JP2013243718A - 無線通信システム、通信制御方法、基地局、及びプロセッサ - Google Patents

無線通信システム、通信制御方法、基地局、及びプロセッサ Download PDF

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Abstract

【課題】 ヘテロジーニアスネットワークにおいて基地局間干渉が生じる。
【解決手段】
第１の基地局は、下りリンクについて、通常サブフレームと通常サブフレームに比べて送信電力が低くなるように制限される特定サブフレームとを設定する。第１の基地局は、Ｘ２インタフェースを介して取得した、第２の基地局の負荷に関する情報に基づいて、通常サブフレーム及び特定サブフレームの比を定める設定パターンを変更する。第２の基地局の負荷に関する情報は、第２の基地局における無線リソースの使用率を示す。
【選択図】 図７

Description

本発明は、ヘテロジーニアスネットワークが適用される無線通信システム、通信制御方法、基地局、及びプロセッサに関する。
現在運用されている第３世代及び第３．５世代セルラ無線通信システムよりも高速・大容量の通信を実現する次世代システムとして、標準化団体である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）で標準化されているＬＴＥ（Long Term Evolution）、及びＬＴＥを高度化したＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄがある。
ＬＴＥシステム（ＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄを含む）の下りリンクでは、無線基地局は、ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）と称されるデータ伝送用チャネルを使用して、無線端末へのユーザデータを送信する。なお、下りリンクとは、無線基地局から無線端末へ向かう方向の通信であり、上りリンクとは、無線端末から無線基地局へ向かう方向の通信である。
また、ＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄにおいては、高電力基地局（いわゆる、マクロセル基地局）の通信エリアに低電力基地局（いわゆる、ピコセル基地局や、フェムトセル基地局、リレーノード）が配置されるネットワークであるヘテロジーニアスネットワークの提供が検討されている。ヘテロジーニアスネットワークは、高電力基地局の負荷を低電力基地局に分散させることが可能である。
しかしながら、無線端末は複数の無線基地局のうち無線信号の受信電力が最も高いものに接続することが一般的であることから、ヘテロジーニアスネットワークにおいては、送信電力の低い低電力基地局に無線端末が接続する機会が少なくなる可能性がある。
このような事情に鑑みて、低電力基地局からの受信電力が最も高い状態でなくても無線端末を当該低電力基地局に接続するように制御することで、低電力基地局のカバレッジ（通信エリア範囲）を拡大する手法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
ところで、隣接する無線基地局間でデータ伝送用チャネルとして使用される無線リソースが重複する場合、一方の無線基地局のデータ伝送用チャネルが、他方の無線基地局のデータ伝送用チャネルからの干渉を受け、当該一方の無線基地局のデータ伝送用チャネルを介してユーザデータを正常に受信できなくなる可能性がある。
特に、ヘテロジーニアスネットワークにおいて低電力基地局のカバレッジを拡大する手法では、低電力基地局のデータ伝送用チャネルが高電力基地局のデータ伝送用チャネルから大きな干渉を受ける可能性が高いため、上記の問題がより一層深刻になる。
そこで、本発明は、ヘテロジーニアスネットワークにおける基地局間干渉を低減し、システム全体のスループットを改善できる無線通信システム、通信制御方法、基地局、及びプロセッサを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。まず、本発明に係る無線通信システムの特徴は、高電力基地局（例えばマクロセル基地局ＭｅＮＢ）と、前記高電力基地局の通信エリアに配置され、前記高電力基地局よりも送信電力が低い低電力基地局（例えばピコセル基地局ＰｅＮＢ）とを有する無線通信システム（無線通信システム１）であって、前記高電力基地局が特定の下りリンクチャネル（例えばＰＤＳＣＨ）として使用すべき無線リソースについて、第１の無線リソース（例えば使用可能ＰＤＳＣＨリソース又は通常電力ＰＤＳＣＨリソース）と、前記第１の無線リソースよりも送信電力が低くなるように制限される第２の無線リソース（例えば使用不能ＰＤＳＣＨリソース又は低電力ＰＤＳＣＨリソース）との比であるリソース分割比を決定する分割比決定部（分割比決定部１２３又は分割比決定部２２５）を備え、前記分割比決定部は、前記低電力基地局のトラフィック負荷に基づいて前記リソース分割比を決定することを要旨とする。ここで、特定の下りリンクチャネルとは、例えば下りリンクのデータ伝送用チャネル（ＬＴＥシステムではＰＤＳＣＨ）であるが、このようなデータ伝送用チャネルに限らず、下りリンクの制御情報伝送用チャネル（ＬＴＥシステムではＰＤＣＣＨ）等であってもよい。また、低電力基地局とは、例えばピコセル基地局又はフェムトセル基地局であるが、ピコセル基地局又はフェムトセル基地局に限らずリレーノード等であってもよい。
上記の特徴に係る無線通信システムによれば、高電力基地局が特定の下りリンクチャネルとして使用すべき無線リソースについて、第１の無線リソースと、当該第１の無線リソースよりも送信電力が低くなるように制限される第２の無線リソースとを設けている。高電力基地局の第２の無線リソースに対応する低電力基地局の無線リソースは、高電力基地局からの干渉が低減されるため、低電力基地局のスループットを改善できる。また、低電力基地局のトラフィック負荷に基づいてリソース分割比を決定することで、高電力基地局における第２の無線リソースと第１の無線リソースとの比を適切に設定でき、第２の無線リソースが過多になることを防止できる。これにより、低電力基地局のスループットを改善することに加え、高電力基地局のスループット低下も抑制できるため、システム全体のスループットを改善できる。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記高電力基地局に接続する無線端末に無線リソースを割り当てるリソース割り当て部（リソース割り当て部１２４）をさらに備え、前記第１の無線リソースは、前記高電力基地局が使用可能な無線リソース（例えば使用可能ＰＤＳＣＨリソース）であり、前記第２の無線リソースは、前記高電力基地局が使用不能な無線リソース（例えば使用不能ＰＤＳＣＨリソース）であり、前記リソース割り当て部は、前記分割比決定部により決定された前記リソース分割比に従って定められる前記第１の無線リソースの中から、前記高電力基地局に接続する無線端末に無線リソースを割り当てることを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記高電力基地局に接続する無線端末に無線リソースを割り当てるリソース割り当て部（リソース割り当て部１２４）をさらに備え、前記第１の無線リソースは、前記高電力基地局の送信電力が制限されない無線リソース（例えば通常電力ＰＤＳＣＨリソース）であり、前記第２の無線リソースは、前記高電力基地局の送信電力が制限される無線リソース（例えば低電力ＰＤＳＣＨリソース）であり、前記リソース割り当て部は、前記分割比決定部により決定された前記リソース分割比に従って定められる前記第１の無線リソース及び前記第２の無線リソースの中から、前記高電力基地局に接続する無線端末に無線リソースを割り当てることを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記分割比決定部は、前記高電力基地局の通信エリア内に前記低電力基地局が複数配置される場合に、各低電力基地局のトラフィック負荷の平均に基づいて前記リソース分割比を決定することを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記分割比決定部は、前記低電力基地局のトラフィック負荷と前記高電力基地局のトラフィック負荷とに基づいて、前記リソース分割比を決定することを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記分割比決定部は、前記第２の無線リソースと前記第１の無線リソースとの比が、前記低電力基地局のトラフィック負荷と前記高電力基地局のトラフィック負荷との比に等しくなるように、前記リソース分割比を決定することを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記分割比決定部は、前記高電力基地局のトラフィック負荷を一定とした場合に、前記低電力基地局のトラフィック負荷が高くなるほど、前記第２の無線リソースが多く、且つ前記第１の無線リソースが少なくなるように、前記リソース分割比を決定することを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記分割比決定部は、前記低電力基地局のトラフィック負荷を一定とした場合に、前記高電力基地局のトラフィック負荷が高くなるほど、前記第２の無線リソースが少なく、且つ前記第１の無線リソースが多くなるように、前記リソース分割比を決定することを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記特定の下りリンクチャネルは、無線端末へのユーザデータを伝送するデータ伝送用チャネルであることを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記第２の無線リソースは、下りリンクの総周波数帯域のうち少なくとも一部の周波数帯域であり、前記第１の無線リソースは、前記下りリンクの総周波数帯域のうち前記一部の周波数帯域を除いた残りの周波数帯域であることを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記一部の周波数帯域及び前記残りの周波数帯域のそれぞれは、無線端末が受信品質を測定する周波数単位（例えばサブバンド）の整数倍であることを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記第２の無線リソースは、下りリンクの通信時間枠（例えばサブフレーム）において無線端末へのユーザデータを伝送するためのデータ領域のうち少なくとも一部の時間範囲であり、前記第１の無線リソースは、前記データ領域のうち前記一部の時間範囲を除いた残りの時間範囲であることを要旨とする。
本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記トラフィック負荷は、通信実行中の状態（例えばアクティブ状態）にある無線端末の数であることを要旨とする。
本発明に係る高電力基地局の特徴は、自局の通信エリアに配置された、自局よりも送信電力が低い低電力基地局のトラフィック負荷を示す情報を受信する受信部（Ｘ２インタフェース通信部１４０）と、前記受信部が受信した前記トラフィック負荷を示す情報に基づいて、自局が特定の下りリンクチャネルとして使用すべき無線リソースについて、第１の無線リソースと、前記第１の無線リソースよりも送信電力が低くなるように制限される第２の無線リソースとの比であるリソース分割比を決定する分割比決定部（分割比決定部１２３）とを備えることを要旨とする。
本発明に係る低電力基地局の特徴は、高電力基地局の通信エリアに配置され、前記高電力基地局よりも送信電力が低い低電力基地局であって、自局のトラフィック負荷に基づいて、前記高電力基地局が特定の下りリンクチャネルとして使用すべき無線リソースについて、第１の無線リソースと、前記第１の無線リソースよりも送信電力が低くなるように制限される第２の無線リソースとの比であるリソース分割比を決定する分割比決定部（分割比決定部２２５）と、前記分割比決定部により決定された前記リソース分割比を示す情報を前記高電力基地局に送信する送信部（Ｘ２インタフェース通信部２４０）とを備えることを要旨とする。
本発明に係る低電力基地局の他の特徴は、上記の特徴に係る低電力基地局において、前記高電力基地局のトラフィック負荷を示す情報を受信する受信部をさらに備え、前記分割比決定部は、前記受信部が受信した前記高電力基地局のトラフィック負荷と自局のトラフィック負荷とに基づいて、前記リソース分割比を決定することを要旨とする。
本発明に係る通信制御方法の特徴は、高電力基地局の通信エリアに配置された低電力基地局のトラフィック負荷に基づいて、前記高電力基地局が特定の下りリンクチャネルとして使用すべき無線リソースについて、第１の無線リソースと、前記第１の無線リソースよりも送信電力が低くなるように制限される第２の無線リソースとの比であるリソース分割比を決定するステップを有することを要旨とする。
本発明によれば、ヘテロジーニアスネットワークにおける基地局間干渉を低減し、システム全体のスループットを改善できる無線通信システム、高電力基地局、低電力基地局、及び通信制御方法を提供できる。
第１実施形態及び第２実施形態に係るＬＴＥシステムの概要を説明するための図である。 ＬＴＥシステムの通信フレーム構成を説明するための図である。 第１実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。 第１実施形態に係るＩＣＩＣを説明するための図である。 第１実施形態に係るマクロセル基地局の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係るピコセル基地局の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る無線通信システムの動作を示す動作シーケンス図である。 第２実施形態に係るマクロセル基地局の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係るピコセル基地局の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る無線通信システムの動作を示す動作シーケンス図である。 第３実施形態に係るＩＣＩＣを説明するための図である。 ＰＤＳＣＨリソースを時間分割するケースを説明するための図である。 ＰＤＳＣＨリソースを時間分割する他のケースを説明するための図である。 ｂｉａｓ値による接続基地局端末比率を示す図である。 ピコセル基地局の低トラフィック時のシミュレーション結果を示す図である。 ピコセル基地局の高トラフィック時のシミュレーション結果を示す図である。
本発明の第１実施形態〜第３実施形態、及びその他の実施形態を説明する。以下の各実施形態における図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。
［ＬＴＥシステムの概要］
第１実施形態〜第３実施形態の説明の前に、ＬＴＥシステムの概要について、本発明に関連する内容を説明する。
図１は、ＬＴＥシステムの概要を説明するための図である。図１に示すように、複数の無線基地局ｅＮＢはＥ−ＵＴＲＡＮ（Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network）を構成する。複数の無線基地局ｅＮＢのそれぞれは、無線端末ＵＥにサービスを提供すべき通信エリアであるセルを形成する。
無線端末ＵＥは、ユーザが所持する無線通信装置であり、ユーザ装置とも称される。無線端末ＵＥは、複数の無線基地局ｅＮＢのうち参照信号の受信電力（ＲＳＲＰ: Reference Signal Received Power）が最も高いものに接続する。ただし、ＲＳＲＰに限らず、ＳＮＲ（Signal to Noise ratio）等の他の受信品質指標を使用してもよい。
各無線基地局ｅＮＢは、基地局間通信を提供する論理的な通信路であるＸ２インターフェースを介して互いに通信可能である。複数の無線基地局ｅＮＢそれぞれは、Ｓ１インターフェースを介して、ＥＰＣ（Evolved Packet Core）、具体的には、ＭＭＥ（Mobility Management Entity）／Ｓ−ＧＷ（Serving Gateway）と通信可能である。
無線基地局ｅＮＢと無線端末ＵＥとの無線通信においては、下りリンクの多重方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式が、上りリンクの多重方式としてＳＣ−ＦＤＭＡ（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access）方式がそれぞれ適用される。また、複信方式としてＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式又はＴＤＤ（Time Division Duplex）方式が適用される。
図２（ａ）は、ＦＤＤ方式が使用される場合の下り無線フレーム構成を示すフレーム構成図である。図２（ｂ）は、下りサブフレームの構成を示すフレーム構成図である。
図２（ａ）に示すように、下り無線フレームは、１０個の下りサブフレームで構成され、各下りサブフレームは２個の下りスロットで構成される。各下りサブフレームの長さは１ｍｓであり、各下りスロットの長さは０．５ｍｓである。また、各下りスロットは、時間軸方向（time domain）で７個のＯＦＤＭシンボルを含み、図２（ｂ）に示すように、周波数軸方向（frequency domain）で複数のリソースブロック（ＲＢ）を含む。各ＲＢは１２個のサブキャリアを含む。
図２（ｂ）に示すように、下りサブフレームは２個の連続的な下りスロットを含む。下りサブフレーム内の一番目の下りスロットの先頭から最大３ＯＦＤＭシンボルの区間は、制御情報を伝送するためのＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）として使用される無線リソースを構成する制御領域である。制御情報は、上りリンク及び下りリンクのスケジューリング情報（すなわち、割り当て無線リソースの情報）などに相当する。下りサブフレームの残りＯＦＤＭシンボル区間は、ユーザデータを伝送するためのＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）として使用される無線リソースを構成するデータ領域である。無線端末ＵＥは、ＰＤＣＣＨにより伝送される制御情報をデコードすることで、ＰＤＳＣＨにより伝送されるユーザデータを特定できる。
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態を説明する。第１実施形態においては、高電力基地局としてのマクロセル基地局ＭｅＮＢの通信エリア（マクロセル）に、低電力基地局としてのピコセル基地局ＰｅＮＢが配置される形態のヘテロジーニアスネットワーク配置を例に説明する。
以下の第１実施形態においては、（１）無線通信システムの構成、（２）リソース分割による干渉制御、（３）マクロセル基地局の構成、（４）ピコセル基地局の構成、（５）無線通信システムの動作、（６）第１実施形態の効果の順に説明する。
（１）無線通信システムの構成
図３は、第１実施形態に係る無線通信システム１の概略構成図である。
図３に示すように、無線通信システム１は、マクロセル基地局ＭｅＮＢ（高電力基地局あるいは大出力基地局）と、マクロセル基地局ＭｅＮＢに接続する無線端末ＭＵＥと、マクロセル基地局ＭｅＮＢが形成するマクロセルＭＣに配置され、マクロセル基地局ＭｅＮＢに隣接するピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３（低電力基地局あるいは小出力基地局）と、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３が形成するピコセルＰＣ内でピコセル基地局ＰｅＮＢに接続する無線端末ＰＵＥとを有する。以下において、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３を特に区別しないときは単にピコセル基地局ＰｅＮＢと称する。マクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢは共通の周波数帯域を使用する。なお、ピコセル基地局ＰｅＮＢが形成するピコセルＰＣは、以下において「ホットゾーン」と称する。
ピコセル基地局ＰｅＮＢ（ホットゾーンノードとも称される）は、マクロセル基地局ＭｅＮＢよりも送信電力が低い低電力基地局である。このため、ヘテロジーニアスネットワークにおいては、ＲＳＲＰが最も高い無線基地局ｅＮＢを選択して無線端末ＵＥが接続する接続先選択基準である受信電力最大基準（以下、ＲＰ基準）を採用すると、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが狭くなる可能性がある。特に、ピコセル基地局ＰｅＮＢの位置がマクロセル基地局ＭｅＮＢに近い状況下では、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが非常に狭くなり、ピコセル基地局ＰｅＮＢを有効活用できない。
ピコセル基地局ＰｅＮＢの送信電力を上昇させずにピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジを拡大可能な方法としては、主に以下の２つの方法が使用できる。
第１に、ＲＳＲＰが最も大きい無線信号を送信する無線基地局ｅＮＢを当該無線端末ＵＥの接続先として選択するＲＰ基準ではなく、無線端末ＵＥとの間の伝搬損失（パスロス）が最も小さい無線基地局ｅＮＢを無線端末ＵＥの接続先として選択する方法がある。これにより、例えば無線端末ＵＥに最も近いような無線基地局ｅＮＢが接続先として選択されるため、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジを拡大できる。このような接続先選択基準は、パスロス最小基準（以下、ＰＬ基準）と称される。
第２に、無線端末ＵＥがマクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢのそれぞれから無線信号を受信可能な場合において、ピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰとマクロセル基地局ＭｅＮＢに対応するＲＳＲＰとを比較する際に、ピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰにバイアス値（ｂｉａｓ）を加える方法がある。ピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰにバイアスを与えることで、オフセット後の当該ＲＳＲＰが、マクロセル基地局ＭｅＮＢに対応するＲＳＲＰを上回る可能性が高まる。よって、ピコセル基地局ＰｅＮＢが優先的に接続先として選択されるため、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジを拡大できる。このような接続先選択基準は、Ｒａｎｇｅ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ基準（以下、ＲＥ基準）と称される。なお、ＲＥ基準は、ｂｉａｓの値をマクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢの送信電力の差（例えば１６ｄＢ）とすることで、ＰＬ基準と同等の接続先選択基準となる。
第１実施形態では、ＲＥ基準によって、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが拡大された状態であるとする。なお、無線端末ＵＥの接続先を選択する主体は、例えば、無線端末ＵＥが待ち受け中（アイドル状態）であれば無線端末ＵＥであり、無線端末ＵＥが通信実行中（アクティブ状態）であれば接続先の無線基地局ｅＮＢである。アクティブ状態においては、定期的にＲＳＲＰの測定値が無線端末ＵＥから接続先の無線基地局ｅＮＢに報告されるため、当該接続先の無線基地局ｅＮＢは、無線端末ＵＥの次の接続先を選択し、無線端末ＵＥを次の接続先にハンドオーバさせることができる。
マクロセル基地局ＭｅＮＢは、ＰＤＳＣＨを使用して、無線端末ＭＵＥへのユーザデータを送信する。ピコセル基地局ＰｅＮＢは、ＰＤＳＣＨを使用して、無線端末ＰＵＥへのユーザデータを送信する。これらのＰＤＳＣＨの周波数帯域が重複する場合、マクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢの各ＰＤＳＣＨは互いに干渉を与え合う。
ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが拡大された状態においては、ピコセル基地局ＰｅＮＢに接続する無線端末ＰＵＥは、ピコセル基地局ＰｅＮＢからの受信電力よりも、マクロセル基地局ＭｅＮＢからの受信電力の方が高いことがある。この場合、ピコセル基地局ＰｅＮＢのＰＤＳＣＨは、マクロセル基地局ＭｅＮＢのＰＤＳＣＨから大きな干渉を受け、無線端末ＰＵＥがユーザデータを受信（復号）不可能になる。
（２）リソース分割による干渉制御
ヘテロジーニアスネットワークの下りリンクにおいて、ＲＥ基準でｂｉａｓを加えることでＲＰ基準によって作られるホットゾーンよりもカバレッジを拡大しようとすると、マクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢの送信電力の違いから、所望信号の電力よりも干渉電力が大きくなってしまう。よって、ＳＩＮＲとして最適ではない無線端末ＵＥがホットゾーンに収容されることになる。そのような無線端末ＵＥは基本的に送信電力の大きいマクロセル基地局ＭｅＮＢから非常に強い干渉を受けるため、ＳＩＮＲが非常に低くなってしまう。そこで、第１実施形態では、以下のようなＩＣＩＣ（ＩＣＩＣ：Inter-Cell Interference Coordination）によって干渉制御を行う。
図４は、第１実施形態に係るＩＣＩＣを説明するための図である。
図４（ａ）に示すように、マクロセル基地局ＭｅＮＢのＰＤＳＣＨリソース（図２（ｂ）で示したデータ領域に相当）を周波数分割し、一部を使用しないことで、未使用部分をホットゾーンの低ＳＩＮＲの無線端末ＰＵＥが使用できるようにする。マクロセル基地局ＭｅＮＢが使用不能なＰＤＳＣＨリソースを「使用不能ＰＤＳＣＨリソース」と称し、マクロセル基地局ＭｅＮＢが使用可能なＰＤＳＣＨリソースを「使用可能ＰＤＳＣＨリソース」と称する。第１実施形態において、使用不能ＰＤＳＣＨリソースは、下りリンクの総リソースブロックのうち少なくとも一部のリソースブロックであり、使用可能ＰＤＳＣＨリソースは、下りリンクの総リソースブロックのうち上記一部のリソースブロックを除いた残りのリソースブロックである。また、第１実施形態において、使用可能ＰＤＳＣＨリソースは第１の無線リソースに相当し、使用不能ＰＤＳＣＨリソースは第２の無線リソースに相当する。
図４（ｂ）に示すように、使用不能ＰＤＳＣＨリソースに対応する無線リソースはマクロセル基地局ＭｅＮＢからの干渉を受けないため、ピコセル基地局ＰｅＮＢは、そのような無干渉ＰＤＳＣＨリソースを低ＳＩＮＲの無線端末ＰＵＥに割り当てる。無線端末ＰＵＥは定期的に受信品質の測定結果をチャネル品質情報（ＣＱＩ）としてピコセル基地局ＰｅＮＢにフィードバックしており、ピコセル基地局ＰｅＮＢは、無干渉ＰＤＳＣＨリソースに対応するＣＱＩが良好であることに応じて、無干渉ＰＤＳＣＨリソースを優先して無線端末ＰＵＥに割り当てることができる。
このような周波数分割によるＩＣＩＣは、ホットゾーンへの干渉を回避することができる代わりに、マクロセル基地局ＭｅＮＢに接続される無線端末ＭＵＥが使用できる使用可能ＰＤＳＣＨリソースが減ってしまう。このことから、ホットゾーンのカバレッジ拡大による特性改善のためには、負荷分散による特性改善効果が、周波数分割による使用可能リソースの減少による損失を上回る必要がある。しかし、実際の環境を想定すると、トラフィック状況や基地局の設置状況は様々であり、ある環境で有効であったＲＥ基準のｂｉａｓの値と周波数分割の特定の組み合わせが他の環境においても有効であることは考えにくい。これを回避するためには、その環境において試行錯誤的に有効な組み合わせを探す必要があるが、実運用上現実的ではない。
そこで、ピコセル基地局ＰｅＮＢのトラフィック負荷とマクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷とに基づいて、使用不能ＰＤＳＣＨリソースと使用可能ＰＤＳＣＨリソースとの比であるリソース分割比を決定する。第１実施形態では、トラフィック負荷とは、アクティブ状態の無線端末数である。よって、ピコセル基地局ＰｅＮＢのトラフィック負荷はアクティブ状態の無線端末ＰＵＥの数であり、マクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷はアクティブ状態の無線端末ＭＵＥの数である。図１の例のように同一マクロセル内にピコセル基地局ＰｅＮＢが複数配置される場合、各ピコセル基地局ＰｅＮＢのアクティブ状態の無線端末ＰＵＥ数の平均をピコセル基地局ＰｅＮＢのトラフィック負荷とする。
リソース分割比は任意に設定できるが、ＬＴＥの仕様上、フィードバックされるＣＱＩの分解能に合わせて分割する。すなわち、使用可能ＰＤＳＣＨリソース及び使用不能ＰＤＳＣＨリソースのそれぞれの周波数帯域は、無線端末ＵＥが受信品質（チャネル品質）を測定する周波数単位の整数倍である。当該周波数単位はサブバンド（Ｓｕｂｂａｎｄ）と称される。
図４（ａ）及び図４（ｃ）に示すように、使用不能ＰＤＳＣＨリソースの周波数帯域ｍと使用可能ＰＤＳＣＨリソースの周波数帯域ｎとの比（ｍ：ｎ）は、無線端末ＰＵＥの数ＮＰＵＥと無線端末ＭＵＥの数ＮＭＵＥとの比（ＮＰＵＥ：ＮＭＵＥ）に等しい。第１実施形態では、無線端末ＰＵＥの数ＮＭＵＥは、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３のそれぞれの無線端末ＰＵＥ数の平均である。使用不能ＰＤＳＣＨリソースの周波数帯域ｍと使用可能ＰＤＳＣＨリソースの周波数帯域ｎとの比から、使用不能ＰＤＳＣＨリソースのリソースブロック数ＲＢは、式（１）のようになる。
Figure 2013243718
ここで、ＳｕｂｂａｎｄＳｉｚｅはフィードバックされるＣＱＩのサイズ（分解能）を、ＮＲＢは下りリンク周波数帯域の総ＲＢ数をそれぞれ意味する。
（３）マクロセル基地局の構成
次に、マクロセル基地局ＭｅＮＢの構成を説明する。図５は、第１実施形態に係るマクロセル基地局ＭｅＮＢの構成を示すブロック図である。
図５に示すように、マクロセル基地局ＭｅＮＢは、アンテナ部１０１、無線通信部１１０、制御部１２０、記憶部１３０、及びＸ２インタフェース通信部１４０を有する。
無線通信部１１０は、例えば無線周波数（ＲＦ）回路やベースバンド（ＢＢ）回路等を用いて構成され、アンテナ部１０１を介して無線端末ＭＵＥと無線信号の送受信を行う。また、無線通信部１１０は、送信信号の変調と受信信号の復調とを行う。
制御部１２０は、例えばＣＰＵを用いて構成され、マクロセル基地局ＭｅＮＢが備える各種の機能を制御する。記憶部１３０は、例えばメモリを用いて構成され、マクロセル基地局ＭｅＮＢの制御等に用いられる各種の情報を記憶する。Ｘ２インタフェース通信部１４０は、Ｘ２インタフェースを使用して他の無線基地局との基地局間通信を行う。
制御部１２０は、接続先選択部１２１、トラフィック負荷情報収集部１２２、分割比決定部１２３、及びリソース割り当て部１２４を有する。
接続先選択部１２１は、無線端末ＭＵＥから報告されるＲＳＲＰの情報（すなわち、メジャメントレポート）に基づいて、無線端末ＭＵＥの次の接続先の無線基地局を選択する。無線端末ＭＵＥがマクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢそれぞれの参照信号を受信する場合、接続先選択部１２１は、マクロセル基地局ＭｅＮＢに対応するＲＳＲＰＭｅＮＢとピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰＰｅＮＢとを比較する際に、ＲＳＲＰＰｅＮＢにｂｉａｓを与える。ｂｉａｓの与えられたＲＳＲＰＰｅＮＢがＲＳＲＰＭｅＮＢよりも高い場合には、接続先選択部１２１は、無線端末ＭＵＥの接続先をピコセル基地局ＰｅＮＢに切り替えるようにハンドオーバ制御を行う。
トラフィック負荷情報収集部１２２は、マクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢそれぞれのトラフィック負荷の情報を定期的に収集する。
分割比決定部１２３は、トラフィック負荷情報収集部１２２が収集したマクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢそれぞれのトラフィック負荷の情報に基づいてリソース分割比を決定する。具体的には、分割比決定部１２３は、使用不能ＰＤＳＣＨリソースの周波数帯域ｍと使用可能ＰＤＳＣＨリソースの周波数帯域ｎとの比が、アクティブ状態の無線端末ＰＵＥの数ＮＭＵＥとアクティブ状態の無線端末ＭＵＥの数ＮＰＵＥとの比に等しくなるようにリソース分割比を決定する。すなわち、分割比決定部１２３は、マクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷を一定とした場合に、ピコセル基地局ＰｅＮＢのトラフィック負荷が高くなるほど、使用可能ＰＤＳＣＨリソースが少なく、且つ使用不能ＰＤＳＣＨリソースが多くなるように、リソース分割比を決定する。また、分割比決定部１２３は、ピコセル基地局ＰｅＮＢのトラフィック負荷を一定とした場合に、マクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷が高くなるほど、使用可能ＰＤＳＣＨリソースが多く、且つ使用不能ＰＤＳＣＨリソースが少なくなるように、リソース分割比を決定する。分割比決定部１２３は、通信状況の変化に対応するために、リソース分割比を定期的に更新することが望ましい。
リソース割り当て部１２４は、分割比決定部１２３により決定されたリソース分割比に従って定められる使用可能ＰＤＳＣＨリソースの中から無線端末ＭＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。例えば、リソース割り当て部１２４は、無線端末ＭＵＥからフィードバックされるＣＱＩに基づき、プロポーショナルフェアネス（ＰＦ）等のスケジューリングアルゴリズムを用いて、使用可能ＰＤＳＣＨリソースの中から無線端末ＭＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。
（４）ピコセル基地局の構成
次に、ピコセル基地局ＰｅＮＢの構成を説明する。図６は、第１実施形態に係るピコセル基地局ＰｅＮＢの構成を示すブロック図である。
図６に示すように、ピコセル基地局ＰｅＮＢは、アンテナ部２０１、無線通信部２１０、制御部２２０、記憶部２３０、及びＸ２インタフェース通信部２４０を有する。
無線通信部１１０は、例えば無線周波数（ＲＦ）回路やベースバンド（ＢＢ）回路等を用いて構成され、アンテナ部２０１を介して無線端末ＰＵＥと無線信号の送受信を行う。また、無線通信部２１０は、送信信号の変調と受信信号の復調とを行う。
制御部２２０は、例えばＣＰＵを用いて構成され、ピコセル基地局ＰｅＮＢが備える各種の機能を制御する。記憶部２３０は、例えばメモリを用いて構成され、ピコセル基地局ＰｅＮＢの制御等に用いられる各種の情報を記憶する。Ｘ２インタフェース通信部２４０は、Ｘ２インタフェースを使用して他の無線基地局との基地局間通信を行う。
制御部２２０は、接続先選択部２２１、トラフィック負荷情報生成部２２２、及びリソース割り当て部２２３を有する。
接続先選択部２２１は、自局に接続する無線端末ＰＵＥから報告されるＲＳＲＰに基づいて、無線端末ＰＵＥの次の接続先の無線基地局を選択する。無線端末ＰＵＥがマクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢそれぞれの参照信号を受信する場合、接続先選択部２２１は、マクロセル基地局ＭｅＮＢに対応するＲＳＲＰＭｅＮＢとピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰＰｅＮＢとを比較する際に、ＲＳＲＰＰｅＮＢにｂｉａｓを与える。ｂｉａｓの与えられたＲＳＲＰＰｅＮＢがＲＳＲＰＭｅＮＢよりも低い場合には、接続先選択部２２１は、無線端末ＰＵＥの接続先をマクロセル基地局ＭｅＮＢに切り替えるようにハンドオーバ制御を行う。
トラフィック負荷情報生成部２２２は、自局に接続する無線端末ＰＵＥのうちアクティブ状態の無線端末ＰＵＥの数をトラフィック負荷として示すトラフィック負荷情報を生成する。
リソース割り当て部２２３は、無線端末ＰＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。例えば、リソース割り当て部２２３は、無線端末ＰＵＥからフィードバックされるＣＱＩに基づき、プロポーショナルフェアネス（ＰＦ）等のスケジューリングアルゴリズムを用いて、ＰＤＳＣＨリソースの中から無線端末ＭＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。
（５）無線通信システムの動作
図７は、第１実施形態に係る無線通信システム１の動作を示す動作シーケンス図である。図７に示す動作シーケンスは定期的に実行される。
ステップＳ１１ａにおいて、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１のトラフィック負荷情報生成部２２２は、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１に接続する無線端末ＰＵＥのうちアクティブ状態の無線端末ＰＵＥ数を示すトラフィック負荷情報を生成する。ステップＳ１２ａにおいて、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１のＸ２インタフェース通信部２４０は、当該トラフィック負荷情報をマクロセル基地局ＭｅＮＢに送信する。マクロセル基地局ＭｅＮＢのＸ２インタフェース通信部１４０は、当該トラフィック負荷情報を受信する。
ステップＳ１１ｂにおいて、ピコセル基地局ＰｅＮＢ２のトラフィック負荷情報生成部２２２は、ピコセル基地局ＰｅＮＢ２に接続する無線端末ＰＵＥのうちアクティブ状態の無線端末ＰＵＥ数を示すトラフィック負荷情報を生成する。ステップＳ１２ｂにおいて、ピコセル基地局ＰｅＮＢ２のＸ２インタフェース通信部２４０は、当該トラフィック負荷情報をマクロセル基地局ＭｅＮＢに送信する。マクロセル基地局ＭｅＮＢのＸ２インタフェース通信部１４０は、当該トラフィック負荷情報を受信する。
ステップＳ１１ｃにおいて、ピコセル基地局ＰｅＮＢ３のトラフィック負荷情報生成部２２２は、ピコセル基地局ＰｅＮＢ３に接続する無線端末ＰＵＥのうちアクティブ状態の無線端末ＰＵＥ数を示すトラフィック負荷情報を生成する。ステップＳ１２ｃにおいて、ピコセル基地局ＰｅＮＢ３のＸ２インタフェース通信部２４０は、当該トラフィック負荷情報をマクロセル基地局ＭｅＮＢに送信する。マクロセル基地局ＭｅＮＢのＸ２インタフェース通信部１４０は、当該トラフィック負荷情報を受信する。
このように、マクロセル基地局ＭｅＮＢのＸ２インタフェース通信部１４０は、トラフィック負荷情報を受信する受信部に相当する。
ステップＳ１３において、マクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷情報収集部１２２は、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３のそれぞれのトラフィック負荷情報と、マクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷情報（マクロセル基地局ＭｅＮＢに接続する無線端末ＭＵＥのうちアクティブ状態の無線端末ＭＵＥ数の情報）とを収集する。
ステップＳ１４において、マクロセル基地局ＭｅＮＢの分割比決定部１２３は、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３のそれぞれのトラフィック負荷情報と、マクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷情報とに基づいてリソース分割比を決定する。その後、マクロセル基地局ＭｅＮＢのリソース割り当て部１２４は、分割比決定部１２３により決定されたリソース分割比に従って定められる使用可能ＰＤＳＣＨリソースの中から、無線端末ＭＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。
（６）第１実施形態の効果
以上説明したように、無線通信システム１は、ＰＤＳＣＨとして使用可能な無線リソースについて、マクロセル基地局ＭｅＮＢが使用不能な使用不能ＰＤＳＣＨリソースを設けている。当該使用不能ＰＤＳＣＨリソースに対応する無線リソースをピコセル基地局ＰｅＮＢがＰＤＳＣＨとして使用することでマクロセル基地局ＭｅＮＢからの干渉を回避できるため、ピコセル基地局ＰｅＮＢのスループットを改善できる。
また、ピコセル基地局ＰｅＮＢのトラフィック負荷に基づいてリソース分割比を決定することで、マクロセル基地局ＭｅＮＢの使用不能ＰＤＳＣＨリソースと使用可能ＰＤＳＣＨリソースとの比を適切に設定でき、使用不能ＰＤＳＣＨリソースが過多になることを防止できる。これにより、ピコセル基地局ＰｅＮＢのスループットを改善しつつ、マクロセル基地局ＭｅＮＢのスループット低下も防止できるため、システム全体のスループットを改善できる。
第１実施形態では、分割比決定部１２３は、複数のピコセル基地局ＰｅＮＢそれぞれのトラフィック負荷の平均に基づいてリソース分割比を決定するため、マクロセル基地局ＭｅＮＢの通信エリア内にピコセル基地局ＰｅＮＢが複数配置されるケースでも、使用不能ＰＤＳＣＨリソースと使用可能ＰＤＳＣＨリソースとの比を適切に設定できる。
第１実施形態では、ピコセル基地局ＰｅＮＢのトラフィック負荷とマクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷とに基づいてリソース分割比を決定することでピコセル基地局ＰｅＮＢのトラフィック負荷だけでなく、マクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷も考慮してリソース分割比を決定することができ、リソース分割比をより適切に設定できる。
［第２実施形態］
第１実施形態では、マクロセル基地局ＭｅＮＢがリソース分割比を決定していたが、第２実施形態では、ピコセル基地局ＰｅＮＢがリソース分割比を決定する。以下においては、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明を省略する。
図８は、第２実施形態に係るマクロセル基地局ＭｅＮＢの構成を示すブロック図である。
図８に示すように、第２実施形態に係るマクロセル基地局ＭｅＮＢは、トラフィック負荷情報生成部１２５を有しており、第１実施形態で説明したトラフィック負荷情報収集部１２２及び分割比決定部１２３を有していない。トラフィック負荷情報生成部１２５は、トラフィック負荷情報（マクロセル基地局ＭｅＮＢに接続する無線端末ＭＵＥのうちアクティブ状態の無線端末ＭＵＥ数の情報）を生成する。
図９は、第２実施形態に係るピコセル基地局ＰｅＮＢの構成を示すブロック図である。
図９に示すように、第２実施形態に係るピコセル基地局ＰｅＮＢは、トラフィック負荷情報収集部２２４及び分割比決定部２２５を有する。トラフィック負荷情報収集部２２４は、マクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢそれぞれのトラフィック負荷情報を定期的に収集する。分割比決定部２２５は、トラフィック負荷情報収集部２２４が収集したマクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢそれぞれのトラフィック負荷情報に基づいて、第１実施形態と同様の方法でリソース分割比を決定する。
図１０は、第２実施形態に係る無線通信システム１の動作を示す動作シーケンス図である。図１０に示す動作シーケンスは定期的に実行される。
ステップＳ２１ａにおいて、マクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷情報生成部１２５は、マクロセル基地局ＭｅＮＢに接続する無線端末ＭＵＥのうちアクティブ状態の無線端末ＭＵＥ数を示すトラフィック負荷情報を生成する。ステップＳ２２ａにおいて、マクロセル基地局ＭｅＮＢのＸ２インタフェース通信部１４０は、当該トラフィック負荷情報をピコセル基地局ＰｅＮＢ１に送信する。ピコセル基地局ＰｅＮＢ１のＸ２インタフェース通信部２４０は、当該トラフィック負荷情報を受信する。
ステップＳ２１ｂにおいて、ピコセル基地局ＰｅＮＢ２のトラフィック負荷情報生成部２２２は、ピコセル基地局ＰｅＮＢ２に接続する無線端末ＰＵＥのうちアクティブ状態の無線端末ＰＵＥ数を示すトラフィック負荷情報を生成する。ステップＳ２２ｂにおいて、ピコセル基地局ＰｅＮＢ２のＸ２インタフェース通信部２４０は、当該トラフィック負荷情報をピコセル基地局ＰｅＮＢ１に送信する。ピコセル基地局ＰｅＮＢ１のＸ２インタフェース通信部２４０は、当該トラフィック負荷情報を受信する。
ステップＳ２１ｃにおいて、ピコセル基地局ＰｅＮＢ３のトラフィック負荷情報生成部２２２は、ピコセル基地局ＰｅＮＢ３に接続する無線端末ＰＵＥのうちアクティブ状態の無線端末ＰＵＥ数を示すトラフィック負荷情報を生成する。ステップＳ２２ｃにおいて、ピコセル基地局ＰｅＮＢ３のＸ２インタフェース通信部２４０は、当該トラフィック負荷情報をピコセル基地局ＰｅＮＢ１に送信する。ピコセル基地局ＰｅＮＢ１のＸ２インタフェース通信部２４０は、当該トラフィック負荷情報を受信する。
ステップＳ２３において、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１のトラフィック負荷情報収集部２２４は、マクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷情報と、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３のそれぞれのトラフィック負荷情報とを収集する。
ステップＳ２４において、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１の分割比決定部２２５は、マクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷情報と、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３のそれぞれのトラフィック負荷情報とに基づいてリソース分割比を決定する。
ステップＳ２５において、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１のＸ２インタフェース通信部２４０は、分割比決定部２２５によって決定されたリソース分割比を示す情報をマクロセル基地局ＭｅＮＢに送信する。マクロセル基地局ＭｅＮＢのＸ２インタフェース通信部１４０は、リソース分割比を示す情報を受信する。このように、第２実施形態においてＸ２インタフェース通信部２４０は、リソース分割比を示す情報を送信する送信部に相当する。
その後、マクロセル基地局ＭｅＮＢのリソース割り当て部１２４は、Ｘ２インタフェース通信部１４０が受信したリソース分割比を示す情報に従って定められる使用可能ＰＤＳＣＨリソースの中から、無線端末ＭＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。
以上のように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
［第３実施形態］
第１実施形態及び第２実施形態では、マクロセル基地局ＭｅＮＢのＰＤＳＣＨリソースを、マクロセル基地局ＭｅＮＢが使用不能な使用不能ＰＤＳＣＨリソースと、マクロセル基地局ＭｅＮＢが使用可能な使用可能ＰＤＳＣＨリソースとに周波数分割していた。
第３実施形態では、マクロセル基地局ＭｅＮＢのＰＤＳＣＨリソースを、低電力ＰＤＳＣＨリソースと通常電力ＰＤＳＣＨリソースとに周波数分割する。低電力ＰＤＳＣＨリソースは、マクロセル基地局ＭｅＮＢが使用可能であるものの、通常電力ＰＤＳＣＨリソースよりも送信電力が低くなるように制限される。第３実施形態において、通常電力ＰＤＳＣＨリソースは第１の無線リソースに相当し、低電力ＰＤＳＣＨリソースは第２の無線リソースに相当する。
図１１は、第３実施形態に係るＩＣＩＣを説明するための図である。ここでは、第１実施形態との相違点を主として説明する。
図１１に示すように、第３実施形態において、低電力ＰＤＳＣＨリソースは、下りリンクの総リソースブロックのうち少なくとも一部のリソースブロックであり、通常電力ＰＤＳＣＨリソースは、下りリンクの総リソースブロックのうち上記一部のリソースブロックを除いた残りのリソースブロックである。
マクロセル基地局ＭｅＮＢの低電力ＰＤＳＣＨリソースに対応するピコセル基地局ＰｅＮＢの無線リソースは、マクロセル基地局ＭｅＮＢからの干渉レベルが低いため、ピコセル基地局ＰｅＮＢは、そのような低干渉ＰＤＳＣＨリソースを低ＳＩＮＲの無線端末ＰＵＥに割り当てる。無線端末ＰＵＥは定期的に受信品質の測定結果をチャネル品質情報（ＣＱＩ）としてピコセル基地局ＰｅＮＢにフィードバックしており、ピコセル基地局ＰｅＮＢは、低干渉ＰＤＳＣＨリソースに対応するＣＱＩが良好であることに応じて、低干渉ＰＤＳＣＨリソースを優先して無線端末ＰＵＥに割り当てることができる。
また、マクロセル基地局ＭｅＮＢは、マクロセル基地局ＭｅＮＢの近傍の無線端末ＭＵＥに対して低電力ＰＤＳＣＨリソースを割り当てることが好ましい。具体的には、マクロセル基地局ＭｅＮＢのリソース割り当て部１２４は、低電力ＰＤＳＣＨリソースに対応するＣＱＩが良好な無線端末ＭＵＥや、マクロセル基地局ＭｅＮＢとの間のパスロスが小さい無線端末ＭＵＥに対して、低電力ＰＤＳＣＨリソースの中からリソース（ＲＢ）を割り当てる。リソース割り当て部１２４は、低電力ＰＤＳＣＨリソースに対応するＣＱＩが劣悪な無線端末ＭＵＥや、マクロセル基地局ＭｅＮＢとの間のパスロスが大きい無線端末ＭＵＥに対して、通常電力ＰＤＳＣＨリソースの中からリソース（ＲＢ）を割り当てる。
第３実施形態では、第１実施形態と同様に、ピコセル基地局ＰｅＮＢのトラフィック負荷とマクロセル基地局ＭｅＮＢのトラフィック負荷とに基づいて、低電力ＰＤＳＣＨリソースと通常電力ＰＤＳＣＨリソースとの比であるリソース分割比を決定する。第３実施形態においても、トラフィック負荷としてアクティブ状態の無線端末数を使用する。また、第１実施形態と同様に、リソース分割比は、フィードバックされるＣＱＩの分解能に合わせる。
低電力ＰＤＳＣＨリソースの周波数帯域ｍと通常電力ＰＤＳＣＨリソースの周波数帯域ｎとの比（ｍ：ｎ）は、無線端末ＰＵＥの数ＮＰＵＥと無線端末ＭＵＥの数ＮＭＵＥとの比（ＮＰＵＥ：ＮＭＵＥ）に等しい。無線端末ＰＵＥの数ＮＭＵＥは、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３のそれぞれの無線端末ＰＵＥ数の平均である。低電力ＰＤＳＣＨリソースの周波数帯域ｍと通常電力ＰＤＳＣＨリソースの周波数帯域ｎとの比から、低電力ＰＤＳＣＨリソースのリソースブロック数ＲＢは、第１実施形態と同様に式（１）のようになる。
以上説明したように、第３実施形態によれば、第１実施形態よりもピコセル基地局ＰｅＮＢの干渉低減効果は小さくなるものの、マクロセル基地局ＭｅＮＢが使用可能なＰＤＳＣＨリソースは第１実施形態よりも多くなるため、マクロセル基地局ＭｅＮＢのスループットを向上させることができる。
［その他の実施形態］
上記のように、本発明は各実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
上述した各実施形態においては、ＰＤＳＣＨリソースを周波数分割するケースについて説明したが、ＰＤＳＣＨリソースを時間分割してもよい。図１２は、ＰＤＳＣＨリソースを時間分割するケースを説明するための図である。図１２に示すように、下りリンクサブフレームのデータ領域を時間分割し、使用不能ＰＤＳＣＨリソース（又は低電力ＰＤＳＣＨリソース）の時間範囲ｍと、使用可能ＰＤＳＣＨリソース（又は通常電力ＰＤＳＣＨリソース）の時間範囲ｎとの比は、無線端末ＭＵＥの数ＮＰＵＥと無線端末ＰＵＥの数ＮＭＵＥとの比に等しい。ここで、無線端末ＰＵＥの数ＮＭＵＥは、同一マクロセル内のピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３のそれぞれの無線端末ＰＵＥの平均である。時間分割の割合は任意に設定できるが、ＬＴＥの仕様上、ＯＦＤＭシンボル単位で分割する。
あるいは、サブフレーム内をＯＦＤＭシンボル単位で時間分割するのではなく、図２に示した無線フレームをサブフレーム単位で時間分割してもよい。図１３は、無線フレームをサブフレーム単位で時間分割するケースを説明するための図である。図１３に示すように、１つの無線フレームにおいて、使用不能ＰＤＳＣＨリソース（又は低電力ＰＤＳＣＨリソース）の時間範囲ｍと、使用可能ＰＤＳＣＨリソース（又は通常電力ＰＤＳＣＨリソース）の時間範囲ｎとの比は、無線端末ＭＵＥの数ＮＰＵＥと無線端末ＰＵＥの数ＮＭＵＥとの比に等しい。ここで、無線端末ＰＵＥの数ＮＭＵＥは、同一マクロセル内のピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３のそれぞれの無線端末ＰＵＥの平均である。
上述した各実施形態においては、ＰＤＳＣＨに係るリソース分割（すなわち、データ領域の分割）を説明したが、ＰＤＳＣＨに限らず、ＰＤＣＣＨに係るリソース分割（すなわち、制御領域の分割）に応用してもよい。ＰＤＣＣＨに係るリソース分割についても、周波数分割又は時間分割の何れを採用してもよい。
上述した各実施形態においては、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが拡大されるケースについて説明したが、そのようなケースに限らず、本発明は、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが拡大されないケースであってもヘテロジーニアスネットワークにおける基地局間干渉の低減に有効である。
上述した各実施形態においては、トラフィック負荷はアクティブ状態の無線端末数であったが、そのようなトラフィック負荷指標に限らず、例えば無線リソースの使用率や送受信するパケット量等をトラフィック負荷としてもよい。
なお、ＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄにおいては、バックホールを無線により構成する無線基地局であるリレーノードの採用が予定され、且つリレーノードにもＸ２インタフェースが採用される予定であるため、当該リレーノードを本発明に係る低電力基地局としてもよい。
さらに、上述した各実施形態では、ＬＴＥシステムについて説明したが、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ ８０２．１６）に基づく無線通信システム等、他の無線通信システムに対して本発明を適用してもよい。
［シミュレーション結果］
最後に、シミュレーション結果を用いて、上述した各実施形態により得られる効果を説明する。
本シミュレーションで想定する環境は、マクロセル基地局ＭｅＮＢで構成されるセル内に、複数の無線端末ＵＥが集中して存在する半径40ｍのピコセル基地局ＰｅＮＢが複数存在する環境を想定したシナリオである。さらに、トラフィックの違いによるカバレッジ拡大の影響を検証するため、2つのシナリオを想定し評価を行う。いずれのシナリオもマクロセル当たり平均30UEが存在し、一つ目のシナリオはマクロセル内に2つホットゾーンが存在し、ピコセル基地局ＰｅＮＢ一つ当りに少なくとも2UE が分布し、それ以外の26UEはピコセル基地局ＰｅＮＢを含むマクロセルエリア内に一様に分布する、比較的ピコセル基地局ＰｅＮＢが低トラフィックのシナリオである。もう一つのシナリオは、マクロセル内に2つのホットゾーンが存在し、ピコセル基地局ＰｅＮＢ一つ当たり10UEが一様に分布し、それ以外の10UEはピコセル基地局ＰｅＮＢを含むマクロセルエリア内に一様に分布する、ピコセル基地局ＰｅＮＢにUEが集中する高トラフィックのシナリオである。また、ＰＤＣＣＨおよび他の制御信号は理想的に取得できるものとする。
（１）低トラフィック時
低トラフィック時のシミュレーション結果を説明する。図１４(ａ)にＲＥのｂｉａｓ値による接続基地局端末比率を示し、下りリンクユーザスループット(5% worst / Median / Average)をマクロセルのみの場合の値で正規化したもの、およびそれらの平均値をプロットしたものを表１及び図１５（ａ）に示し、ＩＣＩＣ無しとＩＣＩＣ有り(1：3)のホットゾーンの受信ＳＩＮＲのCDF（累積密度関数）を図１５（ｂ）に示す。
Figure 2013243718
図１４（ａ）より、ＲＥ基準でｂｉａｓを大きくすることでカバレッジが拡大し、ピコセル基地局ＰｅＮＢへ接続されるUE比率が上昇しており、負荷分散が実現されていることが分る。しかし、１３（ａ）より、ＩＣＩＣを行わない場合には、下りリンクユーザスループットはＲＥのｂｉａｓ値が8 dBのとき最大となり、それ以上のｂｉａｓ値では劣化することが分る。図１５（ｂ）から、この条件ではホットゾーンにおいて低ＳＩＮＲのUEの増加が原因であると考えられる。一方、周波数分割によるＩＣＩＣを組み合わせた場合、ＲＥ基準のｂｉａｓ値が0の場合、つまり、ＲＰ基準の場合にはＩＣＩＣ無しと比べて特性が劣化し、5% worst、Median TPに関してはマクロセルのみと比べても劣化している。これは、ホットゾーンのカバレッジの拡大が不十分で負荷分散が行えず、無線端末ＭＵＥの高スループットが望めない状況で、さらに周波数分割によって、マクロセル基地局ＭｅＮＢのリソースが制限される為である。ＲＥのｂｉａｓ値を上げることでマクロセル基地局ＭｅＮＢからホットゾーンへの負荷分散により特性は改善し始める。この時、図１５（ｂ）から、ＩＣＩＣの効果によってＩＣＩＣ無しよりもＳＩＮＲの劣化を抑えつつＲＥのカバレッジ拡大が実現可能となっていることがわかる。このＲＥによる負荷分散と周波数分割によるＩＣＩＣの関係について検証すると、無線端末ＭＵＥ数とホットゾーンあたりのUE数の比と、周波数分割の比に相関が見られ、両者が近い場合にピークが現れていることが分る。適応的に周波数分割比を変化させるＩＣＩＣを適用すると、多くのｂｉａｓ値において、その時最も良い静的なＩＣＩＣに近い特性を示している。
（２）高トラフィック時
高トラフィック時のシミュレーション結果を説明する。図１４（ｂ）にＲＥのｂｉａｓ値による接続基地局比を示し、下りリンクユーザスループット(5% worst / Median / Average)をマクロセルのみの場合の値で正規化したもの、およびそれらの平均をプロットしたものを表２及び図１６（ａ）に、ＩＣＩＣ無しとＩＣＩＣ有り(1：3)のホットゾーンの受信ＳＩＮＲのＣＤＦを図１６（ｂ）に示す。
Figure 2013243718
低トラフィック時と比べて、全体的にヘテロジーニアスネットワークによる利得が大きく現れている。また、図１６（ａ）から、低トラフィック時よりも低いｂｉａｓ値で特性のピークが現れている。これらの特徴はホットゾーンの周囲に高い密度でUEが存在する為、図１４（ｂ）に示されるように少ないｂｉａｓ値でもピコセル基地局ＰｅＮＢに接続されるUEの比率が高くなる傾向があることに起因していると考えられる。つまり、高負荷領域である半径40 mのホットゾーンをカバーすれば負荷分散の効果が十分得られる。これは置局設計時に高トラフィック領域にホットゾーンを配置することによって、比較的容易にヘテロジーニアスネットワークの特性改善が得られることを意味している。適応的に周波数分割比を変化させるＩＣＩＣを適用すると、多くのｂｉａｓ値において、その時最も良い静的なＩＣＩＣと同等以上の特性を示している。
なお、日本国特許出願第２０１０−９５５４８号（２０１０年４月１６日出願）及び第２０１０−２５３２７９号（２０１０年１１月１１日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
以上のように、本発明に係る無線通信システム、高電力基地局、低電力基地局、及び通信制御方法は、ヘテロジーニアスネットワークにおける基地局間干渉を低減し、システム全体のスループットを改善できるため、移動体通信などの無線通信において有用である。

Claims (4)

  1. 第１の基地局と第２の基地局とを有する無線通信システムであって、
    前記第１の基地局は、下りリンクに使用する複数のサブフレームの中から、通常サブフレームと、前記通常サブフレームに比べて送信電力が低くなるように制限される特定サブフレームと、を設定する制御部を備え、
    前記制御部は、前記第１の基地局が、Ｘ２インタフェースを介して取得した前記第２の基地局の負荷に関する情報に基づいて、前記複数のサブフレームにおける、前記通常サブフレーム及び前記特定サブフレームの比を定める設定パターンを変更し、
    前記第２の基地局の負荷に関する情報は、前記第２の基地局における無線リソースの使用率を示す無線通信システム。
  2. 第１の基地局と第２の基地局とを有する無線通信システムで用いられる通信制御方法あって、
    前記第１の基地局が、下りリンクに使用する複数のサブフレームの中から、通常サブフレームと、前記通常サブフレームに比べて送信電力が低くなるように制限される特定サブフレームと、を設定するステップＡを備え、
    前記ステップＡにおいて、前記第１の基地局が、Ｘ２インタフェースを介して取得した前記第２の基地局の負荷に関する情報に基づいて、前記複数のサブフレームにおける、前記通常サブフレーム及び前記特定サブフレームの比を定める設定パターンを変更し、
    前記第２の基地局の負荷に関する情報は、前記第２の基地局における無線リソースの使用率を示す通信制御方法。
  3. 無線通信システムで用いられる基地局であって、
    下りリンクに使用する複数のサブフレームの中から、通常サブフレームと、前記通常サブフレームに比べて送信電力が低くなるように制限される特定サブフレームと、を設定する制御部を備え、
    前記制御部は、前記基地局が、Ｘ２インタフェースを介して取得した他の基地局の負荷に関する情報に基づいて、前記複数のサブフレームにおける、前記通常サブフレーム及び前記特定サブフレームの比を定める設定パターンを変更し、
    前記他の基地局の負荷に関する情報は、前記他の基地局における無線リソースの使用率を示す基地局。
  4. 無線通信システムで用いられる基地局に備えられるプロセッサであって、
    前記プロセッサは、
    下りリンクに使用する複数のサブフレームの中から、通常サブフレームと、前記通常サブフレームに比べて送信電力が低くなるように制限される特定サブフレームと、を設定するための処理と、
    前記基地局が、Ｘ２インタフェースを介して取得した他の基地局の負荷に関する情報に基づいて、前記複数のサブフレームにおける、前記通常サブフレーム及び前記特定サブフレームの比を定める設定パターンを変更するための処理と、を行い、
    前記他の基地局の負荷に関する情報は、前記他の基地局における無線リソースの使用率を示すプロセッサ。
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