JP5228119B2 - 基地局のエネルギー消費管理 - Google Patents

Description

本発明は概してセルラネットワークにおける基地局のエネルギー消費管理に関する。

エネルギー消費は、セルラシステムにおける移動端末に関してかなり前から重要な問題である。環境保全技術における最近のトレンドは、基地局(BS, NodeB, eNodeB)についてもエネルギー消費を削減することを重要にしている。なぜなら、基地局の電力消費はオペレータにとってコストの無視できない部分を占めており、また過剰な電力消費は環境にも悪影響があるからである。さらに、基地局の動作の一部としてのエネルギー消費は熱を生成し、装置温度を制御するには能動的な冷却（空調）が通常必要である。能動的な冷却は基地局サイトの総エネルギー消費をさらに押し上げるであろう。アクティブでないときはアイドル（またはスリープ）モードに移行可能な端末とは異なり、基地局は、キャンプオンしている端末がネットワークと同期するようにパイロット、同期シンボル及び同報メッセージを送信する必要がある。

ネットワーク内における総合的なエネルギー消費を削減するための従来技術は、低負荷の場合（例えば夜間）、所定の基地局をアイドルモードに移行させ、アイドルモードになった基地局が通常カバーする範囲を拡大した隣接セルでまかなうというものである。

この従来技術の問題は、複数の端末がかなりの量のリソースを要求し始めた場合に、アクティブな基地局で取り扱うべき端末と、アイドルモードを解除された基地局で取り扱うべき端末の情報をネットワークが有していないことである。従って、１つ以上のアイドル状態の基地局のアイドル状態を解除することが、アクティブな基地局にとって本当に役立つのかどうかを見分けることができない。

本発明の一目的は、セルラネットワーク内の基地局のエネルギー消費をより効率的に管理することである。

この目的は添付の特許請求の範囲に従って達成される。

本発明に係る、基地局動作方法は、所定のセルID及びカバレージを有するセルを管理している、アクティブモードにある他の基地局が、アイドルモードに移行し、前記セルを管理しなくなることを示す信号を受信するステップを含む。方法はまた、前記セル内の端末活動状況(terminal activity)を判定するステップと、前記所定のセルIDを用い、前記セルのカバレージエリアの少なくとも一部において前記セルの管理を引き継いで前記他の基地局の前記アクティブモードをエミュレートするステップを含む。

本発明に係る基地局は、所定のセルID及びカバレージを有するセルを管理している、アクティブモードにある他の基地局が、アイドルモードに移行し、前記セルを管理しなくなることを示す信号を受信するとともに、前記セル内の端末活動状況を判定するように構成されたエミュレーションコントローラを含む。基地局はさらに、前記エミュレーションコントローラに接続され、前記所定のセルIDを用い、前記セルのカバレージエリアの少なくとも一部において前記セルの管理を引き継いで前記他の基地局の前記アクティブモードをエミュレートするように構成されたベースバンド処理手段を含む。

本発明に係る、セルラネットワーク内で基地局を制御するネットワークユニットの動作方法は、所定のセルID及びカバレージを有するセルを管理している、アクティブモードにある基地局が、アイドルモードに移行し、前記セルを管理しなくなることを判別するステップを含む。方法はまた、前記セル内の端末活動状況を判定するステップと、少なくとも１つの他の基地局に対し、前記所定のセルIDを用い、前記セルのカバレージエリアの少なくとも一部において前記セルの管理を引き継いで前記他の基地局の前記アクティブモードをエミュレートするように指示するステップとを含む。

本発明に係る、セルラネットワーク内で基地局を制御するネットワークユニットは、所定のセルID及びカバレージを有するセルを管理している、アクティブモードにある基地局が、アイドルモードに移行し、前記セルを管理しなくなることを判別するエミュレーションコントローラと、前記セル内の端末活動状況を特定する信号を含む。ネットワークユニットはさらに、前記エミュレーションコントローラに接続され、前記セルID及び前記セル内の端末活動状況を保存するように構成されたコネクションデータストレージを含む。前記エミュレーションコントローラは、少なくとも１つの他の基地局に対し、前記所定のセルIDを用い、前記セルのカバレージエリアの少なくとも一部において前記セルの管理を引き継いで前記他の基地局の前記アクティブモードをエミュレートするように指示するように構成される。

本発明の利点は、エミュレートされたセルが、それをエミュレートするセルと同じセルIDを有することである。これは、そのセルに属するトラフィックを、エミュレーションを実行する基地局によって管理される他のセルに属するトラフィックと区別できることを意味する。これにより、容量とエネルギー消費とのトレードオフの改善が促進される。

セルラネットワークを示す概念図である。 図１のネットワークにおいて２つの基地局がアイドルモードにある状態を示す概念図である。 アイドル状態にある基地局が通常受け持つ範囲をカバーするための従来技術を示す概念図である。 現在アイドル状態にある基地局が通常管理する範囲を、本発明の原理に従ってどのようにカバーするかを示す概念図である。 図１のネットワークにおいてアクティブな基地局のみを有する部分を示す概念図である。 図５のネットワークの部分において、１つの基地局がアイドルモードにあり、そのカバレージが本発明の原理に従って管理されている状態を示す概念図である。 ３つのアクティブな隣接基地局を有するセルラネットワークの一部における電力分布を示す図である。 １つの基地局がアイドルモードにある場合の、図７に示されたものと同様な電力分布を示す図である。 アイドルモードにあるセルが本発明の実施形態に従ってエミュレートされている場合の、図８に示されたものと同様の電力分布を示す図である。 本発明の実施形態を含んだセルラネットワークの一部をより詳細に示した図である。 本発明に係る方法の実施形態を示すフローチャートである。 本発明に係る方法の実施形態のさらなる詳細を示すフローチャートである。 本発明に係る基地局の実施形態を示すブロック図である。 本発明の別の実施形態を含んだセルラネットワークの一部をより詳細に示した図である。 アイドルモードにあるセルが本発明の実施形態に従ってエミュレートされている場合の、図８に示されたものと同様の電力分布を示す図である。 本発明に係る方法の別の実施形態を示すフローチャートである。 本発明に係る方法の実施形態のさらなる詳細を示すフローチャートである。 本発明に係るネットワークユニットの実施形態を示すブロック図である。

本発明、並びに本発明の他の目的及び利点は、以下の説明を添付図面と共に参照することによって最もよく理解できるであろう。

本発明のために、基地局が１つ以上の無線セルを管理するものと仮定する。従って、「基地局」はまた、NodeB及びeNodeB（進化版NodeB）のような、複数のセルを管理する能力を有する最近のエンティティをも包含する。

同様に、「端末」は、移動機、UE（ユーザ端末）、ラップトップコンピュータ等、様々なタイプの無線端末を示すために用いられる。

本発明をより詳細に説明する前に、本発明の背景を簡単に説明する。

図１は、セルラネットワークを示す概念図である。複数のアクティブな基地局BS1-BS6は、対応する無線セルC1-C6を管理する。例えば夜間などトラフィックが少ない状況では、一部の基地局、例えばBS2及びBS5を、トラフィックを処理せず節電のために基地局送受信器をオフするアイドルモードに移行させることが望ましいであろう。単純に送受信器をオフすると、どの基地局によってもカバーされない「デッド」エリアが存在する図２に示す状況となるであろう。これは受け入れられない。この問題に対する従来の解決策を図３に示す。この解決方法によれば、隣接基地局が自身の出力電力を増加させることにより、連帯して「デッド」エリアをカバーするためにカバレージエリアを拡大する（図３およびそれ以降の図面において、アイドルモードの基地局は点線で示す）。

従来技術に係る解決方法の欠点は、（一部の基地局がアイドルモードである際に）拡大されたセルによってサービスの提供を受ける端末が、それらセル（図３であればC1,C3,C4及びC6）のセルIDを用いるであろうことである。これは、それらセルの１つ（例えば図３のC1）におけるトラフィック負荷が、対応するアイドルモードの基地局（例えば図３のBS2）をウェイクアップすることが望ましい程度まで増加したとしても、現在アイドルモードであるBS2によって通常カバーされる範囲にどの端末が存在しており、アクティブな基地局BS1によって通常カバーされる範囲にどの端末が存在しているのかを、事前に知る方法がないことを意味する。そのため、アイドルモードの基地局BS2をウェイクアップすることが、アクティブな基地局BS1にとって本当に何らかの助けになるのかどうかを知ることができない。

図４は、現在アイドルモードの基地局によって通常カバーされる範囲が、本発明の原理に従ってどのようにカバーされるかを示す概念図である。アクティブな基地局のカバレージエリアを単に拡大する代わりに、これら基地局が、現在アイドルモードの基地局が通常受け持つセルのIDを引き継ぎ、同期シンボル、パイロット信号及び同報情報のような必要なセルID情報、すなわち、端末がセルを検出したりキャンプオンするために必要な情報を送信する。セルIDを形成する情報は、セルラシステムのタイプ（例えばWCDMA/HSPAまたはLTE）に依存する。このようにして、アイドルセルのカバレージエリアにキャンプインしている端末は、アイドルセルと同一のセルIDを有するが、そのセルIDは１つ以上の他の基地局から送信されているエミュレートされたセルにキャンプオンするであろう。電波環境が許せば、アイドルモードの基地局のカバレージを１つのアクティブな基地局が引き継いでも良い。あるいは、図４に示すように、アイドルモードの基地局のカバレージエリアと実質的に同じ（ほぼ全体）をカバーするために、いくつかの基地局を用いても良い。この場合、基地局BS1,BS3,BS4及びBS6はそれぞれ、アイドルセルC5の一部をカバーし、サブエリアを組み合わせたカバレージはアイドルセルC5が有効化された際のカバレージと実質的に同一である。同様に、基地局BS1及びBS3はアイドルセルC2のカバレージエリアをカバーするであろう。エミュレートされたセルエリアは図４において実戦で示されている。

図５及び図６は、本発明のアイデアのよりわかりやすい要旨を示している。図５において、セルC1,C2,C3はそれぞれ自身の基地局BS1,BS2,BS3によって管理されている。つまり、セルC2内の端末T1,T2はアクティブな基地局BS2によって受け持たれ、セルC1内の端末T3は基地局BS1によって受け持たれている。図６において、基地局BS2はアイドルモードに移行しており、セルC2の管理は基地局BS1及びBS3に引き継がれている。基地局BS1及びBS3は、セルエリアC2の一部で、現在アイドルモードにある基地局BS2のアクティブモードをエミュレートしている。基地局BS1及びBS3は共同して図５におけるセルC2のエリアをほぼカバーしている。基地局BS1及びBS3はアクティブモードにある基地局BS2と同一のセルIDを送信するので、端末T1,T2は依然としてセルC2と通信するであろうが、その通信は基地局BS2の代わりに基地局BS1及びBS3が管理しているであろう。セルC1内の端末T3は、依然として基地局BS1によって受け持たれる。マイクロ/マクロセルシナリオにおいては、基地局がアイドルモードに移行したマイクロセルのほぼ全体を管理するためにマクロセルを管理する基地局だけを用いれば十分であろう。

以下、トラフィック負荷が低いシナリオにおいてアイドルモードに移行できるようにトラフィックを「実際のセル」（図５）から「エミュレートされたセル」（図６）にハンドオーバするための手順に加え、アイドルモードにある基地局を「ウェイクアップ」する必要性を検出するための手順及びトラフィックをエミュレートされたセルから実際のセルにハンドオーバするための手順を説明する。

「スリープモードへの移行」手順：上述したように、図５は複数のアクティブな基地局BS1,BS2,BS3と複数の端末T1,T2,T3を含んだセルラシステムの一部を示している。これら端末は電源ＯＮされているがアクティブではないかもしれない。つまり、端末は、自分がキャンプオンしているセルに対して送信される呼び出しメッセージをリスンしているだけかもしれない。端末はアクティブかもしれない。つまり、１つの（ソフトハンドオーバをサポートするネットワーク／セルラシステムの場合は１つ以上の）在圏基地局を介して、ネットワークへのアクティブなコネクションに関与しているかもしれない。システムのこの部分の総負荷が低いと仮定すると、１つ以上の基地局をアイドルモード（「スリープモード」）に移行させ、そのエリア内に依然として存在するトラフィックの少量を残りのアクティブな基地局に引き継がせる可能性が存在する。この例において、基地局BS2がアイドルモードに移行しようとしている。このセルにはキャンプオン中の端末や接続されているアクティブな端末が存在しているかもしれないので、制御されたアイドルモードへの遷移が必要である。基地局BS2は、自身がアイドルモードに移行しようとしていることを隣接基地局に知らせるため、基地局インタフェース（X2,Iub,Iu：以下でさらに説明するように、規格に依存する）を通じて隣接基地局にコンタクトする。隣接基地局はまた、アクティブな端末及び、エミュレートすべきセルのセルID（規格に依存する）に関しても知らされる。本例では、端末T1に関する情報が基地局BS2から基地局BS1に、端末T2に関する情報が基地局BS3に与えられる。隣接基地局BS1,BS3はハンドシェイクプロトコルを用いてアイドルセルIDを引き継ぐ準備を行う。隣接するアクティブな基地局BS1,BS3は所定の合意した時刻にセルC2に関するセルIDの送信を開始する。同時に基地局BS1,BS2はアクティブな端末へのコネクションを引き継ぐ。これにより、図６への遷移が完了する。この遷移は端末から見るとシームレスであり、そのため端末は依然として自身がセルC2に接続されているものと信じている。さらに、セルC2についてのセルIDが、セルC1及びC2を受け持つサイトからではあるが依然として送信されるため、セルC2にキャンプオンしている端末は依然として自身がセルC2にキャンプオンしているものと信じている。アンテナシステムを用いることにより、そのセルIDが元のセルC2とほぼ対応するエリアだけをカバーするように基地局BS1,BS3から送信されるセルIDをビーム形成するためにビーム形成技術を用いることができる。

「ウェイクアップ手順」：図６において、基地局BS2はアイドルモードにあり、セルC2のセルIDは隣接基地局から送信されている。端末T1はアクティブであるものとし、かつエミュレートされたセルC2に接続されている。すなわち、端末はセルC2に接続されているが、セルIDは基地局BS1から送信されている。別の端末T2はエミュレートされたセルC2にキャンプオンしているものとし、（RACH(LTE/eHSPA)を用いて）コネクションを開始しようとしている。基地局BS3はセルC3だけでなくセルC2からもRACHを受信するように同調されている。同時に、アクティブな端末T3がセルC1からセルC2に向けて移動しているかもしれない。端末T3から定期的に送信される測定報告から、基地局BS1は端末がセルC2にハンドオーバすべきであることを知らされる。低負荷のシナリオにおいて、基地局BS1はセルC2のエミュレートを継続し、セルC1からエミュレートされたセルC2へのハンドオーバを命令し、端末T3からの測定報告を（ただし、セルIDC2の元で）依然として受信することができる。一方、基地局BS1の負荷が増加していれば、基地局BS2をアイドルモードからウェイクアップさせることが決定され、基地局BS1はセルC2が基地局BS2によって有効化される必要があることを通知するために、基地局インタフェースを通じて基地局BS2（及びBS3）とコンタクトする。基地局BS1及びBS3はまた、引き継ぐべきアクティブな端末について基地局BS2に通知する。所定時刻に基地局BS1,BS3はセルC2に対応するセルID送信を停止し、基地局BS2が代わりにセルIDを送信し始める。さらに、基地局BS1は端末T3に、セルC2へのハンドオーバに関して従来技術に従って通知し、端末T3はセルC2へのハンドオーバを実施する。システムは再び図５に従った動作を行う。

上述した説明から、通常、アクティブな基地局が、（従来の基地局が通常行っているように）自身のセルについてのセルIDを送信するだけでなく、アイドルセルについてのセルIDも同時に送信することに留意されたい。アンテナシステム及びビーム形成技術を用いることにより、エミュレートされたセルのセルIDを所定の方向に送信することが可能であり、このようにして、アンテナ指向性を基本的にアイドル基地局のセルエリアだけがエミュレートされたセルについてのセルIDによってカバーされるように利用することを計画及び利用することができる。これは、アイドルセルのカバレージエリア内の端末が、使用されるビーム形成並びにアンテナシステムに起因して、隣接セルについてのセルIDよりもアイドルセルに対応するセルIDについて一層強い信号強度（RSRP/RSCP、同期信号P-SCH，S-SCHなど）を測定するであろうことを意味する。いくつかのセルがエミューレトされたセルのカバレージのために用いられる配備設定において、エミュレートされたセルの測定された信号メトリックは、（例えば、複数のポイントから送信される同一信号が信号品質を改善するために合成されるLTE及びWCDMAにおけるMBSFN技術と同様に）関与する複数の基地局からの全ての送信の合成(combination)であってよい。

この原理を図７〜図９に示す。

図７は、全ての基地局がアクティブな際の、図５におけるセルC1,C2,C3における電力分布を示している。個々の基地局BS1,BS2,BS3からの距離とともに電力が低下することは明らかである。実線は３つの信号の各々が最強の信号となる場所を示している。この場合、電力分布は各基地局の周りで本質的に同一である。

図８は、基地局BS2が何の対策も行わずにアイドルに移行したとした場合に何が起こるかを示している。基地局BS2の周りの信号は単純に消滅するであろう。

図９は、アイドルセルが本発明の実施形態に従ってエミュレートされた際の電力分布を示している。この場合、基地局BS1及びBS3によってビームが形成され、セルC2へ送信されている。これら信号の電力は破曲線によって図示されている。一見すると、破曲線はより強い信号を表しているので、実線であるべきと思われる。しかしながら、これら曲線は、提供しているセルC1及びC3のそれぞれにおける位置に向かう信号を減衰させるために垂直なビーム形状を用いるように通常設計並びに設置されたアンテナシステムからのビームの電力を示していることを思い出すべきである。そのため、セルC1及びC3内の端末はセルC2へ向かう信号について減衰された信号レベルを経験する一方、セルC2内の端末は垂直ビーム形状に起因する事実上減衰されていない信号レベルを経験するであろう。セルC2において、基地局BS1からの電力は基地局BS3からの電力に加えられ（これら基地局はMBSFN送信と同様に同一セルIDを送信する）、この領域内ではセルC2内の実曲線で示されるように合成された信号が最強信号である。

端末がセルを決定し、ネットワークとの同期を維持できるよう、所定数の物理信号を送信する必要がある。一般に端末は、システムと同期するためのいくらかの同期信号（WCDMAではP-SCH,S-SCH、LTEではプライマリ/セカンダリ同期信号）と、セルについての信号強度を測定したり(データ復調に用いられる）無線チャネルを推定したりするためのある種のリファレンスまたはパイロット信号とを必要とする。信号強度の測定には、WCDMAではCPICH、LTEについてはミドル６リソースブロックでアンテナポート０から送信されるサブフレーム0,4,5,9(FDD)内のリファレンス信号が用いられる。さらにセルは、コネクションを設定するために必要なパラメータを端末に知らせるための同報情報を送信する必要もあるだろう。セルラシステムに応じて、この情報は異なる物理チャネルで送信される（例は上述した）。この情報を以下ではセルIDと呼ぶ。例えば、送信される物理チャネルに関して、WCDMA及びLTEについてのセルIDに含まれる情報を要約すると以下のようになる。

WCDMA
同期チャネルP-SCH, S-SCH
パイロットチャネル CPICH
呼び出しチャネル PICH
同報チャネル P-CCPCH
S-CCPCH（一部の端末がPICH上で呼び出される場合、データはS-CCPCH上で送信される）

LTE
同期チャネル (PSS, SSS)
リファレンスシンボル（上の段落で説明した位置に存在する）
同報情報（DL-SCH上、サブフレーム０及び５）
呼び出し情報（DL-SCH上）

本発明の好ましい実施形態において、アクティブな基地局は、エミュレートされたセル内でキャンプインしている端末にそのセルのセルIDを送信するのみならず、端末とエミュレートされたセルとの間のトラフィックの所定量を処理することができる。アイドルセルからのセルIDの関連部分（セルスクランブルのようなレイヤ１情報から、セキュリティに関するレイヤ３情報まで）を用いることにより、エミュレートされたセルは、例えば低速サービス（「ping」やVoIPなど）のようなトラフィックのみならず、コネクション要求、すなわちエミュレートされたセルに対して開始されたRACHもサポートすることができる。そのため、アクティブな基地局がデータ送受信を処理する容量を有する限り、アイドルセルは少量のデータを処理するためだけにウェイクアップされる必要が無い。

好ましくは、本発明は、エミュレートされたセルで容量の問題が検出された場合に、アイドルセルを「ウェイクアップ」し、トラフィックをエミュレートされたセルから実際の（ウェイクアップされ、有効化された）セルにハンドオーバする機能を有する。

好ましい実施形態はさらに、（基地局の観点から）端末をアクティブセル、例えばC2（図５）から対応するエミュレートされたセルC2（図６）にハンドオーバさせる機能も有する。これにより、基地局BS2がアイドルモードに移行し、端末をBS1,BS3にハンドオーバさせることが可能になる

図１０は、本発明の実施形態を含んだセルラネットワークの一部を示している。本実施形態は、エミュレーションが複数の基地局によって、基地局間のインタフェース(例えばLTEにおけるX2インタフェース）を通じて制御されるため、以下では分散エミュレーションシステムと呼ぶ。図１０に示す実施形態において、基地局BS1,BS3はいずれも同一の信号をセルC2と送受信する（各端末T1,T2への２つの通信の矢印によって示されている）。これは、セルID及びトラフィックデータの両方の送信に対して図９の電力分布を与えるであろう。

図１１は、本発明に係る方法の実施形態を示すフローチャートである。ステップS1は、所定のセルID及びカバレージエリアを有するセルを管理している、アクティブモードにある他の基地局が、アイドルモードに移行し、そのセルを管理しなくなることを示す信号を受信する。ステップS2は、そのセル内の端末活動(terminal activity)を判定する。ステップS3は、そのセルのカバレージエリアの少なくとも一部において、同じセルIDを用いてセルの管理を引き継ぎ、他の基地局のアクティブモードをエミュレートする。

図１２は、本発明に係る方法の実施形態のさらなる詳細を示すフローチャートである。ここで、セルラネットワークは例えば図１０に示されるようにセルがエミュレートされている状態であるとする。ステップS5はエミュレートされたセルまたは管理されているセルにおけるトラフィック負荷を監視する。ステップS6は、このトラフィック負荷が所定の閾値を超えたかどうか判定する。もし超えていればステップS7で、他の基地局、例えば図１０におけるBS2をウェイクアップしてアクティブモードにする信号を送信する。もし超えていなければ、ステップS5でトラフィックの監視を継続する。ステップS7の後、エミュレートされたセルの管理は他の基地局にステップS8でハンドオーバされる。

閾値はダウンリンクにもアップリンクにも（ダウンリンクとアップリンクとで異なる閾値が）設定されてよい。あるいは、ダウンリンク及びアップリンクの両方を監視し、少なくとも１つの閾値を超えた場合にアイドル基地局のウェイクアップを開始してもよい。

図１３は、本発明に係る基地局の実施形態を示すブロック図である。無線フロントエンド１０は、送受信器TX/RX及び、アンテナセット14に接続されたビーム形成器１２とを含んでいる。無線フロントエンドは、基地局によって通常管理される１つ以上のセルとやりとりするトラフィックを処理するための少なくとも１つのベースバンド処理部16に接続される。無線フロントエンドはまた、基地局によってエミュレートされる１つ以上のセルとやりとりするトラフィックを処理するための少なくとも１つのベースバンド処理部18に接続される。さらに基地局は、例えばLTEであればX2インタフェースを通じて他の基地局に接続される、エミュレーション制御器を含んでいる。基地局がアイドルになる際、その基地局はエミュレーション要求、セルID、及び端末活動情報（セル内にキャンプインしている端末のID、セル内のアクティブな端末に関するコネクション情報）をこのインタフェースを通じてエミュレーションコントローラ２０に送信する。エミュレーションコントローラは、セルエミュレーションを開始するため、セルID及び端末活動状況に関する情報をベースバンド処理部１８に転送する。セルIDは送信されるだけでなく、ビーム形成器１２によって生成されるビーム形成パターンを制御するために用いられる。例えば、ビーム形成器１２は、各パターンが周辺セルの１つのセルIDに関連付けられたビーム形成パターンのテーブルを含んでも良い。ベースバンド処理部１８とネットワークとの双方向のコネクションがトラフィック負荷モニタ２２に接続される。トラフィック負荷モニタ２２はエミュレートされたセルにおける現在のトラフィック負荷を判定し、トラフィック負荷インジケータをエミュレーションコントローラ２０に転送する。トラフィック負荷が所定の閾値を超える場合、エミュレーションコントローラ２０は通知され、セルエミュレーションを止め、アイドル基地局をウェイクアップし、ウェイクアップされた基地局に基地局インタフェースを通じてセルの管理をハンドオーバする。エミュレートされたセルからの端末活動状況（エミュレーション期間中に変化しうる）は、ベースバンド処理部１８から得られる。

図１３における様々なブロックの機能は、通常、１つまたはいくつかのマイクロプロセッサまたはマイクロ／信号プロセッサの組み合わせと、対応するソフトウェアとに基づく。ブロック２０，２２はベースバンド処理部１８に統合されても良い。

図１４〜１８を参照して、本発明の別の実施形態について説明する。

図１４は、本発明の別の実施形態を含んだセルラネットワークの一部を示している。本実施形態は、ネットワークユニット３０（例えばRNC）によってエミュレーションが制御されるため、以下では集中エミュレーションシステムと呼ぶ。図１４に示した実施形態において、基地局BS1,BS2,及びBS3は基地局インタフェース、例えばRNCとNodeBとの間のIubインタフェースを通じてネットワークユニット３０に接続されている。本実施形態は、基地局BS1,BS3が、エミュレートされたセルC2におけるそれぞれのカバレージエリア内だけについて、セルC2内の端末とアクティブな通信中であるような別の電力分布とともに説明される。これは、送信されるトラフィックデータについて図１５の電力分布を与えるであろう。つまり、基地局BS1,BS3からの電力が合成されない（セルIDは依然として両基地局から送信されており、図９に示したものと同じ電力分布を有する）。このような実施形態の利点は、ただ１つの基地局がエミュレートされたセルC2内の個々の端末へのデータトラフィックを送信（及び受信）すればよいため、セルラネットワークにおける総エネルギー消費を一層削減できることである。

図１６は、本発明に係る方法の別の実施形態を示すフローチャートである。本実施形態は図１４に示した実施形態に好適である。ステップS11は、所定のセルID及びカバレージエリアを有するセルを管理している、アクティブモードにある基地局が、アイドルモードに移行し、そのセルを管理しなくなることを判別する。これは、その基地局から信号を受信するか、そのセル内のトラフィック負荷が低いことを検出することによって実現することができる。ステップS12は、そのセル内の端末活動状況を判定する。ステップS13は、少なくとも１つの他の基地局に対し、所定のセルIDを用い、自身のカバレージエリアの少なくとも一部においてそのセルの管理を引き継いで、最初に述べた基地局のアクティブモードをエミュレートするように指示する。

図１７は、本発明に係る方法の別の実施形態のさらなる詳細を示すフローチャートである。ここで、セルラネットワークは例えば図１４に示されるようにセルがエミュレートされている状態であるとする。ステップS15はエミュレートされたセルまたは管理されているセルにおけるトラフィック負荷を監視する。ステップS16は、このトラフィック負荷が所定の閾値を超えたかどうか判定する。閾値を超えていれば、ステップS17はアイドル基地局（例えば図１４における基地局BS2）をアクティブモードにウェイクアップするため、信号を送信する。閾値を超えていなければ、ステップS15におけるトラフィックの監視を継続する。ステップS17の後、エミュレートされたセルの管理は、ウェイクアップされた基地局にステップS18でハンドオーバされる。図１５におけるトラフィック電力分布が実装された場合、つまり、アクティブな通信中の端末がエミュレーションを実行している基地局のうちただ１つと通信する場合、トラフィック負荷の監視にはいくつかの可能性が存在する。最初の可能性は、エミュレートされたセルへのトラフィック負荷の合計を監視し、それを第1の閾値と比較することである。別の可能性は、各エミュレーション基地局へのトラフィック負荷を個別に監視し、各トラフィック負荷を各基地局について個別の閾値と比較することである。この場合、エミュレーション基地局の１つが過負荷であれば、トラフィック負荷の合計が第１の閾値を超えていないとしても、直ちにアイドル基地局をウェイクアップさせてよい。

図１８は、本発明に係るネットワークユニットの実施形態を示すブロック図である。このユニットを、図１４に示したシナリオに関して説明する。また、このユニットはRNCにおいて実施されてよい。ネットワークユニット３０は、基地局BS1,BS2,BS3とIubインタフェースのようなインタフェースを通じて接続される信号ストリーム分離/合成器４０を含んでいる。信号ストリーム分離/合成器４０は、基地局からのストリームを、トラフィック、制御、及びコネクションデータストリームを分離する。これらストリームは逆方向においては合成される。エミュレーションコントローラ４２は基地局BS1及びBS3に、通常は基地局BS2がカバーするセルC2のセルのトラフィック負荷が低い場合、セルC2をエミュレートするように指示する（この指示は、基地局BS1,BS2,BS3によってカバーされるエリア内の総トラフィック負荷が低い場合に行われてもよい）。必要な情報は、ネットワークユニット３０に接続されている基地局によって管理されているセルにおけるセルID及びセル内の端末活動状況を受信して保存するコネクションデータストレージ４４から受信される。エミュレーションコントローラ４２は、基地局BS1及びBS3に対し、それら基地局がセルC2のセルIDを用いてセルC2をエミュレートしなければならないことを指示するために、アイドルモードに移行するセルについてのこの情報を用いる。

トラフィック負荷モニタ４６は、ネットワークユニット３０に接続された基地局からのトラフィックストリームを監視する。基地局BS2におけるトラフィック負荷が予め定められた「低負荷」閾値を下回った場合、これがエミュレーションコントローラ４２に通知され、エミュレーションコントローラ４２は基地局にアイドルモードへの移行を指示するとともに、上述したようにセルのエミュレーションの開始を指示する。エミュレーションの間、エミュレートされたセルもまたトラフィック負荷について監視され、このトラフィック付加が「高負荷」閾値（「低負荷」閾値よりも高くてよい）を超える場合には、それがエミュレーションコントローラ４２に知らされ、エミュレーションコントローラ４２はアイドル基地局をウェイクアップして、エミュレートされたセルを通じて通常のセル管理にハンドオーバする。

セルC2内だけでトラフィックを監視する代わりに、選択されたセル、例えばセルC1,C2,及びC3における総トラフィックを監視することも可能である。そのような実施形態において、セルによってカバーされる領域内の総トラフィック負荷が「総低トラフィック」閾値を下回る場合に、ネットワークユニットに接続された基地局の１つがアイドルモードに移行するように指示される。同様に、この基地局は総トラフィック負荷が「総高トラフィック」閾値（「総低トラフィック」閾値よりも高くされてよい）を超える場合にウェイクアップされる。上述したように、閾値はダウンリンク、アップリンクまたは両方のリンクに設定されてよい。

図１８における様々なブロックの機能は、通常、１つまたはいくつかのマイクロプロセッサまたはマイクロ／信号プロセッサの組み合わせと、対応するソフトウェアとに基づく。

再び図１４及び１５を参照すると、この例では端末T1はその「最も近い」基地局BS1に接続され、端末T2は「最も近い」基地局BS2に接続されている。「最も近い」基地局は、実際に個々の端末において最も強い受信信号が得られる基地局である。これは、エミュレートされたセル内の端末に、検出された全ての隣接セルからの信号強度の測定及び報告を指示することによって判別することができる。従って、本例において、基地局BS1,BS3の１つは、（エミュレートされたセルにキャンプオンしている）端末T1,T2によって検出されるか、（接続時に）報告されるRSRPが最も強くなるであろう。エミュレートされたセルC2のリファレンス信号は基地局BS1,BS3の両方から送信されているので、これら信号はどちらの基地局が最強なのかの決定には用いることができない。しかし、エミュレーション基地局はセルC1及びC3も管理しているため、これら隣接セルに関連付けられたリファレンス信号を、個々の端末での最強信号を判別するために用いることができる。端末からエミュレートされたセルへのアップリンク送信が利用可能なら、「最も近い」基地局を判別するために、信号強度測定を基地局でも実行することができる。いずれの方法でも、また両方の方法の組み合わせを用いてもよい。

少し簡単な実施形態においては、接続された端末についても図９に示されるような電力分布を用いて集中制御システムが動作することは言うまでも無い。一方、上の段落で述べたような機能が基地局で実施される場合、分散制御システムもまた、エミュレートされたセル内の接続された端末について、図１５における電力分布を生成してもよい。

アクティブな基地局から送信されるセルIDが、それら基地局によってエミュレートされるカバレージエリアと実質的に等しいエリアをカバーしようとすることが重要である。これは、以下に説明するようにいくつかの方法で実現できる。

１つの方法は、アンテナシステムを用いること、すなわち基地局が複数の送信アンテナ及びビーム形成技術を用いることである。ビーム形成は例えば、ビーム形成指向性ゲインを生成することにより、選択されたカバレージエリアを動的に最適化するような能力を有するアンテナアレイのような、複数アンテナ素子構成に基づく。例えば、図４におけるセル基地局BS1がLTE用に構成され、４つまでの空間多重レイヤをサポートし、相関性のあるアレイアンテナ構成（すなわち、同じ偏向性(co-polarized)を有するアレイ素子が近接配置された構成）を有するものとすると、エミュレートされたセルC2について、アンテナからさらに〜6dBの指向性ゲインを生成する。エミュレートされたセルC2への送信をシングルレイヤに制限し、アジマス方向で再構成し、ビーム形成／ビームシェイピングのためにアレイを使用することで、図４における左側のサブエリアC2をカバーすることができる。

別の実施形態は、基地局に接続された専用アンテナアレイにセルをエミュレートさせるものであり、アレイ素子の数を、必要なゲインに応じて選択することができる。

アジマス方向でビームを形成する上述の方法と同様、垂直プレーンにおいてもビーム形成を実行することができる。一例は、（基地局自身のセルのみならずエミュレートされたセルも）異なる信号送信について、専用の異なる垂直チルト角を生成することである。もっと複雑であってよければ、アジマス及び垂直プレーンの両方で同時にビームステアリングを行っても良い。

あるいは、エミュレーション中、選択されたカバレージエリアについての送受信に、エミュレートする基地局に接続された極めて高い指向性を有する専用アンテナを用いても良い。例としては、主ビーム開口角がアジマスプレーン及び垂直プレーンの両方で独立して１〜２度までをサポートし、実現可能なゲインが~30-40 dBi（従前の基地局アンテナが通常~10-18 dBiの範囲のゲインをサポートすることと比較されるべきである）であるホーンまたはディッシュタイプのアンテナである。

ここで提案する発明は、セルラシステムにおける基地局についてのスリープ機能を改善することを可能とする。エミュレートされるセルのセルIDをアクティブな基地局に送信させ、実質的にアイドル基地局に関するエリアだけをカバーすることにより、リソースを要求する端末の追跡が非常に容易である。アイドル基地局のカバレージエリア内の端末が大量のリソースを要求した場合にはそれを検出することが可能であり、従ってアイドル基地局を本当に必要な場合にだけ効率的な方法で「ウェイクアップ」することができる。

そのため、本発明は、（例えば最繁時にあわせた）高いトラフィック要求をサポートするカバレージエリアにおいてトラフィック要求が低い場合に効率よく基地局の電源をオフすることを可能とするので、基地局のほとんどの回路の電源をオフすることにより、アイドル基地局におけるエネルギー消費を相当量削減することができる。もちろん、エミュレートされたセルをカバーするために周辺の基地局からさらなる信号を送信するためのエネルギー消費のコストが必要である。しかし、このコストは、上述したような効率的なアンテナの使用により、削減に対して取るに足らないものである。事実、（送信を行わなくても）基地局をアクティブな状態に維持するための基本的なエネルギー消費がエネルギー消費の大半なのである。そのため、本発明は総ネットワークエネルギー消費を大幅に削減することを可能にする。

本技術分野に属する当業者は、特許請求の範囲により規定される本発明の範囲内で、本発明に対して様々な修正や変更を行ないうることを理解するであろう。

略語
BS 基地局
CPICH 共通パイロットチャネル
dBi 絶対利得（デシベルアイソトロピック）
DL-SCH ダウンリンク共用チャネル
DRX 間欠受信
DTX 間欠送信
eHSPA エヴォルブドHSPA
eNodeB エヴォルブドNodeB
HSPA ハイスピードパケットアクセス
IP インターネットプロトコル
Iu RNCとコアネットワーク間のインタフェース
Iub NodeBとRNC間のインタフェース
LTE ロングタームエヴォリューション
MBSFN マルチキャスト−ブロードキャスト単一周波数ネットワーク
NodeB 複数のセルにおける送信／受信を受け持つ論理ノード
OSS 運用支援システム
P-CCPCH プライマリ共通制御物理チャネル
P-SCH プライマリ同期チャネル
PICH 呼び出し表示チャネル
PSS プライマリ同期チャネル
RACH ランダムアクセスチャネル
RNC 無線ネットワークコントローラ
RSCP 受信信号コード電力
RSRP リファレンス信号受信電力
S-CCPCH セカンダリ共通制御物理チャネル
S-SCH セカンダリ同期チャネル
SSS セカンダリ同期チャネル
UE ユーザ端末
VoIP ボイスオーバIP
X2 LTEにおけるeNodeB間のインタフェース

Claims (17)

1. 基地局の動作方法であって、
   所定のセルID及びカバレージエリアを有するセルを管理している、アクティブモードにある他の基地局が、アイドルモードに移行し、前記セルを管理しなくなることを示す信号を受信するステップ(S1)と、
   前記セル内の端末活動状況を判定するステップ(S2)と、
   前記セルのカバレージエリアの少なくとも一部において、前記所定のセルIDを用いて前記セルの管理を引き継ぎ、前記他の基地局のアクティブモードをエミュレートするステップ(S3)と、を有することを特徴とする方法。
2. 前記管理されているセルにおけるトラフィック負荷を監視するステップ(S5)と、
   前記トラフィック負荷が所定の閾値を超える場合、前記他の基地局を前記アクティブモードにウェイクアップさせる信号を送信するステップ(S7)と、
   前記他の基地局に、前記セルの管理をハンドオーバするステップ(S8)と、をさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記カバレージエリアの少なくとも一部をカバーするために複数のアンテナを有するアンテナシステムでビーム形成するステップをさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の方法。
4. セルID及び端末活動状況信号を前記他の基地局から受信するステップをさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. セルID及び端末活動状況信号をネットワークユニットから受信するステップをさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記セルが隣接セルであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記セルがマイクロセルであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
8. 基地局であって、
   所定のセルID及びカバレージを有するセルを管理している、アクティブモードにある他の基地局が、アイドルモードに移行し、前記セルを管理しなくなることを示す信号を受信するとともに、前記セル内の端末活動状況を判定するように構成されたエミュレーションコントローラ(20)と、
   前記エミュレーションコントローラ(20)に接続され、前記所定のセルIDを用い、前記セルのカバレージエリアの少なくとも一部において前記セルの管理を引き継いで前記他の基地局の前記アクティブモードをエミュレートするように構成されたベースバンド処理手段(18)と、を有することを特徴とする基地局。
9. 前記エミュレーションコントローラ(20)に接続され、前記管理されているセルにおけるトラフィック負荷を監視するトラフィック負荷モニタ(22)をさらに有し、
   前記エミュレーションコントローラ(20)が、前記トラフィック負荷が所定の閾値を超える場合、前記他の基地局を前記アクティブモードにウェイクアップさせる信号を送信し、前記他の基地局に前記セルの管理をハンドオーバするように構成されることを特徴とする請求項８記載の基地局。
10. 前記カバレージエリアの少なくとも一部をカバーするために複数のアンテナを有するアンテナシステム(14)を制御するビーム形成器(12)をさらに有することを特徴とする請求項８または請求項９記載の基地局。
11. セルラネットワークにおいて基地局を制御するネットワークユニットの動作方法であって、
    所定のセルID及びカバレージエリアを有するセルを管理している、アクティブモードにある他の基地局が、アイドルモードに移行し、前記セルを管理しなくなることを判別するステップ(S11)と、
    前記セル内の端末活動状況を判定するステップ(S12)と、
    少なくとも１つの他の基地局に対し、前記所定のセルIDを用い、自身のカバレージエリアの少なくとも一部において前記セルの管理を引き継いで、前記最初に述べた基地局のアクティブモードをエミュレートするように指示するステップ(S13)と、を有することを特徴とする方法。
12. 前記管理されているセルにおけるトラフィック負荷を監視するステップ(S15)と、
    前記トラフィック負荷が所定の閾値を超える場合、前記最初に述べた基地局を前記アクティブモードにウェイクアップさせる信号を送信するステップ(S17)と、
    前記最初に述べた基地局に、前記セルの管理をハンドオーバするステップ(S18)と、をさらに有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 前記ネットワークユニットに管理されている、選択された複数のセルにおける総トラフィック負荷を監視するステップと、
    前記総トラフィック負荷が所定の閾値を超える場合、前記最初に述べた基地局を前記アクティブモードにウェイクアップさせる信号を送信するステップと、
    前記最初に述べた基地局に、前記セルの管理をハンドオーバするステップと、をさらに有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. セルラネットワークにおいて基地局を制御するネットワークユニット(30)であって、
    所定のセルID及びカバレージを有するセルを管理している、アクティブモードにある基地局(BS2)が、アイドルモードに移行し、前記セルを管理しなくなることを判別するとともに、前記セル内の端末活動状況を判定するように構成されたエミュレーションコントローラ(42)と、
    前記エミュレーションコントローラに接続され、前記セルID及び前記セル内の端末活動状況を保存するように構成されたコネクションデータストレージ(44)とを有し、
    前記エミュレーションコントローラ(42)は、少なくとも１つの他の基地局(BS1)に対し、前記所定のセルIDを用い、前記セルのカバレージエリアの少なくとも一部において前記セルの管理を引き継いで前記最初に述べた基地局(BS2)の前記アクティブモードをエミュレートするように指示するように構成されることを特徴とするネットワークユニット。
15. 前記エミュレーションコントローラ(42)に接続され、前記管理されているセルにおけるトラフィック負荷を監視するトラフィック負荷モニタ(46)をさらに有し、
    前記エミュレーションコントローラ(42)が、前記トラフィック負荷が所定の閾値を超える場合、前記最初に述べた基地局を前記アクティブモードにウェイクアップさせる信号を送信し、前記他の基地局に前記セルの管理をハンドオーバするように構成されることを特徴とする請求項１４記載のネットワークユニット。
16. 前記エミュレーションコントローラ(42)に接続され、前記ネットワークユニットに管理されている、選択された複数のセルにおける総トラフィック負荷を監視するトラフィック負荷モニタ(46)をさらに有し、
    前記エミュレーションコントローラ(42)が、前記総トラフィック負荷が所定の閾値を超える場合、前記最初に述べた基地局を前記アクティブモードにウェイクアップさせる信号を送信し、前記他の基地局に前記セルの管理をハンドオーバするように構成されることを特徴とする請求項１４記載のネットワークユニット。
17. 無線ネットワークコントローラ(RNC)に実装されることを特徴とする請求項１４乃至請求項１６のいずれか１項に記載のネットワークユニット。

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