JP6377666B2 - 置局設計方法、置局設計装置および置局設計プログラム - Google Patents

Description

本発明は、単一の基地局によって形成される通信エリア（セル）を複数配置して面的に通信サービスエリアを構築する無線通信システムにおいて、セルを形成する基地局の設置場所を決定する置局設計方法、置局設計装置および置局設計プログラムに関する。

従来、複数の基地局を配置し、各基地局が形成するセルによって連続的な通信サービスエリアを構築する無線通信システムにおいて、基地局の置局設計を支援するための技術として、例えば特許文献１が知られている。ここでは、最適な基地局配置パターンとして、全てのエリア評価点が通信可能エリアになるとともに、基地局候補点の数が最小となる基地局候補点の組合せを探索する置局設計法を開示している。具体的には、通信可能エリアに含まれるエリア評価点が多いほど、また基地局候補点の数が少ないほど大きな値をとる評価関数を規定し、遺伝的アルゴリズムを用いて膨大な候補の中から最適な基地局配置を決定する置局設計法である。

引用文献２の技術では引用文献１とは異なり、基地局連携を考慮した置局設計を実現し、移動体無線通信システムを対象としたスムーズなハンドオーバー等を実現している。引用文献３の技術では、置局設計によってセル間のスループットのばらつきを抑えている。

特開２００１−２８５９２３号公報 特開２０１０−２０６３１４号公報 特開２００９−０４９７５８号公報

特許文献１〜３の置局設計法は、所要の通信サービスエリアを最小限の基地局の組合せで実現すること、セル間でスムーズなハンドオーバーを実現すること、セル間のスループットのばらつきを抑制することなどを目的としたものであった。

例えば特許文献１の置局設計法では、図８に示すように、５個の基地局候補点（△）Ａ〜Ｅに対して、10個のエリア評価点（○）があるときに、全てのエリア評価点と通信可能となる最小の基地局候補点の組合せを探索することになる。図８(1) のパターン１は基地局候補点Ａ，Ｄの組合せであり、それぞれ単独の通信エリアに含まれるエリア評価点の数は４個と５個であり、共通エリアに含まれるエリア評価点の数は１個である。図８(2) のパターン２は基地局候補点ＢとＣの組合せであり、それぞれ単独の通信エリアに含まれるエリア評価点の数は２個と２個であり、共通エリアに含まれるエリア評価点の数は６個である。その他に、基地局候補点ＡとＣ、基地局候補点ＢとＤ、基地局候補点ＢとＥの組合せもある。

このようにパターン１，２では、各基地局候補点の単独の通信エリアに含まれるエリア評価点の数が大きく異なる。この単独の通信エリアに含まれるエリア評価点は、当該基地局が災害や故障等により動作停止となったときに直ちに通信不能となる。一方、共通エリアに含まれるエリア評価点は、２つの基地局のいずれかに接続可能であり、仮に接続中の基地局の動作が停止しても他方の基地局に接続変更することにより通信が継続できる。

以上の観点から、基地局が災害や故障等により動作停止となることを想定したときに、通信不能となるエリア評価点を最小とし、かつ他の基地局によるバックアップが可能なエリア評価点を最大とする置局パターンとしては、パターン１よりパターン２が望ましいと言える。

本発明は、災害が故障等により基地局が機能停止しても、他の基地局によるバックアップができるだけ可能となる置局設計を実現する置局設計方法、置局設計装置および置局設計プログラムを提供することを目的とする。

第１の発明は、複数のエリア評価点がそれぞれ少なくとも１つの基地局候補点に無線接続が可能なように、複数の基地局候補点の中から基地局設置位置を選択する置局設計方法において、複数の基地局候補点と複数のエリア評価点のそれぞれの間の伝搬損失量に基づいて、エリア評価点ごとに無線接続可能な基地局候補点のリストを作成するステップ１と、無線接続可能な基地局候補点が１つしかないエリア評価点については、当該基地局候補点を基地局設置位置として選択するステップ２と、ステップ２で未選択の基地局候補点ごとに、無線接続可能なエリア評価点の数と基地局故障発生率に応じた評価値Ｍを算出し、当該評価値Ｍが最大となる基地局候補点を基地局設置位置として選択するステップ３とを有し、リストのすべてのエリア評価点が基地局候補点のいずれかに無線接続可能になるまでステップ３の処理を繰り返す。

第１の発明の置局設計方法において、ステップ３の未選択の基地局候補点ごとに無線接続可能なエリア評価点の評価値Ｍは、
Ｍ＝ｍ(1) ＋Σ(ｍ(i)／ｉ)・Ｐf
とし、ｍ(1) は評価する基地局候補点のみに無線接続可能なエリア評価点の数であり、
ｍ(i)／iは評価する基地局候補点およびすでに基地局設置位置として選択された基地局候補点を含むｉ個（２≦ｉ≦ｎ、ｎは２以上基地局候補点の数以下の整数）の基地局候補点に無線接続可能なエリア評価点の数であり、Ｐf は基地局障害発生確率である。

第１の発明の置局設計方法において、ステップ３の未選択の基地局候補点ごとに無線接続可能なエリア評価点の評価値Ｍが最大値となる基地局候補点が複数あった場合には、その複数の基地局候補点とそれぞれ無線接続されるエリア評価点との間の伝搬損失量の合計値が最小となる基地局候補点を選択する。

第２の発明は、複数のエリア評価点がそれぞれ少なくとも１つの基地局候補点に無線接続が可能なように、複数の基地局候補点の中から基地局設置位置を選択する置局設計装置において、複数の基地局候補点と複数のエリア評価点のそれぞれの間の伝搬損失量を収集し、その伝搬損失量に基づいて、エリア評価点ごとに無線接続可能な基地局候補点のリストを作成するリスト作成手段と、無線接続可能な基地局候補点が１つしかないエリア評価点については、当該基地局候補点を基地局設置位置として選択し、未選択の基地局候補点ごとに、無線接続可能なエリア評価点の数と基地局故障発生率に応じた評価値Ｍを算出し、当該評価値Ｍが最大となる基地局候補点を基地局設置位置として選択する基地局選択手段とを備える。

第３の発明の置局設計プログラムは、第１の発明の各ステップをコンピュータに実行させて、複数の基地局候補点の中から基地局設置位置を選択することを特徴とする。

本発明は、エリア評価点をできるだけ少ない基地局で無線接続可能としつつ、エリア評価点から見てより多くの基地局が無線接続可能となるように基地局が選択されており、災害等により一部の基地局が不稼動状態になっても他の基地局でバックアップすることが可能となる。

本発明の置局設計方法の処理手順例を示すフローチャートである。 ステップＳ１，Ｓ２の処理例を示す図である。 ステップＳ３，Ｓ４の処理例を示す図である。 ステップＳ６の処理例を示す図である。 ２回目のステップＳ６の処理例を示す図である。 ３回目のステップＳ６の処理例を示す図である。 本発明の置局設計装置の実施例構成を示す図である。 従来の置局設計方法による基地局選択例を示す図である。

図１は、本発明の置局設計方法の処理手順例を示す。
図１において、基地局候補点およびエリア評価点を指定し（Ｓ１）、各基地局候補点と各エリア評価点との間の伝搬損失量に基づいて、エリア評価点ごとに無線接続可能な基地局候補点のリストを作成する（Ｓ２）。ここでは、指定されたエリア評価点のうち、無線接続可能な基地局候補点が１つもないエリア評価点はリストから削除される。次に、リストから無線接続可能な基地局候補点が１つしかないエリア評価点が存在するか否かを判定し（Ｓ３）、無線接続可能な基地局候補点が１つしかないエリア評価点が存在すれば、そのエリア評価点と無線接続可能な基地局候補点を基地局設置位置として選択し（Ｓ４）、そのエリア評価点がない場合はＳ４の処理をパスして次に進む。

次に、すべてのエリア評価点が基地局候補点に無線接続可能か否かを判定し（Ｓ５）、無線接続が未定のエリア評価点が残っていれば次のステップＳ６に進み、残っていなければ終了する。ここで、残りのエリア評価点は、無線接続可能な基地局候補点が２以上となっている。

次に、未選択の基地局候補点ごとに、無線接続可能なエリア評価点の数と基地局故障発生率に応じた評価値Ｍを次のように算出し、その評価値Ｍが最大の基地局候補点を基地局設置位置として選出する（Ｓ６）。
Ｍ＝ｍ(1) ＋Σ(ｍ(i)／ｉ)・Ｐf
ここで、ｍ(1) は、当該基地局候補点のみに無線接続可能なエリア評価点の数である。ｍ(i)／ｉ は、当該基地局候補点およびすでに基地局設置位置として選択された基地局候補点を含むｉ個（２≦ｉ≦ｎ、ｎは２以上基地局候補点の数以下の整数）の基地局候補点に無線接続可能なエリア評価点の数であり、例えば２個の基地局候補点に無線接続可能なエリア評価点がｍ(2) 個であれば、そのエリア評価点の数としてｍ(2)／２ 個と計算し、ｍ(2)／２〜ｍ(n)／ｎを加算する。Ｐf は基地局障害発生確率であり、例えば災害規模に応じて電源断などが発生し、基地局としての機能が停止する確率であり、予備電源等の有無も考慮して設定される。

次に、ステップＳ５に戻り、すべてのエリア評価点が基地局候補点に無線接続可能になるまでステップＳ６の処理を繰り返す。

以下、図２〜図６に示す具体例を参照してステップＳ１〜Ｓ６の処理例を説明する。
図２は、ステップＳ１，Ｓ２の処理例を示す。基地局候補点Ａ〜Ｆと、その周辺のエリア評価点が指定される。各基地局候補点と各エリア評価点との間の伝搬損失量に基づいて、エリア評価点ごとに無線接続可能な基地局候補点のリストを作成する。

図３は、ステップＳ３，Ｓ４の処理例を示す。無線接続可能な基地局候補点が１つしかないエリア評価点を○内に数値１で示し、無線接続可能な基地局候補点が２以上あるエリア評価点を○で示す。ここでは、無線接続可能な基地局候補点が１つしかないエリア評価点と無線接続可能な基地局候補点Ａ，Ｄが基地局設置位置として選択される。このとき、基地局候補点Ａに無線接続可能なエリア評価点は合計５個あり、基地局候補点Ｄに無線接続可能なエリア評価点は合計５個あり、そのうちの２つのエリア評価点は基地局候補点Ａ，Ｄの双方に無線接続可能である。この時点で、基地局候補点に無線接続されていないエリア評価点が複数残っているので、ステップＳ６の処理に進む。

本発明は、ステップＳ３，Ｓ４の処理により、エリア評価点が少なくとも１つの基地局候補点に無線接続可能であるとともに、ステップＳ５，Ｓ６の処理により、必要最小限の基地局候補点により、２以上の基地局候補点に無線接続可能なエリア評価点ができるだけ多くなるようにして、基地局障害が発生した場合のバックアップを可能にすることを特徴とする。

図４は、ステップＳ６の処理例を示す。未選択の基地局候補点Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆのみに無線接続可能なエリア評価点を○内に数値１で示し、当該基地局候補点およびすでに基地局設置位置として選択された基地局候補点Ａ，Ｄを含む２以上の基地局候補点に無線接続可能なエリア評価点を○内に基地局候補点数で示す。

基地局候補点Ｂの場合は、基地局候補点Ｂのみに無線接続可能なエリア評価点が４個、基地局候補点Ａ，Ｂに無線接続可能なエリア評価点が２個、基地局候補点Ａ，Ｂ，Ｄに無線接続可能なエリア評価点が１個となり、評価値Ｍ(B) は次のように算出される。
Ｍ(B) ＝４＋（２／２＋１／３)・Ｐf ＝４＋1.33Ｐf
同様に、基地局候補点Ｃの評価値Ｍ(C) 、基地局候補点Ｅの評価値Ｍ(E) 、基地局候補点Ｆの評価値Ｍ(F) は、それぞれ次のようになる。
Ｍ(C) ＝３＋（０)・Ｐf ＝３
Ｍ(E) ＝５＋（３／２＋１／３)・Ｐf ＝５＋1.83Ｐf
Ｍ(F) ＝５＋（０)・Ｐf ＝５

よって、基地局障害発生確率Ｐf が０を超えていれば、評価値Ｍが最大となる基地局候補点Ｅが選択される。この時点で、基地局候補点に無線接続されていないエリア評価点が残っているので、２回目のステップＳ６の処理を行う。

図５は、２回目のステップＳ６の処理例を示す。未選択の基地局候補点Ｂ，Ｃ，Ｆのみに無線接続可能なエリア評価点を○内に数値１で示し、当該基地局候補点およびすでに基地局設置位置として選択された基地局候補点Ａ，Ｄ，Ｅを含む２以上の基地局候補点に無線接続可能なエリア評価点を○内に基地局候補点数で示す。

基地局候補点Ｂの評価値Ｍ(B) 、基地局候補点Ｃの評価値Ｍ(C) 、基地局候補点Ｆの評価値Ｍ(F) は、それぞれ次のようになる。
Ｍ(B) ＝１＋（４／２＋１／３＋１／４)・Ｐf ＝１＋2.58Ｐf
Ｍ(C) ＝２＋（１／２)・Ｐf ＝２＋0.5Ｐf
Ｍ(F) ＝１＋（４／２)・Ｐf ＝１＋２Ｐf

ここで、Ｐf ＝0.1 の場合は、
Ｍ(B) ＝１＋2.58Ｐf ＝1.258
Ｍ(C) ＝２＋ 0.5Ｐf ＝2.05
Ｍ(F) ＝１＋ ２Ｐf ＝1.2
となり、図５(1) に示すように、評価値Ｍが最大となる基地局候補点Ｃが選択され、すべてのエリア評価点が無線接続可能になるので処理を終了する。

一方、Ｐf ＝0.5 の場合は、
Ｍ(B) ＝１＋2.58Ｐf ＝2.29
Ｍ(C) ＝２＋ 0.5Ｐf ＝2.25
Ｍ(F) ＝１＋ ２Ｐf ＝2
となり、図５(2) に示すように、評価値Ｍが最大となる基地局候補点Ｂが選択され、基地局候補点に無線接続されていないエリア評価点が残っているので、３回目のステップＳ６の処理を行う。

図６は、３回目のステップＳ６の処理例を示す。未選択の基地局候補点Ｃ，Ｆのみに無線接続可能なエリア評価点を○内に数値１で示し、当該基地局候補点およびすでに基地局設置位置として選択された基地局候補点Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅを含む２以上の基地局候補点に無線接続可能なエリア評価点を○内に基地局候補点数で示す。

基地局候補点Ｃの評価値Ｍ(C) 、基地局候補点Ｆの評価値Ｍ(F) は、それぞれ次のようになる。ただし、基地局障害発生確率Ｐf は0.5 である。
Ｍ(C) ＝１＋（１／２＋１／３)・Ｐf ＝１＋0.83Ｐf
Ｍ(F) ＝１＋（２／２＋２／３)・Ｐf ＝１＋1.66Ｐf

よって、評価値Ｍが最大となる基地局候補点Ｆが選択され、すべてのエリア評価点が無線接続可能になるので処理を終了する。

以上により、Ｐf ＝0.1 の場合は基地局候補点Ａ，Ｄ，Ｅ，Ｃが選択され、Ｐf ＝0.5 の場合は基地局候補点Ａ，Ｄ，Ｅ，Ｂ，Ｆが選択される。すなわち、基地局障害発生確率Ｐf が低い場合には４個の基地局を設置すればよいが、基地局障害発生確率Ｐf が高い場合には、障害発生時のバックアップのために５個の基地局を設置することが望ましいことがわかる。

また、図４に示す最初のステップＳ６の処理において、基地局障害発生確率Ｐf が０であれば、評価値Ｍの最大値は５となり、基地局候補点Ｅ，Ｆが同値となる。その場合には、例えば、基地局候補点Ｅ，Ｆとそれぞれ無線接続されるエリア評価点との間の伝搬損失量の合計値が少ない方を選択するようにしてもよい。その結果、基地局候補点Ｆが選択された場合には、次に基地局候補点Ｂが選択され、結果として基地局候補点Ａ，Ｄ，Ｆ，Ｂが選択される。なお、評価値Ｍが最大値となる基地局候補点が３以上あった場合には、その複数の基地局候補点とそれぞれ無線接続されるエリア評価点との間の伝搬損失量の合計値が最小となる基地局候補点を選択すればよい。

また、以上の説明では、各基地局候補点は無指向性アンテナを想定していたが、それぞれのエリア評価点との関係をアンテナ指向性を考慮して処理してもよい。

図７は、本発明の置局設計装置の実施例構成を示す。
図７において、本発明の置局設計装置は、基地局候補点リスト作成部１１、基地局候補点リスト記憶部１２および基地局選択部１３により構成される。基地局候補点リスト作成部１１は、基地局候補点・エリア評価点データベース２１から基地局候補点およびエリア評価点の情報と、伝搬損失量計算部２２で計算される複数の基地局候補点と複数のエリア評価点のそれぞれの間の伝搬損失量の情報とを入力し、エリア評価点ごとに伝搬損失量が所定値以上で無線接続可能な基地局候補点のリストを作成し、基地局候補点リスト記憶部１２に記憶する。この基地局候補点リストには、エリア評価点ごとに無線接続可能な１つ以上の基地局候補点が記録され、基地局候補点に無線接続できないエリア評価点は除外される。

基地局選択部１３は、基地局候補点リスト記憶部１２に記憶されている基地局候補点リストと、外部から設定される基地局障害発生率情報を用いて、上記の手順に従って複数の基地局候補点の中から最適な基地局設置位置を選択する。すなわち、無線接続可能な基地局候補点が１つしかないエリア評価点については、当該基地局候補点を基地局設置位置として選択し、未選択の基地局候補点ごとに、無線接続可能なエリア評価点の数と基地局故障発生率に応じた評価値Ｍを算出し、当該評価値Ｍが最大となる基地局候補点を基地局設置位置として選択する。

また、図１に示す各処理ステップは、コンピュータを置局設計装置として機能させるコンピュータプログラムにより実現することができる。このコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶することも、またはネットワーク経由で提供することも可能である。

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ 基地局候補点
１１ 基地局候補点リスト作成部
１２ 基地局候補点リスト記憶部
１３ 基地局選択部
２１ 基地局候補点・エリア評価点データベース
２２ 伝搬損失量計算部

Claims (5)

1. 複数のエリア評価点がそれぞれ少なくとも１つの基地局候補点に無線接続が可能なように、複数の基地局候補点の中から基地局設置位置を選択する置局設計方法において、
   前記複数の基地局候補点と前記複数のエリア評価点のそれぞれの間の伝搬損失量に基づいて、前記エリア評価点ごとに無線接続可能な基地局候補点のリストを作成するステップ１と、
   無線接続可能な基地局候補点が１つしかない前記エリア評価点については、当該基地局候補点を前記基地局設置位置として選択するステップ２と、
   前記ステップ２で未選択の基地局候補点ごとに、無線接続可能なエリア評価点の数と基地局故障発生率に応じた評価値Ｍを算出し、当該評価値Ｍが最大となる基地局候補点を前記基地局設置位置として選択するステップ３と
   を有し、前記リストのすべてのエリア評価点が前記基地局候補点のいずれかに無線接続可能になるまで前記ステップ３の処理を繰り返す
   ことを特徴とする置局設計方法。
2. 請求項１に記載の置局設計方法において、
   前記ステップ３の前記未選択の基地局候補点ごとに無線接続可能なエリア評価点の評価値Ｍは、
   Ｍ＝ｍ(1) ＋Σ(ｍ(i)／ｉ)・Ｐf
   とし、ｍ(1) は評価する基地局候補点のみに無線接続可能なエリア評価点の数であり、
   ｍ(i)／iは評価する基地局候補点およびすでに基地局設置位置として選択された基地局候補点を含むｉ個（２≦ｉ≦ｎ、ｎは２以上基地局候補点の数以下の整数）の基地局候補点に無線接続可能なエリア評価点の数であり、Ｐf は基地局障害発生確率である
   ことを特徴とする置局設計方法。
3. 請求項１に記載の置局設計方法において、
   前記ステップ３の前記未選択の基地局候補点ごとに無線接続可能なエリア評価点の評価値Ｍが最大値となる基地局候補点が複数あった場合には、その複数の基地局候補点とそれぞれ無線接続される前記エリア評価点との間の伝搬損失量の合計値が最小となる基地局候補点を選択する
   ことを特徴とする置局設計方法。
4. 複数のエリア評価点がそれぞれ少なくとも１つの基地局候補点に無線接続が可能なように、複数の基地局候補点の中から基地局設置位置を選択する置局設計装置において、
   前記複数の基地局候補点と前記複数のエリア評価点のそれぞれの間の伝搬損失量を収集し、その伝搬損失量に基づいて、エリア評価点ごとに無線接続可能な基地局候補点のリストを作成するリスト作成手段と、
   無線接続可能な基地局候補点が１つしかないエリア評価点については、当該基地局候補点を基地局設置位置として選択し、未選択の基地局候補点ごとに、無線接続可能なエリア評価点の数と基地局故障発生率に応じた評価値Ｍを算出し、当該評価値Ｍが最大となる基地局候補点を基地局設置位置として選択する基地局選択手段と
   を備えたことを特徴とする置局設計装置。
5. 請求項１に記載の各ステップをコンピュータに実行させて、複数の基地局候補点の中から基地局設置位置を選択することを特徴とする置局設計プログラム。

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