JP4672774B2 - 移動通信システムの災害時における縮退運用を行う無線基地局及び，移動通信システム - Google Patents

Description

本発明は，移動通信システムの災害時における縮退運用を行う無線基地局及び，移動通信システムに関する。

移動通信システムでは，回線接続のために無線基地局と端末間で通信を行う。この時，通信の効率及び品質の観点から考慮されることとして，無線基地局が大きなカバーレッジ（通信範囲）と大きなスループット（通信速度）を持つことが望ましい。

かかる要望を実現するために，無線基地局から端末に向かう下り回線（Down Link）においては，無線基地局の出力電力を大きくするなどの方法が取られている。ここで，出力電力が大きいということは，消費電力も大きくなるので，なるべく，消費電力が小さな装置が採用される傾向にある。

このような状況において，もし地震などの大きな災害が発生した場合を想定する。かかる場合，安否の確認や救助要請などのために，通常よりも回線使用量が多くなる。一方，災害のために，電力供給事情も悪くなり，大きな電力が無線基地局に得られなくなり，あるいは端末のバッテリーも簡単に充電できなくなることが予想される。

そして，このような状況においては，一部の機能を縮退運用しながら，サービスが行われる。

かかる状況においては，無線基地局及び端末の出力電力を小さくしながらも，できる限り，スループット（通信速度）を落とさずに，多くの加入者が利用できるように縮退運用を適用することが考えられる。

そして，かかる通信システムにおける縮退運用の方法についてはこれまでに色々考えられている。

例えば，従来技術として特許文献１，特許文献２に開示された発明が有る。これらの特許文献１，２に記載の発明では，災害時にはトラフィックの集中が発生し，無線基地局が持っている容量を越える呼が発生するので，端末にアクセス規制を与える方法を提示している。

また，特許文献３に記載の発明が有る。この特許文献３に記載の発明は，緊急通信を優先的に扱い，端末は，緊急時には通常の変調方式ではなく，搬送波周波数の近傍で，送信電力の大きい変調方式を使用してアクセスし，無線基地局はその信号を受信した場合，他の呼を規制して，緊急呼のみ通話ができるように回線を確保する方法である。
特開2001-224073号公報 特開2003-289584号公報 特開2005-252548号公報

本発明の目的は，上記の特許文献１，２，３により開示された発明とは異なる観点からの災害時における移動通信システムにおける最適な縮退方法および，これを適用する無線基地局並びに移動通信システムを提供することにある。

本発明の目的は，特にＷｉＭＡＸ（Worldwide
Interoperability for Microwave Access）システムの特性を利用して効果的な縮退，即ち，災害時に，無線基地局の消費電力を抑えるために，無線基地局出力パワーを減少させる。その時に，ＷｉＭＡＸシステム特有の変調方式毎に出力パワーと周波数帯域幅を決めて，総体的に出力電力を減少させる方法を提示するものである。

さらに，本発明の目的は，このような状態においても，大きなカバーレッジ（通信範囲）の縮小が発生しないようにし，あるいは，カバーレッジに縮小はあるが，スループットを大きくすることを実現することを目的とするものである。

上記の課題を達成する本発明に従う第１の態様は，それぞれセルエリアを形成する複数の無線基地局を有する移動通信システムにおける前記複数の無線基地局の内の一つの無線基地局であって，
所定の周波数帯と所定の出力パワーを用い，無線端末の分布面積に対応して周波数帯と出力パワーを配分して無線端末と通信を行う通信ユニットを有し，
前記通信ユニットは，通常時は，前記セルエリアの中心近傍の分布面積の小さいエリアの無線端末との通信に高多値の変調方式を用い，前記セルエリアの周端近傍に向かいより大きくなる分布面積の無線端末との通信は，順次少ない多値の変調方式を用いて通信を行い，
災害時は，全ての分布面積のエリアに対して，最も少ない多値の変調方式を用いて通信を行い，前記セルエリアの中心近傍の分布面積の小さいエリアの無線端末との通信における出力パワーを最も小さくなるように設定し，前記セルエリアの周端近傍に向かいより大きくなる分布面積の無線端末との通信における出力パワーが順次大きくなるように設定することを特徴とする。

上記の課題を達成する本発明に従う第２の態様は，それぞれセルエリアを形成する複数の無線基地局を有する移動通信システムにおける前記複数の無線基地局の内の一つの無線基地局であって，
それぞれセルエリアを形成する複数の無線基地局を有する移動通信システムにおける前記複数の無線基地局の内の一つの無線基地局であって，
所定の周波数帯と所定の出力パワーを用い，無線端末の分布面積に対応して周波数域と出力パワーを配分して無線端末と通信を行う通信ユニットを有し，
前記通信ユニットは，通常時は，前記セルエリアの中心近傍の分布面積の小さいエリアの無線端末との通信に高多値の変調方式を用い，前記セルエリアの周端近傍に向かいより大きくなる分布面積の無線端末との通信は，順次少ない多値の変調方式を用いて通信を行い，
災害時は，前記セルエリアの中心近傍の分布面積の小さいエリアの無線端末との通信に複数種の変調方式を用い，前記セルエリアの周端近傍に向かいより大きくなる分布面積の無線端末との通信に，順次少ない多値の変調方式を用いて通信を行うことを特徴とする。

さらに，本発明に従う第３の態様は，上記第２の態様において，無線基地局は，
前記災害時に，順次少ない多値の変調方式を用いて通信を行う際に，より少ない多値の変調方式を使用するように設定することを特徴とする。

上記の課題を達成する本発明に従う第４の態様は，それぞれセルエリアを形成する複数の無線基地局を有する移動通信システムであって，
通常時，複数の基地局のそれぞれに，所定の周波数帯を等分割した複数の周波数帯の内の前記セルエリアにおいて使用する一の周波数帯を，隣接するセルエリアと異なるように配分設定し，
災害時に，前記複数の基地局のそれぞれのセルエリアに前記等分割した複数の周波数帯の全てを共通に割当て，且つ隣接するセルエリアと重ならないように，出力パワーを小さく設定することを特徴とする。

さらに，上記の課題を達成する本発明に従う第５の態様は，それぞれセルエリアを形成する複数の無線基地局を有する移動通信システムであって，
通常時，複数の基地局のそれぞれに，所定の周波数帯を等分割した複数の周波数帯の内の前記セルエリアにおいて使用する一の周波数帯を，隣接するセルエリアと異なるように配分設定し，
災害時に，それぞれのセルエリアに前記所定の周波数帯の内の第１の周波数帯を等分割した複数の周波数帯の内の前記セルエリアにおいて使用する一の周波数帯を，隣接するセルエリアと異なるように配分設定し，更に，前記複数の基地局のそれぞれのセルエリアに前記所定の周波数帯から第１の周波数帯を除いた残余の周波数帯を共通に割当て，且つ隣接するセルエリアと重ならないように，出力パワーを小さく設定することを特徴とする。

さらに，上記第５の態様において，前記第１の周波数帯は，緊急用に使用されることを特徴とする。

上記の特徴により本発明の適用により，災害時のような状態においても，大きなカバーレッジ（通信範囲）の縮小が発生しないようにし，あるいは，カバーレッジに縮小はあるが，スループットを大きくすることを実現する効果的な縮退運用を行うことができる。

ＷｉＭＡＸ（WorldwideInteroperability for Microwave Access）システムのネットワーク構成例を示す図である。 通常運用時の一無線基地局の周波数帯域の配分とパワーの関係を示す図である。 図２Ａに対応するカバーレッジの範囲を示す図である。 本発明の第１の実施例に従い，災害時に切り換えられる縮退運用時の周波数帯域の配分とパワーの関係を示す図である。 図３Ａに対応するカバーレッジの範囲を示す図である。 第１の実施例を実現する無線基地局の構成例ブロック図である。 図４の無線基地局の構成例におけるＯＦＤＭ変調器１の概略構成例ブロック図を示す図である。 ＯＦＤＭ変調器１における本発明に従う処理を実行する処理フローである。 第１の実施例における変調方式と出力パワーの関係を示すテーブルである。 本発明の第２の実施例に従い，災害時に切り換えられる縮退運用時の周波数帯域の配分とパワーの関係を示す図である。 図８Ａに対応するカバーレッジの範囲を示す図である。 第２の実施例を実現する無線基地局の構成例ブロック図である。 第２の実施例における変調方式と出力パワーの関係を示すテーブルである。 第３の実施例に従う置局の概念を説明する図である。 第３の実施例において図１１Ａの通常時から災害時における縮退を説明する図である。 図１１Ｂに対応する各無線基地局の出力パワーと周波数帯域を説明する図である。 第３の実施例において，災害時切り替え後のパワーを示す図である。 第３の実施例に対応する無線基地局の構成例ブロック図である。 第３の実施例における変調方式と出力パワーの関係を示すテーブルである。 第４の実施例を特徴を示す災害時の置局の概念を説明する図である。 第４の実施例において，災害時の運用時のセルエリアＡ〜Ｄの周波数の配分とパワーの関係を示す図である。 第４の実施例に対応する無線基地局構成を示す図である。

以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は，ＷｉＭＡＸ（Worldwide
Interoperability for Microwave Access）システムのネットワーク構成例を示す図である。接続サービスネットワーク（ＣＳＮ：Connection
Service Network）１００に，ゲートウエイ（ＧＷ）となるアクセスサービスネットワーク（ＡＳＮ：Access Service Network）１１０を通して，複数の無線基地局（ＢＳ：Base
Station）１２１〜１２ｎが接続される。

なお，一般に複数の無線基地局（ＢＳ：Base Station）１２１〜１２ｎは，装置故障に対応するように現用・予備の装置構成を有している。移動局ＭＳが在圏する無線基地局と通信が行われる。

さらに，ネットワーク監視装置１３０が，アクセスサービスネットワーク１１０に付属され，ネットワーク監視装置１３０によりネットワーク障害が監視され，ネットワーク監視装置１３０からのアラーム信号ＡＬＭに基づき，無線基地局の現用及び予備構成の切り換え，あるいは，以下に説明するように本発明に従う縮退制御が行われる。

一方，ＷｉＭＡＸシステムでは，適応変調方式を用い無線基地局の近傍に位置する無線端末との通信には，回線品質が良い状態にあるので，多値数を多くすることができる６４ＱＡＭ等のＱＡＭ変調方式を適用して高スループットサービスを提供するように無線基地局を制御している。

反対に無線基地局に対応するセルエリアの周端（セルエッジ）にある無線端末に対しては，回線品質が悪い状態にあるので，ＱＰＳＫ変調方式を適用して低スループットのサービスを提供するように無線基地局を制御している。

しかし，災害（例えば大地震発生）時の場合を考えると，緊急通信のための多くの呼の発生が生じる。それとともに，無線基地局及び無線端末の電源供給及びバッテリー消耗を抑えなければならない状態となる。

かかる点から本発明は，スループットを少し犠牲にするが，カバーレッジ（通信可能範囲）を変えずにサービスを提供できるように適応変調方式に制限を加え，いずれの無線端末も同一の変調方式を使用するセル縮退運用方法を提供するものである。
［第１の実施例］
以下に，本発明の第１の実施例に従う周波数と出力パワーの配分方法を示す。該当の無線基地局のセルエリア（セル領域）内に在圏する無線端末は一様に分布しているとする。また，ＷｉＭＡＸシステムに使用できる周波数帯域を２０MHz，出力するパワーを２０MHzに対して２０Ｗ(以降，２０Ｗ@２０MHz等と表記する)とする。

適用する変調方式と加入者（無線端末）分布の関係は，適用する変調方式のＳＮＲ（信号対雑音比）値によって，分布している面積が分かり，その面積に比例して加入者も分布していると考えることができる。

ここでは，６４ＱＡＭ変調方式のＳＮＲを１４dＢ，１６ＱＡＭのＳＮＲを９dＢ，ＱＰＳＫのＳＮＲを3.5
dＢとする。

電波伝播損失が距離の３．５乗に比例すると仮定し，ＱＰＳＫ変調方式のセル半径を１とすると，１６ＱＡＭ変調方式のセル半径は０．７(=10^((3.5-9)/35))となり，６４ＱＡＭ変調方式のセル半径は，０．５(=10^((3.5-14)/35))となる。

この様子が図２Ａ，図２Ｂにより更に説明できる。図２Ａは，通常運用時の一無線基地局に割り当てられる周波数帯域の配分とパワーの関係を示す図である。

すなわち，横軸に周波数帯域の配分割合と，縦軸に出力パワーの適用配分を示している。

図２Ａに示す例では，無線基地局近傍の無線端末には，６４ＱＡＭ変調方式を適用して高スループットを提供できるが，この加入者分布は約２５％（=0.5^2）である。同様に，１６ＱＡＭを提供できる加入者分布は約２４％(=0.7^2-0.5^2)，セル周端側ではＱＰＳＫ変調方式を適用して低スループットを提供できる加入者分布は約５１％である。

さらに，２０MHzの周波数帯域において，この加入者分布を周波数帯域幅で読みかえると，６４ＱＡＭ変調方式を適用できるエリアには２MHz(ｆ１),１６ＱＡＭ変調方式を適用できるエリアには４MHz（ｆ２），ＱＰＳＫ変調方式を適用できるエリアには１４MHz（ｆ３）を割りつけるのと同じである。したがって，図２Ｂに示すように，該当の無線基地局を中心にそれぞれの変調方式によるカバーレッジの範囲が示される。

このような図２Ａ，図２Ｂに示した通常時の状態から，本発明に従い災害時に縮退運用が行われる。

図３Ａは，本発明に従い，災害時に切り換えられる縮退運用時の周波数帯域の配分とパワーの関係を示す図である。図３Ｂは，図３Ａに対応するカバーレッジの範囲を示す図である。この例では，変調方式は，ＱＰＳＫ方式のみに切り換えられている。さらに，周波数帯域の配分に応じて出力パワーが縮退制御されている。

図に示す例では，２０MHzの周波数帯域の内，２５％の帯域分２MHz（＝ｆ１）及び２４％の帯域分４MHZ（＝ｆ２）に対してそれぞれ-10.5ｄＢ，-5.5dＢの出力パワーの減衰を行う。

これにより，図３Ｂに示すように，２５％の帯域分のカバーレッジ，２４％の帯域分のカバーレッジ及び，５１％の帯域分のカバーレッジが異なるように設定される。

これにより，災害時において，枯渇するであろう電力パワーの削減をはかり，且つより広い範囲にある無線端末との通信を維持することができる。

図４は，上記第１の実施例を実現する無線基地局の構成例ブロック図である。

トラフィック情報データである入力データ（ＩＮ−ＤＡＴＡ）は，ＯＦＤＭ変調器１によりＯＦＤＭ変調される。この時，ＯＦＤＭ変調器１に使用周波数帯が設定される。ＯＦＤＭ変調器１のベースバンド出力は，ＲＦ（無線周波数）送信部２に入力される。

ＲＦ（無線周波数）送信部２において，周波数変換器２０により無線周波数に変換され，更に可変利得電力増幅器２１により電力増幅されてアンテナ３から送出される。このとき，電源４により各部に電力が供給されている。

図５は，図４の無線基地局の構成例における通信ユニットとしてのＯＦＤＭ変調器１の概略構成例ブロック図を示す。

図５において，それぞれ無線端末＃１〜＃Ｎに対応づけられるデータチャネル＃１〜＃Ｎは，共通の構成である。データチャネル＃１〜＃Ｎのそれぞれは，トラフィック情報データ（ＩＮ−ＤＡＴＡ）をＯＦＤＭ方式で伝送するためのベースバンド処理を行う。データ変調器１０は，ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭ等の後に説明する制御部５（図４参照）の変調方式制限制御部５０により選択された適切な変調方式でトラフィック情報データＩＮ−ＤＡＴＡを変調する。

また，データ変調器１０における符号化ビット数を，後に説明する制御部５の出力パワー制御部５１により変更制御することによりデータ変調器１０の出力パワーが変更される。

直並列変換部（Ｓ／Ｐ）１１は，データ変調器１０の直列的な信号系列出力を並列的な信号系列に変換する。

多重化部１２は，各データチャネル＃１〜＃Ｎで処理されたトラフィック情報データを多重化する。多重化後の出力は，高速逆フーリエ変換部１３に入力され，入力された信号を高速フーリエ変換し，ＯＦＤＭ方式の変調を行う。

ガードインターバル変換部１４は，変調済みの信号にガードインターバルを付加することで，ＯＦＤＭ方式におけるシンボルを作成する。デジタルアナログ変換部１５は，ベースバンドのデジタル信号をアナログ信号に変換し，ＲＦ送信部２に送出する。

図６は，主としてかかるＯＦＤＭ変調器１における本発明に従う処理を実行する処理フローである。なお，以下に示す他の実施例におけるＯＦＤＭ変調器１の処理においても処理手順は同様である。

図６の処理フローに従い，図４及び図５の無線基地局及びＯＦＤＭ変調器１の制御を説明する。

通信処理中において，本発明に従う制御の開始として，災害時にネットワーク監視装置１３０は，無線基地局の障害並びに災害をモニタし，パワー制御が必要な災害を検知すると，アラーム信号ＡＬＭを出力し，アクセスサービスネットワーク（ＡＳＮ：Access Service Network）１１０を通して各無線基地局に送信する。

したがって，無線基地局ではこのアラーム信号ＡＬＭを受信し（ステップＳ１），制御部５に入力する。

ネットワークに接続したい無線端末ＭＳから在圏する無線基地局に呼接続要求信号を送信する。

その際，無線端末ＭＳは，無線基地局からの共通制御信号を受信し，その回線品質（例えばＳＮＲ値）と識別子（ＩＤ＝例えば，電話番号とアドレスＩＰアドレス）を送信する（ステップＳ２）。

無線基地局は，回線資源が有れば，無線端末ＭＳに呼接続応答信号を送信する。この時，制御部５は無線端末ＭＳから送られた回線品質と識別子に基づき，予め設定した図７に示すテーブルに従ってデータ送信する時の変調方式と出力パワーを決定し，無線端末ＭＳに，決定した変調方式を通知する（ステップＳ３）。

これにより無線基地局と，無線端末間の通信が開始する（ステップＳ４）。なお，上記ステップＳ２と，ステップＳ３における無線基地局と無線端末ＭＳ間の信号送受は，本発明と直接関係せず，既存の技術により可能であるので，更なる詳細は省略する。

ただし，制御部５が，図７に示すテーブルに従ってデータを送信する時の変調方式及び出力パワーが，それぞれ制御部５の変調方式制限制御部５０及び，出力パワー制御部５１により制御される点に本発明の特徴を有する。

したがって，かかる部分について更に説明する。図７に示すテーブルは，パターン番号としてネットワーク監視装置１３０により検知される災害の発生により送られるアラーム信号ＡＬＭが無いとき（正常時あるいは通常時）を“１”，アラーム信号ＡＬＭがあるとき（異常時あるいは災害時）を“２”とし，更に，無線端末ＭＳから通知される受信信号の対雑音比であるＳＮＲ値の範囲により，“１”，“２”，“３”の値が定義される。

ＳＮＲ値の範囲による定義は，例えば次のように決められる。

無線端末ＭＳから通知される，無線端末ＭＳにおける受信信号のＳＮＲ値が，3.5[dＢ]〜9.0[dＢ]未満のとき“１”，9.0[dＢ]〜１６.0[dＢ]未満のとき“２”，更に１６.0[dＢ]以上のとき“３”と定義する。

そして，これらアラーム信号の有無により定義した数値と，無線端末ＭＳからのＳＮＲ値の範囲で定義した数値との組み合わせ（パターン番号という）に対し，選択する変調方式と，無線基地局出力パワーを対応させてテーブル化されている。

例えば，ネットワーク監視装置１３０からのアラーム信号ＡＬＭが「正常」で，無線端末ＭＳからのＳＮＲ値が１６[dＢ]の端末は，パターン番号１３となり，変調方式は多値数の大きい６４ＱＡＭが選択される。このとき，無線基地局出力パワーは最大（０dＢ)とされる。

ところが，ネットワーク監視装置１３０からのアラーム信号が「異常」で，無線端末１３０からのＳＮＲ値が１６[dＢ]の端末は，パターン番号２３となり，多値数が少なく，スループットの低い変調方式であるＱＰＳＫ方式が選択され，無線基地局の出力パワーは-10.5dＢに制御される。

すなわち，災害（例えば大地震発生）時，無線基地局の電源供給を抑えなければならない状態になった場合には，無線基地局近傍の無線端末に対しても，ＱＰＳＫ変調を適用してスループットを落とす。これにより，無線基地局の出力パワーを減少することができる。

さらに，出力パワーを調整するには，周波数帯域を加入者数の分布率に合わせて分割する。周波数帯域の配分は，６４ＱＡＭ領域に５MHz＠５W，１６ＱＡＭ領域に4.8MHz＠4.8W，ＱＰＳＫ領域に10.2MHz＠10.2Wを配分する。ＱＰＳＫのサービスに必要なパワーを「１」とすると，６４ＱＡＭ領域は約0.09(=10^(3.5-14))，１６ＱＡＭ領域は０．２８(=10^(3.5-9))のパワーに減少できる。無線基地局全体のパワーに換算すると，約２．２dＢ(=10xLOG(0.09x0.25+0.28x0.24+1x0.51)のパワーの削減が図れる。

したがって，カバーレッジを変えずにスループットを犠牲にしてサービスを続けることができる。
［第２の実施例］
図８Ａは，本発明の第２の実施例に従う災害時に切り換えられる縮退運用時の周波数帯域の配分とパワーの関係を示す図である。図８Ｂは，図８Ａに対応するカバーレッジの範囲を示す図である。

先に説明したように，電波伝播損失が距離の３．５乗に比例すると仮定し，ＱＰＳＫ変調方式のセル半径を１とすると，１６ＱＡＭ変調方式のセル半径は０．７ (=10^((3.5-9)/35))となり，６４ＱＡＭ変調方式のセル半径は，０．５(=10^((3.5-14)/35))となる。

したがって，無線基地局近傍の無線端末には，図２Ａに示したように６４ＱＡＭ変調方式を適用して高スループットを提供できるが，この加入者分布は約２５％（=0.5^2）である。同様に，１６ＱＡＭを提供できる加入者分布は約２４％(=0.7^2-0.5^2)，セルエリア周端側（セルエッジ）ではＱＰＳＫ変調方式を適用して低スループットを提供できる加入者分布は約５１％である。

そして，災害（例えば大地震発生）時，無線基地局の電源供給を抑えなければならない状態になった場合には，図８Ａ，図８Ｂに示すような周波数配分とパワー配分を行なう。

この考え方は，通常時は無線基地局近傍（Ａ）の分布面積の小さいエリアにおける無線端末は６４ＱＡＭのサービスが受けられるが，ある周波数(ｆ１)はＱＰＳＫ，ある周波数(ｆ２)は１６ＱＡＭ，ある周波数(ｆ３)は６４ＱＡＭのサービスができるように制御する。

同様に，無線基地局から中間のところ（Ｂ）は１６ＱＡＭのサービスを受けられるはずだが，ｆ２の周波数はＱＰＳＫ，ｆ３の周波数は１６ＱＡＭのサービスを受けられるようにする。

さらに，ｆ３の周波数に広い帯域を与えている（Ｃ）。これは，次のように考えられるからである。先に第１の実施例の説明の中で，セルエッジの分布面積が５１％，中間の分布面積が２４％，無線基地局近傍が２５％であった。これに対し，第２の実施例では，５１％の分布面積はｆ３の周波数でカバーし，２４％の分布面積はｆ３とｆ２で均等カバーし，２５％の分布面積はｆ１，ｆ２，ｆ３で均等にカバーするようにする。

したがって，ｆ３の周波数によりカバーする分布面積は0.51+0.24/2+0.25/3≒0.71（７１％）となる。

同じ様にｆ２がカバーする分布面積は，0.24/2+0.25/3≒0.2（２０％），ｆ１がカバーする面積は0.25/3≒0.09（９％）となる。

この第２の実施例方法による無線基地局出力減少は約１．１dＢ(=10xLOG（1x0.71+0.28x0.2+0.09x0.09）)である。したがって，第１の実施例に比べて無線基地局パワーの減少は少ないが，６４ＱＡＭ及び１６ＱＡＭのサービスを行えるという利点がある。

図９は，第２の実施例を実現する無線基地局の構成例ブロック図である。図４に示した第１の実施例の構成と同様であるが，制御部５における変調方式制限制御部５０と，出力パワー制御部５１による制御パラメータのみが異なる。

すなわち，通常時は，第１の実施例と同様である。ネットワーク監視装置１３０により災害時の状態が検知されると，アラーム信号ＡＬＭが送られ，制御部５はこれを検知する。そして，変調方式制御部５０は，図１０に示すテーブルに従い，変調方式を選択し，ＯＦＤＭ変調器１のデータ変調器１０に対し，選択した変調方式によりデータを変調するように制御する。

図１０を参照すると，サービスグレードが更に定義されている。例えば，サービスグレードは，システムの異常によりＱＰＳＫの変調方式しか使用できない場合を１，ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭの変調方式が使用できる場合を２，更にＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭの変調方式が使用できる場合を３とする。

そして，このサービスグレードを含めてパターン番号が設定されている。

災害時に，端末からのＳＮＲ通知が“１”であり，サービスグレードが１〜３のいずれの場合もＱＰＳＫ方式が選択される。

また，パターン番号が“２２３”であると，１６ＱＡＭ方式が選択される。

データ変調器１０に対し，このように選択された変調方式に従いデータを変調するように制御する。
［第３の実施例］
図１１Ａは，第３の実施例に従う置局の概念を説明する図である。

ＷｉＭＡＸシステムでは，オムニ装置を用いてネットワークが構成されている場合，図１１Ａに示すように，例えば，３ゾーンあるいは４ゾーン繰り返しで置局が行なわれる。これは，他セルエリアからの干渉を避けるためには，隣接するセルエリアと周波数を変えて置局し，同じ周波数を利用するセルエリアとの間隔を大きくするためである。４ゾーン繰り返しの場合，各セクタでは，使用できる周波数帯域の１／４の周波数帯域しか割り当てがない。

ここで，無線基地局の出力パワーを減少させる方法には，現状の周波数配分のまま，無線基地局の出力パワーを減少させる方法がある。この方法では，例えば，無線基地局の出力パワーを１０Ｂ小さくすると消費電力も小さくなるが，カバーレッジ（セル半径）は，約１／２になってしまう。

また，使用している周波数帯域を狭くする方法がある。例えば，周波数帯域幅を１／３にすると，カバーレッジは変わらないが，スループットが，１／３程度になってしまう。

これに対し，本発明では，災害（例えば大地震発生）時，システムを使用したい加入者の増加に対応できるように，カバーレッジを少し犠牲にするが，無線基地局の電力供給を抑えながら回線容量を数倍に増加させる縮退運用方式である。

図１１Ｂは，第３の実施例において図１１Ａの通常時から災害時における縮退を説明する図である。４ゾーン繰り返しを例とし，更に使用できる周波数帯域を２０MHz，出力するパワーを２０W@２０MHzとする。４ゾーン繰り返しの場合，各セクタで使用できる周波数は，５MHz(=２０MHz/４)となる。また，各無線基地局の出力パワーは，５W@５MHzである。この様子が，図１２，(a)〜(d)に示される。

すなわち，セルエリアＡ〜Ｄに割り当てられる周波数帯域幅ｆ１〜ｆ４に対し，それぞれ５MHzが割り当てられ，且つ出力は，５Ｗずつが配分される。

ここで，災害（例えば大地震発生）時，システムを使用したい加入者の増加に対応できるように，回線容量を増加させる必要がある。そこで，図１１Ｂに示すように，現状よりさらに４ゾーン繰り返しを行い且つ，カバーレッジを１／２に狭くすれば，他セルエリアからの干渉の影響をなくすことができ，１セクタで使用できる周波数帯域幅は，２０MHzとなる。カバーレッジは狭くなるが，無線基地局の近傍に加入者が集まれば対応が可能である。

また，無線基地局の出力パワーを考える。元の使用できる帯域幅は５MHzであるので，５W(=２０W/４)を出力していた。しかし，災害時は２０MHzを使用するので，２０Ｗ必要となる。しかし，カバーレッジを１／２にしているので，出力パワーを約１０dＢ減衰させることができるので，災害時切り替え後のパワーを示す図１３に示すように出力パワーは２Ｗになる。したがって，無線基地局の電源供給を約１/2.5(５W→２W)にしながら，回線容量を４倍に増加することができる。

この考え方は，オムニ無線基地局構成の場合のみに適用できるのではなく，３セクタ無線基地局構成の３ゾーン繰り返しでも，６セクタ無線基地局構成の３ゾーン繰り返しの場合にも適用ができる。

図１４は，上記第３の実施例に対応する無線基地局の構成例ブロック図である。図９に示した第２の実施例の構成と同様であるが，制御部５における変調方式制限制御部５０と，出力パワー制御部５１による制御パラメータのみが異なる。

制御部５における変調方式制限制御部５０と，出力パワー制御部５１による制御パラメータのみが異なる。

すなわち，通常時は，第２の実施例と同様である。ネットワーク監視装置１３０により災害時の状態が検知されると，アラーム信号ＡＬＭが送られ，制御部５はこれを検知する。そして，変調方式制御部５０は，図１５に示すテーブルのパターン番号に従い変調方式を選択し，ＯＦＤＭ変調器１のデータ変調器１０に対し，選択した変調方式によりデータを変調するように制御する。基本的に第３の実施例においては，出力パワーが制限されるのみで変調方式は，通常時と変わらない。
[第４の実施例]
第３の実施例においてはカバーレッジを犠牲にして回線容量を増加させる考えを示したが，災害時は緊急呼については，どこからでも通話が可能ある必要がある。

第４の実施例は，かかる緊急呼対応として，各無線基地局にある専用の帯域ｆ１’からｆ４’を割り当てる。この周波数に限っては，無線基地局出力パワーを小さくせず通常の運用を行い，残りの周波数は全てのセルエリアで使用し，回線容量の増加を行う縮退運用方式である。

図１６は，かかる第４の実施例を特徴を示す災害時の置局の概念を説明する図である。通常時は第３の実施例と同様（図１１Ａ）であるが，災害時の対応が異なる。すなわち，図１６に示すように，各無線基地局（セルエリアＡ〜Ｄ）において緊急用の専用の帯域ｆ１’〜ｆ４’を割り当てる。

すなわち，図１７は，第４の実施例において，災害時の運用時のセルリアＡ〜Ｄの周波数の配分とパワーの関係を示す図である（図１７，（ａ）〜（ｄ））。通常時の制御は，第３の実施例と同様であり，セルエリアＡ〜Ｄの周波数帯域と出力パワーは，図１２と同様である。

図１７において，緊急時において，各セルエリアとも緊急用に使用する帯域ｆ１’〜ｆ４’を０．５MHzとしている。したがって，各セルエリアで共通に使用できる周波数帯域幅ｆ５は，１８MHz(=２０-０．５×４)となる。

さらに，緊急呼に与えるパワーは，通常時と同じでなければカバーレッジ全体をカバーすることができない。通常時も災害時も同じ電力密度にすれば良いので図１８において，ｆ１'〜ｆ４'には，それぞれ０．５W(@０．５MHz)を与え，ｆ５には，約１０dＢ減衰させることができるので，１．８W(@１８MHz)を与えれば良い。

したがって，無線基地局の電源供給を約１／２．２(５W→２．３W)にしながら，回線容量を３．７倍(=(0.5+18)/5)に増加することができる。

図１８は，第４の実施例に対応する無線基地局構成であり，他の実施例と構成は同様であるが，通常時の各周波数帯域に５Ｗの出力パワーに制御し，緊急時，通常には共通に１８MHzで，１．８Ｗの出力パワーを与える。さらに，緊急呼時には，セルエリアＡ〜Ｄにおいて，それぞれ０．５MHzの帯域で，０．５Ｗの出力パワーとなるようにＯＦＤＭ変調器１を制御する。

なお，緊急呼であるか否かの識別は，例えば，無線端末ＭＳから在圏する無線基地局に送信する呼接続要求信号に識別情報を含ませれば良い。

以上各実施例について説明したように，本発明により，災害時のような状態においても，大きなカバーレッジ（通信範囲）の縮小が発生しないようにし，あるいは，カバーレッジに縮小はあるが，スループットを大きくすることを実現する効果的な縮退運用を行うことができる。よって，産業上寄与するところ大である。

なお，上記実施例は本発明の理解のためのものであり，本発明の技術的範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は，特許請求の範囲の記載により定められ，且つ均等の範囲にも及ぶものである。

Claims (6)

1. それぞれセルエリアを形成する複数の無線基地局を有する移動通信システムにおける前記複数の無線基地局の内の一つの無線基地局であって，
   所定の周波数帯と所定の出力パワーを用い，無線端末の分布面積に対応して周波数帯と出力パワーを配分して無線端末と通信を行う通信ユニットを有し，
   前記通信ユニットは，通常時は，前記セルエリアの中心近傍の分布面積の小さいエリアの無線端末との通信に高多値の変調方式を用い，前記セルエリアの周端近傍に向かいより大きくなる分布面積の無線端末との通信は，順次少ない多値の変調方式を用いて通信を行い，
   災害時は，全ての分布面積のエリアに対して，最も少ない多値の変調方式を用いて通信を行い，前記セルエリアの中心近傍の分布面積の小さいエリアの無線端末との通信における出力パワーを最も小さくなるように設定し，前記セルエリアの周端近傍に向かいより大きくなる分布面積の無線端末との通信における出力パワーが順次大きくなるように設定する，
   ことを特徴とする無線基地局。
2. それぞれセルエリアを形成する複数の無線基地局を有する移動通信システムにおける前記複数の無線基地局の内の一つの無線基地局であって，
   所定の周波数帯と所定の出力パワーを用い，無線端末の分布面積に対応して周波数域と出力パワーを配分して無線端末と通信を行う通信ユニットを有し，
   前記通信ユニットは，通常時は，前記セルエリアの中心近傍の分布面積の小さいエリアの無線端末との通信に高多値の変調方式を用い，前記セルエリアの周端近傍に向かいより大きくなる分布面積の無線端末との通信は，順次少ない多値の変調方式を用いて通信を行い，
   災害時は，前記セルエリアの中心近傍の分布面積の小さいエリアの無線端末との通信に複数種の変調方式を用い，前記セルエリアの周端近傍に向かいより大きくなる分布面積の無線端末との通信に，順次少ない種類の変調方式を用いて通信を行う，
   ことを特徴とする無線基地局。
3. 請求項２において，
   前記災害時に，順次少ない種類の変調方式を用いて通信を行う際に，より少ない多値の変調方式を使用するように設定することを特徴とする無線基地局。
4. それぞれセルエリアを形成する複数の無線基地局を有する移動通信システムであって，
   通常時，複数の基地局のそれぞれに，所定の周波数帯を等分割した複数の周波数帯の内の前記セルエリアにおいて使用する一の周波数帯を，隣接するセルエリアと異なるように配分設定し，
   災害時に，前記複数の基地局のそれぞれのセルエリアに前記等分割した複数の周波数帯の全てを共通に割当て，且つ隣接するセルエリアと重ならないように，出力パワーを小さく設定する，
   ことを特徴とする移動通信システム。
5. それぞれセルエリアを形成する複数の無線基地局を有する移動通信システムであって，
   通常時，複数の基地局のそれぞれに，所定の周波数帯を等分割した複数の周波数帯の内の前記セルエリアにおいて使用する一の周波数帯を，隣接するセルエリアと異なるように配分設定し，
   災害時に，それぞれのセルエリアに前記所定の周波数帯の内の第１の周波数帯を等分割した複数の周波数帯の内の前記セルエリアにおいて使用する一の周波数帯を，隣接するセルエリアと異なるように配分設定し，更に，前記複数の基地局のそれぞれのセルエリアに前記所定の周波数帯から第１の周波数帯を除いた残余の周波数帯を共通に割当て，且つ隣接するセルエリアと重ならないように，出力パワーを小さく設定する，
   ことを特徴とする移動通信システム。
6. 請求項５において，
   前記第１の周波数帯は，緊急用に使用されることを特徴とする移動通信システム。

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