JP3744542B2 - 移動通信システムにおいて電源制御を備えた適応チャンネル割り当て方法および装置 - Google Patents
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Description
背景技術
本発明は、セルラー電話システムに関し、さらに具体的には、有限個のダウンリンク干渉測定資源を有するデジタルセルラー電話システムだけではなくアナログセルラー電話システムにおいても呼び出しチャンネルの適当な割り当てを行うことに関する。
セルラー電話通信システム（以後「セルラーシステム」あるいは単に「システム」と呼ぶ）においては、トラフィック管理容量の要求が増え続けているので、その容量を極限にまで拡大することは重要なことである。容量に影響する１つの要因は、利用可能通信チャンネル全体を、システム内の特定のセルが使用するのに際してどのように割り当てるかということである。相対的に相互に極めて近接した２つ以上のセルが同一チャンネルを使用することは、各セルに共通チャンネル干渉を頻繁に引き起こしかねないので避けるべきである。
共通チャンネル干渉を避けるための解決策の１つは、各セルに、当該システム内において他のどのセルにも使用されていない専用チャンネル群で動作させることである。この戦略は共通チャンネル干渉の発生をうまく避けることができるが、システムが許容するチャンネル数に対するシステムのトラフィック管理容量を制限する。
システムのトラフィック管理容量を増やすために、どのチャンネルも２つ以上のセルによって同時使用できるような再使用計画を立てることができる。互いに深刻な干渉を起こさないよう十分に離れた地理的位置（「再使用距離」と呼ぶ）にあるセルに対して１つのチャンネルを確実に割り当てることによって、共通チャンネル干渉は制限される。干渉を制限するための適当な距離は、各セルにおける当該特定チャンネル上の搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉ）に影響する要因に依存する。
固定チャンネル再使用計画、すなわち、時間切り替えをしない計画を用いてセルラー通信システムにおける共通チャンネル干渉の可能性を減じるやり方で、トラフィックチャンネルを選択・割り当てる多くの技術が工夫されている。１９７９年１月に発行されたベルシステム技術ジャーナル(Bell System Technology Journal)１５〜４１ページに記載のＶ．Ｈ．マクドナルドによる「高度移動電話サービス：セルラー概念」には、こうした計画が記載されている。
固定チャンネル再使用計画は、システムにおいて最小Ｃ／Ｉを保証するために伝搬条件を仮定することに基づいている。しかしながら、こうした計画は作るのが非常に困難で面倒であり、しかもセルが小さくなるに従ってその困難は増す。さらにまた所与のセルによって管理されるセル数は、始終増減するかもしれない。システム自身の変化は勿論であるが、そのように変化するトラフィックパターンのために、固定チャンネル再使用計画を利用するセルラーシステムでは、始終、トラフィック管理容量が低下する可能性がある。
こうした容量低下を避けるために、適応チャンネル割り当て（ＡＣＡ）計画が固定チャンネル再使用計画に好適である。ＡＣＡ計画では、その名の示す通り、システムの無線資源の利用が現在のトラフィックおよび伝搬状況における変化に適応するよう始終順応している。この順応は、少なくとも周期的になされるシステム測定に基づいて行われる。このような計画の目的は、すべてのリンクが満足のいく品質を持つようにチャンネルを割り当てることである。ＡＣＡシステムの共通特徴は、いくつかの所定の品質判定基準を満たすチャンネル群から１つのチャンネルを割り当てることである。しかしながら、別のＡＣＡ計画は、チャンネル群から複数のチャンネルを選択する別の判定基準を利用している。
一般概念下のＡＣＡシステムは当業者にとっては周知である。例えば、１９８８年１１月２８日〜１２月１日に行われたＩＥＥＥグローバル電気通信会議録(IEEE Global Telecomm. conf.)１３５５〜１３５９ページに記載されたＨ．エリクソンによる「適応チャンネル割り当てによる容量改善」は、すべてのチャンネルがすべての基地局に共有される共通資源となっているセルラー無線システムに関する容量利得について説明している。この報告書では、移動局がダウンリンクの信号の品質を測定し、一番高い搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉレベル）を持つチャンネルを選択するようにチャンネルが割り当てられる。
１９９２年デンバーにおける第４２回ＩＥＥＥ媒体技術会議録(42nd IEEE Veh. Tech. Conf.)７９４〜７９７ページに記載されたＧ．ライバによる「セルラー移動無線システムのための改良動的チャンネル割り当て計画の性能分析」には、別の方法が説明されている。そこでは、必要Ｃ／Ｉ閾値に近い、あるいはそれよりやや良い品質を達成することに基づいてチャンネルが選択される。また、１９８６年１０月１４日〜１６日ストックホルムにおけるデジタル陸上移動無線通信に関する第２回北欧セミナー(Second Nordic Seminar on Digital Land Mobile Radio Communication)の３１１〜３１５ページに記載されたＹ．フルヤ他による「チャンネル分離すなわち移動通信システムのための分散型適応チャンネル割り当て計画」には、リンク品質の最近の履歴を割り当て決定の要因とみなすＡＣＡシステムが説明されている。また、固定チャンネル割り当て計画に加えてＡＣＡを小ブロックの周波数に応用したハイブリッドシステムが既に幾つか提示されている。こうしたものの一例が、１９８７年に発行された’８７ＩＥＥＥ・ＶＴＣ会報(Proc. IEEE VTC '87)４０５〜４１１ページに記載されたＫ．サルバーグ他による「セルラー移動電話システムにおけるハイブリッドチャンネル割り当てと再使用区画」に提示されている。
システム容量の増加とは別に、適応チャンネル割り当ては、システム計画の必要を取り除いてくれる。その代わり、計画はシステム自身によってなされる。ＡＣＡのこの特徴は、システムに変化があるときや、新しい基地局が追加されるときや、例えば、大きな建造物の建設や解体によって環境が変わるときなどに、特に魅力的なものとなる。
ＡＣＡ計画は２つの部分、すなわち「緩」部分と「速」部分とで実行するのが好ましい。「緩」部分は、相対的に長期間（例えば生じるのに数週間かかるような、２０〜３０話中時間）にわたって起こる干渉とトラフィック変動に基づいて各セルが使用するチャンネル群を決定する。これによって周波数計画問題を除去して、システムにおける平均的なトラフィック負荷に適応することもできる。「速」部分は、常時、ゆっくりと決定したチャンネル群から短期干渉測定に基づいて各接続に対する「最良」チャンネルを選択することに関わる。ＡＣＡ計画の「緩」「速」両部分は、各基地局がセル内の局地的な観察に基づいたチャンネル割り当てのみならず、周波数計画のうちの自分の部分を決定することができるように、システム中に振り分けて設置しても良い。
ＡＣＡ計画を２つの部分（すなわち、「速」および「緩」）に分ける理由の１つは、所望の周波数範囲に小モータで機械的に同調させられる自動同調コンバイナを使用するためである。同調は、自動的だが遅い動作なので呼び出しがセルに到着したときに行うことはできない。
さらにまた、各基地局はトランシーバを有限個しか装備していないのですべてのチャンネルを同時に使用することができない。ＡＣＡ計画を「緩」と「速」の部分に分割することによって、「緩」ＡＣＡ計画から得られる周波数群にコンバイナを同調させ、しかもＡＣＡ計画の「速」部分がその「緩」決定周波数群の中からチャンネル選択するという方策を発展させることができる。上記のＹ．フルヤらの出版物は、「緩」および「速」に類別しうるＡＣＡ計画の様相を説明している。なお「緩」や「速」という語は本明細書において定義したものである。
緩変化周波数計画を持つことによって、システムにおける干渉を観察しやすくするという付加的な利点がもたらされる。このことは、いかなる所与のシステムにおいても、測定資源が有限個しかないことを考慮すれば、重要なことである。
従来技術のＡＣＡ計画が正しく動作するためには、チャンネル干渉レベルをダウンリンク（すなわち、基地局から移動局へ）およびアップリンク（すなわち、移動局から基地局へ）の両方で測定することが大切である。ＡＣＡが最も良い状態で動作するためには、正確な干渉レベル測定がすべてのチャンネルでなされるべきである。
さしあたってデジタルセルラーシステムだけを考えてみると、アップリンク及びダウンリンク双方の測定をするための資源がいくつか存在するのでＡＣＡ計画は実行可能である。アップリンク測定は基地局に設けた装置で行ってよい。ダウンリンク測定は移動局によって行って良く、移動局はその測定値を基地局に報告する。しかしながら、すべてのチャンネルに関して測定値を得ることは、未だ困難なことである。例えば、Ｄ−ＡＭＰＳのようなデジタルシステムでは、起動中のセルにおいて目下使用されていないトラフィック周波数のダウンリンク擾乱レベルを評価するために移動局補助移譲（ＭＡＨＯ）機構が使用される。しかしながら、各移動局は少しの数の周波数を測定するだけなので、このＭＡＨＯ測定資源は非常に限定されたものである。その結果、短期フレーム以内で、あるセルの全周波数でのダウンリンク干渉に関する情報を得ることは不可能であり、したがって、チャンネル割り当ては、少なくとも部分的には古い情報に基づいて行われることになってしまう。
今度は、ＡＭＰＳやＴＡＣＳのようなアナログシステムで使用するためにＡＣＡ計画を工夫する問題を考えてみると、アナログシステムではダウンリンク測定が全然用意されておらず困難な問題に直面する。つまり、移動端末が受信したダウンリンク信号に関する如何なる情報も提供できないということは、こうしたシステムではチャンネル干渉の測定がアップリンク方向のみに限定されるということを意味する。その結果従来技術では、
アナログシステムのためのチャンネル割り当ては手動で行うよう工夫されてきたのである。
セルラーシステム資源を割り当てるためのＡＣＡ計画を利用する上述の利益ゆえに、こうした計画を非常に限定されたダウンリンク干渉測定資源しか有さないデジタルセルラーシステムにもアナログセルラーシステムにも適用できるようにする技術を提供することが望ましい。
発明の開示
それゆえ本発明の目的は、ダウンリンク干渉を測定する必要とせず、セルラー通信システムにおいて使用するチャンネルを適応良く割り当てるための方法と装置を提供することである。
本発明の一様相によれば、上記および他の目的は、第１基地局および第１移動局からなる第１セルと、第２基地局および第２移動局からなる第２セルとで構成されるセルラー通信システムにおいて達成される。さらにまた、前記第２セルは前記第２基地局と第２移動局間の第２接続上で使用するための複数のチャンネルのうちいずれか１つのチャンネルを使用する。前記第１基地局と前記第１移動局間の第１接続上で使用するために前記複数のチャンネルのうち１つのチャンネルを割り当てる方法と装置が提供され、該方法は、前記第２セルにおいて、前記チャンネルのうちの使用チャンネルの総電力を量ΔＰ2だけ調整する手段を有する。ただし、ΔＰ2は前記チャンネルのうちの使用チャンネル上での前記第２移動局の送信電力の変化と前記第２基地局の送信電力の変化との合計に等しく、またΔＰ2は前記第２移動局と前記第２基地局間の経路利得の変化の大きさに実質的に等しい大きさを持ち、またΔＰ2は前記第２移動局と前記第２基地局間の経路利得の変化の符号と反対の符号を持つ。
本発明の電力調整の様相は、システムワイドなアップリンクのＣ／Ｉ値とダウンリンクのＣ／Ｉ値の間に強い相関を有することを保証する。それゆえ、本発明のシステムと方法は、さらに前記第１セルにおいて、前記複数のチャンネルのうち前記第１セルで使用していないチャンネルから許容自由チャンネルを選択するためにアップリンク干渉値の決定を使用することを含む。この許容自由チャンネルは前記第１接続に割り当てられる。
本発明は、２つのセルと２つの接続に関して述べてきた。本発明の好適な実施例では、システムはもちろんもっと多くのセルを有して良く、それぞれのセルが上記の第２セルに対して上述したものと同様に、使用接続のすべてに対して送信電力を調整する。したがって各セルは、上記第１セルに対して上述した方法でチャンネル割り当て決定を行うことになる。
本発明の好適な一実施例では、第２セルにおける総電力を調整するステップが、例えば、ｇ22を前記第２移動局と前記第２基地局との間の経路利得とし、αmとβmを定数としたときに前記第２移動局における電力Ｐm2がＰm2＝αm−βm・ｇ22［ｄＢ］となるように調整するステップと、（ｂ）αbとβbを定数としたときに前記第２基地局における電力Ｐb2がＰb2＝αb−βb・ｇ22［ｄＢ］となるように調整するステップと、（ｃ）上記ステップ（ａ）〜（ｂ）の実行中βbとβmの和が所定の定数と等しくなるように保証するステップとを含む。前記所定の定数は、好適には１である。
本発明の別の様相によると、前記第１セルにチャンネルを割り当てるステップが、最初に前記複数のチャンネルのうちの第１チャンネルを前記第１接続に割り当てるステップと、もしも前記許容自由チャンネルが前記複数のチャンネルの前記第１チャンネルでない場合には、前記第１接続を前記複数チャンネルの第１チャンネルから前記許容自由チャンネルにセル内移譲するステップとをさらに含む。このことは、例えば、前記第１チャンネルが前記許容自由チャンネルのＣ／Ｉ値よりも小さなＣ／Ｉ値を持つときに行えば良い。こうして、アップリンク干渉値の決定のみに基づいた適応チャンネル割り当て計画が実施され、その結果、許容自由チャンネルから予想される性能よりも悪い性能を持つ目下使用中のチャンネルに対して許容自由チャンネルが動的に取って代わることができる。
本発明のさらに別の様相によると、許容自由チャンネルを選択する前記ステップが、所定のＣ／Ｉ値の範囲内にある予想アップリンクＣ／Ｉ比をそれぞれが有する許容自由チャンネル群を決定するステップと、前記許容自由チャンネルとして前記許容自由チャンネル群から最良の自由チャンネルを選択するステップとを含む。前記最良の自由チャンネルは、前記許容自由チャンネル群において他の自由チャンネルの各予想Ｃ／Ｉ比に比べて最高の予想Ｃ／Ｉ比を持つものである。この方策によって、目下使用中のチャンネルが許容アップリンクＣ／Ｉ値を持っていたとしても、もっと良いチャンネルに（セル内移譲によって）動的に置換することでシステム性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
本発明の目的と利点とは図面と併せて次の詳細な説明を読むことによって理解されるであろう。
図１は本発明が適用されるセルラー移動無線電話システムの１０個のセルを示す概略図であり、
図２は本発明が適用されるアナログセルラー通信システムの第１及び第２セルの図であり、
図３は本発明が適用される通信システムにおける多数の接続のそれぞれに同一接続をしたときのアップリンクＣ／Ｉ値およびダウンリンクＣ／Ｉ値のスキャッタープロットであり、
図４は本発明によって電力調整をした場合の第１接続上のアップリンクＣ／Ｉ値と第２接続上のダウンリンクＣ／Ｉ値との間の相関関係を示すスキャッタープロットであり、
図５は本発明による電力調整を使用しないときにはアップリンクとダウンリンクの各干渉測定値間に相関関係がなくなってしまうことを示す図であり、
図６Ａ〜図６Ｃは本発明の好適な実施例による適応チャンネル割り当て方法のフローチャートであり、
図７はシステムアップリンク干渉に関する本発明の技術のシミュレーション効果を示すグラフであり、
図８はシステムダウンリンク干渉に関する本発明の技術のシミュレーション効果を示すグラフであり、
図９はアップリンクとダウンリンクの干渉を両方とも考慮する場合の、システム干渉レベルに関する本発明の技術のシミュレーション効果を示す図であり、
図１０は本発明の別なシミュレーションにおけるクラス３ＡＭＰＳ（手持ち式）移動局のための獲得電力レベル分布を示すヒストグラムである。
発明を実施するための最良の形態
本発明の多様な特徴を図面を参照して説明する。なお図面では同様な部分は同じ参照符号で示している。
図１はセルラー移動無線電話システム１００における１０個のセルＣ１からＣ１０を示す概略図である。通常、本発明による方法は１０以上のセルからなるセルラーシステムで実行される。この説明の目的上、本明細書で説明するシステムは断片化した大きなシステムの孤立部分であるとみなす。
各セルＣ１からＣ１０に対してそれぞれ基地局Ｂ１からＢ１０が存在する。図１は各セル中心付近に位置して全方向アンテナを有する基地局を示している。しかしながら、隣接セルの基地局はセル境界付近に位置して指向性アンテナを有していても良い。
図１はまた１つのセル内および１つのセルから他のセルへ移動可能な移動局Ｍ１からＭ１０をも示している。本発明の方法は１０以上の移動局からなるセルラー移動無線システムにおいて実行されても良い。特に通常は基地局よりも移動局の方が多い。
図１にはまた移動局交換センター（ＭＳＣ）も示している。移動局交換センターはケーブルによって図示の１０個の基地局すべてと接続されている。移動局交換センターはまた、ケーブルによって固定公衆交換電話回路網ＰＳＴＮ、あるいはＩＳＤＮ設備を持つ同様な固定回路網にも接続している。移動局交換センターから基地局へのケーブル、および固定回路網へのケーブルは、すべて図示されていない。さらに基地局から移動局交換センターへの通信にはケーブルではなく、例えば固定無線リンクのような他の媒体を使用しても良い。
セルラーシステム１００は通信用の無線チャンネルを複数有している。システムはアナログ情報にも純粋なデジタル情報にも対応している。アナログ情報の例としては、音声やデジタル化アナログ情報（例えば、デジタル化音声）がある。本発明の状況においては、同一システムあるいは別のシステムの移動局同志間や、セルラーシステム１００経由で接続する固定回路網の２つの固定電話あるいは端末間や、移動局と固定電話間の通信チャンネルには期間接続が使用される。接続は２人同士が話し合う呼び出しでも良いが、コンピュータ同志がデータを交換するデータ通信チャンネルであっても良い。
各セルラーシステム１００にはそれぞれが動作可能な特別の周波数帯が割り当てられる。各セルには１群の通信チャンネルが割り当てられる。例えば所与の各セルには１０個から３０個の異なる音声チャンネルと１個の制御チャンネルを割り当てても良い。各セルにおいてチャンネルを割り当てるための判定基準の１つは過剰な共通チャンネル干渉を回避することである。
本明細の背景の章で説明したように、システムのチャンネルを１つあるいはそれ以上のセルにどのように割り当てるかを動的に決定するためにＡＣＡ計画を利用するのが望ましい。しかしながら、以前にはこうした計画はアップリンクとダウンリンク双方の干渉測定に依存する必要があったので、アナログセルラー通信システムや測定資源を有限量しか持っていないデジタルセルラー通信システムのようなアップリンク測定しか提供しないシステムでは問題があった。
この障害を克服するために、本発明では通信電力を以下に述べるやり方で制御してアップリンクとダウンリンクの干渉間に強い相関関係を存在させる方策を採っている。ひとたびこうした相関関係の存在を知ったならば、割り当て決定をアップリンク測定のみに基づいて行うことでＡＣＡ計画を適用できる。その結果ダウンリンク測定を行えないアナログシステムのようなシステムにもＡＣＡ計画を適用することができる。
図２を参照して電力制御方策を詳細に説明する。図２にはアナログセルラー通信システム２００の第１及び第２セル２０１、２０３が示されている。一般的に、セルラーシステムにおけるトラフィックと伝搬状況のスナップショットは、ｇijを移動局ｉから基地局ｊへのｄＢ表示の経路利得としたときに、
Ｇ＝［ｇij］ （１）
と定義される利得行列によって完全に記述される。この解析はよく用いられる経路損の代わりに経路利得で行うのが好ましいが、ｄＢで示すときには符号の変化があるだけである。図示する上で各移動局は最も強く受信した基地局と接続して１つのチャンネルを割り当てられるものとする。しかし当業者には、このことが必要ではないということが分かるであろう。
基地局とチャンネルの割り当てに加えて、各移動局と基地局の送信電力レベル（以降単に「電力レベル」と言う）を決定する必要がある。本発明の好適な実施例では、１９９３年５月発行第４３回ＶＴＣ会報(Proceedings of 43rd VTC)の４９９〜５０２ページに記載されたＪ．Ｆ．ホワイトヘッドによる「共通チャンネル干渉管理のための、信号レベルに基づいた動的電力制御」に十分に説明されているような、アップリンクとダウンリンクのそれぞれに対して行う信号レベルに基づいた電力制御（ＰＣ）の方法を利用している。ここでは前著の方法をそっくりそのまま参照して取り入れる。
本発明の電力制御の様相を決めるために、それぞれ同一チャンネルによる接続を有するシステム内のセルに焦点を当てて説明してみる。このチャンネルを利用している移動局と基地局には、基地局ｉに接続している移動局ｉとなるようなやり方で参照番号をつけることにする。この番号付けに従えば、使用リンクにおける経路利得はｇijで示され、アップリンクで移動局ｉが使用する電力は、
Ｐmi＝αm−βm・ｇii［ｄＢ］ （２）
という式で与えられる。ただしβmは好ましくはε［０，１］だが、この範囲外の値も受け入れ可能であり、αmはｄＢ表示の定数である。電力無調整（すなわち、一定の送信電力）はβm＝０に相当し、全電力制御（すなわち、一定の受信電力）はβm＝１に相当する。定数αmはシステムのセルサイズと背景雑音に依存して調整される。
対応的に、ダウンリンクでは基地局が式
Ｐbi＝αb−βb・ｇii［ｄＢ］ （３）
に従って電力を調整する。
２つしか接続のない図２に示された状況を考えてみると、異なる内包リンクの搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉ）値の式は次のようになる。
Ｍ1へのダウンリンクでは（すべての値はｄＢ）、
である。Ｐb1とＰb2に式を代入すると、
となり、整理すると、
となる。
相応じてＢ2へのアップリンクでは、
である。Ｐm1とＰm2に値を代入すると、
となり、整理すると、
となる。式（６）と（９）を比べて、
βb＋βm＝１ （１０）
ならば、Ｍ1とＢ2で同一Ｃ／Ｉが達成されることが分かる。
重要な観察は、アップリンクおよびダウンリンクにおけるＣ／Ｉがクロスリンクｇ12経由で相関していることである。もちろんクロスリンクｇ21経由で相関しているＭ2とＢ1間でも同一結果が得られる。
式（１０）を満足するシステムの動作の効果は、セルｉ内の経路利得の変化が
Ｐi＝Ｐbi＋Ｐmi （１１）
である当該セル内の当該接続内で使用される総電力Ｐi上に及ぼす効果を考慮することによって分かりうる。我々は、総電力の変化ΔＰiが経路利得の変化Δｇiiにどのように関連しているかを決定するのに興味があるので、さしあたり時間ｔの関数として各変数を記述するのが便利である。こうして次式が生じる。
ただし、Ｐbi（ｔ）は時間ｔにおけるセルｉの基地局の送信電力であり、Ｐmi（ｔ）は時間ｔにおけるセルｉの移動局の送信電力であり、ｇii（ｔ）は時間ｔにおけるセルｉの移動局と基地局間の経路利得である。αb、αm、βb、βmは定数であり、したがって時間ｔの関数として表わされない。
βb＋βm＝１のとき式１２は、
Ｐi（ｔ）＝Ｐmi（ｔ）＋Ｐbi（ｔ）＝（αb＋αm）−ｇii（ｔ） （１３）
と縮小する。
さらにまた総電力の変化ΔＰ1は、式
ΔＰi＝Ｐi（ｔ＋Δｔ）−Ｐi（ｔ） （１４）
で与えられる。ただしΔｔは時間増分である。
式１３から式１４に値を代入して、
が得られる。
式（１５）から、βm＋βb＝１のとき、
ΔＰi＋Δｇii＝０ （１６）
となる。
上の解析の意味は、同じシステム内で同じチャンネルに丁度２つの接続が生じるという特殊な場合だが、例えばセルｉの総電力Ｐiを制御することによってセル１のアップリンクＣ／Ｉをセル２のダウンリンクＣ／Ｉに等しくできるので、セル１の総送信電力の変化（すなわち、ΔＰi）によってセル１の経路利得の変化（すなわち、Δｇii）を正確に相殺できるということである。式（２）および（３）に従って電力を制御する本発明の好適な一実施例では、βb＋βm＝１とすることによってこのことを達成している。しかしながら、式（２）および（３）に従って電力を直線的に調整しないシステムにおいても、本発明の別の実施例を使用しても良い。こうした場合、式（１６）を少なくとも実質的に満足するよう保証するのに必要ないずれのステップをとってもシステムワイドなアップリンクとダウンリンクのＣ／Ｉ値間の相関関係を機能することができる。
同一チャンネルを用いた２つの接続だけの特殊な場合に、移動局と基地局の送信電力を適当に制御することによって基地局Ｂ2のアップリンクＣ／Ｉ値を移動局Ｍ1のダウンリンクＣ／Ｉ値に正確に等しくできることが前の解析で示された。システム内で２つ以上の接続が同一チャンネルを利用するもっと一般的な場合では、どんなアップリンクＣ／Ｉ値に対しても全く同じダウンリンクＣ／Ｉ値を持つシステム内の移動局が存在することは保証できない。にもかかわらず、次の解析で示すようにこれら２つの値は強い相関関係を有し得る。
上で説明したように、セルラーシステムのトラフィックと伝搬状況のスナップショットは再掲した式（１）で定義された利得行列によって完全に記述される。
Ｇ＝［ｇij］ （１）
ただし、ｇijを移動局ｉから基地局ｊへの経路利得とする。次の解析上では、すべての計算は、前の説明で使われたｄＢに代わってワットでされる。この選択理由は、異なる資源からの干渉合計を可能にするためである。
本発明のチャンネル割り当て方法では、利用可能チャンネルに応じて移動局を細別する。Ｑ個の異なる基地局の１つにそれぞれ接続したＱ個の移動局に、ここでは利用可能チャンネルのうちチャンネルｋとして示されている同一の一チャンネルが割り当てられるものとする。次の解析では、同一チャンネルｋが割り当てられている移動局に、それぞれが接続している基地局１からＱに対応して１からＱの番号付けを行うやり方で、移動局と基地局に番号を付けることにする。
Ｑ個の基地局とＱ個の移動局間の経路利得は、次元（ＱｘＱ）を持つサブ利得行列Ｇkを形成する。こうすると、Ｇkの対角要素は自身のリンクにおける経路利得となり非対角要素はクロスリンクとなる。
電力ベクトルを定義する。アップリンク（移動局が使用する送信電力）における電力ベクトルは、
によって得られ、ダウンリンク（基地局が使用する送信電力）における電力ベクトルは、
によって得られる。これらの定義から、アップリンク（ＭＳｊからＢＳｊ）におけるΓで示すＣ／Ｉを直接計算することが出来る。
ダウンリンク（ＢＳｉからＭＳｉ）におけるＣ／Ｉは、対応的に式
で得られる。ワットで表現するとアップリンク電力制御は式
Ｐmi＝αm・（ｇii）-βm （２１）
で与えられ、ダウンリンクでは式
Ｐbi＝αb・（ｇjj）-βb （２２）
で与えられる。式（１９）と（２１）とを結合すると、アップリンク（ＭＳｊからＢＳｊ）のＣ／Ｉが得られる。
また式（２０）と（２２）とを結合すると、ダウンリンク（ＢＳｉからＭＳｉ）のＣ／Ｉが得られる。
式（２３）と（２４）における次元は、類似のものを持っており、
βm＋βb＝１ （２５）
の場合、式（２３）と（２４）の要素ｇijは同じ要素で正規化される。このことは行列の形で表現することもできる。式（２３）と（２４）の分母は次の行列の列の合計と行の合計である。
これを整理すると
となる。
式（２７）と（２３）とを比較すると、接続ｊのアップリンクＣ／Ｉは１を行列Ｄの列ｊの列和で割ったものに等しいことが分かる。同様に接続ｉのダウンリンクＣ／Ｉは１を行ｉの行和で割ったものに等しいことが分かる。リンク自身のアップリンクＣ／Ｉ値とダウンリンクＣ／Ｉ値との間の相関は小さい。このことは行列Ｄが対角線に沿ってゼロを有する式（２７）で知ることができる。このことが意味するのは行ｉの和（ダウンリンクにおけるＣ／Ｉの逆数）と列ｉの和（アップリンクにおけるＣ／Ｉの逆数）とは共通項を持っていないと言うことである。図３はアップリンクにおけるＣ／ＩとダウンリンクにおけるＣ／Ｉとのスキャッタプロットを示している。同図では、各「ドット」は同一接続の一対のアップとダウンリンクＣ／Ｉ値に対応している。ドットの塊はほぼ円形になっており、同一接続のアップリンクＣ／Ｉ値とダウンリンクＣ／Ｉ値とは互いに殆ど相関を持たないことを意味している。
これとは対照的にある接続のアップリンクＣ／Ｉ値と別な接続のダウンリンクＣ／Ｉ値との間には相関がある。例えば列ｊの列和（アップリンク接続ｊ）が行列Ｄの要素ｉ、ｊによって支配されているとする。この要素は行ｉ（ダウンリンク接続ｉ）にも属している。その結果接続のｊのアップリンクＣ／Ｉ値と接続ｉのダウンリンクＣ／Ｉ値の間には相関が生じる。図４のスキャッタプロットはこのことを図示している。セルラーシステムにおける干渉の実際的なシミュレーションから引き出される同図において、各接続ｊのアップリンクＣ／Ｉ値は行列Ｄの列ｊにおける最大要素の指数、例えばｉに対応するダウンリンクＣ／Ｉ値に対してプロットされている。列ｊにおける最大要素ｉが行ｉで最も優位でもあるならば、移動局ｉのものと殆ど同じＣ／Ｉ値が基地局ｊで得られることになる。図４における対角線上のドットは、列ｊと行ｉとの間に支配的なクロスリンク項が存在している場合に相当している。対角線よりも下のドットは、ダウンリンクＣ／Ｉ値がアップリンクＣ／Ｉ値よりも低い場合に相当している。このことはアップリンクＣ／Ｉ値を支配している列ｊの要素が行ｉでは支配的ではないときに起こる。すなわち列ｊの最大要素より大きな要素が他にも行ｉに存在し、それゆえダウンリンクにおけるＣ／ＩはアップリンクＣ／Ｉよりも低い。
上の解析は２つ以上の接続を持つチャンネルにとって、一般的に、１つのアップリンクＣ／Ｉ値がダウンリンクＣ／Ｉ値のうちの１つと正確に一致することを保証するβbとβm間の関係を見つけることが不可能な理由を論証している。しかしながら、本発明はＣ／Ｉ値の低いチャンネル（すなわち、干渉レベルの高いチャンネル）に最も関係がある。特定のアップリンクにおけるＣ／Ｉ値が低いことはＣ／Ｉを低下させる強いクロスリンクが存在していることを示しているので、この１つの強いクロスリンクの効果が他のクロスリンクの効果にも支配力を有していると見なすことは理にかなっている。システム内で１つの強いクロスリンクが他のクロスリンクを支配しているので、複数接続の場合の解析は上で詳細に論じた２つのリンクの場合に還元される。それゆえ１チャンネルあたり多数の接続を持つ一般的な場合でさえ、式（１０）を満足するやり方で電力を調整するときにはＣ／Ｉ値の低いチャンネルはアップリンク値とダウンリンク値との間に強い相関を示す。あるいは式（２１）と（２２）によって与えられる電力調整計画に従わないシステムに関しては、式（１６）を満足するのに（すなわち、所与のセルのいずれに関しても接続に対するセルの経路利得の変化が当該セルの当該接続の総送信電力の変化によって実質上相殺されるのに）必要などんな方法でも電力を調整するとき、Ｃ／Ｉ値の低いチャンネルはアップリンク値とダウンリンク値との間に強い相関を示す。
この観察は本発明のＡＣＡ技術の基礎を形成する。まず式（１６）に従って電力がシステム中すっかり調整される。このことは、電力調整が式（２１）と（２２）によって与えられる形式を持ったところで、式（１０）を実質的に満足するよう保証することによって達成することができる。（式（１０）に正確に従う必要はないが、式（１０）を満足するのに近づけば近づくほど、誘導できるアップリンクのＣ／Ｉ値とダウンリンクのＣ／Ｉ値との間の相関は強くなる。）この電力調整計画が効果を持っている間、アップリンク測定のみに依存するＡＣＡアルゴリズムが適用される。本発明の電力調整相によって作り出されたアップリンクのＣ／Ｉ値とダウンリンクのＣ／Ｉ値との間の相関のために、接続の質はアップリンク接続だけでなくダウンリンク接続でも高く維持される。
本発明で使用する好適なＡＣＡ計画を説明する。本明細の背景の章で述べたように、ＡＣＡ法には２つの目的がある。すなわち、１）周波数計画を排除することと、２）システムの容量を増やすことである。好適なＡＣＡ計画も別々にあるいは一緒に使用できる２つの部分を有している。
ＡＣＡ計画の第１の部分は周波数緩変化計画を生じる周波数再割り当て（ＦＲＡ）法である。最初に基地局のトランシーバ数に等しい数のチャンネルを各基地局に割り当て、コンバイナをこれらの周波数に同調させる。それから、通信システムの動作中に各基地局は自分自身のチャンネルと候補チャンネル上の干渉を測定する。これらの測定値の長期平均（例えば、１時間から最大数週間の範囲）に基づいて、長期平均干渉測定値が受け入れ可能なチャンネルを基地局に割り当てる方策を用いて、各基地局は自分の割り当てチャンネル群をゆっくりと変更する。
特定の基地局に割り当てられる周波数群を与えると（事前に計画を立てておいても良いし、上述のようにＦＲＡ法から得ても良い）、次の仕事はセル内で活発に呼び出しをしている移動局に対してこのチャンネル群からチャンネルを割り当てることである。セルラーシステムの第１世代では、チャンネル割り当て計画は単純にどのチャンネルが最長時間使用されていないかを決定し、そのチャンネルを移動局に割り当てるというものであった。ただしいくつかの非常に低質の判定基準は実行されてはいた。
この早期のチャンネル割り当て計画は、やった方が良いことを沢山残していた。どのように改良できるかを理解するために、基地局あたり１５個のトランシーバを有し、２％のブロッキングに相当するトラフィック負荷があるシステムを考えてみる。このとき、平均的にみて１５個のトランシーバのうち９個だけが使用中である。さらに、システムの平均Ｃ／Ｉ（アップリンクとダウンリンク）は望ましい品質の閾値より上で良い状態であるが、いくつかの移動局と基地局はずっと低いＣ／Ｉ値をとっている。各基地局において最悪のチャンネルを使用しないことによって、最低品質の接続に関しては相当な改善ができる。それゆえ新規の移動局にチャンネルを割り当てるとき（新規呼び出しを開始する移動局の結果、あるいは、別の基地局からの移譲の結果として）、好適なＡＣＡ計画の第２部分が最良のＣ／Ｉ値を持つ自由チャンネルをセルに参加した新規移動局に割り当てる品質駆動チャンネル選択（ＱＤＣＳ）法となる。進行中の接続の品質は移動局がそのセル内に存在する間中監視されてもいる。品質が低下するならばセル内移譲が行われより良い品質を持った利用可能チャンネルが移動局に割り当てられることになる。
アナログチャンネルを用いるシステムではアップリンク測定値しか利用できないので、上述のＱＤＣＳ法は一般的にそうしたシステムには適用できない。ダウンリンク干渉レベルが分からなければ品質決定は貧弱な選択になってしまう。例えば、図５に描かれた状況を考えてみる。図５は２つのセルを示していて、これらのセルはそれぞれ基地局ＢＳ1、ＢＳ2を有しており、これら基地局はそれぞれセル境界付近に位置していて指向性アンテナによって移動局ＭＳ1、ＭＳ2とそれぞれ通信している。第２移動局ＭＳ2は第１基地局ＢＳ1から出ている所与のチャンネル上の深刻な干渉を受ける可能性がある。しかしながら第２基地局ＢＳ2がアップリンク測定値にのみ基づいてこのチャンネルの品質を決定しようとすると、これらの送信は第２基地局の指向性アンテナの「背後」からなされているのでセル１からの干渉は検知されないことになる。その結果アップリンク干渉を検知しないために、当該チャンネルを良質とする第２基地局の決定は間違ってしまうことになる。
上述の問題は、指向性アンテナを用いた基地局がセル周辺に位置している状況に限定されるのではない。同様な「指向性」効果は、図１に示す全方向アンテナを使用する基地局を中央に配置したセルでも、例えば地形的な特徴によって生じうる。こうして、どのようなタイプのセルラーシステムにおいても、ＱＤＣＳ法は、アップリンク測定値がダウンリンク上の干渉も同様に正しく表示するよう保証するための適当な手順なしにはアップリンク干渉測定値のみに基づくことはできない。
本発明は、特別な電力調整計画を用いてアップリンクＣ／Ｉ値とダウンリンクＣ／Ｉ値との間の相関をシステム内に存在せしめることによってこの問題を解決するものである。特に本発明の好適な一実施例は、式βb＋βm＝１を実質上満足するように移動局送信電力（式２参照）と基地局送信電力（式３参照）をシステムワイドに調整することからなっている。（βbとβmの和が１以外の所定の定数と等しくなるように電力を調整して受け入れ可能な結果を達成しても良いが、この所定の定数が１に等しくなる状況を満足するように近づけば近づくほど良い。）この適当な電力調整を用いれば、アップリンクＣ／Ｉ値とダウンリンクＣ／Ｉ値との間の相関が保証されるので、使用していないチャンネル上のアップリンク干渉測定値と、基地局内で使用されているチャンネル上のＣ／Ｉ測定値から計算した干渉値のみに基づいてＱＤＣＳ法を適用することが出来る。
アップリンクとダウンリンクの両方の干渉測定をするための技術は従来技術で周知であり、これはここでは詳述しない。大切なことは、使用していないチャンネルに関しては、測定されるのはそのチャンネルの信号強度であるということである。そのチャンネルをセル自身が使用するのを妨害するのはこの信号エネルギーなので、この信号強度測定値は干渉の測定値として直接使用して良い。厳密に言えば、そのチャンネルをセルで活発に使用していないならばそのセルは現実には干渉を受けていないのであるが、本説明では「予想干渉」の測定レベルを今後は単に「干渉」と呼ぶことにする。
使用していないチャンネル上の干渉を測定する技術については上記した通りである。しかしながら、そのチャンネルが測定セルによって使用中なら、干渉レベルを直接測定することはできない。その代わりに既知の技術を用いてＣ／Ｉ測定をする。測定セルは使用している搬送波信号（Ｃ）の強度をも知っているので、測定Ｃ／Ｉ値の原因となった干渉レベル（Ｉ）を決定するのは簡単である。
本発明の好適な一実施例が図６Ａから図６Ｃまでのフローチャートで示されている。まず図６Ａを見ると、ステップ６０１で、セルは、新規呼び出し（すなわち、接続）を開始するよう求める要求を移動局から受け取る。その結果その新規接続に１つのチャンネルを割り当てる必要がある。本発明によって、基地局に割り当てられてはいるが現在接続に使用していないチャンネル（すなわち、「自由」チャンネル）のそれぞれに関して予想アップリンクＣ／Ｉ値が決定される。すなわち、これらの自由チャンネルに対する干渉値を直接測定しても良い。呼び出しに対する予想Ｃ／Ｉ値は、そのときに新規接続の搬送波信号強度がどれぐらいかという評価を用いて評価しても良い。次に所定の区間にあるＣ／Ｉを与えるであろう干渉レベルを持つ自由チャンネルを同定し、これを「許容」自由チャンネルと呼ぶことにする（ステップ６０３）。所定の区間とは、接続のために許容可能な、例えば、１０ｄＢ以上のＣ／Ｉ値の範囲である。本発明の別な実施例では、この許容自由チャンネルは、事実上、自由チャンネルすべてのうちで最高Ｃ／Ｉ値を持つ自由チャンネルのうちの「最良」の１つである。
次に移動局の接続には許容（あるいは「最良」）自由チャンネルが割り当てられる（ステップ６０５）。以下に述べる図６Ｃのフローチャートを用いて、実行を継続する。
まず図６Ｂに移ると、同図は別のセルからの呼び出しの移譲を受け入れるよう求める要求を（例えば、あるＭＳＣから）セルが受け取った場合に相当している。この状況は、「新規」（すなわち、移譲）接続のためにチャンネルを割り当てる必要があるので、図６Ａに関して行った上述の状況に酷似している。本発明のこの様相によって、ステップ６０７ではこの基地局の自由チャンネルそれぞれに対して予想アップリンクＣ／Ｉ値が決定される。このことは、ステップ６０３に関して上述したものと同様に行われる。所定の区間にあるＣ／Ｉを与えるであろう干渉レベルを持つ自由チャンネルを同定し、これを「許容」自由チャンネルと呼ぶことにする（ステップ６０３）。今度も、所定の区間とは接続のために許容可能な、例えば、１０ｄＢ以上のＣ／Ｉ値の範囲である。本発明の別の実施列では、この許容自由チャンネルは、事実上、自由チャンネルすべてのうちで最高のＣ／Ｉ値を持つ自由チャンネルのうちの「最良」の１つである。
それから、周知の手順でセル内移譲動作が行われ、移動局の接続には許容（あるいは「最良」）自由チャンネルが再び割り当てられる（ステップ６１１）。実行は図６Ｃのステップによって継続される。
進行中の接続の品質（図６Ａおよび図６Ｂで示された手順を用いて設定したもの）を、図６Ｃを用いて以下に説明する本発明の別の様相に従って高レベルに維持しても良い。図６Ｃのフローチャートは、通信システム内の各基地局で繰り返し、例えば、１秒に１回行われるステップを示している。まず、存在する接続それぞれに対して基地局（すなわち、ダウンリンク）と移動局（すなわち、アップリンク）の電力を、式（１６）を実質上満足するように調整する（ステップ６１５）。本発明の好適な一実施例では、式（２１）と（２２）に従って電力を調整し、実質上式βb＋βm＝１を満足することによってステップ６１５を行う。
次に、各接続に対して、受信搬送波信号（ＣRCVD）の強度を、セルが当該接続を提供し続けるために必要な最小レベルを示す信号強度閾値レベル（ＳＳHANDOVER）を比較する。決定６１７で、いずれかの接続の受信搬送波信号強度が値ＳＳHANDOVERより小さい場合、移譲手順を行って実行を継続する（ステップ６１９）。移譲手順のステップの殆どは周知のものであり、ここで詳細に説明する必要はない。ただし、本発明の上述の様相によれば、移譲手順には、図６Ｂで説明したステップが付加的に含まれている。
決定６１７で、ある接続の受信搬送波信号強度が値ＳＳHANDOVERと同じかそれ以上の場合には、当該接続に関してステップ６２１で実行を継続する。ステップ６２１では、基地局は接続に現在使用しているチャンネル（すなわち、「活動チャンネル」）のそれぞれに関するアップリンクＣ／Ｉ値を測定する。その後測定値は互いに比較され、最低Ｃ／Ｉ値を持つ活動チャンネルを同定し、それを「最悪活動チャンネル」と呼ぶ。
決定６２３において、最悪活動チャンネルのＣ／Ｉ値をテストし、それが当該接続のための許容可能な範囲にあるかどうかを決定する。例えば、許容可能範囲は上述した１０ｄＢ以上であるとする。最悪活動チャンネルが許容可能なアップリンクＣ／Ｉ値を持てば、それ以上何もする必要はなく、再びステップ６１５を実行してループを繰り返す。しかしながら、最悪活動チャンネルが許容外のアップリンクＣ／Ｉ値を持つならば、ステップ６２５で実行を継続する。
この点で注意しておくことは、本発明の別の実施例では、最悪チャンネルの性能を改善するための試みを常に行う方策が採用されているということである。この場合には、ステップ６２３を飛ばして実行が無条件にステップ６２１からステップ６２５に進む。
ステップ６２５では、基地局に割り当てられたチャンネルで現在接続に使用していないチャンネル（すなわち、「自由」チャンネル）のそれぞれに対して予想アップリンクＣ／Ｉ値を決定する。すなわち、これらの自由チャンネルの干渉値を直接測定しても良い。当該呼び出しの予想Ｃ／Ｉ値を、最悪活動チャンネルの搬送波信号強度がどれぐらいかという知識を用いて計算しても良い。それから、所定の区間にあるＣ／Ｉを与えるであろう干渉レベルを持つ自由チャンネルを同定し、これを「許容」自由チャンネルと呼ぶ。前述のように、所定の区間とは接続のために許容可能な、例えば、１０ｄＢ以上のＣ／Ｉ値の範囲である。本発明の別な実施例では、この許容自由チャンネルは、事実上、自由チャンネルすべてのうちで最高Ｃ／Ｉ値を持つ自由チャンネルのうちの１つである。この代替案は、ステップ６２３を飛ばした実施例では特に有益である。こうした実施例では、常時、「最良」自由チャンネルを配置することによって最悪活動チャンネルを改善しようとする試みがなされる。
本発明の上述の実施例ではいずれも、その後、許容（もしくは「最良」）と呼ばれる自由チャンネルのアップリンクＣ／Ｉ値を最悪活動チャンネルのアップリンクＣ／Ｉ値と比較する（決定６２７）。最悪活動チャンネルで現在測定されているものより高いＣ／Ｉ値が許容（あるいは「最良」）自由チャンネルに存在する場合、セル内移譲を開始して、移動局の接続にその許容（あるいは「最良」）自由チャンネルを再割り当てする（ステップ６２９）。以後、ステップ６１５を再び開始することでこのループを繰り返す。
決定６２７で、許容（あるいは「最良」）自由チャンネルのアップリンクＣ／Ｉ値が最悪活動チャンネルのアップリンクＣ／Ｉ値よりも大きくない場合には、最悪活動チャンネルの品質を改善することはできず、ステップ６１５を再び開始することでこのループを単に繰り返す。
本発明のＡＣＡ法の効果を調査するためにそのシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、４／１２パターンによるクラスタを持つ事前計画システム（すなわち、クラスタ当たり１２個のセルと、クラスタ当たり４つのアンテナ立地を有するシステム）を前提とした。こうしたクラスタを総計１６個トロイド状面に配置した。すなわち、各基地局に対して、基地局を囲んで１５個のチャンネル立地を設けた。この模擬システムでは、１０アーラン／セルのトラフィック負荷に相当するトラフィックを実現させた。さらに、移動局をシステム中に万遍なく均一に分配した。この静的状態を与えて、本発明に相当するものを含む、異なる無線資源割り当て方法の調査を行った。シミュレーションパラメータの幾つかを表１にまとめた。
このシミュレーションでは、各移動局は経路損が最小になる基地局（すなわち、最も強く受信される基地局）に割り当てられた。次に、チャンネルが４／１２周波数計画に従って移動局に割り当てられた。チャンネルは、各基地局に割り当てたチャンネル群からランダムに選ばれた。それゆえ、この結果生じた状況は、固定チャンネル割り当てを使用する第１世代システムによって得られるシステム状況を模擬したものである。いくつかのセルでは、移動局の数が割り当てチャンネルの数より多くなるので、幾つかの移動局にはチャンネルが割り当てられなかった（すなわち、それらの呼び出しが阻止された）。
上述のように初期設定された模擬システムを用いて、次のような単純なチャンネル再割り当て方策が適用された。まず、各基地局に対して最低Ｃ／Ｉ値を持っている移動端末が同定された。各基地局は次に、最低Ｃ／Ｉ値を持っているチャンネルの干渉の計算値を、その最良自由チャンネル上のアップリンク干渉値と比較した。最良自由チャンネル上の干渉が現在移動局に割り当てられているチャンネル上のものより低い場合、セル内移譲が行われた。この方策は、ラウンドロビン方式ですべての基地局によって行われた。このシミュレーションでは、基地局当たり５つの再割り当てが認められた。
上に説明した理由で、システムにおけるＣ／Ｉは用いられる電力制御方法に依存することになる。シミュレーションでは、βmの値（アップリンク電力制御を示している式（２１）参照）に異なるものを用いる一方、すべての場合にβb＝０（すなわち、ダウンリンクでは一定電力、式（２２）参照）を用いた。βmのそれぞれの値に対して、Ｃ／Ｉ値の累積濃度関数（ＣＤＦ）を評価した。図７は、βmの関数としてプロットした１０％レベルにおけるアップリンクＣ／Ｉ値（すなわち、１０％以下の移動局がより小さな値を持つようなＣ／Ｉ値）のグラフをいくつか示している。下の曲線７０１は、第１ランダムチャンネル割り当て（すなわち、何らかの再割り当てが生じる前）の結果生じた曲線を示す。いかなる再割り当てもしないならば、最良性能はβm＝０．５で得られた。上の曲線７０３は、上述のＡＣＡ法に従って基地局当たり５回の再割り当てを行った後に生じた曲線を示す。この場合の最良性能はβm＝０．６で達成され、また、１０％レベルはおよそ５ｄＢだけ増加したことが分かる。
アップリンク測定値のみに基づいて再割り当てを行ったので、ダウンリンクにおける性能の方への関心はより大きい。図８は、アップリンクで用いられた電力制御の関数としてのダウンリンクの１０％レベルのグラフである。下の曲線８０１は、第１ランダムチャンネル割り当て（すなわち、何らかの再割り当てが生じる前）の結果生じた曲線を示す。この曲線から、いかなる再割り当てもしない場合のダウンリンクの性能はアップリンクでの電力制御とは無関係であったことが分かる。上の曲線８０３は、各基地局で５回の再割り当てを行った後の１０％Ｃ／Ｉレベルを示す。電力制御なし（βm＝０）では改善は３ｄＢであった。また、完全電力制御（βm＝１）では１０％レベルにおける改善は５ｄＢより大きかった。こうして、βmとβbの和を１という値に近づけたとき、チャンネル再割り当て方策はシステム性能の改善の点でより効果的であったことが分かる。この結果は上述の解析から予想されたものであった。
接続が成功かどうかは、当該接続のアップリンクとダウンリンク双方向におけるＣ／Ｉ値とは関係がない。それゆえ、接続当たりの最小Ｃ／Ｉの分布は、その最小Ｃ／Ｉがアップリンクで生じるかダウンリンクで生じるかに関わらず、調べる価値がある。図９は、アップリンクにおいて使用した電力制御の関数として、１０％レベルにおける最小Ｃ／Ｉを示している。他のグラフと同様に、下の曲線９０１は第１ランダムチャンネル割り当て（すなわち、何らかの再割り当てが生じる前）の結果生じた曲線を示し、上の曲線９０３は各基地局で５回の再割り当てを行った後の１０％レベルでの最小Ｃ／Ｉ値を示す。５回の再割り当て後では、１に近いβmの値で最良の性能が得られ、再割り当て方策は、５回の反復後では１０％レベルを約１４ｄＢから２０ｄＢに増加させたことが分かる。
上の解析では、上記すべての場合にβbをゼロに等しくしていたので、アップリンクにおける電力制御の影響に焦点を当てていた。同様な結果はアップおよびダウンリンク電力制御の異なる組み合わせでも引き出すことができる。ダウンリンクにおいて一定電力を用いながらアップリンク電力制御を調査した理由は、これが現在稼働中のアナログシステムに最も類似したものだからである。
ＡＭＰＳやＴＡＣＳのようなシステムにおける現実的な状況にもっと近いシミュレーションを得るために、不連続な電力レベルの影響も調査した。これらのシステムでは、移動局は連続した電力レベルにわたっては制御できないが、その代わりそれらから選んだいくつかの電力レベルを持つことだけはできる。さらにまた、電力レベルを変更する過程はこれらのシステムではかなり遅い。
模擬スナップショットトラフィック状況の現実的な状況を得るために、各移動局に関して望ましい電力レベルをβm＝１を用いて計算した。それから、なされた不連続で遅い決定から生じるエラーの存在を型どるために、エラー量εpowerを追加して、得られた電力値を最も近い利用可能電力レベルに丸めた。またεPOWERの値としては、エラー量の三角超関数εPOWERε［−４、４］（ｄＢ表示）から選択した。図１０は、クラス３ＡＭＰＳ移動局（手持ち式）のための獲得電力レベル分布のヒストグラムを示している。これらの電力レベルに対して、再割り当て利得を表２に示す。アップ及びダウン双方のリンクの最小値の結果を見ると、再割り当て利得は、完全電力制御の６ｄＢに比べて５ｄＢであることが分かる。こうして、本発明の技術は、不連続な電力レベル間でしか移動局を制御できないＡＭＰＳやＴＡＣＳのようなシステムにおいても有意義な改善を生じる。
上の結果は、意義深い改善が模擬システムにおいて達成されたことを示している。しかしながら、本発明のＡＣＡ技術を実際のシステムに用いると多くの制限が生じる。まず、干渉状況は静的なままではなく、むしろ、移動局の移動や、システムへの新規移動局の追加や、いくつかの移動局のシステムからの離脱によって変化する。本発明のＡＣＡ法は変化する干渉状況を観察する能力に依存しているが、少なくとも当分は、干渉測定値の中には古くてそれゆえ不正確なものも存在するという事実を受け入れなければならない。
本発明のＡＣＡ法の実行上の別の制限は、単位時間当たりに実施可能な電力調整とセル内移譲の数に関する、システム組み込みの制約から生じるものである。実施可能な変化の数にこうした制約が生じるのには、多くの理由がある。移動局への信号発信が音声品質に影響するので、最小化すべきであるという事実がこれに含まれる。さらにまた、移動局交換センター（ＭＳＣ）の計算能力も制限されている。にもかかわらず、不完全な電力制御のシミュレーションは、この場合でさえ高い容量利得が実現可能であることを示している。
本発明を特定の実施例を参照して説明してきた。しかしながら、本発明を上述した好適な実施例以外の特別な形で具体化することができるということは、当業者にはたやすく理解されうるであろう。この具体化は本発明の精神から逸脱することなく実施可能である。好適な実施例は単なる実例であり、決して限定的なものと見なすべきではない。本発明の範囲は、上記説明よりもむしろ付属したクレームによって与えられ、クレームの範囲内にある変更物や同等物はすべて本発明に属するものと解される。
本発明は、セルラー電話システムに関し、さらに具体的には、有限個のダウンリンク干渉測定資源を有するデジタルセルラー電話システムだけではなくアナログセルラー電話システムにおいても呼び出しチャンネルの適当な割り当てを行うことに関する。
セルラー電話通信システム（以後「セルラーシステム」あるいは単に「システム」と呼ぶ）においては、トラフィック管理容量の要求が増え続けているので、その容量を極限にまで拡大することは重要なことである。容量に影響する１つの要因は、利用可能通信チャンネル全体を、システム内の特定のセルが使用するのに際してどのように割り当てるかということである。相対的に相互に極めて近接した２つ以上のセルが同一チャンネルを使用することは、各セルに共通チャンネル干渉を頻繁に引き起こしかねないので避けるべきである。
共通チャンネル干渉を避けるための解決策の１つは、各セルに、当該システム内において他のどのセルにも使用されていない専用チャンネル群で動作させることである。この戦略は共通チャンネル干渉の発生をうまく避けることができるが、システムが許容するチャンネル数に対するシステムのトラフィック管理容量を制限する。
システムのトラフィック管理容量を増やすために、どのチャンネルも２つ以上のセルによって同時使用できるような再使用計画を立てることができる。互いに深刻な干渉を起こさないよう十分に離れた地理的位置（「再使用距離」と呼ぶ）にあるセルに対して１つのチャンネルを確実に割り当てることによって、共通チャンネル干渉は制限される。干渉を制限するための適当な距離は、各セルにおける当該特定チャンネル上の搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉ）に影響する要因に依存する。
固定チャンネル再使用計画、すなわち、時間切り替えをしない計画を用いてセルラー通信システムにおける共通チャンネル干渉の可能性を減じるやり方で、トラフィックチャンネルを選択・割り当てる多くの技術が工夫されている。１９７９年１月に発行されたベルシステム技術ジャーナル(Bell System Technology Journal)１５〜４１ページに記載のＶ．Ｈ．マクドナルドによる「高度移動電話サービス：セルラー概念」には、こうした計画が記載されている。
固定チャンネル再使用計画は、システムにおいて最小Ｃ／Ｉを保証するために伝搬条件を仮定することに基づいている。しかしながら、こうした計画は作るのが非常に困難で面倒であり、しかもセルが小さくなるに従ってその困難は増す。さらにまた所与のセルによって管理されるセル数は、始終増減するかもしれない。システム自身の変化は勿論であるが、そのように変化するトラフィックパターンのために、固定チャンネル再使用計画を利用するセルラーシステムでは、始終、トラフィック管理容量が低下する可能性がある。
こうした容量低下を避けるために、適応チャンネル割り当て（ＡＣＡ）計画が固定チャンネル再使用計画に好適である。ＡＣＡ計画では、その名の示す通り、システムの無線資源の利用が現在のトラフィックおよび伝搬状況における変化に適応するよう始終順応している。この順応は、少なくとも周期的になされるシステム測定に基づいて行われる。このような計画の目的は、すべてのリンクが満足のいく品質を持つようにチャンネルを割り当てることである。ＡＣＡシステムの共通特徴は、いくつかの所定の品質判定基準を満たすチャンネル群から１つのチャンネルを割り当てることである。しかしながら、別のＡＣＡ計画は、チャンネル群から複数のチャンネルを選択する別の判定基準を利用している。
一般概念下のＡＣＡシステムは当業者にとっては周知である。例えば、１９８８年１１月２８日〜１２月１日に行われたＩＥＥＥグローバル電気通信会議録(IEEE Global Telecomm. conf.)１３５５〜１３５９ページに記載されたＨ．エリクソンによる「適応チャンネル割り当てによる容量改善」は、すべてのチャンネルがすべての基地局に共有される共通資源となっているセルラー無線システムに関する容量利得について説明している。この報告書では、移動局がダウンリンクの信号の品質を測定し、一番高い搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉレベル）を持つチャンネルを選択するようにチャンネルが割り当てられる。
１９９２年デンバーにおける第４２回ＩＥＥＥ媒体技術会議録(42nd IEEE Veh. Tech. Conf.)７９４〜７９７ページに記載されたＧ．ライバによる「セルラー移動無線システムのための改良動的チャンネル割り当て計画の性能分析」には、別の方法が説明されている。そこでは、必要Ｃ／Ｉ閾値に近い、あるいはそれよりやや良い品質を達成することに基づいてチャンネルが選択される。また、１９８６年１０月１４日〜１６日ストックホルムにおけるデジタル陸上移動無線通信に関する第２回北欧セミナー(Second Nordic Seminar on Digital Land Mobile Radio Communication)の３１１〜３１５ページに記載されたＹ．フルヤ他による「チャンネル分離すなわち移動通信システムのための分散型適応チャンネル割り当て計画」には、リンク品質の最近の履歴を割り当て決定の要因とみなすＡＣＡシステムが説明されている。また、固定チャンネル割り当て計画に加えてＡＣＡを小ブロックの周波数に応用したハイブリッドシステムが既に幾つか提示されている。こうしたものの一例が、１９８７年に発行された’８７ＩＥＥＥ・ＶＴＣ会報(Proc. IEEE VTC '87)４０５〜４１１ページに記載されたＫ．サルバーグ他による「セルラー移動電話システムにおけるハイブリッドチャンネル割り当てと再使用区画」に提示されている。
システム容量の増加とは別に、適応チャンネル割り当ては、システム計画の必要を取り除いてくれる。その代わり、計画はシステム自身によってなされる。ＡＣＡのこの特徴は、システムに変化があるときや、新しい基地局が追加されるときや、例えば、大きな建造物の建設や解体によって環境が変わるときなどに、特に魅力的なものとなる。
ＡＣＡ計画は２つの部分、すなわち「緩」部分と「速」部分とで実行するのが好ましい。「緩」部分は、相対的に長期間（例えば生じるのに数週間かかるような、２０〜３０話中時間）にわたって起こる干渉とトラフィック変動に基づいて各セルが使用するチャンネル群を決定する。これによって周波数計画問題を除去して、システムにおける平均的なトラフィック負荷に適応することもできる。「速」部分は、常時、ゆっくりと決定したチャンネル群から短期干渉測定に基づいて各接続に対する「最良」チャンネルを選択することに関わる。ＡＣＡ計画の「緩」「速」両部分は、各基地局がセル内の局地的な観察に基づいたチャンネル割り当てのみならず、周波数計画のうちの自分の部分を決定することができるように、システム中に振り分けて設置しても良い。
ＡＣＡ計画を２つの部分（すなわち、「速」および「緩」）に分ける理由の１つは、所望の周波数範囲に小モータで機械的に同調させられる自動同調コンバイナを使用するためである。同調は、自動的だが遅い動作なので呼び出しがセルに到着したときに行うことはできない。
さらにまた、各基地局はトランシーバを有限個しか装備していないのですべてのチャンネルを同時に使用することができない。ＡＣＡ計画を「緩」と「速」の部分に分割することによって、「緩」ＡＣＡ計画から得られる周波数群にコンバイナを同調させ、しかもＡＣＡ計画の「速」部分がその「緩」決定周波数群の中からチャンネル選択するという方策を発展させることができる。上記のＹ．フルヤらの出版物は、「緩」および「速」に類別しうるＡＣＡ計画の様相を説明している。なお「緩」や「速」という語は本明細書において定義したものである。
緩変化周波数計画を持つことによって、システムにおける干渉を観察しやすくするという付加的な利点がもたらされる。このことは、いかなる所与のシステムにおいても、測定資源が有限個しかないことを考慮すれば、重要なことである。
従来技術のＡＣＡ計画が正しく動作するためには、チャンネル干渉レベルをダウンリンク（すなわち、基地局から移動局へ）およびアップリンク（すなわち、移動局から基地局へ）の両方で測定することが大切である。ＡＣＡが最も良い状態で動作するためには、正確な干渉レベル測定がすべてのチャンネルでなされるべきである。
さしあたってデジタルセルラーシステムだけを考えてみると、アップリンク及びダウンリンク双方の測定をするための資源がいくつか存在するのでＡＣＡ計画は実行可能である。アップリンク測定は基地局に設けた装置で行ってよい。ダウンリンク測定は移動局によって行って良く、移動局はその測定値を基地局に報告する。しかしながら、すべてのチャンネルに関して測定値を得ることは、未だ困難なことである。例えば、Ｄ−ＡＭＰＳのようなデジタルシステムでは、起動中のセルにおいて目下使用されていないトラフィック周波数のダウンリンク擾乱レベルを評価するために移動局補助移譲（ＭＡＨＯ）機構が使用される。しかしながら、各移動局は少しの数の周波数を測定するだけなので、このＭＡＨＯ測定資源は非常に限定されたものである。その結果、短期フレーム以内で、あるセルの全周波数でのダウンリンク干渉に関する情報を得ることは不可能であり、したがって、チャンネル割り当ては、少なくとも部分的には古い情報に基づいて行われることになってしまう。
今度は、ＡＭＰＳやＴＡＣＳのようなアナログシステムで使用するためにＡＣＡ計画を工夫する問題を考えてみると、アナログシステムではダウンリンク測定が全然用意されておらず困難な問題に直面する。つまり、移動端末が受信したダウンリンク信号に関する如何なる情報も提供できないということは、こうしたシステムではチャンネル干渉の測定がアップリンク方向のみに限定されるということを意味する。その結果従来技術では、
アナログシステムのためのチャンネル割り当ては手動で行うよう工夫されてきたのである。
セルラーシステム資源を割り当てるためのＡＣＡ計画を利用する上述の利益ゆえに、こうした計画を非常に限定されたダウンリンク干渉測定資源しか有さないデジタルセルラーシステムにもアナログセルラーシステムにも適用できるようにする技術を提供することが望ましい。
発明の開示
それゆえ本発明の目的は、ダウンリンク干渉を測定する必要とせず、セルラー通信システムにおいて使用するチャンネルを適応良く割り当てるための方法と装置を提供することである。
本発明の一様相によれば、上記および他の目的は、第１基地局および第１移動局からなる第１セルと、第２基地局および第２移動局からなる第２セルとで構成されるセルラー通信システムにおいて達成される。さらにまた、前記第２セルは前記第２基地局と第２移動局間の第２接続上で使用するための複数のチャンネルのうちいずれか１つのチャンネルを使用する。前記第１基地局と前記第１移動局間の第１接続上で使用するために前記複数のチャンネルのうち１つのチャンネルを割り当てる方法と装置が提供され、該方法は、前記第２セルにおいて、前記チャンネルのうちの使用チャンネルの総電力を量ΔＰ2だけ調整する手段を有する。ただし、ΔＰ2は前記チャンネルのうちの使用チャンネル上での前記第２移動局の送信電力の変化と前記第２基地局の送信電力の変化との合計に等しく、またΔＰ2は前記第２移動局と前記第２基地局間の経路利得の変化の大きさに実質的に等しい大きさを持ち、またΔＰ2は前記第２移動局と前記第２基地局間の経路利得の変化の符号と反対の符号を持つ。
本発明の電力調整の様相は、システムワイドなアップリンクのＣ／Ｉ値とダウンリンクのＣ／Ｉ値の間に強い相関を有することを保証する。それゆえ、本発明のシステムと方法は、さらに前記第１セルにおいて、前記複数のチャンネルのうち前記第１セルで使用していないチャンネルから許容自由チャンネルを選択するためにアップリンク干渉値の決定を使用することを含む。この許容自由チャンネルは前記第１接続に割り当てられる。
本発明は、２つのセルと２つの接続に関して述べてきた。本発明の好適な実施例では、システムはもちろんもっと多くのセルを有して良く、それぞれのセルが上記の第２セルに対して上述したものと同様に、使用接続のすべてに対して送信電力を調整する。したがって各セルは、上記第１セルに対して上述した方法でチャンネル割り当て決定を行うことになる。
本発明の好適な一実施例では、第２セルにおける総電力を調整するステップが、例えば、ｇ22を前記第２移動局と前記第２基地局との間の経路利得とし、αmとβmを定数としたときに前記第２移動局における電力Ｐm2がＰm2＝αm−βm・ｇ22［ｄＢ］となるように調整するステップと、（ｂ）αbとβbを定数としたときに前記第２基地局における電力Ｐb2がＰb2＝αb−βb・ｇ22［ｄＢ］となるように調整するステップと、（ｃ）上記ステップ（ａ）〜（ｂ）の実行中βbとβmの和が所定の定数と等しくなるように保証するステップとを含む。前記所定の定数は、好適には１である。
本発明の別の様相によると、前記第１セルにチャンネルを割り当てるステップが、最初に前記複数のチャンネルのうちの第１チャンネルを前記第１接続に割り当てるステップと、もしも前記許容自由チャンネルが前記複数のチャンネルの前記第１チャンネルでない場合には、前記第１接続を前記複数チャンネルの第１チャンネルから前記許容自由チャンネルにセル内移譲するステップとをさらに含む。このことは、例えば、前記第１チャンネルが前記許容自由チャンネルのＣ／Ｉ値よりも小さなＣ／Ｉ値を持つときに行えば良い。こうして、アップリンク干渉値の決定のみに基づいた適応チャンネル割り当て計画が実施され、その結果、許容自由チャンネルから予想される性能よりも悪い性能を持つ目下使用中のチャンネルに対して許容自由チャンネルが動的に取って代わることができる。
本発明のさらに別の様相によると、許容自由チャンネルを選択する前記ステップが、所定のＣ／Ｉ値の範囲内にある予想アップリンクＣ／Ｉ比をそれぞれが有する許容自由チャンネル群を決定するステップと、前記許容自由チャンネルとして前記許容自由チャンネル群から最良の自由チャンネルを選択するステップとを含む。前記最良の自由チャンネルは、前記許容自由チャンネル群において他の自由チャンネルの各予想Ｃ／Ｉ比に比べて最高の予想Ｃ／Ｉ比を持つものである。この方策によって、目下使用中のチャンネルが許容アップリンクＣ／Ｉ値を持っていたとしても、もっと良いチャンネルに（セル内移譲によって）動的に置換することでシステム性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
本発明の目的と利点とは図面と併せて次の詳細な説明を読むことによって理解されるであろう。
図１は本発明が適用されるセルラー移動無線電話システムの１０個のセルを示す概略図であり、
図２は本発明が適用されるアナログセルラー通信システムの第１及び第２セルの図であり、
図３は本発明が適用される通信システムにおける多数の接続のそれぞれに同一接続をしたときのアップリンクＣ／Ｉ値およびダウンリンクＣ／Ｉ値のスキャッタープロットであり、
図４は本発明によって電力調整をした場合の第１接続上のアップリンクＣ／Ｉ値と第２接続上のダウンリンクＣ／Ｉ値との間の相関関係を示すスキャッタープロットであり、
図５は本発明による電力調整を使用しないときにはアップリンクとダウンリンクの各干渉測定値間に相関関係がなくなってしまうことを示す図であり、
図６Ａ〜図６Ｃは本発明の好適な実施例による適応チャンネル割り当て方法のフローチャートであり、
図７はシステムアップリンク干渉に関する本発明の技術のシミュレーション効果を示すグラフであり、
図８はシステムダウンリンク干渉に関する本発明の技術のシミュレーション効果を示すグラフであり、
図９はアップリンクとダウンリンクの干渉を両方とも考慮する場合の、システム干渉レベルに関する本発明の技術のシミュレーション効果を示す図であり、
図１０は本発明の別なシミュレーションにおけるクラス３ＡＭＰＳ（手持ち式）移動局のための獲得電力レベル分布を示すヒストグラムである。
発明を実施するための最良の形態
本発明の多様な特徴を図面を参照して説明する。なお図面では同様な部分は同じ参照符号で示している。
図１はセルラー移動無線電話システム１００における１０個のセルＣ１からＣ１０を示す概略図である。通常、本発明による方法は１０以上のセルからなるセルラーシステムで実行される。この説明の目的上、本明細書で説明するシステムは断片化した大きなシステムの孤立部分であるとみなす。
各セルＣ１からＣ１０に対してそれぞれ基地局Ｂ１からＢ１０が存在する。図１は各セル中心付近に位置して全方向アンテナを有する基地局を示している。しかしながら、隣接セルの基地局はセル境界付近に位置して指向性アンテナを有していても良い。
図１はまた１つのセル内および１つのセルから他のセルへ移動可能な移動局Ｍ１からＭ１０をも示している。本発明の方法は１０以上の移動局からなるセルラー移動無線システムにおいて実行されても良い。特に通常は基地局よりも移動局の方が多い。
図１にはまた移動局交換センター（ＭＳＣ）も示している。移動局交換センターはケーブルによって図示の１０個の基地局すべてと接続されている。移動局交換センターはまた、ケーブルによって固定公衆交換電話回路網ＰＳＴＮ、あるいはＩＳＤＮ設備を持つ同様な固定回路網にも接続している。移動局交換センターから基地局へのケーブル、および固定回路網へのケーブルは、すべて図示されていない。さらに基地局から移動局交換センターへの通信にはケーブルではなく、例えば固定無線リンクのような他の媒体を使用しても良い。
セルラーシステム１００は通信用の無線チャンネルを複数有している。システムはアナログ情報にも純粋なデジタル情報にも対応している。アナログ情報の例としては、音声やデジタル化アナログ情報（例えば、デジタル化音声）がある。本発明の状況においては、同一システムあるいは別のシステムの移動局同志間や、セルラーシステム１００経由で接続する固定回路網の２つの固定電話あるいは端末間や、移動局と固定電話間の通信チャンネルには期間接続が使用される。接続は２人同士が話し合う呼び出しでも良いが、コンピュータ同志がデータを交換するデータ通信チャンネルであっても良い。
各セルラーシステム１００にはそれぞれが動作可能な特別の周波数帯が割り当てられる。各セルには１群の通信チャンネルが割り当てられる。例えば所与の各セルには１０個から３０個の異なる音声チャンネルと１個の制御チャンネルを割り当てても良い。各セルにおいてチャンネルを割り当てるための判定基準の１つは過剰な共通チャンネル干渉を回避することである。
本明細の背景の章で説明したように、システムのチャンネルを１つあるいはそれ以上のセルにどのように割り当てるかを動的に決定するためにＡＣＡ計画を利用するのが望ましい。しかしながら、以前にはこうした計画はアップリンクとダウンリンク双方の干渉測定に依存する必要があったので、アナログセルラー通信システムや測定資源を有限量しか持っていないデジタルセルラー通信システムのようなアップリンク測定しか提供しないシステムでは問題があった。
この障害を克服するために、本発明では通信電力を以下に述べるやり方で制御してアップリンクとダウンリンクの干渉間に強い相関関係を存在させる方策を採っている。ひとたびこうした相関関係の存在を知ったならば、割り当て決定をアップリンク測定のみに基づいて行うことでＡＣＡ計画を適用できる。その結果ダウンリンク測定を行えないアナログシステムのようなシステムにもＡＣＡ計画を適用することができる。
図２を参照して電力制御方策を詳細に説明する。図２にはアナログセルラー通信システム２００の第１及び第２セル２０１、２０３が示されている。一般的に、セルラーシステムにおけるトラフィックと伝搬状況のスナップショットは、ｇijを移動局ｉから基地局ｊへのｄＢ表示の経路利得としたときに、
Ｇ＝［ｇij］ （１）
と定義される利得行列によって完全に記述される。この解析はよく用いられる経路損の代わりに経路利得で行うのが好ましいが、ｄＢで示すときには符号の変化があるだけである。図示する上で各移動局は最も強く受信した基地局と接続して１つのチャンネルを割り当てられるものとする。しかし当業者には、このことが必要ではないということが分かるであろう。
基地局とチャンネルの割り当てに加えて、各移動局と基地局の送信電力レベル（以降単に「電力レベル」と言う）を決定する必要がある。本発明の好適な実施例では、１９９３年５月発行第４３回ＶＴＣ会報(Proceedings of 43rd VTC)の４９９〜５０２ページに記載されたＪ．Ｆ．ホワイトヘッドによる「共通チャンネル干渉管理のための、信号レベルに基づいた動的電力制御」に十分に説明されているような、アップリンクとダウンリンクのそれぞれに対して行う信号レベルに基づいた電力制御（ＰＣ）の方法を利用している。ここでは前著の方法をそっくりそのまま参照して取り入れる。
本発明の電力制御の様相を決めるために、それぞれ同一チャンネルによる接続を有するシステム内のセルに焦点を当てて説明してみる。このチャンネルを利用している移動局と基地局には、基地局ｉに接続している移動局ｉとなるようなやり方で参照番号をつけることにする。この番号付けに従えば、使用リンクにおける経路利得はｇijで示され、アップリンクで移動局ｉが使用する電力は、
Ｐmi＝αm−βm・ｇii［ｄＢ］ （２）
という式で与えられる。ただしβmは好ましくはε［０，１］だが、この範囲外の値も受け入れ可能であり、αmはｄＢ表示の定数である。電力無調整（すなわち、一定の送信電力）はβm＝０に相当し、全電力制御（すなわち、一定の受信電力）はβm＝１に相当する。定数αmはシステムのセルサイズと背景雑音に依存して調整される。
対応的に、ダウンリンクでは基地局が式
Ｐbi＝αb−βb・ｇii［ｄＢ］ （３）
に従って電力を調整する。
２つしか接続のない図２に示された状況を考えてみると、異なる内包リンクの搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉ）値の式は次のようになる。
Ｍ1へのダウンリンクでは（すべての値はｄＢ）、
相応じてＢ2へのアップリンクでは、
βb＋βm＝１ （１０）
ならば、Ｍ1とＢ2で同一Ｃ／Ｉが達成されることが分かる。
重要な観察は、アップリンクおよびダウンリンクにおけるＣ／Ｉがクロスリンクｇ12経由で相関していることである。もちろんクロスリンクｇ21経由で相関しているＭ2とＢ1間でも同一結果が得られる。
式（１０）を満足するシステムの動作の効果は、セルｉ内の経路利得の変化が
Ｐi＝Ｐbi＋Ｐmi （１１）
である当該セル内の当該接続内で使用される総電力Ｐi上に及ぼす効果を考慮することによって分かりうる。我々は、総電力の変化ΔＰiが経路利得の変化Δｇiiにどのように関連しているかを決定するのに興味があるので、さしあたり時間ｔの関数として各変数を記述するのが便利である。こうして次式が生じる。
βb＋βm＝１のとき式１２は、
Ｐi（ｔ）＝Ｐmi（ｔ）＋Ｐbi（ｔ）＝（αb＋αm）−ｇii（ｔ） （１３）
と縮小する。
さらにまた総電力の変化ΔＰ1は、式
ΔＰi＝Ｐi（ｔ＋Δｔ）−Ｐi（ｔ） （１４）
で与えられる。ただしΔｔは時間増分である。
式１３から式１４に値を代入して、
式（１５）から、βm＋βb＝１のとき、
ΔＰi＋Δｇii＝０ （１６）
となる。
上の解析の意味は、同じシステム内で同じチャンネルに丁度２つの接続が生じるという特殊な場合だが、例えばセルｉの総電力Ｐiを制御することによってセル１のアップリンクＣ／Ｉをセル２のダウンリンクＣ／Ｉに等しくできるので、セル１の総送信電力の変化（すなわち、ΔＰi）によってセル１の経路利得の変化（すなわち、Δｇii）を正確に相殺できるということである。式（２）および（３）に従って電力を制御する本発明の好適な一実施例では、βb＋βm＝１とすることによってこのことを達成している。しかしながら、式（２）および（３）に従って電力を直線的に調整しないシステムにおいても、本発明の別の実施例を使用しても良い。こうした場合、式（１６）を少なくとも実質的に満足するよう保証するのに必要ないずれのステップをとってもシステムワイドなアップリンクとダウンリンクのＣ／Ｉ値間の相関関係を機能することができる。
同一チャンネルを用いた２つの接続だけの特殊な場合に、移動局と基地局の送信電力を適当に制御することによって基地局Ｂ2のアップリンクＣ／Ｉ値を移動局Ｍ1のダウンリンクＣ／Ｉ値に正確に等しくできることが前の解析で示された。システム内で２つ以上の接続が同一チャンネルを利用するもっと一般的な場合では、どんなアップリンクＣ／Ｉ値に対しても全く同じダウンリンクＣ／Ｉ値を持つシステム内の移動局が存在することは保証できない。にもかかわらず、次の解析で示すようにこれら２つの値は強い相関関係を有し得る。
上で説明したように、セルラーシステムのトラフィックと伝搬状況のスナップショットは再掲した式（１）で定義された利得行列によって完全に記述される。
Ｇ＝［ｇij］ （１）
ただし、ｇijを移動局ｉから基地局ｊへの経路利得とする。次の解析上では、すべての計算は、前の説明で使われたｄＢに代わってワットでされる。この選択理由は、異なる資源からの干渉合計を可能にするためである。
本発明のチャンネル割り当て方法では、利用可能チャンネルに応じて移動局を細別する。Ｑ個の異なる基地局の１つにそれぞれ接続したＱ個の移動局に、ここでは利用可能チャンネルのうちチャンネルｋとして示されている同一の一チャンネルが割り当てられるものとする。次の解析では、同一チャンネルｋが割り当てられている移動局に、それぞれが接続している基地局１からＱに対応して１からＱの番号付けを行うやり方で、移動局と基地局に番号を付けることにする。
Ｑ個の基地局とＱ個の移動局間の経路利得は、次元（ＱｘＱ）を持つサブ利得行列Ｇkを形成する。こうすると、Ｇkの対角要素は自身のリンクにおける経路利得となり非対角要素はクロスリンクとなる。
電力ベクトルを定義する。アップリンク（移動局が使用する送信電力）における電力ベクトルは、
Ｐmi＝αm・（ｇii）-βm （２１）
で与えられ、ダウンリンクでは式
Ｐbi＝αb・（ｇjj）-βb （２２）
で与えられる。式（１９）と（２１）とを結合すると、アップリンク（ＭＳｊからＢＳｊ）のＣ／Ｉが得られる。
βm＋βb＝１ （２５）
の場合、式（２３）と（２４）の要素ｇijは同じ要素で正規化される。このことは行列の形で表現することもできる。式（２３）と（２４）の分母は次の行列の列の合計と行の合計である。
式（２７）と（２３）とを比較すると、接続ｊのアップリンクＣ／Ｉは１を行列Ｄの列ｊの列和で割ったものに等しいことが分かる。同様に接続ｉのダウンリンクＣ／Ｉは１を行ｉの行和で割ったものに等しいことが分かる。リンク自身のアップリンクＣ／Ｉ値とダウンリンクＣ／Ｉ値との間の相関は小さい。このことは行列Ｄが対角線に沿ってゼロを有する式（２７）で知ることができる。このことが意味するのは行ｉの和（ダウンリンクにおけるＣ／Ｉの逆数）と列ｉの和（アップリンクにおけるＣ／Ｉの逆数）とは共通項を持っていないと言うことである。図３はアップリンクにおけるＣ／ＩとダウンリンクにおけるＣ／Ｉとのスキャッタプロットを示している。同図では、各「ドット」は同一接続の一対のアップとダウンリンクＣ／Ｉ値に対応している。ドットの塊はほぼ円形になっており、同一接続のアップリンクＣ／Ｉ値とダウンリンクＣ／Ｉ値とは互いに殆ど相関を持たないことを意味している。
これとは対照的にある接続のアップリンクＣ／Ｉ値と別な接続のダウンリンクＣ／Ｉ値との間には相関がある。例えば列ｊの列和（アップリンク接続ｊ）が行列Ｄの要素ｉ、ｊによって支配されているとする。この要素は行ｉ（ダウンリンク接続ｉ）にも属している。その結果接続のｊのアップリンクＣ／Ｉ値と接続ｉのダウンリンクＣ／Ｉ値の間には相関が生じる。図４のスキャッタプロットはこのことを図示している。セルラーシステムにおける干渉の実際的なシミュレーションから引き出される同図において、各接続ｊのアップリンクＣ／Ｉ値は行列Ｄの列ｊにおける最大要素の指数、例えばｉに対応するダウンリンクＣ／Ｉ値に対してプロットされている。列ｊにおける最大要素ｉが行ｉで最も優位でもあるならば、移動局ｉのものと殆ど同じＣ／Ｉ値が基地局ｊで得られることになる。図４における対角線上のドットは、列ｊと行ｉとの間に支配的なクロスリンク項が存在している場合に相当している。対角線よりも下のドットは、ダウンリンクＣ／Ｉ値がアップリンクＣ／Ｉ値よりも低い場合に相当している。このことはアップリンクＣ／Ｉ値を支配している列ｊの要素が行ｉでは支配的ではないときに起こる。すなわち列ｊの最大要素より大きな要素が他にも行ｉに存在し、それゆえダウンリンクにおけるＣ／ＩはアップリンクＣ／Ｉよりも低い。
上の解析は２つ以上の接続を持つチャンネルにとって、一般的に、１つのアップリンクＣ／Ｉ値がダウンリンクＣ／Ｉ値のうちの１つと正確に一致することを保証するβbとβm間の関係を見つけることが不可能な理由を論証している。しかしながら、本発明はＣ／Ｉ値の低いチャンネル（すなわち、干渉レベルの高いチャンネル）に最も関係がある。特定のアップリンクにおけるＣ／Ｉ値が低いことはＣ／Ｉを低下させる強いクロスリンクが存在していることを示しているので、この１つの強いクロスリンクの効果が他のクロスリンクの効果にも支配力を有していると見なすことは理にかなっている。システム内で１つの強いクロスリンクが他のクロスリンクを支配しているので、複数接続の場合の解析は上で詳細に論じた２つのリンクの場合に還元される。それゆえ１チャンネルあたり多数の接続を持つ一般的な場合でさえ、式（１０）を満足するやり方で電力を調整するときにはＣ／Ｉ値の低いチャンネルはアップリンク値とダウンリンク値との間に強い相関を示す。あるいは式（２１）と（２２）によって与えられる電力調整計画に従わないシステムに関しては、式（１６）を満足するのに（すなわち、所与のセルのいずれに関しても接続に対するセルの経路利得の変化が当該セルの当該接続の総送信電力の変化によって実質上相殺されるのに）必要などんな方法でも電力を調整するとき、Ｃ／Ｉ値の低いチャンネルはアップリンク値とダウンリンク値との間に強い相関を示す。
この観察は本発明のＡＣＡ技術の基礎を形成する。まず式（１６）に従って電力がシステム中すっかり調整される。このことは、電力調整が式（２１）と（２２）によって与えられる形式を持ったところで、式（１０）を実質的に満足するよう保証することによって達成することができる。（式（１０）に正確に従う必要はないが、式（１０）を満足するのに近づけば近づくほど、誘導できるアップリンクのＣ／Ｉ値とダウンリンクのＣ／Ｉ値との間の相関は強くなる。）この電力調整計画が効果を持っている間、アップリンク測定のみに依存するＡＣＡアルゴリズムが適用される。本発明の電力調整相によって作り出されたアップリンクのＣ／Ｉ値とダウンリンクのＣ／Ｉ値との間の相関のために、接続の質はアップリンク接続だけでなくダウンリンク接続でも高く維持される。
本発明で使用する好適なＡＣＡ計画を説明する。本明細の背景の章で述べたように、ＡＣＡ法には２つの目的がある。すなわち、１）周波数計画を排除することと、２）システムの容量を増やすことである。好適なＡＣＡ計画も別々にあるいは一緒に使用できる２つの部分を有している。
ＡＣＡ計画の第１の部分は周波数緩変化計画を生じる周波数再割り当て（ＦＲＡ）法である。最初に基地局のトランシーバ数に等しい数のチャンネルを各基地局に割り当て、コンバイナをこれらの周波数に同調させる。それから、通信システムの動作中に各基地局は自分自身のチャンネルと候補チャンネル上の干渉を測定する。これらの測定値の長期平均（例えば、１時間から最大数週間の範囲）に基づいて、長期平均干渉測定値が受け入れ可能なチャンネルを基地局に割り当てる方策を用いて、各基地局は自分の割り当てチャンネル群をゆっくりと変更する。
特定の基地局に割り当てられる周波数群を与えると（事前に計画を立てておいても良いし、上述のようにＦＲＡ法から得ても良い）、次の仕事はセル内で活発に呼び出しをしている移動局に対してこのチャンネル群からチャンネルを割り当てることである。セルラーシステムの第１世代では、チャンネル割り当て計画は単純にどのチャンネルが最長時間使用されていないかを決定し、そのチャンネルを移動局に割り当てるというものであった。ただしいくつかの非常に低質の判定基準は実行されてはいた。
この早期のチャンネル割り当て計画は、やった方が良いことを沢山残していた。どのように改良できるかを理解するために、基地局あたり１５個のトランシーバを有し、２％のブロッキングに相当するトラフィック負荷があるシステムを考えてみる。このとき、平均的にみて１５個のトランシーバのうち９個だけが使用中である。さらに、システムの平均Ｃ／Ｉ（アップリンクとダウンリンク）は望ましい品質の閾値より上で良い状態であるが、いくつかの移動局と基地局はずっと低いＣ／Ｉ値をとっている。各基地局において最悪のチャンネルを使用しないことによって、最低品質の接続に関しては相当な改善ができる。それゆえ新規の移動局にチャンネルを割り当てるとき（新規呼び出しを開始する移動局の結果、あるいは、別の基地局からの移譲の結果として）、好適なＡＣＡ計画の第２部分が最良のＣ／Ｉ値を持つ自由チャンネルをセルに参加した新規移動局に割り当てる品質駆動チャンネル選択（ＱＤＣＳ）法となる。進行中の接続の品質は移動局がそのセル内に存在する間中監視されてもいる。品質が低下するならばセル内移譲が行われより良い品質を持った利用可能チャンネルが移動局に割り当てられることになる。
アナログチャンネルを用いるシステムではアップリンク測定値しか利用できないので、上述のＱＤＣＳ法は一般的にそうしたシステムには適用できない。ダウンリンク干渉レベルが分からなければ品質決定は貧弱な選択になってしまう。例えば、図５に描かれた状況を考えてみる。図５は２つのセルを示していて、これらのセルはそれぞれ基地局ＢＳ1、ＢＳ2を有しており、これら基地局はそれぞれセル境界付近に位置していて指向性アンテナによって移動局ＭＳ1、ＭＳ2とそれぞれ通信している。第２移動局ＭＳ2は第１基地局ＢＳ1から出ている所与のチャンネル上の深刻な干渉を受ける可能性がある。しかしながら第２基地局ＢＳ2がアップリンク測定値にのみ基づいてこのチャンネルの品質を決定しようとすると、これらの送信は第２基地局の指向性アンテナの「背後」からなされているのでセル１からの干渉は検知されないことになる。その結果アップリンク干渉を検知しないために、当該チャンネルを良質とする第２基地局の決定は間違ってしまうことになる。
上述の問題は、指向性アンテナを用いた基地局がセル周辺に位置している状況に限定されるのではない。同様な「指向性」効果は、図１に示す全方向アンテナを使用する基地局を中央に配置したセルでも、例えば地形的な特徴によって生じうる。こうして、どのようなタイプのセルラーシステムにおいても、ＱＤＣＳ法は、アップリンク測定値がダウンリンク上の干渉も同様に正しく表示するよう保証するための適当な手順なしにはアップリンク干渉測定値のみに基づくことはできない。
本発明は、特別な電力調整計画を用いてアップリンクＣ／Ｉ値とダウンリンクＣ／Ｉ値との間の相関をシステム内に存在せしめることによってこの問題を解決するものである。特に本発明の好適な一実施例は、式βb＋βm＝１を実質上満足するように移動局送信電力（式２参照）と基地局送信電力（式３参照）をシステムワイドに調整することからなっている。（βbとβmの和が１以外の所定の定数と等しくなるように電力を調整して受け入れ可能な結果を達成しても良いが、この所定の定数が１に等しくなる状況を満足するように近づけば近づくほど良い。）この適当な電力調整を用いれば、アップリンクＣ／Ｉ値とダウンリンクＣ／Ｉ値との間の相関が保証されるので、使用していないチャンネル上のアップリンク干渉測定値と、基地局内で使用されているチャンネル上のＣ／Ｉ測定値から計算した干渉値のみに基づいてＱＤＣＳ法を適用することが出来る。
アップリンクとダウンリンクの両方の干渉測定をするための技術は従来技術で周知であり、これはここでは詳述しない。大切なことは、使用していないチャンネルに関しては、測定されるのはそのチャンネルの信号強度であるということである。そのチャンネルをセル自身が使用するのを妨害するのはこの信号エネルギーなので、この信号強度測定値は干渉の測定値として直接使用して良い。厳密に言えば、そのチャンネルをセルで活発に使用していないならばそのセルは現実には干渉を受けていないのであるが、本説明では「予想干渉」の測定レベルを今後は単に「干渉」と呼ぶことにする。
使用していないチャンネル上の干渉を測定する技術については上記した通りである。しかしながら、そのチャンネルが測定セルによって使用中なら、干渉レベルを直接測定することはできない。その代わりに既知の技術を用いてＣ／Ｉ測定をする。測定セルは使用している搬送波信号（Ｃ）の強度をも知っているので、測定Ｃ／Ｉ値の原因となった干渉レベル（Ｉ）を決定するのは簡単である。
本発明の好適な一実施例が図６Ａから図６Ｃまでのフローチャートで示されている。まず図６Ａを見ると、ステップ６０１で、セルは、新規呼び出し（すなわち、接続）を開始するよう求める要求を移動局から受け取る。その結果その新規接続に１つのチャンネルを割り当てる必要がある。本発明によって、基地局に割り当てられてはいるが現在接続に使用していないチャンネル（すなわち、「自由」チャンネル）のそれぞれに関して予想アップリンクＣ／Ｉ値が決定される。すなわち、これらの自由チャンネルに対する干渉値を直接測定しても良い。呼び出しに対する予想Ｃ／Ｉ値は、そのときに新規接続の搬送波信号強度がどれぐらいかという評価を用いて評価しても良い。次に所定の区間にあるＣ／Ｉを与えるであろう干渉レベルを持つ自由チャンネルを同定し、これを「許容」自由チャンネルと呼ぶことにする（ステップ６０３）。所定の区間とは、接続のために許容可能な、例えば、１０ｄＢ以上のＣ／Ｉ値の範囲である。本発明の別な実施例では、この許容自由チャンネルは、事実上、自由チャンネルすべてのうちで最高Ｃ／Ｉ値を持つ自由チャンネルのうちの「最良」の１つである。
次に移動局の接続には許容（あるいは「最良」）自由チャンネルが割り当てられる（ステップ６０５）。以下に述べる図６Ｃのフローチャートを用いて、実行を継続する。
まず図６Ｂに移ると、同図は別のセルからの呼び出しの移譲を受け入れるよう求める要求を（例えば、あるＭＳＣから）セルが受け取った場合に相当している。この状況は、「新規」（すなわち、移譲）接続のためにチャンネルを割り当てる必要があるので、図６Ａに関して行った上述の状況に酷似している。本発明のこの様相によって、ステップ６０７ではこの基地局の自由チャンネルそれぞれに対して予想アップリンクＣ／Ｉ値が決定される。このことは、ステップ６０３に関して上述したものと同様に行われる。所定の区間にあるＣ／Ｉを与えるであろう干渉レベルを持つ自由チャンネルを同定し、これを「許容」自由チャンネルと呼ぶことにする（ステップ６０３）。今度も、所定の区間とは接続のために許容可能な、例えば、１０ｄＢ以上のＣ／Ｉ値の範囲である。本発明の別の実施列では、この許容自由チャンネルは、事実上、自由チャンネルすべてのうちで最高のＣ／Ｉ値を持つ自由チャンネルのうちの「最良」の１つである。
それから、周知の手順でセル内移譲動作が行われ、移動局の接続には許容（あるいは「最良」）自由チャンネルが再び割り当てられる（ステップ６１１）。実行は図６Ｃのステップによって継続される。
進行中の接続の品質（図６Ａおよび図６Ｂで示された手順を用いて設定したもの）を、図６Ｃを用いて以下に説明する本発明の別の様相に従って高レベルに維持しても良い。図６Ｃのフローチャートは、通信システム内の各基地局で繰り返し、例えば、１秒に１回行われるステップを示している。まず、存在する接続それぞれに対して基地局（すなわち、ダウンリンク）と移動局（すなわち、アップリンク）の電力を、式（１６）を実質上満足するように調整する（ステップ６１５）。本発明の好適な一実施例では、式（２１）と（２２）に従って電力を調整し、実質上式βb＋βm＝１を満足することによってステップ６１５を行う。
次に、各接続に対して、受信搬送波信号（ＣRCVD）の強度を、セルが当該接続を提供し続けるために必要な最小レベルを示す信号強度閾値レベル（ＳＳHANDOVER）を比較する。決定６１７で、いずれかの接続の受信搬送波信号強度が値ＳＳHANDOVERより小さい場合、移譲手順を行って実行を継続する（ステップ６１９）。移譲手順のステップの殆どは周知のものであり、ここで詳細に説明する必要はない。ただし、本発明の上述の様相によれば、移譲手順には、図６Ｂで説明したステップが付加的に含まれている。
決定６１７で、ある接続の受信搬送波信号強度が値ＳＳHANDOVERと同じかそれ以上の場合には、当該接続に関してステップ６２１で実行を継続する。ステップ６２１では、基地局は接続に現在使用しているチャンネル（すなわち、「活動チャンネル」）のそれぞれに関するアップリンクＣ／Ｉ値を測定する。その後測定値は互いに比較され、最低Ｃ／Ｉ値を持つ活動チャンネルを同定し、それを「最悪活動チャンネル」と呼ぶ。
決定６２３において、最悪活動チャンネルのＣ／Ｉ値をテストし、それが当該接続のための許容可能な範囲にあるかどうかを決定する。例えば、許容可能範囲は上述した１０ｄＢ以上であるとする。最悪活動チャンネルが許容可能なアップリンクＣ／Ｉ値を持てば、それ以上何もする必要はなく、再びステップ６１５を実行してループを繰り返す。しかしながら、最悪活動チャンネルが許容外のアップリンクＣ／Ｉ値を持つならば、ステップ６２５で実行を継続する。
この点で注意しておくことは、本発明の別の実施例では、最悪チャンネルの性能を改善するための試みを常に行う方策が採用されているということである。この場合には、ステップ６２３を飛ばして実行が無条件にステップ６２１からステップ６２５に進む。
ステップ６２５では、基地局に割り当てられたチャンネルで現在接続に使用していないチャンネル（すなわち、「自由」チャンネル）のそれぞれに対して予想アップリンクＣ／Ｉ値を決定する。すなわち、これらの自由チャンネルの干渉値を直接測定しても良い。当該呼び出しの予想Ｃ／Ｉ値を、最悪活動チャンネルの搬送波信号強度がどれぐらいかという知識を用いて計算しても良い。それから、所定の区間にあるＣ／Ｉを与えるであろう干渉レベルを持つ自由チャンネルを同定し、これを「許容」自由チャンネルと呼ぶ。前述のように、所定の区間とは接続のために許容可能な、例えば、１０ｄＢ以上のＣ／Ｉ値の範囲である。本発明の別な実施例では、この許容自由チャンネルは、事実上、自由チャンネルすべてのうちで最高Ｃ／Ｉ値を持つ自由チャンネルのうちの１つである。この代替案は、ステップ６２３を飛ばした実施例では特に有益である。こうした実施例では、常時、「最良」自由チャンネルを配置することによって最悪活動チャンネルを改善しようとする試みがなされる。
本発明の上述の実施例ではいずれも、その後、許容（もしくは「最良」）と呼ばれる自由チャンネルのアップリンクＣ／Ｉ値を最悪活動チャンネルのアップリンクＣ／Ｉ値と比較する（決定６２７）。最悪活動チャンネルで現在測定されているものより高いＣ／Ｉ値が許容（あるいは「最良」）自由チャンネルに存在する場合、セル内移譲を開始して、移動局の接続にその許容（あるいは「最良」）自由チャンネルを再割り当てする（ステップ６２９）。以後、ステップ６１５を再び開始することでこのループを繰り返す。
決定６２７で、許容（あるいは「最良」）自由チャンネルのアップリンクＣ／Ｉ値が最悪活動チャンネルのアップリンクＣ／Ｉ値よりも大きくない場合には、最悪活動チャンネルの品質を改善することはできず、ステップ６１５を再び開始することでこのループを単に繰り返す。
本発明のＡＣＡ法の効果を調査するためにそのシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、４／１２パターンによるクラスタを持つ事前計画システム（すなわち、クラスタ当たり１２個のセルと、クラスタ当たり４つのアンテナ立地を有するシステム）を前提とした。こうしたクラスタを総計１６個トロイド状面に配置した。すなわち、各基地局に対して、基地局を囲んで１５個のチャンネル立地を設けた。この模擬システムでは、１０アーラン／セルのトラフィック負荷に相当するトラフィックを実現させた。さらに、移動局をシステム中に万遍なく均一に分配した。この静的状態を与えて、本発明に相当するものを含む、異なる無線資源割り当て方法の調査を行った。シミュレーションパラメータの幾つかを表１にまとめた。
上述のように初期設定された模擬システムを用いて、次のような単純なチャンネル再割り当て方策が適用された。まず、各基地局に対して最低Ｃ／Ｉ値を持っている移動端末が同定された。各基地局は次に、最低Ｃ／Ｉ値を持っているチャンネルの干渉の計算値を、その最良自由チャンネル上のアップリンク干渉値と比較した。最良自由チャンネル上の干渉が現在移動局に割り当てられているチャンネル上のものより低い場合、セル内移譲が行われた。この方策は、ラウンドロビン方式ですべての基地局によって行われた。このシミュレーションでは、基地局当たり５つの再割り当てが認められた。
上に説明した理由で、システムにおけるＣ／Ｉは用いられる電力制御方法に依存することになる。シミュレーションでは、βmの値（アップリンク電力制御を示している式（２１）参照）に異なるものを用いる一方、すべての場合にβb＝０（すなわち、ダウンリンクでは一定電力、式（２２）参照）を用いた。βmのそれぞれの値に対して、Ｃ／Ｉ値の累積濃度関数（ＣＤＦ）を評価した。図７は、βmの関数としてプロットした１０％レベルにおけるアップリンクＣ／Ｉ値（すなわち、１０％以下の移動局がより小さな値を持つようなＣ／Ｉ値）のグラフをいくつか示している。下の曲線７０１は、第１ランダムチャンネル割り当て（すなわち、何らかの再割り当てが生じる前）の結果生じた曲線を示す。いかなる再割り当てもしないならば、最良性能はβm＝０．５で得られた。上の曲線７０３は、上述のＡＣＡ法に従って基地局当たり５回の再割り当てを行った後に生じた曲線を示す。この場合の最良性能はβm＝０．６で達成され、また、１０％レベルはおよそ５ｄＢだけ増加したことが分かる。
アップリンク測定値のみに基づいて再割り当てを行ったので、ダウンリンクにおける性能の方への関心はより大きい。図８は、アップリンクで用いられた電力制御の関数としてのダウンリンクの１０％レベルのグラフである。下の曲線８０１は、第１ランダムチャンネル割り当て（すなわち、何らかの再割り当てが生じる前）の結果生じた曲線を示す。この曲線から、いかなる再割り当てもしない場合のダウンリンクの性能はアップリンクでの電力制御とは無関係であったことが分かる。上の曲線８０３は、各基地局で５回の再割り当てを行った後の１０％Ｃ／Ｉレベルを示す。電力制御なし（βm＝０）では改善は３ｄＢであった。また、完全電力制御（βm＝１）では１０％レベルにおける改善は５ｄＢより大きかった。こうして、βmとβbの和を１という値に近づけたとき、チャンネル再割り当て方策はシステム性能の改善の点でより効果的であったことが分かる。この結果は上述の解析から予想されたものであった。
接続が成功かどうかは、当該接続のアップリンクとダウンリンク双方向におけるＣ／Ｉ値とは関係がない。それゆえ、接続当たりの最小Ｃ／Ｉの分布は、その最小Ｃ／Ｉがアップリンクで生じるかダウンリンクで生じるかに関わらず、調べる価値がある。図９は、アップリンクにおいて使用した電力制御の関数として、１０％レベルにおける最小Ｃ／Ｉを示している。他のグラフと同様に、下の曲線９０１は第１ランダムチャンネル割り当て（すなわち、何らかの再割り当てが生じる前）の結果生じた曲線を示し、上の曲線９０３は各基地局で５回の再割り当てを行った後の１０％レベルでの最小Ｃ／Ｉ値を示す。５回の再割り当て後では、１に近いβmの値で最良の性能が得られ、再割り当て方策は、５回の反復後では１０％レベルを約１４ｄＢから２０ｄＢに増加させたことが分かる。
上の解析では、上記すべての場合にβbをゼロに等しくしていたので、アップリンクにおける電力制御の影響に焦点を当てていた。同様な結果はアップおよびダウンリンク電力制御の異なる組み合わせでも引き出すことができる。ダウンリンクにおいて一定電力を用いながらアップリンク電力制御を調査した理由は、これが現在稼働中のアナログシステムに最も類似したものだからである。
ＡＭＰＳやＴＡＣＳのようなシステムにおける現実的な状況にもっと近いシミュレーションを得るために、不連続な電力レベルの影響も調査した。これらのシステムでは、移動局は連続した電力レベルにわたっては制御できないが、その代わりそれらから選んだいくつかの電力レベルを持つことだけはできる。さらにまた、電力レベルを変更する過程はこれらのシステムではかなり遅い。
模擬スナップショットトラフィック状況の現実的な状況を得るために、各移動局に関して望ましい電力レベルをβm＝１を用いて計算した。それから、なされた不連続で遅い決定から生じるエラーの存在を型どるために、エラー量εpowerを追加して、得られた電力値を最も近い利用可能電力レベルに丸めた。またεPOWERの値としては、エラー量の三角超関数εPOWERε［−４、４］（ｄＢ表示）から選択した。図１０は、クラス３ＡＭＰＳ移動局（手持ち式）のための獲得電力レベル分布のヒストグラムを示している。これらの電力レベルに対して、再割り当て利得を表２に示す。アップ及びダウン双方のリンクの最小値の結果を見ると、再割り当て利得は、完全電力制御の６ｄＢに比べて５ｄＢであることが分かる。こうして、本発明の技術は、不連続な電力レベル間でしか移動局を制御できないＡＭＰＳやＴＡＣＳのようなシステムにおいても有意義な改善を生じる。
本発明のＡＣＡ法の実行上の別の制限は、単位時間当たりに実施可能な電力調整とセル内移譲の数に関する、システム組み込みの制約から生じるものである。実施可能な変化の数にこうした制約が生じるのには、多くの理由がある。移動局への信号発信が音声品質に影響するので、最小化すべきであるという事実がこれに含まれる。さらにまた、移動局交換センター（ＭＳＣ）の計算能力も制限されている。にもかかわらず、不完全な電力制御のシミュレーションは、この場合でさえ高い容量利得が実現可能であることを示している。
本発明を特定の実施例を参照して説明してきた。しかしながら、本発明を上述した好適な実施例以外の特別な形で具体化することができるということは、当業者にはたやすく理解されうるであろう。この具体化は本発明の精神から逸脱することなく実施可能である。好適な実施例は単なる実例であり、決して限定的なものと見なすべきではない。本発明の範囲は、上記説明よりもむしろ付属したクレームによって与えられ、クレームの範囲内にある変更物や同等物はすべて本発明に属するものと解される。
Claims (12)
- 第１および第２セルを含むセルラー通信システムであって、前記第１セルは第１基地局と第１移動局とを含み、前記第２セルは第２基地局と第２移動局とを含み、前記第２セルは前記第２基地局と第２移動局との間の第２接続上の複数のチャンネルのうちのいずれか１つのチャンネルを使用するよう構成したセルラー通信システムにおいて、前記複数のチャンネルのうちの１つのチャンネルを前記第１基地局と前記第１移動局との間の第１接続上で使用するように割り当てるための方法であって、
該方法は、前記第２セルにおいて、前記チャンネルのうちの使用チャンネルの総電力を量ΔＰ2だけ調整するステップを含み、
ただしΔＰ2は前記チャンネルのうちの使用チャンネル上での、前記第２移動局の送信電力の変化と前記第２基地局の送信電力の変化との合計に等しく、
ΔＰ2は前記第２移動局と前記第２基地局との間の経路利得の変化の大きさに実質的に等しい大きさを持ち、
ΔＰ2は前記第２移動局と前記第２基地局との間の経路利得の変化符号と反対の符号を持ち、
前記方法はさらに、前記第１セルにおいて、前記複数のチャンネルのうち前記第１セルで使用していないチャンネルから許容自由チャンネルを選択するためにアップリンク干渉値についての決定を使用するステップと、
前記第１セルにおいて、前記許容自由チャンネルを前記第１接続に割り当てるステップとを含む前記方法。 - 最初に前記複数のチャンネルのうちの第１チャンネルを前記第１接続に割り当てるステップと、
前記許容自由チャンネルが前記複数のチャンネルの前記第１チャンネルでない場合には、前記第１接続を前記複数チャンネルの第１チャンネルから前記許容自由チャンネルにセル内ハンドオーバするステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。 - 許容自由チャンネルを選択する前記ステップが、
所定のＣ／Ｉ値の範囲内にある予想アップリンクＣ／Ｉ比をそれぞれが有する許容自由チャンネル群を決定するステップと、
前記許容自由チャンネルとして、前記許容可能な自由チャンネル群から自由チャンネルの１つを選択するステップとを含む、請求項１記載の方法。 - 前記許容自由チャンネルとして、前記許容自由チャンネル群から自由チャンネルの１つを選択する前記ステップは、前記許容自由チャンネルとして、前記許容自由チャンネル群から最良の自由チャンネルを選択するステップを含み、前記最良の自由チャンネルは、前記許容自由チャンネル群において他の自由チャンネルの各予想Ｃ／Ｉ比に比べて最高の予想Ｃ／Ｉ比を有する、請求項３記載の方法。
- 前記第２セルにおいて総電力を調整する前記ステップは、
（ａ）ｇ22を前記第２移動局と前記第２基地局との間の経路利得とし、αmとβmを定数としたときに、前記第２移動局における電力Ｐm2が
Ｐm2＝αm−βm・ｇ22［ｄＢ］
となるように調整するステップと、
（ｂ）αbとβbを定数としたときに、前記第２基地局における電力Ｐb2が
Ｐb2＝αb−βb・ｇ22［ｄＢ］
となるように調整するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ａ）〜（ｂ）の実行中βbとβmの和が所定の定数と等しくなるように保証するステップとを含む、請求項１記載の方法。 - 前記所定の定数が１である、請求項５記載の方法。
- 第１および第２セルを含むセルラー通信システムであって、前記第１セルは第１基地局と第１移動局とを含み、前記第２セルは第２基地局と第２移動局とを含み、前記第２セルは前記第２基地局と第２移動局との間の第２接続上の複数のチャンネルのうちいずれか１つのチャンネルを使用するよう構成したセルラー通信システムにおいて、前記複数のチャンネルのうち１つのチャンネルを前記第１基地局と前記第１移動局との間の第１接続上で使用するように割り当てる装置であって、
該装置は、前記第２セルにおいて、前記チャンネルのうちの使用チャンネルの総電力を量ΔＰ2だけ調整するための手段を含み、
ただしΔＰ2は前記チャンネルのうちの使用チャンネル上での、前記第２移動局の送信電力の変化と前記第２基地局の送信電力の変化との合計に等しく、
ΔＰ2は前記第２移動局と前記第２基地局との間の経路利得の変化の大きさに実質的に等しい大きさを持ち、
ΔＰ2は前記第２移動局と前記第２基地局との間の経路利得の変化符号とは反対の符号を持ち、
前記装置はさらに、前記第１セルに収集されたアップリンク干渉値についての決定を使用して前記複数のチャンネルのうち前記第１セルで使用していないチャンネルから許容自由チャンネルを選択するための手段と、
前記許容自由チャンネルを前記第１セルにおける前記第１接続に割り当てるための手段とを含む前記装置。 - 最初に前記複数のチャンネルのうちの第１チャンネルを前記第１接続に割り当てるための手段と、
前記許容自由チャンネルが前記複数のチャンネルの前記第１チャンネルでない場合には、前記第１接続を前記複数チャンネルの第１チャンネルから前記許容自由チャンネルにセル内ハンドオーバするための移譲手段とをさらに含む、請求項７記載の装置。 - 前記第１セルに収集されたアップリンク干渉値の決定を使用して許容自由チャンネルを選択するための前記手段が、
所定のＣ／Ｉ値の範囲内にある予想アップリンクＣ／Ｉ比をそれぞれが有する許容自由チャンネル群を決定するための手段と、
前記許容自由チャンネルとして、前記許容自由チャンネル群から自由チャンネルの１つを選択するための手段とを含む、請求項７記載の装置。 - 前記許容自由チャンネルとして、前記許容自由チャンネル群から自由チャンネルの１つを選択する前記手段は、前記許容自由チャンネルとして、前記許容自由チャンネル群から最良の自由チャンネルを選択するための手段を含み、前記最良の自由チャンネルは、前記許容自由チャンネル群において他の自由チャンネルの各予想Ｃ／Ｉ比に比べて最高の予想Ｃ／Ｉ比を持っている、請求項９記載の装置。
- 前記第２セルにおいて前記チャンネルのうちの使用チャンネルの総電力を調整するための手段は、
（ａ）ｇ22を前記第２移動局と前記第２基地局との間の経路利得とし、αmとβmを定数としたときに、前記第２移動局における電力Ｐm2が
Ｐm2＝αm−βm・ｇ22［ｄＢ］
となるように調整する移動局電力調整手段と、
（ｂ）αbとβbを定数としたときに、前記第２基地局における電力Ｐb2が
Ｐb2＝αb−βb・ｇ22［ｄＢ］
となるように調整する基地局電力調整手段と、
（ｃ）前記移動局電力調整手段と前記基地局電力調整手段の動作中βbとβmの和が所定の定数と等しくなるように保証する制御手段とを含む、請求項７記載の装置。 - 前記所定の定数が１である、請求項１１記載の装置。
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