JP2006333236A

JP2006333236A - 無線通信システム、無線基地局装置、送信電力制御方法およびアンテナ指向性制御方法

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Publication number: JP2006333236A
Application number: JP2005156005A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Maeyama; 利幸前山
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: JP4611805B2

Abstract

【課題】屋内に設けられた無線基地局装置の送信電力とアンテナ指向性とを適正に制御することを可能とする。
【解決手段】移動局の識別情報に基づき、屋内利用或いは屋外利用かの利用種別を判定する利用種別判定回路１７と、利用種別判定データ、移動局間のスループット測定データ、送信電力値検出データおよびアンテナ指向性を特定する位相値検出データの組み合わせを記憶するデータ記録部１９と、利用種別ごとの品質基準に基づいて送信電力をフィードバック制御し、また、該品質基準を満たす最小の送信電力値及び位相値をデータ記録部１９に記憶されている組み合わせの中から求めて送信電力およびアンテナ指向性を最適化する手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システム、無線基地局装置、送信電力制御方法およびアンテナ指向性制御方法に関する。

近年、一般の家庭宅にインターネット等の公衆の通信ネットワークに接続できる光ファイバーケーブルが敷設され、広帯域通信を行うことが可能となってきている。また、宅内の無線ＬＡＮ（無線ローカルエリアネットワーク）をその光ファイバーケーブルに接続することで、宅内における端末の通信環境が格段に向上する。従来の屋内ネットワーク環境に係る技術としては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の従来技術では、屋内における基地局と移動局の位置関係を全て計算し、その中から最適な組み合わせを遺伝的アルゴリズムにて解くことにより、基地局装置の最適な屋内配置を決定している。
特開２０００−３３３２３９号公報

しかし、上述した従来技術により基地局装置を最適に屋内配置しても、基地局装置の送信電力を適正にしないと、以下に示すような問題が生じる可能性がある。
（１）近隣の宅内の無線ＬＡＮ等、他の無線サービスエリアに対して不必要な干渉を与える点。
（２）漏洩電波の通信傍受などのセキュリティ対策の点。
（３）基地局装置を不特定のユーザに開放する場合、基地局装置の設置場所を提供したユーザに対して優位性を与えることができなくなる点。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、屋内に設けられた無線基地局装置の送信電力とアンテナ指向性とを適正に制御することのできる無線通信システム、無線基地局装置、送信電力制御方法およびアンテナ指向性制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る無線通信システムは、屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおいて、前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有し、前記無線通信システムは、移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局か或いは屋外利用の移動局かの利用種別を判定する利用種別判定手段と、移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する測定手段と、前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する送信電力値検出手段と、前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する位相値検出手段と、前記利用種別の判定データ、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせを記憶するデータ記憶手段と、屋内利用の移動局および屋外利用の移動局に対する各々の品質基準を記憶する品質基準記憶手段と、前記通信品質の測定データおよび前記品質基準に基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御し、また、前記両方の品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する制御手段と、を備える、ことを特徴とする。

本発明に係る無線通信システムは、屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおいて、前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有し、前記無線通信システムは、移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局を判定する利用種別判定手段と、屋内利用の移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する測定手段と、前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する送信電力値検出手段と、前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する位相値検出手段と、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせを記憶するデータ記憶手段と、屋内利用の移動局に対する品質基準を記憶する品質基準記憶手段と、前記通信品質の測定データおよび前記品質基準に基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御し、また、前記品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する制御手段と、を備える、ことを特徴とする。

本発明に係る無線通信システムにおいては、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせごとの発生頻度を求める頻度算出手段と、該組み合わせごとの発生頻度を記憶する頻度記憶手段とを備え、前記制御手段は、前記頻度記憶手段に記憶されている発生頻度に基づき、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせのうち無効な組み合わせを除外して、前記最小の送信電力値および前記位相値を求める、ことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局装置は、屋内に設置される無線基地局装置であり、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段と、移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局か或いは屋外利用の移動局かの利用種別を判定する利用種別判定手段と、移動局と自局との間の通信品質を測定する測定手段と、前記測定時の自局の送信電力値を検出する送信電力値検出手段と、前記測定時の前記アンテナの指向性を特定する位相値を検出する位相値検出手段と、前記利用種別の判定データ、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせを記憶するデータ記憶手段と、屋内利用の移動局および屋外利用の移動局に対する各々の品質基準を記憶する品質基準記憶手段と、前記通信品質の測定データおよび前記品質基準に基づいて自局の送信電力をフィードバック制御し、また、前記両方の品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、自局の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局装置は、屋内に設置される無線基地局装置であり、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段と、移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局を判定する利用種別判定手段と、屋内利用の移動局と自局との間の通信品質を測定する測定手段と、前記測定時の自局の送信電力値を検出する送信電力値検出手段と、前記測定時の前記アンテナの指向性を特定する位相値を検出する位相値検出手段と、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせを記憶するデータ記憶手段と、屋内利用の移動局に対する品質基準を記憶する品質基準記憶手段と、前記通信品質の測定データおよび前記品質基準に基づいて自局の送信電力をフィードバック制御し、また、前記品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、自局の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線基地局装置においては、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせごとの発生頻度を求める頻度算出手段と、該組み合わせごとの発生頻度を記憶する頻度記憶手段とを備え、前記制御手段は、前記頻度記憶手段に記憶されている発生頻度に基づき、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせのうち無効な組み合わせを除外して、前記最小の送信電力値を求める、ことを特徴とする。

本発明に係る送信電力制御方法は、屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおける前記基地局装置の送信電力制御方法であって、前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有しており、前記送信電力制御方法は、移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局か或いは屋外利用の移動局かの利用種別を判定する過程と、移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する過程と、前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する過程と、前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する過程と、前記利用種別の判定データ、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせをデータ記憶手段に記憶する過程と、屋内利用の移動局および屋外利用の移動局に対する各々の品質基準、並びに前記通信品質の測定データに基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御する過程と、前記両方の品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る送信電力制御方法は、屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおける前記基地局装置の送信電力制御方法であって、前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有しており、前記送信電力制御方法は、移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局を判定する過程と、屋内利用の移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する過程と、前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する過程と、前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する過程と、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせをデータ記憶手段に記憶する過程と、屋内利用の移動局に対する品質基準および前記通信品質の測定データに基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御する過程と、前記品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る送信電力制御方法においては、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせごとの発生頻度を求める過程と、該組み合わせごとの発生頻度を頻度記憶手段に記憶する過程と、を含み、前記送信電力を最適化する過程は、前記頻度記憶手段に記憶されている発生頻度に基づき、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせのうち無効な組み合わせを除外して、前記最小の送信電力値を求める、ことを特徴とする。

本発明に係るアンテナ指向性制御方法は、屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおける前記基地局装置のアンテナ指向性制御方法であって、前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有しており、前記アンテナ指向性制御方法は、移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局か或いは屋外利用の移動局かの利用種別を判定する過程と、移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する過程と、前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する過程と、前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する過程と、前記利用種別の判定データ、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせをデータ記憶手段に記憶する過程と、屋内利用の移動局および屋外利用の移動局に対する各々の品質基準、並びに前記通信品質の測定データに基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御する過程と、前記両方の品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係るアンテナ指向性制御方法は、屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおける前記基地局装置のアンテナ指向性制御方法であって、前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有しており、前記アンテナ指向性制御方法は、移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局を判定する過程と、屋内利用の移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する過程と、前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する過程と、前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する過程と、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせをデータ記憶手段に記憶する過程と、屋内利用の移動局に対する品質基準および前記通信品質の測定データに基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御する過程と、前記品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係るアンテナ指向性制御方法においては、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせごとの発生頻度を求める過程と、該組み合わせごとの発生頻度を頻度記憶手段に記憶する過程と、を含み、前記送信電力を最適化する過程は、前記頻度記憶手段に記憶されている発生頻度に基づき、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせのうち無効な組み合わせを除外して、前記最小の送信電力値を求める、ことを特徴とする。

本発明によれば、実測された通信品質と送信電力値との関係に基づき、移動局の利用種別に応じた品質基準を満たす最小の送信電力値およびアンテナの指向性を特定する位相値を求めることができる。これにより、屋内に設けられた無線基地局装置のアンテナの指向性を最適化し、その無線基地局装置の送信電力を適正に制御することが可能となる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線基地局装置１の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの無線移動局装置（無線通信端末）３の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムにおける無線基地局装置１の配置図である。

図３に示されるように、本無線通信システムの無線基地局装置１（以下、単に「基地局装置１」と称する）は、ユーザの自宅４０の屋内に設置される。図３の例では、基地局装置１は玄関に設置されている。無線移動局装置としての無線通信端末３（以下、単に「端末３」と称する）は、基地局装置１に接続して無線通信を行うことができる。これにより、ユーザは、端末３を自宅４０の屋内で利用して無線通信を行うことができる。

本無線通信システムは、具体的には、例えば、無線ＬＡＮを構成するシステムであり、基地局装置１はそのアクセスポイント装置であり、端末３は無線ＬＡＮ端末である。また、基地局装置１は、インターネット等の公衆の通信ネットワークに接続できる通信回線（光ファイバーケーブル等）に接続されていてもよい。

図１に示す基地局装置１において、アレーアンテナ１０は複数のアンテナ素子を有する。図１の例では二つのアンテナ素子を有している。アレーアンテナ１０は端末３との間の信号の無線送信および無線受信を行う。移相器１１は、アレーアンテナ１０の各アンテナ素子間の位相を変更する。これにより、アレーアンテナ１０の指向性が変化する。その位相は位相制御回路１４によって制御される。

アレーアンテナ１０により受信された信号は可変利得増幅器１２を介し変復調器１５に入力されて復調される。送信信号は変復調器１５で変調された後に可変利得増幅器１２を介しアレーアンテナ１０から送信される。

可変利得増幅器１２は、送信信号を増幅してアレーアンテナ１０に出力する。その増幅の利得は送信電力制御回路１３によって制御される。送信電力制御回路１３は、制御判定回路２１からの指示信号に従って送信電力を制御する。この制御出力として、可変利得増幅器１２に利得を指示する。

位相制御回路１４は、制御判定回路２１からの指示信号に従ってアレーアンテナ１０の各アンテナ素子間の位相を制御する。この制御出力として、移相器１１に位相調整係数を指示する。図４、図５には、アレーアンテナ１０の各アンテナ素子間の位相の制御結果としてのアレーアンテナ１０のビームパターンの例が示されている。ビームパターンはアンテナの指向性を表す。図４に示されるビームパターンでは、玄関に設置された基地局装置１から居間の方向に主ビーム１０１が向いており、寝室に在る端末３に対する無線送受の効率が悪い。一方、図５に示されるビームパターンでは、玄関に設置された基地局装置１から端末３の在る寝室の方向に主ビーム１０１が向いており、寝室に在る端末３に対する無線送受の効率がよい。このように、アレーアンテナ１０の各アンテナ素子間の位相を調整することによって、アレーアンテナ１０のビームパターンを適応的に制御することができる。

登録ＩＤ保持メモリ１６は、屋内利用の端末として登録された端末３の端末ＩＤ（端末識別情報）を記憶する。屋内利用の端末として登録する端末３の端末ＩＤは、ユーザのキー操作（この操作キーは図示せず）によって基地局装置１に入力される。

利用種別判定回路１７は、端末３の端末ＩＤに基づき、端末の利用種別を判定する。端末の利用種別は、屋内利用と屋外利用の二種類である。屋内利用の端末は、図３に示されるユーザの自宅４０の屋内、例えば居間や寝室、台所兼食堂で利用されるものである。屋外利用の端末は、図３に示されるユーザの自宅４０の屋外、例えば道路上で利用されるものである。ユーザは、屋内利用の端末３の端末ＩＤを基地局装置１に入力して登録する。この登録された端末ＩＤは上記した登録ＩＤ保持メモリ１６に記憶される。

端末３は、図２に示されるように、自局の端末ＩＤを記憶している自局ＩＤ保持メモリ３３を有しており、この自局ＩＤ保持メモリ３３から端末ＩＤを読み出して送受信機３２によりアンテナ３１から無線送信する。
利用種別判定回路１７は、端末３から送信された端末ＩＤを変復調器１５から受け取る。そして、端末３から送信された端末ＩＤを登録ＩＤ保持メモリ１６に記憶されている端末ＩＤと照合して、当該端末ＩＤの端末３の利用種別を判定する。すなわち、端末３から送信された端末ＩＤと登録ＩＤ保持メモリ１６に記憶されている端末ＩＤとが一致すれば、当該端末ＩＤの端末３は屋内利用の端末であると判定する。一方、端末３から送信された端末ＩＤと登録ＩＤ保持メモリ１６に記憶されている端末ＩＤとが不一致ならば、当該端末ＩＤの端末３は屋外利用の端末であると判定する。この判定データはデータ記録部１９に出力されてデータ記録部１９内のメモリに記憶される。

スループット測定回路１８は、変復調器１５で復調された受信データに基づき、端末３との間のスループット（通信回線の単位時間あたりの実効転送量）を測定する。この測定データはデータ記録部１９に出力されてデータ記録部１９内のメモリに記憶される。なお、本実施形態では、通信品質を表す各種データのうち、スループットを採用している。
また、送信電力制御回路１３は、スループット測定時の送信電力値を検出する。この検出データはデータ記録部１９に出力されてデータ記録部１９内のメモリに記憶される。
また、位相制御回路１４は、スループット測定時のアレーアンテナ１０の指向性を特定する位相値を検出する。この検出データはデータ記録部１９に出力されてデータ記録部１９内のメモリに記憶される。

図６には、データ記録部１９内のメモリに記憶される記録データの例が示されている。図６に示されるように、データ記録部１９内のメモリには、端末の利用種別の判定データ、位相値の検出データ、送信電力値の検出データ及びスループットの測定データの組み合わせが記憶される。図６では、一つの行が一つの組み合わせに対応している。図６の例では、例えば、屋外利用の端末に関し、位相値が「１０度」且つ送信電力値が「５ワット（５Ｗ）」のときのスループットが「毎秒８００キロビット（８００ｋｂｐｓ）」として測定された場合の組み合わせ（図６の図表中の最初の行に記載された組み合わせ）が記録されている。

また、データ記録部１９は、同一の組み合わせの記録データが発生した場合には、その組み合わせの発生頻度を求める。そして、その発生頻度をメモリに記憶する。図６には、組み合わせごとの発生頻度の例が示されている。図６の例では、発生頻度は正規化されている。例えば、図６に例示されている上記した屋外利用の端末、位相値「１０度」、送信電力値「５ワット（５Ｗ）」およびスループット「毎秒８００キロビット（８００ｋｂｐｓ）」の組み合わせの発生頻度は、正規化されて、１０段階のレベル「１」から「１０」のうち、レベル「６」となっている。

品質基準保持メモリ２０は、端末３の利用種別ごとの品質基準を記憶する。具体的には、屋内利用の端末３に対する品質基準と、屋外利用の端末３に対する品質基準とを記憶する。各品質基準は該当する利用種別の端末３に提供する通信品質の目標値である。本実施形態では、通信品質を表すデータの一種であるスループットの品質基準が、品質基準保持メモリ２０に格納されている。例えば、屋内利用の端末３に対するスループットの品質基準は「毎秒１０メガビット（１０Ｍｂｐｓ）」であり、屋外利用の端末３に対するスループットの品質基準は「毎秒６４キロビット（６４ｋｂｐｓ）」である。ここで、屋内利用の端末３に対しては、屋外利用の端末３よりも、優れた品質基準を与える。これは、屋内利用の端末３のユーザは、基地局装置１を設置しているので、その分の優位性を保障するためである。

制御判定回路２１は、スループット測定回路１８で測定されたスループット、及び、該測定対象の端末３の利用種別に対応する品質基準に基づいて、アレーアンテナ１０の各アンテナ素子間の位相値を調整するための判定を行う。この判定結果は、位相制御回路１４に指示される。
また、制御判定回路２１は、スループット測定回路１８で測定されたスループット、及び、該測定対象の端末３の利用種別に対応する品質基準に基づいて、自基地局装置１の送信電力をフィードバック制御するための判定を行う。この判定結果は、送信電力制御回路１３に指示される。

また、制御判定回路２１は、データ記録部１９に記憶されている「端末の利用種別の判定データ、位相値の検出データ、送信電力値の検出データ及びスループットの測定データの組み合わせ」の中から、屋内利用の端末３および屋外利用の端末３に対する両方の品質基準を満たす最小の送信電力値を求める。さらに、その最小の送信電力値が得られる位相値を当該組み合わせから得る。

図６の例では、屋内利用の端末３に対するスループットの品質基準が「毎秒１０メガビット（１０Ｍｂｐｓ）」、屋外利用の端末３に対するスループットの品質基準が「毎秒６４キロビット（６４ｋｂｐｓ）」ならば、その両方の品質基準を満たす最小の送信電力値は「２．５ワット（２．５Ｗ）」として求められる。そして、その最小の送信電力値「２．５Ｗ」が得られる位相値は当該組み合わせから「１０度」として得られる。

制御判定回路２１は、その求めた最小の送信電力値を送信電力制御回路１３に指示する。さらに、そのときの位相値を位相制御回路１４に指示する。これにより、その位相の指示値に基づき、アレーアンテナ１０の各アンテナ素子間の位相は調整されて、ビームパターンが形成される。且つ、自基地局装置１の送信電力は、屋内利用の端末３および屋外利用の端末３に対する両方の品質基準を満たす最小の送信電力値に制御され、最適化される。

また、制御判定回路２１は、上記した最小の送信電力値を求める際に、データ記録部１９に記憶されている発生頻度に基づき、データ記録部１９に記憶されている「端末の利用種別の判定データ、位相値の検出データ、送信電力値の検出データ及びスループットの測定データの組み合わせ」のうち無効な組み合わせを除外する。例えば、定常状態では起こり得ないような、低い送信電力で高いスループットが得られた場合などを除外する。具体的な処理としては、所定の発生頻度に満たない組み合わせを除外して最小の送信電力値を求める。これにより、何らかの原因により発生した非定常な無線環境に対応する組み合わせが採用されて基地局装置１の送信電力が不適正となることを防止し、基地局装置１の送信電力を適正に保つ。

次に、図７、図８を参照して、上記した図１の基地局装置１の送信電力制御に係る動作を説明する。図７、図８は、図１に示す基地局装置１の送信電力制御に係る処理フロー図である。

まず図７において、ステップＳ１では、基地局装置１は、自局の送信電力及びアレーアンテナ１０の各アンテナ素子間の位相を最適化する処理を行う。この処理では、まず、制御判定回路２１は、データ記録部１９に記憶されている「端末の利用種別の判定データ、位相値の検出データ、送信電力値の検出データ及びスループットの測定データの組み合わせ」の中から、屋内利用の端末３および屋外利用の端末３に対する両方の品質基準を満たす最小の送信電力値を求める。最小の送信電力値を求める際には、各組み合わせの発生頻度を所定の基準値と比較し、基準値に満たない組み合わせは除外して最小の送信電力値を求める。そして、その最小の送信電力値を送信電力制御回路１３に指示する。さらに、その採用した組み合わせの位相値を取得して位相制御回路１４に指示する。送信電力制御回路１３は、その指示された送信電力値に送信電力を制御するための利得を可変利得増幅器１２に指示する。また、位相制御回路１４は、その指示された位相値に、アレーアンテナ１０の各アンテナ素子間の位相を調整するための位相調整係数を移相器１１に指示する。これにより、アレーアンテナ１０の各アンテナ素子間の位相は調整されて、ビームパターンが形成される。且つ、自基地局装置１の送信電力は、屋内利用の端末３および屋外利用の端末３に対する両方の品質基準を満たす最小の送信電力値に制御され、最適化される。

なお、基地局装置１の立ち上げ直後などデータ記録部１９に記録データがない場合には、制御判定回路２１は、最大送信電力で送信するように送信電力制御回路１３に対して指示する。また、初期値（例えば０度）の位相に調整するように位相制御回路１４に指示する。

ステップＳ２では、端末３からの接続の有無を判断する。端末３からの接続があった場合、利用種別判定回路１７は、当該端末３から送信された端末ＩＤを変復調器１５から取得し、該端末ＩＤを登録ＩＤ保持メモリ１６に記憶されている端末ＩＤと照合して当該端末ＩＤの端末３の利用種別を判定する（ステップＳ３）。

ステップＳ４では、スループット測定回路１８は、変復調器１５で復調された受信データに基づき、接続のあった端末３との間のスループットを測定する。
ステップＳ５では、送信電力制御回路１３は、そのスループット測定時の送信電力値を検出する。また、位相制御回路１４は、そのスループット測定時の位相値を検出する。

ステップＳ６では、データ記録部１９は、上記ステップＳ３での端末３の利用種別の判定データ、上記ステップＳ４でのスループットの測定データ、並びに、上記ステップＳ５での送信電力値の検出データ及び位相値の検出データの組み合わせをメモリに記憶する。ここで、同一の組み合わせが既に記録されているかを確認する。そして、同一の組み合わせが未記録の場合には当該組み合わせを新規に記録する。一方、同一の組み合わせが既に記録されている場合には、当該組み合わせの発生頻度を計算し、該計算結果の発生頻度によって記録済みの組み合わせの発生頻度を書き換える。

ステップＳ７では、制御判定回路２１は、上記ステップＳ４でのスループットの測定データが上記ステップＳ３での端末３の利用種別の判定データに対応する品質基準を満たすか否かを判定する。品質基準は品質基準保持メモリ２０から取得する。

ステップＳ７の判定の結果、品質基準を満たす場合には、制御判定回路２１は、そのスループット測定時の位相値をデータ記録部１９から取得して位相制御回路１４に指示し、位相設定を行う（図８のステップＳ１０）。一方、品質基準を満たさない場合には、制御判定回路２１は、位相制御回路１４に対して、一定値だけ位相を変化させる指示を行う（ステップＳ８）。位相の変化幅は、予め設定されている（例えば、５度に設定されている）。位相の変化幅の決定方法の一例としては、屋内利用の無線環境に基づいて行う方法がある。部屋の配置と基地局装置１の位置関係ならびにアレーアンテナ１０のアンテナ素子数から、例えば、図４や図５に示したように基地局装置１を玄関脇に設置した場合、無線サービスエリアは居間、台所・食堂、寝室の３部屋をカバー出来ればよく、その無線サービスエリアの方位角は凡そ９０度であり、アレーアンテナ１０の指向性がその範囲をカバーできるように位相の変化幅を決定すればよい。

ステップＳ９では、その位相調整が可能か否かを判定する。この判定は位相調整範囲に基づいて行う。位相調整範囲は予め設定されている（例えば「０度から２７０度」に設定されている）。位相調整範囲の決定方法の一例としては、上記した位相の変化幅の場合と同様の方法がある。

ステップＳ９の判定の結果、調整可能ならば、ステップＳ４に戻り、位相調整後のスループットを測定する。以降、ステップＳ７で品質基準を満たすと判定されるまで、上記した位相調整動作を繰り返す。
一方、ステップＳ９の判定の結果、調整不可能ならば、制御判定回路２１は、これまでの位相調整過程において、スループットの測定結果が最良のときの位相値をデータ記録部１９から取得して位相制御回路１４に指示し、位相設定を行う（図８のステップＳ１０）。

次に、図８において、スループット測定回路１８は、ステップＳ１０の位相設定後のスループットを測定する（ステップＳ１１）。送信電力制御回路１３は、そのスループット測定時の送信電力値を検出する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１３では、データ記録部１９は、上記ステップＳ３での端末３の利用種別の判定データ、上記ステップＳ１１でのスループットの測定データ、及び、上記ステップＳ１２での送信電力値の検出データ、並びに、上記ステップＳ１０での位相値の設定データの組み合わせをメモリに記憶する。ここで、同一の組み合わせが既に記録されているかを確認する。そして、同一の組み合わせが未記録の場合には当該組み合わせを新規に記録する。一方、同一の組み合わせが既に記録されている場合には、当該組み合わせの発生頻度を計算し、該計算結果の発生頻度によって記録済みの組み合わせの発生頻度を書き換える。

ステップＳ１４では、制御判定回路２１は、上記ステップＳ１１でのスループットの測定データが上記ステップＳ３での端末３の利用種別の判定データに対応する品質基準を満たすか否かを判定する。

ステップＳ１４の判定の結果、品質基準を満たす場合には、制御判定回路２１は、送信電力制御回路１３に対して、送信電力を下げる指示を行う（ステップＳ１５）。一方、品質基準を満たさない場合には、制御判定回路２１は、送信電力制御回路１３に対して、送信電力を上げる指示を行う（ステップＳ１６）。送信電力の上げ幅および下げ幅は、予め設定されている。送信電力の上げ幅および下げ幅の決定方法の一例としては、屋内利用の無線環境に基づいて行う方法がある。例えば、部屋の配置や壁の材質、厚さなどによる電波強度の分布を測定し、その測定データを基に送信電力の上げ幅および下げ幅を決定する。

ステップＳ１７では、端末３が接続中であるか否かを判断する。この結果、接続中であれば、ステップＳ１１に戻る。一方、接続が終了していれば、ステップＳ１８で処理の継続か否かを判断する。この結果、処理継続ならば図７のステップＳ１に戻り、一方、処理継続でなければ終了する。

上述した実施形態によれば、実測された通信品質と送信電力値との関係に基づき、端末３の利用種別に応じた品質基準を満たす最小の送信電力値およびアレーアンテナ１０の指向性を特定する位相値を求めることができる。これにより、屋内に設けられた基地局装置１のアレーアンテナ１０の指向性を最適化し、その基地局装置１の送信電力を適正に制御することが可能となる。

また、本実施形態によれば、以下に示すような効果が得られる。
（１）端末３の各利用種別の品質基準を満たす最小の送信電力値に基地局装置１の送信電力を制御することができるので、当該基地局装置１のサービスエリアは必要最小限の範囲に収まる。これにより、近隣の宅内の無線ＬＡＮ等の他の無線通信システムのサービスエリアに対して不必要な干渉を与えることを防止することができる。
（２）必要最小限の範囲のサービスエリアとなるので、通信傍受などのセキュリティ対策の点で防衛効果が得られる。
（３）基地局装置１を設置したユーザが利用する形態である屋内利用と、その他のユーザが利用する形態である屋外利用とに区別して品質基準を設けるので、屋内利用の品質基準を屋外利用の品質基準よりも優れたものにすることができる。これにより、基地局装置１を設置したユーザに対して、その他のユーザよりも優位性を与えることができる。
（４）一般的な基地局制御方法である自律分散制御では、隣接する基地局の送信状況を受信してから制御を行うが、本実施形態によれば、隣接する基地局の送信状況を観測できない環境にあっても、送信電力を制御することができる。これにより、不必要な電力を送出することが防止され、与干渉量を削減することができる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した実施形態では、屋内利用および屋外利用の各利用種別を対象として送信電力制御処理を行ったが、屋内利用のみを対象とするように構成してもよい。この場合には、屋内利用の端末３を判別し、屋内利用の端末３に係る記録データのみをデータ記録部１９に記憶すればよい。そして、屋内利用の端末３のみを対象として、屋内利用の品質基準に基づき、アレーアンテナの位相調整、送信電力のフィードバック制御、並びに、アレーアンテナの位相および送信電力の最適化制御を行うようにすればよい。

また、上述した実施形態では無線ＬＡＮシステムを具体例として挙げたが、本発明は公衆の移動通信システムなどにも適用することができる。例えば、携帯電話システムの基地局装置をユーザの宅内に設置する場合に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る無線基地局装置１の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る無線通信システムの無線移動局装置３の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る無線通信システムにおける無線基地局装置１の配置図である。図１に示すアレーアンテナ１０のビームパターンの形成例を示す図である。図１に示すアレーアンテナ１０のビームパターンの形成例を示す図である。図１に示すデータ記録部１９に記憶される記録データの例である。図１に示す無線基地局装置１の送信電力制御に係る処理フロー図である。図１に示す無線基地局装置１の送信電力制御に係る処理フロー図である。

符号の説明

１…無線基地局装置、３…無線移動局装置（無線通信端末）、１０…アレーアンテナ、１１…移相器、１２…可変利得増幅器、１３…送信電力制御回路、１４…位相制御回路、１５…変復調器、１６…登録ＩＤ保持メモリ、１７…利用種別判定回路、１８…スループット測定回路、１９…データ記録部、２０…品質基準保持メモリ、２１…制御判定回路

Claims

屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおいて、
前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有し、
前記無線通信システムは、
移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局か或いは屋外利用の移動局かの利用種別を判定する利用種別判定手段と、
移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する測定手段と、
前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する送信電力値検出手段と、
前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する位相値検出手段と、
前記利用種別の判定データ、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせを記憶するデータ記憶手段と、
屋内利用の移動局および屋外利用の移動局に対する各々の品質基準を記憶する品質基準記憶手段と、
前記通信品質の測定データおよび前記品質基準に基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御し、また、前記両方の品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする無線通信システム。
屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおいて、
前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有し、
前記無線通信システムは、
移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局を判定する利用種別判定手段と、
屋内利用の移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する測定手段と、
前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する送信電力値検出手段と、
前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する位相値検出手段と、
前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせを記憶するデータ記憶手段と、
屋内利用の移動局に対する品質基準を記憶する品質基準記憶手段と、
前記通信品質の測定データおよび前記品質基準に基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御し、また、前記品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする無線通信システム。
前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせごとの発生頻度を求める頻度算出手段と、
該組み合わせごとの発生頻度を記憶する頻度記憶手段とを備え、
前記制御手段は、
前記頻度記憶手段に記憶されている発生頻度に基づき、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせのうち無効な組み合わせを除外して、前記最小の送信電力値および前記位相値を求める、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
屋内に設置される無線基地局装置であり、
アンテナの指向性を制御する指向性制御手段と、
移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局か或いは屋外利用の移動局かの利用種別を判定する利用種別判定手段と、
移動局と自局との間の通信品質を測定する測定手段と、
前記測定時の自局の送信電力値を検出する送信電力値検出手段と、
前記測定時の前記アンテナの指向性を特定する位相値を検出する位相値検出手段と、
前記利用種別の判定データ、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせを記憶するデータ記憶手段と、
屋内利用の移動局および屋外利用の移動局に対する各々の品質基準を記憶する品質基準記憶手段と、
前記通信品質の測定データおよび前記品質基準に基づいて自局の送信電力をフィードバック制御し、また、前記両方の品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、自局の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線基地局装置。
屋内に設置される無線基地局装置であり、
アンテナの指向性を制御する指向性制御手段と、
移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局を判定する利用種別判定手段と、
屋内利用の移動局と自局との間の通信品質を測定する測定手段と、
前記測定時の自局の送信電力値を検出する送信電力値検出手段と、
前記測定時の前記アンテナの指向性を特定する位相値を検出する位相値検出手段と、
前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせを記憶するデータ記憶手段と、
屋内利用の移動局に対する品質基準を記憶する品質基準記憶手段と、
前記通信品質の測定データおよび前記品質基準に基づいて自局の送信電力をフィードバック制御し、また、前記品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、自局の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線基地局装置。
前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせごとの発生頻度を求める頻度算出手段と、
該組み合わせごとの発生頻度を記憶する頻度記憶手段とを備え、
前記制御手段は、
前記頻度記憶手段に記憶されている発生頻度に基づき、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせのうち無効な組み合わせを除外して、前記最小の送信電力値を求める、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の無線基地局装置。
屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおける前記基地局装置の送信電力制御方法であって、
前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有しており、
前記送信電力制御方法は、
移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局か或いは屋外利用の移動局かの利用種別を判定する過程と、
移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する過程と、
前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する過程と、
前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する過程と、
前記利用種別の判定データ、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせをデータ記憶手段に記憶する過程と、
屋内利用の移動局および屋外利用の移動局に対する各々の品質基準、並びに前記通信品質の測定データに基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御する過程と、
前記両方の品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する過程と、
を含むことを特徴とする送信電力制御方法。
屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおける前記基地局装置の送信電力制御方法であって、
前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有しており、
前記送信電力制御方法は、
移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局を判定する過程と、
屋内利用の移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する過程と、
前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する過程と、
前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する過程と、
前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせをデータ記憶手段に記憶する過程と、
屋内利用の移動局に対する品質基準および前記通信品質の測定データに基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御する過程と、
前記品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する過程と、
を含むことを特徴とする送信電力制御方法。
前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせごとの発生頻度を求める過程と、
該組み合わせごとの発生頻度を頻度記憶手段に記憶する過程と、を含み、
前記送信電力を最適化する過程は、
前記頻度記憶手段に記憶されている発生頻度に基づき、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせのうち無効な組み合わせを除外して、前記最小の送信電力値を求める、
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の送信電力制御方法。
屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおける前記基地局装置のアンテナ指向性制御方法であって、
前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有しており、
前記アンテナ指向性制御方法は、
移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局か或いは屋外利用の移動局かの利用種別を判定する過程と、
移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する過程と、
前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する過程と、
前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する過程と、
前記利用種別の判定データ、前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせをデータ記憶手段に記憶する過程と、
屋内利用の移動局および屋外利用の移動局に対する各々の品質基準、並びに前記通信品質の測定データに基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御する過程と、
前記両方の品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する過程と、
を含むことを特徴とするアンテナ指向性制御方法。
屋内に設置された基地局装置を有する無線通信システムにおける前記基地局装置のアンテナ指向性制御方法であって、
前記基地局装置は、アンテナの指向性を制御する指向性制御手段を有しており、
前記アンテナ指向性制御方法は、
移動局の識別情報に基づき、屋内利用の移動局を判定する過程と、
屋内利用の移動局と前記基地局装置との間の通信品質を測定する過程と、
前記測定時の前記基地局装置の送信電力値を検出する過程と、
前記測定時の前記基地局装置のアンテナの指向性を特定する位相値を検出する過程と、
前記通信品質の測定データ、前記送信電力値の検出データおよび前記位相値の検出データの組み合わせをデータ記憶手段に記憶する過程と、
屋内利用の移動局に対する品質基準および前記通信品質の測定データに基づいて前記基地局装置の送信電力をフィードバック制御する過程と、
前記品質基準を満たす最小の送信電力値および前記位相値を前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせの中から求めて、前記基地局装置の送信電力およびアンテナの指向性を最適化する過程と、
を含むことを特徴とするアンテナ指向性制御方法。
前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせごとの発生頻度を求める過程と、
該組み合わせごとの発生頻度を頻度記憶手段に記憶する過程と、を含み、
前記送信電力を最適化する過程は、
前記頻度記憶手段に記憶されている発生頻度に基づき、前記データ記憶手段に記憶されている組み合わせのうち無効な組み合わせを除外して、前記最小の送信電力値を求める、
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のアンテナ指向性制御方法。