特開 2024-139413 無線アクセスネットワークおよびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024139413

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】無線アクセスネットワークおよびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H04W 24/04 20090101AFI20241002BHJP

   H04W 92/12 20090101ALI20241002BHJP

   H04W 16/06 20090101ALI20241002BHJP

   H04W 52/38 20090101ALI20241002BHJP

   H04W 16/18 20090101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

H04W24/04

H04W92/12

H04W16/06

H04W52/38

H04W16/18 110

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050337

(22)【出願日】2023-03-27

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和５年２月８日に一般社団法人電子情報通信学会、信学技報 アンテナ・伝播，Ｖｏｌ．１２２，Ｎｏ．３７８に掲載 令和５年２月１７日に２０２２年度 電子情報通信学会 アンテナ・伝播研究会にて発表

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人情報通信研究機構、Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ研究開発促進事業「Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇのレジリエンスを実現するネットワーク制御技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】100163186

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 裕吉

(72)【発明者】

【氏名】亀田 卓

【テーマコード（参考）】

5K067

【Ｆターム（参考）】

5K067AA26

5K067DD18

5K067EE06

5K067EE10

5K067EE53

5K067EE55

5K067GG08

5K067LL14

(57)【要約】

【課題】自然災害などで設備が部分的にダウンした場合に即座に自動的に無線セルを再構成して仮復旧することができる無線アクセスネットワークを提供する。
【解決手段】無線アクセスネットワーク100は、通信速度が遅く通信可能エリアが広い第１のアンテナ11およびアンテナ11よりも通信速度が速く通信可能エリアが狭い第２のアンテナ12を有する複数の無線子局10と、複数の無線子局10とフロントホール21を介して接続された収容局20と、収容局20とフロントホール22を介して接続された無線親局30とを備え、無線親局30が、自身が統括する無線セル100A内のユーザ端末の分布状況を把握し、複数の無線子局10のいずれかがダウンしたとき、当該ダウンした無線子局10に隣接する正常動作する無線子局10に対して、当該ダウンした無線子局10のエリアに向けて第２のアンテナ12の出力パワーを上げて電波を放射するよう指示して無線セル100Aを再構成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

通信速度が遅く通信可能エリアが広い第１のアンテナおよび前記第１のアンテナよりも通信速度が速く通信可能エリアが狭い第２のアンテナを有する複数の無線子局と、
前記複数の無線子局とフロントホールを介して接続された収容局と、
前記収容局とフロントホールを介して接続された無線親局とを備え、
前記無線親局が、自身が統括する無線セル内のユーザ端末の分布状況を把握し、前記複数の無線子局のいずれかがダウンしたとき、当該ダウンした無線子局に隣接する正常動作する無線子局に対して、当該ダウンした無線子局のエリアに向けて前記第２のアンテナの出力パワーを上げて電波を放射するよう指示して前記無線セルを再構成する、
ことを特徴とする無線アクセスネットワーク。

【請求項2】

前記無線親局が一定頻度でユーザ端末から現在位置情報の通知を受けてユーザ端末の分布状況を把握する、請求項１に記載の無線アクセスネットワーク。

【請求項3】

前記無線親局が配下の無線子局から当該無線子局の通信可能エリアにあるユーザ端末の在圏情報を取得してユーザ端末の分布状況を把握する、請求項１に記載の無線アクセスネットワーク。

【請求項4】

前記無線親局が、前記再構成した無線セルに関して前記第２のアンテナで通信可能なエリアを示したサービスエリアマップを作成し、前記無線子局の第１のアンテナを通じて当該サービスエリアマップを無線セルの全域に配信する、請求項１ないし３のいずれか一つに記載の無線アクセスネットワーク。

【請求項5】

通信速度が遅く通信可能エリアが広い第１のアンテナおよび前記第１のアンテナよりも通信速度が速く通信可能エリアが狭い第２のアンテナを有する複数の無線子局と、
前記複数の無線子局とフロントホールを介して接続された収容局と、
前記収容局とフロントホールを介して接続された無線親局とを備えた無線アクセスネットワークの制御方法であって、
前記無線親局が、自身が統括する無線セル内のユーザ端末の分布状況を把握し、前記複数の無線子局のいずれかがダウンしたとき、当該ダウンした無線子局に隣接する正常動作する無線子局に対して、当該ダウンした無線子局のエリアに向けて前記第２のアンテナの出力パワーを上げて電波を放射するよう指示して前記無線セルを再構成する、
ことを特徴とする無線アクセスネットワークの制御方法。

【請求項6】

前記無線親局が一定頻度でユーザ端末から現在位置情報の通知を受けてユーザ端末の分布状況を把握する、請求項５に記載の無線アクセスネットワークの制御方法。

【請求項7】

前記無線親局が配下の無線子局から当該無線子局の通信可能エリアにあるユーザ端末の在圏情報を取得してユーザ端末の分布状況を把握する、請求項５に記載の無線アクセスネットワークの制御方法。

【請求項8】

前記無線親局が、前記再構成した無線セルに関して前記第２のアンテナで通信可能なエリアを示したサービスエリアマップを作成し、前記無線子局の第１のアンテナを通じて当該サービスエリアマップを無線セルの全域に配信する、請求項５ないし７のいずれか一つに記載の無線アクセスネットワークの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線アクセスネットワークおよびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年商用化が始まった第５世代移動通信システム（５Ｇ）により無線通信の高速・大容量、低遅延、多数端末接続がもたらされた。今後、Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ（Ｂ５Ｇ）さらにその先の６Ｇになると帯域幅の広いミリ波帯（主に２８ＧＨｚ帯）さらにはテラヘルツ波帯（主に３００ＧＨｚ帯）の利用がますます進み、超高速・大容量、超低遅延、超多数同時接続がもたらされると予想される。

【0003】

ミリ波帯やテラヘルツ波帯は非常に広い帯域が確保できる一方、電波の減衰が大きいため通信可能エリアが限られるといった難点がある。したがって、Ｂ５Ｇや６Ｇの次世代無線アクセスネットワークは、ミリ波帯やテラヘルツ波帯のみで構成するのではなく、帯域は狭いがより遠くまで通信可能な周波数帯などの性質の異なる複数の通信システムを組み合わせる異種無線統合ネットワーク（ヘテロジニアスネットワーク）の形態になると考えられる。このようなヘテロジニアスネットワークに関して、本願発明者はこれまで、高い信頼性で通信を行う技術や通信効率を上げる技術を開示してきた（例えば、特許文献１、２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－７６９００号公報

【特許文献2】特開２０１６－１００６０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、無線通信ネットワークは単なる通信基盤から社会基盤となり、より一層不可欠な存在になっている。今後、超高速・大容量、超低遅延、超多数同時接続を特徴とするＢ５Ｇ、さらにその先の６Ｇの時代には、サイバー空間とフィジカル空間がネットワークで密接に連携したＳｏｃｉｅｔｙ ５.０の社会に変貌する。この社会を維持するには、毎年各地で発生する集中豪雨災害はもとより、数百年に一度発生する首都直下や南海トラフなどの巨大広域災害まで、様々な災害レベルに対応できるようにネットワークのレジリエンスを向上する必要性がある。特に、頻発・深刻化する自然災害に対するレジリエンス向上は喫緊の課題である。

【0006】

上記問題に鑑み、本発明は、自然災害などで設備が部分的にダウンした場合に即座に自動的に無線セルを再構成して仮復旧することができる無線アクセスネットワークを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一局面に従うと、通信速度が遅く通信可能エリアが広い第１のアンテナおよび前記第１のアンテナよりも通信速度が速く通信可能エリアが狭い第２のアンテナを有する複数の無線子局と、前記複数の無線子局とフロントホールを介して接続された収容局と、前記収容局とフロントホールを介して接続された無線親局とを備え、前記無線親局が、自身が統括する無線セル内のユーザ端末の分布状況を把握し、前記複数の無線子局のいずれかがダウンしたとき、当該ダウンした無線子局に隣接する正常動作する無線子局に対して、当該ダウンした無線子局のエリアに向けて前記第２のアンテナの出力パワーを上げて電波を放射するよう指示して前記無線セルを再構成する、ことを特徴とする無線アクセスネットワークが提供される。

【0008】

本発明の別の局面に従うと、通信速度が遅く通信可能エリアが広い第１のアンテナおよび前記第１のアンテナよりも通信速度が速く通信可能エリアが狭い第２のアンテナを有する複数の無線子局と、前記複数の無線子局とフロントホールを介して接続された収容局と、前記収容局とフロントホールを介して接続された無線親局とを備えた無線アクセスネットワークの制御方法であって、前記無線親局が、自身が統括する無線セル内のユーザ端末の分布状況を把握し、前記複数の無線子局のいずれかがダウンしたとき、当該ダウンした無線子局に隣接する正常動作する無線子局に対して、当該ダウンした無線子局のエリアに向けて前記第２のアンテナの出力パワーを上げて電波を放射するよう指示して前記無線セルを再構成する、ことを特徴とする無線アクセスネットワークの制御方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によると、自然災害などで設備が部分的にダウンした場合に即座に自動的に無線セルを再構成して仮復旧することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る無線アクセスネットワークの概略構成図である。

【図2】図１の無線アクセスネットワークの無線セル再構築の様子を示す模式図である。

【図3】竜巻による無線地上設備の被災状況を示す模式図である。

【図4】ユーザ当たりの通信容量に係るパラメータを説明する図である。

【図5】被災ＲＵを隣接ＲＵで救済する救済シナリオを示す図である。

【図6】救済されなかった被災ＲＵのユーザが被災地から避難所などへ移動するシナリオを示す図である。

【図7】各シーンにおけるユーザ当たりの通信容量の累積確率分布を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本発明を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、図面に描かれた各部材の寸法、細部の詳細形状などは実際のものとは異なることがある。

【0012】

≪無線アクセスネットワークの構成例≫
図１は、本発明の一実施形態に係る無線アクセスネットワークの概略構成図である。本実施形態に係る無線アクセスネットワーク（Radio Access Network、以下、ＲＡＮと称することがある。）１００は、複数の無線子局１０と、収容局２０と、無線親局３０とを備えている。図１に示したＲＡＮ１００は、Ｂ５Ｇネットワークにおける一つの無線セル１００Ａを構成する。Ｂ５Ｇネットワークはこのような無線セル１００Ａが複数集まって構成される。

【0013】

無線子局（Radio Unit、以下、ＲＵと称することがある。）１０は、２種類の異なる周波数帯の電波を使って図略のユーザ端末（User Equipment、以下、ＵＥと称することがある。）と無線交信を行う。具体的には、ＲＵ１０は、Ｓｕｂ６帯オムニアンテナ１１およびミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２の２種類のアンテナを備えている。Ｓｕｂ６帯オムニアンテナ１１は、Ｓｕｂ６帯と呼ばれる３．６ＧＨｚ～４．１ＧＨｚの３．７ＧＨｚ帯および４．５ＧＨｚ～４．６ＧＨｚの４．５ＧＨｚ帯の電波でＵＥと無線交信を行う。ミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２は、ミリ波帯と呼ばれる２７.０ＧＨｚ～２９．５ＧＨｚ（うち２８．２ＧＨｚ～２９．１ＧＨｚは非割り当て）の２８ＧＨｚ帯の電波でＵＥと無線交信を行う。なお、上記は現在割り当てられている周波数帯を列挙したのであって、本発明は上記周波数帯に限定されるものではない。今後、Ｓｕｂ６帯およびミリ波帯に新たな周波数帯が割り当てられる可能性がある点に留意すべきである。

【0014】

Ｓｕｂ６帯オムニアンテナ１１は、ミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２と比べて通信速度は遅いものの無指向でカバレッジが広いという特徴を有する。Ｓｕｂ６帯オムニアンテナ１１の通信可能エリア１１Ａは、アンテナの設置環境や出力パワーによるが概ね半径数百メートルの範囲である。一方、ミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２は、Ｓｕｂ６帯オムニアンテナ１１と比べてカバレッジは狭いが通信速度は速いという特徴を有する。ミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２の通信可能エリア１２Ａは、アンテナの設置環境や出力パワーによるが概ね半径数十メートルの範囲である。ミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２はそれ自体が複数のアンテナで構成されており、これら複数のアンテナで通信可能エリア１２Ａにある複数のＵＥとＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）通信ができるほか、ビームフォーミング技術により個々のＵＥに対して電波を絞ってビーム１２Ｂを放射して高スループットの通信を行うことができる。

【0015】

上記のような２種類のアンテナの通信可能エリアや通信速度などの特性の違いを活かして、ＲＵ１０は、平常時の出力パワーにおいて、隣接するＲＵ１０間でＳｕｂ６帯オムニアンテナ１１の通信可能エリア１１Ａが部分的に重畳し、ミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２の通信可能エリア１２Ａは重畳しないように分散配置されて無線セル１００Ａが構成される。図１では便宜のためＲＵ１０はすべてＳｕｂ６帯オムニアンテナ１１およびミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２を備えているとしたが、実際はミリ波帯に比べてＳｕｂ６帯の電波は遠方まで届くため、Ｓｕｂ６帯オムニアンテナ１１はミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２よりも少なく配置することになる。このように、無線セル１００Ａは、スモールセルとしての個々のＲＵ１０が複数集まってできた一つのヘテロジニアスＢ５Ｇ無線セルである。無線セル１００Ａの大きさは概ね半径数百～数キロメートルである。

【0016】

各ＲＵ１０は、光ファイバーおよび電源ケーブルなどからなるフロントホール２１を介して収容局２０に接続されている。便宜のため、図１では一部のフロントホール２１のみ図示している。図１では収容局２０が無線セル１００Ａの中央に配置されているように描いているが、収容局２０は任意の場所に配置可能である。収容局２０はさらにフロントホール２２を介して無線親局３０に接続されている。収容局２０はフロントホール上の無線信号を分配、合成する装置である。したがって、すべてのＲＵ１０、特にすべてのＳｕｂ６帯オムニアンテナ１１は無線セル１００Ａ内において同じ信号を送受信することができ、また、一部のＲＵ１０、例えばアップリンクで使用されるＲＵ１０は他のＲＵ１０と異なる信号を送受信することができる。無線セル１００Ａは、Ｓｕｂ６帯とミリ波のキャリアアグリゲーションにより、超高速、大容量、低遅延の無線通信が可能になる。また、無線セル１００Ａ内ではＲＵ間の干渉がなく、また、ハンドオーバー制御も不要である。

【0017】

無線親局３０は、ＤＵ（Distributed Unit）３１およびＣＵ（Central Unit）３２を備えている。ＤＵ３１は、ＲＵ側、すなわちネットワーク下流に置かれ、信号の変復調、ＭＡＣ（Media Access Control）層の通信制御などを行う。なお、本実施形態ではＤＵ３１は無線親局３０内に配置されているものとしたが、収容局２０さらにはＲＵ１０に配置されていてもよい。ＣＵ３２は、ネットワーク上流に置かれ、図略のバックホールを介してＢ５Ｇネットワークのコアネットワークに接続されている。ＣＵ３２は、ＤＵ３１やＲＵ１０の制御、パケットの暗号化などを行うＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol）、ＵＥの無線リソース管理などの行うＲＲＭ（Radio Resource Management）やＲＲＣ（Radio Resource Control）の処理などを行う。

【0018】

なお、無線親局３０は、無線セル１００Ａ以外の別の無線セル、例えば、無線セル１００Ａに隣接する一または複数の無線セルに接続されることがある。すなわち、無線親局３０は複数の無線セルを統括することがある。その場合、隣接する無線セル間で干渉がないようＲＵの送受信が制御される。

【0019】

ＤＵ３１およびＣＵ３２はハードウェアで構成可能であるほか、汎用サーバーやクラウド上で動くソフトウェアとして実現することもできる。ソフトウェアにより仮想化（ＮＦＶ：Network Function Virtualization）された無線親局３０は仮想基地局と言うことができる。このような仮想化された無線親局３０のソフトウェアが動作するサーバーなどは無線セル１００Ａのエリア内にある必要はなく、無線セル１００Ａから遠く離れた箇所に配置されていてもよい。

【0020】

≪障害発生時の無線セル再構成≫
本実施形態に係るＲＡＮ１００では、無線セル１００Ａ内のＲＵ１０が自然災害や機器故障などでダウンした場合、正常動作している別のＲＵ１０の通信可能エリアが、ダウンしたＲＵ１０の通信可能エリアをカバーするように拡張する、すなわち、ダウンしたＲＵ１０を正常動作している別のＲＵ１０が救済することで無線セル１００Ａが再構成され、ダウンしたＲＵ１０と無線交信していたＵＥが引き続き無線セル１００Ａ内で高速・大容量、低遅延の通信を維持できるようになっている。このような無線セルの再構成を可能にするために、無線親局３０（具体的にはＣＵ３２）は、個々のＲＵ１０の設置位置、搭載しているアンテナの種類や出力能力、平常時の出力パワーで通信可能なエリア、最大パワーで通信可能なエリアなどの静的情報を保持するとともに、平時において個々のＲＵ１０の動作状況や無線セル１００Ａ内のＵＥの分布状況などの動的情報を取得している。

【0021】

動的情報のうちＲＵ１０の動作状況については、無線親局３０は常時ＲＵ１０と通信していることから、ＲＵ１０から一定期間レスポンスがなければ無線親局３０はそのＲＵ１０がダウンしていると判断することができる。ＵＥの分布状況の把握については、１）ＵＥが自ら自身の現在位置情報を無線親局３０に通知する、２）無線親局３０が配下のＲＵ１０から当該ＲＵ１０の通信可能エリアにＵＥが存在していることを示す情報であるＵＥの在圏情報を取得する、の２通りある。１の方法は、スマートフォンに代表されるＵＥはＧＰＳなどの測位機能を有しており、自身の現在位置を知ることができることから、その位置情報を一定頻度でＵＥから無線親局３０に通知するというものである。この方法によると、ＵＥが自身の位置情報を通知する仕組みの導入が必要となるが、無線親局３０は各ＵＥの正確な位置情報を把握することができるというメリットがある。一方、２の方法は、ＲＵ１０は自身の通信可能エリア内にＵＥがどのくらいあるか把握していることから、そのＵＥの在圏情報をＲＵ１０から一定頻度で無線親局に通知するというものである。この方法によると、ＵＥの正確な位置情報までは把握することができないが、ＵＥに新たな仕組みを導入することなくＲＡＮ１００側の仕組みのみでＵＥの在圏情報を取得してＵＥの分布状況を把握できるというメリットがある。

【0022】

図２は、図１の無線アクセスネットワークの障害仮復旧時の状態を示す図である。便宜のため、図２ではＲＵ１０のＳｕｂ６帯の通信可能エリアの図示を省略している。図２に示したように、無線セル１００Ａ内のＲＵ１０（図中の×印を付けたＲＵ）がダウンすると、正常動作する隣接ＲＵ１０がミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２の出力パワーを上げて、ダウンしたＲＵ１０のエリアに向けてビーム１２Ｂを拡張放射し、隣接ＲＵ１０のミリ波帯通信可能エリア１２ＡがダウンしたＲＵ１０のエリアをカバーするよう拡張する。

【0023】

具体的には、無線親局３０は、無線セル１００Ａ内でＲＵ１０がダウンしたことを検知すると、ＲＵ１０の設置位置情報や通信可能エリア情報などの静的情報を参照して、正常動作しているＲＵ１０の中からダウンしたＲＵ１０の通信可能エリアをカバー可能なＲＵ１０を特定する。さらに、無線親局３０は、上記の動的情報を参照して、ダウンする直前にそのＲＵ１０の通信可能エリアに存在していたＵＥ、特にミリ波帯通信可能エリア１２Ａ内のＵＥの分布状況を特定し、カバー役のＲＵ１０がどの方向に向けてどの程度の出力パワーでビーム１２Ｂを放射すべきかを決定する。そして、無線親局３０は、カバー役のＲＵ１０に対してビーム１２Ｂの拡張を指示する。例えば、ミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２の出力パワーそのものを上げる、ミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ１２の指向性を上げる、使用する周波数チャネルを制限して特定の周波数チャネルのみに電力を集中して通信するようにするといったことでビーム１２Ｂが遠くまで届くようにすることができる。

【0024】

カバー役のＲＵ１０のミリ波帯通信可能エリア１２Ａを最大限まで拡張してもビーム１２Ｂが届かないＵＥもあり得る。そのようなＵＥに対しては、広域をカバーするＳｕｂ６帯の電波を使って、現時点においてミリ波帯で通信可能なエリアを示したサービスエリアマップを無線セル１００Ａ内に随時配信するようにしてもよい。すなわち、無線親局３０は、無線セル１００Ａ内の各ＲＵ１０の動作状態を常時把握していることから、ＲＵ１０に障害が発生して無線セル１００Ａを再構成した場合には最新の通信可能エリアに係る情報をテキストデータや画像データなどでテキスト化あるいはビジュアル化してサービスエリアマップを作成し、それを配下のＲＵ１０のＳｕｂ６帯オムニアンテナ１１から無線セル１００Ａ全域に配信するようにしてもよい。さらに、無線親局３０は、一定頻度で無線セル１００Ａにおける最新のＵＥの分布状況を把握しそれを更新していることから、サービスエリアマップに最新のＵＥの分布状況や各ＲＵ１０の通信トラフィック情報を含めるようにしてもよい。これにより、カバー役のＲＵ１０によってもなお救済されずにミリ波帯通信可能エリア外にいるユーザに対して近くのミリ波帯通信可能エリアへの移動を促すことができる。なお、サービスエリアマップは障害発生時に限らず、平時においてもユーザからのリクエストに応じて、あるいはリクエストがなくても一定間隔でＵＥに配信するようにしてもよい。

【0025】

上述したように、ダウンしたＲＵ１０の通信可能エリアをそれに隣接するＲＵ１０の１個だけでカバーするように無線セル１００Ａを再構成すると、そのカバー役以外のＲＵ１０の通信可能エリア内のユーザ当たりの通信容量は最大のまま維持できるが、カバー役のＲＵ１０の通信可能エリア内ではユーザ当たりの通信容量が大きく低下してしまう。それを改善するために、ダウンしたＲＵ１０の通信可能エリアをそれに隣接する複数のＲＵ１０でカバーするようにする、あるいは、カバー役のＲＵ１０の通信可能エリアをさらにそれに隣接する別の一または複数のＲＵ１０でカバーするようにしてもよい。こうすることで、カバー役のＲＵ１０の通信可能エリア内のユーザだけ通信容量が低下するのではなく、無線セル１００Ａ全体でそれぞれのアプリケーションに求められるＱｏＳを確保した上で公平性を担保した無線リソースの再割り当てが可能となる。

【0026】

≪無線セル再構成の効果≫
次に、自然災害で設備の一部が被災する事例を想定して無線セル再構成の効果を評価する。図３は、竜巻による無線地上設備（ＲＵ）の被災状況を示す模式図である。図３に示したように、１２個のＲＵ１０が収容局２０に収容された同じ構成の無線セル１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃが並んで配置されており、そこを竜巻が縦断して各無線セルにおける半数のＲＵ１０が被災してダウンしたと想定する。このような被災状況において、次の２つの要素を考慮して評価を行う。
（１）隣接する正常ＲＵによる被災ＲＵの救済をＲＵの通信可能エリアを拡張することにより通信を確保する。
（２）前述（１）で救済できないエリアについては、正常ＲＵエリアへのユーザが移動することで通信を確保する。

【0027】

図４は、ユーザ当たりの通信容量に係るパラメータを説明する図である。図３中の無線セル１００Ａを例にパラメータを説明する。ＲＵ当たりのシステム総データレートをＣ_ＲＵ、ＲＵ当たりのユーザ数を１００（収容局当たり１２００）とし、収容局当たりのシステム総データレートは一定とした。この条件において、まず通常時（図４中（ｉ）の状態）のユーザ当たりのデータレートＣ_ｕを簡単化のためにセル内の位置や通信環境の違いがないと仮定してＣ_ｕ＝０．０１Ｃ_ＲＵとした。

【0028】

次に、被災時（図４中（ｉｉ）の状態）のユーザ当たりのデータレートＣ_ｕを以下のように想定する。被災ＲＵが救済されない場合（図４中（ｉｉ）の「救済前」)には、その被災ＲＵのユーザ当たりのデータレートＣ_ｕは０、隣接する正常動作しているＲＵ（隣接ＲＵ）ではＣ_ｕのままである。一方、被災ＲＵが隣接ＲＵによって救済される場合（図４中（ｉｉ）の「救済後」)の状態は以下のように考える。
・隣接ＲＵと被災ＲＵはユーザ数でリソース配分を行う。例えば時間分割、周波数分割などの手法を用いることを想定する。図４中（ｉｉ）の状態の場合、一つの被災ＲＵを一つの隣接ＲＵが救済しているので、隣接ＲＵ分のリソースを被災ＲＵと隣接ＲＵで半分ずつ利用している。
・被災ＲＵエリア内にいるユーザのデータレートは、隣接ＲＵまでの距離減衰や狭帯域への電力集中などにより通信容量が１／５になるものと仮定する。

【0029】

以上の想定を踏まえると、救済後のユーザのデータレートは、隣接ＲＵが０.５Ｃ_ｕ、救済された被災ＲＵが０.１Ｃ_ｕとなる。以降の各シーンにおけるユーザ当たりの通信容量の計算では、以上の想定を基にして算出する。

【0030】

次に、ユーザ当たりの通信容量を計算する４つのシーンについて説明する。シーン（１）は平時であり、図３において竜巻による被害が発生する前の状態を示している。シーン（２）は発災時の状況であり、先に示した図３の状況である。

【0031】

図５は、シーン（３）として救済時の状況を示している。これは、図４で述べた被災ＲＵを隣接ＲＵが救済している状況を示している。図中の破線の丸はシーン（２）で示した被災ＲＵの隣に被災していない隣接ＲＵがある状態を示している。この被災ＲＵと被災していない隣接ＲＵの関係をみると、この例の場合ではどの無線セルにおいても被災ＲＵ６つのうち４つが隣接ＲＵから救済を受けられる位置関係にいることがわかる。一方、破線の丸で囲まれていない被災ＲＵ（各無線セルあたり２つある。）は、このシーン（３）の状態では救済されないことがわかる。よって、シーン（３）において救済される割合（救済率）を０.６７とした。破線の丸で囲まれた、救済される４つの被災ＲＵとその隣接ＲＵにおける各ユーザのデータレートは、図４の（ｉｉ）中の「救済後」で計算された値を用いて通信容量を算出する。また、隣接ＲＵによって救済されない２つの被災ＲＵにおける各ユーザのデータレートは０であるとして通信容量を算出する。

【0032】

図６は、シーン（４）として移動時の状況を示している。これは、図５のシーン（３）で救済されなかった被災ＲＵのユーザが被災地から避難所などへの移動をすることを想定している。図中の矢印は救済されなかった被災ＲＵのユーザが被災地から避難所などへの移動している状況を示している。この例では、当該被災ＲＵのエリアから、最も近い正常動作をしている隣接ＲＵへ移動していることを示している。正常ＲＵから無線セル全域に最新のサービスエリアマップを配信することにより、被災ＲＵエリアにいるユーザを隣接ＲＵへと誘導することができる。移動するユーザはもともと当該被災ＲＵにいたユーザの半分（ユーザ数５０、移動率０.５)と仮定した。また、当該被災ＲＵに最も近い正常動作の隣接ＲＵはいずれも破線の丸で囲まれている、すなわちすでに他の被災ＲＵのための救済動作をしている隣接ＲＵであるとしている。

【0033】

このユーザの避難所への移動によって、以下のような状況になる。まず、当該ＲＵのユーザの半分はそのまま残るため、ユーザデータレートは０のままである。次に、当該ＲＵから移動したユーザは、救済動作中の隣接ＲＵへ移動する。そのＲＵで収容するユーザ数は１５０に増えるため、各ユーザのデータレートは低下する。それに伴って、救済動作中の隣接ＲＵとそのＲＵによって救済されている被災ＲＵのリソース配分割合も変化するため、救済されている被災ＲＵのデータレートも低下することになる。以上の状況を踏まえて、通信容量を算出する。

【0034】

図７は、各シーンにおけるユーザ当たりの通信容量の累積確率分布を示すグラフである。横軸はユーザ当たりの通信容量であり、その最大値はＣ_ｕである。縦軸は累積確率を示している。まず、シーン（１）の平時は、すべてのＲＵが動作しており、それぞれのユーザが等しくユーザ当たりの通信容量Ｃ_ｕが与えられていることを示している。次に、シーン（２）の発災時は、図３に示したように各無線セルのＲＵの半数が被災している状態であるため、ユーザの半数はユーザ当たりの通信容量Ｃ_ｕ、残り半数は通信容量０となっている。

【0035】

シーン（３）の救済時は、図５に示したように被災ＲＵを隣接ＲＵが救済している状態であり、ユーザ当たりの通信容量が大きい順に以下のような分布となっている。
・ユーザ当たりの通信容量Ｃ_ｕ：被災しておらずかつ救済動作もしていないＲＵに接続しているユーザ（全体の１／６、１６.７％）
・ユーザ当たりの通信容量０.５Ｃ_ｕ：救済動作をしている隣接ＲＵに接続しているユーザ（全体の２／６、３３.３％）
・ユーザ当たりの通信容量０.１Ｃ_ｕ：救済されている被災ＲＵエリアにいるユーザ（全体の２／６、３３.３％）
・ユーザ当たりの通信容量０：救済されていない被災ＲＵエリアにとどまっているユーザ（全体の１／６、１６.７％）

【0036】

シーン（４）の移動時は、図５のシーン（３）で救済されなかった被災ＲＵのユーザが被災地から避難所などへの移動をすることを想定している。図６で述べたように、当該被災ＲＵに最も近い正常動作の隣接ＲＵはいずれも他の被災ＲＵのための救済動作をしている。救済動作をしている隣接ＲＵに関連するユーザ当たりの通信容量もその影響を受けている。ユーザ当たりの通信容量が大きい順に以下のような分布となっている。
・ユーザ当たりの通信容量Ｃ_ｕ：被災しておらずかつ救済動作もしていないＲＵに接続しているユーザ（全体の１／６、１６.７％）、シーン（３）から変化なし
・ユーザ当たりの通信容量０.５Ｃ_ｕ：救済動作をしている隣接ＲＵに接続しているユーザ（全体の１／６、１６.７％）、当該ＲＵ数は半分に減少するが、当該ＲＵそれぞれのユーザ数は変化なし
・ユーザ当たりの通信容量０.４Ｃ_ｕ：救済動作をしている上に、さらに他の被災ＲＵからユーザが移動してきた隣接ＲＵに接続しているユーザ（全体の１／４、２５％）、当該ＲＵではそれぞれのユーザ数が１５０に増加するため通信容量が低下
・ユーザ当たりの通信容量０.１Ｃ_ｕ：救済されている被災ＲＵに接続しているユーザ（全体の１／６、１６.７％）、当該ＲＵ数は半分に減少するが、当該ＲＵそれぞれのユーザ数は変化なし
・ユーザ当たりの通信容量０.０８Ｃ_ｕ：救済されている被災ＲＵに接続しているユーザ、救済している隣接ＲＵには他の被災ＲＵからユーザが移動してきた状態（全体の１／６、１６.７％）、当該ＲＵそれぞれのユーザ数は変化ないものの、当該ＲＵを救済している隣接ＲＵのユーザ数が増えたため通信容量が低下
・ユーザ当たりの通信容量０：救済されていない被災ＲＵエリアにとどまっているユーザ（全体の１／１２、８.４％）

【0037】

次表は、各シーンにおける通信不能ユーザ割合とシステム帯域利用効率の比較をまとめたものである。

【0038】

【表1】

【0039】

通信不能ユーザ割合を比較すると、シーン（２）からシーン（４）に移行するに従い、通信容量０のユーザ数が減ることがわかる。システム帯域利用効率はシーン（１）平時を基準としたすべてのユーザの通信容量の和の割合である。シーン（３）救済時には救済動作をしている隣接ＲＵの利用効率が低下するため、シーン（２）発災時よりも低下するが、シーン（４）移動時では、より多くのユーザが隣接ＲＵの通信エリアに移動するため、利用効率が若干改善することがわかる。さらに、正常ＲＵの通信可能エリアや通信トラフィックさらにはＵＥの分布状況に関する最新情報を含むサービスエリアマップを被災ＲＵの通信エリアにあるＵＥに配信することで、被災ＲＵの通信エリアにいるユーザをあまり混雑していない隣接ＲＵに効率的に誘導することができる。これにより、特定の隣接ＲＵに通信負荷が集中するのを防いで、システム帯域利用効率がより改善されることが期待される。

【0040】

以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。また、上述の実施の形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【符号の説明】

【0041】

１００ 無線アクセスネットワーク
１００Ａ 無線セル
１０ 無線子局
１１ Ｓｕｂ６帯オムニアンテナ（第１のアンテナ）
１２ ミリ波帯ＭＩＭＯアンテナ（第２のアンテナ）
２０ 収容局
２１ フロントホール
２２ フロントホール
３０ 無線親局

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】