JP2010109533A - 基地局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数ホッピング方式で通信している無線端末との通信状態や周波数利用効率を従来よりも効率良くすることができる基地局装置を提供すること。
【解決手段】周波数ホッピング方式を用いる基地局装置１０において、周波数を基にしたキャリアそれぞれから択一的にキャリアを選択するキャリア選択部１５と、キャリア選択部１５によって選択されたキャリアを介して無線端末２０と通信する無線通信部１１と、キャリア選択部１５にキャリアを一定の周期で選択させる制御部１２とを備え、制御部１２が、無線端末２０との通信状態の変化に応じて周期を変更するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、周波数ホッピング方式を導入している基地局装置に関する。

従来の無線通信方式には、スペクトラム拡散という技術があるが、スペクトラム拡散の代表的な方式には、周波数ホッピング方式と、直接拡散方式とがあり、いずれもノイズや干渉に強く、秘匿性に優れるとされている。

周波数ホッピング方式は、周波数を一定の規則に従い高速に切り替えながら、通信装置間で通信を行うものであり、周波数ホッピング・スペクトラム拡散（Frequency Hopping Spread Spectrum、FHSS）とも呼ばれている。送信側と受信側でホッピング・シーケンスやホッピング・パターンと呼ぶ一定の規則を規定し、その規則に従って各通信周波数の中から高速に通信周波数を切り替えながら通信を行う。切り替える（ホップする）周波数の搬送波をここではキャリアと言う。

なお、通信装置は、使用するキャリアが多いほど妨害、干渉、傍受に強い通信を行うことができる。キャリアの一部にノイズが局在した場合であっても、高速にキャリアをホップすることで、実際にノイズのあるキャリアで通信する期間は短くなるため、周波数ホッピング方式は、ノイズに強いとされる。また、ホッピング・シーケンスが第三者に知られなければ通信を傍受しにくいため、ある程度は通信の秘匿性にも優れているとされる。

通信装置が、周波数ホッピング方式を行うには、予めホップできるキャリアをいくつか確保する必要がある。キャリアを確保するためには、キャリアセンスが実施される。キャリアセンスでは、通信装置が、搬送波を受信することにより、これから使用しようとする周波数帯域が空いているか否かを検知する。通信装置は、空き周波数帯域の中から、新たに登録すべき占有帯域に適合した空き周波数帯域を検出し、検出された空き周波数帯域内の基準周波数の中から上記占有帯域の中心周波数を決定する（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２２８９２７号公報

上述した周波数ホッピング方式を例えばＰＨＳ（Personal Handy-phone System）のような基地局装置および無線端末を含む移動通信システムに適用したとすると、無線端末が移動するため、基地局装置と無線端末との通信状態が刻々と変化する。特定の周波数における通信状態が悪いエリアに無線端末がいる場合（例えばフレームエラーレートが高い場合）、その周波数で通信していると通信状態が当然悪くなるため、別の周波数に切り替える必要がある。

また、特定の周波数における通信状態が悪いエリアに無線端末がいる場合であって、無線端末の移動速度が遅く、周波数ホップする周期が相当長い場合、その周波数で通信しているとそのエリアから抜け出さない限り通信状態が当然悪くなり、通信状態は改善されず悪いままとなってしまう問題がある。また、無線端末の移動速度が速いと、良好、不良の通信状態が頻繁に変化する場合があるため、周波数ホッピング方式の効果がなくなって周波数ホッピング用に確保している各周波数が効率的に利用できない場合もある。

そこで、本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、周波数ホッピング方式で通信している無線端末との通信状態や周波数利用効率を従来よりも効率良くすることができる基地局装置を提供することを目的とする。

本発明の基地局装置は、周波数を基にしたキャリアそれぞれから択一的にキャリアを選択するキャリア選択部と、前記キャリア選択部によって選択されたキャリアを介して無線端末と通信する無線通信部と、前記キャリア選択部にキャリアを一定の周期で選択させる制御部とを備え、前記制御部が、前記無線端末との通信状態の変化に応じて前記周期を変更する構成を有している。

この構成により、キャリアを一定の周期で選択させ、無線端末との通信状態の変化に応じて周期を変更するため、無線端末との通信状態や周波数利用効率を従来よりも効率良くすることができる。

また、本発明の基地局装置は、前記無線通信部の通信状態の変化に基づいて前記無線端末の移動速度を算出する端末速度算出部を備え、前記制御部が、前記端末速度算出部によって算出された移動速度に応じて前記周期を変更する構成を有している。

この構成により、無線端末の移動速度に応じて周期を変更するため、移動速度が遅い場合には周期を短くすれば無線端末との通信状態を良くすることができ、移動速度が早い場合には周期を長くすれば他の無線端末にキャリアを使用させることができるため、周波数利用効率を従来よりも効率良くすることができる。

また、本発明の基地局装置は、前記無線端末と通信する際のエラーレベルを測定するエラーレベル測定部を備え、前記エラーレベル測定部によって測定されたエラーレベルが閾値を越えた場合、前記キャリア選択部にキャリアを選択させる構成を有している。

この構成により、エラーレベルが閾値を越えた場合キャリアが選択されるため、周期のタイミングを待たなくても、キャリアを即座に切り替えて良好な通信品質を維持することが可能である。

本発明の基地局制御方法は、無線端末と通信する基地局装置を制御する基地局制御方法において、前記基地局装置が、周波数を基にしたキャリアそれぞれから択一的にキャリアを一定の周期で選択するキャリア選択ステップと、前記基地局装置が、前記キャリア選択ステップで選択されたキャリアを介して前記無線端末と通信するステップと、前記基地局装置が、前記無線端末との通信状態の変化に応じて前記周期を変更するステップとを備えている。

この方法により、基地局装置は、キャリアを一定の周期で選択させ、無線端末との通信状態の変化に応じて周期を変更するため、無線端末との通信状態や周波数利用効率を従来よりも効率良くすることができる。

本発明は、周波数ホッピング方式で通信している無線端末との通信状態や周波数利用効率を従来よりも効率良くすることができる基地局装置を提供するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施例に係る無線通信システムの構成図である。図１に示した無線通信システムは、各周波数を高速に切り替える周波数ホッピング方式を用いて、基地局装置１０と無線端末２０との間で通信を行うものである。

無線端末２０は移動するため、基地局装置１０との通信状態が常に良好だとは限らず、常に不良だとは限らない。障害物９などに通信用の電波が遮られる場合もあり、さらに、それぞれの周波数の特性に応じて通信状態が変化する場合もある。

図２は、本実施例に係る基地局装置のブロック図である。基地局装置１０は、無線通信部１１、制御部１２、およびネットワークインタフェース１３を有している。

無線通信部１１は、無線端末２０と通信するためのアンテナから無線信号を送受信するものであって、信号の変調や復調などの処理を行う。また、無線通信部１１は、周波数ホッピング用の中心周波数のキャリアで、無線端末２０との間で通信を行っている。

制御部１２は、例えば、プログラムを実行するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどによって構成され、キャリアセンス部１４、キャリア選択部１５、端末速度算出部１６、およびエラーレベル測定部１７によって構成される。

キャリアセンス部１４は、例えば、基地局装置１０の立ち上げ時など、周波数ホップ可能なキャリアをサーチすることで、複数のキャリアを見つけるようになっている。各キャリアの周波数を見つける条件としては、互いのキャリアの周波数が近すぎないことや、互いのキャリアの周波数特性が類似していない等がある。

また、キャリアセンス部１４は、見つけた複数のキャリアをキャリア選択部１５に通知するようになっている。

キャリア選択部１５は、通知された複数のキャリアから１つのキャリアを選択し、選択した周波数のキャリアでデータ送信するよう無線通信部１１に指示する。選択方法については、キャリア選択部１５は、それぞれのキャリアの通信状態に応じて良好であろうキャリアを予測し、無線端末２０と通信中のキャリアから、予測されたキャリアに切り替えるよう指示する。

端末速度算出部１６は、無線端末２０と無線通信部１１との間の通信状態の変化から無線端末２０の移動速度を算出するようになっている。例えば、端末速度算出部１７は、無線端末２０が送信する信号の遅延の変化に応じて移動速度を算出してもよいし、無線端末２０の位置を特定し、位置の変化に応じて移動速度を算出してもよい。例えば、移動速度は一定時間毎に算出される。

ここで、周波数ホッピング方式について詳細に説明する。

図５は、周波数ホッピング方式を用いていない場合の通信状態を示す図である。図中の１マスは、単位時間を表しており、通信品質が良いものは塗りつぶしがあり通信品質が不良のものは塗りつぶしがない（図６、７も同様）。図５の上部は、無線端末２０の移動速度が遅い場合の通信状態を示しており、無線端末２０が一旦障害物９に隠れたりすると通信状態が不良となる時間が続く。

図５の下部は、無線端末２０の移動速度が速い場合の通信状態を示しており、無線端末２０が速く障害物９に隠れたり、障害物９から出たりすると通信状態も連動して良好になったり不良となったりする。ここでは、障害物で通信状態が変化する例について説明しているが、障害物に限らず空中の状況で特定の周波数に影響がある場合もある。

図６は、周波数ホッピング方式を用いている場合の通信状態を示しており、無線端末２０の移動速度が遅い場合の図である。図６の上部は、サーチして得られたホッピングに用いるキャリアＣ１からキャリアＣ４までの通信状態を示している。図６の下部は、フレーム時間毎に周波数ホップしてキャリアを切り替えた場合について示している。

例えば、図６の上部で、キャリアＣ１を選択し続けている場合よりも、図６の下部のように、周波数ホップしてキャリアを切り替えながら通信する（図では、１フレーム時間毎にキャリアＣ１→Ｃ４→Ｃ２のように切り替わる）ほうが、通信状態が良いことが判る。

図７は、周波数ホッピング方式を用いている場合の通信状態を示しており、無線端末２０の移動速度が速い場合の図である。図７の上部は、１フレーム時間毎にキャリアＣ１からキャリアＣ４までの通信状態を示している。図７の下部は、フレーム時間毎に周波数ホップしてキャリアを切り替えた場合について示している。

例えば、図７の上部で、キャリアＣ１を選択し続けている場合と、図６の下部のように、周波数ホップしてキャリアを切り替えながら通信する場合と、通信状態があまり変わらないことが判る。従って、無線端末２０の移動速度が速い場合において、短い周期で周波数ホップしても効果がなく、さらに、キャリアＣ１からキャリアＣ４までを必要としているため、周波数利用効率が良くない。

無線端末２０の移動速度が速い場合において、周波数ホップする際の周期を長くする等の対策があって他の無線端末にキャリアを使用させるようにする。また、無線端末２０の移動速度が速い場合において、ホップするキャリアを制限するようにしても良い。図７のように４つのキャリアを使用していれば、２つなどに制限することで、他の無線端末にキャリアを使用させるようにする。

エラーレベル測定部１７は、１以上の無線端末２０と無線通信部１１との通信に用いられるエラーレベル（例えば、フレームの誤り率）を測定するようになっている。フレームの誤り率は、ＦＥＲ（Frame Error Rate）という。

制御部１２は、端末速度算出部１６で算出された移動速度に応じて、周波数ホップの時間間隔の周期を求めるようになっている。周期を求め方については、例えば、移動速度の範囲と周期とが対応したデータ表（移動速度Ａ〜Ｂ→周期Ｘ、移動速度Ｂ〜Ｃ→周期Ｙなど、なお、Ａ＜Ｂ＜Ｃ）があって、制御部１２は、このデータ表に従って周期を求める。このデータ表は、移動速度が速ければ速いほど周期の期間は長くなるように設定される。

ネットワークインタフェース１３は、インターネットや電話網との通信を行うものである。ネットワークインタフェース１３から送受されるデータは、無線通信部１１を介して無線端末２０に送受信される。

以上のように構成された基地局装置１０の動作について図面を用いて説明する。図３のフローチャートについては、キャリアセンス部１４が既に周波数ホップ可能なキャリアをサーチすることが済んでいることを前提としている。

図３は、基地局装置１０の周波数ホッピングの動作例を示すフローチャートである。まず、制御部１２は、無線端末２０に対して送信するデータ（以下、送信データという）があるか否かを判定する（Ｓ１）。制御部１２は、ステップＳ１でｙｅｓの場合、現在使用しているキャリアを送信データに割り当てるか、または、現在使用しているキャリアが無い場合にはキャリア選択部１５で選択された新たなキャリアを送信データに割り当てる（Ｓ２）。

ここで、制御部１２は、エラーレベル測定部１７によって測定された無線端末２０との通信のＦＥＲが閾値以内か否か（通信品質が良いか否か）を判定する（Ｓ３）。ステップＳ３でＹＥＳの場合、制御部１２は、計時している時間が、周波数ホッピングの周期となる一定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ４）。

ステップＳ４でＮＯの場合、制御部１２は、ステップＳ２で割り当てたキャリアで送信データを送信するよう無線通信部１１に指示することで、無線通信部１１はデータを送信する（Ｓ５）。なお、周波数ホップする直前などでは、無線通信部１１が送信する信号には、次のホップするキャリアや周期の情報が含められ、無線端末２０にどのキャリアを使うのかが通知されてもよい。

ステップＳ４でＹＥＳの場合、制御部１２は、計時している時間をリセットすると共に、現在使用しているキャリアを切り替える（Ｓ６）ため、キャリア選択部１５にキャリアを選択させることで、周波数のホッピングを行う。例えば、ステップＳ６を実施するため、図６に示したようにキャリアが切り替わる。

なお、本フローチャートで示している処理では、ステップＳ３でＮＯの場合（無線端末２０との通信のＦＥＲが閾値を越えて、通信品質が悪い場合）でも、制御部１２は、現在使用しているキャリアを切り替える（Ｓ６）。このようにすれば、周期のタイミングを待たなくても、キャリアを即座に切り替えて良好な通信品質を維持することが可能である。

図４は、基地局装置１０の周波数ホッピングの周期を変更する際の動作例を示すフローチャートである。まず、制御部１２は、端末速度算出部１６によって算出された無線端末２０の移動速度を取得する（Ｓ７）。

次に、制御部１２は、端末速度算出部１６で算出された移動速度に応じて、周波数ホップの時間間隔の周期を求める（Ｓ８）。上述したように、移動速度が速ければ速いほど周期の期間は長くなる。なお、求まった周期は、ステップＳ４に反映される。また、図４に示したフローチャートの動作は定期的に実施される。また、制御部１２は、無線端末２０と通信する際の通信状態（例えば、無線端末２０が送信する信号の遅延の変化など）に応じて周波数ホップの時間間隔の周期を求めてもよい。

以上説明したように、本実施例の基地局装置１０は、無線端末２０の移動速度が遅い場合には周期を短くすれば無線端末との通信状態を良くすることができ、無線端末２０の移動速度が早い場合には周期を長くすれば他の無線端末にキャリアを使用させることができるため、周波数利用効率を従来よりも効率良くすることができる。

なお、図面では、無線端末２０を１つ図示していたが、複数あってもよく、基地局装置１０は、無線端末毎に図３および図４で説明したフローチャートの動作を実施する。

本発明は、周波数ホッピング方式で通信している無線端末との通信状態や周波数利用効率を従来よりも効率良くすることができる効果を有し、ＰＨＳや様々な通信方式を用いる基地局装置に幅広く有用である。

本実施例に係る無線通信システムの構成図である。 本実施例に係る基地局装置のブロック図である。 本実施例に係る基地局装置の周波数ホッピングの動作例を示すフローチャートである。 本実施例に係る基地局装置の周波数ホッピングの周期を変更する際の動作例を示すフローチャートである。 周波数ホッピング方式を用いていない場合の通信状態を示す図である。 周波数ホッピング方式を用いている場合の通信状態を示しており、無線端末の移動速度が遅い場合の図である。 周波数ホッピング方式を用いている場合の通信状態を示しており、無線端末２０の移動速度が速い場合の図である。

符号の説明

９ 障害物
１０ 基地局装置
１１ 無線通信部
１２ 制御部
１３ ネットワークインタフェース
１４ キャリアセンス部
１４ 周波数切替部
１５ キャリア選択部
１６ 端末速度算出部
１７ エラーレベル測定部
１７ 端末速度算出部
２０ 無線端末

Claims (4)

1. 周波数を基にしたキャリアそれぞれから択一的にキャリアを選択するキャリア選択部と、
   前記キャリア選択部によって選択されたキャリアを介して無線端末と通信する無線通信部と、
   前記キャリア選択部にキャリアを一定の周期で選択させる制御部とを備え、
   前記制御部が、前記無線端末との通信状態の変化に応じて前記周期を変更することを特徴とする基地局装置。
2. 前記無線通信部の通信状態の変化に基づいて前記無線端末の移動速度を算出する端末速度算出部を備え、
   前記制御部が、前記端末速度算出部によって算出された移動速度に応じて前記周期を変更することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記無線端末と通信する際のエラーレベルを測定するエラーレベル測定部を備え、
   前記エラーレベル測定部によって測定されたエラーレベルが閾値を越えた場合、前記キャリア選択部にキャリアを選択させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基地局装置。
4. 無線端末と通信する基地局装置を制御する基地局制御方法において、
   前記基地局装置が、周波数を基にしたキャリアそれぞれから択一的にキャリアを一定の周期で選択するキャリア選択ステップと、
   前記基地局装置が、前記キャリア選択ステップで選択されたキャリアを介して前記無線端末と通信するステップと、
   前記基地局装置が、前記無線端末との通信状態の変化に応じて前記周期を変更するステップとを備えたことを特徴とする基地局制御方法。