JP4958515B2 - 無線通信方法及び基地局 - Google Patents

Description

本発明はデジタル無線通信技術に関し、特に複数のアンテナ素子を具備する基地局、この基地局における無線通信方法に関する。

デジタル無線通信において、周波数資源を有効利用可能な技術として、アダプティブアレーアンテナを使用した空間分割多重（ＳＤＭＡ）方式が知られている。アダプティブアレーアンテナでは、複数のアンテナ素子により適応的に指向性ビームを形成することによって特定方向の通信相手と通信する。

ＳＤＭＡ方式を採用した無線通信システムとして、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ（Ｍｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸ（登録商標））が知られている。ＩＥＥＥ８０２．１６ｅの標準仕様においては、オプションとして、下りリンクフレーム（以下「ＤＬフレーム」）内に、ＡＡＳ（Adaptive Array antenna System）ダイバーシチマップが配置される（非特許文献１及び２参照）。

図１２に、非特許文献１及び２に記載されている、ＡＡＳダイバーシチマップオプションを含む場合のＴＤＤ（Time Division Duplex）フレーム構成を示す。ＤＬフレームのフレームヘッダ内には、ブロードキャストマップが配置されている。

ブロードキャストマップは、複数の移動局で共用されるチャネル、つまり報知チャネルで移動局に通知される制御情報であり、下りリンクのデータバーストの割り当て情報であるＤＬマップと、上りリンクのデータバーストの割り当て情報であるＵＬマップとを含んでいる。これに対して、ＡＡＳダイバーシチマップは、基地局のＡＡＳ機能によって、任意の移動局に対してビームフォーミング送信又はダイバーシチ送信される。

移動局は、セル・エッジにおいて、基地局が送信するブロードキャストマップを取得できなかった場合には、同一フレーム内で、ブロードキャストマップに後続するＡＡＳダイバーシチマップをスキャンする。

ＡＡＳダイバーシチマップには、その他のチャネルでビームフォーミング送信されているブロードキャストマップの割り当て情報が格納されている。移動局は、ＡＡＳダイバーシチマップに格納されている割り当て情報に基づいて、ビームフォーミング送信されるブロードキャストマップを受信する。
IEEE Std 802.16e 2005 IEEE Std 802.16-2004/Cor1-2005

しかしながら、上記のように、ＡＡＳダイバーシチマップは基地局のＡＡＳ機能により、任意の移動局に対してビームフォーミング送信又はダイバーシチ送信されるため、移動局がＡＡＳダイバーシチマップをスキャンしても受信できないという事態が発生する。表１に、ＡＡＳダイバーシチマップの送信時における空間相関特性（ビーム幅）と、ＡＡＳダイバーシチマップの受信容易性及びカバレッジとの関係を示す。

表１に示すように、空間相関がブロードな場合、ＡＡＳダイバーシチマップを受信可能なエリア率が比較的高いために、移動局は、空間相関がシャープな場合よりもＡＡＳダイバーシチマップを容易に受信できる。一方、空間相関がシャープな場合、ＡＡＳダイバーシチマップを受信可能なエリア率が比較的低いために、移動局は、空間相関がブロードな場合よりもＡＡＳダイバーシチマップを受信困難となる。

また、空間相関がブロードな場合、ビームフォーミング／ダイバーシチ利得が比較的低いので、空間相関がシャープな場合よりもＡＡＳダイバーシチマップのカバレッジが狭くなり、且つセル間干渉が大きくなる。これに対して、空間相関がシャープな場合、ビームフォーミング／ダイバーシチ利得が比較的高いので、空間相関がブロードな場合よりもＡＡＳダイバーシチマップのカバレッジが広くなり、且つセル間干渉が小さくなる。

このように、ＡＡＳダイバーシチマップの受信容易性とカバレッジの関係は、基本的に相反する関係にある。セル・エッジの強化および不感知地帯の削減のためには、ある程度、空間相関特性をシャープなものにし、信号対干渉・雑音比（ＳＩＮＲ）を高める必要がある。しかし、空間相関特性をシャープなものにすると、上記のように、ＡＡＳダイバーシチマップの受信容易性は低くなる。

マップを受信できない場合は、移動局は上りリンクでの割り当て情報などを取得できず、結果として移動局は基地局に信号を返せないため、通信が不安定になる。したがって、ＡＡＳダイバーシチマップを用いるのみでは、セル・エッジの移動局が安定して通信することが難しいという問題がある。特に、ストリーミングやＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）のようなリアルタイム性が要求されるトラヒックでは、深刻な問題となる。

上記問題点に鑑み、本発明は、複数のアンテナ素子を備える基地局のセル・エッジにおいて、移動局が安定した通信を行うことを可能とする無線通信方法及び基地局を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、複数のアンテナ素子を具備する基地局における無線通信方法であって、前記基地局が構成するセルを内側ゾーン及び外側ゾーンの２つに分けて設定するステップと、所定の基準に基づいて、移動局が前記内側ゾーン及び前記外側ゾーンのいずれに位置するかを判定するステップと、前記内側ゾーンに位置する移動局に対して、チャネル割当及び通信方式の情報を含む制御情報を報知チャネルで通知するステップと、前記外側ゾーンに位置する移動局に対して、前記複数のアンテナ素子を用いるビームフォーミングによって、前記制御情報を個別チャネルで通知するステップとを含むことを要旨とする。

この方法によれば、基地局が構成するセルを内側ゾーンと外側ゾーンに分割し、内側ゾーンに位置する移動局に対しては、制御情報を報知チャネルで通知し、外側ゾーンに位置する移動局に対しては、制御情報をビームフォーミングによる個別チャネルで通知する。したがって、外側ゾーンに位置する移動局であっても制御情報を容易に受信可能となり、外側ゾーンに位置する移動局が安定した通信を実行可能となる。この結果、基地局のセル・エッジにおいて、移動局が安定した通信を行うことができる。

上記の特徴に係る無線通信方法において、前記判定するステップでは、前記内側ゾーンに位置する移動局が前記外側ゾーンへ向けて移動したことにより前記内側ゾーンの端部に到達したかを判定し、前記制御情報を個別チャネルで通知するステップでは、前記内側ゾーンの端部に到達した移動局に対して、前記個別チャネルの割り当てを行うことが好ましい。

この方法によれば、移動局が内側ゾーンから外側ゾーンへ向けて移動し、報知制御情報が受信できず通信が不安定になる前に、その移動局に対して移動局個別に制御情報を通知する。このため、内側ゾーンから外側ゾーンへ位置した移動局は、確実に制御情報を受信可能となるので、セル・エッジ（外側ゾーン）においても安定した通信を実行可能となる。

上記の特徴に係る無線通信方法において、前記判定するステップでは、前記所定の基準として、前記移動局との通信中に推定されるパスロス、受信信号強度（ＲＳＳＩ）、信号対干渉・ノイズ比（ＳＩＮＲ）、又は干渉量の少なくとも１つを用いることが好ましい。

この方法によれば、パスロス、受信信号強度（ＲＳＳＩ）、信号対干渉・ノイズ比（ＳＩＮＲ）、又は干渉量の少なくとも１つに基づいて、各移動局が内側ゾーン及び外側ゾーンのいずれに位置するかを判定するので、移動局が内側ゾーン及び外側ゾーンのいずれに位置するかを容易に判定可能となる。

上記の特徴に係る無線通信方法において、前記設定するステップでは、前記複数のアンテナ素子のアンテナ素子数に応じて算出されるビームフォーミング利得から、前記外側ゾーンのゾーン径を設定することが好ましい。

この方法によれば、ビームフォーミング利得に基づき、外側ゾーンのゾーン径を設定するので、外側ゾーンのゾーン径を良好に設定できる。

上記の特徴に係る無線通信方法において、前記設定するステップでは、ＳＤＭＡ方式による空間多重数が最大である場合の前記ビームフォーミング利得から、前記外側ゾーンのゾーン径を設定することが好ましい。

この方法によれば、ＳＤＭＡ方式の場合には空間多重数に応じてビームフォーミング利得が変化するので、ＳＤＭＡ方式による空間多重数が最大である場合のビームフォーミング利得に基づいて外側ゾーンのゾーン径を設定することにより、ＳＤＭＡ方式の場合であっても外側ゾーンのゾーン径を良好に設定できる。

上記の特徴に係る無線通信方法において、前記設定するステップでは、前記内側ゾーンの一部と隣接基地局が構成する外側ゾーンの一部とが重なり、且つ、前記内側ゾーンと前記隣接基地局が構成する内側ゾーンとが重ならないように、前記内側ゾーン及び前記外側ゾーンを設定することが好ましい。

この方法によれば、隣接基地局との間で、移動局が安定した通信を実現困難なエリアの発生を回避することができ、セル・エッジの移動局であっても安定して通信可能とすることができる。

上記の特徴に係る無線通信方法において、前記内側ゾーン内の移動局と通信を行う第１期間と、前記外側ゾーン内の移動局と通信を行う第２期間とを時分割で制御するステップを更に含み、前記第１及び第２期間が、前記隣接基地局が用いる前記第１及び第２期間とそれぞれ同期していることが好ましい。

この方法によれば、内側ゾーンの一部と隣接基地局が構成する外側ゾーンの一部とが重なることによる干渉の発生を回避することができる。

上記の特徴に係る無線通信方法において、前記制御するステップでは、前記基地局の通信状態に応じて、前記第１及び第２期間の時分割比を少なくともフレーム毎に最適化することが好ましい。

この方法によれば、通信状態に応じて、第１期間と第２期間との時分割比を少なくともフレーム毎に最適化するので、時分割比をより厳密に設定可能となる。

本発明の他の特徴は、複数のアンテナ素子を具備する基地局であって、前記基地局が構成するセルを内側ゾーン及び外側ゾーンの２つに分けて設定する設定部と、所定の基準に基づいて、移動局が前記内側ゾーン及び前記外側ゾーンのいずれに位置するかを判定する判定部と、前記内側ゾーンに位置する移動局に対して、チャネル割当及び通信方式の情報を含む制御情報を報知チャネルで通知する通信制御部とを備え、前記通信制御部は、前記外側ゾーンに位置する移動局に対して、前記複数のアンテナ素子を用いるビームフォーミングによって、前記制御情報を個別チャネルで通知することを要旨とする。

本発明によれば、複数のアンテナ素子を備える基地局のセル・エッジにおいて、移動局が安定した通信を行うことを可能とする無線通信方法及び基地局を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２実施形態を説明する。以下の第１及び第２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。

［第１実施形態］
（セルゾーン構成例）
先ず、本実施形態に係る無線通信システムのセルゾーン構成例について説明する。本実施形態においては、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ（Ｍｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸ（登録商標））に基づく無線通信システムを例に説明する。図１は、本実施形態に係る無線通信システムのセルゾーン構成例を示す図である。

図１の例では、基地局ＢＳと、３つの移動局ＭＳ１〜ＭＳ３（以下、移動局ＭＳ１〜ＭＳ３を必要に応じて「移動局ＭＳ」と総称する）を示している。本実施形態に係る基地局ＢＳは複数のアンテナ素子を具備している。基地局ＢＳは、ビームフォーミング、ＳＤＭＡ、ダイバーシチ、又はＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）といったマルチアンテナ機能の利用方法を、ＱｏＳ（Quality of Service）／ＧｏＳ（Grade of service）、電波伝搬環境、ネットワーク負荷、及び隣接セル干渉量などに応じて動的に割り当てるよう構成されている。

基地局ＢＳが構成するセルＣ１は、同心円状に設定された内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２に分割されている。基地局ＢＳは、外側ゾーン１２に位置する移動局ＭＳ３と通信を行う場合は、必ずビームフォーミング専用の個別チャネル（以下、「ビームフォーミング専用チャネル」と呼ぶ）を用いる。また、基地局ＢＳは、外側ゾーン１２に位置する移動局ＭＳ３に対して、ビームフォーミング専用チャネルで、移動局個別の制御情報（以下「プライベートマップ」と呼ぶ）を通知する。なお、個別チャネルは、移動局毎に割り当てられる個別のチャネルという意味である。

これに対して、内側ゾーン１１に位置する移動局ＭＳ１，ＭＳ２と通信を行う場合、基地局ＢＳは、ビームフォーミングに限らず、ダイバーシチ又はＭＩＭＯといったように、ビームフォーミング以外のマルチアンテナ機能をも利用する。基地局ＢＳは、内側ゾーン１１に位置する移動局ＭＳ１，ＭＳ２に対して報知チャネルでブロードキャストマップを通知する。内側ゾーン１１は、ブロードキャストマップが十分報知され得るほどに信号対干渉・ノイズ比（ＳＩＮＲ）が高いので、必ずしもビームフォーミングやＳＤＭＡ方式が用いられる必要はない。

なお、ブロードキャストマップは、ＤＬフレームのフレームヘッダに配置され、複数の移動局に報知される制御情報である。ブロードキャストマップは、下りリンクのデータバーストの割り当て情報であるＤＬマップと、上りリンクのデータバーストの割り当て情報であるＵＬマップとを含んでいる。

基地局ＢＳは、内側ゾーン１１に位置する移動局ＭＳが、内側ゾーン１１の端部に移動したことを検知する。そして、基地局ＢＳは、内側ゾーン１１の端部に移動した移動局ＭＳに対して、ビームフォーミング専用チャネルを割り当て、割り当てたビームフォーミング専用チャネルでプライベートマップを通知する。内側ゾーン１１の端部に移動した移動局ＭＳがブロードキャストマップを受信できずに通信が不安定になる前に、ビームフォーミング専用チャネルを割り当てることで、外側ゾーン１２においても安定した通信を継続可能となる。

（基地局の構成例）
次に、本実施形態に係る基地局ＢＳの構成例について説明する。図２は、本実施形態に係る基地局ＢＳの構成例を示す機能ブロック図である。

本実施形態に係る基地局ＢＳは、アンテナ部１０１と、無線通信部１０２と、ゾーン設定部１０３と、判定部１０４と、通信制御部１０５とを備える。アンテナ部１０１は、複数のアンテナ素子＃１，＃２，…を備える。

無線通信部１０２は、無線通信部１０２は、無線信号の増幅及び周波数変換等を行うパワーアンプ・高周波部や、無線信号を信号処理する信号処理部などを備えている。

ゾーン設定部１０３は、基地局ＢＳが構成するセルを内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２の２つに分け、内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２を同心円状に設定する。ゾーン設定部１０３は、内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２のゾーン径の設定なども行う。

判定部１０４は、所定の基準に基づいて、移動局ＭＳが内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２のいずれに位置するかを判定する。具体的には、移動局ＭＳとの通信中に推定されるパスロス、受信信号強度（ＲＳＳＩ）、信号対干渉・ノイズ比（ＳＩＮＲ）、又は干渉量の少なくとも１つを用いて、移動局ＭＳが内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２のいずれに位置するかを判定する。なお、パスロス、ＲＳＳＩ、ＳＩＮＲ、干渉量などの値は、瞬時フェージング変動値を移動平均し、長区間変動およびシャドウイング変動を考慮した値である。

通信制御部１０５は、セルＣ１（内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２）内の移動局ＭＳとの通信を制御する。また、通信制御部１０５は、内側ゾーン１１に位置する移動局ＭＳに対して、報知チャネルでブロードキャストマップを通知する。一方、外側ゾーン１２に位置する移動局ＭＳに対しては、基地局ＢＳは、複数のアンテナ素子＃１，＃２，…を用いて、ビームフォーミング専用チャネルでプライベートマップを移動局個別に通知する。なお、通信制御部１０５は、ネットワーク側、例えば無線回線制御局（ＲＮＣ）とも通信する。

更に、判定部１０４は、内側ゾーン１１に位置する移動局ＭＳが外側ゾーン１２へ向けて移動したことにより内側ゾーン１１の端部に到達したかを判定する。通信制御部１０５は、内側ゾーン１１の端部に到達した移動局ＭＳに対して、ビームフォーミング専用チャネルの割り当てを行う。

（フレーム構成の一例）
次に、本実施形態に係る無線通信システムにおけるＤＬフレームの構成例について説明する。図３は、本実施形態に係る無線通信システムにおけるＤＬフレームの構成例を示す図である。

図３に示すＤＬフレームは、フレームヘッダ、下りデータバースト、プライベートマップなどを含んでいる。フレームヘッダは内側ゾーン１１内の移動局ＭＳに対して報知チャネルで送信され、下りデータバーストは内側ゾーン１１内の移動局ＭＳに対してノーマルチャネルで送信される。一方、プライベートマップ（及びデータ）は、外側ゾーン１２内の移動局ＭＳに対してビームフォーミング専用チャネルで送信される。

（ゾーン径設定方法の一例）
次に、図４を参照しながら、基地局ＢＳによる内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２のゾーン径の設定方法について説明する。

内側ゾーン１１のゾーン径の設計は、従来通り、等価等方放射電力（ＥＩＲＰ）に基づく許容伝搬損失で行う。具体的には、内側ゾーン１１の端部において、移動局ＭＳがブロードキャストマップをある程度受信できる範囲で、内側ゾーン１１のゾーン径が設定される。

外側ゾーン１２の設計は、ＥＩＲＰに加え、ビームフォーミング利得を考慮して行う。外側ゾーン１２の設計は、ビームフォーミングを用いる場合とＳＤＭＡを用いる場合とで異なる。ビームフォーミングの場合はビームフォーミング利得分を考慮し、ＳＤＭＡの場合はＳＤＭＡ数が最大の時のビームフォーミング利得を考慮した時の許容伝搬損失から求められる。以下に、（１）ビームフォーミングの場合、（２）ＳＤＭＡの場合について、外側ゾーン１２のゾーン径の設定方法について詳細に説明する。

（１）ビームフォーミングの場合：
ビームフォーミング利得ＢＧａｉｎを、下式から算出する。

BGain = 10*log10{アンテナ素子数} ・・・（１）
パスロスモデルにより、式（１）で算出されるビームフォーミング利得に相当するパスロスを与える伝搬距離を逆算し、外側ゾーン１２のゾーン径とする。図４（ａ）に、１２素子等間隔円形アレーの空間相関特性（素子間隔＝３．５λ）を示す。

（２）ＳＤＭＡの場合：
ビームフォーミングの場合と同様であるが、ＳＤＭＡの場合、ＳＤＭＡ数（空間多重数）によってビーム利得が変化する。そのため、そのビーム利得が最小となる場合、つまり最大ＳＤＭＡ数におけるビームフォーミング利得に相当するパスロスを与える伝搬距離を、パスロスモデルから算出しゾーン径とする。最大ＳＤＭＡ数におけるＳビームフォーミング利得ＢＧａｉｎは次式で与えられる。

BGain = 10*log10{アンテナ素子数}-10*log10{SDMAの最大多重数} …（２）
図４（ｂ）に具体的な設計例を示す。パスロスモデルはExtended COST231-Hata Model for metropolitan、キャリア周波数＝２．５ＧＨｚ、基地局／移動局アンテナ高＝３２／１．５ｍを想定する。

ビームフォーミング利得を考慮しない従来のＥＩＲＰでの最大許容パスロスを−１３０ｄＢとした場合、内側ゾーン１１のゾーン径は約４００ｍとなる。１２本のビーム利得は、１０＊ｌｏｇ１０（１２）＝１０［ｄＢ］となるため、ビーム利得による最大許容パスロスは−１４０ｄＢとなり、中心からの径は約７８０ｍとなる。従って、外側ゾーン１２の幅は７８０−４００＝３８０ｍと設計される。

（コネクション制御フロー例）
次に、基地局ＢＳ−移動局ＭＳ間におけるコネクション制御フロー例について説明する。図５は、基地局ＢＳ−移動局ＭＳ間におけるコネクション制御フロー例を示すフローチャートである。ただし、移動局ＭＳがどちらのゾーンにいるかの判断を、基地局ＢＳで測定される推定パスロスを基準とする場合について説明する。

ステップＳ１０１において、基地局ＢＳと移動局ＭＳとの間で同期処理が実行される。

ステップＳ１０２において、移動局ＭＳは、基地局ＢＳからブロードキャストマップを受信する。ステップＳ１０３において、基地局ＢＳと移動局ＭＳとの間でレンジング処理が実行される。ステップＳ１０４において、移動局ＭＳは基地局ＢＳに接続する。

ステップＳ１０５において、基地局ＢＳはパスロスを推定する。ステップＳ１０６において、基地局ＢＳは、ステップＳ１０５で推定したパスロスと、あらかじめ設定された閾値Ｌｏｓｓ_ｔｈとを比較する。ステップＳ１０５で推定したパスロスが閾値Ｌｏｓｓ_ｔｈ以上である場合には、ステップＳ１０７の処理に進む。一方、ステップＳ１０５で推定したパスロスが閾値Ｌｏｓｓ_ｔｈよりも小さい場合には、ステップＳ１０８の処理に進む。

ステップＳ１０７において、基地局ＢＳは、移動局ＭＳに対し、ビームフォーミング専用チャネルでプライベートマップを送信する。

ステップＳ１０８においては、基地局ＢＳは、移動局ＭＳに対し、ブロードキャストによりマップを送信する。

（基地局及び移動局の動作シーケンス例）
次に、図６（ａ）に示すように、時刻ｔ０にて内側ゾーン１１内に位置する移動局ＭＳが、外側ゾーン１２へ向けて移動し、時刻ｔ１にて内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２の境界に至る場合の、基地局ＢＳ及び移動局ＭＳの動作シーケンス例について、図６（ｂ）を用いて説明する。ただし、移動局ＭＳが内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２のどちらのゾーンに存在するかの判断を、ＳＩＮＲを基準とする場合について説明する。

ステップＳ２０１において、基地局ＢＳと移動局ＭＳとの間で同期処理が実行される。ステップＳ２０２において、基地局ＢＳは、報知チャネルでブロードキャストマップを移動局ＭＳに通知する。ステップＳ２０３において、基地局ＢＳは、ＳＩＮＲの報告要求を移動局ＭＳに通知する。ステップＳ２０４において、移動局ＭＳは、基地局ＢＳからの受信信号に基づいてＳＩＮＲを測定し、測定結果を報告応答として基地局ＢＳに通知する。

ステップＳ２０５において、基地局ＢＳは、ステップＳ２０４で通知された報告応答（ＳＩＮＲ）と、あらかじめ設定された閾値ＳＩＮＲ_ｔｈとを比較する。ここでは、ステップＳ２０４で通知された報告応答（ＳＩＮＲ）が、あらかじめ設定された閾値ＳＩＮＲ_ｔｈ以上であるものとする。この場合、基地局ＢＳは、移動局ＭＳが内側ゾーン１１に位置していると判定する。

ステップＳ２０６において、基地局ＢＳは、報知チャネルでブロードキャストマップを移動局ＭＳに通知する。ステップＳ２０７において、基地局ＢＳと移動局ＭＳとの間でコネクションが確立される。

ステップＳ２０８において、基地局ＢＳは、ＳＩＮＲの報告要求を移動局ＭＳに通知する。

ステップＳ２０９において、移動局ＭＳは、基地局ＢＳからの受信信号に基づいてＳＩＮＲを測定し、測定結果を報告応答として基地局ＢＳに通知する。

ステップＳ２１０において、基地局ＢＳは、ステップＳ２０９で通知された報告応答（ＳＩＮＲ）と、あらかじめ設定された閾値ＳＩＮＲ_ｔｈとを比較する。ここでは、ステップＳ２０４で通知された報告応答（ＳＩＮＲ）が、あらかじめ設定された閾値ＳＩＮＲ_ｔｈよりも小さいものとする。この場合、基地局ＢＳは、移動局ＭＳが内側ゾーン１１の端部に位置していると判定する。

ステップＳ２１１において、基地局ＢＳは、ビームフォーミング専用チャネルを移動局ＭＳに割り当て、割り当てたビームフォーミング専用チャネルで、プライベートマップ及びデータを移動局ＭＳに送信する。

（作用・効果）
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、基地局ＢＳと接続中の移動局ＭＳが、ブロードキャストマップのカバレッジ（内側ゾーン１１）の端部に移動し、ブロードキャストマップを受信できず通信が不安定になる前に、基地局ＢＳは移動局ＭＳへ向けてビームフォーミングを用いて移動局個別に制御情報を通知する。この結果、内側ゾーン１１から外側ゾーン１２へ移動した移動局ＭＳが、外側ゾーン１２にて安定した通信を行うことを可能としており、セル・エッジの強化および不感知地帯の削減を図ることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態においては、上述した第１実施形態に係るセルゾーン構成方法をセルラネットワークシステムに適用した構成について説明する。なお、本実施形態では第１実施形態と異なる点を主として説明し、重複する説明を省略する。

（セルゾーン構成例）
図７に、本実施形態に係る無線通信システムのセルゾーン構成例を示す。図７の例では、３つの基地局ＢＳ１〜ＢＳ３（以下、基地局ＢＳ１〜ＢＳ３を必要に応じて「基地局ＢＳ」と総称する）が、３つのセルＣ１〜Ｃ３をそれぞれ構成している。セルＣ１は同心円状に設定された内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２からなる。セルＣ２は同心円状に設定された内側ゾーン２１及び外側ゾーン２２からなる。セルＣ３は同心円状に設定された内側ゾーン３１及び外側ゾーン３２からなる。

基地局ＢＳ１においては、内側ゾーン１１の一部と隣接基地局ＢＳ２，ＢＳ３が構成する外側ゾーン２２，３２の一部とが重なり、且つ、内側ゾーン１１と隣接基地局ＢＳ２，ＢＳ３が構成する内側ゾーン２１，３１とが重ならないように、内側ゾーン１１及び外側ゾーン１２を設定する。

同様に、基地局ＢＳ２においては、内側ゾーン２１の一部と隣接基地局ＢＳ１，ＢＳ３が構成する外側ゾーン１２，３２の一部とが重なり、且つ、内側ゾーン２１と隣接基地局ＢＳ１，ＢＳ３が構成する内側ゾーン１１，３１とが重ならないように、内側ゾーン２１及び外側ゾーン２２を設定する。

基地局ＢＳ３においては、内側ゾーン３１の一部と隣接基地局ＢＳ１，ＢＳ２が構成する外側ゾーン１２，２２の一部とが重なり、且つ、内側ゾーン３１と隣接基地局ＢＳ１，ＢＳ２が構成する内側ゾーン１１，２１とが重ならないように、内側ゾーン３１及び外側ゾーン３２を設定する。

（ゾーン時分割方法の一例）
次に、図８〜図１０を参照しながら、上記のセルゾーン構成例において内側ゾーンと外側ゾーンとを時分割する一例について説明する。

上記のセルゾーン構成例では、互いに隣接するセル間において、内側ゾーンの一部と外側ゾーンの一部が重なるために、セル間干渉が発生する。例えば、図８に示すように、セルＣ１の内側ゾーン１１とセルＣ２の外側ゾーン２２とが重複する距離Ｄ１の増加に伴い、セル間干渉によって通信が不安定となるエリアの増加が問題となる。

この問題の解決策として、図９に示すように、内側ゾーンと外側ゾーンを時分割割り当てする。つまり、基地局ＢＳが、内側ゾーン内の移動局ＭＳと通信を行う期間と、外側ゾーン内の移動局ＭＳと通信を行う期間とを時分割で制御する。具体的には、図１０に示すように、隣接セル間（セルＣ１〜セルＣＮ（Ｎ；２以上の整数））において、内側ゾーンの期間が同期し、外側ゾーンの期間が同期している。この結果、内側ゾーンと外側ゾーンとの重複エリアにおいて、セル間干渉によって通信が不安定となることを解決できる。

（ゾーン時分割比の設定方法の一例）
次に、図１１を参照しながら、内側ゾーンと外側ゾーンを時分割割り当てする場合の、ゾーン時分割比の設定方法の一例について説明する。

図１１（ａ）に示すように、上記のセルゾーン構成における内側ゾーンと外側ゾーンのゾーン径を“Ｒ１”と“Ｒ２”とする。また、図１１（ｂ）に示すように、ＤＬフレームにおいてノーマルチャネルの期間を“Ｔ1”、ビームフォーミング専用チャネルの期間を“Ｔ２”とする。

セル内ユーザ分布は一般的に、セル内一様分布と想定される。従って、基本的には内側ゾーンと外側ゾーンの面積比に応じて“Ｔ１”、“Ｔ２”を調整する。しかしながら、外側ゾーンでは、距離減衰および隣接セル干渉の増加により、内側ゾーンに比べＳＩＮＲが低くなる。

従って、外側ゾーン１２においては、ＳＩＮＲに依存する変調方式や符号化率、ＳＤＭＡ数などが、内側ゾーンと異なる。このようなことから、ビームフォーミング専用チャネルの時分割比は、次式で調整される。

ここで“Ａ”は、電波伝搬環境、隣接セル干渉量、ネットワーク負荷（例えば接続移動局数、変調方式や符号化率）、ＳＤＭＡ数などに応じて、少なくともフレーム毎に動的にチューニングされるパラメータである。

（作用・効果）
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、隣接基地局間でセル間干渉を抑制しつつ、移動局が安定した通信を実現困難なエリアの発生を回避することができ、セル・エッジの移動局ＭＳであっても安定して通信可能とすることができる。

［その他の実施形態］
上記のように、本発明は第１及び第２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。

例えば、基地局ＢＳは、トラヒック負荷又は収容移動局数の少なくとも一方に応じて、内側ゾーン及び外側ゾーンのゾーン径を動的に制御しても良い。

なお、上述した第１及び第２実施形態においては、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ（Ｍｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸ（登録商標））に基づく無線通信システムを例に説明した。しかし、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ（Ｍｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸ（登録商標））に基づく無線通信システムに限定されず、マルチアンテナ技術を利用する無線通信システムであれば、上述した第１及び第２実施形態に係るセルゾーン構成例やビームフォーミング専用チャネルの割り当て方法などを適用可能である。

また、上述した第１実施形態においては、内側ゾーンに位置する移動局が外側ゾーンへ向けて移動した場合の制御情報の通知方法について説明しているが、このような通知方法に加えて、さらに、以下のような通知方法を実行してもよい。

すなわち、第１実施形態において、移動局が外側ゾーンに位置し、当該外側ゾーンに位置する移動局が内側ゾーンに移動した場合に、外側ゾーンに位置する移動局に対しては、基地局がビームフォーミングによって制御情報を個別チャネルで通知しているが、このような状況で、移動局が内側ゾーンに移動した場合には、基地局が報知チャネルで制御情報を通知するようにし、ビームフォーミングによる個別チャネルでの制御情報（報知制御情報）の通知を止めるようにする。

これは、移動局それぞれの個別情報チャネルが、伝送レートに対して、複数の移動局で共有されることになる報知チャネルのサイズと比べるとオーバーヘッドが大きくなるため、できる限り報知チャネルでの制御情報を通知する方が望ましいためである。

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。

本発明の第１実施形態に係る無線通信システムにおけるセルゾーン構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る基地局の構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る無線通信システムにおけるＤＬフレームのフレーム構成例を示す図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る無線通信システムにおけるゾーン径設定の一例を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る無線通信方法の処理手順例を示すフローチャートである。 図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る無線通信システムの動作シーケンス例を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る無線通信システムにおけるセルゾーン構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る無線通信システムにおける隣接セルの配置方法の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る無線通信システムにおけるＤＬフレームのフレーム構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る無線通信システムにおける各セル間でのＤＬフレームのフレーム構成例を示す図である。 図１１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る無線通信システムにおけるゾーン時分割方法の一例を示す図である。 本発明の背景技術に係る無線通信システムにおけるＴＤＤフレーム構成例を示す図である。

符号の説明

１１，２１，３１…内側ゾーン、１２，２２，３２…外側ゾーン、１０１…アンテナ部、１０２…無線通信部、１０３…ゾーン設定部、１０４…判定部、１０５…通信制御部、ＢＳ，ＢＳ１〜ＢＳ３…基地局、ＭＳ，ＭＳ１〜ＭＳ３…移動局、＃１，＃２，… アンテナ素子

Claims (9)

1. 複数のアンテナ素子を具備する基地局における無線通信方法であって、
   前記基地局が構成するセルを内側ゾーン及び外側ゾーンの２つに分けて設定するステップと、
   所定の基準に基づいて、移動局が前記内側ゾーン及び前記外側ゾーンのいずれに位置するかを判定するステップと、
   前記内側ゾーンに位置する移動局に対して、チャネル割当及び通信方式の情報を含む制御情報を報知チャネルで通知するステップと、
   前記外側ゾーンに位置する移動局に対して、前記複数のアンテナ素子を用いるビームフォーミングによって、前記制御情報を個別チャネルで通知するステップと
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
2. 前記判定するステップでは、前記内側ゾーンに位置する移動局が前記外側ゾーンへ向けて移動したことにより前記内側ゾーンの端部に到達したかを判定し、
   前記制御情報を個別チャネルで通知するステップでは、前記内側ゾーンの端部に到達した移動局に対して、前記個別チャネルの割り当てを行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記判定するステップでは、前記所定の基準として、前記移動局との通信中に推定されるパスロス、受信信号強度（ＲＳＳＩ）、信号対干渉・ノイズ比（ＳＩＮＲ）、又は干渉量の少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信方法。
4. 前記設定するステップでは、前記複数のアンテナ素子のアンテナ素子数に応じて算出されるビームフォーミング利得から、前記外側ゾーンのゾーン径を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信方法。
5. 前記設定するステップでは、ＳＤＭＡ方式による空間多重数が最大である場合の前記ビームフォーミング利得から、前記外側ゾーンのゾーン径を設定することを特徴とする請求項４に記載の無線通信方法。
6. 前記設定するステップでは、前記内側ゾーンの一部と隣接基地局が構成する外側ゾーンの一部とが重なり、且つ、前記内側ゾーンと前記隣接基地局が構成する内側ゾーンとが重ならないように、前記内側ゾーン及び前記外側ゾーンを設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線通信方法。
7. 前記内側ゾーン内の移動局と通信を行う第１期間と、前記外側ゾーン内の移動局と通信を行う第２期間とを時分割で制御するステップを更に含み、
   前記第１及び第２期間が、前記隣接基地局が用いる前記第１及び第２期間とそれぞれ同期していることを特徴とする請求項６に記載の無線通信方法。
8. 前記制御するステップでは、前記基地局の通信状態に応じて、前記第１及び第２期間の時分割比を少なくともフレーム毎に最適化することを特徴とする請求項７に記載の無線通信方法。
9. 複数のアンテナ素子を具備する基地局であって、
   前記基地局が構成するセルを内側ゾーン及び外側ゾーンの２つに分けて設定する設定部と、
   所定の基準に基づいて、移動局が前記内側ゾーン及び前記外側ゾーンのいずれに位置するかを判定する判定部と、
   前記内側ゾーンに位置する移動局に対して、チャネル割当及び通信方式の情報を含む制御情報を報知チャネルで通知する通信制御部とを備え、
   前記通信制御部は、前記外側ゾーンに位置する移動局に対して、前記複数のアンテナ素子を用いるビームフォーミングによって、前記制御情報を個別チャネルで通知することを特徴とする基地局。