JP5232720B2 - 小型基地局、および通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、小型基地局、および通信方法に関し、特に、他のセルに在圏している移動機をフェムトセルに移行させることができるようにした小型基地局、および通信方法に関する。

近年、家庭内、オフィス内など、半径数十メートル程度の狭い範囲を通信可能範囲としてカバーするための「フェムトセル」が注目されている。

「フェムトセル」は、そのような狭い範囲をカバーする程度のレベルの電波を発射する基地局であるフェムトセル基地局を、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)回線、光ファイバ回線などのブロードバンド回線の宅内装置に接続することによって構築される。

不特定多数の公衆向けのものであって半径数百メートルから数キロメートルの広いセルである「マクロセル」とは異なり、「フェムトセル」はフェムトセル基地局が設置された家屋の住人などの限られたユーザに対して通信サービスを提供するものである。

例えば、屋外にいるユーザが、マクロセルに在圏している状態の移動機を使って音声通話を行った場合、その音声データはマクロセルをカバーするマクロセル基地局から無線アクセスネットワークおよびコアネットワークを介して通信相手の移動機に送信される。

一方、屋内にいるユーザが、フェムトセルに在圏している状態の移動機を使って音声通話を行った場合、その音声データはフェムトセル基地局からモデムに出力され、ブロードバンド回線、コアネットワークなどを介して通信相手の移動機に送信される。

特開２００７−１１６３９１号公報 特開２００７−１４０８２９号公報 特開２００５−１７５６１１号公報 特開２００２−２１８５２８号公報

マクロセルに在圏している移動機を使って通信を行うのと、フェムトセルに在圏している移動機を使って通信を行うのとでは、後者の方が、通信コストが安く、しかも良好な通信品質が得られる場合が多い。

従って、フェムトセルを構築した家屋が、あるマクロセル基地局がカバーするマクロセル内にあり、その家屋内ではマクロセルとフェムトセルの両方を使うことができる場合、通常、フェムトセルを使った方がユーザにとってはメリットがある。

フェムトセル基地局を導入してフェムトセルを自宅に構築したユーザからすれば、外出先から帰宅し、自宅に入ったのと同時に、自分の移動機の状態がマクロセルに在圏している状態からフェムトセルに在圏している状態に移行していることが望ましい。

しかしながら、マクロセルからフェムトセルへの移行は、フェムトセル基地局からの電波の受信強度が高くても、マクロセル基地局からの電波が十分に劣化していていなければ生じない。

ここで、セル間の移行について説明する。

移動機における電波の受信状況は、希望する基地局からの電波の受信電力と、それ以外の電波の受信電力の比であるEc/Noにより表される。Ec/Noは０dB以下の値であり、セル毎に求められる。

セルの移行を行うか否かの判断に用いる値として例えばS_intrasearch、S_intersearch、Q_qualminの３つの値があり、各移動機に設定されている。

移動機は、いま在圏しているセルのEc/Noの値がQ_qualmin＋S_intrasearch以下になったとき、隣接セルリストにスクランブリングコードが記述されている基地局の中から、受信している電波と同一周波数帯域の電波を発射する他の基地局を探索して移行する。

マクロセルに在圏している移動機に対しては、近隣にあるマクロセルで使われているスクランブリングコードが記述されたリストである隣接セルリストがマクロセル基地局から提供される。スクランブリングコードは、CDMA(Code Division Multiple Access)方式の通信システムにおいて各基地局に割り当てられるコードであり、例えば移動機との通信時の拡散変調、復調に用いられる。

また、移動機は、いま在圏しているセルのEc/Noの値がQ_qualmin＋S_intersearch以下になったとき、隣接セルリストにスクランブリングコードが記述されている基地局の中から、受信している電波と異なる周波数帯域の電波を発射する他の基地局を探索して移行する。

さらに、移動機は、いま在圏しているセルのEc/Noの値がQ_qualmin以下になったとき、スクランブリングコードが隣接セルリストに記述されていないものも含めて、探索により見つかった基地局がカバーするセルに移行する。Q_qualminは要求される最低限の品質を表す。

隣接セルリストにスクランブリングコードが記述されていない基地局がカバーするセルに対する移行は、いま在圏しているセルのEc/Noの値がQ_qualmin以下、すなわち、十分に劣化していないと生じないことになる。

従って、ユーザが自宅に入った場合であっても、在圏しているマクロセルのEc/Noの値がQ_qualmin以下にならないと自宅のフェムトセルに対する移行は生じない。

このような条件を満たさないために自宅に入った後もマクロセルに在圏している状態が続く場合、移動機を使った通信はマクロセルを使って行われることになり、自宅にフェムトセルがあったとしてもそのメリットを受けることができない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、他のセルに在圏している移動機をフェムトセルに移行させることができるようにするものである。

本発明の小型基地局は、外部の基地局が発射する所定の帯域幅の電波を受信する受信手段と、移動機との通信に使用可能な帯域として設定された複数の周波数帯域のうちのどの周波数帯域の電波が前記受信手段により受信されたのかを検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域と同じ周波数帯域の前記所定の帯域幅の電波を発射する第１の方式と、前記外部の基地局により使用されている複数の周波数帯域のそれぞれに跨るように前記所定の帯域幅の電波を発射する第２の方式のうちのいずれかの方式を選択する方式選択手段と、前記方式選択手段により選択された方式に従って前記所定の帯域幅の電波を発射する送信手段とを備える。

前記送信手段から同時に発射可能な前記所定の帯域幅の電波の数が１である場合、前記方式選択手段には、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域が１つの周波数帯域であるとき、前記第１の方式を選択させ、周波数軸上で隣接した２つの周波数帯域であるとき、前記第２の方式を選択させることができる。

前記方式選択手段には、前記第１の方式と、前記第２の方式と、さらに、前記移動機との通信に使用可能な複数の周波数帯域の全域、または一部の帯域の周波数を有する妨害波を発射する第３の方式のうちのいずれかの方式を選択させ、前記送信手段には、前記方式選択手段により前記第３の方式が選択された場合、前記妨害波と、前記移動機との通信に使用可能な複数の周波数帯域のうちのいずれかの周波数帯域の電波を発射させることができる。

前記方式選択手段には、前記外部の基地局により使用されている複数の周波数帯域が周波数軸上で離れている場合、前記第３の方式を選択させることができる。

前記送信手段から同時に発射可能な前記所定の帯域幅の電波の数が２である場合、前記方式選択手段には、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域が、周波数軸上で離れた２つの周波数帯域であるとき、前記第１の方式を選択させ、前記送信手段には、前記２つの周波数帯域と同じ周波数帯域の前記所定の帯域幅の電波を発射させることができる。

前記方式選択手段には、さらに、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域が、周波数軸上で隣接する３つの周波数帯域であるとき、前記第２の方式を選択させ、前記送信手段には、前記３つの周波数帯域のうちの隣接する一方の２つの周波数帯域と他方の２つの周波数帯域にそれぞれ跨るように、前記所定の帯域幅の電波を発射させることができる。

前記方式選択手段には、さらに、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域が、周波数軸上で隣接する２つの周波数帯域と、その２つの周波数帯域と離れた１つの周波数帯域との３つの周波数帯域であるとき、前記第１の方式と前記第２の方式を組み合わせた方式を選択させ、前記送信手段には、前記２つの周波数帯域に跨るように１つの前記所定の帯域幅の電波を発射させ、前記２つの周波数帯域と離れた前記１つの周波数帯域と同じ周波数帯域の前記所定の帯域幅の電波を発射させることができる。

本発明の通信方法は、外部の基地局が発射する所定の帯域幅の電波を受信し、移動機との通信に使用可能な帯域として設定された複数の周波数帯域のうちのどの周波数帯域の電波が前記受信手段により受信されたのかを検出し、検出結果に基づいて、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域と同じ周波数帯域の前記所定の帯域幅の電波を発射する第１の方式と、前記外部の基地局により使用されている複数の周波数帯域のそれぞれに跨るように前記所定の帯域幅の電波を発射する第２の方式のうちのいずれかの方式を選択し、選択した方式に従って前記所定の帯域幅の電波を発射するステップを含む。

本発明の小型基地局または通信方法においては、外部の基地局が発射する所定の帯域幅の電波が受信され、移動機との通信に使用可能な帯域として設定された複数の周波数帯域のうちのどの周波数帯域の電波が受信されたのかが検出される。また、検出結果に基づいて、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域と同じ周波数帯域の前記所定の帯域幅の電波を発射する第１の方式と、前記外部の基地局により使用されている複数の周波数帯域のそれぞれに跨るように前記所定の帯域幅の電波を発射する第２の方式のうちのいずれかの方式が選択され、選択された方式に従って前記所定の帯域幅の電波が発射される。

本発明によれば、他のセルに在圏している移動機をフェムトセルに移行させることができる。

本発明の一実施形態に係る通信システムの構成例を示す図である。 電波の周波数帯域の例を示す図である。 コンペティング周波数方式の例を示す図である。 オーバーラップ周波数方式の例を示す図である。 オーバーラップ周波数方式の他の例を示す図である。 妨害波方式の例を示す図である。 妨害波方式の他の例を示す図である。 フェムトセル基地局の構成例を示すブロック図である。 フェムトセル基地局の機能構成例を示すブロック図である。 在圏方式の選択の例を示す図である。 フェムトセル基地局の在圏アシスト処理について説明するフローチャートである。 コンペティング周波数方式の他の例を示す図である。 オーバーラップ周波数方式の他の例を示す図である。 コンペティング周波数方式とオーバーラップ周波数方式を組み合わせた在圏方式の例を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成例を示す図である。

図１の例においては、家屋やオフィスビルなどの構内にフェムトセル基地局１が設置されており、フェムトセル基地局１によりフェムトセルＣ₁が形成されている。フェムトセルＣ₁は、半径数メートル、数十メートルなどのフェムトセル基地局１が設置されている構内の範囲を通信可能範囲としてカバーするセルである。

フェムトセル基地局１にはLAN(Local Area Network)ケーブルなどを介して図示せぬモデムが接続されている。モデムは、ADSL回線や光ファイバ回線などよりなるブロードバンド回線の宅内装置である。フェムトセル基地局１は、LANケーブル、モデム、およびブロードバンド回線を介してインターネットなどよりなるネットワークに接続され、図１に示す移動機２がフェムトセルＣ₁に在圏している場合、移動機２が行う音声データなどの通信を中継する。

移動機２は、CDMA方式の通信に対応した携帯電話機などの端末である。図１の例においては、移動機が１台だけ示されているが、フェムトセル基地局１は最大４台などの所定の数の移動機による通信を同時に中継することができる。

また、図１の例においては、フェムトセル基地局１が設置されている建物の外に、マクロセルＣ₂を管理する基地局であるマクロセル基地局３が設置されている。図１の例においてはフェムトセルＣ₁と同程度の大きさで示しているが、マクロセルＣ₂は、フェムトセルＣ₁よりも広いセルである。移動機２においては、フェムトセル基地局１からの電波だけでなく、マクロセル基地局３からの電波も受信可能とされている。

図１にはマクロセル基地局としてマクロセル基地局３しか示していないが、フェムトセル基地局１が設置されている建物の外には、適宜、マクロセル基地局３以外のマクロセル基地局も設けられる。各マクロセル基地局からの電波は移動機２にも到達する。

図２は、図１の通信システムにおいて使用される電波の周波数帯域の例を示す図である。図２の横軸は周波数を表し、縦軸は電波の強度を表す。

CDMA方式の通信システムにおいては、通信会社に割り当てられた周波数帯域全体が所定の数の帯域に分けられ、どの周波数帯域の電波を使用するのかが各マクロセル基地局に設定されている。移動機は、自分が在圏しているマクロセルの電波の周波数帯域に合わせて、送受信する電波の周波数を選択し、無線通信を行う。

図２の例においては、ダウンリンクの周波数帯域として２１５０〜２１７０MHzが割り当てられ、その２０MHzの帯域幅の周波数帯域が５MHzずつ、Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄の４つの周波数帯域に分けられている。あるマクロセル基地局は周波数帯域Ｆ₁を使用し、またあるマクロセル基地局は周波数帯域Ｆ_2、F₃の複数を使用するといったように、各マクロセル基地局に周波数帯域が割り当てられる。

図２に示すように、周波数帯域Ｆ₁の中心周波数ｆ₁は２１５２．６MHz、周波数帯域Ｆ₂の中心周波数ｆ₂は２１５７．６MHz、周波数帯域Ｆ₃の中心周波数ｆ₃は２１６２．４MHz、周波数帯域Ｆ₄の中心周波数ｆ₄は２１６７．４MHzとなる。

周波数帯域Ｆ₁乃至Ｆ₄の帯域幅は５MHzであるが、ｆ₁乃至ｆ₄を中心周波数として、3.84MHz（3840kHz）の帯域幅を有する電波が各マクロセル基地局から発射される。

フェムトセル基地局１も同様に、Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄の４つの周波数帯域のうちのいずれかの周波数帯域の電波を発射し、フェムトセルＣ₁に在圏している移動機と通信を行う。複数の周波数帯域の電波をフェムトセル基地局１が発射することについては後述する。

フェムトセル基地局１、マクロセル基地局３からの電波も含めて、図１の移動機２により受信される各基地局からの電波は図２に示すようにして表される。各電波の強度は、基地局から移動機２までの距離や、基地局と移動機２の間にある遮蔽物などによって決まる。

このような５MHzの帯域幅の周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄を使用して移動機２と通信を行うフェムトセル基地局１には、マクロセルに在圏している移動機２をフェムトセルＣ₁に移行させるための在圏アシスト機能が設けられている。

移動機２が在圏しているマクロセルのEc/Noが上述したQ_qualmin以下になるなどして劣化した場合、移動機２においては他のセルへの移行が発生する。在圏しているマクロセルの電波が劣化したときにフェムトセル基地局１からの電波が移動機２により受信されていれば、移動機２をフェムトセルＣ₁に移行させることが可能になる。

在圏アシスト機能は、マクロセルの電波を劣化させるとともに、フェムトセル基地局１自身が発射する電波を移動機２に受信させる機能となる。

フェムトセルＣ₁に在圏させるための方式として、例えば、コンペティング周波数方式、オーバーラップ周波数方式、妨害波方式の３つの方式が用意されている。

どの在圏方式によって移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させるのかは、リスニングモードでの動作によって検出されたマクロセル基地局からの電波の状況によってフェムトセル基地局１により選択される。

リスニングモードは、マクロセル基地局などの外部の基地局が発射する電波を受信し、受信した電波の状況を検出するモードである。例えば、受信した電波が周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄のうちのどの周波数帯域の電波であるのか、すなわち、外部の基地局による使用済みの周波数帯域がどの周波数帯域であるのかや、電波の強度（電力）などが検出される。

リスニングモードでの動作によって、フェムトセル基地局１においては、フェムトセル基地局１の設置位置において受信可能な外部の基地局からの電波の周波数と強度が図２に示すようにして観測される。その観測結果に基づいて、コンペティング周波数方式、オーバーラップ周波数方式、妨害波方式の中から在圏方式が適宜選択され、選択された在圏方式によって、移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させることが行われる。

ここで、各在圏方式について説明する。

図３は、コンペティング周波数方式の例を示す図である。

コンペティング周波数方式は、マクロセル基地局により使用されている周波数帯域と同じ周波数帯域の電波を発射することで移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させる方式である。フェムトセル基地局１が発射する電波の強度は、マクロ基地局からの電波の受信強度より高い強度とされる。

リスニングモードでの動作によって、図３Ａに示すように、あるマクロセル基地局からの電波として周波数帯域Ｆ₃の電波を受信し、１つの周波数帯域が使用済みであることを検出した場合、フェムトセル基地局１はコンペティング周波数方式を選択する。

この場合、フェムトセル基地局１は、図３Ｂに示すような、使用済みの周波数帯域と同じ周波数帯域Ｆ₃の電波であって、マクロセル基地局からの電波の強度より高い強度の電波を発射する。

図３Ａ、図３Ｂの例においては、マクロセル基地局からの電波のフェムトセル基地局１の設置位置における強度はｐ₁であり、フェムトセル基地局１が発射する電波を移動機２が受信する強度は、ｐ₁より高いｐ₂である。

図３Ｃは、図３Ａに示すマクロセル基地局からの電波と、図３Ｂに示すフェムトセル基地局１が発射する電波を重ねて示す図である。

フェムトセルＣ₁が半径数メートルから数十メートルといった比較的狭い範囲であるため、マクロセル基地局からの電波は、フェムトセル基地局１の設置位置と移動機２の位置においてほぼ同じようにして受信される。

移動機２においては、図３Ｃに示すような形で、マクロセル基地局からの電波とフェムトセル基地局１からの電波が受信されることになる。

マクロセル基地局からの電波とフェムトセル基地局１からの電波を、図３Ｃに示すような状態で受信した場合、マクロセルに在圏している移動機２は、マクロセル基地局からの電波が劣化していることを検出し、高い強度で電波を受信可能なフェムトセルＣ₁に移行する。マクロセル基地局からの電波がフェムトセル基地局１からの電波によりマスクされることによって、マクロセルのEc/NoがQ_qualmin以下になる。

移動機２がフェムトセルＣ₁に在圏した場合、フェムトセル基地局１は周波数帯域Ｆ₃を使用して移動機２と通信を行う。

すなわち、マクロセル基地局からの電波を劣化させるための電波が、そのまま、移動機２と通信を行うための電波として使用されることになる。これにより、在圏のアシストと通信を効率的に行うことができる。

このように、コンペティング周波数方式によれば、マクロセル基地局により使用されている周波数帯域と競合させて同じ周波数帯域を選択し、選択した周波数帯域の電波を発射することによって、移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させることが可能になる。

図４は、オーバーラップ周波数方式の例を示す図である。

オーバーラップ周波数方式は、マクロセル基地局により使用されている複数の周波数帯域のそれぞれに跨るように、3.84MHzの帯域幅の電波を発射することで移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させる方式である。フェムトセル基地局１が発射する電波の強度は、マクロ基地局からの電波の受信強度より高い強度とされる。

リスニングモードでの動作によって、図４Ａに示すように、マクロセル基地局からの電波として周波数帯域Ｆ₃の電波と周波数帯域Ｆ₄の電波を受信し、周波数軸上で隣接する２つの周波数帯域が使用済みであることを検出した場合、フェムトセル基地局１はオーバーラップ周波数方式を選択する。

この場合、フェムトセル基地局１は、図４Ｂに示すような、使用済みの周波数帯域の中心周波数ｆ₃とｆ₄の中間の周波数である周波数ｆ_3.5を中心周波数として選択する。中心周波数ｆ_3.5は２１６４．９MHzである。

また、フェムトセル基地局１は、周波数ｆ_3.5を中心周波数とする3.84MHzの帯域幅の電波であって、マクロセル基地局からの電波の強度より高い強度の電波を発射する。図４Ａ、図４Ｂの例においては、マクロセル基地局からの電波のフェムトセル基地局１および移動機２の設置位置における強度はｐ₁₁であり、フェムトセル基地局１が発射する電波を移動機２が受信する強度は、ｐ₁₁より高いｐ₁₂である。

図４Ｃは、図４Ａに示すマクロセル基地局からの電波と、図４Ｂに示すフェムトセル基地局１が発射する電波を重ねて示す図である。

マクロセル基地局からの電波とフェムトセル基地局１からの電波を、図４Ｃに示すような状態で受信した場合、マクロセルに在圏している移動機２は、マクロセル基地局からの電波が劣化していることを検出し、高い強度で電波を受信可能なフェムトセルＣ₁に移行する。図４Ｃの例においては、マクロセル基地局からの電波がフェムトセル基地局１からの電波と干渉を起こすことによって、両方のマクロセルのEc/NoがQ_qualmin以下になる。

移動機２がフェムトセルＣ₁に在圏した場合、フェムトセル基地局１は、周波数ｆ_3.5を中心周波数とする3.84MHzの帯域幅の周波数帯域を使用して移動機２と通信を行う。

すなわち、オーバーラップ周波数方式においても、マクロセル基地局からの電波を劣化させるための電波が、そのまま、移動機２と通信を行うための電波として使用されることになる。これにより、在圏のアシストと通信を効率的に行うことができる。

図１の通信システムにおいては、基本的に周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄のうちのいずれかの周波数帯域を使用して通信が行われるが、各周波数帯域の中心周波数を基準として、２００kHz間隔で中心周波数を選択し、3.84MHzの帯域幅の周波数帯域を使用して通信を行うことも可能とされている。周波数ｆ_3.5を中心周波数とする3.84MHzの帯域幅の電波をフェムトセル基地局１が発射している場合、移動機２は、受信する電波の中心周波数を周波数ｆ_3.5に合わせ、3.84MHzの帯域幅の電波を使用して通信を行う。

このように、オーバーラップ周波数方式によれば、マクロセル基地局により使用されている複数の周波数帯域に跨るような周波数帯域を有する電波を発射することによって、移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させることが可能になる。

図５は、オーバーラップ周波数方式の他の例を示す図である。

リスニングモードでの動作によって、図５Ａに示すように、マクロセル基地局からの電波として周波数帯域Ｆ₃の電波と周波数帯域Ｆ₄の電波を受信し、周波数軸上で隣接する２つの周波数帯域が使用済みであることを検出した場合、図４を参照して説明したように、フェムトセル基地局１はオーバーラップ周波数方式を選択する。図４の例においては、周波数帯域Ｆ₃，Ｆ₄の電波の強度がいずれもｐ₁₁であるものとしたが、図５の例においては、周波数帯域Ｆ₃の電波の強度はｐ₂₁、周波数帯域Ｆ₄の電波の強度は、ｐ₂₁より高いｐ₂₂である。

この場合、フェムトセル基地局１は、図５Ｂに示すような、使用済みの周波数帯域の中心周波数ｆ₃とｆ₄の間の周波数であって、強度が高い方の電波の周波数帯域に若干寄った周波数である周波数ｆ_3.8を中心周波数として選択する。中心周波数ｆ_3.8は２１６６．４MHzである。

また、フェムトセル基地局１は、周波数ｆ_3.8を中心周波数とする3.84MHzの帯域幅の電波であって、マクロセル基地局からの電波の強度より高い強度の電波を発射する。図５Ｂの例においては、フェムトセル基地局１が発射する電波を移動機２が受信する強度は、ｐ₂₁，ｐ₂₂より高いｐ₂₃である。

図５Ｃは、図５Ａに示すマクロセル基地局からの電波と、図５Ｂに示すフェムトセル基地局１が発射する電波を重ねて示す図である。

マクロセル基地局からの電波とフェムトセル基地局１からの電波を、図５Ｃに示すような状態で受信した場合、マクロセルに在圏している移動機２は、マクロセル基地局からの電波が劣化していることを検出し、高い強度で電波を受信可能なフェムトセルＣ₁に移行する。

移動機２がフェムトセルＣ₁に在圏した場合、フェムトセル基地局１は、周波数ｆ_3.8を中心周波数とする3.84MHzの帯域幅の周波数帯域を使用して移動機２と通信を行う。この場合も、マクロセル基地局からの電波を劣化させるための電波が、そのまま、移動機２と通信を行うための電波として使用されることになる。

周波数ｆ_3.8は、使用済みの周波数帯域Ｆ₃とＦ₄の両方に3.84MHzの帯域幅の周波数帯域が跨り、マクロセル基地局からの周波数帯域Ｆ₃の電波と周波数帯域Ｆ₄の電波に対する干渉量を最大にする周波数を探索することによって選択される。

フェムトセル基地局１が発射する電波のうち、周波数帯域Ｆ₃に入り込んでいる部分は、周波数帯域Ｆ₃に存在するマクロセル基地局からの電波に対して干渉を与えることになる。また、周波数帯域Ｆ₄に入り込んでいる部分は、周波数帯域Ｆ₄に存在するマクロセル基地局からの電波に対して干渉を与えることになる。

フェムトセル基地局１が発射する電波の中心周波数を周波数ｆ₄として、強度の高い方の電波である周波数帯域Ｆ₄の電波を集中的に劣化させることも考えられるが、このようにした場合、周波数帯域Ｆ₃を使用しているマクロセルに移動機２が移行する可能性が残ってしまう。移動機２においては、周波数帯域Ｆ₄の電波以外に、周波数帯域Ｆ₃の電波も受信されている。

より確実にフェムトセルＣ₁に移行させるためには周波数帯域Ｆ₃の電波の方も劣化させる必要があり、よって、フェムトセル基地局１が発射する電波の一部は周波数帯域Ｆ₃に入り込んでいる必要がある。

図６は、妨害波方式の例を示す図である。

妨害波方式は、周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄の全域、または一部の帯域の周波数を有する妨害波を、移動機２との通信に使用する周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄のうちのいずれかの周波数帯域の電波とともに発射することで移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させる方式である。フェムトセル基地局１が発射する妨害波の強度は、マクロ基地局からの電波の受信強度より高い強度とされる。

リスニングモードでの動作によって、マクロセル基地局からの電波としてＦ₁，Ｆ₂，Ｆ₃といったように３つ以上の周波数帯域の電波を受信した場合や、２つの周波数帯域の電波ではあるが、Ｆ₁，Ｆ₃といったように周波数軸上で離れた周波数帯域の電波を受信した場合、フェムトセル基地局１は妨害波方式を選択する。

３つ以上の周波数帯域や、周波数軸上で離れた周波数帯域がマクロセル基地局により使用されている場合、上述したオーバーラップ方式では全てのマクロセル基地局からの電波を劣化させることができないため、妨害波方式が選択される。

この場合、フェムトセル基地局１は、図６Ａに示すように、移動機２との通信に使用する電波として例えば周波数帯域Ｆ₃の電波を発射する。図６Ａにおいて、周波数帯域Ｆ₃の電波の強度はｐ₃₁であり、周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₄の電波の強度は、ｐ₃₁より低いｐ₃₂である。実際には、通信に使用されていない周波数帯域にもこのように所定の強度の電波が検出される。

また、フェムトセル基地局１は、図６Ｂに示すように、例えば周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄の全域に渡る周波数帯域を有する電波を妨害波として発射する。妨害波の強度は、強度ｐ₃₁より低く、ｐ₃₂より高いｐ₃₃である。

周波数帯域Ｆ₃の電波は、送信対象のデータのRF信号を変調し、変調信号をアップコンバートして出力した電波である。これに対して、妨害波は、ホワイトノイズの信号を周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄の全域に渡る周波数帯域の電波として発射したものである。ホワイトノイズの信号は、専用の発生器により生成される信号である。

図６Ｃは、図６Ａに示す通信に使用する電波と、図６Ｂに示す妨害波を重ねて示す図である。

フェムトセル基地局１からの電波を、図６Ｃに示すような状態で受信した場合、マクロセルに在圏している移動機２は、マクロセル基地局からの電波が劣化していることを検出し、高い強度で電波を受信可能なフェムトセルＣ₁に移行する。

図６Ｃの例においては、点線で示すマクロセル基地局からの周波数帯域Ｆ₁の電波と周波数帯域Ｆ₃の電波が、フェムトセル基地局１からの電波のうちの妨害波の成分によってマスクされ、マクロセルのEc/NoがQ_qualmin以下になる。

移動機２がフェムトセルＣ₁に在圏した場合、フェムトセル基地局１は、周波数帯域Ｆ₃を使用して移動機２と通信を行う。

このように、妨害波方式によれば、マクロセル基地局が発射する電波を妨害波によって劣化させることができ、妨害波とは別に発射している電波によって移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させ、通信を行うことが可能になる。

妨害波方式は、図３Ａに示すように使用済みの周波数帯域が１つである場合にも、図４Ａに示すように使用済みの周波数帯域が複数である場合にも用いることが可能であるが、実際に通信に使用する電波ではない、いわば不要な電波を発射することになるため、コンペティング周波数方式、オーバーラップ方式と比べて、優先度は低くなる。

コンペティング周波数方式、オーバーラップ方式を妨害波方式より優先的に選択することにより、不要な電波の発射を抑えることが可能になる。

また、移動機２がフェムトセルＣ₁に在圏したタイミングで、妨害波の発射を停止させるようにしてもよい。これによっても、不要な電波の発射を抑えることが可能になる。

図７は、妨害波方式の他の例を示す図である。

図６の例においては、ホワイトノイズの信号が妨害波の生成の元になる信号として用いられるものとしたが、ダミーシグナルが妨害波の生成の元になる信号として用いられるようにしてもよい。ダミーシグナルは、例えば、全部０の値、全部１の値といったような、送受信されるデータ中には現れないビットの並びからなる信号である。

図７Ｂは、ダミーシグナルを変調し、変調信号を周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄の全域に渡る周波数帯域の電波として発射した妨害波を示す図である。図７Ｃは、図７Ａに示す通信に使用する電波と、図７Ｂに示す電波を重ねて示す図である。

これによっても、図７Ｃに点線で示すマクロセル基地局からの周波数帯域Ｆ₁の電波と周波数帯域Ｆ₃の電波を、フェムトセル基地局１からの電波のうちの妨害波の成分によってマスクし、劣化させることが可能になる。

以上のような３つの在圏方式を用いて移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させるフェムトセル基地局１の処理については後述する。

［フェムトセル基地局１の構成例］
図８は、フェムトセル基地局１のハードウェア構成例を示すブロック図である。

図８に示すように、フェムトセル基地局１は、ネットワーク通信部２１、制御部２２、無線通信部２３、アンテナ２４、および妨害信号生成部２５から構成される。

ネットワーク通信部２１はネットワークのインタフェースであり、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)、UDP(User Datagram Protocol)などの所定のプロトコルに従って、ネットワークに接続されるサーバなどとモデムを介して通信を行う。

ネットワーク通信部２１は、交換機としての機能を有するサーバであるCSCF(Call Session Control Function)から送信され、モデムから転送されてきた音声データを無線通信部２３に出力し、一方、無線通信部２３から供給された、フェムトセルＣ₁に在圏している移動機２からの音声データをモデムに出力してCSCFに送信させる。

制御部２２はCPU(Central Processing Unit)，ROM(Read Only Memory)，RAM(Random Access Memory)などよりなり、所定のプログラムを実行してフェムトセル基地局１の全体の動作を制御する。

例えば、制御部２２は、リスニングモードでの動作を行い、無線通信部２３から供給された信号に基づいて、マクロセル基地局からの電波の状況を検出する。また、制御部２２は、在圏方式を選択し、無線通信部２３と妨害信号生成部２５を制御して在圏方式に応じた電波を発射させる。

無線通信部２３は、W-CDMA、CDMA2000などの方式でフェムトセルＣ₁に在圏している移動機２と無線通信を行う。無線通信部２３は送信部３１と受信部３２から構成される。

送信部３１は、制御部２２による制御に従って、空中線電力が２０ｍＷ以下などの所定の強度の電波をアンテナ２４から発射し、ネットワーク通信部２１から供給された音声データなどの所定のデータをフェムトセルＣ₁に在圏している移動機２に送信する。

また、送信部３１は、妨害信号生成部２５から供給された妨害信号に基づいてアンテナ２４から妨害波を発射する。

受信部３２は、リスニングモードでの動作時、アンテナ２４において電波が受信されることに応じて得られた信号を制御部２２に出力する。また、受信部３２は、アンテナ２４から供給された信号に基づいて、移動機２から送信されてきた音声データなどの所定のデータを受信し、ネットワーク通信部２１に出力する。

妨害信号生成部２５は、制御部２２による制御に従ってホワイトノイズの信号やダミーシグナルからなる妨害信号を生成し、無線通信部２３に出力する。

また、妨害信号生成部２５は、制御部２２による制御に従って妨害信号の生成を停止し、妨害波の発射を終了させる。フェムトセルＣ₁に移行した移動機２からは、位置登録の要求が送信されてくる。例えば、妨害波の発射は、その要求が移動機２から送信されてきたことに応じて停止される。

位置登録処理は、各移動機がどのセルに在圏しているのかを、コアネットワークなどに接続されるHSS(Home Subscriber Server)に登録する処理である。HSSは、コアネットワークなどに接続される装置であり、各移動機がどのセルに在圏しているのかを管理し、適宜、管理している情報をCSCFなどに提供するサーバである。

妨害波の発射を開始してからあらかじめ設定された所定の時間が経過したタイミングで妨害波の発射が停止されるようにしてもよい。

図９は、フェムトセル基地局１の機能構成例を示すブロック図である。

図９に示すように、フェムトセル基地局１の制御部２２においては、検出部４１と在圏方式選択部４２が実現される。図９に示す機能部のうちの少なくとも一部は、制御部２２内のCPUにより所定のプログラムが実行されることによって実現される。

検出部４１は、無線通信部２３の受信部３２から供給される信号に基づいて、図３Ａ、図４Ａに示すような、マクロセル基地局からの電波の受信状況を検出する。

検出部４１は、マクロセル基地局により使用されている周波数帯域が周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄のうちのどの周波数帯域であるのかを表す情報や、受信強度を表す情報を在圏方式選択部４２に出力する。

在圏方式選択部４２は、検出部４１から供給された情報に基づいて在圏方式を選択する。

図１０は、上述した在圏方式の選択のパターンをまとめて示す図である。

図１０に示すように、マクロセル基地局により使用されている周波数帯域が１つの周波数帯域である場合、在圏方式選択部４２はコンペティング周波数方式を選択する。

また、マクロセル基地局により使用されている周波数帯域が２つの周波数帯域であり、それらが周波数軸上で隣接している場合、在圏方式選択部４２はオーバーラップ周波数方式を選択し、周波数軸上で離れている場合、妨害波方式を選択する。

マクロセル基地局により使用されている周波数帯域が３つ、または４つの周波数帯域である場合、在圏方式選択部４２は妨害波方式を選択する。

フェムトセル基地局１が周波数帯域Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄のうちのいずれか１つの周波数帯域の電波しか同時には発射することができない場合、在圏方式選択部４２においてはこのようにして在圏方式が選択される。

在圏方式の選択のパターンは図１０に示すものに限られない。3.84MHzなどの所定の帯域幅の電波を１つの電波とすると、フェムトセル基地局１が発射可能な電波の数などに応じて、適宜、在圏方式の選択のパターンは変更される。

在圏方式選択部４２は、コンペティング周波数方式を選択した場合、発射する電波の中心周波数、あるいは周波数帯域を表す情報と、電波の強度を表す情報を送信部３１に出力する。

また、在圏方式選択部４２は、オーバーラップ周波数方式を選択した場合、発射する電波の中心周波数を図５Ｃを参照して説明したようにして選択し、選択した中心周波数を表す情報と、電波の強度を表す情報を送信部３１に出力する。

在圏方式選択部４２は、妨害波方式を選択した場合、所定の強度の妨害波を発射することを妨害信号生成部２５に指示する。また、在圏方式選択部４２は、妨害波とともに発射する移動機２との通信に使用する電波の中心周波数、あるいは周波数帯域を表す情報と、通信に使用する電波と妨害波の強度を表す情報を送信部３１に出力する。

［フェムトセル基地局１の動作］
ここで、図１１のフローチャートを参照して、フェムトセル基地局１の在圏アシスト処理について説明する。

この処理は、リスニングモードで起動したことをトリガとして開始される。フェムトセル基地局１は、１日に１回などの所定のタイミングでリスニングモードでの動作を行う。

ステップＳ１において、検出部４１は、無線通信部２３から供給される信号に基づいてマクロセル基地局からの電波の受信状況を検出する。

ステップＳ２において、在圏方式選択部４２は、検出部４１から供給された情報に基づいて、図１０を参照して説明したようにして在圏方式を選択する。

ステップＳ３において、送信部３１は、選択された在圏方式に従って電波を発射する。

例えば、コンペティング周波数方式が選択された場合、送信部３１は、在圏方式選択部４２から供給された情報に基づいて、マクロセル基地局により使用されている周波数帯域と同じ周波数帯域の所定の強度の電波を発射する。

また、オーバーラップ周波数方式が選択された場合、送信部３１は、在圏方式選択部４２から供給された情報に基づいて、マクロセル基地局により使用されている複数の周波数帯域のそれぞれに跨るように、3.84MHzの帯域幅の所定の強度の電波を発射する。

妨害波方式が選択された場合、送信部３１は、妨害信号生成部２５から供給される妨害信号に基づいて妨害波を発射し、在圏方式選択部４２から供給された情報に基づいて、移動機２との通信に使用する所定の周波数帯域の電波を発射する。

その後、処理は終了され、フェムトセルＣ₁に在圏した移動機２とフェムトセル基地局１の間で通信が行われる。

以上の処理により、他のセルに在圏している移動機２を、フェムトセルＣ₁に移行させることができる。

また、リスニングモードでの動作が１日に１回などの所定のタイミングで繰り返し行われることにより、マクロセルの構成に変更が生じた場合であっても、その変更に対応しつつ、移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させることができる。

［変形例］
以上においては、コンペティング周波数方式、オーバーラップ周波数方式、および妨害波方式の３つの方式の中からいずれかの在圏方式が選択されるものとしたが、コンペティング周波数方式と妨害波方式の２つの方式の中から選択されるようにしてもよい。

この場合、マクロセル基地局により使用されている周波数帯域が１つの周波数帯域である場合にはコンペティング周波数方式が選択され、それ以外の場合には妨害波方式が選択されることになる。

フェムトセル基地局１が２つの周波数帯域の電波を同時に発射することができる場合の在圏方式の選択について説明する。

図１２は、コンペティング周波数方式の他の例を示す図である。

リスニングモードでの動作によって、図１２Ａに示すように周波数軸上で離れた位置にある周波数帯域Ｆ₁とＦ₃の２つの周波数帯域が使用済みであることが検出された場合、フェムトセル基地局１はコンペティング周波数方式を選択する。

この場合、フェムトセル基地局１は、図１２Ｂに示すような、使用済みのそれぞれの電波と競合させるように周波数帯域Ｆ₁の電波と周波数帯域Ｆ₃の電波を発射する。フェムトセル基地局１が発射する電波の強度は、マクロセル基地局からの電波の受信強度よりも高い強度である。

これにより、図１２Ｃに示すように、フェムトセル基地局１が発射する電波によって、両方のマクロセル基地局からの電波を劣化させることができ、移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させることが可能になる。

フェムトセルＣ₁に在圏した移動機２との間では、周波数帯域Ｆ₁とＦ₃のうちのいずれかの周波数帯域を使用して通信が行われる。

図１３は、オーバーラップ周波数方式の他の例を示す図である。

リスニングモードでの動作によって、図１３Ａに示すように周波数軸上で隣接した周波数帯域Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₄の３つの周波数帯域が使用済みであることが検出された場合、フェムトセル基地局１はオーバーラップ周波数方式を選択する。

この場合、フェムトセル基地局１は、図１３Ｂに示すような、使用済みの周波数帯域の中心周波数ｆ₂とｆ₃の中間の周波数である周波数ｆ_2.5と、中心周波数ｆ₃とｆ₄の中間の周波数である周波数ｆ_3.5を中心周波数として選択する。

また、フェムトセル基地局１は、周波数ｆ_2.5を中心周波数とする3.84MHzの帯域幅の電波と、周波数ｆ_3.5を中心周波数とする3.84MHzの帯域幅の電波を発射する。フェムトセル基地局１が発射する電波の強度は、マクロセル基地局からの電波の強度より高い強度である。

これにより、図１３Ｃに示すように、フェムトセル基地局１が発射する電波によって、３つのマクロセル基地局からの電波を劣化させることができ、移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させることが可能になる。

フェムトセルＣ₁に在圏した移動機２との間では、周波数ｆ_2.5を中心周波数とする3.84MHzの帯域幅の周波数帯域と、周波数ｆ_3.5を中心周波数とする3.84MHzの帯域幅の周波数帯域のうちのいずれかの周波数帯域を使用して通信が行われる。

図１４は、コンペティング周波数方式とオーバーラップ周波数方式を組み合わせた在圏方式の例を示す図である。

リスニングモードでの動作によって、図１４Ａに示すように、周波数帯域Ｆ₁と、周波数軸上で隣接した周波数帯域Ｆ₃とＦ₄の３つの周波数帯域が使用済みであることが検出された場合、フェムトセル基地局１はコンペティング周波数方式とオーバーラップ周波数方式を組み合わせた在圏方式を選択する。

この場合、フェムトセル基地局１は、図１４Ｂに示すような、使用済みの周波数帯域Ｆ₁の電波と競合させるように周波数帯域Ｆ₁の電波を発射する。フェムトセル基地局１が発射する電波の強度は、マクロセル基地局からの電波の受信強度よりも高い強度である。

また、フェムトセル基地局１は、図１４Ｂに示すような、使用済みの周波数帯域の中心周波数ｆ₃とｆ₄の中間の周波数である周波数ｆ_3.5を中心周波数として選択し、3.84MHzの帯域幅を有する、マクロセル基地局からの電波の強度より高い強度の電波を発射する。

これにより、図１４Ｃに示すように、フェムトセル基地局１が発射する電波によって、３つのマクロセル基地局からの電波を劣化させることができ、移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させることが可能になる。

フェムトセルＣ₁に在圏した移動機２との間では、周波数帯域Ｆ₁と、周波数ｆ_3.5を中心周波数とする3.84MHzの帯域幅の周波数帯域のうちのいずれかの周波数帯域を使用して通信が行われる。

フェムトセル基地局１が２つの周波数帯域の電波を同時に発射することができる場合、使用済みの周波数帯域が３つあり、１つの周波数帯域が他の２つの隣接する周波数帯域と周波数軸上で離れているときであっても、コンペティング周波数方式とオーバーラップ周波数方式を組み合わせた在圏方式によって移動機２をフェムトセルＣ₁に在圏させることが可能になる。

フェムトセル基地局１が２つの周波数帯域の電波を同時に発射することができる場合、周波数軸上で離れた位置にある２つの周波数帯域が使用済みであるときにはコンペティング周波数方式が選択され、周波数軸上で隣接した３つの周波数帯域が使用済みであるときにはオーバーラップ周波数方式が選択され、周波数軸上で隣接した２つの周波数帯域と、その２つの周波数帯域と離れた位置にある１つの周波数帯域のあわせて３つの周波数帯域が使用済みであるときには、コンペティング周波数方式とオーバーラップ周波数方式を組み合わせた在圏方式が選択され、それ以外（４つの周波数帯域が全て使用済み）のときには妨害波方式が選択されることになる。

このように、在圏方式の選択のパターンは、フェムトセル基地局１が電波を同時に発射可能な周波数帯域の数などに応じて変更可能である。

以上においては、CDMA方式の通信システムにおいて移動機の在圏をアシストする場合について説明したが、上述した在圏のアシストは、複数の周波数帯域を使用して移動機と通信を行う他の通信方式の通信システムにも適用可能である。

フェムトセル基地局１に替えて、「ピコセル」、「マイクロセル」と呼ばれる小型セルを形成する基地局が設けられ、その基地局により、以上のようにして自身が管理するセルに対する在圏のアシストが行われるようにしてもよい。小型基地局は、フェムトセル、ピコセル、マイクロセル等の小型セルを形成する基地局である。

本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ フェムトセル基地局， ２ 移動機， ２１ ネットワーク通信部， ２２ 制御部， ２３ 無線通信部， ２４ アンテナ， ２５ 妨害波生成部， ３１ 送信部， ３２ 受信部

Claims (8)

1. 外部の基地局が発射する所定の帯域幅の電波を受信する受信手段と、
   移動機との通信に使用可能な帯域として設定された複数の周波数帯域のうちのどの周波数帯域の電波が前記受信手段により受信されたのかを検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出結果に基づいて、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域と同じ周波数帯域の前記所定の帯域幅の電波を発射する第１の方式と、前記外部の基地局により使用されている複数の周波数帯域のそれぞれに跨るように前記所定の帯域幅の電波を発射する第２の方式のうちのいずれかの方式を選択する方式選択手段と、
   前記方式選択手段により選択された方式に従って前記所定の帯域幅の電波を発射する送信手段と
   を備える小型基地局。
2. 前記送信手段から同時に発射可能な前記所定の帯域幅の電波の数が１である場合、
   前記方式選択手段は、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域が１つの周波数帯域であるとき、前記第１の方式を選択し、周波数軸上で隣接した２つの周波数帯域であるとき、前記第２の方式を選択する
   請求項１に記載の小型基地局。
3. 前記方式選択手段は、前記第１の方式と、前記第２の方式と、さらに、前記移動機との通信に使用可能な複数の周波数帯域の全域、または一部の帯域の周波数を有する妨害波を発射する第３の方式のうちのいずれかの方式を選択し、
   前記送信手段は、前記方式選択手段により前記第３の方式が選択された場合、前記妨害波と、前記移動機との通信に使用可能な複数の周波数帯域のうちのいずれかの周波数帯域の電波を発射する
   請求項１または２に記載の小型基地局。
4. 前記方式選択手段は、前記外部の基地局により使用されている複数の周波数帯域が周波数軸上で離れている場合、前記第３の方式を選択する
   請求項３に記載の小型基地局。
5. 前記送信手段から同時に発射可能な前記所定の帯域幅の電波の数が２である場合、
   前記方式選択手段は、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域が、周波数軸上で離れた２つの周波数帯域であるとき、前記第１の方式を選択し、
   前記送信手段は、前記２つの周波数帯域と同じ周波数帯域の前記所定の帯域幅の電波を発射する
   請求項１に記載の小型基地局。
6. 前記方式選択手段は、さらに、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域が、周波数軸上で隣接する３つの周波数帯域であるとき、前記第２の方式を選択し、
   前記送信手段は、前記３つの周波数帯域のうちの隣接する一方の２つの周波数帯域と他方の２つの周波数帯域にそれぞれ跨るように、前記所定の帯域幅の電波を発射する
   請求項５に記載の小型基地局。
7. 前記方式選択手段は、さらに、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域が、周波数軸上で隣接する２つの周波数帯域と、その２つの周波数帯域と離れた１つの周波数帯域との３つの周波数帯域であるとき、前記第１の方式と前記第２の方式を組み合わせた方式を選択し、
   前記送信手段は、前記２つの周波数帯域に跨るように１つの前記所定の帯域幅の電波を発射し、前記２つの周波数帯域と離れた前記１つの周波数帯域と同じ周波数帯域の前記所定の帯域幅の電波を発射する
   請求項５または６に記載の小型基地局。
8. 外部の基地局が発射する所定の帯域幅の電波を受信し、
   移動機との通信に使用可能な帯域として設定された複数の周波数帯域のうちのどの周波数帯域の電波が前記受信手段により受信されたのかを検出し、
   検出結果に基づいて、前記外部の基地局により使用されている周波数帯域と同じ周波数帯域の前記所定の帯域幅の電波を発射する第１の方式と、前記外部の基地局により使用されている複数の周波数帯域のそれぞれに跨るように前記所定の帯域幅の電波を発射する第２の方式のうちのいずれかの方式を選択し、
   選択した方式に従って前記所定の帯域幅の電波を発射する
   ステップを含む小型基地局の通信方法。

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