JP2011061607A - 無線基地局 - Google Patents
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Abstract
【課題】同一セル内のセクタで負荷に偏りがある場合、セル全体としてのスループットが低下する可能性がある。各セクタのセクタ角を調整することによりセクタの負荷の偏りを緩和し、セルスループットの向上を図る。
【解決手段】無線基地局は、各セクタの使用量と接続ユーザ数を取得し、接続している無線端末の位置情報および使用量を取得し、セクタ間で使用量および接続ユーザ数に一定以上の偏りが発生した場合、セクタ角調整処理を行なう。その際、実際にセクタ角の調整をする前に、セクタ調整後の各セクタの負荷状態を取得した無線端末の位置情報および使用量などから算出し、セクタ角を調整するかどうか、また調整する場合はどの程度するかをあらかじめ判断してから実際にセクタ角の調整を行なう。
【選択図】図2
【解決手段】無線基地局は、各セクタの使用量と接続ユーザ数を取得し、接続している無線端末の位置情報および使用量を取得し、セクタ間で使用量および接続ユーザ数に一定以上の偏りが発生した場合、セクタ角調整処理を行なう。その際、実際にセクタ角の調整をする前に、セクタ調整後の各セクタの負荷状態を取得した無線端末の位置情報および使用量などから算出し、セクタ角を調整するかどうか、また調整する場合はどの程度するかをあらかじめ判断してから実際にセクタ角の調整を行なう。
【選択図】図2
Description
本発明は無線基地局に係り、特にセクタ角が調整可能なアンテナを有する無線基地局に関する。
無線基地局の新規設置は、周辺の無線基地局の電波干渉および設置時に見込められるユーザ数などが考慮され、場所が決定されるのが一般的である。しかし、無線端末は移動するため、時間や場所によってはセクタごとに接続しているユーザ数に偏りが生じることもある。このような場合、無線通信の品質が悪化し、セルスループットが低下する。
このような問題を回避するため、無線基地局におけるアンテナのセクタ角を負荷状況に応じて調整を行なう技術が特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された技術は、無線基地局において計測される下り総送信電力量に基づいてセクタ角の制御を行ない、セクタ内に存在する無線端末を隣接するセクタへとハンドオーバーさせる。この結果、各セクタ間で下り総送信電力量の偏りをなくし、セル全体の通信品質を向上させる。
無線端末がストリーミングデータなど大量のデータをダウンロードしている場合、無線基地局は、多くの下り送信電力を必要とする。このため、下り総送信電力量が多い場合でも接続ユーザ数は、少ない場合も考えられる。そのような場合、特許文献1で挙げられているような下り総送信電力量のみをもってセクタ角を調整したとしても、負荷が分散されるか否かは不明である。また、場合によっては移動先セクタの負荷が上昇する可能性がある。さらに、セクタ角の調整によっては、セクタ間で接続ユーザ数に偏りが発生することも考えられる。すなわち、接続ユーザが多数存在しているセクタで、後に下り総送信電力量が上昇する可能性もある。
また、特許文献1では、セクタ角を調整すれば無線端末がハンドオーバーし、負荷が分散することを前提としている。しかし、無線端末が、理想的な位置に存在しているはずはなく、中央付近に偏在する場合、セクタ角の調整による負荷分散が可能となるまでに複数回セクタ角を調整する必要がある。さらに、場合によっては、負荷が分散されない可能性がある。すなわち、無駄なセクタ角の調整を行なうことになる。
本発明は、この課題を解決するためになされたもので、セクタ間で負荷の偏りが発生した場合において、下り総送信電力量といった1つの指標のみでセクタ角調整の判断をするのではなく、接続ユーザ数等もう1つ別の指標と合わせて効果のあるセクタ角調整の判断を行なう。セクタ角を調整する前に、セクタ角調整後のセクタの負荷状態を予想しセクタ角調整の有無およびセクタ角度の大きさを算出することにより効率的なセクタ角の調整を可能とする。
上記課題は、複数のセクタから構成され、複数の無線端末と接続する無線基地局において、複数のセクタに対応し、セクタ角が調整可能な複数のアンテナと、複数の無線端末の位置情報を収集する位置情報収集部と、複数の無線端末の無線リソース使用量情報を収集する使用量情報収集部と、位置情報に基づいて、セクタごとの接続無線端末数とセクタごとに加算された無線リソース使用量とについて、セクタ間で偏りが減少するように、セクタ角調整情報を算出し、アンテナ制御部に送信するセクタ角演算部と、からなり、アンテナ制御部は、セクタ角調整情報に基づいて、隣り合う第1のアンテナと第2のアンテナとのセクタ角を調整する無線基地局により、解決できる。
本発明によれば、効率的なセクタ角調整処理が可能な無線基地局を提供できる。
以下本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
まず、図1を参照して、セクタ構成を説明する。図1において、無線端末50と通信を行なう無線基地局100は、3つのセクタを有する。ここでは3つのセクタを、12時方向から時計回りにα、β、γと呼ぶ。無線基地局100を中心とした円の円周は、電波の届く範囲を表している。また、円内に存在する複数の黒丸は、無線端末50を示している。図1において、円内の無線端末50は、当該端末50が位置するエリアをカバーするセクタで無線通信を行なえることを示している。
図2を参照して、無線基地局の構成を説明する。図2において、無線基地局100は、端末情報収集部110と、各セクタに対応した通信処理部120と、セクタ角演算部130と、各セクタに対応したアンテナ制御部140と、各セクタに対応したアンテナ150とを備える。
端末情報収集部110は、端末情報テーブル111と、計測データテーブル112と、閾値テーブル113と、予測データテーブル114とを記憶する。端末情報収集部110は、自無線基地局(以下、自局という)と無線通信を行なっている無線端末の位置情報および無線リソース使用量を収集し、端末情報テーブル111に記憶する。セクタ角演算部130は、端末情報テーブル111のデータに基づいて、セクタ毎の無線リソース使用量と、接続ユーザ数とを、計測データテーブル112に記録する。端末情報収集部110は、無線リソースと、接続ユーザ数との閾値を、閾値テーブル113に記録する。
通信処理部120は、セクタ毎に通信処理部120−α、通信処理部120−β、通信処理部120−γと記載する。アンテナ制御部140およびアンテナ150も、区別するときは同様に記載する。
各セクタの通信処理部120−α〜120−γは、セクタからの制御メッセージの送信処理、無線端末からの各種制御メッセージの受信処理を行なう。セクタ角演算部130は、セクタ角を変更した際の、セクタ毎の予測無線リソース使用量と、予測接続ユーザ数とを、端末情報収集部110の予測データテーブル114に記録する。セクタ角演算部130は、各セクタの負荷情報などにより、セクタ角を調整する必要があるかどうかを判断する。必要であると判断した場合、セクタ角演算部130は、予測データテーブル114に記憶されている情報に基づいて調整するセクタ角度を求め、アンテナ制御部140−α〜140−γのいずれか2つにその結果を通知する。アンテナ制御部140は、セクタ角演算部120より通知された値に基づいて、アンテナ150のセクタ角度の調整を行なう。具体的には、反射板等をモータドライブで移動して、セクタ角を変更する。
なお、端末情報収集部110およびセクタ角演算部130が必ずしも無線基地局100に存在する必要はなく、無線基地局を制御する基地局制御装置(図示せず)や他の専用装置に存在することも可能である。また、セクタ角の変更方法は、反射板の移動に限らず、他の指向性可変方法であってもよい。
図3を参照して、無線基地局が記憶している端末情報テーブルを説明する。図3において、端末情報テーブル111は、無線基地局100と通信を行なっている無線端末50のセクタ1110と位置情報1112と使用量1113とを管理するテーブルである。セクタ1110は、位置情報1112を受信する通信処理部120から判定する。位置情報1112は、経度、緯度であらわす。また、ここでの使用量1113は、使用メモリ量、トラヒック量、または送受信電力量である。使用量1113は、値が大きいほど負荷が高いことを示している。
図4と図5を参照して、計測データテーブルを説明する。まず、図4を参照して、図5で説明する計測データテーブル112Aの前提となる基地局100のセクタαないしセクタγの無線端末の配置を説明する。図4において、基地局100のセクタαには、無線端末が9台存在する。セクタβには、7台存在し、セクタγには、2台のみ存在する。
図5において、計測データテーブル112は、端末情報テーブル111と自局位置とに基づいて、セクタ角演算部130が演算する。セクタ角演算部130は、演算した計測データテーブル112を端末情報収集部110に記憶する。計測データテーブル112は、セクタ1121、無線リソース使用量1122、接続ユーザ数1123から構成され、セクタごとに在圏する無線端末の無線リソースの総和(無線リソース使用量1122)と、無線端末数(接続ユーザ数1123)である。
図6を参照して、閾値テーブルを説明する。図6において、閾値テーブル113は、無線リソースの上限閾値(Trmax)1131、無線リソースの下限閾値(Trmin)1132、接続ユーザ数の上限閾値(Tumax)1133、接続ユーザ数の下限閾値(Tumin)1134から構成される。閾値テーブル113は、端末情報収集部110に事前に設定されたテーブルである。また、上位装置から閾値テーブル113を更新してもよい。
ここで、無線リソースの上限閾値(Trmax)1131は、これを越えると該当セクタの無線リソースが過多に使用されていると判断する閾値である。無線リソースの下限閾値(Trmin)1132は、これ未満であると該当セクタの無線リソースの使用量が少ない判断する閾値である。接続ユーザ数の上限閾値(Tumax)1133は、これを越えると該当セクタの端末数が過多である判断する閾値である。接続ユーザ数の下限閾値(Tumin)1134は、これ未満であると該当セクタの端末数が少ない判断する閾値である。
図7を参照して、端末情報収集部が、端末情報テーブルに無線端末の位置情報および使用量を記憶する処理を説明する。図7Aにおいて、まず無線端末50は、受信したGPS信号を基に現在の位置情報(緯度、経度)を算出する。無線端末50は、無線基地局100にその位置情報を送信する。無線基地局100は、無線端末50より位置情報を受信する(S101)。位置情報収集部110は、各端末の位置情報(GPS位置、受信セクタ)を端末情報テーブル111に位置情報を記憶する(S102)。無線端末50が、位置情報(GPS位置)を無線基地局100に送信するタイミングは、所定の時間間隔毎に、あるいは無線基地局100から位置情報通知を促す要請メッセージを受信したときなど、運用状況に応じて様々な設定を選択することができる。無線基地局100は、端末情報テーブル111に記憶された無線端末毎の位置情報(GPS位置、受信セクタ)と自局の位置情報およびセクタ角の状態などにより、どの無線端末がセクタ内のどの位置に存在しているかを把握する。また、無線基地局100は、自局の位置情報を、GPS信号を基に算出する。なお、無線基地局100は、自局の位置情報を、あらかじめ自局に設定しておいてもよい。
図7Bにおいて、無線基地局100は、無線端末毎の使用量を収集する(S111)。端末情報収集部110は、無線情報テーブル111に収集した無線端末毎の使用量を記憶する(S112)。使用量を記憶するタイミングは、所定の時間間隔毎に、あるいはセクタ角を調整する必要があったときなど、様々な設定を選択することができる。
図8を参照して、セクタ角演算部のセクタ角の調整有無の判断処理および調整するセクタ角度を求める処理を説明する。図8において、セクタ角演算部130は、端末情報テーブル111を参照して、自局のセクタ毎に接続ユーザ数および無線リソース使用量を加算する(S201)。セクタ角演算部130は、無線リソース使用量が上限閾値を上回るセクタが存在し、かつ、下限閾値を下回るセクタが存在するかを判断する(S202)ステップ202で、条件に適合するセクタの組み合わせが1つ存在すると判断されたならば、セクタ角演算部130は、そのセクタの組み合わせを選択する。また、2つ以上存在したならば、セクタ角演算部130は、それらの組み合わせの中からセクタ間の無線リソース使用量の差が一番大きいセクタの組み合わせを選択する(S203)。なお、ステップ203において、無線リソース使用量の差が一番大きいセクタの組み合わせを選択しているが、条件に適合するセクタの組み合わせをランダムに1つを選択してもよい。
次に、セクタ角演算部130は、選択したセクタの組み合わせで、一方のセクタの接続ユーザ数が上限閾値を上回り、かつ、もう一方のセクタの接続ユーザ数が下限閾値を下回るかを判断する(S204)。ステップ204で条件に適合しないと判断した場合(NO)、セクタ角演算部130は、ステップ208に遷移する。ステップ204で条件に適合すると判断した場合(YES)、セクタ角演算部130は、選択したセクタの組み合わせで、無線リソース使用量の多いセクタが、接続ユーザ数も多いかを判断する(S205)。接続ユーザ数は多くないと判断した場合(NO)、セクタ角演算部130は、処理を終了し、次回の周期(S201〜)を待つ。
接続ユーザ数も多いと判断した場合(YES)、セクタ角演算部130は、端末情報テーブル111を参照し、選択した2つのセクタの境界より負荷の高いセクタ方向へ指定の角度以内の領域に存在する無線端末が1つ以上あるかを判断する(S208)。ここでいう指定の角度とは、あらかじめ定められている角度またはセクタ間の値(接続ユーザ数または無線リソース使用量)の差に応じた角度など様々な設定を選択することができる。
ステップ208で1つも無線端末が存在しないと判断した場合(NO)、セクタ角演算部130は、セクタ角調整処理を行なう必要はないので処理を終了し、次回の周期(S201〜)を待つ。ステップ208で1つ以上存在すると判断した場合(YES)、セクタ角演算部130は、無線端末を負荷の高いセクタから低いセクタへ移動させたと想定した場合、接続ユーザ数が一方のセクタでは、閾値Tumaxを上回り、もう一方のセクタでは閾値Tuminを下回っている状態になるか、または、無線リソース使用量が一方のセクタでは、閾値Trmaxを上回り、もう一方のセクタでは閾値Trminを下回る状態になるかを判断する(S209)。ともにならない場合、セクタ角演算部130は、負荷が分散できると判断できるため、指定した角度をアンテナ制御部に通知する処理を行なって(S210)、終了する。
ステップ209でどちらかの状態になる場合、セクタ角演算部130は、選択した2つのセクタ間で、接続ユーザ数または無線リソース使用量が、移動前後で値の大小関係の逆転が起きていないかを判断する(S211)。逆転が起きる場合(NO)、セクタ角演算部130は、指定する角度を一定量狭め(S212)、セクタ角演算部130は、狭めた結果角度が0度であるかを判断し(S213)、0度でなければ(NO)、ステップ208に遷移する。0度であれば(YES)、セクタ角演算部130は、処理を終了し、次回の周期(S201〜)を待つ。ステップ211で逆転が起きない場合、セクタ角演算部130は、セクタ角を調整することにより無線端末を移動させたとしても負荷の状態に変化がないため、セクタ角調整処理を行う必要はないので処理を終了し、次回の周期(S201〜)を待つ。
またステップ202で条件に適合するセクタの組み合わせが1つも存在しない場合、セクタ角演算部130は、接続ユーザ数が閾値Tumaxを上回るセクタと、閾値Tuminを下回るセクタの組み合わせが存在するかを判断する(S206)。1つ存在すると判断されたならば、セクタ角演算部130は、そのセクタの組み合わせを選択し、また、2つ以上存在すると判定されたならば、セクタ角演算部130は、それらの組み合わせの中からセクタ間の接続ユーザ数の差が一番大きいセクタの組み合わせを選択し(S207)、ステップ208に遷移する。1つも存在しないならば、処理を終了し、次回の周期(S201〜)を待つ。
ステップ207において、接続ユーザ数の差が一番大きいセクタの組み合わせを選択しているが、これに限定しているものではなく、条件に適合するセクタの組み合わせの1つを選択すればよい。
なお、本フローは、あらかじめ定められた周期で処理を行うことが可能であるため、セクタ角調整後にセクタの利用状況が変化しても再び調整することが可能である。
なお、本フローは、あらかじめ定められた周期で処理を行うことが可能であるため、セクタ角調整後にセクタの利用状況が変化しても再び調整することが可能である。
ここで、セクタ角を調整する場合と調整しない場合を説明する。まず、図4および図5に戻って、セクタ角を調整する場合から説明する。
図4は、ある時点におけるセクタの状態を示している。図5は、セクタ角演算部130で演算したその時点における各セクタの計測データテーブル112Aである。これらを基にセクタ角演算部130の具体的な動作を説明する。
図4は、ある時点におけるセクタの状態を示している。図5は、セクタ角演算部130で演算したその時点における各セクタの計測データテーブル112Aである。これらを基にセクタ角演算部130の具体的な動作を説明する。
図5の無線リソース使用量を参照すると、αおよびβで閾値Trmaxを上回り、またγで閾値Trminを下回っている。このとき、(α−γ)と(β−γ)の2つのセクタの組み合わせがステップ202の条件に適合する。この2つのセクタの組み合わせの中で、無線リソース使用量の差が大きい組み合わせは、(α−γ)である。続いて、接続ユーザ数が、αで閾値Tumaxを上回り、γセクタで閾値Tuminを下回っている。ここで、選択した2つのセクタの無線リソース使用量と接続ユーザ数の値の大小関係を見ると、無線リソース使用量の多いセクタはαであり、接続ユーザ数の多いセクタもαである。
次に、端末情報テーブル111と自局の位置情報およびセクタの状態により、αとγとのセクタ境界から負荷の高いα方向へ指定の角度以内の領域に存在する無線端末の抽出を行なう。
図9を参照して、無線端末の抽出を説明する。図9中の点線は、12時方向からの指定角度を示している。図9において、αとγとのセクタ境界から点線の範囲内に在圏する3台の無線端末が抽出されることが分かる。
これら抽出された無線端末をγへと移動させたと想定した場合、各セクタの負荷状態を算出すると、図10の予測データテーブル114Aとなる。図10において、予測データテーブル114Aは、セクタ1141と、予測無線リソース使用量1142と、予測接続ユーザ数1143とから構成される。予測データテーブル114は、セクタ角演算部130が作成する。セクタ角演算部130は、予測データテーブル114を端末情報収集部110に記憶する。
図10において、セクタαとセクタγの予測無線リソース使用量を参照すると、2つのセクタとも閾値Trmaxを上回っておらず、また、閾値Trminも下回っていない、つまり閾値Trminから閾値Trmaxの範囲内である。また、接続ユーザ数に関しても同様に、閾値Tuminから閾値Tumaxの範囲内であるため、指定した角度をアンテナ制御部140へ通知する処理を行なう。
図11は、アンテナ制御部140が通知された情報を基にセクタ角を調整した後のセクタ状態を示している。なお、セクタ角を調整した後の、計測データテーブル112は、図10の予測データテーブル114Aと同様となる。
次に、セクタ角を調整しない場合について、図12ないし図15を参照して、説明する。
図12は、ある時点におけるセクタの状態を示している。図13は、セクタ角演算部で計測したその時点における各セクタの計測データテーブルである。これらを基にセクタ角演算部の動作を説明する。図12において、セクタαとセクタγとのセクタ境界から点線の範囲内に在圏する5つの無線端末が抽出されることが分かる。
図12は、ある時点におけるセクタの状態を示している。図13は、セクタ角演算部で計測したその時点における各セクタの計測データテーブルである。これらを基にセクタ角演算部の動作を説明する。図12において、セクタαとセクタγとのセクタ境界から点線の範囲内に在圏する5つの無線端末が抽出されることが分かる。
これら抽出された無線端末をγへと移動させたと想定した場合、各セクタの負荷状態を算出すると、図14の予測データテーブルBとなる。ここで、セクタαとセクタγの予測無線リソース使用量を参照すると、セクタαで閾値Trminを下回り、セクタγで閾値Trmaxを上回っている図8のステップ209の条件に適合することが分かる。また、無線端末移動前の負荷情報である計測データテーブル112Bでは、無線リソース使用量は、αが多く、γが少ない。一方、移動後の予測負荷情報である予測データテーブル114Bではαが少なく、γが多くなっている。
この場合、移動させる無線端末が多いと解釈するため、指定する角度をαとγとの境界側へ一定の角度狭め、その狭めた角度以内の領域に存在する無線端末の抽出を行なう。
図15を参照して、抽出された無線端末をγへと移動させたと想定した場合、各セクタの負荷状態を算出すると、図14の予測データテーブル114Bと同一となる。この場合、再びセクタ角を狭める処理を行うが、指定する角度が0度となった場合は、アンテナ制御部140に情報を通知せず処理を終了する。このときアンテナ制御部140では情報が通知されてこないためセクタ角の調整は行なわない。
なお、上述した実施例では、無線基地局100の有するセクタ数を3として説明しているが、それ以外(4以上)のセクタ構成を持つ無線基地局でも適用可能である。その場合、比較を行う2つのセクタが隣接しているかを判断する処理を適用する。また、上述した実施例では、セクタ角を変えて、変更部分の無線端末を抽出したが、逆に、無線端末の配置から、無線端末数に基づいて、セクタ角を得てもよい。
本実施例に依れば、無線端末の位置情報や使用量を把握してセクタ角調整前に調整後の負荷状態を想定しセクタ角を調整するため、無駄にセクタ角を調整する必要はなく効率的なセクタ角調整処理が可能となる。また、下り総送信電力量など1つの指標のみで負荷を判断しセクタ角を調整するのではなく、接続ユーザ数などのもう1つ別の指標も用いることにより、下り送信電力量で偏りがなく接続ユーザ数で偏りがあった場合などに対応が可能となる。これは、接続ユーザ数が多数存在しているセクタでは、現段階では下り送信電力量で偏りがなかったとしても、今後、上昇する恐れがあるため、事前に接続ユーザ数に関しても分散して負荷の上昇を防ぐ狙いがある。
50…無線端末、100…無線基地局、110…端末情報収集部、111…端末情報テーブル、112…計測データテーブル、113…閾値テーブル、114…予測データテーブル、120…通信処理部、130…セクタ角演算部、140…アンテナ制御部、150…アンテナ。
Claims (3)
- 複数のセクタから構成され、複数の無線端末と接続する無線基地局において、
複数の前記セクタに対応し、セクタ角が調整可能な複数のアンテナと、
複数の前記無線端末の位置情報を収集する位置情報収集部と、
複数の前記無線端末の無線リソース使用量情報を収集する使用量情報収集部と、
前記位置情報に基づいて、前記セクタごとの接続無線端末数と前記セクタごとに加算された無線リソース使用量とについて、セクタ間で偏りが減少するように、セクタ角調整情報を算出し、アンテナ制御部に送信するセクタ角演算部と、
からなり、
前記アンテナ制御部は、前記セクタ角調整情報に基づいて、隣り合う第1のアンテナと第2のアンテナとのセクタ角を調整することを特徴とする無線基地局。 - 請求項1に記載の無線基地局であって、
前記セクタ角演算部は、前記位置情報と自位置情報に基づいて、複数の前記無線端末の複数の前記セクタ内の配置を演算し、セクタ角変更に伴なうセクタ間を移動する無線端末数と加算された無線リソース使用量とを予測して、前期セクタ角調整情報を生成することを特徴とする無線基地局。 - 請求項1または請求項2に記載の無線基地局であって、
前記無線リソース使用量は、使用メモリ量、トラヒック量、または送受信電力量から、選択されることを特徴とする無線基地局。
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KR101620956B1 (ko) * | 2015-01-28 | 2016-05-16 | 고려대학교 산학협력단 | 멀티캐스트 전송 스케줄링 방법 |
JP2017130745A (ja) * | 2016-01-19 | 2017-07-27 | パナソニック株式会社 | 無線通信装置、制御装置、および制御方法 |
CN110139219A (zh) * | 2018-03-28 | 2019-08-16 | 杨铭域 | 智慧5g网络*** |
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