JP2016036097A

JP2016036097A - 無線通信ネットワークおよび大電力無線基地局

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Publication number: JP2016036097A
Application number: JP2014158635A
Authority: JP
Inventors: 奥村　幸彦; Yukihiko Okumura; 幸彦奥村; 裕幸大塚; Hiroyuki Otsuka
Original assignee: NTT Docomo Inc; Kogakuin University
Current assignee: NTT Docomo Inc; Kogakuin University
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2034-08-04
Also published as: JP6442182B2

Abstract

【課題】セルレンジエクスパンションが適用される無線通信ネットワークにおいて、多くの移動端末の受信品質を高く確保する。
【解決手段】無線通信ネットワークは、複数の移動端末における、大電力無線基地局からの無線信号の信号対雑音干渉比である複数の第１の信号対雑音干渉比の累積確率分布を計算し、累積確率分布上でのある累積確率値に対応する第１の信号対雑音干渉比を閾値として決定する。移動端末の第１の信号対雑音干渉比が閾値より大きい場合には、その移動端末における小電力無線基地局からの無線信号の信号対雑音干渉比である第２の信号対雑音干渉比をその移動端末のためのセルレンジエクスパンションのために増加させるオフセット値が第１のオフセット値に設定される。移動端末の第１の信号対雑音干渉比が閾値より小さい場合には、その移動端末のためのオフセット値が第１のオフセット値よりも大きい第２のオフセット値に設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信ネットワークおよび大電力無線基地局に関する。

近年、送信電力（送信能力）が相異なる複数種の無線基地局（マクロ基地局、ピコ基地局、フェムト基地局、リモートラジオヘッド（Remote Radio Head）等）を重層的に設置したヘテロジーニアスネットワーク（Heterogeneous Network、HetNet）が提案されている。

ヘテロジーニアスネットワークにおいては、送信電力（送信能力）の大きい基地局（例えばマクロ基地局）の方が、送信電力（送信能力）の小さい基地局（例えばピコ基地局）と比較して、セルサーチまたはハンドオーバの段階でユーザ端末（移動端末）の無線接続先として選択されやすいと想定される。したがって、ヘテロジーニアスネットワークにおいては、送信電力の大きい大電力無線基地局に移動端末からの接続が集中し、ひいては通信負荷が過大となる傾向があると想定される。

そこで、セルレンジエクスパンション（Cell Range Expansion）と呼ばれる技術が提案されている。セルレンジエクスパンションは、移動端末による接続先選択のための指標である小電力無線基地局からの受信品質（例えば、信号対雑音干渉比）または受信電力に、オフセット値（バイアス値）を付与する技術である。オフセット値が加算（またはデシベルで加算）された小電力無線基地局からの受信品質または受信電力は、大電力無線基地局からの受信品質または受信電力と比較される。セルレンジエクスパンションは、例えば、特許文献１に記載されている。セルレンジエクスパンションにより、小電力無線基地局からの受信品質または受信電力の方が大電力無線基地局からの受信品質または受信電力よりも良好になりやすくなる。結果的に、移動端末は大電力無線基地局よりも小電力無線基地局に接続することを選択するので、小電力無線基地局のセルエリアが拡大され、大電力無線基地局の通信負荷が軽減されると考えられる。

特開２０１３−２３６２６１号公報

セルレンジエクスパンションは、大電力無線基地局に接続する方が好ましいであろう移動端末を小電力無線基地局に接続させる技術である。小電力無線基地局からの受信品質が不良な移動端末が、セルレンジエクスパンションにより小電力無線基地局に接続されてしまうと、その移動端末の通信スループットは劣化し、ひいてはネットワーク全体の通信スループットも劣化してしまうことがある。

しかし、従来のセルレンジエクスパンションでは、小電力無線基地局からの受信品質または受信電力に付与されるオフセット値は、すべての移動端末に対して一定である。したがって、上記の問題が顕著になることがある。

そこで、本発明は、大電力無線基地局と小電力無線基地局とを備え、セルレンジエクスパンションが適用される無線通信ネットワークにおいて、多くの移動端末の受信品質を高く確保する技術を提供する。

本発明に係る無線通信ネットワークは、第１のセルエリアを形成し、複数の移動端末と通信する大電力無線基地局と、前記大電力無線基地局と接続するとともに、複数の移動端末と通信し、前記大電力無線基地局の送信電力よりも送信電力が小さく、前記第１のセルエリア内に前記第１のセルエリアよりも小さい第２のセルエリアを形成し、前記大電力無線基地局で使用される無線リソースと同じ無線リソースを使用して移動端末へ無線送信を行う少なくとも１つの小電力無線基地局と、移動端末の無線接続先である無線基地局を指示する接続先指示部と、前記第１のセルエリア内の複数の移動端末における、前記大電力無線基地局からの無線信号の信号対雑音干渉比である複数の第１の信号対雑音干渉比の累積確率分布を計算する累積確率分布計算部と、前記累積確率分布上でのある累積確率値に対応する第１の信号対雑音干渉比を閾値として決定する閾値決定部と、移動端末の第１の信号対雑音干渉比が前記閾値より大きい場合に、その移動端末における小電力無線基地局からの無線信号の信号対雑音干渉比である第２の信号対雑音干渉比をその移動端末のためのセルレンジエクスパンションのために増加させるオフセット値を第１のオフセット値に設定し、移動端末の第１の信号対雑音干渉比が前記閾値より小さい場合に、その移動端末のための前記オフセット値を前記第１のオフセット値よりも大きい第２のオフセット値に設定するオフセット値設定部とを備える。

本発明に係る大電力無線基地局は、第１のセルエリアを形成し、複数の移動端末と通信する大電力無線基地局であって、複数の移動端末と通信し、前記大電力無線基地局の送信電力よりも送信電力が小さく、前記第１のセルエリア内に前記第１のセルエリアよりも小さい第２のセルエリアを形成し、前記大電力無線基地局で使用される無線リソースと同じ無線リソースを使用して移動端末へ無線送信を行う少なくとも１つの小電力無線基地局と通信する基地局間通信部と、移動端末の無線接続先である無線基地局を指示する接続先指示部と、前記第１のセルエリア内の複数の移動端末における、前記大電力無線基地局からの無線信号の信号対雑音干渉比である複数の第１の信号対雑音干渉比の累積確率分布を計算する累積確率分布計算部と、前記累積確率分布上でのある累積確率値に対応する第１の信号対雑音干渉比を閾値として決定する閾値決定部と、移動端末の第１の信号対雑音干渉比が前記閾値より大きい場合に、その移動端末における小電力無線基地局からの無線信号の信号対雑音干渉比である第２の信号対雑音干渉比をその移動端末のためのセルレンジエクスパンションのために増加させるオフセット値を第１のオフセット値に設定し、移動端末の第１の信号対雑音干渉比が前記閾値より小さい場合に、その移動端末のための前記オフセット値を前記第１のオフセット値よりも大きい第２のオフセット値に設定するオフセット値設定部とを備える。

本発明によれば、セルレンジエクスパンションのために小電力無線基地局からの無線信号の第２の信号対雑音干渉比を増加させるオフセット値として、第１のオフセット値または第２のオフセット値が、各移動端末に対して設定される。大電力無線基地局からの無線信号の第１の信号対雑音干渉比が閾値より大きい移動端末には、より小さい第１のオフセット値が与えられ、第１の信号対雑音干渉比が閾値より小さい移動端末には、より大きい第２のオフセット値が与えられる。オフセット値を決定するための閾値は、第１のセルエリア内の複数の移動端末の第１の信号対雑音干渉比の累積確率分布に基づいて決定されるので、大電力無線基地局に接続する方が好ましい可能性が高い移動端末にはより小さいオフセット値が与えられ、小電力無線基地局に接続する方が好ましい可能性が高い移動端末にはより大きいオフセット値が与えられる。これにより、オフセット値がすべての移動端末に対して一定である場合と比較して、多くの移動端末の受信品質を高く確保することが可能である。

しかも、オフセット値を決定するための閾値は、第１のセルエリア内の複数の移動端末の第１の信号対雑音干渉比の累積確率分布に基づいて決定される。そのため、この閾値は、多くの移動端末の大電力無線基地局からの無線信号の受信品質に応じて可変である。したがって、各移動端末にいずれのオフセット値を設定するか、状況に応じて適切に決定することが可能である。

本発明の実施の形態に係る無線通信ネットワークの概略図である。本発明の実施の形態に係る移動端末の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係るマクロ基地局の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係るピコ基地局の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る、セルレンジエクスパンションが適用されていないときの移動端末のハンドオーバの動作を示す情報フローダイアグラムである。本発明の実施の形態に係る無線通信ネットワークにおける、セルレンジエクスパンションの発動およびセルレンジエクスパンションが適用されるときの移動端末のハンドオーバの動作を示す情報フローダイアグラムである。第１の信号対雑音干渉比の累積確率分布を示すグラフである。他の状況での第１の信号対雑音干渉比の累積確率分布を示すグラフである。本発明の実施の形態の効果を確認するためのシステムレベルシミュレーションの結果を示すグラフである。実施の形態のさらなる変形に係る無線通信ネットワークの概略図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信ネットワークの概略図である。この無線通信ネットワークは、マクロ基地局１００と、ピコ基地局２００とを備える。マクロ基地局１００およびピコ基地局２００の各々は移動端末３００と無線通信可能である。マクロ基地局１００、ピコ基地局２００および移動端末３００は、所定の無線アクセス技術（Radio Access Technology）、例えば3GPP（Third Generation Partnership Project）におけるLTE（Long Term Evolution）に従って無線通信を行う。本実施の形態では、無線通信ネットワークがＬＴＥに従って動作するが、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。本発明は、必要な設計上の変更を施した上で、他の無線アクセス技術（例えば、IEEE 802.16に規定されるＷｉＭＡＸ）にも適用可能である。

マクロ基地局（大電力無線基地局）１００とピコ基地局（小電力無線基地局）２００は有線または無線にて相互に接続される。マクロ基地局１００はマクロセルエリア（第１のセルエリア）Ｃｍを形成し、各ピコ基地局２００はピコセルエリア（第２のセルエリア）Ｃｐを形成する。ピコセルエリアＣｐは、そのピコセルエリアＣｐを形成するピコ基地局２００に接続されたマクロ基地局１００が形成するマクロセルエリアＣｍ内に形成される。１つのマクロセルエリアＣｍ内には、複数のピコセルエリアＣｐが形成され得る。

各無線基地局（マクロ基地局１００、ピコ基地局２００）は、その基地局自身のセルエリアに在圏する移動端末（UE、User Equipment）３００と無線通信が可能である。逆に言うと、移動端末３００は、移動端末３００自身が在圏するセルエリア（マクロエリアＣｍまたはピコセルエリアＣｐ）に対応する基地局（マクロ基地局１００またはピコ基地局２００）と無線通信が可能である。

マクロ基地局１００はピコ基地局２００と比較して無線送信能力（最大送信電力、平均送信電力等）が高いので、より遠くに位置する移動端末３００と無線通信可能である。したがって、マクロセルエリアＣｍはピコセルエリアＣｐよりも面積が大きい。例えば、マクロセルエリアＣｍは半径数百メートルから数十キロメートル程度の大きさであり、ピコセルエリアＣｐは半径数メートルから数十メートル程度の大きさである。

以上の説明から理解されるように、無線通信ネットワーク内のマクロ基地局１００およびピコ基地局２００は、送信電力（送信能力）が相異なる複数種の無線基地局が重層的に設置されたヘテロジーニアスネットワーク（Heterogeneous Network、HetNet）を構成する。

ピコセルエリアＣｐがマクロセルエリアＣｍの内部に重層的に形成される（オーバレイされる）ため、移動端末３００がピコセルエリアＣｐ内に在圏する場合、その移動端末３００は、そのピコセルエリアＣｐを形成するピコ基地局２００と、そのピコセルエリアＣｐを包含するマクロセルエリアＣｍを形成するマクロ基地局１００との少なくともいずれか一方と無線通信が可能である。

各基地局と移動端末３００との間の無線通信の方式は任意である。例えば、下りリンクではＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が採用され、上りリンクではＳＣ−ＦＤＭＡ（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access）が採用されてもよい。

この無線通信ネットワークでセルレンジエクスパンションが適用されると、ピコセルエリアＣｐは、その半径ひいては範囲が拡張させられる（図１に示すピコセルエリアＣｐ’）。したがって、ピコセルエリアの端部に位置する移動端末３００は、ピコセルエリアの拡張により、よりピコ基地局２００に接続しやすくなる。後述するように、セルレンジエクスパンション（ＣＲＥ）で拡張されるピコセルエリアの範囲は、移動端末３００によって異なる。

図２は、本発明の実施の形態に係る移動端末３００の構成を示すブロック図である。移動端末３００は、少なくとも１つの送受信アンテナ３１２、無線通信部３１０、信号分離部３２０、制御信号復調部３３０、データ信号復調部３３２、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio(信号対雑音干渉比）)計算部３３４、ＳＩＮＲ補正部３３５、ハンドオーバ判定部３３６、ハンドオーバ要求部３３７、およびオフセット値認識部３３８を備える。図２において、音声・映像等を出力する出力装置およびユーザからの指示を受け付ける入力装置等の図示は、便宜的に省略されている。図２に示すように、移動端末３００は複数の送受信アンテナ３１２を有するが、少なくとも１つの受信専用のアンテナと少なくとも１つの送信専用のアンテナを有していてもよい。

無線通信部３１０は、無線基地局（マクロ基地局１００、ピコ基地局２００）と無線通信を実行するための要素であり、無線基地局から送受信アンテナ３１２で受信された電波を電気信号に変換する受信回路と、音声信号等の電気信号を電波に変換して送受信アンテナ３１２で送信する送信回路とを有する。無線通信部３１０は、移動端末３００が在圏するマクロセルエリアＣｍを形成するマクロ基地局１００またはピコセルエリアＣｐを形成するピコ基地局２００から、接続先情報を受信する。接続先情報は、移動端末３００が接続すべき無線基地局（マクロ基地局１００またはピコ基地局２００）を指定する情報である。接続先情報に従って、移動端末３００はその接続先の無線基地局と通信する。

信号分離部３２０、制御信号復調部３３０、データ信号復調部３３２、ＳＩＮＲ計算部３３４、ＳＩＮＲ補正部３３５、ハンドオーバ判定部３３６、ハンドオーバ要求部３３７、およびオフセット値認識部３３８は、移動端末３００内の図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）が、図示しない記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。

信号分離部３２０は、無線通信部３１０で処理された信号から当該移動端末３００宛の信号を選択し、さらにそれらの信号を制御信号、データ信号および参照信号に分離する。制御信号復調部３３０は制御信号を復調する。データ信号復調部３３２は、復調された制御信号を参照して、データ信号の送信に利用されたリソースを識別して、データ信号を復調する。

ＳＩＮＲ計算部３３４は、信号分離部３２０によって分離されたマクロ基地局１００からの参照信号から、その信号対雑音干渉比（第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１）を算出する。また、ＳＩＮＲ計算部３３４は、ピコ基地局２００からの参照信号から、その信号対雑音干渉比（第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２）を算出する。ＳＩＮＲ計算部３３４は、当該移動端末３００が接続されるサービング無線基地局からの参照信号の信号対雑音干渉比を測定するだけでなく、サービング無線基地局の周辺にある周辺無線基地局からの参照信号の信号対雑音干渉比も測定する。

ＳＩＮＲ計算部３３４は、第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１を算出すると、無線通信部３１０を介して、サービング無線基地局（マクロ基地局１００またはピコ基地局２００）に送信する。

オフセット値認識部３３８は、マクロ基地局１００によって決定され、この移動端末３００に送信されたこの移動端末のＣＲＥのためのオフセット値ＣＳＯを認識する。オフセット値ＣＳＯは移動端末３００によって異なる。

ＳＩＮＲ補正部３３５は、第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２を、オフセット値認識部３３８によって認識されたオフセット値（バイアス値）ＣＳＯを用いて増加させる。例えば、ＳＩＮＲ２にオフセット値ＣＳＯを単純に加算してもよいし、第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２にオフセット値ＣＳＯをデシベルで加算してもよい。いずれにせよ、この処理により、ピコ基地局２００からの参照信号の受信品質が見かけの上で向上させられ、ピコセルエリアがオフセット値ＣＳＯに応じて拡張させられる。オフセット値ＣＳＯは移動端末３００によって異なるので、ＣＲＥで拡張されるピコセルエリアの範囲は、移動端末３００によって異なる。このように補正された第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２を補正された第２の信号対雑音干渉比（ＳＩＮＲ２＋ＣＳＯ）と呼ぶ。ＣＲＥが適用されていないときには、オフセット値ＣＳＯはゼロであり、ＳＩＮＲ補正部３３５は、第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２を増加させない。

ハンドオーバ判定部３３６は、第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１と第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２を比較する。具体的には、ハンドオーバ判定部３３６は、ＣＲＥが適用されていないときには、式１の条件が満たされるか否かを判定する。
ＳＩＮＲ１＞ＳＩＮＲ２ ...（式１）

ハンドオーバ判定部３３６は、ＣＲＥが適用されているときには、式２および式３の条件が満たされるか否かを判定する。
ＳＩＮＲ２＞Ｃ_ｔｈ ...（式２）
ＳＩＮＲ１＜ＳＩＮＲ２＋ＣＳＯ ...（式３）
ここで、Ｃ_ｔｈは所定の品質閾値である。

ハンドオーバ要求部３３７は、無線通信部３１０を介して、ハンドオーバ判定部３３６の判定に応じたハンドオーバ要求をサービング無線基地局（マクロ基地局１００またはピコ基地局２００）に送信する。

図３は、本発明の実施の形態に係るマクロ基地局１００の構成を示すブロック図である。マクロ基地局１００は、少なくとも１つの送受信アンテナ１１２、無線通信部１１０、基地局間通信部１２０、および制御部１３０を備える。図３に示すように、マクロ基地局１００は複数の送受信アンテナ１１２を有するが、少なくとも１つの受信専用のアンテナと少なくとも１つの送信専用のアンテナを有していてもよい。

無線通信部１１０は、移動端末３００と無線通信を実行するための要素であり、移動端末３００から送受信アンテナ１１２で受信された電波を電気信号に変換する受信回路と、音声信号等の電気信号を電波に変換して送受信アンテナ１１２で送信する送信回路とを有する。無線通信部１１０は、マクロセルエリアＣｍに在圏する各移動端末３００に接続先情報を示す無線信号を送信する。

基地局間通信部１２０は、他の無線基地局（マクロ基地局１００およびピコ基地局２００）と通信を実行するための要素であり、他の無線基地局と電気信号を送受信する。

制御部１３０は、トラヒック測定部１３４、ＣＲＥ発動指示部１３５、累積確率分布計算部１３６、閾値決定部１３７、オフセット値設定部１３８、および接続先指示部１３９を有する。制御部１３０は、例えばＣＰＵであり、その内部の要素は、ＣＰＵが図示しない記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。制御部１３０の内部の要素の動作の詳細は後述される。

図４は、本発明の実施の形態に係るピコ基地局２００の構成を示すブロック図である。ピコ基地局２００は、少なくとも１つの送受信アンテナ２１２、無線通信部２１０、基地局間通信部２２０および制御部２３０を備える。図４に示すように、ピコ基地局２００は複数の送受信アンテナ２１２を有するが、少なくとも１つの受信専用のアンテナと少なくとも１つの送信専用のアンテナを有していてもよい。

無線通信部２１０は、移動端末３００と無線通信を実行するための要素であり、移動端末３００から送受信アンテナ２１２で受信された電波を電気信号に変換する受信回路と、電気信号を電波に変換して送受信アンテナ２１２で送信する送信回路とを有する。基地局間通信部２２０は、ピコ基地局２００自身が接続されるマクロ基地局１００および他の無線基地局と通信を実行するための要素であり、マクロ基地局１００および他の無線基地局と電気信号を送受信する。制御部２３０は、例えばＣＰＵである。

図５は、本発明の実施の形態に係る無線通信ネットワークにおける、ＣＲＥが適用されていないときの移動端末１００のハンドオーバの動作を示す情報フローダイアグラムである。図５に示す情報フローダイアグラムは、移動端末３００がマクロ基地局１００と接続していることを前提としている。

移動端末３００は、マクロ基地局１００およびピコ基地局２００からの参照信号を受信し、移動端末３００のＳＩＮＲ計算部３３４（図２参照）は、第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１と第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２を算出する。ハンドオーバ判定部３３６は、式１の条件が満たされるか否かを判定する。ＳＩＮＲ１＞ＳＩＮＲ２の場合には、移動端末３００のハンドオーバ要求部３３７はハンドオーバ要求を送信しない。移動端末３００はマクロ基地局１００に接続された状態を維持する。ＳＩＮＲ１＜ＳＩＮＲ２の場合には、ハンドオーバ要求部３３７はハンドオーバ要求を送信する。

マクロ基地局１００の接続先指示部１３９（図３参照）は、移動端末３００からのハンドオーバ要求を受信し、無線通信部１１０を介して、その移動端末３００が接続すべき無線基地局すなわちピコ基地局２００を示す接続先情報を移動端末３００に送信する。また、接続先指示部１３９は、基地局間通信部１２０を介して、その移動端末３００が接続すべきピコ基地局２００に移動端末３００との接続を指示する。こうして、移動端末３００の接続先がピコ基地局２００に変更される。

図示しないが、移動端末３００がピコ基地局２００に接続しているときに、ＳＩＮＲ１＞ＳＩＮＲ２であれば、移動端末３００のハンドオーバ要求部３３７はハンドオーバ要求を送信する。ハンドオーバ要求はピコ基地局２００を経てマクロ基地局１００にまたはマクロ基地局１００に直接的に受信される。接続先指示部１３９は、無線通信部１１０を介して、その移動端末３００が接続すべき無線基地局すなわちマクロ基地局１００を示す接続先情報を送信する。移動端末３００は、マクロ基地局１００から直接またはピコ基地局２００を介して、接続先情報を受信する。また、接続先指示部１３９は、基地局間通信部１２０を介して、その移動端末３００が接続されていたピコ基地局２００に移動端末３００との接続を解放するよう指示する。こうして、移動端末３００の接続先がマクロ基地局１００に変更される。ＳＩＮＲ１＜ＳＩＮＲ２の場合には、移動端末３００のハンドオーバ要求部３３７はハンドオーバ要求を送信しない。移動端末３００はピコ基地局２００に接続された状態を維持する。

図６は、本発明の実施の形態に係る無線通信ネットワークにおける、ＣＲＥの発動およびＣＲＥが適用されるときの移動端末１００のハンドオーバの動作を示す情報フローダイアグラムである。

マクロ基地局１００のトラヒック測定部１３４（図３参照）は、このマクロ基地局１００がサービングしている複数の移動端末３００に関する通信トラヒックを測定する。測定される通信トラヒックは、下りリンクのトラヒックでもよいし、上りリンクのトラヒックでもよいし、両方のトラヒックでもよい。マクロ基地局１００のＣＲＥ発動指示部１３５は、トラヒック測定部１３４で測定されるトラヒックがある閾値を超えると、無線通信部１１０を介してＣＲＥの発動指示を送信する。ＣＲＥの発動指示は移動端末３００で受信される。通信トラヒックの代わりにマクロ基地局１００がサービングしている移動端末３００の数をＣＲＥの発動指示の基準にしてもよい。

ＣＲＥ発動指示部１３５がＣＲＥの発動指示を送信すると、マクロ基地局１００の累積確率分布計算部１３６は、複数の移動端末３００で計算された複数の第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１の累積確率分布を計算する。累積確率分布を計算するための移動端末３００は、マクロ基地局１００がサービングしている移動端末３００であってもよいし、マクロ基地局１００がサービングしている移動端末３００、およびマクロ基地局１００のマクロセルエリアＣｍに位置するすべてのピコ基地局２００がサービングしている移動端末３００であってもよい。ＣＲＥの発動指示の送信前に、累積確率分布計算部１３６は、これらの移動端末３００から第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１を受信済みである。

マクロ基地局１００の閾値決定部１３７は、累積確率分布計算部１３６によって計算された累積確率分布上で、ある累積確率値αに対応する第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１の値を、閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈとして決定する。閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈは、ＣＲＥのためのオフセット値ＣＳＯの決定に用いられる。

マクロ基地局１００のオフセット値設定部１３８は、各移動端末３００にオフセット値ＣＳＯを設定する。図７および図８は、複数の移動端末から得られる第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１の累積確率分布の例を示すグラフである。閾値決定部１３７によって、ある累積確率値αに対応する閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈが決定される。オフセット値設定部１３８は、第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１が閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈより大きい移動端末３００については、その移動端末３００のためのＣＲＥで用いるオフセット値ＣＳＯを第１のオフセット値ＣＳＯ_lowに設定する。オフセット値設定部１３８は、第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１が閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈより小さい移動端末３００については、第１のオフセット値ＣＳＯ_lowよりも大きい第２のオフセット値ＣＳＯ_highを、その移動端末３００のためのＣＲＥで用いるオフセット値ＣＳＯとして設定する。第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１が閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈと同じである移動端末３００については、ＣＲＥで用いるオフセット値ＣＳＯを第１のオフセット値ＣＳＯ_lowおよび第２のオフセット値ＣＳＯ_highのいずれに決定してもよい。

図７および図８に示すように、、第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１の累積確率分布は各移動端末１００の位置によって変化するので、累積確率値α（累積確率の基準値）が固定値であっても、閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈは状況によって変化する。累積確率値αは、ピコ基地局２００のピコセルエリアＣｐのサイズ、マクロ基地局１００に接続されるピコ基地局２００の数、マクロ基地局１００の送信電力およびピコ基地局２００の送信電力などのパラメータによって決定された固定値であってよい。但し、累積確率値αは可変値であってもよく、これらのパラメータに基づいてマクロ基地局１００の制御部１３０が累積確率値αを決定してもよい。

図６に示すように、マクロ基地局１００のオフセット値設定部１３８は、各移動端末３００のオフセット値ＣＳＯ（第１のオフセット値ＣＳＯ_lowまたは第２のオフセット値ＣＳＯ_high）を決定すると、そのオフセット値ＣＳＯを対応する移動端末３００に通知する。

ＣＲＥの発動後、移動端末３００のハンドオーバ判定部３３６はハンドオーバ判定を行う。すなわち、ハンドオーバ判定部３３６は式２および式３の条件が満たされるか否かを判定する。式２または式３の条件が満たされない場合には、移動端末３００のハンドオーバ要求部３３７はハンドオーバ要求を送信しない。したがって、マクロ基地局１００の接続先指示部１３９は移動端末３００の接続先の変更を指示しない。移動端末３００はマクロ基地局１００に接続された状態を維持する。式２および式３の両方の条件が満たされる場合には、ハンドオーバ要求部３３７はハンドオーバ要求を送信する。

図示しないが、移動端末３００がピコ基地局２００に接続しているときに、ＳＩＮＲ２＜Ｃ_ｔｈであれば、移動端末３００のハンドオーバ要求部３３７はハンドオーバ要求を送信してもよい。あるいは、ＳＩＮＲ１＞ＳＩＮＲ２＋ＣＳＯであれば、移動端末３００のハンドオーバ要求部３３７はハンドオーバ要求を送信してもよい。ハンドオーバ要求は、ピコ基地局２００を経てマクロ基地局１００に、あるいはマクロ基地局１００に直接的に受信される。接続先指示部１３９は、無線通信部１１０を介して、その移動端末３００が接続すべき無線基地局すなわちマクロ基地局１００を示す接続先情報を送信する。移動端末３００は、マクロ基地局１００から直接またはピコ基地局２００を介して、接続先情報を受信する。また、接続先指示部１３９は、基地局間通信部１２０を介して、その移動端末３００が接続されていたピコ基地局２００に移動端末３００との接続を解放するよう指示する。こうして、移動端末３００の接続先がマクロ基地局１００に変更される。式２および式３の両方の条件が満たされる場合には、移動端末３００のハンドオーバ要求部３３７はハンドオーバ要求を送信しない。移動端末３００はピコ基地局２００に接続された状態を維持する。

図示しないが、ＣＲＥの発動指示の後、移動端末３００は、第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１をマクロ基地局１００に繰り返し報告する。したがって、マクロ基地局１００の累積確率分布計算部１３６は、第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１の累積確率分布を更新し、閾値決定部１３７は閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈを更新し、オフセット値設定部１３８は各移動端末３００に与えるオフセット値ＣＳＯ（第１のオフセット値ＣＳＯ_lowまたは第２のオフセット値ＣＳＯ_high）を更新し、各マクロ基地局１００に伝達する。図７および図８を参照して上記したように、累積確率分布は各移動端末１００の位置によって変化するので、その時々に応じた適切な第１のオフセット値ＣＳＯ_lowまたは第２のオフセット値ＣＳＯ_highが移動端末３００に指示される。移動端末３００のハンドオーバ判定部３３６はハンドオーバ判定を繰り返し、上記のハンドオーバの条件が満たされれば、ハンドオーバ要求部３３７はハンドオーバ要求を送信する。

この実施の形態によれば、ＣＲＥのためにピコ基地局２００からの無線信号の第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２を増加させるオフセット値ＣＳＯとして、第１のオフセット値ＣＳＯ_lowまたは第２のオフセット値ＣＳＯ_highが、各移動端末３００に対して設定される。マクロ基地局１００からの無線信号の第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１が閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈより大きい移動端末３００には、より小さい第１のオフセット値ＣＳＯ_lowが与えられ、第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１が閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈより小さい移動端末３００には、より大きい第２のオフセット値ＣＳＯ_highが与えられる。オフセット値ＣＳＯを決定するための閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈは、マクロセルエリアＣｍの複数の移動端末３００の第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１の累積確率分布に基づいて決定されるため、マクロ基地局１００に接続する方が好ましい可能性が高い移動端末３００にはより小さいオフセット値ＣＳＯ_lowが与えられ、ピコ基地局２００に接続する方が好ましい可能性が高い移動端末３００にはより大きいオフセット値ＣＳＯ_highが与えられる。これにより、オフセット値ＣＳＯがすべての移動端末３００に対して一定である場合と比較して、多くの移動端末３００の受信品質を高く確保することが可能である。移動端末３００が適切な接続先に接続することにより、その移動端末の通信スループットが高く確保され、ひいてはネットワーク全体の通信スループットが向上する。

しかも、オフセット値ＣＳＯを決定するための閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈは、マクロセルエリアＣｍの複数の移動端末３００の第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１の累積確率分布に基づいて決定される。そのため、この閾値ＳＩＮＲ１_ｔｈは、多くの移動端末３００のマクロ基地局１００からの無線信号の受信品質に応じて可変である。したがって、各移動端末３００にいずれのオフセット値を設定するか、状況に応じて適切に決定することが可能である。

また、図６を参照して上記したように、ハンドオーバ判定において式２または式３の条件が満たされない場合には、移動端末３００のハンドオーバ要求部３３７は、マクロ基地局１００からピコ基地局２００へのハンドオーバの要求を送信しない。したがって、マクロ基地局１００の接続先指示部１３９は移動端末３００の接続先の変更を指示しない。移動端末３００はマクロ基地局１００に接続された状態を維持する。ハンドオーバ判定部３３６が、マクロ基地局１００からピコ基地局２００へのハンドオーバ要求を送信するのは、ＳＩＮＲ１＜ＳＩＮＲ２＋ＣＳＯかつＳＩＮＲ２＞Ｃ_ｔｈの場合である。したがって、マクロ基地局１００の接続先指示部１３９は、第１のオフセット値ＣＳＯ_lowまたは第２のオフセット値ＣＳＯ_highで増加させられた第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２が第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１より大きく、かつ移動端末３００がピコ基地局２００に接続されたとしたらその移動端末３００での受信品質（ここではＳＩＮＲ２）が品質閾値Ｃ_ｔｈよりも高い場合に、その移動端末３００の無線接続先をマクロ基地局１００からピコ基地局２００に変更する。たとえオフセット値ＣＳＯで増加させられた第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２が第１の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ１より大きくても、移動端末３００がピコ基地局２００に接続されたとしたらその移動端末３００での受信品質が大きく低下する場合には、ピコ基地局２００にハンドオーバされない。したがって、ピコ基地局２００と接続することにより通信品質が劣化する移動端末３００の確率を抑圧することができる。ハンドオーバ判定において、品質閾値と比較されるのは、第２の信号対雑音干渉比ＳＩＮＲ２に限らず、ピコ基地局２００からの無線信号の参照信号受信電力（ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power））、参照信号受信品質（ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality））、またはその他の品質指標であってもよい。

図９は、実施の形態の効果を確認するためのシステムレベルシミュレーションの結果を示すグラフである。このシミュレーションは、複数の基地局と多くの移動端末を含むサービスエリア全体のシミュレーションである。シミュレーションにおいて、サービスエリアには１９のマクロ基地局が配置され、各マクロ基地局が３セクターを有すると想定されている。ヘテロジーニアスネットワークのシミュレーションでは、１セクターあたり４つのピコ基地局（したがって全部で２２８のピコ基地局）が配置されていると想定されている。ホモジーニアスネットワークのシミュレーションでは、ピコ基地局は配置されないと想定されている。シミュレーションで使用される詳細パラメータは、3GPPで用いられているものと同等であり、例えば、周波数帯域幅は１０ＭＨｚ、最大の変調方式は64QAMである。

ホモジーニアスネットワークと、異なるオフセット値ＣＳＯ（固定値）を使用する６のヘテロジーニアスネットワークと、本発明の実施の形態のヘテロジーニアスネットワークの平均ユーザスループットおよびセル端ユーザスループットを調査した。平均ユーザスループットは、接続先がマクロ基地局かピコ基地局かに関わらないネットワーク全体のすべてのユーザ端末のスループットの平均である。セル端ユーザスループットは、接続先がマクロ基地局かピコ基地局かに関わらないネットワーク全体のすべてのユーザ端末のうち、スループットが下位５％に属するユーザ端末のスループットの平均である。図９において、横軸のＣＳＯは、固定のオフセット値ＣＳＯを使用するヘテロジーニアスネットワークのオフセット値ＣＳＯ（dB）を示す。ＣＳＯ＝０はＣＲＥを実施しないことを示す。

図９から明らかなように、ヘテロジーニアスネットワークでは、オフセット値ＣＳＯが大きいほど平均ユーザスループットは劣化した。セル端ユーザスループットはオフセット値ＣＳＯが０〜４の範囲ではＣＳＯが大きいほど改善した。この結果は、ＣＲＥの適用によるオフロード（offload）効果に起因すると考えられる。しかし、オフセット値ＣＳＯが４を超えるとＣＳＯが大きいほど、セル端ユーザスループットは著しく劣化した。この結果は、オフセット値ＣＳＯが大きいほど、マクロ基地局に接続する方が好ましいがピコ基地局に接続する移動端末が増えることに起因すると考えられる。

本発明の実施の形態に係るネットワークでは、ＣＳＯ＝０または２のときの平均ユーザスループットと同等の平均ユーザスループットが達成され、さらにセル端ユーザスループットは他のどのネットワークと比較しても良好であった。したがって、実施の形態に係るネットワークによれば、すべての端末に対して固定のオフセット値ＣＳＯを与える他のネットワークと比べて、平均ユーザスループットを維持しながらセルエッジユーザスループットを改善できることが分かった。

上記の実施の形態において、マクロ基地局１００またはピコ基地局２００からの無線信号のＳＩＮＲは、他の目的のオフセット値で補正してもよい。例えば、一旦ハンドオーバされた移動端末３００が元の基地局にすぐにハンドオーバされることを防止するためのヒステリシス用のオフセット値を使用してもよい。

上記の実施の形態において、移動端末３００はハンドオーバ判定結果に応じてハンドオーバ要求を送信し、マクロ基地局１００がハンドオーバ要求に応答して移動端末３００の無線接続先を指示する。しかし、移動端末３００がピコ基地局２００に接続されている場合には、ピコ基地局２００がハンドオーバ要求に応答して移動端末３００の無線接続先を指示してもよい。

上記の実施の形態では、マクロ基地局１００よりも送信能力の低い基地局（小電力無線基地局）としてピコ基地局２００が例示されるが、マイクロ基地局、ナノ基地局、フェムト基地局等が送信能力の低い小電力無線基地局として採用されてもよい。

マクロ基地局１００、ピコ基地局２００、移動端末３００においてＣＰＵが実行する各機能は、ＣＰＵの代わりに、ハードウェアで実行してもよいし、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスで実行してもよい。

図１０は、実施の形態のさらなる変形に係る無線通信ネットワークの概略図である。この無線通信ネットワークは、複数のマクロ基地局１００に接続されたネットワーク制御装置４００を備える。上記の実施の形態でのマクロ基地局１００の機能の一部（例えば、トラヒック測定部１３４、ＣＲＥ発動指示部１３５、累積確率分布計算部１３６、閾値決定部１３７、オフセット値設定部１３８および接続先指示部１３９に相当する機能の全部または一部）は、ネットワーク制御装置４００が実行してもよい。

１００マクロ基地局（大電力無線基地局）、Ｃｍマクロセルエリア（第１のセルエリア）、１３０制御部、１３４トラヒック測定部、１３５ＣＲＥ発動指示部、１３６累積確率分布計算部、１３７閾値決定部、１３８オフセット値設定部、１３９接続先指示部、２００ピコ基地局（小電力無線基地局）、Ｃｐピコセルエリア（第２のセルエリア）、２３０制御部、３００移動端末、３２０信号分離部、３３０制御信号復調部、３３２データ信号復調部、３３４ＳＩＮＲ計算部、３３５ＳＩＮＲ補正部、３３６ハンドオーバ判定部、３３７ハンドオーバ要求部、３３８オフセット値認識部、４００ネットワーク制御装置。

Claims

第１のセルエリアを形成し、複数の移動端末と通信する大電力無線基地局と、
前記大電力無線基地局と接続するとともに、複数の移動端末と通信し、前記大電力無線基地局の送信電力よりも送信電力が小さく、前記第１のセルエリア内に前記第１のセルエリアよりも小さい第２のセルエリアを形成し、前記大電力無線基地局で使用される無線リソースと同じ無線リソースを使用して移動端末へ無線送信を行う少なくとも１つの小電力無線基地局と、
移動端末の無線接続先である無線基地局を指示する接続先指示部と、
前記第１のセルエリア内の複数の移動端末における、前記大電力無線基地局からの無線信号の信号対雑音干渉比である複数の第１の信号対雑音干渉比の累積確率分布を計算する累積確率分布計算部と、
前記累積確率分布上でのある累積確率値に対応する第１の信号対雑音干渉比を閾値として決定する閾値決定部と、
移動端末の第１の信号対雑音干渉比が前記閾値より大きい場合に、その移動端末における小電力無線基地局からの無線信号の信号対雑音干渉比である第２の信号対雑音干渉比をその移動端末のためのセルレンジエクスパンションのために増加させるオフセット値を第１のオフセット値に設定し、移動端末の第１の信号対雑音干渉比が前記閾値より小さい場合に、その移動端末のための前記オフセット値を前記第１のオフセット値よりも大きい第２のオフセット値に設定するオフセット値設定部とを備えることを特徴とする無線通信ネットワーク。
前記接続先指示部は、前記第１のオフセット値または前記第２のオフセット値で増加させられた前記第２の信号対雑音干渉比が前記第１の信号対雑音干渉比より大きく、かつ移動端末が前記小電力無線基地局に接続されたとしたらその移動端末での受信品質が品質閾値よりも高い場合に、その移動端末の無線接続先を前記大電力無線基地局から前記小電力無線基地局に変更することを特徴とする請求項１に記載の無線通信ネットワーク。
第１のセルエリアを形成し、複数の移動端末と通信する大電力無線基地局であって、
複数の移動端末と通信し、前記大電力無線基地局の送信電力よりも送信電力が小さく、前記第１のセルエリア内に前記第１のセルエリアよりも小さい第２のセルエリアを形成し、前記大電力無線基地局で使用される無線リソースと同じ無線リソースを使用して移動端末へ無線送信を行う少なくとも１つの小電力無線基地局と通信する基地局間通信部と、
移動端末の無線接続先である無線基地局を指示する接続先指示部と、
前記第１のセルエリア内の複数の移動端末における、前記大電力無線基地局からの無線信号の信号対雑音干渉比である複数の第１の信号対雑音干渉比の累積確率分布を計算する累積確率分布計算部と、
前記累積確率分布上でのある累積確率値に対応する第１の信号対雑音干渉比を閾値として決定する閾値決定部と、
移動端末の第１の信号対雑音干渉比が前記閾値より大きい場合に、その移動端末における小電力無線基地局からの無線信号の信号対雑音干渉比である第２の信号対雑音干渉比をその移動端末のためのセルレンジエクスパンションのために増加させるオフセット値を第１のオフセット値に設定し、移動端末の第１の信号対雑音干渉比が前記閾値より小さい場合に、その移動端末のための前記オフセット値を前記第１のオフセット値よりも大きい第２のオフセット値に設定するオフセット値設定部とを備えることを特徴とする大電力無線基地局。
前記接続先指示部は、前記第１のオフセット値または前記第２のオフセット値で増加させられた前記第２の信号対雑音干渉比が前記第１の信号対雑音干渉比より大きく、かつ移動端末が前記小電力無線基地局に接続されたとしたらその移動端末での受信品質が品質閾値よりも高い場合に、その移動端末の無線接続先を前記大電力無線基地局から前記小電力無線基地局に変更することを特徴とする請求項３に記載の大電力無線基地局。