JP5482366B2 - 通信制御方法、通信システム、および管理サーバ - Google Patents

Description

本発明は、通信制御方法、通信システム、および管理サーバに関する。

近日、次世代の通信ネットワークとして、ヘテロジニアスネットワークが提案されている。このヘテロジニアスネットワークは、マクロセル内で、複数種類の中小規模基地局が、アンダーレイ送信またはスペクトラムシェアリングを行うことにより共存するネットワークである。中小規模基地局としては、ＲＲＨ（Ｒｅｍｏｔｅ ＲａｄｉｏＨｅａｄ）セル基地局、ホットゾーン基地局（Ｐｉｃｏ／ｍｉｃｒｏ ｃｅｌｌ ｅＮＢ）、フェムトセル基地局（Ｈｏｍｅ ｅＮＢ）、および中継装置（リレー基地局）などがあげられる。

このようなヘテロジニアスネットワークにおいては、例えば、マクロセル基地局とフェムトセル基地局など、異なる基地局が同一の周波数の利用する場合に、干渉の発生によりエリアキャパシティの向上が阻害されてしまうことが懸念される。この点に関し、例えば特許文献１および特許文献２には、異なる送信装置間の干渉問題を改善するための技術が開示されている。

特開２００９−１５９４５２号公報 特表２００９−５４２０４３号公報

また、送信装置がビームステアリングにより無線信号を受信装置に向けて送信すれば、この無線信号が他の受信装置において干渉波となる場合を抑制できるので、エリアキャパシティを増加させるための干渉回避制御としては有効である。しかし、送信装置がビームステアリングを行うためには、キャリブレーションが必要となり、オーバーヘッドが増大してしまうことが懸念される。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、送信ビームステアリングを行う場合を抑制してエリアキャパシティの向上を図ることが可能な、新規かつ改良された通信制御方法、通信システム、および管理サーバを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第１の送信装置および第１の受信装置と、前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を２次利用する第２の送信装置および第２の受信装置と、からなる通信システムにおける、前記第２の受信装置の受信品質が所定基準を満たすか否かを判断するステップと、前記第２の受信装置の受信品質が所定基準を満たさないと判断された場合、前記第１の受信装置による受信ビームステアリング、前記第１の送信装置によるビームステアリング、前記第２の受信装置による受信ビームステアリング、または前記第２の送信装置による送信ビームステアリングを、所定の順序に従って追加実行するステップと、を含む通信制御方法が提供される。

前記所定の順序は、前記第２の受信装置による受信ビームステアリング、前記第２の送信装置による送信ビームステアリング、前記第１の受信装置による受信ビームステアリング、前記第１の送信装置によるビームステアリング、という順序であってもよい。

前記所定の順序は、前記第２の受信装置による受信ビームステアリング、前記第１の受信装置による受信ビームステアリング、前記第２の送信装置による送信ビームステアリング、前記第１の送信装置によるビームステアリング、という順序であってもよい。

前記第２の受信装置による前記受信ビームステアリングは、前記第１の送信装置から送信される無線信号の到来方向に対する受信ヌルステアリングであってもよい。

前記第２の送信装置による前記送信ビームステアリングは、前記第１の受信装置の存在方向に対する送信ヌルステアリングであってもよい。

前記第１の受信装置による前記受信ビームステアリングは、前記第２の送信装置から送信される無線信号の到来方向に対する受信ヌルステアリングであってもよい。

前記第１の送信装置による前記送信ビームステアリングは、前記第２の受信装置の存在方向に対する送信ヌルステアリングであってもよい。

前記第１の受信装置による受信ビームステアリングの追加実行により、前記第１の受信装置による受信品質が所定基準を上回るようになった場合、前記第１の送信装置から前記第１の受信装置への無線信号の送信電力を、前記第１の受信装置による受信品質が所定基準を下回らない範囲内で減少させてもよい。

前記第１の受信装置による受信ビームステアリングの追加実行により、前記第１の受信装置による受信品質が所定基準を上回るようになった場合、前記第２の送信装置から前記第２の受信装置への無線信号の送信電力を、前記第１の受信装置による受信品質が所定基準を下回らない範囲内で増加させてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第１の送信装置および第１の受信装置による通信を管理する第１の管理サーバと、前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を２次利用する第２の送信装置および第２の受信装置による通信を管理する第２の管理サーバと、を備え、前記第２の管理サーバは、第１の送信装置および第１の受信装置と、前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を２次利用する第２の送信装置および第２の受信装置と、からなる通信システムにおける、前記第２の受信装置の受信品質が所定基準を満たすか否かを判断し、前記第１の管理サーバまたは前記第２の管理サーバは、前記第２の受信装置の受信品質が所定基準を満たさないと判断された場合、前記第１の受信装置による受信ビームステアリング、前記第１の送信装置によるビームステアリング、前記第２の受信装置による受信ビームステアリング、または前記第２の送信装置による送信ビームステアリングを、所定の順序に従って追加実行する、通信システムが提供される。

以上説明したように本発明によれば、送信ビームステアリングを行う場合を抑制してエリアキャパシティの向上を図ることが可能である。

ヘテロジニアスネットワークの構成例を示した説明図である。 各中小規模基地局の概要を示した説明図である。 本発明の実施形態による通信システムの構成例を示した説明図である。 ＭＵＳＩＣを用いた到来方向推定結果の一例を示した説明図である。 受信ビームステアリングの具体例を示した説明図である。 本発明の第１の実施形態による動作を示したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態による動作を示したフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じて通信端末２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、通信端末２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単に通信端末２０と称する。

また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．ヘテロジニアスネットワークの構成例
２．本発明の実施形態の要旨
３．各ビームステアリングの実行方法
４．本発明の第１の実施形態
５．本発明の第２の実施形態
６．まとめ

＜ヘテロジニアスネットワークの構成例＞

＜１．ヘテロジニアスネットワークの構成例＞
本発明の実施形態は、例えば、複数のローカルなネットワークが同一の周波数を利用して共存する通信システムに適用可能である。このような通信システムの一例として、ヘテロジニアスネットワークが挙げられる。

ヘテロジニアスネットワークは、マクロセル内で、複数種類の中小規模基地局が、アンダーレイ送信またはスペクトラムシェアリングを行うことにより共存するネットワークである。中小規模基地局としては、ＲＲＨ（Ｒｅｍｏｔｅ ＲａｄｉｏＨｅａｄ）セル基地局、ホットゾーン基地局（Ｐｉｃｏ／ｍｉｃｒｏ ｃｅｌｌ ｅＮＢ）、フェムトセル基地局（Ｈｏｍｅ ｅＮＢ）、および中継装置（リレー基地局）などがあげられる。なお、アンダーレイ送信は、互いの通信リンクに干渉を及ぼす範囲に存在する送受信機が、同一の周波数チャネルを用いて通信を行う送信形態のことである。アンダーレイ送信により周波数を二次利用する側の送信機は、一次利用者の通信リンクにとって致命的な干渉とならないように、与干渉レベルを調整する必要がある。以下、ヘテロジニアスネットワークの構成を具体的に説明する。

図１は、ヘテロジニアスネットワークの構成例を示した説明図である。図１に示したように、ヘテロジニアスネットワークは、マクロセル基地局１０（基地局１０と同義）と、中継装置３０と、ホットゾーン基地局３１と、フェムトセル基地局３２と、ＲＲＨセル基地局３３と、管理サーバ１６Ａおよび１６Ｂと、を備える。

管理サーバ１６Ａは、マクロセル基地局１０が形成するセルの状態を示す管理情報を各基地局１０から受信し、この管理情報に基づいて各基地局１０が形成するセルにおける通信を制御する。同様に、管理サーバ１６Ｂは、フェムトセル基地局３２が形成するセルの状態を示す管理情報をフェムトセル基地局３２から受信し、この管理情報に基づいてフェムトセル基地局３２が形成するセルにおける通信を制御する。また、管理サーバ１６Ａおよび１６Ｂは、マクロセル基地局１０および中小規模基地局が協調して動作するための機能を有する。なお、管理サーバ１６の機能は、マクロセル基地局１０またはいずれかの中小規模基地局に実装されていてもよい。また、管理サーバ１６は、ＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｅｎｔｉｔｙ）や、ゲートウェイ装置としての機能を有してもよい。

マクロセル基地局１０は、マクロセル内の中小規模基地局、通信端末２０を管理する。例えば、マクロセル基地局１０は、マクロセル基地局１０が形成するセル内に存在する中継装置３０および通信端末２０との通信を管理する。例えば、マクロセル基地局１０は、セル内に存在する中継装置３０および通信端末２０が通信するためのスケジューリング情報を管理する。

ホットゾーン基地局３１（ピコセル基地局、ミクロセル基地局）は、最大送信電力がマクロセル基地局１０より小さく、マクロセル基地局１０とはコアネットワークのＸ２やＳ１などのインタフェースを用いて通信する。なお、ホットゾーン基地局３１は、どの通信端末２０からもアクセス可能なＯＳＧ（Ｏｐｅｎ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｇｒｏｕｐ）を形成する。

フェムトセル基地局３２は、最大送信電力がマクロセル基地局１０より小さく、マクロセル基地局１０とはＡＤＳＬなどのパケット交換ネットワークを用いて通信する。または、フェムトセル基地局３２は、無線リンクによりマクロセル基地局１０と通信することも可能である。なお、フェムトセル基地局３２は、限られた通信端末２０からしかアクセスできないＣＳＧ（Ｃｌｏｓｅｄ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｇｒｏｕｐ）を形成する。

ＲＲＨセル基地局３３は、マクロセル基地局１０と光ファイバで接続されている。このため、マクロセル基地局１０は、地理的に異なる場所に配置されたＲＲＨセル基地局３３Ａおよび３３Ｂに光ファイバを介して信号を伝送し、ＲＲＨセル基地局３３Ａおよび３３Ｂから信号を無線送信させることができる。例えば、通信端末２０の位置に近いＲＲＨセル基地局３３のみを利用することも可能である。なお、制御系の機能はマクロセル基地局１０に実装されており、通信端末２０の分布に応じて、最適な送信形態を選択する。

以上説明した各中小規模基地局の概要を図２にまとめた。これらホットゾーン基地局３１やフェムトセル基地局３２などの中小規模基地局は、マクロセル基地局１０が利用する周波数を二次利用することにより、キャパシティの総和を増加させることができる。

ここで、例えばフェムトセル基地局３２が通信端末２０Ｄに対して送信ビームステアリングを施して無線信号を送信すれば、フェムトセル基地局３２がマクロセル内の他の通信に与える干渉量を抑制できるので、マクロセル全体におけるキャパシティの総和を増加させることが可能である。しかし、フェムトセル基地局３２が送信ビームステアリングを行うためには、キャリブレーションが必要となり、オーバーヘッドが増大してしまうことが懸念される。

そこで、上記実情を一着眼点にして本発明の実施形態を創作するに至った。本発明の実施形態によれば、送信ビームステアリングを行う場合を抑制してエリアキャパシティの向上を図ることが可能である。以下、このような本発明の実施形態について説明する。

＜２．本発明の実施形態の要旨＞
まず、図３を参照し、例えば上述したヘテロジニアスネットワークに適用可能な、本発明の実施形態による通信システム１の構成を説明する。

図３は、本発明の実施形態による通信システム１の構成例を示した説明図である。図３に示したように、本発明の実施形態による通信システム１は、管理サーバ１６Ａ（第１の管理サーバ）と、管理サーバ１６Ｂ（第２の管理サーバ）と、受信装置２０Ａ（第１の受信装置）、受信装置２０Ｂ（第２の受信装置）と、送信装置４０Ａ（第１の送信装置）と、送信装置４０Ｂ（第２の送信装置）と、を備える。ここで、受信装置２０Ａおよび受信装置２０Ｂは例えば図１に示した各通信端末２０に対応し、送信装置４０Ａは例えば図１に示したマクロセル基地局１０に対応し、送信装置４０Ｂは例えば図１に示したフェムトセル基地局３２に対応する。

管理サーバ１６Ａは、送信装置４０Ａおよび受信装置２０Ａによる通信を制御して第１の通信サービスを実現し、管理サーバ１６Ｂは、送信装置４０Ａと同一の周波数を二次利用する送信装置４０Ｂおよび受信装置２０Ｂによる通信を制御して第２の通信サービスを実現する。

このような通信システム１においては、図３に示したように、送信装置４０Ａから送信された無線信号は通信端末２０Ｂにおいて干渉波として作用し、送信装置４０Ｂから送信された無線信号は通信端末２０Ａにおいて干渉波として作用してしまう。

そこで、本実施形態による管理サーバ１６Ｂは、受信装置２０Ｂの受信品質の向上が望まれる場合、いずれかの装置による送信ビームステアリングまたは受信ビームステアリングを所定の順序に従って追加実行させることにより、受信装置２０Ｂの受信品質の向上を図る。

具体的には、管理サーバ１６Ｂは、受信装置２０Ｂの受信品質が所定基準を満たしているか否かを判断し、受信装置２０Ａによる受信ビームステアリング、受信装置２０Ｂによる受信ビームステアリング、送信装置４０Ａによる送信ビームステアリング、または送信装置４０Ｂによる送信ビームステアリングを、所定の順序に従って実行させる。かかる構成により、送信ビームステアリングを行う場合を抑制しつつ、所定基準を満たす受信装置２０Ｂの受信品質を得ることができる。

なお、受信装置２０Ａによる受信ビームステアリングは、送信装置４０Ｂから送信される無線信号の到来方向に対する受信ヌルステアリングである。同様に、受信装置２０Ｂによる受信ビームステアリングは、送信装置４０Ａから送信される無線信号の到来方向に対する受信ヌルステアリングである。

また、送信装置４０Ａによる送信ビームステアリングは、受信装置２０Ｂの存在方向に対する送信ヌルステアリングである。同様に、送信装置４０Ｂによる送信ビームステアリングは、受信装置２０Ａの存在方向に対する送信ヌルステアリングである。

以下、これら各ビームステアリングの実行方法を、第１の実施形態および第２の実施形態の説明に先立って説明する。

＜３．各ビームステアリングの実行方法＞
（受信装置２０Ａによる受信ビームステアリング）
受信装置２０Ａは、管理サーバ１６Ａまたは１６Ｂからの指示に基づき、送信装置４０Ｂからの干渉波の受信レベルを抑圧するための受信ビームステアリングを例えば以下に説明する方法により実行する。

まず、管理サーバ１６Ａは、受信装置２０Ａと送信装置４０Ｂがビーム形成のための通信を行うスロットを受信装置２０Ａに割り当て、管理サーバ１６Ｂに、当該スロットの送信装置４０Ｂへの割り当てを依頼する。

そして、受信装置２０Ａは、割り当てられたスロットにおいて送信装置４０Ｂから送信されるプリアンブル信号、パイロット信号、またはレファレンス信号を受信し、受信装置２０Ａと送信装置４０Ｂとの間の伝播路応答を示すチャネル行列を取得する。なお、受信装置２０Ａは、送信装置４０Ｂからの送信信号を用いて共分散行列を作成し、この共分散行列をチャネル行列として利用してもよい。

さらに、受信装置２０Ａは、ＭＵＳＩＣなどの到来方向推定アルゴリズムと周期定常性（Ｃｙｃｌｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）を用い、干渉波の到来方向と信号の特徴量を推定し、干渉波の到来方向にヌルを向ける受信ビームステアリングを実行する。

図４は、ＭＵＳＩＣを用いた到来方向推定結果の一例を示した説明図である。図４に示したように、ＭＵＳＩＣによれば、希望波の到来方向（図４に示した例では０度）、および干渉波の到来方向（図４に示した例では７０度）を推定することが可能である。

図５は、受信ビームステアリングの具体例を示した説明図である。図５に示したように、受信ビームステアリングにより干渉波の到来方向にヌルを設定し、干渉波の受信レベルを抑圧することにより、図５に示した例では５５ｄＢの受信利得（希望波と干渉波の受信レベルの差）が得られる。

なお、上記では管理サーバ１６Ａおよび１６Ｂがビーム形成のための通信を行うスロットを割り当てる例を説明したが、受信ビームステアリングの実行方法はかかる例に限定されない。例えば、受信装置２０Ａは、送信装置４０Ｂが送信するＰＢＣＨやＰＤＣＣＨを受信して送信装置４０Ｂの送信スロットを把握し、当該送信スロットにおいて送信装置４０Ｂから受信される信号に基づいて受信ビームステアリングを実行してもよい。または、受信装置２０Ａは、管理サーバ１６Ｂから管理サーバ１６Ａを介して送信装置４０Ｂの送信スロットやリファレンスパターンなどの情報を取得してもよい。

または、受信装置２０Ａは、干渉波の到来方向と信号の特徴量の推定結果から、ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）やＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｓ）をベースにＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）などの受信ビーム形成アルゴリズムを用いて受信ビームステアリングを実行してもよい。

さらに、ＧＰＳなどの位置推定技術により受信装置２０Ａおよび送信装置４０Ｂの位置情報を取得できる場合、受信装置２０Ａは、送信装置４０Ｂからの干渉波の到来方向を、受信装置２０Ａおよび送信装置４０Ｂの位置情報に基づいて推定してもよい。

（受信装置２０Ｂによる受信ビームステアリング）
受信装置２０Ｂは、管理サーバ１６Ａまたは１６Ｂからの指示に基づき、送信装置４０Ａからの干渉波の受信レベルを抑圧するための受信ビームステアリングを例えば以下に説明する方法により実行する。

まず、管理サーバ１６Ｂは、受信装置２０Ｂと送信装置４０Ａがビーム形成のための通信を行うスロットを受信装置２０Ｂに割り当て、管理サーバ１６Ａに、当該スロットの送信装置４０Ａへの割り当てを依頼する。

そして、受信装置２０Ｂは、割り当てられたスロットにおいて送信装置４０Ａから送信されるプリアンブル信号、パイロット信号、またはレファレンス信号を受信し、受信装置２０Ｂと送信装置４０Ａとの間の伝播路応答を示すチャネル行列を取得する。なお、受信装置２０Ｂは、送信装置４０Ａからの送信信号を用いて共分散行列を作成し、この共分散行列をチャネル行列として利用してもよい。

さらに、受信装置２０Ｂは、ＭＵＳＩＣなどの到来方向推定アルゴリズムと周期定常性を用い、干渉波の到来方向と信号の特徴量を推定し、干渉波の到来方向にヌルを向ける受信ビームステアリングを実行する。

なお、上記では管理サーバ１６Ａおよび１６Ｂがビーム形成のための通信を行うスロットを割り当てる例を説明したが、受信ビームステアリングの実行方法はかかる例に限定されない。例えば、受信装置２０Ｂは、送信装置４０Ａが送信するＰＢＣＨやＰＤＣＣＨを受信して送信装置４０Ａの送信スロットを把握し、当該送信スロットにおいて送信装置４０Ａから受信される信号に基づいて受信ビームステアリングを実行してもよい。または、受信装置２０Ｂは、管理サーバ１６Ａから管理サーバ１６Ｂを介して送信装置４０Ａの送信スロットやリファレンスパターンなどの情報を取得してもよい。

または、受信装置２０Ｂは、干渉波の到来方向と信号の特徴量の推定結果から、ＲＬＳやＬＭＳをベースにＭＭＳＥなどの受信ビーム形成アルゴリズムを用いて受信ビームステアリングを実行してもよい。

さらに、ＧＰＳなどの位置推定技術により受信装置２０Ｂおよび送信装置４０Ａの位置情報を取得できる場合、受信装置２０Ｂは、送信装置４０Ａからの干渉波の到来方向を、受信装置２０Ｂおよび送信装置４０Ａの位置情報に基づいて推定してもよい。

（送信装置４０Ａによる送信ビームステアリング）
送信装置４０Ａは、管理サーバ１６Ａまたは１６Ｂからの指示に基づき、受信装置２０Ｂに与える干渉レベルを抑圧するための送信ビームステアリンングを例えば以下に説明する方法により実行する。

まず、管理サーバ１６Ａは、送信装置４０Ａと受信装置２０Ｂがビーム形成のための通信を行うスロットを送信装置４０Ａに割り当て、管理サーバ１６Ｂに、当該スロットの受信装置２０Ｂへの割り当てを依頼する。

そして、送信装置４０Ａは、割り当てられたスロットにおいて受信装置２０Ｂから送信されるプリアンブル信号、パイロット信号、またはレファレンス信号を受信し、受信装置２０Ｂと送信装置４０Ａとの間の伝播路応答を示すチャネル行列を取得する。なお、送信装置４０Ａは、受信装置２０Ｂからの送信信号を用いて共分散行列を作成し、この共分散行列をチャネル行列として利用してもよい。

さらに、送信装置４０Ａは、ＭＵＳＩＣなどの到来方向推定アルゴリズムと周期定常性（Ｃｙｃｌｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）を用い、受信装置２０Ｂからの信号の到来方向と信号の特徴量を推定し、信号の到来方向にヌルを向ける送信ビームステアリングを実行する。

なお、上記では管理サーバ１６Ａおよび１６Ｂがビーム形成のための通信を行うスロットを割り当てる例を説明したが、送信ビームステアリングの実行方法はかかる例に限定されない。例えば、送信装置４０Ａは、受信装置２０Ｂが送信するＰＢＣＨやＰＤＣＣＨを受信して受信装置２０Ｂが送信を行うスロットを把握し、当該スロットにおいて受信装置２０Ｂから受信される信号に基づいて送信ビームステアリングを実行してもよい。または、送信装置４０Ａは、管理サーバ１６Ｂから管理サーバ１６Ａを介して受信装置２０Ｂの送信スロットやリファレンスパターンなどの情報を取得してもよい。

または、送信装置４０Ａは、受信装置２０Ｂからの信号の到来方向と信号の特徴量の推定結果から、ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）やＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｓ）をベースにＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）などの送信ビーム形成アルゴリズムを用いて送信ビームステアリングを実行してもよい。

さらに、ＧＰＳなどの位置推定技術により受信装置２０Ｂおよび送信装置４０Ａの位置情報を取得できる場合、送信装置４０Ａは、受信装置２０Ｂの存在方向を、受信装置２０Ｂおよび送信装置４０Ａの位置情報に基づいて推定してもよい。

（送信装置４０Ｂによる送信ビームステアリング）
送信装置４０Ｂは、管理サーバ１６Ａまたは１６Ｂからの指示に基づき、受信装置２０Ａに与える干渉レベルを抑圧するための送信ビームステアリンングを例えば以下に説明する方法により実行する。

まず、管理サーバ１６Ｂは、送信装置４０Ｂと受信装置２０Ａがビーム形成のための通信を行うスロットを送信装置４０Ｂに割り当て、管理サーバ１６Ｂに、当該スロットの受信装置２０Ａへの割り当てを依頼する。

そして、送信装置４０Ｂは、割り当てられたスロットにおいて受信装置２０Ａから送信されるプリアンブル信号、パイロット信号、またはレファレンス信号を受信し、受信装置２０Ａと送信装置４０Ｂとの間の伝播路応答を示すチャネル行列を取得する。なお、送信装置４０Ｂは、受信装置２０Ａからの送信信号を用いて共分散行列を作成し、この共分散行列をチャネル行列として利用してもよい。

さらに、送信装置４０Ｂは、ＭＵＳＩＣなどの到来方向推定アルゴリズムと周期定常性（Ｃｙｃｌｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）を用い、受信装置２０Ａからの信号の到来方向と信号の特徴量を推定し、信号の到来方向にヌルを向ける送信ビームステアリングを実行する。

なお、上記では管理サーバ１６Ａおよび１６Ｂがビーム形成のための通信を行うスロットを割り当てる例を説明したが、送信ビームステアリングの実行方法はかかる例に限定されない。例えば、送信装置４０Ｂは、受信装置２０Ａが送信するＰＢＣＨやＰＤＣＣＨを受信して受信装置２０Ａが送信を行うスロットを把握し、当該スロットにおいて受信装置２０Ｂから受信される信号に基づいて送信ビームステアリングを実行してもよい。または、送信装置４０Ｂは、管理サーバ１６Ａから管理サーバ１６Ｂを介して受信装置２０Ａの送信スロットやリファレンスパターンなどの情報を取得してもよい。

または、送信装置４０Ｂは、受信装置２０Ａからの信号の到来方向と信号の特徴量の推定結果から、ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）やＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｓ）をベースにＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）などの送信ビーム形成アルゴリズムを用いて送信ビームステアリングを実行してもよい。

さらに、ＧＰＳなどの位置推定技術により受信装置２０Ａおよび送信装置４０Ｂの位置情報を取得できる場合、送信装置４０Ｂは、受信装置２０Ａの存在方向を、受信装置２０Ａおよび送信装置４０Ｂの位置情報に基づいて推定してもよい。

＜４．本発明の第１の実施形態＞
以上、各ビームステアリングの実行方法の一例を説明した。続いて、上述の各ビームステアリングを段階的に実行する本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。

なお、以下では、受信装置２０ＢのＳＩＮＲをＳＩＮＲ＿Ｂ、受信装置２０Ｂの所要ＳＩＮＲをＳＩＮＲ＿ｒｅｑと表記する。また、送信装置４０Ａが送信ビームステアリングを行うことにより得られる受信装置２０Ｂの受信利得をＧ＿ｔｘＡ＿ＢＦ、受信装置２０Ａが受信ビームステアリングを行うことにより得られる受信装置２０Ｂの受信利得をＧ＿ｒｘＡ＿ＢＦと表記する。同様に、送信装置４０Ｂが送信ビームステアリングを行うことにより得られる受信装置２０Ｂの受信利得をＧ＿ｔｘＢ＿ＢＦ、受信装置２０Ｂが受信ビームステアリングを行うことにより得られる受信装置２０Ｂの受信利得をＧ＿ｒｘＢ＿ＢＦと表記する。

例えば、受信装置２０Ｂが受信ビームステアリングを行うことにより得られる受信装置２０Ｂの受信利得Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦは、図５に示した希望波と干渉波の受信レベルの差に該当する。また、送信装置４０Ａが送信ビームステアリングを行うことにより得られる受信装置２０Ｂの受信利得Ｇ＿ｔｘＡ＿ＢＦは、送信装置４０Ａから受信装置２０Ｂへの干渉レベルの減少により得られる利得である。

また、送信装置４０Ｂが送信ビームステアリングを行うと、同一の送信電力で無線信号を送信する場合に受信装置２０Ａに与える干渉量が減少するので、送信装置４０Ｂは送信電力を増加させることにより、受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂを改善できる。または、送信装置４０Ｂが送信ビームステアリングを行うと、受信装置２０Ａが受ける干渉量が減少するので、受信装置２０Ａに無線信号を送信する送信装置４０Ａは送信電力を減少させることができ、その結果、受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂを改善できる。以上より、送信装置４０Ａが送信ビームステアリングを行うことにより得られる受信装置２０Ｂの受信利得Ｇ＿ｔｘＡ＿ＢＦは、受信装置２０ＡのＳＩＮＲが所要ＳＩＮＲを下回らない範囲内での上記の送信装置４０Ｂの送信電力の増加、または送信装置４０Ａの送信電力の減少により得られる利得を含む。

また、受信装置２０Ａが受信ビームステアリングを行うと、受信装置２０ＡのＳＩＮＲが向上する。その結果、受信装置２０ＡのＳＩＮＲが所要ＳＩＮＲを下回らない範囲で、送信装置４０Ａが送信電力を減少させることや、送信装置４０Ｂが送信電力を増加させることが可能となる。以上より、受信装置２０Ａが受信ビームステアリングを行うことにより得られる受信装置２０Ｂの受信利得Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦは、上記の送信装置４０Ｂの送信電力の増加、または送信装置４０Ａの送信電力の減少により得られる利得を含む。

図６は、本発明の第１の実施形態による動作を示したフローチャートである。図６に示したように、まず、管理サーバ１６Ｂは、送信装置４０Ｂから報告される受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂが、受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿ｒｅｑを満たすか否かを判断する（Ｓ２０４）。なお、当該判断を含む各動作の主体は特に限定されず、例えば、受信装置２０Ｂ、送信装置４０Ｂ、または管理サーバ１６Ａのいずれかが各動作を行ってもよい。Ｓ２１２、

そして、ＳＩＮＲ＿ＢがＳＩＮＲ＿ｒｅｑを下回る場合、管理サーバ１６Ｂは受信装置２０Ｂによる受信ビームステアリングの実行を指示し、受信装置２０Ｂが受信ビームステアリングを開始する（Ｓ２０８）。続いて、管理サーバ１６Ｂは、この受信ビームステアリング後の受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを満たすか否かを判断する（Ｓ２１２）。

Ｓ２１２においてＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを下回る場合、管理サーバ１６Ｂは送信装置４０Ｂによる送信ビームステアリングの実行を指示し、送信装置４０Ｂが送信ビームステアリングを開始する（Ｓ２１６）。続いて、管理サーバ１６Ｂは、この送信ビームステアリング後の受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＢ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを満たすか否かを判断する（Ｓ２２０）。

Ｓ２２０においてＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＢ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを下回る場合、管理サーバ１６Ｂは受信装置２０Ａによる受信ビームステアリングの実行を指示し、受信装置２０Ａが受信ビームステアリングを開始する（Ｓ２２４）。続いて、管理サーバ１６Ｂは、この受信ビームステアリング後の受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを満たすか否かを判断する（Ｓ２２８）。

Ｓ２２８においてＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを下回る場合、管理サーバ１６Ｂは送信装置４０Ａによる送信ビームステアリングの実行を指示し、送信装置４０Ａが受信ビームステアリングを開始する（Ｓ２３２）。続いて、管理サーバ１６Ｂは、この送信ビームステアリング後の受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＡ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを満たすか否かを判断する（Ｓ２３６）。

Ｓ２３６においてＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＡ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを下回る場合、管理サーバ１６Ｂは、受信装置２０Ｂの所要ＳＩＮＲを下げるための制御を行う（Ｓ２４０）。例えば、管理サーバ１６Ｂは、送信装置４０Ｂに送信レートの減少を指示する、または、Ｑｏｓレベルを下げる。その後、処理を終了する。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、必要に応じ、受信装置２０Ｂによる受信ビームステアリング、送信装置４０Ｂによる送信ビームステアリング、受信装置２０Ａによる受信ビームステアリング、送信装置４０Ａによる送信ビームステアリング、という順序に従ってビームステアリングを追加実行する。このように、受信ビームステアリングを送信ビームステアリングより優先的に実行することにより、オーバーヘッドを要する送信ビームステアリングを行う場合を抑制することができる。

なお、上述の受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦは、数値解析により推定される値であっても、実際のビームフォーミング後に受信装置２０Ｂにおいて測定される値であってもよい。また、上述の図６の処理は一度行うと終了するが、処理を繰り返し行うこととしてもよい。また、図６に示した各分岐（Ｓ２１２、Ｓ２２０など）において所定期間が経過した場合、処理が終了されるようにしてもよい。

＜５．本発明の第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態による動作を示したフローチャートである。図７に示したように、まず、管理サーバ１６Ｂは、送信装置４０Ｂから報告される受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂが、受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿ｒｅｑを満たすか否かを判断する（Ｓ３０４）。なお、当該判断を含む各動作の主体は特に限定されず、例えば、受信装置２０Ｂ、送信装置４０Ｂ、または管理サーバ１６Ａのいずれかが各動作を行ってもよい。Ｓ２１２、

そして、ＳＩＮＲ＿ＢがＳＩＮＲ＿ｒｅｑを下回る場合、管理サーバ１６Ｂは受信装置２０Ｂによる受信ビームステアリングの実行を指示し、受信装置２０Ｂが受信ビームステアリングを開始する（Ｓ３０８）。続いて、管理サーバ１６Ｂは、この受信ビームステアリング後の受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを満たすか否かを判断する（Ｓ３１２）。

Ｓ３１２においてＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを下回る場合、管理サーバ１６Ｂは受信装置２０Ａによる受信ビームステアリングの実行を指示し、受信装置２０Ａが受信ビームステアリングを開始する（Ｓ３１６）。続いて、管理サーバ１６Ｂは、この受信ビームステアリング後の受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを満たすか否かを判断する（Ｓ３２０）。

Ｓ３２０においてＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを下回る場合、管理サーバ１６Ｂは送信装置４０Ｂによる送信ビームステアリングの実行を指示し、送信装置４０Ｂが送信ビームステアリングを開始する（Ｓ３２４）。続いて、管理サーバ１６Ｂは、この送信ビームステアリング後の受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＢ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを満たすか否かを判断する（Ｓ３２８）。

Ｓ３２８においてＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＢ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを下回る場合、管理サーバ１６Ｂは送信装置４０Ａによる送信ビームステアリングの実行を指示し、送信装置４０Ａが受信ビームステアリングを開始する（Ｓ３３２）。続いて、管理サーバ１６Ｂは、この送信ビームステアリング後の受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＡ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを満たすか否かを判断する（Ｓ３３６）。

Ｓ３３６においてＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦ（ＳＩＮＲ＿Ｂ・Ｇ＿ｒｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｒｘＡ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＢ＿ＢＦ・Ｇ＿ｔｘＡ＿ＢＦ）がＳＩＮＲ＿ｒｅｑを下回る場合、管理サーバ１６Ｂは、受信装置２０Ｂの所要ＳＩＮＲを下げるための制御を行う（Ｓ３４０）。例えば、管理サーバ１６Ｂは、送信装置４０Ｂに送信レートの減少を指示する、または、Ｑｏｓレベルを下げる。その後、処理を終了する。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、必要に応じ、受信装置２０Ｂによる受信ビームステアリング、受信装置２０Ａによる受信ビームステアリング、送信装置４０Ｂによる送信ビームステアリング、送信装置４０Ａによる送信ビームステアリング、という順序に従ってビームステアリングを追加実行する。このように、本発明の第２の実施形態によれば、受信ビームステアリングを第１の実施形態よりも優先的に実行することにより、オーバーヘッドを要する送信ビームステアリングを行う場合をさらに抑制することができる。

なお、上述の受信装置２０ＢのＳＩＮＲ＿Ｂ＿ＢＦは、数値解析により推定される値であっても、実際のビームフォーミング後に受信装置２０Ｂにおいて測定される値であってもよい。また、上述の図７の処理は一度行うと終了するが、処理を繰り返し行うこととしてもよい。また、図７に示した各分岐（Ｓ３１２、Ｓ３２０など）において所定期間が経過した場合、処理が終了されるようにしてもよい。

＜６．まとめ＞
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、受信ビームステアリングを送信ビームステアリングより優先的に実行することにより、送信ビームステアリングを行う場合を抑制することができる。その結果、送信ビームステアリングのためのキャリブレーションに伴って発生するオーバーヘッドを抑制することが可能である。

なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、本明細書の通信システム１の処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、通信システム１の処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。また、管理サーバ１６、送信装置４０および受信装置２０に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した管理サーバ１６、送信装置４０および受信装置２０の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。

また、補足であるが、本明細書における「二次利用」は、第１の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用して追加的あるいは代替的な通信サービス（第２の通信サービス）を行うことをいう。ここで、第１の通信サービスと第２の通信サービスとは、異なる種類の通信サービスであってもよく、又は同一の種類の通信サービスであってもよい。異なる種類の通信サービスは、例えば、デジタルＴＶ放送サービス、衛星通信サービス、移動体通信サービス、無線ＬＡＮアクセスサービス、又はＰ２Ｐ（Ｐｅｅｒ Ｔｏ Ｐｅｅｒ）接続サービスなどの複数種類の通信サービスから選択される２以上の異なる種類の通信サービスであってもよい。

一方、同一の種類の通信サービスは、例えば、移動体通信サービスにおける、通信事業者により提供されるマクロセルによるサービスと、ユーザやＭＶＮＯ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｏｐｅｒａｔｏｒ）により運用されるフェムトセルによるサービスとの間の関係を含んでもよい。また、同一の種類の通信サービスは、ＬＴＥ−Ａ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ−Ａｄｖａｎｃｅｄ）に準拠した通信サービスにおける、マクロセル基地局により提供されるサービスと、スペクトラムホールをカバーするために中継局（リレーノード）により提供されるサービスとの間の関係を含んでもよい。

さらに、第２の通信サービスは、スペクトラムアグリゲーション技術を用いて集約された複数の断片的な周波数帯を利用するものであってもよい。また、第２の通信サービスは、マクロセル基地局により提供されるサービスエリア内に存在する、フェムトセル群、中継局群、マクロセル基地局よりも小さなサービスエリアを提供する中小基地局群より提供される補助的な通信サービスであってもよい。上記の本発明の各実施形態の要旨は、このようなあらゆる種類の二次利用の形態に広く適用可能なものである。

１６、１６Ａ、１６Ｂ 管理サーバ
２０、２０Ａ、２０Ｂ 受信装置
４０、４０Ａ、４０Ｂ 送信装置

Claims (10)

1. 第１の送信装置および第１の受信装置と、前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を２次利用する第２の送信装置および第２の受信装置と、からなる通信システムにおける、前記第２の受信装置の受信品質が所定基準を満たすか否かを判断するステップと；
   前記第２の受信装置の受信品質が所定基準を満たさないと判断された場合、前記第１の受信装置による受信ビームステアリング、前記第１の送信装置によるビームステアリング、前記第２の受信装置による受信ビームステアリング、または前記第２の送信装置による送信ビームステアリングを、所定の順序に従って追加実行するステップと；
   を含む、通信制御方法。
2. 前記所定の順序は、前記第２の受信装置による受信ビームステアリング、前記第２の送信装置による送信ビームステアリング、前記第１の受信装置による受信ビームステアリング、前記第１の送信装置によるビームステアリング、という順序である、請求項１に記載の通信制御方法。
3. 前記所定の順序は、前記第２の受信装置による受信ビームステアリング、前記第１の受信装置による受信ビームステアリング、前記第２の送信装置による送信ビームステアリング、前記第１の送信装置によるビームステアリング、という順序である、請求項１に記載の通信制御方法。
4. 前記第２の受信装置による前記受信ビームステアリングは、前記第１の送信装置から送信される無線信号の到来方向に対する受信ヌルステアリングである、請求項２または３に記載の通信制御方法。
5. 前記第２の送信装置による前記送信ビームステアリングは、前記第１の受信装置の存在方向に対する送信ヌルステアリングである、請求項４に記載の通信制御方法。
6. 前記第１の受信装置による前記受信ビームステアリングは、前記第２の送信装置から送信される無線信号の到来方向に対する受信ヌルステアリングである、請求項５に記載の通信制御方法。
7. 前記第１の送信装置による前記送信ビームステアリングは、前記第２の受信装置の存在方向に対する送信ヌルステアリングである、請求項６に記載の通信制御方法。
8. 前記第１の受信装置による受信ビームステアリングの追加実行により、前記第１の受信装置による受信品質が所定基準を上回るようになった場合、前記第１の送信装置から前記第１の受信装置への無線信号の送信電力を、前記第１の受信装置による受信品質が所定基準を下回らない範囲内で減少させる、請求項７に記載の通信制御方法。
9. 前記第１の受信装置による受信ビームステアリングの追加実行により、前記第１の受信装置による受信品質が所定基準を上回るようになった場合、前記第２の送信装置から前記第２の受信装置への無線信号の送信電力を、前記第１の受信装置による受信品質が所定基準を下回らない範囲内で増加させる、請求項７に記載の通信制御方法。
10. 第１の送信装置および第１の受信装置による通信を管理する第１の管理サーバと；
    前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を２次利用する第２の送信装置および第２の受信装置による通信を管理する第２の管理サーバと；
    を備え、
    前記第２の管理サーバは、第１の送信装置および第１の受信装置と、前記第１の送信装置に割り当てられている周波数を２次利用する第２の送信装置および第２の受信装置と、からなる通信システムにおける、前記第２の受信装置の受信品質が所定基準を満たすか否かを判断し、
    前記第１の管理サーバまたは前記第２の管理サーバは、前記第２の受信装置の受信品質が所定基準を満たさないと判断された場合、前記第１の受信装置による受信ビームステアリング、前記第１の送信装置によるビームステアリング、前記第２の受信装置による受信ビームステアリング、または前記第２の送信装置による送信ビームステアリングを、所定の順序に従って追加実行する、通信システム。
    

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