JP2006180320A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＩＭＯによる高速通信を継続させつつ、ハードウェア規模を増加させずに周辺セルのモニターさらにはハンドオフを実現できるようにすること。
【解決手段】
送信すべきデータを複数の送信系に分離して変調送信された信号を受信処理する無線部２０２と、受信した信号を分離合成処理してデータを検出するベースバンド信号処理部２０３を備え、周辺基地局Ａ２から送信される信号をモニターするために、通信中の基地局Ａ１と無線接続するアンテナの数を一時的に減らすよう制御部２０４が無線部２０２とベースバンド信号処理部２０３を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のアンテナを同時に利用して通信を行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）通信システムをセルラーシステムに適用した場合における無線通信装置に関し、特にその周辺セルの監視（モニター）の方法に関する。

基地局が設置されたセルを複数配置することで通信網を構築する無線通信システムでは、無線端末がセル間を移動することにより通信を行う基地局を逐次切り替えるハンドオフ処理が通信を継続する上で必須である。

符号分割多重方式で同一周波数を利用する場合であれば、端末側のアンテナ数は１本でもハンドオフ処理は可能である。しかし、同一システム内でも異周波数帯へのハンドオフや、利用周波数帯の異なる他システムへのハンドオフなどを実現するためには、別途それぞれに対応したアンテナや受信機系が複数さらに必要になる。

ところで、複数のアンテナを有する端末と基地局において複数のアンテナを同時に利用して高速通信を行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）通信システムの開発が盛んに行われている。ＭＩＭＯを用いてデータを高速に伝送する技術としては、情報データを複数アンテナ間で符号化して送信することで符号化ダイバーシチ利得を得る「ＭＩＭＯダイバーシチ」が知られている。

さらに、独立な無線伝搬路で異なる送信情報系列を同一の周波数帯域で伝送することで周波数利用効率を向上させる技術として「ＭＩＭＯ多重」が知られている（特許文献１参照）。

上述したＭＩＭＯ通信システムでは、端末および基地局に複数のアンテナおよび複数の受信系を有しているが、システムの仕様に従ってハードウエアは設計されていることが多い。したがって、ＭＩＭＯを用いた通信システムであっても、周辺セルをモニターし、さらには同一システム内の異周波数帯へのハンドオフや、他システムへのハンドオフなどを実現するためには、別途その用途専用のアンテナおよび送受信機系を追加する必要がある。
特開２００４−３２７１２公報

上述のように、ＭＩＭＯによる通信を行うことで、通信速度を向上させたり、符号化ダイバーシチ利得を得たりすることが可能となるが、このような通信を行っている際に、同一システム内や他システム内でセル（またはセクタ）サーチやハンドオフを行う場合には、別途さらなるアンテナと無線送受信機を備えておく必要がある。携帯端末は小型・軽量なものが要求されるため、さらなるアンテナや無線送受信機を追加することは、ハードウェア規模を拡張することになり、小型化およびコストの面で問題がある。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたもので、ＭＩＭＯによる高速通信を継続させつつ、ハードウェア規模を増加させずに周辺セルのモニターさらにはハンドオフを実現できる無線通信装置を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本願発明の無線通信装置は、第１の基地局と無線接続する複数のアンテナと、前記複数のアンテナと接続し、送信すべきデータを複数の送信系に分離して変調送信された信号を受信処理する受信処理手段と、前記受信処理手段で受信した信号を分離合成処理して前記送信すべきデータを検出する検出手段とを備えた無線通信装置において、前記第１の基地局と異なる第２の基地局から送信される信号をモニターするために、前記第１の基地局と無線接続するアンテナの数を一時的に減らすように前記受信処理手段と前記検出手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、ＭＩＭＯによる高速通信を継続させつつ、ハードウェア規模を増加させずに周辺セルのモニターを実現することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例における、複数アンテナを持つ端末および基地局の概略構成を示す図である。基地局１００はＬ本のアンテナ（１０１−１、１０１−２、・・・１０１−Ｌ）を備えている。端末２００はＭ本のアンテナ（２０１−１、２０１−１、・・・２０１−Ｌ）とＭ個の無線部（２０２−１、２０２−２、・・・２０２−Ｌ）、1つのベースバンド部２０３、制御部２０４を備えている。

無線部２０２には、受信した高周波信号を増幅する処理、中間周波数に周波数変換する処理、さらに例えば直交検波処理、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理を行う機能を備えている。さらに無線部２０２は基地局１００へ信号を送信するための処理機能が備えられている。送信処理は受信処理と逆の手順で行われる。

ベースバンド信号処理部２０３は、デジタル信号に変換された受信信号に所定の信号処理を施して受信データを得るものである。所定の信号処理には、基地局と端末の間の伝搬路推定が含まれる。一方、基地局への送信の際は、ベースバンド信号処理部２０３は、送信すべきデータに対して所定の規則で複数系統に分離し、送信変調処理を施し、無線部２０２に供給する。分離する系統数は、送信に用いるアンテナ数と同じになる。

図２は、基地局１００および端末２００がセル内で複数のアンテナを同時に利用して無線通信を行っている様子を示す図である。複数のアンテナを同時に利用する際の通信方法として、符号化ダイバーシチ利得を得るＭＩＭＯダイバーシチや、周波数利用効率を向上させるＭＩＭＯ多重のいずれかの方法が可能である。

セルラー無線通信システムでは、端末２００がセルエッジ付近に到達した場合に次に移る基地局を検索するため、端末２００は、定期的に自分が属するセル以外の他の基地局からの信号をモニターしておく必要がある。このとき、端末２００は他のセルの基地局から報知されている制御信号をモニターすることで受信電力等を測定し、これを記録することで次にどのセルの基地局へハンドオフするかの判断情報とする。

移動先の基地局は、図３に示すような同一システム内の他基地局の場合と、図４に示すような他システムの基地局の場合がある。

通信に利用されている周波数が基地局毎に異なるとすると、他の基地局からの信号をモニターする場合には、通信に用いていない他のアンテナ、送受信無線部が必要になる。本発明では、Ｍ本のアンテナとＭ個の送受信無線部を使用して通信中を行っている端末１００は、１本のアンテナと１個の送受信無線部を他の基地局からの信号モニター用に一時的に確保する。この手順として、移動先の基地局が同一システム内の他基地局である場合を、図５のフローを用いて説明する。

図５において、まずＳ５０１の段階で、基地局Ａ１と端末２００ではＭ本のアンテナとＭ個の送受信無線部を利用した通信がシステムＡの基地局Ａ１との間で行われているものとする。Ｓ５０２の段階で、端末２００もしくは基地局Ａ１より隣接基地局信号のモニター要求が発生する。モニターの要求は、予め定められた周期で定期的に発生させることが処理の簡便さの観点から望ましい。

次にＳ５０３の段階で、周辺セルに存在する隣接基地局Ａ２からの信号のモニターに利用するアンテナ、送受信無線部を選択する。どのアンテナおよびどの送受信無線部を選択にするかは、予め設定されていることが処理の簡便さの観点から望ましいが、都度ランダムに選択してもよい。各アンテナ系の受信電界強度が予め測定できれば、各アンテナ系の中で最も受信品質（受信電界強度）が低いものを選ぶようにしてもよい。図６に、端末２００のアンテナ２０１−Ｍが選択されて、このアンテナ２０１−Ｍが周辺セルの基地局Ａ１からの信号をモニターしている様子を示す。図６では、基地局Ａ１が端末１００との通信に利用しているアンテナ数をＬと表示しているが、この場合ＬはＭ−１と等しい。

次にＳ５０４において、端末１００は、基地局Ａ１との間の通信を継続させるために用いるアンテナを一つ削減した旨の通知を基地局Ａ１に送る。これは基地局Ａ１においても通信に用いるアンテナ数を減らして欲しいという要求を伝えるためである。ＭＩＭＯ通信の効果を最大限得るためには、送受のアンテナが同数であることが望ましいという観点からの措置である。

Ｓ５０５において、通知を受けた基地局Ａ１は、利用アンテナ数を削減するタイミングをＳ５０５の段階で端末１００に通知し、Ｓ５０６の段階で利用アンテナ数を削減した状態での通信を開始する。なお、Ｓ５０４からＳ５０６のやり取りは、通話チャネルとは別の制御チャネル上で行われる。

その後、Ｓ５０７において、端末１００は隣接基地局Ａ２からの信号のモニターを開始する。端末１００は、隣接基地局信号のモニター終了後、Ｓ５０８にて利用アンテナ数の増加を基地局Ａ１に通知する。Ｓ５０７におけるモニターの期間は予め設定しておくことが望ましい。利用アンテナ数の増加の通知を受けた基地局Ａ１は、Ｓ５０９において利用アンテナ数を増加させるタイミングを端末１００に通知し、Ｓ５１０において、Ｓ５０１と同じアンテナ数での通信状態に復帰する。

なお、上述した手順で、端末１００と基地局Ａ１との間に時間同期が取れており、モニター開示時間、モニター終了時間が端末１００と基地局Ａ１の間で、了解されていれば、モニターＳ５０４で利用アンテナ数削減を通知するＳ５０４からＳ５０６、Ｓ５０８からＳ５１０の手順は省略できる。

上述した手順を実現するための、端末１００の構成および動作を図１および図７を用いて説明する。図７は、図１のベースバンド処理部２０３における受信側処理のみに着目し、その処理を示すためのブロック図である。

図１において、基地局１００のアンテナ１０１−１〜１０１−Ｌから送信される信号は、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｍで受信される。ここでＬとＭは同じ本数とする。図５のＳ５０１の段階で、基地局Ａ１と端末２００ではＭ本のアンテナとＭ個の送受信無線部を利用した通信がシステムＡの基地局Ａ１との間で行われているものとする。その際、図７に示すベースバンド信号処理部２０３においては以下の処理が行われる。

無線部２０２からの各出力結果が伝搬路推定／信号分離処理部２０５が入力され、基地局１００と端末２００の各送受信アンテナ間の伝搬路特性を推定する。推定された伝搬路特性は、次の信号分離処理に供給され、推定された伝搬路特性の行列の逆行列を用いてアンテナ１０１−１から送信された信号成分、１０１−２から送信された信号成分、・・・１０１−Ｌから送信された信号成分にそれぞれ分離される。分離された各信号はデータ検出処理部２０６に送られ、ここでデータの検出が行われた後、データ合成処理部２０７で合成されて受信データを得る。

さて、端末１００では、周辺セルに存在する隣接基地局からの信号のモニターに利用するアンテナとして、アンテナ２０１−Ｍが選択されるものとする。図５のＳ５０７において、端末１００は隣接基地局Ａ２からの信号のモニターを開始する際は、制御部２０４は無線部２０２−Ｍに対して、周辺セルの基地局で用いられている周波数の情報を供給する。無線部２０２−Ｍは、これに応答してローカル信号の周波数を変更するなどして、モニターができる体制を整え、モニターを開始する。

モニターを行う場合、制御部２０４はベースバンド信号処理部２０３のスイッチ部２０８に対して、制御信号を供給する。スイッチ部２０８は、モニター用に指定された無線部２０２−Ｍに対応する系統に設けられたもので、通常は２０８のａ側にスイッチされているが、モニターを行う場合は制御部２０４からの制御信号により２０８のｂ側にスイッチされ、伝搬路推定／信号分離処理部２０５と切り離され、受信電界強度測定処理部２０９と接続して、受信電界強度が測定され、セルサーチやハンドオフ処理に供せられる。さらに、制御部２０４は、伝搬路推定／信号分離処理部２０５とデータ合成処理部２０７に対して制御信号を供給し、無線部２０２−Ｍが切り離された場合に対応した系統数における伝搬路推定／信号分離処理およびデータ合成処理に切り替えるよう指示を出す。

モニターを終了する場合は、制御部２０４は再び無線部２０２−Ｍ、スイッチ部２０８、伝搬路推定／信号分離処理部２０５、データ合成処理部２０７に対して制御信号を供給し元のアンテナＭ本でのＭＩＭＯ通信に戻す。このように処理することで、ＭＩＭＯによる高速通信を継続させつつ、ハードウェア規模を増加させずに周辺セルのモニターを行うことができるのである。なお、図７に示したベースバンド信号処理部における各処理は、例えば制御部内のＲＯＭなどに記憶されたソフトウエアによって実現される。

移動先の基地局が、現在通信を行っているセルラーシステム（システムＡ）と異なるシステム（システムＢ）の基地局Ｂ１の場合（図８のフロー図に示す）でも、Ｓ７０７のモニター処理が他システムの基地局からのモニターとなる点以外は図５と同じ手順となる。従って詳しい処理は省略する。

以上のように、本発明では、通信中のアンテナおよび送受信無線部の一部を一時的に他の基地局からの信号のモニターに利用できるので、端末のハードウェアリソースを有効に活用し、モニター用の新たなハードウェアの拡張を抑えることが可能となる。

モニターした受信電力（受信電界強度と等価）を現在通信中の基地局Ａ１の受信電力と比較する判定処理をさらに追加することにより、ハンドオフ処理機能の追加が可能である。

図９に比較判定処理機能を追加したベースバンド信号処理部２０３の処理ブロックを示す。モニターした受信電力を受信電界強度検出処理部２０９で算出し、現在通信中の基地局Ａ１の受信電力を受信電界強度検出処理部２１０で算出し、両者を比較判定処理部２１１で比較する。比較した結果、周辺基地局からの信号の受信電力の方が大きいと判定された場合は、その結果を制御部２０４へ通知し、ハンドオフ処理を実行する手続に進む。

図１０に、アンテナ受信系の一部をハンドオフ用に割り当てて、同一セルラーシステム内の周辺基地局へのハンドオフ処理を行う様子を示す。ハンドオフ処理の手順を図１１に示す。

図１１の処理手順において、Ｓ１００１では利用アンテナ数を１本減らした状態で基地局Ａ１との通信が継続されているものとする。Ｓ１００２にてモニター用に確保したアンテナ受信系（図１におけるアンテナ２０１−Ｍ、無線部２０２−Ｍ）を用いて基地局Ａ２のモニターを行う。モニター処理は前述した実施形態の処理に準じる。

Ｓ１００３にて受信電力の比較を行い、ハンドオフを行うかを判断する。ここで、Ｓ１００４のように、ＰＡ２＞ＰＡ１（ＰＡ１は基地局Ａ１からの受信電力、ＰＡ２は基地局Ａ２からの受信電力）となり、ハンドオフ処理が決定されると仮定する。ハンドオフ処理が決定されない場合は、減らした利用アンテナ数を再度増やす処理が行われる。ハンドオフ処理ではＳ１００５のように基地局Ａ１との通信は継続中であるものとする。

Ｓ１００６では、端末１００は、アンテナ２０１−Ｍ、無線部２０２−Ｍを通じて基地局Ａ２に通信チャネル割り当てを要求する。通信チャネル割り当てが可能であればＳ１００７で通信チャネルの割り当てが通知される。その後、Ｓ１００８以降でアンテナ２０１−Ｍ、無線部２０２−Ｍを通じて端末１００と基地局Ａ２との通信が開始される（基地局Ａ２との通信はＭＩＭＯ通信ではないと仮定）。基地局Ａ２との通信開始が確認できた後にＳ１００９で基地局Ａ１との通信は切断され、同一システム内ハンドオフ処理が完了する。

このように、通信中のアンテナおよび送受信無線部の一部を一時的に同一システムの他の基地局からの受信信号のモニターおよびハンドオフに利用できることから、ＭＩＭＯによる高速通信を継続させつつ、新たにモニター用のアンテナおよび無線部を追加することなく、既存のハードウェアリソースを有効に活用することができ、ハードウェア規模拡張が抑えられる。

図１１の処理手順は、端末が同一セルラーシステム内の他の基地局へハンドオフする処理であったが、他システムへのハンドオフ処理を想定した処理手順もほぼ図１１と同様である。他システムへのハンドオフ処理を行っている様子を図１２に、処理手順を図１３に示す。図１３の処理手順は、Ｓ１１０２のモニター処理とＳ１１０６〜Ｓ１１０８、Ｓ１１１０の処理相手が他システムの基地局となる点以外は図１１と同じ手順となるので詳しい処理は省略する。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明が用いられる基地局と端末の構成を示した概略ブロック図。 基地局および端末がセル内で複数のアンテナを利用して無線通信を行っている様子を示す図。 本発明が用いられる端末が同一セルラーシステムの周辺基地局をモニターしている様子を示した図。 本発明が用いられる端末が他のセルラーシステムの周辺基地局をモニターしている様子を示した図。 本発明が用いられる端末が同一セルラーシステムの周辺基地局をモニターする手順を説明するための図。 本発明が用いられる端末のアンテナ２０１−Ｍが選択されて、このアンテナ２０１−Ｍが周辺セルの基地局Ａ１からの信号をモニターしている様子を示す図。 本発明が用いられる端末におけるベースバンド信号処理部の受信処理側ブロック図。 本発明が用いられる端末が他のセルラーシステムの周辺基地局をモニターする手順を説明するための図。 本発明が用いられる端末におけるベースバンド信号処理部の受信処理に受信電力比較処理を追加したブロック図。 本発明が用いられる端末において、アンテナ受信系の一部をハンドオフ用に割り当てて、同一セルラーシステム内の周辺基地局へのハンドオフ処理を行う様子を示す図。 本発明が用いられる端末が、同一セルラーシステムの周辺基地局へのハンドオフする手順を説明するための図。 本発明が用いられる端末において、アンテナ受信系の一部をハンドオフ用に割り当てて、他のセルラーシステム内の周辺基地局へのハンドオフ処理を行う様子を示す図。 本発明が用いられる端末が、他のセルラーシステムの周辺基地局へのハンドオフする手順を説明するための図。

符号の説明

１００・・・基地局。

１０１−１〜１０１−Ｌ・・・基地局用アンテナ。

２００・・・無線端末。

２０１−１〜２０１−Ｍ・・・無線部。

２０３・・・ベースバンド処理部。

２０４・・・制御部。

Ａ１・・・セルラーシステムＡの基地局。

Ａ２・・・セルラーシステムＡの周辺基地局。

Ｂ１・・・セルラーシステムＢの周辺基地局。

Claims (6)

1. 第１の基地局と無線接続する複数のアンテナと、前記複数のアンテナと接続し、送信すべきデータを複数の送信系に分離して変調送信された信号を受信処理する受信処理手段と、前記受信処理手段で受信した信号を分離合成処理して前記送信すべきデータを検出する検出手段とを備えた無線通信装置において、
   前記第１の基地局と異なる第２の基地局から送信される信号をモニターするために、前記第１の基地局と無線接続するアンテナの数を一時的に減らすように前記受信処理手段と前記検出手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
2. 第１の基地局から送信される信号の受信電力と前記第２の基地局から送信される信号の受信電力とを比較する手段をさらに追加したことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記第１の基地局と第２の基地局はセルラー無線基地局であり、前記第２の基地局は前記第１の基地局が形成するセルと隣接するセルを形成する基地局であることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
4. 前記第１の基地局と第２の基地局は同一のセルラーシステムの基地局であることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 前記第１の基地局と第２の基地局は互いに異なるセルラーシステムの基地局であることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
6. 前記第１の基地局と無線接続するアンテナの数を一時的に減らした旨を前記第１の基地局に通知することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
   
   

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