次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。具体的には、(1)無線通信システムの構成、(2)無線通信システムの動作、(3)作用・効果、(4)その他の実施形態について説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
(1)無線通信システムの構成
(1.1)無線通信システムの全体概略構成
図1は、本発明の実施形態に係る無線通信システム1の全体概略構成図である。無線通信システム1は、例えば、第3.9世代(3.9G)携帯電話システムであるLTE Release9 や、第4世代(4G)携帯電話システムとして位置づけられているLTE-Advancedに基づく構成を有する。
図1に示すように、無線通信システム1は、電波到達範囲である大セル(例えば、マクロセル)MC1を形成する大セル基地局(例えば、マクロセル基地局)100と、電波到達範囲である小セル(例えば、フェムトセル)FC1及びFC2をそれぞれ形成する小セル基地局(例えば、フェムトセル基地局)300a及び300bとを有する。大セルMC1の半径は、例えば数百[m]程度であり、小セルFC1及びFC2のそれぞれの半径は、例えば数[m]から十数[m]程度である。大セル基地局100には無線端末200が接続している。
なお、以下においては、小セルFC1及びFC2を区別しないときは単に「小セルFC」と称し、小セル基地局300a及び300bを区別しないときは単に「小セル基地局300」と称する。
大セル基地局100は、通信事業者がセル間干渉を考慮した置局設計に基づく場所に設置される。一方、小セル基地局300は、ユーザにより任意の場所(具体的には、室内)に設置される程度に小型に構成されている。小セル基地局300は、大セル基地局100のトラフィックを分散させることや、大セルMC1内の不感地帯をカバーすることを目的として、大セルMC1内に設置されている。
大セル基地局100及び小セル基地局300は、ネットワーク500に接続されている。ネットワーク500は、LAN、インターネット等でもよく、大セル基地局100及び小セル基地局300との間に設定された専用のネットワークでもよい。
大セル基地局100と無線端末200とが接続して通信を行っている場合における、当該通信に用いられる下りリンク(大セル基地局100から無線端末200に向かうリンクであり、以下、「大セル下りリンク」と称する)の周波数帯域と、小セル基地局300と図示しない無線端末とが接続して通信を行っている場合における、当該通信に用いられる下りリンク(小セル基地局300から図示しない無線端末に向かうリンクであり、以下、「小セル下りリンク」と称する)の周波数帯域とが同一である場合、小セル基地局300から図示しない無線端末へ下りリンクを用いて送信される無線信号によって、大セル基地局100と無線通信を行っている無線端末200は干渉を受けることになる。
本実施形態では、上述したように、無線端末200が小セル基地局300から干渉を受ける場合に、大セル基地局100は、小セル基地局300の下りリンクの送信電力を制御することによって、干渉を低減させる。
(1.2)大セル基地局の構成
図2は、大セル基地局100の構成を示すブロック図である。図2に示すように、大セル基地局100は、PF(Propotional Fair)方式を採用しており、アンテナ部101、無線通信部110、制御部120、記憶部130及び有線通信部140を有する。
無線通信部110は、例えば無線周波数(RF)回路やベースバンド(BB)回路等を用いて構成され、アンテナ部101を介して、無線信号の送受信を行う。また、無線通信部110は、送信信号の符号化及び変調と、受信信号の復調及び復号とを行う。
制御部120は、例えばCPUを用いて構成され、大セル基地局100が具備する各種の機能を制御する。記憶部130は、例えばメモリを用いて構成され、大セル基地局100の制御等に用いられる各種の情報を記憶する。有線通信部140は、ネットワーク500を介して、図示しない他の大セル基地局や小セル基地局300との通信を行う。
制御部120は、受信処理部121、特定部123、決定部122、帯域使用制限情報送信部124、割当部125、帯域使用制限解除情報送信部126及び解放部127を有する。
受信処理部121は、無線端末200における通信品質を示す情報を当該無線端末200からアンテナ部101及び無線通信部110を介して受信する。ここで、無線端末200における通信品質を示す情報とは、CQI(Channnel Quality Indicator)と、無線端末200における小セル基地局300からの参照信号の受信電界強度(以下、「RSRP(小セル基地局→大セル端末)」と称する)と、無線端末200における、当該無線端末200が接続している大セル基地局100からの参照信号の受信電界強度(以下、「RSRP(大セル基地局→大セル端末)」と称する)と、無線端末200における、当該無線端末200が接続していない大セル基地局、すなわち、大セル基地局100以外の大セル基地局(以下、「他大セル基地局」と称する)からの参照信号の受信電界強度(以下、「RSRP(他大セル基地局→大セル端末)」と称する)とである。
なお、RSRP(小セル基地局→大セル端末)は、無線端末200が小セル基地局300から受ける干渉量を示す情報としても使用される。また、RSRP(小セル基地局→大セル端末)は、無線端末200において参照信号の送信元である小セル基地局300毎に測定され、対応する小セル基地局300の識別情報であるIDが含まれる。更には、RSRP(他大セル基地局→大セル端末)は、無線端末200において参照信号の送信元である他大セル基地局毎に測定される。
次に、受信処理部121は、受信したCQI、RSRP(小セル基地局→大セル端末)、RSRP(大セル基地局→大セル端末、及び、RSRP(他大セル基地局→大セル端末)に基づいて、送信元の無線端末200が、小セル基地局300から所定値以上の干渉を受けているか否かを判定する。
具体的には、受信処理部121は、無線端末200が受ける全干渉量であるI(大セル端末)を算出する。I(大セル端末)の算出には、以下の第1乃至第3の手法が用いられる。
第1の手法では、受信処理部121は、RSRP(小セル基地局→大セル端末)とRSRP(他大セル基地局→大セル端末)の合計値を算出する。
次に、受信処理部121は、RSRP(小セル基地局→大セル端末)とRSRP(他大セル基地局→大セル端末)の合計値に、予め定められている熱雑音電力値を加算して、I(大セル端末)を得る。ここで、熱雑音電力値は、記憶部130に記憶されている。あるいは、熱雑音電力値は、無線端末200から送信される。
第2の手法では、受信処理部121は、CQIに基づいて、無線端末200における大セル下りリンクに対応するSINR(Signal to Interference and Noise Ratio)を算出する。次に、受信処理部121は、RSRP(大セル基地局→大セル端末)をSINRで除算して、I(大セル端末)を得る。
第3の手法では、受信処理部121は、CQIに基づいて、無線端末200における大セル下りリンクに対応するSINRを算出する。
ここで、制御部120は、大セル基地局100と無線端末200とが接続して通信を行っている場合における、当該通信に用いられる上りリンク(無線端末200から大セル基地局100に向かうリンクであり、以下、「大セル上りリンク」と称する)の伝搬損失(以下、「上り伝搬損失」と称する)を測定する。ここで、上り伝搬損失とは、距離減衰、シャドウィング損失、地物通過損失を含めたものである。
受信処理部121は、上り伝搬損失から大セル下りリンクの伝搬損失(以下、「下り伝搬損失」と称する)PLを推定する。例えば、受信処理部121は、上り伝搬損失を下り伝搬損失と見なす。また、受信処理部121は、上り伝搬損失に対して所定の補正値を加えた値を下り伝搬損失と見なす。
次に、受信処理部121は、大セル基地局100における大セル下りリンクの送信電力密度(以下、「下り送信電力密度」)Pを取得する。例えば、下り送信電力密度Pは、記憶部130に記憶されている。更に、受信処理部121は、下り送信電力密度Pを下り伝搬損失PLで除算し、更に、除算により得られた値を、SINRで除算することにより、I(大セル端末)を得る。
上述した第1乃至第3の手法によって、I(大セル端末)が算出された後、受信処理部121は、RSRP(小セル基地局→大セル端末)をI(大セル端末)で除算することによって、無線端末200が受ける全干渉量に対する、RSRP(小セル基地局→大セル端末)に対応する小セル基地局300によって無線端末200が受ける干渉量の割合(以下、「小セル基地局干渉量割合」と称する)を算出する。ここで、受信処理部121は、複数のRSRP(小セル基地局→大セル端末)を取得した場合、換言すれば、無線端末200が複数の小セル基地局300から干渉を受けている場合には、各小セル基地局300に対応するRSRP(小セル基地局→大セル端末)毎に、当該RSRP(小セル基地局→大セル端末)をI(大セル端末)で除算することによって、小セル基地局300毎に、小セル基地局干渉量割合を算出する。
更に、受信処理部121は、算出された小セル基地局干渉量割合が閾値α以上であるか否かを判定する。ここで、閾値αは0乃至1の実数値(例えば0.9)であり、無線通信システム1において予め定められ、記憶部130に記憶されている。
小セル基地局干渉量割合が閾値α以上である場合には、無線端末200が小セル基地局300から受ける干渉の影響が大きい。この場合、制御部120は、PF方式でのリソースブロックの割り当てを中断し、無線端末200に割り当てるリソースブロックと周波数帯域が一部又は全て一致するリソースブロックを、小セル基地局300によって当該小セル基地局300と接続している他の無線端末に割り当てられることのないように制御を行う。
決定部122は、小セル基地局300から受ける干渉の影響が大きい無線端末200に対して、新たに割り当てるリソースブロックを決定する。
特定部123は、無線端末200が受ける干渉の発生源である小セル基地局300への信号の伝送遅延時間を特定する。無線端末200が受ける干渉の発生源である小セル基地局300が複数存在する場合には、小セル基地局300毎に伝送遅延時間が特定される。
例えば、伝送遅延時間は、予め定められており、過去の統計等によって、遅くとも当該伝送遅延時間内に小セル基地局300へ到達すると予測される時間であり、例えば20[ms]である。この場合、伝送遅延時間は、記憶部130に記憶されており、特定部123は、記憶部130内の伝送遅延時間を読み出す。
あるいは、伝送遅延時間は、無線通信システム1におけるネットワークの構成時に測定された伝送遅延時間である。例えば、LTEでは、X2コネクションでのセットアップ時に、大セル基地局100が「X2 SETUP REQUEST」メッセージを送信し、当該メッセージの応答として小セル基地局300から「X2 SETUP RESPONSE」メッセージが返される。この際、「X2 SETUP REQUEST」メッセージの送信から「X2 SETUP RESPONSE」メッセージの受信までの時間の1/2が伝送遅延時間として測定され、記憶部130に記憶される。特定部123は、記憶部130内の伝送遅延時間を読み出す。
あるいは、大セル基地局100が、周期的に所定の信号(例えば、ネットワーク500がLANやインターネット等のTCP/IPを採用するネットワークである場合には、ping))を小セル基地局300へ送信し、当該小セル基地局300からの応答信号を受信する。特定部123は、最新の信号の送信から応答信号の受信までの時間の1/2を伝送遅延時間として特定する。更には、特定部123は、小セル基地局300からのOI(Overload Indicator)等の周期的に送信されるメッセージの受信間隔に基づいて、伝送遅延時間の変化を特定し、当該変化に応じて伝送遅延時間を補正する。具体的には、伝送遅延時間は、メッセージの受信間隔が長いほど、長くなるように補正される。
あるいは、特定部123は、小セル基地局300における周波数帯域の使用制限がなされた場合における、無線端末200から送信されるCQIの変化に基づいて、伝送遅延時間を特定する。具体的には、小セル基地局300における周波数帯域の使用制限がなされた場合には、CQIがそれまでより向上する。この場合、特定部123は、大セル基地局100が、後述する帯域使用制限情報を送信してから、CQIが向上するまでの時間を伝送遅延時間として特定する。この場合、特定された伝送遅延時間は、記憶部130に記憶され、小セル基地局300における周波数帯域の使用制限の解除や、その後の周波数帯域の使用制限の際に用いられる。
小セル基地局干渉量割合が閾値α以上である場合、帯域使用制限情報送信部124は、決定部122により決定されたリソースブロックに対応する周波数帯域の使用制限を示す帯域使用制限情報を生成する。この帯域使用制限情報には、使用制限すべき周波数帯域の情報が含まれる。
更に、帯域使用制限情報送信部124は、生成した帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを、有線通信部140及びネットワーク500を介して、小セル基地局300へ送信する。ここで、送信先は、小セル基地局干渉量割合のうち、閾値α以上である小セル基地局干渉量割合の算出に用いたRSRP(小セル基地局→大セル端末)に対応する1又は複数の小セル基地局300である。
小セル基地局300は、帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを受信した場合、当該帯域使用制限情報に含まれる周波数帯域に対応するリソースブロックについて、他の無線端末への割当を制限する。もし、帯域使用制限情報に含まれる周波数帯域に対応するリソースブロックが既に割当済みである場合には、小セル基地局300は、当該リソースブロックを解放する。
割当部125は、帯域使用制限情報送信部124によって帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージが送信されてから伝送遅延時間に相当する時間が経過したか否かを判定する。ここで、帯域使用制限情報送信部124が複数の小セル基地局300に対して、帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを送信した場合には、割当部125は、送信先の小セル基地局300のそれぞれに対応する伝送遅延時間のうち、最大の伝送遅延時間に相当する時間が経過したか否かを判定する。
帯域使用制限情報送信部124によって帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージが送信されてから、伝送遅延時間に相当する時間が経過した後、割当部125は、決定部122によって決定されたリソースブロックを、小セル基地局300から受ける干渉の影響が大きい無線端末200に対して割り当てる。なお、小セル基地局300が、帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを受信した後に当該帯域使用制限情報に含まれる周波数帯域に対応するリソースブロックについて、他の無線端末への割り当てを制限するまでの処理時間を考慮して、割当部125は、帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージが送信されてから、伝送遅延時間と小セル基地局300における割当制限の処理時間とを加えた時間に相当する時間が経過した後に、決定部122によって決定されたリソースブロックを、小セル基地局300から受ける干渉の影響が大きい無線端末200に対して割り当てるようにしてもよい。この場合、小セル基地局300における割り当て制限の処理時間は、予め定められて記憶部130に記憶されている。
帯域使用制限解除情報送信部126は、割当部125によって無線端末200にリソースブロックが割り当てられた後の所定のタイミングである、リソースブロックの解放タイミングになったか否かを判定する。ここで、リソースブロックの解放タイミングとは、例えば、割当部125によって無線端末200にリソースブロックが割り当てられてから所定時間が経過した時のタイミングである。
リソースブロックの解放タイミングである場合、帯域使用制限解除情報送信部126は、決定部122により決定されたリソースブロックに対応する周波数帯域の使用制限の解除を示す帯域使用制限解除情報を生成する。この帯域使用制限解除情報には、使用制限を解除すべき周波数帯域の情報が含まれる。
更に、帯域使用制限解除情報送信部126は、生成した帯域使用制限解除情報を含んだRNTPメッセージを、有線通信部140及びネットワーク500を介して、小セル基地局300へ送信する。ここで、送信先は、帯域使用制限情報送信部124による、帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージの送信先の小セル基地局300と同一である。
解放部127は、帯域使用制限解除情報送信部126によって帯域使用制限解除情報を含んだRNTPメッセージが送信されてから伝送遅延時間に相当する時間が経過するまでに、割当部125によって無線端末200に割り当てられたリソースブロックを解放する。ここで、帯域使用制限解除情報送信部126が複数の小セル基地局300に対して、帯域使用制限解除情報を含んだRNTPメッセージを送信した場合には、解放部127は、送信先の小セル基地局300のそれぞれに対応する伝送遅延時間のうち、最小の伝送遅延時間に相当する時間が経過するまでに、割当部125によって無線端末200に割り当てられたリソースブロックを解放する。その後、制御部120は、PF方式でのリソースブロックの割り当てを再開する。
小セル基地局300は、帯域使用制限解除情報を含んだRNTPメッセージを受信した場合、当該帯域使用制限解除情報に含まれる周波数帯域に対応するリソースブロックについて、割り当て制限を解除する。
(2)無線通信システムの動作
次に、無線通信システム1の動作について説明する。
図3は、無線通信システム1の動作のタイムチャートを示す図である。図3に示すように、大セル基地局100は、当該大セル基地局100に接続している無線端末からのCQI、RSRP(小セル基地局→大セル端末)、RSRP(大セル基地局→大セル端末)、及び、RSRP(他大セル基地局→大セル端末)を受信する。
その後、大セル基地局100は、無線端末200に対して割り当てるリソースブロックを決定するとともに、帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを小セル基地局300へ送信する。
小セル基地局300は、大セル基地局100が帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを小セル基地局300へ送信してから伝搬遅延時間(T2−T1)に相当する時間が経過した時に、当該帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを受信する。その後、小セル基地局300は、帯域使用制限情報に応じて、所定のリソースブロックの使用制限を行う。
一方、大セル基地局100は、帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを送信してから伝搬遅延時間(T2−T1)に相当する時間が経過した後、無線端末200に対して、決定したリソースブロックを割り当てる。
その後、リソースブロックの解放タイミングになると、大セル基地局100は、帯域使用制限解除情報を含んだRNTPメッセージを小セル基地局300へ送信する。更に、大セル基地局100は、帯域使用制限解除情報を含んだRNTPメッセージを小セル基地局300へ送信してから伝搬遅延時間(T4−T3)に相当する時間が経過するまでに、無線端末200に対して割り当てていたリソースブロックを解放する。
一方、小セル基地局300は、大セル基地局100が帯域使用制限解除情報を含んだRNTPメッセージを送信してから伝搬遅延時間(T4−T3)に相当する時間が経過した時に、当該帯域使用制限解除情報を含んだRNTPメッセージを受信する。その後、小セル基地局300は、帯域使用制限解除情報に応じて、使用を制限していたリソースブロックについて、その使用制限を解除する。
次に、大セル基地局100の動作を説明する。
図4は、大セル基地局100の第1の動作を示すフローチャートである。ステップS101において、大セル基地局100内の制御部120は、無線端末200における通信品質を示す情報である、CQI、RSRP(小セル基地局→大セル端末)、RSRP(大セル基地局→大セル端末)、及び、RSRP(他大セル基地局→大セル端末)を受信する。
ステップS102において、制御部120は、無線端末200が小セル基地局300によって所定値以上の干渉を受けているか否か、具体的には、無線端末200が受ける全干渉量に対する、RSRP(小セル基地局→大セル端末)に対応する小セル基地局300によって無線端末200が受ける干渉量の割合(小セル基地局干渉量割合)が閾値α以上であるか否かを判定する。
無線端末200が小セル基地局300によって所定値以上の干渉を受けている場合には、一連の動作が終了する。一方、無線端末200が小セル基地局300によって所定値以上の干渉を受けている場合、ステップS103において、制御部120は、無線端末200に対して、新たに割り当てるリソースブロックを決定する。
ステップS104において、制御部120は、無線端末200が受ける干渉の発生源である小セル基地局300への信号の伝送遅延時間を特定する。
ステップS105において、制御部120は、ステップS103において決定したリソースブロックに対応する周波数帯域の使用制限を示す帯域使用制限情報を生成する。更に、制御部120は、生成した帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを小セル基地局300へ送信する。
ステップS106において、制御部120は、帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを送信してから伝送遅延遅延時間に相当する時間が経過したか否かを判定する。帯域使用制限情報を含んだRNTPメッセージを送信してから伝送遅延遅延時間に相当する時間が経過した場合、ステップS107において、制御部120は、ステップS103において決定したリソースブロックを無線端末200に対して割り当てる。
図5は、大セル基地局100の第2の動作を示すフローチャートである。
ステップS201において、大セル基地局100内の制御部120は、リソースブロックの解放タイミングであるか否かを判定する。リソースブロックの解放タイミングである場合、ステップS202において、制御部120は、図4のステップS104において決定したリソースブロックに対応する周波数帯域の使用制限の解除を示す帯域使用制限解除情報を生成する。更に、制御部120は、生成した帯域使用制限解除情報を含んだRNTPメッセージを小セル基地局300へ送信する。
ステップS203において、制御部120は、帯域使用制限解除情報を含んだRNTPメッセージを送信してから、伝送遅延時間に相当する時間が経過するまでに、ステップS107において無線端末200に割り当てたリソースブロックを解放する。
(3)作用・効果
本実施形態における無線通信システム1は、大セル基地局100は、当該大セル基地局100に接続している無線端末200に対して、リソースブロックを割り当てようとする際において、当該リソースブロックに対応する周波数帯域の使用制限を示す帯域使用制限情報を、小セル基地局300へ送信した場合、当該送信から、大セル基地局100から小セル基地局300への信号の伝送遅延時間が経過した後に、リソースブロックを無線端末200へ割り当てる。従って、大セル基地局100は、小セル基地局300が使用制限されたリソースブロックを解放した後に、当該リソースブロックと周波数帯域が一部又は全て一致するリソースブロックを無線端末200に割り当てることが可能となり、同一周波数帯域が大セル基地局100と小セル基地局300とで使用されることが防止され、干渉の発生が抑制される。
また、大セル基地局100は、当該大セル基地局100に接続している無線端末200に割り当てているリソースブロックを解放しようとする際において、当該リソースブロックに対応する周波数帯域の使用制限の解除を示す帯域使用制限解除情報を、小セル基地局300へ送信した場合、当該送信から、大セル基地局100から小セル基地局300への信号の伝送遅延時間が経過するまでに、リソースブロックを解放する。従って、大セル基地局100は、小セル基地局300が使用制限の解除されたリソースブロックを割り当てる前に、当該リソースブロックと周波数帯域が一部又は全て一致するリソースブロックを解放することが可能となり、同一周波数帯域が大セル基地局100と小セル基地局300とで使用されることが防止され、干渉の発生が抑制される。
(4)その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの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形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
上述した実施形態では、大セル基地局100が、マクロセルを形成するマクロセル基地局であり、小セル基地局300が、フェムトセルを形成するフェムトセル基地局である場合について説明したが、大セル基地局100と小セル基地局300は、これらに限定されず、小セル基地局300が形成する小セルが大セル基地局100が形成する大セルよりも小さいという関係にあればよい。例えば、大セル基地局100が、マクロセルを形成するマクロセル基地局である場合には、小セル基地局300は、マイクロセルあるいはピコセルを形成する基地局とすることができる。また、大セル基地局100が、マイクロセルを形成するマイクロセル基地局である場合には、小セル基地局300は、ピコセルあるいはフェムトを形成する基地局とすることができる。更には、大セル基地局100が、ピコセルを形成するピコセル基地局である場合には、小セル基地局300は、フェムトを形成する基地局とすることができる。
また、上述した実施形態では、大セル基地局100は、PF方式を最小しているが、ラウンドロビン方式を採用する場合にも、同様に本発明を適用することができる。
また、上述した実施形態では、無線通信システム1は、LTE Release 9やLTE-Advancedに基づく構成であったが、他の通信規格に基づく構成であってもよい。
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形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。