JP5690344B2 - セル間協調のための通信システム - Google Patents

Description

本発明は、フェムト基地局及びマクロ基地局を含む階層（ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ）セル通信システムに関し、より詳細には、階層セル通信システムにおいてフェムト基地局がマクロ端末を認知するか、又はフェムト基地局とマクロ端末との間のチャネルを認知するシステムに関する。

移動通信システムの容量を増大するために、フェムトセル、マクロセル、及び１つ以上の移動端末を含む階層セル通信システムに関する技術が注目されている。階層セル通信システムにおいて、フェムトセルからマクロセルへの干渉は解決しなければならない重要な問題である。

各種規格では、セル間の干渉による問題を解決するために協調（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ）ビームフォーミングなどの技術を提案している。但し、協調ビームフォーミングなどの技術は、リアルタイムでセル間におけるチャネル情報を交換／共有することを要求するが、フェムトセルを含む階層セル通信システムにおいて、セルがチャネル情報をリアルタイムで交換／共有することは困難な場合がある。なぜなら、フェムトセルは、マクロセルと直接接続されずに、インターネットを介してマクロセルと接続されるため、フェムトセルとマクロセルとの間で送信／受信される情報は、相対的に大きな遅延を有するためである。

従って、フェムトセルからマクロセロの干渉（特に、フェムト基地局からマクロ端末への干渉）による問題を解決しながらも、フェムトセル及びマクロセルがチャネル情報をリアルタイムで共有できる技術が必要である。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、基地局及びマクロ端末の送信電力制御方法並びにこれらの方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による基地局の送信電力制御方法は、マクロ基地局からマクロ端末のサウンド信号情報を受信するステップと、前記受信したサウンド信号情報に基づいて前記マクロ端末から送信された前記サウンド信号を検出するステップと、前記検出されたサウンド信号に基づいて前記マクロ端末と前記基地局との間のチャネルを推定するステップと、前記マクロ基地局及び前記基地局の送信電力制御のために前記推定されたチャネルに関する情報を処理するステップと、を有する。

前記方法は、前記マクロ基地局に前記サウンド信号情報を要請するステップを更に含んでもよい。
前記方法は、前記サウンド信号情報を受信したことを示す確認メッセージを前記マクロ基地局に送信するステップを更に含んでもよい。
前記検出されたサウンド信号は、前記マクロ端末であることを示す情報、前記マクロ端末によって利用される無線リソースに関する情報、及び前記マクロ端末のサービス品質（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＱｏＳ）に関する情報のうちの少なくとも１つを示すことができる。
前記マクロ端末のサウンド信号情報は、前記サウンド信号のパターンに関する情報、前記サウンド信号のための無線リソースに関する情報、及び前記サウンド信号の送信周期に関する情報のうちの少なくとも１つを含むことができる。
前記推定されたチャネルに関する情報を処理するステップは、前記マクロ基地局及び前記基地局の送信電力制御のために前記マクロ基地局に前記推定されたチャネルに関する情報を送信するステップを含んでもよい。
前記推定されたチャネルに関する情報を処理するステップは、前記推定されたチャネルに関する情報に基づいて前記基地局の送信電力を決定するステップを含んでもよい。
前記方法は、前記マクロ基地局から前記基地局の制御された送信電力に関する情報を受信するステップを更に含んでもよい。

上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による基地局の送信電力制御方法は、マクロ基地局からマクロ端末のサウンド信号情報を受信するステップと、前記マクロ端末から受信したサウンド信号情報に基づいて前記マクロ端末から送信された前記サウンド信号を検出するステップと、前記検出されたサウンド信号のパワーに基づいて前記基地局の送信電力を調節するステップと、を有する。

前記フェムト基地局の送信電力を調節するステップは、前記検出されたサウンド信号のパワーを少なくとも１つの比較値と比較するステップと、前記比較結果に基づいて前記送信電力を増加又は減少させるステップと、を含んでもよい。

上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による基地局の送信電力制御方法は、マクロ基地局からマクロ端末のサウンド信号情報を受信するステップと、前記マクロ端末から受信したサウンド信号情報に基づいて前記マクロ端末から送信された前記サウンド信号を検出するステップと、前記サウンド信号に基づいて前記マクロ端末と前記基地局との間のチャネルを推定し、該推定されたチャネルに基づいてフェムト端末のためのビームフォーミングベクトルを生成するステップ、又は、前記サウンド信号の検出に応答して前記マクロ端末から前記マクロ端末と前記基地局との間のチャネルに関する情報を受信し、該受信したチャネルに関する情報に基づいて前記フェムト端末のための前記ビームフォーミングベクトルを生成するステップと、を有する。

前記方法は、前記サウンド信号の検出に応答して、前記マクロ端末と前記基地局との間のチャネルに関する情報を前記マクロ端末に要請するステップを更に含んでもよい。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるマクロ端末の送信電力制御方法は、マクロ基地局からサウンド信号の送信要請を受信するステップと、前記サウンド信号を基地局に送信するステップと、を有し、前記サウンド信号は、前記マクロ端末であることを示す情報、前記マクロ端末のための無線リソースに関する情報、及び前記マクロ端末のサービス品質（ＱｏＳ）に関する情報のうちの少なくとも１つを示し、前記サウンド信号のパターンに関する情報、前記サウンド信号のための無線リソースに関する情報、及び前記サウンド信号の送信周期に関する情報のうちの少なくとも１つを含むサウンド信号情報は、前記マクロ基地局から前記基地局に予め提供される。

本発明によれば、マクロ基地局がフェムト基地局にサウンド信号のパターンに関する情報、サウンド信号のための無線リソースに関する情報などを提供することによって、フェムト基地局は確実にマクロ端末から送信されたサウンド信号を受信することができる。従って、フェムト基地局は、マクロ端末とフェムト基地局との間のチャネルを容易に推定でき、マクロ端末の存在を認知することができ、マクロ基地局からマクロ端末に送信されるデータ間の干渉を減少することができる。

部分的周波数再利用（Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｕｓｅ：ＦＦＲ）方式に基づくマクロセル通信システムの従来例を示す図である。 部分的周波数再利用方式に基づく階層セル通信システムの従来例を示す図である。 リアルタイムで情報共有することが困難な階層セル通信システムの従来例を示す図である。 複数のフェムト基地局を含む階層セル通信システムの従来例を示す図である。 本発明の一実施形態による階層セル通信システムの手順を示す図である。 マクロ端末の移動に伴うマクロ基地局及びフェムト基地局の送信電力の変化の一例を示す図である。 本発明の一実施形態によるロングターム動的スペクトル管理（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）方式を適用する階層セル通信システムの手順を示す図である。 自発的動的スペクトル管理方式を適用する階層セル通信システムにおけるフェムト基地局の動作方法の一例を示すフローチャートである。 ｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングの一例を示す図である。 ｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングを適用する階層セル通信システムにおけるフェムト基地局の動作方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングを適用する階層セル通信システムの手順を示す図である。 本発明の一実施形態によるｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングを適用する階層セル通信システムの他の手順を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

本明細書で記述するフェムトセル、フェムト基地局は、小型基地局の一例である。本発明の実施形態は、フェムトセル、フェムト基地局だけではなく多様な種類の小型基地局を含む通信システムに適用することができる。ここで、小型基地局は、ヘテロジニアスネットワーク（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ）でリレー、ＲＲＨ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｍｏｔｅ Ｈｅａｄ）を含み、フェムト基地局、ピコ基地局、ホーム基地局（ｈｏｍｅ ｅＮｏｄｅ Ｂ）等を含む。

図１は、部分的周波数再利用（Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｕｓｅ：ＦＦＲ）方式に基づくマクロセル通信システムの従来例を示す図である。

図１を参照すると、マクロ基地局を含むマクロセル通信システムは、部分的周波数再利用方式により内部セル（ｉｎｎｅｒ ｃｅｌｌ）のための周波数リソースＦ１＋Ｆ２と外郭セル（ｏｕｔｅｒ ｃｅｌｌ）のための周波数リソースＦ３を別に管理する。内部セル（ｉｎｎｅｒ ｃｅｌｌ）のための周波数リソースＦ１＋Ｆ２は、隣接したセルによって再利用され得、外郭セル（ｏｕｔｅｒ ｃｅｌｌ）のための周波数リソースＦ３は、隣接したセルによって利用されない。部分的周波数再利用方式は、内部セル（ｉｎｎｅｒ ｃｅｌｌ）のための周波数リソースＦ１＋Ｆ２を再利用することによって無線リソースの利用効率を上げるだけでなく、隣接セルから干渉を受けないように外郭セルのための周波数リソースＦ３を割り当てることによって、外郭セルにあるユーザの容量を向上させることができる。即ち、部分的周波数再利用方式によると、マクロ基地局は、図１の送信電力のグラフに示すように、外郭セルのための周波数リソースＦ３でも高い送信電力を割り当てることができる。

マクロセルの隣接セルが異なるマクロセルである場合、２つのマクロセルはリアルタイムでチャネル情報を共有することができる。しかし、隣接セルがフェムトセルである場合、フェムトセルはインターネットと接続されているため、マクロセルとフェムトセルがリアルタイムでチャネル情報を共有することは難しい。また、マクロセルの位置は固定されている一方、フェムトセルの位置は自由に変わり得る。従って、ＦＦＲを用いる場合、フェムトセルからマクロ端末への干渉を確実に防止することができない。結局、マクロセル及びフェムトセルを含む階層セル通信システムで、ＦＦＲに基づいてリアルタイムにデータを共有することは最適化されたソリューションではない。

図２は、部分的周波数再利用方式に基づく階層セル通信システムの従来例を示す図である。

図２を参照すると、階層セル通信システムは、マクロ基地局、マクロ端末、及びフェムト基地局を含む。また、階層セル通信システムは、ＦＦＲを用いるため、内部セル（ｉｎｎｅｒ ｃｅｌｌ）のための周波数リソースＦ１＋Ｆ２と外郭セル（ｏｕｔｅｒ ｃｅｌｌ）のための周波数リソースＦ３は互いに区別される。

マクロ端末とフェムト基地局が互いに遠くに離れている場合、フェムト基地局からマクロ端末への干渉は略ないものと予測される。しかし、マクロ端末がフェムト基地局に近づくほどその干渉は増加し、フェムト基地局の位置もまた変わり得るため、単純にＦＦＲを用いることではフェムト基地局からマクロ端末への干渉を解決することはできない。

それだけでなく、フェムト基地局からマクロ端末への干渉を制御するためには、マクロ基地局及びフェムト基地局がフェムト基地局からマクロ端末へのチャネルに関する情報をリアルタイムで共有しなければならない。しかし、フェムト基地局はマクロ基地局と直接接続されず、インターネットを介して接続されるため、その情報をリアルタイムで共有することができない。それだけでなく、フェムト基地局は、マクロ端末の信号がどのようなパターンを有するのか、どのような無線リソースを用いて送信されるかが分からないため、フェムト基地局からマクロ端末へのチャネルを把握することさえ困難である。

図３は、リアルタイムで情報共有することが困難な階層セル通信システムの従来例を示す図である。

図３を参照すると、多重セル通信システム３１０は、マクロ基地局Ａ及びマクロ基地局Ｂのように２つのマクロ基地局を含む。マクロ基地局は、光ファイバーケーブルを介して接続されるか、又は既知のＸ２インターフェースを介して接続される。このような例では、マクロ基地局Ａ及びマクロ基地局Ｂは、小さい遅延時間を有してリアルタイムでチャネル情報を共有することができる。

階層セル通信システム３２０の例において、マクロ基地局がインターネットを介してフェムト基地局に接続される場合、マクロ基地局及びフェムト基地局は、相対的に大きな遅延時間を有してチャネル情報を共有する。従って、階層セル通信システムは、３ＧＰＰ ＬＴＥ＿ａｄｖａｎｃｅｄ標準、又はＩＥＥＥ ８０２．１６ｍ標準で議論される協調（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ）ビームフォーミングなどを用いることも難しい。

図４は、複数のフェムト基地局を含む階層セル通信システムの従来例を示す図である。

図４を参照すると、階層セル通信システムが２以上のフェムト基地局を含む場合、マクロ端末が干渉チャネル（ｈ１、ｈ２）を測定する方案が考えられる。即ち、マクロ端末は、フェムト基地局１、２をスキャニングし、干渉チャネル（ｈ１、ｈ２）を測定して、その干渉チャネルに関する情報をマクロ基地局に報告することができる。

しかし、マクロ端末の電力は制限され、特に複数のフェムト基地局からの干渉チャネルを個別に測定するためには、端末で多くの量の電力が消耗される。また、マクロ端末がマクロ基地局で干渉チャネルに関する情報を報告する場合には、追加的な無線リソースを必要とする。

図５は、本発明の一実施形態による階層セル通信システムの手順を示す図である。

図５を参照すると、フェムト基地局は、マクロ端末のサウンド信号に関連する情報を得るために、有線又は無線バックホールを介してマクロ基地局にメッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ＿Ｒｅｑｕｅｓｔ」を送信する（５１０）。この例では、フェムト基地局がマクロ基地局から情報を受信する。マクロ端末のサウンド信号は、所定のパターンを有する信号又は所定のビットを有する信号を含み、３ＧＰＰの「サウンド信号」に限定されるものではない。

マクロ基地局は、フェムト基地局が認証されたものである場合、マクロ基地局によってサービスされるマクロ端末のサウンド信号に関連する情報をフェムト基地局に送信する（５２０）。この例で、マクロ端末のサウンド信号に関連する情報は、マクロ基地局からメッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ」として送信される。

例えば、マクロ端末のサウンド信号に関連する情報は、サウンド信号のパターンに関する情報、サウンド信号のための無線リソースに関する情報、又はサウンド信号の送信周期に関する情報などを含んでもよい。従って、フェムト基地局は、マクロ端末から送信されるサウンド信号のパターン、サウンド信号のために割り当てられた無線リソース（周波数リソース及び時間リソース）、サウンド信号がいつ送信されるかなどを把握することができる。

フェムト基地局は、メッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ」の成功的な受信に応答して確認メッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ ＡＣＫ」をマクロ基地局に送信する（５３０）。例えば、マクロ基地局は、フェムト基地局が割り当てられた無線リソースを介してマクロ端末からサウンド信号を受信する準備を完了したことをマクロ端末に報告する。

また、マクロ基地局は、フェムト基地局がマクロ端末からサウンド信号を受信できる位置にあることを無線で確認し、マクロ端末に、指定されたパターン、割り当てられた無線リソース、指定された送信周期などの少なくとも１つに基づいて、サウンド信号の送信を命令する（５４０）。

マクロ端末は、上述したように、指定されたパターン、割り当てられた無線リソース、指定された送信周期などに基づいて、サウンド信号を送信する（５５０）。

ここで、サウンド信号は、マクロ端末によって送信される信号であり、フェムト基地局が、例えばマクロ端末の存在の有無や干渉量を判断したり、マクロ端末とフェムト基地局との間のチャネルを推定したりすることに用いられる信号を意味する。サウンド信号は、マクロ端末であることを示す情報、マクロ端末のための無線リソースに関する情報、マクロ端末のサービス品質（ＱｏＳ）などに関する情報を含むことができる。

サウンド信号のパターンは、例えばマクロ端末のための無線リソースの割当パターン、マクロ端末のサービス品質（ＱｏＳ）に基づいて異なるように決定することができる。フェムト基地局は、サウンド信号のパターンに基づいて、マクロ端末のための無線リソースの割当パターン、マクロ端末のサービス品質（ＱｏＳ）を把握することができる。実施形態として、サウンド信号は、フェムト基地局が上述した機能を行うために多様であり得る。

フェムト基地局は、サウンド信号に基づいて、フェムト基地局とマクロ端末との間のチャネルを推定するか、又はマクロ端末の存在の有無を確認することができる。例えば、時間分割二重化（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムにおいて、フェムト基地局は、サウンド信号に基づいてマクロ端末からフェムト基地局へのチャネルを推定し、フェムト基地局からマクロ端末へのチャネルを把握することができる。そして、フェムト基地局はサウンド信号に基づいてマクロ端末の存在の有無を確認することができる。マクロ基地局は、フェムト基地局又はマクロ端末に、チャネルに関する情報（例えば、マクロ端末で受信されたフェムト基地局の信号のパワーに関する情報）のフィードバックを要請することができる。

従って、マクロ基地局及びフェムト基地局は、フェムト基地局とマクロ端末との間のチャネルに関する情報を共有することができ、その共有情報に基づいて、送信電力制御又はビームフォーミングのような干渉制御を行うことができる。下記では、送信電力制御の例としてロングターム動的スペクトル管理方式、自発的動的スペクトル管理方式を具体的に説明し、ビームフォーミングの例としてｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングについて説明する。また、共有情報は、セル間ハンドオーバーなどに用いることができる。

＜ロングターム動的スペクトル管理＞

図６は、マクロ端末の移動に伴うマクロ基地局及びフェムト基地局の送信電力の変化の一例を示す図である。

図６を参照すると、この例では、マクロセルがＦＦＲを用いる環境においてマクロ端末がフェムト基地局に次第に近づいている。図面符号６１０及び６２０に示すように、マクロ基地局の送信電力は変更されないまま、外郭セルのための周波数リソースＦ３におけるフェムト基地局の送信電力だけが減少する。

例えば、外郭セルにフェムト基地局が存在する場合、フェムト基地局はマクロ端末によって利用されない無線リソースを自由に用いることができる。また、フェムト基地局は、マクロ端末によって要求されるサービス品質（例えば、平均ＳＩＮＲ）を知ることができ、サービス品質が保障されるという前提に基づき、経路損失（ｐａｔｈ ｌｏｓｓ）又はシャドーイング（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）のようなロングタームチャネルゲインに基づいてマクロ端末によって利用される無線リソースを制限的に用いることができる。

フェムト基地局は、マクロ端末が存在しないと判断した場合、マクロ基地局の可能な全ての無線リソースを利用することができ、周辺にマクロ端末が存在する場合にも、マクロ端末がフェムト基地局からの干渉なしに通信することを保障しながら、無線リソースを効率的に利用することができる。

図７は、本発明の一実施形態によるロングターム動的スペクトル管理（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）方式を適用する階層セル通信システムの手順を示す図である。

図７を参照すると、フェムト基地局は、マクロ端末のサウンド信号に関連する情報を得るためにバックホールを介してマクロ基地局にメッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ＿Ｒｅｑｕｅｓｔ」を送信する（７１０）。

実施形態として、フェムト基地局及びマクロ基地局は認証処理を行い得る。マクロ基地局は、マクロ基地局によって保存されるマクロ端末のサウンド信号情報を保存し更新することができる。マクロ基地局は、フェムト基地局が認証されたものである場合、マクロ端末のサウンド信号に関連する情報をフェムト基地局に送信する（７２０）。この例で、マクロ端末のサウンド信号に関連する情報は、メッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ」の形態で送信される。

フェムト基地局は、メッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ」の成功的な受信に応答して確認メッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ ＡＣＫ」をマクロ基地局に送信する（７３０）。

例えば、マクロ基地局は、フェムト基地局が割り当てられた無線リソースを介してマクロ端末からサウンド信号を受信する準備を完了したことをマクロ端末に報告する。

マクロ基地局は、マクロ端末がフェムト基地局のシグナリング距離内にあることを確認する。即ち、マクロ基地局は、フェムト基地局がマクロ端末からサウンド信号を受信できることを確認し、マクロ端末に、例えば指定されたパターン、割り当てられた無線リソース、指定された送信周期などに基づいて、サウンド信号の送信を命令する（７４０）。

マクロ端末は、例えば指定されたパターン、割り当てられた無線リソース、及び指定された送信周期などに基づいて、サウンド信号を送信する（７５０）。

フェムト基地局は、フェムト基地局からマクロ端末へのチャネルを推定又は予測する（７６０）。

フェムト基地局は、マクロ端末からフェムト基地局へのロングタームチャネルゲインを推定することができ、それによってフェムト基地局からマクロ端末へのロングタームチャネルゲインを予測することができる。例えば、ＴＤＤシステムにおいて、チャネル相互依存（ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）が成立する場合、マクロ端末からフェムト基地局へのチャネルゲインとフェムト基地局からマクロ端末へのチャネルゲインとは、同一なものと見なすことができる。

例えば、マクロ端末が頻繁にサウンド信号を送信する場合、フェムト基地局は、測定されたチャネルゲインを平均化することによってロングタームチャネルゲインを推定することができ、例えばマクロ端末が頻繁にサウンド信号を送信しなくても、測定したチャネルゲインに適切なフェーディングマージンを加えることによってロングタームチャネルゲインを推定することができる。

フェムト基地局は、得られたロングタームチャネルゲインをメッセージ「Ｃｈａｎｎｅｌ Ｉｎｆｏ Ｒｅｐｏｒｔ」の形態でマクロ基地局に送信する（７７０）。フェムト基地局は、ロングタームチャネルゲインを送信するために有線バックボーン又は無線バックボーンを用いることができる。

マクロ基地局は、ロングタームチャネルゲインに基づき、送信電力制御に従ってフェムト基地局の各々及び周波数リソース（サブバンド）の各々の送信電力を算出する（７８０）。そして、算出された送信電力に関する情報は、フェムト基地局の各々に送信される（７９０）。

図７に示したものとは異なり、実施形態として、送信電力はマクロ基地局の代わりにフェムト基地局によって算出され得、フェムト基地局が算出された送信電力を他のフェムト基地局やマクロ基地局に送信してもよい。

ロングタームチャネルゲインとマクロ基地局で一般的に使用可能な情報とに基づく送信電力制御は、次のようなアルゴリズムに基づいて行うことができる。

この例で、

はフェムト基地局ｊの現在の送信パワーを表し、

はマクロ端末ｉへのマクロ基地局の現在の送信パワーを表わし、

はフェムト基地局ｊの送信パワーの変化を表わし、

はフェムト基地局ｊからマクロ端末ｉへのチャネルゲインを表わし、

はマクロ基地局からマクロ端末ｉへのチャネルゲインを表わし、

はマクロ端末ｉのロングタームＳＩＮＲを表わし、

はマクロ端末ｉのロングタームターゲットＳＩＮＲを表わし、

はマクロ端末ｉのバックグラウンド雑音を表わす。

更に、

は、フェムト基地局がマクロ端末のサウンド信号を測定した後に、マクロ基地局に報告される。

１．フェムト基地局の個数がマクロ端末の個数より多い場合

フェムト基地局の個数がマクロ端末の個数より多い場合、アルゴリズムはフェムト基地局の送信電力「ｘ」の変化を最小化することを考慮し、マクロ端末のターゲットロングタームＳＩＮＲを満足することを制約（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）として考慮してもよい。例えば、アルゴリズムは、次のように表現することができる。

２．フェムト基地局の個数がマクロ端末の個数より小さいか同じである場合

フェムト基地局の個数がマクロ端末の個数より小さいか同じである場合、アルゴリズムはマクロ端末の効率低下を最小化することを考慮する。例えば、アルゴリズムは、次のように表現することができる。

＜自発的動的スペクトル管理＞

ロングターム動的スペクトル管理（ＤＳＭ）に基づいて、マクロ基地局及びフェムト基地局は最適な送信電力制御のために互いに関連する情報を交換する。但し、自発的動的スペクトル管理に従い、マクロ基地局及びフェムト基地局のうちの１つ以上は、自発的に自体の送信電力を制御してもよい。

図８は、自発的動的スペクトル管理（ＤＳＭ）方式を適用する階層セル通信システムにおけるフェムト基地局の動作方法の一例を示すフローチャートである。

図８を参照すると、フェムト基地局は予め設定された周期（例えば、送信周期）に基づいてマクロ端末のサウンド信号をモニタリングする（８１０）。

フェムト基地局は、マクロ端末のサウンド信号が検出されたか否かを判断する（８２０）。

マクロ端末のサウンド信号が検出されない場合、ステップ８１０を再び繰り返し、マクロ端末のサウンド信号が検出されると、フェムト基地局は検出されたサウンド信号のパワー（ロングタームゲイン）がαより大きいか否かを判断する（８３０）。検出されたサウンド信号のパワーがαより大きい場合、マクロ端末とフェムト基地局との間の干渉が相対的に大きいものと判断されるため、フェムト基地局は送信電力を減少する（８５０）。反対に、検出されたサウンド信号のパワーがαより小さいか同じである場合、フェムト基地局は検出されたサウンド信号のパワーがβより小さいか否かを判断する（８４０）。この例で、βはαより小さい実数である。

検出されたサウンド信号のパワーがβより小さい場合、フェムト基地局とマクロ端末との間の干渉は相対的に小さいものと判断されるため、フェムト基地局は送信電力を増加する（８６０）。この例で、送信電力の増加又は減少はマクロ端末によって利用される周波数帯域における送信電力の増加又は減少を意味する。

＜ｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミング＞

自発的動的スペクトル管理及びロングターム動的スペクトル管理は、ロングタームチャネルゲインに基づく。但し、実施形態として、マルチパスフェーディングのようなショートタームチャネルゲインに基づいて干渉制御を行ってもよい。

マクロ端末がサウンド信号を送信する場合、フェムト基地局はフェムト基地局とマクロ端末との間のチャネルを推定することができる。また、複数のフェムト基地局が存在する場合、マクロ基地局がフェムト基地局の各々に無線リソースを割り当てる例と比較して、フェムト基地局の各々がマクロ基地局に基づいて自体の無線リソースを割り当てることが効率的なこともある。

図９は、ｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングの一例を示す図である。

図９を参照すると、フェムト基地局１、２、３の各々は、フェムト端末Ａ、Ｂ、Ｃの各々のためにビームＡ、Ｂ、Ｃの各々を形成する。この例で、ビームＡ、Ｂ、Ｃはマクロ端末に干渉を与えないように生成されるため、フェムト基地局１、２、３の各々はマクロ端末によって利用される無線リソースを共に用いることができる。

フェムト基地局１、２、３の各々は、次のような数式に基づいてｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングベクトルを生成することができる。

この例で、

はフェムトセルｊにあるフェムト基地局の送信アンテナの個数を表わし、

はフェムトセルｊにあるフェムト端末ｋの受信アンテナの個数を表わし、

はマクロ端末ｉの受信アンテナの個数を表わし、

はフェムト基地局ｊからフェムト端末ｋへのチャネルマトリックスを表わし、

の次元を有し、

はフェムト基地局ｊからマクロ端末ｉへのチャネルマトリックスを表わし、

の次元を有し、

はフェムト端末ｋのためのフェムト基地局ｊのビームフォーミングベクトルを表わし、

はフェムトセルｊにあるフェムト端末ｋのバックグラウンド雑音パワーを表わす。

図１０は、ｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングを適用する階層セル通信システムにおけるフェムト基地局の動作方法の一例を示すフローチャートである。

図１０を参照すると、フェムト基地局はマクロ端末のサウンド信号を受信する（１０１０）。サウンド信号はチャネル情報を含む。フェムト基地局は、フェムト基地局からマクロ端末へのチャネル、例えばショートタームチャネルゲインを推定し、マクロ端末から報告された情報に基づいて、フェムト基地局とマクロ端末との間のチャネルを判断する（１０２０）。

フェムト基地局は、１つ以上のユーザ選択アルゴリズム、例えば比例公平スケジューリング（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｆａｉｒｎｅｓｓ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）方式を用いて、サービスしようとする少なくとも１つのユーザ（フェムト端末）を選択する（１０３０）。

フェムト基地局は、上述した数式に基づいて適切なｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングベクトルを生成する（１０４０）。

図１１は、本発明の一実施形態によるｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングを適用する階層セル通信システムの手順を示す図である。

図１１を参照すると、フェムト基地局は、マクロ端末のサウンド信号に関連する情報を要請するためにバックホールを介してマクロ基地局にメッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ＿Ｒｅｑｕｅｓｔ」を送信する（１１１０）。

マクロ基地局は、マクロ基地局によってサービスされるマクロ端末のサウンド信号に関連する情報をフェムト基地局に送信する（１１２０）。

フェムト基地局は、メッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ」の成功的な受信に応答して確認メッセージ「Ｍａｃｒｏ＿Ｉｎｆｏ ＡＣＫ」をマクロ基地局に送信する（１１３０）。

マクロ基地局は、フェムト基地局がマクロ端末からサウンド信号を受信できることを無線で確認し、マクロ端末に、例えば指定されたパターン、割り当てられた無線リソース、指定された送信周期などに基づいて、サウンド信号の送信を命令する（１１４０）。

マクロ端末は、マクロ基地局による命令としてサウンド信号を送信する（１１５０）。

フェムト基地局は、受信されたサウンド信号に基づいて、フェムト基地局からマクロ端末へのチャネル、例えばショートタームチャネルゲインを含むチャネルを推定し、適切なｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングベクトルを算出する（１１６０）。

図１１に示したものとは異なり、チャネル相互依存（ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）が成立しない場合、フェムト基地局からマクロ端末へのチャネルに関する情報は、マクロ端末からフェムト基地局に提供してもよい。これについては、図１２を参照して説明する。

図１２は、本発明の一実施形態によるｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングを適用する階層セル通信システムの他の手順を示す図である。

図１２を参照すると、手順１２１０〜１２５０は、図１１の手順１１１０〜１１５０と同様に行われるので、これらの手順の説明は省略する。

手順１２１０〜１２５０が行われた後、フェムト基地局は、マクロ端末の存在の有無を認知し、マクロ端末がフェムト基地局に及ぼす影響を認知する（１２６０）。

フェムト基地局は、フェムト基地局とマクロ端末との間のチャネルに関する情報をマクロ基地局に要請し（１２７０）、マクロ基地局はその要請に対して応答する（１２８０）。マクロ基地局は、マクロ端末に、フェムト基地局とマクロ端末との間のチャネルに関する情報をフェムト基地局にフィードバックすることを命令する（１２９０）。マクロ端末はフェムト基地局とマクロ端末との間のチャネルに関する情報をフェムト基地局にフィードバックする（１２９１）。実施形態として、マクロ端末とフェムト基地局との間の通信のための初期化過程が選択的に行われてもよい。

フェムト基地局からマクロ端末へのチャネルに関する情報がフェムト基地局に提供されると、フェムト基地局は適切なｌｅａｋａｇｅ−ｂａｓｅｄビームフォーミングベクトルを生成する（１２９２）。

本発明による方法は、多様なコンピュータ手段によって行われるプログラム命令形態で実現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することができる。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせたものを含んでもよい。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれてもよい。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。上記ハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されてもよい。

上述したように本発明をいくつかの実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形が可能である。従って、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されて定められるものではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。

３１０ 多重セル通信システム
３２０ 階層セル通信システム

Claims (15)

1. 基地局の送信電力制御方法であって、
   マクロ基地局からマクロ端末のサウンド信号情報を受信するステップと、
   前記マクロ端末のサウンド信号に関する情報を用いて前記マクロ端末から送信された前記サウンド信号を検出するステップと、
   前記サウンド信号に基づいて前記マクロ端末と前記基地局との間のチャネルを推定するステップと、
   前記基地局の送信電力制御のために前記推定されたチャネルに関する情報を処理するステップと、を有することを特徴とする基地局の送信電力制御方法。
2. 前記マクロ基地局に前記サウンド信号情報を要請するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の基地局の送信電力制御方法。
3. 前記サウンド信号情報を受信したことを示す確認メッセージを前記マクロ基地局に送信するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の基地局の送信電力制御方法。
4. 前記検出されたサウンド信号は、
   前記マクロ端末であることを示す情報、前記マクロ端末によって利用される無線リソースに関する情報、及び前記マクロ端末のサービス品質（ＱｏＳ）に関する情報のうちの少なくとも１つを示すことを特徴とする請求項１に記載の基地局の送信電力制御方法。
5. 前記マクロ端末のサウンド信号情報は、
   前記サウンド信号のパターンに関する情報、前記サウンド信号のための無線リソースに関する情報、及び前記サウンド信号の送信周期に関する情報のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の基地局の送信電力制御方法。
6. 前記推定されたチャネルに関する情報を処理するステップは、
   前記マクロ基地局及び前記基地局の送信電力制御のために前記マクロ基地局に前記推定されたチャネルに関する情報を送信するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の基地局の送信電力制御方法。
7. 前記推定されたチャネルに関する情報を処理するステップは、
   前記推定されたチャネルに関する情報に基づいて前記基地局の送信電力を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の基地局の送信電力制御方法。
8. 前記マクロ基地局から前記基地局の制御された送信電力に関する情報を受信するステップを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の基地局の送信電力制御方法。
9. 基地局の送信電力制御方法であって、
   マクロ基地局からマクロ端末のサウンド信号情報を受信するステップと、
   前記マクロ端末のサウンド信号に関する情報を用いて前記マクロ端末から送信された前記サウンド信号を検出するステップと、
   前記サウンド信号に基づいて前記基地局の送信電力を調節するステップと、を有することを特徴とする基地局の送信電力制御方法。
10. 前記基地局の送信電力を調節するステップは、
    前記検出されたサウンド信号のパワーを少なくとも１つの比較値と比較するステップと、
    前記比較結果に基づいて前記送信電力を増加又は減少させるステップと、を含むことを特徴とする請求項９に記載の基地局の送信電力制御方法。
11. 基地局の送信電力制御方法であって、
    マクロ基地局からマクロ端末のサウンド信号情報を受信するステップと、
    前記マクロ端末のサウンド信号に関する情報を用いて前記マクロ端末から送信された前記サウンド信号を検出するステップと、
    前記サウンド信号に基づいて前記マクロ端末と前記基地局との間のチャネルを推定し、該推定されたチャネルに基づいてフェムト端末のためのビームフォーミングベクトルを生成するステップ、又は、
    前記サウンド信号の検出に応答して前記マクロ端末から前記マクロ端末と前記基地局との間のチャネルに関する情報を受信し、該受信したチャネルに関する情報に基づいて前記フェムト端末のための前記ビームフォーミングベクトルを生成するステップと、を有することを特徴とする基地局の送信電力制御方法。
    
12. 前記サウンド信号の検出に応答して、前記マクロ端末と前記基地局との間のチャネルに関する情報を前記マクロ端末に要請するステップを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の基地局の送信電力制御方法。
13. マクロ端末の送信電力制御方法であって、
    マクロ基地局からサウンド信号の送信要請を受信するステップと、
    前記サウンド信号を基地局に送信するステップと、を有し、
    前記サウンド信号は、
    前記マクロ端末であることを示す情報、前記マクロ端末のための無線リソースに関する情報、及び前記マクロ端末のサービス品質（ＱｏＳ）に関する情報のうちの少なくとも１つを示し、
    前記サウンド信号のパターンに関する情報、前記サウンド信号のための無線リソースに関する情報、及び前記サウンド信号の送信周期に関する情報のうちの少なくとも１つを含むサウンド信号情報は、前記マクロ基地局から前記基地局に予め提供されることを特徴とするマクロ端末の送信電力制御方法。
14. 請求項１の方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
15. 請求項１３の方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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