JP5567195B2 - 通信制御方法、基地局、及び無線端末 - Google Patents

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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(3rd 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)。
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(RSRPMeNB)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(RSRPPeNB)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RSRPMeNBとピコセル基地局PeNBに対応するRSRPPeNBとを比較する際に、RSRPPeNBにバイアスを与える。バイアスの与えられたRSRPPeNBがRSRPMeNB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RSRPMeNBとピコセル基地局PeNBに対応するRSRPPeNBとを比較する際に、RSRPPeNBにバイアスを与える。バイアスの与えられたRSRPPeNBがRSRPMeNB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(IEEE802.16)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 (8)

  1. 無線通信システムにおいて用いられる通信制御方法であって、
    無線端末により最も強く検出された第1セルよりも弱く検出された第2セルに前記無線端末が接続することによって、前記第2セルのカバレッジを拡大するステップと、
    前記第2セルのカバレッジが拡大される状況下で、前記第1セルにおける複数のサブフレームの一部を使用規制サブフレームとして設定するステップと、
    前記第1セルからの強い干渉下にある前記無線端末が、前記使用規制サブフレームを利用して前記第2セルとの通信を行うステップと、を備え
    前記第2セルを形成する第2の基地局は、前記第1セルを形成する第1の基地局に対し、前記使用規制サブフレームにより前記強い干渉から保護されることが期待されるリソースに関するリソース情報をX2インターフェイス上で送信し、
    前記第1の基地局は、前記第2の基地局から前記X2インターフェイス上で受信する前記リソース情報に基づいて、前記使用規制サブフレームを設定することを特徴とする通信制御方法。
  2. 前記リソース情報は、前記強い干渉から保護されることが期待されるリソースを“1”で、前記強い干渉から保護されることが期待されないリソースを“0”でそれぞれ示すビット列を含むことを特徴とする請求項1に記載の通信制御方法。
  3. 無線通信システムにおいて第1セルを形成する基地局であって、
    無線端末により最も強く検出された前記第1セルよりも弱く検出された第2セルに前記無線端末が接続することによって前記第2セルのカバレッジが拡大される状況下で、前記第1セルにおける複数のサブフレームの一部を使用規制サブフレームとして設定する制御部
    前記使用規制サブフレームは、前記第1セルからの強い干渉下にある前記無線端末が前記第2セルとの通信を行うために利用され
    前記第2セルを形成する他基地局から、前記使用規制サブフレームにより前記強い干渉から保護されることが期待されるリソースに関するリソース情報をX2インターフェイス上で受信する受信部と、を備え、
    前記制御部は、前記他基地局から受信する前記リソース情報に基づいて、前記使用規制サブフレームを設定することを特徴とする基地局。
  4. 前記リソース情報は、前記強い干渉から保護されることが期待されるリソースを“1”で、前記強い干渉から保護されることが期待されないリソースを“0”でそれぞれ示すビット列を含むことを特徴とする請求項3に記載の基地局。
  5. 無線通信システムにおいて第2セルを形成する基地局であって、
    無線端末により最も強く検出された第1セルよりも弱く検出された前記第2セルに前記無線端末が接続することによって前記第2セルのカバレッジが拡大される状況下において、前記第1セルにおける複数のサブフレームの一部を使用規制サブフレームとして設定された場合には、前記第1セルからの強い干渉下にある前記無線端末が前記第2セルとの通信を行うために、前記使用規制サブフレームを利用する制御部
    前記第1セルを形成する第1の基地局に対し、前記使用規制サブフレームにより前記強い干渉から保護されることが期待されるリソースに関するリソース情報をX2インターフェイス上で送信する送信部と、を備え、
    前記使用規制サブフレームは、前記リソース情報に基づいて設定されることを特徴とする基地局。
  6. 前記リソース情報は、前記強い干渉から保護されることが期待されるリソースを“1”で、前記強い干渉から保護されることが期待されないリソースを“0”でそれぞれ示すビット列を含むことを特徴とする請求項5に記載の基地局。
  7. 無線通信システムにおいて用いられる無線端末であって、
    第2セルのカバレッジを拡大するように、自無線端末が最も強く検出した第1セルよりも弱く検出した前記第2セルに接続する制御部を備え、
    前記制御部は、自無線端末が前記第1セルからの強い干渉下にある場合であっても、前記第1セルが複数のサブフレームの中から設定する使用規制サブフレームを利用して、前記第2セルとの通信を行い、
    前記使用規制サブフレームは、前記第2セルを形成する第2の基地局から前記第1セルを形成する第1の基地局にX2インターフェイス上で送信されるリソース情報に基づいて設定され、
    前記リソース情報は、前記使用規制サブフレームにより前記強い干渉から保護されることが期待されるリソースに関する情報であることを特徴とする無線端末。
  8. 前記リソース情報は、前記強い干渉から保護されることが期待されるリソースを“1”で、前記強い干渉から保護されることが期待されないリソースを“0”でそれぞれ示すビット列を含むことを特徴とする請求項7に記載の無線端末。
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