JP4757309B2 - 無線ネットワーク内でオンライン送信電力を分散配分するための信号法 - Google Patents

Description

本発明は、弾力的に変化するデータ通信量用にベストエフォート型により設計された反復アルゴリズムを実現する信号法であって、１つの干渉伝送チャネルにおいて直接接続された現在の接続対ｉｉ’を形成する伝送ノードｉおよび受信ノードｉ’を用いて無線ネットワーク内のオンライン送信電力を分散配分し、該干渉伝送チャネルの逆伝達作用が受信ノードｉ’にとって既知となる信号法に関する。

本発明は、分散型移動ネットワーク、例えば干渉伝送チャネルを備えたアドホック・ネットワークまたはセンサラジオネットワークにおいて適用することができる。例えば、ラジオインタフェースは、非直交拡散シーケンスを有するＣＤＭＡを基礎とすることができる。システム内の干渉も開発されており、そこでは伝送チャネルの空間再利用が行われる。本発明は、特定の要件を満たすという意味の、サービスの質、例えばデータ率または待ち時間に関して保証の与えられていない無線ネットワークにおいて適用されるものである。したがって、弾力的に変化するデータ通信量用に、対応するアルゴリズムが設計され、ベストエフォート型により、つまり、ネットワーク内の全ユーザに対して最高に公平であるという意味で、全ユーザにとって現在のリソースそれぞれの最善の提案に応じて作動される。したがって、個々のユーザに対して公平ではないデータ率の最大活用は問題外であり、逆に、全ユーザに対して公平な送信電力の分散を目的としている。さらに、発明的な信号法は、伝送ノードと受信ノードとの間の直接接続（ワンホップのアドホック・ネットワーク）に関する。一方で、中間ノードを介した間接接続（マルチホップのアドホック・ネットワーク）は、直接接続の構成に対応しているのでこの発明的な信号法と同じように扱うことができる。

現在形成されている、伝送ノードｉおよび受信ノードｉ’の接続対ｉｉ’間の伝送チャネル同士は相互に干渉するので、強い干渉を回避するために、送信電力を好適に調整することが必要である。したがって、弾力的に変化するデータ通信量の送信電力の制御は、予め与えられた全体的なユーティリティ関数が最大となるように送信電力を関連づけることについてである。通常、この問題は、ベストエフォートの基準において送信電力の配分を最適化するために、ＱｏＳパラメータ（ＱｏＳ＝Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ：サービスの質）の線形加重和の式を呈する目的関数を最小にすることと等価である。したがって、良好な信号法の目的は、目的関数を最小にする送信電力ベクトルを計算するための情報を、選択された最適化アルゴリズムに応じて、そして、極力最小の労力で、それぞれの伝送ノードに確実に提供することである。計算された電力ベクトルは最適なものと見なされる。これに関連して、電力ベクトルの各エントリは、接続対ｉｉ’内の伝送チャネルへの送信電力を表す。

概して、最適な電力ベクトルを決定するためのアルゴリズムは本来反復的である。伝送ノードｉが、特定の送信電力で動き出し、その際、送信電力は予め与えられた規則に応じて段階的に適合される。良好なアルゴリズムは、段階ごとに進歩し（単調性）、全体的な最適度へと収束し、数段階後には既におよそ最適度に近接する。分散型無線移動ネットワークにおいて、任意の中央制御装置なしにこのような反復アルゴリズムを実施することに関する主たる問題は、反復ループを実行するために、最適化変数（すなわち本発明における送信電力）に関する選択された目的関数の勾配として、特定の全体的な情報が、ネットワーク内で分散していることが必要となることである。

現在の開発−この数年間にわたり、ディジタル技術の急速な開発によって、現代社会における無線通信の性質および重要性がかなり変化してきた。データを基にした応用例は、９０年代半ばまで第２世代の移動ラジオ規格（ＧＳＭ；ＧＳＭ＝ｇｌｏｂａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：移動通信のためのグローバル規格）における唯一の関連応用例であった音声伝送と比較してますます重要となっている。ショートメッセージサービス（ＳＭＳ：ｓｈｏｒｔ ｍｅｓｓａｇｅ ｓｅｒｖｉｃｅｓ）を普及させつつ、その後、ＧＳＭネットワークを、より高速なサービス（ＧＰＲＳ；ＧＰＲＳ＝ｇｅｎｅｒａｌ ｐａｃｋｅｔ ｒａｄｉｏ ｓｅｒｖｉｃｅ：汎用パケットラジオサービス）を用いて拡張しながら、その変化は目立たずに始まった。その間にも、高速で一部即時対応のデータサービスが、第３世代の移動ラジオ規格（ＵＭＴＳ；ＵＭＴＳ＝ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｍｏｂｉｌｅ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｓｙｓｔｅｍ：ユニバーサル移動電話システム）において確固たる大黒柱となってきており、これらのサービスは、到来するセルラー規格（Ｂｅｙｏｎｄ ３Ｇ）においてさらに重要性を増すであろう。

今日、ＵＭＴＳネットワークにおいて最も普及している、データを基にしたユーザアクティビティは、例えば、種々のダウンロードサービス（音楽、着信音）を、そして一部ではビデオ電話技術さえ使用しながら、マルチメディアメッセージを交換すること（ＭＭＳ；ＭＭＳ＝ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｍｅｓｓａｇｅ ｓｅｒｖｉｃｅ：マルチメディアメッセージサービス）を含む。一方で、無線データサービスの拡大は、セルラー移動ラジオに限定されていない。それは、いわゆるアドホック・ネットワークの概念を一般世帯に普及させることに寄与した。この概念は、多数のユーザと多数のサービスとによる自己管理型の通信を表しており、概して上位の通信ノード（セルラー概念における基地局としての）なしで動作し、したがって、データソースとデータ受信装置との間の物理的な直接接続に基づいている。アドホック・モードは、ＩＥＥＥの無線通信規格における動作の主原則である。無線アドホックの応用例は、工業部門においても民間部門においても非常に数が多く、将来的に優れた可能性を有する。最も説明に役立つ使用例として、例えば、異なる事務室内の２つの端末間で大量のデータを交換すること、一戸建て住宅／事務所用ビルの２つの離れた部屋間での、即時対応で即刻の、すなわち即座の音声接続および／または画像接続、あるいは、重要な地域における無線センサ監視（センサネットワーク）を含む。

無線ネットワークにおけるサービスの質−エンドユーザは、サービスの質（ＱｏＳ）を、音声明瞭度、データ転送速度、および即時データ接続の安定性（ぎくしゃくしない）等の基準に応じて主観的に経験する。工学技術の観点から言えば、あらゆる知覚全体としての知覚的基準は、いわゆるＱｏＳパラメータに関連している。これに関連して、例えばデシベルで表現される信号対干渉比レベル（ＳＩＲ、ＳＩＮＲ＝ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ：信号対干渉および雑音比）は例えば音声明瞭度を反映させることができ、データ率（単位［ｂｉｔ／ｓ］）は転送速度に対応し、データパケットの遅延時間（単位［ｓ］）は、即時対応性に直接関連している。論理的には、送信電力および帯域幅等のネットワークリソースに制限があるため、エンドユーザの中には、多数の接続を一度にアクティブにしていて、不十分なサービスの質を蒙る者もあるということが避けられない。これに関連して、接続間のクロストーク（干渉）は、重大かつ付加的な有害な要因を表す。クロストークは、個別のタイムスロットを交互に指定することにより、あるいは全接続の周波数帯を分離することにより、回避することができる。一方で、特にアドホック・ネットワークでは、制御および同期化の労力が大きいため、この可能性は論外である。

干渉によりサービスの質が劣化するアドホック・ネットワークの例として、１つの事務室に４台のノートブック型パソコンを配置する。これらのノートブック型パソコンは、例えば２つの大量のデータを転送するために、高速無線のアドホック直接接続を同時に対でセットアップしたものである。いずれの接続も、隣接する伝送器と受信器との間の距離が比較的小さいため、伝送信号は、それぞれの受信器の受信信号により大きく干渉する。このことは、データ率に対して、したがって両方の接続の継続時間に対して、有害な影響を有する。したがって、両方の接続とも、転送を完了するには単独動作の場合よりも（はるかに）多くの時間を必要とする。

最適なリソース配分−応用例が現実的な場合、一方で伝送信号レベルに関する法的制限に起因して、他方では使用可能な周波数帯（第１および第２のＩＳＭ帯域、認可されたＵＭＴＳ帯域）の制限に起因して、電力および帯域幅の経費を増大することでサービスの質を改善することは不可能である。これらの理由から、ネットワークノード間でリソース配分を最適化することが極めて重要な役割を果たす。このことにより、種々の接続の特性の検討下で、現在の電力および帯域幅の経費を、エンドユーザにより了解されるサービスの質へと最適に転換することができる。

最適なリソース配分の実現−効果的なリソース配分の手掛かりは、本発明では本来専ら反復的な最適化手続きを使用して履行することにある。最適化手続きが意味するものとは、反復的な最適化アルゴリズムと、反復を実行するのに必要な、ネットワーク内のノード間の信号伝達および帰還信号伝達のスキームとの接続である。信号伝達が意味するものとは、ネットワークを制御するために、必要な全データを伝送することである。したがって、信号データは、伝送されるべき実際の情報を含む情報データとは区別されるものとする。

オンライン最適化問題−今日のネットワークの動きが速いという性質は、アルゴリズムおよびそれらの実施に対する重大な難題のうちの１つを表す。ネットワークノードが移動性でありデータ伝送がパケット中心であることに起因して、例えば、最新のデータネットワークは、トポロジーおよびデータ通信量の構造が高速時間変動性を有する。ここで、最適なリソースの再配分は、許容可能に遅延させるだけで、トポロジーおよびデータ通信量を変更する時間パターンに続けることができる（オンライン最適化）。それ故に、実施されるアルゴリズムは、精度とは別に、充分に良好な収束特性を有さねばならない。つまり、アルゴリズムは、最終結果を高速で獲得しなければならない。実際に示されているように、セルラー通信におけるこれらの難問は、容易に克服することができる。エネルギー消費が事実上制限されずコンピュータ能力が大きい結果、基地局は、極めて複雑な最適化アルゴリズムを実施することができる。従って、ネットワークの変更を続け、必要に応じてネットワーク内でリソースの再配分をタイムリーに用意することができる。これに関連して、ネットワークノードの共通バッテリ動作、およびノード当たりの装置費用の制限に起因して、アドホック・ネットワークは、エネルギーおよびコンピュータ性能により決定される限界に達する。このことは、使用される最適化手続きの複雑性と収束速度とに関する要件が増大する一因となる。

ローカルネットワークの情報における問題−セルラーネットワークにおいて、基地局は通常、チャネル状態の形態のネットワークの全体的な情報（このための必要条件とはいわゆるチャネルの相互性であるが、このことは、実務に関連する全てのネットワークシナリオにおいて有効である）、数種類のデータ通信量、およびサービスの質に関する要件を有し、したがって、リソース配分のオンライン最適化を集中的に実行することが予定されている。基地局は、信号伝達により、アップリンク用に各最適化パスの後にのみリソースの（再）配分を準備するか、またはダウンリンク用にそのリソース自体を（再）配分する。リソースを分散化することにより、アドホック・ネットワークにおける同様の手続きが妨げられる。このことは、概して、ネットワークノードがいずれも上位にならず、したがって、ネットワークパラメータの全体的な情報、すなわち全ノード（伝送ノード、受信ノード）間のチャネル状態、あるいは全接続間の干渉の強度が、いかなるノードにも存在しないことを意味する。概して、ネットワークノードはせいぜい、隣接するノード間の局所的な信号伝達に由来し得る、例えば閉環境におけるチャネル状態または干渉強度の形態のネットワークの局所的な情報を有する。アドホック・ネットワーク内のノードに全体的なネットワーク情報が欠落している重要な理由のうちの１つに、ネットワークの空間分布があろう。このような場合、受信ノードには、或る状況下の伝送ノードが直接アクセス不可能となり得よう。したがって、伝送ノードは中間ノードを介して通信させられる（いわゆる「マルチホップ伝送」）。一方で、本発明の価値は、セルラーネットワークおよびいわゆるワンホップアドホック・ネットワークを検討するとき、既に明らかとなる。すなわち、このようなネットワークにより、エリア全体にわたる直接接続が可能となる。従って、本文献ではマルチホップ問題の明確な検討は省略する。しかし、本発明は、このマルチホップ問題に同じように適用することができる。

オンラインリソース配分の集中的な実現の概念−アドホック・ネットワークにおけるこの難問を克服する可能性として、上位ノードを指名することにより仮想セルラー・インフラストラクチャを導入することがあり、ネットワークパラメータの全体的な情報は、この仮想セルラー・インフラストラクチャに、全ノードの局所的な情報を伝送することにより提供される。指名されたノードは、基地局の機能を引き受け、集中的な最適化を実行し、ネットワーク内のリソースの（再）配分を信号伝達により準備する。アドホック・ネットワークにおいて、仮想セルラー構造の助けによるオンラインリソース配分の実現は、最も明白な概念である。ここで、利点は、良好に開発された一般的アルゴリズム最適化理論に基づく集中的な最適化アルゴリズムの適用可能性にある。この数年間にわたり、リソース配分用に、特定の基準の、ネットワーク特有の数々のアルゴリズム解法が開発されてきた。仮想セルラー構造による実現の手法の重大な欠点は、多くの労力を要する信号伝達にある。このことは、一方で、リソースの（再）配分を著しく遅延させ、他方で、全ネットワークノードのバッテリ実行時間にとって負担となる。不利なのは、特に仮想基地局（指名されたノード）が、多くの労力を必要としながら計算オペレーションを実行しなければならないことである。

オンラインリソース配分の分散的な実現の概念−上述の検討を考慮すると、グローバル提携のない分散型ネットワーク・アクションに基づく、相反する実現概念は、アドホック・ネットワークにとって、より有利な概念である。この概念において、ネットワークノードは本来、概して相互から独立して反復的である一定のローカル・アクションスキームに従う。局所的な信号伝達は、例えば隣接するノードまたは特定の１つのノードに関して、スキームの個々のステップにも属し得る。信号伝達が多くの労力を必要とすればするほど、集中的な実現の概念に勝るその利点が小さくなる。ネットワーク内で分散されるこのようなアクションの結果は、それぞれのネットワークノードにて最適なリソース指定の情報となる。この数年間、リソース配分のために、種々の基準の或る分散的な最適化手続きが開発されてきた。しかし、関連の配分基準の大部分にとって、言及する価値のある分散的な実現概念は存在しない。

上で既に説明したように、任意の中央制御装置なしの分散型無線移動ラジオネットワークにおいて最適な送信電力配分を決定するための反復アルゴリズムの実施における主たる問題は、ネットワーク内で送信電力の勾配として分散する所要の全体的な情報を獲得し、反復ループを実行することである。

一般的な解決手法のための先行技術：普通、全体的な情報が、「フラッディング・プロトコル」の助けにより全ノード間で交換される。これは、分散型ネットワークでは情報を分散するための最も単純なアルゴリズムである。この処理では、開始プログラムがその隣接ノード全てに局所的にメッセージを送る。メッセージを獲得しまだ通知されていない各ノードは、このメッセージをその隣接ノード全てに伝える。最も明白な先行技術として、本発明が基礎としている、ムン・チャン（Ｍｕｎｇ Ｃｈｉａｎｇ）著、「Ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒｓ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｈｏｐ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ： Ｊｏｉｎｔｌｙ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｓ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ」（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、第２３巻、第１号、２００５年１月、ｐ．１０４〜１１６）を比較されたい。しかし、移動無線システムでは、このような手続きにより乏しいリソース（帯域幅および電力）を消耗することになるので、したがって、多くの応用例にとって容認できない。

ムン・チャン（Ｍｕｎｇ Ｃｈｉａｎｇ）著、「Ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒｓ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｈｏｐ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ： Ｊｏｉｎｔｌｙ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｓ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ」（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、第２３巻、第１号、２００５年１月、ｐ．１０４〜１１６）

目的
上述の刊行物から公知である一般的な信号法に基づき、既に記載した、オンライン送信電力を分散配分した無線ネットワークにおける一般的な問題の背景に対する、本発明の基礎を成す目的は、勾配ベースの反復アルゴリズムを効果的かつ分散的に実施できるように、送信電力に関して、全体的なネットワーク情報として、特に簡単かつリソース節約的な即座のやり方で、反復アルゴリズムを実行するための必要な勾配が形成される信号法を示すことである。この目的に対する発明的な解決法は、包括的な特許請求の範囲から引き出すことができ、これを特定の実施態様において全体的かつ詳細に以下で説明する。

発明的な解決法は、一次ネットワークと随伴ネットワークとを交互に使用することを提案している。これに関連して、現在の接続対内のそれぞれの伝送ノードおよび受信ノードはそれらの役割を変化させる。随伴ネットワーク内の伝送信号は、現在の接続対ｉｉ’の各伝送チャネル側で、「プロプライエタリ」な移動チャネルの影響が排除されるように予歪される。各接続対ｉｉ’には、低速制御・バックチャネル（直交する、したがって干渉なしの）が提供され、これが一次ネットワーク内で使用される。このバックチャネルを介して、接続対における局所的な干渉がそれぞれの伝送ノードに報告される。そこから、このノードは第１所要送信電力（局所的な送信電力）を決定する。局所的な干渉の補償の下で、伝送チャネルを介したその現在の受信ノードからの帰還信号伝達により、伝送ノードには、伝送ノードと他の受信ノード全てとの間のグローバル干渉が暗黙的に既知となり、そこから伝送ノードは第２送信電力を決定する。伝送ノードでは局所的な干渉用の所要の送信電力がバックチャネルを介して既に既知であることから、送信ノードは今や、決定された第２送信電力から既知の局所的な送信電力を減じることにより、所要グローバル送信電力を直接的に決定することができる。次に、この送信電力に基づき、反復ステップｎにおいて局所的な送信電力からグローバル送信電力を減算することにより、反復ステップｎ＋１において勾配が生じる。勾配形成に必要な全体的な情報が、重畳されたバック信号から直接決定されることから、フラッディング・プロトコルの先行技術から公知のように、全ノード間の情報転送は省略される。

弾力的に変化するデータ通信量用にベストエフォート型により設計された反復アルゴリズムを移行するための発明的な信号法であって、１つの干渉伝送チャネルにおいて伝送ノードｉおよび受信ノードｉ’を用いて無線ネットワーク内のオンライン送信電力を分散配分し、該干渉伝送チャネルの逆伝達作用が受信ノードｉ’にて既知となる信号法は、本発明にとって重要な以下の特徴を含む。

・干渉伝送チャネルにおける各接続対ｉｉ’の伝送ノードｉから受信ノードｉ’への、伝送されるべき情報データおよびネットワーク制御信号データの無線データ通信量により、一次ネットワークが規定されること。ここで、一次ネットワークは、局所的に、各接続対ｉｉ’内に、指向性の直交低速制御チャネルおよびバックチャネルも局所的に含む。

・干渉伝送チャネルにおける各接続対ｉｉ’の受信ノードｉ’から伝送ノードｉへの信号データの無線データ通信量により、随伴ネットワークが規定されること。

・選択された勾配ベースの反復アルゴリズムにおける反復勾配形成に必要とされる、ネットワーク内の現在の電力状態に関する情報を提供するために、無線データ通信中に一次ネットワークおよび随伴ネットワークが交互に使用されること。

・交互に使用される間、一次ネットワークにおいて、信号データが、全伝送ノードｉ間で一致した時間パターンで干渉伝送チャネルを介して全体的に同期して伝送され、局所的には各接続対ｉｉ’において、接続優先順位の変更可能な重み付けに関して制御チャネルを介して伝送され、および伝送チャネルの現在の状態に関してバックチャネルを介して伝送される。伝送ノードｉでは第１の伝送の整合が実行される。

・交互に使用される間、随伴ネットワークにおいて、信号データは受信ノードｉ’で予歪されて、現在の接続対ｉｉ’でそれぞれ形成される指向性伝送チャネルの干渉伝送チャネルに対する影響が補償され、予歪された信号データは、全受信ノードｉ’により一致した或る時間パターンで干渉伝送チャネルを介して接続対ｉｉ’内の伝送ノードｉへ全体的に同期して伝送される。その後、伝送ノードｉ内で、受信された予歪済み信号データから、ネットワークの現在の干渉および送信電力状態を反映する、選択された反復アルゴリズムにおいて第ｉ勾配成分を計算するのに必要な情報が決定される。

したがって、発明的な信号法の全体的な信号伝達手続きは、以下の４つの部分を含む。

１．一次ネットワークにおいて、各伝送ノードｉは、無線ネットワーク内のその優先順位に関して現在確立すべき接続の現在の重み付けを、接続対ｉｉ’内のそれぞれの直接的制御チャネルを介して受信ノードｉ’に通知する。ただし、このことは、この変数が変化を完了するが受信ノードｉ’がこの情報を処理しない場合にのみ必要である。さらなる情報、例えば、使用される送信電力も伝えることができる。さらに、受信ノードｉ’は、関連し合った各方法におけるのと同じように、現在の伝送チャネルを承知していなければならない。ここで、隣接する伝送ノードと受信ノードとの間では、局所的な通信のみが行われる（ワンホップ。マルチホップにも同じように適用可能である）ということに留意すべきである。

２．一次ネットワークを用いて：一次ネットワーク内の全伝送ノードは、全伝送ノードｉ間で一致した一定の時間パターンで同期して伝送する。伝送されるのは、実際の情報データであり、パイロットシンボルでもある。一連のパイロットシンボルを介して平均化することにより、受信ノードはそれぞれ、信号対干渉比および干渉電力を推定する。

３．一次ネットワークにおいて、各受信ノードｉ’は、現在の信号対干渉比（またはＳＩＲに依存する関数）について、接続対ｉｉ’内のそれぞれのバックチャネルを介して伝送ノードｉに通知する。

４．随伴ネットワークを用いて：全受信ノード（または随伴ネットワーク内の伝送ノード）は、相応に予歪された信号を同期して伝送する。伝送ノード（または随伴ネットワーク内の受信ノード）は、一連のパイロットシンボルを介して平均化することにより、それぞれの現在の受信信号の電力を推定する。その後、この電力は、反復アルゴリズムの勾配を計算するための基礎として使用される。

本発明により、分散的な信号伝達の概念を主張する。この概念は、いわゆるベストエフォートの基準という意味で、送信電力配分の反復最適化に関連して使用する。以下のセクションｂ、ｃ、および発明を実施するための最良の形態における説明については、媒体リソースの一定の指定、例えば、ＣＤＭＡネットワーク（ＣＤＭＡ＝ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ：符号分割多重接続）における拡散シーケンスの指定、あるいはＦＤＭＡネットワーク（ＦＤＭＡ＝ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ：周波数分割多重接続）における周波数帯配分を想定している。したがって、リソース配分の最適化は、送信電力配分の最適化まで縮小される。本発明による信号法の実施態様を表すには、３つの中間ステップが必要となる。セクションａでは、信号法の作動モード、したがって随伴ネットワークの使用を規定し、例示によって説明する。さらに、本発明による信号法にとって必要な予歪を説明する。続くセクションｂでは、ベストエフォートの基準によるリソース配分の理論の基本原則を表す。セクションｃでは、リソース配分の反復最適化の原則（任意の基準を有する）を簡単に表す。これらの説明により、本発明による信号法の実施態様が容易に理解され把握されることとなる。

ａ．随伴ネットワークの伝送戦略
セルラー内およびアドホック・ネットワーク内での接続をセットアップする前に、到来する通信が受信ノードに通知される。このことは、制御チャネルを介して信号伝達シーケンス（例えばパイロット信号およびデータ通信量情報を有するもの）を伝送することにより、対応する伝送ノードから行われる。概して、オンラインリソース配分を用いると、その後、受信ノードによるバック信号伝達が必要となる。これに関連して、 一般に、バック信号伝達が本来、全体的な実現概念（オンラインリソースの配分が集中化した実現概念、上記を参照）か、局所的にある実現概念（信号法の基礎としてのオンラインリソースの配分の分散する実現概念が本発明に一致して、上記を参照）であるかどうかは、実現概念に依存し、具体的には、バック信号伝達が全ての伝送ノードにアドレス指定されているか、または関連する伝送ノードのみにアドレス指定されているかに依存する。

説明を明確にするために、Ｋ個の伝送ノードが、アドホック・ネットワーク内でＫ個の他の受信ノードと通信しようとしており、そこでは、いずれの受信ノードも数個の接続を受信せず、いずれの伝送ノードも複数の受信ノードとの接続をセットアップしないことを想定するものとする。

規定：本発明による信号法における随伴ネットワークの伝送戦略を、Ｋ個の受信ノードが同期して伝送しそれぞれの伝送ノードにチャネルの前置等化を適用するバック信号伝達スキームと規定する。同期性とは、或るパターンで規則的に繰り返される時間間隔があり、そこでは全ての受信ノードが伝送することを意味する。

以下の例は、アドホック・ネットワークでのバック信号伝達における随伴ネットワークの伝送戦略の応用例を示す。８つのノードを備えたアドホック・ネットワークを検討する。検討する時点では、ノードｉとｉ’との間、ｉ＝１、…、４、の４つの直接接続が一度にセットアップされるものとする。受信ノードは、アポストロフィの付いた指数により指数化される。各伝送ノードｉは、隣接する受信ノードｉ’全てに対して干渉を生成する。これらの受信ノードは、干渉係数（例えば、伝送ノード３と受信ノード２’との間の干渉は干渉係数Ｖ_32'、伝送ノードＶ_34'間の干渉、伝送ノード３と受信ノード４’との間の干渉は干渉係数Ｖ_34'、伝送ノード３と受信ノード１’との間の干渉は干渉係数Ｖ_31'等）を用いて考慮される。フラットチャネルがフェージングする伝送が想定され、そこでは、基本帯域チャネルのインパルス応答は、一般に知られているような、複雑に評価されたチャネル係数で表現することができる。第ｊノードと第ｉ’ノードとの間のチャネルの係数は、ｈ_ji'で表される。

この場合、バック信号伝達における随伴ネットワークの伝送戦略を用いた信号伝達手続きは以下のようになる。

１．最初に、例えば時間分離または周波数分離された信号伝達により、伝送ノードｉ、ｉ＝１，…，４、による接続の意思がそれぞれ受信ノードｉ’、ｉ＝１，…，４、に確実に通知される。これに関連して、場合によってはパイロット信号と一緒に信号データが早くも伝送される。

２．パイロット信号から、各受信ノードｉ’（ｉ＝１，…，４）は、信頼できるチャネル係数ｈ_ii'の推定値を計算することができる。これには、先行技術から、定評ある数々の推定方法が公知である。

３．受信ノードｉ’は、ほんの概略的に満足すればよいバック信号伝達の時間共有点を確立する。その決定は、例えばいわゆるタイムスタンプ、署名ビットまたは全地球測位システム（ＧＰＳ）の助けにより、各受信ノードにて別々に行うことができる。

４．その後、随伴ネットワークの伝送戦略によりバック信号伝達が行われる。全受信ノードｉ’は、予め決定された時点にてバック信号伝達を開始する。ここで、各受信ノードｉ’（ｉ＝１，…，４）の伝送信号が、計算されたチャネル推定値の逆数、すなわち１／ｈ_ii'により乗算される。この乗算は、移動通信という意味で、フラットチャネル・フェージングにおける前置等化に対応しており、先行技術からも良く知られている。周波数選択的なチャネル・フェージングの一般的な事例において、伝送信号は、逆チャネル周波数応答のインパルス応答を用いて畳み込みしなければならないであろう。

その場合、ベストエフォートの基準における送信電力配分を最適化する目的関数は、ＱｏＳパラメータの線形加重和の式を呈する。すなわち、

ｃ．送信電力配分の反復最適化
最適な送信電力配分の計算、例えばベストエフォートの基準の場合の方程式（４）による問題の解の計算は、ほとんどのネットワークにおいて反復して行われる。これには、先行技術から良く知られた、良好に開発された反復最適化方法が使用される。ここで、ｆを、送信電力配分の任意の基準の目的関数、例えば方程式（３）とする。それに応じて、送信電力配分のアルゴリズムの（第ｎ反復ループ（ｎ∈Ｎ）の）反復ループの標準的な式は、以下のように記述することができる。これに関連して、反復中の全ての依存状態および変換は、チャネル状態、雑音レベル、およびその他のシステムパラメータにより初期化される。簡潔にするために、表記ではこれを明確には示さない。

本発明による信号伝達方法では、探索方向の計算において、すなわちセクションｃ）に示す反復形式のステップ４）において、および、方程式（３）によるあらゆる反復最適化方法において、すなわちベストエフォートの基準により送信電力配分を最適化することについて、バック信号伝達スキームとしての随伴ネットワークの伝送戦略の利用を主張する。以下の例は、セクションｃによる反復最適化アルゴリズムを適用する、発明的な信号法による信号伝達およびバック信号伝達の詳細な手続きを示す。

ステップ幅の一定な勾配最適化方法を適用するＱｏＳパラメータとしてのデータ率を備えたベストエフォートの基準を有するアドホック・ネットワークの一例：

Ｋ個の伝送ノードおよび受信ノード、フラットチャネル・フェージング、各ノードの個々の送信電力制約、ならびにＣＤＭＡ媒体アクセスを備えた上述のアドホック・ネットワークを想定する。ベストエフォートの基準により、唯一関連のＱｏＳパラメータとしてデータ率が確立される。接続の（負）データ率は、関連するＳＩＮＲの関数として近似し、φ（γ）＝−ｌｏｇ（γ）である。したがって、方程式（３）による目的関数は、次式を呈する。

セクションａのステップ１および２により接続のセットアップが行われる。各伝送ノードｉは、その接続の意思を、それぞれの受信ノードｉ’に確実に信号伝達し、そして、次回の接続の優先順位α_iを受信ノードに通知する。各受信ノードｉは、受信されたパイロット信号からチャネル係数ｈ_ii'の推定値を計算する。セクションａのステップ３において記載したように、タイムスタンプまたはＧＰＳシステムの助けにより、各受信ノードは同期バック信号伝達の時間パターンを確立する。伝送ノードにより、同期伝送の、相応にシフトされた時間パターンも確立される。この初期化段階の後、勾配法による最適化反復を（セクションｃの式が特別な場合）セクションの信号伝達およびバック信号伝達により接続する最適化手続きの反復が行われる。第ｎ反復（ｎ∈Ｎ）は以下のように記述することができる。

２．各受信ノードｉ’は、式（９）の電力を有する信号を受信する。

３．一連のパイロット記号またはデータ記号を介して平均化する場合、送信電力ｐ_iを、そしてその後に式（１０）の全体的な雑音・干渉電力を各受信ノードｉ’にて決定することができる。

従って、式（１１）の接続のＳＩＮＲも各受信ノードｉ’にて既知となる。

６．これに関連して、各伝送ノードｉは、式（１２）の電力を有する信号を受信する。

９．各伝送ノードｉは、その送信電力を、式（１４）により更新する。

これらの局所的な更新の合計は、セクションｃの一般的な更新ステップ５に対応する。

１１．代入ｎ：＝ｎ＋１、およびステップ１への移行。

本発明による信号法の重要な利点は、先に示した実施態様により容易に理解されるであろう。この実施態様においてバック信号伝達における随伴ネットワークの伝送戦略（ステップ５）を利用することにより、受信ノード間および伝送ノード間の任意の提携なしに、各第ｉ伝送ノードでの第ｉ送信電力の後に目的関数の偏導関数の情報を提供することが可能となる。このことは、本例の勾配法の場合に適用するだけでなく、少なくとも、

により、セクションｃにおいて探索方向の計算（ステップ４）を規定する反復最適化方法の場合にも適用され、対角行列は最適化変数の現在の値に依存し得るということを容易に示すことができる。伝送ノードにて目的関数の偏導関数の情報を合わせることは、セクションｃにおける最適化アルゴリズムの更新ステップ（ステップ５）を分散して実行することが可能になる。バック信号伝達における随伴ネットワークの伝送戦略を利用するための唯一の必要条件は、とりわけ規定において説明したような大まかな同期性である。しかし、実際にはこのことは大きな問題なく確実にすることができる。

Claims (6)

1. 弾力的に変化するベストエフォート型により設計された反復アルゴリズムによるオンライン送信電力の分散配分を伴う無線ネットワークのための伝送ノードであって、
   前記無線ネットワークは、逆伝達作用を伴う干渉伝送チャネルにおいて、直接接続されている現在の接続対ｉｉ’を形成する伝送ノードｉおよび受信ノードｉ’を含み、
   前記干渉伝送チャネルにおける各接続対ｉｉ’の前記伝送ノードｉから前記受信ノードｉ’への、伝送されるべき情報データおよびネットワーク制御信号データの無線データ通信量により、一次ネットワークが規定され、
   前記一次ネットワークは、各接続対ｉｉ’内に、指向性の直交低速制御およびバックチャネルも含み、
   前記干渉伝送チャネルにおける各接続対ｉｉ’の前記受信ノードｉ’から前記伝送ノードｉへの前記信号データの無線データ通信量により、随伴ネットワークが規定され、前記伝送ノードは、無線データ通信中に交互に使用するために構成され、選択された最適化反復アルゴリズムにおける探索方向の反復計算に必要とされる、前記ネットワーク内の現在の電力状態に関する情報を提供するために、前記一次ネットワークおよび前記随伴ネットワークに関して、
   全伝送ノードｉ間で一致した時間パターンで前記干渉伝送チャネルを介して同期してデータ記号およびパイロット記号を他の前記伝送ノードに伝送し、
   前記制御および前記バックチャネルを局所的に介して前記パイロット、またはデータ記号を介した通知によって前記関連する受信ノードで決定される信号対干渉比、または信号対干渉比に依存する関数を受信し、
   前記随伴ネットワークにおいて、前記接続対ｉｉ’で前記受信ノードｉ’から伝送ノードｉへ全受信ノードｉの間で一致した時間パターンで前記干渉伝送チャネルを介して信号データの同期する伝送の重畳から得られた信号を受信し、前記信号データは、前記干渉伝送チャネルにおける接続対ｉｉ’内で形成されたそれぞれの前記伝送チャネルの影響が補償されるように、前記受信ノードｉ’で予歪され、
   前記選択された反復アルゴリズムにおいて第ｉ探索方向成分を計算するのに必要な、前記ネットワークの電力状態に関する情報を、前記受信され予歪された信号データおよび前記信号対干渉比、または前記信号対干渉比に依存する前記関数から決定する、伝送ノード。
2. 前記伝送ノードは、前記選択された反復アルゴリズムにおいて第ｉ探索方向成分を計算するのに必要な、前記ネットワークの電力状態に関する情報の決定において、
   予歪された信号データから関連する受信ノードの送信電力を推定し、
   前記推定された送信電力、および前記信号対干渉比もしくは前記信号対干渉比に関する関数に基づいて選択された反復アルゴリズムで第ｉ探索方向成分を計算するために構成されることを特徴とする、請求項１に記載の伝送ノード。
3. 弾力的に変化するベストエフォート型により設計された反復アルゴリズムによるオンライン送信電力の分配配分を伴う無線ネットワークのための受信ノードであって、
   前記無線ネットワークは、逆伝達作用を伴う干渉伝送チャネルにおいて、直接接続されている現在の接続対ｉｉ’を形成する伝送ノードｉおよび受信ノードｉ’を含み、
   前記干渉伝送チャネルにおける各接続対ｉｉ’の前記伝送ノードｉから前記受信ノードｉ’への、伝送されるべき情報データおよびネットワーク制御信号データの無線データ通信量により、一次ネットワークが規定され、
   前記一次ネットワークは、各接続対ｉｉ’内に、指向性の直交低速制御およびバックチャネルも含み、
   前記干渉伝送チャネルにおける各接続対ｉｉ’の前記受信ノードｉ’から前記伝送ノードｉへの前記信号データの無線データ通信量により、随伴ネットワークが規定され、前記受信ノードは、無線データ通信中に交互に使用するために構成され、選択された最適化反復アルゴリズムにおける探索方向の反復計算に必要とされる、前記ネットワーク内の現在の電力状態に関する情報を提供するために、前記一次ネットワークおよび前記随伴ネットワークに関して、
   前記一次ネットワークにおいて、接続対ｉｉ’内で前記伝送ノードｉから前記受信ノードｉ’へ全伝送ノードの間で一致した時間パターンで前記干渉伝送チャネルを介してデータ記号およびパイロット記号の同期する伝送から得られた信号を受信し、
   前記パイロット、またはデータ記号を介した通知によって前記関連する受信ノードでの信号対干渉比、または信号対干渉比に依存する関数を決定し、
   前記制御および前記バックチャネルを介して前記関連する伝送ノードに、信号対干渉比、または信号対干渉比に依存する関数を伝送し、
   前記随伴ネットワークにおいて、前記干渉伝送チャネルの影響が補償されるように、前記信号対干渉比、または信号対干渉比に依存する関数を使用して、予歪された信号データとともに全受信ノードｉ’間で一致した時間パターンで、前記干渉伝送チャネルを介して同期して信号データを前記他の受信ノードに対して伝送する、受信ノード。
4. 請求項１または請求項２に記載の伝送ノード、および請求項３に記載の受信ノードを含む、無線ネットワーク。
5. 弾力的に変化するベストエフォート型により設計された反復アルゴリズムによるオンライン送信電力の分散配分を伴う無線ネットワークのための伝送ノードを動作する方法であって、前記無線ネットワークは、逆伝達作用を伴う干渉伝達チャネルにおいて、直接接続されている現在の接続対ｉｉ’を形成する伝送ノードｉおよび受信ノードｉ’を含み、前記干渉伝送チャネルにおける各接続対ｉｉ’の前記伝送ノードｉから前記受信ノードｉ’への、伝送されるべき情報データおよびネットワーク制御信号データの無線データ通信量により、一次ネットワークが規定され、前記一次ネットワークは、各接続対ｉｉ’内に、指向性の直交低速制御およびバックチャネルも含み、前記干渉伝送チャネルにおける各接続対ｉｉ’の前記受信ノードｉ’から前記伝送ノードへの前記信号データの無線データ通信量により、随伴ネットワークが規定され、無線データ通信中に、選択された最適化反復アルゴリズムにおける探索方向の反復計算に必要とされる、前記ネットワーク内の現在の電力状態に関する情報を提供するために、前記一次ネットワークおよび前記随伴ネットワークが交互に使用されることに関して、
   全伝送ノードｉ間で一致した時間パターンで前記干渉伝送チャネルを介して同期してデータ記号およびパイロット記号を他の前記伝送ノードに伝送し、
   前記制御および前記バックチャネルを局所的に介して前記パイロット、またはデータ記号を介した通知によって前記関連する受信ノードで決定される信号対干渉比、または信号対干渉比に依存する関数を受信し、
   前記随伴ネットワークにおいて、前記接続対ｉｉ’で前記受信ノードｉ’から伝送ノードｉへ全受信ノードｉの間で一致した時間パターンで前記干渉伝送チャネルを介して信号データの同期する伝送の重畳から得られた信号を受信し、前記信号データは、前記干渉伝送チャネルにおける接続対ｉｉ’内で形成されたそれぞれの前記伝送チャネルの影響が補償されるように、前記受信ノードｉ’で予歪され
   前記選択された反復アルゴリズムにおいて第ｉ探索方向成分を計算するのに必要な、前記ネットワークの電力状態に関する情報を、前記受信され予歪された信号データおよび前記信号対干渉比、または前記信号対干渉比に依存する前記関数から決定する、方法。
6. 弾力的に変化するベストエフォート型により設計された反復アルゴリズムによるオンライン送信電力の分配配分を伴う無線ネットワークのための受信ノードを動作する方法であって、前記無線ネットワークは、逆伝達作用を伴う干渉伝送チャネルにおいて、直接接続されている現在の接続対ｉｉ’を形成する伝送ノードおよび受信ノードｉ’を含み、前記干渉伝送チャネルにおける各接続対ｉｉ’の前記伝送ノードｉから前記受信ノードｉ’への、伝送されるべき情報データおよびネットワーク制御信号データの無線データ通信量により、一次ネットワークが規定され、前記一次ネットワークは、各接続対ｉｉ’内に、指向性の直交低速制御およびバックチャネルも含み、前記干渉伝送チャネルにおける各接続対ｉｉ’の前記受信ノードｉ’から前記伝送ノードｉへの前記信号データの無線データ通信量により、随伴ネットワークが規定され、前記無線データ通信中に、選択された最適化反復アルゴリズムにおける探索方向の反復計算に必要とされる、前記ネットワーク内の現在の電力状態に関する情報を提供するために、前記一次ネットワークおよび前記随伴ネットワークが交互に使用されることに関して、
   前記一次ネットワークにおいて、接続対ｉｉ’内で前記伝送ノードｉから前記受信ノードｉ’へ全伝送ノードの間で一致した時間パターンで前記干渉伝送チャネルを介してデータ記号およびパイロット記号の同期する伝送から得られた信号を受信し、
   前記パイロット、またはデータ記号を介した通知によって信号対干渉比、または信号対干渉比に依存する関数を決定し、
   前記制御および前記バックチャネルを介して前記関連する伝送ノードに、信号対干渉比、または信号対干渉比に依存する関数を伝送し、
   前記随伴ネットワークにおいて、前記干渉伝送チャネルの前記影響が補償されるように、前記信号対干渉比、または信号対干渉比に依存する関数を使用して、予歪された信号データとともに全受信ノードｉ’間で一致した時間パターンで、前記干渉伝送チャネルを介して同期して信号データを前記他の受信ノードに対して伝送する、方法。