JP2008252253A - 基地局制御装置、無線通信システムおよび基地局制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピコセル等のセル間の干渉を低減させる際の性能向上を図る。
【解決手段】無線通信システムにおいて複数の基地局の送信電力を制御する基地局制御装置１が、移動局で測定された基地局毎の受信信号強度に基づいて移動局における無線環境指標を算出し、該無線環境指標のマージンに基づいて基地局の送信電力を調整する送信電力制御部３３を備えたことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、基地局制御装置、無線通信システムおよび基地局制御方法に関する。

従来、セルラシステムは、マクロ/マイクロセルにより無線通信エリアを展開するものが主流であるが、今後、利用周波数が高くなるに伴い、局所的に簡易な低出力型基地局を配置してピコセルを形成し、ビル影等の不感地帯や屋内を無線通信可能な環境にする試みが増加すると予想される。また、無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）は、ピコセルを形成し、屋内の無線通信システムにおおいに利用されている。それらピコセルシステムでは、無線通信エリア内の構造物（屋外であればビル等の形状や配置、屋内であれば部屋の構造や什器など）によって、セルサイズおよびセル形状が変化し、セル配置が不規則になる。このため、特許文献１に記載されるようなセルの規則的配置を前提とした基地局制御技術では適用することが難しく、セル間の干渉を低減させる基地局制御技術として、不規則なセル配置に適用可能な動的な基地局制御技術が必要となる。従来の無線ＬＡＮにおいて、基地局の位置を管理サーバに登録し、管理サーバが基地局の登録位置から無線通信エリアを推定し、この推定結果に基づいて基地局に割り当てる周波数チャネルの配置および送信電力を決定するものが知られている。
特開２００５−２７１８９号公報 インターネット＜ＵＲＬ：http://www.englink21.com/i-eng//column2/clm046/clm001.htm＞、［平成１９年２月２１日検索］

しかしながら、従来の基地局制御技術では、基地局の登録位置から無線通信エリアを推定しているが、基地局の登録位置から無線通信エリアを推定する技術は未だ十分に確立されておらず、最適な基地局制御が行なわれない可能性がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ピコセル等のセル間の干渉を低減させる際の性能向上を図ることのできる基地局制御装置、無線通信システムおよび基地局制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る基地局制御装置は、無線通信システムにおいて複数の基地局の送信電力を制御する基地局制御装置であって、移動局で測定された基地局毎の受信信号強度に基づいて、移動局における無線環境指標を算出する無線環境指標算出手段と、前記無線環境指標のマージンに基づいて基地局の送信電力を調整する送信電力制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る基地局制御装置においては、前記送信電力制御手段は、無線環境指標のマージンの大きい移動局の無線環境指標を該マージンが少なくなるように、基地局の送信電力を調整することを特徴とする。

本発明に係る基地局制御装置においては、前記送信電力制御手段は、過去の制御結果を記録し、過去の制御結果を反映させて送信電力の調整を行うことを特徴とする。

本発明に係る基地局制御装置においては、移動局で測定された基地局毎の受信信号強度に基づいて、各基地局に対する周波数チャネルの配置を決定する周波数チャネル割当て制御手段を備え、前記無線環境指標算出手段は、前記周波数チャネルの配置を前提として、前記無線環境指標を算出することを特徴とする。

本発明に係る無線通信システムは、請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の基地局制御装置と、複数の基地局と、基地局毎の受信信号強度を測定し、該測定データを前記基地局制御装置に送る移動局とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る基地局制御方法は、無線通信システムにおいて複数の基地局の送信電力を制御する基地局制御方法であって、移動局で測定された基地局毎の受信信号強度に基づいて、移動局における無線環境指標を算出するステップと、前記無線環境指標のマージンに基づいて基地局の送信電力を調整するステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ピコセル等のセル間の干渉を低減させる際の性能向上を図ることができる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る移動通信システムの構成を示すブロック図である。図１に示す移動通信システムは、基地局制御装置としての集中制御局１と、基地局２と、移動局３とを有する。

図１において、集中制御局１の配下には、複数の基地局２が設けられている。集中制御局１は、各基地局２に通信回線を介して接続されている。各基地局２は、無線通信エリアであるセル１００をそれぞれに形成している。移動局３は、在圏しているセル１００の基地局２と無線通信することができる。

図１の例では３つのセル１００は互いに重複して配置されている。このため、各基地局２のセル間で周波数チャネルの干渉が生じる可能性があり、干渉対策を講じることが望ましい。そこで、本実施形態では、集中制御局１が、基地局２に割り当てる周波数チャネルの配置および基地局２の送信電力を調整し、各基地局２のセル間で生じ得る周波数チャネルの干渉を回避もしくは軽減することを図る。

以下、本実施形態に係る基地局制御の構成について詳細に説明する。

ピコセル方式の移動通信システムのように基地局が任意に設置及び廃止される場合には、全ての基地局間の位置関係を正確に把握することができないので、セル同士が重複して配置されていたとしても、その重複しているセル間の位置関係を基地局間の位置関係から知ることは難しい。そのため、本実施形態では、移動局３が、アクセス可能な基地局２をアクセス可能局リストとしてリスト化するとともに、アクセス可能な基地局２の受信信号強度（Received Signal Strength Indicator：RSSI）を測定する。そして、集中制御局１は、そのアクセス可能局リストおよびRSSIの測定データに基づいて、基地局２に割り当てる周波数チャネルの配置および基地局２の送信電力を決定する。

図２は、図１に示す移動局３の構成を示すブロック図である。
図２において、移動局３は、受信電波計測部２１とアクセス可能局リスト作成部２２とアクセス可能局リスト送信部２３とを有する。
受信電波計測部２１は、自移動局３で受信される電波の信号強度（RSSI）を測定する。これにより、RSSI測定データが基地局２毎に得られる。なお、複数の制御チャネルに渡ってRSSI測定を行い、その測定結果から平均値または中央値を算出してRSSI測定データを得るようにしてもよい。このようにすれば、RSSIの時間変動の影響を軽減することができる。

アクセス可能局リスト作成部２２は、基地局毎のRSSI測定データに基づいて、自移動局３からアクセス可能な基地局２を判定し、自移動局３からアクセス可能な基地局２の識別情報（基地局ID）を記載したアクセス可能局リストを作成する。アクセス可能局リスト作成部２２は、アクセス可能局リストに、アクセス可能な基地局２毎のRSSI測定データも含める。なお、アクセス可能とは、基地局からの制御信号を復調して解析し、基地局情報を読み取ることができることを指す。つまり、干渉を及ぼす可能性のある基地局が存在したとしても、該基地局からのRSSIが低い場合は干渉局として検出されない。

アクセス可能局リスト送信部２３は、その作成されたアクセス可能局リストを、自移動局３が接続中の基地局２に送信する。基地局２は、移動局３から受信したアクセス可能局リストを集中制御局１に送信する。

図３には、アクセス可能局リストの例が示されている。なお、図３では基地局２毎のRSSI測定データは省略している。図３に示される移動通信システムの例（図３には集中制御局１は図示していない）では、４つの基地局２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが存在し、それぞれ対応するセル１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄが形成されている。それらセル１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄは重複して配置されている。具体的には、セル１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは互いに重複して配置されている。また、セル１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄは互いに重複して配置されている。セル１００Ａと１００Ｄは重複していない。また、図３の例では、３台の移動局３ａ、３ｂ、３ｃが存在している。移動局３ａはセル１００Ａと１００Ｂの重複エリアに在圏している。移動局３ｂはセル１００Ａと１００Ｂと１００Ｃの重複エリアに在圏している。移動局３ｃはセル１００Ｃと１００Ｄの重複エリアに在圏している。

図３においては、移動局３ａは基地局２Ａと２Ｂとにアクセス可能であるので、基地局２Ａと２Ｂを記載したアクセス可能局リスト２００ａを作成する。移動局３ｂは基地局２Ａと２Ｂと２Ｃとにアクセス可能であるので、基地局２Ａと２Ｂと２Ｃを記載したアクセス可能局リスト２００ｂを作成する。移動局３ｃは基地局２Ｃと２Ｄとにアクセス可能であるので、基地局２Ｃと２Ｄを記載したアクセス可能局リスト２００ｃを作成する。各アクセス可能局リスト２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、それぞれの移動局が接続中の基地局を介して集中制御局１に送られる。

図４は、図１に示す集中制御局１の構成を示すブロック図である。
図４において、集中制御局１は、アクセス可能局リスト取得部３１と、周波数チャネル割当て制御部３２と、送信電力制御部３３と、通知部３４とを有する。

アクセス可能局リスト取得部３１は、自集中制御局１の配下の基地局２を介して、各基地局２に接続中の移動局３からアクセス可能局リストを取得する。
周波数チャネル割当て制御部３２は、各移動局３から取得されたアクセス可能局リストに基づいて、各基地局２に割り当てる周波数チャネルを決定する。
送信電力制御部３３は、その決定された周波数チャネルの配置を前提として、各移動局３から取得されたアクセス可能局リスト中のRSSI測定データに基づき、基地局２の送信電力を決定する。
通知部３４は、各基地局２に、割り当てられた周波数チャネルおよび送信電力を各基地局２に通知する。

次に、図５を参照して、本実施形態に係る基地局制御の全体の処理の流れを説明する。図５は、本実施形態に係る基地局制御の全体の処理の流れを示すシーケンスチャートである。
図５において、まず、基地局２と移動局１の間は無線による通信リンクが確立されている（Ｓ１）。この状態では、基地局２の送信電力は最大値である。

次いで、集中制御局１は、定期的又はイベントドリブン的に、配下の基地局２を介して移動局１にアクセス可能局リストを要求する（Ｓ２）。移動局３は、その要求を受けてアクセス可能局リストを作成し（Ｓ３）、作成したアクセス可能局リストを基地局２に送信する（Ｓ４）。そのアクセス可能局リストは、基地局２を介して集中制御局１に転送される。

次いで、集中制御局１は、各移動局３からのアクセス可能局リストを受信すると、アクセス可能局リストに基づいて各基地局２に割り当てる周波数チャネルを決定する（Ｓ５）。次いで、集中制御局１は、その決定した各基地局２に対する周波数チャネルの配置を前提にして、アクセス可能局リスト中のRSSI測定データに基づき、各基地局２の送信電力を決定する（Ｓ６）。

次いで、集中制御局１は、割り当てた周波数チャネルおよび送信電力を各基地局２に指示する（Ｓ７）。基地局２は、集中制御局１から指示された周波数チャネルおよび送信電力に変更し、移動局３間の無線による通信リンクを再確立する（Ｓ８）。

次に、図６を参照して、本実施形態に係る集中制御局１が行う基地局制御処理を詳細に説明する。図６は、本実施形態に係る集中制御局１が行う基地局制御処理の流れを示すフローチャートである。
図６において、集中制御局１は、ステップＳ１１で、各移動局３からアクセス可能局リストを収集する。

ステップＳ１２では、そのアクセス可能局リストに基づいて、各基地局２に割り当てる周波数チャネルを決定する。この周波数チャネル割当て処理では、各基地局２のセル間で生じ得る周波数チャネルの干渉を回避もしくは軽減するように、周波数チャネルを配置する。具体的には、移動局３からアクセス可能な基地局２の識別情報（基地局ID）とRSSI測定データを基にセルの重複関係を求め、セルの重複関係をグラフに置き換える。このグラフは、基地局をノードとし、重複している基地局間に対応するノード間が枝で接続される。そして、グラフ理論における彩色多項式を用いて周波数チャネルの割当て可否（グラフで言えば色の塗り分けの可否）を判定する。この判定結果が不可であった場合には、グラフを変形し、再度、彩色多項式による判定を行う。そして、彩色可能なグラフになるまでグラフを変形した後、グラフの枝が接続されているノード（基地局）間で異なる周波数チャネルが割り当てられるように、周波数チャネルの配置を決定する（グラフで言えば彩色を行う）。

なお、周波数チャネル割当て方法については、各基地局２のセル間で生じ得る周波数チャネルの干渉を回避もしくは軽減するように周波数チャネルを配置するものであればよく、特に限定しない。

次いで、ステップＳ１３では、アクセス可能局リスト中のRSSI測定データに基づいて、各移動局３の接続先の基地局２を決定する。この接続先基地局決定処理では、移動局３において、最大のRSSIが得られている基地局又は最大のCINR（Carrier to Interference and Noise power Ratio：搬送波対干渉波及び雑音の電力比）が得られている基地局２を選択する。CINRは、アクセス可能局リスト中のRSSI測定データから、最大値を所望波とし、最大値以外の他の値を干渉波とすることで算出することができる。雑音電力は所定値を用いる。

次いで、ステップＳ１４〜Ｓ２０では、ステップＳ１２で割り当て済みの全ての周波数チャネルについて、一つずつ（図６中では、便宜上、周波数チャネル番号０からチャネル番号最大値（CHmax）まで）、ステップＳ１５〜Ｓ１９の処理を行う。以下のステップＳ１５〜Ｓ１９の説明では、代表して周波数チャネル番号０の場合を説明するが、他の周波数チャネル番号の場合も同様である。

ステップＳ１５では、周波数チャネル番号０が割り当てられた基地局（AP）２を抽出する。そして、その抽出された各基地局２に関して、ステップＳ１３で決定された接続する対象である配下の移動局（SS）３の初期CINR及びCINRのマージンを算出する。移動局３のCINRは、当該移動局３のアクセス可能局リスト中のRSSI測定データから、ステップＳ１３で決定された接続先の基地局２を所望局とし、それ以外の他の基地局を干渉局として算出する。雑音電力は所定値を用いる。CINRのマージンは、移動局３のCINRについての所定値（CINRreq）に対するマージンである。従って、移動局３のCINRと所定値（CINRreq）との差を算出し、CINRのマージンとする。CINRreqは、本移動通信システムで要求されるCINRの最小値、又は、移動局３が要求するCINRの最小値（移動局毎に異なっていてもよい）である。
このステップＳ１５では、周波数チャネル番号０を用いる基地局２毎に、接続対象の移動局３の初期CINR及びCINRのマージンが算出される。

次いで、ステップＳ１６では、ステップＳ１５の算出結果に基づいて、周波数チャネル番号０を用いる基地局２毎に、CINRのマージンが最小となる接続対象の移動局３を選択する。

次いで、ステップＳ１７〜Ｓ１９では、ステップＳ１６で選択された移動局３を対象にして、全ての移動局３のCINRが所定値（CINRgoal）以下となるまで、ステップＳ１８の処理を繰り返す。CINRgoalは、CINRreqに微小な数値を加えた値である。つまり、CINRgoalは、CINRreqに対して若干のマージンを有する。
ステップＳ１８では、まず、ステップＳ１６で選択された移動局３の中でCINRのマージンが最大となる移動局３に対して、CINRのマージンが０となるように、接続先の基地局２の送信電力を減衰させた送信電力を算出する。次いで、その算出された送信電力に基づいて各移動局３のRSSIを変更し、各移動局３のCINR及びCINRのマージンを算出し直す。

次いで、ステップＳ１４〜Ｓ２０が終了すると、ステップＳ２１では、集中制御局１は、各基地局２に対して、割り当てた周波数チャネルおよび該周波数チャネルにおける送信電力を指示する。

次に、図７、図８を参照して、集中制御局１が行う基地局制御処理を具体例を挙げて説明する。
図７には、３台の基地局２−１，２，３と、３台の移動局３−１，２，３の配置例が示されている。基地局２−１，２，３及び移動局３−１，２，３は、８０メートル四方のエリア内に配置され、同一周波数チャネルを用いる。基地局２−１，２，３はそれぞれ１台の移動局３−１，２，３と接続されるものとする。なお、この例では、説明を簡単にするために、各基地局２配下の移動局３を１台ずつにしているが、基地局２配下に複数の移動局が存在したとしても、CINRが最小である移動局のみを対象にすればよい。また、この例では、基地局２の最大送信電力は２０dBm、CINRreqは１０dB、CINRgoalは１１dBとする。また、伝搬損失は自由空間伝搬損失を用いる。

図８には、基地局制御処理における、（１）基地局２の送信電力の遷移例および（２）移動局３のCINRの遷移例が示されている。
図８において、基地局２−１，２，３が初期送信電力（最大送信電力：２０dBm）を用いている時に、各移動局３−１，２，３のCINRは、０．５dB、９．１dB、１８．７dBである。これにより、CINRのマージンが最大である移動局３−３の接続先である基地局２−３の送信電力を、移動局３−３のCINRのマージンが０になるように（つまり、移動局３−３のCINRが１０dB（CINRreq）になるように）、８．７dBだけ減少させる。

その結果、基地局２−３の送信電力は１１．３dBmになり、これを基に再計算された各移動局３−１，２，３のCINRは、７．０dB、１２．５dB、１０．０dBとなる。次いで、CINRのマージンが最大である移動局３−２の接続先である基地局２−２の送信電力を、移動局３−２のCINRのマージンが０になるように（つまり、移動局３−２のCINRが１０dB（CINRreq）になるように）、２．５dBだけ減少させる。

その結果、基地局２−２の送信電力は１７．５dBmになり、これを基に再計算された各移動局３−１，２，３のCINRは、７．８dB、１０．０dB、１１．２dBとなる。次いで、CINRのマージンが最大である移動局３−３の接続先である基地局２−３の送信電力を、移動局３−３のCINRのマージンが０になるように（つまり、移動局３−３のCINRが１０dB（CINRreq）になるように）、１．２dBだけ減少させる。

その結果、基地局２−３の送信電力は１０．１dBmになり、これを基に再計算された各移動局３−１，２，３のCINRは、８．５dB、１０．２dB、１０．０dBとなる。ここで、全ての移動局３のCINRが１１dB（CINRgoal）以下となったので、この時点の各基地局２−１，２，３の送信電力（２０．０dBm、１７．５dBm、１０．１dBm）を採用する。
なお、これらの処理は集中制御局１において計算上で行われるのであって、実際に基地局２の送信電力を減衰させるわけではない。

上述したように本実施形態によれば、移動局で測定された基地局毎のRSSIに基づいて、各基地局に周波数チャネルを割り当てし、その周波数チャネル配置を前提にして各移動局におけるCINRを計算し、CINRのマージンに基づいて基地局の送信電力を調整する。これにより、実際の移動局におけるRSSI測定データに基づいた、基地局に対する周波数チャネル割り当て及び送信電力制御を行うことができるので、セル間の干渉を低減させる際の性能を向上させることが可能になる。

また、CINRのマージンに基づいて基地局の送信電力を調整するので、無線通信エリアにおける通信品質を維持することに寄与することができる。また、その結果として、基地局の消費電力の節約に寄与することができる。

また、CINRマージンの大きい移動局のCINRを許容できる範囲で下げるように、基地局の送信電力を調整することにより、当該基地局に隣接する基地局のセルへの干渉が軽減され（つまり、セル間の重複エリアが減少し）、その結果としてCINRが低かった移動局のCINRが向上するという効果が得られる。これにより、最適な無線通信エリアが展開されるようになることが期待できる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態では、説明を簡単にするために、初期送信電力が最大値であることを前提としたが、これに限定されない。アクセス可能局リスト収集時点で既に送信電力が最大値から減衰されていたとしても、集中制御局１は各基地局２の送信電力を知ることができる。これにより、アクセス可能局リストを基に、最大送信電力を用いているときのRSSIを算出することができるので、上述の実施形態と同様の処理を行うことができる。

また、周波数チャネルは固定とし、送信電力の制御のみを行なってもよい。この場合においても、実際の移動局におけるRSSI測定データに基づいた、基地局に対する送信電力制御を行うことができるので、セル間の干渉を低減させる際の性能を向上させることが可能になる。

また、上述の実施形態では、通信中の移動局のみを対象したが（つまり、制御タイミングでアクティブな移動局の配置に対する無線通信エリアの最適化を行なっているが）、存在する全ての移動局からアクセス可能局リストを収集して基地局制御を行なってもよい。

さらには、過去のアクセス可能局リストに基づいた結果も用いるようにしてもよい。具体的には、過去のＮ回分の移動局選択結果を記録しておき、図６のステップＳ１６において、過去のＮ回分の移動局選択結果も含めて、各基地局配下の移動局におけるCINRのマージンが最小となる移動局を選択する。これにより、複数回の結果を利用した基地局制御が行われ、無線通信エリアの安定に寄与することができる。

また、上述した実施形態では、移動局がRSSI測定データからアクセス可能な基地局を判定したが、移動局から集中制御局に対して基地局毎のRSSI測定データのみを通知し、集中制御局が該基地局毎のRSSI測定データに基づいて移動局におけるアクセス可能な基地局を判定するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、移動局における無線環境を表す指標としてCINRを利用したが、これに限定されない。無線環境を表す指標（無線環境指標）としては、CINRの他に、例えば、CIR（Carrier to Interference Ratio：搬送波対干渉波の電力比）などが利用可能である。

なお、本発明は、ピコセル方式など、各種セル方式の無線通信システムに適用可能である。

本発明の一実施形態に係る移動通信システムの構成を示すブロック図である。 図１に示す移動局３の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るアクセス可能局リストの例を示す図である。 図１に示す集中制御局１の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る基地局制御の全体の処理の流れを示すシーケンスチャートである。 図４に示す集中制御局１が行う基地局制御処理の流れを示すフローチャートである。 図４に示す集中制御局１が行う基地局制御処理を説明するための具体例である。 図４に示す集中制御局１が行う基地局制御処理を説明するための具体例である。

符号の説明

１…集中制御局、２…基地局、３…移動局、２１…受信電波計測部、２２…アクセス可能局リスト作成部、２３…アクセス可能局リスト送信部、３１…アクセス可能局リスト取得部、３２…周波数チャネル割当て制御部、３３…送信電力制御部、３４…通知部

Claims (6)

1. 無線通信システムにおいて複数の基地局の送信電力を制御する基地局制御装置であって、
   移動局で測定された基地局毎の受信信号強度に基づいて、移動局における無線環境指標を算出する無線環境指標算出手段と、
   前記無線環境指標のマージンに基づいて基地局の送信電力を調整する送信電力制御手段と、
   を備えたことを特徴とする基地局制御装置。
2. 前記送信電力制御手段は、無線環境指標のマージンの大きい移動局の無線環境指標を該マージンが少なくなるように、基地局の送信電力を調整することを特徴とする請求項１に記載の基地局制御装置。
3. 前記送信電力制御手段は、過去の制御結果を記録し、過去の制御結果を反映させて送信電力の調整を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基地局制御装置。
4. 移動局で測定された基地局毎の受信信号強度に基づいて、各基地局に対する周波数チャネルの配置を決定する周波数チャネル割当て制御手段を備え、
   前記無線環境指標算出手段は、前記周波数チャネルの配置を前提として、前記無線環境指標を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の基地局制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の基地局制御装置と、
   複数の基地局と、
   基地局毎の受信信号強度を測定し、該測定データを前記基地局制御装置に送る移動局と、
   を備えたことを特徴とする無線通信システム。
6. 無線通信システムにおいて複数の基地局の送信電力を制御する基地局制御方法であって、
   移動局で測定された基地局毎の受信信号強度に基づいて、移動局における無線環境指標を算出するステップと、
   前記無線環境指標のマージンに基づいて基地局の送信電力を調整するステップと、
   を含むことを特徴とする基地局制御方法。

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