WO2024052990A1 - 制御装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents

制御装置、制御方法、及びプログラム Download PDF

Info

Publication number
WO2024052990A1
WO2024052990A1 PCT/JP2022/033415 JP2022033415W WO2024052990A1 WO 2024052990 A1 WO2024052990 A1 WO 2024052990A1 JP 2022033415 W JP2022033415 W JP 2022033415W WO 2024052990 A1 WO2024052990 A1 WO 2024052990A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carrier
control
tilt
sleep
base station
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/033415
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真尚 岩本
正裕 小林
薫明 原田
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to PCT/JP2022/033415 priority Critical patent/WO2024052990A1/ja
Publication of WO2024052990A1 publication Critical patent/WO2024052990A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/02—Resource partitioning among network components, e.g. reuse partitioning
    • H04W16/04—Traffic adaptive resource partitioning
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W92/00—Interfaces specially adapted for wireless communication networks
    • H04W92/04—Interfaces between hierarchically different network devices
    • H04W92/12—Interfaces between hierarchically different network devices between access points and access point controllers

Definitions

  • the present invention relates to technology for controlling multiple base stations in a wireless communication system.
  • a base station in a wireless communication system (which may also be called a mobile communication system) generally includes multiple antennas and covers an area using a certain frequency band (carrier) for each antenna. Generally, each area is covered by multiple carriers, which can accommodate large amounts of traffic.
  • Non-Patent Document 1 Non-Patent Document 1
  • Non-Patent Document 1 has a problem in that the power consumption reduction effect is low.
  • the present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a technique for obtaining a high power consumption reduction effect in power saving of a base station.
  • a control device in a wireless communication system including a plurality of base stations that autonomously performs sleep control for each carrier, an estimation unit that estimates whether or not a carrier is in a sleep state for each carrier based on the traffic load estimated for each carrier; and a calculation unit that calculates a tilt control solution, which is a tilt for each carrier to be controlled, so that power consumption in the plurality of base stations is reduced based on the estimation result by the estimation unit.
  • a technology for obtaining a high power consumption reduction effect in power saving of a base station is provided.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a system in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a base station control device.
  • 3 is a flowchart for explaining the operation of the base station control device in the first embodiment.
  • 12 is a flowchart for explaining the operation of the base station control device in Example 3. It is a diagram showing an example of the hardware configuration of the device.
  • a base station is composed of multiple antennas, each antenna being responsible for communication coverage in a specific direction.
  • An antenna is composed of a plurality of carriers, and each carrier in a certain antenna is responsible for communication coverage of an area in a specific frequency band in the same direction.
  • the tilt (depression angle) is set for each carrier, and different angles result in different coverage areas.
  • carriers include “carriers that cover each area without exception” (coverage carriers) and “carriers prepared in addition to coverage carriers for areas with large traffic demand” ( It is assumed that there are two types of carriers (capacity carriers). Note that the technology according to the present invention is applicable even when carriers are not classified into these two types.
  • reference document [1] is the aforementioned non-patent document 1.
  • Non-Patent Document 1 a sleep control technology
  • Sleep control is generally performed autonomously on a base station basis depending on traffic load, etc. (Reference [2]).
  • a certain threshold is set for the traffic load, and sleep is performed when the traffic load falls below the threshold. This threshold value for determining whether to sleep is called a sleep threshold value.
  • RB is a carrier divided on the frequency axis and on the time axis, and is allocated to a terminal in units of 2 RB for communication. Sleep control can be controlled at shorter time intervals than tilt control, and switching between each control within one second is being considered.
  • a conceivable approach is to control the tilt of the base station antenna and change the coverage area of each carrier in order to reduce power consumption.
  • By changing the coverage area it is possible to change the number of terminals accommodated by each carrier, that is, the traffic load.
  • the traffic load By appropriately adjusting the traffic load, it is possible to lower the traffic load on some carriers and put them into sleep, within a range where the traffic load on all carriers does not exceed the carrier capacity.
  • Tilt control can be changed from minutes to hours by a central controller.
  • sleep control in order to realize sleep control in a short time as described above, it is preferable to perform autonomous decentralized control on a base station basis, rather than batch control by a central controller.
  • the control is reflected slowly and fine-grained control cannot be performed.
  • the frequency of control is lower than that of autonomous sleep control, and power consumption may increase due to missed sleep opportunities.
  • the base station control device 100 described below solves the above-mentioned problems 1 to 3. First, an overview of the base station control device 100 will be explained.
  • sleep control is performed in which each carrier of each base station autonomously stops depending on the traffic load.
  • each carrier goes to sleep based on the sleep model disclosed in Reference [2].
  • the value of traffic load is used as the sleep threshold.
  • the sleep threshold for example, when the traffic load on a certain carrier falls below the sleep threshold, that carrier transitions to a sleep state (stopping), and when the traffic load exceeds the sleep threshold, the carrier transitions to an active state.
  • stopping when the traffic load on a certain carrier falls below the sleep threshold, that carrier transitions to a sleep state (stopping), and when the traffic load exceeds the sleep threshold, the carrier transitions to an active state.
  • a sleep model using a sleep threshold is an example.
  • the base station control device 100 receives as input information explained by an input reception unit 110 described later, and transmits as an output a combination of tilts of all carriers to be controlled (referred to as a tilt control solution). As a result, the tilt is changed for each carrier to be controlled.
  • the tilts of carriers other than redundant carriers are not controlled.
  • the tilt of the redundant carrier is controlled. A method for selecting redundant carriers will be described later.
  • traffic load etc. are calculated for all carriers, including non-redundant carriers, and control is performed based on this.
  • the objective function described below is used to find a solution that maximizes the power consumption reduction effect of the base station while guaranteeing communication quality in each area.
  • tilt control is performed based on sleep state estimation using a sleep model.
  • ⁇ Point 2> The minimum number of carriers necessary to cover all areas is selected in advance, and tilt control is performed for other carriers (redundant carriers). All carriers other than coverage carriers may be selected as redundant carriers.
  • ⁇ Point 3> In the objective function used in tilt control optimization, in addition to the ⁇ power reduction effect of each carrier'', a penalty term is added to ⁇ if the traffic load exceeds the threshold for determining whether or not it affects communication quality deterioration (quality deterioration threshold)''. number of carriers.
  • Points 2 and 3 make it possible to implement control such that the traffic load on all carriers does not become excessive. This makes it possible to reduce power consumption while guaranteeing the communication quality of the terminal. This solves problem 3.
  • FIG. 1 shows an example of the overall configuration of a wireless communication system in this embodiment.
  • the system according to the present embodiment has a configuration in which a plurality of base stations 10 and a base station control device 100 are connected to a network 200.
  • Network 200 is, for example, a network that includes a mobile core network.
  • a communication terminal exists under each base station, and each communication terminal communicates with the base station wirelessly.
  • Each base station autonomously performs sleep control for each carrier based on a sleep threshold.
  • base station control device 100 According to this embodiment, the configuration and operation of base station control device 100 according to this embodiment will be described in detail.
  • FIG. 2 shows a configuration diagram of base station control device 100 in this embodiment.
  • the base station control device 100 includes an input reception section 110, a data processing section 120, and a base station control section 130.
  • the data processing unit 120 also includes a traffic demand calculation unit 121, a redundant carrier selection unit 122, a tilt calculation unit 123, a coverage area estimation unit 124, a traffic load estimation unit 125, a sleep state estimation unit 126, It has a power reduction effect estimation section 127.
  • Base station control section 130 includes a receiving section 131 and a transmitting section 132.
  • the base station control device 100 may be physically one device, or may be a system consisting of a plurality of physical devices.
  • “input reception section 110 + data processing section 120” may be composed of one device
  • base station control section 130 may be composed of one device.
  • “input reception section 110+data processing section 120” or “data processing section 120” may be referred to as a control device.
  • redundant carrier selection section 122+tilt calculation section 123 may be referred to as a “calculation section”.
  • coverage section may be referred to as an "estimating unit”. The functions of each part are as follows.
  • the receiving section 131 and the transmitting section 132 of the base station control section 130 can each communicate with the base station, the receiving section 131 receives information from the base station, and the transmitting section 132 transmits information to the base station.
  • the input receiving unit 110 receives “information regarding the base station/carrier” and “observed value of traffic demand” from the base station control unit 130.
  • Information regarding base station/carrier includes, for example, the following information.
  • the “observed value of traffic demand” includes, for example, the following information.
  • the area unit is assumed to be an area covered by one carrier or a section of 100m square.
  • the unit of time zone is assumed to be one hour.
  • Traffic demand calculation unit 121 calculates the current estimated value and future traffic demand for each carrier based on observed values of traffic demand (traffic volume, number of active users) from the past to the present that are periodically obtained from the input reception unit 110. Calculate the predicted value of traffic demand (traffic volume, number of active users) from the past to the present that are periodically obtained from the input reception unit 110. Calculate the predicted value of traffic demand (traffic volume, number of active users) from the past to the present that are periodically obtained from the input reception unit 110. Calculate the predicted value of traffic demand (traffic volume, number of active users) from the past to the present that are periodically obtained from the input reception unit 110. Calculate the predicted value of traffic demand (traffic volume, number of active users) from the past to the present that are periodically obtained from the input reception unit 110. Calculate the predicted value of traffic demand (traffic volume, number of active users) from the past to the present that are periodically obtained from the input reception unit 110. Calculate the predicted value of traffic demand (traffic volume, number of active users) from the past to the present that
  • the traffic demand calculation unit 121 estimates/predicts the traffic demand, taking into account that the observed values include observation errors.
  • the method of calculating the estimated value is not limited to a specific method, but for example, exponential smoothing moving average, state space model (Kalman filter model), etc. can be used. Furthermore, the method of calculating the predicted value is not limited to a specific method, but for example, a prediction method using SARIMA (Reference [4]) or a prediction method using LSTM (Reference [5]) may be used. be able to.
  • Redundant carrier selection section 122 selects redundant carriers based on information obtained from input reception section 110 and coverage area estimation section 124.
  • the redundant carrier selection unit 122 transmits carrier suspension/operation information and tilt information currently set for the operating carrier to the coverage area estimation unit 124 . Get information on each carrier's coverage area from . From the obtained information, the redundant carrier selection unit 122 selects, as a redundant carrier, a carrier that does not create a coverage hole even if the coverage area is excluded.
  • the redundant carrier selection unit 122 may select redundant carriers by, for example, the following steps S100 and S200.
  • S100 Select redundant carriers one by one from carriers with smaller coverage areas, giving priority to capacity carriers.
  • S200 The selection process of S100 is repeated until "a coverage hole is generated by removing the coverage area of the redundant carrier".
  • the tilt calculation unit 123 first calculates an initial solution of the tilt control solution for the redundant carrier based on the information obtained from the input reception unit 110 and the redundant carrier selection unit 122. Then, the tilt calculation unit 123 calculates feedback for the tilt control solution from the information obtained from the traffic load estimation unit 125 and the power reduction effect estimation unit 127. The tilt calculation unit 123 updates the tilt control solution based on this feedback.
  • ⁇ Algorithm of tilt calculation unit 123 As the algorithm used by the tilt calculation unit 123 for tilt calculation, for example, an algorithm based on the algorithm disclosed in Reference [6] can be used. However, using the algorithm disclosed in Reference [6] is only an example, and other tilt calculation algorithms may be used. Further, even when using the algorithm based on reference document [6], the objective function used in this embodiment is different from the objective function disclosed in reference document [6].
  • the tilt calculation unit 123 finds a tilt control solution that optimizes a preset objective function for the redundant carrier to be controlled. Specifically, first, an initial solution is randomly generated as a tilt control solution. Then, the optimal solution is searched for by updating the solution using feedback of the objective function value.
  • the tilt calculation unit 123 transmits the tilt control solution to the coverage area estimation unit 124, and via the coverage area estimation unit 124, each carrier (redundant carrier (including other carriers) and the power reduction effect. Using these values, define the objective function value as follows.
  • the objective function value is set to "[number of carriers estimated to be in sleep state]-a ⁇ [number of carriers whose traffic load exceeds the threshold]".
  • a is a preset coefficient.
  • the traffic load of each carrier is acquired from the traffic load estimation unit 125, and the “number of carriers estimated to be in sleep state” is acquired from the power reduction effect estimation unit 127.
  • the tilt calculation unit 123 finds a tilt control solution that maximizes the objective function value.
  • the coefficient a in the system according to the present embodiment, since communication quality is guaranteed, a large value is set for a so that [the number of carriers whose traffic load exceeds the threshold] is reduced. do.
  • tilt control can be performed without using actual sleep control information. As a result, it is possible to ⁇ correspond to a situation where tilt control and sleep control operate independently'' as explained in ⁇ Point 1'' above.
  • the tilt calculation unit 123 updates the tilt control solution so that it approaches the optimal solution by using the objective function value calculated as described above as feedback. After the control solution has converged or has been updated a sufficient number of times, the tilt calculation unit 123 transmits the optimal control solution obtained so far to the base station control unit 130 and changes the tilt of each carrier.
  • the coverage area estimation unit 124 estimates the coverage area of each carrier based on the carrier suspension/operation information and the tilt set for the operating carrier.
  • the coverage area estimation unit 124 assumes that the stopped carrier does not affect the coverage area of other carriers, and estimates only the coverage area of the operating carrier.
  • any existing method may be used. For example, use the geometric coverage area estimation method disclosed in Reference [6] or the highly accurate estimation method that takes into account propagation loss and radio wave interference disclosed in Reference [3]. Can be done.
  • the coverage area estimating unit 124 can change which estimation method to use depending on requirements for calculation time and estimation accuracy. For example, if sufficient calculation time can be secured, the estimation method disclosed in Reference [3] is used, and if not, the estimation method disclosed in Reference [6] is used to calculate the coverage area. Estimate.
  • the coverage area is defined as "an area where sufficient received radio wave strength (RSRP) can be obtained” from the perspective of radio wave quality. You may do so.
  • RSRP received radio wave strength
  • the coverage area is defined as "the area where sufficient throughput can be secured” from the perspective of communication quality. You may do so.
  • the traffic load estimation unit 125 calculates the amount of traffic and the number of active users accommodated by each carrier based on the coverage area of each carrier obtained from the coverage area estimation unit 124 and the traffic demand for each area obtained from the traffic demand calculation unit 121. Calculate.
  • the traffic load estimation unit 125 estimates the traffic load of each carrier from these values, the amount of traffic that each carrier can accommodate, and the number of active users.
  • the traffic load may be estimated using only one of the traffic amount and the number of active users, or may be performed using both the traffic amount and the number of active users.
  • the sleep state estimation unit 126 uses the sleep model disclosed in Reference [2], the number of active users may be used to calculate the traffic load. Furthermore, the traffic load used by the tilt calculation section 123 may be different from the traffic load used by the sleep state estimation section 126.
  • the traffic load estimation unit 125 calculates, for example, the following value (1) or (2) as the traffic load.
  • the RB usage rate may be estimated and used as the traffic load.
  • the traffic load estimating unit 125 estimates the time-series traffic load.
  • the sleep state estimation unit 126 estimates whether each carrier will be in a sleep state or an active state when the tilt control solution is applied, based on the estimated value of the traffic load when the tilt control solution is applied, which is obtained from the traffic load estimation unit 125. do.
  • each carrier autonomously sleeps based on the sleep model.
  • This sleep model is, for example, a sleep model based on a sleep threshold disclosed in Reference [2].
  • the sleep state estimating unit 126 estimates the sleep/working state of each carrier, for example, using this sleep model. Furthermore, if the estimated value of the traffic load is time-series data, the sleep state estimation unit 126 also estimates the sleep state in time-series, including ON/OFF transitions.
  • the sleep state estimation unit 126 estimates the sleep state of each carrier, and the tilt calculation unit 123 performs tilt calculation based on the estimation result, making tilt control possible without using actual sleep control information. As a result, it is possible to realize ⁇ a situation where tilt control and sleep control operate independently'' described in ⁇ Point 1'' above.
  • the power reduction effect estimation unit 127 estimates the power reduction effect due to sleep based on the estimated sleep status of each carrier obtained from the sleep state estimation unit 126 and the information regarding the power consumption of each carrier obtained from the input reception unit 110. presume.
  • the index calculated by the power reduction effect estimation unit 127 may be any index as long as it represents the power reduction effect, but for example, any one of the values (1) to (3) below may be used. One or more values can be used.
  • the sleep state is time-series data, it can be calculated from the power consumption per hour and the duration of the sleep state. For example, "power consumption per hour x sleep state duration time" may be calculated for each carrier, and the sum of the calculated values for all carriers may be defined as "the amount of power reduced by sleep.”
  • the value indicating the power reduction effect calculated by the power reduction effect estimation unit 127 is a value indicating the performance of the tilt control solution obtained by the tilt calculation unit 123.
  • the tilt calculation unit 123 receives this value as feedback, and based on the feedback, updates the tilt control solution to obtain a solution closer to the optimum.
  • Example 1 Base station control based on current traffic demand
  • the tilt calculation unit 123 calculates an optimal tilt control solution according to the current traffic demand that is periodically observed, and instructs the base station control unit 130 to perform control based on the calculation result.
  • the control cycle is set to about several minutes to one hour, and online control is performed periodically.
  • the flow of operations of the base station control device 100 will be explained according to the procedure of the flowchart in FIG. 3.
  • the input reception unit 110 periodically acquires information from the base station control unit 130.
  • the traffic demand calculation unit 121 estimates the current traffic demand from the information acquired in S1.
  • the redundant carrier selection unit 122 selects a redundant carrier based on the information acquired in S1.
  • the tilt calculation unit 123 calculates an initial tilt control solution for the redundant carrier based on the traffic demand and the current sleep state of each carrier.
  • the cover area estimating unit 126 estimates the cover area of each carrier when the tilt control solution obtained in S4 or S9 is reflected.
  • the traffic load estimation unit 125 estimates the traffic load of each carrier based on the estimated coverage area.
  • the sleep state estimation unit 126 estimates the sleep state of each carrier based on the traffic load.
  • the power reduction effect estimation unit 127 estimates the power reduction effect based on the estimated sleep state.
  • the tilt calculation unit 123 calculates the amount of traffic based on the traffic load information obtained from the traffic load estimation unit 125 and the power reduction effect obtained from the power reduction effect estimation unit 127 (for example, the number of carriers estimated to be in a sleep state). , update the tilt control solution.
  • the tilt calculation unit 123 ends the calculation when the calculated tilt control solution converges or is updated a sufficient number of times, and in S11, sends the calculation result (optimum control solution) to the base station control unit 130. Send. If the calculation is not completed, proceed to S5.
  • Example 2 Base station control based on traffic demand forecast
  • a tilt control pattern for each carrier is prepared in advance for each time period using future predicted values of traffic demand. Then, when the current time reaches the relevant time zone, control is instructed to the base station control unit 130. That is, control is instructed using a tilt control solution according to the time zone to which the current time belongs.
  • the control period is approximately several hours, and offline control is performed for each period.
  • sufficient calculation time can be secured in the coverage area estimating unit 124, and highly accurate control can be performed in consideration of radio wave interference and the like.
  • the flow of operation in the second embodiment is basically the same as that in the first embodiment (FIG. 3), but there are some differences. Here, mainly differences from Example 1 (FIG. 3) will be explained.
  • the traffic demand calculation unit 121 calculates the predicted value of the traffic demand for each time slot of each carrier based on the traffic demand that is regularly observed.
  • the tilt calculation unit 123 uses the demand for each time period to calculate a tilt control solution for each time period in the same procedure as in the first embodiment (S3 to S10), and holds this control content.
  • the tilt calculation section 123 transmits the held control contents to the base station control section 130 according to the time zone to which the current time belongs, and instructs the base station control section 130 to perform control (S11).
  • Example 3 Base station control combining Examples 1 and 2
  • Example 3 will be explained.
  • offline control based on traffic demand prediction is performed as in the second embodiment, and when a sudden change in traffic demand or base station failure occurs, online control similar to that in the first embodiment is used. This makes it possible to achieve both high-precision control that takes into account radio wave interference during normal times and response to sudden fluctuations in demand.
  • the flow of operations in the third embodiment will be explained with reference to the flowchart of FIG.
  • the input receiving unit 110 acquires observation information at a cycle of several minutes, which is shorter than the control cycle of the second embodiment, which is about several hours.
  • the traffic demand calculation unit 121 estimates the current traffic demand of each carrier based on this traffic demand.
  • the traffic load estimation unit 125 estimates the traffic load of each carrier based on the estimated traffic demand.
  • the data processing unit 120 determines whether there is a carrier whose traffic load estimated by the traffic load estimation unit 125 exceeds a threshold value, and if there is, the process proceeds to S25.
  • the tilt calculation unit 123 calculates new control details using the same procedure as in the first embodiment, notifies the base station control unit 130 of the calculation result, and instructs the base station control unit 130 to perform control.
  • the tilt calculation unit 123 determines the control details for each time period from the base station to the base station using the same processing procedure as in the second embodiment.
  • the control unit 130 is notified and control is instructed. While performing the same processing procedure as in the second embodiment, S21 to S24 are repeatedly executed, and if there is a carrier whose traffic load exceeds the threshold value, the control based on the first embodiment is executed at any time.
  • the base station control device (or control device) in this embodiment can be realized, for example, by causing a computer to execute a program that describes the processing contents described in this embodiment.
  • this "computer” may be a physical machine or a virtual machine on a cloud.
  • the "hardware” described here is virtual hardware.
  • the above program can be recorded on a computer-readable recording medium (portable memory, etc.), and can be stored or distributed. It is also possible to provide the above program through a network such as the Internet or e-mail.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the computer.
  • the computer in FIG. 5 includes a drive device 1000, an auxiliary storage device 1002, a memory device 1003, a CPU 1004, an interface device 1005, a display device 1006, an input device 1007, an output device 1008, etc., which are interconnected by a bus BS.
  • a program that realizes processing on the computer is provided, for example, on a recording medium 1001 such as a CD-ROM or a memory card.
  • a recording medium 1001 such as a CD-ROM or a memory card.
  • the program is installed from the recording medium 1001 to the auxiliary storage device 1002 via the drive device 1000.
  • the program does not necessarily need to be installed from the recording medium 1001, and may be downloaded from another computer via a network.
  • the auxiliary storage device 1002 stores installed programs as well as necessary files, data, and the like.
  • the memory device 1003 reads and stores the program from the auxiliary storage device 1002 when there is an instruction to start the program.
  • the CPU 1004 implements functions related to the radio base station control device 100 (control device) according to programs stored in the memory device 1003.
  • the interface device 1005 is used as an interface for connecting to a network.
  • a display device 1006 displays a GUI (Graphical User Interface) and the like based on a program.
  • the input device 1007 is composed of a keyboard, a mouse, buttons, a touch panel, or the like, and is used to input various operation instructions.
  • An output device 1008 outputs the calculation result.
  • a control device in a wireless communication system including a plurality of base stations that autonomously performs sleep control for each carrier, an estimation unit that estimates whether or not a carrier is in a sleep state for each carrier based on the traffic load estimated for each carrier; a calculation unit that calculates a tilt control solution, which is a tilt for each carrier to be controlled, based on an estimation result by the estimation unit, so that power consumption in the plurality of base stations is reduced;
  • the estimation unit estimates the coverage area of each carrier in operation, The control device according to supplementary note 1, wherein the calculation unit selects a redundant carrier, which is a carrier that does not create a coverage hole even if the coverage area is removed, as the control target carrier.
  • the calculation unit calculates the tilt control solution so as to maximize an objective function value having a value indicating quality deterioration as a penalty term in addition to a value indicating a power reduction effect.
  • control device The control device according to supplementary note 3, wherein the value indicating quality deterioration is the number of carriers whose traffic load exceeds a threshold value.
  • the calculation section calculates a tilt control solution for each time period in advance based on the estimation result for each time period by the estimating section, and uses the tilt control solution according to the time period to which the current time belongs to the control section.
  • the control device according to any one of Additional Notes 1 to 4, which instructs control.
  • a control method executed by a control device in a wireless communication system including a plurality of base stations that autonomously performs sleep control on a carrier-by-carrier basis, an estimation step of estimating whether the carrier is in a sleep state for each carrier based on the traffic load estimated for each carrier; a calculation step of calculating a tilt control solution that is a tilt for each controlled carrier so that power consumption in the plurality of base stations is reduced based on the estimation result from the estimation step.
  • (Supplementary Note 7) A program for causing a computer to function as each part of the control device according to any one of Additional Items 1 to 5.
  • Base station control device 110 Input reception unit 120 Data processing unit 121 Traffic demand calculation unit 122 Redundant carrier selection unit 123 Tilt calculation unit 124 Cover area estimation unit 125 Traffic load estimation unit 126 Sleep state estimation unit 127 Power reduction effect estimation unit 130 Base Station control unit 131 Receiving unit 132 Transmitting unit 1000 Drive device 1001 Recording medium 1002 Auxiliary storage device 1003 Memory device 1004 CPU 1005 Interface device 1006 Display device 1007 Input device 1008 Output device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

スリープ制御をキャリアごとに自律的に行う複数の基地局を備える無線通信システムにおける制御装置であって、キャリアごとに推定されたトラヒック負荷に基づいて、キャリアごとにキャリアがスリープ状態か否かを推定する推定部と、前記推定部による推定結果に基づいて、前記複数の基地局における消費電力が減少するように、制御対象キャリアごとのチルトであるチルト制御解を計算する計算部とを備える。

Description

制御装置、制御方法、及びプログラム
　本発明は、無線通信システムにおいて、複数の基地局を制御する技術に関連するものである。
　無線通信システム（移動体通信システムと呼んでもよい）における基地局は、一般に複数のアンテナを備え、アンテナごとにある周波数帯（キャリア）を用いて、エリアをカバーする。一般に各エリアは複数のキャリアによってカバーされ、これにより大容量のトラヒックを収容することができる。
　近年、エネルギー消費を抑えるための取り組みが様々な分野で行われている。無線通信システムにおいては、基地局の省電力化を目的に、トラヒック需要の少ない時間帯／エリアにおいて、一部の基地局でキャリアを停波（スリープ）させ、電力消費量を削減するスリープ制御技術が検討されている（非特許文献１）。
Y. Gao, Y. Li, H. Yu, X. Wang and S. Gao, "Energy efficient joint optimization of electric antenna tiltand transmit power in 3GPP LTE-Advanced: A system level result," 2013 IEEE 9th InternationalColloquium on Signal Processing and its Applications, 2013, pp. 135-139, doi:10.1109/CSPA.2013.6530029.
　しかし、非特許文献１に開示された従来技術では、消費電力削減効果が低いという課題がある。
　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、基地局の省電力化において、高い消費電力削減効果を得るための技術を提供することを目的とする。
　開示の技術によれば、スリープ制御をキャリアごとに自律的に行う複数の基地局を備える無線通信システムにおける制御装置であって、
　キャリアごとに推定されたトラヒック負荷に基づいて、キャリアごとにキャリアがスリープ状態か否かを推定する推定部と、
　前記推定部による推定結果に基づいて、前記複数の基地局における消費電力が減少するように、制御対象キャリアごとのチルトであるチルト制御解を計算する計算部と
　を備える制御装置が提供される。
　開示の技術によれば、基地局の省電力化において、高い消費電力削減効果を得るための技術が提供される。
本発明の実施の形態におけるシステムの構成図である。 基地局制御装置の構成図である。 実施例１における基地局制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 実施例３における基地局制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 装置のハードウェア構成例を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
　本実施の形態における基地局が使用する「アンテナ、キャリア」について説明する。基地局は複数のアンテナから構成され、各アンテナはそれぞれ特定の方位における通信カバーを担当する。アンテナは複数のキャリアから構成され、あるアンテナにおける各キャリアは同一の方位における、特定の周波数帯でのエリアの通信カバーを担当する。この時、キャリアごとにチルト（俯角）が設定され、角度が異なるとカバーエリアも異なる。
　また、本実施の形態では、キャリアは、「各エリアを漏れなくカバーするためのキャリア」（カバレッジキャリア）と、「トラヒック需要の大きいエリアを対象に、カバレッジキャリアに追加して用意するキャリア」（容量キャリア）の２種類に分類されることを想定する。なお、本発明に係る技術は、キャリアがこのような２種類に分類されない場合でも適用可能である。
　以下の説明で参照する参考文献番号（［２］等）に対応する参考文献名については、明細書の最後にまとめて記載した。なお、参考文献［１］は、前述の非特許文献１である。
　以下では、まず、省電力化、及び、本実施の形態に係る技術についての課題を説明し、その後に、本実施の形態に係る技術について詳細に説明する。以下の説明において、参考文献に開示された内容は公知であるが、参考文献に開示された内容以外の説明（参考文献に開示された内容についての課題など）は公知ではない。
　（省電力化について）
　前述したとおり、無線通信システムにおいては、基地局の省電力化を目的に、トラヒック需要の少ない時間帯／エリアにおいて、一部の基地局でキャリアを停波（スリープ）させ、電力消費量を削減するスリープ制御技術が検討されている（非特許文献１）。
　スリープ制御は一般に基地局単位でトラヒック負荷等に応じて自律的に行われる（参考文献［２］）。参考文献［２］に開示された技術では、トラヒック負荷に対してある閾値を設定し、トラヒック負荷が閾値を下回るとスリープを実施する。このスリープするかどうかを判定する閾値をスリープ閾値と呼ぶ。
　スリープさせる範囲は、大きいものから順に、全てのキャリアを含む基地局全体単位でのスリープ、キャリア単位でのスリープ、リソースブロック（ＲＢ）単位でのスリープなどが可能である。なお、ＲＢとはキャリアを周波数軸上と時間軸上で分割したものであり、通信のために端末には２ＲＢ単位で割り当てられる。スリープ制御はチルト制御と比較して、短い時間間隔での制御が可能であり、各制御は１秒以内での切り替えが検討されている。
　基地局のトラヒック負荷が大きくなると、接続する端末の通信品質が悪化する恐れがある一方で、各基地局のトラヒック負荷が均等に分散された状況では、どの基地局もトラヒック負荷がスリープ閾値を下回らずスリープが実行されない可能性がある。このような状況においては、基地局の消費電力を削減することが難しい。
　これに対して、消費電力削減を目的に基地局のアンテナのチルトを制御し、各キャリアのカバーエリアを変更するアプローチが考えられる。カバーエリアを変更することで、各キャリアの収容する端末数つまりトラヒック負荷を変更することができる。トラヒック負荷を適切に調整することで、全てのキャリアのトラヒック負荷がキャリアのキャパシティを超えない範囲で、一部のキャリアのトラヒック負荷を下げてスリープさせることができる。
　チルト制御は中央のコントローラによって数分から数時間単位で変更することができる。一方で、スリープ制御については、先述のように短時間でのスリープ制御を実現するため、中央のコントローラによる一括制御ではなく、基地局単位の自律分散的な制御が好ましい。
　（課題について）
　次に、従来技術とその課題について詳細に説明する。
　（１）従来技術とその課題１
　参考文献［１］に開示された技術では、基地局のチルトと送信電力などのパラメータを変更することで、一部の基地局をスリープさせつつ、その基地局付近の端末の通信品質の劣化を抑える。この手法は中央のコントローラが基地局のスリープとチルト制御を一括で制御することを前提としている。
　そのため、基地局が自律的にスリープ制御を行う場合と比較して、制御の反映が遅く、粒度の細かい制御ができない。これにより自律的なスリープ制御と比較して制御の頻度が低く、スリープの機会を逃してしまうことで、消費電力が増加する可能性がある。
　（２）従来技術とその課題２
　また、参考文献［１］に開示された技術では、カバレッジキャリアと容量キャリアなどのキャリアごとの役割を区別せず、全てのキャリアのチルトならびに送信電力を変更する。そのため、通信品質の推定誤差や、制御解の精度によっては一部エリアにどのキャリアからもカバーされないエリア（カバレッジホール）が発生する可能性がある。
　（３）従来技術とその課題３
　また、参考文献［１］に開示された技術では、停波させる基地局が何らかの方法で決められた後に、端末の通信品質を改善するパラメータを計算する。しかし、端末の通信品質は、停波させる基地局に大きく依存する。そのため、停波させる基地局の選択方法によっては、通信品質を確保できない可能性がある。
　（実施の形態に係る技術の概要）
　後述する基地局制御装置１００により、上述の課題１～３が解決される。まず、基地局制御装置１００の概要を説明する。
　基地局制御装置１００の制御対象となる無線通信システムでは、各基地局の各キャリアがトラヒック負荷に応じて自律的に停波するスリープ制御が行われていることを想定する。本実施の形態では、一例として、参考文献［２］に開示されたスリープモデルに基づいて各キャリアがスリープすることを想定する。
　参考文献［２］のモデルでは、例えば、基地局に収容されるユーザ数が、事前に計算されたスリープ閾値を下回ると、基地局はスリープ状態に移行し、再び超えると稼働状態に移行する。
　本実施の形態では、スリープ閾値としてトラヒック負荷の値を用いる。本実施の形態では、例えば、あるキャリアにおけるトラヒック負荷がスリープ閾値を下回ると、そのキャリアはスリープ状態（停波）に移行し、トラヒック負荷がスリープ閾値以上になると、そのキャリアは稼働状態に移行する。なお、スリープ閾値を用いたスリープモデルは一例である。
　基地局制御装置１００は、入力として、後述の入力受付部１１０で説明する情報を受け取り、出力として、制御対象の全キャリアのチルトの組み合わせ（チルト制御解と呼ぶ）を送信する。これにより、制御対象のキャリアごとのチルト変更がなされる。
　本実施の形態では、チルト変更によってカバレッジホールが発生することを防ぐために、冗長キャリア以外のキャリアのチルトは制御対象としない。つまり、冗長キャリアのチルトを制御対象とする。冗長キャリアの選定方法については後述する。
　ただし、トラヒック負荷などについては冗長キャリア以外も含む全てキャリアに対して計算を行い、これに基づいて制御を行う。
　チルト制御解の計算にあたっては、後述する目的関数を使用することで、各エリアの通信品質を保証しつつ、基地局の消費電力の削減効果が最大となるような解を求める。
　（実施の形態に係る技術の特徴（ポイント））
　本実施の形態に係る技術の特徴（ポイント）は下記のとおりである。なお、以下で説明するポイントは、実施の形態の技術におけるポイントであり、発明として全部のポイントを含むことは必須ではない。
　＜ポイント１＞
　チルト制御とスリープ制御が独立して動作する状況に対応するため、スリープモデルを用いたスリープ状態推定に基づくチルト制御を行う。
　＜ポイント２＞
　全てのエリアのカバーにあたって必要最小限のキャリアを事前に選定し、それ以外のキャリア（冗長キャリア）を対象にチルト制御を行う。冗長キャリアとして、カバレッジキャリア以外の全てのキャリアを選んでもよい。
　＜ポイント３＞
　チルト制御の最適化において使用する目的関数において、「各キャリアの電力削減効果」に加えて、ペナルティ項として「トラヒック負荷が、通信品質劣化に影響を与えるかどうかの閾値（品質劣化閾値）を越えたキャリア数」を使用する。
　（実施の形態に係る技術における効果）
　上述したポイントを有する本実施の形態に係る技術により、下記の効果を奏する。
　＜効果１＞
　ポイント１によって、基地局単位での自律的なスリープ制御に対応することで、粒度の細かいスリープ制御を実現し、消費電力を効果的に削減できる。これにより課題１を解決する。
　＜効果２＞
　ポイント２によって、全てのエリアのカバーを確保でき、チルト制御の結果に依らずカバレッジホールが発生しないことを保証できる。これによって課題２を解決する。
　＜効果３＞
　ポイント２、３によって、全てのキャリアのトラヒック負荷が過剰とならないような制御を実現することが可能となる。これにより端末の通信品質を保証しつつ、消費電力を削減することが出来る。これによって課題３を解決する。
　（システムの全体構成）
　図１に、本実施の形態における無線通信システムの全体構成の例を示す。図１に示すように、本実施の形態に係るシステムは、複数の基地局１０と基地局制御装置１００がネットワーク２００に接続された構成を備える。ネットワーク２００は例えば、モバイルのコアネットワークを含むネットワークである。各基地局の配下に通信端末が存在し、各通信端末は無線で基地局と通信を行う。各基地局は、スリープ閾値に基づくキャリアごとのスリープ制御を自律的に行っている。
　以下、本実施の形態に係る基地局制御装置１００の構成と動作を詳細に説明する。
　（基地局制御装置１００の構成例）
　図２に、本実施の形態における基地局制御装置１００の構成図を示す。図２に示すように、基地局制御装置１００は、入力受付部１１０、データ処理部１２０、基地局制御部１３０を備える。
　また、図２に示すように、データ処理部１２０は、トラヒック需要計算部１２１、冗長キャリア選定部１２２、チルト計算部１２３、カバーエリア推定部１２４、トラヒック負荷推定部１２５、スリープ状態推定部１２６、電力削減効果推定部１２７を有する。基地局制御部１３０は、受信部１３１と送信部１３２を有する。
　なお、基地局制御装置１００は、物理的に１つの装置であってもよいし、物理的に複数の装置からなるシステムであってもよい。例えば、「入力受付部１１０＋データ処理部１２０」が１つの装置からなり、基地局制御部１３０が１つの装置からなるものであってもよい。なお、「入力受付部１１０＋データ処理部１２０」あるいは「データ処理部１２０」を、制御装置と呼んでもよい。
　また、「冗長キャリア選定部１２２＋チルト計算部１２３」を「計算部」と呼んでもよい。また、「カバーエリア推定部１２４＋トラヒック負荷推定部１２５＋スリープ状態推定部１２６＋電力削減効果推定部１２７」を「推定部」と呼んでもよい。各部の機能は下記のとおりである。
　＜基地局制御部１３０＞
　基地局制御部１３０の受信部１３１と送信部１３２はそれぞれ基地局と通信可能であり、受信部１３１は、基地局から情報を受信し、送信部１３２は、基地局に情報を送信する。
　＜入力受付部１１０＞
　入力受付部１１０は、基地局制御部１３０から、「基地局／キャリアに関する情報」、「トラヒック需要の観測値」を受け取る。
　「基地局／キャリアに関する情報」には、例えば下記の情報が含まれる。
　・基地局に設置されている全てのアンテナの位置（緯度，経度）、高さ（ｍ）、方位（°）
　・各キャリアのビームの鉛直方向・水平方向のビーム幅（°）
　・各キャリアの現在設定されているチルト（°）と、設定可能なチルトの集合
　・各キャリアのスリープ／稼働状況
　・各キャリアの時間あたりの消費電力量並びに、スリープ時の消費電力量（ｋＷｈ）
　「トラヒック需要の観測値」には、例えば下記の情報が含まれる。
　・各エリアの時間帯ごとのトラヒック量（ｂｐｓ）
　・各エリアの時間帯ごとのアクティブユーザ数（人）
　ここではエリアの単位として、１キャリアがカバーするエリアや、１００ｍ四方ごとの区画などを想定している。時間帯の単位としては、１時間単位を想定している。
　＜トラヒック需要計算部１２１＞
　トラヒック需要計算部１２１は、入力受付部１１０から定期的に得られる過去から現在までのトラヒック需要（トラヒック量、アクティブユーザ数）の観測値に基づき、キャリアごとのトラヒック需要の現在の推定値と将来の予測値を計算する。
　トラヒック需要計算部１２１は、上記の計算において、観測値には観測誤差が含まれることを考慮した上で、トラヒック需要の推定／予測を行う。
　推定値の計算方法については特定の方法に限定されないが、例えば、指数平滑移動平均や状態空間モデル（カルマンフィルタモデル）などを利用することができる。また、予測値の計算方法についても特定の方法に限定されないが、例えば、ＳＡＲＩＭＡを用いた予測手法（参考文献［４］）やＬＳＴＭを用いた予測手法（参考文献［５］）などを利用することができる。
　＜冗長キャリア選定部１２２＞
　冗長キャリア選定部１２２は、入力受付部１１０とカバーエリア推定部１２４から得られる情報に基づき、冗長キャリアを選定する。
　具体的には、冗長キャリア選定部１２２は、キャリアの停波／稼働情報と、稼働しているキャリアに現在設定されているチルトの情報をカバーエリア推定部１２４に送信し、カバーエリア推定部１２４から各キャリアのカバーエリアの情報を得る。冗長キャリア選定部１２２は、得られた情報から、カバーエリアを除いてもカバレッジホールができないようなキャリアを冗長キャリアとして選ぶ。
　冗長キャリア選定部１２２は、例えば、以下の手順Ｓ１００、Ｓ２００により冗長キャリアの選定を行ってもよい。
　Ｓ１００：容量キャリアから優先してカバーエリアの小さいキャリアから１つずつ冗長キャリアを選ぶ。
　Ｓ２００：Ｓ１００の選択処理を、「冗長キャリアのカバーエリアを除くことでカバレッジホールが発生する」まで繰り返す。
　チルト制御の対象を、冗長キャリア選定部１２２により選定された冗長キャリアのみにすることで、不適切なチルト制御解が選ばれた場合にもカバレッジホールの発生を防ぐことができる。
　＜チルト計算部１２３の概要＞
　チルト計算部１２３は、入力受付部１１０と冗長キャリア選定部１２２から得られる情報に基づき、まず、冗長キャリアのチルト制御解の初期解を計算する。そして、チルト計算部１２３は、このチルト制御解に対して、トラヒック負荷推定部１２５と電力削減効果推定部１２７から得られる情報から、チルト制御解に対するフィードバックを計算する。チルト計算部１２３は、このフィードバックに基づいて、チルト制御解を更新する。
　＜チルト計算部１２３のアルゴリズム＞
　チルト計算部１２３がチルト計算に使用するアルゴリズムとして、例えば、参考文献［６］に開示されているアルゴリズムに基づくアルゴリズムを用いることができる。ただし、参考文献［６］で開示されているアルゴリズムを用いることは一例に過ぎず、他のチルト計算アルゴリズムを用いてもよい。また、参考文献［６］に基づくアルゴリズムを用いる場合でも、本実施の形態で使用する目的関数は、参考文献［６］に開示された目的関数とは異なる。
　チルト計算部１２３は、制御対象の冗長キャリアに対して、事前に設定した目的関数を最適化するようなチルト制御解を求める。具体的には、まず、チルト制御解として、初期解をランダムに生成する。そして、目的関数値のフィードバックを用いて解の更新を行うことで、最適解を探索する。
　＜チルト計算部１２３の目的関数＞
　次に、チルト計算部１２３が実行するチルト計算アルゴリズムにおける、目的関数値の計算方法について説明する。
　チルト計算部１２３は、チルト制御解をカバーエリア推定部１２４に送信し、このカバーエリア推定部１２４を経由して、トラヒック負荷推定部１２５と電力削減効果推定部１２７から、それぞれ各キャリア（冗長キャリア以外のキャリアも含む）のトラヒック負荷と電力削減効果に関する値を得る。これらの値を用いて、下記のようにして目的関数値を定義する。
　具体的には、例えば、目的関数値を「［スリープ状態と見積もられたキャリア数］－ａ×［トラヒック負荷が閾値を超えたキャリア数］」とする。ａは予め設定する係数である。
　上記の例では、トラヒック負荷推定部１２５から、各キャリアのトラヒック負荷を取得し、電力削減効果推定部１２７から、「スリープ状態と見積もられたキャリア数」を取得する。
　上記の目的関数値を使用する場合、チルト計算部１２３は、目的関数値を最大化するチルト制御解を求める。また、係数ａに関して、本実施の形態に係るシステムでは、通信品質の保証を前提とするため、ａに大きな値を設定し、［トラヒック負荷が閾値を超えたキャリア数］が削減されるようにする。
　上記のような目的関数を設定することで、前述の「ポイント３」で説明したような目的関数の設計を実現できる。
　また、目的関数値の計算に、電力削減効果推定部１２７からの情報を用いることで、実際のスリープ制御の情報を用いずにチルト制御を行うことができる。これによって、前述の「ポイント１」で説明した「チルト制御とスリープ制御が独立して動作する状況に対応」することを実現できる。
　チルト計算部１２３は、上記のようにして計算した目的関数値をフィードバックとして用いることで、チルト制御解を最適解に近づくように更新していく。チルト計算部１２３は、制御解が収束するか十分な回数の更新が行われた後に、今まで得られた中で最適な制御解を基地局制御部１３０へ送信し、各キャリアのチルトを変更させる。
　＜カバーエリア推定部１２４＞
　カバーエリア推定部１２４は、キャリアの停波／稼働情報と、稼働しているキャリアに設定するチルトから、各キャリアのカバーエリアを推定する。カバーエリア推定部１２４は、停波しているキャリアは他のキャリアのカバーエリアに影響を与えないと仮定し、稼働しているキャリアのカバーエリアのみを推定する。
　カバーエリアの推定方法については、任意の既存手法を使用することとしてよい。例えば、参考文献［６］に開示されている幾何的なカバーエリアの推定方法や、参考文献［３］に開示されている伝播損失や電波干渉を考慮した高精度な推定方法などを利用することができる。
　カバーエリア推定部１２４は、どの推定方法を利用するかについて、計算時間や推定精度の要件に応じて変更することができる。例えば、十分な計算時間が確保できる場合には参考文献［３］に開示された推定方法を利用し、そうでない場合には参考文献［６］に開示された推定方法を利用して、カバーエリアを推定する。
　なお、参考文献［６］に開示されている幾何的なカバーエリアの推定方法を用いる場合、カバーエリアを、無線電波品質の観点で「十分な受信電波強度（ＲＳＲＰ）が得られるエリア」と定義してよい。
　また、参考文献［３］に開示されている伝播損失や電波干渉を考慮した高精度な推定方法を用いる場合は、カバーエリアを、通信品質の観点で「十分なスループットを確保できるエリア」と定義してよい。
　＜トラヒック負荷推定部１２５＞
　トラヒック負荷推定部１２５は、カバーエリア推定部１２４から得られる各キャリアのカバーエリアと、トラヒック需要計算部１２１から得られるエリアごとのトラヒック需要に基づいて、各キャリアが収容するトラヒック量とアクティブユーザ数を計算する。
　そして、トラヒック負荷推定部１２５は、これらの値と各キャリアの収容可能なトラヒック量とアクティブユーザ数から、各キャリアのトラヒック負荷を推定する。
　なお、トラヒック負荷の推定は、トラヒック量とアクティブユーザ数のうちのいずれか一方のみを用いて行うこととしてもよいし、トラヒック量とアクティブユーザ数の両方を用いて行うこととしてもよい。
　例えば、スリープ状態推定部１２６において、参考文献［２］に開示されたスリープモデルを利用する場合には、トラヒック負荷の計算にアクティブユーザ数を用いるとよい。また、チルト計算部１２３で用いるトラヒック負荷は、スリープ状態推定部１２６で用いるトラヒック負荷と異なるものでもよい。
　トラヒック負荷推定部１２５は、トラヒック負荷として、例えば以下の（１）あるいは（２）の値を計算する。
　（１）［収容するトラヒック量］／［収容可能なトラヒック量］
　（２）［収容するアクティブユーザ数］／［収容可能なアクティブユーザ数］
　また、上記以外の値として、ＲＢ使用率を推定し、これをトラヒック負荷として用いても良い。
　なお、トラヒック負荷推定部１２５に与えられるトラヒック需要が時間変化する時系列データである場合は、トラヒック負荷推定部１２５は、時系列のトラヒック負荷を推定する。
　＜スリープ状態推定部１２６＞
　スリープ状態推定部１２６は、トラヒック負荷推定部１２５から得られる、チルト制御解適用時のトラヒック負荷の推定値に基づいて、チルト制御解適用時に各キャリアがスリープ／稼働状態のどちらになるかを推定する。
　前述したとおり、本実施の形態に係る無線通信システムでは、各キャリアがスリープモデルに基づいて自律的にスリープする。このスリープモデルは、例えば、参考文献［２］に開示されているスリープ閾値に基づくスリープモデルである。
　スリープ状態推定部１２６は、例えばこのスリープモデルを利用し、各キャリアのスリープ／稼働状態を推定する。また、スリープ状態推定部１２６は、トラヒック負荷の推定値が時系列データである場合は、スリープ状態もＯＮ／ＯＦＦの推移を含めて時系列で推定する。
　スリープ状態推定部１２６が各キャリアのスリープ状態の推定を行い、チルト計算部１２３がその推定結果に基づくチルト計算を行うことで、実際のスリープ制御の情報を用いずにチルト制御が可能となる。これによって、前述の「ポイント１」で説明した「チルト制御とスリープ制御が独立して動作する状況に対応」を実現することができる。
　＜電力削減効果推定部１２７＞
　電力削減効果推定部１２７は、スリープ状態推定部１２６から得られる各キャリアの推定スリープ状況と、入力受付部１１０から得られる各キャリアの消費電力量に関する情報に基づいて、スリープによる電力削減の効果を推定する。電力削減効果推定部１２７が算出する指標については、電力削減効果を表すものであれば、どのようなものでもよいが、例えば、下記の（１）～（３）の値のうちのいずれか１つ又は複数の値を用いることができる。
　（１）スリープ状態と見積もられたキャリア数
　（２）スリープ状態の継続時間（スリープ状態が時間変化するような時系列データである場合）
　（３）スリープによって削減される電力量
　なお、上記（２）のスリープ状態の継続時間は、例えば、全キャリアについてのスリープ状態の継続時間の合計である。
　また、上記の（３）に関して、スリープ状態が時系列データである場合は、時間あたりの消費電力量と、スリープ状態継続時間から算出することができる。例えば、キャリアごとに「時間あたりの消費電力量×スリープ状態継続時間」を計算し、それを全キャリアについて合計したものを「スリープによって削減される電力量」としてもよい。
　電力削減効果推定部１２７で計算された電力削減効果を示す値は、チルト計算部１２３で得られたチルト制御解の性能を示す値である。チルト計算部１２３がこの値をフィードバックとして受け取り、当該フィードバックに基づいて、チルト制御解を更新することで最適により近い解を求める。
　以下、上記構成を備える基地局制御装置１００の動作例を、実施例１～３として説明する。
　（実施例１：現在のトラヒック需要に基づく基地局制御）
　まず、実施例１を説明する。実施例１において、チルト計算部１２３は、定期的に観測される現在のトラヒック需要に応じて、最適なチルト制御解を計算し、計算結果に基づいて、基地局制御部１３０へ制御を指示する。実施例１では、制御の周期を数分から１時間程度とし、周期的にオンラインな制御を行う。以下、図３のフローチャートの手順に沿って、基地局制御装置１００の動作の流れを説明する。
　Ｓ１において、入力受付部１１０が、基地局制御部１３０より定期的に情報を取得する。
　Ｓ２において、トラヒック需要計算部１２１が、Ｓ１で取得した情報から現在のトラヒック需要を推定する。Ｓ３において、冗長キャリア選定部１２２が、Ｓ１で取得した情報に基づいて、冗長キャリアを選定する。Ｓ４において、チルト計算部１２３が、トラヒック需要と各キャリアの現在のスリープ状態に基づいて、冗長キャリアのチルト制御解の初期解を計算する。
　Ｓ５において、カバーエリア推定部１２６が、Ｓ４またはＳ９で求めたチルト制御解を反映した際の、各キャリアのカバーエリアを推定する。
　Ｓ６において、トラヒック負荷推定部１２５が、推定カバーエリアに基づいて、各キャリアのトラヒック負荷を推定する。Ｓ７において、スリープ状態推定部１２６が、トラヒック負荷に基づいて、各キャリアのスリープ状態を推定する。更に、Ｓ８において、電力削減効果推定部１２７が、推定スリープ状態に基づき、電力削減効果を推定する。
　Ｓ９において、チルト計算部１２３が、トラヒック負荷推定部１２５から得たトラヒック負荷情報と、電力削減効果推定部１２７から得た電力削減効果（例：スリープ状態と見積もられたキャリア数）に基づいて、チルト制御解を更新する。
　Ｓ１０において、チルト計算部１２３は、計算したチルトの制御解が収束するか、十分な回数更新されると計算を終了し、Ｓ１１において、計算結果（最適な制御解）を基地局制御部１３０へ送信する。計算を終了しない場合はＳ５へ進む。
　（実施例２：トラヒック需要予測に基づく基地局制御）
　次に、実施例２を説明する。実施例２では、トラヒック需要の将来の予測値を用いて、事前に各キャリアのチルトの制御パターンを時間帯ごとに予め用意する。そして、現在時刻が該当の時間帯になったら基地局制御部１３０へ制御を指示する。つまり、現在時刻が属する時間帯に応じたチルト制御解を用いて制御を指示する。実施例２では、制御の周期を数時間程度とし、周期ごとにオフラインな制御を行う。
　実施例２は、実施例１とは異なり、カバーエリア推定部１２４における計算時間を十分に確保でき、電波干渉等を考慮した高精度な制御が可能である。
　実施例２における動作の流れは、基本的には実施例１（図３）と同じであるが、一部が異なる。ここでは、主に実施例１（図３）と異なる点について説明する。
　実施例２では、Ｓ２において、トラヒック需要計算部１２１は、定期的に観測するトラヒック需要に基づき、各キャリアの時間帯ごとのトラヒック需要の予測値を計算する。
　チルト計算部１２３は各時間帯の需要を用いて、実施例１と同じ手順（Ｓ３～Ｓ１０）で時間帯ごとのチルト制御解を計算し、この制御内容を保持しておく。
　そして、チルト計算部１２３は、保持している制御内容を、現在時刻が属する時間帯に応じて、基地局制御部１３０に送信し、制御を指示する（Ｓ１１）。
　（実施例３：実施例１、２を組み合わせた基地局制御）
　次に、実施例３を説明する。実施例３では、実施例２と同様にトラヒック需要予測に基づくオフライン制御を行いつつ、急なトラヒック需要変動や基地局故障が発生した場合には、実施例１と同様のオンライン制御で対処する。これによって、平常時における電波干渉等を考慮した高精度な制御と、急な需要変動への対処を両立できる。実施例３における動作の流れを図４のフローチャートを参照して説明する。
　Ｓ２１において、入力受付部１１０は、実施例２の制御周期である数時間程度よりも短い、数分周期で観測情報を取得する。Ｓ２２において、トラヒック需要計算部１２１は、このトラヒック需要に基づき、各キャリアの現在のトラヒック需要を推定する。Ｓ２３において、トラヒック負荷推定部１２５が、推定トラヒック需要に基づいて、各キャリアのトラヒック負荷を推定する。
　Ｓ２４において、データ処理部１２０は、トラヒック負荷推定部１２５により推定されたトラヒック負荷が閾値を上回っているキャリアが存在するか否かを判断し、存在する場合にＳ２５に進む。Ｓ２５において、チルト計算部１２３は、実施例１と同じ手順で新たな制御内容を計算し、計算結果を基地局制御部１３０に通知し、制御を指示する。
　トラヒック負荷推定部１２５により推定されたトラヒック負荷が閾値を上回っているキャリアが存在しない場合、Ｓ２６において、チルト計算部１２３は、実施例２と同じ処理手順で、時間帯ごとに制御内容を基地局制御部１３０に通知し、制御を指示する。実施例２と同じ処理手順を行いつつ、Ｓ２１～Ｓ２４は繰り返し実行され、トラヒック負荷が閾値を上回っているキャリアが存在する場合には、随時、実施例１に基づく制御が実行される。
　（ハードウェア構成例）
　本実施の形態における基地局制御装置（あるいは制御装置）は、例えば、コンピュータに、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。なお、この「コンピュータ」は、物理マシンであってもよいし、クラウド上の仮想マシンであってもよい。仮想マシンを使用する場合、ここで説明する「ハードウェア」は仮想的なハードウェアである。
　上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。
　図５は、上記コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図５のコンピュータは、それぞれバスＢＳで相互に接続されているドライブ装置１０００、補助記憶装置１００２、メモリ装置１００３、ＣＰＵ１００４、インタフェース装置１００５、表示装置１００６、入力装置１００７、出力装置１００８等を有する。
　当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体１００１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１００１がドライブ装置１０００にセットされると、プログラムが記録媒体１００１からドライブ装置１０００を介して補助記憶装置１００２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１００１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１００２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
　メモリ装置１００３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１００２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１００４は、メモリ装置１００３に格納されたプログラムに従って、無線基地局制御装置１００（制御装置）に係る機能を実現する。インタフェース装置１００５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置１００６はプログラムによるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。入力装置１００７はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。出力装置１００８は演算結果を出力する。
　（付記）
　本明細書には、少なくとも下記の各項に記載した制御装置、制御方法、及びプログラムが記載されている。
（付記項１）
　スリープ制御をキャリアごとに自律的に行う複数の基地局を備える無線通信システムにおける制御装置であって、
　キャリアごとに推定されたトラヒック負荷に基づいて、キャリアごとにキャリアがスリープ状態か否かを推定する推定部と、
　前記推定部による推定結果に基づいて、前記複数の基地局における消費電力が減少するように、制御対象キャリアごとのチルトであるチルト制御解を計算する計算部と
　を備える制御装置。
（付記項２）
　前記推定部は、稼働している各キャリアのカバーエリアを推定し、
　前記計算部は、カバーエリアを除いてもカバレッジホールができないようなキャリアである冗長キャリアを前記制御対象キャリアとして選定する
　付記項１に記載の制御装置。
（付記項３）
　前記計算部は、電力削減効果を示す値に加えて、ペナルティ項として、品質劣化を示す値を有する目的関数値を最大化するように、前記チルト制御解を計算する
　付記項１又は２に記載の制御装置。
（付記項４）
　前記品質劣化を示す値は、トラヒック負荷が閾値を超えたキャリアの数である
　付記項３に記載の制御装置。
（付記項５）
　前記計算部は、前記推定部による時間帯ごとの推定結果に基づいて、時間帯ごとのチルト制御解を予め計算し、現在時刻が属する時間帯に応じたチルト制御解を用いて、制御部に制御を指示する
　付記項１ないし４のうちいずれか１項に記載の制御装置。
（付記項６）
　スリープ制御をキャリアごとに自律的に行う複数の基地局を備える無線通信システムにおける制御装置が実行する制御方法であって、
　キャリアごとに推定されたトラヒック負荷に基づいて、キャリアごとにキャリアがスリープ状態か否かを推定する推定ステップと、
　前記推定ステップによる推定結果に基づいて、前記複数の基地局における消費電力が減少するように、制御対象キャリアごとのチルトであるチルト制御解を計算する計算ステップと
　を備える制御方法。
（付記項７）
　コンピュータを、付記項１ないし５のうちいずれか１項に記載の制御装置における各部として機能させるためのプログラム。
　以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
　（参考文献）
　[1] Y. Gao, Y. Li, H. Yu, X. Wang and S. Gao, "Energy efficient joint optimization of electric antenna tiltand transmit power in 3GPP LTE-Advanced: A system level result," 2013 IEEE 9th InternationalColloquium on Signal Processing and its Applications, 2013, pp. 135-139, doi:10.1109/CSPA.2013.6530029.
　[2] J. H. Noh, B. Lee and S. J. Oh, "User-Number Threshold-Based Base Station On/Off Control forMaximizing Coverage Probability," in IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 71, no. 3, pp.3214-3228, March 2022, doi: 10.1109/TVT.2022.3141592.
　[3] N. Dandanov, H. Al-Shatri, A. Klein, and V. Poulkov, "Dynamic Self-Optimization of the AntennaTilt for Best Trade-off Between Coverage and Capacity in Mobile Networks," Wirel. Pers. Commun.,vol. 92, no. 1, pp. 251-278, 2017.
　[4] Luo, X., Niu, L. & Zhang, S. An Algorithm for Traffic Flow Prediction Based on Improved SARIMAand GA. KSCE J Civ Eng 22, 2018, pp. 4107-4115.
　[5] H. D. Trinh, L. Giupponi and P. Dini, "Mobile Traffic Prediction from Raw Data Using LSTMNetworks," 2018 IEEE 29th Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile RadioCommunications (PIMRC), 2018, pp. 1827-1832, doi: 10.1109/PIMRC.2018.8581000.
　[6] 岩本真尚, 鈴木晃人, 小林正裕, "障害エリアの早期復旧のための粒子群最適化によるアンテナチルト制御手法," 信学技報, vol. 121, no. 324, IN2021-24, pp. 1-6, 2022年1月.
１００　基地局制御装置
１１０　入力受付部
１２０　データ処理部
１２１　トラヒック需要計算部
１２２　冗長キャリア選定部
１２３　チルト計算部
１２４　カバーエリア推定部
１２５　トラヒック負荷推定部
１２６　スリープ状態推定部
１２７　電力削減効果推定部
１３０　基地局制御部
１３１　受信部
１３２　送信部
１０００　ドライブ装置
１００１　記録媒体
１００２　補助記憶装置
１００３　メモリ装置
１００４　ＣＰＵ
１００５　インタフェース装置
１００６　表示装置
１００７　入力装置
１００８　出力装置

Claims (7)

  1. 　スリープ制御をキャリアごとに自律的に行う複数の基地局を備える無線通信システムにおける制御装置であって、
    　キャリアごとに推定されたトラヒック負荷に基づいて、キャリアごとにキャリアがスリープ状態か否かを推定する推定部と、
    　前記推定部による推定結果に基づいて、前記複数の基地局における消費電力が減少するように、制御対象キャリアごとのチルトであるチルト制御解を計算する計算部と
    　を備える制御装置。
  2. 　前記推定部は、稼働している各キャリアのカバーエリアを推定し、
    　前記計算部は、カバーエリアを除いてもカバレッジホールができないようなキャリアである冗長キャリアを前記制御対象キャリアとして選定する
    　請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記計算部は、電力削減効果を示す値に加えて、ペナルティ項として、品質劣化を示す値を有する目的関数値を最大化するように、前記チルト制御解を計算する
    　請求項１に記載の制御装置。
  4. 　前記品質劣化を示す値は、トラヒック負荷が閾値を超えたキャリアの数である
    　請求項３に記載の制御装置。
  5. 　前記計算部は、前記推定部による時間帯ごとの推定結果に基づいて、時間帯ごとのチルト制御解を予め計算し、現在時刻が属する時間帯に応じたチルト制御解を用いて、制御部に制御を指示する
    　請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の制御装置。
  6. 　スリープ制御をキャリアごとに自律的に行う複数の基地局を備える無線通信システムにおける制御装置が実行する制御方法であって、
    　キャリアごとに推定されたトラヒック負荷に基づいて、キャリアごとにキャリアがスリープ状態か否かを推定する推定ステップと、
    　前記推定ステップによる推定結果に基づいて、前記複数の基地局における消費電力が減少するように、制御対象キャリアごとのチルトであるチルト制御解を計算する計算ステップと
    　を備える制御方法。
  7. 　コンピュータを、請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の制御装置における各部として機能させるためのプログラム。
PCT/JP2022/033415 2022-09-06 2022-09-06 制御装置、制御方法、及びプログラム WO2024052990A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/033415 WO2024052990A1 (ja) 2022-09-06 2022-09-06 制御装置、制御方法、及びプログラム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/033415 WO2024052990A1 (ja) 2022-09-06 2022-09-06 制御装置、制御方法、及びプログラム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024052990A1 true WO2024052990A1 (ja) 2024-03-14

Family

ID=90192404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/033415 WO2024052990A1 (ja) 2022-09-06 2022-09-06 制御装置、制御方法、及びプログラム

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024052990A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011081042A1 (ja) * 2010-01-04 2011-07-07 日本電気株式会社 省電力運用支援装置、省電力運用支援方法、記録媒体、および基地局
WO2011151857A1 (ja) * 2010-05-31 2011-12-08 富士通株式会社 通信装置、サービスエリア調整方法、移動通信システム
JP2012016015A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Fujitsu Ltd カバレッジホールを補償するための方法、無線通信ネットワーク、基地局及びネットワーク最適化装置
JP2015061262A (ja) * 2013-09-20 2015-03-30 ソニー株式会社 通信制御装置及び通信制御方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011081042A1 (ja) * 2010-01-04 2011-07-07 日本電気株式会社 省電力運用支援装置、省電力運用支援方法、記録媒体、および基地局
WO2011151857A1 (ja) * 2010-05-31 2011-12-08 富士通株式会社 通信装置、サービスエリア調整方法、移動通信システム
JP2012016015A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Fujitsu Ltd カバレッジホールを補償するための方法、無線通信ネットワーク、基地局及びネットワーク最適化装置
JP2015061262A (ja) * 2013-09-20 2015-03-30 ソニー株式会社 通信制御装置及び通信制御方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MASAYOSHI IWAMOTO, RYOTA KUSUNOKI, AKITO SUZUKI, MASAHIRO KOBAYASHI: "PSO-based Antenna Tilt Control Method for Cell Outage Compensation in Cellular Networks", IEICE TECHNICAL REPORT, IN, IEICE, JP, vol. 121, no. 324 (IN2021-24), 11 January 2022 (2022-01-11), JP, pages 1 - 6, XP009553278 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2494806B1 (en) Method for energy management in a wireless radio network and corresponding wireless radio network
JP5772345B2 (ja) パラメータ設定装置、コンピュータプログラム及びパラメータ設定方法
EP2469721B1 (en) Apparatus and method for controlling a node of a wireless communication system
CN102648655B (zh) 无线电通信系统、基站装置、基站控制装置、控制基站发送功率的方法以及计算机可读介质
Zhao et al. Joint power control and channel allocation for interference mitigation based on reinforcement learning
US8989757B2 (en) Method for energy control in a cellular radio system
CN101730178A (zh) 用于异构通信系统的准入控制
WO2011157621A1 (en) Method of setting a plurality of parameters in a wireless telecommunication network
US20220417846A1 (en) Determining when to adjust a power state of access points
EP4000228A1 (en) Proactive mobile network optimization
EP2745564A2 (en) Method and apparatus for providing increased small cell resource utilization
CN103906076A (zh) 一种分布式自适应调节小基站发射功率偏置值的方法
WO2014040643A1 (en) Method for energy saving in a cellular communication system
AlQerm et al. Energy efficient traffic offloading in multi-tier heterogeneous 5G networks using intuitive online reinforcement learning
Gao et al. User association and small-cell base station on/off strategies for energy efficiency of ultradense networks
JP2009246476A (ja) 無線通信システム及び無線通信制御方法
Ombongi et al. Resource allocation in millimeter-wave device-to-device networks
WO2024052990A1 (ja) 制御装置、制御方法、及びプログラム
WO2021083230A1 (zh) 功率调节方法和接入网设备
CN106604381B (zh) 一种基于三级发射功率机制的毫米波网络性能分析方法
KR20150019217A (ko) 통신 시스템에서의 에너지 절감 방법 및 그 장치
EP2760237A1 (en) Network Node and Method to adjust user association in HetNets
US11363527B2 (en) Adjusting power states of access points
WO2023089830A1 (ja) 制御装置、制御方法、及びプログラム
CN102857925B (zh) 一种基于hii/oi的粗粒度动态频率复用方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22958069

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1