(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムであって、
中継局と、
前記中継局と無線で接続される複数の基地局と、を有し、
前記中継局は、
複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナと、
前記複数のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子が第１の基地局に無線で接続すると共に、第２のアンテナ素子が第２の基地局に無線で接続する無線通信部と、
イベントの発生に応じて、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の少なくともいずれか一方を別の基地局に接続するように切り替える制御部と、を備え、
前記中継局は、前記アンテナ素子と基地局とが対応付けられたセットを複数有し、
前記制御部は、前記イベントの発生に応じて、現在無線で接続をしている当該セットから、他のセットに切り替える無線通信システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記中継局の周辺の無線通信の測定結果に従って、前記セットを決める請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記制御部は、１つの基地局と前記１つの基地局の測定結果が最良となるアンテナ素子とを前記セットとして対応付ける請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記制御部は、輻輳または干渉が発生しないような前記基地局と前記アンテナ素子とを前記セットとして対応付ける請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記制御部は、過去のデータに基づいて、前記基地局と前記アンテナ素子とを前記セットとして対応付ける請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項６】
中継局であって、
複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナと、
前記複数のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子が第１の基地局に無線で接続すると共に、第２のアンテナ素子が第２の基地局に無線で接続する無線通信部と、
イベントの発生に応じて、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の少なくともいずれか一方を別の基地局に接続するように、切り替える制御部と、を備え、
前記中継局は、前記アンテナ素子と基地局とが対応付けられたセットを複数有し、
前記制御部は、前記イベントの発生に応じて、現在無線で接続をしている当該セットから、他のセットに切り替える中継局。
【請求項７】
複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナと、
前記アンテナ素子と基地局とが対応付けられた複数のセットと、
前記複数のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子が第１の基地局に無線で接続すると共に、第２のアンテナ素子が第２の基地局に無線で接続する無線通信部と、備えた中継局の中継方法は、
イベントの発生に応じて、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の少なくともいずれか一方を別の基地局に接続するように、切り替えるステップを含み、
前記切り替えるステップは、前記イベントの発生に応じて、現在無線で接続をしている当該セットから、他のセットに切り替えるステップを含む中継方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線通信を行う無線通信システム、中継局、および中継方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムの更なる発展として検討されている第５世代システムでは、スループットの更なる向上および周波数利用効率を高める対策として、通信エリアを小さくする小セルの利用が必至となる。【０００３】
小セルが導入されると、小セルが街中の至る所に存在するようなることで、小セルの数が飛躍的に増加する。一方で、全てを小セルにする場合、小型基地局または中継局と親局の基地局とを接続するための有線回線（光ケーブルなど）を敷設することはコスト的にも工事の面でも困難である。そこで、小型基地局または中継局と親局の基地局とを接続する回線を無線化する事（無線バックホール）が検討されている。【０００４】
現状、無線バックホール機器は、有線の届かない離島や過疎地などのエリアで用いられているが、配線の敷設コストを下げるために、都市部等でその使用が予定されている（例えば、特許文献１参照）。また、ネットワークに接続するための配線の敷設工事が不要になることから、自由度を持った形で通信エリアを増設することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１４−２１６７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無線バックホール機器では、中継局が無線で複数の基地局との接続を行うことは可能だが、中継局が基地局との接続を適切に行うことが求められる。【０００７】
本開示は、様々な状況に応じて、基地局との接続を適切に行うことができる無線通信システム、中継局、および中継方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の無線通信システムは、中継局と前記中継局と無線で接続される複数の基地局を有し、前記中継局は、複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナと、前記複数のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子が第1の基地局に無線で接続すると共に、第２のアンテナ素子が第2の基地局に無線で接続する無線通信部と、イベントの発生に応じて、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の少なくともいずれか一方を別の基地局に接続するように切り替える制御部と、を備える。【０００９】
本開示の無線通信システムの前記制御部は、前記アンテナ素子と基地局とが対応付けられたセットを複数有し、前記イベントの発生に応じて、現在無線で接続をしている当該セットから他のセットに切り替えてもよい。【００１０】
本開示の無線通信システムの前記制御部は、前記中継局の周辺の無線通信の測定結果に従って、前記セットを決めてもよい。【００１１】
本開示の無線通信システムの前記制御部は、1つの基地局と前記１つの基地局の測定結果が最良となるアンテナ素子とを前記セットとして対応付けてもよい。【００１２】
本開示の無線通信システムの前記制御部は、輻輳または干渉が発生しないような前記基地局と前記アンテナ素子とを前記セットとして対応付けてもよい。【００１３】
本開示の無線通信システムの前記制御部は、過去のデータに基づいて、前記基地局と前記アンテナ素子とを前記セットとして対応付けてもよい。【００１４】
本開示の中継局は、複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナと、前記複数のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子が第1の基地局に無線で接続すると共に、第２のアンテナ素子が第2の基地局に無線で接続する無線通信部と、イベントの発生に応じて、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の少なくともいずれか一方を別の基地局に接続するように、切り替える制御部とを備える。【００１５】
本開示の中継方法は、複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナと、前記複数のアンテナ素子のうち第１のアンテナ素子が第1の基地局に無線で接続すると共に、第２のアンテナ素子が第2の基地局に無線で接続する無線通信部と、備えた中継局の中継方法は、イベントの発生に応じて、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の少なくともいずれか一方を別の基地局に接続するように、切り替える。
【発明の効果】
【００１６】
本開示は、様々な状況に応じて、基地局との接続を適切に行うことができる無線通信システム、中継局、および中継方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図1は、本実施の形態に係る無線通信システムを表した図である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る中継局のブロック図である。
【図３】図３は、本実施の形態に係る多素子アンテナの構造を表した図である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る中継局が周辺の無線通信状況を調査する処理のフローチャートである。
【図５】図５は、本実施の形態に係る各アンテナ素子と周辺の基地局の無線通信状況を表した図である。
【図６】図６は、中継局が周辺の複数の基地局と接続するときに使用されるアンテナ素子を表した図である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る中継局が基地局と接続する処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係る無線通信システムを表した図である。
【００１９】
本実施の形態に係る無線通信システムは、中継局１０、無線端末１００、基地局２０１、基地局２０２、および基地局２０３によって構成される。なお、基地局をそれぞれ区別する場合には、基地局２０１、基地局２０２、基地局２０３、と表現し、それぞれを区別しない場合には、基地局２０と記載する。
【００２０】
中継局１０は、無線端末１００と無線で通信し、通信したデータを基地局２０１、基地局２０２、基地局２０３のうち少なくとも１つ以上の基地局２０に中継する。無線端末１００から観れば、中継局１０は基地局として動作しているが、中継局１０と各基地局２０との間は、無線で接続されている。
【００２１】
中継局１０は、狭い範囲のエリア、いわゆる小セル内での無線通信を可能にする無線通信機器である。小セルは、マイクロセル、ピコセル、フェムトセル等を含む。中継局１０は、今後、街中の至る所に設置されることが予想されている。
【００２２】
基地局２０は、有線回線（光ケーブルなど）で基幹ネットワークと接続されている。基地局２０は、広い範囲のエリア、いわゆる大セル（マクロセル）内での無線通信を可能にする基地局である。基地局２０は、ビルなどの建物の上に設置されることもある。
【００２３】
無線端末１００は、中継局１０に無線で通信することができる。また、無線端末１００は、基地局２０にも無線で通信することができるが、本実施の形態では、無線端末１００は、中継局１０と無線で通信する例について説明している。
【００２４】
このような無線バックホールを導入した無線通信システムでは、有線回線が敷設できない地域のエリア化や災害時の通信障害対策、イベント等一時的用途、光回線開通待ちの暫定用途などに使われており、信頼性などが重視される一方、スループットやコストは優先されず高価格なものが多い。
【００２５】
そのため、上述の有線回線の代替でランニングコスト低減目的に無線バックホール機器の適用を考えた場合、コスト的に見合わない場合が多い。例えば、設備費や設置工事費などの初期投資が高すぎる為、以降のランニングコストの低減をしても帳尻が合わない場合がある。また、バックホールによる回線を無線化すると、有線回線の場合と比べ信頼性または通信品質が劣化する事が多い。
【００２６】
そのため、無線バックホール回線の収容先である親局の基地局を複数配置し、無線バックホール回線が、無線環境の変化、ユーザデータの輻輳、装置故障などの各種要因で使えなくなった際に、中継局が周辺の親局の基地局と全て接続するメッシュ接続は、この問題を解決するにあたり有効である。ただし、周辺の親局の基地局と全て接続するメッシュ接続では、接続毎に対応するトラフィックを処理することになるため、中継局の処理負荷が高くなってしまい、無線回線の使用効率も良くない。
【００２７】
そこで、本実施の形態は、様々な状況に応じて、中継局が基地局との接続を適切に行うことができる無線通信システム、中継局、および中継方法について説明する。
【００２８】
続いて、本実施の形態に係る中継局１０の構成を、図面を参照して説明する。
図２は、本実施の形態に係る中継局のブロック図である。
【００２９】
中継局１０は、無線通信部１１、多素子アンテナ１２、無線通信部１３、制御部１４、およびメモリ１５によって構成されている。
【００３０】
無線通信部１１は、無線端末１００と無線通信するように構成されている。無線通信部１１は、無線端末１００から送信された情報を制御部１４に出力し、制御部１４から出力された情報を無線端末１００に送信するように構成されている。
【００３１】
多素子アンテナ１２は、アンテナ素子１２１、アンテナ素子１２２、およびアンテナ素子１２３によって構成されている。多素子アンテナ１２は、アンテナ素子毎に周辺の基地局２０と無線通信を行うことができる。
【００３２】
多素子アンテナ１２は、第５世代移動通信方式の実用化に向けてスモールセル用の多素子アンテナでもよい。多素子アンテナ１２には、アンテナのビーム制御が含まれていてもよい。多素子アンテナ１２は、精度の高いビーム形成による高い周波数利用効率を実現するものであってもよい。
【００３３】
多素子アンテナ１２は、ＡＡＳ（Ａｃｔｉｖｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｓｙｓｔｅｍ）を有していてもよく、屋外・屋内環境で使用されるものでもよい。
【００３４】
図３は、本実施の形態に係る多素子アンテナの構造を表した図である。図３は、多素子アンテナ１２を上空から見たときの図である。アンテナ素子１２１、アンテナ素子１２２、およびアンテナ素子１２３は、中継局１０が周辺の基地局２０とメッシュで接続できるように、それぞれの方角に向けて配置されている。
【００３５】
アンテナ素子は、３つ図示しているが、３つに限定されるものではない。また、それぞれのアンテナ素子は、あらゆる方角に向けて配置されていてもよい。アンテナ素子は、指向が異なるものを多数配置されることで、広範囲なサービスエリアが提供可能となる。また、水平方向だけではなく、仰角や俯角にも対応することで、上方や下方にもサービスエリアが提供可能である。
【００３６】
無線通信部１３は、多素子アンテナ１２を介して基地局２０と無線通信するように構成されている。無線通信部１３は、基地局２０から送信された情報を制御部１４に出力し、制御部１４から出力された情報を基地局２０に送信するように構成されている。例えば、無線通信部１３は、無線通信のチップセットでもよい。
【００３７】
制御部１４は、無線通信部１１および無線通信部１３を制御すると共に、無線通信部１１から出力された情報を無線通信部１３に出力し、無線通信部１３から出力された情報を無線通信部１１に出力するように構成されている。例えば、制御部１４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）でもよい。
【００３８】
メモリ１５は、種々のプログラムや中継局１０が調査した周辺の無線通信状況などの様々な情報が記憶される。メモリ１５は、高速ランダムアクセスメモリを含んでいてもよい。メモリ１５は、不揮発性メモリを含んでいてもよい。メモリ１５は、１つまたは複数の磁気ディスク記憶装置を含んでいてもよい。メモリ１５は、フラッシュメモリ装置を含んでいてもよい。メモリ１５は、他の不揮発性ソリッドステートメモリ装置を含んでいてもよい。
【００３９】
なお、制御部１４が実行する処理の詳細については、以下に、中継局１０の動作として説明する。
【００４０】
続いて、本実施の形態に係る中継局１０の動作を、図面を参照して説明する。
図４は、本実施の形態に係る中継局が周辺の無線通信状況を調査する処理のフローチャートである。中継局１０の起動時や定期毎などに本処理が実行される。
【００４１】
まず、中継局１０は、未だ選択していない多素子アンテナ１２のアンテナ素子を選択する（ステップＳ１）。
【００４２】
次に、中継局１０は、選択したアンテナ素子を用いて周辺の基地局２０の通信状況を測定し、測定したものをメモリ１５に記録する（ステップＳ２）。
【００４３】
例えば、選択したアンテナ素子がアンテナ素子１２１であれば、中継局１０は、アンテナ素子１２１を用いて基地局２０１、基地局２０２、および基地局２０３との通信状況を測定する。通信状況は、受信強度（ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）や信号雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）、与干渉など、通信状況を表すものであれば如何なるものでもよい。中継局１０は、無線信号における基地局２０からの制御チャネルの通信状況を測定するようにしてもよい。
【００４４】
中継局１０は、多素子アンテナ１２のアンテナ素子を全て選択したか否か判定し（ステップＳ３）、全て選択した場合は処理を終了し、全て選択していない場合はステップＳ１から繰り返す。
【００４５】
なお、中継局１０が主導して周辺の無線通信状況を調査するのではなく、基地局２０が主導して中継局１０の周辺の無線通信状況を調査させるようにしてもよい。
【００４６】
図５は、本実施の形態に係る各アンテナ素子と周辺の基地局の無線通信状況を表した図である。図５の無線通信状況は、図４で説明した処理で得られたものである。制御部１４が図５の無線通信状況を作成してもよいし、無線通信部１３が作成してもよい。
【００４７】
例えば、アンテナ素子１２１では、基地局２０１の測定結果が４、基地局２０２の測定結果が３、および基地局２０３の測定結果が２の無線通信状況が得られた。ここで、４、３、２などの測定結果は、ある基準値の倍数である。数値が大きいほど無線通信状況がよい。もちろん、これらの無線通信状況はＲＳＳＩ等で代用してもよい。
【００４８】
図６は、中継局１０が周辺の複数の基地局２０と接続するときに使用されるアンテナ素子を表した図である。ここでは、中継局１０が２つの基地局２０と接続するときの例について説明している。中継局１０がこのように複数の基地局２０との接続をしておけば、１つの基地局２０が使用できない等の不具合がある場合、他の基地局２０が使用できるといった用途や基地局２０の負荷分散を監視しながら負荷の低い基地局２０に情報を送信することもできる。図６では、２つの基地局２０の組み合わせとしているが、その組み合わせは、１つでもよく、２つ以上でもよい。
【００４９】
中継局１０が基地局２０１および基地局２０２と接続するとき、中継局１０は、基地局２０１の最良の測定結果のアンテナ素子１２１（測定結果は４）と、基地局２０２の最良の測定結果のアンテナ素子１２２（測定結果は４）とを使用する。
【００５０】
中継局１０が基地局２０２および基地局２０３と接続するとき、中継局１０は、基地局２０２の最良の測定結果のアンテナ素子１２２（測定結果は４）と、基地局２０３の最良の測定結果のアンテナ素子１２３（測定結果は４）とを使用する。
【００５１】
中継局１０が基地局２０１および基地局２０３と接続するとき、中継局１０は、基地局２０１の最良の測定結果のアンテナ素子１２１（測定結果は４）と、基地局２０３の最良の測定結果のアンテナ素子１２３（測定結果は４）とを使用する。
【００５２】
図６に示した例では、最良の測定結果のアンテナ素子が選択されているが、最良の測定結果には限定されない。１つのアンテナ素子が１つの基地局と対応しているが、複数のアンテナ素子が１つの基地局と対応してもよい。
【００５３】
アンテナ素子と基地局２０とのセットは、たとえ測定結果が良くても選択されるとは限らず、中継局１０と基地局２０との間の無線通信が輻輳または干渉しないようなセットが選択されるようにしてもよい。また、中継局１０は、過去のデータから、当該曜日、日時、または日付に最適な基地局２０とアンテナ素子のセットとが決まっており、決まっているセットに対応するアンテナ素子と基地局２０とが選択されるようにしてもよい。
【００５４】
図７は、本実施の形態に係る中継局１０が基地局２０と接続する処理のフローチャートである。本処理の前には、図６で説明したように基地局２０の組み合わせがいくつかある中で、中継局１０はなんらかの組み合わせで既に接続を行っているものとする。
【００５５】
まず、現在接続している２つの基地局２０の組み合わせの変更を促すイベントが発生したか判断する（ステップＳ１１）。このイベントは、現在接続している２つの基地局２０両方または両方のいずれかに故障や高処理負荷が発生した、両方または両方のいずれかの通信状態が悪化した、もしくは、定期的な切り替えタイミングとなった等である。
【００５６】
さらに、このイベントは、予め決められた時刻でもよい。このイベントは、予め決められた曜日でもよい。このイベントは、中継局１０の干渉量または消費電力に基づいていてもよい。このイベントは、中継局１０の干渉量および消費電力の組み合わせに基づいていてもよい。
【００５７】
次に、現在接続している２つの基地局２０の組み合わせの変更を促すイベントが発生したか判断された場合（ステップＳ１１ ＹＥＳ）、中継局１０は、図６で説明した基地局２０の組み合わせのうち、現在使用している組み合わせと異なる組み合わせを選択する（ステップＳ１２）。
【００５８】
中継局１０は、選択した２つの基地局２０の双方の処理負荷が基準以下であるか否かを確認する（ステップＳ１３）。なお、中継局１０は、処理負荷に替えて、故障または通信状態に問題があるかないかを確認するようにしてもよい。
【００５９】
中継局１０は、選択した２つの基地局２０双方の処理負荷が基準を超えている、または、故障や通信状態に問題がある場合（ステップＳ１３ No）、全ての組み合わせを選択したか否かを確認し（ステップＳ１４）、全ての組み合わせを選択した場合は処理を終了し、全て選択していない場合はステップＳ１２から繰り返す。なお、全ての組み合わせを選択した場合は、選択した全ての組み合わせの中で、２つの基地局２０の双方の処理負荷が最も小さい組み合わせで接続を実行してもよい。
【００６０】
中継局１０は、選択した２つの基地局２０双方の処理負荷が基準以下である場合（ステップＳ１３ YES）、選択した組み合わせで接続を実行する（ステップＳ１５）。なお、ステップＳ１５で、中継局１０は、処理負荷に替えて、故障または通信状態に問題がない場合、選択した組み合わせで接続を実行するようにしてもよい。
【００６１】
以上説明したように、本実施の形態に係る無線通信システムは、様々な状況に応じて、中継局が接続する基地局の組み合わせを適切に選択することができる中継局１０、無線通信システム、および中継方法を提供するものである。
【００６２】
また、中継局１０は、基地局に対応したアンテナ素子を適切に選択することで、中継局１０の負荷や干渉および基地局２０の負荷や干渉を低減することもできる。
【００６３】
また、中継局１０のそれぞれのアンテナ素子間の位相・振幅ずれの補正（キャリブレーション）を行う事が必要であり、製品出荷前に精密な調整が必要である。中継局が周辺の無線通信状況を調査する際に、アンテナ素子と基地局２０とのセットを決めてキャリブレーション補正を算出・反映することもできる。これにより製品出荷前のキャリブレーションが不要となる。
【００６４】
本出願は、2016年６月２３日付で出願された日本国特許出願（特願2016-124771）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本開示は、様々な状況に応じて、基地局との接続を適切に行うことができる無線通信システム、中継局、および中継方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０  中継局
１１、１３  無線通信部
１２  多素子アンテナ
１４  制御部
１５  メモリ
２０  基地局
１００  無線端末
１２１、１２２、１２３  アンテナ素子
２０１、２０２、２０３  基地局
【図１】
0006695972.tif 000002
【図２】
0006695972.tif 000003
【図３】
0006695972.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0006695972.tif 000007
【図７】
0006695972.tif 000008