[論文レビュー] The Impact of Unlicensed Access on Small-Cell Resource Allocation

Cheng Chen, Randall Berry+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2016

ICT Impact and Policies参考文献 19被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、ライセンス付き小セルと非ライセンスWiFiアクセスを併用する異種ネットワークをモデル化し、収益最大化独占下では、ユーザー需要のダイナミクスが変化することにより、非ライセンススケールが小セル帯域幅割り当てを逆説的に増加させる可能性があることを示している。一方、社会的福祉最大化の下では、非ライセンススケールは常に小セル割り当てを減少させ、競争下ではスペクトルが最適に割り当てられていない限り、均衡は非効率的である。

ABSTRACT

Small cells deployed in licensed spectrum and unlicensed access via WiFi provide different ways of expanding wireless services to low mobility users. That reduces the demand for conventional macro-cellular networks, which are better suited for wide-area mobile coverage. The mix of these technologies seen in practice depends in part on the decisions made by wireless service providers that seek to maximize revenue, and allocations of licensed and unlicensed spectrum by regulators. To understand these interactions we present a model in which a service provider allocates available licensed spectrum across two separate bands, one for macro- and one for small-cells, in order to serve two types of users: mobile and fixed. We assume a service model in which the providers can charge a (different) price per unit rate for each type of service (macro- or small-cell); unlicensed access is free. With this setup we study how the addition of unlicensed spectrum affects prices and the optimal allocation of bandwidth across macro-/small-cells. We also characterize the optimal fraction of unlicensed spectrum when new bandwidth becomes available.

研究の動機と目的

• 異なる市場構造下におけるライセンス付き小セルと非ライセンスWiFiの戦略的相互作用をモデル化すること。
• 非ライセンススケールが、収益最大化または社会的福祉最大化を目的とするサービスプロバイダーの帯域幅割り当ておよび価格決定に与える影響を分析すること。
• 特にユーザー接続およびスケール共有に関して、独占および競争的SPシナリオの両方における均衡結果を特定すること。
• 異なるユーティリティ関数およびシステムパラメータ下での非ライセンススケールの効率性を数量的に評価すること。

提案手法

• サービスプロバイダーがまずマクロセルおよび小セル間でライセンス付きスケールを割り当て、その後モバイルユーザーおよび固定ユーザーの価格を設定する2段階ゲームをモデル化する。
• 固定ユーザーは価格とデータレートに基づき、マクロセル、小セル、または非ライセンスWiFiのいずれかを選択するが、モバイルユーザーはマクロセルに限定されるものとする。
• ユーザー満足度をモデル化するためのα-公平ユーティリティ関数を用い、ユーザー接続および帯域幅割り当ての均衡条件を導出する。
• 単一のSPが収益最大化および社会的福祉最大化の両目的で、部分ゲーム完全均衡を分析する。
• 複数の競合するSPに拡張し、特定の条件下で均衡の存在および一意性を証明する。
• 異なる市場構造および非ライセンス帯域幅レベルにおける社会的福祉の結果を比較し、効率性の閾値を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非ライセンススケールの可用性は、小セルを備えたHetNetsにおける収益最大化サービスプロバイダーの帯域幅割り当て意思決定にどのように影響するか？
• RQ2 非ライセンススケールが無料の代替手段であるにもかかわらず、どのような条件下で小セル帯域幅割り当てが増加するのか？
• RQ3 非ライセンススケールの存在は、HetNetsにおける社会的福祉を向上させるか、悪化させるか。これはスペクトル効率および市場構造にどのように依存するか？
• RQ4 独占SPと複数のSPが存在する競争市場との間で、均衡結果にどのような違いが生じるか？
• RQ5 非ライセンススケールが導入された場合、特に競合するSPの数が増加する際、均衡割り当ては効率的になるか？

主な発見

• 収益最大化独占下では、非ライセンススケールの少量が、需要-価格感受性の変化に起因し、直感に反して小セルへの帯域幅割り当てを増加させることがある。
• 社会的福祉最大化の下では、非ライセンススケールの有無にかかわらず、サービスプロバイダーは常に小セルへの帯域幅割り当てを減少させる。
• 複数の競合するSPが存在する場合、一意の部分ゲーム完全均衡が存在するが、SPの数が無限大に近づいても、効率的割り当てを達成するとは限らない。
• 小セルが使用されない場合、社会的福祉関数は非ライセンス帯域幅に関して厳密に凹型であり、この関数が非ライセンスおよびライセンススケールの最適混合を決定する。
• 小セルのスペクトル効率が非ライセンスより高い場合、すべてのスケールをライセンスとして割り当てることが社会的福祉を最大化するが、そうでない場合は最適混合が存在するが、収益最大化下では非効率である可能性がある。
• 非ライセンス帯域幅が増加するに従い、均衡は混合ユーザー接続（マクロ、小セル、非ライセンス）からマクロセルのみに移行し、社会的福祉曲線上に角が現れる。