JP5290109B2 - 保守監視システム - Google Patents
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Description
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式に代表される直交周波数分割多重方式の無線通信システムにおけるエリア構成技術に関連し、従来の基地局装置の設置方法、運用方法について説明する。
このため無線基地局装置を設置する場合には、設置する場所特有の環境条件を測定し、他基地局に対する干渉の問題などが発生しないような基地局配置設計によるゾーン構成が必要となる。
従来、これらの設定は設置する基地局単位、もしくは、基地局が複数セクタにてサービスエリア構成される場合にはセクタ単位で設定される基地局情報であり、サービスエリア構成時にその環境に適したパラメータリストを作成し、基地局毎への割り当てを行うものである。
ここでゲートウェイ装置とは無線基地局装置の上位装置であり、無線基地局からのユーザトラフィックの集約したアクセスネットワークと、コアネットワークと接続されるサービスネットワークとの接続ポイントとなる装置である。
無線通信システムにおける移動局、基地局間の通信においては、例えば、移動局からのネットワークへのアクセス要求が発生した場合には、基地局から周期的に送信する報知情報を移動局が受信し、基本的な基地局及びネットワーク情報を取得する。移動局はアクセスに必要な帯域を確保するため、帯域要求信号を基地局装置に送信し、移動局のタイミング、送信電力等、必要なパラメータ調整を行った後、接続の確立のためのメッセージの送受信が行われる。
つまり、下りで送信される信号レベル、報知情報において移動局がどの基地局装置に対してアクセスするか選択されるため、固定的な基地局情報の設定を行った場合には、運用開始時点で構築しようとするエリアにあわせたパラメータ選択が必要となる。
複数の移動局との通信を行う無線基地局装置における初期パラメータ設定方法について図7を参照しながら説明する。図7は、エリア(ゾーン)構成例を示す図である。
近年、端末装置の利用者に伴い一基地局あたりのセルサイズを小さくする方法、いわゆるマイクロセル方式(図7)にて対応している。この背景としては、公衆向け無線アクセスシステムとしては、エリアカバー率が重要視され、つまり端末局のユーザが使用できない不感地帯を極力なくす必要がある。
このような背景から、更なるセルの小規模化による綿密なエリア構築が行われており、この場合、相対的には地形や建物などの構造物の影響や周辺セルの外部干渉の影響を受けやすくなるという特徴を持つ。
以上の観点より、特に小規模の基地局によるゾーン構成時には周辺環境に合わせた適切な基地局構成、設定パラメータ選定が重要となる。
尚、関連する先行技術として、特開2003−018073号公報「移動通信システムにおける移動基地局の運用制御方法及び移動基地局」(出願人:株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ)[特許文献1]がある。
特許文献1には、無線基地局を監視し、位置情報などに応じてパラメータ設定を行う構成が示されている。
さらに、基地局制御装置やプラグアンドプレイサーバ等の専用サーバの設置をする場合においては、基地局装置と専用サーバ間の管理・制御用のメッセージを伝達する新たな手順を設け、各構成装置において対応する必要があるという課題がある。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る保守監視システムは、設置場所の周辺基地局情報を上位装置であるネットワーク監視装置から取得し、基地局の既設エリアに新たに基地局を追加する場合に、再度エリア設計することなく最適な周波数配置、エリア構築を可能とするものである。
さらに、基地局が移動する可能性のあるシステムにおいては、基地局の位置情報を共有することにより、基地局が周期的に局データ更新を行う機能を有するものである。
但し、実施の形態として、OFDM方式の無線通信システムについて記載するが、本システムに限定するものではなく、無線基地局装置を有する移動体通信システムにおいて適用されてもよい。
本発明の実施の形態に係る保守監視システムについて図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る保守監視システムの構成図である。
本発明の実施の形態に係る保守監視システム(本システム)は、図1に示すように、ネットワーク(#1)303とネットワーク(#2)307とがルータ306を介してゲートウェイ(GW)302で接続され、ネットワーク(#2)307には基地局301が有線接続し、基地局301には移動局300が無線接続し、ネットワーク(#1)303にはCSN304と、保守監視ネットワーク308と、他ネットワーク309が接続され、保守監視ネットワーク308には保守監視サーバ305が接続されている。
本システムの各部について具体的に説明する。
[移動局300]
移動局300は、ユーザがデータ通信等に使用し、無線基地局装置(基地局)301との通信を行う無線端末装置である。
[基地局301]
基地局301は、無線アクセスシステムのサービスエリアを構築し、エリア内に位置する無線端末装置(移動局300)との通信と行い、有線回線を用いてネットワーク(#2)307、ルータ306を介してゲートウェイ(GW)302に接続される無線基地局である。
ゲートウェイ(GW:Gate Way)302は、複数の基地局301と接続され、それらを集中管理し、ネットワークからのユーザデータの基地局301への配信等を行うゲートウェイ装置である。
[ネットワーク(#1)303]
ネットワーク(#1)303は、各種通信アプリケーションサービスを提供する事業者と無線アクセス網とを接続するネットワークであり、ルータ306を介してゲートウェイ302に接続される。
CSN(Connectivity Service Network)304は、ユーザの認証装置、端末の移動管理等を行うホームエージェント、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)サーバなどから構成されるユーザのIP(Internet Protocol)接続を提供するネットワークである。
保守監視サーバ305は、基地局301やゲートウェイ302に対する管理機能、統計データ収集機能、運用監視機能を有するサーバである。これら各機能については後述する。
保守監視サーバ305は、保守監視ネットワーク308に接続し、論理的には、ゲートウェイ302と基地局301に接続される。
ネットワーク(#2)307は、基地局301とゲートウェイ302との間の有線ネットワークであり、ルータ306を介してゲートウェイ302に接続される。
[他ネットワーク309]
他ネットワーク309は、本システムで提供するネットワークに接続される他のサービスを適用するネットワークである。
次ぎに、本システムの基地局301の構成について図2を参照しながら説明する。図2は、基地局の構成図である。
基地局(無線基地局装置)301は、図2に示すように、GPS受信機11と、送受信部(TX/RX部)12と、無線部(RF部)13と、変復調部(IFFT/FFT部)14と、誤り訂正符号・復号部(FEC部)15と、メディア・アクセス制御部(MAC部)16と、有線伝送路インタフェース部17とを基本的に備えている。
尚、IFFT/FFT部14及びFEC部15がベースバンド処理部を構成している。
基地局301の各部について具体的に説明する。
[GPS受信機11]
GPS受信機11は、TDD方式において、無線システム内の基地局301がタイミング同期している必要があるために具備する。
GPS受信機11は、衛星からのGPS信号を受信することにより、1PPS、10MHz基準信号として、基地局301の無線フレームタイミングを同期させる。
また、GPS受信機11は、その受信信号より位置情報である座標データの提供を受けることが可能である。
送受信部(TX[Transmitter]/RX[Receiver]部)12は、アンテナからの無線信号を受信し、RF部13に出力すると共に、RF部13からの信号をアンテナから送信する。
[無線部13]
無線部(RF[Radio Frequency]部)13は、ローカル発振器を備え、当該ローカル発振器からのローカル発振出力により周波数変換を行う。本システムではTDD方式を前提としているため、上り/下りの無線周波数帯の信号は時間分割で多重される。
変復調部(IFFT/FFT部)14は、OFDM信号の変復調を行う。
変復調部14における変調部(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)は、FEC部15からの送信信号を逆高速フーリェ変換処理することでOFDM信号の変調を行い、RF部13に出力する。
また、変復調部14における復調部(FFT:Fast Fourier Transform)は、RF部13からの受信信号を高速フーリェ変換処理することでOFDM信号の復調を行い、FEC部15に出力する。
誤り訂正符号・復号部(FEC[Forward Error Correction]部)15は、誤り訂正符号化、復号化を行う。
具体的には、FEC部15は、変復調部14からの復調された受信信号について誤り訂正復号化を行い、MAC部16に出力する。
また、FEC部15は、MAC部16から出力された送信信号について誤り訂正符号化を行い、変復調部14に出力する。
メディア・アクセス制御部(MAC[Media Access Control]部)16は、移動局300と基地局301のコネクション制御、およびU−planeデータのスケジューリング、データパケットの分離・連接等の処理を行う。
また、MAC部16は、移動局300の移動に伴う基地局間のハンドオーバ制御や、待ち受け状態の制御の移動制御も行う。
有線伝送路インタフェース部17は、ユーザデータ、および制御メッセージの組み立て分解等のフォーマット変換を行い、有線伝送路を介して基地局301の上位装置であるゲートウェイ302に送出される。
ここで、有線伝送路にIP伝送路が適用される場合には、BGW(Broadband Gate Way router)を介してIP公衆網に接続されるため、有線伝送路インタフェース部17ではEthernet(登録商標)およびIPの終端を行う機能を有する。
次に、保守監視システムについて図3を参照しながら説明する。図3は、保守監視システムの概略図である。
保守監視システムは、図3に示すように、保守監視サーバ305と保守監視ネットワーク308とを有している。
また、基地局装置の位置情報の照合を行うために、保守監視サーバ305は、地図情報データベースにアクセス可能とする。つまり、地図情報データベースを保守監視サーバ305内に設けてもよいし、保守監視ネットワーク308を介して接続するようにしてもよい。
尚、記憶部22に記憶される機能処理プログラムが制御部21で動作して、後述する各種機能及び各種手段を実現している。
無線基地局のセル又は各セクタに割り当てられたサブキャリア設定情報は、後述する第1の類型で用いられるものであり、無線基地局における全サブキャリアを用いる時間軸方向のデータシンボル数の設定情報は、後述する第2の類型で用いられるものである。
管理機能としては、ネットワークシステムの構成要素である基地局装置、ルータ、ゲートウェイ装置のそれぞれの管理を行い、各装置やネットワーク回線に障害が発生した場合のログデータの保存管理や各装置に実装されるソフトウェアのバージョン情報の管理、運用に適用されているシステムパラメータの管理等を行う。
統計データ収集機能としては、主に無線アクセスシステムの運用情報として必要となる無線回線の品質情報や端末の呼接続回数、ユーザデータのスループットなどのトラフィック情報、および各装置のCPU(Central Processing Unit)使用率などの負荷情報について、データ収集周期の設定、データ出力形式の設定などを行うことにより運用管理者がデータ収集可能とする機能がある。
また、運用監視機能としては、無線基地局装置、及びゲートウェイを常時監視し、障害発生時のアラーム情報の監視による死活監視や正常に運用できているかどうかの試験機能、診断機能などがある。
次に、保守監視サーバ305における機能処理プログラムの動作によって実現される各手段について説明する。
実現される手段としては、第1〜3の類型を実現している。
保守監視サーバにおいて実現される第1の類型では、受信手段と、初期パラメータ算出手段と、配信手段とを備えている。
受信手段は、新規に設置された無線基地局から設置場所の位置情報を受信する。具体的には、受信手段は、保守管理サーバ305の制御部21とインタフェース部24により実現され、インタフェース部24を介して入力された無線基地局の位置情報を制御部21が受け付ける。
配信手段は、制御部21とインタフェース部24により実現されるもので、初期設定パラメータ算出手段で選択された初期設定パラメータを当該新規に設置された無線基地局に配信する。
第2の類型の手段は、受信手段と配信手段は、第1の類型と同様である。但し、第2の類型の初期設定パラメータ算出手段における算出処理が第1の類型と若干異なっている。
第2の類型の初期設定パラメータ算出手段は、第1の類型の初期設定パラメータ算出手段と同様の処理を行うが、干渉回避可能なサブキャリアの選択を行うにあたり、管理DB23に記憶された無線基地局における全サブキャリアを用いる時間軸方向のデータシンボル数の設定情報を用いるものである。詳細は後述する。
第3の類型における各手段は、取得手段と、移動速度算出手段と、設定パラメータ算出・更新手段と、更新周期制御手段とを備えている。
取得手段は、制御部21とインタフェース部24によって実現されるもので、監視する各無線基地局の位置情報(GPSの座標データ)を定期的に取得する。
移動速度算出手段は、制御部21によって実現されるもので、取得した位置情報に基づいて当該無線基地局の移動速度を算出する。
干渉回避可能なサブキャリアの選択を行う方法は、第1,2の類型における方法を用いるものとする。
更新周期制御手段は、制御部21で実現されるもので、設定パラメータ算出・更新手段で算出・更新された設定パラメータを更新する周期を、無線基地局の移動速度に応じて移動速度が速ければ短く、遅ければ長くするよう制御する。
次に、本無線通信システムにおける基地局装置設置時の処理について図4を参照しながら説明する。図4は、基地局エリア構成を示す図である。
まず、基地局装置のサービスエリア構成は、図4に示すように、OFDMでの基地局装置では、基地局装置を中心に1つのサービスエリアを構成する場合、隣接する周辺基地局からの同一周波数による干渉の影響を回避するために、FFR(Fractional Frequency Reuse)機能が適用される場合がある。
図5は、TDD OFDM方式のフレーム構成例を示す図である。
そして、保守監視システムからの無線基地局装置の設定情報として、周辺基地局装置の使用しているサブキャリアと異なるサブキャリア(干渉回避のサブキャリア)を初期設定時に取得し、運用を開始することにより干渉の問題を回避し、かつ新たに設置する無線基地局装置の設置する実際の環境を測定、調査することなく自動的に設置することが可能となる。
次に、新規基地局装置を設置する場合の、運用パラメータの自動的な設定の手順について図6を参照しながら説明する。図6は、運用パラメータ設定手順を示す概略図である。
まず、保守監視システムにおいては、既設の無線基地局装置の位置情報に関するデータベース(管理DB23)を構築し、常時その位置情報を管理する。
また、各基地局装置の運用に使用している周波数設定情報、送信出力電力などの運用パラメータを同じくデータベース(管理DB23)として管理する。
時間軸方向のデータマッピングは、FFR適用時において、セクタのスループットが最大となるような配置にすることが必要である。そのためには、他セクタとの干渉による通信データ品質の劣化が無い全サブキャリアを使用するデータバーストが最大となる時間軸方向のデータシンボル数を適切に選択する必要がある。
尚、数段階のシンボルマッピングの設定の選択基準は、例えば、ユーザに割り当てるチャネルのデータレートを優先する設定、チャネルの品質を優先する設定など、初期状態の選択はシステム運用事業者のサービス設定に依存する。
尚、上位ネットワーク装置とは、保守監視システム、及びゲートウェイ装置であり、ここでは、空きサブチャネル情報の判断は保守監視システム、伝達はゲートウェイで実施する。
その後、保守監視システムは、抽出された基地局装置の位置情報を地図情報データベースで照合を行い、干渉の発生する基地局装置を決定する。
また、本実施の形態のもうひとつの特徴である運用パラメータ更新機能について説明する。
無線基地局を中心としたサービスエリアの構築形態として、基地局装置自体が運用開始後に移動するケースが想定される。これは、無線基地局の小型化、屋内用途への展開により、設置位置を移動する場合のほかに、例えば車両他に無線基地局を搭載し、提供するエリアを移動しながら端末装置間の通信を行う場合が想定される。
つまり、前述の保守監視システムの機能として、位置情報管理機能において、無線基地局装置のGPSから座標データを周期的に取得することによりその移動速度を監視し、各データベースとの照合、および運用パラメータの更新必要かどうかを判断する機能を有することにより無線基地局移動時の周辺基地局との干渉の問題を回避することが可能となる。
具体的には、標準移動速度と標準周期を予め決めておき、当該標準移動速度より速くなれば、速度の増加分に応じて標準周期を短くし、当該標準移動速度より遅くなれば、速度の減少分に応じて標準周期を長く設定するようにする。
通常、保守監視ネットワークは、ある特定のエリアごとに分割し、各保守監視サーバを統括する統合監視システムで運用するケースが想定される。
つまり、地図情報と連携し位置情報をベースとして管理する場合、広域に分散した基地局を同時に管理することは非効率的であり、サービスネットワーク規模が大きいほど分散管理の必要性がある。本発明の適用例のように、基地局装置を設置する場合の近接基地局装置との周波数情報等を対象とする場合には、その適用効果は明らかに大きい。
本システムによれば、基地局装置の追加設置に対して周辺セル環境を集中管理することにより干渉の影響を設置環境において個別に測定することなく適切な周波数をはじめとする基地局固有パラメータを自動的に選択、設定することが可能となる。
また、無線基地局装置が移動してサービスエリアを展開するようなケースにおいても、本システムにおける機能を周期的に実施することにより適用が可能となる。
ここで、本システムにおけるポイントを要約すると、第1に、GPS搭載TDDシステムであるため、位置情報把握可能であり、位置関係から周波数配置決めることができ、チャネルプラン自動割り当て機能を実現できる。
Claims (2)
- 複数の無線基地局と、当該無線基地局を集中管理するゲートウェイ装置とを監視して、運用状態における制御を行う保守監視システムであって、
監視する各無線基地局の位置情報と、当該無線基地局におけるサブフレーム内のデータマッピングでの全サブキャリアを用いる時間軸方向のデータシンボル数の設定情報、送信電力の設定情報を無線基地局の設定パラメータとして記憶する管理データベースを有し、
新規に設置された無線基地局から設置場所の位置情報を受信する受信手段と、
前記管理データベースにアクセスして既存無線基地局に関する位置情報及び設定パラメータを取得し、前記受信手段で受信した位置情報及び前記取得した位置情報に基づいて、干渉が発生する既存無線基地局を判定し、当該既存無線基地局の設定パラメータを基に当該既存無線基地局の送信信号と干渉が発生しないよう、全サブキャリアを使用するデータバーストが最大となる時間軸方向のデータシンボル数を選択して、初期設定パラメータを算出する初期設定パラメータ算出手段と、
前記初期設定パラメータ算出手段で算出した初期設定パラメータを当該新規に設置された無線基地局に配信する配信手段とを有することを特徴とする保守監視システム。 - 複数の無線基地局と、これら無線基地局を集中管理するゲートウェイ装置とを監視して、運用状態における制御を行う保守監視システムであって、
監視する各無線基地局の位置情報と、当該無線基地局の設定パラメータを記憶する管理データベースを有し、
監視する各無線基地局の位置情報を運用開始後に定期的に取得する取得手段と、
前記取得した位置情報に基づいて、提供するエリアを移動しながら端末装置間の通信を行う無線基地局の移動速度を算出する移動速度算出手段と、
前記管理データベースにアクセスして既存無線基地局に関する位置情報及び設定パラメータを取得し、前記取得手段で取得した無線基地局の位置情報及び前記取得した既存無線基地局の位置情報に基づいて、干渉が発生する既存無線基地局を判定し、当該既存無線基地局の設定パラメータを基に当該既存無線基地局の送信信号と干渉が発生しない設定パラメータを算出して、周期的に前記無線基地局の設定パラメータを更新する設定パラメータ算出・更新手段と、
前記設定パラメータ算出・更新手段で算出・更新した設定パラメータを当該無線基地局に配信する配信手段と、
前記移動速度算出手段で算出された移動速度を監視して、前記設定パラメータを更新する周期を、当該無線基地局の移動速度が速ければ短く、遅ければ長くするよう制御する更新周期制御手段とを有することを特徴とする保守監視システム。
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