JP6205174B2 - 移動通信システム、移動局、および無線基地局 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信技術の分野に関し、特に、無線リソースの有効利用によりネットワークキャパシティを向上することのできる移動通信システム、ユーザ装置、および無線基地局に関する。

スマートフォンやタブレットＰＣの普及でトラフィックが急増し、無線ネットワークの容量増大が今まで以上に要望されている。無線通信のエリア改善とキャパシティ改善のために、ピコセル、フェムトセルといったスモールセルが導入されつつある。スモールセルとは一般に、マクロセルよりも小さなエリア半径（カバレッジ）で、マクロセルよりも小さい送信電力で通信し、マクロセルの最大ユーザ数よりも少ない接続数をサポートする無線基地局またはその管轄エリアをいう。

スモールセルの導入は増大するトラフィックを収容するために有望なアプローチではあるが、スモールセルへの周波数の割り当ての問題や、マクロセルとの間の干渉あるいはスモールセル間の干渉の問題など、考慮すべき課題がある。

無線ネットワークの増大するトラフィックを効率良く収容するために、「アドバンスドＵＥ（進化型ＵＥ）」と呼ばれる携帯端末類似のユーザ装置を用いて、ネットワーク内のトラフィックをオフロードする方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。かかるオフロード方法においては、アドバンスドＵＥとユーザ装置は、Device-to-Deviceのリンク（以下、「Ｄ２Ｄリンク」と称する）を用いてデータの送受信を行う。このＤ２Ｄリンクは、マクロ基地局からユーザ装置とアドバンスドＵＥへ送られるＣプレーンメッセージにより、構築（Establishment）、変更（Reconfiguration）、ハンドオーバ（Handover）、解放（Release）等が行われる。アドバンスドＵＥは、バックホールリンクと接続可能であり、ユーザ装置はアドバンスドＵＥを介し、バックホールリンクを用いてネットワーク上のサーバとデータを送受信することができる。ユーザ装置とアドバンスドＵＥとの間の通信と、ユーザ装置とマクロ基地局との間の通信を、同じ周波数帯で、時分割で行うことが提案されている。また、ユーザ装置とアドバンスドＵＥとの間の通信はＴＤＤ方式で行うことが提案されている。

また、非対称のトラフィックで、ＦＤＤ上りリンクのリソースを時間分割方式で利用することが提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。

ＷＯ／２０１２／１６６９６９号

"Asymmetry-based spectrum utilization and coordination: TDD within FDD", 3GPP TSG-RAN WG1 Meeting #72bis, Chicago, U.S.A., April 15-19, 2013、R1-131356

一般に、下りリンクに比べて上りリンクのトラフィック量は小さい。よって、上りリンクには比較的リソースに空きがあると考えられる。

しかし、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex：周波数分割多重）方式では、下りリンクのリソース（周波数帯）と上りリンクのリソース（周波数帯）が固定されているため、上りリンクのリソースを有効利用できない場合がある。そのため、ＦＤＤ方式の上りリンクを有効利用する構成が望まれる。

上述したように、ユーザ装置とアドバンスドUEとの間の通信は、Ｄ２Ｄリンクを用いて行われる。よって、ユーザ装置とアドバンスドUEとの間の通信には、従来の基地局とユーザ装置の間の通信において必要とされるセル共通のパイロット信号、報知情報等を必要としない。この特徴により、かかるＤ２Ｄリンクのためのリソースを柔軟に変更することが可能である。

ところで、一般に、Ｄ２Ｄリンクを用いた通信は、ＴＤＤ(Time Division Duplex: 時分割多重)方式を用いて行われる。ＴＤＤ方式においては、上りリンクと下りリンクの帯域が同じであるため、ユーザ装置は、その帯域における動作する送信器と受信器を持つ。よって、Ｄ２Ｄリンクを用いた通信をＴＤＤ方式で行う場合、ユーザ装置は、その送信器と受信器を使うことが可能となる。一方、ＦＤＤ方式においては、ユーザ装置は、上りリンクの帯域における送信器と下りリンクの帯域における受信器を持つ。この場合、上りリンクの帯域でＤ２Ｄリンクを用いた通信を行う場合には、ユーザ装置は、追加で上りリンクの帯域における受信器を実装する必要がある。あるいは、下りリンクの帯域でＤ２Ｄリンクを用いた通信を行う場合には、ユーザ装置は、追加で下りリンクの帯域における送信器を実装する必要がある。すなわち、Ｄ２Ｄリンクを用いた通信をFDD方式で行うことは、追加の送信器あるいは受信器が必要となるため、あまり好ましくない。

ＴＤＤ方式においても、ダイナミックＴＤＤという手法により、データ量に応じて上りリンクと下りリンクのリソースを柔軟に変更することが可能である。

そこで、ＦＤＤの上りリンク（周波数帯）を利用して、スモールセルとユーザ装置間の通信をＴＤＤ方式で行う。尚、この動作は、ＦＤＤの上りリンク（周波数帯）を利用して、スモールセルとユーザ装置間の通信をＤ２Ｄリンクで行うとみなしてもよい。この方法によると、ＦＤＤの上りリンクで、スモールセルとユーザ装置との間の下りリンクリソースと上りリンクリソースの比率をダイナミックに変えることができ、無線リソースを有効活用することができる。

具体的には、第１の無線基地局と、第２の無線基地局と、ユーザ装置を含む移動通信システムにおけるユーザ装置を提供する。このユーザ装置は、
第１の無線基地局と、周波数分割多重（ＦＤＤ）方式で通信を行う第１通信部と、
第２の無線基地局と、時分割多重（ＴＤＤ）方式で通信を行う第２通信部と、
を具備し、
前記ユーザ装置と前記第２の無線基地局の間の前記時分割多重方式の通信は、前記周波数多重方式の上りリンクの周波数帯を用いて行い、
前記第１通信部は、前記第１の無線基地局から、前記第２の無線基地局との通信のための制御信号を受信し、
前記第２通信部は、前記制御信号に基づいて、前記第２の無線基地局との通信の構築、変更または開放を行う。

上記構成により、無線リソースを有効利用し、ネットワークキャパシティを向上することができる。

実施形態の移動通信システムの概略図である。 ＦＤＤ方式で動作するマクロセルの上りリンクにおいて、ＴＤＤ方式のスモールセルを運用する例を説明するための図である。 ＴＤＤ方式で動作するスモールセルに対するマクロセルの上りリンク周波数リソースの割り当て例を示す図である。 実施形態の移動通信システムの動作を示すシーケンス図である。 スモールセルとユーザ装置の間の上りリンクと下りリンクの可変割り当ての例を示す図である。 ユーザ装置の概略構成図である。 マクロ基地局の概略構成図である。 スモール基地局の概略構成図である。 マクロセルのＦＤＤの上りリンク周波数帯で、ユーザ装置とアドバンスドＵＥの間でＴＤＤ方式の通信を行う例を示す図である。

図１は、実施形態の移動通信システム１の概略図である。移動通信システム１は、エリア１１を管轄するマクロ基地局（第１の無線基地局）１０と、エリア２１を管轄するスモール基地局（第２の無線基地局）２０と、ユーザ装置３０とを含む。

マクロ基地局１０は、図示しないアクセスゲートウェイ装置を介してコアネットワークに接続されている。アクセスゲートウェイ装置は、MME/SGW (Mobility Management Entity/ Saving Gateway)と呼ばれてもよい。マクロ基地局１０は通信方式として周波数分割多重（ＦＤＤ）を採用する。マクロ基地局１０とユーザ装置３０との間の上りリンク通信（ＦＤＤ ＵＬ）は、上りリンク通信用に割り当てられた周波数帯で行われ、下りリンク通信（ＦＤＤ ＤＬ）は、下りリンク通信用に割り当てられた周波数帯で行われる。

スモール基地局２０は、時分割多重（ＴＤＤ）機能を有し、バックホールを介してネットワークに接続される。マクロ基地局１０のエリア１１内には、図示はしないが多数のユーザ装置３０が存在する。多数のユーザ装置３０が同時に通信を行うと、ネットワーク内に多量のトラフィックが発生し、輻輳状態が発生する。この場合、スモールセルにトラフィックをオフロード（負荷分散）することで、マクロセルでのトラフィック量を低減することができ、かかる輻輳状態を回避することが可能となる。

なお、明細書中で「マクロセル」という場合は、マクロ基地局１０が管轄する地理的なエリア１１を表わすとともに、マクロ基地局１０を表わす。「スモールセル」と言う場合は、スモール基地局２０が管轄する地理的なエリア２１を表わすとともに、スモール基地局２０を表わす。

図１では単一のスモール基地局２０が描かれているが、複数のスモール基地局２０が存在し得る。また、ユーザ装置３０と通信するスモール基地局２０は、必ずしもマクロ基地局１０のエリア１１内にある必要はなく、エリア１１外にあってもよい。すなわち、スモール基地局２０は、マクロ基地局１０と隣接する他のマクロ基地局のエリア内にあってもよい。

スモール基地局２０とマクロ基地局１０の間の通信は、無線であっても有線であってもよい。
ユーザ装置３０のトラフィックがスモール基地局２０にオフロードされた場合、ユーザ装置３０とスモール基地局２０は、ＦＤＤの上りリンク周波数帯で、時分割多重（ＴＤＤ）方式で通信を行う。したがって、ユーザ装置３０は後述するように、ＦＤＤ方式の通信機能と、ＴＤＤ方式の通信機能の両方を有する。スモール基地局２０は、マクロ基地局１０と同じ周波数帯で運用されるが、ＴＤＤ方式の通信機能を有する。
尚、かかるＴＤＤ方式の通信は、後述するように、Ｄ２Ｄリンクによる通信であってもよい。すなわち、ユーザ装置３０のトラフィックがスモール基地局２０にオフロードされた場合、ユーザ装置３０とスモール基地局２０は、ＦＤＤの上りリンク周波数帯で、Ｄ２Ｄリンクを使った通信を行う。尚、かかるＤ２Ｄリンクは、Peer-to-Peerのリンクと呼ばれてもよい。

図２は、ＦＤＤの上りリンクにおけるＴＤＤ方式のスモールセルの運用を説明する図である。図中、横軸は周波数、縦軸は時間を示す。マクロセルでは、上りリンク（ＵＬ）用の周波数帯と、下りリンク（ＤＬ）用の周波数帯が設定され、上りリンクと下りリンクで別々に、キャリアが割り当てられる。

スモール基地局２０はＴＤＤ機能を有し、マクロセルのＦＤＤ上りリンク(ＵＬ）周波数帯で、上りリンク（ＵＬ）通信と下りリンク（ＤＬ）通信を時分割方式で行う。

スモールセル基地局２０とユーザ装置３０の間では、スモール基地局２０の送信電力もユーザ装置３０の送信電力も小さく設定される。たとえば、マクロ基地局１０に対する上りリンクの送信電力よりも１０ｄＢ小さい送信電力が用いられる。

このようにすることで、スモール基地局２０とユーザ装置３０の間の通信が、マクロセル１の上りリンク（ＦＤＤ ＵＬ）の干渉となることを回避できる。

図１のスモール基地局２０とユーザ装置３０の間の通信、すなわちＦＤＤ上りリンク周波数帯での上りリンクと下りリンクの時分割（ＴＤＤ）通信は、ユーザ装置３０と他のユーザ装置（不図示）の間の直接通信（Ｄ２Ｄ）や、ユーザ装置３０とアドバンスドＵＥ（不図示）の間の直接通信と共存することができる。これについては、後述する。

図３は、ＦＤＤ上りリンク周波数帯でのスモールセル２０への周波数リソースの割り当て例を示す。図３（Ａ）では、マクロセルの上りリンクとして、周波数帯域５１が規定されている。この周波数帯域５１の一部帯域６１を、スモール基地局２０とユーザ装置３０の間の通信に割り当てる。スモール基地局２０とユーザ装置は、割り当てられた帯域６１で、上りリンク通信６１upと下りリンク通信６１downを時分割で行う。

この例では、マクロセルの上りリンクで用いるキャリアと、スモールセルの上りリンクおよび下りリンクで用いるキャリアとがオーバーラップする。干渉が問題にならない場合は、図３（Ａ）の割り当て方法は有効である。たとえば、ユーザ装置３０の近傍にマクロ基地局１０にアクセスする他のユーザ装置がいない場合は、深刻な干渉を避けることができる。また、上述したような、「スモールセル基地局２０とユーザ装置３０の間では、スモール基地局２０の送信電力もユーザ装置３０の送信電力も小さく設定される。たとえば、マクロ基地局１０に対する上りリンクの送信電力よりも１０ｄＢ小さい送信電力が用いられる。」という制御を行わない場合で、かつ、ユーザ装置３０がスモール基地局２０のきわめて近傍に位置してスモール基地局２０との間で小さな送信電力でデータの送受信を行う場合は、深刻な干渉を避けることができる。

図３（Ｂ）は、周波数リソース割り当ての別の例を示す。マクロセル１の上りリンクとして規定されている周波数帯５１を、マクロセル１の上りリンク通信用の帯域５３と、スモールセル２の上りリンク／下りリンク通信用の帯域６１に切り分ける。この構成は、干渉が問題となる場合に有効である。たとえば、スモール基地局２０と通信するユーザ装置３０の近傍にマクロ基地局１０にデータ送信する別のユーザ装置が存在する場合などは、ＴＤＤ方式で通信するスモール基地局２０が用いるキャリアと、マクロ基地局１０が上りリンクで用いるキャリアとを切り分けるのが有効である。

図４は、図１の移動通信システム１の動作を説明するシーケンス図である。まず、トラフィックデータが発生し、マクロ基地局１０とユーザ装置３０間にＦＤＤの接続リンクが確立される（Ｓ１０１）。ユーザ装置３０でユーザデータが発生した場合は、ユーザ装置３０からのランダムアクセス手続きでＦＤＤ接続が開始されてもよい。またユーザ装置３０宛の下りリンクデータが発生した場合は、マクロ基地局１０からのページングメッセージによりＦＤＤ接続が開始されてもよい。

次に、ユーザ装置３０との間のトラフィックの一部または全部をスモールセルへオフロードする場合、マクロ基地局１０は、スモール基地局２０とユーザ装置３０の少なくとも一方に制御信号を送信する（Ｓ１０２）。スモール基地局２０へのトラフィックのオフロードの要否は、ユーザ装置３０におけるバッファ滞留量やその変化の方向、マクロセル内のトラフィック状況、無線状態等に基づいてマクロ基地局１０が判断してもよいし、上位レイヤのシグナリングで指示されてもよい。

マクロ基地局１０がユーザ装置３０とスモール基地局２０の間の接続性を一元的に管理する場合は、ユーザ装置３０に対して、スモール基地局２０に接続するように指示する制御信号が送信されるだけでもよい。あるいは、マクロ基地局１０からスモール基地局２０に対して、ユーザ装置３０と通信を行うように指示する制御信号が送信されてもよい。後者の場合、マクロ基地局１０は複数のスモール基地局２０の間でネゴシエーションを行ない、ネゴシエーションが成立したスモール基地局２０をセカンダリセルに設定する構成としてもよい。マクロ基地局１０とスモール基地局２０との間のインタフェースは、既存のＸ２インタフェースを用いてよいし、新たなインタフェースを設定してもよい。ネゴシエーションなしに、マクロ基地局１０からの制御信号をトリガとして、決定されたスモール基地局２０とユーザ装置３０との間で接続手続きを開始してもよい。制御信号には、マクロ基地局１０の上りリンク周波数帯の中で使用可能なキャリア情報や、スモール基地局２０の同期信号系列などが含まれていてもよい。

次に、スモール基地局２０とユーザ装置３０は、ＴＤＤ機能を用いてＦＤＤの上りリンク周波数帯で接続を確立する（Ｓ１０３）。このTDD機能を用いた接続（リンク）は、後述するように、Ｄ２Ｄリンクであってもよい。接続の開始は、スモール基地局２０が送信するパイロット信号をユーザ装置３０で検出することによって、スモール基地局２０へのアクセスが行なわれてもよい。あるいは、ユーザ装置３０がマクロ基地局１０からの制御信号をトリガとして、ランダムアクセスプリアンブルをスモール基地局２０に送信することで接続手続きが開始されてもよい。

スモール基地局３０は、接続確立時には、どの程度の上りリンクリソースをユーザ装置３０に割り当てればよいかわからないので、ユーザ装置３０は、スモール基地局２０への最初のアクセス時またはランダムアクセスプリアンブル送信時に、バッファ状態レポートをスモール基地局２０に送信してもよい。接続が確立すると、図示はしないが、接続完了通知がユーザ装置３０またはスモール基地局２０からマクロ基地局１０に送信されてもよい。

ＴＤＤ接続が確立されると、トラフィックの少なくとも一部がスモール基地局２０にオフロードされ、スモール基地局２０とユーザ装置３０の間で、ＴＤＤ方式でデータの送受信が行われる（Ｓ１０５）。この間、ユーザ装置３０は、バッファ状態報告（ＢＳＲ）をスモール基地局２０とマクロ基地局１０の少なくとも一方に送信する（Ｓ１０６）。バッファ状態報告を、スモール基地局２０とマクロ基地局１０の双方に送信してもよいし、スモール基地局２０のみにバッファ状態報告を送信し、スモール基地局２０からマクロ基地局１０にユーザ装置３０のバッファ状態報告を通知する構成としてもよい。あるいは、マクロ基地局１０が、スモール基地局２０とユーザ装置３０との間の通信のタイムスロットの割り当てを制御する構成としてもよい。

マクロ基地局１０は、ユーザ装置３０のバッファ滞留量をモニタして、スモール基地局２０へのトラフィックのオフロードの変更、終了を制御する。トラフィックのオフロードの変更、終了とは、ユーザ装置３０のトラフィックを別のスモール基地局に切り替える、あるいはユーザ装置３０のトラフィックをマクロ基地局１０に復帰させる、などである。

マクロ基地局１０は、スモール基地局２０とユーザ装置３０の間の接続の変更、終了を決定すると、オフロード変更・終了を示す制御信号をスモール基地局２０とユーザ装置３０に送信する（Ｓ１０７）。この制御信号を受けて、ユーザ装置３０とスモール基地局２０の間の接続が開放される（Ｓ１０８）。

この方法によると、マクロセルのＦＤＤ上りリンク周波数リソースを有効利用し、マクロセルの負荷を分散し、ネットワークキャパシティを向上することができる。

マクロセルで規定されるＦＤＤ上りリンク周波数帯のうち、どの部分の周波数リソースをスモール基地局２０のＴＤＤ通信に割り当てるかの判断は、マクロセル基地局１０で干渉を測定して、マクロ基地局１０が判断してもよい。あるいは、上位レイヤのシグナリングによって指示してもよい。干渉測定結果に応じて、図３（Ａ）のようにマクロセルとスモールセルでキャリア周波数がオーバーラップする割り当て方式と、図３（Ｂ）のようにマクロセルとスモールセルでキャリア周波数の切り分けた割り当て方式を、適宜切り替えてもよい。

図５は、スモール基地局２０とユーザ装置３０との間の時間リソースの割り当て例を示す。ＴＤＤでは、上りリンクと下りリンクで非対称の割り当てが可能である。特にダイナミックな可変ＴＤＤでは、データ量に応じて上りリンクと下りリンクの伝送速度の割合を可変に制御することができる。

たとえば図５のように、上りリンクで用いられるタイムスロットの数と、下りリンクで用いられるタイムスロットの数を異ならせてもよい。このように、既存のＦＤＤシステムで、スモール基地局２０とユーザ装置３０の間の上りリンクと下りリンクのトラフィック量に応じて、送受信比率を時分割で変えることで、リソースの利用効率が向上する。

図６は、ユーザ装置３０の概略構成図である。ユーザ装置３０は、複数のアンテナ３１−１〜３１−ｍと、各アンテナに対応するデュプレクサ３２、ＦＤＤ送信回路３３Ｆ、ＴＤＤ送信回路３３Ｔ、ＦＤＤ受信回路３４Ｆ、ＴＤＤ受信回路３４Ｔを有する。

ＦＤＤ受信回路３４Ｆの出力はＦＤＤ受信プロセッサ３８Ｆの入力に接続される。ＴＤＤ受信回路３４Ｔの出力はＴＤＤ受信プロセッサ３８Ｔの入力に接続される。ユーザ装置３０は、ＦＤＤ送信プロセッサ３７ＦとＴＤＤ送信プロセッサ３７Ｔをさらに有する。ＦＤＤ送信プロセッサ３７Ｆの出力は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）３９を介してＦＤＤ送信回路３３Ｆの入力に接続される。ＴＤＤ送信プロセッサ３７Ｔの出力は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）３９を介してＴＤＤ送信回路３３Ｔの入力に接続される。

ＦＤＤ送信回路３３Ｆ、ＦＤＤ受信回路３４Ｆ、ＦＤＤ送信プロセッサ３７Ｆ、ＦＤＤ受信プロセッサ３８Ｆで、ＦＤＤ通信部（第１の通信部）を構成する。ＴＤＤ送信回路３３Ｔ、ＴＤＤ受信回路３４Ｔ、ＴＤＤ送信プロセッサ３７Ｔ、ＴＤＤ受信プロセッサ３７Ｔ３８Ｔで、ＴＤＤ通信部（第２の通信部）を構成する。

ＦＤＤ送信プロセッサ３７Ｆ、ＴＤＤ送信プロセッサ３７Ｔ、ＦＤＤ受信プロセッサ３８Ｆ、およびＴＤＤ受信プロセッサ３８Ｔは、制御部３５に接続される。

マクロ基地局１０から送られてくる制御信号は、各アンテナ３１−１〜３１−ｍで受信され、デュプレクサ３２、ＦＤＤ受信回路３４Ｆを介して、制御部３５に入力される。制御部３５は、制御信号に応じてユーザ装置３０とスモール基地局２０との間の通信（コネクション）の構築、変更、開放を行う。

制御部３５は、ユーザ装置３０のトラフィックをスモール基地局２０にオフロードする旨の制御信号を受け取ると、ＴＤＤ送信プロセッサ３７ＴとＴＤＤ受信プロセッサ３８Ｔを動作させる。そして、スモール基地局２０との間の通信（コネクション）を、マクロセルのＦＤＤ上りリンク周波数帯を用いて、時分割方式で行わせる。

スモール基地局２０に送信される送信データは、ＴＤＤ送信プロセッサ３７Ｔでシリアル／パラレル変換、チャネル符号化、データ変調等を受け、マルチプレクサ３９でバッファ状態報告と多重される。多重化された信号は、ＴＤＤ送信回路３３Ｔ、デュプレクサ３２を介して、各アンテナ３１−１〜３１−ｍから送信される。

他方、ユーザ装置３０がマクロ基地局１０と通信する際には、制御部３５は、ＦＤＤ送信プロセッサ３７ＦとＦＤＤ受信プロセッサ３８Ｆを動作させ、ＦＤＤ方式で通信を行わせる。

マクロ基地局１０へ送信される送信データは、ＦＤＤ送信プロセッサ３７Ｆでシリアル／パラレル変換、チャネル符号化、データ変調等を受け、マルチプレクサ３９でバッファ状態報告と多重される。多重化された信号は、ＦＤＤ送信回路３３Ｆ、デュプレクサ３２を介して、各アンテナ３１−１〜３１−ｍから送信される。

ユーザ装置３０とスモール基地局２０の通信中は、バッファ状態報告がスモール基地局２０とマクロ基地局１０の双方へ送信されるのが望ましい。この場合、マクロ基地局１０は、ユーザ装置３０からのバッファ状態報告に基づいて、スモール基地局２０とユーザ装置３０の接続の変更、開放を制御することができる。

制御部３５は、マクロ基地局１０から、スモール基地局２０との通信（コネクション）を変更または開放するための制御信号を受け取ると、ＴＤＤ送信プロセッサ３７Ｔ、ＦＤＤ送信プロセッサ３７Ｆ、ＴＤＤ受信プロセッサ３８Ｔ、およびＦＤＤ送信プロセッサ３８Ｆを制御して、現在接続中のスモール基地局２０との間の通信を変更または開放する。

ユーザ装置３０に、ＦＤＤ通信機能と、ＴＤＤ通信機能を持たせることによって、ユーザ装置３０はＦＤＤの上りリンク周波数帯で、スモール基地局２０とＴＤＤ方式で通信することができる。なお、図６では複数アンテナを有する構成としたが、単一のアンテナを有する構成でも、同様の機能、効果を実現することができる。

図７は、マクロ基地局１０の概略構成図である。マクロ基地局１０は、複数のアンテナ７１−１〜７１−Ｎと、各アンテナに対応する無線通信部８２−１〜８２−Ｎ（適宜、無線通信部８２と総称する）と、基地局間通信部８３を有する。無線通信部８２は、デュプレクサ７２、ＲＦ送信回路７３、ＦＲ受信回路７４を有する。マクロ基地局１０はまた、送信プロセッサ７６、干渉測定部７８、オフロード制御部７９、制御信号生成部８１、マルチプレクサ（ＭＵＸ）８２を有する。

マクロ基地局１０は、デュプレクサ７２、ＲＦ受信回路７４を介して、ユーザ装置３０から送信されるバッファ状態報告を受信する。干渉測定部７８は、受信信号の干渉レベルを測定する。制御部７９は、バッファ状態報告と干渉測定結果、その他のトラフィック状況、無線環境等に基づいて、ユーザ装置３０のトラフィックをスモール基地局２０にオフロードするか否かを判断する。スモール基地局２０へのトラフィックのオフロードが決定されると、制御信号生成部８１は制御信号を生成する。

制御部７９はまた、干渉レベルに基づいて、スモール基地局２０に割り当てるＦＤＤ上りリンク周波数帯のキャリア周波数を決定する。ユーザ装置３０の干渉レベルが低い場合は、図３（Ａ）のように、マクロ基地局１０が使用するＦＤＤ上りリンク周波数帯とオーバーラップするキャリア周波数をスモール基地局２０に割り当てることができる。干渉レベルが高い場合は、図３（Ｂ）のように、マクロ基地局１０が使用するＦＤＤ上りリンク周波数帯と重ならないように、ＦＤＤ上りリンク周波数帯の一部をスモール基地局２０に割り当てる。

制御部７９はまた、バッファ状態報告や干渉レベルに基づいて、スモール基地局２０とユーザ装置３０との間の接続の開放、変更を判断し、制御信号生成部８１に、ユーザ装置３０とスモール基地局２０に送信する制御信号を生成するように指示する。たとえば、ユーザ装置３０のバッファ滞留量が少ない場合には、トラフィックのオフロードを終了してユーザ装置３０をマクロ基地局１０に復帰させる制御信号を生成するよう、制御信号生成部８１に指示する。ユーザ装置３０のバッファ滞留量は多いが、ユーザ装置３０の近傍に、よりトラフィックの少ない別のスモール基地局がある場合は、制御信号生成部８１に、トラフィックのオフロード先を別のスモール基地局に変更する制御信号を生成させる。

ユーザ装置３０宛の制御信号は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）７５で送信データ信号と多重される。送信データ信号は、送信プロセッサ７６でシリアル／パラレル変換、チャネル符号化、データ変調などを受けている。多重信号は、ＲＦ送信回路７３、デュプレクサ７２を介して、アンテナ７１−１〜７１−Ｎから送信される。スモール基地局２０とマクロ基地局１０は、有線、あるいは、無線により接続され、スモール基地局２０宛の制御信号は、基地局間通信部８３を介して送信される。

このように、マクロ基地局１０は、ユーザ装置３０からのバッファ状態報告や干渉レベル等に応じて、スモール基地局２０へのトラフィックのオフロードの開始、変更、終了を制御することができる。

図８はスモール基地局２０の概略構成図である。スモール基地局２０は、複数のアンテナ９１−１〜９１−Ｎと、ＴＤＤ方式の無線通信部１０２−１〜１０２−Ｎ（適宜、無線通信部１０２と総称する）と、基地局間通信部１０３を有する。無線通信部１０２は、デュプレクサ９２、ＲＦ送信回路９３、ＦＲ受信回路９４を有する。スモール基地局２０はまた、送信プロセッサ９６、干渉測定部９８、制御部９９、制御信号生成部１０１、マルチプレクサ（ＭＵＸ）９５を有する。

スモール基地局２０は、マクロ基地局１０がユーザ装置３０のスモール基地局２０へのオフロードやマクロ基地局１０への復帰を判断したときに、基地局間通信部１０３を介して制御信号を受信する。

スモール基地局２０は、デュプレクサ９２、ＲＦ送信回路９３、ＲＦ受信回路９４を介して、ユーザ装置３０との間でマクロ基地局１０からオフロードされたデータの送受信を行う。干渉測定部７８は、受信信号の干渉レベルを測定する。

ユーザ装置３０とのＴＤＤ方式の通信で用いるＦＤＤ上りリンクのリソースの時分割割り当ては、マクロ基地局１０からの制御信号で通知されてもよいし、スモール基地局２０の制御部９９が、ユーザ装置３０からのバッファ状態報告に基づいて決定する構成としてもよい。

図９は、マクロセルのＦＤＤ上りリンクでのＴＤＤ通信を、ユーザ装置３０とアドバンスドＵＥ（ＵＥ−Ａ）４０の間のＴＤＤ通信に適用する例を示す。ユーザ装置３０とアドバンスドＵＥ４０の間の通信は、基地局装置を介さずにデバイス間で直接行われ、Ｄ２Ｄ（Device-to-Device）と呼ばれている。

図９のＤ２Ｄ通信は、図１のスモール基地局２０とユーザ装置３０との間のＴＤＤ通信と共存してもよい。スモール基地局２０は、サイズや送信電力、設置される場所という観点で、アドバンスドＵＥ４０と同等である。そうすると、スモールセル−ＵＥ間のＴＤＤリンクと、Ｄ２Ｄリンクは、ほぼ同等であるとみなすことができる。

マクロ基地局１０は、スモールセルの状況やユーザ装置の移動状態、バッファ状態等に応じて、図１のユーザ装置３０とスモール基地局２０との間の通信を開放して、ユーザ装置３０をアドバンスドＵＥ４０に接続させることができる。ユーザ装置３０とスモール基地局２０間の通信も、Ｄ２Ｄ通信もＴＤＤ方式で行われるので、ＴＤＤ通信に対するＦＤＤ上りリンク周波数帯の割り当てを同じ手続きで行うことができる。

以上述べたように、ＴＤＤ方式のスモールセルマクロセル（スモール基地局２０）を導入し、スモール基地局２０とユーザ装置３０間のＴＤＤ通信を、ＦＤＤ方式のマクロセル（マクロ基地局１０）の上りリンク周波数帯で行うことにより、上りリンクリソースを有効利用することができる。

また、スモール基地局２０とユーザ装置３０間の通信を、ダイナミック可変のＴＤＤで行うことで、上りリンクと下りリンクでのリソース割合を柔軟に変更し、リソースの利用効率をさらに向上することができる。

１ 移動通信システム
１０ マクロ基地局（第１の無線基地局）
２０ スモール基地局（第２の無線基地局）
３０ ユーザ装置
３３Ｆ ＦＤＤ送信回路（第１通信部）
３４Ｆ ＦＤＤ受信回路（第１通信部）
３７Ｆ ＦＤＤ送信プロセッサ（第１通信部）
３８Ｆ ＦＤＤ受信プロセッサ（第１通信部）
３３Ｔ ＴＤＤ送信回路（第２通信部）
３４Ｔ ＴＤＤ受信回路（第２通信部）
３７Ｔ ＴＤＤ送信プロセッサ（第２通信部）
３８Ｔ ＴＤＤ受信プロセッサ（第２通信部）
３５ 制御部
４０ アドバンスドＵＥ
５１ マクロセルのＵＬとして規定されている帯域
６１ スモールセルに割り当てられる一部帯域
７８ マクロ基地局の干渉測定部
７９ マクロ基地局の制御部
８１ マクロ基地局の制御信号生成部
８２−１〜８２−Ｎ マクロ基地局の無線通信部
８３ 基地局間通信部
１０２−１〜１０２−Ｎ スモール基地局のＴＤＤ無線通信部
１０３ 基地局間通信部

Claims (13)

1. 第１の無線基地局と、第２の無線基地局と、ユーザ装置を含む移動通信システムにおけるユーザ装置であって、
   第１の無線基地局と、周波数分割多重（ＦＤＤ）方式で通信を行う第１通信部と、
   第２の無線基地局と、時分割多重（ＴＤＤ）方式で通信を行う第２通信部と、
   を具備し、
   前記ユーザ装置と前記第２の無線基地局の間の前記時分割多重方式の通信は、前記周波数多重方式の上りリンクの周波数帯を用いて行い、
   前記第１通信部は、前記第１の無線基地局から、前記第２の無線基地局との通信のための制御信号を受信し、
   前記第２通信部は、前記制御信号に基づいて、前記第２の無線基地局との通信の構築、変更または開放を行い、
   前記第１通信部は、前記第２通信部による前記第２の無線基地局との通信中に、前記第１の無線基地局にバッファ状態報告を送信し、前記バッファ状態報告に基づく前記制御信号に基づいて、前記第２の無線基地局との間の前記時分割多重方式の通信が変更または開放されることを特徴とするユーザ装置。
2. 前記第２通信部は、前記制御信号に基づいて、前記周波数多重方式の上りリンクで前記第１の無線基地局が使用するキャリア周波数とオーバーラップするキャリア周波数を用いて、前記第２の無線基地局と通信することを特徴とする請求項１に記載のユーザ装置。
3. 前記第２通信部は、前記制御信号に基づいて、前記周波数多重方式の上りリンクで前記第１の無線基地局が使用するキャリア周波数と重ならないキャリア周波数を用いて、前記第２の無線基地局と通信することを特徴とする請求項１に記載のユーザ装置。
4. 前記第２通信部は、前記時分割多重（ＴＤＤ）方式で通信を行う前記第２の無線基地局への最初のアクセス時またはランダムアクセスプリアンブル送信時に、前記第２の無線基地局へバッファ状態レポートを送信することを特徴とする請求項１に記載のユーザ装置。
5. 前記第２通信部と前記第２の無線基地局との間の接続はＤ２Ｄリンクを用いて行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のユーザ装置。
6. 第１の無線基地局と、第２の無線基地局と、ユーザ装置を含む移動通信システムにおける第１の無線基地局であって、
   ユーザ装置と、周波数分割多重（ＦＤＤ）方式で通信を行う第１通信部と、
   第２の無線基地局と通信を行う第２通信部と、
   制御部と、
   を具備し、前記制御部は、前記ユーザ装置と前記第２の無線基地局の間の時分割多重（ＴＤＤ）方式での通信の開始、変更または開放を制御し、
   前記ユーザ装置と前記第２の無線基地局の間の前記時分割多重方式の通信に、前記周波数多重方式の上りリンクの周波数帯を割り当て、
   前記第１通信部は、前記ユーザ装置に対して、前記第２の無線基地局との通信のための第１制御信号を送信し、
   前記第２通信部は、前記第２の無線基地局に対して、前記ユーザ装置との通信のための第２制御信号を送信し、
   前記第１制御信号および前記第２制御信号に基づいて、前記ユーザ装置と前記第２の無線基地局の間の通信の構築、変更または開放が行われ
   前記第１通信部は、前記ユーザ装置と前記第２の無線基地局の間の前記時分割多重方式での通信中に、前記ユーザ装置から前記ユーザ装置のバッファ状態報告を受け取り、前記バッファ状態報告に基づいて、前記ユーザ装置と前記第２の無線基地局との間の通信を変更または開放することを特徴とする第１の無線基地局。
7. 前記制御部は、前記ユーザ装置を前記第２の無線基地局に接続させるときに、前記周波数多重方式の上りリンクで前記第１の無線基地局が使用するキャリア周波数とオーバーラップするキャリア周波数を、前記第２の無線基地局に割り当てることを特徴とする請求項６に記載の第１の無線基地局。
8. 前記制御部は、前記ユーザ装置を前記第２の無線基地局に接続させるときに、前記周波数多重方式の上りリンクで前記第１の無線基地局が使用するキャリア周波数と重ならないキャリア周波数を、前記第２の無線基地局に割り当てることを特徴とする請求項６に記載の第１の無線基地局。
9. 第１の無線基地局と、第２の無線基地局と、ユーザ装置を含み、前記ユーザ装置と前記第１の無線基地局とが周波数分割多重（ＦＤＤ）方式で通信を行う移動通信システムにおける第２の無線基地局であって、
   ユーザ装置と、時分割多重（TＤＤ）方式で通信を行う第１通信部と、
   第１の無線基地局と通信を行う第２通信部とを具備し、
   前記第１通信部は、前記ユーザ装置との前記時分割多重方式の通信を、前記周波数多重方式の上りリンクの周波数帯を用いて行い、
   前記第２通信部は、前記第１の無線基地局から、前記ユーザ装置との通信のための制御信号を受信し、
   前記第２通信部は、前記ユーザ装置との通信中に前記ユーザ装置から前記第１の無線基地局に送信されたバッファ状態報告に基づいて生成された前記制御信号を受信し、
   前記第１通信部は、前記制御信号に基づいて、前記ユーザ装置との通信の構築、変更または開放を行うことを特徴とする第２の無線基地局。
10. 前記第１通信部は、前記制御信号に基づいて、前記周波数多重方式の上りリンクで前記第１の無線基地局が使用するキャリア周波数とオーバーラップするキャリア周波数を用いて、前記ユーザ装置と通信することを特徴とする請求項９に記載の第２の無線基地局。
11. 前記第１通信部は、前記制御信号に基づいて、前記周波数多重方式の上りリンクで前記第１の無線基地局が使用するキャリア周波数と重ならないキャリア周波数を用いて、前記ユーザ装置と通信することを特徴とする請求項９に記載の第２の無線基地局。
12. 前記第２通信部は、前記ユーザ装置から前記第２の無線基地局への最初のアクセス時またはランダムアクセスプリアンブル送信時に、前記ユーザ装置からバッファ状態レポートを受信することを特徴とする請求項９に記載の第２の無線基地局。
13. 前記第２通信部と前記ユーザ装置との間の接続はＤ２Ｄリンクを用いて行われることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の第２の無線基地局。

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