WO2010103690A1

WO2010103690A1 - 無線基地局および無線通信システム

Info

Publication number: WO2010103690A1
Application number: PCT/JP2009/068761
Authority: WO
Inventors: 幹夫桑原
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2010-09-16
Also published as: JP2010219579A

Abstract

　本発明は、移動体無線通信において利用される。特に隣接するセルあるいはセクタ間で、基地局間のアシスト情報を使わずに連携し、トラヒックの分散によるリソースの使用の偏りを緩和する方法について開示するものである。　基地局制御装置から閑散を判定するための閾値を配布し、閑散の場合に閉塞する周波数を予め決めておく、混雑局は閉塞する可能性の高いリソースにHARQを想定して干渉の影響が大きい端末を割り当てる。

Description

無線基地局および無線通信システム

参照による取り込み

　本出願は、２００９年３月１３日に出願された日本特許出願第２００９－０６０４１９号の優先権を主張し、その内容を参照することにより本出願に取り込む。

　本発明は、移動体無線通信技術に関し、特に、セルあるいはセクタ内、隣接するセルあるいはセクタ間における無線リソースの割り当て技術に関する。

　セルラ型の移動体無線通信システムでは、複数の基地局装置、あるいはアンテナが分散して配置され、それら基地局装置、あるいはアンテナからの電波が到達する範囲に無線通信のサービスエリアが形成される。移動体端末は、信号品質の最も高い基地局に接続するように制御される。また、移動体通信システムは、端末の移動に伴って、接続する基地局を次々にハンドオーバすることで、移動しながらも無線通信を維持できる仕組みを持っている。移動時の接続性を確保するために、各基地局、あるいはアンテナが形成するサービスエリアの境界は重なりあっている。各基地局あるいは各アンテナから送信される信号は、それぞれの基地局あるいはアンテナに接続している複数の端末に向けた情報であり、他の端末に向けた通信にとっては干渉となってしまう。干渉は他の端末に向けた通信にとっては妨害であり、通信品質やスループットの劣化を招く。

　図１に移動体無線通信システムの構成例を示す。
　基地局１０１～１０３はコアネットワークに接続し、コア側装置１００とデータ通信を行っている。基地局装置１０１は、コア側装置１００から得た情報を高周波信号に変換し、無線信号により端末１０４に送信する。端末１０４はその無線信号を受信し、信号処理を行って情報に変換して、コア側装置１００との通信を実現する。一方、端末１０４が生成した情報は、端末１０４において高周波信号に変換され、無線信号により基地局１０１に送信される。端末１０４から送信され、基地局１０１が受信した無線信号は、信号処理によって情報に変換され、コア側装置１００に送られる。

　図１の例では、複数の基地局１０１～１０３がコア側装置１００と接続し、それぞれが異なる場所で信号を送信している。端末１０４が、基地局１０１以外の基地局が送信する信号を受信した場合、基地局１０１以外の基地局が送信する信号は干渉波として端末１０４に受信される。

　基地局間の干渉を低減するための１つの方法としてFFR（Fractional Frequency Reuse）が知られている。本技術は、複数の基地局装置が、互いが利用できる周波数リソースに送信電力の重み付け、あるいはリソース選択を行い、特定の周波数帯での干渉の発生を抑え、セルカバレージを改善しようとしたものである。

　図２Ａ、図２Ｂを使ってFFRについて説明する。
　図２Ａ、図２ＢはFFRを適用した時基地局における無線リソース状態を示す例である。
　図２Ａ、図２Ｂは、隣接する基地局ＡおよびＢの無線リソース状態を示す図である。図２Ａ、図２Ｂにおいて、紙面縦軸が周波数軸、横軸が時間軸を示している。ハッチの掛かった部分はプリアンブルや制御チャネル（WiMAXの例ではチャネル割当を端末に通知するためのMAC情報）が配置される領域を示す。実線で囲まれた白抜きの部分（４０２、４０３）は共通チャネル（Shared Channel）と呼ばれる部分であり、主にユーザ情報の伝送に利用される領域である。図２Ａ、図２Ｂでは、共通チャネルを時間領域に２つのゾーンを設けた方法を例に背景技術を説明している。

　この例では、基地局Ａには、第１のゾーン４０２と第２のゾーン４０３を設け、基地局Ｂには、第１のゾーン５０２と第２のゾーン５０３を設けている。基地局Ａの第１のゾーン４０２および基地局Ｂの第１のゾーン５０２は主にセル境界の端末に割り当てられる強干渉域のためのリソースである。図２Ａ、図２Ｂに示すように、隣接する基地局Ａ、Ｂ間では、それぞれの第１のゾーン４０２と５０２は、使用する周波数帯が異なっている。FFRでは、このように、隣接する基地局間のセル境界においては、端末に割り当てる周波数として同じ周波数を使わないようにしている。

　無線リソースのリユースについて図２Ａ、図２Ｂを用いて説明する。図２Ａ、図２Ｂにおいて、図２Ａの基地局Ａと図２Ｂの基地局Ｂでは、それぞれの第１のゾーンで使用される周波数が異なっていることを説明した。すなわち、基地局Ａでは低周波数側の４０２を利用するが、中間の周波数４０４と高周波数側の４０５は使わない。隣接基地局Ｂでは中間の周波数５０２を利用し、低周波数側となる５０４と高周波数側となる５０５は使わない。つまり、周波数を３つのセグメントに分け、各基地局ではその内１つのセグメントしか利用しない。このようにすると、互いに隣接する３つの基地局のセル境界では全帯域を再利用していることになる。これを、リユース３（周波数繰返し３。以下、R3と略す場合あり）で運用しているという。隣接する基地局の使用する周波数が異なれば、互いの通信は干渉しない。そのため、干渉する無線信号を送信する基地局は隣接ではなく、そのまた次の隣接局となる。次隣接局は隣接局よりは距離が遠いため、接続している基地局からの無線信号に比べて端末が受信する干渉電力は小さくなると期待できる。FFRでは、このような考え方に基づき、干渉の影響を低減しようとする技術である。

　これに対し、基地局Ａの第２のゾーン４０３、基地局Ｂの第２のゾーン５０３は、主にセル中心の端末に割り当てられる弱干渉域のためのリソースである。第２のゾーンは、隣接基地局間では、同じ周波数を繰り返し利用する。すなわち、主にセル中心の端末に割り当てられる弱干渉域のためのリソースとして、基地局Ａではリソース４０３を利用し、隣接基地局Ｂでも同じ周波数５０３を利用する。第２のゾーンについては、隣接する基地局が全帯域を再利用しているため、リユース１（以下、R1と略する場合あり）で運用しているという。

　次に図３を用いて、FFRによる複数の基地局間のリソース割り当てについて説明する。
　図３は、FFRによる複数の基地局間のリソース割り当てのイメージを示す図である。
　上記で説明してあるように、各基地局の無線リソースには、R1とR3のゾーンが存在する。

　図３では、６つの基地局（６００～６０６）の配置が示されている。１つの基地局は３つのセクタから構成され、それぞれが基地局（６００～６０６）を中心とした扇型のエリアをカバーしている。中央にある基地局６０３に注目する。基地局６０３は紙面の上方を０度と考え時計周りに角度を定義すると、０度、１２０度、２４０度の方向に向けたセクタを構成している。セクタとは、１つ場所に置かれた基地局がアンテナの指向性を使って空間を角度によって分割して構成したセルの呼び方である。図３の例では、１つの基地局が３つのセクタを構成していて、それぞれのセクタは、あたかも異なる基地局に制御されている空間であるかのように制御される。例えば、図２Ａ、図２Ｂに戻ると、基地局Ａと書かれた図２Ａのフレームフォーマットを持つ第１のセクタと基地局Ｂと書かれた図２Ｂのフレームフォーマットを持つ第２のセクタが、１つの基地局（図３で黒の四角で記載）に搭載されている。各セクタは基地局に近いエリアと基地局間の境界に近いエリアの２つに分けられており、基地局に近いエリアでは“ｆ０”と記されたゾーン、あるいは周波数が使われる。また、基地局間の境界に近いエリアでは、“ｆ１”、“ｆ２”、“ｆ３”の３つの周波数が使い分けられ、隣接基地局から受ける干渉を低減している。図２Ａ、図２Ｂと図３を対応づけて説明すると、ｆ０は４０３で示されるゾーンであり、リユース１のリソースである。ｆ１は図２Ａでは４０２で示されるゾーンであり、ｆ２は図２Ａでは４０４で示されるゾーンであり、ｆ３は図２Ａでは４０５で示されるゾーンである。ｆ１、ｆ２、ｆ３はリユース３のリソースである。

　上記のFFRを実施した場合の端末の通信品質の変化について、図４および図５を用いて説明する。
　図４は、FFRを実施していない場合の端末のCINR分布を示す図であり、シャドーイング、基地局のアンテナパタン、伝搬損を考慮したシミュレーション結果である。但し、端末の分布は一様分布であることを仮定して、乱数によって決めている。図４は、黒の四角で記載する点に基地局が配置され、図３と同様に０度、１２０度、２４０度の方向を持つ３セクタ構成で信号を送信した場合のシミュレーション結果であり、各地点における端末のCINRの分布を示している。白丸○が分布するエリアはCINRが９dBよりも高い通信品質が良好なエリアを示す。また、黒丸●が分布するエリアはCINRが０dBよりも低い通信品質が劣悪なエリアを示している。アンテナの指向性のため、基地局付近に三つ葉状の通信品質が良好なエリアができている。一方、基地局境界、セクタ境界に通信品質が劣化するエリアが発生している。

　図５は、図２Ａ、図２Ｂに示す周波数割り当てに基づいてFFRを実施後のCINR分布を示している。CINRが良好な領域は殆ど変化がないが、CINRが劣悪であった領域が改善され、黒丸●の数が減っていることが確認できる。

　図６に、図４、５を累積確率分布に直したグラフを示す。
　FFRの実施により、FFR無と比較し、CINRの低い領域の分布が改善されていることが確認できる。図４にCINR分布を示したFFR実施無では、CINR<０dBとなるユーザ数は25％程度あった。これに対し、FFRの実施により、CINR<０dBとなるユーザ数は12％程度に削減できている。

3GPP TS36.423 8.3.1（Load Indication）

　上記で説明したFFRは、移動体端末の分布が一様であるという仮定に基づくものであり、その仮定の下では、通信品質の悪いエリアの端末のCINRを改善することができる。しかし、人の移動や集中は、商業活動などに依存しており、必ずしも一様ではない。むしろ、特定の領域に集中する傾向がある。そのため、端末が一様に分布しているという仮定に基づくFFRでは、端末の密度に偏りがある場合、改善効果が得られないことがあった。
これが第１の課題である。

　また、１つの基地局の配下となる端末数も、各基地局によってバラバラである。例えば主要ターミナルでは、人口密度が高くなるが、その周辺は必ずしもそうとは限らない。結果的に主要ターミナル周辺をカバーする基地局と通信中の端末数と、主要ターミナルをカバーする基地局と通信中の端末数には大きな差が発生する。このとき、端末毎のフェアネスを実現するためには、主要ターミナル周辺の基地局は無線リソースの使用を自粛し、干渉が低減することを周辺基地局に宣言することが望ましい。一部の新しい標準規格の無線通信システム（例えば非特許文献１のLoad Indication）では、そうしたインターフェースが実装されている。しかしながら、そうしたインターフェースを持たず既に運用が始まっている標準規格の無線通信システムもあり、そのようなシステムにおいても、基地局間の干渉の低減を実現する手段が必要とされていた。これが第２の課題である。

　第１の課題に対する解決手段を提示する。

　第１の課題が発生する原因は、２つのゾーンへの、端末の割り当てがバランス（ロードバランス）よく行われていないことにある。FFRを実施する場合、該当基地局に接続する端末を第１のゾーンと第２のゾーンの２のゾーンに振り分ける必要がある。これが適切でない場合、いずれかのゾーンに、多数の端末が集中することになる。その結果、端末当りのリソース利用機会が減り、フェアネスが低下する問題が発生する。例えば基地局間に端末が集中している場合、単純に端末から報告されるCINRをベースに固定の閾値で振り分けると、殆どの端末が報告するCINRが低くなり、殆どの端末がR3のリソースを使うように振り分けられてしまう。

　上記課題を解決するために、本願発明においては、移動体端末への無線リソースの割り当て制御を行う制御部と、記憶部を有し、移動体端末との無線通信に利用可能な無線リソースを、周波数および時間軸であらわす領域上で複数のゾーンに分割し、複数の移動体端末に複数のゾーンのいずれかを割り当てるリソース割り当て制御を行う無線基地局において、記憶部には、複数の移動体端末から送信されてきた通信品質情報を複数の移動体端末毎に記憶し、制御部は、複数の移動体端末毎に記憶されている通信品質情報に基づいて、移動体端末を通信品質順に並び替えた場合の順番を求め、その順番に関する情報をさらに移動体端末毎に記憶部に記憶し、通信品質順に並びかえた場合の順番に関する情報に基づいて、複数の移動体端末を、複数のゾーンにあらかじめ決めておいた割合で割り当てるようにした。

　第２の課題に対する解決手段を提示する。
　第２の課題を解決するために、本願発明においては、移動体端末と無線により通信を行う複数の無線基地局と、それら複数の無線基地局と接続された基地局制御装置を有する無線通信システムにおいて、基地局制御装置から、複数の無線基地局に対して、あらかじめ指定条件および無線リソース領域を通知しておき、それぞれの無線基地局は、基地局制御装置から受信した指定条件とその無線基地局に接続している移動体端末数に基づいて、トラフィック状況の判定を行い、判定結果に基づいて、通知された無線リソース領域への移動体端末の割り当て制御を行うようにした。

　本発明によれば、セル内で端末位置に分散があったとしても、常にロードバランスが取られるように働く。
　また、本発明により、特定のリソースには空きが発生しやすいという知識を基地局制御装置から提供し、各基地局が共有することにより、干渉低減効果を活用することができる。
　本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。

移動体通信システムの構成例を示す図。ゾーンとセグメントによりR1/R3を構成するFFRのリソース分割例を示す図。ゾーンとセグメントによりR1/R3を構成するFFRのリソース分割例を示す図。３セクタ時のFFRにおける空間的な配置例を示す図。 FFR無の状態でCINRの分布を計算したシミュレーション結果。 FFR有の状態でCINRの分布を計算したシミュレーション結果。 FFR無/有のCINR累積確率分布を比較したシミュレーション結果。本発明からなる第１の実施例の基地局構成を示す図。本発明からなる第１の実施例の基地局構成（RF分離型）を示す図。本発明からなる第１の実施例のRF部の構成図。本発明からなる第２の実施例のリソース閉塞方法を示す図。本発明からなる第２の実施例のリソース閉塞方法を示す図。本発明からなる第２の実施例のリソース閉塞方法を示す図。本発明からなる第２の実施例の他のリソース閉塞方法を示す図。本発明からなる第２の実施例の他のリソース閉塞方法を示す図。本発明からなる第２の実施例の他のリソース閉塞方法を示す図。本発明からなる第２の実施例のネットワーク構成を示す図。本発明からなる第２の実施例で、閑散を判定するフロー図。本発明からなる第２の実施例で、混雑を判定するフロー図。本発明からなる第２の実施例の効果を示す図（１セクタ）。本発明からなる第２の実施例の効果を示す図（２セクタ同じ周波数を閉塞）。本発明からなる第１の実施例で、基準閾値を求める際の考え方を開示する図。本発明からなる第１の実施例で、基準閾値を求める際の考え方を開示する図。但し、端末の分布が一様でない場合。本発明からなる第１の実施例で、基準閾値を求める際の考え方を開示する図。但し、端末の数が少ない場合。本発明からなる第１の実施例で、閾値を更新するフロー図。端末への周波数割り当て時のオフセット値について説明する図。

　本発明の第１の実施例を図７、図２Ａ、図２Ｂ、図１７、図２０を使って説明する。図７は、本発明の第１の実施例の基地局の構成図、図２Ａ、図２Ｂは周波数割り当てを示す図、図１７は本発明からなる第１の実施例の閾値の決め方を累積確率分布を使って説明する図、図２０は本発明からなる第１の実施例で閾値を変更するためのフロー図である。
　図７では、OFDMAの基地局装置１０１の構成が書かれている。本発明の第１の実施例の特徴となる閾値の更新演算はDSP２１５の中に具現化されている。まず、アンテナが受信した信号はRF部２０１に左側から入力され、デジタル信号に変換される。デジタル変換された信号は、CPE部２０２で基地局固有のタイミングにおいてCPが取り除かれる。CPとはCyclic Prefixの略であり、OFDM信号では遅延波の影響を除くために付けられている。CPE部２０２では、そのCPを取り外し、FFTを掛けるための前処理を行う。CPが取り外された受信信号はFFT部２０３において、FFTが掛けられる。FFTにより時間領域の信号は周波数領域に分解され、サブキャリヤ毎の情報に分離される。DMX部２０４では受信信号は周波数×時間で分割された情報として認識され、DSP部２１５内で具現化されているスケジューラによって決められたリソース割り当てに従ってチャネルの分解を行う。主にパイロット信号、制御信号、ユーザデータ信号に分割される。ここで、パイロット信号（あるいはリファレンス信号）は、CE部２０５に送られ、伝搬路の推定に利用される。

　制御信号はDEM部２０８に送られ、CE部２０５にて計算された伝搬推定結果を使ってMMSEあるいは類似の方法を使って復調し、伝搬路符号化の復号を行う。制御信号として端末から送られてくる情報には、下り回線のパケット伝送の成否を示すACK/NACK、端末で測定された該当基地局のCINR、受信信号電力RSSI、ハンドオーバを目的とした隣接基地局の受信レベルなどが含まれる。復号によって得られたこうした制御情報はDSP２１５のメモリ２２０に蓄積され、DSP２１５内に具現化されたスケジューラのサポートとして使われる。

　ユーザデータ信号はMLD部２０６に送られ、CE部２０５にて計算された伝搬路推定結果を使ってMLD（Maximum Likelihood detection）を行う。MLD部２０６によって計算された対数尤度比はDEC部２０７に入力され、DEC部２０７にてTURBO復号処理が行われる。得られた情報はDSP２１５に入力され、L2処理を施した後にネットワークインターフェース２１６を介して、ここには記載されていないコア側装置に送られる。

　コア側装置から伝送されてきた情報は、ネットワークインターフェース２１６を介してメモリ２２０に記録され、DSP２１５内に具現化されたスケジューラにより、適切なリソース割り当てが実施され、その結果に基づいて変調処理が行われてアンテナから送信される。従来技術として紹介したFFRを実現するための主要機能であるR1/R3の振り分けもスケジューラが分担する作業の１つである。メモリ２２０に入ったユーザデータ情報は、スケジューラの指示により取り出され、MOD部２０９にてターボ符号化、インタリーブ等の符号化処理とQPSK符号などへの変調処理が実施される。変調された情報はMUX部２１１にてスケジューラに指示されたリソースに配置される。このときパイロット生成部２１０が生成するパイロットと、制御チャネル変調部２１９が作成した制御チャネルが一緒に配置される。制御チャネルは情報をDSP２１５が作成し、制御チャネル変調部２１９が変調処理をしたものである。MUX部２１１によって統合された送信情報はIFFT部２１３にて時間領域に変換される。そしてCPI部２１４にてCPが付けられてRF部２０１に入力される。RF部２０１ではデジタル信号から高周波信号への変換・増幅が実施されて、図には記載されていないアンテナに出力される。

　図２Ａ、図２Ｂは下りのリソース割り当てを説明する図である。リソース割当ては図７のDSP２１５内に具現化されたスケジューラが担っている。ここでは該当基地局がＡであるとして説明する。上りのリソースは時分割、あるいは周波数分割によって送信されてくるが、本発明の効果はその方法には依存しない。ここでは例として時分割で送信されてくる場合を想定して説明する。時分割の場合には、図２Ａ、図２Ｂで示す時間帯とは異なる時間帯において上り情報が送信されてくる。基地局は上りと下りの時間帯を管理して下りが送信されるべきタイミングにおいて、図２Ａ、図２Ｂに示すフレームの情報を送信する。図２Ａ、図２Ｂで該当基地局は領域４０１で制御情報を、領域４０２、４０３でユーザデータを送っている。パイロット信号は４０１、４０２、４０３のそれぞれの領域にばらまかれて、周波数変動や時間変動に追従した伝搬路推定が可能となっている。

　第１の課題が発生していない状態、すなわち、セル内において端末は一様に分布している場合について考える。図２Ａ、図２Ｂで４０２領域と４０３の領域の面積比が１：６であったとする。Active状態の端末は定期的に接続中の基地局のパイロット信号あるいはプリアンブル信号を用いた伝搬路推定を行っており、その測定結果からCINRを測定している。また、定期的に基地局に対してその結果を上り制御情報として報告している。一様分布の場合、シミュレーションによりR1とR3を振り分ける閾値は伝搬モデルによって一意に決まる。

　図１７はシャドーイング、基地局のアンテナパタン、伝搬損を考慮したシミュレーション結果であり、図６のFFR無と一致する結果である。累積確率分布（CDF）で下から1/7の比率となるポイント（図で横線で表現。縦軸を１：６で分割）は、R1/R3の面積比と、R1/R3に配置される端末の数の比が一致する点である。曲線との交点から、R1/R3の切替閾値を求めることができる。R1/R3の切替閾値をこの点（グラフから-1.7dB）とすると、端末毎に平均的に割当て可能なリソースが均等となるリソースフェアネスの状態を保つことができる。

　しかし、シミュレーションでは理想的に端末が一様分布であることを仮定しているが、実際には、第１の課題で挙げたように端末の配置は一様ではなく、図１７に示す分布も、実際には、端末密度の分散が原因となってシミュレーション結果からずれが発生する。

　図１８には、端末がセル境界に集中した場合と、端末セル中心に中心した場合の分布図の例を示す。
　それぞれの曲線と先述の縦軸を１：６で分割する線分との交点（（１）、（２））は、端末（１）の分散により変化してしまう。また、端末位置は時間と共に変化するため、理想的な分布からのずれも時々刻々変化している。そのため、R1/R3のロードバランスを固定の閾値で制御することは難しい。本発明からなる第１の実施例では、Active状態の端末から報告されるCINRを定期的に昇順に並べ替え、累積確率分布（CDF）で下から1/7の比率となるポイントの端末のCINRを閾値として考える。そして閾値を秒単位程度の非常にゆっくりした周期で更新する。更には、１点の閾値でR1⇔R3間の遷移を決めてしまうと、遷移が頻繁に発生し、スケジューリングにおけるPF(プロポーショナルフェアネス)の評価関数の揺れや、HARQの制御が複雑になるなどの新たな問題点が発生するため、ヒステリシスを持たせる形とする。更には更新の際に忘却平均を掛けて急激な変化をしないように配慮する。

　図２０にスケジューラが実装する端末のR1/R3の振り分けに利用する閾値変更のフローを説明する。基地局は端末からのCINR報告を上り回線を使って受信することができる。報告は無線回線で行われ、制御情報として受信され、図７のDSP２１５に報告される（ステップ１００１）。DSP２１５はその値を端末毎にメモリ２２０に格納しておく。格納する際に、過去の値と忘却平均を取り、フェージングなどの急激な電波環境の優劣には追従しないようにする工夫を行ってもよい。基地局がもつタイマーを契機にCINR値を読み出し、現在Activeとなっている端末に関してCINR値（あるいは平均値）を昇順に並べ替える（ステップ１００２）。並べ替え後、図１７で説明した通り、あらかじめ決まっているR1とR3のリソース面積比を元にCINRが悪い端末から数えてN=全Activeな端末数*R3リソース面積/（R1とR3のリソース面積全体）から求まるNを求め、先に求めた昇順の端末リストの下からN番目の端末のCINRを基準閾値とする（ステップ１００３）。

　先に求めた基準となるCINRの閾値に対して、プラス側に固定のオフセットを持たせた第１の閾値を定義する。また、上記基準となるCINRの閾値に対して、マイナス側に固定のオフセットを持たせた第２の閾値を定義する（ステップ１００４）。端末からのCINR報告値が第１の閾値を上回る場合にR3からR1への遷移を実施し、端末からのCINR報告値が第２の閾値を下回る場合にR1からR3への遷移を実施する。このようにすることで、端末から報告されるCINRの分布に従ってR1/R3のリソースを端末間でアンフェアーにならない様に分配可能となる。よって課題は解決される。

　先にも説明した通り、閾値の更新は急であると多くの端末が閾値更新によってリソースの変更を求められる場合が発生する。その急激な遷移を緩和するため、

のように忘却平均を用いて基準閾値の変更を緩やかなものにしてもよい。上記式で、Th(i)はｉフレームの閾値であり、αは忘却係数、Th_measuredは新規に決定した閾値を表わす。

　端末数が少ないときについて考える。図１７では、端末の数が十分にあり、分布は滑らかに変化しているため、累積確率分布で、１：６の分割を誤差なく実施することができた。

　しかし、端末数が少なくなると、例えば、図１９に端末数が３の場合の分布を示すが、図１９のように１：６の分割を示す線分との交点が期待する値とならない場合がある。このときの処理について記載する。予め定められた端末数の閾値として、N0とN1を定義する。ここでN0<N1とする。Active状態の端末数nと予め定められたCINRの閾値th3と、優先するリソースRx＝｛R1, R3｝から
n<N0の時
　全ての端末をRxのリソースに配置
　N0<n<N1の時
　　min(CINR)>th3 ならば　全ての端末をRxのリソースに配置
　　min(CINR)<=th3 ならば　CINR最小の端末をR3に、その他はR1に配置
としてリソース割り当てを行う。端末数が少ないときには、優先するリソースが使われるように制御することができる。また、th3、N1の導入により、中間状態も作ることが容易である。

　また、図８に示すCPRIでRF部と接続する構成の基地局でも本発明は適用可能である。図８では、CPRIインターフェース２１７で図に描かれていないRF部と繋がる。その他のブロックの動作は先に説明した図７と同じである。

　CPRIで繋がるRF部は、図９に示す構成からなる。すなわち、CPRIのインターフェースにより、ベースバンド部とつながる。ベースバンド部から届いた信号は、RF－TX３０５にて無線周波数に変換され電力増幅される。無線周波数に変換された信号は、ディプレクサ３０２経由でアンテナ３０１に伝わり、空中に放射される。また、アンテナが受信した信号はディプレクサを介してRF-RX３０３に入力され、ベースバンド信号に変換される。変換されたベースバンド信号はCPRIインターフェース３０４を介して図には描かれていないベースバンド部に接続する。

　本発明の第２の実施例を、図７、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１２、図１３、図１４、図１５を用いて説明する。図７は、本発明からなる第１の実施例の基地局の構成図、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは本発明からなる第２の実施例の周波数割り当てを示す図、図１２は本発明からなる第２の実施例のネットワーク構成図、図１３は本発明からなる第２の実施例で閑散を判定するためのフロー図、図１４は本発明からなる第２の実施例で混雑を判定するためのフロー図、図１５は本発明からなる第２の実施例の効果を示すシミュレーション結果である。

　図７では、OFDMAの基地局装置１０１の構成が書かれている。本発明の特徴となる閑散判定や、スケジューリングはDSP２１５の中に具現化されている。まず、アンテナが受信した信号はRF部２０１に左側から入力され、デジタル信号に変換される。デジタル変換された信号は、CPE部２０２で基地局固有のタイミングにおいてCPが取り除かれる。CPとはCyclic Prefixの略であり、OFDM信号では遅延波の影響を除くために付けられている。CPE部２０２では、そのCPを取り外し、FFTを掛ける単位に情報を加工する。CPが取り外された受信信号はFFT部２０３において、FFTが掛けられる。FFTにより時間領域の信号は周波数領域に分解され、サブキャリヤ毎の情報に分離される。DMX部２０４では受信信号は周波数×時間で分割された情報として認識され、予めDSP部２１５内で具現化されているスケジューラによって決められたリソース割り当てに従ってチャネルの分解を行う。主にパイロット信号、制御信号、ユーザデータ信号に分割される。ここで、パイロット信号（あるいはリファレンス信号）は、CE部２０５に送られ、伝搬路の推定に利用される。制御信号はDEM部２０８に送られ、CE部２０５にて計算された伝搬推定結果を使ってMMSEを行い復調、復号を行う。ユーザデータ信号はMLD部２０６に送られ、CE部２０５にて計算された伝搬路推定結果を使ってMLDを行う。MLD部２０６によって計算された対数尤度比はDEC部２０７に入力され、DEC部２０７にてTURBO復号処理が行われる。得られた情報はDSP２１５に入力され、L2処理を施した後にネットワークインターフェース２１６を介して、ここには記載されていないコア側装置に送られる。

　コア側装置から伝送されてきた情報は、ネットワークインターフェース２１６を介してメモリ２２０に記録され、DSP２１５内に具現化されたスケジューラにより、適切なリソース割り当てが実施され、その結果に基づいて該当タイミングにおいて変調処理が行われてアンテナから送信される。メモリ２２０に入ったユーザデータ情報は、スケジューラの指示により取り出され、MOD部２０９にてターボ符号化、インタリーブ等の符号化処理とQPSK符号などへの変調処理が実施される。変調された情報はMUX部２１１にてスケジューラに指示されたリソースに配置される。このときパイロット生成部２１０が生成するパイロットと、制御チャネル変調部２１９が作成した制御チャネルが一緒に配置される。制御チャネルは情報をDSP２１５が作成し、制御チャネル変調部２１９が変調処理をしたものである。MUX部２１１によって統合された送信情報はIFFT部２１３にて時間領域に変換される。そしてCPI部２１４にてCPが付けられてRF部２０１に入力される。RF部２０１ではデジタル信号から高周波信号への変換・増幅が実施されて、図には記載されていないアンテナに出力される。

　図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは基地局Ａと基地局Ｂと基地局Ｃのリソース割り当てを説明する図である。ここでは基地局Ｂ、Ｃが閑散局であり、基地局Ａが混雑局であるとして説明する。ここで閑散局とは、周囲に対して無線の利用者が少ないセルであり、接続中の（Activeとなっている）端末数が予め決められた値よりも少ない状態にある基地局を呼ぶ。混雑局とは、周囲に対して無線の利用者が多いセルであり、接続中の（Activeとなっている）端末数が予め決められた値よりも多い状態にある基地局を呼ぶ。セルとセクタという言葉を正確に使い分ける必要があるが、本説明では、特に意識しないでセルという言葉を使っている。そのため、セルをセクタと読みかえた場合にも本発明の範疇である。また、閑散局、および混雑局を自立的に判断する方法については後述する。

　図１０Ａで基地局Ａは領域４０１で制御情報を、領域４０２、４０３でユーザデータを送っている。パイロット信号は４０１、４０２、４０３のそれぞれの領域にばらまかれて、周波数変動や時間変動に追従した伝搬路推定が可能となっている。ここで、４０６、４０７の領域は４０３の領域の一部として記載している。すなわち、４０６も４０７も４０３の一部であり、４０６と４０７にはさまれた白抜き部分も４０３の一部として説明している。領域４０６、４０７の使い方については後述する。

　本発明からなる第１の実施例により、R1/R3のロードバランスがリソースフェアーに保たれているとする。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃで４０２領域と４０３の領域の面積比が１：６であったとすると、基地局Ａ、Ｂ、ＣのR1の領域にはそれぞれがサービングしているActiveユーザの内、約８５％のActiveユーザが配置されている。
　基地局Ｂ、ＣのActive状態の端末数は予め想定しているユーザ数よりも少ない状態となっている。また、基地局ＡのActive状態の端末数は予め想定しているユーザ数よりも多い状態となっている。ここで、予め想定されている端末数は、図１２に示す構成図のネットワークに接続する基地局制御装置１によって設定される。基地局制御装置は、各基地局が配置される地域毎に予め設定された予測Active端末数をメモリに蓄積しており、それをコア側装置１００を経由して基地局（１０１、１０２、１０３）に配信している。

　基地局は図１３に示す閑散判定を定期的に実施している。まず、閑散判定を行う周期内に関して平均Activeユーザ数を計算する（ステップ８０１）。これはActiveユーザとなっている端末の数を該当周期内で平均をとったものである。続いて現状が閑散判定を行う適正な時間帯か、あるいは該当地域が指定地域かを確認する（ステップ８０２）。閑散判定は、都市部の特定のトラヒック集中地域にのみ適用するべきであり、また、深夜など周囲のトラヒックが閑散となっている場合などは外す必要がある。こうした地域、時間的に複数のセルに跨る広い地域で閑散となる場合には、閑散判定して、使えるリソースを制限しても隣接するエリアも閑散判定となるため、空いたリソースを活用する基地局がない。結果的に誰も使わないリソースができてしまい効率を下げる結果となることへの配慮である。ステップ８０２で条件外、すなわち閑散判定をしない時間帯や地域であると判断した場合には非閑散と判定する。また、ステップ８０２で条件を満たすことが判った場合には、次のステップ８０３に進む。次のステップでは、ステップ８０１で計算した平均Activeユーザ数を閾値Lと比較する。Activeユーザ数が閾値と比較し多い場合には閑散判定としない（ステップ８０５）。Activeユーザ数が閾値Lよりも少ない場合に、閑散と判定する（ステップ８０４）。

　同様に基地局は図１４に示す混雑判定も定期的に行っている。まず、混雑判定を行う周期内に関して平均Activeユーザ数を計算する（ステップ９０１）。このステップは閑散判定と同じである。閑散判定と混雑判定は同時に行っても問題はないため、ステップ８０１とステップ９０１は１つに統合してもよい次のステップでは、ステップ９０１で計算した平均Activeユーザ数を閾値Mと比較する（ステップ９０２）。Activeユーザ数が閾値Mと比較し少ない場合には混雑判定としない（ステップ９０４）。Activeユーザ数が閾値よりも多い場合に、混雑と判定する（ステップ９０３）。

　図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃに戻り、閑散判定された基地局の動作について説明する。閑散判定されると、基地局は基地局制御装置（図１２の１）から予め設定されたパラメータに従い、リソースの閉塞を行う。図１０Ｂ、図１０Ｃで、基地局Ｂの５０６、基地局Ｃの６０６が閉塞されたリソースに当る。閉塞されたリソースには、閑散局ではチャネルの割り当てを行わない。したがってこのリソース（５０６、６０６）はR1のリソースではあるが、隣接基地局のR1に対して干渉を起こさない。

　基地局Ａは近接局と直接連携していないため、リソースが閉塞されているかは判定できない。ただ、予め、基地局制御装置から周囲に閑散局があった場合に、どのリソースが優先的に閉塞されるかを知っている。すなわち、Ａ局は隣接局が今、閉塞を行っているかはわからないが、閉塞していたら図１０Ａの４０６、４０７のリソースの干渉が低い可能性が高いことを知っている。混雑セルと判断した基地局は、リソース割り当てを行う際に、

のように計算する。評価式Ｃの第１項は通常のPF（プロポーショナルフェアネス）の計算式である。平均スループットを分母に、そのリソースを使った場合に期待できるスループット予測値を分子とした評価式を作成し、Activeなユーザ（端末）全てで評価式を比較し、評価が高いユーザ（端末）に対して該当するリソースを割り当てる。第２項は本発明の第２の実施例で新たに定めた端末固有のオフセット項である。オフセット項は周波数ｆと端末から報告される干渉の強い基地局グループｇの関数となっている。端末はハンドオーバの準備のため隣接する複数の基地局の信号強度を測定している。その受信レベルが現在接続している基地局の受信レベルに近づいてくると基地局からの設定により、隣接基地局の受信レベルを報告させることができる。この受信レベル報告を元にｇを決める。例えば基地局Ａに接続している端末であっても、基地局Ｂにも近く、基地局Ｂからの干渉が大きいとする。そして該当端末はそのことを基地局Ａに報告していたとする。基地局Ａでは、リソース４０６の割り当てを計算する際にδの補正を計算する。

　リソース４０６は基地局Ｂが属する基地局グループが優先的に閉塞するリソースである。したがって、該当端末に対しては、ｆがリソース４０６になった場合にδが大きい値を取るようにオフセット値を決める。逆にそれ以外のリソースについては、何ら閉塞の効果は期待できないため、δは０とする。この評価式の結果、該当端末はリソース４０６に割り当てられやすくなる。リソース４０６に該当端末を割り当てる際も、干渉レベルが高いのか、低いのかは予測できない。そのため、HARQのターミネーションターゲットを多い送信回数で設定したチャレンジングなMCSを設定するようにする。こうすることで、周辺局が該当リソースを閉塞していて干渉が低減されている場合には、干渉低減からHAQRがアーリターミネーションされる。その結果混雑局のスループットを上げることができる。よって課題は解決することができる。

　図２１にδの模式図を示しておく。端末が報告する干渉局の基地局グループによって閉塞される周波数が異なる。端末を干渉局の基地局グループによって図２１の１１０１、１１０２、１１０３の３通りのδをオフセットとして評価式に加える。その結果、該当端末は、Ａのオフセット分だけオフセットさせた周波数に割り当てられやすくすることができる。また、干渉局からの干渉が殆どない状態の端末からは干渉局を特定する情報は来ないが、その端末はどの周波数を使っても干渉状態は変わらず、改善効果が期待できないため、こうしたオフセットによる周波数選択性を与える必要はない。上記で基地局グループとして３つのパタンから閉塞する周波数を決める方法を説明しているが、基地局毎に特別なパタンを設定してもよい。但し、パタン化によって管理上の工数が削減できるため、３つ程度のパタンで管理する方法をここでは開示している。

　図１５は本発明からなる第２の実施例の効果をシミュレーションにより検証したものである。隣接する１つのセクタに接続する端末数が減り、システム帯域の１/２を閉塞させたと仮定した場合の混雑局でのCINRを計算したものである。図からもわかるように、特にCINRが高い領域が改善され、全体的にCINRが向上させることができている。具体的には、黒丸●の点で、本発明の効果により、１．５ｄＢの改善が見られる。

　図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃの設定では、３つの周波数セグメントのグループが定義されていて、それぞれのグループに固有のリソース閉塞のルールが決められている。そのルールが基地局制御装置（図１２の１）から各基地局に設定されている。基地局Ａは基地局Ｂ、およびＣに設定されているルールも知っていて、閉塞になった場合にリソース４０６および４０７が低干渉となりやすい周波数であることを考慮にいれたスケジューリングを実施する手段を開示した。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃでは、各基地局が閉塞するリソースをグループ固有ではなく、全体として１つ共有していた場合を示す。すなわち、基地局ＢもＣも同一のリソース（５１１、６１１）を閉塞する場合である。この場合、混雑局も同じリソースとなる４１１を割り当てする際に式２で示したオフセットを付きの評価式を用いてリソース割り当てを実現する。

　この場合には、スケジューリングする際にどの局の干渉が大きいかは考慮する必要はなく、改善効果が期待できるR1に配置されながらもCINR報告の悪い端末を優先してリソース４１１に割り当てるようにオフセットを調整する。このようにすることで、高い改善効果が期待できる。図１６は隣接２セクタが閑散状態となり、同じリソースを閉塞するように制御した場合のシミュレーション結果である。閉塞するリソースはシステム帯域全体の１/２とした。図からもわかるように高い改善効果が期待できる。具体的には、黒丸●の点で、本発明の効果により、３ｄＢの改善が見られる。

　上記実施例では、閑散状態の判定は１レベルしかないように記載しているが、複数レベルの閑散レベル判定と、それに対応した閉塞するリソースのパタンがあってもよい。例えば、閑散レベルを８レベル用意しておき、閉塞するリソースの全帯域に対する比率を０％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％のように、閑散レベルに応じて変更してもよい。このような段階的なリソースの閉塞を実現すると閉塞状態が急激に変わることがなく、他局への干渉レベルの変化も緩やかとなる。また、接続する端末数に応じた段階的な干渉抑制を実現できる。この閑散判定レベルや閉塞する周波数のパタンも予め基地局制御装置（図１２の１）から設定される。閉塞レベルが変化する場合、混雑セルの扱いも変更した方がより効果的な対応が可能である。１つの実施例として、式２において、δが周波数ｆの関数となっているが、ｆによってδの値を段階的に変更する方法が効果的である。この実施例によれば、低い閑散レベル（端末数がさほど小さくない状態）でも高い確率で閉塞される周波数に対してδのオフセットの値を高くなるように設定し、閑散レベルが上がる毎にδのオフセット値を小さくするようなオフセットの与え方をすることで干渉の影響が大きい端末を確率的に干渉が少なくなると予測される周波数に割り当てられやすく導くことができる。

　また、上記の実施例では、基地局制御装置から閑散判定レベルと閉塞する周波数のパタンを基地局に設定する例を説明したが、固定のパタンでなくても、数式で表わされる閑散判定レベルと閉塞周波数のパタンの関係式を与え、その係数等のパラメータを与えることで同様の効果を得る方法は本特許の範疇である。

　また、上記実施例では、PFを例にオフセットを与えることで干渉が少ないと予測される周波数に干渉の影響の大きな端末を割り当てる例を紹介しているが、干渉の大小を式２のexpectet_Throughputの項の中に入れて計算しても効果は同じである。そうした式２の変形は本特許の範疇である。

　上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。

　１　基地局制御装置
　１００　コア側装置
　１０１～１０３　基地局
　１０４　端末
　２０１　RF部
　２０２　CPE部
　２０３　FFT部
　２０４　DMX部
　２０５　CE部
　２０６　MLD部
　２０７　DEC部
　２０８　DEM部
　２０９　MOD部
　２１０　Pilot生成部
　２１１　MUX部
　２１３　IFFT部
　２１４　CPI部
　２１５　DSP
　２１６　ネットワークインターフェース部
　２１７　CPRIインターフェース部
　２１９　制御チャネルMOD部
　２２０　メモリ
　３０１　アンテナ
　３０２　ディプレクサ部
　３０３　RF-RX部
　３０４　CPRIインターフェース部
　３０５　RF-TX部

Claims

　複数の移動体端末と無線により通信を行う無線基地局であって、
　前記複数の移動体端末への無線リソースの割り当て制御を行う制御部と、記憶部を有し、
　該無線基地局は移動体端末との無線通信に利用可能な無線リソースを、周波数および時間軸であらわす領域上で複数のゾーンに分割し、前記複数の移動体端末に前記複数のゾーンのいずれかを割り当てるリソース割り当て制御を行うものであり、
　前記記憶部に、前記複数の移動体端末から送信されてくる通信品質情報を前記複数の移動体端末毎に記憶し、
　前記制御部は、前記複数の移動体端末毎に記憶されている通信品質情報に基づいて、前記複数の移動体端末を通信品質順に並び替えた場合の順番を求め、該順番に関する情報をさらに移動体端末毎に前記記憶部に記憶し、前記通信品質順に並びかえた場合の順番に関する情報に基づいて、前記複数の移動体端末を、前記複数のゾーンにあらかじめ決めておいた割合で割り当てることを特徴とする無線基地局。
　前記制御部は、前記通信品質順に並びかえた場合の順番に関する情報に基づいて、閾値を設定することにより前記複数の移動体端末を、前記複数のゾーンにあらかじめ決めておいた割合で割り当てるものであって、前記閾値に対してプラスのオフセットを有する第１のオフセット閾値をさらに有し、移動体端末に対し、通信品質の低い移動体端末に割り当てるゾーンから、通信品質の高い移動体端末に割り当てるゾーンへのゾーン割り当て変更については、前記第１のオフセット閾値を適用することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局
　前記制御部は、前記通信品質順に並びかえた場合の順番に関する情報に基づいて、閾値を設定することにより前記複数の移動体端末を、前記複数のゾーンにあらかじめ決めておいた割合で割り当てるものであって、前記閾値に対してマイナスのオフセットを有する第２のオフセット閾値をさらに有し、移動体端末に対し、通信品質の高い移動体端末に割り当てるゾーンから、通信品質の低い移動体端末に割り当てるゾーンへのゾーン割り当て変更については、前記第２のオフセット閾値を適用することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局
　移動体端末と無線により通信を行う複数の無線基地局と、該複数の無線基地局と接続された基地局制御装置を有する無線通信システムであって、
　前記基地局制御装置から、前記複数の無線基地局に対して、あらかじめ指定条件および無線リソース領域を通知しておき、
　前記無線基地局は、前記指定条件と、該無線基地局に接続している移動体端末数に基づいて、トラフィック状況の判定を行い、判定結果に基づいて、前記通知された無線リソース領域への移動体端末の割り当て制御を行うことを特徴とする無線通信システム。
　請求項４に記載の無線通信システムであって、前記無線基地局は、前記指定条件と、該無線基地局に接続している移動体端末数に基づいて、閑散状態か否かの判定を行い、閑散状態と判定した場合には、前記通知された無線リソース領域の移動体端末への割り当てを行わないことを特徴とする無線通信システム。
　請求項４に記載の無線通信システムであって、前記無線基地局は、前記指定条件と、該無線基地局に接続している移動体端末数に基づいて、混雑状態か否かの判定を行い、混雑状態と判定した場合には、移動体端末から送信されてくる前記複数の無線基地局のうちの干渉強度の高い無線基地局に関する情報に基づいて、前記通知された無線リソース領域への移動体端末の割り当てを制御することを特徴とする無線通信システム。