JP2011071835A - 無線通信システム及び無線基地局選択方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マクロセルとフェムトセルとが混在していても、確実にハンドオフを行うことができる無線通信システム及び無線基地局選択方法を提供する。
【解決手段】無線通信システム１は、建物Ｂ内に設置されたフェムトセル基地局１２と、マクロセル基地局１１と、フェムトセル基地局１２又はマクロセル基地局１１との間で通信を行う無線通信端末１３と、フェムトセル基地局１２の通信エリアに無線通信端末１３が位置するか否かを検出するセンサ１４と、マクロセル基地局１１との間で通信を行っている無線通信端末１３に対してパイロットビーコンを送出するパイロットビーコン送出器１５とを備えており、フェムトセル基地局１２は、無線通信端末１３がフェムトセル基地局１２の通信エリアに位置することがセンサ１４で検出された場合に、パイロットビーコン送出器１５にパイロットビーコンを送出させる制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信端末と無線基地局との間で無線信号を送受信して通信を行う無線通信システム、及び無線通信システムに設けられた無線基地局を選択する無線基地局選択方法に関する。

無線通信システムに設けられている無線基地局は、その多くが半径数百メートル〜十数キロメートル程度の大きさの通信エリアを有している。このような通信エリアは、その大きさからマクロセルと呼ばれている。マクロセル同士の境界領域、室内の奥まった場所、或いは地下等においては、無線信号の信号強度が微弱であるため回線が切断されやすくなって通信品質が低下する。そこで、このような場所に、半径数十メートル程度の極めて小さなフェムトセルといわれる通信エリアを有する無線基地局を設置することにより、通信品質の改善が図られている。

マクロセルとフェムトセルとが併存する通信システムでは、マクロセル内に存在する無線通信端末がフェムトセル内に移動する場合に、マクロセルに係る無線基地局との間の接続を、フェムトセルに係る無線基地局との間の接続に切り替える制御（ハンドオフ）を行う必要がある。以下の特許文献１には、複数の無線基地局を備える通信システムにおいて、所謂パイロットビーコン（Pilot Beacon）と呼ばれる制御信号を用いることによってハンドオフを確実に行う技術が開示されている。

特開２００７−１５０４７６号公報

ところで、従来は、マクロセルに係る無線基地局のチャネルを使用して無線通信端末に対して上述のパイロットビーコンを送出している。このため、近隣に存在する他のマクロセルに係る無線基地局から発せられる電波によって電波干渉が主ずると、無線通信端末に対してパイロットビーコンを送出することができず、確実なハンドオフを実現できない場合が考えられる。かかる場合には、無線通信端末が主導してハンドオフを行わなければならず、回線切断等の通信品質の劣化が生じやすくなるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、マクロセルとフェムトセルとが混在していても、確実にハンドオフを行うことができる無線通信システム及び無線基地局選択方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の無線通信システムは、所定の大きさの領域を通信エリアとする第１基地局と、前記第１基地局の通信エリアよりも広範な領域を通信エリアとする第２基地局と、前記第１基地局又は前記第２基地局との間で無線信号を送受信して通信を行う無線通信端末と、前記第１基地局の通信エリアに前記無線通信端末が位置するか否かを検出する検出装置と、前記第２基地局との間の通信から前記第１基地局との間の通信へ切り替える契機となる制御信号を、前記第１基地局を介して前記無線通信端末に送出する送出装置と、前記無線通信端末が前記第１基地局の通信エリアに位置することが前記検出装置で検出された場合には、前記送出装置に前記制御信号を送出させる制御を行う制御装置とを備えることを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記制御装置が、前記送出装置に前記制御信号を送出させる制御を行ってから所定時間が経過した場合には、前記送出装置に前記制御信号の送出を停止させる制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記制御装置が、前記制御信号の送出に伴い前記第１基地局との間の通信に切り替わって、前記無線通信端末が前記第１基地局の通信エリア内に位置登録された場合には、前記送出装置に前記制御信号の送出を停止させる制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記制御装置が、送出された前記制御信号を受信した前記無線通信端末が前記第１基地局との間の通信に対応していないものであると判定した場合には、前記送出装置に前記制御信号の送出を停止させる制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記第１基地局の通信エリアが、入退室口が設けられた室内に設定されることを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記検出装置が、前記入退室口を介した入室又は退室を検出することを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記制御装置が、前記検出装置で前記入退室口を介した入室が検出された場合には前記送出装置に前記制御信号を送出させる制御を行い、前記検出装置で前記入退室口を介した退室が検出された場合には前記送出装置に前記制御信号の送出をさせない制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記送出装置が、前記入退室口及びその近傍に前記制御信号を送出することを特徴としている。
本発明の無線基地局選択方法は、所定の大きさの領域を通信エリアとする第１基地局の通信エリアに無線通信端末が位置するか否かを検出する第１ステップと、前記無線通信端末が前記第１基地局の通信エリアに位置することが検出された場合には、前記第１基地局の通信エリアよりも広範な領域を通信エリアとする第２基地局との間の通信から前記第１基地局との間の通信へ切り替える契機となる制御信号を、前記第１基地局を介して前記無線通信端末に送出する第２ステップとを有することを特徴としている。

本発明によれば、マクロセルとフェムトセルとが混在していても、確実にハンドオフを行うことができるという効果がある。

本発明の一実施形態による無線通信システムの構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態による無線通信システムの要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無線基地局選択方法を示すフローチャートである。 無線端末装置がフェムトセルの通話エリアの近辺を通過する状態を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による無線通信システム及び無線基地局選択方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による無線通信システムの構成を模式的に示す図である。図１に示す通り、本実施形態の無線通信システム１は、マクロセル基地局１１（第２基地局）、フェムトセル基地局１２（第１基地局、制御装置）、無線通信端末１３、センサ１４（検出装置）、及びパイロットビーコン送出器１５（送出装置）を備える。尚、図１においては、フェムトセル基地局１２が建物Ｂの内部に設けられた態様の無線通信システム１を図示してある。

マクロセル基地局１１は、フェムトセル基地局１２の通信エリアよりも広範なマイクロセルと呼ばれる領域（半径数百メートル〜十数キロメートル程度の領域）を通信エリアとしており、このマクロセル内に位置する無線端末装置との間で無線信号を送受信して通信を行う。フェムトセル基地局１２は、フェムトセルと呼ばれる所定の大きさの領域（半径数十メートル程度の領域）を通信エリアとしており、このフェムトセル内に位置する無線端末装置との間で無線信号を送受信して通信を行う。また、フェムトセル基地局１２は、センサ１４の検出結果に応じて、パイロットビーコン送出器１５からのパイロットビーコンの送出を制御する。

図１に示す例では、建物Ｂ内にフェムトセル基地局１２が設けられているため、フェムトセルは建物Ｂの内部に設定される。尚、図１では図示を省略しているが、マイクロセル基地局１１及びフェムトセル基地局１２は、不図示の無線通信ネットワークにそれぞれ接続されており、この無線通信ネットワークを介してお互いに通信することができ、また他の基地局との間で通信することができ、更には不図示のサーバ装置（例えば、メールサーバ装置等）との間で通信を行うことができる。

無線通信端末１３は、マクロセル基地局１１又はフェムトセル基地局１２との間で無線信号の送受信を行うことで、他の無線通信端末との間の通話、又は電子メールの送受信若しくはホームページの閲覧等を実現するものである。この無線通信端末１３は、ユーザによって携帯されてユーザの移動に伴って移動する。このため、ユーザの移動に応じて、マクロセル基地局１１の通信エリアであるマクロセルや、フェムトセル基地局１２の通信エリアであるフェムトセル等の内部に位置する。

センサ１４は、フェムトセル基地局１２の通信エリアであるフェムトセル内に無線通信端末１３が位置するか否かを検出するものである。具体的に、センサ１４は、建物Ｂの入退室口であるドアＤの近傍に取り付けられており、無線通信端末１３を携帯するユーザがドアＤを介して建物Ｄに入室したか、又は無線通信端末１３を携帯するユーザがドアＤを介して建物Ｄから退室したかを検出することによって、無線通信端末１３がフェムトセル内に位置するか否かを検出している。尚、無線通信端末１３を携帯しないユーザがドアＤを介して建物Ｄ内に入室する場合も考えられるが、本実施形態では、ドアＤを介した入室が検出されれば、フェムトセル内に無線通信端末１３が配置されたとみなすこととしている。

このセンサ１４としては、例えば赤外線センサ、ドアＤの開閉を検出するセンサ、人感センサ等を用いることができる。また、セキュリティチェックをするために、カードを所持する者の入退室のみを許可するシステムが予めドアＤに設けられている場合には、そのシステムと連動して入退室が許可されている者であるか否かを検出するセンサを用いることもできる。

パイロットビーコン送出器１５は、マクロセル基地局１１との間で通信を行っている無線通信端末１３が、フェムトセル基地局１２との間で通信する契機となる制御信号であるパイロットビーコン送出する。このパイロットビーコン送出器１５は、建物Ｂの入退室口であるドアＤ付近に取り付けられており、ドアＤ近辺の領域Ｒに向けてパイロットビーコンを送出する。

このように、パイロットビーコンが送出される領域をドアＤ近辺の領域Ｒに限定するのは、近隣に存在する他のマクロセルに係る無線基地局から発せられる電波による電波干渉を避けるためである。また、ドアＤを介して建物Ｂの内部に入室する無線通信端末以外の無線通信端末（建物Ｂの屋外であって建物Ｂの近くに位置する無線通信端末）がフェムトセルにハンドオフするのを極力避けるためである。尚、図１では図示を省略しているが、パイロットビーコン送出器１５は、フェムトセル基地局１２に接続されており、フェムトセル基地局１２の制御の下でパイロットビーコンの送出を行う。

図２は、本発明の一実施形態による無線通信システムの要部構成を示すブロック図である。尚、図２は、無線通信システム１をなす構成のうちの、建物Ｂの内部又は外部に設置される構成のみを図示している。図２に示す通り、建物Ｂには、フェムトセル基地局１２、センサ１４、及びパイロットビーコン送出器１５が設置される。フェムトセル基地局１２はセンサ１４及びパイロットビーコン送出器１５とそれぞれ接続されており、センサ１４の検出結果がフェムトセル基地局１２に入力され、フェムトセル基地局１２からの制御信号がパイロットビーコン送出器１５に入力される。

フェムトセル基地局１２は、制御部２１（制御装置）及び記憶部２２を備える。制御部２１は、主として、センサ１４の検出結果に応じて、パイロットビーコン送出器１５からのパイロットビーコンの送出及びその停止を制御する。具体的には、無線通信端末１３を携帯するユーザがドアＤを介して建物Ｄに入室したことがセンサ１４によって検出された場合には、パイロットビーコン送出器１５に対してパイロットビーコンを送出させる制御を行う。

また、制御部２１は、パイロットビーコンの送出が開始されてから所定時間（例えば、数秒〜十数秒程度）が経過した場合、又はドアＤを介して建物Ｄに入室した無線通信端末１３がフェムトセルに係るフェムトセル基地局１２で位置登録された場合には、パイロットビーコンの送出を停止させる制御を行う。更に、制御部２１は、ドアＤを介して建物Ｄに入室した無線通信端末１３がフェムトセル基地局１２との通信に対応していないものである場合にも、パイロットビーコンの送出を停止させる制御を行う。記憶部２２は、制御部１２の制御に必要となる各種情報（例えば、パイロットビーコンの送出を開始してから停止させるまでの時間を示す情報等）を記憶する。

次に、上記構成における無線通信システムの動作について説明する。図３は、本発明の一実施形態による無線基地局選択方法を示すフローチャートである。尚、図３に示すフローチャトで示される処理は、フェムトセル基地局１２の電源投入により開始されて繰り返し実行される。また、ここでは、マクロセル基地局１１に接続されている（マクロセル基地局１１に位置登録されている）無線通信端末１３を携帯するユーザが、ドアＤを介して建物Ｂ内に入室する場合の動作を例に挙げて説明する。

処理が開始されると、まず、ドアＤを介した建物Ｂへのユーザの入室がセンサ１４によって検出されたか否かが制御部２１で判断される（ステップＳ１１：第１ステップ）。この判断結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ１１の処理が繰り返される。これに対し、ドアＤを介したユーザの入室がセンサ１４によって検出されると、ステップＳ１１の判断結果は「ＹＥＳ」になり、制御部２１の制御の下で、パイロットビーコン送出器１５から図１に示す領域Ｒに向けてパイロットビーコンが送出される（ステップＳ１２：第２ステップ）。

送出されたパイロットビーコンは、ドアＤを介して建物Ｂに入室するユーザが携帯する無線通信端末１３で受信される。すると、無線通信端末１３では、マクロセル基地局１１との間の接続を、フェムトセル基地局１２との間の接続に切り替えるハンドオフを行うための処理が開始される。一方、パイロットビーコン送出器１５に対してパイロットビーコンを送出させる制御を行った制御部２１は、無線通信端末１３がフェムトセル基地局１２で位置登録されてフェムトセルへ遷移したか否かを判断する（ステップＳ１３）。尚、フェムトセル基地局１２での位置登録は、無線通信端末１３でのハンドオフが終了した後になされる。

フェムトセルへ遷移したと判断した場合（ステップＳ１３の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、制御部２１はパイロットビーコン送出器１５を制御して、パイロットビーコンの送出を停止させる（ステップＳ１４）。他方、フェムトセルへ遷移していないと判断した場合（ステップＳ１３の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、制御部２１はパイロットビーコン送出器１５に対してパイロットビーコンを送出させる制御を行ってから予め設定された一定時間（例えば、数秒〜十数秒程度）が経過したか否かを判断する（ステップＳ１５）。

上記の一定時間が経過していない場合には、ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」になって処理はステップＳ１３に戻り、再びフェムトセルへ遷移したか否かが制御部２１によって判断される。他方、上記の一定時間が経過すると、ステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御部２１はパイロットビーコン送出器１５を制御して、パイロットビーコンの送出を停止させる（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の処理が終了すると、図３に示す一連の処理が、再びステップＳ１１の処理から開始される。

以上説明した通り、本実施形態では、センサ１４によってフェムトセルが設定された建物Ｂの内部にユーザが入室したか否かを検出し、入室が検出された場合にドアＤ近辺の限定された領域Ｒに一定時間の間だけ無線通信端末１３にフェムトセルへの遷移を促すパイロットビーコンを送出している。このため、近隣に存在する他のマクロセルに係る無線基地局から発せられる電波による電波干渉を避けることができ、確実にハンドオフを行うことができる。また、無線通信端末１３で確実なハンドオフが行われることによって、無線通信端末１３の消費電流の削減及び通信品質の向上を図ることができる。

更に、本実施形態では、不要なハンドオフを抑制することもできる。図４は、無線端末装置がフェムトセルの通話エリアの近辺を通過する状態を模式的に示す図である。図４において、符号Ａ１を付した円形の領域はマクロセル基地局１１の通話エリアを、符号Ａ２を付した円形の領域は建物Ｂ内に設置されたフェムトセル基地局１２の通話エリアをそれぞれ示している。尚、図示の通り、通話エリアＡ２は、通話エリアＡ１と重複しており、その一部が建物Ｂの外にも設定されているとする。

いま、マクロセル基地局１１に接続されている（マクロセル基地局１１に位置登録されている）無線通信端末１３を携帯するユーザが、図中の符号ＭＤが付された方向に移動してフェムトセル基地局１２の通話エリアＡ２を通過する場合を考える。かかる場合において、無線通信端末１３が通話エリアＡ２に入ったときは、電波強度の観点からはフェムトセル基地局１２との間の接続に切り替えるハンドオフが行われるのが望ましい。

しかしながら、無線通信端末１３が通話エリアＡ２を単に通過する場合には、無線通信端末１３が通話エリアＡ２に入っても直ちに通話エリアＡ２から出てしまうため、フェムトセル基地局１２との間の接続に切り替えるハンドオフが行われた直後に再びマクロ基地局１１との間の接続に切り替えるハンドオフが行われ、無駄なハンドオフの処理が生じてしまう。本実施形態では、センサ１４によって入室が検出された場合に一定時間の間だけパイロットビーコンを送出しているため、このような不要なハンドオフを抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態による無線通信システム及び無線基地局選択方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、フェムトセル基地局１２とパイロットビーコン送出器１５とが別々に設けられており、フェムトセル基地局１２の制御の下でパイロットビーコン送出器１５からパイロットビーコンが送出される場合を例に挙げて説明した。しかしながら、パイロットビーコン送出器１５をフェムトセル基地局１２に内蔵し、パイロットビーコンがフェムトセル基地局１２から送出される態様にしても良い。かかる態様の場合には、パイロットビーコンが送出される領域を図１に示す領域Ｒに限定することは困難であるが、建物Ｂ内におけるパイロットビーコンの強度を適宜調整すれば電波干渉の問題は避けることができる。

また、センサ１４がドアＤを介した入室と退室とを個別に検出することができるものである場合には、センサ１４によって入室が検出された場合にのみパイロットビーコンを送出し、退室が検出された場合にはパイロットビーコンを送出させない制御を行うのが望ましい。尚、センサ１４がドアＤを介した入室と退室とを分けて検出できないものである場合には、センサ１４の検出結果が出力される度にパイロットビーコンの送出がなされることになる。

また、上述した実施形態では、建物Ｂの内部にフェムトセルが設定された場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、建物Ｂの屋外にフェムトセルが設定される場合であっても適用することができる。例えば、マクロセルについての電波状態が悪いバス停等にフェムトセル基地局１２、センサ１４、及びパイロットビーコン送出器１５を設置すれば、そのバス停を中心とした半径数十メートル程度の領域をフェムトセルに設定することができる。

１ 無線通信システム
１１ マクロセル基地局
１２ フェムトセル基地局
１３ 無線通信端末
１４ センサ
１５ パイロットビーコン送出器
２１ 制御部
Ｂ 建物
Ｄ ドア

Claims (9)

1. 所定の大きさの領域を通信エリアとする第１基地局と、
   前記第１基地局の通信エリアよりも広範な領域を通信エリアとする第２基地局と、
   前記第１基地局又は前記第２基地局との間で無線信号を送受信して通信を行う無線通信端末と、
   前記第１基地局の通信エリアに前記無線通信端末が位置するか否かを検出する検出装置と、
   前記第２基地局との間の通信から前記第１基地局との間の通信へ切り替える契機となる制御信号を、前記第１基地局を介して前記無線通信端末に送出する送出装置と、
   前記無線通信端末が前記第１基地局の通信エリアに位置することが前記検出装置で検出された場合には、前記送出装置に前記制御信号を送出させる制御を行う制御装置と
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記制御装置は、前記送出装置に前記制御信号を送出させる制御を行ってから所定時間が経過した場合には、前記送出装置に前記制御信号の送出を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記制御装置は、前記制御信号の送出に伴い前記第１基地局との間の通信に切り替わって、前記無線通信端末が前記第１基地局の通信エリア内に位置登録された場合には、前記送出装置に前記制御信号の送出を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
4. 前記制御装置は、送出された前記制御信号を受信した前記無線通信端末が前記第１基地局との間の通信に対応していないものであると判定した場合には、前記送出装置に前記制御信号の送出を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
5. 前記第１基地局の通信エリアは、入退室口が設けられた室内に設定されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の無線通信システム。
6. 前記検出装置は、前記入退室口を介した入室又は退室を検出することを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。
7. 前記制御装置は、前記検出装置で前記入退室口を介した入室が検出された場合には前記送出装置に前記制御信号を送出させる制御を行い、前記検出装置で前記入退室口を介した退室が検出された場合には前記送出装置に前記制御信号の送出をさせない制御を行うことを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
8. 前記送出装置は、前記入退室口及びその近傍に前記制御信号を送出することを特徴とする請求項５から請求項７の何れか一項に記載の無線通信システム。
9. 所定の大きさの領域を通信エリアとする第１基地局の通信エリアに無線通信端末が位置するか否かを検出する第１ステップと、
   前記無線通信端末が前記第１基地局の通信エリアに位置することが検出された場合には、前記第１基地局の通信エリアよりも広範な領域を通信エリアとする第２基地局との間の通信から前記第１基地局との間の通信へ切り替える契機となる制御信号を、前記第１基地局を介して前記無線通信端末に送出する第２ステップと
   を有することを特徴とする無線基地局選択方法。

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