JP4602211B2

JP4602211B2 - 基地局装置及び通信開始方法

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Publication number: JP4602211B2
Application number: JP2005285651A
Authority: JP
Inventors: 一樹石川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP2007096985A

Description

本発明は基地局装置及び通信開始方法に関する。

移動体通信システムには、空間分割多重通信を行うものがある。この空間分割多重通信では、電波の指向性制御により、互いの位置する方向に、互いの通信に係る電波のヌル点の方向を向けるようにすることで、複数の移動局装置が１つの周波数を使用して同時に１つの基地局装置と通信を行う。

空間分割多重通信について、より詳細に説明する。空間分割多重通信を行う基地局装置は、複数のアンテナから構成されるアダプティブアレイアンテナを備えており、各アンテナで受信される移動局装置からの電波の位相差、周波数差、受信電力差などに基づいて、移動局装置の位置を把握する。この位置把握が終了した後、基地局装置は、位置を把握した移動局装置と他の移動局装置との空間分割多重通信を開始する。つまり、空間分割多重通信を行うためには、実際に通信（以下、暫定通信という。）を行ってみることが必要になる。

ところで、空間分割多重通信における電波伝播の特性は、周波数によって大きく異なる場合がある。例えば、周波数選択性フェージングが発生する環境では、ある周波数では大幅に電波の受信レベルが変動する一方、他の周波数では変動は発生しない、といった場合である。

この点、上記従来の技術では、暫定通信と空間分割多重通信の周波数は必ずしも同じではなかったので、暫定通信の結果に基づいて電波の指向性制御を行ったとしても、その後の空間分割多重通信において、多重される複数の移動局装置について、互いの位置する方向に、互いの通信に係る電波のヌル点の方向が向かないことがあった。

従って、本発明の課題の一つは、暫定通信の結果に基づいて電波の指向性制御を行うことにより、その後の空間分割多重通信において、多重される複数の移動局装置について、互いの位置する方向に、互いの通信に係る電波のヌル点の方向が向くようにすることを可能にする移動局装置との通信を開始することができる基地局装置及び通信開始方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る基地局装置は、複数の移動局装置と通信する基地局装置であって、通信に使用される周波数およびタイムスロットを前記複数の移動局装置のそれぞれに割り当て、かつ、前記複数の移動局装置のそれぞれとの通信を空間分割多重する通信処理部、を備え、前記通信処理部は、前記複数の移動局装置に含まれる接続要求移動局装置から接続要求があったときに、空きタイムスロットがない場合、既定の通信レートに満たない通信に使用されるタイムスロットで、他の移動局装置の少なくとも１つによる通信と同一の周波数を使用した、前記接続要求移動局装置の位置を把握するための暫定通信を前記接続要求移動局装置との間で実行し、前記暫定通信において、該暫定通信と同一の周波数を使用して当該基地局装置と通信中の移動局装置において、前記接続要求移動局装置の位置する方向に送信電波のヌル点を向けることのできる移動局装置の検索を行い、前記検索の結果に基づいて、前記複数の移動局装置のうち、前記接続要求移動局装置と空間多重される多重相手移動局装置を決定し、前記基地局装置から前記多重相手移動局装置に対して送信される電波のヌル点を、前記接続要求移動局装置からの受信信号に対して向け、かつ、前記基地局装置から前記接続要求移動局装置に対して送信される電波のヌル点を、前記多重相手移動局装置からの受信信号に対して向ける制御を行い、前記制御によって、前記接続要求移動局装置との、前記暫定通信と同一の周波数を使用した通信処理を、前記多重相手移動局装置に割り当てられたタイムスロットにおいて実行する、ことを特徴とする。

これによれば、通信開始手段により開始した通信の結果に基づいて電波の指向性制御を行うことにより、基地局装置は、その後の空間分割多重通信において、接続要求を受けた移動局装置と、通信開始手段により開始した通信に係る周波数と同じ周波数で既に通信中の移動局装置とについて、互いの位置する方向に、互いの通信に係る電波のヌル点の方向が向くようにすることができる。換言すれば、当該基地局装置と既に通信中の移動局装置との通信接続に用いている空間ベクトル（空間分割多重の重み係数）をそのまま利用することができるので、通信を効率よく確立させることができる。

また、上記基地局装置において、前記既定の通信レートに満たない通信に使用されるタイムスロットは、通信を制御するための制御用のタイムスロットである、こととしてもよい。

制御チャネルは、フレーム２０回に１回の割合でタイムスロットを使用する。このため、既定の通信レートを全フレームの当該タイムスロットを使用した場合の通信レートとすると、このタイムスロットを使用して通信チャネルの通信を行った場合、その通信レートは既定通信レートの１９／２０になってしまうので、通常は使用されない。しかし、暫定通信用としては十分であるので、接続要求を受けた移動局装置に対してこのタイムスロットを開放することにより、該移動局装置との暫定的な通信を開始することができる。

また、上記基地局装置において、前記既にチャネルに割り当てられているタイムスロットとは、前記通信中の移動局装置の通信チャネルが割り当てられているタイムスロットをいう、こととしてもよい。

これによれば、既定の通信レートに満たないタイムスロットを確保するために他の移動局装置の通信レートを下げ、接続要求を受けた移動局装置に対して確保したタイムスロットを開放しているので、基地局装置は、通信前の移動局装置との暫定通信を開始することができる。

また、本発明に係る通信開始方法は、複数の移動局装置と通信する基地局装置における通信開始方法において、通信に使用される周波数およびタイムスロットを前記複数の移動局装置のそれぞれに割り当て、かつ、前記複数の移動局装置のそれぞれとの通信を空間分割多重するものであって、前記複数の移動局装置に含まれる接続要求移動局装置から接続要求があったときに、空きタイムスロットがない場合、既定の通信レートに満たない通信に使用されるタイムスロットで、他の移動局装置の少なくとも１つによる通信と同一の周波数を使用した、前記接続要求移動局装置の位置を把握するための暫定通信を前記接続要求移動局装置との間で実行するステップと、前記暫定通信において、該暫定通信と同一の周波数を使用して前記基地局装置と通信中の移動局装置において、前記接続要求移動局装置の位置する方向に送信電波のヌル点を向けることのできる移動局装置の検索を行うステップと、前記検索の結果に基づいて、前記複数の移動局装置のうち、前記接続要求移動局装置と空間多重される多重相手移動局装置を決定するステップと、前記基地局装置から前記多重相手移動局装置に対して送信される電波のヌル点を、前記接続要求移動局装置からの受信信号に対して向け、かつ、前記基地局装置から前記接続要求移動局装置に対して送信される電波のヌル点を、前記多重相手移動局装置からの受信信号に対して向ける制御を行うステップと、前記制御によって、前記接続要求移動局装置との、前記暫定通信と同一の周波数を使用した通信処理を、前記多重相手移動局装置に割り当てられた無線リソースにおいて実行するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係る移動体通信システム１のシステム構成を示す図である。同図に示すように、移動体通信システム１は基地局装置１０と複数の移動局装置２０とを含んで構成される。基地局装置１０及び移動局装置２０は、ともにＣＰＵとメモリを備えた通信装置である。基地局装置１０と各移動局装置２０とは無線通信を行う。

基地局装置１０と各移動局装置２０との間の無線通信は、周波数分割多重かつ時分割多重により行われる。すなわち、基地局装置１０及び移動局装置２０は、複数の周波数チャネルを用いて通信することができるように構成されており、さらに各周波数チャネルは複数のタイムスロットに分割される。

このタイムスロットについて、図２に示すタイムスロットの模式図を参照しながら、詳細に説明する。図２は、１つの周波数チャネルで送受信されるタイムスロットを示している。また、図２では、上段が基地局装置１０から送信されるタイムスロット（Ｔｘタイムスロット）、下段が基地局装置１０で受信されるタイムスロット（Ｒｘタイムスロット）をそれぞれ示している。

図２に示すように、ＴｘタイムスロットとＲｘタイムスロットは、所定数（図２では４）ずつ連続して送受信される。連続するＴｘタイムスロットは下りフレームを構成し、連続するＲｘタイムスロットは上りフレームを構成する。ある移動局装置２０と基地局装置１０とが通信を行う場合、通常は、各フレーム内で所定の順番に含まれるタイムスロットを使用する。例えば、移動局装置２０と基地局装置１０とが各フレーム内で２番目のタイムスロット（ＴｘＴＳ２、ＲｘＴＳ２）を選択して通信を開始した場合、この通信では、通信の終了まで各フレーム内で２番目のタイムスロット（ＴｘＴＳ２、ＲｘＴＳ２）が使用される。ただし、通信の途中で使用するタイムスロットを切り替えることもあり、これを一般にチャネル切替と呼んでいる。

各タイムスロットは、通信チャネルと制御チャネルのいずれかに分類される。図２では、通信チャネルをＴ、制御チャネルをＣと表記している。通信チャネルは、移動局装置２０と基地局装置１０との間でユーザデータを送受信するためのチャネルである。また、制御チャネルは、基地局装置１０と移動局装置２０の間での通信プロトコル制御のために使用されるチャネルである。

制御チャネルは、各フレーム内で１番目のタイムスロット（ＴｘＴＳ１，ＲｘＴＳ１）に所定の割合（例えば２０フレーム中１フレーム）で含まれる。このため、移動局装置２０と基地局装置１０とがＴｘＴＳ１及びＲｘＴＳ１を選択して通信を開始した場合、該所定の割合に応じた割合（上記例では２０フレーム中１９フレーム）しかユーザデータの送受信に使用することができず、各フレーム内で他の順番に含まれるタイムスロットを使用して通信を行う場合に比べ、通信レートが低下することになる（上記例では１９／２０に低下することになる）。

これに対応し、各タイムスロットには優先順位が割り当てられており、通信開始時におけるタイムスロットの選択では、優先順位の高いものから順に使用される。図２では、この優先順位を（）内の数字で示している。図２に示すように、制御チャネルの割り当てられる１番目のタイムスロットの優先順位は４番目であり、最も低くなっている。

次に、基地局装置１０は、複数のアンテナからなるアダプティブアレイアンテナを備えており、複数の移動局装置２０との通信を空間分割により多重する。以下、この空間分割多重について説明する。

空間分割多重では、基地局装置１０は、アダプティブアレイアンテナを構成する各アンテナから送信する信号の送信電力や位相を制御することにより、通信中の移動局装置２０に対して送信する電波の指向性を制御する。より具体的には、基地局装置１０は、アダプティブアレイアンテナを構成する各アンテナで受信された信号の受信電力や位相に基づいてアンテナごとの重み係数を算出し、この重み係数を各アンテナから送信する信号に乗算することにより、その送信電力や位相を制御する。基地局装置１０は、この指向性制御において、空間分割多重される移動局装置２０にそれぞれ送信する電波のヌル点が互いの位置する方向に向くよう、電波の指向性を制御する。このようにすることにより、基地局装置１０は、複数の移動局装置２０と、同一周波数チャネル同一タイムスロットで通信することができるようにしている。

以上のような通信を行う移動体通信システム１において、本実施の形態では、基地局装置１０と移動局装置２０が通信を開始する際、どのタイムスロットも空いていなかったとしても、空間分割多重通信により通信を開始することができるようにしている。以下、このための構成について、詳細に説明する。

図３は、基地局装置１０の機能ブロックを示す図である。同図に示すように、基地局装置１０は、アンテナ１１−ｉ（ｉ＝１乃至ｎ）と、送受信切替スイッチ部１２−ｉ（ｉ＝１乃至ｎ）と、乗算器１３−ｉ（ｉ＝１乃至ｎ）と、乗算器１４−ｉ（ｉ＝１乃至ｎ）と、分配部１５と、合成部１６と、重み付け制御部１７と、通信処理部１８と、を含んで構成される。

各アンテナ１１−ｉは、到来する電波を受信し、対応する送受信切替スイッチ部１２−ｉに出力する。また、各アンテナ１１−ｉは、対応する送受信切替スイッチ部１２−ｉから入力された信号を、無線区間に送出する。

各送受信切替スイッチ部１２−ｉは、下りフレームの送信時には、対応する乗算器１３−ｉから出力される信号を、対応するアンテナ１１−ｉに出力する。一方、各送受信切替スイッチ部１２−ｉは、上りフレームの受信時には、対応するアンテナ１１−ｉから出力される信号を、対応する乗算器１４−ｉに出力する。

まず、上りフレームについて説明する。各乗算器１４−ｉは、対応する送受信切替スイッチ部１２−ｉから入力された信号に後述する重み付け制御部１７で算出された重み係数を乗算する。この重み係数は以前に受信された信号の受信電力や位相に基づいて算出されたものであり、これを乗算することにより、アンテナ１１−ｉ間における受信電力や位相のずれが低減される。各乗算器１４−ｉは、重み係数を乗算した信号を合成部１６に出力する。

合成部１６は、各乗算器１４−ｉから入力された信号を合成し、通信処理部１８に出力する。通信処理部１８は、このようにして入力された信号をデジタル信号に変換し、情報符号として取り扱う。通信処理部１８の処理の詳細については後述する。

重み付け制御部１７は、各アンテナ１１−ｉで受信した信号の受信電力や位相に基づいて重み係数を算出する。重み付け制御部１７は、算出した重み係数を各乗算器１３−ｉ及び各乗算器１４−ｉに出力する。

次に、下りフレームについて説明する。通信処理部１８は、後述するタイムスロット割当部２８において生成されたタイムスロットを送信信号として分配部１５に出力する。分配部１５は、通信処理部１８から出力された送信信号を各乗算器１３−ｉに分配出力する。

各乗算器１３−ｉは、分配部１５から入力された送信信号に、重み付け制御部１７から入力されている重み係数を乗算する。ここで重み係数を乗算することにより、送信信号の指向性が制御される。すなわち、重み係数の乗算により各アンテナから送信される信号の送信電力や位相が制御されるので、送信信号の指向性が変化する。各乗算器１３−ｉは、重み係数を乗算した送信信号を、対応する送受信切替スイッチ部１２−ｉに出力する。

以下、通信処理部１８の構成及び機能について、詳細に説明する。

通信処理部１８は、機能的にタイムスロット割当部２８、接続要求取得部２１、暫定タイムスロット決定部２２、多重相手候補検索部２３、多重可能性判断部２４、タイムスロット決定部２５、重み係数制御部２６、組み合わせ記憶部２７を含んで構成される。

タイムスロット割当部２８は、個々の移動局装置２０との通信に使用するタイムスロットを決定し、各移動局装置２０に割り当てる。各移動局装置２０は、ここで割り当てられたタイムスロットを使用して信号を送信する。また、タイムスロット割当部２８は、図示しない送信信号取得部から、各移動局装置２０に対して送信すべき送信信号を取得し、当該移動局装置２０に割り当てたタイムスロットに含める。タイムスロット割当部２８は、このようにして送信信号をその内容とするタイムスロットを生成し、分配部１５に出力する。

接続要求取得部２１は、各移動局装置２０から送信された信号から、接続要求を取得する。接続要求は、移動局装置２０が、当該基地局装置１０との通信開始を要求することを示す情報であり、各移動局装置２０から制御チャネルを用いて送信される。接続要求取得部２１により接続要求が取得されると、通信処理部１８は、タイムスロット割当部２８に、接続要求を送信した移動局装置２０（以下、接続要求移動局装置２０と称する）に対し空きタイムスロット（他の移動局装置２０に割り当てていないタイムスロット）を割り当てさせる。ここで、空きタイムスロットがない場合、通信処理部１８は暫定タイムスロット決定部２２に暫定的に使用可能なタイムスロット（暫定タイムスロット）を確保させる。

ここで、暫定タイムスロット決定部２２による暫定タイムスロットの確保について、詳細に説明する。接続要求移動局装置２０が当該基地局装置１０と通信を行うには、通信中の他の移動局装置２０の行っている通信に干渉しないタイムスロットが必要である。すなわち、通信中の他の移動局装置２０が使用しているタイムスロットとは異なるタイムスロットが必要である。そこで、暫定タイムスロット決定部２２はこのようなタイムスロットを、暫定タイムスロットとして確保する。具体的には、暫定タイムスロット決定部２２は、まず制御チャネルの割り当てられるタイムスロットの確保を試みる。このタイムスロットは上述のように通信レートが低いので、使用しないようにしている場合があるからである。制御チャネルの割り当てられるタイムスロットが他の移動局装置２０によって使用されていなければ、暫定タイムスロット決定部２２は、該タイムスロットを暫定タイムスロットとして確保する。

次に、暫定タイムスロット決定部２２は、複数の通信中の移動局装置２０のうちの少なくとも１つについて、その通信レートを下げることにより空きタイムスロットを確保する。より具体的には、暫定タイムスロット決定部２２は、複数の通信中の移動局装置２０から、１つの移動局装置２０を選択する。この選択では、例えば通信量の少ない移動局装置２０を選択することが好適である。選択した移動局装置２０には、通常、連続するフレームに含まれるタイムスロットが割り当てられている（この場合の通信レートをフルレートと称する。）が、暫定タイムスロット決定部２２はこれを変更し、選択した移動局装置２０に、１フレームおきに含まれるタイムスロットを割り当てることを決定する。すると、１フレームおきにいずれの移動局装置２０にも割り当てられていないタイムスロットが発生するので、該タイムスロットを暫定タイムスロットとして確保することを決定する。このようにすると、選択した移動局装置２０と接続要求移動局装置２０のいずれの通信レートも、フルレートの半分（ハーフレート）となる。

タイムスロット割当部２８は、暫定タイムスロット決定部２２の決定に従い、既にチャネルに割り当てられているタイムスロットの一部を開放する。すなわち、タイムスロット割当部２８は、各移動局装置２０に対するタイムスロットの割り当てを変更するとともに、暫定タイムスロットを接続要求移動局装置２０に開放する。すなわち、接続要求移動局装置２０に割り当てる。そして、基地局装置１０は、開放したタイムスロットで、かつ、通信中の移動局装置１０が通信を行っている周波数と同じ周波数で、接続要求移動局装置２０との通信を開始する。このようにして、接続要求移動局装置２０と基地局装置１０との間で、暫定タイムスロットを使用した通信（以下、暫定通信と称する。）が開始される。

暫定通信が行われている間に、多重相手候補検索部２３、多重可能性判断部２４、タイムスロット決定部２５、重み係数制御部２６、組み合わせ記憶部２７による処理が行われる。以下、これら各部の構成及び処理について説明する。

多重相手候補検索部２３及び多重可能性判断部２４は、通信中の複数の移動局装置２０のうち、その位置する方向と、接続要求移動局装置２０からの受信信号により示される該接続要求移動局装置２０の位置する方向と、に基づき、各移動局装置２０に対して送信する電波のヌル点を互いの位置する方向に向けることができる通信中の移動局装置２０を選択する。以下、具体的に説明する。

多重相手候補検索部２３は、接続要求移動局装置２０と空間分割多重させることのできる移動局装置２０の候補を検索する。すなわち、多重相手候補検索部２３は、まず接続要求移動局装置２０から受信している信号に対し、ヌル点を向けることのできる移動局装置２０を検索する。より具体的には、多重相手候補検索部２３は、接続要求移動局装置２０から受信している信号に基づき、該接続要求移動局装置２０の位置を把握する。多重相手候補検索部２３は、このようにして把握した位置にヌル点を向けることのできる移動局装置２０を検索する。

この検索のために、多重相手候補検索部２３は重み係数制御部２６に対し、暫定通信が行われている周波数チャネルと同じ周波数チャネルで通信を行っている各移動局装置２０に対し送信している信号のヌル点の方向を確認するよう、指示する。

ここで、組み合わせ記憶部２７は、空間分割多重される移動局装置２０の組み合わせを記憶している記憶部である。重み係数制御部２６は、通常の空間分割多重処理により、空間分割多重される各移動局装置２０の重み係数を制御している。すなわち、重み係数制御部２６は、組み合わせ記憶部２７に記憶される組み合わせにより示される移動局装置２０のそれぞれに送信する信号について、互いの位置する方向にヌル点が向くよう、重み係数を制御している。

重み係数制御部２６は、多重相手候補検索部２３の指示を受けて、重み付け制御部１７が算出している重み係数を取得することにより、上記各移動局装置２０に対し送信している信号のヌル点の方向を確認する。この確認の結果、接続要求移動局装置２０から受信している信号に対し、ヌル点が向いている移動局装置２０があれば、重み係数制御部２６は多重相手候補検索部２３に対し、その移動局装置２０を示す第１多重相手候補情報を出力する。複数の移動局装置２０がある場合には、重み係数制御部２６は、それら複数の移動局装置２０を示す第１多重相手候補情報を出力する。

また、重み係数制御部２６は、上記各移動局装置２０に対し送信している信号のヌル点の方向の制御を試みる。具体的には、接続要求移動局装置２０から受信している信号に対しヌル点が向くよう、重み付け制御部１７が算出している重み係数を変更する。重み係数制御部２６は、この制御の結果、接続要求移動局装置２０から受信している信号に対しヌル点を向けることができた移動局装置２０についても、上記第１多重相手候補情報に含めて出力する。

多重相手候補検索部２３は、重み係数制御部２６から入力された第１多重相手候補情報を多重可能性判断部２４に出力する。

多重可能性判断部２４は、第１多重相手候補情報により示される各移動局装置２０から受信している信号に対し、接続要求移動局装置２０に対して送信している信号のヌル点を向けることができるか否かを判断する。より具体的には、多重可能性判断部２４は、各移動局装置２０から受信している信号に基づき、該各移動局装置２０の位置を把握する。多重可能性判断部２４は、このようにして把握した各位置に、接続要求移動局装置２０に対して送信している信号のヌル点を向けることができるか否かを判断する。

この判断のために、多重可能性判断部２４は重み係数制御部２６に対し、接続要求移動局装置２０に対し送信している信号のヌル点の方向を確認するよう、指示する。

重み係数制御部２６は、多重可能性判断部２４の指示を受けて、重み付け制御部１７が算出している重み係数を取得することにより、接続要求移動局装置２０に対し送信している信号のヌル点の方向を確認する。この確認の結果、第１多重相手候補情報により示される移動局装置２０のうち、接続要求移動局装置２０に対し送信している信号のヌル点が、その受信している信号に対して向いている移動局装置２０があれば、重み係数制御部２６は多重可能性判断部２４に対し、その移動局装置２０を示す第２多重相手候補情報を出力する。複数の移動局装置２０がある場合には、重み係数制御部２６は、それら複数の移動局装置２０を示す第２多重相手候補情報を出力する。

また、重み係数制御部２６は、接続要求移動局装置２０に対し送信している信号のヌル点の方向の制御を試みる。具体的には、第１多重相手候補情報により示される各移動局装置２０から受信している信号に対しヌル点が向くよう、重み付け制御部１７が算出している重み係数を変更する。重み係数制御部２６は、この制御の結果、接続要求移動局装置２０に対して送信している信号のヌル点を向けることができた移動局装置２０についても、上記第２多重相手候補情報に含めて出力する。

多重可能性判断部２４は、重み係数制御部２６から出力された第２多重相手候補情報に含まれる移動局装置２０の中から１の移動局装置２０（以下、多重相手移動局装置２０と称する。）を選出し、該多重相手移動局装置２０を示す多重相手移動局装置情報をタイムスロット決定部２５に出力する。

タイムスロット決定部２５は、入力された多重相手移動局装置情報により示される多重相手移動局装置２０に割り当てられているタイムスロットに、接続要求移動局装置２０をチャネル切替させるよう、タイムスロット割当部２８に指示する。また、タイムスロット決定部２５は、接続要求移動局装置２０からの受信信号に対し該多重相手移動局装置２０に対して送信する信号のヌル点が向くよう、重み係数制御部２６に多重相手移動局装置２０について算出される重み係数を制御させる。同様に、タイムスロット決定部２５は、多重相手移動局装置２０からの受信信号に対し該接続要求移動局装置２０に対して送信する信号のヌル点が向くよう、重み係数制御部２６に接続要求移動局装置２０について算出される重み係数を制御させる。

重み係数制御部２６は、多重相手移動局装置２０と接続要求移動局装置２０の組み合わせを、組み合わせ記憶部２７に書き込む。これ以後、重み係数制御部２６は、上述した通常の空間分割多重処理により、多重相手移動局装置２０と接続要求移動局装置２０について算出される重み係数を制御する。この結果、重み係数制御部２６は、タイムスロット決定部２５の制御に従った重み係数の制御を行うことになる。

以上のようにして、通信処理部１８は、多重相手移動局装置２０に対して送信する電波のヌル点が接続要求移動局装置２０からの受信信号に対して向けられ、かつ接続要求移動局装置２０に対して送信する電波のヌル点が多重相手移動局装置２０からの受信信号に対して向けられた場合に、接続要求移動局装置２０と多重相手移動局装置２０との空間分割多重通信を開始する。このようにすることにより、移動体通信システム１は、基地局装置１０と移動局装置２０が通信を開始する時に、どのタイムスロットも空いていなかったとしても、空間分割多重通信により通信を開始することができるようにしている。

以上説明した処理を、移動体通信システム１の処理フローを参照しながら、より詳細に説明する。

図４は、接続要求移動局装置２０と、多重相手移動局装置２０と、基地局装置１０と、の処理フローを示す図である。図４は、特に、暫定タイムスロットとして制御チャネルの割り当てられるタイムスロットを確保する場合の処理フローである。

まず、多重相手移動局装置２０は、基地局装置１０とタイムスロットＴＳ２を使用し、通信中である（Ｓ１００）。接続要求移動局装置２０は、上述したキャリアセンスを行うことなく、基地局装置１０に対し、接続要求を送信する（Ｓ１０１）。接続要求を受信した基地局装置１０は、暫定タイムスロットとして、制御チャネルの割り当てられるタイムスロットＴＳ１を確保し、該暫定タイムスロットを接続要求移動局装置２０に開放し、割り当てる（Ｓ１０２）。接続要求移動局装置２０は、このようにして割り当てられた暫定タイムスロットにて基地局装置１０との通信を開始する（Ｓ１０３）。

次に、基地局装置１０は、上述の処理により、接続要求移動局装置２０との空間分割多重相手となる移動局装置２０を決定する（Ｓ１０４）。そして、基地局装置１０は、多重相手移動局装置２０に対して送信する電波のヌル点を、接続要求移動局装置２０の位置する方向に向ける（Ｓ１０５）。なお、基地局装置１０は、接続要求移動局装置２０の位置する方向を暫定通信にて受信される信号により取得する。

また基地局装置１０は、多重相手移動局装置２０に割り当てられているタイムスロットＴＳ２に、接続要求移動局装置２０をチャネル切替させる。具体的には、基地局装置１０は、チャネル切替を指示することを示す切替通知を接続要求移動局装置２０に対して送信する（Ｓ１０６）。すると、接続要求移動局装置２０はキャリアセンスを行う（Ｓ１０７）。このとき、タイムスロットＴＳ２で送信される信号のヌル点は、接続要求移動局装置２０の位置する方向に向いているので、空きタイムスロットとして検出される。結局、接続要求移動局装置２０は、タイムスロットＴＳ２への切り替えを決定することとなる。そこで、接続要求移動局装置２０は、基地局装置１０に対し、タイムスロットＴＳ２への切り替えを要求する（Ｓ１０８）。この切替要求を受けた基地局装置１０は、接続要求移動局装置２０に対して送信する電波のヌル点を、多重相手移動局装置２０の位置する方向に向ける（Ｓ１０９）。その後、基地局装置１０は、タイムスロットＴＳ２を接続要求移動局装置２０に割り当て、接続要求移動局装置２０と基地局装置１０との間でタイムスロットＴＳ２を利用した通信が開始される（Ｓ１１０）。

図５は、接続要求移動局装置２０と、多重相手移動局装置２０と、暫定タイムスロット使用移動局装置２０と、基地局装置１０と、の処理フローを示す図である。図５は、特に、暫定タイムスロットとして暫定タイムスロット使用移動局装置２０の通信レートを下げることにより空きタイムスロットを確保する場合の処理フローである。

まず、暫定タイムスロット使用移動局装置２０は、基地局装置１０とタイムスロットＴＳ２を使用し、フルレートで通信中である（Ｓ２００）。また、多重相手移動局装置２０は、基地局装置１０とタイムスロットＴＳ３を使用し、フルレートで通信中である（Ｓ２０１）。

接続要求移動局装置２０は、上述したキャリアセンスを行うことなく、基地局装置１０に対し、接続要求を送信する（Ｓ２０２）。接続要求を受信した基地局装置１０は、暫定タイムスロットとして、暫定タイムスロット使用移動局装置２０に割り当てられているタイムスロットＴＳ２を確保する。このために、基地局装置１０は、暫定タイムスロット使用移動局装置２０に対し、その通信レートをハーフレートに変更するよう指示するためのハーフレート指示を送信する（Ｓ２０３）。すると、タイムスロットＴＳ２が１つおきに空くこととなる（Ｓ２０４）。そこで、基地局装置１０は、タイムスロットＴＳ２のうちこの１つおきに空いた部分を暫定タイムスロットとして確保し、該暫定タイムスロットを接続要求移動局装置２０に開放し、割り当てる（Ｓ２０５）。接続要求移動局装置２０は、このようにして割り当てられた暫定タイムスロットにて基地局装置１０との通信を開始する（Ｓ２０６）。この通信の通信レートはハーフレートとなる。

次に、基地局装置１０は、上述の処理により、接続要求移動局装置２０との空間分割多重相手となる移動局装置２０を決定する（Ｓ２０７）。そして、基地局装置１０は、多重相手移動局装置２０に対して送信する電波のヌル点を、接続要求移動局装置２０の位置する方向に向ける（Ｓ２０８）。なお、基地局装置１０は、接続要求移動局装置２０の位置する方向を暫定通信にて受信される信号により取得する。

また基地局装置１０は、多重相手移動局装置２０に割り当てられているタイムスロットＴＳ３に、接続要求移動局装置２０をチャネル切替させる。具体的には、基地局装置１０は、チャネル切替を指示することを示す切替通知を接続要求移動局装置２０に対して送信する（Ｓ２０９）。すると、移動局装置２０はキャリアセンスを行う（Ｓ２１０）。このとき、タイムスロットＴＳ３で送信される信号のヌル点は、接続要求移動局装置２０の位置する方向に向いているので、空きタイムスロットとして検出される。結局、接続要求移動局装置２０は、タイムスロットＴＳ３への切り替えを決定することとなる。そこで、接続要求移動局装置２０は、基地局装置１０に対し、タイムスロットＴＳ３への切り替えを要求する（Ｓ２１１）。この切替要求を受けた基地局装置１０は、接続要求移動局装置２０に対して送信する電波のヌル点を、多重相手移動局装置２０の位置する方向に向ける（Ｓ２１２）。その後、基地局装置１０は、タイムスロットＴＳ３を接続要求移動局装置２０に割り当て、接続要求移動局装置２０と基地局装置１０との間でタイムスロットＴＳ３を利用したフルレート通信が開始される（Ｓ２１３）。この通信が開始されると、基地局装置１０は、暫定タイムスロット使用移動局装置２０に対し、その通信レートをフルレートに変更するよう指示するためのフルレート指示を送信する（Ｓ２１４）。このフルレート指示を受信した暫定タイムスロット使用移動局装置２０は、その通信レートをフルレートに戻す（Ｓ２１５）。

以上説明したように、暫定通信の結果に基づいて電波の指向性制御を行うことにより、基地局装置１０は、その後の空間分割多重通信において、接続要求移動局装置２０と、暫定通信に係る周波数と同じ周波数で既に通信中の移動局装置２０とについて、互いの位置する方向に、互いの通信に係る電波のヌル点の方向が向くようにすることができる。

また、基地局装置１０は、既定の通信レートに満たないタイムスロットであっても、通信中の移動局装置２０の行っている通信に干渉しないタイムスロットをとにかく確保し、該タイムスロットを利用した暫定通信で接続要求移動局装置２０の位置を把握することができるので、既定の通信レートを満たす分の空きタイムスロットがない場合にも、空間分割多重通信により接続要求移動局装置２０との通信を開始することができる。

さらに、基地局装置１０は、他の移動局装置２０の通信レートを下げることによって、既定の通信レートに満たないタイムスロットを確保することができる。

本発明の実施の形態に係る移動体通信システムのシステム構成を示す図である。本発明の実施の形態に係るタイムスロットの模式図である。本発明の実施の形態に係る基地局装置の機能ブロックを示す図である。本発明の実施の形態に係る移動体通信システムの処理フロー図である。本発明の実施の形態に係る移動体通信システムの処理フロー図である。

符号の説明

１移動体通信システム、１０基地局装置、１１アンテナ、１２送受信切替スイッチ部、１３，１４乗算器、１５分配部、１６合成部、１７重み付け制御部、１８通信処理部、２０移動局装置、２１接続要求取得部、２２暫定タイムスロット決定部、２３多重相手候補検索部、２４多重可能性判断部、２５タイムスロット決定部、２６重み係数制御部、２７組み合わせ記憶部、２８タイムスロット割当部。

Claims

複数の移動局装置と通信する基地局装置であって、
通信に使用される周波数およびタイムスロットを前記複数の移動局装置のそれぞれに割り当て、かつ、前記複数の移動局装置のそれぞれとの通信を空間分割多重する通信処理部、を備え、
前記通信処理部は、
前記複数の移動局装置に含まれる接続要求移動局装置から接続要求があったときに、空きタイムスロットがない場合、既定の通信レートに満たないタイムスロットで、他の移動局装置の少なくとも１つによる通信と同一の周波数を使用した、前記接続要求移動局装置の位置を把握するための暫定通信を前記接続要求移動局装置との間で実行し、
前記暫定通信において、該暫定通信と同一の周波数を使用して当該基地局装置と通信中の移動局装置において、前記接続要求移動局装置の位置する方向に送信電波のヌル点を向けることのできる移動局装置の検索を行い、
前記検索の結果に基づいて、前記複数の移動局装置のうち、前記接続要求移動局装置と空間多重される多重相手移動局装置を決定し、
前記基地局装置から前記多重相手移動局装置に対して送信される電波のヌル点を、前記接続要求移動局装置からの受信信号に対して向け、かつ、前記基地局装置から前記接続要求移動局装置に対して送信される電波のヌル点を、前記多重相手移動局装置からの受信信号に対して向ける制御を行い、
前記制御によって、前記接続要求移動局装置との、前記暫定通信と同一の周波数を使用した通信処理を、前記多重相手移動局装置に割り当てられたタイムスロットにおいて実行する、
ことを特徴とする基地局装置。
前記既定の通信レートに満たないタイムスロットは、通信を制御するための制御用のタイムスロットである、
ことを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
複数の移動局装置と通信する基地局装置における通信開始方法において、
通信に使用される周波数およびタイムスロットを前記複数の移動局装置のそれぞれに割り当て、かつ、前記複数の移動局装置のそれぞれとの通信を空間分割多重するものであって、
前記複数の移動局装置に含まれる接続要求移動局装置から接続要求があったときに、空きタイムスロットがない場合、既定の通信レートに満たないタイムスロットで、他の移動局装置の少なくとも１つによる通信と同一の周波数を使用した、前記接続要求移動局装置の位置を把握するための暫定通信を前記接続要求移動局装置との間で実行するステップと、
前記暫定通信において、該暫定通信と同一の周波数を使用して前記基地局装置と通信中の移動局装置において、前記接続要求移動局装置の位置する方向に送信電波のヌル点を向けることのできる移動局装置の検索を行うステップと、
前記検索の結果に基づいて、前記複数の移動局装置のうち、前記接続要求移動局装置と空間多重される多重相手移動局装置を決定するステップと、
前記基地局装置から前記多重相手移動局装置に対して送信される電波のヌル点を、前記接続要求移動局装置からの受信信号に対して向け、かつ、前記基地局装置から前記接続要求移動局装置に対して送信される電波のヌル点を、前記多重相手移動局装置からの受信信号に対して向ける制御を行うステップと、
前記制御によって、前記接続要求移動局装置との、前記暫定通信と同一の周波数を使用した通信処理を、前記多重相手移動局装置に割り当てられたタイムスロットにおいて実行するステップと、
を含むことを特徴とする通信開始方法。