JP2022089084A - 移動通信システム及び基地局間連携制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コードブック型ビームフォーミング制御を行う複数の基地局が形成した複数のセルに在圏する全端末の合計スループットは劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善するとともに、そのスループット改善のための計算量を削減する。【解決手段】基地局間連携制御装置は、複数の基地局のそれぞれについて、複数の端末が測定して基地局にフィードバックした複数の受信品質のフィードバック情報を基地局から取得し、複数の基地局と複数のビームとの複数の組み合わせのそれぞれについて、複数の受信品質のフィードバック情報に基づいて、複数の端末に対する複数のスループットを計算し、複数のスループットの計算結果に基づいて複数の組み合わせのいずれか１つの組み合わせを選択し、複数の基地局のそれぞれに、選択した組み合わせに関する情報を送信し、２回目以降の選択処理において直前の選択処理の結果に基づいて選択可能な候補ビームの数を制限する。【選択図】図２

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り （１）令和２年９月１日に、ＥｉＣ 電子情報通信学会 ２０２０年ソサイエティ大会講演論文集（ＤＶＤ及びＷＥＢ公開），Ｂ－１－５（一般社団法人電子情報通信学会）にて公開 （２）令和２年９月１７日に、ＥｉＣ 電子情報通信学会 ２０２０年ソサイエティ大会，ＷＥＢ開催（Ｚｏｏｍ）にて発表

本発明は、基地局間連携ビームフォーミング制御に関するものである。

従来、多素子（合計１２８素子）のアンテナを有する互いに隣接する２台の基地局の間で協調したビームフォーミングをデジタル信号処理により実現し、セル境界エリアに位置する複数（８台）のユーザ（端末）における干渉を低減するようにビームフォーミングを連携制御する移動通信システムが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

日本電気株式会社，株式会社ＮＴＴドコモ，「（お知らせ）基地局間協調ビームフォーミングを用いた干渉低減による複数移動局への５Ｇ無線通信を実現－デジタル信号処理によるビーム制御を活用した干渉低減－」，［ｏｎｌｉｎｅ］，報道発表資料，２０１８年５月２３日，［２０２０年８月２１日検索］，インターネット＜https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2018/05/23_00.html＞

上記従来のビームフォーミング連携制御では、各基地局で形成されるビームにおける利得が高い多素子アンテナを用いるため、隣接していない基地局間での干渉が発生するおそれがある。このような隣接していない基地局間での干渉を考慮して広域の対象エリアにおける複数のセルに在圏する全端末の合計スループットは劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善したい、という課題がある。

本発明の一態様に係る移動通信システムは、対象エリア内に複数のセルを形成するように配置され、前記セル内の複数の移動可能な端末のそれぞれに対して予め複数のビームを定義して用いるコードブック型のビームフォーミング制御を行う多素子アンテナを有する複数の基地局と、前記複数の基地局を制御する基地局間連携制御装置とを備える移動通信システムである。この移動通信システムの前記基地局間連携制御装置は、前記複数の基地局のそれぞれについて、前記セル内の複数のビームに対応する複数の端末が測定して前記基地局にフィードバックした複数の受信品質のフィードバック情報を前記基地局から取得する情報取得手段と、前記複数の基地局と前記複数のビームとの組み合わせからなる複数の組み合わせのそれぞれについて、前記複数の端末からフィードバックされた前記複数の受信品質のフィードバック情報に基づいて、前記複数の端末に対する複数のスループットを計算するスループット計算手段と、前記複数の組み合わせのそれぞれについて計算した前記複数の端末に対する前記複数のスループットの計算結果に基づいて、前記複数の組み合わせのいずれか１つの組み合わせを選択する選択手段と、前記複数の基地局のそれぞれに、前記選択した組み合わせに関する情報を送信する情報送信手段と、前記スループットの計算結果に基づいて前記ビーム組み合わせを選択する選択処理を所定の時間間隔Δｔで繰り返して実行する場合、前記複数の基地局それぞれについて、選択可能な候補ビームの数を制限しない初回のビーム組み合わせの選択処理の後の２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において、直前のビーム組み合わせの選択処理の結果に基づいて前記選択可能な候補ビームの数を制限する候補ビーム制御手段と、を備える。前記複数の基地局はそれぞれ、前記選択した組み合わせに関する情報に基づいて、自局の複数のビームを制御する。前記基地局間連携制御装置は、前記複数の基地局それぞれについて、前記２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において前記フィードバック情報を取得した前記複数の端末の組み合わせが、前記直前のビーム組み合わせの選択処理において前記フィードバック情報を取得した前記複数の端末の組み合わせと異なる場合は、前記選択可能な候補ビームの数を制限しないで前記ビーム組み合わせの選択処理を行う。

前記移動通信システムにおいて、前記基地局間連携制御装置は、前記２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において一定時間が経過した後に前記選択可能な候補ビームの数を増やしてもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記基地局間連携制御装置は、前記複数の基地局それぞれについて、前記２回目以降のビーム組み合わせの選択処理におけるスループットが、前記直前のビーム組み合わせの選択処理におけるスループットに対して所定の閾値以上に低下したとき、前記選択可能な候補ビームの数を増やしてもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記基地局間連携制御装置は、前記直前のビーム組み合わせの選択処理におけるスループットに対する前記２回目以降のビーム組み合わせの選択処理におけるスループットの差分の大きさに応じて、前記選択可能な候補ビームの数を変更してもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記基地局間連携制御装置は、前記複数の基地局それぞれについて、前記基地局に対する前記端末の移動方向、前記基地局と前記端末との距離、及び、前記基地局のセルに在圏する端末の密度を含む環境情報の少なくとも１つに基づいて、前記選択可能な候補ビームの数を変更してもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記基地局間連携制御装置は、前記複数の組み合わせの中から、前記複数の組み合わせのそれぞれについて計算した前記複数の端末に対する前記複数のスループットにおける最低スループットが最大になる組み合わせを選択してもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記基地局間連携制御装置は、前記複数の組み合わせの中から、前記複数の組み合わせのそれぞれについて計算した前記複数の端末に対する前記複数のスループットにおける最低スループットが最大になる組み合わせと、前記最低スループットが前記最大の値から所定値だけ低い許容下限スループット以上の１又は複数の組み合わせとを仮選択し、前記仮選択した複数の組み合わせの中から、前記複数の端末に対する前記複数のスループットの合計が最大になる組み合わせを選択してもよい。

前記移動通信システムにおいて、前記基地局間連携制御装置は、前記複数の組み合わせの中から、前記複数の組み合わせのそれぞれについて計算した前記複数の端末に対する前記複数のスループットにおける最低スループットと前記複数のスループットの合計との積が最大になる組み合わせを選択してもよい。

本発明の他の態様に係る基地局間連携制御装置は、対象エリア内に複数のセルを形成するように配置され前記セル内の複数の移動可能な端末のそれぞれに対して予め複数のビームを定義して用いるコードブック型のビームフォーミング制御を行う多素子アンテナを有する複数の基地局を制御する基地局間連携制御装置である。この基地局間連携制御装置は、前記複数の基地局のそれぞれについて、前記セル内の複数のビームに対応する複数の端末が測定して前記基地局にフィードバックした複数の受信品質のフィードバック情報を前記基地局から取得する情報取得手段と、前記複数の基地局と前記複数のビームとの組み合わせからなる複数の組み合わせのそれぞれについて、前記複数の端末からフィードバックされた前記複数の受信品質のフィードバック情報に基づいて、前記複数の端末に対する複数のスループットを計算するスループット計算手段と、前記複数の組み合わせのそれぞれについて計算した前記複数の端末に対する前記複数のスループットの計算結果に基づいて、前記複数の組み合わせのいずれか１つの組み合わせを選択する選択手段と、前記複数の基地局のそれぞれに、前記選択した組み合わせに関する情報を送信する情報送信手段と、前記スループットの計算結果に基づいて前記ビーム組み合わせを選択する選択処理を所定の時間間隔Δｔで繰り返して実行する場合、前記複数の基地局それぞれについて、選択可能な候補ビームの数を制限しない初回のビーム組み合わせの選択処理の後の２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において、直前のビーム組み合わせの選択処理の結果に基づいて前記選択可能な候補ビームの数を制限する候補ビーム制御手段と、を備える。基地局間連携制御装置は、前記複数の基地局それぞれについて、前記２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において前記フィードバック情報を取得した前記複数の端末の組み合わせが、前記直前のビーム組み合わせの選択処理において前記フィードバック情報を取得した前記複数の端末の組み合わせと異なる場合は、前記選択可能な候補ビームの数を制限しないで前記ビーム組み合わせの選択処理を行う。

本発明によれば、対象エリア内に複数のセルを形成するように配置され多素子アンテナを用いて端末に対するコードブック型のビームフォーミング制御を行う複数の基地局を含む移動通信システムにおいて、複数のセルに在圏する全端末の合計スループットは劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善することができるとともに、そのスループット改善のための計算量を削減することができる。

本発明の一実施形態に係る移動通信システムの全体構成の一例を示す説明図。 本実施形態に係る基地局間連携ＢＦ制御の一例を示すフローチャート。 ビーム組み合わせ選択処理の一例を示すフローチャート。 ビーム組み合わせ選択処理の他の例を示すフローチャート。 ビーム組み合わせ選択処理の更に他の例を示すフローチャート。 基地局のビームと移動中の端末と関係の一例を示す説明図。 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る基地局間連携制御装置における候補ビーム制御及びその効果の一例を示す説明図。 本実施形態に係る基地局間連携制御装置における候補ビーム制御の一例を示すフローチャート。 本実施形態に係る基地局間連携制御装置における候補ビーム制御の他の例を示すフローチャート。 本実施形態に係る基地局間連携制御装置における候補ビーム制御の更に他の例を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本書に記載された実施形態に係るシステムは、コードブック型のビームフォーミング制御を行う多素子アンテナを有する複数の基地局の複数基地局間連携ビームフォーミング制御技術におけるビーム選択計算量を削減することができる移動通信システムである。

図１は、本発明の一実施形態に係る移動通信システムにおけるセル構成の一例を示す説明図である。図１において、本実施形態の移動通信システムは、対象エリア内に複数のセル２０Ａを形成するように配置された複数の基地局２０を備えている。なお、図１では基地局数が５の場合について示しているが、基地局数は２～４でもよいし、又は、６以上であってもよい。

各基地局２０は、自局のセル２０Ａ内の通信品質であるスループットを向上させるために、多素子アンテナ２０１を有し、セル２０Ａ内の複数の移動可能な端末１０のそれぞれに対して比較的狭いビーム幅の複数のビーム２０Ｂを向けるように制御するビームフォーミング制御を行うことができる。なお、図１では各基地局２０のビーム数が４の場合について示しているが、ビーム数は２～３でもよいし、又は、５以上であってもよい。また、図１中の実線で示したビーム２０Ｂは、基地局２０で選択して形成可能な複数のビームの候補のうち、実際に端末１０との通信に選択して使用されているビームであり、破線で示したビーム２０Ｂは端末１０との通信に使用されていないビームである。

本実施形態におけるビームフォーミング制御は、コードブックに基づいて複数のビームを制御するコードブック型のビームフォーミング制御である。コードブックは、複数の基地局２０それぞれの指向性の方向が決められた複数組のビームの候補に対する複数組のプリコーディングウェイト行列の候補の情報を含む。プリコーディングウェイト行列は、無線信号の送信時又は受信時に多素子アンテナ２０１に設定する位相及び振幅の制御量を示す行列である。

基地局２０は、マクロセルを形成する。マクロセル基地局であってもよいし、スモールセル基地局等の他のサイズのセルを形成する基地局であってもよい。また、基地局２０は、ｅＮｏｄｅＢ（ｅｖｏｌｖｅｄ Ｎｏｄｅ Ｂ：ｅＮＢ）、ｇＮｏｄｅＢ（ｇＮＢ）、ｅｎ－ＮｏｄｅＢ（ｅｎ－ｇＮＢ）、アクセスポイント等と呼ばれる無線通信装置であってもよい。

本実施形態の基地局２０を含む無線ネットワーク構成は、特定の構成に限定されない。例えば、図１に例示する無線ネットワーク構成はＤ－ＲＡＮ（分散型無線アクセスネットワーク）構成であり、図中の各基地局２０は、多素子アンテナ２０１及び無線送受信装置と、ベースバンド信号処理装置とを備える。ベースバンド信号処理装置は、例えば、コードブック型のビームフォーミング制御により形成される複数のビームにより複数の端末１０との間で下りリンクのＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を行うための構成を有する。例えば、ベースバンド信号処理装置は、直並列変換部、前記コードブックの情報に基づいてプリコーディング処理を行うプリコーディング部、前記コードブックの情報を記憶するコードブック記憶部、各部を制御する制御部などを有する。

なお、無線ネットワーク構成はＣ－ＲＡＮ（集中型無線アクセスネットワーク）構成であってもよい。この場合は、図中の複数の基地局２０の位置に多素子アンテナ及び無線送受信装置を有する複数のＲＲＨ（遠隔無線ヘッダ）（「張り出し基地局」、「光張り出し装置」ともいう。）が配置される。複数のＲＲＨは、光ファイバ、基地局間インターフェース（例えばＬＴＥではｘ２インターフェース）等の有線通信回線又は無線通信回線などの通信回線を介して、各基地局２０のベースバンド信号処理を行う共通のＢＢＵ（ベースバンドユニット）に接続されている。

端末１０は、携帯電話機、スマートフォン、移動通信機能を有する携帯パソコン等であり、ユーザ装置（ＵＥ）、移動局、移動機、携帯型の通信端末とも呼ばれる。端末１０は、自動車やドローンなどの移動体に組み込まれたモジュール状の移動局であってもよいし、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）向けデバイスの端末装置であってもよい。

端末１０は、例えばＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータ装置、無線通信部などのハードウェアを用いて構成され、所定のプログラムが実行されることにより基地局２０との間の無線通信等を行うことができる。

端末１０は、セル２０Ａ内に位置するときには、そのセル２０Ａに対応する基地局２０を介して移動通信網側と通信する。また、端末１０は、複数のセル２０Ａが重複しているセル境界エリアに移動すると、その複数のセル２０Ａのいずれかの基地局２０を介して移動通信網側と通信する。

端末１０は、例えば、在圏するセル２０Ａの基地局２０との間で下りリンクのＭＩＭＯ伝送を行うためのアンテナ、無線送受信装置、分配器、データ復号部、並直列変換部、伝搬路推定部、フィードバック情報生成部、制御部などを有する。フィードバック情報は、例えば、端末１０が基地局２０から受信した無線信号の受信電力（ＲＳＲＰ）等の情報である。フィードバック情報は、端末１０が測定した測定報告（ＭＲ）として、端末１０から、端末１０が接続しているセル２０Ａの基地局２０に送信される。

各基地局２０と端末１０との間の無線通信には、同一無線伝送方式及び同一周波数帯（例えば、６ＧＨｚ以下の周波数）が使用されている。無線伝送方式としては、例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）やＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄの通信方式、第４世代移動通信システム（４Ｇ）の通信方式、第５世代移動通信システム（５Ｇ）の通信方式、及びそれ以降の次世代の移動通信システムの通信方式などを採用することができる。

また、各基地局２０は、例えばＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータ装置、コアネットワークに対する外部通信インターフェース部、無線通信部などのハードウェアを用いて構成され、所定のプログラムが実行されることにより、各種の通信を行うことができる。例えば、各基地局２０は、端末１０との間の無線通信やコアネットワーク側との通信を行う。また、各基地局２０は、有線又は無線の制御用通信網を介して後述の基地局間連携ビームフォーミング制御装置（以下「基地局間連携制御装置」という。）３０との通信を行う。また、各基地局２０は、有線又は無線の基地局間通信網を介して自局以外の他の基地局との通信を行う。

上記構成の移動通信システムにおいて、各基地局２０で形成されるビーム２０Ｂにおける利得が高い多素子アンテナ２０１を用いているため、隣接していない基地局間での干渉が発生するおそれがある。このような隣接していない基地局間での干渉（遠方セルからの干渉）を考慮して広域の対象エリアにおける複数のセル２０Ａに在圏する全端末の合計スループットは劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善できる技術が望まれる。

そこで、本実施形態では、上記課題を解決するため、基地局間連携制御装置３０により、対象エリアに複数のセル２０Ａを形成する複数の基地局２０の間で連携した基地局間連携ビームフォーミング制御（以下「基地局間連携ＢＦ制御」ともいう。）を行う。

図１のＤ－ＲＡＮ（分散型無線アクセスネットワーク）構成の場合は、基地局間連携制御装置３０は、基地局間ネットワークの通信回線４０を介して各基地局２０に接続される。また、Ｃ－ＲＡＮ（集中型無線アクセスネットワーク）構成の場合は、基地局間連携制御装置３０は、例えば、通信回線を介して各基地局２０に共通のＢＢＵに接続される。

基地局間連携制御装置３０は、例えば単一又は複数のコンピュータ装置で構成され、所定のプログラムが実行されることにより、次のＡ～Ｅの手段として機能する。
Ａ．複数の基地局２０のそれぞれについて、セル２０Ａ内の複数のビーム２０Ｂに対応する複数の端末１０が測定して基地局２０にフィードバックした複数の受信品質としての受信電力（例えば、ＲＳＲＰ）のフィードバック情報を基地局２０から取得する情報取得手段。
Ｂ．複数の基地局２０と複数のビーム２０Ｂとの組み合わせからなる複数のビーム組み合わせのそれぞれについて、複数の端末１０からフィードバックされた受信電力（例えば、ＲＳＲＰ）のフィードバック情報に基づいて、複数の端末１０に対する複数のスループットを計算するスループット計算手段。
Ｃ．前記複数のビーム組み合わせのそれぞれについて計算した複数の端末１０に対する複数のスループットの計算結果に基づいて、前記複数のビーム組み合わせのいずれか１つのビーム組み合わせを選択する選択手段。
Ｄ．複数の基地局２０のそれぞれに、前記選択したビーム組み合わせに関する情報を送信する情報送信手段。
Ｅ．前記スループットの計算結果に基づいてビーム組み合わせを選択する選択処理を所定の時間間隔Δｔで繰り返して実行する場合、複数の基地局それぞれについて、選択可能な候補ビームの数を制限しない初回のビーム組み合わせの選択処理の後の２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において、直前のビーム組み合わせの選択処理の結果に基づいて選択可能な候補ビームの数を制限する候補ビーム制御手段。

複数の基地局２０のそれぞれに送信する前記選択したビーム組み合わせに関する情報は、例えば、基地局２０に記憶されているコードブックに含まれる複数組のプリコーディングウェイト行列の候補のうち、前記選択したビーム組み合わせに対応する当該基地局２０に対する複数組のビームを形成するためのプリコーディングウェイト行列を指定する情報である。

図２は、本実施形態に係る基地局間連携ＢＦ制御の一例を示すフローチャートである。図２において、まず、基地局間連携制御装置３０は、複数の基地局２０のそれぞれについて、セル２０Ａ内の複数のビーム２０Ｂに対応する複数の端末１０が測定して基地局２０にフィードバックした複数の受信電力（ＲＳＲＰ）のフィードバック情報を取得する（Ｓ１０１）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、複数の基地局２０と複数のビーム２０Ｂとの組み合わせからなる複数のビーム組み合わせについて、ビーム組み合わせごとに、複数の端末１０からフィードバックされた受信電力（ＲＳＲＰ）のフィードバック情報に基づいて、複数の端末１０に対する複数の受信ＳＩＮＲ（信号対雑音及び干渉電力比）を計算する（Ｓ１０２）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、複数の端末１０に対する複数のＳＩＮＲの計算結果に基づいて、複数の端末１０に対する複数のスループット（例えば、シャノン容量）を計算する（Ｓ１０３）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、複数の端末１０に対する複数のスループット（例えば、シャノン容量）の計算結果に基づいて、複数のビーム組み合わせのいずれか１つのビーム組み合わせを選択する（Ｓ１０４）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、複数の基地局２０のそれぞれに、前記選択したビーム組み合わせに関する情報（例えば、コードブックにおけるプリコーディングウェイト行列を指定する情報）を送信する（Ｓ１０５）。

まず、連携対象が２基地局及び各基地局が３ビームを形成する場合のビーム組み合わせ選択処理について説明する。

図３は、ビーム組み合わせ選択処理（図２のＳ１０４）の一例を示すフローチャートである。図３は、各端末１０の最低スループットを最大化するビーム制御アルゴリズム（最低スループット最大化法）の例である。

なお、図３の例では、対象エリアに配置された互いに隣接する連携対象の２つの基地局２０がそれぞれ３つのビーム２０Ｂを形成し、各基地局２０のセル２０Ａに端末１０が在圏している場合の例である。後述の図４及び図５の例も同様である。

表１は、図３のビーム制御アルゴリズムにおける端末１０についてスループットを計算した数値例及びビーム組み合わせ選択例を示している。なお、表１並びに後述の表２、表３では、複数の基地局２０を基地局＃１、基地局＃２と表記し、各基地局２０が形成する互いに異なる３方向のビーム２０Ｂをビーム＃１、ビーム＃２、ビーム＃３と表記する。また、各基地局２０のセル２０Ａに在圏する端末１０を端末＃１、端末＃２と表記する。

図３において、基地局間連携制御装置３０は、複数の基地局２０に対する３^３＝９通りのビーム組み合わせ１～９のすべてについて、ビーム組み合わせごとに、最低スループット（表１の右端欄）を計算する（Ｓ２０１）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、全ビーム組み合わせ１～９のうち、最低スループットが最大になるビーム組み合わせを選択する（Ｓ２０２）。表１の例では、太枠線で囲んだように最低スループットが最大（１４）になるビーム組み合わせ６を選択する。すなわち、基地局＃１についてはビーム＃２を選択し、基地局＃２についてはビーム＃３を選択する。

図４は、ビーム組み合わせ選択処理（図２のＳ１０４）の他の例を示すフローチャートである。図４は、前述の最低スループット最大化法において、若干のスループット低下を許容して、移動通信システム全体の合計スループットも併せて最大化するビーム制御アルゴリズム（修正最低スループット最大化法）の例である。

表２は、図４のビーム制御アルゴリズムにおける端末１０についてスループットを計算した数値例及びビーム組み合わせ選択例を示している。

図４において、基地局間連携制御装置３０は、複数の基地局２０に対する３^３＝９通りのビーム組み合わせ１～９のすべてについて、ビーム組み合わせごとに、最低スループット（表２の右から２番目の欄）と、複数の端末１０に対する複数のスループットを合計した合計スループット（表２の右端欄）を計算する（Ｓ３０１）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、表２中の太枠線で囲んだように、全ビーム組み合わせ１～９のうち、最低スループットが最大になるビーム組み合わせ６と、最低スループットが最大の値（表２の例では、１４）から所定値ε（図示の例では、１）だけ低い許容下限スループット（表２の例では、１３）以上のビーム組み合わせ２，９とを仮選択する（Ｓ３０２）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、仮選択した複数のビーム組み合わせ２，６，９の中から、合計スループット（表２の右端欄）が最大になるビーム組み合わせを選択する（Ｓ３０３）。表２の例では、スループットの合計が最大（３１）になるビーム組み合わせ２を選択する。すなわち、基地局＃１についてはビーム＃１を選択し、基地局＃２についてはビーム＃２を選択する。

図５は、ビーム組み合わせ選択処理（図２のＳ１０４）の更に他の例を示すフローチャートである。図５は、最低スループットと合計スループットを掛けた評価値を最大化することで上記図４の修正最低スループット最大化法と同等の効果を得ることができるビーム制御アルゴリズム（評価値（最低スループットと合計スループットの積）最大化法）の例である。

表３は、図５のビーム制御アルゴリズムにおける端末１０についてスループットを計算した数値例及びビーム組み合わせ選択例を示している。

図５において、基地局間連携制御装置３０は、複数の基地局２０に対する３^３＝９通りのビーム組み合わせ１～９のすべてについて、ビーム組み合わせごとに、最低スループット（表３の右から３番目の欄）と、複数の端末１０に対する複数のスループットを合計した合計スループット（表３の右から２番目の欄）を計算する（Ｓ４０１）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、全ビーム組み合わせ１～９について、ビーム組み合わせごとに、最低スループットと合計スループットとを掛けた評価値（表３の右端の欄）を計算する（Ｓ４０２）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、全ビーム組み合わせ１～９の中から、評価値（表３の右端欄）が最大になるビーム組み合わせを選択する（Ｓ４０３）。表３の例では、評価値が最大（４１１．７５）になるビーム組み合わせ９を選択する。すなわち、基地局＃１についてはビーム＃３を選択し、基地局＃２についてはビーム＃３を選択する。

図３～図５のビーム組み合わせ選択処理の例によれば、互いに隣接する連携対象の２つの基地局２０が対象エリアに配置されている場合に、複数の基地局２０のセル２０Ａに在圏する複数の端末１０の合計スループットは劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善することができる。

次に、連携対象が５基地局及び各基地局が５ビームを形成する場合のビーム組み合わせ選択処理について説明する。基地局数が５及び各基地局のビーム数が５の場合、全ビーム組み合わせ数Ｎは３１２５（＝５^５）通りになる。以下、５基地局は基地局＃１～＃５と表記し、各基地局が形成する５ビームはビーム＃１～＃５と表記し、基地局＃１～＃５のセルそれぞれに在圏する端末を端末＃１～＃５と表記する。

前述の図２のＳ１０１～Ｓ１０３に示すように、ビーム組み合わせ選択処理の事前処理として、基地局間連携制御装置３０は、受信電力（ＲＳＲＰ）のフィードバック情報の取得と、ＳＩＮＲ（信号対雑音及び干渉電力比）の計算と、スループット（シャノン容量）の計算を行う。

まず、基地局間連携制御装置３０は、基地局＃１～＃５のそれぞれについて、ビーム＃１～＃５に対応する端末＃１～＃５が測定して基地局＃１～＃５にフィードバックした複数の受信電力（ＲＳＲＰ）のフィードバック情報を取得する。

表４は、基地局＃１～＃５の各ビーム＃１～＃５について、各端末＃１～＃５で測定されて基地局＃１～＃５に報告された受信電力（ＲＳＲＰ）［ｄＢｍ］のフィードバック情報をまとめて記載した数値例である。

次に、基地局間連携制御装置３０は、複数の基地局＃１～＃５と複数のビーム＃１～＃５との組み合わせからなる全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎ（Ｎ＝３１２５）について、端末＃１～＃５からフィードバックされた受信電力（ＲＳＲＰ）のフィードバック情報に基づいて、端末＃１～＃５に対するＳＩＮＲ（信号対雑音及び干渉電力比）を計算する。表５は、全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎ（Ｎ＝３１２５）について、各端末＃１～＃５のＳＩＮＲ（信号対雑音及び干渉電力比）を計算した計算結果をまとめて記載した数値例である。

次に、基地局間連携制御装置３０は、複数の端末１０に対する複数のＳＩＮＲの計算結果に基づいて、複数の端末１０に対する複数のスループット（シャノン容量）を計算する。表６は、全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎ（Ｎ＝３１２５）について、ビーム組み合わせ毎に各端末＃１～＃５のスループット（シャノン容量）［ｂｐｓ］を計算した数値例である。

次に、前述の図２のＳ１０４に示すように、基地局間連携制御装置３０は、端末＃１～＃５に対する複数のスループット（シャノン容量）の計算結果に基づいて、全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎ（Ｎ＝３１２５）から、いずれか１つのビーム組み合わせを選択する。このビーム組み合わせ選択処理としては、前述の図３～図５に示すビーム制御アルゴリズムを用いることができる。

表７は、前述の図３のビーム制御アルゴリズム（最低スループット最大化法）によってビーム組み合わせを選択する場合の数値例を示している。本例では、基地局間連携制御装置３０は、全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎ（Ｎ＝３１２５）について、ビーム組み合わせごとに、最低スループット（表７の右端欄）を計算し（図３のＳ２０１）、全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎのうち、太枠線で囲んだように最低スループットが最大（２．４ｂｐｓ）になるビーム組み合わせ＃ｋを選択する（図３のＳ２０２）。

表８は、前述の図４のビーム制御アルゴリズム（修正最低スループット最大化法）によってビーム組み合わせを選択する場合の数値例を示している。本例では、基地局間連携制御装置３０は、全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎ（Ｎ＝３１２５）について、ビーム組み合わせごとに、最低スループット（表８の右から２番目の欄）と、複数の端末＃１～＃５に対する複数のスループットを合計した合計スループット（表８の右端欄）を計算する（図４のＳ３０１）。次に、基地局間連携制御装置３０は、表８中の太枠線で囲んだように、全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎ（Ｎ＝３１２５）のうち、最低スループットが最大になるビーム組み合わせ＃ｋと、最低スループットが最大の値（表８の例では、２．４ｂｐｓ）から所定値ε（図示の例では、０．５ｂｐｓ）だけ低い許容下限スループット（表８の例では、１．９ｂｐｓ）以上のビーム組み合わせ＃１，＃２，＃ｌ，＃ｍ，＃ｎを仮選択する（図４のＳ３０２）。そして、基地局間連携制御装置３０は、仮選択した複数のビーム組み合わせ＃１，＃２，＃ｋ，＃ｌ，＃ｍ，＃ｎの中から、合計スループット（表８の右端欄）が最大（１８．９ｂｐｓ）になるビーム組み合わせ＃ｌを選択する（図４のＳ３０３）。

表９は、前述の図５のビーム制御アルゴリズムによってビーム組み合わせを選択する場合の数値例を示している。本例では、基地局間連携制御装置３０は、全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎ（Ｎ＝３１２５）について、ビーム組み合わせごとに、最低スループット（表９の右から３番目の欄）と、端末＃１～＃５に対する複数のスループットを合計した合計スループット（表９の右から２番目の欄）を計算する（図５のＳ４０１）。更に、基地局間連携制御装置３０は、全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎ（Ｎ＝３１２５）について、ビーム組み合わせごとに、最低スループットと合計スループットとを掛けた評価値（表９の右端の欄）を計算する（図５のＳ４０２）。そして、基地局間連携制御装置３０は、全ビーム組み合わせ＃１～＃Ｎ（Ｎ＝３１２５）の中から、評価値（表９の右端欄）が最大（４１．１ｂｐｓ）になるビーム組み合わせ＃ｍを選択する（図５のＳ４０３）。

表４～表９のビーム組み合わせ選択処理の例によれば、連携対象の基地局＃１～＃５が対象エリアに配置されている場合に、基地局＃１～＃５のセルに在圏する端末＃１～＃５の合計スループットは劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善することができる。

次に、本実施形態の基地局間連携ＢＦ制御は次のように一般化したモデルで説明することができる。ここで、基地局数をＮ_ＢＳとし、連携対象の基地局（連携基地局）の集合を、

と定義する。また、各基地局で利用可能なビーム数をＬとし、選択可能なビームの組み合わせ数を

とし、ビームの全組み合わせの集合を

と定義する。

各基地局に位置する端末は連携基地局からの全てのビームの受信電力を理想的に測定できるものとすると、ｋ番目のビーム組み合わせでのｉ番目の端末＃ｉの受信ＳＩＮＲは、次式（１）で計算できる。

ここで、式（１）中の

は、ｋ番目のビーム組み合わせを選択した場合の基地局＃ｊからの端末＃ｉの受信電力であり、ｎ_ｉは、端末＃ｉにおける雑音電力である。

上記受信ＳＩＮＲに基づいて、ｋ番目のビーム組み合わせでのｉ番目の端末＃ｉのスループット（シャノン容量）

は、次式（２）を用いて推定（計算）することができる。

ここで、ビームの組み合わせにより各端末のスループットは大きく異なる。ビーム組み合わせの選択アルゴリズムとしては、前述の各端末の最低スループットを最大化するビーム制御アルゴリズム（最低スループット最大化法）、最低スループット最大化法に対して若干の低下を許容してシステム全体のスループットを併せて増大させるビーム制御アルゴリズム（修正最低スループット最大化法）と、最低スループットと合計スループットとを掛けた評価値を最大化するビーム制御アルゴリズム（評価値最大化法）を用いることができる。

例えば、上記最低スループット最大化法は、次に示すステップ１で実現することができる。

ステップ１：集合Ｓに対して、連携対象の基地局のセルに在圏する端末のうち最も低い推定スループットが最大となるビーム組み合わせｋ_{Ｆｉｎａｌ}を、次の式（３）及び式（４）で選択することができ、そのときの最低スループット最大化後のスループットＣ_{ｍａｘｍｉｎ}は、次の式（５）になる。

また、上記修正最低スループット最大化法は、上記ステップ１の式（３）及び式（４）と、次のステップ２で実現することができる。

ステップ２：若干のスループット低下を許容するため、上記最低スループット最大化後のスループットＣ_{ｍａｘｍｉｎ}よりもεだけ低いスループットＣ’_{ｍａｘｍｉｎ}を設定する。設定した最低スループットよりも最低スループットが高くなるビーム組み合わせＳ’を決定し、ビーム組み合わせＳ’の中から、端末の合計スループットが最大となるビーム組み合わせｋ_{Ｆｉｎａｌ}を決定する。

上記ビーム組み合わせｋ_{Ｆｉｎａｌ}は、次の式（６）～式（８）で求めることができる。

また、上記評価値最大化法では、次式（９）で、最適なビーム組み合わせｋ_{Ｆｉｎａｌ}を決定することができる。

上記構成の基地局間連携制御装置３０の基地局間連携ＢＦ制御において、連携制御対象の基地局２０の数や各基地局について選択可能な候補ビームの数が増えると、各基地局２０に対するビーム選択にかかる計算量が増加する。例えば、連携制御対象の基地局２０の数をＮとし、各基地局について選択可能な候補ビームの数をＭとすると、複数の基地局２０の全体に対するビームの組み合わせ数はＭ^Ｎパターンになり、前述の図３のビーム組み合わせ選択処理の場合、Ｍ^Ｎパターンのすべてについて各端末１０のスループットの計算及び各端末１０の最低スループットの計算が必要になる。そのため、各基地局２０に対するビーム選択にかかる計算量が指数関数的に増加する。

一方で、上記構成の移動通信システムでは、次の図６に例示するように、端末１０が比較的高速に移動しても基地局２０が端末１０との通信に用いるビームの切り替わりは発生しにくい。

図６は、基地局２０のビーム２０Ｂと移動中の端末１０と関係の一例を示す説明図である。図６において、基地局２０のビーム２０Ｂのビーム幅θ_ｈａｌｆ＝１０°であり、端末１０がセル半径（Ｒ＝１０００ｍ）の中間（基地局２０から５００ｍの位置）の地点を時速４０ｋｍ（約１０ｍ／ｓ）で移動する場合を考える。基地局２０のアンテナ２０１から移動前（移動直前）の端末１０を見た俯角θ１と１秒後の基地局２０から端末１０を見た俯角θ２の変位幅Δθ（θ１－θ２）は約０．１°である（図示の例では、移動前の俯角θ１＝５．７°、移動後の俯角θ２＝５．６°）。Δθ≪θ_ｈａｌｆであるため、移動前（直前）に使用したビームと同じビームを再度使用しても、すなわち、ビームの切り替えを行わなくても、基地局２０と端末１０との間の通信の特性は変わらない可能性が高い。

そこで、本実施形態では、ビーム組み合わせを選択する選択処理を所定の時間間隔Δｔで繰り返して実行する場合、２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において、直前に選択されたビーム、又は、そのビームに近接するビームが選択される可能性が高いことを考慮して、ビーム組み合わせの選択処理において選択可能な候補ビームの数を制限する候補ビーム制御を行っている。この制御により、基地局間連携制御装置３０における基地局間連携ＢＦ制御時のビーム組み合わせの探索数を削減し、計算量を削減している。

ここで、２回目以降のビーム組み合わせの選択処理を繰り返し実行する時間間隔Δｔは、一定であってもよいし、様々な条件に基づいて変更してもよい。例えば、端末１０が所定距離移動したタイミングごとにビーム組み合わせの選択処理を実行してもよい。

図７（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る基地局間連携制御装置３０における候補ビーム制御及びその効果の一例を示す説明図である。ここで、連携制御対象の基地局２０の数をＮ（図示の例では２）とし、初回のビーム組み合わせ選択処理における各基地局２０について選択可能な候補ビームの数をＭとする。

図７（ａ）に示す初回のビーム組み合わせ選択処理では、Ｍ^Ｎパターンの組み合わせに対して、前述の図３～図５に例示したビーム組み合わせ選択処理のいずれかを実行する。図７（ａ）に示したように候補ビームの数Ｍが５の場合は、５^Ｎパターンの組み合わせに対して、前述の図３～図５に例示した３種類のビーム組み合わせ選択処理のいずれかを実行する。

図７（ｂ）に示す２回目のビーム組み合わせ選択処理では、初回のビーム組み合わせ選択処理で選択されたビーム及びそれに近いビーム（例えば、図示の例では初回に選択されたビームとそれに隣接する２つのビームを含む３つの候補ビーム）に制限し、その制限した数Ｍ’（＜Ｍ）の候補ビームについてＭ’^Ｎパターンの組み合わせに対して、前述の図３～図５に例示したビーム組み合わせ選択処理のいずれかを実行する。図７（ａ）に示した候補ビームの数Ｍが５の場合は、５^Ｎパターンの組み合わせに対して、前述の図３～図５に例示した３種類のビーム組み合わせ選択処理のいずれかを実行する。

上記候補ビームの数をＭからＭ’（＜Ｍ）に制限することにより、ビーム組み合わせ選択処理を行う対象がＭ^Ｎパターンに対してＭ’^Ｎパターンとなるため、（Ｍ’／Ｍ）^Ｎ倍の計算量の削減を実現できる。例えば、候補ビームの数を５（＝Ｍ）から３（＜Ｍ）に制限することにより、ビーム組み合わせ選択処理を行う対象が５^Ｎパターンから３^Ｎパターンになるため、（３／５）^Ｎ倍（連携対象の基地局数Ｎが５の場合、約８／１００倍）の計算量の削減を実現できる（約９２％の削減効果）。

図８は、本実施形態に係る基地局間連携制御装置３０における候補ビーム制御の制御アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。なお、図８並びに後述の図９及び図１０において、ｉ番目の端末１０を「ＭＳ＃ｉ」と記載し、ｊ番目の基地局２０を「ＢＳ＃ｊ」（ｊ＝１～Ｎ）と記載し、ｊ番目の基地局２０の候補ビームの集合及び選択可能な候補ビームの最大数をそれぞれ「Ｍ_ｊ」及び「Ｌ」と記載する。

また、各基地局２０において選択可能な候補ビームは空間的な並び順に連続したインデックスとしてビーム識別番号（１～Ｌ）が付与され、ｊ番目の基地局２０の候補ビーム及び選択ビームそれぞれのビーム識別番号を「ｌ_ｊ」及び「ｌ’_ｊ」と記載する。

また、直前の候補ビーム制御で選択された選択ビームｌ’_ｊを基準にした候補ビームの数を制限する候補ビームの探索範囲を規定するための探索範囲指定パラメータを「Δｌ」と記載する。例えば、この範囲指定パラメータΔｌが１の場合は、選択ビームｌ’_ｊとその前後１ビーム（ｌ’_ｊ－１，ｌ’_ｊ＋１）を含む３つのビームが、次のビーム組み合わせ選択処理の候補ビームとなる。

図８において、まず、基地局間連携制御装置３０は、各端末１０のビーム毎及び基地局毎の受信電力情報を受信して集約する（Ｓ５０１）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、初回の候補ビーム制御か否かを判断し（Ｓ５０２）、初回の候補ビーム制御の場合（Ｓ５０２でＹｅｓ）、各基地局２０（ＢＳ＃ｊ）の候補ビームＭｊを次式（１０）で示すように設定する（Ｓ５０３）。この設定は、選択可能な候補ビームのすべてに対してビーム組み合わせ制御を実行する全探索ｌ_ｊ（＝０～Ｌ）を行うための設定である。

一方、初回の候補ビーム制御ではなく２回目以降の候補ビーム制御の場合（Ｓ５０２でＮｏ）、基地局間連携制御装置３０は、更に、各基地局２０について基地局２０のセル２０Ａに在圏する端末１０の組み合わせが、直前の候補ビーム制御における端末１０の組み合わせと同じか否かを判断する（Ｓ５０４）。

ここで、端末１０の組み合わせが同じでない場合（Ｓ５０４でＮｏ）は、全端末１０の合計スループットを劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善するための基地局２０におけるビーム組み合わせが変化している可能性が高いので、前述のＳ５０３のように各基地局２０（ＢＳ＃ｊ）の候補ビームＭｊが、全探索するための式（１０）に設定される。これにより、端末１０の組み合わせが変化した場合に、全端末の合計スループットは劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善することができる。

一方、同じ端末１０の組み合わせの場合（Ｓ５０４でＹｅｓ）は、全端末１０の合計スループットを劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善するための基地局２０におけるビーム組み合わせが変化している可能性が低いので、基地局間連携制御装置３０は、各基地局２０（ＢＳ＃ｊ）の候補ビームＭｊを、次式（１１）で示すように候補ビームの数を制限して設定する（Ｓ５０５）。これにより、不要なスループットなどに計算を回避し、スループット改善のための計算量を削減することができる。

次に、基地局間連携制御装置３０は、前述のＳ５０３又はＳ５０５で設定された各基地局２０のセル２０Ａの候補ビーム（Ｍｊ）を考慮したビーム２０Ｂの全組み合わせに対して、端末１０毎にＳＩＮＲ及びスループットを計算する（Ｓ５０６）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、前述の図３～図５に例示した３種類のビーム組み合わせ選択処理のいずれかにより、各基地局２０のセル２０Ａについてビームを選択し、ＢＳ＃ｊのビームとしてｌ’_ｊを設定する（Ｓ５０７）。

以上の候補ビーム制御とビーム組み合わせ選択処理を含む制御を所定の時間間隔Δｔで繰り返し実行する（Ｓ５０１～Ｓ５０７）。

図９は、本実施形態に係る基地局間連携制御装置３０における候補ビーム制御の制御アルゴリズムの他の例を示すフローチャートである。図９の例は、一定時間毎に定期的に、候補ビームの探索範囲を増やす場合の制御アルゴリズムの例である。

図９において、基地局間連携制御装置３０は、まず、タイマーを初期設定し（ｔ＝０）、各端末１０のビーム毎及び基地局毎の受信電力情報を受信して集約する（Ｓ６０１）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、初回の候補ビーム制御か否かを判断し（Ｓ６０２）、初回の候補ビーム制御の場合（Ｓ６０２でＹｅｓ）、各基地局２０（ＢＳ＃ｊ）の候補ビームＭｊを、前述の全探索するための式（１０）に設定し（Ｓ６０３）、候補ビームの範囲を全探索範囲に広げてからの経過時間ｔのタイマーを初期化する（ｔ＝０）（Ｓ６０４）。

一方、初回の候補ビーム制御ではなく２回目以降の候補ビーム制御の場合（Ｓ６０２でＮｏ）、基地局間連携制御装置３０は、更に、各基地局２０について基地局２０のセル２０Ａに在圏する端末１０の組み合わせが、直前の候補ビーム制御における端末１０の組み合わせと同じか否かを判断する（Ｓ６０５）。

ここで、同じ端末１０の組み合わせでない場合（Ｓ６０５でＮｏ）、前述のＳ６０３のように各基地局２０（ＢＳ＃ｊ）の候補ビームＭｊが、全探索するための式（１０）に設定される。

一方、同じ端末１０の組み合わせの場合（Ｓ６０５でＹｅｓ）、基地局間連携制御装置３０は、タイマー開始から一定時間ΔＴが経過したか否かを判断し（Ｓ６０６）、一定時間ΔＴが経過していないときは（Ｓ６０６でＮｏ）、前述の候補ビームの探索範囲を規定する探索範囲指定パラメータΔｌを、探索範囲を制限する所定の第１範囲指定値Δｌ_１に設定する（Ｓ６０７）。

なお、Ｓ６０６の判断で用いる一定時間ΔＴの値は基地局２０毎に（セル２０Ａ毎に）異なる値に設定してもよい。

前述のＳ６０６において、一定時間ΔＴが経過しているときは（Ｓ６０６でＹｅｓ）、候補ビームの範囲を広げるために、探索範囲指定パラメータΔｌを第１範囲指定値Δｌ_１より大きな第２範囲指定値Δｌ_２に設定し（Ｓ６０８）、候補ビームの範囲を広げてからの経過時間ｔのタイマーを初期化する（ｔ＝０）（Ｓ６０９）。ここで、第２範囲指定値Δｌ_２＝Ｌに設定した場合は、全探索を行う場合に相当する。

このように一定時間ΔＴが経過しているときに候補ビームの範囲を広げることにより、前記ビーム組み合わせ選択処理で選択される選択ビームが局所解に陥らないようにすることができる。

次に、基地局間連携制御装置３０は、前述のＳ６０７又はＳ６０８で設定された探索範囲指定パラメータΔｌに基づいて、各基地局２０（ＢＳ＃ｊ）の候補ビームＭｊを、前述の式（１１）で示すように候補ビームの数を設定する（Ｓ６１０）。

図９のＳ６１１及びＳ６１２の制御アルゴリズムは、前述の図８のＳ５０６及びＳ５０７の制御アルゴリズムと同様であるので、それらの説明を省略する。

以上の候補ビーム制御とビーム組み合わせ選択処理を含む制御を所定の時間間隔Δｔで繰り返し実行する（Ｓ６０１～Ｓ６１２）。

図１０は、本実施形態に係る基地局間連携制御装置３０における候補ビーム制御の制御アルゴリズムの更に他の例を示すフローチャートである。図１０の例は、複数の基地局２０のそれぞれについて、直前のビーム組み合わせ選択処理におけるいずれかの端末のスループットＣが規定の閾値Ｃｔｈ以上劣化した場合に、再度全探索ｌ_ｊ（＝０～Ｌ）を行う制御アルゴリズムの例である。

図１０において、基地局間連携制御装置３０は、まず、各端末１０のビーム毎及び基地局毎の受信電力情報を受信して集約する（Ｓ７０１）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、初回の候補ビーム制御か否かを判断し（Ｓ７０２）、初回の候補ビーム制御の場合（Ｓ７０２でＹｅｓ）、各基地局２０（ＢＳ＃ｊ）の候補ビームＭｊを、前述の全探索するための式（１０）に設定する（Ｓ７０３）。

一方、初回の候補ビーム制御ではなく２回目以降の候補ビーム制御の場合（Ｓ７０２でＮｏ）、基地局間連携制御装置３０は、更に、各基地局２０について基地局２０のセル２０Ａに在圏する端末１０の組み合わせが、直前の候補ビーム制御における端末１０の組み合わせと同じか否かを判断する（Ｓ７０４）。

ここで、同じ端末１０の組み合わせでない場合（Ｓ７０４でＮｏ）、前述のＳ７０３のように各基地局２０（ＢＳ＃ｊ）の候補ビームＭｊが、全探索するための式（１０）に設定される。

一方、同じ端末１０の組み合わせの場合（Ｓ７０４でＹｅｓ）、基地局間連携制御装置３０は、前述の候補ビームの探索範囲を規定する探索範囲指定パラメータΔｌを、探索範囲を制限する所定の第１範囲指定値Δｌ_１に設定する。

図１０のＳ７０６及びＳ７０７の制御アルゴリズムは、前述の図８のＳ５０５及びＳ５０６の制御アルゴリズムと同様であるので、それらの説明を省略する。

次に、基地局間連携制御装置３０は、前述の図３～図５に例示した３種類のビーム組み合わせ選択処理のいずれかにより、各基地局２０のセル２０Ａについてビームを選択し、各端末ＭＳ＃ｉのスループットＣ_ｉ ^（ｎ）を計算する（Ｓ７０８）。

次に、基地局間連携制御装置３０は、直前の（１回前の）制御ループでの各端末ＭＳ＃ｉのスループットをＣ_ｉ ^{（ｎ－１）}としたとき、基地局間連携制御装置３０は、端末１０のいずれかの直前の（１回前の）スループットをＣ_ｉ ^{（ｎ－１）}に対する今回のスループットＣ_ｉ ^（ｎ）の差分（スループットの低下の程度）が所定の閾値Ｃ_ｔｈ以上になったとき、すなわち、端末１０のいずれかのスループットが所定の閾値Ｃ_ｔｈ以上に低下したか否かを判断する（Ｓ７０９）。

ここで、端末１０のいずれかのスループットが所定の閾値Ｃ_ｔｈ以上に低下していないとき（Ｓ７０９でＮｏ）、基地局間連携制御装置３０は、前述の図３～図５に例示した３種類のビーム組み合わせ選択処理のいずれかにより、各基地局２０のセル２０Ａについてビームを選択し、ＢＳ＃ｊのビームとしてｌ’_ｊを設定する（Ｓ７１０）。

一方、端末１０のいずれかのスループットが所定の閾値Ｃ_ｔｈ以上に低下しているとき（Ｓ７０９でＹｅｓ）、基地局間連携制御装置３０は、候補ビームの範囲を広げるために、探索範囲指定パラメータΔｌを第１範囲指定値Δｌ_１より大きな第２範囲指定値Δｌ_２に設定する（Ｓ７１１）。ここで、第２範囲指定値Δｌ_２＝Ｌに設定した場合は、全探索を行う場合に相当する。

なお、上記選択可能な候補ビームの数に対応する第２範囲指定値Δｌ_２は、上記スループットの差分（Ｃ_ｉ ^{（ｎ－１）}－Ｃ_ｉ ^（ｎ））の大きさに応じて変更してもよい。例えば、上記スループットの差分（Ｃ_ｉ ^{（ｎ－１）}－Ｃ_ｉ ^（ｎ））が大きいほど、すなわち、端末１０のいずれかのスループットの低下の程度が大きいほど、第２範囲指定値Δｌ_２を大きく設定してもよい。

以上の候補ビーム制御とビーム組み合わせ選択処理を含む制御を所定の時間間隔Δｔで繰り返し実行する（Ｓ７０１～Ｓ７１１）。

図１０の候補ビーム制御の制御アルゴリズムによれば、連携対象の複数の基地局２０のセル２０Ａに在圏するすべての端末１０のスループットが所定の閾値Ｃ_ｔｈ以上に低下しないように各基地局におけるビーム組み合わせを選択することができる。

なお、図１０の候補ビーム制御の制御アルゴリズムのＳ７０９では、上記差分（スループットの低下の程度）が所定の閾値Ｃ_ｔｈよりも大きくなったとき、すなわち、端末１０のいずれかのスループットが所定の閾値Ｃ_ｔｈよりも大きく低下したか否かを判断し、その判断をＳ７１０、Ｓ７１１の制御ステップに用いてもよい。

また、前述の図８～図１０の候補ビーム制御の制御アルゴリズムにおいて、前記ビーム組み合わせの選択処理を行う時間間隔Δｔの長さに応じて、前記選択可能な候補ビームの数すなわち前記探索範囲指定パラメータ（Δｌ、Δｌ_１）の値を変更してもよい。

例えば、ビーム組み合わせの選択処理を行う時間間隔Δｔが短い場合は、全端末１０の合計スループットを劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善するための基地局２０における好適なビーム組み合わせが変化している可能性が低いので、選択可能な候補ビームの数すなわち探索範囲指定パラメータ（Δｌ、Δｌ_１）の値を小さくしてもよい。逆に、ビーム組み合わせの選択処理を行う時間間隔Δｔが長い場合は、前記好適なビーム組み合わせが変化している可能性が高いので、選択可能な候補ビームの数すなわち探索範囲指定パラメータ（Δｌ、Δｌ_１）の値を大きくしてもよい。

また、前述の図８～図１０の候補ビーム制御の制御アルゴリズムにおいて、連携制御対象の複数の基地局２０それぞれについて、前記選択可能な候補ビームの数すなわち前記探索範囲指定パラメータ（Δｌ、Δｌ_１）の値は、基地局２０に対する端末１０の移動方向、基地局２０と端末１０との距離、及び、基地局２０のセル２０Ａに在圏する端末１０の密度を含む環境情報の少なくとも１つに基づいて変更してもよい。

例えば、基地局２０を中心としたセル２０Ａ内の周方向に端末１０が移動している場合や基地局２０と端末１０との距離が短い場合は、端末１０の合計スループットを劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善するための基地局２０における好適なビーム組み合わせが変化する可能性が高いので、選択可能な候補ビームの数すなわち探索範囲指定パラメータ（Δｌ、Δｌ_１）の値を大きくしてもよい。逆に、基地局２０を中心としたセルの径方向に端末１０が移動している場合や基地局２０と端末１０との距離が長い場合は、端末１０の合計スループットを劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善するための基地局２０における好適なビーム組み合わせが変化する可能性が低いので、選択可能な候補ビームの数すなわち探索範囲指定パラメータ（Δｌ、Δｌ_１）の値を小さくし、計算量の削減効果を高めてもよい。

また、基地局２０のセル２０Ａに在圏する端末１０の密度が高い都市部の環境下では、端末１０の合計スループットを劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善するための基地局２０における好適なビーム組み合わせが変化する可能性が高いので、選択可能な候補ビームの数すなわち探索範囲指定パラメータ（Δｌ、Δｌ_１）の値を大きくしてもよい。逆に、基地局２０のセル２０Ａに在圏する端末１０の密度が低い郊外又は過疎地などの環境下では、端末１０の合計スループットを劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善するための基地局２０における好適なビーム組み合わせが変化する可能性が低いので、選択可能な候補ビームの数すなわち探索範囲指定パラメータ（Δｌ、Δｌ_１）の値を小さくし、計算量の削減効果を高めてもよい。

以上、本実施形態によれば、隣接基地局間での干渉だけでなく隣接していない基地局間での干渉（遠方セルからの干渉）を考慮して広域の対象エリアにおける複数のセル２０Ａに在圏する全端末の合計スループットは劣化させずにセル境界のスループットを大きく改善できるとともに、そのスループット改善のための計算量を削減することができる。

なお、本明細書で説明された処理工程並びに通信システム、無線装置、基地局及び端末（ユーザ装置、移動局、移動機）の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの処理工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。

ハードウェア実装については、実体（例えば、各種の無線通信装置、無線中継装置、ＮｏｄｅＢ、サーバ、ゲートウェイ、交換機、コンピュータ、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であればよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの２以上が混在したものであってもよい。

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

１０ 端末（移動局）
２０ 基地局
２０Ａ セル
２０Ｂ ビーム
３０ 基地局間連携制御装置
４０ 通信回線

Claims (9)

1. 対象エリア内に複数のセルを形成するように配置され、前記セル内の複数の移動可能な端末のそれぞれに対して予め複数のビームを定義して用いるコードブック型のビームフォーミング制御を行う多素子アンテナを有する複数の基地局と、前記複数の基地局を制御する基地局間連携制御装置とを備える移動通信システムであって、
   前記基地局間連携制御装置は、
   前記複数の基地局のそれぞれについて、前記セル内の複数のビームに対応する複数の端末が測定して前記基地局にフィードバックした複数の受信品質のフィードバック情報を前記基地局から取得する情報取得手段と、
   前記複数の基地局と前記複数のビームとの組み合わせからなる複数の組み合わせのそれぞれについて、前記複数の端末からフィードバックされた前記複数の受信品質のフィードバック情報に基づいて、前記複数の端末に対する複数のスループットを計算するスループット計算手段と、
   前記複数の組み合わせのそれぞれについて計算した前記複数の端末に対する前記複数のスループットの計算結果に基づいて、前記複数の組み合わせのいずれか１つの組み合わせを選択する選択手段と、
   前記複数の基地局のそれぞれに、前記選択した組み合わせに関する情報を送信する情報送信手段と、
   前記スループットの計算結果に基づいて前記ビーム組み合わせを選択する選択処理を所定の時間間隔Δｔで繰り返して実行する場合、前記複数の基地局それぞれについて、選択可能な候補ビームの数を制限しない初回のビーム組み合わせの選択処理の後の２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において、直前のビーム組み合わせの選択処理の結果に基づいて前記選択可能な候補ビームの数を制限する候補ビーム制御手段と、を備え、
   前記基地局間連携制御装置は、前記複数の基地局それぞれについて、前記２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において前記フィードバック情報を取得した前記複数の端末の組み合わせが、前記直前のビーム組み合わせの選択処理において前記フィードバック情報を取得した前記複数の端末の組み合わせと異なる場合は、前記選択可能な候補ビームの数を制限しないで前記ビーム組み合わせの選択処理を行い、
   前記複数の基地局はそれぞれ、前記選択した組み合わせに関する情報に基づいて、自局の複数のビームを制御することを特徴とする移動通信システム。
2. 請求項１の移動通信システムにおいて、
   前記基地局間連携制御装置は、前記複数の基地局それぞれについて、前記２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において一定時間が経過した後に前記選択可能な候補ビームの数を増やす、ことを特徴とする移動通信システム。
3. 請求項１又は２の移動通信システムにおいて、
   前記基地局間連携制御装置は、前記複数の基地局それぞれについて、前記２回目以降のビーム組み合わせの選択処理におけるスループットが、前記直前のビーム組み合わせの選択処理におけるスループットに対して所定の閾値以上に低下したとき、前記選択可能な候補ビームの数を増やす、ことを特徴とする移動通信システム。
4. 請求項１乃至３のいずれかの移動通信システムにおいて、
   前記基地局間連携制御装置は、前記直前のビーム組み合わせの選択処理におけるスループットに対する前記２回目以降のビーム組み合わせの選択処理におけるスループットの差分の大きさに応じて、前記選択可能な候補ビームの数を変更する、ことを特徴とする移動通信システム。
5. 請求項１乃至４のいずれかの移動通信システムにおいて、
   前記基地局間連携制御装置は、前記複数の基地局それぞれについて、前記基地局に対する前記端末の移動方向、前記基地局と前記端末との距離、及び、前記基地局のセルに在圏する端末の密度を含む環境情報の少なくとも１つに基づいて、前記選択可能な候補ビームの数を変更する、ことを特徴とする移動通信システム。
6. 請求項１乃至５のいずれかの移動通信システムにおいて、
   前記基地局間連携制御装置は、前記複数の組み合わせの中から、前記複数の組み合わせのそれぞれについて計算した前記複数の端末に対する前記複数のスループットにおける最低スループットが最大になる組み合わせを選択することを特徴とする移動通信システム。
7. 請求項１乃至５のいずれかの移動通信システムにおいて、
   前記基地局間連携制御装置は、前記複数の組み合わせの中から、前記複数の組み合わせのそれぞれについて計算した前記複数の端末に対する前記複数のスループットにおける最低スループットが最大になる組み合わせと、前記最低スループットが前記最大の値から所定値だけ低い許容下限スループット以上の１又は複数の組み合わせとを仮選択し、前記仮選択した複数の組み合わせの中から、前記複数の端末に対する前記複数のスループットの合計が最大になる組み合わせを選択することを特徴とする移動通信システム。
8. 請求項１乃至５のいずれかの移動通信システムにおいて、
   前記基地局間連携制御装置は、前記複数の組み合わせの中から、前記複数の組み合わせのそれぞれについて計算した前記複数の端末に対する前記複数のスループットにおける最低スループットと前記複数のスループットの合計との積が最大になる組み合わせを選択することを特徴とする移動通信システム。
9. 対象エリア内に複数のセルを形成するように配置され、前記セル内の複数の移動可能な端末のそれぞれに対して予め複数のビームを定義して用いるコードブック型のビームフォーミング制御を行う多素子アンテナを有する複数の基地局を制御する基地局間連携制御装置であって、
   前記複数の基地局のそれぞれについて、前記セル内の複数のビームに対応する複数の端末が測定して前記基地局にフィードバックした複数の受信品質のフィードバック情報を前記基地局から取得する情報取得手段と、
   前記複数の基地局と前記複数のビームとの組み合わせからなる複数の組み合わせのそれぞれについて、前記複数の端末からフィードバックされた前記複数の受信品質のフィードバック情報に基づいて、前記複数の端末に対する複数のスループットを計算するスループット計算手段と、
   前記複数の組み合わせのそれぞれについて計算した前記複数の端末に対する前記複数のスループットの計算結果に基づいて、前記複数の組み合わせのいずれか１つの組み合わせを選択する選択手段と、
   前記複数の基地局のそれぞれに、前記選択した組み合わせに関する情報を送信する情報送信手段と、
   前記スループットの計算結果に基づいて前記ビーム組み合わせを選択する選択処理を所定の時間間隔Δｔで繰り返して実行する場合、前記複数の基地局それぞれについて、選択可能な候補ビームの数を制限しない初回のビーム組み合わせの選択処理の後の２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において、直前のビーム組み合わせの選択処理の結果に基づいて前記選択可能な候補ビームの数を制限する候補ビーム制御手段と、を備え、
   前記複数の基地局それぞれについて、前記２回目以降のビーム組み合わせの選択処理において前記フィードバック情報を取得した前記複数の端末の組み合わせが、前記直前のビーム組み合わせの選択処理において前記フィードバック情報を取得した前記複数の端末の組み合わせと異なる場合は、前記選択可能な候補ビームの数を制限しないで前記ビーム組み合わせの選択処理を行う、ことを特徴とする基地局間連携制御装置。

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