(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームの指向方向を制御できる無線基地局において、
通信を確立させる可能性があるハンドオフ候補無線基地局の情報と現在通信を行っている無線基地局の情報とが移動局毎に登録されているハンドオフ候補基地局情報に、ハンドオフ候補無線基地局として自局が登録されている場合、自局をハンドオフ候補無線基地局に含む移動局が自局以外の無線基地局から下り信号を受信している期間内において、該移動局の方位又は位置に自局の指向ビームを向けないようにビームパタンを形成することを特徴とする無線基地局。
【請求項２】
自局をハンドオフ候補無線基地局に含む移動局が自局以外の無線基地局から下り信号を受信している期間内において、該移動局の存在位置周辺に対しても指向ビームを向けないようにビームパタンを形成することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
【請求項３】
自局をハンドオフ候補無線基地局に含む移動局が自局以外の無線基地局から下り信号を受信している期間内において、該移動局の方位又は位置に対してヌルを指向させるビームパタンを形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線基地局。
【請求項４】
ハンドオフ候補無線基地局の情報に基づいて、自局以外の無線基地局から下り信号を受信している前記移動局を判別することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の無線基地局。
【請求項５】
各移動局から受信した上り信号に基づいて、前記移動局の位置又は方位を検出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの項に記載の無線基地局。
【請求項６】
各移動局が全地球測位システムから受信した位置情報を取得することによって、自局が上り信号を受信している移動局の位置又は方位を検出することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の無線基地局。
【請求項７】
前記ヌルを向ける移動局の候補数が自局のヌル形成限界数を超えている場合には、下り信号の受信能力が高い移動局よりも該受信能力が低い移動局を優先させてヌルを指向させることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかの項に記載の無線基地局。
【請求項８】
前記ヌルを向ける移動局の候補数が自局のヌル形成限界数を超えている場合には、適応アンテナを備えている移動局よりも適応アンテナを備えていない移動局を優先させてヌルを指向させることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかの項に記載の無線基地局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルラ移動通信等に用いられる無線基地局に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラ移動通信用の無線基地局において、無線ゾーン内の１局以上の移動局に対して、個別にビームの指向性を制御する方式が考えられている。更に、干渉波／妨害波が存在する方向に指向性のヌル点を向けるヌルステアリング制御もある。これらの制御機能を備えたアンテナは、適応アンテナ、アダプティブアンテナ又はスマートアンテナと呼ばれており、例えば、１９９８科学技術出版社刊「アレーアンテナによる適応信号処理」菊間信良著に実現手法が開示されている。
【０００３】
ビーム指向性制御は、ビームを制御するという広義の意味ではヌルステアリング方式を含む。ヌルステアリング制御を含むビーム指向性制御を行ったときのビームの展開図を図５に示す。
図５において、無線基地局５０１は、移動局５１にビームを向けつつ、妨害波が存在する方向には電界強度をゼロとするヌル（利得０）を指向させるというヌルステアリングを行っている。
【０００４】
また、図６（ａ）に示すように、無線基地局６０１は移動局６１にビームを指向させている時には移動局６２に対してヌルを指向させ、一方、図６（ｂ）に示すように、移動局６２にビームを指向させている時には移動局６１にヌルを指向させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、セルラ移動通信における上述したようなビーム指向性制御は、無線基地局毎に独立して行われている。従って、隣接する無線基地局が同一地域に存在する移動局に対して同時にビームを指向させると、これらのビームによって電波干渉（セル間干渉）が発生し、これにより、同一地域に存在する移動局の通信状態が急激に悪化してしまうという問題があった。
例えば、図７に示すように、無線基地局７０１と７０２とが隣接して設置され、移動局７１と７２とが各無線基地局からみて同一方位に存在する場合、無線基地局７０１が移動局７１に下り信号を送信するタイミングと、無線基地局７０２が移動局７２に下り信号を送信するタイミングとが一致してしまうと、各無線基地局から発せられたビームによって電波干渉が発生し、移動局７１及び７２の通信品質が悪化するといった問題があった。
【０００６】
また、図８に示すように、無線基地局８０１と無線基地局８０２とが隣接して設置されており、双方のゾーン境界に移動局８１が位置している場合に、無線基地局８０１が移動局８１に対してビームを指向しているときに、無線基地局８０２が自局のゾーン内に位置する移動局８２に対してビームを指向すると、無線基地局８０２が移動局８２に対して発しているビームの漏れ電波によって少なからず移動局８１が影響を受けてしまうという問題がある。具体的には、基地局８０２が移動局８２に発しているビームの漏れ電波と無線基地局８０１が移動局８１に発している電波とによって電波干渉が生じ、これによって移動局８１の通信品質が悪化するという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ビーム指向性制御を無線基地局間で行うことにより、セル間の電波干渉の発生を抑え、移動局の通信状態を向上させる無線基地局を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
また本発明は上記目的を達成するために、ビームの指向方向を制御できる無線基地局において、通信を確立させる可能性があるハンドオフ候補無線基地局の情報と現在通信を行っている無線基地局の情報とが移動局毎に登録されているハンドオフ候補基地局情報に、ハンドオフ候補無線基地局として自局が登録されている場合、自局をハンドオフ候補無線基地局に含む移動局が自局以外の無線基地局から下り信号を受信している期間内において、該移動局の方位又は位置に自局の指向ビームを向けないようにビームパタンを形成することを特徴とする無線基地局を提供する。
【００１２】
このような構成によれば、自局をハンドオフ候補無線基地局に含む移動局が他局から下り信号を受信している場合には、その移動局に対して指向ビームを向けないことにより、確実に自局が発した指向ビームの電波の影響をその移動局に与えることを回避することができる。なお、上記指向ビームとは、下りデータを送信する移動局に対して指向されたビームのことである。
【００１３】
また、本発明は、無線基地局において、自局をハンドオフ候補無線基地局に含む移動局が自局以外の無線基地局から下り信号を受信している期間内において、該移動局の存在位置周辺に対しても指向ビームを向けないようにビームパタンを形成することを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、自局がハンドオフ候補無線基地局として設定されており、且つ他局から下り信号を受信している移動局があった場合に、その移動局にはビームを向けないとともに、その移動局付近に存在する他の移動局に対してもビームを指向させない。指向ビームはある幅をもって発せられるため、たとえ、他局から下り信号を受信している移動局に対して指向ビームを向けることを避けたとしても、その移動局のすぐ近くに存在する移動局に対して自局がビームを発すれば、双方の移動局は各無線基地局から互いに発せられた指向ビームの影響を受けることとなり、通信品質が悪化する。従って、他局から下り信号を受信している移動局がある場合には、その移動局の周辺に存在する移動局に対しても指向ビームを向けないことにより、確実に自局が発した指向ビームが移動局の妨害波となることを回避することができる。
【００１５】
また、本発明は、無線基地局において、自局をハンドオフ候補無線基地局に含む移動局が自局以外の無線基地局から下り信号を受信している期間内において、該移動局の方位又は位置に対してヌルを指向させるビームパタンを形成することを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、他局と通信を行っている移動局については、ビームを向けずにヌルを指向させる。これにより、他局と通信を行っている移動局に対して通信の妨害となるような妨害波を発することを回避することができるので、移動局の通信品質を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明は、無線基地局において、ハンドオフ候補無線基地局の情報に基づいて、自局以外の無線基地局から下り信号を受信している前記移動局を判別することを特徴とする。
【００１８】
上記ハンドオフ候補無線基地局の情報とは、各移動局に対してその移動局が下り信号を受信する可能性のある無線基地局の情報が登録されている情報である。
より好ましくは、下り信号を受信する可能性のある無線基地局のうち、より下り信号を受信する可能性の高い数局の無線基地局の情報が登録されている情報である。
この情報は、スムーズにハンドオフを行うことができるように、次に下り信号を受信する可能性がある無線基地局の情報が登録されるテーブルのようなものであり、例えば、電波産業会の“ＣＤＭＡ方式携帯自動車電話システム 標準規格 ＡＲＩＢ ＳＴＤ−５３ １．１版”に開示されているアクティブセットが例として挙げられる。
【００１９】
また、本発明は、無線基地局において、各移動局から受信した上り信号に基づいて、前記移動局の位置又は方位を検出することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、無線基地局において、各移動局が全地球測位システムから受信した位置情報を取得することによって、自局が上り信号を受信している移動局の位置又は方位を検出することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、無線基地局において、前記ヌルを向ける移動局の候補数が自局のヌル形成限界数を超えている場合には、下り信号の受信能力が高い移動局よりも該受信能力が低い移動局を優先させてヌルを指向させることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、無線基地局において、前記ヌルを向ける移動局の候補数が自局のヌル形成限界数を超えている場合には、適応アンテナを備えている移動局よりも適応アンテナを備えていない移動局を優先させてヌルを指向させることを特徴とする。
【００２３】
無線基地局が形成可能なヌルの数には限界がある。従って、ヌルを向ける移動局の候補が自局のヌル形成限界数よりも多く存在した場合には、ある所定の条件により優先順位を決め、その優先順位の高い順にヌルを形成する。
本発明では、周りの妨害波の影響を受けやすい移動局、即ち受信能力の低い移動局を適応アンテナを備えていない移動局とし、この適応アンテナを備えていないアンテナを優先させてヌルを形成することにより、自局が発する電波の妨害による影響を回避する。これにより、移動局の通信品質を安定させることが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る無線基地局の構成を示す図である。同図において、符号９０１〜９０３は共にアンテナ素子である。なお、このアンテナ素子９０１〜９０３の配置は、任意に設定させておくことができる。
符号９０４はステアリングベクトル算出部であり、アンテナ素子９０１，９０２，９０３を介して受信した移動局からの上り信号に基づいてステアリングベクトルを算出する。このステアリングベクトルは移動局の方位を示すベクトルである。
【００２５】
符号９０５は送信重み係数算出部であり、ステアリングベクトル算出部９０４によって算出されたステアリングベクトルと、他のセルラ無線基地局又は無線基地局を統括管理する上位局から取得したハンドオフ候補基地局情報とを用いて、ビームを指向する移動局を決定し、これに基づいて送信重み係数を決定する。
【００２６】
ここで、ハンドオフ候補基地局情報とは、各移動局毎に、通信を確立させる可能性がある無線基地局の情報（下り信号を受信する可能性のある無線基地局の情報）と、現在通信を行っている無線基地局の情報とが登録されているテーブルである。このハンドオフ候補基地局情報を管理する局は、上述した上位局の他、ハンドオフ候補基地局情報に含まれる任意の無線基地局、又は、全ての無線基地局によって管理されるように設定することも可能である。
なお、本発明においては、ハンドオフ候補基地局情報を管理する局は、いずれの局でも良く特に限定されない。また、このハンドオフ候補基地局情報は、移動局から受信した上り信号に基づいて登録されるものであり、その情報が更新された場合には、無線基地局間、或いは無線基地局と上位局との間で更新情報の通知を行い、常に最新の情報が各無線基地局に保持されるものとする。
【００２７】
符号９０６は送信部であり、送信データが発生した送信待ち状態の移動局を送信重み係数算出部９０５に通知するとともに、送信データを出力する。
符号９０７は送信ビームパタン形成回路であり、送信重み係数算出部９０５から取得した送信重み係数に基づいて、送信部９０６より出力された送信データをアンテナ素子毎に分岐し、各々の信号の振幅及び位相を操作する。
そして、送信ビームパタン形成回路９０７によって形成されたビームパタンにより、送信データがサーキュレータ１１１〜１１３，アンテナ素子９０１〜９０３を介して移動局へ送信される。
なお、ここで、重み係数とはアンテナ素子９０１〜９０３毎に各々操作される振幅及び位相の変化量を含有する情報であり、アンテナ素子数Ｎの要素を持つ複素ベクトルで示される。
【００２８】
次に、上記構成からなる無線基地局の動作について説明する。
《第１の実施形態》
【００２９】
まず、無線基地局は、自局付近（自局ゾーン内及び自局ゾーン付近）に存在する移動局から上り信号を受信している。これらの上り信号は、無線基地局のアンテナ素子９０１〜９０３を介してステアリングベクトル算出部９０４に出力される。なお、この上り信号には、その移動局の識別情報や電波情報等の種々の情報が含まれている。
なお、ゾーンとは無線基地局が発する電波が届く範囲である。
【００３０】
ステアリングベクトル算出部９０４は、アンテナ素子９０１〜９０３を介して受信した移動局の上り信号を元に、所定の算出処理を行うことにより、移動局の方位を求める。そして、求めた方位情報をその移動局の種々の情報とともに送信重み係数算出部９０５へ出力する。
【００３１】
送信重み係数算出部９０５には、ステアリングベクトル算出部９０４によって求められた移動局の最新の方位情報と、上位局から送信されてくる最新のハンドオフ候補基地局情報とが保持されている。一方、送信部９０６が送信データを受信した場合には、その移動局の情報が送信待ち無線基地局情報として通知される構成となっている。
【００３２】
送信重み係数算出部９０５は、上記通知があると、まず、上述したハンドオフ候補基地局情報を参照して、自局がハンドオフ候補無線基地局として登録されており、且つ、現在自局以外の無線基地局から下り信号を受信している移動局（以下、この移動局を移動局Ｘと称する）を抽出する。
そして、先ほど通知された送信待ち受け状態にある移動局の中から、移動局Ｘ周辺に位置する移動局を抽出し、抽出した移動局には指向ビームを向けないようにビームの重み付け処理を行う。即ち、移動局Ｘ周辺に存在する移動局の抽出は、移動局Ｘの方位情報と、ステアリングベクトル算出部９０４によって求められた送信待ち受け状態にある移動局の方位情報とを比較し、移動局Ｘの方位から予め設定されている所定角度範囲以内に存在する送信待ち受け状態にある移動局を抽出することによって行われる。
【００３３】
上述した処理を行うことによって、送信重み係数算出部９０５は、送信待ち受け状態にある移動局のうち、移動局Ｘの周辺に位置する移動局にはビームを指向しないようにビームパタンの重み付け処理を行い、この重み付けの結果を送信ビームパタン形成回路９０７へ出力する。
送信ビームパタン形成回路９０７は、送信重み係数算出部９０５から取得した送信重み係数に基づいて各アンテナ９０１〜９０３に送信データを割り当てることによって送信ビームパタンを形成し、出力する。これにより、送信ビームパタン形成回路９０７によって形成されたビームパタンにより、送信データがサーキュレータ１１１〜１１３，アンテナ素子９０１〜９０３を介して移動局へ送信される。
【００３４】
次に、上述した第１の実施形態における無線基地局の動作について具体例を挙げて説明する。
今、図２に示すように、無線基地局３０１及び３０２が設置されており、無線基地局３０１のゾーンと無線基地局３０２のゾーンとの境界付近、同一地域に移動局３１及び３２が存在している。そして、現在移動局３１が無線基地局３０１と通信を確立している。
上述したような状態において、無線基地局３０２が移動局３２宛の送信データを含む複数の送信データを受信した場合に、無線基地局３０２が行う処理について説明する。
【００３５】
なお、上述した状態におけるハンドオフ候補基地局情報は、図３に示すような登録内容となる。即ち、移動局３１においては通信を確立している無線基地局として無線基地局３０１が、ハンドオフ候補無線基地局として無線基地局３０２が登録されている。また、移動局３２においては、ハンドオフ候補無線基地局として３０１、３０２が登録されている。
【００３６】
まず、無線基地局３０２の送信重み係数算出部９０５は、送信部９０６から移動局３２宛の送信データを含む複数の送信データを受信した旨の通知を受け取ると、図３に示したハンドオフ候補基地局情報の中から、自局がハンドオフ候補無線基地局として登録されており、且つ、現在他局と通信を確立させている移動局として移動局３１を抽出する。
続いて、送信待ち受け状態にある移動局３２を含む複数の移動局の中から、移動局３１の周辺に位置する移動局を抽出する。この処理は、ステアリングベクトル算出部９０４によって求められた移動局３１及び送信待ち受け状態にある移動局の方位情報に基づいて行われる。
【００３７】
この結果、移動局３１の周辺に存在する送信待ち受け状態の移動局として、移動局３２が抽出されると、送信重み係数算出部９０５は、移動局３２でない移動局に対して指向ビームを向けた送信重み係数を決定する。このように、指向ビームが向けられる送信待ち受け状態の移動局は、当該移動局の周辺に自局以外の基地局と通信を行っている移動局が存在しない移動局となる。そして、送信重み係数算出部９０５は、送信重み係数を決定すると、その結果を送信ビームパタン形成回路９０７へ出力する。
【００３８】
なお、上述した実施形態においては、自局がハンドオフ候補無線基地局に登録され、且つ自局以外の無線基地局と通信を確立している移動局（移動局Ｘ）の周辺に位置する移動局の抽出判断を、移動局Ｘの方位に基づいて行っていたが、このような方位情報に基づいて判断する手法に代わって、電波の干渉量に基づいて判断する手法でもよい。
以下、この手法について簡単に説明する。
【００３９】
まず、送信重み係数算出部９０５は、移動局Ｘ以外に、自局が上り信号を受信している移動局１台毎の送信重み係数を求めて、各移動局の送信ビームパタンを算出する。そして、求めた送信ビームパタンが移動局Ｘの方向に予め設定されている所定の数値以上の電波干渉を与える移動局を抽出する。
そして、抽出した移動局には指向ビームを向けないように送信ビームパタンの重み付け係数を決定し、その重み付け係数を送信ビームパタン形成回路へ出力する。
【００４０】
上述したように、本実施形態によれば、送信待ち受け状態にある移動局であっても、その移動局の周辺に自局以外の無線基地局と通信を行っている移動局が存在する場合には、当該移動局には指向ビームを向けない。即ち、そのような移動局に対しては送信データを送信しない。そして、当該移動局付近に存在していた移動局が他の無線基地局との通信を切断し、当該移動局付近に通信を行っている移動局が存在しなくなった場合に、当該移動局に対して指向ビームを向けることによって送信データを送信する。
これにより、他の移動局に対して干渉波等による電波妨害の影響を与えることを回避し、移動局の通話品質を向上させることができる。
【００４１】
《第２の実施形態》
本実施形態においては、移動局に対して与える干渉波等による電波妨害の影響を更に低下させるために、第１の実施形態においてビームを指向させないと判断した移動局に対してヌルを形成する。
以下、具体的な動作について説明する。
【００４２】
例えば、今、図４に示すように、無線基地局４０１と４０２とが設置されており、それぞれのゾーンの境界付近に移動局４１が位置している。このような状況において、移動局４１と無線基地局４０１とが通信を確立させている場合、無線基地局４０２は、移動局４１に対してヌルを指向させる。なお、移動局４１の判断については、上述した第１の実施形態と同様である。
通常、ビームを指向させる場合、ビームを指向させた方向以外にも漏れ分が発生する。即ち、ビームを指向させない方向に対しても漏れ電波による影響が生ずる可能性がある。
本実施形態では、自局がハンドオフ候補無線基地局に登録されており、且つ、他の無線基地局と通信を確立させている移動局に対しては、ビームを指向させないと共にヌルを指向させる。これにより、漏れ分の電波をも、その移動局に発しないことにより、その移動局の電波障害を著しく低下させることが可能となる。
【００４３】
このようにビームとヌルとの指向方向を制御することにより、自局以外の無線基地局と通信を行っている移動局に対して妨害電波を発することを防ぐことができ、移動局の通信品質を更に高めることが可能となる。
【００４４】
なお、無線基地局がヌルを形成できる数には限界がある（以下、この限界数をヌル形成限界数とする）。そこで、ヌルを形成するべきであると決定した移動局の数がヌル形成限界数を超えていた場合には、所定の条件にあうものから優先させてヌルを形成するようにする。以下、このヌルを形成させる優先順位について説明する。
【００４５】
例えば、今、自局のゾーン内に下り信号を送信している移動局（以下、送信中の移動局とする）が複数存在した場合、まず、通信中の移動局を第１に優先させてヌルを形成する。即ち、一の移動局に対してビームを指向している際には、他の送信中の移動局に対してヌルを形成する。
そして、上述した送信中の移動局に対してヌルを指向させた結果、まだ、ヌル形成限界数に達していない場合には、自局以外の無線基地局からハンドオフ送信を受けており、且つ、受信能力が低い移動局から優先させて、ヌルを形成する。
これは、高い移動局であれば通信品質に影響を及ぼさない程度の電波干渉であっても、受信能力の低い移動局は通信品質に影響を受けてしまうことからである。
【００４６】
このように、自局が発する電波の影響を受けやすい移動局を優先させてヌルを向けることにより、移動局の通信品質を向上させ、安定した通信環境を提供することが可能となる。
なお、上述の受信能力が低い移動局としては、例えば適応アンテナを持たない移動局が挙げられる。
【００４７】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
なお、上述した実施形態においては、例えば、２つの無線基地局のゾーン境界付近に移動局が存在する場合について述べているが、これに代わって、ゾーンを更に分割したセルの境界付近に移動局が存在する場合にも、同様のビーム指向制御を行うことにより同様の効果を奏することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の無線基地局によれば、ハンドオフ候補基地局情報を用いて、セルラ無線基地局間で連携して送信ビーム毎にビームを指向する移動局とヌルを指向する移動局を選択することにより、隣接セルラ無線基地局が接近している移動局に同時にビームを指向しにくくなり、セルラ無線基地局がビームを指向する方向に隣接セルラ無線基地局がヌルを向けることにより、下り回線のセル間干渉が軽減する。これにより、ハンドオフを行うセル境界地域に位置する移動局の通信品質を向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る無線基地局の内部構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の第１の実施形態に係るビーム指向性制御を説明するための図である。
【図３】  ハンドオフ候補基地局情報のデータ構成を示す図である。
【図４】  本発明の第２の実施形態に係るビーム指向性制御を説明するための図である。
【図５】  従来のビーム指向性制御を説明するための図である。
【図６】  従来のビーム指向性制御を説明するための図である。
【図７】  従来のビーム指向性制御を説明するための図である。
【図８】  従来のビーム指向制御を説明するための図である。
【符号の説明】
３１，３２，４１，４２，５１，６１，６２，７１，７２，８１，８２…移動局３０１，３０２，４０１，４０２，５０１，６０１，７０１，７０２，８０１，８０２…無線基地局
１００…上位局
１１１〜１１３…サーキュレータ
９０１〜９０３…アンテナ素子
９０４…ステアリングベクトル算出部
９０５…送信重み係数算出部
９０６…送信部
９０７…送信ビームパタン形成回路
【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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