JP6490609B2 - 通信システム、通信システムの制御方法、制御局および基地局 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム、通信システムの制御方法、制御局および基地局に関する。

スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末と、アクセスポイント等の基地局との間で無線通信を行う無線通信システムには、ヘテロジニアス無線ネットワークがある。ヘテロジニアス無線ネットワークでは、無線通信を広い領域で提供する低周波数帯の基地局と、無線通信を狭い領域で提供する高周波数帯の基地局とを密に配置する。これにより、ヘテロジニアス無線ネットワークは、低周波帯域の無線ネットワークと高周波帯域の無線ネットワークとの階層構造を有し、無線通信の広帯域化を図ることができる。

しかしながら、無線通信のトラヒックは時間とともに変動するため、基地局を密に配置した場合、ヘテロジニアス無線ネットワークにおいて、基地局間でのトラヒックの偏りが生じ、トラヒックの負荷が高くなった基地局に接続する携帯通信端末のスループットが低下してしまう。

また、高周波数帯の電波は、低周波帯域の電波と比べて、距離による減衰および人体や建物等の遮蔽物による減衰を受けやすい。このため、高周波帯域の電波で通信している携帯通信端末のスループットは、低周波数帯の電波と比べて、低下しやすく変動も大きい。これにより、高周波帯域の電波で通信している携帯通信端末のユーザのＱｏＥ（Quality of Experience）も、低周波数帯の電波と比べても劣化しやすい。

そこで、ヘテロジニアス無線ネットワークにおいて、Ｃ−ＲＡＮ（Centralized Radio Access Network）が全ての基地局を集中的に制御する技術（例えば、非特許文献１）や、ＳＯＮ（Self-Organizing Networks）による基地局を制御する技術（例えば、非特許文献２）が提案されている。

タン ザカン、下平英和、坂口啓、荒木純道: "（ＭｉＷＥＢＡ）クラウド連携ヘテロジニアスネットワークにおける基地局動的ON/OFF制御の一検討", 信学技法, pp. 93-100 (2015) 小西聡、山本俊明: "LTE/LTE-AdvancedシステムのためのSelf-Organizing Networks(SON)技術による自動最適化の効果", 電子情報通信学会論文誌, Vol. J97-B, 8, pp. 599-610 (2014)

ところで、今後ともスマートフォン等の携帯通信端末の増加に伴い、基地局におけるトラフィックが増大することが推定される。このため、トラフィックが大きい領域に、より小さな領域で無線通信を提供する高周波帯域の基地局を多数配置することにより、トラフィックを分散させることが考えられる。

しかしながら、基地局の増加により、変動する無線通信の環境に追随して各基地局の送信電力やアンテナのビーム方向等の制御にかかるオーバーヘッドや、制御処理の演算量が増大してしまう。そして、通信の品質の劣化を抑制することが困難となる。

本発明は、基地局の制御にかかるオーバーヘッドや制御処理の演算量を抑制しつつ、ユーザのＱｏＥの向上を図ることができる通信システム、通信システムの制御方法、制御局および基地局を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数の領域の各々に配置され、自身が配置された領域内の端末装置と通信を行う複数の基地局と、複数の基地局を制御する制御局とを有する通信システムであって、制御局は、複数の領域内の端末装置の各々から、当該端末装置の位置情報およびトラフィック量を含む、通信の状態を示す端末情報を取得する取得部と、取得した端末情報に基づいて、複数の基地局の各々における通信処理の負荷を示す負荷量を算出する算出部と、複数の基地局の各々に算出した当該基地局における負荷量を送信する送信部とを備え、複数の基地局の各々は、制御局より負荷量を受信する受信部と、自身が配置された領域における通信環境を示す環境情報を収集する収集部と、受信した負荷量と収集した環境情報とに基づいて、自身が配置された領域における通信量を制御する制御部とを備え、制御局の算出部は、基地局の各々における負荷量として、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域とにおける総トラフィック量に対して、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域との総面積に対する当該基地局が配置された領域の面積の比と、当該基地局におけるトラフィックのボトルネックに応じた重み係数とを乗算した値を算出する。

第１の発明において、基地局の収集部は、当該基地局が配置された領域内の端末装置から、当該端末装置のトラフィック量を含む環境情報を収集し、基地局の制御部は、収集した環境情報に含まれるトラフィック量の総和に基づいて、当該基地局が配置された領域内の端末装置との通信処理の負荷を示す指標を算出し、算出した指標と受信した負荷量との差分が所定の閾値以下となるように、当該基地局が配置された領域の大きさを調整する。

第１の発明において、制御局は、複数の基地局の各々との間の回線の通信速度を測定する測定部をさらに備え、制御局の算出部は、端末情報と測定した通信速度とを用いて、複数の基地局の各々における重み係数を算出する。

第２の発明は、複数の領域の各々に配置され、自身が配置された領域内の端末装置と通信を行う複数の基地局と、複数の基地局を制御する制御局とを有する通信システムの制御方法であって、制御局が、複数の領域内の端末装置の各々から、当該端末装置の位置情報およびトラフィック量を含む、通信の状態を示す端末情報を取得する取得ステップと、取得した端末情報に基づいて、複数の基地局の各々における通信処理の負荷を示す負荷量を算出する算出ステップと、複数の基地局の各々に算出した当該基地局における負荷量を送信する送信ステップとを実行し、複数の基地局の各々が、制御局より負荷量を受信する受信ステップと、自身が配置された領域における通信環境を示す環境情報を収集する収集ステップと、受信した負荷量と収集した環境情報とに基づいて、自身が配置された領域における通信量を制御する制御ステップとを実行し、制御局の算出ステップでは、基地局の各々における負荷量として、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域とにおける総トラフィック量に対して、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域との総面積に対する当該基地局が配置された領域の面積の比と、当該基地局におけるトラフィックのボトルネックに応じた重み係数とを乗算した値を算出する。
第２の発明において、基地局の収集ステップでは、当該基地局が配置された領域内の端末装置から、当該端末装置のトラフィック量を含む環境情報を収集し、基地局の制御ステップでは、収集した環境情報に含まれるトラフィック量の総和に基づいて、当該基地局が配置された領域内の端末装置との通信処理の負荷を示す指標を算出し、算出した指標と受信した負荷量との差分が所定の閾値以下となるように、当該基地局が配置された領域の大きさを調整する。
第２の発明において、制御局が、複数の基地局の各々との間の回線の通信速度を測定する測定ステップをさらに実行し、制御局の算出ステップでは、端末情報と測定した通信速度とを用いて、複数の基地局の各々における重み係数を算出する。

第３の発明は、複数の領域の各々に配置され、自身が配置された領域内の端末装置と通信を行う複数の基地局を有する通信システムにおける、複数の基地局を制御する制御局であって、複数の領域内の端末装置の各々から、当該端末装置の位置情報およびトラフィック量を含む、通信の状態を示す端末情報を取得する取得部と、取得した端末情報に基づいて、複数の基地局の各々における通信処理の負荷を示す負荷量を算出する算出部と、複数の基地局の各々に算出した当該基地局における負荷量を送信する送信部とを備え、算出部は、基地局の各々における負荷量として、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域とにおける総トラフィック量に対して、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域との総面積に対する当該基地局が配置された領域の面積の比と、当該基地局におけるトラフィックのボトルネックに応じた重み係数とを乗算した値を算出する。

第３の発明において、複数の基地局の各々との間の回線の通信速度を測定する測定部をさらに備え、算出部は、端末情報と測定した通信速度とを用いて、複数の基地局の各々における重み係数を算出する。

本発明は、基地局の制御にかかるオーバーヘッドや制御処理の演算量を抑制しつつ、ユーザのＱｏＥの向上を図ることができる。

無線通信システムの一実施形態を示す図である。 図１に示したユーザ端末、基地局および制御局の一例を示す図である。 図１に示した無線通信システムにおける制御処理の一例を示す図である。

以下、図面を用いて実施形態について説明する。

図１は、無線通信システムの一実施形態を示す。

図１に示した無線通信システムＳＹＳは、制御局ＣＴ、２つの基地局１００（１００（１）、１００（２））、および６個のユーザ端末ＵＴ（ＵＴ（１）−ＵＴ（６））を有する。なお、無線通信システムＳＹＳは、２つ以上の複数の基地局１００を有してもよい。また、無線通信システムＳＹＳは、６つ以外の複数のユーザ端末ＵＴを有してもよい。

制御局ＣＴは、有線または無線を介して、基地局１００および外部のネットワークＮＷに接続される。また、基地局１００は、無線を介して、ユーザ端末ＵＴに接続される。

制御局ＣＴは、プロセッサ等の演算処理装置およびハードディスク装置等の記憶装置を含むサーバ等のコンピュータ装置である。制御局ＣＴは、ユーザ端末ＵＴとネットワークＮＷとの間でデータを伝送するために、基地局１００の動作を制御する。

基地局１００（１）、１００（２）は、例えば、アクセスポイントやセルラ基地局等である。基地局１００（１）、１００（２）の各々は、基地局１００に含まれるアンテナを介して、セル領域ＡＲ１またはセル領域ＡＲ２内のユーザ端末ＵＴとの間で無線通信を行う。なお、無線通信システムＳＹＳが２つ以上の複数の基地局１００を有する場合、各基地局１００のセル領域は、隣接する基地局１００のセル領域と重なることが好ましい。

ユーザ端末ＵＴは、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末であり、ユーザ端末ＵＴの位置に応じて基地局１００（１）または基地局１００（２）との間で無線通信を行う。なお、図１に示したユーザ端末ＵＴ（４）は、セル領域ＡＲ１、ＡＲ２が互いに重なる位置にいる。このため、ユーザ端末ＵＴ（４）は、基地局１００（１）、１００（２）の両方と無線通信が可能である。ユーザ端末ＵＴ（４）がいずれの基地局１００と無線通信を行うかは、各基地局１００からの電波の受信電力や、各基地局１００とのスループット等に基づいて、基地局１００により制御される。

図２は、図１に示したユーザ端末ＵＴ、基地局１００および制御局ＣＴの一例を示す。

図１に示したユーザ端末ＵＴ（１）は、アンテナＡＮＴ１、送受信部１０、制御部２０、環境測定部３０および記憶部４０を有する。なお、ユーザ端末ＵＴ（２）−ＵＴ（６）は、ユーザ端末ＵＴ（１）と同様の要素を有する。

送受信部１０は、基地局１００（１）から送信されたデータを含むデータ信号、および基地局１００あるいは制御局ＣＴからの制御指示を含む制御信号を、アンテナＡＮＴ１を介して受信する。送受信部１０は、ユーザ端末ＵＴ（１）に設定されている変復調方式や誤り訂正符号化方式等の伝送パラメータに基づいて、受信したデータ信号および制御信号に復調処理を実行する。送受信部１０は、復調したデータ信号および制御信号を制御部２０に出力する。

また、送受信部１０は、例えば、制御部２０を介してデータを受信した場合、設定されている伝送パラメータに基づいて変調処理を実行し、データ信号を生成する。また、送受信部１０は、環境測定部３０により測定された測定結果等を受信した場合、設定されている伝送パラメータに基づいて、受信した測定結果等とともにユーザ端末ＵＴ（１）を識別する識別情報に変調処理を実行し、制御信号を生成する。送受信部１０は、生成したデータ信号や制御信号を基地局１００（１）に送信する。

制御部２０は、例えば、ユーザ端末ＵＴ（１）に含まれるプロセッサ等が、メモリ等の記憶部４０に記憶されたプログラムを実行することにより実現され、ユーザ端末ＵＴ（１）の動作を制御する。例えば、制御部２０は、送受信部１０から受信した信号が制御信号かデータ信号かを判定する。制御部２０は、例えば、受信した信号が制御信号の場合、基地局１００（１）または制御局ＣＴからの制御指示を取得する。制御指示が伝送パラメータの場合、制御部２０は、取得した伝送パラメータを送受信部１０に設定する。また、制御部２０は、取得した制御指示に基づいて、環境測定部３０にユーザ端末ＵＴ（１）における通信環境を測定させる。一方、制御部２０は、例えば、受信した信号がデータ信号の場合、ユーザ端末ＵＴ（１）に含まれる液晶モニタ等の表示部に、受信したデータを表示する。

また、制御部２０は、ユーザ端末ＵＴ（１）の識別情報や環境測定部３０により測定された測定結果等を送受信部１０に出力する。また、制御部２０は、端末局ＵＴ（１）に含まれるタッチパネル等の入力部を介して、ユーザから入力指示を受けた場合、受けた入力指示あるいは入力指示により指定されたデータを送受信部１０に出力する。

環境測定部３０は、例えば、基地局１００（１）からの制御指示に基づいて、ユーザ端末ＵＴ（１）における通信環境を測定する。例えば、環境測定部３０は、基地局１００（１）からの制御指示を含む制御信号を受信した際の受信電力、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）およびＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）の少なくとも１つを測定する。また、環境測定部３０は、基地局１００（１）との間の無線通信におけるトラフィック量を測定する。

また、環境測定部３０は、アンテナＡＮＴ１を介して、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの信号を受信し、ユーザ端末ＵＴ（１）の位置を検出する。なお、環境測定部３０は、基地局１００（１）が送信する制御信号やビーコン波等の受信電力に基づいて、位置を検出してもよい。また、環境測定部３０は、加速度センサや磁気センサ等を含み、ユーザ端末ＵＴ（１）の移動速度を測定してもよい。

そして、環境測定部３０は、測定結果を制御部２０に出力する。制御部２０は、受信した測定結果とユーザ端末ＵＴ（１）の識別情報とを送受信部１０に出力し、送受信部１０は、アンテナＡＮＴ１を介して、測定結果と識別情報とを含む制御信号を基地局１００（１）に送信する。

なお、制御部２０は、環境測定部３０から受信した測定結果を、ユーザ端末ＵＴ（１）の記憶部４０に記憶する。そして、制御部２０は、制御局ＣＴからの制御指示に基づいて、記憶部４０に記憶された測定結果を、ユーザ端末ＵＴ（１）の通信状態を示す端末情報として制御局ＣＴに送信する。この場合、制御部２０は、所定の時間幅で測定結果を平均する等の統計処理を実行し、統計処理された測定結果（端末情報）を、制御局ＣＴに送信してもよい。これにより、ユーザ端末ＵＴから制御局ＣＴに送信される測定結果のデータ量を減らすことができ、無線通信システムＳＹＳにおけるトラフィック量を抑制できる。また、制御局ＣＴは、統計処理された端末情報を受信することにより、測定結果を用いた制御処理の演算量を減らすことができる。

記憶部４０は、メモリ等であり、ユーザ端末ＵＴ（１）のプロセッサ等が実行するプログラム、ユーザ端末ＵＴ（１）の識別情報、および環境測定部３０により測定された測定結果等を記憶する。

図１に示した基地局１００（１）は、アンテナＡＮＴ２、送受信部５０、制御部６０、収集部７０、記憶部８０およびＩＦ（Interface）部９０を有する。なお、基地局１００（２）は、基地局１００（１）と同様の要素を有する。

アンテナＡＮＴ２は、例えば、図１に示したセル領域ＡＲ１を覆う１または複数のビームを有するアンテナである。アンテナＡＮＴ２は、制御部６０による制御指示に基づいて、ビームの幅、方向およびチルト角等の無線パラメータを調整する。なお、無線パラメータには、送受信部５０が電波を送信する送信電力等も含まれる。

送受信部５０は、ユーザ端末ＵＴから送信されたデータを含むデータ信号、およびユーザ端末ＵＴの識別情報や測定結果等を含む制御信号を受信する。送受信部５０は、ユーザ端末ＵＴに設定されている伝送パラメータに基づいて、受信したデータ信号または制御信号に復調処理を実行する。送受信部５０は、復調したデータ信号および制御信号を制御部６０に出力する。また、送受信部５０は、ユーザ端末ＵＴ宛のデータを含むデータ信号や、制御部６０または収集部７０からの制御指示を含む制御信号を、ユーザ端末ＵＴに設定されている伝送パラメータに基づいて変調処理し、変調した制御信号をユーザ端末ＵＴに送信する。

制御部６０は、例えば、基地局１００（１）に含まれるプロセッサ等が、記憶部８０に記憶されたプログラムを実行することで実現され、基地局１００（１）の動作を制御する。制御部６０は、例えば、送受信部５０が端末局ＵＴから受信した信号が制御信号かデータ信号かを判定する。制御部６０は、受信した信号が測定結果を含む制御信号の場合、制御信号に含まれる識別情報および測定結果を収集部７０に出力する。一方、制御部６０は、受信した信号がデータ信号の場合、ＩＦ部９０を介して、データ信号を制御局ＣＴに出力する。

また、制御部６０は、ＩＦ部９０を介して制御局ＣＴから受信した基地局１００（１）の通信処理の負荷を示す負荷量（以下、“制御パラメータ”とも称される）と、収集部７０が収集したセル領域ＡＲ１における通信環境を示す環境情報とに基づいて、セル領域ＡＲ１における無線通信の通信量を制御する。なお、制御部６０の動作については、図３で説明する。

収集部７０は、セル領域ＡＲ１における環境情報を収集する。例えば、収集部７０は、基地局１００（１）に接続しているユーザ端末ＵＴの各々に、ユーザ端末ＵＴにおける通信環境を測定させる制御指示の送信を制御部６０に要求する。制御部６０は、収集部７０からの要求に基づいて、基地局１００（１）に接続しているユーザ端末ＵＴの各々に、通信環境を測定させる制御指示の制御信号を、送受信部５０を介して送信する。そして、収集部７０は、制御部６０を介して、ユーザ端末ＵＴの各々の識別情報および測定結果を収集する。収集部７０は、識別情報に基づいて、ユーザ端末ＵＴ毎の測定結果を環境情報として記憶部８０に記憶する。

なお、収集部７０は、ユーザ端末ＵＴの各々に通信環境を測定させるとともに、あるいはユーザ端末ＵＴの各々に通信環境を測定させる代わりに、基地局１００（１）に配置されたデジタルカメラ等の撮像装置を用いて、セル領域ＡＲ１における環境情報を収集してもよい。例えば、収集部７０は、撮像装置により撮影された画像にエッジ抽出等の画像処理を実行し、セル領域ＡＲ１におけるユーザの人数（ユーザ端末ＵＴの数）やユーザ（ユーザ端末ＵＴ）毎の移動速度を、環境情報として収集してもよい。また、収集部７０は、撮像装置により撮影された画像にエッジ抽出等の画像処理を実行し、セル領域ＡＲ１において無線通信を遮蔽する建物や車等の遮蔽物を検出してもよい。そして、収集部７０は、検出した遮蔽物によるセル領域ＡＲ１における遮蔽率を算出し、算出した遮蔽率を環境情報として収集してもよい。

なお、ユーザを感知する赤外線センサ等の検出装置が基地局１００（１）に配置され、収集部７０は、検出装置の検出結果に基づいて、ユーザの人数、ユーザ毎の移動速度および建物等の遮蔽物による遮蔽率を収集してもよい。

記憶部８０は、ハードディスク装置あるいはメモリ等である。記憶部８０は、基地局１００（１）のプロセッサ等が実行するプログラム、収集部７０により収集された環境情報を記憶する。

ＩＦ部９０は、入出力インタフェース等であり、制御局ＣＴとの間で通信を行う。ＩＦ部９０は、受信部の一例である。

図１に示した制御局ＣＴは、サーバ等のコンピュータ装置であり、ＩＦ部１１０、ネットワークＩＦ部１２０、制御部１３０、回線測定部１４０および記憶部１５０を有する。

ＩＦ部１１０は、入出力インタフェース等であり、基地局１００との間で通信を行う。なお、ＩＦ部１１０は、ユーザ端末ＵＴの各々との間で通信を行う機能を有してもよい。ＩＦ部１１０は、送信部の一例である。

ネットワークＩＦ部１２０は、ネットワークインタフェース等であり、ネットワークＮＷとの間で通信を行う。

制御部１３０は、例えば、制御局ＣＴに含まれるプロセッサ等が、記憶部１５０に記憶されたプログラムを実行することにより実現され、制御局ＣＴの動作を制御する。例えば、制御部１３０は、ＩＦ部１１０を介して、ユーザ端末ＵＴが送信したデータ信号を受信した場合、ネットワークＩＦ部１２０を介して、受信したデータ信号をネットワークＮＷに転送する。

また、制御部１３０は、例えば、ユーザ端末ＵＴの各々における通信の状態を示す端末情報（すなわち、環境測定部３０の測定結果）を取得するために、端末情報の送信指示の制御信号を、ＩＦ部１１０を介してユーザ端末ＵＴの各々に送信する。そして、制御部１３０は、ユーザ端末ＵＴの各々から端末情報を含む制御信号を受信し、受信した制御信号に含まれる識別情報に基づいて、ユーザ端末ＵＴ毎に端末情報を記憶部１５０に記憶する。そして、制御部１３０は、取得した端末情報を用いて、基地局１００の各々における制御パラメータを算出する。制御部１３０の動作については、図３で説明する。なお、ＩＦ部１１０がユーザ端末ＵＴの各々との間で通信を行う機能を有する場合、制御部１３０は、ユーザ端末ＵＴの各々から端末情報を直接取得してもよい。制御部１３０は、取得部および算出部の一例である。

回線測定部１４０は、制御局ＣＴと基地局１００との間のバックホール回線の通信速度（以下、“バックホールリンク速度”とも称される）を測定する。回線測定部１４０は、測定したバックホールリンク速度を、基地局１００毎に記憶部１５０に記憶する。

記憶部１５０は、ハードディスク装置あるいはメモリ等である。記憶部１５０は、制御局ＣＴのプロセッサ等が実行するプログラム、制御部１３０により取得された端末情報を記憶する。

図３は、図１に示した無線通信システムＳＹＳにおける制御処理の一例を示す。例えば、ステップＳ１００からステップＳ１４０の処理は、制御局ＣＴにより実行される。また、ステップＳ２００からステップＳ２７０の処理は、基地局１００（１）により実行され、ステップＳ３００およびステップＳ３１０の処理は、ユーザ端末ＵＴ（１）により実行される。すなわち、図３は、通信システムの制御方法の一実施形態を示す。

なお、ステップＳ１００からステップＳ１４０の処理と、ステップＳ２００からステップＳ２７０の処理と、ステップＳ３００およびステップＳ３１０の処理は、並列に実行されるのが好ましい。また、ステップＳ１００からステップＳ１４０の処理と、ステップＳ２００からステップＳ２７０の処理と、ステップＳ３００およびステップＳ３１０の処理は、無線通信システムＳＹＳにおける通信処理と並列に実行されるのが好ましい。

なお、基地局１００（２）の動作およびユーザ端末ＵＴ（２）−ＵＴ（６）の各々の動作は、図３に示した基地局１００（１）の動作およびユーザ端末ＵＴ（１）の動作と同様であり、説明を省略する。

ステップＳ１００では、制御部１３０は、ユーザ端末ＵＴの各々の端末情報（すなわち、環境測定部３０の測定結果）を取得するために、端末情報を送信させる制御指示の制御信号を、ＩＦ部１１０を介してユーザ端末ＵＴの各々に送信する。

ステップＳ１１０では、制御部１３０は、ユーザ端末ＵＴの各々から端末情報を含む信号を受信する。

ステップＳ１２０では、制御部１３０は、ステップＳ１１０で受信した端末情報を用いて、トラフィック量、受信電力、ＳＮＲおよびＳＩＮＲ等の分布を示すマップを作成する。例えば、制御部１３０は、受信したユーザ端末ＵＴの各々における端末情報を参照して、基地局１００から送信された制御信号の受信電力、ＳＮＲおよびＳＩＮＲの少なくとも１つを取得する。また、制御部１３０は、受信したユーザ端末ＵＴの各々における端末情報を参照し、ユーザ端末ＵＴの各々の位置を示す位置情報およびトラフィック量を取得する。制御部１３０は、取得したユーザ端末ＵＴの各々の位置情報に基づいて、トラフィック量、受信電力、ＳＮＲおよびＳＩＮＲ等の２次元分布であるマップを作成する。

ステップＳ１３０では、制御部１３０は、ステップＳ１２０で作成したマップを用いて、基地局１００の各々における通信量、すなわちトラフィック量を制御するために、基地局１００毎に制御パラメータを算出する。例えば、制御部１３０は、図１に示すように、基地局１００（１）と基地局１００（１）に隣接する基地局１００（２）とのセル領域ＡＲ１、ＡＲ２における総トラフィック量（すなわち、ユーザ端末ＵＴ（１）−ＵＴ（６）の総通信量）を算出する。なお、セル領域ＡＲ１が２以上のセル領域と隣接する場合、制御部１３０は、セル領域ＡＲ１と隣接する２以上のセル領域とにおける総トラフィック量を算出する。制御部１３０は、算出した総トラフィック量と式（１）とを用いて、基地局１００（１）におけるトラフィックλ（１）を算出する。

λ（１）＝ＴＦｓｕｍ×Ｓａ１／ＳＡｓｕｍ（１） …（１）
なお、ＴＦｓｕｍは、セル領域ＡＲ１とセル領域ＡＲ１と隣接するセル領域における総トラフィック量を示す。また、Ｓａ１は、セル領域ＡＲ１の面積を示し、ＳＡｓｕｍ（１）は、セル領域ＡＲ１とセル領域ＡＲ１に隣接するセル領域との総面積を示す。

そして、制御部１３０は、算出したトラフィックλ（１）と式（２）とを用いて、基地局１００（１）の制御パラメータＬｔｈ（１）を算出する。

Ｌｔｈ（１）＝α×λ（１） …（２）
係数αは、重み係数を示す。例えば、制御部１３０は、ステップＳ１２０で作成された受信電力のマップを用いて、基地局１００（１）における平均スループットを算出し、算出した基地局１００（１）の平均スループットと式（３）とを用いて、重み係数αを算出する。

α＝１／ＴＰａｖｇ（１） …（３）
なお、ＴＰａｖｇ（１）は、基地局１００（１）の平均スループットを示す。また、重み係数αは、基地局１００（１）の平均スループットの代わりに、受信電力のマップに基づいて求められる基地局１００（１）の平均キャパシティ（例えば、基地局１００（１）における平均周波数利用率と平均帯域幅との積）等に基づいて算出されてもよい。あるいは、重み係数αは、基地局１００（１）に接続されるユーザ端末ＵＴの数に基づいて算出されてもよい。

なお、無線通信システムＳＹＳにおける無線通信では、基地局１００（１）と各ユーザ端末ＵＴとの間の通信速度は、制御局ＣＴと基地局１００（１）との間のバックホール回線のバックホールリンク速度より遅い。このため、基地局１００（１）と各ユーザ端末ＵＴとの間の通信速度（すなわち、基地局１００（１）の平均スループット）が、無線通信システムＳＹＳにおけるトラフィックのボトルネックとなりやすい。このため、重み係数αは、式（３）のように、基地局１００（１）の平均スループットＴＰａｖｇ（１）を用いて算出される。しかしながら、バックホールリンク速度が、基地局１００（１）の平均スループットより遅くなる場合も考えられる。この場合、制御局ＣＴと基地局１００（１）との間のバックホール回線が、ボトルネックとなる。

そこで、重み係数αは、式（４）と、回線測定部１４０により測定される基地局１００（１）との間のバックホールリンク速度とを用いて算出されてもよい。

α＝１／ｍｉｎ（ＴＰａｖｇ（１），ＶＢＬ（１）） …（４）
なお、ＶＢＬ（１）は、基地局１００（１）との間のバックホールリンク速度を示す。

また、制御部１３０は、基地局１００（２）についても、基地局１００（１）と同様に、制御パラメータＬｔｈ（２）を算出する。

ステップＳ１４０では、制御部１３０は、ステップＳ１３０で算出した制御パラメータＬｔｈ（１）、Ｌｔｈ（２）の各々を、基地局１００（１）、１００（２）にそれぞれ送信する。その後、制御局ＣＴは、制御処理を終了する。

その後、制御局ＣＴは、例えば、所定の時間間隔でステップＳ１００からステップＳ１４０の処理を実行する。

一方、ステップＳ２００では、制御部６０は、収集部７０からの要求に基づいて、基地局１００（１）に接続されているユーザ端末ＵＴの各々に、ユーザ端末ＵＴにおける通信環境を測定させる制御指示を含む制御信号を送信する。

ステップＳ２１０では、制御部６０が、基地局１００（１）に接続されているユーザ端末ＵＴの各々の識別情報および測定結果を含む制御信号を受信し、収集部７０は、ユーザ端末ＵＴの各々の識別情報および測定結果を収集する。

ステップＳ２２０では、制御部６０は、制御局ＣＴから制御パラメータＬｔｈ（１）を受信する。

ステップＳ２３０では、制御部６０は、ステップＳ２１０で収集された測定結果を用いて、基地局１００（１）における通信処理の負荷を示す指標Ｌを算出する。例えば、制御部６０は、式（５）と収集された測定結果とを用いて、指標Ｌを算出する。

Ｌ＝β×λｉ …（５）
なお、λｉは、基地局１００（１）に接続される全ユーザ端末ＵＴのトラフィック量の総和等であり、基地局１００（１）が保持するトラフィック負荷情報を示す。係数βは、重み係数を示し、基地局１００（１）に接続される全ユーザ端末ＵＴのスループットの総和を用いて、式（６）のように表される。

β＝１／ＴＰｓｕｍ（１） …（６）
なお、ＴＰｓｕｍ（１）は、基地局１００（１）に接続される全ユーザ端末ＵＴのスループットの総和を示す。また、重み係数βは、基地局１００（１）に接続される全ユーザ端末ＵＴのスループットの総和の代わりに、全ユーザ端末ＵＴの受信電力の総和を用いて算出されてもよい。あるいは、重み係数βは、基地局１００（１）のセル領域ＡＲ１における建物等の遮蔽物による遮蔽率、あるいは基地局１００（１）に接続されるユーザ端末ＵＴの移動速度等を用いて算出されてもよい。

ステップＳ２４０では、制御部６０は、ステップＳ２２０で受信した制御パラメータＬｔｈ（１）と、ステップＳ２３０で算出した指標Ｌとの差分が閾値ε以下か否かを判定する。制御パラメータＬｔｈ（１）と指標Ｌとの差分が閾値ε以下の場合、制御部６０は、基地局１００（１）における通信量は適正と判定し、設定されている無線パラメータを維持する。この場合、基地局１００（１）は、制御処理を終了する。一方、制御パラメータＬｔｈ（１）と指標Ｌとの差分が閾値εより大きい場合、基地局１００（１）の処理は、ステップＳ２５０に移る。

なお、閾値εは、無線通信システムＳＹＳにおいて要求される通信品質等に基づいて、適宜設定されるのが好ましい。

ステップＳ２５０では、制御部６０は、指標Ｌが制御パラメータＬｔｈ（１）以下か否か、すなわち基地局１００（１）における通信処理に余裕があるか否かを判定する。指標Ｌが制御パラメータＬｔｈ（１）以下、すなわち基地局１００（１）における通信処理に余裕がある場合、基地局１００（１）の処理は、ステップＳ２６０に移る。一方、指標Ｌが制御パラメータＬｔｈ（１）より大きい、すなわち基地局１００（１）における通信処理に余裕がない場合、基地局１００（１）の処理は、ステップＳ２７０に移る。

ステップＳ２６０では、制御部６０は、基地局１００（１）のセル領域ＡＲ１を拡大するように、アンテナＡＮＴ２のビームの幅、方向およびチルト角等の無線パラメータを変更する。例えば、制御部６０は、アンテナＡＮＴ２のビーム幅を広くする、ビームの方向を拡大する、またはビームのチルト角を小さくするように、無線パラメータを変更する。あるいは、制御部６０は、基地局１００（１）の送信電力を大きくする、またはユーザ端末ＵＴが満たすべき所要受信電力を小さくするように、無線パラメータを変更する。また、制御部６０は、ユーザ端末ＵＴとの無線通信の周波数帯域幅を小さくする、または再接続時における通信品質が悪いユーザ端末ＵＴの接続も許可する等のように、無線パラメータを変更する。そして、制御部６０は、変更した無線パラメータを設定する。そして、基地局１００は、制御処理を終了する。

ステップＳ２７０では、制御部６０は、基地局１００（１）のセル領域ＡＲ１を縮小するように、アンテナＡＮＴ２のビームの幅、方向およびチルト角等の無線パラメータを変更する。例えば、制御部６０は、アンテナＡＮＴ２のビーム幅を狭くする、ビームの方向を限定する、またはビームのチルト角を大きくするように、無線パラメータを変更する。あるいは、制御部６０は、基地局１００（１）の送信電力を小さくする、またはユーザ端末ＵＴが満たすべき所要受信電力を大きくするように、無線パラメータを変更する。また、制御部６０は、ユーザ端末ＵＴとの無線通信の周波数帯域幅を大きくする、または再接続時における通信品質が悪いユーザ端末ＵＴの接続を許可しない等のように、無線パラメータを変更する。そして、制御部６０は、変更した無線パラメータを設定する。そして、基地局１００は、制御処理を終了する。

その後、基地局１００（１）は、例えば、所定の時間間隔でステップＳ２００とステップＳ２１０の処理を実行する。そして、基地局１００（１）は、ステップＳ２２０で制御局ＣＴから制御パラメータＬｔｈ（１）を受信した場合に、ステップＳ２３０からステップＳ２７０の処理を実行する。

一方、ステップＳ３００では、環境測定部３０は、ステップＳ２００で基地局１００（１）から送信された制御指示に基づいて、基地局１００（１）からの制御信号の受信電力やユーザ端末ＵＴ（１）の位置等のユーザ端末ＵＴ（１）における通信環境を測定する。そして、環境測定部３０は、測定結果を制御部２０に出力する。制御部２０は、受信した測定結果とユーザ端末ＵＴ（１）の識別情報とを含む制御信号を、基地局１００（１）に送信する。また、制御部２０は、測定結果を記憶部４０に記憶する。

ステップＳ３１０では、制御部２０は、ステップＳ１００で制御局ＣＴから送信された制御指示に基づいて、ステップＳ３００で記憶部４０に記憶された測定結果に統計処理を実行し、統計処理された測定結果を端末情報として制御局ＣＴに送信する。

なお、ユーザ端末ＵＴ（１）は、ステップＳ３００とステップＳ３１０との処理を並列に実行してもよい。

以上、図１から図３に示した実施形態では、制御局ＣＴは、トラフィック量等のマップを作成するために、ユーザ端末ＵＴの各々から統計処理された端末情報を取得する。すなわち、制御局ＣＴは、ユーザ端末ＵＴの各々から統計処理された端末情報を取得することで、取得する端末情報のデータ量を減らすことができ、制御処理の演算量を抑制できる。

また、基地局１００は、制御局ＣＴから受信した制御パラメータＬｔｈと、基地局１００における指標Ｌとの比較に基づいて、無線パラメータを変更することにより、無線パラメータを変更するための制御処理の演算量を抑制でき、制御処理の高速化を図ることができる。そして、基地局１００は、基地局１００の制御にかかるオーバーヘッドを短くできる。さらに、基地局１００は、基地局１００の平均スループット、制御局ＣＴとの間のバックホール回線のバックホールリンク速度、あるいは遮蔽率等の環境情報に基づいて指数Ｌを算出する。すなわち、基地局１００は、ユーザ端末ＵＴとの通信品質を考慮して無線パラメータを変更できる。

これにより、無線通信システムＳＹＳは、基地局の制御にかかるオーバーヘッドや制御処理の演算量を抑制しつつ、ユーザのＱｏＥの向上を図ることができる。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。

１０，５０…送受信部；２０，６０，１３０…制御部；３０…環境測定部；４０，８０，１５０…記憶部；７０…収集部；９０，１１０…ＩＦ部；１２０…ネットワークＩＦ部；１４０…回線測定部；１００（１），１００（２）…基地局；ＡＮＴ１，ＡＮＴ２…アンテナ；ＳＹＳ…無線通信システム；ＵＴ（１）−ＵＴ（６）…ユーザ端末

Claims (8)

1. 複数の領域の各々に配置され、自身が配置された領域内の端末装置と通信を行う複数の基地局と、前記複数の基地局を制御する制御局とを有する通信システムであって、
   前記制御局は、
   前記複数の領域内の端末装置の各々から、当該端末装置の位置情報およびトラフィック量を含む、通信の状態を示す端末情報を取得する取得部と、
   取得した前記端末情報に基づいて、前記複数の基地局の各々における通信処理の負荷を示す負荷量を算出する算出部と、
   前記複数の基地局の各々に算出した当該基地局における前記負荷量を送信する送信部とを備え、
   前記複数の基地局の各々は、
   前記制御局より前記負荷量を受信する受信部と、
   自身が配置された領域における通信環境を示す環境情報を収集する収集部と、
   受信した前記負荷量と収集した前記環境情報とに基づいて、自身が配置された領域における通信量を制御する制御部とを備え、
   前記制御局の前記算出部は、前記基地局の各々における前記負荷量として、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域とにおける総トラフィック量に対して、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域との総面積に対する当該基地局が配置された領域の面積の比と、当該基地局におけるトラフィックのボトルネックに応じた重み係数とを乗算した値を算出する
   ことを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムにおいて、
   前記基地局の前記収集部は、当該基地局が配置された領域内の端末装置から、当該端末装置のトラフィック量を含む前記環境情報を収集し、
   前記基地局の前記制御部は、収集した前記環境情報に含まれるトラフィック量の総和に基づいて、当該基地局が配置された領域内の端末装置との通信処理の負荷を示す指標を算出し、算出した前記指標と受信した前記負荷量との差分が所定の閾値以下となるように、当該基地局が配置された領域の大きさを調整する
   ことを特徴とする通信システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の通信システムにおいて、
   前記制御局は、前記複数の基地局の各々との間の回線の通信速度を測定する測定部をさらに備え、
   前記制御局の前記算出部は、前記端末情報と測定した前記通信速度とを用いて、前記複数の基地局の各々における前記重み係数を算出する
   ことを特徴とする通信システム。
4. 複数の領域の各々に配置され、自身が配置された領域内の端末装置と通信を行う複数の基地局と、前記複数の基地局を制御する制御局とを有する通信システムの制御方法であって、
   前記制御局が、
   前記複数の領域内の端末装置の各々から、当該端末装置の位置情報およびトラフィック量を含む、通信の状態を示す端末情報を取得する取得ステップと、
   取得した前記端末情報に基づいて、前記複数の基地局の各々における通信処理の負荷を示す負荷量を算出する算出ステップと、
   前記複数の基地局の各々に算出した当該基地局における前記負荷量を送信する送信ステップとを実行し、
   前記複数の基地局の各々が、
   前記制御局より前記負荷量を受信する受信ステップと、
   自身が配置された領域における通信環境を示す環境情報を収集する収集ステップと、
   受信した前記負荷量と収集した前記環境情報とに基づいて、自身が配置された領域における通信量を制御する制御ステップとを実行し、
   前記制御局の前記算出ステップでは、前記基地局の各々における前記負荷量として、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域とにおける総トラフィック量に対して、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域との総面積に対する当該基地局が配置された領域の面積の比と、当該基地局におけるトラフィックのボトルネックに応じた重み係数とを乗算した値を算出する
   ことを特徴とする通信システムの制御方法。
5. 請求項４に記載の通信システムの制御方法において、
   前記基地局の前記収集ステップでは、当該基地局が配置された領域内の端末装置から、当該端末装置のトラフィック量を含む前記環境情報を収集し、
   前記基地局の前記制御ステップでは、収集した前記環境情報に含まれるトラフィック量の総和に基づいて、当該基地局が配置された領域内の端末装置との通信処理の負荷を示す指標を算出し、算出した前記指標と受信した前記負荷量との差分が所定の閾値以下となるように、当該基地局が配置された領域の大きさを調整する
   ことを特徴とする通信システムの制御方法。
6. 請求項４または請求項５に記載の通信システムの制御方法において、
   前記制御局が、前記複数の基地局の各々との間の回線の通信速度を測定する測定ステップをさらに実行し、
   前記制御局の前記算出ステップでは、前記端末情報と測定した前記通信速度とを用いて、前記複数の基地局の各々における前記重み係数を算出する
   ことを特徴とする通信システムの制御方法。
7. 複数の領域の各々に配置され、自身が配置された領域内の端末装置と通信を行う複数の基地局を有する通信システムにおける、前記複数の基地局を制御する制御局であって、
   前記複数の領域内の端末装置の各々から、当該端末装置の位置情報およびトラフィック量を含む、通信の状態を示す端末情報を取得する取得部と、
   取得した前記端末情報に基づいて、前記複数の基地局の各々における通信処理の負荷を示す負荷量を算出する算出部と、
   前記複数の基地局の各々に算出した当該基地局における前記負荷量を送信する送信部と
   を備え、
   前記算出部は、前記基地局の各々における前記負荷量として、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域とにおける総トラフィック量に対して、当該基地局が配置された領域と該領域に隣接する領域との総面積に対する当該基地局が配置された領域の面積の比と、当該基地局におけるトラフィックのボトルネックに応じた重み係数とを乗算した値を算出する
   ことを特徴とする制御局。
8. 請求項７に記載の制御局において、
   前記複数の基地局の各々との間の回線の通信速度を測定する測定部をさらに備え、
   前記算出部は、前記端末情報と測定した前記通信速度とを用いて、前記複数の基地局の各々における前記重み係数を算出する
   ことを特徴とする制御局。

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