JP2008211667A - 通信制御方法および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サービス中の基地局のチルト角の簡易な調整技法を提供する。
【解決手段】無線通信装置(100)は、無線通信装置の負荷状態を示す値を取得し、取得した負荷状態を示す値が、所定の負荷値に満たない期間を求める負荷状態取得部(160)と、求めた期間において、無線通信装置に隣接する他の無線通信装置から放射される電波の電界強度を測定する電界強度測定部(170)と、測定結果に応じて所定のアンテナチルト角を制御するアンテナチルト角制御手段(180)とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信制御方法および無線通信装置に関する。

基地局を設置する時、トラヒック量、周辺エリアとの干渉、電波伝搬特性、設置場所(高さ／該当箇所の管理人の同意等)さまざまな要素を元にサービスエリア決定や置局設計を行い、その上でアンテナチルト角が決定される。隣接配置基地局間においてビーム方向を調整するだけでは、干渉を免れることが出来ない基地局と端末間の通信において、別の基地局から該当の端末に接続する事で、問題を回避する手法が提案されている。図１０は、従来手法を説明する図である。図に示すように、加入者局ＲＩ1 のアンテナ設置時に、基地局２１と基地局２２とを結ぶ妨害波方向にビームを向けずに、妨害波方向と異なる方向の基地局２３にビームを向ける。これにより、加入者局ＲＩ1は加入者局ＴＩ1による干渉波の影響を受けることなく、基地局２３と間で良好な通信が可能となる。
特開2002-10340号公報

しかしながら、この手法では、別基地局を使用することで基地局と端末の距離が離れてしまい消費電力が増大してしまうという問題がある。そもそも、基地局の追加などに追従して最適なサービスエリアを構築できていない事に問題があり、この手法は、最適なサービスエリアの構成について何ら解決するものではない。また、アンテナのチルト角の変更は、固定チルトの時はアンテナ交換・可変チルトの時は所定のオペレーションが必要であるが、実際に調整を行ったときは、該当エリアで電波測定(フィールドテスト)を行う事や運用実績の比較によってチルト角調整を検証することになる。また、基地局の追加の際は周辺環境も検討に入れる必要もあり、チルト角検証には大きな工数がかかる。また、このように周到に調整したアンテナチルト角であっても、基地局周辺の建造物（ビルなど）の出現や改築などによって電波伝搬環境は顕著に変動し、サービス中の基地局のチルト角の簡易な調整技法の開発が待たれている。特に、アダプティブアレイアンテナのようにアンテナウエイト（ビーム指向性）の調整によって、アンテナチルト角を電気的に調整できる場合には、調整自体は、アンテナウエイトを制御することで簡易に可能であるため、定期的にアンテナチルト角の調整を行うことが望ましい。

従って、本発明の目的は、稼動中の無線通信装置（基地局）において、簡易にアンテナチルト角を調整する技法（方法および装置）を提供することである。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による通信制御方法は、
所定のアンテナチルト角（水平方向とビームの最大指向方向との間でなす角）で電波を放射する無線通信装置（基地局）における通信制御方法であって、
前記無線通信装置の負荷状態を示す値（典型的にはトラフィック量）を取得する負荷状態取得ステップと、
前記取得した負荷状態を示す値が、所定の負荷値に満たない期間において、前記無線通信装置に隣接する他の無線通信装置（周辺基地局）から放射される電波の電界強度を測定する電界強度測定ステップと、
前記電界強度測定ステップによる測定結果に応じて、前記所定のアンテナチルト角を制御（電気的チルト角および／または機械的チルト角の制御）するアンテナチルト角制御ステップと、
を有する。

また、第２の発明による通信制御方法は、
所定のアンテナチルト角で電波を放射する無線通信装置（基地局）における通信制御方法であって、
（前記無線通信装置を再起動する再起動ステップと、）
前記無線通信装置の再起動時に、前記無線通信装置に隣接する他の無線通信装置（周辺基地局）から放射される電波の電界強度を測定する電界強度測定ステップと、
前記電界強度測定ステップによる測定結果に応じて、前記所定のアンテナチルト角を制御（電気的チルト角および／または機械的チルト角の制御）するアンテナチルト角制御ステップと、
を有する。

また、第３の発明による通信制御方法では、
前記アンテナチルト角制御ステップは、
前記電界強度測定ステップにより測定された、前記他の無線通信装置から放射された電波の電界強度が、所定の電界強度値に満たない場合には、前記所定のアンテナチルト角を小さくする（即ち、ビームの最大指向方向を上にシフトさせて、より遠い地点まで届くように電波を発射し、当該基地局のセル範囲を拡大する）ように制御する、
ことを特徴とする。

また、第４の発明による通信制御方法は、
前記無線通信装置が時分割複信（ＴＤＤ）方式による通信を行い、
前記電界強度測定ステップが、
１フレーム（送信部分と受信部分とからなるフレーム）の時間間隔に亘って、前記電界強度を測定する（即ち、１フレーム全てを受信モードにして電界強度を測定する）、ことを特徴とする。

また、第５の発明による通信制御方法は、
前記他の無線通信装置により、当該他の無線通信装置に隣接する無線通信装置に対して前記電界強度測定ステップを実行するステップと、
前記他の無線通信装置により、当該他の無線通信装置のアンテナチルト角に対して前記アンテナチルト角制御ステップを実行するステップと、
前記無線通信装置において測定される電界強度、および、前記他の無線通信装置において測定される電界強度が、前記所定の電界強度値に満たないように（即ち、相互の無線通信装置から放射される電波が過度に干渉しないように）、前記無線通信装置によるアンテナチルト角制御ステップ、および、前記他の無線通信装置による前記アンテナチルト角制御ステップを制御するステップと、
をさらに有することを特徴とする。

また、第６の発明による通信制御方法は、
前記無線通信装置および前記他の無線通信装置が、アダプティブアレイアンテナシステムを具え、
前記電界強度測定ステップは、
前記無線通信装置が、前記アダプティブアレイアンテナシステムを用いて前記他の無線通信装置の通信エリアに向けて指向性ビームを放射するステップと、
前記他の無線通信装置が、前記アダプティブアレイアンテナシステムを用いて前記無線通信装置の通信エリアに向けて指向性ビームを放射するステップと、を含み、
前記電界強度測定ステップは、
前記無線通信装置および前記他の無線通信装置がそれぞれ、相手側無線通信装置から放射された指向性ビームによる電界強度を測定する、
ことを特徴とする。

また、第７の発明による通信制御方法は、
前記無線通信装置と前記他の無線通信装置とから放射される指向性ビームの指向性を変えるように制御するステップ、
をさらに有することを特徴とする。

上述したように本発明の解決手段を方法として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する装置、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

例えば、本発明を装置として実現させた第８の発明による無線通信装置は、
所定のアンテナチルト角（水平方向とビームの最大指向方向との間でなす角）で電波を放射する無線通信装置（基地局）であって、
前記無線通信装置の負荷状態を示す値（典型的にはトラフィック量）を取得し、該取得した負荷状態を示す値が、所定の負荷値に満たない期間を求める負荷状態取得手段と、
前記負荷状態取得手段により求めた期間において、前記無線通信装置に隣接する他の無線通信装置（周辺基地局）から放射される電波の電界強度を測定する電界強度測定手段と、
前記電界強度測定手段による測定結果に応じて、前記所定のアンテナチルト角を制御（電気的チルト角および／または機械的チルト角の制御）するアンテナチルト角制御手段と、
を有する。

また、第９の発明による無線通信装置は、
所定のアンテナチルト角で電波を放射する無線通信装置（基地局）であって、
（前記無線通信装置を再起動する再起動手段と、）
前記無線通信装置の再起動時に、前記無線通信装置に隣接する他の無線通信装置（周辺基地局）から放射される電波の電界強度を測定する電界強度測定手段と、
前記電界強度測定手段による測定結果に応じて、前記所定のアンテナチルト角を制御（電気的チルト角および／または機械的チルト角の制御）するアンテナチルト角制御手段と、
を有する。

本発明によれば、サービス中の無線通信装置（基地局）において負荷が低いときや再起動時に電界強度を測定し、測定結果に応じてアンテナチルト角を最適なものに調整して、干渉の少ない最適なサービスエリアを提供することが可能となる。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。図１は、本発明による無線通信装置の基本的な構成を示すブロック図である。図に示すように、無線通信装置１００は、ＲＦ部１１０、受信部１２０、送信部１３０、装置全体の制御を司る制御部１４０、測定した電界強度、アンテナウエイトなどを格納する記憶部１５０、複数のアンテナ素子を含むアダプティブアレイアンテナＡＡＡを具える。また、無線通信装置１００は、負荷状態取得部１６０、電界強度測定部１７０、およびアンテナチルト角制御部１８０を具える。負荷状態取得部１６０は、無線通信装置の負荷状態を示す値（トラヒック量）を取得し、取得した値を記憶部１５０に格納する。図３は、負荷状態取得部１６０によって取得されたトラヒック量と時刻との関係を示す図である。無線通信装置の場所の特性によって異なるが、一般的には、図３に示すように午前３−４時くらいが最もトラヒック量が少なくなる傾向がある。電界強度測定部１７０は、取得した負荷状態を示す値が、所定の負荷値に満たない期間（例えば、午前３−４時）において、無線通信装置に隣接する他の無線通信装置から放射される電波の電界強度を測定する。アンテナチルト角制御部１８０は、電界強度の測定結果に応じて、アンテナウエイトを調整することによってアンテナチルト角を電気的に制御する。なお、機械的にアンテナチルト角を制御してもよい。

図２は、アンテナチルト角を説明するための図である。基地局のアンテナＡＮＴは、指向性ビームを発射する。このとき、ビームの最大指向方向と水平方向との間でなす角度をアンテナチルト角と定義する。図から理解できるように、アンテナチルト角を小さくすると、より遠くまで指向性ビームが到達するようになり、より広いサービスエリアをカバーすることが可能となる。逆に、アンテナチルト角を大きくすると、指向性ビームが到達する距離が小さくなり、より狭いサービスエリアとなる。

図４は、本発明による通信制御方法を開始するための前処理のフローチャートである。負荷状態が低いタイミング（例えば、午前３−４時）で前処理を開始する。図に示すように、ステップＳＴ１１にて、現在ユーザが接続しているか否かを判定する。接続していない場合は、測定を開始する（ステップＳＴ１２）。接続している場合は、ステップＳＴ１３に進み、接続中のユーザを切断することができるか（或いは、他の基地局へハンドオーバできるか）否かを判定する。切断できない場合は、ステップＳＴ１４に進み、測定中止を決定して処理を終える。切断できる場合は、当該ユーザを切断し、ステップＳＴ１１に戻り、再度、ユーザが接続しているか否かを確認する。

以降、無線通信装置の典型例である基地局を例にして本発明の具体的な構成を説明する。図５は、本発明の一実施態様による基地局の構成図である。図に示すように、基地局２００は、受信回路２１０、送信回路２４０、およびアダプティブアレイアンテナＡＡＡを具える。この例では、アダプティブアレイアンテナＡＡＡは、４個のアンテナ素子を具え、各アンテナ素子には４個のアンテナ共用器（デュプレクサ）ＤＰＸ１−４がそれぞれ接続されている。受信回路２１０は、メモリＭ１，Ｍ２、受信ウエイトベクトル制御部２２０，２３０を具える。電界強度の測定中は、受信ウエイトベクトル制御部２２０，２３０によって受信出力が全方向に対して均等になるようにアンテナウエイトを調整する。受信側と送信側の双方に空間多重番号別およびアンテナ素子別に乗算器Ｗ１１，Ｗ２１，Ｗ３１，Ｗ４１，Ｗ１２，Ｗ２２，Ｗ３２，Ｗ４２を設けてあり、これらの乗算器を使ってウエイトベクトルをそれぞれ設定している。ＤＰＸ１−４は、通常は、送信状態と受信状態とを交互に切り替えて動作しているが、電界強度の測定中は、全て受信状態に設定し、周辺基地局の電波（制御チャネル）の受信を開始する。受信した電波を取り込み、制御チャネルの情報より周辺基地局の識別情報（ＩＤ番号）を抽出し、その電界強度を測定する。送信回路２４０は、送信ウエイトベクトル制御部２５０，２６０を具える。送信ウエイトベクトル制御部２５０，２６０において、各アンテナのアンテナウエイトを調整することによって、アンテナチルト角を調整する。

図６は、周辺基地局の余干渉（サービスエリア）の測定の状況を示す図である。図に電界強度測定部によって測定された電界強度に基づき、中央の基地局ＢＳ１および周辺基地局ＢＳ２−７のサービスエリア（セル半径）Ｚ１ａ−Ｚ７ａが示してある。また、電界強度測定部は基地局毎のＲＳＳＩ（受信信号強度表示信号）を求める。図６（ａ）は、周辺基地局からの電界強度が大きく測定された場合を示す図であり、余干渉が大きいため、アンテナチルト角を大きくする(下方に向ける)事でサービスエリアを縮小し干渉を最小限に抑える。

逆に、図６（ｂ）に示すように電界強度が小さい時は、サービスエリアＺ１ｂ−Ｚ７ｂの間に隙間が開いている状態なので、アンテナチルト角を小さくする(上方に向ける)事でサービスエリアを拡大し、隙間をカバーする。この操作を隣接基地局それぞれが行うことで、図６（ｃ）に示すように、最適なサービスエリアＺ１ｃ−Ｚ７ｃに収束させる。

図７は、２つの隣接する基地局の間で送受信共に最大で通信を行い、電界強度を測定する場合を説明する図である。図に示すように、基地局ＢＳ１１が指向性ビームＢ１１を基地局ＢＳ１２に向けて発射し、基地局ＢＳ１2も、基地局ＢＳ１１に向けて指向性ビームＢ１２を発射している。図中のＲＳＳＩ値は、基地局ＢＳ１１を送信側とし、基地局ＢＳ１２を受信側とした場合の測定値である。定期的にこの操作を行うことで、基地局間の無線状況を定量的に測定することができ、フィールド（電波伝搬環境）の状況変化が確認できる。

図８は、２つの隣接する基地局の間で位相合成パターンを変更し、ビームの方向を変えた時の特性を説明する図である。この場合では、基地局ＢＳ２１の送信の向きと、基地局ＢＳ２２の受信の向きをそれぞれ変更している。これにより、どの方向の状況が変わっているかビームの方向を変更することで具体的に調査することが出来る。

図９は、サービスエリアの状況を示す図である。各基地局のサービスエリアＺ３１ａ−Ｚ３７ａの均衡が取れていない時などに、サービスエリアが干渉している方向と、足りていない(エリアに隙間がある)方向を調査区別して、周辺基地局それぞれのアンテナチルトを調整する。図９（ａ）の場合、中央の基地局ＢＳ３１に対して、周辺の基地局ＢＳ３３，ＢＳ３４，ＢＳ３７がサービスエリアの足りていない方向で、周辺の基地局ＢＳ３２，ＢＳ３５，ＢＳ３６が干渉している方向となる。アンテナチルトを基地局ＢＳ３１，ＢＳ３３，ＢＳ３４，ＢＳ３７は大きく、基地局ＢＳ３２，ＢＳ３５，ＢＳ３６は小さくすることで、図９（ｂ）のようにサービスエリアＺ３１ｂ−Ｚ３７ｂを調整できる。

本発明の利点をまとめる以下のようになる。負荷の低い時間帯や再起動時などにおいて、自局と周辺基地局のサービスエリアとの干渉など情報を簡易に入手して、アンテナチルト角を調整することが可能となる。また、AAS（アダプティブアレイアンテナシステム）による特定の位相合成パターンの電波の送受信よる所定の周辺基地局同士で送受信を行い定期的に比較することで、本来普遍であるサービスエリアの変化(建築物増加/アンテナ損傷)などの検出が可能となる。また、ビームの向きを水平方向に変えていくことにより、どの方向の状況が変わっているか具体的に調査することができるので、基地局の追加・撤去・一時的な運用停止など、サービスエリアの均衡が崩れた時でも、自動的に最適状態へと移行することができる。例えば、OFDMA（直交波周波数分割多重）変調方式に代表される無線通信装置で、AASを採用するシステムで、かつ、アンテナのチルト角が電気的およびまたは機械的に調整可能なアレイアンテナを有する無線通信システムに本発明を適用することが可能である。このような無線通信システムにおいて、基地局間干渉が懸念されるエリアで、基地局を全受信モードによる無線サーチとAASによる特定の位相合成パターンの電波の送受信よる電波測定により、周辺基地局からの余干渉等を計測し、周辺基地局との密接状況を感知し、サービスエリアを調整することが可能となる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

本発明による無線通信装置の基本的な構成を示すブロック図である。 アンテナチルト角を説明するための図である。 負荷状態取得部１６０によって取得されたトラヒック量と時刻との関係を示す図である。 本発明による通信制御方法を開始するための前処理のフローチャートである。 本発明の一実施態様による基地局の構成図である。 周辺基地局の余干渉（サービスエリア）の測定の状況を示す図である。 ２つの隣接する基地局の間で送受信共に最大で通信を行い、電界強度を測定する場合を説明する図である。 ２つの隣接する基地局の間で位相合成パターンを変更し、ビームの方向を変えた時の特性を説明する図である。 サービスエリアの状況を示す図である。 従来手法を説明する図である。

符号の説明

２１ 基地局
２２ 基地局
２３ 基地局
１００ 無線通信装置
１１０ ＲＦ部
１２０ 受信部
１３０ 送信部
１４０ 制御部
１５０ 記憶部
１６０ 負荷状態取得部
１７０ 電界強度測定部
１８０ アンテナチルト角制御部
２００ 基地局
２１０ 受信回路
２２０，２３０ 受信ウエイトベクトル制御部
２４０ 送信回路
２５０，２６０ 送信ウエイトベクトル制御部
ＡＡＡ アダプティブアレイアンテナ
Ｗ１１，Ｗ２１，Ｗ３１，Ｗ４１，Ｗ１２，Ｗ２２，Ｗ３２，Ｗ４２ 乗算器
ＡＮＴ アンテナ
Ｂ１１，Ｂ１２ 指向性ビーム
ＢＳ１，ＢＳ１１，ＢＳ１２ 基地局
ＢＳ２ 周辺基地局
ＢＳ２１，ＢＳ２２，ＢＳ３１ 基地局
ＢＳ３１，ＢＳ３３，ＢＳ３４，ＢＳ３７ 基地局
ＢＳ３２，ＢＳ３５，ＢＳ３６ 基地局
ＢＳ３３，ＢＳ３４，ＢＳ３７ 基地局
Ｍ１，Ｍ２ メモリ
Ｚ１ａ−Ｚ７ａ サービスエリア
Ｚ１ｂ−Ｚ７ｂ サービスエリア
Ｚ１ｃ−Ｚ７ｃ サービスエリア
Ｚ３１ａ−Ｚ３７ａ，Ｚ３１ｂ−Ｚ３７ｂ サービスエリア

Claims (9)

1. 所定のアンテナチルト角で電波を放射する無線通信装置における通信制御方法であって、
   前記無線通信装置の負荷状態を示す値を取得する負荷状態取得ステップと、
   前記取得した負荷状態を示す値が、所定の負荷値に満たない期間において、前記無線通信装置に隣接する他の無線通信装置から放射される電波の電界強度を測定する電界強度測定ステップと、
   前記電界強度測定ステップによる測定結果に応じて、前記所定のアンテナチルト角を制御するアンテナチルト角制御ステップと、
   を有する通信制御方法。
2. 所定のアンテナチルト角で電波を放射する無線通信装置における通信制御方法であって、
   前記無線通信装置の再起動時に、前記無線通信装置に隣接する他の無線通信装置から放射される電波の電界強度を測定する電界強度測定ステップと、
   前記電界強度測定ステップによる測定結果に応じて、前記所定のアンテナチルト角を制御するアンテナチルト角制御ステップと、
   を有する通信制御方法。
3. 請求項１また２に記載の通信制御方法において、
   前記アンテナチルト角制御ステップが、
   前記電界強度測定ステップにより測定された、前記他の無線通信装置から放射された電波の電界強度が、所定の電界強度値に満たない場合には、前記所定のアンテナチルト角を小さくするように制御する、
   ことを特徴とする通信制御方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信制御方法において、
   前記無線通信装置が時分割複信方式による通信を行い、
   前記電界強度測定ステップが、
   １フレームの時間間隔に亘って、前記電界強度を測定する、
   ことを特徴とする通信制御方法。
5. 請求項３または４に記載の通信制御方法において、
   前記他の無線通信装置により、当該他の無線通信装置に隣接する無線通信装置に対して前記電界強度測定ステップを実行するステップと、
   前記他の無線通信装置により、当該他の無線通信装置のアンテナチルト角に対して前記アンテナチルト角制御ステップを実行するステップと、
   前記無線通信装置において測定される電界強度、および、前記他の無線通信装置において測定される電界強度が、前記所定の電界強度値に満たないように、前記無線通信装置によるアンテナチルト角制御ステップ、および、前記他の無線通信装置による前記アンテナチルト角制御ステップを制御するステップと、
   をさらに有することを特徴とする通信制御方法。
6. 請求項３または４に記載の通信制御方法において、
   前記無線通信装置および前記他の無線通信装置が、アダプティブアレイアンテナシステムを具え、
   前記電界強度測定ステップは、
   前記無線通信装置が、前記アダプティブアレイアンテナシステムを用いて前記他の無線通信装置の通信エリアに向けて指向性ビームを放射するステップと、
   前記他の無線通信装置が、前記アダプティブアレイアンテナシステムを用いて前記無線通信装置の通信エリアに向けて指向性ビームを放射するステップと、を含み、
   前記電界強度測定ステップは、
   前記無線通信装置および前記他の無線通信装置がそれぞれ、相手側無線通信装置から放射された指向性ビームによる電界強度を測定する、
   ことを特徴とする通信制御方法。
7. 請求項６に記載の通信制御方法において、
   前記無線通信装置と前記他の無線通信装置とから放射される指向性ビームの指向性を変えるように制御するステップ、
   をさらに有することを特徴とする通信制御方法。
8. 所定のアンテナチルト角で電波を放射する無線通信装置であって、
   前記無線通信装置の負荷状態を示す値を取得し、該取得した負荷状態を示す値が、所定の負荷値に満たない期間を求める負荷状態取得手段と、
   前記負荷状態取得手段により求めた期間において、前記無線通信装置に隣接する他の無線通信装置から放射される電波の電界強度を測定する電界強度測定手段と、
   前記電界強度測定手段による測定結果に応じて、前記所定のアンテナチルト角を制御するアンテナチルト角制御手段と、
   を有する無線通信装置。
9. 所定のアンテナチルト角で電波を放射する無線通信装置であって、
   前記無線通信装置の再起動時に、前記無線通信装置に隣接する他の無線通信装置から放射される電波の電界強度を測定する電界強度測定手段と、
   前記電界強度測定手段による測定結果に応じて、前記所定のアンテナチルト角を制御するアンテナチルト角制御手段と、
   を有する無線通信装置。

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