JP5232297B2 - セルラ電気通信ネットワークにおけるロケーションエリアへの基地局の割当て - Google Patents

Description

本発明は電気通信に関し、具体的には無線電気通信に関する。

無線電気通信システムはよく知られている。多くのそのようなシステムは、セルとして知られている無線カバレッジエリアの集まりによって提供されるという点でセルラである。無線カバレッジを提供する基地局は各セルにある。従来の基地局は比較的大きい地理的エリアにおいてカバレッジを提供し、対応するセルはしばしばマクロセルと呼ばれる。

マクロセルの中により小さいサイズのセルを設定することが可能である。マクロセルより小さいセルは、マイクロセル、ピコセル又はフェムトセルと呼ばれることもあるが、我々はマクロセルより小さいセルには一般的に用語ピコセルを使用する。ピコセルを設定する１つのやり方は、マクロセルのカバレッジエリアの中の比較的限られた範囲の中で動作するピコセル基地局を提供することである。ピコセル基地局の使用の一例は、建物の中に無線通信カバレッジを提供することである。

ピコセル基地局は比較的低い送信電力のものであり、従って、各ピコセルはマクロセルに比較して小さい。

ピコセル基地局は、「バックホール」としてブロードバンド・インターネット・プロトコル接続を使用することができる、言い換えれば、ピコセル基地局ゲートウェイを介して、例えばユニバーサル移動電気通信システム（ＵＭＴＳ）コアネットワークに接続され、例えば、各ゲートウェイは、ＵＭＴＳ移動交換局（ＭＳＣ）に接続され、ここからシグナリング・ゲートウェイ・サポート・ノード（ＳＧＳＮ）に接続されることが可能である。ピコセル基地局は主に特定のホーム又はオフィスに属するユーザ向けである。ピコセル基地局はプライベートアクセスでも又はパブリックアクセスでもよい。プライベートアクセスピコセル基地局では、アクセスは登録されているユーザ、例えば家族又は特定のグループの従業員のみに制限される。パブリックアクセスピコセル基地局では、登録されているユーザによって受けられるクオリティ・オブ・サービスを保護するためのいくつかの制限の下で、他のユーザもピコセル基地局を使用することができる。

マクロセルのサイズにほぼ等しいエリアの中には多数のピコセルがある可能性がある。従って、オペレータのカバレッジエリアには多数のピコセルがある可能性があり、その結果、マクロセルネットワークにおいて基地局の配置を最適化するために行われるような従来のセル計画は実際的でなくなる。これは、ピコセルが通常、例えば「プラグ・アンド・プレイ」方式と呼ばれることもある方式で、自分のオフィス及びホームで選択するピコセル基地局をインストールするエンドユーザ又は熟練していない個人によってデプロイされるので、特にそうである。

背景の他の分野はエリアコードの使用である。

セルラネットワーク（例えば、ユニバーサル移動電気通信システム（ＵＭＴＳ）、ＣＤＭＡ２０００、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ））の構成中に、様々なタイプのエリアコードがハンドオーバ手順中及びロケーションベースのサービスの提供中に使用されるように各セルに割り当てられる。これらのコードは、勿論、関連エリアの識別子である。例としては、ロケーションエリアコード、ルーティングエリアコード、及びサービスエリアコードがある。

カバレッジのエリア全体は、ロケーションエリアから成る。いずれか１つのロケーションエリアの中の基地局は、同じロケーションエリアコードを使用する。ロケーションエリアコードは、ユーザ端末が現在どのロケーションエリアにあるかを識別するために使用され、その結果、ページング信号がそのロケーションエリア内の基地局からのみ送信されることが可能になる。

ユーザ端末は、ユーザ端末が現在どのロケーションエリアに保留接続されているかを通知されたネットワークを保持する。さらに、ユーザ端末は、ユーザ端末が新しいロケーションエリアに入るとロケーション更新手順を実行する。セットアップされるべきユーザ端末への着呼があると、ユーザ端末の最後に知られたロケーションエリアの中にある基地局のみがそのユーザ端末をページングするためにページングメッセージを送出するように指令される。ロケーションエリアコードはまた、ロケーションベースのサービスを提供するために、及び緊急通話中にユーザがいる場所を識別するために使用される。ルーティングエリアは、音声コール用ではなくデータコール用であること以外はロケーションエリアと同様である。基本的には、１つ以上のルーティングエリアがロケーションエリアの中に含まれる。

ロケーションエリアサイズに関しては、一方では、大きいロケーションエリアは、必要とされるロケーションエリア更新の数を最小化するために好ましい。他方では、ロケーションエリアサイズが増大するにつれて、ページングシグナリングの量が増大する。従って、良いロケーションエリアサイズはトレードオフである。

現在、ロケーションエリアコードなどのエリアコードはヒューマンオペレータによって基地局に割り当てられている。

添付の独立請求項を参照されたい。従属請求項にはいくつかの好ましい特徴が提示されている。

本発明の一実施例は、無線通信のためにセルラ基地局にロケーションエリア識別子を割り当てる方法である。この方法は以下のステップを備える。基地局の地理的位置の情報が受信される。それぞれがロケーションエリア中心を有する複数のロケーションエリアのそれぞれに関して、基地局のそれぞれのロケーションエリア中心からの距離に依存する関数が計算される。最低の関数値となるロケーションエリアが基地局のロケーションエリアとして選択される。

本発明者は、エリアコードの手動割当ては、マクロセルラネットワークには適しているが、ピコセル基地局を含むネットワークには不適切であることを理解した。

本発明者は、エリアコードは何万、何十万又はそれ以上のピコセル基地局に割り当てられる必要があるので、エリアコードの手動割当ては、ピコセル基地局を含むネットワークには問題になることを理解した。さらに、本発明者は、ピコセル基地局の数は市場浸透が増大するにつれて時と共に増大する可能性があり、ピコセル基地局へのエリアコードの絶え間ない再割当てを必要とすることを理解した。

好ましい実施形態において使用されるエリアコード割当てに対する自動化された手法は、ピコセルデプロイメントをより実際的にする。

好ましい実施形態では、各ロケーションエリアは中心を与えられ、ピコセル基地局は、インタラクティブプロセス中に、ロケーションエリアの中心からのその距離及び範囲変更子に基づいて、（ロケーションエリアコードによって識別された）ロケーションエリアに割り当てられる。各反復では、ピコセル基地局割当ては、オペレータの必要条件を満たす収束されたソリューションが達成されるまで更新される。

好ましい実施形態では、各ピコセル基地局は、ロケーションエリア中心までの距離及び範囲変更子に依存する費用関数を最もよく最小化するロケーションエリアを割り当てられる。各ロケーションエリアは、ロケーションエリアごとに関連するピコセル基地局のほぼ等しい数を達成するように適応された範囲変更子を有する。

好ましい実施形態は、有利には、ロケーションエリアコードなどのエリアコードの自動割当てを提供する。これは、ピコセル基地局デプロイメントのプラグ・アンド・プレイ本質を考えると有用である。この方式は、ピコセル基地局の大きい数及びそれらがデプロイされる無計画で有機的でしばしば変わる構成にもかかわらず、迅速に収束しさらに適応するエリアコード割当てソリューションを提供することができる。ネットワーク内には何十万ものピコセル基地局がある可能性がある。好ましい実施形態は、有利には、コード割当てごとに低い計算の複雑性を提供する。

いくつかの好ましい実施形態は、パブリックアクセスを有するピコセル基地局を含むネットワークに関する。

この方式はまた、例えば、主に又は単にマクロセルから成るネットワークにおいて使用可能である。

本発明の実施形態は、次に、例として及び図面に関連して説明される。

本発明の第１の実施形態による無線通信ネットワークを例示する図である。 ロケーションエリアから成る図１に示されているネットワークのカバレッジエリアを例示する図である。 図１に示されているネットワークにおける各ピコセル基地局のためのロケーションエリアを識別する方法を例示する図である。

図１に示されているように、１つの通信ネットワーク２０には、２つのタイプの基地局（しばしば、ＢＳ（ＢＳ ｏｒ ＢＳｓ）として示される）、即ちマクロセル基地局及びピコセル基地局がある。図１では簡単にするために、無線通信のための１つのマクロセル基地局２２が示されている。マクロセル基地局は、しばしばマクロセルと呼ばれる無線カバレッジエリア２４を有する。マクロセル２４の地理的範囲はマクロセル基地局２２の機能及び周囲の地理に依存する。

マクロセル２４の中で、ピコセル基地局ユニット（ＰＣＢＳＵ）３０はピコセル３２の中で無線通信を提供する。ピコセルは無線カバレッジエリアである。ピコセル３０の無線カバレッジエリアはマクロセル２４の無線カバレッジエリアよりずっと小さい。例えば、ピコセル３２のサイズはユーザのホームに相当する。

他のピコセル基地局ユニット（ＰＣＢＳＵ）３４はピコセル３６の中で無線カバレッジを提供する。他のピコセル３８はピコセル４０の中で無線カバレッジを提供する。

マクロセル２４の中のモバイル端末４４は、知られているやり方でマクロセル基地局２２と通信することが可能である。モバイル端末４４は、モバイル端末がピコセル基地局３０にアクセスすることができるピコセル３２に入ったときは、モバイル端末との接続をマクロセルからピコセルにハンドオーバすることが望ましい。図１に示されている実施例では、モバイル端末４４のユーザはピコセル３２を使用するのに好ましいユーザである。

ＰＣＢＳＵ３０、３４、３８及びマクロセル基地局２２はブロードバンドインターネットプロトコル接続（「バックホール」）を介してＵＭＴＳコアネットワークのエリアコードコントローラ（ＡＣＣ）に接続されている。

図２に示されているように、この実施例では、カバレッジエリアは、例えばＬＡ１からＬＡ９までの９つのロケーションエリアに分割され、いずれか１つのロケーションエリアの中の基地局は同じロケーションエリアコードを使用する。基地局は通常、いくつかのマクロセルラ基地局、及びより大きい数のピコセル基地局の混合である。

ロケーションエリアコードは、ユーザ端末が現在どのロケーションエリアにあるかを識別するために使用され、その結果、ページング信号がそのロケーションエリア内の基地局からのみ送信されることが可能になる。

ユーザ端末は、ユーザ端末が現在どのロケーションエリアに保留接続されているかを通知されたネットワークを保持する。さらに、ユーザ端末（例えば、図２に示されている「モバイル」）は、ユーザ端末が新しいロケーションエリアに入るとロケーション更新手順を実行する。セットアップされるべきユーザ端末への着呼があると、ユーザ端末の最後に知られたロケーションエリアの中にある基地局のみがそのユーザ端末をページングするためにページングメッセージを送出するように指令される。

ロケーションエリアコードはまた、ロケーションベースのサービスを提供するために、及び緊急通話中に使用される。ルーティングエリアは、音声コール用ではなくデータコール用であること以外はロケーションエリアと同様である。１つ以上のルーティングエリアがロケーションエリアの中に含まれる必要がある。

ロケーションエリア割当て方法
これは、反復プロセスにおいて、最初のパラメータ値を選択するステップ、次いで、基地局へのロケーションエリア識別コードの割当てのための第１の結果を決定するために計算を実行するステップ、次いで、パラメータ値を何度も変更するステップ、及び許容可能に収束されたソリューションが結果として生じるまで再計算するステップから成る。

最初のパラメータ値の選択
最初に、カバレッジエリアにおいて提供されるロケーションエリアの数、言い換えれば、それぞれに異なるロケーションエリアコードがいくつ提供されるかに関する決定が行われる。

次に、地図の経緯座標によって定義される地理的中心がロケーションエリアのそれぞれのために選択される。この実施例では、これはピコセル基地局の分布についての有用な情報がほとんど又は全く利用できないので、関係カバレッジエリアの中で疑似ランダム方式で行われる。（図示されていない他の同様の代替実施形態では、中心は、そうではなく、予期される基地局分布に応じて割り当てられる。）

次に、以下でより詳細に説明される各ロケーションエリアのための範囲変更子はゼロに初期設定される。範囲変更子はこの議論ではデルタ又はデルタ（ｃ）と呼ばれる。

プロセス
このプロセスは反復する。このプロセスはデプロイされる各新しい基地局のために行われる。

これらのステップは以下でより詳細に説明されるが、基本的に言えば、各基地局は最小費用関数を有するロケーションエリアコード、Ｃ_{ａｌｌｏｃａｔｅｄ}、即ち、

を割り当てられる。
ここで、ｄ（ｃ）は、基地局と、ロケーションエリアコードｃを有するロケーションエリアの中心との間の距離であり、ｄｅｌｔａ（ｃ）は、エリアコードｃのための範囲変更子である。

図３に示されているように、最初のパラメータ値が選択される（ステップ１００）。

各基地局のために、それぞれのコードｃによって定義された様々なそれぞれに異なるロケーションエリアコードのための費用関数、ｃｏｓｔｃ＝ｌｏｇ_１０（ｄ（ｃ））＋ｄｅｌｔａ（ｃ）が決定される（ステップ１０２）。これらのうち、最低費用関数に関連するエリアコードが基地局に割り当てられる（ステップ１０４）。

各エリアコードのために、そのエリアコードを割り当てられた基地局の数が決定される（ステップ１０６）。

次に、それぞれに異なるエリアコードに割り当てられた基地局の数が、予め決められた閾値より大きく異なるどうかに関して照会が行われる（ステップ１０８）。この閾値は、例えば、２０％より大きい差異があるものである。

ＮＯの場合は（ステップ１１０）、その基地局へのエリアコード割当ては許容され、出力され（ステップ１１２）、現在の基地局にすでに割り当てられているエリアコードの記憶されているデータを更新するために使用される。

他方、ＹＥＳの場合は（ステップ１１４）、
各ロケーションエリアコードに割り当てられる基地局の許容可能に同様の数を達成するように範囲変更子ｄｅｌｔａ（ｃ）を調整し（ステップａ）、
ロケーションエリアの中心位置を調整し（ステップｂ）、次いで、
各基地局のための「最良の」ロケーションエリアコードを更新し（ステップｃ）（これは、各基地局のための変更された費用関数を再計算し、最低値となるロケーションエリアを選択することを必要とする）、さらに、
エリアコードごとの基地局の数を更新する（ステップｄ）
ために、以下でより詳細に説明される諸ステップが取られる。

範囲変更子の調整（図３、ステップａ）
範囲変更子、ｄｅｌｔａ（ｃ）の使用に関しては、この範囲変更子は、各ロケーションエリアのサイズを変更して基地局の数を許容限度内にしておこうと努めるために必要とされる。例えば、基地局分布が一様でない場合。

１つのエリアの中に多くの基地局がある場合は、ｄｅｌｔａ（ｃ）が増大され、その結果、関連する費用が高くなり、従って魅力が低下する。他方、１つのエリアの中に基地局が少数しかない場合は、費用を低減するためにｄｅｌｔａ（ｃ）が低減され、基地局がそのロケーションエリアに割り当てられる可能性を高くする。

エリア中心の変更（図３、ステップｂ）
このステップは、ロケーションエリアに現在割り当てられている全ての基地局への合計距離を最小化する点を計算し、その点の座標を置換中心とみなすことによって行われる。

エリア割当ての更新（図３、ステップｃ）
全ての基地局に関して、ロケーションエリアの割当ては、各基地局のために、新しいロケーションエリア中心及びデルタを使用して費用関数を再計算し、最低費用となるロケーションエリアを選択することにより更新される。

範囲変更子の調整（ステップａ）、エリア中心の変更（ステップｂ）、及びエリア割当ての更新（ステップｃ）のこれらのステップは、ネットワークデプロイメントの早い段階で行われる可能性が非常に高い。実際に、たとえユーザの数が少なくても、ユーザ分布はエリアコードが迅速に最適化されるように迅速に適応される。これは、新しい基地局への割当ては比較的簡単であるが、ロケーションエリア中心及び範囲変更子の調整を必要とする各最適化の計算の複雑性は基地局の合計数に依存し、従って大きくなる可能性があるので、いくつかの状況では重要である可能性がある。従って、この迅速な収束は低い全体的な計算の複雑性を保証する。

デプロイメントの遅い段階での、即ち多くの基地局がすでにエリアコードを割り当てられている段階でのロケーションエリア中心及び範囲変更子の調整は、その結果として、多くの基地局がコードを再割り当てされることになる可能性がある。プロセスの迅速な収束は、そのような再割当て段階が通常は少ししか必要とされないことを意味する。

いくつかの変形形態／代替形態
この手法は、１つ以上のピコセル基地局を含むネットワークにおいてばかりでなく、マクロセルラであるネットワークにおいても使用可能である。この手法は、ロケーションエリア概念、例えば、モバイル用グローバルシステム、ＣＤＭＡ２０００、ユニバーサル移動電気通信システム（ＵＭＴＳ）ロングタームエボリューションなどを使用する様々なセルラネットワーク、例えばマクロセルラネットワーク、マイクロセルラネットワーク、ピコセルラネットワークにおいて使用可能である。

いくつかの他の同様の実施形態では、すでにエリアコードを割り当てられている基地局に適用されるエリアコード再割当ての数は、基地局のための「新しい」エリアのための費用関数が予め決められた量より多い現在のエリアのための費用関数より低い場合に変更されるのみであるように更新コード割当てを変更すること（ステップｃ）により低減されることが可能である。

いくつかの他の同様の実施形態では、最適化のための計算の複雑性は、エリアコードごとの割り当てられた基地局の数が予め決められた量（例えば１０）より多く異なり、且つエリアコードごとの割り当てられた基地局の数のわずかな差異が予め決められたパーセンテージ（例えば２０％）を超えたときに最適化反復（ステップａからｄ）をトリガすることによってのみ低減される。いくつかの実施形態では、新しい基地局がデプロイされたときに実行されることが可能である反復の数は限定されることが可能である。例えば、反復の最大数は、大きくても１０か又はその段階でデプロイされた新しい基地局の数であるようにセットされることが可能である（これは、数学的に、Ｉ_ｍａｘ＝ｍａｘ（１０、新しい基地局）と表されることが可能である）。

総論
本発明は、本発明の必須の特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施されることが可能である。前述の実施形態は、全ての点で例示的のみであり制限的ではないとみなされるべきである。従って、本発明の範囲は、前述の説明によってではなく添付の請求項によって示される。請求項の同等物の意味及び範囲に入る全ての変更は、請求項の範囲に包含されるものとする。

Claims (10)

1. 無線通信のためにロケーションエリア識別子をセルラ基地局に割り当てる方法であって、
   基地局の地理的位置の情報を受信するステップと、
   それぞれがロケーションエリア中心を有する複数のロケーションエリアのそれぞれに関して、エリア割当てコントローラが、前記基地局の前記それぞれのロケーションエリア中心からの距離ｄを計算し、前記距離及び範囲変更パラメータｄｅｌｔａを入力として有する関数を計算するステップであって、各ロケーションエリアは関連する範囲変更パラメータ値を有し、前記関数は前記距離ｄ及び前記範囲変更パラメータｄｅｌｔａの関数である、ステップと、
   ロケーションエリアのために、前記ロケーションエリアに割り当てられるべき基地局の数を調整するために前記関連する範囲変更パラメータを調整するステップと、
   複数のロケーションエリアの各々について前記関数を再計算するステップと、
   最低の再計算された関数値となる前記ロケーションエリアを前記基地局のための前記ロケーションエリアとして選択するステップと、
   前記基地局へ前記ロケーションエリアを割り当てるステップと
   を備える方法。
   
2. 請求項１記載の方法であって、
   ロケーションエリア中心を調整するステップ
   をさらに備える方法。
   
3. 請求項２記載の方法であって、前記ロケーションエリア中心は、ロケーションエリアに割り当てられた全ての基地局の合計距離を最小化する点を決定し、その点を調整されたロケーションエリア中心とみなすことにより調整される、方法。
   
4. 請求項１記載の方法であって、ロケーションエリアに割り当てられた基地局の数を記録し、ロケーションエリアに割り当てられた基地局の数の分布が予め決められた限度の範囲内にあるかどうかを判定し、そうでない場合は、ロケーションエリアの範囲変更パラメータ及びロケーションエリア中心の少なくとも１つを調整し、基地局をロケーションエリア再割当てに導くステップをさらに備える方法。
   
5. 請求項１記載の方法であって、前記基地局の少なくとも１つはピコセル基地局である、方法。
   
6. 請求項１記載の方法であって、自動的である方法。
   
7. ユーザ端末に関連するロケーションエリアの中で前記ユーザ端末をページングするように動作可能な基地局及びロケーションエリア割当てコントローラを備えるセルラ無線電気通信ネットワークであって、
   前記コントローラがロケーションエリアに基地局を選択し割り当てるように構成され、
   前記コントローラが基地局の地理的位置の情報を受信するように構成され、
   前記コントローラが、それぞれがロケーションエリア中心を有する複数のロケーションエリアのそれぞれに関して、前記基地局の前記それぞれのロケーションエリア中心からの距離ｄを計算し、前記距離及び範囲変更パラメータｄｅｌｔａを入力として有する関数を計算するように構成され、ここで、各ロケーションエリアは関連する範囲変更パラメータ値を有し、前記関数は前記距離ｄ及び前記範囲変更パラメータｄｅｌｔａの関数であり、
   前記コントローラが、ロケーションエリアのために、前記ロケーションエリアに割り当てられるべき基地局の数を調整するために前記関連する範囲変更パラメータを調整するように構成され、
   前記コントローラが、複数の基地局の各々のために、複数のロケーションエリアの各々について前記関数を再計算し、最低の再計算された関数値となる前記ロケーションエリアを前記基地局のための前記ロケーションエリアとして選択し、前記基地局へ前記ロケーションエリアを割り当てるように構成される、
   セルラ無線電気通信ネットワーク。
   
8. 請求項７記載の無線電気通信ネットワークであって、前記コントローラは、ロケーションエリアに割り当てられた全ての基地局の合計距離を最小化する点を決定し、その点を調整されたロケーションエリア中心とみなすことによりロケーションエリアの中心を調整するようにさらに構成される、無線電気通信ネットワーク。
   
9. 請求項１に記載の方法であって、前記関数は、前記距離ｄ及び前記範囲変更パラメータｄｅｌｔａの和の関数である、方法。
   
10. 請求項９に記載の方法であって、前記関数は、ｌｏｇ _１０ （ｄ＋ｄｅｌｔａ）である、方法。

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