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公開番号2025132289
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-10
出願番号2024029729
出願日2024-02-29
発明の名称地上基地局、通信中継装置、遠隔制御装置、システム、エリア制御方法及びプログラム
出願人ソフトバンク株式会社
代理人個人,個人
主分類H04W 16/28 20090101AFI20250903BHJP(電気通信技術)
要約【課題】ビームフォーミング制御によるサービスエリアの最適化において、実環境の電波伝搬特性を考慮して最適なアンテナパラメータを得ることができ、そのサービスエリアの最適化のための計算量を削減することできるシステムを提供する。
【解決手段】システムは、地上基地局又は上空中継型の通信中継装置について想定される一又は複数の送信点からサービスエリアについて想定される複数の受信点との間の複数の電波伝搬路のそれぞれについて電波伝搬特性を事前計算して保持し、サービスエリア内の複数の端末装置の位置を推定し、複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果と複数の端末装置の位置の推定結果とに基づいて、サービスリンク用アンテナのアンテナパラメータを最適化し、最適化が完了した後のアンテナパラメータの最適値をサービスリンク用アンテナに適用する。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
地上のサービスエリアに向けてセルを形成する地上基地局であって、
前記地上基地局について想定される一又は複数の送信点から前記サービスエリアについて想定される複数の受信点との間の複数の電波伝搬路のそれぞれについて電波伝搬特性を事前計算する計算手段と、
前記計算手段で事前計算した前記複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果を保持する保持手段と、
前記サービスエリア内の複数の端末装置の位置を推定する位置推定手段と、
前記複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果と、前記複数の端末装置の位置の推定結果とに基づいて、サービスリンク用アンテナのアンテナパラメータを最適化するパラメータ最適化手段と、
前記最適化が完了した後の前記アンテナパラメータの最適値を、前記サービスリンク用アンテナに適用するパラメータ適用手段と、
を備える、ことを特徴とする地上基地局。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
請求項１の地上基地局において、
前記位置推定手段は、前記電波伝搬特性の事前計算の前に、前記サービスエリア内の複数の端末装置の位置を推定し、
前記計算手段は、前記推定した前記サービスエリア内の前記複数の端末装置の位置を前記複数の受信点として、前記複数の電波伝搬路のそれぞれについて前記電波伝搬特性を事前計算する、
ことを特徴とする地上基地局。
【請求項３】
請求項１の地上基地局において、
前記事前計算して保持する電波伝搬特性は、前記アンテナパラメータに影響を与えない電波伝搬特性であり、
前記最適化するアンテナパラメータは、前記サービスリンク用アンテナの前記複数の端末装置それぞれの方向における複数の利得を含む、
ことを特徴とする地上基地局。
【請求項４】
請求項１の地上基地局において、
前記事前計算して保持する電波伝搬特性は、前記サービスリンク用アンテナの送信点を基準にした前記複数の受信点それぞれの方向を見た複数の角度と、前記サービスリンク用アンテナの送信点と前記複数の受信点との間の複数の電波伝搬路の伝搬損失と、を含み、
前記最適化するアンテナパラメータは、前記サービスリンク用アンテナの前記複数の端末装置それぞれの方向における複数の利得を含む、
ことを特徴とする地上基地局。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの地上基地局において、
前記パラメータ最適化手段は、
前記アンテナパラメータの複数の候補値について、前記サービスリンク用アンテナから前記複数の端末装置までの複数の電波伝搬路における複数の信号雑音比を計算し、
前記複数の端末装置について計算した前記複数の信号雑音比の中央値を最大化するように、前記サービスリンク用アンテナに適用する前記アンテナパラメータの最適値を決定する、
ことを特徴とする地上基地局。
【請求項６】
上空に位置する機体に設けられた中継通信局のサービスリンク用アンテナを介して地上又は海上のサービスエリアに向けて一又は複数のセルを形成し前記セルに在圏する複数の端末装置と無線通信する上空中継型の通信中継装置であって、
前記中継通信局について想定される一又は複数の送信点から前記サービスエリアについて想定される複数の受信点との間の複数の電波伝搬路のそれぞれについて電波伝搬特性を事前計算する計算手段と、
前記計算手段で事前計算した前記複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果を保持する保持手段と、
前記サービスエリア内の複数の端末装置の位置を推定する位置推定手段と、
前記複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果と、前記複数の端末装置の位置の推定結果とに基づいて、サービスリンク用アンテナのアンテナパラメータを最適化するパラメータ最適化手段と、
前記最適化が完了した後の前記アンテナパラメータの最適値を、前記サービスリンク用アンテナに適用するパラメータ適用手段と、
を備える、ことを特徴とする通信中継装置。
【請求項７】
請求項６の通信中継装置において、
前記位置推定手段は、前記電波伝搬特性の事前計算の前に、前記サービスエリア内の複数の端末装置の位置を推定し、
前記計算手段は、前記推定した前記サービスエリア内の前記複数の端末装置の位置を前記複数の受信点として、前記複数の電波伝搬路のそれぞれについて前記電波伝搬特性を事前計算する、
ことを特徴とする通信中継装置。
【請求項８】
請求項６の通信中継装置において、
前記事前計算して保持する電波伝搬特性は、前記アンテナパラメータに影響を与えない電波伝搬特性であり、
前記最適化するアンテナパラメータは、前記サービスリンク用アンテナの前記複数の端末装置それぞれの方向における複数の利得を含む、
ことを特徴とする通信中継装置。
【請求項９】
請求項６の通信中継装置において、
前記事前計算して保持する電波伝搬特性は、前記サービスリンク用アンテナの送信点を基準にした前記複数の受信点それぞれの方向を見た複数の角度と、前記サービスリンク用アンテナの送信点と前記複数の受信点との間の複数の電波伝搬路の伝搬損失と、を含み、
前記最適化するアンテナパラメータは、前記サービスリンク用アンテナの前記複数の端末装置それぞれの方向における複数の利得を含む、
ことを特徴とする通信中継装置。
【請求項１０】
請求項６乃至８のいずれかの通信中継装置において、
前記パラメータ最適化手段は、
前記アンテナパラメータの複数の候補値について、前記サービスリンク用アンテナから前記複数の端末装置までの複数の電波伝搬路における複数の信号雑音比を計算し、
前記複数の端末装置について計算した前記複数の信号雑音比の中央値を最大化するように、前記サービスリンク用アンテナに適用する前記アンテナパラメータの最適値を決定する、
ことを特徴とする通信中継装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上モバイルネットワークシステム及び上空プラットフォームシステムにおけるビームフォーミング制御によるサービスエリアの最適化に関する。
続きを表示（約 3,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、空中に浮揚して滞在可能な高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）（「高高度疑似衛星」ともいう。）等の通信中継装置が地上に形成するサービスエリア（以下、単に「エリア」ともいう。）の全体で所望の通信品質（例えば、スループット）が得られるようにサービスリンクのアンテナパラメータ（例えばセル形成のビームの方向及び幅）を最適化するエリア最適化を行う方法が知られている（特許文献１～４、非特許文献１～６参照）。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、エリアにおける端末装置としてのユーザ装置（以下「ＵＥ」ともいう。）の分布が一様分布であると想定してエリア最適化を行う方法が開示されている。また、非特許文献２には、エリアが複数のセルで構成されている場合に、エリア全体で所望の通信品質（例えば、スループット）が得られるようセルごとに最適化を行う方法が開示されている。また、特許文献４には、サービスエリア内に位置する複数の端末装置（ＵＥ）の位置を推定し、前記サービスエリアを、複数のセルを含む複数個のサブエリアに分割し、サブエリアごとに、複数の端末装置の位置の推定結果に基づいてサービスリンク用アンテナの複数種類のアンテナパラメータを最適化する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１６１７３４号公報
特開２０２２－１６１７４２号公報
特許第７３１８０４７号公報
特許第７１０８７３７号公報
【非特許文献】
【０００５】
Y. Shibata, N. Kanazawa, M. Konishi, K. Hoshino, Y. Ohta and A. Nagate, "System Design of Gigabit HAPS Mobile Communications," in IEEE Access, vol. 8, pp. 157995-158007, 2020.
柴田洋平，高畠航，星野兼次，長手厚史， "複数セル構成におけるユーザ分布を考慮したＨＡＰＳ動的セル制御アルゴリズム"，信学技報，ｖｏｌ．１２０，ｎｏ．３２２，ＲＣＳ２０２０－１８５，ｐｐ．１７０－１７５，２０２１年１月．
Shaoshuai Fan, Hui Tian1 and Cigdem Sengul ,"Self-optimization of coverage and capacity based on a fuzzy neural network with cooperative reinforcement learning", EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2014.
Rubayet Shafin, Hao Chen, Young Han Nam, Sooyoung Hur, Jeongho Park, Jianzhong (Charlie) Zhang, Jeffrey Reed, and Lingjia Liu "Self-Tuning Sectorization: Deep Reinforcement Learning Meets Broadcast Beam Optimization", IEEE Transactions on Wireless Communications, 2020.
Eren Balevi and Jeffrey G. Andrews ,"A Novel Deep Reinforcement Learning Algorithm for Online Antenna Tuning", in Proc. IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), 2019.
Yohei Shibata, Wataru Takabatake, Kenji Hoshino, Atsushi Nagate and Tomoaki Ohtsuki, "Two-Step Dynamic Cell Optimization Algorithm for HAPS Mobile Communications", IEEE Access, vol. 10, pp.68085-68098, 2022.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記エリア最適化を実環境に適用するためには、実環境の電波伝搬特性を考慮した最適化が必要である。実環境の電波伝搬特性を考慮したエリア最適化として、地形や植生等の電波伝搬環境を模擬した伝搬シミュレータを利用した最適化が考えられる。このエリア最適化の制御では、パラメータ（アンテナパターン）の更新と、伝搬シミュレータで計算した実環境の電波伝搬特性を考慮した更新後のパラメータでの目的関数（例えば、通信容量やカバレッジの大きさ）の計算とを繰り返すことにより、最適なパラメータを得る。しかし、伝搬シミュレータによる実環境の電波伝搬特性の計算（例えば、レイトレース法等）を高精度に行おうとすると計算量が膨大になり、アンテナパラメータの更新の度に電波伝搬推定の計算を行う最適化は事実上難しい、という課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る地上基地局は、地上のサービスエリアに向けてセルを形成する地上基地局である。この地上基地局は、前記地上基地局について想定される一又は複数の送信点から前記サービスエリアについて想定される複数の受信点との間の複数の電波伝搬路のそれぞれについて電波伝搬特性を事前計算する計算手段と、前記計算手段で事前計算した前記複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果を保持する保持手段と、前記サービスエリア内の複数の端末装置の位置を推定する位置推定手段と、前記複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果と、前記複数の端末装置の位置の推定結果とに基づいて、サービスリンク用アンテナのアンテナパラメータを最適化するパラメータ最適化手段と、前記最適化が完了した後の前記アンテナパラメータの最適値を、前記サービスリンク用アンテナに適用するパラメータ適用手段と、を備える。
【０００８】
本発明の他の態様に係る通信中継装置は、上空に位置する機体に設けられた中継通信局のサービスリンク用アンテナを介して地上又は海上のサービスエリアに向けて一又は複数のセルを形成し前記セルに在圏する複数の端末装置と無線通信する上空中継型の通信中継装置である。この通信中継装置は、前記中継通信局について想定される一又は複数の送信点から前記サービスエリアについて想定される複数の受信点との間の複数の電波伝搬路のそれぞれについて電波伝搬特性を事前計算する計算手段と、前記計算手段で事前計算した前記複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果を保持する保持手段と、前記サービスエリア内の複数の端末装置の位置を推定する位置推定手段と、前記複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果と、前記複数の端末装置の位置の推定結果とに基づいて、サービスリンク用アンテナのアンテナパラメータを最適化するパラメータ最適化手段と、前記最適化が完了した後の前記アンテナパラメータの最適値を、前記サービスリンク用アンテナに適用するパラメータ適用手段と、を備える。
【０００９】
本発明の更に他の態様に係る遠隔制御装置は、地上のサービスエリアに向けてセルを形成する地上基地局又は上空に位置する機体に設けられた中継通信局のサービスリンク用アンテナを介して地上又は海上のサービスエリアに向けて一又は複数のセルを形成し前記セルに在圏する複数の端末装置と無線通信する上空中継型の通信中継装置と通信可能な遠隔制御装置である。この遠隔制御装置は、前記地上基地局又は前記中継通信局について想定される一又は複数の送信点から前記サービスエリアについて想定される複数の受信点との間の複数の電波伝搬路のそれぞれについて電波伝搬特性を事前計算する計算手段と、前記計算手段で事前計算した前記複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果を保持する保持手段と、前記サービスエリア内の複数の端末装置の位置を推定する位置推定手段と、前記複数の電波伝搬路の電波伝搬特性の計算結果と、前記複数の端末装置の位置の推定結果とに基づいて、サービスリンク用アンテナのアンテナパラメータを最適化するパラメータ最適化手段と、前記最適化が完了した後の前記アンテナパラメータの最適値を、前記地上基地局又は前記通信中継装置に送信するパラメータ送信手段と、を備える。
【００１０】
前記地上基地局、前記通信中継装置及び前記遠隔制御装置において、前記位置推定手段は、前記電波伝搬特性の事前計算の前に、前記サービスエリア内の複数の端末装置の位置を推定し、前記計算手段は、前記推定した前記サービスエリア内の前記複数の端末装置の位置を前記複数の受信点として、前記複数の電波伝搬路のそれぞれについて前記電波伝搬特性を事前計算してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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