(57)【要約】  通信品質を維持しながら周波数利用効率を向上させる基地局装置を提供する。当該基地局装置は、複数の指向性アンテナと、送信電力を制御する電力制御手段と、周波数帯域を管理する周波数管理手段とを備えて、１つのセルを形成し、上記複数の指向性アンテナ及び電力制御手段により、上記セルが、隣接基地局装置により形成されるセルとのセル境界を持ち複数のセクタセルからなるベースセルと、上記ベースセルのセル半径より小さいセル半径を持ち少なくとも４つのセクタセルからなる小セルとが重ねあわされた形態にて形成され、上記周波数管理手段が、上記ベースセルの各セクタセルにそれぞれ異なる周波数帯域が割り当てられ、上記小セルの各セクタセルに、上記ベースセルに割り当てられた周波数帯域とは異なる周波数帯域であって隣接するセクタセル間で異なり且つ少なくとも２つのセクタセルで同一となる周波数帯域がそれぞれ割り当てられるように管理する。
2008041281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのセルを形成する基地局装置において、
複数の指向性アンテナと、
前記各指向性アンテナから送出される信号の送信電力をそれぞれ制御する電力制御手段と、
前記セルで利用される周波数帯域を管理する周波数管理手段と、
を備え、
前記セルが、前記複数の指向性アンテナ及び前記電力制御手段により、隣接基地局装置により形成されるセルとのセル境界を持ち複数のセクタセルからなるベースセルと、前記ベースセルのセル半径より小さいセル半径を持ち少なくとも４つのセクタセルからなる小セルとが重ねあわされた形態にて形成され、
前記周波数管理手段が、
前記ベースセルの各セクタセルにそれぞれ異なる周波数帯域が割り当てられ、前記小セルの各セクタセルに、前記ベースセルに割り当てられた周波数帯域とは異なる周波数帯域であって隣接するセクタセル間で異なり且つ少なくとも２つのセクタセルで同一となる周波数帯域がそれぞれ割り当てられるように管理することを特徴とする基地局装置。
【請求項２】
前記周波数管理手段は、前記小セルの各セクタセルに、２つの周波数帯域が交互に割り当てられるように管理することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
【請求項３】
前記周波数管理手段は、隣接基地局装置との関係において正対する小セルのセクタセル間で異なる周波数帯域が割り当てられるように管理することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
【請求項４】
前記電力制御手段は、前記小セルのセル半径を前記ベースセルのセル半径の２分の１となるように各信号の送信電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
【請求項５】
前記小セルのプライオリティが前記ベースセルのプライオリティよりも高く設定されたＨＣＳ（Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）制御情報を前記ベースセル及び前記小セルの各セクタセルにそれぞれ報知する報知手段を更に備える請求項１に記載の基地局装置。
【請求項６】
１つのセルを形成する基地局装置におけるセル構成方法において、
前記セルを、隣接基地局装置により形成されるセルとのセル境界を持ち複数のセクタセルからなるベースセルと、前記ベースセルのセル半径より小さいセル半径を持ち少なくとも４つのセクタセルからなる小セルとが重ねあわされた形態で形成するセル形成ステップと、
前記ベースセルの各セクタセルにそれぞれ異なる周波数帯域を割り当て、前記小セルの各セクタセルに、前記ベースセルに割り当てられた周波数帯域とは異なる周波数帯域であって隣接するセクタセル間で異なり且つ少なくとも２つのセクタセルで同一となる周波数帯域をそれぞれ割り当てる周波数割り当てステップと、
を備えるセル構成方法。
【請求項７】
前記周波数割り当てステップが、前記小セルの各セクタセルに、２つの周波数帯域を交互に割り当てらることを特徴とする請求項６に記載のセル構成方法。
【請求項８】
前記周波数割り当てステップが、隣接基地局装置との関係において正対する小セルのセクタセル間で異なる周波数帯域を割り当てることを特徴とする請求項６に記載のセル構成方法。
【請求項９】
前記セル形成ステップが、前記小セルのセル半径を前記ベースセルのセル半径の２分の１となるように形成することを特徴とする請求項６に記載のセル構成方法。
【請求項１０】
前記小セルのプライオリティが前記ベースセルのプライオリティよりも高く設定されたＨＣＳ（Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）制御情報を前記ベースセル及び前記小セルの各セクタセルにそれぞれ報知する報知ステップを更に備える請求項６に記載のセル構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＤＭＡ、ＯＦＤＭＡ等の周波数割り当てを考慮する必要のある無線方式を用いて実現されるセルラシステムを構成する基地局装置及びそのセルラシステムのセル構成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラシステム等におけるサービス対象エリアを不感地なくカバーするためのセル構成として、無指向性アンテナを用いたオムニセルでエリアを構成する方法や指向性アンテナを用いてセルを所定の角度で等分割するセクタ構成でエリアを構成する方法がある。このセクタ構成としては、各セルがそれぞれ３分割された３セクタセルや６分割された６セクタセルが一般的である。【０００３】
これらのセル構成において、限られた周波数資源を効率よく使用しながら、通信品質を確保するためには、隣接セル及び周辺の近接セルからの干渉レベルを所定値以下に抑えるような周波数配置（周波数繰り返し）方式が必要である。このような周波数配置は、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式が利用される場合には、拡散コードによる分離が行えるため考慮される必要がないが、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）方式やＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式が利用される場合には、各ユーザに割り当てられたチャネルの分離が適切に行われるように、適切な周波数繰り返し構成が設計される必要がある。この場合には、許容の干渉レベルを満たす程度に離れていないセルが同一グループになるように全セルがグループ分けされ、同一グループ内に属するセル間では同一周波数帯域が使用されず、異なるグループで同一周波数帯域が繰り返し使用されることで、周波数資源の有効利用が図られる。【０００４】
このようなセルラシステム等を運用するシステムオペレータは、割り当てられる周波数帯域を同一グループ内のセル数で分割し、各セルで利用し得る周波数帯域幅を決定する。従って、同一グループ内のセル数を減らし分割数を小さくすること、すなわち繰り返し距離を小さくすることが、各基地局で利用し得る周波数帯域を広げることに繋がり、ひいては、各基地局で収容できるトラフィック量を多くすることができ、周波数利用効率を向上させるうえで有効である。【０００５】
このような周波数配置方式としては、セル間干渉が許容値以下に収まるような各セルの配置を予め設計し固定的に割り当てる方法の他に、ＤＣＡ（Dynamic Channel Assignment）技術を用いる方法がある。ＤＣＡは、周波数の利用状況に応じてセル相互間で干渉レベルが許容値以下となるような周波数帯域やサブチャネルを選択して適応的に割り当てる技術（下記特許文献１参照）である。このＤＣＡ技術によれば、セル間の干渉を防ぐと同時に、周波数利用効率を高めることができる。【０００６】
近年、無線通信技術の一規格として策定されたＩＥＥＥ８０２．１６標準に基づくＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）という技術がある（下記非特許文献１参照）。このＷｉＭＡＸでは、マルチチャネルアクセス方式としてＯＦＤＭＡ方式が利用される。このＷｉＭＡＸを用いた無線通信システムは、送信周波数帯域を複数のサブチャネルに分割し、上述のＤＣＡ技術のように隣接する基地局間及び同一基地局のセクタ間では同一のサブチャネルが同時に割り当てられないように制御する。これにより、このＷｉＭＡＸ通信システムは、同一周波数帯域を全セルで共通に使用しながらセル間の干渉を防ぎ、周波数利用効率を高める仕組みとなっている。【０００７】
その他、本願発明に関連する先行技術を開示する文献としては、以下の文献がある。
【特許文献１】米国特許第６７２１５６９号明細書
【特許文献２】特開２０００−２８６８２２号公報
【特許文献３】特開平１１−２１５０５５号公報
【非特許文献１】WiMAX Forum、“A Technical Overview and Performance Evaluation”、Mobile WiMAX-Part 1、February 16, 2006
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のＤＣＡ技術による周波数帯域やサブチャネルの適応的割り当て方式では、トラフィック量が所定量を超えた場合には、干渉レベルが許容値を超えても必要な周波数帯域やサブチャネルを割り当てるしかなくなり、同一周波数帯域やサブチャネルを同時に使用する確率が増えるという問題点がある。このような場合には、セル間干渉が増えて所望の通信品質を維持することが出来なくなる。【０００９】
一方、同方式において干渉レベルが許容値を超えれば周波数帯域やサブチャネルを割り当てず呼損とする構成を採った場合には、新規呼を受け付けることが出来なくなり、システムのスループットが低下してしまうことになる。【００１０】
更に、同方式においてチャネルを適応的に割り当てるためには、各呼に関し干渉状況をそれぞれ測定し、割り当て予定のチャネルを割り当てた場合の新規呼の被干渉状況の予測と、同一チャネルを使用している既存呼への当該新規呼の与干渉状況の予測をしなければならない。これは、非常に複雑な制御が必要となる。【００１１】
そこで、このような問題点を解決するための手法として、上記特許文献１により、ＷｉＭＡＸを用いた通信システムにおいて基地局間の同一周波数割り当てを可能とする手法が開示されている。図１１は、この開示される従来技術による周波数割り当て手法を示す図である。すなわち、この手法では、オムニ構成において各通信エリアＡ１、Ａ２及びＡ３がそれぞれドーナツ型のエリアに分けられる。そして、中央の円状エリア内に位置するユーザには全基地局で同一の周波数帯域（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）が割り当てられ、当該通信エリア内のそれ以外の箇所に位置するユーザには隣接する基地局間同士で異なるサブチャネル群が割り当てられる。すなわち、この手法は、干渉が大きいセル端付近では隣接するセル間で異なる周波数を割り当てることで干渉を防ぎ、干渉が小さい基地局近辺では全セルにおいて同一周波数を使うことで周波数利用効率を上げるというものである。この手法は、特に干渉状況の測定等に基づくＤＣＡ技術を必要としないものである。【００１２】
しかしながら、この手法は、あくまでも各基地局における使用周波数を全割り当て周波数と等しくするものであり、周波数利用効率をそれ以上向上させることにはならない。【００１３】
同様に、各基地局における使用周波数を全割り当て周波数とする方法として、指向性アンテナを用いて干渉量を指向性により減少させるセクタ構成にすることにより、隣接する基地局で同一周波数を使用する方法がある。このようなセクタ構成を用いた場合の周波数配置の例を図１２に示す。図１２は、３セクタ構成を用いた場合の例を示し、左下部に抜き出された図が１つの基地局ＢＳ１により構成されるセルＣ１を示している。これによれば、セルＣ１は、３つのセクタセルＳ１、Ｓ２及びＳ３に分割され、各セクタセルにはそれぞれ異なる周波数帯域Ｆ１、Ｆ２及びＦ３が利用可能周波数帯域として割り当てられる。そして、隣接するセクタセル間で同一周波数帯域が利用されないように、全セクタセルに所定の周波数帯域が割り当てられている。これにより、各基地局における使用周波数を全割り当て周波数とすることができる。【００１４】
しかしながら、このようなセクタ構成においても、同一基地局のセクタ境界にいる移動局は、現在位置するセクタセルを構成する指向性アンテナからの距離と隣接するセクタセルを構成する指向性アンテナからの距離とが同じであり、また指向性アンテナの角度損失も等しいため、同一周波数帯域を隣接するセクタセル間で使用することはできない。従って、このようなセクタ構成を採ったとしても、各基地局における使用周波数を全割り当て周波数にできるという効果までしかない。【００１５】
本発明の目的は、通信品質を維持しながら周波数利用効率を向上させる基地局装置及びセル構成方法を提供することである。特に、周波数利用効率については、各基地局における使用周波数帯域を全割り当て周波数帯域より大きくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上述した課題を解決するために以下の構成を採用する。即ち、本発明は、１つのセルを形成する基地局装置において、複数の指向性アンテナと、各指向性アンテナから送出される信号の送信電力をそれぞれ制御する電力制御手段と、前記セルで利用される周波数帯域を管理する周波数管理手段とを備え、上記複数の指向性アンテナ及び電力制御手段により、上記セルが、隣接基地局装置により形成されるセルとのセル境界を持ち複数のセクタセルからなるベースセルと、上記ベースセルのセル半径より小さいセル半径を持ち少なくとも４つのセクタセルからなる小セルとが重ねあわされた形態にて形成され、上記周波数管理手段が、上記ベースセルの各セクタセルにそれぞれ異なる周波数帯域が割り当てられ、上記小セルの各セクタセルに、上記ベースセルに割り当てられた周波数帯域とは異なる周波数帯域であって隣接するセクタセル間で異なり且つ少なくとも２つのセクタセルで同一となる周波数帯域がそれぞれ割り当てられるように管理することを特徴とする基地局装置についてのものである。【００１７】
本発明に係る基地局装置では、複数の指向性アンテナが利用されることにより、上記のように、セクタ構成をそれぞれ持つベースセル及び小セルが重ね合わされた形態にてセル形成される。当該ベースセルの各セクタセルについては、同一ベースセル内のセクタセル境界が接する他のセクタセルとの間で同一周波数帯域が利用されない。また、小セルの各セクタセルについても、重ねて配置されるベースセルの各セクタセル及び同一小セル内のセクタセル境界の接する他のセクタセルのいずれとの関係においても、同一周波数帯域が利用されない。【００１８】
これにより、いずれのセクタ境界に存在する移動端末に関しても、干渉レベルを許容レベル以下に抑えることができ、所望の通信品質を維持することができる。【００１９】
また、隣接基地局においてセル境界を持つセクタ間で同一周波数帯域が割り当てられないように周波数繰り返し配置が行われれば、全ての基地局装置において、割り当てられた全周波数帯域を繰り返し利用することができる。更に、小セルのセクタセルについては少なくとも２つのセクタセルで同一の周波数帯域が割り当てられるため、１つの基地局装置で利用される総周波数帯域を各基地局装置に割り当てられた全周波数帯域より大きくすることができる。【００２０】
従って、本発明によれば、ＤＣＡ技術のような複雑な処理を必要とする手法を用いることなく、周波数利用効率を一層向上させることができる。【００２１】
また、上記周波数管理手段が、上記小セルの各セクタセルに２つの周波数帯域が交互に割り当てられるように管理するようにしてもよい。【００２２】
これによれば、２つの周波数帯域が小セルのセクタセル数を２で割った回数分、繰り返し使用されるため、１つの基地局装置で利用される総周波数帯域をより増加させることができる。【００２３】
また、上記周波数管理手段が、隣接基地局装置との関係において正対する小セルのセクタセル間で異なる周波数帯域が割り当てられるように管理するようにしてもよい。【００２４】
これによれば、隣接基地局装置との関係においても、小セル間で干渉を防ぐことができるため、所望の通信品質を維持することができる。また、小セルのセル半径を最大限まで広げることができるため、小セルの各セクタセルに収容可能なトラフィックを増加させることができる。【００２５】
また、上記電力制御手段が、上記小セルのセル半径を上記ベースセルのセル半径の２分の１となるように各信号の送信電力を制御するようにしてもよい。【００２６】
これによれば、隣接基地局装置の正対する小セルのセクタセルで異なる周波数帯域が割り当てられれば、干渉レベルを許容レベル以下に抑えることができるだけでなく、小セルのセル半径を或る程度広く維持することができるため、小セルの各セクタセルに収容可能なトラフィックを増加させることができる。【００２７】
また、本発明に係る基地局装置が、更に、上記小セルのプライオリティが上記ベースセルのプライオリティよりも高く設定されたＨＣＳ（Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）制御情報を上記ベースセル及び上記小セルの各セクタセルにそれぞれ報知する報知手段を備えるようにしてもよい。【００２８】
これにより、本発明に係る基地局装置に接続される移動端末は、ベースセルに小セルを重ねた構造を持つセルを形成する基地局と無線通信する場合であっても、その位置に応じて、適切なセルを利用することができる。【００２９】
なお、上述の各セクタセルに割り当てられる周波数帯域とは、サブチャネル群を含む概念である。これは、当該基地局装置が利用する無線通信方式に対応する。【００３０】
また、本発明は、上述の本発明に係る基地局装置と同様の特徴を有するセル構成方法、情報処理装置（コンピュータ）を本発明に係る基地局装置として機能させるプログラム、或いは、当該プログラムを記録した記録媒体としても実現可能である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、通信品質を維持しながら周波数利用効率を向上させる基地局装置及びセル構成方法を提供することができる。特に、周波数利用効率については、各基地局における使用周波数帯域を全割り当て周波数帯域より大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムのシステム構成例を示す図である。
【図２】図２は本実施形態における基地局のセル構成の例を示す図である。
【図３】図３は本実施形態における基地局のセル構成の例を示す図である。
【図４】図４は本実施形態における周波数配置の例を示す図である。
【図５】図５は基地局の機能構成の概略を示す図である。
【図６】図６は周波数割り当て部４３によって割り当てられる周波数帯域の例を示す図である。
【図７】図７は送信電力制御部４４により決定される各セクタの送信電力の例を示す図である。
【図８】図８は小セルのエリア半径決定方法を示す図である。
【図９】図９は本実施形態におけるセル構成の第１変形例を示す図である。
【図１０】図１０は本実施形態におけるセル構成の第２変形例を示す図である。
【図１１】図１１は従来技術による周波数割り当て手法を示す図である。
【図１２】図１２は従来技術によるセクタ構成を用いた場合の周波数配置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
ＢＳ１からＢＳ１０  基地局
Ｓ１からＳ９  セクタセル
８１、８２、８３、８４  セクタセル
２１  ベースセル
２２  小セル
４−１から４−９  アンテナ（指向性アンテナ）
４１−１から４１−９  無線部
４２  共通制御部
４３  周波数割り当て部
４４  送信電力制御部
４５  報知情報生成部
４６  呼接続制御部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
［実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムについて説明する。なお、本発明の実施形態としてＦＤＭＡセルラシステムについて説明するが、本発明は以下に述べる実施形態の構成に限定されるものではなく、ＷｉＭＡＸを用いたセルラシステムであってもよく、周波数割り当てを考慮する必要のある無線方式を用いて実現される通信システムであればよい。【００３５】
〔システム構成〕
以下、本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムのシステム構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムのシステム構成例を示す図である。【００３６】
本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムは、図１に示すように、サービス対象エリアを不感地なくカバーするように配置された複数の基地局（例えば、ＢＳ１からＢＳ１０）がそれぞれネットワーク（図示せず）により接続され、構成される。携帯電話等の移動端末（図示せず）は、最寄の基地局（ＢＳ１からＢＳ１０のいずれか１つ）と無線通信することにより、本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムと接続され、通話サービス等の通信サービスの提供を受ける。【００３７】
次に、各基地局が形成するセルのセクタ構成について図２及び３を用いて説明する。図２及び３は、本実施形態における基地局のセル構成の例を示す図である。【００３８】
各基地局ＢＳ１からＢＳ１０は、それぞれ指向性アンテナを備え、セクタ構成を持つセルをそれぞれ形成する。各基地局ＢＳ１からＢＳ１０は、本発明に関する機能についてはそれぞれ同様の機能構成を持つため、以下の説明では、特に必要な場合を除いて、各基地局についての符号は示さないものとする。【００３９】
各基地局のセルは、隣接する基地局のセルとその境界が接する３セクタ構成を採り（図２の符号２１、セクタセルＳ１、Ｓ２及びＳ３）、その内側の基地局周辺部に、隣接する基地局のセルとは接することのない６セクタ構成の小セル（図３の符号２２、セクタセルＳ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８及びＳ９）を重ねた構成を採る。以降、基地局が形成するセルのうち、図２に示される３セクタ構成の部分をベースセル２１と図３に示される６セクタ構成の部分を小セル２２と表記する。【００４０】
小セル２２は、基地局からの下り送信電力をベースセル２１を形成する送信電力よりも小さくすることにより形成される。小セル２２のエリア半径は、小セル２２内のユーザにとって所定の通信品質を満たす受信レベルを保つことのできる限界の範囲を示すものである。図２及び３に示される例における小セル２２のエリア半径は、ベースセル２１の半径の約半分程度になるように形成されている。本発明は、小セル２２のエリア半径をこのような例に限定するものではなく、各セルにおける目標の通信品質を満たすように各基地局においてそれぞれエリア半径が異なるように構成されるようにしてもよい。【００４１】
なお、本実施形態では、図２に示すように、隣接する基地局との関係においてはセクタ構成として３セクタ構成を採る場合を例に挙げているが、その他のセクタ構成を採る場合のシステム構成については〔変形例〕の項において述べる。【００４２】
さらに、上述のベースセル２１及び小セル２２に割り当てられる周波数帯域について図４を用いて説明する。図４は、本実施形態における周波数配置の例を示す図である。【００４３】
ベースセル２１の各セクタセルＳ１、Ｓ２及びＳ３には、それぞれ異なる周波数帯域が割り当てられる。これは、各セクタセルがセクタ境界で他のセクタセルと接するために、受信レベル差がセクタ境界では０デシベル（ｄＢ）となり、所望の通信品質が得られなくなるからである。また、隣接する他のベースセル２１のセル境界が接するセクタセル間においては、異なる周波数帯域が割り当てられるように配置される。【００４４】
小セル２２の各セクタセルＳ４からＳ９には、ベースセル２１の各セクタセルに割り当てられた周波数帯域とは異なる周波数帯域であって、隣接するセクタセル間で同一の周波数帯域とならないようにそれぞれ割り当てられる。すなわち、ベースセル２１に割り当てられた帯域とは異なる小セル２２のための周波数帯域を更に２分割し、分割された各周波数帯域を小セル２２の各セクタセルに交互に割り当てる。【００４５】
結局、各セクタセルに割り当てられる周波数帯域をそれぞれ「Ｆ（数値）」で示すと、以下のように割り当てられる。【００４６】
セクタセルＳ１：Ｆ１
セクタセルＳ２：Ｆ２
セクタセルＳ３：Ｆ３
セクタセルＳ４：Ｆ４
セクタセルＳ５：Ｆ５
セクタセルＳ６：Ｆ４
セクタセルＳ７：Ｆ５
セクタセルＳ８：Ｆ４
セクタセルＳ９：Ｆ５
また、図４に示されるように、隣接する基地局において、小セル２２内の同一周波数帯域が割り当てられたセクタセルが互いに正対しないように配置されるようにするのが好ましい。この場合、基地局ＢＳ４の小セル２２については、それのセクタセルＳ４と基地局ＢＳ１のセクタセルＳ７とが正対するが、それらにはそれぞれ周波数帯域Ｆ４とＦ５とが割り当てられる。同様に、基地局ＢＳ４の小セル２２のセクタセルＳ５と基地局ＢＳ２のセクタセルＳ８とが正対するが、それらにはそれぞれ周波数帯域Ｆ５とＦ４とが割り当てられる。このような周波数配置を採れば、小セル２２のエリア半径を大きくすることができる。【００４７】
このような周波数配置を採ることにより、１つの基地局当りに割り当てることができる周波数帯域をシステム全体で利用可能な全周波数帯域より大きくすることができる。【００４８】
すなわち、システム全体で利用可能な周波数帯域幅をＦとすると、各基地局ではＦがそれぞれ繰り返し利用される。各基地局内では、このＦが５つのグループに分割され（上述のＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５）、各セクタセルＳ１からＳ９に割り当てられる。従って、各基地局で利用される延べ周波数帯域は、Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４×３＋Ｆ５×３となり、システム全体で利用可能な周波数帯域幅Ｆ（＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４＋Ｆ５）より大きくなる。【００４９】
なお、小セル２２に割り当てられる周波数帯域（サブチャネル帯域）Ｆ４及びＦ５の各基地局に割り当てられた全周波数帯域に対する比率を大きくすれば、各基地局における使用周波数帯域をシステム全体の割り当て周波数帯域に比べより大きくすることができる。【００５０】
〔装置構成〕
以下、本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムの基地局（ＢＳ１からＢＳ１０）の機能構成について説明する。図５は、基地局の機能構成の概略を示す図である。【００５１】
基地局は、アンテナ４−１から４−９、無線部４１−１から４１−９、共通制御部４２などを有する。共通制御部４２は、更に、周波数割り当て部４３、送信電力制御部４４、報知情報生成部４５、呼接続制御部４６等を有する。ハードウェア構成としては、上記無線部４１−１から４１−９及び共通制御部４２は、それぞれハードウェア回路で実現されるようにしてもよいし、メモリに記憶された制御プログラムがＣＰＵ（Central Processing Unit）にロードされ実行されることにより実現されるようにしてもよい。【００５２】
各アンテナ４−１から４−９はそれぞれ、八木アンテナなどのような特定方向に電波を放射する指向性アンテナである。各アンテナ４−１から４−９は、それぞれから放射される電波（信号）が図２に示す各セクタセルＳ１からＳ９を構成するように配置される。なお、本実施形態では、１つのアンテナに対して１つのセクタセルが形成される場合の例を示すが、アンテナの特性により１つのアンテナが複数のセクタセルを形成し得るのであればそのような構成を採るようにしてもよい。【００５３】
各無線部４１−１から４１−９は、アンテナ４−１から４−９のいずれか１つにそれぞれ接続され、各アンテナから送信されるべき信号及び各アンテナから受信された信号を処理する。各無線部は、後述する周波数割り当て部４３からそれぞれ割り当てられる周波数帯域内で、各ユーザのための送信信号に割り当てる周波数帯域及び報知信号に割り当てる周波数帯域を決定し、それらが多重化されたＦＤＭＡ信号を生成する。なお、無線方式としてＯＦＤＭＡが利用される場合には、各無線部は、周波数割り当て部４３から所定のサブチャネル群の割り当てを受け、そのサブチャネル群のうち各ユーザのために利用されるサブチャネルをそれぞれ決定する。【００５４】
また、各無線部は、後述する送信電力制御部４４からそれぞれ送られる送信電力を、接続されるアンテナから送信される信号へ与える。各無線部により生成された信号は、接続されるアンテナから送出される。なお、各無線部の詳細機能については、採用される無線方式に基づいた一般的な無線信号処理機能と同様であるため、詳細な説明は省略する。【００５５】
周波数割り当て部４３は、各アンテナ４−１から４−９から送出される各信号の送信周波数帯域（サブチャネル群）を図３に示されるような形態で割り当てる。すなわち、本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムの利用可能な周波数帯域として割り当てられた全周波数帯域が各セクタのトラフィック比に応じてＦ１からＦ５の５つの帯域（サブチャネル群）に分割され、それらが上述の方法で各セクタセルにそれぞれ割り当てられる。このような周波数帯域割り当て情報は、基地局の内部メモリ等に予め調整可能に記憶されるようにしてもよいし、他の基地局制御装置（図示せず）から取得されるようにしてもよい。【００５６】
図６は、周波数割り当て部４３によって割り当てられる周波数帯域の例を示す図である。図６の例は、本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステム全体の利用可能な周波数帯域として２０メガヘルツ（ＭＨｚ）が割り当てられているものと仮定した場合に、周波数割り当て部４３によって各セクタＳ１からＳ９に割り当てられる周波数帯域Ｆ１からＦ５について示されている。【００５７】
この例では、トラフィックがサービス対象エリア内で一定の分布を示すもの（面積比＝トラフィック比）と仮定され、システム全体の利用可能な周波数帯域が、各セクタの面積比に応じて分割されている。この周波数帯域の分割比率については、各セクタが配置される場所の状況としての実際のトラフィック量に応じて決定されることが好ましい。【００５８】
周波数帯域Ｆ１：２３００（ＭＨｚ）から２３０６（ＭＨｚ）間の６（ＭＨｚ）
周波数帯域Ｆ２：２３０６（ＭＨｚ）から２３１２（ＭＨｚ）間の６（ＭＨｚ）
周波数帯域Ｆ３：２３１２（ＭＨｚ）から２３１８（ＭＨｚ）間の６（ＭＨｚ）
周波数帯域Ｆ４：２３１８（ＭＨｚ）から２３１９（ＭＨｚ）間の１（ＭＨｚ）
周波数帯域Ｆ５：２３１９（ＭＨｚ）から２３２０（ＭＨｚ）間の１（ＭＨｚ）
送信電力制御部４４は、各アンテナ４−１から４−９から送出される各信号の送信電力を図３に示されるようなセクタ構成となるように決定する。すなわち、送信電力制御部４４は、小セル２２を形成するアンテナから送信される信号の送信電力をベースセル２１を形成するアンテナから送信される信号の送信電力よりも小さくする。なお、送信電力制御部４４により決定される送信電力値は、動的に決定される必要はなく、予め調整可能に基地局内で保持される。【００５９】
図７は、この送信電力制御部４４により決定される各セクタセルの送信電力の例を示す図である。これにより、ベースセル２１（セクタセルＳ１、Ｓ２及びＳ３）の内側の基地局周辺部に小セル２２（セクタセルＳ４からＳ９）が形成される。送信電力制御部４４による送信電力決定方法については後述する。【００６０】
報知情報生成部４５は、各アンテナから送信される報知信号に設定される制御情報を生成する。この報知情報には、各アンテナにより形成される各セクタセルがＨＣＳ待ち受け制御の必要なセルであることを示すＨＣＳ（Hierarchical Cell Structure）制御情報、各セクタセルのプライオリティを示すプライオリティ情報、隣接セルに関する情報（周波数帯域等）などが含まれる。このＨＣＳ待ち受け制御とは、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）  ＴＳ２５．３０４／９９２で勧告されている。本発明は、このＨＣＳ待ち受け制御をそのまま利用するものである。【００６１】
通常の待ちうけ制御では、移動端末はその位置の制御信号の受信レベルに応じてセルの移動を感知する。従って、本実施形態によれば、移動端末は、小セル２２内では、ベースセル２１の各セクタセルに送出される報知信号のほうが小セル２２の各セクタセルに送出される報知信号よりも高い電力で受信されてしまうため、小セル２２の各セクタセルを利用することができない。【００６２】
そこで、このＨＣＳ待ちうけ制御により、本実施形態のようにオーバーレイ構造を採るセル構成において、移動端末における待ち受け制御が適切に行われるようになる。すなわち、報知情報に含まれるプライオリティ情報は、ベースセル２１に送出されるものよりも小セル２２に送出されるもののほうが高いプライオリティを示すように設定される。【００６３】
これにより、移動端末は、ＨＣＳ制御情報によりＨＣＳ待ち受け制御の必要なセルであることを認識すると、小セル２２内に存在する場合には、ベースセル２１の報知信号のほうが小セル２２の報知信号よりも高い受信レベルを持つものの、そのセルのプライオリティを参照することにより、高いプライオリティを示す小セル２２で待ち受けを行うようことになる。【００６４】
呼接続制御部４６は、各アンテナにより受信され、各無線部により信号処理された各ユーザの呼について接続制御を行う。なお、本発明は、この呼接続制御部４６の機能を限定するものではないため、呼接続制御部４６は一般的な呼接続制御機能を有していればよい。ここでは、呼接続制御部４６の詳細については説明を省略する。【００６５】
〈送信電力決定方法について〉
以下、送信電力制御部４４による送信電力決定方法について説明する。【００６６】
各セルに割り当てられる周波数の繰り返しは、目標の通信品質を満たすことのできる信号レベル対干渉レベルの比（ＳＩＲ）によって計算することができる。つまり、システムに求められる目標通信品質に基づいた所定のＳＩＲ値（以降、所要ＳＩＲ値と表記する）により、周波数繰り返し可能な距離及び周波数繰り返し数が決まる。【００６７】
ここで、所要ＳＩＲ値を１０（ｄＢ）と仮定する。この例では、希望信号の受信レベルが干渉信号のレベルよりも１０（ｄＢ）高い場合に、目標の通信品質を満たすと判断される。【００６８】
更に、移動通信システムにおける一般的な伝搬モデルを利用して、伝搬損失が距離の３．５乗に比例すると仮定した場合に、信号の所定の地点までの到達距離をＸとすると、上記レベル差１０（ｄＢ）を示すＸは、３５ｌｏｇＸ＝１０（ｄＢ）と表わすことができる。すなわち、希望信号の到達地点において、干渉信号のその地点までの到達距離が当該希望信号のその地点までの到達距離の２倍になれば、その地点での干渉信号の信号レベルが１０（ｄＢ）小さくなり、目標の通信品質を満たすことができる。【００６９】
これは、小セル２２のエリア半径を基地局間距離の３分の１にすれば、目標の通信品質を満たすことができることを示している。これにより、送信電力制御部４４は、ベースセル２１を形成する信号の送信電力と小セル２２を形成する信号の送信電力との比をＹとすれば、１０ｌｏｇＹ＝１０（ｄＢ）の式により、この電力比Ｙを決定することができる。結局、送信電力制御部４４は、ベースセル２１を形成する信号の送信電力が予め調整可能に１０（Ｗ）と設定されているとすれば、小セル２２を形成する信号の送信電力は１（Ｗ）と決定することができる（図７参照）。【００７０】
なお、図４の例に示すように、隣接する基地局において、小セル２２の同一周波数帯域が割り当てられたセクタセルがお互いに正対しないように配置された場合には、上述のように決定された小セル２２のエリア半径は、基地局間距離の３分の１よりも大きくすることが可能である。この場合には、同一周波数帯域が割り当てられた周辺の小セル２２の各セクタセルとの関係において、上述の伝搬損失と各セクタセルを形成する指向性アンテナの角度損失等とを考慮して、ＳＩＲ値が所定の目標値を満たし得るエリア半径を決定するようにすればよい。【００７１】
図８は、隣接する基地局における小セル２２の同一周波数帯域が割り当てられたセクタセルがお互いに正対しないように配置された場合の小セルのエリア半径決定方法を示す図である。セクタセル８１に着眼した場合には、そのセクタセル８１と同一周波数帯域が割り当てられている周辺の小セル２２の各セクタセル８２、８３、８４、８５との関係を考慮するようにすればよい。【００７２】
〔本実施形態の作用及び効果〕
ここで、上述した本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムの作用及び効果について述べる。【００７３】
本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムを構成する各基地局では、指向性アンテナが用いられることにより、隣接基地局のセルとその境界が接する３セクタ構成を採るベースセル２１、及びその内側の基地局周辺部に隣接基地局のセルとは接することのない６セクタ構成の小セル２２を重ねたセルがそれぞれ形成される。【００７４】
そして、各基地局の形成する各セクタセルに関しては、ベースセル２１内の各セクタセルにはそれぞれ異なる周波数帯域が割り当てられ、小セル２２内の各セクタセルには、ベースセル２１内の各セクタセルに割り当てられた周波数帯域とは異なる周波数帯域であって、隣接するセクタセル間で同一の帯域とならないような周波数帯域がそれぞれ割り当てられるように、各基地局に割り当てられた全周波数帯域が最小の分割数（図４では、分割数＝５）で分割される。【００７５】
更に、隣接基地局との関係において、セル境界が接する隣接ベースセル２１のセクタセル間で、割り当てられる周波数帯域が重ならないように、かつ、小セル２２内の同一周波数帯域が割り当てられたセクタセルが互いに正対しないように周波数配置が決定される。【００７６】
これにより、ベースセル２１の各セクタセルについては、同一ベースセル２１内の他のセクタセル及び隣接する他のベースセル２１のセクタセルのいずれとの関係においても、セル境界が接するセクタセル間で同一周波数帯域が利用されることがないため、干渉レベルを許容レベル以下に抑えることができ、かつ、隣接基地局においても同一周波数帯域（サブチャネル）を繰り返し利用することができる。【００７７】
また、小セル２２の各セクタセルについても、重ねて配置されるベースセル２１のセクタセル及び同一小セル２２内のセル境界の接する他のセクタセルのいずれとの関係においても、同一周波数帯域が利用されることがないため、干渉レベルを許容レベル以下に抑えることができる。【００７８】
更に、小セル２２が６セクタ構成を採ることから、分割された周波数帯域のうちの２つの周波数帯域を交互に配置することにより、１つの基地局で利用される総周波数帯域を各基地局に割り当てられた全周波数帯域より大きくすることができる。【００７９】
分割された各周波数帯域の帯域幅は、割り当てられる各セクタセルのトラフィック量等に応じてそれぞれ決定されるが、小セル２２のセクタセルに割り当てられる周波数帯域の割り合いが全割り当て周波数帯域に対して大きくなれば、より周波数利用効率を上げることができる。【００８０】
従って、本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムによれば、このような周波数繰り返し配置により、どのセル境界に位置する移動端末であっても干渉レベルを許容レベル以下とすることができ、かつ、各基地局における使用周波数帯域を全割り当て周波数帯域より大きくすることができる。【００８１】
また、各基地局は、各セクタセルに送出される信号に含まれる報知情報として、移動端末にＨＣＳ待ち受け制御を行わせるためのＨＣＳ制御情報、各セクタセルのプライオリティ情報等を報知する。【００８２】
これにより、本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムに接続される移動端末は、ベースセル２１に小セル２２を重ねた構造を採るセル構成においても、その位置に応じて、適切なセルを利用することができる。【００８３】
〔変形例〕
上述の本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムでは、図２に示すようにベースセル２１がそれぞれ６角形の形状を持つ３つのセクタセルから構成されていたが、ベースセル２１全体が６角形の形状でありその内部が３つに分割され各セクタセルを構成するようにしてもよい。このような場合のセル構成を図９に示す。図９は、本実施形態におけるセル構成の第１変形例を示す図であり、周波数Ｆ１からＦ５の周波数配置を示している。【００８４】
更に、ベースセル２１が６セクタ構成を採り、小セル２２が１２セクタ構成を採るようにセル形成してもよい。図１０は、本実施形態におけるセル構成の第２変形例を示す図であり、周波数Ｆ１からＦ８の周波数配置を示している。この場合においても、各基地局の形成する各セクタセルに関しては、ベースセル２１内の各セクタセルにはそれぞれ異なる周波数帯域が割り当てられ、小セル２２内の各セクタセルには、ベースセル２１内の各セクタセルに割り当てられた周波数帯域とは異なる周波数帯域であって、隣接するセクタセル間で同一の帯域とならないような周波数帯域がそれぞれ割り当てられる。更に、隣接基地局との関係において、セル境界が接する隣接ベースセル２１のセクタセル間で、割り当てられる周波数帯域が重ならないように配置される。【００８５】
また、上述の本実施形態におけるＦＤＭＡセルラシステムでは、図４に示すように、隣接基地局の小セル２２の正対するセクタセル間において、同一周波数帯域が割り当てられないように周波数配置が決定されていたが、これらセクタセル間においても同一周波数帯域が割り当てられるようにしてもよい。【００８６】
このように配置した場合には、図２、３及び４で示されるように小セル２２のエリア半径がベースセル２１のエリア半径の半分とすることはできない場合があるが、送信電力制御部４４により当該小セル２２のエリア半径をより小さくすることにより対応可能である。このように小セル２２のエリア半径を小さくすれば、小セル２２に収容可能なトラフィックは減少することになるが、各基地局における使用周波数帯域を全割り当て周波数帯域より大きくすることができることには変わりない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月13日(2009.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのセルを形成する基地局装置において、
複数の指向性アンテナと、
前記各指向性アンテナから送出される信号の送信電力をそれぞれ制御する電力制御手段と、
前記セルで利用される周波数帯域を管理する周波数管理手段と、
を備え、
前記セルが、前記複数の指向性アンテナ及び前記電力制御手段により、隣接基地局装置により形成されるセルとのセル境界を持ち複数のセクタセルからなるベースセルと、前記ベースセルのセル半径より小さいセル半径を持ち少なくとも４つのセクタセルからなる小セルとが重ねあわされた形態にて形成され、
前記周波数管理手段が、
前記ベースセルの各セクタセルにそれぞれ異なる周波数帯域が割り当てられ、前記小セルの各セクタセルに、前記ベースセルに割り当てられた周波数帯域とは異なる周波数帯域であって隣接するセクタセル間で異なり且つ少なくとも２つのセクタセルで同一となる周波数帯域がそれぞれ割り当てられるように管理することを特徴とする基地局装置。
【請求項２】
前記周波数管理手段は、前記小セルの各セクタセルに、２つの周波数帯域が交互に割り当てられるように管理することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
【請求項３】
前記周波数管理手段は、隣接基地局装置との関係において正対する小セルのセクタセル間で異なる周波数帯域が割り当てられるように管理することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
【請求項４】
前記電力制御手段は、前記小セルのセル半径を前記ベースセルのセル半径の２分の１となるように各信号の送信電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
【請求項５】
前記小セルのプライオリティが前記ベースセルのプライオリティよりも高く設定されたＨＣＳ（Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）制御情報を前記ベースセル及び前記小セルの各セクタセルにそれぞれ報知する報知手段を更に備える請求項１に記載の基地局装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
セクタセルＳ１：Ｆ１
セクタセルＳ２：Ｆ２
セクタセルＳ３：Ｆ３
セクタセルＳ４：Ｆ４
セクタセルＳ５：Ｆ５
セクタセルＳ６：Ｆ４
セクタセルＳ７：Ｆ５
セクタセルＳ８：Ｆ４
セクタセルＳ９：Ｆ５
また、図４に示されるように、隣接する基地局において、小セル２２内の同一周波数帯域が割り当てられたセクタセルが互いに正対しないように配置されるようにするのが好ましい。この場合、基地局ＢＳ５の小セル２２については、それのセクタセルＳ４と基地局ＢＳ１のセクタセルＳ７とが正対するが、それらにはそれぞれ周波数帯域Ｆ４とＦ５とが割り当てられる。同様に、基地局ＢＳ４の小セル２２のセクタセルＳ５と基地局ＢＳ１のセクタセルＳ８とが正対するが、それらにはそれぞれ周波数帯域Ｆ５とＦ４とが割り当てられる。このような周波数配置を採れば、小セル２２のエリア半径を大きくすることができる。
【国際調査報告】
2008041281.tif 000015
2008041281.tif 000016