JP5563657B2 - 無線通信システム、高電力基地局、低電力基地局、及び通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヘテロジーニアスネットワークが適用される無線通信システム、高電力基地局、低電力基地局、及び通信制御方法に関する。

現在運用されている第３世代及び第３．５世代セルラ無線通信システムよりも高速・大容量の通信を実現する次世代システムとして、標準化団体である３ＧＰＰ（3^rd Generation Partnership Project）で標準化されているＬＴＥ（Long Term Evolution）、及びＬＴＥを高度化したＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄがある。

ＬＴＥシステム（ＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄを含む）の下りリンクでは、無線基地局は、ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）と称されるデータ伝送用チャネルを使用して、無線端末へのユーザデータを送信する。なお、下りリンクとは、無線基地局から無線端末へ向かう方向の通信であり、上りリンクとは、無線端末から無線基地局へ向かう方向の通信である。

また、ＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄにおいては、高電力基地局（いわゆる、マクロセル基地局）の通信エリアに低電力基地局（いわゆる、ピコセル基地局や、フェムトセル基地局、リレーノード）が配置されるネットワークであるヘテロジーニアスネットワークの提供が検討されている。ヘテロジーニアスネットワークは、高電力基地局の負荷を低電力基地局に分散させることが可能である。

しかしながら、無線端末は複数の無線基地局のうち無線信号の受信電力が最も高いものに接続することが一般的であることから、ヘテロジーニアスネットワークにおいては、送信出力の小さい低電力基地局に無線端末が接続する機会が少なくなる可能性がある。

このような事情に鑑みて、低電力基地局からの受信電力が最も高い状態でなくても無線端末を当該低電力基地局に接続するように制御することで、低電力基地局のカバレッジ（通信エリア範囲）を拡大する手法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

3GPP R1-093433 "Importance of Serving Cell Selection in Heterogeneous Networks" February, 2010.

ところで、隣接する無線基地局間でデータ伝送用チャネルとして使用される無線リソースが重複する場合、一方の無線基地局のデータ伝送用チャネルが、他方の無線基地局のデータ伝送用チャネルからの干渉を受け、当該一方の無線基地局のデータ伝送用チャネルを介してユーザデータを正常に受信できなくなる可能性がある。

特に、ヘテロジーニアスネットワークにおいて低電力基地局のカバレッジを拡大する手法では、低電力基地局のデータ伝送用チャネルが高電力基地局のデータ伝送用チャネルから大きな干渉を受ける可能性が高いため、上記の問題がより一層深刻になる。

そこで、本発明は、ヘテロジーニアスネットワークにおける基地局間干渉を低減し、システム全体のスループットを改善できる無線通信システム、高電力基地局、低電力基地局、及び通信制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。

まず、本発明に係る無線通信システムの特徴は、高電力基地局（マクロセル基地局ＭｅＮＢ）と、前記高電力基地局の通信エリアに配置され、前記高電力基地局よりも送信出力が小さい低電力基地局（例えばピコセル基地局ＰｅＮＢ）とを有する無線通信システム（無線通信システム１）であって、前記高電力基地局が特定の下りリンクチャネル（例えばＰＤＳＣＨ）として使用可能な無線リソースである使用可能リソースを決定する決定部（使用可能リソース決定部１２３又は割り当て予定無線リソース決定部２２４）と、前記決定部により決定された前記使用可能リソースの中から、前記高電力基地局に接続する無線端末に無線リソースを割り当てる割り当て部（リソース割り当て部１２４）とを備え、前記決定部は、前記低電力基地局のカバレッジが拡大される場合に、前記使用可能リソースを決定することを要旨とする。ここで、特定の下りリンクチャネルとは、例えば下りリンクのデータ伝送用チャネル（ＬＴＥシステムではＰＤＳＣＨ）であるが、このようなデータ伝送用チャネルに限らず、下りリンクの制御情報伝送用チャネル（ＬＴＥシステムではＰＤＣＣＨ）等であってもよい。また、低電力基地局とは、例えばピコセル基地局又はフェムトセル基地局であるが、ピコセル基地局又はフェムトセル基地局に限らずリレーノード等であってもよい。

上記の特徴に係る無線通信システムによれば、低電力基地局のカバレッジが拡大される場合（すなわち、大きな干渉が生じる可能性がある場合）に、特定の下りリンクチャネルとして使用可能な無線リソースを限定することができるため、高電力基地局が使用不能な無線リソースを低電力基地局が使用することで、高電力基地局からの干渉を回避でき、低電力基地局のスループットを改善できる。

本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記決定部は、前記低電力基地局のカバレッジが拡大される度合いが大きいほど、前記使用可能リソースを少なくするよう決定することを要旨とする。

本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記決定部は、前記低電力基地局のカバレッジが拡大される際に、前記低電力基地局のカバレッジが拡大される前よりも前記使用可能リソースを少なくするよう決定することを要旨とする。

本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記決定部は、前記低電力基地局に接続する無線端末のうち前記カバレッジの拡大により受信品質が劣化した無線端末の割り当て予定無線リソースを避けるように前記使用可能リソースを決定することを要旨とする。

本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記高電力基地局から無線端末が受信する無線信号の受信品質を示す第１受信品質値（ＲＳＲＰ_ＭｅＮＢ）と、前記低電力基地局から前記無線端末が受信する無線信号の受信品質を示す第２受信品質値（ＲＳＲＰ_ＰｅＮＢ）と、前記第２受信品質値を高く補正するための補正値（バイアス値）とに基づいて、最も高い受信品質値と対応する基地局を前記無線端末の接続先として選択する選択部（接続先選択部１２１、接続先選択部２２１）をさらに備え、前記補正値は、前記低電力基地局のカバレッジが拡大される度合いを示し、前記決定部は、前記補正値に基づいて前記使用可能リソースを決定することを要旨とする。

本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記特定の下りリンクチャネルは、無線端末へのユーザデータを伝送するデータ伝送用チャネルであることを要旨とする。

本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記使用可能リソースは、下りリンクの総周波数帯域（総リソースブロック）のうち少なくとも一部の周波数帯域であることを要旨とする。

本発明に係る無線通信システムの他の特徴は、上記の特徴に係る無線通信システムにおいて、前記使用可能リソースは、下りリンクの通信時間枠（サブフレーム又は無線フレーム）のうち少なくとも一部の時間範囲であることを要旨とする。

本発明に係る高電力基地局の特徴は、自局の通信エリアに配置された、自局よりも送信出力が小さい低電力基地局（例えばピコセル基地局ＰｅＮＢ）のカバレッジが拡大される度合いに基づいて、自局が特定の下りリンクチャネル（例えばＰＤＳＣＨ）として使用可能な無線リソースである使用可能リソースを決定する決定部（使用可能リソース決定部１２３）と、前記決定部により決定された前記使用可能リソースの中から、前記高電力基地局に接続する無線端末に無線リソースを割り当てる割り当て部（リソース割り当て部１２４）とを備えることを要旨とする。

本発明に係る低電力基地局の特徴は、高電力基地局（マクロセル基地局ＭｅＮＢ）の通信エリアに配置され、前記高電力基地局よりも送信出力が小さい低電力基地局（例えばピコセル基地局ＰｅＮＢ）であって、自局のカバレッジが拡大される場合において、自局に接続する無線端末のうち前記カバレッジの拡大により受信品質が劣化した無線端末の割り当て予定無線リソースを決定する割り当て予定無線リソース決定部（割り当て予定無線リソース決定部２２４）と、前記割り当て予定無線リソース決定部により決定された前記割り当て予定無線リソースを示す情報を前記高電力基地局に送信する送信部（Ｘ２インタフェース通信部２４０）とを備えることを要旨とする。

本発明に係る通信制御方法の特徴は、高電力基地局の通信エリアに配置された、前記高電力基地局よりも送信出力が小さい低電力基地局のカバレッジが拡大される度合いに基づいて、前記高電力基地局が特定の下りリンクチャネルとして使用可能な無線リソースである使用可能リソースを決定するステップと、前記決定するステップにより決定された前記使用可能リソースの中から、前記高電力基地局に接続する無線端末に無線リソースを割り当てるステップとを備えることを要旨とする。

本発明に係る通信制御方法の他の特徴は、高電力基地局の通信エリアに配置された、前記高電力基地局よりも送信出力が小さい低電力基地局のカバレッジが拡大される場合において、前記低電力基地局に接続する無線端末のうち前記カバレッジの拡大により受信品質が劣化した無線端末の割り当て予定無線リソースを決定するステップと、前記決定するステップにより決定された前記割り当て予定無線リソースを示す情報を前記低電力基地局から前記高電力基地局に送信するステップとを備えることを要旨とする。

本発明に係る通信制御方法の特徴は、高電力基地局の通信エリアに配置された、前記高電力基地局よりも送信出力が小さい低電力基地局のカバレッジが拡大される度合いに基づいて、前記高電力基地局が特定の下りリンクチャネルとして使用可能な無線リソースである使用可能リソースを決定するステップと、前記決定するステップにより決定された前記使用可能リソースを示す情報を前記高電力基地局から前記低電力基地局に送信するステップと、を備えることを要旨とする。

本発明によれば、ヘテロジーニアスネットワークにおける基地局間干渉を低減し、システム全体のスループットを改善できる無線通信システム、高電力基地局、低電力基地局、及び通信制御方法を提供できる。

第１実施形態及び第２実施形態に係るＬＴＥシステムの概要を説明するための図である。 ＦＤＤ方式が使用される場合のフレーム構成を示すフレーム構成図である。 第１実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。 第１実施形態及び第２実施形態に係る干渉制御を説明するための図である。 マクロセル内においてマクロセル基地局及びピコセル基地局のそれぞれに接続する無線端末の割合を示す図である。 第１実施形態に係るマクロセル基地局の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係るピコセル基地局の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る無線通信システムの動作を示す動作シーケンス図である。 第２実施形態に係るマクロセル基地局の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係るピコセル基地局の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る無線通信システムの動作を示す動作シーケンス図である。 ＰＤＳＣＨリソースを時間分割するケースを説明するための図である。 ＰＤＳＣＨリソースを時間分割する他のケースを説明するための図である。

本発明の第１実施形態、第２実施形態、及びその他の実施形態を説明する。以下の各実施形態における図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。

［ＬＴＥシステムの概要］
第１実施形態及び第２実施形態の説明の前に、ＬＴＥシステムの概要について、本発明に関連する内容を説明する。

図１は、ＬＴＥシステムの概要を説明するための図である。図１に示すように、複数の無線基地局ｅＮＢはＥ−ＵＴＲＡＮ（Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network）を構成する。複数の無線基地局ｅＮＢのそれぞれは、無線端末ＵＥにサービスを提供すべき通信エリアであるセルを形成する。

無線端末ＵＥは、ユーザが所持する無線通信装置であり、ユーザ装置とも称される。無線端末ＵＥは、複数の無線基地局ｅＮＢのうち参照信号の受信電力（ＲＳＲＰ: Reference Signal Received Power）が最も高いものに接続する。ただし、ＲＳＲＰに限らず、ＳＮＲ（Signal to Noise ratio）等の他の受信品質指標を使用してもよい。

各無線基地局ｅＮＢは、基地局間通信を提供する論理的な通信路であるＸ２インターフェースを介して互いに通信可能である。複数の無線基地局ｅＮＢそれぞれは、Ｓ１インターフェースを介して、ＥＰＣ（Evolved Packet Core）、具体的には、ＭＭＥ（Mobility Management Entity）／Ｓ−ＧＷ（Serving Gateway）と通信可能である。

無線基地局ｅＮＢと無線端末ＵＥとの無線通信においては、下りリンクの多重方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式が、上りリンクの多重方式としてＳＣ−ＦＤＭＡ（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access）方式がそれぞれ適用される。また、複信方式としてＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式又はＴＤＤ（Time Division Duplex）方式が適用される。

図２（ａ）は、ＦＤＤ方式が使用される場合の下り無線フレーム構成を示すフレーム構成図である。図２（ｂ）は、下りサブフレームの構成を示すフレーム構成図である。

図２（ａ）に示すように、下り無線フレームは、１０個の下りサブフレームで構成され、各下りサブフレームは２個の下りスロットで構成される。各下りサブフレームの長さは１ｍｓであり、各下りスロットの長さは０．５ｍｓである。また、図２（ｂ）に示すように、各下りスロットは時間軸方向で1個、周波数軸方向（frequency domain）で複数のリソースブロック（ＲＢ）から構成される。各ＲＢは、Normal cyclic prefix の場合、時間軸方向で７個のＯＦＤＭシンボル、周波数軸方向で１２個のサブキャリアを含む。

図２（ｂ）に示すように、下りサブフレームは２個の連続的な下りスロットを含む。下りサブフレーム内の一番目の下りスロットの先頭から最大３ＯＦＤＭシンボルの区間は、制御情報を伝送するためのＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）として使用される無線リソースを構成する制御領域である。制御情報は、上りリンク及び下りリンクのスケジューリング情報（すなわち、割り当て無線リソースの情報）などに相当する。

下りサブフレームの残りＯＦＤＭシンボル区間は、ユーザデータを伝送するためのＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）として使用される無線リソースを構成するデータ領域である。無線端末ＵＥは、ＰＤＣＣＨにより伝送される制御情報をデコードすることで、ＰＤＳＣＨにより伝送されるユーザデータを特定できる。

［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態を説明する。第１実施形態においては、高電力基地局（大出力基地局）としてのマクロセル基地局ＭｅＮＢの通信エリア（マクロセル）に、低電力基地局（小出力基地局）としてのピコセル基地局ＰｅＮＢが配置される形態のヘテロジーニアスネットワーク配置を例に説明する。

以下の第１実施形態においては、（１）無線通信システムの構成、（２）干渉制御、（３）マクロセル基地局の構成、（４）ピコセル基地局の構成、（５）無線通信システムの動作、（６）第１実施形態の効果の順に説明する。

（１）無線通信システムの構成
図３は、第１実施形態に係る無線通信システム１の概略構成図である。

図３に示すように、無線通信システム１は、マクロセル基地局ＭｅＮＢと、マクロセル基地局ＭｅＮＢに接続する無線端末ＭＵＥと、マクロセル基地局ＭｅＮＢが形成するマクロセルＭＣに配置され、マクロセル基地局ＭｅＮＢに隣接するピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３と、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３が形成するピコセルＰＣ内でピコセル基地局ＰｅＮＢに接続する無線端末ＰＵＥとを有する。以下において、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３を特に区別しないときは単にピコセル基地局ＰｅＮＢと称する。マクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢは共通の周波数帯域を使用する。なお、ピコセル基地局ＰｅＮＢが形成するピコセルＰＣは、以下において「ホットゾーン」と称する。

ピコセル基地局ＰｅＮＢ（ホットゾーンノードとも称される）は、マクロセル基地局ＭｅＮＢよりも送信出力が小さい低電力基地局であり、マクロセル内の高トラフィック地帯に配置される。ヘテロジーニアスネットワークにおいては、ピコセル基地局ＰｅＮＢの送信出力が小さいことから、ＲＳＲＰが最も高い無線基地局ｅＮＢを選択して無線端末ＵＥが接続する接続先選択基準である受信電力最大基準（以下、ＲＰ基準）を採用すると、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが狭くなる可能性がある。特に、ピコセル基地局ＰｅＮＢの位置がマクロセル基地局ＭｅＮＢに近い状況下では、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが非常に狭くなり、ピコセル基地局ＰｅＮＢを有効活用できない。

ピコセル基地局ＰｅＮＢの送信出力を上昇させずにピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジを拡大可能な方法としては、以下の方法が使用できる。具体的には、無線端末ＵＥがマクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢのそれぞれから無線信号を受信可能な場合において、ピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰとマクロセル基地局ＭｅＮＢに対応するＲＳＲＰとを比較する際に、ピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰにバイアス値（ｂｉａｓ）を加える方法がある。ピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰにバイアスを与える（すなわち、ピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰにバイアス値を加算する）ことで、バイアス後の当該ＲＳＲＰが、マクロセル基地局ＭｅＮＢに対応するＲＳＲＰを上回る可能性が高まる。よって、ピコセル基地局ＰｅＮＢが優先的に接続先として選択されるため、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジを拡大できる。このような接続先選択基準は、Ｒａｎｇｅ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ基準（以下、ＲＥ基準）と称される。

ＲＥ基準のバイアス値は、例えば、マクロセル基地局ＭｅＮＢとの間の距離が短い（又はパスロスが小さい）ピコセル基地局ＰｅＮＢについては大きな値とし、マクロセル基地局ＭｅＮＢとの間の距離が遠い（又はパスロスが大きい）ピコセル基地局ＰｅＮＢについては小さな値とする。また、マクロセル基地局ＭｅＮＢ又はピコセル基地局ＰｅＮＢは、上記距離又はパスロスを公知の手法で測定し、ＲＥ基準のバイアス値を決定可能である。さらに、マクロセル基地局ＭｅＮＢ又はピコセル基地局ＰｅＮＢは、バイアス値を決定する際、マクロセル内の端末分布やピコセル基地局ＰｅＮＢのトラフィック負荷も考慮してバイアス値を決定してもよい。

第１実施形態では、マクロセル基地局ＭｅＮＢがＲＥ基準のバイアス値を決定し、ＲＥ基準によってピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが拡大された状態であるとする。なお、無線端末ＵＥの接続先を選択する主体は、例えば、無線端末ＵＥが待ち受け中（アイドル状態）であれば無線端末ＵＥであり、無線端末ＵＥが通信実行中（アクティブ状態）であれば接続先の無線基地局ｅＮＢである。アクティブ状態においては、定期的にＲＳＲＰの測定値が無線端末ＵＥから接続先の無線基地局ｅＮＢに報告されるため、当該接続先の無線基地局ｅＮＢは、無線端末ＵＥの次の接続先を選択し、無線端末ＵＥを次の接続先にハンドオーバさせることができる。

マクロセル基地局ＭｅＮＢは、ＰＤＳＣＨを使用して、無線端末ＭＵＥへのユーザデータを送信する。ピコセル基地局ＰｅＮＢは、ＰＤＳＣＨを使用して、無線端末ＰＵＥへのユーザデータを送信する。これらのＰＤＳＣＨの周波数帯域が重複する場合、マクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢの各ＰＤＳＣＨは互いに干渉を与え合う。

ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが拡大された状態においては、ピコセル基地局ＰｅＮＢに接続する無線端末ＰＵＥは、ピコセル基地局ＰｅＮＢからの受信電力よりも、マクロセル基地局ＭｅＮＢからの受信電力の方が高いことがある。この場合、ピコセル基地局ＰｅＮＢのＰＤＳＣＨは、マクロセル基地局ＭｅＮＢのＰＤＳＣＨから大きな干渉を受け、無線端末ＰＵＥがユーザデータを受信（復号）不可能になる。

（２）干渉制御
ヘテロジーニアスネットワークの下りリンクにおいて、ＲＥ基準でバイアスを与え、ＲＰ基準によって作られるホットゾーンよりもカバレッジを拡大しようとすると、マクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢの送信電力の違いから、所望信号の電力よりも干渉電力が大きくなってしまう。

よって、ＳＩＮＲとして最適ではない無線端末ＵＥがホットゾーンに収容されることになる。そのような無線端末ＵＥは基本的に送信電力の大きいマクロセル基地局ＭｅＮＢから非常に強い干渉を受けるため、ＳＩＮＲが非常に低くなってしまう。

そこで、第１実施形態では、以下のような干渉制御を行う。図４は、第１実施形態に係る干渉制御を説明するための図である。

図４（ａ）に示すように、マクロセル基地局ＭｅＮＢのＰＤＳＣＨリソース（図２（ｂ）で示したデータ領域に相当）を周波数分割し、一部のみを使用可能とし、残りを使用しないことで、未使用部分をホットゾーンの低ＳＩＮＲの無線端末ＰＵＥが使用できるようにする。マクロセル基地局ＭｅＮＢが使用可能なＰＤＳＣＨリソースを適宜「使用可能ＰＤＳＣＨリソース」と称し、マクロセル基地局ＭｅＮＢが使用不能なＰＤＳＣＨリソースを適宜「使用不能ＰＤＳＣＨリソース」と称する。第１実施形態において、使用可能ＰＤＳＣＨリソースは、下りリンクの総リソースブロックのうち少なくとも一部のリソースブロックであり、使用不能ＰＤＳＣＨリソースは、下りリンクの総リソースブロックのうち上記一部のリソースブロックを除いた残りのリソースブロックである。

図４（ｂ）に示すように、使用不能ＰＤＳＣＨリソースに対応する無線リソースはマクロセル基地局ＭｅＮＢからの干渉を受けないため、ピコセル基地局ＰｅＮＢは、そのような無干渉ＰＤＳＣＨリソースを低ＳＩＮＲの無線端末ＰＵＥに割り当てる。具体的には、無線端末ＰＵＥは定期的に受信品質の測定結果をチャネル品質情報（ＣＱＩ）としてピコセル基地局ＰｅＮＢにフィードバックしており、ピコセル基地局ＰｅＮＢは、無干渉ＰＤＳＣＨリソースに対応するＣＱＩが良好であることに応じて、無干渉ＰＤＳＣＨリソースを優先して無線端末ＰＵＥに割り当てることができる。

あるいは、使用不能ＰＤＳＣＨリソースをマクロセル基地局ＭｅＮＢからピコセル基地局ＰｅＮＢに通知することで、ピコセル基地局ＰｅＮＢが無干渉ＰＤＳＣＨリソースを把握可能としてもよい。この場合、ピコセル基地局ＰｅＮＢは、無干渉ＰＤＳＣＨリソースに対応するＣＱＩが良好になることを待たずに、無干渉ＰＤＳＣＨリソースを優先して無線端末ＰＵＥに割り当てることができる。第１実施形態では、マクロセル基地局ＭｅＮＢは、使用不能ＰＤＳＣＨリソースをピコセル基地局ＰｅＮＢに通知するものとする。

このような周波数分割による干渉制御は、ホットゾーンへの干渉を回避することができる代わりに、マクロセル基地局ＭｅＮＢに接続される無線端末ＭＵＥに割り当て可能なＰＤＳＣＨリソースが減ってしまう。このことから、ホットゾーンのカバレッジ拡大による特性改善のためには、負荷分散による特性改善効果が、周波数分割による使用可能リソースの減少による損失を上回る必要がある。

そこで、第１実施形態では、図４に示すように、ピコセル基地局ＰｅＮＢのカバレッジが拡大される度合いを示す、ＲＥ基準のバイアス値に基づいて、使用可能ＰＤＳＣＨリソースの量あるいは割合を決定する。ここで、図１の例のように同一マクロセル内にピコセル基地局ＰｅＮＢが複数配置される場合には、各ピコセル基地局ＰｅＮＢに対応する各バイアス値の平均を使用する。ＰＤＳＣＨリソースは任意に分割できるが、ＬＴＥの仕様上、フィードバックされるＣＱＩの分解能に合わせて分割する。すなわち、使用可能ＰＤＳＣＨリソース及び使用不能ＰＤＳＣＨリソースのそれぞれの周波数帯域は、無線端末ＵＥが受信品質（チャネル品質）を測定する周波数単位の整数倍である。当該周波数単位はサブバンド（Ｓｕｂｂａｎｄ）と称される。

図５は、マクロセル内においてマクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３に接続する無線端末ＵＥの割合の一例を示す図である。

図５に示すように、ＲＥ基準のバイアス値が大きくなるほど、ピコセル基地局ＰｅＮＢに接続する無線端末ＵＥの割合が大きくなることが分かる。したがって、ＲＥ基準のバイアス値が大きくなるほど、マクロセル基地局ＭｅＮＢの使用可能ＰＤＳＣＨリソースを少なくし、ＲＥ基準のバイアス値が小さくなるほど、マクロセル基地局ＭｅＮＢの使用可能ＰＤＳＣＨリソースを多くする。また、ＲＥ基準のバイアス値が適宜更新される場合には、バイアス値の更新に応じてマクロセル基地局ＭｅＮＢの使用可能ＰＤＳＣＨリソースを再設定することが望ましい。

（３）マクロセル基地局の構成
次に、マクロセル基地局ＭｅＮＢの構成を説明する。図６は、第１実施形態に係るマクロセル基地局ＭｅＮＢの構成を示すブロック図である。

図６に示すように、マクロセル基地局ＭｅＮＢは、アンテナ部１０１、無線通信部１１０、制御部１２０、記憶部１３０、及びＸ２インタフェース通信部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を介して無線端末ＰＵＥと無線信号の送受信を行う。また、無線通信部１１０は、送信信号の変調と受信信号の復調とを行う。

制御部１２０は、例えばＣＰＵを用いて構成され、マクロセル基地局ＭｅＮＢが備え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、マクロセル基地局ＭｅＮＢの制御等に用いられる各種の情報を記憶する。Ｘ２インタフェース通信部１４０は、Ｘ２インタフェースを使用して他の無線基地局との基地局間通信を行う。

制御部１２０は、接続先選択部１２１、バイアス値決定部１２２、使用可能リソース決定部１２３、及びリソース割り当て部１２４を有する。

接続先選択部１２１は、無線端末ＭＵＥから報告されるＲＳＲＰの情報（すなわち、メジャメントレポート）に基づいて、無線端末ＭＵＥの次の接続先の無線基地局を選択する。無線端末ＭＵＥがマクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢそれぞれの参照信号を受信する場合、接続先選択部１２１は、マクロセル基地局ＭｅＮＢに対応するＲＳＲＰ_ＭｅＮＢとピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰ_ＰｅＮＢとを比較する際に、ＲＳＲＰ_ＰｅＮＢにバイアスを与える。バイアスの与えられたＲＳＲＰ_ＰｅＮＢがＲＳＲＰ_ＭｅＮＢよりも高い場合には、接続先選択部１２１は、無線端末ＭＵＥの接続先をピコセル基地局ＰｅＮＢに切り替えるようにハンドオーバ制御を行う。

バイアス値決定部１２２は、ピコセル基地局ＰｅＮＢのそれぞれについて、ＲＥ基準のバイアス値を決定する。なお、バイアス値決定部１２２がピコセル基地局ＰｅＮＢのそれぞれについてＲＥ基準のバイアス値を決定するケースに限らず、ＲＥ基準のバイアス値が記憶部１３０に予め記憶されていてもよい。

使用可能リソース決定部１２３は、ＲＥ基準のバイアス値に基づいて使用可能ＰＤＳＣＨリソースを決定する。具体的には、使用可能リソース決定部１２３は、ＲＥ基準のバイアス値が大きくなるほど、マクロセル基地局ＭｅＮＢの使用可能ＰＤＳＣＨリソースを少なくし、ＲＥ基準のバイアス値が小さくなるほど、マクロセル基地局ＭｅＮＢの使用可能ＰＤＳＣＨリソースを多くする。ここで、ＲＥ基準のバイアス値は、ピコセル基地局ＰｅＮＢ１〜３それぞれのバイアス値の平均とすることができる。使用可能リソース決定部１２３は、ＲＥ基準のバイアス値が適宜更新される場合には、バイアス値の更新に応じてマクロセル基地局ＭｅＮＢの使用可能ＰＤＳＣＨリソースを再設定することが望ましい。

リソース割り当て部１２４は、使用可能リソース決定部１２３により決定された使用可能ＰＤＳＣＨリソースの中から無線端末ＭＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。例えば、リソース割り当て部１２４は、無線端末ＭＵＥからフィードバックされるＣＱＩに基づき、プロポーショナルフェアネス（ＰＦ）等のスケジューリングアルゴリズムを用いて、使用可能ＰＤＳＣＨリソースの中から無線端末ＭＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。

（４）ピコセル基地局の構成
次に、ピコセル基地局ＰｅＮＢの構成を説明する。図７は、第１実施形態に係るピコセル基地局ＰｅＮＢの構成を示すブロック図である。

図７に示すように、ピコセル基地局ＰｅＮＢは、アンテナ部２０１、無線通信部２１０、制御部２２０、記憶部２３０、及びＸ２インタフェース通信部２４０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２０１を介して無線端末ＰＵＥと無線信号の送受信を行う。また、無線通信部２１０は、送信信号の変調と受信信号の復調とを行う。

制御部２２０は、例えばＣＰＵを用いて構成され、ピコセル基地局ＰｅＮＢが備える各種の機能を制御する。記憶部２３０は、例えばメモリを用いて構成され、ピコセル基地局ＰｅＮＢの制御等に用いられる各種の情報を記憶する。Ｘ２インタフェース通信部２４０は、Ｘ２インタフェースを使用して他の無線基地局との基地局間通信を行う。

制御部２２０は、接続先選択部２２１及びリソース割り当て部２２２を有する。

接続先選択部２２１は、自局に接続する無線端末ＰＵＥから報告されるＲＳＲＰに基づいて、無線端末ＰＵＥの次の接続先の無線基地局を選択する。無線端末ＰＵＥがマクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢそれぞれの参照信号を受信する場合、接続先選択部２２１は、マクロセル基地局ＭｅＮＢに対応するＲＳＲＰ_ＭｅＮＢとピコセル基地局ＰｅＮＢに対応するＲＳＲＰ_ＰｅＮＢとを比較する際に、ＲＳＲＰ_ＰｅＮＢにバイアスを与える。バイアスの与えられたＲＳＲＰ_ＰｅＮＢがＲＳＲＰ_ＭｅＮＢよりも低い場合には、接続先選択部２２１は、無線端末ＰＵＥの接続先をマクロセル基地局ＭｅＮＢに切り替えるようにハンドオーバ制御を行う。

リソース割り当て部２２２は、無線端末ＰＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。例えば、リソース割り当て部２２２は、無線端末ＰＵＥからフィードバックされるＣＱＩに基づき、プロポーショナルフェアネス（ＰＦ）等のスケジューリングアルゴリズムを用いて、ＰＤＳＣＨリソースの中から無線端末ＭＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。リソース割り当て部２２２は、使用不能ＰＤＳＣＨリソースがマクロセル基地局ＭｅＮＢから通知される場合には、使用不能ＰＤＳＣＨリソースと対応する無干渉ＰＤＳＣＨリソース（図４参照）に対応するＣＱＩが良好になることを待たずに、無干渉ＰＤＳＣＨリソースを優先して無線端末ＰＵＥに割り当てる。

（５）無線通信システムの動作
図８は、第１実施形態に係る無線通信システム１の動作を示す動作シーケンス図である。

ステップＳ１１において、マクロセル基地局ＭｅＮＢのバイアス値決定部１２２は、ピコセル基地局ＰｅＮＢのそれぞれについて、ＲＥ基準のバイアス値を決定し、当該バイアス値を記憶部１３０に記憶する。記憶部１３０に記憶されたバイアス値は、それ以降、接続先選択部１２１によって参照される。

ステップＳ１２において、マクロセル基地局ＭｅＮＢの使用可能リソース決定部１２３は、ＲＥ基準のバイアス値に基づいて、マクロセル基地局ＭｅＮＢの使用可能ＰＤＳＣＨリソース及び使用不能ＰＤＳＣＨリソースを決定する。

ステップＳ１３において、マクロセル基地局ＭｅＮＢのＸ２インタフェース通信部１４０は、バイアス値決定部１２２によって決定されたバイアス値を示す情報、及び、使用可能リソース決定部１２３によって決定された使用不能ＰＤＳＣＨリソースを示す情報をピコセル基地局ＰｅＮＢに送信する。ピコセル基地局ＰｅＮＢのＸ２インタフェース通信部２４０は、バイアス値を示す情報及び使用不能ＰＤＳＣＨリソースを示す情報を受信する。

ステップＳ１４において、マクロセル基地局ＭｅＮＢのリソース割り当て部１２４は、使用可能リソース決定部１２３により決定された使用可能ＰＤＳＣＨリソースの中から無線端末ＭＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。

ステップＳ１５において、ピコセル基地局ＰｅＮＢの記憶部２３０は、Ｘ２インタフェース通信部２４０が受信したバイアス値を示す情報を記憶する。当該バイアス値は、それ以降、接続先選択部２２１によって参照される。

ステップＳ１６において、ピコセル基地局ＰｅＮＢのリソース割り当て部２２２は、無線端末ＰＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。リソース割り当て部２２２は、Ｘ２インタフェース通信部２４０が受信した使用不能ＰＤＳＣＨリソースを示す情報に基づき、使用不能ＰＤＳＣＨリソースと対応する無干渉ＰＤＳＣＨリソース（図４参照）を、低ＳＩＮＲの無線端末ＰＵＥに優先して割り当てる。

（６）第１実施形態の効果
以上説明したように、無線通信システム１は、マクロセル基地局ＭｅＮＢがＰＤＳＣＨとして使用可能な無線リソースを限定している。マクロセル基地局ＭｅＮＢがＰＤＳＣＨとして使用不能なＰＤＳＣＨリソースをピコセル基地局ＰｅＮＢが使用することでマクロセル基地局ＭｅＮＢからの干渉を回避できるため、ピコセル基地局ＰｅＮＢのスループットを改善できる。

また、ＲＥ基準のバイアス値に基づいて、マクロセル基地局ＭｅＮＢがＰＤＳＣＨとして使用可能な無線リソースを決定することで、マクロセル基地局ＭｅＮＢがＰＤＳＣＨとして使用不能なＰＤＳＣＨリソースが過多になることを防止できる。これにより、ピコセル基地局ＰｅＮＢのスループットを改善しつつ、マクロセル基地局ＭｅＮＢのスループット低下も防止できるため、システム全体のスループットを改善できる。

第１実施形態では、使用可能リソース決定部１２３は、複数のピコセル基地局ＰｅＮＢそれぞれのバイアス値の平均に基づいて、マクロセル基地局ＭｅＮＢがＰＤＳＣＨとして使用可能な無線リソースを決定することで、マクロセル基地局ＭｅＮＢの通信エリア内にピコセル基地局ＰｅＮＢが複数配置されるケースにも対応できる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、マクロセル基地局ＭｅＮＢの使用可能ＰＤＳＣＨリソースを決定するための情報をピコセル基地局ＰｅＮＢからマクロセル基地局ＭｅＮＢに送信する。以下においては、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明を省略する。

図９は、第２実施形態に係るマクロセル基地局ＭｅＮＢの構成を示すブロック図である。図９に示すように、第２実施形態に係るマクロセル基地局ＭｅＮＢは、第１実施形態で説明したバイアス値決定部１２２を有していない。

図１０は、第２実施形態に係るピコセル基地局ＰｅＮＢの構成を示すブロック図である。図１０に示すように、第２実施形態に係るピコセル基地局ＰｅＮＢは、バイアス値決定部２２３及び割り当て予定無線リソース決定部２２４を有する。バイアス値決定部２２３は、ＲＥ基準のバイアス値を決定する。バイアス値の決定方法は、第１実施形態と同様である。割り当て予定無線リソース決定部２２４は、ＲＥ基準により自局のカバレッジが拡大される場合において、自局に接続する無線端末ＰＵＥのうちカバレッジの拡大により受信品質（例えばＳＩＮＲ）が劣化した無線端末ＰＵＥの割り当て予定無線リソースを決定する。割り当て予定無線リソースとは、現時点で割り当てる無線リソースではなく、将来（例えば数サブフレーム後に）割り当てる予定の無線リソースである。

図１１は、第２実施形態に係る無線通信システム１の動作を示す動作シーケンス図である。図１１の例では、１つのピコセル基地局ＰｅＮＢとマクロセル基地局ＭｅＮＢとの間で行われる動作シーケンスを示す。

ステップＳ２１において、ピコセル基地局ＰｅＮＢのバイアス値決定部２２３は、ＲＥ基準のバイアス値を決定し、当該バイアス値を記憶部２３０に記憶する。記憶部２３０に記憶されたバイアス値は、それ以降、接続先選択部２２１によって参照される。

ステップＳ２２において、ピコセル基地局ＰｅＮＢの割り当て予定無線リソース決定部２２４は、ＲＥ基準により自局のカバレッジが拡大される場合において、自局に接続する無線端末ＰＵＥのうちカバレッジの拡大により受信品質（例えばＳＩＮＲ）が劣化した無線端末ＰＵＥの割り当て予定無線リソースを決定する。なお、割り当て予定無線リソース決定部２２４は、無線端末ＰＵＥからフィードバックされるＣＱＩに基づいて、受信品質が劣化した無線端末ＰＵＥを特定することができる。

ステップＳ２３において、ピコセル基地局ＰｅＮＢのＸ２インタフェース通信部２４０は、バイアス値決定部２２３によって決定されたバイアス値を示す情報、及び、割り当て予定無線リソース決定部２２４によって決定された割り当て予定無線リソースを示す情報をマクロセル基地局ＭｅＮＢに送信する。ここで、割り当て予定無線リソースを示す情報は、リソースブロック毎の割り当て予定の有無を示す情報とすることができる。例えば、当該情報をビット列で構成し、割り当て予定有りのリソースブロックについては“１”、割り当て予定無しのリソースブロックについては“０”とする。マクロセル基地局ＭｅＮＢのＸ２インタフェース通信部１４０は、バイアス値を示す情報、及び割り当て予定無線リソースを示す情報を受信する。

ステップＳ２４において、マクロセル基地局ＭｅＮＢの記憶部１３０は、Ｘ２インタフェース通信部１４０が受信したバイアス値を示す情報を記憶する。記憶されたバイアス値は、それ以降、接続先選択部１２１によって参照される。

ステップＳ２５において、マクロセル基地局ＭｅＮＢの使用可能リソース決定部１２３は、Ｘ２インタフェース通信部１４０が受信した割り当て予定無線リソースを示す情報に基づき、自局の使用可能ＰＤＳＣＨリソースを決定する。具体的には、使用可能リソース決定部１２３は、カバレッジの拡大により受信品質の劣化した無線端末ＰＵＥに割り当てられる予定のリソースブロックを避けるようにして自局の使用可能ＰＤＳＣＨリソースを決定する。

ステップＳ２６において、マクロセル基地局ＭｅＮＢのリソース割り当て部１２４は、使用可能リソース決定部１２３により決定された使用可能ＰＤＳＣＨリソースの中から無線端末ＭＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。

ステップＳ２７において、ピコセル基地局ＰｅＮＢのリソース割り当て部２２２は、無線端末ＰＵＥに無線リソース（リソースブロック）を割り当てる。その際、リソース割り当て部２２２は、割り当て予定無線リソース決定部２２４によって決定された割り当て予定無線リソースを、カバレッジの拡大により受信品質が劣化した無線端末ＰＵＥに割り当てる。

以上のように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［その他の実施形態］
上記のように、本発明は各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。

上述した第１実施形態では、ＲＥ基準のバイアス値をマクロセル基地局ＭｅＮＢが決定していたが、ＲＥ基準のバイアス値をピコセル基地局ＰｅＮＢが決定し、決定したバイアス値をピコセル基地局ＰｅＮＢからマクロセル基地局ＭｅＮＢに通知する構成としてもよい。

上述した第２実施形態では、ＲＥ基準のバイアス値をピコセル基地局ＰｅＮＢが決定していたが、ＲＥ基準のバイアス値をマクロセル基地局ＭｅＮＢが決定し、決定したバイアス値をマクロセル基地局ＭｅＮＢからピコセル基地局ＰｅＮＢに通知する構成としてもよい。

上述した各実施形態においては、ＰＤＳＣＨリソースを周波数分割するケースについて説明したが、ＰＤＳＣＨリソースを時間分割してもよい。図１２は、ＰＤＳＣＨリソースを時間分割するケースを説明するための図である。時間分割の割合は任意に設定できるが、ＬＴＥの仕様上、ＯＦＤＭシンボル単位で分割する。あるいは、サブフレーム内をＯＦＤＭシンボル単位で時間分割するのではなく、図２に示した無線フレームをサブフレーム単位で時間分割してもよい。図１３に、無線フレームをサブフレーム単位で時間分割するケースを示す。無線フレームをサブフレーム単位で時間分割する場合、無線フレームは、ピコセル基地局ＰｅＮＢのみが使用可能なサブフレームと、マクロセル基地局ＭｅＮＢ及びピコセル基地局ＰｅＮＢのそれぞれが使用可能なサブフレームとに分割される。

上述した各実施形態においては、ＰＤＳＣＨに係るリソース分割（すなわち、データ領域の分割）を説明したが、ＰＤＳＣＨに限らず、ＰＤＣＣＨに係るリソース分割（すなわち、制御領域の分割）に応用してもよい。ＰＤＣＣＨに係るリソース分割についても、周波数分割又は時間分割の何れを採用してもよい。

なお、ＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄにおいては、バックホールを無線により構成する無線基地局であるリレーノードの採用が予定され、且つリレーノードにもＸ２インタフェースが採用される予定であるため、当該リレーノードを本発明に係る低電力基地局としてもよい。

さらに、上述した各実施形態では、ＬＴＥシステムについて説明したが、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ ８０２．１６）に基づく無線通信システム等、他の無線通信システムに対して本発明を適用してもよい。

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。

なお、日本国特許出願第２０１０−９５５４７号（２０１０年４月１６日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。

以上のように、本発明に係る無線通信システム、高電力基地局、低電力基地局、及び通信制御方法は、ヘテロジーニアスネットワークにおける基地局間干渉を低減し、システム全体のスループットを改善できるため、移動体通信などの無線通信において有用である。

Claims (11)

1. 高電力基地局と、
   前記高電力基地局の通信エリアに配置され、前記高電力基地局よりも送信出力が小さい低電力基地局と、を有する無線通信システムであって、
   前記高電力基地局が特定の下りリンクチャネルとして使用可能な無線リソースである使用可能リソースを決定する決定部と、
   前記決定部により決定された前記使用可能リソースの中から、前記高電力基地局に接続する無線端末に無線リソースを割り当てる割り当て部と、を備え、
   前記決定部は、前記低電力基地局ごとのカバレッジがセル範囲拡大技術により拡大される場合に、前記セル範囲拡大技術における前記低電力基地局ごとのカバレッジが拡大される度合いを示すバイアス値に基づいて、前記使用可能リソースを決定する無線通信システム。
2. 前記決定部は、前記バイアス値が大きいほど、前記使用可能リソースを少なくするよう決定する請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記決定部は、前記低電力基地局ごとのカバレッジが拡大された際に、前記バイアス値に基づいて、前記低電力基地局ごとのカバレッジが拡大される前よりも前記使用可能リソースを少なくするよう決定する請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記決定部は、前記低電力基地局に接続する無線端末のうち前記カバレッジの拡大により受信品質が劣化した無線端末の割り当て予定無線リソースを避けるように前記使用可能リソースを決定する請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記高電力基地局から無線端末が受信する無線信号の受信品質を示す第１受信品質値と、前記低電力基地局から前記無線端末が受信する無線信号の受信品質を示す第２受信品質値と、前記第２受信品質値を高く補正するための前記バイアス値とに基づいて、最も高い受信品質値と対応する基地局を前記無線端末の接続先として選択する選択部をさらに備える請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記特定の下りリンクチャネルは、無線端末へのユーザデータを伝送するデータ伝送用チャネルである請求項１に記載の無線通信システム。
7. 前記使用可能リソースは、下りリンクの総周波数帯域のうち少なくとも一部の周波数帯域である請求項１に記載の無線通信システム。
8. 前記使用可能リソースは、下りリンクの通信時間枠のうち少なくとも一部の時間範囲である請求項１に記載の無線通信システム。
9. 自局の通信エリアに配置された、自局よりも送信出力が小さい低電力基地局ごとのカバレッジがセル範囲拡大技術により拡大される度合いを示すバイアス値に基づいて、自局が特定の下りリンクチャネルとして使用可能な無線リソースである使用可能リソースを決定する決定部と、
   前記決定部により決定された前記使用可能リソースの中から、前記高電力基地局に接続する無線端末に無線リソースを割り当てる割り当て部と、
   を備える高電力基地局。
10. 高電力基地局の通信エリアに配置された、前記高電力基地局よりも送信出力が小さい低電力基地局ごとのカバレッジがセル範囲拡大技術により拡大される度合いを示すバイアス値に基づいて、前記高電力基地局が特定の下りリンクチャネルとして使用可能な無線リソースである使用可能リソースを決定するステップと、
    前記決定するステップにより決定された前記使用可能リソースの中から、前記高電力基地局に接続する無線端末に無線リソースを割り当てるステップと、
    を備える通信制御方法。
11. 高電力基地局の通信エリアに配置された、前記高電力基地局よりも送信出力が小さい低電力基地局ごとのカバレッジがセル範囲拡大技術により拡大される度合いを示すバイアス値に基づいて、前記高電力基地局が特定の下りリンクチャネルとして使用可能な無線リソースである使用可能リソースを決定するステップと、
    前記決定するステップにより決定された前記使用可能リソースを示す情報を前記高電力基地局から前記低電力基地局に送信するステップと、
    を備える通信制御方法。

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