JPWO2014007001A1 - 通信制御装置、通信制御方法、プログラム及び通信制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】シグナリングオーバヘッドを過剰に増加させることなく、既存の手法よりもセカンダリシステムの通信容量を高めること。【解決手段】与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定する電力制御部、を備える通信制御装置、が提供される。前記通信制御装置と、前記通信制御装置により決定される送信電力で無線信号を送信する無線通信装置と、を含む通信制御システムもまた提供される。【選択図】図５

Description

本開示は、通信制御装置、通信制御方法、プログラム及び通信制御システムに関する。

米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）により指摘されているように、無線通信のための周波数リソースの枯渇の主な原因は、非効率的な周波数割当てポリシーである（下記非特許文献１参照）。周波数リソースの大部分は、排他的なライセンスと共に特定の事業者に割当てられており、相互干渉を防止するために、それら周波数リソース上の送信電力に厳しい制限が課せられている。そのような状況下で、動作パラメータを適応的に変化させることのできる無線通信デバイスであるコグニティブ無線（cognitive radio）が開発されている。コグニティブ無線の登場に伴い、ライセンスを有しない（unlicensed）ユーザにも、有害な干渉を生じさせない範囲で周波数リソースを開放するように、各国で新たなポリシーの策定が進められている。

ある周波数チャネルについてライセンスを有する事業者のシステムを、プライマリシステム（ＰＳ）という。一方、プライマリシステムのために保護される周波数チャネルを二次的に利用するシステムを、セカンダリシステム（ＳＳ）という。周波数チャネルの二次利用のアプローチは、大きく２つにグルーピングされる。第１のアプローチは、プライマリシステムの周波数リソースを監視してＰＳユーザの不在を検出し、検出したいわゆるスペクトラムホールをＳＳユーザが利用するという、日和見的（opportunistic）なスペクトラムアクセスである（下記非特許文献２参照）。第２のアプローチは、ＰＳユーザとＳＳユーザとの共存を認め、許容されるレベルを超える干渉をＳＳユーザがＰＳユーザに与えないようにセカンダリシステムの送信電力などのパラメータを制御するという、スペクトラムシェアリングである（下記非特許文献３参照）。周波数リソースの効率的な利用の観点では、いずれのアプローチも重要である。

Federal Communications Commission, "Spectrum policy task force" ET Docket No.02-135, Nov.2002, Technical Report J. Mitola and G. Q. Maguire, "Cognitive radio: Making software radios more personal" IEEE Personal Communications， vol.6, no.4, pp.13-18, August 1999 S. Haykin, "Cognitive radio: Brain-empowered wireless communications" IEEE Journal on Selected Areas in Communication, vol.23, no.2, pp.201-220, February 2005

上述した第２のアプローチ、即ちスペクトラムシェアリングにおいては、多くの場合、ＳＳユーザからＰＳユーザへのパスロスをＳＳユーザの送信電力から減じることにより、ＰＳユーザが受ける干渉が推定される。パスロスは、ユーザ間の距離のみならず、フェージングにも左右され、時間的に変動する。そこで、既存の手法では、所定の期間内で推定されるパスロスの平均値又は最小値に基づいて干渉が推定され、ＳＳユーザの送信電力が決定される。しかし、そうした既存の手法では、短い時間の間パスロスが大きくなったとしても、そのパスロスの増大によって生じる電力上昇の余地を、ＳＳユーザが効率的に使用することができない。そのため、セカンダリシステムの通信容量は、最適化されない。一方で、変動するパスロスを良好な精度で推定するためには、送信側と受信側との間の緊密なシグナリングが必要である。そのため、短いサイクルでパスロスに基づいて干渉を推定しようとすると、シグナリングオーバヘッドが増加してしまう。

従って、シグナリングオーバヘッドを過剰に増加させることなく、既存の手法よりもセカンダリシステムが周波数リソースを効率的に使用することのできる仕組みが実現されることが望ましい。

本開示によれば、与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定する電力制御部、を備える通信制御装置が提供される。

また、本開示によれば、与干渉装置の送信電力を制御するための、通信制御装置により実行される通信制御方法であって、前記与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定すること、を含む通信制御方法が提供される。

また、本開示によれば、通信制御装置を制御するコンピュータを、与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定する電力制御部、として機能させるためのプログラムが提供される。

また、本開示によれば、第１の無線通信システムのセル内に位置する第２の無線通信システムの無線通信装置と、前記無線通信装置の相対的な位置の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記第１の無線通信システムに有害な干渉を与えないように、前記無線通信装置から送信される無線信号の送信電力を決定する通信制御装置と、を含む通信制御システムが提供される。

本開示に係る技術によれば、シグナリングオーバヘッドを過剰に増加させることなく、既存の手法よりもセカンダリシステムの通信容量を高めることができる。

スペクトラムシェアリングの概要について説明するための説明図である。 セカンダリシステムの送信電力を制御するための既存の手法の一例について説明するための説明図である。 新たな干渉モデルについて概念的に説明するための説明図である。 一実施形態に係る通信制御システムの構成の一例を示す説明図である。 通信制御装置の構成の一例を示す説明図である。 通信制御処理の全体的な流れの一例を示すフローチャートである。 電力計算式を構築するための処理の詳細な流れの一例を示すフローチャートである。 電力計算式を構築するための処理の詳細な流れの他の例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、以下の順序で説明を行う。
１．概要
１−１．スペクトラムシェアリング
１−２．課題の説明
１−３．新たな干渉モデル
２．通信制御システムの構成例
２−１．システムの概略
２−２．通信制御装置の構成例
２−３．処理の流れ
３．まとめ

＜１．概要＞
［１−１．スペクトラムシェアリング］
図１は、本開示に係る技術に関連するスペクトラムシェアリングの概要について説明するための説明図である。図１を参照すると、プライマリシステムの基地局（以下、ＰＳ基地局という）１０が示されている。プライマリシステムとは、ある周波数チャネルについてライセンスを有する事業者の無線通信システムをいう。ＰＳ基地局１０は、ライセンスされた周波数チャネル上で、セル１２の内部に位置する１つ以上のプライマリシステムの端末（以下、ＰＳ端末という）１４に無線通信サービスを提供する。ここで、セル１２の内部に位置するアクティブなＰＳ端末の数が少ない場合、プライマリシステムの周波数リソースに余剰（未使用のリソース）が生じる。ライセンスを有しない事業者がプライマリシステムのために保護される周波数チャネルを一切利用できないとすれば、周波数リソースの利用効率は低下する。一方、ライセンスを有しない事業者が自由に独自の無線通信サービスを運用できるとすれば、本来保護されるべきプライマリシステムの無線通信サービスへの有害な干渉が生じ得る。そこで、有害な干渉を生じさせない範囲で、ライセンスを有しない事業者がプライマリシステムの余剰の周波数リソースを二次的に利用することが、周波数リソースの利用効率の向上の観点から認められている。

図１の例では、プライマリシステムのセル１２の内部に、セカンダリシステムのマスタノードである基地局（以下、ＳＳ基地局という）２０及びセカンダリシステムの１つ以上の端末（以下、ＳＳ端末という）２４が位置している。ＳＳ基地局２０は、プライマリシステムのために保護される周波数チャネルを二次的に利用して、セカンダリシステムを運用する通信制御装置である。ＳＳ基地局２０は、例えば、無線アクセスポイント、フェムトセル基地局、ホットゾーン基地局、ＲＲＨ（Remote Radio Head）又はその他の種類のコグニティブ無線機能を有する装置であってよい。ここで、例えばＰＳ基地局１０からのダウンリンク信号１６の送信と同じタイミングでＳＳ端末２４から無線信号２６が送信されると、ＰＳ端末１４において無線信号２６がダウンリンク信号１６に干渉を与え得る。そこで、ＳＳ基地局２０は、ＰＳ端末１４において観測される干渉レベルが許容されるレベルを超えないように、ＳＳ端末２４の送信電力を制御する。また、ＳＳ基地局２０は、ＳＳ基地局２０自身の送信電力をも同様に制御する。それにより、プライマリシステムとセカンダリシステムとの安全なスペクトラムシェアリングが実現される。なお、ダウンリンク送信ではなくアップリンク送信のタイミングでセカンダリシステムが無線信号を送信する場合には、ＰＳ基地局１０が、スペクトラムシェアリングにおける保護対象となる。

［１−２．課題の説明］
通常、プライマリシステムが受ける干渉は、セカンダリシステムの与干渉（Interfering）装置（例えば、図１のＳＳ端末２４）とプライマリシステムの被干渉（Interfered）装置（例えば、図１のＰＳ端末１４）との間のパスロスを与干渉装置の送信電力から減じることにより推定される。しかし、パスロスは、端末の位置に加えて、マルチパスフェージング及びシャドウフェージングなどのフェージング要因にも左右され、時間的に変動する。よって、短いサイクルでパスロスを正確に推定することは困難である。そこで、既存の手法では、ある時間長を有する期間ごとにパスロス推定値の平均値又は最小値が計算され、それら指標に基づいてセカンダリシステムの送信電力が制御される。

図２は、セカンダリシステムの送信電力を制御するための既存の手法の一例について説明するための説明図である。図２において、横軸は時間、縦軸はパスロス推定値をそれぞれ表し、時間的に変動するパスロス推定値がグラフ化されている。既存の手法では、例えば、期間ＴＬ_０にわたるパスロス推定値の平均値Ｌ_ａｖｅ又は最小値Ｌ_ｗｒｓｔが計算される。そして、これらの平均値Ｌ_ａｖｅ又は最小値Ｌ_ｗｒｓｔを用いて、許容されるレベルを超える干渉をプライマリシステムに与えない範囲内のセカンダリシステムの送信電力が決定される。

ここで、例えば時刻Ｔ_００〜時刻Ｔ_０１、時刻Ｔ_０２〜時刻Ｔ_０３、時刻Ｔ_０４〜時刻Ｔ_０５の期間では、パスロス推定値は平均値Ｌ_ａｖｅを上回る。そのため、平均値Ｌ_ａｖｅを用いてセカンダリシステムの送信電力が決定される場合、図中に斜線で網掛けされた面積ＲＯ１に相当する送信電力が、本来利用可能であったにも関わらず利用されない。また、最小値Ｌ_ｗｒｓｔを用いてセカンダリシステムの送信電力が決定される場合、面積ＲＯ１に加えて図中にドットで網掛けされた面積ＲＯ２に相当する送信電力が、本来利用可能であったにも関わらず利用されない。このような非効率は、期間ＴＬ_０を短くすることで解決され得る。しかし、そうした解決策は、短いサイクルでパスロスを推定しフィードバックするためのシグナリングオーバヘッドの増加というデメリットを招来し得る。

［１−３．新たな干渉モデル］
（１）基本的な原理
そこで、本開示に係る技術は、パスロスの代わりに、より簡易に推定され得るフェージング指数を用いて送信電力を制御するための新たな干渉モデルを導入する。図３は、新たな干渉モデルについて概念的に説明するための説明図である。図３の例において、破線のグラフは、パスロス推定値の偏差を表す。一般的に、フェージングの寄与率（contribution）が変化するとパスロスと共にパスロスのばらつきも変化する。よって、パスロス推定値とその偏差には相関がある。そこで、新たな干渉モデルでは、パスロス推定値の偏差に関連するフェージング指数と呼ばれるパラメータが採用され、当該フェージング指数の関数として、送信電力を計算するための電力計算式が構築される。その電力計算式は、いわゆる注水定理（water filling principle）を表現する形式で構築される。そして、簡易な手法でフェージング指数の瞬間値（instantaneous value）が推定され、推定された瞬間値を電力計算式に代入することにより、セカンダリシステムの送信電力が決定される。それにより、図２に例示した面積ＲＯ１及びＲＯ２に相当する分まで、セカンダリシステムが送信電力を上昇させることが可能となる。その結果として、周波数リソースの利用効率が向上され得る。

（２）電力計算式の構築
新たな干渉モデルでは、次のような前提が置かれる。即ち、再び図１を参照しながら説明すると、ＰＳ端末１４は、プライマリシステムのセル１２の内部において確率的に一様に分布している（uniformly distributed）ものとする。また、ＳＳ端末２４は、ＳＳ基地局２０を中心とし半径ｒ_ｓｓを有する円形領域の内部において確率的に一様に分布しているものとする。ここで、セル１２の半径をＲ_Ｃ、ＰＳ基地局１０とＰＳ端末１４との間の距離をｒ_ｐｐ、ＰＳ基地局１０とＳＳ基地局２０との間の距離をｒ_ｐｓ、ＳＳ基地局２０とＳＳ端末２４との間の距離をｒ_ｓｓ、ＳＳ端末２４とＰＳ端末１４との間の距離をｒ_ｓｐ、ＰＳ基地局１０−ＰＳ端末１４のパスとＰＳ基地局１０−ＳＳ基地局２０のパスとの間の角度をθ、ＳＳ基地局２０−ＰＳ基地局１０のパスとＳＳ基地局２０−ＳＳ端末２４のパスとの間の角度をφとする。また、ＳＳ端末２４からＰＳ端末１４への干渉信号のフェージング指数をξ_ＳＰとする。ノード間距離及び角度の結合（joint）確率密度関数（probability density function）は、次の式（１）で表現される。

ＳＳ基地局２０から距離ｒ_ｓｓだけ離れているセカンダリシステムの送信局（以下、ＳＳ送信局という。例えば、ＳＳ端末２４）の送信電力を、フェージング指数ξ_ＳＰの関数としてＰ_Ｓ（ｒ_ｓｓ，ξ_ＳＰ）と表すと、ｒ及びξは独立であるため、プライマリシステムの受信局（以下、ＰＳ受信局という。例えば、ＰＳ端末１４）における平均ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）ロスを、次の式（２）で表現することができる。

式（２）において、ｆ_ξｓｐ（ξ）は、フェージング指数についての標準偏差σ［ｄＢ］でのゼロ平均ガウス分布を表す。式（３）において、Ｇ_ＵＥは端末のアンテナゲイン、Ｎ_ｐは被干渉装置の雑音電力を表す。Ｅｎ｛Ｇ_{ｐａｔｈ，ＵＥ，ＵＥ}（ｒ_ＳＰ）｝は、式（１）により表現されるノード間距離の結合確率密度関数にわたって計算される、パスロスの期待値である。

ここで、セカンダリシステムの受信局（以下、ＳＳ受信局という）における平均ＳＩＲ（Signal to Noise Ratio）は、次式のようなフェージング指数ξ_ＳＰ及び距離ｒ_ＳＳの関数である。

式（５）において、Ｐ_ＰはＰＳ基地局１０の送信電力、Ｇ_ＢＳはＰＳ基地局１０のアンテナゲイン、Ｇ_{ｐａｔｈ，ＵＥ，ＵＥ}（ｒ_ＳＳ）はＳＳ送信局とＳＳ受信局との間のパスロスを表す。Ｅｎ｛１／Ｇ_{ｐａｔｈ，ＢＳ，ＵＥ}（ｒ_ＰＳ）｝は、式（１）と同様のノード間距離の結合確率密度関数にわたって計算される、パスロスの逆数の期待値である。

イェンゼンの不等式（Jensen's inequality）から、エルゴード容量の上界を次式で表現することができる。なお、エルゴード容量の単位はｂｐｓ／Ｈｚである。

以下の説明では、簡明さのために添え字が省略される。セカンダリシステムについての容量の上界を最大化する送信電力を獲得するために、次式のような制約付き最適化問題（constrained optimization problem）が構築される。

式（８）において、ＳＩＮＲ_{ｌｏｓｓ，ｔｏｌ}は、プライマリシステムにおけるＳＩＮＲロスの許容量である。κは、式（３）に従って計算される干渉モデルパラメータである。式（７）の制約付き最適化問題を解くためのラグランジアンは、次式のように表現される。

このラグランジアンをＰ_Ｓ（ξ）で微分すると、次式が導かれる。

Ｐ_Ｓ（ξ）≧０という制約と共にＰ_Ｓ（ξ）について解くと、次式のような、カットオフ閾値ξ_０を有する注水定理の解が導かれる。

式（１１）は、与干渉装置であるＳＳ送信局と被干渉装置であるＰＳ端末との間のフェージング指数ξ_ＳＰがカットオフ閾値ξ_０［ｄＢ］を上回る時間においては、送信電力Ｐ_Ｓ（ｒ_ＳＳ，ξ_ＳＰ）がゼロになることを意味している。それにより、ＰＳ端末において観測されるＳＩＮＲロスが許容量ＳＩＮＲ_{ｌｏｓｓ，ｔｏｌ}未満であるという制約が満たされる。カットオフ閾値ξ_０は、閉形式で記述される次の関係式を解くことにより計算される。

なお、ゼロ平均ガウス分布（正規分布）を前提とすると、式（１２）は、フェージング指数ξ_ＳＰの既知の標準偏差σ［ｄＢ］を用いて次式のように等価的に置換され得る。

式（１３）において、Ｑ（・）は、標準正規分布のテール確率（tail probability）についてのＱ関数である。

このような新たな干渉モデルにおいて、パラメータκ（ｒ_ＳＳ）、χ（ｒ_ＳＳ）及びγを計算して式（１２）又は式（１３）を解くことにより、カットオフ閾値ξ_０を計算することができる。そして、計算されたカットオフ閾値ξ_０を用いて、送信電力Ｐ_Ｓ（ｒ_ＳＳ，ξ_ＳＰ）を計算するための電力計算式（式（１１））を構築することができる。電力計算式（１１）の引数は、フェージング指数ξ_ＳＰのみである。プライマリシステムとセカンダリシステムとの間の位置関係が確率的に仮定されるため、電力計算式を構築する際に、ＳＳ送信局とＰＳ端末との間のパスロスの実測値は使用されなくてよい。

本開示に係る技術では、このような干渉モデルの電力計算式を構築した後、与干渉装置の相対的な移動に基づいて推定されるフェージング指数ξ_ＳＰを用いて、ＳＳ送信局の送信電力が決定される。

（３）フェージング指数の推定
フェージング指数の瞬間値は、例えば、以下に説明する最小二乗ベースのフェージング推定法を応用することにより推定され得る。最小二乗ベースのフェージング推定法は、例えば、“Experimental analysis of the joint statistical properties of azimuth spread, delay spread, and shadow fading”（A.Algans, K.I.Pedersen, and P.E.Mogensen, IEEE Journal on Selected Areas in Communication, vol.20, no.3, pp.523-531, April 2002）及び“Inter- and intrasite correlations of large-scale parameters from macrocellular measurements at 1800 mhz”（N.Jalden, P.Zetterberg, B.Ottersten, and L.Garcia, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2007）などの文献において説明されている。

与干渉装置と被干渉装置との間の距離をｄとすると、最小二乗ベースのフェージング推定法において、距離依存のパスロスｈ_ｃｈ（ｄ）とフェージング指数ｈ_ｓｈとの間の関係は、次式のように表現される。

距離ｄを、基準距離ｄ_０と当該基準距離からの相対的な距離の変化ｄ_ｉとの和であるとする（ｄ＝ｄ_０＋ｄ_ｉ）。すると、式（１４）は、次のように書き換えられる。

ここで、−１＜ｘ≦１の範囲でｘについて次式のようなテイラー展開が成立する。

従って、式（１５）の第３項に着目し、−１＜ｄ_ｉ／ｄ_０≦１の範囲でｌｏｇ_１０（１＋ｄ_ｉ／ｄ_０）についてテイラー展開すると、次の近似式が成立する。なお、テイラー展開の第３項以降が無視されている。

式（１７）をより一般化すると、近似式は次のように表現される。

ここで、基準距離ｄ_０からの相対的な距離の変化ｄ_ｉと、距離ｄ＝ｄ_０＋ｄ_ｉにおいて測定される受信電力Ｐ_ｉとの組をｍ個用意すると（ｉ＝１，２，…，ｍ）、次のような連立方程式が構築される。なお、｜ｄ_ｉ｜＜ｄ_０であり、ｍはｎよりも十分に大きいものとする。

係数ベクトルａ＝（ａ_０，ａ_１，…，ａ_ｎ）は、式（１９）の最小二乗解として、次式のように与えられる。

結果として、式（１９）の連立方程式を解くことにより予め係数ベクトルａ＝（ａ_０，ａ_１，…，ａ_ｎ）が得られていれば、所与の相対距離ｄ_ｉについて多項式（１８）から推定される距離依存のパスロス推定値と平均受信電力との間の垂直距離（vertical distance）から、フェージング指数の瞬間値を推定することができる。そして、推定されたフェージング指数の瞬間値を電力計算式（１１）に代入することにより、ＳＳ送信局からの送信電力を決定することができる。

なお、ここで説明した例に限定されず、フェージング指数の瞬間値は、他の手法に従って推定されてもよい。

＜２．通信制御システムの構成例＞
本節では、上述した干渉モデルを用いてセカンダリシステムの送信電力を制御する、一例としての通信制御システムの実施形態について説明する。

［２−１．システムの概略］
図４は、一実施形態に係る通信制御システム１の構成の一例を示す説明図である。図４を参照すると、通信制御システム１は、ＰＳ基地局１０、ＰＳ端末１４、ＳＳ基地局２０、ＳＳ端末２４及びデータサーバ３０を含む。

データサーバ３０は、セカンダリシステムによる周波数チャネルの二次利用を管理するために配備されるデータベースを有するサーバ装置である。データサーバ３０は、ＰＳ基地局１０からプライマリシステムのシステム情報を収集する。ＰＳ基地局１０から収集されるシステム情報は、例えば、ＰＳ基地局１０の位置、セル半径、アンテナゲイン、雑音電力、ＰＳ基地局１０の送信電力及びＳＩＮＲロス許容量などを含み得る。そして、データサーバ３０は、セカンダリシステムの運用の開始に際して、ＳＳ基地局２０からの要求に応じて、プライマリシステムのシステム情報をＳＳ基地局２０へ提供する。データサーバ３０は、セカンダリシステムが利用すべき周波数チャネル及びスペクトラムマスクなどの情報をＳＳ基地局２０へ提供してもよい。ＳＳ基地局２０とデータサーバ３０との間の通信は、例えば、インターネットなどの任意のネットワークを介して行われてよい。また、ＳＳ基地局２０は、プライマリシステムのシステム情報をＰＳ基地局１０から直接受信してもよい。

本実施形態において、ＳＳ基地局２０は、ＳＳ基地局２０自身及びＳＳ端末２４の送信電力を制御する通信制御装置としての役割を有する。ＳＳ基地局２０は、ＳＳ送信局（例えば、ＳＳ基地局２０又はＳＳ端末２４）の送信電力を、上述した干渉モデルに従い、フェージング指数の瞬間値を用いて決定する。注水定理を表現する電力計算式が一度構築されると、構築された電力計算式に代入されるフェージング指数のみが、短いサイクルで周期的に更新され得る。電力計算式は、プライマリシステムにおいて許容量を超える干渉（即ち、許容量違反）が観測された場合に再構築され得る。ＰＳ端末１４（又はＰＳ基地局１０）は、周期的に又は許容量を超える干渉が観測された場合に、干渉量に関する観測レポートを送信する。ＳＳ基地局２０は、当該観測レポートを受信し、必要に応じて電力計算式を再構築（即ち修正）し得る。それにより、プライマリシステムの保護が強化される。

なお、ＳＳ基地局２０の代わりに、データサーバ３０又は他のノードが、セカンダリシステムの送信電力を制御するための通信制御装置として動作してもよい。

［２−２．通信制御装置の構成例］
図５は、通信制御装置２０の構成の一例を示す説明図である。図５を参照すると、通信制御装置２０は、ネットワーク通信部１１０、無線通信部１２０、記憶部１３０及び制御部１４０を備える。制御部１４０は、データ取得部１５０及び電力制御部１６０を含む。

ネットワーク通信部１１０は、通信制御装置２０がデータサーバ３０との間で通信するための通信インタフェースである。通信制御装置２０とデータサーバ３０との間の通信は、有線通信若しくは無線通信又はそれらの組合せのいずれにより実現されてもよい。

無線通信部１２０は、通信制御装置２０が１つ以上のＳＳ端末２４に無線通信サービスを提供するための無線通信インタフェースである。無線通信部１２０は、プライマリシステムのために保護される周波数チャネル上で、上述した干渉モデルに従って決定され得る送信電力を用いて、無線信号を送信する。

記憶部１３０は、ハードディスク又は半導体メモリなどの記憶媒体を用いて、通信制御装置２０の動作のためのプログラム及びデータを記憶する。例えば、記憶部１３０は、データサーバ３０から受信されるプライマリシステムのシステム情報を記憶する。また、記憶部１３０は、セカンダリシステムの送信電力を決定するために用意され又は計算されるパラメータを記憶する。

制御部１４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサに相当する。制御部１４０は、記憶部１３０又は他の記憶媒体に記憶されるプログラムを実行することにより、通信制御装置２０の様々な機能を動作させる。

データ取得部１５０は、電力制御部１６０による送信電力の制御のために必要とされるデータを取得する。例えば、データ取得部１５０は、セカンダリシステムの運用の開始に際して、データサーバ３０からプライマリシステムのシステム情報を取得する。また、データ取得部１５０は、セカンダリシステムに参加するＳＳ端末２４の位置、アンテナゲイン及び最大送信電力などの情報を取得する。

電力制御部１６０は、プライマリシステムの被干渉装置へ許容されるレベルを超える干渉を与えないように、セカンダリシステムの与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定する。なお、プライマリシステムのダウンリンク送信のタイミングでＳＳ端末２４から無線信号が送信される場合、ＳＳ端末２４が与干渉装置であり、ＰＳ端末１４が被干渉装置である。一方、プライマリシステムのアップリンク送信のタイミングでＳＳ端末２４から無線信号が送信される場合、ＰＳ基地局１０が被干渉装置である。ＳＳ基地局２０から無線信号が送信される場合、ＳＳ基地局２０が与干渉装置である。

より具体的には、電力制御部１６０は、上述した干渉モデルに従い、与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数の瞬間値を用いて、与干渉装置の送信電力を決定する。フェージング指数の瞬間値は短いサイクルで周期的に推定され、推定された値を用いて送信電力は動的に更新される。送信電力は、例えば、注水定理を表現する上述した電力計算式（１１）にフェージング指数の瞬間値を代入することにより決定される。電力計算式のカットオフ閾値ξ_０は、フェージングの偏差に依存し、干渉モデルパラメータκ、χ及びγを通じて計算される。

フェージング指数の瞬間値は、通信制御装置２０において推定されてもよい。その代わりに、フェージング指数の瞬間値は、他の装置（例えば、個々のＳＳ端末２４）において推定されてもよい。前者の場合、電力制御部１６０は、与干渉装置の相対的な距離の変化、即ち、上述したパラメータｄ_ｉに相当する（基準地点からの）相対的な移動量に基づいて、各与干渉装置についてのフェージング指数の瞬間値を自ら周期的に推定する。後者の場合、フェージング指数の瞬間値を推定した装置から、当該推定された値がネットワーク通信部１１０により受信される。

電力制御部１６０は、このように動的に更新される送信電力（又はより小さい送信電力）を使用することを、各与干渉装置に指示する。その結果、式（２）により表現されるＳＩＮＲロスがプライマリシステムのＳＩＮＲロス許容量を超えない範囲で、セカンダリシステムの通信容量が最適化される。但し、上述した干渉モデルは、確率的手法に基づいており、有害な干渉のリスクを完全にゼロにする訳ではない。そこで、電力制御部１６０は、動的に更新される送信電力が被干渉装置において許容量を超える干渉を生じさせた場合に、電力計算式を再構築する。許容量を超える干渉の発生は、被干渉装置（例えば、ＰＳ端末１４）からの観測レポートを受信することにより、検出され得る。

例えば、記憶部１３０は、被干渉装置において観測される品質指標と電力計算式を構成するパラメータとをマッピングするマッピングテーブルを予め記憶する。ここでの品質指標は、干渉量に依存するいかなる指標であってもよい。例えば、絶対的な干渉量、許容レベルに対する相対的な干渉量、絶対的なＳＩＮＲロス、又はＳＩＮＲロス許容量に対する相対的なＳＩＮＲロスなどの品質指標が使用されてよい。電力計算式を構成するパラメータとは、例えば、上述した干渉モデルパラメータκ、χ、γ及びカットオフ閾値ξ_０のうち１つ以上を含み得る。そして、電力制御部１６０は、被干渉装置からの観測レポートが受信されると、記憶部１３０により記憶されているマッピングテーブルを参照し、観測レポートに含まれる品質指標に応じて電力計算式を再構築する。例えば、許容レベルをΔＩだけ上回る有害な干渉が観測された場合に、当該ΔＩに対応する分だけカットオフ閾値ξ_０は引き下げられ得る。

［２−３．処理の流れ］
（１）全体的な流れ
図６は、本実施形態に係る通信制御処理の全体的な流れの一例を示すフローチャートである。

図６を参照すると、まず、データ取得部１５０は、セカンダリシステムの運用の開始に際して、プライマリシステムのシステム情報をデータサーバ３０から取得する（ステップＳ１１０）。また、データ取得部１５０は、与干渉装置の位置及びアンテナゲインなどのセカンダリシステムのシステム情報を取得する（ステップＳ１２０）。

次に、電力制御部１６０は、フェージング指数を推定するための係数ベクトルを取得する（ステップＳ１３０）。当該係数ベクトルは、与干渉装置の相対的な距離の変化ｄ_ｉと測定される受信電力Ｐ_ｉとの複数の組に基づく上述した連立方程式（１９）の最小二乗解として、制御の初期化フェーズ（又はそれよりも前に）予め計算され得る。

次に、電力制御部１６０は、ステップＳ１１０及びＳ１２０において取得された情報を用いて、上述した干渉モデルの電力計算式を構築する（ステップＳ１４０）。ここでの詳細な処理の流れについて、後にさらに説明する。

次に、電力制御部１６０は、各与干渉装置についてのフェージング指数の瞬間値ξ_ＳＰを、基準地点からの各与干渉装置の相対的な移動量ｄ_ｉとステップＳ１３０において取得された係数ベクトルとを用いて推定する（ステップＳ１５０）。なお、各与干渉装置において個々のフェージング指数の瞬間値ξ_ＳＰが推定され、推定された値が通信制御装置２０へ報告されてもよい。

次に、電力制御部１６０は、新たな干渉モデルに従い、推定されたフェージング指数の瞬間値ξ_ＳＰをステップＳ１４０において構築された電力計算式に代入することにより、各与干渉装置についての送信電力を計算する（ステップＳ１６０）。ここで計算された送信電力は、通信制御装置２０から各与干渉装置へ通知される。

次に、通知された送信電力（又はより小さい送信電力）を使用して、各与干渉装置から無線信号が送信される（ステップＳ１７０）。ここで送信される無線信号は、プライマリシステムへの干渉信号として作用する。しかし、上述した干渉モデルに従って送信電力が制御されるため、プライマリシステムにおけるＳＩＮＲロスは、制御の誤差が大きくない限り、ＳＩＮＲロス許容量以下に抑制される。

次に、電力制御部１６０は、ステップＳ１７０における無線信号の送信の結果として被干渉装置において許容レベルを上回る干渉が観測されたか否かを判定する（ステップＳ１８０）。例えば、被干渉装置において許容レベルを上回る干渉が観測された場合には、有害な干渉の発生を通知する観測レポートが、ネットワーク通信部１１０により受信され得る。

許容レベルを上回る干渉が観測されなかった場合には、処理はステップＳ１５０へ戻り、フェージング指数の瞬間値の推定及び送信電力の計算（更新）が周期的に繰り返される。許容レベルを上回る干渉が観測された場合には、処理はステップＳ１４０へ戻り、観測レポートにおいて通知された品質指標に基づいて、電力計算式が再構築される。

（２）電力計算式の構築
図７は、図６のステップＳ１４０において電力計算式を構築するための処理の詳細な流れの一例を示すフローチャートである。

図７を参照すると、まず、電力制御部１６０は、式（３）に従い、端末のアンテナゲイン、プライマリシステムの雑音電力、及び（実測値ではなく確率的に記述される）パスロスの期待値を用いて、干渉モデルパラメータκを計算する（ステップＳ１４１）。

次に、電力制御部１６０は、式（５）に従い、フェージング指数の既知の標準偏差σを用いて、干渉モデルパラメータχを計算する（ステップＳ１４２）。

次に、電力制御部１６０は、式（８）に従い、ステップＳ１４１において計算した干渉モデルパラメータκ及びＳＩＮＲロス許容量を用いて、干渉モデルパラメータγを計算する（ステップＳ１４３）。

次に、電力制御部１６０は、干渉モデルパラメータχ及びγを用いて記述される関係式（１２）又は（１３）を解くことにより、注水定理のカットオフ閾値ξ_０を計算する（ステップＳ１４４）。

次に、電力制御部１６０は、干渉モデルパラメータχ及びカットオフ閾値ξ_０を用いて、注水定理を表現する電力計算式（１１）を構築する（ステップＳ１４７）。

（３）電力計算式の再構築
図８は、図６のステップＳ１４０において電力計算式を構築するための処理の詳細な流れの他の例を示すフローチャートである。図８に示した処理は、例えば、観測レポートにおいて通知される品質指標に基づいて電力計算式が再構築される際に実行され得る。

図８を参照すると、まず、電力制御部１６０は、被干渉装置において観測された品質指標を、ネットワーク通信部１１０により受信される観測レポートから取得する（ステップＳ１４５）。

次に、電力制御部１６０は、取得した品質指標に対応する干渉モデルパラメータを、記憶部１３０により予め記憶されるマッピングテーブルを参照することにより取得する（ステップＳ１４６）。ここでは、一例として、パラメータχ及びカットオフ閾値ξ_０が取得されるものとする。

次に、電力制御部１６０は、取得した干渉モデルパラメータχ及びカットオフ閾値ξ_０を用いて、注水定理を表現する電力計算式（１１）を再構築する（ステップＳ１４７）。

＜３．まとめ＞
ここまで、図１〜図８を用いて、本開示に係る技術の一実施形態について詳細に説明した。上述した実施形態によれば、与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、与干渉装置から送信される無線信号の送信電力が決定される。従って、緊密なシグナリングによってシステム間のパスロスを正確に推定することなく、フェージングに起因するパスロスのばらつきによって生じる電力上昇の余地を、与干渉装置において効率的に使用することが可能となる。それにより、例えば、プライマリシステムのために保護される周波数チャネルを二次利用するセカンダリシステムの通信容量を、シグナリングオーバヘッドの増加を抑制しつつ最適化することができる。

また、上述した実施形態によれば、送信電力は、注水定理を表現する電力計算式にフェージング指数の瞬間値を代入することにより決定される。フェージング指数の瞬間値は、既存の手法よりも短いサイクルで更新され得る。従って、例えば、ある期間にわたる平均値を上回るパスロスが生じているタイミングにおいて、与干渉装置の送信電力を動的に上昇させて、通信容量を高めることができる。また、電力計算式は、フェージングの偏差に依存するカットオフ閾値を用いて導かれる。従って、フェージングに起因して変動するパスロスが小さいタイミングでは、与干渉装置の送信電力をゼロにすることにより、被干渉装置において有害な干渉が生じることを防止することができる。

また、上述した実施形態によれば、動的に更新される送信電力が被干渉装置において許容量を超える干渉を生じさせた場合には、電力計算式が更新される。従って、干渉モデルの誤差に伴う有害な干渉のリスクが被干渉装置からのフィードバックループによって低減されるため、よりロバストな干渉制御を実現することができる。電力計算式は、観測される品質指標と干渉モデルパラメータとの間のマッピングテーブルを参照することにより更新され得る。従って、フィードバックループのためにシグナリングされるデータ量を抑制することができる。

なお“二次利用”という用語の意味において、プライマリシステムの無線通信サービスとセカンダリシステムの無線通信サービスとは、異なる種類のサービスであってもよく、又は同一の種類のサービスであってもよい。異なる種類の無線通信サービスとは、例えば、デジタルＴＶ放送サービス、衛星通信サービス、移動体通信サービス、無線ＬＡＮアクセスサービス、又はＰ２Ｐ（Peer To Peer）接続サービスなどの任意のサービスから選択し得る２以上の異なる種類の無線通信サービスをいう。一方、同一の種類の通無線通信サービスとは、例えば、移動体通信サービスにおける、通信事業者により提供されるマクロセルによるサービスと、ユーザ又はＭＶＮＯ（Mobile Virtual Network Operator）により運用されるフェムトセルによるサービスとの間の関係を含み得る。また、同一の種類の通信サービスとは、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）又はＬＴＥ−Ａ（LTE−Advanced）などに準拠した通信サービスにおける、基地局により提供されるサービスと、スペクトラムホールをカバーするために中継局（リレーノード）により提供されるサービスとの間の関係をも含み得る。さらに、セカンダリシステムは、スペクトラムアグリゲーション技術を用いて集約された複数の断片的な周波数帯を利用するものであってもよい。さらに、セカンダリシステムは、基地局により提供されるサービスエリア内に存在する、フェムトセル群、中継局群、又は基地局よりも小さなサービスエリアを提供する中小基地局群であってもよい。本明細書で説明した干渉モデルは、このようなあらゆる種類の二次利用の形態に広く適用可能なものである。

また、本明細書で説明した干渉モデルは、周波数チャネルの二次利用の用途に限定されず、無線通信の分野の様々な干渉制御の用途に適用可能である。

本明細書において説明した計算処理は、ソフトウェア、ハードウェア、及びソフトウェアとハードウェアとの組合せのいずれを用いて実現されてもよい。ソフトウェアを構成するプログラムは、例えば、装置の内部又は外部に設けられる記憶媒体に予め格納される。そして、各プログラムは、例えば、実行時にＲＡＭ（Random Access Memory）に読み込まれ、ＣＰＵなどのプロセッサにより実行される。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定する電力制御部、
を備える通信制御装置。
（２）
前記電力制御部は、注水定理を表現する計算式に前記フェージング指数を代入することにより、前記送信電力を決定する、前記（１）に記載の通信制御装置。
（３）
前記計算式は、フェージングの偏差に依存するカットオフ閾値を用いて導かれる、前記（２）に記載の通信制御装置。
（４）
前記電力制御部は、前記フェージング指数の瞬間値を用いて、前記送信電力を動的に更新する、前記（２）又は前記（３）に記載の通信制御装置。
（５）
前記電力制御部は、動的に更新される前記送信電力が前記被干渉装置において許容量を超える干渉を生じさせた場合に、前記計算式を更新する、前記（４）に記載の通信制御装置。
（６）
前記電力制御部は、前記被干渉装置において観測される品質指標を用いて、前記計算式を構成するパラメータと前記品質指標とをマッピングするテーブルを参照することにより、前記計算式を更新する、前記（５）に記載の通信制御装置。
（７）
前記フェージング指数は、複数の相対距離と当該複数の相対距離においてそれぞれ測定された複数の受信電力とに基づいて予め計算される係数を有する推定式に、前記相対的な距離の変化を代入することにより、推定される、前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の通信制御装置。
（８）
前記被干渉装置は、プライマリシステムの受信局であり、
前記与干渉装置は、前記プライマリシステムのために保護される周波数チャネルを二次利用するセカンダリシステムの送信局である、
前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の通信制御装置。
（９）
前記通信制御装置は、前記セカンダリシステムの前記送信局である、前記（８）に記載の通信制御装置。
（１０）
前記通信制御装置は、前記周波数チャネルの二次利用を管理するサーバ装置である、前記（８）に記載の通信制御装置。
（１１）
前記電力制御部は、前記相対的な距離の変化に基づいて、前記フェージング指数を推定する、前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の通信制御装置。
（１２）
前記通信制御装置は、
前記相対的な距離の変化に基づいて前記フェージング指数を推定した装置から、推定された当該フェージング指数を受信する通信部、
をさらに備える、前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の通信制御装置。
（１３）
与干渉装置の送信電力を制御するための、通信制御装置により実行される通信制御方法であって、
前記与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定すること、
を含む通信制御方法。
（１４）
通信制御装置を制御するコンピュータを、
与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定する電力制御部、
として機能させるためのプログラム。
（１５）
第１の無線通信システムのセル内に位置する第２の無線通信システムの無線通信装置と、
前記無線通信装置の相対的な位置の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記第１の無線通信システムに有害な干渉を与えないように、前記無線通信装置から送信される無線信号の送信電力を決定する通信制御装置と、
を含む通信制御システム。

２０ 通信制御装置
１１０ ネットワーク通信部
１２０ 無線通信部
１３０ 記憶部
１４０ 制御部
１５０ データ取得部
１６０ 電力制御部

Claims (15)

1. 与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定する電力制御部、
   を備える通信制御装置。
2. 前記電力制御部は、注水定理を表現する計算式に前記フェージング指数を代入することにより、前記送信電力を決定する、請求項１に記載の通信制御装置。
3. 前記計算式は、フェージングの偏差に依存するカットオフ閾値を用いて導かれる、請求項２に記載の通信制御装置。
4. 前記電力制御部は、前記フェージング指数の瞬間値を用いて、前記送信電力を動的に更新する、請求項２に記載の通信制御装置。
5. 前記電力制御部は、動的に更新される前記送信電力が前記被干渉装置において許容量を超える干渉を生じさせた場合に、前記計算式を更新する、請求項４に記載の通信制御装置。
6. 前記電力制御部は、前記被干渉装置において観測される品質指標を用いて、前記計算式を構成するパラメータと前記品質指標とをマッピングするテーブルを参照することにより、前記計算式を更新する、請求項５に記載の通信制御装置。
7. 前記フェージング指数は、複数の相対距離と当該複数の相対距離においてそれぞれ測定された複数の受信電力とに基づいて予め計算される係数を有する推定式に、前記相対的な距離の変化を代入することにより、推定される、請求項１に記載の通信制御装置。
8. 前記被干渉装置は、プライマリシステムの受信局であり、
   前記与干渉装置は、前記プライマリシステムのために保護される周波数チャネルを二次利用するセカンダリシステムの送信局である、
   請求項１に記載の通信制御装置。
9. 前記通信制御装置は、前記セカンダリシステムの前記送信局である、請求項８に記載の通信制御装置。
10. 前記通信制御装置は、前記周波数チャネルの二次利用を管理するサーバ装置である、請求項８に記載の通信制御装置。
11. 前記電力制御部は、前記相対的な距離の変化に基づいて、前記フェージング指数を推定する、請求項１に記載の通信制御装置。
12. 前記通信制御装置は、
    前記相対的な距離の変化に基づいて前記フェージング指数を推定した装置から、推定された当該フェージング指数を受信する通信部、
    をさらに備える、請求項１に記載の通信制御装置。
13. 与干渉装置の送信電力を制御するための、通信制御装置により実行される通信制御方法であって、
    前記与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定すること、
    を含む通信制御方法。
14. 通信制御装置を制御するコンピュータを、
    与干渉装置と被干渉装置との間の相対的な距離の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記与干渉装置から送信される無線信号の送信電力を決定する電力制御部、
    として機能させるためのプログラム。
15. 第１の無線通信システムのセル内に位置する第２の無線通信システムの無線通信装置と、
    前記無線通信装置の相対的な位置の変化に基づいて推定されるフェージング指数を用いて、前記第１の無線通信システムに有害な干渉を与えないように、前記無線通信装置から送信される無線信号の送信電力を決定する通信制御装置と、
    を含む通信制御システム。

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