JP2018067816A - 中継装置及び中継方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中継装置が端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継する場合において、送受信ともに通信品質を向上させることができる中継装置及び中継方法を提供すること。【解決手段】端末装置１０とマクロセル基地局との間の通信を中継する中継装置２０は、マクロセル基地局からの信号を受信する選択可能な複数のアンテナで構成されたアンテナ群２５と、マクロセル基地局から受信する信号の受信状況に基づいて、当該マクロセル基地局に対して信号を送信するためのビームを形成する複数のアンテナをアンテナ群２５から選択するアンテナ選択部２０７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継する中継装置及び中継方法に関する。

従来、建物内において、端末装置とマクロセル基地局との間の通信経路を確保するため、端末装置とマクロセル基地局との間に中継装置を介在させることが知られている。

これに関して、特許文献１には、無線端末と基地局との間の通信を中継する中継装置であって、複数のアンテナを有する中継装置を備える無線通信システムが開示されている。

特開２０１４−３０１８６号公報

上記のような中継装置を備える無線通信システムにおいては、中継装置は、基地局から中継装置への送信リンクをであるダウンリンクにおいて、複数のアンテナのうち信号の受信用として予め定められた受信アンテナを使用し、中継装置から基地局への送信リンクであるアップリンクにおいて、当該複数のアンテナのうち信号の送信用として予め定められた送信アンテナを使用していた。

しかしながら、このような無線通信システムにおいては、中継装置と基地局との間の信号の送受信に用いられる受信アンテナ及び送信アンテナが適切なものでない場合は、所定の通信品質が維持されない可能性がある。このように、中継装置において用いられる受信アンテナ及び送信アンテナによっては、中継装置と基地局との間の信号の所定の通信品質が維持されず、通信システム全体の通信速度や通信の信頼性等を含む通信品質が低下するおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、中継装置が端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継する場合において、送受信ともに通信品質を向上させることができる中継装置及び中継方法を提供することを目的とする。

上記目的に鑑み、本願発明者は、中継装置における通信品質を向上させるためのアンテナの選択について鋭意研究したところ、所定の周波数において好適な信号の受信状況を提供する中継装置におけるアンテナの組み合わせは、同じ周波数を用いる信号の送信においても好適な信号の送信状況を作りえることに着目し、本願発明に想到した。

本発明の一態様に係る中継装置は、端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継する中継装置であって、マクロセル基地局からの信号を受信する選択可能な複数のアンテナで構成されたアンテナ群と、前記マクロセル基地局から受信する信号の受信状況に基づいて、当該マクロセル基地局に対して信号を送信するためのビームを形成する複数のアンテナを前記アンテナ群から選択するアンテナ選択部と、を備える。

上記中継装置において、前記アンテナ選択部は、前記マクロセル基地局からの信号の受信強度が高いアンテナを前記アンテナ群から優先的に選択してもよい。

本発明の一態様に係る中継方法は、端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継する中継方法であって、マクロセル基地局からの信号を選択可能な複数のアンテナで構成されたアンテナ群において受信するステップと、前記マクロセル基地局から受信する信号の受信状況に基づいて、当該マクロセル基地局に対して信号を送信するためのビームを形成する複数のアンテナを前記アンテナ群から選択するステップと、を含む。

本発明によれば、中継装置が端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継する場合において、送受信ともに通信品質を向上させることができる。

一実施形態に係る移動体通信システムの構成図。 一実施形態に係る中継装置の構成図。 一実施形態に係るアンテナ選択処理の手順を説明するシーケンス図。 一実施形態に係るアンテナ選択処理を説明する概念図。

以下、図面を参照して、本発明に係る一つの実施形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、一連の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付して表している。

〔移動体通信システムの構成〕
図１は、一実施形態に係るフェムトセル基地局（中継装置）を含む移動体通信システムの構成図である。本実施形態に係る移動体通信システム１００は、例示的に３ＧＰＰにより規格されているＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）方式の移動体通信システムであり、無線ネットワーク（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と、コアネットワーク（Ｃｏｒｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と、を備える。無線ネットワークの構成、及び、コアネットワークの構成について、以下において順に説明する。

（無線ネットワークの構成）
図１に示すように、移動体通信システム１００は、無線ネットワークに係る構成として、端末装置１０、中継装置２０、及びドナー基地局（マクロセル基地局）３０を備える。なお、無線ネットワークは、ＬＴＥ方式では、Ｅ−ＵＴＲＡＮ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ばれている。

端末装置１０は、中継装置２０又はドナー基地局３０と通信する装置である。端末装置１０は、例えばスマートフォン、携帯電話等の移動携帯通信端末であり、ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）とも呼ばれる。図１には、中継装置２０が形成するセル（通信可能範囲）に在圏し、中継装置２０に接続している端末装置１０ａと、ドナー基地局３０が形成するセルに在圏し、ドナー基地局３０に接続している端末装置１０ｂとが示されている。以下、端末装置１０ａと端末装置１０ｂとを総称するときには端末装置１０と表記する。

中継装置２０は、移動可能であり、端末装置１０ａとドナー基地局３０との間の通信を中継する装置である。中継装置２０は、ＲｅＮＢ（Ｒｅｐｅａｔｅｒ ｔｙｐｅ ｅＮｏｄｅＢ）とも呼ばれ、無線ネットワークにおける一つのノードを構成する。

中継装置２０は、アクセス・ノード（Ａｃｃｅｓｓ Ｎｏｄｅ）２２とリレー・ノード（Ｒｅｌａｙ Ｎｏｄｅ）２４とを含んで構成される。

アクセス・ノード２２は、端末装置１０ａとの無線通信を確立し、端末装置１０ａに対しパケット通信サービス（例えば音声パケット通信サービス、マルチメディアサービス等）を提供する。アクセス・ノード２２は、フェムト基地局とも呼ばれる。アクセス・ノード２２と端末装置１０ａとの間の無線通信を、アクセスリンク（ＡＣ：Ａｃｃｅｓｓ Ｌｉｎｋ）とも呼ぶ。アクセス・ノード２２が形成するセルは、そのセルサイズがドナー基地局３０よりも小規模であり、半径数メートルから数十メートルの通信エリアを構築する。

アクセス・ノード２２は、リレー・ノード２４を介してドナー基地局３０との間で無線通信を確立する。リレー・ノード２４は、ＣＰＥ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｐｒｅｍｉｓｅｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）とも呼ばれる。リレー・ノード２４とドナー基地局３０との間の無線通信を、バックホール（ＢＨ：Ｂａｃｋｈａｕｌ）とも呼ぶ。

なお、アクセス・ノード２２とリレー・ノード２４とは、別個のノードとして構成されていてもよい。別個に構成した場合、リレー・ノード２４が本発明に係る中継装置としての役割を担うこととなる。

中継装置２０は、端末装置１０ａとドナー基地局３０との間の通信を中継する際に用いられる選択可能な複数のアンテナ２５Ａ〜２５Ｈで構成されたアンテナ群２５を備える。例えば、中継装置２０は、８本のアンテナ２５Ａ〜２５Ｈを備え、当該８本のアンテナ２５Ａ〜２５Ｈの組合せを変更しながら、信号の送受信を実行する。具体的に、中継装置２０は、各アンテナ２５Ａ〜２５Ｈの信号の受信状況に基づきアンテナ群２５からアンテナ２５Ａ、２５Ｃ、２５Ｄ、２５Ｇを選択したら、送信においてもアンテナ２５Ａ、２５Ｃ、２５Ｄ、２５Ｇを使用するように構成される。なお、アンテナ群２５に含まれるアンテナの本数は、複数であればよく、その数に制限はない。

ドナー基地局３０は、リレー・ノード２４を介してアクセス・ノード２２との間で無線通信を確立する。ドナー基地局３０は、Ｄｏｎｏｒ ｅＮＢ（Ｄｏｎｏｒ ｅＮｏｄｅＢ）とも呼ばれる。ドナー基地局３０は、半径数百メートルから十数キロメートルの通信エリアを構築する。

（コアネットワークの構成）
図１に示すように、移動体通信システム１００は、コアネットワークに係る構成として、第１コアネットワークＥＰＣ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｒｅ）４０、フェムト・コアネットワーク（Ｆｅｍｔｏ Ｃｏｒｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）５０（通信制御サーバ）、及び第２コアネットワークＥＰＣ６０を備える。なお、本実施形態では、第１コアネットワークＥＰＣ４０と第２コアネットワークＥＰＣ６０とを備えるものとして説明するが、コアネットワークＥＰＣは一つで構成してもよい。

第１コアネットワークＥＰＣ４０は、例えば、ドナー基地局３０に接続し、ドナー基地局３０を介して個々の端末装置１０の移動管理、認証、パケット通信データ経路の設定処理を管理する機能、及び無線ネットワークにおける品質管理を実施する機能を有する。

フェムト・コアネットワーク５０は、中継装置２０に関する各種の管理を行うネットワークである。フェムト・コアネットワーク５０は、例えば、フェムトＯＡＭ（Ｆｅｍｔｏ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔｅｎａｃｅ）５２に接続され、中継装置２０の運用、管理、保守を行う機能を有する。

第２コアネットワークＥＰＣ６０は、例えば、移動通信サービスを提供するために呼の接続を制御することやサービスを制御する機能、インターネット７０等の外部のネットワークから無線ネットワーク内の契約加入者、又は無線ネットワーク内にローミング中の加入者に対する呼を受ける交換局としての機能、第２コアネットワークＥＰＣ６０内で個々の端末装置１０の移動管理、認証、パケット通信データ経路の設定処理を管理する機能、及び品質管理等の通信ポリシー制御や課金規約に基づく制御を実行する機能を有する。

図２は、一実施形態に係る中継装置の構成図である。図２に示すように、中継装置２０は、例示的に、端末装置１０ａとドナー基地局３０との間の通信を中継するための情報処理を行う情報処理部２０１と、後述する受信信号レベル及び後述するアンテナ選択部２０７が選択したアンテナを関連付けて記録する記録部２０３と、を備える。情報処理部２０１は、機能的に、受信状況判断部２０５と、アンテナ選択部２０７と、ビーム形成部２０９と、を備える。

受信状況判断部２０５は、アンテナ２５Ａ〜２５Ｈがドナー基地局３０（マクロセル基地局）から受信する信号の受信状況を判断する。例えば、受信状況判断部２０５は、所定の物理量、例えば、受信信号レベル（受信強度）の高低に基づいて信号の受信状況を判断する。具体的には、受信信号レベルとして、ＲＳＲＰ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｐｏｗｅｒ）及びＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）の少なくとも一方を参照する。

ＲＳＲＰは、ドナー基地局からの電波の受信信号レベルを評価する基本的なパラメータであり、選択されたアンテナ２５Ａ〜２５Ｈの組み合わせによって、大きくレベルが変動する指標である。選択するアンテナ２５Ａ〜２５Ｈの組み合わせによって、電磁波の送受信に関する指向性が大きく変動するからである。ＲＳＲＰとしては、その他、ドナー基地局の送信電力、ドナー基地局のアンテナ２５Ａ〜２５Ｈの向きや高さ等を含む基地局の設置条件や、ドナー基地局からの距離、障害物の有無等を含む測定環境に基づいて決定される。ＲＳＳＩは、ＲＳＲＰと同様に、ドナー基地局からの電波の受信信号レベルを評価する基本的なパラメータである。しかしながら、ＲＳＳＩは、ＲＳＲＰとは異なり、ドナー基地局の設置条件や測定環境だけではなく、測定対象基地局や周辺基地局のトラフィック量によっても変化し得るパラメータである。

受信状況判断部２０５は、さらに受信状況を判断する物理量として、ＲＳＲＱ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｑｕａｌｉｔｙ）及びＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）の少なくとも一方を更に参照して、信号の受信状況を判断してもよい。

ＲＳＲＱは、ドナー基地局からの電波の受信品質を表す指標の１つであり、ＲＳＲＰとＲＳＳＩとの比によって計算されるパラメータである。ＳＩＮＲは、周辺のドナー基地局や他の中継装置からの干渉を考慮した受信信号電力対干渉および雑音電力比を示すパラメータである。

アンテナ選択部２０７は、ドナー基地局３０から受信する信号の受信状況に基づいて、当該ドナー基地局３０に対して信号を送信するためのビームを形成する複数のアンテナをアンテナ群２５から選択する。例えば、アンテナ選択部２０７は、ドナー基地局３０から受信する信号の受信信号レベルの高い複数のアンテナをアンテナ群２５から選択する。本願発明者の認識によれば、このようにして受信状況を好適にするように選択されたアンテナの組み合わせは同一周波数の電磁波の送信時においても好適な送信状況を提供する。

ビーム形成部２０９は、アンテナ群２５から選択された複数のアンテナを用いてドナー基地局３０に対して信号を送信するためのビームを形成する。

〔アンテナ選択処理〕
図３及び図４を用いて、一実施形態に係る、中継装置のアンテナ選択処理を説明する。図３は、一実施形態に係る、中継装置のアンテナ選択処理の手順を説明するシーケンス図である。図４は、一実施形態に係る、中継装置のアンテナ選択処理を説明するための概略図である。図４（Ａ）は、ドナー基地局３０から中継装置２０への信号の送信を示すダウンリンク通信を示す図であり、図４（Ｂ）は、中継装置２０からドナー基地局３０への信号の送信を示すアップリンク通信を示す図である。

当該アンテナ選択処理フローにおいて、前提として、移動体通信システムのユーザは、例えば、ネットワークの所定のサイトから、一実施形態に係るアンテナ選択処理アプリケーションソフトウェアをダウンロードし、中継装置２０に実行可能なように保存しておく。そして、ユーザによりアンテナ選択処理アプリケーションソフトウェアの実行が指示されると、アンテナ選択処理アプリケーションソフトウェアに基づくプログラム動作が開始する。

（図３のステップＳ１）
図４（Ａ）に示すように、中継装置２０は、ドナー基地局３０（マクロセル基地局）からの信号を選択可能な複数のアンテナ２５Ａ〜２５Ｈで構成されたアンテナ群２５において受信する。アンテナ２５Ａ〜２５Ｈのすべてが受信アンテナとして動作可能である。図２に示すアンテナ選択部２０７は、ドナー基地局３０からの信号を受信する最初のアンテナの組合せを選択する。

（ステップＳ３）
中継装置２０は、アンテナ選択部２０７により選択された最初のアンテナの組合せを用いてドナー基地局３０からの信号を受信する。

図２に示す受信状況判断部２０５は、アンテナ選択部２０７により選択された最初のアンテナの組合せがドナー基地局３０から受信する信号の受信状況を判断する。例えば、受信状況判断部２０５は、最初のアンテナの組合せそれぞれの受信信号レベル（受信強度）を判断する。受信状況判断部２０５は、最初のアンテナの組合せそれぞれの受信信号レベルを比較することで、最初のアンテナの組合せそれぞれの受信信号レベルの高低を判断する。

（ステップＳ５）
図２に示す記録部２０３は、アンテナ選択部２０７により選択された最初のアンテナの組合せにおいて信号を受信した際の信号の受信状況をアンテナの組合せごとに記録する。なお、記録部２０３は、信号を受信した際の信号の受信状況をアンテナごとに記録するように構成されてもよい。

（ステップＳ７）
アンテナ選択部２０７は、他のアンテナの組合せが有るか否かを判断する。アンテナ選択部２０７が他のアンテナの組合せが有ると判断する場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ９に進む。アンテナ選択部２０７が他のアンテナの組合せがないと判断する場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ１１に進む。

（ステップＳ９）
アンテナ選択部２０７は、他のアンテナの組合せが有ると判断する場合（ステップＳ７においてＹｅｓの場合）、ステップＳ１において選択した最初のアンテナの組合せを変更する。そして、ステップは、ステップＳ３に戻り、上記同様の処理を実行する。具体的には、ステップＳ３においては、中継装置２０は、アンテナ選択部２０７により変更された他のアンテナの組合せを用いてドナー基地局３０からの信号を受信する。受信状況判断部２０５は、変更された他のアンテナの組合せがドナー基地局３０から受信する信号の受信状況を判断する。ステップＳ５においては、記録部２０３は、アンテナ選択部２０７により変更された他のアンテナの組合せにおいて信号を受信した際の信号の受信状況を当該他のアンテナの組合せごとに記録する。

このように、アンテナ選択部２０７は、アンテナの組合せの選択を繰り返し行い、受信状況判断部２０５は、選択又は変更されたアンテナの組合せごとに受信状況を判断し、記録部２０３は、選択又は変更されたアンテナの組合せごとに、選択又は変更されたアンテナの組合せの受信状況を記録する。

（ステップＳ１１）
アンテナ選択部２０７は、他のアンテナの組合せがないと判断する場合（ステップＳ７においてＮｏの場合）、記録部２０３に記録されたアンテナの組合せごとの受信状況に基づいて、最良の受信状況であったアンテナの組合せをアンテナ群２５から選択する。例えば、図４（Ａ）と、図４（Ｂ）の四角枠Ｃと、に示すように、アンテナ選択部２０７は、ドナー基地局３０からの信号の受信信号レベル（受信強度）が高いアンテナ２５Ａ、２５Ｄ、２５Ｆ、２５Ｈをアンテナ群２５から優先的に選択する。

アンテナ選択部２０７は、ドナー基地局３０に対して信号を送信するためのビームを形成するために、ドナー基地局３０からの信号の受信信号レベルが高いアンテナ２５Ａ、２５Ｄ、２５Ｆ、２５Ｈのうち少なくとも二つ以上をアンテナ群２５から選択すればよく、必ずしも、アンテナ２５Ａ、２５Ｄ、２５Ｆ、２５Ｈの全てを選択する必要はない。

図４（Ｂ）の四角枠Ｃに示すように、図２に示すビーム形成部２０９は、選択された複数のアンテナ２５Ａ、２５Ｄ、２５Ｆ、２５Ｈを用いてドナー基地局３０に対して信号を送信するためのビームを形成する。ビーム形成部２０９は、選択された複数の送信アンテナ２５Ａ、２５Ｄ、２５Ｆ、２５Ｈごとに重み付けを行い、ビーム形成を行う。

例えば、ＬＴＥのＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）（時分割複信）方式においては、ドナー基地局３０から中継装置２０への信号の送信を示すダウンリンク、及び、中継装置２０からドナー基地局３０への信号の送信を示すアップリンクで同一の周波数を使用する。よって、ダウンリンク通信において、受信信号レベルを判断することによって、アップリンクにおける最適なビーム形成のための複数のアンテナを選択することができ、且つ、当該複数のアンテナそれぞれの重みを推定することができる。

〔効果〕
以上説明したように、一実施形態によれば、ドナー基地局３０から受信する信号の受信状況に基づいて、ドナー基地局３０に対して信号を送信するためのビームを形成する複数のアンテナをアンテナ群２５から選択する。よって、中継装置２０が端末装置１０ａとドナー基地局３０との間の通信を中継する場合において、中継装置２０とドナー基地局３０との間の信号の送受信にとって最適なアンテナが選択されるので、信号の送受信が円滑に実施される。したがって、送受信ともに通信品質を向上させることができる。

〔他の実施形態〕
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

上記実施形態では、ＬＴＥ規格の移動体通信システムを例示して説明したが、これに限定されず、他の通信規格や将来的に制定される通信規格に対しても本発明を適用可能である。

１０…端末装置、２０…中継装置、２２…アクセス・ノード、２４…リレー・ノード、２５…アンテナ、３０…ドナー基地局（マクロセル基地局）、４０…第１コアネットワークＥＰＣ、５０…フェムト・コアネットワーク、６０…第２コアネットワークＥＰＣ、１００…移動体通信システム、２０１…情報処理部、２０３…記録部、２０５…受信状況判断部、２０７…アンテナ選択部、２０９…ビーム形成部

本発明の一態様に係る中継装置は、端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継し、前記マクロセル基地局との間の信号の送受信において同一の周波数を使用する中継装置であって、マクロセル基地局からの信号を受信する選択可能な複数のアンテナで構成されたアンテナ群と、前記マクロセル基地局から受信する信号の受信状況に基づいて、当該マクロセル基地局に対して信号を送信するためのビームを形成する複数のアンテナを前記アンテナ群から選択するアンテナ選択部と、を備える。

本発明の一態様に係る中継方法は、端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継し、前記マクロセル基地局との間の信号の送受信において同一の周波数を使用する中継方法であって、マクロセル基地局からの信号を選択可能な複数のアンテナで構成されたアンテナ群において受信するステップと、前記マクロセル基地局から受信する信号の受信状況に基づいて、当該マクロセル基地局に対して信号を送信するためのビームを形成する複数のアンテナを前記アンテナ群から選択するステップと、を含む。

Claims (3)

1. 端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継する中継装置であって、
   マクロセル基地局からの信号を受信する選択可能な複数のアンテナで構成されたアンテナ群と、
   前記マクロセル基地局から受信する信号の受信状況に基づいて、当該マクロセル基地局に対して信号を送信するためのビームを形成する複数のアンテナを前記アンテナ群から選択するアンテナ選択部と、
   を備える、
   中継装置。
2. 前記アンテナ選択部は、前記マクロセル基地局からの信号の受信強度が高いアンテナを前記アンテナ群から優先的に選択する、
   請求項１に記載の中継装置。
3. 端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継する中継方法であって、
   マクロセル基地局からの信号を選択可能な複数のアンテナで構成されたアンテナ群において受信するステップと、
   前記マクロセル基地局から受信する信号の受信状況に基づいて、当該マクロセル基地局に対して信号を送信するためのビームを形成する複数のアンテナを前記アンテナ群から選択するステップと、
   を含む、
   中継方法。