JP2004072663A

JP2004072663A - アンテナ制御装置

Info

Publication number: JP2004072663A
Application number: JP2002232590A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Ishihara; 石原　伸彦; Atsushi Yamashita; 山下　敦
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US20040192393A1

Abstract

【課題】各セクタの間で下りの送信電力が等しくなるように、指向性アンテナのビーム幅を制御することにより、下りのトラフィックの偏りにも柔軟に対応し、セルの収容容量の向上させるアンテナ制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明によるアンテナ制御装置は、セクタ化されたセルを利用するセルラ通信システムにおいて使用される。アンテナ制御装置は、少なくとも２つのセクタに関する下りの送信電力が互いに等しくなるように、各セクタの指向性アンテナのビーム幅を制御する。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にセクタ化されたセルを利用するセルラ通信システムの技術分野に関し、特にそのようなセルラ通信システムにおけるアンテナ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の技術分野で使用されるセルラ通信システムは、移動端末と、サービスエリアを構成する複数の地理的領域（セル）の各々に配置される基地局と、基地局を制御するネットワーク側の要素より成る。
【０００３】
１つのセルの中にできるだけ多くの加入者を収容するために、セルは、更に複数のセクタに分割される（セクタ化される）のが一般的である。セクタ化は、セクタ毎に設けられた指向性アンテナの指向性を各々調整してセクタ間の干渉を抑制することによって、セルの収容容量を向上させるものである。更に、音声通信は有音よりも無音の期間の方が長いことに着目して、ボイス・アクティベーションを行うことにより、多元接続数を向上させる技術も併用され得る。
【０００４】
セル内に収容された移動端末は、時間と共に移動し得るので、基地局に対する距離の遠近だけでなく、所属するセクタ（又はセル）も変化し得る。このため、移動端末数（加入者数）は、セクタ間で不均一になり得る。
【０００５】
図１は、そのような状態の例を示す。図示されているように、１つのセルが３つのセクタＡ，Ｂ，Ｃに分割され、セクタＡには８つの移動端末が存在し、セクタＢおよびＣにはそれぞれ３つの移動端末が存在している。更に、セクタＡに属する移動端末の内、移動端末Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３で示される移動端末は、通話を試みたものの失敗した移動端末である。すなわち、セクタ当たりの最大接続呼数が５に設定されているとする。セクタＢおよびＣでは、収容されている移動端末数は何れも３つに過ぎないので、これらの移動端末は通話を行うことが可能である。したがって、このセルの中で、白丸で示されるセクタＡ内の移動端末Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は、通話を行うことができないが、黒丸で示される他の移動端末は通話を行うことができる。
【０００６】
一方、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：　Ｃｏｄｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）セルラ通信システムには、送信電力制御（ｔｒａｎｓｍｉｔ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ）という機能がある。これは、移動端末の送信した電波が、一定以上の信号品質（受信電界強度、信号雑音比等）で基地局により受信されるようにする機能である。すなわち、基地局の近傍に位置する移動端末は比較的弱い電力で送信を行い、基地局から遠くに位置するものは比較的強い電力で送信を行うのである。そこで、セルの収容容量を増加させるために、この自動電力制御の機能を利用して、セクタ内の移動端末数を調べ、各セクタ間で移動端末数が等しくなるように制御することが考えられる。
【０００７】
図２は、このようにして移動端末数が等しくなるようにセクタを変更した様子を示す。図示されているように、移動端末Ｙ１，Ｙ２は、かつてセクタＡに所属していたが現在はセクタＣに所属している。同様に、移動端末Ｚは現在はセクタＢに所属している。その結果、セクタＡには５つの移動端末が、セクタＢには４つの移動端末が、そしてセクタＣには５つの移動端末が収容される。このようにセクタの構成を適宜制御すれば、セクタ間で移動端末数を均等に配分することが可能になり、セクタの構成を不変に維持する場合よりもセルの収容容量を向上させることが可能になる。
【０００８】
ところで、この種のセルラ通信システムにおけるサービス内容は、近年非常に多様化してきており、例えば音声通信の伝送速度が複数あり得るだけでなく（例えば、９．６ｋｂｐｓ，１２，２ｋｂｐｓ等）、データ通信によるサービスも行われる。特にデータ通信の伝送速度は、例えば１４．４ｋｂｐｓ程度のものもあれば、２Ｍｂｐｓのような大きな速度もあり得る。また、必要な信号品質についても各種のものが存在し得る。したがって、セル内の各移動端末は、地理的に不均一に分布し得ることに加えて、各々の必要とするサービス内容及び品質も異なり得る。将来的には、サービス内容の多様化と共にこの傾向はますます強くなってゆくであろう。
【０００９】
このような状況の下では、各セクタ間の移動端末数が等しくなるようにセクタを構築することは、セルの収容容量を必ずしも向上させるものではない。例えば、ある移動端末が、非常に大きなディジタル・コンテンツを高速にダウンロードするようなデータ配信サービスを要求する場合には、その移動端末の下り回線（ダウン・リンク）には多くの下り送信電力を要する。また、移動端末が基地局から遠方に存在している場合にも多くの送信電力を必要とする。その結果、移動端末の位置および／または移動端末の要求する通信内容に起因して、各セクタ内の移動端末数を均等に調整できていたとしても、同一セクタ内の他の移動端末には、もはや充分な通信資源が割り当てられる保証はなくなり、呼損率を増加させてしまうことが懸念される。
【００１０】
特開２０００−１６５３１９号公報は、各セクタの移動局数、受信信号電力対干渉電力比（ＳＩＲ）、受信信号誤り率といった移動局との通信状況に応じて、セクタ（アンテナ）の指向性を制御する技術を開示するが、下り回線（下りチャネル）におけるトラフィックの偏り等に関する上記問題を解決することはできない。このように、従来の手法によれば、トラフィックの偏り、特に下りチャネルにおけるトラフィックの偏りに柔軟に対応することによって、セルの収容容量を向上させることは困難であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本願の一般的課題は、移動端末の地理的な偏りや下りのトラフィックの偏りその他の通信状況の不均一さに柔軟に対応し、セルの収容容量の向上させることが可能なセルラ通信システムにおけるアンテナ制御装置を提供することである。
【００１２】
本願の具体的課題は、各セクタの間で下りの送信電力が等しくなるように、指向性アンテナのビーム幅を制御するアンテナ制御装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による解決手段によれば、
セクタ化されたセルを利用するセルラ通信システムにおいて使用されるアンテナ制御装置であって、少なくとも２つのセクタに関する下りの送信電力が互いに等しくなるように、各セクタの指向性アンテナのビーム幅を制御することを特徴とするアンテナ制御装置が提供される。
【００１４】
【作用】
図３および図４は、本願の発明原理を説明するための概念図を示す。図１，図２と同様に、１つのセルが３つのセクタＡ，Ｂ，Ｃに分割された構成（１セル３セクタ構成）が採用されている。簡単のため、セクタ数を３としているが、より多くのセクタ数に拡張することが可能である。図中の矢印は、各セクタ（各セクタ内の移動端末）に送信される下り回線における送信電力の大きさを示す。
【００１５】
図３に示す状況では、セクタＡに対する下り送信電力が最も大きく、セクタＢ，Ｃに対する送信電力は比較的小さい。例えば、セクタＡに所属する複数の移動端末が、下り回線において大量の高速データ通信を行う場合である。この場合において、本発明によるアンテナ制御装置（図３には図示せず）は、各セクタＡ，Ｂ，Ｃの送信電力の大きさを調べ、セクタＡに更に移動端末を収容することは困難であることを把握する。アンテナ制御装置は、各セクタのアンテナのビーム幅を調整することによって、各セクタに送信する下りの送信電力の大きさが互いに等しくなるようにする。この例では、セクタＡのビーム幅を狭める一方、セクタＢ，Ｃのビーム幅を広げるよう制御する。
【００１６】
図４は、このようにしてビーム幅を調整し、同一セル内の各セクタに対する下りの送信電力を等しくなるようにした後の様子を示す。その結果、下りのトラフィックが偏っていたとしても、下り回線の送信電力に基づいてセクタを再構成することによって、セルの収容容量を向上させることが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図５は、本願実施例によるアンテナ制御装置５０２を有する基地局５００の部分概略図を示す。簡単のため、基地局５００の担当するセルは、３つのセクタＡ，Ｂ，Ｃに分割されているものとするが、より多くのセクタを形成するようにすることも可能である。
【００１８】
基地局５００は、セクタＡに関して、送信装置５０４と、送信装置５０４からのＲＦ信号を増幅する増幅装置５０６と、増幅装置５０６で増幅されたＲＦ信号をアンテナから放出するビーム幅可変なアンテナ装置５０８を有する（例えば、アレーアンテナを使用し、各アンテナ素子についての重み係数を更新することにより、ビーム幅を変化させることができる。）。各送信装置からのＲＦ信号には、異なる拡散コードで拡散された複数の端末宛の信号がコード多重化されている。アンテナ装置５０８から放出された信号は、主にセクタＡに所属する移動端末（図示せず）に送信される。同様に、基地局５００は、セクタＢに関して、送信装置５１４，増幅装置５１６およびビーム幅可変なアンテナ装置５１８を有し、セクタＣに関して、送信装置５２４，増幅装置５２６およびビーム幅可変なアンテナ装置５２８を有する。
【００１９】
更に、基地局５００は、各セクタへの送信信号（下り回線の信号）を監視するよう結合されたアンテナ制御装置５０２を有する。アンテナ制御装置５０２から出力される制御信号は、セクタＡ，Ｂ，Ｃのアンテナ装置５０８，５１８，５２８にそれぞれ接続される。アンテナ制御装置５０２は、各送信装置５０４，５１４，５２４からのＲＦ出力信号の信号レベルを比較する送信電力比較手段５３２と、送信電力比較手段５３２に結合して、各アンテナ装置５０８，５１８，５２８のそれぞれに制御信号を送信する指向性制御手段５３４を有する。更に、アンテナ制御装置５０２は、指向性制御手段５３４に結合された記憶手段５３６を有する。記憶手段５３６には、アンテナの指向性制御に関する各種のパラメータが格納されている。
【００２０】
各移動端末宛のユーザデータはそれぞれ、チャネル分離のための拡散コードを用いた拡散変調が施されてから加算される。そして、別途生成された制御信号と加算され、対応する増幅装置５０６，５１６，５２６に入力される。
【００２１】
各送信装置５０４，５１４，５２４からの送信信号は、各増幅装置に入力される一方、送信電力比較手段５３２に入力され、各信号レベルの測定後、その信号レベルが比較される。この比較動作により、各セクタに関する下り送信電力の不均一さ（大小関係）を監視することが可能になる。送信電力比較手段５３２および指向性制御手段５３４は、下り送信電力の大小関係に基づいて、後述する各種の手法に従って、アンテナのビームを形成するよう各アンテナ装置５０８，５１８，５２８に指示し、各セクタに送信する電力が等しくなるようにする。
【００２２】
図５に示した例では、アンテナ制御装置５０２が基地局５００に設けられているように描いているが、必ずしもこの形態だけではなく、例えば基地局を制御する基地局制御装置（図示せず）や、更に上位のネットワーク側に設けることも可能である。
【００２３】
図６は、本願第１実施例によるアンテナ制御を行う方法を示すフローチャートである。本実施例では、説明の便宜上１つのセルが３つのセクタＡ，Ｂ，Ｃに分割されているが、更なるセクタ数を有するセルについて拡張することも可能である。
【００２４】
本方法はステップ６０２から始まり、ステップ６０４において、セクタＡに対する下りの送信電力Ｐ_Ａが、セクタＢに対する送信電力Ｐ_Ｂより大きいか否かを判定する。送信電力Ｐ_Ａ＞送信電力Ｐ_Ｂであれば、ステップ６０６に進む。ステップ６０６では、セクタＡのアンテナのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＢのアンテナのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ拡張する。この結果、セクタＡではより少ない電力で下り送信を行う一方、セクタＢではより多くの電力で下り送信を行うようになる。なお、下り送信電力の測定および比較は、アンテナ制御装置５０２（図５）の送信電力比較手段５３２で行われる。一方、ステップ６０４において、送信電力Ｐ_Ａ＞送信電力Ｐ_Ｂでなければ、ステップ６０８に進む。ステップ６０８では、ステップ６０６とは逆に、セクタＡのアンテナのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ拡張し、セクタＢのアンテナのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ縮小する。このようにして、セクタＡ，Ｂに関する下り送信電力の比較およびビーム幅調整のステップ６１０が行われる。
【００２５】
ステップ６１０に続いて、ステップ６１４では、セクタＢ，Ｃに関する下りの送信電力Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃが比較される。送信電力Ｐ_Ｂ＞送信電力Ｐ_Ｃであれば、ステップ６１６に進み、セクタＢのアンテナのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＣのアンテナのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ拡張する。送信電力Ｐ_Ｂ＞送信電力Ｐ_Ｃでなければ、ステップ６１８に進み、セクタＢのアンテナのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ拡張し、セクタＣのアンテナのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ縮小する。このようにして、セクタＢ，Ｃに関する下り送信電力の比較およびビーム幅調整のステップ６２０が行われる。
【００２６】
更に、ステップ６１６又はステップ６１８に続いて、ステップ６２４では、セクタＣ，Ａに関する下りの送信電力Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ａが比較される。送信電力Ｐ_Ｃ＞送信電力Ｐ_Ａであれば、ステップ６２６に進み、セクタＣのアンテナのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＡのアンテナのビーム幅θ_Ａを同じ所定値Ｘだけ拡張する。送信電力Ｐ_Ｃ＞送信電力Ｐ_Ａでなければ、ステップ６２８に進み、セクタＣのアンテナのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ拡張し、セクタＡのアンテナのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ縮小する。このようにして、セクタＣ，Ａに関する下り送信電力の比較およびビーム幅調整のステップ６３０が行われる。以後は、ステップ６０４に戻り、セクタＡ，Ｂに関するステップ６１０、セクタＢ，Ｃに関するステップ６２０およびセクタＣ，Ａに関するステップ６３０が行われ、アンテナのビーム幅が充分に収束するまで各ステップが繰り返される。
【００２７】
一般に、所定値Ｘを大きくすると、システムの安定性を犠牲にして収束性を速くすることが可能になり、逆に所定値を小さくすると、収束性を犠牲にしてシステムの安定性を確保することが可能になる。このような所定値Ｘは、経験的に定め得る量であり、記憶手段５３６（図５）内に格納される。所定値Ｘの大きさは、都市部であるか否かのような地理的な場所、昼夜のような時間帯、サービスの種類（音声サービス、データ・サービス等）その他の様々な要因により変動し得る。
【００２８】
所定値Ｘを収束状態に応じて変化させることによって、収束性を改善することが可能である。例えば、所定の時間内にビーム幅を拡張した回数および縮小した回数を、記憶手段５３６（図５）に格納しておく。拡張した回数および縮小した回数が著しく相違していれば、ビーム幅が大きく変化していることを示すので、所定値Ｘの値を大きくし、同程度であれば所定値Ｘの値を小さく設定することが可能である。更に、送信電力比較手段５３２（図５）で比較した送信電力の差が大きい場合には、所定値Ｘを大きくし、差が小さい場合には所定値Ｘを小さくすることも可能である。このような判定は、例えば、送信電力の差の絶対値が所定の閾値を超えるか否かを判定することによって行い得る。
【００２９】
本実施例によれば、隣接する２つのセクタに関する下りの送信電力の大小に応じて、各セクタの指向性アンテナのビーム幅が調整される。これにより、複雑な計算を行うことなしに、簡易な大小比較を通じてセクタ間の下り送信電力の均等化を図り、指向性アンテナのビーム幅を簡易に調整することが可能になる。
【００３０】
本実施例によれば、複数のセクタの下りの送信電力を順に比較し、比較が行われる毎に、所定値だけ指向性アンテナのビーム幅を調整する。その所定値を適宜変更することにより、ビーム幅調整の収束性を向上させ、セクタ間で送信電力の等しい状態に速やかに移行することが可能になる。
【００３１】
本実施例によれば、ビーム幅を広げた回数および狭めた回数を記録する記憶手段を有するので、例えば、ビーム幅の変化の多少に基づいて、調整量を定める所定値Ｘを大きくしたり小さくしたりすることが可能になる。
【００３２】
本実施例によれば、下りの送信電力の相違量に応じて所定値が変更されるので、より適切な所定値を設定することが可能になる。
【００３３】
図７，図８および図９は、本願第２実施例によるアンテナのビーム制御を行う方法を示すフローチャート（その１）、（その２）および（その３）である。本実施例では、説明の便宜上１つのセルが６つのセクタＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆに分割されているが、更に多くのセルを使用することも可能である。
【００３４】
図７に示す方法はステップ７０２から始まり、ステップ７０４において、セクタＡに対する下りの送信電力Ｐ_Ａが、セクタＢに対する送信電力Ｐ_Ｂより大きいか否かを判定する。送信電力Ｐ_Ａ＞送信電力Ｐ_Ｂであれば、ステップ７０６に進む。ステップ７０６では、セクタＡのアンテナのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＢのアンテナのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ拡張する。この結果、セクタＡではより少ない電力で下り送信を行う一方、セクタＢではより多くの電力で下り送信を行うようになる。一方、ステップ７０４において、送信電力Ｐ_Ａ＞送信電力Ｐ_Ｂでなければ、ステップ７０８に進む。ステップ７０８では、ステップ７０６とは逆に、セクタＡのアンテナのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ拡張し、セクタＢのアンテナのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ縮小する。このようにして、セクタＡおよびセクタＢに関する下り送信電力の比較およびビーム調整のステップ７１０が実行される。
【００３５】
ステップ７１０に続いて、ステップ７１４では、セクタＢ，Ｃに関する下りの送信電力Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃが比較される。送信電力Ｐ_Ｂ＞送信電力Ｐ_Ｃであれば、ステップ７１６に進み、セクタＢのアンテナのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＣのアンテナのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ拡張する。送信電力Ｐ_Ｂ＞送信電力Ｐ_Ｃでなければ、ステップ７１８に進み、セクタＢのアンテナのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ拡張し、セクタＣのアンテナのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ縮小する。このようにして、セクタＢおよびセクタＣに関する下り送信電力の比較およびビーム調整のステップ７２０が実行される。
【００３６】
図８に示す方法でも同様に、セクタＣ，Ｄに関する下り送信電力の比較およびビーム調整のステップ８１０、およびセクタＤ，Ｅに関する下り送信電力の比較およびビーム調整のステップ８２０が実行される。
【００３７】
ステップ８０４において、セクタＣに対する下りの送信電力Ｐ_Ｃが、セクタＤに対する送信電力Ｐ_Ｄより大きいか否かを判定する。送信電力Ｐ_Ｃ＞送信電力Ｐ_Ｄであれば、ステップ８０６に進み、セクタＣのアンテナのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＤのアンテナのビーム幅θ_Ｄを所定値Ｘだけ拡張する。一方、ステップ８０４において、送信電力Ｐ_Ｃ＞送信電力Ｐ_Ｄでなければ、ステップ８０８に進み、ステップ８０６とは逆に、セクタＣのアンテナのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ拡張し、セクタＤのアンテナのビーム幅θ_Ｄを所定値Ｘだけ縮小する。このようにして、セクタＣ，Ｄに関する下り送信電力の比較およびビーム幅調整のステップ８１０が行われる。
【００３８】
ステップ８１０に続いて、ステップ８１４では、セクタＤ，Ｅに関する下りの送信電力Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅが比較され、送信電力Ｐ_Ｄ＞送信電力Ｐ_Ｅであれば、ステップ８１６に進み、セクタＤのアンテナのビーム幅θ_Ｄを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＥのアンテナのビーム幅θ_Ｅを所定値Ｘだけ拡張する。送信電力Ｐ_Ｄ＞送信電力Ｐ_Ｅでなければ、ステップ８１８に進み、セクタＤのアンテナのビーム幅θ_Ｄを所定値Ｘだけ拡張し、セクタＥのアンテナのビーム幅θ_Ｅを所定値Ｘだけ縮小する。このようにして、セクタＤ，Ｅに関する下り送信電力の比較およびビーム幅調整のステップ８２０が行われる。
【００３９】
図９に示す方法でも同様に、セクタＥ，Ｆに関する下り送信電力の比較およびビーム調整のステップ９１０、およびセクタＦ，Ａに関する下り送信電力の比較およびビーム調整のステップ９２０が実行される。
【００４０】
ステップ９０４において、セクタＥに対する下りの送信電力Ｐ_Ｅが、セクタＦに対する送信電力Ｐ_Ｆより大きいか否かを判定する。送信電力Ｐ_Ｅ＞送信電力Ｐ_Ｆであれば、ステップ９０６に進み、セクタＥのアンテナのビーム幅θ_Ｅを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＦのアンテナのビーム幅θ_Ｆを所定値Ｘだけ拡張する。一方、ステップ９０４において、送信電力Ｐ_Ｅ＞送信電力Ｐ_Ｆでなければ、ステップ９０８に進み、ステップ９０６とは逆に、セクタＥのアンテナのビーム幅θ_Ｅを所定値Ｘだけ拡張し、セクタＦのアンテナのビーム幅θ_Ｆを所定値Ｘだけ縮小する。このようにして、セクタＥ，Ｆに関する下り送信電力の比較およびビーム幅調整のステップ９１０が行われる。
【００４１】
ステップ９１０に続いて、ステップ９１４では、セクタＦ，Ａに関する下りの送信電力Ｐ_Ｆ，Ｐ_Ａが比較され、送信電力Ｐ_Ｆ＞送信電力Ｐ_Ａであれば、ステップ９１６に進み、セクタＦのアンテナのビーム幅θ_Ｆを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＡのアンテナのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ拡張する。送信電力Ｐ_Ｆ＞送信電力Ｐ_Ａでなければ、ステップ９１８に進み、セクタＦのアンテナのビーム幅θ_Ｆを所定値Ｘだけ拡張し、セクタＡのアンテナのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ縮小する。このようにして、セクタＦ，Ａに関する下り送信電力の比較およびビーム幅調整のステップ９２０が行われる。
【００４２】
図７，図８，図９に説明した各フローは、並列して実行することが可能な点に留意を要する。例えば、図７のセクタＡ，Ｂに関する電力比較およびビーム調整のステップ７１０と、図８のセクタＣ，Ｄに関する電力比較およびビーム調整のステップ８１０と、図９のセクタＥ，Ｆに関する電力比較およびビーム調整のステップ９１０とは同時に行うことが可能である。同様に、図７のステップ７２０，図８のステップ８２０および図９のステップ９２０も同時に行うことが可能である。この第２実施例は第１実施例よりも多くのセクタを有するにもかかわらず、３つのセクタＡ，Ｂ，Ｃに対してＡ−Ｂ，Ｂ−Ｃ，Ｃ−Ａの順に電力比較およびビーム調整のステップ６１０，６２０，６３０を必要としていた第１実施例（図６）よりも、迅速にビーム調整を行うことが可能である。
【００４３】
本実施例によれば、隣接する２つのセクタに関する下りの送信電力の大小に応じて、各セクタの指向性アンテナのビーム幅が調整される。これにより、複雑な計算を行うことなしに、簡易な大小比較を通じて下り送信電力の均等化を図り、指向性アンテナのビーム幅を簡易に調整することが可能になる。
【００４４】
本実施例によれば、あるセクタ（Ｂ，Ｄ，Ｆ）に隣接する２つのセクタのうち、一方のセクタ（Ａ，Ｃ，Ｅ）と前記あるセクタ（Ｂ，Ｄ，Ｆ）との間で、下りの送信電力の大小に基づいて各セクタの指向性アンテナのビーム幅が調整され、他方のセクタ（Ｃ，Ｅ，Ａ）と前記あるセクタ（Ｂ，Ｄ，Ｆ）との間で、下りの送信電力の大小に基づいて各セクタの指向性アンテナのビーム幅も調整される。複数のセクタ対を同時に比較してビーム幅調整を行うので、下り送信電力の環境変化に迅速に追従し、セクタ間で均等な下り電力送信を早期に確立することが可能になる。
【００４５】
図１０は、本願第３実施例によるアンテナのビーム幅制御を行う方法を示すフローチャートである。本実施例では、説明の便宜上１つのセルが３つのセクタＡ，Ｂ，Ｃに分割されているが、更なるセクタ数を有するセルについて拡張することも可能である。
【００４６】
本方法は、ステップ１０２から始まり、ステップ１０４において、各セクタに関するビーム幅（送信電力値）の初期値を設定する。初期値はセル全体を各セクタが均等に網羅するように設定可能であるが、トラフィックの偏り等をある程度予測することが可能であれば他の初期値を採用することも可能である。
【００４７】
ステップ１０６では、セクタＡ，Ｂ，Ｃの下り送信電力Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃが測定され、以後の比較ステップに備える。下り送信電力の測定および比較は、アンテナ制御装置５０２（図５）の送信電力比較手段５３２で行われる。
【００４８】
ステップ１０８では、セクタＡ，Ｂの下り送信電力Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂが比較され、送信電力Ｐ_Ａ≧送信電力Ｐ_Ｂであれば、ステップ１１０に進み、セクタＢ，Ｃの下り送信電力Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃが比較される。送信電力Ｐ_Ｂ≧送信電力Ｐ_Ｃであれば、ステップ１１２に進む。この場合の送信電力の大小関係は、Ｐ_Ａ≧Ｐ_Ｂ≧Ｐ_Ｃである。ステップ１１２では、セクタＡのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＢのビーム幅θ_Ｂは不変に維持し、セクタＣのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ拡大する。その結果、セクタＡではより少ない下り電力で送信を行い、セクタＢでは以前と同じ電力で送信を行い、セクタＣではより多くの電力で送信を行うようになる。
【００４９】
一方、ステップ１１０において送信電力Ｐ_Ｂ≧送信電力Ｐ_Ｃでなければ、ステップ１１４に進み、送信電力Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ａが比較される。送信電力Ｐ_Ｃ≧送信電力Ｐ_Ａであれば、ステップ１１６に進む。この場合の大小関係は、Ｐ_Ｃ≧Ｐ_Ａ≧Ｐ_Ｂである。ステップ１１６では、セクタＣのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＡのビーム幅θ_Ａは不変に維持し、セクタＢのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ拡大する。また、ステップ１１４で送信電力Ｐ_Ｃ≧送信電力Ｐ_Ａでなければ、ステップ１１８に進む。この場合の大小関係は、Ｐ_Ａ＞Ｐ_Ｃ＞Ｐ_Ｂである。ステップ１１８では、セクタＡのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＣのビーム幅θ_Ｃは不変に維持し、セクタＢのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ拡大する。
【００５０】
同様に、ステップ１０８において送信電力Ｐ_Ａ≧送信電力Ｐ_Ｂでない場合は、ステップ１２０で送信電力Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃが比較され、ステップ１２２で送信電力Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ａについて比較される。その結果、Ｐ_Ｂ≧Ｐ_Ｃ≧Ｐ_Ａであれば、ステップ１２４において、セクタＢのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＣのビーム幅θ_Ｃは不変に維持し、セクタＡのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ拡大する。Ｐ_Ｂ＞Ｐ_Ａ＞Ｐ_Ｃであれば、ステップ１２６において、セクタＢのビーム幅θ_Ｂを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＡのビーム幅θ_Ａは不変に維持し、セクタＣのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ拡大する。そして、Ｐ_Ｃ＞Ｐ_Ｂ＞Ｐ_Ａであれば、ステップ１２８において、セクタＣのビーム幅θ_Ｃを所定値Ｘだけ縮小し、セクタＢのビーム幅θ_Ｂは不変に維持し、セクタＡのビーム幅θ_Ａを所定値Ｘだけ拡大する。
【００５１】
このように本実施例では、各セクタの送信電力の大小関係の総てを調査した後に、一斉にビーム幅を調整している。実際にビーム幅を変更するのは、送信電力の大小関係の組合せにつき１回であり、例えばＰ_Ａ≧Ｐ_Ｂ≧Ｐ_Ｃならばステップ１１２のみである。本実施例は、セクタ間で均等な下り電力送信を早期に確立することに加えて、ビーム幅を実際に変更する回数を少なくしてシステムの安定化を図る観点から好ましい。
【００５２】
図１１は、本願第４実施例によるアンテナのビーム制御を行う方法を示すフローチャートである。本実施例では、説明の便宜上１つのセルが３つのセクタＡ，Ｂ，Ｃに分割されているが、更なるセクタ数を有する場合に拡張することも可能である。本実施例は、他の実施例とは異なり、下り送信電力の大小関係を比較することなしに、数値計算によってビーム幅を算出するものである。
【００５３】
本方法はステップ１１０２から始まり、ステップ１１０４において、各セクタのビーム幅の初期値θ_Ａ（０），θ_Ｂ（０），θ_Ｃ（０）が設定される。初期値はセル全体を各セクタが均等に網羅するように設定可能であるが、トラフィックの偏り等をある程度予測することが可能であれば他の初期値を採用することも可能である。
【００５４】
ステップ１１０６では、現時点（ｔ）におけるセクタＡ，Ｂ，Ｃの下り送信電力Ｐ_Ａ（ｔ），Ｐ_Ｂ（ｔ），Ｐ_Ｃ（ｔ）が測定される。なお、変動の多いシステムの場合には、複数の測定値にわたって平均値を計算することによって、送信電力の値を求めることも可能である。
【００５５】
ステップ１１０８では、データベース（図示せず）又は記憶手段５３６（図５）のような格納装置から、数値計算に必要な利得パラメータＧ（θｘ）を取得する。
【００５６】
ステップ１１１０では、次の時刻ｔ＋１におけるビーム幅θ_Ａ（ｔ＋１），θ_Ｂ（ｔ＋１），θ_Ｃ（ｔ＋１）および下り送信電力Ｐｏ（ｔ＋１）を以下の連立方程式を解くことによって求める。
【００５７】
【数１】

ここで、下り送信電力Ｐｏ（ｔ＋１）は、時刻ｔ＋１において各セクタに送信する電力値である。すなわち、セクタの各々に対して等しい電力Ｐｏ（ｔ＋１）を送信するのである。
【００５８】
ステップ１１１２では、時刻ｔ＋１における各ビーム幅が、先のステップ１１１０で求めたθ_Ａ（ｔ＋１），θ_Ｂ（ｔ＋１），θ_Ｃ（ｔ＋１）になるように、指向性制御手段５３４（図５）が各アンテナ装置５０８，５１８，５２８を制御する。以後は、ステップ１１０６に戻って送信電力の測定およびビーム幅の調整が繰り返される。
【００５９】
ところで、利得パラメータＧ（θｘ）は、一般にビーム幅θｘ（ｘ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）の関数であるが、時刻ｔからｔ＋１の間のビーム幅変化が充分に小さい場合は、アンテナの利得Ｇの変化も小さいので、Ｇ（θｘ（ｔ））＝Ｇ（θｘ（ｔ＋１））＝１と近似することが可能である。このような場合には、ステップ１１１０で計算すべき式は、次のようになる。
【００６０】
【数２】

また、アンテナのビーム幅が狭くなるほど利得が大きくなるというアンテナの性質に着目して、Ｇ（θｘ）が１／θｘに比例すると仮定すれば、ステップ１１１０で計算すべき式は、次のようになる。
【００６１】
【数３】

本実施例では、各送信電力値の相対的な大小比較を行わずに、ビーム幅（最適な送信電力値）を数値計算によって求めているので、システムの環境変動に対する応答速度が速いという利点がある。また、隣接するセクタとの大小比較に関連する収束性の良否によらず、下り送信電力を等しくする適切な解を直接的に求めることが可能になる。
【００６２】
以上説明したように、本願実施例によれば、各セクタの間で下りの送信電力が等しくなるように、指向性アンテナのビーム幅を制御する。送信電力の大きいこと及び小さいことは、指向性アンテナのビーム幅の大きいこと及び小さいことに対応する。下りのトラフィック等の通信環境が偏っていても、送信電力に基づいてセクタ構成を柔軟に調整することによって、セルの収容容量の向上させることが可能になる。
【００６３】
本願実施例によれば、セルラ通信システムが、セクタ間のソフト・ハンドオフを行うＣＤＭＡセルラ通信システムである。移動端末の位置が不変であっても所属するセクタが変更される可能性があるところ、ソフト・ハンドオフは、移動端末が複数のセクタに所属することを許容するので、本願実施例はそのようなＣＤＭＡシステムに使用することが特に有利である。
【００６４】
本願実施例によれば、移動端末数、ＳＩＲまたは誤り率に基づいてセクタ構成を調整する従来技術とは異なり、下りの送信電力に基づいてセクタ構成を調整する。各セクタの移動端末数に基づいてセクタを再構成したとしても、セクタ内の移動端末が基地局から遠方に偏在している場合や、各移動端末の要求する通信速度や品質が不均一である場合には、必ずしもセルの収容容量を増加させることにはならない。本願実施例のように、下り送信電力に基づいてセクタを再構成すると、上記のような移動端末が遠方に偏在するセクタや、高品質の通信を要求する移動端末のセクタに対しては、ビーム幅を狭くし、他のセクタのビーム幅を広げることによって、セルの収容容量を向上させることが可能になる。
【００６５】
また、上り回線におけるＳＩＲや誤り率は、下り回線におけるものに比べて取得しやすいが、これらの基準に基づいて（例えばＳＩＲを等しくするように）セクタを再構成したとしても、本願の解決しようとする下り回線のトラフィックの不均一さ等に柔軟に対応できるとは限らない。下り回線におけるＳＩＲ等は、移動端末の側で測定される量であり、そのような量が一定値を維持するようにセクタ制御を行うことは、一般に困難である。更に、ＣＤＭＡではセクタ間のソフト・ハンドオフを行い、移動端末が複数のセクタに所属し得るので、厳密に移動端末数を把握してセクタ構成を制御すること自体が困難になることも懸念される。
【００６６】
もっとも、セル内の移動端末がほぼ一様に分散しており、各移動端末の要求する通信速度等にそれ程ばらつきがないような状況（例えば、均等に分散した加入者の全員が音声通話を行っている状況）では、移動端末数等に基づく従来の手法も、下り送信電力に基づく本願実施例の手法も、結果的には同様なセクタ構成を形成する可能性がある。移動端末数の多少等と下り送信電力の大小とが比較的明瞭に対応するからである。しかしながら、上述したように、サービス内容の多様化や加入者数の増加に伴って、セクタ内の移動端末の地理的分布や必要とする通信速度等の不均一さは今後益々大きくなる傾向にある。そのような不均一な状況では、本願実施例のように下り送信電力に基づいて簡潔且つ効果的にセクタ構成を調整することが有利である。したがって、下り送信電力に基づいてセクタ構成を調整することは、通信環境が均一な場合も不均一な場合も、セルの収容容量を向上させる得る点で有利である。
【００６７】
更に、セクタ内の移動端末数等に基づいてセクタを再構成することによって、そのセル内に多くの移動端末を収容できたとしても、下り送信電力がセクタ間で不均一であると、多くの電力を送信するセクタは、他のセクタ又はセルに対して大きな干渉を与えてしまう。その干渉に対処するために、他のセクタ又はセルは、更に多くの電力で送信しなければならず、システムの雑音レベルを更に向上させるという悪循環を招くことが懸念される。本願実施例では、セクタ間の下り送信電力をなるべく均一化させようとするので、そのような不要な雑音レベルを抑制することが可能である。このように、セルの収容容量を向上させつつ不要な干渉を減少させる観点からも、本願実施例は有利である。
【００６８】
以下、本発明が教示する手段を列挙する。
【００６９】
（付記１）　セクタ化されたセルを利用するセルラ通信システムにおいて使用されるアンテナ制御装置であって、少なくとも２つのセクタに関する下りの送信電力が互いに等しくなるように、各セクタの指向性アンテナのビーム幅を制御することを特徴とするアンテナ制御装置。
【００７０】
（付記２）　付記１記載のアンテナ制御装置において、前記セルラ通信システムが、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）通信システムであることを特徴とするアンテナ制御装置。
【００７１】
（付記３）　付記１記載のアンテナ制御装置において、前記２つのセクタが隣接する２つのセクタであり、各々の送信電力の大小に応じて、各セクタの指向性アンテナのビーム幅が調整されることを特徴とするアンテナ制御装置。
【００７２】
（付記４）　セルを形成する複数のセクタに関する送信電力を順に比較し、該比較により送信電力が大きいと判定された側のセクタの指向性アンテナのビーム幅を狭め、送信電力が小さいと判定された側のセクタの指向性アンテナのビーム幅を広げるよう制御されることを特徴とするアンテナ制御装置。
【００７３】
（付記５）　付記４記載のアンテナ制御装置において、各セクタに関して指向性アンテナのビーム幅を広げた回数および狭めた回数を記録する記憶手段を有することを特徴とするアンテナ制御装置。
【００７４】
（付記６）　付記４記載のアンテナ制御装置において、隣接する２つのセクタに関する下りの送信電力の相違量に応じて、前記所定値が変更されることを特徴とするアンテナ制御装置。
【００７５】
（付記７）　あるセクタに隣接する２つのセクタのうち、一方のセクタと前記あるセクタとの間で、送信電力の大小に基づいて各セクタの指向性アンテナのビーム幅が調整され、
他方のセクタと前記あるセクタとの間で、送信電力の大小に基づいて各セクタの指向性アンテナのビーム幅も調整されることを特徴とするアンテナ制御装置。
【００７６】
（付記８）　各セクタ対応に設けられたアンテナをそれぞれ制御するアンテナ制御装置において、
前記アンテナ毎の送信電力をそれぞれ監視する監視手段と、
該監視により、各アンテナの送信電力が均一化される方向に各セクタ幅を増減する制御を行う制御手段
を備えたことを特徴とするアンテナ制御装置。
【００７７】
（付記９）　付記１記載のアンテナ制御装置において、送信電力および指向性アンテナのビーム幅に関する所定の連立方程式を解くことによって、各セクタ間で等しい下りの送信電力を提供することを可能にする指向性アンテナのビーム幅が求められることを特徴とするアンテナ制御装置。
【００７８】
（付記１０）　付記１記載のアンテナ制御装置において、前記セルは３つのセクタより成り、前記２つのセクタは、最大および最小の送信電力で送信するセクタであることを特徴とするアンテナ制御装置。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、各セクタの間で下りの送信電力が等しくなるように、指向性アンテナのビーム幅を制御することにより、下りのトラフィックの偏りにも柔軟に対応し、セルの収容容量の向上させることが可能になる。
【００８０】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、１セル３セクタ構成における移動端末の分布を示す概念図である。
【図２】図２は、１セル３セクタ構成における移動端末の分布を示す概念図である。
【図３】図３は、本願の発明原理を説明するための概念図を示す。
【図４】図４は、本願の発明原理を説明するための概念図を示す。
【図５】図５は、本願実施例によるアンテナ制御装置を有するセルラ無線基地局の部分概略図を示す。
【図６】図６は、本願第１実施例によるアンテナ制御を行う方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本願第２実施例によるアンテナ制御を行う方法を示すフローチャート（その１）である。
【図８】図８は、本願第２実施例によるアンテナ制御を行う方法を示すフローチャート（その２）である。
【図９】図９は、本願第２実施例によるアンテナ制御を行う方法を示すフローチャート（その３）である。
【図１０】図１０は、本願第３実施例によるアンテナ制御を行う方法を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本願第４実施例によるアンテナ制御を行う方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ　セクタ
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ　移動端末
５００　基地局
５０２　アンテナ制御装置
５０４，５１４，５２４　送信装置
５０６，５１６，５２６　増幅装置
５０８，５１８，５２８　アンテナ装置
５３２　送信電力比較手段
５３４　指向性制御手段
５３６　記憶手段

Claims

セクタ化されたセルを利用するセルラ通信システムにおいて使用されるアンテナ制御装置であって、少なくとも２つのセクタに関する下りの送信電力が互いに等しくなるように、各セクタの指向性アンテナのビーム幅を制御することを特徴とするアンテナ制御装置。
請求項１記載のアンテナ制御装置において、前記２つのセクタが隣接する２つのセクタであり、各々の送信電力の大小に応じて、各セクタの指向性アンテナのビーム幅が調整されることを特徴とするアンテナ制御装置。
セルを形成する複数のセクタに関する送信電力を順に比較し、該比較により送信電力が大きいと判定された側のセクタの指向性アンテナのビーム幅を狭め、送信電力が小さいと判定された側のセクタの指向性アンテナのビーム幅を広げるよう制御されることを特徴とするアンテナ制御装置。
あるセクタに隣接する２つのセクタのうち、一方のセクタと前記あるセクタとの間で、送信電力の大小に基づいて各セクタの指向性アンテナのビーム幅が調整され、
他方のセクタと前記あるセクタとの間で、送信電力の大小に基づいて各セクタの指向性アンテナのビーム幅も調整されることを特徴とするアンテナ制御装置。
各セクタ対応に設けられたアンテナをそれぞれ制御するアンテナ制御装置において、
前記アンテナ毎の送信電力をそれぞれ監視する監視手段と、
該監視により、各アンテナの送信電力が均一化される方向に各セクタ幅を増減する制御を行う制御手段
を備えたことを特徴とするアンテナ制御装置。