JP6542625B2 - 基地局、中継局、および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信を行う基地局、中継局、および無線通信システムに関する。

無線通信システムの更なる発展として検討されている第５世代システムでは、スループットの更なる向上および周波数利用効率を高める対策として、通信エリアを小さくする小セルの利用が必至となる。

小セルが導入されると、小セルが街中の至る所に存在するように、小セルの数が飛躍的に増加することから、全小セルの基地局（中継局）とバックホールとを接続するための有線回線（光回線など）を敷設することはコスト的にも工事の面でも困難である。そこで、小セルの基地局とバックホールとを接続する回線を無線化する事が検討されている。具体的な例としては、小セル用の基地局と大セル用の基地局とが無線で接続される。

このようなバックホールの無線化は、有線の届かない離島や過疎地などのエリアに限らず、配線の敷設コストを下げるために、都市部等でその使用が予定されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ネットワークに接続するための配線の敷設工事が不要になることから、自由度を持った形で小セルを増設することができる。

一方、無線バックホールシステムを実現するための従来は、小セルの基地局（中継局）と遠隔の有線回線側とを互いに無線通信させるために、それぞれに専用の無線装置を配置したタイプが主流となっている。

特開２０１４−２１６７５８号公報

しかしながら、小セルの基地局（中継局）と遠隔の有線回線側それぞれに無線装置を配置すると設備費や工事費にコストがかかる。一方、小セル用の基地局と大セル用の基地局とが無線で接続される際には、第５世代システムを想定とした様々なトラヒックの状況に応じて、そのトラヒックを適切に処理することはできていない。

そこで、本発明は、大セル用の基地局のトラヒックの状況に応じて、小セル用の基地局（中継局）が他の大セル用の基地局に適切に収容することができる基地局、中継局、および無線通信システムを提供するものである。

本発明の無線通信システムは、中継局と無線接続される基地局を有する無線通信システムにおいて、前記基地局は、複数の中継局を無線接続で収容している際に、自身の基地局のトラヒックの負荷状態が基準を満たさなくなった場合、複数の中継局のうち、前記基準を満たすよう収容変更可能な中継局を１以上選択し、選択した中継局に対して収容替えさせ、前記中継局は、自身が前記基地局によって選択された際に他の基地局に無線接続を切替える構成を有する。

さらに、本発明の無線通信システムにおいて、前記基地局は、中継局を収容替えしたと仮定した場合に前記基地局のトラヒック量が最大になる中継局を選択する構成を有する。

さらに、本発明の無線通信システムにおいて、前記基地局は、前記中継局を収容替えしたと仮定した場合にそれぞれの前記中継局との無線バックホール区間の帯域、MIMO多重数、または適応変調次数が最も小さいものを選択する

さらに、本発明の無線通信システムにおいて、前記基地局は、前記中継局を選択した場合、前記中継局が切り替えることが可能な基地局を決め、前記中継局は、自身が前記基地局によって選択された際に前記決められた基地局に無線接続を切替える構成を有する。

さらに、本発明の無線通信システムにおいて、センタ装置を備え、前記センタ装置は、前記基地局が前記中継局を選択した場合、前記中継局が切り替えることが可能な基地局を決め、前記中継局は、自身が前記基地局によって選択された際に前記決められた基地局に無線接続を切替える構成を有する。

さらに、本発明の無線通信システムにおいて、前記センタ装置は、前記中継局を収容替えしたと仮定した場合に無線通信システム全体のトラヒック量が最大になる中継局を選択する構成を有する。

さらに、本発明の無線通信システムにおいて、前記中継局は、自身の中継局が前記基地局によって選択された際に切り替えることが可能な基地局を決め、この基地局に無線接続を切替える構成を有する。

さらに、本発明の無線通信システムにおいて、前記中継局は、自身の中継局が前記基地局によって選択された際に切り替え可能な基地局の優先順位を示すリストを作成し、このリストに従って順に基地局が自信と無線接続が可能か否かを確認し、無線接続が可能な基地局に切替える構成を有する。

本発明は、大セル用の基地局のトラヒックの状況に応じて、中継局が他の大セル用の基地局に適切に収容することができる基地局、中継局、および無線通信システムを提供するものである。

本発明の実施の形態に係る無線通信システムを示す図である。 本発明の実施の形態に係る大セル基地局のブロック図である。 本発明の実施の形態に係る小セル基地局のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムの動作例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムの動作例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムを示す図である。
（中継局）、センタ３０、無線端末９などによって構成される。

なお、大セル基地局１０をそれぞれ区別する場合には、大セル基地局１０ａ、１０ｂと記載し、それぞれを区別しない場合には、大セル基地局１０と記載する。小セル基地局２０をそれぞれ区別する場合には、小セル基地局２０ａ、２０ｂ、２０ｃと記載し、それぞれを区別しない場合には、小セル基地局２０と記載する。無線端末９をそれぞれ区別する場合には、無線端末９ａ、９ｂと記載し、それぞれを区別しない場合には、無線端末９と記載する。

大セル基地局１０は、広い範囲のエリア、いわゆる大セル（マクロセル）内での無線通信を可能にする基地局である。大セル基地局１０は、図１に示すように、ビルなどの建物の上に設置されることもある。

小セル基地局２０は、狭い範囲のエリア、いわゆる小セル内での無線通信を可能にする基地局である。小セルは、マイクロセル、ピコセル、フェムトセル等を含む。小セル基地局２０は、今後、街中の至る所に設置されることが予想されている。

センタ３０は、大セル基地局１０を制御・管理する装置であり、図１では、空中に存在しているように見えるが、便宜上そのように図示しているだけである。センタ３０は、実際は、ネットワークで大セル基地局１０と接続されている。また、センタ３０は、小セル基地局２０を制御・管理するようにしてもよい。

無線端末９は、小セル基地局２０に無線接続して通信することができる。また、無線端末９は、大セル基地局１０にも無線接続して通信することができるが、本発明の実施の形態では、無線端末９は、小セル基地局２０と無線接続する例について説明している。

小セル基地局２０は、有線のバックホール回線は持っておらず、大セル基地局１０と無線バックホールで接続されている。この場合、大セル基地局１０は、複数の小セル基地局２０と無線バックホールで接続することができる。

続いて、本発明の実施の形態に係る大セル基地局および小セル基地局の構成を、図面を参照して説明する。

図２は、本発明の実施の形態に係る大セル基地局のブロック図である。

大セル基地局１０は、無線通信部１１、制御部１２、メモリ１３、および回線部１４によって構成されている。

無線通信部１１は、無線端末９と無線通信するように構成されている。無線通信部１１は、無線端末９から送信された情報を制御部１２に出力し、制御部１２から出力された情報を無線端末９に送信するように構成されている。また、無線通信部１１は、小セル基地局２０とも無線通信するように構成されている。なお、無線通信部１１は、アダプティブアレー用にアンテナを複数有し、ビームフォーミングするようにしてもよい。

制御部１２は、無線通信部１１および回線部１４を制御すると共に、無線通信部１１から出力された情報を回線部１４に出力し、回線部１４から出力された情報を無線通信部１１に出力するように構成されている。なお、制御部１２が実行する処理の詳細については、以下に大セル基地局１０の動作として説明する。

回線部１４は、バックホール回線（ネットワーク）を介して他の大セル基地局１０やセンタ３０と通信することができる。

図３は、本発明の実施の形態に係る小セル基地局のブロック図である。

小セル基地局２０は、無線通信部２１、制御部２２、メモリ２３、およびバックホール無線通信部２４によって構成されている。

無線通信部２１は、無線端末９と無線通信するように構成されている。無線通信部２１は、無線端末９から送信された情報を制御部２２に出力し、制御部１２から出力された情報を無線端末９に送信するように構成されている。なお、無線通信部２１は、アダプティブアレー用にアンテナを複数有し、ビームフォーミングするようにしてもよい。

制御部２２は、無線通信部２１および回線部１４を制御すると共に、無線通信部１１から出力された情報をバックホール無線通信部２４に出力し、バックホール無線通信部２４から出力された情報を無線通信部２１に出力するように構成されている。なお、制御部２２が実行する処理の詳細については、以下に小セル基地局２０の動作として説明する。

バックホール無線通信部２４は、バックホール回線として無線で大セル基地局１０と通信することができる。なお、バックホール無線通信部２４は、アダプティブアレー用にアンテナを複数有し、ビームフォーミングするようにしてもよい。

次に、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの動作の一例について図を用いて説明する。

（本発明の第１の実施の形態）
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムの動作例を示す図である。

ここでは、大セル基地局１０ａが小セル基地局２０ａ、２０ｂ、２０ｃを収容しているものとする。小セル基地局２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、バックホール回線として大セル基地局１０ａを介して通信している。

小セル基地局２０が数多くの無線端末９と通信することや大量のデータ通信をすれば、大セル基地局１０ａは、その分のトラヒックを処理する必要があるため、トラヒックの負荷が基準値を超える、換言すれば、トラヒックの負荷状態が基準を満たさなくなることがある。このとき、大セル基地局１０ａは、高負荷状態を検出する（Ｓ１）。

なお、トラヒックは、データ転送量、瞬時最大呼量等でもよい。また、大セル基地局１０は、トラヒック量が基準を１回超えたとしても一定時間の間様子をみるようにして、一定時間継続してその基準を超えるようであれば、高負荷状態を検出するようにしてもよい。

（小セル基地局の選択：その１）
次に、大セル基地局１０ａが高負荷状態を検出したとき、小セル基地局２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうち、基準値を満たすよう収容変更可能な小セル基地局２０を１以上選択する（Ｓ２）。

例えば、小セル基地局２０ａ、２０ｂ、２０ｃのトラヒック量がそれぞれ５０、２０、３０で、基準値が８０あった場合、トラヒック量の総量が１００であり、基準値８０を超えていることになる。そこで、大セル基地局１０ａは、基準値８０を超えないように、収容替えする小セル基地局２０を選択する。

例えば、小セル基地局２０ａを収容替えしたと仮定すれば、小セル基地局２０ｂおよび２０ｃのトラヒック量の総量は、５０となり、基準値８０を超えないので、小セル基地局２０ａを選択してもよい。

例えば、小セル基地局２０ｂを収容替えしたと仮定すれば、小セル基地局２０ａおよび２０ｃのトラヒック量の総量は、８０となり、基準値８０を超えないので、小セル基地局２０ｂを選択してもよい。

例えば、小セル基地局２０ｃを収容替えしたと仮定すれば、小セル基地局２０ａおよび２０ｂのトラヒック量の総量は、７０となり、基準値８０を超えないので、小セル基地局２０ｃを選択してもよい。

本発明の第１の実施の形態では、小セル基地局２０を収容替えしたと仮定した場合に大セル基地局１０ａのトラヒック量が最大（８０）になる小セル基地局２０ｂが選択される。

すなわち、大セル基地局１０は、小セル基地局２０を収容替えしようとする際に、特定の小セル基地局２０を収容替えしたと仮定した場合に、大セル基地局１０のトラヒック量が最大になる小セル基地局２０を選択する。

また、上述した例では、小セル基地局２０が１つ選択されたが、小セル基地局２０が２つ選択されても、大セル基地局１０ａのトラヒックの負荷が基準値を超えない。ここでは、大セル基地局１０ａは、選択する小セル基地局２０の数が１つまたは２つあれば、最小数の１つを選択する。要するに、大セル基地局１０は、選択できる小セル基地局２０の数が複数ある場合には、その最小数を選択し、その最小数に相当する小セル基地局２０を選択する。

（小セル基地局の選択：その２）
ステップＳ２の代替えとして、大セル基地局１０ａは、各小セル基地局２０との無線バックホール区間の帯域（またはMIMO多重数や適応変調次数）が最も小さいものを選択するようにしてもよい。

なお、大セル基地局１０ａは、上述した「小セル基地局の選択」のその１および２を組み合わせて小セル基地局２０を選択するようにしてもよい。

（小セル基地局の選択：その３）
ステップＳ２の代替えとして、大セル基地局１０ａは、まず、上述したように小セル基地局２０を１つ選んだ後、選んだ小セル基地局２０と他の大セル基地局１０との位置、小セル基地局２０と他の大セル基地局１０との信号レベル（例えばＳＩＮＲ：SIGNAL-TO- INTERFERENCE-NOISE RATIO）、他の大セル基地局１０の残トラフィック量から、最も適切な他の大セル基地局１０を選択する。左記に示した位置、信号レベル、残トラフィック量は、センタ３０から取得するような構成にしてもよい。

最も適切な他の大セル基地局１０がない場合には、大セル基地局１０ａは、次の小セル基地局２０を選択し、次の小セル基地局２０にとって最も適切な他の大セル基地局１０を選択する。最も適切な他の大セル基地局１０がない場合には、大セル基地局１０ａは、また繰り返す。

次に、大セル基地局１０ａは、ステップＳ２で選択した小セル基地局２０（ここでは小セル基地局２０ｂ）に対し、収容替え指示を行い、小セル基地局２０ｂは、他の大セル基地局１０の候補を検索する（Ｓ３）。なお、他の大セル基地局１０の候補を検索する場合は、上述した「小セル基地局の選択」のその１および２が実施されている場合である。その３については、既に他の大セル基地局１０が決まっているため、小セル基地局２０ｂは、その決まった大セル基地局１０に収容替えの処理を行う。

ここで、大セル基地局１０の候補の検索については、例えば、小セル基地局２０ｂは、他の大セル基地局１０との位置、他の大セル基地局１０との信号レベル、他の大セル基地局１０の残トラフィック量から、最も適切な他の大セル基地局１０を候補とし、順次その優先順位のリストを作成する。適切な他の大セル基地局１０が全くない場合には、小セル基地局２０ｂは収容替えせず、大セル基地局１０ａは、小セル基地局２０ｂからの再接続があっても許可する。

次に、小セル基地局２０ｂは、作成した大セル基地局１０の候補の優先順位のリストに基づいて、優先順位の最も高い大セル基地局１０に収容替えを行うが、収容替えできない場合は、順に次の大セル基地局１０に収容替えを試みる（Ｓ４）。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムにおいて、大セル基地局１０は、複数の小セル基地局２０を無線接続で収容している際に、自身の基地局のトラヒックの負荷状態が基準を満たさなくなった場合、複数の小セル基地局２０のうち、この基準を満たすよう収容変更可能な小セル基地局２０を１以上選択し、選択した小セル基地局２０に対して収容替えさせるため、大セル基地局１０のトラヒックの状況に応じて、小セル基地局２０が他の大セル基地局１０に適切に収容することができる。

（本発明の第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムの動作例を示す図である。

ここでは、大セル基地局１０ａが小セル基地局２０ａ、２０ｂ、２０ｃを収容しているものとする。小セル基地局２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、バックホール回線として大セル基地局１０ａを介して通信している。

ステップＳ１およびＳ２については、本発明の第１の実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。

大セル基地局１０ａは、ステップＳ２で選択した小セル基地局２０（ここでは小セル基地局２０ｂ）をセンタ３０に通知すると共に、選択した小セル基地局２０が次に収容される大セル基地局１０を検索するための指示を行う。

次に、センタ３０は、この指示を受けると、小セル基地局２０ｂが収容される他の大セル基地局１０（大セル基地局１０ａを除く）の候補を検索する（Ｓ１１）。

例えば、センタ３０は、通知された小セル基地局２０ｂと他の大セル基地局１０との位置、小セル基地局２０と他の大セル基地局１０との信号レベル、他の大セル基地局１０の残トラフィック量から、最も適切な他の大セル基地局１０を検索する。なお、センタ３０は、最も適切な他の大セル基地局１０を候補とし、順次その優先順位のリストを作成するようにしてもよい。

センタ３０は、検索した大セル基地局１０またはその優先順位のリストを小セル基地局２０ｂに通知する。

次に、小セル基地局２０ｂは、通知された大セル基地局１０に収容替えを行う、または、通知された大セル基地局１０の候補の優先順位のリストに基づいて、優先順位の最も高い大セル基地局１０に収容替えを行う（Ｓ１２）。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムにおいて、センタ３０が適切な他の大セル基地局１０を検索し、検索した他の大セル基地局１０に小セル基地局２０を収容替えさせるため、より確実に他の大セル基地局１０に小セル基地局２０を収容替えさせることができる。

なお、センタ装置３０は、大セル基地局１０ａに替えてステップＳ２を行ってもよく、小セル基地局２０を収容替えしたと仮定した場合に無線通信システム全体のトラヒック量が最大になる小セル基地局２０を選択するようにしてもよい。

ところで、各小セル基地局２０のトラフィック特性は、時間や状況において異なるため、大セル基地局１０につながる無線端末９や小セル基地局２０のトラフィック状況は変動する。もし大セル基地局１０は、負荷のあるトラフィック特性をもつ小セル基地局２０を複数収容した場合、最大トラフィックの収容ができなくなる。これを回避するには、同一大セル基地局１０にはトラフィック特性の異なる子局を選択することや、問題状況に陥った際は素早く小セル基地局２０のつなぎ換えを行うことが有効である。これにより、発生するトラフィックをシステム全体に分散させる制御を行うことができれば、必要最小限の有線回線で運用が可能となる。

その他の実施例では、小セル基地局２０の収容替えは、深夜など無線通信を利用しているユーザが少ない時間帯に実施するようにしてもよい。該当する小セル基地局２０に接続する無線端末９がおらず、瞬時に収容替えが可能な場合には即実行してもよい。

その他の実施例では、小セル基地局２０は、大セル基地局１０向けにアダプティブアレーを利用したスマートアンテナ処理を行うことができる。小セル基地局２０は、一度接続したことのある大セル基地局１０に対し、スマートアンテナ処理の送受信ウェイト情報などを学習して継続的に使える。これを利用して、小セル基地局２０は、短時間では行えない超多素子（例えば１００本）でのアダプティブアレー送受信ウェイト演算を長時間かけて実施し、算出したウェイトを長時間継続して使うことができる。これにより、小セル基地局２０に搭載するプロセッサの能力を抑えることができる。小セル基地局２０は、当初は１本送受信で処理を開始し、時間をかけ複数アンテナでの送受信ウェイトを実施し、完了した時点で当該情報を反映して送受信処理を行うこともできる。

９ 無線端末
１０ 大セル基地局
１１ 無線通信部
１２ 制御部
１３ メモリ
１４ 回線部
２０ 小セル基地局
２１ 無線通信部
２２ 制御部
２３ メモリ
２４ バックホール無線通信部
３０ センタ

Claims (8)

1. 中継局と無線接続される基地局を有する無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、
   複数の中継局を無線接続で収容している際に、
   自身の基地局のトラヒックの負荷状態が基準を満たさなくなった場合、複数の中継局のうち、前記基準を満たすよう収容変更可能な中継局を１以上選択する際、前記中継局を収容替えしたと仮定した場合に前記基地局のトラヒック量が最大になる中継局を選択し、
   選択した中継局に対して収容替えさせ、
   前記中継局は、
   自身が前記基地局によって選択された際に他の基地局に無線接続を切替える
   無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、前記中継局を収容替えしたと仮定した場合にそれぞれの前記中継局との無線バックホール区間の帯域、MIMO多重数、または適応変調次数が最も小さいものを選択する無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、前記中継局を選択した場合、前記中継局が切り替えることが可能な基地局を決め、
   前記中継局は、自身が前記基地局によって選択された際に前記決められた基地局に無線接続を切替える無線通信システム。
4. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   センタ装置を備え、
   前記センタ装置は、前記基地局が前記中継局を選択した場合、前記中継局が切り替えることが可能な基地局を決め、
   前記中継局は、自身が前記基地局によって選択された際に前記決められた基地局に無線接続を切替える無線通信システム。
5. 請求項４に記載の無線通信システムにおいて、
   前記センタ装置は、前記中継局を収容替えしたと仮定した場合に無線通信システム全体のトラヒック量が最大になる中継局を選択する無線通信システム。
6. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記中継局は、自身の中継局が前記基地局によって選択された際に切り替えることが可能な基地局を決め、この基地局に無線接続を切替える無線通信システム。
7. 請求項６に記載の無線通信システムにおいて、
   前記中継局は、
   自身の中継局が前記基地局によって選択された際に切り替え可能な基地局の優先順位を示すリストを作成し、このリストに従って順に基地局が自信と無線接続が可能か否かを確認し、無線接続が可能な基地局に切替える無線通信システム。
8. 中継局と無線接続される基地局において、
   複数の中継局を無線接続で収容している際に、
   自身の基地局のトラヒックの負荷状態が基準を満たさなくなった場合、複数の中継局のうち、前記基準を満たすように負荷の少ない中継局を１以上選択し、
   選択した中継局に対して収容替えさせる制御部を備えた基地局。