JP5124306B2 - 無線基地局制御装置および無線基地局制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝送路マルチ化（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output）技術を用いた無線通信システムにおける無線基地局制御装置および無線基地局制御方法に関する。

従来、ＭＩＭＯ技術が無線通信システムの周波数利用効率を向上させる技術の一つとして知られている。図３にＭＩＭＯ無線通信システムの基本概念図を示す。図３において、送信局は、複数の送信アンテナからそれぞれ別々のデータ信号を同一周波数で無線送信する。受信局は、その送信された無線信号を複数の受信アンテナで受信し復元する。その復元の際に、チャネル行列Ｈが理想的に分かっていれば、チャネル行列Ｈの逆行列を受信信号に乗算することで送信信号を分離することができ、図３の例のように４本の送信アンテナから別々のデータ信号を送信した場合には最大で４倍の速度でデータ通信を行うことが可能になる。これにより、周波数利用効率の向上が図られる。また、特許文献１に記載の従来のＭＩＭＯ無線通信システムは、複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより同時通信を行っている。
特開２００７−１３４８４４号公報

しかし、上述した特許文献１に記載の従来のＭＩＭＯ無線通信システムでは、無線端末において各基地局から送信された無線信号の受信電力に差がある場合、受信電力が小さい方の無線信号の受信特性が劣化し、高品質の通信を提供することが難しいという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向（基地局から無線端末への方向）の同時通信を行う際に、通信品質の向上を図るべく基地局を制御することのできる無線基地局制御装置および無線基地局制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る無線基地局制御装置は、複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御装置において、無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラと、ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う無線パケットスケジューラとを備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、無線端末に係る通信が要求するＱｏＳの情報を記憶する要求ＱｏＳ情報保持部を備え、前記無線パケットスケジューラは、無線端末に係る通信が要求するＱｏＳに応じて該通信を受け持つ送信基地局を決定することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラは、無線端末における無線受信環境においてＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できるものであるかを判定することを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記無線受信環境は、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲ、受信電力、無線レイヤにおける推定スループット又は無線端末の位置によって表されることを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記判定条件として、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲ又は無線レイヤにおける推定スループットについての、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる限界値を定めたことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記判定条件として、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる受信電力差の限界値を定めたことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記判定条件として、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる端末基地局間距離差の限界値を定めたことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記無線受信環境を表す受信環境情報は、無線端末から送られることを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御装置においては、前記要求ＱｏＳのレベルは、ＩＰパケットの遅延時間、ジッター、ＩＰパケットが属するＩＰ通信のスループット又はパケット誤り率を含むことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御方法は、複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御方法であって、無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する第１のステップと、ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う第２のステップとを含むことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局制御方法は、前記第２のステップにおいて、無線端末に係る通信が要求するＱｏＳに応じて該通信を受け持つ送信基地局を決定することを特徴とする。

本発明によれば、複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う際に、通信品質の向上を図るべく基地局を制御することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの構成を示す概念図である。図１において、無線基地局制御装置１は、バックボーンネットワーク（インターネットプロトコル（ＩＰ）網）に接続されている。複数の基地局２は、無線基地局制御装置１に通信回線で接続されている。無線端末３は基地局２との間で無線通信を行う。

以下の説明では、本発明に係る下り方向（基地局２から無線端末３への方向）の無線通信に係る構成について説明する。

無線端末３は、一つ又は複数の基地局２との間で下り方向の無線通信を行う。複数の基地局２と一つの無線端末３の間では、複数の基地局２が連携したＭＩＭＯにより下り方向の同時通信（以下、「ＭＩＭＯ同時通信」と称する）を行う。無線基地局制御装置１は、通信品質の向上を図るべく各基地局２を制御する。

図２は、本実施形態に係る無線基地局制御装置１の構成を示すブロック図である。図２において、無線基地局制御装置１は、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１、無線パケットスケジューラ１２、要求ＱｏＳ情報保持部１３、ＩＰパケットキュー情報保持部１４、ＩＰパケットキュー１５及び無線パケット構築部１６を有する。無線パケット構築部１６は、基地局２の各々に対応して設けられる。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、ＭＩＭＯ同時通信を制御する。無線パケットスケジューラ１２は、基地局２が無線端末３宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う。要求ＱｏＳ情報保持部１３は、無線端末３が行うＩＰ通信で要求されているＱｏＳ（Quality of Service）の情報を記憶する。その要求ＱｏＳのレベルとしては、例えば、ＩＰパケットの遅延時間、ジッター、ＩＰパケットが属するＩＰ通信のスループット、パケット誤り率などが挙げられる。

ＩＰパケットキュー情報保持部１４は、ＩＰパケットキュー１５に格納されているＩＰパケットの情報（パケットのアドレス情報（宛先アドレス、発信元アドレス）、パケットサイズ、パケット総数など）を記憶する。ＩＰパケットキュー１５は、無線端末３宛に送信されるＩＰパケットを格納する。無線パケット構築部１６は、無線端末３宛のＩＰパケットを無線パケットに変換する。該無線パケットは、該当の基地局２へ送られる。

次に、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１の動作を説明する。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、無線端末３における無線受信環境を表す受信環境情報に基づいて、ＭＩＭＯ同時通信を制御する。受信環境情報は、基地局２ごとの情報を含む。無線端末３は、各基地局２についての自己の無線受信環境を表す受信環境情報を基地局２（図２の例では基地局＃１）へ送る。基地局２は、無線端末３から受け取った受信環境情報を無線基地局制御装置１へ送る。受信環境情報としては、例えば、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）、ＣＩＮＲ（Carrier to Interference and Noise power Ratio）、受信電力、無線レイヤにおける推定スループット、無線端末３の位置などの情報が挙げられる。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、受信環境情報に基づいて、ＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する。その際、受信環境情報に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判定するための判定条件を事前に定めておく。その判定条件の設定基準は、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できることである。従って、受信環境情報が判定条件を満足する場合は、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できると判断する。以下に、受信環境情報に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する方法について、いくつかの実施例を挙げて説明する。

実施例１では、受信環境情報として、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲ又は無線レイヤにおける推定スループットの情報を利用する。判定条件には、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる限界値を用いる。例えば、受信環境情報としてＳＩＮＲの情報を用いる場合、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できるＳＩＮＲの限界値を定め、該限界値を判定用の閾値とする。この場合、受信環境情報で表されるＳＩＮＲが閾値以上である場合、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できると判断する。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、受信環境情報に含まれる各基地局２の情報と判定条件を比較し、複数の基地局２の情報が判定条件を満足する場合に、ＭＩＭＯ同時通信を行うと決定する。そして、最もよく判定条件を満足する方から２以上所定数の基地局２を、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信する基地局に選択する。

一方、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、判定条件を満足する基地局２の台数が１以下である場合には、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信することができないと判断する。

実施例２では、受信環境情報として受信電力の情報を利用する。判定条件には、各基地局２からの受信電力の差を用いる。その判定条件として、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる受信電力差の限界値を定め、該限界値を判定用の閾値とする。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、受信環境情報に含まれる各基地局２の受信電力情報から各受信電力の差を計算し、この計算結果の受信電力差をそれぞれ閾値と比較する。基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、閾値以下の受信電力差が存在する場合に、ＭＩＭＯ同時通信を行うと決定する。そして、その閾値条件を満足する受信電力差に対応する基地局２のグループの中で、受信電力差が最も小さい方から２以上所定数の基地局２を、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信する基地局に選択する。

一方、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、閾値以下の受信電力差が存在しない場合には、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信することができないと判断する。

実施例３では、受信環境情報として無線端末３の位置の情報を利用する。判定条件には、無線端末３と各基地局２との間の距離（端末基地局間距離）についての差を用いる。その判定条件として、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる端末基地局間距離差の限界値を定め、該限界値を判定用の閾値とする。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、受信環境情報に含まれる無線端末３の位置情報から、当該無線端末３と各基地局２について端末基地局間距離を計算する。基地局２の位置情報は事前に設定しておく。基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、各端末基地局間距離の差を計算し、この計算結果の端末基地局間距離差をそれぞれ閾値と比較する。基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、閾値以下の端末基地局間距離差が存在する場合に、ＭＩＭＯ同時通信を行うと決定する。そして、その閾値条件を満足する端末基地局間距離差に対応する基地局２のグループの中で、端末基地局間距離差が最も小さい方から２以上所定数の基地局２を、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信する基地局に選択する。

一方、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、閾値以下の端末基地局間距離差が存在しない場合には、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信することができないと判断する。

なお、実施例３の変形例として、事前に、無線端末３が存在しうる位置に対応する端末基地局間距離差を計算し、この計算結果に基づいた基地局選定データベースを作成しておいてもよい。基地局選定データベースは、無線端末３の位置情報に関連付けて、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信を行うことが可能な２以上所定数の基地局２の情報を格納する。この場合、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、受信環境情報に含まれる無線端末３の位置情報に基づいて基地局選定データベースを検索し、検索結果として当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信を行う２以上所定数の基地局２の情報を取得する。もし、基地局選定データベースの検索結果なしの場合には、当該無線端末３とＭＩＭＯ同時通信を行うことができないと判断する。

以上が受信環境情報に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する方法についての実施例である。

基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、無線端末３とＭＩＭＯ同時通信する２以上所定数の基地局２を、無線パケットスケジューラ１２へ指示する。

一方、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、無線端末３とＭＩＭＯ同時通信を行うことができないと判断した場合には、無線端末３と一対一で無線通信する基地局２を無線パケットスケジューラ１２へ指示する。基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１は、無線端末３と一対一で無線通信する基地局２として、当該無線端末３における無線受信環境が最良となる基地局２を受信環境情報に基づいて選択する。例えば、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲ、受信電力、無線レイヤにおける推定スループット、無線端末３の位置のいずれか又は複数の情報に基づいて、無線端末３における最良の無線受信環境となる基地局２を判断する。

次に、無線パケットスケジューラ１２の動作を説明する。

無線パケットスケジューラ１２は、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１から無線端末３とＭＩＭＯ同時通信する旨の指示を受けた場合、その指示によるＭＩＭＯ同時通信対象の２以上所定数の基地局２について、当該無線端末３宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う。この送信スケジューリングでは、まずＩＰパケットキュー情報保持部１４から当該無線端末３宛てＩＰパケットのアドレス情報を取得する。次いで、その取得したアドレス情報によって特定されるＩＰ通信で要求されているＱｏＳの情報を、要求ＱｏＳ情報保持部１３から取得する。次いで、その取得した要求ＱｏＳ情報によって示される要求ＱｏＳに応じて、当該ＩＰ通信に属するＩＰパケットを振り分ける基地局２を決定する。要求ＱｏＳのレベルが高いＩＰ通信に属するＩＰパケットは、無線受信環境の良い方の基地局２へスケジューリングする。要求ＱｏＳのレベルが低いＩＰ通信に属するＩＰパケットは、無線受信環境の良くない方の基地局２へスケジューリングする。ＭＩＭＯ同時通信対象の各基地局２についての無線端末３における無線受信環境の順位付けは、受信環境情報に基づいて行う。

一方、無線パケットスケジューラ１２は、基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ１１から無線端末３と一対一で無線通信する旨の指示を受けた場合、その指示による一対一無線通信対象の一基地局２について、当該無線端末３宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う。この送信スケジューリングにおいても、当該無線端末３に係るＩＰ通信で要求されているＱｏＳを考慮することが好ましい。

無線パケットスケジューラ１２は、送信スケジューリング結果に従って、ＩＰパケットキュー１５からＩＰパケットを送信基地局２に対応の無線パケット構築部１６へ出力させる。

無線パケット構築部１６は、ＩＰパケットキュー１５から出力されたＩＰパケットを受信し、該ＩＰパケットを無線パケットに変換して基地局２へ送信する。

上述した実施形態によれば、無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断するので、ＭＩＭＯ同時通信によって通信品質の向上が期待できる場合にのみＭＩＭＯ同時通信を行うように、基地局を制御することができる。これにより、通信品質の向上に寄与することができる。

また、無線端末に係るＩＰ通信が要求するＱｏＳに応じて該ＩＰ通信に属するＩＰパケットの送信基地局を決定するので、該要求ＱｏＳに適切な送信基地局を用いたＭＩＭＯ同時通信を行うことができる。例えば、例えば、要求ＱｏＳレベルの高い制御系の通信パケットは無線受信環境の良い方の基地局から送信させる一方、要求ＱｏＳレベルの低い通常のデータ系の通信パケットは無線受信環境の良くない方の基地局から送信させることができる。これにより、無線リソースの効率的な割当てやＱｏＳ保証に寄与することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの構成を示す概念図である。 同実施形態に係る無線基地局制御装置１の構成を示すブロック図である。 ＭＩＭＯ無線通信システムの基本概念図である。

符号の説明

１…無線基地局制御装置、２…基地局、３…無線端末、１１…基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラ、１２…無線パケットスケジューラ、１３…要求ＱｏＳ情報保持部、１４…ＩＰパケットキュー情報保持部、１５…ＩＰパケットキュー、１６…無線パケット構築部

Claims (4)

1. 複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御装置において、
   無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラと、
   ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う無線パケットスケジューラと、を備え、
   前記基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラは、無線端末における無線受信環境においてＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できるものであるかを判定し、
   前記無線受信環境は無線端末の位置によって表され、
   前記判定条件として、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる端末基地局間距離差の限界値を定めた、
   ことを特徴とする無線基地局制御装置。
2. 複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御装置において、
   無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラと、
   ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う無線パケットスケジューラと、を備え、
   前記基地局間ＭＩＭＯ連携コントローラは、無線端末における無線受信環境においてＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できるものであるかを判定し、
   前記無線受信環境は前記基地局からの受信電力によって表され、
   前記判定条件として、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる前記基地局間の受信電力差の限界値を定めた、
   ことを特徴とする無線基地局制御装置。
3. 複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御方法であって、
   無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する第１のステップと、
   ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う第２のステップと、を含み、
   前記第１のステップは、無線端末における無線受信環境においてＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できるものであるかを判定し、
   前記無線受信環境は無線端末の位置によって表され、
   前記判定条件として、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる端末基地局間距離差の限界値を定めた、
   ことを特徴とする無線基地局制御方法。
4. 複数の基地局と一つの無線端末の間でＭＩＭＯにより下り方向の同時通信を行う無線通信システムにおける無線基地局制御方法であって、
   無線端末における無線受信環境に基づいてＭＩＭＯ同時通信を行うか否かを判断する第１のステップと、
   ＭＩＭＯ同時通信を行う場合に、ＭＩＭＯ同時通信対象の複数の基地局について、当該無線端末宛てに無線パケットを送信する際の送信スケジューリングを行う第２のステップと、を含み、
   前記第１のステップは、無線端末における無線受信環境においてＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できるものであるかを判定し、
   前記無線受信環境は前記基地局からの受信電力によって表され、
   前記判定条件として、ＭＩＭＯ同時通信を行うことで通信品質の向上が期待できる前記基地局間の受信電力差の限界値を定めた、
   ことを特徴とする無線基地局制御方法。

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