LTE向けセル間電波干渉制御技術

スマートフォンの急速な普及に伴い、モバイル通信量が増大しています。富士通研究所は、最新のモバイル通信方式「LTE」（注1）において課題であった基地局のセル（注2）境界部で発生する電波干渉（注3）を低減し、サービスエリア全体で安定した通信品質を提供するための制 御技術を開発しました。

スマートフォンの急速な普及に伴い、モバイル通信量は増加の一途をたどっています。総務省の情報通信審議会が2008年に発表した推計では、2007年のモバイル通信量を基準とすると、2012年には約16倍、さらに2017年には約220倍にまで拡大すると予測されています（注4）。こうしたモバイル通信の需要を支える技術としてWiMAX（注5）と並んで期待されているのが、最高150Mbpsの高速伝送が可能なLTEです。

LTEのように、多数の基地局のセルが集まって広域のサービスエリアを形成する場合、隣接するセル同士が重なりあうセル間では電波干渉が起こります。そのため、通信品質が劣化し、データのダウンロードが遅くなったり、動画コンテンツの再生が途切れたりすることがあります。通信量が急増する中で安定したモバイルサービスを提供するには、こうしたセル間の電波干渉を低減する技術が重要です。

従来の電波干渉制御技術としては、周波数帯域（注6）を分割する「周波数繰り返し（注7）」があります。これは、セル間で異なる周波数を使用できる代わりに、各セルは割り当てられた周波数しか使用できないため周波数帯域は狭くなり、通信速度は逆に低下します。

そこで、基地局から遠いエリア（セル端）と近いエリア（セル中心）で帯域割り当てを分離し、部分的に周波数繰り返しを行う「FFR」（Fractional Frequency Reuse）がLTE技術者の間で検討されるようになりました。FFRは、電波干渉が起こりやすいセル端では周波数繰り返しを行って送信電力は大きくし、電波干渉がそれほど問題にならないセル中心では周波数繰り返しを行わず全てのセル中心で同一の周波数を使用して送信電力は小さくします（図1）。

FFRであれば、周波数帯域の利用効率を犠牲にせずに、セル間の電波干渉を低減できますが、「均一なセル形状」でない場合にその効果が劣化する可能性があります。現実には、ビルによって電波が遮られることもあれば、逆に遮る物が何もなく遠くまで届いたりすることもあり、セル端の帯域を固定的に割り当てるFFRでは、電波干渉を効果的に低減することは困難です。

富士通研究所では、セル間におけるユーザー分布の偏りにも注目し、独自のアルゴリズムによってセル端の帯域を自律分散的に最適化する電波干渉制御技術を開発しました。

本技術はまず、隣接するセルと重なりあうセル境界近辺のユーザー数を調べ、隣接セル毎の電波干渉の度合いを計算します。そして計算結果から自セルに対して最も電波干渉の問題が小さい隣接セルを特定し、特定したセル端の帯域と同じ帯域に、自セルのセル端の帯域を変更します（隣接セルで使用されていないセル端の帯域が存在する場合には、その帯域をセル端帯域とします）。これによって、最も電波干渉の問題が大きかったセル間の電波干渉が低減され、自セル内で電波干渉の影響を受けるユーザー数を最小限に抑えることができます（図2）。

帯域変更の情報は、LTEで規定されたインターフェースを用いて隣接するセルへ通知、この一連の制御アルゴリズムをセル間で繰り返し行うことで、時間的なユーザー分布の変動にも追従しながら、システム全体のセル端の帯域を最適に割り当てることが可能となります。

本技術をシミュレーションによって評価した結果、セル端におけるユーザー端末の通信速度が、従来のFFR方式と比較して約1.5倍、電波干渉制御を行わない場合と比較して約2倍に向上しました（注8）。これにより、セル境界近辺にユーザーが集中している場合でも、高品質な動画配信等を楽しむことができるようになります。

本技術の詳細は、ハンガリー・ブダペストで開催された「VTC2011-Spring（注9）」にて発表し、国内外の技術者から多くの注目を集めました。富士通研究所では、快適なモバイルブロードバンドサービスの実現に向けて、本技術をLTE基地局に適用するための検討を進め、2年から3年後の実用化を目指します。

［2011年9月1日 公開］

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