(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カバーエリアとなるセルを複数のセクタに分割し、前記各セクタに対応するように設けられたセクタアンテナと、
前記セクタアンテナを制御する信号制御部と、
前記セクタアンテナと前記信号制御部との間に接続され、アナログ信号とデジタル信号の変換を行う無線機と、を備えた基地局アンテナ装置において、
前記各セクタアンテナは、複数の周波数で同時に通信可能に構成されると共に、周波数毎に異なる指向性で通信可能に構成され、
前記信号制御部は、
端末から受信した端末位置情報を基に、前記セル内に位置する端末の端末位置情報を管理する端末位置情報管理部と、
前記各セクタを割当周波数が異なる複数のエリアに分割し、前記端末位置情報管理部により管理される端末位置情報から、通信対象となる端末が位置するエリアを判定し、当該通信対象となる端末が位置するエリアに応じて割当周波数を決定するチャネル情報部と、
前記セクタアンテナの指向性を制御する指向性制御部と、
前記セル内の全ての端末との通信状況を管理し、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数が、前記チャネル情報部が決定した割当周波数となるように前記セクタアンテナを制御すると共に、前記指向性制御部を介して、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数の指向性を、前記通信対象となる端末に向かうように前記セクタアンテナを制御するスケジューラと、
を備え、
前記スケジューラは、前記通信対象となる端末が位置するエリアの割当周波数が逼迫し通信容量が所定の閾値よりも低下したとき、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数を、前記通信対象となる端末が位置するエリアの割当周波数と異なる周波数に変更する
ことを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項２】
前記各セクタアンテナは、水平面内の指向性と垂直面内の指向性を周波数毎にそれぞれ制御可能に構成され、
前記端末位置情報は、端末の高さ位置を含む３次元情報であり、
前記スケジューラは、前記指向性制御部を介して、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数の水平面内および垂直面内の指向性を、前記通信対象となる端末に向かうように前記セクタアンテナを制御するように構成される
請求項１記載の基地局アンテナ装置。
【請求項３】
前記スケジューラは、垂直面内の指向性を予め設定した初期値として前記通信対象となる端末との通信を開始し、前記通信対象となる端末から受信した参照信号から通信品質が十分でないと判断したとき、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数の垂直面内の指向性を、前記通信対象となる端末に向かうように前記セクタアンテナを制御するように構成される
請求項２記載の基地局アンテナ装置。
【請求項４】
前記端末位置情報として、ＩＭＥＳ（Indoor MEssaging System）により取得した位置情報を用いる
請求項２または３記載の基地局アンテナ装置。
【請求項５】
前記セクタアンテナは、前記チャネル情報部により制御され、送受信する周波数を制御する周波数制御装置と、水平方向および垂直方向にそれぞれ２つ以上設置されたアンテナ素子と、前記指向性制御部により制御され、前記各アンテナ素子への給電位相を制御することで水平面内および垂直面内の指向性を制御する移相器と、を複数組備えている
請求項２〜４いずれかに記載の基地局アンテナ装置。
【請求項６】
前記セクタアンテナは、送受信信号増幅部を含む給電線路を備え、
前記給電線路は、プリント基板により形成される
請求項５記載の基地局アンテナ装置。
【請求項７】
前記通信対象となる端末から受信した参照信号から通信品質が十分でないとき、前記送受信信号増幅部の増幅器に印加する電源電圧を制御し利得を変化させる利得制御部をさらに備える
請求項６記載の基地局アンテナ装置。
【請求項８】
前記スケジューラは、前記通信対象となる端末と通信中の前記セクタアンテナにて、前記通信対象となる端末から受信した参照信号から通信品質が十分でなくなったと判断したとき、隣接するセクタの前記セクタアンテナ間で前記通信対象となる端末から受信した参照信号を比較し、最も通信品質が良好な前記セクタアンテナで前記通信対象となる端末と通信を行うように切り替える
請求項１〜７いずれかに記載の基地局アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信用の基地局アンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動通信用の基地局アンテナ装置として、カバーエリアとなるセルを複数のセクタに分割し、各セクタに対応するようにセクタアンテナを設けたものが知られている。
【０００３】
基地局アンテナ装置では、セル境界面における干渉抑制技術（ＩＣＩＣ、Inter-Cell Interference Coordination）が必要とされる。干渉抑制技術の一例として、周波数を部分的に分割するＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）技術が挙げられる。
【０００４】
ＦＦＲ技術は、セルごとにセル端端末（セル端に存在する端末）が使用できるリソースブロック群を定めておくことで、隣接するセルのセル端端末間で直交性を確保する技術である。ＦＦＲ技術を採用した基地局アンテナ装置では、干渉が少ない基地局から近いエリアには割当周波数を全て利用するが、干渉が多いセル境界領域（セル端）においては割当周波数を分割し、隣接するセルのセル端でそれぞれ別の帯域を使用するように構成することで、セル間干渉制御を行っている。
【０００５】
ＦＦＲ技術を用いた先行文献として、例えば、特許文献１，２がある。特許文献１，２では、端末からの参照信号（電力やＳＮＲ等）を複数のセクタアンテナで受信し、参照信号の差を閾値で判別して割当周波数を決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２８８１０４号公報
【特許文献２】特開２００８−６１２５０号公報
【特許文献３】特開２０１１−５１７５２８号公報
【特許文献４】特開２００９−４４４１５号公報
【特許文献５】特開平９−１４８９８１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】服部武、藤岡雅宣編著、「ワイヤレス・ブロードバンドＨＳＰＡ＋／ＬＴＥ／ＳＡＥ教科書」、株式会社インプレスＲ＆Ｄ、２００９年７月２７日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の従来方法では、周波数利用効率が悪いという問題がある。
【０００９】
具体的には、例えば、図６に示すようにセルを３セクタで構成した場合、従来の基地局アンテナ装置では、基地局から近いＡのエリアでは割当周波数を全て利用するが、それ以外のＢ，Ｃ，Ｄのエリア、すなわち各セクタのセル境界領域（セル端）では、各セクタが２つのセルに隣接することとなるため、１セクタで使用できる周波数帯域は１／３となり、周波数利用効率が著しく悪化してしまう。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、周波数利用効率を改善可能な基地局アンテナ装置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】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、カバーエリアとなるセルを複数のセクタに分割し、前記各セクタに対応するように設けられたセクタアンテナと、前記セクタアンテナを制御する信号制御部と、前記セクタアンテナと前記信号制御部との間に接続され、アナログ信号とデジタル信号の変換を行う無線機と、を備えた基地局アンテナ装置において、前記各セクタアンテナは、複数の周波数で同時に通信可能に構成されると共に、周波数毎に異なる指向性で通信可能に構成され、前記信号制御部は、端末から受信した端末位置情報を基に、前記セル内に位置する端末の端末位置情報を管理する端末位置情報管理部と、前記各セクタを割当周波数が異なる複数のエリアに分割し、前記端末位置情報管理部により管理される端末位置情報から、通信対象となる端末が位置するエリアを判定し、当該通信対象となる端末が位置するエリアに応じて割当周波数を決定するチャネル情報部と、前記セクタアンテナの指向性を制御する指向性制御部と、前記セル内の全ての端末との通信状況を管理し、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数が、前記チャネル情報部が決定した割当周波数となるように前記セクタアンテナを制御すると共に、前記指向性制御部を介して、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数の指向性を、前記通信対象となる端末に向かうように前記セクタアンテナを制御するスケジューラと、を備え、前記スケジューラは、前記通信対象となる端末が位置するエリアの割当周波数が逼迫し通信容量が所定の閾値よりも低下したとき、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数を、前記通信対象となる端末が位置するエリアの割当周波数と異なる周波数に変更する基地局アンテナ装置である。
【００１２】
前記各セクタアンテナは、水平面内の指向性と垂直面内の指向性を周波数毎にそれぞれ制御可能に構成され、前記端末位置情報は、端末の高さ位置を含む３次元情報であり、前記スケジューラは、前記指向性制御部を介して、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数の水平面内および垂直面内の指向性を、前記通信対象となる端末に向かうように前記セクタアンテナを制御するように構成されてもよい。
【００１３】
前記スケジューラは、垂直面内の指向性を予め設定した初期値として前記通信対象となる端末との通信を開始し、前記通信対象となる端末から受信した参照信号から通信品質が十分でないと判断したとき、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数の垂直面内の指向性を、前記通信対象となる端末に向かうように前記セクタアンテナを制御するように構成されてもよい。
【００１４】
前記端末位置情報として、ＩＭＥＳ（Indoor MEssaging System）により取得した位置情報を用いてもよい。
【００１５】
前記セクタアンテナは、前記チャネル情報部により制御され、送受信する周波数を制御する周波数制御装置と、水平方向および垂直方向にそれぞれ２つ以上設置されたアンテナ素子と、前記指向性制御部により制御され、前記各アンテナ素子への給電位相を制御することで水平面内および垂直面内の指向性を制御する移相器と、を複数組備えていてもよい。
【００１６】
前記セクタアンテナは、送受信信号増幅部を含む給電線路を備え、前記給電線路は、プリント基板により形成されてもよい。
【００１７】
前記通信対象となる端末から受信した参照信号から通信品質が十分でないとき、前記送受信信号増幅部の増幅器に印加する電源電圧を制御し利得を変化させる利得制御部をさらに備えてもよい。
【００１８】
前記スケジューラは、前記通信対象となる端末が位置するエリアの割当周波数が逼迫し通信容量が所定の閾値よりも低下したとき、前記通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数を、前記通信対象となる端末が位置するエリアの割当周波数と異なる周波数に変更してもよい。
【００１９】
前記スケジューラは、前記通信対象となる端末と通信中の前記セクタアンテナにて、前記通信対象となる端末から受信した参照信号から通信品質が十分でなくなったと判断したとき、隣接するセクタの前記セクタアンテナ間で前記通信対象となる端末から受信した参照信号を比較し、最も通信品質が良好な前記セクタアンテナで前記通信対象となる端末と通信を行うように切り替えてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、周波数利用効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る基地局アンテナ装置を示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はセクタアンテナの概略構成図、（ｃ）は給電線路の概略構成図、（ｄ）は信号制御部の概略構成図である。
【図２】図１の基地局アンテナ装置におけるセル構成の一例と各エリアでの周波数利用状況を示す図である。
【図３】図１の基地局アンテナ装置の動作を説明する図である。
【図４】図１の基地局アンテナ装置の作用効果を説明する図であり、（ａ）は本発明の基地局アンテナ装置で各端末との通信に使用できる割当周波数、（ｂ）は従来の基地局アンテナ装置で各端末との通信に使用できる割当周波数を示す図である。
【図５】本発明において、垂直方向にも異なる割当周波数を設定できることを説明する図である。
【図６】従来の基地局アンテナ装置におけるセル構成の一例と各エリアでの周波数利用状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る基地局アンテナ装置を示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はセクタアンテナの概略構成図、（ｃ）は給電線路の概略構成図、（ｄ）は信号制御部の概略構成図である。また、図２は、セル構成の一例と各エリアでの周波数利用状況を示す図である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、基地局アンテナ装置１は、セクタアンテナ２と、セクタアンテナ２を制御する信号制御部（ベースバンド部）３と、セクタアンテナ２と信号制御部３との間に接続され、アナログ信号とデジタル信号の変換を行う無線機（ＲＦ）４と、を備えている。
【００２５】
基地局アンテナ装置１では、カバーエリアとなるセルを複数のセクタに分割し、各セクタに対応するようにセクタアンテナ２を設けている。信号制御部３と無線機４は、１つのセクタアンテナ２に対して１つずつ設けられる。本実施の形態では、一例として、図２に示すように、セルを３セクタに分割する場合について説明する。この場合、３つのセクタに対応するように３つのセクタアンテナ２が設けられ、３つのセクタアンテナ２それぞれに対応するように信号制御部３と無線機４が設けられることになる。なお、基地局アンテナ装置１に信号制御部３用の筐体は１つであることが望ましいので、各セクタアンテナ２に対応するように設けられた複数の信号制御部３は、１つの筐体にまとめて収容されることが望ましい。
【００２６】
各セクタアンテナ２は、複数の周波数で同時に通信可能に構成されると共に、周波数毎に異なる指向性で通信可能に構成される。本実施の形態では、各セクタアンテナ２は、水平面内の指向性と垂直面内の指向性を周波数毎にそれぞれ制御可能に構成される。
【００２７】
具体的には、図１（ｂ）に示すように、セクタアンテナ２は、送受信する周波数を制御する周波数制御装置５と、水平方向および垂直方向にそれぞれ２つ以上設置されたアンテナ素子６と、各アンテナ素子６への給電位相を制御することで水平面内および垂直面内の指向性を制御する移相器７と、を複数組備えている。
【００２８】
本実施の形態では、３つの異なる周波数で同時に通信可能とし、３つの周波数それぞれで指向性の制御を可能とするため、周波数制御装置５とアンテナ素子６と移相器７を３セット備えるようにした（図１（ｂ）では、図の簡単化のため、周波数制御装置５とアンテナ素子６と移相器７を１セットのみ示している）。以下、周波数制御装置５とアンテナ素子６と移相器７のセットをアンテナユニットと呼称する。なお、同時に通信可能とする周波数の数（アンテナユニットの数）はこれに限定されるものではなく、適宜設定可能である。
【００２９】
周波数制御装置５としては、例えば、可変型のバンドパスフィルタやダイプレクサを用いることができる。周波数制御装置５には、信号制御部３から延びる信号線５ａが接続されており、信号制御部３のスケジューラ２２（後述する）により周波数制御装置５が直接制御されるようになっている。
【００３０】
本実施の形態では、アンテナ素子６として、垂直方向に延びる第１アンテナ素子６ａと水平方向に延びる第２アンテナ素子６ｂとを有し、偏波の向きが９０度異なる２素子の構成のものを用いた。ただし、アンテナ素子６の構成はこれに限定されるものではなく、１素子の構成としてもよいし、偏波の向きも適宜変更可能である。
【００３１】
また、本実施の形態では、アンテナ素子６を水平方向、および垂直方向へそれぞれ２つ以上設置し、アレーアンテナとして動作するようにした。このように構成することで、移相器７で各アンテナ素子６に給電する給電位相を制御することで、水平面内、垂直面内の両方の指向性を任意に制御することが可能になる。移相器７には、信号制御部３から延びる信号線７ａが接続されており、信号制御部３の指向性制御部２１（後述する）により移相器７が直接制御されるようになっている。
【００３２】
各第１アンテナ素子６ａと移相器７との間、および、各第２アンテナ素子６ｂと移相器７との間には、送受信信号増幅部を含む給電線路８が備えられる。図１（ｃ）に示すように、給電線路８は、ダウンリンク・アップリンク信号経路を分岐する２つのデュプレクサ９を備え、両デュプレクサ９間のダウンリンク側の信号経路に高出力増幅器１０を、アップリンク側の信号経路に低雑音増幅器１１を内蔵した構成となっている。本実施の形態では、給電線路８をプリント基板により形成した。
【００３３】
また、セクタアンテナ２では、周波数制御装置５、アンテナ素子６、移相器７、給電線路８の全体を覆うように、レドーム１３が設けられる。レドーム１３内には反射板１２が設けられ、その反射板１２の表面側の空間に周波数制御装置５、アンテナ素子６、移相器７、給電線路８が配置される。
【００３４】
図１（ｄ）に示すように、信号制御部３は、無線機４と通信するためのインターフェイス（ＣＰＲＩ  Ｉ／Ｆ）１４と、無線機４から受信した信号を復調処理する復調処理部（ＯＦＤＭ復調処理部）１５と、送信する信号を変調処理する変調処理部（ＯＦＤＭ変調処理部）１６と、受信処理を行う受信処理部（ＲＸＰ）１７と、送信処理を行う送信処理部（ＴＸＰ）１８と、を備えている。ここでは、インターフェイス１４としてＣＰＲＩ（Common Public Radio Interface）を用い、また端末（携帯電話端末）との通信方式としてＯＦＤＭ（Otrthogonal Frequency Division Multiplexing）伝送方式を用いたが、インターフェイス１４の方式や端末との通信方式はこれに限定されるものではない。
【００３５】
本実施の形態に係る基地局アンテナ装置１では、信号制御部３は、端末位置情報管理部（ＨＬＲ（Home Local Register））１９と、チャネル情報部（ＣＳＩ（Channel Site Information））２０と、指向性制御部（ＰＳＣ（Phase Shift Controller））２１と、スケジューラ（ＳＣＨ（Scheduler））２２と、をさらに備えている。
【００３６】
端末位置情報管理部１９は、端末から受信した端末位置情報を基に、セル内に位置する端末の端末位置情報を管理するものであり、各端末の端末位置情報をデータベースとして記憶する。端末位置情報は、通常は各通信事業者が所有するＨＬＲにて管理されるが、本実施の形態では、この各通信事業者のＨＬＲと同等の機能を基地局アンテナ装置１に搭載し、基地局アンテナ装置１で独自に端末位置情報を管理することになる。
【００３７】
また、本実施の形態では、端末位置情報として、端末の高さ位置を含む３次元情報を用いる。各通信事業者のＨＬＲには垂直方向の位置情報が含まれないが、端末位置情報管理部１９では、端末の高さ位置を含む３次元情報をデータベースとして記憶する。
【００３８】
端末の緯度経度の位置情報としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）により取得した情報を用いるとよい。端末の高さ位置（垂直方向の位置情報）としては、ＧＰＳによる情報では信頼性が低いため、近年屋内測位法として注目されているＩＭＥＳ（Indoor MEssaging System）により取得した情報を用いることが望ましい。
【００３９】
ＩＭＥＳとは、例えば屋内のフロア毎など、垂直方向の異なる位置に設けられた複数のＩＭＥＳ送信機を用い、各ＩＭＥＳ送信機からそれ自身の位置情報やフロア回数などの情報を送信するようにし、端末側で受信された最寄りのＩＭＥＳ送信機の三次元位置情報を端末位置とみなして、最寄りの携帯電話基地局を特定するセルＩＤ方式の１つであり、明らかにＧＰＳ電波の届かない場所、あるいはＧＰＳ電波が微弱となる高深度な屋内や地下においても端末に位置情報を与えることができる技術である。
【００４０】
チャネル情報部２０は、各セクタを割当周波数が異なる複数のエリアに分割し、端末位置情報管理部１９により管理される端末位置情報から、通信対象となる端末が位置するエリアを判定し、当該通信対象となる端末が位置するエリアに応じて割当周波数を決定するものである。エリアと割当周波数の設定は、例えば図２のようになる。なお、図２では図を簡略化しており、エリア間に隙間があるように見えるが、実際には、セクタ内の全ての位置で割当周波数が設定される。
【００４１】
指向性制御部２１は、信号線７ａを介して移相器７に接続されており、スケジューラ２２からの信号に応じて移相器７を制御し、セクタアンテナ２の指向性を制御するものである。
【００４２】
スケジューラ２２は、セル内の全ての端末との通信状況を管理するものである。本実施の形態では、スケジューラ２２は、通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数が、チャネル情報部２０が決定した割当周波数となるようにセクタアンテナ２を制御すると共に、指向性制御部２１を介して、通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数の指向性を、通信対象となる端末に向かうようにセクタアンテナ２を制御する。
【００４３】
周波数制御装置５に接続される信号線５ａは送信処理部１８に接続されており、スケジューラ２２は、送信処理部１８，信号線５ａを介してセクタアンテナ２の３つのアンテナユニットのうち１つの周波数制御装置５を制御し、当該アンテナユニットで送受信する周波数を制御する。
【００４４】
また、本実施の形態では、スケジューラ２２は、垂直面内の指向性を予め設定した初期値（例えば、端末の高さ位置が地上から１ｍであるときに端末に向かう指向性）として通信対象となる端末との通信を開始し、通信対象となる端末から受信した参照信号から通信品質が十分でないと判断したとき、通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数の垂直面内の指向性を、通信対象となる端末に向かうようにセクタアンテナ２を制御するように構成される。
【００４５】
このとき用いる参照信号としては、ＳＮＲ（Signal Noise Ratio）や受信電力など定量的なものを用いるとよく、その値が予め設定した閾値以下であるときに、通信品質が十分でないと判断するようにスケジューラ２２を構成すればよい。
【００４６】
次に、基地局アンテナ装置１の動作を説明する。
【００４７】
図３に示すように、端末は、通常、自身の位置情報（ＧＰＳ等により取得した情報）を定期的に基地局へ送信している（ステップＳ１）。基地局アンテナ装置１のセクタアンテナ２で受信された端末位置情報は、無線機４にてデジタル信号に変換されて信号制御部３に出力される。
【００４８】
信号制御部３のインターフェイス１４で受信された端末位置情報は、復調処理部１５にて復調され、受信処理部１７に入力される。受信処理部１７で受信した端末位置情報は、受信処理部１７から最寄りの交換局に送られるが、本実施の形態では、端末位置情報を信号制御部３内の端末位置情報管理部１９にも送り、基地局アンテナ装置１内でも端末の位置を管理する。
【００４９】
端末位置情報管理部１９は、入力された端末位置情報を記憶し、端末の位置を管理する（ステップＳ２）。他方、基地局アンテナ装置１から最寄りの交換局へ伝送された端末位置情報は、その交換局から各通信事業者のＨＬＲに登録される（ステップＳ３）。
【００５０】
端末位置情報管理部１９および各通信事業者のＨＬＲは、端末の位置が変わるたびにデータベースの書き換えを行う。端末宛の発信があると、交換局が各通信事業者が所有するＨＬＲに問い合わせて、端末の位置（登録エリア）を抽出することになる。
【００５１】
端末と通信を開始する際には、チャネル情報部２０が、端末位置情報管理部１９により管理される端末位置情報から、通信対象となる端末が位置するエリアを判定し、当該通信対象となる端末が位置するエリアに応じて割当周波数を決定する（ステップＳ４）。
【００５２】
割当周波数を決定した後、スケジューラ２２は、指向性制御部２１を介して、通信対象となる端末と通信を行う際に用いるアンテナユニットの水平面内の指向性を、通信対象となる端末に向かうように移相器７を制御する（ステップＳ５）。このとき、垂直面内の指向性は初期値に設定される。
【００５３】
その後、スケジューラ２２から送信処理部１８に情報が送られ、変調処理部１６にて変調処理をした後、インターフェイス１４を介して無線機４へ伝送する。その際、送信処理部１８からセクタアンテナ２内の周波数制御装置５へ割当周波数情報を直接伝送する。信号制御部３から無線機４へ送られた信号は、無線機４でアナログに変換され、セクタアンテナ２から送信される。
【００５４】
その後、ステップＳ６にて端末から送信された参照信号を受信し、信号制御部３内の受信処理部にて参照信号の判定を行う（ステップＳ７）。判定結果はスケジューラ２２へ送られ、スケジューラ２２が、参照信号の値（ステップＳ７で判定した値）が予め設定した閾値を超えたかどうかを判定する（ステップＳ８）。
【００５５】
ステップＳ８の判定結果がＹＥＳである場合、通信可能と判断し、その情報を交換局へ伝送し、交換局での送信データの作成（ステップＳ９）、データ送信（ステップＳ１０）を経て、端末と通信を開始する（ステップＳ１１）。
【００５６】
ステップＳ８の判定結果がＮＯである場合、通信品質を改善するために、ステップＳ１１，１２にて垂直面内の指向性の調整を行う。
【００５７】
ステップＳ１１では、端末の高さ位置（垂直方向の位置）を検索する。具体的には、スケジューラ２２が送信処理部１８，変調処理部１６，インターフェイス１４，無線機４，セクタアンテナ２を介して、端末にＩＭＥＳにより位置情報を取得する命令を送信し、この命令を受信した端末が、最寄りのＩＭＥＳ送信機から受信した高さ位置を含む三次元位置情報を基地局アンテナ装置１に送信する。基地局アンテナ装置１で受信した三次元位置情報は、端末位置情報管理部１９にて管理される。
【００５８】
ステップＳ１２では、受信した三次元位置情報に含まれる端末の高さ位置の情報を基に、スケジューラ２２が、指向性制御部２１を介して、通信対象となる端末と通信を行う際に用いるアンテナユニットの垂直面内の指向性を、通信対象となる端末に向かうように移相器７を制御する。なお、１つのアンテナユニットで複数の端末と通信を行う場合、垂直面内の指向性は、干渉の影響を受けやすいセル境界に近い端末（基地局アンテナ装置１から最も離れた端末）に最も強い指向性が向くよう制御するとよい。
【００５９】
その後、再び端末と通信を行い、端末からの参照信号の判定を行う（ステップＳ６，Ｓ７）。ステップＳ８にて受信した参照信号の値が閾値より大きいと判断されれば、交換局での送信データの作成（ステップＳ９）、データ送信（ステップＳ１０）を経て、端末と通信が開始されることになる（ステップＳ１１）。
【００６０】
なお、垂直面内の指向性を制御しても十分な通信品質が確保できない場合（つまりステップＳ８でＮＯと判断される場合）も考えられる。このような場合は、干渉による信号劣化が考えられるため、信号制御部３に給電線路８の送受信信号増幅部の増幅器１０，１１に印加する電源電圧を制御し利得を変化させる利得制御部をさらに備え、この利得制御部にて増幅器１０，１１の利得を変化させることで、通信品質の向上を図ることが望ましい。
【００６１】
利得制御部は、通信対象となる端末から受信した参照信号から通信品質が十分でないときに給電線路８の送受信信号増幅部の増幅器１０，１１に印加する電源電圧を制御し利得を変化させるように構成される。利得制御部では付加電圧（電源電圧）で増幅器１０，１１を制御するため、利得制御部を備えることで、同じ指向性でアンテナ利得を自由に制御可能となる。
【００６２】
本実施の形態では、送受信処理部１７，１８に利得制御部としての機能を搭載し、送受信処理部１７，１８から増幅器１０，１１の電源電圧を制御するように構成した。なお、通信中に端末が移動していないにもかかわらず参照信号が閾値以下となってしまう場合等にも、干渉による信号劣化が考えられるので、このような場合にも、利得制御部により増幅器１０，１１の利得を変化させて通信品質の向上を図るとよい。
【００６３】
利得制御部による制御を行っても十分な通信品質が得られない場合は、基地局アンテナ装置１と端末間に障害物等が存在すること等が考えられるので、最寄りの交換局から隣接する基地局アンテナ装置に端末位置情報が送られ、隣接する基地局アンテナ装置にて端末に向かうように指向性を制御して同様に通信品質の判定を行い、最も通信品質の良好な基地局アンテナ装置と通信を行うようにする。
【００６４】
また、通信中に端末が割当周波数が異なるエリアに移動したときは、スケジューラ２２が、当該エリアに設定された割当周波数に通信周波数を変更するように周波数制御装置５を制御することになる。
【００６５】
さらに、通信中に端末が別のセクタへ移動し、端末からの参照信号の値が閾値以下となった場合は、別のセクタアンテナ２にて、上述と同様の手順で通信を行うことになる。
【００６６】
具体的には、スケジューラ２２が、通信対象となる端末と通信中のセクタアンテナ２にて、通信対象となる端末から受信した参照信号から通信品質が十分でなくなったと判断したとき、隣接するセクタのセクタアンテナ２間で通信対象となる端末から受信した参照信号を比較し、最も通信品質が良好なセクタアンテナ２で通信対象となる端末と通信を行うように切り替える。これにより、端末がセクタ間を移動したときでも通信を続行でき、通信の品質を維持することが可能になる。
【００６７】
また、通信中に端末が別のセルへ移動した場合も同様の切り替えが行われることになる。この場合、同一基地局アンテナ装置１内のセクタアンテナ２ではなく、他の基地局アンテナ装置のセクタアンテナに切り替えられることになるが、動作はほぼ同じである。
【００６８】
なお、基地局アンテナ装置１の近傍（図２におけるＡのエリア）では、周波数を共用してＭＩＭＯ通信を行い、高速化が可能である。また、本実施の形態では、偏波の向きが９０度異なる２素子の構成のアンテナ素子６を用いているため、割当周波数だけでなく、偏波により分割することも可能である。
【００６９】
本実施の形態の作用を説明する。
【００７０】
本実施の形態に係る基地局アンテナ装置１では、各セクタアンテナ２を、複数の周波数で同時に通信可能に構成すると共に、周波数毎に異なる指向性で通信可能に構成し、信号制御部３に、端末から受信した端末位置情報を基に、セル内に位置する端末の端末位置情報を管理する端末位置情報管理部１９と、各セクタを割当周波数が異なる複数のエリアに分割し、端末位置情報管理部１９により管理される端末位置情報から、通信対象となる端末が位置するエリアを判定し、当該通信対象となる端末が位置するエリアに応じて割当周波数を決定するチャネル情報部２０と、セクタアンテナ２の指向性を制御する指向性制御部２１と、セル内の全ての端末との通信状況を管理し、通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数が、チャネル情報部２０が決定した割当周波数となるようにセクタアンテナ２を制御すると共に、指向性制御部２１を介して、通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数の指向性を、通信対象となる端末に向かうようにセクタアンテナ２を制御するスケジューラ２２と、を備えている。
【００７１】
このように構成することで、同一セクタ内で複数の周波数を使用可能になるので、同一セクタ内で複数の端末と同時に通信を行う際に、周波数利用効率を改善することが可能になる。
【００７２】
一例として、同一セクタ内の３つの端末と同時に通信する場合を考えると、本発明では、図４（ａ）のように、３つの端末で割当周波数を異ならせることが可能である。しかし、同一セクタ内で同じ帯域の周波数を用いる従来方法では、図４（ｂ）に示すように、セクタ内に端末が３つ存在すると、端末が１つの場合と比較して周波数利用効率が１／３になってしまう。つまりこの場合、本発明によれば、従来方法と比較して最大３倍の周波数利用効率を実現できることになる。
【００７３】
また、本実施の形態では、基地局アンテナ装置１内に端末位置情報管理部１９を備えて端末の端末位置情報を管理するようにしているため、割当周波数を決定したり指向性を制御する際に、その都度交換局と通信する必要がなくなり、処理の高速化が可能である。
【００７４】
また、基地局アンテナ装置１では、各セクタアンテナ２を、水平面内の指向性と垂直面内の指向性を周波数毎にそれぞれ制御可能に構成し、スケジューラ２２を、指向性制御部２１を介して、通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数の水平面内および垂直面内の指向性を、通信対象となる端末に向かうようにセクタアンテナ２を制御するように構成している。
【００７５】
これにより、水平面内だけでなく垂直面内の指向性も最適化することが可能になるため、通信品質をより向上させ、より高密度な通信が可能になる。また、近年では、フェムトセルといったカバーエリアの小セル化に伴って、同一基地局内での干渉抑制技術も重要になってきているが、垂直面内の指向性を制御することにより、より精細な干渉制御を行うことが可能となる。
【００７６】
また、本実施の形態に係る基地局アンテナ装置１のように、アンテナ素子６を垂直方向に複数配置して垂直面内の指向性を制御可能とすることで、地下から地上数百ｍ程度までのエリアをカバーすることが可能となり、端末からの受信電力が最大となる垂直面内の指向性を形成し、通信品質を向上させることができる。
【００７７】
さらに、基地局アンテナ装置１では、端末位置情報として、ＩＭＥＳにより取得した位置情報を用いている。従来はＧＰＳによる位置検出のみを用いるのが一般的であったため、端末の高さ位置を正確に検出できず、例えば端末が地下に存在する場合と地上数百ｍに存在する場合とで同じ位置情報となっていたが、ＩＭＥＳを用いることにより、端末の高さ方向の位置を精度よく得ることができる。
【００７８】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００７９】
例えば、上記実施の形態では、端末の位置ごと（エリアごと）に割当周波数を固定の値とする場合について説明したが、割当周波数は、周波数利用状況（逼迫度合い等）に応じて随時変更するようにしてもよい。
【００８０】
この場合、スケジューラ２２を、通信対象となる端末が位置するエリアの割当周波数が逼迫し通信容量が所定の閾値よりも低下したとき、通信対象となる端末と通信を行う際に用いる周波数を、通信対象となる端末が位置するエリアの割当周波数と異なる周波数に変更するよう構成すればよい。このように構成することで、周波数の逼迫度合いに応じて使用する周波数を決定できるので、周波数利用効率をより向上させることが可能になる。
【００８１】
また、上記実施の形態では、割当周波数ごとのエリアを２次元空間（緯度経度のみ）で区画していたが、高さ位置も含めた３次元空間でエリアを区画し、垂直方向にも異なる割当周波数を設定するようにしてもよい。これにより、例えば、図５に示すように、同じ建物の違うフロアに存在する複数の端末と同時に通信する場合であっても、複数の周波数を用いた通信が可能になり、周波数利用効率をより向上させることが可能になる。
【００８２】
また、上記実施の形態では、複数の信号制御部３のそれぞれに端末位置情報管理部１９を設ける場合を説明したが、これに限らず、端末位置情報管理部１９を各信号制御部３で共通としてもよい。
【００８３】
さらに、上記実施の形態では、ＩＭＥＳにより端末の高さ位置の情報を取得したが、端末の高さ位置を検出する方法はこれに限定されるものではなく、例えば、セクタアンテナ２を上下２ブロックに分けてそれぞれで端末からの信号を受信し、その信号の移相情報や遅延時間から端末の高さ位置を検出すること等も可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１  基地局アンテナ装置
２  セクタアンテナ
３  信号制御部
４  無線機
５  周波数制御装置
６  アンテナ素子
７  移相器
８  給電線路
９  デュプレクサ
１０  高出力増幅器
１１  低雑音増幅器
１２  反射板
１３  レドーム
１４  インターフェイス
１５  復調処理部
１６  変調処理部
１７  受信処理部
１８  送信処理部
１９  端末位置情報管理部
２０  チャネル情報部
２１  指向性制御部
２２  スケジューラ
【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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