JP2009290494A - 無線通信システム、基地局、シミュレータ、およびアンテナ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナのチルト角や送信電力の総合的な制御にシミュレーションを融合（連携）することで、無線通信端末との通信状況の変化を迅速に反映して基地局の最適なカバレッジエリアをリアルタイムに導出し、効率的で安定性の高い無線通信を実現する。
【解決手段】
本発明の無線通信システム１００では、基地局１２０で集計した端末情報と基地局情報をシミュレータ１５０に送信し、シミュレータが、その端末情報と基地局情報に基づいてシミュレーションを実行して最適なカバレッジエリア１６０を導出し、各基地局１２０にアンテナ動作情報を送信する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、基地局のアンテナのチルト角を制御する無線通信システム、基地局、シミュレータ、およびアンテナ制御方法に関する。

近年、ＰＨＳ(Personal Handy phone System)端末や携帯電話等に代表される無線通信端末が普及し、場所や時間を問わず通話や情報入手が可能となった。特に昨今では、入手可能な情報量も増加の一途を辿り、大容量のデータをダウンロードするため高速かつ高品質な無線通信方式の採用が急務になっている。

このような無線通信の信号伝達媒体である電波は、その周波数が高いほど障害物やフェージングの影響を受けやすいので、基地局のアンテナは、通信対象となる無線通信端末との見通しを良くするために高いところに設置される。また、基地局のアンテナは、そのカバレッジエリア（通信可能範囲）内の無線通信端末との通信を確保するため、水平より地上側に傾斜した方向に電波を放射している。この傾斜角をチルト角やダウンチルト角と呼ぶ。

複数配置された基地局によるカバレッジエリアは、このようなチルト角や基地局からの送信電力の他、基地局の配置（密度）とそのアンテナの高さ等複数のパラメータから導出される。従来、アンテナは固定的に設置され、そのチルト角も固定であった。従って、そのチルト角の変更を要する事態が生じた場合、作業者を派遣してアンテナを直接動かして調整しなければならなかった。このような変更方法は、メンテナンスコストの増大や危険性を伴うといった結果を招いていた。

そこで、任意のチルト制御装置が主制御装置からの制御信号を受けてアンテナのチルト角を動的に調整する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
特開２０００―２６９７２３号公報

上述したチルト角を制御可能な技術を用いることで、複数の基地局それぞれにおける最適なチルト角を導出することが可能となった。しかし、そのチルト角の導出には、各基地局における個々のカバレッジエリアの測定を伴い、測定結果導出に長時間を要していた。また、チルト角の導出において、隣接基地局間のアンテナパラメータの影響等が考慮されていないため導出結果の正確さに欠けていた。このような導出時間分の遅延と導出結果の不正確さから実際の稼働状態とに差が生じ、基地局によっては、現実に見合っていない非効率な処理や過負荷状態を招いていた。

一方、各基地局のチルト角や送信電力を変更する場合に、変更後のカバレッジエリアを予想するシステムとして、基地局およびその周囲の地形の様々なパラメータを用いて電界強度の推移を導出するシミュレーション技術がある。かかるシミュレーションを実行可能なシミュレータの精度は、シミュレータ結果と実測値との差分をシミュレーションにフィードバックすることで高めることができる。しかし、現行のシステムは、基地局を新規に設置する場合やチルト角を大きく変更する場合のカバレッジエリアの予測に用いられるに留まり、その精度の高い計算結果が有効利用されていなかった。

本発明は、上述した問題に鑑み、アンテナのチルト角や送信電力の総合的な制御にシミュレーションを融合（連携）することで、無線通信端末との通信状況の変化を迅速に反映して基地局の最適なカバレッジエリアをリアルタイムに導出し、効率的で安定性の高い無線通信の実現が可能な無線通信システム、基地局、シミュレータ、アンテナ制御方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、無線通信端末との無線通信を遂行する複数の基地局と、複数の基地局に接続されたシミュレータとを備える無線通信システムであって、複数の基地局は、それぞれ、当該基地局と無線通信を実行している１または複数の無線通信端末の位置および数を所定期間毎に集計する端末集計部と、集計された無線通信端末の位置および数を含む端末情報と、当該基地局のアンテナのチルト角、送信電力およびアンテナゲインを含む基地局情報とをシミュレータに送信する現状情報送信部と、シミュレータからのアンテナ動作情報に基づいて当該基地局のアンテナのチルト角および送信電力を制御するアンテナ制御部と、を備え、シミュレータは、複数の基地局からの基地局情報を適用した電波伝搬式に基づいて複数の基地局からの電界強度の推移をシミュレーションするシミュレーション部と、シミュレーションの結果に複数の基地局からの端末情報を加えて、各基地局の負荷の差が最小となるようにそれぞれのアンテナのチルト角および送信電力を導出するアンテナ動作情報導出部と、導出されたアンテナのチルト角および送信電力を含むアンテナ動作情報を基地局に送信する動作情報送信部と、を備えることを特徴とする。

ここでは、シミュレータ（カバレッジシミュレータ）の入力を基地局におけるリアルタイムな測定値とし、またシミュレータのシミュレーション結果をリアルタイムに基地局に反映している。こうして、従来長時間を要していた個々のカバレッジエリアの測定を容易かつ迅速に導出することが可能となり、適応までの遅延を大幅に短縮することができる。また、アンテナのチルト角や送信電力の総合的な制御にシミュレーションを融合（連携）することで、基地局の最適なカバレッジエリアをリアルタイムに導出でき、効率的で安定性の高い無線通信の実現が可能となる。

また、新規に基地局を設置する場合においても、そのカバレッジエリアが導出されるだけでなく、シミュレータによって、他の基地局の影響も踏まえた最適なチルト角や送信電力が即座に導出されるため、従来実行されていた煩雑な実環境の多点測定を伴うことなく、スムーズな基地局の設置が可能となる。

アンテナ動作情報導出部は、隣接する基地局同士の所定の電界強度の境界が接するようにチルト角を連動させてもよい。このように隣接基地局間のアンテナパラメータの影響も考慮することで、基地局間の干渉を軽減し、無線通信端末のスループットを改善することができる。また、無線リソースの有効活用および基地局の消費電力低減も図ることができる。

シミュレーション部は、既知の複数の基地局の位置、アンテナ高さ、アンテナ種類、地図情報、および土地利用区分を加えて各地点の電界強度の推移をシミュレーションしてもよい。

このような地形や建造物の詳細な情報を基にシミュレーションすることで、現実の世界との整合性がとれたシミュレーション結果を得ることができる。また、地形の変化や新しい建造物にも迅速に対応することで、さらに適切なシミュレーションを遂行することが可能となる。

本発明の他の基地局の代表的な構成は、当該基地局と無線通信を実行している１または複数の無線通信端末の位置および数を所定期間毎に集計する端末集計部と、集計された無線通信端末の位置および数を含む端末情報と、当該基地局のアンテナのチルト角、送信電力およびアンテナゲインを含む基地局情報とをシミュレータに送信する現状情報送信部と、端末情報および基地局情報に基づいてシミュレータで導出されたアンテナのチルト角および送信電力を含むアンテナ動作情報に基づいて当該基地局のアンテナのチルト角および送信電力を制御するアンテナ制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の他の代表的な構成は、複数の基地局に接続されたシミュレータであって、複数の基地局のアンテナのチルト角、送信電力およびアンテナゲインを含む基地局情報を適用した電波伝搬式に基づいて複数の基地局からの電界強度の推移をシミュレーションするシミュレーション部と、無線通信端末の位置および数を含む端末情報をシミュレーションの結果に加えて、各基地局の負荷の差が最小となるようにそれぞれのアンテナのチルト角および送信電力を導出するアンテナ動作情報導出部と、導出されたアンテナのチルト角および送信電力を含むアンテナ動作情報を基地局に送信する動作情報送信部と、を備えることを特徴とする。

本発明の他の代表的な構成は、無線通信端末との無線通信を遂行する複数の基地局と、複数の基地局に接続されたシミュレータとを用いて、基地局のアンテナを制御するアンテナ制御方法であって、基地局は、当該基地局と無線通信を実行している１または複数の無線通信端末の位置および数を所定期間毎に集計し、集計された無線通信端末の位置および数を含む端末情報と、当該基地局のアンテナのチルト角、送信電力およびアンテナゲインを含む基地局情報とをシミュレータに送信し、シミュレータは、複数の基地局からの基地局情報を適用した電波伝搬式に基づいて複数の基地局からの電界強度の推移をシミュレーションし、シミュレーションの結果に複数の基地局からの端末情報を加えて、各基地局の負荷の差が最小となるようにそれぞれのアンテナのチルト角および送信電力を導出し、導出されたアンテナのチルト角および送信電力を含むアンテナ動作情報を基地局に送信し、基地局は、シミュレータからのアンテナ動作情報に基づいて当該基地局のアンテナのチルト角および送信電力を制御することを特徴とする。

上述した無線通信システムにおける技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該基地局、シミュレータ、およびアンテナ制御方法にも適用可能である。

以上のように本発明の無線通信システムでは、アンテナのチルト角や送信電力の総合的な制御にシミュレーションを融合することで、無線通信端末との通信状況の変化を迅速に反映して基地局の最適なカバレッジエリアをリアルタイムに導出し、効率的で安定性の高い無線通信の実現が可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

ＰＨＳ端末や携帯電話に代表される無線通信端末は、所定間隔をおいて固定配置される基地局と無線で通信を行う無線通信システムを構築する。基地局は、アンテナのチルト角と送信電力を調整してカバレッジエリアを変更し、そのカバレッジエリア内の無線通信端末と無線通信を確立する。ここでは、まず、無線通信システム全体を説明し、その後、無線通信端末、基地局、およびシミュレータの具体的構成を説明する。また、本実施形態における無線通信端末としては、ＰＨＳ端末、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、デジタルカメラ、音楽プレイヤー、カーナビゲーション、ポータブルテレビ、ゲーム機器、ＤＶＤプレイヤー、リモートコントローラ等無線通信可能な様々な電子機器を用いることができる。

（第1の実施形態：無線通信システム１００）
図１は、無線通信システム１００の概略的な接続関係を示した説明図である。当該無線通信システム１００は、無線通信端末１１０と、基地局１２０と、ＩＳＤＮ(Integrated Services Digital Network)回線、インターネット、専用回線等で構成される通信網１３０と、中継サーバ１４０と、シミュレータ１５０とを含んで構成される。

上記無線通信システム１００において、ユーザが自身の無線通信端末１１０から他の無線通信端末への通信回線の接続を行う場合、無線通信端末１１０は、自体をカバレッジエリア１６０に含む基地局１２０に無線接続要求を行う。無線接続要求を受信した基地局１２０は、通信網１３０を介して中継サーバ１４０に通信相手との通信接続を要求し、中継サーバ１４０は、他の無線通信端末の位置登録情報を参照し、他の無線通信端末をカバレッジエリア１６０に含む基地局１２０を選択して基地局間の通信経路を確保し、無線通信端末１１０と他の無線通信端末との通信を確立する。

無線通信システム１００では、移動しながら無線通信端末１１０の通信を維持できる。従って、このように通信を確立した後、基地局１２０のカバレッジエリア１６０から離脱する状況が発生したとしても、通信対象となる基地局１２０を切り換える所謂ハンドオーバを実行することで、カバレッジエリア１６０を跨いだ通信の維持が可能となる。

このような各基地局１２０のカバレッジエリア１６０は、基地局１２０の絶対位置や設定によって決まる。

図２は、カバレッジエリア１６０を説明するための説明図である。カバレッジエリア１６０は、基地局１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）の位置Ｐ（Ｐ_A、Ｐ_B）、アンテナの高さＨ（Ｈ_A、Ｈ_B）、チルト角θ（θ_A、θ_B）によって物理的領域が決まり、送信電力、アンテナゲインによってその大小が調整される。また、昨今では両矢印で示したようにチルト角θ（θ_A）を遠隔操作により調整することができる。

例えば、ビジネス街のお昼時、住宅街の夜間、コンサート等のイベント時等、通信確立負荷が集中する場合、当該基地局１２０のカバレッジエリア１６０を測定し、チルト角θを変更していた。このように、従来では、現実の環境下において無線通信端末１１０のトラフィック量を勘案してチルト角θを修正し、その結果の妥当性を実測していた。しかし、従来の技術ではその計算に長時間を要すといった問題があった。一方、カバレッジエリアを予想するシミュレーションでは計算自体は早いものの、そのシミュレーションの妥当性は、シミュレーションの結果を現実に反映した後でしか把握できなかった。

そこで、本実施形態では、現実の環境下におけるチルト角や送信電力の制御のうち、カバレッジエリア１６０の測定等の長時間を要するものをシミュレーションに代替して、計算結果を導出するまでの短時間化を図り、また、シミュレーションの現実の環境への反映結果をリアルタイムに、シミュレーションにフィードバックすることでシミュレーションの精度を高めると共に、現実の環境とシミュレーションとの整合をとることで、効率的で安定性の高い無線通信を実現する。以下、このようなチルト角や送信電力の総合的な制御にシミュレーションを融合（連携）した場合の無線通信端末１１０、基地局１２０、シミュレータ１５０の詳細な構成を説明する。

（無線通信端末１１０）
図３は、無線通信端末１１０のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。無線通信端末１１０は、端末制御部２１０と、端末メモリ２１２と、表示部２１４と、操作部２１６と、音声入力部２１８と、音声出力部２２０と、ＧＰＳ取得部２２２と、端末無線通信部２２４とを含んで構成される。

端末制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により無線通信端末１１０全体を管理および制御し、端末メモリ２１２のプログラムを用いて、通話機能、メール送受信機能、撮像機能、音楽再生機能、ＴＶ視聴機能も遂行する。また、端末制御部２１０は、端末情報の一部、ここでは、後述するＧＰＳ取得部２２２による無線通信端末１１０の位置および後述する端末無線通信部２２４による受信レベルを基地局１２０に送信する端末情報送信部２３０としても機能する。

端末メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、端末制御部２１０で処理されるプログラムや音声データ等を記憶する。表示部２１４は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)等で構成され、端末メモリ２１２に記憶された、または通信網１３０を介してアプリケーション中継サーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。

操作部２１６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。音声入力部２１８は、マイク等の音声認識手段で構成され、通話時に入力されたユーザの音声を無線通信端末１１０内で処理可能な電気信号に変換する。音声出力部２２０は、スピーカで構成され、無線通信端末１１０で受信した通話相手の音声信号を音声に変えて出力する。また、着信音や、操作部２１６の操作音、アラーム音等も出力できる。

ＧＰＳ取得部２２２は、ＧＰＳ衛星２４０からのＧＰＳ信号を受信して当該無線通信端末１１０の絶対位置を導出し、端末情報送信部２３０に転送する。端末無線通信部２２４は、基地局１２０との無線通信を確立し、データを送受信する。また、端末無線通信部２２４は、キャリアセンスやハンドオーバの実行判定に用いられるＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）等の受信レベルを端末情報送信部２３０に転送する。ここで受信レベルは、基地局１２０が放射した信号の受信感度を示し、後述する電界強度と同義である。また、受信レベルは、各基地局１２０のカバレッジエリアを把握するために用いられ、かかる受信レベルに応じてチルト角が調整されて圏外エリアの生成が回避される。

（基地局１２０）
図４は、基地局１２０の概略的な構成を示したブロック図である。基地局１２０は、基地局制御部３１０と、基地局メモリ３１２と、基地局無線通信部３１４と、基地局有線通信部３１６とを含んで構成される。

基地局制御部３１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により基地局１２０全体を管理および制御する。また、基地局制御部３１０は、基地局メモリ３１２のプログラムを用いて、通信網１３０に接続された各サーバや他の無線通信端末１１０への通信接続を制御する。基地局メモリ３１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、基地局制御部３１０で処理されるプログラム等を記憶する。

基地局無線通信部３１４は、無線通信端末１１０との通信を確立し、データの送受信を行う。基地局有線通信部３１６は、通信網１３０を介して中継サーバ１４０を含む様々なサーバと接続することができる。

また、上述した基地局制御部３１０は、端末集計部３３０、現状情報送信部３３２、アンテナ制御部３３４としても機能する。

端末集計部３３０は、当該基地局１２０と無線通信を実行している１または複数の無線通信端末１１０の位置、数（トラフィック量）、受信レベルを所定期間、例えば数分毎に集計する。ここで、無線通信端末１１０の位置は、無線通信端末１１０の端末情報送信部２３０から送信される位置を用いてもよいし、複数の基地局１２０における、対象となる無線通信端末１１０の電界強度による三点測位によって自発的に導出してもよい。

現状情報送信部３３２は、端末集計部３３０で集計された無線通信端末１１０の位置、数、受信レベルを含む端末情報と、当該基地局１２０の現在における、アンテナのチルト角、送信電力およびアンテナゲインを含む基地局情報とを基地局有線通信部３１６を通じてシミュレータ１５０に送信する。本実施形態においては、シミュレータ１５０が他の基地局１２０との干渉も考慮されるため、基地局情報に基地局間の電波干渉や、信号対雑音比（ＳＮＲ）またはＦＥＲ等のエラー情報を含んでもよい。

アンテナ制御部３３４は、シミュレータ１５０から基地局有線通信部３１６を通じて受信したアンテナ動作情報に基づいて、当該基地局１２０のアンテナのチルト角および送信電力を制御する。アンテナは、水平方向の周囲３６０°のチルト角を一度に変更することができる。

（シミュレータ１５０）
図５は、シミュレータ１５０の概略的な構成を示したブロック図である。シミュレータ１５０は、シミュレータ制御部４１０と、シミュレータメモリ４１２と、シミュレータ有線通信部４１４とを含んで構成される。

シミュレータ制御部４１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路によりシミュレータ１５０全体を管理および制御する。シミュレータメモリ４１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、シミュレータ制御部４１０で処理されるプログラムを記憶する。シミュレータ有線通信部４１４は、通信網１３０を介して基地局１２０と接続することができる。

また、シミュレータ制御部４１０は、シミュレーション部４３０、アンテナ動作情報導出部４３２、動作情報送信部４３４としても機能する。

シミュレーション部４３０は、複数の基地局１２０からの基地局情報（アンテナのチルト角、送信電力、アンテナゲイン基地局間の電波干渉、エラー情報等）と、既知の情報（複数の基地局の位置、アンテナ高さ、アンテナ種類、地図情報、土地利用区分、ケーブルロス、オーバーラップの最低受信レベル等）とを適用した電波伝搬式に基づいて複数の基地局１２０からの電界強度の推移をシミュレーションする。ここで土地利用区分は、例えば２０ｍ四方に区分された領域の建造物の特に高さをイメージした属性を示し、高層ビル、都市部、郊外、森林等、１５の段階で表される。かかる土地利用区分により電波の屈折率が変わり、カバレッジエリア１６０に影響を及ぼす。

また、本実施形態の電波伝搬式は、奥村・秦モデルを改良した下記の電波伝搬式を用いる。
受信電力＝送信電力−伝搬損失
伝搬損失＝Ｋ１＋Ｋ２・ｌｏｇ（ｄ）＋Ｋ３・ｌｏｇ（Ｈ_eff）＋Ｋ４・Diffraction＋Ｋ５・ｌｏｇ（Ｈ_eff）・ｌｏｇ（ｄ）＋Ｋ６（Ｈ_meff）＋Ｋ・Clutter
ただし、Ｋは係数、ｄは基地局から無線通信端末までの距離、Ｈ_effは実効基地局アンテナ高、Ｈ_meffは実効無線通信端末アンテナ高、Diffractionは回折損失、Ｋ・Clutterは土地利用区分の補正値である。

このような地形や建造物の詳細な情報を基にシミュレーションすることで、現実の世界との整合性がとれたシミュレーション結果を得ることができる。また、地形の変化や新しい建造物にも迅速に対応することで、さらに適切なシミュレーションを遂行することが可能となる。

アンテナ動作情報導出部４３２は、シミュレーション部４３０によるシミュレーション結果に複数の基地局１２０からの端末情報（無線通信端末１１０の位置、数、受信レベル）を加えて、各基地局１２０の負荷の最大値と最小値との差が最小となるように、即ち、トラフィックが集中して負荷が高い基地局のチルト角を深く、負荷の低い基地局のチルト角を浅くして負荷が実質的に均等になるように各チルト角を導出する。そして、圏外エリアや、干渉の原因となる極度のオーバーラップが生じない最適なカバレッジエリア１６０を形成するための送信電力も導出する。こうして無線通信端末１１０を有する１ユーザあたりの伝送速度を均一に確保することが可能となる。

図６は、チルト角の調整による電界強度のオーバーラップを説明するための説明図である。電界強度のオーバーラップが少ないと通信不能領域を作ってしまい、オーバーラップが多いと干渉の原因となる。従って、アンテナ動作情報導出部４３２は、隣接する基地局同士の所定の電界強度（シミュレーション部４３０で設定されるオーバーラップの最低受信レベル）、例えば−９５ｄＢｍの境界が接するようにチルト角を連動させ、オーバーラップ設定を有効に機能させる。

例えば、図６における基地局１２０Ａの近隣でコンサート等のイベントがあったとき、基地局１２０Ａに突発的に負荷が集中することがある。このとき図６の矢印で示すように、負荷が集中している基地局１２０Ａのチルト角を深く、基地局１２０Ａによる所定の電界強度の境界が接するように隣接する基地局１２０Ｂのチルト角を浅く設定する。こうすることで、例えば、基地局１２０Ａと基地局１２０Ｂの中間に位置する無線通信端末１１０Ａは、ハンドオーバを通じて基地局１２０Ａから基地局１２０Ｂに通信対象を切り換えられ、基地局間の適切な負荷分担がなされる。

図７は、チルト角の調整による実際のシミュレーション結果を示したシミュレーション図である。図７における配色は、濃い順に−７５ｄＢｍ以上、−７５〜−８５ｄＢｍ、−８５〜−９５ｄＢｍ、−９５〜−１０５ｄＢｍ、−１０５〜−１１５ｄＢｍの５段階の電界強度（受信レベル）に対応している。

図７（ａ）では、４つの基地局１２０Ａ〜１２０Ｄのチルト角が全て５°に設定されている。同一のチルト角で周囲の電界強度が相異するのは、基地局１２０の高さと周囲の地形が相異するからである。このとき、基地局１２０Ｄの負荷が高くなると、アンテナ動作情報導出部４３２は、基地局１２０Ｄのチルト角を例えば１０°に設定する。すると上述したオーバーラップの調整により基地局１２０Ｃのチルト角が２°と設定される。かかるチルト角の設定変更により、シミュレーション結果も図７（ｂ）のように変化する。かかる図７（ｂ）を参照すると、基地局１２０Ｄのカバレッジエリア１６０が狭く、基地局１２０Ｃのカバレッジエリア１６０が広くなっているのが理解できる。

このように隣接基地局間のアンテナパラメータの影響も考慮することで、基地局間の干渉を軽減し、無線通信端末１１０のスループットを改善することができ、また、無線リソースの有効活用および基地局の消費電力低減も図ることができる。

動作情報送信部４３４は、アンテナ動作情報導出部４３２が導出したアンテナのチルト角および送信電力を含むアンテナ動作情報を基地局１２０に送信する。そして、基地局１２０は、かかるアンテナ動作情報に基づいてチルト角および送信電力を調整する。

このようなアンテナ動作情報を通じたチルト角および送信電力の変更は、常時行ってもよいが、基地局１２０の消費電力を低減するため、基地局間の負荷の差が所定範囲以上となったときや、負荷が許容値の直前の所定値を超えたときに限ってもよい。

また、時間帯によってユーザ数が大幅に減少する領域では基地局１２０の送信電力を削減したり、基地局１２０の機能を一部もしくは全部停止することでリソースを有効活用させることもできる。このとき、機能を停止した基地局１２０に隣接した基地局１２０は、機能を停止した基地局１２０のカバレッジエリア１６０に存在する無線通信端末１１０の通信確立を補償すべく、自体のカバレッジエリア１６０を広げるとしてもよい。

以上説明した無線通信システムでは、シミュレータ１５０の入力を基地局１２０におけるリアルタイムな測定値とし、またシミュレータ１５０のシミュレーション結果をリアルタイムに基地局１２０に反映している。こうして、従来長時間を要していた個々のカバレッジエリアの測定を容易かつ迅速に導出することが可能となり、適応までの遅延を大幅に短縮することができる。また、アンテナのチルト角や送信電力の総合的な制御にシミュレーションを融合（連携）することで、基地局１２０の最適なカバレッジエリアをリアルタイムに導出でき、効率的で安定性の高い無線通信の実現が可能となる。

また、新規に基地局１２０を設置する場合においても、そのカバレッジエリアが導出されるだけでなく、シミュレータによって、他の基地局の影響も踏まえた最適なチルト角や送信電力が即座に導出されるため、従来実行されていた煩雑な実環境の多点測定を伴うことなく、スムーズな基地局１２０の設置が可能となる。

次に、上述した無線通信システム１００において基地局１２０のアンテナのチルト角を制御するアンテナ制御方法を説明する。

（アンテナ制御方法）
図８は、アンテナ制御方法の処理の流れを示したシーケンス図である。ここではまず、無線通信端末１１０と基地局１２０とが通信を確立している（Ｓ５００）。そして、所定の間隔をおいて、無線通信端末１１０の端末情報送信部２３０は、ＧＰＳ取得部２２２で導出された無線通信端末１１０の位置および受信レベルを基地局１２０に送信する（Ｓ５０２）。

次に、基地局１２０の端末集計部３３０が、当該基地局１２０と無線通信を実行している１または複数の無線通信端末１１０の位置および数を所定期間毎に集計し、現状情報送信部３３２が、集計された無線通信端末１１０の位置、数、受信レベルを含む端末情報と、当該基地局１２０のアンテナのチルト角、送信電力およびアンテナゲインを含む基地局情報とをシミュレータに送信する（Ｓ５０４）。

続いて、シミュレータ１５０のシミュレーション部４３０が、複数の基地局１２０からの基地局情報を適用した電波伝搬式に基づいて複数の基地局１２０からの電界強度の推移をシミュレーションし、アンテナ動作情報導出部４３２が、シミュレーション結果に複数の基地局１２０からの端末情報を加えて、各基地局１２０の負荷の差が最小となるようにそれぞれのアンテナのチルト角および送信電力を導出し（Ｓ５０６）、動作情報送信部４３４が、導出されたアンテナのチルト角および送信電力を含むアンテナ動作情報を基地局に送信する（Ｓ５０８）。

基地局１２０のアンテナ制御部３３４は、シミュレータ１５０からのアンテナ動作情報に基づいて当該基地局１２０のアンテナのチルト角および送信電力を制御する（Ｓ５１０）。

図９は、シミュレーション部４３０およびアンテナ動作情報導出部４３２によるシミュレーション（Ｓ５０６）の処理をさらに詳細に示したフローチャートである。ここでは、基地局１２０から送信された基地局情報および既知の情報によって電波伝搬式のパラメータを設定する（Ｓ６００）。そして、各基地局１２０の負荷等により現状設定されているトラフィック量が適切な値であるかどうか判断され（Ｓ６０２）、適切でなければトラフィック量に関するパラメータを変更する（Ｓ６０４）。そして、設定されたパラメータに基づいて電波伝搬式によるシミュレーションが実行される（Ｓ６０６）。

次にオーバーラップの設定、即ち、アンテナ動作情報導出部４３２によって制御されるオーバーラップの境界の電界強度が適切な値であるかどうか判断され（Ｓ６０８）、適切でなければオーバーラップに関するパラメータを変更し（Ｓ６１０）、再度のシミュレーションが実行される（Ｓ６１２）。

こうしてシミュレーションが実行されると、基地局１２０から送信された端末情報も加えてカバレッジエリア１６０の最適化が実行され（Ｓ６１４）、その最適化において導出されたチルト角および送信電力を基地局１２０に送信する（Ｓ６１６）。

以上説明したアンテナ制御方法においても、アンテナのチルト角や送信電力の総合的な制御にシミュレーションを融合（連携）することで、無線通信端末１１０との通信状況の変化を迅速に反映して基地局１２０の最適なカバレッジエリア１６０をリアルタイムに導出し、効率的で安定性の高い無線通信の実現が可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本明細書のアンテナ制御方法における各工程は、必ずしもシーケンス図もしくはフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、基地局のアンテナのチルト角を制御する無線通信システム、基地局、シミュレータ、およびアンテナ制御方法に利用可能である。

無線通信システムの概略的な接続関係を示した説明図である。 カバレッジエリアを説明するための説明図である。 無線通信端末のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。 基地局の概略的な構成を示したブロック図である。 シミュレータの概略的な構成を示したブロック図である。 チルト角の調整による電界強度のオーバーラップを説明するための説明図である。 チルト角の調整による実際のシミュレーション結果を示したシミュレーション図である。 アンテナ制御方法の処理の流れを示したシーケンス図である。 シミュレーションの処理をさらに詳細に示したフローチャートである。

符号の説明

１１０ …無線通信端末
１２０ …基地局
１５０ …シミュレータ
１６０ …カバレッジエリア
３３０ …端末集計部
３３２ …現状情報送信部
３３４ …アンテナ制御部
４３０ …シミュレーション部
４３２ …アンテナ動作情報導出部
４３４ …動作情報送信部

Claims (6)

1. 無線通信端末との無線通信を遂行する複数の基地局と、該複数の基地局に接続されたシミュレータとを備える無線通信システムであって、
   前記複数の基地局は、それぞれ、
   当該基地局と無線通信を実行している１または複数の無線通信端末の位置および数を所定期間毎に集計する端末集計部と、
   前記集計された無線通信端末の位置および数を含む端末情報と、当該基地局のアンテナのチルト角、送信電力およびアンテナゲインを含む基地局情報とを前記シミュレータに送信する現状情報送信部と、
   前記シミュレータからのアンテナ動作情報に基づいて当該基地局のアンテナのチルト角および送信電力を制御するアンテナ制御部と、
   を備え、
   前記シミュレータは、
   前記複数の基地局からの基地局情報を適用した電波伝搬式に基づいて該複数の基地局からの電界強度の推移をシミュレーションするシミュレーション部と、
   前記シミュレーションの結果に前記複数の基地局からの端末情報を加えて、各基地局の負荷の差が最小となるようにそれぞれのアンテナのチルト角および送信電力を導出するアンテナ動作情報導出部と、
   前記導出されたアンテナのチルト角および送信電力を含むアンテナ動作情報を前記基地局に送信する動作情報送信部と、
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記アンテナ動作情報導出部は、隣接する基地局同士の所定の電界強度の境界が接するようにチルト角を連動させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記シミュレーション部は、既知の前記複数の基地局の位置、アンテナ高さ、アンテナ種類、地図情報、および土地利用区分を加えて各地点の電界強度の推移をシミュレーションすることを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 当該基地局と無線通信を実行している１または複数の無線通信端末の位置および数を所定期間毎に集計する端末集計部と、
   前記集計された無線通信端末の位置および数を含む端末情報と、当該基地局のアンテナのチルト角、送信電力およびアンテナゲインを含む基地局情報とをシミュレータに送信する現状情報送信部と、
   前記端末情報および基地局情報に基づいて前記シミュレータで導出されたアンテナのチルト角および送信電力を含むアンテナ動作情報に基づいて当該基地局のアンテナのチルト角および送信電力を制御するアンテナ制御部と、
   を備えることを特徴とする基地局。
5. 複数の基地局に接続されたシミュレータであって、
   前記複数の基地局のアンテナのチルト角、送信電力およびアンテナゲインを含む基地局情報を適用した電波伝搬式に基づいて該複数の基地局からの電界強度の推移をシミュレーションするシミュレーション部と、
   無線通信端末の位置および数を含む端末情報を前記シミュレーションの結果に加えて、各基地局の負荷の差が最小となるようにそれぞれのアンテナのチルト角および送信電力を導出するアンテナ動作情報導出部と、
   前記導出されたアンテナのチルト角および送信電力を含むアンテナ動作情報を前記基地局に送信する動作情報送信部と、
   を備えることを特徴とするシミュレータ。
6. 無線通信端末との無線通信を遂行する複数の基地局と、該複数の基地局に接続されたシミュレータとを用いて、該基地局のアンテナを制御するアンテナ制御方法であって、
   前記基地局は、
   当該基地局と無線通信を実行している１または複数の無線通信端末の位置および数を所定期間毎に集計し、
   前記集計された無線通信端末の位置および数を含む端末情報と、当該基地局のアンテナのチルト角、送信電力およびアンテナゲインを含む基地局情報とを前記シミュレータに送信し、
   前記シミュレータは、
   前記複数の基地局からの基地局情報を適用した電波伝搬式に基づいて該複数の基地局からの電界強度の推移をシミュレーションし、
   前記シミュレーションの結果に前記複数の基地局からの端末情報を加えて、各基地局の負荷の差が最小となるようにそれぞれのアンテナのチルト角および送信電力を導出し、
   前記導出されたアンテナのチルト角および送信電力を含むアンテナ動作情報を前記基地局に送信し、
   前記基地局は、
   前記シミュレータからのアンテナ動作情報に基づいて当該基地局のアンテナのチルト角および送信電力を制御することを特徴とするアンテナ制御方法。