JP2014216758A - 無線通信システム及びその通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 無線バックホール局が基地局との無線通信を通じコアネットワークに接続される無線通信システムにおいて、無線資源を有効に使用し、かつ、電波干渉を効果的に抑制する。
【解決手段】 本発明の代表的な構成は、複数の基地局１０６と、複数の基地局１０６それぞれのリソース状況を監視する制御局１１０と、有線でコアネットワーク１４０に接続されず基地局１０６との無線通信を通じコアネットワーク１４０に接続される無線バックホール局１０４とを含む無線通信システム１００であって、制御局１１０は、リソース状況を参照してリソースの使用量が少ない基地局１０６を無線バックホール局１０４が無線通信する基地局１０６として指定し、無線バックホール局１０４は、３Ｄビームフォーミング機能を有し、制御局１１０により指定された基地局１０６と３Ｄビームフォーミング機能を使用して無線通信することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の基地局と、基地局のリソース状況を監視する制御局と、有線でコアネットワークに接続されず基地局との無線通信を通じコアネットワークに接続される無線バックホール局とを含む無線通信システム及びその通信方法に関する。

ＰＨＳを代表とするＴＤＭＡ/ＴＤＤシステムにおいて、無線エントランスシステム（RBS:Radio Bypass System）が採用されている。無線エントランスシステムでは、有線の届かないエリア（山奥、幹線道路等、有線を引き込むには費用がかかり過ぎるエリア）等に、有線でコアネットワークに接続されず基地局との無線通信を通じコアネットワークに接続される無線バックホール局を設置し、無線バックホール局を通じた無線多段中継によりサービスエリアを拡大する。近年、無線バックホール局は有線の届かないエリアに限らず、回線コストを下げるため都市部等でもその使用が検討されている。

無線バックホール局は、しばしば電波の指向性を制御するアダプティブアレイ機能を備える。アダプティブアレイ機能を備えることで、基地局の方向に電波を向けるビームフォーミング機能を使用することができ、電波をより遠くまで飛ばす（伝搬距離を確保する）ことができる。これにより、有線の届くエリアに設置される基地局との無線通信を実行しやすくすることができる。非特許文献１に記載のように、３ＧＰＰ ＲＥＬ１２（Releas e12）においては、３Ｄビームフォーミング機能が提案されている。３Ｄビームフォーミング機能によれば「水平方向及び垂直方向においてＵＥ（移動局）間の直交性を確保」することができるので、従来よりもはるかに電波の干渉を抑制することができる。

"LTE-Advancedの導入に向けて（主要技術のまとめ）"、[online]、[平成25年3月12日検索]、＜URL:http://www.soumu.go.jp/main_content/000176221.pdf＞

上述のように、無線バックホール局は、しばしばビームフォーミング機能等を使用して基地局と無線通信し、この無線通信を通じコアネットワークに接続される。しかしながら、従来、無線バックホール局の無線通信先の基地局は、そのリソース状況が充分に考慮された上で決定されておらず、無線資源が有効に使用されていない。これは、無線バックホール局は基地局から見れば移動局の１つ（無線バックホール局は移動する無線局ではない）であるところ、基地局はセル内に流動的に移動してきた移動局と接続するために、リソース状況が時々刻々と変化するためである。すなわち、その基地局に位置登録する移動局が少なければ支障はない。しかし移動局が多くなると、基地局にとっては無線バックホール局が負担となり、無線バックホール局にとっては接続できなくなるおそれもある。

また近年、電波の飽和を解消するために、ピコセルあるいはフェムトセル等のスモールセルを形成する小型基地局の普及が促進されている。このような小型基地局は、マクロセルを形成する基地局と同じ周波数帯を使用する。そのため、無線バックホール局と基地局との間の電波と小型基地局の電波とは干渉する可能性があり、互いが干渉するおそれのないシステムの構築が望まれる。

本発明は、上記課題に鑑み、無線バックホール局が基地局との無線通信を通じコアネットワークに接続される無線通信システムにおいて、無線資源を有効に使用し、かつ、電波干渉を効果的に抑制する無線通信システム及びその通信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の代表的な構成は、複数の基地局と、複数の基地局それぞれのリソース状況を監視する制御局と、有線でコアネットワークに接続されず基地局との無線通信を通じコアネットワークに接続される無線バックホール局とを含む無線通信システムであって、制御局は、上述のリソース状況を参照してリソースの使用量が少ない基地局を無線バックホール局が無線通信する基地局として指定し、無線バックホール局は、３Ｄビームフォーミング機能を有し、制御局により指定された基地局と３Ｄビームフォーミング機能を使用して無線通信することを特徴とする。

上記制御局は、それぞれの基地局のリソース状況を参照してリソースの使用量が所定閾値以下のものを抽出し、抽出したものの中から無線バックホール局に近いものを無線バックホール局と無線通信するものとして指定するとよい。

上記制御局は、無線バックホール局が無線通信している基地局のリソース状況からこの基地局が輻輳状態にあることを検知した場合、他の基地局のリソース状況を参照して、無線バックホール局の無線通信先をリソースの使用量が少ない他の基地局に切り替えるとよい。

上記課題を解決するために本発明の他の代表的な構成は、複数の基地局と、複数の基地局それぞれのリソース状況を監視する制御局と、有線でコアネットワークに接続されず基地局との無線通信を通じコアネットワークに接続される無線バックホール局とを含む無線通信システムの通信方法であって、制御局は、上述のリソース状況を参照してリソースの使用量が少ない基地局を無線バックホール局が無線通信する基地局として指定し、無線バックホール局は、３Ｄビームフォーミング機能を有し、制御局により指定された基地局と３Ｄビームフォーミング機能を使用して無線通信することを特徴とする。

本発明によれば、無線バックホール局が基地局との無線通信を通じコアネットワークに接続される無線通信システムにおいて、無線資源を有効に使用し、かつ、電波干渉を効果的に抑制する無線通信システム及びその通信方法を提供することができる。

本実施形態にかかる無線通信システムの概略構成を説明する説明図である。 （ａ）が図１に示す無線バックホール局のブロック図であり、（ｂ）が図１に示す基地局のブロック図である。 図１に示す無線通信システムの動作を説明するフローチャートである。 図１に示す無線バックホール局の無線通信先を他の基地局へ切り替えた図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる無線通信システム１００の概略構成を説明する説明図である。図１に示すように、無線通信システム１００は、移動局１０２と、無線バックホール局１０４と、基地局１０６（代表して１つに符号を付す）と、小型基地局１０８（代表して１つに符号を付す）と、制御局１１０とを含む。

移動局１０２は、ユーザ所有の移動する無線局である。移動局１０２としては、例えば、携帯電話（スマートフォン）、ＰＨＳ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ゲーム機器、音楽プレイヤー等が例示される。

図２は、（ａ）が図１に示す無線バックホール局１０４のブロック図であり、（ｂ）が図１に示す基地局１０６のブロック図である。

図２（ａ）に示すように、無線バックホール局１０４は、ＲＦ送受信回路１１２、１１４と、ベースバンド処理回路１１６と、制御部１１８と、記憶部１２０とを備える。ＲＦ送受信回路１１２は、アンテナ１２２を介し電波に乗せた信号を移動局１０２とやりとりする。ＲＦ送受信回路１１４は、アンテナ１２４を介し電波に乗せた信号を基地局１０６とやりとりする。

無線バックホール局１０４は、電波の指向性を制御するアダプティブアレイ機能を有する。本実施形態では、無線バックホール局１０４は、アダプティブアレイ機能の中でもとりわけ３Ｄビームフォーミング用のアンテナ１２４（アレイアンテナ）を用い水平方向及び垂直方向において３次元的に電波の指向性を制御する３Ｄビームフォーミング機能を有する。

ベースバンド処理回路１１６は、ＲＦ送受信回路１１２、１１４が送受信する信号に対しベースバンド処理を実行する。制御部１１８は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成され、ＲＦ送受信回路１１２、１１４やベースバンド処理回路１１６を制御する。記憶部１２０は、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成される。

図２（ｂ）に示すように、基地局１０６は、ＲＦ送受信回路１２６と、ベースバンド処理回路１２８と、制御部１３０と、記憶部１３２とを備える。ＲＦ送受信回路１２６は、アンテナ１３４を介し電波に乗せた信号を無線バックホール局１０４とやりとりする。

基地局１０６は、無線バックホール局１０４と同様に、アンテナ１３４を用いて電波の指向性を制御するアダプティブアレイ機能を有する。本実施形態では、基地局１０６も、３Ｄビームフォーミング用のアンテナ１２４（アレイアンテナ）を用い水平方向及び垂直方向において３次元的に電波の指向性を制御する３Ｄビームフォーミング機能を有する。

ベースバンド処理回路１２８は、ＲＦ送受信回路１２６が送受信する信号に対しベースバンド処理を実行する。制御部１３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成され、ＲＦ送受信回路１２６やベースバンド処理回路１２８を制御する。記憶部１３２は、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成される。

図１に示すように、小型基地局１０８は、基地局１０６のカバー範囲であるマクロセルＣ１（代表して１つに符号を付す）よりも小さいピコセルあるいはフェムトセル等のスモールセルＣ２（代表して１つに符号を付す）を形成する。すなわち、無線通信システム１００は、さまざまな大きさのセルが混在するヘテロジニアスネットワークである。小型基地局１０８は、マクロセルＣ１を形成する基地局１０６と同じ周波数帯を使用する。

制御局１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成され当該制御局１１０を制御する制御部１３６と、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成される記憶部１３８とを有する。制御局１１０は、複数の基地局１０６それぞれのリソース状況を監視する。また制御局１１０は、コアネットワーク１４０に接続される。

無線通信システム１００では、有線の届かないエリア（山奥、幹線道路等、有線を引き込むには費用がかかり過ぎるエリア）等に、有線でコアネットワーク１４０に接続されず基地局１０６との無線通信を通じコアネットワーク１４０に接続される無線バックホール局１０４を設置し、無線バックホール局１０４を通じた無線多段中継によりサービスエリアの拡大を図る。この中で、本実施形態では、無線通信システム１００が無線資源を有効に使用するために次のような動作を実行する。

図３は、図１に示す無線通信システム１００の動作を説明するフローチャートである。なお以下では、便宜上、複数の基地局１０６のうち、無線バックホール局１０４が無線通信しているものを基地局Ａ、無線バックホール局１０４が切替により無線通信するものを基地局Ｂとする。

図３に示すように、制御局１１０は、複数の基地局１０６それぞれのリソース状況を監視する。具体的には、その制御部１３６が複数の基地局１０６（基地局Ａ、基地局Ｂ等）にリソース状況（輻輳状態）を問い合わせる。かかる問い合わせはどのタイミングで実行されてもよく、定期的に実行されてもよいし無線バックホール局１０４が接続開始する際に実行されてもよい。なおリソース状況（輻輳状態）としては、ＣＰＵ稼働率、メモリ割当量、その基地局に接続している移動局１０２の数などを用いることができる。

複数の基地局１０６（基地局Ａ、基地局Ｂ等）では、制御局１１０から問い合わせを受けると、その制御部１３０がリソース状況を制御局１１０に通知する。そして、制御局１１０では、その制御部１３６が複数の基地局１０６それぞれのリソース状況を参照する。これにより、制御部１３６は、リソースの使用量が少ない基地局Ｂを無線バックホール局１０４が無線通信するものとして指定する。

本実施形態では、制御部１３６は、それぞれの基地局１０６のリソース状況を参照してリソースの使用量が所定閾値以下のものを抽出し、抽出したものの中から無線バックホール局１０４に近いものを無線バックホール局１０４と無線通信するものとして指定する。これにより、適切な無線通信先を指定することができる。

制御部１３６は、無線バックホール局１０４が無線通信している基地局Ａのリソース状況から基地局Ａが輻輳状態にあること（例えば基地局Ａのリソースの使用量が所定閾値を超えること）を検知した場合、無線バックホール局１０４の無線通信先をリソースの使用量が少ない基地局Ｂに切り替える処理を実行する。なお、これに限らず、輻輳状態を検知せずとも切替処理を実行するようにしてもよい。

制御部１３６は、切替処理の実行を判定すると、基地局Ａに無線バックホール局１０４との無線通信をキャンセルするように指示を出す。これを受け基地局Ａでは、その制御部１３０が無線バックホール局１０４との無線通信をキャンセルする。この後、制御部１３６は、基地局Ｂに無線バックホール局１０４との無線通信を開始するように指示を出す。これを受け基地局Ｂでは、その制御部１３０による制御のもと、無線バックホール局１０４との無線通信を開始する。無線バックホール局１０４では、その制御部１１８による制御のもと、基地局Ｂと３Ｄビームフォーミング機能を使用して無線通信する。

上述した構成により、無線通信システム１００では、リソースの使用量が少ない基地局Ｂを無線バックホール局１０４が無線通信するものとして指定するので、無線資源を有効に使用し、輻輳状態に陥ることを回避することができる。また、無線バックホール局１０４は、３Ｄビームフォーミング機能を使用して無線通信するので、電波干渉を効果的に抑制することができる。なお、無線バックホール局１０４と無線通信する基地局Ｂも、３Ｄビームフォーミング機能を使用して無線通信することが好ましい。これにより、上りと下りの両方のストリームについて電波干渉を抑制することができる。

図４は、図１に示す無線バックホール局１０４の無線通信先を他の基地局Ｂへ切り替えた図である。図４に示すように、無線通信システム１００では、基地局ＢのマクロセルＣ１の範囲内に、同じ周波数帯を使用する小型基地局１０８のスモールセルＣ２が存在する。このような場合であっても、上述のように無線通信システム１００では、無線バックホール局１０４が３Ｄビームフォーミング機能を使用して基地局Ｂと無線通信するので、スモールセルＣ２への電波干渉を抑制することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、複数の基地局と、基地局のリソース状況を監視する制御局と、有線でコアネットワークに接続されず基地局との無線通信を通じコアネットワークに接続される無線バックホール局とを含む無線通信システム及びその通信方法に利用することができる。

１００…無線通信システム、１０２…移動局、１０４…無線バックホール局、１０６…基地局、１０８…小型基地局、１１０…制御局、１１２、１１４…ＲＦ送受信回路、１１６…ベースバンド処理回路、１１８…制御部、１２０…記憶部、１２２、１２４…アンテナ、１２６…ＲＦ送受信回路、１２８…ベースバンド処理回路、１３０…制御部、１３２…記憶部、１３４…アンテナ、１３６…制御部、１３８…記憶部、１４０…コアネットワーク、Ａ、Ｂ…基地局、Ｃ１…マクロセル、Ｃ２…スモールセル

Claims (4)

1. 複数の基地局と、該複数の基地局それぞれのリソース状況を監視する制御局と、有線でコアネットワークに接続されず該基地局との無線通信を通じ該コアネットワークに接続される無線バックホール局とを含む無線通信システムであって、
   前記制御局は、前記リソース状況を参照してリソースの使用量が少ない基地局を前記無線バックホール局が無線通信する基地局として指定し、
   前記無線バックホール局は、３Ｄビームフォーミング機能を有し、前記制御局により指定された基地局と３Ｄビームフォーミング機能を使用して無線通信することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記制御局は、それぞれの前記基地局のリソース状況を参照してリソースの使用量が所定閾値以下のものを抽出し、抽出したものの中から前記無線バックホール局に近いものを該無線バックホール局と無線通信するものとして指定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記制御局は、前記無線バックホール局が無線通信している基地局のリソース状況から該基地局が輻輳状態にあることを検知した場合、他の基地局のリソース状況を参照して、前記無線バックホール局の無線通信先をリソースの使用量が少ない他の基地局に切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 複数の基地局と、該複数の基地局それぞれのリソース状況を監視する制御局と、有線でコアネットワークに接続されず該基地局との無線通信を通じ該コアネットワークに接続される無線バックホール局とを含む無線通信システムの通信方法であって、
   前記制御局は、前記リソース状況を参照してリソースの使用量が少ない基地局を前記無線バックホール局が無線通信する基地局として指定し、
   前記無線バックホール局は、３Ｄビームフォーミング機能を有し、前記制御局により指定された基地局と３Ｄビームフォーミング機能を使用して無線通信することを特徴とする無線通信システムの通信方法。

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