JP2012004644A - 中継通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】制御局と無線基地局を接続する有線線路に発生する障害に対処する。
【解決手段】有線線路に障害が発生した無線基地局である対象局は、有線線路の障害の発生を検知し、予め周辺局として記憶してある無線基地局に向けてアレイアンテナのビーム方向・チルト角を制御する。制御局は、有線線路の障害の発生の検知に対応して、周辺局に対して対象局に対する中継を指示するモード移行命令信号を周辺局に送信し、周辺局は、モード移行命令信号の受信に対応して、対象局に向けてアレイアンテナのビーム方向・チルト角を制御する。制御局は、周辺局のアレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御の完了に対応して、障害が発生した有線線路に替えて、周辺局を介して対象局と通信する。
【選択図】図５

Description

本発明は、有線線路に障害が発生した無線基地局と制御局との間の通信を、代替する中継通信システムに関する。

近年、携帯電話端末、データ通信カードなどによる数々の無線通信方式があるが、各々に無線システムが存在する。それらを構成する共通の要素として、無線基地局、制御局、伝送路の３つの要素が挙げられる。

制御局は各無線基局を統括して制御・監視をし、各無線基地局はその通信サービスエリア（以下、エリア境界）内の携帯端末との間でデータ・音声を伝送する。

伝送路は制御局と無線基地局を繋いで送受信を行うための媒体である。その多くはメタルケーブル、光ケーブルなどの有線線路であり、制御局を中心としたスター型ネットワークで各無線基地局と構成している。

ここで問題点として制御局、無線基地局などの装置内は冗長化構成であるが、伝送路の場合、無線基地局ごとに迂回路や二重経路など冗長構成にすると非常にコストが掛かるため実現しないことがある。その場合、ひとたび有線線路に物理的な破損が生じると無線基地局自体は正常であっても、制御局と伝送できないためにサービス停止状態になる。

つまり制御局と無線基地局間の有線線路が長距離になる程、物理的破損リスクは高くなり、自然災害等に対して脆弱である。

また非常時・災害発生時にこそ通信手段を確保することが先決になるが、地盤崩落、土砂崩れにより道路が封鎖され、工事車両など通行できないことにより、早急な障害復旧が困難な状況も想定されるため、非常時における復旧の手段を確保しておく必要がある。

特開平8-139643号公報

従来の方法では、制御局と無線基地局との間の有線線路に、自然災害・天災などにより物理的破損が発生した場合、その無線基地局の装置自体は問題なくても有線線路が寸断されることにより、無線基地局に通信障害が発生し、サービス停止状態になる。ただし、その無線基地局の周辺の無線基地局によりサービスの一部がカバーされるが、電波品質が劣化することにより接続しにくい状況や、障害物に電波が遮られ接続できない状況が発生する。

従来の解決方法として以下の方法が挙げられるが、それぞれに課題がある。

１つは有線線路とは別に無線基地局と制御局間を専用のマイクロ波回線にて伝送する方法がある。しかし無線基地局の台数分、アンテナを設置し、回線構築するのは費用が上がる。

２つ目は有線線路を冗長化することである。しかし冗長化した有線経路が同じ経路であれば物理的な破損リスクは変らない。一方、有線経路を別々にすれば、建設コストが掛かる。

３つ目は、特許文献１に開示される方法がある。特許文献１には、「無線基地局Aの伝送路１に発生した障害を伝送装置１６の検知部３１が検知した場合、予備回線制御装置３４が第１及び第２スイッチ３２、３３を切替えて無線装置１５と監視制御装置１７とを送受信装置３５に接続し、装置１５及び１７が扱う信号を、送受信アンテナ１４を介して他の正常無線基地局Bの送受信アンテナ３５ａへ送信し、この送信により交換局６が障害発生無線基地局Aとの間で通信を行う他の正常無線基地局Bを介して移動機８との通信を行うように制御部３６が制御することにより、瞬断なく通信サービスが出来るように構成する。」とある。

特許文献１の技術を実現する方法として、移動体通信システム全体的なシステム設計・構築が必須であり、予備回線制御装置３４を全ての無線基地局に投入する必要がある。また予備回線制御装置３４と各装置１５、１６、１７、３５を接続するためのインターフェイスが必要になり、配線工事も伴い、高コストな方法である。

有線線路に障害が発生した無線基地局と制御局との間の通信を、周辺の無線基地局に中継させる中継通信システムおよびその方法を開示する。開示する中継通信システムおよびその方法は、次のように制御する。

アレイアンテナを使用するTDD方式により各通信サービスエリア内の携帯端末と通信する複数の無線基地局と、複数の無線基地局と各々有線線路で接続する制御局とを有する中継通信システムであって、有線線路に障害が発生した無線基地局である対象局は、有線線路の障害の発生を検知し、予め周辺局として記憶してある無線基地局に向けてアレイアンテナのビーム方向・チルト角を制御し、制御局は、有線線路の障害の発生の検知に対応して、周辺局に対して対象局に対する中継を指示するモード移行命令信号を周辺局に送信し、周辺局は、モード移行命令信号の受信に対応して、対象局に向けてアレイアンテナのビーム方向・チルト角を制御し、制御局は、周辺局のアレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御の完了に対応して、障害が発生した有線線路に替えて、周辺局を介して対象局と通信する。

望ましい他の態様は、対象局および周辺局の各々は、互いに向け合うアレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御と各々の通信サービスエリア内の携帯端末と通信するためのアレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御とを互いに同期して繰り返す。アレイアンテナを構成する各アンテナ（アンテナエレメント）からのビームの位相を制御することにより、アレイアンテナのビーム方向・チルト角が制御される。

望ましいさらに他の態様は、対象局および周辺局のアレイアンテナが向き合うようにビーム方向・チルト角が制御されるタイミングを待つために、対象局が周辺局へ送信する、対象局の通信サービスエリア内の携帯端末から制御局へのデータを対象局内のメモリに格納し、周辺局が対象局へ送信する、制御局から対象局の通信サービスエリア内の携帯端末へのデータを周辺局内のメモリに格納する。

本発明によれば、制御局と無線基地局を接続する有線線路に発生する障害に対処できる。

中継通信システムの概略図である。 無線基地局の概略図である。 制御局の概略図 モードAのシーケンス図である。 モードBのシーケンス図である。 モードBに移行するフロー図である。 モードBに移行するフロー図である。 ビーム方向・チルト角調整のシーケンス図である。 ビーム方向・チルト角調整のシーケンス図である。 ビーム方向・チルト角調整のシーケンス図である。

有線線路に障害が発生した無線基地局と制御局との間の通信を、周辺の無線基地局に中継させる中継通信システムおよびその方法を開示する。中継通信システムは、アレイアンテナを使用するTDD（Time Division Duplex）方式により各通信サービスエリア内の携帯端末と通信する複数の無線基地局と、複数の無線基地局と各々有線線路で接続する制御局とを有し、次のように制御する。

有線線路に障害が発生した無線基地局である対象局は、有線線路の障害の発生を検知し、予め周辺局として記憶してある無線基地局に向けてアレイアンテナのビーム方向・チルト角を制御する。制御局は、有線線路の障害の発生の検知に対応して、周辺局に対して対象局に対する中継を指示するモード移行命令信号を周辺局に送信し、周辺局は、モード移行命令信号の受信に対応して、対象局に向けてアレイアンテナのビーム方向・チルト角を制御する。制御局は、周辺局のアレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御の完了に対応して、障害が発生した有線線路に替えて、周辺局を介して対象局と通信する。なお、対象局および周辺局のアレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御は、アレイアンテナを構成する各アンテナ（アンテナエレメント）からのビームの位相の制御による（アンテナエレメント間に所定の位相差が生じるように制御する。）。

また、対象局および周辺局の各々は、互いに向け合うアレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御と各々の通信サービスエリア内の携帯端末と通信するためのアレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御とを互いに同期して繰り返す。

さらに、対象局および周辺局のアレイアンテナが向き合うようにビーム方向・チルト角が制御されるタイミングを待つために、対象局が周辺局へ送信する、対象局の通信サービスエリア内の携帯端末から制御局へのデータを対象局内のメモリに格納し、周辺局が対象局へ送信する、制御局から対象局の通信サービスエリア内の携帯端末へのデータを周辺局内のメモリに格納する。

図１は、本実施形態の中継通信システムの概略図を示したものである。図１の中継通信システムは、無線基地局、制御局、有線線路からなる無線システムである。無線基地局１−１は、自局のエリア境界（通信サービスエリア）内５−１にある携帯端末２−１と送受信し、その伝送路が無線経路６−１である。同様に、無線基地局１−２は、自局のエリア境界内５−２にある携帯端末２−２と送受信し、その伝送路が無線経路６−２である。無線基地局１−１と無線基地局１−２は、それぞれ有線線路４−１、４−２を介して、各エリア内の携帯端末２（２−１、２−２）からのデータを多重化し、制御局３に伝送する。制御局３は各無線基地局からの多重化されたデータを他の無線基地局や他のネットワーク８を介して他の制御局にも伝送する。

有線線路４（４−１又は４−２）に障害が発生した際に、迅速に、良好な電波状況の中継経路７を築くため、事前に無線基地局１−１、１−２間で受信感度が最大になるビーム方向（方位角）・チルト角の制御データを、各々固有データとして、後述する図２の無線送受信部１−ａ２のメモリ１−ａ３に登録しておく。メモリ１−ａ３には、障害発生時に中継を行う周辺局としての無線基地局の情報も登録しておく。無線基地局の情報とは、図１の例においては、無線基地局１−１の自局障害時には、中継局として無線基地局１−２を選択するというデータである。無線基地局１−１の有線線路４−１に障害が発生した際に、図２のメモリ１−ａ３に登録されている周辺局のデータを参照し、無線基地局１−２を周辺局と認知する。

図２は無線基地局１の概略図を示したものである。無線基地局１は無線基地局装置部１−ａとアレイアンテナ部１−ｂによって構成される。無線基地局装置部１−ａの構成は、制御局３と伝送するための基地局インターフェイス部１−ａ１、基地局インターフェイス部１−ａ１からの信号を無線信号に変換し、TDD方式での送受信タイミングを制御する無線送受信部１−ａ２、無線送受信部１−ａ２からの無線信号を分配するための分配器１−ａ４、後述するモードＡ，Ｂの管理、切替制御、アレイアンテナ部１−ｂのウエイト（位相・振幅）１−ｂ２を制御するための基地局制御部１−ａ５を含む。アレイアンテナ部１−ｂの構成は、携帯端末と送受信し、非常時には無線基地局間で中継するためのアンテナエレメント部１−ｂ１から構成される。

図３は、制御局３の構成を示したものである。制御局３は、制御局インターフェイス部３−ａ５と制御局制御部３−ａ１から構成される。制御局インターフェイス部３−ａ５は、有線線路４を介して各無線基地局１との間でデータを伝送する。また制御局インターフェイス部３−ａ５は、有線線路（図示は４−３）を介して他のネットワーク８と接続し、各無線基地局からのデータをネットワーク８に伝送する。制御局制御部３−ａ１は、各無線基地局１の位置情報の管理、後述するモードＡ，Ｂの管理、切替制御をおこなう。

図４は、モードAのシーケンスを示す図である。モードAは、ＴＤＤ方式の無線システムにおける各無線基地局と、そのエリア境界内にある携帯端末と送受信を行うモードである。モードAは、無線基地局１−１、携帯端末２−１、制御局３の３要素により実現される。ＴＤＤ方式の特徴として、同一周波数を無線基地局１−１と携帯端末２−１で共有した状態で、送信と受信をタイムスロット（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・・）ごとに交互に切替えることによって送受信を可能とする方式である。携帯端末２−１と無線基地局１−１の伝送路を無線経路６−１とし、携帯端末２−１から無線基地局１−１に向けてデータを送信することを、上り送信Ｔ１とする。同様に無線基地局１−１から携帯端末２−１に向けて送信することを、下り送信Ｔ２とする。データには、制御信号、各携帯端末のデータから成り立ち、遅延時間を考慮したガード時間も含んでいる。図４では分かりやすくするため、上り送信Ｔ１、下り送信Ｔ２は無線基地局１−１、携帯端末２−１のアンテナ端から瞬時に伝わり、同じタイムスロット内で送受信するように示している。

モードＡのとき、携帯端末２−１のアンテナから上り送信T１され、無線基地局１−１のアンテナでデータを受信する。受信したデータは、無線基地局１−１内で多重化され、多重化データを制御局３に伝送（Ｖ１）する。また制御局３から無線基地局１−１に多重化データを伝送（Ｖ２）し、携帯端末２−１に向けてデータを下り送信T２する。上り送信T１、下り送信T２を交互に切替えることで送受信する。

図５は、モードBのシーケンスを示す図である。有線線路４−１に障害が発生した対象局である無線基地局１−１を、周辺局である無線基地局１−２にて中継することと、自局のエリア境界内の携帯端末との送受信をTDD方式のタイムスロットに合わせ交互に送受信するモードと定義する。

また、アレイアンテナのビーム方向・チルト角と上り下り送信をタイムスロット（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６、・・・・）ごとに同期させて交互に切替えることによって送受信する。

アレイアンテナのビーム方向・チルト角は、各無線基地局の「携帯端末向き」にビーム方向・チルト角を合わせるように各アンテナエレメントのビームの位相を制御することと、無線基地局間で受信レベルが最大になる「基地局向き」にビーム方向・チルト角を合わせるように各アンテナエレメントのビームの位相を制御することを交互に切り替える。したがって、中継する互いの無線基地局は同期して動作する。

無線基地局１−１の有線線路４−１に障害が発生し、無線基地局１−１、無線基地局１−２、制御局３はモードA（通常）からモードBに移行した後、図５に示す動作を行う。

携帯端末２−１から無線基地局１−１、無線基地局１−２、制御局３までのシーケンスと制御局３から無線基地局１−２、無線基地局１−１、携帯端末２−１までのシーケンスを説明する。

Ｕ１のタイムスロットにおいて、アレイアンテナのビーム方向・チルト角が「携帯端末向きＵ１−１」でかつ、送信方向が「上り送信Ｕ１−２」のとき、携帯端末２−１は無線経路６−１を経由して無線基地局１−１にデータを上り送信（Ｙ１）する。無線基地局１−１は上り送信（Ｙ１）データを受信し、受信したデータを図２の無線送受信部１−ａ２内にあるメモリ１−ａ３に格納しておく。

Ｕ２のタイムスロットにおいて、アレイアンテナのビーム方向・チルト角が「携帯端末向きＵ２−１」でかつ、送信方向が「下り送信Ｕ２−２」のとき、無線基地局１−１は無線基地局１−２からの中継データを受信してないため、無線基地局１−１はアイドル状態Ｙ２−１になる。したがって携帯端末２−１もアイドル状態Ｙ２−２になる。

Ｕ３のタイムスロットにおいて、アレイアンテナのビーム方向・チルト角が「基地局向きＵ３−１」でかつ、送信方向が「上り送信Ｕ３−２」のとき、無線基地局１−１は、一時的にメモリ１−ａ３に格納しておいたデータを中継データとしてタイムスロットに合わせ、中継経路7を経由して無線基地局１−２に中継（Ｅ１）する。
無線基地局１−２は中継（Ｅ１）を受信し、図２の基地局インターフェイス部１−ａ１にてデータを多重化する。多重化データは有線線路４−２を経由して制御局３に伝送（Ｗ３）する。

Ｕ４のタイムスロットにおいて、アレイアンテナのビーム方向・チルト角が「基地局向きＵ４−１」でかつ、送信方向が「下り送信Ｕ４−２」のとき、無線基地局１−２は制御局３から伝送（Ｗ４）された多重化データを図２の基地局インターフェイス部１−ａ１にて受け、タイムスロットに合わせて中継データとして無線基地局１−１に中継（Ｅ２）する。無線基地局１−１は中継データを受信し、図２のメモリ１−ａ３に格納しておく。

Ｕ５のタイムスロットにおいて、アレイアンテナのビーム方向・チルト角が「携帯端末向きＵ５−１」でかつ、送信方向が「上り送信Ｕ５−２」のとき、無線基地局１−１は携帯端末２−１から次の上り送信（Y５）を受信し、Ｕ１のタイムスロットのときと同様に、受信したデータを図２の無線送受信部１−ａ２内にあるメモリ１−ａ３に格納しておく。

Ｕ６のタイムスロットにおいて、アレイアンテナのビーム方向・チルト角が「携帯端末向きＵ６−１」でかつ、送信方向が「下り送信Ｕ６−２」のとき、無線基地局１−１は、タイムスロットＵ４のときに図２のメモリ１−ａ３に格納しておいた中継データを、携帯端末向けのデータとしてタイムスロットに合わせて携帯端末２−１に下り送信（Ｙ６）する。

Ｕ３、Ｕ４のタイムスロットにおいて、携帯端末２−１はアイドル状態（Y３−１、Y４−１）になる。

Ｕ７のタイムスロット以降、タイムスロットＵ１〜Ｕ６の手順を繰り返すことにより、無線基地局間を中継し、かつ無線基地局内の携帯端末と送受信することが可能になる。

次に携帯端末２−２から無線基地局１−２、制御局３までのシーケンスと制御局３から無線基地局１−２、携帯端末２−２までのシーケンスを説明する。

Ｕ１のタイムスロットにおいて、アレイアンテナのビーム方向・チルト角が「携帯端末向きＵ１−１」でかつ、送信方向が「上り送信Ｕ１−２」のとき、携帯端末２−２はデータを無線経路６−２を経由して、無線基地局１−２に上り送信（Ｚ１）する。無線基地局１−２は上り送信（Ｚ１）を受信し、有線線路４−２を経由して多重化データを制御局３に伝送（Ｗ１）する。

Ｕ２のタイムスロットにおいて、アレイアンテナのビーム方向・チルト角が「携帯端末向きＵ２−１」でかつ、送信方向が「下り送信Ｕ２−２」のとき、無線基地局１−２は制御局３から伝送（Ｗ２）された多重化データを受け、タイムスロットに合わせて携帯端末２−２にデータを下り送信（Ｚ２）する。

Ｕ３、Ｕ４タイムスロットにおいて、アレイアンテナのビーム方向・チルト角が「基地局向き」であるため、携帯端末２−２はアイドル状態（Ｚ３−１、Ｚ４−１）になる。

Ｕ５のタイムスロット以降、タイムスロットＵ１〜Ｕ４の手順を繰り返すことにより、無線基地局１−２内の携帯端末２−２と送受信することが可能になる。

図６は、モードA（通常）からモードBに移行する過程を示す図である。各無線基地局１−１，１−２、制御局３は、たとえばGPS信号により同期している。

制御局３の制御局インターフェイス部３−ａ５の状態を制御局制御部３−ａ１内にある監視部３−ａ４が監視し、同様に無線基地局装置部１−ａ内にある基地局インターフェイス部１−ａ１の状態を基地局制御部１−ａ５内にある監視部１−ａ８が監視している。

制御局３は各無線基地局に対し、常時、状態確認の信号を送り、各無線基地局は状態確認信号を受け、状態を示す応答信号を返すことで、制御局３に状態報告する（９−１）。また各無線基地局１−１，１−２は、制御局３の状態確認信号を受信できることにより、伝送路側（有線線路、制御局３）の正常状態を確認する（９−２、９−３）。

制御局３は、無線基地局１−１を状態確認９−１したとき、無線基地局１−１からの応答信号のエラーや無応答を感知した場合、有線線路４−１の障害感知とし（９−４）、障害状況確認信号を有線線路４−１を経由して送る（９−５）。

障害状況確認信号９−５を所定時間間隔で所定回送り、エラーや無応答の場合、制御局制御部３−ａ１のCPU３−ａ３は、無線基地局１−１における有線線路４−１の障害と判定する（９−６）。

制御局３は、制御局制御部３−ａ１内にあるメモリ３−ａ２を参照し、無線基地局１−１に対する周辺局情報を調べる。無線基地局１−１の周辺局は、無線基地局１−２と判定する（９−７）。

制御局制御部３−ａ１のCPU３−ａ３が周辺局である無線基地局１−２に対し、モードB移行命令信号を有線線路４−２を経由して送る（９−８）。モードB移行命令信号には障害発生局である無線基地局１−１の情報を含む。

一方、無線基地局１−１において、状態確認信号の監視９−３を通じて基地局制部１−ａ５内の監視部１−ａ８が、基地局インターフェイス部１−ａ１の有線線路４−１の障害を感知したとき、制御局３からの障害状況確認信号の受信の不可を確認する（９−９）。基地局制部１−ａ５内のCPU１−ａ７は、自局のセルフチェックを実行命令する（９−１０）。セルフチェックの結果、自局には障害がなく、有線線路４−１の障害と判定した時（９−１１）、基地局制御部１−ａ５内にあるメモリ１−ａ６から自局の周辺局情報を参照する（９−１２）。

図7に、モードA（通常）からモードBに移行する、図6の続きの過程を示す。無線基地局１−１はモード切替え（モードAからモードBに移行）を行う（９−１３）。このとき既に無線基地局１−１は携帯端末２−１と通信不能であるため、全てのタイムスロットを周辺局である無線基地局１−２からのモードB開始信号９−２０を受けれるように割り振る。

基地局制御部１−ａ５内のCPU１−ａ７は、無線送受信部１−ａ２のメモリ１−ａ３から周辺局である無線基地局１−２に対するビーム方向・チルト角の制御データを参照し、アンテナエレメント部１−ｂ１に対し、ウエイト１−ｂ２（ω１、ω２、ω３、ω４、・・・）を掛け、ビーム方向・チルト角を周辺局に合わせる（９−１４）。

ここで有線線路４−１に障害が発生した際に、迅速に、良好な電波状況の中継経路を築くため、事前に無線基地局１−１、１−２間で受信感度が最大になるビーム方向の制御データであるウエイト１−ｂ２（ω１、ω２、ω３、ω４、・・・）を、各々固有データとして、図２の無線送受信部１−ａ２のメモリ１−ａ３に登録している。ウエイト１−ｂ２（ω１、ω２、ω３、ω４、・・・）はアレイアンテナのアンテナエレメント部１−ｂ１に対し、位相・振幅（電力）を変えるための制御データである。

周辺局である無線基地局１−２は、制御局３からモードB移行命令信号と障害発生局の局情報を受け、モード切替え（モードAからモードBに移行）を行う（９−１５）。

無線基地局１−２は、モードBの中継時のタイミング（図５のタイムスロットＵ３）に合わせてビーム方向・チルト角を無線基地局１−１に向ける。（９−１６）
無線基地局１−１の周辺局である無線基地局１−２は正常であるため、図５を用いて説明したように、携帯端末２−２と送受信を行いながら、アンテナのビーム方向・チルト角を携帯端末向け、基地局向けに交互に切り替えながら、送受信する。

周辺局は、制御局３に対し、ビーム方向・チルト角を無線基地局１−１に向ける制御の完了を示す通知信号を有線線路４−２経由で伝送する（９−１７）。

制御局３は、通知信号を制御局インターフェイス部３−ａ５から受信したことを、制御局制御部３−ａ１内の監視部３−ａ４が感知すると、CPU１−ａ７からモード切替え（モードAからモードBに移行）を実施する（９−１８）。

制御局３は、モード切替えを終了すると、周辺局である無線基地局１−２に対し、モードB開始信号を有線線路４−２を経由して送る（９−１９）。

モードB開始信号を受信した周辺局である無線基地局１−２は、障害発生局である無線基地局１−１に対し、モードBの中継するタイミング（図５のタイムスロットＵ４）で中継経路７を通じてモードB開始信号を送信する（９−２０）。

このとき無線基地局１−１はGPS信号によって同期を取っているため、有線線路４−１に障害があっても同期は外れない。したがってモードB開始信号を受信した無線基地局１−１は、無線基地局１−２とモードBの同期タイミングを取る（無線基地局１−１は、モードB開始信号を受信したタイミングが図５のタイムスロットＵ４であると認識する。）。

無線基地局１−１は、モードB開始信号を受けると、基地局インターフェイス部１−ａ１で多重化せずに、無線送受信部１−ａ２から次のタイムスロット（図５のタイムスロットＵ７（タイムスロットＵ１〜Ｕ６の繰返しと見た場合のＵ３））に合わせて応答信号を送信する（９−２１）。

無線基地局１−１は、応答信号を周辺局である無線基地局１−２に送信し、無線基地局１−２が応答信号を受信したことに対応して、モードBを開始する。

周辺局である無線基地局１−２は制御局３に対し、応答信号を送信する（９−２２）。

以上のシーケンスにより、無線基地局１−１、無線基地局１−２、および制御局３は、モードAからモードBに移行する。

アレイアンテナのビーム方向調整について、図１〜３を用いて説明する。無線基地局１を新設するとき、無線基地局１の基地局制御部１−ａ５内のメモリ１−ａ６、制御局３の制御局制御部３−ａ１内のメモリ３−ａ２に、無線基地局１（厳密にはアレイアンテナ部1−ｂ）の位置情報（緯度・経度・標高）、アンテナの利得情報、周辺局（アレイアンテナ部）の位置情報（緯度・経度・標高）を格納する。

制御局３は、無線基地局１に隣接する周辺局に対し、新設する無線基地局１の位置情報及びアンテナの利得情報を有線線路４を介して送信し、周辺局もメモリに受信した情報を格納する。

無線基地局１は基地局制御部１−ａ５内のＣＰＵ１−ａ７により、自局１とその周辺局の位置情報（緯度・経度・標高）に基づき、周辺局までの距離、方向、標高差、中継経路７の伝搬ロスを求め、さらに周辺局にアレイアンテナを向けるときのビーム方向・チルト角を求める。求めたビーム方向・チルト角を基に各アンテナエレメント１−ｂ１の位相、振幅の制御情報をウエイト１−ｂ２（ω１、ω２、３、ω４、・・・・）として求め、その制御情報を基地局制御部１−ａ５内のメモリ１−ａ６に格納する。

無線基地局１は、周辺局との間で中継経路７を構築する際、基地局制御部１−ａ５内のメモリ１−ａ６に記録した制御情報（ウエイト１−ｂ２（ω１、ω２、３、ω４、・・・・））に基づいて、アンテナエレメント部１−ｂ１の各アンテナエレメントを制御することにより、アレイアンテナのビーム方向・チルト角を周辺局に合わせる。このようにして、無線基地局間の電波の放射経路を決定し、アンテナのビーム方向・チルト角を粗調整する。

更に無線基地局１と制御局３の間で有線線路４−１の回線が開通したとき、以下の方法により無線基地局１−１と無線基地局（周辺局）１−２の間で定期的にビーム方向・チルト角調整を行う。このビーム方向・チルト角調整について、図８〜１０を用いて説明する。

制御局３は常時、制御対象の無線基地局の呼量を監視している（１０−１）。制御局３は、無線基地局１の呼量のしきい値を設定しておき、無線基地局１−１とその周辺局である無線基地局１−２において、ある一定時間で呼量がそのしきい値を下回った際、すなわち制御局３の制御局制御部３−ａ１内のＣＰＵ３−ａ３が呼量が少なくなったと判断した場合（１０−２）、制御局制御部３−ａ１内のメモリ３−ａ２を参照し、無線基地局１−１とその周辺局である無線基地局１−２を選定する。ビーム方向・チルト角の調整を行う確認信号を有線線路４−１、４−２を介して無線基地局１−１、１−２に送信する（１０−３）。

確認信号（１０−３）を受けた無線基地局１−１、１−２は、ビーム方向・チルト角の調整の準備が整ったときに同経路で応答信号を制御局３に送信する（１０−４）。制御局３は無線基地局１−１、１−２の両局から応答信号１０−４が揃った時点で、前述と同様に開始信号と合わせて調整順番の情報をを両局に送る（１０−５）。両局、もしくは片方の応答信号が一定時間受信できない場合、タイムアウトとし、一定時間置いた後に再度、両局に対し確認信号を送る（１０−３）。

開始信号を受けた無線基地局１−１、１−２は、各々基地局制御部１−ａ５内のメモリ１−ａ６に格納してある、ビーム方向・チルト角を制御する位相、振幅の制御情報（（ウエイト１−ｂ２（ω１、ω２、３、ω４、・・・・））を読み出し、読み出した制御情報に基づいて各アンテナエレメントを制御することにより、アレイアンテナのビーム方向・チルト角を対向局（無線基地局１−１の場合、無線基地局１−２が対抗局）のアレイアンテナに合わせる（１０−６）。

無線基地局１−２から無線基地局１−１に対し、テスト用の電波を送信する（１０−７）。無線基地局１−１は、そのテスト用電波の受信レベルの情報に基づいて、基地局制御部１−ａ５内のＣＰＵ１−ａ７による制御により、受信レベルが最大になるように試行（微調整）する。具体的には、アンテナエレメント部１−ｂ１の各アンテナエレメントの位相・振幅を制御するために、ウエイト１−ｂ２（ω１、ω２、３、ω４、・・・・）の値を微調整する（１０−８）。無線基地局１−１は、テスト用電波の受信レベルが最大になったときに、無線基地局１−２に対し通知信号を送信する（１０−９）。

次に無線基地局１−１からテスト用の電波を送信し（１０−１０）、無線基地局１−２は受信レベルが最大になるように、同様の試行（微調整）する（１０−１１）。

上記の手順を数回行い（１０−１２）、無線基地局１−１および無線基地局１−２のいずれかの受信レベルが最大になった時点で終了とする（１０−１３）。対向局に終了信号を送信する（１０−１４）。このときの制御情報であるウエイト１−ｂ２（ω１、ω２、ω３、ω４、・・・・）を基地局制御部１−ａ５内のメモリ１−ａ６に記録する（１０−１５）。

無線基地局１−１、無線基地局１−２は、メモリ１−ａ６に制御情報を記録した段階で、制御局３に対し、終了信号を送る（１０−１６）。制御局３は無線基地局１−１、無線基地局１−２の両局の終了信号が揃った時点で、両局に対し、通常モードに戻るように制御信号を送る（１０−１７）。無線基地局１−１、無線基地局１−２は制御信号を受けて、アンテナ調整モードからモードＡ（通常モード）に戻る。またアンテナのビーム方向・チルト角を各エリア内の携帯端末向きに戻す（１０−１８）。

以上説明したように、予めメモリに制御情報を格納しておくことにより、突発的に発生する障害に対して、メモリからの制御情報の読み出しと読み出した制御情報に基づく制御により、迅速に良好な中継経路７を構築することできる。またアレイアンテナのビーム方向・チルト角を各アンテナエレメントからのビームの位相を電気的に制御することにより、タイムスロットにあわせたビーム方向・チルト角を実現できる。

本実施形態によれば、制御局と無線基地局を接続する有線線路に発生する障害に迅速に対処できる。

１：無線基地局、２：携帯端末、３：制御局、４：有線線路、５：エリア境界、６：無線経路、７：中継経路、８：ネットワーク、１−ａ：無線基地局装置部、１−ｂ：アレイアンテナ部。

Claims (6)

1. アレイアンテナを使用するTDD方式により各通信サービスエリア内の携帯端末と通信する複数の無線基地局と、前記複数の無線基地局と各々有線線路で接続する制御局とを有する中継通信システムであって、
   前記有線線路に障害が発生した無線基地局である対象局は、前記有線線路の障害の発生を検知し、予め周辺局として記憶してある無線基地局に向けて前記対象局の前記アレイアンテナのビーム方向・チルト角を制御し、
   前記制御局は、前記有線線路の障害の発生の検知に対応して、前記周辺局に対して前記対象局に対する中継を指示するモード移行命令信号を前記周辺局に送信し、
   前記周辺局は、前記モード移行命令信号の受信に対応して、前記対象局に向けて前記周辺局の前記アレイアンテナのビーム方向・チルト角を制御し、
   前記制御局は、前記周辺局の前記アレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御の完了に対応して、障害が発生した前記有線線路に替えて、前記周辺局を介して前記対象局と通信することを特徴とする中継通信システム。
2. 前記対象局および前記周辺局の各々は、互いに向け合う前記アレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御と各々の通信サービスエリア内の携帯端末と通信するための前記アレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御とを互いに同期して繰り返すことを特徴とする請求項１記載の中継通信システム。
3. 前記対象局および前記周辺局の前記アレイアンテナが向き合うようにビーム方向・チルト角が制御されるタイミングを待つために、前記対象局が前記周辺局へ送信する、前記対象局の通信サービスエリア内の携帯端末から前記制御局へのデータを前記対象局内のメモリに格納し、前記周辺局が前記対象局へ送信する、前記制御局から前記対象局の通信サービスエリア内の携帯端末へのデータを前記周辺局内のメモリに格納することを特徴とする請求項２記載の中継通信システム。
4. アレイアンテナを使用するTDD方式により各通信サービスエリア内の携帯端末と通信する複数の無線基地局と、前記複数の無線基地局と各々有線線路で接続する制御局とを有する通信システムにおける中継通信方法であって、
   前記有線線路に障害が発生した無線基地局である対象局は、前記有線線路の障害の発生を検知し、予め周辺局として記憶してある無線基地局に向けて前記対象局の前記アレイアンテナのビーム方向・チルト角を制御し、
   前記制御局は、前記有線線路の障害の発生の検知に対応して、前記周辺局に対して前記対象局に対する中継を指示するモード移行命令信号を前記周辺局に送信し、
   前記周辺局は、前記モード移行命令信号の受信に対応して、前記対象局に向けて前記周辺局の前記アレイアンテナのビーム方向・チルト角を制御し、
   前記制御局は、前記周辺局の前記アレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御の完了に対応して、障害が発生した前記有線線路に替えて、前記周辺局を介して前記対象局と通信することを特徴とする中継通信方法。
5. 前記対象局および前記周辺局の各々は、互いに向け合う前記アレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御と各々の通信サービスエリア内の携帯端末と通信するための前記アレイアンテナのビーム方向・チルト角の制御とを互いに同期して繰り返すことを特徴とする請求項４記載の中継通信方法。
6. 前記対象局および前記周辺局の前記アレイアンテナが向き合うようにビーム方向・チルト角が制御されるタイミングを待つために、前記対象局が前記周辺局へ送信する、前記対象局の通信サービスエリア内の携帯端末から前記制御局へのデータを前記対象局内のメモリに格納し、前記周辺局が前記対象局へ送信する、前記制御局から前記対象局の通信サービスエリア内の携帯端末へのデータを前記周辺局内のメモリに格納することを特徴とする請求項５記載の中継通信方法。

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