JP5103139B2 - 干渉量測定方法および通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システムの無線基地局同士など、通信装置間で無線通信する無線ネットワークシステムにおける干渉量測定方法および通信装置に関する。

近年、移動通信システムにおいて、無線基地局（以下、単に基地局と称する）同士が無線ネットワークを構成し、無線ネットワークを介して基地局間通信を行うことが検討されている。例えば、IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）の標準規格「IEEE802.16e」に準拠の「Mobile WiMAX」と呼ばれる無線アクセス方式の基地局同士で無線ネットワークを構成することが検討されている。

「IEEE802.16e」では、図８に示されるフォーマットの無線フレームを用いて基地局と移動局の間の無線通信を行う。図８（ａ）は、基地局から移動局へ向かう方向の下りリンク（ダウンリンク：ＤＬ）のフレームフォーマットである。図８（ｂ）は、移動局から基地局へ向かう方向の上りリンク（アップリンク：ＵＬ）のフレームフォーマットである。図８（ａ）に示されるように、基地局は同期パターンを先頭に有するＤＬフレームを送信する。移動局はＤＬフレーム中の同期パターンを検出し、当該ＤＬフレーム中の以降のスロットのデータを受信する。また、移動局は、図９に示されるように、ＤＬフレームに引き続いてＵＬフレームを送信する。

従来、基地局間無線ネットワークシステムにおいては、保守者がスペクトラムアナライザーやパワーメータ等の測定器を用いて手動で基地局間の干渉量を測定する。その干渉量の測定結果は、基地局間の接続形態（ネットワークトポロジー）の検討に用いられている。
IEEE Std 802.16e-2005,"IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands and Corrigendum 1",§8.3.5 Frame structure

しかし、上述した従来の測定器を用いた干渉量測定方法では、測定に人手と時間がかかり、測定コストが大きいという問題がある。また、測定に時間がかかるため、測定時期と実際のネットワークトポロジーの変更時期とが大きく異なってしまった場合には、測定された干渉量がネットワークトポロジーの変更時点の干渉量と異なってしまい、所望の無線通信品質が得られなくなってしまう恐れがある。このため、基地局間無線ネットワークシステムにおいて、各基地局における干渉量を自動測定することができるようにしたいという要望がある。しかしながら、各基地局における干渉量を自動測定するためには、各基地局が一斉に干渉量測定動作を開始するとともに、送信局と受信局の切り替えも一斉に行う必要があり、この点が課題である。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、各基地局が一斉に干渉量測定動作を開始するとともに送信局と受信局の切り替えも一斉に行うことを可能とし、各基地局における干渉量を自動測定することのできる、干渉量測定方法および通信装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る通信装置は、複数の通信装置が無線接続される無線ネットワークシステムにおいて、通信装置間の時刻同期を取る時刻同期手段と、通信装置間同期の取れた時刻に基づいた所定の送信タイミングで下りリンクフレームを送信する下りリンクフレーム送信手段と、下りリンクフレームを受信する下りリンクフレーム受信手段と、下りリンクフレームの受信信号に基づいて通信装置間の干渉量を測定する測定手段と、通信装置間同期の取れた指定時刻に干渉量測定動作を開始し、下りリンクフレームを送信する通信装置の順番と送信タイミングが規定されている測定スケジュールに従って、下りリンクフレームを送信するか若しくは下りリンクフレームを受信するかを切り替える測定制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係る通信装置においては、干渉量測定データを収集する測定管理手段を設け、前記通信装置は、前記下りリンクフレームの受信タイミングに基づいて、上りリンクフレームを送信する上りリンクフレーム送信手段と、前記下りリンクフレーム送信タイミングに基づいて、上りリンクフレームを受信する上りリンクフレーム受信手段と、を有し、前記測定制御手段は、上りリンクフレームを送信する通信装置の順番と送信タイミングが規定されている測定データ伝達スケジュールに従って、上りリンクフレームを送信するか若しくは上りリンクフレームを受信するかを制御し、上りリンクフレームを用いて各通信装置の干渉量測定データを前記測定管理手段に伝達することを特徴とする。

本発明に係る通信装置においては、前記通信装置向けに前記測定スケジュールを発信する測定管理手段を備えたことを特徴とする。

本発明に係る干渉量測定方法は、複数の通信装置を含む無線通信システムにおける干渉量測定方法であり、１の通信装置を主通信装置、他の通信装置を従通信装置として、主通信装置が送信する所定の信号の強度を従通信装置がそれぞれ測定する測定ステップ、を前記複数の通信装置内で主通信装置を変更しながら所定回数繰り返すことを特徴とする。

本発明によれば、各基地局が一斉に干渉量測定動作を開始するとともに送信局と受信局の切り替えも一斉に行うことができる。これにより、各基地局における干渉量を自動測定することが可能になる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、「IEEE802.16e」をもとにしている。

図１は、本発明の一実施形態に係る基地局間無線ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。図１において、基地局間無線ネットワークシステムは、複数（図１の例では５台）の基地局１〜５から構成される。各基地局１〜５は、全ての基地局１〜５の無線エリアが重なっている場所に配置されている。従って、各基地局１〜５は、他の全ての基地局１〜５から送信された電波を受信することができる。なお、基地局１〜５は、同じ周波数帯を利用して基地局間無線通信を行う。

基地局１〜５のうち、基地局１は、無線ネットワークにける通信経路の根に相当する基地局である。基地局１からは、基地局２及び基地局４に係る通信経路と、基地局３及び基地局５に係る通信経路とがのびている。互いに隣り合う基地局は直接に通信する。隣り合っていない基地局間は、隣り合う基地局を介して通信する。基地局２は基地局１と直接に通信するが、基地局４は基地局２を介して基地局１と通信する。同様に、基地局３は基地局１と直接に通信するが、基地局５は基地局３を介して基地局１と通信する。

基地局１は、ネットワーク管理装置（Network Management Center：ＮＭＣ）６に接続されている。ＮＭＣ６は、基地局間無線ネットワークシステムの運用・保守を行うための装置である。ＮＭＣ６は、干渉量測定データを収集し記録する。

図２は、図１に示す基地局間無線ネットワークシステムにおける基地局１〜５の機能構造を示す図である。図２において、各基地局１〜５は、基地局（Base Station：ＢＳ）の機能を有するＢＳ部と、移動局（Mobile Subscriber Station：ＭＳＳ）の機能を有するＭＳＳ部とを備える。ＢＳ部は、他局のＭＳＳ部との間で無線通信する。ＢＳ部から他局のＭＳＳ部へは下りリンクを用いた無線通信を行う。ＭＳＳ部から他局のＢＳ部へは上りリンクを用いた無線通信を行う。

本実施形態において、下りリンクでは、図８（ａ）に示すフォーマットの下りリンク（ＤＬ）フレームを用いる。下りリンクフレームは、同期パターン、シグナリングスロット及び相手局向けのユーザデータ用スロットから成る。測定スケジュール及び測定開始時刻の指示、並びに、測定データの収集には、シグナリングスロットを使用して制御が行われる。上りリンクでは、図８（ｂ）に示すフォーマットの上りリンク（ＵＬ）フレームを用いる。そして、図９に示されるように時分割複信（Time Division Duplex：ＴＤＤ）方式であり、上りリンクと下りリンクにおいて同一の周波数を利用する。

図３は、図１に示す基地局間無線ネットワークシステムにおける基地局１〜５のハードウェア構成を示すブロック図である。図３において、基地局１〜５は、アンテナ１１と無線モジュール１２と通信モジュール１３とＧＰＳ（Global Positioning System）装置１４とＣＰＵ（中央演算処理装置）１５とメモリ１６と操作部１７と表示部１８とを備える。なお、上記基地局１〜５が本発明に係る通信装置に対応する。

無線モジュール１２は、アンテナ１１を介して無線信号を送受する。無線送信される信号はＣＰＵ１５から無線モジュール１２に入力される。無線受信された信号は無線モジュール１２からＣＰＵ１５へ出力される。また、無線モジュール１２は、無線受信した信号の受信信号強度（Received Signal Strength Indicator：ＲＳＳＩ）を測定する。ＲＳＳＩの測定においては、ＤＬフレームに含まれる既知の同期パターンを利用する。

通信モジュール１３は、コアネットワークに接続し通信するための有線による通信機能を有する。基地局１は、通信モジュール１３によりＮＭＣ６との間の通信を行う。
ＧＰＳ装置１４は、人工衛星からの送信電波を検出し、受信信号中の時刻情報を基に時刻を取得する。取得された時刻は、ＧＰＳ装置１４からＣＰＵ１５へ出力される。

ＣＰＵ１５は、メモリ１６に記憶されるプログラムを実行することにより、各種の情報処理機能（装置制御機能、ＢＳ機能、ＭＳＳ機能、測定制御機能など）を実現する。メモリ１６は、ＣＰＵ１５で実行されるプログラムおよび各種データを記憶する。ＣＰＵ１５はメモリ１６にアクセスし、データを読み書きすることができる。

操作部１７は、キーボード、テンキー、マウス等の入力デバイスから構成され、基地局運用者の操作に応じたデータ入力を行う。入力データは操作部１７からＣＰＵ１５へ出力される。表示部１８は、液晶表示装置等の表示デバイスから構成され、データ表示を行う。表示されるデータは、ＣＰＵ１５から表示部１８に入力される。

図４は、本実施形態に係る基地局間無線ネットワークシステムにおける干渉量測定システムを実現する基地局１〜５に係る機能ブロック図である。但し、図４には、図３に示すＣＰＵ１５がメモリ１６に記憶されているプログラムを実行して実現する機能を展開したブロック構成のうち、ＢＳ機能、ＭＳＳ機能及び測定制御機能に係る部分を示す。

図４において、基地局１〜５はＢＳ部３０とＭＳＳ部４０と測定制御部５１と干渉量計算部５２を有する。
ＢＳ部３０は、時刻同期部３１とＤＬフレーム送信部３２とＵＬフレーム受信部３３を有する。

時刻同期部３１は、ＧＰＳ装置１４から受け取った時刻に自基地局の時計の時刻を合わせる。これにより、基地局間の時刻同期を取る。
ＤＬフレーム送信部３２は、図８（ａ）に示すフォーマットのＤＬフレームを無線モジュール１２により送信する。ＤＬフレームを無線送信する送信タイミングは、時刻同期部３１により基地局間同期の取れた時刻に基づいた所定のタイミングである。このＤＬフレームの送信タイミングを規定する条件は、全基地局１〜５に共通に設定される。これにより、全基地局１〜５は、ＤＬフレームの送信タイミングを共有する。

ＵＬフレーム受信部３３は、図８（ｂ）に示すフォーマットのＵＬフレームを無線モジュール１２により受信する。ＵＬフレームの時間位置は、図９に示されるように、ＤＬフレームに引き続いた相対的な位置関係で規定されている。

ＭＳＳ部４０は、ＤＬフレーム受信部４１とＵＬフレーム送信部４２を有する。
ＤＬフレーム受信部４１は、無線モジュール１２で受信された信号から同期パターンを検出し、ＤＬフレームを受信する。
ＵＬフレーム送信部４２は、ＤＬフレームの受信タイミングから決定される送信タイミングで、ＵＬフレームを無線モジュール１２により送信する。ＵＬフレームの送信タイミングは、図９に示されるように、ＤＬフレームに引き続いた相対的な位置関係で規定されている。

測定制御部５１は、測定スケジュールに従って、基地局間における干渉量の測定を制御する。測定制御部５１は、測定スケジュール及び測定開始時刻の指示、並びに、測定データの収集には、シグナリングスロットを使用して制御を行う。
干渉量計算部５２は、無線モジュール１２で測定されたＲＳＳＩ値に基づいて干渉量を算出する。

次に、本実施形態に係る干渉量の測定動作を説明する。

まず、干渉量測定の準備段階として、各基地局１〜５は共通の測定スケジュールを保持する。測定スケジュールを各基地局１〜５に入力する方法としては、作業者が入力操作してもよく、若しくは、ＮＭＣ６が基地局１〜５向けに測定スケジュールを発信してもよい。ＮＭＣ６が基地局１〜５向けに発信した測定スケジュールは、図１において、まず基地局１に伝達され、その後、基地局１から基地局２，４及び基地局３，５へと伝達される。各基地局１〜５は、受け取った測定スケジュールをメモリ１６に保持する。

図５に測定スケジュールの例が示されている。図５に示されるように、測定スケジュールには、ＤＬフレームを送信する基地局の順番と送信タイミングが規定されている。図５の例では、基地局１、２、３、４、５の順番でＤＬフレームを送信することが規定されている。また、そのＤＬフレームの送信タイミングが規定されている。

次いで、測定段階では、測定開始の指定時刻になると、各基地局１〜５は干渉量測定動作を開始する。この干渉量測定動作の開始は、基地局間同期の取れた時刻によって各基地局１〜５で同期している。測定開始の指定時刻を各基地局１〜５に設定する方法は、測定スケジュールと同様に、作業者が入力操作してもよく、若しくは、ＮＭＣ６が基地局１〜５向けに測定開始の指定時刻を発信してもよい。以下、測定段階における干渉量測定動作について詳細に説明する。

各基地局１〜５において、測定開始の指定時刻になると、測定制御部５１は、干渉量測定動作を開始し、測定スケジュールに従って、自局がＤＬフレームを送信するか若しくはＤＬフレームを受信するかを切り替える。
測定制御部５１は、測定スケジュールにおいて、自局のＤＬフレーム送信タイミングには、ＤＬフレーム送信部３２に対してＤＬフレームの送信を指示する。この指示によってＤＬフレーム送信部３２はＤＬフレームの送信を行う。これにより、自局のＤＬフレーム送信タイミングには、無線モジュール１２により自局から電波が送信される。また、測定制御部５１は、測定スケジュールにおいて、自局のＤＬフレーム送信タイミングではない期間には、ＤＬフレーム送信部３２に対してＤＬフレームの送信停止を指示する。これにより、自局のＤＬフレーム送信タイミングではない期間には、自局からは電波が送信されない。図５の測定スケジュールでは、例えば基地局２は期間（３）で電波を送信し、それ以外の期間（１），（２）及び（４）〜（１４）には電波を送信しない。

一方、測定制御部５１は、測定スケジュールにおいて、他局のＤＬフレーム送信タイミングには、ＤＬフレーム受信部４１に対してＤＬフレームの受信を指示する。この指示によって、ＤＬフレーム受信部４１はＤＬフレームの受信を行う。また、ＤＬフレーム受信時のＲＳＳＩ値が無線モジュール１２によって測定される。図５の測定スケジュールでは、例えば基地局２は、期間（１）で基地局１からの電波を受信し、期間（５）で基地局３からの電波を受信し、期間（７）で基地局４からの電波を受信し、期間（９）で基地局５からの電波を受信する。

干渉量計算部５２は、無線モジュール１２で測定されたＲＳＳＩ値に基づいて干渉量を算出する。干渉量計算部５２は、測定スケジュールにおいて他局のＤＬフレーム送信タイミング毎に、無線モジュール１２からＲＳＳＩ値を受け取る。例えば基地局２は、期間（１）で基地局１からの電波のＲＳＳＩ値を受け取り、期間（５）で基地局３からの電波のＲＳＳＩ値を受け取り、期間（７）で基地局４からの電波のＲＳＳＩ値を受け取り、期間（９）で基地局５からの電波のＲＳＳＩ値を受け取る。干渉量計算部５２は、所望局からの電波（所望波）のＲＳＳＩ値と非所望局からの電波（干渉波）のＲＳＳＩ値とを用いて、干渉量を計算する。干渉量としては、例えば、搬送波対干渉波及び雑音電力比（Carrier to Interference and Noise power Ratio：ＣＮＩＲ）、搬送波電力対干渉波電力比（Carrier to Interference power Ratio：ＣＩＲ）などが利用できる。

上述した実施形態によれば、各基地局１〜５は、基地局間同期の取れた指定時刻に一斉に干渉量測定動作を開始すると共に、測定スケジュールに従って送信局と受信局の切り替えを一斉に行うことができる。これにより、基地局間無線ネットワークシステムにおいて、各基地局１〜５における干渉量を自動測定することが可能になる。

なお、本実施形態では、ＴＤＤ方式であり、上りリンクと下りリンクで同じ周波数を利用するので、下りリンクと上りリンクの干渉量は同じとみなすことができる。

次に、各基地局１〜５の干渉量測定データをＮＭＣ６に伝達する動作を説明する。
図６は、干渉量測定データの伝達スケジュールの例である。図６に示されるように、測定データ伝達スケジュールには、ＵＬフレームを送信する基地局の順番と送信タイミングが規定されている。図６の例では、基地局５、４、３、２の順番でＵＬフレームを送信することが規定されている。また、そのＵＬフレームの送信タイミングが規定されている。各基地局１〜５は、測定データ伝達スケジュールに従って、干渉量測定データをＵＬフレームに格納して送信する。

図６の例では、まず期間（８）において基地局５が自局の干渉量測定データをＵＬフレームにより基地局３へ送る。次いで、期間（１０）において基地局４が自局の干渉量測定データをＵＬフレームにより基地局２へ送る。次いで、期間（１２）において基地局３が自局の干渉量測定データと基地局５から受け取った干渉量測定データとをＵＬフレームにより基地局１へ送る。次いで、期間（１４）において基地局２が自局の干渉量測定データと基地局４から受け取った干渉量測定データとをＵＬフレームにより基地局１へ送る。これにより、基地局１は、各基地局２〜５の干渉量測定データを受け取る。基地局１は、自局の干渉量測定データと各基地局２〜５の干渉量測定データとをＮＭＣ６に送る。これにより、ＮＭＣ６は各基地局１〜５の干渉量測定データを受け取り記録する。

図７は、本発明の一実施形態に係る干渉量測定方法の手順を示すフローチャートである。
図７において、ステップＳ１では、無線通信システムを構成する通信装置の中から、１の通信装置を主通信装置、他の通信装置を従通信装置として設定する。図１の例では、基地局１〜５が、無線通信システムを構成する通信装置である。ステップＳ２では、主通信装置が送信する所定の信号の強度を、従通信装置がそれぞれ測定する。ステップＳ３では、測定対象の全ての通信装置が主通信装置になったかを判断する。この結果、測定対象の通信装置の中にまだ主通信装置になっていないものが残っている場合にはステップＳ１に戻り、主通信装置を変更して測定を行う。一方、測定対象の全ての通信装置が主通信装置になった場合には処理を終了する。

本実施形態によれば、以下に示すような効果が得られる。
（１）基地局間無線ネットワークシステムを構築する際に、ネットワークを構成する基地局同士が連携して自動的に干渉量を測定することができる。
（２）ネットワーク立ち上げ時点で、各基地局における実稼動状態での干渉量を測定することができ、実稼動状態での干渉量を考慮した無線回線設定を行うことが可能になる。
（３）基地局間無線ネットワークシステムの運用開始後であっても測定可能であるので、運用開始後に、実稼動状態での干渉量の状況に応じて無線回線設定を再設定することが可能になる。例えば、図１において、基地局３，５間の無線通信に悪影響を及ぼす干渉量が多くなった場合に、例えば基地局２，５間の無線リンクを新たに設けて干渉を回避するようにすることが可能になる。また、複数の周波数スロットでの干渉をモニターするように構成し、干渉量の変化に応じて周波数を変更することにより、干渉を回避するようにすることもできる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係る基地局間無線ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。 図１に示す基地局間無線ネットワークシステムにおける基地局１〜５の機能構造を示す図である。 図１に示す基地局間無線ネットワークシステムにおける基地局１〜５のハードウェア構成を示すブロック図である。 図１に示す基地局間無線ネットワークシステムにおける干渉量測定システムを実現する基地局１〜５に係る機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る測定スケジュールの例である。 本発明の一実施形態に係る測定データ伝達スケジュールの例である。 本発明の一実施形態に係る干渉量測定方法の手順を示すフローチャートである。 IEEE802.16eに係る無線フレームフォーマットを示す図である。 IEEE802.16eに係る無線フレームの送信順序を示す図である。

符号の説明

１〜５…基地局（通信装置）、６…ネットワーク管理装置（ＮＭＣ）、１１…アンテナ、１２…無線モジュール、１４…ＧＰＳ装置、１５…ＣＰＵ、１６…メモリ、３０…ＢＳ部、３１…時刻同期部、３２…ＤＬフレーム送信部、３３…ＵＬフレーム受信部、４０…ＭＳＳ部、４１…ＤＬフレーム受信部、４２…ＵＬフレーム送信部、５１…測定制御部、５２…干渉量計算部

Claims (4)

1. 複数の通信装置が無線接続される無線ネットワークシステムにおいて、
   前記通信装置は、
   通信装置間の時刻同期を取る時刻同期手段と、
   通信装置間同期の取れた時刻に基づいた所定の送信タイミングで下りリンクフレームを送信する下りリンクフレーム送信手段と、
   下りリンクフレームを受信する下りリンクフレーム受信手段と、
   下りリンクフレームの受信信号に基づいて通信装置間の干渉量を測定する測定手段と、
   前記複数の通信装置に共通に、下りリンクフレームを送信する通信装置の順番と送信タイミングが規定されている測定スケジュールを保持する保持手段と、
   通信装置間同期の取れた指定時刻に干渉量測定動作を開始し、前記保持手段により保持される測定スケジュールに従って、下りリンクフレームを送信するか若しくは下りリンクフレームを受信するかを切り替える測定制御手段と、
   を有することを特徴とする通信装置。
2. 干渉量測定データを収集する測定管理手段を設け、
   前記通信装置は、
   前記下りリンクフレームの受信タイミングに基づいて、上りリンクフレームを送信する上りリンクフレーム送信手段と、
   前記下りリンクフレーム送信タイミングに基づいて、上りリンクフレームを受信する上りリンクフレーム受信手段と、を有し、
   前記測定制御手段は、上りリンクフレームを送信する通信装置の順番と送信タイミングが規定されている測定データ伝達スケジュールに従って、上りリンクフレームを送信するか若しくは上りリンクフレームを受信するかを制御し、
   上りリンクフレームを用いて各通信装置の干渉量測定データを前記測定管理手段に伝達することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記通信装置向けに前記測定スケジュールを発信する測定管理手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の通信装置。
4. 複数の通信装置を含む無線通信システムにおける干渉量測定方法であり、
   前記複数の通信装置に共通に、所定の信号を送信する通信装置の順番と送信タイミングが規定されている測定スケジュールを各通信装置が保持し、当該測定スケジュールに従って、
   １の通信装置を主通信装置、他の通信装置を従通信装置として、主通信装置が送信する前記所定の信号の強度を従通信装置がそれぞれ測定する測定ステップ、を前記複数の通信装置内で主通信装置を変更しながら所定回数繰り返すことを特徴とする干渉量測定方法。

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