JP4901582B2

JP4901582B2 - 通信制御システム及び通信制御方法

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Publication number: JP4901582B2
Application number: JP2007142406A
Authority: JP
Inventors: 慎一森
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: JP2008300989A

Description

本発明は、セルの形態が共通な無線基地局の集合であるセルレイヤが複数設けられる移動体通信システムにおいて用いられる通信制御システム及び通信制御方法に関する。

従来、W-CDMAなどの移動体通信システムでは、セルの形態が共通な無線基地局の集合であるセルレイヤを単位として、無線信号の送受信に用いられるキャリアの周波数帯域幅が設定される。

W-CDMAでは、サービスエリアを網羅するために、同程度の大きさを有するセルを構成する無線基地局の集合である“マクロレイヤ”が設けられる。また、W-CDMAでは、マクロレイヤに含まれる無線基地局のみでは取り扱うことができないほど通信需要が大きい局地的なエリアや、マクロレイヤに含まれる無線基地局から送信される無線信号が届きにくい局地的なエリアをカバーする“マイクロレイヤ”が設けられる（例えば、非特許文献１）。つまり、マイクロレイヤは、マクロレイヤがカバーするサービスエリアに重ねて設けられる。

このため、マクロレイヤとマイクロレイヤとに同一の周波数帯を用いるキャリアが割り当てられると、マクロレイヤにおいて用いられるキャリアと、マイクロレイヤとにおいて用いられるキャリアとの干渉、いわゆるキャリア間干渉が発生する。そこで、マイクロレイヤを新たに設ける場合、技術者が、キャリア間干渉の発生のおそれがあるマクロレイヤに関する無線パラメータ、例えば、当該マクロレイヤに割り当てられる周波数帯域幅や送信電力を適宜再設計することが一般的である。
Laiho,J.,Wacker,A. and Novosad,T、"Radio Network Planning and Optimisation for UMTS"、Jhon Wiley & Sons、pp259-278、２００１年

ところで、無線信号の送受信に用いる周波数帯域幅、すなわち、キャリアの周波数帯域幅を柔軟に増減できるOFDMAのように、互いに隣接するセルにおいて同一の周波数帯を用いるキャリアを割り当てることができる比較的新しい移動体通信システムでは、次のような問題が生じ得る。

具体的には、通信需要の増大と、各セルがカバーするエリアの厳格化が一層進むため、マイクロレイヤに含まれる無線基地局によって構成されるセルのサイズがさらに狭小化する。つまり、当該セルを構成する無線基地局の数が飛躍的の増大する。

このように、マイクロレイヤに含まれる無線基地局の数が飛躍的に増大すると、技術者が、キャリア間干渉の発生のおそれがあるマクロレイヤに関する無線パラメータを適宜再設計することは、もはや困難である。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、マクロレイヤと、当該マクロレイヤに重ねて設けられるマイクロレイヤとを含む複数のセルレイヤが用いられる場合において、当該セルレイヤでのキャリア間干渉を適応的に回避することができる通信制御システム及び通信制御方法を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、セルの形態が共通な無線基地局（例えば、無線基地局３２Ａ〜３２Ｃ）の集合である第１のセルレイヤ（セルレイヤＬＹ_Ａ）と、前記第１のセルレイヤが移動局（例えば、移動端末４０Ａ）と無線通信を実行することができるエリアに重ねて設けられる第２のセルレイヤ（セルレイヤＬＹ_Ｂ）とを含む複数のセルレイヤを有する移動体通信システム（移動体通信システム１０）において用いられる通信制御システム（通信制御装置１００）であって、前記セルレイヤにおける通信需要（例えば、伝送トラフィック量）を取得する通信需要取得部（通信部１０１及びセルレイヤ通信需要収集部１０５）と、前記通信需要取得部によって取得された前記通信需要に基づいて、前記セルレイヤにおいて用いられるキャリア（例えば、キャリアＣ１３）の周波数帯域幅（周波数帯域幅ＢＷ２）を決定する帯域幅決定部（演算部１０７）と、前記帯域幅決定部によって決定された前記周波数帯域幅への変更を前記無線基地局に実行させる帯域幅変更通知を前記無線基地局に送信する帯域幅変更通知部（キャリア設定情報指示部１０９）とを備え、前記キャリアは、複数の前記移動局を対象として共通に用いられる共通制御チャネルを含み、前記帯域幅変更通知は、前記共通制御チャネルの送受信に用いられる周波数（例えば、周波数Ｆ_Ｃ１３）を固定しつつ前記周波数帯域幅を変更することを通知することを要旨とする。

このような通信制御システムによれば、セルレイヤにおける通信需要に基づいて、セルレイヤにおいて用いられるキャリアの周波数帯域幅が決定される。また、共通制御チャネルの送受信に用いられる周波数を固定しつつ、キャリアの周波数帯域幅が変更される。

このため、セルレイヤ間の干渉を回避しつつ、通信需要に応じたキャリアの周波数帯域幅を設定することができる。また、共通制御チャネルの送受信に用いられる周波数は、周波数帯域幅の変更前後において固定されているため、移動局は、周波数帯域幅の変更後も引き続き共通制御チャネルを受信することができる。

すなわち、このような通信制御システムによれば、マクロレイヤと、当該マクロレイヤに重ねて設けられるマイクロレイヤとを含む複数のセルレイヤが用いられる場合において、当該セルレイヤでのキャリア間干渉を適応的に回避することができる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記通信需要取得部によって取得される前記通信需要の種別及び取得タイミングの少なくとも何れかを設定する通信需要設定部（通信需要設定部１０３）を備えることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記通信需要取得部は、所定の間隔で前記通信需要を取得することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記複数のセルレイヤには、優先度が付与され、前記帯域幅決定部は、前記優先度が高い優先セルレイヤ（例えば、セルレイヤＬＹ_Ａ）に対して、前記優先セルレイヤにおける前記通信需要に応じて必要となる周波数帯域幅（例えば、周波数帯域ＢＷ１２Ａ，１２Ｂ）を有する周波数帯を割り当てるとともに、前記優先セルレイヤよりも前記優先度が低い非優先セルレイヤ（例えば、セルレイヤＬＹ_Ｂ）に対して、前記優先セルレイヤに割り当てた前記周波数帯以外の周波数帯を割り当てることを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、本発明の第４の特徴に係り、前記帯域幅決定部は、前記優先セルレイヤにおいて用いられる優先キャリア（例えば、キャリアＣ９１，Ｃ９２）の最大占有帯域幅（例えば、周波数帯域ＢＷ１２Ａ）を規定し、前記優先キャリアが割り当てられた周波数帯以外の周波数帯に、前記非優先セルレイヤにおいて用いられる非優先キャリア（キャリアＣ１０１）を割り当てることを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、セルの形態が共通な無線基地局の集合である第１のセルレイヤと、前記第１のセルレイヤが移動局と無線通信を実行することができるエリアに重ねて設けられる第２のセルレイヤとを含む複数のセルレイヤを有する移動体通信システムにおいて用いられる通信制御方法であって、前記移動体通信システムが、前記セルレイヤにおいて用いられるキャリアの周波数帯域幅を決定するステップと、前記移動体通信システムが、決定された前記周波数帯域幅に前記キャリアを変更するステップとを備え、前記キャリアは、複数の前記移動局を対象として共通に用いられる共通制御チャネルを含み、前記無線基地局は、前記共通制御チャネルの送受信に用いられる周波数を固定しつつ前記周波数帯域幅を変更することを要旨とする。

本発明の第７の特徴は、本発明の第６の特徴に係り、前記移動体通信システムが、前記セルレイヤにおける通信需要を取得するステップをさらに備え、前記周波数帯域幅を決定するステップでは、前記取得するステップにおいて取得された前記通信需要に基づいて、前記周波数帯域幅を決定することを要旨とする。

本発明の第８の特徴は、本発明の第７の特徴に係り、前記通信需要を取得するステップでは、所定の間隔で前記通信需要が取得されることを要旨とする。

本発明の第９の特徴は、本発明の第７の特徴に係り、前記複数のセルレイヤには、優先度が付与され、前記周波数帯域幅を決定するステップでは、前記優先度が高い優先セルレイヤに対して、前記優先セルレイヤにおける前記通信需要に応じて必要となる周波数帯域幅を有する周波数帯が割り当てられるとともに、前記優先セルレイヤよりも前記優先度が低い非優先セルレイヤに対して、前記優先セルレイヤに割り当てた前記周波数帯以外の周波数帯が割り当てられることを要旨とする。

本発明の第１０の特徴は、本発明の第９の特徴に係り、前記周波数帯域幅を決定するステップでは、前記優先セルレイヤにおいて用いられる優先キャリアの最大占有帯域幅が規定され、前記優先キャリアが割り当てられた周波数帯以外の周波数帯に、前記非優先セルレイヤにおいて用いられる非優先キャリアが割り当てられることを要旨とする。

本発明の特徴によれば、マクロレイヤと、当該マクロレイヤに重ねて設けられるマイクロレイヤとを含む複数のセルレイヤが用いられる場合において、当該セルレイヤでのキャリア間干渉を適応的に回避することができる通信制御システム及び通信制御方法を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について説明する。具体的には、（１）移動体通信システムの全体概略構成、（２）通信制御システムの機能ブロック構成及び（３）通信制御システムを用いた移動体通信システムの運用方法について説明する。

なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（１）移動体通信システムの全体概略構成
図１は、本実施形態に係る移動体通信システム１０の全体概略構成図である。図１に示すように、移動体通信システム１０には、バックボーンネットワーク２０、バックボーンネットワーク２０に接続される無線基地局３１Ａ，３１Ｂ、無線基地局３２Ａ〜３２Ｃ及び移動端末４０Ａが含まれる。自動車５０には、無線基地局３１Ａ，３１Ｂ、無線基地局３２Ａ，３２Ｂと無線通信を実行することができる移動端末４０Ｂが搭載される。本実施形態において、移動端末４０Ａは、移動局を構成する。

移動体通信システム１０は、移動端末４０Ａ，４０Ｂと無線通信を実行することができるサービスエリアＳＡを形成する。具体的には、無線基地局３２Ａ〜３２Ｃ（マクロセル）によってサービスエリアＳＡが形成される。無線基地局３１Ａ，３１Ｂ（マイクロセル）は、マクロセルのエリアに重ねて設けられる。

本実施形態では、無線基地局３２Ａ〜３２Ｃは、セルの形態が共通な無線基地局の集合であるセルレイヤＬＹ_Ａ（図１において不図示、図６参照）に含まれる。また、無線基地局３１Ａ，３１Ｂは、セルレイヤＬＹ_Ａに重ねて設けられるセルレイヤＬＹ_Ｂに含まれる。

つまり、セルレイヤＬＹ_Ａはマクロレイヤであり、セルレイヤＬＹ_Ｂはマイクロレイヤである。セルレイヤＬＹ_Ｂは、セルレイヤＬＹ_Ａ、つまり、無線基地局３２Ａ〜３２Ｃが移動端末４０Ａと無線通信を実行することができるエリアに重ねて設けられる。

また、移動体通信システム１０には、通信制御装置１００が含まれる。通信制御装置１００は、無線基地局３１Ａ，３１Ｂ、及び無線基地局３２Ａ〜３２Ｃが送受信するキャリア（例えば、図４に示すキャリアＣ１３）の周波数や周波数帯域幅を制御する。

（２）通信制御システムの機能ブロック構成
図２は、本実施形態において通信制御システムを構成する通信制御装置１００の機能ブロック構成図である。図２に示すように、通信制御装置１００は、通信部１０１、通信需要設定部１０３、セルレイヤ通信需要収集部１０５、演算部１０７及びキャリア設定情報指示部１０９を備える。

通信部１０１は、バックボーンネットワーク２０と接続するための通信インタフェースを有する。また、通信部１０１は、通信需要設定部１０３、セルレイヤ通信需要収集部１０５及びキャリア設定情報指示部１０９と接続される。

通信需要設定部１０３は、各無線基地局が取得するべき通信需要の種別及び取得タイミングを設定する。本実施形態では、通信需要設定部１０３は、通信需要として、各無線基地局または各移動端末において発生した発生トラフィック量、伝送トラフィック量、通信品質及び無線リソース使用量の少なくとも何れかを設定する。

発生トラフィック量とは、例えば、伝送されるまでにバッファに滞留するデータ量や発着信要求数である。伝送トラフィック量とは、伝送されるデータのスループットや無線基地局が移動端末と設定している通信回線数である。

また、通信品質とは、例えば、データの伝送遅延時間、呼損率、強制切断率、ハンドオーバ率及び伝送誤り率である。無線リソース使用量とは、例えば、送信電力使用率、干渉電力、拡散コード使用率、サブキャリア使用率、周波数帯域幅使用率及びリソースブロック使用率である。

通信需要設定部１０３は、サービスエリアＳＡを形成するすべての無線基地局を対象として、取得するべき通信需要の種別及び取得タイミングを設定する。通信需要設定部１０３は、取得するべき通信需要の種別及び取得タイミングを示す通信需要取得情報を、通信部１０１を介して各無線基地局に送信する。

セルレイヤ通信需要収集部１０５は、各セルレイヤにおける通信需要を取得する。本実施形態では、通信部１０１とセルレイヤ通信需要収集部１０５とによって、通信需要取得部が構成される。具体的には、セルレイヤ通信需要収集部１０５は、各無線基地局によって取得された通信需要を当該無線基地局から受信し、受信した通信需要をセルレイヤ別に収集する。

本実施形態では、セルレイヤ通信需要収集部１０５は、所定の間隔で通信需要を取得する。なお、通信需要を取得するタイミングは、時間帯などに応じて適宜変更させてもよい。

セルレイヤ通信需要収集部１０５は、取得した通信需要（例えば、伝送トラフィック量）を示す値の統計処理（例えば、平均化）を実行する。

演算部１０７は、セルレイヤ通信需要収集部１０５によって取得された通信需要、具体的には、セルレイヤ通信需要収集部１０５によって統計処理が実行された通信需要の値に基づいて、セルレイヤにおいて用いられるキャリア（例えば、図４に示すキャリアＣ１３）の周波数帯域幅（周波数帯域幅ＢＷ２）を決定する。本実施形態において、演算部１０７は、帯域幅決定部を構成する。

具体的には、演算部１０７は、セルレイヤ通信需要収集部１０５によって統計処理が実行された通信需要の値に基づいて、当該通信需要に応じて必要となる周波数帯域幅を決定する。

演算部１０７は、複数のセルレイヤ（セルレイヤＬＹ_Ａ，ＬＹ_Ｂ）に優先度が付与されている場合、当該優先度が高い優先セルレイヤ（例えば、セルレイヤＬＹ_Ａ）に対して、優先セルレイヤにおける通信需要に応じて必要となる周波数帯域幅（例えば、図１３に示す周波数帯域ＢＷ１２Ａ，１２Ｂ）を有する周波数帯を割り当てることができる。さらに、演算部１０７は、優先セルレイヤよりも当該優先度が低い非優先セルレイヤ（例えば、セルレイヤＬＹ_Ｂ）に対して、優先セルレイヤに割り当てた周波数帯以外の周波数帯を割り当てることができる。

また、演算部１０７は、優先セルレイヤにおいて用いられる優先キャリア（例えば、図１３に示すキャリアＣ９１，Ｃ９２）の最大占有帯域幅（例えば、周波数帯域ＢＷ１２Ａ）を規定することができる。演算部１０７は、優先キャリアが割り当てられた周波数帯以外の周波数帯に、非優先セルレイヤにおいて用いられる非優先キャリア（キャリアＣ１０１）を割り当てることができる。

具体的には、図１３に示すように、演算部１０７は、優先キャリア、すなわち、キャリアＣ９１の周波数帯域ＢＷ１２Ａ、及びキャリアＣ９２の周波数帯域幅ＢＷ１２Ｂを規定する。演算部１０７は、キャリアＣ９１が割り当てられた周波数帯と、キャリアＣ９２が割り当てられた周波数帯との間に形成されたギャップＧに、周波数帯域ＢＷ１３を有するキャリアＣ１０１を非優先キャリアとして割り当てる。

なお、演算部１０７は、優先セルレイヤ（または非優先セルレイヤ）における通信需要について所定の閾値（例えば、９０％の無線リソース使用量（リソースブロック使用率））を設け、当該閾値に基づいて優先キャリアの最大占有帯域幅を規定してもよい。なお、リソースブロック使用率とは、無線基地局に割り当てられた周波数帯域幅によって決定される総リソースブロック（サブキャリアとタイムスロットで定義されるブロック）のうち、通信に割当済みのリソースブロックの比率を示す値である。

具体的には、演算部１０７は、当該閾値よりも通信需要の値が大きい場合、さらに拡大された最大占有帯域幅が必要と判定する。

一方、演算部１０７は、当該閾値よりも通信需要の値が小さい場合、既に割り当てた優先キャリアの最大占有帯域幅が過剰であると判定する。この場合、優先キャリアに割り当てられていた周波数帯の一部を非優先キャリアに割り当てる。

演算部１０７は、さらに拡大された最大占有帯域幅が必要と判定した場合、非優先キャリアに割り当てられる周波数帯域幅を縮小するとともに、優先キャリアに割り当てられる周波数帯域幅（最大占有帯域幅）を増やす。なお、演算部１０７は、非優先キャリアに割り当てられる周波数帯域幅を縮小する場合、最低限の周波数帯域幅を定め、当該周波数帯域幅を下回らないようにしてもよい。

キャリア設定情報指示部１０９は、演算部１０７によって決定されたキャリアの周波数帯域幅などを示す情報を含む報知情報を生成する。具体的には、キャリア設定情報指示部１０９は、演算部１０７によって決定されたキャリアの中心周波数及び周波数帯域幅を示す報知情報を生成する。

キャリア設定情報指示部１０９は、通信部１０１を介して生成した報知情報を各無線基地局に送信する。

また、キャリア設定情報指示部１０９は、演算部１０７によって決定された周波数帯域幅への変更を無線基地局に実行させる帯域幅変更通知を、該当する無線基地局に送信する。本実施形態において、キャリア設定情報指示部１０９は、帯域幅変更通知部を構成する。

帯域幅変更通知は、報知情報に含まれ、複数の移動端末（移動端末４０Ａ，４０Ｂ）を対象として共通に用いられる共通制御チャネルの送受信に用いられる周波数（例えば、図４に示す周波数Ｆ_Ｃ１３）を固定しつつ当該キャリア（キャリアＣ１３）の周波数帯域幅を変更させるために用いられる。

（３）通信制御システムを用いた移動体通信システムの運用方法
次に、本実施形態において通信制御システムを構成する通信制御装置１００を用いた移動体通信システム１０の運用方法について説明する。具体的には、（３．１）通信制御システムの概略動作フロー、（３．２）キャリア割当の基本例、（３．３）セルレイヤの構成、（３．４）セルレイヤへ割当周波数帯域幅の変更例、（３．５）OFDMAを用いた場合における周波数帯域幅の変更例及び（３．６）優先セルレイヤの設定について説明する。

（３．１）通信制御システムの概略動作フロー
図３は、通信制御装置１００の概略動作フローを示す。具体的には、図３は、通信制御装置１００が、通信需要に基づいて無線基地局が送受信するキャリアの周波数帯域幅の変更を指示する動作フローを示す。

ステップＳ１０において、通信制御装置１００は、各無線基地局が取得するべき通信需要の種別及び取得タイミングを設定する。具体的には、通信制御装置１００は、各無線基地局が取得するべき通信需要（例えば、伝送トラフィック量）の種別及び取得タイミングを示す通信需要取得情報を各無線基地局に送信する。

ステップＳ２０において、通信制御装置１００は、各無線基地局によって取得された通信需要を当該無線基地局から受信し、受信した通信需要をセルレイヤ別に収集する。

ステップＳ３０において、通信制御装置１００は、セルレイヤ別に収集した通信需要の統計処理（例えば、平均化）を実行する。

ステップＳ４０において、通信制御装置１００は、統計処理が実行された通信需要の値が所定の閾値を超えるか否かを判定する。

通信需要の値が所定の閾値を超える場合（ステップＳ４０のＹＥＳ）、ステップＳ５０において、通信制御装置１００は、通信需要の値が所定の閾値を超える無線基地局に対して、当該無線基地局が送信するキャリアの周波数帯域幅の変更を指示する。具体的には、通信制御装置１００は、当該キャリアの周波数帯域幅の拡大を無線基地局に実行させる帯域幅変更通知を当該無線基地局に送信する。

なお、通信制御装置１００は、セルレイヤ毎にステップＳ４０及びＳ５０の処理を実行する。

一方、通信需要の値が所定の閾値を超えない場合（ステップＳ４０のＮＯ）、通信制御装置１００は、ステップＳ２０からの処理を繰り返す。なお、通信需要の値が所定の閾値を超えない場合、通信制御装置１００は、当該キャリアの周波数帯域幅の縮小を無線基地局に実行させる帯域幅変更通知を当該無線基地局に送信してもよい。

（３．２）キャリア割当の基本例
図４及び図５は、移動体通信システム１０におけるキャリア割当の基本例を示す。本実施形態では、移動体通信システム１０において用いられる無線アクセス方式による運用が可能となる周波数帯域幅を有するスペクトラムを“キャリア”と呼ぶ。

無線基地局から移動端末に向けて送信される下り回線と、移動端末から無線基地局に向けて送信される上り回線とが同一の周波数帯に割り当てられる時分割複信（ＴＤＤ）方式では、キャリアは、物理的な周波数帯域幅と一致する。一方、下り回線と上り回線とが異なる周波数帯に割り当てられる周波数分割複信（ＦＤＤ）方式では、キャリアは、下り回線と上り回線とに割り当てられる周波数帯のペアを意味する。以下、無線基地局の送信周波数帯、つまり、下り回線を例として説明する。

図４に示すように、無線基地局における送信側の周波数帯（具体的には、周波数帯域幅ＢＷ１を有する所定の周波数帯）には、周波数軸上においてスペクトラムが重複しないように複数のキャリア（キャリアＣ１１〜Ｃ１６）が割り当てられる。各キャリアの周波数帯域幅（最大占有帯域幅）は、無線アクセス方式において許容される範囲内に調整される。勿論、キャリアの周波数帯域幅（例えば、キャリアＣ１３の周波数帯域幅ＢＷ２）は、キャリア毎に異なる値に調整することもできる。

本実施形態では、各キャリアは、複数の移動端末を対象として共通に用いられる共通制御チャネルを含む。共通制御チャネルの送信周波数（周波数Ｆ_Ｃ１１〜Ｆ_Ｃ１６）は、キャリアスペクトラムの中心或いは中心以外に位置してもよい。また、キャリアの周波数帯域幅は、通信需要の変化によって適応的に変更可能である（図中の下段参照）。なお、キャリアの周波数帯域幅が変更された場合でも、共通制御チャネルの送信周波数は変更されない。

また、キャリアスペクトラムは、連続した周波数帯に割り当てられる。さらに、図５に示すように、キャリアスペクトラムは、無線アクセス方式の許容する範囲内において、分散させてもよい（図５のキャリアＣ２１参照）。この場合でも、共通制御チャネルの送信周波数（周波数Ｆ_Ｃ２１）は、キャリアスペクトラムの中心或いは中心以外に位置してもよい。

（３．３）セルレイヤの構成
図６は、移動体通信システム１０において用いることができる複数のセルレイヤの構成例を示す。図６に示すように、移動体通信システム１０では、無線基地局３２Ａ〜３２Ｃ（マクロセル）によってサービスエリアＳＡが形成される。また、サービスエリアＳＡ、つまり、マクロセルのエリア内には、無線基地局３１Ａ，３１Ｂ（マイクロセル）が設けられる。

図６では、無線基地局３２Ａ〜３２Ｃ（マクロセル）が含まれるセルレイヤＬＹ_Ａと、無線基地局３１Ａ，３１Ｂ（マイクロセル）が含まれるセルレイヤＬＹ_Ｂが示されている。

ここで、特定の一部のエリア（図中の斜線部分）に着目した場合、移動速度が高い自動車５０に搭載される移動端末４０Ｂとの通信回線を設定する無線基地局（無線基地局３２Ａ〜３２Ｃ）は、セルのサイズを大きくすることが必要となる。セルのサイズが小さい場合、単位時間当たりのハンドオーバ回数が増加し、移動体通信システム１０における制御負荷が増大することによって、通信品質が不安定になるためである。

一方、移動速度が低い歩行者などによって用いられる移動端末４０Ａとの通信回線を設定する無線基地局（無線基地局３１Ａ，３１Ｂ）は、セルのサイズを小さくすることが必要となる。セルのサイズが小さければ、多数の無線基地局（マイクロセル）を設置でき、移動体通信システム１０全体としてのシステム容量が増大するためである。

すなわち、移動速度に応じた複数のセルレイヤを用いることによって、様々な移動端末との通信回線を効率よく設定することができる。

また、各セルレイヤにおける通信需要は、随時変化するため、各セルレイヤにおける通信需要の変化に応じて、移動体通信システム１０に割り当てられたシステム帯域幅ＢＷ_ＳＹＳの中から、各セルレイヤに対して適切に周波数帯域幅を分配する。例えば、セルレイヤＬＹ_Ａに対して周波数帯域幅ＢＷ３が分配され、セルレイヤＬＹ_Ｂに対して周波数帯域幅ＢＷ４が分配される。なお、周波数帯域幅ＢＷ３及び周波数帯域幅ＢＷ４は、必ずしも周波数軸上で連続していなくてもよい。

（３．４）セルレイヤへ割当周波数帯域幅の変更例
図７（ａ）、（ｂ）、及び図８（ａ）、（ｂ）は、セルレイヤへのキャリア割当の変更例を示す。図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較すると、図７（ａ）では、システム帯域幅ＢＷ_ＳＹＳのうち、セルレイヤＬＹ_Ａに含まれるキャリア（キャリアＣ３１，Ｃ３２）の周波数帯域幅が拡大されている。つまり、セルレイヤＬＹ_Ａに含まれるキャリアＣ３１，３２に割り当てられる周波数帯域幅、及びセルレイヤＬＹ_Ｂに含まれるキャリアＣ４１に割り当てられる周波数帯域幅が変更されている。

ここで、周波数帯域幅の変更の前後において、各キャリアにおける共通制御チャネルの送信周波数（周波数Ｆ_Ｃ３１，Ｆ_Ｃ３２，Ｆ_Ｃ４１）は、変化していない。

図８（ａ）は、図７（ａ）と同様である。図８（ｂ）では、セルレイヤＬＹ_Ａに割り当てられる周波数帯域幅が、図７（ｂ）に示した場合よりも縮小されている。図８（ｂ）に示すように、セルレイヤＬＹ_Ｂに含まれるキャリアＣ４１は、システム帯域幅ＢＷ_ＳＹＳの中心部と両端部（図中の斜線部分）とに分離して割り当ててもよい。

（３．５）OFDMAを用いた場合における周波数帯域幅の変更例
次に、OFDMAを用いた場合における周波数帯域幅の変更例を示す。具体的には、3GPPにおいて規定される無線アクセス方式の規格であるevolved Universal Terrestrial Radio Access（evolved UTRA）において、下り回線にＯＦＤＭＡが適用される無線アクセス方式を用いた場合における周波数帯域幅の変更例を示す。なお、適用可能な無線アクセス方式は、OFDMAに限らず、移動体通信システムの運用中に周波数帯域幅（システム帯域幅ＢＷ_ＳＹＳ）、或いはキャリアの周波数帯域幅を柔軟に変更することができる無線アクセス方式（CDMA、FDMA、TDMA及びIDMAなど）でもよい。

OFDMAでは、サブキャリア数を増減することによって、キャリアの周波数帯域幅の上限値を1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz及び20MHzに設定可能である。周波数帯域幅の設定情報は、キャリアの中心周波数付近の帯域に割り当てられる共通制御チャネルを介して、無線基地局から報知情報としてセル内に送信される。移動端末は、当該報知情報を受信し、無線基地局の設定に従うように構成される。このため、周波数帯域幅は、無線基地局側において変更することができる。なお，周波数帯域幅は、無線基地局の再起動時及び運用中に変更することができる。

図９は、無線基地局の再起動（リブート）時に周波数帯域幅を変更する場合における無線基地局の動作例を示す。無線基地局の再起動時に周波数帯域幅を変更する場合、次回の無線基地局の起動時に設定すべきキャリア（キャリアＣ５１）の周波数帯域幅（周波数帯域幅ＢＷ５，ＢＷ６）の上限値を通信制御装置１００が決定後、無線基地局が通常の手順で再起動される。再起動後、報知情報は、自動的に設定される。なお、共通制御チャネルの送信周波数（周波数Ｆ_Ｃ５１）は、周波数帯域幅の変更前後において変化していない。

図１０は、無線基地局の運用中に周波数帯域幅を変更する場合における無線基地局の動作例を示す。無線基地局の運用中に周波数帯域幅を変更する場合、キャリア（キャリアＣ６１）の周波数帯域幅の上限値を拡大する場合（図中の周波数帯域幅ＢＷ８からＢＷ７に変更する場合）、通信制御装置１００の決定に従って、無線基地局が報知情報の内容を更新すればよい。

一方、キャリアの周波数帯域幅の上限値を縮小する場合（図中の周波数帯域幅ＢＷ８からＢＷ９に変更する場合）、無線基地局は、縮小しようとしている周波数帯を使用している移動端末との通信回線を縮小後の周波数帯域幅内に移行させる。

或いは、無線基地局が縮小しようとしている周波数帯に割り当てられたサブキャリアの使用を禁止した後、キャリアの周波数帯域幅の上限値を縮小してもよい。この場合、周波数帯域幅の上限値を縮小と同時に報知情報を更新すればよい。なお、共通制御チャネルの送信周波数（周波数Ｆ_Ｃ６１）は、周波数帯域幅の変更前後において変化していない。

図１１は、周波数帯域幅の実際の上限値とは関係なく、当該周波数帯域幅を仮想的に変更する場合における無線基地局の動作例を示す。周波数帯域幅（周波数帯域幅ＢＷ１０）を仮想的に縮小する場合、無線基地局は、実際の周波数帯域幅の上限値は維持した状態において、報知情報の内容を変更することなく移動端末に対して当該周波数帯域幅の使用を禁止する。

一方、周波数帯域幅を拡大する場合、無線基地局は、実際の周波数帯域幅の上限値は維持した状態において、移動端末に対して先に実行した周波数帯の使用禁止を解除する。無線基地局は、通信制御装置１００から制御に基づき、上述した動作を実行する。

なお、現状の周波数帯域幅（周波数帯域幅ＢＷ１０）の上限値を超えてさらに周波数帯域幅を拡大する場合、図１０と同様に報知情報を更新すればよい。また、共通制御チャネルの送信周波数（周波数Ｆ_Ｃ７１）は、周波数帯域幅の変更前後において変化していない。

このように周波数帯域幅を仮想的に変更すれば、1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz及び20MHzといった不連続な値を取り得る周波数帯域幅の上限値に束縛されることなく、キャリアの周波数帯域幅を連続的に変更できる。

また、図１２に示すように、無線基地局は、サブキャリア単位で周波数帯域幅（周波数帯域幅ＢＷ１１）を設定することによって、共通制御チャネルの送信周波数（周波数Ｆ_Ｃ８１）がキャリアスペクトラムの中心部に位置しないキャリア（キャリアＣ８１，Ｃ８１’）を実現してもよい（図中の低域側配置及び高域側配置）。さらに、無線基地局は、不連続なスペクトラムのキャリア（サブキャリアＣ８１ａ〜Ｃ８１ｃ）を実現してもよい（図中の分散配置）。

（３．６）優先セルレイヤの設定
上述したように、本実施形態では、複数のセルレイヤ（セルレイヤＬＹ_Ａ，ＬＹ_Ｂ）に優先度が付与されている場合、当該優先度が高い優先セルレイヤ（例えば、セルレイヤＬＹ_Ａ）に対して優先的に通信需要に応じて必要となる周波数帯域幅を割り当てることができる。

優先セルレイヤは、サービスエリアＳＡ内において、面的に連続するように設定することができる。優先セルレイヤを面的に連続するように設定することによって、自動車５０に搭載され移動速度が高速な移動端末４０Ｂを、広いエリアに渡って優先セルレイヤ内に位置させることができる。

さらに、優先セルレイヤを面的に連続するように設定するために用いられる無線基地局以外の無線基地局を非優先セルレイヤに含め、優先セルレイヤでの通信需要が少ないときには、非優先セルレイヤに多くの周波数帯域幅を割り当ててもよい。この場合、非連続なエリアであるものの、非優先セルレイヤも含まれる無線基地局は、移動端末との通信回線をより確実に設定することができる。

また、図１３に示すように、通信制御装置１００は、キャリアＣ９１の周波数帯域ＢＷ１２Ａと、キャリアＣ９２の周波数帯域幅ＢＷ１２Ｂとが重複しないように、キャリアＣ９１の中心周波数（周波数Ｆ_Ｃ９１）と、キャリアＣ９２の中心周波数（周波数Ｆ_Ｃ９２）とを決定する。キャリアＣ９１及びキャリアＣ９２は、優先キャリアとして割り当てられる。

さらに、通信制御装置１００は、キャリアＣ９１と、キャリアＣ９２との間に形成されたギャップＧに、周波数帯域ＢＷ１３を有するキャリアＣ１０１が、非優先キャリアとして割り当てられる。

このようなキャリアの割当によれば、優先セルレイヤに含まれる無線基地局が形成するセルと、非優先セルレイヤに含まれる無線基地局が形成するセルが互いに近接して設置されている場合でも、キャリアスペクトラムの重複が生じない。このため、非優先セルレイヤの共通制御チャネルが干渉を受けることを防止できる。

なお、優先セルレイヤ及び非優先セルレイヤに割り当てられるキャリア数は、図１３に示した数に限られない。

（作用・効果）
通信制御装置１００によれば、セルレイヤＬＹ_Ａ，ＬＹ_Ｂにおける通信需要に基づいて、当該セルレイヤにおいて用いられるキャリアの周波数帯域幅が決定される。また、共通制御チャネルの送受信に用いられる周波数を固定しつつ、キャリアの周波数帯域幅が変更される。

このため、セルレイヤ間の干渉を回避しつつ、通信需要に応じたキャリアの周波数帯域幅を設定することができる。また、共通制御チャネルの送受信に用いられる周波数は、周波数帯域幅の変更前後において固定されているため、移動端末４０Ａ，４０Ｂは、周波数帯域幅の変更後も引き続き無線基地局が送信する共通制御チャネルを受信することができる。

すなわち、通信制御装置１００によれば、マクロレイヤ（セルレイヤＬＹ_Ａ）と、当該マクロレイヤに重ねて設けられるマイクロレイヤ（セルレイヤＬＹ_Ｂ）とを含む複数のセルレイヤが用いられる場合において、当該セルレイヤでのキャリア間干渉を適応的に回避することができる。

なお、通信制御装置１００は、以下のような場合に特に有効である。すなわち、移動体通信システム１０によるサービスの開始時では、一般的にマクロレイヤのみが用いられる。その後、通信需要の増大や各セルがカバーするエリアの厳格化に対処するため、マクロレイヤにマイクロレイヤが重ねて設けられるようになる。

マイクロレイヤが新たに設けられる場合、当該マイクロレイヤに含まれる無線基地局の周辺において、未使用のキャリアが残されている可能性は低い。このため、一般的には、マクロレイヤに含まれる既存の無線基地局が使用しているキャリアが再利用されている。また、移動体通信システム１０に含まれる無線基地局の近傍に、一般のユーザなどが、同一周波数帯を使用する無線基地局を設置する場合も想定される。

このような場合でも通信制御装置１００によれば、共通制御チャネルの送受信に用いられる周波数を固定しつつ、キャリアの周波数帯域幅が変更されるため、移動体通信システム１０に割り当てられた周波数帯を効率的に使用しつつ、キャリア間干渉を適応的に回避することができる。

本実施形態では、所定の間隔で通信需要が取得される。このため、通信需要が時間の経過に伴って変化した場合、新たに無線基地局が設置された場合、または無線基地局の設置場所が変更された場合でも、技術者による無線パラメータの再設計をする必要がない。

本実施形態では、優先セルレイヤに対して、優先セルレイヤにおける通信需要に応じて必要となる周波数帯域幅を有する周波数帯が割り当てられるとともに、非優先セルレイヤに対して、優先セルレイヤに割り当てた周波数帯以外の周波数帯が割り当てられる。

このため、特定の通信需要（例えば、移動速度が高い移動端末に関する通信需要）をより確実に充足することができる。また、優先セルレイヤにおける通信需要が低い場合、非優先セルレイヤに周波数帯域幅を多く割り当てることによって、移動体通信システム１０全体として周波数帯の利用効率を向上することができる。

本実施形態では、キャリアの最大占有帯域幅が規定され、優先キャリアが割り当てられた周波数帯以外の周波数帯に、非優先キャリアが割り当てられる。このため、優先キャリアと非優先キャリアとの干渉を回避しつつ、移動体通信システム１０全体として周波数帯の利用効率をさらに向上することができる。

（その他の実施形態）
上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。

例えば、上述した本発明の実施形態では、通信制御装置１００は、各機能ブロックが同一のハードウェア（例えば、サーバコンピュータ）上において実現されているものとしたが、通信制御装置１００を構成する各機能ブロックは、別のハードウェアにおいて実現してもよい。例えば、通信需要設定部１０３の機能と、セルレイヤ通信需要収集部１０５の機能とを、それぞれ別個のハードウェア上において実現してもよい。

上述した実施形態では、２つのセルレイヤを例として説明したが、セルレイヤの数は、３つ以上でも構わない。また、セルレイヤは、セルのサイズではなく、無線基地局の送信電力、無線基地局の保有者（通信事業者、自治体または一般ユーザ）、無線基地局の通信対象（公衆、特定グループまたは特定個人）、無線基地局の設置場所（屋外、屋内、公共スペースまたは私有スペース）、無線基地局が通信を実行する移動端末の特性（携帯電話端末またはＰＣ）、或いはこれらの組合せによって分別してもよい。

また、上述した実施形態では、各無線基地局または各移動端末における伝送トラフィック量などの通信需要に基づいてキャリアの周波数帯域幅が決定されていたが、必ずしも通信需要に基づいてキャリアの周波数帯域幅が決定しなくても構わない。例えば、時間帯に応じてキャリアの周波数帯域幅を変更するようにしてもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る移動体通信システム１０の全体概略構成図である。本発明の実施形態に係る通信制御装置１００の機能ブロック構成図である。本発明の実施形態に係る通信制御装置１００の概略動作フローを示す図である。本発明の実施形態に係る移動体通信システム１０におけるキャリア割当の基本例を示す図である。本発明の実施形態に係る移動体通信システム１０におけるキャリア割当の基本例を示す図である。本発明の実施形態に係る移動体通信システム１０において用いることができる複数のセルレイヤの構成例を示す図である。本発明の実施形態に係るセルレイヤへのキャリア割当の変更例を示す図である。本発明の実施形態に係るセルレイヤへのキャリア割当の変更例を示す図である。本発明の実施形態に係る無線基地局の再起動（リブート）時に周波数帯域幅を変更する場合における無線基地局の動作例を示す図である。本発明の実施形態に係る無線基地局の運用中に周波数帯域幅を変更する場合における無線基地局の動作例を示す図である。本発明の実施形態に係る周波数帯域幅の実際の上限値とは関係なく、当該周波数帯域幅を仮想的に変更する場合における無線基地局の動作例を示す図である。本発明の実施形態に係る共通制御チャネルの送信周波数がキャリアスペクトラムの中心部に位置しないキャリアの例を示す図である。本発明の実施形態に係る優先キャリアと非優先キャリアとの割当例を示す図である。

符号の説明

１０…移動体通信システム、２０…バックボーンネットワーク、３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ…無線基地局、４０Ａ，４０Ｂ…移動端末、５０…自動車、１００…通信制御装置、１０１…通信部、１０３…通信需要設定部、１０５…セルレイヤ通信需要収集部、１０７…演算部、１０９…キャリア設定情報指示部、ＢＷ１〜ＢＷ１１，ＢＷ１２Ａ，ＢＷ１２Ｂ，ＢＷ１３…周波数帯域幅、ＢＷ_ＳＹＳ…システム帯域幅、Ｃ１１〜Ｃ１６，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ４１Ｃ５１，Ｃ６１，Ｃ７１…キャリア、Ｃ８１ａ〜Ｃ８１ｃ…サブキャリア、Ｃ９１，Ｃ９２，Ｃ１０１…キャリア、Ｆ_Ｃ１１〜Ｆ_Ｃ１６，Ｆ_Ｃ２１，Ｆ_Ｃ３１，Ｆ_Ｃ３２，Ｆ_Ｃ４１，Ｆ_Ｃ５１，Ｆ_Ｃ６１，Ｆ_Ｃ７１，Ｆ_Ｃ８１，Ｆ_Ｃ９１，Ｆ_Ｃ９２，Ｆ_Ｃ１０１…周波数、Ｇ…ギャップ、ＬＹ_Ａ，ＬＹ_Ｂ…セルレイヤ、ＳＡ…サービスエリア

Claims

セルの形態が共通な無線基地局の集合である第１のセルレイヤと、前記第１のセルレイヤが移動局と無線通信を実行することができるエリアに重ねて設けられる第２のセルレイヤとを含む複数のセルレイヤを有する移動体通信システムにおいて用いられる通信制御システムであって、
前記セルレイヤにおける通信需要を取得する通信需要取得部と、
前記通信需要取得部によって取得された前記通信需要に基づいて、前記セルレイヤにおいて用いられるキャリアの周波数帯域幅を決定する帯域幅決定部と、
前記帯域幅決定部によって決定された前記周波数帯域幅への変更を前記無線基地局に実行させる帯域幅変更通知を前記無線基地局に送信する帯域幅変更通知部と
を備え、
前記キャリアは、複数の前記移動局を対象として共通に用いられる共通制御チャネルを含み、
前記帯域幅変更通知は、前記共通制御チャネルの送受信に用いられる周波数を固定しつつ前記周波数帯域幅を変更することを通知し、
前記複数のセルレイヤには、優先度が付与され、
前記帯域幅決定部は、
前記優先度が高い優先セルレイヤに対して、前記優先セルレイヤにおける前記通信需要に応じて必要となる周波数帯域幅を有する周波数帯を割り当てるとともに、
前記優先セルレイヤよりも前記優先度が低い非優先セルレイヤに対して、前記優先セルレイヤに割り当てた前記周波数帯以外の周波数帯を割り当て、
前記優先セルレイヤにおいて用いられる優先キャリアの最大占有帯域幅を規定し、
前記優先キャリアが割り当てられた周波数帯以外の周波数帯に、前記非優先セルレイヤにおいて用いられる非優先キャリアを割り当てる通信制御システム。
前記通信需要取得部によって取得される前記通信需要の種別及び取得タイミングの少なくとも何れかを設定する通信需要設定部を備える請求項１に記載の通信制御システム。
前記通信需要取得部は、所定の間隔で前記通信需要を取得する請求項１に記載の通信制御システム。
前記帯域幅決定部は、前記優先セルレイヤまたは前記非優先セルレイヤにおける通信需要の所定の閾値に基づいて前記優先キャリアの最大占有帯域幅を規定する請求項１に記載の通信制御システム。
セルの形態が共通な無線基地局の集合である第１のセルレイヤと、前記第１のセルレイヤが移動局と無線通信を実行することができるエリアに重ねて設けられる第２のセルレイヤとを含む複数のセルレイヤを有する移動体通信システムにおいて用いられる通信制御方法であって、
前記移動体通信システムが、前記セルレイヤにおいて用いられるキャリアの周波数帯域幅を決定するステップと、
前記移動体通信システムが、決定された前記周波数帯域幅に前記キャリアを変更するステップと
を備え、
前記キャリアは、複数の前記移動局を対象として共通に用いられる共通制御チャネルを含み、
前記無線基地局は、前記共通制御チャネルの送受信に用いられる周波数を固定しつつ前記周波数帯域幅を変更し、
前記複数のセルレイヤには、優先度が付与され、
前記周波数帯域幅を決定するステップでは、
前記優先度が高い優先セルレイヤに対して、前記優先セルレイヤにおける前記通信需要に応じて必要となる周波数帯域幅を有する周波数帯が割り当てられるとともに、
前記優先セルレイヤよりも前記優先度が低い非優先セルレイヤに対して、前記優先セルレイヤに割り当てた前記周波数帯以外の周波数帯が割り当てられ、
前記優先セルレイヤにおいて用いられる優先キャリアの最大占有帯域幅が規定され、
前記優先キャリアが割り当てられた周波数帯以外の周波数帯に、前記非優先セルレイヤにおいて用いられる非優先キャリアが割り当てられる通信制御方法。
前記移動体通信システムが、前記セルレイヤにおける通信需要を取得するステップをさらに備え、
前記周波数帯域幅を決定するステップでは、前記取得するステップにおいて取得された前記通信需要に基づいて、前記周波数帯域幅を決定する請求項５に記載の通信制御方法。
前記通信需要を取得するステップでは、所定の間隔で前記通信需要が取得される請求項６に記載の通信制御方法。
前記周波数帯域幅を決定するステップでは、前記優先セルレイヤまたは前記非優先セルレイヤにおける通信需要の所定の閾値に基づいて前記優先キャリアの最大占有帯域幅を規定する請求項５に記載の通信制御方法。