JP6275423B2 - 無線基地局、無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

無線基地局、無線通信システム及び無線通信方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線基地局、無線通信システム及び無線通信方法に関する。
ＬＴＥ（Long Term Evolution）やＬＴＥの後継システム（例えば、ＬＴＥアドバンスト、ＦＲＡ（Future Radio Access）、４Ｇなどともいう）では、半径数百メートルから数キロメートル程度の相対的に大きいカバレッジを有するマクロセルと重複して、半径数メートルから数十メートル程度の相対的に小さいカバレッジを有するスモールセル（ピコセル、フェムトセルなどを含む）が配置される無線通信システム（例えば、Heterogeneous Networkともいう）が検討されている（例えば、非特許文献１）。
かかる無線通信システムでは、マクロセルとスモールセルとの双方で同一の周波数帯を用いるシナリオ（例えば、co-channelともいう）や、マクロセルとスモールセルとで異なる周波数帯を用いるシナリオ（例えば、separate frequencyともいう）が検討されている。具体的には、後者のシナリオでは、マクロセルにおいて、相対的に低い周波数帯（例えば、２ＧＨｚ）（以下、低周波数帯という）を用い、スモールセルにおいて相対的に高い周波数帯（例えば、３．５ＧＨｚや１０ＧＨｚ）（以下、高周波数帯という）を用いることも検討されている。
ところで、従来の無線通信システムでは、無線基地局の設置時に、周囲の伝搬環境（基地局周辺における電波伝搬の特性）を測定又は予測したデータから、基地局パラメータ（送信電力、送信方向、チルト角、送受信ウェイトなど）を設定していた。しかしながら、このようなパラメータ設定方法では、測定の精度が不正確な場合や、設置後に周囲の伝搬環境が変化した場合に、設置時に設定したパラメータが不適切となるおそれがあった。
特に、スモールセルを形成するスモール基地局は、１つのマクロセル内に多数配置される構成が検討されており、マクロセルを形成するマクロ基地局に比べて、設置され得る環境が多い。そのため、それぞれ異なる環境において、基地局パラメータを設定するための伝搬測定又は伝搬予測をどのように行うかを決定することは難しい。また、スモール基地局は、サービスエリア（カバレッジエリア）が比較的狭いため、ユーザや物体の移動による伝搬環境の変化が大きい。したがって、スモール基地局においては、事前の伝搬測定又は伝搬予測による適切な基地局パラメータの設定が非常に困難となる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、周囲の伝搬環境の変化に応じて、基地局パラメータを適切に制御することができる無線基地局、無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る無線基地局は、サービスエリア内の環境に関する情報である周囲環境情報を取得する周囲環境情報取得部と、前記周囲環境情報に基づいて電波伝搬に関する情報である伝搬環境情報を抽出する伝搬環境情報抽出部と、前記伝搬環境情報に基づいて送受信する電波の制御に関する情報である基地局パラメータを生成する基地局パラメータ生成部と、複数のアンテナ素子と、を具備し、前記周囲環境情報取得部は、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子を用いて形成したビームを送信し、前記複数のアンテナ素子のうち前記所定のアンテナ素子とは異なる又は同じアンテナ素子の少なくとも１つを用いて前記ビームの反射波を受信し、前記伝搬環境情報抽出部は、取得した反射波に基づいて、周囲の物体の伝搬環境情報を抽出することを特徴とする。
本発明によれば、無線基地局が周囲の伝搬環境の変化に応じて、基地局パラメータを適切に制御することができる。
ＨｅｔＮｅｔの概念図である。 マクロセルとスモールセルで用いられるキャリアの一例の説明図である。 Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯの説明図である。 スモールセルのサービスエリア内に遮蔽物がない事例の説明図である。 スモールセルのサービスエリア内に遮蔽物が乱立した事例の説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局の基地局パラメータ制御方法の説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局の基地局パラメータ制御方法の一例である。 本実施の形態に係る無線基地局が１次データをカメラで取得する例である。 本実施の形態に係る無線基地局が１次データを無線ビームで取得する例である。 レイトレース法の説明図である。 本実施の形態に係る３次データの構成の説明図である。 本実施の形態に係る無線通信システムの一例を示す概略図である。 本実施の形態に係る無線基地局の機能構成の説明図である。 本実施の形態に係る無線通信システムの機能構成の説明図である。
図１は、本実施の形態に係る無線基地局（例えば、スモール基地局）が適用されるネットワーク構成の概念図の一例である。図１では、スモール基地局が、マクロセルのセルエリアと重畳（オーバーレイ）してスモールセルを形成するネットワーク構成を示している。具体的に、図１に示すネットワーク構成は、マクロセルを形成する無線基地局（以下、マクロ基地局又はＭｅＮＢ（Macro eNodeB）という）、各スモールセルを形成する無線基地局（以下、スモール基地局又はＳｅＮＢ（Small eNodeB）という）、マクロ基地局及びスモール基地局の少なくとも一つと通信するユーザ端末（ＵＥ：User Equipment）とを含む。
図１に示すネットワーク構成では、マクロセルにおいて相対的に低い周波数帯（以下、低周波数帯という）のキャリアＦ１を用い、スモールセルにおいて相対的に高い周波数帯（以下、高周波数帯という）のキャリアＦ２を用いることが検討されている。この場合、低周波数帯のキャリアＦ１を用いるマクロセルにおいて、カバレッジ確保やモビリティサポートを行い、高周波数帯のキャリアＦ２を用いるスモールセルにおいて、容量増大やオフロードを行うこと（Macro-assisted、Ｃ／Ｕ-plane splitなどともいう）も検討されている。なお、本実施の形態に係る無線基地局が適用されるネットワーク構成は、図１に示した構成に限られない。他セルと重畳しないセルにおいて適用することも可能である。
図２は、キャリアＦ１、Ｆ２の一例を示す図である。図２に示すように、低周波数帯のキャリアＦ１としては、例えば、８００ＭＨｚや２ＧＨｚなどの既存の周波数帯（Existing cellular bands）のキャリアを用いることができる。一方、高周波数帯のキャリアＦ２としては、例えば、３．５ＧＨｚや１０ＧＨｚなど、既存の周波数帯よりも高い周波数帯（Higher frequency bands）のキャリアを用いることができる。
図２に示すように、キャリアＦ１の送信電力密度（Transmit power density）は、キャリアＦ２の送信電力密度より高いため、マクロセルのカバレッジはスモールセルよりも大きくなる。一方、キャリアＦ２の送信帯域幅（bandwidth）は、キャリアＦ１の送信帯域幅よりも広く確保できるため、スモールセルの伝送速度（キャパシティ）はマクロセルよりも高くなる。
ここで、パスロス（path-loss）は、周波数ｆに比例して増加する。このため、高周波数帯のキャリアＦ２が用いられるスモールセルでは、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ（Massive Multiple Input Multiple Output、３次元（３Ｄ）／Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯともいう）などによるビームフォーミングを適用することで、パスロスを補償することが検討されている。
Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式では、大量（例えば、１００個以上）のアンテナ素子を用いてデータを送信することでデータレート（周波数利用効率）を向上させる。大量のアンテナ素子を用いてデータを送信することから、少数のアンテナ素子を用いる場合と比べて多重化に伴う伝送効率を改善でき、従来よりも高速な無線通信が可能となる。また、大量のアンテナ素子の組合せにより高度なビームフォーミングが可能となる。
図３は、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯの説明図である。Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯを用いる場合、複数のアンテナ素子が２次元面に配置される。例えば、図３に示すように、２次元面における水平方向と垂直方向とで均等に、複数のアンテナ素子が配置されてもよい。かかる場合、２次元面に配置可能なアンテナ素子数は、理論上、周波数ｆの２乗に比例して増加する。なお、図示しないが、複数のアンテナ素子は、３次元で配置されてもよい。
ところで、従来の無線通信システムでは、無線基地局の設置時に、周囲の伝搬環境（基地局周辺における電波伝搬の特性）を測定又は予測したデータから、基地局パラメータ（送信電力、送信方向、チルト角、送受信ウェイトなど）を設定する必要があった。しかしながら、スモール基地局は、１つのマクロセル内に多数配置される構成が検討されており、マクロ基地局に比べて、設置され得る環境が多い。そのため、それぞれ異なる環境において、基地局パラメータを設定するための伝搬測定又は伝搬予測をどのように行うかを決定することは難しい。また、スモール基地局は、サービスエリア（カバレッジエリア）が比較的狭いため、ユーザや物体の移動による伝搬環境の変化が大きい。したがって、スモール基地局においては、事前の伝搬測定又は伝搬予測による適切な基地局パラメータの設定が非常に困難となるという課題があった。
例えば、スモール基地局ＳｅＮＢの設置時には、スモールセルのサービスエリア内に遮蔽物が少なかったが（図４）、その後遮蔽物（建物など）が増加した場合を想定する（図５）。図４及び図５のＵＥは、スモール基地局ＳｅＮＢから見ると同じ地理的位置に存在しているが、伝搬環境は大きく異なっている。したがって、図５の環境において図４のときに決定された基地局パラメータを用いたのでは、通信状態が劣化してしまう。
また、図５に示すように、車両等の移動する物体がある場合、ＵＥの位置が変わらない場合であっても、車両の位置に応じて（例えば、ＵＥと基地局間に車両が存在する場合）、伝搬環境の変化が大きくなる。また、車両内にＵＥが存在するなど、ＵＥ自体が高速に移動する場合にも、ＵＥの位置が変わらない場合に比べて伝搬環境の変化が大きい。また、スモール基地局はサービスエリアが狭いため、スモールセル内のユーザ端末や物体が、人間の歩行のような比較的遅い移動速度で移動する場合でも、スモールセル内の伝搬環境は大きく変化してしまうと考えられる。
そこで、本発明者らは、周囲の伝搬環境の変化に応じて、基地局パラメータを適切に制御することができる無線基地局を検討し、本発明に至った。
本実施の形態に係る無線基地局は、サービスエリア内の環境に関する情報である周囲環境情報を取得する周囲環境情報取得部と、前記周囲環境情報に基づいて電波伝搬に関する情報である伝搬環境情報を抽出する伝搬環境情報抽出部と、前記伝搬環境情報に基づいて送受信する電波の制御に関する情報である基地局パラメータを生成する基地局パラメータ生成部と、を具備する。当該無線基地局は、周囲をスキャンして得られた周囲環境情報（以下、「１次データ」と呼ぶ）により、伝搬環境情報（以下、「２次データ」と呼ぶ）を推定し、基地局パラメータ（以下、「３次データ」と呼ぶ）を適切に制御する。図６は、本実施の形態に係る無線基地局の基地局パラメータの制御方法の概要の説明図である。図６では、無線基地局は、１次データとして周囲の画像データを取得し、２次データとして伝搬環境情報を抽出し、３次データとして適切な基地局パラメータ（送受信ウェイトなど）を生成する場合を示している。
ここで、周囲環境情報とは、周囲の環境を分析するための情報であり、例えば、画像データ、センサから得られたデータなどを含む。伝搬環境情報とは、無線基地局周辺における物体、建物、人などについての電波伝搬に関する情報のことであり、例えば、無線基地局からの当該物体などに対する方向、距離、大きさ、移動速度、反射係数などのことである。また、基地局パラメータには、例えば、信号の送信電力、送信方向、アンテナのチルト角、送受信ウェイト（ビームフォーミングウェイト）などを含む。
本実施の形態に係る無線基地局の基地局パラメータ制御方法の一例を図７に示す。以下の説明では、無線基地局は、１−３次データのデータベース（以下ＤＢと呼ぶ）を作成して、当該ＤＢから３次データを決定する場合について説明する。
まず、無線基地局は、データ生成のアルゴリズム、ＤＢの種類などを制御情報として取得する（ステップＳＴ０１）。本実施の形態では、制御情報は無線基地局が予め保持しているとするが、外部から与えられても良い。例えば、上位基地局（例えば、マクロ基地局）から与えられてもよい。ＤＢの種類としては、本実施の形態ではリレーショナルＤＢを用いるが、階層型ＤＢなど他のＤＢを用いる構成としても良い。なお、図７に示す基地局パラメータ制御は、制御信号が与えられた場合に行う構成としても良いし、定期的に実施する構成としても良い。
次に、ｎの初期値及びＮを決定する（ステップＳＴ０２）。ここで、ｎは、次に構築するＤＢの次数を示し、ｎは１以上の自然数である。Ｎは構築を終了するＤＢの次数を示す。例えば、ｎ＝１かつＮ＝３であれば、当該フローは１−３次データを作成する処理を実施する。なお、ｎ及びＮは制御情報、外部情報などによって設定されても良い。また、各データベースは所定の時間間隔で更新されることが好ましい。ただし、各データベースの更新時間間隔は異なっていても良く、適宜ｎ＝ｘかつＮ＝ｘ（ｘは１以上の自然数）とすることで、ｘ次データのみを更新する処理が実施可能である。
次に、ｎ次データを生成する（ステップＳＴ０３）。各データの生成においては、必要に応じて、センサ、ＤＢ又は外部からデータを取得する。１次データの生成は、無線基地局が具備するセンサなどを用いて周囲環境情報を取得することにより行う。例えば、制御情報に基づいてセンサから得られたデータ（センサデータ）や外部情報を取得する。センサデータとしては、カメラにより撮影された画像データ、外部情報としては、他の無線基地局から通知された画像データが挙げられる。また、２次データの生成は、１次データを用いて行う。例えば、画像データから物体を画像認識により抽出すると共に、物体までの距離を推定する。また、３次データの生成は、２次データを用いて行う。例えば、無線基地局から所定の距離にある物体が、無線基地局から送信された信号を受信する受信強度に関して、レイトレース法によりシミュレーションし、結果を得る。当該結果に応じて、物体に対して送信する信号の送信電力や送信ウェイトを決定する。なお、各データの生成においては、必要に応じて、センサ、ＤＢ又は外部からデータを取得しても良い。
次に、ｎ次データベースを構築する（ステップＳＴ０４）。データベースの構築は、ｎ次データをｎ次データベースに対応した形式で格納することで実施する。なお、入力されたデータをデータベースにそのまま追加するのではなく、データの修正又は削除を実施しても良い。
次に、ｎがＮ以上であるかを判定する（ステップＳＴ０５）。ｎがＮ未満である場合（ステップＳＴ０５−ＮＯ）、ｎをインクリメント（ｎに１を加算）して（ステップＳＴ０６）、再度ステップＳＴ０３を実施する。すなわち、ステップＳＴ０３−ＳＴ０６は、ｎがＮ以上となるまで繰り返し実施される。
ｎがＮ以上となった場合（ステップＳＴ０５−ＹＥＳ）、無線基地局は、データベースを参照して、適切な基地局パラメータを適用する（ステップＳＴ０７）。例えば、３次データベースに基づいて、セル内の各位置の受信品質が平均的に大きくなるように、基地局パラメータを適用する。
なお、ステップＳＴ０３において、取得した情報と同一又は類似する情報がデータベースに既に存在する場合には、当該情報に係るステップＳＴ０３−ＳＴ０６を省略しても良い。つまり、データの再利用を行うことで、データベース構築に係る処理を簡略化しても良い。また、過去に取得したデータを用いて、遺伝的プログラミングや強化学習などの機械学習を行うことにより、基地局パラメータをより適切に制御することができる。例えば、セル内のユーザ数が増えてきた場合に将来を予測してパラメータを設定するなど、動的な変化に対してさらに適切に対応することが可能となる。
以下、本実施の形態に係る無線基地局を詳細に説明する。
無線基地局は、まず１次データとして、周囲をスキャンすることにより周囲環境情報を取得する。１次データは、カメラ、測域センサ（レーザスキャンセンサ）、無線ビーム（レーダー）、サーモグラフィなどによって得た周囲環境を表す生データを用いて取得することができる。以下、１次データの取得について個別に説明する。
１次データの取得には、カメラを用いることができる。具体的には、搭載されたカメラにて撮影した静止画及び／又は動画を、１次データとして取得することができる。図８に１次データをカメラで取得する例を示す。図８の場合は、カメラの位置から下方向の領域１についての画像を撮影して取得している。カメラを用いる場合、物体との距離は、２次データの生成時に推定するか、他の１次データを用いて取得する。なお、カメラは、遮蔽物が存在しない場合に無線基地局直下から無線基地局のサービスエリアの領域端まで撮影できるよう構成されていることが好ましい。具体的には、位置、高度、方位角、仰俯角などが可変となるように構成されていることが好ましい。また、カメラのズーム倍率や、静止画及び動画の解像度、動画のフレームレートなどが可変となるよう構成されているとさらに好ましい。また、カメラの種類は、可視光を撮像する一般的なカメラに限られず、暗視カメラ、Ｘ線カメラ、超音波カメラなどを用いても良い。また、無線基地局に複数のカメラが搭載されていても良い。
また、１次データの取得には、レーダーを用いることができる。具体的には、無線基地局が図３に示したような複数のアンテナ素子を有している場合、当該複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子を用いて形成した無線ビームを送信する一方、当該所定のアンテナ素子とは異なるアンテナ素子の少なくとも１つを用いてビームの反射波を受信する。これにより、対象物までの距離や方向を測定することができる。
図９に１次データを無線ビームで取得する例を示す。ビームの形状は変更可能であることが好ましく、図９に示されるように、比較的狭い範囲のデータ取得に幅の狭いビーム（ビーム１）を用いても良く、また、比較的広い範囲のデータ取得に幅の広いビーム（ビーム２）を用いても良い。物体との距離は、電波を物体に送信してから、物体で反射した電波がセンサに届くまでの電波の飛行時間で被写体までの処理を測るＴＯＦ（Time Of Flight）方式などにより測定が可能である。なお、レーダーは、無線基地局が無線通信に利用するアンテナ素子により実現できるため、他の機器を必要としない。ただし、上記アンテナ素子とは別に、レーダー用の機器を設置して測定に用いても良い。
また、１次データの取得には、測域センサを用いることができる。測域センサとは、光を用いて距離を測定することができるセンサである。測域センサでは、光の飛行時間によるＴＯＦ方式などにより、距離の測定が可能である。
また、１次データの取得には、サーモグラフィを用いることができる。サーモグラフィは、物体から放射される赤外線を分析できる装置である。夜間や光源がないような室内に無線基地局が配置されている場合、可視光を撮像する一般的なカメラを用いて１次データを取得することは難しいが、サーモグラフィは光源がない場合にも利用することが可能である。
１次データの取得は、上述の方法に限られず、他のセンサなどを利用しても良い。例えば、マイクにより周囲の音声、環境音、超音波などを録音して取得した音声データは、１次データとして利用することができる。
以上、１次データの取得に際しては、複数の手段を用いることで、相補的に情報の取得精度を向上させても良い。また、１次データとしては、無線基地局外部のセンサなどにより取得されたデータを用いても良い。例えば、静止画及び動画は、無線基地局外部のカメラにて撮影されたカメラを用いても良く、人工衛星から無線通信により取得した写真データを用いても良い。
１次データベースに格納される１次データの一例を表１に示す。表１には、データを取得した時刻、取得位置、高度、方位角、仰俯角及び写真ファイル名が示されている。例えば、図８の領域１に対応する画像データが、表１の１列目に示される”G1_201309011200301.jpg”として格納される。また、表１に示す「高度」は、カメラが設置された高度を示している。また、表１に示す「仰俯角」は、水平を基準とした上下方向の角度を示し、真上を９０°、真下を−９０°と表す。なお、１次データベースには、上記の情報に限られず、その他の情報を含んでいても良い。
Figure 0006275423
次に、無線基地局は、２次データとして、１次データを用いて、電波伝搬に関する情報である伝搬環境情報を生成する。伝搬環境情報としては、無線基地局から見た物体に対する相対的な位置に関する情報を少なくとも含むことが好ましい。
１次データが静止画及び／又は動画である場合、物体を画像認識により抽出することで２次データを生成する。画像認識の手法としては、例えば、クラスタリングや、エッジ抽出や、動画フレーム間のオブジェクト抽出などを利用することができる。これにより、物体の大きさを導出する。また、異なる視点から撮影した画像がある場合には、カメラと物体間の距離を推定することができる。
また、１次データがレーダー又は測域センサにより取得された場合には、測定された電波又は光の飛行時間がほぼ同等である所定の領域を物体として判断し、物体の位置及び大きさを決定する。距離については１次データとして既に測定されているため、新たに算出する必要はない。なお、レーダーによる測定は、実際に無線通信で利用する電波の反射係数を得ることができるため、基地局パラメータの適切な決定に有用である。
２次データベースに格納される２次データの一例を表２に示す。表２には、データを取得した時刻、物体までの距離、物体の高さ、幅、方位角、速度及び反射係数が示されている。なお、２次データベースには、上記の情報に限られず、その他の情報を含んでいても良い。
Figure 0006275423
次に、無線基地局は、３次データとして、２次データを用いて、送受信する電波の制御に関する情報である基地局パラメータを生成する。本実施の形態では、３次データの生成は、伝搬経路推定手法を利用して行う。例えば、レイトレース法が利用可能である。レイトレース法は、送信点から受信点までの電波の伝搬路を反射、透過及び回折を考慮して幾何光学的に導出する手法である。
図１０は、レイトレース法を示した説明図である。図１０では、送信ポイントから送信された電波が通り得る経路のうち、受信ポイントに到達した３本の経路（レイ１−３）が示されている。レイトレース法に基づいたシミュレーションにより、各レイに関する受信ポイントまでの電波伝搬距離、受信ポイントへの入射角度、受信ポイントにおける電界強度などを算出することができる。このように、保持している２次データから、所定の位置における電波の受信品質が大きくなるような基地局パラメータを決定する。ここで、受信品質としては、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、受信ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）、ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）、ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality）などを利用しても良い。また、受信品質は瞬時値であっても良いし、長期平均値であっても良い。また、セル内の各位置の受信品質が平均的に大きくなるように基地局パラメータを決定しても良いし、受信品質を優先的に高くするセル内の所定の領域が定められていても良い。
本実施の形態では、３次データベースは複数のデータベースで構成される。例えば、準静的な物体に対するデータベース（準静的ＤＢと呼ぶ）と、動的な物体に対するデータベース（動的ＤＢと呼ぶ）と、から構成することができる。３次データがどちらのデータベースに格納されるかは、取得した２次データの速度に関する情報から判断することができる。
準静的ＤＢは、無線基地局から見て、位置が固定的である又は移動していないとみなせる程度に低速で移動する物体に対する基地局パラメータを格納する。準静的な物体としては、家屋、ビルなどの建物が挙げられる。準静的な物体については、電波の伝搬経路の時間変化が少ないと考えられるため、各データの取得間隔は長くとることができる。また、準静的な物体が多数を占める方向については、細かく観測する必要はないため、当該方向に対する撮影画像を低解像度としたり、当該方向に対する送信ビームの幅を広くしたりすることが可能である。これにより、準静的な物体に係る伝搬環境の推定精度は低下させることなく、無線基地局の負荷を低減することができる。
動的ＤＢは、無線基地局から見て、位置が比較的高速に移動する物体に対する基地局パラメータを格納する。動的な物体としては、例えば、車両が挙げられる。動的な物体については、電波の伝搬経路の時間変化が大きいと考えられるため、各データの取得間隔が短いことが好ましい。また、動的な物体の存在する方向については、高解像度な画像により１次データを取得し、当該方向に対する送信ビームの幅を狭くすることが好ましい。これにより、動的な物体に係る伝搬環境の推定精度を向上させることができる。
表３及び４に、準静的ＤＢ及び動的ＤＢの一例をそれぞれ示す。表３及び４の例では、準静的ＤＢに格納される３次データのビーム幅（表３）が、動的ＤＢに格納される３次データのビーム幅（表４）より広い。
Figure 0006275423
Figure 0006275423
図１１に、本実施の形態に係る３次データの構成の説明図を示す。無線基地局は、複数のエリアに対して異なるグリッドサイズ（解像度）を設定して基地局パラメータを決定することができる。なお、グリッドサイズとは、同じ基地局パラメータを適用する地理的な範囲の大きさのことであり、１回の１次データ取得の対象範囲とすることも可能である。例えば、グリッドサイズが小さいほど、カメラのズーム倍率を高くして細かい範囲の画像を撮影する。なお、１次データ取得手段がカメラ及びレーダーのように複数ある場合には、それぞれ個別にグリッドサイズを設定しても良い。
図１１では、エリア３には準静的な物体が多数存在しているため、グリッドサイズは大きく、準静的ＤＢを採用する。エリア４には動的な物体が多数存在しているため、グリッドサイズは小さく、動的ＤＢを採用する。エリア１には準静的及び動的な物体のいずれもが存在しており、グリッドサイズが大かつ準静的ＤＢ、グリッドサイズが中かつ準静的と動的の中間のＤＢ及びグリッドサイズが小かつ動的ＤＢを採用する。エリア１のように複数のＤＢを採用する領域については、複数のＤＢから補間して基地局パラメータを決定しても良い。例えば、所定の位置に対する送信ウェイトは、複数のＤＢから当該位置のウェイトを補間して算出することができる。なお、グリッドサイズとＤＢの種類は、上記組み合わせに限られない。
なお、３次データベースの構成は、上記に限られない。例えば、準静的ＤＢだけを用いても良い。また、基本的には準静的ＤＢだけを用いて、動的な物体を検知した期間のみ動的ＤＢを補完的に用いる構成としても良い。また、物体に対する３次データは、データ更新時に準静的ＤＢから動的ＤＢに、又は動的ＤＢから準静的ＤＢに格納先が変更されても良い。例えば、準静的ＤＢに情報が格納されていた駐車車両が移動を始めた場合、準静的ＤＢから動的ＤＢに３次データの格納先を変更することができる。
以上、本実施の形態に係る無線基地局によれば、サービスエリア内の環境に関する情報である周囲環境情報を取得することで、電波伝搬に関する情報である伝搬環境情報を好適に抽出し、送受信する電波の制御に関する情報である基地局パラメータを適切に決定することができる。
（変形例）
本実施の形態において、複数の無線基地局間で基地局パラメータの制御に関して連携を行っても良い。例えば、図１１において、図示しない隣接スモール基地局（ＳｅＮＢ）がエリア１の一部をサービスエリアに含む場合、各ＳｅＮＢが保持するエリア１の共通部分に関するデータベースの情報を共有することで、当該共通部分に関する伝搬環境の推定精度を向上させることができる。また、無線基地局が、他の無線基地局から周囲環境情報、伝搬環境情報及び基地局パラメータの少なくとも１つを受信し、受信した情報に基づいて周囲環境情報、伝搬環境情報及び基地局パラメータの少なくとも１つを取得するように構成しても良い。
また、上述した例では無線基地局が各々のサービスエリア内の受信品質が向上するように基地局パラメータを個別に決定したが、複数セルを考慮して複数の基地局パラメータを包括的に決定するように構成しても良い。例えば、各無線基地局が有線あるいは無線により接続する上位基地局が、データベースの情報を集約して管理し、無線基地局に制御情報を与えることで基地局パラメータを制御しても良い。また、各無線基地局の代わりに上位基地局がｎ次データを取得及び生成して、データベースに格納しても良い。
また、データベースの情報を集約して利用することで、様々な無線基地局で収集されたデータに基づいて、各環境に応じた適切な基地局パラメータのデータベースを作成することができる。これにより、無線基地局は、当該無線基地局が過去に経験したことのない周囲の環境の動的な変化に対しても、他の無線基地局で取得されたデータに基づいて適切な通信を実現することができる。
また、ユーザ端末から無線基地局に情報のフィードバックがある場合には、当該情報を利用することで伝搬環境の推定精度を向上させることができる。例えば、ユーザ端末がＧＰＳ（Global Positioning System）、ジャイロセンサ、コンパスなどにより取得した地理的な位置情報やカメラから取得された画像情報を、フィードバック情報として用いても良い。また、無線基地局の置局情報を用いて伝搬環境の推定精度を向上させても良い。
また、動的ＤＢのような、データの取得間隔が比較的短いＤＢのデータを用いて、準静的ＤＢのような、データの取得間隔が比較的長いＤＢのデータを補正、更新などすることができる。例えば、所定の位置に関する動的ＤＢのデータの時間平均値を用いて、同じ位置に関する準静的ＤＢのデータを補正しても良い。
（無線通信システムの構成）
以下、本実施の形態に係る無線通信システムの構成について図１２−１４を参照して説明する。
図１２は、本実施の形態に係る無線通信システムの概略構成図である。図１２に示すように、無線通信システム１は、マクロセルＣ１を形成するマクロ基地局１１と、マクロセルＣ１内に配置され、マクロセルＣ１よりも狭いスモールセルＣ２を形成するスモール基地局１２ａ及び１２ｂとを備えている。また、マクロセルＣ１及び各スモールセルＣ２には、ユーザ端末２０が配置されている。ユーザ端末２０は、マクロ基地局１１及びスモール基地局１２の双方と無線通信可能に構成されている。本実施の形態に係る無線基地局は、マクロセルＣ１を形成するマクロ基地局１１であっても良く、マクロセルＣ１よりも狭いスモールセルＣ２を形成するスモール基地局１２ａ及び１２ｂであっても良い。
マクロ基地局１１及び各スモール基地局１２は、有線接続されてもよいし、無線接続されてもよい。マクロ基地局１１及び各スモール基地局１２は、それぞれ上位局装置３０に接続され、上位局装置３０を介してコアネットワーク４０に接続される。なお、上位局装置３０には、例えば、アクセスゲートウェイ装置、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）、モビリティマネジメントエンティティ（ＭＭＥ）などが含まれるが、これに限定されるものではない。
なお、マクロ基地局１１は、相対的に広いカバレッジを有する無線基地局であり、ｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）、無線基地局、送信ポイント（transmission point）などと呼ばれてもよい。スモール基地局１２は、局所的なカバレッジを有する無線基地局であり、ＲＲＨ（Remote Radio Head）、ピコ基地局、フェムト基地局、Ｈｏｍｅ ｅＮｏｄｅＢ、送信ポイント、ｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）などと呼ばれてもよい。ユーザ端末２０は、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａなどの各種通信方式に対応した端末であり、移動通信端末だけでなく固定通信端末を含んでよい。なお、本実施の形態に係る無線通信システムの構成は、図１２に示した構成に限られない。例えば、本実施の形態は、マクロ基地局１１と重畳しないスモール基地局１２に対して適用することも可能である。
以下、マクロ基地局１１及びスモール基地局１２を区別しない場合、無線基地局１０と総称する。本実施の形態に係る無線基地局１０は、通常の無線基地局が有する機能を具備している。例えば、無線基地局１０は、送受信アンテナ、アンプ部、送受信部、ベースバンド信号処理部、呼処理部、伝送路インターフェースなどを備えている。なお、送受信アンテナ１０１は、複数のアンテナで構成されても良く、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ用のアンテナ素子で構成されても良い。
図１３は、本実施の形態に係る無線基地局１０の機能構成図である。図１３に示すように、無線基地局１０は、データ取得制御部１０１、センサ部１０２、周囲環境情報取得部１０３、伝搬環境情報抽出部１０４、基地局パラメータ生成部１０５、基地局制御部１０６、データベース管理部１０７、記憶部１０８及びデータ出力制御部１０９を具備する。
データ取得制御部１０１は、センサ部１０２、周囲環境情報取得部１０３、伝搬環境情報抽出部１０４及び基地局パラメータ生成部１０５にデータ取得の指示を行う。指示のタイミングは、データベースごとに更新時間間隔を設定しても良いし、制御情報又は外部情報によって制御されても良い。
センサ部１０２は、データ取得制御部１０１からの指示に従って、１次データ生成のための生データを取得する。上述のように、１次データを取得するセンサ部１０２としては、カメラ、測域センサ（レーザスキャンセンサ）、無線ビーム（レーダー）、サーモグラフィなどを利用することができる。取得した生データは、周囲環境情報取得部１０３に出力する。
周囲環境情報取得部１０３は、センサ部１０２から入力されたサービスエリア内の環境に関する生データから、サービスエリア内の環境に関する周囲環境情報を取得して、伝搬環境情報抽出部１０４及びデータベース管理部１０７に出力する。上述のように、１次データの取得においては、複数の手段を用いることで、相補的に情報の取得精度を向上させても良い。
伝搬環境情報抽出部１０４は、周囲環境情報取得部１０３から入力された１次データから、電波伝搬に関する情報である伝搬環境情報を抽出して、基地局パラメータ生成部１０５及びデータベース管理部１０７に出力する。
基地局パラメータ生成部１０５は、伝搬環境情報抽出部１０４から入力された２次データから、送受信する電波の制御に関する情報である基地局パラメータを生成して、基地局制御部１０６及びデータベース管理部１０７に出力する。上述のように、３次データの生成においては、２次データ及び伝搬経路推定手法を用いて、所定の位置における電波の受信品質ができるだけ高くなる基地局パラメータを決定する。上述のように、受信品質には、ＣＱＩ、ＳＩＮＲ、ＲＳＲＰ、ＲＳＲＱなどである。
基地局制御部１０６は、基地局パラメータ生成部１０５から入力された基地局パラメータを適用する。また、記憶部１０８から基地局パラメータが入力された場合には、当該パラメータを適用しても良い。
データベース管理部１０７は、周囲環境情報取得部１０３、伝搬環境情報抽出部１０４及び基地局パラメータ生成部１０５から入力されたデータを、記憶部１０８の対応するデータベースに格納する。入力されたデータをデータベースにそのまま追加するのではなく、記憶部１０８に保持されているデータの修正又は削除を実施しても良い。また、データベース自体の追加、削除及び統合を実施しても良い。また、データベース管理部１０７は、入力されたデータと同一又は類似する情報がデータベースに既に存在する場合には、データ再利用のために、記憶部１０８に対して、基地局制御部１０６に基地局パラメータを出力するように構成しても良い。また、データベース管理部１０７は、記憶部１０８からデータを取り出し、周囲環境情報取得部１０３、伝搬環境情報抽出部１０４又は基地局パラメータ生成部１０５に各種情報を出力する構成とし、各部は入力されたデータから情報を取得、抽出、生成などを実施する構成としても良い。
記憶部１０８は、データベース管理部１０７から入力されたデータをデータベースに記憶する。また、無線基地局１０の置局情報などの他の情報を記憶しても良い。また、他の無線基地局の情報などの外部から入力された情報を記憶しても良いし、外部情報に基づいてデータを修正しても良い。さらに、記憶部１０８は、データベース管理部１０７から周囲環境情報、伝搬環境情報又は基地局パラメータを出力する旨の指示を受けた場合、周囲環境情報取得部１０３、伝搬環境情報抽出部１０４又は基地局パラメータ生成部１０５に各種情報を出力することができる。さらに、記憶部１０８は、データ出力制御部１０９からデータ出力の指示を受けた場合、外部又は基地局制御部１０６に所定のデータを出力することができる。
データ出力制御部１０９は、入力された制御情報に基づいて、記憶部１０８にデータ出力を指示する。
以上のように、本実施の形態に係る無線通信システム１によれば、無線基地局１０が、サービスエリア内の環境に関する情報である周囲環境情報を取得し、当該周囲環境情報に基づいて電波伝搬に関する情報である伝搬環境情報を抽出し、当該伝搬環境情報に基づいて送受信する電波の制御に関する情報である基地局パラメータを生成する。このため、無線基地局が周囲の伝搬環境の変化に応じて、基地局パラメータを適切に制御することができる。
（応用例）
なお、本実施の形態に係る無線通信システム１は、図１３に示すように無線基地局１０が各情報の取得を行う構成に限られない。無線基地局１０において周囲環境情報を取得し、伝搬環境情報の抽出とパラメータ生成を、ネットワーク上の他の装置で行う構成としてもよい。例えば、図１４に示すように、無線基地局１０がデータ取得制御部１０１、センサ部１０２、周囲環境情報取得部１０３及び基地局制御部１０６を有し、無線基地局１０とは異なるデータ抽出部５０がデータ取得制御部１０１、伝搬環境情報抽出部１０４、基地局パラメータ生成部１０５、データベース管理部１０７、記憶部１０８及びデータ取得制御部１０９を有する構成としても良い。ここで、各部は図１３と同じ構成としても良い。また、データ抽出部５０は、無線基地局１０と異なる装置に設けてもよく、例えば図１２の上位基地局３０や、コアネットワーク４０に備えられる構成としても良い。
また、本実施の形態に係る無線基地局によれば、従来の無線基地局とは異なり、周囲環境情報、伝搬環境情報及び基地局パラメータを容易に取得することができる。当該情報は、基地局で利用することができると共に、データ出力を指示する制御情報を無線基地局に与えることにより外部に出力することが可能である。したがって、本実施の形態に係る無線基地局は、以下のような用途にも利用できる。
本実施の形態に係る無線基地局は、ＨＷ（ハードウェア）の故障検出及びキャリブレーションに利用しても良い。例えば、無線基地局が具備するＢＢ（ベースバンド）回路、ＲＦ（Radio Frequency）回路、アンテナなどのＨＷの故障検出に利用できる。具体的には、データベースに格納されたデータに基づいて推定した伝搬経路と実際の伝搬経路との差分、変化などが正常であるか否かで、ＨＷの故障を検出する。また、上記差分などにより、ＨＷの設定パラメータを補正して、自動的にキャリブレーションを実施することができる。
また、本実施の形態に係る無線基地局は、基地局情報の自動更新に利用しても良い。例えば、周囲に新設された基地局を検出して、上位ノード（上位基地局）へ集約し、基地局情報を自動更新する。このような自動更新は、SON（Self-Organizing Network）の構築に適用することができる。
また、本実施の形態に係る無線基地局は、移動体の検出に利用しても良い。例えば、更新間隔の短い動的ＤＢに格納されるデータの変化を検出することで、無線基地局の近傍に入ってきた進入者の検出が可能となる。また、当該検出情報や、無線基地局に搭載されたカメラにて撮影した画像などは、無線基地局自体が通信可能であることから、外部端末や外部データベースに容易に転送することができ、監視システムに利用することができる。さらに、本実施の形態に係る無線基地局は、これを利用して、遠隔から幼児や高齢者などの安心を確認するための見守りサービスに対して、情報提供を行うことができる。
また、本実施の形態に係る無線基地局は、移動通信の高度化に利用しても良い。例えば、セル内のユーザ端末密度や移動傾向を予測することで、将来発生する通信トラヒックを予測しても良い。また、ユーザの分布を取得し、他の無線基地局と連携して負荷分散制御を実施しても良い。
以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
１…無線通信システム
１０…無線基地局
１１…マクロ基地局
１２、１２ａ、１２ｂ…スモール基地局
２０…ユーザ端末
３０…上位局装置
４０…コアネットワーク
５０…データ抽出部
１０１…データ取得制御部
１０２…センサ部
１０３…周囲環境情報取得部
１０４…伝搬環境情報抽出部
１０５…基地局パラメータ生成部
１０６…基地局制御部
１０７…データベース管理部
１０８…記憶部
１０９…データ出力制御部

Claims (9)

  1. サービスエリア内の環境に関する情報である周囲環境情報を取得する周囲環境情報取得部と、
    前記周囲環境情報に基づいて電波伝搬に関する情報である伝搬環境情報を抽出する伝搬環境情報抽出部と、
    前記伝搬環境情報に基づいて送受信する電波の制御に関する情報である基地局パラメータを生成する基地局パラメータ生成部と、
    複数のアンテナ素子と、を具備し、
    前記周囲環境情報取得部は、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子を用いて形成したビームを送信し、前記複数のアンテナ素子のうち前記所定のアンテナ素子とは異なる又は同じアンテナ素子の少なくとも１つを用いて前記ビームの反射波を受信し、
    前記伝搬環境情報抽出部は、取得した反射波に基づいて、周囲の物体の伝搬環境情報を抽出することを特徴とする無線基地局。
  2. 前記基地局パラメータ生成部は、前記伝搬環境情報を用いて伝搬経路を推定し、電波を送信するために適した基地局パラメータを生成することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
  3. 前記周囲環境情報取得部は、周囲の環境の静止画及び／又は動画を取得し、
    前記伝搬環境情報抽出部は、取得した静止画及び／又は動画に基づいて、周囲の物体の伝搬環境情報を抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線基地局。
  4. 前記無線基地局は、測域センサを具備し、
    前記周囲環境情報取得部は、前記測域センサによりレーザスキャンを行い、
    前記伝搬環境情報抽出部は、前記レーザスキャンの結果に基づいて、周囲の物体の伝搬環境情報を抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線基地局。
  5. 前記無線基地局は、前記周囲環境情報、前記伝搬環境情報及び前記基地局パラメータの少なくとも１つを格納するデータベースを具備し、
    取得した情報と同一又は類似する情報がデータベースに存在する場合には、取得した情報に基づいて伝搬環境情報の抽出及び基地局パラメータの生成を行う代わりに、当該同一又は類似する情報に基づいてデータベースから伝搬環境情報及び基地局パラメータを取得することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の無線基地局。
  6. 前記無線基地局は、前記周囲環境情報取得部、前記伝搬環境情報抽出部及び前記基地局パラメータ生成部の動作タイミングを制御するデータ取得制御部を具備し、
    前記データ取得制御部は、位置が準静的な物体についてのデータの取得間隔を長くし、位置が動的な物体についてのデータの取得間隔を短くすることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の無線基地局。
  7. 前記無線基地局は、ユーザ端末からフィードバックされた地理的な位置又は周囲環境情報に関する情報を利用して、伝搬環境情報を取得することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の無線基地局。
  8. サービスエリア内の環境に関する情報である周囲環境情報を取得する無線基地局と、
    前記無線基地局が取得した前記周囲環境情報に基づいて電波伝搬に関する情報である伝搬環境情報を抽出する伝搬環境情報抽出部と、
    前記伝搬環境情報に基づいて送受信する電波の制御に関する情報である基地局パラメータを生成する基地局パラメータ生成部と、を具備し、
    前記無線基地局は、前記無線基地局が具備する複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子を用いて形成したビームを送信し、前記複数のアンテナ素子のうち前記所定のアンテナ素子とは異なる又は同じアンテナ素子の少なくとも１つを用いて前記ビームの反射波を受信し、
    前記伝搬環境情報抽出部は、取得した反射波に基づいて、周囲の物体の伝搬環境情報を抽出することを特徴とする無線通信システム。
  9. 無線基地局の無線通信方法であって、
    サービスエリア内の環境に関する情報である周囲環境情報を取得するステップと、
    前記周囲環境情報に基づいて電波伝搬に関する情報である伝搬環境情報を抽出するステップと、
    前記伝搬環境情報に基づいて送受信する電波の制御に関する情報である基地局パラメータを生成するステップと、を有し、
    前記無線基地局が具備する複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子を用いて形成したビームを送信し、前記複数のアンテナ素子のうち前記所定のアンテナ素子とは異なる又は同じアンテナ素子の少なくとも１つを用いて前記ビームの反射波を受信し、
    取得した反射波に基づいて、周囲の物体の伝搬環境情報を抽出することを特徴とする無線通信方法。
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