JP4941563B2 - 送信方法、無線基地局、移動局および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は送信方法、無線基地局、移動局および無線通信システムに関し、特に送信帯域の一部で同期チャネルを送信する無線通信システムにおける送信方法、無線基地局、移動局および無線通信システムに関する。

現在、携帯電話システムや無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの移動通信システムが広く使用されている。このような移動通信システムの多くは、セルラ方式を採用している。セルラ方式は、複数の基地局を設置してサービスエリアをセルの集合として構成し、基地局同士の連携によって通信制御を実現する通信方式である。移動局は、現在地点からアクセス可能なセルのうち通信品質が良好なセルにアクセスして無線通信を行う。

ここで、最適なセルを選択するために、移動局はセルサーチを行う。セルサーチでは、基地局からの無線信号との同期を確立して、セルの選択に必要な情報を得る処理が行われる。基地局は、所定の周波数帯域を用いて同期チャネル（ＳＣＨ：Synchronization CHannel）の信号を継続的に送信している。同期チャネルでは、各セルに予め割り当てられたスクランブル系列が使用される。移動局は、基地局から受信する同期チャネルの信号とスクランブル系列の各候補との間で相関検出を行い、現在属するセルで用いられているスクランブル系列を特定する。この処理により、移動局が現在属するセルが認識されると共に、無線信号の受信タイミングが検出される。このとき、少なくとも近隣のセル間では異なるスクランブル系列が割り当てられているため、移動局は複数のセルに属している場合でも、各セルを区別して認識することができる（例えば、非特許文献１，２参照）。なお、同期チャネルの帯域は、通常は送信帯域全体の中央に設定される。

ところで、従来の無線通信システムでは、セル半径が１ｋｍ〜数ｋｍのマクロセルが主に設置されてきた。一方、近年は高速・大容量かつ安定したデータ通信を実現するため、マクロセルを補完するセル半径の小さいセルが多く設置される傾向にある。特に、セル半径が数ｍの非常に範囲が狭いセルはフェムトセルと呼ばれる。フェムトセルを家屋や事務所内に導入した場合、移動局はそのような特定の場所ではフェムトセルにアクセスすることで、マクロセルへのアクセスを抑制することもできる。その結果、マクロセルの基地局の負荷が軽減されると共に、通信品質が一層向上する。

ここで、マクロセルに重ねてフェムトセルを設ける際に、例えば、フェムトセルの送信帯域に対してオフセットを設定し、マクロセルの送信帯域とそのマクロセル内のフェムトセルの送信帯域とを分ける方法（例えば、非特許文献３参照）、フェムトセルの帯域幅をマクロセルの帯域幅よりも小さく設定し、両者の干渉の影響を抑制する方法がある（例えば、非特許文献４参照）。
3rd Generation Partnership Project, "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2 (Release 8)", 3GPP TS36.300, 2007-06, V8.1.0. 3rd Generation Partnership Project, "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 8)", 3GPP TS36.211, 2007-09, V2.0.0. 3rd Generation Partnership Project, "Measurement of home & private eNBs", 3GPP TSG-RAN WG2 Meeting #59 R2-073307, 2007-08. 3rd Generation Partnership Project, "Spectrum Arrangement to enable Co-channel deployment of Home NodeBs", 3GPP TSG-RAN WG4 Meeting #44 R4-071494, 2007-08.

今後は、広いセルの中にフェムトセルのように相対的にエリアが小さいセルを複数設置することが考えられる。
その際、同期チャネルの送信帯域（送信周波数帯域）が広いセル、狭いセルの双方で完全に同一なものとすると、移動局は、所望のセルの同期チャネルを特定するのに時間を要するといった問題が生ずることとなる。

例えば、あるフェムトセルを必ずしも全ての移動局に対して解放せず、特定の移動局からのアクセスのみを許可するように制御を行う場合について考えてみると、この特定の移動局は、このフェムトセルの早期の発見を希望するであろう。しかし、同期チャネルの送信帯域は、他のフェムトセルや、広いセル間で共通するために、移動局は、同じ帯域で送信される同期チャネルのそれぞれを受信し、それぞれについて同期を確立してから、報知情報などの情報の受信を試みて、所望のフェムトセルであるかどうか（アクセス権があるかどうかなど）を判断することとなり、時間を要することとなる。

すなわち、広いセルや複数の狭いセルが混在する場合、所望のセルを発見するまでに長い時間を要することとなる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、広いセルと狭いセルが混在する環境において、効率的にセルサーチを行うことを可能にする無線通信システムの送信方法、無線基地局、移動局および無線通信システムを提供することを目的とする。

なお、フェムトセルのような小さなセルは新規設置や廃止が頻繁に行われる可能性もあり、スクランブル系列の割り当てを柔軟に変更できるようにしておくことも考慮する必要がある。好ましくは、スクランブル系列の割り当ての変更に柔軟に対応できることが望ましい。

上記課題を解決するために、送信帯域の一部である所定の帯域で同期チャネルが送信される第１のセルで構成されるサービスエリア内に、第１のセルよりセル半径の小さい複数の第２のセルを備え、第１のセルの送信帯域と各第２のセルの送信帯域とは少なくとも一部の帯域が重複する無線通信システムにおける同期チャネルの送信方法が提供される。この同期チャネルの送信方法では、各第２のセルにおいて、送信帯域の一部であって所定の帯域と異なる帯域であり、複数の第２のセル内における区分に応じて異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する。

ここで、異なる帯域とは、帯域が完全に一致しないこと、すなわち、対比すべき帯域が２つある場合に、いずれか一方の帯域にしか含まれない周波数（サブキャリア）が存在することである。

このような送信方法によれば、第１のセルで構成されるサービスエリア内に備えられた第２のセルでは、送信帯域の一部であって第１のセルで同期チャネルが送信される帯域と異なる帯域であり、かつ、複数の第２のセル内における区分に応じて異なる帯域が用いられて同期チャネルが送信される。
また、上記課題を解決するために、第１のセルと、第１のセルより小さい第２のセルとを備えた無線通信システムにおける同期チャネルの送信方法において、第１のセルの送信帯域と第２のセルの送信帯域とは少なくとも一部の帯域が重複し、第１のセルで、第１のセルの送信帯域の一部である所定の帯域で同期チャネルを送信し、第２のセルで、第２のセルの送信帯域の一部であって所定の帯域と異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する、同期チャネルの送信方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、送信帯域の一部である所定の帯域で同期チャネルが送信される第１のセルで構成されるサービスエリア内に、第１のセルよりセル半径の小さい複数の第２のセルを備え、第１のセルの送信帯域と各第２のセルの送信帯域とは少なくとも一部の帯域が重複する無線通信システムにおける、第２のセルに属する無線基地局が提供される。この無線基地局は、送信帯域の一部であって所定の帯域と異なる帯域であり、複数の第２のセル内における区分に応じて異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する送信部を有する。

このような無線基地局によれば、送信部により、送信帯域の一部であって第１のセルで同期チャネルが送信される帯域と異なる帯域であり、かつ、複数の第２のセル内における区分に応じて異なる帯域が用いられて同期チャネルが送信される。
また、上記課題を解決するために、送信帯域の一部である所定の帯域で同期チャネルが送信される第１のセルと、第１のセルよりセル半径の小さい複数の第２のセルとを備え、第１のセルの送信帯域と第２のセルの送信帯域とは少なくとも一部の帯域が重複する無線通信システムにおける、第２のセルの無線基地局において、第２のセルの送信帯域の一部であって所定の帯域と異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する送信部、を有することを特徴とする無線基地局が提供される。

また、上記課題を解決するために、送信帯域の一部である所定の帯域で同期チャネルが送信される第１のセルで構成されるサービスエリア内に、第１のセルよりセル半径が小さい複数の第２のセルを備え、第１のセルの送信帯域と各第２のセルの送信帯域とは少なくとも一部の帯域が重複し、各第２のセルでは送信帯域の一部であって所定の帯域と異なる帯域であり複数の第２のセル内における区分に応じて異なる帯域を用いて同期チャネルが送信される無線通信システムにおいて使用される移動局が提供される。この移動局は、セルサーチにおいて同期チャネルの検出を行う帯域を、所定の帯域に制限するか、または、複数の第２のセルのうちアクセスが許可されている第２のセルがある場合に所定の帯域とアクセスが許可されている第２のセルで同期チャネルの送信に用いられる帯域とに制限する制御部を有する。

このような移動局によれば、制御部により、セルサーチにおいて同期チャネルの検出が行われる帯域が、第１のセルで同期チャネルが送信される所定の帯域に制限されるか、または、アクセスが許可されている第２のセルがある場合に所定の帯域と第２のセルで同期チャネルが送信される帯域とに制限される。
また、上記課題を解決するために、送信帯域の一部である所定の帯域で同期チャネルが送信される第１のセルと、第１のセルより小さい第２のセルとを備え、第１のセルの送信帯域と第２のセルの送信帯域とは少なくとも一部の帯域が重複し、第２のセルでは送信帯域の一部であって所定の帯域と異なる帯域を用いて同期チャネルが送信される無線通信システムにおいて使用される移動局において、セルサーチにおいて同期チャネルの検出を行う帯域を、所定の帯域に制限するか、または、第２のセルのアクセスが許可されている場合に、所定の帯域と、アクセスが許可されている第２のセルで同期チャネルの送信に用いられる帯域と、に制限する制御部、を有することを特徴とする移動局が提供される。
また、上記課題を解決するために、第１のセルに対応する第１の無線基地局と、第１のセルより小さい第２のセルに対応する第２の無線基地局と、移動局とを備えた無線通信システムであって、第１のセルの送信帯域と第２のセルの送信帯域とは少なくとも一部の帯域が重複し、第１の無線基地局は、第１のセルの送信帯域の一部である所定の帯域で同期チャネルを送信する送信部、を有し、第２の無線基地局は、第２のセルの送信帯域の一部であって所定の帯域と異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する送信部、を有する、ことを特徴とする無線通信システムが提供される。

上記送信方法によれば、広いセルと狭いセルが混在する環境において、効率的にセルサーチを行うことを可能にする無線通信システムの送信方法、無線基地局、移動局および無線通信システムを提供することができる。

本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。

本実施の形態の概要を示す図である。 本実施の形態のシステム構成を示す図である。 基地局の機能を示すブロック図である。 移動局の機能を示すブロック図である。 無線信号のフレーム構造を示す図である。 同期チャネルに用いる無線リソースを示す図である。 セルサーチ処理の手順を示すフローチャートである。 同期チャネルと周波数との関係を示す第１の図である。 同期チャネルと周波数との関係を示す第２の図である。 同期チャネルと周波数との関係を示す第３の図である。 同期チャネルと周波数との関係を示す第４の図である。

以下、本実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。まず、本実施の形態の概要について説明し、その後、本実施の形態の具体的な内容を説明する。
図１は、本実施の形態の概要を示す図である。図１に示す無線通信システムは、サービスエリア内に複数のセルが設けられており、移動局は複数のセルの中からアクセスするセルを選択して無線通信を行うシステムである。この通信システムは、無線基地局１０，２０，２０ａと移動局３０とを有する。

無線基地局１０は、セル半径の大きい第１のセルを展開するための無線基地局である。すなわち、無線基地局１０の電波到達範囲が第１のセルとなる。第１のセルは、例えば、セル半径が１ｋｍ〜数ｋｍのマクロセルに相当する。無線基地局１０は、そのセル内にいる移動局との間で無線通信を行うことができる。

無線基地局１０は送信部１１を有する。送信部１１は、無線基地局１０のセル内にいる移動局に対して無線信号を送信する。このとき、送信部１１は、下りリンクで使用可能な送信帯域の一部帯域を用いて、同期チャネルの信号を継続的に送信している。この同期チャネルには、例えば、第１のセルの送信帯域全体の中央の帯域が用いられる。

無線基地局２０，２０ａは、セル半径が第１のセルよりも小さい第２のセルを展開するための無線基地局である。すなわち、無線基地局２０，２０ａの電波到達範囲がそれぞれ第２のセルとなる。第２のセルは、第１のセルによって構成されるサービスエリア内に、第１のセルに重ねて設けられている。第２のセルは、例えば、セル半径が数ｍのフェムトセルに相当する。無線基地局２０，２０ａは、それぞれのセル内にいる移動局との間で無線通信を行うことができる。

無線基地局２０は送信部２１を有する。送信部２１は、無線基地局２０のセル内にいる移動局に対して無線信号を送信する。このとき、送信部２１は、下りリンクで使用可能な送信帯域の一部帯域を用いて、同期チャネルの信号を継続的に送信している。同様に、無線基地局２０ａは送信部２１ａを有する。送信部２１ａの機能は、無線基地局２０の送信部２１と同様である。

ここで、第１のセルの送信帯域と各第２のセルの送信帯域とは、少なくとも一部の帯域が重複している。また、各第２のセルの同期チャネルには、第１のセルの同期チャネルと異なる帯域が用いられる。更に、各第２のセルの同期チャネルの帯域には、複数の第２のセル内における区分に応じて異なる帯域が用いられるように調整されている。すなわち、無線基地局２０のセルと無線基地局２０ａのセルとが異なる区分に属するとすると、無線基地局２０のセルの同期チャネルと無線基地局２０ａのセルの同期チャネルとは、異なる帯域が用いられる。

移動局３０は、無線基地局経由で他の移動局やコンピュータと通信を行うことが可能な無線端末装置である。移動局３０は、第１のセルへのアクセスが許可されていると共に、複数の第２のセルうち少なくとも一部へのアクセスが許可されている。すなわち、移動局３０は、必ずしも全ての第２のセルへのアクセスが許可されているわけではない。移動局３０には、アクセス可能な第２のセルを示す情報が設定されている。また、移動局３０には、第２のセルの区分と同期チャネルに用いられる帯域との対応関係を示す情報が設定されている。また、移動局３０は電源投入時にセルサーチを行うと共に、無線通信中および待ち受け中にも必要に応じてセルサーチを行う。

移動局３０は制御部３１を有する。制御部３１は、セルサーチにおいて同期チャネルの検出を行う帯域を制御する。具体的には、制御部３１は、セルサーチを行う帯域を第１のセルの同期チャネルの帯域に制限するか、または、第１のセルの同期チャネルの帯域とアクセスが許可されている第２のセルの区分に対応する同期チャネルの帯域とに制限する。すなわち、制御部３１は、アクセスが許可されていない第２のセルの区分に対応する同期チャネルの帯域を、セルサーチの対象から除外する。

なお、上記で同期チャネルに用いる帯域同士が「異なる」とは、完全同一でないことを意味し、一部帯域が重複していても構わない。これは、同期チャネルの帯域とセルサーチ対象の帯域とに少しでもずれがあれば、その同期チャネルは検出されないためである。

このような無線通信システムによれば、第１のセルで構成されるサービスエリア内に備えられた第２のセルでは、第１のセルの同期チャネルの帯域と異なる帯域であり、複数の第２のセル内における区分に応じて異なる帯域が用いられて同期チャネルが送信される。そして、移動局のセルサーチにおいて、同期チャネルの検出が行われる帯域が、第１のセルの同期チャネルの帯域に制限されるか、または、第１のセルの同期チャネルの帯域とアクセスが許可されている第２のセルの同期チャネルの帯域とに制限される。

これにより、セルサーチにおいてアクセス権のないセルの同期チャネルの検出を抑制することができ、セルサーチをより効率的に高速に実行することができる。また、その結果として、移動局の消費電力が低減される。

以下、本実施の形態の具体的な内容を図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本実施の形態のシステム構成を示す図である。本実施の形態に係る携帯電話システムは、基地局１００，１００ａ，１００ｂ，２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃと移動局３００とを有する。

基地局１００，１００ａ，１００ｂは、それぞれマクロセルを展開するための無線基地局である。複数のマクロセルによって携帯電話システムのサービスエリアが構成される。基地局１００，１００ａ，１００ｂは、移動局３００がそのマクロセル内にいるときに、移動局３００との間で無線通信を行うことができる。また、基地局１００，１００ａ，１００ｂは、下りリンクの所定の周波数帯域を用いて、同期チャネルの信号を継続的に送信している。

ここで、各マクロセルは３つのセクタに分割されている。セクタは、指向性アンテナによって実現される仮想的なセルである。すなわち、セクタはマクロセルの一部であるが、移動局３００からはそれぞれが独立したセルとして認識される（以下、「セル」はセクタを含むものとする）。１つのマクロセルを３つのセクタに分割することで、３つの基地局を設置したのと同様の効果を得られる。

基地局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、それぞれフェムトセルを展開するための無線基地局である。フェムトセルは、マクロセルで定義されるサービスエリア内にマクロセルと重ねて設置される。フェムトセルは複数のマクロセルに跨るように設置してもよい。ここでは、基地局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃのフェムトセルは、基地局１００のマクロセル内に設けられているものとする。基地局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、移動局３００がそのフェムトセル内にいるときに、移動局３００との間で無線通信を行うことができる。

ここで、フェムトセル群はグループ分けされており、各フェムトセルは何れか１つのグループに属している。各フェムトセルでは、属するフェムトセルグループに応じた周波数帯域によって、同期チャネルの信号の送信が行われる。すなわち、同一グループに属するフェムトセル間では、同期チャネルの帯域が同じとなる。ここでは、基地局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃの各フェムトセルは、別のグループに属しているものとする。

移動局３００は、現在地をセル範囲に含んでいるセルにアクセスして、基地局経由で他の移動局やコンピュータと通信を行うことができる携帯電話機である。移動局３００は、起動時に同期チャネルの信号を受信してセルサーチを行い、最適なセルを選択する。また、移動局３００は、常に最適なセルを利用できるように、必要に応じて無線通信中や待ち受け中にもセルサーチを行う。

ただし、移動局３００は全てのマクロセルへのアクセスは許可されているが、全てのフェムトセルへのアクセスが許可されているわけではない。すなわち、基地局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃのフェムトセル群には、移動局３００のアクセスが許可されているフェムトセルと許可されていないフェムトセルとが混在している。

ここで、各セルには、予めシステム管理者によってＩＤが付与されている。付与されるＩＤは、５１０個のＩＤ群の中から１つ選択される。５１０個以上のセルを備えるシステムの場合、システム管理者は同一ＩＤのセルができる限り離れた位置になるように調整してＩＤを付与する。このＩＤは同期チャネルに用いられるスクランブル系列と対応している。移動局３００は、同期チャネルに用いられているスクランブル系列の種類を特定することでセルに付与されたＩＤを特定することができる。

図３は、基地局の機能を示すブロック図である。基地局１００は、送受信アンテナ１１０、データ処理部１２０、制御情報処理部１３０、スケジューリング部１４０、ＳＣＨ信号処理部１５０、信号挿入部１６０、送信部１７０、受信部１８０および復号部１９０を有する。なお、基地局１００ａ，１００ｂ，２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃも基地局１００と同様のモジュール構成によって実現できる。

送受信アンテナ１１０は、送信・受信共用のアンテナである。送受信アンテナ１１０は、送信部１７０が出力する下りリンクの信号を無線送信する。また、送受信アンテナ１１０は、移動局３００からの上りリンクの信号を受信して、受信部１８０に出力する。

データ処理部１２０は、移動局３００宛てのパケットデータを符号化して、スケジューリング部１４０に出力する。例えば、データ処理部１２０は、移動局３００宛てのＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）データ、電子メールデータ、画像データなどを符号化して出力する。

制御情報処理部１３０は、移動局３００宛ての制御情報を符号化して、スケジューリング部１４０に出力する。例えば、制御情報処理部１３０は、パケットデータの符号化方式の情報、パケットデータの伝送に用いる下り無線リソースの情報、移動局３００に割り当てる上り無線リソースの情報などを符号化して出力する。

スケジューリング部１４０は、下り無線リソースの割り当て状況を管理している。スケジューリング部１４０は、パケットデータおよび制御情報を取得すると、それぞれの伝送に用いる下り無線リソース、すなわち、送信タイミングおよび送信周波数を特定する。そして、スケジューリング部１４０は、スケジューリング結果に応じて順次パケットデータおよび制御情報の信号を信号挿入部１６０に出力する。このとき、スケジューリング部１４０は、同期チャネルに割り当てた下り無線リソースを、パケットデータや制御情報の伝送に使用せずに空けておく。

ＳＣＨ信号処理部１５０は、システム管理者によって予め設定されたパラメータを用いて、スクランブル系列を生成する。設定されるパラメータは、スクランブル系列の種類を決定する値であり、セルに付与されるＩＤに対応している。スクランブル系列としては、繰り返し周期の非常に長い擬似ランダム系列を用いる。具体的には、ＳＣＨ信号処理部１５０は、系列長６３のＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列と系列長３１のＭａｘｉｍｕｍ系列（Ｍ系列）とを用いる。そして、ＳＣＨ信号処理部１５０は、生成したスクランブル系列を信号挿入部１６０に出力する。

信号挿入部１６０は、ＳＣＨ信号処理部１５０が生成したスクランブル系列を、スケジューリング部１４０から取得する一連の信号中の同期チャネルに対応する位置に挿入する。そして、信号挿入部１６０は、同期チャネル挿入後の信号を送信部１７０に出力する。

送信部１７０は、信号挿入部１６０から取得するパケットデータおよび制御情報の信号を変調・多重化し、送受信アンテナ１１０に出力する。
受信部１８０は、送受信アンテナ１１０から受信信号を取得すると、移動局３００からの信号を復調する。そして、受信部１８０は、復調信号を復号部１９０に出力する。

復号部１９０は、受信部１８０から取得する復調信号を復号し、信号に含まれているパケットデータおよび制御情報を抽出する。このようにして得られたパケットデータは、宛先の移動局やコンピュータに向けて転送される。また、得られた制御情報は、基地局１００において移動局３００との間の無線通信の制御に使用される。

図４は、移動局の機能を示すブロック図である。移動局３００は、送受信アンテナ３１０、受信部３２０、セルサーチ部３３０、復号部３４０、制御部３５０、データ処理部３６０、制御情報処理部３７０および送信部３８０を有する。

送受信アンテナ３１０は、送信・受信共用のアンテナである。送受信アンテナ３１０は、送信部３８０が出力する上りリンクの信号を無線送信する。また、送受信アンテナ３１０は、基地局１００，１００ａ，１００ｂ，２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃからの下りリンクの信号を受信して、受信部３２０に出力する。

受信部３２０は、送受信アンテナ３１０から受信信号を取得すると、自局宛ての信号を抽出して復調する。そして、受信部３２０は、復調後の信号を復号部３４０に出力する。また、受信部３２０は、セルサーチ時には信号をセルサーチ部３３０にも出力する。

セルサーチ部３３０は、メモリ３３１を有している。セルサーチ部３３０は、受信部３２０から復調信号を取得すると、メモリ３３１に一時的に格納する。そして、セルサーチ部３３０は、メモリ３３１に格納された復調信号のうち一部の周波数帯域の信号を抽出して、セルサーチを行う。セルサーチ対象の周波数帯域は、制御部３５０から指示される。その後、セルサーチ部３３０は、セルサーチ結果を制御部３５０に報告する。

復号部３４０は、受信部３２０から取得する復調信号を復号し、信号に含まれているパケットデータおよび制御情報を抽出する。無線信号の送信単位であるフレームを正しく認識して復号するために必要な情報は、制御部３５０から通知される。このようにして得られたパケットデータは、内部に取り込まれてその種類に応じた処理が行われる。例えば、ＶｏＩＰデータの場合には音声が再生され、電子メールデータや画像データの場合にはテキストや画像が表示画面に表示される。また、得られた制御情報は、制御部３５０に出力されて、基地局１００，１００ａ，１００ｂ，２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃとの間の無線通信の制御に使用される。

制御部３５０は、フェムトセルグループと同期チャネルの周波数帯域との対応関係の情報を保持している。また、制御部３５０は、移動局３００からのアクセスが許可されているフェムトセルの情報を保持している。ここで、制御部３５０は、移動局３００の電源投入時にセルサーチ部３３０にセルサーチを指示する。そして、制御部３５０は、セルサーチ結果から最適セルを判断し、選択したセルで無線信号を送受信するための制御を行う。

また、制御部３５０は、無線通信中や待ち受け中の必要なときにセルサーチ部３３０にセルサーチを指示する。そして、制御部３５０は、セルサーチ結果を制御情報処理部３７０に出力する。これは、無線通信中や待ち受け中には、基地局側に最適セルを判断させるためである。その後、制御部３５０は、基地局側で選択されたセルで無線信号を送受信するための制御を行う。

データ処理部３６０は、無線送信するパケットデータを符号化して、送信部３８０に出力する。例えば、データ処理部３６０は、移動局３００のユーザの操作に応じて、ＶｏＩＰデータ、電子メールデータ、画像データなどの信号を生成して出力する。

制御情報処理部３７０は、無線送信する制御情報を符号化して、送信部３８０に出力する。例えば、制御情報処理部３７０は、パケットデータを受信に対する応答であるＡＣＫ／ＮＡＣＫ、下りリンクの品質測定結果の情報、セルサーチ結果の情報などを符号化して出力する。

送信部３８０は、データ処理部３６０から取得するパケットデータの信号、制御情報処理部３７０から取得する制御情報の信号、および、制御部３５０からの指示に応じた所定のパイロット信号を変調・多重化する。そして、送信部３８０は得られた変調信号を送受信アンテナ３１０に出力する。

図５は、無線信号のフレーム構造を示す図である。図５は、基地局１００，１００ａ，１００ｂ，２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃと移動局３００との間で送受信されるフレームの構造を模式的に表したものである。１フレームの時間幅は１０ｍｓ（ミリ秒）である。１つのフレームは複数のサブフレームで構成される。１サブフレームの時間幅は１ｍｓである。

各サブフレームでは、周波数領域×時間領域が細分化されて割り当て管理が行われる。周波数軸方向の割り当ての最小単位はサブキャリアと呼ばれる。時間軸方向の割り当ての最小単位はシンボルと呼ばれる。１サブキャリア・１シンボルで特定される無線リソースの最小単位はリソースエレメントと呼ばれる。なお、サブフレームの１ｍｓの時間幅のうち前半０．５ｍｓおよび後半０．５ｍｓはそれぞれスロットと呼ばれる。すなわち、１サブフレームは２スロットで構成される。このような無線リソースの一部が、パケットデータの伝送チャネル、制御情報の伝送チャネル、同期チャネルなどに割り当てられる。

図６は、同期チャネルに用いる無線リソースを示す図である。図６に示すように、同期チャネルは、下りリンクのフレームの１番目のスロット（すなわち、１番目のサブフレームの前半スロット）と１１番目のスロット（すなわち、６番目のサブフレームの前半スロット）とに割り当てられる。

より具体的には、１番目のスロットの最後のシンボルにプライマリ同期チャネル（Ｐ−ＳＣＨ）、最後から２番目のシンボルにセカンダリ同期チャネル（Ｓ−ＳＣＨ）が割り当てられる。同様に、１１番目のスロットの最後のシンボルにＰ−ＳＣＨ、最後から２番目のシンボルにＳ−ＳＣＨが割り当てられる。そして、上記シンボルのうち、セル毎に予め設定された１．０８ＭＨｚ幅の周波数帯域が使用される。

ここで、Ｐ−ＳＣＨでは系列長６３のＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列が用いられる。Ｐ−ＳＣＨの信号系列は３種類用意されており、各セルには３種類の信号系列のうちの何れか１つが割り当てられる。また、Ｓ−ＳＣＨでは系列長３１のＭ系列とＰ−ＳＣＨの信号系列とから計算される信号系列が用いられる。具体的には、Ｍ系列で得られる２つの信号系列とＰ−ＳＣＨの信号系列とを乗算し、乗算後の２つの信号系列を１サブキャリア毎に交互に配置する。ここでＰ−ＳＣＨの信号系列を乗算するのは、近隣のセルとの間の同期チャネルの干渉を抑制するためである。Ｓ−ＳＣＨの信号系列は１７０種類用意されており、各セルには１７０種類の信号系列のうちの何れか１つが割り当てられる。

同期チャネル全体の信号系列としては、３種類のＰ−ＳＣＨ信号系列と１７０種類のＳ−ＳＣＨ信号系列との組み合わせにより、５１０種類存在することになる。この５１０種類の信号系列が、セルに付与される５１０個のＩＤと対応付けられている。例えば、マクロセルの場合、Ｓ−ＳＣＨの信号系列とマクロセルとが対応付けられ、Ｐ−ＳＣＨの３種類の信号系列と同一マクロセルに属する３つのセクタとが対応付けられる。

次に、以上のような構成およびデータ構造を備える携帯電話システムにおいて実行される処理の詳細を説明する。
図７は、セルサーチ処理の手順を示すフローチャートである。以下、移動局３００によって行われる図７に示すセルサーチ処理をステップ番号に沿って説明する。

［ステップＳ１］制御部３５０は、セルサーチ対象とする周波数帯域を特定する。具体的には、制御部３５０は、アクセス権のあるフェムトセルの有無を設定情報によって確認し、アクセス権のあるフェムトセルが存在しない場合には、マクロセルの同期チャネルの帯域のみを特定する。一方、アクセス権のあるフェムトセルが存在する場合には、マクロセルの同期チャネルの帯域に加えて、アクセス権のあるフェムトセルが属するセルグループの同期チャネルの帯域を特定する。

［ステップＳ２］制御部３５０は、マクロセルの同期チャネルの帯域をセルサーチ部３３０に通知する。セルサーチ部３３０は、受信信号のうち通知を受けた帯域の信号に対して、３種類のスクランブル系列についての相関検出を行う。この処理により、マクロセルに割り当てられたＰ−ＳＣＨのスクランブル系列の種類が同定されると共に、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）ウィンドウタイミングとシンボルタイミングとが検出される。

［ステップＳ３］セルサーチ部３３０は、ステップＳ２で検出されたシンボルタイミングに基づいて、Ｓ−ＳＣＨの信号のＦＦＴ処理を行い、各サブキャリア成分を抽出する。この処理により、マクロセルに割り当てられたＳ−ＳＣＨのスクランブル系列の種類が同定されると共に、フレームタイミングが検出される。その後、セルサーチ部３３０は、セルサーチ結果を制御部３５０に報告する。

［ステップＳ４］制御部３５０は、ステップＳ１で特定されたフェムトセルグループのうち、未サーチのフェムトセルグループがあるか否か判断する。未サーチのフェムトセルグループがある場合には、処理がステップＳ５に進められる。未サーチのフェムトセルグループがない場合には、処理がステップＳ７に進められる。

［ステップＳ５］制御部３５０は、未サーチのフェムトセルグループを１つ選択し、そのフェムトセルグループの同期チャネルの帯域をセルサーチ部３３０に通知する。セルサーチ部３３０は、受信信号のうち通知を受けた帯域の信号に対して、３種類のスクランブル系列についての相関検出を行う。

［ステップＳ６］セルサーチ部３３０は、Ｓ−ＳＣＨの信号のＦＦＴ処理を行い、各サブキャリア成分を抽出して、そのフェムトセルに割り当てられたＳ−ＳＣＨのスクランブル系列の種類を同定する。そして、セルサーチ部３３０は、セルサーチ結果を制御部３５０に報告する。その後、処理がステップＳ４に進められる。

［ステップＳ７］制御部３５０は、セルサーチが電源投入時の初期セルサーチである場合には、セルサーチ結果に基づいて最適セルを選択する。一方、セルサーチが初期セルサーチ以外である場合には、サーチ結果を上りリンクの送信信号に含めて送信させる。

このようにして、移動局３００は、まずマクロセルの同期チャネルの周波数帯域を特定してセルサーチを行い、その後、移動局３００がアクセス権を有するフェムトセルの属するフェムトセルグループの同期チャネルの周波数帯域を特定してセルサーチを行う。そして、移動局３００は、初期セルサーチの場合にはセルサーチ結果からアクセスするセルを選択し、初期セルサーチ以外の場合にはセルサーチ結果を上りリンクの無線信号として送信する。これにより、アクセス権のないフェムトセルの検出が抑制される。

なお、上記ステップＳ１でアクセス権を有するフェムトセルからフェムトセルグループを特定できるようにするために、例えば、セルに付与されるＩＤとは別に各フェムトセルグループにグループＩＤを付与して管理する方法が考えられる。また、セルに付与されるＩＤの所定のビット（例えば、上位Ｎビット）に応じてフェムトセルをグループ分けし、このＩＤからフェムトセルグループを特定できるようにする方法も考えられる。また、上記では最初にマクロセルについてセルサーチを行うこととしたが、アクセス権のあるフェムトセルについてのセルサーチを優先して行うようにしてもよい。

次に、各マクロセルおよび各フェムトセルグループの周波数帯域の割り当て例を示す。以下では、移動局３００が１つのマクロセルおよびそれぞれ異なるグループに属する４つのフェムトセルの無線信号を受信している状況を考える。

図８は、同期チャネルと周波数との関係を示す第１の図である。図８に示す割り当て例では、マクロセルおよび４つのフェムトセルグループ全てで、同期チャネル以外のチャネルも含めた送信帯域全体が同一に設定されている。そして、マクロセルの同期チャネルが送信帯域の中央に設定されている。一方、各フェムトセルグループの同期チャネルは、マクロセルの同期チャネルと異なる帯域であり、かつ、フェムトセルグループ間で互いに重複しない帯域に設定されている。

このようにマクロセルおよびフェムトセルグループの同期チャネルの帯域を互いにずらすことで、セルサーチ対象のセルを事前に絞り込むことが可能となる。また、全てのセルの送信帯域が同一であるため、送信帯域全体の信号を受信してメモリに格納してから、各周波数帯域の信号を抽出してセルサーチを行うことができる。なお、各フェムトセルグループの同期チャネルの帯域は、絶対値で定義しておいてもよいし、マクロセルの同期チャネルの帯域との差として定義しておいてもよい。

図９は、同期チャネルと周波数との関係を示す第２の図である。図９に示す割り当て例では、図８の割り当て例と同様、マクロセルおよび４つのフェムトセルグループ全てで、送信帯域が同一に設定されている。また、マクロセルの同期チャネルが送信帯域の中央に設定されている。

ただし、各フェムトセルグループの同期チャネルは、マクロセルの同期チャネルの帯域を完全に外して設定されている。これは、セルサーチの頻度が高いマクロセルの信号が受ける干渉の影響を低減するためである。また、フェムトセルグループ間では、同期チャネルの帯域の一部が重複して設定されている。セルサーチでは、セルサーチ対象の帯域と同期チャネルの帯域とが１サブキャリアでもずれていればその同期チャネルは検出されないため、このように同期チャネル間で一部帯域が重複していても構わない。

図１０は、同期チャネルと周波数との関係を示す第３の図である。図１０に示す割り当て例では、同期チャネルを割り当てる周波数帯域は図８の割り当て例と同じであるが、セル間で送信帯域幅が異なる。このように、同期チャネルの帯域が送信帯域内に含まれている限り、全てのセルの送信帯域が同一である必要はない。

図１１は、同期チャネルと周波数との関係を示す第４の図である。図１１に示す割り当て例では、マクロセルおよび４つのフェムトセルグループ全てで、同期チャネルがそれぞれの送信帯域の中央に設定されている。ただし、各フェムトセルグループの送信帯域は、マクロセルの送信帯域と異なる帯域であり、かつ、フェムトセルグループ間でも互いに異なる帯域に設定されている。このように送信帯域全体をずらすことによっても、セル間で同期チャネルの帯域が同一になるのを避けることができる。また、この方法では、各セルの送信帯域幅をより柔軟に設定することができる。

このような携帯電話システムによれば、多数のフェムトセルが設置されており、かつ、フェムトセルとスクランブル系列との対応関係を予め知らなくても、セルサーチ前に検出対象のフェムトセルを絞り込むことが可能となり、アクセス権のないフェムトセルの検出を抑制できる。したがって、セルサーチをより効率的に高速に実行することができ、移動局の消費電力を低減することができる。

また、上記の携帯電話システムのようにマクロセルを補完するフェムトセルを多数設けることで、マクロセルへのアクセスが低減され、通信品質の向上、無線基地局やバックボーンネットワークの負荷の軽減が図られる。その結果、携帯電話システムの構築・運用コストが削減されるという効果も期待できる。

なお、本実施の形態では携帯電話システムを例に挙げたが、上記システムを携帯電話システム以外の無線通信システムに応用することも容易である。また、本実施の形態ではセクタ構成のマクロセルを用いたが、セクタ構成でないマクロセルを用いてもよい。

上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

符号の説明

１０，２０，２０ａ 無線基地局
１１，２１，２１ａ 送信部
３０ 移動局
３１ 制御部

Claims (17)

1. 第１のセルと、該第１のセルより小さい第２のセルとを備えた無線通信システムにおける同期チャネルの送信方法において、
   前記第１のセルの送信帯域と前記第２のセルの送信帯域とは一部の帯域が重複し、前記第１のセルと前記第２のセルとは中心周波数が異なるように送信帯域がずれて設定されており、
   前記第１のセルに対応する無線基地局が、該第１のセルの送信帯域の一部であって、該第１のセルの送信帯域の中心帯域である所定の帯域を用いて同期チャネルを送信し、
   前記第２のセルに対応する無線基地局が、該第２のセルの送信帯域の一部であって、前記所定の帯域と異なる、該第２のセルの送信帯域の中心帯域を用いて同期チャネルを送信する、
   同期チャネルの送信方法。
2. 前記第２のセルは複数あり、各第２のセルに対応する無線基地局は、該複数の第２のセル内における区分に応じて異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する、ことを特徴とする請求項１記載の送信方法。
3. 各第２のセルに対応する無線基地局は、それぞれ送信帯域の中心帯域を用いて同期チャネルを送信し、前記第１のセルと各第２のセルとは送信帯域がずれて設定され、各第２のセルで、該複数の第２のセル内における区分に応じて異なる送信帯域を用いる、ことを特徴とする請求項２記載の送信方法。
4. 前記第１のセルはマクロセルであり、前記第２のセルはフェムトセルであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の送信方法。
5. 前記無線通信システムは、前記第１のセルで構成されるサービスエリア内に、前記第１のセルよりセル半径の小さい前記第２のセルを備えたものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の送信方法。
6. 前記第１および第２のセルでは、同期チャネルが、それぞれ送信帯域の一部において、同期チャネル以外のチャネルと時間多重されて送信されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の送信方法。
7. 送信帯域の一部であって該送信帯域の中心帯域である所定の帯域で同期チャネルが送信される第１のセルと、前記第１のセルよりセル半径の小さい複数の第２のセルとを備え、前記第１のセルの送信帯域と前記第２のセルの送信帯域とは一部の帯域が重複する無線通信システムにおける、前記第２のセルの無線基地局において、
   前記第１のセルと前記第２のセルとは中心周波数が異なるように送信帯域がずれて設定されており、
   前記第２のセルの送信帯域の一部であって、前記所定の帯域と異なる、該第２のセルの送信帯域の中心帯域を用いて同期チャネルを送信する送信部、
   を有することを特徴とする無線基地局。
8. 前記第２のセルは複数あり、前記送信部は、前記無線基地局が対応する第２のセルで、該複数の第２のセル内における区分に応じて異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する、ことを特徴とする請求項７記載の無線基地局。
9. 送信帯域の一部であって該送信帯域の中心帯域である所定の帯域で同期チャネルが送信される第１のセルと、前記第１のセルより小さい第２のセルとを備え、前記第１のセルの送信帯域と前記第２のセルの送信帯域とは一部の帯域が重複する無線通信システムにおいて使用される移動局において、
   前記第１のセルと前記第２のセルとは中心周波数が異なるように送信帯域がずれて設定されており、
   前記第２のセルでは、該第２のセルの送信帯域の一部であって、前記所定の帯域と異なる、該第２のセルの送信帯域の中心帯域を用いて同期チャネルが送信されており、
   セルサーチにおいて同期チャネルの検出を行う帯域を、前記所定の帯域に制限するか、または、前記第２のセルのアクセスが許可されている場合に、前記所定の帯域と、アクセスが許可されている第２のセルの送信帯域の中心帯域と、に制限する制御部、
   を有することを特徴とする移動局。
10. 第１のセルに対応する第１の無線基地局と、該第１のセルより小さい第２のセルに対応する第２の無線基地局と、移動局とを備えた無線通信システムであって、
    前記第１のセルの送信帯域と前記第２のセルの送信帯域とは一部の帯域が重複し、前記第１のセルと前記第２のセルとは中心周波数が異なるように送信帯域がずれて設定されており、
    前記第１の無線基地局は、前記第１のセルの送信帯域の一部であって、該第１のセルの送信帯域の中心帯域である所定の帯域を用いて同期チャネルを送信する送信部、を有し、
    前記第２の無線基地局は、前記第２のセルの送信帯域の一部であって、前記所定の帯域と異なる、該第２のセルの送信帯域の中心帯域を用いて同期チャネルを送信する送信部、を有する、
    ことを特徴とする無線通信システム。
11. 前記第２のセルは複数あり、前記第２の無線基地局の送信部は、該第２の無線基地局が対応する第２のセルで、該複数の第２のセル内における区分に応じて異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する、ことを特徴とする請求項１０記載の無線通信システム。
12. 前記移動局は、セルサーチにおいて同期チャネルの検出を行う制御部を有する、ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の無線通信システム。
13. 前記制御部は、同期チャネルの検出を行う帯域を、前記所定の帯域に制限するか、または、前記第２のセルのアクセスが許可されている場合に、前記所定の帯域と、アクセスが許可されている第２のセルの送信帯域の中心帯域と、に制限する、ことを特徴とする請求項１２記載の無線通信システム。
14. 第１のセルと、該第１のセルより小さい第２のセルとを備えた無線通信システムにおける同期チャネルの送信方法において、
    前記第１のセルおよび前記第２のセルは、同期チャネルと同期チャネル以外のチャネルとを含めた送信チャネルの送信帯域が同じに設定されており、
    前記第１のセルに対応する無線基地局が、該第１のセルの送信帯域の一部である所定の帯域を用いて同期チャネルを送信し、
    前記第２のセルに対応する無線基地局が、該第２のセルの送信帯域の一部であって、前記所定の帯域と異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する、
    同期チャネルの送信方法。
15. 送信帯域の一部である所定の帯域で同期チャネルが送信される第１のセルと、前記第１のセルよりセル半径の小さい複数の第２のセルとを備える無線通信システムにおける、前記第２のセルの無線基地局において、
    前記第２のセルは、同期チャネルと同期チャネル以外のチャネルとを含めた送信チャネルの送信帯域が、前記第１のセルの送信帯域と同じに設定されており、
    前記第２のセルの送信帯域の一部であって、前記所定の帯域と異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する送信部、
    を有することを特徴とする無線基地局。
16. 送信帯域の一部である所定の帯域で同期チャネルが送信される第１のセルと、前記第１のセルより小さい第２のセルとを備える無線通信システムにおいて使用される移動局において、
    前記第１のセルおよび前記第２のセルは、同期チャネルと同期チャネル以外のチャネルとを含めた送信チャネルの送信帯域が同じに設定されており、
    前記第２のセルでは、該第２のセルの送信帯域の一部であって、前記所定の帯域と異なる帯域を用いて同期チャネルが送信されており、
    セルサーチにおいて同期チャネルの検出を行う帯域を、前記所定の帯域に制限するか、または、前記第２のセルのアクセスが許可されている場合に、前記所定の帯域と、アクセスが許可されている第２のセルで同期チャネルの送信に用いられる帯域と、に制限する制御部、
    を有することを特徴とする移動局。
17. 第１のセルに対応する第１の無線基地局と、該第１のセルより小さい第２のセルに対応する第２の無線基地局と、移動局とを備えた無線通信システムであって、
    前記第１のセルおよび前記第２のセルは、同期チャネルと同期チャネル以外のチャネルとを含めた送信チャネルの送信帯域が同じに設定されており、
    前記第１の無線基地局は、前記第１のセルの送信帯域の一部である所定の帯域を用いて同期チャネルを送信する送信部、を有し、
    前記第２の無線基地局は、前記第２のセルの送信帯域の一部であって、前記所定の帯域と異なる帯域を用いて同期チャネルを送信する送信部、を有する、
    ことを特徴とする無線通信システム。

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