JP5048123B2 - 無線アクセスネットワークをシミュレートするための配置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線アクセスネットワーク（Radio Access Network：ＲＡＮ）のシミュレーションを行うための配置と方法に関する。特に、本発明は残響室を使用することによるＲＡＮのシミュレーションに関する。

図１には、一つまたは複数の無線ネットワーク制御装置（Radio Network Controller：ＲＮＣ）１１０と無線基地局（Radio Base Station：ＲＢＳ)１２０ａ、１２０ｂとを通常含むＷＣＤＭＡ ＲＡＮを概略的に図示する。ＲＮＣ１１０は、ケーブルを介してコアネットワーク１０５とＲＢＳ１２０ａ、１２０ｂとに接続される。ＲＢＳ１２０は、無線インタフェース上でユーザ装置（ＵＥ）１３０ａ〜１３０ｄ（移動端末とも呼ばれる）と無線で通信を行うように構成される。

ＷＣＤＭＡ ＲＡＮの安定性／性能／リソース試験とＷＣＤＭＡセル容量試験の２つのタイプの試験について考察する。ＷＣＤＭＡ ＲＡＮの安定性／性能／リソース試験の目的は、ＷＣＭＤＡ ＲＡＮの安定性、性能、そしてリソース使用状況を検証することである。このことは、相異なるリソース処理アルゴリズムと無線アルゴリズム間の相互作用が高トラヒック負荷レベルで実際のトラヒックで試験されることを意味する。セル容量試験は、セル内の多くの同時利用者により発生される負荷でもってセル容量を試験することを意味する。この試験の目的は、理論的要件に対するセル容量を検証することと、性能限界（例えば、トラヒック負荷に対する上り回線干渉の増加）を特定することである。

ＷＣＭＤＡ ＲＡＮの実験室試験は多くのＲＢＳからなる環境（各ＲＢＳは物理レイアウトを例示する図２に示されるように一つまたは複数のセルを有する）において行なわれる。これらのＲＢＳ２０１〜２０４はコアネットワークに取り付けられたＲＮＣ２００により制御される。トラヒックは、実際の移動端末（ＵＥ）により無線セルにおいて生成される。セルとＵＥはクローズドセルラーネットワーク（Closed Cellular Network：ＣＣＮ）を介して互いに接続される。ＣＣＮは取り付けられたＵＥにセル境界にわたる移動性を与える。したがって、ＣＣＮ２０６は同軸ネットワークからなる可変減衰システムである。ＣＣＮ２０６はＵＥの移動性をシミュレートし、走行経路を定義することができる。ＣＣＮ２０６の移動性シミュレーションは干渉を考慮することができるが、フェージングは考慮されない。その対応する論理レイアウトを図３に例示する。

ＵＥはＵＥグループ２０７〜２１０内に配置される。ＵＥグループ内のすべてのＵＥは、無線ネットワーク内のすべてのセル（図２ではＲＢＳ１のセル１とセル２のみが示される）に接続される。ＵＥはネットワーク内の最良のサービングセルを特定するためにセル選択を行う。各グループは通常８〜１４台のＵＥからなる。呼設定成功率、呼切断率、ハンドオーバ成功率等の多くの重要性能指標の観点からＲＡＮを試験する目的で、ＵＥグループ毎に、ＣＣＮを介した走行経路２１１、２１２を定義してもよいであろう。

ＷＣＤＭＡセル容量の実験室試験は、同軸ケーブルを介してセルに取り付けられた１〜５０台のＵＥを備えたＲＦ室内で現在行われる。セル容量に関する要件としては、無線チャネルの非フェージングまたはフェージングなどのように要件に有効な無線条件の仕様が挙げられる。一例として、一要件は、”ＴＵ３(典型的な都市部の移動速度３ｋｍ／ｈ（Typical Urban 3 km/h）、フェージングを伴う標準チャネルモデル）に従う無線チャネルを有するセル内のｘ人の同時の音声ユーザにより上り回線干渉がｙｄＢを超えて増加しないものとする”と明示してもよい。

フェージングが必要とされる場合、フェージングは通常、チャネルエミュレータにより生成される。現在使用されているエミュレータのそれぞれは例えば３つの無線チャネルを処理できるであろう。したがって上り回線および下り回線フェージングに加えて上り回線ダイバーシティーを有するＵＥは、３つのチャネル、すなわちＵＥ毎に１つのチャネルエミュレータを必要とするであろう。

ＷＣＤＭＡセル容量試験は、必要とされるＵＥの数が、コストおよび実際的な理由のために、利用可能なチャネルエミュレータより多い場合、すべてのＵＥに対して独立したフェージングを提供するのは難しいであろう。この場合、２つ以上のＵＥが同じチャネルエミュレータリソースを共有しなければならない。独立したフェージングの不足は、同じチャネルエミュレータ上のＵＥ間にあまりにも大きな相関を引き起こすであろう。その結果、電源調整機能は電力をあまりにも高いレベルに増加させ、したがってセル内であまりにも大きな干渉を引き起こすであろう。

ＷＣＤＭＡ ＲＡＮの安定性／性能／リソース試験に関しても、同軸ケーブルはＵＥをＲＡＮに接続するために使用されるので現在の解決策は現実的な無線環境を提供しない。上述のように、フェージングを実験室環境内に導入する通常のやり方（すなわち同軸ケーブルを介しての接続）はＵＥとＲＢＳ間にチャネルエミュレータを挿入することであり、これは上述のような欠点を意味する。したがって、チャネルエミュレータの使用によるフェージングのシミュレーションはあまりにも多くのエミュレータを必要とし、しかもその性能は不十分である。これは、無線環境の重要な特徴であるフェージングが現在の解決策により考慮され得ないことを意味する。

フェージングなしでは、電源制御やリソース操作のようなＲＡＮの重要な特性を完全には試験できない。

したがって、本発明の目的は、現実的な無線環境を提供するＷＣＤＭＡ ＲＡＮの試験のための配置と方法を実現することである。

本目的は残響室にＵＥを設置することにより達成される。本目的はＵＥとＲＢＳ間の同軸ケーブル接続の最後の部分をＲＣ内の無線接続で置き換えることである。ＲＣの概念は、電波の撹拌を引き起こすことによりフェージングを生成する撹拌器を含む。同じ概念は、ＲＡＮの安定性／性能／リソース試験とセルの容量試験との両方に適用可能である。

第１の様態によると、本発明は、残響室（ＲＣ）の第１の側に取り付けられた少なくとも１つのアンテナヘッドと、回転するように構成された撹拌器とを含む残響室（ＲＣ）に関する。撹拌器が、第一の側に取り付けられたアンテナヘッドとの関連で、ＵＥアンテナのフェージング条件をシミュレートするために回転するように、かつ、アンテナヘッドからのＲＦ接続がクローズドセルラーネットワークなどのセルラーネットワークに接続されるように、ＲＣは、ＵＥアンテナがＲＣ内のある場所に設置されることを可能にする配置を含む。

第２の様態によると、本発明は無線環境をシミュレートする方法に関する。本方法は、回転するように構成された撹拌器と、残響室の第１の側に取り付けられた少なくとも１つのアンテナヘッドとを有する残響室内に少なくとも１つのＵＥアンテナを挿入するステップと、少なくとも一つのＵＥアンテナとアンテナヘッドとの間の無線接続を確立するステップと、少なくとも一つのＵＥアンテナと少なくとも１つのアンテナヘッドとの間に設置された撹拌器によりフェージング条件をシミュレートするステップと、を含む。さらに、少なくとも１つのアンテナヘッドからのＲＦ接続はセルラーネットワークに接続されるように構成される。

本発明の実施態様に関する利点は、セルラーケーブルネットワークのような大きな試験環境のフェージングを導入するということである。これにより、より現実的な無線環境を制御可能な方法で実現することができるであろう。

別の利点は、本発明はスケーラブルであるということであり、これは、大きな構成と小さな構成の両方を使用できるということを意味する。

さらに別の利点は、ＵＥを本発明のフェージングボックス内に密閉することにより、電磁放射への露出を低減するということである。

ＷＣＤＭＡ無線ネットワークを概略的に図示する。 試験構成の物理レイアウトを例示する。 試験構成の論理レイアウトを例示する。 本発明の実施形態による、ＷＣＤＭＡ ＲＡＮ試験用の残響室の原理レイアウトを例示する。 本発明の一実施形態による、ＵＥがフェージングボックスの外に設置される場合を例示する。 本発明の一実施形態による方法のフローチャートである。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態はＷＣＤＭＡ ＲＡＮとの関連で説明される。本発明は任意の無線アクセス技術に適用可能であるということを理解すべきである。さらに、本発明の実施形態は、ＣＣＮに接続された残響室（ＲＣ）を備えたＷＣＤＭＡ ＲＡＮの安定性／性能／リソース試験との関連で説明される。但し、同じ原理は、任意のアクセス技術を使用するＲＡＮセル容量試験に適用可能であることを十分に理解すべきである。さらに、ＲＡＮセル容量試験の場合、ＲＣは、ＣＣＮの代わりに無線基地装置（ＲＢＳ）に接続されてもよいであろう。

ここで、現在の試験用設定の原理図を示す図２と図３を参照する。図２は試験用設定の物理レイアウトを示し、図３は論理レイアウトを示す。

この物理レイアウトによると、各ＲＢＳ２０１〜２０４はＲＮＣ２００とセルラーネットワークを形成するＣＣＮ２０６とに接続される。ＵＥはＵＥグループ２０７〜２１０にグループ化され、ＣＣＮ２０６に接続される。各ＵＥグループは８〜１４台のＵＥを含み、ＵＥグループは特定エリア内のＵＥに対応する。前記特定エリアはＵＥグループが移動するにつれて変化するということに留意すべきである。さらに、ＣＣＮ２０６は一組の可変減衰器を介してセルとＵＥグループとを相互接続する。

論理レイアウトによると、ＣＣＮ２０６は、セルの寸法を定義し、かつ接続されたＵＥグループ２０７〜２１０のそれぞれに対しＣＣＮ２０６を介した走行速度と走行経路２１１、２１２とを定義する手段を提供する。ＵＥは、所定のユーザモデルに従ってトラヒックを生成するように構成される。

本発明の目的は、フェージング無線環境により上記試験構成を強化することである。これは、本発明に従って、上記ＵＥグループのそれぞれをフェージングボックスと呼ぶ残響室内に密閉することにより行われる。電磁気残響室は、電磁環境適合性（ＥＭＣ）試験と他の電磁気調査用の環境である。残響室は、最小電磁エネルギー吸収を有するシールド室である。その低吸収のために、非常に高い電界強度を中程度の入力電力でもって実現することができる。さらに、残響室は高いＱ係数を有する空洞共振器である。Ｑ係数は、発振する物理システムの振幅の減衰の時定数とその発振周期とを比較する。したがって、電界および磁界強度の空間的な分布は極めて不均一であり、このことは定在波を意味する。この不均一性を低減するために、一つまたは複数の撹拌器が使用される。撹拌器は、種々の境界条件を実現するために種々の方位に移動させることができる大きな金属反射器を備えた構造である。最低利用可能周波数は残響室の寸法と撹拌器の設計に依存する。

本発明の実施形態による本アプリケーションのＲＣの原理レイアウトを図４に例示する。

本発明の実施形態によるＲＣを他のＲＣと区別するために、本ＲＣは以降、フェージングボックスと呼ぶ。図４には、ＲＦ反射内面４０１によりＲＦシールドされるフェージングボックス４００を開示する。アンテナヘッド４０２は、フェージングボックスの一端（第一の側と呼ばれる）に搭載され、外部コネクタ４１１を介してＣＣＮに接続される。フェージングボックス内のＵＥ４０８の見通し線を妨げるためにシールド４０３を使用することができる。回転装置４０４（撹拌器と呼ばれる）は、ＲＦ反射材料から作製されるべきであり、好ましくは、速度制御モータにより駆動されるべきである。ＵＥ４０８は、「自由な」アンテナ４１０（すなわち、ＵＥとアンテナ間にＲＦケーブル布線を設けない）を備えたフェージングボックス４００内に設置される。但し、ケーブル布線は、ＲＦシールドされた物理インタフェース接続４０６を介した電力／テスト制御管理手段４０７を設けるために必要である。給電などの電力／テスト制御管理手段４０７は、ＵＥがパケットデータとウェブトラヒックの制御などのトラヒック生成制御を管理するための、電力およびＲＦ気密制御インタフェースコネクタをＵＥに提供する。

フェージングを実現するために、速度制御モータを備えた回転するＲＦ反射撹拌器は、ＵＥアンテナとフェージングボックスに取り付けられたアンテナヘッドとの間に設置される。したがってフェージングは回転装置の表面におけるＲＦ信号の散乱により生成され、回転装置ではフェージング特性は装置の回転速度とフェージングボックスの寸法および形状とに関係する。時間分散は、アンテナ分岐のうちの１つの上のアンテナヘッドのうちの１つの前へ遅延線を挿入することにより、あるいは非常に高い誘電率を有する材料を使用することにより、導入することができるであろう。アンテナのうちの１つの前に、高い誘電率を有する材料から作製されるシールドを挿入してもよいであろう。したがって撹拌器が、アンテナヘッドとの関連で、ＵＥアンテナのフェージング条件をシミュレートするために回転するように、配置４０９は、ＵＥアンテナがＲＣ内のある場所に設置されることを可能にするように設けられる。

さらに、その温度は２５〜３０℃を超えて上昇すべきではないので、環境制御手段、またはフェージングボックスの強制換気用の少なくとも１つのファンが設けられてよい。

また、図４に例示されるようにＵＥがフェージングボックスの内部に設置される場合、ＵＥは一定位置に設置される必要がある。さらに、「頭部位置（position head）」または「台部位置（position table）」をシミュレートするためにいくつかの種類のＵＥのシールドを設けてもよい。頭部位置は、人間の頭がアンテナをシールドする、音声用に使用される携帯型ＵＥを指し、台部位置は、ラップトップ用に無線接続として使用される場合のＵＥを指す。

本発明の実施形態によると、１２〜２０台のＵＥを収容することができる小さなフェージングボックスが設けられ、約５０〜１５０台のＵＥを収容することができる大きなフェージングボックスが設けられる。

小さなフェージングボックスは、ＣＣＮ内で使用されることと、ＵＥグループの物理的配置であるＵＥラックの既存の概念を置き換えることとを意図している。このボックスの寸法は、依然として小さな設置面積でもってＵＥの簡単な取り扱いを可能にするに十分な大きさでなければならない（ボックスは好適には、ＵＥラックと同じような寸法を有すべきである）。これは、ＣＣＮが８つまでのＵＥグループ（ＵＥラック）をサポートし、これらＵＥグループのそれぞれはフェージングボックス内に設置される必要があるためである（これはＣＣＮ当たり８つのフェージングボックスを意味する）。各フェージングボックスはまた、標準チャネルモデルと比較して十分に良好なフェージング環境を提供しなければならない。この場合、小さなフェージングボックスでは、フェージングの存在は、任意の標準チャネルモデルを有する類似物より重要である。

大きなフェージングボックスは、１５０台までのＵＥを取り扱う必要性から、容量試験に使用されるのに好適である。この場合、フェージングボックスは原理的にＲＦ室である。

したがって、小さなフェージングボックスと大きなフェージングボックスの要件は異なりうる。ＲＡＮ安定性／性能／リソース試験に使用される小さなフェージングボックスについては、その要件は「緩く」てもよいであろう。これは、同軸接続の代わりにフェージングボックスを使用することにより、フェージング特性と経路遅延の詳細は余り重要でないという改善をもたらすという事実による。対照的に、大きなフェージングボックスに対する要件（セル容量）は、標準フェージングモデル、マルチ経路遅延、アンテナ相関のチューニング等との類似性の観点からより正確でなければならない。

上述のように、フェージングボックスはＲＦ反射内面を有するＲＦ気密ボックスである。小さなフェージングボックスは０．６×０．６×１．８（図５のｄ×ｂ×ａに対応する）ｍの寸法を有し、大きなフェージングボックスは２×３×２ｍの寸法を有する。

ＵＥはフェージングボックス内に設置されてもよいしあるいはフェージングボックス外に設置されてもよいが、それぞれのＵＥアンテナはフェージングボックス内に設置されるということに留意すべきである。

ここで、ＵＥがフェージングボックス５００外に設置された実施形態を例示する図５を参照する。ＵＥの外部アンテナコネクタ５０１を使用する（車載ホルダ内に設置される場合に使用されるものと同じコネクタ）。これらの外部アンテナコネクタ５０２は、同軸ケーブル５０２を介してフェージングボックス内のダイポールアンテナ５０３に接続される。図５の目的は、フェージングボックスへのＵＥの接続を例示することである。したがって、フェージングボックスの撹拌器、アンテナヘッド、そして他の要素は簡潔性のために図５では省略されていることに留意されたい。

また、本発明は無線環境をシミュレートするための方法に関する。一実施形態を図６のフローチャートに例示する。本方法は、

６０１：回転するように構成された撹拌器と、残響室の第１の側に取り付けられた少なくとも１つのアンテナヘッドとを有する残響室内に少なくとも１つのＵＥアンテナを挿入するステップであって、少なくとも１つのアンテナヘッドからのＲＦ接続がセルラーネットワークに接続されるように構成された、ステップと、

６０２：少なくとも一つのＵＥアンテナとアンテナヘッドとの間の無線接続を確立するステップと、

６０３：少なくとも一つのＵＥアンテナと少なくとも１つのアンテナヘッドとの間に位置する撹拌器によりフェージング条件をシミュレートするステップと、

６０４：シールドにより少なくとも一つのＵＥアンテナと少なくとも１つのアンテナヘッドとの間の見通し線を妨げるステップと、を含む。

本添付図面と明細書では本発明の典型的な好ましい実施形態が開示された。ここでは、特定の用語が採用されたが、これらは制限する目的のためではなく一般的かつ記述的な意味のみで使用された。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に記載される。

Claims (10)

1. セルラー無線アクセスネットワークにおける、複数の接続されたユーザ装置に関連した可変減衰、干渉およびフェージングの条件をシミュレートするための配置であって、
   前記配置は、
   残響室（ＲＣ）と、
   ネットワーク移動性シミュレータと、前記残響室との無線周波数（ＲＦ）接続を提供する同軸ケーブルネットワークとを備え、前記ネットワーク移動性シミュレータは、複数のセルをシミュレートすると共に、前記複数の接続されたユーザ装置がセル境界を横断する走行経路をシミュレートし、可変減衰および干渉の条件を考慮するクローズドセルラーネットワーク（ＣＣＮ）と、を備え、
   前記残響室は、
   前記残響室の第１の側において、前記クローズドセルラーネットワークに取り付けられた少なくとも１つのアンテナヘッドと、
   前記複数の接続されたユーザ装置のアンテナを搭載する場所と、
   前記少なくとも１つのアンテナヘッドと前記ユーザ装置のアンテナとの間の見通し伝送を防止するシールドと、
   前記残響室内のある位置で回転し、前記残響室の第１の側に取り付けられた少なくとも１つのアンテナヘッドに関連した、前記ユーザ装置のアンテナのフェージング条件をシミュレートするように回転する、ＲＦ反射撹拌器と、を備えることを特徴とする配置。
2. 前記フェージング条件はローリーフェージングであることを特徴とする請求項１に記載の配置。
3. 前記複数の接続されたユーザ装置のアンテナを搭載する場所は、各々のユーザ装置が前記残響室内に設置されることを可能にすることを特徴とする請求項１または２に記載の配置。
4. 前記複数の接続されたユーザ装置のアンテナを搭載する場所は、各々のユーザ装置が前記残響室の外に設置されることを可能にすることを特徴とする請求項１または２に記載の配置。
5. 前記残響室内の温度を制御する環境制御システムを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の配置。
6. 前記残響室は１２〜２０台のユーザ装置に対して使用されるように構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の配置。
7. 前記残響室は５０〜１２０台のユーザ装置に対して使用されるように構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の配置。
8. 前記少なくとも１つのアンテナヘッドは、無線基地装置を介して前記クローズドセルラーネットワークに接続されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の配置。
9. セルラー無線アクセスネットワークにおける、複数の接続されたユーザ装置に関連した可変減衰、干渉およびフェージングの条件をシミュレートする方法であって、
   前記方法は、
   残響室（ＲＣ）をクローズドセルラーネットワーク（ＣＣＮ）に接続するステップであって、
   前記クローズドセルラーネットワークは、
   ネットワーク移動性シミュレータと、前記残響室との無線周波数（ＲＦ）接続を提供する同軸ケーブルネットワークとを備え、前記ネットワーク移動性シミュレータは、複数のセルをシミュレートすると共に、前記複数の接続されたユーザ装置がセル境界を横断する走行経路をシミュレートし、可変減衰および干渉の条件を考慮するクローズドセルラーネットワーク（ＣＣＮ）と、を含むステップと、
   前記残響室を、
   前記残響室の第１の側において、前記クローズドセルラーネットワークに取り付けられた少なくとも１つのアンテナヘッドと、
   前記複数の接続されたユーザ装置のアンテナを搭載する場所と、
   前記少なくとも１つのアンテナヘッドと前記ユーザ装置のアンテナとの間の見通し伝送を防止するシールドと、
   前記残響室内のある位置で回転し、前記残響室の第１の側に取り付けられた少なくとも１つのアンテナヘッドに関連した、前記ユーザ装置のアンテナのフェージング条件をシミュレートするように回転する、ＲＦ反射撹拌器と、を含むように構成するステップと、
   前記少なくとも１つのアンテナヘッドから無線信号を伝送するステップと、
   前記無線信号を各々の前記ユーザ装置で受信するステップと、
   前記受信した信号を解析し、前記可変減衰、干渉およびフェージングの条件における前記各々のユーザ装置の性能を決定するステップと、を含む方法。
10. 前記フェージング条件はローリーフェージングであることを特徴とする請求項９に記載の方法。

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