JP5252881B2 - 移動通信システムで使用される基地局及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は移動通信システムで使用される基地局及び方法に関する。
現在Ｗ−ＣＤＭＡの標準化団体３ＧＰＰにより、Evolved UTRA又はロングタームエボリューション(LTE: Long Term Evolution)システムの検討が進められている。LTEシステムは、ワイドバンド符号分割多重接続(Ｗ−ＣＤＭＡ)方式、高速ダウンリンクパケットアクセス(ＨＳＤＰＡ)方式、高速アップリンクパケットアクセス（ＨＳＵＰＡ）方式等の後継となる通信方式のシステムである。ＬＴＥシステムでは、下りリンクについて直交周波数分割多重接続(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式が使用され、上りリンクについてはシングルキャリア周波数分割多重接続(SC-FDMA: Single-Carrier Frequency Division Multiple Access)方式が使用される（これについては例えば、非特許文献１参照）。
ＬＴＥシステムでは、下りリンク及び上りリンク両方において、移動局（より一般的には、移動局及び固定局を含むユーザ装置（UE: User Equipment）に１つ以上のリソースブロックを割り当てることで通信が行われる。リソースブロックはシステム内の多数の移動局で共有される。基地局は、ＬＴＥでは１ｍｓであるサブフレーム（Sub-frame）毎に複数の移動局の中でどの移動局にリソースブロックを割り当てるかを決定する。サブフレームは、送信時間間隔(ＴＴＩ)と呼ばれてもよい。このプロセスはスケジューリングと呼ばれる。下りリンクにおいては、基地局は、スケジューリングで選択された移動局宛に、１以上のリソースブロックで共有チャネルを送信する。この共有チャネルは、下り物理共有チャネル(PDSCH: Physical Downlink Shared CHannel)と呼ばれる。上りリンクにおいては、スケジューリングで選択された移動局が、基地局に対して１以上のリソースブロックで共有チャネルを送信する。この共有チャネルは、上り物理共有チャネル(PUSCH: Physical Uplink Shared CHannel)と呼ばれる。
共有チャネルを用いた通信システムでは、サブフレーム毎に、どのユーザ装置に対して上記共有チャネルを割り当てるかをシグナリング（通知）する必要がある。このシグナリングに用いられる制御チャネルは、ＬＴＥでは、下り物理制御チャネル（PDCCH: Physical Downlink Control Channel)または下りＬ１／Ｌ２制御チャネル(DL-L1/L2 Control Channel）と呼ばれる。物理下りリンク制御チャネルＰＤＣＣＨには、例えば、下りスケジューリング情報 (Downlink Scheduling Information)、送達確認情報(ACK/NACK: Acknowledgement information)、上りスケジューリング情報 (Uplink Scheduling Grant)、送信電力制御コマンドビット(TPCコマンドビット: Transmission Power Control Command Bit)等が含まれてよい。
上りリンクについての制御チャネルは、上り物理共有チャネル(PUSCH)が送信される場合にはPUSCHに割り当てられたリソースで伝送され、そうでなければ制御チャネル専用のリソースで伝送される。前者はPUSCHに使用された上りスケジューリング情報を含む。後者は上り物理制御チャネル(PUCCH: Physical Uplink Control CHannel)と呼ばれる。上りリンクの制御チャネルには、下りリンクの品質情報(CQI: Channel Quality Indicator)及び物理下りリンク共有チャネルの送達確認情報(ACK/NACK)等が伝送される。ＣＱＩは、下りリンクにおける共有物理チャネルのスケジューリング処理や適応変復調及び符号化処理(AMCS: Adaptive Modulation and Coding Scheme)等に使用される。送達確認情報の内容は、送信信号が適切に受信されたことを示す肯定応答(ＡＣＫ)又はそれが適切に受信されなかったことを示す否定応答(ＮＡＣＫ)の何れかで表現される。
ところで、局データのような無線パラメータは現行システムではほぼ固定的に維持され、基地局のリセット時等のような滅多に起きない何らかのタイミングでしか更新されない。それは長期間にわたって不変に固定されるので、無線パラメータの値は最悪の状況（ワーストケース）に備えて十分に大きなマージンと共に設定される必要がある。
LTEシステムでも、システム帯域の内PUCCHの占める帯域の割合や、送信電力制御(TPC)における目標電力値等の無線パラメータは、局データとして基地局に設定されることになる。しかしながら通信状況は様々に変わる性質があり、サービス内容の多種多様化、広帯域化、高速化等が高度に進む将来のシステムではなおさら通信状況が変化するかもしれない。局データの全ての無線パラメータを現行システムと同様に固定的に維持することは、無線リソースの有効活用を図る等の観点からは好ましくない。
3GPP TS 36.211(V8.0.0), Sept 2007
本発明の課題は、基地局の無線パラメータを通信状況に応じて動的に更新できるようにすることである。
本発明の実施形態による基地局は、
ＬＴＥ方式の移動通信システムで使用される基地局であって、
セル内のユーザ数及びトラフィック量の内の１つ以上を表す統計データを測定する測定手段と、
上り物理共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）が割り当てられていないユーザ装置から制御情報を受信するために専用に設定される上り物理制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）の帯域幅がシステム帯域幅に占める割合を示す無線パラメータと統計データとの間の所定の対応関係から、測定された現在の統計データに対応する無線パラメータの値を導出する導出手段と、
を有し、当該基地局に局データとして設定される無線パラメータの値は、前記導出手段により導出された値に自動的に更新される、基地局である。
本発明によれば、基地局の無線パラメータを通信状況に応じて動的に更新できるようになる。
本発明の一形態によれば、無線パラメータを統計データに基づいて適応的に更新するので、通信状況に相応しいリソース管理（例えば、PUCCHのリソース量の管理や、TPCの目標値管理）を実現できる。通信状況に応じて無線パラメータを自動的に更新できるので、ワーストケースを常に想定しながら過大なマージンと共に無線パラメータを固定することに比べて、無線リソースを大幅に活用できるようになる。
本発明の一形態では、対応関係を表すテーブルを保持する記憶手段が基地局に更に設けられてもよい。
対応関係は、ユーザ数及び／又はトラフィック量である統計データと、上り物理共有チャネル(PUCCH)のシステム帯域に占める割合との関係を表してもよい。
ユーザのセル内の分布はパスロスの値で区分けされてもよい。そして、対応関係は、ユーザ装置の送信電力制御の目標電力値とパスロスの値との関係を表してもよい。
目標電力値(TSINR(n))は、
TSINR(n)=TSINR0−n×ΔTSINR ［dB］
で表現されてもよい。ここで、ｎは区分けされたパスロスの値を指定し、TSINR0及びΔTSINRは局データとして設定される無線パラメータを表す。そして、対応関係は、TSINR0と、TSINRと、トラフィックとの関係を表してもよい。
発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされるが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。
＜システム＞
図１は本発明の一実施例による移動通信システムを示す。移動通信システム１０００は、例えばＬＴＥ（Evolved UTRA and UTRAN又はSuper 3Gでもよい）が適用されるシステムである。移動通信システム１００は、基地局（eNB）２００と、基地局２００と通信する複数の移動局１００ｎ（１００１、１００２、１００３、・・・１００ｎ、ｎは正の整数）を含む。基地局２００は、上位局、例えばアクセスゲートウェイ装置３００と接続され、アクセスゲートウェイ装置３００は、コアネットワーク４００と接続される。移動局１００ｎはセル５０において基地局２００とＬＴＥにより通信を行っている。
各移動局（１００１、１００２、１００３、・・・１００ｎ）は、同一の構成、機能、状態を有するものとする。説明の便宜上、基地局と無線通信するのは移動局であるとするが、より一般的には移動局だけでなく固定局をも含むユーザ装置（UE: User Equipment）と言及されてもよい。
移動通信システム１０００では、無線アクセス方式として、下りリンクについてはＯＦＤＭ（直交周波数分割多元接続）が使用され、上りリンクについてはＳＣ−ＦＤＭＡ（シングルキャリア−周波数分割多元接続）が適用される。ＯＦＤＭは、周波数帯域を複数の狭い周波数帯域（サブキャリア）に分割し、各サブキャリアにデータをマッピングして通信を行うマルチキャリア伝送方式である。ＳＣ−ＦＤＭＡは、周波数帯域を端末毎に分割し、複数の端末が互いに異なる周波数帯域を用いることで、端末間の干渉を低減するシングルキャリア伝送方式である。
＜基地局＞
図２は本発明の一実施例による基地局２００を示す。基地局２００は、送受信アンテナ２０２と、アンプ部２０４と、送受信部２０６と、ベースバンド信号処理部２０８と、無線リソース制御部２１０と、伝送路インターフェース２１２と、トラフィック測定部２１４とを備える。
下りリンクにより基地局２００から移動局１００ｎに送信されるユーザデータは、基地局２００の上位に位置する上位局、例えばアクセスゲートウェイ装置３００から伝送路インターフェース２１２を介してベースバンド信号処理部２０８に入力される。
ベースバンド信号処理部２０８では、ユーザデータの分割・結合、RLC(radio link control)再送制御の送信処理などのＲＬＣレイヤーの送信処理、ＭＡＣ(Medium Access Control)再送制御、例えばＨＡＲＱの送信処理、スケジューリング、伝送フォーマット選択、チャネル符号化、逆高速フーリエ変換(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)処理等が行われ、処理後の信号が送受信部２０６に転送される。また、下りリンク制御チャネルである物理下りリンク制御チャネルの信号に関しても、チャネル符号化や逆高速フーリエ変換等の送信処理が行われて、送受信部２０６に転送される。
送受信部２０６では、ベースバンド信号処理部２０８から出力されたベースバンド信号が無線周波数帯に変換されるように周波数変換処理が行われ、その後信号はアンプ部２０４で増幅されて送受信アンテナ２０２より送信される。
一方、基地局２００は上りリンクで移動局１００ｎから送信されたデータを受信する。送受信アンテナ２０２で受信された無線周波数信号はアンプ部２０４で増幅され、送受信部２０６で周波数変換されてベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部２０８に入力される。
ベースバンド信号処理部２０８では、入力されたベースバンド信号に含まれるユーザデータに対して、ＦＦＴ処理、誤り訂正復号、ＭＡＣ再送制御の受信処理、ＲＬＣレイヤーの受信処理がなされ、処理後の信号は伝送路インターフェース２１２を介してアクセスゲートウェイ装置３００に転送される。
無線リソース制御部２１０は、通信チャネルの設定や解放等の呼処理や、無線基地局２００の状態管理や、無線リソースの管理を行う。無線リソース制御部は、時間変化する統計データを収集し、統計データに基づいて、局データとして設定される無線パラメータの制御を行う。統計データは、例えば、セル内のユーザ数、ユーザのセル内での分布状況、トラフィック量等で表現されてよい。無線パラメータの更新動作については後述される。
トラフィック測定部２１４は、移動局に送信する及び／又は移動局から受信したトラフィック量を測定する。
＜動作例＞
図３は本発明の一実施例による動作例を示すフローチャートを示す。ステップS11では、基地局に局データが初期設定される。局データとしては様々なものがあるが、説明の簡明化のため、PUCCHのリソース量（システム帯域に占めるPUCCHの割合）と、送信電力制御(TPC)における目標電力値とがそれらを代表して説明される。本発明は様々な無線パラメータに適用されてもよい。
ステップS13では、様々な統計データが測定される。統計データは、システム運用中に時間と共に変化する量であり、例えばセル内のユーザ数、セル内でのユーザの分布状況、各ユーザの通信するトラフィック量、システム全体で通信するトラフィック量等でもよいが、これらに限定されない。セル内でのユーザの分布状況は、ユーザの位置座標から直接的に求められてもよいし、或いはパスロスのようなシャドーイングや距離減衰を反映する何らかの量で間接的に求められてもよい。本実施例では、パスロスの値でユーザのセル内の分布状況が推定される。
ステップS15では、収集された統計データからその時点における最適な無線パラメータの値が導出される。適切な如何なる導出方法が使用されもよい。例えば統計データから何らかの数式に基づいて無線パラメータの最適値が導出されてもよいし、一覧テーブルを参照することで最適値が導出されてもよいし、数式による計算に加えて一覧テーブルが参照されてもよい。
図４は、現在のトラフィック量のレベルから、PUCCHのリソース量を導出する一覧テーブル例を示す。「トラフィック量のレベル」はシステム全体で通信される上り又は下りのトラフィック量の多少を示す。概してトラフィック量の多少はユーザ数の多少に関連付けられてもよい。図示の例では、レベルの数値が大きいほどトラフィック量も大きい。「PUCCHの占める割合」は、システム帯域全体に対してPUCCHがどの程度の帯域を占めるかを示す。例えば、システム帯域が10MHzであり、トラフィック量のレベルが２であったならば、システム帯域の20%（2MHzの帯域幅に相当する）がPUCCHに使用される。
図５はトラフィック量（又はユーザ数）の多少に応じて、PUCCHのリソース量が変更される様子を示す。図中左側は、例えばトラフィック量のレベルが１である場合（ユーザ数が少ない場合）に相当し、システム帯域の10％がPUCCHに割り当てられていることに対応する。右側の図はトラフィック量のレベルが２である場合（ユーザ数が多い場合）に相当し、システム帯域の20％がPUCCHに割り当てられていることに対応する。
図３のステップS17では、ステップS15で導出された値で、無線パラメータが更新される。以後動作フローはステップS13に戻り、説明済みの処理を反復する。更新の頻度は適切な如何なる頻度に設定されてもよい。例えば、１日おきでもよいし、１週間おきでもよいし、昼に１度夜に一度行われてもよい。例えばある日の午前中に統計データが収集され、その統計データに基づいて次の日の午前中の無線パラメータが更新されてもよい。この場合、ある日の午後に統計データが収集され、その統計データに基づいて次の日の午後の無線パラメータが更新されることが望ましい。
本発明の実施例によれば、測定時点のユーザ数に相応しいリソース分量だけがPUCCHに割り当てられるようになり、ワーストケースを常に想定してPUSCHのリソースを過剰に少なくしなくて済むようになる。
図６は別の無線パラメータに対するテーブルを示す。このテーブルは、トラフィック量及びパスロスのレベルからTPC用無線パラメータを導出するためのテーブルである。図中、最左列の「トラフィック量のレベル」は、図４で説明されたものと同様の意味を有し、数の多少がトラフィック量の多少又はユーザ数の多少に対応する。図中最上行の「パスロスレベル」は、累積分布関数値(CDF: cumulative distribution function)が0.5になるパスロスの値を示す。一般に、パスロスの値が小さいことは、送信電力及び受信電力の差分が小さいことを示し、基地局から近いことに対応する。この場合、ユーザ装置の送信する信号は他セルに小さな干渉しか及ぼさないので、比較的大きな電力で送信することが許容される。自セルの他ユーザとの間ではFDM及びTDMにより互いの信号は直交するので、送信電力の大きさは自セルの他ユーザへの干渉には大きくは影響しない。逆に、パスロスの値が大きいことは、送信電力及び受信電力の差分が大きいことを示し、基地局から遠いこと（例えば、セル端）に対応する。この場合、ユーザ装置の送信する信号は他セルに大きな干渉を及ぼしかねないので、比較的小さな電力で送信すべきである。CDF=0.5のパスロスの値が小さかった場合、それは、ユーザが基地局近傍に集まっていることに対応する。逆にCDF=0.5のパスロスの値が大きかった場合、それは、ユーザが基地局から遠くに分散していることに対応する。このような観点から、図表中パスロスの値が大きくなるにつれて（右側に行くほど）値が小さくなっている。このような数値の関係は、例えば、
TSINR(n)＝TSINR0−ｎ×ΔT ［dB］
で表現されてよい。但し、ｎはパスロスの大小を表すパラメータであり、TSINR0は基地局近傍のユーザ装置が送信してよい最大送信電力値を示す。ΔTは所定の無線パラメータである。図６では、パスロスレベルに応じてTSINR0の値がどのように減少するかを示す。図６の表では、トラフィック量も考慮されている。即ち、トラフィック量が少ない場合（ユーザ数が少ない場合）、トラフィック量が多い場合（ユーザ数が多い場合）より大きな電力で送信されるように、TSINR0の値が変えられている。
図７は、TPC用目標値TSINR(n)がパスロスの値ｎに応じて異なるように設定されている様子を示す。図示の例では、セル内のユーザの累積分布が0.125刻みで等間隔に変化するように、基地局からの距離がグループ分けされている。例えば、CDF=0.5乃至0.625は、L4乃至L5のパスロスに対応し、この範囲内のパスロスを示すユーザは、TSINR(4)を送信電力の目標値にしなければならない。このようにパスロスレベル及びトラフィック量から適切に導出された送信電力目標値TSINR(n)を利用することで、ユーザの分布状況に相応しい送信電力を実現することができ、自セル及び他セルに過剰な干渉を与えずに済むようになり、無線リソースの有効活用やスループットの向上に寄与できる。
以上本発明に関し、LTEシステム（又はEvolved UTRAシステム）を好適実施例として説明してきたが、本発明は基地局の無線パラメータを頻繁に更新した方がよい適切な如何なるシステムにも適用できる。
本発明は特定の実施例を参照しながら説明されてきたが、各実施例は単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。各実施例の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の実施例が必要に応じて使用されてよい。説明の便宜上、本発明の実施例に係る装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウエアで、ソフトウエアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が本発明に包含される。
本発明の一実施例による移動通信システムを示す図である。 本発明の一実施例による基地局を示す図である。 本発明の一実施例による動作例を示すフローチャートを示す。 トラフィック量のレベルから、PUCCHのリソース量を導出するテーブルを示す図である。 PUCCHのリソース量が状況に応じて変わる様子を示す図である。 トラフィック量及びパスロスのレベルからTPC用無線パラメータを導出するテーブルを示す図である。 TPC用目標値がパスロスの値に応じて異なるように設定されている様子を示す図である。
符号の説明
５０ セル
１００１、１００２、１００３、１００ｎ 移動局
２００ 基地局
２０２ 送受信アンテナ
２０４ アンプ部
２０６ 送受信部
２０８ ベースバンド信号処理部
２１０ 無線リソース制御部
２１２ 伝送路インターフェース
２１４ トラフィック測定部
３００ アクセスゲートウェイ装置
４００ コアネットワーク

Claims (3)

  1. ＬＴＥ方式の移動通信システムで使用される基地局であって、
    セル内のユーザ数及びトラフィック量の内の１つ以上を表す統計データを測定する測定手段と、
    上り物理共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）が割り当てられていないユーザ装置から制御情報を受信するために専用に設定される上り物理制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）の帯域幅がシステム帯域幅に占める割合を示す無線パラメータと統計データとの間の所定の対応関係から、測定された現在の統計データに対応する無線パラメータの値を導出する導出手段と、
    を有し、当該基地局に局データとして設定される無線パラメータの値は、前記導出手段により導出された値に自動的に更新される、基地局。
  2. 前記対応関係を表すテーブルを保持する記憶手段を更に有する請求項１記載の基地局。
  3. ＬＴＥ方式の移動通信システムの基地局で使用される方法であって、
    セル内のユーザ数、ユーザの分布状況又はトラフィック量の内の１つ以上の統計データを測定する測定ステップと、
    上り物理共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）が割り当てられていないユーザ装置から制御情報を受信するために専用に設定される上り物理制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）の帯域幅がシステム帯域幅に占める割合を示す無線パラメータと統計データとの間の所定の対応関係から、測定された現在の統計データに対応する無線パラメータの値を導出する導出ステップと、
    前記基地局に局データとして設定される無線パラメータの値を、前記導出ステップにより導出された値に更新するステップと
    を有する方法。
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