JP5770832B2 - フェムトセルの大規模展開に対するマクロネットワークのｋｐｉ影響の管理 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、セルラ通信ネットワークにおけるフェムトセル基地局の使用のための電力管理の方法、及び、その方法を用いた基地局に関し、その目的は周囲のマクロネットワークに対するキー性能指標についてフェムトセルの大規模展開の影響が全てのフェムトセルのトラフィックのプロファイルに対して境界が定められることを保証することにある。

フェムトセル基地局は多くのセルラネットワークで用いられている。フェムトセル基地局は、自宅での使用のために提供される基地局である。即ち、その機器は、セルラ加入者の建物内に設けられ、現存するブロードバンド接続によりセルラネットワーク運用者のコアネットワークに接続する。その時、その機器は加入者の建物内或いはそのごく近傍でその加入者に対してセルラネットワークのカバレッジを備えるものとなる。フェムトセル基地局がセルラネットワークに導入されるとき、このことが、自宅の建物を含む領域に対するカバレッジを提供するために同じ周波数搬送波を用いている何らかのマクロレイヤの基地局との干渉を引き起こす原因となるかもしれない。フェムトセル基地局はクローズドアクセスの機器、即ち、登録した加入者だけが用いることのできる機器であるが、これによる干渉は他のネットワーク加入者に対してカバレッジを提供するネットワークの能力に対して良くない影響を与えるものとなる。それ故に、フェムトセル基地局により送信される信号電力やマクロネットワークに接続された機器によりフェムトセル基地局に送信される信号電力を制御し、その干渉を低減する技術が知られている。

ネットワーク運用者がフェムトセル基地局の密集度が、セルラネットワークのマクロレイヤのキー性能指標（例えば、中断される個の割合、或いは、容量）に対して、フェムトセルでの動作中トラフィックプロファイルに係らず、一定の限界を超えて影響を与えないことを保証することに関して、問題が依然として存在する。

本発明を第１の側面から見れば、フェムトセルにおけるダウンリンク電力を制御する方法が備えられる。その方法は、
複数のフェムトセルの領域密度の予想値を判断し、
マクロレイヤの品質基準を設定し、
ネットワーク性能指標の影響レベルを設定し、
前記複数のフェムトセルの領域密度の予想値と、前記マクロレイヤの品質基準と、前記ネットワーク性能指標の影響レベルとに基づいて、前記フェムトセルに関して許容される最大の影響領域を計算し、
前記フェムトセルからのマクロレイヤのユーザの距離を推定し、
前記推定された前記フェムトセルからのマクロレイヤのユーザの距離と前記計算された最大の影響領域とに基づいて、前記フェムトセルにおけるダウンリンク電力を制御する。

本発明を第２の側面から見れば、フェムトセルにおけるダウンリンク電力を制御する方法が備えられる、その方法は、
前記フェムトセルがトラフィックを搬送することを停止した場合には、時間閾値切れとなった後に、前記フェムトセルの前記ダウンリンク電力を休止電力レベルにまで低減し、
さらに、
前記フェムトセルのアクティビティレベルに基づいて前記時間閾値を設定する。

本発明を第３の側面から見れば、前記第１の側面或いは第２の側面から見た方法に従って、ダウンリンク電力を制御するように適合されたフェムトセル基地局が備えられる。

本発明のより良い理解のために、そして、本発明がどのように実施されるのかを示すために、例えば、添付図面を参照する。

本発明のある側面に従って動作するセルラネットワークの一部を図示するブロック図である。 本発明のある側面から見た場合のフェムトセル基地局の構成をさらに詳しく図示するブロック図である。 本発明のある側面に従う処理を例示するフローチャートである。 図１に示されるネットワークの一部を詳細に示す図である。 図３に示す処理の一部を詳細に示すフローチャートである。 図３に示す処理の一部を詳細に示すフローチャートである。 図３に示す処理の一部を詳細に示すフローチャートである。 図３に示す処理の一部を詳細に示すフローチャートである。

図１はセルラ通信ネットワーク１０の一部を示している。図１は典型的なネットワークのごく小さな部分を表わしているに過ぎないが、本発明の理解には十分であることは明らかであろう。

図１はセルラネットワーク１０におけるマクロレイヤ基地局１２を表わしている。従来のように、マクロレイヤ基地局１２のカバレッジ領域にあるセルラ電話１４のようなユーザ機器はその基地局と接続確立を行うことができる。マクロレイヤ基地局１２はセルラネットワーク１０のコアネットワーク１６と接続され、データはセルラネットワーク１０における複数の基地局と公衆電話ネットワークとの間ではコアネットワーク１６を介して送信される。

図１はまた、第１のフェムトセル基地局或いはアクセスポイント（ＡＰ）２０が位置する第１の居住建造物１８と、第２のフェムトセル基地局或いはアクセスポイント（ＡＰ）２４が位置する第２の居住建造物２２も示している。建造物１８、２２はマクロレイヤ基地局１２のカバレッジ領域に位置しており、このことは建造物１８、２２の中、或いは、その近くにいるユーザ機器はマクロレイヤ基地局１２からのカバレッジを受け入れることができることを意味している。しかしながら、カバレッジにはそれらの建造物内では、特に、地球的規模移動体通信システム（ＵＭＴＳ）のネットワークでしばしば用いられる周波数では問題があることが知られている。それ故に、建物内のフェムトセル基地局の存在はそこでのネットワークカバレッジを改善する。従って、建造物１８内にいるセルラ電話２６のようなユーザ機器は、第１のフェムトセル基地局２０からのセルラカバレッジを受け入れる。

図１はまた、セルラネットワーク１０のコアネットワーク１６内の管理システム２８を示している。管理システム２８は以下に詳細に説明するように、フェムトセル基地局２０、２４の動作のある側面を制御する。

図２はより詳細に、第１のフェムトセル基地局或いはアクセスポイント（ＡＰ）２０のようなフェムトセル基地局の構造を示している。アクセスポイント２０は無線トランシーバ（ＴＲＸ）回路３０、アンテナ３２を含み、エアインタフェースによりセルラ電話２６のようなユーザ機器と通信を行う。アクセスポイント２０はまた、ネットワークインタフェース３２を含み、例えば、現存するブロードバンドＩＰネットワーク接続により、セルラネットワークのコアネットワーク１６と通信を行う。

アクセスポイント２０の動作はプロセッサ３４により制御される。例えば、アクセスポイント２０は、他の近接する基地局から受信する信号の測定を行うことができ、接続されたユーザ機器からの測定レポートを受信することができ、そして、プロセッサ３４は、どの測定が必要とされるのかを決定し、その測定結果を解釈する測定制御ブロック３６を含む。さらに、アクセスポイントは、そのダウンリンク送信の電力を制御することができ、接続されたユーザ機器にコマンドを送信し、それらユーザ機器からのアップリンク送信の電力を制御することができ、そして、プロセッサ３４は電力設定を決定するための電力設定ブロック３６を含んでいる。

フェムトセル基地局２０、２４が原因となる干渉の可能性を管理する処理が図３に図示されている。その処理は第１のフェムトセル基地局２０における性能を参照して説明しているが、同じ処理がネットワークの他のフェムトセル夫々でも実行されることが意図されている。この図示した実施例では、本発明は、ただ登録された加入者だけが使用できるものである、所謂、クローズドアクセスフェムトセルでの状況に関するものとなっている。しかしながら、原理的には同じ思想はオープンアクセスフェムトセルにも用いられる。

ステップ６０で処理を開始し、ステップ６２でフェムトセルが何らかのアクティブトラフィックを搬送しているかどうかを判断する。ステップ６２で、もしフェムトセルがアクティブトラフィックを搬送していると判断されたなら、処理はステップ６４に進む。ステップ６４では、通常の電力管理アルゴリズムが用いられる。このことは、もし、フェムトセルがアクティブトラフィックを搬送しているなら、マクロレイヤ基地局からのトラフィックを取り除いており、そのフェムトセルからの干渉が原因となる容量の減少がおそらくトラフィックの取り除きが原因となる容量の増加による補償よりも大きいであろうということに基づいている。

ステップ６２で、フェムトセルがアクティブトラフィックを搬送していないと判断されたなら、処理はステップ６６に進み、ステップ６６では、フェムトセルが何らかのアイドルトラフィックを搬送しているかどうかを判断する。

フェムトセルが何らかのアイドルトラフィックを搬送していないなら、処理はステップ６８に進む。ステップ６８では、フェムトセルは周辺のマクロレイヤにおける何らかのアクティブユーザを検出することができるかどうかを判断する。

ステップ６８において、フェムトセルがローカルなアクティブマクロレイヤのユーザと干渉していると判断されたなら、それがマクロレイヤのユーザに対するネットワーク性能に影響を与えている限り、それはおそらく、マクロレイヤユーザが時間をかけてフェムトセル２０を含む居住建造物１８の近くを歩いている限り、フェムトセルの送信電力を、マクロネットワークの一定のキー性能指標（ＫＰＩ）への許容される影響に基づいて設定された低下限界内の範囲まで低減すべきである。

ステップ７０では、フェムトセルはマクロレイヤユーザまでの距離を推定する。ステップ７２では、フェムトセルはこの距離が干渉半径未満であるかどうかを判断する。マクロレイヤユーザまでの距離が干渉半径以上であれば、処理はステップ６２に進む。しかしながら、マクロレイヤユーザまでの距離が干渉半径未満であれば、処理はステップ７４に進む。ステップ７４では、フェムトセルはその送信電力をリセット（或いは低減）し、それからステップ７６に進む。ステップ７６では、フェムトセルの所有者は通知を受け、フェムトセルを干渉を受ける場所ではなく、より適切な場所に移しかえることにより是正措置をとることができる。その後、ステップ７０に戻り、ステップ７０ではマクロレイヤユーザまでの距離が再び推定される。そして、このループ処理は、例えば、マクロレイヤユーザがフェムトセル２０からはさらに離れた場所に置かれるために、マクロレイヤユーザに対する悪影響に対する可能性が取り除かれるまで継続する。ステップ７０、７２、７４、７６を含むループ処理については、後でさらに詳細に説明する。

ステップ６８で、アクティブなマクロレイヤユーザが近くにいないと判断されても、複数のフェムトセルが集団としてネットワークの容量に目に余る悪影響をもつという可能性は依然として存在する。従って、ステップ７８では、時間閾値に達したかどうかが判断される。この閾値に達した場合、処理はステップ８０に進む。ステップ８０では、送信電力を休止電力レベルにまで低減し、ステップ８２では、ユーザにはその状況を通知する。その後、処理はステップ６２に戻る。ステップ７８、８０、８２を含むループ処理については後でさらに詳細に説明する。

ステップ６６でフェムトセルがアイドルトラフィックを搬送していると判断した場合、処理はステップ８４を通る。ステップ８４では、フェムトセルがアイドル中のマクロレイヤユーザへの干渉の原因となっているかもしれないかどうかをテストする。具体的には、フェムトセルは、マクロレイヤのＵＥに対して発行する登録拒絶の数の統計を収集する。例えば、たった１人のマクロレイヤユーザがフェムトセルで登録を試みているなら、これは無視されるかもしれない。しかしながら、マクロレイヤユーザによる登録試行回数が所定の時間期間内に閾値の数ｎに達するなら（そして、ｎの値は例えば“２”に設定されるかもしれない）、特定のフェムトセルは付加的な干渉の原因となっていると結論されるかもしれない。その場合、処理はステップ８６を通り、ステップ８６では、そして以下に詳細に説明するように、最大ダウンリンク送信電力が上述の休止送信電力レベルにまで制限される。ステップ８８では、ユーザに通知され、それから処理はステップ６２に戻る。

ステップ８４において、拒絶された登録要求の数が閾値の数に達していないと判断されたなら、処理はステップ９０を通る。ステップ９０では、フェムトセルがローカルなアクティブマクロレイヤユーザと干渉しているかどうかが判断される。もし、干渉しているなら、それがマクロレイヤのユーザに対するネットワーク性能に影響を与えている限り、それはおそらく、マクロレイヤユーザが時間をかけてフェムトセル２０を含む居住建造物１８の近くを歩いている限り、フェムトセルの送信電力を、マクロネットワークの一定のキー性能指標（ＫＰＩ）への許容される影響に基づいて設定された低下限界内の範囲まで低減すべきである。

ステップ９２では、フェムトセルはマクロレイヤユーザまでの距離を推定する。ステップ９４では、フェムトセルはこの距離が干渉半径未満であるかどうかを判断する。マクロレイヤユーザまでの距離が干渉半径以上であれば、処理はステップ９０に進む。しかしながら、マクロレイヤユーザまでの距離が干渉半径未満であれば、処理はステップ９６に進む。ステップ９６では、フェムトセルはその送信電力を干渉境界を定義する値にまでリセットし、それからステップ９８に進む。ステップ９８では、フェムトセルの所有者は通知を受け、その後、ステップ９２に戻り、ステップ９２ではマクロレイヤユーザまでの距離が再び推定される。そして、このループ処理は、例えば、マクロレイヤユーザがフェムトセル２０からはさらに離れた場所に移動するために、マクロレイヤユーザに対する悪影響に対する可能性が取り除かれるまで継続する。ステップ９２、９４、９６、９８を含むループ処理については、後でさらに詳細に説明する。

具体的には、ステップ９２、９４、９６、９８を含むループ処理は上述したステップ７０、７２、７４、７６を含むループ処理と効果的には同じもので良い。

上述のように、ステップ７０とステップ９０の両方において、フェムトセルはそのフェムトセルからマクロレイヤユーザまでの距離を推定する。この推定は図４と図５に例示されており、それは後で詳細に説明する。

図４は図１に図示したネットワークの一部を、ＵＥ２６がフェムトセル２０と同じ建造物１８に位置し、ＵＥ１４がマクロレイヤ基地局１２でアクティブでありフェムトセル２０に近接している、例えば、建造物１８のちょうど外側か、或いは、建造物１８内の異なる居住区或いはビジネス施設にいるという状況で示している。フェムトセル２０からマクロレイヤユーザ１４までの距離は、マクロレイヤユーザ１４とフェムトセル２０との間のパス損失の推定に基づいて推定される。このことは、たとえマクロレイヤユーザ１４とフェムトセル２０との間に通信リンクがないとしても、同様に、他のパス損失の知識を用いて推定される。

第１のパス損失ＰＬ１は、マクロレイヤ基地局１２とフェムトセル２０のカバレッジ領域との間のパス損失である。このパス損失は、後で詳細に説明するように、フェムトセル２０のカバレッジ領域にわたって変化する。

第２のパス損失ＰＬ２は、マクロレイヤ基地局１２とフェムトセル２０に近接しているマクロレイヤＵＥ１４との間の平均パス損失である。

第３のパス損失ＰＬ３は、フェムトセル２０とフェムトセル２０のＵＥ２６との間のパス損失である。

第４のパス損失ＰＬ４は、フェムトセル２０と、フェムトセル２０との間の距離を推定するのに用いられるマクロレイヤユーザ１４との間のパス損失の推定である。

通常のアクセスポイント動作の下では、アウタループ電力制御とインナループ電力制御とが作用していれば、フェムトセルは、自分のＵＥによる受信全広帯域電力（ＲＴＷＰ）を通常のノイズレベルより少し上のレベルで測定するであろう。この測定されたＲＴＷＰは、マクロレイヤＵＥが近くにある場合には増加するであろう。フェムトセル２０は、同じ搬送周波数、即ち、近くにあるマクロレイヤ基地局１２と同じＵＭＴＳ陸上無線アクセス（ＵＴＲＡ）絶対無線周波数チャネル番号（ＵＡＲＦＣＮ）を用いて展開されている。ネットワーク運用者が２つの搬送波をもっている場合、代わりとなるオプションは、これら２つの搬送波に跨るガードバンド領域においてフェムトセル２０のようなフェムトセルを展開することであり、そして、その場合には、測定されたＲＴＷＰノイズの上昇はより小さいものであることが予想される。

フェムトセル２０が展開される周波数に係りなく、ユーザがフェムトセルに近づけば近づくほど、ユーザのマクロレイヤでの呼が中断したり、或いは、他のＵＭＴＳ搬送波或いは２Ｇネットワークにハンドオーバされる地点である“フェムトセルのデッドゾーン”にそのユーザが入るまで、そのノイズは増加するであろう。

図５はフェムトセル２０からマクロレイヤユーザ１４までの距離を推定する処理を図示するフローチャートである。マクロレイヤＵＥが原因となるフェムトセルにおけるアップリンクノイズの上昇を測定することにより、そして、フェムトセル聴取モードとフェムトセルＵＥ測定とにより、（その呼が中断されたり、ハンドオーバされる前に）マクロレイヤＵＥ送信電力を推定し、それ故に、たとえフェムトセルとマクロレイヤＵＥとの間の物理的通信リンクがなくても、これら２つの機器間のパス損失（パス損失４：ＰＬ４）を推定することが可能である。

知られているように、フェムトセルは全てのマクロレイヤの隣接セルにより送信される信号を検出でき、特に、その処理のステップ１２０では、スクランブルコードと周辺のマクロレイヤのノードＢにより送信されるシステム情報ブロック（ＳＩＢ）情報からの共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）送信電力値をデコードできる。また、アクティブモードにあるときには、フェムトセルのＵＥはまた、フェムトセルに対して、周辺のマクロレイヤのノードＢの検出されたＣＰＩＣＨの受信信号コード電力（ＲＳＣＰ）レベルをレポートする。ステップ１２２では、フェムトセル２０はこれら測定値を受信し、この処理はフェムトセル２０が使用される全期間にわたって生じる。送信電力値とＲＳＣＰ値とからパス損失ＰＬ１の即時的な値が決定され、ステップ１２４におけるマクロレイヤ基地局１２とフェムトセル２０のカバレッジ領域との間のパス損失の時間分布の作成を可能にしている。この分布は、例えば、一般には、より正確な結果が数多くの即時的な値を用いて取得されるであろうが、数１０秒の時間で計算されるかもしれない。

それから、フェムトセルＵＥ２６はおそらくはそれが使用中のいくつかの時点で建造物１８の窓の近くを通るであろうし、建造物１８の窓のちょうど内側にいるＵＥへのマクロレイヤ基地局からのパス損失が、建造物１８のちょうど外側にいるＵＥへのマクロレイヤ基地局からのパス損失と実質的に同じであろうと仮定する。従って、この処理のステップ１２６では、近隣にいるマクロレイヤユーザ１４によって経験する第２のパス損失ＰＬ２の平均値は、ただまれに発生するＰＬ１の値とおおよそ同じ、例えば、第１のパス損失値の最低１或いは２％であろうと仮定される。

第２のパス損失ＰＬ２の値は、フェムトセル２０により用いられるのと同じ周波数、或いは、同じ手順を用いる代替搬送波（通常は、近接する周波数）で、全てのマクロネットワークの隣接局に対して計算される。

マクロレイヤユーザ１４に対するＰＬ２の値が推定されたのであるから、そして、ノードＢ１２の通常のノイズレベルを知っており、マクロレイヤユーザ１４はノイズ電力に対するビット当りの知られたエネルギースペクトラム密度の比（Ｅｂ／Ｎｏ）をもつ１２ｋ２／音声サービスを用いていると仮定しているので、マクロレイヤＵＥ１４の平均送信（Ｔｘ）電力が、処理利得Ｇｐに対して仮定された値が与えられれば、次のように推定される。即ち、
Average macro layer UE Tx power = PL2 + nodeB noise floor - Gp + EbNo
である。

この推定はかなり正確なものである。なぜなら、マクロレイヤＵＥ１４はマクロレイヤノードＢ１２の遠い場にあり、そこでは位置によるパス損失変動は少ないからである。

ＵＥ１４がこの計算において１２ｋ２サービスを用いていることを仮定することは、平均マクロレイヤＵＥＴｘ電力に対して可能な最低の結果を与えるであろう。それ故に、次の計算は、ＰＬ４分布において可能な最小の値を与えるであろう。これはＰＬ４の値を過小評価する結果となり、それ故に、マクロレイヤＵＥの干渉の効果を過大評価してしまう。それで、この点からこの処理は安全なものである。さらに、マクロレイヤＵＥはパス損失が最小となるノードＢに接続され、それ故に、可能な最小の電力で送信を行う。それ故に、これは、マクロレイヤの干渉の影響を過大評価する別のファクタである。

一旦、平均マクロレイヤＵＥＴｘ電力が推定されると、ステップ１２８では、フェムトセル２０は短い期間の受信信号強度指標（ＲＳＳＩ）分布を、ＵＥ１４からの送信に関して測定する。このことは、同様に、マクロレイヤＵＥ１４からフェムトセル２０への短期間でのパス損失分布がステップ１３０において次のように推定されるのを可能にする。即ち、
Path Loss4 distiribution = Average Macro Layer UE Tx power + RSSI distribution
である。

ステップ１２８では、ＲＳＳＩ分布がフェムトセルが展開される搬送波での進行中のアップリンク動作として測定される。例えば、サンプルが１０ミリ秒毎に１回とられるので、干渉の影響の可能性、とりわけ、建造物１８の近くを歩いているマクロレイヤＵＥに対する高速な応答を可能にしている。

もし、フェムトセルがマクロレイヤのノードＢから別々の搬送波で展開されているなら、ネットワークＫＰＩへの悪い影響の可能性は非常に小さくなるが、ＲＳＳＩは依然として、フェムトセルの高速走査を用いて近接するチャネルで測定される。このモードでは、フェムトセルは通常、１０〜６０秒毎に約１０ミリ秒の間、隣接する搬送波への走査を実行し、ＵＬデータのフレームを捕捉する。そのサンプリングプロファイルは、フェムトセルのトラフィックプロファイルに依存して変化する。例えば、フェムトセルにトラフィックがなければ、その隣接する搬送波は５秒毎に１０ミリ秒の間、走査される一方、そのフェムトセルにトラフィックがあれば、その隣接する搬送波は、例えば、３０秒毎に１０ミリ秒の間、走査される。それから、これらのデータスナップショットはＲＳＳＩを計算するのに用いられる。複数の走査が用いられて、隣接する周波数でのＲＳＳＩ測定の短期間ヒストグラムを作成する。

一旦フェムトセル２０とマクロレイヤユーザ１４との間のパス損失が推定されたなら、これはステップ１３２で用いられてフェムトセル２０とマクロレイヤユーザ１４との間の距離を推定する。この図示された実施例では、この推定は以下の表に示されているようなＩＴＵ１２３８パス損失モデルを用いる。

┌−−−−−−−−┬−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−┐
│パス損失（ｄＢ）│フェムトセルとマクロレイヤユーザとの間の距離（ｍ）│
├−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−┤
│ ５１ │ ３ │
├−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−┤
│ ６０ │ ６ │
├−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−┤
│ ６５ │ ９ │
├−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−┤
│ ６９ │ １２ │
├−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−┤
│ ７１ │ １５ │
└−−−−−−−−┴−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−┘

異なるパス損失モデルが代替案で（例えば、自由空間で）適用されても良い。

フェムトセルのユーザ２６とフェムトセル２０との間のパス損失である第３のパス損失ＰＬ３の値は正確にいつでも推定される。なぜなら、ＵＥ２６は常に、そのＵＥで測定された検出されたＲＳＣＰレベルをフェムトセル２０にレポートしているからである。フェムトセルはその送信された電力レベルを知っており、それ故に、フェムトセルのＣＰＩＣＨ送信電力レベルと検出されたＲＳＣＰとの間の差が、フェムトセルのＵＥ２６とフェムトセル２０との間のパス損失ＰＬ３となろう。ユーザは予想されるカバレッジ領域を動き回るであろうと仮定されるので、このパス損失の統計的な分布が決定される。特に、９５％の屋内でのパス損失値に対して、９０％である。

さらに、ＰＬ４分布の９５％の値に対する９０％は、ＰＬ３分布の９５％の値に対する９０％よりもかなり小さいことが見出されたなら、フェムトセル２０は建造物１８内の良くない場所に設置されているとも結論される。これは、図３のステップ８０と８６で述べたように、また、以下でも詳細に説明するように、休止最大送信電力に関する値の選択に影響を与えるために用いられる。従って、フェムトセルをまだ正しく展開していないユーザは、フェムトセルを正しく展開したユーザと比較して不利益を受ける。

マクロレイヤＲＳＣＰ値を（聴取モードとフェムトＵＥの測定から）計算したので、そのフェムトセルから特定の距離における一定のマクロレイヤ品質という結果をもたらすフェムトセル送信電力を計算することが可能である。以下に詳細に説明するように、これは、例えば、近隣のアパートにおける高速ダウンリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ）スループットの低下や、マクロレイヤユーザに他の無線アクセス技術（ＲＡＴ）へのハンドオーバの原因となるフェムトセル周辺のダウンリンクデッドゾーンの発生のような、マクロネットワークのキー性能指標（ＫＰＩ）の低下を管理するために用いられる。これらは、中断される呼の百分率、ハンドオーバ増加の百分率、セル再選択の増加の百分率、ＨＳＤＰＡスループットの低下の百分率などにより測定される。中断された呼、セルの再選択、或いは、ハンドオーバは、夫々の機能がおそらくは異なるＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏ要求をもっているが、これらは全て、マクロレイヤの移動体がサービングセルのＣＰＩＣＨ品質が一定のレベル未満に低下したことを検出する時が契機となる。

図６はネットワーク運用者がフェムトセルの集合体からＫＰＩへの許容される影響を定義する処理を示すフローチャートであり、図７はさらに、これがどのように用いられてマクロネットワークへの影響をこれらの限界内に保持することを保証するのかを図示するフローチャートである。

ステップ１５０では、運用者は、例えば、ｋｍ²当りのフェムトセルの数などの関係するフェムトセルの予想される密度を、人口統計データやフェムトセル市場の浸透度の予想値に基づいて判断する。例えば、単位領域当りの建造物の数は、居住地がプロットされる領域を推定することにより、或いは、都市計画ガイドラインから、或いは、土地の利用状況についての知識から決定されるが、これらの内のいくつかはクローズドアクセスフェムトセルに対しては不適切な場所であるとして無視しても良い。適切な住居の数は、認可された移動体通信運用者の間でいくつかの方法で分割されると仮定できる。十分な品質とバンド幅のブロードバンドアクセスをもち、フェムトセルの利用をサポートできる適切な住居の割合について、３Ｇ電話を所有し、フェムトセルについての潜在的な市場となりえるであろう居住者の建物の数について、特定のＵＡＲＦＣＮで最終的にフェムトセルを展開するかもしれない住居の割合について仮定がなされる。

ステップ１５０では、運用者は、例えば、都市の或いは密集した都市の人口統計のプロファイルを仮定して、全てのフェムトセルに対する単一の展開密度基準を用いる。或いは、加入者の郵便番号に基づいて、運用者は、彼らが都市の密集地帯、都市、或いは、田園地帯に居住しているかを判断し、各場合について異なる仮定のフェムトセル平均（或いは、典型的な）密度を用いる。

ステップ１５２では、運用者は一定のイベントがトリガされるパイロット強度（ＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏ）の値に対する閾値を設定する。例えば、ＲＡＴ間（３Ｇと２Ｇとの内の少なくともいずれか）ハンドオーバがトリガされるＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏ値は、３Ｇから３Ｇへのハンドオーバに対しては、おおよそ−１４ｄＢ、３Ｇから２Ｇへのハンドオーバに対しては、おおよそ−１６ｄＢ（或いはそれ以下）で設定されるかもしれない。その結果、これは、もし特定のカバレッジ領域内にあるフェムトセルがマクロレイヤを−１４ｄＢ或いは−１６ｄＢのＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏ未満に低下させることがないなら、ハンドオーバや中断される呼を示すマクロネットワークＫＰＩに影響を与えることはないであろうということが論じられているので、ＫＰＩ境界として用いられる。同様に、特定のネットワークに対する運用試験の結果が、ＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏが−７ｄＢ以上であるとき、平均的なＨＳＤＰＡスループットが達成されることを示唆する。もし、フェムトセルが特定のカバレッジ領域の外側で−７ｄＢ未満にマクロネットワークのＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏを低下させることにならないなら、そのフェムトセルは平均的なマクロネットワークＨＳＤＰＡスループットのＫＰＩに影響は与えないであろう。

これは、ＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏの関数としてＫＰＩ影響領域を定義するために用いられる数多くの可能性のある方法を与えている。実用上、これらの測定の１つは、例えば、その時点でどのサービスが関係する搬送波で利用可能であるのかに基づいて、影響領域を決定するのに用いられる。例えば、もし、マクロレイヤの搬送波がＨＳＤＰＡデータを搬送しないなら、ＨＳＤＰＡのスループットへの影響に基づいてＫＰＩ影響領域を設定することは適切ではないであろう。

ステップ１５４では、運用者は一定の無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）ＫＰＩでの適切な最大の影響を設定する。例えば、フェムトセルの熟慮した展開の場合、運用者は、これがマクロネットワークＫＰＩに対して、以下のこと、即ち、
３Ｇから２Ｇへのハンドオーバの数が０．５％増加すること、
３Ｇから３Ｇへのハンドオーバの数が１％増加すること、
平均的なＨＳＤＰＡスループットよりも小さいスループットしか達成しないマクロレイヤユーザの数が２％増加することの
原因となることにより、影響を及ぼすものであることに同意するかもしれない。

ステップ１５６では、運用者は、許容されるデッドゾーンと個々のフェムトセルが創成するマクロネットワークの影響領域との内の少なくともいずれかを計算し、予想されるフェムトセルの予想される密度に基づいて、マクロネットワークＫＰＩへの全体的な影響が上記基準によって限界が設けられるものであることが有効に保証されるようにしている。

全領域Ａがｆ個のフェムトセルを含み、そして、各フェムトセルが影響領域ａを有する場合、マクロレイヤの効果的なカバレッジ領域における百分率での減少率、即ち、関係するＫＰＩに合致する領域の減少率は、１００・ｆ・ａ／Ａにより与えられる。

計算の一例は、上述のように計算されたフェムトセル密度を用いて、４ｋｍ×４ｋｍの１つの典型的な郊外の領域が１０２０個のフェムトセルを含むかもしれないことを提示している。

上記設定された最大の影響を用いるなら、３Ｇから２Ｇへのハンドオーバの数が０．５％増加することは、−１６ｄＢ以上のＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏ品質に対してマクロレイヤカバレッジ領域において最大０．５％の低減があることを示唆しており、３Ｇから３Ｇへのハンドオーバの数が１％増加することは、−１４ｄＢ以上のＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏ品質に対してマクロレイヤカバレッジ領域において最大１％の低減があることを示唆しており、そして、平均的なＨＳＤＰＡスループット以上のものを達成しないマクロレイヤユーザの数が２％増加することは、−７ｄＢ以上のＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏ品質に対してマクロレイヤカバレッジ領域において最大２％の低減があることを示唆している。選択される基準に基づき、百分率での最大の減少率が決定され、全てのフェムトセルの全ての許容された“影響領域”は、全領域の最大百分率を超えることが許されてはならない。

ステップ１５８では、この影響領域は各フェムトセルに対する最大干渉半径へと変換される。

その具体的な計算は次の通りである。即ち、
フェムトセル干渉半径＝
√｛％領域減少（１／π）マクロレイヤ領域／当該領域でのフェムトセルの推定数｝
である。

干渉半径の結果は、４ｋｍ×４ｋｍの領域で１０２０個のフェムトセルがある場合、それからその２倍の密度である場合に対して、次の表で提示される。

┌−−−−−−−−−┬−−−−−−−−−−−−┬−−−−−−−−−−−−┐
│ 全領域の％表現 │１０２０個のフェムトセル│２０４０個のフェムトセル｜
│ での影響領域 │密度での境界半径（ｍ） ｜密度での境界半径（ｍ） ｜
├−−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−┤
│ ２ │ １０ ｜ ７．０７ │
├−−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−┤
│ １ │ ７．０７ ｜ ５．０ │
├−−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−┼−−−−−−−−−−−−┤
│ ０．５ │ ５．０ ｜ ３．５３ │
└−−−−−−−−−┴−−−−−−−−−−−−┴−−−−−−−−−−−−┘

要約すると、このアプローチは、その特定のＵＡＲＦＣＮについてフェムトセルの展開に先立って１００％のマクロレイヤのカバレッジがあり、カバレッジ領域における劣化はクロースドアクセスフェムトセルの展開だけによるものであることを仮定する。運用者が通常は、９０％程度の戸外でのカバレッジだけを達成し、カバレッジを低減させる他のファクタ（例えば、他の運用者により展開された隣接搬送波での基地局が原因となるデッドゾーンなど）もあるので、これらは悲観的な仮定である。しかしながら、これらの仮定を用いることは、マクロレイヤのＫＰＩへの影響の点から上限値を提供するものとなる。

一旦、許容された干渉半径が移動体ネットワークの管理システム２８により定義されるなら、これは個々のフェムトセル夫々に送信され、図３において示した処理のステップ７２とステップ９４とにおいて、フェムトセルにより用いられ、フェムトセルからマクロレイヤユーザまでの距離の推定値と比較される。もし、マクロレイヤユーザがその干渉半径内にあるなら、図３において示した処理のステップ７４とステップ９６とにおいて説明したように、ＫＰＩの境界条件を満たすためにさらに、フェムトセルの最大ダウンリンク送信電力を低減することが可能である。この低減は、マクロレイヤＵＥがフェムトセル２０により近くにくるに従って徐々になされるものであっても良いが、或いは、マクロレイヤＵＥが干渉半径内に入るや否や、すぐになされても良い。

マクロレイヤユーザがその領域の外にでてゆくとき、フェムトセルは、もはやデッドゾーンを作り出すとは考えられないので、その送信電力をもとの値へと戻すために増加させる。

図３のステップ７４と９６においてフェムトセルにより適用されるリセット送信電力は、どのフェムトセルもトラフィックを搬送せず、それら全てが同時にアップリンク干渉を被るという最悪のケースを仮定して計算されている。そのリセット送信電力、即ち、フェムトセルが低下する最小送信電力レベルはそのとき、この最悪のケースの状況でも、マクロネットワークＫＰＩへの影響が上述のように設定した境界内になるように設定される。マクロレイヤユーザが一旦、干渉境界の外に移動するなら、即ち、マクロレイヤユーザへの推定距離がステップ７２或いはステップ９４における干渉半径より大きくなるとき、フェムトセルはその送信電力レベルを干渉発生前のレベルへと回復させる。

図７はこのリセット送信電力を計算する処理を示している。ステップ１６０では、フェムトセル２０は干渉境界に対する、即ち、上述した計算された干渉半径におけるパス損失を推定する。このパス損失は以下では第５のパス損失ＰＬ５として言及される。従って、電源投入時、フェムトセルは周辺のマクロレイヤを走査して、それ自体は最大電力のマクロネットワークのマクロレイヤＲＳＣＰを測定できる。また、フェムトセルは引き続き、使用中のマクロネットワークＲＳＣＰレベルを測定する。これらのサンプルは平均がとられ、フェムトセルに非常に近くでの平均マクロレイヤＲＳＣＰレベルを取得する。これは、ローカルマクロレイヤＲＳＣＰとして知られている。上述のように、干渉境界半径を知ると、上記でも用いられたパス損失モデルを用いて、干渉境界に対するパス損失を推定することが可能である。

干渉境界に対するパス損失ＰＬ５を推定し、その干渉境界における許容されるマクロレイヤＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏを知ったので、ステップ１６２ではフェムトセルのリセット送信電力を設定することが可能である。初めに、フェムトセルのＣＰＩＣＨリセット送信電力は次の式から決定される。即ち、
Femto CPICH Reset Power（フェムトＣＰＩＣＨリセット電力）
＝ Local Macro Layer RSCP （ローカルマクロレイヤＲＳＣＰ）＋ＰＬ５
−Femto Power Delta（フェムト電力デルタ）
である。

ここで、フェムト電力デルタは、干渉境界におけるおおよそのマクロレイヤＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏである。従って、その絶対値が小さくなればなるほど、フェムトセルのリセット送信電力もより小さいものであることが許される。

フェムトセルＣＰＩＣＨ電力は通常、フェムトセル全電力の１０％で設定されるので、それ故に、最大フェムト全送信電力を定義することが可能である。

リセット送信電力計算の例示的なものとして、もし、干渉半径が７ｍであるなら、これは６２ｄＢのＰＬ５の値を与える。もし、マクロレイヤＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏの境界が−１４ｄＢであり、平均のローカルマクロレイヤＲＳＣＰレベルが−１００ｄＢｍであるなら、フェムトセルのＣＰＩＣＨ Ｔｘ電力は次のように設定されるであろう。即ち、
Femto CPICH Reset Power （フェムトＣＰＩＣＨリセット電力）
＝−１００ｄＢｍ＋６２ｄＢ＋１４ｄＢ
＝−２４ｄＢｍ
であり、−１４ｄＢｍのローカルセット全送信電力がある。

従って、リセット送信電力を用いることで、マクロレイヤＫＰＩへのフェムトセルの集合の影響を所定の限界内に保持することが可能である。

２つのＵＭＴＳ搬送波に跨るフェムトセルの場合には、試験結果は、集められた全ダウンリンク（ＤＬ）送信電力から約５ｄＢ程度のオーダの、フェムトセルのダウンリンク送信電力の変調（或いは削減）が、上述して定義したデッドゾーンの半径を達成するのに十分であることを示唆している。運用者がマクロネットワークと同じＵＡＲＦＣＮでフェムトセルを展開する場合には、フェムトセルもダウンリンク送信電力の要求される変調（或いは削減）は、おそらく、上述して定義したデッドゾーンの半径の結果を達成するために、集められた全ＤＬ送信電力から、１５〜２０ｄＢ程度のオーダであろう。このことは明らかに、運用者のマクロネットワークＫＰＩを満たす方法として、結合された搬送波を跨ぐことやアップリンクのノイズ監視の利点があることを示している。

今まで説明したように、この方法はマクロレイヤユーザに影響を与えるキー性能指標を維持することに関するものであり、ネットワークにより測定可能なものである。同様に、フェムトセルも自分自身のＫＰＩを測定し、レポートすることができる。ダウンリンク電力の制約の影響を繰り返し被るフェムトセルのユーザは、例えば、図３の処理のステップ７６と９８で説明したように電子メールやＳＭＳメッセージを介してそのユニットの設置場所を変更することが推奨される。例えば、窓の近くから数ｍだけ離してフェムトセルの設置場所を変更することが、マクロレイヤユーザの干渉の影響を正すのに要求されることの全てであるかもしれない。

上述のように、本発明の方法はまた、例えば、フェムトセルがアイドルトラフィックのみを搬送し、マクロレイヤでのアクティブユーザと干渉するかもしれない場合、或いは、フェムトセルが何のトラフィックも搬送していない場合に、フェムトセル基地局の最大ダウンリンク送信電力を休止送信電力に低減するステップを含む。

３ＧＰＰ Ｒ４−０７１６６０で公開された“マクロＨＳＤＰＡ容量への固定出力電力でのＨＮＢの影響（Impact of HNB with fixed output power on macro HSDPA capacity）”という１つの研究報告は、フェムトセルの展開が原因となるマクロネットワークでの容量の影響を分析している。休止送信電力を計算する際に、フェムトセルの集合体により何のトラフィックも搬送されず、それ故に、フェムトセルは単に干渉の発生源であるという最悪のケースを仮定することができる。人口統計データ、ネットワーク運用者の数、市場浸透度の可能性について上述の情報を用いて、マクロ（ノードＢ／セクタ）当りのフェムトセルのおそらくは最大数が、１５０〜２００個程度のフェムトセルであると判断される。それから、運用者が平均的な屋内でのＨＳＤＰＡスループット容量の影響を２〜３％未満に限定することを要求するなら、この研究報告では、もしフェムトセルの同一チャネルの全集合体が最大送信電力を−１０ｄＢｍに設定するならば、このことは達成されるであろうと示唆している。もし、その代わりに、フェムトセルがネットワークの残りの部分で用いられる２つのＵＭＴＳ搬送波の間の搬送波で展開されるなら、試験結果は約１２〜１５ｄＢの干渉マージン利得があることを示唆している。それ故に、この展開のシナリオに対して、＋５ｄＢｍの休止送信電力が適切であろう。

図３の処理のステップ７８と８０で説明したように、送信電力は、時間閾値に達した時に休止電力レベルへと低減される。時間閾値は、フェムトセルを通してなされる呼の典型的な持続時間の知識、一日の内の発呼時刻、なされる呼の種類などのような、フェムトセルのトラフィックプロファイルについての情報に基づいて設定される。例えば、低いトラフィックレベルを搬送するフェムトセルは処理のステップ７８で用いるために短い時間閾値（例えば、１分未満、おそらく２０〜３０秒）を設定するかもしれないし、全ての移動体がセルからいなくなった後にこの閾値時間が経過したとき、ステップ８０では休止送信電力状態に移行するかもしれない。一方、かなりのトラフィックを搬送しているフェムトセルは、例えば、数１０分のような長い時間閾値を設定しても良い。加えて、よりヘビーユーズのフェムトセルは、時間閾値に達した時にすぐに最大送信電力を休止電力に低下させるのではなく、徐々に、或いは、段階的にその最大送信電力を減少させるかもしれない。

図８はフェムトセル２０において実行される処理を示している。ステップ１７０では、フェムトセルはそのトラフィックパターンを監視し、ステップ１７２では、フェムトセルはその時間閾値をトラフィックパターンに基づいて設定する。例えば、その時間閾値は２つ以上の予め設定された値から選択しても良い。２つの可能性がある値がある場合には、フェムトセルは、そのフェムトセルを介して発呼したか、受信したかの内の少なくともいずれかである呼の数がアクティビティ閾値より多いかどうかを単に判断するだけであり、もし、トラフィックレベルがそのアクティビティ閾値より大きい場合にはより長い時間閾値を設定すると良い。或いは、その判断は一日の内の時刻に基づいてなされても良く、例えば、一日の内のある時刻にフェムトセルを介して通常に発呼したか、受信したかの内の少なくともいずれかである呼の数を反映しても良い。

時間閾値についての非常に多くの数の利用可能なプリセット値を用いた他の構成も可能である。

以上、マクロレイヤユーザに対してフェムトセルが原因となる干渉の影響を低減する方法を説明した。

Claims (9)

1. フェムトセルにおけるダウンリンク電力を制御する方法であって、前記方法は、
   複数のフェムトセルの領域密度の予想値を判断する工程と、
   マクロレイヤの品質基準を設定する工程と、
   ネットワーク性能指標の影響レベルを設定する工程と、
   前記複数のフェムトセルの領域密度の予想値と、前記マクロレイヤの品質基準と、前記ネットワーク性能指標の影響レベルとに基づいて、前記フェムトセルに関して許容される最大の影響領域を計算する工程と、
   前記フェムトセルからのマクロレイヤのユーザの距離を推定する工程と、
   前記推定された前記フェムトセルからのマクロレイヤのユーザの距離と、前記計算された最大の影響領域とに基づいて、前記フェムトセルにおけるダウンリンク電力を制御する工程とを有することを特徴とする方法。
2. 前記推定された前記フェムトセルからのマクロレイヤのユーザの距離と、前記計算された最大の影響領域とに基づいて、前記フェムトセルにおけるダウンリンク電力を制御する工程は、前記フェムトセルがアイドルトラフィックだけを有する場合に実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記推定された前記フェムトセルからのマクロレイヤのユーザの距離と、前記計算された最大の影響領域とに基づいて、前記フェムトセルにおけるダウンリンク電力を制御する工程は、前記フェムトセルがトラフィックを搬送せず、そして、前記フェムトセルが近隣のマクロレイヤのユーザを検出する場合に実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. フェムトセルにおけるダウンリンク電力を制御する方法であって、前記方法は、
   前記フェムトセルからのマクロレイヤのユーザの距離を推定する工程と、
   前記推定された距離が、複数のフェムトセルの領域密度の予想値とネットワーク性能指標の影響レベルとに基づいて、決定される干渉半径内にあるかどうかを判断する工程とを有し、
   前記推定された距離が前記干渉半径内にある場合は、前記フェムトセルにおけるダウンリンク電力を第１の所定の電力レベルに制御する工程とを有することを特徴とする方法。
5. 前記フェムトセルから前記干渉半径までの推定されたパス損失を判断し、
   マクロレイヤ基地局からの送信信号強度を測定し、
   前記フェムトセルから前記干渉半径までの前記推定されたパス損失と、前記マクロレイヤ基地局からの前記測定された送信信号強度とに基づいて第１の所定の電力レベルを設定する工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 式：フェムトＣＰＩＣＨリセット電力＝
   ローカルマクロレイヤＲＳＣＰ＋ＰＬ５−フェムト電力デルタ
   に従って、フェムトＣＰＩＣＨリセット送信電力を実質的に計算することにより、前記第１の所定の電力レベルを設定する工程と、
   フェムトセルの総電力に対する前記フェムトセルのＣＰＩＣＨ電力の知られた比に基づいて、前記第１の所定の電力レベルを決定する工程をさらに有し、
   前記ローカルマクロレイヤＲＳＣＰは、前記マクロレイヤ基地局からの前記測定された送信信号強度であり、
   前記ＰＬ５は、前記フェムトセルから干渉境界である前記干渉半径までの前記推定されたパス損失であり、
   前記フェムト電力デルタは、前記干渉境界におけるおおよその前記マクロレイヤＣＰＩＣＨ Ｅｃ／Ｉｏであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記フェムトセルがトラフィックを搬送しておらず、アクティブなマクロセルのユーザが近くで検出されたと判断されるなら、前記フェムトセルにおける前記ダウンリンク電力を制御する工程をさらに有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記フェムトセルがアイドルトラフィックのみを搬送しており、マクロセルのユーザからの複数の登録要求が検出されたと判断されるなら、前記フェムトセルにおける前記ダウンリンク電力を制御する工程をさらに有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の方法。
9. 請求項４乃至８のいずれか１項に記載の方法に従って、ダウンリンク電力を制御するように適合されたフェムトセル基地局。

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