JP5409326B2

JP5409326B2 - 上層基地局及び無線通信システム

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Description

本発明は、上層基地局及び無線通信システムに関する。

無線通信システムで使用される基地局は、一般にマクロセルと呼ばれるセル半径が数ｋｍ〜１０ｋｍ程度のセルで通信エリアを構築するが、遮蔽物や基地局の立地条件などにより、マクロセル内に通信感度の悪いエリアが形成される場合がある。近年では、マクロセルの全領域で高速通信を保証可能なセル構造として、マクロセル内に存在する低感度エリアに、マイクロセルと呼ばれるセル半径が数百ｍ〜１ｋｍ程度の小型セル用の基地局を配置して成るヘテロジーニアスネットワークが実用化されている。

小型セル用の基地局を用いる技術としては、例えば、下記特許文献１には、売店や飲食店等の商業施設内などに、複数のフェムトセル（セル半径が数十ｍ程度の小型セル）を数珠つなぎに隣接配置し、隣接するフェムトセル間での移動局のハンドオーバを許可した際、移動局が在圏していないフェムトセルの基地局無線送信を停止させ、移動局がフェムトセル内に移動した時、当フェムトセルに隣接するフェムトセルの基地局無線送信を開始する技術が開示されている。

特開２００９−１５９３５５号公報

上記特許文献１の技術は、複数のセルが数珠つなぎに隣接配置されている場合には有効であるが、マクロセル内に複数の小型セル（マイクロセル、ピコセル或いはフェムトセル）が存在するヘテロジーニアスネットワークにおいては、マクロセルと小型セルとが隣接した位置関係にないため、当技術を適用することはできない。また、隣接フェムトセル数が多くなると、その分、実際には接続しない（ハンドオーバするかしないか不明な）隣接フェムトセルの基地局無線送信が開始されるため、無駄な電力消費が生じることになる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上層セル内に複数の下層セルが配置された無線通信システムの消費電力を最小限に抑えることの可能な上層基地局及び無線通信システム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、本発明に係る上層基地局は、上層セル内に複数の下層セルが配置された無線通信システムにおいて前記上層セルを形成する上層基地局であって、前記上層セル内に存在する無線端末との通信を実現する上層無線部と、前記下層セルを形成する下層基地局との通信を実現する上層局間通信部と、現在通信中の無線端末との通信接続条件を満足する前記下層基地局に対し、前記上層局間通信部を介して省電力モードから通常動作モードへの切替えを指示する上層制御部と、を備え、前記上層制御部は、前記無線端末との通信によって取得した前記無線端末の使用周波数及び位置情報を基に、前記無線端末の使用周波数に対応可能な下層基地局であって、且つ当該無線端末が下層セル内に位置する下層基地局があった場合、前記通信接続条件を満足する下層基地局として判断することを特徴とする。

また、本発明に係る上層基地局において、前記上層制御部は、前記無線端末の位置情報を基に、前記現在通信中の無線端末が下層セル内に位置する下層基地局があった場合、前記通信接続条件を満足する下層基地局として判断することを特徴とする。

また、本発明に係る上層基地局において、前記上層制御部は、前記無線端末の通信種別及び位置情報を基に、前記通信種別がデータ通信であって、且つ当該無線端末が下層セル内に位置する下層基地局があった場合、前記通信接続条件を満足する下層基地局として判断することを特徴とする。
また、前記上層制御部は、前記通信種別が音声通信の場合には、前記位置情報に関わらず、前記通信接続条件を満足する下層基地局は存在しないと判断することを特徴とする。

また、前記上層制御部は、前記無線端末の使用周波数に対応可能な下層基地局が存在しない場合、前記位置情報に関わらず、前記通信接続条件を満足する下層基地局は存在しないと判断することを特徴とする。

また、本発明に係る上層基地局において、前記上層制御部は、自局の通信負荷が規定値以上の場合に、前記通信接続条件を満足する下層基地局が存在するか否かの判断を行うことを特徴とする。

本発明に係る無線通信システムは、上層セル内に複数の下層セルが配置された構造を採用し、前記上層セルを形成する上層基地局及び前記複数の下層セルの各々を形成する複数の下層基地局を備える無線通信システムであって、前記上層基地局は、前記上層セル内に存在する無線端末との通信を実現する上層無線部と、前記下層セルを形成する下層基地局との通信を実現する上層局間通信部と、現在通信中の無線端末との通信接続条件を満足する前記下層基地局に対し、前記上層局間通信部を介して省電力モードから通常動作モードへの切替えを指示する上層制御部と、を備え、前記上層制御部は、前記無線端末との通信によって取得した前記無線端末の使用周波数及び位置情報を基に、前記無線端末の使用周波数に対応可能な下層基地局であって、且つ当該無線端末が下層セル内に位置する下層基地局があった場合、前記通信接続条件を満足する下層基地局として判断することを特徴とする。

本発明によれば、上層基地局において現在通信中の無線端末との通信接続条件を満足すると判断された下層基地局のみを、省電力モードから通常動作モードへ切替えるため、システム全体の消費電力を最小限に抑えることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る無線通信システム１のブロック構成図である。上層基地局ＵＢ及び下層基地局ＬＢ１〜ＬＢ８の内部ブロック構成図である。上層基地局ＵＢの通信動作を表すフローチャートである。下層基地局ＬＢの通常動作モード時及びパワーセーブモード時における通信動作を表すフローチャートである。無線端末を含む無線通信システム１の全体通信動作の具体例を表すシーケンスチャートである。無線端末を含む無線通信システム１の全体通信動作の具体例に関する補足説明図である。無線端末を含む無線通信システム１の全体通信動作の具体例に関する補足説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態における無線通信システム１の構成概略図である。この図１に示すように、無線通信システム１は、例えば次世代高速通信規格であるＬＴＥ（Long Term Evolution）に準拠したＬＴＥシステムであり、上層セルＵＳ内に複数（本実施形態では８個）の下層セルＬＳ１〜ＬＳ８が配置されたヘテロジーニアスネットワークを採用している。

ＬＴＥシステムとは、ダウンリンク通信にＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を、アップリンク通信にＳＣ−ＦＤＭＡ(Single Carrier Frequency Division Multiple Access）を用い、ユーザ端末に対してＲＢ（Resource Block）単位で無線リソースの割り当てを行うものである。なお、ＲＢとは、例えば、１２サブキャリア分の帯域幅（＝１８０ｋＨｚ）と７シンボル分の時間幅（＝１スロット長０．５ｍｓ）で構成された、無線リソースの最小割当単位である。

このようなＬＴＥシステム等の高速無線通信システムでは、スループット向上のために、ヘテロジーニアスネットワークを形成し、ＳＮの確保や基地局負荷の分散を図っている。本実施形態では、上層セルＵＳとして、セル半径が数ｋｍ〜１０ｋｍ程度のマクロセルを想定し、下層セルＬＳ１〜ＬＳ８として、セル半径が数百ｍ〜１ｋｍ程度のマイクロセルを想定する。なお、下層セルＬＳ１〜ＬＳ８は、マイクロセルよりも小型のフェムトセル、或いはピコセル等であっても良い。

このような無線通信システム１は、上層セルＵＳを形成する上層基地局ＵＢと、下層セルＬＳ１〜ＬＳ８のそれぞれを形成する８基の下層基地局ＬＢ１〜ＬＢ８とを備えている。上層基地局ＵＢは、上層セルＵＳ内に存在する無線端末（図示省略）との無線通信が可能であると共に、通信ケーブル（図示省略）によって各下層基地局ＬＢ１〜ＬＢ８と通信可能に接続されている。また、下層基地局ＬＢ１〜ＬＢ８は、それぞれの自局の下層セルＬＳ１〜ＬＳ８内に存在する無線端末（図示省略）との無線通信が可能である。

なお、以下では、説明の便宜上、下層基地局ＬＢ１〜ＬＢ８のそれぞれを区別する必要がない場合には下層基地局ＬＢと総称し、また、下層セルＬＳ１〜ＬＳ８のそれぞれを区別する必要がない場合には下層セルＬＳと総称する。

図２は、上層基地局ＵＢ及び下層基地局ＬＢ１〜ＬＢ８の内部ブロック構成図である。なお、図２では、下層基地局ＬＢ３を代表的に用いて、下層基地局ＬＢの内部構成を図示しているが、他の下層基地局ＬＢも同様な内部構成を備えている。この図２に示すように、上層基地局ＵＢは、上層無線部１１、上層局間通信部１２、上層記憶部１３及び上層制御部１４を備えている。また、下層基地局ＬＢ３は、下層無線部２１、下層局間通信部２２、下層記憶部２３及び下層制御部２４を備えている。

上層基地局ＵＢにおいて、上層無線部１１は、上層制御部１４による制御の下、ダウンリンク通信ではＯＦＤＭＡを、アップリンク通信ではＳＣ−ＦＤＭＡを用いて、上層セルＵＳ内に存在する無線端末との無線通信を実現するものである。具体的には、この上層無線部１１は、ダウンリンク通信時において、上層制御部１４から入力されるベースバンド信号から送信用のＯＦＤＭ信号を生成し、そのＯＦＤＭ信号をアンテナ１１ａを介して無線端末に送信する。また、この上層無線部１１は、アップリンク通信時において、アンテナ１１ａを介して無線端末から受信したＳＣ−ＦＤＭ信号をベースバンド信号に変換して上層制御部１４に出力する。

上層局間通信部１２は、通信ケーブルＣを介して各下層基地局ＬＢ１〜ＬＢ８の下層局間通信部２２と通信可能に接続されており、上層制御部１４による制御の下、各下層基地局ＬＢ１〜ＬＢ８との有線通信を実現するものである。上層記憶部１３は、上層制御部１４にて実行される基地局制御プログラムや各種設定データを予め記憶していると共に、パケットデータをバッファリングするバッファとしての機能を有している。

上層制御部１４は、上層記憶部１３に記憶されている基地局制御プログラムに従って上層基地局ＵＢの通信動作を統括制御するものである。また、この上層制御部１４は、本実施形態における特徴的な機能として、現在通信中の無線端末との通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢに対し、上層局間通信部１２を介してパワーセーブモード（省電力モード）から通常動作モードへの切替え指示（以下、モード切替指示と称す）を送信する機能を有している。なお、通信接続条件の一つには、下層基地局ＬＢの通信可能エリア（下層セルＬＳ）に現在通信中の無線端末が位置するという条件がある。

なお、本実施形態において、上層制御部１４は、無線端末との通信によって取得可能な端末属性情報に基づいて、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢが存在するか否かを判断する。具体的には、上層制御部１４は、上記の端末属性情報として取得した無線端末の位置情報を基に、現在通信中の無線端末が下層セルＬＳ内に位置する下層基地局ＬＢがあった場合、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢとして判断する。なお、端末属性情報には、現在通信中の無線端末の位置情報に加えて、音声通信・データ通信等の通信種別、無線端末の使用周波数などがある。

一方、下層基地局ＬＢ３（他の下層基地局ＬＢも同様）において、下層無線部２１は、下層制御部２４による制御の下、ダウンリンク通信ではＯＦＤＭＡを、アップリンク通信ではＳＣ−ＦＤＭＡを用いて、下層セルＬＳ３内に存在する無線端末との無線通信を実現するものである。具体的には、この下層無線部２１は、ダウンリンク通信時において、下層制御部２４から入力されるベースバンド信号から送信用のＯＦＤＭ信号を生成し、そのＯＦＤＭ信号をアンテナ２１ａを介して無線端末に送信する。また、この下層無線部２１は、アップリンク通信時において、アンテナ２１ａを介して無線端末から受信したＳＣ−ＦＤＭ信号をベースバンド信号に変換して下層制御部２４に出力する。

下層局間通信部２２は、通信ケーブルＣを介して上層基地局ＵＢの上層局間通信部１２と通信可能に接続されており、下層制御部２４による制御の下、上層基地局ＵＢとの有線通信を実現するものである。下層記憶部２３は、下層制御部２４にて実行される基地局制御プログラムや各種設定データを予め記憶していると共に、パケットデータをバッファリングするバッファとしての機能を有している。

下層制御部２４は、下層記憶部１３に記憶されている基地局制御プログラムに従って下層基地局ＬＢ３の通信動作を統括制御するものである。また、この下層制御部２４は、本実施形態における特徴的な機能として、上層基地局ＵＢから下層局間通信部２２を介してモード切替指示を受信した場合に、自局の動作モードをパワーセーブモード（省電力モード）から通常動作モードへ切替える一方、下層無線部２１による無線端末との通信が終了した場合に、自局の動作モードをパワーセーブモードへ切替える機能を有している。

なお、本実施形態において、パワーセーブモードとは、下層無線部２１への電源供給を停止して無線通信動作を実施不能（電波送受信不能）とし、下層制御部２４の機能を、上層基地局ＵＢからのモード切替指示を待ち受ける待ち受け機能のみに制限するモードである。つまり、パワーセーブモード時における下層基地局ＬＢ３の電力は、そのほとんどが下層制御部２４のモード切替指示の待ち受け機能に消費されるため、消費電力量は極微量となる。

次に、上記のように構成された上層基地局ＵＢ及び下層基地局ＬＢの通信動作について詳細に説明する。
＜上層基地局ＵＢの通信動作＞
まず、上層基地局ＵＢの通信動作について説明する。図３は、上層基地局ＵＢの通信動作を表すフローチャートである。この図３に示すように、上層基地局ＵＢの上層制御部１４は、上層無線部１１を介して無線端末から接続要求を受信すると（ステップＳ１）、その接続要求を送信してきた無線端末との通信接続の確立処理を行う（ステップＳ２）。

そして、上層制御部１４は、ステップＳ２によって無線端末との通信接続が確立すると、上層無線部１１を介して、その無線端末に対して位置情報送信要求を送信する（ステップＳ３）。この位置情報送信要求とは、無線端末に対して現在位置を示す位置情報を送信するように要求するための信号である。無線端末は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）機能などの自端末の位置情報を検出する機能を備えており、上記の位置情報送信要求に応じて、自端末の現在位置を示す位置情報を上層基地局ＵＢへ送信する。

上層制御部１４は、上層無線部１１を介して無線端末から位置情報を取得すると（ステップＳ４）、取得した位置情報に基づいて、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢが存在するか否かを判断する（ステップＳ５）。具体的には、上層制御部１４は、取得した位置情報を基に、現在通信中の無線端末が下層セルＬＳ内に位置する下層基地局ＬＢがあった場合、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢとして判断する。

上記ステップＳ５において「Ｙｅｓ」の場合、つまり通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢが存在する場合、上層制御部１４は、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢに対し、上層局間通信部１２を介してモード切替指示を送信する（ステップＳ６）。一方、上記ステップＳ５において「Ｎｏ」の場合、つまり通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢが存在しない場合、上層制御部１４は、モード切替指示を送信することなく、後述のステップＳ８へ移行する。

そして、上層制御部１４は、現在通信中の無線端末から切断要求を受信したか否か（換言すれば、ハンドオーバが成功したか否か）を判断し（ステップＳ７）、「Ｙｅｓ」の場合には、現在通信中の無線端末との通信接続の切断処理を行う（ステップＳ８）。一方、上記ステップＳ５において「Ｎｏ」の場合、または、上記ステップＳ７において「Ｎｏ」の場合、上層制御部１４は、引き続き無線端末との通信接続を維持して通常の通信動作（例えば、音声通信或いはデータ通信）を行う（ステップＳ９）。

そして、上層制御部１４は、無線端末との通信が終了したか否かを判断し（ステップＳ１０）、「Ｎｏ」の場合には、ステップＳ３に戻って位置情報の再取得を行い、「Ｙｅｓ」の場合には、ステップＳ８に移行して無線端末との通信接続の切断処理を行う。

上層制御部１４は、無線端末から接続要求を受信する度に上記のステップＳ１〜Ｓ１０を繰り返し実施する。つまり、上層基地局ＵＢは、無線端末との通信接続を確立すると、その無線端末との通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢが存在するか否かを判断し、存在しなければ自局にて無線端末との通信を実施する一方、通信が終了するまで通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢが存在するか否かの判断を繰り返す（無線端末が移動する可能性があるため）。

そして、上層基地局ＵＢは、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢが存在する場合、その下層基地局ＬＢに対してモード切替指示を送信して、当該下層基地局ＬＢの動作モードをパワーセーブモードから通常動作モードへ切替える。ここで、無線端末は、通常動作モードに移行した下層基地局ＬＢの下層セルＬＳ内に存在するため、その下層基地局ＬＢに対してハンドオーバを行い、ハンドオーバに成功すれば、上層基地局ＵＢに切断要求を送信する。そして、上層基地局ＵＢは、無線端末から切断要求を受信した場合、ハンドオーバに成功したと看做して通信接続を切断する。

＜下層基地局ＬＢの通信動作＞
続いて、下層基地局ＬＢの通信動作について説明する。図４（ａ）は、通常動作モード時における下層基地局ＬＢの通信動作を表すフローチャートであり、図４（ｂ）は、パワーセーブモード時（待ち受け動作時）における下層基地局ＬＢの通信動作を表すフローチャートである。

まず、図４（ａ）に示すように、通常動作モード時において、下層基地局ＬＢの下層制御部２４は、下層無線部２１を介して無線端末から接続要求を受信すると（ステップＳ１１）、その接続要求を送信してきた無線端末との通信接続の確立処理を行い（ステップＳ１２）、通信接続を確立した無線端末と通常の通信動作を行う（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１１における接続要求とは、ハンドオーバ時に無線端末から送信される接続要求も含む。

そして、下層制御部２４は、現在通信中の無線端末から切断要求を受信したか否か（換言すれば、ハンドオーバが成功したか否か）を判断し（ステップＳ１４）、「Ｙｅｓ」の場合には、現在通信中の無線端末との通信接続の切断処理を行う（ステップＳ１５）。そして、下層制御部２４は、他に通信中の無線端末が無いか否か（換言すれば、自局の無線通信が全て終了したか否か）を判断し（ステップＳ１６）、「Ｙｅｓ」の場合には、自局の動作モードをパワーセーブモードに切替え（ステップＳ１７）、「Ｎｏ」の場合には、自局の動作モードを通常動作モードに維持する。

一方、上記ステップＳ１４において「Ｎｏ」の場合、下層制御部２４は、無線端末との通信が終了したか否かを判断し（ステップＳ１８）、「Ｎｏ」の場合には、ステップＳ１３に戻って無線端末との通信を継続し、「Ｙｅｓ」の場合には、ステップＳ１５に移行して無線端末との通信接続の切断処理を行う。

下層制御部２４は、通常動作モード時において、無線端末から接続要求を受信する度に上記のステップＳ１１〜Ｓ１８を繰り返し実施する。つまり、下層基地局ＬＢは、通常動作モード時において、無線端末から接続要求を受信すると、その無線端末との通信接続を確立して通常の通信を行い、自局の無線通信が全て終了した場合に、自局の動作モードをパワーセーブモードに切替えて、自局の消費電力を最小限に抑える。

続いて、図４（ｂ）に示すように、パワーセーブモード時において、下層基地局ＬＢの下層制御部２４は、下層局間通信部２２を介して、上層基地局ＵＢからモード切替指示を受信したか否かを判断し（ステップＳ２１）、「Ｎｏ」の場合には、ステップＳ２１の処理を繰り返す。一方、このステップＳ２１において「Ｙｅｓ」の場合、つまり上層基地局ＵＢからモード切替指示を受信した場合、下層制御部２４は、自局の動作モードを通常動作モードへ切替える（ステップＳ２２）。なお、下層制御部２４は、モード切替指示を受信した場合において、既に通常動作モードであった場合には何もしない。

このように、パワーセーブモード時における下層基地局ＬＢは、モード切替指示の受信を待ち受ける待ち受け動作のみを行っているため、消費電力量は極微量となる。

＜無線端末を含む無線通信システム１の全体通信動作の具体例＞
次に、上述した上層基地局ＵＢ及び下層基地局ＬＢの通信動作を前提として、無線端末を含む無線通信システム１の全体通信動作の具体例について説明する。なお、本具体例では、初期状態として、上層セルＵＳ内に無線端末が存在せず、各下層基地局ＬＢ１〜ＬＢ８はそれぞれパワーセーブモードに切替わっているものと想定する（但し、上層基地局ＵＢは常時通常動作している）。そして、そのような初期状態から、下層セルＬＳ３に無線端末（以下、無線端末の符号をＴとする）が侵入し、その後、その無線端末Ｔが下層セルＬＳ４に移動した場合を想定する。

図５は、上記の想定の下に、無線端末Ｔ、上層基地局ＵＢ、下層基地局ＬＢ３及びＬＢ４の相互間通信を表したシーケンスチャートである。この図５に示すように、無線端末Ｔは、下層セルＬＳ３に侵入すると（図６（ａ）参照）、上層基地局ＵＢに対して接続要求を送信する（ステップＳ３１）。上層基地局ＵＢは、無線端末Ｔから接続要求を受信すると、無線端末Ｔとの通信接続を確立し（ステップＳ３２）、通信接続確立後、無線端末Ｔに対して位置情報送信要求を送信する（ステップＳ３３）。

無線端末Ｔは、上層基地局ＵＢから位置情報送信要求を受信すると、ＧＰＳ機能によって検出した自端末の現在位置を示す位置情報を上層基地局ＵＢに送信する（ステップＳ３４）。上層基地局ＵＢは、無線端末Ｔから取得した位置情報に基づいて、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢは下層基地局ＬＢ３であると判断し、下層基地局ＬＢ３に対してモード切替指示を送信する（ステップＳ３５）。

下層基地局ＬＢ３は、上層基地局ＵＢからモード切替指示を受信すると、自局の動作モードをパワーセーブモードから通常動作モードへ切替える（ステップＳ３６：図６（ｂ）参照）。一方、上層基地局ＵＢは、無線端末Ｔの周辺基地局の電波強度の報告を受けて無線端末Ｔのハンドオーバを決定し、上層基地局ＵＢから下層基地局ＬＢ３にハンドオーバがなされる（ステップＳ３７）。

下層基地局ＬＢ３は、無線端末Ｔから接続要求を受信すると、無線端末Ｔとの通信接続を確立する（ステップＳ３８）。無線端末Ｔは、下層基地局ＬＢ３との通信接続確立後、上層基地局ＵＢに対して切断要求を送信する（ステップＳ３９）。上層基地局ＵＢは、無線端末Ｔから切断要求を受信すると、無線端末Ｔとの通信接続を切断する（ステップＳ４０）。その後、無線端末Ｔと下層基地局ＬＢ３との間で通常の通信が実施される（ステップＳ４１）。

ここで、無線端末Ｔと下層基地局ＬＢ３との間で通信が終了する前に、無線端末Ｔが下層セルＬＳ３から下層セルＬＳ４に移動したと想定する（図７（ａ）参照）。この場合、無線端末Ｔは、下層基地局ＬＢ３から受信している電波の強度が低下し、下層基地局ＬＢ３は、無線端末Ｔの周辺基地局の電波強度の報告を受けて無線端末Ｔのハンドオーバを決定し、下層基地局ＬＢ３から上層基地局ＵＢにハンドオーバがなされる（ステップＳ４２）。

上層基地局ＵＢは、無線端末Ｔから接続要求を受信すると、無線端末Ｔとの通信接続を確立する（ステップＳ４３）。無線端末Ｔは、上層基地局ＵＢとの通信接続確立後、下層基地局ＬＢ３に対して切断要求を送信する（ステップＳ４４）。下層基地局ＬＢ３は、無線端末Ｔから切断要求を受信すると、無線端末Ｔとの通信接続を切断する（ステップＳ４５）。これにより、下層基地局ＬＢ３は、自局の無線通信が全て終了したと判断し、自局の動作モードをパワーセーブモードに切替える（ステップＳ４６）。

一方、上層基地局ＵＢは、無線端末Ｔに対して位置情報送信要求を送信し（ステップＳ４７）、無線端末Ｔは、ＧＰＳ機能によって検出した自端末の現在位置を示す位置情報を上層基地局ＵＢに送信する（ステップＳ４８）。上層基地局ＵＢは、無線端末Ｔから取得した位置情報に基づいて、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢは下層基地局ＬＢ４であると判断し、下層基地局ＬＢ４に対してモード切替指示を送信する（ステップＳ４９）。

下層基地局ＬＢ４は、上層基地局ＵＢからモード切替指示を受信すると、自局の動作モードをパワーセーブモードから通常動作モードへ切替える（ステップＳ５０：図７（ｂ）参照）。一方、上層基地局ＵＢは、無線端末Ｔの周辺基地局の電波強度の報告を受けて無線端末Ｔのハンドオーバを決定し、上層基地局ＵＢから下層基地局ＬＢ４にハンドオーバがなされる（ステップＳ５１）。

下層基地局ＬＢ４は、無線端末Ｔから接続要求を受信すると、無線端末Ｔとの通信接続を確立し（ステップＳ５２）、無線端末Ｔは、下層基地局ＬＢ４との通信接続確立後、上層基地局ＵＢに対して切断要求を送信する（ステップＳ５３）。上層基地局ＵＢは、無線端末Ｔから切断要求を受信すると、無線端末Ｔとの通信接続を切断し（ステップＳ５４）、その後、無線端末Ｔと下層基地局ＬＢ４との間で通常の通信が実施される（ステップＳ５５）。

以下、同様に、無線端末Ｔが下層セルＬＳ４から移動すると、一旦、上層基地局ＵＢと無線端末Ｔとの間で通信接続が確立され（この時、下層基地局ＬＢ４はパワーセーブモードに戻る）、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢが見つかれば、その下層基地局ＬＢが通常動作モードに復帰して、無線端末Ｔとの通信を担うことになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、上層基地局ＵＢにおいて現在通信中の無線端末Ｔとの通信接続条件を満足すると判断された下層基地局ＬＢのみを、パワーセーブモードから通常動作モードへ切替えるため、システム全体の消費電力を最小限に抑えることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、ＧＰＳ機能を搭載した無線端末Ｔを想定し、ＧＰＳ機能によって検出された位置情報を無線端末Ｔから取得する場合を例示したが、必ずしも全ての無線端末ＴにＧＰＳ機能が搭載されているわけではない。そこで、上層基地局ＵＢに、無線端末Ｔの位置情報に類似する情報、例えば無線端末Ｔまでの距離や無線端末Ｔの位置する方向などを検出する機能を設けて良い。

（２）上記実施形態では、上層基地局ＵＢにおいて、無線端末Ｔの端末属性情報として位置情報を取得し、この位置情報に基づいて無線端末Ｔが下層セルＬＳ内に位置する下層基地局ＬＢを、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢとして判断する場合を例示したが、例えば、端末属性情報として位置情報に加えて、無線端末Ｔが要求する通信が音声通信なのかデータ通信なのかを示す通信種別を取得しても良い。

この場合、上層制御部１４は、端末属性情報として取得した通信種別及び位置情報を基に、現在通信中の無線端末Ｔの通信種別がデータ通信であって、且つ当該無線端末Ｔが下層セルＬＳ内に位置する下層基地局ＬＢがあった場合、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢとして判断する。さらに、この場合、上層制御部１４は、無線端末Ｔの通信種別が音声通信の場合には、位置情報に関わらず、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢは存在しないと判断する。

つまり、通信トラフィック量が大きいデータ通信を要求する無線端末Ｔが上層基地局ＵＢにアクセスしてきた場合には、上層基地局ＵＢへのアクセス数が多くなる程、上層基地局ＵＢの通信負荷が大幅に増大するため、その無線端末Ｔが通信接続可能な（無線端末Ｔが下層セルＬＳ内に位置する）下層基地局ＬＢを通常動作モードへ切替え、無線端末Ｔの接続先を下層基地局ＬＢに切替えることにより、システム全体における基地局負荷の分散を図る。

一方、通信トラフィック量が小さい音声通信を要求する無線端末Ｔが上層基地局ＵＢにアクセスしてきた場合には、上層基地局ＵＢへのアクセス数が多くなっても、上層基地局ＵＢの通信負荷はそれほど大きくならないため、無線端末Ｔの位置に関わらず、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢは存在しないと判断する（つまり通常動作モードへの切替えを実施しない）ことにより、システム全体のさらなる低消費電力化を図ることができる。

（３）上記（２）の変形例では、端末属性情報として通信種別及び位置情報を取得する場合を例示したが、この他、例えば、端末属性情報として位置情報に加えて、無線端末Ｔの使用周波数を取得しても良い。この場合、上層制御部１４は、端末属性情報として取得した使用周波数及び位置情報を基に、現在通信中の無線端末Ｔの使用周波数に対応可能な下層基地局ＬＢであって、且つ当該無線端末Ｔが下層セルＬＳ内に位置する下層基地局ＬＢがあった場合、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢとして判断する。さらに、この場合、上層制御部１４は、無線端末Ｔの使用周波数に対応可能な下層基地局ＬＢが存在しない場合、位置情報に関わらず、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢは存在しないと判断する。

つまり、下層基地局ＬＢ１〜ＬＢ８の全てが無線端末Ｔの使用周波数に対応可能な基地局であるとは限らないため、無線端末Ｔの使用周波数に対応可能な下層基地局ＬＢが存在しない場合には、位置情報に関わらず、通常動作モードへの切替えを実施しないことにより、システム全体のさらなる低消費電力化を図ることができる。

（４）上述したように、上層基地局ＵＢの通信負荷がそれほど大きくない場合には、必ずしも下層基地局ＬＢを通常動作モードへ切替える必要はない。そこで、上層制御部１４に、自局の通信負荷が規定値以上の場合に、通信接続条件を満足する下層基地局ＬＢが存在するか否かの判断を行う機能を設けても良い。これにより、上層基地局ＵＢの通信負荷が規定値未満の小さい場合では、下層基地局ＬＢを通常動作モードへ切替えることがなくなり、システム全体のさらなる低消費電力化を期待できる。なお、このような機能は、上記実施形態、（２）の変形例及び（３）の変形例のそれぞれについて適用できる。

（５）上記実施形態では、上層セルＵＳとして、セル半径が数ｋｍ〜１０ｋｍ程度のマクロセルを想定し、下層セルＬＳ１〜ＬＳ８として、セル半径が数百ｍ〜１ｋｍ程度のマイクロセルを想定して説明したが、上層セルＵＳ及び下層セルＬＳ１〜ＬＳ８のセル半径は上記の数値に限定されず、また、上層セルＵＳ内における下層セルの配置数も８個に限定されない。つまり、上層セルＵＳ内に複数の下層セルＬＳが配置されたヘテロジーニアスネットワークを採用する無線通信システムであれば、本発明を適用することが可能である。

（６）上記実施形態では、本発明に係る無線通信システムとして、次世代高速通信規格であるＬＴＥに準拠したＬＴＥシステムを例示して説明したが、これ限らず、ＷｉＭＡＸ等、マルチキャリア通信を採用した他の通信規格を用いる無線通信システムであれば、本発明を適用することが可能である。

１…無線通信システム、ＵＢ…上層基地局、１１…上層無線部、１２…上層局間通信部、１３…上層記憶部、１４…上層制御部、ＬＢ（ＬＢ１〜ＬＢ８）…下層基地局、２１…下層無線部、２２…下層局間通信部、２３…下層記憶部、２４…下層制御部、ＵＳ…上層セル、ＬＳ（ＬＳ１〜ＬＳ８）…下層セル、Ｔ…無線端末

Claims

上層セル内に複数の下層セルが配置された無線通信システムにおいて前記上層セルを形成する上層基地局であって、
前記上層セル内に存在する無線端末との通信を実現する上層無線部と、
前記下層セルを形成する下層基地局との通信を実現する上層局間通信部と、
現在通信中の無線端末との通信接続条件を満足する前記下層基地局に対し、前記上層局間通信部を介して省電力モードから通常動作モードへの切替えを指示する上層制御部と、
を備え、
前記上層制御部は、前記無線端末との通信によって取得した前記無線端末の使用周波数及び位置情報を基に、前記無線端末の使用周波数に対応可能な下層基地局であって、且つ当該無線端末が下層セル内に位置する下層基地局があった場合、前記通信接続条件を満足する下層基地局として判断することを特徴とする上層基地局。
前記上層制御部は、前記無線端末の位置情報を基に、前記現在通信中の無線端末が下層セル内に位置する下層基地局があった場合、前記通信接続条件を満足する下層基地局として判断することを特徴とする請求項１記載の上層基地局。
前記上層制御部は、前記無線端末の通信種別及び位置情報を基に、前記通信種別がデータ通信であって、且つ当該無線端末が下層セル内に位置する下層基地局があった場合、前記通信接続条件を満足する下層基地局として判断することを特徴とする請求項１記載の上層基地局。
前記上層制御部は、前記通信種別が音声通信の場合には、前記位置情報に関わらず、前記通信接続条件を満足する下層基地局は存在しないと判断することを特徴とする請求項３記載の上層基地局。
前記上層制御部は、前記無線端末の使用周波数に対応可能な下層基地局が存在しない場合、前記位置情報に関わらず、前記通信接続条件を満足する下層基地局は存在しないと判断することを特徴とする請求項１記載の上層基地局。
前記上層制御部は、自局の通信負荷が規定値以上の場合に、前記通信接続条件を満足する下層基地局が存在するか否かの判断を行うことを特徴とする請求項１に記載の上層基地局。
上層セル内に複数の下層セルが配置された構造を採用し、前記上層セルを形成する上層基地局及び前記複数の下層セルの各々を形成する複数の下層基地局を備える無線通信システムであって、
前記上層基地局は、
前記上層セル内に存在する無線端末との通信を実現する上層無線部と、
前記下層セルを形成する下層基地局との通信を実現する上層局間通信部と、
現在通信中の無線端末との通信接続条件を満足する前記下層基地局に対し、前記上層局間通信部を介して省電力モードから通常動作モードへの切替えを指示する上層制御部と、
を備え、
前記上層制御部は、前記無線端末との通信によって取得した前記無線端末の使用周波数及び位置情報を基に、前記無線端末の使用周波数に対応可能な下層基地局であって、且つ当該無線端末が下層セル内に位置する下層基地局があった場合、前記通信接続条件を満足する下層基地局として判断することを特徴とする無線通信システム。