JP2009049758A - 無線通信システムの置局設計装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】セル間でのスループットのばらつきを抑える基地局の置局設計装置を提供する。
【解決手段】置局設計装置は、セルより小さいサイズのメッシュに含まれる、建物、世帯、居住者のいずれかである対象物の数を求め、対象物数が、所定数以上のメッシュを統合した実効サービスエリアを特定し、利用可能なセル数で、実効サービスエリアをカバーするセル配置を求め、各セル配置について、メッシュの対象物数に基づき、各セルのセル収容数を求め、その最大値と最小値の差に基づくセル収容数偏差が最小であるセル配置を、使用するセル配置として出力し、セル収容数は、各メッシュについて、メッシュをカバーするセルの数に基づく層数を求め、各メッシュについて、メッシュの対象物数を層数で除することにより、該メッシュの実効対象物数を求め、セルに含まれる全メッシュの実効対象物数の合計により求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システムにおける基地局の設置場所を決定する置局設計装置及び方法に関する。

無線通信システムにおいて、限られた周波数帯を用いて面的にサービスエリアをカバーするには、周波数を繰り返し使用する必要がある。このため、非特許文献１においては、周波数利用効率化のためのチャネル配置方法が提案されている。

田中逸清、他、"ワイヤレスＩＰアクセスシステムにおける最適無線チャネル配置法について"、２００５年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−５−１９９、２００５年

非特許文献１は、各セル、つまり、基地局がカバーする範囲のトラヒックの差異を考慮せず、機械的にサービスエリアをカバーする方法であるため、各セルで収容するトラヒックが不均衡となり、セル間でのスループットにばらつきが生じ、セル内の伝送容量を超えたスループットが発生した場合、データ損失や伝送遅延が発生するという問題がある。

したがって、本発明は、上記問題を解決した基地局の置局設計装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明における置局設計装置によれば、
無線通信システムの基地局の置局設計装置であって、基地局のセルより小さいサイズのメッシュに、地図データを分割する第１の手段と、メッシュに含まれる、建物、世帯、居住者のいずれかである対象物の数を、対象物のデータベースを使用して集計することで、メッシュの対象物数を求める第２の手段と、対象物数が、所定数以上のメッシュを統合した領域である実効サービスエリアを特定する第３の手段と、利用可能なセル数で、実効サービスエリアをカバーするためのセル配置を、それぞれ、求める第４の手段と、各セル配置について、メッシュの対象物数に基づき、各セルのセル収容数を求める第５の手段と、各セル配置について、セル収容数の最大値と最小値の差に基づくセル収容数偏差を求める第６の手段と、セル収容数偏差が最小であるセル配置を、使用するセル配置として出力する第７の手段とを備えており、第５の手段は、各メッシュについて、メッシュをカバーするセルの数に基づく層数を求め、各メッシュについて、メッシュの対象物数を層数で除することにより、該メッシュの実効対象物数を求め、セルに含まれる全メッシュの実効対象物数の合計に基づく値を、該セルのセル収容数とする。

本発明の置局設計装置における他の実施形態によれば、
既に設定されている既存セル配置に対して、新たに追加セルを配置する場合において、第４の手段は、追加セルの配置候補位置を求め、第５の手段は、追加セルを配置候補位置に配置したときの、各セルのセル収容数を、総ての配置候補位置に対して求め、第６の手段は、追加セルの各配置候補位置についてのセル収容数偏差を求め、第７の手段は、セル収容数偏差が最小である配置候補位置を、追加セルの配置位置として出力することも好ましい。

また、本発明の通信装置における他の実施形態によれば、
追加セルを配置する場合において、第４の手段は、既存セルと同一の配置位置と、２つ以上の既存セルによりカバーされているメッシュのみを含むこととなる配置位置を、配置候補位置から除外することも好ましい。また、第４の手段は、既存セルと同一の配置位置と、セルの中心に位置するメッシュの対象物数が閾値より大きい配置位置を、配置候補位置から除外することも好ましい。

本発明における置局設計方法によれば、
無線通信システムの基地局の置局設計方法であって、メッシュデータ生成部が、基地局のセルより小さいサイズのメッシュに、地図データを分割するステップと、メッシュデータ生成部が、メッシュに含まれる、建物、世帯、居住者のいずれかである対象物の数を、対象物のデータベースを使用して集計することで、メッシュの対象物数を求めるステップと、実効サービスエリア演算部が、所定数以上の対象物数のメッシュを統合した領域である実効サービスエリアを特定するステップと、セル配置演算部が、利用可能なセル数で、実効サービスエリアをカバーするためのセル配置を、それぞれ、求めるステップと、セル収容数演算部が、各セル配置について、メッシュの対象物数に基づき、各セルのセル収容数を求めるステップと、セル収容数偏差演算部が、各セル配置について、セル収容数の最大値と最小値の差に基づくセル収容数偏差を求めるステップと、最小セル収容数偏差判定部が、最小セル収容数偏差判定部が、使用するセル配置として、セル収容数偏差が最小であるセル配置を出力するステップとを備えており、セル収容数演算部は、各メッシュについて、メッシュをカバーするセルの数に基づく層数を求め、各メッシュについて、メッシュの対象物数を層数で除することにより、該メッシュの実効対象物数を求め、セルに含まれる全メッシュの実効対象物数の合計に基づく値を、該セルのセル収容数とする。

本発明の置局設計方法における他の実施形態によれば、
既に設定されている既存セル配置に対して、新たに追加セルを配置する場合において、セル配置演算部は、追加セルの配置候補位置を求め、セル収容数演算部は、追加セルを配置候補位置に配置したときの、各セルのセル収容数を、総ての配置候補位置に対して求め、セル収容数偏差演算部は、追加セルの各配置候補位置についてのセル収容数偏差を求め、最小セル収容数偏差判定部は、セル収容数偏差が最小である配置候補位置を、追加セルの配置位置として出力することも好ましい。

また、本発明の置局設計方法における他の実施形態によれば、
追加セルを配置する場合において、セル配置演算部は、既存セルと同一の配置位置と、２つ以上の既存セルによりカバーされているメッシュのみを含むこととなる配置位置を、配置候補位置から除外することも好ましい。また、セル配置演算部は、既存セルと同一の配置位置と、セルの中心に位置するメッシュの対象物数が閾値より大きい配置位置を、配置候補位置から除外することも好ましい。

本発明におけるプログラムは、コンピュータを、上記置局設計装置として機能させる。

セル収容数偏差が最小となるセル配置を、また、セル追加時には、セル収容数偏差が最小となる追加セルの配置位置を使用することで、セルに収容される建物数等のばらつきが最小となり、セル間でのスループットのばらつきを低減することができる。また、セル追加時に、既存セルと同一となる配置位置と、２つ以上の既存セルによりカバーされているメッシュのみを含むこととなる配置位置又はセルの中心に位置するメッシュの対象物数が閾値より大きい配置位置を、配置候補位置から除外することで、追加セルの基地局と、そのセル内の対象物との見通し状態を改善することができる。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明による置局設計装置のブロック図である。図１によると、置局設計装置は、地図データベース１と、建物データベース２と、メッシュサイズ入力部３と、メッシュデータ生成部４と、メッシュデータ保持部５と、実効サービスエリア演算部６と、実効サービスエリア保持部７と、セル数入力部８と、セル配置演算部９と、追加セル条件入力部１０と、セル配置テーブル保持部１１と、セル配置表示部１２と、セル収容数演算部１３と、セル収容数データ保持部１４と、セル収容数偏差演算部１５と、セル収容数偏差データ保持部１６と、最小セル収容数偏差判定部１７と、最小セル収容数偏差保持部１８とを備えている。

図２は、本発明による置局設計方法のフロー図である。メッシュデータ生成部４は、メッシュサイズ入力部３に入力されたメッシュサイズに基づき地図データベース１が保持する地図データを、メッシュサイズのメッシュに分割する（Ｓ２１）。メッシュサイズは、セル半径の数分の１から、１０分の１程度とする。建物データベース２は、地図上の各位置にある建物を示すデータベースであり、メッシュデータ生成部４は、建物データベース２に基づき、各メッシュ内の建物数を求め、メッシュを示すデータと、そのメッシュ内の建物数を示すデータを、メッシュデータ保持部５に出力する（Ｓ２２）。なお、建物数に代えて、世帯数や、居住者数を利用しても良い。この場合、建物データベース２は、対応するデータのデータベースとなる。

実効サービスエリア演算部６は、メッシュデータ保持部５が保持しているデータに基づき、建物数が所定数以上、例えば、１つ以上存在するメッシュを統合した領域である実効サービスエリアを求め、実効サービスエリアを特定する情報と、実効サービスエリアに含まれる各メッシュと、その建物数についてのデータを実効サービスエリア保持部７に出力する（Ｓ２３）。図７は、実効サービスエリアとメッシュを示す図である。図７においては、簡単のため、各メッシュに含まれる建物数を３段階表示としているが、実際には建物数を示すデータとなる。

セル配置演算部９は、セル数入力部８に入力された利用可能なセル数と、各セルがカバーする範囲に基づき、実効サービスエリアをカバーするための、１つ以上のセル配置のパターンを求め、求めたセル配置を、それぞれ、セル配置テーブル保持部１１に出力する（Ｓ２４）。なお、基地局はセルのほぼ中心に設置される。

セル収容数演算部１３は、全セル配置について、各セル内にある建物数に基づく値であるセル収容数Ｎ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}を求める。なお、ｋはセル番号であり、ｎを使用可能なセル数とすると、１からｎの値を取る。以下に、Ｎ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}の計算方法を説明する。まず、各メッシュについて、そのメッシュをカバーしているセル数を求める。例えば、使用可能なセル数が３であり、図８に示す様に配置された３つのセル４０〜４２に対して処理を行っている場合、領域Ａ内のメッシュは１つのセルのみにカバーされており、領域Ｂ内のメッシュは２つのセルにカバーされており、領域Ｃ内のメッシュは３つのセルにカバーされている。以後、Ｍ個のセルでカバーされているメッシュをＭ層のメッシュと呼ぶ。なお、メッシュ内にセルの境界があることにより、１つのメッシュ内に複数の層数が混在する場合、そのメッシュの層数については、例えば、一番大きい層数又は一番小さい層数を、そのメッシュの層数とする等、混在する層数から１つを選択する方法を予め決めておく。

セル収容数演算部１３は、各メッシュの層数を判定し、各メッシュの建物数を、そのメッシュの層数で除した値を、そのメッシュの実効建物数とし、セルに含まれる全メッシュの実効建物数の積算値を、当該セルのセル収容数Ｎ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}とする。つまり、Ｎ_ｉｊを第ｋ番目のセルに含まれるｉ行ｊ列目のメッシュの建物数とし、Ｌ_ｉｊを第ｋ番目のセルに含まれるｉ行ｊ列目のメッシュの層数とすると、
Ｎ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}＝ΣＮ_ｉｊ／Ｌ_ｉｊ
である。セル収容数演算部１３は、総てのセル配置に対して、Ｎ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}、ｋ＝１、２、・・・、ｎを求めてセル収容数データ保持部１４に出力する。更に、セル収容数偏差演算部１５は、それぞれのセル配置に対して、Ｎ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}の最大値と最小値の差であるセル収容数偏差ΔＮ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}を求め、結果をセル収容数偏差データ保持部１６に出力する（Ｓ２７）。

最小セル収容数偏差判定部１７は、それぞれのセル配置に対するセル収容数偏差ΔＮ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}のうち、その値が最小であるセル配置を、使用するセル配置と決定（Ｓ２８）して、最小セル収容数偏差保持部１８にそのセル配置を出力し、最小セル収容数偏差保持部１８は、そのセル配置をセル配置テーブル保持部１１に通知する。セル配置表示部１２は、セル配置テーブル保持部１１及び実効サービスエリア保持部７からのデータに基づき、決定したセル配置を、例えば、実効サービスエリアと共に表示する。図９は、セル配置表示部１２が表示する決定したセル配置を示す図である。

以上、本発明によると、各セルに収容される建物数等のばらつきが最小となり、セル間でのスループットのばらつきを低減することができる。

続いて、セルの追加について説明する。図３はセル追加のフロー図である。追加セル条件入力部１０からの入力に基づき、セル配置演算部９は、追加セルの配置候補位置を求め、結果をセル配置テーブル保持部１１に出力する（Ｓ３１）。追加セル条件入力部１０から、条件が入力されない場合は、実効サービスエリア内のメッシュを含む全配置位置を、配置候補位置の初期値として使用する。条件の設定により、配置候補位置を、例えば、ある範囲等に制限する。以後、追加セルの各配置候補位置について、セル収容数演算部１３が、追加セル及び既に配置されているセルである既存セル、それぞれの、追加セル追加後のセル収容数Ｎ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}を求め、セル収容数偏差演算部１５が、セル収容数Ｎ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}の最大値と最小値の差であるセル収容数偏差ΔＮ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}を求める（Ｓ３４）。最後に、最小セル収容数偏差判定部１７が、追加セルの各配置候補位置に対するセル収容数偏差ΔＮ_{ｃｅｌｌ＿ｋ}のうち、その値が最小である配置候補位置を、追加セルの配置位置に決定（Ｓ３５）して、セル配置テーブル保持部１１に通知する。

図４は、図３のＳ３１における追加セルの配置候補位置を求めるためのフロー図である。セル配置演算部９は、追加セルの追加前の層数で、１層のメッシュを全く含まない配置位置と、既に配置されている既存セルと同一となる配置位置を除外し（Ｓ４３及びＳ４４）、その他の配置位置については、配置候補位置として、セル配置テーブル保持部１１に出力する（Ｓ４５）。その他の条件を更に加えることも可能である。

１層のメッシュは、基地局方向が１つしかないため、基地局方向に遮蔽物があると、見通しの取れないシャドーゾーンが発生する。したがって、１層のメッシュを全く含まない配置位置、つまり、２つ以上の既存セルによりカバーされているメッシュのみを含むこととなる配置位置を、配置候補位置から除外する。更に、既存セルと同一配置位置に追加セルを配置しても、見通しは改善されないため、既存セルと同一となる配置位置も、配置候補位置から除外する。これにより、効率的に見通し率を改善することができる。

図５は、図３のＳ３１における追加セルの配置候補位置を求めるための、他の形態のフロー図である。セル配置演算部９は、追加セルの中心、つまり、基地局が設置される位置のメッシュの建物数が、所定の閾値より大きい配置位置と、既に配置されている既存セルと同一となる配置位置を除外し（Ｓ５３及びＳ５４）、その他の配置位置については、配置候補位置として、セル配置テーブル保持部１１に出力する（Ｓ５５）。その他の条件を更に加えることも可能である。

図６は、図５の処理を説明する図であり、符号５０及び５１は既存セルを、符号５２は追加セルを、符号５３は建物数が閾値より大きいメッシュを、符号５４は建物数が閾値以下のメッシュを、それぞれ、示している。図６（ａ）に示す様に、追加セル５２の中心、つまり、基地局が設置される位置のメッシュ５３の建物数が、閾値より大きい場合、基地局の周囲に高い建物が存在する確率も高くなり、したがって、セル５２の基地局と、セル５２の周辺部の建物との見通しを確保できる可能性が低くなる。一方、図６（ｂ）に示す様に、追加セル５２の中心にあるメッシュ５４の建物数が、閾値以下の場合、基地局の周囲に高い建物が存在する確率が低く、したがって、セル５２の基地局と、セル５２内の建物との見通しを確保できる可能性が高くなる。このため、本形態においては、中心のメッシュの建物数が、閾値より大きい配置位置を、配置候補位置から除外し、更に、既存セルと同一配置位置に追加セルを配置しても、見通しは改善されないため、既存セルと同一となる配置位置も配置候補位置から除外する。これにより、効率的に見通し率を改善することができる。

更に、追加セルの追加前の層数で、１層のメッシュを全く含まない配置位置と、既に配置されている既存セルと同一となる配置位置と、その中心位置のメッシュの建物数が閾値より大きい配置位置の総てを、配置候補位置から除外することも好ましい。なお、各メッシュのトラヒックの指標として建物数以外の世帯数、居住者数を用いることも可能である。

また、本発明による置局設計装置は、コンピュータを上述した置局設計装置として機能させるコンピュータプログラムにより、あるいは、コンピュータに上述した置局設計方法を実行させるコンピュータプログラムにより実現することができる。このコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。

本発明による置局設計装置のブロック図である。 本発明による置局設計方法のフロー図である。 セル追加のフロー図である。 追加セルの配置候補位置を求めるためのフロー図である。 追加セルの配置候補位置を求めるための他の形態のフロー図である。 追加セルの配置候補位置の求め方を説明する図である。 実効サービスエリアとメッシュを示す図である。 セル内の実効建物数の計算方法を説明する図である。 セル配置表示部が表示する決定したセル配置を示す図である。

符号の説明

１ 地図データベース
２ 建物データベース
３ メッシュサイズ入力部
４ メッシュデータ生成部
５ メッシュデータ保持部
６ 実効サービスエリア演算部
７ 実効サービスエリア保持部
８ セル数入力部
９ セル配置演算部
１０ 追加セル条件入力部
１１ セル配置テーブル保持部
１２ セル配置表示部
１３ セル収容数演算部
１４ セル収容数データ保持部
１５ セル収容数偏差演算部
１６ セル収容数偏差データ保持部
１７ 最小セル収容数偏差判定部
１８ 最小セル収容数偏差保持部
４０〜４２、５０〜５２ セル
５３、５４ メッシュ

Claims (9)

1. 無線通信システムの基地局の置局設計装置であって、
   基地局のセルより小さいサイズのメッシュに、地図データを分割する第１の手段と、
   メッシュに含まれる、建物、世帯、居住者のいずれかである対象物の数を、対象物のデータベースを使用して集計することで、メッシュの対象物数を求める第２の手段と、
   対象物数が、所定数以上のメッシュを統合した領域である実効サービスエリアを特定する第３の手段と、
   利用可能なセル数で、実効サービスエリアをカバーするためのセル配置を、それぞれ、求める第４の手段と、
   各セル配置について、メッシュの対象物数に基づき、各セルのセル収容数を求める第５の手段と、
   各セル配置について、セル収容数の最大値と最小値の差に基づくセル収容数偏差を求める第６の手段と、
   セル収容数偏差が最小であるセル配置を、使用するセル配置として出力する第７の手段と、
   を備えており、
   第５の手段は、
   各メッシュについて、メッシュをカバーするセルの数に基づく層数を求め、
   各メッシュについて、メッシュの対象物数を層数で除することにより、該メッシュの実効対象物数を求め、
   セルに含まれる全メッシュの実効対象物数の合計に基づく値を、該セルのセル収容数とする、
   置局設計装置。
2. 既に設定されている既存セル配置に対して、新たに追加セルを配置する場合において、
   第４の手段は、追加セルの配置候補位置を求め、
   第５の手段は、追加セルを配置候補位置に配置したときの、各セルのセル収容数を、総ての配置候補位置に対して求め、
   第６の手段は、追加セルの各配置候補位置についてのセル収容数偏差を求め、
   第７の手段は、セル収容数偏差が最小である配置候補位置を、追加セルの配置位置として出力する、
   請求項１に記載の置局設計装置。
3. 追加セルを配置する場合において、第４の手段は、
   既存セルと同一の配置位置と、２つ以上の既存セルによりカバーされているメッシュのみを含むこととなる配置位置を、配置候補位置から除外する、
   請求項２に記載の置局設計装置。
4. 追加セルを配置する場合において、第４の手段は、
   既存セルと同一の配置位置と、セルの中心に位置するメッシュの対象物数が閾値より大きい配置位置を、配置候補位置から除外する、
   請求項２に記載の置局設計装置。
5. 無線通信システムの基地局の置局設計方法であって、
   メッシュデータ生成部が、基地局のセルより小さいサイズのメッシュに、地図データを分割するステップと、
   メッシュデータ生成部が、メッシュに含まれる、建物、世帯、居住者のいずれかである対象物の数を、対象物のデータベースを使用して集計することで、メッシュの対象物数を求めるステップと、
   実効サービスエリア演算部が、所定数以上の対象物数のメッシュを統合した領域である実効サービスエリアを特定するステップと、
   セル配置演算部が、利用可能なセル数で、実効サービスエリアをカバーするためのセル配置を、それぞれ、求めるステップと、
   セル収容数演算部が、各セル配置について、メッシュの対象物数に基づき、各セルのセル収容数を求めるステップと、
   セル収容数偏差演算部が、各セル配置について、セル収容数の最大値と最小値の差に基づくセル収容数偏差を求めるステップと、
   最小セル収容数偏差判定部が、使用するセル配置として、セル収容数偏差が最小であるセル配置を出力するステップと、
   を備えており、
   セル収容数演算部は、
   各メッシュについて、メッシュをカバーするセルの数に基づく層数を求め、
   各メッシュについて、メッシュの対象物数を層数で除することにより、該メッシュの実効対象物数を求め、
   セルに含まれる全メッシュの実効対象物数の合計に基づく値を、該セルのセル収容数とする、
   置局設計方法。
6. 既に設定されている既存セル配置に対して、新たに追加セルを配置する場合において、
   セル配置演算部は、追加セルの配置候補位置を求め、
   セル収容数演算部は、追加セルを配置候補位置に配置したときの、各セルのセル収容数を、総ての配置候補位置に対して求め、
   セル収容数偏差演算部は、追加セルの各配置候補位置についてのセル収容数偏差を求め、
   最小セル収容数偏差判定部は、セル収容数偏差が最小である配置候補位置を、追加セルの配置位置として出力する、
   請求項５に記載の置局設計方法。
7. 追加セルを配置する場合において、セル配置演算部は、
   既存セルと同一の配置位置と、２つ以上の既存セルによりカバーされているメッシュのみを含むこととなる配置位置を、配置候補位置から除外する、
   請求項６に記載の置局設計方法。
8. 追加セルを配置する場合において、セル配置演算部は、
   既存セルと同一の配置位置と、セルの中心に位置するメッシュの対象物数が閾値より大きい配置位置を、配置候補位置から除外する、
   請求項６に記載の置局設計方法。
9. 請求項１から４のいずれか１項に記載の置局設計装置としてコンピュータを機能させるプログラム。

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