(57)【要約】【課題】サービス品質を保証しながら、エネルギー消費を低減する。【解決手段】他の隣接基地局とともにセルラネットワークシステムに存在し、ユーザ端末に情報サービスを提供する基地局であって、当該基地局と他の隣接基地局が現在提供しているトラフィックの状態を比較し、当該基地局のトラフィックが複数の基地局のうち最も低いかを判定する判定手段と、前記判定手段で当該基地局が現在サービスしているトラフィックが最も低いと判定された場合、前記隣接基地局へドーマント要求及び当該基地局に関連する前記ユーザ端末をハンドオーバするためのハンドオーバ要求を送信する情報伝送手段と、前記隣接基地局における許可制御後に出力されたフィードバック情報を受信する受信手段と、前記隣接基地局からハンドオーバ要求許可情報を受信した後、ドーマント決定を実行する実行手段と、を有する。【選択図】図１Ａ
2014150529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の隣接基地局とともにセルラネットワークシステムに存在し、ユーザ端末に情報サービスを提供する基地局であって、
当該基地局と他の隣接基地局が現在提供しているトラフィックの状態を比較し、当該基地局のトラフィックが複数の基地局のうち最も低いかを判定する判定手段と、
前記判定手段で当該基地局が現在提供しているトラフィックが最も低いと判定された場合、前記隣接基地局へドーマント要求及び当該基地局に関連する前記ユーザ端末をハンドオーバするためのハンドオーバ要求を送信する情報伝送手段と、
前記隣接基地局における許可制御後に出力されたフィードバック情報を受信する受信手段と、
前記隣接基地局からハンドオーバ要求許可情報を受信した後、ドーマント決定を実行する実行手段と、を有することを特徴とする基地局。
【請求項２】
請求項１に記載の基地局であって、
前記隣接基地局と同一の構造を有し、さらにドーマント許可制御手段を有し、
当該基地局が前記隣接基地局へドーマント要求を送信すると、前記隣接基地局内のドーマント許可制御手段は、前記隣接基地局の状況に基づいて、当該基地局から前記ユーザ端末のハンドオーバを受けることができるかを判定することを特徴とする基地局。
【請求項３】
請求項１に記載の基地局であって、当該基地局の現在のチャネル状況情報（ＣＳＩ）、伝送レートおよび前記隣接基地局の伝送レートの和を記憶する記憶手段をさらに有することを特徴とする基地局。
【請求項４】
請求項１に記載の基地局であって、前記判定手段は、以下の条件式が成立するかを判定し、前記条件式が成立すれば、当該基地局は前記隣接基地局へドーマント要求を送信することを特徴とする基地局。
【数１】
2014150529.tif 000009
式中、ｂｍは前記基地局ｍに関連するユーザ端末のセットで、Ｉは全ての前記基地局のセットで、Ｇｊｍはユーザｊと前記基地局ｍとの間のチャネルゲインで、Ｐｍは前記基地局ｍの送信電力で、αｊは基地局からユーザ端末ｊに提供される現在サービスレートで、Ｎは前記基地局ｍに隣接する前記隣接基地局の数（Ｎ＝３または４）で、Ｉｎは前記基地局ｍに隣接する前記隣接基地局のセットである。
【請求項５】
請求項１に記載の基地局であって、
前記受信手段は、前記隣接基地局から送信されるドーマント応答情報およびハンドオーバ要求情報を受信し、
前記情報伝送手段は、さらに前記隣接基地局へハンドオーバできる旨を当該基地局に関連する前記ユーザ端末に通知することを特徴とする基地局。
【請求項６】
請求項２に記載の基地局であって、
前記ドーマント許可制御手段は、実行不可能性問題を計算し、
前記隣接基地局は、前記実行不可能性問題によって計算された実行不可能集合Ｅが空であると、ユーザハンドオーバ許可情報を当該基地局に通知し、前記実行不可能性問題によって計算された実行不可能集合が空でなければ、ユーザハンドオーバ不可情報を当該基地局に通知することを特徴とする基地局。
【数２】
2014150529.tif 000010
式中、Ｉは当該基地局のユーザのグループで、ｗｉは重み値で、Ｒｉは到達可能率で、ηはシステムのスペクトル効率で、Ｑｉはユーザに必要な伝送レートで、Ｗｍａｘは全体の帯域幅で、非零解のグループＥ＝｛ｅ０，ｅ１，…｝は実行不可能集合である。
【請求項７】
請求項１に記載の基地局であって、当該基地局と前記隣接基地局とが情報を交換するための時間、当該基地局と前記ユーザ端末とが情報を交換するための時間、および当該基地局からドーマント要求を送信した後に隣接基地局のドーマントを禁止する時間を計時するタイマをさらに有することを特徴とする基地局。
【請求項８】
請求項１に記載の基地局であって、
ウェイクアップ信号受信手段をさらに有し、
前記隣接基地局は、当該基地局に関連する前記ユーザ端末のチャネル状態および伝送レートの要求を収集し、前記ユーザ端末のサービス品質が低下している場合、当該基地局のウェイクアップ信号受信手段に通知し、ドーマント状態にある当該基地局を起動することを特徴とする基地局。
【請求項９】
他の隣接基地局とともにセルラネットワークシステムに存在し、ユーザ端末に情報サービスを提供する基地局におけるドーマント制御方法であって、
当該基地局と他の隣接基地局が現在提供しているトラフィックの状態を比較し、当該基地局のトラフィックが複数の基地局のうち最も低いかを判定する判定ステップと、
前記判定ステップで当該基地局が現在提供しているトラフィックが最も低いと判定された場合、前記隣接基地局へドーマント要求及び当該基地局に関連する前記ユーザ端末をハンドオーバするためのハンドオーバ要求を送信する情報伝送ステップと、
前記隣接基地局における許可制御後に出力されたフィードバック情報を受信する受信ステップと、
前記隣接基地局からハンドオーバ要求許可情報を受信した後、ドーマント決定を実行する実行ステップと、を含むことを特徴とするドーマント制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のドーマント制御方法であって、
さらにドーマント許可制御ステップを含み、
前記ドーマント許可制御ステップでは、当該基地局が前記隣接基地局へドーマント要求を送信すると、前記隣接基地局は、前記隣接基地局の状況に基づいて、当該基地局から前記ユーザ端末のハンドオーバを受けることができるかを判定することを特徴とするドーマント制御方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のドーマント制御方法であって、前記判定ステップでは、以下の条件式が成立するかを判定し、前記条件式が成立すれば、当該基地局は前記隣接基地局へドーマント要求を送信することを特徴とするドーマント制御方法。
【数３】
2014150529.tif 000011
式中、ｂｍは前記基地局ｍに関連するユーザ端末のセットで、Ｉは全ての前記基地局のセットで、Ｇｊｍはユーザｊと前記基地局ｍとの間のチャネルゲインで、Ｐｍは前記基地局ｍの送信電力で、αｊは基地局からユーザ端末ｊに提供される現在サービスレートで、Ｎは前記基地局ｍに隣接する前記隣接基地局の数（Ｎ＝３または４）で、Ｉｎは前記基地局ｍに隣接する前記隣接基地局のセットである。
【請求項１２】
請求項９に記載のドーマント制御方法であって、
前記受信ステップでは、前記隣接基地局から送信されるドーマント応答情報およびハンドオーバ要求情報を受信し、
前記情報伝送ステップでは、さらに隣接基地局へハンドオーバできる旨を当該基地局に関連する前記ユーザ端末に通知することを特徴とするドーマント制御方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載のドーマント制御方法であって、
前記ドーマント許可制御ステップでは、実行不可能性問題を計算し、
前記隣接基地局は、前記実行不可能性問題によって計算された実行不可能集合が空であると、ユーザハンドオーバ許可情報を当該基地局に通知し、前記実行不可能性問題によって計算された実行不可能集合が空でなければ、前記隣接基地局はユーザハンドオーバ不可情報を当該基地局に通知することを特徴とするドーマント制御方法。
【数４】
2014150529.tif 000012
式中、Ｉは当該基地局のユーザのグループで、ｗｉは重み値で、Ｒｉは到達可能率で、ηはシステムのスペクトル効率で、Ｑｉはユーザに必要な伝送レートで、Ｗｍａｘは全体の帯域幅で、非零解のグループＥ＝｛ｅ０，ｅ１，…｝は実行不可能集合である。
【請求項１４】
請求項９に記載のドーマント制御方法であって、当該基地局と前記隣接基地局とが情報を交換するための時間、当該基地局と前記ユーザ端末とが情報を交換するための時間、および当該基地局からドーマント要求を送信した後に隣接基地局のドーマントを禁止する時間を計時する計時ステップをさらに含むことを特徴とするドーマント制御方法。
【請求項１５】
請求項９に記載のドーマント制御方法であって、
ウェイクアップステップをさらに含み、
ウェイクアップステップでは、前記隣接基地局が、当該基地局に関連する前記ユーザ端末のチャネル状態および伝送レート要求を収集し、前記ユーザ端末のサービス品質が低下している場合、当該基地局に通知し、ドーマント状態にある当該基地局を起動することを特徴とするドーマント制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルラネットワークにおいて干渉を低減させ、エネルギー消費を節約する方法に関し、特にセルラネットワークにおけるドーマント機能を有する基地局と分散して配置された基地局スリープ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線データトラフィックの需要が急激に増加するにつれて、セルラネットワークのエネルギー消費も急速に上昇している。経済的な通信事業者の費用と環境保護での二酸化炭素の排出量を考慮すると、現在、世界で多くの会社および研究機関はセルラネットワークのエネルギー消費を低減する技術を開発している。セルラネットワークでは、ネットワーク全体のエネルギー消費に対する基地局のエネルギー消費の割合が最も大きいので、基地局のエネルギー消費の低減は最も有効である。基地局のエネルギー消費を節約することは、ハードウェアの設計の改善（例えば、高エネルギー効率の電力増幅器およびファンなしクーラーの採用）、リソースの割り当て（例えば、電力制御）、基地局配置の最適化等の複数の実現方式を有する。しかし、ハードウェア設計の改善およびリソースの割り当てによって予想できるエネルギー消費の節約は有限であることは、稼動中の基地局は依然として非常に多くのエネルギーを消費するからである。
【０００３】
セルラネットワークにおいてトラフィックの時間的かつ空間的な分布が不均一であり、通常に基地局の配置と基地局の運転はピークトラフィックの設計に基づくので、基地局の大部分は十分に利用されていない。したがって、動的な基地局ドーマントメカニズムは、低トラフィック時間（例えば、夜間）で、システムに無線送受信機をオフするのではなく、いくつかの十分に利用されていない基地局を完全にオフさせることにより、エネルギーの浪費を大幅に低減することができる。いくつかの基地局がオフされてドーマントモードにあると、周囲の稼動中の基地局は、空白エリアを認識し、該空白エリアをカバーする必要があり、電力を増幅することによってドーマントセルのカバーを保証する。このような自己組織化ネットワーク（self-organizing networks）の概念は、ネットワークスマート機能を付加する３ＧＰＰの規格（３ＧＰＰ  ＴＳ３２．５２１）で、既に導入されて、ネットワークを最適化し再構成することによって、コストを低減しネットワーク性能および柔軟性を向上することができる。
【０００４】
基地局ドーマント機構は、中央制御式と分散式の２種類がある。中央制御式基地局ドーマントでは、基地局のドーマントを最適化して、最大のエネルギー消費を低減させ、ドーマントセルのカバーおよびユーザサービス品質を保証することができる。しかし、全てのセルのトラフィックおよびユーザと周辺基地局との間のチャネル状態を必要とする。そのため、中央制御式基地局ドーマント機構を実現することは非常に複雑で、かつ基地局と制御ノードとの間で交換する必要がある信号が増加する。そのため、分散式基地局ドーマント機構を開発することによって、基地局がトラフィックを検出し、自らドーマント状態に入ることを決定することが必要である。
【０００５】
特許文献１（ＣＮ１０２４２１１７２Ａ）は、基地局のドーマント方法を開示する。この方法では部分ドーマント状態のみが考慮されている。基地局は一定の期間内にユーザサービスがないことを検出すると、送信機をオフにし、受信機は開いた状態に保持されている。特許文献２（ＵＳ２０１２／０１０６４２３Ａ１）は、基地局のドーマント状態入りおよび再起動の方法を開示する。この方法では、セルにサービスしているユーザが存在しない場合にドーマント状態に入ることのみが考慮されている。非特許文献１では、集中型で高度に複雑なアルゴリズムおよび分散式ドーマントメカニズムが提案されている。前記分散式では、いくつかの基地局はトラフィックが低い場合にユーザを隣接セルに切り替えて、それ自身がドーマント状態に入る。このような方法はユーザと基地局との間の情報交換が必要なので、ユーザ端末のバッテリ消費が増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０２４２１１７２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０１０６４２３号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"Green mobile access network with dynamic base station energy saving", S.Zhou, J.Gong, Z.Yang, Z.Niu, and P.Yang, MobiCom'09 poster, Seot. 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、各基地局が自ら休止するか否かを決定することができるセルラネットワークにおける基地局および分散式基地局ドーマント制御方法を提供することを目的とする。つまり、本発明では、休止しようとする基地局は、ドーマントの前にそのセルの負荷状態を考慮すべきであるだけでなく、隣接基地局の負荷状態を知るべきであり、隣接基地局は、切り替えられるトラフィックの需要を引き受けることによって、残りのユーザのサービス品質と周辺セルのサービス品質を保証することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の特徴は、基地局は、他の隣接基地局とともにセルラネットワークシステムに設けられ、ユーザ端末に情報サービスを提供する基地局であって、当該基地局と他の隣接基地局が現在提供しているトラフィックの状態を比較し、当該基地局のトラフィックが複数の基地局のうち最も低いかを判定する判定手段と、前記判定手段で当該基地局が現在提供しているトラフィックが最も低いと判定された場合、前記隣接基地局へドーマント要求及び当該基地局に関連する前記ユーザ端末をハンドオーバするためのハンドオーバ要求を送信する情報伝送手段と、前記隣接基地局における許可制御後に出力されたフィードバック情報を受信する受信手段と、前記隣接基地局からハンドオーバ要求許可情報を受信した後、ドーマント決定を実行する実行手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、前記基地局は、前記隣接基地局と同一の構造を有し、さらにドーマント許可制御手段を有し、当該基地局が前記隣接基地局へドーマント要求を送信すると、前記隣接基地局内のドーマント許可制御手段は、前記隣接基地局の状況に基づいて、当該基地局から前記ユーザ端末のハンドオーバを受けることができるかを判定することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、前記基地局は、当該基地局の現在のチャネル状況情報（ＣＳＩ）、伝送レートおよび前記隣接基地局の伝送レートの和を記憶する記憶手段をさらに有することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、前記判定手段は、以下の条件式が成立するかを判定し、前記条件式が成立すれば、当該基地局は前記隣接基地局へドーマント要求を送信することを特徴とする。
【００１３】
【数１】
2014150529.tif 000003
【００１４】
式中、ｂｍは前記基地局ｍに関連するユーザ端末のセットで、Ｉは全ての前記基地局のセットで、Ｇｊｍはユーザｊと前記基地局ｍとの間のチャネルゲインで、Ｐｍは前記基地局ｍの送信電力で、αｊは基地局からユーザ端末ｊに提供される現在サービスレートで、Ｎは前記基地局ｍに隣接する前記隣接基地局の数（Ｎ＝３または４）で、Ｉｎは前記基地局ｍに隣接する前記隣接基地局のセットである。
【００１５】
第５の発明は、前記受信手段は、前記隣接基地局から送信されるドーマント応答情報およびハンドオーバ要求情報を受信し、前記情報伝送手段は、さらに前記隣接基地局へハンドオーバができる旨を通知することを特徴とする。
【００１６】
第６の発明は、前記ドーマント許可制御手段は、実行不可能性問題を計算し、前記隣接基地局は、前記実行不可能性問題によって計算された実行不可能集合Ｅが空であると、ユーザハンドオーバ許可情報を当該基地局に通知し、前記実行不可能性問題によって計算された実行不可能集合が空でなければ、ユーザハンドオーバ不可情報を当該基地局に通知することを特徴とする。
【００１７】
【数２】
2014150529.tif 000004
【００１８】
式中、Ｉは当該基地局のユーザのグループで、ｗｉは重み値で、Ｒｉは到達可能率で、ηはシステムのスペクトル効率で、Ｑｉはユーザに必要な伝送レートで、Ｗｍａｘは全体の帯域幅で、非零解のグループＥ＝｛ｅ０，ｅ１，…｝は実行不可能集合である。
【００１９】
第７の発明は、前記基地局は、当該基地局と前記隣接基地局とが情報を交換するための時間、当該基地局と前記ユーザ端末とが情報を交換するための時間、および当該基地局からドーマント要求を送信した後に隣接基地局のドーマントを禁止する時間を計時するタイマをさらに有することを特徴とする。
【００２０】
第８の発明は、前記基地局は、ウェイクアップ信号受信手段をさらに有し、前記隣接基地局は、当該基地局に関連する前記ユーザ端末のチャネル状態および伝送レートの要求を収集し、前記ユーザ端末のサービス品質が低下している場合、当該基地局のウェイクアップ信号受信手段に通知し、休止している当該基地局を起動することを特徴とする。
【００２１】
第９の発明に係る基地局のドーマント制御方法は、他の隣接基地局とともにセルラネットワークシステムに存在し、ユーザ端末に情報サービスを提供する基地局におけるドーマント制御方法であって、当該基地局と他の隣接基地局が現在提供しているトラフィックの状態を比較し、当該基地局のトラフィックが複数の基地局のうち最も低いかを判定する判定ステップと、前記判定ステップで当該基地局が現在提供しているトラフィックが最も低いと判定された場合、前記隣接基地局へドーマント要求及び当該基地局に関連する前記ユーザ端末をハンドオーバするためのハンドオーバ要求を送信する情報伝送ステップと、前記隣接基地局における許可制御後に出力されたフィードバック情報を受信する受信ステップと、前記隣接基地局からハンドオーバ要求許可情報を受信した後、ドーマント決定を実行する実行ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２２】
第１０の発明は、前記ドーマント制御方法は、さらにドーマント許可制御ステップを含み、前記ドーマント許可制御ステップでは、当該基地局が前記隣接基地局へドーマント要求を送信すると、前記隣接基地局は、前記隣接地局の状況に基づいて、当該基地局から前記ユーザ端末のハンドオーバを受けることができるかを判定することを特徴とする。
【００２３】
第１１の発明は、前記判定ステップでは、以下の条件式が成立するかを判定し、前記条件式が成立すれば、当該基地局は前記隣接基地局へドーマント要求を送信することを特徴とする。
【００２４】
【数３】
2014150529.tif 000005
【００２５】
式中、ｂｍは前記基地局ｍに関連するユーザ端末のセットで、Ｉは全ての前記基地局のセットで、Ｇｊｍはユーザｊと前記基地局ｍとの間のチャネルゲインで、Ｐｍは前記基地局ｍの送信電力で、αｊは基地局からユーザ端末ｊに提供される現在サービスレートで、Ｎは前記基地局ｍに隣接する前記隣接基地局の数（Ｎ＝３または４）で、Ｉｎは前記基地局に隣接する前記隣接基地局のセットである。
【００２６】
第１２の発明は、前記受信ステップでは、前記隣接基地局から送信されるドーマント応答情報およびハンドオーバ要求情報を受信し、前記情報伝送ステップでは、さらに隣接基地局へハンドオーバできる旨の情報を当該基地局に関連する前記ユーザ端末に通知する。
【００２７】
第１３の発明は、前記ドーマント許可制御ステップでは、実行不可能性問題を計算し、
前記隣接基地局は、前記実行不可能性問題によって計算された実行不可能集合が空であると、ユーザハンドオーバ許可情報を当該基地局に通知し、前記実行不可能性問題によって計算された実行不可能集合が空でなければ、前記隣接基地局はユーザハンドオーバ不可情報を当該基地局に通知することを特徴とするドーマント制御方法。
【００２８】
【数４】
2014150529.tif 000006
【００２９】
式中、Ｉは当該基地局のユーザのグループで、ｗｉは重み値で、Ｒｉは到達可能率で、ηはシステムのスペクトル効率で、Ｑｉはユーザに必要な伝送レートで、Ｗｍａｘは全体の帯域幅で、非零解のグループＥ＝｛ｅ０，ｅ１，…｝は実行不可能集合である。
【００３０】
第１４の発明は、前記ドーマント制御方法は、当該基地局と前記隣接基地局とが情報を交換するための時間、当該基地局と前記ユーザ端末とが情報を交換するための時間、および当該基地局からドーマント要求を送信した後に隣接基地局のドーマントを禁止する時間を計時する計時ステップをさらに含むことを特徴とする。
【００３１】
第１５の発明は、前記ドーマント制御方法はウェイクアップステップをさらに含み、前記ウェイクアップステップでは、前記隣接基地局がｍ当該基地局に関連するユーザ端末のチャネル状態および伝送レート要求を収集し、前記ユーザ端末のサービス品質が低下している場合、当該基地局に通知し、休止している当該基地局を起動することを特徴とする。
【００３２】
本発明に係る基地局の構成について、具体的に以下のとおり説明する。即ち、判定実行手段、隣接基地局情報交換手段およびスイッチ手段を有する。判定実行手段はドーマント処理全体を制御し、主要な機能は、ドーマント入り判定、情報交換制御、および最終ドーマント実行を含む。ドーマント入り判定のプロセスは、ドーマント初期化と呼ばれる。この機能は、当該基地局と他の隣接基地局が現在サービスしているトラフィックの状態を比較し、当該基地局のトラフィックが複数の基地局のうち最も低いか否かを判定する。隣接基地局情報交換手段は、判定実行手段でドーマント初期化が設定された場合、隣接基地局へドーマント要求および当該基地局のユーザ端末をハンドオーバするためのハンドオーバ要求を送信し、隣接基地局からのフィードバック情報を受ける。スイッチ手段は、隣接基地局情報交換手段でフィードバック情報を受信し、判定実行手段で最終的にドーマントが決定された場合、ウェイクアップ信号受信手段を除き、他の全ての基地局の装置を完全にオフにする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る基地局および基地局ドーマント制御方法は、サービス品質を保証しながら、エネルギー消費を低減することができる。まず、本発明に係る分散式基地局ドーマント制御方法は、各基地局が自ら休止するか否かを決定することができる。この方法は、複雑でなく、余分な中央制御ノードを必要としないなどの利点がある。また、本発明では同時にドーマントメカニズムに対して許可制御方法が提案されることにより、残りのユーザのサービス品質と周辺セルのユーザのサービス品質を保証する。さらに、ドーマントプロセスに入ると、ユーザ端末がドーマント決定に関与せず、１回のハンドオーバだけを行うので、端末のバッテリを消費しない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】セルラ移動通信ネットワークのトポロジを示す図である。
【図１Ｂ】セルラ移動通信ネットワークにおける基地局オフの例を示す図である。
【図２】無線ネットワークコントローラがない場合の基地局接続と基地局ユーザの関連を示す説明図である。
【図３】無線ネットワークコントローラがある場合の基地局接続と基地局ユーザの関連を示す説明図である。
【図４】基地局内部の構成を示すブロック図である。
【図５】関連ユーザ情報記録テーブルを示す図である。
【図６】隣接基地局情報記録テーブルを示す図である。
【図７】基地局がドーマント状態に入る処理を示すフローチャートである。
【図８】基地局ドーマント信号の交換処理を示すフローチャートである。
【図９Ａ】基地局ドーマント要求およびドーマントハンドオーバ信号フォーマットを示す図である。
【図９Ｂ】隣接基地局のドーマント応答信号を示す図である。
【図９Ｃ】基地局ドーマントハンドオーバ要求信号を示す図である。
【図９Ｄ】ユーザドーマントハンドオーバ要求信号を示す図である。
【図９Ｅ】ハンドオーバ要求信号を示す図である。
【図９Ｆ】ハンドオーバ要求許可信号を示す図である。
【図９Ｇ】基地局ドーマントハンドオーバ応答信号を示す図である。
【図１０】隣接基地局での許可制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】ドーマント決定処理を示すフローチャートである。
【図１２】ドーマント基地局のウェイクアップ処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下の実施形態についての説明により、本発明の内容を明確にする。
【００３６】
まず、本発明の実施形態は、複雑さでない基地局全体のドーマント制御方法を提案する。基地局ドーマント制御は、隣接基地局間の緊密な協力が必要であり、それは、基地局が休止した後、隣接基地局はドーマント基地局によって空いたサービスリアでサービスを提供する必要があり、かつ基地局ドーマント制御はユーザハンドオーバ処理も必要だからである。本発明で提案される基地局ドーマント制御方法において、ある基地局のトラフィックが低い場合、セル内のユーザは依然として存在しているが、省エネ効果を向上するかまたはセルの間の干渉を低減するために、基地局を休止することができる。休止しようとする基地局は、ドーマントの前にそのセルの負荷状態を考慮すべきであり、隣接基地局の負荷状態を知るべきである。これによって、隣接基地局は切り替えられるトラフィックの需要を引き受けることができる。ドーマントプロセスではドーマント基地局と隣接基地局とは、セルのトラフィック状態、ユーザと基地局との間のチャネル状態、ドーマント通知信号およびハンドオーバ信号等の情報を交換する必要がある。したがって、本発明の範疇には、ドーマント初期化プロセス、およびドーマントハンドオーバ等のドーマント状態に入る全体的処理と交換する必要がある信号を含む。
【００３７】
次に、本発明の実施形態は、単純で効果的な分散式基地局ドーマント制御方法を提案する。基地局のドーマントは、省エネの効果およびサービス品質に影響を与えるため、ドーマント判定は、基地局ドーマント制御方法の中核となる技術である。この方法により提供されたドーマント状態に入るための条件は、主に、ドーマント基地局がサービスしているユーザの現在のチャネル状態と、現在の伝送レートと、隣接基地局がサービスしている現在の伝送レートの和との三つの要素を含む。これらの条件に基づいて、各基地局と隣接基地局とを比較し、サービスしているトラフィックが低いか、または現在サービスしているユーザのチャネル状態が良くなくかつ伝送レートが低い場合は、当該基地局はドーマント状態に入ることになる。この方法は、ネットワークトラフィックが低い場合に省エネの効果が顕著である。また、本発明のドーマントメカニズムは２４時間稼動する。この方法は、トラフィックが高い場合にも隣接基地局のうちトラフィックが最も低い基地局を休止させる。トラフィックが高い場合、この方法は少数の基地局を休止させ、省エネ効果が大きくないが、隣接セルへの干渉影響を低下させることによって、隣接セルのサービス品質を向上させることができる。
【００３８】
最後に、劣化率、伝送レートなどのサービス品質を保証するために、本発明は、基地局ドーマントメカニズムに対する許可制御方法を提案する。基地局ドーマントモードは、サービス品質に影響を与える。例えば、いくつかの基地局をオフにすると決定すれば、隣接セルのスループットが減少する可能性があり、隣接基地局はハンドオーバされたトラフィックを引き受けるべきである。また、ドーマント基地局のセルの残りのユーザとハンドオーバ先の対象基地局との間の距離が遠く、チャネルの品質が悪いため、残りのユーザのサービス品質がひどく劣化する。この方法は、リソース割り当ての実行不可能性問題を検証することによって実現され、この問題は実行不可能集合の範囲の問題と呼ばれる。対象基地局が、この問題を計算した後に実行不可能グループの存在を見つけた場合は、当該基地局の現在のリソースはユーザのトラフィック需要を満たすことができないか、または、切り替えされるユーザが使用する基地局のチャネル状態が良くないことを意味しているので、ドーマントを要求した基地局にドーマントを許可しないことを通知し、休止している基地局にドーマント処理を終了するように要求する。
【００３９】
以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施の形態について詳細に説明する。
【００４０】
図１Ａに示した本発明の実施例は、セルラ移動通信ネットワークにおいて実現することができる。例えば、四つのユーザ端末のためにセルの領域を提供するマクロ基地局が設けられる。基地局１は一つだけのユーザ端末が接続されており、隣接基地局は三つのユーザ端末にサービスを提供している。トラフィックが最も低い基地局１は基地局２、３および４の現在の伝送レートの和を受信し、基地局１が現在サービスしているユーザの情報、つまり基地局１からユーザ１に提供している伝送レート、および基地局１とユーザ１との間のチャネル状態を収集した後、ドーマント条件をチェックし、ドーマント状態に入ることができるか否かを決定する。ドーマント基地局は、最も近い複数（例えば、三つまたは四つ）の基地局の情報だけを必要とする。具体的な検査方法は、図７で後述する。図１Ｂは、基地局１がドーマント状態に入る例を示し、ユーザ１はそれに最も近いか又は受信信号が最も強い基地局３にハンドオーバされる（切り替えられる）。
【００４１】
図２は、基地局の間のバックボーンネットワーク接続と、基地局とユーザとの間の無線関連を示す説明図である。この図には、基地局制御ノードが存在せず、基地局同士がバックボーンネットワークを介して接続される。ここで、基地局は基地局同士が情報を交換できる機能を備えることを前提とする。しかし、本発明はこのような場合に限られない。
【００４２】
図３は、四つの基地局が一つの基地局制御ノード、無線ネットワークコントローラに接続されたセルラ移動通信ネットワークの構成を示す。無線ネットワークコントローラ（Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＲＮＣ）は、３Ｇ標準ＵＭＴＳシステムにおいて、無線ネットワークコントローラに接続された基地局、Ｎｏｄｅ  Ｂを制御する役割を担う。本発明の基地局ドーマント制御方法は、分散式型アルゴリズムなので、ドーマント処理に基地局中央制御点がなく、基地局同士は無線ネットワークコントローラ経由で情報を交換する。
【００４３】
図４は、基地局の内部の構成を示すブロック図である。図４に示す基地局は、判定実行手段、隣接基地局情報交換手段、ユーザ情報交換手段を含む。判定実行手段は、ドーマント処理全体を制御し、主要な機能は、ドーマント入り判定、情報交換制御、および最終ドーマント実行を含む。ドーマント入り判定のプロセスは、ドーマント初期化と呼ばれる。この機能は、当該基地局と他の隣接基地局が現在サービスしているトラフィックの状態を比較し、当該基地局のトラフィックが複数の基地局のうち最も低いか否かを判定する。隣接基地局情報交換手段は、判定実行手段でドーマント初期化が設定された場合、隣接基地局へドーマント要求および当該基地局のユーザ端末をハンドオーバするためのハンドオーバ要求を送信し、隣接基地局からのフィードバック情報を受ける。一方、ユーザ情報交換手段は、ドーマント判定のために当該基地局の関連ユーザ情報を収集する、他方でドーマント判定の後、ユーザをハンドオーバするためにユーザと信号を交換する。基地局は、ドーマント許可制御手段、記憶手段、ウェイクアップ信号受信手段、タイマ、スイッチ手段をさらに含み、基地局が隣接基地局へドーマント要求を送信すると、隣接基地局内のドーマント許可制御手段は、隣接基地局の状況に基づいて、基地局内からのユーザ端末のハンドオーバを受けることができるか否かをチェックする。記憶手段は、関連ユーザ情報記録テーブルおよび隣接基地局情報記録テーブルを記憶する。ウェイクアップ信号受信手段は、当該基地局をウェイクアップして、ドーマント状態から通常稼動状態に移行させる。当該手段は、基地局のドーマント状態でも独立に稼動するように、一つの独立な電源を必要とし、その動作処理は図１２に示す。タイマは、隣接基地局からのドーマント要求信号を受信した後に、当該基地局のドーマントを禁止する時間とユーザのドーマントハンドオーバが失敗したかを判定する時間を設定する。スイッチ手段は、隣接基地局情報交換手段でフィードバック情報を受信し、判定実行手段で最終的にドーマントが決定された場合、ウェイクアップ信号受信手段を除き、他の全ての基地局の装置を完全にオフにする。
【００４４】
判定実行手段は、特許請求の範囲に記載された発明の判定手段、実行手段に相当する。上述した隣接基地局情報交換手段は、特許請求の範囲に記載された発明の情報伝送手段および受信手段に相当する。
【００４５】
なお、ユーザ情報交換手段、ウェイクアップ信号受信手段、記憶手段、スイッチ手段は好ましいものであるが、必須なものではない。
【００４６】
図５は、関連ユーザ情報記録テーブルを示す。関連ユーザ情報記録テーブルは、記録されたユーザの番号であるユーザ番号と、記録されたユーザから基地局までを接続するチャネル状態と、記録されたユーザサービスの平均伝送レートである伝送レートと、ユーザドーマントハンドオーバモードを示すハンドオーバモードと、このユーザのハンドオーバ先の対象基地局の番号である対象基地局番号と、ドーマントハンドオーバを開始する時間、ドーマントハンドオーバが失敗したかを判定するための時間、および基地局ハンドオーバ応答信号の有効時間Ｔを示すハンドオーバ開始時間と、を記録する。
【００４７】
図６は、隣接基地局情報記録テーブルを示す。隣接基地局情報記録テーブルは、記録された隣接基地局の番号である基地局番号と、記録された隣接基地局のドーマント状態であるドーマント状態と、記録された隣接基地局が現在提供している伝送レートの和である負荷状態と、隣接基地局のドーマント要求信号を受信した際に当該基地局がドーマント処理中であるかを示すドーマント開始と、隣接基地局のドーマント要求信号を受信した際に現在の時間を記録するドーマント起動時間と、を記録する。
【００４８】
以下、図７を参照しながら基地局がドーマント状態に入る処理の流れを説明する。本発明によって提供される基地局ドーマント制御方法によれば、トラフィックが低い基地局はドーマント状態に入るべきか否かを自ら決定することができる。判定実行手段は、ドーマント初期化の処理をした基地局の現在のセル内の全てのユーザの伝送レートと、チャネル状態（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ、ＣＳＩ）と、隣接の複数（例えば、三つまたは四つ）の基地局の伝送レートの和（なお、隣接基地局のユーザ毎のＣＳＩを必要としない）との三種の情報が必要である。ユーザ情報交換手段および隣接基地局情報交換手段は定期的にこれら三種の情報を収集して記憶手段に記録する。判定実行手段は、記憶手段からこれら三種の情報を取得する。
【００４９】
まず、基地局は、ドーマント初期化プロセスによってドーマント状態に入ることができるか否かを判定する。本発明者は、通信理論および数学理論を用いて下記条件式を導出した。ある基地局ｍがドーマント状態に入ることができるか否かは、下記条件式を満たすか否かを判定する必要がある。
【００５０】
【数５】
2014150529.tif 000007
【００５１】
式中、ｂｍは基地局ｍのユーザセットで、Ｉは全ての基地局のセットで、Ｇｊｍはユーザｊと基地局ｍとの間のチャネルゲインで、Ｐｍは基地局ｍの送信電力で、αｊは基地局からユーザｊに提供される現在サービスレートで、Ｎは基地局ｍの隣接基地局の数（Ｎ＝３または４）で、Ｉｎは基地局ｍの隣接基地局セットである。前述の条件式を満たせば、基地局ｍのドーマント初期化が完了する。その後、隣接基地局にドーマントを通知し、関連ユーザにハンドオーバ可能な隣接基地局を通知する。そして、ハンドオーバされる対象基地局の許可処理の結果を待ち、ハンドオーバ可能な関連ユーザが存在しているか否かを判定する。そして、関連ユーザが対象基地局に切り替えることができると判定すると、基地局ｍがドーマント状態に入る。そうでなければ、基地局ｍは、通常に稼動する。
【００５２】
図８は、基地局ドーマント信号の交換処理を示す。各信号は図９Ａから図９Ｇで定義される。基地局ｍのドーマント初期化の後、「基地局ドーマント要求信号」で隣接基地局に当該基地局がドーマント初期化を開始することを通知することによって、隣接基地局もドーマント状態に入ることを防止する。
【００５３】
ドーマント基地局は隣接基地局からの応答を受信した後、当該基地局の関連ユーザにドーマントハンドオーバを要求する。関連ユーザは、この要求信号を受信した後、ハンドオーバ先の対象基地局を探す。ドーマント基地局は、所定期間内に隣接基地局のブロードキャスト信号またはパイロット信号を測定し、その後、「ユーザドーマントハンドオーバ応答信号」によってハンドオーバ可能な対象基地局番号、チャネル状態、ハンドオーバ開始時間を報告する。
【００５４】
ドーマント基地局は、ユーザからのドーマント要求応答を受信した後、対象基地局に、このユーザのハンドオーバを要求する。ドーマント基地局が全てのユーザのドーマントハンドオーバ要求を完了した後、ハンドオーバ先の対象基地局の応答を待ち、ハンドオーバ可能な関係ユーザが存在するか否かをチェックする。ハンドオーバ可能な関係ユーザが存在する場合は、ドーマント基地局は全てのユーザにハンドオーバ許可の応答を通知した後、ドーマント状態に入る。ハンドオーバ可能な関係ユーザが存在しなければ、この基地局は休止できず、通常稼動状態に戻る。
【００５５】
図中で、Ｔ１およびＴ２は、ハンドオーバ時間およびドーマント禁止時間である。これらの時間は、ネットワーク運営者がネットワークシステムに従って設定したパラメータである。
【００５６】
さらに、ユーザは自らドーマントハンドオーバが失敗したか否かを検出することができる。ユーザが有効時間Ｔ１内に基地局ハンドオーバ応答信号を受信した場合は（ハンドオーバ許可）、ユーザは、対象基地局とネットワーク許可プロセスを開始することができる。そうでない場合は、「ユーザドーマントハンドオーバ応答信号」または「基地局ハンドオーバ応答信号」の伝送失敗を意味する。したがって、ユーザは「ユーザドーマントハンドオーバ応答信号」を再度送信することしかできない。
【００５７】
さらに、ドーマント禁止有効時間Ｔ２内に、ある基地局の隣接基地局がドーマント処理を開始した場合、この基地局はドーマント状態に入ることができない。これは、この基地局がドーマントハンドオーバのユーザを引き受ける必要がある可能性があるからである。この基地局は隣接基地局のドーマント要求信号を受信した後、Ｔ２時間内にドーマント処理に入ることができない。
【００５８】
さらに、ドーマント初期化の処理をした基地局は、最後に全てのユーザに「基地局ハンドオーバ応答信号」を送信した後、Ｔ３時間待った後にオフにすることができる。Ｔ３内に「ユーザドーマントハンドオーバ応答信号」を受信すれば、「基地局ハンドオーバ応答信号」の伝送失敗を意味するため、この基地局はこの信号を再度解釈し、もし対象基地局が同じでなければ、ユーザドーマントハンドオーバ処理を再開しなければならない。同様な事情が再度発生した場合は、ドーマント処理が失敗し通常稼動に戻る。詳細な処理は図１１に示す。
【００５９】
図９Ａから９Ｇは、ドーマント要求信号およびドーマントハンドオーバ信号のフォーマットを示す。これらの信号は、以下の内容を含む。ドーマント開始：ドーマント初期化が完了した場合、１と表記される。ドーマント開始時間：ドーマント初期化が完了した時刻を表す。物理層情報：当該基地局の稼動中のチャネルおよび同期情報を表す。ハンドオーバモード：ドーマントハンドオーバのモードを表記する。ハンドオーバ開始時間：ユーザがハンドオーバ失敗を判定するためのドーマントハンドオーバ応答信号を伝送する時間である。ハンドオーバ要求応答：許可制御プロセス以降の結果がハンドオーバ許可の場合は、１と表記され、そうでなければ、０と表記される。ドーマントハンドオーバ応答：ハンドオーバ要求応答と同様である。ソース中継番号：送信中継の番号である。目的中継番号：受信基地局の番号である。ソース中継チャネル情報：送信中継のチャネル情報である。ソース中継負荷情報：送信中継の負荷情報である。
【００６０】
図１０は、許可処理後の処理を示す。ドーマント初期化の処理をした基地局に隣接する基地局は、制約可能性問題を解くことによって、ユーザ、つまりドーマント基地局のセルの残りのユーザを引き受けることができるか否かをチェックする。実行不可能集合は以下の式によって表される。
【００６１】
【数６】
2014150529.tif 000008
【００６２】
式中、Ｉはこの基地局のユーザのグループで、ｗｉは重み値で、Ｒｉは到達可能率で、ηはシステムのスペクトル効率で、Ｑｉはユーザに必要な伝送レートで、Ｗｍａｘは全体の帯域幅で、非零解のグループＥ＝｛ｅ０，ｅ１，…｝は実行不可能集合である。
【００６３】
全ての隣接基地局が求めた実行不可能集合Ｅが空の場合は、ドーマント初期化の処理をした基地局はドーマント状態に入ることができる。そうでなければ、ドーマント状態に入ることができない。
【００６４】
図１１は、ドーマント決定を処理示すフローチャートである。図８において説明したように、隣接基地局がドーマントを許可した場合、ドーマント初期化の処理をした基地局は、ユーザに「基地局ハンドオーバ応答信号」を送信した後、時間Ｔ３だけ待った後にハンドオーバ失敗の回数ｎを計算し、ｎ＜３であれば、「ユーザドーマントハンドオーバ応答信号」を受信したか否かを判定する。ｎ＜３であれば、「基地局ハンドオーバ応答信号」の送信失敗を意味し、ｎ＝ｎ＋１とし、ユーザドーマントハンドオーバプロセスを再開する。「ユーザドーマントハンドオーバ応答信号」を受信しなければ、ドーマント状態に入り、ｎ＜３でなければ、ドーマント処理は終了し、通常稼動状態に入る。
【００６５】
図１２はドーマント基地局のウェイクアップ処理を示す。隣接セルのトラフィックが増加し、かつ帯域幅リソースが十分でない場合は、サービス品質が低下している時に、ドーマント基地局において稼動している「ウェイクアップ信号受信手段」に通知することによって、ドーマント基地局を強制的に起動することができる。
【００６６】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例および同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
【００６７】
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
【００６８】
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
【００６９】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
【図１１】
2014150529.tif 000013
【図１Ａ】
2014150529.tif 000014
【図１Ｂ】
2014150529.tif 000015
【図２】
2014150529.tif 000016
【図３】
2014150529.tif 000017
【図４】
2014150529.tif 000018
【図５】
2014150529.tif 000019
【図６】
2014150529.tif 000020
【図７】
2014150529.tif 000021
【図８】
2014150529.tif 000022
【図９Ａ】
2014150529.tif 000023
【図９Ｂ】
2014150529.tif 000024
【図９Ｃ】
2014150529.tif 000025
【図９Ｄ】
2014150529.tif 000026
【図９Ｅ】
2014150529.tif 000027
【図９Ｆ】
2014150529.tif 000028
【図９Ｇ】
2014150529.tif 000029
【図１０】
2014150529.tif 000030
【図１２】
2014150529.tif 000031