JP5052474B2

JP5052474B2 - リピータ装置

Info

Publication number: JP5052474B2
Application number: JP2008258827A
Authority: JP
Inventors: 健一大野; 宗之鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: JP2010093385A

Description

本発明は、無線通信システムにおける無線基地局装置から送信される電波を屋内などの電波が届きにくい場所へ再送信するリピータ装置に関する。

近年、携帯電話やＰＨＳ（Personal Handy-phone System）などの無線端末装置のサービスエリアの拡大により、無線端末装置は外出先での使用のみならず、自宅や店舗などの屋内での利用の機会が増加している。屋内で無線端末装置を利用する場合、窓の近傍を除いて、無線基地局装置と無線端末装置が通信に用いる電波は、建物の壁や梁などによって減衰してしまい、十分な通信環境が得られない場合がある。このような現象は、無線通信システムで使用される電波の周波数が高くなるほど顕著になり、屋内での通信環境が悪化する。

このような問題を解決するために、携帯電話等の事業者が自宅や店舗に、無線基地局装置と無線端末装置とを接続する電波を中継するリピータ装置を導入している。現在のリピータ装置の多くは、単に電波を増幅して全方向に送信するものであり、リピータ装置から送信する電波の分布、すなわちリピータ装置のカバーエリアの形状であるアンテナパターンがほぼ円形であるため、カバーエリアが固定される。その固定されたカバーエリアでは、電波の干渉を防ぐために同一無線スロット即ち同一のタイミングにおいて同一の周波数を利用することはできない。付近に他のリピータ装置を設置する場合に、互いのカバーエリアが重なると、それらのリピータ装置を使用して同一のタイミングで同一の周波数を利用した通信ができなくなるなど、周波数の利用効率が低下する場合がある。

また、リピータ装置を設置しカバーしたいエリアに合わせてアンテナパターンを形成する技術が、例えば特許文献１に記載されている。しかしながら、この技術は、リピータ装置を設置する際に、設置場所に合わせた無線ゾーンの形状であるアンテナパターンを選択し、さらに設置者によるアンテナパターンの調整が必要であることが記載されている。そのため、このような技術では、設置場所毎にアンテナパターンを調整するために時間と労力がかかり、無線端末装置の位置にあわせてアンテナパターンを変化させることができないという問題がある。
特開平１０−１２６３２５号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、無線端末装置の位置に応じて送信する電波のアンテナパターンを変化させるリピータ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるリピータ装置は、無線通信網と接続された無線基地局装置と無線端末装置との無線接続を中継するリピータ装置であって、前記無線基地局装置または前記無線端末装置との通信に用いる電波を送信または受信する複数のアンテナと、自らのリピータ装置と接続する前記無線端末装置から送信され前記アンテナで受信された電波を基に無線で通信可能な範囲に位置しているか否かを定期的に判断する位置判断手段と、前記位置判断手段によって無線で通信可能な範囲に位置していることが判断されると、前記無線端末装置に向けて電波を送信するように、前記複数のアンテナを用いて送信される電波の分布であるアンテナパターンを変化させ、前記位置判断手段によって無線で通信可能な範囲に位置していないと判断されると、前記無線端末装置との接続を行わないように処理するアンテナパターン制御手段とを有することを特徴としている。

本発明のリピータ装置によれば、無線端末装置の位置に応じて送信する電波のアンテナパターンを変化させることができる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明のリピータ装置の一実施の形態を示す無線通信システムの概念図である。
この無線通信システムは、無線通信網ＮＷ、無線基地局装置ＣＳ１、ＣＳ２、リピータ装置ＲＳ、無線端末装置ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３を有している。無線基地局装置ＣＳ（ＣＳ１、ＣＳ２共通）は、無線通信網ＮＷに接続され、無線ゾーンと呼ばれる自らの無線基地局装置ＣＳから送信する電波が到達するエリアで、無線端末装置ＰＳ（ＰＳ１乃至ＰＳ３共通）と無線で通信する。図１には、無線基地局装置ＣＳを２台のみ、無線端末装置ＰＳは３台のみ示したが、多数の無線基地局装置ＣＳが移動通信網ＮＷに接続し、多数の無線端末装置ＰＳが無線基地局装置ＣＳと無線で通信することができるものである。

また、リピータ装置ＲＳは、例えば、自宅や店舗などの屋内において無線基地局装置ＣＳと通信可能な窓付近に設置され、無線基地局装置ＣＳから受信した電波を、無線基地局装置ＣＳからの電波が届きにくい屋内に位置する無線端末装置ＰＳへ向けて送信するようになっている。このリピータ装置ＲＳは、無線基地局装置ＣＳからの電波が届きにくい屋内でも無線端末装置ＰＳが無線で通信を行うことを可能にする。

図２は、本発明の一実施の形態を示すリピータ装置ＲＳの構成を示すブロック図である。
リピータ装置ＲＳには、制御部１１、復調部１２、変調部１３、増幅部１４、電力増幅部１５、共用器１６が備えられている。

変調部１３は、送信する信号を、ベースバンド信号からＲＦ信号へ変調を行い、電力増幅部１５に出力する。電力増幅部１５は、送信する信号の電力を増幅するものであり、変調部１３から入力されたＲＦ信号を制御部１１が指示する増幅率で増幅して共用器１６へ出力する。共用器１６は、無線で信号を送受信するアンテナを、信号を送信する場合と信号を受信する場合とで電力増幅部１５または増幅部１４に接続を切替えるためのものである。信号を送信する場合は、電力増幅部１５から入力されたＲＦ信号を複数のアンテナから送信する。

また、アンテナからＲＦ信号を受信すると、共用器１６は受信したＲＦ信号を増幅器１４へ出力する。増幅器１４は、アンテナから受信したＲＦ信号の信号成分を増幅し、復調部１２へ出力するものである。復調部１２は、増幅器１４からＲＦ信号を入力されると、ＲＦ信号をベースバンド信号へ復調するものである。制御部１１は、リピータ装置ＲＳ全体を制御するものであり、復調部１２、変調部１３、増幅部１４、電力増幅部１５、共用器１６と接続されており、無線端末装置ＰＳから、リピータ装置ＲＳへの接続要求を示す信号を受信した場合は、その信号を共用器１６から増幅部１４を介して制御部１１へ出力するようになっている。そして、制御部１１は、増幅部１４から出力された接続要求を示す信号から、無線端末装置ＰＳの位置を判断する。

さらに、共用器１６には、複数のアンテナから送信する電波の指向性を変化させるための一つのパラメータである位相をシフトする位相シフタが備えられており、制御部１１がこの位相シフタに対し複数のアンテナから送信する電波の位相の位相シフト量を指示して複数のアンテナ間の位相を変化させることができるようになっている。複数のアンテナから送信する電波の指向性を変化させるためには、位相を変化させる他に、夫々のアンテナから送信する電波の電力を変化させることが必要である。複数のアンテナから送信する電波の位相および電力を変化させることにより、複数のアンテナから送信する電波の指向性を変化させるようになっている。

この電波の指向性は、すなわち電波の分布であるアンテナパターンを示すものであり、共用器１６が位相シフタを備え、この位相シフタの位相シフト量および増幅器１５の増幅率を無線端末装置ＰＳの位置に応じて制御部（アンテナパターン制御手段）１１が制御することによりアンテナパターンを変化させることが可能である。

ここで、アンテナパターンを変化させる処理について説明する。
まず、共用器１６がアンテナを介して無線端末装置ＰＳから接続要求を示す信号を受信すると、その信号を増幅部１４を介して制御部１１へ出力する。接続要求が入力された制御部１１は、無線端末装置ＰＳの方向へ電波を送信するために、電力増幅部１５へは電力を増幅するよう指示し、共用器１６へ電波の位相をシフトするよう指示する。

次に、図３を参照して、リピータ装置ＲＳが無線端末装置ＰＳから接続要求を受信した場合に無線端末装置ＰＳとの接続を確立させ、リピータ装置ＲＳが無線端末装置ＰＳへ送信する電波のアンテナパターンを変化させて無線端末装置ＰＳの移動に追従する処理について説明する。

図３は、リピータ装置ＲＳの処理の一例を示すシーケンス図である。
まず、無線端末装置ＰＳから送信された接続要求を受信する（Ｓ１０１）。接続要求を受信すると、制御部１１の主導により、自らのリピータ装置ＲＳの周囲の無線基地局装置ＣＳまたは他のリピータ装置ＲＳが使用している周波数および無線スロットの組み合わせを確認する処理であるキャリアセンスを行い、無線端末装置ＰＳの接続を確立させるための空きチャネルを確認する（Ｓ１０２）。空きチャネルを確認すると、無線端末装置ＰＳへチャネルを割当する（Ｓ１０３）。このチャネルの割当は、リピータ装置ＲＳから無線端末装置ＰＳへ接続応答を送信するなどの処理によって行われる。チャネルの割当がなされると、無線端末装置ＰＳは、無線による接続が確立し、通信が開始される。

ここで、無線端末装置ＰＳが接続されると、無線端末装置ＰＳが自らのリピータ装置ＲＳと通信可能な範囲に位置しているか否かを監視するために、無線端末装置から送信された電波が、リピータ装置ＲＳの受信可能レベル以上であるかを判断する（位置判断手段）（Ｓ１０４）。なお、この受信可能レベルは、電波強度やＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）など、電波の品質を表す公知の指標を用いる。リピータ装置ＲＳの受信可能レベル未満であれば、無線での接続を維持することができないため、処理を終了する。

受信可能レベル以上であれば、他の無線端末装置が自らのリピータ装置ＲＳの周囲に、接続要求を送信した無線端末装置ＰＳと干渉の恐れがある無線端末装置ＰＳがいるか否かを判断する（干渉回避判断手段）（Ｓ１０５）。ここで、この干渉の恐れがある場合とは、接続要求を送信した無線端末装置ＰＳの周囲で、同一の周波数または近い無線スロットのチャネルを使用している無線端末装置がある場合である。このような干渉の恐れがある無線端末装置ＰＳがいる場合は、干渉の恐れのある無線端末装置ＰＳの方向にその周波数の電波を送信しないように、その無線端末装置ＰＳの位置付近にその周波数の電波が打ち消しあって振幅がゼロまたは微弱になるヌル点または電波不感点と呼ばれる場所を発生させる（ヌル点を発生させることを、ヌル・ステアリングという。）とともに、自らのリピータ装置ＲＳと通信中の無線端末装置ＰＳへ電波が届くようにアンテナパターンを形成する（Ｓ１０６）。このアンテナパターンは、電力増幅部１５による電力の増幅の度合および共用器１６に備えられた位相シフタの位相の変化の度合を制御することで形成される。このように適切なアンテナパターンを形成すると、再び無線端末装置ＰＳがリピータ装置ＲＳと通信可能な範囲にいるかを監視する（Ｓ１０４）。

ステップＳ１０５において、接続要求を送信した無線端末装置ＰＳと干渉の恐れがある無線端末装置ＰＳとの干渉の恐れがない場合は、無線端末装置ＰＳの位置が現在のアンテナパターンに入っているか否かを判断し、アンテナパターンに入っていればアンテナパターンを変化させることが必要ないと判断する。アンテナパターンに入っていなければ、無線端末装置ＰＳに電波が届くようにアンテナパターンを変化させることが必要であると判断する（Ｓ１０７）。アンテナパターンを変化させることが必要ない場合と判断した場合は、再び無線端末装置ＰＳがリピータ装置ＲＳと通信可能な範囲にいるかを監視する（Ｓ１０４）。アンテナパターンを変化させることが必要であると判断した場合は、無線端末装置ＰＳに電波が届くようにアンテナパターンを変化させる（アンテナパターン制御手段）（Ｓ１０８）。アンテナパターンを変化させた後は、再び無線端末装置ＰＳがリピータ装置ＲＳと通信可能な範囲にいるかを監視し、以降同様に繰り返し処理を行う。

図４は、リピータ装置ＲＳが無線端末装置ＰＳ３と無線で通信を行う場合のアンテナパターンの例を示した図である。まず、図４（ａ）は、リピータ装置ＲＳがアンテナパターンを自動で制御しない場合のアンテナパターンの一例を示した図である。アンテナパターンが時間的に固定されているため、無線端末装置ＰＳ３がアンテナパターンの外に移動した場合は接続が切断される。また、リピータ装置ＲＳと通信を行わない無線端末装置ＰＳ２との干渉の恐れもある。

一方、図４（ｂ）は、リピータ装置ＲＳがアンテナパターンを図３に示した処理により自動で制御する場合のアンテナパターンの一例を示した図である。リピータ装置ＲＳと通信する無線端末装置ＰＳ３が移動しても、リピータ装置ＲＳと通信可能な範囲であれば、無線端末装置ＰＳ３と通信を継続しながら無線端末装置ＰＳ２との干渉を防ぐことができる。

以上述べたように、リピータ装置ＲＳが、受信した電波に応じて位相シフタおよび電力増幅部１５を制御することによりアンテナパターンを変化させることにより、無線端末装置ＰＳが移動しても、その移動にアンテナパターンを自動で追従することができる。また、無線端末装置ＰＳとの無線接続の際に、周囲の無線端末装置ＰＳが使用する電波の周波数や無線スロットなど、その時の周囲の電波の利用状況に合わせてアンテナパターンを変化させることができる。

また、リピータ装置ＲＳを設置する際には、無線基地局装置ＣＳからの電波を受信可能な場所に設置するだけで、設置場所に最適なアンテナパターンを形成するための初期設定が不要であるため、設置にかかる時間および労力を節減することができる。さらに、アンテナパターンを変化させるために、アンテナの向きや傾きを物理的に変化させる機構、例えばチルト機構やパン機構を用いないため、リピータ装置ＲＳの設置場所の周囲にアンテナの可動軌跡のためのスペースを設けなくてよく、設置場所の制約が少なくて済むという利点もある。

なお、本発明は、以上の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、実施例１に記載したリピータ装置ＲＳに備えられたアンテナは、送信用と受信用とに分離されていないが、送信用と受信用に分離したり、屋外に設置する対無線基地局装置ＣＳ用のアンテナと室内に設置する対無線端末装置ＰＳ用のアンテナとに分離したりするように構成してもよい。

本発明のリピータ装置の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示した図。本発明の実施の形態に係るリピータ装置の構成を示した図。本発明の実施の形態に係るリピータ装置が行うアンテナパターンを変化させることを自動で行う処理を示すシーケンス図。本発明のリピータ装置の実施の形態に係るアンテナパターンを示した図。

符号の説明

ＮＷ…無線通信網、ＣＳ，ＣＳ１，ＣＳ２…無線基地局装置、ＰＳ，ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３…無線端末装置、ＲＳ…リピータ装置、１１…制御部、１２…復調部、１３…変調部、１４…増幅部、１５…電力増幅部、１６…共用器

Claims

無線通信網と接続された無線基地局装置と無線端末装置との無線接続を中継するリピータ装置であって、
前記無線基地局装置または前記無線端末装置との通信に用いる電波を送信または受信する複数のアンテナと、
自らのリピータ装置と接続する前記無線端末装置から送信され前記アンテナで受信された電波を基に無線で通信可能な範囲に位置しているか否かを定期的に判断する位置判断手段と、
前記位置判断手段によって無線で通信可能な範囲に位置していることが判断されると、前記無線端末装置に向けて電波を送信するように、前記複数のアンテナを用いて送信される電波の分布であるアンテナパターンを変化させ、前記位置判断手段によって無線で通信可能な範囲に位置していないと判断されると、前記無線端末装置との接続を行わないように処理するアンテナパターン制御手段と
を有することを特徴とするリピータ装置。
前記アンテナパターン制御手段には、
前記アンテナから送信する電波の電力を増幅する電力増幅部と、
前記アンテナから送信する電波の位相を変化させる位相シフタとを備え、
前記位置判断手段によって判断された前記無線端末装置の位置へ電波を送信するように前記電力増幅部へ電力増幅率を指示し、前記位相シフタへ位相シフト量を指示することを特徴とする請求項１に記載のリピータ装置。
自らのリピータ装置と接続する前記無線端末装置との無線接続に対し、他の無線端末装置による電波の干渉を回避することが必要か否かを判断する干渉回避判断手段をさらに備え、
前記アンテナパターン制御手段は、前記干渉回避判断手段によって、他の無線端末装置による電波の干渉を回避することが必要と判断された場合、自らのリピータ装置と接続する前記無線端末装置へ送信する電波のアンテナパターンの他の無線端末装置の位置には、電波の干渉が起こらないヌル点を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリピータ装置。