(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のビームをそれぞれ向きと幅（放射角）を変えて放つことのできる、複数の移動局と無線通信を行うための指向性アンテナの制御方法であって、
前記複数の移動局各々の位置に関する情報を入手する第１のステップと、
前記第１のステップで入手した前記複数の移動局各々の位置に関する情報に基づいて、前記複数の移動局を、互いに近傍に位置する移動局のグループに分類する第２のステップと、
前記第２のステップにより分類した各グループの識別番号を、当該グループに属する各移動局に対応付けられている識別番号に基づいて設定すると共に、前記複数の移動局各々に対応付ける識別番号を、当該移動局が属するグループに設定した識別番号に更新する第３のステップと、
前記第３のステップにより設定された識別番号により特定される各グループの移動の履歴に基づいて、各グループの移動先エリアを予測する第４のステップと、
前記指向性アンテナが放つ１つのビームで、前記第２のステップで分類した１つのグループが位置するエリアおよび前記第４のステップで予測した当該グループの移動先エリアをカバーできるように、前記指向性アンテナが放つビームの向きと幅を前記グループ単位で制御する第５のステップと、を有し、
前記第３のステップは、
前記複数の移動局に対応付けられている識別番号各々について、当該識別番号に対応付けられている移動局を最も多く含むグループに当該識別番号を設定する処理を行うと共に、前記処理により識別番号が設定されなかったグループに対しては、現在使用していない識別番号を設定することにより、前記第２のステップにより分類した各グループに識別番号を設定すること、
を特徴とする指向性アンテナの制御方法。
【請求項２】
複数のビームをそれぞれ向きと幅（放射角）を変えて放つことのできる、複数の移動局と無線通信を行うための指向性アンテナの制御装置であって、
前記複数の移動局各々の位置に関する情報を入手する入手手段と、
前記入手手段で入手した前記複数の移動局各々の位置に関する情報に基づいて、前記複数の移動局を、互いに近傍に位置する移動局のグループに分類する分類手段と、
前記分類手段により分類した各グループの識別番号を、当該グループに属する各移動局に対応付けられている識別番号に基づいて設定すると共に、前記複数の移動局各々に対応付ける識別番号を、当該移動局が属するグループに設定した識別番号に更新する識別手段と、
前記識別手段により設定された識別番号により特定される各グループの移動の履歴に基づいて、各グループの移動先エリアを予測する予測手段と、
前記指向性アンテナが放つ１つのビームで、前記分類手段で分類した１つのグループが位置するエリアおよび前記予測手段で予測した当該グループの移動先エリアをカバーできるように、前記指向性アンテナが放つビームの向きと幅を前記グループ単位で制御する制御手段と、を有し、
前記識別手段は、
前記複数の移動局に対応付けられている識別番号各々について、当該識別番号に対応付けられている移動局を最も多く含むグループに当該識別番号を設定する処理を行うと共に、前記処理により識別番号が設定されなかったグループに対しては、現在使用していない識別番号を設定することにより、前記分類手段により分類した各グループに識別番号を設定すること、
を特徴とする指向性アンテナの制御装置。
【請求項３】
複数のビームをそれぞれ向きと幅（放射角）を変えて放つことのできる、複数の移動局と無線通信を行うための指向性アンテナの制御装置であって、
前記複数の移動局各々の位置に関する情報を入手する入手手段と、
前記入手手段で入手した前記複数の移動局各々の位置に関する情報に基づいて、前記複数の移動局を、互いに近傍に位置する移動局のグループに分類する分類手段と、
前記指向性アンテナが放つ１つのビームで、前記分類手段で分類した１つのグループが位置するエリアをカバーできるように、前記指向性アンテナが放つビームの向きと幅を前記グループ単位で制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、
前記指向性アンテナの設置位置に近いグループほど、当該グループが位置するエリアを含むより広い範囲のエリアをカバーできるように、当該グループに対して前記指向性アンテナが放つビームの幅を制御すること、
を特徴とする指向性アンテナの制御装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の指向性アンテナの制御装置であって、
前記指向性アンテナは、
複数のアンテナ素子で構成されたアダプティブアレイアンテナであること
を特徴とする指向性アンテナの制御装置。
【請求項５】
請求項２または３記載の指向性アンテナの制御装置と、
複数のビームをそれぞれ向きと幅を変えて放つことのできる、複数の移動局と無線通信を行うための指向性アンテナと、を備えたこと
を特徴とする無線基地局。
【請求項６】
請求項５記載の無線基地局であって、
前記指向性アンテナは、
複数のアンテナ素子で構成されたアダプティブアレイアンテナであること
を特徴とする無線基地局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線基地局に設置されて用いられる、複数の移動局と無線通信を行うための指向性アンテナの制御に関し、特に、複数のビームをそれぞれ向きと幅（放射角）を変えて放つことのできるアダプティブアレイアンテナの制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車電話や携帯電話などの移動通信システムでは、無線基地局に無指向性のアンテナを設置し、当該アンテナからビームを放つことにより、当該無線基地局を中心とした略円形状のセルと呼ばれるサービスエリアをカバーしていた。しかしながら、ここ数年の爆発的な加入者増は、深刻な無線リソース不足の問題を引き起こしている。
【０００３】
この問題に対応するため、セルを複数のセクタに分割し、セクタ単位でサービスエリアをカバーする技術が提案されている。該技術は、指向性アンテナ（セクタアンテナ）を無線基地局に設置することで実現される。該技術によれば、無線基地局から、セルよりも狭いセクタ単位でサービスエリアをカバーするように、指向性を持つビームが各セクタに対応して複数放たれるので、無線リソースをより効率的に利用することができる。ここで、指向性を持つビームを複数放つことのできる指向性アンテナとしては、アダプティブアレイアンテナが知られている。アダプティブアレイアンテナは、空間的に離して配置された複数のアンテナ素子で構成され、これらのアンテナ素子を各々制御することにより、複数のビームをそれぞれ任意の方向に任意の幅で放つことができる。また、指向性を持たないヌルビームを放つこともできる。
【０００４】
また、無線基地局に設置された指向性アンテナが放つビームを、移動局に対して精度よく向けられるように制御するための技術として、特開平９-２３８１０５号公報記載の技術や特開平７-８７０１１号公報記載の技術がある。前者は、移動局から送られてくる信号レベルの大きい方向へ向けてビームを放つように指向性アンテナを制御することにより、移動局に対してビームが精度よく向けられるようにしている。一方、後者は、移動局から送られてくる信号レベルの大きい方向へ向けてビームを放つように指向性アンテナを制御したり、あるいは、各移動局毎に、当該移動局の位置情報等に基づいて当該移動局の位置を予測し、当該予測位置へ向けてビームを放つように指向性アンテナを制御することにより、各移動局に対してビームが精度よく向けられるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した各技術には、次のような問題がある。
【０００６】
すなわち、セルを複数のセクタに分割し、セクタ単位でサービスエリアをカバーする技術によれば、移動局が存在していないセクタに対しても、当該セクタに対して指向性アンテナから指向性ビームが放たれることになるため、実際には移動局との通信に使用されていない指向性ビームに、無線リソースが消費されることとなり、無線リソースの利用に無駄が生じる。
【０００７】
一方、移動局から送られてくる信号レベルの大きい方向へ向けてビームを放つように指向性アンテナを制御する技術によれば、そのビーム幅によっては、信号レベルは小さいけれども無線基地局がカバーするサービスエリア（セル）内に位置する移動局に、そのビームが届かなくなってしまう可能性がある。この場合、当該移動局はサービスを受けられない。また、移動局毎に当該移動局に向けてビームを放つように指向性アンテナを制御する技術によれば、無線基地局がカバーするサービスエリアに位置する移動局の数に応じて処理が重くなり、また制御が複雑になってしまう。特に、無線基地局を中心とする円周方向を移動する移動局の角速度は、線速度が同じであっても、無線基地局に近い移動局ほど速くなる。つまり、一般に、無線基地局の近傍に位置する移動局は、遠方に位置する移動局に比べより速い角速度で移動する。このため、無線基地局の近傍に多数の移動局が存在する場合、これらの速い角速度で移動する移動局各々を、移動局毎の指向性ビームで捕捉できるように指向性アンテナを制御するためには、より高速な処理が必要となり、無線基地局のコスト増加を招いてしまう。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、無線リソースの更なる効率利用を図ることにある。具体的には、無線リソースの効率利用を図りつつも、無線基地局がカバーするサービスエリア内に位置する各移動局をビームで捕捉できるように、指向性アンテナを制御することにある。また、高い処理能力を要求とすることなく、多数の移動局をビームで捕捉できるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、複数の移動局を互いに近傍に位置する移動局のグループに分類し、複数のビームをそれぞれ向きと幅（放射角）を変えて放つことのできる指向性アンテナを、１つのビームで１つのグループが位置するエリアをカバーできるように、すなわち、グループ単位で制御するようにしている。
【００１０】
ここで、このような指向性アンテナとしては、例えば空間的に離して配置された複数のアンテナ素子で構成されるアダプティブアレイアンテナが挙げられる。
【００１１】
本発明では、移動局が存在していないエリアに対してビームが放たれることはないので、実際には移動局との通信に使用されていないビームに、無線リソースが消費されることがなくなる。また、指向性アンテナから放たれる各ビームは、捕捉対象のグループが位置するエリアをカバーできるように、その向きと幅が制御されるので、無線基地局がカバーするサービスエリア内に位置する各移動局を効率よく捕捉することができる。このように、本発明によれば、無線リソースの効率利用を図りつつも、無線基地局がカバーするサービスエリア内に位置する各移動局をビームで捕捉できるように、指向性アンテナを制御することが可能となる。また、本発明によれば、グループ単位でビームを制御するので、移動局単位でビームを制御する場合に比べ、要求される処理能力を低くすることができる。
【００１２】
なお、本発明において、分類した各グループの識別番号を、当該グループに属する各移動局に対応付けられている識別番号に基づいて設定すると共に、複数の移動局各々に対応付ける識別番号を、当該移動局が属するグループに設定した識別番号に更新するようにしてもよい。例えば、複数の移動局に対応付けられている識別番号各々について、当該識別番号に対応付けられている移動局を最も多く含むグループに当該識別番号を設定する処理を行うと共に、前記処理により識別番号が設定されなかったグループに対しては、現在使用していない識別番号を設定することにより、前記分類した各グループに識別番号を設定する。
【００１３】
そして、このようにして設定された識別番号により特定される各グループの移動の履歴に基づいて、各グループの移動先エリアを予測し、前記指向性アンテナを、１つのビームで１つのグループが位置するエリアおよび当該グループの移動先エリアをカバーできるように、グループ単位で制御するようにしてもよい。
【００１４】
このようにすることで、例えば、指向性アンテナが設置される無線基地局の近傍に位置するような、前記無線基地局を原点とする角速度が比較的速くなる移動局のグループに対しては、ビーム幅が大きくなり、前記無線基地局の遠方に位置するような、前記角速度が比較的遅くなる移動局のグループに対しては、ビーム幅が小さくなるように、前記指向性アンテナを制御することが可能となる。このため、前記指向性アンテナから複数放たれるビームの干渉を抑制しつつ、前記無線基地局がカバーするサービスエリア内に位置する各移動局を効率よくビームで捕捉することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態が適用された移動通信システムの概要を説明するための図である。
【００１８】
ここで、符号１は基地局システム、そして、符号２1〜２5は基地局システム１に多元接続して通信を行うことのできる移動局を示している。基地局システム１には、複数のビーム（トラヒックチャネルや制御チャネルの信号を移動局と送受するためのビーム）をそれぞれ向きと幅（放射角）を変えて放つことのできるアダプティブアレイアンテナ１１が設置されている。なお、本実施形態の移動通信システムに用いる多元接続方式は、アダプティブアレイアンテナ１１から放たれる１つのビームを利用して複数の移動局が基地局システム１に同時に接続することのできる方式であれば、どのような方式のものであっても構わない。つまり、本発明は、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、および、これらの組み合わせよりなる多元接続方式のいずれにも適用可能である。
【００１９】
図示するように、本実施形態では、互いに近傍に位置する移動局同士を１つのグループとして扱い（ここでは、移動局２1〜２2がグループＡとして扱われ、移動局２3〜２5がグループＢとして扱われている）、１つのビームで１つのグループを捕捉するように、アダプティブアレイアンテナ１１から放たれるビームの向きと幅（放射角）を、グループ単位で制御するようにしている。具体的には、各グループの移動先エリアを予測し、アダプティブアレイアンテナ１１を、１つのビームで１つのグループが位置するエリアおよび当該グループの移動先エリアをカバーできるように、グループ単位で制御する。このため、図１に示すように、基地局システム１の遠方に位置するような、基地局システム１を原点とする角速度が比較的遅くなる移動局のグループＡに対しては、ビーム幅θAが小さくなる。一方、基地局システム１の近傍に位置するような、前記角速度が比較的速くなる移動局のグループＢに対しては、ビーム幅θBが大きくなる。このため、アダプティブアレイアンテナ１１から複数放たれるビームの干渉を効率よく抑制しつつ、基地局システム１がカバーするサービスエリア内に位置する各移動局２1〜２5をビームで捕捉することができる。
【００２０】
なお、アダプティブアレイアンテナ１１から放たれる各ビームの送信電力は、対象とするグループを捕捉するのに必要十分な値とし、当該グループよりも遠方に不要な電波が届かないように制御されるものとする。このような制御は、既存の技術により実現できる。例えば、当該グループに属する移動局からのトラヒックチャネルや制御チャネルの信号の受信レベルに応じて、当該グループへ向けたビームの送信電力を制御すればよい。
【００２１】
次に、本実施形態が適用された基地局システム１の詳細について説明する。
【００２２】
図２は、本発明の第１実施形態に用いる基地局システム１の概略構成図である。図示するように、基地局システム１は、基地局装置１２と基地局制御装置１３とを有している。
【００２３】
まず、基地局装置１２について説明する。
【００２４】
図示するように、基地局装置１２は、複数のアンテナ素子１１1〜１１Nで構成された、複数のビームをそれぞれ向きと幅（放射角）を変えて放つことのできるアダプティブアレイアンテナ１１と、複数のアンテナ素子１１1〜１１N各々に対応して設けられた複数のデュプレクサ１４1〜１４Nと、指向性制御部１５と、位置情報抽出部１６と、送受信処理部１７と、例えば公衆網に接続された網インターフェース部１８と、を有する。
【００２５】
デュプレクサ１４1〜１４Nは、対応するアンテナ素子１１1〜１１Nを介して送受する信号を、例えば周波数帯の違いに応じて、本実施形態によるグループ単位でのビーム制御のために各移動局２1〜２5の基地局システム１に対する相対位置を求めるための信号（位置情報信号）と、当該信号以外の信号（トラヒックチャネルの信号や多元接続制御のために使用する制御チャネルの信号等）とに分離する。
【００２６】
指向性制御部１５は、後述する基地局制御装置１３からの指示にしたがい、少なくとも１つのビームが所望の向きおよびビーム幅でアダプティブアレイアンテナ１１から放たれるように、アンテナ素子１１1〜１１N各々を制御する。そして、アダプティブアレイアンテナ１１から放たれるビーム毎に、当該ビームを利用して移動局２1〜２5と送受される信号を、送受信処理部１７と送受する。
【００２７】
送受信処理部１７は、指向性制御部１５から受け取ったビーム毎の信号を、本実施形態の移動通信システムが採用する多元接続方式に従って移動局毎の信号に分離し、網インターフェース部１８に送信する。また、網インターフェース部１８から受け取った移動局２1〜２5宛の各信号を、当該信号の送り先移動局から送信された信号の伝送に利用されるビーム毎に、本実施形態の移動通信システムが採用する多元接続方式に従って多重化することにより、ビーム毎の信号を生成し、これらを指向性制御部１５に送る。
【００２８】
なお、本実施形態では、説明を簡単にするため、同じビームを利用して基地局システム１１および移動局２1〜２5間で信号を送受する場合を例にとり説明しているが、基地局システム１１から移動局２1〜２5へ信号を送信するのに利用するビームと、基地局システム１１が移動局２1〜２5から信号を受信するのに利用するビームとを、例えば周波数帯を異ならせるなどしてもよい。
【００２９】
位置情報抽出部１６は、デュプレクサ１４1〜１４Nから送られてきた位置情報信号に基づいて、各移動局２1〜２5と基地局システム１との相対位置を定期的に算出し、これらを基地局制御装置１３に通知する。なお、各移動局２1〜２5の基地局システム１との相対位置を求める方法としては、既存の様々な技術を適用できる。例えば各移動局２1〜２5にＧＰＳ（Global Positioning System）を搭載し、各移動局２1〜２5に、ＧＰＳで得た現在位置（緯度・経度で表される絶対位置）を含む信号を位置情報信号として送信させる。そして、位置情報抽出部１６にて、各移動局２1〜２5の現在位置と基地局システム１の設置位置とから、各移動局２1〜２5と基地局システム１との相対位置を算出する。あるいは、少なくとも３つの基地局システム１が協調することで、各移動局２1〜２5と基地局システム１との相対位置を算出することもできる。すなわち、位置情報抽出部１６は、少なくとも３つの基地局システム１各々での信号の受信レベルや受信時間差より、その移動局と自身の基地局システム１との相対位置を算出することができる。
【００３０】
次に、基地局制御装置１３について説明する。
【００３１】
図示するように、基地局制御装置１３は、分類部１９と、指向性決定部２０とを有する。
【００３２】
分類部１９は、基地局装置１２の位置情報抽出部１６から受け取った各移動局２1〜２5の相対位置に基づいて、各移動局２1〜２5を互いに近傍に位置する移動局同士のグループに分類し、各グループの移動の履歴を取る。
【００３３】
図３は、分類部１９での処理手順を示す図である。
【００３４】
分類部１９は、位置情報抽出部１６から各移動局２1〜２5の相対位置を受け取ると（ステップＳ１００１）、これらに基づいて、各移動局が、基地局システム１がカバーするサービスエリア中のどのブロックに位置するかを調べる（ステップＳ１００２）。
【００３５】
図４（ａ）、（ｂ）は、基地局システム１がカバーするサービスエリアの各ブロックの一例を示している。図示するように、基地局システム１がカバーするサービスエリアは、複数個のブロックに区切られており、各ブロックには固有のブロック番号が付されている。このブロックによる区切りは、後述する処理（ステップＳ１００４）において、各移動局２1〜２5をグループ単位で分類するために使用するものである。ブロックの区切り方はどのようなものでもよい。また、ブロックの面積を必ずしも等しくする必要はない。例えば、グループ化の精度を向上させるために、人口の密集するエリアではブロックを小さくし、逆に疎であるエリアではブロックを大きくさせてもよい。また、昼間は都市部を小さいブロックで区切ると共に郊外を大きいブロックで区切り、夜間はこれと逆にするといった、時間に応じてブロックを変更するようにしてもよい。
【００３６】
なお、基地局システム１がカバーするサービスエリアが、図４（ｂ）に示すように、基地局システム１を中心とする単純な放射状のブロックに区切られている場合、位置情報抽出部１６で算出する各移動局２1〜２5の相対位置を基地局システム１を原点とする極座標で表すとよい。このようにすれば、各移動局２1〜２5の角度を調べるだけで、各移動局２1〜２5がどのブロックに位置するかを求めることができる。つまり、移動局が位置するブロックの算出に係る計算量を減らすことができる。
【００３７】
さて、分類部１９は、上記のようにして、各移動局２1〜２5が位置するブロックを検出したならば、その結果に従って自身が保持する移動局位置管理テーブル１９１を更新する（ステップＳ１００３）。
【００３８】
図５は、移動局位置管理テーブル１９１の一例を示している。ここで、移動局番号１９１1は各移動局２1〜２5に固有の番号であり、ブロック番号１９１2には、移動局番号１９１1の対応するエントリに登録されている番号を持つ移動局が位置するブロックに固有の番号が登録される。また、グループ番号１９１3には、前回行った後述する処理（ステップＳ１００４）により、移動局番号１９１1の対応するエントリに登録されている番号を持つ移動局が既にいずれかのグループに分類されている場合に、そのグループの番号が登録される。したがって、未だグループに分類されていない移動局に対しては、グループ番号１９１3のエントリは空欄となる。
【００３９】
次に、分類部１９は、ステップＳ１００３で更新した移動局位置管理テーブル１９１を用いて、各移動局２1〜２5を互いに近傍に位置する移動局同士のグループに分類し、移動局位置管理テーブル１９１に登録されている各移動局のグループ番号１９１3を更新する（ステップＳ１００４）。具体的には、以下の要領で行う。
【００４０】
すなわち、移動局位置管理テーブル１９１に登録されているグループ番号各々について、当該グループ番号が対応付けられている移動局を最も多く含むブロック番号を検出し、これを当該グループ番号に対応付ける。
【００４１】
この際、２つ以上のグループ番号各々について検出したブロック番号が同じブロック番号である場合、そのブロック番号に対応付けられている移動局が最も多く対応付けられているグループ番号をそのブロック番号に対応付ける。その結果、前記ブロック番号が対応付けられなかったグループ番号各々については、当該グループ番号が対応付けられている移動局を前記ブロック番号の次に最も多く含むブロック番号を検出し、これを当該グループ番号に対応付ける。上記の処理を、移動局位置管理テーブル１９１に登録されているグループ番号各々についてブロック番号が対応付けられるまで繰り返し行う。
【００４２】
上記の処理の結果、移動局位置管理テーブル１９１に登録されているグループ番号各々にブロック番号が対応付けらたならば、これらのブロック番号以外のブロック番号が移動局位置管理テーブル１９１に登録されているか否かを調べる。登録されているならば、当該ブロック番号に、移動局位置管理テーブル１９１に登録されていないグループ番号、すなわち現在使用中でないグループ番号を対応付ける。なお、グループ番号を現在使用中であるか否かの判断は、図６に示すようなグループ番号使用状況管理テーブル１９２を用いて行えばよい。
【００４３】
以上の処理により、移動局位置管理テーブル１９１に登録されているブロック番号各々に、必ず１つのグループ番号が対応付けられることになる。分類部１９は、移動局位置管理テーブル１９１に登録されている移動局各々を、当該移動局のブロック番号に対応付けたグループ番号のグループに分類し、移動局位置管理テーブル１９１に登録されている各移動局のグループ番号１９１3を更新する。
【００４４】
さて、分類部１９は、以上のようにして、移動局位置管理テーブル１９１に登録されている各移動局のグループ番号１９１3を更新したならば、自身が保持するグループ位置履歴管理テーブル１９３を更新する（ステップＳ１００５）。
【００４５】
図７は、グループ位置履歴管理テーブル１９３の一例を示している。ここで、グループ番号１９３1には、移動局位置管理テーブル１９１のグループ番号１９１3に登録されている各グループ番号が登録される。現在のブロック番号１９３2には、グループ番号１９３1の対応するエントリに登録されているグループ番号に現在対応付けられているブロック番号、すなわち、今回のステップＳ１００３での処理の結果、更新された移動局位置管理テーブル１９１において、前記グループ番号に対応付けられて登録されているブロック番号が登録される。一方、前回のブロック番号１９３3には、グループ番号１９３1の対応するエントリに登録されているグループ番号に前回対応付けられていたブロック番号、すなわち、今回のステップＳ１００３での処理による更新前の移動局位置管理テーブル１９１において、前記グループ番号に対応付けられて登録されていたブロック番号が登録される。なお、このようなブロック番号がない場合、すなわち、グループ番号１９３1に登録されているグループ番号が、今回のステップＳ１００３での処理により初めて付与された番号である場合、前回のブロック番号１９３3のエントリは、空欄のままとなる。
【００４６】
図２に戻り説明を続ける。
【００４７】
指向性決定部２０は、アダプティブアレイアンテナ１１から、分類部１９により分類されたグループ各々に対して放たれる、ビーム各々の向きとビーム幅（放射角）を決定し、これを基地局装置１２の指向性制御部１５に通知する。
【００４８】
図８は、指向性決定部２０での処理手順を示す図である。
【００４９】
指向性決定部２０は、分類部１９によりグループ位置履歴管理テーブル１９３が更新されると（ステップＳ２００１）、グループ位置履歴管理テーブル１９３に登録されているグループ番号毎に、そのグループの移動状態（移動速度、加速度および移動方向）を算出する（ステップＳ２００２）。具体的には、以下の要領で行う。
【００５０】
すなわち、グループ位置履歴管理テーブル１９３に登録されている任意のグループ番号に注目し、当該グループの移動速度と加速度とを、現在のブロック番号により特定されるブロックの所在地および前回のブロック番号により特定されるブロックの所在地間の距離と、グループ位置履歴管理テーブル１９３の更新時間（位置情報抽出部１６での各移動局２1〜２5の相対位置算出タイミングと一致する）と、前回算出した当該グループの移動速度とに基づいて、算出する。この際、現在のブロック番号により特定されるブロックの所在地と前回のブロック番号により特定されるブロックの所在地とから、当該グループの移動方向についても求めておく。
【００５１】
なお、当該グループの移動速度が前回算出されていない場合は、当該グループの加速度を算出不可として扱い、移動速度のみを、現在のブロック番号により特定されるブロックの所在地および前回のブロック番号により特定されるブロックの所在地間の距離と、グループ位置履歴管理テーブル１９３の更新時間とに基づいて算出する。この際、現在のブロック番号により特定されるブロックの所在地と前回のブロック番号により特定されるブロックの所在地とから、当該グループの移動方向についても求めておく。
【００５２】
また、当該グループの移動速度が前回算出されておらず、また、グループ位置履歴管理テーブル１９３の前回のブロック番号が空欄の場合は、当該グループの移動速度、加速度および移動方向を算出不可して扱う。
【００５３】
上記の処理をグループ位置履歴管理テーブル１９３に登録されている全てのグループ番号のグループに対して行い、その結果に従って図９に示すようなグループ移動状態管理テーブル２０１を更新する。なお、図９において、空欄は、それが算出不可であることを示している。
【００５４】
それから、指向性決定部２０は、グループ移動状態管理テーブル２０１に登録されている全てのグループ番号のグループに対して、所定時間（例えば、グループ位置履歴管理テーブル１９３の更新時間）後の移動先を予測する（ステップＳ２００３）。具体的には、以下の要領で行う。
【００５５】
すなわち、グループ移動状態管理テーブル２０１に登録されている任意のグループ番号に注目し、当該グループの移動速度、加速度および移動方向から、当該グループの所定時間後の移動先を予測する。なお、グループ移動状態管理テーブル２０１に加速度が登録されていない場合は、当該グループの移動速度および移動方向から、当該グループの所定時間後の移動先を予測する。また、グループ移動状態管理テーブル２０１に移動速度、加速度および移動方向のいずれもが登録されていない場合は、予測不可として扱う。上記の処理をグループ移動状態管理テーブル２０１に登録されている全てのグループ番号のグループに対して行う。
【００５６】
次に、指向性決定部２０は、グループ位置履歴管理テーブル１９３に登録されているグループ番号毎に、そのグループに属する全ての移動局をカバーするためのビームの向きおよび幅を決定する（ステップＳ２００４）。具体的には、以下の要領で行う。
【００５７】
すなわち、グループ位置履歴管理テーブル１９３に登録されている任意のグループ番号に注目し、現在のブロック番号により特定されるブロックの所在地と、ステップＳ２００３での処理において当該グループ番号のグループに対して予測した移動先とを含む範囲をカバーできるように、当該グループに対するビームの向きと幅を決定する。なお、ステップＳ２００３での処理において移動先が予測されていない場合は、現在のブロック番号により特定されるブロックの所在地を含む所定のマージンを考慮した範囲をカバーできるように、当該グループに対するビームの向きと幅を決定する。
【００５８】
指向性決定部２０は、上記の処理をグループ位置履歴管理テーブル１９３に登録されている全てのグループ番号のグループに対して行ったならば、各グループ毎に決定したビームの向きと幅を基地局装置１の指向性制御回路１７に通知する。これを受けて、指向性制御回路１７は、各グループ毎に決定されたビームの向きと幅で複数のビームがアダプティブアレイアンテナ１１から放たれるように、アンテナ素子１１1〜１１N各々を制御する。
【００５９】
以上、本発明の第１実施形態について説明した。
【００６０】
図１０に示すように、鉄道やバス路線上に存在する複数の移動局は、同じ行動パターンで動くことが経験的に知られている。また、通常、人の流れは通りなどに沿って規則的なことが多い。このため、互いに近傍に位置する移動局は、同様の行動パターンで動き続けるであろうという極めて妥当な推測が成立する。本実施形態は、この推測に基づいており、複数の移動局を互いに近傍に位置する移動局同士のグループに分類し、各グループ毎にその移動先エリアを予測して、グループ単位でビームを制御するようにしている。このようにすることで、アダプティブアレイアンテナ１１から複数放たれるビームの干渉を効率よく抑制しつつ、基地局システム１がカバーするサービスエリア内に位置する各移動局２1〜２5をビームで捕捉することが可能となる。
【００６１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００６２】
上記の第１実施形態では、各グループの移動先の予測を、各グループに対応付けられたブロックの変遷に基づいて行った。これに対し、本実施形態は、各グループの移動先の予測を、当該グループの位置の変遷に基づいて行うようにしたものである。
【００６３】
なお、本実施形態で用いる基地局システムの構成は、図２に示す第１実施形態のものと同じである。但し、基地局制御装置１３の分類部１９および指向性決定部２０での処理が異なる。
【００６４】
まず、分類部１９での処理について説明する。
【００６５】
本実施形態の分類部１９の処理手順は、図３に示す第１実施形態のものと同様である。但し、ステップＳ１００３で更新される移動局位置管理テーブル１９１に、図１１に示すように、移動局番号１９１1の対応するエントリに登録されている番号を持つ移動局の相対位置が登録される座標値１９１4のエントリが追加される。また、ステップＳ１００５で更新されるグループ位置履歴管理テーブル１９３として、図７に示すものに代えて図１２に示すものが用いられる。
【００６６】
図１２に示すグループ位置履歴管理テーブル１９３において、グループ番号１９３1の対応するエントリに登録されているグループ番号のグループの現在の所在地（今回新たに算出した所在地）が現在のグループ位置１９３4に登録され、１つ前の所在地（前回算出した所在地）が前回のグループ位置１９３5に登録される。また、グループ規模１９３6には、グループ番号１９３1の対応するエントリに登録されているグループ番号のグループの規模が登録される。ここで、各グループの所在地としては、移動局位置管理テーブル１９１において、当該グループのグループ番号を持つ各移動局の座標の平均値や重心を用いることができる。また、各グループの規模としては、移動局位置管理テーブル１９１において、当該グループのグループ番号を持つ各移動局の座標値の、当該グループの現在の所在地に対するばらつきを表す値や、前記各移動局間の最大距離を引数とする関数で表される値を用いることができる。
【００６７】
次に、指向性決定部２０での処理について説明する。
【００６８】
本実施形態の指向性決定部２０の処理手順は、図８に示す第１実施形態のものと同様である。但し、ステップＳ２００２における各グループの移動状態の算出は、以下の要領で行う。
【００６９】
すなわち、図１２に示すグループ位置履歴管理テーブル１９３に登録されている任意のグループ番号に注目し、当該グループの移動速度と加速度とを、現在のグループ位置および前回のグループ位置間の距離と、前記グループ位置履歴管理テーブル１９３の更新時間と、前回算出した当該グループの移動速度とに基づいて、算出する。この際、現在のグループ位置と前回のグループ位置とから、当該グループの移動方向についても求めておく。
【００７０】
なお、当該グループの移動速度が前回算出されていない場合は、当該グループの加速度を算出不可として扱い、移動速度のみを、現在のグループ位置および前回のグループ位置間の距離と、前記グループ位置履歴管理テーブル１９３の更新時間とに基づいて算出する。この際、現在のグループ位置と前回のグループ位置とから、当該グループの移動方向についても求めておく。
【００７１】
また、当該グループの移動速度が前回算出されておらず、また、前記グループ位置履歴管理テーブル１９３の前回のグループ位置が空欄の場合は、当該グループの移動速度、加速度および移動方向を算出不可して扱う。
【００７２】
また、ステップＳ２００４における各ビームの向きと幅の決定は、以下の要領で行う。
【００７３】
すなわち、図１２のグループ位置履歴管理テーブル１９３に登録されている任意のグループ番号に注目し、現在のグループ位置とステップＳ２００３での処理において当該グループ番号のグループに対して予測した移動先とを含む範囲に、前記グループ位置履歴管理テーブル１９３のグループ規模が大きくなるほどその値が大きくなるように設定されたマージンを加えた範囲をカバーできるように、当該グループに対するビームの向きと幅を決定する。例えば、図１３に示すように、あるグループの現在のグループ位置がＡであり、その予測移動先がＢである場合、基地局システム１を原点とする地点Ａ-Ｂ間のなす角αに、そのグループのグループ規模に応じたマージンを加えた範囲θをカバーできるように、当該グループに対するビームの向きと幅を決定する。より具体的には、ビーム方向を、基地局システム１から地点Ａを眺めた方向と基地局システム１から地点Ｂを眺めた方向を２分する方向Ｄとし、ビーム幅を地点Ａ-Ｂ間のなす角αにグループ規模に応じたマージンを乗算した値θとすればよい。
【００７４】
なお、ステップＳ２００３での処理において移動先が予測されていないグループに対しては、当該グループの現在のグループ位置を中心とし、グループ規模が大きくなるほどその値が大きくなるように設定された半径値により特定される範囲をカバーできるように、当該グループに対するビームの向きと幅を決定する。例えば、図１４に示すように、あるグループのグループ位置がＡであり、その移動先が予測されていない場合、地点Ａを中心とする、そのグループのグループ規模に応じた半径値より特定される範囲をカバーできるように、当該グループに対するビームの向きと幅を決定する。
【００７５】
以上、本実施形態の第２実施形態について説明した。
【００７６】
本実施形態によれば、各グループの規模も考慮して、各グループに対するビームの向きと幅が決定されるので、基地局システム１がカバーするサービスエリア内に位置する各移動局２1〜２5をより精度よく捕捉することが可能となる。
【００７７】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【００７８】
本発明の各実施形態によれば、前記の構成により、移動局が存在していないエリアに対してビームが放たれることはないので、実際には移動局との通信に使用されていないビームに、無線リソースが消費されることがなくなる。また、アダプティブアレイアンテナ１１から放たれる各ビームは、捕捉対象のグループが位置するブロックとその移動先をカバーできるように、その向きと幅が制御されるので、基地局システム１がカバーするサービスエリア内に位置する各移動局を効率よく捕捉することができる。このように、本発明の各実施形態によれば、無線リソースの効率利用を図りつつも、基地局システム１がカバーするサービスエリア内に位置する各移動局をビームで捕捉できるように、アダプティブアレイアンテナ１１を制御することが可能となる。
【００７９】
また、本発明の各実施形態によれば、グループ単位でビームを制御するので、移動局単位でビームを制御する場合に比べ、要求される処理能力を低くすることができる。
【００８０】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲ないで数々の変形が可能である。
【００８１】
例えば、上記の各実施形態において、指向性決定部２０が算出する各グループの移動速度、加速度および移動方向（図８のステップＳ２００２）を、基地局システム１を原点として各グループを眺めた場合の移動角速度、角加速度、および、回転方向（右回りか左回りか）とし、指向性決定部２０が予測する各グループの移動先（図８のステップＳ２００３）を基地局システム１を原点として各グループの予測移動先を眺めた方向としてもよい。この場合、位置情報抽出部１６で算出する各移動局２1〜２5の相対位置を極座標で表しておくと、これらを効率よく算出することができる。
【００８２】
また、上記の各実施形態において、グループ位置履歴管理テーブル１９３（図７、図１２）には、各グループについて、現在のブロック番号あるいはグループ位置と、前回のブロック番号あるいはグループ位置とが登録されるようにしているが、より過去のブロック番号あるいはグループ位置も登録されるようにしてもよい。そして、指向性決定部２０において、これらの履歴を用いて、各グループの移動軌跡を特定し、当該軌跡から移動方向を決定するようにしてもよい。
【００８３】
また、上記の各実施形態において、基地局装置１および基地局制御装置１３とは、１つの装置上に統合されて構築されるものでもよいし、あるいは、複数の装置上に分散されて構築されるものであってもよい。
【００８４】
また、上記の各実施形態では、各グループの移動の履歴をグループ位置履歴管理テーブル１９３に登録し、これを用いて予測した各グループの移動先もカバーされるように、各ビームの向きと幅を決定しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、基地局システム１の設置箇所近辺の環境を考慮して基地局システム１がカバーするサービスエリアを複数ブロックに区切ることで、各グループの移動先を予測しないで、すなわち、各グループの位置するブロックのみをカバーするように各ビームの向きと幅を制御してもよい。
【００８５】
この場合、例えば、基地局システム１の設置箇所近辺での各移動局の移動履歴を集計しておき、この集計結果から推定される、基地局システム１の設置箇所近辺の各地域での各移動局の行動パターンを参照して、互いに近傍に位置する移動局同士のグループが速い角速度（基地局システム１を原点とした場合の角速度）で移動するエリアに対しては大きいブロックを割り当て、遅い角速度で移動するエリアに対しては小さいブロックを割り当てるようにするとよい。あるいは、基地局システム１を中心とする円周方向を移動する移動局の角速度は、線速度が同じであっても、基地局システム１に近い移動局ほど速くなる。つまり、一般に、基地局システム１の近傍に位置する移動局は、遠方に位置する移動局に比べより速い角速度で移動する。そこで、図４（ａ）に示すように、基地局システム１の近傍には大きいブロックを割り当て、遠方には小さいブロックを割り当てるようにしてもよい。このようにすれば、上記の各実施形態と同様に、アダプティブアレイアンテナから複数放たれるビームの干渉を効率よく抑制しつつ、基地局システムがカバーするサービスエリア内に位置する各移動局をビームで捕捉することが可能となる。
【００８６】
また、上記の各実施形態では、アダプティブアレイアンテナを用いた場合を例にとり説明しているが、複数のビームをそれぞれ向きと幅（放射角）を変えて放つことのできる、複数の移動局と無線通信を行うための指向性アンテナであれば、どのようなアンテナであっても構わない。
【００８７】
なお、上記の各実施形態において、例えば図４（ａ）に示すようなブロックを用いて移動局のグループ分けをした場合、ブロックの位置関係によっては、複数のグループ各々に対して放たれる各ビームがカバーするエリアが、部分的あるいは全体的に重なってしまう場合が生ずることも考えられる。このような場合は、例えば前記各ビームの周波数帯を互いに異ならせるように、指向性制御部１５を修正するとよい。あるいは、基地局システム１から眺めた場合にその方向が同じとなる複数のブロックに移動局が存在するときは、これら複数のブロックに存在する移動局を１つのグループに分類するように、分類部１９を修正してもよい。
【００８８】
また、上記の各実施形態では、移動局があるグループから他のグループへ移動する場合が生じることがある。この場合は、既存のハンドオーバ技術を利用して、例えば、移動局側において、前記あるグループに対するビームを利用した通信から、前記他のグループに対するビームを利用した通信へと切替えるようにすればよい。なお、ビームが変った（別のビームに移った）場合における処理について、例えば、インターフェース誌（ＣＱ出版社）、１９９９年２月号 P176-P181、３月号 P168-P173に掲載された「移動体通信のキー技術−アダプティブアレイアンテナ（前編・後編）、辻  宏之著」に記載されている。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、無線リソースの更なる効率利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る移動通信システムの概要を説明するための図である。
【図２】本発明の第１実施形態が適用された基地局システム１の概略構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態における分類部１９での処理手順を示す図である。
【図４】基地局システム１がカバーするサービスエリアの各ブロックの一例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態で用いる移動局位置管理テーブル１９１の一例を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態で用いるグループ番号使用状況管理テーブル１９２の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態で用いるグループ位置履歴管理テーブル１９３の一例を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態における指向性決定部２０での処理手順を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態で用いるグループ移動状態管理テーブル２０１を示す図である。
【図１０】基地局システム１の設置近辺の環境を説明するための図である。
【図１１】本発明の第２実施形態で用いる移動局位置管理テーブル１９１の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態で用いるグループ位置履歴管理テーブル１９３の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施形態により制御されて放たれるビームの向きと幅を説明するための図である。
【図１４】本発明の第２実施形態により制御されて放たれるビームの向きと幅を説明するための図である。
【符号の説明】
１…基地局システム、２1〜２5…移動局、１１…アダプティブアレイアンテナ、１１1〜１１N…アンテナ素子、１２…基地局装置、１３…基地局制御装置、１４1〜１４N…デュプレクサ、１５…指向性制御部、１６…位置情報抽出部、１７…送受信処理部、１８…網インターフェース部、１９…分類部、２０…指向性決定部、１９１…移動局位置管理テーブル、１９２…グループ番号使用状況テーブル、１９３…グループ位置履歴テーブル、２０１…グループ移動状態管理テーブル
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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