JP2010166505A - 無線通信システムにおける基地局装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】或る無線通信システムと、該或る無線通信システムの少なくとも一部の帯域を共用する他の無線通信システムとが、少なくとも一部の地域で並存する場合に、或る無線通信システムが他の無線通信システムに与える干渉を低減しつつ、無線リソースの有効利用を図ること。
【解決手段】基地局装置は、他の無線通信システムの通信装置の情報を取得する情報取得部と、通信装置の情報に基づいて、下り送信電力、セクタ毎の指向性アンテナ利得及びセクタ毎の電力制御量を示すウエイトベクトルから、或る無線通信システムが通信装置に及ぼす与干渉量を算出する与干渉算出部と、通信装置における許容干渉量及び与干渉量が等しくなるように、ウエイトベクトルを更新するウエイト更新部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は無線通信の技術分野に属し、特に無線通信システムにおける基地局装置及び方法に関する。

無線通信システムにおける通信の高品質化及び高速化は重要な課題であり、そのため、より広い帯域を利用できる将来の無線システムの検討及び開発が進んでいる。一方、現在でも既に多種多様な無線システムが存在しているので、将来的な無線システムにとって、広帯域でカバレッジを広く確保することは容易でない。例えば、WRC-07により決定された次世代移動体通信に新規に追加される連続的な周波数帯域幅は、200MHz (3.4-3.6GHz)しかない。そのように狭い帯域幅では、１オペレータ当たり例えば100MHzもの帯域幅を要する次世代移動体通信にとって十分でない。オペレータが複数存在する場合、各自専用の帯域で自由にサービスを提供することは益々困難になる。

このため、自他の複数の無線システムが同一の帯域を共用しながら並存することが予想される。新設される無線システムは、既存の無線システムの通信を妨害しないように、無線資源の利用を控えながら通信を行わなければならない。従来の周波数共用技術については、特許文献１及び非特許文献１，２等に記載されている。

特願２００７−５０２５７６

"国際電気通信連合（ITU）2007年世界無線通信会議（WRC-07）の結果,"総務省報道発表資料, 2007.11． "Sharing studies between IMT Advanced systems and geostationary satellite networks in the fixed-satellite service in the 3400-4200 and 4 500-4800 MHz frequency bands," ITU-R, Report ITU-R M.2109, June 2007.

しかし、従来の無線システムは、以下に示すような問題点を有する。上述したように、新設される無線システムは、既存の無線システムと共用する無線帯域を利用する際、既存の無線システムの通信になるべく影響を与えないようにしなければならない。説明の便宜上、新設される無線システムを「与干渉システム」と呼び、既存の無線システムを「被干渉システム」と呼ぶことにする。これらの名称は相対的な便宜的な名称に過ぎない。

与干渉システムがセルラ構成のように複数の基地局を利用する場合、与干渉システムの各基地局から送信された信号は、全て、被干渉システムにおける干渉信号となる。そこで、被干渉システムの被る干渉信号が常に小さくなるように、与干渉システムが利用する無線リソースを大幅に制限するように大きなマージンを課すことが考えられるかもしれない。しかしながら、そのようなマージンを一律に課すことは、無線リソースの有効活用の観点からは好ましくない。与干渉システムの通信が、被干渉システムにとって常に許容できない程大きな干渉になるとは限らないからである。

本発明の課題は、或る無線通信システムと、該或る無線通信システムの少なくとも一部の帯域を共用する他の無線通信システムとが、少なくとも一部の地域で並存する場合に、前記或る無線通信システムが前記他の無線通信システムに与える干渉を低減しつつ、無線リソースの有効利用を図ることである。

本発明の一形態では、無線システムが使用される。

無線システムは、
他の無線システムと共用する共用帯域で通信を行う手段と、
他の無線システムの通信を妨害しないように、無線資源の利用を制限する手段と、
他の無線システムの通信装置の情報(通信装置の測定した受信レベルの測定値、通信装置の位置情報等)を取得する手段と、
取得した情報を利用して、共用帯域における総送信電力量の抑圧量を決定する手段と、
決定された抑圧量に基づいて、無線資源を制限しながら下り信号を送信する手段と
を有する。

本発明の一形態によれば、或る無線通信システムと、該或る無線通信システムの少なくとも一部の帯域を共用する他の無線通信システムとが、少なくとも一部の地域で並存する場合に、前記或る無線通信システムが前記他の無線通信システムに与える干渉を低減しつつ、無線リソースの有効利用を図ることができる。

同一の地域に複数のシステムが並存している様子を示す図。 与干渉及び被干渉システムの周波数帯域を模式的に示す図。 与干渉及び被干渉システムの通信装置の位置関係を示す図。 与干渉量の数式を説明するための図。 総送信電力、送信電力密度及び帯域幅の相互関係を示す図。 送信電力等を決定するためのフローチャート。 与干渉システムの基地局装置の機能ブロック図。 シミュレーション結果を示す図。

本発明の一形態による基地局装置は、或る無線通信システムと、該或る無線通信システムの少なくとも一部の帯域を共用する他の無線通信システムとが、少なくとも一部の地域で並存する場合に、前記或る無線通信システムで使用される。

本基地局装置は、
前記他の無線通信システムの通信装置の情報(CINR，位置情報等)を取得する情報取得部と、
前記通信装置の情報に基づいて、下り送信電力(P_j)、セクタ毎の指向性アンテナ利得(g(k,θ_i))及びセクタ毎の電力制御量を示すウエイトベクトル(w_k)から、前記或る無線通信システムが前記通信装置に及ぼす与干渉量(r^w _i)を算出する与干渉算出部と、
前記通信装置における許容干渉量及び前記与干渉量が等しくなるように、前記ウエイトベクトルを更新するウエイト更新部と、
を有する基地局装置である。

前記通信装置の情報は、当該基地局装置にネットワークを介して接続されたサーバに格納されてもよい。

当該基地局装置は、前記他の無線通信システムの基地局と通信媒体を介して接続されてもよい。前記通信装置の情報は、該通信装置の上り回線及び前記通信媒体を経由して取得されてもよい。

前記通信装置の情報は、前記通信装置の位置情報を含んでもよい。当該基地局装置及び前記通信装置間の距離に応じて、前記与干渉量を算出するか否かが決定されてもよい。

前記通信装置の情報は、前記通信装置における受信品質情報を含んでもよい。前記ウエイトベクトルの更新に前記受信品質情報も使用されてもよい。

前記受信品質情報は、信号対干渉雑音比(CINR)又は受信信号強度インジケータ(RSSI)で表現されてもよい。

信号対雑音干渉比(CINR)の所望値及び実測値の比率が１以上になるように、前記ウエイトベクトルの更新が行われてもよい。

前記通信装置の位置情報から、当該基地局装置及び前記通信装置の位置関係を示す角度情報が算出され、該角度情報から前記セクタ毎の指向性アンテナ利得が少なくとも導出されてもよい。

前記或る無線通信システムに複数の基地局装置が含まれ、前記与干渉量の算出は各基地局装置で独立に行われてもよい。

当該基地局装置が、複数のアンテナを有し、該複数のアンテナ間の相関行列が、各アンテナの指向性アンテナ利得の相関により表現され、該相関行列の逆行列を用いて、前記ウエイトベクトルの更新が行われてもよい。

前記角度情報は、水平方向の角度及び垂直方向の角度を示してもよい。

前記通信装置の情報は、該通信装置のアンテナの高さ情報を含んでもよい。

当該基地局装置は、更新後のウエイトベクトルで制限された送信電力密度を用いて、下り回線の信号を送信する送信部を更に備えてもよい。

本発明の一形態による方法は、或る無線通信システムと、該或る無線通信システムの少なくとも一部の帯域を共用する他の無線通信システムとが、少なくとも一部の地域で並存する場合に、前記或る無線通信システムで使用される。

本方法は、
前記他の無線通信システムの通信装置の情報を取得するステップと、
前記通信装置の情報に基づいて、下り送信電力、セクタ毎の指向性アンテナ利得及びセクタ毎の電力制御量を示すウエイトベクトルから、前記或る無線通信システムが前記通信装置に及ぼす与干渉量を算出するステップと、
前記通信装置における許容干渉量及び前記与干渉量が等しくなるように、前記ウエイトベクトルを更新するステップと、
更新後のウエイトベクトルで制限された送信電力密度を用いて、下り回線の信号を送信するステップと、
を有する方法である。

通信装置の情報(通信装置の測定した受信レベルの測定値、通信装置の位置情報等)は、既存の無線システム(他の無線システム、被干渉システム)を大幅に改変することなく、取得することができる。これらの情報に基づいて、抑圧量を適切に算出できるので、被干渉システムに及ぼす干渉の低減及び無線リソースの有効活用を簡易に行うことができる。本発明の一形態によれば、与干渉システムによる無線資源の利用及び制限を過不足無く行い、干渉を抑制しつつ利用する無線資源量を最大化し、与干渉システムにおけるスループットの増加及び周波数利用効率の向上を図ることができる。例えば、与干渉システムがセルラシステムのような複数局を利用する場合でも、被干渉システムの通信装置が保護基準値以上の品質で通信できるようになる。

従来の無線システムの場合、与干渉システム中の各基地局からの干渉信号が、被干渉システムにどのように影響しているかは、適切に分析されていなかった。本発明の一形態では、このような干渉信号は、被干渉システムの通信装置の情報に基づいて、与干渉システムで簡易に導出可能である。本発明の一形態は、従来とは異なり、被干渉システムの通信装置が与干渉システムの運用方法(無線方式やセル構成等)を知らなかったとしても、与干渉システムの１つ以上の基地局がその通信装置に及ぼす干渉信号を、与干渉システムの基地局は適切に算出し、与干渉システムは共用無線リソースの利用及び制限を過不足無く行うことができる。

本発明の実施例は、以下の観点から説明される。

１．発明原理
２．制御方法例
３．フローチャート
４．基地局装置
５．シミュレーション結果

＜１．発明原理＞
図１は、同一の地域で２つの通信システムが並存している様子を模式的に示す。図１には、第１の通信システムに属する通信装置B1，B2，B3，B4と、第２の通信システムに属する基地局Aとが示されている。第１の通信システムは、第２の通信システムよりも古くから存在している旧システムである。第２の通信システムは、第１の通信システムの周波数帯域の少なくとも一部を共用する新システムである。説明の便宜上、第１の通信システムは、既存システム、旧システム、被干渉システム等と言及される。第２の通信システムは、新システム、与干渉システム等と言及される。単なる一例として、被干渉システムはパラボラアンテナを利用した衛星システムであり、ユーザ装置は固定端末でもよい。また、与干渉システムは次世代移動通信方式であるIMTアドバンスト方式のシステムとしてもよい。但し、新及び旧システム、与干渉及び被干渉システム等の名称は便宜的な相対的なものに過ぎず、状況に応じて変わり得ることに留意を要する。例えば、新及び旧は、システムが開発された時間的順序と一致してもよいし、異なってもよい。本発明は、少なくとも一部の帯域を共用する複数の通信システムが並存する場合に広く適用可能である。例えば、複数のシステムが同一地域に同時に新設される際、或るシステムが他のシステムよりも優先される場合に、本発明が適用されてもよい。

図２は、与干渉システム及び被干渉システムに割り当てられている周波数帯域を模式的に示す。図２では、与干渉及び被干渉システムが、同じ帯域幅の周波数を共用している。しかしながらこのことは本発明に必須ではなく、本発明は、少なくとも一部の帯域が複数のシステムで共用される場合に、広く適用可能である。上述したように、被干渉システムは、既存のシステムであるので、被干渉システム(既存のシステム)は、共用される帯域(共用帯域)を優先的に使用できる。与干渉システムは、被干渉システムの通信を妨害しないように、共用帯域の無線資源(送信電力、周波数帯域など)を利用しなければならない。このため、被干渉システムには「優先帯域」のラベルが付され、与干渉システムには「共用帯域」のラベルが付されている。

図１の第２の通信システム(与干渉システム)の基地局Aは、３つのセクタに分割されたセル内にある。図示の例の場合、セル内に４つの第１のシステム(被干渉システム)の通信装置B1，B2，B3及びB4も存在している。従って、与干渉システムの基地局Aが、無制限に電波を送信すると、被干渉システムの通信装置B1〜B4は大きな干渉を被ってしまう。通信装置は、被干渉システムで通信を行う適切な如何なる装置でよい。通信装置は、基地局でもユーザ装置でもよいし、移動端末でも固定端末でもよい。ユーザ装置は、例えば、携帯電話機、コンピュータ装置、テレビジョン受信機その他の通信機能を有する適切な如何なる装置でもよい。

本発明の一形態による方法を利用することで、与干渉システムの基地局は、被干渉システムの通信に配慮しながら、共用帯域の利用及び利用の制限を過不足無く行うことができる。図１の影の付いた範囲は、与干渉システムの基地局Aが通信装置B1〜B4に干渉をなるべく及ぼさないように、送信電力及び指向性等を適切に調整している様子を示す。

＜２．制御方法例＞
以下、本発明の一形態による無線リソースの制御方法例を説明する。

図３は、制御方法例の使用されるシステムを模式的に示す。図３には、与干渉システムの基地局A1，A2，A3と、被干渉システムの通信装置B1とが示されている。一例として、与干渉システムはIMTアドバンスト方式の次世代移動通信システムであり、被干渉システムは固定衛星システムであるとするが、本発明はこれらに限定されない。与干渉システムの基地局A1〜A3の各々は、３つのセクタを有するセル内のユーザ装置とそれぞれ通信を行う。被干渉システムの通信装置B1は、衛星からの電波を受信し、被干渉システムにおける通信を行っている。

被干渉システムの通信装置B1は、与干渉システムの基地局A1〜A3各々から干渉を被る。与干渉システムの基地局は、被干渉システムの通信装置B1になるべく干渉を与えないように、通信リソース(共用帯域、送信電力等)を使用しなければならない。これを行うため、与干渉システムの基地局は、被干渉システムの通信装置の通信の状況を知る必要がある。このような通信装置の情報は、適切な如何なる方法を用いて取得されてもよい。

通信装置の情報は、一例として、受信状態や位置で表現されてもよい。例えば、被干渉システムの通信装置の受信状態や位置情報が、被干渉システムのネットワークを介して、与干渉システムに通知(フィードバック)されてもよい。例えば、被干渉システムのユーザ装置が、下りパイロット信号の受信レベルを測定し、その受信レベルが上り回線を通じて被干渉システムの基地局に報告され、更にその受信レベルが基地局間のインターフェースを通じて、与干渉システムの基地局A1に報告されてもよい。同様に基地局間インターフェースを通じて、通信装置B1の測定した受信レベルが、与干渉システムの基地局A2及びA3に報告されてもよい。基地局間インターフェースは、例えば光ファイバで実現可能であるが、当該技術分野で既知の適切な如何なる通信媒体で実現されてもよい。受信状態は、上記の受信レベルや受信品質で表現されてよく、これらは、CINR、RSSI、SIR、SINR、E_b/N₀その他の当該技術分野で既知の適切な如何なる量で表現されてもよい。被干渉システムのユーザ装置が、受信レベルを測定して基地局に報告することは、例えばIMT-2000方式、LTE方式、IMT-A方式のシステム等で通常行われる。目下の例では、被干渉システムは固定衛星システムであるが、上り回線が用意されていれば、その上り回線を使って受信レベルが報告されてもよい。更に、多くの場合、被干渉及び与干渉システムの基地局間インターフェース(Ai及びB1間のインターフェース)は配備される。従って、与干渉システムの基地局A1〜A3の各々は、被干渉システムの通信装置の受信状態を簡易に知ることができる。

一方、被干渉システムは、上り回線を利用しない無線システムかもしれない。例えば、既存のテレビ放送のサービスが提供される場合、上り回線は通常用意されていない。このような場合でも、被干渉システムの通信装置(テレビジョン受信機)の位置情報が分かれば、その通信装置の受信状態を或る程度知ることができる。テレビジョン受信機は、通常固定されているので、位置情報は、ネットワークサーバに登録されてもよい。この場合、与干渉システムの基地局は、不図示のネットワークサーバにアクセスすることで、通信装置(テレビジョン受信機)の位置情報を取得し、通信装置の受信状態を予測できる。位置情報に加えて、地図情報を併用し、地形や建物等による影響が考慮されてもよい。なお、上り回線を利用できるシステムにおいて、ユーザ装置の位置情報が基地局及び基地局間インターフェースを介して、与干渉システムの基地局Ai(i=1，2，3)に通知されてもよい。

このように、与干渉システムの基地局A1〜A3の各々は、被干渉システムの通信装置の位置情報を簡易に知ることができる。

次に、与干渉システムの基地局A1〜A3は、被干渉システムの通信装置の内、考察対象の通信装置を決める。考察対象の通信装置とは、基地局A1〜A3及び通信装置間の距離が所定の値R以内にある通信装置である。図３に示される例の場合、与干渉システムの基地局A1は、被干渉システムの通信装置B1を考察対象にする。それらは所定の距離Rの範囲内にあるからである。同様に、与干渉システムの基地局A2も、被干渉システムの通信装置B1を考察対象にする。しかしながら、与干渉システムの基地局A3は、被干渉システムの通信装置B1を考察対象にしない。従って、与干渉システムの基地局A1及びA2は、被干渉システムの通信装置B1の通信に干渉を及ぼさないよう配慮しながら、共用帯域を利用する。しかしながら、与干渉システムの基地局A3は、被干渉システムの通信装置B1に配慮せずに共用帯域を利用してよい。通信装置B1及び基地局A3間の距離は、所定の距離Rより遠いので、通信装置B1が基地局A3から被る干渉は、重大ではないと考えられるからである。被干渉システムの通信装置B1の観点から見れば、半径Rの範囲内にある与干渉システムの基地局A1,A2が、通信装置B1へ干渉を及ぼさないように信号を送信するので、被干渉システムの通信装置B1は大きな干渉を受けずに通信できる。

以下、通信装置B1に干渉が及ばないように、与干渉システムの基地局A1，A2が、通信資源の利用をどのように制限するかを説明する。この制御方法では、概して、与干渉システムの基地局における共用帯域内の総送信電力値が制御される。

先ず、与干渉システムの基地局(上記の例では、A1，A2)により、共用帯域が制限無く利用された場合、被干渉システムの通信装置Bi(上記の例では、B1)に及ぶ干渉量(与干渉量)をr_iとする。この干渉量r_iは、次式のように表現できる。

ただし、各記号の意味は次のとおりである。

N_BS：考慮する与干渉システムの基地局数
N_Sector：与干渉システムの基地局のセルに含まれるセクタ数
P_j：与干渉システムのｊ番目の基地局から送信される信号の送信電力
l_ij：被干渉システムの通信装置と与干渉システムの基地局の間のパスロス
g(k,θ_i)：各セクタの指向性を考慮したアンテナ利得
θ_i：与干渉システムの基地局から見た被干渉システムの通信装置の角度
角度θ_iの算出は、被干渉システムの通信装置からのフィードバック情報に基づいてなされてもよい。或いは、角度θ_iの算出は、被干渉システムの通信装置の位置情報に基づいてなされてもよい。

図４は、上記の数式の物理的な意味を示す。ｊ番目の基地局から電力P_jで送信された信号は、セクタk及び方位角θiに依存するアンテナ利得g(k,θ_i)に従うパターンで送信される。この信号は、伝搬損失(パスロス)l_ijによる減衰の後に、被干渉システムの通信装置Biに届く。この信号は通信装置Biにとって干渉信号であり、このような干渉信号は、考察対象の全ての基地局(j＝0,...，N_BS−1)から到来する。

各セクタにおける電力抑圧係数又はウエイトベクトルをw_kとした場合、被干渉システムの通信装置に及ぶ与干渉量r^w _iは、次式のように表現できる。

この数式から分かるように、共用帯域が制限無く利用された場合は、電力抑圧係数w_kが１の場合に相当する。以下に示されるように、電力抑圧係数w_kを適切に調整することで、与干渉量r^w _iを適切な値に抑えることができる。

被干渉システムにおける許容干渉量がR_Tであるとする。そして、次式で表現される誤差信号eに基づいて、評価関数J＝E[|e|²]が定義される。

但し、E[・]は、引数の期待値を表す。

本実施例では、評価関数Jが最小値をとるように、電力抑圧係数w_kが適応的に更新される。このような適応制御を厳密に行う場合、数２の数式によれば、与干渉システムのｊ番目の基地局Ajと、被干渉システムの通信装置Biとの間のパスロスl_ijが、必要になる。この適応制御計算を近似する１つの方法は、被干渉システムの通信装置Biから最も距離の近い与干渉システムの基地局Ajに着目することである。そのような与干渉システムの基地局Aj毎に、誤差信号e_jを導出し、その誤差が小さくなるように制御が行われてもよい。この場合、誤差信号e_jは次のように表現できる。

上記の数式において、R_T/r_iは、現在の送信電力P_jがそのまま送信された場合に被る干渉電力r_iと許容干渉電力R_Tとの比率を表す。従って、与干渉システムの基地局Ajが被干渉システムから取得した情報が、通信装置により測定された干渉量r_i及び通信装置の位置情報を含んでいれば、上記の誤差信号e_jを算出することができる。位置情報から角度情報θ_iを導出され、指向性アンテナ利得g(k,θ_i)を導出することができるからである。また、この比率R_T/r_iは、被干渉システムの通信装置で測定されたCINRと許容CINRとの比率で近似されてもよい。従って、与干渉システムの基地局Ajが被干渉システムから取得した情報が、通信装置により測定されたCINR及び通信装置の位置情報を含んでいる場合も、上記の誤差信号e_jを算出することができる。測定されたCINRを用いてR_T/r_iを算出でき、位置情報から角度情報θ_iを導出され、指向性アンテナ利得g(k,θ_i)を導出することができるからである。なお、g(θ_i)は各要素に指向性アンテナの指向性利得を持つベクトルを表す。wは、指向性アンテナに対応した制御量を成分とするベクトルを表す。^Tは転置を示す。

上記の誤差信号e_jを利用して、共用帯域を適切に使用することが可能になる。この場合、被干渉システムの通信装置が、与干渉システムの基地局各々から被る干渉電力や伝搬損失の推定手段を備えることは必須でない(本発明方法の実現の観点からは、無くてもよい。)。

上記のウエイトベクトルｗの更新は、適切な如何なる頻度で行われてもよい。定期的に又は不定期的にフィードバックされる被干渉システムの通信装置の受信状況を示す情報に基づいて、更新が行われてもよい。評価関数を最小化する際、LMSやRLSアルゴリズムが利用されてもよい。なお、上記の評価関数Jの関数形は典型例ではあるが、必須ではない。適切な他の関数形の評価関数が使用されてもよい。

誤差信号e_jを０とすると、ウエイトベクトルは次のように表現できる。

ここで、^*は複素共役を示す。g(θ_i)^*g(θ_i)^Tは、アンテナ間の指向性利得の相関行列を表す。従ってウエイトベクトルwは、相関行列の逆行列を用いて算出される。

ある方向θ_iに対して、与干渉システムの基地局のセクタｍとセクタｎとでは、アンテナ利得は大きく異なる。従って、以下のような近似を用いることができる。

この近似式を利用して逆行列を近似して方程式を解くと、

と表現することができる。これにより、計算の簡略化を図り、少ない演算量で制御を行うことができる。一般に、次の近似を行うことができる。

この近似を使うと、ウエイトベクトルの計算は、更に簡易化できる。

このように、デシベル領域でのウエイトベクトルの制御は、被干渉システムの通信装置に最も影響を与えるセクタに基づいて、行うことができる。なお、1＜w_kの場合には利用可能な無線資源を超えてしまうため、w_kは最大でも１である。

固定衛星システムのように、送信局の方向が予め分かっており、地球局(受信局)のアンテナが指向性を持っている場合、上記の誤差信号は次式のように表現できる。

ここで、g_MS(φ)は被干渉システムの通信装置から見た与干渉システムの基地局に対する指向性利得を表す。φは被干渉システムの通信装置のビーム方向に対する与干渉システムの基地局の角度を表す。

上記の説明では、簡明化のため、被干渉システムの通信装置は１つしか登場していなかったが、複数存在してもよい。この場合、複数の被干渉システムの通信装置各々に対して、上記の干渉抑圧係数wを算出し、与干渉システムの基地局の或るセクタに対して最も大きな干渉抑圧係数を用いて総送信電力が決定される。最も控え目な総送信電力が使用される。

このようにして算出された干渉抑圧係数wに基づいて、与干渉システムの基地局Ajのセクタkにおける共用帯域内の送信可能な総送信電力量P_jkは、次式のように決定されてよい。

P_jk＝w_kP_j
P_jは干渉抑圧が行われなかった場合の送信電力である。或いは、干渉抑圧係数の更新前の送信電力と考えてもよい。

図５は、以下に説明される総送信電力、送信電力密度及び帯域幅の間の相互関係を示す。

共用帯域の全部又は一部Wを利用して送信が行われる場合、干渉抑圧後の送信電力密度p_jkは、干渉抑圧後の総送信電力量P_jkに基づいて次のように算出されてよい。

ただし、共用帯域幅の全部又は一部の帯域幅をW[Hz]とする。図５に示されているように、帯域幅Wが広い場合、送信電力密度は低くなる。逆に、帯域幅Wが狭い場合、送信電力密度は高くすることができる。しかしながら、隣接する周波数帯域に過剰な干渉を及ぼさないようにも配慮しなければならない。この場合、送信電力密度p_jkの最大値は、干渉抑圧制御を行わない場合の送信電力密度p_j以下となるようにすべきである。図示の例では、送信電力密度がp_jである場合の帯域幅がW_kで示されている。このような制御を行うことにより、与干渉システムの基地局近辺の与干渉システムに属する端末装置は、かなり広い帯域を利用して高速な通信を行うことができるようになる。

干渉抑圧制御を行わない場合の総送信電力でカバーできるセル半径と同程度の範囲をカバーするには、送信電力密度を最大値p_jに固定しつつ総送信電力量P_jkを利用するように、帯域幅W_kを設定すればよい。この場合、帯域幅W_kは、次のように表現できる。

このようにすることで、共用帯域を利用しても同様のセル半径をカバーすることが可能になる。

＜３．フローチャート＞
図６は、上記の制御方法例を利用して送信電力等を決定するためのフローチャートを示す。フローは主に与干渉システムの基地局A_jで行われる。与干渉システムに複数の基地局が存在する場合、各基地局は独立に干渉制御を行ってよい。

ステップS2において、与干渉システムの基地局は、被干渉システムの通信装置の情報を取得する。通信装置は被干渉システムのユーザ装置でもよいし、基地局でもよい。通信装置の情報は、例えば、被干渉システムのユーザ装置が測定した受信レベル(CINR、RSSI等)で表現されてもよいし、ユーザ装置の位置情報で表現されてもよい。また、被干渉システムの通信装置にとって許容可能な干渉量(許容干渉量)R_Tが、被干渉システムから与干渉システムへ通知されてもよい。

ステップS3では、被干渉システムの通信装置Bi全てについて、計算が完了したか否かが判定される。完了していた場合、フローはステップS6に進み、完了していなかった場合、フローはステップS4に進む。

ステップS4では、被干渉システムの或る通信装置について、それが、与干渉システムの基地局Ajから所定の距離R以内に存在するか否かが判定される。所定の距離R以内に存在していなければ、その通信装置は考察対象外であり、フローはステップS3に戻る。所定の距離R以内に存在していた場合、その通信装置は考察対象に該当し、フローはステップS5に進む。

ステップS5では、ステップS4で確認された通信装置に対して、上記の制御方法例が実行され、その通信装置の通信に過剰な干渉が及ばないように、ウエイトベクトルw_kが算出される。このステップは、セクタ毎に行われる。通信装置が複数存在した場合、通信装置毎にウエイトベクトルが算出される。以後、フローはステップS3に戻る。

ステップS6では、セクタ毎に、最も強い抑圧を表すウエイトベクトルが特定され、それが実際の通信に使用される。

ステップS7では、特定されたウエイトベクトルに基づいて、総送信電力、送信電力密度帯域幅等がセクタ毎に決定される。以後、決定された内容に従って実際の通信が行われる。

＜４．基地局装置＞
図７は、与干渉システムの基地局の機能ブロック図を示す。図７には、他装置情報取得部61、リソース制御部62、角度情報処理部63、考察対象決定部64、与干渉量算出部65、ウエイト更新部66、セクタ毎の通信部67が示されている。

他装置情報取得部61は、被干渉システムの通信装置の情報を取得する。通信装置は、基地局又はユーザ装置である。通信装置の情報は、通信装置が測定した受信レベル、通信装置の位置情報、通信装置にとって許容可能な干渉量を示す許容干渉量情報等を含んでよい。これらの情報は、被干渉システムの上り回線を経由して与干渉システムに至るフィードバック情報として取得されてもよい。或いは、与干渉システムの基地局に接続されているネットワークサーバから取得されてもよい。

リソース制御部62は、概して、上記の制御方法例で説明された処理を行う。

角度情報処理部63は、通信装置の位置情報から、与干渉システムの基地局Aj及び被干渉システムの通信装置Biの位置関係を示す角度情報θ_iを導出する。角度情報は、アンテナから送信される信号の水平方向成分だけで指定されてもよいし、或いは水平方向成分及び垂直方向成分の双方で指定されてもよい。垂直方向成分は、基地局及び通信装置の位置情報及び高さ情報から導出されてもよい。

考察対象決定部64は、与干渉システムの基地局Aj及び被干渉システムの通信装置Biの位置関係に基づいて、考察対象の通信装置Biを決定する。一例として、基地局Ajと所定の距離R以内に存在する通信装置Biが、考察対象として判定されてもよい。所定の距離Rの範囲内に属するか否かは、位置座標に基づいて算出されてもよいし、信号レベルから推定されてもよい。

与干渉量算出部65は、制限が無かった場合の与干渉量r_i及び制限が有った場合の与干渉量r^w _iを、上記の制御方法例で説明したように算出する。

ウエイト更新部66は、誤差信号e=(R_T−r^w _i)/ r_iに基づく評価信号J=E[|e|²]が最小になるように、ウエイトベクトルwを適応的に更新する。ウエイトベクトルの適応制御は、適切な如何なる判断基準で行われてもよい。

例えば、被干渉システムの通信装置に対して予め定められた規定最大受信CINRと、実際に受信された受信CINRの比率(規定最大受信CINR/受信CINR)が１以上となるように、ウエイトベクトルの更新が行われてもよい。或いは、その比率が１程度になるように、ウエイトベクトルの更新が行われてもよい。また、被干渉システムの通信装置に対して予め定められた許容最大受信干渉量と、実際に被った受信干渉量の比率(許容最大受信干渉量/受信干渉量)が１以上となるように、ウエイトベクトルの更新が行われてもよい。或いは、その比率が１程度になるように、ウエイトベクトルの更新が行われてもよい。

セクタ毎の通信部67は、決定されたウエイトベクトルwから導出された送信電力、送信電力密度、帯域幅等に基づいて、各セクタの通信(特に、下り信号の送信)を行う。

＜５．シミュレーション結果＞
図８は、上記の制御方法例のシミュレーション結果を示す。横軸は、被干渉システムの通信装置の平均数を示し、この平均数は、与干渉システムの１セクタ当たりの数である。縦軸は、被干渉システムが受信した干渉電力値の累積確率が95%となる干渉電力値を示す。許容干渉量R_Tは-90dBmとして、シミュレーションは行われている。被干渉システムの通信装置から与干渉システムの基地局までの半径Rは、与干渉システムのセル半径の1.5倍としている。

本シミュレーションにおける比較例として、
(A)与干渉システムの基地局の全セクタに対して、一律にw_k=R_T/r_iの抑圧係数と共に下り送信が行われた場合と、
(B)与干渉システムの基地局のセクタの内、被干渉システムの通信装置の位置情報から特定される１セクタだけに対して、w_k=R_T/r_iの抑圧係数と共に下り送信が行われた場合とが示されている。

(A)で示されるように、全セクタに対して制御が行われた場合には過剰な抑圧制御が行われ、この場合、通信リソースは無駄になってしまう。これに対して、(B)で示されるように、特定の１セクタだけに対して制御が行われた場合には、抑圧量が不足し、通信品質の保証基準値を満足できなくなってしまう。これに対して、(C)で示されるように、本実施例を用いた場合では、被干渉システムの通信装置数によらず、許容干渉量(−90dB)を満足できているので、通信リソースの抑圧は、ほぼ過不足無く過度に行われていることが確認できる。

本発明は、少なくとも一部の帯域を共用する複数の通信システムに広く適用可能である。例えば本発明は、HSDPA/HSUPA方式のW-CDMAシステム、LTE方式のシステム、IMT-Advancedシステム、WiMAX, Wi-Fi方式のシステム等に適用されてもよい。

以上本発明は特定の実施例を参照しながら説明されてきたが、それらは単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。発明の理解を促すため具体的な数式を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数式は単なる一例に過ぎず適切な如何なる数式が使用されてもよい。実施例又は項目の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の実施例又は項目に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてよいし、或る実施例又は項目に記載された事項が、別の実施例又は項目に記載された事項に(矛盾しない限り)適用されてよい。説明の便宜上、本発明の実施例に係る装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウエアで、ソフトウエアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。ソフトウエアは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ(ROM)、EPROM、EEPROM、レジスタ、ハードディスク(HDD)、リムーバブルディスク、CD-ROMその他の適切な如何なる記憶媒体に用意されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が本発明に包含される。

６１ 他装置情報取得部
６２ リソース制御部
６３ 角度情報処理部
６４ 考察対象決定部
６５ 与干渉量算出部
６６ ウエイト更新部
６７ セクタ毎の通信部

Claims (14)

1. 或る無線通信システムと、該或る無線通信システムの少なくとも一部の帯域を共用する他の無線通信システムとが、少なくとも一部の地域で並存する場合に、前記或る無線通信システムで使用される基地局装置であって、
   前記他の無線通信システムの通信装置の情報を取得する情報取得部と、
   前記通信装置の情報に基づいて、下り送信電力、セクタ毎の指向性アンテナ利得及びセクタ毎の電力制御量を示すウエイトベクトルから、前記或る無線通信システムが前記通信装置に及ぼす与干渉量を算出する与干渉算出部と、
   前記通信装置における許容干渉量及び前記与干渉量が等しくなるように、前記ウエイトベクトルを更新するウエイト更新部と、
   を有する基地局装置。
2. 前記通信装置の情報は、当該基地局装置にネットワークを介して接続されたサーバに格納されているようにした請求項１記載の基地局装置。
3. 当該基地局装置は、前記他の無線通信システムの基地局と通信媒体を介して接続され、
   前記通信装置の情報は、該通信装置の上り回線及び前記通信媒体を経由して取得されるようにした請求項１記載の基地局装置。
4. 前記通信装置の情報が、前記通信装置の位置情報を含み、
   当該基地局装置及び前記通信装置間の距離に応じて、前記与干渉量を算出するか否かが決定される請求項１記載の基地局装置。
5. 前記通信装置の情報が、前記通信装置における受信品質情報を含み、
   前記ウエイトベクトルの更新に前記受信品質情報も使用されるようにした請求項１記載の基地局装置。
6. 前記受信品質情報が、信号対干渉雑音比(CINR)又は受信信号強度インジケータ(RSSI)で表現される請求項５記載の基地局装置。
7. 信号対雑音干渉比(CINR)の所望値及び実測値の比率が１以上になるように、前記ウエイトベクトルの更新が行われる請求項６記載の基地局装置。
8. 前記通信装置の位置情報から、当該基地局装置及び前記通信装置の位置関係を示す角度情報が算出され、該角度情報から前記セクタ毎の指向性アンテナ利得が少なくとも導出されるようにした請求項４記載の基地局装置。
9. 前記或る無線通信システムに複数の基地局装置が含まれ、前記与干渉量の算出は各基地局装置で独立に行われる請求項８記載の基地局装置。
10. 当該基地局装置が、複数のアンテナを有し、
    該複数のアンテナ間の相関行列が、各アンテナの指向性アンテナ利得の相関により表現され、
    該相関行列の逆行列を用いて、前記ウエイトベクトルの更新が行われるようにした請求項８記載の基地局装置。
11. 前記角度情報が、水平方向の角度及び垂直方向の角度を示すようにした請求項８記載の基地局装置。
12. 前記通信装置の情報が、該通信装置のアンテナの高さ情報を含むようにした請求項８記載の基地局装置。
13. 更新後のウエイトベクトルで制限された送信電力密度を用いて、下り回線の信号を送信する送信部を更に有する請求項８記載の基地局装置。
14. 或る無線通信システムと、該或る無線通信システムの少なくとも一部の帯域を共用する他の無線通信システムとが、少なくとも一部の地域で並存する場合に、前記或る無線通信システムで使用される方法であって、
    前記他の無線通信システムの通信装置の情報を取得するステップと、
    前記通信装置の情報に基づいて、下り送信電力、セクタ毎の指向性アンテナ利得及びセクタ毎の電力制御量を示すウエイトベクトルから、前記或る無線通信システムが前記通信装置に及ぼす与干渉量を算出するステップと、
    前記通信装置における許容干渉量及び前記与干渉量が等しくなるように、前記ウエイトベクトルを更新するステップと、
    更新後のウエイトベクトルで制限された送信電力密度を用いて、下り回線の信号を送信するステップと、
    を有する方法。

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