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Title:
BASE STATION DEVICE IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM, AND DIRECTIVITY CONTROLLING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/008306
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a base station device in a mobile communication system. This base station device comprises means for collecting measured data containing at least the quality information of a down signal, in each arrival direction from at least one user device, means for converting each measured data into an evaluation value in accordance with a predetermined evaluation function, means for deriving the updated quantity of a weight to determine the directivity, from the angle distribution of the plural evaluation values, and means for sending the down signal weighted by the updated weight, to the user device.

Inventors:
INOUE YUKI (JP)
CHO KEIZO (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/061994
Publication Date:
January 15, 2009
Filing Date:
July 02, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NTT DOCOMO INC (JP)
INOUE YUKI (JP)
CHO KEIZO (JP)
International Classes:
H04Q7/36
Foreign References:
JP2001007754A2001-01-12
JP2004297575A2004-10-21
JP2000511370A2000-08-29
JP2006080669A2006-03-23
JP2006135673A2006-05-25
JP2005109690A2005-04-21
Other References:
See also references of EP 2169977A4
Attorney, Agent or Firm:
ITOH, Tadahiko (Yebisu Garden Place Tower 20-3, Ebisu 4-Chome, Shibuya-K, Tokyo 32, JP)
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Claims:
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
Description:
移動通信システムにおける基地 装置及び指向性制御方法

 本発明は移動通信の技術分野に関し、特 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 には、送信電力やビーム方向などを適切に 定し、エリアに穴のない適切なエリア構成 実現するとともに、隣接セルからの電波干 等を抑え、各エリア内の通信品質を確保す 必要がある。建物がなく移動局が均一に分 する理想的な環境では、エリアは正六角形 近似され、その中心に基地局が設置される 合にエリア品質も最良になる。しかしなが 、実際の環境では建物等が存在することに えて、基地局の設置場所にも制限があり、 リア形状及び品質は必ずしも理想的なもの はならない。そのためエリア設計では、基 局周辺の伝搬特性調査を十分に行い、指向 を変化させたときの干渉状況を見積もりな 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 であり、オペレータの作業負担は決して軽 はない。

 このような問題を解決する方法として、 辺の基地局や移動局の分布の情報を収集す 機能を備えた移動通信システムが提案され おり、このシステムでは、収集された情報 用いて自動的にエリアを形成しようとして 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 は設置後にその基地局は、基地局周辺に存 する移動局から各移動局での受信レベルを 得し且つ接続している基地局の情報を取得 、周辺基地局から送信される総送信電力の 報も取得する。これらの情報をもとに当該 地局は、エリア形成に一般的に用いられる 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 て、基地局のアンテナ指向性を制御する方 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 存在する移動局からの受信レベルや自基地 及び隣接基地局のトラヒック状況などのサ ビスエリア情報を基に、基地局アンテナの 直面内指向性を制御する方法である。指向 制御は、基地局アンテナとして垂直方向に 子を直線状に配列した構成を用い、各素子 の信号の供給・遮断、および各素子へ給電 る信号の位相を変化させ、サービスエリア 報に基づいて基地局に給電する素子数およ 各素子へ給電する位相を調整する。これに 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 る場所等の制約から、基地局は不均一に設 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 うに各基地局のアンテナの垂直面内指向性 けを変化させたのでは、水平面内指向性が 指向性であることに起因して、密集した方 のエリアの重なりが大きくなってしまうか 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 )。

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

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

 本発明の一形態では、移動通信システム おける基地局装置が使用される。基地局装 は、下り信号の品質情報を少なくとも含む 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 めるウエイトの更新量を導出する手段と、 新後のウエイトで重み付けされた下り信号 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 境に即したセル設計の効率化を図ることが きる。

不均衡に設置された基地局及びエリア 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 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 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 図(その1)である。 指向性の更新量が導出される様子を示 図(その2)である。 本発明の一実施例による基地局の機能 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 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 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 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 ン結果を示す。 本発明の実施例によるシミュレーシ 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、 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 。複数の評価値fの角度分布から、指向性を めるウエイトの更新量が導出され、更新後 ウエイトで重み付けされた下り信号がユー 装置に送信される。指向性を決めるウエイ の更新量は、各ユーザ装置からの測定デー から導出された評価値の角度分布から求め れるので、基地局の実情に即したエリアを 現できる。

 所定の評価関数は、下り信号の受信レベ の高低に応じて増減してもよく、下り信号 受信レベルが所定の範囲内にあるとき(RE≦R i≦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 を到来方向毎に分類し、平滑化処理を行う とで導出されてもよい。あるデータの平滑 処理は、該データを含む所定の範囲内のデ タ群を重み付け平均化する局所的重み付け 滑化処理によりなされてもよい。平滑化を うことは、指向性パターンに急激な変化が じることをなるべく回避する観点から好ま い。到来方向は、ユーザ装置の位置情報か 導出されてもよいし、到来方向推定アルゴ 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 いて説明がなされるかもしれないが、特に りのない限り、それらの数値は単なる一例 過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよ 。

 <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 置は典型的には移動端末であるが、固定端 が含まれてもよい。基地局はセル内のユー 装置に対して様々な信号を送信するが、本 明では特に下りリファレンス信号(RS)が送信 れる。リファレンス信号はパイロット信号 呼んでもよく、送信側及び受信側で既知の 号パターンを有する信号である。ユーザ装 は下りリファレンス信号を受信し、受信レ ル、受信品質等を測定する。受信レベルは 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 号電力及び非希望信号電力(又は総電力)の 率で表現されるが、これも適切な如何なる 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 受信した各ユーザ装置が基地局に測定デー を報告する。測定データは、下りリファレ ス信号の受信レベルRi及び受信品質SIRiを含 (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 ザ装置から測定データをある期間にわたっ 収集してよい。測定データと共にユーザ装 の位置情報が基地局に報告されてもよい。 置情報はGPS受信機等で測定されたものでも いし、当該技術分野で既知の適切な如何な 位置測定法で特定されてもよい。測定デー は、基地局からユーザ装置への指示に基づ て行われてもよいし、所定のタイミングで われてもよいし、ユーザ装置で何らかのイ 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 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 れてもよいし、所定数の測定データが集ま まで蓄積が行われてもよい。1つのユーザ装 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 所で別の測定データを報告するかもしれな 。

 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 の方角、受信レベルRi、受信品質SIRi及び評 値fの一組でデータが管理されている。最右 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: Directio n 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 集されたか否かが判定される。一例として ータ数は数十乃至数千でもよく、適切な如 なる数が使用されてもよい。十分なデータ が収集されていなかったならば、フローは テップS2に戻り、収集されていたならばフ 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 と呼んでもよい)から以後の指向性を決定す 演算が行われるが、そのような演算に必要 測定データが速やかに得られない場合もあ 得る。そこで、ユーザ装置から報告される リア情報を格納するデータベースの数が指 性更新量の算出に十分な一定の数のデータ 溜まるまで繰り返すことで、自動形成され 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 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 にいた場合に観測されるよう想定される受 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 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。 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 えるにつれて単調に(図示の例では線形に) 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 ベルRiが更に増加する場合、SIRiがSIRE以上で かったならば、評価関数fは更に単調に(図 の例では線形に)減少し、受信レベルRiが(許 )最大受信レベルRmaxに達すると-0.5になり、 後受信レベルが増えても評価関数fは-0.5を 持し続ける。評価関数fの関数形は図示のも に限定されず、様々な関数形が使用されて よい。但し、評価関数fは、受信レベルRiの 低に応じて増減し、受信レベルRiが所定の 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 価値fに変換する。ある測定データから導出 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 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 かを示す。

 図5Aは評価値f、受信レベルRi及び受信品 SIRiの相互関係を示す。row1及びrow2に示され いるように、評価関数fは、受信レベルRiの 低に応じて極性を変えている。col1に示され 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 に増やされるべきことを示す。col2では逆に 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 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 、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 れている場合とで評価値fの取り扱いがどの 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 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 ラフは受信品質SIRiを表す。BS#1とBS#2の受信 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 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、-3 dBになることが想定されている。許容最小受 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 域は、左側の細い斜線部で示されている。 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 す。従って下り信号の送信電力はその方向 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 セル端に在圏しているユーザ装置からの測 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 なり、下り信号の送信電力はその方向に対 て強められるべきことが示される。セル近 に在圏しているーザ装置からの測定データ 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 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 fが平滑化される。図3で例示したようにデ タベースに蓄積された測定データ及び評価 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 れる。

 図7Aは多数の評価値を丸印で表現し、そ らが0度乃至360度の方向毎に分類されている 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 。平滑化を行う手法として、局所的重み付 平滑化手法が用いられてもよい。局所的重 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 局所的重み付けは、該データを含む所定の 囲内のデータ群を重み付け平均化すること なされる。局所的重み付けは当該技術分野 既知の適切な如何なる方法でなされてもよ 。LOWESS法を適用して平滑化された評価関数 計算した結果が、図7A中の曲線及び図7Bに示 れている。

 図2のステップS6では、この平滑化された 価関数値の縮尺が調整され、指向性を決め ウエイトの更新量が導出される。本実施例 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 応し、評価関数fの負の部分の積分値は送信 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 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 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 平滑化し、アンテナの指向性を決めるウエ トに相応しい値に変換する観点から好まし 。

 本ステップのように評価値のグラフを平 化することは、瞬時的なデータに急激な変 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 。また、そのような歪は指向性更新時のウ イトの収束の遅延をもたらすおそれもある で、平滑化はウエイト計算の高速化の観点 らも好ましい。

 ステップS7では、このようにして導出さ た更新量(現在のウエイトと更新後のウエイ 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 び位相)は、基地局のアンテナウエイト決定 で決定される。振幅および位相の決定はた えば最小二乗法などを適用することによっ 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 電力利得が大きく、0度から60度にかけて電 利得が小さくなるように)、指向性が調整さ る。図示の更新量は、ウエイトそのもので なく、従前のウエイトに対する差分を表し いる点に留意を要する。以後、フローはス ップS1に戻り、必要に応じて説明済みの手 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 94、指向性更新量計算部95及びアンテナウエ 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 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 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 データを抽出し、更に測定データから受信 ベルRi及び受信品質SIRiを取得する。測定デ タにユーザ装置の位置情報も含まれていた 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 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 って個々の測定データを個々の評価値fに変 する。

 指向性更新量計算部95は、多数の評価値f 角度分布グラフを平滑化し、指向性を決め 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 エイトを用意する。ウエイトの計算は、当 技術分野で既知の適切な如何なるアルゴリ ムが実行されてもよい。以後、更新後のウ 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 アは自律的に形成されるが、周辺基地局は 基地局と同じ構成を備えていてもよいし、 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 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 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 信を行うためのインターフェースである。 実施例では特に下りリンクでリファレンス 号を受信し、上りリンクで測定データを含 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 要素ではないが、これが備わっている場合 、ユーザ装置の位置を測定する。位置測定 、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 てもよい。

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

 図11は本シミュレーションで使用された 元を示す。本シミュレーションでは、700m×70 0mの地域(エリア)内に、上記実施例による指 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 様に分布しているものとした。実環境では ーザ装置数はもっと少なくても良いと思わ る。本シミュレーションにおける周波数は5G Hz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 (許容最低受信電力Rmin)は、それぞれ、7dBm( 期値)、-78dB、0dB、-82dBmであるとする。伝搬 デルとしては、基地局から端末方向へ自由 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 列半径0.3波長の円形配列アレーを仮定して る。基地局アンテナの指向性は、先ず全て 基地局の水平面内指向性が小さな無指向性 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 エリア状態を示す。この状態から、図2の手 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 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 は外側の基地局より小さなエリアを実現し 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 に近接し、無指向性のまま仮に送信電力を やすと一方の基地局は他方のエリアに互い 含まれてしまいそうである。しかしながら 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 率の観点からのシミュレーション結果を示 。シミュレーションでは、上記の対象エリ において、各基地局の指向性をすべて無指 性とした初期状態から、各基地局の電力の 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 されている。)とが、受信レベル場所率の観 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%í35%×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 のSIR場所率を基準に考えると、SIRが0dB以上 端末は、「指向性制御」にすることで13%(7%í 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 のである。即ち、ユーザ装置により測定さ ていない位置座標についても、基地局の総 信電力が所定の範囲内(許容値または許容値 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 ーチャートのステップS1からS3及びS5~S7は、 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 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 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。 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。 施例1との違いは、基地局の総送信電力Psが 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 装置が測定しない位置座標が存在したとす 。基地局から見てその位置座標と同一方向 あるユーザ装置の受信品質SIRiが一定の条件 満たしていれば、基地局の送信電力閾値Pth 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 することで、エリアの適正化を更に促すこ ができる。

 図5Bは評価値f、受信レベルRi及び受信品 SIRiの相互関係を図5Aと同様に示す。概して 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 し、指向性を強めてよい。基地局の総送信 力に余裕がなかった場合、f=0となり、現状 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 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P sとその閾値Pthとの比較を行う処理が追加さ 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 ン結果を示す。

 図11Bは本シミュレーションで使用された 元を示す。本シミュレーションでは、図11C 示すような、14m×25m×3mのフロア(エリア)内 、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 置に、本実施例による指向性制御機能を備 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 。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 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 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 -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 新された。また、ユーザ装置は最も受信レ ルが大きい基地局に対して測定データを報 するものとする。ユーザ装置からの到来波 向は最大電力のパスが到来する方向とし、 の方向は基地局側で理想的に推定できるも とした。

 図14Bは受信レベル場所率及び受信品質場 率の観点からのシミュレーション結果を図1 4Aと同様に示している。例えば、受信レベル 所率では、「電力制御」と「指向性制御」 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 閾値-78dBmのいずれの条件も、すべて(100%)の 末が満たしている。また、SIR場所率では、2 dB以上のSIRの端末は、「電力制御」でエリア 成した場合は47%であるのに対して、「指向 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%í47%×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 説明されてきたが、個々の例は単なる例示 過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、 替例、置換例等を理解するであろう。発明 理解を促すため具体的な数値例を用いて説 がなされたが、特に断りのない限り、それ の数値は単なる一例に過ぎず適切な如何な 値が使用されてもよい。説明の便宜上、本 明の実施例に係る装置は機能的なブロック を用いて説明されたが、そのような装置は ードウエアで、ソフトウエアで又はそれら 組み合わせで実現されてもよい。本発明は 記実施例に限定されず、本発明の精神から 脱することなく、様々な変形例、修正例、 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 特許出願第2007-178726号に基づく優先権を主 するものであり、その全内容を本国際出願 援用する。