JP2013214974A - 電力割当方法、システムおよび装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中継協調通信技術に基づく電力割当方法を提供する。
【解決手段】第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報をそれぞれ決定し、決定された各チャネル状態情報に基づいて、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力をそれぞれ決定し、決定された第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を、それぞれ、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードにフィードバックする、ことを含む。中継ノードを有するネットワークトポロジーで、ソースとシンクとの間の直接リンク情報、並びに、ソースと中継ノードとの間および中継ノードとシンクとの間のリンク情報を考慮して、電力割当を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信技術における中継協調通信技術に関し、特に、中継協調通信技術に基づく電力割当方法、システムおよび装置に関する。

通信技術の継続的な発展に伴って、人々による伝送レート、伝送信頼性、リソース利用率および通信セキュリティなどの性能への要求は、ますます高くなってきている。これにより、中継協調通信技術が、マルチパスフェージングに対抗して通信品質を向上させることができる重要な手段の１つになる。

中継協調通信技術は、中継ノードがソース側からの情報に対して、単純な増幅、または圧縮符号化、または復号化・再符号化をしてからシンクに伝送することを許す、ことを基本思想とする。最後に、シンクは、受信された全ての情報を利用して復号化を行う。このような伝送モデルでは、中継ノードは、ソースとシンクとの間の通信に対して、ある程度の補助の役割を果たしている。これは、マルチアンテナを配置する必要がない条件で、一定の空間ダイバーシティを提供することと同等であり、通信品質を向上させる。

但し、シングルソース・シングル中継・シングルシンクの協調通信方式では、中継ノードのシンプレックスモードに起因して、１つの完全なデータ伝送には、２つの直交しているチャネルが掛かる。ソースからシンクまでの直接伝送にただ１つの直交チャネルが掛かることと比べて、このような空間ダイバーシティ特性は、また、周波数効率を低下させる。

２００４年の第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）のトロント会議では、有名な長期的進化（ＬＴＥ：Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）プロジェクトが提案されている。これは、３Ｇ技術と４Ｇ技術との間の過渡技術であり、３．９Ｇのグローバル標準である。ＬＴＥは、３Ｇのエアーアクセス技術を改善して強化し、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）と多入力多出力（ＭＩＭＯ）とをその無線ネットワーク進化の唯一の標準として、２０ＭＨｚのスペクトル帯域幅で、下り３２６Ｍｂｉｔ／ｓおよび上り８６Ｍｂｉｔ／ｓのピークレートを提供でき、セル端ユーザの性能を改善し、セル容量を向上させ、システム遅延を低下させる。タイプＩＩ中継が、ＬＴＥプロジェクトにおける中継に関する重要な提案である。このような中継は、セルＩＤがなく、主ｅＮＢの信号に対するダイバーシティを提供すること、または、主ｅＮＢとともに協調伝送を行ってセル容量を増加させることをその応用目的とする。タイプＩＩ中継シナリオにおいて、ソースとシンクとの間に、直接的な通信リンクが存在している。このようなネットワークトポロジー構成によれば、直接リンク情報および中継リンク情報を考慮して電力割当を行う方案は、マルチソースのタイプＩＩ中継シナリオにおける応用が当然なことである。このため、如何にこのようなネットワークトポロジー構成で直接リンク情報および中継リンク情報を考慮して電力割当を行うかが、現在のＬＴＥプロジェクトの解決すべき課題の１つになっている。

本発明の実施例では、中継ノードを有するネットワークトポロジーで、ソースとシンクとの間の直接リンク情報および中継リンク情報を考慮して、電力割当を行う電力割当方法、システムおよび装置が提供されている。

本発明の実施例で提供されている電力割当方法は、第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報をそれぞれ決定し、第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報に基づいて、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力をそれぞれ決定し、決定された第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を、それぞれ、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードにフィードバックする、ことを含む。

ここで、第１ソースおよび第２ソースは、それぞれ、第１移動端末および第２移動端末であり、前記シンクは、基地局（ｅＮｏｄｅＢ）である。

第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報をそれぞれ決定することは、ｅＮｏｄｅＢが、チャネルの空き状況に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して基準信号チャネルを割り当て、ここで、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して割り当てられた３つの基準信号チャネルが直交しており、第１移動端末が、自局に割り当てられた基準信号チャネルを介して、第１基準信号を中継ノードおよびｅＮｏｄｅＢに送信し、第２移動端末が、自局に割り当てられた基準信号チャネルを介して、第２基準信号を中継ノードおよびｅＮｏｄｅＢに送信し、中継ノードが、受信された第１基準信号および第２基準信号により、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をそれぞれ推定し、中継ノードが、自局の基準信号チャネルを介して、第３基準信号、Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をｅＮｏｄｅＢに送信し、ｅＮｏｄｅＢが、受信された第１基準信号、第２基準信号および第３基準信号に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードからｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄ１、Ｈ_ｄ２およびＨ_ｄｒをそれぞれ推定し、推定された中継ノードからシンクｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄｒに基づいて、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２を抽出する、ことを含む。

第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報に基づいて、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力をそれぞれ決定することは、第１ソース、第２ソースとシンクとの間の総スループットの最大化を最適化目的として、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を決定する、ことを含む。

ここで、第１ソース、第２ソースとシンクとの間の総スループットの最大化を最適化目的として、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を決定することは、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力ｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒを初期化し、ｐ_１＝ｐ_２＝ｐ_ｒ＝Ｐ_Ｔ／３（Ｐ_Ｔは総電力）にして、かつ、γ＝１にするステップＡと、ｐ_１とｐ_２との間の比例関係を固定し、γ＝ｐ_１／ｐ_２にして、ＫＫＴ最適化理論に基づいて、第１ソース、第２ソースとシンクとの間の総スループットを最大化させるように、ｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値を求めるステップＢと、ｐ_ｒの値をそのまま維持して、再びＫＫＴ最適化理論に基づいて、第１ソース、第２ソースとシンクとの間の総スループットを最大化させるように、ｐ_１およびｐ_２の値を求め、それから、新に求められたｐ_１およびｐ_２の値を利用して、γ＝ｐ_１／ｐ_２を更新するステップＣと、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束したかどうかを判断し、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束した場合、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒを近似最適解とし、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束していない場合、ステップＢに戻るステップＤと、を含む。

求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束したかどうかを判断することは、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒが下記の収束基準

を満足するかどうかを判断することを含み、ここで、Δは、予め決定された収束基準値であり、ｘ^ｎおよびｘ^ｎ−１（ｘ＝ｐ_１,ｐ_２,ｐ_ｒ）は、それぞれ、前後２回の反復によって得られた値を表す。

本発明の実施例で提供されている電力割当システムは、第１ソース、第２ソース、中継ノードおよびシンクを含み、ここで、前記シンクは、第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報をそれぞれ決定し、第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報に基づいて、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力をそれぞれ決定し、決定された第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を、それぞれ、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードにフィードバックする。

前記シンクは、基地局（ｅＮｏｄｅＢ）であり、前記第１ソースおよび第２ソースは、それぞれ、第１移動端末および第２移動端末である。

本発明の実施例で提供されている基地局（ｅＮｏｄｅＢ）は、チャネルの空き状況に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して基準信号チャネルを割り当て、ここで、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して割り当てられた３つの基準信号チャネルが直交している基準信号チャネル割当手段と、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードが各自の基準信号チャネルを介して送信した第１基準信号、第２基準信号および第３基準信号を受信する第１基準信号受信手段と、第１基準信号、第２基準信号および第３基準信号に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードからｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄ１、Ｈ_ｄ２およびＨ_ｄｒをそれぞれ推定し、推定された中継ノードからシンクｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄｒに基づいて、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２を抽出する第１チャネル推定手段と、第１移動端末からｅＮｏｄｅＢまで、第２移動端末からｅＮｏｄｅＢまで、第１移動端末から中継ノードまで、第２移動端末から中継ノードまで、および、中継ノードからｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードの送信電力をそれぞれ決定する電力割当手段と、決定された第１移動端末、第２移動端末および中継ノードの送信電力を、それぞれ、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードにフィードバックする送信電力フィードバック手段と、を含む。

本発明の実施例で提供されている中継ノードは、自局に対して基地局（ｅＮｏｄｅＢ）が割り当てた基準信号チャネルを受信する第１基準信号チャネル受信手段と、第１移動端末および第２移動端末が各自の基準信号チャネルを介して送信した第１基準信号および第２基準信号を受信する第２基準信号受信手段と、第１基準信号および第２基準信号に基づいて、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をそれぞれ推定する第２チャネル推定手段と、自局の基準信号チャネルを介して、自局の基準信号、並びに、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をｅＮｏｄｅＢに送信する第１基準信号送信手段と、ｅＮｏｄｅＢからフィードバックされた自局の送信電力を受信する第１送信電力受信手段と、を含む。

本発明の実施例で提供されている移動端末は、自局に対してｅＮｏｄｅＢが割り当てた基準信号チャネルを受信する第２基準信号チャネル受信手段と、自局の基準信号チャネルを介して、自局の基準信号を中継ノードおよびｅＮｏｄｅＢに送信する第２基準信号送信手段と、ｅＮｏｄｅＢからフィードバックされた自局の送信電力を受信する第２送信電力受信手段と、を含む。

本発明の実施例に係る電力割当方法、システムおよび装置は、中継ノードを有するネットワークトポロジーで、ソースとシンクとの間の直接リンク情報および中継リンク情報を考慮して電力割当を行うことができる。

本発明の実施例におけるネットワークトポロジーモデルの例を示す図である。 本発明の実施例における電力割当方法のフローチャートである。 本発明の実施例におけるチャネル状態情報の決定方法のフローチャートである。 本発明の実施例における送信電力の決定方法のフローチャートである。 本発明の実施例における電力割当システムの構成を示す図である。 本発明の実施例における基地局（ｅＮｏｄｅＢ）の内部構成を示す図である。 本発明の実施例における中継ノードの内部構成を示す図である。 本発明の実施例における移動端末の内部構成を示す図である。

スペクトル効率を向上させて、従来技術における中継ノードのシンプレックス特性に起因するスペクトル効率低下の問題を克服するために、本発明の実施例では、２つのソースが中継ノードを介して、同時にシンクと通信を行うと仮定すると共に、中継ノードが受信された信号に対して増幅処理を行ってからシンクに転送すると仮定する。本発明の実施例に係るネットワークトポロジーモデルの一例は、図１に示す通りである。図１から分かるように、このネットワークトポロジーは、第１ソースＭＳａ、第２ソースＭＳｂ、中継ノードＲＮ、およびシンクｅＮｏｄｅＢを含み、ここで、第１ソースＭＳａ、第２ソースＭＳｂ、中継ノードＲＮおよびシンクｅＮｏｄｅＢは、いずれもシングルアンテナのものであってよい。また、第１ソースＭｓａおよび第２ソースＭＳｂとシンクｅＮｏｄｅＢとの間に、いずれも直接的な通信リンクが存在している。このように、第１ソースＭｓａと第２ソースＭＳｂとは、同時に、中継ノードＲＮを介して、シンクｅＮｏｄｅＢと通信を行うことができ、一方、第１ソースＭｓａと第２ソースＭＳｂとは、また、同時に、シンクとの間の直接的な通信リンクを介して、情報を直接にシンクｅＮｏｄｅＢに伝送し、最後に、シンクｅＮｏｄｅＢは、第１ソースＭｓａ、第２ソースＭＳｂおよび中継ノードＲＮから受信された全ての情報を利用して復号化を行って、第１ソースＭｓａおよび第２ソースＭＳｂからの情報をそれぞれ得る。このネットワークトポロジーモデルでは、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの総送信電力が制限されるため、如何に、２つのソースと中継ノードとの間で電力割当を行って、２つのソースとシンクとの間の総スループットを最大化させるかが、本発明の実施例の解決すべき主な課題である。この課題を解決するために、本発明の実施例は、電力割当方法を提供している。図２に示すように、その実現フローは、主に、
第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報をそれぞれ決定するステップ１０１と、
第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報に基づいて、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力をそれぞれ決定するステップ１０２と、
決定された第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を、それぞれ、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードにフィードバックするステップ１０３と、を含む。

ここまで、上記の電力割当プロセスが終了する。このとき、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードは、フィードバックされた自局の送信電力に従って、信号を送信し、データ伝送を開始する。

本発明の実施例において、上記ステップ１０１〜ステップ１０３は、シンク、またはネットワークにおけるほかの機器によって完成することができる。

また、本発明の実施例において、上記の第１ソースおよび第２ソースは、それぞれ、第１移動端末および第２移動端末であってよく、シンクは、基地局（ｅＮｏｄｅＢ）であってよい。この場合、上記ステップ１０１〜ステップ１０３は、ｅＮｏｄｅＢによって完成することができる。具体的に、この場合、図３に示すように、上記ステップ１０１は、具体的に下記のステップを含むことができる。

ステップ２０１で、ｅＮｏｄｅＢは、チャネルの空き状況に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードのそれぞれに対して、基準信号チャネル（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ ｃｈａｎｎｅｌ）を割り当て、ここで、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して割り当てられた３つの基準信号チャネルは直交している。

本ステップ２０１において、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して基準信号チャネルを割り当てることは、ｅＮｏｄｅＢが、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２、並びに、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄ１、Ｈ_ｄ２およびＨ_ｄｒを得られるようにすることを目的とする。

ステップ２０２で、第１移動端末は、自局に割り当てられた基準信号チャネルを介して、第１基準信号を中継ノードおよびｅＮｏｄｅＢに送信し、第２移動端末は、自局に割り当てられた基準信号チャネルを介して、第２基準信号を中継ノードおよびｅＮｏｄｅＢに送信する。

ステップ２０３、中継ノードは、受信された第１基準信号および第２基準信号により、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をそれぞれ推定する。

ステップ２０４で、中継ノードは、自局の基準信号チャネルを介して、第３基準信号、Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をｅＮｏｄｅＢに送信する。

ステップ２０５で、ｅＮｏｄｅＢは、受信された第１基準信号、第２基準信号および第３基準信号に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードからｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄ１、Ｈ_ｄ２およびＨ_ｄｒをそれぞれ推定し、推定された中継ノードからシンクｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄｒに基づいて、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２を抽出する。

上記のステップ２０１〜２０５を経て、ｅＮｏｄｅＢは、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２、並びに、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄ１、Ｈ_ｄ２およびＨ_ｄｒを得ることができる。

また、本発明の実施例のステップ１０２では、２つのソースとシンクとの間の総スループットの最大化を最適化目的として、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を決定することができる。２つのソースが第１移動端末および第２移動端末であり、シンクが基地局（ｅＮｏｄｅＢ）である場合、本発明の実施例のステップ１０２では、第１移動端末、第２移動端末とｅＮｏｄｅＢとの間の総スループットの最大化を最適化目的として、第１移動端末、第２移動端および中継ノードの送信電力を決定することができる。

具体的に、上記最適化目的を表す最適化目的関数は、下記の導出過程により得ることができる。

まず、第１直交データチャネルで、第１移動端末および第２移動端末は、同時に、各自のデータ信号ｘ_１およびｘ_２を中継ノードおよびｅＮｏｄｅＢに伝送するが、第２直交データチャネルで、中継ノードは、受信された混合データ信号を増幅してからｅＮｏｄｅＢに転送すると仮定する。説明すべきものとして、上記第１直交データチャネルと第２直交データチャネルは、時分割直交チャネルであってよく、あるいは、周波数分割直交チャネルであってよい。また、同一回のデータ伝送において、第１直交データチャネルおよび第２直交データチャネルはそのまま維持すると仮定する必要がある。このような仮定条件で、ｅＮｏｄｅＢは、２つの直交データチャネルで受信されたデータ信号に基づいて、受信データ信号行列を作成することができ、その数式は、下記の数式１に示す通りである。
［数式１］

ここで、

であり、ｙ_１およびｙ_２は、ｅＮｏｄｅＢが第１直交データチャネルおよび第２直交データチャネルで受信したデータ信号をそれぞれ表し、

であり、

であり、ｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒは、それぞれ、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードの送信電力であり、ｘ_１およびｘ_２は、それぞれ、第１移動端末および第２移動端末が第１直交データチャネルで送信したデータ信号であり、

であり、

であり、ｚ_１、ｚ_２およびｚ_ｒは、ｅＮｏｄｅＢの第１直交データチャネルおよび第２直交データチャネルでの受信雑音、並びに、中継ノードの第１直交データチャネルでの受信雑音をそれぞれ表し、αは、中継ノードの増幅因子であり、

を満足し、ここで、σ^２は、中継ノードの雑音分散である。

シャノン（Ｓｈａｎｎｏｎ）情報理論の原理に基づいて、下記のことを得ることができる。即ち、２つのソースが２つの直交データチャネルを介してシンクに伝送する最大の総スループットは、

であり、ここで、

である。

第１移動端末、第２移動端末および中継ノードの総送信電力Ｐ_Ｔは、一定でかつ既知であるため、上記の最適化目的は、下記のように表すことができる。即ち、

という制約条件で、Ｃ_ｓｕｍを最大化させるｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの解を求める。つまり、上記最適化目的を表す最適化目的関数は、下記の数式２のように表すことができる。
［数式２］

ここで、ｓ.ｔ.は、制約を受けるという意味を表す。

研究によって、上記最適化目的関数の非凸性に起因して、ｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの最適閉形式解を直接に得ることが困難である、ということを発見することができる。

このように、本発明の実施例では、上記の最適化目的関数を満足するｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの近似最適解を得られる簡略化された反復方法が提供されている。図４に示すように、この反復方法の実現手順は、主に、下記のステップを含む。

ステップ３０１で、ｐ_１＝ｐ_２＝ｐ_ｒ＝Ｐ_Ｔ／３（Ｐ_Ｔは総電力）、かつ、γ＝１のように初期化する。

ステップ３０２で、ｐ_１とｐ_２との間の比例関係を固定し、γ＝ｐ_１／ｐ_２にし、即ち、ｐ_１＝γｐ_２にして、カルーシュ・キューン・タッカー（ＫＫＴ：Ｋａｒｕｓｈ−Ｋｕｈｎ−Ｔｕｃｋｅｒ）最適化理論に基づいて、第１移動端末、第２移動端末とｅＮｏｄｅＢとの間の総スループットを最大化させるように、ｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値を求め、即ち、上記の数式２に示す最適化目的関数を満足するｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値を求める。

ステップ３０３で、ｐ_ｒの値をそのまま維持して、再びＫＫＴ最適化理論に基づいて、第１移動端末、第２移動端末とｅＮｏｄｅＢとの間の総スループットを最大化させるように、ｐ_１およびｐ_２の値を求め、即ち、上記の数式２に示す最適化目的関数を満足するｐ_１およびｐ_２の値を求め、それから、新に求められたｐ_１およびｐ_２の値を利用して、γ＝ｐ_１／ｐ_２を更新する。

ステップ３０４で、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束したかどうかを判断し、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束した場合、ステップ３０５に進み、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒを近似最適解とし、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束していない場合、上記のステップ３０２に戻って反復を行う。

本ステップにおける前記求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束したかどうかを判断することは、具体的に、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒが下記の収束基準

を満足するかどうかを判断することを含み、ここで、Δは、予め決定された収束基準値であり、ｘ^ｎおよびｘ^ｎ−１（ｘ＝ｐ_１,ｐ_２,ｐ_ｒ）は、それぞれ、前後２回の反復により得られた値を表す。

シミュレーションにより、本反復方法は、

である場合、最終的な収束までの反復回数が５回を超えない、ということを得ることができる。

本発明の実施例のステップ１０３では、ｅＮｏｄｅＢは、ｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの近似最適解を得た後、それぞれ、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して割り当てられた直交基準信号チャネルを介して、得られたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの近似最適解を、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードにフィードバックする。ここまで、上記の電力割当プロセスが終了する。第１移動端末、第２移動端末および中継ノードは、自局の送信電力に従って、信号を送信し、データ伝送を開始することができる。

説明すべきものとして、当業者は、上記の反復方法が、総送信電力が制限される、２つのソース、１つの中継および１つのシンクを含む任意のネットワークトポロジー構成に適用してもよい、ということを理解することができる。つまり、ソースと中継と、ソースとシンクと、および、中継とシンクとのチャネル状態情報を知った後、いずれも、上記ステップ３０１〜ステップ３０５における反復方法を利用して、２つのソースとシンクとの間の総スループットを最大化させるように、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力ｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒを求めることができる。

上記のように、本発明の実施例で提供されている電力割当方法は、中継ノードを有するネットワークトポロジーで、ソースとシンクとの間の直接リンク情報および中継リンク情報を考慮して電力割当を行うことができる。また、本発明の実施例に係る電力割当方法では、２つの直交しているデータチャネルを介して、同時に、２つの移動端末にサービスすることができるため、平均的に１つの直交データチャネル当たり１つのソースユーザにサービスする目的を達することができ、従って、従来のシングルソース、シングル中継およびシングルシンクのモデルと比べて、周波数効率が倍近く向上できる。また、本発明の実施例に係る電力割当方法は、２つのソースとシンクとの間の総スループットを最大化させるソースと中継ノードとの間の最適電力割当値を探し出すことができるので、ソースおよび中継ノードの総送信電力が制限される条件で、ソースとシンクとの間の総スループットを最大化させることができ、均等電力割当方法と比べて、１０％以上のスループット利得を得ることができる。

上記の電力割当方法に対応して、本発明の実施例は、電力割当システムを提供している。その構成は図５に示すように、主に、第１ソース、第２ソース、中継ノードおよびシンクを含む。

ここで、シンクは、第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報をそれぞれ決定し、第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報に基づいて、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力をそれぞれ決定し、決定された第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を、それぞれ、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードにフィードバックする。

ここで、上記のシンクは、基地局（ｅＮｏｄｅＢ）であってよく、第１ソースおよび第２ソースは、第１移動端末および第２移動端末であってよい。この場合、図６に示すように、ｅＮｏｄｅＢの内部構成は、具体的に、
チャネルの空き状況に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードのそれぞれに対して基準信号チャネルを割り当て、ここで、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して割り当てられた３つの基準信号チャネルが直交している基準信号チャネル割当手段１１と、
第１移動端末、第２移動端末および中継ノードが各自の基準信号チャネルを介して送信した第１基準信号、第２基準信号および第３基準信号を受信する第１基準信号受信手段１２と、
第１基準信号、第２基準信号および第３基準信号に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードからｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄ１、Ｈ_ｄ２およびＨ_ｄｒをそれぞれ推定し、推定された中継ノードからシンクｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄｒに基づいて、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２を抽出する第１チャネル推定手段１３と、
第１移動端末からｅＮｏｄｅＢまで、第２移動端末からｅＮｏｄｅＢまで、第１移動端末から中継ノードまで、第２移動端末から中継ノードまで、および、中継ノードからｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードの送信電力をそれぞれ決定する電力割当手段１４と、
決定された第１移動端末、第２移動端末および中継ノードの送信電力を、それぞれ、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードにフィードバックする送信電力フィードバック手段１５と、を含む。

説明すべきものとして、ｅＮｏｄｅＢを除いて、上記シンクは、例えば無線センサシンクノードなどのほかのシンク機器であってもよい。

本発明の実施例では、上記電力割当手段は、２つのソースとシンクとの間の総スループットの最大化を最適化目的として、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードの送信電力を決定してもよく、図４に示すような反復法を利用して第１移動端末、第２移動端末および中継ノードの送信電力を決定してもよい。

図７に示すように、上記の中継ノードの内部構成は、具体的に、
自局に対してｅＮｏｄｅＢが割り当てた基準信号チャネルを受信する第１基準信号チャネル受信手段２１と、
第１移動端末および第２移動端末が各自の基準信号チャネルを介して送信した第１基準信号および第２基準信号を受信する第２基準信号受信手段２２と、
第１基準信号および第２基準信号に基づいて、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をそれぞれ推定する第２チャネル推定手段２３と、
自局の基準信号チャネルを介して、自局の基準信号、並びに、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をｅＮｏｄｅＢに送信する第１基準信号送信手段２４と、
ｅＮｏｄｅＢからフィードバックされた自局の送信電力を受信する第１送信電力受信手段２５と、を含む。

図８に示すように、上記の第１移動端末および第２移動端末の内部構成は基本的に同じであり、具体的に、
自局に対してｅＮｏｄｅＢが割り当てた基準信号チャネルを受信する第２基準信号チャネル受信手段３１と、
自局の基準信号チャネルを介して、自局の基準信号を中継ノードおよびｅＮｏｄｅＢに送信する第２基準信号送信手段３２と、
ｅＮｏｄｅＢからフィードバックされた自局の送信電力を受信する第２送信電力受信手段３３と、を含む。

その後、第１移動端末および第２移動端末は、自局の送信電力に従って、ｅＮｏｄｅＢおよび中継ノードへデータを送信し、データ伝送を開始することができる。

上記のように、本発明の実施例で提供されている電力割当システムおよび装置は、中継ノードを有するネットワークトポロジーで、ソースとシンクとの間の直接リンク情報および中継リンク情報を考慮して電力割当を行うことができる。また、本発明の実施例に係る電力割当システムにおいて、２つの直交しているデータチャネルを介して、同時に、２つの移動端末にサービスすることができるため、平均的に１つの直交データチャネル当たり１つのソースユーザにサービスする目的を達することができ、従って、従来のシングルソース、シングル中継およびシングルシンクのモデルと比べて、周波数効率が倍近く向上できる。また、本発明の実施例に係る電力割当方法は、２つのソースとシンクとの間の総スループットを最大化させるソースと中継ノードとの間の最適電力割当値を探し出すことができるので、ソースおよび中継ノードの総送信電力が制限される条件で、ソースとシンクとの間の総スループットを最大化させることができ、均等電力割当方法と比べて、１０％以上のスループット利得を得ることができる。

上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を限定するものではない。本発明の精神と原則内で行われる種々の修正、均等置換え、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

１１ 基準信号チャネル割当手段
１２ 第１基準信号受信手段
１３ 第１チャネル推定手段
１４ 電力割当手段
１５ 送信電力フィードバック手段
２１ 第１基準信号チャネル受信手段
２２ 第２基準信号受信手段
２３ 第２チャネル推定手段
２４ 第１基準信号送信手段
２５ 第１送信電力受信手段
３１ 第２基準信号チャネル受信手段
３２ 第２基準信号送信手段
３３ 第２送信電力受信手段

Claims (11)

1. 電力割当方法であって、
   第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報をそれぞれ決定し、
   第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報に基づいて、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力をそれぞれ決定し、
   決定された第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を、それぞれ、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードにフィードバックする、
   ことを含むことを特徴とする方法。
2. 前記第１ソースおよび第２ソースは、それぞれ、第１移動端末および第２移動端末であり、前記シンクは、基地局（ｅＮｏｄｅＢ）である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報をそれぞれ決定することは、
   ｅＮｏｄｅＢが、チャネルの空き状況に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して基準信号チャネルを割り当て、ここで、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して割り当てられた３つの基準信号チャネルが直交しており、
   第１移動端末が、自局に割り当てられた基準信号チャネルを介して、第１基準信号を中継ノードおよびｅＮｏｄｅＢに送信し、
   第２移動端末が、自局に割り当てられた基準信号チャネルを介して、第２基準信号を中継ノードおよびｅＮｏｄｅＢに送信し、
   中継ノードが、受信された第１基準信号および第２基準信号により、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をそれぞれ推定し、
   中継ノードが、自局の基準信号チャネルを介して、第３基準信号、Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をｅＮｏｄｅＢに送信し、
   ｅＮｏｄｅＢが、受信された第１基準信号、第２基準信号および第３基準信号に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードからｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄ１、Ｈ_ｄ２およびＨ_ｄｒをそれぞれ推定し、推定された中継ノードからシンクｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄｒに基づいて、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２を抽出する、
   ことを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報に基づいて、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力をそれぞれ決定することは、
   第１ソース、第２ソースとシンクとの間の総スループットの最大化を最適化目的として、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を決定する、
   ことを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
5. 第１ソース、第２ソースとシンクとの間の総スループットの最大化を最適化目的として、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を決定することは、
   第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力ｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒを初期化し、ｐ_１＝ｐ_２＝ｐ_ｒ＝Ｐ_Ｔ／３（Ｐ_Ｔは総電力）にして、かつ、γ＝１にするステップＡと、
   ｐ_１とｐ_２との間の比例関係を固定し、γ＝ｐ_１／ｐ_２にして、ＫＫＴ最適化理論に基づいて、第１ソース、第２ソースとシンクとの間の総スループットを最大化させるように、ｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値を求めるステップＢと、
   ｐ_ｒの値をそのまま維持して、再びＫＫＴ最適化理論に基づいて、第１ソース、第２ソースとシンクとの間の総スループットを最大化させるように、ｐ_１およびｐ_２の値を求め、それから、新に求められたｐ_１およびｐ_２の値を利用して、γ＝ｐ_１／ｐ_２を更新するステップＣと、
   求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束したかどうかを判断し、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束した場合、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒを近似最適解とし、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束していない場合、ステップＢに戻るステップＤと、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒの値が収束したかどうかを判断することは、求められたｐ_１、ｐ_２およびｐ_ｒが下記の収束基準
   

   

   を満足するかどうかを判断することを含み、ここで、Δは、予め決定された収束基準値であり、ｘ^ｎおよびｘ^ｎ−１（ｘ＝ｐ_１,ｐ_２,ｐ_ｒ）は、それぞれ、前後２回の反復によって得られた値を表す、
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 電力割当システムであって、
   第１ソース、第２ソース、中継ノードおよびシンクを含み、ここで、
   前記シンクは、第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報をそれぞれ決定し、第１ソースからシンクまで、第２ソースからシンクまで、第１ソースから中継ノードまで、第２ソースから中継ノードまで、および、中継ノードからシンクまでのチャネル状態情報に基づいて、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力をそれぞれ決定し、決定された第１ソース、第２ソースおよび中継ノードの送信電力を、それぞれ、第１ソース、第２ソースおよび中継ノードにフィードバックする、
   ことを特徴とするシステム。
8. 前記シンクは、基地局（ｅＮｏｄｅＢ）であり、前記第１ソースおよび第２ソースは、それぞれ、第１移動端末および第２移動端末である、
   ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 基地局（ｅＮｏｄｅＢ）であって、
   チャネルの空き状況に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードのそれぞれに対して基準信号チャネルを割り当て、ここで、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードに対して割り当てられた３つの基準信号チャネルが直交している基準信号チャネル割当手段と、
   第１移動端末、第２移動端末および中継ノードが各自の基準信号チャネルを介して送信した第１基準信号、第２基準信号および第３基準信号を受信する第１基準信号受信手段と、
   第１基準信号、第２基準信号および第３基準信号に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードからｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄ１、Ｈ_ｄ２およびＨ_ｄｒをそれぞれ推定し、推定された中継ノードからシンクｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報Ｈ_ｄｒに基づいて、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２を抽出する第１チャネル推定手段と、
   第１移動端末からｅＮｏｄｅＢまで、第２移動端末からｅＮｏｄｅＢまで、第１移動端末から中継ノードまで、第２移動端末から中継ノードまで、および、中継ノードからｅＮｏｄｅＢまでのチャネル状態情報に基づいて、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードの送信電力をそれぞれ決定する電力割当手段と、
   決定された第１移動端末、第２移動端末および中継ノードの送信電力を、それぞれ、第１移動端末、第２移動端末および中継ノードにフィードバックする送信電力フィードバック手段と、
   を含むことを特徴とする基地局。
10. 中継ノードであって、
    自局に対して基地局（ｅＮｏｄｅＢ）が割り当てた基準信号チャネルを受信する第１基準信号チャネル受信手段と、
    第１移動端末および第２移動端末が各自の基準信号チャネルを介して送信した第１基準信号および第２基準信号を受信する第２基準信号受信手段と、
    第１基準信号および第２基準信号に基づいて、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をそれぞれ推定する第２チャネル推定手段と、
    自局の基準信号チャネルを介して、自局の基準信号、並びに、第１移動端末および第２移動端末から中継ノードまでのチャネル状態情報Ｈ_ｒ１およびＨ_ｒ２をｅＮｏｄｅＢに送信する第１基準信号送信手段と、
    ｅＮｏｄｅＢからフィードバックされた自局の送信電力を受信する第１送信電力受信手段と、
    を含むことを特徴とする中継ノード。
11. 移動端末であって、
    自局に対してｅＮｏｄｅＢが割り当てた基準信号チャネルを受信する第２基準信号チャネル受信手段と、
    自局の基準信号チャネルを介して、自局の基準信号を中継ノードおよびｅＮｏｄｅＢに送信する第２基準信号送信手段と、
    ｅＮｏｄｅＢからフィードバックされた自局の送信電力を受信する第２送信電力受信手段と、
    を含むことを特徴とする移動端末。

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