JP5225230B2

JP5225230B2 - 基地局装置およびその制御方法

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Publication number: JP5225230B2
Application number: JP2009176090A
Authority: JP
Inventors: 崇之三宅
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: US8886189B2; US20110028142A1; JP2011030125A

Description

本発明は、小規模の通信エリアを形成する基地局装置に関する。

近年、移動体通信用の機器、特に無線端末は急速に普及し、国内のエリアはほとんどカバーされるようになった。しかしながら、このような状況においても、家屋や建物の内部や山やビル陰など立地状況が悪い場所などでは、通常の既存基地局（即ち、専用回線を介して移動体通信網に接続されている無線基地局（以下、マクロセルという））からの電波が届かず通信圏外となったり、電波が弱く通信が安定しなかったりするエリアが存在している。また都市部など人口密度が高いエリアでは、１台のマクロセルに多くの無線端末を収容する為、電波強度は良いが通信が繋がらない、又は通信速度が遅いといったエリアが存在する。

このような通信条件の悪いエリアをカバーするものとして、出力電力が小さく、カバーできるエリアが狭い(半径数メートル〜数１０メートル程度)小型基地局が開発されてきた。この小型基地局の中でも、各家庭に普及している一般の通信回線（ＡＤＳＬなどのブロードバンド回線）を介して、移動体通信網に接続されるものを、特に「フェムトセル基地局」と称す（非特許文献１を参照）。

フェムトセル基地局は、一般回線を移動体通信網への接続回線として利用することができ、設置も利用者で行うことができる。そのため利用者は自分が無線端末を使いたい場所が、電波環境の悪い屋内やビル陰であっても、フェムトセル基地局が設置されることで通信エリアを改善することができる。また都市部においてもマクロセルの中にスポット的に通信エリアを構築することができる為、通信速度の向上を期待する利用者はフェムトセル基地局を設置することで、従来のマクロセルと同様のサービス（通話、メール機能、ＳＭＳ（Short Message Service）、ＷＥＢブラウジング等）を、より高速な通信速度で享受することができる。この事は通信事業者にも大きなメリットを提供する。通信事業者にとっては利用者が主体となってフェムトセル基地局及び一般回線を利用することで、本来消費されるはずであったマクロセルのリソース（無線帯域資源や固定ネットワーク資源など）を抑える事ができ、結果的に低コストで無線端末のエリア改善ができることになる。

このように、２ＧＨｚ帯やそれ以上の周波数帯域で運用される第３世代（３Ｇ）や第３．９世代（３．９Ｇ）及びＩＭＴ−ＡＤＶＡＮＣＥＤにおいては、屋外のマクロセルと屋内のフェムトセルの組み合わせは必須になっていくものと予想される。

図８は、従来の無線通信システムの構成図である。図９は、従来の無線通信システムのシーケンス図である。

ここで、無線端末２０が基地局に位置登録していてデータ通信中または通話中ではない状態のことを待受状態という。図８および図９に示すように、この待受状態で無線端末２０がフェムトセル基地局３０からマクロセルへハンドオフ(以下、アイドルハンドオフ)する場合、無線端末２０はマクロセル基地局１０に対して、メッセージ「端末識別情報割当要求」を送信し、マクロセル基地局１０が無線端末２０を受け入れ可能な場合、マクロセル基地局は、無線端末２０に対してメッセージ「端末識別情報割当通知」を送信する。

「端末識別情報割当通知」を受信した無線端末２０は、「端末識別情報割当通知」を受信したことをマクロセル基地局１０に通知するために「端末識別情報割当完了通知」をマクロセル基地局に送信する。この一連の動作によって、アイドルハンドオフが完了する。

ＮＴＴドコモ、"フェムトセル用超小型基地局装置を開発"、［online］、2007年7月10日、［平成21年７月7日検索］、インターネット〈URL：http://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/page/070710_01.html〉

上述したように、無線端末がフェムトセルからマクロセルへアイドルハンドオフした場合、アイドルハンドオフ先のマクロセル基地局に対しては「端末識別情報割当要求」から始まるアイドルハンドオフに必要な一連の情報を送信するが、アイドルハンドオフ元のフェムトセル基地局に対しては何も情報を送信しない。このため、フェムトセル基地局は、フェムトセルエリア内に存在していた無線端末がマクロセルへアイドルハンドオフしたことを認識することができない。

従って、フェムトセル基地局は、マクロセルにハンドオフした無線端末が自己に登録されているもの（例えば無線端末が基地局に位置登録している状態）として、この無線端末に情報を通知するなどの必要の無い無駄な処理を行ってしまう。

また、フェムトセル基地局は、無線端末が自己に登録されているものか否かを存在確認信号とその応答信号（KeepAliveRequestとKeepAliveResponse）を用いて判定することができる。KeepAliveRequestとKeepAliveResponseを利用した場合、フェムトセル基地局は、無線端末の存在を確認するために定期的にKeepAliveRequestを送信することが必要となる上、無線端末は、KeepAliveRequestを受信すると、応答としてKeepAliveResponseをフェムトセル基地局に送信しなければならない。このため、この判定処理が利用された場合、無線端末のバッテリを余分に消費してしまうことになる。バッテリ容量は有限であるため、できる限り無駄に消費することは避けることが求められる。

本発明は、このような問題を解決するために、無線端末の電力を余分に消費させないで、無線端末の登録状態を把握することができる基地局装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の基地局装置は、無線端末と通信する通信部と、前記無線端末が他基地局に対して送信した無線信号を受信する監視部と、前記監視部によって受信された無線信号が他基地局に接続しようとする旨の情報か否かを判定する情報判定部と、前記監視部が前記無線信号を受信したときの無線端末が自基地局の周辺にいるものか否かを解析する解析部と、前記情報判定部により無線信号が他基地局に接続しようとする旨の情報である場合、かつ、前記解析部の解析結果が前記周辺にいる無線端末であった場合、前記無線端末の登録状態を確認する管理部とを備えた構成を有している。

この構成により、無線信号が他基地局に接続しようとする旨の情報である場合、かつ、自基地局の周辺にいる無線端末であった場合、無線端末の登録状態を確認するため、ハンドオフ時になにも通知しない無線端末の登録状態を把握することができる。また、定期的に存在確認信号を用いて無線端末の登録状態を確認することがないため、無線端末の電力を余分に消費させないことが可能となる。

また、本発明の基地局装置は、前記管理部が、前記無線端末の登録状態を確認する際、前記登録されている全ての無線端末に対して自基地局の圏内にいるかを確認するための存在確認信号を前記通信部に送信させる構成を有している。

この構成により、全登録の無線端末の登録状態を確認する際、存在確認信号を送信するため、ハンドオフ時になにも通知しない無線端末の登録状態を把握することができる。

本発明は、無線端末の電力を余分に消費させないで、無線端末の登録状態を把握することができる基地局装置およびその制御方法を提供するものである。

本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成図である。本発明の実施の形態に係るフェムトセル基地局装置のブロック図である。無線端末の登録状態の確認について説明する図である。同一エリアで複数の運用周波数を用いて通信が行われるイメージ図である。優先チャネル表を示す図である。本発明の実施の形態に係るフェムトセル基地局装置が、無線端末の使用しているチャネル（監視チャネル）を特定する動作例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係るフェムトセル基地局装置が、無線端末の登録状態を解除する際の動作例を示すフローチャートである。従来の無線通信システムの構成図である。従来の無線通信システムのシーケンス図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成図である。図１に示した無線通信システムは、ＣＤＭＡ方式を用いた公衆網のマクロセル基地局１０および私設のフェムトセル基地局装置１００を備えている。なお、マクロセル基地局１０およびフェムトセル基地局装置１００が使用する通信プロトコルは、本発明の実施の形態ではＣＤＭＡ方式としているが、他の形態では、ＣＤＭＡ方式には限定されず、ＬＴＥ等でもよい。

フェムトセル基地局装置１００は、フェムトセルエリア１２で無線端末２０と通信可能である。マクロセル基地局１０は、公衆網エリア１１で無線端末２０と通信可能である。フェムトセルエリア１２は、無線端末２０がマクロセル基地局１０と通信可能な公衆網エリア１１内にある。なお、フェムトセル基地局装置１００と通信していた無線端末２０は、フェムトセルエリア１２の圏外に移動すれば、ハンドオフしてマクロセル基地局１０と通信することになる。

図２は、本発明の実施の形態に係るフェムトセル基地局装置のブロック図である。フェムトセル基地局装置１００は、マクロセル通信監視部１０１（監視部）、マクロセル通信処理部１０２（情報判定部）、電波強度解析部１０３（解析部）、優先周波数処理部１０４、有線通信部１０５、フェムトセル通信部１０６（通信部）、フェムトセル通信処理部１０７、登録端末管理部１０８、および記憶部１０９によって構成されている。マクロセル通信処理部１０２、電波強度解析部１０３、および優先周波数処理部１０４は、ＣＰＵ等の制御手段で実行されるプログラムのモジュールで構成されるようにしてもよい。

フェムトセル通信部１０６（通信部）は、ＣＤＭＡ方式などで無線端末２０と無線通信するようになっている。

フェムトセル通信処理部１０７は、ＣＤＭＡ方式に準拠した処理を行い、有線通信部１０５から受け取った情報をフェムトセル通信部１０６を介して無線端末２０に送信する。また、フェムトセル通信処理部１０７は、フェムトセル通信部１０６が受信した情報を有線通信部１０５に転送する。

有線通信部１０５は、通信事業者等が管理する光ファイバやＤＳＬ回線などのブロードバンド回線と接続し、フェムトセル通信処理部１０７を介した情報を通信事業者の網に中継するようになっている。

記憶部１０９は、フェムトセル基地局装置１００に登録している無線端末２０を記憶しており、具体例としては、登録している無線端末２０の識別子を記憶している。その他、記憶部１０９は、フェムトセル基地局装置１００に関する情報を記憶している。

例えば、無線端末２０がフェムトセルエリア１２に移動した場合、フェムトセル基地局装置１００は、無線端末２０の位置登録に係る処理を開始する。また、無線端末２０が通話中またはデータ通信中の場合、他の基地局からハンドオフに係る処理を開始する。これらのような処理が開始された場合に、無線端末２０がフェムトセル基地局装置１００の記憶部１０９に登録される。

マクロセル通信監視部１０１（監視部）は、フェムトセル基地局装置１００に登録されている無線端末２０がマクロセル基地局１０に対して送信した無線信号を監視するようになっている。

例えば、無線端末２０がマクロセル基地局１０に対して送信する無線信号は、上述したような、「端末識別情報割当要求」であり、「端末識別情報割当要求」は、無線端末２０の待受状態で無線端末２０がフェムトセルからマクロセルへハンドオフ(アイドルハンドオフ)する際に用いられる。

マクロセル通信処理部１０２（情報判定部）は、マクロセル通信監視部１０１が受信した無線信号を解析し、受信した無線信号が「端末識別情報割当要求」か否かを判定するようになっている。なお、本発明の実施の形態では判定すべきものを「端末識別情報割当要求」としているが、他の形態では、「端末識別情報割当要求」に限定されず、無線端末が他基地局に接続（他基地局に位置登録も含む）しようとする旨の情報であればよい。

電波強度解析部１０３（解析部）は、マクロセル通信監視部１０１によって受信された無線信号が、フェムトセル基地局１００の周辺にいる無線端末のものか否かを解析するようになっている。

例えば、電波強度解析部１０３は、フェムトセル基地局装置１００の近辺に存在する無線端末がマクロセル基地局１０に対して無線信号を送信する際の予想強度を事前に導出しておき、マクロセル通信監視部１０１が受信した無線信号の強度と予想強度から、フェムトセルエリア１２内の無線端末２０が自己の周辺にいるものか否か推定する。また、マクロセル通信監視部１０１が受信した無線信号の強度が予め決められた値以上であるか否かを判定することにより、自己の周辺にいるものか否か推定するようにしてもよい。

登録端末管理部１０８は、記憶部１０９を用いて登録済みの無線端末の増減を管理すると共に、無線端末の登録状態を確認するものである。例えば、登録端末管理部１０８は、マクロセル通信監視部１０１によって受信された無線信号が他基地局（本実施の形態ではマクロセル基地局１０）に接続しようとする旨の情報である場合（条件Ａ）、かつ、電波強度解析部１０３の解析結果が、周辺にいる無線端末であった場合（条件Ｂ）、無線端末の登録状態を確認するようになっている。また、登録端末管理部１０８は、条件Ａ、Ｂが満たされる場合、無線端末の登録状態を解除するようにしてもよい。

無線端末の電源をＯＦＦになった場合などでフェムトセルエリア１２内にいた無線端末との通信が途絶える場合がある。そこで、3GPP2 C.S0024-A cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specificationの仕様では、KeepAliveRequestとKeepAliveResponseというメッセージが用意されている。

図３は、無線端末の登録状態の確認について説明する図である。基地局が無線端末にKeepAliveRequest（無線端末が自基地局の通信圏内にいるかを確認するための存在確認信号）を送信したことに応じて、無線端末は基地局にKeepAliveResponseを返す。基地局は、このメッセージの送受信を実行することで基地局エリア内の無線端末の登録状態を確認することができる。

登録端末管理部１０８は、登録している無線端末に対しKeepAliveRequestをフェムトセル通信部１０６に送信させるようになっている。登録されている無線端末がKeepAliveResponseを返信しない場合、登録端末管理部１０８は、その無線端末の登録状態を解除する。また、登録端末管理部１０８は、無線端末が位置登録を行った際には記憶部１０９を用いて無線端末を登録する。

図４は、同一エリアで複数の運用周波数を用いて通信が行われるイメージ図である。図４に示すように、マクロセル基地局１０は、加入者数の増加に対応するために、同一エリアで複数の運用周波数（以下、チャネルという）を用いて、エリアを構築していることが多い。

マクロセル通信監視部１０１が無線端末２０のチャネルの電波を受信するためには、すなわち、アイドルハンドオフする無線端末２０がマクロセルに対してどのチャネルを用いて「端末識別情報割当要求」を送信するのかを事前に設定しておかなければ、電波を受信することができない。

図５は、優先チャネル表を示す図である。図５に示すように、無線端末２０は、優先チャネル表を保持しており、無線通信を開始する機会が発生した場合、この優先チャネル表を参照し、優先度の高い順にチャネルをサーチすることで、優先度の高いチャネルを選択することができるようになっている。

本発明の実施の形態では、記憶部１０９には、無線端末が使用するものと同一の優先チャネル表が格納されている。優先周波数処理部１０４は、フェムトセル基地局装置１００の設置時に、マクロセル通信監視部１０１で周辺マクロセルをサーチした際に、無線端末２０が使用しているチャネルを特定する。このため、マクロセル通信監視部１０１は、優先周波数処理部１０４によって特定されたチャネルを用いて、無線端末２０がマクロセル基地局１０に対して送信した無線信号を受信することができる。

また、マクロセル基地局１０が使用するチャネルは、常に同じとは限らず、加入者数の増加に対応するために、チャネルを追加する場合もあるため、最も優先度の高いチャネルの特定は、フェムトセル設置時になされるだけではなく、定期的に実施されることが望ましい。

以上のように構成された本発明の実施例に係るフェムトセル基地局装置の動作について図面を用いて説明する。

図６は、本発明の実施の形態に係るフェムトセル基地局装置が、無線端末の使用しているチャネル（監視チャネル）を特定する動作例を示すフローチャートである。本フローの動作は、フェムトセルは設置時、または、定期的に行われる。

まず、優先周波数処理部１０４は、記憶部１０９に保存している優先チャネル表を読み込み（Ｓ１）、マクロセル通信監視部１０１に現在設定されている監視チャネルをクリアする（Ｓ２）。

次に、優先周波数処理部１０４は、周辺のマクロセル基地局が使用しているチャネルをマクロセル通信監視部１０１にサーチさせる（Ｓ３）。ここで、未発見のチャネルが発見された場合であって（Ｓ４：Ｙｅｓ）、優先周波数処理部１０４は、監視チャネル候補がある場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、優先チャネル表に従って監視チャネル候補と今回発見したチャネルとの優先度の比較を行う（Ｓ６）。

今回発見したチャネルのほうが優先度が高い場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、優先周波数処理部１０４は、今回発見したチャネルを監視チャネル候補として設定する（Ｓ８）。なお、監視チャネル候補がない場合（Ｓ５：Ｎｏ）においても、ステップＳ８がなされる。

ステップＳ４からＳ８までの処理が、優先チャネル表にある全てのチャネルがサーチされるまで繰り返される。その後、未発見のチャネルが１つも発見されない場合または全てのチャネルのサーチが終了した場合（Ｓ４：Ｎｏ）、優先周波数処理部１０４は、監視チャネル候補がある場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）、監視チャネル候補を監視チャネルとして設定する（Ｓ１０）。

図７は、本発明の実施の形態に係るフェムトセル基地局装置が、無線端末の登録状態を確認する際の動作例（フェムトセル基地局装置の制御方法）を示すフローチャートである。

まず、マクロセル通信監視部１０１で受信された無線信号が解析され、受信した無線信号が「端末識別情報割当要求」であることがマクロセル通信処理部１０２によって確認される（Ｓ１１）。

電波強度解析部１０３が「端末識別情報割当要求」に用いられた無線信号の強度（送信電波強度）が設定値以上だった場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、登録端末管理部１０８は、無線端末の登録状態を確認する。例えば、登録端末管理部１０８は、登録状態になっている全ての無線端末に対してKeepAliveRequestをフェムトセル通信部１０６に送信させる（Ｓ１３）。なお、KeepAliveRequestは、一定時間（例えば無線端末のアイドルハンドオフが完了する程度の時間）が経過した後に送信されることが好ましい。

無線信号の強度が設定値未満の場合、フェムトセルエリア１２の周辺から送信された「端末識別情報割当要求」ではなく、登録状態にある無線端末とは無関係であると推定されるため、登録端末管理部１０８はKeepAliveRequestを送信させない。

登録状態になっている無線端末からのKeepAliveResponseを受信できなかった場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、登録端末管理部１０８は、受信できなかった無線端末を特定し、その無線端末の登録状態を解除する（Ｓ１５）。このとき、その無線端末は、フェムトセルエリア１２外へハンドオフしたものと推定される。

登録状態になっている全ての無線端末からのKeepAliveResponseを受信できた場合（Ｓ１４：Ｎｏ）、動作が終了する。また、無線信号の強度（送信電波強度）が設定値以上だった場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、動作が終了する。

なお、ステップＳ１１にて、マクロセル通信監視部１０１で受信された無線信号が解析された場合に、ステップＳ１２にて行われる、電波強度解析部１０３が「端末識別情報割当要求」に用いられた無線信号の強度（送信電波強度）が設定値以上か否かを判定してもよい。その際、無線信号の強度（送信電波強度）が設定値以上だった場合、受信した無線信号が「端末識別情報割当要求」であるか否かがマクロセル通信処理部１０２によって確認される。

以上説明したように、フェムトセル基地局装置１００は、無線端末２０が送信した無線信号が他基地局に接続しようとする旨の情報である場合、かつ、無線端末２０がフェムトセル基地局装置１００の周辺にいる無線端末であった場合、無線端末２０の登録状態を確認するため、ハンドオフ時になにも通知しない無線端末２０の登録状態を即座に把握することができる。また、フェムトセル基地局装置１００は、定期的にKeepAliveRequestを無線端末２０に送信して無線端末２０にKeepAliveResponseを送信させることがないため、無線端末２０の電力を余分に消費させないことが可能となる。

本発明の基地局装置は、無線端末の電力を余分に消費させないで、無線端末の登録状態を把握することができるという効果を有し、小型の基地局装置やアクセスポイントなどに有用である。

１０マクロセル基地局
１１公衆網エリア
１２フェムトセルエリア
２０無線端末
３０フェムトセル基地局
１００フェムトセル基地局装置
１０１マクロセル通信監視部（監視部）
１０２マクロセル通信処理部（情報判定部）
１０３電波強度解析部（解析部）
１０４優先周波数処理部
１０５有線通信部
１０６フェムトセル通信部（通信部）
１０７フェムトセル通信処理部
１０８登録端末管理部（管理部）
１０９記憶部

Claims

無線端末と通信する通信部と、
前記無線端末が他基地局に対して送信した無線信号を受信する監視部と、
前記監視部によって受信された無線信号が他基地局に接続しようとする旨の情報か否かを判定する情報判定部と、
前記監視部が前記無線信号を受信したときの無線端末が自基地局の周辺にいるものか否かを解析する解析部と、
前記情報判定部により無線信号が他基地局に接続しようとする旨の情報である場合、かつ、前記解析部の解析結果が前記周辺にいる無線端末であった場合、前記無線端末の登録状態を確認する管理部と
を備えた基地局装置。
前記管理部は、前記無線端末の登録状態を確認する際、登録されている全ての無線端末に対し、自基地局の圏内にいるかを確認するための存在確認信号を前記通信部に送信させる請求項１に記載の基地局装置。
無線端末と通信する通信部と、前記無線端末が他基地局に対して送信した無線信号を受信する監視部とを備えた基地局装置の制御方法であって、
前記監視部によって受信された無線信号が他基地局に接続しようとする旨の情報か否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにより無線信号が他基地局に接続しようとする旨の情報である場合、前記監視部が前記無線信号を受信したときの無線端末が自基地局の周辺にいるものか否かを解析する解析ステップと、
前記解析ステップの解析結果が前記周辺にいる無線端末であった場合、前記無線端末の登録状態を確認するステップとを備えた基地局装置の制御方法。
無線端末と通信する通信部と、前記無線端末が他基地局に対して送信した無線信号を受信する監視部とを備えた基地局装置の制御方法であって、
前記監視部が前記無線信号を受信したときの無線端末が自基地局の周辺にいるものか否かを解析する解析ステップと、
前記解析ステップの解析結果が前記周辺にいる無線端末であった場合、前記監視部によって受信された無線信号が他基地局に接続しようとする旨の情報か否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにより無線信号が他基地局に接続しようとする旨の情報である場合、前記無線端末の登録状態を確認するステップとを備えた基地局装置の制御方法。