JP4636282B2 - ユーザスループット地理的分布推定システムおよびユーザスループット地理的分布推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザスループット地理的分布推定システムおよびユーザスループット地理的分布推定方法に関し、特に、基地局とユーザ端末との間で共有チャネルを利用して無線パケット通信を行うセルラシステムにおけるユーザスループットを推定する技術に関する。

従来、ユーザ端末と、自己のセル内のユーザ端末との間で共有チャネルを利用して無線パケット通信を行う基地局とを含むセルラシステムがある。

セルラシステムでは、ユーザスループットは、基地局の周囲の地理に応じて異なる値を示す。ユーザスループットとは、ユーザ端末にて測定される値で、ユーザ端末が単位時間あたりに基地局から受信したパケットのビット数を表すものである。

セルラシステムにおけるユーザスループットの地理的分布を推定する方法としては、コンピュータによって、セルラシステムのシステムレベルシミュレーションを連続時間行う方法が一般的である。その理由は、セル内のユーザ端末が高速な制御を行って共用チャネルを共用するため、その共用の過程を高い時間分解能で連続時間模擬し、上位層を含めた無線パケット通信のプロセスを詳細に模擬しないと、ユーザスループットを正確に推定することができないためである。

従来のユーザスループットの地理的分布推定方法について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、セルラシステムの連続時間のシステムレベルシミュレーションは、システムレベルシミュレータ３００にて行われる。

システムレベルシミュレータ３００は、基地局コンフィギュレーション、各ユーザ端末がダウンロードを要求することで発生するパケットのトラヒック量、セル内の全ユーザ数を入力値とする。なお、基地局コンフィギュレーションとは、基地局の設定や状態を表すもので、例えば、基地局の位置、送信電力、アンテナパターン、アンテナ方位、アンテナチルト、ユーザ端末へのパケット送信処理の優先順位をスケジューリングするパケットスケジューラの種類などである。

システムレベルシミュレータ３００は、上記の入力値に基づいて、各ユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質を推定し、現実に近い無線パケット通信のプロセスをプロトコルの上位層も含めて連続時間模擬し、ユーザスループットを推定する。なお、共用チャネルの受信品質としては、通常、共用チャネルの受信信号電力対干渉波信号電力比を表す受信ＳＩＲ（Signal to Interference power Ratio）が用いられる。

ここで、システムレベルシミュレータ３００による連続時間のシステムレベルシミュレーションの手順について詳細に説明する。

システムレベルシミュレータ３００は、基地局からユーザ端末への下りリンクの無線パケット通信方式として、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wide band-Code Division Multiple Access）の高速下りリンクパケットアクセスであるＨＳＤＰＡ（High SPEED Downlink Packet Access）方式を用いる場合、以下の第１から第５の処理を模擬的に行う。
・まず、第１の処理：様々な位置にユーザ
端末を発生させる。そして、た後にユーザ端末を移動さ各せ、ユーザ端末から基地局に対し、共用チャネルでパケットを送信するようトラヒック要求する。ここで要求するパケットのトラヒック量が、上述したユーザ端末が発生するトラヒック量となる。
・第２の処理：各ユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質を推定する。詳細には、各ユーザ端末ごとに、複数の基地局から受信したパケットの干渉波信号電力を計算し繰り返し、その計算結果に基づいて共用チャネルであるＨＳ−ＰＤＳＣＨ（High Speed-Physical Downlink Shared CHannel）の受信品質を計算推定する。
・第３の処理：基地局から各ユーザ端末に対し、各ユーザ端末が発生するトラヒック量、各ユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質、および基地局のパケットスケジューラに基づいて、共用チャネルを利用してパケットを送信する。
・第４の処理：各ユーザ端末ごとに、基地局から受信したパケットのビット数に基づきユーザスループットを計算する。第４の処理が終了すると第１の処理に戻る。このとき、各ユーザ端末の位置を、そのユーザ端末の移動速度に応じて更新し、再び、第１から第４の処理を繰り返す。
・第５の処理：第４の処理での計算結果であるユーザスループットを平均化する。そして、各せ、ユーザ端末の位置を出力するとともに、各せ、ユーザ端末のユーザスループットの平均値をユーザスループットの推定結果として出力する。

システムレベルシミュレータ３００は、第１から第４の処理を実時間に合わせて２ｍｓ毎に行っている。また、システムレベルシミュレータ３００は、
統計的に信頼度の高いユーザスループットの推定結果を得るために、第１から第４の処理を２ｍｓ毎に１時間以上に渡って模擬している。

その結果、ユーザスループットの推定結果の精度は向上する。しかし、その反面、第１から第４の処理を２ｍｓ毎に１時間以上に渡って模擬する処理量は非常に膨大なものとなるため、ユーザスループットの推定時間が長くなる。

また、システムレベルシミュレータ３００は、ユーザスループットの地理的分布を表示するために第５の処理でユーザスループットを平均化する処理を行っているため、ユーザスループットの推定時間がさらに長くなる。

ユーザスループットの推定時間の長時間化は、特に、ユーザスループットに応じて基地局コンフィギュレーションの適正値を検討する際に問題となる。基地局コンフィギュレーションの適正値を検討する場合、基地局コンフィギュレーションを変更するたびに、システムレベルシミュレーションを行う。そのため、基地局コンフィギュレーションの適正値が決定されるまで、何度も長時間のシステムレベルシミュレーションを繰り返すことになり、検討時間が非常に長くなる。

なお、従来のスループットを推定する他の方法としては、スループットを推定して通信開始の適否を判断する方法（例えば、特開２０００−２２４０９４号公報参照）、システムスループットを改善する方法（例えば、特開２００３−２９８４９８号公報参照）、パケット品質を推定できる基地局を実現する方法（例えば、特開２００４−１１２５９７号公報参照）などがある。

そこで、本発明の目的は、セルラシステムにおけるユーザスループットの地理的分布推定を精度良くかつ短時間で行うことができるユーザスループット地理的分布推定システムおよびユーザスループット地理的分布推定方法を提供することにある。

本発明のユーザスループット地理的分布推定システムは、ユーザ端末と、自己のセル内のユーザ端末との間で共有チャネルを利用して無線パケット通信を行う基地局とを含むセルラシステムにおけるユーザスループットの地理的分布を推定するために適用される。

本発明のユーザスループット地理的分布推定システムは、セル内のユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質を推定する受信品質推定手段と、受信品質の推定が行われた推定対象範囲におけるトラヒック情報を読込むトラヒック情報読込み手段と、セル内のユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質と推定対象範囲におけるトラヒック情報とを入力値としてユーザスループットを算出するユーザスループット算出関数を用いて、セル内のユーザ端末の位置でのユーザスループットを推定するユーザスループット推定手段とを有する構成である。

ユーザスループット算出関数のような関数は、入力値に対応する出力値が定まっているため、入力値が得られると、瞬時に出力値を求めることが可能である。従って、上記のように関数を用いる構成によれば、従来のシステムレベルシミュレーションを用いる構成と比較して、パケットスケジューラの処理によってユーザ端末が共用チャネルを共用する過程を高い時間分解能で詳細に連続時間模擬する必要がないため、ユーザスループットの地理的分布を短時間で推定することができる。

また、トラヒック情報読込み手段は、基地局または無線ネットワーク制御装置のいずれかにて測定された推定対象範囲におけるトラヒック情報を読込む構成としても良い。この構成によれば、ユーザスループット算出関数の入力値を現実に近い値とすることができるため、ユーザスループットの推定精度の向上を図ることができる。

また、セル内を走行し、セル内のユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質とユーザスループットとを実測するユーザ端末実測手段をさらに有し、ユーザスループット推定手段は、共用チャネルの受信品質の実測値とユーザスループットの実測値との関係に応じてユーザスループット算出関数を補正する関数補正手段を含む構成としても良い。この構成によれば、共用チャネルの受信品質の実測値とユーザスループットの実測値との関係に応じて補正したユーザスループット算出関数を利用することができるため、ユーザスループットの推定精度の向上を図ることができる。

従来のユーザスループット地理的分布推定方法を説明する図である。 本発明の実施例１によるユーザスループット地理的分布推定システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１で用いられるユーザスループット算出関数の例を説明するグラフである。 本発明の実施例１で推定されたユーザスループットの推定結果を用いたユーザスループットの地理的分布の表示例を示す図である。 本発明の実施例２によるユーザスループット地理的分布推定システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３によるユーザスループット地理的分布推定システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３で用いられるユーザスループット算出関数の例を説明するグラフである。 本発明の実施例４によるユーザスループット地理的分布推定システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例４で用いられるユーザスループット算出関数の例を説明するグラフである。 本発明の第８の実施例によるユーザスループット地理的分布推定システムの構成を示すブロック図である。 ユーザスループット算出関数をユーザ端末実測値の関数によって補正する方法の例を説明するグラフである。

以下に、本発明のユーザスループット地理的分布推定システムの実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の記載では、基地局からユーザ端末への下りリンクの無線パケット通信方式として、Ｗ−ＣＤＭＡのＨＳＤＰＡ方式を用いるものとして説明する。

図２は、本発明の実施例１によるユーザスループット地理的分布推定システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施例が適用されるセルラシステムは、ユーザ端末と、自己のセル内のユーザ端末との間で共有チャネルを利用して無線パケット通信を行う基地局とを含むセルラシステムであるものとする。

図２を参照すると、本実施例によるユーザスループット地理的分布推定システムは、受信品質推定手段１１と、トラヒック情報読込み手段１２と、ユーザスループット推定手段１３とを有している。

受信品質推定手段１１は、セル内の様々な位置にユーザ端末が存在していると想定する。その上で、受信品質推定手段１１は、基地局コンフィギュレーションとして入力された基地局の位置と、セル内の各ユーザ端末の位置とに基づいて、基地局と各ユーザ端末との間の伝搬損を計算する。なお、伝搬損は、基地局と各ユーザ端末との間の距離を、所定の伝搬式に代入することで導出される。

さらに、受信品質推定手段１１は、基地局コンフィギュレーションとして入力された、共用チャネルでのパケット送信電力、アンテナパターン、およびアンテナ方位と、上記で計算した伝搬損の計算結果とに基づいて、セル内の各ユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質を推定する。なお、受信品質としては、受信ＳＩＲを用いるものとする。

受信品質推定手段１１は、セル内の各ユーザ端末の位置と、その位置での共用チャネルの受信品質とを出力する。このうち、共用チャネルの受信品質は、ユーザスループット推定手段１３に出力される。

トラヒック情報読込み手段１２は、受信品質推定手段１１にて受信品質が推定された推定対象範囲におけるトラヒック情報を外部から読込み、読込んだトラヒック情報をユーザスループット推定手段１３に出力する。推定対象範囲におけるトラヒック情報とは、推定対象範囲に存在するユーザ端末が発生するパケットによって、推定対象範囲に加えられる負荷のことである。

例えば、Ｗ−ＣＤＭＡの下りリンクのトラヒック情報の指標としては、基地局の送信電力が一般的に用いられる。下りリンクでは、セル内のユーザ端末の数が増えるにしたがって、基地局がセル内のユーザ端末へのパケット送信に用いる総送信電力が増加する。すなわち、トラヒック情報は、セル内のユーザ端末の数に関連する定量的な値となる。

そこで、以後、本発明の実施例１から４においては、推定対象範囲におけるトラヒック情報をセル内のユーザ端末の数と定義して説明する。ただし、このトラヒック情報は「０」よりも大きい値であるものとする。

ユーザスループット推定手段１３は、共用チャネルの受信品質と、推定対象範囲におけるトラヒック情報とを入力値として、ユーザスループットＵを算出するユーザスループット算出関数ｆを内蔵している。

ユーザスループット推定手段１３は、受信品質推定手段１１から出力される共用チャネルの受信品質と、トラヒック情報読込み手段１２から出力される推定対象範囲におけるトラヒック情報との入力に対し、上述したユーザスループット算出関数ｆを用いて、セル内の各ユーザ端末の位置でのユーザスループットを算出し、ユーザスループットの推定結果として出力する。

ユーザスループット算出関数ｆは、システムレベルシミュレーションによるユーザスループットの推定結果、無線ネットワーク制御装置から受信するユーザスループットの実測値、およびユーザスループットを近似解析した結果等を利用して事前に用意され、ユーザスループット推定手段１３に内蔵されたものである。

ユーザスループット算出関数ｆは、共用チャネルの受信品質と、推定対象範囲におけるトラヒック情報とを入力値とする連続関数として近似し定式化すると、連続的な入力値がある場合の推定処理が容易になる。

ユーザスループットの定性的な性質としては、共用チャネルの受信品質が高ければ、ユーザスループットが上昇し、トラヒックが多ければ、ユーザスループットが低下するという性質がある。このことから、ユーザスループット算出関数ｆの例として、次の数式１を用いることができる。

数式１において、Ｕはユーザスループット、ＳＩＲは共用チャネルの受信品質、Ｌｏａｄ_cellは推定対象範囲におけるトラヒック情報（＝セル内のユーザ端末数。ただし、Ｌｏａｄ_cell＞０）、Ａは累乗に用いる任意の定数、Ｂは累乗に用いる任意の定数、Ｃは任意の定数である。

上述したように、共用チャネルの受信品質が高ければ、ユーザスループットが上昇する。そのため、数式１は、共用チャネルの受信品質を累乗した値を分子とする形式をとる。また、トラヒックが多くなれば、ユーザスループットが低下する。そのため、数式１は、トラヒック情報を累乗した値を分母とする形式をとる。なお、任意の定数Ａ，Ｂ，Ｃは、ユーザスループット算出関数ｆをシステムレベルシミュレーションの推定結果等に近似させるために、事前に調整しておく必要がある。

図３は、本発明の実施例１で用いられるユーザスループット算出関数ｆの例を説明するグラフである。

ユーザスループット算出関数ｆは、横軸に共用チャネルの受信品質、縦軸にユーザスループットを取り、推定対象範囲におけるトラヒック情報をパラメータとした場合、図３のようなグラフで表すことができる。

本実施例においては、受信品質推定手段１１にて想定されたセル内の各ユーザ端末の位置と、ユーザスループット推定手段１３にて推定されたセル内の各ユーザ端末の位置でのユーザスループットの推定結果とを併せて出力している。そのため、これら出力に基づいて、セル内のユーザスループットの地理的分布を推定することが可能となる。

図４は、本発明の実施例１にて推定されたユーザスループットの推定結果を用いたユーザスループットの地理的分布の表示例を示す図である。

図４を参照すると、３セクタ構成の基地局の周囲にあるユーザ端末のユーザスループットの地理的分布が示されている。図４のように、ユーザスループットの地理的分布は、視覚的に把握しやすいように平面的に表示するのが良く、さらに色分け表示するのが良い。

上述したように本実施例においては、ユーザスループット推定手段１３が、セル内の各ユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質と、推定対象範囲におけるトラヒック情報とをユーザスループット算出関数ｆに入力することで、セル内の各ユーザ端末の位置でのユーザスループットを算出している。

ユーザスループット算出関数ｆのような関数は、入力値に対応する出力値が定まっているため、入力値が得られると、瞬時に出力値を求めることが可能である。従って、こうした関数を用いる推定方法は、従来のシステムレベルシミュレーションを用いる推定方法と比較して、無線パケット通信のプロセスを詳細に連続時間模擬する必要がないため、ユーザスループットの地理的分布を短時間で推定することができる。

ところで、ユーザスループット算出関数ｆは、上述したように、セル内の各ユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質と、推定対象範囲におけるトラヒック情報との２つの情報のみでユーザスループットを推定することを可能とするものである。２つの情報のみでユーザスループットを推定することができる根拠は、以下の通りである。

ユーザスループットは、基本的に、ユーザ端末に無線リソースが割り当てられる頻度と、無線リソースが割り当てられた際の無線リンクの伝送レートとに応じて決定される。ユーザ端末に無線リソースが割り当てられる頻度は、基地局におけるユーザ端末の混雑度、つまり推定対象範囲におけるトラヒックに関連する。また、無線リンクの伝送レートは、無線リンクの共用チャネルの受信品質に関連する。また、ユーザスループットは、定性的に、基地局におけるユーザ端末の混雑度が高ければユーザスループットが低下し、ユーザ端末の混雑度が低ければユーザスループットが上昇する傾向がある。

また、ＨＳＤＰＡでは、共用チャネルの受信品質が高ければ高伝送レートの変調方式が選択されるため、伝送レートが上昇し、共用チャネルの受信品質が低ければ低伝送レートの変調方式が選択されるため、伝送レートが低下する傾向がある。

ＨＳＤＰＡ以外の無線パケット通信方式でも、共用チャネルの受信品質が高ければ誤り率が低いため、実効伝送レートが上昇し、共用チャネルの受信品質が低ければ誤り率が高いため、実効伝送レートが低下する。よって、上述したＨＳＤＰＡと同様の傾向がある。

以上のことから、共用チャネルの受信品質と、推定対象範囲におけるトラヒック情報と、ユーザスループットとの対応関係は定性的に定まっている。従って、その対応関係を、システムレベルシミュレーションによるユーザスループットの推定結果、無線ネットワーク制御装置から受信するユーザスループットの実測値、およびユーザスループットを近似解析した結果等を利用して事前に取得し、さらには近似して定式化しておく。それによって、共用チャネルの受信品質と推定対象範囲におけるトラヒック情報との２つの情報のみでユーザスループットを推定することが可能となる。

このように、共用チャネルの受信品質と推定対象範囲におけるトラヒック情報との２つの情報のみでユーザスループットを推定する方法は、ユーザスループットに影響を与える要素を極端に限定しているため、非常に簡略化された方法といえる。

ただし、推定方法の簡略化に伴い、推定精度に幾らかの劣化が発生する。しかし、システムレベルシミュレーションの結果等に近似させるために、ユーザスループット算出関数ｆを正確に定式化しておくことによって、実用上問題のない良い推定精度で、推定時間を大幅に短縮することができるというメリットを得ることができる。

特に、基地局コンフィギュレーションの適正値を検討する際には、基地局コンフィギュレーションを幾つも変更して迅速に適正値を求めることが重要となる。そのため、本実施例によるユーザスループットの高速な推定方法によって、基地局コンフィギュレーションの適正値の検討時間を大幅に短縮することができる。

図５は、本発明の実施例２によるユーザスループット地理的分布推定システムの構成を示すブロック図である。

図５を参照すると、本実施例によるユーザスループット地理的分布推定システムは、図２に示した実施例１と比較して、適用されるセルラシステムが異なっている。すなわち、本実施例が適用されるセルラシステムには、無線ネットワーク制御装置１００が追加されている。なお、本実施例のこれ以外の構成は、図２に示した実施例１と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

なお、図５においては、無線ネットワーク制御装置１００には、基地局１０１〜１０３が接続されている。また、基地局１０３のセル内には、３つのユーザ端末１０３１〜１０３３が存在している。

本実施例では、基地局１０１〜１０３または無線ネットワーク制御装置１００が、セル内のユーザ端末の数を測定し、測定されたユーザ端末の数を推定対象範囲におけるトラヒック情報としてトラヒック情報読込み手段１２に出力する。

例えば、基地局１０３のセル内のユーザスループットを推定する場合は、基地局１０３または無線ネットワーク制御装置１００が基地局１０３のセル内のユーザ端末の数を測定し、測定されたユーザ端末の数を推定対象範囲におけるトラヒック情報としてトラヒック情報読込み手段１２に出力する。なお、図５には、無線ネットワーク制御装置１００がセル１０３内のユーザ端末の数を測定する例が示されている。

同様に、基地局１０１，１０２のセル内のユーザスループットを推定する場合も、該当する基地局または無線ネットワーク制御装置１００が該当する基地局のセル内のユーザ端末の数を測定し、測定されたユーザ端末の数を推定対象範囲におけるトラヒック情報としてトラヒック情報読込み手段１２に出力する。

トラヒック情報は時々刻々と変化する。そのため、トラヒック情報読込み手段１２は、トラヒック情報をリアルタイムで読込んでユーザスループット推定手段１３に出力しても良いし、一定期間（例えば１日）に読込んだトラヒック情報の最大値をユーザシステムスループット推定手段１３に出力しても良い。

上述したように本実施例においては、トラヒック情報読込み手段１２がセルラシステムで実際に測定されたトラヒック情報を出力する構成としたため、ユーザスループット推定手段１３はユーザスループットの推定に正確なトラヒック情報を用いることができる。それにより、ユーザスループットの推定精度の向上を図ることができる。

例えば、トラヒック情報読込み手段１２が推定対象範囲におけるトラヒック情報の実測値をリアルタイムに出力する構成とした場合、ユーザスループット推定手段１３はユーザスループットをリアルタイムに推定することができる。それにより、セル内でユーザスループットが低下した地点をリアルタイムに発見することができる。

あるいは、トラヒック情報読込み手段１２が一定期間（例えば１日）に読込んだ推定対象範囲におけるトラヒック情報の最大値をユーザシステムスループット推定手段１３に出力する構成とした場合、基地局コンフィギュレーションの適正値として、一定期間中の最大のトラヒック情報に耐えられる適正値を検討することができる。

図６は、本発明の実施例３によるユーザスループット地理的分布推定システムの構成を示すブロック図である。

図６を参照する、本実施例によるユーザスループット地理的分布推定システムは、図５に示した実施例２と比較して、パケットスケジューラ読込み手段１４ａを追加した点が異なる。本実施例のこれ以外の構成は、図５に示した実施例２と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

パケットスケジューラ読込み手段１４ａは、基地局で用いられているパケットスケジューラ（共用チャネルを利用するユーザ端末へのパケット送信処理の優先順位をスケジューリングするもの）の種類を読込み、読込んだパケットスケジューラの種類をユーザスループット推定手段１３に出力する。

ユーザスループット推定手段１３には、上述した実施例１で用いたユーザスループット算出関数ｆに対して、パケットスケジューラの種類が新たなパラメータとして追加されたユーザスループット算出関数ｆ１が内蔵されている。

ユーザスループット推定手段１３は、受信品質推定手段１１から出力される共用チャネルの受信品質と、トラヒック情報読込み手段１２から出力される推定対象範囲におけるトラヒック情報と、パケットスケジューラ読込み手段１４ａから出力されるパケットスケジューラの種類との入力に対し、ユーザスループット算出関数ｆ１を用いて、セル内の各ユーザ端末の位置でのユーザスループットを算出し、ユーザスループットの推定結果として出力する。

ユーザスループット算出関数ｆ１は、パケットスケジューラの種類毎に用意しても良く、上述した実施例１と同様に、連続関数として近似し定式化しても良い。ユーザスループット算出関数ｆ１を連続関数として近似し定式化する場合、ユーザスループット算出関数ｆ１の例として、次の数式２を用いることができる。

数式２において、Ｕはユーザスループット、ＳＩＲは共用チャネルの受信品質、Ｓｃｈｅｄｕｌａｒはパケットスケジューラの種類、Ｌｏａｄ_ｃｅｌｌは推定対象範囲におけるトラヒック情報（＝セル内のユーザ端末の数。ただし、Ｌｏａｄ_cell＞０）、Ｄ（Ｓｃｈｅｄｕｌａｒ）はパケットスケジューラの種類に応じて決まる定数、Ｅは任意の定数、Ｇは累乗に用いる任意の定数である。

ユーザスループットは、パケットスケジューラの種類に応じて、上昇したり低下したりする。そのため、数式２は、パケットスケジューラの種類に応じた定数Ｄを、上述した実施例１で用いたユーザスループット算出関数ｆに乗算する形式をとる。また、パケットスケジューラの影響は、トラヒックが高くなるにしたがって小さくなる傾向がある。そのため、数式２は、定数Ｄをトラヒック情報で除算する形式をとる。

図７は、本発明の実施例３で用いられるユーザスループット算出関数ｆ１の例を説明するグラフである。

ユーザスループット算出関数ｆ１は、横軸に共用チャネルの受信品質、縦軸にユーザスループットを取り、パケットスケジューラの種類と推定対象範囲におけるトラヒック情報とをパラメータとしたグラフで表すことができる。例えば、推定対象範囲におけるトラヒック情報を固定し、パケットスケジューラの種類を変化させた場合、ユーザスループット算出関数ｆ１は、図７のようなグラフで表すことができる。

上述したように本実施例においては、ユーザスループット推定手段１３が、パケットスケジューラ読込み手段１４ａから出力されるパケットスケジューラの種類を新たなパラメータとして追加してユーザスループットを算出する構成であるため、より現実に近いユーザスループットを推定することができる。それにより、ユーザスループットの推定精度のさらなる向上を図ることができる。

図８は、本発明の実施例４によるユーザスループット地理的分布推定システムの構成を示すブロック図である。

図８を参照すると、本実施例によるユーザスループット地理的分布推定システムは、図６に示した実施例３と比較して、共用チャネル利用割合読込み手段１４ｂを追加した点が異なる。本実施例のこれ以外の構成は、図６に示した実施例３と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

共用チャネル利用割合読込み手段１４ｂは、セル内の全てのユーザ端末（共用チャネルを利用して無線パケット通信を行うユーザ端末と、共用チャネルを利用せずに基地局から個別に割り当てられた個別チャネルのみを利用して音声通信等を行うユーザ端末）に対して、共用チャネルを利用して無線パケット通信を行うユーザ端末が占める割合を読込み、読込んだ割合をユーザスループット推定手段１３に出力する。なお、共用チャネルを利用するユーザ端末の割合は、共用チャネルを利用するユーザ端末の普及率を基にして共用チャネル利用割合読込み手段１４ｂにて推定して求めても良いし、無線ネットワーク制御装置１００で測定可能であれば、実際に無線ネットワーク制御装置１００で測定された結果を共用チャネル利用割合読込み手段１４ｂにて利用しても良い。

ユーザスループット推定手段１３には、上述した実施例３で用いたユーザスループット算出関数ｆ１に対して、共用チャネルを利用するユーザ端末の割合が新たなパラメータとして追加されたユーザスループット算出関数ｆ２が内蔵されている。

ユーザスループット推定手段１３は、受信品質推定手段１１から出力される共用チャネルの受信品質と、トラヒック情報読込み手段１２から出力される推定対象範囲におけるトラヒック情報と、パケットスケジューラ読込み手段１４ａから出力されるパケットスケジューラの種類と、共用チャネル利用割合読込み手段１４ｂから出力される共用チャネルを利用するユーザ端末の割合との入力に対し、ユーザスループット算出関数ｆ２を用いて、セル内の各ユーザ端末の位置でのユーザスループットを算出し、ユーザスループットの推定結果として出力する。

個別チャネルのみを利用するユーザ端末は、共用チャネルを利用するユーザ端末と比較して、トラヒックへ与える影響が大きい。例えば、共用チャネルを利用するユーザ端末は、無線リソース（基地局の電力や周波数）を必要な時だけ利用するため、無線リソースの利用頻度が低い。他方、個別チャネルのみを利用するユーザ端末は、個別に割り当てられた個別チャネルの無線リソースを通信中に継続して消費し、接続処理にも時間が掛かるため、無線リソースの利用頻度が高い。

つまり、個別チャネルのみを利用するユーザ端末は、共用チャネルを利用するユーザ端末と比較して、トラヒックを上昇させる影響度が大きいため、ユーザスループットＵを低下させる要因となる。

このことを考慮すると、ユーザスループット算出関数ｆ２を、実施例１と同様に、連続関数として近似し定式化する場合、ユーザスループット算出関数ｆ２の例として、次の数式３を用いることができる。

数式３において、Ｕはユーザスループット、ＳＩＲは共用チャネルの受信品質、Ｌｏａｄ_cellは推定対象範囲におけるトラヒック情報（＝セル内のユーザ端末の数。ただし、Ｌｏａｄ_cell＞０）、Ｓｃｈｅｄｕｌａｒはパケットスケジューラの種類、Ｒａｔｉｏ_SCHは共用チャネルを利用するユーザ端末の割合、Ｄ（Ｓｃｈｅｄｕｌａｒ）はパケットスケジューラの種類に応じて決まる定数、Ｇは累乗に用いる任意の定数、Ｈは個別チャネルのみを利用するユーザ端末がトラヒックへ与える影響を表す係数、Ｊは任意の定数である。

数式３は、上述した実施例３で用いた数式２と基本的に同様であるが、推定対象範囲におけるトラヒックを、個別チャネルのみを利用するユーザ端末が与える影響度を考慮したトラヒックに近似した形式をとっている。

数式３の分母において、（１−Ｒａｔｉｏ_SCH）は個別チャネルのみを利用するユーザ端末の割合を表している。この割合に係数Ｈを乗算した結果は、個別チャネルのみを利用しトラヒックへ影響を与える実効的なユーザ端末の割合を表している。この割合に共用チャネルを利用するユーザ端末の割合Ｒａｔｉｏ_SCHを加えた上で、トラヒック情報Ｌｏａｄ_cellを乗算した結果は、推定対象範囲におけるトラヒックを近似した結果となり、［｛Ｒａｔｉｏ_SCH＋Ｈ×（１−Ｒａｔｉｏ_SCH）｝×Ｌｏａｄ_cell］で表される。

図９は、本発明の実施例４で用いられるユーザスループット算出関数ｆ２の例を説明するグラフである。

ユーザスループット算出関数ｆ２は、横軸に共用チャネルの受信品質、縦軸にユーザスループットを取り、共用チャネルを利用するユーザ端末の割合とパケットスケジューラの種類と推定対象範囲におけるトラヒック情報とをパラメータとしたグラフで表すことができる。例えば、パケットスケジューラの種類と推定対象範囲におけるトラヒック情報とを固定し、共用チャネルを利用するユーザ端末の割合を変化させた場合、ユーザスループット算出関数ｆ２は、図９のようなグラフで表すことができる。

上述したように本実施例においては、ユーザスループット推定手段１３が、共用チャネル利用割合読込み手段１４ｂから出力される、共用チャネルを利用するユーザ端末の割合を新たなパラメータとして追加してユーザスループットを算出する構成であるため、より現実に近いユーザスループットを推定することができる。それにより、ユーザスループットの推定精度のさらなる向上を図ることができる。

今後のセルラシステムは、ＨＳＤＰＡ対応のユーザ端末の普及に伴い、共用チャネルを利用するユーザ端末の割合が徐々に増加していくことが予想される。このようにセルラシステムが成熟、発展していく過程において、上記のようなユーザスループットの推定方法は、特に有効に利用されると考えられる。

本発明の実施例５によるユーザスループット地理的分布推定システムは、実施例１から４と比較して、推定対象範囲におけるトラヒック情報をシステムスループットと定義している点だけが異なる。

ユーザスループットは、ユーザ端末側の視点に立ったスループット、つまりユーザ端末側で測定されるスループットである。これに対して、システムスループットは、システムである基地局側の視点に立ったスループット、つまり基地局側で測定されるスループットである。システムスループットとは、基地局が単位時間あたりにセル内の全ユーザ端末に送信した全パケットの総ビット数を表すものである。

実施例１で説明したように、推定対象範囲におけるトラヒック情報は、セル内のユーザ端末の数に関連する定量的な値である。ここで、１つのセルが持つ周波数、時間、電力は有限であることから、当然に、１つのセルが扱うことのできる通信量は有限である。このことを考慮すると、推定対象範囲におけるトラヒック情報はセル内のユーザ端末の混雑度として捉えることができる。

そこで、本実施例においては、ユーザ端末の数に比例する傾向にある基地局のシステムスループットを、推定対象範囲におけるトラヒック情報として用いている。

本発明の実施例６によるユーザスループット地理的分布推定システムは、実施例１から５と比較して、推定対象範囲におけるトラヒック情報を、セルにおけるユーザ端末の平均同時接続数と定義している点だけが異なる。

セルにおけるユーザ端末の平均同時接続数とは、セル内のユーザ端末が基地局に同時刻に接続している数を一定時間に渡って平均した数である。この値は、基地局で測定可能な値で、明らかにセル内のユーザ端末の数に比例する傾向がある。

そこで、本実施例においては、ユーザ端末の数に比例する傾向があるセル内のユーザ端末の平均同時接続数を、推定対象範囲におけるトラヒック情報として用いている。

本発明の実施例６によるユーザスループット地理的分布推定システムは、実施例１から６と比較して、推定対象範囲におけるトラヒック情報を、セルにおける基地局のパケット送信電力の使用時間率と定義している点だけが異なる。

セルにおける基地局のパケット送信電力の使用時間率は、基地局がセル内のユーザ端末へのパケット送信に用いるパケット送信電力の時間的な使用率である。

セル内にユーザ端末が存在しなければ、基地局はパケットの送信を行わないので、基地局のパケット送信電力の時間的な使用率は低下する。逆に、セル内にユーザ端末が多く存在すれば、基地局のパケット送信電力の時間的な使用率は上昇する。つまり、この値は、基地局で測定可能な値で、明らかにセル内のユーザ端末の数に比例する傾向がある。

そこで、本実施例においては、ユーザ端末の数に比例する傾向があるセルにおける基地局の送信電力の使用時間率を、推定対象範囲におけるトラヒック情報として用いている。

図１０は、本発明の第８の実施例によるユーザスループット地理的分布推定システムの構成を示すブロック図である。

図１０を参照すると、本発明の実施例８によるユーザスループット地理的分布推定システムは、図８に示した実施例４と比較して、ユーザ端末実測手段２００と、ユーザ端末実測値読取り手段１５と、ユーザスループット推定手段１３の内部に設けられた関数補正手段１３ａとを追加した点が異なる。本実施例のこれ以外の構成は、図８に示した実施例４と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

ユーザ端末実測手段２００は、例えば、基地局１０３のセル内のユーザスループットを推定する場合、基地局１０３のセル内を走行し、セル内のユーザ端末１０３１〜１０３３の各々の位置で共用チャネルの受信品質とユーザスループットとを同時に実測する。

ユーザ端末実測値読取り手段１５は、ユーザ端末実測手段２００で実測された共用チャネルの受信品質の実測値とユーザスループットの実測値とを読取る。そして、ユーザ端末実測値読取り手段１５は、読取った実測値を一定時間に渡って平均化した上で、共用チャネルの受信品質の実測値とユーザスループットの実測値との関係を表す関数ｆｃを作成する。平均化を行うのは、共用チャネルの受信品質に対するユーザスループットの変動幅が大きいので、受信品質に対するユーザスループットの平均値を用いるのが有効なためである。さらに、ユーザ端末実測値読取り手段１５は、実測値の関数ｆｃを、ユーザスループット推定手段１３内の関数補正手段１３ａに出力する。

関数補正手段１３ａは、ユーザ端末実測値読取り手段１５から出力された実測値の関数ｆｃを基にして、ユーザスループット算出関数ｆ２に補正を加える。具体的には、関数補正手段１３ａは、図１１に示すように、実測値の関数ｆｃと補正前の関数ｆ２とを平均化した関数ｆ２’へと補正する。上記の具体的な補正方法として、関数補正手段１３ａは、以下の数式４を用いることができる。

数式４において、ｆ２’は補正後のユーザスループット算出関数、ｆ２は補正前のユーザスループット算出関数、ｆｃはユーザ端末の実測値の関数である。

なお、関数補正手段１３ａは、その他の補正方法として、実測値のデータ量や、実測値の信頼度を考慮して、実測値の関数ｆｃと補正前の関数ｆ２との両者に重み付け平均を施す方法をとっても良い。

ユーザスループット推定手段１３は、実施例４と同じパラメータを入力値として、関数補正手段１３ａにより補正されたユーザスループット算出関数ｆ２を用いて、ユーザスループットを推定する。

上述したように本実施例においては、ユーザスループット推定手段１３が、共用チャネルの受信品質の実測値とユーザスループットの実測値とに応じてユーザスループット関数ｆ２を補正した関数ｆ２’を用いてユーザスループットを算出する構成であるため、より現実に近いユーザスループットを推定することができる。それにより、ユーザスループットの推定精度のさらなる向上を図ることができる。

以上説明したように本発明においては、ユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質と推定対象範囲におけるトラヒック情報とを、ユーザスループット算出関数に入力することで、ユーザスループットを推定している。

ユーザスループット算出関数のような関数は、入力値に対応する出力値が定まっているため、入力値が得られると、瞬時に出力値を求めることが可能である。従って、こうした関数を用いる推定方法は、従来のシステムレベルシミュレーションを用いる推定方法と比較して、パケットスケジューラの処理によってユーザ端末が共用チャネルを共用する過程を高い時間分解能で詳細に連続時間模擬する必要がないため、ユーザスループットの地理的分布を短時間で推定することができる。

また、本発明においては、ユーザスループット算出関数として、システムレベルシミュレーション等の推定結果を反映させているため、ユーザスループットの推定精度の向上を図ることができる。

さらに、本発明においては、ユーザスループット算出関数のパラメータとなる推定対象範囲におけるトラヒック情報として、実測値を利用する構成とすることもできる。つまり、本発明は、ユーザスループット算出関数の入力値を現実に近い値とすることができるため、ユーザスループットの推定精度の向上を図ることができる。

さらにまた、本発明においては、ユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質の実測値とユーザスループットの実測値との関係に応じてユーザスループット算出関数を補正する構成とすることもできる。そのため、本発明は、現実に近い共用チャネルの受信品質とユーザスループットとの関係に応じたユーザスループット算出関数を利用することができるため、ユーザスループットを精度良く推定することができる。

Claims (22)

1. ユーザ端末と、自己のセル内のユーザ端末との間で共有チャネルを利用して無線パケット通信を行う基地局とを含むセルラシステムにおけるユーザスループットの地理的分布を推定するユーザスループット地理的分布推定システムであって、
   前記セル内のユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質を入力値としてユーザスループットを算出するユーザスループット算出関数を用いて、前記セル内のユーザ端末の位置でのユーザスループットを推定するユーザスループット推定手段を有するシステム。
2. 前記受信品質が入力される位置範囲におけるトラヒック情報を読込むトラヒック情報読込み手段をさらに有する、請求項１記載のシステム。。
3. ユーザ端末と、自己のセル内のユーザ端末との間で共有チャネルを利用して無線パケット通信を行う基地局とを含むセルラシステムにおけるユーザスループットの地理的分布を推定するユーザスループット地理的分布推定システムであって、
   前記セル内のユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質を推定する受信品質推定手段と、
   前記受信品質の推定が行われた推定対象範囲におけるトラヒック情報を読込むトラヒック情報読込み手段と、
   前記セル内のユーザ端末の位置での前記共用チャネルの受信品質と前記推定対象範囲におけるトラヒック情報とを入力値としてユーザスループットを算出するユーザスループット算出関数を用いて、前記セル内のユーザ端末の位置でのユーザスループットを推定するユーザスループット推定手段とを有するシステム。
4. 前記セルラシステムが前記基地局に接続された無線ネットワーク制御装置をさらに含み、
   前記トラヒック情報読込み手段は、前記基地局または前記無線ネットワーク制御装置のいずれかにて測定された前記推定対象範囲におけるトラヒック情報を読込む、請求項３記載のシステム。
5. 前記基地局のパケットスケジューラの種類を読込むパケットスケジューラ読込み手段をさらに有し、
   前記ユーザスループット推定手段は、前記パケットスケジューラの種類を前記ユーザスループット算出関数の入力値としてさらに用いる、請求項３記載のシステム。
6. 前記セル内の全てのユーザ端末に対して、前記共用チャネルを利用して無線パケット通信を行うユーザ端末が占める割合を読込む手段をさらに有し、
   前記ユーザスループット推定手段は、前記共用チャネルを利用するユーザ端末の割合を前記ユーザスループット算出関数の入力値としてさらに用いる、請求項３記載のシステム。
7. 前記推定対象範囲におけるトラヒック情報は、前記セル内のユーザ端末の数である、請求項３記載のシステム。
8. 前記推定対象範囲におけるトラヒック情報は、前記基地局のシステムスループットである、請求項３記載のシステム。
9. 前記推定対象範囲におけるトラヒック情報は、前記セル内のユーザ端末が前記基地局に同時刻に接続している数を一定時間に渡って平均した数である、請求項３記載のシステム。
10. 前記推定対象範囲におけるトラヒック情報は、前記基地局が前記セル内のユーザ端末へのパケット送信に用いるパケット送信電力の時間的な使用率である、請求項３記載のシステム。
11. 前記セル内を走行し、前記セル内のユーザ端末の位置での前記共用チャネルの受信品質と前記ユーザスループットとを実測するユーザ端末実測手段をさらに有し、
    前記ユーザスループット推定手段は、前記共用チャネルの受信品質の実測値と前記ユーザスループットの実測値との関係に応じて前記ユーザスループット算出関数を補正する関数補正手段を含む、請求項３記載のシステム。
12. ユーザ端末と、自己のセル内のユーザ端末との間で共有チャネルを利用して無線パケット通信を行う基地局とを含むセルラシステムにおけるユーザスループットの地理的分布を推定するユーザスループット地理的分布推定方法であって、
    前記セル内のユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質を入力値としてユーザスループットを算出するユーザスループット算出関数を用いて、前記セル内のユーザ端末の位置でのユーザスループットを推定するユーザスループット推定処理を有する方法。
13. 前記受信品質が入力される位置範囲におけるトラヒック情報を読込むヒック情報読込み処理をさらに有する、請求項１２記載の方法。
14. ユーザ端末と、自己のセル内のユーザ端末との間で共有チャネルを利用して無線パケット通信を行う基地局とを含むセルラシステムにおけるユーザスループットの地理的分布を推定するユーザスループット地理的分布推定方法であって、
    前記セル内のユーザ端末の位置での共用チャネルの受信品質を推定する受信品質推定処理と、
    前記受信品質の推定が行われた推定対象範囲におけるトラヒック情報を読込むトラヒック情報読込み処理と、
    前記セル内のユーザ端末の位置での前記共用チャネルの受信品質と前記推定対象範囲におけるトラヒック情報とを入力値としてユーザスループットを算出するユーザスループット算出関数を用いて、前記セル内のユーザ端末の位置でのユーザスループットを推定するユーザスループット推定処理とを有する方法。
15. 前記セルラシステムが前記基地局に接続された無線ネットワーク制御装置をさらに含み、
    前記トラヒック情報読込み処理では、前記基地局または前記無線ネットワーク制御装置のいずれかにて測定された前記推定対象範囲におけるトラヒック情報を読込む、請求項１４記載の方法。
16. 前記基地局のパケットスケジューラの種類を読込む処理をさらに有し、
    前記ユーザスループット推定処理では、前記パケットスケジューラの種類を前記ユーザスループット算出関数の入力値としてさらに用いる、請求項１４記載の方法。
17. 前記セル内の全てのユーザ端末に対して、前記共用チャネルを利用して無線パケット通信を行うユーザ端末が占める割合を読込む処理をさらに有し、
    前記ユーザスループット推定処理では、前記共用チャネルを利用するユーザ端末の割合を前記ユーザスループット算出関数の入力値としてさらに用いる、請求項１４記載の方法。
18. 前記推定対象範囲におけるトラヒック情報は、前記セル内のユーザ端末の数である、請求項１４記載の方法。
19. 前記推定対象範囲におけるトラヒック情報は、前記基地局のシステムスループットである、請求項１４記載の方法。
20. 前記推定対象範囲におけるトラヒック情報は、前記セル内のユーザ端末が前記基地局に同時刻に接続している数を一定時間に渡って平均した数である、請求項１４記載の方法。
21. 前記推定対象範囲におけるトラヒック情報は、前記基地局が前記セル内のユーザ端末へのパケット送信に用いるパケット送信電力の時間的な使用率である、請求項１４記載の方法。
22. 前記セル内を走行し、前記セル内のユーザ端末の位置での前記共用チャネルの受信品質と前記ユーザスループットとを実測する処理をさらに有し、
    前記ユーザスループット推定処理では、前記共用チャネルの受信品質の実測値と前記ユーザスループットの実測値との関係に応じて前記ユーザスループット算出関数を補正する、請求項１４記載の方法。

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