JP5582471B2 - セルラ移動通信システム - Google Patents

Description

本発明は、セルラ移動通信システムに関する。

近年、日本国内の携帯電話サービスにおいては、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）およびＣＤＭＡ２０００（Code Division Multiple Access 2000）に代表されるＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunications 2000）と称される第３世代移動通信システムが普及してきている。さらに、そのＩＭＴ−２０００の高度化システムおよびＩＭＴ−２０００の次世代システムとして、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄと称される第４世代移動通信システムに関する標準規格が策定されつつある。

ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄは、低速移動時に１Ｇｂｐｓの伝送速度を、高速移動時には１００Ｍｂｐｓの伝送速度をそれぞれ実現することを目標としている。このような高速通信を実現するためには、広帯域な周波数帯を使用した通信方式を利用することが必要になるが、そのような通信方式の一つとして、直交周波数分割多元接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：ＯＦＤＭＡ）方式が知られている。ＯＦＤＭＡ方式は、広帯域の周波数帯をサブキャリアと称する直交した狭帯域に分割し、各サブキャリアで情報を伝送する方式である。このＯＦＤＭＡ方式によれば、無線装置で生じる周波数特性をサブキャリア毎に補正したり、又、伝送路で生じる周波数特性の時間変動に対して適応的に周波数多重伝送および周波数分割多元接続を行ったりすることができることから、広帯域通信を実現する有力な伝送方式の一つとして注目されている。

また、複数のアンテナを用いた伝送路マルチ化（Multiple Input Multiple Output：ＭＩＭＯ）技術は、送信側の複数のアンテナから個別に送信された信号を受信側の複数のアンテナで受信し、その受信信号から空間信号分離することで周波数利用効率の向上を図る技術として注目されている。

セルラ移動通信システムは、複数の基地局を配置し、各基地局の通信エリア（セル）によって連続的な通信サービスエリアを構築するものであるが、セルラ移動通信システムに対し、ＯＦＤＭＡ方式やＭＩＭＯ技術を用いた通信方式を適用する場合、使用可能な周波数領域の制限により、全周波数帯域を各セルに割当てる指針が考えられる。この場合、基地局近傍に位置する移動局については、通信基地局からの所望信号が高いレベルで受信できると共に、隣接する基地局からの無線信号が距離減衰によりレベル低下するため、高い通信品質を確保でき、広帯域通信の効果としてユーザスループットの高速化が期待できる。しかし、セル境界に位置する移動局については、所望信号のレベルが距離減衰により低下するだけでなく、隣接基地局の無線信号が通信信号と同レベルの干渉信号となり、通信品質を大きく劣化させるため、広帯域通信の効果が十分に得られないという課題がある。この課題は、移動局よりも基地局の送信電力が大きいため、特に下り回線（基地局から移動局方向の回線）で顕著になる。

その課題に対し、例えば非特許文献１に記載されるセルラ移動通信システムでは、少数の光張出基地局をクラスタ化し、同一クラスタ内の複数の光張出基地局を制御する基地局制御装置を設け、基地局制御装置は、同一クラスタ内の複数の光張出基地局を協調させてＭＩＭＯ技術を用いた通信を行うように制御するよう、構成されている。

大矢智之、長敬三、楢橋祥一、"将来の高速大容量通信に向けた無線要素技術"、NTT DOCOMOテクニカルジャーナル、Vol.16、No2、7月、2007年

しかし、上述した従来のセルラ移動通信システムでは、基地局制御装置が担当する同一クラスタ内の複数の光張出基地局を協調させることはできるが、異なるクラスタ間では光張出基地局を協調させることはできない。このため、異なるクラスタ間のセル境界に位置する移動局に対して、隣接するセル間で協調した通信方法が最適であったとしても、その最適な通信方法を適用することはできない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、任意のセル境界に位置する移動局に対して、隣接するセル間で協調した通信方法を適用することができるセルラ移動通信システムを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るセルラ移動通信システムは、セルラ移動通信システムにおいて、アンテナと前記アンテナを介して無線信号を送受する無線部とを有する遠隔無線装置をセル毎に設け、複数の遠隔無線装置を用いて移動局とＭＩＭＯ通信を行う基地局ユニットを、隣接するセルの組合せ毎に設け、複数の基地局ユニットが一つの遠隔無線装置を共用することを特徴とする。

本発明に係るセルラ移動通信システムにおいて、前記基地局ユニットは、特定の遠隔無線装置を使用可能な期間を特定するタイミング把握部と、該特定された期間に該遠隔無線装置を用いてＭＩＭＯ通信を行う制御を行う遠隔無線制御部と、を備え、複数の基地局ユニットが一つの遠隔無線装置を時分割で使用することを特徴とする。

本発明に係るセルラ移動通信システムにおいて、前記基地局ユニットは、特定の遠隔無線装置で使用可能な周波数帯を用いてＭＩＭＯ通信を行う制御を行う遠隔無線制御部を備え、複数の基地局ユニットが一つの遠隔無線装置を周波数分割で使用することを特徴とする。

本発明によれば、任意のセル境界に位置する移動局に対して、隣接するセル間で協調した通信方法を適用することができるという効果が得られる。

本発明の第１実施形態に係るセルラ移動通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るＯＦＤＭＡ方式における無線リソースの概念図である。 本発明の第１実施形態に係るセル間協調通信の例である。 図３に示す基地局ユニット１−１，１−２，１−３に対するタイムスロット割当例である。 本発明の第１実施形態に係るセル間協調通信の他の例である。 図５に示す６つの時分割グループ＃１〜＃６のタイムスロット割当例である。 本発明の第２実施形態に係るセルラ移動通信システムの構成を示すブロック図である。 図７に示すリモート無線部２−３，２−４を使用する基地局ユニット１−１，１−２に対する周波数帯割当例である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るセルラ移動通信システムの構成を示すブロック図である。本実施形態では、セルラ移動通信システムの多元接続方式としてＯＦＤＭＡを用いる。図２は、本実施形態に係るＯＦＤＭＡ方式における無線リソースの概念図である。図２において、横軸はタイムスロット単位での時間、縦軸は周波数（サブキャリア単位）を示す。無線リソースの割当単位であるリソースブロック（Resource Block：ＲＢ）は、無線リソースの周波数成分として複数のサブキャリアと、無線リソースの時間成分として複数のＯＦＤＭシンボルとから構成される。例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムでは、１２個のサブキャリアと７個のＯＦＤＭシンボルから１個のＲＢが構成される。移動局４には、ＲＢ単位で無線リソースが割り当てられる。

図１において、セルラ移動通信システムは、基地局ユニット１−１，１−２（以下、特に区別しないときは「基地局ユニット１」と称する）と、リモート無線部２−１〜６（以下、特に区別しないときは「リモート無線部２」と称する）を有する。

リモート無線部２は、アンテナ３０と該アンテナ３０を介して無線信号を送受する無線部とを有し（いずれも図示せず）、移動局４との間で無線信号の送受信を行う。リモート無線部２は、セル毎に設けられる。図１の例では、１つのセルに対してリモート無線部２が２つずつ設けられている。具体的には、セル３Ａに対してリモート無線部２−１，２−２、セル３Ｂに対してリモート無線部２−３，２−４、セル３Ｃに対してリモート無線部２−５，２−６、がそれぞれ設けられている。

基地局ユニット１は、複数のリモート無線部２を用いて、移動局４とＭＩＭＯ技術を用いた通信を行う。ＭＩＭＯ技術を用いた通信（ＭＩＭＯ通信）の方法としては、例えば、最大比合成送信ダイバーシチ等の送信ダイバーシチ、時空間符号、及び、固有ビーム空間多重方式等の空間多重、並びに、それらの組合せがある。

基地局ユニット１は、複数のリモート無線部２に接続されている。基地局ユニット１とリモート無線部２の間は、光ファイバケーブル等の通信ケーブルで接続される。この構成は、ＲＲＨ（Remote Radio Head）と呼ばれる。なお、基地局ユニット１は、それぞれ異なる場所に設置されてもよく、或いは、複数が同じ場所に設置されてもよい。

基地局ユニット１は、隣接するセルの組合せ毎に設けられる。図１の例では、基地局ユニット１−１は、隣接するセル３Ａ，３Ｂの４つのリモート無線部２−１〜４と光ファイバケーブルでそれぞれ接続されている。基地局ユニット１−２は、隣接するセル３Ｂ，３Ｃの４つのリモート無線部２−３〜６と光ファイバケーブルでそれぞれ接続されている。

基地局ユニット１は、制御部１１と転送部１２とベースバンド処理部１３を有する。制御部１１は、スケジューリング等の基地局制御、及び、隣接するセル間で協調したＭＩＭＯ通信を行うための制御を行う。制御部１１は転送部１２と接続される。転送部１２は、ユーザデータ及び制御データの転送、並びに、各データのスイッチングを行う。転送部１２はベースバンド処理部１３と接続される。ベースバンド処理部１３は、リモート無線部２の各各に対応して設けられる。ベースバンド処理部１３は、対応するリモート無線部２と光ファイバケーブルで接続される。

転送部１２は、サービングゲートウェイ（Serving Gateway：Ｓ−ＧＷ）５及びモビリティ・マネジメント装置（Mobility Management entity：ＭＭＥ）６に接続される。Ｓ−ＧＷ５は、コアネットワークに設置されており、コアネットワークと移動局４との間で送受されるユーザデータの転送およびルーティングを行う。ＭＭＥ６は、移動局４のモビリティ管理およびセッション管理を行う。

制御部１１は、リモート無線制御部２１とタイミング把握部２２を有する。タイミング把握部２２は、特定のリモート無線部２を使用可能な期間を特定する。

例えば図１において、基地局ユニット１−１は、４つのリモート無線部２−１〜４を使用可能であるが、リモート無線部２−１〜４をどのタイムスロットで使用してもよいのかが予め定められている。同様に、基地局ユニット１−２は、４つのリモート無線部２−３〜６を使用可能であるが、リモート無線部２−３〜６をどのタイムスロットで使用してもよいのかが予め定められている。このとき、複数の基地局ユニット１−１，１−２が使用可能なリモート無線部２−３，２−４については、複数の基地局ユニット１−１，１−２が時分割で使用するように、基地局ユニット１−１，１−２に対して使用可能なタイムスロットの割当が行われる。タイミング把握部２２は、予め定められたタイムスロット割当情報に基づいて、自基地局ユニット１が各リモート無線部２を使用可能なタイムスロットを特定する。なお、基地局ユニット１間では、時間の同期が取られている。

リモート無線制御部２１は、タイミング把握部２２が特定した期間（タイムスロット）に、該当するリモート無線部２を用いてＭＩＭＯ通信を行う制御を行う。

図３は、本実施形態に係るセル間協調通信の例である。図３の例では、セル３Ａに対してリモート無線部２−１，２−２、セル３Ｂに対してリモート無線部２−３，２−４、セル３Ｃに対してリモート無線部２−５，２−６、がそれぞれ設けられている。そして、基地局ユニット１−１は、隣接するセル３Ａ，３Ｂの４つのリモート無線部２−１〜４と光ファイバケーブルでそれぞれ接続されている。基地局ユニット１−２は、隣接するセル３Ｂ，３Ｃの４つのリモート無線部２−３〜６と光ファイバケーブルでそれぞれ接続されている。基地局ユニット１−３は、隣接するセル３Ａ，３Ｃの４つのリモート無線部２−１，２−２，２−５，２−６と光ファイバケーブルでそれぞれ接続されている。

基地局ユニット１−１は、隣接するセル３Ａ，３Ｂの境界に位置する移動局４に対し、リモート無線部２−１，２−２とリモート無線部２−３，２−４とを用いてＭＩＭＯ通信を行う。基地局ユニット１−２は、隣接するセル３Ｂ，３Ｃの境界に位置する移動局４に対し、リモート無線部２−３，２−４とリモート無線部２−５，２−６とを用いてＭＩＭＯ通信を行う。基地局ユニット１−３は、隣接するセル３Ａ，３Ｃの境界に位置する移動局４に対し、リモート無線部２−１，２−２とリモート無線部２−５，２−６とを用いてＭＩＭＯ通信を行う。

リモート無線部２−１，２−２は、基地局ユニット１−１，１−３によって時分割で使用される。リモート無線部２−３，２−４は、基地局ユニット１−１，１−２によって時分割で使用される。リモート無線部２−５，２−６は、基地局ユニット１−２，１−３によって時分割で使用される。

図４は、図３に示す基地局ユニット１−１，１−２，１−３に対するタイムスロット割当例である。図４において、基地局ユニット１−１に対してリモート無線部２−１，２−２，２−３，２−４を使用可能なタイムスロットが、基地局ユニット１−２に対してリモート無線部２−３，２−４，２−５，２−６を使用可能なタイムスロットが、基地局ユニット１−３に対してリモート無線部２−１，２−２，２−５，２−６を使用可能なタイムスロットが、それぞれ割り当てられている。基地局ユニット１−１，１−２，１−３は、自己に割り当てられたタイムスロットにおいて、該当するリモート無線部を使用する。なお、基地局ユニット１−１はセル３Ｃの制御を行わない。そのため、基地局ユニット１−１に割り当てられたタイムスロットにおいて、基地局ユニット１−２あるいは基地局ユニット１−３がリモート無線部２−５，２−６のみを用いてセル３Ｃに在圏する移動局と通信を行っても良い。同様に、基地局ユニット１−２に割り当てられたタイムスロットにおいて、基地局ユニット１−１あるいは基地局ユニット１−３がリモート無線部２−１，２−２のみを用いてセル３Ａに在圏する移動局と通信を行っても良い。同様に、基地局ユニット１−３に割り当てられたタイムスロットにおいて、基地局ユニット１−１あるいは基地局ユニット１−２がリモート無線部２−３，２−４のみを用いてセル３Ｂに在圏する移動局と通信を行っても良い。

なお、例えば、基地局ユニット１−１がリモート無線部２−３，２−４を使用するタイムスロットにおいて、基地局ユニット１−２は、セル３Ｂに在圏する移動局４から送信される情報を全てドロップしたり、或いは、セル３Ｂに在圏する移動局４から送信される情報から無線環境やセル３Ｂに在圏する移動局数などの情報を取得したりするようにしてもよい。

図５は、本実施形態に係るセル間協調通信の他の例である。図５の例では、隣接する３つのセル間で協調したＭＩＭＯ通信を行う。基地局ユニット１は、時分割のグループとして６つ（＃１〜＃６）に分類される。このグループ分けは、基地局ユニット１において、あるリモート無線部に対する制御が同一タイムスロットで重複しないように行われる。基地局ユニット１は、隣接する３つのセルに対応するリモート無線部２と接続される。

図６は、図５に示す６つの時分割グループ＃１〜＃６のタイムスロット割当例である。各時分割グループ＃１〜＃６に属する基地局ユニット１は、自時分割グループに割り当てられたタイムスロットにおいて、自己と接続するリモート無線部２（隣接する３つのセルに対応するリモート無線部２）を使用する。

なお、１基地局ユニットで制御を行う隣接するセルの組合せは、セル配置に応じて適宜、変更可能であり、上述した２つのセルの組合せ又は３つのセルの組合せに限定されない。例えば、隣接する４つのセルの組合せ毎に基地局ユニット１を設けるようにしてもよい。この場合、基地局ユニット１を４つの時分割グループに分類することによって、基地局ユニット１において、あるリモート無線部に対する制御が同一タイムスロットで重複しないように、隣接する４つのセル間で協調したＭＩＭＯ通信を行うことができる。

又、１基地局ユニットで制御を行う隣接セル数に対して、異なる数のセルの組合せを同時に適用することも可能である。例えば、隣接する２つのセルの組合せと隣接する３つのセルの組合せとを同時に適用する場合、基地局ユニット１を１５個の時分割グループに分類することによって、基地局ユニット１において、あるリモート無線部に対する制御を同一タイムスロットで重複させることなく、隣接する２つのセル間および隣接する３つのセル間で協調したＭＩＭＯ通信を行うことができる。

なお、基地局ユニット１は、セル境界に位置する移動局４に対し、セル間で協調したＭＩＭＯ通信を行うか否かを選択するようにしてもよい。例えば、隣接する３つのセル間で協調したＭＩＭＯ通信を行うことができる場合には、セル間で協調したＭＩＭＯ通信を行わない（第１の通信方法）、２つのセル間で協調したＭＩＭＯ通信を行う（第２の通信方法）、３つのセル間で協調したＭＩＭＯ通信を行う（第３の通信方法）の中から、適切な通信方法を選択するようにしてもよい。

［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態に係るセルラ移動通信システムの構成を示すブロック図である。この図７において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。第２実施形態では、複数の基地局ユニット１が一つのリモート無線部２を周波数分割で使用する。

図７に示す基地局ユニット１において、ベースバンド処理部１３は、自己と接続するリモート無線部２に対して使用可能な周波数帯（サブキャリア）のみを用いる。リモート無線制御部２１は、自基地局ユニット１と接続するリモート無線部２の使用可能な周波数帯を用いてＭＩＭＯ通信を行う制御を行う。各基地局ユニット１に対して、各リモート無線部２の使用可能な周波数帯が予め定められる。

図８は、図７に示すセル３Ｂに対応するリモート無線部２−３，２−４を使用する基地局ユニット１−１，１−２に対する周波数帯割当例である。図８において、基地局ユニット１−１，１−２に対し、リモート無線部２−３，２−４の使用可能な周波数帯がそれぞれ割り当てられている。基地局ユニット１−１，１−２は、自己に割り当てられた周波数帯において、リモート無線部２−３，２−４を使用する。

なお、図７ではリモート無線部２−１，２−２は基地局ユニット１−１とのみ、リモート無線部２−５，２−６は基地局ユニット１−２とのみ接続している。したがって、リモート無線部２−１，２−２のみを用いて通信を行う移動局に対して、および、リモート無線部２−５，２−６のみを用いて通信を行う移動局に対しては、全周波数帯を用いて無線リソース割当を行うことができる。

又、第２実施形態においても第１実施形態と同様に図５の構成をとることができる。

又、図８の例では、周波数帯域を単純に２つに分割しているが、周波数選択性の影響を低減させるために、ランダムにサブキャリアを選択して、各基地局ユニット１に割り当てるサブチャネルを構成するようにしてもよい。

又、上述した第２実施形態では多元接続方式としてＯＦＤＭＡ方式を用いているが、移動局に対してサブキャリア単位の無線リソース割当を行わない多元接続方式にも適用可能である。この場合、図７に示す基地局ユニット１において、ベースバンド処理部１３は、自己と接続するリモート無線部２で使用可能な周波数帯に送信信号を変換する信号周波数変換機能と、該リモート無線部２が受信した信号から該使用可能な周波数帯の受信信号を取得する周波数信号分離機能とを有するように構成する。

上述した実施形態によれば、任意のセル境界に位置する移動局に対して、隣接するセル間で協調した通信方法を適用することができる。これにより、セル境界に位置する移動局にとって最適な通信方法を適用することが可能となり、通信品質の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１−１，１−２…基地局ユニット、２−１〜６…リモート無線部、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…セル、４…移動局、１１…制御部、１２…転送部、１３…ベースバンド処理部、２１…リモート無線制御部、２２…タイミング把握部、３０…アンテナ

Claims (5)

1. セルラ移動通信システムにおいて、基地局ユニットと、前記基地局ユニットから遠隔に配置されて前記基地局ユニットに接続される遠隔無線装置とを備え、
   アンテナと前記アンテナを介して無線信号を送受する無線部とを有する前記遠隔無線装置をセル毎に設け、
   複数の前記遠隔無線装置を用いて移動局とＭＩＭＯ通信を行う前記基地局ユニットを、隣接するセルの組合せ毎に設け、
   セル毎に設けられた各前記遠隔無線装置は、自己のセルに対して設けられた複数の前記基地局ユニットにより共用される、
   ことを特徴とするセルラ移動通信システム。
2. 前記基地局ユニットは、
   特定の前記遠隔無線装置を使用可能な期間を特定するタイミング把握部と、
   該特定された期間に該遠隔無線装置を用いてＭＩＭＯ通信を行う制御を行う遠隔無線制御部と、を備え、
   セル毎に設けられた各前記遠隔無線装置は、自己のセルに対して設けられた複数の前記基地局ユニットにより時分割で使用されるセルラ移動通信システムであり、
   第１の前記基地局ユニットに割り当てられた前記期間において、前記第１の基地局ユニットの前記隣接するセルの組合せに含まれる一部のセルに対して設けられた第２の前記基地局ユニットが、前記第１の基地局ユニットの前記隣接するセルの組合せに含まれるセル以外であって前記第２の前記基地局ユニットの前記隣接するセルの組合せに含まれるセルの前記遠隔無線装置を用いて移動局と通信を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセルラ移動通信システム。
3. 前記基地局ユニットは、
   特定の前記遠隔無線装置を使用可能な期間を特定するタイミング把握部と、
   該特定された期間に該遠隔無線装置を用いてＭＩＭＯ通信を行う制御を行う遠隔無線制御部と、を備え、
   セル毎に設けられた各前記遠隔無線装置は、自己のセルに対して設けられた複数の前記基地局ユニットにより時分割で使用されるセルラ移動通信システムであり、
   第１の前記基地局ユニットに割り当てられた前記期間において、前記第１の基地局ユニットの前記隣接するセルの組合せに含まれる一部のセルに対して設けられた第２の前記基地局ユニットが、当該期間に対応する前記特定の遠隔無線装置のセルに在圏する移動局から送信される情報から、無線環境または当該期間に対応する前記特定の遠隔無線装置のセルに在圏する移動局数の情報を取得する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセルラ移動通信システム。
4. 前記基地局ユニットは、
   特定の前記遠隔無線装置を使用可能な期間を特定するタイミング把握部と、
   該特定された期間に該遠隔無線装置を用いてＭＩＭＯ通信を行う制御を行う遠隔無線制御部と、を備え、
   セル毎に設けられた各前記遠隔無線装置は、自己のセルに対して設けられた複数の前記基地局ユニットにより時分割で使用されるセルラ移動通信システムであり、
   前記基地局ユニットから構成される時分割グループ毎に同じ前記期間が割り当てられ、
   前記時分割グループは、ある前記遠隔無線装置に対する前記基地局ユニットからの制御が同じ前記期間で他の前記基地局ユニットと重複しないように決められている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセルラ移動通信システム。
5. 前記基地局ユニットは、
   特定の前記遠隔無線装置で使用可能な周波数帯を用いてＭＩＭＯ通信を行う制御を行う遠隔無線制御部を備え、
   セル毎に設けられた各前記遠隔無線装置は、自己のセルに対して設けられた複数の前記基地局ユニットにより周波数分割で使用される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセルラ移動通信システム。

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