JP4160082B2 - 無線基地局配置方法 - Google Patents

Description

本発明は、サービスエリア内に複数の無線基地局を配置して無線端末局と通信を行う無線通信システムにおいて、複数の無線基地局の各無線セルでサービスエリアを隙間なく覆うための無線基地局の位置を決める無線基地局配置方法に関する。

移動通信の電波伝搬は地形・建物等の影響を受けるために、無線基地局から電波が届いて通信可能な領域（無線セル）は一般に複雑な形状になる。
ここで、無線基地局と見通しがある地点は無線基地局との通信が可能であり、障害物（例えば建物）に遮られて無線基地局と見通しがない地点は無線基地局との通信ができないものとする。

このとき、図８に示すように、起伏のない平面大地の上に高さｈ１の無線基地局を設置し、同じ平面大地の上に高さｈ２の障害物が無線基地局から距離ｄ１，ｄ２の位置にあるとすると（ｄ１＜ｄ２）、同じ高さの障害物であっても無線基地局から離れるに従って無線基地局と見通しのない領域は広がる。
このため、無線基地局からの距離に応じて見通しのある領域が徐々に減少し、かつ無線セルの端（セル端）にいくに従って見通しのある領域は放射状に広がる。
この様子を図９に示す。

また、高い障害物の数が多いほど見通しは遮られやすくなり、無線基地局から距離が遠くになるに従って無線基地局と見通しがある領域は減少する。
すなわち、図１０に示すように、低層の障害物がある低層エリアよりも中高層の障害物がある中高層エリアの方が、障害物による見通しのない領域が相対的に大きくなる。
ここで、小さい円は見通し率αの境界を示し、大きい円は見通し率β（β＜α）の境界を示す。
低層エリアよりも中高層エリアの方が、見通し率α，βの領域は狭くなり、かつセル端にいくに従って見通しのある領域は急激に減少する。

以上の特性を有する無線セルであるが、サービスエリア内に複数の無線基地局が配置される場合には、無線端末局は少なくとも１つの無線基地局との間に見通しがあればよいので、等価的に見通し率が改善する。
複数の無線セルが互いに重複して配置された場合の見通し率を、少なくとも１つの無線基地局を見通せる確率とすると、ｋ個の無線セルが重複した場合の見通し率は統計的なモデルを用い、ｋ個の無線セルが重複した場合の見通し率＝［１−（無線基地局１から見通しがない確率）・（無線基地局２から見通しがない確率）・・・（無線基地局ｋから見通しがない確率）］で与えられる。

従来の無線基地局配置方法では、上式から無線セル半径と無線基地局間相互の間隔を検討し、任意の地点の見通し率が少なくとも所定値以上になるように、無線基地局間相互の距離を算出し、無線基地局を設置している。
奥村善久、進士昌明監修、「移動通信の基礎」初版、コロナ社、昭和６１年１０月１日発行、ｐｐ．１８８−２０１

従来の無線基地局配置方法では、統計的なモデルを設定して見通し率を計算している。
この場合、実際に無線基地局を設置する地域の状況を考慮に入れることができず、無線基地局の設置場所の最適化が困難になっていた。

本発明は、実際に無線基地局を設置する地域の状況に応じて、多くの無線端末局と通信可能な無線基地局の設置場所を事前に推測し、サービスエリア内で無線基地局と通信可能な無線端末局数を増加させることが無線基地局配置方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、サービスエリア内に複数の無線基地局を配置して無線端末局と通信を行う無線通信システムの無線基地局配置方法において、前記各無線基地局が形成する無線セルの２つの外周線で囲まれた領域の各地点で、周囲に存在する全ての無線基地局に対する見通しの有無を地形データおよび高さデータに基づいて、前記各地点と前記無線基地局とを結ぶ直線上に障害物が無ければ見通し有とし、障害物があれば見通し無しとして計算し、少なくとも１つの無線基地局と見通し有の地点数が最大になる無線基地局の位置を算出する。

本発明の無線基地局配置方法は、無線基地局を設置する地域の地形データおよび高さデータを用いた計算により、無線セルの各地点から少なくとも１つの無線基地局と見通しがある地点が最大になる無線基地局の位置を近似により推定することができる。
これにより、実際に無線基地局を設置する地域の特性を考慮して無線基地局の位置を最適化することができ、無線基地局と通信可能な無線端末局の数を増加させることができる。

図１は、本発明の無線基地局配置方法の基本原理を示す。
ここでは、２つの無線基地局が形成する各無線セルを重ね合わせた地域において、一方の無線基地局を移動させたときに、少なくとも１つの無線基地局と見通しがある地点が増える様子を示す。

図１（１） は、２つの無線基地局が形成する各無線セルを重ね合わせた地域において、各無線基地局（ＡＰ）から見通しのある地域が重複しており、少なくとも１つの無線基地局と見通しがある地点の割合が低い状態を示す。
図１（２） は、一方の無線基地局の位置を少し移動することにより、各無線基地局から見通しのある地域の重複を少なくし、少なくとも１つの無線基地局と見通しがある地点の割合が増加する状態を示す。
このように、無線基地局の設置場所に応じて、少なくとも１つの無線基地局と見通しがある地点の割合が異なる。

図２は、本発明の無線基地局配置方法の第１の実施形態を示す。
まず、各無線基地局（ＡＰ）の初期位置を決める（Ｓ１１）。
次に、固定の無線基地局と移動する無線基地局を決める（Ｓ１２）。
次に、移動する無線基地局の設置位置候補をｎ個決める（Ｓ１３）。
次に、移動する無線基地局の第１の設置位置において、図３に示すように各無線基地局が形成する無線セル内の各地点で、少なくとも１つの無線基地局との見通しがあるか否かを計算する（Ｓ１４）。
なお、この計算では、無線基地局を配置する地域の地形データおよび高さデータを入力した計算機を用いて行われる。

次に、移動する無線基地局を第２の設置位置にずらし、同様に各無線基地局の無線セル内の各地点で少なくとも１つの無線基地局との見通しがあるか否かを計算する（Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１４）。
この計算を無線基地局を移動させながらｎ回繰り返し、最後に少なくとも１つの無線基地局と見通しがある地点の割合が最大になる無線基地局の位置を選択する（Ｓ１７）。

図４は、本発明の無線基地局配置方法の第２の実施形態を示す。
まず、各無線基地局（ＡＰ）の初期位置を決める（Ｓ２１）。
次に、固定の無線基地局と移動する無線基地局を決める（Ｓ２２）。
次に、移動する無線基地局の設置位置候補をｎ個決める（Ｓ２３）。
次に、移動する無線基地局の第１の設置位置において、図５に示すように各無線基地局が形成する無線セルの２つの外周線で囲まれた領域の各地点で、少なくとも１つの無線基地局との見通しがあるか否かを計算する（Ｓ２４）。

次に、移動する無線基地局を第２の設置位置にずらし、同様に各無線基地局が形成する無線セルの２つの外周線で囲まれた領域の各地点で、各地点で少なくとも１つの無線基地局との見通しがあるか否かを計算する（Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ２４）。
この計算を無線基地局を移動させながらｎ回繰り返し、最後に少なくとも１つの無線基地局と見通しがある地点の割合が最大になる無線基地局の位置を選択する（Ｓ２７）。
本実施形態では、見通しの有無を計算する領域を無線セルの外周部に限定することにより、計算時間の短縮を図ることができる。

図６は、本発明の無線基地局配置方法の第３の実施形態を示す。
まず、各無線基地局（ＡＰ）の初期位置を決める（Ｓ３１）。
次に、固定の無線基地局と移動する無線基地局を決める（Ｓ３２）。
次に、移動する無線基地局の設置位置候補をｎ個決める（Ｓ３３）。
次に、移動する無線基地局の第１の設置位置において、各無線基地局が形成する無線セル内の２地点で、少なくとも１つの無線基地局との見通しがあるか否かを計算する（Ｓ３４）。
この計算方法を図６（２） に示す。

図６（２） および図７に示すように、無線基地局を中心として円周１および円周２に向かって線を引き、円周１および円周２上にある２つの地点を決め（Ｓ４１）、２地点における見通しの有無を計算する（Ｓ４２） 。
この２つの地点でともに見通しがあると計算されれば、その間にある他の地点も見通しがあると推定する（Ｓ４３）。
また、この２つの地点でともに見通しがないと計算されれば、その間にある他の地点も見通しがないと推定する（Ｓ４４）。
また、この２つの地点の一方に見通しがあると計算されれば、その２つの地点の間隔を狭めて再計算を行う（Ｓ４５）。

次に、移動する無線基地局を第２の設置位置にずらし、同様に各無線基地局が形成する無線セル内の２地点で、少なくとも１つの無線基地局との見通しがあるか否かを計算する（Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３４）。
この計算を無線基地局を移動させながらｎ回繰り返し、最後に少なくとも１つの無線基地局と見通しがある地点の割合が最大になる無線基地局の位置を選択する（Ｓ３７）。
本実施形態では、見通しの有無について無線セルの２地点から推定することにより、計算時間の短縮を図ることができる。

本発明の無線基地局配置方法の基本原理を示す図。 本発明の無線基地局配置方法の第１の実施形態の処理手順を示すフローチャート。 本発明の無線基地局配置方法の第１の実施形態の計算範囲を示す図。 本発明の無線基地局配置方法の第２の実施形態の処理手順を示すフローチャート。 本発明の無線基地局配置方法の第２の実施形態の計算範囲を示す図。 本発明の無線基地局配置方法の第３の実施形態の処理手順を示すフローチャート。 本発明の無線基地局配置方法の第３の実施形態の計算範囲を示す図。 基地局からの距離と見通しの関係を示す図。 基地局からの見通し範囲を示す図。 基地局からの見通し範囲を示す図。

Claims (1)

1. サービスエリア内に複数の無線基地局を配置して無線端末局と通信を行う無線通信システムの無線基地局配置方法において、
   前記各無線基地局が形成する無線セルの２つの外周線で囲まれた領域の各地点で、周囲に存在する全ての無線基地局に対する見通しの有無を地形データおよび高さデータに基づいて、前記各地点と前記無線基地局とを結ぶ直線上に障害物が無ければ見通し有とし、障害物があれば見通し無しとして計算し、少なくとも１つの無線基地局と見通し有の地点数が最大になる無線基地局の位置を算出することを特徴とする無線基地局配置方法。