JP2004235839A

JP2004235839A - 固定無線アクセスシステム

Info

Publication number: JP2004235839A
Application number: JP2003020416A
Authority: JP
Inventors: Heishiro Kawagishi; 平士郎河岸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】無線基地局の利用効率を向上して、固定無線端末の回線接続を効率良く行うことができる固定無線アクセスシステムを提供する。
【解決手段】第１・第２のアクセスポイント１１ａ，１１ｂの無線通信エリア１７ａ，１７ｂは、一部が相互に重複するように設置される。アクセスポイント１１ａ，１１ｂは、ステーション１２との間で無線通信を行う無線送受信部と、この無線送受信部の通信量を監視する無線通信監視部と、通信量に応じて通信担当エリアを決定する通信担当エリア決定部とを備える。このように通信量に応じて通信担当エリアを変更することで、一方の無線基地局にアクセスが集中した場合でも、重複エリアを他方の無線基地局に担当させることができ、全体として無線基地局の利用効率を向上できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線基地局およびこの無線通信エリア内に設置された複数の固定無線端末から成る固定無線アクセスシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されるような無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）システムがある。この無線ＬＡＮシステムでは、アクセスポイント（無線基地局）がそのサービスエリア（無線通信エリア）内の移動ステーション（無線端末）を管理しており、無線基地局から無線端末に対し予め定められた台数を超えて接続要求が為された場合に、無線基地局は無線端末の接続を制限している。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０５５２８６号公報
【特許文献２】特開平０９−０６４８７６号公報
【特許文献３】特開平０８−２５６１６２号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、特定の無線基地局に対し制限された台数以上の無線端末から接続要求が為された場合、隣接する無線基地局に空きチャネルが残っていたとしても、一部の無線端末は回線接続することができず、無線基地局の利用効率は低くなってしまう。
【０００４】
特に、移動ステーションではなく固定ステーション（固定無線端末）を使用した固定無線アクセスシステムでは、無線端末が予め決められた位置に固定配置されており、接続する固定無線端末の台数を無線基地局で把握し易いにも拘わらず、移動ステーションを使用した無線ＬＡＮシステムと同様に、無線基地局の利用効率が低くなってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、無線基地局の利用効率を向上して、固定無線端末の回線接続を効率良く行うことができる固定無線アクセスシステムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、無線通信エリアの一部が相互に重複する第１・第２無線基地局、およびこの第１・第２無線基地局の無線通信エリア内に設置された複数の固定無線端末から成る固定無線アクセスシステムであって、前記第１・第２無線基地局は、前記固定無線端末との間で無線通信を行う無線送受信部と、この無線送受信部の通信量または通信品質を監視する無線通信監視部と、前記通信量または通信品質に応じて通信担当エリアを決定する通信担当エリア決定部とを備えたことを特徴とする固定無線アクセスシステムである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態に係る固定無線アクセスシステムの全体構成を示す図である。この固定無線アクセスシステムは、アクセスポイント（ＡＰ）１１ａ，１１ｂおよび複数のステーション（ＳＴＡ）１２から構成された無線ＬＡＮシステムであり、図１では集合住宅に適用したものを例示している。これ以降、アクセスポイント１１ａ，１１ｂは、内容に応じてアクセスポイント１１と表記することがある。
【０００８】
アクセスポイント１１は、本発明の無線基地局に相当するものであり、集合住宅１６に対向する位置、例えば、電柱に固定して設置される。ステーション１２は、本発明の固定無線端末に相当するものであり、集合住宅１６の各室に固定して設置される。集合住宅１６に設置された全てのステーション１２は、アクセスポイント１１ａ，１１ｂにそれぞれ対応した無線通信エリア１７ａ，１７ｂのいずれかに含まれる。無線通信エリア１７ａ，１７ｂは、それぞれアクセスポイント１１ａ，１１ｂが通信可能なエリアであり、相互に重複する重複エリア１８を形成している。エリア１９ａは、無線通信エリア１７ａから重複エリア１８を除いたエリアである。同様に、エリア１９ｂは、無線通信エリア１７ｂから重複エリア１８を除いたエリアである。
【０００９】
このように、ステーション１２は少なくともアクセスポイント１１ａ，１１ｂのいずれか一方と通信可能であり、その中でも、重複エリア１８に位置するステーション１２は、アクセスポイント１１ａ，１１ｂの双方と通信可能である。
【００１０】
図２は、図１におけるアクセスポイント１１の詳細構成を示す図である。アクセスポイント１１は、アンテナ２１、アンテナ制御部２２、無線送受信部２３、有線送受信部２４、記憶部２５および無線通信監視部２６を備えている。
【００１１】
アンテナ２１は、アダプティブアレーアンテナによって構成され（図３で後述する）、指向性を自在に変更可能である。アンテナ制御部２２は、アンテナ２１による指向性を制御する。無線送受信部２３は、無線送信部３１、無線受信部３２およびスイッチ３３を備え、無線送信と無線受信とを切替えながら行う。有線送受信部２４は、上位装置との間で送受信を行うとともに、他方の無線基地局（以下、他局と称する）との間で送受信を行う。記憶部２５は、ステーション１２を識別するための識別子を記憶するとともに、各ステーション１２の方位に指向性を有するビームパターンを識別子に対応付けて記憶する。識別子は、例えば、各ステーション１２のＭＡＣ（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）アドレス、又は、各ステーション１２毎に固有に付与される接続ＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）である。無線通信監視部２６は、無線送受信部２３による通信量を監視する。
【００１２】
なお、図２のアンテナ制御部２２および記憶部２５は、本発明の通信担当エリア決定部３０を構成している。
【００１３】
図３は、図２におけるアンテナ２１の詳細構成を示す図である。アンテナ２１は、複数のパッチアンテナ（アンテナエレメント）１１１，１１２，…，１１ｎ，１２１，１２２，…，１ｎ１，１ｎｎをアレー状に並べて構成されたものである。同一の信号を異なるタイミングで各パッチアンテナから送信することによって、３次元の特定方向に指向性を有するビームパターンによる送信が可能となる。また、逆に、各パッチアンテナで受信した信号を異なるタイミングで合成することによって、３次元の特定方向に指向性を有するビームパターンの受信が可能となる。あるいは、指向性の無い広角のビームパターンをつくることも可能である。
【００１４】
図４は、図２におけるアンテナ制御部２２の詳細構成を示す図である。アンテナ制御部２２は、パッチアンテナに対応した複数の乗算部３６および合成分配部３７を備えている。乗算部３６は、パッチアンテナで受信した信号、或いは、合成分配部３７にて分配された信号に対し、記憶部２５の記憶内容に従って、時間成分を含む係数を乗算する。合成分配部３７は、乗算部３６からの全ての信号を合成するとともに、無線送受信部２３からの信号をパッチアンテナ毎に分配する。このように、アンテナ制御部２２は、各パッチアンテナに対応した係数を、記憶部２５の記憶内容に従って制御しており、これによって、ビームパターンの指向性を制御することができる。
【００１５】
図５は、図２における記憶部２５の記憶内容を示す図である。記憶部２５の記憶内容として、ステーション１２毎のＭＡＣアドレス＃１〜＃ｎ、およびこれに対応付けられたビーム形成パターン＃１〜＃ｎをテーブル状に並べたものを、図５に表示している。アンテナ制御部２２は、アクセスポイント１１の通信相手（ステーション１２）に応じたビーム形成パターンを、記憶部２５から読み出す。ビーム形成パターンは、すなわち、乗算部３６にて乗算されるパッチアンテナ毎の係数を並べたものである。これにより、通信相手となるステーション１２に応じてアンテナ２１の指向性を制御することができる。
【００１６】
また、図５に示すように、記憶部２５には、通信担当エリアに広がる広角ビーム形成パターン（ビーコン）も２種類記憶している。通信担当エリアを図１で説明すると、無線基地局１１ａの通信担当エリアは、無線通信エリア１７ａ（最大のエリア）およびエリア１９ａ（最小のエリア）のいずれかである。同様に、無線基地局１１ｂの通信担当エリアは、無線通信エリア１７ｂ（最大のエリア）およびエリア１９ｂ（最小のエリア）のいずれかである。図５に示すように、記憶部２５には、最大の通信担当エリアに対応した広角ビーム形成パターン＃１、および最小の通信担当エリアに対応した広角ビーム形成パターン＃２が記憶されている。
【００１７】
図６は、制御信号を送信する場合のビームスポットを示す図である。図６では、アクセスポイント１１ａの通信担当エリアが最小のエリア１９ａ（図２）であり、アクセスポイント１１ｂの通信担当エリアが最大のエリア１７ｂ（図２）である場合のビームスポットを例示している。無線通信監視部２６が監視する通信量により、通信担当エリアが決定される。通信担当エリアが決定されると、アンテナ制御部２２は、記憶部２５から図５に示したような広角ビーム形成パターンを読み出す。図６の例では、アクセスポイント１１ａにおいて最小の通信担当エリアに対応した広角ビーム形成パターン＃２が読み出され、アクセスポイント１１ｂにおいて最大の通信担当エリアに対応した広角ビーム形成パターン＃１が読み出される。読み出されたビーム形成パターンを用いて、アクセスポイント１１からステーション１２に向けて、制御信号が送信される。
【００１８】
このように、アクセスポイント１１ａが混雑して、その通信量（トラフィック）が多くなってきた場合、アクセスポイント１１ａのサービスエリアのうち、重複エリア１８を他局（アクセスポイント１１ｂ）に譲り、アクセスポイント１１ａに同時に接続される加入者の数を減らし、その混雑を緩和できる。
【００１９】
また、このように制御信号を送信する場合以外にも、ステーション１２から送られてくる上りのデータ信号を受信する場合も、同様に、広角ビーム形成パターンを使用する。これにより、通信担当エリア内の全てのステーション１２から送られてくる上りデータ信号を受信することができる。
【００２０】
さらに、アクセスポイント１１ａとアクセスポイント１１ｂとは、相互間でアクセスポイント間制御信号を送受して、相互の通信トラフィックを確認し合っており、他局の通信トラフィックが少ないことを確認した後に、重複エリア１８を他局に譲る制御を行う。
【００２１】
図７は、データ信号を送受信する場合のビームスポットを示す図である。制御信号が、図６で前述したような広角ビームスポットで送信されると、受信を待機しているステーション１２は、制御信号に同期して動作し、データ信号の受信を行う。このとき、アクセスポイント１１は、あるステーション１２の方位に指向性を有するビームパターンを使って、データ送信を行う。したがって、図７に示すように、データ信号の送信を行う場合、アクセスポイント１１によるビームスポットは、ステーション１２を含んだ限定的なエリア４０に絞られる。
【００２２】
このように、ビームスポットを絞ることにより、干渉を少なくするとともに、大容量のデータ信号を伝送することが可能である。
【００２３】
一方、ステーション１２のアンテナは、図示しないが、アクセスポイント１１ａ，１１ｂの方位に指向性を有するものであり、例えば、パラボラアンテナ又は平面アンテナである。ステーション１２が固定されていること、及びその通信相手がアクセスポイント１１ａ，１１ｂのみであることから、指向性が固定されたパラボラアンテナがステーション１２のアンテナとして適している。
【００２４】
次に、固定無線アクセスシステムの動作を説明する。
【００２５】
まず、アクセスポイント１１は、その通信担当エリア全体に広がる広角なビームパターンを用いて、ステーション１２に制御信号を送信する。この制御信号は、アクセスポイント１１毎に定められた周波数の搬送波を用いて、一定周期ごとに送信される。ステーション１２では、アクセスポイント１１からの制御信号を受信し、その受信電界強度の大きい方の制御信号に同期して動作する。続いて、データ信号の受信を待機するステーション１２は、同期したアクセスポイント１１にアクセス要求信号を送信する。
【００２６】
ステーション１２から送信されたアクセス要求信号は、ステーション１２の識別子を含んでおり、アクセスポイント１１の無線受信部３２によって受信される。アクセス要求信号の識別子は、記憶部２５に登録されている識別子と照合される。未登録の場合は、初めてのアクセスであると判断し、アンテナ制御部２２は、アンテナ２１を制御して通信担当エリア内を指向性を順次変えてサーチする。このサーチによって、受信電界強度が最大となるビームパターンを探し出し、探し出されたビームパターンを使ってデータ信号の送受信を行うとともに、記憶部２５にこのビームパターンを記憶する。既に登録済みの場合、アンテナ制御部２２は、アンテナ２１を過去の設定値（記憶部２５に記憶されたビームパターン）に従って制御し、ステーション１２の方位に指向性を絞って、データ信号の送信を行う。
【００２７】
図８は、制御信号およびデータ信号の伝送タイミングを示す図である。図８の上段は、アクセスポイント１１ａに関する伝送タイミングを、図８の下段は、アクセスポイント１１ｂに関する伝送タイミングを示している。ここで、アクセスポイント１１ａは周波数ｆ１を用い、アクセスポイント１１ｂは周波数ｆ２（周波数ｆ１とは異なる周波数）を用いるように割り当てられているものとする。
【００２８】
アクセスポイント１１ａは、通信担当エリアに広がる広角ビームパターンを用いて、制御信号４１を送信し、広角ビームパターンのまま上りデータ信号４３を受信する。続いて、アクセスポイント１１ａは、ステーション１２の方位に指向性を絞ったビームパターンを用いて、下りデータ信号４５を送信する。
【００２９】
一方のアクセスポイント１１ｂは、通信担当エリアに広がる広角ビームパターンを用いて、制御信号４２を送信し、ステーション１２の方位に指向性を絞ったビームパターンを用いて、下りデータ信号４６を送信する。続いて、アクセスポイント１１ｂは、ビームパターンを広角のものに戻して、上りデータ信号４３を受信する。
【００３０】
このようにすることで、多値変調等の大きなＣ／Ｎ（Ｃａｒｒｉｅｒ／Ｎｏｉｓｅ）比を必要とする通信においても、アンテナゲインを上げることができることから、ＥＩＲＰ（ＥｆｆｅｃｔｉｖｅＩｓｏｔｒｏｐｉｃＲａｄｉａｔｅｄＰｏｗｅｒ）も上がり、それぞれのステーション１２の受信端においても、Ｃ／Ｎ比が上がり、高速な通信レートを確保できる。また、指向性を絞ることから、集合住宅１６のサービスエリア外の地域に不要な輻射が広がってしまう確率も下がり、周囲の電波干渉も低減できる。
【００３１】
図９は、担当のアクセスポイントを変更する場合の信号伝送タイミングを例示する図である。図９の上段は、アクセスポイント１１ａに関する伝送タイミングを、図９の下段は、アクセスポイント１１ｂに関する伝送タイミングを示している。また、図９では、横軸が時間を、縦軸が電解強度を示している。
【００３２】
まず、アクセスポイント１１ａが制御信号５１を送信し、アクセスポイント１１ｂが制御信号５２を送信する。ステーション１２は、これらの制御信号５１，５２を受信し、それぞれの受信電界強度を比較して、電界強度の大きい方のアクセスポイント１１ａと通信を行う。すなわち、アクセスポイント１１ａは、ステーション１２からの上りデータ信号５３を受信した後、下りデータ信号５４をステーション１２に送信する。
【００３３】
次に、アクセスポイント１１ａのトラフィックが上昇し、その通信担当エリアをエリア１７ａからエリア１９ａに（図２）変更する。このとき、アクセスポイント１１ａが制御信号５１を送信し、アクセスポイント１１ｂが制御信号５２を送信するが、それぞれの電界強度は、制御信号５１よりも制御信号５２の方が大きくなっている。ステーション１２は、周波数を変更し、制御信号５２の受信電界強度が制御信号５１の受信電界強度よりも大きいことを確認し、通信担当エリアに変更があったことを認識する。
【００３４】
次に、ステーション１２は、アクセスポイント１１ｂにアクセス要求信号５５を送信する。アクセス要求信号５５を受信したアクセスポイント１１ｂは、ステーション１２にアクセス許可信号５６を返す。このとき、アクセスポイント１１ａとアクセスポイント１１ｂとは、アクセスポイント間制御信号を介して、ステーション１２がアクセスポイント１１ａからアクセスポイント１１ｂの配下に変わったことを伝え合う。
【００３５】
次に、アクセスポイント１１ａが制御信号５１を送信し、アクセスポイント１１ｂが制御信号５２を送信する。ステーション１２は、これらの制御信号５１，５２を受信し、それぞれの受信電界強度を比較して、電界強度の大きい方のアクセスポイント１１ｂと通信を行う。すなわち、アクセスポイント１１ｂは、ステーション１２からの上りデータ信号５３を受信した後、下りデータ信号５４をステーション１２に送信する。
【００３６】
このようにすることで、アクセスポイント１１ａの通信トラフィックを緩和することができ、良好な通信品質を確保できる。
【００３７】
また、アクセスポイント１１ａ及びアクセスポイント１１ｂ及びステーション１２は、それぞれハンドオーバー機能を有している。例えば、アクセスポイント１１ａとステーション１２とが通信している途中に、通信担当エリアの変更があってステーション１２がアクセスポイント１１ａの通信担当エリアから外れ、アクセスポイント１１ｂの通信担当エリアに含まれるようになった場合においても、アクセスポイント間制御信号により、アクセスポイント１１ａからアクセスポイント１１ｂへ通信継続を通知し、上りデータ信号５３および下りデータ信号５４の伝送を継続しながら、アクセス要求信号５５およびアクセス許可信号５６を交換し合う。
【００３８】
このように、ステーション１２から見た通信相手として、アクセスポイント１１ａからアクセスポイント１１ｂへの切替えを、通信を途切れさせることなく実行することができる。
【００３９】
実施の形態２．
実施の形態２は、前述した実施の形態１の一部を変更したものである。すなわち、実施の形態１は、図２の無線通信監視部２６において無線送受信部２３の通信量を監視するものであったが、実施の形態２は、無線通信監視部２６において無線送受信部２３の通信品質を監視するものである。これ以外の点では、実施の形態２は、実施の形態１と同様の構成を成し、同様に動作するため、説明を省略する。
【００４０】
図１０は、本発明の実施の形態２に係る固定無線アクセスシステムを示す図である。無線通信監視部２６では、上記のように、無線送受信部２３の通信品質を監視している。例えば、ステーション１２から送られてくる無線信号のＳＩＲ（信号対干渉比）を検出し、検出値を所定の閾値と比較しており、検出値が所定の閾値より小さくなった場合、干渉波を受信しているものと判断する。
【００４１】
ここで、図１０に示すように、集合住宅１６と無関係の地点で干渉波６０が発生し、アクセスポイント１１から見て重複エリア１８の方位から干渉波６０が到来したとする。また、干渉波６０の周波数は、アクセスポイント１１ａの動作周波数と同一であるものとする。この場合、アクセスポイント１１ａでは、干渉波が発生したと判断して、重複エリア１８をアクセスポイント１１ｂに譲り、アクセスポイント１１ｂにて重複エリア１８に設置されたステーション１２との通信を継続する。
【００４２】
このように、重複エリア１８をアクセスポイント１１ｂに譲るため、アクセスポイント１１ａから見て、干渉波６０の到来方向にはヌル点が形成されるため、干渉波６０の受信を回避できる。特に、電波利用に規制のない周波数帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ｂに準拠する場合でも、干渉波の受信を回避することが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固定無線アクセスシステムにおいて通信量に応じて通信担当エリアを変更することによって、一方の無線基地局にアクセスが集中した場合でも、重複エリアを他方の無線基地局に担当させることができ、全体として無線基地局の利用効率を向上できる。
【００４４】
あるいは、本発明によれば、固定無線アクセスシステムにおいて通信品質に応じて通信担当エリアを変更することによって、一方の無線基地局に干渉が発生する等して通信品質が劣化した場合でも、重複エリアを他方の無線基地局に担当させて、通信品質の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る固定無線アクセスシステムの全体構成を示す図である。
【図２】図１におけるアクセスポイント１１の詳細構成を示す図である。
【図３】図２におけるアンテナ２１の詳細構成を示す図である。
【図４】図２におけるアンテナ制御部２２の詳細構成を示す図である。
【図５】図２における記憶部２５の記憶内容を示す図である。
【図６】制御信号を送信する場合のビームスポットを示す図である。
【図７】データ信号を送受信する場合のビームスポットを示す図である。
【図８】制御信号およびデータ信号の伝送タイミングを示す図である。
【図９】担当のアクセスポイントを変更する場合の信号伝送タイミングを例示する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る固定無線アクセスシステムを示す図である。
【符号の説明】
１１ａ，１１ｂアクセスポイント（無線基地局）
１２ステーション（固定無線端末）
１６集合住宅
１７ａ，１７ｂ無線通信エリア（最大の通信担当エリア）
１８重複エリア
１９ａ，１９ｂエリア（最小の通信担当エリア）
２１アンテナ
２２アンテナ制御部
２３無線送受信部
２４有線送受信部
２５記憶部
２６無線通信監視部
３０通信担当エリア決定部
３１無線送信部
３２無線受信部
３３スイッチ
３６乗算部
３７合成分配部
３８記憶装置
４０エリア
４１，４２，５１，５２制御信号
４３，４４，５３上りデータ信号
４５，４６，５４下りデータ信号
５５アクセス要求信号
５６アクセス許可信号
６０干渉波

Claims

無線通信エリアの一部が相互に重複する第１・第２無線基地局、およびこの第１・第２無線基地局の無線通信エリア内に設置された複数の固定無線端末から成る固定無線アクセスシステムであって、
前記第１・第２無線基地局は、前記固定無線端末との間で無線通信を行う無線送受信部と、この無線送受信部の通信量または通信品質を監視する無線通信監視部と、前記通信量または通信品質に応じて通信担当エリアを決定する通信担当エリア決定部とを備えたことを特徴とする固定無線アクセスシステム。
前記第１・第２無線基地局における最大の通信担当エリアは、第１・第２無線基地局の無線通信エリアであり、最小の通信担当エリアは、第１・第２無線基地局の無線通信エリアから重複する無線通信エリアを除いたエリアであることを特徴とする請求項１記載の固定無線アクセスシステム。
前記通信担当エリア決定部は、最大の通信担当エリアおよび最小の通信担当エリアのいずれかに決定することを特徴とする請求項２記載の固定無線アクセスシステム。
前記無線送受信部は、固定無線端末との間でアダプティブアレーアンテナを用いて無線通信することを特徴とする請求項１記載の固定無線アクセスシステム。
前記無線送受信部は、通信担当エリアにわたる広角なビームパターンを用いて制御信号を送信し、前記固定無線端末の方位に指向性を有するビームパターンを用いてデータ信号を送信することを特徴とする請求項４記載の固定無線アクセスシステム。
前記通信担当エリア決定部は、固定無線端末に対応付けて、この固定無線端末の方位に指向性を有するビームパターンを記憶する記憶部を備えたことを特徴とする請求項５記載の固定無線アクセスシステム。
重複した無線通信エリアに位置する固定無線端末は、第１・第２無線基地局からの制御信号を受信し、その受信電界強度が大きい無線基地局に同期するように動作して、この無線基地局からのデータ信号を受信することを特徴とする請求項５記載の固定無線アクセスシステム。