JP2017118462A - 無線通信システムおよび基地局 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の基地局の無線エリアの干渉を抑制しつつ、通信の継続性を担保する。【解決手段】第１の無線エリア２０１＃Ａを形成し、前記第１の無線エリア２０１＃Ａから第２の無線エリア２０１＃Ｂに向かって移動する無線端末２０５に向けて第１のビームフォーミングを実施する第１の基地局Ａと、前記第１の無線エリア２０１＃Ａとは重複しない前記第２の無線エリア２０１＃Ｂを形成し、前記第１の基地局Ａから前記無線端末２０５の位置特定に関する情報を受信し、受信した前記位置特定に関する情報に基づいて、前記無線端末２０５に向けて第２のビームフォーミングを実施する第２の基地局Ｂと、を備えた、無線通信システム１００を提供する。【選択図】図２

Description

本開示は、無線通信システムおよび基地局に関する。
セルラシステムのような無線通信システムにおいては、無線エリアの一例である複数のセルの境界が重なるように複数の基地局を配置、設定することで、不感地帯がなるべく生じないようにしている。
国際公開第２００９／５７５４４号 特開２０１１−０８７００９号公報 米国特許出願公開第２０１０／０２９１９３１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００８５４４８号明細書
しかし、セル境界が重なるため、セル端において、セル間の電波干渉（「セル間干渉」と略称してよい。）が生じて、スループットが低下し得る。
セル間干渉の発生を抑制可能な技術の一例として、セル間協調通信（ＣｏＭＰ：Coordinated Multi-Point transmission/reception）や、セル干渉制御（ｅＩＣＩＣ：enhannced Inter-Cell Interference Coordination）などがある。
しかし、ＣｏＭＰ及びｅＩＣＩＣのいずれも、無線リソースを犠牲にして干渉を抑制する技術であるため、無線通信システムにおける無線リソースの使用効率が低下し得る。
セル境界を重ならないように基地局を設置すれば、ＣｏＭＰやｅＩＣＩＣ等のセル間干渉抑制技術を用いなくてもセル間干渉の発生を抑制できるから、無線リソースを有効に使用できる。しかし、セル境界が重ならない場所は不感地帯となり、無線端末は基地局と通信できない。
本開示の目的の１つは、複数の基地局の無線エリアの干渉を抑制しつつ、通信の継続性を担保することである。
一側面として、無線通信システムは、第１の基地局と、第２の基地局と、を備えてよい。第１の基地局は、第１の無線エリアを形成し、前記第１の無線エリアから第２の無線エリアに向かって移動する無線端末に向けて第１のビームフォーミングを実施してよい。第２の基地局は、前記第１の無線エリアとは重複しない前記第２の無線エリアを形成し、前記第１の基地局から前記無線端末の位置特定に関する情報を受信し、受信した前記位置特定に関する情報に基づいて、前記無線端末に向けて第２のビームフォーミングを実施してよい。
一側面によれば、複数の基地局の無線エリアの干渉を抑制しつつ、通信の継続性を担保することができる。
関連技術に係る無線通信システムを示す図である。 一実施形態に係る無線通信システムを示す図である。 一実施形態に係る無線通信システムを示す図である。 一実施形態に係る無線通信システムを示す図である。 一実施形態に係る基地局の機能ブロック図である。 一実施形態に係る基地局と無線端末との通信シーケンスの一例を示す図である。 （Ａ）は、ビームフォーミングのウェイトの一例を示す図であり、（Ｂ）は、ビームフォーミングの一例を示す図である。 一実施形態に係る基地局と無線端末との通信シーケンスの一例を示す図である。 一実施形態に係る基地局が記憶する情報の一例を示す図である。 一実施形態に係る基地局が記憶する情報の一例を示す図である。 一実施形態に係る第１の基地局からの無線端末の方向を基に、第２の基地局からの当該無線端末の方向を算出する処理の一例を示す図である。 一実施形態に係る第１の基地局からの無線端末の方向を基に、第２の基地局からの当該無線端末の方向を算出する処理の一例を示す図である。 一実施形態に係る２つの基地局の処理の一例を示す図である。 （Ａ）は、一実施形態に係る基地局のハードウェア構成例を示すブロック図であり、（Ｂ）は、一実施形態に係る無線端末のハードウェア構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る第１の基地局からの無線端末の方向を基に、第２の基地局からの当該無線端末の方向を算出する処理の一例を示す図である。 図１１、図１２及び図１５に例示した算出処理の変形例を示す図である。 一実施形態に係る無線通信システムを示す図である。
以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、後述する実施形態に対する比較例としての無線通信システムの構成例を示す図である。図１に示す無線通信システム１００は、例示的に、３つの基地局Ａ〜Ｃを備える。基地局Ａ〜Ｃは、それぞれ、無線エリアの一例であるセル１００＃Ａ、１００＃Ｂおよび１００＃Ｃを形成する。
セル１００＃Ａ、１００＃Ｂおよび１００＃Ｃは、それぞれ、セルの一部が互いに重複するように形成されている。ここで、例えば、セル１００＃Ａ及び１００＃Ｂが重複するエリアに位置する無線端末１０４は、基地局Ａ及びＢの双方の電波が届くため、セル間干渉が発生し得る。
既述のＣｏＭＰやｅＩＣＩＣでは、基地局Ａ及びＢが、それぞれ、同じ無線端末１０４に対して、電波干渉が生じないように無線リソースを割り当てることで、セル間干渉を抑制できる。
例えば、ＣｏＭＰでは、無線端末１０４に割り当てる通信周波数を、基地局Ａと基地局Ｂとで異ならせる。ｅＩＣＩＣでは、無線端末１０４に割り当てる通信時間を、基地局Ａと基地局Ｂとで異ならせる。例えば、基地局Ａ及びＢの一方が無線端末１０４に対して信号を送信している間、基地局Ａ及びＢの他方は、同じ無線端末１０４に対して信号を送信しない。別言すると、ｅＩＣＩＣでは、基地局Ａ及びＢは、データ信号を送信しないサブフレームの位置及び割合を制御することで、時間領域でセル間干渉を抑制している。
このようにして、ＣｏＭＰやｅＩＣＩＣは、セルが重複するエリアに位置する無線端末１０４に割り当てる無線リソースを異ならせることで、セル間干渉を抑制できるが、既述のとおり無線リソースの使用効率が低下する。
セル１００＃Ａ及び１００＃Ｂを重複しないように配置すれば、ＣｏＭＰやｅＩＣＩＣを用いなくてもセル間干渉を抑制できるが、セル１００＃Ａ及び１００＃Ｂの間が不感地帯となる。不感地帯に位置する無線端末１０４は、基地局Ａ及びＢのいずれとも通信できない。
そのため、例えば無線端末１０４が、セル１００＃Ａ及び１００＃Ｂの一方から他方へ移動した場合、不感地帯において通信が切断されることになる。別言すると、無線端末１０４に対する基地局Ａ−Ｂ間のハンドオーバが適切に実施されず、通信の継続性が担保されない。
以下に説明する実施形態では、無線リソースの有効利用と通信の継続性との両立を図る例について説明する。
図２は、一実施形態に係る無線通信システム２００を示す図である。図２において、無線通信システム２００は、基地局Ａ、基地局Ｂおよび基地局Ｃを有する。なお、図２の例において、基地局数は３であるが２でもよいし４以上でもよい。
基地局Ａ〜Ｃは、例えばＳ１インタフェースを介してコアネットワークに接続されてよい。Ｓ１インタフェースは、基地局と、コアネットワークのエレメントであるノード（「コアノード」と称してよい。）と、の間の接続インタフェースの一例である。
また、基地局Ａ〜Ｃは、例えばＸ２インタフェースを介して相互に接続されてよい。Ｘ２インタフェースは、基地局間接続インタフェースの一例である。
基地局Ａ、ＢおよびＣは、例示的に、それぞれ、無線エリア２０１＃Ａ、２０１＃Ｂおよび２０１＃Ｃを形成してよい。「基地局」が形成する無線エリアは、当該「基地局」が送信する電波が到達可能な「カバレッジ」と称してもよいし、「無線サービスエリア」、あるいは「無線サービス圏」と称してもよい。また、「無線エリア」は「セル」と称してもよい。同一「基地局」によって複数のセルが形成される場合、当該セルを「セクタ」と称してもよい。
無線端末２０５は、無線エリア２０１＃Ａ、２０１＃Ｂおよび２０１＃Ｃのいずれかに位置すれば、対応する基地局と通信が可能である。例えば、無線端末２０５がセル２０１＃Ａに位置する場合には、基地局Ａと通信が可能である。
「セル」は、基地局本体に備えられているアンテナによって形成されてもよいし、基地局本体と有線接続または無線接続され、基地局本体から離れた位置（例えば遠隔地）に配置される無線装置によって形成されてもよい。
当該無線装置の一例は、ＲＲＥ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｒａｄｉｏ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）である。ＲＲＥは、例示的に、基地局本体から変復調機能および無線機能を分離したブロックに相当し、基地局本体に対して上述のように遠隔地に設置されることがある。
そのため、ＲＲＥは、基地局本体と例えば光ファイバ伝送路にて通信可能に接続されてよい。ＲＲＥは、基地局本体の一部であると捉えてもよいし、基地局本体とは別の基地局に相当すると捉えてもよい。
無線端末２０５は、無線機器の一例であり、移動可能であってよい。移動可能な無線端末２０５は、移動端末２０５あるいは移動局２０５と称してもよい。
移動局２０５は、ユーザによって携帯され移動してもよいし、車両等の移動手段に取り付けられて移動してもよい。移動局２０５の一例は、ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）である。
図２の例において、無線端末２０５は１台であるが、２以上の無線端末２０５が無線通信システム２００に存在してよい。
基地局Ａ〜Ｃは、それぞれ例示的に、無線エリア２０１＃Ａ〜２０１＃Ｃの空間的な形状（「指向性」と称してもよい。）を、例えばビームフォーミングによって変更できる。例えば、特定の無線端末２０５に向けて送信ビームを方向付けたり、特定の無線端末２０５に対する干渉を避けるために、特定の無線端末２０５を避ける方向に送信ビームを方向付けたりすることができる。また、基地局Ａ〜Ｃは、特定の無線端末２０５からの無線信号を受信するように指向性を方向付けることができる。
別言すると、基地局Ａ〜Ｃは、それぞれ、ビームフォーミングによって、無線エリア２０１＃Ａ〜２０１＃Ｃを特定の方向に拡大したり、縮小したりすることができる。ビームフォーミングを実施しない状態で形成される「無線エリア」を便宜的に「中心エリア」と称し、ビームフォーミングの実施によって「中心エリア」から拡大可能なエリアを便宜的に「周辺エリア」または「拡大エリア」と称してよい。
一実施形態において、複数の無線エリア２０１＃Ａ〜２０１＃Ｃの一部または全部について、「中心エリア」は互いに重複せず「周辺エリア」は重複するように設定されてよい。言い換えると「中心エリア」は互いに離隔しており、「周辺エリア」は離隔していない。
例えば、図２において、中心エリア２０１＃Ａおよび２０１＃Ｂは互いに重複しないが、周辺エリア２０３＃Ａおよび２０３＃Ｂは部分的に重複する。また、中心エリア２０１＃Ｂおよび２０１＃Ｃは互いに重複しないが、周辺エリア２０３＃Ａおよび２０３＃Ｂは部分的に重複する。
図２に示すように、基地局Ａは、ビームフォーミングにより無線端末２０５に対してビーム２０２＃Ａを方向付けることができる。当該ビームフォーミングにより、無線端末２０５が基地局Ａと無線通信が可能な範囲を、中心エリア２０１＃Ａから周辺エリア２０３＃Ａに基地局Ａから無線端末２０５に向かう方向に拡大することができる。
同様に、基地局Ｂは、ビームフォーミングにより、無線端末２０５が基地局Ｂと無線通信が可能な範囲を、中心エリア２０１＃Ｂから周辺エリア２０３＃Ｂに基地局Ｂから無線端末２０５に向かう方向に拡大することができる。
基地局Ｃは、ビームフォーミングにより、無線端末２０５が基地局Ｃと無線通信が可能な範囲を、中心エリア２０１＃Ｃから周辺エリア２０３＃Ｃに基地局Ｃから無線端末２０５に向かう方向に拡大することができる。
ビームフォーミングを行なうには、複数のアンテナを基地局に備え、プリコーディングにより複数のアンテナに供給される複数の無線信号のベースバンド信号に異なる係数を乗じ位相を変化させる。また必要であればプリコーディングにより複数のアンテナに供給される複数の無線信号のベースバンド信号の電力を変化させることができる。
プリコーディングを行なう場合には、ベースバンド信号に乗ずる係数を表す複数のプリコーディング行列をあらかじめ定めておくことができる。また、複数のプリコーディング行列それぞれにコードを対応付けておき、無線端末２０５が、受信状態から最適なプリコーディング行列を選択した結果をコードにより、通信を行なっている基地局に通知することができる。例えば図２の場合、基地局Ａは、無線端末２０５のプリコーディング行列の選択の結果から、無線端末２０５が基地局Ａのアンテナからどの方向に位置しているかを検出することができる。複数のプリコーディング行列それぞれにコードを対応付けるデータ構造をコードブックという場合がある。
また、無線端末２０５は、基地局Ａが送信する信号の受信品質（無線通信品質）を測定し、その結果を基地局Ａに報告することにより、基地局Ａは、報告される受信品質により、無線端末２０５と基地局Ａとの間の距離を推定することができる。この場合、基地局Ａは、受信品質が劣化するほど、無線端末２０５が基地局Ａのアンテナから遠い距離に位置することを推定することができる。例えば、受信品質に基地局Ａが送信する信号の受信強度が含まれる場合には、受信強度が基地局Ａのアンテナからの距離の二乗に反比例することを用いて、アンテナから無線端末２０５までの距離を推定することができる。
したがって、基地局Ａは、無線端末２０５の位置する方向および無線端末２０５までの距離を推定することができるので、基地局Ａは、無線端末２０５の位置を推定することができる。
プリコーディング行列および受信強度を用いなくても、無線端末２０５が自らの位置を検出し、検出した位置を基地局Ａに報告することにより、基地局Ａは、無線端末２０５の位置を検出することができる。無線端末２０５が自らの位置を検出するには、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いることができる。ＧＧＰＳを用いることにより、より精密に無線端末２０５の位置が推定可能となる。あるいは、近距離無線通信のＲＦタグなどの発する識別情報などを用いることもできる。別言すると、ＲＦタグなどの発する識別情報をＲＦタグの配置された位置情報と関連付けておき、無線端末２０５がＲＦタグなどの発する識別情報に関連付けられた位置情報に基づいて自らの位置を検出してもよい。ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）タグは、屋内などのＧＰＳ信号が到達しない範囲において使用することが可能である。
また、基地局Ａと無線端末２０５とが同じ周波数リソースを用いて時分割にて通信を行なう場合には、通信路の対称性により、基地局Ａがプリコーディング行列を決定することができる。この場合、無線端末２０５は、プリコーディング行列を決定しなくてもよいため、無線端末２０５の構成や動作が簡略化される。以下においては、プリコーディング行列は無線端末２０５により決定されるとして説明するが、基地局Ａがプリコーディング行列を決定する場合にも適用するように、以下の説明を変形することができる。
無線端末２０５が基地局Ａと通信しておらず基地局ＢおよびＣのいずかと通信を行なっている場合も、上記の説明のように、基地局ＢおよびＣは、無線端末２０５の位置を検出することが可能となっていてもよい。以下、無線端末２０５が基地局Ａに在圏していると仮定して説明する。無線端末２０５が基地局ＢまたはＣに在圏している場合も同様に説明をすることができる。
無線端末２０５が中心エリア２０１＃Ａから周辺エリア２０３＃Ａに向かって移動すると、基地局Ａとの無線通信品質が劣化する。例えば無線端末２０５が中心エリア２０１＃Ａの境界（セル端）近くに位置すると、無線通信品質が閾値（「第１の閾値」という。）以下となる。第１の閾値以下の無線通信品質の劣化を基地局Ａが検出すると、基地局Ａは、ビームフォーミングを行ない、ビーム２０２＃Ａを無線端末２０５に向ける。これにより、無線端末２０５が中心エリア２０１＃Ａの外に移動しても、周辺エリア２０３＃Ａ内に位置する限り、無線端末２０５は、基地局Ａとの通信を継続できる。
ビームフォーミングが行なわれていても、無線端末２０５が周辺エリア２０３＃Ａの境界付近から他のセル２０１＃Ｂやセル２０１＃Ｃに向かって移動すると、無線通信品質が劣化する。そこで、基地局Ａは、ビームフォーミングを行なっている状態で、無線端末２０５との無線通信品質が閾値（「第２の閾値」という。）以下となると、無線端末２０５を基地局Ｂや基地局Ｃへハンドオーバさせる。なお、第１の閾値は第２の閾値と同じである場合もあれば、異なる場合もあり得る。
ハンドオーバの処理の概要は次の通りである。基地局Ａは、無線端末２０５の位置を上述したように推定することができるので、無線端末２０５の位置特定に関する情報を取得することができる。そこで、基地局Ａは、位置特定に関する情報により、後に説明する隣接基地局位置情報データベースを検索する。検索の結果、無線端末２０５の位置からは、基地局Ｃよりも基地局Ｂが近いことが検索されたとする。このとき、基地局Ａは、Ｘ２インタフェースを介して基地局Ｂへ、無線端末２０５の位置特定に関する情報を基地局Ｂへ送信する。
無線端末２０５の位置特定に関する情報を基地局Ａから受信した基地局Ｂは、図３に示すように、ビームフォーミングにより、ビーム２０２＃Ｂを無線端末２０５に向けることができる。
基地局Ａによるビームフォーミングと基地局Ｂによるビームフォーミングとによって、無線端末２０５が位置する場所に、基地局Ａが形成するビーム２０２＃Ａと基地局Ｂが形成するビーム２０２＃Ｂとを重ねることができる。したがって、無線端末２０５は、基地局Ａから基地局Ｂに、通信を継続したままハンドオーバすることが可能となる。当該ハンドオーバを便宜的に「ビーム間ハンドオーバ」と称してよい。
別言すると、図４に示すように、無線端末２０５が周辺エリア２０１＃Ａの外に移動し、基地局Ａとの通信が途絶することを防止することができる。また、基地局Ｂの中心エリア２０１＃Ｂの内部に位置しないために基地局Ｂにハンドオーバすることができないことによる通信の途絶も防止することができる。したがって、通信サービスの継続性を担保できる。
なお、無線端末２０５の位置特定に関する情報としては、基地局Ａが特定した情報そのものを用いることができる。この場合の無線端末２０５の位置特定に関する情報は、基地局Ａから無線端末２０５への距離および方向を用いることができる。基地局Ｂは、基地局Ａが設置されている位置を示す情報と、基地局Ａから無線端末２０５への距離および方向とを用いることにより、基地局Ｂから無線端末２０５への方向を算出することができる。
また、無線端末２０５の位置特定に関する情報としては、無線端末２０５がＧＰＳやＲＦタグなどにより検出した位置情報を用いることができる。無線端末２０５が検出した位置情報は、無線端末２０５より基地局Ａに送信された後、Ｘ２インタフェースを介して基地局Ｂに送信し、基地局Ｂが受信することができる。基地局Ｂが無線端末２０５の検出した位置情報を受信し、基地局Ｂから無線端末２０５への方向を算出することができる。
あるいは、無線端末２０５の位置特定に関する情報としては、基地局Ａがビームフォーミングによりビーム２０２＃Ａを向けている方向を示す情報を用いることができる。例えば、無線端末２０５の位置特定に関する情報として、プリコーディング行列そのもの、または、プリコーディング行列を表す情報を用いることができる。この場合、基地局Ｂは、基地局Ａと基地局Ｂとの距離、基地局Ａから基地局Ｂへの方向および基地局Ａの送信電力の大きさを用いることにより、基地局Ａが無線端末２０５と通信を行なう際に無線通信品質が第２の閾値以下に劣化する領域を算出することができる。そして、基地局Ｂは、基地局Ａが無線端末２０５と通信を行なう際に無線通信品質が第２の閾値以下に劣化する領域と、基地局Ａがビームフォーミングによりビーム２０２＃Ａを向けている方向との交点位置あるいはその近傍を算出することができる。これにより、基地局Ｂから無線端末２０５への方向を算出することができる。
以上のように、一実施形態においては、中心エリア２０１＃Ａおよび中心エリア２０１＃Ｂは、離隔しているので、基地局Ａおよび基地局Ｂによるセル間干渉を抑制することができる。これにより、基地局Ａおよび基地局Ｂが使用する無線リソースに制約がなくなり、基地局Ａおよび基地局Ｂは自由に無線リソースを使用でき無線リソースの無駄を排除することが可能となる。また、互いに隣り合う中心エリアを離隔することができるので、基地局間の距離を大きくすることが可能となり、基地局の設置数を減少させることができる。また、基地局の設置数を減少させなくても、中心エリアの大きさを小さくすることができるので、送信電力を小さくすることができ、電力の節約も可能となる。
なお、図３に示すようにハンドオーバが発生する場合には、ビーム２０２＃Ａとビーム２０２＃Ｂとが部分的に重複する。また、ハンドオーバのために、無線端末２０５は、基地局Ｂの送信するリファレンス信号を受信する。基地局Ｂは、隣接する基地局Ａとは異なる無線リソースを用いてリファレンス信号を送信することで、図３に示すようにビーム２０２＃Ａとビーム２０２＃Ｂとが部分的に重なっても、ハンドオーバの際のビーム間の干渉発生を抑制できる。
また、以上においては、無線端末２０５がセル２０１＃Ａの中からセル２０１＃Ｂに接近し、基地局Ａと通信を行なっている状態および基地局Ｂへのハンドオーバについて説明した。同様に、無線端末がセル２０１＃Ａの中からセル２０１＃Ｃに接近し、基地局Ａと通信を行なっている状態から基地局Ｃにハンドオーバすることもできる。この場合、セル２０１＃Ａとセル２０１＃Ｃとが離隔し、周辺エリア２０３＃Ａと周辺エリア２０３＃Ｃとが重複する。
また、以上においては、基地局Ａ、ＢおよびＣのそれぞれが異なる基地局装置を有するとして、例えば無線端末２０５の位置特定に関する情報を基地局Ａから基地局Ｂへ送信するとして説明した。しかし、実施形態として、基地局Ａ、ＢおよびＣのそれぞれが異なる基地局装置を有する場合に限定されることはない。例えば、図２乃至図４の符号Ａ、ＢおよびＣの位置にＲＲＥが配置され、ＲＲＥを制御する基地局装置本体が符号Ａ、ＢおよびＣのいずれかまたは別の場所に配置されていてもよい。また、複数のＲＲＥが１台の基地局装置本体により制御される場合、無線端末２０５の位置特定に関する情報は、当該基地局装置本体内で入出力や伝達が行なわれたり、当該基地局装置本体とＲＲＥとの間で入出力や伝達が行なわれたりする。
図５は、基地局装置としての基地局Ａ、基地局Ｂおよび基地局Ｃそれぞれの機能ブロック図である。基地局装置５０１は、アンテナ５０３と、アンプ５０４と、送受信部５０５と、ベースバンド処理部５０６と、伝送路インタフェース５０７と、制御部５０９とを有する。
アンテナ５０３は、無線端末２０５に無線信号を送信し、また、無線端末２０５から無線信号を受信する。アンテナ５０３は、ビームフォーミングにより無線端末２０５にビームを向けることができるように、複数のアンテナを有するアンテナ群により形成されてよい。あるいは、アンテナ５０３は、パラボラアンテナや八木アンテナのように指向性を有する構造を備え、物理的に向きを変更することにより、無線端末２０５の方向にビームを向けるようになっていてもよい。
アンプ５０４は、アンテナ５０３が送受信する無線信号に対応する送信信号および受信信号の増幅を行なう。送受信部５０５から伝達された送信信号がアンプ５０４により増幅されるとアンテナ５０３に伝達され、無線信号が空間に放射される。アンテナ５０３から伝達された受信信号がアンプ５０４により増幅されると、送受信部５０５に伝達される。
送受信部５０５は、ベースバンド処理部５０６が処理するベースバンド信号と送受信信号との間の周波数変換を行なう。送受信部５０５は、アンプ５０４から伝達される受信信号をベースバンド信号に変換しベースバンド処理部５０６に伝達する。また、送受信部５０５は、ベースバンド処理部５０６から伝達されるベースバンド信号を送信信号に変換し、アンプ５０４に伝達する。
ベースバンド処理部５０６は、ベースバンド信号の処理を行なう。具体的には、伝送路インタフェース５０７を介してネットワーク５０８から受信される無線端末２０５宛ての信号をベースバンド信号に変換する。ネットワーク５０８は、コアネットワークを含む。また、ネットワーク５０８は、例えば図３の基地局間のＸ２インタフェースを介する通信回線２０６を含む。また、ベースバンド処理部５０６は、無線端末２０５から受信され変換されたベースバンド信号をネットワーク５０８に送信するための信号に変換し、伝送路インタフェース５０７に伝達する。
また、ベースバンド処理部５０６は、方向推定処理部５１０と、ＢＦ（ビームフォーミング；Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）ウェイト生成部５１１と、ＢＦ処理部５１２と、境界外判定処理部５１３とを備える。
方向推定処理部５１０は、無線端末２０５が位置する方向を推定する方向推定部として機能する。上述のように、方向推定処理部５１０は、無線端末２０５により選択されたプリコーディング行列のコードに基づいて無線端末２０５が位置する方向を推定することができる。言い換えると、基地局装置５０１から、プリコーディングにより向けられるビームの方向に無線端末２０５が位置していると推定することができる。また、ＧＰＳ衛星などからの信号を用いて無線端末２０５が検出した位置情報を無線端末２０５より受信し、基地局装置５０１が設置された位置に基づいて、無線端末２０５が位置する方向を推定することもできる。
ＢＦウェイト生成部５１１は、ベースバンド信号に乗じる係数に対応するウェイト信号を生成する。例えば、コードブックを参照し、プリコーディング行列を特定し、プリコーディング行列の要素を抽出し、抽出された要素が表わすウェイト信号を生成する。
ＢＦ処理部５１２は、ＢＦウェイト生成部５１１が生成した係数に対応するウェイト信号をベースバンド信号に乗じる。
境界外判定処理部５１３は、基地局装置５０１と無線端末２０５との距離を推定する。距離の推定は、例えば、無線端末２０５から報告される基地局装置５０１との無線通信品質に基づいて行なうことができる。この場合、境界外判定処理部５１３は、無線端末２０５との無線通信品質の劣化の程度を検出する検出部として機能する。距離の推定の結果は具体的な長さとして表現される必要はなく、無線通信品質を表す情報そのものあるいは無線通信品質を階級に分けたレベルにより表現されていてもよい。また、ＧＰＳなどにより無線端末２０５が検出した位置情報の報告を無線端末２０５より受信し、受信された位置情報と基地局装置５０１の位置情報とに基づいて、距離を推定することもできる。この場合は、距離として具体的な長さを算出することができる。以上のように、境界外判定処理部５１３は、距離の推定により、無線端末２０５が中心エリアに位置するのか、周辺エリアに位置するのかを推定することができる。
また、境界外判定処理部５１３は、無線端末２０５の距離の履歴を保持していてもよい。これにより、無線端末２０５の移動方向および移動速度を算出することができる。例えば、無線端末２０５が周辺エリアに位置しているとき、境界外判定処理部５１３は、どの隣接する基地局へ無線端末２０５の位置特定に関する情報を送信するかどうかの判断を移動方向に基づいてより正確に行なうことができる。また、無線端末２０５が中心エリアから周辺エリアに向かって移動している場合、例えば現在の時刻からビームフォーミングなどを開始するまでの時間を移動速度に基づいて予測することができる。
制御部５０９は、無線端末２０５およびネットワーク５０８との通信のプロトコル処理、呼制御処理や、無線端末２０５のハンドオーバ処理、基地局装置５０１の各部の障害監視等の処理を行なう。
また、制御部５０９は、位置推定処理部５１４と、隣接基地局位置情報ＤＢ（データベース）５１５と、隣接基地局通信処理部５１６とを有する。
位置推定処理部５１４は、方向推定処理部５１０により推定された端末の位置する方向と境界外判定処理部５１３により推定された距離とにより、無線端末２０５の位置を推定する。例えば、位置推定処理部５１４は、無線端末２０５の位置する経度および緯度を推定する。また、位置推定処理部５１４は、経度および緯度に基づいて、無線端末２０５の位置する範囲を推定してもよい。
隣接基地局位置情報データベース５１５は、基地局装置５０１に隣接する基地局の位置を格納するデータベースである。隣接する基地局の位置は、例えば経度および緯度を用いて表現することができる。あるいは、隣接する基地局の位置は、基地局装置５０１の位置に対する隣接基地局への方位（例えば、基準方向からの角度）および距離による極座標を用いて表現することもできる。
なお、隣接基地局位置情報データベース５１５は、制御部５０９内に設けられなくてもよい。例えば、基地局装置５０１が通信可能なサーバ装置内に設けられてもよい。この場合、制御部５０９は、サーバ装置と通信して、隣接基地局位置情報データベース５１５の検索などを行なう。
隣接基地局通信処理部５１６は、無線端末２０５が中心エリアの端部に位置する場合、無線端末２０５の位置特定に関する情報の、無線端末２０５が在圏している基地局と隣り合う基地局と送信および受信を行なう送信部および受信部として機能する。具体的には、隣接基地局通信処理部５１６は、位置推定処理部５１４により推定された無線端末２０５の位置と、隣接基地局位置情報データベース５１５とを参照する。そして、隣接基地局通信処理部５１６は、無線端末２０５の位置特定に関する情報のあて先の隣の基地局（隣接基地局）を決定し、伝送路インタフェース５０７を介して送信する。
また、隣接基地局通信処理部５１６は、隣接基地局より、無線端末２０５の位置特定に関する情報を受信した場合に、無線端末２０５への方向を算出し、ＢＦウェイト生成部５１１によりビームを算出された方向に向ける処理も行なう。このために、隣接基地局通信処理部５１６は、算出された方向にビームを向けるプリコーディング行列を選択し、ＢＦウェイト生成部５１１へ選択したプリコーディング行列を伝達する。
図６は、無線端末２０５と基地局装置５０１との通信シーケンスの一例を示す図である。ステップ６０１において、基地局装置５０１から無線端末２０５へＣＳＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）参照信号を送信する。ＣＳＩ参照信号は、無線端末２０５が、基地局装置５０１から受信する無線信号の受信品質を測定するための信号である。ＣＳＩ参照信号の基地局装置５０１からの送信に対して、無線端末２０５は、受信品質を測定し、ステップ６０２において、基地局装置５０１にＣＳＩレポートを上りリンク制御チャネルにより返信する。なお、ＣＳＩ参照信号が周期的に送信されることにより、無線端末２０５は、周期的にＣＳＩレポートを返信することができる。また、ＣＳＩ参照信号に、ＣＳＩレポートを返信する周期のパラメータを含ませ、無線端末２０５に周期的にＣＳＩレポートを返信させるようにしてもよい。
ＣＳＩレポートには、受信品質を表す情報として、無線端末２０５と基地局装置５０１との間の通信路のチャネル品質情報に関する情報が含まれる。チャネル品質情報は、ＣＱＩ、ＲＩおよびＰＭＩを含むことができる。なお、ＣＱＩは、Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎの略であり、ＲＩは、Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒの略であり、ＰＭＩは、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃｔｏｒの略である。ＣＱＩは、定められた周波数単位ごとの下りチャネルの受信品質を示す。ＲＩは、チャネル状態に応じて制御されるレイヤ数のうち、無線端末２０５側で最適となる数を示す。ＰＭＩは、プリコーディング後の各レイヤの合計スループットが最大となるプリコーディング行列のインデックス（コード）である。
ステップ６０３において、基地局装置５０１は、受信したＣＳＩレポートを処理し、チャネル品質情報を解析する。
ステップ６０４において、基地局装置５０１は、ステップ６０３において解析されたチャネル品質情報に基づいて、プリコーディング行列をコードブックなどより選択する。
ステップ６０５において、基地局装置５０１は、ステップ６０４において選択したプリコーディング行列をＢＦウェイト生成部５１１に伝達し、プリコーディングを実施する。プリコーディングにより、複数のベースバンド信号それぞれに、係数に対応する信号が乗ぜられ、位相や送信電力の大きさが変化し、ビームフォーミングが実現される。
ステップ６０６において、基地局装置５０１は、無線端末２０５に対して、下りリンク制御チャネル（ＰＤＣＣＨ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）によりプリコーディングウェイト情報を通知してもよい。プリコーディングウェイト情報の通知が行なわれるのは、無線端末２０５が次にＣＳＩレポートを生成するときに、ＰＭＩを算出するために、現在のプリコーディング行列が表すプリコーディングウェイト情報への参照が行なわれる可能性があるためである。
図７（Ａ）は、プリコーディングを行なう際に、複数のベースバンド信号に乗ずる係数ｐＮ，θの例を示す。ｐＮ，θは、Ｎ個のアンテナそれぞれが隣のアンテナと図７（Ｂ）に示すように間隔がｄを置いて配置され、放射する無線信号の波長がλである場合に、アンテナの主面の法線に対して角θの方向にビームを回転させてビームを向ける場合の係数の例である。この場合、隣のアンテナにおける無線信号の伝搬の長さがｄ×ｓｉｎθ異なるので、隣のアンテナにおける無線信号の位相がｅｘｐ（ｊ（２πｄｓｉｎθ／λ））異なることになる。ｊは虚数単位である。したがって、ベースバンド信号に乗ずる係数は、ｅｘｐ（ｊ（２πｄｓｉｎθ／λ））の倍数となる。
図８は、無線端末２０５が、図２に示すように基地局Ａと通信している状態から、図３に示すように基地局Ｂにハンドオーバする直前までの過程の通信シーケンスの一例を示す図である。
ステップ８０１において、基地局Ａが、無線端末２０５と通信している（リンク中である）とする。このとき、他の無線端末との通信の干渉を避けるために、ＣＳＩレポートに基づき、ＢＦ処理部５１２によりビームを無線端末２０５に向けてもよい。
また、基地局Ａは、ステップ８０２において、無線端末２０５に品質測定メッセージ（ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＣＯＮＴＲＯＬ）を送信する。品質測定メッセージを受信した無線端末２０５は、基地局Ａとの無線通信品質を測定し、品質報告（ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＲＥＰＯＲＴ）を送信する。また、品質測定メッセージに無線通信品質を表す情報を含ませておいてもよい。この場合、品質測定メッセージを受信した無線端末２０５は、基地局Ａとの無線通信品質が、品質測定メッセージに含まれた無線通信品質以下に劣化したことを検出すると品質報告を送信するようにもできる。例えば、無線端末２０５が中心エリア２０１＃Ａの境界に近づいたときや中心エリア２０１＃Ａと中心エリア２０１＃Ｂとの中間位置に近づいたときに対応する無線通信品質を検出した場合に、品質報告を送信する。
その後、無線端末２０５は、基地局Ａとの無線通信品質が劣化するとする。例えばステップ８０３の処理において所定の閾値（上述の第１の閾値）以下になったり所定の条件が成立したりしたことを検出すると、ステップ８０４の処理として、品質報告メッセージを基地局Ａに送信する。
基地局Ａは、隣接基地局位置情報データベース５１５を参照し、無線端末２０５が移動して向かっているセルを形成する隣接基地局として基地局Ｂを検出するとする。このとき、ステップ８０５の処理において、基地局Ａは、無線端末２０５の位置情報など、位置特定に関する情報を基地局Ｂに送信する。
位置特定に関する情報を受信した基地局Ｂは、ステップ８０６の処理において、基地局Ｂから無線端末２０５への方向を得ることができる。無線端末２０５への方向を得ると、基地局Ｂは、ＢＦウェイト生成部５１１に所定の係数のウェイト信号を生成させ、ＢＦ処理部５１２によりその方向にビームを向ける。
無線端末２０５の位置特定に関する情報が、無線端末２０５の位置を例えば経度および緯度により表す場合には、基地局Ｂは、自局Ｂの経度および緯度を用いて無線端末２０５への方位を算出することができる。
ステップ８０７の処理として、基地局Ｂは、基地局Ａに、無線端末２０５に対してビームを向けるビームフォーミングを開始したことを通知してもよい。これにより、基地局Ａは、基地局Ｂが無線端末２０５にビームを向けたことを検出することができ、この検出の後に、無線端末２０５を基地局Ｂにハンドオーバさせることができ、無線端末２０５の通信の途絶を防ぐことができる。
ステップ８０８の処理として、基地局Ａは、無線端末２０５に、再度、品質測定メッセージを送信する。これにより、無線端末２０５が基地局Ｂにさらに近づき、無線端末２０５が基地局Ａとの無線通信品質が上述の第２の閾値以下に劣化した場合に、品質報告を、ステップ８０９の処理として送信することができる。
基地局Ａが品質報告を受信すると、ステップ８１０において、無線端末２０５にとっては基地局Ｂとの無線通信品質が基地局Ａとの無線通信品質よりも良好となったと判断することができる。そこで、基地局Ａは、制御部５０９により、無線端末２０５を基地局Ｂにハンドオーバさせる処理を開始する。そして、ステップ８１１において、ハンドオーバシーケンスが行なわれ、無線端末２０５が基地局Ｂにハンドオーバする。
図９は、位置推定処理部５１４が、無線端末２０５の位置を推定するのに参照する情報の具体的な例を示す図である。この情報は、例えば、後述するハードウェアとしての基地局装置のメモリやネットワークを介してアクセス可能な装置（不図示）に格納される。自局Ａのセル端までの距離は、例えば、拡大セル２０３＃Ａやセル２０１＃Ａが円形であれば、拡大セル２０３＃Ａやセル２０１＃Ａの半径である。自局Ａのセル端までの距離は、セルの設計上の距離を用いたり、アンテナ５０３の送信電力から計算したりすることができる。自局Ａの各アンテナ群の主ビーム方向は、アンテナ群の設置面に対して垂直な方向（法線方向）である。また、複数の方向を向いている複数のアンテナ群により、拡大セル２０３＃Ａやセル２０１＃Ａが複数のセクタに分割できる場合には、セクタごとのアンテナ群の法線方向が定められる。ビームフォーミングを行なっているアンテナ群（セクタ）の番号は、アンテナ群が複数ある場合に、アンテナ群を特定するための情報である。無線端末へのビームフォーミング方向は、主ビームに対する角度、言い換えると、アンテナ群の法線方向に対する角度である。アンテナ群が複数ある場合には、それぞれのアンテナ群のビームフォーミング方向が定められる。
図１０は、隣接基地局位置情報データベース５１５に格納される情報の一例を示す図である。例えば、基地局Ａの隣接基地局位置情報データベース５１５には、基地局Ａの隣の基地局である基地局Ｂおよび基地局Ｃそれぞれの位置情報が、基地局Ｂおよび基地局Ｃの識別情報に関連づけられて格納される。無線端末２０５が周辺エリア２０３＃Ａを外れる方向に移動していることを、境界外判定処理部５１３が検出すると、位置推定処理部５１４により推定された位置に最も近い基地局のＩＤが隣接基地局位置情報データベース５１５より検索される。
なお、基地局Ｂおよび基地局Ｃのいずれかのアンテナの位置がアンテナを制御する基地局装置から離れて設置されている場合には、隣接基地局位置情報データベース５１５には、アンテナの位置を示す情報が格納されていてもよい。これにより、アンテナから放射される無線信号により形成される無線エリアが隣り合う関係を正確に検索に反映させることができる。
図１１は、一実施形態に係る無線通信システム１１００の基地局Ａから無線端末２０５への方向を基に、隣の基地局Ｂからの無線端末２０５の方向を算出する処理の一例を示す図である。無線通信システム１１００において、基地局Ａが、基地局Ｂに無線端末２０５の位置特定に関する情報を送信したとする。図１１は、このときの基地局Ａのアンテナ群Ｂから無線端末２０５への方向から基地局Ｂのアンテナ群Ｄから無線端末２０５への方向の算出について示す図である。
基地局Ａが、アンテナ群Ａ、Ｂ、ＣおよびＤをアンテナ１１１０＃Ａとして有し、無線エリア（セル）１１０１＃Ａを形成しているとする。なお、周辺エリアについては図１１において図示を省略している。このとき、基地局Ａのアンテナ群Ｂが法線方向１１１１＃Ａｂから無線端末２０５の方向へビーム１１０２＃Ａｂを向けている角度をαとする。αは、プリコーディング行列に対応づけられる方向とすることができる。アンテナ群Ｂから無線端末２０５までの距離をｒと表せば、無線端末２０５の位置は、アンテナ群Ｂの中央を原点とする座標位置として（ｒｃｏｓα，ｒｓｉｎα）と表すことができる。
基地局Ｂがアンテナ群Ａ、Ｂ、ＣおよびＤをアンテナ１１１０＃Ｂとして有し、セル１１０１＃Ｂを形成しているとする。また、基地局Ｂが、基地局Ａから送信される無線端末２０５の位置特定に関する情報に基づき、アンテナ群Ｄを用いて無線端末２０５へビーム１１０２＃Ｂｄを向けるとする。また、アンテナ群Ｄの法線方向１１１＃Ｂｄに対する無線端末２０５の方向をβとすると、無線端末２０５の位置は、基地局Ｂのアンテナ１１１０＃Ａのアンテナ群Ｄの中央を原点とする座標位置として、（ｒｃｏｓβ，ｒｓｉｎβ）と表わすことができる。ただし、説明を簡略化するために、アンテナ群Ｄから無線端末２０５までの距離もｒとした。
地表に対する座標位置として、基地局Ａのアンテナ１１１０、無線端末２０５および基地局Ｂのアンテナそれぞれの位置を（ＸＡ，ＹＡ）、（ｘｍ，ｙｍ）および（ＸＢ，ＹＢ）とすると、次が成り立つ。
（ｘｍ，ｙｍ）＝（ＸＡ＋ｒｃｏｓα，ＹＡ＋ｒｓｉｎα）
また、基地局Ａのアンテナ群Ｂの法線方向と基地局Ｂのアンテナ群Ｄの法線方向が１８０度の角をなしているとすると、次が成り立つ。
（ｘｍ，ｙｍ）＝（ＸＢ−ｒｃｏｓβ，ＹＢ−ｒｓｉｎβ）
したがって、
ｃｏｓβ＝（ＸＢ−ＸＡ−ｒｃｏｓα）／ｒ
ｓｉｎβ＝（ＹＢ−ＹＡ−ｒｓｉｎα）／ｒ
ｒ、ＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢおよびαは既知であるので、βを算出することができる。
図１２は、極座標を用いることにより、無線端末２０５が基地局Ａおよび基地局Ｂから等しい距離に位置する場合に、より簡単に、基地局Ａからの無線端末２０５への方向を基に、基地局Ｂからの無線端末２０５への方向を算出する処理の別の一例を示す図である。基地局Ａと基地局Ｂとの送信電力が等しい場合には、無線端末２０５が基地局Ａおよび基地局Ｂから略等しい距離に位置するときに、基地局Ａから基地局Ｂへ無線端末２０５がハンドオーバされてよい。したがって、無線端末２０５が基地局Ａおよび基地局Ｂから略等しい距離に位置するときに、基地局Ａから無線端末２０５の位置特定に関する情報が基地局Ｂに送信され、方向の算出の処理が実施されてよい。
基準方向への基地局Ａおよび基地局Ｂからの方向を符号１２０１により示す。ＤＢを基地局Ａにおける方向１２０１から基地局Ｂへの方向角とし、ＤＢ＋αを基地局Ａにおける無線端末の方向１２０１からの方向角とする。
また、基地局Ｂにおける方向１２０１から基地局Ａへの方向角をＤＡとする。
無線端末２０５、基地局Ａおよび基地局Ｂにより二等辺三角形が形成されるので、基地局Ｂにおける無線端末２０５の方位は、ＤＡ−αとして算出することができる。したがって、基地局Ｂに、基地局Ａへの方位を記憶させておくことにより、基地局Ａから基地局Ｂへは、基地局Ｂへの方向を基準とした場合の無線端末２０５の方向を伝達することにより、基地局Ｂにおける無線端末２０５の方向を簡単に計算することができる。
図１３は、一実施形態に係る２つの基地局Ａ（５０１＃Ａ）およびＢ（５０１＃Ｂ）の処理の一例を示す図である。無線端末２０５が、基地局Ａ（５０１＃Ａ）と通信を行なっているとする。このとき、ステップＳ０１の処理として、ベースバンド処理部５０６＃Ａの方向推定処理部５１０は、基地局Ａ（５０１＃Ａ）から無線端末への方向（到来方向）を推定する処理（到来方向推定処理）を行なう。方向の推定には、例えば、ＢＦウェイト生成部５１１で用いられるプリコーディング行列などが用いられる。また、ステップＳ０２の処理として、境界外判定処理部５１３により、基地局Ａ（５０１＃Ａ）から無線端末２０５への距離を推定する処理（セル境界外判定処理）が行なわれる。
したがって、ステップＳ０１およびＳ０２の結果として、ビームフォーミング角度（無線端末２０５への方向）およびセル境界外判定結果（無線端末２０５までの距離）が制御部５０９＃Ａに伝達される。
制御部５０９＃Ａにおいては、ステップＳ０３の処理として、ビームフォーミング角度およびセル境界外判定結果に基づいて、位置推定処理部５１４により、無線端末２０５の位置推定が行なわれる。また、制御部５０９＃Ａにおいては、ステップＳ０４の処理として、端末の位置推定に基づいて、ハンドオーバ先の基地局として基地局Ｂ（５０１＃Ｂ）が選択されるとする。制御部５０９＃Ａは、ステップＳ０５の処理として、隣接基地局通信処理部５１６により、隣接基地局通信処理を行なう。これにより通信対象端末の位置情報、別言すれば無線端末の位置特定に関する情報、が伝送路インタフェース５０７＃Ａを介して基地局Ｂ（５０１＃Ｂ）の伝送路インタフェース５０７＃Ｂに送信される。
制御部５０９＃Ｂの隣接基地局通信処理部５１６は、伝送路インタフェース５０７＃Ｂが受信した無線端末２０５の位置特定に関する情報に基づいて、ステップＳ０６の処理として、ビームフォーミング角度を計算する。この計算されたビームフォーミング角度がベースバンド処理部５０６＃Ｂに伝達され、ＢＦウェイト生成部５１１＃Ｂにより、ステップ０８の処理として、ステップＳ０７の処理として、ビームフォーミングが実施される。
図１４（Ａ）は、基地局装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。ハードウェアとしての基地局は、ＲＦ回路１４０１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１４０２、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１４０３、メモリ１４０４およびネットワークＩＦ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）１４０５を有し、相互にバスにより接続されている。
ＲＦ回路１４０１にはアンテナ１４０６が接続される。アンテナ１４０６は、図５のアンテナ５０３に対応し、ＲＦ回路１４０１は、アンプ５０４および送受信部５０５に対応する。
ＤＳＰ１４０３は、ＲＦ回路１４０１と信号の入出力を行ない、ベースバンド処理部１４０３に対応する。ＤＳＰ１４０３は、メモリ１４０４などの記憶装置に記憶されたプログラムを実行するように構成されていてもよいし、あるいは、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）によりハードウェアによって構成されていてもよい。また、ネットワークＩＦ（インタフェース）１４０５は、伝送路インタフェース５０７に対応する。
ＣＰＵ１４０２は、メモリ１４０４に記憶されたプログラムを実行し、ＤＳＰ１４０３およびネットワークインタフェース１４０５の間でデータの入出力を行ない、図５の制御部５０９に対応する。制御部５０９は、プログラムをＣＰＵ１４０２により実行することにより実現可能である。なお、ＣＰＵ１４０２で実行するプログラムをハードウェアにより実現することもできる。例えば、ＣＰＵ１４０２で実行するプログラムに相当する処理を、ＦＰＧＡにより実現することも可能である。
図１４（Ｂ）は、無線端末のハードウェア構成例を示すブロック図である。ハードウェアとしての無線端末１４００は、ＣＰＵ１４０７、メモリ１４０８、ストレージ１４０９、入力装置１４１０、周辺ＩＯコントローラ１４１１、出力装置１４１２、無線モジュール１４１３およびアンテナ１４１４を有する。
ＣＰＵ１４０７は、ストレージ１４０９に格納されメモリ１４０８に展開されて記憶されているプログラムを実行し、入力装置１４１０および出力装置１４１２を制御し、無線端末１４００の利用者にユーザインタフェースを提供する。また、ＣＰＵ１４０７は、周辺ＩＯコントローラ１４１１を介して、アンテナ１４１４が接続された無線モジュール１４１３と信号の入出力を行なう。無線モジュール１４１３は、アンテナ１４１４を介して基地局と通信を行なう。また、必要であれば、無線モジュール１４１３は、アンテナ１４１４を介して、例えばＧＰＳの無線データ１４１５を取得する。
開示の範囲は、以上の実施形態に限定されるものではない。以上の実施形態は、例えば、次のように拡張することもできる。
図１１では、基地局Ａのアンテナ群Ｂの法線方向と基地局Ｂのアンテナ群Ｄの法線方向が１８０度の角をなしていると仮定したが、任意の角をなしていると一般化することも可能である。図１５に示すように、図１２におけるように基地局Ａおよび基地局Ｂの例えば北の方向を符号１５０２＃Ａおよび１５０２＃Ｂにより示す。アンテナ群Ａの主面の法線方向の方位を、ｎＡにより表し、アンテナ群Ｂの主面の法線方向の方位を、ｎＢにより表す。
このとき、プリコーディング行列などにより、ｎＡに対する無線端末の方向を計算することができるので、ｎＡの方位およびアンテナ群Ｂの方位ＤＢに基づいて、アンテナ群Ａにおけるアンテナ群Ｂへの方向に対する無線端末の方向αを計算できる。アンテナ群Ａ、アンテナ群Ｂおよび無線端末により二等辺三角形が形成されるとすると、アンテナ群Ｂからアンテナ群Ｂへの方向に対する無線端末の方向は、−αとなる。これによりｎＢ−α−ＤＡが、アンテナ群Ｂの主面の法線方向に対する無線端末の方向となる。
また、一つの基地局が有するアンテナ群の数は４に限定されない。例えば、図１６に示すように、基地局Ａが、３つのアンテナ群を有し、基地局Ａの形成する中心エリア１６０１＃Ａが３つのセクタ１６０１＃Ａ−１、１６０１＃Ａ−２および１６０１＃Ａ−３に分割されているとする。また、基地局Ｂは、３つのアンテナ群を有し、基地局Ｂの形成する中心エリア１６０１＃Ｂが３つのセクタ１６０１＃Ｂ−１、１６０１＃Ｂ−２および１６０１＃Ｂ−３に分割されているとする。
基地局Ａにおいて、セクタ１６０１＃Ａ−２がアンテナ群Ａにより形成され、セクタ１６０１＃Ａ−１および１６０１＃Ａ−３それぞれが他の２つのアンテナ群それぞれにより形成されるとする。また、基地局Ｂにおいて、セクタ１６０１＃Ｂ−２がアンテナ群Ｂにより形成され、セクタ１６０１＃Ｂ−３がアンテナ群Ｃにより形成されるとする。また、セクタ１６０１＃Ｂ−１が他のアンテナ群により形成されるとする。
アンテナ群Ａの法線方向と、アンテナ群ＢおよびＣとの法線方向それぞれが１８０度以外の角度で対向しているとする。例えば、図１６に示すように、アンテナ群Ａの法線方向と、アンテナ群ＢおよびＣとの法線方向それぞれが略６０度の角度で対向しているとする。
このとき、領域１６１１は、アンテナ群Ａおよびアンテナ群Ｂでカバーされるエリアとなる。言い換えると、無線端末がセクタ１６０１＃Ａ−２から、セクタ１６０２＃Ｂ−２または１６０２＃Ｂ−３に向かって移動する場合、領域１６１１に位置すると、アンテナ群Ｂによりビームフォーミングが実施される。また、無線端末が領域１６１２に位置すると、アンテナ群Ｃによりビームフォーミングが実施される。
また、図１７は、基地局Ａ、ＢおよびＣの中心エリア１７０１＃Ａ、１７０１＃Ｂおよび１７０１＃Ｃが複数のセクタに分割され、一部のセクタが他の基地局の形成するセクタと重複していても、セクタごとに実施形態が適用できることを示す図である。図１７において、中心エリア１７０１＃Ａは、セクタ１７０１＃Ａ−１、１７０１＃Ａ−２および１７０１＃Ａ−３に分割されている。中心エリア１７０１＃Ｂは、セクタ１７０１＃Ｂ−１、１７０１＃Ｂ−２および１７０１＃Ｂ−３に分割されている。中心エリア１７０１＃Ｃは、セクタ１７０１＃Ｃ−１、１７０１＃Ｃ−２および１７０１＃Ｃ−３に分割されている。
このとき、セクタ１７０１＃Ａ−３と１７０１＃Ｃ−３とが重なっている。このため、無線端末２０５がセクタ１７０１＃Ａ−３と１７０１＃Ｃ−３とが重複している領域およびその周辺に位置するときは、基地局Ａおよび基地局Ｃは、ＣｏＭＰなどを用いて無線端末２０５と通信を行なう。
また、図１７において、セクタ１７０１＃Ａ−２とセクタ１７０１＃Ｂ−１とが離隔している。このため、無線端末２０５がセクタ１７０１＃Ａ−２の中から１７０１＃Ａ−１の外に移動する際に、基地局Ａがビームを無線端末２０５に向けることができる。また、無線端末２０５がセクタ１７０１＃Ａ−２の外に移動し、セクタ１７０１＃Ｂ−２に近づくと、基地局Ａから基地局Ｂへ無線端末２０５の位置特定に関する情報を送信し、基地局Ｂは、無線端末２０５にビームを向けることができる。これにより、基地局Ａは、無線端末２０５を基地局Ｂにハンドオーバさせることができる。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を記載する。
（付記１）
第１の無線エリアを形成し、前記第１の無線エリアから第２の無線エリアに向かって移動する無線端末に向けて第１のビームフォーミングを実施する第１の基地局と、
前記第１の無線エリアとは重複しない前記第２の無線エリアを形成し、前記第１の基地局から前記無線端末の位置特定に関する情報を受信し、受信した前記位置特定に関する情報に基づいて、前記無線端末に向けて第２のビームフォーミングを実施する第２の基地局と、
を備えた、無線通信システム。
（付記２）
第１の基地局と第２の基地局とを備えた無線通信システムであって、
前記第１の基地局は、
無線端末との無線通信品質が閾値以下に変化したことを検出する検出部と、
前記検出部での前記検出に応じて、前記無線端末に向けて第１のビームフォーミングを実施する第１制御部と
前記検出部での前記検出に応じて、前記無線端末の位置特定に関する情報を前記第２の基地局へ送信する送信部と、を備え、
前記第２の基地局は、
前記位置特定に関する情報を受信する受信部と、
前記受信部で受信された前記位置特定に関する情報に基づいて、第２のビームフォーミングを実施する第２制御部と、
を備えた、無線通信システム。
（付記３）
前記位置特定に関する情報は、前記第１の基地局による前記第１のビームフォーミングの方向を示す情報を含む、付記１または２に記載の無線通信システム。
（付記４）
前記第１のビームフォーミングの方向は、前記第１の基地局が前記無線端末から受信するプリコーディングインデックスにより決定される、付記３に記載の無線通信システム。
（付記５）
前記位置特定に関する情報は、前記第１の基地局が特定した前記無線端末の位置情報を含む、付記１または２に記載の無線通信システム。
（付記６）
前記位置特定に関する情報は、前記無線端末が検出した位置情報を前記第１の基地局が受信した位置情報を含む、付記１または２に記載の無線通信システム。
（付記７）
前記第１の基地局は、
前記第２の基地局への前記位置特定に関する情報の送信後に前記無線端末から報告される無線受信品質が、前記第１のビームフォーミングの実施中に前記無線端末から報告される無線品質よりも高い場合に、前記無線端末を前記第２の基地局にハンドオーバさせるハンドオーバ処理部を備えた、付記１から６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
（付記８）
第１の無線エリアを形成し、前記第１の無線エリアから第２の無線エリアに向かって移動する無線端末に向けて第１のビームフォーミングを実施する基地局であって、
前記無線端末との間の無線通信品質が閾値以下に変化したことを検出する検出部と、
前記検出部での前記検出に応じて、前記第１の無線エリアとは重複しない前記第２の無線エリアを形成する他の基地局へ、前記他の基地局が前記無線端末に向けた第２のビームフォーミングを実施するための情報である、前記無線端末の位置特定に関する情報を送信する送信部と、
を備えた、基地局。
（付記９）
前記位置特定に関する情報は、前記無線端末に向けて実施する前記第１のビームフォーミングの方向を示す情報を含む、付記８に記載の基地局。
（付記１０）
前記第１のビームフォーミングの方向は、前記無線端末から受信するプリコーディングインデックスにより決定される、付記９に記載の基地局。
（付記１１）
前記位置特定に関する情報は、前記無線端末の位置情報を含む、付記８に記載の基地局。
（付記１２）
前記位置特定に関する情報は、前記無線端末が検出した位置情報に基づいて特定した位置情報を含む、付記１１に記載の基地局。
（付記１３）
前記第２の基地局への前記位置特定に関する情報の送信後に前記無線端末から報告される無線受信品質が、前記第１のビームフォーミングの実施中に前記無線端末から報告される無線品質よりも高い場合に、前記無線端末を前記第２の基地局にハンドオーバさせるハンドオーバ処理部を備えた、付記８から１２のいずれか１項に記載の基地局。
（付記１４）
他の基地局が形成する第１の無線エリアとは重複しない第２の無線エリアを形成する基地局であって、
前記第１の無線エリアから前記第２の無線エリアに向かって移動する無線端末に向けて第１のビームフォーミングを実施する前記他の基地局から、前記無線端末の位置特定に関する情報を受信する受信部と、
前記受信部で受信された前記位置特定に関する情報に基づいて、前記無線端末に向けて第２のビームフォーミングを実施する制御部と、
を備えた基地局。
（付記１５）
前記位置特定に関する情報は、前記無線端末に向けて実施する前記第１のビームフォーミングの方向を示す情報を含む、付記１４に記載の基地局。
（付記１６）
前記位置特定に関する情報は、前記他の基地局が特定した前記無線端末の位置情報を含む、付記１４に記載の基地局。
（付記１７）
前記位置特定に関する情報は、前記無線端末が検出した位置情報に基づいて前記他の基地局が特定した前記無線端末の位置情報を含む、付記１６に記載の基地局。
（付記１８）
前記位置特定に関する情報は、前記無線端末が検出した位置情報を前記他の基地局が特定した位置情報を含む、付記１７に記載の基地局。
（付記１９）
前記第２のビームフォーミングの実施後に、前記無線端末が前記第１の基地局から自局へハンドオーバするための処理を行なう第２ハンドオーバ部を有する付記１４から１８のいずれか１項に記載の基地局。
（付記２０）
第１の無線局が、
第１の無線エリアを形成し、
前記第１の無線エリアから第２の無線エリアに向かって移動する無線端末に向けて第１のビームフォーミングを実施し、
第２の無線エリアが、
前記第１の無線エリアとは重複しない前記第２の無線エリアを形成し、
前記第１の基地局から前記無線端末の位置特定に関する情報を受信し、
受信した前記位置特定に関する情報に基づいて、前記無線端末に向けて第２のビームフォーミングを実施する無線通信システムの通信方法。
（付記２１）
前記位置特定に関する情報は、前記第１の基地局による前記第１のビームフォーミングの方向を示す情報を含む、付記２０に記載の無線通信システムの通信方法。
（付記２２）
前記第１のビームフォーミングの方向は、前記第１の基地局が前記無線端末から受信するプリコーディングインデックスにより決定される、付記２０に記載の無線通信システムの通信方法。
（付記２３）
前記位置特定に関する情報は、前記第１の基地局が特定した前記無線端末の位置情報を含む、付記２０に記載の無線通信システムの通信方法。
（付記２４）
前記位置特定に関する情報は、前記無線端末が検出した位置情報を前記第１の基地局が受信した位置情報を含む、付記２０に記載の無線通信システムの通信方法。
１００ 無線通信システム
Ａ、Ｂ、Ｃ 基地局
１００＃Ａ、１００＃Ｂ、１００＃Ｃ セル
１０４ 無線端末
２００ 無線通信システム
２０１＃Ａ、２０１＃Ｂ、２０１＃Ｃ 無線エリア（セル）
２０２＃Ａ、２０２＃Ｂ ビーム
２０３＃Ａ、２０３＃Ｂ、２０３＃Ｃ 拡大エリア（周辺エリア）
２０５ 無線端末
２０６ 通信回線
５０１ 基地局装置
５０３ アンテナ
５０４ アンプ
５０５ 送受信部
５０６ ベースバンド処理部
５０７ 伝送路インタフェース
５０８ ネットワーク
５０９ 制御部
５１０ 方向推定処理部
５１１ ＢＦウェイト生成部
５１２ ＢＦ処理部
５１３ 境界外判定処理部
５１４ 位置推定処理部
５１５ 隣接基地局位置情報データベース
５１６ 隣接基地局通信処理部
１１００ 無線通信システム
１１０１＃Ａ、１１０１＃Ｂ セル
１１０２＃Ａｂ、１１０２＃Ｂｄ ビーム
１１１０＃Ａ、１１１０＃Ｂ アンテナ
１１１１＃Ａｂ、１１１１＃Ｂｄ 法線方向
１２０１ 基準方向
１２０２＃Ａ、１２０２＃Ｂ 無線エリア（セル）
１３００ 無線通信システム
１４０１ ＲＦ回路
１４０２ ＣＰＵ
１４０３ ＤＳＰ
１４０４ メモリ
１４０５ ネットワークＩＦ
１４００ 無線端末
１４０７ ＣＰＵ
１４０８ メモリ
１４０９ ストレージ
１４１０ 入力装置
１４１１ 周辺ＩＯコントローラ
１４１２ 出力装置
１４１３ 無線モジュール
１４１４ アンテナ
１４１５ ＧＰＳデータ

Claims (19)

  1. 第１の無線エリアを形成し、前記第１の無線エリアから第２の無線エリアに向かって移動する無線端末に向けて第１のビームフォーミングを実施する第１の基地局と、
    前記第１の無線エリアとは重複しない前記第２の無線エリアを形成し、前記第１の基地局から前記無線端末の位置特定に関する情報を受信し、受信した前記位置特定に関する情報に基づいて、前記無線端末に向けて第２のビームフォーミングを実施する第２の基地局と、
    を備えた、無線通信システム。
  2. 前記第１の基地局は、
    前記無線端末との無線通信品質が閾値以下に変化したことを検出する検出部と、
    前記検出部での前記検出に応じて、前記無線端末に向けて第１のビームフォーミングを実施する第１制御部と
    前記検出部での前記検出に応じて、前記無線端末の前記位置特定に関する情報を前記第２の基地局へ送信する送信部と、を備え、
    前記第２の基地局は、
    前記位置特定に関する情報を受信する受信部と、
    前記受信部で受信された前記位置特定に関する情報に基づいて、第２のビームフォーミングを実施する第２制御部と、
    を備えた、請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 前記位置特定に関する情報は、前記第１の基地局による前記第１のビームフォーミングの方向を示す情報を含む、請求項１または２に記載の無線通信システム。
  4. 前記第１のビームフォーミングの方向は、前記第１の基地局が前記無線端末から受信するプリコーディングインデックスにより決定される、請求項３に記載の無線通信システム。
  5. 前記位置特定に関する情報は、前記第１の基地局が特定した前記無線端末の位置情報を含む、請求項１または２に記載の無線通信システム。
  6. 前記位置特定に関する情報は、前記無線端末が検出した位置情報を前記第１の基地局が受信した位置情報を含む、請求項１または２に記載の無線通信システム。
  7. 前記第１の基地局は、
    前記第２の基地局への前記位置特定に関する情報の送信後に前記無線端末から報告される無線受信品質が、前記第１のビームフォーミングの実施中に前記無線端末から報告される無線品質よりも高い場合に、前記無線端末を前記第２の基地局にハンドオーバさせるハンドオーバ処理部を備えた、請求項１から６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
  8. 第１の無線エリアを形成し、前記第１の無線エリアから第２の無線エリアに向かって移動する無線端末に向けて第１のビームフォーミングを実施する基地局であって、
    前記無線端末との間の無線通信品質が閾値以下に変化したことを検出する検出部と、
    前記検出部での前記検出に応じて、前記第１の無線エリアとは重複しない前記第２の無線エリアを形成する他の基地局へ、前記他の基地局が前記無線端末に向けた第２のビームフォーミングを実施するための情報である、前記無線端末の位置特定に関する情報を送信する送信部と、
    を備えた、基地局。
  9. 前記位置特定に関する情報は、前記無線端末に向けて実施する前記第１のビームフォーミングの方向を示す情報を含む、請求項８に記載の基地局。
  10. 前記第１のビームフォーミングの方向は、前記無線端末から受信するプリコーディングインデックスにより決定される、請求項９に記載の基地局。
  11. 前記位置特定に関する情報は、前記無線端末の位置情報を含む、請求項８に記載の基地局。
  12. 前記位置特定に関する情報は、前記無線端末が検出した位置情報に基づいて特定した位置情報を含む、請求項１１に記載の基地局。
  13. 前記他の基地局への前記位置特定に関する情報の送信後に前記無線端末から報告される無線受信品質が、前記第１のビームフォーミングの実施中に前記無線端末から報告される無線品質よりも高い場合に、前記無線端末を前記他の基地局にハンドオーバさせるハンドオーバ処理部を備えた、請求項８から１２のいずれか１項に記載の基地局。
  14. 他の基地局が形成する第１の無線エリアとは重複しない第２の無線エリアを形成する基地局であって、
    前記第１の無線エリアから前記第２の無線エリアに向かって移動する無線端末に向けて第１のビームフォーミングを実施する前記他の基地局から、前記無線端末の位置特定に関する情報を受信する受信部と、
    前記受信部で受信された前記位置特定に関する情報に基づいて、前記無線端末に向けて第２のビームフォーミングを実施する制御部と、
    を備えた基地局。
  15. 前記位置特定に関する情報は、前記無線端末に向けて実施する前記第１のビームフォーミングの方向を示す情報を含む、請求項１４に記載の基地局。
  16. 前記位置特定に関する情報は、前記他の基地局が特定した前記無線端末の位置情報を含む、請求項１４に記載の基地局。
  17. 前記位置特定に関する情報は、前記無線端末が検出した位置情報に基づいて前記他の基地局が特定した前記無線端末の位置情報を含む、請求項１６に記載の基地局。
  18. 前記位置特定に関する情報は、前記無線端末が検出した位置情報を前記他の基地局が特定した位置情報を含む、請求項１７に記載の基地局。
  19. 前記第２のビームフォーミングの実施後に、前記無線端末が前記他の基地局から自局へハンドオーバするための処理を行なう第２ハンドオーバ部を有する、請求項１４から１８のいずれか１項に記載の基地局。
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