JP6069161B2 - 無線通信システム、及び送信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電波閉空間を設計する技術に関する。

現在、スマートフォンの普及・拡大によって、ワイヤレスブロードバンドトラヒックは急激に増加しており、２０２０年には現在のトラヒック量の２００倍以上に達すると予測されている。増加するトラヒックを収容するため、現在も、光回線に繋がった公衆無線ＬＡＮ（Local Area Network）やユーザ宅の無線ＬＡＮを経由したトラヒックオフロードが利用されている。オフロード先の無線ＬＡＮでは、移動体通信のオフロードだけでなく、映像伝送などのアプリケーションも利用するため、ＬＴＥ（Long Term Evolution）の１０倍にあたる１Ｇｂｉｔ／ｓ（ギガビット毎秒）のシステムスループット実現を目指し、８０２．１１ａｃの標準規格化を進めている。今後も増加し続けるワイヤレスブロードバンドトラヒックを無線ＬＡＮでオフロードしていくためには、無線ＬＡＮは引き続き移動体通信に対して１桁以上大きいスループットを維持することが要求される。

無線ＬＡＮのスループットを向上させるためには、周波数利用効率の向上と周波数帯域拡大の２つの高速化アプローチがある。周波数利用効率の向上については、複数の送受信アンテナにより空間多重してスループットを向上させるＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）技術の研究開発が進められており、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ／ａｃやＬＴＥなどで活用されている。

一方、周波数帯の拡大については、周波数割り当て済みの既存システムとの周波数共用を実現する必要がある。これは、有限リソースである周波数帯は、有効活用に向け、周波数再編を行いながら既に無駄なくシステムに割り当てられているためである。周波数共用のためには、厳しく定められた既存システムへの許容干渉値を遵守する必要があり、既存システムのアクセスポイント（以下、「ＡＰ」と記載する。）の位置を把握した上で、周波数を二次利用する無線通信システムの送信電力が制御される（例えば、非特許文献１参照。）。

図８は、従来技術による周波数二次利用無線通信システムの概念図を示す。従来技術による周波数二次利用無線通信システムは、既存システムの受信機と、周波数二次利用ＡＰと、集中制御局と、周波数共用管理データベースとから構成される。同図では、周波数二次利用無線通信システムにおける周波数二次利用ＡＰと集中制御局との接続は有線である。また、既存システムの受信機の位置情報、使用する周波数帯域、アンテナ利得、及び、帯域ごとに許容可能な与干渉電力と、周波数二次利用ＡＰの位置情報、及び、アンテナ利得とは、事前に周波数共用管理データベースに登録されているものとする。

集中制御局は、周波数共用管理データベースに登録された既存システムの受信機の位置情報と周波数二次利用ＡＰの位置情報とに基づき、既存システムの受信機における周波数二次利用ＡＰの伝搬損失量Ｌ_ｐａｓｓを、以下の式（１）により推定する。なお、既存システムの受信機と周波数二次利用ＡＰとの距離をｄとし、奥村−秦式で定められる地域（大都市、中小都市、郊外地）、利用周波数、アンテナ高などから分類される定数をα、βとする。

さらに、集中制御局は、推定した伝搬損失量Ｌ_ｐａｓｓと、許容可能な与干渉電力に基づき、周波数二次利用ＡＰの送信電力Ｐを、以下の式（２）により推定する。なお、既存システムの受信機のアンテナ利得をＧ_ｒｘ、周波数二次利用ＡＰのアンテナ利得をＧ_ｔｘ、既存システムの受信機の許容可能な与干渉電力をＩとする。これらは、周波数共用管理データベースから読み出される。

なお、既存システムの受信機が複数存在する場合には、集中制御局は、上記の送信電力の算出をそれら全ての受信機それぞれに対して行い、そのうち最小値を選択する。このように、集中制御局が、周波数共用管理データベースに登録された位置情報などを用いて周波数二次利用ＡＰの送信電力制御をすることで、周波数共用が可能な電波空間を形成することができる。

藤井 啓正、吉野 仁，"マルチセル環境下における送信電力制御型周波数共用方法の容量解析"，信学技報，社団法人 電子情報通信学会，SR2008-54，2008年，ｐ．113−118

ここで、既存システムの受信機が最も周波数二次利用ＡＰに近接する境界を事前に設定しておき、その境界上で各周波数二次利用ＡＰの与干渉量電力が許容値以下となるように制御することにより電波利用空間が交わらない状態を電波閉空間と定義する。そして、この電波閉空間に限定して周波数共用することとする。電波閉空間を利用する場合には、従来のようにアンテナ指向性を考慮せずに周波数二次利用ＡＰ（無線通信装置）間の伝搬損失をもとに送信電力のみを制御すると、境界における与干渉量最大の点を規定値以下に抑圧するために面的な制御ができず、必要以上に電波閉空間が縮小してしまうという課題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、無線通信装置の与干渉量を規定値以下にしつつ、広い電波閉空間を設定することができる無線通信システム、及び送信制御方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、ビーム指向性制御可能なアンテナを有する無線通信装置の設置位置と当該無線通信装置の利用境界との位置関係に対応した伝搬環境の情報、及び前記無線通信装置が無線通信を行うときの通信特性を表す情報に基づいて、前記無線通信装置の利用境界上の与干渉量と与干渉量の既定値との誤差が、誤差が小さいことを示す所定の基準を満たすときのアンテナウェイトを算出し、算出したアンテナウェイトを用いたときに前記利用境界上で最も与干渉電力が高い点が前記既定値以下となるときの送信電力を算出する電波データ解析部と、前記電波データ解析部により算出された前記アンテナウェイト及び前記送信電力を用いるよう前記無線通信装置を制御する制御部と、を備えることを特徴とする無線通信システムである。

また本発明の一態様は、上述した無線通信システムであって、前記電波データ解析部は、前記無線通信装置の設置位置と当該無線通信装置の利用境界との位置関係に対応した伝搬環境の情報、及び前記無線通信装置が無線通信を行うときの通信特性を表す情報に基づいて前記無線通信装置の利用境界上の与干渉量電力と与干渉量電力の規定値との誤差が、誤差が小さいことを示す所定の基準を満たすときのアンテナウェイトを算出するアンテナウェイト計算部と、前記伝搬環境の情報、及び前記通信特性を表す情報に基づいて、前記アンテナウェイト計算部により算出された前記アンテナウェイトを用いたときの利用境界上の与干渉量電力の最大値を推定する境界電力計算部と、前記境界電力計算部により推定された前記与干渉量電力の最大値から前記与干渉電力の規定値を減算して送信電力抑圧量を算出する送信電力抑圧量計算部と、前記アンテナウェイト計算部により算出された前記アンテナウェイトを用いたときの前記無線通信装置の送信電力値から、前記送信電力抑圧量計算部により算出された前記送信電力抑圧量を減算した値に基づいて前記無線通信装置に設定すべき送信電力を計算する送信電力計算部とを有する、ことを特徴とする。

また本発明の一態様は、上述した無線通信システムであって、前記送信電力抑圧量計算部は、前記境界電力計算部により推定された前記与干渉量電力の最大値が前記与干渉電力の規定値以下である場合、前記送信電力抑圧量に所定の値を設定する、ことを特徴とする。

また本発明の一態様は、上述した無線通信システムであって、前記電波データ解析部は、前記無線通信装置の異なる設置位置について前記アンテナウェイト、及び前記送信電力を算出し、前記電波データ解析部により算出された前記送信電力に基づいて選択した前記設置位置を通知する通知部をさらに備え、前記制御部は、前記通知部による通知に対応して承認を受けた前記設置位置について前記電波データ解析部が算出した前記アンテナウェイト及び前記送信電力を用いるよう前記無線通信装置を制御する、ことを特徴とする。

また本発明の一態様は、無線通信システムが実行する送信制御方法であって、ビーム指向性制御可能なアンテナを有する無線通信装置の設置位置と当該無線通信装置の利用境界との位置関係に対応した伝搬環境の情報、及び前記無線通信装置が無線通信を行うときの通信特性を表す情報に基づいて、前記無線通信装置の利用境界上の与干渉量と与干渉量の既定値との誤差が、誤差が小さいことを示す所定の基準を満たすときのアンテナウェイトを算出し、算出したアンテナウェイトを用いたときに前記利用境界上で最も与干渉電力が高い点が前記既定値以下となるときの送信電力を算出する電波データ解析過程と、前記電波データ解析過程において算出された前記アンテナウェイト及び前記送信電力を用いるよう前記無線通信装置を制御する制御過程と、を有することを特徴とする送信制御方法である。

本発明により、無線通信システムにおいて、無線通信装置の与干渉量を規定値以下にしつつ、広い電波閉空間を設定することが可能となる。

本発明の第１の実施形態による無線通信システムの構成図である。 同実施形態による電波データ解析部の機能ブロック図である。 同実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。 同実施形態による集中制御局を用いた電波閉空間の設定を説明するための図である。 第２の実施形態による無線通信システムの構成図である。 同実施形態による電波データ解析部の機能ブロック図である。 同実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。 従来技術による周波数共用の概念図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

［Ａ．第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による無線通信システムの構成図である。同図に示すように、本実施形態の無線通信システムは、アクセスポイント１０（以下、「アクセスポイント」を「ＡＰ」と記載する。）、集中制御局２０、利用境界データベース３０、伝搬環境モデルデータベース４０、及び周波数共用管理データベース５０を、光ファイバなどのコアネットワークであるネットワーク８０により接続して構成される。同図においては、ＡＰ群を構成する複数のＡＰ１０を、ＡＰ１０−１、…、ＡＰ１０−（ｎ＋１）と記載している。

ＡＰ１０（無線通信装置）は、アダプティブアレーなどのビーム指向性制御可能なアンテナを有する。利用境界データベース３０は、各ＡＰ１０の電波の利用境界６０の空間座標を示す利用境界情報を記憶する。伝搬環境モデルデータベース４０は、受信電力マップなどから事前に把握されたＡＰ１０の周囲の伝搬環境を表すレイトレースパラメータを記憶する。具体的には、レイトレースパラメータは、遮蔽物の透過係数、反射係数、回折係数を示す。周波数共用管理データベース５０は、各ＡＰ１０についてのＡＰ位置情報と送信パラメータを記憶する。ＡＰ１０が無線通信を行うときの通信特性を表す送信パラメータは、ＡＰ１０の送信アンテナ利得、送信周波数、送信電力と、ＡＰ１０と通信する無線局（図示せず）の受信アンテナ利得とを示す。

集中制御局２０は、各ＡＰ１０の送信電力や複数アンテナ間における信号の振幅ならびに位相差などを一括制御する。集中制御局２０は、複数アンテナ間の振幅ならびに位相差については、ＡＰ１０の各アンテナに対するアンテナウェイトにより制御する。集中制御局２０は、ネットワーク（ＮＷ）インタフェース部２１、電波データ解析部２２、記憶部２３、及び制御部２４を備えて構成される。

ネットワークインタフェース部２１は、ネットワーク８０を介して、ＡＰ１０、利用境界データベース３０、伝搬環境モデルデータベース４０、及び周波数共用管理データベース５０とデータの送受信を行う。
電波データ解析部２２は、利用境界データベース３０、伝搬環境モデルデータベース４０、及び周波数共用管理データベース５０それぞれに記憶されている利用境界情報、レイトレースパラメータ、及び送信パラメータを用いて、各ＡＰ１０の与干渉量を面的に推定する。任意の周波数を利用するＡＰ１０間で互いに規定値以上の与干渉を与えないように利用境界６０が定められたときに、電波データ解析部２２による与干渉量の面的な推定を利用して集中制御局２０が各ＡＰ１０の送信電力や位相を制御し、利用境界６０における与干渉量電力を規定値以下とする。この制御によって、電波の利用境界６０の間隔を最小に保つことができる。このように、電波の利用境界６０が各ＡＰ１０間で交わらない状態を電波閉空間と定義する。
記憶部２３は、電波データ解析部２２により算出された各種情報を記憶する。
制御部２４は、電波データ解析部２２による解析結果に基づいて、ＡＰ１０の送信電力や複数アンテナ間における信号の振幅ならびに位相差などを制御する。

図２は、電波データ解析部２２の詳細な構成を示すブロック図である。同図に示すように、電波データ解析部２２は、アンテナウェイト計算部２０１と、境界電力計算部２０２と、送信電力抑圧量計算部２０３と、送信電力計算部２０４と、パラメータ設定部２０５とを備えて構成される。
アンテナウェイト計算部２０１は、各データベースに記憶されている利用境界情報、レイトレースパラメータ、及び送信パラメータを用いたレイトレースにより、各ＡＰ１０の利用境界６０上の任意の点の与干渉量電力を推定する。アンテナウェイト計算部２０１は、この推定した与干渉量電力と、周波数共用管理データベース５０に記憶されている与干渉電力規定値との誤差が、誤差が小さいことを示す所定の基準を満たすときのアンテナウェイトを出力する。ここでは、アンテナウェイト計算部２０１は、与干渉量電力と与干渉電力規定値との誤差が最小となるときのアンテナウェイトを出力する。境界電力計算部２０２は、アンテナウェイト計算部２０１から出力されたアンテナウェイトを用いたときの利用境界６０上の与干渉量電力の最大値をレイトレースにより推定する。送信電力抑圧量計算部２０３は、境界電力計算部２０２が推定した最大の与干渉量電力から、予め決められた与干渉量電力規定値を減算して送信電力抑圧量を算出し、出力する。送信電力計算部２０４は、アンテナウェイト計算部２０１が出力したアンテナウェイトから送信電力値を算出し、算出した送信電力値から送信電力抑圧量計算部２０３が出力した送信電力抑圧量を減算した値に基づいて、ＡＰ１０に設定すべき送信電力値を計算する。パラメータ設定部２０５は、各ＡＰ１０のアンテナウェイトと送信電力値とを制御部２４へ出力する。

図３は、本実施形態による無線通信システムにおけるＡＰ制御の動作を示すフローチャートである。
まず、集中制御局２０の電波データ解析部２２において、アンテナウェイト計算部２０１は、各ＡＰ１０について、利用境界データベース３０から利用境界情報を読み出し、伝搬環境モデルデータベース４０からレイトレースパラメータを読み出し、周波数共用管理データベース５０から送信パラメータとＡＰ位置情報を読み出す。アンテナウェイト計算部２０１は、各ＡＰ１０について、読み出したこれらの情報からレイトレースにより算出した利用境界６０上の任意の点における与干渉量と、与干渉量の既定値との最小二乗誤差に基づいて各ＡＰ１０のアンテナウェイトを算出し、境界電力計算部２０２に出力する（ステップＳ１１）。さらに、アンテナウェイト計算部２０１は、算出した各ＡＰ１０のアンテナウェイトを記憶部２３に登録する。

境界電力計算部２０２は、各ＡＰ１０について、ステップＳ１１においてアンテナウェイト計算部２０１が算出したアンテナウェイトと、レイトレースパラメータ及び送信パラメータとを用いたレイトレースにより利用境界６０上の与干渉量電力の最大値を推定し、送信電力抑圧量計算部２０３に出力する（ステップＳ１２）。送信電力抑圧量計算部２０３は、各ＡＰ１０について、ステップＳ１２において境界電力計算部２０２が推定した最大の与干渉量電力から与干渉量電力規定値を減算して送信電力抑圧量を算出し、送信電力計算部２０４に出力する（ステップＳ１３）。なお、送信電力抑圧量計算部２０３は、あるＡＰ１０について算出した与干渉量電力の最大値が与干渉量電力規定値以下である場合、そのＡＰ１０の送信電力抑圧量を「０」（あるいは、０に近い所定の値）とする。

送信電力計算部２０４は、各ＡＰ１０について、ステップＳ１１においてアンテナウェイト計算部２０１が推定したアンテナウェイトを記憶部２３から読み出し、読み出したアンテナウェイトを用いたときの送信電力値を算出する。送信電力計算部２０４は、各ＡＰ１０について、読み出したアンテナウェイトを用いて算出された送信電力値から、ステップＳ１３において算出された送信電力抑圧量を減算した値（あるいは、その値よりも小さな値）を、各ＡＰ１０に設定すべき送信電力値として計算する（ステップＳ１４）。

パラメータ設定部２０５は、ステップＳ１４において送信電力計算部２０４が推定した各ＡＰ１０のアンテナウェイトと送信電力値とを設定したパラメータを制御部２４へ出力する（ステップＳ１５）。制御部２４は、各々のＡＰ１０のアンテナウェイトと送信電力が、パラメータ設定部２０５から出力されたパラメータが示すアンテナウェイトと送信電力になるように制御する（ステップＳ１６）。具体的には、制御部２４は、それぞれのＡＰ１０に、そのＡＰ１０についてパラメータ設定部２０５から出力されたパラメータを、ネットワーク８０を介して通知する。ＡＰ１０は、集中制御局２０から受信したパラメータが示すアンテナウェイトと送信電力により、電波の送信を行う。

以下、ステップＳ１１からステップＳ１４の動作を、数式を用いて詳細に説明する。
ステップＳ１１において、アンテナウェイト計算部２０１は、各ＡＰ１０について、利用境界６０上の各点の与干渉量電力Ｐ_ｒ(θ，φ，ｐｏｓ，ｗ_ｋ）と与干渉量電力の規定値Ｘ［ｄＢｍ］との最小二乗誤差が最も小さくなるようなアンテナウェイトベクトルｗを算出する。アンテナウェイトベクトルｗの要素であるアンテナウェイトｗ_ｋは、ＡＰ１０が有するＫ本のアンテナのうちｋ番目のアンテナの送信信号に乗算する重み係数である。与干渉量電力Ｐ_ｒ(θ，φ，ｐｏｓ，ｗ_ｋ）は、利用境界６０上の任意の点の方位、方角がＡＰ１０の位置ｐｏｓからθ、φの点における、当該ＡＰ１０のｋ番目のアンテナによるアンテナウェイトｗ_ｋを用いたときの与干渉量電力である。

具体的には、アンテナウェイト計算部２０１は、ｗ_ｋを変化させながら、以下の式（３）に示す評価関数を最小とするアンテナウェイトｗ_ｋを出力値として算出する。これは、シンプレックス法、ニュートン法などを用いることで解析することができる。アンテナウェイト計算部２０１は、算出したアンテナウェイトｗ_ｋからなるアンテナウェイトベクトルｗを境界電力計算部２０２に出力する。

なお、アンテナウェイト計算部２０１は、式（３）における与干渉量電力Ｐ_ｒ(θ，φ，ｐｏｓ，ｗ_ｋ）を、以下の式（４）及び式（５）により算出する。アンテナウェイト計算部２０１は、式（４）によりＡＰ１０のアンテナごとの各利用境界６０上の任意の点の電界強度Ｅ_ｋ(θ，φ，ｐｏｓ，ｗ_ｋ）を算出し、式（５）により利用境界６０上の任意の点に対するＡＰ１０の与干渉量電力Ｐ_ｒ(θ，φ，ｐｏｓ，ｗ_ｋ）を推定する。なお、Ｅ_ｋ(θ，φ，ｐｏｓ，ｗ_ｋ）は、ＡＰ１０の位置ｐｏｓからの方位、方角がθ、φである利用境界６０上の任意の点における、当該ＡＰ１０のｋ番目のアンテナによるアンテナウェイトｗ_ｋを用いたときの電界強度である。また、ｉはレイの番号、ｐは回折点の番号、Ｒ_ｉ，ｌはｉ番目のレイの反射面ｌの反射係数、Ｔ_ｉ，ｍはｉ番目のレイの透過面ｍの透過係数、Ｄ_ｉ，ｎはｉ番目のレイの回折点ｎの回折係数、ｓ_ｉ，１はｉ番目のレイの送信点から最初の回折点までの延べ距離、ｓ_ｉ，ｐはｉ番目のレイのｐ−１番目の回折点からｐ番目までの回折点までの延べ距離、Ｐ_ｔは送信電力、Ｇ_ｔは送信アンテナ利得、Ｇ_ｒは受信アンテナ利得、ｋ_０（＝２π／λ、λは波長）は波数である。Ｒ_ｉ，ｌ、Ｔ_ｉ，ｍ、Ｄ_ｉ，ｎ、ｓ_ｉ，１、ｓ_ｉ，ｐに付加されている（θ，φ，ｐｏｓ）は、利用境界６０上の任意の点の方位、方角がθ，φであり、かつ、ＡＰ位置がｐｏｓであるときの値であることを示す。波数ｋ_０は、送信周波数ｆから算出される波長λを用いて算出される。

なお、ＡＰ１０に対応したＡＰ位置ｐｏｓと、送信周波数ｆ、送信アンテナ利得Ｇ_ｔ、及び受信アンテナ利得Ｇ_ｒとはそれぞれ、周波数共用管理データベース５０から読み出したＡＰ位置情報と送信パラメータとから得られる。利用境界６０上の任意の点の方位θ及び方角φとＡＰ位置ｐｏｓとの位置関係に対応した反射係数Ｒ_ｉ，ｌ(θ，φ，ｐｏｓ）、透過係数Ｔ_ｉ，ｍ(θ，φ，ｐｏｓ）、回折係数Ｄ_ｉ，ｎ(θ，φ，ｐｏｓ）、ｓ_ｉ，１(θ，φ，ｐｏｓ）、ｓ_ｉ，ｐ(θ，φ，ｐｏｓ）は、伝搬環境モデルデータベース４０から読み出したレイトレースパラメータから得られる。方位θ及び角度φは、ＡＰ１０のＡＰ位置ｐｏｓと、利用境界データベース３０から読み出した利用境界情報が示す利用境界６０上の任意の点の座標とから得られる。

また、アンテナウェイト計算部２０１は、式（４）において用いる送信電力Ｐ_ｔを、ｋ番目のアンテナの送信信号Ｓ_ｋを用いて、以下の式（６）により算出する。送信信号Ｓ_ｋは、送信パラメータから得られる。

なお、アンテナウェイト計算部２０１は、評価関数として式（３）に代えて以下の式（７）を用い、送信周波数ｆを変数としてアンテナウェイトｗ_ｋを推定してもよい。

式（７）を用いた場合、アンテナウェイト計算部２０１は、境界電力計算部２０２に推定した送信周波数ｆも出力する。そして、以降の処理において、式（４）により算出を行うときには、推定した送信周波数ｆが用いられる。また、ステップＳ１６において制御部２４は、さらに、推定した送信周波数ｆを用いるようＡＰ１０を制御する。

ステップＳ１２において、境界電力計算部２０２は、ステップＳ１１において推定されたアンテナウェイトベクトルωを用いて、利用境界６０上の与干渉量電力の最大値Ｐ_{ｒ，ｍａｘ}を、式（８）を用いて算出する。なお、境界電力計算部２０２は、式（８）に示す電界強度Ｅ_ｋ(θ，φ，ｐｏｓ，ｗ_ｋ）を、推定されたアンテナウェイトベクトルωの要素ω_ｋを用いて、式（４）により計算する。

ステップＳ１３において、送信電力抑圧量計算部２０３は、以下の式（９）を用いて、ステップＳ１２において推定された最大の与干渉量電力の最大値Ｐ_{ｒ，ｍａｘ}から与干渉量電力規定値Ｘを減算し、送信電力抑圧量Ｌを算出する。ただし、与干渉量電力の最大値Ｐ_{ｒ，ｍａｘ}≦与干渉量電力規定値Ｘである場合、送信電力抑圧量Ｌ＝０とする。

ステップＳ１４において、送信電力計算部２０４は、以下の式（１０）により、ステップＳ１１において推定されたアンテナウェイトベクトルωの要素ω_ｋを用いて抑圧前の送信電力を算出し、ステップＳ１３において算出された送信電力抑圧量Ｌを抑圧前の送信電力から減算することで、ＡＰ１０に設定すべき送信電力Ｐ_{Ｔ，ｐａｒａｍ}を計算する。

図４は、集中制御局２０を用いた電波閉空間の設定を説明するための図である。
図４（ａ）は、従来技術などによって、面的な与干渉制御を行わずに、ＡＰの送信電力のみを制御した場合の例である。境界９０ａは送信電力制御前の与干渉量が既定値以下となる空間の境界を示し、境界９０ｂは送信電力制御後の与干渉量が既定値以下となる空間の境界を示している。ＡＰは、利用境界において与干渉量が最大となる点の方位及び方角の境界９０ａ上の点９１が、電波閉空間（利用境界内）となるように送信電力のみを制御している。そのため、境界９０ｂは境界９０ａをそのまま縮小した空間となっており、必要以上に電波空間が縮小してしまっている。

一方、図４（ｂ）は、本実施形態による送信電力制御を行って、利用境界におけるＡＰ１０の与干渉量最大の点を与干渉量電力規定値以下に抑圧した例である。境界７０ａは送信電力制御前の与干渉量が既定値以下の空間の境界を示し、境界７０ｂは、式（３）を用いて算出したアンテナウェイトにより面的な与干渉制御を行った場合の与干渉量が既定値以下の空間の境界を示している。このように、面的な与干渉の制御を行った後、式（８）〜（１０）を用いて、利用境界におけるＡＰ１０の与干渉量最大の点を与干渉量電力規定値以下とするように漏れ出す与干渉量を抑圧することで、境界７０ｂは境界７０ｃのように縮小される。このように、本実施形態では、与干渉量を推定する集中制御局２０と、ビーム指向性制御可能なアンテナを用いたＡＰ１０とを組み合わせることで、面的に与干渉量を制御し、電波閉空間を最大に設定することができる。

[Ｂ．第２の実施形態]
本実施形態では、閉空間の利用者がＡＰの置局を行う場合において、ＡＰの設置位置を変えながら第１の実施形態と同様の送信電力算出処理を再帰的に実行し、送信電力が最大となる設置位置を事前に推定して利用者にレコメンドする。以下、第１の実施形態との差分を中心に説明する。

図５は、本実施形態の無線通信システムの構成図である。同図に示すように本実施形態の無線通信システムは、ＡＰ１０、集中制御局２０ａ、利用境界データベース３０、伝搬環境モデルデータベース４０ａ、及び周波数共用管理データベース５０ａを、ネットワーク８０により接続して構成される。

伝搬環境モデルデータベース４０ａは、遮蔽物の透過係数、反射係数、回折係数などレイトレースに必要なパラメータであるレイトレースパラメータを各ＡＰ１０の設置位置毎に記憶する。周波数共用管理データベース５０は、各ＡＰ１０の送信パラメータを記憶するとともに、ＡＰ１０の設置位置を変えた場合について集中制御局２０ａが算出したアンテナウェイト及び送信電力を記憶する。周波数共用管理データベース５０ａは、送信電力に基づいて選択した設置位置をユーザの端末に通知する。

集中制御局２０ａは、第１の実施形態の集中制御局２０が備える電波データ解析部２２、制御部２４に代えて、電波データ解析部２２ａ、制御部２４ａを備えた構成である。電波データ解析部２２ａは、ＡＰ１０の設置位置を変えた場合の送信電力とアンテナウェイトを算出する。制御部２４ａは、周波数共用管理データベース５０ａが通知した中からユーザが選択したＡＰ１０の設置位置について電波データ解析部２２ａが算出した送信電力とアンテナウェイトになるように、ＡＰ１０のアンテナウェイトと送信電力を制御する。

図６は、電波データ解析部２２ａの詳細な構成を示すブロック図である。同図に示すように、電波データ解析部２２ａは、図２に示す第１の実施形態の電波データ解析部２２が備えるアンテナウェイト計算部２０１、パラメータ設定部２０５に代えて、アンテナウェイト計算部２０１ａ、パラメータ設定部２０５ａを備えた構成である。
アンテナウェイト計算部２０１ａは、レイトレースにより、計算機上で任意の設置位置にＡＰ１０を設置したときの、当該ＡＰ１０の利用境界６０上の任意の点の与干渉量電力を推定する。アンテナウェイト計算部２０１ａは、この推定した与干渉量電力と、与干渉電力規定値と誤差が最小になるようなアンテナウェイトを出力する。パラメータ設定部２０５ａは、ＡＰ１０の設置位置の情報と対応付けて、その設置位置について算出されたアンテナウェイト及び送信電力値を周波数共用管理データベース５０ａに書き込む。

図７に本実施形態の無線通信システムにおけるＡＰ制御の動作を示すフローチャートである。
集中制御局２０ａのアンテナウェイト計算部２０１ａは、利用空間内の任意の位置にＡＰ１０を設置したときの座標を表す設置位置情報を生成する（ステップＳ２１）。なお、利用者が集中制御局２０ａの記憶部２３に設置位置情報を事前に設定しておき、アンテナウェイト計算部２０１ａが読み出すようにしてもよい。

集中制御局２０ａのアンテナウェイト計算部２０１ａは、設置位置情報を生成したＡＰ１０について、利用境界データベース３０から利用境界情報を読み出し、伝搬環境モデルデータベース４０からレイトレースパラメータを読み出し、周波数共用管理データベース５０から送信パラメータを読み出す。アンテナウェイト計算部２０１ａは、第１の実施形態のアンテナウェイト計算部２０１と同様の処理により、読み出したこれらの情報からレイトレースにより算出した利用境界６０上の任意の点における与干渉量と、与干渉量の既定値との最小二乗誤差に基づいて各ＡＰ１０のアンテナウェイトを算出し、境界電力計算部２０２に出力する（ステップＳ２２）。ただし、アンテナウェイト計算部２０１ａは、ＡＰ位置ｐｏｓとして、ステップＳ２１において生成した設置位置情報を使用する。

集中制御局２０ａの電波データ解析部２２ａは、ステップＳ２３〜ステップＳ２５において、第１の実施形態のステップＳ１２〜ステップＳ１４までの処理と同様の処理を、設置位置情報を生成したＡＰ１０について行う。すなわち、境界電力計算部２０２は、ステップＳ２２においてアンテナウェイト計算部２０１ａが算出したアンテナウェイトと、レイトレースパラメータ及び送信パラメータとを用いたレイトレースにより利用境界６０上の与干渉量電力の最大値を推定する（ステップＳ２３)。送信電力抑圧量計算部２０３は、ステップＳ２３において境界電力計算部２０２が推定した最大の与干渉量電力から与干渉量電力規定値を減算して送信電力抑圧量を算出する（ステップＳ２４）。送信電力計算部２０４は、アンテナウェイト計算部２０１ａが推定したアンテナウェイトを用いたときの送信電力値を算出し、算出した送信電力値からステップＳ２４において算出された送信電力抑圧量を減算した値に基づいて、ＡＰ１０に設定すべき送信電力値を計算する（ステップＳ２５）。

パラメータ設定部２０５ａは、ＡＰ１０の設置位置情報に対応付けて、アンテナウェイト及び送信電力値を周波数共用管理データベース５０ａに登録する（ステップＳ２６）。
電波データ解析部２２ａは、ステップＳ２０からステップＳ２６の処理を、再帰的に行う。つまり、アンテナウェイト計算部２０１ａは、データ数、すなわち、アンテナウェイト及び送信電力値を算出した設置位置の数が事前に設定したしきい値未満である場合には異なる設置位置情報によりステップＳ２０からの処理を行い（ステップＳ２７：ＮＯ）、しきい値を越えた場合に再帰処理を終了する（ステップＳ２７：ＹＥＳ）。

周波数共用管理データベース５０ａは、送信電力が最大となるＡＰ１０の設置位置情報を検索して、ネットワーク８０、あるいは、他のネットワークを介して接続されるユーザ端末（図示せず）に通知する（ステップＳ２８）。周波数共用管理データベース５０ａは、ステップＳ２８において通知した設置位置情報に対して、ユーザ端末から承認通知を受信しない場合（ステップＳ２９：ＮＯ）、次に送信電力が大きい設置位置情報を通知する処理を順次繰り返す（ステップＳ２８）。そして、周波数共用管理データベース５０ａが承認通知を受信した場合（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、承認通知を受信した対象の設置位置情報を集中制御局２０ａに通知する。集中制御局２０ａの制御部２４ａは、受信した設置位置情報に対応したアンテナウェイトと送信電力を周波数共用管理データベース５０ａから読み出し、ＡＰ１０を制御する（ステップＳ３０）。

上述した実施形態によれば、集中制御局は、ＡＰの設置位置と当該ＡＰの利用境界との位置関係に対応した伝搬環境の情報、及び当該ＡＰが無線通信を行うときの通信特性を表す情報（送信パラメータ）に基づいて、利用境界上の与干渉量と与干渉量の既定値との誤差が、誤差が小さいことを示す所定の基準を満たす（最小となる）ときのアンテナウェイトを算出する。集中制御局は、この算出したアンテナウェイトを用いたときに利用境界上で最も与干渉電力が高い点が与干渉量の既定値以下となるときの送信電力を算出し、算出したアンテナウェイトと送信電力によりＡＰを制御する。このように、集中制御局が、利用境界上の面的な与干渉量電力に基づいてＡＰの適切な送信電力とアンテナウェイトを推定し、推定値によりＡＰを制御することによって、与干渉量を規定値以下にしつつ、電波利用空間を最大にまで設定することが可能となる。
また、ＡＰの置局を行う場合には、事前に計算機上で算出した設置場所ごとの送信電力とアンテナウェイトをデータベースに登録しておくことで、ユーザにＡＰの送信電力が最大となる設置位置をレコメンドすることが可能となる。

上述した実施形態における集中制御局２０、２０ａ、利用境界データベース３０、伝搬環境モデルデータベース４０、４０ａ、及び周波数共用管理データベース５０、５０ａの機能をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

周波数を共用し、ビーム指向性制御可能なアンテナを備えた複数の無線局を有する無線通信システムに利用できる。

１０ アクセスポイント(無線通信装置）
２０、２０ａ 集中制御局
２１ ネットワークインタフェース部
２２、２２ａ 電波データ解析部
２３ 記憶部
２４、２４ａ 制御部
３０ 利用境界データベース
４０、４０ａ 伝搬環境モデルデータベース
５０、５０ａ 周波数共用管理データベース（通知部）
６０ 利用境界
８０ ネットワーク
２０１、２０１ａ アンテナウェイト計算部
２０２ 境界電力計算部
２０３ 送信電力抑圧量計算部
２０４ 送信電力計算部
２０５、２０５ａ パラメータ設定部

Claims (5)

1. ビーム指向性制御可能なアンテナを有する無線通信装置の設置位置と当該無線通信装置の利用境界との位置関係に対応した伝搬環境の情報、及び前記無線通信装置が無線通信を行うときの通信特性を表す情報に基づいて、前記無線通信装置の利用境界上の与干渉量と与干渉量の既定値との誤差が、誤差が小さいことを示す所定の基準を満たすときのアンテナウェイトを算出し、算出したアンテナウェイトを用いたときに前記利用境界上で最も与干渉電力が高い点が前記既定値以下となるときの送信電力を算出する電波データ解析部と、
   前記電波データ解析部により算出された前記アンテナウェイト及び前記送信電力を用いるよう前記無線通信装置を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記電波データ解析部は、
   前記無線通信装置の設置位置と当該無線通信装置の利用境界との位置関係に対応した伝搬環境の情報、及び前記無線通信装置が無線通信を行うときの通信特性を表す情報に基づいて前記無線通信装置の利用境界上の与干渉量電力と与干渉量電力の規定値との誤差が、誤差が小さいことを示す所定の基準を満たすときのアンテナウェイトを算出するアンテナウェイト計算部と、
   前記伝搬環境の情報、及び前記通信特性を表す情報に基づいて、前記アンテナウェイト計算部により算出された前記アンテナウェイトを用いたときの利用境界上の与干渉量電力の最大値を推定する境界電力計算部と、
   前記境界電力計算部により推定された前記与干渉量電力の最大値から前記与干渉電力の規定値を減算して送信電力抑圧量を算出する送信電力抑圧量計算部と、
   前記アンテナウェイト計算部により算出された前記アンテナウェイトを用いたときの前記無線通信装置の送信電力値から、前記送信電力抑圧量計算部により算出された前記送信電力抑圧量を減算した値に基づいて前記無線通信装置に設定すべき送信電力を計算する送信電力計算部とを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記送信電力抑圧量計算部は、前記境界電力計算部により推定された前記与干渉量電力の最大値が前記与干渉電力の規定値以下である場合、前記送信電力抑圧量に所定の値を設定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記電波データ解析部は、前記無線通信装置の異なる設置位置について前記アンテナウェイト、及び前記送信電力を算出し、
   前記電波データ解析部により算出された前記送信電力に基づいて選択した前記設置位置を通知する通知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記通知部による通知に対応して承認を受けた前記設置位置について前記電波データ解析部が算出した前記アンテナウェイト及び前記送信電力を用いるよう前記無線通信装置を制御する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
5. 無線通信システムが実行する送信制御方法であって、
   ビーム指向性制御可能なアンテナを有する無線通信装置の設置位置と当該無線通信装置の利用境界との位置関係に対応した伝搬環境の情報、及び前記無線通信装置が無線通信を行うときの通信特性を表す情報に基づいて、前記無線通信装置の利用境界上の与干渉量と与干渉量の既定値との誤差が、誤差が小さいことを示す所定の基準を満たすときのアンテナウェイトを算出し、算出したアンテナウェイトを用いたときに前記利用境界上で最も与干渉電力が高い点が前記既定値以下となるときの送信電力を算出する電波データ解析過程と、
   前記電波データ解析過程において算出された前記アンテナウェイト及び前記送信電力を用いるよう前記無線通信装置を制御する制御過程と、
   を有することを特徴とする送信制御方法。

Images