JP2006135514A

JP2006135514A - 無線基地局

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Publication number: JP2006135514A
Application number: JP2004320783A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takahashi; 佳彦高橋; Toshio Kono; 利夫河野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-05-25
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: JP4428203B2

Abstract

【課題】本発明は、無線通信システム全体の装置コストを低下させることができる無線基地局を提供することを目的とする。
【解決手段】移動体通信端末２１と通信を行う複数の無線基地局１０_１〜１０ｎがネットワーク３０に接続され、ネットワークに計算専用端末４０が接続された無線通信システムの無線基地局であって、移動体通信端末から通知される周辺環境情報及び移動情報に基づいて移動体通信端末の受信状態の予測を計算専用端末に依頼し、計算専用端末から予測結果の前記移動体通信端末の受信状態を受け取る予測依頼手段１２と、予測結果の前記移動体通信端末の受信状態に基づいて移動体通信端末との間の伝送速度を切り替える切替手段１７を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線基地局に係り、特に、移動体との間で無線通信を行う無線基地局に関する。

ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）のような、走行する車両等の移動体と基地局との間で無線通信を行う無線通信システムでは、移動体と基地局との間の通信品質を良好に保つことが要望されている。このような無線通信システムでは、移動体の受信状態を推定し、推定した受信感度に合わせた伝送速度で通信を行う必要がある。

例えば、特許文献１には、無線エリア内の選択された通信ノードからの信号の伝搬モデルを生成し、この伝搬モデルの生成には無線エリア内の建造物と土地の地勢を含む環境マップを用い、ある位置での将来の通信品質を予測することが記載されている。

また、特許文献２には、複局同時送信時を行う複数の基地局アンテナにアダプティブアレーを適用することで、それぞれ複数の基地局アンテナの方向にヌルを形成し、かつ、複数の無線基地局の一局だけ基地局アンテナの方向にヌルを形成しない無線基地局を設けることが記載されている。

また、特許文献３には、移動体で保持する現在位置、電子地図等を用いて電波通信状況を予測し、予測結果に基づいて通信方法を変化させることが記載されている。
特表２００２−５１５７１２号公報特開平１１−３０８０３７号公報特開２００３−１８８８０２号公報

特許文献１に記載の技術では、無線エリア内の建造物と土地の地勢を含む環境マップを用いて伝搬モデルを生成しているため、環境マップを保存するための大容量メモリや高速演算を行う回路が必要になり、複数の基地局を有する無線通信システムに応用する場合には、各基地局毎に伝搬モデルを生成するための大容量メモリや高速演算回路が必要となり、無線通信システムの装置コストが上昇するという問題があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、無線通信システム全体の装置コストを低下させることができる無線基地局を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、移動体通信端末と通信を行う複数の無線基地局がネットワークに接続され、前記ネットワークに計算専用端末が接続された無線通信システムの無線基地局であって、
前記移動体通信端末から通知される周辺環境情報及び移動情報に基づいて前記移動体通信端末の受信状態の予測を前記計算専用端末に依頼し、前記計算専用端末から予測結果の前記移動体通信端末の受信状態を受け取る予測依頼手段と、
前記予測結果の前記移動体通信端末の受信状態に基づいて前記移動体通信端末との間の伝送速度を切り替える切替手段を有することにより、
無線基地局毎に大容量メモリや高速演算回路を必要とせず、無線通信システム全体の装置コストを低下させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の無線基地局において、
前記移動体通信端末の過去の受信状態を記憶した受信状態記憶手段と、
前記移動体通信端末の予測される位置の受信状態を前記受信状態記憶手段から読み出し、予測結果の前記移動体通信端末の受信状態として前記切替手段に渡す受信状態読出手段を
有することにより、ネットワークの障害や輻輳時、計算専用端末の障害や処理能力の低下時においても移動体通信端末の受信状態を推定できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の無線基地局において、
前記受信状態記憶手段は、前記移動体通信端末の過去の受信状態を無線エリアの各位置に対応して記憶し、
前記受信状態読出手段は、前記移動体通信端末から通知される移動情報に基づいて前記移動体通信端末の予測される位置の受信状態を前記受信状態記憶手段から読み出すことにより、移動体通信端末の予測される位置における受信状態を推定できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の無線基地局において、
前記周辺環境情報は、前記移動体通信端末の周辺の無線通信に影響を与える幾何学情報であることにより、幾何学情報の影響を加味した移動体通信端末の受信状態を推定できる。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載の無線基地局において、
前記幾何学情報は、前記移動体通信端末に備えられた周辺環境検出手段により検出されることにより、先行車の影響を加味した移動体通信端末の受信状態を推定できる。

本発明によれば、無線基地局毎に大容量メモリや高速演算回路を必要とせず、無線通信システム全体の装置コストを低下させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の無線基地局を適用した無線通信システムの一実施形態のシステム構成図を示す。同図中、複数の無線基地局１０_１〜１０ｎそれぞれは、車両等の移動体２０に搭載された移動体通信端末２１との間で無線通信を行う。また、無線基地局１０_１〜１０ｎそれぞれはネットワーク３０に接続されており、ネットワーク３０には計算専用端末４０が接続されている。

移動体２０には、移動体通信端末２１の他に、周辺環境センサ２２及びナビゲーションシステム２３が設けられている。周辺環境センサ２２は、例えばビデオカメラで撮影した画像を処理することで先行車等の幾何学情報及び天候による路面状態等の周辺環境を検知する装置、または、レーダーを用いて先行車等の幾何学情報及び天候による路面状態等の周辺環境を検知する装置であり、検知された周辺環境情報は移動体通信端末２１に供給される。

ここで、移動体２０の周辺に先行車が存在すると電波の回折損失が発生する。図２に示すように、移動体２０の移動体通信端末２１のアンテナ位置と無線基地局のアンテナ１９を結ぶ直線経路を先行車５０が破線で示すように遮っている場合、電波が回折することで回折損失が生じる。先行車５０が実線で示すように上記直線経路を遮らない場合は、回折損失は生じない。

また、天候による路面状態で路面反射係数が変化する。路面反射係数は、路面による電波の反射係数であり、乾いた路面の路面反射係数が例えば−０．８程度であるのに対し、濡れた路面の路面反射係数は−１．０程度となる。

ナビゲーションシステム２３は、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を用いて移動体２０の位置情報及び移動方向及び移動速度を検知し、位置情報及び移動速度を移動体通信端末２１に供給する。

移動体通信端末２１は、無線送受信部２５により無線基地局１０_１〜１０ｎのうち無線回線が接続されている無線基地局（例えば無線基地局１０_１）との間で無線通信を行う。また、移動体通信端末２１は無線送受信部２５の受信性能（受信感度、アンテナ利得、ケーブル損失を含む）、現在の受信電力、送信電力、周辺環境センサ２２からの周辺環境情報、ナビゲーションシステム２３からの位置情報及び移動方向及び移動速度それぞれの移動情報を、無線回線が接続されている無線基地局（例えば無線基地局１０_１）に対し定期的に通知する。

無線基地局１０_１〜１０ｎそれぞれは同一構成であり、無線送受信部１１と、受信電力推定依頼部１２と、ネットワーク接続部１３と、通信レート対応テーブル１４、受信電力分布テーブル１５と、受信電力分布テーブル更新部１６と、切り替え制御部１７を有している。無線基地局１０_１〜１０ｎそれぞれは無線送受信部１１により移動体通信端末２１との間で無線通信を行う。

受信電力推定依頼部１２は、移動体通信端末２１から通知された現在の受信電力、送信電力、周辺環境情報、移動情報、及び自局の位置情報と送信電力を含む推定依頼メッセージを移動体毎に生成する。この推定依頼メッセージは、ネットワーク接続部１３からネットワーク３０を通して計算専用端末４０に伝送される。また、受信電力推定依頼部１２は移動体通信端末２１から通知された無線送受信部２５の受信性能に基づいて通信レート対応テーブル１４を生成する。

なお、無線基地局の全体を管理する図示しない管理部では、定期的に自局の通信トラフィック情報を切り替え制御部１７に通知すると共に、ネットワーク接続部１３からネットワーク３０を通して計算専用端末４０に伝送している。

また、計算専用端末４０からネットワーク３０を通して伝送される推定結果メッセージはネットワーク接続部１３で受信されて受信電力推定依頼部１２に供給される。推定結果メッセージには自局に対する当該移動体の移動体通信端末２１の受信電力推定値（自局受信電力推定値）と、自局から当該移動体の移動方向に隣接する隣接局に対する移動体通信端末２１の受信電力推定値（隣接局受信電力推定値）及び隣接局の通信トラフィック情報が含まれる。受信電力推定依頼部１２は上記推定結果メッセージに含まれる自局受信電力推定値及び隣接局受信電力推定値及び隣接局の通信トラフィック情報を切り替え制御部１７に通知する。

通信レート対応テーブル１４は、無線送受信部２５の受信性能に基づいて生成され各移動体通信端末に固有のテーブルであり、受信感度と通信レートの関係が設定されている。図３に、通信レート対応テーブルの一例を示す。ここでは、受信感度−７０ｄＢｍ以上の受信電力が得られている状態では通信レートは５４Ｍｂｐｓが可能であり、受信感度−７３〜−７１ｄＢｍの受信電力が得られている状態では通信レートは４８Ｍｂｐｓが可能であり、受信感度−８０〜−７４ｄＢｍの受信電力が得られている状態では通信レートは３６Ｍｂｐｓが可能であり、受信感度−８３〜−８１ｄＢｍの受信電力が得られている状態では通信レートは２４Ｍｂｐｓが可能であり、受信感度−８７〜−８４ｄＢｍの受信電力が得られている状態では通信レートは１８Ｍｂｐｓが可能であり、受信感度−９０〜−８８ｄＢｍの受信電力が得られている状態では通信レートは１２Ｍｂｐｓが可能であることを示している。

受信電力分布テーブル１５には、過去に移動体通信端末２１から通知された現在の受信電力が自局の無線エリアの各位置に対応して記憶されている。受信電力分布テーブル更新部１６は、移動体通信端末２１から通知される毎に、移動体通信端末２１から通知された現在の受信電力及び位置情報に基づき、受信電力分布テーブル１５の位置情報に対応するアドレスに現在の受信電力を上書きして更新する。

ところで、受信電力推定依頼部１２は、ネットワーク３０の障害や輻輳、または、計算専用端末４０の障害や処理能力の低下等により、送信した推定依頼メッセージに対応する推定結果メッセージの応答がない場合には、送信した推定依頼メッセージの移動情報を基に、所定時間（例えば数秒から数十分程度）経過後における当該移動体の位置を推定し、受信電力分布テーブル１５の上記推定位置に対応するアドレスから受信電力を読み出し、この受信電力を自局受信電力推定値として切り替え制御部１７に通知する。

切り替え制御部１７は、移動体毎に、最新の自局受信電力推定値で通信レート対応テーブル１４を参照して得られる通信レートに基づいて予測自局スループットを求める。同様に、最新の隣接局受信電力推定値で通信レート対応テーブル１４を参照して得られる通信レートに基づいて予測隣接局スループットを求める。

ここで、通信レートは、１つの無線基地局と通信を行っている全ての移動体通信端末の間の伝送量（単位時間当たり）の総和を表わしており、スループットは、１つの無線基地局と通信を行っている１つの移動体通信端末の間の伝送量（単位時間当たり）を表わしている。無線基地局と各移動体通信端末の間は時分割多重で通信を行っているため、１つの無線基地局と通信を行っている移動体通信端末の数が増えるとスループットは低下する。

切り替え制御部１７は予測自局スループットと予測隣接局スループットを比較し、予測自局スループットが所定値α以上大なる場合は、当該移動局のスループットが上記予測自局スループットとなるように伝送速度切り替えを行うか、または、現状を維持する。なお、予測自局スループットが現在の実際のデータ伝送速度より所定値β以上大なる場合に通信レート切り替えを行い、所定値β以上大でない場合には現状を維持する。

一方、予測隣接局スループットが所定値α以上大なる場合は、当該移動体に対し隣接局にハンドオーバーすることを指示するメッセージを作成し、無線送受信部１１から当該移動体の移動体通信端末２１に無線送信する。これによって、移動体通信端末２１は自局より隣接局にハンドオーバーする。

計算専用端末４０は、全無線基地局１０_１〜１０ｎの無線エリア内の建造物と土地の地勢を含む環境マップを有しており、無線基地局１０_１〜１０ｎそれぞれから移動体毎の推定依頼メッセージを受信すると、推定依頼メッセージの現在の受信電力、送信電力、周辺環境情報、移動情報と、環境マップを基に、所定時間（例えば数秒から数十分程度）経過後における当該移動体の位置を推定し、周辺環境情報の先行車や環境マップの建造物及び地勢を加味して推定位置における当該移動体と自局（推定依頼メッセージを送信した無線基地局）及び隣接局（当該移動体の移動方向に隣接する無線基地局）の電波の反射及び回折モデルを生成し、推定位置における当該移動体の移動体通信端末２１の自局受信電力推定値と隣接局受信電力推定値を推定する。そして、自局受信電力推定値及び隣接局受信電力推定値及び隣接局の通信トラフィック情報を含む推定結果メッセージを生成して推定依頼メッセージを送信した無線基地局に向けてネットワーク３０に送信する。

ここで、無線基地局からの直接波と路面反射波を合成した２波モデルによる、移動体と無線基地局の距離と移動体における推定受信電力との関係を図４に示す。図４において、路面反射係数ρ＝０の場合の推定受信電力は破線に示すようになる。また、路面反射係数ρ＝−０．８の場合の推定受信電力は一点鎖線に示すようになり、実線で示す実測値と非常に類似している。この場合、計算専用端末４０では、移動体の位置から移動体と無線基地局の距離を求め、例えば図４の一点鎖線に示す特性で上記距離に対応する推定受信電力を求める。

図５は、無線基地局が実行する制御ルーチンの一実施形態のフローチャートを示す。同図中、ステップＳ１０で無線送受信部１１は、各移動体２０の移動体通信端末２１から、無線送受信部２５の受信性能、現在の受信電力、送信電力、周辺環境情報、位置情報及び移動方向及び移動速度を含む情報を受信する。

ステップＳ１２で受信電力推定依頼部１２は、受信した現在の受信電力、送信電力、周辺環境情報、移動情報、及び自局の位置情報と送信電力を含む推定依頼メッセージを移動体毎に生成し、ステップＳ１４で推定依頼メッセージをネットワーク接続部１３から計算専用端末４０に伝送する。また、ステップＳ１６で受信電力分布テーブル更新部１６は、移動体通信端末２１から通知された現在の受信電力及び位置情報に基づき、受信電力分布テーブル１５の位置情報に対応するアドレスに現在の受信電力を更新する。

ステップＳ１８で受信電力推定依頼部１２は、推定結果メッセージの応答の有無を判別する。推定結果メッセージの応答があれば、ステップＳ２０でネットワーク接続部１３にて受信した推定結果メッセージに含まれる自局受信電力推定値及び隣接局受信電力推定値及び隣接局の通信トラフィック情報を切り替え制御部１７に通知する。

推定結果メッセージの応答がない場合、ステップＳ２２で受信電力推定依頼部１２は、送信した推定依頼メッセージの位置情報、移動方向、移動速度を基に、所定時間（例えば数秒から数十分程度）経過後における当該移動体の位置を推定し、受信電力分布テーブル１５の上記推定位置に対応するアドレスから受信電力を読み出し、この受信電力を自局受信電力推定値として切り替え制御部１７に通知する。

ステップＳ２４で切り替え制御部１７は、最新の自局受信電力推定値で通信レート対応テーブル１４を参照して得られる通信レート基づいて予測自局スループットを求める。また、ステップＳ２６で最新の隣接局受信電力推定値で通信レート対応テーブル１４を参照して得られる通信レートに基づいて予測隣接局スループットを求める。

ステップＳ２８で切り替え制御部１７は、予測自局スループットと予測隣接局スループットを比較し、予測自局スループットが所定値α以上大なる場合は、ステップＳ３０で当該移動局との間のデータ伝送速度が上記予測自局スループットとなるように、伝送速度切り替えを行うか、または、現状を維持する。

一方、予測隣接局スループットが所定値α以上大なる場合は、ステップＳ３２で当該移動体に対し隣接局にハンドオーバーすることを指示するメッセージを作成し、無線送受信部１１から当該移動体の移動体通信端末２１に無線送信する。

このように、計算専用端末４０で各移動体通信端末の受信状態を推定することにより、無線基地局毎に大容量メモリや高速演算回路を必要とせず、無線通信システム全体の装置コストを低下させることができる。また、受信電力分布テーブル１５を設けることにより、ネットワークの障害や輻輳時、計算専用端末の障害や処理能力の低下時においても各移動体通信端末の受信状態を推定できる。

なお、上記実施形態では、移動体通信端末２１から通知された現在の受信電力及び位置情報に基づき、受信電力分布テーブル１５の位置情報に対応するアドレスに現在の受信電力を上書きしているが、計算専用端末４０から伝送された推定結果メッセージの自局受信電力推定値と移動体の推定位置に基づき、受信電力分布テーブル１５の上記推定位置に対応するアドレスに自局受信電力推定値を上書きする構成としても良い。

なお、計算専用端末４０では、移動体における推定受信電力を求める代りに、図６に示すような移動体における受信電力とスループットの統計情報により、スループットを求めても良い。図６において、通信レート５４Ｍｂｐｓの場合、スループットは実線で示すように移動体における受信電力が大きいときは値ＳＰ１であるが、移動体における受信電力がＫ１より小さく（Ｋ１より右側）なると急速に低下する。通信レート３６Ｍｂｐｓの場合、スループットは一点鎖線で示すように移動体における受信電力が中程度までは中程度の値ＳＰ２（ＳＰ１＞ＳＰ２）であり、移動体における受信電力がＫ２（Ｋ２＜Ｋ１）より小さく（Ｋ２より右側）なると低下する。また、通信レート１８Ｍｂｐｓの場合、スループットは破線で示すように移動体における受信電力が小さいときから値ＳＰ３（ＳＰ２＞ＳＰ３）であり、移動体における受信電力がより小さく（Ｋ２より右側）なっても、ほぼ一定の値ＳＰ３である。

この場合、計算専用端末４０では、移動体における推定受信電力を求め、図６に示す３つの特性それぞれから求めた受信電力に対応するスループットを求め、スループットが最大となるデータ伝送速度を求める。計算専用端末４０はこのデータ伝送速度を推定結果メッセージとして無線基地局に伝送し、これを受信した無線基地局は対応する移動体の移動体通信端末２１との間のデータ伝送速度を推定結果メッセージで指示された通信レートに切り替える。

なお、受信電力推定依頼部１２が請求項記載の予測依頼手段に対応し、切り替え制御部１７が切替手段に対応し、受信電力分布テーブル更新部１６が受信状態記憶手段に対応し、受信電力推定依頼部１２が受信状態読出手段に対応する。

本発明の無線基地局を適用した無線通信システムの一実施形態のシステム構成図である。電波の回折損失を説明するための図である。通信レート対応テーブルの一例を示す図である。２波モデルによる移動体と無線基地局の距離と移動体における推定受信電力との関係を示す図である。無線基地局が実行する制御ルーチンの一実施形態のフローチャートである。移動体と無線基地局の距離と各通信レートにおけるスループットとの関係を示す図である。

符号の説明

１０_１〜１０ｎ無線基地局
１１無線送受信部
１２受信電力推定依頼部
１３ネットワーク接続部
１４通信レート対応テーブル
１５受信電力分布テーブル
１６受信電力分布テーブル更新部
１７切り替え制御部
２０移動体
２１移動体通信端末
２２周辺環境センサ
２３ナビゲーションシステム
２５無線送受信部
３０ネットワーク
４０計算専用端末

Claims

移動体通信端末と通信を行う複数の無線基地局がネットワークに接続され、前記ネットワークに計算専用端末が接続された無線通信システムの無線基地局であって、
前記移動体通信端末から通知される周辺環境情報及び移動情報に基づいて前記移動体通信端末の受信状態の予測を前記計算専用端末に依頼し、前記計算専用端末から予測結果の前記移動体通信端末の受信状態を受け取る予測依頼手段と、
前記予測結果の前記移動体通信端末の受信状態に基づいて前記移動体通信端末との間の伝送速度を切り替える切替手段を
有することを特徴とする無線基地局。
請求項１記載の無線基地局において、
前記移動体通信端末の過去の受信状態を記憶した受信状態記憶手段と、
前記移動体通信端末の予測される位置の受信状態を前記受信状態記憶手段から読み出し、予測結果の前記移動体通信端末の受信状態として前記切替手段に渡す受信状態読出手段を
有することを特徴とする無線基地局。
請求項２記載の無線基地局において、
前記受信状態記憶手段は、前記移動体通信端末の過去の受信状態を無線エリアの各位置に対応して記憶し、
前記受信状態読出手段は、前記移動体通信端末から通知される移動情報に基づいて前記移動体通信端末の予測される位置の受信状態を前記受信状態記憶手段から読み出すことを特徴とする無線基地局。
請求項１乃至３のいずれか記載の無線基地局において、
前記周辺環境情報は、前記移動体通信端末の周辺の無線通信に影響を与える幾何学情報であることを特徴とする無線基地局。
請求項４記載の無線基地局において、
前記幾何学情報は、前記移動体通信端末に備えられた周辺環境検出手段により検出されることを特徴とする無線基地局。
請求項１乃至５のいずれか記載の無線基地局において、
前記計算専用端末は、前記周辺環境情報に基づく電波の反射及び回折モデルを用いて前記移動体通信端末の受信電力を予測することを特徴とする無線基地局。