JP4481596B2 - 移動通信システム及び基地局決定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散基地局方式及び基地局決定方法に係り、詳しくは、ＣＤＭＡセルラにおけるシステム容量を増大するための分散基地局方式及び基地局決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動通信サービスに対する需要は急増しており音声だけではなく画像やアプリケーション等の比較的低速なデータ伝送サービスの提供も開始されている。さらに固定通信網においてはインターネットの急速な普及に伴い、高精細な動画伝送や高速データ伝送等のブロードバンドマルチメディアサービスが提供されている。このような背景をもとに移動通信サービスにおいても動画配信や最大１００Ｍｂｐｓ程度の高速データ伝送などブロードバンドモバイルマルチメディアサービスヘの要求が高まっており、次世代移動通信システムにおける高速かつ大容量な通信の実現が求められている。
【０００３】
このような要求を満たすための無線アクセス技術に関して様々な検討が行われており、第四世代と呼ばれる次世代移動通信システムにおける下りリンクでは、多数のサブキャリアを用いて信号を送信するマルチキャリア符号分割多元接続（MC-CDMA: Multi-Carrier Code Division Multiple Access）に基づく可変拡散率直交周波数符号分割多重方式(VSF-OFCDM: Variable Spreading Factor Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing)が有効な無線アクセス方式の1つとして考えられている(例えば、非特許文献1参照)。
【０００４】
また、上りリンクにおいては既存のセルラシステムであるＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）方式でも用いられている直接拡散符号分割多元接続(DS-CDMA: Direct sequence Code Division Multiple Access)に基づく無線アクセス方式が有効な方式の1つと考えられている(例えば、非特許文献２、３参照)。
上記のＶＳＦ−ＯＦＣＤＭ及びＤＳ−ＣＤＭＡはいずれもＣＤＭＡに基づくものであるため拡散符号により基地局や移動局の信号を識別することができ、全ユーザが同一の周波数帯域で信号伝送を行うことができる。従って、複雑な周波数割当の設計が不要である。
【０００５】
高速かつ大容量な信号伝送を行うためには、より広い周波数帯域を確保する必要があるが、既存のセルラシステムに割り当てられている周波数帯域ではブロードバンドモバイルマルチメディアを実現するために十分な帯域を確保することは困難である。従って、次世代移動通信システムは既存のシステムと比較して高い周波数帯においてサービスが提供されるものと考えられる(例えば、非特許文献４、５参照)。しかしながら、高周波数帯になるにつれて、伝搬損失の増大や電波の直進性が増すことにより１つの基地局が広いエリアをカバーすることは困難となる。
【０００６】
さらに、高速伝送において所要の受信品質を満たすためには、より大きな送信電力が必要となるものの、基地局及び移動局における送信電力には限界があることから１基地局がカバーできるエリアはさらに小さくなると考えられる。その結果、既存のシステムと同様な置局設計により次世代移動通信システムを展開しても既存のシステムと同等なサービスエリアを確保することができない。
【０００７】
これらの問題を解決する手段の１つとしてサービスエリア内の基地局を増設することが考えられるが、インフラの設置コストが莫大となるため、低コストで実現できる方式が望まれる。
【０００８】
そこで、次世代移動通信システムにおいてもＣＤＭＡベースの無線アクセス方式を用いた場合に既存のシステムと同等なサービスエリアを確保しつつ、高速で大容量な通信を実現する方式として、移動局と基地局間の直接通信に加え、中継局を用いて基地局(移動局)からの送信信号を移動局(基地局)に中継することでエリアを補完する方式が提案されている。この中継局を用いた方式としては、ある移動局から(へ)の信号をエリア内に存在する別の移動局を用いて中継を行うマルチホップ方式(例えば非特許文献６参照)と、エリア内に設置した固定中継局を用いる分散基地局方式(例えば、非特許文献７参照)が検討されている。
【０００９】
マルチホップ方式は、基地局と移動局間の通信において、他の移動局を介して中継を行うことで基地局のみではカバーできないエリアを補完する方式であり、分散基地局方式は、中央基地局に加え複数の中継基地局を設置し、中継基地局において移動局から(へ)の信号を中央基地局へ(から)中継を行うことでエリアを補完する方式である。
【００１０】
次世代移動通信システムにおける分散基地局方式の実現例としては、既存のシステムの基地局設置箇所に次世代移動通信システムにおける中央基地局の機能を追加することにより既存の基地局を有効利用し、さらにエリア内に中継基地局を追加して次世代移動通信システムのエリアを補完するような構成が考えられる。このとき、新たなインフラコストを抑えるため、中継基地局は中央基地局と比較して簡易な装置構成（例えば、既存のＰＨＳ(Personal Handy phone System )基地局と同程度の基地局に次世代移動通信システムの中継機能を追加）となる中継基地局を追加することで、移動局と基地局間の平均距離を短くできる。これにより、上りリンクにおいては移動局の、下りリンクにおいては基地局の送信電力の低減が可能となり、かつ複数ユーザの受信信号の直交性が保てないことにより起こる多元接続干渉及び他セルから(への)干渉電力の低減も可能となる。このように分散基地局方式を用いることでそれらの干渉を低減することができるため、システム容量の向上が可能となる。
【００１１】
【非特許文献１】
Hiroyuki ATARASHI, Sadayuki ABETA, and Mamoru SAWAHASHI, “Variable Spreading Factor Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing(VSF-OFCDM) for Broadband Packet Wireless Access,”IEICE Trans. on Communications, Vol.E86-B,No.1,pp291-299,January 2003
【００１２】
【非特許文献２】
F.Adachi, M.Sawahashi, and H.Suda, “Wideband DS-CDMA for Next Geberation Mobile Communication System,”IEEE Commun. Man., Vol.36, pp.56-69, September 1998
【００１３】
【非特許文献３】
“Special issue, IMT-2000: Standards Efforts of the ITU,”IEEE Personal Commun., Vol.4, August 1997
【００１４】
【非特許文献４】
モバイルＩＴ戦略 新世代移動通信システムのすべて, 新世代モバイル研究会・編, クリエイト・クルーズ
【００１５】
【非特許文献５】
山尾泰, 梅田成視, 大津徹, 中嶋信生, “第４世代移動通信の展望 一無線システムを中心とした課題について一, ”電子情報通信学会論文誌, Vol.J83-B, No.10, pp.1364-1373, 2000年10月
【００１６】
【非特許文献６】
Ying-Dar Lin and Yu-Ching Hsu, “Multihop Cellular: A New Architecture for Wireless Communications,”INFOCOM2000, Vol.3, pp.1273-1282, 2000
【００１７】
【非特許文献７】
Y.Yamao, T.Otsu, A.Fujiwara, H.Murata, S.Yoshida, “Multi-hop Radio Access Cellular Concept for Fourth-Generation Mobile Communications System,”Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2002. The 13th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Vol.1, 2002
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、分散基地局方式ではインフラコストを抑圧するために中継基地局の構成は簡易なものとなり、また、基地局の設置場所も限定されるため、アンテナ高やアンテナ利得が制限されることが予想される。そのため、上りリンクにおいて、受信信号電力に基づいて移動局と接続する基地局の選択をした場合、同一距離における移動局と基地局間の減衰量は中央基地局のほうが小さく、１つの中央基地局エリアは1つの中継基地局エリアよりも広くなり、中央基地局が扱う移動局数は中継基地局よりも多くなる。従って、接続移動局数が多い中央基地局における受信信号は中継基地局における受信信号よりも、他の移動局から受ける干渉が多い状態となる。その結果、干渉量で通信品質及びシステム容量が決まるＣＤＭＡ方式においては、中央基地局エリア内の通信品質は中継基地局エリア内と比べ劣化することとなり、その特性劣化が分散基地局方式における全体的なシステム容量を減少させる要因になる。
【００１９】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、分散基地局方式において中継基地局のアンテナ高やアンテナ利得が小さい場合のシステム容量を改善することができる分散基地局方式及び基地局決定方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本移動通信システムは、
複数の中継基地局と中央基地局が伝送路により接続され、前記中継基地局が移動局から送信された信号を前記中央基地局に中継することで、エリアを補完する分散基地局方式が適用される移動通信システムにおいて、
前記中央基地局は、
当該中央基地局及び前記中継基地局における前記移動局の受信品質を測定する受信品質測定手段と、
当該移動通信システムの容量が最大となるように、前記中継基地局における受信品質に乗算するウエイトを制御する手段と、
前記受信品質測定手段により測定された前記中継基地局における受信品質に前記ウエイトを制御する手段にて生成されたウエイトを乗算し、ウエイト乗算後の出力値と、前記受信品質測定手段により測定された前記中央基地局における受信品質とを比較する手段と、
前記比較する手段での比較結果に基づいて、前記移動局と接続すべき基地局を決定する接続先基地局判定手段と
を備え、
前記ウエイトを制御する手段は、中継基地局の特性に基づいてウエイトを制御し、
該中継基地局の特性にはアンテナ利得が含まれ、中継基地局のアンテナ利得が小さい場合には、ウエイトの値が大きくなるように設定する。
本移動通信システムは、
複数の中継基地局と中央基地局が伝送路により接続され、前記中継基地局が移動局から送信された信号を前記中央基地局に中継することで、エリアを補完する分散基地局方式が適用される移動通信システムにおいて、
前記中央基地局は、
当該中央基地局及び前記中継基地局における前記移動局の受信品質を測定する受信品質測定手段と、
当該移動通信システムの容量が最大となるように、前記中継基地局における受信品質に乗算するウエイトを制御する手段と、
前記受信品質測定手段により測定された前記中継基地局における受信品質に前記ウエイトを制御する手段にて生成されたウエイトを乗算し、ウエイト乗算後の出力値と、前記受信品質測定手段により測定された前記中央基地局における受信品質とを比較する手段と、
前記比較する手段での比較結果に基づいて、前記移動局と接続すべき基地局を決定する接続先基地局判定手段と
を備え、
前記ウエイトを制御する手段は、中継基地局の特性に基づいてウエイトを制御し、
該中継基地局の特性にはアンテナ高が含まれ、中継基地局のアンテナ高が低い場合には、ウエイトの値が大きくなるように設定する。
【００２１】
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記中継基地局は、非再生中継を行い、該中継基地局のアンテナ高及びアンテナ利得は前記中央基地局と比較して小さい。
【００２２】
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記比較する手段は、ウエイト乗算後の出力値と、前記受信品質測定手段により測定された前記中央基地局の受信品質とを比較して最大値を検出し、
前記接続先基地局判定手段は、前記比較する手段での比較結果に基づいて、該最大値に対応する基地局を選択する。
【００２３】
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
中央基地局及び中継基地局が扱うトラヒックを測定するトラヒック測定手段と、
１つ以上のウエイト候補を設定するウエイトテーブル更新手段と
を有し、
前記ウエイトを制御する手段は、前記トラヒック測定手段からの出力値に応じて前記ウエイトテーブル更新手段で設定されるウエイトテーブルを参照し、前記中継基地局の受信信号電力値に乗算するウエイトを決定する。
【００２４】
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記ウエイトテーブル更新手段は、サービスエリアの構成、基地局のアンテナ特性、装置特性の少なくとも１つに基づいて、ウエイトテーブルを設定する。
【００２５】
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記ウエイトテーブルに設定される要素には、ウエイト候補数、ウエイト値、ウエイト制御量のうち少なくとも１つが含まれる。
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記受信品質測定手段は、受信ＳＩＲ、受信ＣＩＲ、ビット誤り率のいずれかを受信品質として測定する。
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
中継基地局毎に接続できる移動局数が設定され、
前記ウエイトを制御する手段は、中継基地局毎に接続できる移動局数に基づいて、前記中継基地局の受信信号電力値に乗算するウエイトを制御する。
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記ウエイトを制御する手段は、全中継基地局一括でウエイトを制御する。
【００２６】
上記本発明によれば、中央基地局における受信品質を示す値（例：受信信号電力値）と、中継基地局における受信品質を示す値にウエイトを乗算した値を用いて移動局が接続すべき基地局を判定する。これにより、中継基地局と接続する移動局が増えるように制御されるので、各基地局間におけるトラヒックの不均衡を解消することができ、システム容量を最大にすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は本発明の分散基地局方式の概要を説明するための図である。本実施形態では、１つの中央基地局（ＣＢＳ、ｉ＝０、ｉ＝基地局番号）１００と６つの中継基地局（ＳＢＳ、ｉ＝１，．．．，６）２０〜７０が接続されている構成を用いる。上りリンクにおいて中継基地局（ＳＢＳ、ｉ＝３）４０は、移動局１０から送信された信号を受信し、中央基地局１０に再送信する（同図中矢印を参照）。中継基地局と中央基地局間の信号伝送には、セルラ網とは独立した伝送路(例えば、有線網やマイクロ波中継網)、またはセルラで利用される帯域での無線中継などが考えられるが、本実施形態では、中継用に独立した伝送路が存在するものとする。また、中継基地局の構成を簡易にするため、中継方式は非再生中継とし復調等の操作は行わないものとし、中継基地局のアンテナ高及びアンテナ利得は中央基地局と比較して小さいものとする。
【００２９】
図２は、本発明の一実施形態に係る分散基地局方式が適用される移動通信システムの構成を示すブロック図である。同図において、この移動通信システムは、例えば、ＣＤＭＡ方式の移動通信システムであって、図１と同様１つの中央基地局（ＣＢＳ、ｉ＝０）１００と６つの中継基地局（ＳＢＳ、ｉ＝１，．．．，６）２０〜７０、並びにこれらと無線通信を行う移動局１０とから構成される。
【００３０】
移動局１０に入力された送信データは、符号化部１１で符号化された後、変調部１２で変調される。変調された送信データは、その後、送信部１３およびアンテナ１４を経て送信される。このようにして移動局１０から送信された信号は、中央基地局(ｉ＝０)のアンテナ１０１及び６つの中継基地局(ｉ＝１，．．．，６)のアンテナ２１、３１、４１、５１、６１、７１と各受信部１０２、２２、３２、４２、５２、６２、７２で受信される。中央基地局１００の受信部１０２で受信された信号Ｓ０は、中央基地局１００内の基地局受信信号電力測定部１０３及び接続信号選択部１０４（点線部）へ入力される。
【００３１】
一方で、中継基地局２０〜７０の機能は中継機能のみであり復調や復号は行われない。このため、各中継基地局２０〜７０の受信部２２、３２、４２、５２、６２、７２への入力信号は、ＲＦ(Radio Frequency)信号のまま当該中央基地局２０〜７０へ再送信される。中央基地局１００で受信された中継基地局２０〜７０からの中継信号Ｓ１，．．．，Ｓ６は、中央基地局１００での受信信号Ｓ０と同様に中央基地局１００内の基地局受信信号電力測定部１０３及び接続信号選択部１０４に入力される。なお、基地局受信信号電力測定部１０３は各中継基地局２０〜７０に設置することも可能である。本実施形態では、中継基地局２０〜７０の機能を簡易にするため中央基地局１００内に設置されているものとする。
【００３２】
基地局受信信号電力測定部１０３では、入力された自局１００の信号および各中継基地局２０〜７０の信号Ｓｉについて受信信号電力Ｐｉ(ｉ＝０，．．．，６)が測定され、各々の測定値Ｐｉが接続基地局判定部１０４に入力される。接続基地局判定部１０４ではＰｉを用いて、移動局１０を接続すべき基地局の決定をする。前述の通り、分散基地局方式では中央基地局に接続する移動局が集中することによりシステム容量が低減するため、接続基地局判定部１０４において中継基地局２０〜７０と接続する移動局が増加するように制御することでシステム容量を増大することができる。接続信号選択部１０５では、接続基地局判定部１０４での判定に基づき、復調、復号に用いる受信信号を決定する。接続信号選択部１０５からの出力信号は復調部１０６で復調された後、復号部１０７で復号され、受信データとして再生される。
【００３３】
図３は、本発明の一実施形態に係る接続基地局判定部１０４の構成を示すブロック図である。同図において、接続基地局判定部１０４は、最大入力値判定部２０１、ウエイト生成部２０２及び乗算部２０３１〜２０３６から構成される。移動局１０から送信された信号の中央基地局１００における受信信号電力値Ｐ０は、接続基地局判定部１０４の最大入力値判定部２０１に入力される。
【００３４】
一方、中継基地局２０〜７０における受信信号電力値Ｐｉ(ｉ＝１，．．．，６)はウウエイト生成部２０２で生成されたウエイトα１，．．．，α６と乗算部２０３１〜２０３６により乗算され、最大入力値判定部２０１へ入力される。最大入力値判定部２０１は入力値の中から最大値を判定し、その値を有する基地局を特定する機能を有する。接続信号選択部１０５では、最大入力値判定部２０１での判定結果に基づき復調すべき信号がＳ０〜Ｓ６の中から選択され、その選択された信号が復調・復号されて送信データが再生される。
【００３５】
ここで、ウエイトα１，．．．，α６を大きく設定すれば、最大入力判定部２０１への入力値も大きくなるため中継基地局２０〜７０が選択される確率が高くなり、当該中継基地局２０〜７０に接続する移動局が増加する。その結果、中央基地局１００に接続する移動局が減少しシステム全体への負荷が低減されるため、システム容量が増大させることができる。しかし、ウエイトα１，．．．，α６を大きくしすぎると、中央基地局１００に近く中継基地局２０〜７０から遠くに位置しているにも関わらず中継基地局２０〜７０と接続する移動局が生じることとなり、中央基地局１００に大きな干渉を与え、中央基地局１００及びシステム全体のシステム容量の劣化を招く結果となる。そのため、ウエイト生成部２０２では、システム容量が最大となるようにウエイトα１，．．．，α６を制御する必要がある。
【００３６】
図４は、各中継基地局におけるウエイトをα１＝．．．＝α６＝α(＞1)とした場合の中継基地局２０〜７０エリアの拡大効果を示す図である。同図が示すように、ウエイトを適用しない(α=１)場合と比較して、中央基地局１００のエリアが小さくなり、１中央基地局と１中継基地局のエリアの広さの不均衡が解消されていることがわかる。この結果、中央基地局１００と中継基地局２０〜７０に接続する移動局数の不均衡が改善され、システム容量の増大が可能となる。
【００３７】
図５は、本発明の一実施形態に係るウエイト生成部の概要を示すブロック図である。前述の通り、接続基地局判定部１０４で与えられるウエイトα１，．．．，α６は、システム容量を最大にするために最適な値に制御する必要がある。最適なウエイトは、中央基地局１００及び中継基地局２０〜７０におけるトラヒック、アンテナ高、アンテナ利得等のアンテナ特性や最大送信電力等の基地局装置特性に依存する。
【００３８】
中央基地局１００のエリアサイズやトラヒック収容能力を決定する要因となるアンテナ特性や基地局特性は、主に基地局設置時の設計値により決定されるため比較的長期的な時間単位で変動するのに対し、トラヒックは短時間で変化するパラメータである。そこで、本実施形態のウエイト生成部２０２は、長期的な変動に対してウエイトテーブル２１２を更新するウエイトテーブル更新部２１４と、トラヒックに応じて最適ウエイトを出力するウエイト制御部２１３を備える。中央基地局１００及び各中継基地局２０〜７０におけるトラヒックは、トラヒック測定部２１１で測定される。また、トラヒックの測定及びウエイトテーブル２１２の更新は、通信の開始、通信の終了などにより各基地局が扱うトラヒックの変化が起こる度にトラヒックを測定してウエイトテーブル２１２を更新する方法や、一定時間内にトラヒックを測定し、ある程度の時間毎にウエイトテーブル２１２を更新する方法がある。
【００３９】
ウエイト制御部２１３は、ウエイトテーブル２１２を参照し、トラヒック測定部２１１から得られるトラヒック測定結果に対して最適なウエイトを出力する。ウエイトテーブル更新部２１４では各中継基地局２０〜７０におけるウエイトテーブル２１２を中央基地局１００及び各中継基地局２０〜７０のアンテナ及び装置の設計値（アンテナ利得、アンテナ高、基地局の最大送信電力など）に応じて更新し、各基地局におけるトラヒックをパラメータとしたウエイトの候補を設定する。このウエイトテーブル２１２は、１つの中央基地局に接続されている全中継基地局に対して1つまたは各中継基地局に1つずつ設定することができる。
【００４０】
また、全中継基地局または各中継基地局のウエイトテーブルは、トラヒックに対してＮ（Ｎ：任意の自然数）段階のウエイト切替ができるように設定することができる。ウエイト制御部２１３の出力値は、接続基地局判定部１０４の乗算部２０３１〜２０３６へ入力され、移動局が接続する基地局の選択に用いられる。
【００４１】
図６は、中継基地局のパラメータによるウエイトテーブルの制御の一例を示す図で、同図（ａ）は、中継基地局のアンテナ利得によるウエイトテーブルの制御の例を示す図である。ウエイトテーブルは基地局特性に応じて設定されるもので、トラヒックとαの関係を定義する。ここでは、各移動局の伝送レートは等しいと仮定し、１つの中央基地局１００と接続されている６つの中継基地局２０〜７０における総接続移動局数をトラヒックｕとした場合の例を示す。
【００４２】
中継基地局２０〜７０のアンテナ利得が小さい場合には、アンテナ利得が大きい場合と比較して、中央基地局１００に接続する移動局数が増加するため、システム容量が減少する。そのため、図６（ａ）に示すように、アンテナ利得が小さい場合は、中継基地局エリアを大きくするためにαの値が大きくなるようなウエイトテーブルを設定する必要がある。
【００４３】
また、実際にサービスを展開する場合において中継基地局毎にアンテナ高が異なるような設計になることが考えられる。その場合の例を図６（ｂ）に示す。本例においても、中央基地局１００に接続する移動局数が多くなる場合(アンテナ高が低い場合)にαの値を大きくするウエイトテーブルが設定される。さらに、移動局数の閾値Uを各中継基地局２０〜７０毎に設定することで、さらに高精度にウエイトテーブルを設定することができる。
【００４４】
図７は、全中継基地局におけるウエイトを一括で制御する場合（α１＝．．．＝α６＝α）のウエイト生成部の動作例を示す図である。ここでは、総接続移動局数（総ユーザ数）をトラヒックｕａｌｌとした場合の例を示す。
【００４５】
ウエイトテーブル２１２は、ｕａｌｌの範囲に応じてＮ段階の値が設定されており、測定されたｕａｌｌの値によって、出力αの値を決定する。例えば、Ｎ＝３とした場合、同図に示すように、ｕａｌｌの値に応じて３段階のウエイトα１、α２、α３（α１＞α２＞α３）が設定される。
【００４６】
また、ｕａｌｌが
【００４７】
【数１】
の範囲だった場合には、ウエイトテーブル２１２に従い出力値はα（２）となる。このときの各基地局がカバーできるエリアを示した図が図８（ｂ）である。
【００４８】
このように各中継基地局２０〜７０におけるウエイトが一括で制御されるため各中継基地局２０〜７０のエリアの大きさは等しくなる。一方で、トラヒックの変動により
【００４９】
【数２】
より小さくなりα（１）が選ばれれば、図８（ａ）に示すように、さらに中継基地局のエリアは大きくなり、
【００５０】
【数３】
となり、α（３）が選ばれた場合には中継基地局エリアは、図８（ｃ）に示すように小さくなる。
【００５１】
上述したように本実施形態によれば、上記の制御により中継基地局エリア２０〜７０の大きさを変更する。これにより、中央基地局及び中継基地局に接続する移動局数を制御することができ、システム容量をトラヒックに依存せずに最適に保つことができる。
【００５２】
また、上述の全中継基地局２０〜７０一括でウエイトを制御する方法は、中央基地局１００及びそれに接続する中継基地局２０〜７０のアンテナ高が低い、送信電力が小さい等の理由により中央基地局１００及び中継基地局２０〜７０がカバーできるエリアが小さく、地理的なトラヒックの分布が均一である場合に特に有効と考えられる。
【００５３】
図９は、各中継基地局毎に独立のウエイトテーブルを適用した場合のウエイト生成部の動作例を示す図である。ここでは、上述の実施形態と同様にユーザ数をトラヒックとして扱い、中央基地局１００のトラヒックｕ０及び各中継基地局毎のトラヒックｕ１，．．．，ｕ６をパラメータとして制御した場合の例を示す。
【００５４】
ここでは、中央基地局１００のトラヒックに対してＭ段階、中継基地局２０〜７０のトラヒックＮ段階の閾値を設けるものとし、その際の閾値を
【００５５】
【数４】
と定める。ｊは閾値の番号を示し、中央基地局１００であれば（ｉ＝０）,ｊ＝１,２，．．．，Ｍ−１となり、中継基地局２０〜７０であれば（ｉ＝１，．．．，６）,ｊ＝１,２，．．．，Ｎ−１となる。ここで、説明を平易にするため、Ｍ＝Ｎ＝２とし、各中継基地局２０〜７０での閾値は
【００５６】
【数５】
のように同じ値であると仮定する。各中継基地局２０〜７０のウエイトはα１,α２，．．．，α６とする。
【００５７】
また本例では、中央基地局１００のＭ通りの閾値の中からｍ番目の閾値を選択し、その上で中継基地局２０〜７０のＮ通りの閾値の中からｎ番目の閾値を選択した値
【００５８】
【数６】
を出力するＭ×Ｎ通りのウエイトテーブルを利用する。そのときトラヒックが、
【００５９】
【数７】
のように与えられた場合、ウエイトテーフル２１２に従い、中央基地局１００の条件から
【００６０】
【数８】
のテーブルが選ばれ、その中から、
【００６１】
【数９】
の条件を満たす
【００６２】
【数１０】
が出力される（同図黒塗り部分参照）。
【００６３】
図１０は、上記のようにしてウエイトを制御した場合の中央基地局１００及び中継基地局２０〜７０の収容エリアを示す図である。同図が示すように、各中継基地局のウエイトが独立に制御されているため、接続ユーザ数が多い中継基地局２０、４０、５０、と少ない中継基地局３０、６０、７０ではエリアの広さが異なる(接続ユーザ数が多い中継基地局のエリアが小さい)。すなわち、各中継基地局に独立のウエイトを制御する方法は、各中継基地局のアンテナ高が異なることによりカバーするエリアも不均一になる場合、また、地理的なトラヒックの分布が不均一である場合に特に有効であると考えられる。
【００６４】
また、本実施形態では、中継基地局ｉにおけるウエイトαｉを決定するために、中継基地局２０〜７０は中央基地局１００のトラヒックｕ０と１中継基地局のトラヒックｕｉのみをパラメータとしたウエイトテーブルを用いる場合を例示したが、より正確にウエイトを設定するために、周辺の全ての中継基地局のトラヒックもパラメータとして考慮し、ウエイトテーフルを作成しウエイトを決定するような態様であってもよい。
【００６５】
以上、説明してきたように、本実施形態によれば、中継基地局のアンテナ高やアンテナ利得が小さく設定される分散基地局方式において、接続移動局数が中央基地局に集中するという問題に対し、中継基地局と接続する移動局が増えるように制御することでＣＤＭＡシステムにおけるシステム容量を改善することができる。
【００６６】
また、各中継基地局毎にトラヒックに応じてウエイトを制御することで柔軟な分散基地局システムの構築が可能になり、トラヒックに関わらず最大のシステム容量が実現できる。
【００６７】
さらに、既存のインフラを生かしながら高品質、大容量な移動通信システムの構築が可能であり、次世代の移動通信システムの展開への移行を容易に低コストで実現することが可能となる。
【００６８】
（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記実施形態では、基地局受信信号電力測定部１０４で測定される受信信号電力に基づいて、接続先基地局を判定する態様を例示にしたが、受信信号電力に限らず受信品質、例えば、受信ＳＩＲ、受信ＣＩＲ、ビット誤り率等に基づいて、接続先基地局を判定するような態様であってもかまわない。
【００６９】
上記実施例において、基地局受信信号電力測定部１０３の機能が受信信号測定手段、受信品質測定手段に、接続基地局判定部１０４の機能が接続先基地局判定手段に対応する。また、ウエイト生成部２０２の機能がウエイト生成手段に、最大入力値判定部２０１の機能が最大入力値判定手段に対応する。さらに、トラヒック測定部２１１の機能がトラヒック測定手段に、ウエイトテーブル更新部２１４の機能がウエイトテーブル更新手段に、ウエイト制御部２１３の機能がウエイト制御手段に対応する。
【００７０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、中央基地局における受信信号電力値と中継基地局における受信信号値のウエイト乗算後の値を用いて移動局が接続すべき基地局を判定する。これにより、中継基地局と接続する移動局が増えるように制御されるので、各基地局間におけるトラヒックの不均衡を解消することができ、システム容量を最大にすることができる。
【００７１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分散基地局方式の概要を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る分散基地局方式の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る接続基地局判定部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明により中継基地局エリア拡大効果を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るウエイト生成部の概要を示すブロック図である。
【図６】中継基地局のパラメータによるウエイトテーブルの制御の一例を示す図である。
【図７】全中継基地局一括でウエイト制御を行った場合の動作例を示す図である。
【図８】全中継基地局一括でウエイト制御行った場合の中継基地局エリアのサイズの変化を示す図である。
【図９】各中継基地局で独立にウエイト制御を行った場合の動作例を示す図である。
【図１０】各中継基地局で独立にウエイト制御を行った場合の中継基地局エリアのサイズの変化を示す図である。
【符号の説明】
１０ 移動局
１１ 符号化部
１２ 変調部
１３ 送信部
１４、２１、３１、４１、５１、６１、７１、１０１ アンテナ
２０〜７０ 中継基地局
２２、３２、４２、５２、６２、７２、１０２ 受信部
１００ 中央基地局
１０３ 基地局受信信号電力測定部
１０４ 接続基地局判定部
１０５ 接続信号選択部
１０６ 復調部
１０７ 復号部
２０１ 最大入力値判定部
２０２ ウエイト生成部
２０３１〜２０３６ 乗算部
２１１ トラヒック測定部
２１２ ウエイトテーブル
２１３ ウエイト制御部
２１４ ウエイトテーブル更新部
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散基地局方式及び基地局決定方法に係り、詳しくは、ＣＤＭＡセルラにおけるシステム容量を増大するための分散基地局方式及び基地局決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動通信サービスに対する需要は急増しており音声だけではなく画像やアプリケーション等の比較的低速なデータ伝送サービスの提供も開始されている。さらに固定通信網においてはインターネットの急速な普及に伴い、高精細な動画伝送や高速データ伝送等のブロードバンドマルチメディアサービスが提供されている。このような背景をもとに移動通信サービスにおいても動画配信や最大１００Ｍｂｐｓ程度の高速データ伝送などブロードバンドモバイルマルチメディアサービスヘの要求が高まっており、次世代移動通信システムにおける高速かつ大容量な通信の実現が求められている。
【０００３】
このような要求を満たすための無線アクセス技術に関して様々な検討が行われており、第四世代と呼ばれる次世代移動通信システムにおける下りリンクでは、多数のサブキャリアを用いて信号を送信するマルチキャリア符号分割多元接続（MC-CDMA: Multi-Carrier Code Division Multiple Access）に基づく可変拡散率直交周波数符号分割多重方式(VSF-OFCDM: Variable Spreading Factor Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing)が有効な無線アクセス方式の1つとして考えられている(例えば、非特許文献1参照)。
【０００４】
また、上りリンクにおいては既存のセルラシステムであるＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）方式でも用いられている直接拡散符号分割多元接続(DS-CDMA: Direct sequence Code Division Multiple Access)に基づく無線アクセス方式が有効な方式の1つと考えられている(例えば、非特許文献２、３参照)。
上記のＶＳＦ−ＯＦＣＤＭ及びＤＳ−ＣＤＭＡはいずれもＣＤＭＡに基づくものであるため拡散符号により基地局や移動局の信号を識別することができ、全ユーザが同一の周波数帯域で信号伝送を行うことができる。従って、複雑な周波数割当の設計が不要である。
【０００５】
高速かつ大容量な信号伝送を行うためには、より広い周波数帯域を確保する必要があるが、既存のセルラシステムに割り当てられている周波数帯域ではブロードバンドモバイルマルチメディアを実現するために十分な帯域を確保することは困難である。従って、次世代移動通信システムは既存のシステムと比較して高い周波数帯においてサービスが提供されるものと考えられる(例えば、非特許文献４、５参照)。しかしながら、高周波数帯になるにつれて、伝搬損失の増大や電波の直進性が増すことにより１つの基地局が広いエリアをカバーすることは困難となる。
【０００６】
さらに、高速伝送において所要の受信品質を満たすためには、より大きな送信電力が必要となるものの、基地局及び移動局における送信電力には限界があることから１基地局がカバーできるエリアはさらに小さくなると考えられる。その結果、既存のシステムと同様な置局設計により次世代移動通信システムを展開しても既存のシステムと同等なサービスエリアを確保することができない。
【０００７】
これらの問題を解決する手段の１つとしてサービスエリア内の基地局を増設することが考えられるが、インフラの設置コストが莫大となるため、低コストで実現できる方式が望まれる。
【０００８】
そこで、次世代移動通信システムにおいてもＣＤＭＡベースの無線アクセス方式を用いた場合に既存のシステムと同等なサービスエリアを確保しつつ、高速で大容量な通信を実現する方式として、移動局と基地局間の直接通信に加え、中継局を用いて基地局(移動局)からの送信信号を移動局(基地局)に中継することでエリアを補完する方式が提案されている。この中継局を用いた方式としては、ある移動局から(へ)の信号をエリア内に存在する別の移動局を用いて中継を行うマルチホップ方式(例えば非特許文献６参照)と、エリア内に設置した固定中継局を用いる分散基地局方式(例えば、非特許文献７参照)が検討されている。
【０００９】
マルチホップ方式は、基地局と移動局間の通信において、他の移動局を介して中継を行うことで基地局のみではカバーできないエリアを補完する方式であり、分散基地局方式は、中央基地局に加え複数の中継基地局を設置し、中継基地局において移動局から(へ)の信号を中央基地局へ(から)中継を行うことでエリアを補完する方式である。
【００１０】
次世代移動通信システムにおける分散基地局方式の実現例としては、既存のシステムの基地局設置箇所に次世代移動通信システムにおける中央基地局の機能を追加することにより既存の基地局を有効利用し、さらにエリア内に中継基地局を追加して次世代移動通信システムのエリアを補完するような構成が考えられる。このとき、新たなインフラコストを抑えるため、中継基地局は中央基地局と比較して簡易な装置構成（例えば、既存のＰＨＳ(Personal Handy phone System )基地局と同程度の基地局に次世代移動通信システムの中継機能を追加）となる中継基地局を追加することで、移動局と基地局間の平均距離を短くできる。これにより、上りリンクにおいては移動局の、下りリンクにおいては基地局の送信電力の低減が可能となり、かつ複数ユーザの受信信号の直交性が保てないことにより起こる多元接続干渉及び他セルから(への)干渉電力の低減も可能となる。このように分散基地局方式を用いることでそれらの干渉を低減することができるため、システム容量の向上が可能となる。
【００１１】
【非特許文献１】
Hiroyuki ATARASHI, Sadayuki ABETA, and Mamoru SAWAHASHI, “Variable Spreading Factor Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing(VSF-OFCDM) for Broadband Packet Wireless Access,”IEICE Trans. on Communications, Vol.E86-B,No.1,pp291-299,January 2003
【００１２】
【非特許文献２】
F.Adachi, M.Sawahashi, and H.Suda, “Wideband DS-CDMA for Next Geberation Mobile Communication System,”IEEE Commun. Man., Vol.36, pp.56-69, September 1998
【００１３】
【非特許文献３】
“Special issue, IMT-2000: Standards Efforts of the ITU,”IEEE Personal Commun., Vol.4, August 1997
【００１４】
【非特許文献４】
モバイルＩＴ戦略 新世代移動通信システムのすべて, 新世代モバイル研究会・編, クリエイト・クルーズ
【００１５】
【非特許文献５】
山尾泰, 梅田成視, 大津徹, 中嶋信生, “第４世代移動通信の展望 一無線システムを中心とした課題について一, ”電子情報通信学会論文誌, Vol.J83-B, No.10, pp.1364-1373, 2000年10月
【００１６】
【非特許文献６】
Ying-Dar Lin and Yu-Ching Hsu, “Multihop Cellular: A New Architecture for Wireless Communications,”INFOCOM2000, Vol.3, pp.1273-1282, 2000
【００１７】
【非特許文献７】
Y.Yamao, T.Otsu, A.Fujiwara, H.Murata, S.Yoshida, “Multi-hop Radio Access Cellular Concept for Fourth-Generation Mobile Communications System,”Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2002. The 13th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Vol.1, 2002
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、分散基地局方式ではインフラコストを抑圧するために中継基地局の構成は簡易なものとなり、また、基地局の設置場所も限定されるため、アンテナ高やアンテナ利得が制限されることが予想される。そのため、上りリンクにおいて、受信信号電力に基づいて移動局と接続する基地局の選択をした場合、同一距離における移動局と基地局間の減衰量は中央基地局のほうが小さく、１つの中央基地局エリアは1つの中継基地局エリアよりも広くなり、中央基地局が扱う移動局数は中継基地局よりも多くなる。従って、接続移動局数が多い中央基地局における受信信号は中継基地局における受信信号よりも、他の移動局から受ける干渉が多い状態となる。その結果、干渉量で通信品質及びシステム容量が決まるＣＤＭＡ方式においては、中央基地局エリア内の通信品質は中継基地局エリア内と比べ劣化することとなり、その特性劣化が分散基地局方式における全体的なシステム容量を減少させる要因になる。
【００１９】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、分散基地局方式において中継基地局のアンテナ高やアンテナ利得が小さい場合のシステム容量を改善することができる分散基地局方式及び基地局決定方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本移動通信システムは、
複数の中継基地局と中央基地局が伝送路により接続され、前記中継基地局が移動局から送信された信号を前記中央基地局に中継することで、エリアを補完する分散基地局方式が適用される移動通信システムにおいて、
前記中央基地局は、
当該中央基地局及び前記中継基地局における前記移動局の受信品質を測定する受信品質測定手段と、
当該移動通信システムの容量が最大となるように、前記中継基地局における受信品質に乗算するウエイトを制御する手段と、
前記受信品質測定手段により測定された前記中継基地局における受信品質に前記ウエイトを制御する手段にて生成されたウエイトを乗算し、ウエイト乗算後の出力値と、前記受信品質測定手段により測定された前記中央基地局における受信品質とを比較する手段と、
前記比較する手段での比較結果に基づいて、前記移動局と接続すべき基地局を決定する接続先基地局判定手段と
を備え、
前記ウエイトを制御する手段は、中継基地局の特性に基づいてウエイトを制御し、
該中継基地局の特性にはアンテナ利得が含まれ、中継基地局のアンテナ利得が小さい場合には、ウエイトの値が大きくなるように設定する。
本移動通信システムは、
複数の中継基地局と中央基地局が伝送路により接続され、前記中継基地局が移動局から送信された信号を前記中央基地局に中継することで、エリアを補完する分散基地局方式が適用される移動通信システムにおいて、
前記中央基地局は、
当該中央基地局及び前記中継基地局における前記移動局の受信品質を測定する受信品質測定手段と、
当該移動通信システムの容量が最大となるように、前記中継基地局における受信品質に乗算するウエイトを制御する手段と、
前記受信品質測定手段により測定された前記中継基地局における受信品質に前記ウエイトを制御する手段にて生成されたウエイトを乗算し、ウエイト乗算後の出力値と、前記受信品質測定手段により測定された前記中央基地局における受信品質とを比較する手段と、
前記比較する手段での比較結果に基づいて、前記移動局と接続すべき基地局を決定する接続先基地局判定手段と
を備え、
前記ウエイトを制御する手段は、中継基地局の特性に基づいてウエイトを制御し、
該中継基地局の特性にはアンテナ高が含まれ、中継基地局のアンテナ高が低い場合には、ウエイトの値が大きくなるように設定する。
【００２１】
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記中継基地局は、非再生中継を行い、該中継基地局のアンテナ高及びアンテナ利得は前記中央基地局と比較して小さい。
【００２２】
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記比較する手段は、ウエイト乗算後の出力値と、前記受信品質測定手段により測定された前記中央基地局の受信品質とを比較して最大値を検出し、
前記接続先基地局判定手段は、前記比較する手段での比較結果に基づいて、該最大値に対応する基地局を選択する。
【００２３】
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
中央基地局及び中継基地局が扱うトラヒックを測定するトラヒック測定手段と、
１つ以上のウエイト候補を設定するウエイトテーブル更新手段と
を有し、
前記ウエイトを制御する手段は、前記トラヒック測定手段からの出力値に応じて前記ウエイトテーブル更新手段で設定されるウエイトテーブルを参照し、前記中継基地局の受信信号電力値に乗算するウエイトを決定する。
【００２４】
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記ウエイトテーブル更新手段は、サービスエリアの構成、基地局のアンテナ特性、装置特性の少なくとも１つに基づいて、ウエイトテーブルを設定する。
【００２５】
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記ウエイトテーブルに設定される要素には、ウエイト候補数、ウエイト値、ウエイト制御量のうち少なくとも１つが含まれる。
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記受信品質測定手段は、受信ＳＩＲ、受信ＣＩＲ、ビット誤り率のいずれかを受信品質として測定する。
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
中継基地局毎に接続できる移動局数が設定され、
前記ウエイトを制御する手段は、中継基地局毎に接続できる移動局数に基づいて、前記中継基地局の受信信号電力値に乗算するウエイトを制御する。
また、本移動通信システムは、前記移動通信システムにおいて、
前記ウエイトを制御する手段は、全中継基地局一括でウエイトを制御する。
【００２６】
上記本発明によれば、中央基地局における受信品質を示す値（例：受信信号電力値）と、中継基地局における受信品質を示す値にウエイトを乗算した値を用いて移動局が接続すべき基地局を判定する。これにより、中継基地局と接続する移動局が増えるように制御されるので、各基地局間におけるトラヒックの不均衡を解消することができ、システム容量を最大にすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は本発明の分散基地局方式の概要を説明するための図である。本実施形態では、１つの中央基地局（ＣＢＳ、ｉ＝０、ｉ＝基地局番号）１００と６つの中継基地局（ＳＢＳ、ｉ＝１，．．．，６）２０〜７０が接続されている構成を用いる。上りリンクにおいて中継基地局（ＳＢＳ、ｉ＝３）４０は、移動局１０から送信された信号を受信し、中央基地局１０に再送信する（同図中矢印を参照）。中継基地局と中央基地局間の信号伝送には、セルラ網とは独立した伝送路(例えば、有線網やマイクロ波中継網)、またはセルラで利用される帯域での無線中継などが考えられるが、本実施形態では、中継用に独立した伝送路が存在するものとする。また、中継基地局の構成を簡易にするため、中継方式は非再生中継とし復調等の操作は行わないものとし、中継基地局のアンテナ高及びアンテナ利得は中央基地局と比較して小さいものとする。
【００２９】
図２は、本発明の一実施形態に係る分散基地局方式が適用される移動通信システムの構成を示すブロック図である。同図において、この移動通信システムは、例えば、ＣＤＭＡ方式の移動通信システムであって、図１と同様１つの中央基地局（ＣＢＳ、ｉ＝０）１００と６つの中継基地局（ＳＢＳ、ｉ＝１，．．．，６）２０〜７０、並びにこれらと無線通信を行う移動局１０とから構成される。
【００３０】
移動局１０に入力された送信データは、符号化部１１で符号化された後、変調部１２で変調される。変調された送信データは、その後、送信部１３およびアンテナ１４を経て送信される。このようにして移動局１０から送信された信号は、中央基地局(ｉ＝０)のアンテナ１０１及び６つの中継基地局(ｉ＝１，．．．，６)のアンテナ２１、３１、４１、５１、６１、７１と各受信部１０２、２２、３２、４２、５２、６２、７２で受信される。中央基地局１００の受信部１０２で受信された信号Ｓ０は、中央基地局１００内の基地局受信信号電力測定部１０３及び接続信号選択部１０４（点線部）へ入力される。
【００３１】
一方で、中継基地局２０〜７０の機能は中継機能のみであり復調や復号は行われない。このため、各中継基地局２０〜７０の受信部２２、３２、４２、５２、６２、７２への入力信号は、ＲＦ(Radio Frequency)信号のまま当該中央基地局２０〜７０へ再送信される。中央基地局１００で受信された中継基地局２０〜７０からの中継信号Ｓ１，．．．，Ｓ６は、中央基地局１００での受信信号Ｓ０と同様に中央基地局１００内の基地局受信信号電力測定部１０３及び接続信号選択部１０４に入力される。なお、基地局受信信号電力測定部１０３は各中継基地局２０〜７０に設置することも可能である。本実施形態では、中継基地局２０〜７０の機能を簡易にするため中央基地局１００内に設置されているものとする。
【００３２】
基地局受信信号電力測定部１０３では、入力された自局１００の信号および各中継基地局２０〜７０の信号Ｓｉについて受信信号電力Ｐｉ(ｉ＝０，．．．，６)が測定され、各々の測定値Ｐｉが接続基地局判定部１０４に入力される。接続基地局判定部１０４ではＰｉを用いて、移動局１０を接続すべき基地局の決定をする。前述の通り、分散基地局方式では中央基地局に接続する移動局が集中することによりシステム容量が低減するため、接続基地局判定部１０４において中継基地局２０〜７０と接続する移動局が増加するように制御することでシステム容量を増大することができる。接続信号選択部１０５では、接続基地局判定部１０４での判定に基づき、復調、復号に用いる受信信号を決定する。接続信号選択部１０５からの出力信号は復調部１０６で復調された後、復号部１０７で復号され、受信データとして再生される。
【００３３】
図３は、本発明の一実施形態に係る接続基地局判定部１０４の構成を示すブロック図である。同図において、接続基地局判定部１０４は、最大入力値判定部２０１、ウエイト生成部２０２及び乗算部２０３１〜２０３６から構成される。移動局１０から送信された信号の中央基地局１００における受信信号電力値Ｐ０は、接続基地局判定部１０４の最大入力値判定部２０１に入力される。
【００３４】
一方、中継基地局２０〜７０における受信信号電力値Ｐｉ(ｉ＝１，．．．，６)はウウエイト生成部２０２で生成されたウエイトα１，．．．，α６と乗算部２０３１〜２０３６により乗算され、最大入力値判定部２０１へ入力される。最大入力値判定部２０１は入力値の中から最大値を判定し、その値を有する基地局を特定する機能を有する。接続信号選択部１０５では、最大入力値判定部２０１での判定結果に基づき復調すべき信号がＳ０〜Ｓ６の中から選択され、その選択された信号が復調・復号されて送信データが再生される。
【００３５】
ここで、ウエイトα１，．．．，α６を大きく設定すれば、最大入力判定部２０１への入力値も大きくなるため中継基地局２０〜７０が選択される確率が高くなり、当該中継基地局２０〜７０に接続する移動局が増加する。その結果、中央基地局１００に接続する移動局が減少しシステム全体への負荷が低減されるため、システム容量が増大させることができる。しかし、ウエイトα１，．．．，α６を大きくしすぎると、中央基地局１００に近く中継基地局２０〜７０から遠くに位置しているにも関わらず中継基地局２０〜７０と接続する移動局が生じることとなり、中央基地局１００に大きな干渉を与え、中央基地局１００及びシステム全体のシステム容量の劣化を招く結果となる。そのため、ウエイト生成部２０２では、システム容量が最大となるようにウエイトα１，．．．，α６を制御する必要がある。
【００３６】
図４は、各中継基地局におけるウエイトをα１＝．．．＝α６＝α(＞1)とした場合の中継基地局２０〜７０エリアの拡大効果を示す図である。同図が示すように、ウエイトを適用しない(α=１)場合と比較して、中央基地局１００のエリアが小さくなり、１中央基地局と１中継基地局のエリアの広さの不均衡が解消されていることがわかる。この結果、中央基地局１００と中継基地局２０〜７０に接続する移動局数の不均衡が改善され、システム容量の増大が可能となる。
【００３７】
図５は、本発明の一実施形態に係るウエイト生成部の概要を示すブロック図である。前述の通り、接続基地局判定部１０４で与えられるウエイトα１，．．．，α６は、システム容量を最大にするために最適な値に制御する必要がある。最適なウエイトは、中央基地局１００及び中継基地局２０〜７０におけるトラヒック、アンテナ高、アンテナ利得等のアンテナ特性や最大送信電力等の基地局装置特性に依存する。
【００３８】
中央基地局１００のエリアサイズやトラヒック収容能力を決定する要因となるアンテナ特性や基地局特性は、主に基地局設置時の設計値により決定されるため比較的長期的な時間単位で変動するのに対し、トラヒックは短時間で変化するパラメータである。そこで、本実施形態のウエイト生成部２０２は、長期的な変動に対してウエイトテーブル２１２を更新するウエイトテーブル更新部２１４と、トラヒックに応じて最適ウエイトを出力するウエイト制御部２１３を備える。中央基地局１００及び各中継基地局２０〜７０におけるトラヒックは、トラヒック測定部２１１で測定される。また、トラヒックの測定及びウエイトテーブル２１２の更新は、通信の開始、通信の終了などにより各基地局が扱うトラヒックの変化が起こる度にトラヒックを測定してウエイトテーブル２１２を更新する方法や、一定時間内にトラヒックを測定し、ある程度の時間毎にウエイトテーブル２１２を更新する方法がある。
【００３９】
ウエイト制御部２１３は、ウエイトテーブル２１２を参照し、トラヒック測定部２１１から得られるトラヒック測定結果に対して最適なウエイトを出力する。ウエイトテーブル更新部２１４では各中継基地局２０〜７０におけるウエイトテーブル２１２を中央基地局１００及び各中継基地局２０〜７０のアンテナ及び装置の設計値（アンテナ利得、アンテナ高、基地局の最大送信電力など）に応じて更新し、各基地局におけるトラヒックをパラメータとしたウエイトの候補を設定する。このウエイトテーブル２１２は、１つの中央基地局に接続されている全中継基地局に対して1つまたは各中継基地局に1つずつ設定することができる。
【００４０】
また、全中継基地局または各中継基地局のウエイトテーブルは、トラヒックに対してＮ（Ｎ：任意の自然数）段階のウエイト切替ができるように設定することができる。ウエイト制御部２１３の出力値は、接続基地局判定部１０４の乗算部２０３１〜２０３６へ入力され、移動局が接続する基地局の選択に用いられる。
【００４１】
図６は、中継基地局のパラメータによるウエイトテーブルの制御の一例を示す図で、同図（ａ）は、中継基地局のアンテナ利得によるウエイトテーブルの制御の例を示す図である。ウエイトテーブルは基地局特性に応じて設定されるもので、トラヒックとαの関係を定義する。ここでは、各移動局の伝送レートは等しいと仮定し、１つの中央基地局１００と接続されている６つの中継基地局２０〜７０における総接続移動局数をトラヒックｕとした場合の例を示す。
【００４２】
中継基地局２０〜７０のアンテナ利得が小さい場合には、アンテナ利得が大きい場合と比較して、中央基地局１００に接続する移動局数が増加するため、システム容量が減少する。そのため、図６（ａ）に示すように、アンテナ利得が小さい場合は、中継基地局エリアを大きくするためにαの値が大きくなるようなウエイトテーブルを設定する必要がある。
【００４３】
また、実際にサービスを展開する場合において中継基地局毎にアンテナ高が異なるような設計になることが考えられる。その場合の例を図６（ｂ）に示す。本例においても、中央基地局１００に接続する移動局数が多くなる場合(アンテナ高が低い場合)にαの値を大きくするウエイトテーブルが設定される。さらに、移動局数の閾値Uを各中継基地局２０〜７０毎に設定することで、さらに高精度にウエイトテーブルを設定することができる。
【００４４】
図７は、全中継基地局におけるウエイトを一括で制御する場合（α１＝．．．＝α６＝α）のウエイト生成部の動作例を示す図である。ここでは、総接続移動局数（総ユーザ数）をトラヒックｕａｌｌとした場合の例を示す。
【００４５】
ウエイトテーブル２１２は、ｕａｌｌの範囲に応じてＮ段階の値が設定されており、測定されたｕａｌｌの値によって、出力αの値を決定する。例えば、Ｎ＝３とした場合、同図に示すように、ｕａｌｌの値に応じて３段階のウエイトα１、α２、α３（α１＞α２＞α３）が設定される。
【００４６】
また、ｕａｌｌが
【００４７】
【数１】
【００４８】
このように各中継基地局２０〜７０におけるウエイトが一括で制御されるため各中継基地局２０〜７０のエリアの大きさは等しくなる。一方で、トラヒックの変動により
【００４９】
【数２】
【００５０】
【数３】
【００５１】
上述したように本実施形態によれば、上記の制御により中継基地局エリア２０〜７０の大きさを変更する。これにより、中央基地局及び中継基地局に接続する移動局数を制御することができ、システム容量をトラヒックに依存せずに最適に保つことができる。
【００５２】
また、上述の全中継基地局２０〜７０一括でウエイトを制御する方法は、中央基地局１００及びそれに接続する中継基地局２０〜７０のアンテナ高が低い、送信電力が小さい等の理由により中央基地局１００及び中継基地局２０〜７０がカバーできるエリアが小さく、地理的なトラヒックの分布が均一である場合に特に有効と考えられる。
【００５３】
図９は、各中継基地局毎に独立のウエイトテーブルを適用した場合のウエイト生成部の動作例を示す図である。ここでは、上述の実施形態と同様にユーザ数をトラヒックとして扱い、中央基地局１００のトラヒックｕ０及び各中継基地局毎のトラヒックｕ１，．．．，ｕ６をパラメータとして制御した場合の例を示す。
【００５４】
ここでは、中央基地局１００のトラヒックに対してＭ段階、中継基地局２０〜７０のトラヒックＮ段階の閾値を設けるものとし、その際の閾値を
【００５５】
【数４】
【００５６】
【数５】
【００５７】
また本例では、中央基地局１００のＭ通りの閾値の中からｍ番目の閾値を選択し、その上で中継基地局２０〜７０のＮ通りの閾値の中からｎ番目の閾値を選択した値
【００５８】
【数６】
【００５９】
【数７】
【００６０】
【数８】
【００６１】
【数９】
【００６２】
【数１０】
【００６３】
図１０は、上記のようにしてウエイトを制御した場合の中央基地局１００及び中継基地局２０〜７０の収容エリアを示す図である。同図が示すように、各中継基地局のウエイトが独立に制御されているため、接続ユーザ数が多い中継基地局２０、４０、５０、と少ない中継基地局３０、６０、７０ではエリアの広さが異なる(接続ユーザ数が多い中継基地局のエリアが小さい)。すなわち、各中継基地局に独立のウエイトを制御する方法は、各中継基地局のアンテナ高が異なることによりカバーするエリアも不均一になる場合、また、地理的なトラヒックの分布が不均一である場合に特に有効であると考えられる。
【００６４】
また、本実施形態では、中継基地局ｉにおけるウエイトαｉを決定するために、中継基地局２０〜７０は中央基地局１００のトラヒックｕ０と１中継基地局のトラヒックｕｉのみをパラメータとしたウエイトテーブルを用いる場合を例示したが、より正確にウエイトを設定するために、周辺の全ての中継基地局のトラヒックもパラメータとして考慮し、ウエイトテーフルを作成しウエイトを決定するような態様であってもよい。
【００６５】
以上、説明してきたように、本実施形態によれば、中継基地局のアンテナ高やアンテナ利得が小さく設定される分散基地局方式において、接続移動局数が中央基地局に集中するという問題に対し、中継基地局と接続する移動局が増えるように制御することでＣＤＭＡシステムにおけるシステム容量を改善することができる。
【００６６】
また、各中継基地局毎にトラヒックに応じてウエイトを制御することで柔軟な分散基地局システムの構築が可能になり、トラヒックに関わらず最大のシステム容量が実現できる。
【００６７】
さらに、既存のインフラを生かしながら高品質、大容量な移動通信システムの構築が可能であり、次世代の移動通信システムの展開への移行を容易に低コストで実現することが可能となる。
【００６８】
（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記実施形態では、基地局受信信号電力測定部１０４で測定される受信信号電力に基づいて、接続先基地局を判定する態様を例示にしたが、受信信号電力に限らず受信品質、例えば、受信ＳＩＲ、受信ＣＩＲ、ビット誤り率等に基づいて、接続先基地局を判定するような態様であってもかまわない。
【００６９】
上記実施例において、基地局受信信号電力測定部１０３の機能が受信信号測定手段、受信品質測定手段に、接続基地局判定部１０４の機能が接続先基地局判定手段に対応する。また、ウエイト生成部２０２の機能がウエイト生成手段に、最大入力値判定部２０１の機能が最大入力値判定手段に対応する。さらに、トラヒック測定部２１１の機能がトラヒック測定手段に、ウエイトテーブル更新部２１４の機能がウエイトテーブル更新手段に、ウエイト制御部２１３の機能がウエイト制御手段に対応する。
【００７０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、中央基地局における受信信号電力値と中継基地局における受信信号値のウエイト乗算後の値を用いて移動局が接続すべき基地局を判定する。これにより、中継基地局と接続する移動局が増えるように制御されるので、各基地局間におけるトラヒックの不均衡を解消することができ、システム容量を最大にすることができる。
【００７１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分散基地局方式の概要を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る分散基地局方式の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る接続基地局判定部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明により中継基地局エリア拡大効果を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るウエイト生成部の概要を示すブロック図である。
【図６】中継基地局のパラメータによるウエイトテーブルの制御の一例を示す図である。
【図７】全中継基地局一括でウエイト制御を行った場合の動作例を示す図である。
【図８】全中継基地局一括でウエイト制御行った場合の中継基地局エリアのサイズの変化を示す図である。
【図９】各中継基地局で独立にウエイト制御を行った場合の動作例を示す図である。
【図１０】各中継基地局で独立にウエイト制御を行った場合の中継基地局エリアのサイズの変化を示す図である。
【符号の説明】
１０ 移動局
１１ 符号化部
１２ 変調部
１３ 送信部
１４、２１、３１、４１、５１、６１、７１、１０１ アンテナ
２０〜７０ 中継基地局
２２、３２、４２、５２、６２、７２、１０２ 受信部
１００ 中央基地局
１０３ 基地局受信信号電力測定部
１０４ 接続基地局判定部
１０５ 接続信号選択部
１０６ 復調部
１０７ 復号部
２０１ 最大入力値判定部
２０２ ウエイト生成部
２０３１〜２０３６ 乗算部
２１１ トラヒック測定部
２１２ ウエイトテーブル
２１３ ウエイト制御部
２１４ ウエイトテーブル更新部
Claims (11)
- 複数の中継基地局と中央基地局が伝送路により接続され、前記中継基地局が移動局から送信された信号を前記中央基地局に中継することで、エリアを補完する分散基地局方式が適用される移動通信システムにおいて、
前記中央基地局は、
当該中央基地局及び前記中継基地局における前記移動局の受信品質を測定する受信品質測定手段と、
当該移動通信システムの容量が最大となるように、前記中継基地局における受信品質に乗算するウエイトを制御する手段と、
前記受信品質測定手段により測定された前記中継基地局における受信品質に前記ウエイトを制御する手段にて生成されたウエイトを乗算し、ウエイト乗算後の出力値と、前記受信品質測定手段により測定された前記中央基地局における受信品質とを比較する手段と、
前記比較する手段での比較結果に基づいて、前記移動局と接続すべき基地局を決定する接続先基地局判定手段と
を備え、
前記ウエイトを制御する手段は、中継基地局の特性に基づいてウエイトを制御し、
該中継基地局の特性にはアンテナ利得が含まれ、中継基地局のアンテナ利得が小さい場合には、ウエイトの値が大きくなるように設定することを特徴とする移動通信システム。 - 複数の中継基地局と中央基地局が伝送路により接続され、前記中継基地局が移動局から送信された信号を前記中央基地局に中継することで、エリアを補完する分散基地局方式が適用される移動通信システムにおいて、
前記中央基地局は、
当該中央基地局及び前記中継基地局における前記移動局の受信品質を測定する受信品質測定手段と、
当該移動通信システムの容量が最大となるように、前記中継基地局における受信品質に乗算するウエイトを制御する手段と、
前記受信品質測定手段により測定された前記中継基地局における受信品質に前記ウエイトを制御する手段にて生成されたウエイトを乗算し、ウエイト乗算後の出力値と、前記受信品質測定手段により測定された前記中央基地局における受信品質とを比較する手段と、
前記比較する手段での比較結果に基づいて、前記移動局と接続すべき基地局を決定する接続先基地局判定手段と
を備え、
前記ウエイトを制御する手段は、中継基地局の特性に基づいてウエイトを制御し、
該中継基地局の特性にはアンテナ高が含まれ、中継基地局のアンテナ高が低い場合には、ウエイトの値が大きくなるように設定することを特徴とする移動通信システム。 - 請求項１または２に記載の移動通信システムにおいて、
前記中継基地局は、非再生中継を行い、該中継基地局のアンテナ高及びアンテナ利得は前記中央基地局と比較して小さいことを特徴とする移動通信システム。 - 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の移動通信システムにおいて、
前記比較する手段は、ウエイト乗算後の出力値と、前記受信品質測定手段により測定された前記中央基地局の受信品質とを比較して最大値を検出し、
前記接続先基地局判定手段は、前記比較する手段での比較結果に基づいて、該最大値に対応する基地局を選択することを特徴とする移動通信システム。 - 請求項１ないし４のいずれか1項に記載の移動通信システムにおいて、
中央基地局及び中継基地局が扱うトラヒックを測定するトラヒック測定手段と、
１つ以上のウエイト候補を設定するウエイトテーブル更新手段と
を有し、
前記ウエイトを制御する手段は、前記トラヒック測定手段からの出力値に応じて前記ウエイトテーブル更新手段で設定されるウエイトテーブルを参照し、前記中継基地局の受信信号電力値に乗算するウエイトを決定することを特徴とする移動通信システム。 - 請求項５記載の移動通信システムにおいて、
前記ウエイトテーブル更新手段は、サービスエリアの構成、基地局のアンテナ特性、装置特性の少なくとも１つに基づいて、ウエイトテーブルを設定することを特徴とする移動通信システム。 - 請求項５又は６記載の移動通信システムにおいて、
前記ウエイトテーブルに設定される要素には、ウエイト候補数、ウエイト値、ウエイト制御量のうち少なくとも１つが含まれることを特徴とする移動通信システム。 - 請求項１乃至７いずれか１項に記載の移動通信システムにおいて、
前記受信品質測定手段は、受信ＳＩＲ、受信ＣＩＲ、ビット誤り率のいずれかを受信品質として測定することを特徴とする移動通信システム。 - 請求項１乃至８いずれか１項に記載の移動通信システムにおいて、
中継基地局毎に接続できる移動局数が設定され、
前記ウエイトを制御する手段は、中継基地局毎に接続できる移動局数に基づいて、前記中継基地局の受信信号電力値に乗算するウエイトを制御することを特徴とする移動通信システム。 - 請求項１乃至８いずれか１項に記載の移動通信システムにおいて、
前記ウエイトを制御する手段は、全中継基地局一括でウエイトを制御することを特徴とする移動通信システム。 - 複数の中継基地局と中央基地局が伝送路により接続され、前記中継基地局が移動局から送信された信号を前記中央基地局に中継することで、エリアを補完する分散基地局方式が適用される移動通信システムにおける基地局決定方法において、
中央基地局が、当該中央基地局及び前記中継基地局における前記移動局の受信品質を測定するステップと、
当該移動通信システムの容量が最大となるように、前記中継基地局における受信品質に乗算するウエイトを制御するステップと、
前記受信品質を測定するステップにより測定された前記中継基地局における受信品質に前記ウエイトを制御するステップにて生成されたウエイトを乗算し、ウエイト乗算後の出力値と、前記受信品質を測定するステップにより測定された前記中央基地局における受信品質とを比較するステップと、
前記比較するステップでの比較結果に基づいて、前記移動局と接続すべき基地局を決定するステップと
を有し、
前記ウエイトを制御するステップでは、中継基地局の特性に基づいてウエイトを制御し、
該中継基地局の特性にはアンテナ利得及びアンテナ高のいずれか一方が含まれることを特徴とする基地局決定方法。
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