JP4832459B2 - 無線基地局制御装置および無線基地局制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝送路マルチ化（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output）技術を用いた無線通信システムにおける無線基地局制御装置および無線基地局制御方法に関する。

従来、ＭＩＭＯ技術が無線通信システムの周波数利用効率を向上させる技術の一つとして知られている。ＭＩＭＯ技術を用いた無線通信システム（以下、ＭＩＭＯ無線通信システムと称する）では、送信局および受信局に複数のアンテナを装備し、送信局と受信局の間に生じる複数の伝送路に別々のデータ信号を送信局から送信し、これを受信局で受信し復調することにより、周波数利用効率の高い高速データ通信を行うことができる。又、同時に送受信できる伝送路を増やせば時間あたりの通信量を増やすことができるため、通信速度を向上させることができる。

従来のセルラーシステムでは、端末は１つの基地局のみと通信するが、セルエッジでは隣接セルにある複数の基地局からの信号を受信する。そのため、通信している基地局以外の隣接セルの干渉波の影響により受信信号の品質が低下する。そこで、セルエッジに在る端末の通信品質を改善する従来技術として、例えば、非特許文献１に記載される技術が知られている。非特許文献１に記載される従来技術では、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）方式の無線通信システムの下り方向（基地局から無線端末への方向）のリンクにおいて、端末が２つの基地局のセルエッジにある場合、各基地局が個別に時空間符号化（Space Time Coding：ＳＴＣ）伝送を行うことにより、複数基地局間で協調したＭＩＭＯ伝送を行っている。
三上学、藤井輝也，"複数基地局間協調ＭＩＭＯを用いたＯＦＤＭシステムにおける下りリンク伝送法の検討"，２００７年電子情報通信学会ソサイエティ大会，Ｂ−５−４４

しかし、上述した非特許文献１に記載の従来技術では、以下に示すような課題がある。
（１）図８に示されるようにセルラーシステムにおいて複数の基地局が密に設置された場合、多くの基地局のセルが重なるエリアができてくる。このようなセル環境下において、複数基地局間で協調したＭＩＭＯ伝送を行おうとすると多数の伝送路が利用可能となるが、従来技術では、端末は一体どの伝送路を利用すればよいのかがわからない。このため、多数の伝送路の中から端末にとって適切な伝送路を選択することが課題となっている。
（２）非特許文献１に記載されるように、端末において各基地局から送信された無線信号の受信電力に大きな差がある場合、受信特性が劣化するため、周波数利用効率が低下する。この点の改善が課題となっている。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の基地局と一つの無線端末の間で下り方向のＭＩＭＯ伝送を行う際に、多数の伝送路の中から端末にとって適切な伝送路を選択すること、さらには端末での基地局間の受信電力差による受信特性の劣化を改善すること、を図ることのできる無線基地局制御装置および無線基地局制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る無線基地局制御装置は、複数の基地局と一つの無線端末の間で下り方向のＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムにおける無線基地局制御装置において、各基地局と無線端末の間の電波受信環境が通信品質向上のための前記ＭＩＭＯ伝送に適しているか判断し、前記ＭＩＭＯ伝送を行なう基地局の組合せを決定する複数基地局連携制御手段と、前記ＭＩＭＯ伝送に係る制御データを基地局へ送信するデータ送信部とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記複数基地局連携制御手段は、前記電波受信環境によって第１の基準以上の通信品質が得られている複数の基地局を前記ＭＩＭＯ伝送に適していると判定する通信品質判定部を有することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記複数基地局連携制御手段は、前記第１の基準以上の通信品質が得られている複数の基地局が存在しない場合に、前記ＭＩＭＯ伝送によって第２の基準以上の通信品質が得られる基地局の組合せがあるか判断し、前記ＭＩＭＯ伝送を行なう基地局の組合せを選定する基地局選定部を有することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記ＭＩＭＯ伝送を行なう各基地局と無線端末の間の通信品質の差に基づいて、該基地局の送信電力を制御する基地局電力制御部を備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記基地局電力制御部は、前記ＭＩＭＯ伝送を行なう基地局間で通信品質が等しくなるように、該基地局の送信電力を調整することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記基地局電力制御部は、前記送信電力の制御値を可変的に決定することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記無線基地局制御装置はバックボーンネットワーク側に設けられ、無線端末からの受信環境情報を取得する情報収集手段を備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記無線基地局制御装置は無線端末に設けられ、該無線端末に係る前記ＭＩＭＯ伝送を制御すべく基地局を制御することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御方法は、複数の基地局と一つの無線端末の間で下り方向のＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムにおける無線基地局制御方法であって、各基地局と無線端末の間の電波受信環境が通信品質向上のための前記ＭＩＭＯ伝送に適しているか判断し、前記ＭＩＭＯ伝送を行なう基地局の組合せを決定する複数基地局連携制御ステップと、前記ＭＩＭＯ伝送に係る制御データを基地局へ送信するデータ送信ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数の基地局と一つの無線端末の間で下り方向のＭＩＭＯ伝送を行う際に、多数の伝送路の中から端末にとって適切な伝送路を選択することができるという効果が得られる。さらには端末での基地局間の受信電力差による受信特性の劣化を改善することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの構成を示す概念図である。図１において、無線基地局制御装置１は、バックボーンネットワーク４に接続されている。複数の基地局２は、無線基地局制御装置１に通信回線で接続されている。無線端末３は基地局２との間で無線通信を行う。

以下の説明では、本発明に係る下り方向（基地局２から無線端末３への方向）の無線通信に係る構成について説明する。

無線端末３は、一つ又は複数の基地局２との間で下り方向の無線通信を行う。複数の基地局２と一つの無線端末３の間では、複数の基地局２が連携したＭＩＭＯ伝送により下り方向の通信（以下、「複数基地局連携」と称する）を行う。無線基地局制御装置１は、無線端末３における無線受信環境に応じて適切に複数基地局連携を行うようにするとともに、無線端末３での基地局間の受信電力差による受信特性の劣化を改善するべく、各基地局２を制御する。

図２は、本実施形態に係る無線基地局制御装置１の構成を示すブロック図である。図２において、無線基地局制御装置１は、通信品質収集部１１、通信品質判定部１２、基地局選定部１３、基地局電力制御部１４及びデータ送信部１５を有する。

通信品質収集部１１は、各基地局２から、基地局識別情報（基地局ＩＤ）及び受信環境情報を受け取る。受信環境情報は、当該基地局２と無線端末３の間に関し、無線端末３における電波の受信環境を表す。受信環境情報は、各無線端末３についての情報を含む。各無線端末３の受信環境情報は、それぞれの無線端末３で測定され、基地局２へ送られている。

本実施形態では、受信環境情報として通信品質値を利用する。通信品質値としては、例えば、搬送波対干渉雑音電力比（Carrier to Interference and Noise Ratio：ＣＩＮＲ）、受信信号強度（Received Signal Strength Indicator：ＲＳＳＩ）、信号対干渉雑音電力比（Signal to Interference Ratio：ＳＩＮＲ）、パケット誤り率（Packet Error Rate：ＰＥＲ)、フレーム誤り率（Frame Error Rate：ＦＥＲ）などが挙げられる。これらの通信品質値を一つのみ用いてもよく、或いは複数を組み合わせて用いてもよい。通信品質収集部１１は、基地局ＩＤと通信品質値の組を通信品質判定部１２へ出力する。

通信品質判定部１２は、通信品質収集部１１から受け取った情報に基づいて、各無線端末３について基地局毎の通信品質値の判定を行う。基地局選定部１３は、複数基地局連携によって一定の通信品質値が得られる基地局の組合せを判断する。基地局電力制御部１４は、複数基地局連携を行う基地局間で通信品質値が等しくなるように、該基地局２の送信電力を制御する。基地局電力制御部１４は、基地局２の送信電力を制御するための送信電力制御係数α（但し、αは０から１の範囲の値）を決定する。送信電力制御係数αが１である場合、基地局２の送信電力は送信電力制御係数αによって制限されない。送信電力制御係数αが１未満である場合、基地局２の送信電力は送信電力制御係数αに応じて制限される。

データ送信部１５は、制御データ及び送信データを各基地局２へ送信する。複数基地局連携を行う基地局２に対しては、ＭＩＭＯ伝送に係る制御データを送信する。

次に、図３、図４及び図５を参照して、本実施形態に係る無線基地局制御装置１の動作を詳細に説明する。図３、図４及び図５は、無線基地局制御装置１が行う制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、説明を簡単にするために、ある一つの無線端末３に着目した動作について説明する。

まず、図３において、ステップＳ１では、通信品質収集部１１が、各基地局２から基地局ＩＤ及び受信環境情報を受信し、通信品質収集部１１へ基地局ＩＤと通信品質値の組を出力する。

ステップＳ２では、通信品質判定部１２が、各基地局２の通信品質値を閾値（ａ）と比較し、通信品質値が閾値（ａ）以上である基地局２が一つのみであるか否かを判断する。この結果、該当基地局２が一つのみである場合はステップＳ３に進み、そうではない場合は図４のステップＳ５に進む。

閾値（ａ）は通信事業者等によって任意に決定される。図８に示されるような複数のセルの重複エリアでは、無線端末３が通信する基地局２以外の隣接基地局２からの同一周波数干渉波により通信品質値が劣化するが、閾値（ａ）以上の通信品質値が得られる基地局２を組み合わせて複数基地局連携を行うことにより、セル重複エリアにある無線端末３のスループット向上が期待できる。

ステップＳ３では、閾値（ａ）以上の通信品質値が得られる基地局２は一つしかないので、無線端末３は当該基地局２との間で一対一の通信を行う（複数基地局連携は行わない）とし、通信品質判定部１２は、当該基地局２の基地局ＩＤとともに送信電力制御係数「α＝１」をデータ送信部１５へ出力する。

ステップＳ４では、データ送信部１５が、受け取った基地局ＩＤに該当する基地局２に対して、送信電力制御係数αとともに送信データを送る。

上記ステップＳ２の結果、通信品質値が閾値（ａ）以上である基地局２が一つのみではない場合、図４のステップＳ５において、通信品質判定部１２は、通信品質値が閾値（ａ）以上である基地局２が一つもないか否かを判断する。この結果、該当基地局２が一つもない場合はステップＳ６に進む。

一方、該当基地局２が二つ以上ある場合はステップＳ７に進み、通信品質判定部１２は、該当基地局２の基地局ＩＤと通信品質値を基地局電力制御部１４へ出力する。この後、図５のステップＳ１１に進む。この場合、通信品質値が閾値（ａ）以上である基地局２が複数あるので、該基地局２によって複数基地局連携を行う。この例が図６に示されている。図６の例では基地局＃２と基地局＃５が、通信品質値が閾値（ａ）以上となっている。

通信品質値が閾値（ａ）以上である基地局２が一つもない場合、ステップＳ６において通信品質判定部１２は、各基地局２の基地局ＩＤと通信品質値の組を基地局選定部１３へ出力する。次いで、ステップＳ８では、基地局選定部１３が、複数基地局連携によって通信品質値が閾値（ｂ）以上となる基地局２の組合せがあるか否かを判断する。

閾値（ｂ）は通信を行うことができる限界の通信品質値である。複数基地局連携によって通信品質値が閾値（ｂ）以上となるならば、セル重複エリアのセルエッジにあるために通信不能であった無線端末３に対して複数基地局連携を適用することにより通信可能とすることができる。この例が図７に示されている。図７の例では全ての基地局の通信品質値が閾値（ｂ）未満であるが、基地局＃２と＃３及び＃５の３局によって複数基地局連携を行うことにより、通信品質値が閾値（ｂ）以上となる。

ステップＳ８の結果、複数基地局連携によって通信品質値が閾値（ｂ）以上となる基地局２の組合せがある場合はステップＳ９に進み、最も通信品質値がよくなる複数基地局連携の基地局２の組合せについて各基地局２の基地局ＩＤと通信品質値を基地局電力制御部１４へ出力する。この後、図５のステップＳ１１に進む。

一方、ステップＳ８の結果、複数基地局連携によって通信品質値が閾値（ｂ）以上となる基地局２の組合せがない場合は、複数基地局連携を行わないとし、制御処理を終了する。

複数基地局連携を行う場合、図５のステップＳ１１において基地局電力制御部１４は、複数基地局連携を行う基地局間で通信品質値に一定以上の差があるか否かを判断する。この判断基準の差の値は事前に決めておく。この結果、当該基地局間で通信品質値に一定以上の差がある場合はステップＳ１２に進み、そうではない場合はステップＳ１３に進む。

ステップＳ１２では、複数基地局連携を行う基地局間で通信品質値に一定以上の差があるので、該基地局間で通信品質値が等しくなるように、基地局電力制御部１４が送信電力制御処理を行う。この送信電力制御処理では、通信品質値がよい方の基地局２の送信電力を下げる操作によって、複数基地局連携を行う基地局間で通信品質値が等しくなるよう調整する。

図６の例では、複数基地局連携を行う基地局＃２，＃５間で通信品質値に一定以上の差があるので、通信品質値がよい方の基地局＃５の送信電力を下げることにより、基地局＃２，＃５の通信品質値を等しくするよう調整する。図７の例では、複数基地局連携を行う基地局＃２，＃３及び＃５間で通信品質値に一定以上の差があるので、通信品質値がよい方の基地局＃２，＃３の送信電力を下げることにより、基地局＃２，＃３及び＃５の通信品質値を等しくするよう調整する。

基地局電力制御部１４は、その調整結果として送信電力制御係数αを決定する。基地局電力制御部１４は、複数基地局連携を行う各基地局２の基地局ＩＤと送信電力制御係数αをデータ送信部１５へ出力する。

なお、基地局電力制御部１４による送信電力制御方法としては、例えば、複数基地局連携を行う各基地局から報告されるＣＩＮＲが等しくなるように送信電力制御係数αを制御し、この制御値を一定周期で出力する。この制御式の例が（１）式に示されている。

但し、α_１，α_２，α_３は複数基地局連携を行う基地局＃１，＃２，＃３の送信電力制御係数、Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３は該基地局＃１，＃２，＃３の搬送波電力値である。Ｉ_４，Ｉ_５，Ｉ_６は該基地局＃１，＃２，＃３に対する干渉波電力値である。

一方、複数基地局連携を行う基地局間で通信品質値が一定以上の差がない場合、送信電力制御を行う必要はないので、ステップＳ１３において基地局電力制御部１４は、複数基地局連携を行う各基地局２の基地局ＩＤとともに送信電力制御係数「α＝１」をデータ送信部１５へ出力する。

ステップＳ１２，Ｓ１３の後、図３のステップＳ４に進み、データ送信部１５から、複数基地局連携を行う各基地局２に対して送信電力制御係数αと送信データが送られる。これにより、複数基地局連携を行う各基地局２は、送信電力制御係数αに基づいた送信電力で無線端末３へ送信データを送信する。

なお、複数基地局連携を行う基地局２の個数は、固定してもよく、或いは可変としてもよい。

上述した実施形態によれば、各基地局２と無線端末３の間の電波受信環境が通信品質向上のためのＭＩＭＯ伝送に適しているか判断し、複数基地局連携を行う基地局の組合せを決定する。これにより、多数の伝送路の中から無線端末３にとって適切な伝送路を選択することができるという効果が得られる。

さらに、複数基地局連携を行う基地局間で通信品質値が等しくなるように、該基地局２の送信電力を制御する。これにより、無線端末３での基地局間の受信電力差による受信特性の劣化を改善することができるという効果が得られる。

又、本実施形態によれば、複数基地局連携によってセル重複エリアにおける通信誤り率やスループットなどの向上が期待できる。又、セル重複エリアのセルエッジにおいて微弱な信号でも複数基地局連携により通信可能となることが期待できるので、従来、通信不能であったエリアにおける通信サービスの向上に貢献することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態では無線基地局制御装置１をバックボーンネットワーク側に設け、無線端末３から受信環境情報を送ってもらうが、該無線基地局制御機能を無線端末３に具備し、無線端末３が自身に係る複数基地局連携を制御すべく基地局２を制御するように構成してもよい。

本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの構成を示す概念図である。 同実施形態に係る無線基地局制御装置１の構成を示すブロック図である。 図２に示す無線基地局制御装置１が行う制御処理の流れを示すフローチャートである。 図２に示す無線基地局制御装置１が行う制御処理の流れを示すフローチャートである。 図２に示す無線基地局制御装置１が行う制御処理の流れを示すフローチャートである。 図２に示す無線基地局制御装置１が行う制御処理を説明するための説明図である。 図２に示す無線基地局制御装置１が行う制御処理を説明するための説明図である。 セルラーシステムの概念図である。

符号の説明

１…無線基地局制御装置、２…基地局、３…無線端末、１１…通信品質収集部、１２…通信品質判定部（複数基地局連携制御手段）、１３…基地局選定部（複数基地局連携制御手段）、１４…基地局電力制御部、１５…データ送信部

Claims (5)

1. 複数の基地局と一つの無線端末の間で前記複数の基地局が連携したＭＩＭＯ伝送により下り方向の通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御装置において、
   各基地局と無線端末の間の電波受信環境が通信品質向上のための前記ＭＩＭＯ伝送に適しているか判断し、前記ＭＩＭＯ伝送を行なう基地局の組合せを決定する複数基地局連携制御手段と、
   前記ＭＩＭＯ伝送に係る制御データを基地局へ送信するデータ送信部と、を備え、
   前記複数基地局連携制御手段は、
   前記電波受信環境によって第１の基準以上の通信品質が得られている複数の基地局を前記ＭＩＭＯ伝送に適していると判定する通信品質判定部と、
   前記第１の基準以上の通信品質が得られている複数の基地局が存在しない場合に、前記ＭＩＭＯ伝送によって第２の基準以上の通信品質が得られる基地局の組合せがあるか判断し、前記第２の基準以上の通信品質が得られる基地局の組合せを選定する基地局選定部と、を有し、
   前記第２の基準は、通信を行うことができる限界の通信品質値である、
   ことを特徴とする無線基地局制御装置。
2. 前記ＭＩＭＯ伝送を行なう各基地局と無線端末の間の通信品質の差に基づいて、該基地局の送信電力を制御する基地局電力制御部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線基地局制御装置。
3. 前記基地局電力制御部は、前記ＭＩＭＯ伝送を行なう基地局間で通信品質が等しくなるように、該基地局の送信電力を調整することを特徴とする請求項２に記載の無線基地局制御装置。
4. 前記基地局電力制御部は、前記送信電力の制御値を可変的に決定することを特徴とする請求項２又は３に記載の無線基地局制御装置。
5. 複数の基地局と一つの無線端末の間で前記複数の基地局が連携したＭＩＭＯ伝送により下り方向の通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御方法であって、
   各基地局と無線端末の間の電波受信環境が通信品質向上のための前記ＭＩＭＯ伝送に適しているか判断し、前記ＭＩＭＯ伝送を行なう基地局の組合せを決定する複数基地局連携制御ステップと、
   前記ＭＩＭＯ伝送に係る制御データを基地局へ送信するデータ送信ステップと、を有し、
   前記複数基地局連携制御ステップは、
   前記電波受信環境によって第１の基準以上の通信品質が得られている複数の基地局を前記ＭＩＭＯ伝送に適していると判定する通信品質判定ステップと、
   前記第１の基準以上の通信品質が得られている複数の基地局が存在しない場合に、前記ＭＩＭＯ伝送によって第２の基準以上の通信品質が得られる基地局の組合せがあるか判断し、前記第２の基準以上の通信品質が得られる基地局の組合せを選定する基地局選定ステップと、を有し、
   前記第２の基準は、通信を行うことができる限界の通信品質値である、
   ことを特徴とする無線基地局制御方法。

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