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JP6099459B2 - 通信システム、基地局、端末および基地局省電力制御方法 - Google Patents
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通信システム、基地局、端末および基地局省電力制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、通信システムに関する。
従来、無線通信において、ユーザスループット、特にセルエッジのユーザスループットを向上させるべく、複数基地局連携送信技術が検討されている。2つの基地局が1つの端末へ同一信号を送信している場合、端末の受信信号レベルは、1つの基地局から受信しているときと比べて高くなり、スループットが向上する可能性がある。このような技術は、標準化団体3GPP(3rd Generation Partnership Project)において、CoMP(Coordinated Multi-Point Operation for LTE)として検討が進められ、規格化されている(下記非特許文献1参照)。CoMPは、既に3GPPにて規格化されたLTE(Long Term Evolution)を基に検討を行ったものである。
また、近年は、端末だけでなく、基地局の省電力化も検討されている。下記特許文献1では、基地局が定期的に自局内に端末が存在するか否かを検索し、端末が存在する場合にパイロット信号を継続的に送信し、端末が存在しない場合にパイロット信号を間欠的に送信する技術が開示されている。基地局では、端末が存在しない場合にはパイロット信号を間欠的に送信するため、送信に必要な消費電力を節約することができる。基地局が間欠的にパイロット送信する場合の間欠周期は、基地局を検索できていない端末が、基地局を検索し、周波数、時間同期を取るまでにかかる時間で決定されるのが一般的である。
国際公開第2009/154038号
3GPP TR36.819 V11.1.0(2011−12)
しかしながら、上記従来の技術によれば、間欠周期が長ければ長いほど基地局の省電力効果は上がるが、間欠周期が長すぎると、端末が基地局に同期するまでの時間が長くなり、サービス品質に影響を与える。例えば、端末の電源を入れてから通信が可能になるまでの時間が長くなる、端末が通信基地局を切り替えるハンドオーバ時間が長くなる、通信可能な状態に復帰するまでの時間が長くなる、等がある。そのため、基地局のパイロット間欠送信周期は、端末の基地局検索・同期性能に依存し、十分な間欠送信周期を獲得できない、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、端末に対するサービス品質を確保しつつ、基地局の省電力化を可能な通信システムを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、端末と、前記端末とCoMPによる通信を行う複数の基地局と、から構成される通信システムであって、前記複数の基地局では、各基地局が他の基地局と連携してパイロット信号送信シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングを決定し、所定のパイロット信号送信タイミングではある基地局が前記端末へパイロット信号を送信し、つぎのパイロット信号送信タイミングでは別の基地局が前記端末へパイロット信号を送信して、パイロット信号を間欠送信し、前記端末は、前回受信したパイロット信号の送信元の基地局とは異なる基地局からのパイロット信号をつぎの受信タイミングで受信する、ことを特徴とする。
本発明によれば、端末に対するサービス品質を確保しつつ、基地局を省電力化できる、という効果を奏する。
図1は、通信システムの構成例を示す図である。 図2は、基地局が間欠送信周期Tでパイロット信号を送信し、端末が受信している状態を示す図である。 図3は、基地局の構成例を示す図である。 図4は、端末の構成例を示す図である。 図5は、基地局側のパイロット信号の送信タイミングおよび端末側のパイロット信号の受信タイミングを示す図である。 図6は、基地局が3台の場合の基地局側のパイロット信号の送信タイミングおよび端末側のパイロット信号の受信タイミングを示す図である。 図7は、基地局が4台の場合の基地局側のパイロット信号の送信タイミングおよび端末側のパイロット信号の受信タイミングを示す図である。 図8は、基地局がパイロット信号を間欠送信する周波数帯域を示す図である。 図9は、通信システムを構成する基地局および端末における動作を示すフローチャートを示す図である。 図10は、基地局がCoMPにより端末と通信を行っているときの基地局の送信信号例を示す図である。 図11は、基地局がCoMPにより端末と通信を行っているときの基地局の送信信号例を示す図である。
以下に、本発明にかかる通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態の通信システムの構成例を示す図である。通信システムは、基地局100と、基地局101と、端末200と、から構成される。CoMPの概要を表すものである。基地局100,101は、CoMPにより端末200に対して同一信号を送信している。2つの基地局から同一信号が送信されているため、端末200の受信信号レベルは、1つの基地局から受信しているときに比べて高くなり、スループットが向上する可能性がある。
ここで、基地局が間欠的にパイロット信号を送信する従来の制御について説明する。図2は、基地局が間欠送信周期Tでパイロット信号を送信し、端末が受信している状態を示す図である。前述の特許文献1で示されているように、従来の基地局では、自局内に端末が存在する場合はパイロット信号を継続的に送信し、自局内に端末が存在しない場合はパイロット信号を間欠的に送信することで、パイロット信号を送信していない区間で省電力化していた。この場合、従来の端末では周期Tでパイロット信号を受信していた。ただし、基地局側において、パイロット信号を送信する間欠周期が長すぎると、端末が基地局に同期するまでの時間が長くなり、サービス品質に影響を与える。
そのため、本実施の形態では、CoMPによる通信を行う基地局が、異なるタイミングでパイロット信号を間欠送信する。
図3は、本実施の形態の基地局の構成例を示す図である。基地局100,101は、制御部111と、データ符号化/復号化部112と、送受信部113と、パイロット信号生成部114と、基地局間連携部115と、を備える。
制御部111は、端末200との接続シーケンス、通信ネットワーク網からの通信データ到来を管理し、データ符号化/復号化部112に通信データまたは制御データの符号化/復号化を指示する。
データ符号化/復号化部112は、制御部111から指示されたデータの符号化、または送受信部113が受信した信号の復号化を実施する。
送受信部113は、データ符号化/復号化部112から得た符号化データ、およびパイロット信号生成部114から得たパイロット信号を合わせ、変調、高周波信号への変換を実施し、無線信号で送信を行う。また、送受信部113は、端末200からの信号を受信し、低周波信号への変換、復調を行った後にデータ符号化/復号化部112に受信データを引き渡す。
パイロット信号生成部114は、制御部111からのパイロット信号シーケンスパターンの指示、パイロット信号送信タイミングの指示に従い、パイロット信号を生成する。
基地局間連携部115は、CoMPを実施する別の基地局と連絡して連携し、パイロット信号シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングを決定する。
ここで、パイロット信号シーケンスパターンとは、各基地局が送信するパイロット信号の1/0の配列である。なお、この配列には実数だけでなく虚数を含む。また、パイロット信号送信タイミングとは、連携している別の基地局との関係で、パイロット信号を送信するタイミング(タイミングオフセット)を示す情報である。
図4は、本実施の形態の端末の構成例を示す図である。端末200は、制御部211と、ユーザインタフェース部212と、データ符号化/復号化部213と、送受信部214と、パイロット信号検出部215と、信号レベル測定部216と、を備える。
制御部211は、基地局100,101との接続シーケンス、ユーザインタフェース部212からの通信データ到来を管理し、データ符号化/復号化部213に通信データまたは制御データの符号化/復号化を指示する。接続シーケンスには、基地局100,101の検索および基地局100,101との周波数・時間同期を含む。
ユーザインタフェース部212は、ユーザによる制御(ボタン操作)を制御部211に通知、通信データの送付、制御部211から受け取った音声の出力、データの画面表示等を行う。
データ符号化/復号化部213は、制御部211から指示されたデータの符号化、または送受信部214から受信した信号の復号化を実施する。また、データ符号化/復号化部213は、パイロット信号シーケンスパターン検出情報を用い、パイロット信号の検出状態から無線品質を予測し、データ部の復号を実施する。
送受信部214は、データ符号化/復号化部213から受け取ったデータを送信、または基地局100,101からの信号を受信する。
パイロット信号検出部215は、送受信部214から信号を受け取り、制御部211から指示を受けたパイロット信号シーケンスパターンの検出を実施する。また、その結果をデータ符号化/復号化部213に通知する。
信号レベル測定部216は、送受信部214から受け取った信号に対し、信号レベルを測定し、その結果を制御部211に報告する。
つづいて、CoMPによる通信を行う2台の基地局100,101におけるパイロット信号の具体的な送信方法について説明する。
図5は、基地局側のパイロット信号の送信タイミングおよび端末側のパイロット信号の受信タイミングを示す図である。CoMPによる通信を行う2台の基地局100,101がそれぞれ間欠送信周期2Tでパイロット信号を送信し、端末200が周期Tでパイロット信号を受信している様子を表している。基地局100,101は、お互いに時間Tのタイミングオフセットを持ってパイロット信号を送信している。また、2台の基地局100,101が送信するパイロット信号シーケンスパターンは同一である。端末200は、2台の基地局100,101からパイロットを受信しているため、従来と変わらない周期T(図2参照)でパイロット信号を検出することができる。
パイロット信号シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングの決定については、CoMPによる通信を行う基地局100,101間でマスターとスレーブの関係を決定し、マスターからスレーブに対して、パイロット信号シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングを指定する。パイロット信号送信タイミングは、スレーブの絶対的タイミングを通知してもよいし、マスターの基準タイミングからのオフセット値を通知してもよい。
なお、パイロット信号シーケンスパターンを決定する別の方法として、基地局間連携部115でやりとりをせず、通信システム全体で1つのパターンをあらかじめ決めておいてもよい。また、CoMPによる通信を行う基地局グループにおいて、グループごとにパターンが異なり、グループIDからパターンを決める仕組みとしておいてもよい。
なお、CoMPによる通信を行う基地局の数は2台に限定されるものではなく、3台以上にすることも可能である。
図6は、基地局が3台の場合の基地局側のパイロット信号の送信タイミングおよび端末側のパイロット信号の受信タイミングを示す図である。CoMPによる通信を行う基地局が3台の場合のパイロット信号間欠送信の様子を表している。基地局100,101については図5と同様とする。3台目の基地局102については、基地局100と同じパイロット信号送信タイミングで送信を行う。同じパイロット信号シーケンスパターンの信号を受信するため、端末200では、信号受信電力が上がり、パイロット信号の検出精度が向上する。
図7は、基地局が4台の場合の基地局側のパイロット信号の送信タイミングおよび端末側のパイロット信号の受信タイミングを示す図である。CoMPによる通信を行う基地局が4台の場合のパイロット信号間欠送信の様子を表している。図6と比較して、4台目の基地局103が追加されており、基地局103は基地局101と同じパイロット信号送信タイミングで送信を行う。以上のように、CoMPの基地局台数が増えた場合には、1台目、2台目の基地局(ここでは、基地局100,101)のいずれかと同一パイロット信号送信タイミングでパイロット信号の送信を実施する。5台以上でも同様の動作を行う。
また、基地局が3台以上の場合では、基地局側のパイロット信号の間欠送信周期を3T以上としてもよい。例えば、3台の基地局では、パイロット信号の間欠送信周期を3T、各基地局でタイミングオフセットをT,2Tとしてパイロット信号を送信する。4台の基地局であれば、パイロット信号の間欠送信周期を4T、各基地局でタイミングオフセットをT,2T,3Tとしてパイロット信号を送信する。これにより、端末200では、従来と変わらない周期Tでパイロット信号を検出することができ、かつ、基地局側では、さらなる省電力化が可能となる。
なお、基地局100,101がパイロット信号を間欠送信するケースとして、通信に利用可能な全ての周波数帯域ではなく、部分的な周波数帯域のみに適用することが考えられる。図8は、基地局がパイロット信号を間欠送信する周波数帯域を示す図である。基地局100,101は、共に、周波数帯域f2でのみパイロット信号間欠送信を実施し、周波数帯域f1においては、通常のパイロット信号連続送信を実施している。また、周波数帯域f2において、基地局100,101では、時間Tのタイミングオフセットを持って、パイロット送信を行っている。
このようなケースは、通信を行っている端末200が存在するが、低い伝送レートでの通信であるため、その通信に周波数帯域f1を使用し、残る周波数帯域f2は省電力のためにデータ通信には使わず、パイロット信号も間欠送信を実施する、などの例が考えられる。このような状態において、周波数帯域f1で通信を行っている端末200が周波数帯域f2での通信品質を測定する場合、または、新たな端末が周波数帯域f2を使って通信を行う事前準備として通信品質を測定する場合、などに、基地局100,101がタイミングTのオフセットを持ち、また同一のパイロット信号シーケンスパターンを送信していれば、端末側による通信品質測定は短時間で実施することができる。
ここまでの基地局100,101および端末200の動作をフローチャートに基づいて説明する。図9は、通信システムを構成する基地局および端末における動作を示すフローチャートである。まず、基地局100,101では、基地局間連携部115において、基地局間で連携してパイロット信号シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングを決定する(ステップS1)。ここでは、パイロット信号シーケンスパターンは同一で、パイロット信号送信タイミングにおいて、図5に示すように時間Tのタイミングオフセットを持つこととする。
つぎに、基地局100,101は、決定したパイロット信号シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングで、端末200へパイロット信号を送信する(ステップS2)。基地局100,101では、制御部111が、基地局間連携部115で決定されたパイロット信号シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングをパイロット信号生成部114に指示し、パイロット信号生成部114が、制御部111からの指示に従ってパイロット信号を生成し、データ符号化/復号化部112からのデータとともに、送受信部113から送信する。図5に示すように、送信周期Tの間隔でいずれかの基地局からパイロット信号(を含む信号)を送信することになる。
そして、端末200では、受信周期Tの間隔でパイロット信号(を含む信号)を受信する(ステップS3)。端末200では、送受信部214で基地局からの信号を受信すると、パイロット信号検出部215が、パイロット信号を検出し、制御部211において、基地局の検索を行う(ステップS4)。
以上説明したように、本実施の形態によれば、CoMPによる通信を行う基地局は、他の基地局との間で連携してパイロット信号シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングを決定し、交互にパイロット信号を送信することにより、基地局がパイロット信号を間欠送信している状態で、端末が基地局検索および通信品質測定を実施する時、基地局は従来に比べて間欠送信周期を長くすることができる。これにより、端末では従来と同じ間欠受信周期でパイロット信号を受信するため、従来と同じ基地局検索時間および品質測定精度を得ることでサービス品質を確保しつつ、基地局では、従来に比べてパイロット信号の送信周期を長くすることができることから、省電力の効果を得ることができる。
また、基地局が3台以上の場合では、3台目以降の基地局が1台目、2台目の基地局と同じタイミングでパイロット信号を送信するため、端末での信号受信電力が高まるため、従来よりも短い基地局検索時間、および高い品質測定精度が得られる。
実施の形態2.
本実施の形態では、CoMPによる通信を行う基地局100,101間でのパイロット信号の送信電力決定方法について説明する。1つの方法として、基地局側では、パイロット信号間欠送信時のパイロット送信電力を固定的に決めておく方法がある。また、別の方法として、過去にパイロット信号を受信した端末200がパイロット信号受信レベルを測定して基地局側に報告を行い、基地局側において、報告されたパイロット信号受信レベルの結果を用いて、次のパイロット信号間欠送信時に送信電力を調整する方法がある。
図10は、基地局がCoMPにより端末と通信を行っているときの基地局の送信信号例を示す図である。CoMPには、2つ以上の基地局が同時に全く同じデータ信号を送るモードの他に、無線状態がよく、良品質な通信ができる基地局を選択し、1台の基地局のみが通信を行う(データ信号を送信する)モードがある。図10は、そのモードを想定している。
図示している時間範囲のうち、前半は基地局100からデータ信号を送り、後半は基地局101からデータ信号を送っている。パイロット信号は、データ送信に関係なく、両方の基地局が送信している。また、ここでは、基地局100と基地局101は同一のパイロット信号シーケンスパターンとしている。この場合、端末200は、どの基地局がデータ信号を送信しているのかを認識しているため、基地局100がデータ送信しているときに受信したパイロット信号の受信レベルは基地局100からのものであり、基地局101がデータ送信しているときに受信したパイロット信号の受信レベルは基地局101からのものであると判断することができる。端末200では、信号レベル測定部216において信号受信レベルの測定を実施する。端末200は、測定を行った基地局(基地局100,101)と信号受信レベルの情報を、基地局100,101の双方に定期的に報告する。
基地局100,101は、報告された情報を蓄積しておき、次のパイロット信号間欠送信時に送信電力の調整を行う。例えば、基地局100,101が共に「PT」の送信電力でパイロット信号を送信していたときの端末200からの報告結果が、基地局100のパイロット信号受信レベル「Pr」、基地局101のパイロット信号受信レベル「Pr+X」であれば、次のパイロット信号間欠送信時には、基地局100は「PT」で、基地局101は「PT−X」の送信電力で間欠送信を行う。ここでは、基地局100側の端末200におけるパイロット信号受信レベルを基準とし、基地局101側で、端末200におけるパイロット信号受信レベルが基地局100側と同等になるように調整を行う。
なお、端末200は、測定を行った基地局(基地局100,101)と信号受信レベルの情報を、各基地局(基地局100,101)に送信しているが、これに限定するものではない。例えば、端末200は、測定を行った基地局(基地局100,101)と信号受信レベルの情報を、送信電力を調整してパイロット信号を送信する基地局へ送信し、基準となるパイロット信号受信レベルのパイロット信号の送信元の基地局(パイロット信号の送信電力を調整しない基地局)には送信しないようにしてもよい。また、端末200は、基準となる基地局の信号受信レベルの情報のみを、送信電力を調整してパイロット信号を送信する基地局へ送信するようにしてもよい。これにより、端末200と基地局間の通信量を削減することができ、特に、基地局が多い場合に有効である。
図11は、基地局がCoMPにより端末と通信を行っているときの基地局の送信信号例を示す図である。基地局100と基地局101で異なるパイロット信号シーケンスパターンを送信している例を示している。この場合はシーケンスパターンが異なるため、端末200は、同時に基地局100からパイロット信号1、基地局101からパイロット信号2を受信しても分離が可能であり、それぞれのパイロット信号受信レベルを測定することができる。測定後の処理は、図10の場合と同様である。
また、図8で説明したような利用可能な周波数帯域のうち部分的な周波数帯域f1を使って基地局100,101が端末200と通信しているときには、その通信中にパイロット信号の受信信号レベルを測定し、すぐに周波数帯域f2でのパイロット送信電力の調整に反映させることも可能である。
以上説明したように、本実施の形態によれば、基地局間でパイロット信号の送信電力を調整し、端末においてパイロット信号の信号受信レベルが同等になるようにする。これにより、端末では、より精度の高い検索および測定が可能となる。
以上のように、本発明にかかる通信システムは、無線通信に有用であり、特に、複数の基地局を備えたシステムに適している。
100,101 基地局、111 制御部、112 データ符号化/復号化部、113 送受信部、114 パイロット信号生成部、115 基地局間連携部、200 端末、211 制御部、212 ユーザインタフェース部、213 データ符号化/復号化部、214 送受信部、215 パイロット信号検出部、216 信号レベル測定部。

Claims (10)

  1. 端末と、前記端末とCoMPによる通信を行う複数の基地局と、から構成される通信システムであって、
    前記複数の基地局では、各基地局が他の基地局と連携してパイロット信号送信シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングを決定し、所定のパイロット信号送信タイミングではある基地局が前記端末へパイロット信号を送信し、つぎのパイロット信号送信タイミングでは別の基地局が前記端末へパイロット信号を送信して、パイロット信号を間欠送信し、前記複数の基地局として、連携する基地局の数が多いほどパイロット信号の送信周期を長くして前記端末に対してパイロット信号を間欠的に送信し、
    前記端末は、前回受信したパイロット信号の送信元の基地局とは異なる基地局からのパイロット信号をつぎの受信タイミングで受信し、前記複数の基地局からのパイロット信号を間欠的に受信する、
    ことを特徴とする通信システム。
  2. 前記複数の基地局は、同一のパイロット信号送信シーケンスパターンを用いてパイロット信号を送信する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
  3. 前記複数の基地局は、通信に利用可能な周波数帯域のうち一部の周波数帯域において、前記パイロット信号送信シーケンスパターンおよび前記パイロット信号送信タイミングでパイロット信号を送信する、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の通信システム。
  4. 端末と、前記端末とCoMPによる通信を行う複数の基地局と、から構成される通信システムにおける前記基地局であって、
    前記複数の基地局では、各基地局が他の基地局と連携してパイロット信号送信シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングを決定し、所定のパイロット信号送信タイミングではある基地局が前記端末へパイロット信号を送信し、つぎのパイロット信号送信タイミングでは別の基地局が前記端末へパイロット信号を送信して、パイロット信号を間欠送信し、前記複数の基地局として、連携する基地局の数が多いほどパイロット信号の送信周期を長くして前記端末に対してパイロット信号を間欠的に送信する、
    ことを特徴とする基地局。
  5. 前記複数の基地局は、同一のパイロット信号送信シーケンスパターンを用いてパイロット信号を送信する、
    ことを特徴とする請求項に記載の基地局。
  6. 前記複数の基地局は、通信に利用可能な周波数帯域のうち一部の周波数帯域において、前記パイロット信号送信シーケンスパターンおよび前記パイロット信号送信タイミングでパイロット信号を送信する、
    ことを特徴とする請求項4または5に記載の基地局。
  7. 端末と、前記端末とCoMPによる通信を行う複数の基地局と、から構成される通信システムにおける前記端末であって、
    前記複数の基地局では、各基地局が他の基地局と連携してパイロット信号送信シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングを決定し、所定のパイロット信号送信タイミングではある基地局が前記端末へパイロット信号を送信し、つぎのパイロット信号送信タイミングでは別の基地局が前記端末へパイロット信号を送信して、パイロット信号を間欠送信し、前記複数の基地局として、連携する基地局の数が多いほどパイロット信号の送信周期を長くして前記端末に対してパイロット信号を間欠的に送信する場合に、
    前回受信したパイロット信号の送信元の基地局とは異なる基地局からのパイロット信号をつぎの受信タイミングで受信し、前記複数の基地局からのパイロット信号を間欠的に受信する、
    ことを特徴とする端末。
  8. 端末と、前記端末とCoMPによる通信を行う複数の基地局と、から構成される通信システムにおける基地局省電力制御方法であって、
    前記複数の基地局では、各基地局が他の基地局と連携してパイロット信号送信シーケンスパターンおよびパイロット信号送信タイミングを決定する基地局連携ステップと、
    前記複数の基地局では、所定のパイロット信号送信タイミングではある基地局が前記端末へパイロット信号を送信し、つぎのパイロット信号送信タイミングでは別の基地局が前記端末へパイロット信号を送信して、パイロット信号を間欠送信し、前記複数の基地局として、連携する基地局の数が多いほどパイロット信号の送信周期を長くして前記端末に対してパイロット信号を間欠的に送信するパイロット信号送信ステップと、
    前記端末は、前回受信したパイロット信号の送信元の基地局とは異なる基地局からのパイロット信号をつぎの受信タイミングで受信し、前記複数の基地局からのパイロット信号を間欠的に受信するパイロット信号受信ステップと、
    を含むことを特徴とする基地局省電力制御方法。
  9. 前記基地局連携ステップでは、前記複数の基地局は、同一のパイロット信号送信シーケンスパターンを用いてパイロット信号を送信することを決定する、
    ことを特徴とする請求項に記載の基地局省電力制御方法。
  10. 前記基地局連携ステップでは、前記複数の基地局は、通信に利用可能な周波数帯域のうち一部の周波数帯域において、前記パイロット信号送信シーケンスパターンおよび前記パイロット信号送信タイミングでパイロット信号を送信することを決定する、
    ことを特徴とする請求項8または9に記載の基地局省電力制御方法。
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