JP5172933B2 - 無線基地局システム、無線制御装置、無線端末及び電波状況マップ作成方法 - Google Patents

無線基地局システム、無線制御装置、無線端末及び電波状況マップ作成方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、PHSシステム等で用いられる無線基地局システム、無線制御装置、無線端末及び電波状況マップ作成方法に関する。
PHS(Personal Handy-phone System)システムではマイクロセルを利用しているため、セル半径(無線基地局が通信可能なエリア)はマクロセルに比べて小さく、端末が移動すると受信する電波の状態は大きく変化する。電波状態は、基地局との距離が遠くなるにつれ弱まるのが一般であるが、基地局と端末の間に遮蔽物がある場合には距離が近くても電波を受信できないなどの問題が発生する。端末が受信する電波状態が微弱の場合には、AAS(Adaptive Array Antenna System)や、マクロダイバーシティなどの技術により電波状態を改善することが可能であるが、それらの技術を適用すべきエリアの選定は課題である。
このような問題に対し、端末の位置とその位置で端末が受信した電波状況とを組み合わせた情報を多数の端末から収集しサーバーが管理することで、サーバーが電波状況のマップを作成する技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2003−264494号公報
ところが、上記技術は、単一の基地局から受信した電波状況をマップ化していたため、マクロダイバーシティを動作させた場合の電波状況を確認することができず、端末が受信する電波状況が弱まった場合に、マクロダイバーシティによる利得の改善を狙っても、基地局の選択に時間がかかったり、効果的に動作させる最適な基地局を容易に選択したりすることができなかった。
本実施形態の目的は、電波状況を正確に把握できるようにすることで、無線通信品質を効率的に改善することができる無線基地局システム、無線制御装置、無線端末及び電波状況マップ作成方法を提供することにある。
本実施形態に係る無線基地局システムは、無線端末との間で無線通信を行う無線セルを個別に形成する複数の無線装置と、前記無線装置と伝送路により接続される無線制御装置とを備える無線基地局システムであって、前記無線装置は、前記無線セル内の無線端末から送られてくる、当該端末の位置と当該端末が前記無線装置から受けた電波の電波状況とを含む電波情報を受信する受信手段と、前記電波情報を前記伝送路を介して前記無線制御装置に送信する送信手段とを具備し、前記無線制御装置は、前記電波情報を前記伝送路を介して受信する受信手段と、前記無線装置毎に前記無線端末に対して使用するリソースエリアを示すリソース情報を記憶する記憶手段と、前記リソース情報をもとに前記無線端末に対して複数の無線装置が同一のリソースエリアを使用しているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段で前記無線端末に対して複数の無線装置が同一の無線リソースエリアを使用していると判定された場合に、当該無線装置の組み合わせと前記電波情報とに基づいて電波状況を示すマップを構築する構築手段とを具備する。
本実施形態に係る無線制御装置は、無線端末との間で無線通信を行う無線セルを個別に形成する複数の無線装置と伝送路により接続される無線制御装置であって、前記無線セル内の無線端末の位置と当該端末が前記無線装置から受けた電波の電波状況とを含む電波情報を前記無線装置を介して受信する受信手段と、前記無線装置毎に前記無線端末に対して使用するリソースエリアを示すリソース情報を記憶する記憶手段と、前記リソース情報をもとに前記無線端末に対して複数の無線装置が同一のリソースエリアを使用しているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段で前記無線端末に対して複数の無線装置が同一の無線リソースエリアを使用していると判定された場合に、当該無線装置の組み合わせと前記電波情報とに基づいて電波状況を示すマップを構築する構築手段とを具備する。
本実施形態に係る無線端末は、無線セルを個別に形成する複数の無線装置と、前記無線装置と伝送路により接続され、前記無線セル内の無線端末から送られてくる電波情報を前記無線装置を介して受信し、前記無線装置毎に前記無線端末に対して使用するリソースエリアを示すリソース情報をもとに前記無線端末に対して複数の無線装置が同一のリソースエリアを使用していると判定した場合に、当該無線装置の組み合わせと前記電波情報とに基づいて電波状況を示すマップを構築する無線制御装置とを具備する無線基地局システムに収容される前記無線端末であって、自端末の位置を測定する位置測定手段と、前記無線装置から受けた電波の電波状況を測定する電波状況測定手段と、前記位置と前記電波状況とを含む電波情報を前記無線装置へ送信する送信手段とを具備する。
本実施形態に係る電波状況マップ作成方法は、無線端末と、前記無線端末との間で無線通信を行う無線セルを個別に形成する複数の無線装置と、前記無線装置と伝送路により接続される無線制御装置とを備える無線基地局システムであって、前記無線端末において、自端末の位置を測定し、前記無線装置から受けた電波の電波状況を測定し、前記位置と前記電波状況とを含む電波情報を前記無線装置へ送信し、前記無線装置において、前記無線セル内の無線端末から送られてくる、当該端末の位置と当該端末が前記無線装置から受けた電波の電波状況とを含む電波情報を受信し、前記電波情報を前記伝送路を介して前記無線制御装置に送信し、前記無線制御装置において、前記電波情報を前記伝送路を介して受信し、前記無線装置毎に前記無線端末に対して使用するリソースエリアを示すリソース情報を記憶し、前記リソース情報をもとに前記無線端末に対して複数の無線装置が同一のリソースエリアを使用しているか否かを判定し、前記判定ステップで前記無線端末に対して複数の無線装置が同一の無線リソースエリアを使用していると判定された場合に、当該無線装置の組み合わせと前記電波情報とに基づいて電波状況を示すマップを構築するものである。
本実施形態に係る無線通信システムを示す全体構成図。 図1の無線通信システムの構成を示す機能ブロック図。 電波状況を通知する動作を示す図。 マクロダイバーシティの有無で無線装置毎に使用されるリソースエリアを示す図。 電波状況マップを構築する動作を示す図。 電波状況通知タイミングの一例を示す図。 電波状況通知タイミングの他の例を示す図。 電波状況通知タイミングの他の例を示す図。 電波状況マップ構築部により作成される電波状況マップの一例を示す図。 電波状況マップの表示例を示す図。 電波状況マップを時間帯毎に作成した例を示す図。
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る無線基地局システム、無線制御装置、無線端末及び電波状況マップ作成方法を説明する。
図1は、本実施形態に係る無線通信システムを示す全体構成図である。図1において、ゲートウェイ装置200にはIP(Internet Protocol)網300及び公衆通信(PSTN:Public Switched Telephone Network)網400が接続され、無線基地局装置100が接続される。無線基地局システム100は、無線制御装置(BBU:Base Band Unit)Sと複数の無線装置(RRU:Remote Radio Unit)21〜2nとを備える。無線制御装置Sは、無線により送受信を行う無線セルを個別に形成する複数の無線装置21〜2n(無線装置2と総称する。)と有線により接続され、無線にかかる信号処理および、信号の分配を行う。複数の無線端末PS1〜PSm(無線端末PSと総称する。)は、無線装置21〜2nとの間で音声又はデータ通信を行う。
図2は、この無線通信システムの構成を示すブロック図である。
無線端末PSは、無線装置2との間で制御データ及びユーザデータを載せた電波の送受信を行う電波送受信部101と、自端末の位置(緯度、経度情報など)を測定する位置測定部102と、無線装置2から送信された電波を受信した時の電波状況(例えば電波強度)を測定する電波状況測定部103とを備える。なお、電波状況とは、電波強度の他に、エラーレートや信号対干渉雑音比(SINR:Signal to Interference pulse Noise Ratio)等でもよい。無線端末PSは、電波送受信部101により、測定した位置及び電波状況を含む情報(電波情報)を、制御データの一種として無線装置21へ通知する。
無線装置21及び無線装置22は、無線端末PSとの間で制御データ及びユーザデータを載せた電波の送受信を行う電波送受信部201と、無線制御装置Sとの間でデータを送受信する無線制御装置側データ送受信部202とを備える。
無線制御装置Sは、無線装置2との間でデータを送受信する無線装置側データ送受信部302と、ゲートウェイ装置200との間でデータを送受信するゲートウェイ装置側データ送受信部309と、マクロダイバーシティ通信を制御するためのマクロダイバーシティ制御部301とを備える。また、無線制御装置Sは、複数の無線装置2から受信したデータがマクロダイバーシティを動作させている端末からのものであるか否かを判定するリソースエリア判定部303と、無線制御装置Sに接続されている無線装置毎に無線端末に対して使用する無線リソースエリアを割り当て、リソース情報を管理するリソース管理部304と、リソース管理部304によって管理されているリソース情報をデータベースとして保持するリソース情報データベース(DB)305と、無線装置2から受信したデータが電波情報かそれ以外のデータであるかを判定する電波状況通知判定部306と、通知された電波情報と、マクロダイバーシティの実施状況に応じて電波状況マップを構築する電波状況マップ構築部307と、電波状況マップ構築部307で作成された電波状況マップをデータベースとして保持する電波状況マップデータベース(DB)308とを備える。
図2では、無線制御装置Sに2つの無線装置21,22が接続されているが、通常は無線制御装置Sで管理できる数だけの無線装置2が接続されることになる。
図3は、マクロダイバーシティの状況下にある無線端末PS1が無線制御装置Sに対し、自端末が受信する電波情報を無線制御装置Sへ伝送する動作を示している。
無線端末PS1は、所定のタイミングで、自端末が現在存在する位置情報と、自端末が受信する現在の電波状況とを含む電波情報を無線装置21,22を経由して無線制御装置Sへ伝送する。無線端末PS1が通知すべきタイミングについては後述する。
マクロダイバーシティ配下にある無線端末PS1は、電波を送信する複数の無線装置21,22を意識する必要がない。無線端末PS1は、1つの無線装置と通信を行うときと同等の動作をすればよい。
無線端末PS1が上り(図3の無線端末PS1から無線制御装置Sへの方向を上りとする)電波を送信すると、マクロダイバーシティを動作させている全ての無線装置21,22が電波を受信することになる。それぞれの無線装置21,22が受信した電波は無線制御装置Sへ送信され、無線制御装置S内で合成される。
図4は、マクロダイバーシティの有無で、無線装置毎に使用するリソースエリアの違いを示している。マクロダイバーシティを動作させない場合、無線装置毎に使用するリソースは別リソースとして扱うため、同じ時間帯で同じ周波数帯のリソースエリアは、それぞれ別の無線端末が使用する。
この例では、無線装置Aと無線装置Bがあり、上から3番目、左から3番目のリソースエリアは、それぞれの無線装置で無線端末αと無線端末βと異なる端末に割り当てられている。一方、マクロダイバーシティを動作させた場合、無線装置Aと無線装置Bがあり、上から3番目、左から3番目のリソースエリアは、無線装置Aと無線装置B共に無線端末αに割り当てられている。無線制御装置Sのリソース管理部304は、これら無線リソースの管理を行い、その情報をリソース情報DB305に保持している。
図5は、無線制御装置Sが、無線端末PS1からの上り電波の受信時に、無線端末PS1が上り電波を送信する時に使用したリソースエリアとリソース情報DB305で保持しているリソース情報とを比較することで、当該無線端末PS1に対しマクロダイバーシティを動作させているかを判定し、電波状況マップを構築する動作の一例を示したものである。
この例では、無線端末PS1から送信された電波は、無線装置21、及び無線装置22を経由して無線制御装置Sの無線装置側データ送受信部302で受信される。ここで、それぞれの無線装置2はシステム全体で同期を取ってデータの送受信を行うため、無線端末PS1から送信された電波を複数の無線装置2が受信し、さらにそれらのデータを無線制御装置Sが受信する際は同一のタイミングで受信することになる。
無線装置21、及び無線装置22からデータを受信した無線装置側データ送受信部302は、受信したデータをリソースエリア判定部303に渡す。受信データを受け取ったリソースエリア判定部303は、受信データにより利用されたリソースエリアとリソース情報DB305に保持されているリソースエリア情報とを比較し、無線端末PS1に対してマクロダイバーシティを作動させているかどうかを判定する。マクロダイバーシティを作動させていると判定した場合は、リソースエリア判定部303にて、別の無線装置2から受信した同じリソースエリアを使用しているデータを同一の無線端末PS1から発信された同一のデータとみなし、データの合成を行う。一方、リソースエリア判定部303は、無線端末PS1がマクロダイバーシティを動作させていないと判定した場合は、同じリソースエリアを使用しているデータがあっても同一端末PS1からのデータとみなさず、データの合成は行わない。なお、本実施形態での受信データの合成とは、受信したデータの電力レベルの合成を意味し、受信したデータの内容そのものを書き換える行為ではない。また、データの合成を行わずに、一方のデータのみを採用するようにしてもよい。
リソースエリア判定部303にて合成、または合成されなかった電波は電波状況通知判定部306に渡される。このとき、当該無線端末PS1に対しマクロダイバーシティの作動させている無線装置2の情報も同時に渡す。電波状況通知判定部306は受け取ったデータが、その内容が電波情報を示すデータであるか、その他のデータであるかを判定する。判定方法は、受信したデータの内容から判断してもよいし、受信したタイミング等(システム全体で電波情報を送信するタイミングを決めておく)、時間から判断してもよい。電波状況通知判定部306は、データの内容が電波情報と判定されれば電波状況マップ構築部307にそのデータと無線端末PS1が使用している全ての無線装置2の情報を渡し、その他のデータと判定されればゲートウェイ装置側データ送受信部309に渡す。
電波状況マップ構築部307は、受信した電波情報と無線装置の情報とから電波状況マップを構築する。構築の手法については後述する。
なお、図5の例では、リソースエリア判定部303がリソース管理部304から通知される無線端末PS1が使用している無線装置2の情報を電波状況マップ構築部307へ伝えているが、リソースエリア判定部303から電波状況マップ構築部307に伝える情報は無線端末PS1の情報のみとし、電波状況マップ構築部307がリソース管理部304に対して、改めて当該無線端末PS1が使用している無線装置2の情報を問い合わせてもよい。つまり、電波状況マップ構築部307が、無線端末PS1がその時受信した電波情報、および利用した無線装置2の情報を保持することができれば良く、それまでにかかる形態は任意とする。
図6、図7、図8は無線端末が電波情報を通知するタイミングの例を示している。
図6は、無線端末から一定の間隔で電波情報を通知する場合の例である。図6の例では、システム全体で同期されているため、電波情報を通知するタイミングを無線端末PSと無線制御装置Sとで把握することができるため、無線制御装置Sは電波情報のデータを受信するタイミングを認識することができる。
図7は、無線装置2が一定の間隔で無線端末PSに対し、電波情報の通知を指示するためのメッセージである電波状況通知指示を送信し、電波状況通知指示を受信した無線端末PSが電波情報を無線装置2へ送信する場合の例を示している。図7の例では、無線端末PSはシステム全体との同期を取る必要がなくとも、通知するタイミングはシステムの同期と合うことになるため、無線制御装置Sは電波情報のデータを受信するタイミングを認識することができる。
図8は、電波状況が予め設定された閾値を下回った場合、または上回った場合に、無線端末PSが電波情報を無線制御装置Sへ通知する場合の例である。閾値は一つに限らず複数設定することが可能である。図8の例では、無線制御装置Sはいつ電波情報を受信するか不明のため、上記図5で示した電波状況通知判定部306はデータの内容から判断したり、電波情報を通知するためのリソースエリアをシステム全体で決めて使用したりすればよい。
図9は、電波状況マップ構築部307により作成される電波状況マップの一例を示している。先にも述べた通りこれまでの過程から、電波状況マップ構築部307へ無線端末PSが受信した電波状況、その時の位置情報、およびその時利用した無線装置2の情報が渡されている。
図9の例の電波状況マップ構築例では、まずマクロダイバーシティを作動させた無線装置単位で電波状況マップを構築する。それぞれの電波状況マップには緯度、経度毎に、その場所での電波状況、およびこれまでに渡された測定回数などを記録する。測定回数は、電波状況の平均の算出などに用いる。例えば、直近100回分の平均を算出したい場合には、時系列順に100個分の電波状況を保持すればよい。
図9(a)に示す表の例では、無線装置Aと無線装置Bとを利用してマクロダイバーシティを作動させた時の緯度、経度毎の電波状況を、図9(b)に示す表の例では、無線装置Aと無線装置Cとを利用してマクロダイバーシティを作動させた時の緯度、経度毎の電波状況を示している。このように、例えば、緯度45.5度、経度123.3度の地点においては、無線端末PSと無線装置Bとの間に障害物があり、無線装置Aと無線装置Bとを利用してマクロダイバーシティを作動させた時よりも、無線装置Aと無線装置Cとを利用してマクロダイバーシティを作動させた時の方が電波状況を改善できることを容易に把握することができるようになる。このことは、無線端末に対してマクロダイバーシティを作動させる場合に、最適な無線装置の組み合わせを瞬時に見つけ出せることを意味し、高速に移動する無線端末などに対して特に効果を発揮する。
図10は、上記図9のように構築された電波状況マップの表示例を示したものである。図10中1001は、無線装置A,B,Cの配置を示し、図10中1002は、無線装置Aと無線装置Bを利用してマクロダイバーシティを作動させた時の表示例を示し、図10中1003は、無線装置Aと無線装置Cを利用してマクロダイバーシティを作動させた時の表示例を示している。図10中1002、1003で破線部分に着目すると、無線装置Aと無線装置Cを用いた場合に利得が向上し電波状況が改善することが分かる。このように、電波状況マップを視覚的に見せることで、所望の地点でどの無線装置を用いてマクロダイバーシティを作動させると効率的に電波状況を改善できるかをすぐに判断することができる。
なお、図9の例の位置情報には緯度、経度を利用したが、その他に基準点を設け、その地点からの距離と方位などの位置情報を利用してもよく、位置を一意に決定できる手段であれば、位置情報の種類は問わない。また、位置情報の粒度はシステムで任意とし、細かい電波状況マップを作成したければ位置情報を細かく設定すればよい。また、それぞれの電波状況マップはシステム全体の位置を記憶する必要はなく、該当する無線装置がカバーするエリアの情報だけを保持すればよく、このようにすることで使用する記憶媒体の容量を削減することができる。
図11は、電波状況マップを時間帯に分けて保持することで、より詳細な電波状態を保持する一例である。例えば、日中と夜間で交通量が大きく変化し、電波状況が大きく異なる場合には、一つの電波状況マップを作成するのではなく、複数の電波状況マップを作成することで、より精度の高い電波状況マップを構築することが可能である。1日当たり構築する電波状況マップの数は、システムで任意に決定すればよい。このように、時間帯に分けて複数の電波状況マップを作成することで、時間帯に応じて最適な無線装置を用いてマクロダイバーシティを作動させ、さらに効率的に電波状況を改善することができるようになる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
100…無線基地局システム、200…ゲートウェイ装置、400…PSTN網、300…IP網、PS1〜PSm…無線端末、S…無線制御装置(BBU)、21〜2n…無線装置(RRU)、101…電波送受信部、102…位置測定部、103…電波状況測定部、201…電波送受信部、202…無線制御装置側データ送受信部、301…マクロダイバーシティ制御部、302…無線装置側データ送受信部、303…リソースエリア判定部、304…リソース管理部、305…リソース情報データベース、306…電波状況判定部、307…電波状況マップ構築部、308…電波状況マップデータベース、309…ゲートウェイ装置側データ送受信部。

Claims (8)

  1. 無線端末との間で無線通信を行う無線セルを個別に形成する複数の無線装置と、前記無線装置と伝送路により接続される無線制御装置とを備える無線基地局システムであって、
    前記無線装置は、
    前記無線セル内の無線端末から送られてくる、当該端末の位置と当該端末が前記無線装置から受けた電波の電波状況とを含む電波情報を受信する受信手段と、
    前記電波情報を前記伝送路を介して前記無線制御装置に送信する送信手段とを具備し、
    前記無線制御装置は、
    前記電波情報を前記伝送路を介して受信する受信手段と、
    前記無線装置毎に前記無線端末に対して使用するリソースエリアを示すリソース情報を記憶する記憶手段と、
    前記リソース情報をもとに前記無線端末に対して複数の無線装置が同一のリソースエリアを使用しているか否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段で前記無線端末に対して複数の無線装置が同一の無線リソースエリアを使用していると判定された場合に、当該無線装置の組み合わせと前記電波情報とに基づいて電波状況を示すマップを構築する構築手段と
    を具備することを特徴とする無線基地局システム。
  2. 無線端末との間で無線通信を行う無線セルを個別に形成する複数の無線装置と伝送路により接続される無線制御装置であって、
    前記無線セル内の無線端末の位置と当該端末が前記無線装置から受けた電波の電波状況とを含む電波情報を前記無線装置を介して受信する受信手段と、
    前記無線装置毎に前記無線端末に対して使用するリソースエリアを示すリソース情報を記憶する記憶手段と、
    前記リソース情報をもとに前記無線端末に対して複数の無線装置が同一のリソースエリアを使用しているか否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段で前記無線端末に対して複数の無線装置が同一の無線リソースエリアを使用していると判定された場合に、当該無線装置の組み合わせと前記電波情報とに基づいて電波状況を示すマップを構築する構築手段と
    を具備することを特徴とする無線制御装置。
  3. 前記構築手段は、時間帯毎に前記マップを構築することを特徴とする請求項2記載の無線制御装置。
  4. 無線セルを個別に形成する複数の無線装置と、前記無線装置と伝送路により接続され、前記無線セル内の無線端末から送られてくる電波情報を前記無線装置を介して受信し、前記無線装置毎に前記無線端末に対して使用するリソースエリアを示すリソース情報をもとに前記無線端末に対して複数の無線装置が同一のリソースエリアを使用していると判定した場合に、当該無線装置の組み合わせと前記電波情報とに基づいて電波状況を示すマップを構築する無線制御装置とを具備する無線基地局システムに収容される前記無線端末であって、
    自端末の位置を測定する位置測定手段と、
    前記無線装置から受けた電波の電波状況を測定する電波状況測定手段と、
    前記位置と前記電波状況とを含む電波情報を前記無線装置へ送信する送信手段と
    を具備することを特徴とする無線端末。
  5. 前記送信手段は、一定周期毎に前記電波情報を前記無線装置へ送信することを特徴とする請求項4記載の無線端末。
  6. 前記送信手段は、前記無線装置から電波状況通知指示を受信した時に前記電波情報を前記無線装置へ送信することを特徴とする請求項4記載の無線端末。
  7. 前記送信手段は、前記電波状況測定手段で測定された電波状況が予め設定された閾値に達した場合に前記電波情報を前記無線装置へ送信することを特徴とする請求項4記載の無線端末。
  8. 無線端末と、前記無線端末との間で無線通信を行う無線セルを個別に形成する複数の無線装置と、前記無線装置と伝送路により接続される無線制御装置とを備える無線基地局システムであって、
    前記無線端末において、
    自端末の位置を測定し、
    前記無線装置から受けた電波の電波状況を測定し、
    前記位置と前記電波状況とを含む電波情報を前記無線装置へ送信し、
    前記無線装置において、
    前記無線セル内の無線端末から送られてくる、当該端末の位置と当該端末が前記無線装置から受けた電波の電波状況とを含む電波情報を受信し、
    前記電波情報を前記伝送路を介して前記無線制御装置に送信し、
    前記無線制御装置において、
    前記電波情報を前記伝送路を介して受信し、
    前記無線装置毎に前記無線端末に対して使用するリソースエリアを示すリソース情報を記憶し、
    前記リソース情報をもとに前記無線端末に対して複数の無線装置が同一のリソースエリアを使用しているか否かを判定し、
    前記判定ステップで前記無線端末に対して複数の無線装置が同一の無線リソースエリアを使用していると判定された場合に、当該無線装置の組み合わせと前記電波情報とに基づいて電波状況を示すマップを構築することを特徴とする電波状況マップ作成方法。
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