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JP5310505B2 - 無線通信方法、基地局および移動通信端末 - Google Patents

無線通信方法、基地局および移動通信端末 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信方法、基地局および移動通信端末に関する。
従来、携帯電話機やPHS(Personal Handyphone System)などの移動通信端末と、基地局との間における無線通信システムでは、複数の基地局が配置されることにより基地局の通信領域であるセルが複数設けられ、いずれかのセルに移動通信端末が含まれる。そして、移動通信端末は、セル間の移動の際に基地局を切り替えるハンドオーバを実施する。この無線通信システムでは、例えば、シャドウイングや伝搬損失による受信レベルの低下や、周辺セルからの干渉量の増加などの影響を受け得る。そして、無線通信システムでは、受信レベルの低下や干渉量の増加などによって、特に、セルの端に近傍な移動通信端末における受信品質(SINR:Signal to Interference plus Noise power Ratio)が低下することがある。
受信品質を向上させる手法の一つとしては、隣接する複数の基地局から同一の信号を送信させ、受信側である移動通信端末で、受信された信号を合成するサイトダイバーシチが知られている。また、一方で、干渉電力を抑制する手法の一つとしては、基地局において指向性アンテナを利用することでセルを角度で等分割したセクタを形成する手法が知られている。これらの手法により、無線通信システムでは、希望信号電力を増幅しつつ、周辺セルからの干渉電力を抑制することで受信品質の改善をはかっている。
また、無線通信システムでは、例えば、指向性アンテナを各基地局で同期して回転させたり、互いにゾーンを補完する上下2つのアンテナを基地局に配置させたりすることで、高ビットレートでの通信が可能な領域(カバレージ)を拡大する技術がある。
特開2002−232350号公報 特開昭61−063120号公報
井上学 藤井威生 中川正雄 著、「OFDM複数基地局システムにおけるSTTDを用いたサイトダイバーシチ法」電子情報通信学会技術研究報告、p49‐54、2002年 井上高道 高岡辰輔 安達文幸 著、「シャドウイング環境下におけるMC‐CDMAサイトダイバーシチの検討」電子情報通信学会技術研究報告、p155‐160、2004年
しかしながら、上述した従来技術では、受信品質の改善量が低いという課題がある。具体的に説明すると、従来技術に係る無線通信システムでは、上述したように、セルの端に位置する移動通信端末でサイトダイバーシチを行なったり、基地局の指向性アンテナを利用したセクタの形成などを行なったりしている。ところが、従来技術に係る無線通信システムでは、セルの端に位置する移動通信端末における周辺のセルおよびセクタからの受信電力が元々低い。これらの結果、従来技術に係る無線通信システムでは、受信電力の低いセルの端に位置する移動通信端末でサイトダイバーシチを行なったとしても、受信品質の改善量が低くなる。
そこで、本願に開示する技術は、上記に鑑みてなされたものであって、受信品質をより改善させることが可能である無線通信方法、基地局および移動通信端末を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本願に開示する基地局および移動通信端末を含んだ無線通信システムによる無線通信方法は、基地局が、隣接する基地局と同期して所定周期で指向性アンテナの方向を変化させる。また、無線通信方法は、基地局が、自セルに含まれる自セクタと、当該自セルおよび自セクタに隣接する隣接セルに含まれる隣接セクタとにおけるアンテナゲインが第1のレベルとなる通信領域を自セルの端に形成する。また、無線通信方法は、基地局が、アンテナゲインが第1のレベルよりも低い第2のレベルとなる通信領域を自セルの端に形成する。また、無線通信方法は、移動通信端末が、所定の基地局からの受信信号レベルと、複数の基地局からの受信信号レベルの総和との利得が所定の利得以上となる時期で、当該複数の基地局からの信号を合成する。
本願に開示する無線通信方法、基地局および移動通信端末の一つの様態によれば、受信品質をより改善させるという効果を奏する。
図1は、実施例1に係る無線通信システムのネットワーク構成例を示す図である。 図2は、実施例2に係る基地局の構成例を示す図である。 図3は、実施例2に係る基地局によって発射されるビームの切り替えの例を説明する図である。 図4は、実施例2に係る基地局による移動通信端末に対する通信の割り当てタイミングの例を説明する図である。 図5は、実施例2に係る基地局による移動通信端末に対する通信の割り当て内容の例を示す図である。 図6は、実施例2に係る移動通信端末の構成例を示す図である。 図7は、実施例2に係る通信割当処理の流れを説明するフローチャートである。 図8は、実施例2に係るセルサーチ処理の流れを説明するフローチャートである。 図9は、実施例3に係る移動通信端末の構成例を示す図である。 図10は、実施例3に係る基地局による移動通信端末に対する通信の割り当てタイミングの例を説明する図である。 図11は、実施例3に係る基地局による移動通信端末に対する通信の割り当て内容の例を示す図である。 図12は、実施例4に係る基地局による移動通信端末に対する通信の割り当てタイミングの例を説明する図である。 図13は、実施例4に係る基地局による移動通信端末に対する通信の割り当て内容の例を示す図である。 図14は、実施例5に係る基地局によって発射されるビームの切り替えの例を説明する図である。
以下に添付図面を参照して、本願に開示する無線通信方法、基地局および移動通信端末の実施例を説明する。なお、以下の実施例により本発明が限定されるものではない。
最初に、図1を用いて、実施例1に係る無線通信システムのネットワーク構成例を説明する。図1は、実施例1に係る無線通信システムのネットワーク構成例を示す図である。
例えば、図1に示すように、無線通信システムは、基地局と移動通信端末とを有する。このうち、基地局は、例えば、自基地局の通信領域であるセルを形成し、当該セルが隣接するようにそれぞれ配置される。また、セルは、例えば、1つの基地局によって発射されるビームが届き得る範囲にそれぞれ形成される。また、セクタは、例えば、セルを角度で等分割した領域を指す。図1において、セルは、基地局によって発射されるビームの数「3」、すなわち120°ごとに分割された3つのセクタを有する。なお、基地局によって発射されるビームの数は、「3」に限定されるものではない。
一方、移動通信端末は、例えば、携帯電話機やPHS(Personal Handyphone System)などであり、基地局を介して他の移動通信端末や種々の装置と無線通信を行なう。また、移動通信端末は、例えば、基地局によって形成されるセルの何れかに含まれる。なお、図1において、無線通信システムは、4つの基地局と1つの移動通信端末とを有するものとして示したが、基地局と移動通信端末との数はこれに限定されるものではない。
上述した構成において、基地局は、通信領域形成部と指向性アンテナとを有する。また、移動通信端末は、信号合成部を有する。このうち、指向性アンテナは、例えば、通信領域形成部によって制御され、所定の方向にビームを発射する。また、図1において、指向性アンテナは、1つの指向性アンテナとして図示しているが、ビームの発射に要する数によって配設数も変化する。なお、指向性アンテナの一例としては、アレーアンテナが挙げられる。
通信領域形成部は、例えば、隣接する基地局と同期して所定周期で指向性アンテナの方向を変化させる。そして、通信領域形成部は、自セルに含まれる自セクタと、当該自セルおよび自セクタに隣接する隣接セルに含まれる隣接セクタとにおけるアンテナゲインが第1のレベルとなる通信領域Aをセルの端に形成する。また、通信領域形成部は、アンテナゲインが第1のレベルよりも低い第2のレベルとなる通信領域Bを自セルの端に形成する。図1の例では、移動通信端末が位置する領域であって、当該移動通信端末に対する複数の基地局からのアンテナゲインが最大となる領域を通信領域Aとしている。また、図1の例では、複数の基地局からのアンテナゲインが最小となる領域を通信領域Bとしている。
一方、移動通信端末は、例えば、所定の基地局からの受信信号レベルと、複数の基地局からの受信信号レベルの総和との利得が所定の利得以上となる時期で、当該複数の基地局からの信号を合成する。すなわち、移動通信端末は、1つの基地局からの受信信号レベルよりも、複数の基地局からの受信信号レベルの総和が特に強くなる通信領域Aが複数の基地局によって形成された時期で、複数の基地局からの信号を合成するサイトダイバーシチを実施する。
つまり、無線通信システムでは、複数の基地局で同期しつつ指向性アンテナの方向を変化させ、他の通信領域よりもアンテナゲインが大きくなる通信領域に位置する移動通信端末のサイトダイバーシチを実施する。この結果、無線通信システムは、受信電力の低い領域に位置する移動通信端末でサイトダイバーシチを行なう従来技術と比較して、受信品質をより改善させることができる。
[実施例2に係る基地局の構成]
次に、図2を用いて、実施例2に係る基地局の構成例を説明する。図2は、実施例2に係る基地局の構成例を示す図である。
例えば、図2に示すように、基地局100は、通信アンテナ101と、指向性アンテナ102と、通信I/F(interface)部103と、記憶部110と、制御部120とを有する。
通信アンテナ101は、例えば、基地局100に入出力される移動通信端末や当該基地局100とは異なる基地局とにおける通信に要する各種情報を送受信する。そして、通信アンテナ101は、受信された各種情報を通信I/F部103に入力する。指向性アンテナ102は、例えば、後述するアンテナ制御部123によって制御され、所定の方向にビームを発射する。
指向性アンテナ102によって発射されるビームは、基地局100および周辺の基地局と同期して、所定周期でアンテナの方向が切り替わるように制御される。また、指向性アンテナ102によって発射されるビームは、各基地局のセルの端それぞれにおけるアンテナゲインが最大となる通信領域および最小となる通信領域を形成する。なお、指向性アンテナ102は、実施例1に係る「指向性アンテナ」の一例として挙げられる。
通信I/F部103は、例えば、通信アンテナ101を介して、移動通信端末や基地局100とは異なる基地局などの種々の装置との間で送受信される各種情報のデータ転送を制御する。なお、通信I/F部103は、例えば、後述する端末情報受信部121、タイミング制御部122およびフレーム生成部125と接続される。
記憶部110は、制御部120による各種処理に要するデータや、制御部120による各種処理結果を記憶し、端末情報記憶部111を有する。また、記憶部110は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ(flash memory)などの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置である。
端末情報記憶部111は、例えば、後述する端末情報受信部121によって入力された情報を記憶する。端末情報記憶部111によって記憶される情報の例としては、通常アクセス時間、サイトダイバーシチ時間および非アクセス時間などの移動通信端末それぞれによるアクセス方法が挙げられる。加えて、端末情報記憶部111によって記憶される情報の例としては、移動通信端末それぞれの受信品質(SINR:Signal to Interference plus Noise power Ratio)が挙げられる。
移動通信端末としては、例えば、通常のアクセスが可能な時間と、サイトダイバーシチの実施が可能な時間と、アクセスを行なわない時間とのうち、いずれかの時間帯に属することとなる。そして、端末情報記憶部111としては、移動通信端末それぞれがいずれの時間帯に属しているかの情報を記憶する。なお、以下では、移動通信端末がいずれの時間帯に属するかという情報を、いずれのアクセス方法が選択されているかという意味と同義とする。
アクセス方法における通常アクセス時間とは、例えば、基地局100によって形成されるセル内に位置するとともに、基地局100によって発射されるビームで、一定の受信品質を維持できる移動通信端末が基地局100にアクセス可能な時間を指す。
また、サイトダイバーシチ時間とは、例えば、基地局100や他の周辺基地局によって形成されるセルそれぞれの端に位置する移動通信端末が、全ての基地局によって発射されるビームを利用したサイトダイバーシチの実施が可能な時間を指す。但し、サイトダイバーシチを実施する時間は、例えば、指向性アンテナ102や他の周辺基地局の指向性アンテナによってアンテナゲインが最大となる通信領域が形成される時期付近とする。すなわち、サイトダイバーシチ時間における受信品質は、通常アクセス時間における所定の受信品質よりもさらに向上する。
また、非アクセス時間とは、例えば、基地局100や他の周辺基地局によって形成されるセルそれぞれの端に位置する移動通信端末が、基地局100にアクセスしない(無線リソースを割り当てない)時間を指す。但し、非アクセス時間は、例えば、指向性アンテナ102や他の周辺基地局の指向性アンテナによってアンテナゲインが最小となる通信領域が形成される時期付近とする。すなわち、非アクセス時間における受信品質は、通常アクセス時間における所定の受信品質よりもさらに低下するため、このとき、移動通信端末による基地局100に対する無線リソースの割り当てが行なわれない。なお、移動通信端末によるアクセス方法の選択についての詳細な説明は後述する。
制御部120は、制御プログラム、各種の処理手順などを規定したプログラムおよび所要データを格納するための内部メモリを有し、基地局100を制御する。また、制御部1120は、端末情報受信部121と、タイミング制御部122と、アンテナ制御部123と、通信割当部124と、フレーム生成部125とを有する。なお、制御部120は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路、または、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)などの電子回路である。
端末情報受信部121は、例えば、通信アンテナ101および通信I/F部103を介して、移動通信端末によって送信された受信品質とアクセス方法とを含んだ端末情報を受信し、端末情報記憶部111に格納する。また、端末情報受信部121は、例えば、端末情報を受信したことをタイミング制御部122に通知する。なお、端末情報受信部121によって受信される受信品質は、基地局100に対する移動通信端末での受信品質であり、例えば、基地局100から出力する基準信号に基づいて移動通信端末によって算出される。
タイミング制御部122は、例えば、指向性アンテナ102の方向を変化させる周期を同期させるために、基地局100とは異なる周辺の基地局と通信する。そして、タイミング制御部122は、例えば、指向性アンテナ102の方向を変化させるタイミングをアンテナ制御部123に通知する。また、タイミング制御部122は、例えば、端末情報受信部121から端末情報を受信したことを通知された場合に、端末情報記憶部111から端末情報を取得し、通信割当部124に通知する。なお、基地局100と周辺の基地局との通信は、例えば、ケーブルなどを利用した有線通信や、通信I/F部103またはGPS(Global Positioning System)衛星を利用した無線通信などで行なわれる。
アンテナ制御部123は、例えば、隣接する周辺の基地局と同期して所定周期で指向性アンテナ102の方向を変化させる。そして、アンテナ制御部123は、自セルに含まれる自セクタと、当該自セルおよび自セクタに隣接する隣接セルに含まれる隣接セクタとにおけるアンテナゲインが最大となる通信領域および最小となる通信領域を自セルの端にそれぞれ形成する。なお、アンテナ制御部123は、実施例1に係る「通信領域形成部」の一例として挙げられる。
ここで、図3を用いて、実施例2に係る基地局100によって発射されるビームの切り替えの例を説明する。図3は、実施例2に係る基地局100によって発射されるビームの切り替えの例を説明する図である。なお、図3では、セルおよびセクタを形成する基地局をBS(Base Station)#1〜BS#7まで有し、BSそれぞれによってビームが発射される例を示している。
例えば、図3に示すように、BS#1〜BS#7は、ビームの切り替えについて、Pattern#1〜Pattern#3の所定周期で指向性アンテナの方向を同期して変化させる。図3の例において、各BSは、六角形としてのセルを120°で分割した3つのセクタそれぞれに等間隔でビームを発射し、当該六角形の頂点が重なる付近となるセルの端に、アンテナゲインが最大となる通信領域と最小となる通信領域とを形成する。
また、図3の例において、セルの端に位置する移動通信端末のアンテナゲインが最大となる通信領域と最小となる通信領域とは、Pattern#2およびPattern#3の時点で発生する。なお、図3の例において、Pattern#1では、アンテナゲインが最大となる通信領域と最小となる通信領域とが発生しない。
図2の説明に戻り、通信割当部124は、例えば、タイミング制御部122によって通知された端末情報に基づいて、サイトダイバーシチ時間である移動通信端末に対し、優先して無線リソースを割り当てるスケジューリングを行なう。そして、通信割当部124は、各移動通信端末に対するスケジューリングをフレーム生成部125に通知する。
また、通信割当部124によるスケジューリングは、例えば、サイトダイバーシチ時間である移動通信端末、通常アクセス時間である移動通信端末の順に優先的に行なわれ、非アクセス時間である移動通信端末に対しては行なわれない。また、各アクセス方法におけるスケジューリングでは、例えば、受信品質が特に高い移動通信端末から優先的にそれぞれ行なわれることとしても良く、セクタ毎にスループットが小さく、瞬時のスループットが大きい移動通信端末に優先して割り当てられる。
また、このスケジューリング手法はPF(Proportional Fairness)と呼ばれ、当該PFが行なわれる場合には、移動通信端末がアンテナの方向変化の周期毎に異なるセクタで通信を行なう可能性がある。このため、移動通信端末のスループット情報は、1つのセクタだけではなく、他のセクタに分散されていることが考えられる。よって、各移動通信端末の平均スループットは、各セクタで算出するのではなく、セル内で一括して算出されることが望ましい。
ここで、図4および図5を用いて、実施例2に係る基地局100による移動通信端末に対する通信の割り当てタイミングの例を説明する。図4は、実施例2に係る基地局100による移動通信端末に対する通信の割り当てタイミングの例を説明する図である。また、図5は、実施例2に係る基地局100による移動通信端末に対する通信の割り当て内容の例を示す図である。なお、図4では、所定のセル内に位置する移動通信端末をそれぞれMS(Mobile Station)#1、MS#2およびMS#3として示しており、このうち、MS#1およびMS#2は、セルの端に位置する移動通信端末を示している。また、基地局は、図3と同様にBS#1〜BS#7とする。
例えば、図4および図5に示すように、MS#1〜MS#3は、Pattern#1に示すビームによるアンテナゲインである場合に、通常アクセス時間として各基地局にアクセス可能である。この各基地局は、各MSにおいて受信品質が最も良い状態で通信が可能である基地局であることが望ましい。
また、MS#3は、例えば、Pattern#2およびPattern#3に示すビームによるアンテナゲインである場合であっても、通常アクセス時間として所定の基地局にアクセス可能である。このように、MS#3は、セルの端に位置するわけではないため、常時、通常アクセス時間として所定の基地局にアクセス可能な移動通信端末となる。
また、MS#1は、例えば、Pattern#2に示すビームによるアンテナゲインである場合に、非アクセス時間として基地局に対してアクセスを行なわない。また、MS#1は、例えば、Pattern#3に示すビームによるアンテナゲインである場合に、サイトダイバーシチ時間として、複数のBSからの信号を合成するサイトダイバーシチを行なう。このように、MS#1は、セルの端に位置するため、アンテナの方向変化によってアクセス方法も変化する。
また、MS#2は、例えば、Pattern#2に示すビームによるアンテナゲインである場合に、サイトダイバーシチ時間として、複数のBSからの信号を合成するサイトダイバーシチを行なう。また、MS#2は、例えば、Pattern#3に示すビームによるアンテナゲインである場合に、非アクセス時間として基地局に対してアクセスを行なわない。このように、MS#2は、セルの端に位置するため、アンテナの方向変化によってアクセス方法も変化する。
図2の説明に戻り、フレーム生成部125は、例えば、通信割当部124によって通知されたスケジューリングを含んだ無線フレームを生成し、該当する移動通信端末それぞれに対して送信する。なお、フレーム生成部125による無線フレームの送信は、通信I/F部103および通信アンテナ101を介し、移動通信端末それぞれに送信される。
[実施例2に係る移動通信端末の構成]
次に、図6を用いて、実施例2に係る移動通信端末の構成例を説明する。図6は、実施例2に係る移動通信端末の構成例を示す図である。
例えば、図6に示すように、移動通信端末150は、通信アンテナ151と、通信I/F部152と、記憶部160と、制御部170とを有する。
通信アンテナ151は、例えば、移動通信端末150に入出力される基地局や他の移動通信端末との通信に要する各種情報を送受信する。そして、通信アンテナ151は、受信された各種情報を通信I/F部152に入力する。
通信I/F部152は、例えば、通信アンテナ151を介して、基地局や他の移動通信端末などの種々の装置との間で送受信される各種情報のデータ転送を制御する。なお、通信I/F部152は、例えば、後述するセルサーチ制御部171、固有信号受信部172、端末情報通知部175および受信処理部176と接続される。
記憶部160は、制御部170による各種処理に要するデータや、制御部170による各種処理結果を記憶する。また、記憶部160は、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリなどの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置である。
制御部170は、制御プログラム、各種の処理手順などを規定したプログラムおよび所要データを格納するための内部メモリを有し、移動通信端末150を制御する。また、制御部170は、セルサーチ制御部171と、固有信号受信部172と、受信品質算出部173と、アクセス方法選択部174と、端末情報通知部175と、受信処理部176とを有する。なお、制御部170は、例えば、ASICやFPGAなどの集積回路、または、CPUやMPUなどの電子回路である。
セルサーチ制御部171は、例えば、通信アンテナ151および通信I/F部152を介し、基地局100によって送信された指向性アンテナ102の方向の変更タイミングを受信し、当該変更タイミングを所定のメモリに保持する。そして、セルサーチ制御部171は、保持される変更タイミングに基づき、指向性アンテナ102の方向の変更タイミングで、固有信号受信部172に通知する。なお、セルサーチ制御部171によって受信される指向性アンテナの方向の変更タイミングは、基地局100から受信することに限定されるものではない。
固有信号受信部172は、例えば、セルサーチ制御部171によって変更タイミングが通知されると、通信アンテナ151および通信I/F部172を介し、1つの基地局によって送信される基準信号を受信し、当該基準信号を受信品質算出部173に入力する。
また、固有信号受信部172は、例えば、セルサーチ制御部171によって変更タイミングが通知されると、通信アンテナ151および通信I/F部152を介し、複数の基地局によって送信される基準信号を受信する。そして、固有信号受信部172は、受信された基準信号を受信品質算出部173に入力する。すなわち、固有信号受信部172は、周辺の基地局と同期して方向が変化する基地局100の指向性アンテナ102の方向の変更タイミング毎に、当該基地局100および複数の基地局から送信される基準信号を受信品質算出部173に入力する。
受信品質算出部173は、例えば、固有信号受信部172によって入力された基準信号に基づいて、移動通信端末150での受信品質を算出し、アクセス方法選択部174に通知する。なお、受信品質算出部173による受信品質の算出では、1つの基地局によって送信される基準信号に基づく受信品質と、複数の基地局によって送信される基準信号に基づく受信品質との両方がそれぞれ算出される。
アクセス方法選択部174は、例えば、受信品質算出部173によって通知された受信品質に基づいて、基地局100或いは他の基地局に対するアクセス方法を選択し、受信品質およびアクセス方法を含んだ端末情報を端末情報通知部175に通知する。また、アクセス方法選択部174は、例えば、移動通信端末150がサイトダイバーシチを実施するタイミングを受信処理部176に通知する。
アクセス方法選択部174によるアクセス方法の選択では、例えば、複数の基地局からの基準信号の送信による受信品質から、単一の基地局からの基準信号の送信による受信品質を減算し、サイトダイバーシチを行なった場合の利得を求める。そして、アクセス方法選択部174は、求められた利得が所定の利得以上である場合に、アクセス方法のうち、サイトダイバーシチ時間を選択する。
また、アクセス方法選択部174は、求められた利得が所定の利得未満である場合に、周辺の複数の基地局からの受信信号レベルの総和が所定のレベル以上であるか否かを判定する。そして、アクセス方法選択部174は、受信信号レベルの総和が所定のレベル以上である場合に、アクセス方法のうち、通常アクセス時間を選択する。なお、アクセス方法選択部174は、受信信号レベルの総和が所定のレベル未満である場合に、アクセス方法のうち、非アクセス時間を選択する。
端末情報通知部175は、例えば、アクセス方法選択部174によって通知された端末情報を基地局に対して通知する。端末情報通知部175による端末情報の通知は、例えば、アクセス方法がサイトダイバーシチ時間である場合に、複数の基地局に対して通知される。また、端末情報通知部175による端末情報の通知は、例えば、アクセス方法が通常アクセス時間である場合に、周辺の複数の基地局のうち、受信品質が最良である基地局に対して通知される。
受信処理部176は、例えば、アクセス方法選択部174によって通知されたサイトダイバーシチを実施するタイミングで、通信アンテナ151および通信I/F部152を介して受信される信号を合成するサイトダイバーシチを実施する。また、受信処理部176は、例えば、通常アクセス時間或いはサイトダイバーシチ時間では通常の受信処理も実施する。なお、受信品質算出部173、アクセス方法選択部174および受信処理部176は、実施例1に係る「信号合成部」の一例として挙げられる。
[実施例2に係る通信割当処理]
次に、図7を用いて、実施例2に係る通信割当処理の流れを説明する。図7は、実施例2に係る通信割当処理の流れを説明するフローチャートである。なお、通信割当処理とは、実施例2に係る基地局100による処理を指す。
例えば、図7に示すように、基地局100は、指向性アンテナ102の方向を変更する周期である場合に(ステップS101肯定)、当該指向性アンテナ102の方向を変更する(ステップS102)。なお、基地局100は、指向性アンテナ102の方向を変更する周期ではない場合に(ステップS101否定)、後述するステップS103の処理を実施する。
そして、基地局100は、当該基地局100の通信領域であるセル内で接続されている移動通信端末それぞれについて平均スループットを算出する(ステップS103)。続いて、基地局100は、現時点での指向性アンテナ102の方向、すなわちサイトダイバーシチ時間、通常アクセス時間或いは非アクセス時間のタイミングでの端末情報を端末情報記憶部111から取得する(ステップS104)。
その後、基地局100は、取得された端末情報に基づいて、サイトダイバーシチ時間、通常アクセス時間の順で優先的に割り当てるように優先度を算出し、算出された優先度に基づいて無線リソースを割り当てるスケジューリングを行なう(ステップS105)。なお、基地局100は、決定したスケジューリングを該当する移動通信端末それぞれに対して通知する。
[実施例2に係るセルサーチ処理]
次に、図8を用いて、実施例2に係るセルサーチ処理の流れを説明する。図8は、実施例2に係るセルサーチ処理の流れを説明するフローチャートである。なお、セルサーチ処理とは、実施例2に係る移動通信端末150による処理を指す。
例えば、図8に示すように、移動通信端末150は、予め保持される基地局の指向性アンテナの方向変化の周期に基づき、セルサーチのタイミングであるか否かを判定する(ステップS201)。そして、移動通信端末150は、セルサーチのタイミングである場合に(ステップS201肯定)、1つの基地局からの基準信号の送信による受信品質と、複数の基地局からの基準信号の送信による受信品質とから、サイトダイバーシチにおける利得を算出する(ステップS202)。なお、移動通信端末150は、セルサーチのタイミングではない場合に(ステップS201否定)、当該セルサーチのタイミング待ちの状態となる。
続いて、移動通信端末150は、算出された利得が所定の利得以上である場合に(ステップS203肯定)、アクセス方法としてのサイトダイバーシチ時間と、当該サイトダイバーシチを行なう場合の受信品質とを含んだ端末情報を複数の基地局に対して通知する(ステップS204)。
一方、移動通信端末150は、算出された利得が所定の利得未満である場合に(ステップS203否定)、複数の基地局からの受信信号レベルの総和を求める(ステップS205)。そして、移動通信端末150は、求められた受信信号レベルが所定のレベル以上であるか否かを判定する(ステップS206)。
続いて、移動通信端末150は、受信信号レベルが所定のレベル以上である場合に(ステップS206肯定)、受信信号レベルが最良である基地局に対して、アクセス方法としての通常アクセス時間と、当該受信信号レベルとを含んだ端末情報を通知する(ステップS207)。なお、移動通信端末150は、受信信号レベルが所定のレベル未満である場合に(ステップS206否定)、非アクセス時間であると認識する。但し、非アクセス時間であることは、例えば、サイトダイバーシチ時間或いは通常アクセス時間のいずれかのタイミングで所定の基地局に通知する。
[実施例2による効果]
上述したように、無線通信システムでは、周辺の基地局と同期して所定周期でビームを発射し、移動通信端末の受信品質などから得られる周期ごとのアクセス方法に基づくスケジューリングが基地局によって行なわれる。そして、無線通信システムは、基地局によるスケジューリングによって、セルの端に位置する移動通信端末におけるサイトダイバーシチによるスループットを効率的に向上させる。これらの結果、無線通信システムは、受信品質をより改善させることができる。
ところで、上記実施例2では、移動通信端末が非アクセス時間であれば、基地局へのアクセスを行わないこととして説明したが、当該非アクセス時間のタイミングで他の装置と通信を行なうこともできる。そこで、以下では、移動通信端末が、非アクセス時間のタイミングで他の装置と通信を行なう場合を説明する。
[実施例3に係る移動通信端末の構成]
図9を用いて、実施例3に係る移動通信端末の構成例を説明する。図9は、実施例3に係る移動通信端末の構成例を示す図である。なお、図9では、実施例2に係る移動通信端末150と同様の構成要素については同一の符号を付し、実施例2に係る移動通信端末150と同様の処理についてはその説明を省略する。
例えば、図9に示すように、移動通信端末250は、通信アンテナ151と、通信I/F部152と、記憶部160と、制御部270とを有する。
記憶部160は、制御部270による各種処理に要するデータや、制御部270による各種処理結果を記憶する。また、記憶部160は、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリなどの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置である。
制御部270は、制御プログラム、各種の処理手順などを規定したプログラムおよび所要データを格納するための内部メモリを有し、移動通信端末250を制御する。また、制御部270は、セルサーチ制御部171と、固有信号受信部172と、受信品質算出部173と、アクセス方法選択部274と、端末情報通知部175と、受信処理部176と、通信部277とを有する。なお、制御部270は、例えば、ASICやFPGAなどの集積回路、または、CPUやMPUなどの電子回路である。
アクセス方法選択部274は、例えば、移動通信端末250が非アクセス時間であるタイミングを通信部277に通知する。通信部277は、例えば、アクセス方法選択部274によって通知された非アクセス時間で、基地局に対するアクセスを中継する中継機と通信を行なう。
また、中継機に係る構成や処理フローについては、移動通信端末250と同様であるため詳細な説明を省略する。中継機は、移動通信端末250と同様に、当該中継機が基地局にアクセス可能なタイミングで端末情報を通知し、基地局によって無線リソースが割り当てられる。なお、中継接続する中継機と移動通信端末との組み合わせについては、例えば、双方の端末情報を有する基地局によって選択される。
すなわち、基地局は、移動通信端末250および中継機から通知された端末情報に基づき、中継機と移動通信端末250との組み合わせを選択し、双方が非アクセス時間のタイミングで、中継機および移動通信端末250間の通信を指定する。
[実施例3に係る割り当て]
ここで、図10および図11を用いて、実施例3に係る基地局100による移動通信端末250に対する通信の割り当てタイミングの例を説明する。図10は、実施例3に係る基地局100による移動通信端末250に対する通信の割り当てタイミングの例を説明する図である。また、図11は、実施例3に係る基地局100による移動通信端末250に対する通信の割り当て内容の例を示す図である。なお、図10では、所定のセル内に位置する移動通信端末250をMSとして示している。また、基地局は、図3と同様にBS#1〜BS#7とする。
例えば、図10および図11に示すように、MSおよび中継機は、Pattern#1に示すビームによるアンテナゲインである場合に、通常アクセス時間として各基地局にアクセス可能である。この各基地局は、各MSにおいて受信品質が最も良い状態で通信が可能である基地局であることが望ましい。なお、図11では、中継機による通常アクセス時間を、「BS‐中継機間通信可能時間」として示している。
また、MSおよび中継機は、例えば、Pattern#2に示すビームによるアンテナゲインである場合に、非アクセス時間として基地局に対してアクセスを行なわない。このとき、MSおよび中継機は、相互に通信を行なうことが可能な時間である「中継機‐MS間通信可能時間」となる。
また、MSは、例えば、Pattern#3に示すビームによるアンテナゲインである場合に、サイトダイバーシチ時間として、複数のBSからの信号を合成するサイトダイバーシチを行なう。一方、中継機は、例えば、Pattern#3に示すビームによるアンテナゲインである場合に、MSとしての通常アクセス時間に該当する「BS‐中継機間通信可能時間」となる。
[実施例3による効果]
上述したように、無線通信システムは、基地局へのアクセスにかかる通信が良好ではない移動通信端末に対してアクセスさせない非アクセス時間としての時間帯を決定する。そして、無線通信システムは、非アクセス時間において、中継機と移動通信端末との通信を実施する。これらの結果、無線通信システムは、基地局および移動通信端末間と、中継機および移動通信端末間との異なる通信方式における互いの干渉量を低減することができるとともに、無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
ところで、上記実施例3では、非アクセス時間で中継機と移動通信端末との間で通信を行なう場合を説明したが、移動通信端末同士で通信を行なうこともできる。そこで、以下では、非アクセス時間で、移動通信端末同士で通信を行なう場合を説明する。
[実施例4に係る割り当て]
図12および図13を用いて、実施例4に係る基地局100による移動通信端末に対する通信の割り当てタイミングの例を説明する。図12は、実施例4に係る基地局100による移動通信端末に対する通信の割り当てタイミングの例を説明する図である。また、図13は、実施例4に係る基地局100による移動通信端末に対する通信の割り当て内容の例を示す図である。なお、図12では、所定のセル内に位置する移動通信端末をMS#1およびMS#2として示している。また、基地局は、図3と同様にBS#1〜BS#7とする。また、実施例4に係る移動通信端末や基地局の構成および処理フローについては、実施例2と同様であるため詳細な説明を省略する。
例えば、図12および図13に示すように、MS#1およびMS#2は、例えば、Pattern#1に示すビームによるアンテナゲインである場合に、通常アクセス時間として各基地局にアクセス可能である。この各基地局は、各MSにおいて受信品質が最も良い状態で通信が可能である基地局であることが望ましい。
また、MS#1およびMS#2は、例えば、Pattern#2に示すビームによるアンテナゲインである場合に、非アクセス時間として基地局に対してアクセスを行なわない。このとき、MS#1およびMS#2は、相互に通信を行なうことが可能な時間である「端末間通信可能時間」となる。
端末間通信可能時間において、各移動通信端末は、周辺の移動通信端末と信号を送受信し、通信を希望する移動通信端末が存在する場合に、基地局から独立して移動通信端末間での通信を確立する。また、BSおよびMS間の通信方式と、MS同士の通信方式とは、異なる通信方式となるため、非アクセス時間における干渉電力を削減することができる。なお、移動通信端末同士での通信は、例えば、通信部277によって実施される。
また、MS#1およびMS#2は、例えば、Pattern#3に示すビームによるアンテナゲインである場合に、サイトダイバーシチ時間として、複数のBSからの信号を合成するサイトダイバーシチを行なう。
[実施例4による効果]
上述したように、無線通信システムは、非アクセス時間において、移動通信端末間の通信を独立して実施するので、異なる通信方式に対する干渉を発生させることなく、無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
ところで、上記実施例2〜4では、基地局から発射されるビームによって形成される領域が1つの通信方式(セルラ通信方式)である場合を説明したが、複数の通信方式に対応したビームを発射することもできる。そこで、以下では、複数の通信方式に対応したビームを発射する場合を説明する。
[実施例5に係るビームの切り替え]
図14を用いて、実施例5に係る基地局100によって発射されるビームの切り替えの例を説明する。図14は、実施例5に係る基地局100によって発射されるビームの切り替えの例を説明する図である。なお、実施例5に係る基地局100や移動通信端末の構成および処理フローについては、実施例2と同様であるため詳細な説明を省略する。具体的には、基地局100の指向性アンテナ102と、移動通信端末150で複数の通信方式に対応するための構成(例えば、1つの通信方式の構成を単純に冗長させれば良い)とが異なるのみである。また、図14では、図3と同様に、セルおよびセクタを形成する基地局をBS#1〜BS#7まで有し、BSそれぞれによってビームが発射される例を示す。
例えば、図14に示すように、BS#1〜BS#7は、ビームの切り替えについて、Pattern#1〜Pattern#4の所定周期で指向性アンテナの方向を、通信方式ごとに同期して変化させる。図14において通信方式は、例えば、通信方式#1および通信方式#2として示している。
図14の例において、各BSは、六角形としてのセルを120°で分割した3つの各セクタに等間隔で通信方式ごとにビームを発射し、当該六角形の頂点が重なる付近となるセルの端に、アンテナゲインが最大となる通信領域と最小となる通信領域とを形成する。
また、図14の例において、セルの端に位置する移動通信端末のアンテナゲインが最大となる通信領域と最小となる通信領域とは、Pattern#2およびPattern#3の時点で、通信方式ごとに相互に発生する。なお、図14の例において、Pattern#1およびPattern#4では、アンテナゲインが最大となる通信領域と最小となる通信領域とが発生しない。また、移動通信端末は、それぞれの通信方式において、実施例2と同様の処理を実施することとなる。
[実施例5による効果]
上述したように、無線通信システムは、異なるセルラ通信方式で相互に周辺の基地局と同期して所定周期でビームを発射し、移動通信端末の受信品質などから得られる周期ごとのアクセス方法に基づくスケジューリングが基地局によって行なわれる。そして、無線通信システムは、基地局によるスケジューリングによって、セルの端に位置する移動通信端末の異なるセルラ通信方式ごとのサイトダイバーシチによるスループットを効率的に向上させる。これらの結果、無線通信システムは、異なるセルラ通信方式が共存する通信環境であっても、受信品質をより改善させることができる。
さて、これまで本願に開示する無線通信方法、基地局および移動通信端末の実施例について説明したが、上述した実施例以外にも種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、(1)アンテナ、(2)ビーム、(3)各装置の構成、において異なる実施例を説明する。
(1)アンテナ
上記実施例では、基地局における通信アンテナおよび移動通信端末における通信アンテナにおいて各種情報を送受信することとして説明したが、当該通信アンテナを送信用および受信用の通信アンテナとして分割することとしても良い。また、基地局における指向性アンテナは、形成する通信領域や仕様によって設置する数を変更することができる。
(2)ビーム
上記実施例では、ビームの切り替えタイミングとしてPattern#1〜Pattern#3、または、Pattern#1〜Pattern#4のパターンである場合を説明した。ビームの切り替えタイミングとしてのパターンは、これらに限られるものではなく、通信領域を形成するためのビームの数や、基地局それぞれの配置などによって変更し得る。
(3)各装置の構成
また、上記文書中や図面中などで示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメタなどを含む情報(例えば、アクセス方法の具体的名称など)については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
また、図示した基地局および移動通信端末の各構成要素は、機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は、図示のものに限られず、その全部または一部を各種の負担や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合することができる。例えば、通信割当部124とフレーム生成部125とを、移動通信端末に対してスケジューリングを行なうとともに、当該スケジューリングを含んだ無線フレームを生成し、移動通信端末に送信する「スケジューリング部」として統合しても良い。
以上の実施例1〜実施例6を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)基地局および移動通信端末を含んだ無線通信システムによる無線通信方法であって、
前記基地局は、
隣接する基地局と同期して所定周期で指向性アンテナの方向を変化させ、自セルに含まれる自セクタと、当該自セルおよび自セクタに隣接する隣接セルに含まれる隣接セクタとにおけるアンテナゲインが第1のレベルとなる通信領域および前記第1のレベルよりも低い第2のレベルとなる通信領域を自セルの端にそれぞれ形成する通信領域形成ステップを含み、
前記移動通信端末は、
所定の基地局からの受信信号レベルと、複数の基地局からの受信信号レベルの総和との利得が所定の利得以上となる時期で、当該複数の基地局からの信号を合成する信号合成ステップ
を含んだことを特徴とする無線通信方法。
(付記2)前記通信領域形成ステップは、
前記アンテナゲインが最大となる通信領域および最小となる通信領域を自セルの端にそれぞれ形成することを特徴とする付記1に記載の無線通信方法。
(付記3)前記移動通信端末は、
前記通信領域形成ステップによる指向性アンテナの方向の変化毎に送信される基準信号に基づいて、自移動通信端末での受信品質を算出する受信品質算出ステップと、
前記受信品質算出ステップによって算出された受信品質に基づいて、前記基地局に対し、ダイバーシチによるアクセス方法を選択するアクセス方法選択ステップと、
前記受信品質算出ステップによって算出された受信品質と、前記アクセス方法選択ステップによって選択されたダイバーシチによるアクセス方法とを有する端末情報を前記基地局に対して通知する端末情報通知ステップをさらに含み、
前記基地局は、
前記移動通信端末の前記端末情報通知ステップによって通知された端末情報に基づいて、前記移動通信端末に対し、優先してリソースを割り当てるリソース割当ステップをさらに含んだことを特徴とする付記1または2に記載の無線通信方法。
(付記4)前記移動通信端末は、
前記信号合成ステップにおける前記利得が所定の利得未満であるとともに、前記複数の基地局からの受信信号レベルの総和が所定のレベル未満である場合に、自移動通信端末の前記基地局に対するアクセスを中継する中継機、または、他の移動通信端末と通信を行なう通信ステップをさらに含んだことを特徴とする付記1または2に記載の無線通信方法。
(付記5)前記通信領域形成ステップは、複数の異なる通信方式に対応した前記指向性アンテナの方向を変化させ、当該複数の異なる通信方式それぞれにおいて前記通信領域を自セルの端にそれぞれ形成することを特徴とする付記1または2に記載の無線通信方法。
(付記6)隣接する基地局と同期して所定周期で指向性アンテナの方向を変化させ、自セルに含まれる自セクタと、当該自セルおよび自セクタに隣接する隣接セルに含まれる隣接セクタとにおけるアンテナゲインが第1のレベルとなる通信領域および前記第1のレベルよりも低い第2のレベルとなる通信領域を自セルの端にそれぞれ形成する通信領域形成部
を有することを特徴とする基地局。
(付記7)前記通信領域形成部は、
前記アンテナゲインが最大となる通信領域および最小となる通信領域を自セルの端にそれぞれ形成することを特徴とする付記6に記載の基地局。
(付記8)隣接する基地局と同期して所定周期で指向性アンテナの方向を変化させ、アンテナゲインが第1のレベルとなる通信領域および前記第1のレベルよりも低い第2のレベルとなる通信領域をセルの端にそれぞれ形成する基地局のうち、所定の基地局からの受信信号レベルと、複数の基地局からの受信信号レベルの総和との利得が所定の利得以上となる時期で、当該複数の基地局からの信号を合成する信号合成部
を有することを特徴とする移動通信端末。
(付記9)前記信号合成部は、
前記アンテナゲインが最大となる通信領域および最小となる通信領域をセルの端にそれぞれ形成する基地局のうち、所定の基地局からの受信信号レベルと、複数の基地局からの受信信号レベルの総和との利得が所定の利得以上となる時期で、当該複数の基地局からの信号を合成することを特徴とする付記8に記載の移動通信端末。
100 基地局
101 通信アンテナ
102 指向性アンテナ
103 通信I/F部
110 記憶部
111 端末情報記憶部
120 制御部
121 端末情報受信部
122 タイミング制御部
123 アンテナ制御部
124 通信割当部
125 フレーム生成部
150、250 移動通信端末
151 通信アンテナ
152 通信I/F部
160 記憶部
170、270 制御部
171 セルサーチ制御部
172 固有信号受信部
173 受信品質算出部
174、274 アクセス方法選択部
175 端末情報通知部
176 受信処理部
277 通信部

Claims (7)

  1. 基地局および移動通信端末を含んだ無線通信システムによる無線通信方法であって、
    前記基地局は、
    隣接する基地局と同期して所定周期で指向性アンテナの方向を変化させ、自セルに含まれる自セクタと、当該自セルおよび自セクタに隣接する隣接セルに含まれる隣接セクタとにおけるアンテナゲインが第1のレベルとなる通信領域および前記第1のレベルよりも低い第2のレベルとなる通信領域を自セルの端にそれぞれ形成する通信領域形成ステップを含み、
    前記移動通信端末は、
    所定の基地局からの受信信号レベルと、複数の基地局からの受信信号レベルの総和との利得が所定の利得以上となる時期で、当該複数の基地局からの信号を合成する信号合成ステップ
    を含んだことを特徴とする無線通信方法。
  2. 前記通信領域形成ステップは、
    前記アンテナゲインが最大となる通信領域および最小となる通信領域を自セルの端にそれぞれ形成することを特徴とする請求項1に記載の無線通信方法。
  3. 前記移動通信端末は、
    前記通信領域形成ステップによる指向性アンテナの方向の変化毎に送信される基準信号に基づいて、自移動通信端末での受信品質を算出する受信品質算出ステップと、
    前記受信品質算出ステップによって算出された受信品質に基づいて、前記基地局に対し、ダイバーシチによるアクセス方法を選択するアクセス方法選択ステップと、
    前記受信品質算出ステップによって算出された受信品質と、前記アクセス方法選択ステップによって選択されたダイバーシチによるアクセス方法とを有する端末情報を前記基地局に対して通知する端末情報通知ステップをさらに含み、
    前記基地局は、
    前記移動通信端末の前記端末情報通知ステップによって通知された端末情報に基づいて、前記移動通信端末に対し、優先してリソースを割り当てるリソース割当ステップをさらに含んだことを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信方法。
  4. 前記移動通信端末は、
    前記信号合成ステップにおける前記利得が所定の利得未満であるとともに、前記複数の基地局からの受信信号レベルの総和が所定のレベル未満である場合に、自移動通信端末の前記基地局に対するアクセスを中継する中継機、または、他の移動通信端末と通信を行なう通信ステップをさらに含んだことを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信方法。
  5. 前記通信領域形成ステップは、複数の異なる通信方式に対応した前記指向性アンテナの方向を変化させ、当該複数の異なる通信方式それぞれにおいて前記通信領域を自セルの端にそれぞれ形成することを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信方法。
  6. 隣接する基地局と同期して所定周期で指向性アンテナの方向を変化させ、自セルに含まれる自セクタと、当該自セルおよび自セクタに隣接する隣接セルに含まれる隣接セクタとにおけるアンテナゲインが第1のレベルとなる通信領域および前記第1のレベルよりも低い第2のレベルとなる通信領域を自セルの端にそれぞれ形成する通信領域形成部
    を有することを特徴とする基地局。
  7. 隣接する基地局と同期して所定周期で指向性アンテナの方向を変化させ、アンテナゲインが第1のレベルとなる通信領域および前記第1のレベルよりも低い第2のレベルとなる通信領域をセルの端にそれぞれ形成する基地局のうち、所定の基地局からの受信信号レベルと、複数の基地局からの受信信号レベルの総和との利得が所定の利得以上となる時期で、当該複数の基地局からの信号を合成する信号合成部
    を有することを特徴とする移動通信端末。
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