JP2002094448A - 指向性アンテナの制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】無線リソースの更なる効率利用を図る。 【解決手段】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、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。具体的には、分類部１９で複数の移動局を
グループに分け、指向性決定部２０で各グループの移動
先エリアを予測し、指向性制御部１５で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、アダプティブアレ
イアンテナ１１を制御する。

Description

【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９-２３８
１０５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θ_A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
θ_B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１１₁〜１１_N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１１₁〜１１_N各々に対応して設けられた複数のデ
ュプレクサ１４₁〜１４_N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１４₁〜１４_Nは、対応するア
ンテナ素子１１₁〜１１_N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〜
１１_N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２
₁〜２₅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１４
₁〜１４_N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 Positio
ning 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Ｓ１
００１）、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１９１
₂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１
９３の一例を示している。ここで、グループ番号１９３
₁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１
９３₁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１
９３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１
９３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Ｓ２
００４）。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１１₁〜１１_N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２
₁〜２₅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１
９１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１
９３₁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１
１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２
０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、１１₁〜１１_N…アンテナ素子、
１２…基地局装置、１３…基地局制御装置、１４₁〜１
４_N…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、２
０１…グループ移動状態管理テーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 達人 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 増田 智 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 鈴木 俊郎 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 井上 隆 埼玉県上福岡市大原２−１−15 株式会社 ケイディディ研究所内 (72)発明者 新井田 統 埼玉県上福岡市大原２−１−15 株式会社 ケイディディ研究所内 Ｆターム(参考） 5J021 AA06 CA06 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA32 GA02 HA05 HA10 5K067 AA11 BB02 DD17 DD20 DD44 EE02 EE10 EE22 KK02

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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３のステップ
   と、を有することを特徴とする指向性アンテナの制御方
   法。
2. 【請求項２】請求項１記載の指向性アンテナの制御方法
   であって、 前記第２のステップは、 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グルー
   プ分けステップと、 前記グループ分け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識別ステ
   ップと、 前記識別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予測ステップと、を有し、 前記第３のステップは、 前記指向性アンテナが放つ１つのビームで前記グループ
   分けステップで分類した１つのグループが位置するエリ
   アおよび前記予測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
   ものであり、 前記識別ステップは、 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、前記グループ分け手段により分類し
   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方法。
3. 【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、を有する
   ことを特徴とする指向性アンテナの制御装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の指向性アンテナの制御装置
   であって、 前記分類手段は、 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グループ分け
   手段と、 前記グループ分け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、を有し、前記制御手
   段は、 前記指向性アンテナが放つ１つのビームで、前記グルー
   プ分け手段で分類した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もので
   あり、 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、前記グループ分け手段により分類し
   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。
5. 【請求項５】請求項３記載の指向性アンテナの制御装置
   であって、 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。
6. 【請求項６】請求項３、４または５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。
7. 【請求項７】請求項３、４または５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。
8. 【請求項８】請求項７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。