JP4507909B2 - チャネル密度を適応的に制御する基地局装置、および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システムの基地局装置に関する。

一時的な輻輳による通信不可状態を解消することができる移動通信システムを提供するための技術として特許3366810号（特許文献１）がある。この移動通信システムは、ネットワークに接続された複数の固定基地局と該複数の固定基地局のエリアに存在する移動機とが無線チャネルを介して通信する移動通信システムにおいて、前記複数の固定基地局のうち、輻輳が発生している第１の固定基地局を検出する第１の検出部と、前記第１の固定基地局が使用している無線チャネルと混信しない無線チャネルを設定し、当該無線チャネルを介して前記第１の固定基地局のエリアに存在する移動機と通信を行う、空中を移動する移動基地局と、前記第１の検出部による検出結果に基づいて前記移動基地局の移動を制御する制御装置とを具備することを特徴としている。つまり、輻輳が問題となるエリアに移動基地局を移動し、輻輳が発生してない無線チャネルを設定して移動基地局と移動局との間の通信を実施することで、一時的な輻輳による通信不可状態を解消する目的を達成している。また、状況によっては移動基地局を、空きチャネルを多く有する固定基地局のリピータとして動作させることで、同じく目的を達成している。

特許3366810号

3GPP2 C.S0024-A "cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification" P.9-94, 9-95, ならびに13-45、2004/3/31）

しかしながら、従来の技術は移動基地局を輻輳が発生するエリアに移動することを前提としている。移動基地局の移動に伴い２つの問題が発生する。１つは移動基地局を移動させるためのコストである。具体的には、移動基地局そのものの移動費用と、移動基地局を制御する技師の派遣費用である。もう１つは急激なトラフィック増に対する反応の遅れである。事前に大人数が集まると予想される集会や行楽地では、事前に移動基地局を派遣しておけばトラフィック増に対応できるが、予測できない事故や災害などが発生したときのトラフィック増には後手の対応しかできず、移動基地局が到着するまで輻輳が解消されないため、いつでもどこでも通信できるという移動通信の利便性を損なう。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、基地局の移動を伴わず、トラフィック量に応じて適応的に、単位面積（例えばセルやセクタのカバー範囲）あたりの最大収容チャネル数を制御する基地局装置を提供するものである。

本発明では、基地局の移動を伴わず、トラフィック量に応じて適応的に、単位面積あたりの最大収容チャネル数を制御する基地局装置を提供する。そのため基地局装置は、複数のエリア各々に信号を送信する複数のフロントエンド部を具備し、各フロントエンド部で送信する信号を適応的に生成する。

従来の符号多重アクセスセルラシステムでは、前記フロントエンド部がセルやセクタと呼ばれる１つのエリアに、エリア毎に異なるPN(Pseudo Noise)符号によるスクランブルを施し、各エリアでウォルシュ符号によるユーザ多重通信を実施していた。

本発明では、１つのフロントエンド部が異なるPN符号の信号を多重送信することと、同じPN符号の信号を複数のフロントエンド部で同時送信することにより、従来のエリア境界に新たなPN符号のエリアを生成することを目的としている。新たなPN符号のエリアを生成することで、フロントエンド部が無線通信でカバー可能なエリアにおいて同時通信可能な端末数が増加する、つまり、上記単位面積あたりの最大収容チャネル数を増加させることができる。また、基地局装置がPN符号毎のトラフィック量を監視することで、PN符号のエリアを新たに生成するか、または削除するかという判定が可能なため、上記最大収容チャネル数を適応的に制御できる。したがって、課題は解決する。

本発明により、移動基地局の派遣やリピータの設置をすることなくチャネルのエリア密度を適応的に制御できるようになるため、移動局派遣やリピータ設置に伴う機器、人員の移動費や人件費の削減という効果と、急激なトラフィック増に即時に反応できるため、輻輳による通信不通状態の発生時間を短縮し、利用者の利便性が向上するという効果が得られる。

図１は、セルラシステムのネットワーク構成を示している。
コアネットワーク1では、端末の位置登録や認証、課金、ならびにデータや音声のルーティングを実施する。基地局制御装置2はRNC(Radio Network Controller)またはBSC(Base Station Controller)に相当し、音声の伝送レート変換、および他端末からの着呼や基地局制御装置が管理するエリアにいる端末からの発呼に応じて端末への無線チャネルの割り当て（アサイン）を行う。基地局3はBTS(Base Transmit Station)に相当し、基地局制御装置２から送られたデータや音声に符号化、変調を施し、無線リンクを使用して端末4と通信を行う。逆に、端末4から無線リンクを使用して送られたデータや音声の信号に対し復調、復号処理を行い、基地局制御装置2に送信する。

図２は、3セクタの基地局3の従来例を示している。
基地局インタフェース部BS_I/F１01は、基地局制御装置とのインターフェースであり、伝送データのフォーマット変換を行うファームウェアである。基地局制御装置と基地局の間ではATM（Asynchronous Transfer Mode）伝送が行われる。基地局制御装置からBS_I/F101に来るデータはATMセルの形式であるため、これらをもとにATMセルに分割する前のフレーム信号を生成し、バッファ102に格納する。BS_I/F101から基地局制御装置に送るデータは、バッファ104から読み出され、フレーム信号を複数のATMセルに分割して送信される。

バッファ102は、基地局制御装置から送られる下り信号を0,1のビット系列として一時的に記録しておくメモリである。バッファ102-1,2,3には、変調部MOD103-1,2,3によりそれぞれ読み出されるユーザデータおよび制御信号を格納する。MOD103-1,2,3は、セクタを識別するスクランブルコード（例えばPN符号）毎に用意されるため、バッファ102-1,2,3に格納されるユーザデータおよび制御信号は、送信先となるセクタ毎に分けられる。送信信号をセクタごとに振り分ける作業はBS_I/F101が実施する。ユーザデータや制御信号の送信先端末IDと、当該端末IDがどのセクタにチャネルアサインされているかという情報(例えば3GPP2 C.S0024-A "cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification"で規定されているTrafficChannelAssignment Message（非特許文献１）)を参照することで実現される。

変調部MOD103は、Buffer102から入力するビット系列のデータ・音声信号および制御信号に対し、誤り訂正符号化と変調を行うファームウェアである。ユーザ毎のデータ信号を直交符号（例えばウォルシュ符号）により多重化する。さらに、制御信号もユーザのデータ信号に直交するよう直交符号をかける。さらに、セクタおよびセル間の下り信号同士の相関を下げるため、PN系列を積算する。つまり、MOD103の出力は、変調されたユーザ毎の信号や制御信号がウォルシュ符号で多重化されたものに、PN符号が積算された複素ベースバンド信号である。MOD103の構成は図４でも説明する。

無線送受信回路TRX106は、デジタル信号とアナログ信号間の変換と、ベースバンド帯と搬送波帯の変換を行うハードウェアである。パワーアンプPA107は、端末に送信する下り信号を増幅するハードウェアである。デュプレクサDUP108は下り信号と上り信号を分配する。下り信号は１本のアンテナで送信し、上り信号は２本のアンテナで受信するために使用するハードウェアである。低ノイズアンプLNA109は、上り信号を増幅するために使用するハードウェアである。送受信アンテナ110-1,2,3はそれぞれがセクタへの下り信号を送信し、およびそれぞれのセクタに存在する端末MS4-1,2,3からの上り信号を受信する。本従来例では、デュプレクサの働きで下り送信時は1本、上り信号受信時は２本のアンテナを使用する。復調部DEM105は、TRX106によりRF信号から複素ベースバンド信号に変換された上り信号に対し、復調、誤り訂正の復号を実施するファームウェアである。出力である0,1のビット系列であるデータ・制御信号はバッファ104に書き込まれる。バッファ104は、復号が完了した上り信号を0,1のビット系列として記録するメモリである。ここで記録されたビット系列はBS_I/F101でATMセルの形式に変換され、基地局制御装置に送信される。

図３は、従来の基地局にROF(Radio On Fiber)技術を適用した例を示している。
BS_I/F201と図２のBS_I/F101、Buffer202と図２のBuffer102、MOD203と図２のMOD103、Buffer204と図２のBuffer104、DEM205と図２のDEM105、TRX206と図２のTRX106、PA207と図２のPA107、DUP208と図２のDUP108、LNA209と図２のLNA109は、それぞれ同様の機能を有する。

ROF技術導入によるメリットは、MOD, DEMとTRX間にベースバンド信号を光ファイバで通信することで、基地局をベースバンド処理部216とフロントエンド部215の２つに分けることができる。分けることで、ベースバンド信号処理部をセルごとにその中心に設置する必要がなく、多くのベースバンド信号処理部を1箇所に集約することができるため、本発明の実施を容易にする。

ROF技術適用のため、MOD203, DEM205とTRX206の間に光ファイバを敷設し、下りの変調後ベースバンド信号を電気信号から光信号に変換する電気／光変換器E/O211と、光信号を電気信号に再変換して元の変調後ベースバンド信号を取り出す光／電気変換器O/E213と、TRX206から取り出される上りのベースバンド信号を光信号に変換する電気／光変換器E/O214と光信号を電気信号に再変換する光／電気変換器O/E212を具備する。

図４は、MOD203の構成を詳しく示した図である。
Buffer202からユーザデータと音声、ならびに制御信号を入力する。そのうち、ユーザデータと音声は、誤り訂正符号化を行うため、符号化器1001に入力され、入力ビット系列に冗長なビット系列が付加され出力される。符号化されたユーザデータや音声、制御信号、ならびに全ビットが０のパイロット信号はそれぞれ変調器1002に入力され、PSKやQAMなどの変調を受ける。変調器1002からはビット系列が変調された複素信号が出力される。ウォルシュカバー1003では、パイロット信号、全ユーザ共通の制御信号、各ユーザのデータ、音声、制御信号が互いに直交するようにウォルシュ符号をかける。多重部1004では、ウォルシュ符号により互いに直交させたパイロット、制御信号、ユーザデータ、音声を多重化する。全入力を単純に加算して符号多重としても、パイロット、制御信号、ユーザデータや音声を時間多重しても良い。ここで、入力から多重部1004の出力までの処理を多重信号生成部(MUX_SIG_GEN)303と定義する。PN符号発生器PN_GEN1005は、MOD203間で互いに相互相関が低くなるようなスクランブルコードを生成する。例えば、全てのMOD203で同一のシフトレジスタにより同一のPN符号を生成し、MOD203毎にPN符号のオフセット量をずらして運用することで、MOD203間でPN_GEN1005が生成するPN符号間の相互相関を低くできる。PN_GEN1005が生成するスクランブルコードを多重部1004の出力に積算し、E/O211に入力する。

１つのスクランブルコードを用いて収容することができるユーザチャネルの数（例えば59）は、基地局が生成するウォルシュ符号の数（例えば64）によって決定される。生成されたウォルシュ符号は、パイロットチャネル、制御信号用チャネル、ユーザチャネルに分配される。したがって、図３のような構成で各フロントエンド部に１つずつスクランブルコードを割り当てる場合は、各フロントエンド部の通信範囲ごとに、特有のスクランブルコードで通信を行うエリアが形成され、基地局・ベースバンド信号処理部全体で59（スクランブルコード当たりのユーザチャネル数）×3（スクランブルコード数）=177のユーザチャネルを収容できることになる。

図５は、本発明による基地局の実施例を示している。
Buffer302と図３のBuffer202、Buffer304と図３のBuffer204、E/O311と図３のE/O211、O/E312と図３のO/E212、フロントエンド部315と図３のフロントエンド部215は同様の機能を有する。BS_IF301は、図３のBS_IF201が備える機能に加え、重み制御部WGT_CTRL401と情報のやり取りを行う。WGT_CTRL401との情報のやり取りについては後述する。MUX_SIG_GEN303は、図４で示したものと同様である。PN_GEN1005-1、2、3、4は、異なるスクランブルコードを用いて通信を行うエリアを設定するために、それぞれスクランブルコードPN1、2、3、4を発生する。本実施例では、チャネルアサインが要求される数に応じてアクティブにするスクランブルコードの数が変わるので、Buffer302、MUX_SIG_GEN303およびPN_GEN1005は、該当するスクランブルコードがアクティブな状態のときのみ動作させるようにすることもできる。

図５の構成では、４つのスクランブルコードによる通信が可能なので、各スクランブルコードにより59のユーザチャネルが収容できるとすると、全スクランブルコードを使えば最大59×4=236のユーザチャネルを収容することができる。どのスクランブルコードによる通信をアクティブにするか、および各スクランブルコードにより通信するエリアをどのように決定するか、また、各エリアを設定をどのように実現するかは、後述する。

ここで、エリアと、スクランブルコードと、フロントエンド部との関係を明らかにする。スクランブルコードとエリアは１対１で対応する。あるスクランブルコードで通信する端末の存在する地理的な領域、つまり端末において当該スクランブルコードを最も強い電力で受信可能な地理的領域を、当該スクランブルコードに対応するエリアと定義する。フロントエンド部は、基地局装置側の無線送受信機であり、１または複数のスクランブルコードの信号を端末と送受信する。基地局装置が複数のスクランブルコードの信号を送信する際、スクランブルコード毎に重み付けし、スクランブルコードの多重された信号を送信する。スクランブルコードの重み付け多重は、WGT402により次の要領で実施される。

WGT402は、後述の数式１で表される重み行列を用いることにより、４つのスクランブルコードでスクランブルされた信号を、３つのフロントエンド部から送信するように重み付けを行う。具体的には、MUX_SIG_GEN303の出力に、PN_GEN1005が生成するスクランブルコードを積算したものを入力とし、それらを重み付け合成してE/O311に出力する。ここで、入力ベースバンド信号をそれぞれx₁(t), x₂(t), x₃(t), x₄(t) とし、出力ベースバンド信号を y₁(t), y₂(t), y₃(t) とすると、WGT402の入出力の関係は次式で表される。

従来の基地局では、重み行列の対角項が1, その他の要素が0の正方行列になる。つまり、１つのエリアに１つのスクランブルコードを割り当てるということである。本発明は、この重み行列の各項を自由に制御できることを特徴とする。重み行列は対角行列である必要はなく、また、入力の数が出力の数よりも大きくても重み行列を非正方行列とすることで対応できる。

例えば、数式２で表される重み行列を考える。ここでは、スクランブルコードPN_4に対応する入力x₄(t)の重み付け係数となるw₁₄、w₂₄、w₃₄をそれぞれ0.5としている。したがって、出力ベースバンド信号y₁(t), y₂(t), y₃(t)は、それぞれスクランブルコードPN_１、PN_２、PN_３に対応する信号１に対して0.5の重みのスクランブルコードPN_４に対応する信号を含むものとなる。これにより、スクランブルコードPN_4がかかった無線信号がフロントエンド部315-1〜3から送信されるようなる。その結果、各フロントエンド部から送信されたスクランブルコードPN_4がかかった無線信号をRAKE受信した場合の合計受信電力が、他のスクランブルコードによる無線信号の受信電力を上回るような領域を、各フロントエンド部からの距離が同等になる地点付近に形成することができる（図１５）。

WGT_CTRL401は、図１２に示す状態遷移、および図１６ないし図１９で示すフローチャートに従い、重みを決定する。状態遷移のトリガーとするため、各スクランブルコード(例えばPN符号)でどの程度空きユーザチャネルがあるかを調べる。BS_I/Fにおいて、基地局制御装置からBS_I/Fに到達するTrafficChannelAssignment Message相当のメッセージを解析し、ユーザチャネルのアサイン情報を読み出し、図９に示すユーザチャネルアサインテーブルを生成する。

図６は、WGT402、WGT_CTRL401と、その周辺との接続を明確にしたものである。
WGT_CTRL401は、上記のユーザチャネルアサインテーブル及び図1１で説明するフロントエンド部毎の状態管理テーブルを記録するメモリTABLE_RECORD403と、これに記録されている２つのテーブルを参照して、図1６から図1９に示されるフローに従い、重み行列の各要素を決定する重み計算部WGT_CAL404とで構成される。WGT402からE/O311への出力は、4つの入力に対する重み付け合成後のベースバンド信号である。重みは各エリアの状態により決定する。詳細は図１１の説明のところに記述している。ユーザチャネルアサインテーブルはBS_I/Fによるユーザチャネルのモニタ結果に基づいて管理される。フロントエンド部毎の状態管理テーブルには、このモニタ結果に基づいて、重み計算部WGT_CAL404により決定される重み行列の各要素が格納される。BS_I/Fは、ユーザチャネルアサインテーブルのスクランブルコードと端末IDを参照して、各端末への送信データをいずれのバッファ302に書き込むかを決定する。

図７は、DEM305の構成を詳しく示した図である。
上り信号は、各フロントエンド部の受信アンテナからTRX経由でベースバンド帯に変換され、光ファイバを通って、フロントエンド部からベースバンド信号処理部に送信される。各フロントエンド部での受信ベースバンド信号がDEM305へ並列に入力される。並列入力された各々の受信ベースバンド信号はRAKE合成部2001においてRAKE合成される。RAKE合成は端末毎の処理であり、端末がかけるスクランブルコードを解く必要がある。端末が存在するエリアのIDや端末のIDを基に、端末が生成するスクランブルコードと同じものを生成し、同スクランブルコードによりパイロットでの検波、タイミング検出を行い、RAKE合成を実施する。また、DEM305へ並列入力されたRAKE合成後の受信信号をサイトダイバーシチ合成することで、上り信号のSIRを上げることができる。複数のフロントエンド部で受信したベースバンド信号を、サイトダイバーシチブランチと見なせるためである。

デマルチプレクサDEMUX2002ではRAKE合成後の受信ベースバンド信号から、パイロット信号、ユーザへのデータ信号、および制御信号を分離する。標準化資料(3GPP2 C.S0024-A "cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification"（非特許文献１）)によるとcdma2000では、上りのパイロット、制御信号、データ信号は全て符号領域で多重化されているため、適切なウォルシュ符号を積算することで、端末が送信したデータや制御信号を分離することができる。制御信号復調部2005では、分離した変調制御信号の変調を解く。データ復調部2003では、上りユーザデータ信号（音声も含む）の変調を解く。復号部2004では、変調を解いた上りベースバンド信号の誤り訂正復号を実施する。復調、復号が終わった端末からの信号(ビット系列)はバッファ304に書き込まれる。

図８は、本発明によるベースバンド信号の出力方法を示す概念図である。
基地局のベースバンド信号処理部316と複数のフロントエンド部315が光ファイバで接続され、各フロントエンド部315-1,2,3が出力する電波によるエリアが３つ形成されている。従来は、１つのエリアに１つのスクランブルコード(例えばPNコード)を出力していたが、本発明では、４つ目のPNコードを各フロントエンド部から並行して出力することで、エリア境界に、スクランブルコードが異なるエリア（端末でのRAKE受信により４つめのPNコードが最も高い受信電力で受信できる領域）を生成する。これにより、フロントエンド部の数を増やす必要なく新たなエリアを設定し、３つの六角形エリア内におけるユーザチャネルの数を増やすことができ、より多くのユーザを収容できる。

図９は、基地局のベースバンド信号処理部が生成するユーザチャネルアサインテーブルの一例を示している。
CDMAでは、エリア毎にスクランブル符号(例えばPN符号)を割り当ててエリア間の信号の相互相関を低く抑え、エリア内では端末毎に異なるウォルシュ符号を割り当てて端末信号間の直交性を保つようにする。このときのウォルシュ符号はユーザチャネルを規定するものである。各ユーザチャネルがどの端末に割り当てられているか、および各スクランブルコードで空いているユーザチャネル数がいくつかをまとめて示しているのが、ユーザチャネルアサインテーブルである。

ユーザチャネルのアサイン自体は基地局制御装置で行われる。端末がどのスクランブルコードの信号を最も強く受信できるかというセルサーチ結果を基に、当該スクランブルコードで空いているユーザチャネルを当該端末に割り当てる。割り当てた結果は制御信号（例えばTrafficChannelAssignmentのMACIndexフィールドおよびPNOffsetフィールド）として移動局端末に送られるため、この情報を集計することで図９のテーブルを生成することができる。空きチャネル数(ECN)は、全チャネル数からパイロットと制御信号が使用する分と、各ユーザに割り当てた分を引いた数である。図９では、各スクランブルコードでユーザに割り当てられるユーザチャネル（ウォルシュ符号）の数を４とし、それぞれのユーザチャネルに割り当てられた端末IDを記録している。空きユーザチャネル数は割り当て結果を示す制御信号(例えばTrafficChannelAssignment)をBS_I/Fが受信するたびに更新される。

図１０は、図９のユーザチャネルアサインテーブルを生成するフローを示している。
基地局の電源投入直後、テーブルは初期化されて空きチャネル数が全スクランブルコードで最大となる。BS_I/Fで下り信号を監視し、端末にユーザチャネルをアサインするメッセージを検知すると、宛先の端末IDと割り当てられたスクランブルコードとユーザチャネル番号を読み出し、これをテーブルに追加するとともに、空きユーザチャネル数を新たに割り当てられた分だけ減算して上書きする。検知したメッセージがユーザチャネルをクローズ（チャネル断）するものであれば、クローズされるユーザチャネル番号とスクランブルコードを読み出し、テーブルから当該ユーザチャネルのIDを削除するとともに、空きユーザチャネル数をクローズされた分だけ加算して上書きする。

図１1は、基地局のベースバンド信号処理部のWGT_CALが生成するフロントエンド部（FE部）の状態管理テーブルである。同テーブルは、メモリであるRECORD_TABLEに記録される。
同テーブルでは、FE部のID、各FE部で電源投入直後に出力されるデフォルトスクランブルコード(Default Scramble Code : DSC)、各FE部におけるスクランブルコード（Scramble Code : SC）毎の出力レベル、スクランブルコードの出力関係を示す依存関係、FE部毎の出力状態、および隣接FE部のIDを示している。

FE部ID、DSC、隣接FE部IDは基地局動作中に更新されない。SC毎の出力の列には、重み制御部WGT_CTRLによる制御結果が記録される。依存関係は、同一のPNを複数のFE部で出力するときに、当該PNをDSCとするFE部をMasterとし、別のPNをDSCとして当該PNを言わば借りて出力しているFE部をSlaveと定義する。MasterやSlaveの情報は、FE部間の関係を示している。FE部状態は、各FE部でのスクランブルコードの出力状態を示す。状態１は、DSCを出力せず他のPNを出力している状態の状態１Slaveと、当該PNをDSCとする状態１Masterの２種類存在する。状態２はDSCのみを出力している状態である。状態３は、DSCと他のPNを同時に出力している状態３Slaveと、当該PNをDSCとする状態３Masterの２種類存在する。電源投入直後、各FE部の状態は２である。

なお、以上の説明ではFE部が３つ、スクランブルコードの最大個数を４としたが、スクランブルコードの最大個数がFE部の個数よりも多ければ、これ以外の数値をとるものでも同様の効果を得ることができ、本発明の範疇に含まれる。

これらのフロントエンド部（FE部）の状態遷移図を図１2に示す。３つの状態と４つの状態遷移がある。これらを図１3から図１9で説明する。
ここで重みについて説明する。重みは、FE部の状態によって以下のように決定する。

(i)状態１かつMasterのFE部では、DSCの重みを１、その他のSCの重みを０とする。
(ii)状態１かつSlaveのFE部では、Masterから借りているSCの重みを１とし、DSCも含めてその他のSCへの重みを０とする。
(iii)状態２のFE部では、DSCの重みを１とし、それ以外のSCの重みを０とする。
(iv)状態３かつMasterのFE部では、DSCの重みを１、その他のSCの重みを０とする。
(v)状態３かつSlaveのFE部では、DSCの重みを１、Masterから借りているSCの重みを1未満とする。その他のSCへの重みは０とする。

図１3は、フロントエンド部（FE部）状態１の説明図である。
状態１は、図１3Aが示すように複数の基地局FE部が同一のスクランブルコードを出力している状態である。端末が少ない複数のエリアを一つのスクランブルコードでカバーし、複数のエリアを一つのエリアにマージすることで、スクランブルコードの節約を図る。すなわち、３つのFE部による基地局機能により、１つのセルを形成するように機能する。つまり、スクランブルコードを温存し、それを混雑している他のエリアに貸し出すこともできる。図１3Bによると、３つのFE部にデフォルトスクランブルコード(DSC)が割り当てられているが、全エリアでPN１のみを出力しているため、エリアb,cではDSCを出力していない状態である。この状態は、FE部aがDSCであるPN1を他のFE部b,cに貸し出している状態なので、FE部aがMaster、FE部b,cがSlaveの関係になる。SlaveのFE部b,cでDSCを出力していないことから、これらのFE部の状態は１にセットされる。状態１SlaveのFE部に対してMasterとなるFE部aも、FE部状態は１にセットされる。

FE部状態１への状態遷移は、図５における重み制御部WGT_CTRL401が制御する。状態２から状態１への遷移の制御方法は後述する。FE部状態が１のとき、複数のFE部で同一のスクランブルコードが出力される一方、どのFE部からも出力されないスクランブルコードのベースバンド信号が存在する。図５では、４スクランブルコードのベースバンド信号生成系（Buffer302, MUX_SIG_GEN303, PN_GEN1005）を仮定しているが、出力されないスクランブルコード（図13Bのテーブルにおいて、SC毎の出力重みを全FE部について加算したとき、重み合計が0となるスクランブルコード）に関するベースバンド信号生成系は停止する。端末から見れば、FE部の状態遷移によりスクランブルコード毎の出力電力が変化するため、スクランブルコード毎の信号受信電力が変化する。その結果、ハンドオーバ処理が発生する。

図１4は、フロントエンド部（FE部）状態２の説明図である。
状態２は、図１4Aおよび図１4Bが示すように３つの基地局FE部がそれぞれDSCのみを出力している状態である。基地局の電源投入後は全FE部でこの状態となる。各FE部とも他のFE部のDSCを借りていないため、それぞれがMasterとなる。Masterに対応するSlaveが存在しない状態が、状態２の特徴である。

FE部状態２への状態遷移は、図５における重み制御部WGT_CTRL401が制御する。状態１から状態２、および状態３から状態２への遷移の制御方法は後述する。FE部状態が２のとき、各FE部でデフォルトのスクランブルコードが出力される。先に述べた通り、出力されないスクランブルコードに関するベースバンド信号生成系は停止する。端末から見れば、FE部の状態遷移によりスクランブルコード毎の出力電力が変化するため、スクランブルコード毎の信号受信電力が変化する。その結果、ハンドオーバ処理が発生する。

図１5は、フロントエンド部（FE部）状態３の説明図である。
状態３は、複数のFE部がそれぞれDSCを出力し、さらに他のスクランブルコードの信号も出力している状態である。混雑している場所において、スクランブルコードおよびユーザチャネルの密度を高め、収容ユーザ数の増加を図る。図１5Aおよび図１5Bによると、FE部a,b,cからそれぞれDSCであるPN1,2,3を出力し、その上で各FE部からPN4をPN1,2,3の半分の電力で出力することで、セル境界にPN４が最も強く受信されるエリアを生成することを示している。すなわち、PN4のエリア生成前の通信領域 (PN1, PN2, PN3のカバー範囲)に、ユーザチャネルを追加することができ、前記通信領域におけるユーザチャネル密度を向上させる効果がある。このとき、各エリアはPN4を借用しているためPN4のSlaveとなるが、PN4をDSCとするFE部がないためMasterは存在しない。このとき、PN４は混雑時にのみ使用される緊急用のスクランブルコードとして扱うことができ、PN4を複数FE部で重ねて出力することで、移動基地局を設置するのと同様にユーザ収容数を一時的に増加させる効果がある。当然、PN4をDSCとするFE部があれば、そのエリアはMasterとなる。
このように、DSCとその他のスクランブルコードを出力しているFE部と、そのMasterとなるFE部はFE部状態が３となる。

FE部状態３への状態遷移は、図５における重み制御部WGT_CTRL401が制御する。状態２から状態３への遷移の制御方法は後述する。FE部状態が３のとき、各FE部でデフォルトのスクランブルコードと、他のスクランブルコードが多重化した状態で出力される。先に述べた通り、出力されないスクランブルコードに関するベースバンド信号生成系は停止する。端末から見れば、FE部の状態遷移によりスクランブルコード毎の出力電力が変化するため、スクランブルコード毎の信号受信電力が変化する。その結果、ハンドオーバ処理が発生する。

図１6は、フロントエンド部（FE部）の状態が１から２に変化する状態遷移の際のBS_I/Fにおけるフローを示す。まず、FE部の状態管理テーブルから状態１かつMasterのFE部をサーチし、そのデフォルトスクランブルコード（DSC）を特定する。ここで特定されたDSCをPN_Aとする。次に、ユーザチャネルアサインテーブルを参照し、特定されたPN_Aの空きユーザチャネル数が閾値を下回った場合、一つのPNで広い通信領域をカバーできなくなったと判断して、FE部の状態管理テーブルにおいて、当該DSCのMasterおよびSlaveのFE部状態を２にし、Slaveの依存関係をクリアし、各FE部での出力重みをDSCに関して1、その他のスクランブルコードでは0にセットする。これにより、状態１のMasterおよびSlaveであった全てのFE部を、状態２に遷移させる。以上の処理を、状態１かつMasterのFE部のDSC全部について繰り返す。

以上の状態遷移により、エリアの形状は図13(A)から図14(A)へ、FE部の状態管理テーブルは図13(B)から図14(B)へ遷移する。つまり、図13(A)に示す３つの六角形領域において、状態遷移前、端末は全領域でPN1を最も強く受信できるが、状態遷移後、端末は各六角形領域でPN1, PN2, PN3をそれぞれ最も強く受信できるようになる。端末はPN毎の受信電力変化を受け、ハンドオフ処理を実施する。

図１7は、フロントエンド部（FE部）の状態が２から１に変化する状態遷移のフローを示す。
ある状態２のFE部が状態１になるかどうかを判定する。この状態２のFE部がDSCとしているPN符号をPN_Aとする。
このフローは大きく２つに分けられる。１つは、状態２のFE部を状態１のFE部のSlaveとして追加するためのフローで、もう１つは、状態２のFE部を２つ組み合わせて状態１のMasterとSlaveの関係を新たに生成するためのフローである。

前者では、まず、同じ基地局装置に接続されるFE部のうち状態１のMasterエリアがDSCとしているPN_Bを１つ特定する。次に、PN_Aの端末をPN_Bに移したと仮定したときに、PN_Bの空きユーザチャネルに余裕があるかどうかを閾値判定する。もし空きユーザチャネルに余裕があると判定されれば、PN_Aに所属している端末をPN_Bに移動させるため、PN_AをDSCとするFE部の依存関係をSlave(PN_B)、FE部の状態を１とし、PN_Aの出力を０、PN_Bの出力を１にする。これにより当該領域（PN_AをDSCとするFE部がカバーする領域）が状態１に変化するというフローの目的を果たしたので、処理を終了する。この処理は、状態１MasterのFE部がDSCとしているスクランブルコードについて順次判定する。もしこれで当該FE部の状態が１にならなかった場合は、図17の右側のループにおいて、状態２同士のFE部で、同一のPNを送信する領域を生成するか否かを検討する。

以上の状態遷移により、エリアの形状は図14(A)から図13(A)へ、FE部の状態管理テーブルは図14(B)から図13(B)へ遷移する。つまり、図14(A)に示す３つの六角形領域において、状態遷移前、端末は各六角形領域でPN1, PN2, PN3をそれぞれ最も強く受信できるが、状態遷移後、端末は全領域でPN1を最も強く受信できるようになる。この動作は、図17のPN_AをPN1, PN_BをPN2およびPN3と読み替えたものに相当する。端末はPN毎の受信電力変化を受け、ハンドオフ処理を実施する。

図１7の右側のループについて説明する。まず、状態２のFE部がDSCとするPN_Cを一つ特定する。（PN_AとPN_Cが別になるように特定する。）次に、PN_Aの端末をPN_Cに移したと仮定したときに、空きユーザチャネルに余裕があるかどうかを閾値判定する。もし空きユーザチャネルに余裕があると判定されれば、もともとの空きユーザチャネルが少ないスクランブルコードをDSCとするFE部をMasterとし、もう一方をSlaveとする。SlaveとなったFE部ではDSCの出力を０、Master FE部のDSCの出力を１とする。Master、SlaveとなったFE部共にFE部の状態を２から１に変更する。ここで、空きユーザチャネルが少ないスクランブルコードの方をMasterとする理由は、スクランブルコードを移動する端末を少なくし、ハンドオーバによる制御信号の発生を少なくするためである。このように、PN_AをDSCとするFE部の状態が１となるか、複数の状態２の領域のPNを１つにまとめてFE部状態が１となると本フローは終了する。

以上の状態遷移により、エリアの形状は図14(A)から図13(A)へ、FE部の状態管理テーブルは図14(B)から図13(B)へ遷移する。つまり、図14(A)に示す３つの六角形領域において、状態遷移前、端末は各六角形領域でPN1, PN2, PN3をそれぞれ最も強く受信できるが、状態遷移後、端末は全領域でPN1を最も強く受信できるようになる。この動作は、図17のPN_AをPN1, PN_CをPN2およびPN3と読み替えたものに相当する。端末はPN毎の受信電力変化を受け、ハンドオフ処理を実施する。

図１8は、フロントエンド部（FE部）の状態が２から３に変化する状態遷移のフローを示す。状態２のFE部がDSCとするPN_Aについて判定する。
まず、PN_Aの空きユーザチャネル数（ECN）が閾値を下回っている場合、上記FE部と同じ基地局装置に接続されるFE部のうちで隣接する領域をカバーするFE部、すなわち隣接FE部、ただし状態１のFE部は除く、のDSCから、最も空きユーザチャネルが少ないスクランブルコードPN_Bを選択する。上記隣接FE部は、図１1などに示すFE部の状態管理テーブルを参照して得る。なお、該当するPN_Bが存在しない場合は、別のPN_Aを再指定してやり直す。

PN_BをDSCとするFE部の状態が３の場合、PN_AをDSCとするFE部の状態を３とする。さらに、PN_BをDSCとするFE部がMasterの場合はPN_AをDSCとするFE部をPN_BのSlaveとし、PN_BをDSCとするFE部がSlaveの場合は、PN_BをDSCとするFE部がDSC以外に出力しているスクランブルコードPN_CのSlaveとなっているが、PN_AをDSCとするFE部でも同じPN_CのSlaveとする。AREA_Aの依存関係をSlave(PN_B)またはSlave(PN_C)としたことに対応して、PN_AをDSCとするFE部の出力においてPN_Aの出力に加えて、PN_BまたはPN_Cの出力を上げる。

一方、PN_BをDSCとするFE部の状態が２の場合、PN_AおよびPN_B以外から空きユーザチャネルが最も多く、且つSlaveの存在しないスクランブルコードPN_Dをサーチする。PN_AおよびPN_BをDSCとするFE部の状態を３とし、またその依存関係をSlave(PN_D)とする。もし、PN_DをDSCとするFE部があれば、そのFE部の状態を３とし、依存関係をMaster(PN_D)とする。そしてSlave(PN_D)としたFE部においては、PN_Dの出力を上げる。
以上の処理を、状態２かつMasterのエリアがDSCとするPN全てについて繰り返す。

以上の状態遷移により、エリアの形状は図14(A)から図15(A)へ、FE部の状態管理テーブルは図14(B)から図15(B)へ遷移する。つまり、図14(A)に示す３つの六角形領域において、状態遷移前、端末は各六角形領域でPN1, PN2, PN3をそれぞれ最も強く受信できるが、状態遷移後、３つの六角形領域の境界に、端末でPN4を最も強く受信できるエリアが生成される。端末はPN毎の受信電力変化を受け、ハンドオフ処理を実施する。

図１9は、フロントエンド部（FE部）の状態が３から２に変化する状態遷移のフローを示す。
まず、状態３かつMasterのFE部のDSCであるPN_Aについて、空きユーザチャネル数(ECN)が閾値を下回った場合、他にFE部に貸し出しているPN_Aの出力を停止するため、Slave(PN_A)で状態３のFE部において、PN_Aの出力を止めてそれぞれのDSCのみを出力し、FE部の状態を２にする。また、PN_Aを貸し出していた状態３かつMaster であったFE部についても、状態も２にセットする。

状態３かつMasterのFE部のDSCを全て検査し終えたら、次に状態３かつSlave（PN_C）のFE部のDSC(PN_B)に関して検査する。もし、PN_Bの空きユーザチャネル数が閾値を上回ったら、PN_Bだけで当該FE部がカバーする領域に存在する端末を収容できると判断し、PN_BをDSCとするFE部においてDSCでないスクランブルコードであるPN_Cの出力を止め、DSCであるPN_Bのみを出力する。依存関係はMaster（PN_B）、FE部状態は２に変更する。この変更処理により、Slave(PN_C)のFE部が無くなった場合、Master(PN_C)のエリア状態も２にセットする。

以上の状態遷移により、エリアの形状は図15(A)から図14(A)へ、FE部の状態管理テーブルは図15(B)から図14(B)へ遷移する。つまり、図15(A)に示す３つの六角形領域において、状態遷移前、３つの六角形領域内でPN1, PN2, PN3, PN4をそれぞれ最も強く受信できる場所が存在したが、状態遷移後、端末は各六角形領域でPN1, PN2, PN3をそれぞれ最も強く受信するようになる。PN4で通信していた端末はPN4の受信電力減少を受け、PN1, PN2, PN3へのハンドオフ処理を実施する。

図２０は、本発明による基地局装置と通信する端末装置を示した図である。
デュプレクサ501は、送受信兼用アンテナ509の送受信信号を切り替えている。受信時はアンテナ509から低ノイズアンプ502へ接続し、送信時はパワーアンプ503からアンテナ509に接続する。無線送受信回路TRX504は、受信信号に対して搬送波帯からベースバンド帯の周波数変換と、アナログデジタル変換を行い、送信信号に対してベースバンド帯から搬送波帯への周波数変換と、デジタルアナログ変換を行う。受信ベースバンド信号に含まれる送信データ系列や制御信号は、RAKE合成部507-1にてRAKE合成された後、復号復調部DEM505において基地局装置で実施した符号化や変調が解かれて取り出される。ただし、RAKE合成する際にスクランブルコードを指定するため、スクランブルコード選択結果を必要とする。端末から基地局に送信する送信ビット系列は、符号化変調部MOD506において符号化および変調され、端末独自のIDや端末が所属す通信しているフロントエンド部（FE部）のIDにより一意に定まるスクランブルコードをかける。例えば、PN符号をシフトレジスタにより生成する場合、レジスタにかけるマスクを上記２つのIDにより一意に決定する。cdma2000に関しては、標準化資料(3GPP2 C.S0024-A "cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification")で記述されている。

RAKE合成部507-2は、基地局が送信するパイロット信号について、スクランブルコード毎に相関演算を実施してRAKE合成を実施し、スクランブルコード毎の受信電力を測定特定する。受信電力の測定結果から、端末はどのスクランブルコードで通信できるかという判断ができる。この判断はセル選択部Cell Selection508で行う。端末がどのスクランブルコードを使用して通信できるかという情報は、cdma2000では基地局にRouteUpdateメッセージを使用して送信される。その情報をセル選択部で生成し、端末の送信信号の一部としてMOD506に入力する。ここで、このRAKE合成部507-2でパイロット信号のRAKE合成を行わないと、基地局装置のFE部からデフォルトスクランブルコード以外に付加的にスクランブルコードを出力している場合、付加的なスクランブルコードを後段のセル選択部で選択することはできない。なぜならこの場合、デフォルトスクランブルコードと付加的なスクランブルコードは同じ伝搬路を通るため、送信電力が高いデフォルトスクランブルコードの方が常に強く受信されるためである。

上記RAKE合成およびセル選択を実施するに際し、端末はどのスクランブルコードのパイロットをRAKE合成するかを知らなければならない。そのため、基地局装置が送信するNeighbour List(cdma2000では、RouteUpdateと同じConnection Layerに属する)を参照し、RAKE合成すべきスクランブルコードを特定する。基地局の複数のFE部からＲＡＫＥ受信される同じスクランブルコードのパイロットの合計電力が他のスクランブルコードのパイロットの受信電力よりも大きくなると、ＲＡＫＥ受信により受信されるスクランブルコードで通信を行うようハンドオーバが行われる。このようにして、図１５（Ａ）のスクランブルコードＰＮ４で示された部分のように複数のフロントエンド部からの付加的なスクランブルコードによる送信が集まる場所に、端末装置が付加的なスクランブルコードを用いて通信を行う仮想的なセルを作ることができる。なお、既に述べたとおり、データ部分についても同様にRAKE合成が実施される。

以上、本発明の実施形態をcdma2000に適用することを前提に説明した。本発明は、CDMA方式を前提としたセルラシステムに適用することができる。例えば、WCDMAではセル同定用にCPICH (Common Pilot Channel)を、ユーザデータ通信用にDPCH (Dedicated Physical Channel)を使用する。これらはcdma2000と同様、セル毎に異なるスクランブルコードをかけて送信される。cdma2000のウォルシュ符号によるチャネル多重は、OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor)コードで実現される。チャネル多重方法は、cdma2000とWCDMAとで原理的に同じであり、cdma2000のパイロット信号がWCDMAのCPICH、同じくユーザデータがDPCHに対応付けられることを考えると、本発明はWCDMAにも適用可能である。ただし、WCDMAは基地局間非同期で動作するため、本発明において複数のフロントエンド部から送信されるパイロット信号やユーザデータ信号を端末でRAKE合成するためには、端末が受信信号を蓄えるバッファを充分に確保する必要がある。

セルラシステムのネットワーク構成。 従来の基地局構成。 従来の基地局にROF技術を適用した構成。 変調部の詳細な構成。 本発明による基地局装置の実施例。 本発明による重み付け部の実施例。 復調部の詳細な構成。 重みの制御方法を説明する概念図。 基地局が持つユーザチャネルアサインテーブル。 ユーザチャネルアサインテーブル作成のフロー。 フロントエンド部毎の状態管理テーブル。 状態遷移図。 本発明による状態１の説明図。 本発明による状態２の説明図。 本発明による状態３の説明図。 本発明による状態遷移Aのフロー。 本発明による状態遷移Bのフロー。 本発明による状態遷移Cのフロー。 本発明による状態遷移Dのフロー。 本発明による基地局装置と通信する端末装置。

符号の説明

１・・・コアネットワーク、２・・・基地局制御装置、３・・・基地局、４・・・移動局端末、101,201,301・・・基地局の対基地局制御装置インターフェース、102,202,302・・・下り信号用の一時バッファ、103,203・・・変調部、104,204,304・・・上り信号用の一時バッファ、105,205,305・・・復調部、106,206・・・周波数帯変換部およびデジタルアナログ変換部、107,207・・・パワーアンプ、108,208・・・デュプレクサ、109.209・・・低ノイズアンプ、110,210・・・送受信アンテナ、215,315・・・フロントエンド部、216,316・・・ベースバンド信号処理部、303・・・多重信号生成部、401・・・重み制御部、402・・・重み付け合成部、403・・・重み付け制御に関わるメモリ、404・・・重み制御部、501・・・端末のデュプレクサ、502・・・端末の低ノイズアンプ、503・・・端末のパワーアンプ、504・・・端末の周波数帯変換部およびデジタルアナログ変換部、505・・・端末の復号復調部、506・・・端末の符号化変調部、507・・・RAKE合成部、508・・・セル選択部、509・・・端末の送受信アンテナ、1001・・・誤り訂正符号化部、1002・・・変調器、1003・・・ウォルシュ符号積算部、1004・・・チャネル多重化部、1005・・・PN符号生成部、2001・・・RAKE合成部、2002・・・チャネル分離部、2003・・・ユーザデータの復調器、2004・・・誤り訂正復号部、2005・・・制御信号の復調器。

Claims (7)

1. アンテナにより移動局と信号の送受信を行う複数のフロントエンド部と、前記複数のフロントエンド部およびネットワークに接続され、前記送受信される信号の処理を行う信号処理部と、を有する基地局装置であって、
   前記信号処理部は、
   前記ネットワークから受信される前記移動局への送信信号に対し、前記送信信号の宛先である移動局が属するエリアごとに変調を行う複数の変調部と、
   ｍ個の前記変調部からの出力が、ｍとは異なるｎ個の前記フロントエンド部から送信されるように重み付け合成して前記フロントエンド部に向けて出力する重み付け合成部と、を有し、
   前記エリアに対応付けられたチャネルを前記移動局の各々に割り当てて前記移動局と信号の送受信を行い、
   前記重み付け合成に用いられる重み行列は、前記信号の送受信に使用されていない前記エリアに対応づけられたチャネルの数に基づいて制御されることを、特徴とする基地局装置。
2. 請求項１記載の基地局装置であって、
   前記重み付け合成部は、少なくともいずれかの前記変調部からの出力が複数の前記フロントエンド部から出力されるように重み付け合成することを特徴とする基地局装置。
3. 請求項１記載の基地局装置であって、
   前記変調部は前記エリアごとのパイロット信号を出力し、前記重み付け合成部は、前記移動局のエリア間ハンドオーバーのために、変更された重み行列を用いて重み付け合成を行い、前記フロントエンド部からの前記エリアごとのパイロット信号の出力を変化させることを特徴とする基地局装置。
4. 請求項１記載の基地局装置であって、
   前記複数の変調部は、前記エリアごとに異なるスクランブル符号を用いて前記送信信号に対してスクランブルを行うことを特徴とする基地局装置。
5. 請求項４記載の基地局装置であって、
   前記複数の変調部は、スクランブル符号としてＰＮ符号を用い、同一エリアに属する移動局にはそれぞれウォルシュ符号により規定されるチャネルを割り当てることを特徴とする基地局装置。
6. 請求項１記載の基地局装置であって、
   前記信号処理部は、
   移動局からの信号を前記複数のフロントエンド部のうちの少なくとも一部において受信される受信信号の受信タイミングと位相とを推定し、前記少なくとも一部のフロントエンド部における受信信号をＲＡＫＥ合成するＲＡＫＥ合成部を具備することを特徴とする基地局装置。
7. アンテナによりそれぞれ複数の移動局と信号の送受信を行う複数のフロントエンド部と、前記複数のフロントエンド部およびネットワークに接続され、前記送受信される信号の処理を行う信号処理部とを有する基地局装置を用いる通信制御方法であって、
   前記送受信を行うために用いられるチャネルを前記エリアに対応付け、前記エリアごとに前記信号の送受信に使用されていない前記チャネルである空きチャネルの数を管理し、
   前記空きチャネルの数が、所定の値であるか否かを判定し、
   前記判定結果、所定の値である場合は、前記信号処理部において、前記ネットワークから受信される移動局への送信信号に対し、前記送信信号の宛先である移動局が属するエリアごとに変調を行い、ｍ個の前記変調部からの出力を、ｍとは異なるｎ個の前記フロントエンド部に向けて出力するよう重み付け合成を行う、ことを特徴とする通信制御方法。

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