JP2011509025A - 無線ネットワーク内インフラ中継ノードの最適配置及び構成技術 - Google Patents

Abstract

本発明の１つの実施形態は、少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの中継局との異なるアンテナ高さ、少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの中継局との間のデータ依存関係、無線ネットワークのサービス機能停止、及び、無線ネットワークのネットワークスループットのうちの少なくとも１つ以上を考慮して、少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの中継局を含む無線ネットワーク内で、中継基地局の配置及び構成を最適化する段階を備える方法を提供する。
【選択図】図１

Description

無線ネットワークにおいて完全なサービスエリアを実現することは困難であるが、無線ネットワークにおける無線通信に対してはきわめて重要なことである。そのような無線ネットワークの１つは、本発明はこの点に限定されないが、ＷｉＭＡＸである。ＷｉＭＡＸは、無線ＭＡＮとして正式に知られているＩＥＥＥ８０２．１６標準の適合性及び相互運用性を促進する目的で、２００１年６月に発足されたＷｉＭＡＸフォーラムによってＷｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓとして定義されている。ＷｉＭＡＸは、８０キロメートルまでの範囲を提供することができ、高帯域を提供することができる。しかしながら、サービス領域が広域になると、完全なサービスエリア提供において問題があり得る。

このため、既存の無線ネットワークの上記欠点を解決する発明が長く待ち望まれていた。

本発明に係わる主題は、特に、本明細書の終結部分において指摘され明確に請求されている。しかしながら、本発明は、本発明の目的、特徴及び利点と共に、動作の機構及び方法の両方について、添付図面と共に以下の詳細の記載を参照することによって最も良く理解できるであろう。

本発明の実施形態における、セクター、基地局、中継局及び宛先局を示す。 本発明の実施形態における、様々なセクター形状を示す。 本発明の実施形態に準じた、中継局に対しての理想的な単一アンテナパターンを示す。 一方が複数アンテナである本発明の実施形態に準じた、中継局に対しての理想的な複数アンテナパターンを示す。 本発明の１つの実施形態に準じた、１つの中継局の配置を示す。 本発明の１つの実施形態に準じた、１つの中継局の配置を示す。 本発明の１つの実施形態に準じた、２つの対称的な中継局の配置を示す。 本発明の１つの実施形態に準じた、２つの非対称な中継局の配置を示す。 本発明の１つの実施形態に準じた、３つの中継局の配置を示す。

説明の簡潔化及び明瞭化のために、図に示された要素は、必ずしも原寸に比例したものではない。例えば、明瞭化の観点から、幾つかの要素の寸法は、他の要素に対して誇張されている。さらに、適当であると考えられる場合には、相当又は類似する要素を示す目的で、参照番号は、複数の図において繰り返し用いられる。

以下の詳細の記載において、本発明の十分な理解を提供する目的で、多数の特定の詳細を説明する。しかしながら、これらの特定の詳細なしでも、本発明が実施できることは当業者であれば理解できるであろう。他の例では、本発明を不明瞭にしない目的で、公知の方法、手順、部品及び回路については詳細に記載していない。

以下の詳細の記載において、本発明の十分な理解を提供する目的で、数多くの特定の詳細を説明する。しかしながら、これらの特定の詳細なしでも、本発明が実施できることは当業者であれば理解できるであろう。他の例では、本発明を不明瞭にしない目的で、公知の方法、手順、部品及び回路については詳細に記載していない。

本発明の実施形態はこの点に限定されないが、例えば、「処理する」、「算出する」、「計算する」、「決定する」、「確立する」、「分析する」、「検査する」等の用語を用いた表現は、コンピュータのレジスタ及び／又はメモリ内の物理（例えば、電子）量として示されるデータを、コンピュータのレジスタ及び／メモリ、又は、動作及び／又は処理を実行する目的で命令を格納するその他の情報格納メディア内の物理量として同様に示される他のデータに操作及び／又は変換するコンピュータ、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングシステム又はその他の電子コンピューティングデバイスの１つ又は複数の動作及び／又は１つ又は複数の処理を参照しても良い。

本発明の実施形態はこの点に限定されないが、ここで用いた「複数の」及び「ある複数の」との用語は、例えば、「多数の」又は「２つ以上」の意味を含んでも良い。２つ以上の部品、デバイス、要素、ユニット、パラメータ等を表す目的で、本明細書を通して「複数の」又は「ある複数の」との用語が用いられ得る。例えば、「ある複数の局」は、２つ以上の局を含んでも良い。

本発明の実施形態は、アンテナ放射パターン、サービス機能停止、内部セル干渉、及び、基地局と中継局との間のデータ依存関係を考慮した、最適な中継ノード（ここではまた、中継局又はインフラ中継局として称される）配置及び構成を提供する。本発明は、これらの基準に限定されないことを理解されたい。一方では、サービス機能停止及び内部セル干渉を低減する目的で、セルの端の近くに中継ノードを配置することが望ましい。他方では、中継ノードにおけるデータは、通常の下りリンク（又は上りリンク）帯域で、基地局から取得される。基地局と中継ノードの両方がそれらの宛先ノードへ同時に転送するには、基地局は、中継ノードにデータ供給しなくてはならない。中継ノードのデータ供給時間を削減でき、高スループット同時通信が可能になるので、中継ノードを基地局の近くに配置することが望ましい。本発明の実施形態は、以下に示すとおり、配置規則及び最適構成を提供する。

本発明はこの点に限定されないが、図１の１００として大まかに示すとおり、これに限定されないが８０２．１６ｍ等のＷｉＭＡＸ２の各セクター１０５において、少なくとも１つの基地局（ＢＳ）１１５及び１つ又は複数のインフラ中継局（ＲＳ）１２５が設けられても良い。基地局は、その直接の宛先局（ＤＳ）１２０及び基地局（ＲＳ）１２５にデータを同一の周波数帯域で送信する。中継局１２５は、受信したデータを宛先局１１０又は別の中継局に転送する。基地局及び中継局からそれらの宛先局への並列伝送は、スループットを２０パーセント以上増加させる。

基地局１１５及び中継局１２５のアンテナ放射パターンは、異なってもよい。基地局１１５のアンテナは、より大きなサイズによって、迎角及び方位角の両方において高指向性を有する一方で、中継アンテナは低指向性を有する。基地局１１５のピークアンテナ利得は通常１６ｄＢｉであり、これは、中継局１２５のピークアンテナ利得よりはるかに大きい。基地局の実装高さはまた、中継局の実装高さよりはるかに大きく、例えば、それぞれ３０メートルと１０メートルである。

本発明の実施形態は、１）異なるアンテナ高さ、２）中継局と基地局との間のデータ依存関係、３）サービス機能停止、及び４）ネットワークスループットを考慮して、中継局１２５の配置位置及びアンテナパターンの最適化を提供する。幾つかの設計基準を以下に示すが、これらは、包括的なものではなく、本発明はこの基準例挙に限定されるものではないことを理解されたい。

１．中継局１２５のアンテナ低実装は、その信号減衰を基地局１１５の信号減衰より速くする。これは、内部セル干渉を低減するのに有効である。このため、中継局１２５をセクターの端近くに配置することが好ましい。

２．中継局１２５によって送信された下りリンクデータの全ては、基地局１１５から取得されるので、中継局１２５によって送信される下りリンクスループットは、基地局１１５から中継局１２５へのリンクのスループット以下でなければならない。中継局１２５を基地局１１５の近くに設けること、基地局１１５へ向かう方向における中継アンテナ利得を増加すること、又は、中継局１２５へ向かう方向における基地局１１５のアンテナ利得を増加することが望ましい。

３．基地局１１５及び中継局１２５からの並列伝送により、スループットを増加できる。上記基準に準じて、基地局１１５と中継局１２５との間のリンクのスループットは、Ｎ＋１局伝送を可能にするために、基地局１２５から宛先局１１０へのリンクのスループットの少なくともＮ倍である必要がある。ここで、Ｎは中継局の数である。中継局の数が増えれば、中継局１２５は、基地局１１５に接近させるべきである。リンクスループットは送受信機技法によって変化する。

４．サービス機能停止は、多くの場合、セル１０５の端において起こる。機能停止削減のため、中継局１２５をセルの端近くに設けることが好ましい。概して、中継局１２５は、基地局１１５の信号が比較的小さい場所に配置されるべきである。すなわち、基地局１１５と中継局１２５とのサービスエリアは相補関係であるべきである。

５．複数の中継局間の分離は、中継局間の干渉が最小になるよう最大にすべきである。

６．基準２及び３は基準４と矛盾するので、本発明は、予め定められた閾値を下回る機能停止率に従って、基準２及び３を用いてスループットを最大にする。

中継局１２５の正確な位置は、通りのレイアウト、周りの建物、郡葉及び地形等の実際の配置環境の要素によって決定される。従って、以下の図は、平均的中心の位置を示すものであって、正確な位置を示すものではなく、平均的中心からランダム量ずれている。本発明は、以下に示された図に限定されるものではないことを理解されたい。

スループット及び機能停止パフォーマンスを向上する目的で、図２の２００に大まかに示されたとおり、セクターの形状を変えても良い。２１５、２２０及び２３０に示されたとおり、上部２１０における、１２０度の角度２０５は、回転されても良い。セクターは、角度と六角形の共通部分である。セクターの形状は、中継局の数及び中継局のアンテナ放射パターンに応じて最適化されても良い。セルごとに６個のセクターが設けられる場合には、１２０度の角度を、６０度の角度に変えてもよい。

基準２及び３に照らして、図３Ａおよび図３Ｂの３００で示したとおり、中継局のアンテナ放射パターンは、全方位ではないことが知られている。中継局によってカバーされる領域は３１２及び３２５で示され、基地局によってカバーされる領域は３０４及び３１５で示される。基地局の入力信号の方向を指すようにピークがあるべきである。さらに、中継局と基地局との間で、ユーザにサービスを提供するため、フロントローブ３１４及び３１０があっても良い。中継局とサービスエリアとの距離ｄに応じて、中継局後方のユーザにサービスを提供するため、バックローブ３１６及び３３０が必要となる。つまり、あるユーザに対しては、信号が中継局によってさらに前に進められる中継フォワードモードで、サービスが提供される。他のユーザに対しては、信号が中継局によって跳ね返されるバウンスモードによってサービスが提供され得る。バウンスモードの相対的利点は、近隣のセル／セクターに対してより長い距離を伝播する必要があるので、中継局で生成された同一チャネル干渉がより弱くなる点である。局所環境等の他の要因を考慮してＣＩＮＲを高める目的で、セル計画において、距離ｄの適合値を設けてもよい。

本発明の実施形態に準じた、中継局の理想的単一アンテナパターンを図３Ａの３０２で示し、中継局の理想複数アンテナパターンを図３Ｂの３００で示す。図３Ａ及び３ｂは、中継局アンテナパターンを示し、これらは次の３つの要素を有する。１）基地局３０８及び３２０に向いた高利得指向性アンテナ、フロント３１４及び３１０におけるユーザに向かう中利得性、及び、中継局後方のユーザのためのバックローブ３１６及び３３０である。フロントとバックの割合は、中継局の位置によって決められる。

２）パターンは一定である必要はない。例えば、中継局が基地局とデータを受信／送信するとき、所望のパターンは単一の高利得ビームである。複数の中継局と通信する間は、設計パターンは、フロントローブ３１４、３１０及びバックローブ３１６及び３３０の到達範囲を有する。つまり、中継局のアンテナパターンは、時間的に変化しても良い。例えば、２つ以上のアンテナを切り替えても良い。２つのアンテナを用いる手法は、単一のアンテナよりも、良い性能（〜3ｄＢ）を有することに注意されたい。

また、中継局は、基地局によって既にカバーされた領域に対して信号を送信する必要はない。従って、干渉を減らしアンテナ利得を上げる目的で、それらの領域を示すヌル点を設けるべきである。

実際には、２つ以上のアンテナが、理想パフォーマンスを達成する目的で、中継局によって用いられても良い。例えば、中継局は、基地局からデータを受信する目的で１つの狭ビーム指向性アンテナを用いて、データを転送する目的で広ビーム指向性アンテナに切り替えてもよい。全方位ダイポールアンテナは、通常、そのコスト及びサイズから、中継局によって用いられるが、これは最適なものではない。本発明は、以下の例において全方位アンテナを用いてもよいが、全方位アンテナは最適なものに全て置き換えられてもよい。

引き続き図とともに、多様な事例を以下に説明する。図４において４００で示された事例１は、２つの配置構成（a）４０５及び（ｂ）４２５、すなわち、非対称４１０構成及び対称４２５構成を提供する１つの中継局を提供する。全方位指向性アンテナは、図３Ａおよび図３Ｂにおける最適なものに置き換えられてもよい。

図４（ａ）４０５において、セクターの形状は、図２（ｃ）２３０で示したものと同様に非対称である。配置構成はまた、右側の片隅をカバーする中継局４２０及び残りのブロック領域を広ビームによってカバーする基地局４１５に対して非対称である。同一セル内の近接したセクターが１ｘ３ｘ１配置と同一の周波数を用いる場合に、この構成は好ましい。これにより、共通セルセクター間の同一チャネル干渉が低減できる。図４（ｂ）４２５において、セクターの形状は、対称である。基地局４３５は、それらの間にヌル点を有する２つのビーム４４０を用いる。中継局４３０は、中央のヌル点をカバーする。この対称構成においては、基地局４３５と中継局４３０との間の距離のみを最適化する必要がある。

本発明の更なる実施形態を事例２として説明する。図５Ａ及び５ｂに大まかに示されたとおり、２つの中継局が設けられる。図５Ａは、本発明の１つの実施形態に準じた、２つの対称な中継局を有する配置を示し、図５Ｂは、本発明の１つの実施形態に準じた、２つの非対称な中継局を有する配置を示す。図５Ａの５０５及び５１０において、中継局は、基地局５１５に対して対称に設けられ、基準５に対する相互干渉を減らすのに十分な距離離される。基地局５１５は、広ビームによって、残りの領域をカバーする。中継局をセクターの端の近くに設けることでまた、基準１に対する内部セクター及び内部セル干渉を低減することができる。

図５Ｂの５２５及び５３０において、中継局は、基地局５２０に対して非対称に設けられ、基準５に対する相互干渉を減らすのに十分な距離離される。基地局５２０は、広ビームによって、残りの領域をカバーする。中継局をセクターの端の近くに設けることでまた、基準１に対する内部セクター及び内部セル干渉を低減することができる。

この点には限定されないが、本発明の更なる実施形態を事例３として説明する。図６の６００に大まかに示されたとおり、３つの中継局が設けられる。

この実施形態は、１つの対称配置構成を用いてもよい。セクターの形状は、図２（ａ）のものと同様である。中継局６１０、６０５及び６１０は、それぞれ３つの片隅に設けられ、基準５に対する相互干渉を減らすのに十分な距離離される。中継局と基地局との距離は、予め定められた機能停止率に従って、スループットにとって最適なものである。基地局６２０は、広ビームによって、残りの領域をカバーする。

本発明の特定の特徴をここに記載してきたが、多くの改良、代用、変更、及び等価物が当業者にとって存在し得る。従って、添付の請求項は、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、そのような改良及び変更の全てを包括することを意図していることを理解されたい。

Claims (24)

1. 少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの中継局との異なるアンテナ高さ、前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つの中継局との間のデータ依存関係、無線ネットワークのサービス機能停止、及び、前記無線ネットワークのネットワークスループットのうちの少なくとも１つ以上を考慮して、前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つの中継局を含む前記無線ネットワーク内で、中継基地局の配置及び構成を最適化する段階を備える
   方法。
2. 前記少なくとも１つの中継局は、前記無線ネットワークのセクターの端近くに設けられる
   請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの中継局によって送信される下りリンクスループットは、前記少なくとも１つの基地局から前記少なくとも１つの中継局へのリンクのスループット以下であることが要求される
   請求項１に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの中継局は、前記少なくとも１つの基地局の近くに設けられるか、前記少なくとも１つの基地局の方向において中継アンテナ利得を増加させるか、又は、前記少なくとも１つの基地局は、前記少なくとも１つの中継局の方向においてアンテナ利得を増加させる
   請求項３に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つの中継局との間のリンクの前記スループットは、複数局伝送を可能にすべく、前記少なくとも１つの中継局の中継下りリンクのスループットの少なくとも２倍である
   請求項１に記載の方法。
6. 中継局の数が増加した場合に、前記少なくとも１つの中継局は、前記少なくとも１つの基地局のより近くに設けられる
   請求項５に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの中継局は、機能停止削減のため、前記無線ネットワークのセルの端近くに設けられ、前記少なくとも１つの中継局は、前記基地局の信号が比較的小さい場所に設けられる
   請求項１に記載の方法。
8. 複数の中継局の間の干渉が最小になるように、複数の中継局の間の分離を最大にする
   請求項１に記載の方法。
9. 少なくとも１つの基地局と、
   少なくとも１つのインフラ中継局とを備え、
   前記少なくとも１つのインフラ中継局の配置及び構成は、前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つのインフラ中継局との異なるアンテナ高さ、前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つのインフラ中継局との間のデータ依存関係、無線ネットワークのサービス機能停止、及び、前記無線ネットワークのネットワークスループットのうちの少なくとも１つ以上を考慮して最適化される
   無線ネットワークシステム。
10. 前記少なくとも１つのインフラ中継局は、前記無線ネットワークのセクターの端近くに設けられる
    請求項９に記載のシステム。
11. 前記少なくとも１つのインフラ中継局によって送信される下りリンクスループットは、前記少なくとも１つの基地局から前記少なくとも１つのインフラ中継局へのリンクのスループット以下であることが要求される
    請求項９に記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つのインフラ中継局は、前記少なくとも１つの基地局の近くに設けられるか、前記少なくとも１つの基地局の方向において中継アンテナ利得を増加させるか、又は、前記少なくとも１つの基地局は、前記少なくとも１つのインフラ中継局の方向においてアンテナ利得を増加させる
    請求項１１に記載のシステム。
13. 前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つのインフラ中継局との間のリンクの前記スループットは、複数局伝送を可能にすべく、前記少なくとも１つのインフラ中継局の中継下りリンクのスループットの少なくとも２倍である
    請求項９に記載のシステム。
14. 中継局の数が増加した場合に、前記少なくとも１つのインフラ中継局は、前記少なくとも１つの基地局のより近くに設けられる
    請求項１３に記載のシステム。
15. 前記少なくとも１つのインフラ中継局は、機能停止削減のため、前記無線ネットワークのセルの端近くに設けられ、前記少なくとも１つのインフラ中継局は、前記基地局の信号が比較的小さい場所に設けられる
    請求項９に記載のシステム。
16. 複数の中継局の間の干渉が最小になるように、複数の中継局の間の分離を最大にする請求項９に記載のシステム。
17. 少なくとも１つの中継局の異なるアンテナ高さと、前記少なくとも１つの中継局と通信可能な少なくとも１つの基地局のアンテナ高さとを考慮する段階と、
    前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つの中継局との間のデータ依存関係を考慮する段階と、
    無線ネットワークのサービス機能停止を考慮する段階と、
    前記無線ネットワークのネットワークスループットを考慮する段階とを備える、前記無線ネットワーク内で中継基地局の配置及び構成を最適化する
    方法。
18. 前記少なくとも１つの中継局は、前記無線ネットワークのセクターの端近くに設けられる
    請求項１７に記載の方法。
19. 前記少なくとも１つの中継局によって送信される下りリンクスループットは、前記少なくとも１つの基地局から前記少なくとも１つの中継局へのリンクのスループット以下であることが要求される
    請求項１７に記載の方法。
20. 前記少なくとも１つの中継局は、前記少なくとも１つの基地局の近くに設けられるか、前記少なくとも１つの基地局の方向において中継アンテナ利得を増加させるか、又は、前記少なくとも１つの基地局は、前記少なくとも１つの中継局の方向においてアンテナ利得を増加させる
    請求項１９に記載の方法。
21. 前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つの中継局との間のリンクの前記スループットは、複数局伝送を可能にすべく、前記少なくとも１つの中継局の中継下りリンクのスループットの少なくとも２倍である
    請求項１７に記載の方法。
22. 中継局の数が増加した場合に、前記少なくとも１つの中継局は、前記少なくとも１つの基地局のより近くに設けられる
    請求項２1に記載の方法。
23. 前記少なくとも１つの中継局は、機能停止削減のため、前記無線ネットワークのセルの端近くに設けられ、前記少なくとも１つの中継局は、前記基地局の信号が比較的小さい場所に設けられる
    請求項１７に記載の方法。
24. 複数の中継局の間の干渉が最小になるように、複数の中継局の間の分離を最大にする請求項１７に記載の方法。

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