JP2008278263A

JP2008278263A - 移動通信システムにおける基地局装置及び方法

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Publication number: JP2008278263A
Application number: JP2007120258A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hosono; 博之細野; Akira Ishii; 暁石井; Kei Igarashi; 圭五十嵐; Shinichi Mori; 慎一森; Tomoyuki Oya; 智之大矢
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP5002322B2

Abstract

【課題】移動通信システムにおける特定のセルでの通信が他セルでの通信よりも優先されるようにすること。
【解決手段】基地局装置は、時間的に一定の静的情報及び時間と共に可変な動的情報のうち少なくとも動的情報を含めて優先度を計算する手段と、前記優先度を報知する手段と、周辺基地局が報知する前記優先度を直接もしくは移動局を介して取得する手段と、自セルの前記優先度及び１以上の他セルの前記優先度を比較する手段と、前記優先度の比較結果から、自セルで使用される無線リソースが変更されるべきか否かを判定する手段と、前記判定結果から、無線リソースの変更を行う手段とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は一般に移動通信の技術分野に関連し、特に移動通信システムにおける基地局装置及び方法に関連する。

この種の技術分野では次世代移動通信方式に関する研究開発が急ピッチで進められており、例えば固定と携帯の融合（FMC: Fixed and Mobile Convergence）サービスを実現する観点から、超小型基地局が研究されている。この通信システムでは、様々なセルが同一地域内に併存することが許容され、マクロセルに加えて、ピコセル、フェムトセル等が存在してよい。更には、特定のユーザしかアクセスできないようにするホーム基地局(Home eNB)等も提案されている。超小型基地局は、第３世代(3G)では「Home NB」、スーパー３Ｇ(S3G)では「Home eNB」（以下、総称して「Home eNB」と言及する。）と呼ばれている。これらは、家庭に設置可能な程度の大きさ、価格、設定条件、稼動条件で実現することが望まれている。Home eNBについては例えば非特許文献１に説明されている。

このように将来的には同一地域に様々なセルが存在し、多種多様なサービスの行われる可能性があり、各セルで適切な通信の行われることが期待される。しかしながらこれらのセル各々で望まれる通信品質の要求レベルは一律に同じではないかもしれない。例えば、従量課金制のセルと安価な定額制のセルが併存する場合、前者の通信品質の方が優れている方が望ましいかもしれない。また、より多くのユーザ（特に、リアルタイム通信を行っているユーザ）が在圏しているセルほど、遅延に対する許容度を厳しくし、高品質な通信を維持することが望ましいかもしれない。或いは、より多くのトラヒックを処理しているセルほど高品質化を図るべきかもしれない。このように様々なセル及び／又はサービスに応じて、通信品質について様々な要請が生じるかもしれないが、従来の技術でこれらの要請に適切に応じることは困難である。
3GPP TSG RAN#35, RP070209, 6-9March 2007

本発明の課題は、移動通信システムにおける特定のセルでの通信が他セルでの通信よりも優先されるようにすることである。

本発明の一形態では、移動通信システムにおける基地局装置が使用される。基地局装置は、時間的に一定の静的情報及び時間と共に可変な動的情報のうち少なくとも動的情報を含めて優先度を計算する手段と、前記優先度を報知する手段と、周辺基地局が報知する前記優先度を直接もしくは移動局を介して取得する手段と、自セルの前記優先度及び１以上の他セルの前記優先度を比較する手段と、前記優先度の比較結果から、自セルで使用される無線リソースが変更されるべきか否かを判定する手段と、前記判定結果から、無線リソースの変更を行う手段とを有する基地局装置である。

本発明によれば、移動通信システムにおける特定のセルでの通信が他セルでの通信よりも優先されるようにすることができる。

本発明の一形態による基地局(eNB)は、自局の優先度を示すインジケータを周辺基地局に通知する。通知は報知情報(BCH)として無線で通知されてもよいし、基地局同士のネットワーク(例えば、X2インターフェース等)を通じて伝達されてもよい。無線の場合には、BCHを周辺基地局が直接受信してもよいし、移動局が受信した後に基地局へ報告してもよい。基地局は、自局の優先度と周辺基地局の優先度とを比較する。比較結果に応じて、当該基地局が使用中の無線リソース(使用周波数、タイムスロット、コード、空間、上り干渉量、基地局送信電力等)は変更される。一例として、当該基地局の周波数帯域が、隣接基地局の周波数帯域と入れ替わるように各周波数帯域が変更される。優先度は無線リソース使用状況（使用周波数、時間、コード、空間、上り干渉量、基地局送信電力等）、通信種別、基地局種別、収容トラヒック量、在圏セル中のユーザ総数、リアルタイム通信中のユーザ数やその割合等に応じて基地局が自律的に決定してもよい。

これにより、優先度の高い基地局の通信品質の向上を確実に図ることができるようになる。従来の基地局では、このような優先制御を行うことは困難である。本発明の一形態によれば、各基地局は優先度を互いに連絡し合うことで、優先度に応じた適切な無線リソースを適切に自律的に設定できる。言い換えれば、この優先制御に関し、移動管理エンティティ(MME: Mobility Management Entity)のような上位ノードによる指示は必須ではない。

図１は本発明の一実施例による移動通信システムを示す。移動通信システム1000は、例えばロングタームエボリューション(LTE: Long Term Evolution)、スーパー3G、Evolved UTRA and UTRAN等が適用されてもよいシステムである。移動通信システム1000は、基地局（eNB: eNode B）200n(200₁,200₂,200₃,…；ｎは正の整数)と、基地局200nと通信する複数の移動局100_ｎ(100₁,100₂,100₃,…；ｎは正の整数）とを有する。基地局200nは、マクロセル、ピコセル又はフェムトセル等でアクセスするユーザを制限しない基地局でもよいし、特定のユーザしかアクセスできないホーム基地局(Home eNB)でもよい。様々なセル構成が使用されてもよい。例えば、同一地域に複数のセルが併存してもよい。図示の例では或るマクロセルの地域50₂の中にホーム基地局(Home eNB)50₃のセルが設定されていてもよい。基地局200nは、上位局、例えばモビリティ管理装置(MME/UPE)又はアクセスゲートウェイ装置(aGW)300と接続され、MME/UPE３００は、コアネットワーク４００と接続される。移動局100nはいずれかのセルに接続され、通信を行う。移動局100nはユーザが使用する何らかの通信端末である。ユーザの使用する通信端末は、より一般的にはユーザ装置(UE: User Equipment)であり、移動端末でも固定端末でもよい。

図２は基地局200nで行われる動作の１つを示すフローチャートである。このフローはセルの優先度を更新するための動作例を示す。「セルの優先度」とは、そのセルについて通信の高品質化を図る必要性がどの程度高いかを示すメトリックであり、優先度の高いセルほど高品質になるように、セルに無線リソース(使用周波数、タイムスロット、コード、空間、上り干渉量、基地局送信電力等)が設定される。

ステップS1では、ある観測期間Tを計るためにタイマがスタートさせられる。

ステップS2では、通信品質に影響を及ぼす様々な量が観測される。そのような量の具体例には、無線リソース(使用周波数、タイムスロット、コード、空間、上り干渉量、基地局送信電力等)の使用状況、収容トラヒック量、在圏セルのユーザ総数、サービス種別毎のユーザ数やその割合、輻輳度等が含まれてよい。サービス種別毎のユーザ数としては、例えば、音声通信のような高いQoSを要するユーザの数、データ通信のように比較的低いQoSでもよいユーザの数等が挙げられる。これらの様々な量は上記の観測期間Tの間に観測され、集計される。

ステップS3では、観測期間Tが満了したか否かが判定され、満了していなければステップS2に戻って観測が続けられ、満了していればフローはステップS4に進む。

ステップS4では、ステップS2で観測され集計された量及び基地局eNBの種別等に基づいて、自局（基地局）の優先度を更新する（更新は、ある値から別の値に変えることだけでなく、同一値に維持することも含んでもよいものとする。）。

優先度は様々な観点から導出されてもよい。例えば、優先度に基地局種別が加味されてもよい。不特定のユーザがアクセスしてよいマクロセルの基地局(Macro eNB)と、特定のユーザしかアクセスできないホームセルのホーム基地局(Home eNB)があり、マクロセルは通信量に応じて課金される従量制であるがホームセルは安価な定額制であったとする。この場合、マクロセルの優先度がホームセルの優先度より高く設定されてもよい。或いは逆に、ホームセルの料金がマクロセルより高価に設定され、ホームセルの優先度がマクロセルの優先度より高く設定され、ホームセルで高品質な通信がなされるようにしてもよい。

より多くのユーザに対して通信品質の向上を図る観点からは、トラヒック収容量やユーザ数の多いセルの優先度は高く、それらの少ないセルの優先度は低く設定されてもよい。

優先度にサービス種別又はQoSが加味されてもよい。例えば、遅延が許されにくい通信（例えば、音声通信や、リアルタイムデータ通信等）を行っているユーザ数が多いほど、高い優先度が設定されてもよい。或いは、比較的遅延が許されやすい通信(例えば、ノンリアルタイムのデータ通信等)を行っているユーザ数が多ければ、低い優先度が設定されてもよい。

図３は基地局種別、収容トラヒック量、音声ユーザ数等の観点から優先度要素が導出され、それらの優先度要素を合計することで、１つのセルの優先度が導出される様子を示す。図示の例では説明の便宜上、複数のセルについての優先度及び優先度要素がテーブル形式で表現されているが、特定のセルについての内容は、テーブル中の１行分(row)に相当する。図示されている優先度要素の内容や優先度の導出方法等は一例に過ぎず、様々な優先度が定義されてよい。いずれにせよ、ステップS2で観測及び集計された様々な量の１つ以上の組一式から、１つの優先度がそのセルについて一意に導出される。なお、優先度は優先度インジケータ(ePI: eNB Priority Indicator)と言及されてもよい。

図２のステップS4では、各セルで所定の一群の優先度要素から１つの優先度が導出され、そのセルの優先度が更新される（更新は、変更及び維持の双方を含むものとする。）。

ステップS5では、更新後の優先度が周辺セルに通知される。優先度は、報知情報(BCH)として直接周辺基地局に無線で通知されてもよいし、移動局がBCHを受信してそれを周辺基地局へ報告してもよい。また、何らかの基地局間ネットワークを介して通知されてもよい。簡易化且つ速やかに通知する観点からは、優先度を報知情報(BCH)で通知することが望ましい。以後、フローはステップS1に戻り、説明済みの手順が反復される。優先度は定期的に更新されてもよいし、不定期的に更新されてもよいし、何らかのイベントが発生した場合に更新されてもよい。何らかのイベントとは、上り干渉量や基地局送信電力の逼迫などの無線リソース使用状況の変化や基地局の新設・撤去等を含んでいる。

図４は優先度を用いてセルの無線リソースが決定される様子を示す。説明の便宜上、図１の第１セル50₁(eNB1)で或る周波数帯域(キャリア＃X)が使用され、隣接する第２セル50₂(eNB2)で別の周波数帯域(キャリア＃Y)が使用されていたとする。図４に示される各ステップのうち、影の付いたブロックは第１基地局(eNB1)での処理に関連し、影の付いてないブロックは第２基地局(eNB2)での処理に関連する。

ステップS1では、第１、第２基地局(eNB1,eNB2)はキャリア＃X,#Yでそれぞれ運用を行っている。

ステップS2では、第１基地局eNB1は、いくつかのキャリアの候補各々について、干渉電力を測定する。キャリアの候補は本実施例では、キャリア＃X,#Yの２つしかないが、更に多くの候補が用意されていてもよい。キャリアの候補が何であるかは、事前に不変に決定されていてもよいし、必要に応じて上位ノードや他セルから通知されてもよい。第１基地局eNB1は、キャリア＃Xが使用されている場合に他セルから受ける干渉電力(干渉電力1)、及びキャリア＃Yが使用されている場合に他セルから受ける干渉電力（干渉電力2）を測定する。

ステップS3では、キャリアの候補各々について測定された干渉電力の大小関係が比較される。ステップS3では、干渉電力自体の大小比較でなく、あるオフセット「ａ」を考慮して比較が行われる。オフセットは、現在使用されていないキャリア候補についての干渉が、実際の干渉電力よりも大きくなるように設定される。これよりキャリアの変更がなるべく行われないようにし、システムの安定化を図ることができる。大小比較の結果、現在使用しているキャリア＃Xの干渉がかなり大きかった場合、フローはステップS4に進む。そうでなかった場合、フローはステップS2に戻り、他セル干渉電力を測定する。

ステップS4では、各セルの優先度が比較される。図２のステップS5で説明されたように、各基地局で優先度は更新され、更新後の優先度は報知信号(BCH)等で周辺基地局に通知される。従って第１基地局eNB1も、自局の優先度を更新することに加えて、周辺セルの優先度を既に受信している。フローがステップS4に至る場合は、干渉電力2が干渉電力1よりかなり低い場合である。従って、第１基地局eNB1が仮にキャリア＃Yを使用したとすると、他セルからの干渉は現在よりかなり低くなり、通信の高品質化を図ることができる。キャリア#Yは現在第２基地局eNB2で使用されているので、第１基地局eNB1が勝手にキャリアを＃Xから＃Yに変更することは原則として許されないが、第１基地局eNB1がキャリア#Yを、第2基地局eNB2がキャリア#Xを使用することは干渉抑制の観点からは許されてよい。しかしながら、そのようなキャリアの変更が第1、第2基地局間でなされたとすると、第１基地局eNB1のセルに対する高品質化は保証されるが、第２基地局eNB2のセルに対する通信品質は保証されない。これは第１基地局が第２基地局より高優先度に設定されていたならば、許容してよいが、そうでなければ許容すべきでない。このような観点から、ステップS4で各基地局の優先度が比較され、第１基地局eNB1の優先度がより高ければフローはステップS5へ進み、そうでなければフローはステップS2又はS3に戻る。

ステップS5では、キャリア＃Xと＃Yの交換要求信号が、第１基地局eNB1から第２基地局eNB2へ送信される。

ステップS6では、そのような交換要求信号が、第２基地局eNB2で受信される。

ステップS7では、第１基地局eNB1と同様に、第２基地局eNB2でも優先度が比較される。時間の経過に応じて優先度が変わっているかもしれないからである。第１基地局eNB1の優先度がより高ければフローはステップS10へ進み、そうでなければフローはステップS8に進む。

ステップS8に至る場合は、キャリアの交換を要求している第１基地局eNB1よりも、第２基地局eNB2の優先度の方が高くなり、キャリアの交換はもはや望ましくなくなっている場合である。従って第２基地局eNB2は、交換を拒否することを示す信号を第１基地局eNB1へ返す。

ステップS9では、キャリア＃X,Yの交換相手の基地局が他に存在していた場合に、他の基地局へ交換要求信号が送信される。

ステップS10では、第２基地局eNB2がキャリア＃Xと＃Yの交換要求に応じることを示す交換応答信号を第１基地局eNB1に送信する。

ステップS11では、交換応答信号を第１基地局eNB1が受信する。

ステップS12では、第１基地局eNB1が受信確認応答を第２基地局eNB2に送信し、それを第２基地局eNB2はステップS13で受信する。

ステップS15では第１基地局NB1がキャリアを#Xから＃Yに変更する。

ステップS16では第２基地局NB2がキャリアを#Yから＃Xに変更する。

ステップS15,S16でキャリアを変更する場合、セル内に移動局が存在しているときは、各移動局にキャリアが変更されることを示す通知及び必要な処理がなされる。

上記の手順は、第１，２セルの基地局(eNB1,eNB2)で行われているが、第２，３セルの基地局間で行われてもよい。説明の簡明化を図るため、キャリア候補は２つしかなかったが、３つ以上のキャリア候補が比較及び検討されてもよい。優先度の比較がステップS4,S7で行われているが、優先度の更新頻度が比較的少ない場合又は基地局間の通信が高速に行われる場合には、ステップS4はステップS7に統合されてもよい。但し、基地局間の交換要求信号のやりとりを少なくする観点からは、図４のようにステップS4,S7双方が行われることが望ましい。ステップS5,S6,S8−S14等で行われ得基地局間の通信は、有線で行われてもよいし、無線で行われてもよい。無線で行われる場合には、移動局を介してもよい。

上記の説明では無線リソースは、ある周波数帯域(キャリア)であったが、時間スロット、周波数ブロック(リソースブロック)、送信電力、符合(コード)又はそれらの何らかの組み合わせでもよい。

無線リソースが時間スロットの場合、例えば、第１基地局が時間スロットを＃X_Tから＃Y_Tへ第2基地局が時間スロットを＃Y_Tから＃X_Tへの変更の許否が、干渉電力の大小及び優先度の高低の観点から決定されてもよい。

無線リソースが周波数ブロック(リソースブロック)の場合、例えば、特定のリソースブロックを低優先度の基地局がなるべく使用しないようにすることで、その特定のリソースブロックによる通信の高品質化を図ってもよい。

無線リソースが基地局の送信電力の場合、例えば、高優先度の基地局が強い電力で送信し、低優先度の基地局が弱い電力で送信することが考えられる。

図５は本発明の一実施例による基地局のブロック図を示す。図５には或る基地局200nと１つの周辺基地局200mとが描かれている。簡明化のため周辺基地局は１つしか描かれていないが、実際には１つ以上の周辺基地局が存在してよい。基地局200nは、信号受信部５０２、収容トラヒック量計算部５０４、ePI計算部５０６、報知信号生成部５０７、ePIテーブル記憶部５０８、ePI比較部５１０、干渉電力測定部５１２、干渉電力比較部５１４、無線リソース制御部５１６、交換要求信号生成部５２０、交換応答信号生成部５２２、受信確認応答信号生成部５２４、信号送信部５３０を有する。

信号受信部５０２及び信号送信部５３０は、周辺基地局200mもしくは接続移動局からの信号を受信する及びそこへ信号を送信する。基地局200nの通信相手は、ユーザ装置、上位ノード(MME/UPE)等であるが、図示の例では他の基地局との通信に着目している。

収容トラヒック量計算部５０４は、基地局200nと無線通信を行っているユーザの数を測定する。必要に応じて、通信しているデータ量が測定されてもよい。図示の簡明化のため、トラヒック量計算部しか描かれていないが、図２のステップS2で説明されたように、通信品質に影響を及ぼす無線リソース使用量のような様々な量が観測されてよい（そのような量は優先度要素になる。）。

ePI計算部５０６は、トラフィック量等の優先度要素から、優先度又は優先度インジケータ(ePI)が導出される。

報知信号生成部５０７は、報知信号を作成する。報知信号にはセルに固有の様々な情報が含まれてよいが、本実施例に関しては優先度が含まれてよい点に特に留意を要する。優先度は報知信号以外の信号で周辺基地局に通知されてもよい。

ePIテーブル記憶部５０８は、ePI計算部５０６で更新された優先度を記憶する。優先度に加えて、優先度要素が必要に応じて記憶されてもよい。

ePI比較部５１０は、図４のステップS4でなされたように、各基地局の優先度を比較し、無線リソース（使用周波数、タイムスロット、コード、空間、上り干渉量、基地局送信電力等）の変更を要するか否かを判定する。判定結果は、無線リソース制御部５１６に通知される。

干渉電力測定部５１２は、図４のステップS2でなされたように、様々な無線リソースの候補に対して、その候補が使用された場合にどの程度の干渉を受けることになるかを候補毎に測定する。

干渉電力比較部５１４は、無線リソースの各候補で予想される干渉の大小関係を調べる。大小関係は、無線リソース制御部５１６に通知される。

無線リソース制御部５１６は、各移動局に割り当てる無線リソースを管理する。

交換要求信号生成部５２０は、優先度の高低及び干渉電力の大小の少なくとも一方から、無線リソースを変更すべきか否かを判定する。変更すべき場合には、図４のステップS5でなされたように、交換要求信号が作成され、送信される。

交換応答信号生成部５２２は、他セルから受信した交換要求信号に応じて無線リソースの変更を行う場合に、図４のステップS10でなされたように、交換応答信号を作成する。

受信確認応答信号生成部５２４は、無線リソースが望み通りに変更できる場合に、ステップS12でなされたように、受信確認応答信号を作成する。

移動通信システムを示す図である。セルの優先度を更新するためのフローチャートである。優先度及び優先度要素をセル毎に示すテーブル例を示す図である。優先度を用いてセルの無線リソースを決定するためのフローチャートを示す。本発明の一実施例による基地局のブロック図を示す。

符号の説明

1000 移動通信システム
50_n セル
100_n 移動局
200_n 基地局
300 MME/UPE
400 コアネットワーク
502 信号受信部
504 収容トラヒック量計算部
506 ePI計算部
507 報知信号生成部
508 ePIテーブル記憶部
510 ePI比較部
512 干渉電力測定部
514 干渉電力比較部
516 無線リソース制御部
520 交換要求信号生成部
522 交換応答信号生成部
524 受信確認応答信号生成部
530 信号送信部

Claims

移動通信システムにおける基地局装置であって、
少なくとも時間と共に可変な動的情報から優先度を計算する手段と、
前記優先度を報知する手段と、
周辺基地局が報知する前記優先度をユーザ装置を介して又はユーザ装置を介さないで周辺基地局から取得する手段と、
自セルの前記優先度及び１以上の他セルの前記優先度を比較する手段と、
前記優先度の比較結果から、自セルで使用される無線リソースが変更されるべきか否かを判定する手段と、
前記判定結果から、無線リソースの変更を行う手段と、
を有する基地局装置。
前記優先度は、定期的に又は不定期的に更新される請求項１記載の基地局装置。
前記時間と共に可変な動的情報は、無線リソースの使用状況、収容トラヒック量、在圏セル中のユーザ総数、リアルタイム通信中のユーザの数又は割合のうちの少なくとも一つで指定される請求項１又は２記載の基地局装置。
変更される無線リソースは、使用周波数、時間、コード、空間、上り干渉量、基地局送信電力で指定される請求項１乃至３の何れか1項に記載の基地局装置。
自セルの優先度が他セルの優先度よりも高い場合に、小さな干渉電力に対応する無線リソースを使用している他セルに、該無線リソース以外の無線リソースを使用するよう要求する請求項４記載の基地局装置。
自セルの優先度が他セルの優先度よりも高い場合に、自セルの無線リソースと１つの他セルの無線リソースとが置換されるよう変更される請求項５記載の基地局装置。
自セルの優先度が他セルの優先度よりも高い場合に、自セルの無線リソース使用量を増やす請求項４記載の基地局装置。
自セルの優先度が他セルの優先度よりも高い場合に、他セルの無線リソース使用量を減らすよう要求する請求項７記載の基地局装置。
移動通信システムにおける基地局装置で使用される方法であって、
少なくとも時間と共に可変な動的情報から優先度を計算するステップと、
前記優先度を報知するステップと、
周辺基地局が報知する前記優先度をユーザ装置を介して又はユーザ装置を介さないで周辺基地局から取得するステップと、
自セルの前記優先度及び１以上の他セルの前記優先度を比較するステップと、
前記優先度の比較結果から、自セルで使用される無線リソースが変更されるべきか否かを判定するステップと、
前記判定結果から、無線リソースの変更を行うステップと、
を有する方法。