JP2012120063A - アンテナ送信電力制御を行う無線基地局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチキャリアとMIMOを適用するシステムでは、周囲の基地局で複数の周波数帯を多様なパターンで使用するため各アンテナ方向によりセル間干渉が異なる一方、端末の要求に応じた適切なアンテナを使用して伝送を行う必要がある。
【解決手段】 複数の周波数帯と複数のアンテナを使用する無線通信手段を具備する無線通信システムで、各アンテナ方向に対する、周囲の基地局からの各周波数帯の干渉から、各アンテナの送信電力を変更する。また、端末の要求によって、伝送に必要なアンテナ本数を推定し、その端末の位置するアンテナ方向から、必要なアンテナを決定し、各アンテナの送信電力を更に変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基地局、通信端末及び、基地局と通信端末が、無線ネットワークを介してデータの送受信を行う無線通信システムに関し、特に、アンテナを複数備える基地局の干渉制御技術に関する。

一般にOFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を用いるディジタル移動体通信システムでは、フレームと呼ばれる一定の周波数帯域、時間の単位内において、さらに細かく周波数、時間で区切られた無線リソースを用いて複数の端末と通信を行う。OFDMAを用いる第4世代の通信システムであるIMT-Advancedでは、スループットを向上させるため、非特許文献１、２（マルチキャリア p8 Section 5参照）に示すように、マルチキャリア技術とMIMO (Multiple-Input Multiple-Output)技術が採用されている。

マルチキャリア技術では、基地局が複数の周波数帯を同時に使用することができる。例えば、10MHzの帯域幅を持つ周波数帯が3つで構成されるシステムでは、各基地局が10MHzの周波数帯3つ全てを使用し端末との通信に利用することで、スループットを向上させる。一般にOFDMAシステムでは、隣接セルで同じ周波数を用いるとセル間で干渉が発生しスループットが劣化する。各基地局が複数の周波数帯を使用可能なIMT-Advancedでは、隣接セルで同じ周波数帯を使用することになるため、セル間干渉の抑圧技術が必要である。セル間干渉を抑圧する方法として、アンテナのビームを一定範囲に限定するビームフォーミングが知られている。例えば、端末において、自基地局からのビームが端末に向いている場合は受信信号電力が大きくなり、同じ周波数を用いる隣接基地局からのビームが当該端末に向いている場合は干渉電力が大きくなる。特許文献１(特に、マルチキャリア、p537 Figure496参照)では、基地局が周波数方向に変化するビームパタンを持ち、各基地局で周波数とビームパタンの組み合わせを異なる設定とすることで、各端末にとって干渉の少ない周波数を少なくとも１つ作り、当該周波数に無線リソースを割り当てることで干渉を抑圧する技術が紹介されている。

一方、MIMO技術では、複数の送受信アンテナを用いて同一無線リソースに複数の信号を多重することでスループットを向上させる。基地局は、1端末に複数の信号を多重するSU(Single-User)-MIMO、複数端末への信号を多重するMU(Multi-User)-MIMOを適応的に組み合わせることでユーザスループット、及びセルスループットを向上させる。

特開2007-243258, Sep. 2007

IEEE802.16, P802.16m/D9, Oct. 2010 3GPP, TR 36.814 v9.0.0, Mar. 2010

マルチキャリア技術を用いると、各基地局が複数の周波数帯を同時に使用できるため、周波数繰り返し数=1となるように各基地局が全ての周波数帯を使用すること、周波数利用効率を向上しスループットを最大化できる。セル間干渉抑圧技術では、周波数方向にビームパタンを変化させているため、信号品質のよい周波数が限定され、割り当てる周波数が制限されることで、隣接セルにトラヒックが少なく干渉が小さい場合であっても高いスループットを得ることが困難であった。

また、MIMO技術では、高いスループットが必要な端末には1端末への信号の多重数が多いSU-MIMOを利用し、必要なスループットは高くないが多くの端末を収容する必要がある場合は多くの端末を多重できるMU-MIMOを利用することで最適化を図る。SU-MIMOはビームを狭い範囲に絞ったほうが信号多重しやすくなるが、MU-MIMOはビームを端末位置によって空間的に離すほうが複数の端末を多重しやすくなるため、適したビームの形が異なる。セル間干渉のみを考慮してビームパタンを決定すると、端末の要求に応じてMIMOに適したビームパタンを選択することができない。

本発明の目的は、セル間干渉を抑圧しつつ、端末に応じた通信環境を実現する無線通信装置、及び無線通信システムを提供することにある。

少なくとも一の上述の課題を解決するため、本発明の一態様においては、複数の周波数帯の少なくとも一の周波数帯を用いて通信を行う、複数のアンテナを有する無線通信基地局を含む無線通信システムであって、各アンテナ方向に対する、周囲の基地局からの各周波数帯の干渉に基づいて、各アンテナの送信電力を変更する。

別の態様においては、さらに、端末の要求によって、伝送に必要なアンテナ本数を推定し、その端末の位置するアンテナ方向から、必要なアンテナを決定し、各アンテナの送信電力を変更する。

本発明の一態様によると、セル間干渉を抑圧することができる。

第１の実施例における基地局のソフトウェア、ブロック構成図を示す図である。 各実施例が適用される移動無線通信システムの一例を示す図である。 各実施例が適用される移動通信システムの基地局配置の一例を示す図である。 各実施例に係る、端末と基地局で伝送される通信フレームの一例を示す図である。 各実施例に係る、複数の周波数帯を使用する、端末と基地局で伝送される通信フレームの一例を示す図である。 各実施例に係る、基地局のビームパタンの一例を示す図である。 第１の実施例における基地局のハードウェア、ブロック構成の一例を示す図である。 第１の実施例における端末のソフトウェア、ブロック構成の一例を示す図である。 第１の実施例における端末のハードウェア、ブロック構成の一例を示す図である。 第１の実施例に係る、ビームパタン決定部１１１のブロック構成図である。 第１の実施例に係る、干渉情報の報告のシーケンスを示す図である。 第１の実施例に係る、干渉情報テーブルの構成を示す図である。 第１の実施例に係る、干渉情報集計部のフローチャートを示す図である。 第１の実施例に係る、第１ビームパタン決定部のフローチャートを示す図である。 第１の実施例に係る、ビームパタンテーブルの構成を示す図である。 第１の実施例に係る、端末要求情報テーブルの構成を示す図である。 第１の実施例に係る、端末要求集計部のフローチャートを示す図である。 第１の実施例に係る、第２ビームパタン決定部のフローチャートを示す図である。 第１の実施例に係る、アンテナゲイン調整部１１２のブロック構成図である。 第１の実施例に係る、アンテナスイッチ部１１１のブロック構成図である。 第１の実施例に係る、スイッチ２００２のフローチャートを示す図である。 第１の実施例に係る、アンテナ送信電力変更部の構成を示す図である。 第１の実施例のアンテナパタンと干渉状況を示す概念図である。 第１の実施例のFA0の干渉に対するアンテナパタンを示す概念図である。 第１の実施例のFA2の干渉に対するアンテナパタンを示す概念図である。 第１の実施例のFA1の干渉に対するアンテナパタンを示す概念図である。 第１の実施例のアンテナパタンの制御結果を示す概念図である。 第２の実施例に係る、干渉情報の報告のシーケンスを示す図である。 第２の実施例に係る、干渉情報の報告のためのネットワーク構成の概念を示す図である。 第２の実施例に係る、干渉情報集計部のフローチャートを示す図である。 第３の実施例に係る、ビームパタン決定部１１１のブロック構成図である。

以下、本発明を適用した無線通信システム、および無線通信システムにおける無線通信基地局と無線端末の種々の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。それに先立ち、本発明の各種の実施例が適用される無線通信システムの実施形態について説明する。

各種の実施例の無線通信システムは、例えば図２に示すようなネットワーク構成において適用される。無線通信システムは、複数の基地局２０ｂ１、２０ｂ２、・・・２０ｂＮと、基地局の無線通信圏内となるセル２ｃ１、２ｃ２、・・・２ｃＮ内において、基地局と無線で通信する複数の端末２０ｍ１、２０ｍ２、・・・とからなる。基地局２０ｂ１、２０ｂ２、・・・２０ｂＮはルータ（またはＬ３スイッチ）２０１とゲートウェイ（GW）２０２を介して、外部の通信ネットワーク、例えば、インターネット（NW）２０３に接続されている。ただし、各実施例に係るネットワーク構成はこれに限定するものではなく、基地局と端末が無線アクセスを行うことが可能なネットワーク構成であればよい。

また、基地局の面的配置を図３に示す。セル半径が、基地局間で均一な場合、一般的に六角セル配置を行う。その場合の基地局配置を図３(a)に示す。基地局３０２のセルは３０１で示してある。また、セル半径が基地局間で不均一な場合、六角セル配置にならず、図３(b)に示すような不規則な基地局配置となる。本実施形態はこのような基地局配置において各々具備される。

図４に本無線通信システムに使用するフレーム構成の一例を示す。図４はIEEE802.16mのフレーム構成である。通信に使用できる周波数帯域幅をシステム帯域幅４０４と呼ぶ。システム帯域幅をサブチャネル４０１単位に分割し、時間方向にサブフレーム４０２単位に分割し、１サブチャネル、１サブフレームで区切られた時間、周波数領域をPRU (Physical Resource Unit)４０３とする。端末への無線リソースの割当情報やシステム構成等の制御情報は、いずれか１つ、または複数のサブフレーム４０２の制御チャネル４０７を用いて伝送される。また、DL、ULの制御メッセージは、各サブフレーム４０２の制御チャネル４０７以外のPRUを用いて伝送することができる。このような構成は、例えば、TDD（Time Division Duplex）のOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)を仮定した場合に想定されるフレーム構成であり、FDD (Frequency Division Duplex)においても同様である。

本実施形態に係る無線通信システムでは、通信に使用できる周波数帯域が複数存在し、各基地局が複数の周波数を用いて端末と通信する。図５に示すように、各基地局は複数の周波数帯FA0、FA1、FA2において各々無線通信のためのフレーム構成を用いて端末と通信を行う。

第１の実施例に係る無線通信システムとして、基地局が各々ビームパタンの異なるアンテナ、又はアンテナのグループを複数具備し、干渉情報によって各アンテナの各周波数帯の送信電力を変更後、端末の通信要求によって更に各アンテナの各周波数帯の送信電力を変更する構成について説明する。

図６に本実施例に係る基地局２０ｂの各アンテナのビームパタンを示す。基地局は6エレメントのアンテナ６０２を持ち、6方向のビームパタン６０１を具備している。ここで、各アンテナエレメントは複数アンテナで1エレメントのアンテナグループであってもよい。図６に示すように、各アンテナエレメントのビームパタンは等角度で異なる方向に向いている。本実施例に係る基地局のビームパタンは、各アンテナ、又はアンテナグループが異なるビームパタンを持つものであればこれに限定するものではない。

図１のブロック図を用いて、第１の実施例に係る基地局２０ｂの装置構成について説明する。

基地局２０ｂは、コントローラ１１０と、端末との間で無線電波を送受信するアンテナ１０９と、送受信切替え用のスイッチ１０８と、ルータとの接続回線に接続される回線インタフェース１０１と、回線インタフェース１０１に接続された上位レイヤ処理部１０２と、スイッチ１０８に接続された送信ＲＦ（Radio Frequency）部１０６および受信ＲＦ部１０７と、各アンテナの送信電力を調整し各周波数帯のデータをアンテナに分配するアンテナゲイン調整部１１２と、Downlinkベースバンド処理部１０４と、Uplinkベースバンド処理部１０５と、上位レイヤ制御部１０２とDownlinkベースバンド処理部１０４との間に接続されたスケジューリング部１０３と、各周波数帯域の各アンテナの送信電力を変更しビームパタンを決定するビームパタン決定部１１１を含む。ここで、本２０ｂは、複数の周波数帯で通信を行い、Downlinkベースバンド処理部１０４、Uplinkベースバンド処理部１０５、送信ＲＦ部１０６、受信ＲＦ部１０７、スイッチ１０８は各周波数帯１１３で処理が行われる。また、基地局２０ｂにおけるアンテナゲイン調整部１１２とビームパタン決定部１１１は、干渉情報によって各アンテナの各周波数帯の送信電力を変更する。ただし、１１３の各周波数帯で並列に処理を行う部分は、複数の周波数帯での通信を行うものであればこれに限定するものではない。

図１に示した本実施例の機能ブロック構成において、Downlink(DL)では、まず回線インタフェース１０１から伝送されたデータを上位レイヤ制御部１０２で処理する。次に、ビームパタン決定部１１１にて、上位レイヤ制御部１０２からの隣接する基地局の情報、またはUplinkベースバンド処理部１０５からの端末からの干渉報告値、または受信RF部１０７、アンテナゲイン調整部１１２の情報を用いて各周波数帯のビームパタンを決定する。ビームパタン決定部１１１の詳細は後で図１０を用いて説明する。

スケジューリング部１０３にて、上位レイヤ制御部１０２からのサービスの情報、受信RF部１０７からの信号、Uplinkベースバンド処理部１０５からの信号、及びビームパタン決定部１１１からのビームパタン情報を用いて各スロットの受信品質を測定し、Downlink、Uplinkのリソース割当を決定する。ただし、スケジューリング部１０３で利用する情報は上記に限定するものではなく、他の処理部からの情報を利用することも考えられる。

その後、データは複数の周波数帯域１１３について、Downlinkベースバンド処理部１０４に移行し、送信ＲＦ部１０６でＲＦ処理が行われる。そして、スイッチ１０８を送信側に切り替え、アンテナゲイン調整部１１２で信号を各アンテナに分配し各アンテナ１０９の送信電力を調整し、アンテナ１０９から無線信号が送信される。以上の処理は、コントローラ１１０からの制御信号に従い動作する。

次に、図７に示すブロック構成図を用いて、第１の実施例の基地局２０ｂの装置構成の一例について説明する。

図１に示した機能ブロックの送信RF部１０６、受信RF部１０７、スイッチ１０８、アンテナ１０９、アンテナゲイン調整部１１２は、無線信号を送受信する送受信機７０３に格納され、回線インタフェース１０１はI/F７０４に格納され、ネットワーク７０５に接続されている。他の機能ブロックは、プロセッサ７０１が実行するプログラムモジュールであり、これらのプログラムモジュールはメモリ７０２に格納されている。ビームパタン決定部１１１は、後述するように、データメモリ７０６上に形成された各種のテーブルを参照して、各周波数帯の各アンテナの送信電力を決定する。アンテナゲイン調整部は、後述するように、ビームパタン決定部１１１で決定した送信電力となるように、送信信号をアンテナに分配し各アンテナエレメントの送信電力を調整する。

Uplink(UL)では、まずスイッチ１０８を受信側に切り替え、アンテナ１０９で無線信号を受信する。次に、受信したデータはアンテナゲイン調整部１１２で受信重みを調整された後、受信RF部１０７にてRF処理が行われる。その後、データはUplinkベースバンド処理部１０５に移行し、上位レイヤ制御部１０２で処理し、回線インタフェース１０１からデータを伝送する。以上の処理は、コントローラ１１０からの制御信号に従い動作する。
図１のコントローラ１１０で行う処理は、プロセッサ７０１が実行するプログラムモジュールに対応する。

図８は、本実施例に係る端末２０ｍの装置構成の一例を示すブロック構成図である。

端末２０ｍは、コントローラ８１０と、基地局との間で無線電波を送受信するアンテナ８０９と、アンテナ８０９に接続された送受信切替え用のスイッチ８０８と、ユーザインタフェース８０１に接続された上位レイヤ処理部８０２と、スイッチ８０８に接続された送信ＲＦ部８０６および受信ＲＦ部８０７と、上位レイヤ処理部８０２と送信ＲＦ部８０６の間に接続されたUplinkベースバンド処理部８０４と、上位レイヤ処理部８０２と受信ＲＦ部８０７との間に接続されたDownlinkベースバンド処理部８０５を含む。更に、上位レイヤ処理部８０２と受信ＲＦ部８０７との間に接続された受信品質測定部８１３を備える。

Uplink(UL)では、まずユーザインタフェース９０５から伝送されたデータを上位レイヤ制御部８０２で処理する。次に、データはUplinkベースバンド処理部８０４に移行し、送信ＲＦ部８０６でＲＦ処理が行われる。そして、スイッチ８０８を送信側に切り替え、アンテナ８０９から無線信号が送信される。以上の処理は、コントローラ８１０からの制御信号に従い動作する。

Downlink(DL)では、まずスイッチ８０８を受信側に切り替え、アンテナ８０９で無線信号を受信する。次に、受信RF部８０７にてRF処理が行われる。その後、データはDownlinkベースバンド処理部８０５に移行し、上位レイヤ制御部８０２で処理され、ユーザインタフェース８０１に出力される。また、受信品質測定部８１３で受信品質を測定し、上位レイヤ制御部８０２に伝送する。以上の処理は、コントローラ８１０からの制御信号に従い動作する。コントローラ８１０はDLで伝達されるフレーム構成情報を各処理部に伝達する機能を持ち、ここで、ユーザインタフェースは、これに限定するものではなく、他の機器とのインタフェースも考えられる。また、端末も基地局と同様に複数の周波数帯８１４毎の処理を行う。

図９に、端末２０ｍのハードウェア構成の一例を示した。図８のAdvanced端末の送信RF部８０６、受信RF部８０７、スイッチ８０８、アンテナ８０９は、無線信号を送受信する送受信機８０３に格納され、インタフェース８０１はI/F９０４に格納され、ユーザインタフェース９０５に接続されている。他の機能ブロックは、プロセッサ９０１が実行するプログラムモジュールであり、これらのプログラムモジュールはメモリ９０２に格納されており、ユーザインタフェース９０５からのデータに従い動作する。
コントローラ８１０で行う処理は、はプロセッサ９０１が実行するプログラムモジュールに対応する。

図１０は、ビームパタン決定部１１１の一実施例の詳細ブロック構成を示す。基地局、または端末が受ける干渉は、周波数帯、隣接基地局の負荷、方向によって異なり、端末の要求によって適したビームが異なることから、各周波数帯のビームパタンを変更する。

図１０において、ビームパタン決定部１１１は、端末から報告される干渉情報を集計する干渉情報集計部１００１と、集計した干渉情報を記憶する干渉情報テーブル１００３と、干渉情報から、干渉を抑えるビームパタンを決定する第1ビームパタン決定部１００２と、端末の通信要求を集計する端末要求集計部１００４と、集計した要求情報を記憶する端末要求情報テーブル１００６と、集計した端末要求情報を満たすように、第1ビームパタン決定部１００２で決定したビームパタンを更に変更する第2ビームパタン決定部１００５と、決定したビームパタンを記憶するビームパタンテーブル１００７からなる。
干渉情報集計部１００１はUplinkベースバンド処理部１０５から伝送される、端末から基地局へ報告された干渉情報を受信すると動作する。また、端末要求集計部１００４は、上位レイヤ制御部１０２、またはUplinkベースバンド処理部１０５から伝送される、端末の通信要求を受信すると動作する。

第1ビームパタン決定部１００２と第2ビームパタン決定部１００５は、コントローラ１１０からの、ビームパタン変更信号を受けて動作する。ビームパタン変更信号は、一定間隔で送信しても良いし、干渉や端末要求が閾値を超える場合に送信しても良い。干渉情報集計部１００１、端末要求集計部１００４、第１ビームパタン決定部１００２、第2ビームパタン決定部１００５は、図７に示した基地局のメモリ７０２内部のプログラムモジュールであるビームパタン決定プログラム７０２ａとして存在し、干渉情報テーブル１００３、端末要求情報テーブル１００６は基地局のデータメモリ７０６に格納されている。

ここで、本実施例の基地局内のビームパタン決定部１１１の機能動作について説明する。まず、図１０の干渉情報集計部１００１では、端末から報告される干渉情報を集計し干渉情報テーブル１００３に保存する。
図１２に干渉情報テーブルの一例を示す。干渉情報テーブル１２１０は、基地局のデータメモリ７０６に格納されている。アンテナ方向欄１２０１は、干渉を受けている方向のアンテナ番号を示し、周波数帯欄１２０２は干渉を受けている周波数帯を示し、各アンテナ方向、各周波数帯の干渉電力を格納する。
図１１に干渉情報の収集シーケンスを示す。ステップ１１０１で、基地局２０ｂは端末に周波数帯FA0の干渉測定を指示する。ステップ１１０２では、端末２０ｍが基地局からの指示を受けた周波数帯FA0の干渉を測定する。ステップ１１０３では、端末が測定した干渉情報を基地局２０ｂに報告する。

ステップ１１０４では、基地局２０ｂは、報告を受けた端末がどの方向から干渉を受けているかを推定するため、各アンテナでの端末受信電力を測定する。本動作は後述するアンテナゲイン調整部１１２内部で行われる。アンテナゲイン調整部１１２では、各アンテナ、各周波数帯の各サブキャリアでの受信電力を測定している。Uplinkベースバンド処理部１０５を通過すると、どのサブキャリアがどの端末からの信号かが判明するため、当該情報を用いて、各アンテナの、受信電力を確定する。

ただし、各アンテナでの受信電力の測定方法は、端末を認識して各アンテナの受信電力を得るものであればこれに限定するものではない。例えば、端末に干渉情報を報告させる時刻に、当該タイミングで当該端末のみにUL伝送を行わせ、端末を推定しても良い。

ステップ１１０５では、干渉情報集計部１００１によって、干渉情報テーブル１００３への書き込みを行う。

本シーケンスは、端末から各周波数帯の干渉情報を基地局が端末に報告させ、干渉を受けている方向と干渉電力を取得するものであればこれに限定するものではない。

干渉情報集計部１００１のフローチャートを図１３に示す。ステップ１３０１で、集計する周波数帯番号をf=0と初期化する。ステップ１３０２で、集計するアンテナ方向をd=0と初期化する。ステップ１３０３では、周波数帯fにおいて、アンテナ方向dの受信電力が他のアンテナ方向に対して最大となっている端末を抽出する。ステップ１３０４では、ステップ１３０３で抽出した端末から報告された干渉情報を数１で重み付け平均する。

ここで、I_weight_fは周波数帯fの重み付け平均された干渉情報、w_iは端末iの重み、I_iは端末iの干渉情報、Nは総端末数である。ここで、端末が測定する干渉情報は、セルエッジに位置する場合のほうが、セル中心に位置する場合に比べ測定精度が高いことから、セルエッジに位置する端末の重みを大きく、セル中心に位置する端末の重みを小さく設定する。端末の位置を推定する方法は、例えば、端末の送信電力と、基地局の受信電力の差分から推定してもよい。重み付け平均する方法は、報告された各端末の干渉情報を平均化する方法であればこれに限定するものではない。例えば、ステップ１３０３で抽出した各端末の報告値を一定時間平均化しても良い。

ステップ１３０５では、ステップ１３０４で平均化した干渉情報を、干渉情報テーブル１００３の、アンテナ方向d、周波数帯fの欄に書き込む。ステップ１３０６では、検索するアンテナ方向dをインクリメントする。ステップ１３０７で、全アンテナ方向の検索が終了していない場合、ステップ１３０３に戻る。全アンテナ方向の検索が終了している場合、ステップ１３０８に進む。ここで、アンテナエレメントの総数をDとしている。ステップ１３０８では、検索する周波数帯fをインクリメントする。ステップ１３０９で、全周波数帯の検索が終了していない場合、ステップ１３０２に戻る。全周波数帯の検索が終了している場合、処理を終了する。ここで、周波数帯の総数をFとしている。

図１３のフローチャートは、各アンテナ方向、各周波数帯の干渉情報を集計し、干渉情報テーブル１００３に格納するものであればこれに限定するものではない。例えば、ステップ１３０３で、受信電力が最大のアンテナ方向を選択するのではなく、各アンテナの受信電力に基づいて、報告された干渉情報に重みを乗じて各アンテナの、当該端末の干渉情報としても良い。

図１０の第1ビームパタン決定部１００２では、干渉情報テーブル１００３を参照し、干渉の大きいアンテナ方向についてはアンテナの送信電力を小さくするように、各周波数帯で、各アンテナの送信電力を変更する。

図１４に第1ビームパタン決定部１００２の処理フローチャートの一例を示す。ステップ１４０１で、ビームパタンを変更する周波数帯番号をf=0と初期化する。
ステップ１４０２で、ビームパタンを変更するアンテナ方向をd=0と初期化する。ステップ１４０３では、干渉情報テーブル１００３を参照し、アンテナ方向d、周波数帯fの干渉情報γを抽出する。ステップ１４０４で、干渉が閾値より大きい、つまりγ_df>Th_downの場合、当該アンテナ方向からの干渉が大きいと判定し、ステップ１４０５で、当該アンテナ方向、当該周波数帯のアンテナの送信電力をδ_down[dB]小さくする。干渉が閾値より小さい、つまりγ_df<=Th_downの場合、ステップ１４０６に移行する。
ステップ１４０６で、干渉が閾値より小さい、つまりγ_df<Th_upの場合、当該アンテナ方向からの干渉が小さいと判定し、ステップ１４０７で、当該アンテナ方向、当該周波数帯のアンテナの送信電力をδ_up[dB]大きくする。干渉が閾値より大きい、つまりγ_df>=Th_upの場合、アンテナの送信電力を変更せず、ステップ１４０８に移行する。
ステップ１４０５、１４０７で変更したアンテの送信電力は、ビームパタンテーブル１００７に格納される。ビームパタンテーブルを図１５に示す。アンテナ方向欄１５０１は送信電力を調整するアンテナ番号を示し、周波数帯欄１５０２は送信電力を調整する周波数帯を示し、各アンテナ方向、各周波数帯のアンテナの送信電力を格納する。
ステップ１４０８では、アンテナの送信電力を変更するアンテナ方向dをインクリメントする。ステップ１４０９で、全アンテナ方向の処理が終了していない場合、ステップ１４０３に戻る。全アンテナ方向の処理が終了している場合、ステップ１４１０に進む。ステップ１４１０では、アンテナの送信電力を変更する周波数帯fをインクリメントする。ステップ１４１１で、全周波数帯の処理が終了していない場合、ステップ１４０２に戻る。全周波数帯の処理が終了している場合、処理を終了する。

第1ビームパタン決定部は、干渉情報に基づき、干渉が大きい周波数帯、アンテナ方向の送信電力を小さく、干渉が小さい周波数帯、アンテナ方向の送信電力を大きくするものであればこれに限定するものではない。例えば、干渉情報の値から、送信電力を一意に決定するものでも良い。例えば、干渉情報が閾値を超えるアンテナ方向、周波数帯は使用しないとしても良い。

また、図１のビームパタン決定部１１１では、端末の要求情報に基づき更にビームパタンを変更する。図１０の端末要求集計部１００４では、端末の要求情報を端末要求情報テーブル１００６に保存する。

図１６に端末要求情報テーブル１００６の一例を示す。端末番号欄１６０１は基地局に接続している端末番号を示し、端末要求情報欄１６０２は各端末のQoS等の要求情報を格納する。端末要求情報は、ネットワーク、または端末からの要求値から抽出する。端末要求情報欄１６０２には、最低伝送速度Rmin_i、最大伝送速度Rmax_i、端末への伝送のための残りバッファ量B_iを示している。ただし、端末要求情報は、各端末の通信要求を示すものであればこれに限定するものではない。

図１７に端末要求集計部１００４のフローチャートを示す。
ステップ１７０１で、集計する端末番号をm=0と初期化する。
ステップ１７０２で、端末番号mから最低伝送速度の要求がある場合、ステップ１７０３でRmin_mに要求されている最低伝送速度を代入する。端末番号mから最低伝送速度の要求がない場合、ステップ１７０４でRmin_m=0とする。
ステップ１７０５では、Rmin_mを端末要求情報テーブル１００６の端末要求情報欄１６０２の最低伝送速度欄に格納する。
ステップ１７０６で、端末番号mから最大伝送速度の要求がある場合、ステップ１７０７でRmax_mに要求されている最大伝送速度を代入する。端末番号mから最大伝送速度の要求がない場合、ステップ１７０８でRmax_m=0とする。
ステップ１７０９では、Rmax_mを端末要求情報テーブル１００６の端末要求情報欄１６０２の最大伝送速度欄に格納する。
ステップ１７１０では、端末番号mの残りバッファ量を端末要求情報テーブル１００６の端末要求情報欄１６０２のバッファ欄に格納する。
ステップ１７１１では、集計する端末番号をインクリメントする。
ステップ１７１２で、全端末の集計が終了していない場合、ステップ１７０２に戻る。全端末の集計が終了している場合、処理を終了する。
端末情報集計部１００４は、端末の要求情報を端末要求情報テーブル１００６に格納するものであればこれに限定するものではない。

図１０の第2ビームパタン決定部１００５では、端末要求情報テーブル１００６と第１ビームパタン決定部で一時決定したビームパタンを格納しているビームパタンテーブル１００７を参照し、端末の要求値が大きい場合は、多くのアンテナからの信号を受信できるように、当該端末に対して可能な限り隣接するアンテナエレメントを同じ周波数帯となるようにビームパタンを更新する。

図１８に第2ビームパタン決定部１００５の処理フローチャートの一例を示す。ステップ１８０１で、アンテナの送信電力を変更する周波数帯f=0と初期化する。ステップ１８０２で、端末要求情報テーブル１００６を参照し、各端末の要求情報として、最低伝送速度Rmin_i(i=0,1,...,M)を抽出する。ここでiは端末番号である。ただし、利用する端末要求情報は端末要求情報テーブルに格納されている情報であればこれに限定するものではない。
ステップ１８０３では、周波数帯fで端末要求情報を満たすための要求値Rreq_ifに換算する。端末iが現時点で接続している周波数帯をFA_Wi (Wiは端末iが接続している周波数帯の番号の集合)、Wiの要素数をK_iとすると、Rreq_ifを数２、数３で算出する。

ただし、要求値はステップ１８０２で抽出した端末要求情報を当該周波数帯の要求情報相当に変換するものであればこれに限定するものではない。例えば、接続している周波数帯のうち、受信品質の高い周波数帯の要求値を大きく、受信品質の低い周波数帯の要求値を小さくしてもよい。

ステップ１８０４では、ステップ１８０３で求めた要求値を満たすために必要な各アンテナの重みv_kj(j=0,1,...,D)を計算する(kは端末番号)。MIMOを考慮すると、端末に複数のストリームを多重して伝送するとスループットが向上する。例えば、2アンテナでは最大2ストリーム多重だが、4アンテナの場合最大4ストリーム多重が可能となり、理論的にはスループットは2倍に向上する。つまり、端末から見えるアンテナ数が多いほど高いスループットを達成することが可能になる。要求値が0でない端末数をQ、要求値が0でない端末が周波数帯fの全無線リソースを使用して1ストリームで達成できるスループットをT_k(kは要求値が0でない端末番号)とすると、数４で端末kに必要なアンテナ数P_kを算出する。

ここで、ceil(x)はxを超える最小の整数を返す関数である。例えば、要求値が10Mbps、T_k=6Mbpsの場合、2ストリーム伝送で12Mbpsが達成できる見込みであることから、端末kには2アンテナ必要であると推定する。各アンテナの重みv_kjは、端末kの各アンテナエレメントの受信電力が大きい順にアンテナ数がP_kとなるまで当該アンテナを使用するようにv_kj=1とし、P_kを超えるアンテナに対しては使用しなくても良いので、v_kj=0とする。ただし、アンテナの重みの算出方法は、端末の要求値に基づき、端末に使用すべきアンテナの本数を推定し、推定したアンテナ本数に基づいて端末からの受信電力が大きいアンテナエレメントの重みを大きく、受信電力が小さいアンテナエレメントの重みを小さくするものであればこれに限定するものではない。例えば、最低2ストリームが必要である要求値である場合でも、受信品質を改善するため2アンテナ以上を使用しても良い。また、Best Effortのように、特定の要求情報がない場合、基地局が使用可能な最大アンテナ本数まで上記の順番でアンテナエレメントの重みを決定しても良い。

ステップ１８０５では、各アンテナ方向について、算出した各端末のアンテナ重みの最大値をとり、重みq_jfを算出する。つまり、要求値が0でない端末について、アンテナ方向j=0,1,...,Dについて、v_kj (kは要求値が0でない端末番号)の最大値をq_jfとする。ただし、重みの算出方法は、各端末のアンテナ重みを統計処理するものであればこれに限定するものではない。例えば、重みの大きい端末が多いアンテナ方向の重みを大きく、重みの小さい端末が多いアンテナ方向の重みを小さくするように重みを算出しても良い。
ステップ１８０６では、ステップ１８０５で算出した重みq_jfを、ビームパタンテーブル１００７のアンテナ方向j、周波数帯fの送信電力に乗算しビームパタンテーブル１００７を更新する。
ステップ１８０７では、アンテナの送信電力を変更する周波数帯をインクリメントする。
ステップ１８０８で、全周波数帯の処理が終了していない場合、ステップ１８０２に戻る。全周波数帯の処理計が終了している場合、処理を終了する。

第2ビームパタン決定部１００５は、端末の要求情報から、必要なアンテナ本数を推定し、必要なアンテナ本数に従って、端末からの受信電力の大きいアンテナエレメントのアンテナの送信電力を大きく、または変更せず、受信電力の小さいアンテナエレメントのアンテナの送信電力を小さく変更するものであればこれに限定するものではない。

次に、図１に示した基地局内のアンテナゲイン調整部１１２の一実施例を説明する。
図１９に、アンテナゲイン調整部１１２の一実施例の詳細ブロック構成を示した。アンテナゲイン調整部１１２では、ビームパタン決定部１１１で決定したビームパタンに従って、各周波数のデータをアンテナに分配し、送信電力を制御する。また、ULで端末から信号を受信すると、各アンテナで受信電力を測定する。
図１９において、アンテナゲイン調整部１１２は、ビームパタン決定部１１１で決定したビームパタンを格納しているビームパタンテーブル１００７を参照し、各周波数帯で処理された送信データを実際に送信に使用するアンテナに分配するアンテナスイッチ部１９０１と、各アンテナの送信電力を調整するアンテナ送信電力調整部１９０２と、ULで受信した信号について、各アンテナについて、各周波数帯で各サブキャリアまたはサブキャリアのグループの受信電力を測定するアンテナ受信電力測定部１９０３からなる。

アンテナスイッチ部１９０１の構成図を図２０に示す。アンテナスイッチ部１９０１は、各周波数帯で処理されたデータを、ビームパタンテーブル１００７を参照し、各アンテナに分配する。各周波数帯では、MIMOを利用するための複数のストリーム２００１が出力される。スイッチ２００２では、各周波数帯について、各々のストリームをアンテナに分配する。フローチャートを図２１に示す。
ステップ２１０１で、分配する周波数帯を初期化する。
ステップ２１０２で、Downlinkベースバンド処理部１０４の出力となっているストリーム数S、つまり何アンテナ送信を仮定した処理をしたかを抽出する。
ステップ２１０３では、ビームパタンテーブル１００７を参照し、送信電力の高い順に各ストリームをS本の当該アンテナに分配する。送信電力の順位がS以下のアンテナは当該周波数帯では送信に使用しない。
ステップ２１０４では、分配する周波数帯をインクリメントする。
ステップ２１０５で、全周波数帯の処理が終了していない場合、ステップ２１０２に戻る。全周波数帯の処理計が終了している場合、処理を終了する。

アンテナスチッチ部１９０１は、Downlinkベースバンド処理部１０４の出力を各周波数帯について、ビームパタンテーブル１００７の送信電力に従ってアンテナに分配するものであればこれに限定するものではない。

図２２は、アンテナ送信電力変更部１９０２の構成を示す。アンテナ送信電力変更部１９０２では、ビームパタンテーブル１００７の送信電力に従って、各周波数帯の送信電力を増減させる。
アンテナ受信電力測定部１９０３では、受信RF部で処理された信号について、各周波数帯の各サブキャリアの受信電力を測定する。ただし、測定する単位はサブキャリア1つではなく、複数のサブキャリアをグループ化し測定しても良い。

以上説明した、本実施例に係る各アンテナ、各周波数帯の送信電力制御の動作について、図２３を用いて纏めると以下の通りである。

図２３に、図６に示したアンテナ、ビームパタンを持つ基地局に対する干渉状況を示す。図２３では、周囲の3方向の基地局から各周波数帯の干渉が到来していると仮定している。左上の基地局からはFA0、右の基地局からはFA2、右下の基地局からはFA1の干渉が大きい。他の方向の基地局は、負荷が少ないため干渉は小さいと仮定する。この場合、大きい干渉を受けている方向にビームが向いているアンテナで伝送を行うと互いに干渉しスループットが劣化するため、当該方向のアンテナの送信電力を下げる。以下では簡単化のため、送信電力を下げるアンテナは送信電力を0にするとして説明する。ここで、右を向いているアンテナから左回りに順にアンテナ0,1,...,6と番号を振ると、FA0に対しては、干渉を受けている方向に近いアンテナ1,2,3からは信号を送信しない。同様に、FA2に対してはアンテナ0,1,5、FA1に対してはアンテナ0,5から信号を送信しない。図２４にFA0のビームパタンを、図２５にFA2のビームパタンを、図２６にFA1のビームパタンを示す。ここで、図２５に示すように、アンテナ2,3,4方向に2端末存在し、当該端末の通信要求が高い場合、各端末からは少なくとも2アンテナは見えるため、信号多重が可能となる。一方、図２６に示すように、FA1に接続している端末がアンテナ1方向とアンテナ4方向の2台存在したとする。また、当該端末は通信要求が高くなく、少ないアンテナが見えれば要求を満足できる場合、当該端末のいない方向を向いているアンテナは送信を行わないほうがセル間干渉を抑圧できる。よって、アンテナ2,3からは信号を送信しない。

このように、アンテナの送信電力を調整し、図２７のようなビームパタンを得ることができる。本実施例の構成を適用することにより、隣接セルからの干渉状況によって複数の周波数について動的にセル形状を変化させセル間干渉を抑圧しつつ、端末の通信要求を満たすようなアンテナ選択をすることが可能となる。また、複数の周波数帯で上記制御を行うことで、各端末にとって品質の良い周波数帯を適応的に選択させることも可能となる。

続いて、第２の実施例を図面に従い説明する。実施例２は、図２９に示すように、基地局２９０１が隣接基地局２９０２からの干渉情報を得るために、隣接基地局２９０２がネットワーク２９０３を通じて干渉に関連する情報を報告する。

隣接基地局が報告するシーケンスを図２８に示す。
ステップ２８０１では、基地局が隣接基地局にネットワークを通じて干渉関連情報の報告を指示する。ここで、基地局は各アンテナ方向からの干渉情報を得る必要があるため、隣接基地局の各周波数帯で、当該基地局の方向に向いているアンテナの負荷を知る必要がある。よって、当該基地局が隣接基地局に報告させる干渉関連情では、隣接基地局の位置情報と、アンテナの向きと各周波数帯の送信電力の組み合わせ情報を報告させる。
ステップ２８０２では、報告指示を受けた隣接基地局は、各アンテナの送信電力を測定する。
ステップ２８０３で、隣接基地局がネットワークを通じて干渉関連情報を基地局に送信する。
ステップ２８０４で、基地局は報告された干渉関連情報を干渉情報テーブルに書き込む。
ただし、本フローチャートは、隣接基地局に、基地局の各アンテナ方向の、各周波数帯の干渉に関連する情報を報告させるものであればこれに限定するものではない。例えば、各基地局が自身の隣接基地局に定期的に干渉に関連する情報を報告しても良い。また、干渉に関連する情報は、情報量削減のため、当該情報が必要な基地局の方向を向いているアンテナに対する情報に限定しても良い。

他の構成は実施例１と同様であるが、干渉情報集計部１００１のフローチャートは図３０となる。
ステップ３００１で、集計する周波数帯fを初期化する。
ステップ３００２で、集計するアンテナ方向dを初期化する。
ステップ３００３では、干渉関連情報の位置情報から、隣接基地局との距離を測定する。
ステップ３００４では、各隣接基地局で、当該基地局の方向を向いているアンテナの送信電力を抽出する。各隣接基地局のアンテナ方向情報と位置情報から、アンテナdと向かい合っている角度が最も小さいアンテナgの送信電力を選択する。隣接基地局のアンテナのうち、当該基地局の方向に最も近い方向を向いたアンテナを選択し、送信電力を抽出する。
ステップ３００５では、周波数帯f、アンテナ方向dについて、隣接基地局からの受信電力を推定する。ステップ３００４で抽出した当該基地局の方向に最も近いアンテナの送信電力と当該基地局との位置情報から、数式５で当該基地局での受信電力Uを推定する。

ここで、Pは隣接基地局のステップ３００４で抽出した送信電力、αは当該基地局と隣接基地局の角度、θは隣接基地局のステップ３００４で抽出したアンテナ方向である。また、Lはパスロスであり、基地局間距離の関数である。パスロスの計算方法は、距離が離れるに従って増加するものであれば任意でよい。さらに、各隣接基地局について求めた受信電力Uについて、当該基地局のアンテナdのビームパタンから受信電力を合算して求める。
ステップ３００６では、ステップ３００５で推定した受信電力を、干渉情報テーブル１００３の、アンテナ方向d、周波数帯fの欄に書き込む。
ステップ３００７では、検索するアンテナ方向dをインクリメントする。
ステップ３００８で、全アンテナ方向の検索が終了していない場合、ステップ３００３に戻る。全アンテナ方向の検索が終了している場合、ステップ３００９に進む。
ステップ３００９では、検索する周波数帯fをインクリメントする。
ステップ３０１０で、全周波数帯の検索が終了していない場合、ステップ３００２に戻る。全周波数帯の検索が終了している場合、処理を終了する。

図３０のフローチャートは、隣接基地局のアンテナのうち、当該基地局に向いている方向の近いアンテナについて各周波数帯で送信電力から受信電力を計算し干渉電力を推定するものであればこれに限定するものではない。
実施例２では、ネットワークを通じて干渉情報を得ることで、端末の報告動作を減らすことが可能となる。

第３の実施例を図面に従い説明する。実施例３は、図３１に示すように、実施例１の図１１のビームパタン決定部１１１において、第2ビームパタン決定部３１０５を先に処理し、その後第1ビームパタン決定部３１０２で処理を行う構成となっている。他の構成は実施例１と同様である。
実施例３では、先に端末要求情報に従ったアンテナの送信電力変更を行うことで、端末の要求を優先する制御が可能となる。

種々の実施例によれば、複数のアンテナ、複数の周波数帯で到来方向に応じてアンテナの送信電力を変更することでセル間干渉を抑圧することができる。また、端末要求に応じて更にアンテナの送信電力を変更することで、端末の要求に応じたアンテナを選択し、スループットを改善できる。

また、種々の実施例によって、セル間干渉を抑圧しつつ、隣接セルからの干渉が小さい場合には高いスループットを達成し、且つ端末の通信要求に適したビームパタンを選択することができる無線通信装置、及び無線通信システムを提供される。

１０９、８０９ アンテナ
１１０、８１０ コントローラ
１１１ ビームパタン決定部
１１２ アンテナゲイン調整部
２０ｂ１〜２０ｂＮ、３０２、３０４、２９０１ 基地局
２０ｍ１、２０ｍ２ 端末
２ｃ１〜２ｃＮ、３０１、３０３ セル
１００１、３１０１ 干渉情報集計部
１００２、３１０２ 第１ビームパタン決定部
１００３、３１０３ 干渉情報テーブル
１００４、３１０４ 端末情報集計部
１００５、３１０５ 第2ビームパタン決定部
１００６、３１０６ 端末要求情報テーブル
８１３ 受信品質測定部
９０５ ユーザインタフェース
１９０１ アンテナスイッチ部
１９０２ アンテナ送信電力変更部
１９０３ アンテナ受信電力測定部。
２９０２ 隣接基地局

Claims (9)

1. 無線基地局装置であって、
   複数の周波数帯で前記端末と通信を行う一以上のアンテナ、または、アンテナグループと、
   自セル領域内に位置した端末に、フレーム内で個別の無線リソースを割当て、前記無線リソースを用いて前記端末とのデータの送受信を制御する通信制御部と、
   前記複数の周波数帯各々について、前記端末が受けている干渉電力と、干渉が到来している方向と、前記アンテナまたはアンテナグループの前記端末の送信信号の受信電力との少なくとも一に基づいて、前記アンテナまたはアンテナグループの送信電力を決定するビームパタン決定部と、
   を有する、
   ことを特徴とする無線基地局装置。
2. 請求項１に記載の無線基地局装置であって、
   前記基地局装置は、複数の前記端末に干渉の測定を指示し、前記指示に対応する報告に含まれる前記アンテナまたはアンテナグループの受信電力に基づいて前記複数の周波数帯の干渉の到来方向を推定する
   ことを特徴とする無線基地局装置。
3. 請求項１に記載の無線基地局装置であって、
   前記無線基地局装置は、前記干渉電力を、前記無線基地局装置が隣接する基地局に、前記複数の周波数帯各々について、前記隣接する基地局のアンテナまたはアンテナグループの送信電力と、前記隣接する基地局の位置情報と、前記アンテナまたはアンテナグループの向き情報の報告を指示し、前記無線基地局装置に報告させ、前記隣接する基地局のアンテナまたはアンテナグループの送信電力と、前記位置情報から、干渉電力と、干渉の到来方向を推定する、
   ことを特徴とする無線基地局装置。
4. 請求項１に記載の無線基地局装置であって、
   前記ビームパタン決定部は、前記干渉電力によって、前記アンテナまたはアンテナグループの送信電力を変更する第1ビームパタン決定部を備え、
   前記第1ビームパタン決定部は、前記干渉電力が第1閾値より大きい前記アンテナまたはアンテナグループの送信電力を下げ、前記干渉電力が第2閾値より小さい前記アンテナまたはアンテナグループの送信電力を上げる、
   ことを特徴とする無線基地局装置。
5. 請求項１に記載の無線基地局装置であって、
   前記ビームパタン決定部は、前記アンテナまたはアンテナグループの前記端末の送信信号の受信電力から、前記アンテナまたはアンテナグループの送信電力を変更する第2ビームパタン決定部を備え、
   前記第2ビームパタン決定部は、前記アンテナまたはアンテナグループの前記端末の送信信号の受信電力から、前記受信電力の大きい前記アンテナまたはアンテナグループは送信電力を大きく、前記受信電力の小さい前記アンテナまたはアンテナグループは送信電力を小さくする、
   ことを特徴とする無線基地局装置。
6. 請求項５に記載の無線基地局装置であって、
   前記第2ビームパタン決定部は、前記端末の要求通信情報から、前記端末に必要なアンテナ数を推定し、前記受信電力の大きい前記アンテナまたはアンテナグループから順に、前記推定したアンテナ本数までは送信電力を大きく、前記推定したアンテナ本数以降は送信電力を小さくする、
   ことを特徴とする無線基地局装置。
7. 請求項１に記載の無線基地局装置であって、
   前記無線基地局装置は、複数の周波数帯で前記端末と通信を行い、前記ビームパタン決定部は、複数の周波数帯で各アンテナの送信電力を調整する、
   ことを特徴とする無線基地局装置。
8. 自セル領域内に位置した端末に、複数の周波数帯を用いて、フレーム内で個別の無線リソースを割当て、前記無線リソースを用いて前記端末とのデータの送受信を行う無線基地局装置を具備する無線通信システムであって、
   前記無線基地局装置は、隣接する無線基地局装置に、前記複数の周波数帯各々について、前記無線基地局装置の具備するアンテナまたはアンテナグループの送信電力と、位置情報と、前記アンテナまたはアンテナグループの向きを、ネットワークを通じて報告する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
9. 請求項８に記載の無線通信システムであって、
   前記基地局が報告する情報は、報告する前記隣接する基地局の方向に向いた、一部の前記アンテナまたはアンテナグループの情報に限定する、
   ことを特徴とする無線通信システム。