JP2018037916A - 基地局装置、通信システムおよび送信制御方法 - Google Patents

基地局装置、通信システムおよび送信制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基地局から時分割で送信される信号をユーザ端末が受信するまでの待ち時間を短縮し、さらに、ユーザ端末が存在する方向に送信ビームを確実に送信することができるようにする。
【解決手段】セルに在圏する複数のユーザ端末３に共通する下り信号を送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信するスモールセル基地局１が、送信ビームの方向を変化させながら下り信号を時分割で送信する無線通信部１１と、過去における送信ビームの到達エリアであるセクタごとのユーザ端末の在圏の有無に関する履歴情報に基づいてユーザ端末が在圏する頻度が低いセクタに対応する送信ビームを間引くように、送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を格納する情報格納部１４と、送信スケジュール情報に基づいて下り信号を送信する際の送信ビームを制御する制御部１３と、を備えるものとする。
【選択図】図８

Description

本発明は、セルに在圏する端末装置や下位の基地局装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置、基地局装置との間で上り信号および下り信号を送受信する端末装置、ならびに基地局装置においてセルに在圏する複数の端末装置に共通する下り信号を送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する送信制御方法に関するものである。
５Ｇ（第５世代移動通信システム）では、多素子アンテナを利用したＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）の適用が検討されている。このＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯの機能を十分に発揮させるには、ユーザ端末が接続先となる最適な基地局を探索するセルサーチのために、基地局から送信される同期用の制御信号に、データ信号と同様にビームフォーミングを適用することが望まれる。このようにすると、同期用の制御信号の到達距離をデータ信号と同様に伸ばすことができるため、データ信号の通信エリア内にユーザ端末が入っても同期用の制御信号を受信できないためにデータ信号の通信エリアを有効利用できないという不都合を避けることができる。
このような同期用の制御信号の送信にビームフォーミングを適用する技術として、従来、基地局から同期用の制御信号を送信する際に、送信ビームを周回させる、すなわち、送信ビームの方向を段階的に変化させながら、同期用の制御信号を時分割で送信する技術が知られている（特許文献１参照）。
国際公開第２０１５／０２５８３９号
しかしながら、前記従来の技術のように、送信ビームを周回させて同期用の制御信号を時分割で送信する場合、セルの全体に同期用の制御信号を送信する１回の走査に要する時間が長くなる。このため、同期用の制御信号をユーザ端末が受信するまでの待ち時間が長くなり、これに応じて、同期の獲得に要する時間が長くなることから、ユーザデータの通信時間が短くなってスループットが低下するという問題があった。
また、このような問題を解決するため、前記従来の技術では、ビームの周波数多重化および空間多重化により処理の負荷を軽減する方法が採用されているが、制御チャネルに使用するリソースが増え、スループットが低下するという問題がある。また、前記従来の技術では、ビーム幅を段階的に調整しながら走査することで、処理の負荷を軽減する方法が採用されているが、ビーム幅によりビームの到達距離が変化する、又はユーザ端末は移動することから、必ずしもユーザ端末が存在する適切な方向に送信ビームを調整できるとは限らないという問題がある。
そこで、本発明は、基地局装置から時分割で送信される信号を端末装置が受信するまでの待ち時間を短縮することができ、さらに、端末装置が存在する方向に送信ビームを確実に送信することができる基地局装置、端末装置および送信制御方法を提供することを主な目的とする。
本発明の基地局装置は、通信エリアに在圏する複数の端末装置に、その複数の端末装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置であって、前記送信ビームの方向を変化させながら前記下り信号を時分割で送信する無線通信部と、過去における前記送信ビームの到達エリアであるセクタごとの前記端末装置の在圏の有無に関する履歴情報に基づいて前記端末装置が在圏する頻度が低い前記セクタに対応する前記送信ビームを間引くように、前記送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記下り信号を送信する際の送信ビームを制御する制御部と、を備える構成とする。
また、本発明の端末装置は、基地局装置との間で上り信号および下り信号を送受信する端末装置であって、前記基地局装置から送信される前記下り信号を受信する受信部と、前記下り信号の受信に応じて、前記基地局装置に前記上り信号を送信する送信部と、前記基地局装置での前記下り信号の送信タイミングに関する送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記受信部において前記下り信号を観測するタイミングを制御する制御部と、を備える構成とする。
また、本発明の送信制御方法は、基地局装置において、通信エリアに在圏する複数の端末装置に、その複数の端末装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する送信制御方法であって、過去における前記送信ビームの到達エリアであるセクタごとの前記端末装置の在圏の有無に関する履歴情報を収集し、前記履歴情報に基づいて、前記端末装置が在圏する頻度が低い前記セクタに対応する前記送信ビームを間引くように、前記送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を生成し、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記下り信号を送信する際の送信ビームを制御する構成とする。
本発明によれば、通信エリアに在圏する端末装置に下り信号を送信する際に、端末装置が在圏する頻度が低いセクタに対応する送信ビームを間引いて下り信号を送信するため、端末装置が存在しない方向の送信ビームによる無駄な送信を低減することができ、これにより下り信号を端末装置が受信するまでの待ち時間を短縮することができる。また、間引かれる送信ビームは履歴情報に基づいて設定されるため、端末装置が存在する方向に送信ビームを確実に送信することができる。
第１実施形態に係る通信システムの全体構成図 スモールセル基地局１で行われるビーム制御の状況を示す説明図 スモールセル基地局１の設置状況の一例を示す説明図 スモールセル基地局１、マクロセル基地局２およびユーザ端末３の動作の概要を示すシーケンス図 スモールセル基地局１で収集される履歴情報の一例を示す説明図 各セクタでのユーザ端末３の在圏状況の一例を示す説明図 スモールセル基地局１で生成される送信スケジュール情報の一例を示す説明図 スモールセル基地局１およびユーザ端末３の概略構成を示すブロック図 スモールセル基地局１のシステム導入時の動作手順を示すフロー図 スモールセル基地局１の通常運用時の動作手順を示すフロー図 ユーザ端末３の動作手順を示すフロー図 第１実施形態の変形例に係る履歴情報の一例を示す説明図 第２実施形態に係る通信システムの全体構成図 アクセスポイント１０１およびユーザ端末１０２の概略構成を示すブロック図 第３実施形態に係る通信システムの全体構成図 第１の基地局２０１および第２の基地局２０２の設置状況の一例を示す説明図
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、通信エリアに在圏する複数の端末装置に、その複数の端末装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置であって、前記送信ビームの方向を変化させながら前記下り信号を時分割で送信する無線通信部と、過去における前記送信ビームの到達エリアであるセクタごとの前記端末装置の在圏の有無に関する履歴情報に基づいて前記端末装置が在圏する頻度が低い前記セクタに対応する前記送信ビームを間引くように、前記送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記下り信号を送信する際の送信ビームを制御する制御部と、を備える構成とする。
これによると、通信エリアに在圏する端末装置に下り信号を送信する際に、端末装置が在圏する頻度が低いセクタに対応する送信ビームを間引いて下り信号を送信するため、端末装置が存在しない方向の送信ビームによる無駄な送信を低減することができ、これにより下り信号を端末装置が受信するまでの待ち時間を短縮することができる。また、間引かれる送信ビームは履歴情報に基づいて設定されるため、端末装置が存在する方向に送信ビームを確実に送信することができる。
また、第２の発明は、前記送信スケジュール情報は、前記端末装置が在圏する頻度が高い前記セクタでは、そのセクタを対象とした前記送信ビームの送信頻度が高くなり、前記端末装置が在圏する頻度が低い前記セクタでは、そのセクタを対象とした前記送信ビームの送信頻度が低くなるように設定されている構成とする。
これによると、端末装置が在圏する頻度が高いセクタでは、そのセクタを対象とした送信ビームの送信頻度が高くなるため、端末装置が下り信号を受信する周期が短くなり、同一のセクタで下り信号を待つ端末装置が少なくなることから、端末装置から送信される上り信号のタイミングが一致する確率が低くなり、上り信号の干渉を低減することができる。
また、第３の発明は、前記送信スケジュール情報は、送信スケジュールの１周期の間に、前記通信エリアの全体を対象にした走査を複数回行うとともに、少なくとも１回の走査で、全ての前記セクタを対象にして前記送信ビームを送信するように設定されている構成とする。
これによると、送信スケジュールの１周期の間に、通信エリアに在圏する全ての端末装置が下り信号を確実に受信することができる。
また、第４の発明は、前記無線通信部は、前記送信ビームを識別するビームＩＤを含む前記下り信号を送信するとともに、前記端末装置で受信した前記下り信号から抽出された前記ビームＩＤを含む前記上り信号を前記端末装置から受信し、前記制御部は、前記上り信号から抽出された前記ビームＩＤを前記履歴情報として前記情報格納部に格納する構成とする。
これによると、ビームＩＤを含む下り信号および上り信号の送受信により、ビームＩＤを端末装置から基地局装置にフィードバックすることで、端末装置が在圏するセクタに関する履歴情報を効率よく収集することができる。
また、第５の発明は、前記制御部は、システム導入時には、所定の収集期間において前記情報格納部に格納された前記履歴情報に基づいて、初期の前記送信スケジュール情報を生成し、通常運用時には、所定のタイミングで前記情報格納部に格納された前記履歴情報に基づいて、前記送信スケジュール情報を定期的に更新する構成とする。
これによると、送信スケジュール情報が定期的に更新されるため、セクタごとの端末装置の在圏状況に変化があっても、送信スケジュール情報を適切な状態に維持することができる。
また、第６の発明は、前記送信スケジュール情報は、送信スケジュールの１周期の間に、前記通信エリアの全体を対象にした走査を複数回行うとともに、少なくとも１回の走査で、全ての前記セクタを対象にして前記送信ビームを送信するように設定され、前記制御部は、前記通常運用時に、前記送信スケジュールの１周期ごとに前記送信スケジュール情報を更新する構成とする。
これによると、送信スケジュールの１周期の間に、全てのセクタに在圏する端末装置が下り信号を少なくとも１回受信することができるため、送信スケジュール情報を最適な状態に維持することができる。
また、第７の発明は、前記下り信号および前記上り信号は、前記端末装置が通信エリア内に移動した際に行われる初期接続時に送受信される制御信号である構成とする。
これによると、初期接続に要する時間を短縮することができる。
また、第８の発明は、前記下り信号および前記上り信号は、通信切断後の再接続時に送受信される制御信号である構成とする。
これによると、通信切断後の再接続に要する時間を短縮することができる。
また、第９の発明は、前記送信スケジュール情報は、過去における通信切断時のセクタと再接続時のセクタとの相関関係を表す履歴情報に基づいて、通信切断時に端末装置が在圏するセクタと相関性の高いセクタに対応する送信ビームの送信頻度が高くなるように設定されている構成とする。
これによると、通信が切断した端末装置において、基地局装置から送信される下り御信号を早期に受信することができるため、再接続に要する時間をより一層短縮することができる。
また、第１０の発明は、通信エリアに在圏する複数の下位の基地局装置に、その複数の下位の基地局装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置であって、前記送信ビームの方向を変化させながら前記下り信号を時分割で送信する無線通信部と、過去における前記送信ビームの到達エリアであるセクタごとの前記下位の基地局装置の在圏の有無に関する履歴情報に基づいて前記下位の基地局装置が在圏する頻度が低い前記セクタに対応する前記送信ビームを間引くように、前記送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記下り信号を送信する際の送信ビームを制御する制御部と、を備える構成とする。
これによると、基地局装置から時分割で送信される下り信号を下位の基地局装置が受信するまでの待ち時間を短縮することができ、さらに、下位の基地局装置が存在する方向に送信ビームを確実に送信することができる。
また、第１１の発明は、基地局装置との間で上り信号および下り信号を送受信する端末装置であって、前記基地局装置から送信される前記下り信号を受信する受信部と、前記下り信号の受信に応じて、前記基地局装置に前記上り信号を送信する送信部と、前記基地局装置での前記下り信号の送信タイミングに関する送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記受信部において前記下り信号を観測するタイミングを制御する制御部と、を備える構成とする。
これによると、基地局装置から下り信号が送信されるタイミングで、受信部に下り信号を観測させることができるため、受信部に無駄な受信動作を行わせずに済み、基地局装置からの下り信号を効率よく受信することができる。この場合、基地局装置が保持する送信スケジュール情報を、基地局装置と接続された上位装置を介して端末装置が取得するようにするとよい。
また、第１２の発明は、基地局装置において、通信エリアに在圏する複数の端末装置に、その複数の端末装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する送信制御方法であって、過去における前記送信ビームの到達エリアであるセクタごとの前記端末装置の在圏の有無に関する履歴情報を収集し、前記履歴情報に基づいて、前記端末装置が在圏する頻度が低い前記セクタに対応する前記送信ビームを間引くように、前記送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を生成し、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記下り信号を送信する際の送信ビームを制御する構成とする。
これによると、第１の発明と同様に、基地局装置から時分割で送信される下り信号を端末装置が受信するまでの待ち時間を短縮することができ、さらに、端末装置が存在する方向に送信ビームを確実に送信することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る通信システムの全体構成図である。
この通信システムは、スモールセル基地局１（基地局装置）と、マクロセル基地局２と、ユーザ端末３（端末装置）と、制御局４と、を備えている。
スモールセル基地局１は、セルラー移動通信のうち、５Ｇ（第５世代移動通信システム）のように、高ＳＨＦ帯（周波数：６ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）、またはＥＨＦ帯（周波数：主に３０ＧＨｚ〜６０ＧＨｚ）などの高周波数帯を利用した無線通信を行うものであり、セル半径が例えば１０ｍ〜３ｋｍ程度となる。このスモールセル基地局１は、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯの通信方式を利用するための多素子アンテナ５を備えており、この多素子アンテナ５を利用したビームフォーミングが行われる。
マクロセル基地局２は、セルラー移動通信のうち、ＬＴＥ（Long Term Evolution）のように、ＵＨＦ帯（周波数：３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）を利用した無線通信を行うものであり、スモールセル基地局１より信号の伝播距離が長く、セル半径が例えば１ｋｍ〜２５ｋｍ程度となる。
スモールセル基地局１は、マクロセル基地局２のセル（マクロセル）内に複数設置され、スモールセル基地局１のセル（スモールセル）とマクロセル基地局２のセルとが重なり合う。また、スモールセル基地局１は、ユーザデータを伝送するためのユーザプレーン（Ｕ−Ｐｌａｎｅ）の基地局となり、マクロセル基地局２は、制御信号を伝送するための制御プレーン（Ｃ−Ｐｌａｎｅ）の基地局となる。
ユーザ端末３は、スマートフォン、タブレット端末、ウェアラブル端末、ＰＣなどであり、スモールセル基地局１およびマクロセル基地局２の双方と通信を行うことができる。
制御局４は、ネットワーク制御を扱うコントロールプレーンのアクセスゲートウェイとして機能するＭＭＥ（Mobility Management Entity）、ユーザデータのユーザプレーンを扱うゲートウェイとして機能するＳ−ＧＷ（Serving Gateway）、送受信信号の管理や回線接続やハンドオーバーの制御を行うＲＮＣ（Radio Network Controller）など、マクロセル基地局２の上位ノードとして機能するものであり、マクロセル基地局２が制御局４を介してインターネットに接続される。
次に、スモールセル基地局１で行われるビーム制御について説明する。図２は、スモールセル基地局１で行われるビーム制御の状況を示す説明図である。
ユーザ端末３では、スモールセル基地局１と通信を行う場合に、自装置が在圏しているセル（通信エリア）を探索して同期を確立するセルサーチが行われる。このセルサーチでは、スモールセル基地局１から一定時間間隔で送信される同期用下り信号（制御信号）を受信し、この同期用下り信号に基づいて、同期チャネルを捕捉し、周波数同期およびタイミング同期を行い、在圏セルを確定する。そして、スモールセル基地局１に同期用上り信号（ＲＡＣＨプリアンブル）を送信して、スモールセル基地局１にユーザ端末３の在圏を通知することで、通信用リソースが確保されて、ユーザデータの送受信が開始される。
ここで、本実施形態では、スモールセル基地局１において、同期用下り信号の送信にビームフォーミングを適用し、指向性を有する送信ビームで下り信号を送信するようにしており、これにより同期用下り信号の到達距離を伸ばすことができる。一方、同期用下り信号は、セルに在圏する全てのユーザ端末３で受信できるようにする必要がある。そこで、送信ビームの方向を変化させながら下り信号を時分割で送信する。
このとき、図２に示すように、送信ビームを周回させる、すなわち、ビーム角度が所定の角度ずつずれた送信ビームを順次形成して同期用下り信号を送信することが考えられる。図２に示す例では、ＩＤ００〜ＩＤ３１の各ビームＩＤの送信ビームを順次形成するようにしている。
このように、送信ビームの方向を段階的に変化させることで、スモールセル基地局１を中心にして一定の角度でセルを分割した扇形状のセクタの各々に在圏するユーザ端末３に同期用下り信号を送信することができ、送信ビームが１周することで、スモールセル基地局１のセルに在圏する全てのユーザ端末３に同期用下り信号を送信することができる。
ところが、スモールセル基地局１のセル内にユーザ端末３が均一に存在せず、ユーザ端末３が在圏するセクタとユーザ端末３が在圏しないセクタとがあり、ユーザ端末３が在圏しないセクタに向けた送信ビームは、ユーザ端末３により利用されることがなく、無駄になる。
次に、スモールセル基地局１の設置状況について説明する。図３は、スモールセル基地局１の設置状況の一例を示す説明図である。
図３（Ａ）に示す例では、会議室の壁面にスモールセル基地局１が設置されている。また、会議室には、会議机ＣＴ、書棚ＳＬ、ソファーＳＦおよび観葉植物ＨＰが設置されている。このような会議室では、ユーザ端末３を所持した人物は、会議机ＣＴやソファーＳＦの周辺に滞在し、書棚ＳＬや観葉植物ＨＰの周辺にはあまり滞在しない。このため、スモールセル基地局１から送信される送信ビームのうち、会議机ＣＴやソファーＳＦが存在する方向の送信ビームはユーザ端末３で頻繁に利用されるが、書棚ＳＬや観葉植物ＨＰが存在する方向の送信ビームはユーザ端末３でほとんど利用されない。
図３（Ｂ）に示す例では、道路Ｒに沿って設置された建造物ＢＤにスモールセル基地局１が設置され、建造物ＢＤの壁面に多素子アンテナ５が設置されている。ユーザ端末３を所持した人物は歩道ＳＷを通行するため、ユーザ端末３はほとんど歩道ＳＷ上に位置する。このため、スモールセル基地局１から送信される送信ビームのうち、歩道ＳＷの方向の送信ビームはユーザ端末３で頻繁に利用されるが、車道ＲＷの方向の送信ビームはユーザ端末３でほとんど利用されない。
このように、スモールセル基地局１の周囲にはユーザ端末３が均一に存在せず、スモールセル基地局１の周辺の状況に応じて、ユーザ端末３が多く存在するエリアとユーザ端末３があまり存在しないエリアとがあり、ユーザ端末３が一部のエリアに偏在している。このため、スモールセル基地局１の送信ビームの利用率は、送信ビームの方向に応じて大きく異なる。また、ユーザ端末３が多く存在するエリアは頻繁に変化することはなく、送信ビームの各方向の利用率も頻繁に変化しない。
そこで、本実施形態では、所要の期間において、送信ビームの方向に応じた利用状況を調査し、送信ビームが頻繁に利用される方向、すなわち、ユーザ端末３が存在する頻度が高い方向の送信ビームは送信頻度を高く設定し、送信ビームがあまり利用されない方向、すなわち、ユーザ端末３が存在する頻度が低い方向の送信ビームは送信頻度を低く設定する。
図３（Ａ）に示す例では、会議机ＣＴやソファーＳＦが存在する方向の送信ビームの送信頻度を高く設定し、書棚ＳＬや観葉植物ＨＰが存在する方向の送信ビームの送信頻度を低く設定する。
次に、スモールセル基地局１、マクロセル基地局２およびユーザ端末３の動作の概要について説明する。図４は、スモールセル基地局１、マクロセル基地局２およびユーザ端末３の動作の概要を示すシーケンス図である。
本実施形態では、まず、同期用下り信号の送信に使用する送信ビームを識別するビームＩＤを含む同期用下り信号をスモールセル基地局１からユーザ端末３に送信する。ユーザ端末３では、同期用下り信号を受信すると、その同期用下り信号からビームＩＤを抽出して、そのビームＩＤを含む同期用上り信号（ＲＡＣＨプリアンブル）をスモールセル基地局１に送信する。スモールセル基地局１では、同期用上り信号を受信すると、その同期用上り信号からビームＩＤを抽出して、そのビームＩＤを格納する。
このように本実施形態では、スモールセル基地局１とユーザ端末３との間で、ビームＩＤを含む同期用下り信号および同期用上り信号を送受信し、このとき、送信ビームの方向に対応するセクタに在圏するユーザ端末３が同期用下り信号を受信できるため、スモールセル基地局１で同期用上り信号から抽出されたビームＩＤは、ユーザ端末３が在圏するセクタに対応するものとなる。このようにビームＩＤをユーザ端末３からスモールセル基地局１にフィードバックすることで、ユーザ端末３が在圏するセクタに関する履歴情報を効率よく収集することができる。
また、本実施形態では、スモールセル基地局１において、ユーザ端末３が在圏するセクタに関する履歴情報が収集されると、その履歴情報に基づいて、セクタの各々を対象とした送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を生成して、その送信スケジュール情報に基づいて、同期用下り信号を送信する際の送信ビームを制御するビーム制御が行われる。
また、本実施形態では、システム導入時の初期の収集期間（学習フェーズ）において、ビームＩＤを含む下り信号および上り信号の送受信により、ユーザ端末３が在圏するセクタに関する履歴情報を収集して、その履歴情報に基づいて初期の送信スケジュール情報を生成する。この初期の収集期間では、送信ビームを１周させる、すなわち、全てのビームＩＤの送信ビームを送信する。これにより、全てのセクタにおけるユーザ端末３の在圏状況を把握することができる。
また、通常運用時には、送信スケジュール情報に基づくビーム制御が行われ、このとき、ビームＩＤを含む下り信号および上り信号の送受信により、ユーザ端末３が在圏するセクタに関する履歴情報を収集して、その履歴情報に基づいて送信スケジュール情報を更新する。この送信スケジュール情報の更新は、送信スケジュールの１周期ごとに実施される。
また、本実施形態では、スモールセル基地局１で生成した送信スケジュール情報が、マクロセル基地局２を経由してユーザ端末３に通知される。ユーザ端末３では、送信スケジュール情報に基づいて、スモールセル基地局１から送信される同期用下り信号を観測するタイミングを制御する。なお、送信スケジュール情報の通知は、ユーザ端末３において同期用下り信号を効率よく受信するために行われるものであり、必須ではない。
次に、スモールセル基地局１で収集される履歴情報について説明する。図５は、スモールセル基地局１で収集される履歴情報の一例を示す説明図である。図６は、各セクタでのユーザ端末３の在圏状況の一例を示す説明図である。
本実施形態では、スモールセル基地局１とユーザ端末３との間で、ビームＩＤを含む同期用下り信号および同期用上り信号を送受信して、ビームＩＤをユーザ端末３からスモールセル基地局１にフィードバックすることで、ビームＩＤに対応するセクタごとのユーザ端末３の在圏の有無を把握することができる。そして、送信ビームを１周させる１回の走査で、全てのビームＩＤに対応するセクタごとのユーザ端末３の在圏の有無を把握することができる。
図５に示す例では、図６（Ａ）に示すように、１回目（＃１）の走査で、ＩＤ０７，ＩＤ０８，ＩＤ２６，ＩＤ２７の各ビームＩＤに対応するセクタにユーザ端末３が在圏し、図６（Ｂ）に示すように、２回目（＃２）の走査で、ＩＤ０７〜ＩＤ０９，ＩＤ１８，ＩＤ２５〜ＩＤ２８の各ビームＩＤに対応するセクタにユーザ端末３が在圏し、図６（Ｃ）に示すように、３回目（＃３）の走査で、ＩＤ０５，ＩＤ０７，ＩＤ０８，ＩＤ１８，ＩＤ２６の各ビームＩＤに対応するセクタにユーザ端末３が在圏している。
本実施形態では、このような走査を所要の回数だけ繰り返し、各回の走査においてユーザ端末３が在圏したビームＩＤに関する履歴情報を収集する。そして、複数回の走査においてユーザ端末３が在圏した回数をビームＩＤごとに求め、走査の総回数に対するユーザ端末３が在圏した回数の割合であるユーザ在圏割合をビームＩＤごとに求める。このユーザ在圏割合は、ビームＩＤごとのユーザ端末３が在圏する頻度に関する在圏頻度情報であり、この情報により、各ビームＩＤに対応するセクタの各々に、ユーザ端末３がどの程度在圏していたかを把握することができる。
次に、スモールセル基地局１で生成される送信スケジュール情報について説明する。図７は、スモールセル基地局１で生成される送信スケジュール情報の一例を示す説明図である。なお、図７は、送信スケジュールの１周期分を示している。
送信スケジュール情報は、同期用下り信号の送信ビームを送信するタイミングをビームＩＤごとに規定するものである。この送信スケジュール情報では、送信スケジュールの１周期（単位期間）の間に、セルの全体を対象にした走査を複数回実施するように設定されている。図７に示す例では、送信スケジュールの１周期で、１回目（＃１）からＮ回目（＃Ｎ）までの走査が行われ、通常運用時には、この送信スケジュールの周期が繰り返される。
また、この送信スケジュール情報は、最後のＮ回目（＃Ｎ）の走査を除く各回（＃１〜＃Ｎ−１）の走査において、一部のビームＩＤを間引いて送信ビームを送信するように設定されており、１回の走査において、送信ビームを送信するビームＩＤと、送信ビームを送信しないビームＩＤとがある。一方、最後のＮ回目（＃Ｎ）の走査では、全てのビームＩＤで送信ビームを送信するように設定されている。
なお、送信スケジュールの１周期の間に、少なくとも１回の走査において、全てのビームＩＤで送信ビームを送信するようにすればよく、全てのビームＩＤで送信ビームを送信するタイミングは、図７に示すように、最後の走査に限定されるものではない。
また、この送信スケジュール情報は、過去の複数回の走査で収集された履歴情報から得られる在圏頻度情報（図５のユーザ在圏割合）、すなわち、ビームＩＤに対応するセクタごとのユーザ端末３が在圏する頻度に関する情報に基づいて生成され、ビームＩＤごとに、ユーザ端末３が在圏する頻度に応じて、送信ビームの送信頻度が設定されている。具体的には、ユーザ端末３が在圏する頻度が高いセクタでは、送信ビームの送信頻度が高くなる、すなわち、送信周期が短くなり、ユーザ端末３が在圏する頻度が低いセクタでは、送信ビームの送信頻度が低くなる、すなわち、送信周期が長くなるように設定されている。
例えば、ユーザ在圏割合（走査の総回数に対するユーザ端末３が在圏した回数の割合）が１００％のビームＩＤでは、各回の走査の全てで送信ビームを送信し、ユーザ在圏割合が５０％のビームＩＤでは、２回に１回の割合で送信ビームを送信する。
次に、スモールセル基地局１およびユーザ端末３の概略構成について説明する。図８は、スモールセル基地局１およびユーザ端末３の概略構成を示すブロック図である。
スモールセル基地局１は、無線通信部１１と、基地局間通信部１２と、制御部１３と、情報格納部１４と、を備えている。
基地局間通信部１２は、マクロセル基地局２との間で通信を行う。本実施形態では、送信スケジュール情報を基地局間通信部１２からマクロセル基地局２に送信する。また、マクロセル基地局２から送信される補助情報を基地局間通信部１２で受信する。
情報格納部１４は、履歴情報、送信スケジュール情報、および制御部１３で実行されるプログラムなどを格納する。
無線通信部１１は、送信アンテナ２１と、受信アンテナ２２と、送信部２３と、受信部２４と、同期用下り信号生成部２５と、同期用上り信号処理部２６と、を備えている。送信アンテナ２１および受信アンテナ２２は、多素子アンテナ５で構成される。
同期用下り信号生成部２５は、ビームＩＤを含む同期用下り信号を生成する。送信アンテナ２１および送信部２３は、同期用下り信号生成部２５で生成した同期用下り信号をユーザ端末３に送信する。受信アンテナ２２および受信部２４は、ユーザ端末３から送信される同期用上り信号（ＲＡＣＨプリアンブル）を受信する。同期用上り信号処理部２６は、受信アンテナ２２および受信部２４で受信した同期用上り信号（ＲＡＣＨプリアンブル）に対する信号処理を行う。本実施形態では、同期用上り信号からビームＩＤを抽出する。
制御部１３は、履歴情報収集部３１と、送信スケジュール設定部３２と、ビーム制御部３３と、を備えている。この制御部１３はプロセッサで構成され、制御部１３の各部は、情報格納部１４に記憶されたプログラムをプロセッサに実行させることで実現される。
履歴情報収集部３１は、同期用上り信号処理部２６で同期用上り信号から抽出されたビームＩＤを履歴情報として情報格納部１４に格納する。
送信スケジュール設定部３２は、情報格納部１４に格納された履歴情報（図５参照）に基づいて、送信スケジュール情報（図７参照）を生成する。この送信スケジュール情報では、送信スケジュールの１周期の各回の走査におけるビームＩＤごとの送信の有無が規定されている。
ビーム制御部３３は、送信スケジュール設定部３２で取得した送信スケジュール情報に基づいて、同期用下り信号を送信する送信ビームを制御するビーム制御（ビームフォーミング）を行う。具体的には、送信スケジュール情報において同期用下り信号を送信するように規定されたビームＩＤに対応する送信ビームを形成するためのＢＦウェイト（ビームフォーミングウェイト）を生成する。
また、このビーム制御部３３は、マクロセル基地局２から取得した補助情報（ビーム幅、切り替え間隔等）に基づいてビーム制御を行う。なお、この補助情報は、マクロセル基地局２から通知されるものではなく、スモールセル基地局１自身がシステムパラメータとして保持しているものとしてもよい。
ユーザ端末３は、スモールセル通信部４１と、マクロセル通信部４２と、制御部４３と、情報格納部４４と、を備えている。
マクロセル通信部４２は、マクロセル基地局２との間で通信を行う。本実施形態では、マクロセル基地局２から送信される補助情報および送信スケジュール情報をマクロセル通信部４２で受信する。
情報格納部４４は、補助情報、送信スケジュール情報、および制御部４３で実行されるプログラムなどを格納する。
スモールセル通信部４１は、スモールセル基地局１との間で通信を行うものであり、送信アンテナ５１と、受信アンテナ５２と、送信部５３と、受信部５４と、同期用上り信号生成部５５と、同期用下り信号処理部５６と、を備えている。
受信アンテナ５２および受信部５４は、スモールセル基地局１から送信される同期用下り信号を受信する。
同期用下り信号処理部５６は、受信アンテナ５２および受信部５４で受信した同期用下り信号の信号処理を行う。具体的には、同期用下り信号のフレームタイミングを検出して同期処理を行う。また、同期用下り信号からセルＩＤ（同期用下り信号の送信元のスモールセル基地局１のＩＤ）、およびビームＩＤ（スモールセル基地局１から同期用下り信号を送信したときのビームＩＤ）を抽出する。また、同期用下り信号処理部５６は、同期用下り信号の受信電力を測定する。
同期用上り信号生成部５５は、同期用下り信号処理部５６で取得したビームＩＤを含む同期用上り信号（ＲＡＣＨプリアンブル）を生成する。このとき、セルＩＤおよびビームＩＤの両方、または、ビームＩＤのみから、ＲＡＣＨプリアンブルの系列を生成する。また、同期用下り信号の受信電力から、同期用上り信号の送信電力を決定する。
送信アンテナ５１および送信部５３は、同期用上り信号生成部５５で生成した同期用上り信号（ＲＡＣＨプリアンブル）をスモールセル基地局１に送信する。
制御部４３は、セルサーチ制御部６１と、受信制御部６２と、を備えている。この制御部４３はプロセッサで構成され、制御部４３の各部は、情報格納部４４に記憶されたプログラムをプロセッサに実行させることで実現される。
セルサーチ制御部６１は、接続先となる最適なスモールセル基地局１を探索するセルサーチに関する制御を行い、セルサーチに必要な制御情報を同期用上り信号生成部５５および同期用下り信号処理部５６に通知する。
受信制御部６２は、マクロセル基地局２を介してスモールセル基地局１から取得した送信スケジュール情報に基づいて、スモールセル基地局１から送信される同期用下り信号を受信アンテナ５２および受信部５４で観測するタイミングを制御する。具体的には、自装置が在圏するセクタを対象とした送信ビームでスモールセル基地局１から同期用下り信号が送信されるタイミングで、受信アンテナ５２および受信部５４を信号観測状態とする。これにより、受信アンテナ５２および受信部５４に無駄な受信動作を行わせずに済み、スモールセル基地局１からの同期用下り信号を効率よく受信することができる。
次に、スモールセル基地局１のシステム導入時の動作について説明する。図９は、スモールセル基地局１のシステム導入時の動作手順を示すフロー図である。
スモールセル基地局１でのシステム導入時には、まず、ビーム制御部３３において、今回の同期用下り信号の送信で利用するビームＩＤを決定する（ＳＴ１０１）。このとき、走査の開始時には最初のビームＩＤ（ＩＤ００）を選択する。次に、決定されたビームＩＤに基づいてＢＦウェイトを生成する（ＳＴ１０２）。次に、同期用下り信号生成部２５において、ビームＩＤを含む同期用下り信号を生成する（ＳＴ１０３）。そして、送信アンテナ２１および送信部２３において、同期用下り信号をユーザ端末３に送信する（ＳＴ１０４）。
次に、受信アンテナ２２および受信部２４において、ユーザ端末３から送信される同期用上り信号を受信すると（ＳＴ１０５でＹｅｓ）、同期用上り信号処理部２６において、同期用上り信号に含まれるビームＩＤを抽出し、履歴情報収集部３１において、ビームＩＤを履歴情報として情報格納部１４に格納する（ＳＴ１０６）。そして、ビーム制御部３３において、１回の走査が終了したか否か、すなわち、全てのビームＩＤでの送信が終了したか否かを判定する（ＳＴ１０７）。
ここで、１回の走査が終了していない場合には（ＳＴ１０７でＮｏ）、次のビームＩＤを選択して（ＳＴ１０１）、そのビームＩＤに関する動作（ＳＴ１０２〜１０６）を繰り返す。
そして、１回の走査が終了した場合には（ＳＴ１０７でＹｅｓ）、次に、所定の収集期間（例えば１週間）が経過したかを判定する（ＳＴ１０８）。ここで、所定の収集期間が経過していない場合には（ＳＴ１０８でＮｏ）、次回の走査に進み、最初のビームＩＤを選択して（ＳＴ１０１）、そのビームＩＤに関する動作（ＳＴ１０２〜１０６）を繰り返す。
そして、所定の収集期間が経過した場合には（ＳＴ１０８でＹｅｓ）、送信スケジュール設定部３２において、情報格納部１４に格納された履歴情報に基づいて、送信スケジュール情報を生成する（ＳＴ１０９）。次に、基地局間通信部１２において、送信スケジュール情報をマクロセル基地局２に送信する（ＳＴ１１０）。
次に、スモールセル基地局１の通常運用時の動作について説明する。図１０は、スモールセル基地局１の通常運用時の動作手順を示すフロー図である。
スモールセル基地局１での通常運用時には、まず、ビーム制御部３３において、送信スケジュール情報に基づいて、今回の同期用下り信号の送信で利用するビームＩＤを決定する（ＳＴ２０１）。このとき、送信スケジュールの開始時には、送信スケジュールの１回目の走査の最初のビームＩＤを選択する。次に、決定されたビームＩＤに基づいてＢＦウェイトを生成する（ＳＴ２０２）。次に、同期用下り信号生成部２５において、ビームＩＤを含む同期用下り信号を生成する（ＳＴ２０３）。そして、送信アンテナ２１および送信部２３において、同期用下り信号をユーザ端末３に送信する（ＳＴ２０４）。
次に、受信アンテナ２２および受信部２４において、ユーザ端末３から送信される同期用上り信号を受信すると（ＳＴ２０５でＹｅｓ）、同期用上り信号処理部２６において、同期用上り信号に含まれるビームＩＤを抽出して、履歴情報収集部３１において、ビームＩＤを履歴情報として情報格納部１４に格納する（ＳＴ２０６）。そして、ビーム制御部３３において、１回の走査が終了したか否か、すなわち、今回の走査で規定された全てのビームＩＤでの送信が終了したか否かを判定する（ＳＴ２０７）。
ここで、１回の走査が終了していない場合には（ＳＴ２０７でＮｏ）、今回の走査で規定された次のビームＩＤを選択して（ＳＴ１０１）、そのビームＩＤに関する動作（ＳＴ２０２〜２０６）を繰り返す。
そして、１回の走査が終了した場合には（ＳＴ２０７でＹｅｓ）、次に、送信スケジュールの１周期分の全ての走査が終了したか否かを判定する（ＳＴ２０８）。ここで、全ての走査が終了していない場合には（ＳＴ２０８でＮｏ）、次回の走査に進み、次回の走査で規定されたビームＩＤを選択して（ＳＴ１０１）、そのビームＩＤに関する動作（ＳＴ１０２〜１０６）を繰り返す。
そして、送信スケジュールの１周期分の全ての走査が終了した場合には（ＳＴ２０８でＹｅｓ）、送信スケジュール設定部３２において、情報格納部１４に格納された履歴情報に基づいて、送信スケジュール情報を更新する（ＳＴ２０９）。次に、基地局間通信部１２において、送信スケジュール情報をマクロセル基地局２に送信する（ＳＴ２１０）。
次に、ユーザ端末３の動作について説明する。図１１は、ユーザ端末３の動作手順を示すフロー図である。
ユーザ端末３では、まず、マクロセル通信部４２において、マクロセル基地局２から送信される送信スケジュール情報を受信すると（ＳＴ３０１でＹｅｓ）、その送信スケジュール情報を情報格納部４４に格納する（ＳＴ３０２）。
次に、受信制御部６２において、送信スケジュール情報に基づいて、同期用下り信号が送信されるタイミングか否かを判定する（ＳＴ３０３）。ここで、同期用下り信号が送信されるタイミングである場合には（ＳＴ３０３でＹｅｓ）、受信アンテナ５２および受信部５４を信号観測状態に移行させる（ＳＴ３０４）。
そして、受信アンテナ５２および受信部５４において、同期用下り信号を受信すると（ＳＴ３０５でＹｅｓ）、同期用下り信号処理部５６において、同期用下り信号からビームＩＤを抽出する（ＳＴ３０６）。次に、同期用上り信号生成部５５において、ビームＩＤを含む同期用上り信号を生成する（ＳＴ３０７）。次に、送信アンテナ５１および送信部５３において、同期用上り信号をスモールセル基地局１に送信する（ＳＴ３０８）。そして、受信アンテナ５２および受信部５４の信号観測状態を解除する（ＳＴ３０９）。
このように本実施形態では、セル内の各セクタに在圏するユーザ端末３に同期用下り信号を送信する際に、ユーザ端末３が在圏する頻度が低いセクタに対応する送信ビームを間引いて同期用下り信号を送信するため、ユーザ端末３が存在しない方向の送信ビームによる無駄な送信を低減することができる。これにより、同期用下り信号をユーザ端末３が受信するまでの待ち時間を短縮することができるため、初期接続に要する時間を短縮してスループットを向上させることができる。また、間引かれる送信ビームは履歴情報に基づいて設定されるため、ユーザ端末３が存在する方向に確実に送信ビームを送信することができる。
また、本実施形態では、送信スケジュールの１周期の間に、セルの全体を対象にした走査を複数回行い、各回の走査で送信ビームを間引くようにしたため、１回の走査における送信ビームの回数を削減して、１回の走査に要する時間を短縮することができる。これにより、各セクタに在圏するユーザ端末３が同期用下り信号を受信する周期が短くなり、同一のセクタで同期用下り信号を待つユーザ端末３が少なくなることから、ユーザ端末３から送信される同期用上り信号のタイミングが一致する確率が低くなり、同期用上り信号の干渉を低減することができる。
なお、同期用上り信号の干渉をより一層低減するため、同期用上り信号の送信タイミングにオフセットを付加して、同一のセクタに在圏するユーザ端末３で送信タイミングをずらすようにしてもよい。例えば、ユーザ端末３でランダム値を発生させて、そのランダム値に応じたタイミングオフセットを付加するようにしてもよい。また、同期用下り信号の受信電力に応じて、送信タイミングにオフセットを付加するようにしてもよい。この場合、受信電力が高いユーザ端末３から順番に送信されるようにオフセットを付加するようにするとよい。
また、隣接する２つのビーム間での衝突を避けるため、ビームＩＤに応じたタイミングオフセットを付加するようにしてもよい。
（第１実施形態の変形例）
次に、第１実施形態の変形例について説明する。図１２は、第１実施形態の変形例に係る履歴情報の一例を示す説明図である。なお、ここで特に言及しない点は第１実施形態と同様である。
移動する障害物が存在する場合に、その障害物がスモールセル基地局１とユーザ端末３との間の電波伝搬経路を通過すると、通信が切断されるが、障害物が電波伝搬経路を通り過ぎると、通信を復活させることができる。また、ユーザ端末３を所持した人物が移動することで、ユーザ端末３が障害物の影になるエリアを通過すると、通信が切断されるが、ユーザ端末３が障害物の影になるエリアを通り過ぎると、通信を復活させることができる。
このように通信が一時的に切断された場合には、通信を復活させるため、再同期を確立する処理が行われ、本変形例では、この再同期の確立に要する時間を短縮することができるように送信スケジュール制御を行う。
本変形例では、図１２に示す履歴情報に基づいて送信スケジュール情報を生成する。この履歴情報は、過去における通信切断時のビームＩＤと再同期確立時（再接続時）のビームＩＤとの相関関係を表している。具体的には、通信切断時のビームＩＤと再同期確立時のビームＩＤとの組み合わせごとに、再同期が成功した回数を表しており、この回数が多いと、通信切断時のビームＩＤと再同期確立時のビームＩＤとの相関性が高い。
具体的に説明すると、障害物が移動することで通信が切断された場合には、通信切断時と再同期確立時とで同一のセクタにユーザ端末３が在圏するため、通信切断時のビームＩＤと再同期確立時のビームＩＤとは一致する。また、障害物が静止したもので、ユーザ端末３を所持した人物が移動することで通信が切断された場合には、ユーザ端末３が障害物の影になるエリアの一方の側に位置するセクタにユーザ端末３が在圏するときに通信が切断され、障害物の影になるエリアの他方の側に位置するセクタにユーザ端末３が在圏するときに再同期が確立される。このため、障害物の位置や、ユーザ端末３を所持した人物が移動できるエリアなどの状況に応じて、通信切断時のビームＩＤと再同期確立時のビームＩＤとの間には相関関係がある。このように、通信切断時のビームＩＤと再同期確立時のビームＩＤとの間には相関性が高くなる組み合わせが存在する。
そこで、本変形例では、まず、ビームＩＤごとのユーザ端末３が在圏する頻度に関する在圏頻度情報（図５のユーザ在圏割合）に基づいて、基本となる送信スケジュール情報（図７参照）を生成し、この送信スケジュール情報を、図１２に示す履歴情報に基づいて補正する。具体的には、通信が切断したユーザ端末３がある場合、図１２に示す履歴情報に基づいて、通信切断時のビームＩＤと相関性が高い再同期確立用のビームＩＤを取得して、そのビームＩＤの送信ビームを優先して送信する、すなわち、そのビームＩＤの送信頻度が高くなるように送信スケジュール情報を補正する。
これにより、通信が切断したユーザ端末３では、スモールセル基地局１から送信される同期用下り信号を早期に受信することができるため、通信切断後の再接続に要する時間を短縮することができる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図１３は、第２実施形態に係る通信システムの全体構成図である。なお、ここで特に言及しない点は第１実施形態と同様である。
第１実施形態では、セルラー移動通信、特に５Ｇ（第５世代移動通信システム）の無線通信方式によるスモールセル基地局１から送信される下り制御信号に、送信スケジュールに基づくビーム制御を適用したが、本実施形態では、無線ＬＡＮ、特にＷｉＧｉｇ（登録商標）の無線通信方式によるアクセスポイント１０１（基地局装置）から送信される下り制御信号に、送信スケジュールに基づくビーム制御を適用している。
アクセスポイント１０１は、６０ＧＨｚなどの高周波数帯を利用してユーザ端末１０２（端末装置）と通信を行う。また、複数のアンテナ素子により送信ビームフォーミング制御を行う。アクセスポイント１０１は、サーバ１０３を介してインターネットに接続されている。
サーバ１０３は、無線ＬＡＮの送信制御用の制御サーバや、コンテンツ格納用のエッジサーバとして機能する。なお、このサーバ１０３を設けない構成も可能である。
なお、第１実施形態の通信システムに第２実施形態の通信システムを組み合わせて、ユーザ端末１０２が、スモールセル基地局１およびマクロセル基地局２と、アクセスポイント１０１とを利用することができるようにしてもよい。この場合、無線ＬＡＮは、ユーザ端末１０２のトラフィック収容と共に、高周波数帯基地局のバックホール回線のトラフィック収容にも利用される。
このような通信システムでは、アクセスポイント１０１とユーザ端末１０２との間で行われる無線通信において、最適なビームパタンを決定するために、ビームを時分割で周回させるビーム制御が行われる。このため、送受信開始までに要する時間が長くなり、最適なビームパタンはユーザ端末１０２の位置によっても異なるため、ユーザ端末１０２が移動するたびに、その都度、最適なビームパタンの決定処理を行う必要があり、制御時間が増大する。
そこで、本実施形態では、第１実施形態と同様に、アクセスポイント１０１から送信される下り信号の送信ビームを送信スケジュールに基づいて制御するビーム制御（ビームフォーミング）が行われる。特に本実施形態では、アクセスポイント１０１の通信相手となるユーザ端末１０２を探索するセクタスイープ（ＳＬＳ：Sector Level Sweep）が行われ、アクセスポイント１０１から送信されるＳＬＳ用下り信号（制御信号）に対して、送信スケジュールに基づくビーム制御が行われる。
次に、アクセスポイント１０１およびユーザ端末１０２の概略構成について説明する。図１４は、アクセスポイント１０１およびユーザ端末１０２の概略構成を示すブロック図である。
アクセスポイント１０１は、無線通信部１１１と、有線通信部１１２と、制御部１１３と、情報格納部１１４と、を備えている。
無線通信部１１１は、送信アンテナ１２１と、受信アンテナ１２２と、送信部１２３と、受信部１２４と、ＳＬＳ用下り信号生成部１２５と、ＳＬＳ用上り信号処理部１２６と、を備えている。
なお、この無線通信部１１１は、第１実施形態と同様に、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯの通信方式を利用するための多素子アンテナを備えており、この多素子アンテナを利用したビームフォーミングが行われ、送信アンテナ１２１および受信アンテナ１２２は、多素子アンテナで構成される。
ＳＬＳ用下り信号生成部１２５は、セクタＩＤを含むＳＬＳ用下り信号を生成する。送信アンテナ１２１および送信部１２３は、ＳＬＳ用下り信号生成部１２５で生成したＳＬＳ用下り信号をユーザ端末１０２に送信する。受信アンテナ１２２および受信部１２４は、ユーザ端末１０２から送信されるＳＬＳ用上り信号を受信する。ＳＬＳ用上り信号処理部１２６は、受信アンテナ１２２および受信部１２４で受信したＳＬＳ用上り信号に対する信号処理を行う。本実施形態では、ＳＬＳ用上り信号からセクタＩＤを抽出する。
有線通信部１１２は、サーバ１０３との間で通信を行う。本実施形態では、サーバ１０３から送信される補助情報を受信する。
情報格納部１１４は、履歴情報（ＳＬＳ用上り信号から抽出したセクタＩＤ）、送信スケジュール情報、および制御部１１３で実行されるプログラムなどを格納する。
制御部１１３は、履歴情報収集部１３１と、送信スケジュール設定部１３２と、ビーム制御部１３３と、を備えている。この制御部１１３はプロセッサで構成され、制御部１１３の各部は、情報格納部１１４に記憶されたプログラムをプロセッサに実行させることで実現される。
履歴情報収集部３１は、ＳＬＳ用上り信号処理部１２６でＳＬＳ用上り信号から抽出されたセクタＩＤを履歴情報として情報格納部１１４に格納する。
送信スケジュール設定部１３２は、情報格納部１１４に格納された履歴情報に基づいて、送信スケジュール情報を生成する。この送信スケジュール情報では、送信スケジュールの１周期の各回の走査におけるセクタＩＤごとの送信の有無が規定されている。
ビーム制御部１３３は、送信スケジュール設定部１３２で取得した送信スケジュール情報に基づいて、ＳＬＳ用下り信号を送信する送信ビームを制御する。具体的には、送信スケジュール情報においてＳＬＳ用下り信号を送信するように規定されたセクタＩＤに対応する送信ビームを形成するためのＢＦウェイトを生成する。
なお、セクタＩＤは、送信対象となるセクタを識別するものであるが、このセクタは、送信ビームの到達エリアを示し、送信ビームに対応するものであるため、第１実施形態のビームＩＤと実質的に同一である。
ユーザ端末１０２は、無線通信部１４１と、制御部１４２と、情報格納部１４３と、を備えている。
情報格納部１４３は、送信スケジュール情報、および制御部１４２で実行されるプログラムなどを格納する。
無線通信部１４１は、送信アンテナ１５１と、受信アンテナ１５２と、送信部１５３と、受信部１５４と、ＳＬＳ用上り信号生成部１５５と、ＳＬＳ用下り信号処理部１５６と、を備えている。
受信アンテナ１５２および受信部１５４は、アクセスポイント１０１から送信されるＳＬＳ用下り信号を受信する。ＳＬＳ用下り信号処理部１５６は、受信アンテナ１５２および受信部１５４で受信したＳＬＳ用下り信号に対する信号処理を行う。本実施形態では、受信した複数のＳＬＳ用下り信号の中から、無線電波の品質を表すＳＮＲ（Signal to Noise Ratio，信号電力対雑音電力比）が最大となるＳＬＳ用下り信号を検出し、そのＳＬＳ用下り信号からセクタＩＤを抽出する。ＳＬＳ用上り信号生成部１５５は、ＳＬＳ用下り信号処理部１５６で取得したセクタＩＤおよびＳＮＲを含むＳＬＳ用上り信号を生成する。送信アンテナ１５１および送信部１５３は、ＳＬＳ用上り信号生成部１５５で生成したＳＬＳ用上り信号を送信する。
制御部１４２は、ＳＬＳ制御部１６１と、受信制御部１６２と、を備えている。この制御部１４２はプロセッサで構成され、制御部１４２の各部は、情報格納部１４３に記憶されたプログラムをプロセッサに実行させることで実現される。
ＳＬＳ制御部１６１は、セクタスイープに関する制御を行い、セクタスイープに必要な制御情報をＳＬＳ用上り信号生成部１５５およびＳＬＳ用下り信号処理部１５６に通知する。
受信制御部１６２は、送信スケジュール情報に基づいて、アクセスポイント１０１から送信されるＳＬＳ用下り信号を受信アンテナ１５２および受信部１５４で観測するタイミングを制御する。なお、ユーザ端末１０２がマクロセル基地局２を利用することができる構成とすれば、このマクロセル基地局２を介してアクセスポイント１０１から送信スケジュール情報を取得することができる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。図１５は、第３実施形態に係る通信システムの全体構成図である。図１６は、第１の基地局２０１および第２の基地局２０２の設置状況の一例を示す説明図である。なお、ここで特に言及しない点は第１実施形態と同様である。
第１実施形態では、スモールセル基地局１とユーザ端末３とを結ぶアクセス回線における制御信号に送信スケジュール制御を適用したが、本実施形態では、アクセス回線とバックボーン回線とを結ぶバックホール回線における制御信号に送信スケジュール制御を適用している。
図１５に示すように、本実施形態に係る通信システムは、第１の基地局２０１（下位の基地局装置）と、第２の基地局２０２（基地局装置）と、を備えている。第１の基地局２０１は、セルラー移動通信、特に５Ｇのように高周波数帯を利用した通信方式によりユーザ端末３と通信を行う。第２の基地局２０２は、無線ＬＡＮ、特にＷｉＧｉｇ（登録商標）のように高周波数帯を利用した通信方式により第１の基地局２０１と通信を行うアクセスポイントであり、インターネット（上位通信ネットワーク）と第１の基地局２０１との間の通信を中継する。
なお、第１の基地局２０１とユーザ端末３との間の無線通信方式、および第１の基地局２０１と第２の基地局２０２との間の無線通信方式は本実施形態の例に限定されるものではない。
図１６に示す例では、バス停ＢＳおよび信号機ＴＬにそれぞれ第１の基地局２０１が設置されている。また、建造物ＢＤの壁面に第２の基地局２０２が設置されている。このような状況では、第１の基地局２０１と第２の基地局２０２との間を有線で接続することが難しいため、第１の基地局２０１と第２の基地局２０２との間で無線通信を行う。
この場合、第１の基地局２０１は固定されているため、第２の基地局２０２から送信される送信ビームのうち、第１の基地局２０１が位置する方向の送信ビームのみが利用される。このため、第１の基地局２０１が位置する方向の送信ビームを優先する、すなわち、第１の基地局２０１が位置しない方向の送信ビームを間引いて、第１の基地局２０１が位置する方向の送信ビームの送信頻度が高くなるように送信スケジュール情報を設定すればよい。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。また、上記の実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
例えば、前記の実施形態では、方向が異なる送信ビームを識別するビーム識別情報としてビームＩＤやセクタＩＤを信号に付加するようにしたが、ビーム識別情報はビームＩＤやセクタＩＤに限定されるものではない。例えば、ＬＴＥ通信方式のセルサーチで利用される同期用下り信号であるプライマリ同期信号（ＰＳＳ：Primary Synchronization Signal）や、セカンダリ同期信号（ＳＳＳ：Secondary Synchronization Signal）のように、予め複数種類の同期用信号を用意して、送信ビームごとに異なる系列を付与するなどしても、送信ビーム（チャネル）を識別することができる。また、ＢＦウェイトでも送信ビームを識別することができる。
また、前記の実施形態では、送信スケジュール制御の対象となる信号、すなわち、基地局装置（スモールセル基地局１やアクセスポイント１０１）の通信エリアに在圏する全ての端末装置（ユーザ端末３，１０２）で共通する下り信号として、同期用下り信号やＳＬＳ用下り信号の例を説明したが、送信スケジュール制御の対象となる信号はこれに限定されるものではなく、例えば、基地局装置から在圏する全ての端末装置に送信する報知信号を送信スケジュール制御の対象としてもよい。
また、前記の実施形態では、スモールセル基地局１に送信スケジュール設定部３２を設け、また、アクセスポイント１０１に送信スケジュール設定部１３２を設けたが、このように装置が送信スケジュール情報を生成する他に、システム運用者が、履歴情報を見ながら送信スケジュール情報を作成するようにしてもよい。
本発明に係る基地局装置、端末装置および送信制御方法は、基地局装置から時分割で送信される信号を端末装置が受信するまでの待ち時間を短縮することができ、さらに、端末装置が存在する方向に送信ビームを確実に送信することができる効果を有し、セルに在圏する端末装置や下位の基地局装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置、基地局装置との間で上り信号および下り信号を送受信する端末装置、ならびに基地局装置においてセルに在圏する複数の端末装置に共通する下り信号を送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する送信制御方法などとして有用である。
１ スモールセル基地局（基地局装置）
２ マクロセル基地局
３ ユーザ端末（端末装置）
１１ 無線通信部
１３ 制御部
１４ 情報格納部
３１ 履歴情報収集部
３２ 送信スケジュール設定部
３３ ビーム制御部
４１ スモールセル通信部
４３ 制御部
４４ 情報格納部
６１ セルサーチ制御部
６２ 受信制御部
１０１ アクセスポイント（基地局装置）
１０２ ユーザ端末（端末装置）
１１１ 無線通信部
１１３ 制御部
１１４ 情報格納部
１３１ 履歴情報収集部
１３２ 送信スケジュール設定部
１３３ ビーム制御部
１４１ 無線通信部
１４２ 制御部
１４３ 情報格納部
１６１ ＳＬＳ制御部
１６２ 受信制御部
２０１ 第１の基地局（下位の基地局装置）
２０２ 第２の基地局（基地局装置）
本発明は、セルに在圏する端末装置や下位の基地局装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置、セルに在圏する複数の端末装置に共通する下り信号を送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置と、この基地局装置との間で上り信号および下り信号を送受信する端末装置とを有する通信システム、ならびに基地局装置においてセルに在圏する複数の端末装置に共通する下り信号を送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する送信制御方法に関するものである。
そこで、本発明は、基地局装置から時分割で送信される信号を端末装置が受信するまでの待ち時間を短縮することができ、さらに、端末装置が存在する方向に送信ビームを確実に送信することができる基地局装置、通信システムおよび送信制御方法を提供することを主な目的とする。
また、本発明の通信システムは、通信エリアに在圏する複数の端末装置に、その複数の端末装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置と、この基地局装置との間で上り信号および下り信号を送受信する端末装置とを有する通信システムであって、前記基地局装置は、前記送信ビームの方向を変化させながら前記下り信号を時分割で送信する無線通信部と、過去における前記送信ビームの到達エリアであるセクタごとの前記端末装置の在圏の有無に関する履歴情報に基づいて前記端末装置が在圏する頻度が低い前記セクタに対応する前記送信ビームを間引くように、前記送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記下り信号を送信する際の送信ビームを制御する制御部と、を備え、前記端末装置は、前記基地局装置から送信される前記下り信号を受信する受信部と、前記下り信号の受信に応じて、前記基地局装置に前記上り信号を送信する送信部と、前記基地局装置での前記下り信号の送信タイミングに関する送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記受信部において前記下り信号を観測するタイミングを制御する制御部と、を備える構成とする。
また、第１１の発明は、通信エリアに在圏する複数の端末装置に、その複数の端末装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置と、この基地局装置との間で上り信号および下り信号を送受信する端末装置とを有する通信システムであって、前記基地局装置は、前記送信ビームの方向を変化させながら前記下り信号を時分割で送信する無線通信部と、過去における前記送信ビームの到達エリアであるセクタごとの前記端末装置の在圏の有無に関する履歴情報に基づいて前記端末装置が在圏する頻度が低い前記セクタに対応する前記送信ビームを間引くように、前記送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記下り信号を送信する際の送信ビームを制御する制御部と、を備え、前記端末装置は、前記基地局装置から送信される前記下り信号を受信する受信部と、前記下り信号の受信に応じて、前記基地局装置に前記上り信号を送信する送信部と、前記基地局装置での前記下り信号の送信タイミングに関する送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記受信部において前記下り信号を観測するタイミングを制御する制御部と、を備える構成とする。
これによると、基地局装置から時分割で送信される下り信号を端末装置が受信するまでの待ち時間を短縮することができ、さらに、基地局装置は、端末装置が存在する方向に送信ビームを確実に送信することができる。また、基地局装置から下り信号が送信されるタイミングで、受信部に下り信号を観測させることができるため、受信部に無駄な受信動作を行わせずに済み、基地局装置からの下り信号を効率よく受信することができる。この場合、基地局装置が保持する送信スケジュール情報を、基地局装置と接続された上位装置を介して端末装置が取得するようにするとよい。
また、第４の発明は、前記無線通信部は、前記送信ビームを識別するビームＩＤを含む前記下り信号を送信するとともに、前記端末装置で受信した前記下り信号から抽出された前記ビームＩＤを含む上り信号を前記端末装置から受信し、前記制御部は、前記上り信号から抽出された前記ビームＩＤを前記履歴情報として前記情報格納部に格納する構成とする。

Claims (12)

  1. 通信エリアに在圏する複数の端末装置に、その複数の端末装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置であって、
    前記送信ビームの方向を変化させながら前記下り信号を時分割で送信する無線通信部と、
    過去における前記送信ビームの到達エリアであるセクタごとの前記端末装置の在圏の有無に関する履歴情報に基づいて前記端末装置が在圏する頻度が低い前記セクタに対応する前記送信ビームを間引くように、前記送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、
    前記送信スケジュール情報に基づいて、前記下り信号を送信する際の送信ビームを制御する制御部と、を備えることを特徴とする基地局装置。
  2. 前記送信スケジュール情報は、前記端末装置が在圏する頻度が高い前記セクタでは、そのセクタを対象とした前記送信ビームの送信頻度が高くなり、前記端末装置が在圏する頻度が低い前記セクタでは、そのセクタを対象とした前記送信ビームの送信頻度が低くなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
  3. 前記送信スケジュール情報は、送信スケジュールの１周期の間に、前記通信エリアの全体を対象にした走査を複数回行うとともに、少なくとも１回の走査で、全ての前記セクタを対象にして前記送信ビームを送信するように設定されてい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. 前記無線通信部は、前記送信ビームを識別するビームＩＤを含む前記下り信号を送信するとともに、前記端末装置で受信した前記下り信号から抽出された前記ビームＩＤを含む前記上り信号を前記端末装置から受信し、
    前記制御部は、前記上り信号から抽出された前記ビームＩＤを前記履歴情報として前記情報格納部に格納することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の基地局装置。
  5. 前記制御部は、システム導入時には、所定の収集期間において前記情報格納部に格納された前記履歴情報に基づいて、初期の前記送信スケジュール情報を生成し、通常運用時には、所定のタイミングで前記情報格納部に格納された前記履歴情報に基づいて、前記送信スケジュール情報を定期的に更新することを特徴とする請求項４に記載の基地局装置。
  6. 前記送信スケジュール情報は、送信スケジュールの１周期の間に、前記通信エリアの全体を対象にした走査を複数回行うとともに、少なくとも１回の走査で、全ての前記セクタを対象にして前記送信ビームを送信するように設定され、
    前記制御部は、前記通常運用時に、前記送信スケジュールの１周期ごとに前記送信スケジュール情報を更新することを特徴とする請求項５に記載の基地局装置。
  7. 前記下り信号および前記上り信号は、前記端末装置が通信エリア内に移動した際に行われる初期接続時に送受信される制御信号であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の基地局装置。
  8. 前記下り信号および前記上り信号は、通信切断後の再接続時に送受信される制御信号であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の基地局装置。
  9. 前記送信スケジュール情報は、過去における通信切断時のセクタと再接続時のセクタとの相関関係を表す履歴情報に基づいて、通信切断時に端末装置が在圏するセクタと相関性の高いセクタに対応する送信ビームの送信頻度が高くなるように設定されていることを特徴とする請求項８に記載の基地局装置。
  10. 通信エリアに在圏する複数の下位の基地局装置に、その複数の下位の基地局装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する基地局装置であって、
    前記送信ビームの方向を変化させながら前記下り信号を時分割で送信する無線通信部と、
    過去における前記送信ビームの到達エリアであるセクタごとの前記下位の基地局装置の在圏の有無に関する履歴情報に基づいて前記下位の基地局装置が在圏する頻度が低い前記セクタに対応する前記送信ビームを間引くように、前記送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、
    前記送信スケジュール情報に基づいて、前記下り信号を送信する際の送信ビームを制御する制御部と、を備えることを特徴とする基地局装置。
  11. 基地局装置との間で上り信号および下り信号を送受信する端末装置であって、
    前記基地局装置から送信される前記下り信号を受信する受信部と、
    前記下り信号の受信に応じて、前記基地局装置に前記上り信号を送信する送信部と、
    前記基地局装置での前記下り信号の送信タイミングに関する送信スケジュール情報を格納する情報格納部と、
    前記送信スケジュール情報に基づいて、前記受信部において前記下り信号を観測するタイミングを制御する制御部と、を備えることを特徴とする端末装置。
  12. 基地局装置において、通信エリアに在圏する複数の端末装置に、その複数の端末装置に共通する下り信号を、送信ビームの方向を変化させながら時分割で送信する送信制御方法であって、
    過去における前記送信ビームの到達エリアであるセクタごとの前記端末装置の在圏の有無に関する履歴情報を収集し、
    前記履歴情報に基づいて、前記端末装置が在圏する頻度が低い前記セクタに対応する前記送信ビームを間引くように、前記送信ビームの送信タイミングを規定した送信スケジュール情報を生成し、
    前記送信スケジュール情報に基づいて、前記下り信号を送信する際の送信ビームを制御することを特徴とする送信制御方法。
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