(57)【要約】【課題】収容ユーザ数に応じて適応的に切り替えることが可能な基地局およびアンテナグループ切替方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる基地局は、複数のアンテナ２１８と、複数のアンテナの一部または全部から成る複数のアンテナグループのうち、無線通信に利用される現行アンテナグループを切り替えるアンテナグループ切替部２３６と、現在通信中の通信端末の数である収容ユーザ数を監視する収容ユーザ数監視部２２２と、アンテナ数に対応して定まる収容可能ユーザ数を収納可能ユーザ数テーブル２１３として記憶する基地局メモリ２１２と、収容ユーザ数を超える最少の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループを現行アンテナグループとすることをアンテナグループ切替部２３６に指示する現行アンテナグループ判定部２２０と、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
2010010968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの一部または全部から成る複数のアンテナグループのうち、無線通信に利用される現行アンテナグループを切り替えるアンテナグループ切替部と、
現在通信中の通信端末の数である収容ユーザ数を監視する収容ユーザ数監視部と、
アンテナ数に対応して定まる、通信品質を表す値が所定の閾値を維持できる最多の通信端末の数である収容可能ユーザ数を記憶するメモリと、
前記収容ユーザ数を超える最少の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループを前記現行アンテナグループとすることを前記アンテナグループ切替部に指示する現行アンテナグループ判定部と、
を含むことを特徴とする基地局。
【請求項２】
前記現行アンテナグループ選択部は、前記収容ユーザ数を超える収容可能ユーザ数を有するアンテナグループが存在しない場合、最大の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループを前記現行アンテナグループとすることを選択することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記通信品質を表す値は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference and Noise Ratio）、受信電界強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）、ビットエラーレート（ＢＥＲ：Bit Error Rate）またはフレームエラーレート（ＦＥＲ：Frame aError Rate）であることを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
【請求項４】
基地局に備えられた複数のアンテナの一部または全部から成る複数のアンテナグループのうち、無線通信に利用される現行アンテナグループを動的に切り替えるアンテナグループ切替方法において、
現在通信中の通信端末の数である収容ユーザ数を監視し、
前記収容ユーザ数を、前記現行アンテナグループの通信品質を表す値が所定の閾値を維持できる最多の通信端末の数である収容可能ユーザ数と比較し、
前記収容ユーザ数を超える最少の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループを前記現行アンテナグループとすることを特徴とするアンテナグループ切替方法。
【請求項５】
前記収容ユーザ数を超える収容可能ユーザ数を有するアンテナグループが存在しない場合、最大の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループを前記現行アンテナグループとすることを特徴とする請求項４に記載のアンテナグループ切替方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナによるアダプティブアレイ方式を用いた無線通信を行うために、無線通信に利用される現行アンテナグループを動的に切り替える基地局およびアンテナグループ切替方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＨＳ(Personal Handy phone System)や携帯電話等に代表される通信端末が普及し、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が取り入れられるようになってきた。
【０００３】
これらのような無線通信においては、送受信を行うために信号を二重化する必要がある。二重化の方式としては、時分割によって送受信を切り替えるＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）、周波数を異ならせて送受信を二重化するＦＤＤ（Frequency Division Duplex：周波数分割復信）が代表的である。また同時に複数の通信端末と通信をする多元接続のための方式としては、時分割して複数の通信端末を切り替えるＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）、周波数帯域を分割するＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access：周波数分割多元接続）、通信端末ごとに異なる符号を乗算するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多重接続）が代表的である。
【０００４】
例えば、従来から利用されているＰＨＳ通信規格として、ＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Businesses）  ＳＴＤ−２８（非特許文献１）があり、ここでは、ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式が採用されている。当該通信規格において、基地局は制御信号を送信しており、移動局（通信端末）はこれを受信することで基地局の存在を知り、位置登録を行い、通信を開始するなど諸々の動作を行うよう構成されている。
【０００５】
また、通信速度を維持しつつ通信品質を向上させる一手段として複数のアンテナを用い指向性パターンを制御するアダプティブアレイアンテナ技術が存在する。
【０００６】
かかるアダプティブアレイアンテナ技術は、複数のアンテナから送信される電波の位相を調整する事で、合成波を生成し、当該合成波の進行方向を制御する技術である。これにより、所定の方向に電波を送信することが可能となるため、基地局間で発生する電波干渉を低減させたり、電波の送信距離を伸ばしたりすることができる。
【０００７】
具体的には、アダプティブアレイ技術を用いてビームフォーミングを形成することで所定の方向に電波を絞ることができ、ヌルステアリングを形成することで他の基地局への干渉を最小限に抑えることが可能となる。すなわち、ある瞬間において通信相手としての通信端末を特定することができれば、特定した通信端末の方向にビームフォーミングを形成し、特定した通信端末の方向以外の方向にヌルステアリングを形成することが可能となる。
【０００８】
従来、かかる複数のアンテナの一部または全部から成る複数のアンテナグループを切り替える技術がある（例えば特許文献１）。アンテナグループを切り替えることで、使用アンテナ数が変更され、以下の効果が得られる。
【０００９】
１つの端末に対して使用するアンテナの本数が多い場合、通信品質が向上し、カバーエリアが増大する。ただし、１基地局あたりの収容ユーザ数は低下する。これは、アンテナ数を増やすと、それだけ基地局のリソースを使ってしまうためである。
【００１０】
アンテナの本数が少ない場合、１基地局あたりの収容ユーザ数は増大する。ただし、通信品質が低下し、カバーエリアが縮小する。
【非特許文献１】ＡＲＩＢ  ＲＣＲ  ＳＴＤ−２８（Association of Radio Industries and Broadcast   Research and Development Center for Radio Systems）
【特許文献１】特許第３３２６４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来のアンテナグループの切替は適応的に行われないため、たとえば、呼量が少ないのに、１つの端末に対して使用するアンテナ数を少なく設定し、カバーエリアを縮小させてしまったり、逆に、１つの端末に対して使用するアンテナ数を多く設定しカバーエリアを増加させたが、呼量が多くユーザを収容しきれない、等の環境が発生してしまう。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑み、複数のアンテナを備える基地局のアンテナグループを、収容ユーザ数に応じて適応的に切り替えることが可能な基地局およびアンテナグループ切替方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明にかかる基地局の代表的な構成は、複数のアンテナと、複数のアンテナの一部または全部から成る複数のアンテナグループのうち、無線通信に利用される現行アンテナグループを切り替えるアンテナグループ切替部と、現在通信中の通信端末の数である収容ユーザ数を監視する収容ユーザ数監視部と、アンテナ数に対応して定まる、通信品質を表す値が所定の閾値を維持できる最多の通信端末の数である収容可能ユーザ数を記憶するメモリと、収容ユーザ数を超える最少の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループを現行アンテナグループとすることをアンテナグループ切替部に指示する現行アンテナグループ判定部と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
上記の構成により、基地局は、通信品質を表す値が所定の閾値より劣化することのない範囲で、最多の通信端末を収容可能となる。
【００１５】
上記の現行アンテナグループ選択部は、収容ユーザ数を超える収容可能ユーザ数を有するアンテナグループが存在しない場合、最大の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループを現行アンテナグループとすることを選択してよい。この場合、閾値は維持できていないが、ユーザを可能な限り多く収容するためである。
【００１６】
上記の通信品質を表す値は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference and Noise Ratio）、受信電界強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）、ビットエラーレート（ＢＥＲ：Bit Error Rate）またはフレームエラーレート（ＦＥＲ：Frame Error Rate）としてよい。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明は、基地局に備えられた複数のアンテナの一部または全部から成る複数のアンテナグループのうち、無線通信に利用される現行アンテナグループを動的に切り替えるアンテナグループ切替方法において、現在通信中の通信端末の数である収容ユーザ数を監視し、収容ユーザ数を、現行アンテナグループの通信品質を表す値が所定の閾値を維持できる最多の通信端末の数である収容可能ユーザ数と比較し、収容ユーザ数を超える最少の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループを現行アンテナグループとすることを特徴とする。
【００１８】
上記の収容ユーザ数を超える収容可能ユーザ数を有するアンテナグループが存在しない場合、最大の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループを現行アンテナグループとすることをよい。
【００１９】
上述した基地局における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該アンテナグループ切替方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、環境に応じて適応的にアンテナ数を切り替えることで、通信品質・カバーエリアを維持しながら、可能な限り多くのユーザを収容可能な基地局を提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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過ぎず、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。
【００２２】
（無線通信システム）
図１は、本発明の実施形態である基地局が適用される、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。当該無線通信システム１００は、基地局１１０Ａ、１１０Ｂと、ＰＨＳ端末１２０Ａ、１２０Ｂ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とを含んで構成される。
【００２３】
上記無線通信システム１００において、ユーザが自身のＰＨＳ端末１２０Ａから他のＰＨＳ端末１２０Ｂへの通信回線の接続を行う場合、ＰＨＳ端末１２０Ａは、オープンサーチを行い、通信可能範囲内の最も通信品質のよい基地局１１０Ａに無線接続要求を行う。無線接続要求を受信した基地局１１０Ａ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、ＰＨＳ端末１２０Ｂの位置登録情報を参照し他のＰＨＳ端末１２０Ｂの無線通信範囲内にある例えば基地局１１０Ｂを選択して基地局１１０Ａと基地局１１０Ｂとの通信経路を確保し、ＰＨＳ端末１２０ＡとＰＨＳ端末１２０Ｂの通信を確立する。
【００２４】
このような無線通信システム１００においては、基地局１１０ＡとＰＨＳ端末１２０Ａもしくは基地局１１０ＢとＰＨＳ端末１２０Ｂとの通信速度および通信品質を向上させるため様々な技術が採用されている。本実施形態では、例えば、ＡＲＩＢ  ＳＴＤ−２８が採用され、基地局とＰＨＳ端末との間ではＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式に基づいた無線通信が実行される。
【００２５】
以下、無線通信システム１００における基地局１１０Ａ、１１０Ｂの具体的な構成と動作を説明する。なお、以下の実施形態において、基地局１１０Ａ、１１０Ｂは同様の構成を有するため、代表として基地局１１０Ａの構成を説明する。
【００２６】
（基地局）
図２は、図１の基地局１１０Ａ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１１０Ａは、基地局制御部２１０と、基地局メモリ２１２と、基地局無線通信部２１４と、基地局有線通信部２１６と、複数のアンテナ２１８と、収容ユーザ数監視部２２２と、送信データ生成部２２４と、受信データ処理部２２６とを含んで構成される。
【００２７】
基地局制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により基地局１１０Ａ全体を管理および制御する。また、基地局制御部２１０は、基地局メモリ２１２のプログラムを用いて、ＰＨＳ端末１２０Ａの通信網１３０や他のＰＨＳ端末１２０Ｂへの通信接続を制御する。基地局メモリ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、基地局制御部２１０で処理されるプログラムや時刻情報等を記憶する。
【００２８】
基地局メモリ２１２は、複数のアンテナ２１８のうち、使用されるアンテナ数に対応して定まる、通信品質を表す値が所定の閾値を維持できる最多の通信端末の数である収容可能ユーザ数を記憶している。これは、アンテナ数と収容可能ユーザ数とを対応させた収納可能ユーザ数テーブル２１３として保存されている。
【００２９】
基地局無線通信部２１４は、アンテナ２１８を介してＰＨＳ端末１２０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２１６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。
【００３０】
基地局無線通信部２１４は、複数のアンテナ２１８の一部または全部から成る複数のアンテナグループのうち、無線通信に利用される現行アンテナグループを切り替えるアンテナグループ切替部２３６を含む。
【００３１】
アンテナ２１８は、グループ分けされていて、例えば、１アンテナグループに含まれるアンテナ数を２本、４本、８本とする構成が可能な場合、それらに対応して、使用アンテナ数レベルが１、２、３のグループが形成される。
【００３２】
データ受信処理は、基地局無線通信部２１４にてアンテナグループごとに波形処理を行い、データ復調部２３４にて復調し、受信データ処理部２２６において受信データをビット処理する。
【００３３】
データ送信処理は、送信データ生成部２２４において送信フレームを生成し、データ変調部２３２にて変調し、基地局無線通信部２１４にてアンテナグループ毎に波形処理を行い、送信する。
【００３４】
上記のデータ送受信処理において、収容ユーザ数監視部２２２では、現在通信中の通信端末の数である収容ユーザ数を監視している。
【００３５】
本実施形態において、基地局制御部２１０は、現行アンテナグループ判定部２２０としても機能する。現行アンテナグループ判定部２２０は、収容ユーザ数監視部２２２から上記の収容ユーザ数を取得し、図３の判定処理により適切な現行アンテナグループを判定する。現行アンテナグループを切り替える際には、収容ユーザ数監視部２２２を介してアンテナグループ切替部２３６へ指示する。
【００３６】
（アンテナグループ切替方法）
図３は図２の現行アンテナグループ判定部２２０が行う判定処理を示すフローチャートである。図３はアンテナ数レベルを上げるか否かの判定３００と、アンテナ数レベルを下げるか否かの判定４００とに大別される。
【００３７】
現行アンテナグループ判定部２２０は、まず、現在のアンテナ数レベルが最高のアンテナ数レベルより小さいか否かを判定する（ステップＳ３１０）。その結果、小さい場合、すなわちアンテナ数レベルを上げる余地がある場合、現行アンテナグループ判定部２２０は、収容ユーザ数監視部２２２から現在の収容ユーザ数を取得し、収納可能ユーザ数テーブル２１３を参照して、現在の収容ユーザ数が、１レベル上のアンテナ数レベルで収容可能なユーザ数より小さいか否かを判定する（ステップＳ３２０）。その結果、小さい場合、現行アンテナグループ判定部２２０は、アンテナグループ切替部２３６に指示して、１レベル上のアンテナ数レベルへの切替を行う（ステップＳ３３０）。そして判定３００が繰り返される。
【００３８】
ステップ３１０にて最高のアンテナ数レベルに到達している場合は、判定４００に移行する。まず、現在のアンテナ数レベルが最低のアンテナ数レベルより大きいか否かを判定する（ステップＳ４１０）。その結果、大きい場合、すなわちアンテナ数レベルを下げる余地がある場合、現行アンテナグループ判定部２２０は、現在の収容ユーザ数が、現在のアンテナ数レベルで収容可能なユーザ数以上か否かを判定する（ステップＳ４２０）。その結果、以上である場合、現行アンテナグループ判定部２２０は、アンテナグループ切替部２３６に指示して、１レベル下のアンテナ数レベルへの切替を行う（ステップＳ４３０）。そして判定４００が繰り返される。
【００３９】
以上の処理により、現行アンテナグループ判定部２２０は、最終的に、収容ユーザ数を超える最少の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループを現行アンテナグループとすることをアンテナグループ切替部２３６に指示することとなる。
【００４０】
すなわち、基地局１１０Ａは、通信品質を表す値が所定の閾値より劣化することのない範囲で、最多の通信端末を収容可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態では、ステップＳ４２０に示すように、現在の収容ユーザ数が現行アンテナグループの収容可能ユーザ数を超えてからアンテナグループを切り替えているが、かかる切替は、事前に余裕をもって判断してよい。すなわち、超えそうになったら、予めアンテナ数レベルを下げて、収容可能ユーザ数を増加させるとよい。
【００４２】
なお、ステップＳ４１０で結果がＮＯの場合、すなわち、現在のアンテナ数レベルが最低のアンテナ数レベルであり、現在の収容ユーザ数を超える収容可能ユーザ数を有するアンテナグループが存在しない場合、最大の収容可能ユーザ数を有するアンテナグループ（最低のアンテナ数レベル）を現行アンテナグループとすることを選択してよい。ユーザを可能な限り多く収容するためである。
【００４３】
図３のフローチャートは一例であり、判定順序は問わない。すなわち、判定４００を判定３００より先に行ってもよい。
【００４４】
上記の通信品質を表す値は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference and Noise Ratio）、受信電界強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）、ビットエラーレート（ＢＥＲ：Bit Error Rate）またはフレームエラーレート（ＦＥＲ：Frame aError Rate）としてよい。その他ビットエラー率（ＢＥＲ：Bit Error Rate）やフレームエラー率（ＦＥＲ：Frame Error Rate）を用いてもよい。なおＳＩＲには、ＣＩ（Carrier Interface）も包含される。
【００４５】
図４は従来のアンテナ切替方法の一例を示すフローチャートである。通話中ユーザの通信環境が変化したか否かを判定し（ステップＳ１０）、変化した場合、それが改善されたものか、悪化したものかを判定する（ステップＳ２０）。改善された場合には、所定のアンテナグループモードに移行し、アンテナ数を減少させる（ステップＳ４０）。悪化した場合には、全アンテナを使用する全アンテナモードへ移行する（ステップＳ３０）。
【００４６】
このように、従来は、全アンテナグループを用いるか、所定のアンテナグループを用いるか、の二者択一しかなく、たとえば、呼量が少ないのにアンテナ数を少なく設定し、カバーエリアを縮小させてしまったり、逆に、アンテナ数を多く設定しカバーエリアを増加させたが、呼量が多くユーザを収容しきれなかったりする等の環境が発生してしまっていた。
【００４７】
本発明の実施形態では、かかる問題を解決し、環境に応じて適応的にアンテナ数を切り替えることで、通信品質・カバーエリアを維持しながら、可能な限り多くのユーザを収容可能な基地局を提供可能となる。
【００４８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、複数のアンテナによるアダプティブアレイ方式を用いた無線通信を行うために、無線通信に利用される現行アンテナグループを動的に切り替える基地局およびアンテナグループ切替方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態である基地局が適用される、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。
【図２】図１の基地局のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。
【図３】図２の現行アンテナグループ判定部２２０が行う判定処理を示すフローチャートである。
【図４】従来のアンテナ切替方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１１０Ａ  …基地局
２１２  …基地局メモリ
２１３  …収納可能ユーザ数テーブル
２１４  …基地局無線通信部
２１８  …アンテナ
２２０  …現行アンテナグループ判定部
２２２  …収容ユーザ数監視部
２３６  …アンテナグループ切替部
【図１】
2010010968.tif 000003
【図２】
2010010968.tif 000004
【図３】
2010010968.tif 000005
【図４】
2010010968.tif 000006