JP5653788B2 - 基地局送信電力制御方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の基地局によって形成される複数の無線ゾーン（セル）を組み合わせてサービスエリアを形成するセルラ通信システムにおける基地局送信電力制御方法及び装置に関する。

セルラ通信システムでは、各セルが利用する周波数はセル間で再利用されており、他セルからの同一の周波数をもつ信号は干渉となる。
図８は、下りリンクにおける他セルからの干渉の様子を説明するための図である。
この図において、ＢＳは基地局、ＭＳは端末である。ここで、隣接するセルが同一の周波数を利用しているものとする（１セル周波数繰り返し）。図示するように、基地局ＢＳｉに所属する端末ＭＳｉには、基地局ＢＳｉからの希望信号とともに基地局ＢＳｋなどの他セルの基地局ＢＳからの干渉信号が受信されることとなる。

端末が所属する基地局からの端末における希望信号の強度を表す指標としてＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）が用いられる。ＳＩＮＲが高ければ伝送品質が良く、低ければ悪い。
ＳＩＮＲは、次式で表される。

周辺からの干渉が大きくなればなるほど式（１）の分母が大きくなるため、ＳＩＮＲが低くなり、伝送品質が悪くなってしまう。
このように、セルラ通信システムでは、端末が基地局と通信を行う際、周辺基地局で送信される同一周波数の電波が干渉となり、端末において十分な伝送品質を得ることができず、システム容量（スループットやユーザの同時接続数）が制限されてしまうという問題がある。

そこで本発明者らは、各端末が要求される通信品質（ＳＩＮＲ）を達成するように、各基地局の送信電力を協調して最適制御する基地局送信電力制御方法を提案している（特許文献１ー３）。
この複数基地局協調送信電力制御方法について説明する。
基地局ｉの送信電力をＰ_i、基地局ｋの送信電力をＰ_k、基地局ｉから該基地局ｉに属する端末ｉまでの伝搬利得をｚ_i,i、基地局ｋから端末ｉまでの伝搬利得をｚ_i,kとすると、端末ｉにおける基地局ｉからの希望信号電力はＰ_iｚ_i,i、基地局ｋからの干渉信号電力はＰ_kｚ_i,kとなる。
基地局数をＮ_c（Ｎ_cは２以上の整数）、端末ｉでの雑音電力をｎ_iとすると、端末ｉにおける受信ＳＩＮＲ_iが所要伝送品質γ_iを満足するためには、以下の条件を満たす必要がある。

全ての基地局に存在する全ての端末について、上の式（２）における不等号を等号に変換した条件式、すなわち、各端末の伝送品質がそれらの所要伝送品質に等しいものとした式を作成して展開すると、各基地局の送信電力を変数とする連立方程式が得られる。

ただし、この連立方程式の立式に当たっては、各基地局１〜基地局Ｎ_cから全端末１〜端末Ｎ_cまでの伝搬利得ｚ_i,j及び各端末における雑音電力ｎ_i（１≦ｉ，ｊ≦Ｎ_c）を全て情報として把握していることが必要である。

この式（３）の連立方程式を解くことで、全ての端末におけるＳＩＮＲが所要伝送品質γ_iとなる場合の各基地局の送信電力を求めることができる。
ただし、各基地局の送信電力Ｐ_i（１≦ｉ≦Ｎ_c）は、基地局の最大送信電力をＰ_maxとして、次の式（４）で示される基地局送信電力の制約条件を満たす必要がある。

基地局数が２の場合を例にとって説明する。
図９は、基地局数が２の場合に端末が受信する信号について説明するための図である。図示するように、端末１には、自局の所属する基地局１からの希望信号Ｐ₁ｚ_1,1と、隣接する基地局２からの干渉信号Ｐ₂ｚ_1,2が到達し、端末２には、その所属する基地局２からの希望信号Ｐ₂ｚ_2,2と隣接する基地局１からの干渉信号Ｐ₁ｚ_2,1が到達する。
この場合、端末１における受信ＳＩＮＲ₁が所要通信品質γ₁を満足し、端末２における受信ＳＩＮＲ₂が所要通信品質γ₂を満足するように、次の式（５）及び式（６）の連立方程式を立式する。

ここで、ｎ₁は端末１における雑音電力、ｎ₂は端末２における雑音電力である。

上の式（５）及び式（６）は、次の式（７）及び式（８）のように整理することができる。

上記式（７）及び式（８）において、送信電力Ｐ₁、Ｐ₂以外は既知の変数であるので、Ｐ₁、Ｐ₂を変数とした通常の連立方程式として解くことができる。
上記連立方程式の解であるＰ₁及びＰ₂が前記式（４）の基地局送信電力の制約条件を満たしている場合には、基地局１の送信電力がＰ₁となるように制御し、基地局２の送信電力がＰ₂となるように制御することにより、端末１及び端末２はそれぞれの所要の通信品質γ₁及びγ₂を満足することができる。

さて、前記式（３）の連立方程式の解が前記式（４）の基地局送信電力の制約条件を満たさない場合は、全端末が所要通信品質を満たして通信を行うことが不可能である。そこで、前記制約条件を満たすように通信を許可する端末の数を削減する。端末が削減されると、その端末が属する基地局からの送信電力が０となり、他の基地局に属する端末への干渉量が減少する。端末を削減することにより変数を減らして再度前記式（３）の連立方程式を立式し、その解を求める。端末数を削減する際は、同時に接続できる端末数を最大化することを評価基準として、条件を満たすまで通信を許可する端末数を順に削減する。
通信を許可する端末数を削減する方法には各種の方法があるが、接続率を最大にする方法として、通信を許可する端末の全ての組み合わせについて連立方程式を解き、前記基地局送信電力の制約条件を満たす端末の組み合わせのうち、同時接続端末数が最大となるものを見つける方法（総当り法、Full search）がある。この方法によれば正確な結果を得ることができるが、何らかの条件に合致する端末を優先的に選択するということをせず、ランダムに選択するので、協調制御を行う基地局の数が増加すると計算量が指数関数的に増大するという問題がある。そこで、本発明者らは、少ない計算量でシステム容量を大幅に改善することができるセルラ通信システムにおける基地局送信電力制御方法及び装置を上記特許文献１−３において提案している。

特開２０１０−０６２６６４号公報 特開２０１０−０６２６６５号公報 特開２０１０−０６２６６６号公報

上述のように、複数基地局で協調して送信電力制御を行うことにより、端末における受信品質を保証し、ユーザ同時接続率を最大化することができる。
しかしながら、協調する基地局数が多い場合には、次のような問題点が生じる可能性がある。図１０は、協調する基地局数が３の場合を示す図である。
図示するように基地局数が３である場合、基地局１のエリアに在圏する端末１は基地局１からの希望信号（Ｐ₁ｚ_1,1）と基地局２及び基地局３からの干渉信号（Ｐ₂ｚ_1,2及びＰ₃ｚ_1,3）を受信する。また、基地局２のエリアに在圏する端末２は基地局２からの希望信号（Ｐ₂ｚ_2,2）と基地局１及び基地局３からの干渉信号（Ｐ₁ｚ_2,1及びＰ₃ｚ_2,3）を受信し、基地局３のエリアに在圏する端末３は基地局３からの希望信号（Ｐ₃ｚ_3,3）と基地局１及び基地局２からの干渉信号（Ｐ₁ｚ_3,1及びＰ₂ｚ_3,2）を受信する。

この場合には、各端末における受信ＳＩＮＲ₁、ＳＩＮＲ₂及びＳＩＮＲ₃が、それぞれの所要通信品質γ₁、γ₂及びγ₃を満たすとする式（９）〜式（１１）からなる連立方程式を立式し、この式を解くことにより各基地局の送信電力Ｐ₁、Ｐ₂及びＰ₃を求めることとなる。

ここで、各基地局から各端末への伝搬利得ｚ_i,j（基地局ｊと端末ｉの間の伝搬利得）を完全に測定することができれば、最適な基地局の送信電力Ｐ_iを求めることができる。しかしながら、実システムにおいては、一部の端末において遠方の基地局からの受信電力が雑音電力以下となり伝搬利得を測定できない場合がある。例えば、図１０における端末１において遠方の基地局３からの受信電力が雑音電力以下となって伝搬利得ｚ_1,3を測定できなかったり、端末２や端末３において基地局１からの受信電力が雑音電力以下となり、伝搬利得ｚ_2,1やｚ_3,1を測定できなかったりすることがある。この場合には、前記式（９）〜（１１）を立式することができなくなり、前述した複数基地局協調送信電力制御を行うことができない。

そこで、本発明は、端末において遠方の基地局からの受信電力が雑音以下となり伝搬利得が測定できない場合であっても前記式（３）の連立方程式を立式して、各基地局の送信電力を決定することが可能な複数基地局協調送信電力制御方法及び装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の基地局送信電力制御方法は、複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおいて前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御方法であって、前記基地局と前記端末の間の伝搬利得の測定が可能な場合は該伝搬利得の測定値を用いて、また、前記基地局と前記端末の間の伝搬利得の測定が不可能である場合は、前記伝搬利得の測定値に代えて、前記基地局と前記端末の間の距離の推定値に基づいて算出された伝搬利得の推定値を用いて、前記複数の端末における信号対干渉雑音比が所要値になるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１のステップと、前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２のステップと、前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の基地局のうち選択された基地局に所属する端末を削減して前記第１のステップに移行し、端末を削減された基地局の送信電力を遮断した条件で新たに前記連立方程式を立式させる第３のステップとを有し、前記基地局と前記端末の間の距離の推定値は、前記基地局と当該端末が所属する基地局の間の距離と、前記基地局が当該端末が所属する基地局に隣接する基地局であるか否かに応じて異なる値とされた調整値とに基づいて算出されるものである。

また、本発明の基地局送信電力制御装置は、複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおける前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御装置であって、前記基地局と前記端末の間の伝搬利得の測定が可能な場合は該伝搬利得の測定値を用いて、また、前記基地局と前記端末の間の伝搬利得の測定が不可能である場合は、前記伝搬利得の測定値に代えて、前記基地局と前記端末の間の距離の推定値に基づいて算出された伝搬利得の推定値を用いて、前記複数の端末における信号対干渉雑音比が所要値になるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１の手段と、前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２の手段と、前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の基地局のうち選択された基地局に所属する端末を削減して、前記第１の手段に端末を削減された基地局の送信電力を遮断した条件で新たに前記連立方程式を立式する処理を実行させる第３の手段とを有し、前記基地局と前記端末の間の距離の推定値は、前記基地局と当該端末が所属する基地局の間の距離と、前記基地局が当該端末が所属する基地局に隣接する基地局であるか否かに応じて異なる値とされた調整値とに基づいて算出されるものである。

このような本発明の基地局送信電力制御方法及び装置によれば、遠方の基地局からの受信電力が雑音電力以下となって、該基地局から端末までの伝搬利得が測定できない場合であっても、推定値を用いて前記連立方程式を立式して複数基地局で協調して送信電力制御を行うことが可能となり、受信品質を保証するユーザ同時接続率の改善について、伝搬利得を測定できる場合とほぼ同様の効果を得る事が可能となる。

本発明の複数基地局協調送信電力制御方法が適用されるセルラ通信システムの構成の一例を示す図である。 本発明の複数基地局協調送信電力制御処理の流れを示すフローチャートである。 本発明における伝搬利得の推定方法について説明するための図である。 本発明の複数基地局協調送信電力制御を基地局数が３の場合に適用した例について説明するための図である。 基地局送信電力の制約条件を満たさない場合について説明するための図である。 通信を制限する端末の選択手順について説明するための図である。 計算機シミュレーションにより、本発明の複数基地局協調送信電力制御を適用した場合のユーザ同時接続率の評価を行った結果を示す図である。 下りリンクにおける他セルからの干渉の様子を説明するための図である。 基地局数が２の場合に端末が受信する信号について説明するための図である。 協調する基地局数が３の場合を示す図である。

図１は、本発明の基地局送信電力制御方法が適用されるセルラ通信システム１０の構成の一例を示す図である。この図において、ＢＳ１〜ＢＳＮ_cは協調の対象となる複数の基地局、ＭＳ１〜ＭＳＮ_cはそれぞれ基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cのセルに在圏する端末、１１は前記複数の基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cに接続された基地局送信電力制御装置である。ここで、基地局数Ｎ_cは２以上の整数であれば任意の数とすることができる。各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cによりそれぞれセルが形成されており、各セルで同一の周波数を利用する端末数は１台とする。なお、前記基地局送信電力制御装置１１は、前記複数の基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cが接続されたネットワーク上に設置してもよいし、あるいは、任意の一つの基地局内に設置してもよい。

前記基地局送信電力制御装置１１は、接続されている各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cから全端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cまでの伝搬路の情報（伝搬利得）及び各端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cにおける雑音電力の情報を全て把握している。そして、同時接続ユーザ数を最大化させるように、各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cの送信電力を決定する。すなわち、各端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cがそれぞれの所要通信品質γ_i（１≦ｉ≦Ｎ_c）を満たすとする前記式（３）の連立方程式を立式し、該連立方程式を解くことにより、全ユーザ（端末）が所要の通信品質を満たすことができる各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cの送信電力を決定する。そして、前記基地局送信電力制御装置１１は、各基地局に対して該決定した送信電力を通知する。各基地局は、自己の送信電力を該通知された送信電力となるように制御する。このようにして複数基地局が協調して送信電力制御を行い、システム内の端末の受信品質を保証することができる。

図２は、本発明の複数基地局協調送信電力制御の一例を示すフローチャートである。この処理は、前記基地局送信電力制御装置１１において実行される。なお、ここでは、全ての端末が所要伝送品質を満たすように基地局送信電力を決定することが不可能であった場合に通信を許可する端末数を削減する方法として、前述した総当り法を採用する場合について説明するが、総当り法ではなく、前記特許文献１〜３に示した所定の基準に基づいて削減する端末を決定する方法など、他のアルゴリズムを採用することができる。

電力割当制御が開始されると、まず、前記式（３）の連立方程式を立式するための前処理、すなわち、各基地局から全端末までの伝搬利得及び各端末における雑音電力の情報を準備する（ステップＳ１１）。
各基地局は一定の電力でパイロット信号（参照信号）を常時送信しているため、基地局ＢＳｊ（１≦ｊ≦Ｎ_c）から端末ＭＳｉ（１≦ｉ≦Ｎ_c）までの伝搬利得ｚ_i,jは、例えば、各端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cにおける各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cからのパイロット信号の受信電力を用いて測定することができる。各端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cにおいて、それぞれ基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cからのパイロット信号の受信電力を計測し、その計測値を上りのチャネルを介してその端末ｉが所属している基地局ＢＳｉに通知し、該基地局ＢＳｉから基地局送信電力制御装置１１に通知する。基地局送信電力制御装置１１は、通知された各端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cにおける基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cからのパイロット信号の受信電力と各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cのパイロット信号の送信電力ｐ_iに基づいて、各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cから各端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cまでの伝搬利得ｚ_i,jを測定する。

また、各基地局から送信されて端末に到達したパイロットチャネルの信号の受信電力が雑音電力以下となった端末についてはパイロットチャネルの信号の受信電力が測定できず、伝搬利得が測定不可能であるため、本発明では、前記伝搬利得ｚ_i,jに代えて、後述する方法で推定した推定値ｚ^〜 _i,jを伝搬利得として用いるようにしている。

各端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cにおける雑音電力ｎ₁〜ｎ_Ncは、例えば、各端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cにおけるパイロット信号の受信電力から前記各基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cからのパイロット信号の受信電力を減算することにより算出することができる。その他、帯域幅からも推定することができる。各端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cにおいてそれぞれにおける雑音電力ｎ₁〜ｎ_Ncを求めて、その値をその端末ＭＳ１〜ＭＳＮ_cが接続している基地局ＢＳ１〜ＢＳＮ_cに通知を行う。

前記伝搬利得の測定が不可能なときに、伝搬利得ｚ_i,jに代えて用いられる前記推定値ｚ^〜 _i,jの求め方について説明する。
本発明における基地局ｊと端末ｉの間の伝搬利得ｚ^〜 _i,jの推定の基本的な考え方は、基地局ｊと端末ｉの間の伝搬利得の推定値ｚ^〜 _i,jを、基地局ｊと端末ｉの間の距離ｒ^〜 _i,jを推定し、該推定された距離ｒ^〜 _i,jに対して距離伝搬特性を適用すること、すなわち、伝搬利得が距離の−β乗（β：距離減衰係数）に比例する（ｒ^〜 _i,j ^-β）とすることにより決定するというものである。
ここで、基地局ｊと端末ｉの間の距離ｒ^〜 _i,jは、基地局ｊと端末ｉが所属する基地局ｉとの間の距離ｒ_i,jを基本として、これに調整値Δｒを加えることにより推定する。
すなわち、伝搬利得の推定値ｚ^〜 _i,jは次の式（１２）により推定される。

前記調整値Δｒの設定方法は各種考えられるが、その一例について図３を参照して説明する。
この図に示した例は、計算機シミュレーション結果に基づくものであり、（ａ）基地局ｉと基地局ｊが隣接している場合と、（ｂ）基地局ｉと基地局ｊが隣接していない場合とで、異なる調整値を用いるようにしている。
（ａ）基地局ｉと基地局ｊが隣接している場合
端末ｉの存在確率が基地局ｉのカバーエリア内で一様であるものと仮定すると、基地局ｊを中心とした円のうち、基地局ｉのカバーエリアを横断する弧が最も長くなるとき、その弧の上に存在する端末の存在確率の合計が最も高くなる。そこで、そのときの円の半径（ｒ_i,j＋0.4Ｒ）（Ｒ＝基地局ｉのカバーエリアの半径）を基地局ｊと端末ｉの距離の推定値として用いる。すなわち、Δｒ＝0.4Ｒとして、伝搬利得の推定値ｚ^〜 _i,jを次の式（１３）により推定する。

（ｂ）基地局ｉと基地局ｊが隣接していない場合
基地局間の距離が大きくなればなるほど、その基地局の影響は小さくなるため、粗い近似でよくなる。そこで、基地局ｊから端末ｉまでの干渉信号が最も高くなる場合を想定し、伝搬利得の値が常にｚ^〜 _i,j≧ｚ_i,jとなるように調整値Δｒを加える。すなわち、Δｒ＝−Ｒとして、伝搬利得の推定値ｚ^〜 _i,jを次の式（１４）により推定する。

なお、距離減衰係数βは、基地局が常時送信する参照信号などから推定できる変数であり、ここでは、理想的に3.5としている。

このようにして、各基地局から全端末までの間の伝搬利得の測定値ｚ_i,j又はその推定値ｚ^〜 _i,j、及び、各端末における雑音電力ｎ_iの準備をした後、ステップＳ１２に進む。ここで、削減する端末の数を示す変数ｉに初期値０をセットして、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、Ｎ_c台の端末からｉ台の端末を取り除く組合せを全通り計算する。
そして、Ｎ_c端末からｉ台取り除く組合せの中の順番を示す変数ｊに１をセットする（ステップＳ１４）。
次に、前記ステップＳ１３で求めた組合せの中のｊ番目の組合せに対し、前記式（３）の連立方程式を立式し、その解を求める（ステップＳ１５）。初期状態では、取り除く端末の台数が０であり、前述した基地局送信電力Ｐ_iを変数とする連立方程式を立式して、その解を求めることとなる。

一部の端末で伝搬利得が測定できず、前述した推定値ｚ^〜 _i,jを用いて連立方程式を立式する場合について、図４に示す例を用いて説明する。
図４に示す例は、基地局数が３の場合である。基地局１から送信されたパイロットチャネルの信号の端末２及び端末３における受信電力、及び、基地局３から送信されたパイロットチャネルの信号の端末１における受信電力がいずれも雑音電力以下であったとする。このとき、基地局１と端末２との間の伝搬利得ｚ_2,1、基地局１と端末３との間の伝搬利得ｚ_3,1及び基地局３と端末１との間の伝搬利得ｚ_1,3がいずれも測定不可能となる。
この場合には、図中（ａ）で示す連立方程式において四角で囲まれたｚ_1,3、ｚ_2,1及びｚ_3,1の値が不明となるため、この連立方程式を立式することができない。そこで、実際の伝搬利得ｚ_1,3、ｚ_2,1及びｚ_3,1に代えて、前述した方法により算出された伝搬利得の推定値ｚ^〜 _1,3、ｚ^〜 _2,1及びｚ^〜 _3,1を用いることで、図中（ｂ）で示す連立方程式を立式することが可能となる。
このように、本発明によれば、伝搬利得が測定不可能な端末が存在する場合であっても、連立方程式を立式することができ、その解を求めることができる。

このようにしてステップＳ１５で連立方程式を立式してその解を求めた後、ステップＳ１６で、得られた解Ｐ_iが前記式（４）の基地局電力の制約条件を満たしているか否かを判定する。
解が前記基地局電力の制約条件を満たさない場合について、図５を参照して説明する。ここでは、基地局数Ｎ_c＝４、各端末の所要通信品質γ_i＝10[dB]（ｉ＝１〜４）であるとしている。また、規格化最大送信電力を１（真値）としている。
図５の（ａ）に示す例は、前記連立方程式を解いた結果、得られた送信電力Ｐ₄が負の値「−0.4」となった場合である。また、（ｂ）に示す例は、送信電力Ｐ₁の値が「1.3」、送信電力Ｐ₃の値が「1.1」となって、最大送信電力を上回る値となった場合である。
このように、連立方程式の解として得られたＰ_iの値が前記式（４）に示す基地局送信電力の制約条件を満たさない場合がある。

前記ステップＳ１６の判定の結果、得られた解Ｐ_iが前記制約条件を満たしている場合は、その解を各基地局の送信電力として決定し、各基地局に割り当てて（ステップＳ１７）、この電力割当制御処理を終了する。
一方、得られた解Ｐ_iの中に前記制約条件を満たしていないものがある場合は、その組合せがＮ_c端末からｉ台取り除く組合せ_NcＣ_iの最後のものであるか否かを判断する（ステップＳ１８）。その結果、最後の組合せではないときには、ｊをｊ＋１として（ステップＳ２０）、前記ステップＳ１５に進み、次の組合せについて、再度前記連立方程式を立式し、その解を求め、前述した処理を繰り返す。
また、前記ステップＳ１８の判定の結果、その組み合わせが最後のものであったときには、ｉがＮ_cに等しいか否かを判定し（ステップＳ１９）、ｉ＝Ｎ_cであるときは、全ての端末を削減したこととなるため、送信電力の割当が不可であるとして、この電力割当制御処理を終了する。
また、ｉがＮ_cに等しくないときは、ステップＳ２１でｉをｉ＋１にして（削減する端末の数を１つ増やして）前記ステップＳ１３に進み、Ｎ_c端末からｉ個取り除く組み合わせの計算から再度前述した処理を繰り返す。

このように、前記連立方程式を解いた結果得られた解Ｐ_iの中に、前記基地局送信電力の制約条件を満たさないものがあった場合は、通信を許可する端末の数を削減、すなわち、幾つかの端末の通信を一時的に遮断して、その端末が所属する基地局の送信出力を遮断することにより変数を減らし、再度前記連立方程式を立式して、その解を求める。

通信を制限する端末の選択手順について図６を参照して説明する。ここでは、基地局数Ｎ_c＝４であるものとする。
図６の（ａ）に示すように、全ての基地局のセルにそれぞれ１台の端末が存在する場合に、前記制約条件が満足されないものとする。このとき、４台の端末のうちの１つを選択し、その通信を制限（除外）する。図６の（ｂ）は、４台の端末のうちの１台を除外する組合せを示す図であり、セルの色が濃くなっているセルの端末が除外されることを示している。除外された端末ＭＳｊが所属する基地局ＢＳｊの送信電力Ｐ_jは０とされる。このように、まず１台の端末を除外し、再度前記連立方程式を立式して解くことにより得られた解Ｐ_iが全て前記制約条件を満たしている場合には、その結果を用いて各基地局の送信電力Ｐ_iを決定する。一方、（ｂ）に示す４台の端末のうちの１台を除外する全ての組合せにおいても、制約条件が満足されなかった場合には、４台の端末のうち２台の端末を選択し、その通信を除外する。４台の端末のうち２台の端末を除外する６通りの組合せのうち、例えば、図６の（ｃ）に示す組合せの場合に、再度立式した連立方程式を解いた結果得られた解Ｐ_iが前記制約条件を満たしたとすると、その得られた結果を基地局送信電力Ｐ_iとして決定する。このときの同時接続率は、２／４＝0.5となる。
このように、通信を制限する端末数を最小化して、所要の通信品質を満たすユーザ数を可能な限り多くすることが可能となる。

次に、計算機シミュレーションを用いて、本発明の基地局送信電力制御方法を所要通信品質γを満たす端末数の割合（ユーザ同時接続率）で評価した結果について、図７を参照して説明する。
シミュレーション諸元は、次の通りである。セル構成を１９セル六角形正則配置とし、ユーザ発生モデルは各セルに１ユーザ（端末）が存在し、セル内に一様分布するものとした。伝搬特性は、送受信間距離の−β乗に比例する長区間変動を考慮し、伝搬利得は距離ｒの３．５乗に反比例するものとした。基地局アンテナ特性はオムニセル構成（水平面内指向性は無指向）とし、セル半径、基地局最大送信電力（Ｐ_max）、雑音電力についてはセル端での受信ＳＮＲが最大で１０ｄＢとした。受信電力が雑音電力以下となる場合、推定値ｚ^〜 _i,jを用いるものとした。また、ユーザ所要通信品質（所要ＳＩＮＲ）γ_iは全ての端末で同値とし、各端末の雑音電力は等しいものとした。
複数基地局協調を行わない方式として、全基地局が最大電力で送信する“電力制御なし”を比較対象とした。

図７は、横軸を所要通信品質とした場合のユーザ同時接続率を示す図である。この図において、Ａは電力制御なし、Ｂは伝搬利得測定が不可能な場合に上述した推定値を用いる本発明の方式、Ｃは伝搬利得の測定が完全に行うことができる場合を示している。
このシミュレーション結果から、本発明の方式では、ユーザ同時接続率の劣化が、伝搬利得の測定が理想的である場合に対して、１０％以下に抑えられている。また、本発明の式では、電力制御を行わない場合と比較して、所要ＳＩＮＲが１０dBの場合においても、約２倍と十分高いユーザ同時接続率を維持することができる。

１０：セルラ通信システム、１１：基地局送信電力制御装置、ＢＳ：基地局、ＭＳ：端末、Ｐ_i：基地局ｉの送信電力、ｚ_i,k：基地局ｋから端末ｉまでの伝搬利得

Claims (2)

1. 複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおいて前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御方法であって、
   前記基地局と前記端末の間の伝搬利得の測定が可能な場合は該伝搬利得の測定値を用いて、また、前記基地局と前記端末の間の伝搬利得の測定が不可能である場合は、前記伝搬利得の測定値に代えて、前記基地局と前記端末の間の距離の推定値に基づいて算出された伝搬利得の推定値を用いて、前記複数の端末における信号対干渉雑音比が所要値になるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１のステップと、
   前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２のステップと、
   前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の基地局のうち選択された基地局に所属する端末を削減して前記第１のステップに移行し、端末を削減された基地局の送信電力を遮断した条件で新たに前記連立方程式を立式させる第３のステップとを有し、
   前記基地局と前記端末の間の距離の推定値は、前記基地局と当該端末が所属する基地局の間の距離と、前記基地局が当該端末が所属する基地局に隣接する基地局であるか否かに応じて異なる値とされた調整値とに基づいて算出されることを特徴とする基地局送信電力制御方法。
2. 複数の基地局と複数の端末とを有するセルラ通信システムにおける前記複数の基地局の送信電力を制御する基地局送信電力制御装置であって、
   前記基地局と前記端末の間の伝搬利得の測定が可能な場合は該伝搬利得の測定値を用いて、また、前記基地局と前記端末の間の伝搬利得の測定が不可能である場合は、前記伝搬利得の測定値に代えて、前記基地局と前記端末の間の距離の推定値に基づいて算出された伝搬利得の推定値を用いて、前記複数の端末における信号対干渉雑音比が所要値になるように前記複数の基地局の送信電力を変数とする連立方程式を立式し、該連立方程式の解を求める第１の手段と、
   前記連立方程式の解が基地局送信電力の制約条件を満たしている場合に、その解を前記複数の基地局の送信電力として設定する第２の手段と、
   前記連立方程式の解が前記基地局送信電力の制約条件を満たしていない場合に、前記複数の基地局のうち選択された基地局に所属する端末を削減して、前記第１の手段に端末を削減された基地局の送信電力を遮断した条件で新たに前記連立方程式を立式する処理を実行させる第３の手段とを有し、
   前記基地局と前記端末の間の距離の推定値は、前記基地局と当該端末が所属する基地局の間の距離と、前記基地局が当該端末が所属する基地局に隣接する基地局であるか否かに応じて異なる値とされた調整値とに基づいて算出されることを特徴とする基地局送信電力制御装置。

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