JP2021034837A - 通信装置および通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サービスエリアを縮小せずに、消費電力を抑えることが可能な通信装置および通信方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる通信装置１００は、運用継続の優先度が高い第１の周波数バンドと運用継続の優先度が低い第２の周波数バンドとを用いて通信可能であり、通信可能なエリアはそれぞれ複数のセルに分割可能である。本発明にかかる通信装置１００は、第１の周波数バンドによる通信に障害が発生した場合に、第２の周波数バンドの複数のセルのうち、障害が発生した第１の周波数バンドのセルと重複するセルについては無線機能を用いて障害が発生したセルにおける通信の代替を行い、第２の周波数バンドの複数のセルのうち、通信の代替を行うセル以外のセルの少なくとも一部については、無線機能を停止あるいは制限する電力管理部２０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信装置および通信方法に関し、特に通信装置の省電力化技術に関する。

無線基地局は、災害の発生等によって外部電源供給を受けることができない場合、バッテリーで稼動する。しかしながら、バッテリー容量は有限であるため、無線基地局は、サービスエリア、収容能力、提供サービスの種別等を制限しない限り、長期にわたってサービスを継続することはできない。
特許文献１は、通信装置の動作パラメータを適切に設定し、消費電力の低減を図る技術を開示している。

また、災害等によって、アンテナ、基地局無線部、または伝送路の障害が発生する場合がある。かかる場合、無線基地局は、サービスエリアを十分にカバーすることができなくなってしまう。
特許文献２は、無線基地局に障害が発生した場合に、別の無線基地局が同一周波数を用いてサービスを継続する技術を開示している。

したがって、災害が発生した場合には、サービスエリアの縮小を抑えつつ、基地局における消費電力の低減を図る必要があることとなる。

特開２０１９−０５７８５１号公報 特開２０１７−０７３６４５号公報

上述したように、災害が発生した場合、無線基地局は、消費電力の低減を図りつつ、サービスエリアの縮小に対処する必要がある。
特許文献１に記載の方法は、消費電力の低減を図ることはできるが、サービスエリアの縮小を防ぐことはできない。

また、特許文献２で示された方法は、同じエリアをカバーする複数の基地局装置が存在することを前提としている。そのため、冗長基地局を用いない限りサービスエリアをカバーすることができず、コストの面で問題があった。

本開示は上記課題を解決するためにされたものであって、サービスエリアを縮小せずに、消費電力を抑えることが可能な通信装置および通信方法を提供することを目的とする。

本開示にかかる通信装置は、運用継続の優先度が高い第１の周波数バンドと運用継続の優先度が低い第２の周波数バンドとを用いて通信可能であり、通信可能なエリアはそれぞれ複数のセルに分割可能な通信装置であって、前記第１の周波数バンドによる通信に障害が発生した場合に、前記第２の周波数バンドの複数のセルのうち、障害が発生した第１の周波数バンドのセルと重複するセルについては無線機能を用いて障害が発生したセルにおける通信の代替を行い、前記第２の周波数バンドの複数のセルのうち、前記通信の代替を行うセル以外のセルの少なくとも一部については、無線機能を停止あるいは制限する電力管理手段、を備えるものである。

本開示にかかる通信方法は、運用継続の優先度が高い第１の周波数バンドと運用継続の優先度が低い第２の周波数バンドとを用いて通信可能であって、通信可能なエリアはそれぞれ複数のセルに分割可能な通信装置における通信方法であって、前記第１の周波数バンドによる通信に障害が発生した場合に、前記第２の周波数バンドの複数のセルのうち、障害が発生した前記第１の周波数バンドのセルと重複するセルについては無線機能を用いて障害が発生したセルにおける通信を代替し、前記第２の周波数バンドの複数のセルのうち、前記通信の代替を行うセル以外のセルの少なくとも一部については前記無線機能を停止あるいは制限する、ものである。

本開示によれば、サービスエリアを縮小せずに、消費電力を抑えることが可能な通信装置および通信方法を提供することが可能となる。

第１の発明を実施するための形態における、通信装置の構成を示す構成図である。 第２の発明を実施するための形態における、セルの運用停止と代替の概要を示す概略図である。 第２の発明を実施するための形態における、基地局装置の構成と代替の概要を示す概略図である。 第２の発明を実施するための形態における、セカンダリセルを用いてプライマリーセルをカバーする例を示す概略図である。 第２の発明を実施するための形態における、セカンダリセルを用いてプライマリーセルをカバーする例を示す概略図である。 第２の発明を実施するための形態における、サービス要素の設定例を示す図である。 第２の発明を実施するための形態における、スケジューリングに必要なパラメータを示す図である。 第２の発明を実施するための形態における、スケジューリングに必要なパラメータの例を示す図である。 第２の発明を実施するための形態における、無線基地局のスケジューリングの例である。 第２の発明を実施するための形態における、バッテリー残量の時間変化を示す図である。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施の形態１にかかる、通信装置１００を示す構成図である。通信装置は、例えば、無線基地局である。
通信装置１００は、通信部１０および電力管理部２０を備える。
通信部１０は、運用継続の優先度が高い第１の周波数バンドと運用継続の優先度が低い第２の周波数バンドとを用いて通信を行う。通信部１０が、第１の周波数バンドを用いて通信可能なエリアは複数のセルに分割可能である。通信部１０が、第２の周波数バンドを用いて通信可能なエリアは複数のセルに分割可能である。

電力管理部２０は、第１の周波数バンドを用いた通信に障害が発生した場合に、第２の周波数バンドの複数のセルのうち、障害が発生した第１の周波数バンドのセルと重複するセルについては、無線機能を用いて障害が発生したセルにおける通信の代替を行う。
電力管理部２０は、通信に障害が発生した場合、第２の周波数バンドの複数のセルのうち、通信の代替を行うセル以外のセルの少なくとも一部のセルについて、無線機能を停止あるいは制限する処理を行う。

本実施の形態は、通信エリアの縮小を防ぐための通信の代替を行いつつ、運用継続の優先度が低いセルのうち、代替を行うセル以外について無線機能を停止あるいは制限する。したがって、通信エリアの縮小を防ぎながら、省電力化を図ることが可能となる。

＜第２実施形態＞
図１は、本実施の形態２に係る通信装置の構成を示す構成図である。通信装置は、無線基地局であり、携帯通信端末と通信網（上位局）から構成される携帯通信端末ネットワークの構成要素である。
通信装置は、災害用局データを具備している。災害用局データには、バッテリーによる運用を行う際のセル運用構成及び運用優先度が定義されている。優先度は、運用を優先するバンドとセルのパターンである。
通信部１０は、携帯通信端末と無線通信を行う。

電力管理部２０は、通信方式や収容ユーザ数などの各サービス要素に対する消費電力を算出する。電力管理部は、各サービス要素の優先順位を設定し、管理するテーブルを保持している。電力管理部は、バッテリー残量と単位時間当たりの消費電力を管理する。
電力管理部２０は、無線基地局装置に設置されているバッテリー残量と、事前設定されたサービス期間から、無線基地局装置が当該期間運用可能となる最適な組み合わせ・スケジューリングを算出し、指定期間の運用継続ができるよう制御する。事前設定されたサービス期間は、上位ノードによって指定されてもよい。電力管理部は、制御カードのメモリー内に、サービス期間を保持しても良い。スケジュールは、各サービス要素の優先順位に基づいて生成される。
電力管理部２０は、バッテリー運用の際には、災害用局データおよびスケジュールに従って通信部の運用を行う。

消費電力を決定する各サービス要素は、例えば、キャリア数、ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）数、送信電力変調方式、収容（ユーザ）数、伝送容量である。
キャリア数に関しては、利用率が低いキャリアを停止することで、送受信部（ＲＦ部）の消費電力を抑えることができる。なお、キャリア停止により利用率の高い周波数帯へユーザを集約することが狙え、ユーザ収容の効率化が狙えるメリットもある。設定値は、例えば、１〜１０キャリアである。

ＣＡは、ユーザスループット向上が主な用途であるが、基地局の処理リソースを占有するため、機能を停止することでより多くのユーザを収容することが可能になる（ユーザ収容の効率化）。設定値は、例えば、１〜１０ＣＡである。
変調方式は、低値変調へ変更（２５６ＱＡＭ→６４ＱＡＭ→１６ＱＡＭ→ＱＰＳＫ）することにより、信号処理量が削減でき消費電力を低減することができる。

収容（ユーザ）数に関しては、収容ユーザ数に上限を設けることで、ユーザ管理や信号処理を司る機能部の処理量を低減させることができる。機能部は、例えばベースバンド系機能部である。設定値は、例えば、１００〜３０，０００ユーザである。
送信電力は電力消費の多くを占めるが、送信電力を低減するとサービスを提供するセル半径が縮小する。設定値は、例えば、０．１〜２０Ｗである。
伝送容量に関して、伝送データ量を低下させることで、処理量を低減させることができる。設定値は、例えば、１Ｍｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓである。

上述した各サービス要素に関する処理を低減する方向に設定することで、省電力化を図ることができる。例えば、ＣＰＵのパフォーマンスの低減（ＣＰＵのクロック周波数の低下あるいはＣＰＵコアの一部停止）や、一部メモリーへの通電停止によって、省電力化を実現することができる。さらに上述した処理を司る機能部が、カードやパネルといった装置の一部を構成するハードウェアに実装されている場合、カード/パネル単位で電源をＯＦＦすることで電力を低減するこができるケースもある。

バッテリー駆動の際、上述した各サービス要素に対して優先度が設定されており、指定されたサービス期間の運用（サービス提供）ができるよう、あらかじめ算出されている消費電力をもとに最適な設定のスケジューリングが行われる。
バッテリー駆動時において、リアルタイムでバッテリー使用量（消費電力量）がスケジュールどおりであるかを監視し、使用量がスケジュールを上回る場合は、設定の見直しと再スケジュールを行ってもよい。

尚、スケジューリングは、電力を消費する他の要素にも依存するため、上述のパラメータに限らず、同一電源の供給を受けている暖房/冷却設備や各種照明、監視設備等も考慮して行われる。

消費電力は、各制御カード、各機能部、サービス要素毎に算出しても良い。また、消費電力は、実際に運用しながら統計手段によって更新及び最適化しても良い。かかる方法により、ハードウェアの個体差を吸収し、実装しないパターンの記録が不要となる。

以下、本実施の形態における動作について説明する。災害の発生等により、外部電源が遮断しバッテリー駆動になった場合、無線基地局は、あらかじめ設定された災害モードによって動作する。
無線基地局は、停電時にバッテリー駆動することが可能であり、無線基地局が通信可能なエリアは、複数の周波数バンドによってサービスが提供されていることを前提として説明する。周波数バンドは、プライマリーバンドとセカンダリバンドに分類される。

プライマリーバンドは、多くの端末がサポートしている周波数バンドである。また、セカンダリバンドは、高速通信のためのサブキャリアであって、ＣＡの対象である。セカンダリバンドは、通常時および災害時のいずれもプライマリーバンドとして利用可能である。

無線基地局は、災害運用モードにおいて、以下の（１）〜（４）の基準に従って動作する。
（１）基地局制御部と接続している伝送路が切断され、あるいはアンテナまたは無線機が故障し、当該設備を用いてサービスを提供しているセルを運用することが出来ない場合には、当該設備を停止しセルの運用を停止する。
（２）（１）において運用を停止したセルとサービスエリアが重複しないセカンダリバンドセルの運用を停止する。運用を停止するセルは、災害用局データと（１）に基づいて定められる。ただし、（１）において運用を停止したセルとサービスエリアが重複するセカンダリセルはプライマリーバンド化するために、停止しない。
（３）（２）において運用停止と判断したセルに対応する無線機の運用を停止する。
（４）余剰カード、冗長カードによる通信を行っている場合、これらの運用を停止する。この際、電源をＯＦＦする処理を行ってもよく、また、電力消費を抑える処理を行っても良い。

図２は、セルの運用停止と代替の概要を示す概略図である。図３は、基地局装置の構成と代替の概要を示す概略図である。セルの運用等は、災害用局データ等により定められる。

図２において、外部電源が遮断され、バッテリー運用になった場合、プライマリーバンドは運用を前提とし、セカンダリバンドの運用を停止することで、基地局の消費電力を低減させる。そこで、セカンダリバンドセルのＮｏ．１とＮｏ．２の運用を停止している。
プライマリーバンド１のセルＮｏ．３は、何らかの事情（無線機の故障または伝送路におけるケーブルの断線）により運用できない状態になっている。そこで、同一のセルをカバーしているセカンダリバンドセルＮｏ．３は停止せずに運用を継続している。

また、図４や図５に示す様に、プライマリーセルとセカンダリセルのセル半径等が異なる場合がある。かかる場合に、プライマリーセルを代替する方法について説明する。

図４は、プライマリーセルよりもセカンダリセルの方が大きいが、1つのセカンダリセルでプライマリーセルをカバーできない場合である。図４の様なケースでは、プライマリーバンドのセルをカバーするために、複数のセカンダリセルによって代替を行う。図２のケースでは、プライマリーバンドのセルは、セカンダリバンドのセル（１）および（２）によってカバーされる。

図５は、プライマリーバンドのセル半径が、セカンダリバンドのセル半径よりも大きい場合を示す。以下、セカンダリバンドのセル半径がカバーすべきプライマリーバンドのセルより小さい場合について説明する。かかる場合、セカンダリバンドのセルに対応するアンテナのチルト角度を変更し、あるいはアンテナの送信出力を増加すること等によって、プライマリーバンドと同等のエリアをカバーすることが可能となる。

また、図４と図５を合わせたケースも考えられる。かかる場合には、プラマリバンドセルを、セル半径の小さな複数のセカンダリバンドの群によってカバーすることが可能となる。

以下、バッテリーのスケジューリングについて、説明する。
図６に示すように、あらかじめｎ個の各サービス要素の設定値の組み合わせに対する消費電力量が算出される。

図７は、バッテリー駆動の際のスケジューリングに必要なその他の情報の例を示す図である。図７においては、パラメータとして、運用継続時間、バッテリー残量、運用方針が示されている。パラメータは、デフォルト値として設定される場合、遠隔ノードから指定される場合又はリアルタイムに取得する場合がある。
図８は、図７で示したパラメータの例である。

図９は、バッテリーのスケジューリングの例を示す図である。図９において、外部電源運用時には、設定ｎ（消費電力５，０００Ｗｈ）でサービスを行っている。図８のバッテリー残量の場合には、最大２時間しか運用継続ができないことになり、運用継続時間の規定を満たすことができない。ここで、図９に示すスケジューリングを行うことで５時間の運用が可能となる。
図１０は、スケジューリングを行った場合と、行わなかった場合のバッテリーの残量の時間変化を表す図である。

なお、無線基地局の消費電力は、無線基地局の設置エリア、在圏ユーザ数、時間帯などにより異なる。したがって、エリアごとに統計をとり、時間帯毎に、図６に示す表を作成することも可能である。かかる場合、バッテリー駆動となった時間帯の当該エリア向け設定として、より詳細な組み合わせを導きだし、スケジュールに反映することが可能となる。

本実施の形態によって、緊急の場合など外部電源供給がない場合において、（１）バッテリー稼動中の無線基地局を省電力化しつつ、（２）運用中の周波数帯のセルが災害等によって運用できなくなった場合に、同一セルをカバーしている別周波数帯でカバーすることが可能となる。
よって、災害が発生した場合においても、単独の基地局でサービスエリア減少を最小限にしつつ、サービス提供時間を最大限にし、サービスの延命を図ることができる。

本実施の形態は、無線基地局以外にも、携帯通信端末を含めた通信装置にも適用することが可能である。また、通常は外部電源を利用しており、非常の際に蓄電池による運用を行う機器に適用することが可能である。

１０ 通信部
２０ 電力管理部
１００ 通信装置

Claims (6)

1. 運用継続の優先度が高い第１の周波数バンドと運用継続の優先度が低い第２の周波数バンドとを用いて通信可能であり、通信可能なエリアはそれぞれ複数のセルに分割可能な通信装置であって、
   前記第１の周波数バンドによる通信に障害が発生した場合に、
   前記第２の周波数バンドの複数のセルのうち、障害が発生した第１の周波数バンドのセルと重複するセルについては無線機能を用いて障害が発生したセルにおける通信の代替を行い、
   前記第２の周波数バンドの複数のセルのうち、前記通信の代替を行うセル以外のセルの少なくとも一部については、無線機能を停止あるいは制限する電力管理手段、
   を備える通信装置。
2. 前記第２の周波数バンドの複数のセルのうち、前記通信の代替を行うセル以外のセルの全てについて、無線機能を停止する電力管理手段、
   を備える請求項１に記載の通信装置。
3. 前記第１の周波数バンドは接続性を担保するプライマリーバンドであり、前記第２の周波数バンドは、前記プライマリーバンドの通信より高速の通信を行うためのサブキャリアである、
   請求項１又は２のいずれか１項に記載の通信装置。
4. 前記電力管理手段は、非バッテリー駆動からバッテリー駆動に移行した場合に、前記通信の代替を行うセル以外のセルの少なくとも一部について、無線機能を停止あるいは制限する処理を開始する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 運用継続の優先度が高い第１の周波数バンドと運用継続の優先度が低い第２の周波数バンドとを用いて通信可能であって、通信可能なエリアはそれぞれ複数のセルに分割可能な通信装置における通信方法であって、
   前記第１の周波数バンドによる通信に障害が発生した場合に、
   前記第２の周波数バンドの複数のセルのうち、障害が発生した前記第１の周波数バンドのセルと重複するセルについては無線機能を用いて障害が発生したセルにおける通信を代替し、
   前記第２の周波数バンドの複数のセルのうち、前記通信の代替を行うセル以外のセルの少なくとも一部については前記無線機能を停止あるいは制限する、
   通信方法。
6. 前記第２の周波数バンドの複数のセルのうち、前記通信の代替を行うセル以外のセルの全てについて、無線機能を停止する、
   請求項５に記載の通信方法。

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