(57)【要約】【課題】移動通信システムにおいて、通信中に意図せず通信断する端末の割合を許容範囲内に収めながら接続する端末のスループットを向上させる。【解決手段】移動体通信システムの無線基地局は、日時と無線パラメータの対応関係を記憶する記憶装置と、記憶装置に記憶された日時に、無線パラメータを設定する制御装置と、制御装置により設定された無線パラメータに従って、他の無線基地局のセルとの間でセル間干渉を生じる、アンテナからの電波の発射を制御する装置とを有する。無線パラメータはアンテナのチルト角や送信電力である。【選択図】図５
2011018966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
日時と無線パラメータの対応関係を記憶する記憶装置と、
前記記憶装置に記憶された前記日時に、前記無線パラメータを設定する制御装置と、
前記制御装置により設定された前記無線パラメータに従って、他の無線基地局のセルとの間でセル間干渉を生じる、アンテナからの電波の発射を制御する装置とを含むことを特徴とする移動体通信システムの無線基地局。
【請求項２】
電波の発射を制御する前記装置は、前記アンテナのチルト角を変更するビーム形成装置であることを特徴とする請求項１記載の移動体通信システムの無線基地局。
【請求項３】
電波の発射を制御する前記装置は、前記アンテナの送信電力を変更する無線基地局制御装置であることを特徴とする請求項１記載の移動体通信システムの無線基地局。
【請求項４】
前記セル間干渉の度合いを時間別に取得する品質データ取得部を、さらに含むことを特徴とする請求項１記載の移動体通信システムの無線基地局。
【請求項５】
前記品質データ取得部は、端末接続数を取得することを特徴とする請求項４記載の移動体通信システムの無線基地局。
【請求項６】
前記品質データ取得部は、さらに通信断数を取得することを特徴とする請求項５記載の移動体通信システムの無線基地局。
【請求項７】
予め、日時と無線パラメータの対応関係を記憶し、
記憶された前記日時に、前記無線パラメータを設定し、
設定された前記無線パラメータに従って、他の無線基地局のセルとの間でセル間干渉を生じる、アンテナからの電波の発射を制御することを特徴とする移動体通信システムの無線基地局の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端末の無線信号受信品質によってデータ通信のスループットが決定される移動体データ通信システムにおける無線基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
同じ周波数の電波を繰り返し用いるセルラー方式の移動体通信システムはセル間の干渉が問題となる。第3世代までの移動体通信システムでは、距離減衰、シャドウイング、フェージング、セル間干渉などによる移動体端末（以下、端末）の受信品質劣化に対して、端末の受信品質(受信SIR：Signal to Interference Ratio)を基準に適応送信電力制御(Transmission Power Control)などにより、音声やデータのディジタル通信の誤り率を一定の範囲内に保っている。そのため、端末のデータレートはセル内のどこでもほぼ一定である。
【０００３】
3.5世代以降の移動体通信システム(1xEV-DO、HSDPA、LTEなど)では、データ通信に特化し、受信品質が良好な端末には、データレートの高い符号化方式を適用するなどして、セル内全体のスループットを向上させることに成功している。この3.5世代以降の移動体通信システムでは、 端末の受信品質を向上させることで、スループットを向上させることができるが、それにはセル間干渉を減少させる方法が有効である。しかし、セル境界付近や、最有力な受信パスに遮蔽が起こるエリアでは、端末が通信断なしにハンドオーバ可能なようにセル同士を重ね合わせることが必要になり、通常はセル間干渉は避けられない。
【０００４】
したがって、従来のエリア最適化としてのセル間干渉の調整は、スループットと通信の連続性がトレードオフするような固定的な無線パラメータ設定によって、行われている。
【０００５】
なお、特許文献1には、サービスエリアの大きさを調整する観点で、トラヒック量に応じてアンテナのチルト角を制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平9-154168
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
3.5世代以降の移動体通信システムのデータ通信では、端末の電波受信品質によってスループットが左右されるため、セル間干渉を減少させることで、スループットを向上させたいが、セル間干渉を減少させることは、移動中の端末が通信断し易くなるデメリットがある。
【０００８】
特許文献1に記載される技術は、移動中の端末の通信断を少なくするために、セル間干渉を適度に調整することが考慮されていない。
本発明の目的は、移動体端末を持つ加入者の行動様式に注目し、通信中に意図せず通信断する端末の割合を許容範囲内に収めながら接続する端末のスループットを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
開示される移動体通信システムの無線基地局は、日時と無線パラメータの対応関係を記憶する記憶装置と、記憶装置に記憶された日時に、無線パラメータを設定する制御装置と、制御装置により設定された無線パラメータに従って、他の無線基地局のセルとの間でセル間干渉を生じる、アンテナからの電波の発射を制御する装置とを含む。
【００１０】
無線基地局の望ましい他の態様の無線パラメータはアンテナのチルト角であり、さらに他の態様の無線パラメータはアンテナの送信電力である。
【発明の効果】
【００１１】
開示される無線基地局によれば、移動体通信システムは、呼切断の発生が少ない時間には、呼切断し易さを許容してスループットを向上させ、呼切断の発生が多い時間には、呼切断し難さを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】データレートとC/Iの関係を示す表である。
【図２】アンテナチルト角変更による自セルの影響範囲の変更について示す概念図である。
【図３】セル間の重なりが大きい場合について説明する図である。
【図４】セル間の重なりが小さい場合について説明する図である。
【図５】無線基地局の構成を示すブロック図である。
【図６】図5の無線基地局の構成における無線パラメータタイムテーブルの構成例を示す図である。
【図７】無線パラメータの制御方法のフローチャートである。
【図８】2つの無線基地局のセル間が干渉しているケースについて説明する図である。
【図９】2つの無線基地局の端末接続数の時間変化を例示したグラフである。
【図１０】2つの無線基地局の通信断率の時間変化を例示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、一例として、3.5世代の移動体通信システムである、CDMA2000 1xEV-DOを用いて説明するが、セル間干渉の度合いによって、Data Rateが大きく変化する移動体通信システムに適用することができる。
【００１４】
3.5世代の移動体通信方式であるCDMA2000 1xEV-DOでは、端末の受信信号品質に従って無線基地局は変調方式などを変更する。Data Rateは端末が報告してくる下り信号のC/I(下式)によって図1のように決定される。図1は、文献（P.Bender， P.Black， M.Grob， R.Padovani， N.Sindhushayana， and A.Viterbi， “CDMA/1xEV-DO:A Bandwidth-Efficient High-Speed Wireless Data Service for Nomadic Users”， IEEE Comm.Mag， July， 2000）に報告されている。
C/I = ΣS(k) / (No + ΣI(l) + ΣJ(m) + ΣK(n))
ここで、
・S(k): 自セルのパイロットのうち、復調できたマルチパス（直接波含む）におけるパイロット電力
・No: 熱雑音電力密度
・I(ｌ): 他セルのパイロットの受信電力密度（＝干渉波）
・J(m): 自セルのパイロットのうち、復調できなかったマルチパス成分（直接波含む）の電力密度
・K(n): 該帯域内における1xEV-DOシステム以外の信号による干渉波の電力密度
・k，l，m，n: マルチパスやセクタの数
他の無線基地局からの干渉波の影響がある場合、C/Iは約0dB以下となり、それによりData Rateは、921.6kbps以下となる。干渉波が更に1波ある場合、C/Iは更に約3dB劣化し、Data Rateは307.2kbps〜614.4kbps以下となる。干渉の影響が殆どない場合には、C/Iはほぼ自セルのパイロット電力と雑音電力の比で決定され、Data Rateは最大で2457.6kbpsが可能となる。
【００１５】
無線基地局のアレーアンテナから発射される電波は指向性を持つため、アレーアンテナを高い位置に設置し俯角を付けることにより、図2のようにこの無線基地局の電波の影響範囲を限定することが可能である。この俯角のことは一般にチルト角と呼ばれる。アレーアンテナは、電子的な方法により、チルト角を変更することが可能であり、チルト角を大きくし、自セルを絞り、隣接セルへの干渉の影響を小さくすることが可能で、その逆に、チルト角を小さくし、自セルを拡げ、隣接セルへの干渉の影響を大きくすることが可能である。
【００１６】
無線基地局から発射される電波は、その送信電力を制御可能である。送信電力を弱くすることで、自セルを絞り、隣接セルへの干渉の影響を小さくすることが可能である。その場合、隣接セル内のC/Iは向上するが、自セル内のC/Iは劣化するため、C/Iを向上させたいセル自体の送信電力を弱くすることはしない。
【００１７】
端末と無線基地局が通信可能となるためには、無線基地局と端末間でデータ通信が可能な経路(通信可能なパスと呼ぶ)が存在することが条件である。通信可能なパスは、直接波以外に反射や回折などによるものがあり、建物や地物など様々な遮蔽物によって電波は遮られるため、無線基地局と通信可能なパスが存在する地点と通信可能なパスが存在しない地点が存在する。無線基地局と通信可能なパスが存在しない地点では、端末は通信不能な状態になり、端末が通信中の状態でその地点に入れば通信断となる。このような地点を劣化ポイントと呼ぶ。ここで、図3のように無線基地局B01と無線基地局B02があり、同じエリア内に違った方向から電波を照射したとすると、無線基地局B01と通信可能なパスと、無線基地局B02と通信可能なパスの、両方とも存在しない地点は減少する。すなわち劣化ポイントは減少する。図3のように無線基地局B01と無線基地局B02のチルト角が小さく設定され、セル間の重なりが大きい場合、劣化ポイントは少なく、図4のように無線基地局B01と無線基地局B02のチルト角が大きく設定され、セル間の重なりが小さい場合、劣化ポイントは多くなる。セル間の境界では、両無線基地局と比較的距離があり十分な電界強度が得られるパスが少なくなるため、セル間の重なりによって、劣化ポイントの増大を防ぐ必要がある。また、局所的な劣化ポイントを許容した場合でも、通信サービスエリアの連続性の観点から、セル間の重なりは最低限度必要である。
【００１８】
静止している端末が、通信断することが少ない理由は、ただ端末が通信できる地点において静止して通信しているからに他ならない。逆に、移動している端末が、通信断することが多い理由は、端末が劣化ポイントを通ってしまう確率があるからに他ならない。したがって、静止している端末は、劣化ポイントが多くなったとしても、通信断の確率には殆ど変化がない。移動している端末は、劣化ポイントが多くなると、その影響を受け、通信断の確率が高くなる。これらにより、セル間の重なりが小さい場合には、劣化ポイントが多く、移動している端末は通信断が頻繁に発生する。セル間の重なりが大きい場合には、劣化ポイントが少なく、移動している端末は通信断し難くなる。セル間の重なりの大小に関らず、劣化ポイントにいない静止している端末は通信断することが少ない。
【００１９】
一般に、移動している端末は、外出者が多い昼間、特に朝夕の通勤通学時間帯に多く、逆に、外出者が少ない夜間には少ない。そのため、通勤通学時間帯では、チルト角を小さく設定し、セル間の重なりを拡大することによって、移動している端末の通信断を減少させ、それ以外の時間帯、もしくは特に外出者が少ない夜間に、チルト角を大きく設定し、セル間の重なりを縮小することによって、静止している端末のC/Iを良好にし、スループットを向上させることができる。
【００２０】
セル内全域の端末から無線基地局に報告されて来る下り信号のC/Iデータの集計から、スループットとセル間干渉の影響度合いを調べることができる。
【００２１】
セル内の端末接続数の割に通信断回数が少ない時間帯では、セル間の重なりが十分で、通信断回数の減少に貢献していることを示している。逆に、端末接続数の割に通信断回数が多い時間帯では、セル間の重なりが不十分であり、通信断回数の減少にそれほど貢献していないことを示している。
【００２２】
セル内の端末接続数の割に当該セルに関するハンドオーバ回数が多い時間帯では、セル間の重なりが十分で、通信断回数の減少に貢献していることを示している。逆に、端末接続数の割にハンドオーバ回数が少ない時間帯では、セル間の重なりが不十分で、通信断回数の減少にはそれほど貢献していないことを示している。
【００２３】
チルト角変更もしくは送信電力変更により、セル間の重なりの大きさを変更することができるが、その時間別の効果は、上記の下り信号のC/Iデータの集計、端末接続数、通信断回数、ハンドオーバ回数を時間別に取得することにより知ることができる。
【００２４】
移動者、外出者の多い時間帯では、セル間の重なりを小さくすることで、C/Iの改善が見られたとしても、通信断回数の多さ、ハンドオーバ回数の少なさが無視できないであろう。このような時間帯では、通信断回数を許容範囲内に収めるために、通信断回数を減少させ、ハンドオーバ回数を増大させるように、セル間の重なりを大きくする、すなわちチルト角を小さくするか、送信電力を増大させる制御が有効である。
【００２５】
移動者や外出者の少ない時間帯では、セル間の重なりを小さくすることで、C/Iの改善が見られ、通信断回数もそれほど多くならないであろう。このような時間帯では、通信断回数が許容範囲内に収まる範囲で、セル間の重なりを小さくする、すなわちチルト角を大きくするか、送信電力を減少させるような制御が有効である。
【００２６】
このような制御の実行結果から、通信断回数を許容範囲内に収めながら最良のスループットを得られるような時間別のチルト角や送信電力などの無線パラメータの設定パターンを決定する。この時間別の無線パラメータの設定パターンに基づいて、予め決定した日時に予め決定した無線パラメータ設定値になるように無線基地局を制御することにより、通信断してしまう端末の割合を許容範囲内に収めながら端末のスループットを最大限に向上させることができる。
【００２７】
以下に、より具体的な態様を説明する。図5は、無線基地局の構成を示すブロック図である。
【００２８】
無線基地局は無線基地局装置D01とアレーアンテナAA01とビーム形成装置E01と無線基地局制御装置F01を備える。無線基地局装置D01は、送受信データを変複調・増幅しRF信号を入出力する。無線基地局装置D01は、品質データ取得部G01にて端末の接続数、通信断数、ハンドオーバ数をモニタリングした結果と、端末からの受信データから得られる下り信号のC/Iの情報を蓄積する。ビーム形成装置E01は、アレーアンテナAA01に入力されたRF信号を、指向性を持つ電波として発射するための利得特性パターンを形成する。無線基地局制御装置F01は、記憶装置に無線パラメータタイムテーブルT01を有し、このタイムテーブルT01の内容に従って、無線基地局装置D01に対して送信電力制御信号を出力することでRF信号の送信電力を制御し、ビーム形成装置E01に対してチルト角度制御信号を出力することでアレーアンテナAA01から発射される電波のチルト角を制御する。
【００２９】
図6は、図5の無線基地局の構成における無線パラメータタイムテーブルT01の構成例を示す図である。
【００３０】
無線パラメータタイムテーブルT01は、例えば日時情報と送信電力とチルト角度、の情報から構成される。また、無線パラメータタイムテーブルT01は、日時情報順にソートされ、最後の行のスケジュール(日時情報)の次が最初の行のスケジュールになる循環テーブルを構成している。無線パラメータタイムテーブルT01の一行目は、月曜日6時50分00秒に送信電力を40dB、チルト角を2°になるように制御せよ、を意味し、無線基地局制御装置F01は、これに従って月曜日6時50分00秒に送信電力を40dBm、チルト角を2°になるように無線基地局装置D01とビーム形成装置E01を制御する。
【００３１】
図7は、無線基地局制御装置F01における、無線パラメータタイムテーブルT01に従った無線パラメータの制御方法のフローチャートである。無線パラメータタイムテーブルT01から、１行のスケジュールを読み込む(ステップ70)。読み込んだスケジュールの日時情報が示す指定時刻まで待ち(ステップ72)、指定時刻になったら、指定の送信電力を無線基地局装置D01に設定し、指定のチルト角をビーム形成装置E01に設定する(ステップ74)。以上の処理を繰り返す。
【００３２】
次に無線パラメータタイムテーブルT01の情報の決定例について、2つの無線基地局のセル間が干渉している図8のケースを用いて説明する。無線基地局B01は無線パラメータタイムテーブルT01を有し、無線基地局B02は無線パラメータタイムテーブルT02を有し、それぞれチルト角を時刻に応じて制御する。初期の段階では、無線パラメータタイムテーブルT01と無線パラメータタイムテーブルT02の内容は空で、初期の無線パラメータは、従来の方式に従って時間帯に関らずに下記条件を満たすように設定されているものとする。
B01局の1日当りの端末接続数x1 ≧ B01局の最低端末接続数X1
B02局の1日当りの端末接続数x2 ≧ B02局の最低端末接続数X2
B01局の通信断率l1 ≦ B01局の許容通信断率L1
B02局の通信断率l2 ≦ B02局の許容通信断率L2
(上記では、B01局：無線基地局B01、B02局：無線基地局B02)
ここで、
・通信断率: 通信断回数 / 端末接続数 (10分間)
・最低端末接続数: 運用目標として定めた1日に当該局に端末が接続する数
・許容通信断率： 運用目標として定めた通信断率の許容限度
無線パラメータとこれらの指標の関係は、以下のようになる。
（1A）チルト角を大きくする：
エリア縮小により、端末接続数は変わらないか、もしくは少なくなる。劣化ポイント増加により通信断率は変わらないか、もしくは大きくなる。
（1B）チルト角を小さくする：
エリア拡大により、端末接続数は変わらないか、もしくは多くなる。劣化ポイント減少により通信断率は変わらないか、もしくは小さくなる。
（2A）送信電力を弱くする：
エリア縮小により、端末接続数は変わらないか、もしくは少なくなる。劣化ポイント増加により通信断率は変わらないか、もしくは大きくなる。
（2B）送信電力を強くする：
エリア拡大により、端末接続数は変わらないか、もしくは多くなる。劣化ポイント減少により通信断率は変わらないか、もしくは小さくなる。
【００３３】
端末接続数と通信断率を時間別にモニタリングした結果の例を図9と図10に示す。図10の通信断率のグラフからは、無線基地局B01、無線基地局B02ともに、時間帯によっては通信断率が許容通信断率L1、L2を大きく下回るため、その時間帯にはチルト角を大きくし、セル間干渉を減少させることが可能である。
【００３４】
例えば、23時00分から23時10分の時間帯では、無線基地局B01、無線基地局B02は、ともに通信断率が許容通信断率L1、L2を大きく下回るため、チルト角を大きくする設定が可能である。従って、無線基地局B01と無線基地局B02のチルト角をそれぞれ1度大きくする設定を、無線パラメータタイムテーブルT01、T02上で翌日の同時間帯の設定とする。
【００３５】
翌日、23時00分の時点でチルト角が制御されるが、それによる端末接続数と通信断率とC/Iの変化を確認し、端末接続数と通信断率が許容範囲内であり、C/Iが向上しているかを確認する。端末接続数と通信断率が依然として許容範囲内であり、C/Iが向上している場合には、更にチルト角を1度大きくする設定を、無線パラメータタイムテーブルT01、T02上で翌々日の同時間帯の設定とする。逆に端末接続数と通信断率が許容範囲を超えた場合には、前日の設定に戻す。
【００３６】
このようにして、品質データ確認、無線パラメータタイムテーブル設定、無線パラメータ制御、のステップを繰り返すことにより、無線パラメータタイムテーブルは、時間帯別にスループットを向上させる無線パラメータの制御を可能にする。
【００３７】
ここでは、チルト角を変更する場合について述べたが、送信電力を変更する場合においても同様の制御が可能である。送信電力を変更する場合の違いは、自局の送信電力を弱くしたときに、隣接セル内のスループットが向上する反面、自セル内のスループットが劣化するため、全体としての効果を考慮する必要が有る点である。
【００３８】
本実施形態の無線基地局によれば、移動体通信システムは、呼切断の発生が少ない時間には、呼切断し易さを許容してスループットを向上させ、呼切断の発生が多い時間には、呼切断し難さを向上させることができる。
【符号の説明】
【００３９】
AA01：アレーアンテナ、B01：無線基地局1、B02：無線基地局2、D01：無線基地局装置、E01：ビーム形成装置、F01：無線基地局制御装置、G01：品質データ取得部、T01：無線パラメータタイムテーブル1、T02：無線パラメータタイムテーブル2。
【図１】
2011018966.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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