JP5805303B2 - ネットワークの基地局にユーザ端末を所属させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークの基地局にユーザ端末を所属させる方法に関する。本発明は、前記方法を実行するためのネットワーク管理にも関する。

上記方法を、異種タイプの基地局を含む任意のネットワーク・システム内で使用することができる。

当業者に周知の、ユーザ関連付け（ｕｓｅｒ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）とも呼ばれる、ネットワークの基地局にユーザ端末を所属させる（ＡＴＴＡＣＨ）方法は、最も近い基地局にユーザ端末を所属させるステップを含む。

周知の従来技術の１つの問題は、小セルおよびマクロ・セルが共存する時に、このステップが、特に異種タイプの基地局（いくつかが低い最大送信電力を有し、いくつかが高い最大送信電力を有する）の間で、不均衡な負荷につながる可能性があることである。もう１つの問題は、小セルに所属する高速ユーザ端末が、頻繁にハンドオフすることを必要とし、これが、ハンドオーバに使用されるリソースの余分な浪費（たとえば、データ送信が実行されず、ハンドオーバだけがある間の動作オーバーヘッドなど）をもたらすことである。

さらに、このことは、低いスペクトル利用効率をももたらす。実際に、ユーザ端末がハンドオフするときには、ある基地局から別の基地局への切替に起因する時間ギャップがある。この時間ギャップ（持続時間）内に、データ送信を保持しなければならない。たとえば、この時間ギャップが１秒でなければならず、しかし切替／ハンドオフが、１秒毎のデータ送信の直後に規則的に発生する場合には、時間効率は、５０％にすぎない（１秒／２秒によって与えられる）。

本発明の目的は、上で述べた問題を解決することを可能にする、ネットワークの基地局にユーザ端末を所属させるための方法を提供することである。

このために、ネットワークの基地局にユーザ端末を所属させるための方法であって、前記方法は、
− ユーザ端末の特性を表すユーザ端末のコンテキスト重み付け係数を使用して、ネットワーク内のすべてのユーザ端末にわたるユーザ端末伝送遅延の加重和である大域費用関数を定義するステップと、
− 前記大域費用関数から各ユーザ端末の局所費用関数を定義するステップであって、前記局所費用関数は、各ユーザ端末に対しての前記ユーザ端末のコンテキスト重み付け係数を考慮に入れ、該局所費用関数は、このユーザ端末が関連する基地局の関数である、ステップと、
− ユーザ−基地局関連付け確率を作るために前記局所費用関数を用いてギッブス・サンプラを実行するステップと、
− 低い局所費用を優先するユーザ−基地局関連付け確率を選択するステップと、
− 選択されたユーザ−基地局関連付け確率に従って基地局に前記ユーザ端末を所属させるステップと
を含む、方法を提供する。

さらに詳細にわかるように、この方法は、異種からなる周囲セル環境内のユーザ端末の外部ユーザ・コンテキスト特性を考慮に入れることと、大域最適性を達成するためにローカル動作だけを実行することとによって、ユーザ関連付けの質を高めることを可能にする。

第１の非限定的な実施形態では、ユーザ伝送遅延は、ユーザ・スループットの逆数である。

第２の非限定的な実施形態では、前記スループットは、
ｒ_ｕ＝Ｋｌｏｇ_ｅ（１＋ＳＩＮＲ_ｕ）、ただし、Ｋは定数
と等しいシャノン容量の式に従ってＳＩＮＲから定義される。

第３の非限定的な実施形態では、基地局ｂ_０にユーザ端末を関連付けるユーザ−基地局関連付け確率は、

と等しく、ここで、
− ｂは、前記ユーザの隣接する基地局の集合であり、
−

は、前記ユーザが前記基地局ｂ_０に関連するときに前記ユーザ端末で考慮される局所費用関数であり、
− Ｔは、定数である、または経時的に減少するパラメータである。

第４の非限定的な実施形態では、Ｔは、Ｔ_０／ｌｎ（１＋ｔ）と等しく、ここで、ｔは時間であり、Ｔ_０は定数である。

第５の非限定的な実施形態では、ギッブス・サンプラを実行するステップは、前記ユーザ端末が、信号をそこから受信できるネットワークの基地局のいずれかに所属している任意の初期状態から開始される。

第６の非限定的な実施形態では、ユーザ端末の特性は、サービスの等級および／またはユーザ端末の速度である。

第７の非限定的な実施形態では、サービスの等級は、データ・レートまたはジッタである。

第８の非限定的な実施形態では、ユーザ端末のコンテキスト特性がユーザ端末の速度である時に、重み付け係数が定義され、前記重み付け係数は、ユーザ端末の速度およびネットワークに対応する地理的区域をカバーする周囲のセルのタイプを考慮に入れる。

第９の非限定的な実施形態では、ユーザ端末のコンテキスト重み付け係数は、
− ユーザ端末のハンドオフ頻度であって、前記ハンドオフ頻度は、ユーザ端末の速度、ネットワークに対応する地理的区域にわたるセル密度、およびセル半径に依存する、ハンドオフ頻度、
− ユーザ端末の各ハンドオフに要する時間、および
− ユーザの要求したサービスの等級
の関数であるものとして定義される。

第１０の非限定的な実施形態では、局所費用関数は、

と等しく、ここで、
− Ｗ_ｕ（Ｘ）は、前記ユーザ端末に関連する重み付け係数であり、
− Ｗ_ｖ（Ｘ）は、別のユーザ端末に関連する重み付け係数であり、
− Ｎ_ｕは、ユーザ端末での熱雑音であり、
− ｌ（ｂ，ｕ）は、基地局からユーザ端末への送信の経路損であり、
− Ｐ_ｕは、ユーザ端末の送信電力であり、
− γ（ｖ，ｕ）．Ｐ_ｖ．ｌ（ｂ_ｖ，ｕ）は、別のユーザ端末宛の送信からユーザ端末への干渉であり、
− γ（ｕ，ｖ）は、ユーザ端末と別のユーザ端末との間の直交性係数（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）であり、
− ｌ（ｂ，ｖ）は、基地から別のユーザ端末への送信の経路損であり、
− Ｐ_ｖ．ｌ（ｂ_ｖ，ｖ）は、別のユーザ端末が所属する基地局からの前記別のユーザ端末で受信される信号の電力である。
したがって、この方法は、ダウンリンクに適用される。

第１１の非限定的な実施形態では、局所費用関数

は、

と等しく、ここで、
− Ｗ_ｕ（Ｘ）は、前記ユーザ端末に関連する重み付け係数であり、
− Ｗ_ｖ（Ｘ）は、別のユーザ端末に関連する重み付け係数であり、
− Ｎ_ｕは、前記ユーザ端末の基地局での熱雑音であり、
− ｌ（ｕ，ｂ）は、ユーザ端末から基地局ヘの送信の経路損であり、
− Ｐ_ｕは、ユーザ端末の送信電力であり、
− γ（ｖ，ｕ）．Ｐ_ｖ．ｌ（ｖ，ｂ）は、前記ユーザ端末によって送信される信号に対して適用される別のユーザ端末の送信に起因する干渉であり、
− γ（ｕ，ｖ）は、ユーザ端末と別のユーザ端末との間の直交性係数であり、
− ｌ（ｕ，ｂ_ｖ）は、ユーザ端末から別のユーザ端末が所属する基地局への送信の経路損であり、
− Ｐ_ｖ．ｌ（ｖ，ｂ_ｖ）は、別のユーザ端末によって送信される、基地局で受信される信号の電力である。
したがって、この方法は、アップリンクにも適用される。

さらに、ネットワークの基地局にユーザ端末を所属させるネットワーク装置のネットワーク管理要素であって、前記ネットワークが複数の基地局を含み、前記ネットワーク要素は、
− ネットワーク内のすべてのユーザにわたるユーザ伝送遅延の加重和である大域費用関数を定義し、
− ユーザ端末の特性を表すユーザ端末のコンテキスト重み付け係数を使用し、
− 前記大域費用関数から各ユーザ端末の局所費用関数を定義し、前記局所費用関数は、各ユーザに対する前記ユーザ端末のコンテキスト重み付け係数を考慮に入れ、該局所費用関数は、このユーザが関連する基地局の関数であり、
− ユーザ−基地局関連付け確率を作るために前記局所費用関数を用いてギッブス・サンプラを実行し、
− 低い局所費用を優先するユーザ−基地局関連付け確率を選択し、
− 選択されたユーザ−基地局関連付け確率に従って基地局に前記ユーザ端末を所属させる
ように適合される、ネットワーク管理要素が提供される。

第１の非限定的な実施形態では、前記ネットワーク装置は、基地局である。

第２の非限定的な実施形態では、前記ネットワーク装置は、ユーザ端末ネットワーク装置である。

第３の非限定的な実施形態では、各ステップは、各ユーザ端末で分散された形で、または基地局で集中化された形で実行される。

さらに、コンピュータにロードされた時に、前記コンピュータに、前の特性のいずれかに従う、ネットワークの基地局にユーザ端末を所属させる方法を実行させる命令のセットを含む、コンピュータ・プログラム製品が提供される。

本発明の実施形態による方法および／または装置のいくつかの実施形態を、例としてのみ、添付図面を参照してこれから説明する。

本発明によるユーザ端末を基地局に所属させる方法が使用される、小セルおよびマクロ・セルを有する概略的なマルチレイヤ・ネットワーク・システムを示す図である。 本発明の非限定的な実施形態による、ユーザ端末を基地局に所属させる方法を示す概略構成図である。 図２のユーザ端末を基地局に所属させる方法の重み付け係数を定義するステップを示す概略構成図である。 図２のユーザ端末を基地局に所属させる方法を実行するように適合されたネットワーク管理要素を概略的に示す図である。

次の説明では、当業者に周知の機能または構成は、不必要な詳細で本発明を不明瞭にするはずなので、詳細には説明しない。

本発明は、ネットワークの基地局にユーザ端末を所属させる方法に関する。より具体的には、前記方法は、ユーザ関連付けを実行することを可能にする。

ユーザ関連付けが、ある時刻および位置におけるユーザを、そのユーザにサービスし、そのユーザと情報／データを交換する責任を負う基地局に関連付ける動作を表すことを想起されたい。

次の説明では、用語ユーザ端末またはユーザが、区別なしに使用される。

後で説明するように、本方法は、ギッブス・サンプラを、ユーザ端末の速度（たとえば、ユーザ速度＝低速、中速、または高速）およびサービス需要（たとえば、ユーザが、異なるデータ・レート要件を有する可能性がある）を含む外部ユーザ・コンテキスト（すなわち、ユーザ端末の特性）と組み合わせることによって、ユーザ関連付けの質を高めることを可能にする。さらに、本方法は、周囲のセルの異種の性質（たとえば、基地局のタイプが、マクロ・セルまたは小セルである）を考慮に入れる。したがって、重み付け係数の確立を介して、ユーザ需要、ユーザ端末速度、および周囲のセルの特性が、考慮に入れられる。加えて、ユーザ端末コンテキストならびに周囲の基地局の多さおよびタイプに従って所属させるための方法を定義することによって、本方法を、分散された形で実行することができる。

本明細書では、「分散された」は、人が、彼／彼女自身の定義された局所費用関数を用いてギッブス・サンプラを実行でき、実行することを意味する。しかし、誰もがそれを行う、すなわち、ギッブス・サンプラは、すべてのユーザ端末に対して実行される。ネットワーク内の誰もが、定義された局所費用関数に従ってそれを行うときに、大域費用関数は、最適化され、温度と呼ばれるパラメータが適当な形で減らされるならば、大域費用関数は、その最小値に至る。言い替えると、ユーザ端末は、局所更新（すなわち、状態遷移）を有する合同活動で一緒に働いている。この合同活動が、集中化された制御またはコーディネータを必要としないことに留意されたい。上の局所更新（分散された形での）の協力の結果が、大域費用関数の最適化（低ければ低いほどよい）をもたらすことがわかる。したがって、ユーザ関連付けの合同局所更新は、低い大域費用を優先する。

したがって、ネットワーク全体の性能が最適化される。分散された方法は、大域最適化の達成のために、局所動作および限られた情報交換（隣接する基地局の間の）だけを必要とする。各ユーザは、そのサービング基地局を選択する際に個別の判断を行う。加えて、意思決定の順序に関する要件はない、すなわち、ユーザ関連付け調整を、集中化されたコーディネータなしで、分散された非同期の形で行うことができる。これは、自己最適化されたネットワークの現在の要件と一致する。

図１に示されたようなネットワークＮＴＷは、
− マクロ・セルＭＣおよび小セルＳＣ（１つの基地局が各セルに関連する）、および
− ユーザ端末ＭＴ。非限定的な実施形態では、ユーザ端末はモバイル端末であること
からなる。

ネットワークＮＴＷの基地局ｂにユーザ端末ｕを所属させる方法Ｍであり、前記ネットワークは複数の基地局を含み、前記方法は、図２に示されているように
− ユーザ端末の特性Ｘを表すユーザ端末のコンテキスト重み付け係数Ｗ_ｕ（Ｘ）を使用して、ネットワークＮＴＷ内のすべてのユーザ端末にわたるユーザ端末伝送遅延の加重和である大域費用関数Ｃ^ｗを定義するステップ（図２に示されたステップＤＥＦ＿Ｃｗ（ｒ_ｕ，ＷＵ（Ｘ）））と、
− 前記大域費用関数Ｃ^ｗから各ユーザ端末ｕの局所費用関数

を定義するステップであって、前記局所費用関数

は、各ユーザｕに対する前記ユーザ端末のコンテキスト重み付け係数Ｗ_ｕを考慮に入れ、当該局所費用関数は、このユーザが関連する基地局の関数である、ステップ（図２に示されたステップＤＥＦ＿Ｃｕ（Ｃｗ，

）））と、
− ユーザ−基地局関連付け確率を生成するために前記局所費用関数

を用いてギッブス・サンプラを実行するステップ（図２に示されたステップＧＩＢＢＳ（Ｃｕ，Ｖ，π_ｕ（ｂ），Ｓ０））と、
− 低い局所費用を優先するユーザ−基地局関連付け確率を選択するステップ（図２に示されたステップＳＥＬＥＣ（Ｖ，ｏｐｔ（Ｃｗ））と、
− 選択されたユーザ−基地局関連付け確率π_ｕ（ｂ）に従って基地局ｂに前記ユーザ端末ｕを所属させるステップ（図２に示されたステップＡＴＴＣＨ（ｕ，ｂ，π_ｕ（ｂ））と、
を含む。

所属させるための方法を、下で詳細に説明する。

図２および３を参照する。

第１ステップ１）では、図２に示されているように、ユーザ端末の特性Ｘを表すユーザ端末のコンテキスト重み付け係数Ｗ_ｕ（Ｘ）を使用して、ネットワークＮＴＷ内のすべてのユーザ端末にわたって、ユーザ端末伝送遅延の加重和である大域費用関数Ｃ^ｗを定義する。

ユーザ端末の特性Ｘは、非限定的な例ではサービスの等級、ユーザ端末の速度など、ユーザ端末の現在の外部コンテキスト・データを表す。

したがって、ユーザ端末の特性（たとえば、この説明で後に説明するように、サービスの等級およびユーザ端末の速度）を表し、低いハンドオフ頻度およびより高い無線スペクトル（または帯域幅）利用効率のプリフアレンスを反映する重み付け係数を組み込んだ大域費用関数を定義する。

スループット向上とユーザの間の帯域幅共有公平さとの間のバランスのために、スループットの和ではなくネットワークの集計伝送遅延すなわちΣ_ｕＤ_ｕを最小にすることを目指し、ここで、Ｄ_ｕは、ネットワーク内のユーザ端末ｕによって経験される伝送遅延であり、

である。

上の最小化の目標が、ネットワークＮＴＷ内で進行中のデータ転送の全体的な潜在的遅延を最小にすることであることを想起されたい。これ（全体的な潜在的遅延の最小化）は、ｍａｘ−ｍｉｎ公平性（ｍａｘ−ｍｉｎ ｆａｉｒｎｅｓｓ）とプロポーショナル公平性（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｆａｉｒｎｅｓｓ）との間の中間解決策を提供し、長いルートに、後者より少ないペナルティを与える。ｍａｘ−ｍｉｎ公平性の場合には、スループット、ＳＩＮＲ、その他などの性能が、セルの境界にあるユーザ端末とセルの中央のユーザ端末とに関して同一であるが、プロポーショナル公平性の場合にはそうではなく、上の最小化の場合にもそうではないことに留意されたい。

したがって、選択される費用関数は、スループットの逆数の和、または換言すれば、すべてのユーザに情報単位を送信するための総遅延を最小にし、このことが、非常に低いスループットというペナルティを与える。

したがって、ネットワークの重み付き集計伝送遅延である、次に示す大域費用関数は、

と定義される。
ここで、Ｕは、ネットワークＮＴＷ内の基地局の集合によってサービスされるユーザ端末の集合である。

加法性白色ガウス雑音（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｎｏｉｓｅ、ＡＷＧＮ）モデルの下では、ユーザ端末ｕでのビット／ｓ／Ｈｚ単位のスループット（データ・レートとも呼ばれる）は、ｒ_ｕ＝Ｋｌｏｇ_ｅ（１＋ＳＩＮＲ_ｕ） ［２］によって定義され、ここで、Ｋは、定数である。Ｋは、ユーザ端末ｕに割り当てられた周波数帯の幅に依存する。

したがって、大域費用関数Ｃ^ｗは、

として定義される。

この大域費用関数は、潜在的な遅延の公平さをエミュレートする。

Ｃ^ｗが、ギッブス・サンプラの大域エネルギになることに留意されたい。

したがって、非限定的な実施形態では、ユーザ伝送遅延は、ユーザ・スループットｒ_ｕの逆数であり、前記スループットｒ_ｕは、シャノン容量の式に従ってＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）から定義され、
ｒ_ｕ＝Ｋｌｏｇ_ｅ（１＋ＳＩＮＲ_ｕ）、ただし、Ｋは帯域幅定数 ［４］
と等しい。

最適化に関して、定数Ｋは全く影響せず、この定数を無視することができる。これは、次の説明で行われる。

したがって、この式を用いて、ユーザ端末ｕで得られるスループットの表示を有することができる。

ユーザ端末ごとに、それぞれアップリンク通信（ユーザ端末から基地局へ）およびダウリンク通信（基地局からユーザ端末へ）の直交チャネルの対があると仮定することに留意されたい。アップリンクとダウンリンクとの間に干渉がないので、単純さのために、当初はダウンリンクだけを考慮する。

１．ダウンリンク
したがって、ユーザ端末ｕおよび基地局ｂについて、ｕでのＳＩＮＲは、

として表現でき、ここで、
− Ｕは、セルラ無線ネットワークＮＴＷの基地局ｂの集合によってサービスされるユーザ端末ｕの集合であり、
− ｂ_ｕは、ユーザ端末ｕのサービング基地局であり、
− Ｐ_ｕは、ユーザ端末ｕの送信電力であり、
− ｌ（ｂ_ｕ，ｕ）は、基地局ｂ_ｕからユーザ端末ｕへの送信の経路損であり、
− Ｎ_ｕは、ユーザ端末ｕでの熱雑音（受信器雑音とも呼ばれる）であり、
− γ（ｖ，ｕ）．Ｐ_ｖ．ｌ（ｂ_ｖ，ｕ）は、別のユーザ端末ｖ宛の送信からのユーザ端末ｕへの干渉である。

上のＳＩＮＲ_ｕの式［５］を［４］に代入することによって、［６］が得られる。

ここで、
γ（ｖ，ｕ）は、他の端末ｖ宛の送信信号に対する直交性係数であり、
Ｐ_ｖ．ｌ（ｂ_ｖ，ｕ）は、ユーザ端末ｖに送信される信号に起因するユーザ端末ｕでの干渉の電力である。言い替えると、これは、ユーザ端末ｖへ／のためにその基地局ｂ_ｖによって送信される信号である。「その基地局」が、前記ユーザ端末ｖが所属する基地局を意味することに留意されたい。

スループットおよびＳＩＮＲを、シャノン以外の方法を用いて計算できることに留意されたい。

非限定的な実施形態では、１つまたは複数の特性Ｘを考慮に入れる。

・特性Ｘが、サービスの等級である。
第１の非限定的な実施形態では、特性Ｘは、サービスの等級Ｑである。この非限定的な実施形態の変形形態では、サービスの等級Ｑは、データ・レートまたはジッタである。

ユーザ端末が、異なるサービス需要を有する可能性があるので、このユーザ端末の特性を考慮に入れる。

サービスの等級がデータ・レートであり、非限定的な実施形態では低いデータ・レートまたは高いデータ・レートである時に、２つの対応する重み付け係数、低いレートと等しいＱのＷ_ｕ１および高いレートと等しいＱのＷ_ｕ２は、Ｗ_ｕ２＞Ｗ_ｕ１になるように定義され、ここで、図３（ステップ１ａ）ＤＥＦ＿Ｃｗ（ｒ_ｕ，Ｗｕ１，Ｗｕ２））に示されているように、０＜Ｗ_ｕ（Ｑ）＜１である。

・特性Ｘが、ユーザ端末の速度Ｓである。
第２の非限定的な実施形態では、特性Ｘは、ユーザ端末の速度Ｓである。

ユーザ端末は、非限定的な例で低速または高速など、異なるモビリティを有する場合がある。小セルへの所属することが頻繁なハンドオフにつながり、また、その結果、サービスおよび／またはシステムの不安定性につながる可能性があるという理由から、高い速度を有するユーザが小セルではなくマクロ・セルに関連付けられるならば、ハンドオフの観点から、それは好ましく、したがって、このユーザ端末の特性が考慮に入れられる。

この場合に、重み付け係数Ｗ_ｕ（Ｓ）が定義され、前記重み付け係数Ｗ_ｕ（Ｓ）は、ユーザ端末の速度Ｓと、ネットワークＮＴＷに対応する地理的区域をカバーする周囲のセルＣｌのタイプとを考慮に入れる。

従来のセルラ・ネットワークで、マクロ・セルおよび小セルが、オーバーレイ−アンダーレイまたはばらばらのアーキテクチャで展開され、セルが、地理的サービス・エリア内で均一にかつランダムに分布することを考慮する場合に、セル密度（たとえば、マクロ・セル密度および小セル密度）およびセル半径（たとえば、マクロ・セル半径および小セル半径）によって、ユーザ速度を考慮して、それぞれ、対応する時間期間あたりに必要なハンドオフの平均回数を推定することができる。

非限定的な例では、マクロ・セルは、約１ｋｍのカバレージを有し、小セルは、約１００〜２００ｍのカバレージを有する。

オーバーレイ−アンダーレイ・ネットワークが、非限定的な例でＣＤＭＡネットワークの上に作られるＧＳＭネットワークなど、両方が同時にマクロ・カバレージおよび小カバレージを提供する、別の（たとえば、小、マイクロ、またはピコ）セルラ・ネットワークがその上で作られる地理的区域内のマクロ・セルラ・ネットワークからなることを想起されたい）。

したがって、ユーザ端末の速度Ｓが低いまたは高い時に、重み付け係数（Ｗ_ｕ（Ｓ）は（図３（ステップ１ｂ）のＤＥＦ＿Ｃｗ（ｒ_ｕ，Ｗｕ（Ｓ））に示されているように、
− ユーザ端末ｕのハンドオフ頻度ｆ_ＨＯであって、前記ハンドオフ頻度は、ユーザ端末の速度Ｓ、ネットワークＮＴＷに対応する地理的区域にわたるセル密度ｃｌ_ｄ、およびセル半径ｃｌ_ｒに依存する、ハンドオフ頻度ｆ_ＨＯと、
− ユーザ端末ｕの各ハンドオフに要する時間Ｔ_ＨＯと、
の関数であるものとして定義され、各ハンドオフによる費用（要する時間）が、既知の規格であり、定数であることに留意されたい。非限定的な例では、この時間Ｔ_ＨＯは、３Ｇ規格では１秒と等しい。

したがって、非限定的な例では、Ｗ_ｕ（Ｓ）＝１−ｆ_ＨＯ（Ｓ，ｃｌ_ｄ，ｃｌ_ｒ）＊Ｔ_ＨＯであり、０≦Ｗ_ｕ（Ｓ）≦１かつＴ_ＨＯ＞０になる。

重み付け係数Ｗ_ｕ（Ｓ）は、スループットに関する有効時間を表し、これは、ハンドオフがない時のデータを送信する利用時間である。

第２ステップ２）では、前記大域費用関数Ｃ^ｗから、各ユーザ端末ｕの局所費用関数

が定義され、前記局所費用関数

は、各ユーザ端末ｕの前記ユーザ端末のコンテキスト重み付け係数Ｗ_ｕを考慮に入れ、当該局所費用関数は、このユーザ端末が関連する基地局の関数である。

［６］から、各ユーザ端末ｕの次の局所費用関数

は、

になるように定義され、ここで、
− Ｗ_ｕ（Ｘ）は、前記ユーザ端末ｕに関連する重み付け係数であり、
− Ｗ_ｖ（Ｘ）は、別のユーザ端末ｖに関連する重み付け係数であり、
− Ｎ_ｕは、ユーザ端末ｕでの熱雑音であり、
− ｌ（ｂ，ｕ）は、基地局ｂからユーザ端末ｕへの送信の経路損であり、
− Ｐ_ｕは、ユーザ端末ｕの送信電力であり、
− γ（ｖ，ｕ）．Ｐ_ｖ．ｌ（ｂ_ｖ，ｕ）は、他のユーザ端末ｖ宛の送信によるユーザ端末ｕへの干渉であり、
− γ（ｕ，ｖ）は、ユーザ端末ｕと他のユーザ端末ｖとの間の直交性係数であり、
− ｌ（ｂ，ｖ）は、基地局ｂから他のユーザ端末ｖへの送信の経路損であり、
− Ｐ_ｖ．ｌ（ｂ_ｖ，ｖ）は、他のユーザ端末ｖが所属する基地局ｂ_ｖからの前記他のユーザ端末ｖで受信される信号の電力である。

ユーザ端末ｖを、ｕを含む任意のユーザ端末とすることができることに留意されたい。

［７］を、ｂの関数である

と表すことができる［８］。ここで、

すなわち、

であり、

である。

項

を、ユーザ端末ｕのＳＩＮＲが大きい場合には、エネルギまたは費用の「利己的」部分とみなすことができ、当該部分は小さいことに留意されたい。言い替えると、これは、ユーザ端末ｕによって受信される信号が、他のユーザ端末ｖと比較してどれほどよいのかを知らせる。

項

を、Ｐのためにすべての他の端末ユーザ（すなわちｖ≠ｕ）によって引き起こされる干渉の電力がそれら自体の基地局ｂ_ｖから受信される電力と比較して小さい場合に、エネルギまたは費用は「利他的」部分とみなすことができ、当該部分は小さい。言い替えると、これは、ユーザ端末ｕが他のユーザ端末ｖに対して与えることができる損害がどれほど大きいのかを知らせる。局所費用関数

が、ｂの関数であり、前記特徴が、この説明でさらに説明されるように使用されることに留意されたい。

・特性Ｘが、サービスの等級である。
特性Ｘが、サービスの等級Ｑである時には、［７］から、局所費用関数

は、

になるように定義され、これは、大域費用関数

に対応する。

・特性Ｘが、ユーザ端末の速度Ｓである。
特性Ｘが、ユーザ端末の速度Ｓである時には、局所費用関数

は、

になるように定義され、これは、大域費用関数

に対応する。
もちろん、非限定的な実施形態では、特性ＱおよびＳを、

になるように一緒に組み合わせることができ、これは、大域費用関数

に対応する。

第３ステップ３）では、ユーザ−基地局関連付け確率を生成するために、前記局所費用関数

を用いてギッブス・サンプラを実行する。

ギッブス・サンプラ（またはギッブス・サンプリング）が、１つまたは複数のランダム変数の確率分布からサンプルのシーケンスを生成するサンプリング方法であることに留意されたい。これは、確率論的な方法である（すなわち、乱数を利用する方法であり、ここで、ランダム変数はｂであり、状態遷移は、決定論的手法であるのではなく、確率分布π_ｕ（ｂ）によって支配される確率的手法である）。

局所費用関数

がｂの関数なので、本明細書で後に説明する確率分布に従って、基地局ｂの集合（すなわち、隣接する基地局の集合）上でランダム変数ｂをサンプリングする。本明細書で後に説明するように、すべてのユーザ端末についてギッブス・サンプラを実行する時に、ユーザ端末ごとに、それが所属する基地局ｂが得られ、前記基地局は、得られた確率分布に従って選択される。

非限定的な実施形態では、基地局ｂにユーザ端末ｕを関連付けるユーザ−基地局関連付け確率π_ｕ（ｂ）は、

と等しく、ここで、
− ｂは、前記ユーザ端末ｕの隣接する基地局の集合であり、
−

は、前記ユーザ端末ｕが前記基地局ｂに関連する時に前記ユーザ端末ｕで考慮される前記局所費用関数であり、
− Ｔは、定数または経時的に減少する、温度と呼ばれるパラメータである。

この確率分布が、低いコストを優先することに留意されたい。

第１の非限定的な実施形態では、温度Ｔは定数である。第２の非限定的な実施形態では、温度Ｔは、経時的に減少し、Ｔ_０／ｌｎ（１＋ｔ）と等しく、ここで、ｔは時間であり、Ｔ_０は定数である。

Ｔが定数である時に、ネットワークは、低エネルギ状態を優先する静止分布に収束する。言い替えると、ネットワークは、低エネルギを有するネットワーク構成に至る。この結果のエネルギ（費用）は、大域最小点ではない可能性がある。

アニーリングを行うことによって、すなわち、Ｔが経時的に減少し、Ｔ＝Ｔ_０／ｌｎ（１＋ｔ）と等しくなり、ｔが時間である時に、最小大域費用Ｃ^ｗの最適構成への収束が保証されることに留意されたい。ネットワークは、最小のエネルギ（すなわち、大域費用関数）の状態に至る。言い替えると、ネットワークは、大域最小点に至る。

・ギッブス・サンプラ
下で説明するように、ギッブス・サンプラは、状態遷移がユーザ−基地局関連付けを参照することを意味し、ここで、確率分布は、ギッブスの定義された確率π_ｕ（ｂ）に従う。

非限定的な実施形態では、ギッブス・サンプラは、下で定義されるグラフＧ上で動作する。
− このグラフのノードの集合は、ユーザ端末ｕの集合であり、
− 各ノードは、そのユーザと基地局が関連付けられた状態を有し、
− このグラフのノードｕの隣接物の集合は、すべてのユーザｖ≠ｕの集合であり、ユーザ端末ｕで基地局ｂ_ｖから受信される信号の電力は、特定のしきい値θを超えるようになっている。

隣接する基地局の間の情報交換を介して、π_ｕ（ｂ）を判定するための局所費用関数

が、次のように評価される。状態遷移は、局所費用関数

に基づく。したがって、基地局ｂ_ｕは、

の係数を判定するために、ある情報を収集する必要がある。それを行うために、各ユーザｖ∈Ｕは、次のデータをその基地局ｂ_ｖに報告する。
− （ａ）そのＳＩＮＲ_ｖ、
− （ｂ）その受信信号の電力すなわちＰ_ｖ・ｌ（ｂ_ｖ，ｖ）、および
− （ｃ）他の基地局から受信した信号の電力すなわちγ（ｕ，ｖ）Ｐ_ｕ・ｌ（ｂ_ｕ，ｖ）。
収集された情報から、各基地局ｂ_ｕは、局所費用関数

を計算することができる。

ギッブス・サンプラを実行する時には、ユーザ端末ｕがランダムに選択された、任意の初期状態Ｓ０から開始する。次に、ギッブス・サンプラを実行して、ユーザ端末ｕがどの基地局ｂに所属するのかを決定する。ギッブス・サンプラは、ランダムに選択されたユーザ端末ごとに実行される。これは、π_ｕ（ｂ）＝１になるように少なくとも１つのユーザ関連付け確率π_ｕ（ｂ）をもたらし、あるいは、これは、各ｂについて０＜π_ｕ（ｂ）＜１になるように複数のユーザ関連付け確率π_ｕ（ｂ）をもたらす。

したがって、結果は、ユーザ−基地局関連付けを選択しなければならない確率を記述する確率分布（π_ｕ（ｂ）の集合）である。

その結果、各状態遷移で、ギッブス・サンプラは、よりありそうな小さい局所費用関数を有するランダム変数ｂをサンプリングする。

大域費用関数を、最終的にＳＩＮＲの逆数の和として表すことができるので、ギッブス・サンプラを、最適性能の保証を伴って使用できることに留意されたい。

非限定的な例で、基地局が計算能力の点でより強力であり、より多くのリソースを有するので、ギッブス・サンプラが、基地局ｂ内で実行されることに留意されたい。

別の非限定的な実施形態では、リソース制限問題または起こり得る制約がない場合に、ユーザ端末内でこれを実施し、実行することが望まれるならば、これを適用可能である。

第４ステップ４）では、小さい局所費用を優先するユーザ−基地局関連付け確率π_ｕ（ｂ）を選択する。

この選択は、前に入手された確率分布（π_ｕ（ｂ）の集合）に従って実行される。

非限定的な例では、ユーザ端末が、基地局の２つの可能な選択、たとえばｂ１およびｂ２を有し、このｂ１およびｂ２が、それぞれ前記ユーザ−基地局関連付け確率０．９および０．１に対応する場合に、結果として、前記ユーザ−基地局関連付け確率０．９が、したがって前記基地局ｂ１が、より高い確率（すなわち０．９）を伴って選択される。

選択される前記ユーザ関連付け確率π_ｕ（ｂ）は、基地局ｂに対応する。

したがって、第５ステップ５）では、選択されたユーザ−基地局関連付け確率π_ｕ（ｂ）に従って、前記ユーザ端末ｕを基地局ｂに所属させる。

これらのステップ３、４、および５は、ランダムに選択されるすべての他のユーザ端末について反復される。

実際には、ネットワークが動的であり、これは、所属させるための方法が、ネットワークを調整し、適合させるために常にすなわち継続的に実行されることを意味することに留意されたい。したがって、最適化は停止しない。

ユーザ端末ｕが基地局ｂに所属するときに、ＳＩＮＲの値が変化することに留意されたい。これは、ユーザ端末ｕが異なる基地局ｂに所属するたびに（これは、各反復でギッブス・サンプラを実行する時を意味する）、局所費用関数

が変化する（特に、局所費用関数の干渉要素）ことを意味する。

ギッブス・サンプラを実行した後の結果は、ユーザ端末ごとの、端末が所属する選択された基地局ｂ（局所費用関数に基づく）であり、また、ネットワーク内のユーザ−基地局関連付けの集合全体は、最適の大域費用をもたらす。

したがって、この所属させるための方法は、異種ネットワークＮＴＷ（マクロ・セルおよび小セルを含む）内の、サービスの等級Ｑおよびユーザ端末の速度Ｓなどのユーザ端末のコンテキスト特性を考慮に入れて、局所費用関数

を用いてギッブス・サンプラを実行することによって、大域費用関数Ｃ^ｗを自動的に最適化することを可能にする（大域費用関数Ｃ^ｗが、すべての局所費用関数

の和なので）。これを分散された形で実行し、ネットワーク全体の性能を最適化することができる。したがって、これは、大域費用関数を最適化する、完全に分散された手法である。

したがって、ユーザ関連付け手順は、モバイル・ユーザの特性（サービスの等級＋モバイル速度）ならびに周囲の基地局の多さおよびタイプに従って定義される。

所属させるための方法は、ユーザ端末ｕをネットワークＮＴＷの基地局ｂに所属させるためにネットワーク装置ＮＥによって実行され、前記ネットワークＮＴＷは、図４に示されているように複数の基地局ｂを含む。

前記ネットワーク装置ＮＥは、
− ユーザ端末の特性Ｘを表すユーザ端末のコンテキスト重み付け係数Ｗ_ｕ（Ｘ）を使用して、ネットワークＮＴＷ内のすべてのユーザ端末にわたるユーザ端末伝送遅延の加重和である大域費用関数Ｃ^ｗを定義し、
− 前記大域費用関数Ｃ^ｗから各ユーザ端末ｕの局所費用関数

を定義し、前記局所費用関数

は、各ユーザ端末ｕに対して、前記ユーザ端末のコンテキスト重み付け係数Ｗ_ｕを考慮に入れ、当該局所費用関数は、このユーザ端末が関連する基地局の関数であり、
− ユーザ−基地局関連付け確率π_ｕ（ｂ）を作るために前記局所費用関数

を用いてギッブス・サンプラを実行し、
− 低い局所費用を優先するユーザ−基地局関連付け確率π_ｕ（ｂ）を選択し、
− 選択されたユーザ−基地局関連付け確率π_ｕ（ｂ）に従って基地局ｂに前記ユーザ端末ｕを所属させる、
ように適合される。

第１の非限定的な実施形態では、前記ネットワーク装置ＮＥは、基地局ｂである。この場合に、所属させるための方法は、集中化された形で実行される。

第２の非限定的な実施形態では、前記ネットワーク装置ＮＥは、ユーザ端末ｕである。この場合に、所属させるため方法は、分散された形で実行される。

本発明が、前述の実施形態に限定的ではなく、変形形態および修正形態を、本発明の範囲から逸脱せずに作ることができることを理解されたい。これに関して、次の所見を述べる。

本発明が、前述の実施形態に限定的ではないことを理解されたい。

したがって、本発明は、ダウンリンクに関して説明されたが、後で説明するようにアップリンクに適用され得る。

２．アップリンク
ダウンリンク部分の説明で上で説明したもの（第５ステップ、ギッブス・サンプラ、ネットワーク装置…）は、アップリンクに同一の形であてはまる。

次では、簡潔さのために、ダウンリンクとアップリンクとの間の差だけを説明し、明瞭さのために、ダウンリンク部分の説明で説明された２〜３個の段落が再び示される。

ダウンリンク部分の説明で述べたように、ユーザ伝送遅延は、ユーザ・スループットの逆数である。スループットは、ＳＩＮＲから、
ｒ_ｕ＝Ｋｌｏｇ_ｅ（１＋ＳＩＮＲ_ｕ）、ただし、Ｋは定数
に従って定義される。

基地局にユーザ端末を関連付けるユーザ−基地局関連付け確率は、

と等しく、ここで、
− ｂは、前記ユーザの隣接する基地局の集合であり、
−

は、前記ユーザが前記基地局に関連するときに前記ユーザ端末で考慮される前記局所費用関数であり、
− Ｔは、定数、または経時的に減少する、パラメータである。

ネットワークの加重平均伝送遅延である大域費用関数は、

と定義され、ここで、ユーザ端末ｕおよび基地局ｂについて、ｕでのＳＩＮＲは、アップリンクについて、

と表すことができ、ここで、
− Ｕは、セルラ無線ネットワークＮＴＷの基地局ｂの集合によってサービスされるユーザ端末ｕの集合であり、
− ｂ_ｕは、ユーザ端末ｕのサービング基地局であり、
− Ｐ_ｕは、ユーザ端末ｕの送信電力であり、
− ｌ（ｕ，ｂ_ｕ）は、ユーザ端末ｕから基地局ｂ_ｕへの送信の経路損であり、
− Ｎ_ｕは、ユーザ端末ｕに関する基地局（ｂ_ｕ）内の受信器での熱雑音（受信器雑音とも呼ばれる）であり、
− γ（ｖ，ｕ）．Ｐ_ｖ．ｌ（ｖ，ｂ_ｕ）は、ユーザ端末ｕによって送信される信号（ｂ_ｕ宛の）に適用される、ユーザ端末ｖの送信に起因する干渉である。

上のＳＩＮＲ_ｕの式をＣ^ｗに代入することによって、アップリンクについて、

が得られ、ここで、
γ（ｖ，ｕ）は、他の端末ｖ宛の送信信号に対する直交性係数であり、
Ｐ_ｖ．ｌ（ｖ，ｂ_ｕ）は、ユーザ端末ｖの送信信号に起因するユーザ端末ｕの基地局（受信器である）で受信される干渉の電力である。

ユーザ端末の特性は、サービスの等級および／またはユーザ端末の速度である。

アップリンクについて、局所費用関数は、

と等しく、ここで、
− Ｗ_ｕ（Ｘ）は、前記ユーザ端末ｕに関連する前記重み付け係数であり、
− Ｗ_ｖ（Ｘ）は、別のユーザ端末ｖに関連する前記重み付け係数であり、
− Ｎ_ｕは、前記ユーザ端末ｕの基地局ｂ内の受信器での熱雑音（受信器雑音とも呼ばれる）であり、
− ｌ（ｕ，ｂ）は、ユーザ端末ｕから基地局ｂヘの送信の経路損であり、
− Ｐ_ｕは、ユーザ端末ｕの送信電力であり、
− γ（ｖ，ｕ）．Ｐ_ｖ．ｌ（ｖ，ｂ）は、前記ユーザ端末ｕによって送信される信号に対して適用される他のユーザ端末ｖの送信に起因する干渉であり、
− γ（ｕ，ｖ）は、ユーザ端末ｕと他のユーザ端末ｖとの間の直交性係数であり、
− ｌ（ｕ，ｂ_ｖ）は、ユーザ端末ｕから他のユーザ端末が所属する基地局ｂ_ｖへの送信の経路損であり、
− Ｐ_ｖ．ｌ（ｖ，ｂ_ｖ）は、他のユーザ端末ｖによって送信される、基地局ｂで受信される信号の電力である。

ユーザ端末ｖを、ｕを含む任意のユーザ端末とすることができることに留意されたい。

ダウンリンク部分の説明で述べたように、非限定的な実施形態では、１つまたは複数の特性Ｘが考慮に入れられる。

・特性Ｘが、サービスの等級である。
第１の非限定的な実施形態では、特性Ｘは、サービスの等級Ｑである。この非限定的な実施形態の変形形態では、サービスの等級Ｑは、データ・レートまたはジッタである。

ダウンリンク部分の説明の対応する段落で説明したものが、ここにあてはまる。

・特性Ｘが、ユーザ端末の速度Ｓである
第２の非限定的な実施形態では、特性Ｘは、ユーザ端末の速度Ｓである。

ダウンリンク部分の説明の対応する段落で説明したものが、ここにあてはまる。

ダウンリンク部分の説明で述べたように、前記大域費用関数Ｃ^ｗから、各ユーザ端末ｕの局所費用関数

が定義され、前記局所費用関数

は、各ユーザ端末ｕに対して、前記ユーザ端末のコンテキスト重み付け係数Ｗ_ｕを考慮に入れ、当該局所費用関数は、このユーザ端末が関連する基地局の関数である。

ユーザ端末ｕごとに、次の局所費用関数

が、アップリンクについて、

になるように定義され、これは、ｂの関数であり、第１の項は、ユーザ端末ｕによって送信され前記基地局ｂで受信される信号のＳＩＮＲが大きい場合に、当該エネルギまたは費用の「利己的」部分とみなすことができ、等該部分は小さく、第２の項は、ｕに起因して他のすべての送信（すなわち、ｖ≠ｕ）によって引き起こされる干渉の電力がそれら自体の基地局で受信される電力と比較して小さい場合に小さい、エネルギまたは費用の「利他的」部分とみなすことができる。

・特性Ｘが、サービスの等級である。
特性Ｘが、サービスの等級Ｑである時には、局所費用関数

が、アップリンクについて、

になるように定義され、これは、大域費用関数

に対応する。

・特性Ｘが、ユーザ端末の速度Ｓである
特性Ｘが、ユーザ端末の速度Ｓである時には、局所費用関数

が、アップリンクについて、

になるように定義され、これは、大域費用関数

に対応する。もちろん、非限定的な実施形態では、特性ＱおよびＳを一緒に組み合わせることができ、

になり、これは、大域費用関数

に対応する。

ユーザ−基地局関連付け確率を生成ために、前記局所費用関数

を用いてギッブス・サンプラを実行する。

隣接する基地局の間の情報交換を介して、π_ｕ（ｂ）を判定するための局所費用関数

が、次のように評価される。状態遷移は、局所費用関数

に基づく。したがって、アップリンクで、基地局は、

の係数を判定するために、いくつかの情報を収集する必要がある。それを行うために、各ユーザｖ∈Ｕは、そのＰ_ｖ値をその基地局ｂ_ｖに報告し、これ（情報）は、隣接する基地局の間で交換される。これによって、基地局は、π_ｕ（ｂ）を判定するために、

の係数すなわち経路損値を推定することができる。

したがって、本発明を小セルおよびマクロ・セルのタイプの基地局などの異種基地局について説明したが、本発明を同種基地局（たとえば、小セルのネットワーク）の場合に適用することができる。

本発明が、前述の実施形態に限定的ではないことを理解されたい。

したがって、基地局ｂまたはユーザ端末ｕ以外の他のネットワーク装置ＮＥを使用することができる。たとえば、所属させるための方法の集中化された実施態様では、ネットワーク装置ＮＥを、
− オペレータとは独立のサード・パーティである管理所有者（ＡＯ）、
− ネットワーク管理システム、ＭＮＳ、または
− Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ、ＯＳＳ
とすることができる。

本発明による方法および要素が、どの実施態様にも限定的ではないことを理解されたい。したがって、非限定的な実施形態では、大域費用関数Ｃ^ｗが、

と定義されるように、２進符号化を使用する（およびその後にシャノンの式でｌｏｇ_２を使用する）ことができる。

ハードウェアまたはソフトウェアの単一の項目が複数の機能を実行できるならば、ハードウェアもしくはソフトウェアまたはその両方の機能によって所属させるための方法の機能を実施する複数の方法がある。これは、ハードウェアもしくはソフトウェアまたはその両方の機能のアセンブリが１つの機能を実行することを除外しない。たとえば、経路を作るステップを、単語の関連する集合を更新するステップと組み合わせることができ、したがって、本発明による作るステップＭを変更せずに単一の機能を形成することができる。

前記ハードウェア項目またはソフトウェア項目は、配線された電子回路によるまたはそれぞれ適切にプログラムされたコンピュータ・プログラム製品によるなど、複数の形で実施することができる。コンピュータ・プログラム製品ＰＧを、コンピュータ内またはネットワーク装置ＮＥ内に含めることができ、前記ＮＥは、ユニット・コントロールＵＣを含み、前記ユニット・コントロールは、上で述べたようにハードウェア機能またはソフトウェア機能である。

コンピュータ・プログラム製品ＰＧは、命令の第１セットを含む。したがって、たとえばコンピュータ・プログラミング・メモリ内またはネットワーク装置ＮＥ内に含まれる命令の前記セットは、コンピュータまたはネットワーク装置ＮＥに、所属させるための方法の異なるステップを実行させることができる。

命令のセットを、たとえばディスクなどのデータ担体を読み取ることによって、プログラミング・メモリにロードすることができる。サービス・プロバイダは、たとえばインターネットなどの通信ネットワークを介して命令のセットを使用可能にすることもできる。

したがって、本発明のいくつかの実施形態は、次の利点のうちの１つまたは複数を含むことができる。
− 所属させるための方法（ユーザ関連付け手順とも呼ばれる）は、全体的な伝送遅延およびハンドオフに起因するオーバーヘッドを最小にするために、ユーザ・コンテキスト（ターゲット・サービスおよびモバイル速度など）ならびに周囲のセルの特性を考慮に入れると同時に、所与の地理的区域内の使用可能な基地局の中でのユーザの関連付け／所属させるための方法を分散された形で最適化する。

この最適化は、サービスの等級（たとえば、ターゲット／期待されるデータ・レート）などのユーザ端末のコンテキスト特性を用いて行われる。

この最適化は、ユーザ端末の速度およびハンドオフをもたらす可能性がある地理的区域をカバーする周囲のセルのタイプに関して行われる。結果としての最適化は、全体的な伝送遅延およびハンドオフに起因するオーバーヘッドを最小にすることである。

したがって、これは、モバイル端末が、ますます複雑な異種ネットワークのコンテキストで基地局とデータを交換することを可能にする。

したがって、これは、特に異種ネットワークのコンテキストで、ユーザ・コンテキストを考慮に入れて、各ユーザ端末によりよいサービス品質を提供する。

したがって、これは、多数の基地局（たとえば、マクロ・セルおよび小セル）を用いてユーザ関連付け手順を最適化する。したがって、本発明は、マクロ・セル基地局および小セル基地局からなる異種タイプの基地局を有する新しい（新生の）ネットワークの問題に対処する。

− これは、ユーザ端末が所属するべき最良の基地局を、分散された形で、ネットワーク（マルチレイヤ・ネットワークを含む）の全体的な機能を最適化するように、判定することを可能にする。
− これは、集中化されたコーディネータに大域機能費用を計算させることを回避する（望まれる場合に）。これは、局所的な測定および制限された情報交換に基づき、システムを適応的に大域最適構成の状態に至らせることを可能にする。したがって、これは、ネットワーク内のデータ情報の膨大な交換および高い複雑さを有する集中化されたユーザ関連付け方法を回避する。
− これは、システム・スループット向上を提供するのみならず、ネットワーク内のユーザの間の公平な帯域幅共有をもサポートする。したがって、これは、大規模無線ネットワークに関連するユーザ関連付け手順を有することを可能にする。
− これは、複数の局所最適点を有する可能性がある（ネットワーク／大域）費用関数の最適（最小）点を見つけることを可能にし、一方で当業者に周知の他の方法（たとえば、山登り手法）では最適でない点を見つける可能性がある。
− これは、ダウンリンクおよびアップリンクに適用される。

以下の請求項のいかなる符号も、請求項を限定するものと解釈してはならない。動詞「含む」およびその語形変化が、任意の請求項で定義されるもの以外の他のステップまたは要素の存在を除外しないことは明白である。要素またはステップに先行する単語「ａ」または「ａｎ」は、複数のそのような要素またはステップの存在を除外しない。

この説明および図面は、単に本発明の原理を示すものである。したがって、当業者が、本明細書で明示的には説明されず、図示されないが、本発明の原理を具現化し、その趣旨および範囲に含まれるさまざまな配置を考案できることを了解されたい。さらに、本明細書で列挙されるすべての例は、特に、本発明の原理と技術を促進するために本発明人によって貢献される概念とを読者が理解するのを助ける教育的目的だけのためのものであることを主に明確に意図され、そのような具体的に列挙された例および条件への限定を伴わないものとして解釈されなければならない。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態ならびにその特定の例を列挙する本明細書のすべての言明は、その同等物を包含することが意図されている。

Claims (17)

1. ネットワーク（ＮＴＷ）の基地局（ｂ）にユーザ端末（ｕ）を所属させる方法（Ｍ）であって、前記ネットワークが複数の基地局（ｂ）を含み、前記方法は、
   ユーザ端末の特性（Ｘ）を表すユーザ端末のコンテキスト重み付け係数（Ｗ_ｕ（Ｘ））を使用して、前記ネットワーク（ＮＴＷ）内のすべての前記ユーザ端末にわたるユーザ端末伝送遅延の加重和である大域費用関数（Ｃ^ｗ）を定義するステップと、
   前記大域費用関数（Ｃ^ｗ）から各ユーザ端末（ｕ）の局所費用関数
   

   

   を定義するステップであって、前記局所費用関数
   

   

   は、各ユーザ端末（ｕ）に対する前記ユーザ端末のコンテキスト重み付け係数（Ｗ_ｕ）を考慮に入れ、該局所費用関数は、このユーザ端末が関連する前記基地局（ｂ）の関数である、ステップと、
   ユーザ−基地局関連付け確率（π_ｕ（ｂ））を生成するために前記局所費用関数
   

   

   を用いてギッブス・サンプラを実行するステップと、
   低い局所費用を優先する前記ユーザ−基地局関連付け確率（π_ｕ（ｂ））を選択するステップと、
   選択された前記ユーザ−基地局関連付け確率（π_ｕ（ｂ））に従って基地局（ｂ）に前記ユーザ端末（ｕ）を所属させるステップと
   を含む、方法（Ｍ）。
2. 前記ユーザ伝送遅延は、ユーザ・スループット（ｒ_ｕ）の逆数である、請求項１に記載の方法（Ｍ）。
3. 前記スループット（ｒ_ｕ）は、
   ｒ_ｕ＝Ｋｌｏｇ_ｅ（１＋ＳＩＮＲ_ｕ）、ただし、Ｋは定数
   と等しいシャノン容量の式に従ってＳＩＮＲから定義される、請求項１または２に記載の方法（Ｍ）。
4. 基地局（ｂ）にユーザ端末（ｕ）を関連付ける前記ユーザ−基地局関連付け確率（π_ｕ（ｂ））は、
   

   

   と等しく、ここで、
   ｂは、前記ユーザ端末（ｕ）の隣接する基地局の集合であり、
   

   

   は、前記ユーザ端末（ｕ）が前記基地局（ｂ）に関連する時に前記ユーザ端末（ｕ）で考慮される前記局所費用関数であり、
   Ｔは、定数または経時的に減少するパラメータである、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。
5. 前記パラメータＴは、経時的に減少し、Ｔ_０／ｌｎ（１＋ｔ）と等しく、ここで、ｔは時間であり、Ｔ_０は定数である、請求項４に記載の方法（Ｍ）。
6. ギッブス・サンプラを実行する前記ステップは、前記ユーザ端末（ｕ）が、信号をそこから受信できる前記ネットワーク（ＮＴＷ）の前記基地局（ｂ）のいずれかに所属している任意の初期状態から開始される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。
7. 前記ユーザ端末の特性（Ｘ）は、サービスの等級（Ｑ）および／または前記ユーザ端末の速度（Ｓ）である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。
8. 前記サービスの等級（Ｑ）は、データ・レートまたはジッタである、請求項７に記載の方法（Ｍ）。
9. 前記ユーザ端末の特性（Ｘ）が前記ユーザ端末の速度（Ｓ）である時に、重み付け係数（Ｗ_ｕ（Ｘ））が定義され、前記重み付け係数（Ｗ_ｕ（Ｘ））は、前記ユーザ端末の速度（Ｓ）および前記ネットワーク（ＮＴＷ）に対応する地理的区域（Ａ）をカバーする周囲のセル（Ｃｌ）のタイプを考慮に入れる、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。
10. 前記ユーザ端末のコンテキスト重み付け係数（Ｗ_ｕ（Ｘ））は、
    ユーザ端末（ｕ）のハンドオフ頻度（ｆ_ＨＯ）であって、該ハンドオフ頻度は、前記ユーザ端末の速度（Ｓ）、前記ネットワーク（ＮＴＷ）に対応する前記地理的区域にわたるセル密度（ｃｌ_ｄ）、およびセル半径（ｃｌ_ｒ）に依存する、ハンドオフ頻度（ｆ_ＨＯ）、ならびに
    前記ユーザ端末（ｕ）の各ハンドオフに要する時間（Ｔ_ＨＯ）、
    の関数であるものとして定義される、請求項９に記載の方法（Ｍ）。
11. 前記局所費用関数
    

    

    は、
    

    

    と等しく、ここで、
    Ｗ_ｕ（Ｘ）は、前記ユーザ端末（ｕ）に関連する重み付け係数であり、
    Ｗ_ｖ（Ｘ）は、別のユーザ端末（ｖ）に関連する重み付け係数であり、
    Ｎ_ｕは、前記ユーザ端末（ｕ）での熱雑音であり、
    ｌ（ｂ，ｕ）は、基地局（ｂ）から前記ユーザ端末（ｕ）への送信の経路損であり、
    Ｐ_ｕは、前記ユーザ端末（ｕ）の送信電力であり、
    γ（ｖ，ｕ）．Ｐ_ｖ．ｌ（ｂ_ｖ，ｕ）は、前記別のユーザ端末（ｖ）宛の送信による前記ユーザ端末（ｕ）への干渉であり、
    γ（ｕ，ｖ）は、前記ユーザ端末（ｕ）と前記別のユーザ端末（ｖ）との間の直交性係数であり、
    ｌ（ｂ，ｖ）は、基地局ｂから前記別のユーザ端末（ｖ）への送信の経路損であり、
    Ｐ_ｖ．ｌ（ｂ_ｖ，ｖ）は、前記別のユーザ端末（ｖ）が所属する基地局（ｂ_ｖ）からの前記別のユーザ端末（ｖ）で受信される信号の電力である、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。
12. 前記局所費用関数
    

    

    は、
    

    

    と等しく、ここで、
    Ｗ_ｕ（Ｘ）は、前記ユーザ端末（ｕ）に関連する前記重み付け係数であり、
    Ｗ_ｖ（Ｘ）は、別のユーザ端末（ｖ）に関連する前記重み付け係数であり、
    Ｎ_ｕは、前記ユーザ端末（ｕ）の前記基地局（ｂ）での熱雑音であり、
    ｌ（ｕ，ｂ）は、前記ユーザ端末（ｕ）から前記基地局（ｂ）ヘの送信の経路損であり、
    Ｐ_ｕは、前記ユーザ端末（ｕ）の送信電力であり、
    γ（ｖ，ｕ）．Ｐ_ｖ．ｌ（ｖ，ｂ）は、前記ユーザ端末（ｕ）によって送信される信号に対して適用される前記別のユーザ端末（ｖ）の送信に起因する干渉であり、
    γ（ｕ，ｖ）は、前記ユーザ端末（ｕ）と前記別のユーザ端末（ｖ）との間の直交性係数であり、
    ｌ（ｕ，ｂ_ｖ）は、前記ユーザ端末（ｕ）から前記別のユーザ端末が所属する前記基地局（ｂ_ｖ）への送信の経路損であり、
    Ｐ_ｖ．ｌ（ｖ，ｂ_ｖ）は、前記別のユーザ端末（ｖ）によって送信される、前記基地局（ｂ_ｖ）で受信される信号の電力である、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。
13. 前記ステップは、各ユーザ端末（ｕ）で分散された形で、または前記基地局（ｂ）で集中化された形で実行される、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。
14. ネットワーク（ＮＴＷ）の基地局（ｂ）にユーザ端末（ｕ）を所属させるネットワーク装置（ＮＥ）であって、前記ネットワーク（ＮＴＷ）が複数の基地局（ｂ）を含み、前記ネットワーク要素（ＮＭＥ）は、
    ユーザ端末の特性（Ｘ）を表すユーザ端末のコンテキスト重み付け係数（Ｗ_ｕ）を使用して、前記ネットワーク（ＮＴＷ）内のすべてのユーザにわたるユーザ伝送遅延の加重和である大域費用関数（Ｃ^ｗ）を定義し、
    前記大域費用関数（Ｃ^ｗ）から各ユーザ端末（ｕ）の局所費用関数
    

    

    を定義し、前記局所費用関数
    

    

    は、各ユーザ（ｕ）に対しての前記ユーザ端末のコンテキスト重み付け係数（Ｗ_ｕ）を考慮に入れ、該局所費用関数は、このユーザが関連する前記基地局の関数であり、
    ユーザ−基地局関連付け確率を生成するために前記局所費用関数
    

    

    を用いてギッブス・サンプラを実行し、
    低い局所費用を優先する前記ユーザ−基地局関連付け確率を選択し、
    選択された前記ユーザ−基地局関連付け確率（π_ｕ（ｂ））に従って基地局（ｂ）に前記ユーザ端末（ｕ）を所属させる、
    ように適合される、ネットワーク装置（ＮＥ）。
15. 前記ネットワーク装置は、基地局（ｂ）である、請求項１４に記載のネットワーク装置（ＮＥ）。
16. 前記ネットワーク装置は、ユーザ端末（ｕ）である、請求項１５に記載のネットワーク装置（ＮＥ）。
17. コンピュータ用のコンピュータ・プログラム（ＰＧ）であって、前記コンピュータにロードされた時に、前記コンピュータに、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の、ネットワーク（ＮＴＷ）の基地局（ｂ）にユーザ端末（ｕ）を所属させる方法を実行させる命令のセットを含む、コンピュータ・プログラム（ＰＧ）。

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