JP2009159326A - 移動通信共存システム、基地局装置、および基地局装置の制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】システム当たりの収容ユーザ数を減少させることなく、異なる2以上の移動通信システムを同一の周波数帯域内に共存させること。
【解決手段】現在稼働中の移動通信システムに属する現基地局10は、一部のタイムスロットからなる第1のタイムスロット群に含まれる少なくとも1つのタイムスロットを使用して、全タイムスロットのうち第1のタイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで、現移動局14と通信を行う。現在稼働中の移動通信システムと同一の周波数帯域が割り当てられた次世代の移動通信システムに属する次基地局12は、第1のタイムスロット群と重複しない第2のタイムスロット群に含まれる少なくとも1つのタイムスロットを使用して、全タイムスロットのうち第2のタイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで、次移動局16と通信を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、移動通信共存システム、基地局装置、および基地局装置の制御方法に関し、特に、異なる2以上の移動通信システムを同一の周波数帯域内に共存させるための技術に関する。
近年、移動通信システムにおける加入数の増加およびサービスの高度化・多様化に対応するため、限りある周波数資源を一層有効に利用する方策が求められている。その1つとして、異なる2以上の移動通信システムを同一の周波数帯域内に共存させる方法がある。
たとえば、異なる2以上の移動通信システムを周波数方向に共存させる方法では、ある周波数帯域を2以上の部分周波数帯域に分割し、分割された部分周波数帯域をそれぞれ各システムに割り当てる。
また、異なる2以上の移動通信システムを時間軸方向に共存させる方法では、複数のタイムスロットからなるタイムフレームをいくつかのタイムスロット群に区分し、区分されたタイムスロット群をそれぞれ各システムに割り当てる。たとえば、特許文献1(図15,16参照)には、タイムフレームの一部を第1の通信システムに割り当て、残りの部分を第2の通信システムに割り当てることにより、2つの異なる通信システムを時間軸方向に共存させる技術が開示されている。
特表平11−513871号公報
しかしながら、周波数方向に共存させる上記の方法では、システム当たりの使用可能帯域が減少するため、結果としてシステム当たりの収容ユーザ数が減少してしまう。特に、サイドローブの大きいOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)方式などを採用する移動通信システムをこの方法で他の移動通信システムと共存させる場合、干渉を防ぐためのガードバンドが必要となるためシステム当たりの収容ユーザ数はさらに減少することになる。
また、時間軸方向に共存させる上記の方法では、システム当たりの使用可能タイムスロットが減少するため、結果としてシステム当たりの収容ユーザ数が減少してしまう。
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、システム当たりの収容ユーザ数を減少させることなく、異なる2以上の移動通信システムを同一の周波数帯域内に共存させることができる移動通信共存システム、基地局装置、および基地局装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る移動通信共存システムは、所定の周波数帯域において時分割多重方式により第1および第2の移動局装置とそれぞれ通信を行う第1および第2の基地局装置を含み、前記第1の基地局装置は前記第2の基地局装置が属する移動通信システムとは異なる移動通信システムに属する移動通信共存システムであって、前記第1の基地局装置は、一部のタイムスロットからなる第1のタイムスロット群に含まれる少なくとも1つのタイムスロットを使用して、全タイムスロットのうち前記第1のタイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで、前記第1の移動局装置と通信を行い、前記第2の基地局装置は、前記第1のタイムスロット群と重複しない第2のタイムスロット群に含まれる少なくとも1つのタイムスロットを使用して、全タイムスロットのうち前記第2のタイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで、前記第2の移動局装置と通信を行うことを特徴とする。
本発明によれば、同一の周波数帯域が割り当てられた異なる移動通信システムに属する第1の基地局装置と第2の基地局装置とが時分割多重による複数のタイムスロットを互いに分け合い、それぞれ自局(自システム)に割り当てられたタイムスロットの占有率に応じた従来よりも低い伝送レートで各移動局装置との通信を行う。このため、システム当たりの収容ユーザ数を減少させることなく、異なる2以上の移動通信システムを同一の周波数帯域内に共存させることができる。なお、第1および第2の基地局装置に割り当てられるタイムスロットは、予め絶対時刻で指定されていてもよいし、第1の基地局装置と第2の基地局装置とのネゴシエーションによって決定してもよいし、一方の基地局装置から他方の基地局装置に送信される基準信号の送信(受信)タイミングからの相対時間に基づいて決定してもよい。
また、本発明の一態様では、前記第1の基地局装置は、前記第1のタイムスロット群における所定のタイムスロットで制御信号を送信し、前記第2の基地局装置は、前記第1の基地局装置から送信される制御信号を受信したタイミングに基づいて、前記第2のタイムスロット群を特定する。この態様によれば、第2の基地局装置は、第1の基地局装置から送信される制御信号を受信したタイミングに基づいて、自局に割り当てられたタイムスロットを特定することができる。
また、本発明の一態様では、前記第2の基地局装置は、絶対時刻を取得する絶対時刻取得手段をさらに含み、前記絶対時刻取得手段により取得された絶対時刻に基づいて、前記第2のタイムスロット群を特定する。この態様によれば、第2の基地局装置は、絶対時刻に基づいて、自局に割り当てられたタイムスロットを特定することができる。
また、本発明の一態様では、前記第1および第2のタイムスロット群は、それぞれ同数のタイムスロットからなり、前記第1および第2の基地局装置は、ハーフレート方式で前記第1および第2の移動局装置とそれぞれ通信を行う。この態様によれば、第1および第2の基地局装置は、それぞれ使用するタイムスロットを通常の半分に減らすとともに、各移動局装置との通信の伝送レートも通常の半分に落とす。このため、システム当たりの収容ユーザ数を維持しつつ、異なる2つの移動通信システムを同一の周波数帯域内に共存させることができる。
また、本発明に係る基地局装置は、所定の周波数帯域において時分割多重方式により複数の移動局装置それぞれと通信を行う基地局装置であって、前記所定の周波数帯域において通信を行う他システムの基地局装置が通信に使用する一部のタイムスロットに重複しないタイムスロット群を特定するタイムスロット群特定手段を含み、前記タイムスロット群特定手段により特定されたタイムスロット群に含まれる少なくとも1つのタイムスロットを使用して、全タイムスロットのうち前記タイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで、前記各移動局装置と通信を行うことを特徴とする。
また、本発明に係る基地局装置の制御方法は、所定の周波数帯域において時分割多重方式により複数の移動局装置それぞれと通信を行う基地局装置の制御方法であって、前記所定の周波数帯域において通信を行う他システムの基地局装置が通信に使用する一部のタイムスロットに重複しないタイムスロット群を特定するステップと、前記特定されたタイムスロット群に含まれる少なくとも1つのタイムスロットを使用して、全タイムスロットのうち前記タイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで、前記各移動局装置と通信を行うステップと、を含むことを特徴とする。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、異なる2つの移動通信システムが同一の周波数帯域内に共存する様子を示す図である。同図では、現在稼働中の移動通信システム(以下「現システム」という。)のエリア20に、現システムの周波数帯域と同一の周波数帯域が割り当てられた次世代の移動通信システム(以下「次システム」という。)のエリア22が重なるように配置されている。
基地局10は、現システムに属する基地局(以下「現基地局」という。)であり、TDMA/TDD(Time Division Multiple Access/Time Division Duplex:時分割多重複信)方式により、自局のエリア20内に位置する現システムの移動局(以下「現移動局」という。)14と無線通信を行う。
基地局12は、次システムに属する基地局(以下「次基地局」という。)であり、TDMA/TDD(Time Division Multiple Access/Time Division Duplex:時分割多重複信)方式およびOFDMA方式により、自局のエリア22内に位置する次システムの移動局(以下「次移動局」という。)16と高速無線通信を行う。
TDMA/TDD方式によるタイムスロット構成は、現システムと次システムで共通しており、ダウンリンク(基地局から移動局に向かう無線伝送路)およびアップリンク(移動局から基地局に向かう無線伝送路)は、それぞれ連続する4つのタイムスロット(0.625ms×4)から構成されている。また、現基地局10のタイムスロットと次基地局12のタイムスロットとは、後述する方法で同期がとられている。
図2は、本実施形態における現システムおよび次システムに対するタイムスロットの割り当て(2タイムフレーム分)を示す図である。同図に示すように、本実施形態では、5msのタイムフレームが現システムと次システムに交互に割り当てられるため、各システムが使用できるタイムスロットは、各システムが全タイムスロットを独占使用できる場合に比べて半分しかない。しかし、本実施形態では、各システムが基地局と移動局との間の伝送レートを半分にする、いわゆるハーフレート方式を採用することにより、システム当たりの収容ユーザ数を維持しつつ、現システムと次システムを同一の周波数帯域内に共存させることを可能にしている。
以下では、現システムと次システムの共存を実現するために現基地局10および次基地局12が備える構成ついて詳細に説明する。
図3は、現基地局10の機能ブロック図である。同図に示すように、現基地局10は、アンテナ30、無線通信部32、信号処理部34、有線通信部36、および制御部40を含んで構成される。
アンテナ30は、現移動局14から送信される無線信号を受信し、その無線信号を無線通信部32に出力する。また、無線通信部32から供給される無線信号を現移動局14に対して放射する。なお、受信および送信は、制御部40の指示に従って時分割で切り替えられる。
無線通信部32は、ローノイズアンプ、パワーアンプ、帯域通過フィルタ、ミキサなどを含んで構成される。無線通信部32は、アンテナ30で受信される無線信号を中間周波数信号にダウンコンバートし、その中間周波数信号を信号処理部34に出力する。また、信号処理部34から入力される変調信号を無線信号にアップコンバートし、その無線信号を送信出力レベルにまで増幅してアンテナ30に供給する。
信号処理部34は、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、復調回路、および変調回路などを含んで構成される。信号処理部34は、無線通信部32から入力される中間周波数信号から受信データを復調し、その受信データを有線通信部36または制御部40に出力する。また、有線通信部36または制御部40から入力される送信データを変調し、得られた変調信号を無線通信部32に出力する。
有線通信部36は、回線交換網(IP網でもよい)を介して、他の現基地局10または現システムの制御センタから送信されるデータを受信し、信号処理部34または制御部40に出力する。また、信号処理部34または制御部40から入力されるデータを、回線交換網(IP網)を介して他の現基地局10または制御センタに送信する。
制御部40は、たとえばCPUおよびCPUの動作を制御するプログラムで構成され、現基地局10の各部を制御する。特に、制御部40は、定期監視部42および動作モード制御部44を機能的に含み、制御センタからの共存モード移行指示に応じて、現基地局10の動作モードを、全タイムフレームを使用してフルレート方式で通信を行う通常モード(フルレートモード)から、上記のように次システムと交互にタイムフレームを使用してハーフレート方式で通信を行う共存モード(ハーフレートモード)に移行する。なお、かかる機能は、たとえば図示しない記憶部に格納されるプログラムをCPUが実行することによって実現される。
定期監視部42は、所定の周期で定期監視処理を実施する。定期監視処理において、定期監視部42は、周辺に配置された他の現基地局10との同期を維持するために、他の現基地局10の制御チャネル(制御信号送信用のチャネル)として割り当てられたタイムスロットをモニタ(オープンサーチ)する。他の現基地局10から送信される制御信号には、当該現基地局10を識別するための基地局IDなどが含まれている。また、定期監視部42は、制御センタの指示に従って動作するために、定期監視処理において、制御センタから送信される指示をモニタする。モニタ中に制御センタからの共存モード移行指示が受信されると、その旨を動作モード制御部44に通知する。
動作モード制御部44は、現基地局10の動作モードを制御する。特に、制御センタからの共存モード移行指示が受信された旨の通知を定期監視部42から受けると、動作モード制御部44は、現基地局10の動作モードを、全タイムフレームを使用してフルレート方式で通信を行う通常モードから、図2に示す現システムのタイムフレーム(通常モードで使用するタイムスロットの半分)を使用してハーフレート方式(通常モードでの伝送レートの半分)で通信を行う共存モードに移行する。これに伴い、現基地局10の制御チャネルには、図2に示す現システムのタイムフレームにおけるいずれかのタイムスロット(たとえばスロット番号1)が割り当てられる。これにより、制御信号の送信間隔は、通常モードにおける送信間隔の倍になる。
図4は、次基地局12の機能ブロック図である。同図に示すように、次基地局12は、アンテナ50、無線通信部52、信号処理部54、有線通信部56、および制御部60を含んで構成される。図3および4から分かるように、次基地局12の構成は現基地局10の構成と類似しているため、ここでは、現基地局10と次基地局12との相違点のみを説明する。
信号処理部54は、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路、およびIFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)回路などを含んで構成される。信号処理部54は、無線通信部52から入力されるベースバンドOFDM信号をA/D変換した後、FFT回路においてFFTを行い、OFDMシンボルの各サブキャリア成分を得る。そして、得られたOFDMシンボルの各サブキャリア成分を連結してシンボル列を生成し、そのシンボル列から復号した受信データを有線通信部56または制御部60に出力する。また、信号処理部54は、有線通信部56または制御部60から入力される送信データをシンボル列にマッピングし、そのシンボル列を各サブキャリア成分に分割する。そして、IFFT回路でIFFTを行い、D/A変換して得たベースバンドOFDM信号(変調信号)を無線通信部52に出力する。
制御部60は、たとえばCPUおよびCPUの動作を制御するプログラムで構成され、次基地局12の各部を制御する。特に、制御部60は、定期監視部62および動作モード制御部64を機能的に含み、現基地局10から送信される制御信号が検出されるか否かに応じて、現基地局10の動作モードを、全タイムフレームを使用してフルレート方式で通信を行う通常モード、および上記のように現システムと交互にタイムフレームを使用してハーフレート方式で通信を行う共存モード、のいずれかに設定する。
定期監視部62は、所定の周期で定期監視処理を実施する。定期監視処理において、定期監視部62は、周辺に現基地局10が存在するか否かを確認するために、現基地局10の制御チャネルをモニタ(オープンサーチ)する。そして、モニタ中に現基地局10のIDを含む制御信号が検出されたか否かを動作モード制御部64に通知する。現基地局10のIDを含む制御信号が検出された場合、定期監視部62は、その制御信号が検出されたタイミング(時刻またはスロット番号)も併せて動作モード制御部64に通知する。
動作モード制御部64は、定期監視部62によるモニタ結果に基づいて、すなわち周辺に現基地局10が存在するか否かに基づいて、次基地局12の動作モードを制御する。
周辺に現基地局10が存在する場合、現基地局10のIDを含む制御信号が検出された旨およびそのタイミングが定期監視部62から動作モード制御部64に通知される。この場合、動作モード制御部64は、現基地局10のIDを含む制御信号が検出されたタイミングからの相対スロット番号により、現システムのタイムフレームと重複しない次システムのタイムフレームを特定する。たとえば、現基地局10がスロット番号1で制御信号を送信する場合、動作モード制御部64は、その制御信号が検出されたタイミングを起点として8×nタイムスロット番目(nは整数)のタイムスロットから1タイムフレーム分を次システムのタイムフレームであると特定する。そして、特定した次システムのタイムフレーム(通常モードで使用するタイムスロットの半分)を使用してハーフレート方式(通常モードでの伝送レートの半分)で通信を行う共存モードで次基地局12を動作させる。このため、図1に示すように現基地局10の周辺に次基地局12を配置しても、現システムと次システムはともにシステム当たりの収容ユーザ数を維持することができる。
一方、周辺に現基地局10が存在しない場合、定期監視部62から現基地局10のIDを含む制御信号が検出されなかった旨が通知される。この場合、次システムは現システムと周波数帯域を共有する必要がないため、動作モード制御部64は、全タイムフレームを使用してフルレート方式で通信を行う通常モードで次基地局12を動作させる。
ここで、現基地局10および次基地局12の動作について説明する。
図5は、現基地局10における動作モード制御処理を示すフロー図である。同図に示すように、現基地局10は、全タイムフレームを使用する通常モード(フルレートモード)で通信を開始する(S100)。次に、現基地局10は、定期監視用のタイマを開始する(S102)。タイマが定期監視実施時期になると(S104:Y)、現基地局10は、他の現基地局10に割り当てられた制御チャネルをモニタし(S106)、他の現基地局10との同期を維持する。また、現基地局10は、制御センタから送信される指示をモニタし、共存モード移行指示を受信すると(S108:Y)、図2に示す現システムのタイムフレームを使用する共存モード(ハーフレートモード)に移行する(S110)。制御センタからの共存モード移行指示を受信するまでは、現基地局10は、通常モード(フルレートモード)での通信を継続する。
図6は、次基地局12における動作モード制御処理を示すフロー図である。同図に示すように、次基地局12は、定期監視用のタイマを開始する(S200)。タイマが定期監視実施時期になると(S202:Y)、次基地局12は、現基地局10に割り当てられた制御チャネルをモニタする(S204)。ここで、現基地局10のIDを含む制御信号を検出すると(S206:Y)、すなわち周辺に現基地局10が存在することが確認されると、次基地局12は、当該制御信号を検出したタイミングに基づいて、共存モードで使用するタイムフレームを特定する(S208)。そして、特定したタイムフレームを使用する共存モード(ハーフレートモード)で通信を行う(S210)。一方、現基地局10のIDを含む制御信号を検出しなければ(S206:N)、すなわち周辺に現基地局10が存在することが確認されなければ、次基地局12は、全タイムフレームを使用する通常モードで通信を行う(S212)。その後、次基地局12は、S202以降の処理を繰り返し実行する。
以上説明した実施形態によれば、同一の周波数帯域が割り当てられた現基地局10と次基地局12とが時分割多重によるタイムフレームを交互に使用し、それぞれハーフレート方式で現移動局14および次移動局16と通信を行う。このため、システム当たりの収容ユーザ数を維持したまま、現システムと次システムを同一の周波数帯域内に共存させることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
たとえば、以上の説明では、制御チャネルをモニタすることにより基地局間の同期をとる例を示したが、各基地局にミリ秒オーダ(xx.yyz秒)の精度で絶対時刻を取得するGPSレシーバ(Global Positioning System)などを搭載し、絶対時刻により基地局間の同期をとるようにしてもよい。この場合、上記zの位が”0”である絶対時刻を共存モードにおける現システムのタイムフレーム(5ms)の開始時刻とし、上記zの位が”5”である絶対時刻を次システムのタイムフレーム(5ms)の開始時刻として規定しておけば、両システムを同一の周波数帯域内に共存させることができる。
また、共存モードにおけるタイムスロットの割り当ては、図2に示す割り当て例に限定されない。たとえば、図7に示すように、連続する2つのタイムスロット(0.625ms×2)を現システムと次システムに交互に割り当てるようにしてもよい。こうしても、システム当たりの収容ユーザ数を維持したまま、両システムを同一の周波数帯域内に共存させることができる。
また、第1の基地局(現基地局)の機能と第2の基地局(次基地局)の機能を1つの基地局に実装してもよいし、第1の移動局(現移動局)の機能と第2の移動局(次移動局)の機能を1つの移動局に実装してもよい。
また、本発明は、異なる3以上の移動通信システムを同一の周波数帯域内に共存させる場合にも適用可能である。この場合、各システムが、全タイムスロットのうち各システムの使用するタイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで通信を行うようにすればよい。
異なる2つの移動通信システムが同一の周波数帯域内に共存する様子を示す図である。 本実施形態における現システムおよび次システムに対するタイムスロットの割り当てを示す図である。 本発明の実施形態に係る現基地局の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る次基地局の機能ブロック図である。 現基地局における動作モード制御処理を示すフロー図である。 次基地局における動作モード制御処理を示すフロー図である。 現システムおよび次システムに対するタイムスロットの他の割り当て例を示す図である。
符号の説明
10 現システムの基地局(現基地局)、12 次システムの基地局(次基地局)、14 現システムの移動局(現移動局)、16 次システムの移動局(次移動局)、20,22 エリア、30,50 アンテナ、32,52 無線通信部、34,54 信号処理部、36,56 有線通信部、40,60 制御部、42,62 定期監視部、44,64 動作モード制御部。

Claims (6)

  1. 所定の周波数帯域において時分割多重方式により第1および第2の移動局装置とそれぞれ通信を行う第1および第2の基地局装置を含み、前記第1の基地局装置は前記第2の基地局装置が属する移動通信システムとは異なる移動通信システムに属する移動通信共存システムであって、
    前記第1の基地局装置は、一部のタイムスロットからなる第1のタイムスロット群に含まれる少なくとも1つのタイムスロットを使用して、全タイムスロットのうち前記第1のタイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで、前記第1の移動局装置と通信を行い、
    前記第2の基地局装置は、前記第1のタイムスロット群と重複しない第2のタイムスロット群に含まれる少なくとも1つのタイムスロットを使用して、全タイムスロットのうち前記第2のタイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで、前記第2の移動局装置と通信を行う、
    ことを特徴とする移動通信共存システム。
  2. 請求項1に記載の移動通信共存システムにおいて、
    前記第1の基地局装置は、前記第1のタイムスロット群における所定のタイムスロットで制御信号を送信し、
    前記第2の基地局装置は、前記第1の基地局装置から送信される制御信号を受信したタイミングに基づいて、前記第2のタイムスロット群を特定する、
    ことを特徴とする移動通信共存システム。
  3. 請求項1に記載の移動通信共存システムにおいて、
    前記第2の基地局装置は、
    絶対時刻を取得する絶対時刻取得手段をさらに含み、
    前記絶対時刻取得手段により取得された絶対時刻に基づいて、前記第2のタイムスロット群を特定する、
    ことを特徴とする移動通信共存システム。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載の移動通信共存システムにおいて、
    前記第1および第2のタイムスロット群は、それぞれ同数のタイムスロットからなり、
    前記第1および第2の基地局装置は、ハーフレート方式で前記第1および第2の移動局装置とそれぞれ通信を行う、
    ことを特徴とする移動通信共存システム。
  5. 所定の周波数帯域において時分割多重方式により複数の移動局装置それぞれと通信を行う基地局装置であって、
    前記所定の周波数帯域において通信を行う他システムの基地局装置が通信に使用する一部のタイムスロットに重複しないタイムスロット群を特定するタイムスロット群特定手段を含み、
    前記タイムスロット群特定手段により特定されたタイムスロット群に含まれる少なくとも1つのタイムスロットを使用して、全タイムスロットのうち前記タイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで、前記各移動局装置と通信を行う、
    ことを特徴とする基地局装置。
  6. 所定の周波数帯域において時分割多重方式により複数の移動局装置それぞれと通信を行う基地局装置の制御方法であって、
    前記所定の周波数帯域において通信を行う他システムの基地局装置が通信に使用する一部のタイムスロットに重複しないタイムスロット群を特定するステップと、
    前記特定されたタイムスロット群に含まれる少なくとも1つのタイムスロットを使用して、全タイムスロットのうち前記タイムスロット群が占める割合に応じた伝送レートで、前記各移動局装置と通信を行うステップと、
    を含むことを特徴とする基地局装置の制御方法。
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