JP3703764B2 - 自律ゾーン形成通信装置及び自律ゾーン形成方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、無線基地局と無線端末とから構成される無線通信システムにおいて、無線基地局がサービスを提供する際に、無線端末が通信できる範囲であるゾーンを形成する技術に関する。
背景技術
従来の無線通信システムにおいては、無線基地局は設計段階でゾーンの大きさを予め決めており、サービス開始時からそのゾーンと同一ゾーンでサービスを行う。設計段階においてゾーンを決定する要素は、送信電力及びアンテナのチルド等であり、それらを変更することによりゾーンの大きさを変更することが可能となる。
図１、２は従来の技術を示す図である。図１に示すように、新規設置無線基地局は、周辺基地局の使用周波数及びとまり木チャネルを検索し、自局の送信周波数（ｆ０）又はとまり木チャネルの送信タイミング（Ｔ０）を決定した。この場合、ゾーンの大きさは予め決められている。また、図２に示すように、周辺の無線基地局のサービス状況等を考慮することなく、予め決められているサービス領域の大きさを保ちつづけながらサービスを提供していた。
上述した通り、従来の無線基地局は送信電力及びアンテナに関する条件は設計段階で予め決められている。無線基地局の初期立ち上げでは、主な動作として、周辺無線基地局の送信電力等の周辺条件の測定を行い、その周辺条件に基づいて、報知情報としてシステム情報を送信するタイミングや周波数を決める。サービス中に周辺の無線基地局との同期状態に異常を検出した場合、もしくは他基地局の報知情報の影響により自局の送信タイミングを変更する場合等は、システムをリセットし立ち上げ直すか、再同期を取るための準正常動作を行っていた。
上記従来の技術において、サービスしようとする領域を変更するには、サービスを停止し、装置内に存在する送信電力の大きさの設定変更を行うか、もしくは装置そのものを取り換えるという作業を必要とする。また、送信電力及びアンテナの条件を手動で変更することになるため、周辺無線基地局の設置内容等の緒条件を考慮したゾーン構成を行うためには、別途解析等を行った上で無線基地局の送信電力及びアンテナの条件を変更することになる。更に、本作業は、周辺の基地局の設置条件、トラヒックの変動等の環境が変化するたびに行われなければならないため、保守のために高いコストを要する。
また、無線基地局が連続して設置されている場合、基地局ごとにトラヒック状況は変わる。トラヒックが集中する無線基地局が存在する反面、隣接する周辺の基地局ではトラヒックの集中はなく、使用可能な空きチャネルが存在することがある。サービス領域の端にいる無線端末は少々の品質劣化が発生しても通信を続けたい場合が存在し、当該サービス領域と隣接無線基地局のサービス領域とがオーバラップすることが望ましい。しかし、トラヒック状況と関係なく常にサービス領域をオーバラップさせることは、周波数利用効率を低下させる。
発明の開示
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、無線基地局がサービス領域とするゾーンの決定及び変更を効率的に行うことを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は次のように構成することができる。
本発明は、基地局を有する無線通信システムにおける通信装置であって、該基地局がサービス領域とするゾーンを自律的に形成する手段を有する。
また、本発明は次のように構成することもできる。
本発明は、基地局を有する無線通信システムにおける通信装置であって、ある基地局の周辺に新たにゾーンが形成されたことを検知する手段と、該基地局のサービス領域であるゾーンを、新たに形成されたゾーンに基づき自律的に変更する手段とを有する。
本発明によれば、サービス領域を自律的に決定、変更できるので、サービス領域の変更のためにサービスを停止したり、別途解析等を行った上で無線基地局の送信電力及びアンテナの条件を変更する必要が無くなり、保守のためのコストを削減させることができる。
また、上記の構成において、ある基地局の周辺基地局における輻輳状態を検知する手段と、該輻輳状態に応じて該基地局のサービス領域であるゾーンを該周辺基地局方向に広げる手段とを有するようにする。
本発明によれば、隣接無線基地局に接続している無線端末の一部に対してサービス可能になり、輻輳を緩和させ、サービス待ちの無線端末への新たなサービス開始もしくはサービス中の無線端末に対するスループットの向上が図れる。
また、上記の構成において、ある基地局がその周辺基地局から受信する信号の受信品質に基づき、該基地局のサービス領域であるゾーンを決定する手段を有するようにする。
本発明によれば、周辺基地局から受信する信号の受信品質を用いるため、受信レベル、伝送遅延、ビット誤り率、パケット誤り率等の種々の値をゾーン形成のために用いることができ、的確にゾーンを決定することが可能となる。
また、本発明は、上記の構成において、周辺基地局からある基地局に送信される信号の電界強度又は伝送遅延を測定する手段と、該測定結果に基づいて該基地局と該周辺基地局との距離を計算する手段と、該計算結果に基づいて該基地局のサービス領域であるゾーンを決定する手段とを有するようにする。電界強度又は伝送遅延を用いることによって、基地局間の距離を容易に求めることができる。
また、上記の構成において、周辺基地局からある基地局に送信される情報からビット誤り率又はパケット誤り率を測定する手段と、該測定結果に基づいて該基地局のサービス領域であるゾーンを決定する手段とを有するようになる。
ビット誤り率又はパケット誤り率を用いることによって、例えばサービス品質の閾値を基準として、サービス可能な距離を決定することができる。
また、上記の構成において、周辺基地局のサービス内容をある基地局が検知する手段と、該サービスと同一のサービスが同一サービス領域で重複しないように、該基地局のサービス領域であるゾーンを決定する手段とを有するようにする。
本発明によれば、サービス領域を重複させることなくゾーンを決定することができる。
また、上記の構成において、ある基地局のサービス領域であるゾーンを複数パターン用意し、どのパターンを用いるかを自律的に決定する手段を有する。パターンを容易することによって、迅速にゾーンを決定することが可能となる。
また、本発明は、上記の構成において、前記基地局のゾーン決定の際、該基地局とその周辺基地局のゾーン端との第１の距離と、該基地局と該基地局の送信電力を最小にした場合のゾーン端との第２の距離とに基づいて該基地局のゾーンを決定する手段を有するようにする。これにより、効率的なゾーンを決定することができる。
また、上記の構成において、前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局以外の周辺基地局の中で、前記第１の距離が最小となる周辺基地局のゾーン端と前記基地局との距離に基づき該基地局のゾーンを決定する手段を有するようにする。
本発明によれば、ゾーン形成において、重複を少なくし、カバー面積を広げることができる。特に、ビーム幅の広い指向性アンテナを使用する場合に効果が大きい。
また、上記の構成において、前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局が存在する場合に、前記基地局の送信電力を最小にした場合のゾーンを該基地局のゾーンとして決定する手段を有する。本発明によれば、ゾーン形成において、重複を少なくし、カバー面積を広げることができる。特に、ビーム幅の狭い指向性アンテナを使用する場合に効果が大きい。
また、上記の構成において、前記基地局が使用するアンテナのビーム幅が所定の角度を超える場合に、前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局以外の周辺基地局の中で、前記第１の距離が最小となる周辺基地局のゾーン端と前記基地局との距離に基づき該基地局のゾーンを決定する手段と、前記基地局が使用するアンテナのビーム幅が所定の角度を超えない場合に、前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局が存在するとき、前記基地局の送信電力を最小にした場合のゾーンを該基地局のゾーンとして決定する手段を有するようにする。
また、上記の構成において、前記第１の距離を、前記基地局と前記周辺基地局との距離から該周辺基地局のゾーンの大きさを引いた値として求め、該基地局と該周辺基地局との距離を、該基地局における該周辺基地局から送信される信号の電界強度と該周辺基地局の送信電力とから求める手段を有するようにする。
また、本発明は次のように構成することもできる。
本発明は、複数の基地局を有する無線通信システムであって、周辺基地局から受信する信号の受信品質に基づき、サービス領域とするゾーンを自律的に形成する手段を有する基地局を一部にのみ含む。
本発明によれば、固定的にゾーンの定まっている無線基地局にも柔軟性をもたらすことが可能となる。
本発明の他の目的、特徴、機能、利点は、後の詳細な説明を添付の図面を参照して読むことにより、より明確になる。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の技術を説明するための図である。
図２は、従来の技術を説明するための図である。
図３は、本発明の概要を説明するための図である。
図４は、輻輳状況に応じたサービス領域の変更を説明するための図である。
図５は、受信信号の測定結果に基づくサービス領域の変更を説明するための図である。
図６は、本発明の一実施例における無線通信装置の構成を示す図である。
図７は、本発明の一実施例における無線通信装置の動作を示すフローチャートである。
図８は、ゾーン決定における課題を説明するための図である。
図９は、ゾーン決定における課題を説明するための図である。
図１０は、ゾーン決定方法における第１の例を説明するための図である。
図１１は、ゾーン決定方法における第１の例の効果を説明するための図である。
図１２は、ゾーン決定方法における第１の例による処理のフローチャートである。
図１３は、ゾーン決定方法における第１の例を具体的に説明するための図である。
図１４は、ゾーン決定方法における第２の例を説明するための図である。
図１５は、ゾーン決定方法における第２の例による処理のフローチャートである。
図１６は、制御局を有する無線システムの構成を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
図３に本発明の概要を説明する図を示す。図３（ａ）では、無線通信システムにおいていくつかの無線基地局がすでにサービスを開始しているサービス領域を示している。サービス領域としてカバーされていない領域に対してサービスを提供する無線基地局を設置した場合（新規設置無線基地局）、本発明によると、図３（ｂ）に示すように、未カバー領域のみをカバーするように新規設置無線基地局が自律的にサービス領域を決定する。
本発明は、セクタアンテナもしくはアダプティブアレイアンテナを用いて実施することが可能である。まず、セクタアンテナを用いた場合について説明する。無線基地局は立ち上げ時に、セクタアンテナを用いて周辺の各無線基地局の止まり木チャネルを検索する。このとき、セクタアンテナ毎に検索を行い、周辺無線基地局毎の受信レベルをセクタアンテナ毎に記憶する。各周辺無線基地局が止まり木チャネルにおいて送信電力を報知する場合、当該無線基地局は、報知される送信電力と受信信号の受信レベルに基づいて周辺無線基地局のサービス領域を推定する。受信レベルは送信電力の距離のべき乗で減衰するため、新規無線基地局が存在する方向に対してのサービス領域を推定することは比較的簡単である。
周辺無線基地局における新規無線基地局が存在する方向に対してのサービス領域を推定することによって、新規無線基地局のサービス領域を各セクタ毎に計算し、各セクタの送信電力を決定することができる。例えば、新規無線基地局の位置から周辺無線基地局のサービス領域の端までの距離に所定の距離を加えたものを当該新規無線基地局における当該セクタアンテナに対応するサービス領域とすることができる。新規無線基地局送信電力の決定後、新規無線基地局は止まり木チャネルを用いてセクタ毎に報知情報を送信する。
次に、新規無線基地局のアンテナがアダプティブアレイアンテナである場合における本発明の実施例を説明する。
新規無線基地局の立ち上げ時に、周辺無線基地局の検索を行う。検索結果により、周辺無線基地局からの報知信号の到来方向を定める。これには、通常のアダプティブアレイアンテナの信号処理アルゴリズムを用いる。但し、通常のアダプティブアレイアンテナの信号処理では、受信信号が最も品質の良い方向にビームを形成することになるが、ここでは、最も受信品質が良い方向にヌル（指向性がない点）を形成するように処理する。ここで作られたビームの形で止まり木チャネルを送信し、自律的にサービス領域を形成する。
上記のゾーンの自律形成は、新規無線基地局設置の場合のみならず、周辺に新しくゾーンが形成された場合にも同様に行うことができる。すなわち、周辺に新しくゾーンが形成された場合には、報知される信号からそのゾーンを検知し、上記と同様の方法で適切な自局のゾーンを決定し、変更できる。
図４は輻輳中の隣接基地局を検出した無線基地局が、隣接基地局の輻輳状態に応じてサービス領域を変更し、輻輳状態の無線基地局の負荷を軽くすることを説明するための図である。次に説明する動作は、無線基地局の立ち上げ時に行うことも、サービス中に行うこともどちらでも可能である。
各無線基地局は無線端末へのサービスのために使われている容量、すなわち稼働率（もしくは輻輳状態）について他の無線基地局に報知することが可能である。回線交換ベースのシステムの場合は、単に全体のチャネル数及び使用中のチャネルを報知するだけで良い。パケット交換ベースで１ユーザのトラヒックが時間変動しトラヒックに応じた無線リソースが使われるようなシステムでは、無線基地局がサービス可能な容量の合計、接続中の無線端末数、最低帯域を保証する場合はサポート中の最低帯域の合計、容量の使用率等を報知することにより、輻輳状態か否かを他無線基地局が判断できる。例えば、ある無線基地局において、最低帯域保証中のものが全体の５０％で、その他の平均使用率が３０％である場合、無線基地局は平均８０％の稼動率となる。７５％以上の稼働率を輻輳状態と定義するなら、この無線基地局は輻輳状態となる。この状態を隣接無線基地局は周辺の止まり木チャネルを受信することで検出することが可能である。輻輳状態を検出した場合は、輻輳状態の無線基地局方向にサービス領域が大きくなるように制御を行う。
この場合、輻輳状態の無線基地局方向にサービス領域を大きくするため、アンテナの制御が必要になる。セクタアンテナ及びアダプティブアレイアンテナを用いた場合の制御内容は以下のようになる。いずれにしても、周期的に周辺の無線基地局の止まり木チャネルを受信することが必要であるが、周期的に周辺の無線基地局の止まり木チャネルを受信することは周辺の無線基地局と予め同期を取るようなシステムでは容易に実現できることは当業者には明らかである。
セクタアンテナを用いる場合は、輻輳状態を検出したセクタを記憶して、該セクタにおける送信電力を高くすることでサービス領域を大きくすることが実現できる。輻輳状態の無線基地局に対して、送信電力を一定分高くすることは比較的簡単に実現できる。また、送信電力の変化は数段階のものを用意し、輻輳状態に応じて制御することも可能である。例えば、８０％、９０％、１００％の稼働率を有するそれぞれの無線基地局の方向に、サービス領域をそれぞれＸｍ、Ｙｍ、Ｚｍだけ大きくするように送信電力を高くすることが可能である。更に、輻輳状態の無線基地局との距離を送信電力と受信電力から算出し、輻輳状態の無線基地局のサービス領域を前記と同様な方法で推定する。この結果に基づいて、輻輳状態の無線基地局のサービス領域をカバーするため、端から所定の距離Ｘ’ｍだけ重なるように輻輳検出側の無線基地局のサービス領域を大きくすることも可能である。すなわち、輻輳状態にある隣接無線基地局のサービス領域と、当該無線基地局のサービス領域とをオーバーラップさせることが可能となる。
アダプティブアレイアンテナを用いる場合もほぼ上記と同様な方法でサービス領域変更を実現できる。輻輳状態を検出したとき、その方向、対象の無線基地局の識別子（ＩＤ、又は周波数、止まり木チャネルの開始タイミング等、一意に識別可能なパラメータ）、及び輻輳状態に関する情報を記憶し、これらの情報に基づいて、輻輳状態にあるエリアの所定の範囲がカバーできるようにビームを形成する。セクタアンテナの場合と同様に輻輳の度合いに応じてビームが変化するように、重みづけを行い、送信電力を制御することも可能である。
図５は隣接無線基地局からの信号の品質に基づいて自局のサービス領域を決定する方法を説明するための図である。以下、その方法について説明する。
まず、周辺の無線基地局が送信する止まり木チャネルを受信し、その品質を測る。受信品質としては、受信レベル（電界強度とも称する）、伝送遅延、ビット誤り率、パケット誤り率等が測定可能である。受信レベルに基づいた自律制御方法については図１を用いて説明した通りである。伝送遅延に基づいた制御方法を次に説明する。
隣接基地局と同期が取れている状態では、隣接基地局の送信信号を受信したタイミングと同期タイミングとを比較することにより、伝送遅延を算出できる。伝送遅延は空間伝播時に発生するものであるため、伝送遅延が算出できれば、送受信基地局間の距離ｄｄが容易に計算できる。算出された距離ｄｄに基づいて、例えば、距離の半分（ｄｄ／２）を新規基地局のサービス領域にするか、もしくは、隣接基地局が送信する送信電力またはサービス領域の大きさ（ｋ）に基づいて、ｄｄ−ｋを隣接基地局方向へのサービス可能な距離と決定する。この手順を全方向に対して繰り返し行い、全方向のサービス可能な距離を決定することで、新規基地局のサービス領域を自律的に決めることが可能となる。
ビット誤り率及びパケット誤り率は、通信距離が近くなると改善される。例えば、ある無線基地局において隣接基地局からの信号の誤り率をＧ’とする。また、サービス品質のスレッショルドがＧであると仮定する。ｈメートル近くなればビット誤りもしくはパケット誤り率がどの程度改善されるかは分かるので、Ｇ’＝Ｇにするための無線基地局からの距離ｈ’がわかる。ｈ’は上記無線基地局のサービス可能な距離とすることが可能であり、全方向に対して本手順を繰り返し行うことにより、周辺無線基地局のサービス領域がわかるので、ゾーンを決定しようとしている無線基地局のサービス領域を自律的に決定できる。
図６は、上述した制御を行う本発明の無線通信装置の構成を示す図である。本発明の無線通信装置は、周辺基地局からの信号を受信する受信部１、本発明の制御方法に基づく制御を行う制御部３、信号を送信する送信部９を有する。制御部３は、受信情報の処理を行う処理部５と送信部を制御するアンテナ／パワー制御部７を有する。この無線通信装置は、例えば無線基地局である。
本発明の無線通信装置の動作を図７に示すフローチャートを用いて説明する。受信部１では隣接基地局の止まり木チャネルを受信し（ステップＳ１）、受信レベル、誤り率、同期情報、隣接基地局の識別子等を処理部５に送る（ステップＳ２）。止まり木チャネルで報知している報知信号も同時に送る。処理部５においては、送られた情報から、周辺基地局との距離、周辺基地局のサービス距離等を算出し、自局のサービス距離を算出する。これを全検索可能な周辺基地局に対して行い、全方向に対してアンテナの送信電力もしくはビームの形状を決定する（ステップＳ３）。なお、自局のサービス距離（ゾーン）を決定する方法の具体例について後に説明する。この結果をアンテナ／パワー制御部７に通知し（ステップＳ４）、アンテナ／パワー制御部７では、本通知内容に基づいて送信信号を作り出せるように送信部９を制御する（ステップＳ５）。
なお、本発明の通信装置は無線基地局として構成できるが、無線基地局でなくてもよい。例えば、制御部３は無線基地局内に無くても良く、例えば後述する制御局（例えば、通信機能を有するコンピュータシステムで構成される）等にあってもよい。
上記の方法により求めた周辺基地局のゾーンの大きさから自局の無線基地局のゾーンの大きさを決定する際、周辺基地局のゾーン端と自局との距離の関係は様々である。例えば、周辺基地局と新規設置する自局との距離がどの方向に対しても一様に分布している場合は、自局と代表的な周辺基地局のゾーン端の距離から自局のゾーンの大きさが簡単に求められる。
しかし、自局のゾーンの大きさを周辺基地局のゾーン端のうち、自局から最も距離が長い基地局のゾーン端と接するようにゾーンを決定すると、図８に示すように他の周辺基地局と重複する面積が広くなる可能性がある。一方、自局のゾーンの大きさを周辺基地局のゾーン端のうち、自局から最も距離が小さい基地局のゾーン端と接するようにゾーンを決定すると、図９のようにカバーできない面積が広くなる。このように、周辺基地局のゾーン端との距離にばらつきが大きい場合は、効率のよいゾーン形成をすることが困難になる。以下、ゾーン（自局のサービス距離）を決定する一つの方法として、重複が少なく、カバー面積を広げるための方法について説明する。
図１０を用いて最初の例（第１の例）を説明する。
前述したように、自局と周辺基地局のサービスエリアとの関係に基づいて自局のゾーンを形成する。以下、ゾーン形成の考慮対象となる周辺基地局を対象周辺基地局と呼ぶ。
自局の形成可能な最小ゾーンの端と自局との距離Ｄと、自局と周辺基地局のゾーン端との距離ｄとを比較し、Ｄ＞ｄもしくはＤ−ｄ＞Ｋ（Ｋは所定の値）の関係であれば、当該周辺基地局を対象周辺基地局から除外する。Ｄ＞ｄもしくはＤ−ｄ＞Ｋ（Ｋは所定の値）となる周辺基地局を対象周辺基地局から除外することにより、近い周辺基地局より少し離れた基地局との関連性を考慮できるようにする。これにより、カバー面積を広げるようにゾーンを形成することが可能となる。また、対象周辺基地局のうち、最も近い周辺基地局のゾーン端に合わせて自局のゾーン端を決定することにより、重複を少なくしてゾーンを形成できる。
また、指向性のアンテナを用いる場合、図１１に示すように、最も隣接している基地局がアンテナの方向とずれていることも考えられる。このような場合、最も近い周辺基地局のゾーン端に合わせたゾーンを形成すると、カバーできないエリアが多く発生する可能性があるが、上記の方法を用いることにより、自局が形成可能な最も小さいゾーンよりも内側にサービスエリアを有する基地局が存在する場合、当該基地局は、自局のアンテナ方向と沿わないものとして扱うことができる。従って、カバーできないエリアが多く発生する可能性が減少する。重複距離を考慮する場合には、Ｄ−ｄ＞Ｋ（Ｋは所定の値）の関係のときに、対象周辺基地局から除外する。
図１２は、上記の方法によってゾーンを決定する場合の詳細フローを示している。ここで示す処理は、基地局における制御部、後述の制御局等で実行される。
まず、自局において測定した周辺基地局の受信レベル及び送信電力とから自局と周辺基地局との距離Ｒを計算する（ステップＳ１１）。距離を計算する対象となる周辺基地局を「最初の段階における対象周辺基地局」とする。次に、受信レベルの大きい順にソーティングを行い（ステップＳ１２）、予め指定する受信レベルより低いものを対象周辺基地局から除外する（ステップＳ１３）。これは、周辺基地局の中である程度距離が離れている基地局を考慮対象から除くための処理である。
続いて、前記最初の段階における対象周辺基地局の位置からそのゾーン端までの距離（ゾーンサイズＢ）を算出する。その距離は、基地局の送信電力と、サービスエリア（ゾーン）として定義するゾーン端における電力レベルとから求められる。基地局の送信電力としては、現在送信電力又は最大送信可能な送信電力を用いることができる。次に。自局の最小送信可能な電力から自局の最小ゾーン端までの距離Ｄ（最小ゾーンサイズ）を計算する（ステップＳ１４）。これを仮の自局ゾーン端と定義する。該仮の自局ゾーン端までの距離はゼロであってもかまわない。前記求められた自局と対象周辺基地局との距離Ｒ、最初の段階における対象周辺基地局のゾーンサイズＢ、前記自局ゾーンサイズＤとの関係から、自局ゾーン内に周辺基地局のゾーンが及んでいるか否かを判断する（ステップＳ１５）。すなわち、自局ゾーン端内に周辺基地局のゾーンが一定以上含まれれば、該周辺基地局は、対象周辺基地局から除外する（ステップＳ１６）。一方、含まれなければ周辺基地局を対象周辺基地局として残す（ステップＳ１７）。これにより、対象周辺基地局が確定する。
ここで、自局ゾーン端内に周辺基地局のゾーンが含まれるということは、（Ｄ＋Ｂ）−Ｒが正になることを意味し、（Ｄ＋Ｂ）−Ｒを重複距離と呼ぶと、その重複距離はハンドオーバなどのために一定以上必要な場合もある。このため、必要な重複距離を所定の値として予め設定し、本処理において（Ｄ＋Ｂ）−Ｒの値が所定の値（Ｋ）を超えなければ対象周辺基地局として残すことにより、重複距離を考慮することが可能となる。なお、前述したＤ＞ｄの式におけるｄはＲ−Ｂで表されるので、Ｄ＞ｄはＤ−（Ｒ−Ｂ）すなわちＤ＋Ｂ−Ｒが正であることと同一である。
自局ゾーン内にゾーンを一定以上有する基地局を対象周辺基地局から除外した後、残りの対象周辺基地局が１つ以上あれば次の処理に進むが、対象周辺基地局が存在しなくなる場合、自局は最小電力で形成可能な最小ゾーンで自ゾーンを形成する（ステップＳ１８、Ｓ１９）。
対象周辺基地局を確定した後、各対象周辺基地局のゾーン端と自局の距離を算出する（ステップＳ２０）。これは、上記のＲ−Ｂから求められる。求められた値をソーティングし、Ｒ−Ｂが最も小さい、すなわち、対象周辺基地局のゾーン端と自局が最も近い対象周辺基地局を選択する（ステップＳ２１）。その選択基地局のゾーン端から、前記重複距離（Ｋ）の分のゾーンを拡大させた距離を自局から自局のゾーン端までの距離として再定義し、この距離に見合った送信電力を決定する（ステップＳ２２）。なお、重複距離を考慮しない場合は、選択基地局のゾーン端から自局までの距離が、自局のゾーン端の大きさとなる。
上記の処理を、図１３を用いて具体的に説明する。図１３は、重複距離を考慮しない例を示しており、Ａは自局が位置する場所を示す。Ａ１は自局が形成可能な最小のゾーンを指し、Ｄはその大きさを示す。Ｂ１〜Ｂ６は周辺基地局が形成しているゾーンを示し、ｄ１、ｄ２、‥はＢ１〜Ｂ６のそれぞれの基地局のゾーン端から自局Ａまでの距離を示している。また、本図において自局と周辺基地局のゾーン端との距離は、小さい順に並べた場合にｄ６、ｄ４、ｄ２、ｄ５、ｄ３、ｄ１となると仮定している。
図１３において、Ｄ＜ｄ６、Ｄ＜ｄ４、Ｄ＜ｄ２なので、Ｂ６、Ｂ４、Ｂ２が対象周辺基地局から除外され、Ａから最も近いゾーン端を有するＢ５が選択され、Ｂ５のゾーン端に合わせて自局のゾーンが形成される。Ａ２がゾーン形成結果として得られたゾーンを示している。
次に、ゾーン（自局のサービス距離）を決定する方法の他の例（第２の例）について説明する。
第２の例では、自局の形成可能な最小ゾーンの端と自局との距離Ｄと、自局と周辺基地局のゾーン端との距離ｄとを比較し、Ｄ＞ｄの関係となる周辺基地局が１つ以上存在する場合、自局は形成可能な最小電力でゾーンを形成するようにする。例えば、図１４に示すように、ｄ２、ｄ４、ｄ６がＤより小さいため、自局はゾーンの大きさをＤとすることになる。この方法によれば、特にビーム幅が狭い指向性アンテナを使用する場合において、ゾーンの重複を少なくすることができる。
図１５は第２の例における処理手順を示すフローチャートである。
第１の例と同様に、自局と対象周辺基地局との距離Ｒ、対象周辺基地局のゾーンサイズＢ、自局ゾーンサイズＤとの関係から、自局ゾーン内に周辺基地局のゾーンが及んでいるか否かを判定する（ステップＳ３１〜３５）。
自局ゾーン端内に周辺基地局のゾーンが一定以上含まれれば、自局は最小送信電力でゾーンを形成する。ここでの「一定以上」とは図１３で説明した第１の例と同様の意味である。
一方、周辺基地局のゾーンが自局ゾーン端内に一定以上含まれなければ、その周辺基地局は対象周辺基地局として残され、対象周辺基地局を確定する。以降の処理は図１３で説明した第１の例と同様である（ステップＳ３８〜４０）。
第１及び第２の例では、主に無指向性のアンテナで円形のゾーンを形成した場合を用いて説明したが、指向性アンテナを用いて指向性のアンテナ毎に上記のアルゴリズムを適用することにより、より高い効果が得られる。
すなわち、指向性アンテナを使用する場合、アンテナのビーム幅が広いアンテナに対しては第１の例による方法を適用し、アンテナビーム幅が狭いアンテナに対しては第２の例による方法を適用することができる。
狭いビーム幅の中で、自局の最小ゾーン端内に周辺基準局のゾーンが存在する場合、自局のゾーンを大きくすることにより重複するゾーンが更に大きくなるだけで新たにカバーすることになるエリアが少ないという可能性が高い。一方、ビーム幅が広い場合、自局の最小ゾーン端内に周辺基地局のゾーンが存在しても、カバーすべきエリアが多く、自局ゾーンを広くしなければならない可能性が高くなる。これは、例えば図１１に示したような場合である。
従って、アンテナのビーム幅に応じて適用するゾーン形成方法を選択することにより、重複を少なくし、カバー面積を広げるようなゾーン形成が可能になる。
さて、ゾーン形成に際し、無線区間において隣接基地局の情報を取得及び測定し、その結果を利用する方法以外でも本発明は実現できる。例えば、複数の基地局が上位レベルの制御局に接続され、制御局と制御信号の送受信を行う図１６に示すようなシステムにおいては、自局のサービス領域もしくは輻輳に関する信号を制御局に送り、逆に、制御局から周辺基地局のサービス領域もしくは輻輳に関する信号を通知してもらうことが可能である。
また、制御局が、ゾーン形成に必要な信号を周辺基地局から受信して、上記のフローに従って、対象とする基地局の送信電力、ビーム形状等を算出し、当該基地局のアンテナ／パワー制御部に送信してもよい。
更に、制御局がない場合でも、基地局間に制御信号を送受信できるようにネットワーク化されている場合には、そのネットワークを介して、自局の情報を周辺基地局に送信し、周辺情報を受信することが可能である。従って、無線基地局間のネットワーク構成に関わらず本発明は実現できる。
上記の無線通信システムにおいて、周辺基地局のサービス内容をある無線基地局が検知し、そのサービスと同一のサービスが同一サービス領域で重複しないように、その無線基地局のサービス領域であるゾーンを決定することも可能である。サービス内容は種々の方法で検知することが可能である。例えば、検知したサービス内容を制御局に送り、制御局で、そのサービス内容と当該基地局の提供サービス内容が同一であるかどうかを判断し、その判断結果に基づき当該基地局はサービス領域であるゾーンを決定又は変更することが可能である。
また、ある無線基地局がサービス領域にしようとするゾーンを複数パターン用意しておき、どのパターンを用いるかを自律的に決定するようにしておくことも可能である。その決定は、受信信号、サービス内容等を用いて行うことができる。パターンが用意されているので迅速にゾーンを決定することができる。
更に、本発明の無線通信システムにおいては、ゾーンを自律的に決定する上記のような無線基地局を一部にのみ含むようすることができる。そうすることによって、固定的にゾーンが決められている無線基地局に柔軟性をもたらすことが可能になる。
本発明によると、サービス領域を自律的に決定でき、サービス中においてもサービス領域を適応的に変更可能となる。サービス領域の自律的決定は、サービスをする地域の環境に合わせて装置内容を変更すること、もしくは設置条件を装置毎に設定することが無くなり、設備増築時の保守コストを安くでさる。
また、隣接無線基地局が輻輳している場合でも、周辺無線基地局の輻輳状況に基づいてサービス領域を変更することによって、輻輳する無線基地局方向にサービス領域を広くすれば、隣接無線基地局に接続している無線端末の一部に対してサービス可能になり、輻輳を緩和させ、サービス待ちの無線端末への新たなサービス開始もしくはサービス中の無線端末に対するスループットの向上が図れる。
また、必要な場合のみサービス領域を広くすることができるので、周波数利用効率の向上が図れ、サービス可能なシステム容量の拡大化が可能となる。
更に、重複を少なくし、カバー面積を広くするようにゾーンを決定することが可能になる。特に、指向性アンテナを使用する場合において、アンテナのビーム幅に応じた処理方法を選択することにより、より高い精度で、重複を少なくし、カバー面積を広くするようにゾーンを決定することが可能になる。
本発明において、例えば、コードレス電話の親機のように４Ｇの基地局を扱うことができるなら、今までのサービスと異なった新しいビジネスモデルによるサービスが提供できる可能性がある。
また、本発明によれば、プライベートエリアのセルを構成できる。ここでは、屋内外と問わず、プライベートエリアをサービスエリアとしてカバーすることを前提に記述する。プライベートエリアとは、例えば、駅、空港、ドームなどの公共の場であり、その施設を利用する利用者に対しては施設内での通信を無料で提供する例が考えられる。また、オフィス、家屋のような様々な規模の建物内にある端末間の通信が考えられる。すなわち、個人が家で端末のデータをプリンタに出力するなどのデータ通信を行う例がこれに相当する。従って、プライベートエリアとは、屋内などの閉じた空間を示すのではなく、発生したトラヒックが同一エリア内での通信である場合を意味する。このようなエリア内でのサービスの形態としては、▲１▼現在のｉ−ｍｏｄｅのように、直接公衆網へアクセスすることによりサービスを受ける、▲２▼ＰＨＳの自営モードのように、プライベートエリア内での通信は、課金の対象とせず、プライベートネットワークでの通信として扱う、などが考えられる。プライベートエリアに対するセル構成の例として本発明を用いることができる。プライベートエリアのセル構成の例を次に説明する。
プライベートＮＷとパブリックＮＷ間の移動に対するシームレス化については、様々な形態が検討されているが、以下に示す例は、プライベートエリアを事業者が提供することによる利便性の向上、プライベート設備を用いた公衆サービスによるサービスエリアの拡張の容易さを考慮したセル構成法の位置付けとしての例である。
まず、事業者基地局によるプライベートエリアカバーについて説明する。
事業者によるプライベートエリアカバーを行うようにセルを構成した場合、事業者の基地局は、プライベートネットワークおよび事業者ネットワークの双方に同時接続可能な基地局であり、プライベートエリア内の通信に関しては、基地局の一部をプライベート用途の基地局としてサービスを提供する。この場合、課金面および無線リソース使用面、品質制御面において、公衆サービスと異なる体系が必要となる。
ユーザ基地局による公衆エリアカバーの例を次に説明する。すなわち、プライベートエリアおよび公衆サービスエリアの双方をカバーする基地局を事業者ではなく「個人」が所有し、ユーザによるプライベートエリアカバーをする場合の例である。個人が所有する基地局を用いて事業者の公衆サービスを提供することにより、個人はプライベートエリア用のリソースを有効に使用することができる。
また、公衆サービスを提供する基地局提供者に対して事業者はその対価を支払い、事業者のサービスエリアの拡張を容易にすることも可能となる。すなわち、事業者以外がドーム球場、駅、レストラン等の施設内に基地局を所有すると、事業者側で基地局設置が困難な場所においても公衆サービスの利用が可能になり、サービスエリアの拡大が期待できる。さらに、現状より進化したシームレスな通信環境を提供することが可能になる。
なお、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内で種々変更・応用が可能である。

Claims (21)

1. 基地局を有する無線通信システムにおける通信装置であって、
   ある基地局の周辺に新たにゾーンが形成されたことを検知する手段と、
   該基地局のサービス領域であるゾーンを、新たに形成されたゾーンに基づき自律的に変更する手段とを有することを特徴とする通信装置。
2. ある基地局の周辺基地局における輻輳状態を検知する手段と、
   該輻輳状態に応じて該基地局のサービス領域であるゾーンを該周辺基地局方向に広げる手段とを有する請求項１に記載の通信装置。
3. 周辺基地局からある基地局に送信される信号の電界強度又は伝送遅延を測定する手段と、
   該測定結果に基づいて該基地局と該周辺基地局との距離を計算する手段と、
   該計算結果に基づいて該基地局のサービス領域であるゾーンを決定する手段とを有する請求項１に記載の通信装置。
4. 周辺基地局からある基地局に送信される情報からビット誤り率又はパケット誤り率を測定する手段と、
   該測定結果に基づいて該周辺基地局のサービス可能な距離を計算する手段と、
   該計算結果に基づいて該基地局のサービス領域であるゾーンを決定する手段とを有する請求項１に記載の通信装置。
5. 周辺基地局のサービス内容をある基地局が検知する手段と、
   該サービスと同一のサービスが同一サービス領域で重複しないように、該基地局のサービス領域であるゾーンを決定する手段とを有する請求項１に記載の通信装置。
6. ある基地局のサービス領域であるゾーンを複数パターン用意し、どのパターンを用いるかを自律的に決定する手段を有する請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の通信装置。
7. 前記基地局のゾーンの決定において、該基地局とその周辺基地局のゾーン端との第１の距離と、該基地局と該基地局の送信電力を最小にした場合のゾーン端との第２の距離とに基づいて該基地局のゾーンを決定する手段を有する請求項１に記載の通信装置。
8. 前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局以外の周辺基地局の中で、前記第１の距離が最小となる周辺基地局のゾーン端と前記基地局との距離に基づき該基地局のゾーンを決定する手段を有する請求項７に記載の通信装置。
9. 前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局が存在する場合に、前記基地局の送信電力を最小にした場合のゾーンを該基地局のゾーンとして決定する手段を有する請求項７に記載の通信装置。
10. 前記基地局が使用するアンテナのビーム幅が所定の角度を超える場合に、前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局以外の周辺基地局の中で、前記第１の距離が最小となる周辺基地局のゾーン端と前記基地局との距離に基づき該基地局のゾーンを決定する手段と、
    前記基地局が使用するアンテナのビーム幅が所定の角度を超えない場合に、前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局が存在するとき、前記基地局の送信電力を最小にした場合のゾーンを該基地局のゾーンとして決定する手段を有する請求項７に記載の通信装置。
11. 前記第１の距離を、前記基地局と前記周辺基地局との距離から該周辺基地局のゾーンの大きさを引いた値として求め、該基地局と該周辺基地局との距離を、該基地局における該周辺基地局から送信される信号の電界強度と該周辺基地局の送信電力とから求める手段を有する請求項７に記載の通信装置。
12. 複数の基地局を有する無線通信システムであって、
    前記複数の基地局のうちの一部の基地局は、
    周辺基地局から当該基地局に送信される信号の電界強度又は伝送遅延を測定する手段と、
    該測定結果に基づいて当該基地局と前記周辺基地局との距離を計算する手段と、
    該計算結果に基づいて当該基地局のサービス領域であるゾーンを決定する手段とを有することを特徴とする無線通信システム。
13. 基地局を有する無線通信システムにおいて該基地局のサービス領域であるゾーンを形成する方法であって、
    ある基地局の周辺に新たにゾーンが形成されたことを検知するステップと、
    該基地局のサービス領域であるゾーンを、新たに形成されたゾーンに基づき自律的に変更するステップと有することを特徴とする自律ゾーン形成方法。
14. ある基地局の周辺基地局における輻輳状態を検知するステップと、
    該輻輳状態に応じて該基地局のサービス領域であるゾーンを該周辺基地局方向に広げるステップとを有する請求項１３に記載の自律ゾーン形成方法。
15. 周辺基地局からある基地局に送信される信号の電界強度又は伝送遅延を測定するステップと、
    該測定結果に基づいて該基地局と該周辺基地局との距離を計算するステップと、
    該計算結果に基づいて該基地局のサービス領域であるゾーンを決定するステップとを有する請求項１３に記載の自律ゾーン形成方法。
16. 周辺基地局のサービス内容をある基地局が検知するステップと、
    該サービスと同一のサービスが同一サービス領域で重複しないように、該基地局のサービス領域であるゾーンを決定するステップとを有する請求項１３に記載の自律ゾーン形成方法。
17. 前記基地局のゾーン決定において、該基地局とその周辺基地局のゾーン端との第１の距離と、該基地局と該基地局の送信電力を最小にした場合のゾーン端との第２の距離とに基づいて該基地局のゾーンを決定するステップを有する請求項１３に記載の自律ゾーン形成方法。
18. 前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局以外の周辺基地局の中で、前記第１の距離が最小となる周辺基地局のゾーン端と前記基地局との距離に基づき該基地局のゾーンを決定するステップを有する請求項１７に記載の自律ゾーン形成方法。
19. 前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局が存在する場合に、前記基地局の送信電力を最小にした場合のゾーンを該基地局のゾーンとして決定するステップを有する請求項１７に記載の自律ゾーン形成方法。
20. 前記基地局が使用するアンテナのビーム幅が所定の角度を超える場合に、前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局以外の周辺基地局の中で、前記第１の距離が最小となる周辺基地局のゾーン端と前記基地局との距離に基づき該基地局のゾーンを決定するステップと、
    前記基地局が使用するアンテナのビーム幅が所定の角度を超えない場合に、前記第２の距離から前記第１の距離を引いた値が所定の値より大きくなるような周辺基地局が存在するとき、前記基地局の送信電力を最小にした場合のゾーンを該基地局のゾーンとして決定するステップとを有する請求項１７に記載の自律ゾーン形成方法。
21. 前記第１の距離を、前記基地局と前記周辺基地局との距離から該周辺基地局のゾーンの大きさを引いた値として求め、該基地局と該周辺基地局との距離を、該基地局における該周辺基地局から送信される信号の電界強度と該周辺基地局の送信電力とから求めるステップを有する請求項１７に記載の自律ゾーン形成方法。

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