JPWO2011099623A1 - 低電力基地局及び通信制御方法 - Google Patents

低電力基地局及び通信制御方法 Download PDF

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Abstract

低電力基地局３００は、当該低電力基地局３００の配下でない無線端末であるマクロ端末２００を検出した場合、マクロ端末２００が低電力基地局３００の近傍に存在しており、フェムト下り帯域をそのまま配下の無線端末であるフェムト端末４００に割り当てると、マクロ端末２００に干渉を与えるとみなし、割り当てるフェムト下り帯域を制限する。

Description

本発明は、高電力基地局とともに無線通信システムを構成し、当該高電力基地局よりも送信出力が小さい低電力基地局、及び、当該低電力基地局における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無線通信システムとして、無線通信システムの標準化団体である3GPPで標準化されているＬＴＥがある。ＬＴＥは3GPP Release 8として技術仕様が定まり、現在はRelease 8の機能改良版であるRelease 9、及び、ＬＴＥを高度化したLTE Advancedの検討が行われている。
また、ＬＴＥRelease 9では、送信出力が小さく、半径数［ｍ］から十数［ｍ］程度の通信エリアであるセル（小セルと称される）を形成し、室内に設置可能な小型の基地局である低電力基地局（Home eNodeB）の詳細機能・要件について標準化が進められている。低電力基地局は、当該低電力基地局よりも送信出力が大きく、半径数百ｍ程度の通信エリアであるセル（大セル）を形成する高電力基地局（Macro eNodeB）のトラフィックを分散させることや、大セル内の不感地帯をカバーすることを目的として設置される。このような無線通信システムの構成は、ヘテロジーニアス環境と称される。
ところで、低電力基地局が大セル内に設置された場合、低電力基地局から当該低電力基地局の配下の無線端末に向かう下り方向の無線通信が、高電力基地局の配下の無線端末に干渉を与えることがある。このため、干渉を低減させることが要求されている。
そこで、本発明は、高電力基地局の配下の無線端末に与える干渉を適切に低減できる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。本発明の第１の特徴は、高電力基地局（高電力基地局１００）とともに無線通信システム（無線通信システム１）を構成し、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（低電力基地局３００）であって、自基地局の配下でない無線端末（マクロ端末２００）を検出した場合に、自基地局の配下の無線端末（フェムト端末４００）に割り当てる下り方向の周波数帯域を制限する帯域制限部（フェムト下り帯域制限部３２４）を有することを要旨とする。
このような低電力基地局は、自基地局の配下でない無線端末を検出した場合には、当該自基地局の配下でない無線端末が近傍に存在しており、下り方向の周波数帯域をそのまま自基地局の配下の無線端末に割り当てると、当該自基地局の配下でない無線端末に干渉を与えるとみなし、割り当てる下り方向の周波数帯域を制限する。従って、低電力基地局が高電力基地局の配下の無線端末に与える干渉を適切に低減できる。
本発明の第２の特徴は、前記帯域制限部は、検出される前記自基地局の配下でない無線端末の数に応じて、割り当てが制限される帯域幅を調整することを要旨とする。
本発明の第３の特徴は、前記帯域制限部は、検出される前記自基地局の配下でない無線端末の数が多いほど、割り当てが制限される帯域幅を大きくすることを要旨とする。
本発明の第４の特徴は、前記帯域制限部は、自基地局の配下の無線端末の数に応じて、割り当てが制限される帯域幅を調整することを要旨とする。
本発明の第５の特徴は、前記帯域制限部は、自基地局の配下の無線端末の数が多いほど、割り当てが制限される帯域幅を小さくすることを要旨とする。
本発明の第６の特徴は、前記帯域制限部は、自基地局と前記高電力基地局との間の伝搬損失を示す情報に基づいて、割り当てが制限される帯域幅を調整することを要旨とする。
本発明の第７の特徴は、前記帯域制限部は、前記伝搬損失を示す情報に対応する伝搬損失が大きいほど、割り当てが制限される帯域幅を大きくすることを要旨とする。
本発明の第８の特徴は、高電力基地局とともに無線通信システムを構成し、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における通信制御方法であって、自基地局の配下でない無線端末を検出した場合に、自基地局の配下の無線端末に割り当てる下り方向の周波数帯域を制限するステップを有することを要旨とする。
本発明の特徴によれば、高電力基地局の配下の無線端末に与える干渉を適切に低減できる。
図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体概略構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係る低電力基地局の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施形態に係る低電力基地局が利用可能な下り方向の周波数帯域の一例を示す図である。 図４は、本発明の実施形態に係る低電力基地局の動作例を示すフローチャートである。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。具体的には、（１）無線通信システムの構成、（２）低電力基地局の動作、（３）作用・効果、（４）その他の実施形態について説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
（１）無線通信システムの構成
（１．１）無線通信システムの全体概略構成
図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システム１の全体概略構成図である。無線通信システム１は、例えば、第３．９世代（３．９Ｇ）携帯電話システムであるLTE Release9 や、第４世代（４Ｇ）携帯電話システムとして位置づけられているLTE-Advancedに基づく構成を有する。
図１に示すように、無線通信システム１は、大セル（例えば、マクロセル）ＭＣ１を形成する高電力基地局（高出力電力基地局、大出力基地局）（例えば、マクロセル基地局）１００と、当該高電力基地局１００よりも送信電力が小さく、小セル（例えば、フェムトセル）ＦＣ２を形成する低電力基地局（低出力電力基地局、小出力基地局）（例えば、フェムトセル基地局：ＨｅＮＢ））３００とを有する。大セルＭＣ１の半径は、例えば数百［ｍ］程度であり、小セルＦＣ２の半径は、例えば数［ｍ］から十数［ｍ］程度である。
高電力基地局１００の配下、換言すれば、大セルＭＣ１内であって、小セルＦＣ２内でない領域には、無線端末２００が存在している。高電力基地局１００と無線端末２００とは、無線通信を行うことができる。また。低電力基地局３００の配下、換言すれば、小セルＦＣ２内には、無線端末４００が存在している。低電力基地局３００と無線端末４００とは、無線通信を行うことができる。以下、無線端末２００をマクロ端末２００と称し、無線端末４００をフェムト端末４００と称する。
高電力基地局１００は、通信事業者がセル間干渉を考慮した置局設計に基づく場所に設置される。一方、低電力基地局３００は、ユーザにより任意の場所（具体的には、室内）に設置される程度に小型に構成されている。低電力基地局３００は、高電力基地局１００のトラフィックを分散させることや、大セルＭＣ１内の不感地帯をカバーすることを目的として、大セルＭＣ１内に設置されている。
高電力基地局１００とマクロ端末２００とが接続して無線通信を行っている場合における、当該無線通信に用いられる下りリンク（高電力基地局１００からマクロ端末２００に向かうリンクであり、以下、「マクロ下りリンク」と称する）の周波数帯域と、低電力基地局３００とフェムト端末４００とが接続して無線通信を行っている場合における、当該無線通信に用いられる下りリンク（低電力基地局３００からフェムト端末４００に向かうリンクであり、以下、「フェムト下りリンク」と称する）の周波数帯域とが重複する場合、低電力基地局３００からフェムト端末４００へフェムト下りリンクを用いて送信される無線信号によって、高電力基地局１００と無線通信を行っているマクロ端末２００は干渉を受けることになる。
本実施形態では、上述したマクロ端末２００が低電力基地局３００から受ける干渉を低減させる。
（１．２）低電力基地局の構成
図２は、低電力基地局３００の構成を示すブロック図である。図２に示すように、低電力基地局３００は、アンテナ部３０１、無線通信部３１０、制御部３２０、記憶部３３０及び有線通信部３４０を有する。
無線通信部３１０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３０１を介して、フェムト端末４００との間で、無線信号の送受信を行う。また、無線通信部３１０は、送信信号の符号化及び変調と、受信信号の復調及び復号とを行う。
また、無線通信部３１０は、高電力基地局１００とマクロ端末２００とが接続して、上りリンク（マクロ端末２００から高電力基地局１００に向かうリンクであり、以下、「マクロ上りリンク」と称する）を用いた無線通信を行っている場合に、マクロ端末２００からの無線信号を受信する。
制御部１２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を用いて構成され、低電力基地局３００が具備する各種の機能を制御する。記憶部３３０は、例えばメモリを用いて構成され、低電力基地局３００の制御等に用いられる各種の情報を記憶する。有線通信部３４０は、図示しない有線通信ネットワークを介して、外部との通信を行う。
制御部３２０は、マクロ端末検出部３２１、伝搬損失検出部３２２、フェムト端末検出部３２３、及び、フェムト下り帯域制限部３２４を有する。
マクロ端末検出部３２１は、マクロ端末２００を検出する。具体的には、マクロ端末検出部３２１は、高電力基地局１００とマクロ端末２００とがマクロ上りリンクを用いた無線通信を行っている場合において、マクロ端末２００のうち、低電力基地局３００の近傍に存在し、当該低電力基地局３００が干渉を与える可能性のあるマクロ端末２００を検出する。
マクロ端末２００の検出手法としては、以下の第１及び第２の検出手法が考えられる。第１の検出手法では、マクロ端末検出部３２１は、割り当て可能である上りリンク（フェムト端末４００から低電力基地局３００に向かうリンクであり、以下、「フェムト上りリンク」と称する）の全周波数帯域内のそれぞれの周波数における干渉量を測定する。ここで、干渉量は、フェムト端末４００以外からの信号の受信強度によって測定される。次に、マクロ端末検出部３２１は、フェムト上りリンクの全周波数帯域のうち、干渉量が予め定められた第１の所定値以上の周波数帯域が存在する場合、マクロ端末２００が存在すると判断する。
また、第２の検出手法では、マクロ端末検出部３２１は、無線通信部３１０によって受信される、フェムト上りリンクの周波数帯域の無線信号のうち、低電力基地局３００の配下であるフェムト端末４００からの参照信号のパターン以外の参照信号のパターンを含む無線信号を特定する。ここで、フェムト端末４００からの参照信号のパターンは、予め定められており、マクロ端末検出部３２１は、認識可能である。次に、マクロ端末検出部３２１は、フェムト端末４００からの参照信号のパターン以外の参照信号のパターンを含む無線信号の受信電界強度（ＲＳＲＰ）を測定し、当該受信電界強度（ＲＳＲＰ）が予め定められた第２の所定値以上である場合、マクロ端末２００が存在すると判断する。なお、マクロ端末２００の検出手法については、上述の第１及び第２の検出手法に限定されない。
マクロ端末２００が検出された場合、次に、マクロ端末検出部３２１は、検出されたマクロ端末２００の数を推定する。具体的には、上述した第１の検出手法によってマクロ端末２００が検出された場合には、マクロ端末検出部３２１は、フェムト上りリンクの全周波数帯域に対する、干渉量が予め定められた第１の所定値以上の周波数帯域の比率が大きいほど、マクロ端末２００の数が多いとみなして、当該マクロ端末２００の数を推定する。
また、上述した第２の検出手法によってマクロ端末２００が検出された場合には、マクロ端末検出部３２１は、フェムト端末４００からの参照信号のパターン以外の参照信号のパターンを含み、且つ、受信電界強度（ＲＳＲＰ）が第２の所定値以上である無線信号の数を、当該マクロ端末２００の数と推定する。
伝搬損失検出部３２２は、高電力基地局１００と低電力基地局３００との間の伝搬損失を検出する。ここで、伝搬損失とは、距離減衰、シャドウィング損失、地物通過損失を含めたものである。
具体的には、伝搬損失検出部３２２は、高電力基地局１００によって、マクロ下りリンクを用いた無線通信において送信される、参照信号と、当該参照信号の送信電力を含んだ信号とを、アンテナ部３０１及び無線通信部３１０を介して受信する。次に、伝搬損失検出部３２２は、受信した参照信号の電力（受信電力）を測定する。更に、伝搬損失検出部３２２は、参照信号の送信電力と、受信電力との差を伝搬損失として検出する。
フェムト端末検出部３２３は、フェムト端末４００の数を検出する。例えば、フェムト端末検出部３２３は、低電力基地局３００によるフェムト端末４００に対する周波数帯域の割り当て及び解放の状況を監視し、当該監視の結果に基づいて、フェムト端末４００の数を検出することができる。
フェムト下り帯域制限部３２４は、マクロ端末検出部３２１によってマクロ端末２００が検出された場合、当該マクロ端末検出部３２１によって検出されたマクロ端末２００の数と、伝搬損失検出部３２２によって検出された高電力基地局１００と低電力基地局３００との間の伝搬損失と、フェムト端末検出部３２３によって検出されたフェムト端末４００の数とに基づいて、フェムト端末４００に割り当てる、フェムト下りリンクの周波数帯域（以下、「フェムト下り帯域」）を制限する。
図３は、低電力基地局３００が利用可能な下り方向の周波数帯域の一例を示す図である。低電力基地局３００が利用可能な下り方向の周波数帯域幅が１０［ＭＨｚ］である場合、当該下り方向の周波数帯域は、５０個のリソースブロック（ＲＢ）１乃至５０に分割されている。各リソースブロックは、下り方向の制御情報伝送用の制御情報チャネル（ＰＤＣＣＨ：Physical Downlink Control CHannel）と、下り方向のユーザデータ伝送用の共有データチャネル（ＰＤＳＣＨ：Physical Downlink Shared CHannel）とにより構成される。
ＰＤＣＣＨには、ＰＤＳＣＨに含まれるユーザデータを受信するために必要な様々な情報が含まれる。このため、フェムト端末４００は、ＰＤＣＣＨ内の情報を受信できない場合には、ＰＤＳＣＨ内のユーザデータを受信できなくなる。従って、ＰＤＣＣＨは、重要な無線チャネルであり、割り当てを制限することができない。このため、本実施形態では、フェムト下り帯域制限部３２４は、ＰＤＳＣＨをフェムト下り帯域として、割り当てを制限する。
検出されたマクロ端末２００の数が多いほど、低電力基地局３００がマクロ端末２００に干渉を与える可能性が高くなる。このため、フェムト下り帯域制限部３２４は、マクロ端末２００の数が多いほど、フェムト下り帯域のうち、割り当てが制限される帯域幅を大きくする。
また、高電力基地局１００と低電力基地局３００との間の伝搬損失が大きいほど、検出されたマクロ端末２００、換言すれば、低電力基地局３００の近傍のマクロ端末２００は高電力基地局１００から遠くに位置しているために、低電力基地局３００がマクロ端末２００に干渉を与えることで、マクロ端末２００と高電力基地局１００との間の無線通信が不能になる可能性が高い。このため、フェムト下り帯域制限部３２４は、高電力基地局１００と低電力基地局３００との間の伝搬損失が大きいほど、フェムト下り帯域のうち、割り当てが制限される帯域幅を大きくする。
一方、フェムト端末４００の数が多いほど、当該フェムト端末４００への割り当てに必要なフェムト下り帯域の帯域幅は大きくなる。このため、フェムト下り帯域制限部３２４は、フェムト端末４００の数が多いほど、フェムト下り帯域のうち、割り当てが制限される帯域幅を小さくする。
フェムト下り帯域制限部３２４は、例えば、図３に示す５０個のリソースブロック１乃至５０のうち、６個の連続するリソースブロック１乃至６の割り当てを停止する。
フェムト下り帯域の割り当てが制限された後、マクロ端末検出部３２１は、所定時間の周期で、マクロ端末２００の検出を試みる。そして、マクロ端末２００が検出できなくなった場合、フェムト下り帯域制限部３２４は、割り当てるフェムト下り帯域の制限を解除する。
（２）低電力基地局の動作
次に、低電力基地局３００の動作について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る低電力基地局３００の動作例を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１において、制御部３２０内のマクロ端末検出部３２１は、マクロ端末２００を検出したか否かを判定する。マクロ端末２００が検出された場合、ステップＳ１０２において、マクロ端末検出部３２１は、マクロ端末２００の数を推定する。
ステップＳ１０３において、制御部３２０内の伝搬損失検出部３２２は、高電力基地局１００と低電力基地局３００との間の伝搬損失を検出する。
ステップＳ１０４において、制御部３２０内のフェムト端末検出部３２３は、フェムト端末４００の数を検出する。
ステップＳ１０５において、制御部３２０内のフェムト下り帯域制限部３２４は、マクロ端末検出部３２１によって検出されたマクロ端末２００の数と、伝搬損失検出部３２２によって検出された高電力基地局１００と低電力基地局３００との間の伝搬損失と、フェムト端末検出部３２３によって検出されたフェムト端末４００の数とに基づいて、フェムト端末４００に割り当てるフェムト下り帯域を制限する。
その後、ステップＳ１０６において、マクロ端末検出部３２１は、前回のマクロ端末２００の検出の判定から所定時間が経過したか否かを判定する。前回のマクロ端末２００の検出の判定から所定時間が経過した場合、ステップＳ１０７において、マクロ端末検出部３２１は、再び、マクロ端末２００を検出したか否かを判定する。
ステップＳ１０７においてマクロ端末２００が検出された場合には、ステップＳ１０２における、マクロ端末２００の数の推定以降の動作が繰り返される。
一方、ステップＳ１０７においてマクロ端末２００が検出されなかった場合には、ステップＳ１０８において、フェムト下り帯域制限部３２４は、フェムト端末４００に割り当てるフェムト下り帯域の制限を解除する。
（３）作用・効果
本実施形態における低電力基地局３００は、当該低電力基地局３００の配下でない無線端末であるマクロ端末２００を検出した場合には、マクロ端末２００が低電力基地局３００の近傍に存在しており、フェムト下り帯域をそのまま配下の無線端末であるフェムト端末４００に割り当てると、マクロ端末２００に干渉を与えるとみなし、割り当てるフェムト下り帯域を制限する。従って、低電力基地局３００がマクロ端末２００に与える干渉を適切に低減できる。
また、検出されたマクロ端末２００の数が多いほど、低電力基地局３００がマクロ端末２００に干渉を与える可能性が高くなる。このことに鑑み、低電力基地局３００は、検出されたマクロ端末２００の数が多いほど、割り当てが制限される帯域幅を大きくする。
また、高電力基地局１００と低電力基地局３００との間の伝搬損失が大きいほど、検出されたマクロ端末２００は高電力基地局１００から遠くに位置しているため、低電力基地局３００がマクロ端末２００に干渉を与えることで、マクロ端末２００と高電力基地局１００との間の無線通信が不能になる可能性が高くなる。このことに鑑み、低電力基地局３００は、高電力基地局１００と低電力基地局３００との間の伝搬損失が大きいほど、割り当てが制限される帯域幅を大きくする。
また、フェムト端末４００の数が多いほど、当該フェムト端末４００への割り当てに必要なフェムト下り帯域の帯域幅は大きくなる。このことに鑑み、低電力基地局３００は、フェムト端末４００の数が多いほど、割り当てが制限される帯域幅を小さくする。
このように、低電力基地局３００が、検出されたマクロ端末２００の数、高電力基地局１００と低電力基地局３００との間の伝搬損失、及び、フェムト端末４００の数に基づいて、割り当てが制限される帯域幅が調整されることにより、必要以上に、割り当てが制限される帯域幅が大きくなってしまうことを防止しつつ、マクロ端末２００に与える干渉を適切に低減できる。
（４）その他の実施形態
上記のように、本発明は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。
上述した実施形態では、高電力基地局１００が、マクロセルを形成するマクロセル基地局であり、低電力基地局３００が、フェムトセルを形成するフェムトセル基地局である場合について説明したが、高電力基地局１００と低電力基地局３００は、これらに限定されず、低電力基地局３００の送信電力が高電力基地局１００の送信電力よりも小さいという関係にあればよい。例えば、高電力基地局１００が、マクロセルを形成するマクロセル基地局である場合には、低電力基地局３００は、マイクロセルあるいはピコセルを形成する基地局とすることができる。また、高電力基地局１００が、マイクロセルを形成するマイクロセル基地局である場合には、低電力基地局３００は、ピコセルあるいはフェムトを形成する基地局とすることができる。更には、高電力基地局１００が、ピコセルを形成するピコセル基地局である場合には、低電力基地局３００は、フェムトを形成する基地局とすることができる。
また、上述した実施形態では、無線通信システム１は、LTE Release 9やLTE-Advancedに基づく構成であったが、他の通信規格に基づく構成であってもよい。
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２０１０−０３０４２４号（２０１０年２月１５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。
本発明の低電力基地局及び通信制御方法は、高電力基地局の配下の無線端末に与える干渉を適切に低減でき、低電力基地局及び通信制御方法として有用である。

Claims (8)

  1. 高電力基地局とともに無線通信システムを構成し、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であって、
    自基地局の配下でない無線端末を検出した場合に、自基地局の配下の無線端末に割り当てる下り方向の周波数帯域を制限する帯域制限部を有する低電力基地局。
  2. 前記帯域制限部は、検出される前記自基地局の配下でない無線端末の数に応じて、割り当てが制限される帯域幅を調整する請求項１に記載の低電力基地局。
  3. 前記帯域制限部は、検出される前記自基地局の配下でない無線端末の数が多いほど、割り当てが制限される帯域幅を大きくする請求項２に記載の低電力基地局。
  4. 前記帯域制限部は、自基地局の配下の無線端末の数に応じて、割り当てが制限される帯域幅を調整する請求項１に記載の低電力基地局。
  5. 前記帯域制限部は、自基地局の配下の無線端末の数が多いほど、割り当てが制限される帯域幅を小さくする請求項４に記載の低電力基地局。
  6. 前記帯域制限部は、自基地局と前記高電力基地局との間の伝搬損失を示す情報に基づいて、割り当てが制限される帯域幅を調整する請求項１に記載の低電力基地局。
  7. 前記帯域制限部は、前記伝搬損失を示す情報に対応する伝搬損失が大きいほど、割り当てが制限される帯域幅を大きくする請求項６に記載の低電力基地局。
  8. 高電力基地局とともに無線通信システムを構成し、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における通信制御方法であって、
    自基地局の配下でない無線端末を検出した場合に、自基地局の配下の無線端末に割り当てる下り方向の周波数帯域を制限するステップを有する通信制御方法。
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