JP2013201631A

JP2013201631A - ランダムアクセス制御装置、無線基地局装置、管理装置およびランダムアクセス制御プログラム

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Publication number: JP2013201631A
Application number: JP2012069096A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Mochida; 英史持田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-10-03

Abstract

【課題】無線端末装置および無線基地局装置間で通信接続を確立するのに先立って送受信される、無線基地局装置から無線端末装置への送信タイミングを調整するためのランダムアクセス信号の設定を適切に行なう。
【解決手段】無線端末装置２０２は、無線基地局装置がランダムアクセス信号を検出するまでランダムアクセス信号の送信電力を段階的に上げながら繰り返し上記無線基地局装置へランダムアクセス信号を送信する。ランダムアクセス制御装置１０１は、対象の無線基地局装置である対象基地局において検出されたランダムアクセス信号の、無線端末装置２０２における送信電力を取得するための送信電力取得部１１と、送信電力取得部１１によって取得された送信電力に基づいて、無線端末装置２０２から対象基地局へ送信されるランダムアクセス信号の送信電力の初期値を設定するための初期値設定部１２とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、ランダムアクセス制御装置、無線基地局装置、管理装置およびランダムアクセス制御プログラムに関し、特に、ランダムアクセス信号の設定を行なうためのランダムアクセス制御装置、無線基地局装置、管理装置およびランダムアクセス制御プログラムに関する。

従来、移動通信システムでは、半径数百メートルから数十キロメートルのセルすなわち無線端末装置が通信可能なエリアを形成する無線基地局装置（以下、マクロ基地局とも称する。）による通信サービスが提供されてきた。

近年、移動通信サービスの加入者数の劇的な増加およびデータ通信による通信トラヒック量の増大から、より半径の小さいセルを形成することによって加入者および通信トラヒックを分散し、また、一定レベルの通信速度をユーザへ安定して提供することが望まれている。また、ビルの超高層化に伴う不感地対策のため、企業フロア内および一般家庭内への無線基地局装置の設置も望まれている。

これらの要望と併せて、無線基地局装置で使用される種々のデバイスの処理能力が飛躍的に向上したことによって無線基地局装置の小型化が進み、このような小型化された基地局が注目を集めている。

この小型基地局（以下、フェムト基地局とも称する。）が形成するフェムトセル（Femto Cell）の半径は１０メートル前後と小さいため、フェムト基地局は、マクロ基地局が形成するマクロセル（Macro Cell）の圏外となりマクロ基地局の設置が困難な屋内および地下街等の場所で使用されることが考えられる。

また、フェムト基地局は特定のエリアに多数設置されることから、フェムト基地局を直接コアネットワークに接続することは難しい。このため、特定のエリアに設置された多数のフェムト基地局を一旦、ＨｅＮＢ−ＧＷ等のゲートウェイ装置に接続し、フェムト基地局とコアネットワークとをＨｅＮＢ−ＧＷ経由で接続することが考えられる。

また、フェムト基地局に加えて、マクロ基地局をベースに、たとえば半径１００メートルから２００メートルのピコセルを形成するピコ基地局も開発されている。

ここで、無線端末装置が無線基地局装置との通信接続を確立するのに先立って無線端末装置および無線基地局装置間で送受信されるＲＡＣＨ（Random Access Channel）が、3GPP TS 36.211 V10.4.0 2011.12（非特許文献１）に開示されている。無線基地局装置は、ＲＡＣＨを用いて無線端末装置から自己への送信タイミングを調整することにより、自己および無線端末装置間での良好な通信を可能とする。

3GPP TS 36.211 V10.4.0 2011.12

フェムト基地局またはピコ基地局は、マクロ基地局と比べて無計画に配置される場合が多く、また、通信システムにおける通信負荷の増減に応じて起動および停止が動的に制御される場合もある。このため、送信タイミングおよび送信電力等、ＲＡＣＨに関する最適なパラメータ設定は、一定ではなく、変化する場合がある。

そして、ＲＡＣＨのパラメータ設定が適切でない場合には、無線端末装置が無線基地局装置との通信接続を確立できない、当該通信接続の確立に遅延が生じる、および無線端末装置のハンドオーバ動作に遅延が生じる等、種々の問題が生じる。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、無線端末装置および無線基地局装置間で通信接続を確立するのに先立って送受信される、無線基地局装置から無線端末装置への送信タイミングを調整するためのランダムアクセス信号の設定を適切に行なうことにより、良好な通信システムを構築することが可能なランダムアクセス制御装置、無線基地局装置、管理装置およびランダムアクセス制御プログラムを提供することである。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるランダムアクセス制御装置は、無線端末装置から無線基地局装置への送信タイミングを調整するために上記無線基地局装置が検出する、上記無線端末装置が上記無線基地局装置との通信接続を確立するのに先立って上記無線端末装置から送信されるランダムアクセス信号について、無線端末装置は、無線基地局装置が上記ランダムアクセス信号を検出するまで上記ランダムアクセス信号の送信電力を段階的に上げながら繰り返し上記無線基地局装置へ上記ランダムアクセス信号を送信し、対象の無線基地局装置である対象基地局において検出された上記ランダムアクセス信号の、無線端末装置における送信電力を取得するための送信電力取得部と、上記送信電力取得部によって取得された上記送信電力に基づいて、無線端末装置から上記対象基地局へ送信される上記ランダムアクセス信号の送信電力の初期値を設定するための初期値設定部とを備える。

このような構成により、無線基地局装置において検出されたランダムアクセス信号の無線端末装置における送信電力に基づいて、無線端末装置から当該無線基地局装置へ送信されるランダムアクセス信号の送信電力の最適な初期値を設定することができる。したがって、ランダムアクセス信号の設定を適切に行なうことにより、良好な通信システムを構築することができる。また、無計画に設置される場合の多いフェムト基地局およびピコ基地局のＲＡＣＨに関するパラメータを自動的に設定することができるため、ＣＡＰＥＸ（Capital Expenditure）すなわち無線基地局装置の配置にかかるコスト、およびＯＰＥＸ（Operational Expenditure）すなわち無線基地局装置の運用にかかるコストの低減を図ることができる。

（２）好ましくは、上記ランダムアクセス制御装置は、さらに、上記対象基地局において検出されるまでの上記ランダムアクセス信号の、１または複数の無線端末装置による送信回数を取得するための試行回数取得部を備え、上記初期値設定部は、上記試行回数取得部によって取得された上記送信回数に基づいて、設定した上記初期値を補正する。

このような構成により、無線端末装置のランダムアクセス信号の再送回数に基づいて、ランダムアクセス信号の送信電力の初期値を適切に補正することができる。

（３）より好ましくは、上記試行回数取得部は、上記送信回数の統計値または代表値を演算し、上記初期値設定部は、上記試行回数取得部によって演算された上記統計値または上記代表値が所定の閾値未満の場合には、設定した上記初期値より小さい初期値を新たに設定する。

このような構成により、ランダムアクセス信号の送信電力の初期値が大きくなりすぎることを抑制し、周辺基地局に対する干渉を抑制することができる。

（４）より好ましくは、上記所定の閾値は、１より大きく、かつ２より小さい。

このような構成により、ランダムアクセス信号の再送回数が１に近くなり、ランダムアクセス信号の送信電力の初期値が大きい状況になったことを的確に検知して当該初期値を小さく補正することができるため、ランダムアクセス信号の再送回数を適切な値に保ちながら、周辺基地局に対する干渉を抑制することができる。

（５）好ましくは、上記送信電力取得部は、上記対象基地局が送信する無線信号の送信電力と、上記無線端末装置における上記対象基地局からの上記無線信号の受信電力との差、上記無線端末装置における上記ランダムアクセス信号の送信電力の初期値、および上記対象基地局において検出されるまでの上記ランダムアクセス信号の、上記無線端末装置による送信回数に基づいて、上記対象基地局において検出された上記ランダムアクセス信号の、上記無線端末装置における送信電力を取得する。

このような構成により、無線基地局装置において検出されたランダムアクセス信号の無線端末装置におけるより正確な送信電力を取得することができる。

（６）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる無線基地局装置は、上記（１）に記載のランダムアクセス制御装置を備える。

このような構成により、無線通信システムにおけるランダムアクセス信号の設定を各無線基地局装置で行なうことができるため、ランダムアクセス信号に関する設定の処理負荷を分散させることができる。

（７）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる管理装置は、１または複数の無線基地局装置を管理し、上記（１）に記載のランダムアクセス制御装置を備える。

このような構成により、無線通信システムにおける各無線基地局装置のランダムアクセス信号の設定を管理装置において一括して行なうことができるため、ランダムアクセス信号に関する設定を、より効率的に行なうことができる。

（８）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるランダムアクセス制御プログラムは、ランダムアクセス制御装置において用いられるランダムアクセス制御プログラムであって、無線端末装置から無線基地局装置への送信タイミングを調整するために上記無線基地局装置が検出する、上記無線端末装置が上記無線基地局装置との通信接続を確立するのに先立って上記無線端末装置から送信されるランダムアクセス信号について、無線端末装置は、無線基地局装置が上記ランダムアクセス信号を検出するまで上記ランダムアクセス信号の送信電力を段階的に上げながら繰り返し上記無線基地局装置へ上記ランダムアクセス信号を送信し、コンピュータに、対象の無線基地局装置である対象基地局において検出された上記ランダムアクセス信号の、無線端末装置における送信電力を取得するステップと、取得した上記送信電力に基づいて、上記無線端末装置における上記ランダムアクセス信号の送信電力の初期値を設定するステップとを実行させるためのプログラムである。

本発明によれば、無線端末装置および無線基地局装置間で通信接続を確立するのに先立って送受信される、無線基地局装置から無線端末装置への送信タイミングを調整するためのランダムアクセス信号の設定を適切に行なうことにより、良好な通信システムを構築することができる。

本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る無線基地局装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおけるランダムアクセスシーケンスを示す図である。本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおけるＲＡＣＨプリアンブルの送信電力に関する課題を示す図である。本発明の実施の形態に係る無線基地局装置における制御部の構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る無線基地局装置におけるＲＡＣＨプリアンブルの送信電力初期値の設定アルゴリズムの一例を示す図である。本発明の実施の形態に係る無線基地局装置がＲＡＣＨパラメータを設定する際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおける、アクセス試行回数のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

無線基地局装置は、自らの形成するセルおよび周辺セルについての情報、すなわち無線信号の周波数および周辺セルのＩＤ（identification）等を無線端末装置に通知する。無線端末装置は、無線基地局装置から通知された情報に基づいて、周辺セルの検出および測定を行なう。この測定結果に基づいて、無線端末装置の周辺セルへの移動が開始される。ここで、無線端末装置の「移動」とは、ハンドオーバを意味することに加えて、アイドル状態の無線端末装置が今後通信を開始する、すなわち通話またはデータ通信を開始する際にどのセルを介して通信を行なうかを選択することを意味する。

具体的には、ハンドオーバを意味することに加えて、たとえば、３ＧＰＰＴＳ３６．３０４Ｖ１０．３．０２０１１．１０に記載されているような、アイドル状態の無線端末装置が、各無線基地局装置からの無線信号の測定結果に基づいて、通信相手となる無線基地局装置を選択するセル再選択（Cell Reselection）を意味する。

たとえば、無線端末装置が無線基地局装置と通信しているときには、無線端末装置の移動先は無線基地局装置またはコアネットワークにおける上位装置が決定する。また、たとえば、無線端末装置が無線基地局装置と通信していないときには、無線端末装置の移動先は無線端末装置が決定する。

また、ハンドオーバとは、通話中またはデータ通信中の無線端末装置の通信先となる無線基地局装置が切り替えられることを意味する。

また、無線端末装置の「アイドル状態」とは、ある無線基地局装置を無線端末装置が通信相手として選択しており、かつ当該無線基地局装置と通信を行なっていない状態である。また、「通信を行なっていない状態」とは、当該無線基地局装置へ何らかの情報を送信する動作を行なっていない状態である。

なお、無線端末装置の「アイドル状態」の定義として、３ＧＰＰにおいて規定された「Idle Mode」の定義を用いてもよい。

また、無線端末装置がセルに在圏している、とは、無線端末装置が、当該セルを形成する無線基地局装置を通信相手として選択し、かつ当該無線基地局装置と通信可能な状態または通信中である状態を意味する。

フェムトセルおよびアクセスモードは、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）ＳＰＥＣＴＳ２２．２２０において以下のように説明されている。すなわち、フェムト基地局は、無線インタフェースを介して接続されている無線端末装置を、ＩＰバックホール（backhaul）を用いて、移動通信事業者網に接続する顧客構内装置である。

また、フェムトセルのアクセスモードにおいて、クローズドアクセスモードのフェムト基地局は、関連するＣＳＧ（Closed Subscriber Group）メンバーにのみサービスを提供する。また、ハイブリッドモードのフェムト基地局は、関連するＣＳＧメンバーおよびＣＳＧノンメンバーにサービスを提供する。また、オープンアクセスモードのフェムト基地局は、通常の基地局として動作する。

本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおいても、このような３ＧＰＰの定義を適用してもよい。

また、上記定義と合わせて、あるいは別個に、以下のような定義を適用することも可能である。

マクロ基地局およびピコ基地局は、事業者の管理下にあり、事業者と契約している無線基地局装置が通信可能な無線基地局装置である。また、マクロ基地局およびピコ基地局は、基本的に電源がオフになることはないと考えられる。

また、フェムト基地局は、主に個人または法人の建物内に設置され、ユーザの事情により移動するまたは電源がオフとなる可能性がある無線基地局装置である。

また、フェムト基地局は、オープン／ハイブリッド／クローズドのいずれかのアクセスモードで動作する。フェムト基地局は、クローズドアクセスモードで動作する場合には、登録済みのメンバー（端末）のみ接続可能となる。また、クローズドアクセスモードで動作する場合には、登録済みのメンバーにのみサービスを提供する。また、ハイブリッドモードで動作する場合には、登録済みのメンバー、および未登録のメンバーすなわちノンメンバーの両方にサービスを提供する。また、オープンアクセスモードで動作する場合には、マクロ基地局およびピコ基地局と同じ動作をする。

＜第１の実施の形態＞
［基本構成および基本動作］
図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。

図１を参照して、無線通信システム３０１は、たとえば３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）で規格化されたＬＴＥ（Long Term Evolution）に従う移動体通信システムであり、フェムト基地局１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃと、ピコ基地局１０１Ｄと、マクロ基地局２０１と、ゲートウェイ装置２０３とを備える。

以下、フェムト基地局１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ、ピコ基地局１０１Ｄ、およびマクロ基地局２０１の各々を無線基地局装置１０１と称する場合がある。また、図１では、１つのマクロ基地局と、１つのピコ基地局と、３つのフェムト基地局とを代表的に示しているが、これらの組み合わせおよび数はこれに限定されるものではない。

フェムト基地局１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃは、たとえば半径数十メートルのフェムトセルＦＣＡ，ＦＣＢ，ＦＣＣをそれぞれ形成する。また、ピコ基地局１０１Ｄは、半径１００メートルから２００メートルのピコセルＰＣを形成する。また、マクロ基地局２０１は、たとえば半径数キロメートルのマクロセルＭＣを形成する。

フェムト基地局１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃは、地下街等、マクロ基地局２０１およびピコ基地局１０１Ｄからの無線信号を無線端末装置２０２が受信しにくい場所に設置され、それぞれフェムトセルＦＣＡ，ＦＣＢ，ＦＣＣ内に存在する無線端末装置２０２と無線信号を送受信することにより、当該無線端末装置２０２と通信することが可能である。

ピコ基地局１０１Ｄは、ピコセルＰＣ内に存在する無線端末装置２０２と無線信号を送受信することにより、当該無線端末装置２０２と通信することが可能である。マクロ基地局２０１は、マクロセルＭＣ内に存在する無線端末装置２０２と無線信号を送受信することにより、当該無線端末装置２０２と通信することが可能である。

ゲートウェイ装置２０３は、フェムト基地局１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃとコアネットワーク２０４における上位装置２０５との間で送信される種々の通信データの中継処理等を行なう。

上位装置２０５は、たとえばＭＭＥ（Mobility Management Entity）であり、無線通信システム３０１全体の情報を管理する。たとえば、上位装置２０５は、無線通信システム３０１における各無線基地局装置の情報を取得して記憶する。

ここで、無線端末装置２０２からコアネットワーク２０４への方向を上り方向と称し、コアネットワーク２０４から無線端末装置２０２への方向を下り方向と称する。

図２は、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置の構成を示す図である。

図２を参照して、無線基地局装置１０１は、アンテナ９１と、サーキュレータ９２と、無線受信部９３と、無線送信部９４と、信号処理部９５と、制御部９８とを備える。信号処理部９５は、受信信号処理部９６と、送信信号処理部９７とを含む。信号処理部９５および制御部９８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）等によって実現される。

サーキュレータ９２は、アンテナ９１において受信された無線端末装置２０２からの無線信号を無線受信部９３へ出力し、また、無線送信部９４から受けた無線信号をアンテナ９１へ出力する。

無線受信部９３は、サーキュレータ９２から受けた無線信号をベースバンド信号またはＩＦ（Intermediate Frequency）信号に周波数変換し、この周波数変換した信号をデジタル信号に変換して受信信号処理部９６へ出力する。

受信信号処理部９６は、無線受信部９３から受けたデジタル信号に対してＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式における逆拡散等の信号処理を行ない、この信号処理後のデジタル信号の一部または全部を所定のフレームフォーマットに変換してコアネットワーク側へ送信する。

送信信号処理部９７は、コアネットワーク側から受信した通信データを所定のフレームフォーマットに変換した通信データまたは自ら生成した通信データに対してＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）方式におけるＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）等の信号処理を行ない、この信号処理後のデジタル信号を無線送信部９４へ出力する。

無線送信部９４は、送信信号処理部９７から受けたデジタル信号をアナログ信号に変換し、変換したアナログ信号を無線信号に周波数変換してサーキュレータ９２へ出力する。

制御部９８は、無線基地局装置１０１における各ユニットおよびコアネットワーク側との間で各種情報をやり取りする。

図３は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおけるランダムアクセスシーケンスを示す図である。

図３を参照して、まず、無線基地局装置１０１は、たとえば非特許文献１に記載のランダムアクセスプリアンブル（以下、ＲＡＣＨプリアンブルとも称する。）の送信タイミングおよび送信周波数、使用可能なＲＡＣＨプリアンブルの番号、ならびにＲＡＣＨプリアンブルの送信電力等を報知情報に含めて各無線端末装置２０２へ送信する（ステップＳ１０１）。

次に、無線端末装置２０２は、無線基地局装置１０１から受信した報知情報に基づいて、無線基地局装置１０１から指定された複数種類のＲＡＣＨプリアンブルの中からいずれか１つを選択し（ステップＳ１０２）、無線基地局装置１０１へ送信する（ステップＳ１０３）。

次に、無線基地局装置１０１は、無線端末装置２０２から送信されたＲＡＣＨプリアンブルを検出し、当該無線端末装置２０２の送信タイミングのずれを推定し、当該送信タイミングの補正値を算出する（ステップＳ１０４）。

次に、無線基地局装置１０１は、算出した補正値、検出したＲＡＣＨプリアンブルの番号、仮のＣ−ＲＮＴＩ（Cell Radio Network Temporary Identifier）、およびＲＡＣＨメッセージを送信すべきタイミングを示すＲＡＣＨ制御情報を無線端末装置２０２へ送信する（ステップＳ１０５）。

次に、無線端末装置２０２は、無線基地局装置１０１から受信したＲＡＣＨ制御情報に基づいて、自己の送信タイミングを補正する（ステップＳ１０６）。

次に、無線端末装置２０２は、無線基地局装置１０１において他の無線端末装置２０２とのＲＡＣＨプリアンブルの衝突を検出するためのＣＲ−ＩＤ（content reference identifier）を含むＲＡＣＨメッセージに、上記仮のＣ−ＲＮＴＩを付して無線基地局装置１０１へ送信する。このＲＡＣＨメッセージの送信においては、たとえばＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat Request）が用いられる（ステップＳ１０７）。

次に、無線基地局装置１０１が無線端末装置２０２からＲＡＣＨメッセージを受信して、無線端末装置２０２の登録処理等、上位レイヤに従う処理が実行される（ステップＳ１０８）。

次に、無線基地局装置１０１は、無線端末装置２０２から受信したＣＲ−ＩＤ、および正式なＣ−ＲＮＴＩ等を含むＲＡＣＨ応答情報を当該無線端末装置２０２へ送信する（ステップＳ１０９）。

以上のような処理により、無線端末装置２０２および無線基地局装置１０１間のランダムアクセスシーケンスが完了する。

たとえばＬＴＥでは、無線端末装置２０２からのＲＡＣＨプリアンブルの送信において、パワーランピング（Power Ramping）が行われる。すなわち、無線端末装置２０２は、無線基地局装置１０１がＲＡＣＨプリアンブルを検出するまでＲＡＣＨプリアンブルを繰り返し当該無線基地局装置１０１へ送信する。また、無線端末装置２０２は、ＲＡＣＨプリアンブルを再送信するたびに、ランピングステップずつ、ＲＡＣＨプリアンブルの送信電力を徐々に上昇させる。

ここで、無線端末装置２０２において測定されたパスロスをＰＬとし、ＲＡＣＨプリアンブルの送信電力の初期値（以下、プリアンブル初期電力とも称する。）をＰｓとし、所定の調整値をＤｐとし、ＲＡＣＨプリアンブルの送信回数をＳｔｅｐとし、ランピングステップをＰｒａｍｐとすると、ＲＡＣＨプリアンブルの送信電力Ｐｐｒａｃｈ［ｄｂｍ］は、たとえば以下の式で表される。
Ｐｐｒａｃｈ＝ＰＬ＋Ｐｓ＋Ｄｐ＋（Ｓｔｅｐ−１）×Ｐｒａｍｐ

なお、パスロスは、無線基地局装置１０１の無線信号の送信電力および無線端末装置２０２における当該無線信号の受信電力の差である。

［課題］
図４は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおけるＲＡＣＨプリアンブルの送信電力に関する課題を示す図である。

図４を参照して、ＲＡＣＨプリアンブルの送信電力が大きすぎると、周辺基地局に対する干渉が起こってしまう。具体的には、たとえば、無線端末装置２０２からフェムト基地局１０１ＢへのＲＡＣＨプリアンブルの送信電力が大きすぎると、当該ＲＡＣＨプリアンブルが、たとえば他の無線端末装置２０２からマクロ基地局２０１へ送信されるＲＡＣＨプリアンブルに干渉し、マクロ基地局２０１におけるＲＡＣＨプリアンブルの検出特性が劣化してしまう。

一方、ＲＡＣＨプリアンブルの送信電力が小さすぎると、周辺基地局に対する干渉の問題は抑制されるが、無線端末装置２０２が無線基地局装置１０１との通信接続を確立できない、当該通信接続の確立に遅延が生じる、および無線端末装置２０２のハンドオーバ動作に遅延が生じる等、種々の問題が生じる。

そこで、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、以下のような構成および動作により、上記課題を解決する。
［構成および動作］

図５は、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置における制御部の構成を示す図である。

図５を参照して、制御部９８は、送信電力取得部１１と、初期値設定部１２と、試行回数取得部１３とを含む。

前述のように、無線端末装置２０２は、無線基地局装置１０１がたとえばＲＡＣＨプリアンブルであるランダムアクセス信号を検出するまでランダムアクセス信号の送信電力を段階的に上げながら繰り返し当該無線基地局装置１０１へランダムアクセス信号を送信する。

送信電力取得部１１は、自己の無線基地局装置１０１において検出されたランダムアクセス信号の、無線端末装置２０２における送信電力を取得する。

初期値設定部１２は、送信電力取得部１１によって取得された送信電力に基づいて、無線端末装置２０２から自己の無線基地局装置１０１へ送信されるランダムアクセス信号の送信電力の初期値を設定する。

試行回数取得部１３は、自己の無線基地局装置１０１において検出されるまでのランダムアクセス信号の、１または複数の無線端末装置２０２による送信回数を取得する。たとえば、試行回数取得部１３は、上記送信回数の統計値または代表値を演算する。

初期値設定部１２は、試行回数取得部１３によって取得された送信回数に基づいて、設定した上記初期値を補正する。具体的には、たとえば、初期値設定部１２は、試行回数取得部１３によって演算された統計値または代表値が所定の閾値未満の場合には、設定した初期値より小さい初期値を新たに設定する。当該所定の閾値は、たとえば、１より大きく、かつ２より小さい。

すなわち、初期値設定部１２は、過去の統計値から、ランピング回数すなわちＲＡＣＨプリアンブルの繰り返し送信回数が少なくなるように、つまり、なるべく１回の送信で自己の無線基地局装置１０１においてＲＡＣＨプリアンブルが検出できるように、プリアンブル初期電力Ｐｓを設定する。

また、たとえば、送信電力取得部１１は、自己の無線基地局装置１０１が送信する無線信号の送信電力と、無線端末装置２０２における当該無線信号の受信電力との差であるパスロス、当該無線端末装置２０２におけるランダムアクセス信号の送信電力の初期値、および自己の無線基地局装置１０１において検出されるまでのランダムアクセス信号の、当該無線端末装置２０２による送信回数であるアクセス試行回数に基づいて、自己の無線基地局装置１０１において検出されたランダムアクセス信号の、当該無線端末装置２０２における送信電力を取得する。

すなわち、無線端末装置２０２である端末ｋにおいて測定されたパスロスをＰＬ（ｋ）とし、端末ｋのアクセス試行回数をＳｔｅｐ（ｋ）とすると、無線基地局装置１０１においてＲＡＣＨプリアンブルの検出に成功したときの端末ｋのＲＡＣＨプリアンブル送信電力である成功電力Ｐｓｕｃｃｅｓｓ（ｋ）［ｄｂｍ］は、以下の式で表される。
Ｐｓｕｃｃｅｓｓ（ｋ）＝ＰＬ（ｋ）＋Ｐｓ＋Ｄｐ＋（Ｓｔｅｐ（ｋ）−１）×Ｐｒａｍｐ

ここで、ＰＬ（ｋ）およびＳｔｅｐ（ｋ）は、たとえば端末ｋから無線基地局装置１０１に報告される。なお、Ｐｓｕｃｃｅｓｓ（ｋ）が、端末ｋから無線基地局装置１０１に報告されてもよい。

図６は、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置におけるＲＡＣＨプリアンブルの送信電力初期値の設定アルゴリズムの一例を示す図である。

図６を参照して、初期値設定部１２は、ｋ番目の検出成功、すなわち端末ｋからのＲＡＣＨプリアンブルの検出成功に対して（式Ａ１）、平均成功電力ａｖｅＰｓｕｃｃｅｓｓを更新する。すなわち、たとえば１に近い１未満の実数である忘却係数をβとすると、平均成功電力ａｖｅＰｓｕｃｃｅｓｓは以下の式で表される（式Ａ２）。
ａｖｅＰｓｕｃｃｅｓｓ ← β×ａｖｅＰｓｕｃｃｅｓｓ＋（１−β）×Ｐｓｕｃｃｅｓｓ（ｋ）

次に、初期値設定部１２は、プリアンブル初期電力Ｐｓを、更新された平均成功電力ａｖｅＰｓｕｃｃｅｓｓとする（式Ａ３）。

次に、初期値設定部１２は、平均アクセス試行回数ａｖｅＳｔｅｐを更新する。すなわち、端末ｋのアクセス試行回数をＳｔｅｐ（ｋ）とすると、平均アクセス試行回数ａｖｅＳｔｅｐは以下の式で表される（式Ａ４）。
ａｖｅＳｔｅｐ ← β×ａｖｅＳｔｅｐ＋（１−β）×Ｓｔｅｐ（ｋ）

次に、初期値設定部１２は、平均アクセス試行回数ａｖｅＳｔｅｐが１に近づいてくると、プリアンブル初期電力Ｐｓを少し下げる。すなわち、平均アクセス試行回数ａｖｅＳｔｅｐが所定の閾値未満の場合には、プリアンブル初期電力Ｐｓを所定値Δだけ小さくする（式Ａ５および式Ａ６）。

次に、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置がＲＡＣＨパラメータを設定する際の動作について図面を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおける無線基地局装置および無線端末装置は、以下の各シーケンスの各ステップを含むプログラムを図示しないメモリから読み出して実行する。このプログラムは、外部からインストールすることができる。このインストールされるプログラムは、たとえば記録媒体に格納された状態で流通する。

図７は、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置がＲＡＣＨパラメータを設定する際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

図７を参照して、まず、無線基地局装置１０１へ送信されるＲＡＣＨプリアンブルの初期送信電力が設定される。たとえば、通信事業者が、新たに設置される無線基地局装置１０１にプリアンブル初期電力Ｐｓを設定する（ステップＳ１）。

次に、無線基地局装置１０１の制御部９８において、初期値設定部１２は、この設定内容を示す報知情報を各無線端末装置２０２へ送信する。これにより、自己の無線基地局装置１０１および無線端末装置２０２間で、当該設定内容に従ったＲＡＣＨプリアンブルの送受信が行われる（ステップＳ２）。

次に、送信電力取得部１１および試行回数取得部１３は、ＲＡＣＨプリアンブルに関するデータ収集を行なう。具体的には、たとえば、試行回数取得部１３は、自己の無線基地局装置１０１の形成するセルにおける無線端末装置２０２のアクセス試行回数Ｓｔｅｐを収集する。また、送信電力取得部１１は、自己の無線基地局装置１０１の形成するセルにおける無線端末装置２０２のパスロスＰＬを収集する（ステップＳ３）。

次に、送信電力取得部１１は、データ収集結果に基づいて、平均成功電力ａｖｅＰｓｕｃｃｅｓｓを更新する（ステップＳ４）。

次に、初期値設定部１２は、プリアンブル初期電力Ｐｓを再設定する。より詳細には、初期値設定部１２は、送信電力取得部１１によって更新された平均成功電力ａｖｅＰｓｕｃｃｅｓｓに基づいてプリアンブル初期電力Ｐｓを更新する。また、初期値設定部１２は、試行回数取得部１３によって取得されたアクセス試行回数Ｓｔｅｐがたとえば図６に示す条件を満たす場合には、更新したプリアンブル初期電力Ｐｓを補正する（ステップＳ５）。

そして、初期値設定部１２は、この設定内容を示す報知情報を各無線端末装置２０２へ送信する。これにより、自己の無線基地局装置１０１および無線端末装置２０２間で、当該設定内容に従ったＲＡＣＨプリアンブルの送受信が行われる（ステップＳ２）。

図８は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおける、アクセス試行回数のシミュレーション結果を示す図である。図８において、グラフＧＡは、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおけるシミュレーション結果を示し、グラフＧＢは、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおいてプリアンブル初期電力Ｐｓを固定設定した場合のシミュレーション結果を示している。

図８を参照して、プリアンブル初期電力Ｐｓを固定設定した場合（グラフＧＢ）には、前述のようにプリアンブル初期電力Ｐｓを適応的に更新する場合（グラフＧＡ）と比べて、アクセス試行回数Ｓｔｅｐが多くなる。

プリアンブル初期電力Ｐｓを適応的に更新する場合（グラフＧＡ）には、サンプル端末数のそろっていない初期段階、すなわち端末数が１０台未満程度の場合にはアクセス試行回数Ｓｔｅｐが多くなるが、端末数が増加するとプリアンブル初期電力Ｐｓについての学習効果が進み、アクセス試行回数Ｓｔｅｐを少なくすることができる。

ところで、フェムト基地局またはピコ基地局は、マクロ基地局と比べて無計画に配置される場合が多く、また、通信システムにおける通信負荷の増減に応じて起動および停止が動的に制御される場合もある。このため、送信タイミングおよび送信電力等、ＲＡＣＨに関する最適なパラメータ設定は、一定ではなく、変化する場合がある。そして、ＲＡＣＨのパラメータ設定が適切でない場合には、無線端末装置が無線基地局装置との通信接続を確立できない、当該通信接続の確立に遅延が生じる、および無線端末装置のハンドオーバ動作に遅延が生じる等、種々の問題が生じる。

また、フェムト基地局を設置する際に１つ１つのフェムト基地局についてＲＡＣＨパラメータの設定を事業者が行なっていくと、相当な作業と費用を要する。また、新たにフェムト基地局が設置されてフェムト基地局が増加するたびに、新たに設置されたフェムト基地局だけでなく、既存の周辺のフェムト基地局の再設定も行なわなければならなくなる。

これに対して、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置では、送信電力取得部１１は、自己の無線基地局装置１０１において検出されたランダムアクセス信号の、無線端末装置２０２における送信電力を取得する。そして、初期値設定部１２は、送信電力取得部１１によって取得された送信電力に基づいて、無線端末装置２０２から自己の無線基地局装置１０１へ送信されるランダムアクセス信号の送信電力の初期値を設定する。

このような構成により、無線基地局装置１０１において検出されたランダムアクセス信号の無線端末装置２０２における送信電力に基づいて、無線端末装置２０２から当該無線基地局装置へ送信されるランダムアクセス信号の送信電力の最適な初期値を設定することができる。

したがって、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置では、ランダムアクセス信号の設定を適切に行なうことにより、良好な通信システムを構築することができる。

また、無計画に設置される場合の多いフェムト基地局およびピコ基地局のＲＡＣＨに関するパラメータを自動的に設定することができるため、ＣＡＰＥＸ（Capital Expenditure）すなわち無線基地局装置の配置にかかるコスト、およびＯＰＥＸ（Operational Expenditure）すなわち無線基地局装置の運用にかかるコストの低減を図ることができる。

また、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置では、試行回数取得部１３は、自己の無線基地局装置１０１において検出されるまでのランダムアクセス信号の、１または複数の無線端末装置２０２による送信回数を取得する。そして、初期値設定部１２は、試行回数取得部１３によって取得された送信回数に基づいて、設定した上記初期値を補正する。

このような構成により、無線端末装置２０２のランダムアクセス信号の再送回数に基づいて、ランダムアクセス信号の送信電力の初期値を適切に補正することができる。

また、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置では、試行回数取得部１３は、上記送信回数の統計値または代表値を演算する。そして、初期値設定部１２は、試行回数取得部１３によって演算された統計値または代表値が所定の閾値未満の場合には、設定した初期値より小さい初期値を新たに設定する。

また、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置では、上記所定の閾値は、１より大きく、かつ２より小さい。

また、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置では、送信電力取得部１１は、自己の無線基地局装置１０１が送信する無線信号の送信電力と、無線端末装置２０２における当該無線信号の受信電力との差、当該無線端末装置２０２におけるランダムアクセス信号の送信電力の初期値、および自己の無線基地局装置１０１において検出されるまでのランダムアクセス信号の、当該無線端末装置２０２による送信回数に基づいて、自己の無線基地局装置１０１において検出されたランダムアクセス信号の、当該無線端末装置２０２における送信電力を取得する。

このような構成により、無線基地局装置１０１において検出されたランダムアクセス信号の無線端末装置２０２におけるより正確な送信電力を取得することができる。

なお、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、無線基地局装置１０１がランダムアクセス制御装置として動作する。すなわち、無線基地局装置１０１が、ランダムアクセス信号の初期送信電力の設定を行なう構成であるとしたが、これに限定するものではない。ランダムアクセス制御装置は、１または複数の無線基地局装置１０１を管理するための管理装置であってもよい。具体的には、ゲートウェイ装置２０３および上位装置２０５等、無線基地局装置１０１を管理するための管理装置が、ランダムアクセス信号の初期送信電力の設定を行なう構成であってもよい。

この場合、管理装置において、送信電力取得部は、対象の無線基地局装置１０１である対象基地局において検出されたランダムアクセス信号の、無線端末装置２０２における送信電力を取得する。そして、初期値設定部は、送信電力取得部１１によって取得された送信電力に基づいて、無線端末装置２０２から対象基地局へ送信されるランダムアクセス信号の送信電力の初期値を設定する。

このような構成により、無線通信システム３０１における各無線基地局装置１０１のランダムアクセス信号の設定を管理装置において一括して行なうことができるため、ランダムアクセス信号に関する設定を、より効率的に行なうことができる。

一方、本発明の実施の形態に係る無線通信システムのように、ランダムアクセス制御装置が無線基地局装置１０１である構成により、無線通信システム３０１におけるランダムアクセス信号の設定を各無線基地局装置１０１で行なうことができるため、ランダムアクセス信号に関する設定の処理負荷を分散させることができる。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１１送信電力取得部
１２初期値設定部
１３初期値設定部
９１アンテナ
９２サーキュレータ
９３無線受信部
９４無線送信部
９５信号処理部
９６受信信号処理部
９７送信信号処理部
９８制御部
１０１無線基地局装置
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃフェムト基地局
１０１Ｄピコ基地局
２０１マクロ基地局
２０２無線端末装置
２０３ゲートウェイ装置
２０４コアネットワーク
２０５上位装置
３０１無線通信システム

Claims

無線端末装置から無線基地局装置への送信タイミングを調整するために前記無線基地局装置が検出する、前記無線端末装置が前記無線基地局装置との通信接続を確立するのに先立って前記無線端末装置から送信されるランダムアクセス信号について、無線端末装置は、無線基地局装置が前記ランダムアクセス信号を検出するまで前記ランダムアクセス信号の送信電力を段階的に上げながら繰り返し前記無線基地局装置へ前記ランダムアクセス信号を送信し、
対象の無線基地局装置である対象基地局において検出された前記ランダムアクセス信号の、無線端末装置における送信電力を取得するための送信電力取得部と、
前記送信電力取得部によって取得された前記送信電力に基づいて、無線端末装置から前記対象基地局へ送信される前記ランダムアクセス信号の送信電力の初期値を設定するための初期値設定部とを備える、ランダムアクセス制御装置。
前記ランダムアクセス制御装置は、さらに、
前記対象基地局において検出されるまでの前記ランダムアクセス信号の、１または複数の無線端末装置による送信回数を取得するための試行回数取得部を備え、
前記初期値設定部は、前記試行回数取得部によって取得された前記送信回数に基づいて、設定した前記初期値を補正する、請求項１に記載のランダムアクセス制御装置。
前記試行回数取得部は、前記送信回数の統計値または代表値を演算し、
前記初期値設定部は、前記試行回数取得部によって演算された前記統計値または前記代表値が所定の閾値未満の場合には、設定した前記初期値より小さい初期値を新たに設定する、請求項２に記載のランダムアクセス制御装置。
前記所定の閾値は、１より大きく、かつ２より小さい、請求項３に記載のランダムアクセス制御装置。
前記送信電力取得部は、前記対象基地局が送信する無線信号の送信電力と、前記無線端末装置における前記対象基地局からの前記無線信号の受信電力との差、前記無線端末装置における前記ランダムアクセス信号の送信電力の初期値、および前記対象基地局において検出されるまでの前記ランダムアクセス信号の、前記無線端末装置による送信回数に基づいて、前記対象基地局において検出された前記ランダムアクセス信号の、前記無線端末装置における送信電力を取得する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のランダムアクセス制御装置。
請求項１に記載のランダムアクセス制御装置を備える無線基地局装置。
１または複数の無線基地局装置を管理し、請求項１に記載のランダムアクセス制御装置を備える管理装置。
ランダムアクセス制御装置において用いられるランダムアクセス制御プログラムであって、
無線端末装置から無線基地局装置への送信タイミングを調整するために前記無線基地局装置が検出する、前記無線端末装置が前記無線基地局装置との通信接続を確立するのに先立って前記無線端末装置から送信されるランダムアクセス信号について、無線端末装置は、無線基地局装置が前記ランダムアクセス信号を検出するまで前記ランダムアクセス信号の送信電力を段階的に上げながら繰り返し前記無線基地局装置へ前記ランダムアクセス信号を送信し、
コンピュータに、
対象の無線基地局装置である対象基地局において検出された前記ランダムアクセス信号の、無線端末装置における送信電力を取得するステップと、
取得した前記送信電力に基づいて、前記無線端末装置における前記ランダムアクセス信号の送信電力の初期値を設定するステップとを実行させるための、ランダムアクセス制御プログラム。