JPH08340571A - 無線通信ネットワークにおける適応型動的チャンネル割り当て装置及び方法 - Google Patents

無線通信ネットワークにおける適応型動的チャンネル割り当て装置及び方法

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JPH08340571A
JPH08340571A JP8050692A JP5069296A JPH08340571A JP H08340571 A JPH08340571 A JP H08340571A JP 8050692 A JP8050692 A JP 8050692A JP 5069296 A JP5069296 A JP 5069296A JP H08340571 A JPH08340571 A JP H08340571A
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JP
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cell
radio
cells
communication system
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JP8050692A
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Mathilde Benveniste
ベンヴェニステ マチルデ
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A T and T I P M CORP
AT&T Corp
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A T and T I P M CORP
AT&T Corp
AT&T IPM Corp
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 有効な電波スペクトル全体の利用を最適化す
る通信システムの範囲内で、ＲＦスペクトルチャンネル
を異なった複数のセルに割り当てる。 【解決手段】 チャンネル割り当てシステムは、無線周
波数が重なり合わないセットに切り分け、共同利用者の
セルを最適にグループ分け、及び両者の最適な割り振り
によって、チャンネルをセルに割り当てる。目標はトラ
ヒック処理能力の最大化であり、それは数多くのセルを
与えると、ボトルネック容量比の最大化として表現され
る。最適な非正規チャンネル割り当てを達成する解４６
０は、マスタープログラムとサブプログラムとして設計
された２つの数学的プログラムに分解される。これら
は、マスターとサブプログラムの解４２０，４４０の間
で実現されたチャンネルセット増大技術４３０からの支
援を得て反復して解かれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本件は１９９４年１月１３日に提出され１
９９４年９月２０日に認められたシリアル番号０８／１
８３３８４の部分継続であり、米国特許−−−番として
今回発行された。
【０００２】
【発明の分野】本発明は無線セルラ電話システムに関
し、有効な電波スペクトル全体の利用を最適化する無線
通信システムの範囲内で、ＲＦ（無線周波数）スペクト
ルチャンネルを異なった複数のセルに割り当てる装置及
び方法に関する。
【０００３】
【技術背景】無線通信システムのサービス エリアはセ
ルとして知られる連結されたサービス領域に分割されて
おり、そのセルで無線電話の利用者はそのセルを担当す
る基地局と無線リンクで通信する。基地局（ＢＳ）は地
上ネットワークと接続されている。有効な無線周波数ス
ペクトルの効率的利用は、互いに共同利用している者の
いる違ったセルにおいて、十分な距離で分離されたと同
様の同じ無線周波数の再利用を通じて達成されている。
このため、全てのセルにより組み合わさって引き起こさ
れる混信は許容できる水準に至っていない。セルに対す
る無線周波数の割り当ては、共同利用者のセルの特定の
ため及びＲＦスペクトルのチャンネルセット切り分けの
ための単純な規則の採用を可能にした規則性という仮定
（すなわち、均一に分散されたトラヒック負荷を持つ、
等しい大きさで規則正しく配置されたセル）に基づいて
きた。この規則正しい仮定が保たれていないとき、−−
現実世界の状況でしばしば起こるように−−規則正しい
チャンネル割り当てのこの規則は、もし適用できるにし
ても必ずしもＲＦスペクトルの効果的利用につながって
いない。ＲＦスペクトルを最適利用するには、「非正規
チャンネル割り当て」問題を解く必要がある。
【０００４】
【発明の要旨】本発明の原理を具体化しているチャンネ
ル割り当てシステムは、使用可能な無線周波数を重なり
合わないセットに最適に切り分けること、共同利用者の
セルを最適にグループ分けすること、及び前者を後者に
対し最適に割り振りすることによって、チャンネルを、
任意の形、サイズ、同時でもどちらかでも、どの位置に
あってもセルのグループに割り当てる。目標はトラヒッ
ク処理能力の最大化である。数多くのセルを与えるとそ
の目標は、良好なブロック化率、混信レベルとほかのシ
ステム制約の下で保持できるボトルネック容量比の最大
化として表現できるだろう。そしてその最大化は全ての
セルを通じて最小容量比である。ボトルネックの容量比
はキャパシティファクタ（利用率）として知られてい
る。あるセルに関する容量比は、ブロック化確率要件を
満足するのに必要とされる無線周波数の数に対する、そ
のセルに割り当てられた無線周波数の数の割合として定
義される。前者の数は一旦トラヒック負荷と所望のブロ
ック化が特定されると固定される。利用率の最大化が事
例として以下の議論で使用される。ＲＦスペクトルの利
用効率についてのほかの計量法が採用されることもあろ
う。
【０００５】チャンネル割り当ては、観測されたトラヒ
ック負荷から導き出されたトラヒック推定に基づいた最
適なチャンネル割り当てを再計算することによって、時
間軸上のトラヒックの分布変化に適合できる。統計的な
差異はトラヒック負荷の実時間計測から決定され、チャ
ンネル割り当ての再編成のために使用される。期待され
たトラヒック分布に基づいたセルへのチャンネル割り当
ては、以下に詳細に触れるようにセル間の排他的関係を
含んではいない。特別なセルに割り当てられていない有
効なチャンネルについては、追加チャンネル容量に目前
の必要があり、それが混信や他のシステム制約の満足を
提供する場合には、そのセルから借りることができる。
【０００６】最適な非正規チャンネル割り当ての解は本
発明に従って、マスタープログラムとサブプログラムと
して設計された２つの数学的プログラムに分解される。
これらは反復して解かれる。チャンネルセット増大技術
がマスターとサブプログラムの解の間で実現し、解の手
順の速度向上になるだろう。
【０００７】ある具体的な例において、割り当てられた
有効なチャンネルを使い尽くしてしまっているセルは、
容量を満足させるために該セルに割り当てられていない
チャンネルを借用する。
【０００８】この中の具体的な例では周波数割り当ての
点から特徴付けられる一方で、その同一技術がＣＤＭＡ
システムにおけるコード割り当て及びＴＤＭＡシステム
におけるタイムスロット割り当てに対して応用できるこ
とを理解されるべきである。これらは別の表現法で記述
する必要がないと信じられる。
【０００９】
【詳細な説明】セルラー無線電話システムの従来からの
規則的な６角形のセル配置が図１で図示されている。６
角形の網の形で地理的なサービスエリアを描いているの
は、制御され反復可能で規則的な割り当てモデルにおい
て、周波数の再利用を可能とするパターン配置の中に、
周波数割り当てが可能な幾何学的パターンが設定されて
いることを示す。セル領域はそれぞれ割り当てられた特
定のチャンネルセットを持っている。それぞれチャンネ
ルセットは、セル領域内で使用される複数の個々の送信
・受信無線チャンネルから成っている。このモデルにお
いては図１で示すように、”Ａ”と記したセルは共同利
用者のセルであり、全員が同一のチャンネルセットを使
用している。”Ｂ”、”Ｃ”等と記された共同利用者の
セルについても同様であり、それぞれ自身に割り当てら
れたチャンネルセットを持っている。
【００１０】各セルは、無線送受信機を含み、中継線あ
るいは適当な回線経由で次々に公衆交換電話網（ＰＳＴ
Ｎ）と接続している基地局（ＢＳ）のアンテナ装置から
放射されている。アンテナ１０１は無指向性か指向性が
あるかどちらかである。指向性アンテナ１０２はより狭
い角度の楔形サービスエリアにセルを区分けるために使
用される。
【００１１】典型的なセルラーシステムが図２のブロッ
ク図で示されている。複数のモバイル スイッチング
センター（移動体交換局）（ＭＳＣ）、２０１と２０２
が、移動体無線電話システムを公衆交換機電話網２０１
（ＰＳＴＮ）と接続しているのを示している。ＭＳＣの
交換機能により、それぞれはセル１つの守備領域へサー
ビス提供をしている複数の基地局（ＢＳ）２１０を互い
に接続している。それぞれの守備領域は、実際のシステ
ムの特徴を示している非正規な境界を持っているように
示されている。各ＢＳは自分の守備領域内の移動体無線
電話２５０にサービスするための無線の送受信機器及び
アンテナを備えている。
【００１２】制御管理センター（ＯＭＣ）はＭＳＣ２０
２および２０３を、そのシステム動作とそこと連携して
いるＢＳ２１０を制御するために相互接続している。Ｏ
ＭＣ２２０は、蓄積データからの入力と実時間制御のた
めのデータ処理装置及び入力装置を備えている中央の制
御局である。このデータ処理作業は、あるＢＳで特定さ
れる遠く離れた無線トランシーバと連係してチャンネル
割り当てを実行する際に利用される。
【００１３】割り当ての制御及び該ＢＳの範囲にいる無
線トランシーバとの同調を行うＯＭＣ内のデータ処理機
器の具体的な実例を図３のブロック図で示す。汎用目的
のコンピュータ３１０はメモリ３１１の中にプログラム
を持っている。このプログラムは、以下で更に詳しく公
開するように、セルラーシステムへの無線チャンネルの
非正規な割り当てを実行する命令を含んでいる。初期の
入力データは、入力回路３１２を通じてコンピュータ３
１０へ供給される。入力は有効な複数のセルを含む。有
効な無線周波数、チャンネル幅、及びフィルタ特性もコ
ンピュータ３１０への入力である。更に入力は、異なっ
たセルにおける利用者と基地局間の混信の統計的な振る
舞い、及び各セルでサービスしている信号の統計分布を
記述するパラメータをも含んでいる。これらのパラメー
タは信号強度計測から見積もられる。入力は所望のチャ
ンネル割り当てに必要なシステム制約をも含む。トラヒ
ック利用パターンが入力として供給される。トラヒック
は実時間で計測されるだろう。
【００１４】本発明の具体的な実例において、割り当て
処理がメモリ３１１の中の命令に従ってコンピュータ３
１０で実行される。結果の非正規な割り当ては出力３１
３経由でＭＳＣ３１５へ出力され、そして次々にＢＳ３
２１へ転送される。ＢＳの中の個々の同調可能な無線機
３２２が、割り当て処理で決定された無線チャンネル割
り当てに従って適切な周波数に同調される。付加的出力
としてグラフィカルなもの及びＯＭＣでデータの印刷出
力ができるようになる。
【００１５】借りている間各セルは、付加的に借りたチ
ャンネルを要求する以前に先ず配分されたチャンネルを
使い尽くすだろう。しかしながらもし追加チャンネルを
必要とするならセルは、自身に割り当てられたものでは
なく、システムと混信との制約が乱されないと判明して
いる使われていない追加チャンネルを借用する。借用の
ため、働いていないチャンネルは、もし近くのセルによ
って借りられていたなら、割り当てられたセルの中では
用いることができないだろう。それ故、セルが自身に配
分されたチャンネルを使用するときでさえも、混信と他
のシステムの制約がチェックされねばならない。更に乗
じるなら、借りている間チェックされる必要があろう追
加制約は、あるセルに配分されたチャンネルのある部分
がそのセルによる利用のため予約されねばならないとい
う要件である。この予約チャンネルの部分は、実時間で
変化するが、忙しいチャンネル数に加えてそのセルでの
使用が否定された要求チャンネル数あるいは、様々な他
のシステム性能計測に依存している。セルがチャンネル
を予約する場合、このチャンネルかどこかほかを使用す
る以前混信と他のシステムとの制約に従ってチェックし
ているときは、そのセルはそのチャンネルの現在の利用
者として扱われる必要がある。借りたチャンネルは、そ
のセルに配分されたチャンネルの１つが（通話の終了か
ハンドオフによって）使用可能になるやいなや使ってい
たセルから開放される。もしチャンネルの再編成がこの
時点で要求されていないならば、借りたチャンネルはそ
れが使われていた通話の終了かハンドオフで開放され
る。
【００１６】上記の一般的な割り当て問題の単純な例を
代数学的に表現するには、次の表記法が使用される。 ｊ＝１、…、Ｊ 異なる論理セルの指標 （論理セルとは論理フェースが使用するセルの守備領域
の部分である。） ｉ＝１、…、Ｊ ｊと同様（組み合わせ（ｉ，ｊ）は一
対の論理セルを示す） ｙj 論理セルｊでブロック化要求に適合す
るため必要とされるチャンネル数 Ｎ 使用可能なチャンネル数 Ｉij 論理フェースｉの論理セルｊへの混信
寄与率 Ｓj 論理フェースｊの信号強度 Ｔ 信号・妨害比の閾レベル とする。問題の未知の数量は、 ｇ 利用率（ボトルネックの容量比） Ｋ チャンネルセット数 Ｎk チャンネルセットｋの規模 ｘkj １ 論理セルｊがチャンネルセットｋ
で守られている場合 ０ それ以外
【００１７】チャンネル割り当ては次のような数学的プ
ログラムの問題として表現できる。すなわち
【数１】
【数２】
【数３】 Ｎk ≧０、整数 を条件として、ｇを最大化せよ。ここでＭは大きな正数
である。
【００１８】（１）における制約は論理セルにそのセル
の要件に比例してチャンネルを配分している。制約
（２）によって、割り当てられた全チャンネル数は使用
可能なチャンネル数に限定されている。制約（３）は、
妨害に対す信号強度比が、１−αの信頼水準を持って所
望の閾値以上にあることを保証している。制約（３）は
隣接チャンネル妨害を含むように記述されている。この
制約は異なった信頼水準１−αと対応の閾値Ｔの間で繰
り返される。チャンネル割り当て問題の上記公式化によ
り、利用者の特別な必要性を反映する付加的制約の便宜
が図れる。そのような制約の実例について以下基本公式
の解法手順の検討の中で議論する。
【００１９】上記問題は大規模非線形混合整数確率論的
数学的プログラムである。たとえばもしセルラ格子が２
１０の論理セル（１セルサイト当たり３論理フェースの
ある７０セルサイト）を持ち２００のチャンネルセット
が想定されたら、４２、２１１の制約と４２、２００の
整数変数（スラック変数を除外）があり、そのうち４
２、０００がバイナリである。
【００２０】この問題は一般化された線形計画法を使用
した２つのコンピュータ処理として扱いやすい部分に分
解できる。問題の原型は、最適解に到達するまで２つの
問題のそれぞれの解を交換しながら反復のシーケンスで
代わる代わる解が実行されるより小さい２つの問題に分
解される。確立した習慣に従うと、この２つの問題はマ
スタプログラムとサブプログラムと呼ばれる。マスタプ
ログラムは殆ど、サブプログラムの制約を作成する
（３）における確率論的制約から成る。
【００２１】マスタプログラムとサブプログラムの代数
式は次のように表記される。次の表記が、図４に関して
後に議論するブロック４２０のマスタプログラムを定義
している。
【数４】
【数５】 Ｎk ≧０、整数 を条件として、ｇを最大化せよ。ここでｘkjは妨害条件
を満たす定数である。これらの値は以下に記述するサブ
プログラムにより供給される。
【００２２】サブプログラムには、妨害に対する信号強
度比が所望の閾値以上であることを保証する制約が含ま
れる。その目的の係数はマスタプログラムの制約（４）
に対応するシンプレックス乗数である。サブプログラム
は次のような式を持っている。
【数６】 を条件として、
【数７】 を最大化せよ。ここでλj は、（４）でのｊ番制約に対
応するシンプレックス乗数である。
【００２３】マスタプログラムに含まれるチャンネルセ
ットの回収はサブプログラムの全ての解から成る。サブ
プログラムのｋ番解はバイナリ変数ｘkjの値を提供して
いる。あるチャンネルセットはそれを使う共同利用者の
複数セルの見地から定義される。チャンネルセットの回
収はサブプログラムの新しい解が出るごとに進展し、そ
してこの進展によりマスタプログラムの解の実行が助け
られる。チャンネルセット回収の進展は最適解に到達し
たとき停止する。
【００２４】マスタプログラムとサブプログラムから成
る割り当て処理の全体構造を図４で示している。処理の
流れを図４で示すように、解の手順は４つの主な機能を
含む。これらは、チャンネル割り当ての初期化（ブロッ
ク４１０）、マスタプログラム解（ブロック４２０）、
チャンネルセットの増加、及びサブプログラム解（緊密
に関連するブロック４３０と４４０）である。チャンネ
ル割り当ての初期化であるブロック４１０の最初の機能
において、可能なチャンネル割り当てが、我々が最適化
作業に取りかかる前に得ることができる。もしこのモデ
ルが存在する格子に適用されるなら、現在のチャンネル
割り当ては、全てのシステム制約を満たす初期チャンネ
ル割り当てとして提供することができる。もしそれが制
約のどれかを乱すならば、以下に記述するように全ての
制約に適合するように、初期のチャンネル割り当てアル
ゴリズムによって修正される。
【００２５】一旦初期の可能なチャンネル割り当てが得
られたら、残りの３つの機能が繰り返しシーケンスで実
行される。先ずｇ、Ｎk 、τ、及びλj のシステム値を
供給するブロック４２０のマスタプログラムの解が出
る。τは制約（５）に対応するシンプレックス乗数であ
り、λj は（４）におけるｊ番制約に対応するシンプレ
ックス乗数である。この情報は、新しいチャンネルセッ
トを生成するために何度もブロック４４０のサブプログ
ラム解アルゴリズムを呼び出す、ブロック４３０のチャ
ンネルセット増加アルゴリズムによって利用される。
【００２６】チャンネルグループ増加アルゴリズムは問
題の解を高める任意の発見的な処理である。これがＮk
とλj の値を改訂し、次のサブプログラム解で使用され
る。サブプログラム解はνとｘkjの値を供給する。
【００２７】一旦いくつかのチャンネルセットが生成さ
れると、最適なものが判断ブロック４５０で前もって決
められたようにチェックされる。解が判断ブロック４５
０で決定されたように最適であるなら、アルゴリズムは
停止し割り当てがブロック４６０で供給される。最適で
ないなら、ブロック４２０の限定されたマスタプログラ
ムの解をもって再度サイクルを繰り返す。
【００２８】次の条件が最適なものを表示する。Ｋ−１
が現在のサイクル、ｘkjが新サブプログラムの最適解と
する。τを緩和されマスタプログラムの制約（５）に対
応するシンプレックス乗数とする。もし、
【数８】 であるなら、現在の解が緩和されマスタプログラムの最
適解である。
【００２９】ここに記した解の手続きは、異なったチャ
ンネルセット数が有限であるように有限であり、そして
サブセットプログラムの各解により新チャンネルセット
がマスタプログラムに寄せられることになる。サイクル
毎にマスタプログラムに入力されるチャンネルセットが
新しいということは、続けて実行する観測に基づいてい
る。サイクルＫ−１での緩和されマスタプログラムのシ
ンプレックス乗数は条件（５）を満たしている。
【数９】
【００３０】新サブプログラムの解ｘkjがマスタプログ
ラムに加えられたら、処理の停止につながるような
（７）の条件に適合し得ない。（７）の要件を破るとい
うことは、それは、条件（８）により以前出会ったＫ−
１解のどれとも同一であるということはない。このこと
により、ｘkjは新チャンネルセットを表している。格子
のセル数が有限であることを前提とすると、異なったチ
ャンネルセットを表す全く別個のセルグループ数も有限
である。こうしたことから解の手続きは有限である。
【００３１】解の手続きは実行可能チャンネル割り当
て、すなわち全てのセルをカバーし、チャンネル使用可
能性の制約及び共通チャンネル妨害の制約に適合するチ
ャンネル割り当てから開始する必要がある。存在するセ
ルラ格子に関して適切なチャンネル割り当ては、実行可
能であることを提供する初期チャンネル割り当てとして
出されるだろう。存在するチャンネル割り当てが実行不
可能（実行不可能であることは、典型的に妨害制約の違
反が原因となって起こる。）であるなら、あるいはチャ
ンネル割り当てが無いとしたら、実行可能な初期チャン
ネル割り当てを生成する必要がある。
【００３２】初期チャンネル割り当ての導入法はチャン
ネル増加アルゴリズムの変形に基づいている。もっとも
一般的な場合図５に示すように、存在するチャンネル割
り当ては妨害制約に違反する。この場合チャンネル割り
当ての初期化は２つのフェーズから成る。フェーズＩ
で、我々は存在しているチャンネル割り当て中のチャン
ネルセットをＮk とλj の値を変更することにより一度
に別のものへ（ブロック５０７）改訂する。もしチャン
ネルセットが妨害制約（判断ブロック５０２）に違反す
るなら、セルは妨害制約を満足させるまで移動（ブロッ
ク５０４）させられる。もし妨害制約が存在するチャン
ネルセットに適合していたら、アルゴリズムにより、そ
の妨害制約を満足する可能なだけの多くの追加セルが割
り当てられるだろう。その結果のチャンネルセットがセ
ル全てをカバーできないとしたら、第２フェーズが実行
される。フェーズIIでは、全てのセルがカバーされる
（ブロック５０６）まで、追加チャンネルセットが生成
される。
【００３３】両フェーズともチャンネルセット増加アル
ゴリズムを採用している。λj として使われる初期値が
異なるだけである。フェーズＩでは、λj は存在してい
るチャンネルセットでカバーされるセルｊに関して１で
あり、そして残りのセルに関してゼロである。フェーズ
IIでは、λj は以下で明らかにする式（１０）によって
処理される。
【００３４】マスタプログラムは、０からＮ（使用可能
周波数の数、通常３００と４００間の数）までの値が想
定されている整数変数Ｎk を伴っている線形計画であ
る。整数解を得るために様々な技術が使用される。整数
変数の量を与えると、図６におけるブロック６０１によ
り整数要件なしで緩和された線形計画法を解くことによ
って、この混合整数リニアプログラムの近似最適解を得
ることができる。チャンネル割り当てという目的のため
に整数解が供給される。
【００３５】図６で示しているマスタプログラムの整数
解をもたらすアルゴリズムは、最適チャンネル割り当て
はＮ個の使用可能チャンネル全てを使うだろうという事
実を利用する。緩和問題（整数要件なしの線形計画）の
最適解を与えると、アルゴリズムはチャンネルセットサ
イズを緩和された解にもっとも近い整数と等しくする
（ブロック６０１）ことによって開始する。整数セット
サイズがＮまで増加したら停止する（ブロック６０５、
６０７、６０９）。そうでなければ、チャンネルセット
サイズを最適な非整数値からの正（負）の最大偏差まで
１ずつ増加（減少）させる（ブロック６１１、６１
５）。図６にアルゴリズムのステップを示し、以下に詳
細を記した。
【００３６】項Ｎk は最適解のチャンネルセットサイズ
を示し、最も近似した整数をＮk で示す。マスタプログ
ラムの整数解を得る手順のアウトラインは次のようにな
っており、図５に表している。
【外１】
【００３７】緩和された線形計画の非マイナス解が与え
られたら、結果の整数解も非マイナスであることを証明
することはたやすい。ひとたび整数制約で引き起こされ
た複雑さが取り除かれると、マスタプログラムの解は分
かりやすくなる。標準的な線形計画法ソフトウェアが使
用できる。線形計画法標準により、緩和されたマスタプ
ログラミングは、１プラス格子上の論理セル数に等しい
多数の制約及び１プラスチャンネルグループ数に等しい
変数を持つ比較的小さな線形計画である。大きな格子は
５００論理セル以上は持っていないと予期される。７５
０チャンネルセット以上だとすると最適解を生み出すた
めに必要とされる数を十二分に越えているだろう。
【００３８】マスタプログラムが繰り返される回数は、
発見的チャンネル増加のあるチャンネルセットリストを
生成することにより減らせる出あろう。数学的なプログ
ラミング分解におけるコンピュータ的な努力に寄せるフ
ァクターの一つはマスタプログラムの解の繰り返しであ
る。最適チャンネル割り当てが最新のマスタプログラム
解から引き出され、しかも全て以前のマスタプログラム
が望ましい候補チャンネルセットのリスト生成のみに使
用されるのであるから、繰り返しの各サイクルで多数の
候補生成を行うことが、最適解を生み出す間マスタプロ
グラム解の数を減少させることにつながるであろう。そ
れゆえマスタプログラムのどの二つの連続解をとってみ
てもその間で採られた方法はいくつかの新チャンネルセ
ットを生成している。生成される数は利用者によって仕
分けされる。
【００３９】新チャンネルセットを生成する際に使われ
る判断基準は、セットがマスタプログラムの客観的価値
を高める潜在能力を持ってるに違いないということであ
る。Ｋ番目のマスタプログラム解で生成された最初のチ
ャンネルセットは、条件（７）による負の減少コストを
持っているためこの潜在能力を持っている。負の減少コ
ストを持った追加チャンネルセットを発見的に獲得する
ために、シンプレックス乗数λj が必要とされる。典型
的にλj はマスタプログラムの解により得られる。我々
の目的はマスタプログラムの連続解から一つ以上のチャ
ンネルセットを生成することであるため、サブプログラ
ムそれぞれの解以前にマスタプログラムを再実行するこ
となしに、λj 値を改訂する必要がある。
【００４０】λj 値の改訂はマスタプログラムが実行さ
れたとしても保持されるという特性に基づいている。こ
れらは次の式（９）で定義される相補的スラックネス条
件から導き出される。
【数１０】 上記条件の結果は、非マイナスであることを要すシンプ
レックス乗数λj は、式（１）の対応する主要な制約の
拘束力があるならば、もしくは等価的にセルｊの容量比
が格子利用率に等しいときはいつでも、正であろうとい
うことである。我々はそのようなセルをバインディング
セルとして引き合いに出す。
【００４１】式（９）の条件は次のようなバインディン
グセルのλj の値を書き換えるのに使用される。最後の
サブプログラム解から導き出された新チャンネルセット
Ｋは次の繰り返しで使用可能なチャンネルの一部分を受
け取るだろう。このことは、もしセットＫがセルｊをカ
バーするなら、セルｊは典型的に次の繰り返しの際拘束
力が無くなるだろうということである。式（９）により
対応するシンプレックス乗数λj はゼロになる。このこ
とから次の改訂規則が使用される。
【数１１】
【００４２】この改訂によって、プラスのλｊ値のため
最後のチャンネルセットにカバーされなかったバインデ
ィングセルに好都合なサブプログラムの続く解からチャ
ンネルセットが生成される。上記改定規則はバインディ
ングセルの拘束力が無くなるときバインディングセルを
処理する。規則はマスタプログラム解で拘束力のないセ
ルだけでなく、新チャンネルセットが追加され拘束力が
できたセルに対しても必要とされる。そのようなセルは
その後続くチャンネルセットによりカバーされるべきで
ある。しかしながら式（９）でゼロに割り当てられてλ
j をもってしても、λj が書き換えられなければチャン
スは持っていない。代わりの方法は、セルの拘束力のあ
る地位を、新チャンネルセットサイズＮk の引き渡しに
よってサブプログラムに伝達することである。サブプロ
グラムは新チャンネルセットを引き出す際、シンプレッ
クス乗数λj の値と一緒に拘束力のあるセルの地位を検
討する。
【００４３】Ｎk 改訂のいくつかの方法がある。このア
ルゴリズムのを実現において、我々は、新チャンネルセ
ットＫが使用可能なチャンネルのＫ番の一つを受け取る
だろうこと、他方で存在するＫ−１のチャンネルセット
のサイズが調整されるということを仮定している。すな
わち
【数１２】 存在するチャンネルセットがサイズＮ'kを持っていたと
すると、新しいサイズは
【数１３】 であろう。
【００４４】Ｆ個の新チャンネルセットを生成するアル
ゴリズムを図７の流れ図で示している。 ステップ１ セットλj とＮk をマスタプログラムを
解いて得られた値に等しくする（ブロック７０１） ステップ２ ステップ３を６を通してＦ回繰り返す
（ブロック７０２、７１３） ステップ３ サブプログラムを解いてｘkjを得る（ブ
ロック７０４） ステップ４ 式（１０）でλj を改訂する（ブロック
７０５） ステップ５ 式（１１）でＮk を処理し（ブロック７
０９）、次にＮk をｋ＝１、…、Ｋ−１に関して式（１
２）で改訂する。（ブロック７１１） ステップ６ Ｋを増加（ブロック７１１）
【００４５】包括的な最適解の解法を追求する難しさが
あるために、我々はサブプログラムの解を求める能率的
な発見的なアルゴリズムを考案した。式（６）の妨害制
約に違反することなくサブプログラムの目標値を最大化
するようなものを格子のセルの中から選択することによ
って解が構成される。そのようなセットは、λj の最大
値を持つセルに優先権を与え、一度に一つのセルを追加
することにより、構成される。もしそれがすでにセット
の中にあるセルで妨害しないのであれば、セルをそのセ
ットに負荷できる。等いλj 値を持つセルに関しては、
一つのセルを算入するとその生成する妨害を通じてほか
と違ったセルを先取り獲得するために、セルが検討され
る順番が重要となる。優先権は先取獲得の潜在力の低い
セルに与えられる。先取獲得の潜在力は、新しいセルが
セットに追加されると各ステップで変化する。それゆえ
解の中でセルを算入するのに使われる判断基準の関数は
それぞれのセルの追加後書き換えられる。
【００４６】
【外２】
【００４７】λj の値を持ったセルの中で、ＵからＣへ
移動させられるべきセルは、Ｕの他の要素をＣに入らな
いよう妨げるためその潜在力に基づいて選ばれる。この
潜在力を量るいくつかの方法がある。この文書で記述し
ている実施例において、我々は先取獲得の潜在力関数ｐ
j を式（６）の妨害制約における「スラック」ａj の逆
数として定義する。それはセルｊの中で被る妨害への付
加的な寄与率として計測される。
【数１４】
【００４８】サブプログラムの解はゼロのλj を持つセ
ルを含むように展開される。このことは更に多くのチャ
ンネルセットが生成されるにつれて拘束力が付くように
なる、拘束力の無いセルを取り扱うために必要なのであ
る。いくつかの実例において、サブプログラムの解の最
大セル数を包含することが、余裕のある柔軟性を計画し
ている増加システムにとっては望ましいかもしれない。
このようにして、セルは次の判断関数ｆj の減少する価
値に応じて選択してください。
【数１５】 ここでＫは生成された最後のチャンネルセット、εは非
常に小さな整数。εに十分小さな値を仮定すると、正の
λj 値を持つセルが優先権を得るだろう。残ったセル
は、正のλj を持つセル全てが検討されたときのみ検討
されるだろう。正でλj 値に等しいセルの中では、集合
Ｃに含まれるべきセルの選択は先取獲得の制潜在力ｐj
に基づいている。なぜかというと、条件（９）に従っ
て、式（１４）第２項の容量比がそのようなセル全てに
対して同一−−それが格子利用率と等しいからである。
【００４９】サブプログラムの解のアルゴリズムを流れ
処理の形で図８に示す。
【外３】
【００５０】これまでに議論したサブプログラム解にお
ける先取獲得の潜在力ｐj の計算は、混信制約のスラッ
クａj を含んでいる。それはセルｊの中で被る妨害への
付加的な寄与率として計測される。スラックはＣの構
成、チャンネルセットでカバーされたセルの回収に伴っ
て変化するだろう。
【００５１】スラックａj を計算するには、我々は式
（６）の確率ステートメントをＵの各セルに対す等価的
決定論的制約、未決定セルの回収へ変換する。式（６）
の制約は次のように書ける。
【数１６】 このように等価的決定論的不等式として記述するには、
我々は信号妨害比の確率分布を知る必要がある。デシベ
ルで表されたこの比の値をＹとする。すなわち
【数１７】 他の扱いに従うには我々はＹを正規分布であると仮定す
る。μY とσ2 YをそれぞれＹの平均値と分散とし、Ｒを
デシベルで表された信号妨害比の閾値とする。式（１
５）は次のように書ける。
【数１８】 ここでｚは正規確率変数である。等価的決定論的制約は
次のようになる。
【数１９】 ここでｚαは正規ランダム変数のα分位である。ａj は
上記不等式のスラック変数である。したがって
【数２０】
【００５２】μY とσY の値は集合Ｃの構成に依存して
いる。これらは、全てのアンテナ面の信号がデシベルで
表された時独立した正規分散確率変数であること、及び
セルｊ内で起こる累積妨害もデシベルで表された（９）
時正規分散であることを仮定して計算処理される。
【数２１】 とします。ここで、
【数２２】
【数２３】 もしセルｊ内の累積妨害Ｌの平均値μL がデシベルでＬ
の分散σL 2と表され、セルｊ内のパワー信号Ｐの平均値
μP がデシベルでＰの分散σP 2と表されると、Ｙの平均
値と分散は次のようになる。
【数２４】
【数２５】 μP 、σP 2および cov（Ｐ、Ｌ）は解析モデルから計算
されるかまたは経験データに基づいて概算され、システ
ム運用を通じて蓄積される。集合Ｃの構成で変化するμ
L とσL 2は、サブプログラムの解法アルゴリズムの各ス
テップで検出力合計の手順により計算処理される。検出
力合計処理の中で使用される統計的パラメータは解析モ
デルから計算されるか、またはシステム運用を通じて蓄
積される経験データに基づいて概算される。
【００５３】或るセルの未使用チャンネルが追加容量を
必要としているセルによって借用される過程を図９の流
れ図で例示する。プロセスはターミナル９０１で始ま
り、ブロック９０３で命令によりトラヒック分散の周期
的測定が行われる。ブロック９０５の命令により上述し
たチャンネル割り当ての計算処理あるいはチャンネル割
り当ての何かほかの計算方法を複製する。ブロック９０
７で示されるようにセルの１つでチャンネル要求が発生
することによってセルは十分寄付したことが分かるだろ
う。判断ブロック９０９は、すでにそのセルに割り当て
られたチャンネルの中に使用可能なチャンネルがあるか
どうかを決定する。もし存在すれば、それは、妨害やシ
ステム制約を満足させるチャンネル要求に割り当てられ
る。そうすると流れは、要求を空きチャンネルに割り当
てる命令のブロック９１１に続き、そして割り当て過程
はターミナル９１９で終了する。
【００５４】もしそのセルに割り当てられたチャンネル
全てがセル内で使われているか、あるいは他のセルに貸
し出されているかの場合、流れはブロック９１３へ続
く。このブロックにおいて、全ての妨害、システム及び
そのチャンネル要求に割り当てるとしたら必要な予約条
件に適合するであろう、そのセルに割り当てられていな
い空きチャンネルがあるかどうかを判断する。もし空き
チャンネルが存在したら流れはブロック９１５へ続き、
その命令により要求を空きチャンネルに割り当て、そし
て割り当て過程はターミナル９１９で終了する。
【００５５】或るチャンネルが使用可能になったとき、
図１０に図示する過程が借りたチャンネルの処置を制御
する。処理は開始ターミナル９５１及び要求の停止ある
いはハンドオフを認識するブロック９５３で開始する。
判断ブロック９５５の命令により、開放されたチャンネ
ルが借りたチャンネルであるかどうかを調べる。もしそ
うなら、流れは終了ターミナル９６１で停止する。もし
そうでないなら、判断ブロック９５７によって、そのセ
ルの中に借りたチャンネルを使用する別の要求があるか
どうかについてを調べる。流れはそのような要求の休止
で終了する。借りたチャンネルが使われ続けていたら、
そのチャンネルへの要求は、ブロック９５９で示すよう
に開放チャンネルに乗り換える。流れは終了ターミナル
９６１で停止する。
【００５６】チャンネル使用でチェックした妨害制約と
予約判断は、式（６）の妨害制約及びその等価的制約
（１５）と（１８）に類似しているが、次のような違い
を持っている。集合Ｃは、応答性がチェックされた際、
実際にチャンネルを使用しているセルから成っている集
合Ｃ’によって置き換えられる。信頼レベル１−αは代
表的にはより高いレベルであろう１−α’で置き換えら
れる。たとえばαが０．５０であるなら一方α’は０．
１０であろう。最終的に確率分散は、妨害信号と使用信
号の値が有効であるならば、それらの観測信号強度次第
である。すなわち、もし観測されたセルｊ内のチャンネ
ル要求の信号強度がＳj'であるなら、そして妨害信号強
度がｉεＣ’に対してＩij' であるなら、そのとき次の
妨害制約はセルｊ内のチャンネルを使用する前にチェッ
クされる。
【数２６】 さもなければ、同様の（限界）確率変数が制約（６）、
（１５）及び（１８）で使用されるであろうが、α’と
Ｃ’を持っている。Ｃ’は、自身の使用のために当のチ
ャンネルを予約してきたどんなセルをも含んでいるだろ
う。
【００５７】チャンネル割り当ては、観測され提供され
た負荷がいくつかのセルで著しく高くなる時に、現在の
チャンネル割り当てがそれによって計算された目標値を
超過するブロック化レートを引き出すように再計算の処
理が行われる。ブロック化された有意の要求（またはチ
ャンネル要求）の数の記録が一定時間間隔で保持され、
このようにしてセルに供給された負荷の概算を得るため
に使われる。もし観測され提供された負荷が現在のチャ
ンネル割り当て計算に使われた負荷の統計的有意な範囲
外にあったとしたら、新しいチャンネル割り当てが計算
されチャンネル割り当ての最適化がもたらされる。そう
でなければ現在の割り当てが維持される。
【００５８】チャンネル予約はシステムの最適チャンネ
ル割り当てへの接近を援助する。実時間で予約チャンネ
ル数を決定するという単純な例は、予想の負荷と実際の
負荷との偏倚をこの数に反映させるであろう。もし予想
され供給された負荷に最新チャンネル割り当て計算から
の変化が存在しなければ、或るセルが所有する予約チャ
ンネル数プラス使用中チャンネル数はそのセルに割り当
てられたチャンネル数以下であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線セルラ電話システムの規則的なセル領域配
置図である。
【図２】無線セルラ電話システムのブロック図である。
【図３】無線セルラ電話システムの色々なセルに無線チ
ャンネルを割り当てるデータ処理システムのブロック図
である。
【図４】無線セルラ電話システムの色々なセルへのチャ
ンネル割り当て方法の流れ図である。
【図５】初期の実行可能なチャンネル割り当ての作成方
法の流れ図である。
【図６】マスタープログラムの整数解の解法の流れ図で
ある。
【図７】チャンネルセット増加法の流れ図である。
【図８】サブプログラム解法の流れ図である。
【図９】トラヒック需要のランダム変化に適応するため
ほかのセルのチャンネルからチャンネルを借りる処理を
含む流れ図である。
【図１０】トラヒック需要のランダム変化に適応するた
めほかのセルのチャンネルからチャンネルを借りる処理
を含む流れ図である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実質的に隣接する複数セルに区分けされ
    たサービス区域を持つ無線通信システムにおいて、 使用可能なセル及び無線チャンネルを決定する段階：使
    用信号及び妨害の統計を決定する段階：該セルに対する
    妨害及びシステム制約：該セルに対して存在しているト
    ラヒックパターンを決定する段階：該セル、該チャンネ
    ル、使用信号及び妨害の統計、妨害及びシステム制約、
    存在しているトラヒックパターン、及びブロック化要求
    を該セルに関し計算処理装置へ入力する段階、及び：該
    計算処理装置で使用可能無線チャンネルをバラバラのセ
    ットへ区分け、そして当該チャンネルセットを該セルへ
    割り当てるためにプログラムを実行する段階：の各段階
    から構成されるところの、該無線通信システムにおける
    該セルへ無線チャンネルを割り当てる方法において、該
    方法が：新しいチャンネル要求の到着に際して、或るセ
    ルが該セルに割り当てられた該チャンネルを使い尽くし
    てしまっているかどうかを判断すること：該セルに割り
    当てられたチャンネルの中に、該チャンネルの現在の利
    用者の集合があり該新しいチャンネル要求に割り当てる
    としたら、妨害とシステム制約に適合している筈の空き
    チャンネルが存在するかどうかを判断すること：該セル
    に割り当てられたのではないチャンネルの中に、該チャ
    ンネルの現在の利用者の集合があり該新しいチャンネル
    要求に割り当てるとしたら、妨害とシステム制約に適合
    している空きチャンネルが存在するかどうかを判断する
    こと：該要求を妨害とシステム制約に適合するこの空き
    チャンネルに割り当てること、及び：該空きチャンネル
    にセル無線を同調させることを特徴とする、該無線通信
    システムにおける該セルへ無線チャンネルを割り当てる
    方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の実質的に隣接する複数
    セルに区分けされたサービス区域を持つ無線通信システ
    ムにおける該セルへ無線チャンネルを割り当てる方法に
    おいて、該チャンネル割り当て手順中に該妨害と他のシ
    ステム制約の下で、及び新しいチャンネル要求の到着に
    際して応答性を決定するときに、より高度の信頼レベル
    （あるいは該対応する決定論的等価制約内の異なったパ
    ラメータ）を採用する事を追加段階に含む構成を特徴と
    する該無線通信システムにおける該セルへ無線チャンネ
    ルを割り当てる方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の実質的に隣接する複数
    セルに区分けされたサービス区域を持つ無線通信システ
    ムにおける該セルへ無線チャンネルを割り当てる方法に
    おいて、或るセル自身の使用予約のために割り当てられ
    たチャンネルの部分を決定すること：或るセル自身の使
    用予約のために割り当てられたチャンネルの該部分を計
    算処理装置に入力すること、及び：チャンネル要求がき
    た時点で、チャンネルが割り当てられている該セルが、
    セル自身の使用のため予約した割り当てチャンネルの中
    に使用可能な部分を持っているかどうかについて、他の
    セルが借用にきた該チャンネルを許可する前に判断する
    事を追加段階に含む構成を特徴とする該無線通信システ
    ムにおける該セルへ無線チャンネルを割り当てる方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の実質的に隣接する複数
    セルに区分けされたサービス区域を持つ無線通信システ
    ムにおける該セルへ無線チャンネルを割り当てる方法に
    おいて、セル自身の使用のため予約した割り当てチャン
    ネルの中の該部分をシステム性能の機能として実時間で
    決定する事、及び：チャンネル要求がきた時点で、チャ
    ンネルが割り当てられている該セルが、セル自身の使用
    のため予約した割り当てチャンネルの中に使用可能な部
    分を持っているかどうかについて、他のセルが借用にき
    た該チャンネルを許可する前に判断する事を追加段階に
    含む構成を特徴とする該無線通信システムにおける該セ
    ルへ無線チャンネルを割り当てる方法。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の実質的に隣接する複数
    セルに区分けされたサービス区域を持つ無線通信システ
    ムにおける該セルへ無線チャンネルを割り当てる方法に
    おいて、要求の停止で開放されたチャンネルが借用チャ
    ンネルと別物であるかどうか判断する事、及び：借用チ
    ャンネルについて生きている要求を未使用の解放チャン
    ネルへ振り向ける事を追加段階に含む構成を特徴とする
    該無線通信システムにおける該セルへ無線チャンネルを
    割り当てる方法。
  6. 【請求項６】 実質的に隣接する複数セルに区分けされ
    たサービス区域を持つ無線通信システムにおいて、 使用可能なセル及び無線チャンネルを決定する段階：使
    用信号及び妨害の統計を決定する段階：該セルに対する
    妨害及びシステム制約：該セルに対して存在しているト
    ラヒックパターンを決定する段階：該セル、該チャンネ
    ル、使用信号及び妨害の統計、妨害及びシステム制約、
    存在しているトラヒックパターン、及びブロック化要求
    を該セルに関し計算処理装置へ入力する段階、及び：該
    計算処理装置で使用可能無線チャンネルをバラバラのセ
    ットへ区分け、そして当該チャンネルセットを該セルへ
    割り当てるためにプログラムを実行する段階：の各段階
    から構成されるところの、該無線通信システムにおける
    該セルへ無線チャンネルを割り当てる方法において、該
    方法が：該セルへ供給された該負荷を実時間計測で概算
    する事、統計的な有意差が観測されたらチャンネル割り
    当てを再計算する事、及び該新チャンネルへ無線同調す
    る事を特徴とする、該無線通信システムにおける該セル
    へ無線チャンネルを割り当てる方法。
  7. 【請求項７】 実質的に隣接する複数セルに区分けされ
    たサービス区域を持つ無線通信システムにおいて、 使用可能なセル及び無線チャンネルを決定する段階：使
    用信号及び妨害の統計を決定する段階：該セルに対する
    妨害及びシステム制約：該セルに対して存在しているト
    ラヒックパターンを決定する段階：該セル、該チャンネ
    ル、使用信号及び妨害の統計、妨害及びシステム制約、
    存在しているトラヒックパターン、及びブロック化要求
    を該セルに関し計算処理装置へ入力する段階、及び：該
    計算処理装置で使用可能無線チャンネルをバラバラのセ
    ットへ区分け、そして当該チャンネルセットを該セルへ
    割り当てるためにプログラムを実行する段階：の各段階
    から構成されるところの、該無線通信システムにおける
    該セルへ無線チャンネルを割り当てる方法において、該
    方法が：システム運用を通して行われる計測を通じて使
    用信号と妨害統計の概算を改善する事を特徴とする、該
    無線通信システムにおける該セルへ無線チャンネルを割
    り当てる方法。
JP8050692A 1995-03-09 1996-03-08 無線通信ネットワークにおける適応型動的チャンネル割り当て装置及び方法 Pending JPH08340571A (ja)

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