JP5986324B2 - デバイス・ツー・デバイスとセルラ通信のためのリソース共有方法と装置 - Google Patents

デバイス・ツー・デバイスとセルラ通信のためのリソース共有方法と装置 Download PDF

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Description

本開示の実施形態は、概して、無線通信技術分野に、とりわけ、デバイス・ツー・デバイスとセルラ通信のためのリソース共有方法と装置に関する。
現今では、無線帯域幅上での高速データ・サービスの需要が絶えず増大し、様々な新技術の開発が促進されてきた。例えば、スペクトル効率とシステム合計率を改善する目的で、デバイス・ツー・デバイス（Ｄｅｖｉｃｅ−ｔｏ−Ｄｅｖｉｃｅ（Ｄ２Ｄ））通信が、セルラネットワークの下に存在すべく提案されてきた。Ｄ２Ｄ通信は、ユーザ機器（ｕｓｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ（ＵＥｓ））が、基地局で中継される代わりに、互いに直接通信することを可能にする新型の技術であり、次世代セルラネットワークで扱われる主な特徴になると予測されている。Ｄ２Ｄ通信では、セットアップ・プロセスが、いまだネットワークによって制御されている間は、Ｄ２Ｄ ＵＥｓは、従来のセルラＵＥｓと同一の副搬送波リソースを共有することができた。その方法では、データ転送速度をより大きくし、電力消費を少なくし、効率的なリソース（例えばスペクトル）利用につながる可能性がある。
セルラシステムの下に存在するものとして、Ｄ２Ｄ通信は、直交または非直交の方式で、セルラユーザとリソースを共有するものとしても良い。直交共有方式では、専用のリソースがＤ２Ｄ利用者に割り当てられる。この方式は実行するのが簡単だが、セルラシステムのスペクトル効率を改善するというＤ２Ｄ通信の可能性を完全には活かせない。まさにこの理由で、非直交共有方式も多くの注目を集めてきた。非直交共有方式では、同一のリソースが、セルラユーザとＤ２Ｄ利用者とによって共有される。しかし、リソース共有が原因で、セルラネットワーク利用者に対し望ましくない干渉を引き起こす可能性がある。特に、ダウンリンク（ＤＬ）伝送の間は、従来のセルラユーザがＤ２Ｄ送信器による干渉を被る可能性がある一方で、アップリンク（ＵＬ）伝送の間は、基地局（ＢＳ）がＤ２Ｄ送信器による干渉の被害をうける可能性がある。したがって、Ｄ２Ｄ通信が効率的に利用されることを確実とするためには、通常、効率的な干渉管理により適切なリソース共有方式を使用することが必要とされる。
セルラシステムの下に存在しているＤ２Ｄ通信のリソース共有を最適化することは、他者の間で徹底的に吟味されている問題である。例えば、「セルラネットワークの下に存在しているデバイス・ツー・デバイス通信のためのリソース共有の最適化（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｓｈａｒｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｅｖｉｃｅ−ｔｏ−ｄｅｖｉｃｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒｌａｙｉｎｇ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」（Ｃ．−Ｈ．Ｙｕ、Ｋ．ドップラー（Ｄｏｐｐｌｅｒ）、Ｃ．Ｂ．リベイロ（Ｒｉｂｅｉｒｏ）、Ｏ．Ｔｉｒｋｋｏｎｅｎ（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．無線通信（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎ．）、ｖｏｌ．１０、ｎｏ．８、ｐｐ．２７５２−２７６３、２０１１年８月）という論文で、リソース共有の最適化方式が開示されている。この論文で提案されている方式によれば、リソース割り当てのモードが３つ存在する。すなわち、非直交共有モードと、直交共有モードと、セルラモードである。非直交共有モードでは、Ｄ２Ｄ利用者とセルラユーザとは同一のリソースを再利用し、それにより、お互いへの干渉を引き起こす可能性がある。直交共有モードでは、Ｄ２Ｄ利用者がリソースの一部を割り当てられ、リソースの残りの部分はセルラユーザの信号伝送のためにとっておかれる。セルラモードでは、Ｄ２Ｄ利用者は、従来の方式で、中継ノードとして動作するＢＳを介して互いに通信する。提案された方式では、これらのモード全ての伝送は最適化され、リソース共有はＵＬ伝送またはＤＬ伝送に適用されても良く、種々の制約を考慮に入れつつ、１つのＤ２Ｄペアと１つのセルラＵＥとの間のリソース共有方式が、合計率を最適化する目的で提案されている。
しかし、当該論文で開示されている解決方法は、原理的に基本的な課題を扱っているだけで、当該方法を現実のアプリケーションで使用することができない。実際には、対処されるべき課題がまだたくさんある。それゆえ、技術では、Ｄ２Ｄとセルラ通信のためのリソース共有の新しい技術的解決方法が必要である。
前述を鑑みて、本開示は、先行技術の少なくとも一部の課題を解決するか、または少なくとも部分的に軽減するために、Ｄ２Ｄとセルラ通信の間でリソース共有するための新しい解決方法を提供する。
本開示の第１の観点に関して、Ｄ２Ｄとセルラ通信のためのリソース共有方法を提供する。前記方法は、Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性がある潜在的なセルラユーザを含むセルラユーザセットを決定することと、サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算の制約と前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら前記Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを通して、前記セルラユーザセットの中の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定することとを含むものとしても良い。
前記本開示の実施形態では、前記セルラユーザセットを前記決定することは、スケジュールされたセルラユーザの各々に対し、リソースを共有しない状態でＱｏＳが保証されうるセルラユーザを見つけるための実行可能性チェックを実行することを含むものとしても良い。
前記本開示の他の実施形態では、実行可能性チェックを前記実行することは、前記スケジュールされたセルラユーザの各々の電力予算が
Figure 0005986324
を満たすかどうか判別することを含む。ここで、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である。
前記本開示の更なる実施形態では、前記セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的なセルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計が、前記Ｄ２Ｄペアの電力予算以下である場合に、前記少なくとも１つのセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザｉの前記送信電力とは、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 と決定されても良い。ここで、
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、Ｑｉはセルラユ−ザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度であり、αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である。
前記本開示のなお更なる実施形態では、前記潜在的なセルラユーザの最適送信電力ｐ＊ ｉは、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 を満たすものとしても良い。ここで、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ｑｉは前記セルラユーザｉの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器の前記送信電力である。
前記本開示のなお更なる実施形態では、前記潜在的なセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの最適送信電力ｑ＊ ｉは、
Figure 0005986324
 を満たす。ここで、Ｑは前記Ｄ２Ｄペアの電力予算を示す。
前記本開示のなお更なる実施形態では、前記セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的なセルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計が、前記Ｄ２Ｄペアの電力予算より大きい場合に、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記送信電力とは、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 と決定されるものとしても良い。ここで、
Figure 0005986324
 は、間隔［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションを意味し、
Ａｉ＝ωｉβｉθｉ（αｉγｉ＋ωｉβｉθｉ）
Ｂｉ＝（αｉ＋ωｉβｉ）（２ωｉβｉθｉ＋αｉγｉ）
Figure 0005986324
 Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、βｉは前記セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、γｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記Ｄ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、λはラグランジェ乗数であり、Ｑｉはセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度であり、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算である。
前記本開示の他の実施形態では、前記潜在的なセルラユーザの各々の送信電力は、固定値に決定されても良い。例えば、電力の前記固定値は、前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算であっても良い。このような場合には、少なくとも１つのセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力ｑ＊ ｉは
Figure 0005986324
 と決定される。ここで、μはウォーター・レベル値を示し、
Figure 0005986324
 は間隔［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションを意味し、
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、βｉは前記セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、γｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記Ｄ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉは前記Ｄ２Ｄ送信器から基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算であり、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、Ｑｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度である。
前記本開示の更なる実施形態では、一定数のセルラユーザが、前記Ｄ２Ｄペアとのリソース共有のために前記セルラユーザセットから選択されるものとしても良い。例えば、Ｄ２Ｄペアは１つのセルラユーザのみとリソース共有可能であるものとしても良い。このような場合には、前記Ｄ２Ｄペアとのリソース共有のために選択されたセルラユーザｎの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力ｑ＊ ｉと、前記セルラユーザｎの送信電力ｐ＊とは、各々
ｑ＊＝Ｄｎ
Figure 0005986324
 と決定されても良い。ここで、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 ここで、αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、βｉは前記セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、γｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記Ｄ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉはセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ｑｉはセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力を示し、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、Ｑは前記Ｄ２Ｄペアの電力予算であり、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算である。
前記本開示のなお更なる実施形態では、スケジューリング期間の終了に応じて、前記方法が再実行されるものとしても良い。
前記本開示の第２の観点に関して、Ｄ２Ｄとセルラ通信のためのリソース共有の装置を更に提供する。前記装置は、Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性がある潜在的なセルラユーザを含むセルラユーザセットを決定するように構成されているセルラユーザセット決定モジュールと、サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算の制約と前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら前記Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを通じて、前記セルラユーザセットの中の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定するように構成されている送信電力決定モジュールとを含むものとしても良い。
前記本開示の第３の観点に関して、前記本開示の前記第２の観点に関する装置を含むネットワークノードも提供する。
前記本開示の第４の観点に関して、コンピュータ・プログラム・コードが記録された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供し、前記コンピュータ・プログラム・コードは、実行された場合、装置に、前記第１の観点の実施形態のいずれかに係る方法の動作を実行させるように構成されている。
前記本開示の第５の観点に関して、前記第４の観点に係るコンピュータで読み取り可能な記録媒体を含むコンピュータプログラム製品を提供する。
本開示の実施形態では、全てのセルラユーザのＱｏＳを保証しつつ、Ｄ２Ｄペアが、セルラユーザのリソースをできるだけ多く再利用可能な非直交リソース共有の解法を提供する。これにより、Ｄ２Ｄユーザの性能が大いに改善される可能性がある。
全体に、同一または類似の構成要素を示す参照番号のようなものがふられた添付図面に係る実施形態で例示された実施形態の詳細な説明により、本開示の上記及び他の特徴はより明らかになるだろう。
アップリンク・リソース共有の場合の、セルラネットワークの下に存在しているＤ２Ｄ通信のシステムモデルの模式図である。 本開示の実施形態に関して、Ｄ２Ｄとセルラ通信のためのリソース共有方法を模式的に示すフローチャートである。 本開示の実施形態に関して、Ｄ２Ｄペアとセルラユーザの送信電力を決定することを模式的に示すフローチャートである。 本開示の実施形態に関して、Ｄ２Ｄペアとセルラユーザの最適電力割り当て計算を模式的に示すフローチャートである。 本開示の他の実施形態に関して、Ｄ２Ｄペアとセルラユーザの送信電力を決定することを模式的に示すフローチャートである。 本開示の更なる実施形態に関して、Ｄ２Ｄペアとセルラユーザの送信電力を決定することを模式的に示すフローチャートである。 本開示の実施形態に関して、Ｄ２Ｄとセルラ通信のためのリソース共有装置を模式的に示すブロック図である。 本開示と従来技術の方式で提供される、最適方式と、準最適方式１と準最適方式２に関して、種々の信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏｓ（ＳＮＲｓ））でのＤ２Ｄユーザの平均スループットを模式的に示す図である。 本開示と従来技術の方式で提供される、最適方式と、準最適方式１と準最適方式２に関して、ＢＳからの種々の距離でのＤ２Ｄユーザの平均スループットを模式的に示す図である。 本開示と従来技術の方式で提供される、最適方式と、準最適方式１と準最適方式２に関して、種々のセルラユーザ数でのＤ２Ｄユーザの平均スループットを模式的に示す図である。
以下で、Ｄ２Ｄとセルラ通信のためのリソース共有方法と装置と、そのためのネットワークノードとを、添付図面に関して実施形態を通して詳細に説明する。これらの実施形態は、当業者が本開示をより理解し実行できるようにするために開示されたものであって、いかなる手法においても、本開示の範囲を限定することを意図し開示されたものではないということが認識されるべきである。
まず、方法のステップ実行のため、本開示は特定の順序で説明されるという点に留意する必要がある。しかし、これらの方法は、厳密に説明される順序に応じて実行される必要はなく、各方法ステップの性質に基づいて、逆の順序または同時に実行されても良い。また、ここで使われる不定冠詞「ａ／ａｎ」は、そのようなステップと、ユニットと、モジュールと、デバイスと、オブジェクト等が複数であることを除くものではない。
本開示の実施形態を説明する前に、まず本開示が実行されうるシステムモデルまたはシステムの構造が、図１に関して述べられる。図１は、アップリンク・リソース共有の場合の、セルラネットワークの下に存在しているＤ２Ｄ通信のシステムモデルを模式的に示す。
図１で示されるように、システムモデル内には、全てのユーザに供するための基地局（ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ（ＢＳ））が存在する。更に、複数の従来のセルラユーザと、複数のＤ２Ｄユーザとが存在する。１からＮのセルラユーザが従来のセルラユーザである一方、Ｄ２Ｄ送信器とＤ２Ｄ受信器とはＤ２Ｄペアを形成する。Ｄ２Ｄペアは、従来のセルラユーザ１からＮの周波数帯域を共有する。しかし、セルラユーザはＮよりも多く存在し、Ｎ個のセルラユーザは、ある送信間隔の間に送信を行うようスケジュールされたものであり、以下で詳細に述べられるような特定の基準に基づき決定されたものであるという点に留意する必要がある。
システムモデルでは、全てのセルラユーザが直交ＦＤＭＡモードでＢＳにより供される。すなわち、各セルラユーザに対し、システム帯域の小部分が信号送信のために割り当てられる。とりわけ、Ｄ２Ｄ通信のセッションのセットアップは、システムがそれを潜在的なＤ２Ｄトラフィックとみなすように、特定の基準（例えば、データ信号速度）を満たすトラフィックを必要とする。例えば、もし、ペアの両方のユーザがＤ２Ｄ可能で、Ｄ２Ｄ通信がより高いスループットを提供するならば、ＢＳはＤ２Ｄの担い手をセットアップするだろう。しかし、Ｄ２Ｄコネクションのセットアップ成功後、もし、ユーザがセルラモードに戻るべきならば、ＢＳは検出を継続する。更に、セルラとＤ２Ｄとの両方の通信に対して、ＢＳは、いまだ無線リソースのコントロールセンターである。
更に、図示されたシステムモデルでは、Ｄ２Ｄ送信器はＤ２Ｄリンクを介してＤ２Ｄ受信器にデータ信号を送信するので、そのことによりＢＳは干渉を受けるだろう。セルラユーザ１からＮは、従来通りＢＳに信号を送るので、Ｄ２Ｄ受信器は、Ｄ２Ｄ送信器から送られるデータ信号に加え、セルラユーザ１からＮからの干渉を受信するだろう。また、セルラユーザには、ｉの添え字をつけても良い。ここでは、ｉ＝１，・・・，Ｎである。そして、セルラユーザｉの周波数帯域を周波数帯域ｉと表現しても良い。セルラユーザｉからＢＳへのチャネルをｈｃ ｉと示し、セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器へのチャネルをｈｄ ｉと示し、周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄ送信器からＤ２Ｄ受信器へのチャネルをｇｄ ｉと示し、周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄ送信器からＢＳへのチャネルをｇｃ ｉと示す。
以下で、本開示で提供されるＤ２Ｄとセルラ通信のためのリソース共有方法を説明するために、図２を参照する。
図２で示されるように、まずステップＳ２０１で、Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性のある潜在的セルラユーザを含むセルラユーザセットを決定するものとしても良い。
システムでは、全てのセルラユーザが直交ＦＤＭＡモードでＢＳに供される。すなわち、各セルラユーザに対し、全ての副搬送波の小部分が信号送信のために割り当てられる。スケジューリング期間の始めに、ＢＳは、電力割り当てを実行することなく、規定リソース割り当てアルゴリズムを使って、セルラユーザに対し物理的リソースをスケジュールするものとしても良い。
しかし、セルの全てのセルラユーザが、本開示のリソース共有に参加するわけではないものとしても良い。すなわち、特定の基準を満たすセルラユーザのみ、自身のリソースをＤ２Ｄペアと共有するものとしても良い。例えば、セルラユーザが、リソースを共有することなく、割り当てられた物理的リソースで、ＱｏＳ要求を達成可能である場合のみ、セルラユーザが自身のリソースをＤ２Ｄペアと共有できる。従って、本開示の実施形態では、セルラユーザセットを決定するために、スケジュールされたセルラユーザの各々に対し、実行可能性のチェックが実行される。特に、リソース共有しないでＱｏＳが保証されるセルラユーザを発見し、セルラユーザセットを取得するために、セルラユーザがリソース共有しないで自身のＱｏＳを保証することができるかどうかをチェックするものとしても良い。
本開示の実施形態では、スケジュールされたセルラユーザｉの各々の電力予算が
Figure 0005986324
 を満たすかどうかを判別するものとしても良い。ここで、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、αｉはセルラユーザｉから基地局への正規化されたチャネルゲインを示し、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算である。各潜在的ユーザが上記関係を満たすべき理由は後述する。
同時に、互いに付近にいるＤ２Ｄ ＵＥｓは、Ｄ２Ｄ送信電力がＱであるというメッセージを送信することで、直接の接続を確立することをＢＳに要求する。もし、Ｄ２Ｄ ＵＥｓが特定の基準を満たすならば、ＢＳはＤ２Ｄの担い手をセットアップする。
そのようなセルラユーザセットが決定された後、ステップＳ２０２で、十分に制御された機能エンティティを供するＢＳが、Ｄ２Ｄユーザとセルラユーザとの取得したフェージング・パラメータと電力予算とに基づいて、セルラユーザセットのうち少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力と、当該少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定するものとしても良い。潜在的セルラユーザの各々のＱｏＳの制約と電力予算の制約と、Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながらＤ２Ｄペアのスループットを最大化する最適化問題を解くことを通して、送信電力が決定されても良い。次に、最適化問題について詳細に説明する。
図１に示されたシステムモデルでは、もし、セルラユーザｉにより送信される信号がｘｃ ｉと表され、周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄユーザにより送信される信号がｘｄ ｉと表されたとすると、セルラユーザｉからＢＳで受信した信号ｙｃ ｉは
Figure 0005986324
 で表現され、周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄ受信器により受信される信号ｙｄ ｉは
Figure 0005986324
 で表現される。ここで、上記したように、ｈｃ ｉはセルラユーザｉからＢＳへのチャネルを示し、ｈｄ ｉはセルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器へのチャネルを示し、ｇｄ ｉは周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄ送信器からＤ２Ｄ受信器へのチャネルを示し、ｇｃ ｉは周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄ送信器からＢＳへのチャネルを示し、ｎｃ ｉは、付加的な、セルラリンクの分散σｃ ｉの０平均ガウス形雑音を示し、ｎｄ ｉは、付加的な、Ｄ２Ｄリンクの分散σｄ ｉの０平均ガウス形雑音を示す。
更に、セルラユーザとＤ２Ｄユーザの両方が、各々
Figure 0005986324
 と
Figure 0005986324
 という送信電力を有する各周波数帯域ｉ上のガウスコードを使うとする。セルラユーザとＤ２Ｄユーザとが同じ周波数帯域上に共存するので、セルラユーザｉのスループットと周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄペアのスループットとは各々
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 で与えられる。ここで、ｐｉはセルラユーザｉの送信電力を示し、ｑｉは周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄペアの送信電力を示し、σｃ ｉは、付加的な、セルラリンクの０平均ガウス形雑音の電力を示し、σｄ ｉは、付加的な、Ｄ２Ｄリンクの０平均ガウス形雑音の電力を示し、αｉ＝｜ｈｃ ｉ｜２／σｃ ｉは、セルラユーザｉからＢＳまでの正規化されたチャネルゲインを示し、βｉ＝｜ｈｄ ｉ｜２／σｄ ｉは、セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、γｉ＝｜ｇｄ ｉ｜２／σｄ ｉは、Ｄ２ＤユーザからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉ＝｜ｇｃ ｉ｜２／σｃ ｉは、Ｄ２ＤユーザからＢＳまでの正規化されたチャネルゲインを示す。
一般的に、Ｄ２Ｄ通信はセルラシステムのオプションのサービスとして導入され、セルラリンクはＤ２Ｄリンクより優先されている可能性がある。従って、このことに基づき、発明者は、セルラユーザの要求が常に満たされている状態でＤ２Ｄが最大の効用を達成できるように、セルラユーザとＤ２Ｄユーザとのリソース共有を設計することを提案してきた。例えば、それは、セルラユーザにより課せられたＱｏＳの制約の集まりを有しながら、セルラユーザの送信電力
Figure 0005986324
 と、Ｄ２Ｄユーザの送信電力
Figure 0005986324
 とを適切に選択することにより、Ｄ２Ｄリンクのデータ伝送速度またはスループットを最大化することができる。すなわち、送信電力
Figure 0005986324
 と
Figure 0005986324
 とは、次の最適化問題を解くことで決定されるものとしても良い。
Figure 0005986324
 ここで、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算であり、ＱはＤ２Ｄユーザの電力予算であり、Ｑｉは周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄペアの送信電力の限度である。
しかし、Ｒｃ ｉ（ｐｉ，ｑｉ）とＲｄ ｉ（ｐｉ，ｑｉ）との両方が、ｐｉとｑｉで一緒に凹にならないので、式（５）は非凸問題であるように見受けられる。一般的に、非凸問題の最適解を見つけることは容易ではなく、もし解が発見されても、大域解の代わりの局所的最適解である可能性もある。このように、リソース共有の最適な方策を見つけることは、難解な仕事である。このような非凸の最適化問題を解くために、発明者は最適化問題の十分に分析的な特性評価を提供している。それを以下で詳細に説明する。
リソース共有の最適な方式
以下で、リソース共有の最適な方式を詳細に説明する。しかし、詳細な説明の前に、問題が実行可能であるための必要十分条件が最初に見つけられる。
式（５）から、各セルラユーザｉは各自のＱｏＳの制約を満たさなければならないということが分かる。すなわち、
Figure 0005986324
 である。
式（３）を式（６）に代入すると、次の関係式を取得できる。
Figure 0005986324
０≦ｐｉ≦Ｐｉ，０≦ｑｉ≦Ｑｉなので、次の式を取得できる。
Figure 0005986324
 これは更に変換されて、
Figure 0005986324
 となる。簡単のために、ωｉが２ρｉ−１を示すために使用されたとすると、次式が与えられうる。
Figure 0005986324
 それが、最適化問題が実行可能であるための必要条件であるということは明白である。
一方、もし、ｌｏｇ（１＋αｉＰｉ）≧ρｉならば、最適化問題に対する少なくとも１つの適切なポイントになるだろう。すなわち、ｐｉ＝Ｐｉかつｑｉ＝０が最適化問題の十分条件となる。
実際に、必要十分条件は、ｑｉ＝０，ｐｉ＝Ｐｉ、すなわち、セルラユーザｉとリソースを共有するＤ２Ｄペアが存在しないという条件の下で取得されるということが上記プロセスから分かる。従って、最適化問題の必要十分条件は、セルラユーザｉのリソースを共有するＤ２Ｄペアが存在しない場合に、セルラユーザｉの電力予算が少なくともそのＱｏＳ要求を保証するべきだということを意味している。そのような必要十分条件が満たされる場合のみ、セルラユーザｉは、そのリソースをＤ２Ｄペアと共有することができる。このことが、まさに、ステップＳ２０１の式（１０）に基づいて実行可能性チェックが実行される理由である。
更に、発明者は、式（５）は原形では非凸問題で解くことが難しいが、式（５）が分析的に可解になるように、式（５）を凸問題に変換するいくつかの変換がなされうる、ということに気づいた。次に、その変換を説明するため詳細な記述をする。
上記したように、各セルラユーザｉに対し、式（７）で与えられる関係式を満たすべきであるということを意味するＱｏＳの制約が存在する。それに基づくと、更に次の関係式を取得することができる。
Figure 0005986324
すなわち、式（６）で与えられるようなセルラユーザに対するＱｏＳの制約は、関係式
Figure 0005986324
 と等価である。更に、式（４）から、式（５）の目的関数Ｒｄ ｉ（ｐｉ，ｑｉ）は、ｐｉ固定で、ｐｉに対し単調減少する。このことは、セルラユーザの送信電力ｐｉが
Figure 0005986324
 に等しい場合に最適解が得られるということを意味している。このように最適のｐｉは、
Figure 0005986324
 で得られる。
この式（１２）を目的関数Ｒｄ ｉ（ｐｉ，ｑｉ）に代入すると、未知のパラメータｐｉが消去される。すなわち、次の式が得られる。
Figure 0005986324
この式は、次の演算により証明されるように凹関数である。もしｈ（ｑｉ）が
Figure 0005986324
 を示すとすると、ｈ（ｑｉ）の２次導関数は、
Figure 0005986324
 と表現される。
関数の２次導関数が０以下ということは、関数が凹関数であることを意味するということが知られている。従って、ｈ（ｑｉ）は凹関数である。更に、ｌｏｇ（１＋ｘ）は凹関数であり単調増加であるということも知られている。よって、
Figure 0005986324
 も凹関数であるということは明らかである。
一方、
Figure 0005986324
 かつ、ｐｉ≦Ｐｉなので、
Figure 0005986324
 または、これと等価な、ｑｉ≦（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉが成り立つ。従って、式（５）のｑｉに対する電力予算の制約（すなわち、０≦ｑｉ≦Ｑｉ）は、今度は、
Figure 0005986324
 に変換されうる。ここで、Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝であり、これはセルラユーザの耐性のある干渉電力レベルを示す。
結果的に、式（５）で与えられた最適化問題は、次の凸問題に単純化できる。
Figure 0005986324
しかし、もし、
Figure 0005986324
 ならば、すなわち、セルラユーザの耐性のある干渉電力レベルが比較的低ければ、電力制約
Figure 0005986324
 は冗長になるだろう。そのような場合、式（５）の目的関数はｑｉで増加し、従って、最適解を、
ｑ＊ ｉ＝Ｄｉ
Figure 0005986324
 と、簡単に決定できる。
一方、
Figure 0005986324
 である場合、すなわち、セルラユーザの耐性のある干渉電力レベルが比較的高い場合は、最適化問題は対応するラグランジアンで解くことができる。ラグランジアンは、
Figure 0005986324
 と表記できる。ここで、ラグランジュ乗数λ≧０であり、一次の最適条件は、以下の非線形の式で与えられる。
Figure 0005986324
式（１８）から、λ＝０なら、全てのｉ＝１，・・・，Ｎに対して（αｉ＋ωｉβｉ）＝０という実際には不可能なことになるので、最適のλは正の値でなければならないと理解できる。式（１８）は、一方、次の二次方程式に書き換えられる。
Figure 0005986324
ここで、Ａｉ＝ωｉβｉθｉ（αｉγｉ＋ωｉβｉθｉ），
Ｂｉ＝（αｉ＋ωｉβｉ）（２ωｉβｉθｉ＋αｉγｉ）
Figure 0005986324
 である。
この二次方程式の解の正の平方根の［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションは次のように与えられる。
Figure 0005986324
 ここで、
Figure 0005986324
 は間隔［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションを示し、
Ａｉ＝ωｉβｉθｉ（αｉγｉ＋ωｉβｉθｉ），
Ｂｉ＝（αｉ＋ωｉβｉ）（２ωｉβｉθｉ＋αｉγｉ），
Figure 0005986324
 Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、
αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
βｉはセルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
γｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器からＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
θｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
λはラグランジュ乗数であり、
Ｑｉは周波数帯域ｉでのＤ２Ｄペアの送信電力の制限であり、
Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算である。
更に、セルラユーザｉの最適な送信電力は、
Figure 0005986324
 で示されうる。このような方法で、式（５）に最適解を与える。
しかし、ｑｉ（ｉ＝１，・・・，Ｎ）とλ＝０とを含む未知のパラメータがＮ＋１個あると見受けられるが、Ｎ個の方程式しか存在しない。これらの未知数を求めるために、更に方程式を導入する必要がある。Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化するために、Ｄ２Ｄ送信器はその電力予算の有らん限りを、すなわち、最適解は
Figure 0005986324
 を満たすということに留意する必要がある。更に、このような方程式
Figure 0005986324
 を追加することで、ｑ＊ ｉとλ＊とを理論上求めることができる。
ｑ＊ ｉが高非線形的にλに係っているので、
Figure 0005986324
 となるような最適のλを直接的に計算することは難しい。それでも、各ｑ＊ ｉがλで単調増加していることに気づくと、最適のλ、すなわちλ＊を二分法によって効率的に発見でき、従って、ｑ＊ ｉを決定できる。しかし、二分法ではλ＊を含む間隔を知る必要がある。
（２０）から、もしＣｉ（λ）≦０の場合にのみ、ｑ＊ ｉ≧０だと分かる。Ｃｉ（λ）≦０は、
Figure 0005986324
 を意味する。ｑ＊ ｉの中の最適点で、１以上の正の値が存在しなければならない（そうでなければ、電力の制約
Figure 0005986324
 に反する）ので、０≦λ＊≦λｍａｘと結論できる。すなわち、
Figure 0005986324
 を満たす最適のλ（すなわちλ＊）は、［０，λｍａｘ］の範囲内である。ここで、
Figure 0005986324
 である。
このような方法で、λ＊を含む間隔を決定でき、最適解λ＊とｑ＊ ｉを見つけるのに二分法を使うことができる。
セルラユーザのＱｏＳ要求を満たすために、Ｄ２Ｄリンクは１以上のセルラユーザのリソースを共有できるのみで、セルラユーザの全ての周波数帯域を共有できるわけではないということに留意する必要がある。例えば、
Figure 0005986324
 の場合、最適ラグランジュ乗数はλ＊で示され、λｉは以下のように計算できる。
Figure 0005986324
それから、式（２０）から、もしλｉ＞λ＊ならば、ｉ番目のセルラユーザのリソースがＤ２Ｄユーザに共有される、すなわち、大きいλｉを有する周波数帯域はＤ２Ｄユーザに使用されそうだということが分かる。
上記では、リソース共有の最適解は、セルラユーザとＤ２Ｄとの送信電力を共に最適化することで求められた。しかし、実際には、もっとシンプルなリソース共有の解を使用することができる。それは、リソース共有の準最適解と呼ばれる。次に、代わりの解をいくつか提供する。
リソース共有の準最適な方式１
最適化問題の計算量を減らすために、固定値の電力を使用するセルラユーザに対して、Ｄ２Ｄペアの送信電力だけを最適化する準最適設計が存在することに発明者は気づいた。例えば、セルラユーザは単純に各々の最大送信電力を使用するものとしても良いが（すなわちｐｉ＝Ｐｉ）、これに限定されない。そのとき、ＱｏＳの制約Ｒｃ ｉ（ｐｉ，ｑｉ）≧ρｉは、ｑｉ≦（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉに減じられ、結果的に式（５）は次の単純な電力割り当て問題まで減じられる。
Figure 0005986324
パラメータの定義は、最適化問題での定義と同じである。具体的には、
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉは周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄ送信器から基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ｑｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力を示し、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、Ｑｉは周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄペアの送信電力の制限であり、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算であり、ＱはＤ２Ｄユーザの電力予算である。
同様に、もし
Figure 0005986324
 ならば、最適解はｑ＊ ｉ＝Ｄｉと簡単に決定できる。一方、
Figure 0005986324
 の場合、最適解は
Figure 0005986324
という標準ウォーター・フィリング形を有する。ここで、ウォーター・レベルμは
Figure 0005986324
 となるように選択される。
リソース共有の準最適な方式２
上記リソース共有の最適な方式とリソース共有の準最適な方式の両方においては、Ｄ２Ｄペアが、全てのセルラユーザのリソースを共有できるようにして、最も良いスペクトル効率を達成している。しかし、実際には、このような共有は、決まった数のセルラユーザのリソースに対しなされるよう限定される。
例えば、本開示の実施形態では、管理の便宜のため、または、契約上の制限のために、Ｄ２Ｄペアに１つのセルラユーザのリソースのみを共有することを許可する。しかし、この場合、セルラのＱｏＳを維持しつつＤ２Ｄ通信が最大の利益を享受できるように、Ｄ２Ｄリンクをセルラユーザと結びつける適切なスケジューリングが必要である。以下では、Ｄ２Ｄリンクと１つのセルラユーザとの間の最適なリソース共有を達成するための典型的な方法を提供する。
もしＤ２Ｄユーザがセルラユーザｉとリソースを共有する場合、ＱｏＳの制約の下で達成しうる最大のスループットは、次の最適化問題を解くことで取得できる。
Figure 0005986324
リソース共有の最適な方式に関して述べたのと同じ方法で最適解を求めることにより、最適解を簡単に見つけることができる。最適解は、
ｑ＊＝Ｄｎと
Figure 0005986324
 とで与えられる。ここで、変数「ｎ」は、
Figure 0005986324
 で決定できる。
リソース共有の準最適な方式の目標値Ｓｉは以下のように与えられる。
Figure 0005986324
しかし、これら全てのパラメータは、Ｄｉ以外、上記のものと同じであるということに留意する必要がある。上記リソース共有の最適な方式と、リソース共有の準最適な方式１では、Ｄ２Ｄペアは複数のセルラユーザのリソースを共有できるので、複数のセルラユーザの周波数帯域でＤ２Ｄユーザの送信電力に制限を設定する。対照的に、リソース共有の準最適な方式２の、この典型的な実施形態では、Ｄ２Ｄペアは１つのセルラユーザのリソースのみを共有可能なので、１つのセルラユーザの周波数帯域でのＤ２Ｄユーザの送信電力に制限を設定することは不要であると思われる。従って、そのような場合では、Ｄｉは
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
で提供できる。
パラメータの定義については、リソース共有の最適な方式の定義と同じなので、上記関連の記述を参照してもらうこととし、簡単と明瞭のため、ここでは省略する。
この準最適な方式２によれば、セルラユーザｉに固定値の送信電力、例えば、その電力予算Ｐｉを使用させることもできるという点を評価すべきである。そのうえ、Ｄ２Ｄユーザがリソースを共有できるセルラユーザの一定数を他の数にすることも可能である。ここで提供された考え方を用いれば、当業者は、これらと、他の考えられる代わりの解法を簡単に実行できるので、詳細な説明は簡単と明瞭のために省略する。
リソース共有の準最適な方式１と２の大きな利点は、Ｄ２Ｄペアの送信電力とセルラユーザの送信電力を同時に最適化するリソース共有の最適な方式での計算量と信号オーバヘッドを減らすことにあるということが分かるだろう。
次に、図３を参照して、本開示の実施形態に係る、Ｄ２Ｄペアとセルラユーザの送信電力を決定するフローチャートを説明する。これを最適電力割り当て法と呼ぶ。図示したように、まずステップＳ３０１で、中間物のバリアンス（ｖａｒｉａｎｃｅ）Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉを以降の割り当て計算のために準備し、セルラユーザの耐性のある干渉電力レベルＤｉを定義する。それから、ステップＳ３０２で、耐性のある電力レベルの合計がＤ２Ｄの電力予算Ｑ以下であるか判別する。もし、耐性のある電力レベルの合計がＤ２Ｄの電力予算Ｑ以下であるならば、ステップＳ３０３で、Ｄ２Ｄ送信器は、送信電力Ｄｉで、全てのセルラユーザの周波数帯域を共有する。その時、セルラユーザｉの送信電力ｐ＊ ｉは、
Figure 0005986324
 と決定される。
一方、耐性のある電力レベルの合計がＤ２Ｄの電力予算Ｑより大きい場合は、最適電力割り当て計算は、許容された周波数帯域の中で実行される。上記したように、λ＊とｑ＊ ｉとは二分法により効率的に発見できる。説明の目的で、二分法の詳細な作用を図４を参照しつつ説明する。図４は、本開示の実施形態に係る、Ｄ２Ｄペアとセルラユーザの最適電力割り当て計算のフローチャートを模式的に示している。
図４に示されるように、まずステップＳ４０１で、２つのパラメータａとｂが初期化される。ここで、ａは０に初期化され、ｂはλｍａｘに初期化される。パラメータλｍａｘは式（２１）により決定できる。更に、ｑ＊ ｉの合計とＤ２Ｄの電力予算Ｑとの差の許容限度である閾値Ｔｈが定義されている。それから、ステップＳ４０２では、λ＊に（ａ＋ｂ）／２の値を代入し、ｑ＊ ｉは式（１９）により計算する。ステップＳ４０３では、ｑ＊ ｉの合計とＤ２Ｄペアの電力予算Ｑとの差が閾値Ｔｈ以下であるかどうか判定する。もしＹＥＳであるなら、周波数帯域ｉ上のＤ２Ｄペアの最適送信電力ｑ＊ ｉが発見されたということを意味し、方法は、セルラユーザの最適送信電力ｐ＊ ｉを
Figure 0005986324
 と決定するステップＳ４０７に進む。一方、もし差が未だ閾値Ｔｈより大きい場合は、方法はステップＳ４０４に進む。ステップＳ４０４では、ｑ＊ ｉの合計が電力予算Ｑ以下であるかどうか判別する。もしＮＯであれば、次のステップＳ４０５でパラメータａにλ＊の値が代入され、そうでなければステップＳ４０６でパラメータｂにλ＊の値が代入される。それから、方法は再びステップＳ４０２に進み、ｑ＊ ｉの合計とＤ２Ｄの電力予算Ｑとの差が閾値Ｔｈより小さくなるまでステップＳ４０２の処理が繰り返される。このような二分法という手段により、ｑ＊ ｉとｐ＊ ｉとが効率的に決定される。
更に、図５も、本開示の他の実施形態に係る、Ｄ２Ｄペアとセルラユーザの送信電力を決定するフローチャートを模式的に示す。実際、この解法は、リソース共有の最適な方式を簡単化した形の準最適な方式１に基づいており、準最適な方式１ではセルラユーザｉがその電力予算を信号送信に使用している。図５に示したように、まずステップＳ５０１で、セルラユーザは各々、信号送信に最大の送信電力（すなわち自身の電力予算）を使用することを許容され、セルラユーザの耐性のある干渉電力レベルＤｉが定義される。それから、ステップＳ３０２と同様に、ステップＳ５０２で、耐性のある電力レベルＤｉの合計がＤ２Ｄの電力予算Ｑ以下であるかどうか判別する。もし合計がＤ２Ｄの電力予算Ｑ以下であるなら、ステップＳ５０３で、Ｄ２Ｄ送信器は、送信電力Ｄｉで、全てのセルラユーザの周波数帯域を共有し、セルラユーザｉの送信電力ｐ＊ ｉは
Figure 0005986324
 と決定される。一方、もし合計がＤ２Ｄの電力予算Ｑより大きいならば、相関的なフェージング・パラメータγｉとβｉとを取得し、式（２４）に基づいて許容された周波数帯域の中で、電力割り当て計算をする。
また、本開示の更なる実施形態に関して、Ｄ２Ｄペアとセルラユーザの送信電力を決定するフローチャートを図６にも模式的に示している。この解法は、リソース共有の最適な方式を簡単化した形の準最適な方式２に基づいており、準最適な方式２ではＤ２Ｄペアは１つのセルラユーザのみのリソースを共有可能である。図６で示されたように、セルラユーザの耐性のある干渉電力レベルはステップＳ６０１で定義されている。次に、Ｄ２Ｄペアとリソースを共有するために、セルラユーザセット内のセルラユーザから、Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化できる１つのセルラユーザｎが選択される。その１つのセルラユーザｎは式（２６）により決定される。次に、ステップＳ６０３で、Ｄ２Ｄの最適な送信電力と、選択されたセルラユーザｎの最適な送信電力とは、各々、ｑ＊＝Ｄｎと
Figure 0005986324
 となる。
Ｄ２Ｄとセルラユーザの送信電力が決定された後、ＢＳが、Ｄ２Ｄユーザと各セルラユーザとに制御により電力割り当て結果を送信する。実際、ＢＳは、セルラユーザの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力とセルラユーザの送信電力とを知らせるだけでなく、どのセルラのリソースがＤ２Ｄペアに共有されうるのかという結果を出す。なお、もし周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力が０ならば、Ｄ２Ｄペアが周波数帯域を共有することができないということを意味する。
同時に、Ｄ２Ｄユーザとセルラユーザとは、電力割り当て結果を取得するために、制御チャネルをモニタする。次に、セルラユーザとＤ２Ｄユーザとの両方が、決定された送信電力で、割り当てられたリソースを介して信号を送信する。
もしＤ２Ｄの送信が終了すれば、方法は終了する。そうでなければ、スケジューリング期間が終了しているかどうか判別する。本開示では、スケジューリング期間は、全てのフェージング・パラメータが変更されていないと考えられる期間であり、複数のＴＴＩであっても良い。もしスケジューリング期間が終了しているならば、新しいリソース共有の解を決定するために、方法が再実行される。そうでなければ、セルラユーザとＤ２Ｄペアとは、決定された送信電力で、割り当てられたリソースを介して信号を送信し続ける。
更に、本開示では、Ｄ２Ｄとセルラ通信のためのリソース共有の装置も提供する。以下では、図７を参照して、本開示の実施形態に関する、Ｄ２Ｄとセルラ通信のためのリソース共有の装置を説明する。図示したように、装置７００は、セルラユーザセット決定モジュール７１０と、送信電力決定モジュール７２０とを含む。セルラユーザセット決定モジュール７１０は、Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性のある潜在的セルラユーザを含むセルラユーザセットを決定する。送信電力決定モジュール７２０は、サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と、潜在的セルラユーザの各々の電力予算の制約と、Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら、Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを介して、セルラユーザセット内の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力と、少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定するように構成されている。
本開示の実施形態では、セルラユーザセット決定モジュール７１０は、更に、リソースを共有しない状態でＱｏＳが保証されうるセルラユーザを発見するために、スケジュールされたセルラユーザの各々に対して、実行可能性チェックを実行するように構成されているものとしても良い。
本開示の他の実施形態では、実行可能性チェックを実行することが、スケジュールされたセルラユーザの各々の電力予算が
Figure 0005986324
 を満たすかどうか判別することを含むものとしても良い。ここで、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算である。
本開示の更なる実施形態では、送信電力決定モジュール７２０は、セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的セルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計がＤ２Ｄペアの電力予算以下である場合に、少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力と、少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを、ｑ＊ ｉ＝Ｄｉと
Figure 0005986324
 と決定するように構成されているものとしても良い。ここで、
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、Ｑｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力の限度であり、αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算である。
本開示のなお更なる実施形態では、潜在的セルラユーザの最適な送信電力ｐ＊ ｉは、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 を満たすものとしても良い。ここで、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ｑｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器の送信電力である。
本開示のなお更なる実施形態では、潜在的セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの最適な送信電力ｑ＊ ｉは、
Figure 0005986324
 を満たす。ここで、ＱはＤ２Ｄユーザの電力予算を示す。
本開示のなおまだ更なる実施形態では、送信電力決定モジュール７２０は、セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的セルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計が、Ｄ２Ｄペアの電力予算より大きい場合は、少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力と、少なくとも１つのセルラユーザｉの送信電力とを、
Figure 0005986324
 と、
Figure 0005986324
 と決定するように構成されているものとしても良い。ここで、
Figure 0005986324
 は、間隔［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションを意味し、
Ａｉ＝ωｉβｉθｉ（αｉγｉ＋ωｉβｉθｉ）
Ｂｉ＝（αｉ＋ωｉβｉ）（２ωｉβｉθｉ＋αｉγｉ）
Figure 0005986324
 Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、βｉはセルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、γｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器からＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、λはラグランジェ乗数であり、Ｑｉは周波数帯域ｉでのＤ２Ｄペアの送信電力の限度であり、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算である。
本開示の他の実施形態では、送信電力決定モジュール７２０は、潜在的なセルラユーザの各々の送信電力を固定値に決定するように構成されていても良い。例えば、固定電力は、潜在的なセルラユーザの各々の電力予算であっても良い。送信電力決定モジュール７２０は、少なくとも１つのセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力を
Figure 0005986324
 と決定するように構成されていても良い。ここで、μはウォーター・レベル値を示し、
Figure 0005986324
 は間隔［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションを意味し、
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、βｉはセルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、γｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器からＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉはＤ２Ｄ送信器から基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算であり、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、Ｑｉは周波数帯域ｉでのＤ２Ｄペアの送信電力の限度である。
本開示の更なる実施形態の送信電力決定モジュールでは、一定数のセルラユーザが、Ｄ２Ｄペアとリソースを共有するためにセルラユーザセットから選択されるものとしても良い。一定数は例えば１でも良い。このような場合には、送信電力決定モジュール７２０は、Ｄ２Ｄペアとリソースを共有するものとして選択されたセルラユーザｎの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力ｑ＊と、セルラユーザｎの送信電力ｐ＊とを、
ｑ＊＝Ｄｎ
Figure 0005986324
 と決定するものとしても良い。ここで、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 であり、αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、βｉはセルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、γｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器からＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ｑｉはセルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄペアの送信電力を示し、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
であり、ＱはＤ２Ｄペアの電力予算を示し、Ｐｉはセルラユーザｉの電力予算である。
更に、本開示のなお更なる実施形態では、スケジューリング期間の終了に応じて、装置が再動作するように構成されているものとしても良い。
装置７００の各モジュールの動作は、図２から図６に関して述べられた方法のステップの動作と実質的に同じであるという点に留意する必要がある。従って、これらのモジュールの動作の詳細については、図２から図６に関して方法の各ステップについてなされた説明を参照すれば良い。
なお、本開示で提供された実施形態の効果を確かめるために、本発明者は、本開示で提供されたリソース共有の最適な方式とリソース共有の準最適な方式１，２と、Ｃ．−Ｈ． Ｙｕ及びその他の者により提案された従来技術の方式とについてシミュレーションを実行した。最適な電力割り当て方式は、Ｄ２Ｄユーザとセルラユーザの送信電力を同時に最適化する、式（１６）から式（２１）に基づいて送信電力を決定する解法であり、図８から図１０では「最適方式」と略して示されている。リソース共有の準最適な方式１は、セルラユーザが信号送信に各々の電力予算を使用する、式（２２）から式（２３）に基づいて送信電力を決定する解法であり、図８から図１０では「準最適方式１」と略して示されている。リソース共有の準最適な方式２は、Ｄ２Ｄペアが１つのセルラユーザのリソースのみを共有できるようにした、式（２４）から式（２６）に基づいて送信電力を決定する解法であり、図８から図１０では「準最適方式２」と示されている。従来技術の方式は、Ｃ．−Ｈ． Ｙｕ及びその他の者の論文の項目３―Ｂで提案された解法である。しかし、従来の方式は、１つのセルラユーザに対する方式のみなので、公平のために、最高のパフォーマンスに至る１つのセルラユーザとＤ２Ｄリンクをペアリングすることによって、複数のセルラユーザまで拡張した。
更に、これらのシミュレーションでは、最適方式と準最適方式１ではＱｉは∞に設定されており、準最適方式２ではＱｉはＱに設定されており、従来技術の方式ではＰｍａｘはＱに設定されている。また、セルラユーザは半径５００ｍの六角形のセルに一様に配置されており、Ｄ２Ｄ送信器は、その受信器から２０ｍ離れ、基地局から３００ｍ離れた位置にある。セルラユーザの受信のＳＮＲは全て公平に１０ｄＢに設定され、チャネルは、平均０で分散１のｉ．ｉ．ｄ．ガウス分布と、距離ｄでα＝３の場合のｄ−αに従う経路損失とに応じて作成する。
まず図８を参照する。図８は、最適方式と準最適方式１と準最適方式２と従来技術の方式とに関して、種々の信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ（ＳＮＲ）すなわちＱ／σｄ ｉｉ）に対するＤ２Ｄユーザの平均スループットを模式的に示したものである。ここでは、８個のセルラユーザが存在し、ＱｏＳ閾値ρｉ＝１である。図８で示されたこれらのプロットから、全ての利用可能なセルラリソースを完全に利用することによって、最適方式がＤ２Ｄ通信の最も良いパフォーマンスを提供し、準最適方式１，２も従来技術の方式よりも良いパフォーマンスを達成することができると理解できる。
図９は、ＢＳからの種々の距離に対する、Ｄ２Ｄユーザの平均スループットを模式的に示したものである。ここでは、８個のセルラユーザが存在し、ＱｏＳ閾値ρｉ＝１であり、Ｄ２Ｄ ＳＮＲは１０ｄＢである。図示されたように、Ｄ２Ｄリンクは、ＢＳから遠ざかるに従い、セルラユーザへの干渉が少なくなり、このことは、セルラのＱｏＳの制約をなお満たしつつ、Ｄ２Ｄリンクが高いスループットを達成可能であるということを意味する。すなわち、ここで提供された方式は、図８のものと同じく高いパフォーマンス・ゲインを提供可能である。
図１０は、セルラユーザの種々の数に対する、Ｄ２Ｄユーザの平均スループットを模式的に示したものである。ここでは、ＱｏＳ閾値ρｉ＝１であり、Ｄ２Ｄ ＳＮＲは６ｄＢである。シミュレーション結果から、セルラユーザの数が増えるに従い、最適方式と準最適方式１とではＤ２Ｄリンクが達成できるスループットはより大きくなるが、準最適方式２では、Ｄ２Ｄペアは１つのセルラユーザのリソースのみ共有可能としたので、そうはならない、ということが分かる。
したがって、本開示の実施形態では、全てのセルラユーザのＱｏＳを保証しつつ、Ｄ２Ｄペアがセルラユーザのリソースをできるだけ多く再利用可能な、非直交リソース共有の解法を提供するということが明らかである。これにより、Ｄ２Ｄユーザのパフォーマンスが大いに改善される可能性がある。
これまで、本開示は、特定の好ましい実施形態を通して添付の図面に関して記述されてきた。しかし、本開示は説明され提供された特定の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が本開示の範囲でなされても良い、という点に留意すべきである。
更に、本開示の実施形態は、ソフトウェアまたはハードウェアまたはそれらの組み合わせにより実現されても良い。ハードウェア部分は、特別なロジックにより実現できる。ソフトウェア部分は、メモリに保存され、マイクロプロセッサまたは専用の設計されたハードウェアのような適切な指示実行システムにより実行されうる。当業者は、上記方法とシステムが、プロセッサに含まれたコンピュータ実行可能な指示及び／または制御コードで実現可能であると認めるだろう。例えば、そのようなコードは、磁気ディスクまたはＣＤまたはＤＶＤ−ＲＯＭのようなベアラ媒体、または読出し専用メモリ（ファームウェア）または光学または電子信号ベアラ等のデータベアラのようなプログラム可能メモリで提供される。本実施形態の装置とその構成要素は、ハードウェア回路、例えば、非常に大規模に集積された回路またはゲートアレイ、または論理チップまたはトランジスタのような半導体、またはフィールドプログラム可能ゲートアレイまたはプログラム可能論理装置のようなプログラム可能ハードウェア装置、により実現されても良いし、または、種々のプロセッサで実行されるソフトウェアにより実現されても良いし、または、上記ハードウェア回路とソフトウェアの組み合わせ、例えばファームウェア、により実現されても良い。
本開示はここで考慮した実施形態に関して記述されたけれども、本開示は開示された実施形態に限定されないと理解されるべきである。それどころか、本開示は、添付の請求項の意図と範囲内でなされる、種々の変更と等価なアレンジとに及ぶことを意図している。添付の請求項の範囲は、最も広範囲の説明に一致して、変更と等価な構造と機能等の全てに及ぶ。
（付記１）
デバイス・ツー・デバイス（ｄｅｖｉｃｅ−ｔｏ−ｄｅｖｉｃｅ（Ｄ２Ｄ））とセルラ通信のためのリソース共有方法は、
Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性がある潜在的なセルラユーザを含むセルラユーザセットを決定することと、
サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算の制約と前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら前記Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを通して、前記セルラユーザセットの中の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定することと、
を含む方法。
（付記２）
前記セルラユーザセットを前記決定することは、スケジュールされたセルラユーザの各々に対し、リソースを共有しない状態でＱｏＳが保証されうるセルラユーザを見つけるための実行可能性チェックを実行することを含む付記１に記載の方法。
（付記３）
前記実行可能性チェックを前記実行することは、前記スケジュールされたセルラユーザの各々の電力予算が
Figure 0005986324
 を満たすかどうか判別することを含み、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である付記２に記載の方法。
（付記４）
前記セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的なセルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計が、前記Ｄ２Ｄペアの電力予算以下である場合に、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザｉの前記送信電力とは、
ｑ＊ ｉ＝Ｄｉ
Figure 0005986324
 と決定され、
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、
Ｑｉはセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度であり、
αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である付記１乃至３のいずれかに記載の方法。
（付記５）
前記潜在的なセルラユーザの最適送信電力ｐ＊ ｉは、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 を満たし、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ｑｉは前記セルラユーザｉの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器の送信電力である付記１乃至３のいずれかに記載の方法。
（付記６）
前記潜在的なセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの最適送信電力ｑ＊ ｉは、
Figure 0005986324
 を満たし、Ｑは前記Ｄ２Ｄペアの電力予算を示す付記５に記載の方法。
（付記７）
前記セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的なセルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計が、前記Ｄ２Ｄペアの電力予算より大きい場合に、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記送信電力とは、
Figure 0005986324
 と、
Figure 0005986324
 と決定され、
Figure 0005986324
 は、間隔［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションを意味し、
Ａｉ＝ωｉβｉθｉ（αｉγｉ＋ωｉβｉθｉ）
Ｂｉ＝（αｉ＋ωｉβｉ）（２ωｉβｉθｉ＋αｉγｉ）
Figure 0005986324
 Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、
αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
βｉは前記セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
γｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記Ｄ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
λはラグランジェ乗数であり、
Ｑｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度であり、
Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である付記６に記載の方法。
（付記８）
前記潜在的なセルラユーザの各々の送信電力は、固定値に決定される付記１乃至６のいずれかに記載の方法。
（付記９）
電力の前記固定値は、前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算である付記８に記載の方法。
（付記１０）
少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力は
Figure 0005986324
 と決定され、μはウォーター・レベル値を示し、
Figure 0005986324
 は間隔［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションを意味し、
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、
αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
βｉは前記セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
γｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記Ｄ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算であり、
ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
Ｑｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度である付記９に記載の方法。
（付記１１）
一定数のセルラユーザが、前記Ｄ２Ｄペアとのリソース共有のために前記セルラユーザセットから選択される付記１乃至６のいずれかに記載の方法。
（付記１２）
前記一定数は１である付記１１に記載の方法。
（付記１３）
前記Ｄ２Ｄペアとのリソース共有のために選択されたセルラユーザｎの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力ｑ＊と、前記セルラユーザｎの送信電力ｐ＊とは、各々
ｑ＊＝Ｄｎ
Figure 0005986324
 と決定され、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 で、αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
βｉは前記セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
γｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記Ｄ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
ｑｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力を示し、
ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
Ｑは前記Ｄ２Ｄペアの電力予算を示し、
Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である付記１２に記載の方法。
（付記１４）
スケジューリング期間の終了に応じて、前記方法が再実行される付記１乃至１３のいずれかに記載の方法。
（付記１５）
Ｄ２Ｄとセルラ通信のためのリソース共有の装置は、
Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性がある潜在的なセルラユーザを含むセルラユーザセットを決定するように構成されているセルラユーザセット決定モジュールと、
サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算の制約と前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら前記Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを通して、前記セルラユーザセットの中の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定するように構成されている送信電力決定モジュールと、
を含む装置。
（付記１６）
前記セルラユーザセット決定モジュールは、更に、スケジュールされたセルラユーザの各々に対し、リソースを共有しない状態でＱｏＳが保証されうるセルラユーザを見つけるための実行可能性チェックを実行するように構成されている付記１５に記載の装置。
（付記１７）
前記実行可能性チェックを前記実行することは、前記スケジュールされたセルラユーザの各々の電力予算が
Figure 0005986324
 を満たすかどうか判別することを含み、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である付記１６に記載の装置。
（付記１８）
前記送信電力決定モジュールは、前記セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的なセルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計が、前記Ｄ２Ｄペアの電力予算以下である場合に、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザｉの前記送信電力とを、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 と決定するように構成されており、
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、
Ｑｉはセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度であり、
αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である付記１５乃至１７のいずれかに記載の装置。
（付記１９）
前記潜在的なセルラユーザの最適送信電力ｐ＊ ｉは、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 を満たし、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ｑｉは前記セルラユーザｉの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器の送信電力である付記１５乃至１７のいずれかに記載の装置。
（付記２０）
前記潜在的なセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの最適送信電力ｑ＊ ｉは、
Figure 0005986324
 を満たし、Ｑは前記Ｄ２Ｄペアの電力予算を示す付記１９に記載の装置。
（付記２１）
前記送信電力決定モジュールは、前記セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的なセルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計が、前記Ｄ２Ｄペアの電力予算より大きい場合に、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記送信電力とを
Figure 0005986324
 と、
Figure 0005986324
 と決定するように構成されており、
Figure 0005986324
 は、間隔［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションを意味し、
Ａｉ＝ωｉβｉθｉ（αｉγｉ＋ωｉβｉθｉ）
Ｂｉ＝（αｉ＋ωｉβｉ）（２ωｉβｉθｉ＋αｉγｉ）
Figure 0005986324
 Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、
αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
βｉは前記セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
γｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記Ｄ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
λはラグランジェ乗数であり、
Ｑｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度であり、
Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である付記２０に記載の装置。
（付記２２）
前記送信電力決定モジュールは、前記潜在的なセルラユーザの各々の送信電力を固定値に決定するように構成されている付記１５乃至２０のいずれかに記載の装置。
（付記２３）
電力の前記固定値は、前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算である付記２２に記載の装置。
（付記２４）
前記送信電力決定モジュールは、少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力を
Figure 0005986324
 と決定するように構成されており、μはウォーター・レベル値を示し、
Figure 0005986324
 は間隔［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションを意味し、
Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 であり、
αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
βｉは前記セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
γｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記Ｄ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算であり、
ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
Ｑｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度である付記２３に記載の装置。
（付記２５）
一定数のセルラユーザが、前記Ｄ２Ｄペアとのリソース共有のために前記セルラユーザセットから選択される付記１５乃至２０のいずれかに記載の装置。
（付記２６）
前記一定数は１である付記２５に記載の装置。
（付記２７）
前記送信電力決定モジュールは、前記Ｄ２Ｄペアとのリソース共有のために選択されたセルラユーザｎの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力ｑ＊と、前記セルラユーザｎの送信電力ｐ＊とを
ｑ＊＝Ｄｎ
Figure 0005986324
 と決定するように構成されており、
Figure 0005986324
Figure 0005986324
 Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
Figure 0005986324
 で、αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
βｉは前記セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
γｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記Ｄ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
ｑｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力を示し、
ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
Ｑは前記Ｄ２Ｄペアの電力予算を示し、
Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である付記２６に記載の装置。
（付記２８）
前記装置は、スケジューリング期間の終了に応じて、再動作するように構成されている付記１５乃至２７のいずれかに記載の装置。
（付記２９）
付記１５乃至２８のいずれかに記載の装置を含むネットワークノード。

Claims (10)

  1. デバイス・ツー・デバイス（ｄｅｖｉｃｅ−ｔｏ−ｄｅｖｉｃｅ（Ｄ２Ｄ））とセルラ通信のためのリソース共有の装置は、
    Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性がある潜在的なセルラユーザを含むセルラユーザセットを決定するように構成されているセルラユーザセット決定モジュールと、
    サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算の制約と前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら前記Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを通して、前記セルラユーザセットの中の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定するように構成されている送信電力決定モジュールと、
    を含み、
    前記セルラユーザセット決定モジュールは、更に、スケジュールされたセルラユーザの各々に対し、リソースを共有しない状態でＱｏＳが保証されうるセルラユーザを見つけるための実行可能性チェックを実行するように構成されており、
    前記実行可能性チェックを前記実行することは、前記スケジュールされたセルラユーザの各々の電力予算が
    Figure 0005986324
     を満たすかどうか判別することを含み、ρ ｉ はセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、α ｉ は前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、Ｐ ｉ は前記セルラユーザｉの電力予算である装置。
  2. デバイス・ツー・デバイス（ｄｅｖｉｃｅ−ｔｏ−ｄｅｖｉｃｅ（Ｄ２Ｄ））とセルラ通信のためのリソース共有の装置は、
    Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性がある潜在的なセルラユーザを含むセルラユーザセットを決定するように構成されているセルラユーザセット決定モジュールと、
    サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算の制約と前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら前記Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを通して、前記セルラユーザセットの中の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定するように構成されている送信電力決定モジュールと、
    を含み、
    前記送信電力決定モジュールは、前記セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的なセルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計が、前記Ｄ２Ｄペアの電力予算以下である場合に、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザｉの前記送信電力とを、
    Figure 0005986324
    Figure 0005986324
     と決定するように構成されており、
    Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
    Figure 0005986324
     であり、
    Ｑｉはセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度であり、
    αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
    θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
    ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
    Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である装置。
  3. デバイス・ツー・デバイス（ｄｅｖｉｃｅ−ｔｏ−ｄｅｖｉｃｅ（Ｄ２Ｄ））とセルラ通信のためのリソース共有の装置は、
    Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性がある潜在的なセルラユーザを含むセルラユーザセットを決定するように構成されているセルラユーザセット決定モジュールと、
    サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算の制約と前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら前記Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを通して、前記セルラユーザセットの中の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定するように構成されている送信電力決定モジュールと、
    を含み、
    前記潜在的なセルラユーザの最適送信電力ｐ＊ ｉは、
    Figure 0005986324
    Figure 0005986324
     を満たし、ρｉはセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、αｉは前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ｑｉは前記セルラユーザｉの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器の送信電力である装置。
  4. 前記潜在的なセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの最適送信電力ｑ＊ ｉは、
    Figure 0005986324
     を満たし、Ｑは前記Ｄ２Ｄペアの電力予算を示す請求項３に記載の装置。
  5. 前記送信電力決定モジュールは、前記セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的なセルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計が、前記Ｄ２Ｄペアの電力予算より大きい場合に、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記送信電力とを
    Figure 0005986324
     と、
    Figure 0005986324
     と決定するように構成されており、
    Figure 0005986324
     は、間隔［０，Ｄｉ］上へのプロジェクションを意味し、
    Ａｉ＝ωｉβｉθｉ（αｉγｉ＋ωｉβｉθｉ）
    Ｂｉ＝（αｉ＋ωｉβｉ）（２ωｉβｉθｉ＋αｉγｉ）
    Figure 0005986324
     Ｄｉ＝ｍｉｎ｛Ｑｉ，（αｉＰｉ−ωｉ）／ωｉθｉ｝
    Figure 0005986324
     であり、
    αｉはセルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
    βｉは前記セルラユーザｉからＤ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
    γｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記Ｄ２Ｄ受信器までの正規化されたチャネルゲインを示し、
    θｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
    ρｉは前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
    λはラグランジェ乗数であり、
    Ｑｉは前記セルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度であり、
    Ｐｉは前記セルラユーザｉの電力予算である請求項４に記載の装置。
  6. 前記送信電力決定モジュールは、前記潜在的なセルラユーザの各々の送信電力を固定値に決定するように構成されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置を含むネットワークノード。
  8. デバイス・ツー・デバイス（ｄｅｖｉｃｅ−ｔｏ−ｄｅｖｉｃｅ（Ｄ２Ｄ））とセルラ通信のためのリソース共有方法は、
    Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性がある潜在的なセルラユーザを含むセルラユーザセットを決定することと、
    サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算の制約と前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら前記Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを通して、前記セルラユーザセットの中の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定することと、
    を含み、
    前記セルラユーザセットを前記決定することは、スケジュールされたセルラユーザの各々に対し、リソースを共有しない状態でＱｏＳが保証されうるセルラユーザを見つけるための実行可能性チェックを実行することを含み、
    前記実行可能性チェックを前記実行することは、前記スケジュールされたセルラユーザの各々の電力予算が
    Figure 0005986324
     を満たすかどうか判別することを含み、ρ ｉ はセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、α ｉ は前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、Ｐ ｉ は前記セルラユーザｉの電力予算である方法。
  9. デバイス・ツー・デバイス（ｄｅｖｉｃｅ−ｔｏ−ｄｅｖｉｃｅ（Ｄ２Ｄ））とセルラ通信のためのリソース共有方法は、
    Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性がある潜在的なセルラユーザを含むセルラユーザセットを決定することと、
    サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算の制約と前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら前記Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを通して、前記セルラユーザセットの中の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定することと、
    を含み、
    前記セルラユーザセットに含まれる全ての潜在的なセルラユーザの耐性のある干渉電力レベルの合計が、前記Ｄ２Ｄペアの電力予算以下である場合に、前記少なくとも１つのセルラユーザの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの前記送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザｉの前記送信電力とは、
    Figure 0005986324
    Figure 0005986324
     と決定され、
    Ｄ ｉ ＝ｍｉｎ｛Ｑ ｉ ，（α ｉ Ｐ ｉ −ω ｉ ）／ω ｉ θ ｉ ｝
    Figure 0005986324
     であり、
    Ｑ ｉ はセルラユーザｉの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の限度であり、
    α ｉ は前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
    θ ｉ は前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、
    ρ ｉ は前記セルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、
    Ｐ ｉ は前記セルラユーザｉの電力予算である方法。
  10. デバイス・ツー・デバイス（ｄｅｖｉｃｅ−ｔｏ−ｄｅｖｉｃｅ（Ｄ２Ｄ））とセルラ通信のためのリソース共有方法は、
    Ｄ２Ｄペアとリソースを共有する可能性がある潜在的なセルラユーザを含むセルラユーザセットを決定することと、
    サービスの質（ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ））の制約と前記潜在的なセルラユーザの各々の電力予算の制約と前記Ｄ２Ｄペアの送信電力の制約とを有しながら前記Ｄ２Ｄペアのスループットを最大化することを通して、前記セルラユーザセットの中の少なくとも１つのセルラユーザの周波数帯域での前記Ｄ２Ｄペアの送信電力と、前記少なくとも１つのセルラユーザの送信電力とを決定することと、
    を含み、
    前記潜在的なセルラユーザの最適送信電力ｐ ＊ ｉ は、
    Figure 0005986324
    Figure 0005986324
     を満たし、ρ ｉ はセルラユーザｉのＱｏＳ閾値であり、α ｉ は前記セルラユーザｉから基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、θ ｉ は前記セルラユーザｉの周波数帯域でのＤ２Ｄ送信器から前記基地局までの正規化されたチャネルゲインを示し、ｑ ｉ は前記セルラユーザｉの前記周波数帯域での前記Ｄ２Ｄ送信器の送信電力である方法。
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