JP5586513B2 - 基地局間協調通信システム - Google Patents

Description

この発明は、マクロ基地局およびフェムト基地局の各セル（カバーエリア）の相互間の干渉を回避可能に構成した基地局間協調通信システムに関するものである。

従来から、３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）においては、第４世代無線通信システムの無線アクセスインタフェース仕様ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ−Ａｄｖａｎｃｅｄ）の標準化が行われている。

また、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄにおいては、増大するユーザトラヒックを高効率に収容するために、ピコセル（小型基地局）やフェムトセルなどの狭域のセルを既存の広域マクロセル（大出力基地局）と併存させ、広域セルでカバレッジを確保しつつ局所的に発生する高密度トラヒックを狭域セルで収容するヘテロジニアスネットワーク（Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。

しかしながら、上記ヘテロジニアスネットワークにおいては、図７に示すように、マクロ基地局ＭＢＳの広域セル（１点鎖線参照）と、フェムト基地局ＦＢＳの狭域セル（２点鎖線参照）とが重なり、これらのセルが同一の周波数で運用されている場合には、広域セルからの干渉によって狭域セルのカバレッジが縮退し、狭域セル内に収容可能な携帯端末の台数が減少するうえ伝送容量が低下するという問題がある。

そこで、３ＧＰＰにおいて、ＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄでＡｌｍｏｓｔ Ｂｌａｎｋ Ｓｕｂｆｒａｍｅ（ＡＢＳ）と呼ばれる非通信無線フレームフォーマットを導入し、上記干渉関係にある広域セルと狭域セルとの間で無線通信タイミングを分離することにより、干渉を回避する技術が提案されている（たとえば、非特許文献２参照）。

また、干渉を回避するために、どのタイミングで広域セルと狭域セルが通信を行うかについては、当該セルを形成している基地局間でタイミングを通知するか、またはオペレーションセンターからの遠隔操作で通知するか、または基地局の装置パラメータとしてあらかじめ設定しておく、などの方法が考えられている（たとえば、非特許文献３参照）。

ただし、限られた無線帯域を有効利用して、ユーザトラヒックを高効率に収容するためには、広域セルと狭域セルとで無線通信タイミングを分離する際に、より多くの携帯端末を収容しているセルにおいてより多くの通信を行えるように、無線通信タイミングを調整する必要がある。

丹野、森本、阿部、岸山、中山、「ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄにおけるヘテロジニアスネットワーク」電子情報通信学会信学技法、ＲＣＳ２００９−３１７／ＭｏＭｕＣ２００９−９０／ＳＲ２００９−１１４／ＡＮ２００９−８３、２０１０年３月 ３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３００「Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ （Ｅ−ＵＴＲＡ） ａｎｄ Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ （Ｅ−ＵＴＲＡＮ）；Ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ；Ｓｔａｇｅ ２（Ｒｅｌｅａｓｅ １０）」Ｖ１０．２．０（２０１０−１２） ３ＧＰＰ「Ｄｒａｆｔ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ｍｅｅｔｉｎｇ ＃５０」Ｄｅｃ．，２０１０．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．３ｇｐｐ．ｏｒｇ／ｆｔｐ／ｔｓｇ＿ｒａｎ／ＴＳＧ＿ＲＡＮ／ＴＳＧＲ＿５０／Ｒｅｐｏｒｔ／ＲＰ−１１ｘｘｘｘ＿Ｄｒａｆｔ−ｒｅｐｏｒｔ−ＲＡＮ５０＿ｖ２００．ｚｉｐ

従来の基地局間協調通信システムは、上記非特許文献１〜３に記載のように、何らかの基準に基づいて決定した無線通信タイミングの通知技術が開示されているのみであり、セル内に収容されている携帯端末の台数や要求される収容トラヒックに応じて、無線通信タイミングを如何に調整するか、または動的に変化し得る無線通信タイミングを如何に基地局間で共有するかの技術については何ら開示されていないので、限られた無線帯域を有効利用するために必要な上記要求に応えることができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ヘテロジニアスネットワークの干渉関係にあるセル間において、各セルで収容している携帯端末の台数や要求収容トラヒック量に応じて無線通信タイミングを動的に調整および共有し、干渉を回避することにより、周波数利用効率を向上させ、増大するユーザトラヒックを高効率に収容することのできる基地局間協調通信システムを得ることを目的とする。

この発明に係る基地局間協調通信システムは、マクロ基地局およびフェムト基地局を備え、マクロ基地局によるマクロセル内、またはマクロセル内に配置されたフェムト基地局によるフェムトセル内に位置する携帯端末との間で相互通信を行う基地局間協調通信システムにおいて、マクロ基地局からの無線フレームの送信タイミングとフェムト基地局からの無線フレームの送信タイミングとの間にオフセット期間を設け、マクロ基地局およびフェムト基地局が同時に通信を行う第１期間と、フェムト基地局のみが通信を行う第２期間とを設定し、第１期間では、フェムトセル内において、マクロセルからの受信レベルよりもフェムトセルからの受信レベルの方が高い位置に存在する携帯端末のみを通信させ、第２期間では、フェムトセル内において、マクロセルからの受信レベルよりもフェムトセルからの受信レベルの方が低い位置に存在する携帯端末、またはマクロセルからの受信レベルよりもフェムトセルからの受信レベルが高い位置に存在する携帯端末を通信させ、マクロセルとフェムトセルとの間の干渉を回避して記フェムト基地局の実質的な通信エリアを拡大させ、マクロ基地局は、オフセット期間を制御情報として無線送信し、フェムト基地局は、オフセット期間を無線受信して読み取り、フェムト基地局は、複数のフェムト基地局からなり、マクロ基地局は、オフセット期間を読み取るフェムト基地局が共通に使用する無線網臨時識別子を用いてオフセット期間に対してスクランブル処理を行い、マクロ基地局が送信する無線フレームに格納し、フェムト基地局は、マクロ基地局から送信された無線フレーム上の制御データに対して、自身に割り当てられた無線網臨時識別子を復元パラメータとして用いてデスクランブル処理を行い、正しく復元された情報をオフセット期間として認識して取得するものである。

この発明によれば、周波数利用効率を向上させて、増大するユーザトラヒックを高効率に収容することにより、限られた無線帯域を有効利用することができる。

この発明の実施の形態１に係る基地局間協調通信システムを概略的に示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるマクロ基地局とフェムト基地局との間の連携送信動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態２における携帯端末の各セル内での配置関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態３における携帯端末の各セル内での配置関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるマクロ基地局とフェムト基地局との間の連携送信動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態５によるマクロ基地局とフェムト基地局との間の連携送信動作を示す説明図である。 従来の基地局間協調通信システムを概略的に示す構成図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
なお、以下の説明では、狭域セル（ピコセルやフェムトセルなど）を「フェムトセル」と総称し、広域セル（マクロセルなど）を「マクロセル」と総称し、フェムトセルを形成する無線基地局を「フェムト基地局」と称し、マクロセルを形成する無線基地局を「マクロ基地局」と称するものとする。

図１はこの発明の実施の形態１に係る基地局間協調通信システムを概略的に示す構成図である。
図１においては、マクロ基地局ＭＢＳによるマクロセルと、フェムト基地局ＦＢＳによるフェムトセルとのカバレッジ状況を、各地点における各基地局ＭＢＳ、ＦＢＳからの受信レベル（１点鎖線、２点鎖線参照）により表している。

フェムト基地局ＦＢＳは、マクロ基地局ＭＢＳからの送信信号が到達するマクロセル内に配置されている。
マクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳの各セル内には、移動可能な任意台数の携帯端末ＵＥ、ＵＥ（Ａ）、ＵＥ（Ｂ）が存在する。

フェムト基地局ＦＢＳからの送信信号が到達するフェムトセルは、マクロセルとの干渉によって縮退した中心部領域からなるカバレッジＡと、フェムト基地局ＦＢＳからの受信レベルがマクロ基地局ＭＢＳからの受信レベルよりも低い外周部領域からなるカバレッジＢとに分けられる。

通常、携帯端末は、受信レベルが高い方のセル内に在圏するので、カバレッジＡ（フェムトセル）の圏外およびカバレッジＢに存在する携帯端末ＵＥ、ＵＥ（Ｂ）は、マクロセル内に在圏することになる。
一方、フェムト基地局ＦＢＳの近傍のカバレッジＡにおいては、マクロ基地局ＭＢＳからの受信レベルよりもフェムト基地局ＦＢＳからの受信レベルの方が高いので、携帯端末ＵＥ（Ａ）はフェムトセル内に在圏することになる。
この結果、従来システム（図７）においては、フェムト基地局ＦＢＳが提供する通信エリアは、カバレッジＡのみとなる。

これに対し、この発明の実施の形態１（図１）においては、カバレッジＢに位置する携帯端末ＵＥ（Ｂ）を、フェムト基地局ＦＢＳと通信させることにより、フェムト基地局ＦＢＳが提供する通信エリアが、カバレッジＡのみならずカバレッジＢまで広げた基地局間協調通信システム（マクロ基地局−フェムト基地局間連携送信システム）を実現する。

図２はこの発明の実施の形態１によるマクロ基地局ＭＢＳとフェムト基地局ＦＢＳとの間の連携送信動作を示す説明図である。
図２において、マクロ基地局ＭＢＳは、時間（横軸）経過とともに、無線信号からなるフレーム＃ａ、フレーム＃ａ＋１、・・・を送信し、同様に、フェムト基地局ＦＢＳは、フレーム＃ｂ、フレーム＃ｂ＋１、・・・を送信する。

マクロ基地局ＭＢＳから送信されるフレーム＃ａ、フレーム＃ａ＋１は、それぞれ先頭から順次に、シンボル数Ｐに相当する下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｍｍｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）と、マクロ基地局ＭＢＳからマクロセルに在圏している携帯端末ＵＥへの無線リソース区間「ＭＢＳ→ＵＥ」と、無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」とからなる。

また、フェムト基地局ＦＢＳから送信されるフレーム＃ｂ、フレーム＃ｂ＋１は、それぞれ先頭から順次に、下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨと、フェムト基地局ＦＢＳからカバレッジＢ内の携帯端末ＵＥ（Ｂ）への無線リソース区間「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」と、無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」とからなる。
マクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳは、無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」で示される領域で無線信号の送信を停止する。

フェムト基地局ＦＢＳの無線フレーム（フレーム＃ｂ）の送信タイミングは、マクロ基地局ＭＢＳの無線フレーム（フレーム＃ａ）の送信タイミングよりも、オフセット期間τだけ遅延している。
オフセット期間τにより、フレーム＃ｂの無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」の先頭タイミングは、フレーム＃ａの無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」の終了タイミングと一致している。

この結果、図２に示すように、マクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳの両方が同時に携帯端末との間で通信を行う期間（「ＭＢＳ→ＵＥ」、「ＦＢＳ→ＵＥ（Ａ）」参照）と、フェムト基地局ＦＢＳのみが携帯端末との間で通信を行う期間（ＰＤＣＣＨおよび「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」参照）と、マクロ基地局ＭＢＳのみが制御情報を送信している期間（ＰＤＣＣＨ参照）と、の３つの期間が繰り返し発生する。

すなわち、マクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳが同時に通信を行う期間においては、マクロ基地局ＭＢＳは、無線リソース「ＭＢＳ→ＵＥ」を用いて、自身のマクロセルに在圏している携帯端末ＵＥと通信を行う。

また、これと同時に、フェムト基地局ＦＢＳは、無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ａ）」を用いて、自身のフェムトセルに在圏し且つカバレッジＡ（図１参照）に位置している携帯端末ＵＥ（Ａ）との間で通信を行うように、携帯端末ＵＥ（Ａ）に対する無線リソース割り当てを行う。

続いて、フェムト基地局ＦＢＳのみが通信を行う期間においては、マクロ基地局ＭＢＳは、自身のマクロセルに在圏している携帯端末への無線リソース割り当てを行わない一方で、フェムト基地局ＦＢＳは、無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」を用いて、自身のフェムトセルに在圏し且つカバレッジＢ（図１参照）に位置している携帯端末ＵＥ（Ｂ）との間で通信を行うように、携帯端末ＵＥ（Ｂ）に対する無線リソース割り当てを行う。

最後に、マクロ基地局ＭＢＳのみが制御情報の送信を行う期間においては、マクロセルに在圏中の携帯端末ＵＥが、自身宛のデータの有無や無線フレームにおけるデータの位置および通信パラメータを当該制御情報から読み取る。

また、これと同時に、フェムト基地局ＦＢＳは、無線フレームのオフセット期間τを示すタイミング情報を当該制御情報から読み取る。
なお、フェムト基地局ＦＢＳがマクロ基地局ＭＢＳの当該制御情報を読み取っている間は、フェムト基地局ＦＢＳは無線送信を停止する。

この結果、マクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳが同時に通信を行う期間において、マクロ基地局ＭＢＳとの間で通信中の携帯端末ＵＥは、フェムトセルの圏外に位置しているので、フェムトセルからの干渉を受けることはない。
一方、フェムト基地局ＦＢＳとの間で通信中の携帯端末ＵＥ（Ａ）は、干渉レベル（マクロセルからの受信レベル）よりもフェムトセルからの受信レベルが高いので、マクロセルからの干渉を受けつつも通信可能である。

続いて、フェムト基地局ＦＢＳのみが通信を行う期間において、カバレッジＢ内に位置する携帯端末ＵＥ（Ｂ）は、干渉レベル（フェムトセル内でのマクロセルからの受信レベル）よりもフェムトセルからの受信レベルが低い領域内でフェムト基地局ＦＢＳとの間で通信を行うが、この期間中、マクロ基地局ＭＢＳは、無線信号の送信を停止しているので、マクロセルからの干渉を受けることなく通信が可能となる。

なお、ここでは、フェムト基地局ＦＢＳのみが通信を行う期間において、フェムト基地局ＦＢＳとの間で通信可能な携帯端末が、図１内のカバレッジＢに位置する携帯端末ＵＥ（Ｂ）である場合を例にとって説明したが、これに限定されることはない。
たとえば、カバレッジＡに位置する携帯端末ＵＥ（Ａ）とフェムト基地局ＦＢＳとの間で通信したとしても、他のセルに干渉を与えることはないので、カバレッジＢに位置している携帯端末ＵＥ（Ｂ）が通信していない場合には、カバレッジＡに位置している携帯端末ＵＥ（Ａ）とフェムト基地局ＦＢＳとが通信を行うようにしてもよい。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１、図２）に係る基地局間協調通信システムは、マクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳを備え、マクロ基地局ＭＢＳによるマクロセル内、またはマクロセル内に配置されたフェムト基地局ＦＢＳによるフェムトセル内に位置する携帯端末ＵＥ、ＵＥ（Ａ）、ＵＥ（Ｂ）との間で相互通信を行う基地局間協調通信システムにおいて、マクロ基地局ＭＢＳからの無線フレーム（＃ａ）の送信タイミングとフェムト基地局ＦＢＳからの無線フレーム（＃ｂ）の送信タイミングとの間にオフセット期間τを設け、マクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳが同時に通信を行う第１期間と、フェムト基地局ＦＢＳのみが通信を行う第２期間とを設定する。

第１期間では、フェムトセル内において、マクロセルからの受信レベルよりもフェムトセルからの受信レベルの方が高い位置に存在する携帯端末ＵＥ（Ａ）のみを通信させる。
第２期間では、フェムトセル内において、マクロセルからの受信レベルよりもフェムトセルからの受信レベルの方が低い位置に存在する携帯端末ＵＥ（Ｂ）、またはマクロセルからの受信レベルよりもフェムトセルからの受信レベルが高い位置に存在する携帯端末ＵＥ（Ａ）を通信させる。

マクロ基地局ＭＢＳは、オフセット期間τを制御情報として無線送信し、フェムト基地局ＦＢＳは、オフセット期間τを無線受信して読み取る。
また、フェムト基地局ＦＢＳは、マクロ基地局ＭＢＳの制御チャネルを読み取る際に、フェムト基地局ＦＢＳからの無線送信を停止する。

これにより、マクロセルとフェムトセルとの間の干渉を回避して、フェムト基地局ＦＢＳの実質的な通信エリアを拡大させることが可能となるので、周波数利用効率を向上させて、増大するユーザトラヒックを高効率に収容し、限られた無線帯域を有効利用することができる。

すなわち、マクロ基地局ＭＢＳにおける無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」を最小限とし、且つフェムト基地局ＦＢＳが提供する通信エリアを、カバレッジＡのみならずカバレッジＢまで拡大することができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１、図２）では、特に言及しなかったが、マクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳからの各無線フレームの送信タイミングを、各セルに在圏する携帯端末が通信に必要とする無線リソース量に応じて決定してもよい。
以下、各携帯端末の要求無線リソースの量に応じて送信タイミングを決定するように構成したこの発明の実施の形態２について説明する。

図３はこの発明の実施の形態２における携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃５の各セル内での配置関係を示す説明図である。
図３において、マクロ基地局ＭＢＳによるマクロセルＣ内には、２個のフェムト基地局ＦＢＳ＃１、ＦＢＳ＃２によるフェムトセルｃ＃１、ｃ＃２が形成されている。

５個の携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃５のうち、携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃３は、マクロセルＣ内に在圏し、携帯端末ＵＥ＃４は、フェムトセルｃ＃１のカバレッジＢ（図１参照）に在圏し、携帯端末ＵＥ＃５は、フェムトセルｃ＃２のカバレッジＡ（図１参照）に在圏しているものとする。

各携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃５が測定する周辺基地局レベルは、携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃３については、マクロセルＣのみの受信レベルとなる。
また、携帯端末ＵＥ＃４については、マクロセルＣおよびフェムトセルｃ＃１の受信レベル（ただし、「マクロセルＣの受信レベル＞フェムトセルｃ＃１の受信レベル」）となり、携帯端末ＵＥ＃５については、マクロセルＣおよびフェムトセルｃ＃２の受信レベル（ただし、「マクロセルＣの受信レベル＜フェムトセルｃ＃２の受信レベル」）となる。

マクロ基地局ＭＢＳは、各携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃５からの周辺基地局レベル測定の報告結果（以下、「周辺レベル測定報告」という）と、各携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃５の要求無線リソースとに基づき、マクロ基地局ＭＢＳの無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」（図２参照）の先頭タイミング（オフセット期間τ）を決定する。

決定したオフセット期間τは、マクロ基地局ＭＢＳから送信される下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨにより通知される。
無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」の先頭タイミング（オフセット期間τ）は、１つの無線フレームのシンボル数Ｎｓと、ＤＰＣＣＨシンボル数Ｐと、マクロセルＣ内に配置されたフェムトセルｃ（ｃ＃１、ｃ＃２）に関するパラメータＦｃ、Ａｃとを用いて、以下の式（１）で表される。

ただし、式（１）において、Ｆｃは、「周辺レベル測定報告内にフェムトセルｃ（ｃ＃１、ｃ＃２）の受信レベルを含んでいる携帯端末ＵＥ＃４、ＵＥ＃５」の要求無線リソースの総和である。
また、Ｍは、「周辺レベル測定報告内にマクロセルＣの受信レベルのみを含んでいる携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃３」の要求無線リソースの総和である。

さらに、式（１）において、Ａｃは、「周辺レベル測定報告内にフェムトセルｃ（ｃ＃２）の受信レベルを含み、且つ当該受信レベルがマクロセルＣの受信レベルよりも大きい携帯端末ＵＥ＃５（図１内のＵＥ（Ａ）に相当）」の要求無線リソースの総和である。

ここで、たとえば、１フレームのシンボル数Ｎｓ＝７、ＤＰＣＣＨシンボル数Ｐ＝２、各携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃５の要求無線リソース比（ＵＥ＃１：ＵＥ＃２：ＵＥ＃３：ＵＥ＃４：ＵＥ＃５）＝１：１：１：２：３、である場合を仮定すると、式（１）から、無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」の先頭タイミング（オフセット期間τ）は約「４」（シンボル）となる。

したがって、図２内の無線リソース「ＭＢＳ→ＵＥ」、「ＦＢＳ→ＵＥ（Ａ）」、「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」に対応付けると、図３内のマクロセルＣにおいて、携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃３（図３）が使用する無線リソース「ＭＢＳ→ＵＥ」（τ−Ｐ）は、「２シンボル分」となる。

また、このとき、フェムトセルｃ＃１において携帯端末ＵＥ＃４が使用する無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」は、「１シンボル分」となり、フェムトセルｃ＃２において携帯端末ＵＥ＃５が使用する無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ａ）」は、「２シンボル分」となる。

なお、図３においては、携帯端末ＵＥ＃４以外の端末がフェムトセルｃ＃１内に在圏していないことから、空いている無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」を携帯端末ＵＥ＃４が用いても、他セルに対して干渉を与えることはないので、携帯端末ＵＥ＃４は、無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」の「２シンボル分」の無線リソースを使用することができる。

一方、フェムトセルｃ＃２においては、フェムトセルｃ＃１内の携帯端末ＵＥ＃４の場合と同様に、携帯端末ＵＥ＃５以外の端末がフェムトセルｃ＃２内に在圏していないが、携帯端末ＵＥ＃５が無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ａ）」を使用すると、マクロセルＣと干渉を引き起こす可能性がある。したがって、図３内の携帯端末ＵＥ＃５に対しては、無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」以外を割り当ててはならない。

また、携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃３の要求無線リソースの総和ＭおよびＤＰＣＣＨシンボル数Ｐは、マクロ基地局ＭＢＳにおける無線パラメータと、マクロセルＣに在圏中の携帯端末からの周辺レベル測定報告とを用いて、マクロ基地局ＭＢＳにおいて取得可能である。

また、フェムトセルｃ（ｃ＃１、ｃ＃２）ごとの要求無線リソースの総和Ｆｃ、Ａｃについては、各フェムト基地局ＦＢＳ＃１、ＦＢＳ＃２が自セルに在圏中の携帯端末ＵＥ＃４、ＵＥ＃５からの周辺レベル測定報告に基づき取得可能である。
マクロ基地局ＭＢＳは、上記情報（Ｆｃ、Ａｃ）を、基地局間インタフェース（たとえば、ＬＴＥで規定されているＸ２インタフェース）を介して、フェムト基地局ＦＢＳ＃１、ＦＢＳ＃２から取得する。

以上のように、この発明の実施の形態２（図３）によれば、オフセット期間τは、マクロセルＣ内に在圏中の携帯端末が使用する第１の無線リソースと、フェムトセルｃに在圏し、且つマクロセルＣからの受信レベルが在圏中のフェムトセルｃからの受信レベルよりも高い位置に存在する携帯端末が使用する第２の無線リソースと、フェムトセルｃに在圏し、且つマクロセルＣからの受信レベルが在圏中のフェムトセルｃからの受信レベルよりも低い位置に存在する携帯端末が使用する第３の無線リソースと、の比率に応じて決定される。

このように、マクロ基地局ＭＢＳとフェムト基地局ＦＢＳの無線フレームの送信タイミングを、同時に通信可能なマクロセルＣおよびフェムトセルｃの携帯端末が使用する無線リソース、およびフェムト基地局ＦＢＳのみ通信時に通信可能なフェムトセルｃの携帯端末が使用する無線リソースとの割合に応じて決定することにより、マクロ基地局ＭＢＳにおける無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」を必要最小限とすることができる。

すなわち、ヘテロジニアスネットワークの干渉関係にあるセル間において、各セルＣ、ｃで収容している携帯端末の要求収容トラヒック量に応じて無線通信タイミングを動的に調整および共有し、干渉を回避することにより、周波数利用効率を向上させ、増大するユーザトラヒックを高効率に収容することができる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態２（図３）では、マクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳ＃１、ＦＢＳ＃２の各無線フレームの送信タイミングを、各セルＣ、ｃ内に在圏する携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃５が通信に必要とする要求無線リソースの量に応じて決定したが、図４に示すように、各セルＣ、ｃ内に在圏する携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃８の台数に応じて決定してもよい。

図４はこの発明の実施の形態３における携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃８の各セル内での配置関係を示す説明図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。

図４において、マクロ基地局ＭＢＳのマクロセルＣ内には、８個の携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃８が存在し、このうち、フェムト基地局ＦＢＳ＃１のフェムトセルｃ＃１内には、２個の携帯端末ＵＥ＃４、ＵＥ＃５が存在し、フェムト基地局ＦＢＳ＃２のフェムトセルｃ＃２内には、３個の携帯端末ＵＥ＃６〜ＵＥ＃８が存在する。

すなわち、携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃３は、マクロセルＣに在圏し、携帯端末ＵＥ＃４、ＵＥ＃５は、フェムトセルｃ＃１のカバレッジＢ（図１参照）に在圏する。
また、携帯端末ＵＥ＃６、ＵＥ＃７は、フェムトセルｃ＃２のカバレッジＢに在圏し、携帯端末ＵＥ＃８は、フェムトセルｃ＃２のカバレッジＡに在圏する。

この場合、各携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃８が測定する周辺基地局レベル（周辺レベル測定報告）に関しては、以下の通りである。
すなわち、携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃３については、マクロセルＣのみの受信レベルとなる。また、携帯端末ＵＥ＃４、ＵＥ＃５については、マクロセルＣおよびフェムトセルｃ＃１の受信レベル（ただし、「マクロセルＣの受信レベル＞フェムトセルｃ＃１の受信レベル」）となる。

また、携帯端末ＵＥ＃６〜ＵＥ＃８については、マクロセルＣおよびフェムトセルｃ＃２の受信レベルとなる。
ただし、この場合、携帯端末ＵＥ＃６、ＵＥ＃７については、「マクロセルＣの受信レベル＞フェムトセルｃの受信レベル」の関係にあり、携帯端末ＵＥ＃８については、「マクロセルＣの受信レベル＜フェムトセルｃの受信レベル」の関係にある。

マクロ基地局ＭＢＳにおいては、各携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃８からの周辺レベル測定報告と、各携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃８の台数とに基づき、マクロ基地局ＭＢＳの無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」の先頭タイミング（オフセット期間τ）を決定する。
オフセット期間τは、前述の式（１）により算出され、マクロ基地局ＭＢＳから送信される下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨ（図２参照）により通知される。

ただし、この場合、式（１）内のパラメータＦｃ、Ｍ、Ａｃが、前述の「要求無線リソースの総和」ではなく、Ｆｃは「周辺レベル測定報告内にフェムトセルｃの受信レベルを含んでいる携帯端末ＵＥ＃４〜ＵＥ＃８」の台数「５」であり、Ｍは「周辺レベル測定報告内にマクロセルＣの受信レベルのみを含んでいる携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃３」の台数「３」である。

また、Ａｃは「周辺レベル測定報告内にフェムトセルｃの受信レベルを含み、且つ当該受信レベルがマクロセルＣの受信レベルよりも大きい携帯端末ＵＥ＃６、ＵＥ＃７（図１内のＵＥ（Ａ）に相当）」の台数「２」である。

ここで、たとえば、１フレームのシンボル数Ｎｓ＝７、ＤＰＣＣＨシンボル数Ｐ＝２、である場合を仮定すると、式（１）から、無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」の先頭タイミング（オフセット期間τ）は、約「４」（シンボル）となる。

したがって、図２内の無線リソース「ＭＢＳ→ＵＥ」、「ＦＢＳ→ＵＥ（Ａ）」、「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」に対応付けると、図４内のマクロセルＣにおいて携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃３が使用する無線リソース「ＭＢＳ→ＵＥ」は、「２シンボル分」となる。
また、フェムトセルｃ＃１において携帯端末ＵＥ＃４、ＵＥ＃５が使用する無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」は、「１シンボル分」となる。

さらに、このとき、フェムトセルｃ＃２において携帯端末ＵＥ＃６、ＵＥ＃７が使用する無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」は、「１シンボル分」となり、フェムトセルｃ＃２において携帯端末ＵＥ＃８が使用する無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ａ）」は、「２シンボル分」となる。

なお、図４では、フェムトセルｃ＃２において、携帯端末ＵＥ＃８が無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」を使用しても他セルに対して干渉を与えることはないので、携帯端末ＵＥ＃８に対して無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ｂ）」を割り当てることができる。
ただし、携帯端末ＵＥ＃４〜ＵＥ＃７が使用していない無線リソース「ＦＢＳ→ＵＥ（Ａ）」は、マクロセルＣにおいて携帯端末ＵＥ＃１〜ＵＥ＃３に割り当てて同一タイミングで使用されることから、干渉を引き起こす可能性があるので、携帯端末ＵＥ＃４〜ＵＥ＃７に対しては割り当ててはならない。

以上のように、この発明の実施の形態３（図４）によれば、オフセット期間τは、マクロセルＣに在圏中の携帯端末の第１の台数と、フェムトセルｃに在圏し、且つマクロセルＣからの受信レベルが在圏中のフェムトセルｃからの受信レベルよりも高い位置に存在する携帯端末の第２の台数と、フェムトセルｃに在圏し、且つマクロセルＣからの受信レベルが在圏中のフェムトセルｃからの受信レベルよりも低い位置に存在する携帯端末の第３の台数と、の比率に応じて決定される。

このように、マクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳの無線フレームの送信タイミングを、同時に通信可能なマクロセルＣおよびフェムトセルｃ内の携帯端末の台数と、フェムト基地局ＦＢＳのみへの通信時に通信可能なフェムトセルｃの携帯端末の台数との割合に応じて決定することにより、マクロ基地局ＭＢＳにおける無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」（図２参照）を必要最小限とすることができる。

すなわち、ヘテロジニアスネットワークの干渉関係にあるセル間において、各セルＣ、ｃで収容している携帯端末の台数に応じて無線通信タイミングを動的に調整および共有し、干渉を回避することにより、周波数利用効率を向上させ、増大するユーザトラヒックを高効率に収容することができる。

実施の形態４．
なお、上記実施の形態２、３（図３、図４）では、具体的に言及しなかったが、マクロ基地局ＭＢＳにおいて、前述の式（１）により決定したマクロ基地局ＭＢＳおよびフェムト基地局ＦＢＳの無線フレームの送信タイミング（オフセット期間τ）を、図５に示すように、下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨ（無線通信）を用いて、マクロ基地局ＭＢＳからフェムト基地局ＦＢＳに通知してもよい。

図５はこの発明の実施の形態４によるマクロ基地局ＭＢＳとフェムト基地局ＦＢＳとの間の連携送信動作を示す説明図である。
なお、図５においては、複数のフェムト基地局ＦＢＳのうちの１つ（後述する無線網臨時識別ＲＮＴＩ＝ｚ）のフェムト基地局に注目した場合の、マクロ基地局ＭＢＳとの間の通信例を示している。

前述の図２において、下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨは、各基地局が携帯端末に対して、データの無線フレームにおける格納位置や無線送信システムなどを通知するのに用いられる。

すなわち、各携帯端末への通知情報は、携帯端末ごとに割り当てられる無線網臨時識別子ＲＮＴＩ（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）に基づくスクランブル処理を行うことによって無線フレームに設定されている。
また、各携帯端末は、自身の無線網臨時識別子ＲＮＴＩを用いて、下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨのデスクランブル処理を行い、正しく復元された通知情報を自身宛の情報と認識して取得する構成となっている。

マクロ基地局ＭＢＳは、無線フレームの送信タイミング（オフセット期間τ）を通知するフェムト基地局ＦＢＳに対して、携帯端末と同様に、無線網臨時識別子ＲＮＴＩを割り当て、下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨ内のオフセット期間τを格納する領域に対し、当該フェムト基地局ＦＢＳに向けた無線網臨時識別子ＲＮＴＩに基づくスクランブル処理を行い無線フレームに設定する。

図５において、まず、起動されたフェムト基地局ＦＢＳは、周辺無線基地局の報知システム情報を受信し、無線基地局種別情報が他のフェムト基地局からの情報（基地局種別＝フェムト基地局：最上段の２点鎖線矢印参照）を示す場合には、受信した報知システム情報を無視する。

一方、無線基地局種別情報がマクロ基地局ＭＢＳからの情報（基地局種別＝マクロ基地局：最上段の実線矢印参照）であった場合には、フェムト基地局ＦＢＳは、無線基地局種別情報とともに受信した報知システム情報を取り込む。

続いて、フェムト基地局ＦＢＳは、基地局間インタフェース（たとえば、ＬＴＥで規定されているＸ２インタフェース）を介して、無線網臨時識別子ＲＮＴＩの取得要求メッセージ（２段目の２点鎖線矢印参照）をマクロ基地局ＭＢＳに送信する。

次に、マクロ基地局ＭＢＳは、フェムト基地局ＦＢＳからの無線網臨時識別子ＲＮＴＩの取得要求に応答し、フェムト基地局通知用の無線網臨時識別子ＲＮＴＩが未割り当であれば、フェムト基地局ＦＢＳの無線網臨時識別子ＲＮＴＩを取得して新規割り当を行い、基地局間インタフェース（Ｘ２）を介したＲＮＴＩ通知メッセージ（２段目の実線矢印参照）により、フェムト基地局ＦＢＳに無線網臨時識別子ＲＮＴＩ（たとえば、ＲＮＴＩ＝ｚ）を通知する。

最後に、マクロ基地局ＭＢＳは、先立って通知した無線網臨時識別子ＲＮＴＩ（＝ｚ）の情報領域に、無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」の先頭タイミングの情報（オフセット期間τ＝ａ）を設定した下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨの送信動作（最下段の実線矢印参照）を開始する。
このとき、マクロ基地局ＭＢＳからは、複数のフェムト基地局（ＲＮＴＩ）に対応したオフセット期間τの情報が同時に送信されるが、各フェムト基地局ＦＢＳは、自身の無線網臨時識別子ＲＮＴＩに対応した情報のみを受信する。

これにより、フェムト基地局ＦＢＳ（ＲＮＴＩ＝ｚ）は、マクロ基地局ＭＢＳからの下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨを受信し、マクロ基地局ＭＢＳから取得した無線網臨時識別子ＲＮＴＩ（＝ｚ）を用いてデスクランブル処理を行うことにより、情報領域を読み出し、設定されているオフセット期間τ（＝ａ）を取得する。
以下、各フェムト基地局ＦＢＳは、自身が取得した無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」の先頭タイミングで送信割当を開始する。

以上のように、この発明の実施の形態４（図５）によれば、フェムト基地局ＦＢＳは、複数のフェムト基地局からなり、マクロ基地局ＭＢＳは、オフセット期間τを読み取るフェムト基地局ＦＢＳが共通に使用する無線網臨時識別子ＲＮＴＩを用いて、オフセット期間τに対してスクランブル処理を行い、マクロ基地局ＭＢＳが送信する無線フレームに格納する。

フェムト基地局ＦＢＳは、マクロ基地局ＭＢＳから送信された無線フレーム上の制御データに対して、自身に割り当てられた無線網臨時識別子ＲＮＴＩを復元パラメータとして用いてデスクランブル処理を行い、正しく復元された情報をオフセット期間τとして認識して取得する。
また、複数のフェムト基地局ＦＢＳは、各々に割り当てられる無線網臨時識別子ＲＮＴＩを、基地局間インタフェース（Ｘ２）を介してマクロ基地局ＭＢＳから取得する。

このように、マクロ基地局ＭＢＳは、フェムト基地局ＦＢＳ用の無線網臨時識別子ＲＮＴＩを割り当て、マクロ基地局ＭＢＳとフェムト基地局ＦＢＳとの無線フレームの送信タイミングのオフセット期間τに対して、携帯端末と同様に、当該無線網臨時識別子ＲＮＴＩを用いてスクランブル処理を行うことにより無線フレームに設定する。

また、フェムト基地局ＦＢＳは、マクロ基地局ＭＢＳに対してオフセット期間通知用の無線網臨時識別子ＲＮＴＩを要求し、携帯端末と同様に、下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨのデスクランブル処理を行うことによりオフセット期間τを取得する。
これにより、マクロ基地局ＭＢＳから複数のフェムト基地局ＦＢＳの各々に対して、マクロ基地局ＭＢＳが決定したオフセット期間τを確実に通知することができる。

実施の形態５．
なお、上記実施の形態４（図５）では、各フェムト基地局ＦＢＳは、マクロ基地局ＭＢＳに対して無線網臨時識別子ＲＮＴＩの割り当て（ＲＮＴＩ取得要求）を行うか、または、割り当て済みの無線網臨時識別子ＲＮＴＩをマクロ基地局ＭＢＳから基地局間インタフェース（Ｘ２）を介して取得したが、図６のように、マクロ基地局ＭＢＳにおいてフェムト基地局ＦＢＳ用の無線網臨時識別子ＲＮＴＩをあらかじめ割り当て、マクロセルＣにおける報知情報として無線同報送信してもよい。

以下、図６を参照しながら、この発明の実施の形態５による無線同報送信動作について説明する。
図６において、まず、起動されたフェムト基地局ＦＢＳは、他のフェムト基地局からの報知システム情報（最上段の２点鎖線矢印参照）を無視し、マクロ基地局ＭＢＳからの報知システム情報（最上段の実線矢印参照）を受信する。

このとき、マクロ基地局ＭＢＳは、フェムト基地局通知用の無線網臨時識別子ＲＮＴＩ（＝ｚ）を割り当て、これを報知システム情報（最上段の実線矢印参照）により周辺無線基地局に通知する。
これにより、フェムト基地局ＦＢＳは、マクロ基地局ＭＢＳからの報知情報により、自身の無線網臨時識別子ＲＮＴＩ（＝ｚ）を取得する。

続いて、マクロ基地局ＭＢＳは、先立って通知した無線網臨時識別子ＲＮＴＩ（＝ｚ）の情報領域に、マクロ基地局ＭＢＳとフェムト基地局ＦＢＳ（ＲＮＴＩ＝ｚ）との無線フレームの送信タイミングのオフセット期間τ（＝ａ）を設定した下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨの送信（２段目の実線矢印参照）を開始する。

フェムト基地局ＦＢＳは、マクロ基地局ＭＢＳからの下り共通制御チャネル区間ＰＤＣＣＨを受信し、先立って通知された無線網臨時識別子ＲＮＴＩ（＝ｚ）の情報領域を読み出し、設定されている自身のオフセット期間τ（＝ａ）を取得する。
以下、各フェムト基地局ＦＢＳは、自身が取得した無線送信停止区間「Ｎｏ ＴＸ」の先頭タイミングで送信割当を開始する。

以上のように、この発明の実施の形態５（図６）によれば、マクロ基地局ＭＢＳは、複数のフェムト基地局ＦＢＳの各々に割り当てる無線網臨時識別子ＲＮＴＩを、マクロセルＣにおける報知情報として無線同報送信する。
これにより、前述の実施の形態４（図５）と同様に、複数のフェムト基地局ＦＢＳの各々は、自身のオフセット期間τを確実に取得することができる。

ｃ＃１、ｃ＃２ フェムトセル、Ｃ マクロセル、ＦＢＳ フェムト基地局、ＭＢＳ マクロ基地局、ＰＤＣＣＨ 下り共通制御チャネル区間、ＲＮＴＩ 無線網臨時識別子、ＵＥ、ＵＥ＃１〜ＵＥ＃８ 携帯端末、τ オフセット期間。

Claims (5)

1. マクロ基地局およびフェムト基地局を備え、前記マクロ基地局によるマクロセル内、または前記マクロセル内に配置された前記フェムト基地局によるフェムトセル内に位置する携帯端末との間で相互通信を行う基地局間協調通信システムにおいて、
   前記マクロ基地局からの無線フレームの送信タイミングと前記フェムト基地局からの無線フレームの送信タイミングとの間にオフセット期間を設け、
   前記マクロ基地局および前記フェムト基地局が同時に通信を行う第１期間と、前記フェムト基地局のみが通信を行う第２期間とを設定し、
   前記第１期間では、前記フェムトセル内において、前記マクロセルからの受信レベルよりも前記フェムトセルからの受信レベルの方が高い位置に存在する携帯端末のみを通信させ、
   前記第２期間では、前記フェムトセル内において、前記マクロセルからの受信レベルよりも前記フェムトセルからの受信レベルの方が低い位置に存在する携帯端末、または前記マクロセルからの受信レベルよりも前記フェムトセルからの受信レベルが高い位置に存在する携帯端末を通信させ、
   前記マクロセルと前記フェムトセルとの間の干渉を回避して、前記フェムト基地局の実質的な通信エリアを拡大させ、
   前記マクロ基地局は、前記オフセット期間を制御情報として無線送信し、
   前記フェムト基地局は、前記オフセット期間を無線受信して読み取り、
   前記フェムト基地局は、複数のフェムト基地局からなり、
   前記マクロ基地局は、前記オフセット期間を読み取るフェムト基地局が共通に使用する無線網臨時識別子を用いて前記オフセット期間に対してスクランブル処理を行い、前記マクロ基地局が送信する無線フレームに格納し、
   前記フェムト基地局は、前記マクロ基地局から送信された前記無線フレーム上の制御データに対して、自身に割り当てられた無線網臨時識別子を復元パラメータとして用いてデスクランブル処理を行い、正しく復元された情報を前記オフセット期間として認識して取得する、
   ことを特徴とする基地局間協調通信システム。
2. 前記複数のフェムト基地局は、各々に割り当てられる無線網臨時識別子を、基地局間インタフェースを介して前記マクロ基地局から取得することを特徴とする請求項１に記載の基地局間協調通信システム。
3. 前記マクロ基地局は、前記複数のフェムト基地局の各々に割り当てる無線網臨時識別子を、前記マクロセルにおける報知情報として無線同報送信することを特徴とする請求項１に記載の基地局間協調通信システム。
4. 前記オフセット期間は、
   前記マクロセル内に在圏中の携帯端末が使用する第１の無線リソースと、
   前記フェムトセルに在圏し、且つ前記マクロセルからの受信レベルが在圏中の前記フェムトセルからの受信レベルよりも高い位置に存在する携帯端末が使用する第２の無線リソースと、
   前記フェムトセルに在圏し、且つ前記マクロセルからの受信レベルが在圏中の前記フェムトセルからの受信レベルよりも低い位置に存在する携帯端末が使用する第３の無線リソースと、
   の比率に応じて決定されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の基地局間協調通信システム。
5. 前記オフセット期間は、
   前記マクロセルに在圏中の携帯端末の第１の台数と、
   前記フェムトセルに在圏し、且つ前記マクロセルからの受信レベルが在圏中の前記フェムトセルからの受信レベルよりも高い位置に存在する携帯端末の第２の台数と、
   前記フェムトセルに在圏し、且つ前記マクロセルからの受信レベルが在圏中の前記フェムトセルからの受信レベルよりも低い位置に存在する携帯端末の第３の台数と、
   の比率に応じて決定されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の基地局間協調通信システム。

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