ファーウェイのヘテロジニアス・ネットワーク・ソリューション

ワイヤレスネットワークソリューション営業部　シニアソリューションマネージャー　吉川 功

ワイヤレスプロダクト管理部　シニアマネージャー　来 伝遠（Lai Chuanyuan）

スマートフォンの急速な普及にともなってアプリケーションやデータ通信の利用が拡大したことにより、多くの国でトラフィックが劇的に増加し、結果としてセルの過負荷が頻繁に発生しています。日本においても、3GからLTEへのトラフィックの急激なシフトが起こり、過負荷状態のLTEセルが増えています。こうしたセルのオーバーロードが生じると、セルエッジのユーザーは技術的にはネットワークに接続されていても事実上スループットがまったく出ないという最悪の状況に陥ることもあります。この増え続けるLTEトラフィックと容量の需要をどう満たすかが、通信事業者の最も切迫した課題になっています。今回は、こうした課題に応えるLTEにフォーカスしたファーウェイのスモールセルによるヘテロジニアス・ネットワーク・ソリューションについてご紹介します。

マクロ基地局による無線ネットワークの課題

　エリア展開に際して、カバレッジの観点から費用対効果を最大化するために、通信事業者はマクロ基地局をメインとしてネットワークを構築します。また、都心部を中心としたハイトラフィック・エリアでは、マクロ基地局を緻密に設置したり、多セクター（3セクター＋α、6セクター）化をすることにより、無線容量増加の対策を行っています。さらに、MIMO（Multiple-Input and Multiple-Output）や干渉除去技術など、新たな無線機能の導入による容量対策も重要です。

　しかし、マクロ基地局だけでの展開では、弱電界スポットやカバレッジホールとなるエリアも多く発生してしまうという問題があります。また、都市部ではホットスポット（ユーザーとトラフィックが集中するスポット）がマクロ基地局のカバレッジ・エリアでのユーザー・エクスペリエンスを下げてしまうケースもよく見られます。このように、マクロ基地局だけでカバレッジと容量について対策を講じるには限界があります。マクロ基地局は物理的にも設置可能な場所が限定的であり、今後のユーザー・トラフィックの収容を考慮すると、マクロ基地局だけで理想的な無線設計を実現することは非常に困難です。

　すでに容量が限界となったマクロ基地局エリアからのトラフィック・オフロードを実現したり、マクロ基地局だけではカバーできない弱電エリアやカバレッジホールを解決することが、今後のLTEネットワーク構築上の最重要課題です。これを解決するキーとなるソリューションが、スモールセルを用いたヘテロジニアス・ネットワークです。

ヘテロジニアス・ネットワーク

　一般的に、マクロ基地局とスモールセルを組み合わせたネットワークをヘテロジニアス・ネットワークと呼びます。また、異なる通信方式（2G、3G、LTE、WiFiなど）を組み合わせて構築されたネットワークも同様にヘテロジニアス・ネットワークと呼ばれます。

　ヘテロジニアス・ネットワーク（ 以下、HetNet）の目的は、トラフィック需要の高い箇所で効率のよい無線ネットワーク収容設計を行うことにより、混雑を緩和し、ユーザー・エクスペリエンスを向上させることにあります。HetNetのネットワーク間（マクロ基地局～スモールセル、2G～3G～LTE～WiFi）でのトラフィック・ロード・バランスや、スムースなモビリティーを実施することにより、品質の高いネットワークが実現できます。

　以下、本稿ではマクロ基地局とスモールセルの組み合わせによるHetNetについてご紹介します。

スモールセルの定義と利点

　無線基地局は、送信出力をベースに「マクロ基地局」「ミクロ基地局」「ピコ基地局」に分類されます（表1）。本稿では「ミクロ基地局」および「ピコ基地局」をスモールセルと呼びます。

　マクロ基地局では、基地局やアンテナを理想的な場所に設置できるとは限りません。実際に、マクロ基地局の設置条件がネットワーク設計の制約となる場合も多くあります。一方、スモールセルはマクロ基地局と比較すると、基地局やアンテナの設置場所に関する自由度が高く、設置するときのサイト獲得や基地局工事、インスタレーション作業も非常に短納期で実現できます。そのため、実際のトラフィック・ニーズと無線ネットワークの要求に対応した、より柔軟で精度の高い無線ネットワークを迅速に設計することが可能となります。

不均一なサービスレベルの改善と干渉の解決

　無線によるサービス提供では、場所と時間によって無線環境が変化するため、エンドユーザーに提供するサービスレベルが変動的で不均一になりがちです。たとえば、マクロ基地局によるエリアカバーでは、セルエッジとセルの中心にいるユーザーではサービス品質が大きく異なります。これはエンドユーザーへのサービス提供上、解決すべき課題のひとつです。セルエッジで干渉などによる品質低下を改善し、セルセンターとセルエッジで均一的なスループットを実現することで、ユーザーがセルの中心にいても、セルエッジにいても、均一的なユーザー・エクスペリエンスを提供できるネットワーク（＝ノー・エッジ・ネットワーク）が理想的と言えます。

　また、無線ネットワークでは一時的または恒久的なホットスポットも必ず発生します。HetNet構築は、費用対効果を考慮し、より正確にスモールセルのターゲット・エリア、ターゲット・ゾーンを確定し、ノー・エッジ・ネットワークと容量の最大化を実現します。

　これらスモールセルの導入後は、マクロ基地局・スモールセル間およびスモールセル間に新たなセルボーダーが発生します。このセルボーダー（セルエッジ）での干渉による品質低下をどのように軽減してノー・エッジ・ネットワークを実現するかが、ユーザー・エクスペリエンス向上のための技術的な課題です。

　たとえば、ファーウェイでは、干渉除去において表2のようなテクノロジーを駆使し、ノー・エッジ・ネットワークを実現しています。

スモールセル展開のシナリオ

　LTEのHetNetでは、マクロ基地局でのカバレッジレイヤー（マクロレイヤー）とスモールセルによるカバレッジレイヤー（スモールセルレイヤー）を考慮した無線ネットワーク設計が必要となります。どの場所にいるユーザーをどのレイヤーで収容するかを、十分に検討する必要があります。HetNetの展開シナリオの事例には以下のようなものが挙げられます。

ホットスポット、ホットライン、ホットゾーンでのスモールセルによるマクロ基地局からのオフロード

　主に都心部において、特定のエリアに非常に高いトラフィックが集中する場所が発生します。こうした場所は図4のように、大きく「ホットスポット」「ホットライン」「ホットゾーン」の3つに分類できます。

　これらは人口が集中する都心部のショッピングストリートやオフィス街、オフィスビル内、駅前・駅周辺などで多く発生することがあり、これによるマクロ基地局への負荷集中は深刻な問題です。このようなエリアにスモールセルを展開し、HetNet化することが、解決策のひとつとなります。スモールセルの基地局構成は非常にシンプルであり、通常のビル屋上や地上設置に加え、電柱（ポール）や壁設置など、さまざまな設置方法があります。また、ファーウェイのスモールセル製品はAC電源に対応しているため、整流器なしに基地局を設置することができます。

　このシナリオは、マクロ基地局のカバレッジ内にスモールセルを配置してHetNetを構成するというもので、無線ネットワークの容量を容易に拡大することができます（図5）。マクロレイヤーとスモールセルレイヤーは、同一周波数でも異なる周波数でも展開が可能です。

　たとえば、図4のホットライン、ホットゾーンのシナリオでは、複数のスモールセルを用いて、一定のターゲット・エリア（駅ビル周辺の地上と、その駅ビルの低層階のトラフィックなど）を定義することが望ましいと言えます。その上で、さらにマクロ基地局とスモールセル間およびスモールセルどうしの間のトラフィック管理と負荷管理の設計を考慮することも必要です。アイドル状態または接続状態において、どちらのレイヤーにどこのエリアのユーザーを所属させるかについても考える必要があります。

弱電界スポット、カバレッジホールでのスモールセル展開

　マクロ基地局だけのネットワークでは、基地局設置場所に制約があるため、どうしても弱電界スポットやカバレッジホールが発生します。たとえば、以下のようなエリアがこれに含まれます。

●都心部の駅構内

●過密なビル街

●大学のキャンパス内

●道路上のカバレッジの弱いエリア

●オフィスビルや商用ビルなどの屋内エリア

　このシナリオでは、マクロ基地局ではカバーできない弱電界スポットやカバレッジホールにスモールセルを展開することにより、シームレスなネットワークを実現します（図6）。

スモールセルを使用した屋内カバレッジ

オフィスビル、大型ショッピングモール、スタジアム、空港、地下鉄などのホットスポットを含む屋内エリアは、2G／3Gの時代には屋外の基地局からカバーすることに加え、DAS（Distributed Antenna System：分散アンテナシステム）やフェムトセルを屋内に展開していたケースが多く見られました。しかし、LTEでの屋内カバレッジでは、DASを適用しても容量の拡張性に限界があり、容量拡張の観点では費用対効果も期待できません。LTEでは、屋外基地局（スモールセルをつかったホットゾーンなど）や屋内用基地局Lampサイト（ファーウェイの屋内無線基地局の製品）によって屋内エリアをカバーすることで、簡単かつ柔軟にカバレッジを展開できます。この方法は、DASに比べるとはるかに費用対効果と無線容量の拡張性に優れています。

ファーウェイのスモールセル・ソリューション

　ファーウェイの代表的な屋外・屋内対応のスモールセル製品（B T S 3 2 0 3 E、BTS3911Eなど）は、小型、軽量、SON（Self Organizing Network）機能、柔軟な設置方法が特長です。

　これらスモールセル・ソリューションにより、通信事業者は簡単で柔軟な基地局展開が可能になります。ファーウェイは、干渉制御、モビリティー、負荷分散、高速化などの観点から、通信事業者のスモールセル・デザインに適した無線ネットワーク・ソリューションを設計ポリシーも含めて提供し、短期間でネットワーク品質の向上を可能にします。ファーウェイのマクロ基地局とスモールセルによるHetNetはすでに世界各国で展開されており、その性能と運用実績がHetNetスモールセル・ソリューションの確固たる効果を証明しています。