JPWO2009008306A1 - 移動通信システムにおける基地局装置及び指向性制御方法 - Google Patents

Abstract

移動通信システムにおける基地局装置は、下り信号の品質情報を少なくとも含む測定データを到来方向毎に１つ以上のユーザ装置から収集する手段と、所定の評価関数に従って各測定データを評価値に変換する手段と、複数の評価値の角度分布から、指向性を決めるウエイトの更新量を導出する手段と、更新後のウエイトで重み付けされた下り信号をユーザ装置に送信する手段とを有する。

Description

本発明は移動通信の技術分野に関し、特に基地局装置及び指向性制御方法に関連する。

移動体通信システムに基地局を設置する際には、送信電力やビーム方向などを適切に設定し、エリアに穴のない適切なエリア構成を実現するとともに、隣接セルからの電波干渉等を抑え、各エリア内の通信品質を確保する必要がある。建物がなく移動局が均一に分布する理想的な環境では、エリアは正六角形で近似され、その中心に基地局が設置される場合にエリア品質も最良になる。しかしながら、実際の環境では建物等が存在することに加えて、基地局の設置場所にも制限があり、エリア形状及び品質は必ずしも理想的なものにはならない。そのためエリア設計では、基地局周辺の伝搬特性調査を十分に行い、指向性を変化させたときの干渉状況を見積もりながら各基地局の指向性を調整する必要がある。従ってこれを行うには高度な専門知識が必要であり、オペレータの作業負担は決して軽くはない。

このような問題を解決する方法として、周辺の基地局や移動局の分布の情報を収集する機能を備えた移動通信システムが提案されており、このシステムでは、収集された情報を用いて自動的にエリアを形成しようとしている(これについては、例えば特許文献１参照。)。この技術によれば、基地局の新設時にまたは設置後にその基地局は、基地局周辺に存在する移動局から各移動局での受信レベルを取得し且つ接続している基地局の情報を取得し、周辺基地局から送信される総送信電力の情報も取得する。これらの情報をもとに当該基地局は、エリア形成に一般的に用いられる定期的に報知する信号の送信電力を，人手を介することなく自動的に決定する。この手法を用いると、周辺基地局と協調しつつ自基地局の報知信号の送信電力を自律的に決定することにより移動通信システムのエリアを自動形成することができるかもしれない。

また、エリアを自動的に形成する基地局として、基地局のアンテナ指向性を制御する方法も提案されている（これについては、例えば特許文献２参照。）。この方法は、基地局周辺に存在する移動局からの受信レベルや自基地局及び隣接基地局のトラヒック状況などのサービスエリア情報を基に、基地局アンテナの垂直面内指向性を制御する方法である。指向性制御は、基地局アンテナとして垂直方向に素子を直線状に配列した構成を用い、各素子への信号の供給・遮断、および各素子へ給電する信号の位相を変化させ、サービスエリア情報に基づいて基地局に給電する素子数および各素子へ給電する位相を調整する。これにより、アンテナのビーム幅・利得，および垂直面のビームチルト角が制御される。この方法によれば、送信電力だけによらず基地局のエリア構成を柔軟に形成できるかもしれない。
特開2006-135673 特開2005-109690

実際のエリア構築では、基地局を設置できる場所等の制約から、基地局は不均一に設置されることが多い。

図１に示されるように、ある場所では基地局が比較的近接して設置され、ある場所では比較的に広い間隔で設置されるかもしれない。このような環境の場合、上記特許文献２のように各基地局のアンテナの垂直面内指向性だけを変化させたのでは、水平面内指向性が無指向性であることに起因して、密集した方向のエリアの重なりが大きくなってしまうかもしれない（左下図）。そのような地域では干渉が大きくなって通信品質が著しく劣化するおそれがある。一方、干渉を低減するため送信電力を低減したり、ビームチルト角を深くしたりすると、基地局を設置できない地域にエリアの穴が生じてしまうかもしれない（右上図）。

このような問題を解決する方法として、アンテナをセクタ構成にし、送信電力やチルト角をセクタ毎に細かく設定することが考えられる。この場合、環境に応じて分割したいセクタの大きさは区々であるため、セクタ分割数をどの場所についても正確に決定することは容易でない。柔軟なセル設計を行うためには、あらかじめ多数に分割可能なセクタ数を用意し、必要に応じて分割数を変えることも考えられる。しかしながらその場合、セクタ分割数が増えるとアンテナサイズも大きくなり、セクタごとにアンテナ及び装置が必要になるためコストもかかり実用的ではないかもしれない。このように従来のセル設計法は効率的ではなく、複雑なセル形状のエリア構築を自動的に低コストに行なうことは困難であった。

本発明の課題は、基地局の設置される実環境に即したセル設計の効率化を図ることである。

本発明の一形態では、移動通信システムにおける基地局装置が使用される。基地局装置は、下り信号の品質情報を少なくとも含む測定データを到来方向毎に１つ以上のユーザ装置から収集する手段と、所定の評価関数に従って各測定データを評価値に変換する手段と、 複数の評価値の角度分布から、指向性を決めるウエイトの更新量を導出する手段と、更新後のウエイトで重み付けされた下り信号をユーザ装置に送信する手段とを有する。

本発明によれば、基地局の設置される実環境に即したセル設計の効率化を図ることができる。

不均衡に設置された基地局及びエリア形状を模式的に示す図である。 本発明の一実施例による基地局で行われる動作例のフローチャートを示す。 データベースに測定データが蓄積されている様子を模式的に示す図である。 評価関数の一例を示す図である。 別の評価関数を示す図である。 評価値及び閾値の関係を示す図である。 評価値及び閾値の関係を示す図である。 ２つの基地局が近接している場合及び離れている場合の様子を示す図である。 指向性の更新量が導出される様子を示す図(その１)である。 指向性の更新量が導出される様子を示す図(その２)である。 本発明の一実施例による基地局の機能ブロック図を示す。 本発明の一実施例によるユーザ装置のブロック図を示す。 シミュレーションで使用されたパラメータ諸元を示す図である。 シミュレーションで使用されたパラメータ諸元を示す図である。 シミュレーションで使用された環境モデルを示す図である。 シミュレーションの初期状態を示す図である。 本発明の実施例によるシミュレーション結果を示す。 本発明の実施例によるシミュレーション結果を示す。 本発明の実施例によるシミュレーション結果を示す。

符号の説明

９１ 移動局との通信部
９２ 端末の情報取得部
９３ データベース部
９４ 評価関数計算部
９５ 指向性更新量計算部
９６ アンテナウエイト決定部
１０１ 基地局との通信部
１０２ 受信レベル/SIR測定部
１０３ 位置測定部
１０４ 記憶装置

本発明の一形態による基地局装置では、測定データ(Ri,SIRi)が到来方向毎に１つ以上のユーザ装置から収集される。各測定データは、所定の評価関数に従って評価値ｆに変換される。複数の評価値ｆの角度分布から、指向性を決めるウエイトの更新量が導出され、更新後のウエイトで重み付けされた下り信号がユーザ装置に送信される。指向性を決めるウエイトの更新量は、各ユーザ装置からの測定データから導出された評価値の角度分布から求められるので、基地局の実情に即したエリアを実現できる。

所定の評価関数は、下り信号の受信レベルの高低に応じて増減してもよく、下り信号の受信レベルが所定の範囲内にあるとき(RE≦Ri≦Rmax)、SIRが所定値より大きいか否かで異なる値をとってもよい。評価関数にはこのような簡易な性質しか要求されないので、適切な様々な関数形を利用することができ、このことは設計の柔軟性等の観点から好ましい。

複数の評価値の角度分布は、複数の評価値を到来方向毎に分類し、平滑化処理を行うことで導出されてもよい。あるデータの平滑化処理は、該データを含む所定の範囲内のデータ群を重み付け平均化する局所的重み付け平滑化処理によりなされてもよい。平滑化を行うことは、指向性パターンに急激な変化が生じることをなるべく回避する観点から好ましい。到来方向は、ユーザ装置の位置情報から導出されてもよいし、到来方向推定アルゴリズムを実行することで導出されてもよい。

発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされるかもしれないが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。

<動作例>
図２は本発明の一実施例による基地局で行われる動作例のフローチャートを示す。図示の動作例は、主に移動通信システムの基地局で行われる。移動通信システムは、複数の基地局と、１つ以上のユーザ装置を含む。ユーザ装置は典型的には移動端末であるが、固定端末が含まれてもよい。基地局はセル内のユーザ装置に対して様々な信号を送信するが、本発明では特に下りリファレンス信号(RS)が送信される。リファレンス信号はパイロット信号と呼んでもよく、送信側及び受信側で既知の信号パターンを有する信号である。ユーザ装置は下りリファレンス信号を受信し、受信レベル、受信品質等を測定する。受信レベルは一例としてRSSIで測定されるが、適切な他の如何なる量で表現されてもよい。受信品質は、SIR(Signal to Interference Ratio),SINRのような希望信号電力及び非希望信号電力(又は総電力)の比率で表現されるが、これも適切な如何なる量で表現されてもよい。

ステップＳ１では、下りリファレンス信号を受信した各ユーザ装置が基地局に測定データを報告する。測定データは、下りリファレンス信号の受信レベルRi及び受信品質SIRiを含む(添え字の"i"はｉ番目のユーザ装置からの信号であることを示す。)。基地局は１つ以上のユーザ装置から測定データをある期間にわたって収集してよい。測定データと共にユーザ装置の位置情報が基地局に報告されてもよい。位置情報はGPS受信機等で測定されたものでもよいし、当該技術分野で既知の適切な如何なる位置測定法で特定されてもよい。測定データは、基地局からユーザ装置への指示に基づいて行われてもよいし、所定のタイミングで行われてもよいし、ユーザ装置で何らかのイベントが発生した時点で行われてもよい。

ステップＳ２では、基地局は各ユーザ装置からの測定データをデータベースに蓄積する。例えば、ある一定期間にわたって蓄積が行われてもよいし、所定数の測定データが集まるまで蓄積が行われてもよい。１つのユーザ装置が１つの測定データのみを基地局に報告するとは限らない。例えば、１つのユーザ装置が、ある場所で測定データを報告した後、別の場所で別の測定データを報告するかもしれない。

図３は基地局のデータベースに蓄積される測定データの一例を示す。各行に示されるように、ユーザ装置の識別情報(ID)、ユーザ装置の方角、受信レベルRi、受信品質SIRi及び評価値ｆの一組でデータが管理されている。最右欄の評価値ｆは受信レベルRi及び受信品質SIRiから導出される量であり、これについては後述される。ユーザ装置の方角又は方向は、そのユーザ装置が基地局から見てどの方向に存在するかを示す角度で表現される。この方向は、ユーザ装置の位置座標から導出されてもよいし、基地局での到来波方向を推定することで用意されてもよい。到来波方向(DoA: Direction of Arrival)の推定は当該技術分野で既知の適切な如何なる方法で行われてもよい。

図２のステップS3では、十分なデータ数が収集されたか否かが判定される。一例としてデータ数は数十乃至数千でもよく、適切な如何なる数が使用されてもよい。十分なデータ数が収集されていなかったならば、フローはステップＳ２に戻り、収集されていたならばフローはステップＳ４に進む。本実施例では、ユーザ装置から報告される測定データ（エリア情報と呼んでもよい）から以後の指向性を決定する演算が行われるが、そのような演算に必要な測定データが速やかに得られない場合もあり得る。そこで、ユーザ装置から報告されるエリア情報を格納するデータベースの数が指向性更新量の算出に十分な一定の数のデータが溜まるまで繰り返すことで、自動形成されるエリアの品質向上に寄与できる。

ステップＳ４では、評価関数に従って測定データが評価値ｆに変換される。評価値ｆは測定データ毎に到来波方向毎に用意される。評価値fは、本実施例では次のように定義される。
１）Rmin ≦ Ri < RE のとき
f = 0.5 (RE-Ri)/(RE-Rmin)
２）RE ≦ Ri ≦ Rmaxのとき
ａ）SIRE≦SIRiのとき
f=0
ｂ）SIRi<SIREのとき
f = 0.5 (Ri-RE)/(RE-Rmax)
３）Rmax<Riのとき
ａ）SIRE≦SIRiのとき
f=0
ｂ）SIRi<SIREのとき
f=-0.5。
ここで、REはユーザ装置がエリア端又はセル端にいた場合に観測されるよう想定される受信レベルを表し、SIREはユーザ装置がエリア端にいた場合に観測されるよう想定されるSIR値を表す。Riはｉ番目のユーザ装置で測定される受信レベルを表し、SIRiはｉ番目のユーザ装置で測定されるSIR値を表す。代表的なRiの値は、Rmin〜Rmaxの範疇にあるとしている。

図４Ａは上記の評価関数ｆのグラフを示す。図示されているように、評価関数ｆは、受信レベルRiが(許容)最低受信レベルRminから徐々に増えるにつれて単調に(図示の例では線形に)減少し、閾値REで０に至る。受信レベルRiが更に増加する場合、SIRiがSIRE以上であったならば、評価関数ｆは０を維持し続ける。一方、受信レベルRiが更に増加する場合、SIRiがSIRE以上でなかったならば、評価関数ｆは更に単調に(図示の例では線形に)減少し、受信レベルRiが(許容)最大受信レベルRmaxに達すると-0.5になり、以後受信レベルが増えても評価関数ｆは-0.5を維持し続ける。評価関数ｆの関数形は図示のものに限定されず、様々な関数形が使用されてもよい。但し、評価関数ｆは、受信レベルRiの高低に応じて増減し、受信レベルRiが所定の範囲内にあるとき、SIRiが所定値SIREより大きいか否かで異なる値をとる。

図３の最右列に示されるように、基地局はこのような評価関数ｆに従って測定データを評価値ｆに変換する。ある測定データから導出された評価値ｆは、その測定データを報告したユーザ装置の場所(方向)について、下り送信電力が増やされるべきか(説明の便宜上、これを「指向性を増やす」と表現する)そうでないかを示す。

図５Ａは評価値ｆ、受信レベルRi及び受信品質SIRiの相互関係を示す。row1及びrow2に示されているように、評価関数ｆは、受信レベルRiの高低に応じて極性を変えている。col1に示されているように、受信レベルRiが閾値RE以下の場合、ｆは正である。これは、下り送信電力が更に増やされるべきことを示す。col2では逆に受信レベルRiは閾値RE以上である。この場合、SIRiが閾値SIRE以上であったならば、f=0となり、現状を維持すべきことが示される。受信レベルRiが閾値RE以上に大きいにもかかわらず、受信品質SIRiが閾値SIRE以上でないということは、受信信号の干渉電力が大きいことを示す。従ってこの場合ｆは負になり、下り送信電力を減らすべきことが示される。

図６は２つの基地局が近接している場合と離れている場合とで評価値ｆの取り扱いがどのように異なるかを示す。ここでは、BS#1を所望基地局とし、周辺基地局をBS#2とする。図６左側は２つの基地局が接近して設けられており、エリアの重なりが大きい場合を示す。図中の実線のグラフは受信レベルRiを表し、波線のグラフは受信品質SIRiを表す。BS#1とBS＃２の受信レベルが同じになる場所がセル境界(エリア端)となり、図６左側の例でセル境界の受信レベルは-74dBmである。エリア端での受信品質SIRiは、周辺基地局BS#2からの干渉波に起因して、-3dBになることが想定されている。許容最小受信レベルRiは-82dBm、閾値REは-78dBmであるとする。図中、受信レベルRiがRmin乃至REの間にある領域は、左側の細い斜線部で示されている。受信品質SIRiが-3dB以上閾値(0dB)以下の領域は右側の太い斜線部で示されている。

この場合に、BS#1のセルに在圏しているユーザ装置からの測定データによれば、受信レベルRiは-74dBmより大きく、受信品質SIRiは0dBより小さいものになり、評価関数ｆは負の値を示す。従って下り信号の送信電力はその方向に対して弱められるべきことが示される。

図６右側は基地局が離れており、エリアの重なりが小さい場合を示す。図示の例の場合、エリア端の受信レベルは-82dBmになる。BS#1のセル端に在圏しているユーザ装置からの測定データによれば、受信レベルRiは-74dBmより小さいものになる。従って評価関数ｆは正の値になり、下り信号の送信電力はその方向に対して強められるべきことが示される。セル近傍に在圏しているーザ装置からの測定データによれば、受信レベルRiは-78dBmより大きく、受信品質SIRiも0dBより大きくなる。従って評価関数ｆは０になり、下り信号の送信電力はその方向に対してそのまま維持されるべきことが示される。

図２のステップＳ５では、様々な多数の評価値ｆが平滑化される。図３で例示したようにデータベースに蓄積された測定データ及び評価値は、到来方向の情報と共に分類されている。そして、多数の評価値は到来方向毎に分類される。

図７Ａは多数の評価値を丸印で表現し、それらが０度乃至３６０度の方向毎に分類されている様子を示す。各評価値は、単位方向について1つのデータ（代表点）となるように平滑化される。平滑化を行う手法として、局所的重み付き平滑化手法が用いられてもよい。局所的重み付き平滑化手法の代表例としてはローエス(LOWESS)法等が挙げられる。あるデータに関する局所的重み付けは、該データを含む所定の範囲内のデータ群を重み付け平均化することでなされる。局所的重み付けは当該技術分野で既知の適切な如何なる方法でなされてもよい。LOWESS法を適用して平滑化された評価関数を計算した結果が、図７Ａ中の曲線及び図７Ｂに示されている。

図２のステップＳ６では、この平滑化された評価関数値の縮尺が調整され、指向性を決めるウエイトの更新量が導出される。本実施例では、評価関数ｆの角度分布における積分値は基地局の送信電力増加分に相当する。評価関数ｆの正の部分の積分値は送信電力の増加に対応し、評価関数ｆの負の部分の積分値は送信電力の減少に対応する。従って評価関数ｆの正負の総積分値は、電力更新後の基地局の総送信電力が許容値を上回らないようになっている必要がある。このような送信電力の観点から、評価関数値の縮尺が調整される。基地局の負荷に応じて、本ステップＳ５での縮尺調整が頻繁になされてもよい。

図７Ｃは、このような観点から算出された指向性更新量を示す。正の部分はα倍され、負の部分はβ倍されている。８Ｄは図７Ｃのようにして得られた指向性の更新量を低域フィルタ処理したものを示す。これは図７Ｃのグラフを更に平滑化し、アンテナの指向性を決めるウエイトに相応しい値に変換する観点から好ましい。

本ステップのように評価値のグラフを平滑化することは、瞬時的なデータに急激な変化が生じ、更新すべきアンテナパターン(指向性)に歪を導入しにくくする観点から好ましい。また、そのような歪は指向性更新時のウエイトの収束の遅延をもたらすおそれもあるので、平滑化はウエイト計算の高速化の観点からも好ましい。

ステップＳ７では、このようにして導出された更新量(現在のウエイトと更新後のウエイトとの差分)が現在のウエイトに適用され、新しい指向性形状で信号が送信される。この指向性形状を実現するための各アンテナ素子に適用するウエイト（より具体的には、振幅および位相）は、基地局のアンテナウエイト決定部で決定される。振幅および位相の決定はたとえば最小二乗法などを適用することによって求めることができる。概して、図8に示されるような更新量が導出された場合、基地局から見て１２０度から２７０度までの角度で電力利得が相対的に大きく、他の角度範囲で電力利得が小さくなるように（特に１５０度から２００度にかけて電力利得が大きく、０度から６０度にかけて電力利得が小さくなるように）、指向性が調整される。図示の更新量は、ウエイトそのものではなく、従前のウエイトに対する差分を表している点に留意を要する。以後、フローはステップＳ１に戻り、必要に応じて説明済みの手順が反復され、指向性が調整される。

<基地局装置>
図９は本発明の一実施例による基地局を示す。図９には、移動局との通信部９１、端末の情報取得部９２、データベース部９３、評価関数計算部９４、指向性更新量計算部９５及びアンテナウエイト決定部９６が描かれている。

移動局との通信部９１は、移動局（より一般的には、ユーザ装置）と無線通信を行うためのインターフェースである。本発明では特にユーザ装置からの測定データを受信する。上述したように測定データは、ユーザ装置で受信された下りリファレンス信号の受信レベルRi及び受信品質SIRiを少なくとも含む。

端末の情報取得部９２は、受信信号から測定データを抽出し、更に測定データから受信レベルRi及び受信品質SIRiを取得する。測定データにユーザ装置の位置情報も含まれていたならば、その位置情報も抽出される。

データベース部９３は、各ユーザ装置からの測定データを蓄積する（図３）。

評価関数計算部９４は、所定の評価関数に従って個々の測定データを個々の評価値ｆに変換する。

指向性更新量計算部９５は、多数の評価値ｆの角度分布グラフを平滑化し、指向性を決めるウエイトの更新量を導出する。

アンテナウエイト決定部９６は、更新後のウエイトを用意する。ウエイトの計算は、当該技術分野で既知の適切な如何なるアルゴリズムが実行されてもよい。以後、更新後のウエイトで通信部９１から信号が送信される。

なお、本基地局装置では当該基地局のエリアは自律的に形成されるが、周辺基地局は本基地局と同じ構成を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。

<ユーザ装置>
図１０は本発明の一実施例によるユーザ装置を示す。図１０には、基地局との通信部１０１、受信レベル/SIR測定部１０２、位置測定部１０３及び記憶装置１０４が描かれている。

基地局との通信部１０１は、基地局との無線通信を行うためのインターフェースである。本実施例では特に下りリンクでリファレンス信号を受信し、上りリンクで測定データを含む信号を送信する。

受信レベル/SIR測定部１０２は、下りリファレンス信号の受信レベルRi及び受信品質SIRiを測定する。上述したように、受信レベルや受信品質は適切な如何なる量で表現されてもよい。

位置測定部１０３は、ユーザ装置に必須の構成要素ではないが、これが備わっている場合は、ユーザ装置の位置を測定する。位置測定は、例えばGPS受信機により行われてもよいし、当該技術分野で既知の他の測定方法でなされてもよい。

記憶装置１０４は、受信レベルRi、受信品質SIRi及び必要に応じて位置情報等の測定された情報を記憶し、それらを測定データとして出力する。

<シミュレーション結果>
次に、本発明の実施例によるシミュレーション結果を示す。

図１１は本シミュレーションで使用された諸元を示す。本シミュレーションでは、700ｍ×700ｍの地域(エリア)内に、上記実施例による指向性制御機能を備えた基地局が16個配備されている。このエリア内に５０００台のユーザ装置が一様に分布しているものとした。実環境ではユーザ装置数はもっと少なくても良いと思われる。本シミュレーションにおける周波数は５ＧＨzが仮定されている。基地局の送信電力，受信レベル閾値RE，受信品質閾値SIRE，移動局受信感度（許容最低受信電力Rmin）は、それぞれ、7dBm(初期値)、-78dB、0dB、-82dBmであるとする。伝搬モデルとしては、基地局から端末方向へ自由空間伝搬損失で減衰するモデルが採用された。また、基地局アンテナはアンテナ素子数６で配列半径0.3波長の円形配列アレーを仮定している。基地局アンテナの指向性は、先ず全ての基地局の水平面内指向性が小さな無指向性である状態を初期状態とし、図２の手順で反復的に指向性が更新された。指向性形状の算出には最小二乗法が適用された。また、ユーザ装置は最も受信レベルが大きい基地局に対して測定データを報告するものとする。ユーザ装置からの到来波方向は基地局側で理想的に推定できるものとした。

図１２は、本シミュレーションにおける初期エリア状態を示す。この状態から、図２の手順を9回反復することで更新された後のエリアの状態が図１３に示される。概して、外側に位置する基地局は、外向きに広がるエリア(指向性のビーム)を実現しようとし、内側の基地局は外側の基地局より小さなエリアを実現しようとしている。

図１２でＡ，Ｂで示されるエリアの基地局は非常に近接し、無指向性のまま仮に送信電力を増やすと一方の基地局は他方のエリアに互いに含まれてしまいそうである。しかしながら本実施例によれば、図１３Ａ，Ｂに示されるように、これらは互いに異なる方向にメインローブを有する別の指向性でエリアが形成されている。このようになるべく広い範囲でエリアを隙間なく設定することができる。

図１４は受信レベル場所率及び受信品質場所率の観点からのシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、上記の対象エリアにおいて、各基地局の指向性をすべて無指向性とした初期状態から、各基地局の電力のみを制御してエリアを自動形成した場合（図中、「電力制御」として示されている。）と、本発明の指向性制御法を適用してエリアを自動形成した場合（図中、「指向性制御」として示されている。）とが、受信レベル場所率の観点から（左側）及びSIR場所率の観点から(右側)比較されている。例えば、受信レベル場所率では、受信レベルが−82dBm未満しかない端末は、「電力制御」でエリア形成した場合は65%も存在し、「指向性制御」でエリア形成した場合は49%しかいないことが分かる。言い換えれば、受信レベルが−82dBm以上の端末は、「電力制御」の場合35%しか存在していないが、「指向性制御」の場合は51％も存在しており、場所率が16%改善している。「電力制御」でエリア形成する場合の場所率を基準に考えると、受信レベルが−82dBm以上の端末は、「指向性制御」にすることで46%(16%÷35%×100)も増えることになる。また、SIR場所率では、0dB以上のSIRの端末は、「電力制御」でエリア形成した場合は53％であるのに対して、「指向性制御」の場合は60％になることが分かる（場所率が7％改善されている。）。「電力制御」でエリア形成する場合のSIR場所率を基準に考えると、SIRが0dB以上の端末は、「指向性制御」にすることで13%(7%÷53%×100)も増えることになる。

実施例１によると、各ユーザ装置が測定する位置座標の周辺においてエリア構築の自動化を実現できるが、ユーザ装置により測定されない位置座標が存在した場合、その周辺のエリア構築は不確定になり、エリアの適正化が困難になってしまう。しかしながら、未測定の位置座標の周辺にユーザ装置が存在する可能性はある。ユーザ装置が測定を行っていない位置座標の周辺についても、可能な限りエリアの適正化を図ることが望ましい。本発明の第２実施例は、このような要請に応じるものである。即ち、ユーザ装置により測定されていない位置座標についても、基地局の総送信電力が所定の範囲内（許容値または許容値内で設定した閾値を超えない範囲内）ならば、その周辺についても可能な限りエリアが適正化される。これは、新たな評価関数を導入することで達成される。

<動作例>
より具体的には図２のフローチャートにおけるステップS4における処理が修正される。フローチャートのステップＳ１からＳ３及びＳ５〜Ｓ７は、実施例１と同様でよい。

本実施例におけるステップＳ４では、評価関数に従って測定データが評価値ｆに変換される。評価値ｆは測定データ毎に到来波方向毎に用意される。評価値fは、本実施例では新たに次のように定義される。
１）Rmin ≦ Ri < RE のとき
ａ）SIRE≦SIRiのとき
i)Ps≦Pthのとき
f = 0.5
ii）Pth<Psのとき
f = 0.5 (RE-Ri)/(RE-Rmin)
ｂ）SIRi<SIREのとき
f = 0.5 (RE-Ri)/(RE-Rmin)
２）RE ≦ Ri ≦ Rmaxのとき
ａ）SIRE≦SIRiのとき
i）Ps≦Pthのとき
f = 0.5
ii）Pth<Psのとき
f = 0
ｂ）SIRi<SIREのとき
f = 0.5 (Ri-RE)/(RE-Rmax)
３）Rmax<Riのとき
ａ）SIRE≦SIRiのとき
i）Ps≦Pthのとき
f = 0.5
ii）Pth<Psのとき
f = 0
ｂ）SIRi<SIREのとき
f=-0.5。
基地局の総送信電力をPs、基地局送信電力の(許容値内で設定した)閾値をPthと定義する。その他の値は実施例１の場合と同様である。

図４Ｂは上記の評価関数ｆのグラフを示す。実施例１との違いは、基地局の総送信電力Psがその閾値Pth以下で、かつ、受信品質SIRiがその閾値SIRE以上のときに、受信レベルRiによらず評価値fを0.5となっていることである。ユーザ装置が測定しない位置座標が存在したとする。基地局から見てその位置座標と同一方向にあるユーザ装置の受信品質SIRiが一定の条件を満たしていれば、基地局の送信電力閾値Pthの範囲内でエリアを拡大してよいことにする。このような推定を加味しながら指向性を制御することで、エリアの適正化を更に促すことができる。

図５Ｂは評価値ｆ、受信レベルRi及び受信品質SIRiの相互関係を図５Ａと同様に示す。概して図５Ａと同様であるが、受信レベルRiが閾値SIREより大きい場合、別の選択肢が存在する点が異なる。即ち、基地局の総送信電力に余裕があった場合、fは正であり、下り送信電力を増やし、指向性を強めてよい。基地局の総送信電力に余裕がなかった場合、f=0となり、現状を維持すべきことが示される。

本実施例に関し、基地局装置やユーザ装置の装置構成は実施例１の場合と実質的に同じである。但し、基地局装置に関し、評価関数計算部９４の内部において基地局の総送信電力Psとその閾値Pthとの比較を行う処理が追加される。

<シミュレーション結果>
次に、本発明の実施例によるシミュレーション結果を示す。

図１１Ｂは本シミュレーションで使用された諸元を示す。本シミュレーションでは、図１１Ｃに示すような、14m×25m×3mのフロア(エリア)内に、5m×5mの部屋が10部屋と4m×25mの廊下があり、図中の丸印で示した部屋の中央の高さ2.5mの位置に、本実施例による指向性制御機能を備えた基地局が4個配備されている。このエリア内に３５０台のユーザ装置が一様に分布しているものとした。実環境ではユーザ装置数はもっと少なくても良いと思われる。本シミュレーションにおける周波数は２ＧＨzが仮定されている。基地局の送信電力、受信レベル閾値RE、受信品質閾値SIRE、移動局受信感度（許容最低受信電力Rmin）は、それぞれ、-25dBm(初期値)、-78dBm、0dB、-82dBmであるとする。伝搬モデルは、各部屋の材質を図１１Ｂに示されるように仮定され、基地局から端末方向へレイトレースシミュレーションを用いて計算した。また、基地局アンテナはアンテナ素子数６のアレーアンテナを仮定している。本シミュレーションでは、基地局アンテナの最大利得を＋7.8dBdと最小利得-2.2dBdを規定しているが、実際に運用する場合は、アレーアンテナの構成により決定されるためこの規定をしない、あるいは最大利得のみを規定する、あるいは最小利得のみを規定する、あるいは最大利得と最小利得を規定するのいずれとすることもできる。基地局アンテナの指向性は、先ず全ての基地局の水平面内指向性が小さな無指向性である状態を初期状態とし、図２の手順で反復的に指向性が更新された。また、ユーザ装置は最も受信レベルが大きい基地局に対して測定データを報告するものとする。ユーザ装置からの到来波方向は最大電力のパスが到来する方向とし、その方向は基地局側で理想的に推定できるものとした。

図１４Ｂは受信レベル場所率及び受信品質場所率の観点からのシミュレーション結果を図１４Ａと同様に示している。例えば、受信レベル場所率では、「電力制御」と「指向性制御」の差が小さくほぼ同様の特性が得られている。また、「電力制御」「指向性制御」ともに、移動局受信感度である-82dBmおよび受信レベル閾値-78dBmのいずれの条件も、すべて(100％)の端末が満たしている。また、SIR場所率では、2dB以上のSIRの端末は、「電力制御」でエリア形成した場合は47％であるのに対して、「指向性制御」の場合は53％になることが分かる（場所率が6％改善されている。）。「電力制御」でエリア形成する場合のSIR場所率を基準に考えると、SIRが2dB以上の端末は、「指向性制御」にすることで13%(6%÷47%×100)も増えることになる。

以上本発明は特定の実施例を参照しながら説明されてきたが、個々の例は単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。説明の便宜上、本発明の実施例に係る装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウエアで、ソフトウエアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が本発明に包含される。

本国際出願は２００７年７月６日に出願した日本国特許出願第2007-178726号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。

Claims (10)

1. 移動通信システムにおける基地局装置であって、
   下り信号の品質情報を少なくとも含む測定データを到来方向毎に１つ以上のユーザ装置から収集する手段と、
   所定の評価関数に従って各測定データを評価値に変換する手段と、
   複数の評価値の角度分布から、指向性を決めるウエイトの更新量を導出する手段と、
   更新後のウエイトで重み付けされた下り信号をユーザ装置に送信する手段と、
   を有する基地局装置。
2. 前記所定の評価関数は、前記下り信号の受信レベルの高低に応じて増減する請求項１記載の基地局装置。
3. 前記所定の評価関数は、前記下り信号の受信レベルが所定の範囲内にあるとき、前記下り信号の希望信号電力対非希望信号電力の比率が所定値より大きいか否かで異なる値をとる請求項２記載の基地局装置。
4. 前記所定の評価関数fは、
   Rmin≦Ri<REの場合、f=0.5(RE-Ri)/(RE-Rmin)に従って変化し、
   RE≦Ri<RmaxでSIRE≦SIRiの場合、f=0であり、
   RE≦Ri<RmaxでSIRi<SIREの場合、f=0.5(Ri-RE)/(RE-Rmax)に従って変化し、
   Rmax<RiでSIRE≦SIRiの場合、f=0であり、
   Rmax<RiでSIRi<SIREの場合、f=-0.5であり、
   ここで、Riはi番目のユーザ装置による下りリファレンス信号の受信レベルを表し、Rminは受信レベルの許容最小値を表し、Rmaxは受信レベルの許容最大値を表し、REは受信レベルに対する所定の閾値を表し、SIRiは希望信号電力対非希望信号電力を表し、SIREは受信品質に対する所定の閾値を表す請求項３記載の基地局装置。
5. 前記所定の評価関数fは、
   Rmin≦Ri<REでSIRE≦SIRiかつPs≦Pthの場合、f=0.5であり、
   Rmin≦Ri<REでSIRE≦SIRiかつPth<Psの場合、f=0.5(RE-Ri)/(RE-Rmin)に従って変化し、
   Rmin≦Ri<REでSIRi<SIREの場合、f=0.5(RE-Ri)/(RE-Rmin)に従って変化し、
   RE≦Ri<RmaxでSIRE≦SIRiかつPs≦Pthの場合、、f=0.5であり、
   RE≦Ri<RmaxでSIRE≦SIRiかつPth<Psの場合、f=0であり、
   RE≦Ri<RmaxでSIRi<SIREの場合、f = 0.5 (Ri-RE)/(RE-Rmax)に従って変化し、
   Rmax<RiでSIRE≦SIRiかつPs≦Pthの場合、f=0.5であり、
   Rmax<RiでSIRE≦SIRiかつPth<Psの場合、f=0であり、
   Rmax<RiでSIRi<SIREの場合、f = -0.5であり、
   ここで、Riはi番目のユーザ装置による下りリファレンス信号の受信レベルを表し、Rminは受信レベルの許容最小値を表し、Rmaxは受信レベルの許容最大値を表し、REは受信レベルに対する所定の閾値を表し、SIRiは希望信号電力対非希望信号電力を表し、SIREは受信品質に対する所定の閾値を表す請求項３記載の基地局装置。
6. 前記複数の評価値の角度分布は、複数の評価値を到来方向毎に分類し、平滑化処理を行うことで導出される請求項１記載の基地局装置。
7. あるデータの平滑化処理は、該データを含む所定の範囲内のデータ群を重み付け平均化する局所的重み付け平滑化処理によりなされる請求項６記載の基地局装置。
8. 前記到来方向は、ユーザ装置の位置情報から導出される請求項１記載の基地局装置。
9. 移動通信システムにおける基地局装置で使用される指向性制御方法であって、
   下り信号の品質情報を少なくとも含む測定データを到来方向毎に１つ以上のユーザ装置から収集するステップと、
   所定の評価関数に従って各測定データを評価値に変換するステップと、
   複数の評価値の角度分布から、指向性を決めるウエイトの更新量を導出するステップと、
   更新後のウエイトで重み付けされた下り信号をユーザ装置に送信するステップと、
   を有する指向性制御方法。
10. 前記収集するステップは、所定数個以上の測定データをデータベースに収集することを含む請求項９記載の指向性制御方法。

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