア（周波数）・シンボル（時間）をまとめて１つの割り当て単位（サブチャネル）として移動機に割り当てている。ＦＦＲでは、サブチャネルの集合を隣接セル間で重複しないように分割し、セル端では分割された部分集合を使用しているが、どのような分割方法であっても、セル端では使用できる帯域が固定されてしまう。そのため、移動機の移動に伴い同一セル内でのセル端移動機と非セル端移動機の比率やセル間でのセル端移動機の比率が変動して偏りが発生した場合、周波数利用効率が低下するという問題があった。

上記問題を解決する方法として、セル端で使用するサブチャネル集合を動的に変更する適応的ＦＦＲ方式に関する技術が、下記特許文献１において開示されている。適応的ＦＦＲは、従来のＦＦＲ（以下、静的ＦＦＲとする）によって規定されるサブチャネル集合を基本とし、セル端でのトラヒックに応じて他セルのセル端で使用すべきサブチャネルをある規則に従って選択して使用することにより、周波数利用効率を上げると共にセル間干渉の発生確率を低く抑えている。

また、セル間干渉を考慮して無線リソースを割り当てる技術が、下記特許文献２において開示されている。この技術は、移動機のスケジューリングとセル間干渉回避を、最適リソース割り当て問題、グラフ彩色問題、線形計画法等の最適化問題として定式化し、統一的に扱うものである。移動機間の干渉量を測定し、サブキャリアレベルの周波数繰り返しを行うため、周波数再利用の観点で効率が良くなる。

特開２００９−５１０９６７号公報 国際公開第２００９／０１９０７９号

しかしながら、上記従来の技術（特許文献１）によれば、静的ＦＦＲをベースとしているため、セルの隣接関係および自セルのセル端で使用するサブチャネルの情報を、事前に取得していることを前提する。そのため、フェムトセルのように基地局が移動するまたは電源がオン／オフされ、セルの隣接関係が絶えず変動するシステムには対応できない、という問題があった。

また、上記従来の技術（特許文献２）によれば、干渉回避と無線リソース割り当てを一体としているため、基地局が自由にスケジューリングできない、という問題があった。例えば、各移動機が使用すべきサブチャネルは各セル間干渉回避処理で決定される。干渉を回避しつつ短期的無線通信品質の変動に追従した無線リソース割り当てを実現するためには、少なくともスケジューリング周期毎に干渉回避を考慮した無線リソースの割り当てを行う必要がある。しかしながら、数ｍｓオーダで複数セルに分布するすべての移動機の無線リソース割り当てを、セル間干渉を考慮しながら実施することは実現困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、セル端のトラヒックの変動に対して各セル端で使用するサブチャネル集合を動的に変更することが可能なセル間干渉回避通信方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の移動機、当該移動機と接続可能な複数の基地局、および当該複数の基地局と接続するサーバから構成された通信システムにおけるセル間干渉回避通信方法であって、各移動機が、自機が接続している所定の基地局のセルと隣接するセルである隣接セル内の信号の通信品質を測定し、測定した通信品質および当該隣接セルの識別番号を当該所定の基地局へ通知する測定ステップと、前記所定の基地局が、所定の通信品質以上の通信品質を通知した移動機を自セルのセル端に位置していると判定し、また、当該通信品質とともに受け取った隣接セルの識別番号に基づいて、当該隣接セルを干渉回避対象セルと判定する判定ステップと、前記所定の基地局が、自セルのセル端に位置している移動機に対して割り当てるべきサブチャネルの所要帯域を設定し、当該所要帯域および前記干渉回避対象セルの識別番号を前記サーバへ通知する所要帯域設定ステップと、前記サーバが、前記所定の基地局である各基地局から受け取った前記干渉回避対象セルの識別番号および前記所要帯域に基づいて、干渉グラフを生成して多重彩色問題を解き、セルの周波数帯域を彩色数で等分し、セル端の移動機ごとにサブチャネル帯域が等しくなるように各色にサブチャネルを対応付けて、当該各基地局に対して、セル端にいる移動機数分のサブチャネルを割り当てる第１の割り当てステップと、前記サーバが、前記多重彩色問題を解いた結果、特定の基地局に対して割り当てたサブチャネルが、別のセルを構成する基地局のセル端の移動機または非セル端の移動機で使用可能な場合に、当該別のセルを構成する基地局に対して、当該特定の基地局に対して割り当てたサブチャネルを余剰サブチャネルとして割り当てる第２の割り当てステップと、前記サーバが、前記第１の割り当てステップにて割り当てたサブチャネルを、前記各基地局へ通知する第１の通知ステップと、前記サーバが、前記第２の割り当てステップにて余剰サブチャネルを割り当てた場合に、当該余剰サブチャネルを、前記別のセルを構成する基地局へ通知する第２の通知ステップと、前記第１の通知ステップにてサブチャネルを通知された基地局が、当該サブチャネルを、自局のセル端に位置している移動機に対して割り当てる第１のスケジュールステップと、前記第２の通知ステップにて余剰サブチャネルを通知された基地局が、さらに当該余剰サブチャネルをセル端の移動機または非セル端の移動機に割り当てる第２のスケジュールステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、セル端のトラヒックの変動に対して各セル端で使用するサブチャネル集合を動的に変更することができる、という効果を奏する。

図１は、セル配置および移動機の分布を示す図である。 図２は、サブチャネルの帯域割り当てを示す図である。 図３は、サブチャネルの帯域割り当てを示す図である。 図４は、ネットワークの構成例を示す図である。 図５は、サブチャネル集合を決定する処理を示すフローチャートである。 図６は、頂点の集合を示す図である。 図７は、拡大グラフを示す図である。 図８は、サブチャネルの割り当て例を示す図である。 図９は、セル端移動機のデータレートの総和と要求帯域を示す図である。 図１０は、予備サブチャネル集合の予約処理を示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかるセル間干渉回避通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、従来の静的ＦＦＲ方式を説明するためのセル配置および移動機の分布を示す図である。セル１〜７は、同一セル半径をもつオムニセルである。セルを効率良くかつ万遍なく配置するため、各セルが仮想的に同図に示すような六角形であるものとして蜂の巣状に配置されるものとする。各セルは、基地局１１〜１７が形成するものであり、例えば、基地局１２がセル２を形成していることを「２＠１２」と表記する。移動機２１〜２３はセル１のセル端に位置しており、それぞれ基地局１１に接続して無線通信を行っている。同様に、移動機２４はセル２、移動機２５、２６はセル７のセル端に位置しており、それぞれ基地局１２、基地局１７に接続して無線通信を行っている。

図１のセル配置を仮定した場合、従来の静的ＦＦＲでは、隣り合うセルとの間で異なるサブチャネル集合となるように、各基地局に対して、３つの異なるサブチャネル集合を繰り返し割り当てる。図１では、サブチャネル集合をセルの模様で表しており、セル１が１つのサブチャネル集合、セル２、４、６が他のサブチャネル集合、セル３、５、７が更に異なるサブチャネル集合を使用する。

各サブチャネル集合は、図２に示すように、それぞれ全帯域の１／３が割り当てられている。図２は、各サブチャネルの帯域割り当てを示す図である。図２（ａ）は、セル１におけるサブチャネル集合の使用方法を示しており、セル端に位置している移動機はセルで使用可能な全周波数帯域のうち、例えば、もっとも周波数の低い１／３の領域を使用し、残り２／３の領域を非セル端に位置している移動機が使用する。ここで、図２（ａ）では、非セル端に位置している移動機が使用するサブチャネル集合の送信電力が、セル端のそれに比べて小さい。これは、非セル端では隣接セル間で同一の周波数を同時に使用する可能性があるため、送信電力を小さくし、隣接セルへ干渉しないようにするためである。

同様に、図２（ｂ）は、セル２、４、６におけるサブチャネル集合の使用方法を示しており、セル端に位置している移動機はセルで使用可能な全周波数帯域のうち、図２（ａ）で示したセル端での使用サブチャネル集合以外の部分、例えば、中央の１／３の領域を使用し、残り２／３の領域を非セル端に位置している移動機で使用する。また、図２（ｃ）は、セル３、５、７におけるサブチャネル集合の使用方法を示しており、もっとも周波数の高い１／３の領域をセル端での使用サブチャネル集合として使用し、残り２／３を非セル端に位置している移動機で使用する。

従来の静的ＦＦＲでは、セル端で使用するサブチャネル集合が固定されているため、セル端に位置している移動機の分布に偏りが生じた場合、無線帯域の利用効率が低下する。例えば、図１に示す移動機２１〜２６の分布では、図２に示すように、セル１では移動機２１〜２３の３台が全帯域の１／３を使用する（移動機あたり１／９の帯域を使用）のに対し、セル２では移動機２４の１台（移動機あたり１／３の帯域を使用）、セル７では移動機２５、２６の２台（移動機あたり１／６の帯域を使用）がそれぞれ１／３の帯域を使用することになり、移動機あたりの使用可能帯域に差が生じる。また、セル３〜６のようにセル端に移動機が位置していないセルでは、各々のセルに割り当てられたセル端移動機用のサブチャネル集合を隣接セルで使用可能であるにも関わらず未使用となってしまう。

そこで、本実施の形態のセル間干渉回避通信方法では、ＦＦＲにおいて、セル端に位置する移動機の数、セル端で発生するトラヒック量、移動機の分布と干渉の関係等を考慮して、セル端で使用するサブチャネル集合を決定する。

例えば、図１では、セル１（またはセル２）の下り送信がセル２（またはセル１）のセル端に位置する移動機２４（または移動機２３）への干渉となり、セル７の下り送信がセル１のセル端に位置する移動機２３への干渉となる。そのため、干渉関係にあるセル１とセル２間、およびセル１とセル７間で等無線帯域を分割してセル端で使用するサブチャネル集合を定義し、図３に示すようにセル１、セル２およびセル７では、移動機あたり等しく全帯域の１／５に相当するサブチャネル集合が使用可能なように周波数帯域を分割する。図３は、各サブチャネルの帯域割り当てを示す図である。図３（ａ）は、セル１におけるサブチャネル集合割り当てを示しており、全帯域の３／５にあたるサブチャネル集合４０を移動機２１〜２３の３台で使用する。同様に、図３（ｂ）は、セル２におけるサブチャネル集合の割り当てを示しており、全帯域の１／５にあたるサブチャネル集合４１を移動機２４の１台で使用する。また、図３（ｃ）は、セル７におけるサブチャネル集合の割り当てを示しており、全帯域の２／５にあたるサブチャネル集合４２を移動機２５、２６の２台で使用する。

また、本実施の形態のＦＦＲでは、セル端移動機でも非セル端移動機でも使用可能な余剰サブチャネル集合を定義できる。例えば、図３（ｂ）において、セル２では、移動機２４のみがセル端に位置しているため、全帯域の１／５にあたるサブチャネル集合４１が使用できればよい。しかしながら、セル２では、セル端でサブチャネル集合４３を使用しても隣接セルに干渉を与えないため、移動機２４で使用することも可能である。ここでは、サブチャネル集合４３を余剰サブチャネルとし、基地局１２は、自身のスケジューリングアルゴリズムに従って、セル端又は非セル端移動機に割り当てることができる。

つづいて、基地局から移動機方向への下り通信において、セル端移動機の分布に応じてセル端で使用するサブチャネル集合を適応的に決定する方法について詳細に説明する。なお、移動機から基地局方向への上り通信にも適用可能であり、上りと下りで異なる周波数を使用する周波数分割多重方式（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）、時間分割多重方式（ＴＤＤ：Time Division Duplex）のいずれにも適用可能である。

図４は、本実施の形態にかかるセル間干渉回避通信方法を実現可能なネットワークの構成例を示す図である。ネットワークは、基地局１１〜１７と、移動機２１〜２６と、ＩＣＥ（Interference Coordination Entity）５０と、から構成される。基地局１１〜１７および移動機２１〜２６の配置は、図１同様である。ＩＣＥ５０は、各セルを構成する基地局１１〜１７と接続し、各基地局から通知されたセル間の干渉関係および各セル端での所要帯域情報に基づいて、各セル端で使用するサブチャネル集合を決定するサーバ（ネットワークエンティティ）である。なお、ＩＣＥ５０は、特別な装置として実装してもよいし、既存装置の中に実装してもよい。

図５は、本実施の形態のＦＦＲにおいてセル端で使用するサブチャネル集合を決定する処理を示すフローチャートである。

まず、ＩＣＥ５０は、セル端で使用するサブチャネル集合を一定間隔で更新するため、前回決定したサブチャネル集合の更新周期経過まで待ち合わせる（ステップＳ１）。

つぎに、移動機２１〜２６は、周辺セルのモニタチャネルをモニタし、検出されたセルと当該セルのモニタチャネルの受信品質およびセル識別情報を、自身が接続しているセルを構成する基地局へ通知する。

各基地局は、移動機から通知された周辺セルのモニタチャネルの受信品質に基づいて、当該移動機がセル端に位置しているかどうかを判定する。セル端に位置していると判定した場合には、当該移動機が隣接する周辺セルを干渉回避対象セルとして、各基地局は、当該セルにおいてセル端移動機に対して割り当てを要求するサブチャネル集合の所要帯域を求める。各基地局は、移動機から通知された受信品質が一定以上の受信品質で場合あった場合に、セル端に位置していると判定する。

ここで、モニタチャネルとは、各セルで報知している報知チャネルや他の下り共通チャネルである。セル識別情報とは、少なくとも隣接するセル間で個々のセルを一意に特定する情報であり、物理的／論理的セル識別子、スクランブル符号番号等が使用できる。サブチャネル集合の所要帯域とは、隣接するセルとの間で干渉を回避するためにサブチャネル集合を分割する際、サブチャネル集合の分割比率を決定するためのものである。ここでは、説明の簡略化のためセル端に位置している移動機の数とする。なお、サブチャネル集合の所要帯域はこれに限る必要はなく、例えば、セル端に位置している移動機におけるデータ送受信レート、移動機（上りの場合）または基地局（下りの場合）内のバッファに滞留している当該セル端移動機向けデータ量の合計値、対数値、あるいはこれらの平均値等を使用してもよい。

各基地局は、ＩＣＥ５０へ、干渉回避対象セルおよび所要帯域の情報を通知する。そして、ＩＣＥ５０は、各基地局から干渉回避対象セルおよび所要帯域の情報を収集する（ステップＳ２）。

なお、ＩＣＥ５０は、サブチャネル集合割り当て周期経過を待って各基地局から最新の干渉回避対象セルおよび所要帯域の情報を収集するようにしているが、これに限定するものではない。例えば、ＩＣＥ５０は、各基地局から定期的あるいは任意のタイミングで干渉回避対象セルおよび所要帯域の情報を収集しておき、サブチャネル集合割り当て周期経過時に最新の情報を使用してサブチャネル集合割り当てを更新してもよい。

つぎに、ＩＣＥ５０は、各基地局から収集した情報に用いて、干渉グラフを生成する（ステップＳ３）。まず、ＩＣＥ５０では、各基地局から収集した干渉回避対象セルおよび所要帯域（セル端移動機数）に基づいて、以下の規則に基づいて重み付き無向グラフ「Ｇ＝（Ｖ，Ｅ）」、「ｗ：Ｖ→Ｉ」を生成する。ここで、ＶはＧの頂点の集合、ＥはＧの辺の集合、Ｉは非負整数の集合である。

１．各セルｉについて、「ｉ∈Ｖ」，「ｗ（ｉ）＝Ｎ_i」とする。ここで、Ｎ_iはセルｉのセル端に位置する移動機の数である。

２．各セルｉについて、対応する基地局から報告された各干渉回避対象セルｊについて、「ｗ（ｉ）・ｗ（ｊ）＞０」の場合、「｛ｉ，ｊ｝∈Ｅ」とする。

３．Ｇを独立した部分グラフとして、次式（１）のように分割する。

４．｜Ｖ_i｜＞１となるＧ_iを干渉グラフとする。ここで、｜Ｓ｜は集合Ｓの要素数を表す。

図１に示した移動機の分布に対して上記グラフＧを生成すると、図６のようになる。図６は、頂点の集合を示す図である。図６において、各頂点は、それぞれ図１におけるセルに該当し、頂点名に該当するセルの番号を付している。さらに、各セルのセル端における所要帯域を頂点横四角内に表している。例えば、頂点７１はセル３に対応し、当該セルにはセル端に移動機が存在しないため、所要帯域７５には０が記入されている。また、２つの頂点を結ぶ辺は隣接するセルが干渉関係にあり、これらのセル間ではセル端で異なるサブチャネル集合を使用する必要があることを示している。

グラフＧを辺で結ばれていない部分グラフに分割すると、頂点７１〜７４のそれぞれ頂点のみからなる部分グラフと、セル１、セル２およびセル７に対応する頂点および辺で構成される部分グラフ７０となる。頂点７１〜７４のそれぞれ１つの頂点のみから構成される部分グラフでは、頂点数が１以下、すなわち、他セルとの干渉関係がなく、セル端で使用するサブチャネル集合を分割する必要がない。そのため、干渉グラフとせず、該当する基地局には全帯域をセル端で使用可能なサブチャネル集合として通知する。一方、グラフ７０については、干渉グラフとして後述するサブチャネル集合割り当てを行う。

つぎに、ＩＣＥ５０は、ステップＳ３で求めたそれぞれの干渉グラフＧ^Int＝（Ｖ^Int，Ｅ^Int）に対し、各セル、詳細には各セルを構成する基地局へのサブチャネル集合割り当てを決定する（ステップＳ４）。具体的には、以下の手順で行う。

１．「ｗ´（ｉ）＝ｗ（ｉ）／ｗ_min（Ｇ^Int）」，「ｉ∈Ｖ^Int」とする。ここで、ｗ_min（Ｇ^Int）は、Ｇ^Intにおける最小重みである。

２．Ｇ^Intの各頂点「ｉ∈Ｖ^Int」をｗ´（ｉ）個の頂点ｉ₀，ｉ₁，…，ｉ_w'(i)-1からなる完全グラフに置き換えた拡大グラフ「Ｇ^Int,Ext＝（Ｖ^Int,Ext，Ｅ^Int,Ext）」を生成する。

３．Ｇ^Int,Extに対して彩色し、各頂点「ｉ∈Ｖ^Int,Ext」に対する彩色「ｃ：Ｖ^Int,Ext→｛０，１，…，Ｍ−１｝」と彩色数Ｍを得る。

４．Ｇ^Intの各頂点「ｉ∈Ｖ^Int」に対する多重彩色「ｃ´：Ｖ^Int→Ｃ⊆｛０，１，…，Ｍ−１｝」を、「ｃ´（ｉ）＝｛ｃ（ｊ）：ｊ is an expanded node of ｉ in Ｇ^Int,Ext｝」とする。

５．各色｛０，１，…，Ｍ−１｝に対して、Ｂ／Ｍの帯域幅に相当するサブチャネル集合を割り当てる（各色ｍに対応するサブチャネル集合をＳ（ｍ）とする）。ここで、Ｂはセルの周波数帯域幅である。

６．Ｇ^Intの各頂点「ｉ∈Ｖ^Int」に対し、
（ア）余剰色集合「Ｒ（ｉ）＝φ」とする。
（イ）頂点ｉを含む全てのＧ^Intの極大クリークについて、対応するＧ^Int,Extの極大クリークで使用済みの色の集合をＵ（ｉ）とする。ここで、あるグラフの部分グラフにおいて、どの異なる２頂点間にも辺が存在するとき、その部分グラフをクリークとする。クリークのうち、頂点集合が他のどのクリークにも真に含まれないとき、そのクリークを極大クリークとする。

７．以下、余剰色を割り当て可能な頂点がなくなるまで繰り返す。
（ア）Ｇ^Intの任意の頂点「ｉ∈Ｖ^Int」を選択
（イ）「｛０，１，…，Ｍ−１｝−Ｕ（ｉ）≠φ」のとき、
（１）「ｍ∈｛０，１，…，Ｍ−１｝−Ｕ（ｉ）」を任意に選択し、「Ｒ（ｉ）＝Ｒ（ｉ）∪｛ｍ｝」とする。
（２）頂点ｉを含む全てのＧ^Intの極大クリークの各頂点ｊ（ｉも含む）について、「Ｕ（ｉ）＝Ｕ（ｉ）∪｛ｍ｝」とする。

８．頂点「ｉ∈Ｖ^Int」に対応するセルのセル端移動機が使用可能なサブチャネルの集合を「Ｆ_edge（ｉ）＝｛ｓ∈Ｓ（ｍ）：ｍ∈ｃ´（ｉ）｝」、全移動機で使用可能な余剰サブチャネルの集合を「Ｆ_all（ｉ）＝｛ｓ∈Ｓ（ｍ）：ｍ∈Ｒ（ｉ）｝」とする。

上記手順１における干渉グラフの重みの正規化は、拡大グラフの頂点数を減らし、彩色問題を解くアルゴリズムの計算量を抑えるために設けているが、本質的には不要であり、なくてもよい。また、上記手順４において周波数帯域幅Ｂに占めるサブチャネル数が彩色数Ｍよりも小さい場合には、時間軸（対象とする通信システムによってスロット、ＴＴＩ（Transmission Time Interval）、サブフレーム、フレームなどの単位となる）上の割り当ても考慮する。

例えば、図６に示す干渉グラフ７０において、頂点の最小重みは頂点２の１であり、「ｗ´（ｉ）＝ｗ（ｉ）」である。干渉グラフの各頂点をｗ´（ｉ）個の頂点からなる完全グラフに置き換えた拡大グラフを生成すると図７のようになる。図７は、拡大グラフを示す図である。図７において、頂点１の拡大後の頂点１₀，１₁，１₂は、それぞれ頂点２、頂点７の拡大頂点７₀，７₁と接続されている。この拡大グラフにおいて、辺で接続されている頂点を異なる色となるように彩色すると、例えば、図７中のひし形内の数字に示したように塗り分けることができ、彩色数は「Ｍ＝５」となる。干渉グラフにおいて頂点１と頂点７で張られる極大クリークでは５色を使用しているため「Ｒ（１）＝Ｒ（７）＝φ」である。しかし、頂点２と頂点１で張られる極大クリークでは、４色しか使用していないため、もう１色に対応するサブチャネルを極大クリークのある頂点で使用できる可能性があり、実際Ｒ（２）は、拡大グラフにおいて頂点７₁が使用している色（＝４）となる。

また、基地局による単位スケジューリング時間あたりに割り当て可能なサブチャネル集合の数が３であった場合の各色へのサブチャネル割り当ての例を図８に示す。図８は、サブチャネルの割り当て例を示す図である。ＩＣＥ５０は、各色に対して２スケジューリング時間（＝偶数スロット、奇数スロット）毎にサブチャネル集合を割り当てると、必要サブチャネル集合数（＝彩色数）５に対して６個のサブチャネル集合を割り当て可能となり、１色分サブチャネル集合が余剰となる。この場合、ＩＣＥ５０は、任意の１色（図８では色０）を選び、２色分のサブチャネル集合を割り当てている。

そして、ＩＣＥ５０は、ステップＳ４で決定した干渉グラフの各頂点に対する彩色に基づいて、各セルのセル端で使用可能なサブチャネル集合を定義し、対応するセルを構成する基地局へ通知する（ステップＳ５）。

例えば、図７において頂点１に対して色０、１、２の３色によって対応づけられるサブチャネル集合をセル１のセル端で使用可能なサブチャネル集合として基地局１１に通知する。同様に、セル２には色３によって対応づけられるサブチャネル集合をセル２のセル端で使用可能なサブチャネル集合、色４によって対応づけられるサブチャネル集合を余剰サブチャネル集合として基地局１２に通知する。その後、各基地局が、自セル内の移動機に対してサブチャネル集合を割り当てる。

以上説明したように、本実施の形態のＦＦＲでは、基地局が、各セルのセル端に分布している移動機からの情報に基づいてセル間干渉を回避すべき隣接セルを決定し、各隣接セルのセル端における所要帯域を設定し、ＩＣＥに対してサブチャネル集合の割り当てを要求する。ＩＣＥは、各基地局から収集した情報に基づいて、セル端に位置している移動機に対して均等に帯域を割り当てるように、サブチャネル集合割当を決定することとした。これにより、通信システムでは、セル間干渉を回避しつつ、各セル端での所要帯域に応じたサブチャネル割り当てを行うことができる。

また、ＩＣＥ５０にて決定された各セルを構成する基地局へのサブチャネル集合の割り当ては、各々のセルのセル端で使用するサブチャネル集合に制約を置くものであり、各基地局は、この制約の元、移動機に対して自由にサブチャネルを割り当てることができる。これにより、通信品質の短期的変動に追従したサブチャネル割り当てを行うことができる。また、ハンドオーバや発着信により一時的に増加したセル端移動機に対して、既存移動機に割り当てているサブチャネルを割り当てることが可能となる。

なお、各基地局からＩＣＥ５０に対して各セル端での所要帯域を移動機の数やデータレート、移動機または基地局内のバッファ内データ対流量等、移動機の数に比例した値としたが、実際の連続的な所要帯域に対して離散的な値をとるようにすることができる。図９は、セル端移動機のデータレートの総和と要求帯域を示す図である。上記定義された区間ごとの所要帯域値を示すものである。図９に示すように各セルにおけるセル端移動機のデータレートの総和に対して、［０，ａ），［ａ，ｂ），［ｂ，ｃ），［ｃ，∞）の区間を定義し、それぞれα，β，γ，δを所要帯域の値としてもよい。なお、［０，ａ）は、０以上ａ未満を示す。

実施の形態２．
実施の形態１では、ＩＣＥは、各基地局のセル端に分布している移動機の情報に基づいて、セル干渉を回避するために、各基地局に割り当てるべきサブチャネル集合の所要帯域を求めた。本実施の形態では、発着信、ハンドオーバ、スリープモードからの復帰等によりセル端移動機が増加する場合に、ＩＣＥが、各基地局に対して、次回のサブチャネル集合更新周期までの間、予め予約しておいた少量のサブチャネル集合を、これら新規セル端移動機用に当てる方法について説明する。実施の形態１と異なる部分について説明する。

図１０は、予備サブチャネル集合の予約処理を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートのステップＳ２において、各基地局が図１０に示す処理を行うことにより、少量の予備サブチャネル集合を予約する。

まず、各基地局は、セル端移動機が検出した隣接セルに対して仮想的な移動機を設定し、所要帯域を更新する（ステップＳ１１）。実施の形態１では、基地局が、接続している移動機に対して周辺セルをモニタさせ、周辺セルが送信している共通チャネルなどの無線チャネル品質の測定値から、当該測定を行った移動機がセル端に位置しているか否かを判定する。そして、基地局は、セル端移動機と判定した場合に、当該移動機が報告した周辺セルを、セル間干渉回避を行うべき隣接セルとして、そのセル識別情報をＩＣＥ５０に報告する。このとき、セル端に位置していると判定した移動機の数、またはこれらセル端移動機のデータレート、移動機／基地局内バッファにおけるデータ滞留量の総和を所要帯域としてＩＣＥ５０に報告する。

本実施の形態では、次のサブチャネル集合更新周期までに、発着信、ハンドオーバ、スリープモードからの復帰等により増加し得る移動機を想定し、仮想的な所要帯域を上乗せ（例えば、所要帯域が移動機の数を表している場合には１台分とする等）する。これにより、現在通信中の移動機に対して割り当てるべきサブチャネル集合の他に、次のサブチャネル集合更新周期までに増加した移動機に対してもサブチャネル集合を予め確保しておくことが可能となる。

また、各基地局は、他の隣接セル情報に基づいて、干渉回避対象となる隣接セル、仮想移動機を設定し、当該隣接セルに対する所要帯域を計算する（ステップＳ１２）。実施の形態１では、各セルにおいてセル間干渉回避の対象とすべき隣接セルは、当該セルのセル端において通信中の移動機の測定によって決定する。

本実施の形態では、これらセル端において通信中の移動機がモニタできない周辺セルを干渉回避対象となる隣接セルと定義し、各基地局が、セル端移動機に割り当てるサブチャネル集合を予め確保しておくために、以下のいずれかに該当する隣接セル情報を収集し、これら隣接セルに対してステップＳ１１と同様に仮想的な移動機および所要帯域を設定し、ＩＣＥ５０へ報告する。

（１）当該セルにおいて過去に発着信を行った移動機が、無線接続設定時に報告するモニタセル情報。モニタセル情報は、発着信のために移動機が無線接続を確立する際、無線接続確立前に測定していた周辺セル情報を基地局に通知するものであり、セル端において通信中の移動機が基地局に報告するモニタセル情報と同様に干渉回避対象とする隣接セルを決定する場合に使用することができる。

（２）当該セルにおいて過去にセル端で通信中であった移動機がモニタし、ステップＳ２において報告した隣接セル情報。過去にステップＳ２においてセル端で通信中の移動機が通知したモニタセル情報を使用するものである。

（３）ハンドオーバ履歴。他のセルから当該セルへハンドオーバを実施したことを契機として、ハンドオーバ元のセルを当該セルの隣接セルとするものである。

（４）ＩＣＥ５０から通知された隣接セル情報。ＩＣＥ５０がステップＳ３において各基地局から収集した干渉回避対象セル・所要帯域情報から干渉グラフを作成する際に得られるセル間の隣接関係を、ＩＣＥ５０から各基地局にフィードバックすることにより得られる。すなわち、隣接セルは自セルのセル端に位置している移動機からモニタ可能なセル、および、自セルをモニタ可能な移動機が通信中のセルであるが、前者は各基地局が移動機から収集することができるのに対して、後者はＩＣＥ５０でのみ収集可能であるので、ＩＣＥ５０は、ステップＳ５で各基地局にサブチャネル集合を通知する際に，ステップＳ３で得た隣接セル関係を合わせて通知するようにする。

なお、ステップＳ１１とステップＳ１２の処理は、それぞれ独立した処理である。そのため、先にステップＳ１２を行ってもよいし、ステップＳ１１のみ実施する、またはステップＳ１２のみ実施することも可能である。

以上説明したように、本実施の形態では、発着信、ハンドオーバ、スリープモードからの復帰等によりセル端移動機が増加する場合に備えて、基地局が所要帯域を余分に要求し、ＩＣＥにおいて予め少量のサブチャネル集合を確保するようにした。これにより、次回のサブチャネル集合更新周期までの間に発着信、ハンドオーバ、スリープモードからの復帰等により増加したセル端移動機に対して、基地局では、予備サブチャネル集合の中からサブチャネルを割り当てることが可能となる。

以上のように、本発明にかかるセル間干渉回避通信方法は、基地局と移動機によって構成される通信システムの通信方法に有用であり、特に、ＯＦＤＭを採用する通信システムの通信方法に適している。

１〜７ セル
１１〜１７ 基地局
２１〜２６ 移動機
５０ ＩＣＥ

Claims (20)

1. 複数の移動機、当該移動機と接続可能な複数の基地局、および当該複数の基地局と接続するサーバから構成された通信システムにおけるセル間干渉回避通信方法であって、
   各移動機が、自機が接続している所定の基地局のセルと隣接するセルである隣接セル内の信号の通信品質を測定し、測定した通信品質および当該隣接セルの識別番号を当該所定の基地局へ通知する測定ステップと、
   前記所定の基地局が、所定の通信品質以上の通信品質を通知した移動機を自セルのセル端に位置していると判定し、また、当該通信品質とともに受け取った隣接セルの識別番号に基づいて、当該隣接セルを干渉回避対象セルと判定する判定ステップと、
   前記所定の基地局が、自セルのセル端に位置している移動機に対して割り当てるべきサブチャネルの所要帯域を設定し、当該所要帯域および前記干渉回避対象セルの識別番号を前記サーバへ通知する所要帯域設定ステップと、
   前記サーバが、前記所定の基地局である各基地局から受け取った前記干渉回避対象セルの識別番号および前記所要帯域に基づいて、干渉グラフを生成して多重彩色問題を解き、セルの周波数帯域を彩色数で等分し、セル端の移動機ごとにサブチャネル帯域が等しくなるように各色にサブチャネルを対応付けて、当該各基地局に対して、セル端にいる移動機数分のサブチャネルを割り当てる第１の割り当てステップと、
   前記サーバが、前記多重彩色問題を解いた結果、特定の基地局に対して割り当てたサブチャネルが、別のセルを構成する基地局のセル端の移動機または非セル端の移動機で使用可能な場合に、当該別のセルを構成する基地局に対して、当該特定の基地局に対して割り当てたサブチャネルを余剰サブチャネルとして割り当てる第２の割り当てステップと、
   前記サーバが、前記第１の割り当てステップにて割り当てたサブチャネルを、前記各基地局へ通知する第１の通知ステップと、
   前記サーバが、前記第２の割り当てステップにて余剰サブチャネルを割り当てた場合に、当該余剰サブチャネルを、前記別のセルを構成する基地局へ通知する第２の通知ステップと、
   前記第１の通知ステップにてサブチャネルを通知された基地局が、当該サブチャネルを、自局のセル端に位置している移動機に対して割り当てる第１のスケジュールステップと、
   前記第２の通知ステップにて余剰サブチャネルを通知された基地局が、さらに当該余剰サブチャネルをセル端の移動機または非セル端の移動機に割り当てる第２のスケジュールステップと、
   を含むことを特徴とするセル間干渉回避通信方法。
2. 前記所要帯域設定ステップでは、セル端に位置している移動機の数に基づいて所要帯域を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセル間干渉回避通信方法。
3. 前記所要帯域設定ステップでは、セル端に位置している移動機のデータレートの総和に基づいて所要帯域を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセル間干渉回避通信方法。
4. 前記所要帯域設定ステップでは、移動機または自局が滞留しているデータ量に基づいて所要帯域を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセル間干渉回避通信方法。
5. 前記所要帯域設定ステップでは、移動機から所定の通信品質以上の通信品質の通知を受けた場合に、必要量よりも多い所要帯域を設定する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のセル間干渉回避通信方法。
6. 前記所要帯域設定ステップでは、移動機から所定の通信品質以上の通信品質の通知を受けていない隣接セルを対象に、過去に取得した情報に基づいて所要帯域を設定する、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のセル間干渉回避通信方法。
7. 前記過去に取得した情報を、過去に接続していた移動機が無線接続確立時に報告していた隣接セルとの受信品質の情報とする、
   ことを特徴とする請求項６に記載のセル間干渉回避通信方法。
8. 前記過去に取得した情報を、過去に接続していた移動機が所定の通信品質以上の通信品質の通知をしていたときの通信品質および隣接セルの識別情報とする、
   ことを特徴とする請求項６に記載のセル間干渉回避通信方法。
9. 前記過去に取得した情報を、ハンドオーバ履歴から得られる、自局にハンドオーバしてきた移動機の移動元のセルの情報とする、
   ことを特徴とする請求項６に記載のセル間干渉回避通信方法。
10. 前記過去に取得した情報を、前記サーバがサブチャネル割り当て時に他の基地局から取得したセルの隣接関係の情報であって、当該サーバからフィードバックされた情報とする、
    ことを特徴とする請求項６に記載のセル間干渉回避通信方法。
11. 複数の移動機、当該移動機と接続可能な複数の基地局、および当該複数の基地局と接続するサーバから構成された通信システムであって、
    各移動機は、
    自機が接続している所定の基地局のセルと隣接するセルである隣接セル内の信号の通信品質を測定し、測定した通信品質および当該隣接セルの識別番号を当該所定の基地局へ通知し、
    前記所定の基地局は、
    所定の通信品質以上の通信品質を通知した移動機を自セルのセル端に位置していると判定し、また、当該通信品質とともに受け取った隣接セルの識別番号に基づいて、当該隣接セルを干渉回避対象セルと判定し、
    自セルのセル端に位置している移動機に対して割り当てるべきサブチャネルの所要帯域を設定し、当該所要帯域および前記干渉回避対象セルの識別番号を前記サーバへ通知し、
    前記サーバは、
    前記所定の基地局である各基地局から受け取った前記干渉回避対象セルの識別番号および前記所要帯域に基づいて、干渉グラフを生成して多重彩色問題を解き、セルの周波数帯域を彩色数で等分し、セル端の移動機ごとにサブチャネル帯域が等しくなるように各色にサブチャネルを対応付けて、当該各基地局に対して、セル端にいる移動機数分のサブチャネルを割り当て、
    前記多重彩色問題を解いた結果、特定の基地局に対して割り当てたサブチャネルが、別のセルを構成する基地局のセル端の移動機または非セル端の移動機で使用可能な場合に、当該別のセルを構成する基地局に対して、当該特定の基地局に対して割り当てたサブチャネルを余剰サブチャネルとして割り当て、
    割り当てたサブチャネルを、前記各基地局へ通知し、
    余剰サブチャネルを割り当てた場合に、当該余剰サブチャネルを、前記別のセルを構成する基地局へ通知し、
    前記所定の基地局は、
    前記サーバから通知されたサブチャネルを、自局のセル端に位置している移動機に対して割り当て、
    前記サーバから余剰サブチャネルを通知された場合に、さらに当該余剰サブチャネルをセル端の移動機または非セル端の移動機に割り当てる、
    ことを特徴とする通信システム。
12. 前記所定の基地局は、セル端に位置している移動機の数に基づいて所要帯域を設定する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。
13. 前記所定の基地局は、セル端に位置している移動機のデータレートの総和に基づいて所要帯域を設定する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。
14. 前記所定の基地局は、移動機または自局が滞留しているデータ量に基づいて所要帯域を設定する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。
15. 前記所定の基地局は、移動機から所定の通信品質以上の通信品質の通知を受けた場合に、必要量よりも多い所要帯域を設定する、
    ことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の通信システム。
16. 前記所定の基地局は、移動機から所定の通信品質以上の通信品質の通知を受けていない隣接セルを対象に、過去に取得した情報に基づいて所要帯域を設定する、
    ことを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の通信システム。
17. 前記過去に取得した情報を、過去に接続していた移動機が無線接続確立時に報告していた隣接セルとの受信品質の情報とする、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の通信システム。
18. 前記過去に取得した情報を、過去に接続していた移動機が所定の通信品質以上の通信品質の通知をしていたときの通信品質および隣接セルの識別情報とする、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の通信システム。
19. 前記過去に取得した情報を、ハンドオーバ履歴から得られる自局にハンドオーバしてきた移動機の移動元のセルの情報とする、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の通信システム。
20. 前記過去に取得した情報を、前記サーバがサブチャネル割り当て時に他の基地局から取得したセルの隣接関係の情報であって、当該サーバからフィードバックされた情報とする、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の通信システム。

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