JP7161136B2

JP7161136B2 - 置局設計装置、置局設計方法及びプログラム

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Publication number: JP7161136B2
Application number: JP2021524596A
Authority: JP
Inventors: 一光坂元; 賢司鈴木; 陽平片山; 洋輔藤野; 浩之福本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2022-10-26
Anticipated expiration: 2039-06-06
Also published as: WO2020245976A1; US20220322212A1; JPWO2020245976A1

Description

本発明は、置局設計装置、置局設計方法及びプログラムに関する。

ＩｏＴ（Internet of Things；モノのインターネット）技術の発展により、各種センサ及び通信機能を備えたモノ（以下、「ＩｏＴ機器」又は「端末」という。）をネットワークに接続し、遠隔データ収集及びＩｏＴ機器の遠隔制御等を行うことが年々盛んになっている。また、近年、ＩｏＴ機器向けの無線通信方式として、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area network）が注目されている。ＬＰＷＡには、例えば、アンライセンスバンド（無線局免許を必要としない周波数帯）を用いるＬｏＲａＷＡＮ及びＳｉｇｆｏｘ、ライセンスバンド（無線局免許を必要とする周波数帯）を用いるＬＴＥ－Ｍ（Long Term Evolution for Machines）及びＮＢ（Narrow Band）－ＩｏＴ等の無線通信方式がある。

ＩｏＴ機器は、主に特定の場所に固定して設置され、利用されることが多い。一方で、電波伝搬は、場所依存性が高い。よって、基地局からの電波の受信電力が低い不感地帯にＩｏＴ機器が設置された場合、長期的に通信不可の状態となりうる。そのため、ＩｏＴ機器の設置予定場所において十分な受信電力を確保できるように、又は、受信電力や周辺の干渉発生状況等の情報をもとに推定される通信成功率が目標値を満たすように、置局設計を行うことが重要となる。

置局設計では一般的に、基地局から送信される電波の受信電力（希望波受信電力）をもとに、コストや基地局数が最小となる最適置局パターンを決定する。特許文献１では、対象地域全体を最小限の基地局数でカバーするための技術が開示されている。

通信成功率を推定する従来技術としては、例えば、特許文献２及び特許文献３に記載の技術がある。特許文献２に記載の技術は、無線機を仮設置して実際に通信を試行することによって通信成功率を測定する技術である。また、特許文献３に記載の技術は、複数の基地局によって構成されるマルチセル環境におけるスループットを、モンテカルロシミュレーションを用いて推定する技術である。また、特許文献４には、エリア設計前後における品質の改善及び劣化を考慮してエリア設計を行うことを可能にする技術が開示されている。

特開２００１－２８５９２３号公報特開２０１４－７２８５３号公報特許第５０７７３４７号公報特許第５２４５３８９号公報

置局設計を行うケースは大きく分類して２つある。１つは、基地局がない状況から対象地域全体をカバーできるよう新規に置局する場合に最適な置局パターンを決定するケースである。もう１つは、対象地域に既にいくつか基地局が設置されて無線エリア（セル）が構築されている状況において無線エリア拡大のために追加で置局する場合に最適な置局場所を決定するケースである。

特許文献１の技術は、前者のケースでは有効な技術であるものの、後者の無線エリア拡大のための置局には適さない。なぜなら、追加で置局を行うことにより、これまで不感地帯であった場所を新たにカバー（品質改善）できる一方で、新たな干渉源（セル間干渉）が生じたり、既存のセル間干渉の影響が変化したりするために、既存基地局からなる無線エリアに品質劣化が生じる可能性があるためである。すなわち、無線エリア拡大のための置局設計においては、希望波受信電力をもとに不感地帯解消の品質改善効果の観点のみを考慮するだけでは不十分であり、セル間干渉の変化による品質劣化も考慮した上で結果的に通信成功率が目標値を満たすように置局設計を行う必要がある。

特許文献４では、置局や無線パラメータ調整といったエリア設計の前後における品質の改善及び劣化を考慮してエリア設計を行うことを可能にしている。特許文献４では、このエリア設計において考慮する電波品質として、希望波受信電力を用いている。しかしながら、希望波受信電力が劣化することがあるのは無線パラメータの調整を行う場合のみであり、置局により希望波受信電力が劣化することはない。そのため、特許文献４は置局の場合も含めた形で記述されているものの、実質的には置局前後の品質改善／劣化を考慮した置局設計を行うことを可能にする技術ではない。

上記事情に鑑み、本発明は、無線エリアを拡大する場合の置局場所を決定することができる置局設計装置、置局設計方法及びプログラム提供することを目的としている。

本発明の一態様は、複数の置局候補地それぞれについて、前記置局候補地に基地局が設置された場合の各端末の通信品質を算出する通信品質算出部と、複数の前記置局候補地それぞれについて、前記通信品質算出部が算出した前記通信品質がしきい値以上の前記端末の数を集計する集計部と、複数の前記置局候補地それぞれについて前記集計部が集計した前記端末の数に基づいて、複数の前記置局候補地の中から置局場所を選定する置局場所選定部と、を備える置局設計装置である。

本発明の一態様は、複数の置局候補地それぞれについて、前記置局候補地に基地局が設置された場合の各端末の通信品質を算出する通信品質算出ステップと、複数の前記置局候補地それぞれについて、前記通信品質算出ステップにおいて算出された前記通信品質がしきい値以上の前記端末の数を集計する集計ステップと、前記集計ステップにおいて複数の前記置局候補地それぞれについて集計された前記端末の数に基づいて、複数の前記置局候補地の中から置局場所を選定する置局場所選定ステップと、を有する置局設計方法である。

本発明の一態様は、コンピュータを、上述した置局設計装置として機能させるためのプログラムである。

本発明により、無線エリアを拡大する場合の置局場所を決定することが可能となる。

第１の実施形態に係る置局設計装置の機能構成を示すブロック図である。第１の実施形態に係る置局設計装置による最適置局場所選定処理を説明するための図である。第１の実施形態に係る置局設計装置による最適置局場所選定処理を説明するための図である。第１の実施形態に係る置局設計装置の動作を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る置局設計装置の機能構成を示すブロック図である。第２の実施形態に係る置局設計装置の動作を示すフローチャートである。通信成功率推定装置の機能構成を示すブロック図である。通信成功率推定装置による通信成功率推定処理を説明するための図である。通信成功率推定装置の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態では、既存エリアの品質劣化を考慮して最適な置局場所を選定する。

［置局設計装置の機能構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る置局設計装置１の機能構成を示すブロック図である。置局設計装置１は、通信品質算出部１１と、集計部１２と、置局場所選定部１３と、を具備する。

通信品質算出部１１は、複数の置局候補地それぞれについて、置局候補地へ基地局を置局した後の各端末の通信品質を算出する。なお、端末は、固定設置されており、設置場所は既知である。また、置局候補地の選択前に既に基地局が設置されている場合もあるが、設置されていない場合もある。算出される通信品質の例は、通信成功率である。端末が固定設置される無線通信システムにおける各端末の通信成功率は、基地局と端末の設置場所情報から算出される希望波受信電力及び干渉信号電力や、トラフィックパターンや、基地局と端末の熱雑音電力等の情報をもとに推定可能である。トラヒックパターンとして、端末の上り通信頻度及び１回あたりの上り通信時間、基地局から端末へのＡｃｋ（Acknowledge）の通信発生時間等を用いることができる。通信成功率の算出については、例えば、特願２０１９－０４２４７６に記載されている。通信成功率の算出の具体例については、図７～９を用いて後述する。

集計部１２は、複数の置局候補地それぞれについて、置局候補地への置局後に想定される、通信成功率がしきい値以上の端末数を集計する。置局場所選定部１３は、各置局候補地について集計した端末数を比較し、端末数が最大の置局候補地を最適置局場所として選定する。

［最適置局場所選定］
以下、置局設計装置１が実行する最適置局場所の選定処理について説明する。図２及び図３は、本発明の第１の実施形態に係る置局設計装置１による最適置局場所選定処理を説明するための図である。図２及び図３に示すように、既に基地局が設置されており、かつ、既存端末が稼働中の状況において、置局候補地のいずれかに新たに置局することで新規端末を収容する場合を例に挙げて、最適置局場所の選定処理を説明する。なお、以下では、既に設置されているＰ台（Ｐは１以上の整数）の基地局のうちｐ番目（ｐは１以上Ｐ以下の整数）の基地局を基地局＃ｐと記載し、Ｑ個（Ｑは１以上の整数）の置局候補地のうちｑ番目（ｑは１以上Ｑ以下の整数）の置局候補地を置局候補地＃ｑと記載する。図２及び図３は、Ｐ＝２、かつ、Ｑ＝３の場合の例を示している。また、複数の既存の端末のうち、１０台の端末を端末＃１～＃１０と記載している。

図２及び図３に示すように、基地局＃１が既に設置されていることによりセル＃１が構築され、基地局＃２が既に設置されていることによりセル＃２が構築されている。また、稼働中の既存端末は、通信成功率がしきい値以上であり、品質の良い状態で稼働中であるとする。セル＃１において稼働中の端末には、端末＃１～＃５が含まれ、セル＃２において稼働中の端末には、端末＃６～＃１０が含まれる。図２では、置局候補地＃１に置局する場合に構築される新規セル＃１を図示している。また、図３では、置局候補地＃２に置局する場合に構築される新規セル＃２、及び、置局候補地＃３に置局する場合に構築される新規セル＃３を図示している。

図２に示すように、置局候補地＃１に置局する場合、その置局候補地＃１に置局される新規基地局から１０台の新規端末に十分な電力の電波が届く。つまり、新規基地局により構築される新規セルにおいて、１０台の新規端末の通信成功率がしきい値以上となる。それとともに、既存端末＃１～＃１０にも新規基地局からの電波が届く。したがって、既存端末＃１～＃１０に新規基地局からのセル間干渉が生じ、セル間干渉により既存端末＃１～＃１０の通信成功率がしきい値を下回る可能性がある。例えば、セル間干渉により既存端末＃１～＃１０のいずれも通信成功率がしきい値を下回るとすると、新規基地局を置局することで新規端末１０台の通信成功率がしきい値以上となる一方で、既存端末１０台の通信成功率がしきい値を下回る。よって、置局前と置局後とで通信成功率がしきい値以上の端末数は変わらないという結果になる。

一方、図３に示すように、置局候補地＃２に置局する場合、通信成功率がしきい値以上となる新規端末は７台である。しかし、セル間干渉により通信成功率がしきい値を下回る既存端末は端末＃６の１台に留まる。よって、置局前よりも置局後は、通信成功率がしきい値以上の端末数は６台増加する。同様に、置局候補地＃３に置局する場合、通信成功率がしきい値以上となる新規端末は７台であり、セル間干渉により通信成功率がしきい値を下回る既存端末は端末＃５及び端末＃１０の２台である。よって、置局前よりも置局後は、通信成功率がしきい値以上の端末数は５台増加する。

上記のように、置局候補地＃１～置局候補地＃３のうち、置局候補地＃２に置局した場合に、最も、既存エリアの端末の品質劣化を抑えつつ新規端末を多く収容できるため、効果的な無線エリア拡大を達成することができる。

なお、この例では、新規セルによって生じるセル間干渉の影響を受ける既存端末はすべて、通信成功率がしきい値を下回るものとして説明した。しかし、実際には既存の基地局＃１、＃２からの希望波受信電力の大きさ、セル間干渉電力の大きさ、希望波と干渉波の衝突確率などによって通信成功率の劣化度合いが決まる。従って、セル間干渉の影響を受ける既存端末の通信成功率が必ずしもしきい値を下回るとは限らない。そのため、通信品質算出部１１は、各置局候補地について、置局後の各端末の通信成功率を算出する。集計部１２は、各置局候補地について、置局後の通信成功率がしきい値以上の端末数を集計する。

置局設計装置１を、ネットワークに接続される複数台の情報処理装置により実現してもよい。この場合、置局設計装置１の各機能部を、これら複数の情報処理装置のいずれにより実現するかは任意とすることができる。例えば、通信品質算出部１１及び集計部１２と、置局場所選定部１３とを異なる情報処理装置により実現してもよく、通信品質算出部１１と、集計部１２及び置局場所選定部１３とを異なる情報処理装置により実現してもよい。また、同一の機能部を複数の情報処理装置により実現してもよい。

なお、上記では、通信品質として通信成功率を用いる場合について説明したが、通信品質は、希望波と干渉信号とに関連する指標であればよい。例えば、通信品質として、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise power Ratio；所望信号電力対干渉及び雑音電力比）を用いてもよい。

［置局設計装置の動作］
以下、置局設計装置１の動作について説明する。図４は、第１の実施形態に係る置局設計装置１の動作を示すフローチャートである。ここでは、置局候補地数をＱ（Ｑは１以上の整数）とする。

通信品質算出部１１は、置局候補地を識別する変数ｑに値１を代入する（ステップＳ１）。通信品質算出部１１は、置局候補地＃ｑに置局した場合の各端末の通信成功率を算出する（ステップＳ２）。集計部１２は、ステップＳ２において算出された通信成功率がしきい値以上の端末数を集計する（ステップＳ３）。集計部１２は、変数ｑが置局候補地数Ｑと等しいか否かを判定する（ステップＳ４）。集計部１２は、変数ｑが置局候補地数Ｑと等しくないと判定した場合（ステップＳ４－ＮＯ）、変数ｑに値１を加算した後に（ステップＳ５）、ステップＳ２に移行する。置局設計装置１は、ステップＳ２からの処理を繰り返す。

そして、集計部１２は、変数ｑが置局候補地数Ｑと等しいと判定した場合（ステップＳ４－ＹＥＳ）、ステップＳ６に移行する。置局場所選定部１３は、置局候補地＃１～＃Ｑのうち、通信成功率がしきい値以上の端末数が最大である置局候補地を最適な置局場所として選定する（ステップＳ６）。置局場所選定部１３は、選定した置局場所を出力する。出力は、置局設計装置１が備える図示しないディスプレイへの表示でもよく、記録媒体への書き込みでもよく、印刷装置による印刷でもよく、置局設計装置１と接続される装置への出力でもよい。

本実施形態の置局設計装置１によれば、端末が固定設置される無線通信システムの置局設計業務において、既存エリアの端末の品質劣化を抑えつつ、新規エリアの端末を収容するために無線エリア拡大するのに適した置局場所を決定することができる。なお、置局候補地の選択前に基地局が設置されていない場合、置局設計装置１は、とり得る置局候補地の組合せ（組合せを構成する要素が１つの置局候補地である場合を含めてもよい）それぞれについてステップＳ２及びステップＳ３の処理を行う。そして、置局設計装置１は、ステップＳ６において通信成功率がしきい値以上の端末数が最大である置局候補地の組合せを選定する。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、既存エリアの品質劣化と端末優先度を考慮して最適な置局場所を選定する。

上述した第１の実施形態では、全ての端末を平等に取り扱い、通信成功率がしきい値以上の端末数が最大である置局候補地を最適な置局場所として選定する場合について説明した。これに対し、第２の実施形態では、端末の優先度も考慮して最適な置局場所を選定する場合について説明する。以下では、第１の実施形態との相違点を主に説明する。

［置局設計装置の機能構成］
図５は、第２の実施形態に係る置局設計装置１ａの機能構成を示すブロック図である。図５において、図１に示す第１の実施形態による置局設計装置１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。置局設計装置１ａは、通信品質算出部１１と、集計部１２と、置局場所選定部１３ａと、優先端末記憶部１４と、を具備する。このように、置局場所選定部１３に代えて置局場所選定部１３ａを備える点と、優先端末記憶部１４を具備する点が、第１の実施形態に係る置局設計装置１の機能構成との相違点である。

優先端末記憶部１４は、優先的に通信品質を確保する端末（以下、「優先端末」という。）の端末ＩＤ及び設置場所を記憶する。優先端末とは、他の端末と比べて優先的に通信品質が確保され、かつ、常時ネットワークに接続されることが求められる端末である。例えば、鉄道の線路状態の遠隔監視や水道管ネットワークの漏水検知のために多数のセンサを設置するケースがある。このようなケースでは、多数の鉄道が利用する重要線路や水道管ネットワークの幹線管路に設置されるセンサのデータを、常時収集し監視することが求められる。そのような優先端末については、無線エリア拡大のための置局後も所要の通信品質が確保できるように、置局候補地から適切に置局場所を選定する必要がある。

置局場所選定部１３ａは、優先端末記憶部１４が記憶している端末ＩＤ及び設置場所を参照して優先端末を識別し、全優先端末のうち所定割合以上の優先端末の通信成功率がしきい値以上となる置局候補地を抽出する。本実施形態では、所定割合が１００％である場合を例に説明する。すなわち、置局場所選定部１３ａは、全ての優先端末の通信成功率がしきい値以上となる置局候補地を抽出する。置局場所選定部１３ａは、抽出した置局候補地の中から、通信成功率がしきい値以上の端末数が最大となる置局候補地を最適置局場所として選定する。

置局設計装置１ａを、ネットワークに接続される複数台の情報処理装置により実現してもよい。この場合、置局設計装置１ａの各機能部を、これら複数の情報処理装置のいずれにより実現するかは任意とすることができる。例えば、通信品質算出部１１、集計部１２及び置局場所選定部１３ａと、優先端末記憶部１４とを異なる情報処理装置により実現してもよい。さらに、通信品質算出部１１及び集計部１２と、置局場所選定部１３ａとを異なる情報処理装置により実現してもよく、通信品質算出部１１と、集計部１２及び置局場所選定部１３ａとを異なる情報処理装置により実現してもよい。また、同一の機能部を複数の情報処理装置により実現してもよい。

なお、上記では、通信品質として通信成功率を用いる場合について説明したが、通信品質は、第１の実施形態と同様に、希望波と干渉信号とに関連する指標であればよい。例えば、通信品質として、ＳＩＮＲを用いてもよい。

［置局設計装置の動作］
以下、置局設計装置１ａの動作について説明する。図６は、第２の実施形態に係る置局設計装置１ａの動作を示すフローチャートである。同図において、図４に示す第１の実施形態による置局設計装置１の処理と同一の処理には同一の符号を付している。また、置局候補地数をＱ（Ｑは１以上の整数）とする。

そして、集計部１２は、変数ｑが置局候補地数Ｑと等しい場合（ステップＳ４－ＹＥＳ）、ステップＳ６ａに移行する。置局場所選定部１３ａは、優先端末記憶部１４が保持している優先端末の端末ＩＤと設置場所を参照し、全ての優先端末の通信成功率がしきい値以上である置局候補地を抽出する。置局場所選定部１３ａは、抽出した置局候補地のうち、通信成功率がしきい値以上の端末数が最大である置局候補地を最適な置局場所として選定する（ステップＳ６ａ）。置局場所選定部１３ａは、選定した置局場所を出力する。

以上説明したように、第２の実施形態に係る置局設計装置１ａは、優先端末の通信品質を確保し、かつ、既存エリアの端末の品質劣化を抑えつつ、新規端末を多く収容できるような置局設計を行う。よって、効果的な無線エリア拡大を達成することができる。

以上説明した実施形態によれば、端末が固定設置される無線通信システムの置局設計業務において、既存エリアの端末の品質劣化を抑えつつ、新規エリアの端末を収容するために無線エリア拡大するのに適した置局場所を決定することが可能となる。

＜通信成功率の推定＞
第１の実施形態及び第２の実施形態における通信品質算出部１１として用いることが可能な通信成功率推定装置の例について説明する。なお、以下では、基地局と端末とが、ＬｏＲａＷＡＮのＣｌａｓｓＡ及びＣｌａｓｓＢのプロトコルを用いる場合を例に挙げて説明する。端末から基地局への上り通信は、ＣｌａｓｓＡのプロトコルにより行われる。また、基地局から端末への下り通信は、上記上り通信に対するＡｃｋ（Acknowledge）を送信する場合にはＣｌａｓｓＡのプロトコルにより行われ、アプリケーションサーバから基地局に転送されてきたデータ送信する場合にはＣｌａｓｓＢのプロトコルにより行われる。

また、周辺に複数の基地局がある場合、端末から送信された信号は複数の基地局において受信され、復調される。そして、受信に成功した信号は、上位のネットワークサーバへ送られる。そして、ネットワークサーバにおいて受信に成功した信号のうち、最も受信電力が高い信号が選択される（サイトダイバーシチ）。また、基地局が複数のアンテナを備える場合、端末から送信された信号は複数のアンテナで受信され、復調される。そして、基地局において受信に成功した信号のうち、最も受信電力が高い信号が選択される（アンテナダイバーシチ）。

また、下り通信では、直前の上り通信の際に選択された基地局及びアンテナにより下り通信が行われることで、高い通信品質が確保される。

なお、以下の説明において、通信成功率を推定する対象となる端末を「所望端末」といい、その他の端末を「干渉端末」という。また、所望端末が通信を行う基地局を「所望基地局」といい、その他の基地局を「干渉基地局」という。

［通信成功率推定装置の機能構成］
図７は、通信成功率推定装置１１０の機能構成を示すブロック図である。図１に示すように、通信成功率推定装置１１０は、平均受信電力算出部１１１と、無線設備データベース１１２と、所望信号電力ＰＤＦ作成部１１３と、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４と、通信成功率推定部１１５と、を具備する。通信成功率推定装置１１０は、作業者によって指定されたエリア内に位置する基地局と端末とを推定の対象とする。

平均受信電力算出部１１１は、一般的な電波伝搬シミュレータに相当する。平均受信電力算出部１１１は、地図データを外部の機器等からインポートする。地図データは、例えば、地形の高さ、建物の高さ、土地の利用分類等を示すデータである。平均受信電力算出部１１１は、作業者によって指定されたエリアの地図データを、微小なメッシュ（例えば、５ｍ間隔のメッシュ）に分割する。そして、平均受信電力算出部１１１は、基地局と各メッシュ（すなわち、各メッシュに相当する位置に設置されているものと仮定した仮想端末）との間の上り通信の平均受信電力を算出する。また、平均受信電力算出部１１１は、各基地局の位置に基づいて、基地局間で発生する基地局間干渉の平均干渉信号電力を算出する。

無線設備データベース１１２は、各基地局の、アンテナ本数、及び熱雑音電力等の無線設備に関わるパラメータを保持する。また、無線設備データベース１１２は、各端末の、アンテナ本数、熱雑音電力、及びトラフィックパターン（通信頻度、及び１回あたりの通信時間）等の無線設備に関わるパラメータを保持する。なお、ＬｏＲａＷＡＮのように、チャネルが複数あり、使用されるチャネルが通信の度にランダムに選択される場合、端末の通信頻度をチャネル数で割った値を通信頻度とすればよい。

所望信号電力ＰＤＦ作成部１１３は、所望端末が位置するメッシュと基地局との間の平均受信電力に、瞬時変動の影響を考慮して、受信電力瞬時値の確率密度関数（ＰＤＦ：Probability Density Function）を基地局ごとに作成する。以下、所望信号の受信電力瞬時値のＰＤＦを、「所望信号電力ＰＤＦ」という。

干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、干渉端末が位置するメッシュと基地局との間の平均受信電力に、瞬時変動の影響とトラフィックパターンとを考慮して、受信電力瞬時値の確率密度関数を作成する。また、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、所望基地局と干渉基地局との間の平均受信電力と干渉基地局配下の干渉端末のトラフィックパターンとに基づいて、干渉信号電力のＰＤＦを作成する。干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、作成したＰＤＦを集計してＣＤＦを作成する。以下、干渉信号のＰＤＦを集計することによって作成されたＣＤＦを、「干渉信号電力ＣＤＦ」という。

通信成功率推定部１１５は、所望信号電力ＰＤＦ作成部１１３で作成された所望信号電力ＰＤＦと、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４で作成された干渉信号電力ＣＤＦと、基地局の熱雑音電力とから、所望信号電力対干渉及び雑音電力比（ＳＩＮＲ）が所要ＳＩＮＲ以上となる確率を算出する。通信成功率推定部１１５は、算出された確率に基づき、サイトダイバーシチ及びアンテナダイバーシチの効果を考慮して、通信成功率を算出する。ここで、所要ＳＩＮＲとは、用いられる変調方式の無線通信において、通信が成功するために必要となるＳＩＮＲの値を示す。

［通信成功率推定］
通信成功率の推定処理について説明する。図８は、通信成功率推定装置１１０による通信成功率推定処理を説明するための図である。なお、以下では、ＬｏＲａＷＡＮの複数のチャネルのうち、ＣｌａｓｓＡの通信のみで使用されるチャネルにおける通信成功率を推定する場合について説明する。なお、ＣｌａｓｓＡ及びＣｌａｓｓＢの通信で使用されるチャネルにおける通信成功率を推定する場合には、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４で干渉基地局からの干渉信号電力のＰＤＦを作成する際に、ＣｌａｓｓＢの通信発生時間も考慮すればよい。

以下、図８に示すように、３台の基地局＃１～＃３により面的に無線エリアが構築されている環境に設置される端末＃１及び端末＃ｎ（ｎは２以上の整数）の通信成功率を推定する場合について説明する。図８に示す基地局＃１～＃３は、第１の実施形態および第２の実施形態における既存の基地局と、置局候補地に置局される基地局とに相当する。また、端末＃１及び端末＃ｎは、既存端末又は新規端末に相当する。各基地局＃１～＃３は、それぞれ１本のアンテナを備える。基地局＃ｉ（ｉ＝１，２，３）における、端末＃ｊ（ｊ＝１，２，・・・）からの上り通信の平均受信電力をＲ_ｕｐ（ｉ，ｊ）と表す。

平均受信電力算出部１１１は、作業者によって指定されたエリアを、微小なメッシュに分割する。平均受信電力算出部１１１は、基地局と各メッシュ（すなわち、各メッシュに相当する位置に設置されているものと仮定した仮想端末）との間の上り通信の平均受信電力を算出する。平均受信電力算出部１１１は、端末＃ｊが位置するメッシュにおける平均受信電力の値を取得し、基地局＃ｉと端末＃ｊとの間の上り通信の平均受信電力Ｒ_ｕｐ（ｉ，ｊ）とする。また、平均受信電力算出部１１１は、各基地局＃１～＃３の位置に基づいて、基地局間で発生する基地局間干渉の平均干渉信号電力を算出する。基地局＃ｉから基地局＃ｋへの基地局間干渉の平均干渉信号電力を、Ｒ_ＩＣＩ（ｉ，ｋ）と表す。

干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、まず、端末からの干渉信号電力のＰＤＦと基地局間の干渉信号電力のＰＤＦとを作成する。

干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、所望端末の所望基地局と端末との間の平均受信電力に、瞬時変動の影響とトラフィックパターンを考慮して、受信電力瞬時値のＰＤＦを端末ごとに作成する。干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、作成された複数のＰＤＦの畳み込みを行うことによって、端末からの干渉信号電力のＰＤＦ（所望端末の所望基地局における全端末からの干渉信号のＰＤＦ）を得る。

なお、受信電力瞬時値を算出する単純な方法として、モンテカルロシミュレーション法がある。モンテカルロシミュレーション法では、基地局＃ｉに複数の経路で到来する電波の位相を、乱数を用いてランダムに決定して合成することで、受信電力瞬時値を算出する。そして、これを繰り返し行うことによって、受信電力瞬時値のＰＤＦを作成する。しかしながら、この繰り返し計算は、一般的に膨大な回数（数万回程度）行われる。そのため、膨大な計算時間が必要になる。

そこで、フェージングによる瞬時変動を、下記の解析式で表す。これにより、モンテカルロシミュレーションを行うことなく、所望信号電力ＰＤＦを得ることができる。

受信信号の振幅をａとした場合、レイリーフェージングにより瞬時変動する振幅ａのＰＤＦは、Ｒ_ｕｐ（ｉ，ｊ）を用いて、以下の式（１）で表すことができる。

式（１）で得られた結果を電力ｒ＝ａ^２のＰＤＦに変換することで、受信電力瞬時値のＰＤＦが得られる。この変換は、以下の式（２）で表すことができる。

一方、基地局間の干渉信号電力のＰＤＦを作成するためには、各端末がどの基地局に所属するか（すなわち、端末への下り通信がどの基地局から送信されるか）を決定し、各基地局に所属する端末の端末数を集計する必要がある。ここでは、各端末は、Ｒ_ｕｐ（ｉ，ｊ）が最大となる基地局＃ｉに所属するものとして、端末数が集計される。そして、基地局ごとに、所属する端末の上り通信のトラフィックパターンに基づいて、端末へのＡｃｋ（ＣｌａｓｓＡによる下り通信）の通信発生時間が算出され、全体の時間のうち前記算出した通信発生時間の間、干渉電力Ｒ_ＩＣＩ（ｉ，ｋ）の基地局間干渉が発生するものとしてＰＤＦが作成される。

なお、基地局は、一般的に高層ビル屋上の等の高い位置に設置されることが多く、基地局同士は、周辺に反射物や遮蔽物がなく見通しがある環境であることが一般的である。そのため、基地局間干渉については、基地局同士の位置関係に基づいて算出される平均干渉信号電力を用いるものとしている。但し、基地局間の見通し経路を到来する直接波の他に、電力の低い反射波が到来するような場合においては、ライスフェージングを仮定し、基地局同士の位置関係から算出される平均干渉信号電力に、ライスフェージングによる瞬時変動の影響を考慮することによって、基地局間の干渉信号電力瞬時値のＰＤＦを作成すればよい。

そして、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、基地局＃１が所望基地局である場合の干渉信号電力ＣＤＦの作成にあたって、干渉基地局＃２から基地局＃１への干渉信号電力のＰＤＦと、干渉基地局＃３から基地局＃１への干渉信号電力のＰＤＦと、基地局＃１への端末からの干渉信号電力のＰＤＦとの畳み込みを行う。これにより、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、全干渉信号電力のＰＤＦ（ＰＤＦ_Ｉ（ｒ）と定義する）を作成し、以下の式（３）によって干渉信号電力ＣＤＦ（ＣＤＦ_Ｉ＿１（ｙ））を作成する。

同様にして、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、基地局＃２が所望基地局である場合の干渉信号電力ＣＤＦの作成にあたって、干渉基地局＃１から基地局＃２への干渉信号電力のＰＤＦと、干渉基地局＃３から基地局＃２への干渉信号電力のＰＤＦと、基地局＃２への端末からの干渉信号電力のＰＤＦとの畳み込みを行う。これにより、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、全干渉信号電力のＰＤＦを作成し、干渉信号電力ＣＤＦ（ＣＤＦ_Ｉ＿２（ｙ））を作成する。

同様にして、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、基地局＃３が所望基地局である場合の干渉信号電力ＣＤＦの作成にあたって、干渉基地局＃１から基地局＃３への干渉信号電力のＰＤＦと、干渉基地局＃２から基地局＃３への干渉信号電力のＰＤＦと、基地局＃３への端末からの干渉信号電力のＰＤＦとの畳み込みを行う。これにより、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、全干渉信号電力のＰＤＦを作成し、干渉信号電力ＣＤＦ（ＣＤＦ_Ｉ＿３（ｙ））を作成する。

所望信号電力ＰＤＦ作成部１１３は、端末＃１から基地局＃１、基地局＃２、及び基地局＃３への所望信号の平均受信電力Ｒ_ｕｐ（１，１）、Ｒ_ｕｐ（２，１）、及びＲ_ｕｐ（３，１）に、瞬時変動の影響を考慮して、所望信号電力ＰＤＦ（ＰＤＦ_Ｓ＿１（ｙ）、ＰＤＦ_Ｓ＿２（ｙ）、及びＰＤＦ_Ｓ＿３（ｙ））を作成する。

通信成功率推定部１１５は、所望信号電力ＰＤＦ作成部１１３で作成された所望信号電力ＰＤＦと、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４で作成された干渉信号電力ＣＤＦと、基地局の熱雑音電力とから、ＳＩＮＲが所要ＳＩＮＲ以上となる確率を算出する。ここで、基地局＃ｉにおける確率をＰ_ｕｐ（ｉ）で表す。そして、サイトダイバーシチ効果を考慮すると、通信成功率Ｐ’_ｕｐは以下の式（４）によって算出される。

上記により端末＃１の通信成功率の推定が完了すると、続いて同手順で他の端末＃ｎの通信成功率を推定する。ここで、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４で実施される、基地局ごとの干渉信号電力ＣＤＦの作成までの処理は、全端末で共通である（すなわち、作成された干渉信号電力ＣＤＦは、全端末共通に利用可能である）。そのため、同じ結果を用いて端末＃ｎの通信成功率推定を行うことができる。すなわち、所望信号電力ＰＤＦ作成部１１３が端末＃ｎから各基地局への所望信号電力ＰＤＦを作成し、通信成功率推定部１１５がＰ_ｕｐ（ｉ）を算出し、通信成功率推定部１１５が、上記式（４）により上り通信成功率Ｐ’_ｕｐを算出するだけでよい。

［通信成功率推定装置の動作］
以下、通信成功率推定処理における通信成功率推定装置１１０の動作について説明する。図９は、通信成功率推定装置１１０の動作を示すフローチャートである。以下では、所望端末（通信成功率を推定する対象の端末）を端末＃ｊ（ｊは１以上の整数）とし、所望端末数をＪとする。

平均受信電力算出部１１１は、作業者によって指定されたエリアを微小なメッシュに分割する。平均受信電力算出部１１１は、分割された各メッシュから各基地局への上り通信の平均受信電力を算出する。また、平均受信電力算出部１１１は、各基地局の位置に基づいて基地局間干渉の平均干渉信号電力を算出する（ステップＳ１０１）。

干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、平均受信電力が最大となる基地局に各端末が所属するものとして、各基地局の所属端末数を集計する（ステップＳ１０２）。

次に、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、所属端末の上り通信のトラフィックパターンに基づいて、基地局間の干渉信号電力のＰＤＦを基地局ごとに作成する。また、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、基地局と端末との間の平均受信電力に、瞬時変動の影響とトラフィックパターンとを考慮して、受信電力瞬時値のＰＤＦを端末ごとに作成する。そして、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、作成されたＰＤＦの畳み込みを行うことで、端末からの干渉信号電力のＰＤＦを基地局ごとに作成する（ステップＳ１０３）。干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、基地局を識別する変数ｉに値１を代入する（ステップＳ１０４）。

干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、基地局＃ｉを所望基地局としたときの、干渉基地局から所望基地局への基地局間の干渉信号電力のＰＤＦと、所望基地局への端末からの干渉信号電力のＰＤＦとの畳み込みを行うことで全干渉信号電力のＰＤＦを作成し、干渉信号電力ＣＤＦを作成する（ステップＳ１０５）。

干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、変数ｉが基地局数Ｉと等しいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、変数ｉが基地局数Ｉと等しくないと判定した場合（ステップＳ１０６－ＮＯ）、変数ｉに値１を加算し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０５に移行する。一方、干渉信号電力ＣＤＦ作成部１１４は、変数ｉが基地局数Ｉと等しいと判定した場合（ステップＳ１０６－ＹＥＳ）、ステップＳ１０８に移行する。

所望信号電力ＰＤＦ作成部１１３は、所望端末を識別する変数ｊに値１を代入する（ステップＳ１０８）。所望信号電力ＰＤＦ作成部１１３は、端末＃ｊから各基地局への所望信号の平均受信電力に、瞬時変動の影響を考慮して、所望信号電力ＰＤＦを基地局ごとに作成する（ステップＳ１０９）。

通信成功率推定部１１５は、所望信号電力ＰＤＦと、干渉信号電力ＣＤＦと、基地局の熱雑音電力とに基づいて、ＳＩＮＲが所要ＳＩＮＲ以上となる確率を基地局ごとに算出する。そして、通信成功率推定部１１５は、算出された確率に基づき、上記式（４）によって上り通信成功率を算出する（ステップＳ１１０）。

通信成功率推定部１１５は、変数ｊが所望端末数Ｊと等しいか否かを判定する（ステップＳ１１１）。通信成功率推定部１１５は、変数ｊが所望端末数Ｊと等しくないと判定した場合（ステップＳ１１１－ＮＯ）、変数ｊに値１を加算し（ステップＳ１１２）、ステップＳ１０５に移行する。一方、通信成功率推定部１１５は、変数ｊが所望端末数Ｊと等しいと判定した場合（ステップＳ１１１－ＹＥＳ）、図９に示すフローチャートの処理を終了する。

なお、以上の説明では、ＣｌａｓｓＡの通信で用いられるチャネルが複数あり、端末からのＣｌａｓｓＡの上り通信に対するＡｃｋ送信（ＣｌａｓｓＡによる下り通信）が前記複数チャネルのいずれかのチャネルで行われることを前提に説明してきた。但し、Ａｃｋ送信用のチャネルが用意され、ＣｌａｓｓＡの上り通信と下り通信とが干渉しない場合には、干渉信号電力ＣＤＦを作成するにあたって基地局間の干渉信号電力のＰＤＦを作成する必要はなく、端末からの干渉信号電力のＰＤＦのみを用いればよい。

以上説明した実施形態によれば、置局設計装置は、通信品質算出部と、集計部と、置局場所選定部とを備える。通信品質算出部は、複数の置局候補地それぞれについて、置局候補地に基地局が設置された場合の各端末の通信品質を算出する。例えば、通信品質算出部は、設置済みの基地局に追加して置局候補地に基地局を置局した場合の各端末の通信品質を算出する。端末は、例えば、固定の場所に設置される。また、通信品質は、信号電力対干渉雑音電力比又は通信成功率である。集計部は、複数の置局候補地それぞれについて、通信品質算出部が算出した通信品質がしきい値以上の端末の数を集計する。置局場所選定部は、複数の置局候補地それぞれについて集計部が集計した端末の数に基づいて、複数の置局候補地の中から置局場所を選定する。

あるいは、置局場所選定部は、複数の置局候補地の中から、複数の端末のうち優先度が高い端末の所定割合以上において通信品質がしきい値以上である置局候補地を抽出し、抽出された置局候補地の中から通信品質がしきい値以上の端末の数に基づいて置局場所を選定する。

上述した実施形態における置局設計装置１、１ａの一部又は全部を、コンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、置局設計装置１、１ａの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、更に上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明してきたが、上記実施形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び要旨を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、及びその他の変更を行ってもよい。

１、１ａ…置局設計装置，１１…通信品質算出部，１２…集計部，１３、１３ａ…置局場所選定部，１４…優先端末記憶部，１１０…通信成功率推定装置，１１１…平均受信電力算出部，１１２…無線設備データベース，１１３…所望信号電力ＰＤＦ作成部，１１４…干渉信号電力ＣＤＦ作成部，１１５…通信成功率推定部

Claims

複数の置局候補地それぞれについて、前記置局候補地に基地局が設置された場合の各端末の通信品質を算出する通信品質算出部と、
複数の前記置局候補地それぞれについて、前記通信品質算出部が算出した前記通信品質がしきい値以上の前記端末の数を集計する集計部と、
複数の前記置局候補地それぞれについて前記集計部が集計した前記端末の数に基づいて、複数の前記置局候補地の中から置局場所を選定する置局場所選定部と、
を備える置局設計装置。
前記通信品質は、信号電力対干渉雑音電力比又は通信成功率である、
請求項１に記載の置局設計装置。
前記置局場所選定部は、複数の前記置局候補地の中から、複数の前記端末のうち優先度が高い前記端末の所定割合以上において前記通信品質がしきい値以上の置局候補地を抽出し、抽出された前記置局候補地の中から前記通信品質がしきい値以上の前記端末の数に基づいて置局場所を選定する、
請求項１又は請求項２に記載の置局設計装置。
前記端末は、固定の場所に設置される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の置局設計装置。
複数の置局候補地それぞれについて、前記置局候補地に基地局が設置された場合の各端末の通信品質を算出する通信品質算出ステップと、
複数の前記置局候補地それぞれについて、前記通信品質算出ステップにおいて算出された前記通信品質がしきい値以上の前記端末の数を集計する集計ステップと、
前記集計ステップにおいて複数の前記置局候補地それぞれについて集計された前記端末の数に基づいて、複数の前記置局候補地の中から置局場所を選定する置局場所選定ステップと、
を有する置局設計方法。
コンピュータを、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の置局設計装置として機能させるためのプログラム。