(57)【要約】【課題】中央基地局を中心とするメインネットワークと、ミニ基地局を中心とするサブネットワークとの間で生じる干渉を抑制しつつ、サブネットワークのスロット構成の自由度を高める。【解決手段】中央基地局１００と、この中央基地局のセル内に設置されたミニ基地局１１０とを有し、セル内に存在する移動局１２０が中央基地局またはミニ基地局とＴＤＤ方式を用いて通信を行う無線通信システムである。ミニ基地局は、中央基地局からの干渉量を測定する干渉量測定手段と、測定した干渉量に応じて、中央基地局のスロット構成に対する自由度を設定し、その自由度の範囲内で、ミニ基地局で使用するタイムスロットの構成を設定するタイムスロット設定手段とを備える。そして、ミニ基地局は、タイムスロット設定手段により設定したタイムスロットの構成に従って、ミニ基地局の通信エリア内に存在する移動局と通信を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央基地局と、この中央基地局のセル内に設置されたミニ基地局とを有し、上記セル内に存在する移動局が上記中央基地局または上記ミニ基地局とＴＤＤ方式を用いて通信を行う無線通信システムであって、
上記ミニ基地局は、
上記中央基地局からの干渉量を測定する干渉量測定手段と、
上記ミニ基地局で使用するタイムスロットの構成を設定する際に、上記中央基地局で使用するタイムスロットの構成を基本構成として、これに対する自由度を、上記干渉量測定手段により測定した干渉量に応じて設定し、その自由度の範囲内で、上記ミニ基地局で使用するタイムスロットの構成を設定するタイムスロット設定手段とを備え、
上記タイムスロット設定手段により設定したタイムスロットの構成に従って、上記ミニ基地局の通信エリア内に存在する移動局と通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
上記タイムスロット設定手段は、上記干渉量が多い場合に、上記ミニ基地局で使用するタイムスロットの自由度を低く設定し、上記干渉量が少ない場合に、上記ミニ基地局で使用するタイムスロットの自由度を高く設定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
上記タイムスロット設定手段は、上記中央基地局の下り回線で使用されているタイムスロットを、上記ミニ基地局の下り回線で使用するタイムスロットとして優先的に割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
上記タイムスロット設定手段は、上記干渉量と、予め設定された閾値との比較により、干渉の強さを評価して、その評価に対応する自由度のスロット構成を予め用意した候補の中から選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項５】
中央基地局のセル内に設置されて、そのセル内の局所的なエリアに存在する移動局とＴＤＤ方式を用いて通信を行うミニ基地局であって、
上記中央基地局からの干渉量を測定する干渉量測定手段と、
当該ミニ基地局で使用するタイムスロットの構成を設定する際に、上記中央基地局で使用するタイムスロットの構成を基本構成として、これに対する自由度を、上記干渉量測定手段により測定した干渉量に応じて設定し、その自由度の範囲内で、当該ミニ基地局で使用するタイムスロットの構成を設定するタイムスロット設定手段とを備え、
上記タイムスロット設定手段により設定したタイムスロットの構成に従って、当該ミニ基地局の通信エリア内に存在する移動局と通信を行うことを特徴とするミニ基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セル内の局所的なエリアに存在する移動局とＴＤＤ方式を用いて通信を行うミニ基地局、及びこれを用いた無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、移動体通信ネットワークにおいては、所定の通信エリア（セル）内に存在する携帯電話、ＰＣ、ＰＤＡ等のユーザ機器（移動局）に対して、図５に示すように、基地局を介して、データや音声等の無線通信サービスを提供するようになっている。
【０００３】
このような移動体通信ネットワークにおいて用いられる複信方式としては、例えば、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式と、ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式が知られている。ＦＤＤ方式においては、図６に示すように、アップリンク（上り回線）とダウンリンク（下り回線）の通信においてそれぞれ異なる周波数帯が用いられる。一方、ＴＤＤ方式では、アップリンクとダウンリンクにおいて同一の周波数帯を用いて通信が行われる。このＴＤＤ方式においては、タイムスロットと呼ばれる非常に短い一定の時間幅毎に、アップリンクとダウンリンクの切替を行うことにより、擬似的に同時送受信を実現している。図７は、このＴＤＤ方式を複信方式として採用したＴＤ−ＣＤＭＡ（Time Division - Code Division Multiple Access）のフレーム構成を示しており、このＴＤ−ＣＤＭＡ方式では、アップリンクとダウンリンクに割り当てるタイムスロットの比率や配置をトラフィックの特性等に応じて適宜に設定可能となっている。
【０００４】
ところで、上記移動体通信ネットワークにおいては、例えば図８に示すように、中央基地局からの電波が届き難い局所的なエリア（例えば、建物や地下設備等）内に、簡易的な基地局であるミニ基地局を設置し、このミニ基地局を介して、上記局所的なエリア内のユーザ機器に対して無線通信サービスを提供するようにしたセルオーバーレイと呼ばれるシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記セルオーバーレイにおいては、ユーザ機器と中央基地局間のネットワーク（メインネットワーク）と、ユーザ機器とミニ基地局間のネットワーク（サブネットワーク）とが、互いに同一の周波数帯およびシステムで通信を行っているため、互いの電波が干渉となる。特に、ミニ基地局は、簡易的な基地局であるため指向性アンテナを有しておらず、中央基地局に与える干渉が大きくなる。
【０００６】
そこで、従来では、中央基地局と各ミニ基地局とが、図９に示すように、アップリングとダウンリンクの同期を完全に取ることにより、干渉を低減するようにしていた。しかしながら、この場合、セル内のミニ基地局は全て中央基地局と同じスロット構成を採るしかなく、例えばトラフィックの特性等に応じて、各ミニ基地局で独自のスロット構成を採るようなことはできなかった。
【特許文献１】特開２００５−１５９９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、中央基地局を中心とするメインネットワークと、ミニ基地局を中心とするサブネットワークとの間で生じる干渉を抑制しつつ、サブネットワークのスロット構成の自由度を高めることができる無線通信システムおよびミニ基地局を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る無線通信システムは、中央基地局と、この中央基地局のセル内に設置されたミニ基地局とを有し、上記セル内に存在する移動局が上記中央基地局または上記ミニ基地局とＴＤＤ方式を用いて通信を行う無線通信システムであって、上記ミニ基地局は、上記中央基地局からの干渉量を測定する干渉量測定手段と、上記ミニ基地局で使用するタイムスロットの構成を設定する際に、上記中央基地局で使用するタイムスロットの構成を基本構成として、これに対する自由度を、上記干渉量測定手段により測定した干渉量に応じて設定し、その自由度の範囲内で、上記ミニ基地局で使用するタイムスロットの構成を設定するタイムスロット設定手段とを備え、上記タイムスロット設定手段により設定したタイムスロットの構成に従って、上記ミニ基地局の通信エリア内に存在する移動局と通信を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
具体的には、上記タイムスロット設定手段は、上記干渉量が多い場合に、上記ミニ基地局で使用するタイムスロットの自由度を低く設定し、上記干渉量が少ない場合に、上記ミニ基地局で使用するタイムスロットの自由度を高く設定するようになっている。
【００１０】
また、上記タイムスロット設定手段は、上記中央基地局の下り回線で使用されているタイムスロットを、上記ミニ基地局の下り回線で使用するタイムスロットとして優先的に割り当てる制御を行う。
【００１１】
また、上記タイムスロット設定手段は、例えば、上記干渉量と、予め設定された閾値との比較により、干渉の強さを評価して、その評価に対応する自由度のスロット構成を、予め用意した候補の中から選択する構成とすることが可能である。
【００１２】
本発明に係るミニ基地局は、中央基地局のセル内に設置されて、そのセル内の局所的なエリアに存在する移動局とＴＤＤ方式を用いて通信を行うミニ基地局であって、上記中央基地局からの干渉量を測定する干渉量測定手段と、当該ミニ基地局で使用するタイムスロットの構成を設定する際に、上記中央基地局で使用するタイムスロットの構成を基本構成として、これに対する自由度を、上記干渉量測定手段により測定した干渉量に応じて設定し、その自由度の範囲内で、当該ミニ基地局で使用するタイムスロットの構成を設定するタイムスロット設定手段とを備え、上記タイムスロット設定手段により設定したタイムスロットの構成に従って、当該ミニ基地局の通信エリア内に存在する移動局と通信を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ミニ基地局のスロット構成（ミニ基地局で使用するタイムスロットの構成）を決定する際に、中央基地局のスロット構成を基本構成として、これに対する自由度を、中央基地局からの干渉量の測定値に応じて設定し、その設定の範囲内で、ミニ基地局のスロット構成を決定するようにしたので、中央基地局とミニ基地局とが同一周波数帯を使用する場合においても、双方のネットワーク間で相互に干渉が生じるのを抑制することができ、何れのネットワークにおいても良好な通信状態を確保することができる。また、各サブネットワーク（各ミニ基地局と移動局間のネットワーク）において、メインネットワーク（中央基地局と移動局間のネットワーク）と異なるスロット構成を採ることが可能となり、トラフィックの特性等に応じた柔軟な対応をとることが可能となる。これにより、スループットや通信容量の低下を回避することができ、ネットワーク資源の利用効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明に係る無線通信システムの一実施形態を示すもので、図中符号１００は中央基地局、１１０はミニ基地局、１２０は移動局である。
中央基地局１００の通信エリアとなるセルＡc内には、複数のミニ基地局１１０が設置され、それらミニ基地局１１０によって、予め設定された局所的なエリアＡL（例えば建物や地下設備の内部など）に存在する移動局１２０との通信が行われるようになっている。すなわち、セルＡc内に存在する移動局１２０のうち、上記局所的な通信エリアＡLに存在する移動局１２０はミニ基地局１１０と通信を行い、それ以外の移動局１２０は中央基地局１００と通信を行うようになっている。
【００１５】
そして、中央基地局１００と移動局１２０間のネットワーク（以下、メインネットワークと称する。）における通信には、ＴＤＤ方式を複信方式とするＴＤ−ＣＤＭＡが用いられ、これと同じ通信方式が、各ミニ基地局１１０と移動局１２０間のネットワーク（以下、サブネットワークと称する。）における通信にも用いられている。また、双方のネットワークにおいては、同一周波数帯が用いられている。中央基地局１００とミニ基地局１１０とは、ＬＡＮ等の通信ネットワークを介して図示省略の無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ：Radio Network Controller Equipment）にそれぞれ接続され、メインネットワークにおける通信と、各サブネットワークにおける通信とが、互いに同期を取って行われるように構成されている。
【００１６】
図２は、中央基地局１００およびミニ基地局１１０の要部構成を示すブロック図である。この図２に示すように、中央基地局１００およびミニ基地局１１０は、何れも送信器１０１、受信器１０２、アンテナ１０３、制御部１０４および記憶部１０５等を有している。
【００１７】
送信器１０１は、送信信号を生成する送信データ処理部、搬送波を送信信号で一次変調する一次変調部、一次変調によって得られた変調信号を拡散符号で拡散変調（二次変調）する拡散部、拡散変調された信号を増幅する増幅部等を備えている。すなわち、上記送信データ処理部で生成された送信信号は、一次変調部にて所定の変調方式（ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等）で一次変調された後、拡散部にて拡散符号により拡散変調され、その後、増幅部にて増幅されてアンテナ１０３から電波として放射されるようになっている。
【００１８】
一方、受信器１０２は、アンテナ１０３から受信した受信信号に含まれる不要なノイズ成分を除去する帯域フィルタ、この帯域フィルタを通過した受信信号を拡散符号で逆拡散する逆拡散部、逆拡散によって得られた信号を復調する復調部、復調された信号に基づいて各種データ処理を行う受信データ処理部等を備えている。すなわち、アンテナ１０３で受信した受信信号は、ノイズ成分が帯域フィルタで除去された後、送信側と同一の拡散符号によって逆拡散され、その後、復調部にて復調されてベースバンド波形に戻されるようになっている。
【００１９】
制御部１０４は、送信器１０１や受信器１０２を制御して、送信と受信の切替制御や送信電力制御等を行う。さらに、ミニ基地局１１０の制御部１０４は、本発明に係る干渉量測定手段およびタイムスロット設定手段を構成しており、ミニ基地局１１０のスロット構成を設定する際に、中央基地局１００からの干渉量を測定するとともに、その測定値に応じて、中央基地局１００のスロット構成に対する自由度を設定し、その自由度の範囲内で、基本構成に変更を加えてミニ基地局１１０のスロット構成を設定する制御を行う。
【００２０】
移動局１２０は、例えば、携帯電話、通信機能を有するＰＤＡやパーソナルコンピュータ等のユーザ機器により構成されている。移動局１２０は、基地局１００，１１０と同様の機能を有する送信器、受信器、アンテナ、制御部および記憶部等を備え、中央基地局１００またはミニ基地局１１０と、ＴＤ−ＣＤＭＡ方式を用いて通信を行うようになっている。
【００２１】
次に、各ミニ基地局１１０によって行われるタイムスロットの設定処理について説明する。
先ず、メインネットワークの下り回線において、中央基地局１００からの干渉量（電波レベル）を測定する処理が行われる。一般に、電波は距離が遠くなるほど弱まるため、図３に示すように、セルＡcの中央付近では強い干渉量が測定され、セルＡcの境界付近では弱い干渉量が測定されることとなる。図３においては、矢印の太さが干渉の強さを示している。
【００２２】
次いで、測定した干渉量に応じて、当該ミニ基地局１１０のスロット構成の自由度を設定する処理が行われる。具体的には、測定した干渉量と、予め設定された一または複数の閾値とを比較し、その比較結果に基づいて、スロット割当の指標となるＭＯＤＥの設定を行う。本実施形態では、閾値として干渉レベル１および干渉レベル２（干渉レベル１＞干渉レベル２）を設け、以下の判定式を用いてＭＯＤＥの設定を行う。
【００２３】
If 干渉量（測定値）≧干渉レベル１  →  ＭＯＤＥ１  ・・・（１）
If 干渉量（測定値）≦干渉レベル２  →  ＭＯＤＥ３  ・・・（２）
Otherwise                          →  ＭＯＤＥ２  ・・・（３）
【００２４】
図４に示すように、干渉レベル１よりも干渉量（測定値）が多い場合、そのミニ基地局１１０は中央基地局１００から近い場所に存在すると考えられる。そのため、互いに干渉にならないように、中央基地局１００のスロット構成（基本構成）に対するスロット利用自由度が最も低いＭＯＤＥ１が選択される。
一方、干渉レベル２よりも干渉量（測定値）が少ない場合、そのミニ基地局１１０はセル境界付近に存在すると推定される。よって、互いに及ぼす干渉は少ないと考えられるため、スロット利用自由度が最も高いＭＯＤＥ３が選択される。
また、干渉量（測定値）が上記の何れにも該当しない場合には、中程度の設定であるＭＯＤＥ２が選択される。
【００２５】
例えば、ＭＯＤＥ１のミニ基地局１１０においては、図４に示すように、中央基地局１００のスロット構成（基本構成Ｃ０）と全く同じスロット構成Ｃ１（ダウンリンク：アップリンク＝１：１）が採用される。また、ＭＯＤＥ２のミニ基地局１１０においては、基本構成Ｃ０と全く同じスロット構成Ｃ１と、基本構成Ｃ０中の２つのタイムスロットをアップリンクからダウンリンクに変更したスロット構成Ｃ２（ダウンリンク：アップリンク＝２：１）の何れか一方が選択される。また、ＭＯＤＥ３のミニ基地局１１０においては、上記スロット構成Ｃ１と、上記スロット構成Ｃ２と、基本構成Ｃ０中の３つのタイムスロットをアップリンクからダウンリンクに変更したスロット構成Ｃ３（ダウンリンク：アップリンク＝３：１）の何れか一つが選択される。
【００２６】
このように、各ミニ基地局１１０で選択可能なスロット構成は、ＭＯＤＥによって異なり、干渉量（測定値）の少ないミニ基地局１１０ほど、基本構成Ｃ０から乖離したスロット構成（すなわち、ダウンリンクとアップリンクの設定が基本構成Ｃ０と反対のタイムスロットを数多く含むスロット構成）を選択することが可能となっている。なお、各ＭＯＤＥで選択可能なスロット構成は、図４に示すものに限定されるものではなく、ダウンリンクとアップリンクの比率や配置は適宜に変更することが可能である。その場合にも、中央基地局１００の下り回線で使用されているタイムスロットを、ミニ基地局１１０の下り回線で使用するタイムスロットとして優先的に割り当てることが望ましい。
【００２７】
その後、ミニ基地局１１０は、上記のようにＭＯＤＥに対応するスロット構成を選択した後、その選択したスロット構成を、当該ミニ基地局１１０の通信エリアＡL内に存在する移動局１２０に対して通知し、そのスロット構成に従って移動局１２０と通信を行う。
その際に、ミニ基地局１１０は、ＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）で用いられている適応符号化変調を使用して通信を行う。適応符号化変調とは、伝送路の状態に応じて変調方式と符号化率の組合せを選択するもので、具体的には、表１に示すように、干渉量の大きいときは、低速であるが安定性に優れた変調方式（例えば、ＱＰＳＫ：Quadrature Phase Shift Keying）と誤り訂正能力の大きい符号化率を選択して、符号化変調レベル（ＭＣＳレベル）を低くし、一方、干渉量の小さいときは、高速な変調方式（例えば、１６ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation)と誤り訂正能力の小さい符号化率を選択して、符号化変調レベルを高くするというものである。この適応符号化変調を採用することにより、伝送路の状態に応じた最大限のデータレートで通信を行うことが可能となる。なお、この適応符号化変調は、サブネットワーク内における通信時だけではなく、メインネットワーク内における通信時にも適用されるものである。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、ミニ基地局１１０のスロット構成を決定する際に、中央基地局１００のスロット構成を基本構成Ｃ０として、これに対する自由度を、中央基地局１００からの干渉量の測定値に応じて設定し、その設定の範囲内で、ミニ基地局１１０のスロット構成を決定するようにしたので、中央基地局１００とミニ基地局１１０とが同一周波数帯を使用する場合においても、双方のネットワーク間で相互に干渉が生じるのを抑制することができ、何れのネットワークにおいても良好な通信状態を確保することができる。また、各サブネットワークにおいて、メインネットワークと異なるスロット構成を採ることが可能になるため、トラフィックの特性等に応じた柔軟な対応をとることが可能となる。これにより、スループットや通信容量の低下を回避することができ、ネットワーク資源の利用効率を高めることができる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、中央基地局１００のスロット構成Ｃ０に対する自由度をＭＯＤＥに対応付けるとともに、各ＭＯＤＥで選択可能なスロット構成を予め用意して、その中からミニ基地局１１０で使用するスロット構成を選択する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ダウンリンクとアップリンクの設定が基本構成Ｃ０と逆のタイムスロット数ＲＮ（自由度）と、干渉量との関係を予め設定しておき、この関係に基づいて、干渉量から上記タイムスロット数ＲＮを求めて、このタイムスロット数ＲＮの範囲内で、基本構成Ｃ０に変更を加えて、ミニ基地局１１０のスロット構成を設定するようにしてもよい。
【００３１】
また、以上の実施形態においては、メインネットワークと各サブネットワークで使用する通信方式として、ＴＤ−ＣＤＭＡ方式を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各ネットワークで使用する通信方式は、複信方式にＴＤＤ方式を用いる通信方式であれば、例えば、ＴＤＤ−ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式やＴＤＤ−ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）に基づいた多重アクセス方式、或いはＴＤＤ−ＦＤＭＡ方式（Frequency Division Multiple Access）などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る無線通信システムの一実施形態を示す図である。
【図２】中央基地局およびミニ基地局の要部構成を示すブロック図である。
【図３】中央基地局からの干渉量を示す模式図である。
【図４】各ミニ基地局のＭＯＤＥとスロット構成の一例を示す図である。
【図５】移動体通信ネットワークの一例を示す図である。
【図６】ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を説明するための模式図である。
【図７】ＴＤ−ＣＤＭＡのフレーム構成の一例を示す図である。
【図８】ミニ基地局を用いたセルオーバーレイの一例を示す図である。
【図９】従来のミニ基地局のスロット構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００  中央基地局
１１０  ミニ基地局
１２０  移動局
【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】
2007194822.tif 000010
【図８】
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【図９】
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