(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナを介して無線端末と信号を送受信する無線通信部を具備し、セル端部では周波数帯域を複数に分割して得られる分割帯域の内、隣接セルとは異なる分割帯域（第１の分割帯域）を使用し、セル中央部では１つ以上の分割帯域を使用する基地局であって、
前記アンテナの傾斜を検出する傾斜センサと、
前記傾斜センサの検出結果に基づいて前記アンテナの傾斜角度が所定のしきい値を超えたと判定した場合に、前記無線通信部を制御することで前記第１の分割帯域の送信電力を上げる通信制御部とを具備することを特徴とする基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局及び無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、各基地局が同じ周波数帯域を利用する無線通信システムでは、隣接セルの境界付近において電波干渉が発生しやすく、通信品質の劣化を招くことが知られている。特に近年では、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を利用したＷｉＭＡＸやＬＴＥ（Long Term Evolution）などの次世代高速通信規格を採用する無線通信システムの構築にあたって、上記の隣接セル間における電波干渉が問題視されており、これを回避するためにＦＦＲ(Fractional Frequency Reuse)技術の導入が検討されている。
【０００３】
ＦＦＲとは、隣接するセル同士が重ならないようにセル配置を行い、電波干渉の少ないセル中央部（基地局近傍部）ではシステムで規定されている周波数帯域の全帯域を使用し、電波干渉の多いセル端部（セル境界付近）では周波数帯域を複数に分割して得られる分割帯域の内、隣接セルとは異なる分割帯域を使用することで、セル間干渉の低減及び通信品質の向上を図る技術である（下記特許文献１参照）。一般的なＦＦＲでは、セル形状を正六角形に見立てて、隣接するセル同士が重ならないようにセル配置を行い、各セル端部では周波数帯域を３分割して得られる分割帯域のいずれかを使用することが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０２１７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来技術のＦＦＲ技術を導入する場合、セル間干渉の低減及び通信品質の向上を図ることが可能であるが、その一方で隣接するセル同士が接して重ならないようにセル配置を行うため、例えば地震によるアンテナの傾斜が原因で基地局のセルが狭くなった場合、その分の通信不能領域を生じさせてしまうという問題がある。このような問題に対し、代替基地局を冗長的に配置するという方法も考えられるが、システムコストが大幅に増加するという別の問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、アンテナの傾斜時において、代替基地局を用いることなく、通信不能領域を最小限に抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、基地局に係る第１の解決手段として、アンテナを介して無線端末と信号を送受信する無線通信部を具備し、セル端部では周波数帯域を複数に分割して得られる分割帯域の内、隣接セルとは異なる分割帯域（第１の分割帯域）を使用し、セル中央部では１つ以上の分割帯域を使用する基地局であって、前記アンテナの傾斜を検出する傾斜センサと、前記傾斜センサの検出結果に基づいて前記アンテナの傾斜角度が所定のしきい値を超えたと判定した場合に、前記無線通信部を制御することで前記第１の分割帯域の送信電力を上げる通信制御部とを具備するという手段を採用する。
【０００８】
本発明では、基地局に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記通信制御部は、前記第１の分割帯域の送信電力を最大電力まで上げるという手段を採用する。
【０００９】
本発明では、基地局に係る第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記通信制御部は、前記アンテナの傾斜角度に応じて前記第１の分割帯域の送信電力を担当エリアの回復が可能な最小電力まで上げるという手段を採用する。
【００１０】
また、本発明では、無線通信システムに係る第１の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、第１〜３のいずれかの解決手段に記載の基地局と、前記上位制御装置は、アンテナが傾斜した前記基地局（傾斜基地局）において前記第１の分割帯域の送信電力を上げても担当エリアを回復できなかったことを検知した場合に、当該傾斜基地局を囲うように配置された外周基地局に対し、前記セル端部において使用される分割帯域の送信電力を上げるように指示し、前記外周基地局は、前記指示を受け付けると、前記セル端部において使用される分割帯域の送信電力を前記傾斜基地局の未回復の担当エリアをカバーする電力まで上げるという手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アンテナの傾斜角度が所定のしきい値を超えた場合に、第１の分割帯域の送信電力を上げる。第１の分割帯域の送信電力を上げることでアンテナの傾斜が原因の通信不能領域が回復するので、通信不能領域の発生を最小限に抑えることができる。また、本発明は、自身の処理により通信不能になった領域を回復することができるので、代替基地局を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信システムＳのシステム構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る無線通信システムＳのセル配置（オムニ配列）を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る基地局Ｂ１〜Ｂ１９が用いる周波数とその送信電力とを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る基地局Ｂ１の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る基地局Ｂ１のアンテナ１２ａのセルＣ１の範囲の変化を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る基地局Ｂ１のアンテナ１２ａの傾斜時におけるセル配置を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る基地局Ｂ１の通信不能領域回復後のセル配置を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る無線通信システムＳの上位制御装置Ａの動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係る基地局Ｂ５，Ｂ６，Ｂ９，Ｂ１１，Ｂ１４，Ｂ１５による通信不能領域カバー後のセル配置を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例におけるセル配置（３セクタ配列）を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態の変形例における指向性アンテナの傾斜時及び通信不能領域回復後のセル配置（３セクタ配列）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る無線通信システムＳは、例えば次世代高速通信規格であるＬＴＥ（Long Term Evolution）を採用したＬＴＥシステムであり、図１に示すように、上位制御装置Ａと、この上位制御装置Ａにより制御される本実施形態に係る基地局Ｂ１〜Ｂ１９とを備える。ＬＴＥシステムとは、下り通信にＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access）を、上り通信にＳＣ−ＦＤＭＡ(Single Carrier Frequency Division Multiple Access）を用いたものである。なお、図１では、基地局Ｂ１を代表的に用いて内部構成を図示しているが、他の基地局Ｂ２〜Ｂ１９も同様な内部構成を備えている。
【００１４】
この無線通信システムＳでは、ＦＦＲ技術に基づくセル配置を採用している。無線通信システムＳでは、図２に示すように、セル形状を正六角形に見立てて、隣接するセル同士が重ならないようにセル配置を行い、電波干渉の少ないセル中央部（基地局近傍部）においてシステムで規定されている周波数帯域の全帯域Ｗ０を使用する。また、電波干渉の多いセル端部（セル境界付近）では周波数帯域を３分割して得られる分割帯域Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の内、隣接セルとは異なる分割帯域を使用する。
【００１５】
このようなセルは、各基地局Ｂ１〜Ｂ１９において分割帯域Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の送信電力が最大化されるように制御されることで形成される。例えば、図３の（ａ）に示すように分割帯域Ｗ１の送信電力が最大化されると、セル端部において分割帯域Ｗ１が使用されるセルが形成される。また、図３の（ｂ）に示すように分割帯域Ｗ２の送信電力が最大化されると、セル端部において分割帯域Ｗ２が使用されるセルが形成され、図３の（ｃ）に示すように分割帯域Ｗ３の送信電力が最大化されると、セル端部において分割帯域Ｗ３が使用されるセルが形成される。
【００１６】
図２に戻り、符号Ｃ１〜Ｃ１９は、図１で示した基地局Ｂ１〜Ｂ１９のそれぞれが担当するセルを表している。例えば、セルＣ１に着目すると、基地局Ｂ１はこのセルＣ１の中心位置に設置され、セル中央部では周波数帯域の全帯域Ｗ０が使用され、セル端部では分割帯域Ｗ２が使用される。このセルＣ１の周囲には、隣接セルとしてセルＣ５，Ｃ６，Ｃ９，Ｃ１１，Ｃ１４，Ｃ１５が配置されているが、図２に示すように、これら隣接セルとセルＣ１との境界において互いに異なる分割帯域が使用されている。なお、図２に示すセル配置をオムニ配列と呼ぶ。
【００１７】
以下、図１に戻って説明を続ける。図１に示すように、上位制御装置Ａは、上位通信部１及び基地局制御部２を備えている。また、基地局Ｂ１は、下位通信部１１、無線通信部１２、地震や強風などでアンテナが傾いたときの傾斜を検出する傾斜センサ１３及び通信制御部１４を備えている（他の基地局Ｂ２〜Ｂ１９も同様）。
【００１８】
上位制御装置Ａにおいて、上位通信部１は、通信ケーブルＣを介して各基地局Ｂ１〜Ｂ１９の下位通信部１１と通信可能に接続されており、基地局制御部２による制御の下、各基地局Ｂ１〜Ｂ１９と有線通信を行う。
基地局制御部２は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成され、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて上位制御装置Ａの全体動作を制御する。基地局制御部２は、特徴的な機能として、アンテナの傾斜した基地局の外周基地局に対し、セル端部において使用される分割帯域の送信電力を上げるよう指示する。
【００１９】
一方、基地局Ｂ１において、下位通信部１１は、通信ケーブルＣを介して上位制御装置Ａの上位通信部１と通信可能に接続されており、通信制御部１４による制御の下、上位制御装置Ａと有線通信を行う。
無線通信部１２は、通信制御部１４による制御の下、アンテナ１２ａを介して自局のセルＣ１内に存在する無線端末と無線通信を行う。
【００２０】
傾斜センサ１３は、例えば加速度センサであり、アンテナ１２ａの傾斜角に応じた３軸方向の加速度を検出し、当該加速度を傾斜信号として通信制御部１４に出力する。通信制御部１４は、傾斜信号に基づいてアンテナ１２ａの傾斜角度を計算する。
通信制御部１４は、ベースバンドプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどから構成され、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて基地局Ｂ１の全体動作を制御する。通信制御部１４は、特徴的な機能として、アンテナ１２ａの傾斜角度が所定のしきい値を超えたと判定した場合に、セル端部に置いて使用される分割帯域Ｗ２の送信電力を上げるように無線通信部１２を制御する。
【００２１】
次に、上記構成の基地局Ｂ１及び上位制御装置Ａの動作について図４〜９を参照して詳細に説明する。なお。以下では、基地局Ｂ１を代表的に用いて動作を説明するが、他の基地局Ｂ２〜Ｂ１９も同様の動作を行うことができる。
＜基地局Ｂ１の動作＞
基地局Ｂ１の通信制御部１４は、常時、傾斜センサ１３から入力される傾斜信号に基づいてアンテナ１２ａの傾斜角度を算出し、当該傾斜角度が所定のしきい値を超えているか否か判定する（ステップＳ１）。通信制御部１４は、ステップＳ１において『ＮＯ』と判定した場合には、すなわちアンテナ１２ａの傾斜角度が所定のしきい値を超えていない場合には、ステップＳ１において待機する。通信制御部１４は、ステップＳ１において『ＹＥＳ』と判定した場合には、すなわちアンテナ１２ａの傾斜角度が所定のしきい値を超えている場合には、セルＣ１において分割帯域Ｗ２のみを使用するように無線通信部１２を制御する（ステップＳ２）。すなわち、通信制御部１４は、セル中央部における分割帯域Ｗ１，Ｗ３の使用を停止する。
【００２２】
上記処理においてアンテナ１２ａの傾斜角度を判定するのは、アンテナ１２ａの傾斜が原因の通信不能を検出するためである。通常、アンテナ１２ａが傾斜していない場合、水平方向に電波が放射されて図５の（ａ）に示すセルＣ１の範囲を得ることができる。しかし、図５の（ｂ）に示すようにアンテナ１２ａが傾斜している場合、アンテナの傾斜に伴って電波の放射方向も傾き、図５の（ｂ）に示すようにセルＣ１の範囲が狭くなる。この状態を上から見たものが図６である。つまり、図６に示すセルＣ１は、図６の上下方向にアンテナが傾斜することで、上下方向に対して狭くなっている。
【００２３】
通信制御部１４は、ステップＳ２の後に、アンテナ１２ａの傾斜角度、アンテナの指向性、送信電力及び変調クラスなどから最も狭くなった方向のセルＣ１の距離（最短通信可能距離）を計算し、当該最短通信可能距離、基地局の配置情報及び傾斜の方向情報から回復が必要な担当エリアを推定し、当該回復が必要な担当エリアの広さから回復に必要な分割帯域Ｗ２の送信電力を求める（ステップＳ３）。なお、ステップＳ３における計算は、既知の計算式に基づいて実行される。
【００２４】
通信制御部１４は、ステップＳ３の後に、最大電力以下で担当エリアを回復できるか否か判定する（ステップＳ４）。通信制御部１４は、ステップＳ４において『ＹＥＳ』と判定した場合には、すなわち最大電力以下で担当エリアを回復できる場合には、ステップＳ３において求めた送信電力に基づいて回復に必要な最小電力まで分割帯域Ｗ２の送信電力を無線通信部１２に上げさせる（ステップＳ５）。
上述したように分割帯域Ｗ２の送信電力を上げた場合に、アンテナ１２ａが傾斜していても、電波の送信電力が大きくなると、図５の（ｃ）に示すようにセルＣ１の範囲は広くなる。この状態を上から見ると、図７に示すように、図６に示すセルＣ１が水平方向に均等に広くなる。なお、通信制御部１４は、他の基地局のセル中央部と重ならないような送信電力で送信している。つまり、通信制御部１４は、上記ステップＳ４において、他の基地局のセル中央部と重ならないかつ最大電力以下で担当エリアを回復できる場合に、ステップＳ５を実行し、そうでない場合に、ステップＳ６以降を実行している。
【００２５】
通信制御部１４は、ステップＳ４において『ＮＯ』と判定した場合には、すなわち最大電力で担当エリアを回復できない場合には、最大電力まで分割帯域Ｗ２の送信電力を無線通信部１２に上げさせ（ステップＳ６）、担当エリアを回復できなかった旨（非回復通知）を下位通信部１１を介して上位制御装置Ａに出力する（ステップＳ７）。なお、通信制御部１４は、非回復通知とともに担当エリアの情報も出力する。
【００２６】
＜上位制御装置Ａのシステム運用時における動作＞
続いて上位制御装置Ａの動作について説明する。
上位制御装置Ａの基地局制御部２は、基地局Ｂ１から非回復通知が入力されたか否か判定する（ステップＳ１１）。基地局制御部２は、ステップＳ１１において『ＮＯ』と判定した場合には、すなわち非回復通知が入力されていない場合には、入力されるまでステップＳ１１において待機する。基地局制御部２は、ステップＳ１１において『ＹＥＳ』と判定した場合には、すなわち非回復通知が入力された場合には、基地局Ｂ２〜Ｂ１９の中から基地局Ｂ１の外周基地局（基地局Ｂ５，Ｂ６，Ｂ９，Ｂ１１，Ｂ１４、Ｂ１５）を選択する（ステップＳ１２）。なお、基地局Ｂ１〜Ｂ１９各々の隣接関係は基地局配置情報に予め登録されており、この基地局配置情報に基づいて外周基地局は選択される。
【００２７】
基地局制御部２は、ステップＳ１２において、基地局配置情報及び基地局Ｂ１の担当エリアの情報に基づいて基地局Ｂ１が回復できなかった担当エリアをカバーするために、外周基地局に必要な送信電力（基地局Ｂ１の担当エリアをカバーするとともに外周基地局のセルが他の基地局のセル中央部と重ならないような送信電力）を求め（ステップＳ１３）、求めた送信電力まで上げるように指示を外周基地局に出力する（ステップＳ１４）。外周基地局は、指示を受け付けると、セル端部において使用される分割帯域の送信電力を基地局Ｂ１がカバーできなかった担当エリアをカバーする電力まで上げる。具体的には、外周基地局である基地局Ｂ５，Ｂ６，Ｂ９，Ｂ１１，Ｂ１４，Ｂ１５が分割帯域の送信電力を上げると、図９に示すようにセルＣ５，Ｃ６，Ｃ９，Ｃ１１，Ｃ１４，Ｃ１５の範囲が広がり、これらセルにより基地局Ｂ１の担当エリアがカバーされる。
【００２８】
以上説明したように、基地局Ｂ１は、アンテナ１２ａの傾斜角度が所定のしきい値を超えた場合に、分割帯域Ｗ２の送信電力を上げる。このように分割帯域Ｗ２の送信電力をげることでアンテナ１２ａの傾斜が原因の通信不能領域が回復するので、通信不能領域の発生を最小限に抑えることができる。また、基地局Ｂ１は、自身の処理により通信不能になった領域を回復することができるので、代替基地局を必要としない。さらに、外周基地局が、基地局Ｂ１が回復できなかった担当エリアをカバーするので、基地局Ｂ１単独で完全に回復できなかった場合でも、回復することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、図２に示したように、オムニ配列のセル配置を例示して説明したが、図１０に示すような３セクタ配列のセル配置を採用する場合であっても、本発明を適用することができる。図１０に示すように、３セクタ配列では、１つのセルを３つのセクタＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３に分割し、セル中央部ではシステムで規定されている周波数帯域の全帯域Ｗ０を使用し、セル端部では周波数帯域を３分割して得られる分割帯域Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の内、隣接セルとは異なる分割帯域をセクタ毎に割り当てて使用する。なお、図１０では、セクタＳＣ１に分割帯域Ｗ１を、セクタＳＣ２に分割帯域Ｗ２を、セクタＳＣ３に分割帯域Ｗ３を割り当てることで、隣接セルとの電波干渉を回避している。
【００３０】
このように１つのセルを複数のセクタに分割する手法は従来から知られているので、詳細な説明は省略するが、このような３セクタ配列を実現するためには、１つのセルの中心位置に、当該中心位置から１２０°の範囲をカバーする３本の指向性アンテナを有する基地局を設置し、それら３本の指向性アンテナ各々を各セクタＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３の担当アンテナにすれば良い。
【００３１】
例えば、基地局Ｂ１が３本の指向性アンテナを有する場合に、３本の指向性アンテナの内の１本が傾斜すると、図１１の（ａ）に示すようにセルＣ１のセクタＳＣ２の範囲が狭くなる。その際、基地局Ｂ１は、傾斜した指向性アンテナが出力していた分割帯域Ｗ２の送信電力を上げることで、図１１の（ｂ）に示すようにセクタＳＣ２を回復することができる。しかし、基地局Ｂ１が最大電力まで分割帯域Ｗ２の送信電力を上げても担当エリアを回復できない場合には、非回復通知を上位制御装置Ａに出力する。上位制御装置Ａは、非回復通知が入力されると、外周基地局として基地局Ｂ６及び基地局Ｂ１１を選択し、外周基地局に必要な送信電力を求め、基地局Ｂ６のセクタＳＣ３の分割帯域Ｗ３と基地局Ｂ１１のセクタＳＣ１の分割帯域Ｗ１の送信電力を上げて基地局Ｂ１の担当エリアをカバーするように指示を出力する。外周基地局は、指示を受け付けると、指示に基づいてセル端部において使用される分割帯域の送信電力を基地局Ｂ１がカバーできなかった担当エリアをカバーする電力まで上げる。このようにすることで、セルＣ１のセクタＳＣ１を回復することができる。  
【００３２】
（２）上記実施形態では、本発明に係る無線通信システムとして、次世代高速通信規格であるＬＴＥに準拠したＬＴＥシステムを例示して説明したが、これ限らず、ＷｉＭＡＸなどのＦＦＲ技術を採用した通信規格を用いる無線通信システムであれば、本発明を適用することができる。
（３）上記実施形態では、セル中央部において全帯域Ｗ０（周波数帯域）が使用されたが、セル中央部において１つ以上の分割帯域が使用されればよい。
【符号の説明】
【００３３】
Ｓ…無線通信システム、Ａ…上位制御装置、１…上位通信部、２…基地局制御部、Ｂ１〜Ｂ１９…基地局、１１…下位通信部、１２…無線通信部、１２ａ…アンテナ、１３…傾斜センサ、１４…通信制御部、Ｗ０…全帯域、Ｗ１, Ｗ２, Ｗ３…分割帯域、Ｃ１〜Ｃ１９…セル、ＳＣ１〜ＳＣ３…セクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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