JP4415026B2

JP4415026B2 - 移動通信システムにおける基地局アンテナ放射パターン制御方法及びそのシステム

Info

Publication number: JP4415026B2
Application number: JP2007060713A
Authority: JP
Inventors: 淳平水野; 哲朗今井
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: JP2008227747A

Description

本発明は、セルラ移動通信の技術分野における、基地局アンテナ放射パターンの制御方法及びそのシステムに関する。

セルラ移動通信システムでは、１つの基地局に設置されたアンテナから放射されている電波によって形成されている範囲をセルと呼び、サービスエリアは複数のセルの集合によって形成されている。サービスエリアには複数の移動局が存在し、各セル内の移動局はそのセルを受け持つ基地局との通信が可能である。
各基地局がカバーするセルの大きさとセル内の送受信電力は、基地局アンテナの垂直面内指向特性による影響が大きい。
基地局アンテナの垂直面内指向特性は、特許文献１の技術等を用いてアンテナの設定値を変化させることにより、変化させることができる。従って、各基地局がカバーすることができるセルの大きさとセル内の送受信電力は、アンテナの設定値を変化させることで適宜変化させることができる。

しかし、あるアンテナの設定値を変化させることでセルの大きさを変化させた結果、隣接セルとの間に隙間ができてしまうとその隙間においては圏外になるなど、サービス品質に問題が生じる。
従って、アンテナの設定値を変化させる場合には、周辺セルも含めてサービス品質への影響を十分に考慮する必要があり、そのため事前に周囲の伝搬状況を測定し解析する作業が必要になり、場合によっては周辺セルの設定値を変更する必要が生じる。
更に、変更後においても、必要に応じて伝搬状況を再度測定し、評価が必要な場合もある。
特開２００１−２８４９０１号公報

従来は、作業者によるアンテナ周囲の伝搬状況の測定及び解析なくして、周辺セルへの影響を考慮した設定値を得ることは困難であった。
また、周辺セルへの影響を広範囲で考慮しようとすると、探索空間が広がるため、短時間で設定値を得ることが困難であった。

上記課題を解決するために本発明においては、
放射パターンを最適化する範囲を適宜選択し、また一度に生成するアンテナ設定値配列数ｍと最適化の繰り返し回数ｎを適宜設定し、
１以上の基地局の複数のアンテナ部から、選択範囲内においてそれぞれのアンテナ部に一意に対応するセクタ識別ＩＤを付与したパイロット信号をそれぞれ送信し、
上記選択した範囲にある１以上の移動局において、受信できた複数の上記パイロット信号を受信し、
オペレーション装置において、上記選択した範囲にある１以上の移動局において受信できた複数の上記パイロット信号のセクタ識別ＩＤを、上記移動局から上記アンテナ部を介して受け取り、上記移動局から受け取った複数のセクタ識別ＩＤそれぞれについてアンテナ設定値を生成して、これらを配列化してアンテナ設定値配列を生成し、更にこのアンテナ設定値配列をｍ個生成し、
上記生成したｍ個のアンテナ設定値配列それぞれについて評価値を求め、
更に、既に生成されているｍ個のアンテナ設定値配列から遺伝的アルゴリズムにより新たなｍ個のアンテナ設定値配列を生成して評価値を求め、これら、ｍ個のアンテナ設定値配列の評価を配列の内容を変えながら合計ｎ回実施し、
最終的に上記評価値が最も大きいアンテナ設定値配列を各アンテナ部に設定する。

影響を考慮する範囲を選択するだけで自動的にサービス品質が最適となるような設定値を探索し、この設定値により各基地局アンテナの放射パターンを制御することで、影響を考慮する範囲内において隙間無くサービスを提供することができる。
また、遺伝的アルゴリズムの適用により効率的に設定値を探索することができ、短時間で設定値を得ることができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の基地局アンテナ放射パターン制御システム１の構成例を示す図である。また、図３及び図４ａはこの構成における処理フローの例である。
基地局アンテナ放射パターン制御システム１は、１以上の基地局に設置された複数のアンテナ部１００、１以上の移動局１１０、及びオペレーション装置１２０から構成される。
アンテナ部１００は、１以上の基地局に複数設置され、１つの基地局に複数設置される場合や多数の基地局にそれぞれ１つ又は複数設置される場合がある。

アンテナ部１００は、送信手段１０１及び受信手段１０２から構成される。
送信手段１０１は、選択範囲内において複数のアンテナ部１００それぞれに一意に対応するセクタ識別ＩＤが付与されたパイロット信号を移動局１１０に向けて送信する。
ここで付与されるセクタ識別ＩＤはオペレーション装置１２０の基地局諸元記憶部１２１で一元的に管理されて、選択範囲内のそれぞれのアンテナ部１００に順次一意に割り当てられる。
第１実施形態においては、次の２つの趣旨でパイロット信号を送信する。

第１の趣旨は、設定を始めるにあたり、選択範囲において放射パターンを最適化するために、アンテナ設定を最適化する対象とする基地局の複数のアンテナ部１００の絞り込みを行うことにある。
具体的には、１以上の基地局の複数のアンテナからそれぞれパイロット信号を送信し、選択範囲内にある複数の移動局において受信可能であったパイロット信号を送信した基地局アンテナを、最適化対象のアンテナとして絞り込む。
この趣旨で送信するパイロット信号を第１パイロット信号と称する。

第２の趣旨は、絞り込んだ最適化対象のアンテナに対する最終設定値を探索するために生成した、候補とする複数の設定値を、送信手段１０１に順次設定してパイロット信号を送信し、選択範囲内にある複数の移動局での受信状態に基づき各設定値の評価を行うことにある。
この趣旨で送信するパイロット信号を第２パイロット信号と称する。
受信手段１０２は、送信手段１０１から送信した第１パイロット信号及び第２パイロット信号の、各移動局での受信電力とその測定位置とを測定した結果である、セクタ識別ＩＤが付された、第１測定結果及び第２測定結果を受信して、オペレーション部１２０に向けて出力する。

移動局１１０は、上記選択範囲内に１以上存在し、それぞれが上記パイロット信号を受信して、その測定結果を送信する。
ここで、第１パイロット信号の受信電力を第１受信電力、第１受信電力の測定位置を第１測定位置と称し、また、第２パイロット信号の受信電力を第２受信電力、第２受信電力の測定位置を第２測定位置と称する。
移動局１１０は、受信部１１１、品質測定部１１２、位置取得部１１３及び送信部１１４から構成される。

受信部１１１は、その受信性能の範囲で複数の第１パイロット信号及び複数の第２パイロット信号を受信して、それらを品質測定部１１２及び位置取得部１１３に向けて出力する。
品質測定部１１２は、受信部１１１から出力された、複数の第１パイロット信号のそれぞれ及び複数の第２パイロット信号のそれぞれについて、第１受信電力及び第２受信電力を測定し、それらをパイロット信号のセクタ識別ＩＤと共に送信部１１４に向けて出力する。

位置取得部１１３は、受信部１１１から出力された複数の第１パイロット信号のそれぞれ及び複数の第２パイロット信号のそれぞれについて、第１測定位置及び第２測定位置を測定し、それらをパイロット信号のセクタ識別ＩＤと共に送信部１１４に向けて出力する。
送信部１１４は、品質測定部１１２から出力されセクタ識別ＩＤが付された複数の、第１受信電力及び第２受信電力と、位置取得部１１３から出力されセクタ識別ＩＤが付された複数の、第１測定位置及び第２測定位置とが入力され、セクタ識別ＩＤが付された複数の、第１測定結果（第１受信電力と第１測定位置）及び第２測定結果（第２受信電力と第２測定位置）をアンテナ部１００に向けて送信する。

オペレーション装置１２０は、基地局諸元記憶部１２１、アンテナ諸元記憶部１２２、入力部１２３、セクタ抽出部１２４、探索条件記憶部１２５、設定値生成部１２６、設定値配列記憶部１２７、アンテナ制御部１２８、評価部１２９、評価値記憶部１３０及び表示部１３１から構成される。
基地局諸元記憶部１２１は、アンテナ設定値の生成やパイロット信号の送信等の際に用いる、各基地局の位置情報と各基地局に接続されている各アンテナ部ごとに割り当てられたセクタ識別ＩＤ情報と各アンテナ部のアンテナ種別情報とを記憶する。

アンテナ諸元記憶部１２２は、アンテナ設定値の生成等の際に用いる、上記アンテナ種別それぞれについての、設定値ごとの放射パターンと設定値のとり得る値の範囲とを記憶する。
入力部１２３は、放射パターンを最適化する範囲（選択範囲）、アンテナ設定値配列を生成する際に１度にまとめて生成する配列数ｍ、及び設定値配列を最適化するために上記まとめて生成したｍ個の設定値配列の評価を繰り返し行う回数ｎ等の制御条件をここで入力する。

セクタ抽出部１２４は、セクタ識別ＩＤが付された複数の上記第１測定結果（第１測定位置と第１受信電力）と、上記選択範囲とが入力され、第１測定位置が選択範囲内であるセクタ識別ＩＤ（選択範囲内の各アンテナ部１００に一意に対応）を抽出して出力する。
この抽出処理により、選択範囲において放射パターンを最適化するためにアンテナ設定の最適化を行う対象となるアンテナ部１００が絞り込まれることになる。
探索条件記憶部１２５は、上記入力部１２３で入力された各情報と、セクタ抽出部１２４で抽出したセクタ識別ＩＤとを記憶する。

設定値生成部１２６は、最適な設定値を決定するために、その候補とする設定値を生成する。生成時点でアンテナ設定値配列が存在しない場合と既に存在する場合で生成方法が異なるため、場合分けして説明する。

（１）アンテナ設定値配列がまだ作成されていない場合
上記抽出したセクタ識別ＩＤと上記配列数ｍと上記繰り返し回数ｎと上記セクタ識別ＩＤのアンテナ種別と上記設定値のとり得る値の範囲とが入力され、上記抽出したセクタ識別ＩＤごとに、そのアンテナ種別における設定値のとり得る値の範囲内で、任意の方法によりアンテナ設定値を生成する。例えば、疑似乱数を発生させるなどによりランダムにアンテナ設定値を生成してもよい。
次に、生成した複数のアンテナ設定値を要素として、図５ａのように配列化してアンテナ設定値配列を生成する。なお、各アンテナの設定値は必ずしも図５ａのように識別ＩＤごとに配列要素の数が同一ではなく、アンテナ種別に応じて図５ｂのように識別ＩＤごとに配列要素の数が異なっても構わない。
そして、同様な方法により、それぞれ異なるアンテナ設定値配列を合計でｍ個生成して出力する。

（２）アンテナ設定値配列が既に作成されている場合
作成されていない場合の入力パラメータに加え、更に、既に生成されているアンテナ設定値配列に基づく遺伝情報が入力され、遺伝的アルゴリズムにより上記配列数ｍ個の新たなアンテナ設定値配列を生成して出力する。

適用する遺伝的アルゴリズムは、任意の遺伝的アルゴリズムで構わない。
例えば、次のような遺伝的アルゴリズムにより生成することができる。
遺伝情報として、直前に作成され評価が済んだｍ個のアンテナ設定値配列を利用する。ここでは、図６ａに示すような、最適化対象とするアンテナ（セクタ識別ＩＤ）が６個、ｍが５であるアンテナ設定値配列が既に作成されている場合を例に挙げて説明する。ここで、既に作成されているアンテナ設定値配列を前世代の配列と称する。
新たに生成する５個のアンテナ設定値配列のうち１個は、前世代の５個のアンテナ設定値配列のうち最も評価値が高いものをそのまま適用する。図６ａにおいては候補３がそれに該当するため、これを図６ｂに示す新たなアンテナ設定値配列のうちの１個（候補１´）とする。

残りの候補２´〜５´についてはそれぞれについて、まず前世代の５個の候補のうち２個の候補を適宜割り当てる。図６ｂの例では、１個目の前世代１については前世代における評価順に前世代の各候補を割り当て、２個目の前世代２についてはランダムに割り当てている。
そして、これら割り当てた２個の候補から、配列要素ごとにいずれかの候補から交叉的に要素を取り出し新たな設定値配列を作成する。例えば、候補５´は図７のように要素を取り出して作成している。なお、５個目の要素の値がｒとなっているのは、局所的最適解から脱するための突然変異として、２個の候補とは無関係の値を設定しているものである。

設定値配列記憶部１２７は、設定値生成部１２６で生成したｍ個のアンテナ設定値配列を記憶する。
アンテナ制御部１２８は、生成したアンテナ設定値配列を評価するために、アンテナ設定値配列の各要素を、該当するセクタ識別ＩＤの各アンテナ部の送信手段１０１に設定する。そして、送信手段１０１はこの設定値で第２パイロット信号が送信する。
また、ｍ個のアンテナ設定値の評価が、上記設定値生成部１２６に記した方法によりｍ個のアンテナ設定値を変化させながら、合計ｎ回終了した時点で最高評価値となった設定値配列を、最終設定値配列としてその各要素を、該当するセクタ識別ＩＤの各アンテナ部の送信手段１０１に設定する。

評価部１２９は、上記アンテナ設定値配列ごとに各アンテナ部の送信手段１０１から送信された第２パイロット信号の各移動局における複数の上記第２測定結果（第２測定位置と第２測定電力）と、上記選択範囲とが入力され、複数の上記第２測定結果から第２測定位置が上記選択範囲内にあるものを絞り込んだ上で、絞り込んだ第２測定結果から評価値を計算して出力する。評価値はｍ個のアンテナ設定値配列の評価が済むたびに、設定値配列と共に遺伝情報として設定値生成部１２６での設定値の生成に利用される。
評価値の計算方法は、一定のルールに則った評価値が得られる方法であれば、いかなる方法でも構わない。

例えば、移動局で受信された複数の第２パイロット信号の中で最も第２受信電力が大きいものをその移動局の希望波受信電力とし、各移動局での希望波受信電力の平均値を評価値とする方法が考えられる。
図８のように、選択範囲内に移動局Ａと移動局Ｃがあり、移動局Ａにおいては受信電力の大きい方から順番に、受信セクタ識別ＩＤがＡ−１、Ｂ−３、Ａ−２の第２パイロット信号がそれぞれｘ、ｘ´、ｘ´´の第２受信電力で受信されており、移動局Ｃにおいては受信電力の大きい方から順番に、受信セクタ識別ＩＤがＢ−１、Ｄ−３、Ｃ−２の第２パイロット信号がそれぞれｚ、ｚ´、ｚ´´の第２受信電力で受信されているとする。この場合、移動局Ａの希望波受信電力はｘ、移動局Ｃの希望波受信電力はｚとなるため、評価値は両者の平均値である（ｘ＋ｚ）／２となる。

評価値記憶部１３０は、上記アンテナ設定値配列ごとの評価値を記憶する。
表示部１３１は、上記最終設定値配列を表示する。
図３及び図４ａに従い、第１実施形態の処理フローを説明する。
オペレーション装置１２０の入力部１２３に選択範囲、配列数ｍ、繰り返し回数ｎを入力する（Ｓ１）。入力情報を探索条件記憶部１２５で記憶する（Ｓ２）。アンテナ部１００の送信手段１０１からセクタＩＤ付きの第１パイロット信号を送信する（Ｓ３）。移動局１１０の受信部１１１で第１パイロット信号を受信する（Ｓ４）。受信した第１パイロット信号について、品質測定部１１２で第１受信電力を、位置取得部１１３で第１測定位置を測定する（Ｓ５）。送信部１１４から第１測定結果（第１受信電力＋第１測定位置）を送信する（Ｓ６）。アンテナ部１００の受信手段１０２で第１測定結果を受信する（Ｓ７）。オペレーション装置１２０のセクタ抽出部１２４で、選択範囲内で受信された第１パイロット信号のセクタ識別ＩＤを抽出する（Ｓ８）。抽出したセクタ識別ＩＤを探索条件記憶部１２５に記憶する（Ｓ９）。設定値生成部１２６で、設定値配列が設定値配列記憶部１２７に既に存在しているかどうか確認し（Ｓ１０）、存在していなければ探索条件記憶部１２５で抽出した各セクタ識別ＩＤごとに所定の方法により設定値を生成して、これらを配列化し、更に同様な方法でこの配列をｍ個作成し（Ｓ１０−ａ）、存在していれば存在している設定値配列に基づき遺伝的アルゴリズムによりｍ個の設定値配列を生成する（Ｓ１０−ｂ）。生成したｍ個の設定値配列を設定値配列記憶部１２７に記憶する（Ｓ１１）。アンテナ制御部１２８が、生成したｍ個の設定値配列のうち未評価の１個を各アンテナ部１００の送信手段１０１に設定する（Ｓ１２−ａ１）。設定値を設定したアンテナ部１００の送信手段１０１からセクタ識別ＩＤ付きの第２パイロット信号を送信する（Ｓ１２−ａ２）。移動局１１０の受信部１１１で第２パイロット信号を受信する（Ｓ１２−ａ３）。受信した第２パイロット信号について、品質測定部１１２で第２受信電力を、位置取得部１１３で第２測定位置を測定する（Ｓ１２−ａ４）。送信部１１４から第２測定結果（第２受信電力＋第２測定位置）を送信する（Ｓ１２−ａ５）。アンテナ部１００の受信手段１０２で第２測定結果を受信する（Ｓ１２−ａ６）。オペレーション装置１２０の評価部１２９が、測定位置が選択範囲内である第２測定結果を絞り込んで、この絞り込んだ結果から所定の方法により評価値を演算する（Ｓ１２−ａ７）。演算した評価値をＳ１２−ａ１で設定した設定値配列の評価値として記憶（Ｓ１２−ａ８）。ｍ個の設定値配列の評価が済んだか否かを判定し（Ｓ１２−ａ９）、済んでいなければＳ１２−ａ１に戻り、済んでいれば繰り返し回数がｎ以上になったかを判定する（Ｓ１３）。もしｎ未満であればＳ１０−ｂに戻り、ｎ以上になっていればその時点で最高評価値の設定値配列を最終設定値配列として各アンテナ部１００の送信手段１０１に設定する（Ｓ１４）。最終設定値配列を表示部１３１に表示する（Ｓ１５）。

〔第２実施形態〕
図２は、本発明の基地局アンテナ放射パターン制御システム２の構成例を示す図である。また、図３及び図４ｂはこの構成における処理フローの例である。

第１実施形態と第２実施形態とは、設定値の生成・評価に先立ち、１以上の基地局の複数のアンテナからそれぞれ第１パイロット信号を送信して選択範囲内にある複数の移動局において受信可能であった第１パイロット信号を送信した基地局アンテナを最適化対象のアンテナとして絞り込むという点、及び設定値を遺伝的アルゴリズムにより生成するという点において共通する。しかし、第１実施形態は、生成した設定値を実際にアンテナ部に設定して改めて第２パイロット信号を送信し、移動局でのその測定結果に基づき、実測データから評価値を求めるものであるが、第２実施形態は、生成した設定値について実測は行わずに計算機シミュレーションにより評価値を求めるという点において異なる。

基地局アンテナ放射パターン制御システム２は、１以上の基地局に設置された複数のアンテナ部２００、１以上の移動局２１０、及びオペレーション装置２２０から構成される。
アンテナ部２００は、送信手段２０１と受信手段２０２とから構成され、また、移動局２１０は受信部２１１と品質測定部２１２と位置取得部２１３と送信部２１４とから構成される。しかし、これらの構成要素と第１実施形態のアンテナ部１００及び移動局１１０の構成要素との相違は、上記のとおり第２実施形態が第１パイロット信号の測定のみを行うのに対し、第１実施形態は第１パイロット信号の測定に加え、第２パイロット信号の測定も行うものである。

つまり第１実施形態の当該機能が第２実施形態の当該機能を包含している関係にあることから、アンテナ部２００及び移動局２１０の各構成要素については説明を省略する。
また、オペレーション装置２２０についても評価部２２９以外の構成要素はオペレーション装置１２０の構成要素と共通である。そこで、第２実施形態の構成例を示す図２の中で第１実施形態の構成例を示す図１と共通する部分については同一参照番号を付け、説明を省略する。
評価部２２９は、評価する上記設定値配列、上記第１測定結果と上記各基地局の位置情報、各基地局に接続されている各アンテナ部ごとに割り当てられたセクタ識別ＩＤ情報、各アンテナ部のアンテナ種別情報、及び上記アンテナ種別それぞれについての設定値ごとの放射パターン情報が入力され、上記設定値配列の評価値を計算機シミュレーションにより求めて出力する。

シミュレーションによる計算方法はいかなる方法でも構わないが、例えば次のような方法により可能である。
移動局Ａにおける希望波の受信電力に関しては、必ず次のような等式が成り立っている。
希望波受信電力(R)＝希望波送信セクタの送信電力(P)＋希望波送信セクタに搭載されているアンテナの利得(G)−伝搬損失(L) ・・・(1)
ここで伝搬損失(L)とは、セクタから移動局Ａに到達するまでの空間を電波が伝わった時の損失値であり、基地局と移動局との位置関係によって変化する。ただし、シミュレーションでは各移動局の位置を変化させないため、Lの値は常に一定である。

第１測定結果（第１受信電力）として図８に示す値が得られたとする。
選択範囲内に移動局Ａと移動局Ｃがあり、移動局Ａにおいては受信電力の大きい方から順番に、受信セクタ識別ＩＤがＡ−１、Ｂ−３、Ａ−２の第１パイロット信号がそれぞれｘ、ｘ´、ｘ´´の第１受信電力で受信されており、移動局Ｃにおいては受信電力の大きい方から順番に、受信セクタ識別ＩＤがＢ−１、Ｄ−３、Ｃ−２の第１パイロット信号がそれぞれｚ、ｚ´、ｚ´´の第１受信電力で受信されているとする。
希望波を最も受信電力の大きい信号とし、干渉波をその他の信号とした場合、移動局Ａの希望波受信電力はｘ（セクタ識別ＩＤ：Ａ−１）、移動局Ｃの希望波受信電力はｚ（セクタ識別ＩＤ：Ｂ−１）となることから、ｘとｚを(1)式を用いて表すと、次のように表すことができる。なお、ここで添字のａ，ｂは基地局Ａ，Ｂを意味し、添字のＡ，Ｃは移動局Ａ，Ｃを意味する。

ｘ＝Ｐ_ａ＋Ｇ_ａ−Ｌ_Ａ・・・(2)
ｚ＝Ｐ_ｂ＋Ｇ_ｂ−Ｌ_Ｃ・・・(3)
そして、ある設定値における第１受信電力をｘ_１、ｚ_１とすると、
ｘ_１＝Ｐ_ａ＋Ｇ_ａ´−Ｌ_Ａ＝ｘ＋Ｇ_ａ´−Ｇ_ａ・・・(4)
ｚ_１＝Ｐ_ａ＋Ｇ_ａ´−Ｌ_Ａ＝ｚ＋Ｇ_ｂ´−Ｇ_ｂ・・・(5)
表すことができ、ここでｘ、ｚは測定結果から既知であり、アンテナ利得Ｇはアンテナの放射パターンと移動局の位置関係により求めることができる。

アンテナの垂直面放射パターン、水平面放射パターンがそれぞれＧ_ｖ(θ_ｖ)、Ｇ_ｈ(θ_ｈ)としてアンテナ諸元記憶部１２２に基地局のアンテナ種別ごと、設定値ごとに保存されている（θ_ｖ、θ_ｈの定義は図９参照）ため、基地局のアンテナ種別と、基地局の位置と、移動局の第１測定位置とから設定値に応じてθ_ｖ、θ_ｈを割り出すことにより、それぞれの設定値におけるＧを求めることができる。そして、その結果得られたｘ_１、ｚ_１から、評価値を（ｘ_１＋ｚ_１）／２により求める。
また、Ｇ_ｖ(θ_ｖ)、Ｇ_ｈ(θ_ｈ)の変動により希望波電力より干渉波電力の方が大きくなる場合も想定される。仮に移動局ＣにおけるＤ−３の受信電力がある設定値においてｚ_１´となり、ｚ_１´＞ｚ_１となった場合、その時の評価値は（ｘ_１＋ｚ_１´）／２により求める。

このようにして、選択範囲の移動局において測定された全ての第１受信電力について上記計算を行い、各設定値における評価値を求める。
図３及び図４ｂに従い、第２実施形態の処理フローを説明する。
Ｓ１２以外については、第１実施形態と同様であることから説明は省略する。
評価部２２９が、ｍ個の設定値配列のうち未評価の１個の評価値をシミュレーション演算する（Ｓ１２−ｂ１）。この演算結果をＳ１２−ｂ１で設定した設定値配列の評価値として評価値記憶部１３０に記憶する（Ｓ１２−ｂ２）。ｍ個の設定値配列の評価が済んだか否かを判定し（Ｓ１２−ｂ３）、済んでいなければＳ１２−ｂ１に戻り、済んでいればＳ１３に進む。

本発明における移動通信システムにおける基地局アンテナ放射パターン制御方法及びそのシステムは、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記に説明した処理は記載の順に従った時系列において実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
＜発明の効果の実験による確認＞
本発明の遺伝的アルゴリズムを用いた放射パターンの最適化に関し、実験的に効果の確認を行った。以下、実験方法及び結果について説明する。

（１）評価方法
基地局配置を図１０ａに示す。対象とするアンテナは、素子数Ｎ、素子間隔０．５波長の垂直面内リニアアレーとし、各素子への励振振幅を一定として励振位相のみ変えた（＝設定値変更）。下りシステム容量の算出には、セクタ化されていない１９セルのWrap-aroundセル配置モデルを用いた。パイロットチャンネルを２．５Ｗ、伝搬モデルを奥村−秦式とする。下りシステム容量を最適化するように、図１０ｂに示す諸元の遺伝的アルゴリズムで垂直面内パターンを成形した。ただし、Ｎ＝２００は検索効果を上げるため個体数を１０００とし、突然変異率を１％とした。システム容量は音声換算とし、理想容量で規格化した相対容量で評価した。理想パターンＧ（θ）（θは垂直面角度）は伝搬損失をＬ（θ）とすると次式により得られる。なお、θ_０はセル端に対する見込み角である。

（２）評価結果
Ｎ＝２００として最適化したパターンを図１０ｃに示す。破線は理想パターンである。図より、メインローブのピーク位置はわずかにずれるが理想に近いパターンが実現されていることがわかる。

本発明は、セルラ移動通信において、各基地局間相互のアンテナの放射パターンの最適化制御を行う場合に有用である。

本発明による基地局アンテナ放射パターン制御システム１の構成例。本発明による基地局アンテナ放射パターン制御システム２の構成例。本発明による実施形態１、２の処理フロー例共通部分。本発明による実施形態１、２の処理フロー例相違部分。本発明における設定値配列化の構成例。本発明における遺伝的アルゴリズムによる設定値配列の生成例。本発明における遺伝的アルゴリズムによる設定値配列の生成具体例。本発明における基地局・移動局、及び設定範囲の配置イメージ。本発明によるシミュレーション実施の際のθ_ｖ、θ_ｈの定義。本発明の効果の検証実験データ。

Claims

１以上の基地局に設置された複数のアンテナ部、１以上の移動局、及びオペレーション装置から構成される移動通信システムの基地局アンテナ放射パターン制御方法であって、
上記オペレーション装置の探索条件記憶部が、入力部から入力された放射パターンを最適化する範囲（以下、選択範囲という）と一度に生成するアンテナ設定値配列数ｍと最適化の繰り返し回数ｎとを記憶する探索条件記憶ステップと、
上記複数のアンテナ部の送信手段が、選択範囲内においてそれぞれのアンテナ部ごとに一意に対応するセクタ識別ＩＤが付与された第１パイロット信号を生成して送信する第１パイロット信号送信ステップと、
上記移動局の受信部が、上記複数のアンテナ部から送信された１以上の第１パイロット信号を受信する第１パイロット信号受信ステップと、
上記移動局の品質測定部が、上記受信部で受信された１以上の第１パイロット信号ごとに第１受信電力を測定する第１受信電力測定ステップと、
上記移動局の位置取得部が、上記第１受信電力の測定を行った際の移動局の第１測定位置を取得する第１測定位置取得ステップと、
上記移動局の送信部が、上記第１受信電力と上記第１測定位置とから構成される第１測定結果を送信する第１測定結果送信ステップと、
上記複数のアンテナ部の受信手段が、上記第１測定結果を受信する第１測定結果受信ステップと、
上記オペレーション装置のセクタ抽出部が、上記第１測定結果を記憶するとともに、上記第１測定結果の中から上記選択範囲内にある移動局で受信された複数の上記第１パイロット信号それぞれに付与されたセクタ識別ＩＤを抽出するセクタ抽出ステップと、
上記オペレーション装置の探索条件記憶部が、上記抽出した複数のセクタ識別ＩＤを記憶するセクタ記憶ステップと、
上記オペレーション装置の設定値生成部が、
アンテナ設定値配列がまだ生成されていない時には、設定値のとり得る値の範囲内で所定の方法により、上記セクタ識別ＩＤごとにアンテナ設定値を生成して、これらを配列化してアンテナ設定値配列を生成し、同様な方法でそれぞれ異なるアンテナ設定値配列を合計で上記配列数ｍ個生成し、
アンテナ設定値配列が既に生成されている時には、遺伝的アルゴリズムにより上記配列数ｍ個の新たな設定値配列を生成する、
現世代設定値配列生成ステップと、
上記オペレーション装置の設定値配列記憶部が、上記現世代設定値配列生成ステップで生成したｍ個の設定値配列を記憶する設定値配列記憶ステップと、
上記生成したｍ個の設定値配列のそれぞれに対して、各移動局トータルでのサービス品質を示す評価値を求める評価ステップと、
上記繰り返し回数ｎだけ上記現世代設定値配列生成ステップと上記設定値配列記憶ステップと上記評価ステップとを繰り返す世代繰り返しステップと、
上記オペレーション装置のアンテナ制御部が、ｎ回目の上記世代繰り返しステップの終了時点のｍ個の設定値配列の中で最も評価値の高い設定値配列を取り出し、これを最終設定値配列として各アンテナ部に設定するアンテナ最終設定ステップと、
上記オペレーション装置の表示部が、上記最終設定値配列を表示する表示ステップと、
を実行し、
上記評価ステップは、
上記オペレーション装置のアンテナ制御部が、上記生成したｍ個の設定値配列のうちアンテナ部に未設定の設定値配列の中からいずれか１個を、上記アンテナ設定値に対応するセクタ識別ＩＤのアンテナ部に設定するアンテナ設定サブステップと、
上記設定値が設定された上記複数のアンテナ部の送信手段が、選択範囲内においてそれぞれのアンテナ部ごとに一意に対応するセクタ識別ＩＤが付与された第２パイロット信号を生成して送信する第２パイロット信号送信サブステップと、
上記移動局の受信部が、上記各アンテナ部から送信された１以上の第２パイロット信号を受信する第２パイロット信号受信サブステップと、
上記移動局の品質測定部が、上記受信部で受信した１以上の第２パイロット信号のセクタ識別ＩＤごとに第２受信電力を測定する第２受信電力測定サブステップと、
上記移動局の位置取得部が、上記第２受信電力の測定を行った際の移動局の第２測定位置を取得する第２測定位置取得サブステップと、
上記移動局の送信部が、上記第２受信電力と上記第２測定位置とから構成される第２測定結果を送信する第２測定結果送信サブステップと、
上記複数のアンテナ部の受信手段が、上記第２測定結果を受信する第２測定結果受信サブステップと、
上記オペレーション装置の評価部が、上記第２測定結果を記憶するとともに、上記第２測定結果の中で第２測定位置が上記選択範囲内にある測定結果から所定の演算により、上記アンテナ設定サブステップにおいて設定した設定値配列に対する評価値を求める評価値演算サブステップと、
上記オペレーション装置の評価値記憶部が、上記評価値を記憶する評価値記憶サブステップと、
をｍ個の設定値配列のそれぞれについて順次実行する
ことを特徴とする基地局アンテナ放射パターン制御方法。
１以上の基地局に設置された複数のアンテナ部、１以上の移動局、及びオペレーション装置から構成される移動通信システムの基地局アンテナ放射パターン制御方法であって、
上記オペレーション装置の探索条件記憶部が、入力部から入力された放射パターンを最適化する範囲（以下、選択範囲という）と一度に生成するアンテナ設定値配列数ｍと最適化の繰り返し回数ｎとを記憶する探索条件記憶ステップと、
上記複数のアンテナ部の送信手段が、選択範囲内においてそれぞれのアンテナ部ごとに一意に対応するセクタ識別ＩＤが付与された第１パイロット信号を生成して送信する第１パイロット信号送信ステップと、
上記移動局の受信部が、上記複数のアンテナ部から送信された１以上の第１パイロット信号を受信する第１パイロット信号受信ステップと、
上記移動局の品質測定部が、上記受信部で受信された１以上の第１パイロット信号ごとに第１受信電力を測定する第１受信電力測定ステップと、
上記移動局の位置取得部が、上記第１受信電力の測定を行った際の移動局の第１測定位置を取得する第１測定位置取得ステップと、
上記移動局の送信部が、上記第１受信電力と上記第１測定位置とから構成される第１測定結果を送信する第１測定結果送信ステップと、
上記複数のアンテナ部の受信手段が、上記第１測定結果を受信する第１測定結果受信ステップと、
上記オペレーション装置のセクタ抽出部が、上記第１測定結果を記憶するとともに、上記第１測定結果の中から上記選択範囲内にある移動局で受信された複数の上記第１パイロット信号それぞれに付与されたセクタ識別ＩＤを抽出するセクタ抽出ステップと、
上記オペレーション装置の探索条件記憶部が、上記抽出した複数のセクタ識別ＩＤを記憶するセクタ記憶ステップと、
上記オペレーション装置の設定値生成部が、
アンテナ設定値配列がまだ生成されていない時には、設定値のとり得る値の範囲内で所定の方法により、上記セクタ識別ＩＤごとにアンテナ設定値を生成して、これらを配列化してアンテナ設定値配列を生成し、同様な方法でそれぞれ異なるアンテナ設定値配列を合計で上記配列数ｍ個生成し、
アンテナ設定値配列が既に生成されている時には、遺伝的アルゴリズムにより上記配列数ｍ個の新たな設定値配列を生成する、
現世代設定値配列生成ステップと、
上記オペレーション装置の設定値配列記憶部が、上記現世代設定値配列生成ステップで生成したｍ個の設定値配列を記憶する設定値配列記憶ステップと、
上記生成したｍ個の設定値配列のそれぞれに対して、各移動局トータルでのサービス品質を示す評価値を求める評価ステップと、
上記繰り返し回数ｎだけ上記現世代設定値配列生成ステップと上記設定値配列記憶ステップと上記評価ステップとを繰り返す世代繰り返しステップと、
上記オペレーション装置のアンテナ制御部が、ｎ回目の上記世代繰り返しステップの終了時点のｍ個の設定値配列の中で最も評価値の高い設定値配列を取り出し、これを最終設定値配列として各アンテナ部に設定するアンテナ最終設定ステップと、
上記オペレーション装置の表示部が、上記最終設定値配列を表示する表示ステップと、
を実行し、
上記評価ステップは、
上記オペレーション装置の評価部が、上記生成したｍ個の設定値配列のうち推定評価値をまだ演算していない設定値配列の中から選択した１個の設定値配列について、所定のシミュレーション演算により評価値を推定する推定評価値演算サブステップと、
上記オペレーション装置の評価値記憶部が、上記評価値を記憶する評価値記憶サブステップと、
をｍ個の設定値配列のそれぞれについて順次実行する
ことを特徴とする基地局アンテナ放射パターン制御方法。
１以上の基地局に設置された複数のアンテナ部、１以上の移動局、及びオペレーション装置から構成される移動通信システムの基地局アンテナ放射パターン制御システムであって、
上記複数のアンテナ部は、
選択範囲内においてそれぞれのアンテナ部ごとに一意に対応するセクタ識別ＩＤが付与された第１パイロット信号を生成して送信し、また、選択範囲内においてそれぞれのアンテナ部ごとに一意に対応するセクタ識別ＩＤが付与された第２パイロット信号を生成して、アンテナ制御部により設定された設定値で送信する送信手段と、
上記移動局での第１測定結果を受信し、また、上記移動局での第２測定結果を受信する受信手段と、
を具備し、
上記移動局は、
上記複数のアンテナ部から送信された１以上の第１パイロット信号を受信し、また、上記複数のアンテナ部から送信された１以上の第２パイロット信号を受信する受信部と、
上記１以上の第１パイロット信号が入力され各信号ごとに第１受信電力を測定して出力し、また、上記１以上の第２パイロット信号が入力され各信号ごとに第２受信電力を測定して出力する品質測定部と、
上記受信電力の測定を行った際の移動局の第１測定位置を取得して出力し、また、上記第２受信電力の測定を行った際の移動局の第２測定位置を取得して出力する位置取得部と、
上記第１受信電力と上記第１測定位置とから構成される上記第１測定結果を送信し、また、上記第２受信電力と上記第２測定位置とから構成される上記第２測定結果を送信する送信部と、
を具備し、
上記オペレーション装置は、
各基地局の位置と各基地局に接続されている各アンテナ部ごとに割り当てられたセクタ識別ＩＤと各アンテナ部のアンテナ種別とを記憶する基地局諸元記憶部と、
上記アンテナ種別それぞれについての、設定値ごとの放射パターンと設定値のとり得る値の範囲とを記憶するアンテナ諸元記憶部と、
選択範囲と一度に生成するアンテナ設定値配列数ｍと最適化の繰り返し回数ｎとを入力する入力部と、
アンテナ部で受信された上記第１測定結果と上記選択範囲とが入力され、上記第１測定結果の中から上記選択範囲内にある移動局で受信された複数の上記第１パイロット信号それぞれに付与されたセクタ識別ＩＤを抽出するセクタ抽出部と、
上記入力部で入力された各情報と上記抽出した複数のセクタ識別ＩＤとが入力され記憶する探索条件記憶部と、
上記セクタ識別ＩＤと上記配列数ｍと上記繰り返し回数ｎと上記セクタ識別ＩＤのアンテナ種別と上記設定値のとり得る値の範囲とが入力され、アンテナ設定値配列がまだ生成されていない時には、設定値のとり得る値の範囲内で所定の方法により、上記セクタ識別ＩＤごとにアンテナ設定値を生成して、これらを配列化してアンテナ設定値配列を生成し、同様な方法でそれぞれ異なるアンテナ設定値配列を合計で上記配列数ｍ個生成して出力し、
アンテナ設定値配列が既に生成されている時には、更に既に生成されているアンテナ設定値配列に基づく遺伝情報が入力され、遺伝的アルゴリズムにより上記配列数ｍ個の新たなアンテナ設定値配列を生成して出力する、
設定値生成部と、
上記設定値生成部で生成したｍ個の設定値配列を記憶する設定値配列記憶部と、
上記設定値配列が入力され、この設定値配列の構成要素である各アンテナ設定値を対応するセクタ識別ＩＤのアンテナ部に設定するアンテナ制御部と、
上記第２測定結果が入力され、これを記憶するとともに、上記第２測定結果の中で第２測定位置が上記選択範囲内にある測定結果から所定の演算により、上記アンテナ制御部によって設定された設定値配列に対して各移動局トータルでのサービス品質を示す評価値を求めて出力する評価部と、
上記評価値が入力され記憶する評価値記憶部と、
上記ｍ個の設定値配列の評価を上記最適化回数ｎ繰り返した結果、最も大きな評価値であった設定値配列を各アンテナ部への最終設定値として表示する表示部と、
を具備することを特徴とする基地局アンテナ放射パターン制御システム。
１以上の基地局に設置された複数のアンテナ部、１以上の移動局、及びオペレーション装置から構成される移動通信システムの基地局アンテナ放射パターン制御システムであって、
上記複数のアンテナ部は、
選択範囲内においてそれぞれのアンテナ部ごとに一意に対応するセクタ識別ＩＤが付与された第１パイロット信号を生成して送信する送信手段と、
上記移動局での第１測定結果を受信する受信手段と、
を具備し、
上記移動局は、
上記複数のアンテナ部から送信された１以上の第１パイロット信号を受信する受信部と、
上記１以上の第１パイロット信号が入力され、各信号ごとに第１受信電力を測定して出力する品質測定部と、
上記受信電力の測定を行った際の移動局の第１測定位置を取得して出力する位置取得部と、
上記第１受信電力と上記第１測定位置とから構成される上記第１測定結果を送信する送信部と、
を具備し、
上記オペレーション装置は、
各基地局の位置と各基地局に接続されている各アンテナ部ごとに割り当てられたセクタ識別ＩＤと各アンテナ部のアンテナ種別とを記憶する基地局諸元記憶部と、
上記アンテナ種別それぞれについての、設定値ごとの放射パターンと設定値のとり得る値の範囲とを記憶するアンテナ諸元記憶部と、
選択範囲と一度に生成するアンテナ設定値配列数ｍと最適化の繰り返し回数ｎとを入力する入力部と、
アンテナ部で受信された上記第１測定結果と上記選択範囲とが入力され、上記第１測定結果の中から上記選択範囲内にある移動局で受信された複数の上記第１パイロット信号それぞれに付与されたセクタ識別ＩＤを抽出するセクタ抽出部と、
上記入力部で入力された各情報と上記抽出した複数のセクタ識別ＩＤとが入力され記憶する探索条件記憶部と、
上記セクタ識別ＩＤと上記配列数ｍと上記繰り返し回数ｎと上記セクタ識別ＩＤのアンテナ種別と上記設定値のとり得る値の範囲とが入力され、アンテナ設定値配列がまだ生成されていない時には、設定値のとり得る値の範囲内で所定の方法により、上記セクタ識別ＩＤごとにアンテナ設定値を生成して、これらを配列化してアンテナ設定値配列を生成し、同様な方法でそれぞれ異なるアンテナ設定値配列を合計で上記配列数ｍ個生成して出力し、
アンテナ設定値配列が既に生成されている時には、更に既に生成されているアンテナ設定値配列に基づく遺伝情報が入力され、遺伝的アルゴリズムにより上記配列数ｍ個の新たなアンテナ設定値配列を生成して出力する、
設定値生成部と、
上記設定値生成部で生成したｍ個の設定値配列を記憶する設定値配列記憶部と、
上記設定値配列が入力され、この設定値配列の構成要素である各アンテナ設定値を対応するセクタ識別ＩＤのアンテナ部に設定するアンテナ制御部と、
上記第１測定結果と上記基地局の位置と上記アンテナ種別と上記放射パターンと上記生成したｍ個の設定値配列のうち評価値をまだシミュレーション演算していない設定値配列の中から選択した１個の設定値配列とが入力され、所定のシミュレーション演算により、上記選択した１個の設定値配列に対して各移動局トータルでのサービス品質を示す評価値を推定して出力する評価部と、
上記評価値が入力され記憶する評価値記憶部と、
上記ｍ個の設定値配列の評価を上記最適化回数ｎ繰り返した結果、最も大きな評価値であった設定値配列を各アンテナ部への最終設定値として表示する表示部と、
を具備することを特徴とする基地局アンテナ放射パターン制御システム。