JP2010183507A

JP2010183507A - 移動通信システムにおける基地局及び指向性制御方法

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Publication number: JP2010183507A
Application number: JP2009027459A
Authority: JP
Inventors: Yuki Inoue; 祐樹井上; Keizo Cho; 敬三長
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-09
Also published as: JP5156660B2

Abstract

【課題】自立的なエリアを自動的に構築する基地局において、移動局からの情報収集の回数が過剰に増えないようにすること。
【解決手段】基地局は、下り信号の品質の実測値を１つ以上のユーザ装置から到来方向毎に収集する収集部と、所定の評価関数に従って、少なくとも前記実測値を含む対象データを到来方向毎の評価値に変換する変換部と、前記下り信号を送信する際の指向性を決める指向性パラメータの更新量を、前記評価値から算出する更新量算出部と、前記更新量に基づいて前記対象データを修正する修正部と、更新後の指向性パラメータを用いて、下り信号をユーザ装置に送信する送信部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は移動通信の技術分野に関し、特に移動通信システムにおける基地局及び指向性制御方法に関する。

移動体通信システムに基地局を設置する際、送信電力やビーム方向等を最適化し、エリアに穴のない適切なエリア構成を実現し、隣接セルからの電波干渉等を抑え、各エリア内の通信品質を確保する必要がある。現在及び将来的な移動通信システムでは、ユーザ自らが設置できる小型の基地局が、今後普及して行くことが予想され、その場合各基地局が自律的にエリアを構築できることが望ましい。なお、「エリア」は「セル」又は「セクタ」と同義的に使用され、エリア内のユーザ装置は基地局と接続可能である。ユーザ装置は移動局及び固定局を含む。

移動局から収集した情報を用いて送信電力や指向性を制御する移動通信システムについては、例えば特許文献１に記載されている。この移動通信システムは、エリア情報を取得する処理と基地局の指向性を変更する処理を繰り返し行うことで、エリアの最適化を進めることができる。

特開２００６−１３５６７３号公報

エリア状態の変化を基地局が把握する直接的な方法は、基地局が、指向性を変更する度にエリア情報を移動局から収集することである。従って、エリアの最新状態を基地局が把握できるようにする観点からは、情報収集の頻度は高い方が好ましい。

一方、基地局が自律的にエリアを構築する場合、その基地局に接続している移動局からしか報告を受けることができない。指向性が更新された結果、基地局のエリア外からエリア内に移るユーザ装置の情報は、指向性の更新前には得られない。このような観点からも、指向性を変更するたびにエリアの情報収集を行う必要がある。

他方、ユーザ装置からエリア情報を収集する場合、収集の回数に応じてユーザ装置との通信が必要になる。従って、収集回数が多くなると、トラフィックデータ用の無線リソースやユーザ装置のバッテリ等のリソースがその分だけ減ってしまう。従って、情報の収集回数を増やすことは、スループット、遅延時間及び上り送信電力等に悪影響を与える。このような観点からは、ユーザ装置からエリア情報を収集する回数は、必要以上に多くない方が好ましい。

本発明の課題は、自立的なエリアを自動的に構築する基地局において、移動局からの情報収集の回数が過剰に増えないようにすることである。

本発明の一形態では、移動通信システムにおける基地局が使用される。基地局は、下り信号の品質情報を少なくとも含む測定データ(x,y)を到来方向毎に１つ以上のユーザ装置から収集する手段と、評価関数に従って各測定データ(x,y)を評価値f(x,y)に変換する手段と、複数の評価値の角度分布から、送信電力を含む指向性パラメータの更新量ΔH(θ)を導出する手段と、測定データ(x,y)と更新量ΔH(θ)に基づいて、指向性(あるいは送信電力)が仮に更新された場合に測定データがどのように変化するか(x',y')を推定する手段と、更新後の指向性(あるいは送信電力)を実際に使用して下り信号をユーザ装置に送信する手段とを有する。

本発明の一形態によれば、自立的なエリアを自動的に構築する基地局において、移動局からの情報収集の回数が過剰に増えないようにすることができる。

基地局の動作例を示すフローチャート。データベースに測定データが蓄積されている様子を示す図。評価関数の一例を示す図。評価値の性質を示す図。２つの基地局が接近している場合及び離れている場合の様子を示す図。指向性パラメータの更新量が導出される様子を示す図(その１)。指向性パラメータの更新量が導出される様子を示す図(その２)。仮想ユーザ装置を説明するための図。基地局の機能ブロック図。ユーザ装置の機能ブロック図。シミュレーションで使用されたパラメータ諸元を示す図。反復回数と共にシミュレーション結果を示す図。エリア形状のシミュレーション結果を示す図。

本発明の一形態によれば、移動通信システムにおける基地局が使用される。

基地局は、
下り信号の品質の実測値を１つ以上のユーザ装置から到来方向毎に収集する収集部と、
所定の評価関数f(x,y)に従って、少なくとも前記実測値を含む対象データ(x,y)を到来方向毎の評価値f(x,y)に変換する変換部と、
前記下り信号を送信する際の指向性を決める指向性パラメータの更新量ΔH(θ)を、前記評価値f(x,y)から算出する更新量算出部と、
前記更新量ΔH(θ)に基づいて前記対象データを修正する修正部((x,y)→(x',y'))と、
更新後の指向性パラメータを用いて、下り信号をユーザ装置に送信する送信部と、
を有する基地局である。

「更新量ΔH」に基づいて「対象データ」を修正し((x,y)→(x',y'))、修正後の対象データ(x',y')を「到来方向毎の評価値」f(x',y')に変換し、その「評価値」から、「下り信号を送信する際の指向性を決める指向性パラメータの更新量」ΔHが算出される。更新量ΔH、対象データ(x',y')、評価値f(x',y')及び新たな更新量ΔHが、反復の度に実測値を追加せずに計算できるので、ユーザ装置からの情報収集の回数が過剰に増えないようにすることができる。

前記対象データの各々は、受信レベルを示す量ｘと、希望波電力及び非希望波電力の比を示す量ｙとを含む１組のデータで表現されてもよい。これらの量がユーザ装置で用意されるようにすることで、指向性の最適化に関する基地局の負担軽減を図ることができる。

前記対象データは、前記実測値に加えて、該実測値から導出された仮想測定値を含んでもよい。これにより、指向性の更新後に、エリア外からエリア内になる地域の様子が、エリアの最適化の際に考慮できるようになる。

受信レベルが所定の範囲内の値に収まる対象データから(x_s≦x≦x_s＋ΔH)、前記仮想測定値が導出されてもよい。これは、指向性の更新後に、エリア外からエリア内になる地域の様子を、正確に把握する観点から好ましい。

各到来方向に関する更新量ΔH(θ)が正であるか負であるかに応じて、各到来方向の仮想測定値の導出法が異なってもよい。これは、仮想測定値を簡易に導出する観点から好ましい。

前記更新量が所定の収束条件を満たすまで、更新量の算出及び対象データの修正が反復されてもよい。更新量が或る程度収束した後に、実際に指向性パラメータが変更されるので、これは、指向性パラメータを実際に変更する回数を減らす観点から好ましい。

前記所定の評価関数は、下り信号の受信レベルの高低に応じて増減する値をとってもよい。これは、測定データの分布と指向性パラメータとを簡易に関連付ける観点から好ましい。

以下、本発明が幾つかの実施例又は項目に分けて説明されるが、各区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の実施例又は項目に別々に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてもよい。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされるが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。

本発明の実施例は、以下の観点から説明される。

１．動作例
２．基地局
３．ユーザ装置
４．シミューレーション結果
５．変形例

＜１．動作例＞
図１は本発明の一実施例による基地局で行われる動作例のフローチャートを示す。図示の動作例は、主に移動通信システムの基地局で行われる。移動通信システムは、複数の基地局と、１つ以上のユーザ装置を含む。ユーザ装置は典型的には移動端末であるが、固定端末が含まれてもよい。基地局はセル内のユーザ装置に対して様々な信号を送信するが、本発明では特に下りリファレンス信号(RS)が送信される。リファレンス信号はパイロット信号と呼んでもよく、送信側及び受信側で既知の信号パターンを有する信号である。ユーザ装置は下りリファレンス信号を受信し、受信レベル、受信品質等を測定する。受信レベルは一例としてRSSIで測定されるが、適切な他の如何なる量で表現されてもよい。受信品質は、SIR(Signal to Interference Ratio)、SINR、CIR、CNR、SNR、E_b/N₀等のような希望信号電力及び非希望信号電力(又は総電力)の比率で表現されるが、これも適切な如何なる量で表現されてもよい。

ステップS1では、下りリファレンス信号を受信した各ユーザ装置が、基地局に測定データを報告する。測定データは、下りリファレンス信号の受信レベルｘ及び受信品質ｙを含む。基地局は、１つ以上のユーザ装置から、ある期間にわたって測定データを収集してもよい。測定データと共にユーザ装置の位置情報が基地局に報告されてもよい。位置情報はGPS受信機等で測定されたものでもよいし、当該技術分野で既知の適切な如何なる位置測定法で特定されてもよい。測定データは、基地局からユーザ装置への指示に基づいて行われてもよいし、所定のタイミングで行われてもよいし、ユーザ装置で何らかのイベントが発生した時点で行われてもよい。

ステップS2では、基地局は各ユーザ装置からの測定データをデータベースに蓄積する。例えば、ある一定期間にわたって蓄積が行われてもよいし、所定数の測定データが集まるまで蓄積が行われてもよい。１つのユーザ装置が１つの測定データのみを基地局に報告するとは限らない。例えば、１つのユーザ装置が、ある場所で測定データを報告した後、別の場所で別の測定データを報告してもよい。

図２は基地局のデータベースに蓄積される測定データの一例を示す。各行に示されるように、ユーザ装置の識別情報(ID)、ユーザ装置の方角θ、受信レベルｘ、受信品質ｙ及び評価値f(x,y)の一組でデータが管理されている。ユーザ装置の方角又は方向は、そのユーザ装置が基地局から見てどの方向に存在するかを示す角度で表現される。この方向は、ユーザ装置の位置座標から導出されてもよいし、基地局での到来波方向を推定することで用意されてもよい。到来波方向(DoA: Direction of Arrival)の推定は当該技術分野で既知の適切な如何なる方法で行われてもよい。

図１のフローのステップS3では、十分なデータ数が収集されたか否かが判定される。一例としてデータ数は数十乃至数千でもよく、適切な如何なる数が使用されてもよい。十分なデータ数が収集されていなかったならば、フローはステップS1に戻り、収集されていたならばフローはステップS3に進む。本実施例では、ユーザ装置から報告される測定データ（エリア情報と呼んでもよい）に基づいて、以後の指向性を決定する演算が行われるが、そのような演算に必要な十分な数の測定データが速やかには得られない場合もあり得る。そこで、ユーザ装置から報告されるエリア情報数が、指向性更新量の算出に十分な一定数のデータが溜まるまで、ステップS1,S2が繰り返される。

ステップS3では、評価関数に従って測定データ(x,y)が評価値f(x,y)に変換される。評価値ｆは測定データ毎に到来波方向毎に用意される。評価値fは、本実施例では次のように定義される。但し、評価値をどのように決めるかは一義的ではなく、適切な如何なる方法で評価値が導出されてもよい。

１）Rmin ≦ x ＜ RE のとき
f = 0.5 (RE-x)/(RE-Rmin)
２）RE ≦ x ≦ Rmaxのとき
ａ）SIRE≦yのとき
f=0
ｂ）y＜SIREのとき
f = 0.5 (x-RE)/(RE-Rmax)
３）Rmax＜xのとき
ａ）SIRE≦yのとき
f=0
ｂ）y＜SIREのとき
f=-0.5。
ここで、REはユーザ装置がエリア端又はセル端にいた場合に観測されるよう想定される受信レベル(x)を表し、SIREはユーザ装置がエリア端にいた場合に観測されるよう想定されるSIR(y)を表す。xは特定のユーザ装置で測定される受信レベルを表し、yはそのユーザ装置で測定されるSIR値を表す。代表的なxの値は、Rmin〜Rmaxの範疇にあるとしている。

図３は上記の評価関数ｆのグラフを示す。図示されているように、評価関数ｆは、受信レベルxが(許容)最低受信レベルRminから徐々に増えるにつれて単調に(図示の例では線形に)減少し、閾値REで０に至る。受信レベルxが更に増加する場合、yがSIRE以上であったならば、評価関数ｆは０を維持し続ける。一方、受信レベルxがRE以上に増加する場合、yがSIRE以上でなかったならば、評価関数ｆは更に単調に(図示の例では線形に)減少し、受信レベルxが(許容)最大受信レベルRmaxに達すると-0.5になり、以後受信レベルが増えても評価関数ｆは-0.5を維持し続ける。評価関数ｆの関数形は図示のものに限定されず、様々な関数形が使用されてもよい。但し、評価関数ｆは、受信レベルxの高低に応じて増減し、受信レベルxが所定の範囲内にあるとき、yが所定値SIREより大きいか否かで異なる値をとる。

図２の最右列に示されるように、基地局はこのような評価関数ｆに従って、測定データ(x,y)を評価値ｆに変換する。ある測定データから導出された評価値ｆは、その測定データを報告したユーザ装置の方向について、下り送信電力が増やされるべきか或いはそうでないかを示す。説明の便宜上、送信電力を増やすことは、「指向性を拡張すること」に対応するものとする。より一般的には、送信電力だけでなく、指向性を変える何らかの値を増減させることで、指向性が調整されてよいる。

図４は評価値ｆ、受信レベルx及び受信品質yの相互関係を示す。row1及びrow2に示されているように、評価関数ｆは、受信レベルxの高低に応じて極性を変えている。col1に示されているように、受信レベルxが閾値RE以下の場合、ｆは正である。これは、下り送信電力が更に増やされるべきことを示す。col2では逆に受信レベルxは閾値RE以上である。この場合、yが閾値SIRE以上であったならば、f=0となり、現状を維持すべきことが示される。受信レベルxが閾値RE以上に大きいにもかかわらず、受信品質yが閾値SIRE以上でないということは、受信信号の干渉電力が大きいことを示す。従ってこの場合、ｆは負になり、下り送信電力を減らすべきことが示される(row2，col2)。

図５は２つの基地局が近接している場合と離れている場合とで評価値ｆの取り扱いがどのように異なるかを示す。ここでは、BS#1を所望基地局とし、周辺基地局をBS#2とする。図５左側は２つの基地局が接近して設けられており、エリアの重なりが大きい場合を示す。図中の実線のグラフは受信レベルxを表し、波線のグラフは受信品質yを表す。BS#1とBS＃２の受信レベルが同じになる場所がセル境界(エリア端)となり、図５左側の例でセル境界の受信レベルは-74dBmである。エリア端での受信品質yは、周辺基地局BS#2からの干渉波に起因して、-3dBになることが想定されている。許容最小受信レベルxは-82dBm、閾値REは-78dBmであるとする。図中、受信レベルxがRmin乃至REの間にある領域は、左側の細い斜線部で示されている。受信品質yが-3dB以上閾値(0dB)以下の領域は右側の太い斜線部で示されている。

この場合に、BS#1のセルに在圏しているユーザ装置からの測定データによれば、受信レベルxは-74dBmより大きく、受信品質yは0dBより小さいものになり、評価関数ｆは負の値を示す。従って下り信号の送信電力はその方向に対して弱められるべきことが示される。

図５右側は基地局が離れており、エリアの重なりが小さい場合を示す。図示の例の場合、エリア端の受信レベルは-82dBmになる。BS#1のセル端に在圏しているユーザ装置からの測定データによれば、受信レベルxは-74dBmより小さいものになる。従って評価関数ｆは正の値になり、下り信号の送信電力はその方向に対して強められるべきことが示される。基地局近傍に在圏しているユーザ装置からの測定データによれば、受信レベルxは-78dBmより大きく、受信品質yも0dBより大きくなる。従って評価関数ｆは０になり、下り信号の送信電力はその方向に対してそのまま維持されるべきことが示される。

図６の(A)は、図１のステップS3において、測定データ(x,y)が評価関数fに従って評価値f(x,y)に変換され、各評価値が到来方向毎にマッピングされた様子を示す。評価値は丸印で表現され、それらが０度乃至３６０度の範囲にわたって分布している。各評価値は、単位方向範囲において１つのデータ（代表点）が対応するように平滑化される。平滑化を行う手法として、局所的重み付き平滑化手法が用いられてもよい。局所的重み付き平滑化手法の代表例としてはローエス(LOWESS)法等が挙げられる。あるデータに関する局所的重み付けは、該データを含む所定の範囲内のデータ群を重み付け平均化することでなされる。局所的重み付けは当該技術分野で既知の適切な如何なる方法でなされてもよい。LOWESS法を適用して平滑化された評価関数を計算した結果が、図６の(A)中の曲線及び図６Ｂに示されている。

図１のステップS5では、この平滑化された評価関数曲線の縮尺が調整され、指向性を決める指向性パラメータの更新量ΔH(θ)が導出される。本実施例では、評価関数ｆの曲線の角度分布における積分値は基地局の送信電力の変化分に相当する。即ち、本実施例の場合、指向性パラメータは送信電力で表現される。評価関数ｆの曲線の正の部分の積分値は送信電力の増加に対応し、評価関数ｆの曲線の負の部分の積分値は送信電力の減少に対応する。従って評価関数ｆの曲線の正負の総積分値は、電力更新後の基地局の総送信電力が許容値を上回らないように制限される。このような送信電力の観点から、評価関数の曲線の縮尺が調整される。基地局の負荷に応じて、本ステップS4での縮尺調整が定期的に又は不定期的になされてもよい。

図６の(C)は、このようなスケール変換の観点から導出された指向性更新量ΔH(θ)を示す。正の部分はK倍され、負の部分はL倍される。図７の(D)は図６の(C)のようにして得られた指向性パラメータの更新量ΔH(θ)を低域フィルタ処理したものを示す。これは図６の(C)のグラフを更に平滑化し、アンテナの指向性を決める指向性パラメータ(送信電力)の更新量に相応しい値に変換する観点から好ましい。このように、指向性パラメータの更新量のグラフを平滑化することは、瞬時的なデータに急激な変化が生じたとしても、更新すべきアンテナパターン(指向性)に歪を導入しにくくする観点から好ましい。また、そのような歪は指向性更新時の更新量の収束の遅延をもたらすおそれもあるので、平滑化は更新量計算の高速化の観点からも好ましい。

図１のステップS6では、指向性パラメータの更新量ΔH(θ)が所定の収束条件を満たすか否かが判定される。収束条件は、例えば、更新量ΔH(θ)が、十分に小さくなっている場合に満たされてもよい。収束条件は、ステップS4，S5，S6及びS7の反復的な処理が、所定の回数だけなされた場合に満たされてもよい。或いは、それらの収束条件が組み合わせて使用されてもよい。これらは収束判定の一例に過ぎず、適切な他の条件が使用されてもよい。収束条件が満たされなかった場合、フローはステップS7に進む。例えば、図７の(D)に示されるような指向性パラメータの更新量ΔH(θ)のグラフが得られたとする。このグラフは、各到来方向について、送信電力をかなり調整すべきことを示している。従って、収束条件が、更新量ΔH(θ)は十分に小さくなっていることを要求している場合、目下の例では満たされない。ステップS6において、収束条件が満たされていなかった場合、フローはステップS7に進む。

ステップS7では、目下の例では送信電力である指向性パラメータが更新された場合、更新後の測定データ(x',y')はどのように変化するかが、測定データ(x,y)と更新量ΔH(θ)に基づいて推定される。以下、この推定方法の例を示す。

（推定方法１）
上述したように、ユーザ装置の受信レベルをx，受信レベルから導出された受信品質SIRをy，基地局から見た各ユーザ装置の方向(到来方向)をθ，ステップS5で算出された指向性パラメータの更新量をΔH(θ)とする。指向性パラメータが更新された後、そのユーザ装置が測定する受信レベルx'及び受信品質y'は、次式のように推定される。

x'= x+ΔH
y'= y+α×ΔH ・・・式（１）
このように変換された測定データ(x'，y')を用いて、ステップS4及びステップS5により、指向性パラメータ(送信電力)の更新量ΔH(θ)が再び算出される。実測値の測定データ(x,y)に基づいて算出された指向性パラメータの更新量をΔH₁(θ)とし、推定された測定データ(x',y')に基づいて算出された指向性パラメータの更新量をΔH₂(θ)とする。実測値の測定データをもたらしたエリア(セル)に対して、下り送信電力をΔH₁(θ)に基づいて変更することで指向性が変更された場合、変更後のエリア内のユーザ装置は、上記の測定データ(x',y')を観測することになる。従って、更新量ΔH₂(θ)は、更新量ΔH₁(θ)により指向性を更新した後のエリアに対して、更に指向性パラメータをどのように変更すべきかを示す。式(1)に基づいて、指向性を変更したことにより測定データがどのように変わるかを推定し(ステップS7)、その推定後の測定データを用いて、指向性パラメータの更新量ΔH₂(θ)が導出される(ステップS4,S5)。ステップS4,S5,S6,S7の処理を反復的に行うことで、指向性パラメータの更新量を反復的に計算できる。しかも、その反復の際、実測値の測定データを新たに追加しなくてよい。

なお、更新後の受信レベルx'がユーザ装置UEの受信感度x_sを下回ってしまうことがあるかもしれない。その場合の受信レベルx'及び受信品質y'は、不定値とみなされ、そのユーザ装置は、更新後にエリア外に出てしまうユーザ装置と考えられる。

（推定方法２）
ところで、送信電力が増やされる場合、エリア(セル)は拡張され、基地局に接続しようとするユーザ装置数は増える傾向に向かう。従って、拡張後のエリアの状況を正確に把握するには、指向性変更前に基地局に接続していたユーザ装置だけでなく、指向性変更後に新たに基地局に接続するユーザ装置からの測定データも必要になる。上記の推定方法１は、このように新規にエリアに入って来るユーザ装置を十分に考察できない。推定方法２は、そのようなユーザ装置からの影響を考慮に入れて、指向性パラメータの更新量を算出できるようにする。

ユーザ装置における受信レベルxがユーザ装置UEの受信感度x_sに相当する地点は、エリア内外の境界(エリア端又はセル端)として考えてよい。あるユーザ装置UE1が、指向性の更新前に、受信レベルx=x_s及び受信品質yの実測値を基地局に報告していたとする。指向性更新量ΔHに基づいて下り送信電力が増やされると、このユーザ装置は、上記の(1)式によれば、
受信レベルx'＝x_s＋ΔH 及び
受信品質y' ＝y＋α×ΔH ・・・式（１）
の値を観測することになる。αは所定の定数である。下り送信電力が増やされた結果、受信レベルがx_sになるユーザ装置UE2は、ユーザ装置UE1よりも基地局から遠くに位置する。

図８は、ユーザ装置UE1,UE2及び基地局の位置関係を示す。例えば、x_s＝5dBmであったとする。ユーザ装置UE1は、指向性の更新前に受信レベルx=x_s=5dBmを観測し、それを基地局に報告していたとする。ユーザ装置UE1の方向に対して、指向性パラメータの更新量ΔH(θ)が＋3dBmであり、下り送信電力が増やされたとすると、UE1の観測する受信レベルは3dBmだけ増えて8dBmになる。この増加分ΔHに相当する距離だけUE1よりも遠くに位置するUE2は、指向性の更新後に5dBmの受信レベルを観測することになる。送信電力と距離との関係は、ユーザ装置と基地局間の伝搬損失(パスロス)等から導出可能である。ユーザ装置UE2は、指向性の変更前はエリア外に存在するが、指向性の更新後はエリア内に在圏する。目下の推定方法２は、このユーザ装置UE2が観測する受信レベルx'及び受信品質y'を、ユーザ装置UE1の受信レベルx及び受信品質yから導出し、新たな測定データとして用意する。

具体的には、ユーザ装置UE2が観測する受信レベルx'及び受信品質y'は、次式に従って導出される。

受信レベルx'＝x
受信品質y' ＝y−β×ΔH ・・・式（２）
なお、βは所定の定数である。このような変換は、実測値を与えるユーザ装置UE1の内、受信レベルxが、
x_s≦x≦x_s＋ΔH
の範囲内にあるユーザ装置UE1からの測定データに対して、上記の変換が行われ、新たな測定データが用意される。新たな測定データに対応付けられるユーザ装置UE2は、便宜上、「仮想ユーザ装置(仮想UE)」と言及される。

推定方法２の場合、指向性を変更したことにより測定データがどのように変わるかは、一部の測定データについては式(1)により、一部の測定データについては式(2)により推定される(ステップS7)。その推定後の測定データを用いて、指向性パラメータの更新量が導出される(ステップS4,S5)。図１のステップS4,S5,S6,S7の処理を反復的に行うことで、指向性パラメータの更新量を反復的に計算することができる。しかも、反復の際、実測値の測定データを新たに追加しなくてよい。

推定方法１及び推定方法２の何れであっても、ステップS6において、指向性パラメータの更新量が所定の収束条件を満たすことが確認されると、フローはステップS8に進む。

ステップS8では、直前のステップS5で導出された更新量ΔH(θ)の分だけ、現在の指向性パラメータ(送信電力)が実際に変更され、新しい送信電力で下り信号が実際に送信される。これにより、エリアの形状が実際に変わり、基地局に接続するユーザ装置数も実際に変わり得る。

ステップS9では、所定の収束条件が判定され、収束条件を満たしていなかった場合、フローはステップS1に戻り、説明済みの手順が反復され、送信電力等の指向性パラメータが調整される。収束条件は、例えば、基地局に接続するユーザ装置数の変化(指向性の実際の更新前後における変化)が十分に少なくなった場合に満たされてもよい。後述の図１２のシミュレーション結果(右側)の場合、僅か３回の反復回数で収束条件が満たされている。或いは、収束条件は、ステップS1〜S8の反復的な処理が、所定の回数だけなされた場合に満たされてもよい。或いは、それらの収束条件が組み合わせて使用されてもよい。これらは収束判定の一例に過ぎず、適切な他の条件が使用されてもよい。収束条件が満たされた場合、フローは終了する。

＜２．基地局＞
図９は本発明の一実施例による基地局を示す。図９には、移動局との通信部９１、移動局の情報取得部９２、データベース部９３、移動局の情報推定部９４、指向性更新量計算部９５及び制御パラメータ決定部９６が描かれている。

移動局との通信部９１は、移動局(より一般的には、ユーザ装置)と無線通信を行うためのインターフェースである。本発明では特に移動局からの測定データが受信される。上述したように測定データは、ユーザ装置で受信された下りリファレンス信号の受信レベルｘ及び受信品質ｙを少なくとも含む。

移動局の情報取得部９２は、受信信号から測定データを抽出し、更に測定データから受信レベルx及び受信品質yを取得する。測定データにユーザ装置の位置情報も含まれていたならば、その位置情報も抽出される。

データベース部９３は、各ユーザ装置からの測定データを蓄積する(図３)。

移動局の情報推定部９４は、測定データ(x,y)及び指向性更新量計算部９５で生成された更新量に基づいて、指向性(あるいは送信電力)更新後の測定データ(x',y')を推定する。

指向性更新量計算部９５は、所定の評価関数に従って個々の測定データを評価値ｆに変換し、更新後の制御パラメータの更新量ΔHを導出する。

制御パラメータ決定部９６は、指向性の更新を実現するための制御パラメータを用意する。以後、その制御パラメータを用いて通信部９１から信号が送信される。

なお、本実施例による基地局は、上記の各機能要素により自律的にエリアを最適化できるが、周辺基地局がそのような自律的なエリア形成機能を備えていることは必須でない。

＜３．ユーザ装置＞
図１０は本発明の一実施例によるユーザ装置を示す。図３には、基地局との通信部１０１、受信レベル/SIR測定部１０２、位置測定部１０３及び記憶装置１０４が描かれている。

基地局との通信部１０１は、基地局との無線通信を行うためのインターフェースである。本実施例では特に下りリンクでリファレンス信号を受信し、上りリンクで測定データを含む信号を送信する。

受信レベル/SIR測定部１０２は、下りリファレンス信号の受信レベルx及び受信品質yを測定する。上述したように、受信レベルや受信品質は適切な如何なる量で表現されてもよい。

位置測定部１０３は、ユーザ装置に必須の構成要素ではないが、これが備わっている場合、ユーザ装置は自身の位置を測定できる。位置測定は、例えばGPS受信機により行われてもよいし、当該技術分野で既知の他の測定方法でなされてもよい。

記憶装置１０４は、受信レベルx、受信品質y及び必要に応じて位置情報等の測定された情報を記憶し、それらを測定データとして出力する。

＜４．シミュレーション結果＞
提案アルゴリズムの効果を評価するため、自由空間損失で電波が伝わるようなオープンスペース環境を想定し、シミュレーションが行われた。

図１１は本シミュレーションで使用されたパラメータの諸元を示す。本シミュレーションでは、200ｍ×200ｍの地域(エリア)内に、上記実施例による指向性制御機能を備えた基地局が36台配備されている。即ち、１つの基地局の周囲に８つの干渉基地局が存在しているような地域が４つ想定されている。このエリア内に5000台のユーザ装置が一様に分布しているものとした。実環境ではユーザ装置数は、それよりも少なくてよいと思われる。本シミュレーションにおける周波数は５ＧＨzに仮定されている。基地局アンテナの指向性は、ある初期状態から、図１のフローチャートに従って反復的に更新される。初期状態は、全ての基地局の水平面内指向性が小さな無指向性である状態である。指向性形状の算出には最小二乗法による最適化アルゴリズムが適用された。また、ユーザ装置は最も受信レベルが大きい基地局に対して測定データを報告するものとする。ユーザ装置からの到来波方向は基地局側で理想的に推定できるものとした。

図１２左右に示されるグラフは、４つの基地局各々に接続されるユーザ装置数の推移を示す。図１２の左側は、図１のフローチャートの内、ステップS6,S7以外のステップだけを用いた場合の計算結果を示す。即ち、ステップS5の後に、ステップS6,S7を行わずにステップS8を行う例である。「反復回数」は、指向性を実際に変更した回数を示す。この方法の場合、各基地局に接続されるユーザ装置数が収束までに8回の反復計算が必要なことがわかる。これに対して、図１のフローチャートに従って計算を行った例が、図１２右側に示されている。この方法の場合、ステップS5の後にステップS6,S7が行われる。更新量が最適化された後で、実際に指向性がステップS8で変更される。このため、わずか３回の反復計算により、各基地局に接続されるユーザ装置数は収束していることがわかる。図１２の左右の例を比較すると、本方法(右側)は、左側の例で最適化に必要な反復回数に対して、わずか37.5%の回数で最適化できることがわかる。

図１３は、指向性の最適化された後のエリアの状況を示す。図１３左側は、図１２の左側に対応し、８回の反復計算後に到達したエリアの状況を示す。図１３右側は、図１２の右側に対応し、３回の反復計算後に到達したエリアの状況を示す。いずれも同様なエリアを実現している。従って、本実施例は、最適なエリア状態に速やかに到達できることが分かる。

＜５．変形例＞
上記の「推定方法２」の説明では、送信電力を増やす場合(ΔH≧0)、一部の測定データは式(1)により、別の測定データは式(2)により、測定データの変換が行われた。具体的には、実測値の測定データの内、ユーザ装置の受信レベルxが、受信感度x_s以上(x_s＋ΔH)以下である測定データについて、式(2)による測定データの変換が行われ、それ以外については式(1)が使用された。しかしながら、式(1)及び式(2)の適用対象の分け方は、この「推定方法２」の場合に限定されない。

例えば、直前のステップS5で算出された更新量ΔH(θ)の正負に基づいて適用対象が分けられてもよい。例えば、ΔH(θ)＜0に対応する到来方向に位置するユーザ装置からの測定データについては、式(1)を用いて測定データが変更され、ΔH(θ)＞0に対応する到来方向に位置するユーザ装置からの測定データについては、式(2)を用いて測定データが変更されるようにしてもよい。

エリア内外のユーザ装置を明確に区別し、指向性の更新後に仮想ユーザ装置を適切に考慮し、更新量の計算精度を向上させる観点からは、上記の推定方法２が好ましい。これに対して、直前の更新量の単なる正負判定に基づいて測定データを変換し、更新量を最適化する本変形例は、基地局の演算負担の軽減を図る等の観点から好ましい。

本発明は、基地局が自律的にエリアを構築する適切な如何なる移動通信システムに適用されてもよい。例えば本発明は、HSDPA/HSUPA方式のW-CDMAシステム、LTE方式のシステム、IMT-Advancedシステム、WiMAX, Wi-Fi方式のシステム等に適用されてもよい。

以上本発明は特定の実施例を参照しながら説明されてきたが、それらは単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。発明の理解を促すため具体的な数式を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数式は単なる一例に過ぎず適切な如何なる数式が使用されてもよい。実施例又は項目の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の実施例又は項目に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてよいし、或る実施例又は項目に記載された事項が、別の実施例又は項目に記載された事項に(矛盾しない限り)適用されてよい。説明の便宜上、本発明の実施例に係る装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウエアで、ソフトウエアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。ソフトウエアは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ(ROM)、EPROM、EEPROM、レジスタ、ハードディスク(HDD)、リムーバブルディスク、CD-ROMその他の適切な如何なる記憶媒体に用意されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が本発明に包含される。

９１通信部
９２情報取得部
９３データベース部
９４情報推定部
９５指向性更新量計算部
９６制御パラメータ決定部
１０１通信部
１０２受信レベル/SIR測定部
１０３位置測定部
１０４記憶装置

Claims

移動通信システムにおける基地局であって、
下り信号の品質の実測値を１つ以上のユーザ装置から到来方向毎に収集する収集部と、
所定の評価関数に従って、少なくとも前記実測値を含む対象データを到来方向毎の評価値に変換する変換部と、
前記下り信号を送信する際の指向性を決める指向性パラメータの更新量を、前記評価値から算出する更新量算出部と、
前記更新量に基づいて前記対象データを修正する修正部と、
更新後の指向性パラメータを用いて、下り信号をユーザ装置に送信する送信部と、
を有する基地局。
前記対象データの各々が、受信レベルを示す量と、希望波電力及び非希望波電力の比を示す量とを含む１組のデータで表現される、請求項１記載の基地局。
前記対象データは、前記実測値に加えて、該実測値から導出された仮想測定値も含む、請求項２記載の基地局。
受信レベルが所定の範囲内の値に収まる対象データから、前記仮想測定値が導出される、請求項３記載の基地局。
各到来方向に関する更新量が正であるか負であるかに応じて、各到来方向の仮想測定値の導出法が異なる、請求項３記載の基地局。
前記更新量が所定の収束条件を満たすまで、更新量の算出及び対象データの修正が反復される、請求項３記載の基地局。
前記所定の評価関数は、下り信号の受信レベルの高低に応じて増減する値をとる、請求項３記載の基地局。
移動通信システムの基地局で使用される方法であって、
下り信号の品質の実測値を１つ以上のユーザ装置から到来方向毎に収集するステップと、
所定の評価関数に従って、少なくとも前記実測値を含む対象データを到来方向毎の評価値に変換するステップと、
前記下り信号を送信する際の指向性を決める指向性パラメータの更新量を、前記評価値から算出するステップと、
前記更新量に基づいて前記対象データを修正するステップと、
更新後の指向性パラメータを用いて、下り信号をユーザ装置に送信するステップと、
を有する方法。