JP2015039226A - 無線端末、プロセッサ、及び無線基地局 - Google Patents

無線端末、プロセッサ、及び無線基地局 Download PDF

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Abstract

【課題】ヘテロジーニアス環境において基地局間での負荷分散を十分に図る。
【解決手段】無線通信システム１は、高電力基地局２００と、高電力基地局２００が形成するマクロセルＣ２内に位置する無線端末３００と、高電力基地局２００よりも送信出力電力が小さい低電力基地局１００とを有する。低電力基地局１００は、無線端末３００と低電力基地局１００との無線通信に必要な制御情報を高電力基地局２００に送信し、高電力基地局２００は、低電力基地局１００から受信した制御情報を無線端末３００に送信し、無線端末３００は、高電力基地局２００から受信した制御情報を用いて、低電力基地局１００との無線通信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、異なる種別の基地局が混合して使用される無線通信システムに関する。
従来、セルラ方式の無線通信システムにおいては、広範なサービスエリアをセルと呼ばれる通信エリア単位に分割し、通信エリア内の無線端末との無線通信を受け持つ基地局を通信エリア毎に設置することで、広範なサービスエリアを面的にカバーしている。このような基地局としては、送信出力電力が大きい高電力基地局（いわゆる、マクロセル基地局）が使用されている。
近年では、高電力基地局よりも送信出力電力が小さい低電力基地局（いわゆる、ピコセル基地局又はフェムトセル基地局）が注目されている。低電力基地局を高電力基地局のセル内に設置することで、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になる。なお、高電力基地局と低電力基地局とが混合して使用される無線通信環境はヘテロジーニアス環境（Heterogeneous Deployment）と称されている（例えば、非特許文献１参照）。
ところで、無線端末と基地局との無線通信では、ユーザデータ以外に制御情報も送受信される。制御情報は無線端末と基地局との無線通信に必要な情報であるため、無線端末は、基地局からの制御情報を受信できないと、当該基地局との無線通信を行うことができない。
ヘテロジーニアス環境においては、低電力基地局は制御情報の送信出力電力が小さいために、低電力基地局の近傍に位置する無線端末のみが低電力基地局との無線通信を行うことになる。すなわち、低電力基地局との無線通信が可能な無線端末は限定されていることから、基地局間での負荷分散が十分に図られないという問題があった。
そこで、本発明は、ヘテロジーニアス環境において基地局間での負荷分散を十分に図ることができる無線通信システム、低電力基地局、高電力基地局、無線端末、及び無線通信方法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、本発明の第１の特徴は、第１の基地局（例えば高電力基地局２００）と、前記第１の基地局との通信が可能な第２の基地局（例えば低電力基地局１００）とを有する無線通信システムであって、前記第２の基地局は、前記第１の基地局の通信エリア内にある無線端末（無線端末３００）と前記第２の基地局との無線通信に必要な制御情報を、前記第１の基地局に送信し、前記第１の基地局は、前記第２の基地局から受信した前記制御情報を前記無線端末に送信し、前記無線端末は、前記第１の基地局から受信した前記制御情報を用いて、前記第２の基地局との無線通信を行うことを要旨とする。
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記第１の基地局は、高電力基地局であり、前記第２の基地局は、前記高電力基地局よりも送信出力電力が小さい低電力基地局であることを要旨とする。
このような無線通信システムによれば、低電力基地局よりも送信出力電力が大きい高電力基地局が、低電力基地局に代わって、低電力基地局からの制御情報を無線端末に送信する。
よって、無線端末は、低電力基地局からの制御情報を直接受信できない場合でも、低電力基地局からの制御情報を受信できる。すなわち、低電力基地局の近傍の無線端末以外の無線端末も低電力基地局との無線通信を行うことができる。
したがって、本発明の特徴に係る無線通信システムは、ヘテロジーニアス環境において基地局間での負荷分散を十分に図ることができる。
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記第２の基地局は、前記第１の基地局が前記無線端末に前記制御情報を送信するタイミングを指定するタイミング指定情報を前記第１の基地局に送信し、前記第１の基地局は、前記第２の基地局から受信した前記タイミング指定情報により指定されたタイミングで前記制御情報を前記無線端末に送信することを要旨とする。
本発明の第４の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記第１の基地局は、前記第２の基地局が前記第１の基地局に制御情報を送信するタイミングと、前記第１の基地局が前記無線端末に制御情報を送信するタイミングとの差を、前記第２の基地局に通知することを要旨とする。
本発明の第５の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記第２の基地局は、前記無線端末を識別する端末識別情報を前記第１の基地局に送信し、前記端末識別情報は、前記第１の基地局から前記無線端末へ送信される前記制御情報の送信処理に用いられることを要旨とする。
本発明の第６の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記無線端末が前記制御情報を前記第２の基地局から直接受信可能になった場合、前記第２の基地局は、前記制御情報の送信先を前記第１の基地局から前記無線端末に切り替え、前記無線端末が前記制御情報を前記第２の基地局から直接受信できなくなった場合、前記第２の基地局は、前記制御情報の送信先を前記無線端末から前記第１の基地局に切り替えることを要旨とする。
本発明の第７の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記制御情報は、前記第２の基地局が前記無線端末から受信したデータの復号成否を示す確認応答情報を含むことを要旨とする。
本発明の第８の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記制御情報は、前記第２の基地局が前記無線端末に割り当てた無線リソースを示すリソース割り当て情報を含むことを要旨とする。
本発明の第９の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記第２の基地局は、前記無線端末において実行されるアプリケーションが低遅延の要求されるアプリケーションに切り替わったことを検知した場合に、前記無線端末の接続先を前記第１の基地局に切り替えるよう制御することを要旨とする。
本発明の第１０の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記第２の基地局は、低遅延の要求される第１のアプリケーションと低遅延の要求されない第２のアプリケーションとを前記無線端末が実行することを検知した場合に、前記第１のアプリケーションに対応する、前記無線端末の接続先を前記第１の基地局に切り替えるよう制御することを要旨とする。
本発明の第１１の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記第１の基地局は、低電力基地局であり、前記第２の基地局は、前記低電力基地局よりも送信出力電力が大きい高電力基地局であることを要旨とする。
本発明の第１２の特徴は、高電力基地局（高電力基地局２００）よりも送信出力電力が小さい低電力基地局（低電力基地局１００）であって、前記高電力基地局が形成する通信エリア（マクロセルＣ２）内に位置する無線端末（無線端末３００）と前記低電力基地局との無線通信に必要な制御情報を前記高電力基地局に送信する基地局間通信部（有線通信部１４０）と、前記高電力基地局から前記制御情報を受信する前記無線端末との無線通信を行う無線通信部とを備えることを要旨とする。
本発明の第１３の特徴は、低電力基地局（低電力基地局１００）よりも送信出力電力が大きい高電力基地局（高電力基地局２００）であって、前記高電力基地局が形成する通信エリア（マクロセルＣ２）内に位置する無線端末（無線端末３００）と前記低電力基地局との無線通信に必要な制御情報を前記低電力基地局から受信する基地局間通信部（有線通信部２４０）と、前記基地局間通信部が受信した前記制御情報を前記無線端末に送信する無線通信部（無線通信部２１０）とを備えることを要旨とする。
本発明の第１４の特徴は、低電力基地局（低電力基地局１００）よりも送信出力電力が大きい高電力基地局（高電力基地局２００）が形成する通信エリア（マクロセルＣ２）内に位置する無線端末（無線端末３００）であって、前記無線端末と前記低電力基地局との無線通信に必要な制御情報を前記高電力基地局から受信し、受信した前記制御情報を用いて、前記低電力基地局との無線通信を行う無線通信部（無線通信部３１０）を備えることを要旨とする。
本発明の第１５の特徴は、第１の基地局が形成する通信エリア内に位置する無線端末と第２の基地局との無線通信に必要な制御情報を、前記第２の基地局から前記第１の基地局に送信するステップと、前記第１の基地局が、前記第２の基地局から受信した前記制御情報を前記無線端末に送信するステップと、前記無線端末が、前記第１の基地局から受信した前記制御情報を用いて、前記第２の基地局との無線通信を行うステップとを有することを要旨とする。
本発明によれば、ヘテロジーニアス環境において基地局間での負荷分散を十分に図ることができる無線通信システム、低電力基地局、高電力基地局、無線端末、及び無線通信方法を提供できる。
本発明の第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。 本発明の第１実施形態に係る無線端末に関連する通信チャネルを説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る低電力基地局の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る高電力基地局の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る無線端末の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る無線通信システムのＰＵＳＣＨ送信に係る動作の流れを示す動作シーケンス図である。 本発明の第２実施形態に係る無線端末の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る低電力基地局の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る高電力基地局の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための概略シーケンス図である。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の各実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
［第１実施形態］
第１実施形態においては、（１）無線通信システムの概略構成、（２）無線通信システムの詳細構成、（３）無線通信システムの動作、（４）実施形態の効果の順に説明する。
（１）無線通信システムの概略構成
図１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。無線通信システム１は、例えば、第３．９世代（３．９Ｇ）セルラ無線通信システムであるLTE(Long Term Evolution) Release 9に基づく構成、または、第４世代（４Ｇ）セルラ無線通信システムとして位置づけられているLTE-Advancedに基づく構成を有する。以下においては、LTE Release 9及びLTE-AdvancedをＬＴＥと総称する。
無線通信システム１は、低電力基地局（低出力電力基地局あるいは小出力基地局）１００、高電力基地局（高出力電力基地局あるいは大出力基地局）２００、及び無線端末３００を有する。低電力基地局１００は、高電力基地局２００よりも送信出力電力が小さい基地局である。低電力基地局１００は、高電力基地局２００の負荷を分散させることを主な目的として、マクロセルＣ２内に設置される。なお、ＬＴＥにおいて基地局はｅＮＢと称され、無線端末はＵＥ(User Equipment)と称される。
第１実施形態では、低電力基地局１００は、半径が数十から百ｍ程度の通信エリアであるピコセルＣ１を形成するピコセル基地局である。なお、ピコセルは、ホットゾーンとも称される。また、高電力基地局２００は、半径が数百ｍ〜数ｋｍ程度の通信エリアであるマクロセルＣ２を形成するマクロセル基地局である。このように、無線通信システム１では、ヘテロジーニアス環境が提供されている。
低電力基地局１００には、無線端末３００が接続している。すなわち、第１実施形態において低電力基地局１００は、無線端末３００の接続先基地局（サービング基地局）である。
一般的に、無線端末３００での受信電力が最も大きい無線信号を送信する基地局が無線端末３００の接続先として選択される。第１実施形態では、そのような受信電力を基準に接続先を選択する手法（以下、ＲＰ基準）ではなく、無線端末３００との間の伝搬損失が最も小さい基地局を無線端末３００の接続先基地局（サービング基地局）として選択する手法（以下、ＰＬ基準）を採用している。図１において、ピコセルＣ１は、ＲＰ基準での通信エリアを例示しているが、ＰＬ基準では図１よりもピコセルＣ１が論理的に拡大される。ＰＬ基準は、ＲＰ基準と比較して上りリンクの通信性能を最大限に高めることができる。
低電力基地局１００及び高電力基地局２００は、有線通信網であるコアネットワーク１０に接続されている。コアネットワーク１０は通信事業者によって提供され、図示を省略するルータ等により構成される。低電力基地局１００及び高電力基地局２００は、コアネットワーク１０に設定される論理的な通信路であるコネクションを介して直接的に基地局通信を行うことができる。当該コネクションはＬＴＥにおいてＸ２インターフェースと称される。
図２は、無線端末３００に関連する通信チャネルを説明するための図である。
無線端末３００と低電力基地局１００との間の上りリンクには、制御情報が伝送される上り制御チャネル(PUCCH: Physical Uplink Control CHannel)と、ユーザデータが伝送される上り共有チャネル(PUSCH: Physical Uplink Shared CHannel)とが設定されている。無線端末３００と低電力基地局１００との間の下りリンクには、ユーザデータが伝送される下り共有チャネル(PDSCH: Physical Downlink Shared CHannel)が設定されている。無線端末３００と高電力基地局２００との間の下りリンクには、制御情報が伝送される下り制御チャネル(PDCCH: Physical Downlink Control CHannel)及びハイブリッド自動再送制御（ＨＡＲＱ）インジケータチャネル(PHICH)が設定されている。ＨＡＲＱの詳細については後述する。
このように、第１実施形態に係る無線端末３００は、上り・下りのユーザデータをＰＤＳＣＨ及びＰＵＳＣＨを介して低電力基地局１００と送受信し、下りリンクの無線通信を制御するための制御情報をＰＵＣＣＨを介して低電力基地局１００に送信し、上りリンクの無線通信を制御するための制御情報をＰＤＣＣＨを介して高電力基地局２００から受信する。
このような仕組みを実現するために、低電力基地局１００、高電力基地局２００、及び無線端末３００は、次の動作を行う。具体的には、低電力基地局１００は、無線端末３００と低電力基地局１００との間の上りリンクの無線通信に必要な制御情報をＸ２インタフェースを介して高電力基地局２００に送信する。高電力基地局２００は、低電力基地局１００から受信した制御情報をＰＤＣＣＨ又はＰＨＩＣＨを介して無線端末３００に送信する。無線端末３００は、高電力基地局２００から受信した制御情報を用いて、上りユーザデータをＰＵＳＣＨを介して低電力基地局１００に送信する。
このように、低電力基地局１００よりも送信出力電力が大きい高電力基地局２００が、低電力基地局１００に代わって、低電力基地局１００からの制御情報を無線端末３００に送信する。よって、無線端末３００は、低電力基地局１００からの制御情報を直接受信できない場合でも、低電力基地局１００からの制御情報を受信できる。なお、ＰＤＳＣＨを介して送信される下りユーザデータについては、適応変調制御やＨＡＲＱ、セル間干渉制御（ＩＣＩＣ）により無線端末３００が低電力基地局１００から直接受信できる。以下においては、ＰＵＳＣＨ送信に係る一連の動作を主として説明する。
（２）無線通信システムの詳細構成
次に、無線通信システム１の詳細構成について説明する。具体的には、（２．１）低電力基地局の構成、（２．２）高電力基地局の構成、（２．３）無線端末の構成について説明する。ただし、本発明に関連する構成について説明する。
（２．１）低電力基地局の構成
図３は、低電力基地局１００の構成を示すブロック図である。図３に示すように、低電力基地局１００は、アンテナ部１０１、無線通信部１１０、制御部１２０、記憶部１３０、及び有線通信部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、無線端末３００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、低電力基地局１００が具備す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、低電力基地局１００の制御等に用いられる各種の情報を記憶する。有線通信部１４０は、コアネットワーク１０を介して他の装置との通信を行う。
第１実施形態において有線通信部１４０は、無線端末３００と低電力基地局１００との無線通信に必要な制御情報を高電力基地局２００に送信する基地局間通信部に相当する。無線通信部１１０は、高電力基地局２００から制御情報を受信する無線端末３００との無線通信を行う。
制御部１２０は、スケジューリング部１２１、ＨＡＲＱ処理部１２２、タイミング決定部１２３、端末情報管理部１２４、及び送信先切り替え部１２５を有する。
スケジューリング部１２１は、プロポーショナルフェアネス等のスケジューリングアルゴリズムに従い、ＰＵＳＣＨ及びＰＤＳＣＨそれぞれの無線リソースを無線端末３００に割り当てる。無線リソースは、周波数及び時間の組み合わせにより規定される。スケジューリング部１２１は、無線端末３００に割り当てた無線リソースを示す情報をスケジューリング情報として生成する。スケジューリング情報は、制御情報の一つであり、リソース割り当て情報に相当する。
ＨＡＲＱ処理部１２２は、ＨＡＲＱに従った再送制御を行う。上りリンクの通信では、ＨＡＲＱ処理部１２２は、ＰＵＳＣＨを介して無線端末３００から受信したデータを復号し、復号に成功すれば肯定応答（Ａｃｋ）を、復号に失敗すれば否定応答（Ｎａｃｋ）を生成する。ＨＡＲＱ処理部１２２は、復号に失敗した場合には、復号に失敗したデータを破棄せずに保持しておき、保持しているデータと無線端末３００からＰＵＳＣＨを介して再送されたデータとを合成する。以下においては、Ａｃｋ又はＮａｃｋをＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報と称する。Ａｃｋ／Ｎａｃｋ情報は、制御情報の一つであり、確認応答情報に相当する。
有線通信部１４０は、スケジューリング部１２１によって生成されたスケジューリング情報と、ＨＡＲＱ処理部１２２によって生成されたＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報とを、Ｘ２インタフェースを介して高電力基地局２００に送信する。
タイミング決定部１２３は、高電力基地局２００が無線端末３００に制御情報（スケジューリング情報、Ａｃｋ／Ｎａｃｋ情報）を送信するタイミング（以下、制御情報送信タイミング）を決定する。具体的には、タイミング決定部１２３は、高電力基地局２００との間のＸ２インタフェースの遅延時間を予め把握しており、当該遅延時間に所定時間を加えた結果を制御情報送信タイミングとして決定する。無線端末３００は、制御情報を受信してから規定時間（例えば４サブフレーム）の経過時に送信を行うため、低電力基地局１００は、制御情報送信タイミングから規定時間の経過時に受信を行うことが保証される。
なお、高電力基地局２００との間のＸ２インタフェースの遅延時間に揺らぎ（ジッタ）がある場合には、タイミング決定部１２３は、当該遅延時間を周期的に測定し、測定値に基づいて制御情報送信タイミングを決定してもよい。あるいは、タイミング決定部１２３は、高電力基地局２００との間のＸ２インタフェースの遅延時間の上限値（仕様で定められた上限の値）に基づいて制御情報送信タイミングを決定してもよい。
タイミング決定部１２３は、決定した制御情報送信タイミングを示すタイミング指定情報を生成する。有線通信部１４０は、スケジューリング情報及び／又はＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報を高電力基地局２００に送信するとともに、タイミング決定部１２３によって生成されたタイミング指定情報をＸ２インタフェースを介して高電力基地局２００に送信する。
端末情報管理部１２４は、無線端末３００に関する情報を管理する。具体的には、端末情報管理部１２４は、無線端末３００を識別する端末識別情報を記憶部１３０に記憶させている。ここで、端末識別情報は、無線端末３００に送信される制御情報の復号に用いられる。このため、有線通信部１４０は、スケジューリング情報及び／又はＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報と、タイミング指定情報とに加え、端末情報管理部１２４が管理する端末識別情報をＸ２インタフェースを介して高電力基地局２００に送信する。これらの各情報は、１つのメッセージに含めて送信する場合に限らず、複数のメッセージにより送信してもよい。
なお、タイミング指定情報は、制御情報送信タイミングに相当するフレーム番号やサブフレーム番号を指定するといった絶対指定に限らず、高電力基地局２００が制御情報を受信してから何サブフレーム後に当該制御情報を送信するよう指定するといった相対指定であってもよい。
送信先切り替え部１２５は、無線端末３００が制御情報を低電力基地局１００から直接受信可能になった場合、制御情報の送信先を高電力基地局２００から無線端末３００に切り替える。また、送信先切り替え部１２５は、無線端末３００が制御情報を低電力基地局１００から直接受信できなくなった場合、制御情報の送信先を無線端末３００から高電力基地局２００に切り替える。ここで、無線端末３００が制御情報を低電力基地局１００から直接受信できるか否かの判断は、無線端末３００から報告されるチャネル品質情報に基づいて行うことができる。チャネル品質情報とは、無線端末３００が低電力基地局１００から受信する無線信号（具体的には、参照信号）の受信電力を示す値、又は、当該無線信号のＳＩＮＲを示す値等を意味する。
（２．２）高電力基地局の構成
図４は、高電力基地局２００の構成を示すブロック図である。図４に示すように、高電力基地局２００は、アンテナ部２０１、無線通信部２１０、制御部２２０、記憶部２３０、及び有線通信部２４０を有する。
無線通信部２１０は、例えばＲＦ回路やＢＢ回路等を用いて構成され、無線端末３００に対する制御情報の送信を行う。また、無線通信部２１０は、送信信号の符号化及び変調と、受信信号の復調及び復号とを行う。
制御部２２０は、例えばＣＰＵを用いて構成され、高電力基地局２００が具備す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、高電力基地局２００の制御等に用いられる各種の情報を記憶する。
第１実施形態において有線通信部２４０は、Ｘ２インタフェースを用いて低電力基地局１００との基地局間通信を行う基地局間通信部に相当する。有線通信部２４０は、高電力基地局２００が形成するマクロセルＣ２内に位置する無線端末３００と低電力基地局１００との無線通信に必要な制御情報を低電力基地局１００から受信する。無線通信部２１０は、有線通信部２４０が受信した制御情報をＰＤＣＣＨを介して無線端末３００に送信する。
制御部２２０は、無線端末３００に対する制御情報の送信を制御する制御情報送信制御部２２１を有する。
制御情報送信制御部２２１は、低電力基地局１００からＸ２インタフェースを介して受信したタイミング指定情報により指定されたタイミング（サブフレーム）で制御情報を無線端末３００に送信する。このため、制御情報送信制御部２２１は、タイミング指定情報により指定されたタイミングになるまで、制御情報を記憶部２３０に一時的に記憶させておく。
制御情報送信制御部２２１は、低電力基地局１００からＸ２インタフェースを介して受信した端末識別情報を用いて、無線端末３００に送信する制御情報をＰＤＣＣＨ及び／又はＰＨＩＣＨとして割り当てる。ここで、端末識別情報は、スクランブル及びＰＤＣＣＨ／ＰＨＩＣＨのリソース（時間・周波数）割り当てに使用される。すなわち、第１実施形態において端末識別情報が使用される送信処理とは、スクランブル及びＰＤＣＣＨ／ＰＨＩＣＨのリソース割り当てを意味する。
制御情報送信制御部２２１は、制御情報のうちスケジューリング情報については、ＰＤＣＣＨを介して無線端末３００に送信する。一方、制御情報のうちＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報については、制御情報送信制御部２２１は、ＰＨＩＣＨを介して無線端末３００に送信する。
（２．３）無線端末の構成
図５は、無線端末３００の構成を示すブロック図である。図５に示すように、無線端末３００は、アンテナ部３０１、無線通信部３１０、制御部３２０、記憶部３３０、及びバッテリ３４０を有する。
無線通信部３１０は、例えばＲＦ回路やＢＢ回路等を用いて構成され、無線信号の送受信を行う。また、無線通信部３１０は、送信信号の符号化及び変調と、受信信号の復調及び復号とを行う。
第１実施形態では、無線通信部３１０は、無線端末３００と低電力基地局１００との無線通信に必要な制御情報を高電力基地局２００から受信し、受信した制御情報を用いて、低電力基地局１００との無線通信を行う。
制御部３２０は、例えばＣＰＵを用いて構成され、無線端末３００が具備する各種の機能を制御する。記憶部３３０は、例えばメモリを用いて構成され、無線端末３００の制御等に用いられる各種の情報を記憶する。バッテリ３４０は、無線端末３００の各ブロックに供給する電力を蓄える。
制御部３２０は、制御情報復号部３２１、ＨＡＲＱ処理部３２２、及びデータ送信制御部３２３を有する。
記憶部３３０には無線端末３００の端末識別情報が予め記憶されており、制御情報復号部３２１は、無線通信部３１０が受信した制御情報を当該端末識別情報を用いて復号する。
ＨＡＲＱ処理部３２２は、ＨＡＲＱに従った再送制御を行う。ＨＡＲＱ処理部１２２は、１つのＨＡＲＱプロセスについて、Ａｃｋ／Ｎａｃｋ情報に応じて再送処理を繰り返す。再送処理には、誤り訂正符号化（ターボ符号化等）の処理が含まれる。ＬＴＥでは、複数のＨＡＲＱプロセスを平行して実行可能である。すなわち、１つのＨＡＲＱプロセスが完了する前に、次のＨＡＲＱプロセスを開始できる。
データ送信制御部３２３は、低電力基地局１００に対するユーザデータの送信を制御する。データ送信制御部３２３は、スケジューリング情報によって示されるＰＵＳＣＨの無線リソースを用いてデータ送信を行う。
（３）無線通信システムの動作
次に、ＰＵＳＣＨ送信に係る無線通信システム１の動作の流れについて、図６を参照しながら説明する。
ステップＳ１０１において、無線端末３００の無線通信部３１０は、サウンディング用参照信号（ＳＲＳ）、及びバッファ状態レポート（ＢＳＲ）を低電力基地局１００に送信する。低電力基地局１００の無線通信部１１０は、ＳＲＳ及びＢＳＲを受信する。ＳＲＳは、無線端末３００と低電力基地局１００との間の上りリンクのチャネル品質を低電力基地局１００で測定するために使用される。ＢＳＲは、無線端末３００の記憶部３３０のバッファ領域に存在する上りユーザデータの量（以下、上りバッファ量）を低電力基地局１００に報告するメッセージである。上りバッファ量が多いということは、低電力基地局１００に送信すべきユーザデータが多いことを意味しており、無線リソースを優先して割り当てる必要がある。
ステップＳ１０２において、低電力基地局１００のスケジューリング部１２１は、ＢＳＲが示す上りバッファ量を考慮しつつ、プロポーショナルフェアネス等のスケジューリングアルゴリズムに従って、無線リソースを無線端末３００に割り当てる処理であるスケジューリングを行う。
ステップＳ１０３において、高電力基地局２００の有線通信部１４０は、スケジューリング部１２１によって生成されたスケジューリング情報をＸ２インタフェースを介して高電力基地局２００に送信する。その際、有線通信部１４０は、タイミング指定情報及び端末識別情報も高電力基地局２００に送信する。高電力基地局２００の有線通信部２４０は、スケジューリング情報、タイミング指定情報、及び端末識別情報を受信する。
ステップＳ１０４において、高電力基地局２００の無線通信部２１０は、ＰＤＣＣＨを介してスケジューリング情報を無線端末３００に送信する。無線端末３００の無線通信部３１０は、ＰＤＣＣＨを介してスケジューリング情報を受信する。
スケジューリング情報の受信から規定時間（４サブフレーム）経過後のステップＳ１０５において、無線端末３００の無線通信部３１０は、スケジューリング情報によって示される無線リソースを用いて、ＰＵＳＣＨを介してユーザデータを低電力基地局１００に送信する。低電力基地局１００の無線通信部１１０は、ＰＵＳＣＨを介してユーザデータを受信する。
ステップＳ１０６において、低電力基地局１００のＨＡＲＱ処理部１２２は、無線通信部１１０が受信したユーザデータを復号する。その際、ＨＡＲＱ処理部１２２は、必要に応じて、保存されているデータとの合成等を行う。
ステップＳ１０７において、低電力基地局１００の有線通信部１４０は、ＨＡＲＱ処理部１２２によって生成されたＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報を、Ｘ２インタフェースを介して高電力基地局２００に送信する。その際、有線通信部１４０は、タイミング指定情報及び端末識別情報も高電力基地局２００に送信する。高電力基地局２００の有線通信部２４０は、Ａｃｋ／Ｎａｃｋ情報、タイミング指定情報、及び端末識別情報をＸ２インタフェースを介して受信する。
ステップＳ１０８において、高電力基地局２００の無線通信部２１０は、ＰＨＩＣＨを介してＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報を無線端末３００に送信する。無線端末３００の無線通信部３１０は、ＰＨＩＣＨを介してＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報を受信する。
ステップＳ１０９において、無線端末３００の無線通信部３１０は、Ｎａｃｋ受信時等、再送が必要である場合には、Ｎａｃｋに対応する再送データをＰＵＳＣＨを介して低電力基地局１００に送信する。
なお、Ｘ２インタフェースでの遅延時間に起因して、図６のＤ１に示すようなスケジューリング遅延と、図６のＤ２に示すようなＨＡＲＱ遅延とが生じることになるが、ＨＡＲＱプロセス数を増加させることで、スループットの低下を回避できる。
（４）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、ヘテロジーニアス環境において基地局間での負荷分散を十分に図ることができる。
また、無線通信システム１において、高電力基地局２００は、低電力基地局１００から受信したタイミング指定情報により指定されたタイミングで制御情報を無線端末３００に送信する。
これにより、Ｘ２インタフェースの遅延が変化する場合でも、指定されたタイミングまで高電力基地局２００が制御情報の送信を待つことができ、Ｘ２インタフェースの遅延の揺らぎ（ジッタ）を吸収できるため、低電力基地局１００は、予定のタイミングで無線端末３００との無線通信を行うことができる。
無線通信システム１において、低電力基地局１００は、無線端末３００を識別する端末識別情報を高電力基地局２００に送信し、端末識別情報は、高電力基地局２００から無線端末３００へ送信される制御情報の復号に用いられる。
これにより、本来の送信元である低電力基地局１００とは異なる高電力基地局２００が制御情報を送信する場合でも、無線端末３００は、高電力基地局２００から受信する制御情報を正常に復号できる。
無線通信システム１において、無線端末３００が制御情報を低電力基地局１００から直接受信可能になった場合、低電力基地局１００は、制御情報の送信先を高電力基地局２００から無線端末３００に切り替える。また、無線端末３００が制御情報を低電力基地局１００から直接受信できなくなった場合、低電力基地局１００は、制御情報の送信先を無線端末３００から高電力基地局２００に切り替える。
これにより、高電力基地局２００を経由する経路と、高電力基地局２００を経由しない経路とを適切に使い分けることができる。
無線通信システム１において、制御情報は、低電力基地局１００が無線端末３００から受信したデータの復号成否を示すＡｃｋ／Ｎａｃｋを含む。
これにより、無線端末３００が低電力基地局１００からの制御情報を直接受信できない場合でも、上りリンクにおけるＨＡＲＱを機能させることができる。
無線通信システム１において、制御情報は、低電力基地局１００が無線端末３００に割り当てた無線リソースを示すリソース割り当て情報を含む。
これにより、無線端末３００が低電力基地局１００からの制御情報を直接受信できない場合でも、上りリンク及び下りリンクにおけるスケジューリングを機能させることができる。
［第２実施形態］
上述した第１実施形態においては、高電力基地局２００が、低電力基地局１００に代わって、低電力基地局１００からの制御情報を無線端末３００に送信していた。しかしながら、このような方法は、Ｘ２インタフェースの遅延を考慮すると、低電力基地局１００に接続する複数の無線端末３００のうち低電力基地局１００からＰＤＣＣＨを直接受信することが困難な全ての無線端末３００に一様に適用する必要はない。
第２実施形態では、低電力基地局１００に接続する無線端末３００であって低電力基地局１００からＰＤＣＣＨを直接受信することが困難な無線端末３００のうち、低遅延（低ＲＴＴ: Round Trip Time）の要求されるアプリケーション種別（トラフィック種別）の無線端末３００に対し、接続先を低電力基地局１００から高電力基地局２００に切り替えるようにハンドオーバ制御を行う。なお、以下の第２実施形態では、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７は、第２実施形態に係る無線端末３００の構成を示すブロック図である。
図７に示すように、無線端末３００は、第１実施形態で説明した構成に加え、マイク３５０、スピーカ３６０、表示部３７０、操作部３８０、及びアプリケーション実行部３２４を有する。マイク３５０は、音声を音声信号に変換して制御部３２０に入力する。スピーカ３６０は、制御部３２０から入力される音声信号を音声に変換して出力する。表示部３７０は、制御部３２０から入力される画像信号に応じて画像を表示する。操作部３８０は、ユーザからの入力操作を受け付けて、入力操作に応じた操作信号を制御部３２０に入力する。
アプリケーション実行部３２４は、操作部３８０からの操作信号に基づいて、アプリケーションを実行する。ここで、アプリケーションとは、例えば、音声通話アプリケーション、双方向ゲームアプリケーション、ファイルダウンロードアプリケーション、Ｗｅｂ閲覧アプリケーション、又はメールアプリケーション等である。音声通話アプリケーションや双方向ゲームアプリケーション等のリアルタイム系アプリケーションは、低遅延の要求されるアプリケーションである。ファイルダウンロードアプリケーションや、Ｗｅｂ閲覧アプリケーション、メールアプリケーション等の非リアルタイム系アプリケーションは、低遅延の要求されないアプリケーションである。第２実施形態では、アプリケーション実行部３２４が実行するアプリケーションが、非リアルタイム系アプリケーションからリアルタイム系アプリケーションに切り替えられるケースを想定する。
第２実施形態では、無線通信部３１０は、アプリケーション実行部３２４が実行するアプリケーションのＱｏＳ（低遅延の要求度合い等）を示すＱｏＳ情報をバッファ状態レポート（ＢＳＲ）に含めて低電力基地局１００に送信する。
図８は、第２実施形態に係る低電力基地局１００の構成を示すブロック図である。
図８に示すように、低電力基地局１００は、第１実施形態で説明した構成に加え、ハンドオーバ制御部１２６を有する。ハンドオーバ制御部１２６は、無線通信部１１０が無線端末３００から受信したＢＳＲに含まれるＱｏＳ情報に基づいて、無線端末３００のハンドオーバを制御する。第２実施形態では、ハンドオーバ制御部１２６は、無線端末３００において実行されるアプリケーションがリアルタイム系アプリケーションに切り替わったことを検知した場合に、無線端末３００の接続先を高電力基地局２００に切り替えるよう制御する。
図９は、第２実施形態に係る高電力基地局２００の構成を示すブロック図である。
図９に示すように、高電力基地局２００は、第１実施形態で説明した構成に加え、スケジューリング部２２２及びＨＡＲＱ処理部２２３を有する。スケジューリング部２２２は、無線端末３００が高電力基地局２００にハンドオーバした後、プロポーショナルフェアネス等のスケジューリングアルゴリズムに従い、ＰＵＳＣＨ及びＰＤＳＣＨそれぞれの無線リソースを無線端末３００に割り当てる。ＨＡＲＱ処理部２２３は、無線端末３００が高電力基地局２００にハンドオーバした後、ＨＡＲＱに従った再送制御を行う。
次に、第２実施形態に係る無線通信システムの動作について説明する。図１０は、第２実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための概略シーケンス図である。図１０のステップＳ２１０よりも前の段階において、無線端末３００は、ＰＤＳＣＨ、ＰＵＳＣＨ及びＰＵＣＣＨを低電力基地局１００と設定し、ＰＤＣＣＨを高電力基地局２００と設定しており、且つ、非リアルタイム系アプリケーションを実行しているとする。
ステップＳ２０１において、無線端末３００のアプリケーション実行部３２４は、実行するアプリケーションを非リアルタイム系アプリケーションからリアルタイム系アプリケーションに切り替える。
ステップＳ２０２において、無線端末３００の無線通信部３１０は、ＳＲＳ及びＢＳＲを低電力基地局１００に送信する。ここで、ＢＳＲは、上述したＱｏＳ情報を含む。低電力基地局１００の無線通信部１１０は、ＳＲＳ及びＢＳＲを受信する。
ステップＳ２０３において、低電力基地局１００のハンドオーバ制御部１２６は、ＢＳＲに含まれるＱｏＳ情報に基づき、無線端末３００において実行されるアプリケーションがリアルタイム系アプリケーションに切り替わったことを検知する。例えば、ＱｏＳ情報がＱｏＳの高さを示す値である場合には、当該ＱｏＳの高さを示す値が閾値を超えたときに、リアルタイム系アプリケーションに切り替わったことを検知する。ハンドオーバ制御部１２６は、リアルタイム系アプリケーションに切り替わったことを検知した場合に、高電力基地局２００へのハンドオーバを実行すると判定する。
ステップＳ２０４において、低電力基地局１００の有線通信部１４０は、Ｘ２インタフェースを介してハンドオーバ要求を高電力基地局２００に送信する。高電力基地局２００は、Ｘ２インタフェースを介してハンドオーバ要求を受信する。高電力基地局２００の制御部１２０は、無線端末３００の受け入れ可否を判定する。
ステップＳ２０５において、高電力基地局２００の有線通信部２４０は、無線端末３００を受け入れ可と判定された場合に、その旨のハンドオーバ応答をＸ２インタフェースを介して低電力基地局１００に送信する。低電力基地局１００は、Ｘ２インタフェースを介してハンドオーバ応答を受信する。
ステップＳ２０６において、低電力基地局１００の無線通信部１１０は、ハンドオーバを指示するためのハンドオーバ指示を無線端末３００に送信する。無線端末３００は、ハンドオーバ指示を受信すると、ハンドオーバを実行する。
ハンドオーバ後において、無線端末３００は、ＰＤＳＣＨ、ＰＵＳＣＨ、ＰＤＣＣＨ及びＰＵＣＣＨを高電力基地局２００と設定し、且つ、リアルタイム系アプリケーションを実行する。
以上説明したように、第２実施形態によれば、低電力基地局１００に接続する無線端末３００であって低電力基地局１００からＰＤＣＣＨを直接受信することが困難な無線端末３００のうち、低遅延の要求されるアプリケーション種別の無線端末３００については、高電力基地局２００に接続するように制御することによって、当該無線端末３００のアプリケーション品質が低下する可能性を低減できる。
なお、第２実施形態では、低電力基地局１００は、ＢＳＲに含まれるＱｏＳ情報を判断基準としていたが、同様のＱｏＳ情報が低電力基地局１００の上位装置（具体的には、ＭＭＥ: Mobility Management Entity）から取得可能である場合、ＢＳＲに含まれるＱｏＳ情報に代えて、ＭＭＥから取得したＱｏＳ情報を判断基準としてもよい。
［第２実施形態の変更例］
第２実施形態においては、無線端末３００の接続先を１つとしていたが、将来的には、無線端末３００が複数の無線基地局を接続先とし、複数の無線基地局と同時に無線通信を行うことが可能になる可能性もある。
本変更例においては、無線端末３００のアプリケーション実行部３２４は、複数のアプリケーションを同時実行可能に構成される。低電力基地局１００のハンドオーバ制御部１２６は、リアルタイム系アプリケーションと非リアルタイム系アプリケーションとを無線端末３００が実行することを検知した場合に、リアルタイム系アプリケーションに対応する、無線端末３００の接続先を高電力基地局２００に切り替えるよう制御する。すなわち、非リアルタイム系アプリケーションに対応する、無線端末３００の接続先は低電力基地局１００のまま維持される。
その結果、リアルタイム系アプリケーションに係るリソーススケジューリングは高電力基地局２００が行い、非リアルタイム系アプリケーションに係るリソーススケジューリングは低電力基地局１００が行うことになる。非リアルタイム系アプリケーションについては、第１実施形態と同様に、高電力基地局２００が、低電力基地局１００に代わって、低電力基地局１００からの制御情報を無線端末３００に送信する。
［第３実施形態］
上述した各実施形態では、高電力基地局２００は、低電力基地局１００から受信したタイミング指定情報により指定されたタイミングで制御情報を無線端末３００に送信していた。また、低電力基地局１００は、当該指定タイミングにおいて、下りユーザデータを無線端末３００へ送る、又は無線端末３００が送ってくる上りユーザデータを受信し、当該指定タイミングから規定のサブフレーム後において、無線端末３００からフィードバックされる下りユーザデータのACK/NACK情報を受信していた。
このように、上述した各実施形態では、低電力基地局１００が制御情報を高電力基地局２００に送信してから、高電力基地局２００が当該制御情報を無線端末３００に送信するまでのタイミング差は、低電力基地局１００によって決定及び指定されていた。
第３実施形態では、低電力基地局１００が制御情報を高電力基地局２００に送信してから、高電力基地局２００が当該制御情報を無線端末３００に送信するまでのタイミング差を、高電力基地局２００によって決定及び指定する。すなわち、第３実施形態では、上述した各実施形態に係るタイミング決定部が高電力基地局２００に設けられる。
高電力基地局２００は、低電力基地局１００との間のＸ２インタフェースの遅延時間を予め把握しており、当該遅延時間に所定時間を加えた結果を、上記タイミング差として決定する。なお、低電力基地局１００との間のＸ２インタフェースの遅延時間に揺らぎ（ジッタ）がある場合には、高電力基地局２００は、当該遅延時間を周期的に測定し、測定値に基づいて上記タイミング差を決定してもよい。あるいは、高電力基地局２００は、低電力基地局１００との間のＸ２インタフェースの遅延時間の上限値（仕様で定められた上限の値）に基づいて上記タイミング差を決定してもよい。高電力基地局２００は、決定したタイミング差を示すタイミング指定情報を生成して小出力基地局１００に通知する。
［第４実施形態］
上述した各実施形態では、低電力基地局１００の通信エリア範囲（カバレッジ）が拡大された状況下で、低電力基地局１００から無線端末３００への制御情報を、高電力基地局２００経由で無線端末３００に送信することによって、無線端末３００が当該制御情報を良好に受信可能にする形態を説明した。これにより、無線端末３００を低電力基地局１００に優先的に接続可能にしていた。
しかしながら、高速移動する無線端末３００等については、低電力基地局１００に接続しても直ぐにハンドオーバしてしまうため、高電力基地局２００に優先的に接続させることが望ましい。例えば、高電力基地局２００に接続し、且つ高速移動する無線端末３００が、低電力基地局１００に近づいても、高電力基地局２００に接続したままにする形態が想定される。そのような形態は、上述した各実施形態における低電力基地局１００と高電力基地局２００との関係を入れ替えることで実現できる。
具体的には、高電力基地局２００は、無線端末３００と高電力基地局２００との間の上りリンクの無線通信に必要な制御情報をＸ２インタフェースを介して低電力基地局１００に送信する。低電力基地局１００は、高電力基地局２００から受信した制御情報をＰＤＣＣＨ又はＰＨＩＣＨを介して無線端末３００に送信する。無線端末３００は、低電力基地局１００から受信した制御情報を用いて、上りユーザデータをＰＵＳＣＨを介して高電力基地局２００に送信する。
このような通信方法を適用することで、次のような通信チャネル設定が可能になる。無線端末３００と高電力基地局２００との間の上りリンクには、制御情報が伝送される上り制御チャネル(PUCCH)と、ユーザデータが伝送される上り共有チャネル(PUSCH)とが設定される。無線端末３００と高電力基地局２００との間の下りリンクには、ユーザデータが伝送される下り共有チャネル(PDSCH)が設定される。無線端末３００と低電力基地局１００との間の下りリンクには、制御情報が伝送される下り制御チャネル(PDCCH)及びハイブリッド自動再送制御（ＨＡＲＱ）インジケータチャネル(PHICH)が設定される。
このように、第４実施形態に係る無線端末３００は、上り・下りのユーザデータをＰＤＳＣＨ及びＰＵＳＣＨを介して高電力基地局２００と送受信し、下りリンクの無線通信を制御するための制御情報をＰＵＣＣＨを介して高電力基地局２００に送信し、上りリンクの無線通信を制御するための制御情報をＰＤＣＣＨを介して低電力基地局１００から受信する。
［その他の実施形態］
上記のように、本発明は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。
例えば、上述した各実施形態では、基地局間通信が有線通信であるケースを例示したが、基地局間通信を無線通信としてもよい。
上述した各実施形態では、低電力基地局がピコセル基地局（ホットゾーン基地局）であるケースを例示したが、低電力基地局が、ピコセル基地局よりも送信出力電力が小さいフェムトセル基地局（ホームｅＮＢ）であってもよい。
上述した各実施形態では、低電力基地局１００が、上りリンク及び下りリンクの両リンクのサービング基地局であるケースを例示した。しかしながら、今後、上りリンクと下りリンクとで異なる基地局をサービング基地局にできるようになる可能性がある。そのようなケースでは、上りリンクのサービング基地局を低電力基地局１００とし、下りリンクのサービング基地局を高電力基地局２００としてもよい。上りリンクと下りリンクとで異なる基地局をサービング基地局とするケースにも本発明は適用可能である。
上述した各実施形態では、接続先の選択基準としてＰＬ基準を採用していたが、ＰＬ基準に限定されるものではなく、ＲＰ基準等の他の選択基準を採用してもよい。
上述した各実施形態では特に触れなかったが、アンテナ部１０１、アンテナ部２０１、及びアンテナ部３０１は、SIMO(Single Input Multiple Output)若しくはMIMO(Multiple Input Multiple Output)通信を実行するために複数のアンテナを含んでいてもよい。
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
なお、日本国特許出願第２００９−２５１６６９号（２００９年１１月２日出願）及び第２０１０−０９４５００号（２０１０年４月１５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、低電力基地局、高電力基地局、無線端末、及び無線通信方法は、ヘテロジーニアス環境において基地局間での負荷分散を十分に図ることができるため、移動体通信などの無線通信において有用である。

Claims (3)

  1. 第１の無線基地局及び第２の無線基地局に接続し、前記第１の無線基地局及び前記第２の無線基地局との同時通信を行う二重接続通信を行う制御部と、
    前記二重接続通信を開始した後、前記第２の無線基地局における無線リソースに関する制御情報を前記第１の無線基地局から受信する受信部と、を備え、
    前記二重接続通信において、前記制御部は、前記第１の無線基地局から受信した前記制御情報に基づいて、前記第２の無線基地局との無線通信を制御することを特徴とする無線端末。
  2. 無線端末に適用されるプロセッサであって、
    第１の無線基地局及び第２の無線基地局に接続し、前記第１の無線基地局及び前記第２の無線基地局との同時通信を行う二重接続通信を行う処理と、
    前記二重接続通信を開始した後、前記第２の無線基地局における無線リソースに関する制御情報を前記第１の無線基地局から受信する処理と、
    前記二重接続通信において、前記第１の無線基地局から受信した前記制御情報に基づいて、前記第２の無線基地局との無線通信を制御する処理と、
    を実行することを特徴とするプロセッサ。
  3. 自無線基地局及び他の無線基地局に接続し、自無線基地局及び前記他の無線基地局との同時通信を行う二重接続通信を開始した無線端末に対して、前記他の無線基地局における無線リソースに関する制御情報を送信する送信部を備え、
    前記制御情報は、前記二重接続通信において、前記無線端末が前記他の無線基地局との無線通信を制御するために用いられることを特徴とする無線基地局。
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