JP5335477B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は、通信システムに関する。

従来から無線通信に関して様々な技術が提案されている。無線通信を行う通信装置に設けられるアンテナの種類は様々であり、通信装置には、通信目的に適したアンテナが設けられている。特許文献１には、複数のアンテナでそれぞれ受信された複数の受信信号の信号レベルに基づいて、複数のアンテナから無線通信に使用するアンテナを選択し、当該選択したアンテナを無線通信に用いる通信装置が記載されている。

特開平０９−１７２４２７号公報

さて、通信装置には、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）などの高速通信に使用されるアンテナ群を有するものがある。このようなアンテナ群を含む複数種類のアンテナ群を備える通信装置においては、複数種類のアンテナ群から無線通信に使用するアンテナ群を適切に選択することが望まれている。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、適切なアンテナ群を無線通信に使用することが可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る通信システムは、互いに通信範囲が部分的に重複している複数の通信装置を備え、前記複数の通信装置のそれぞれは、互いに異なる通信性能を有する複数種類のアンテナ群と、通信対象となる通信相手装置についての通信の優先度を、外部からのデータから取得する優先度取得部と、前記通信対象となる通信相手装置からの受信信号の信号レベルを取得する信号レベル取得部と、前記優先度と前記信号レベルとに基づいて、前記複数種類のアンテナ群から、前記通信対象となる通信相手装置との通信に使用するアンテナ群を選択するアンテナ群選択部と、前記通信対象となる通信相手装置に対して無線リソースを割り当てる無線リソース割当部と、前記無線リソース割当部が割り当てた無線リソースを用いて、前記アンテナ群選択部で選択されたアンテナ群を介して、前記通信対象となる通信相手装置と無線通信を行う通信部とを備え、前記複数の通信装置の間では、前記アンテナ群選択部により前記複数種類のアンテナ群のうち通信範囲が最も狭いアンテナ群が選択される際に、前記無線リソース割当部により前記通信対象となる通信相手装置に対して割り当てられる無線リソースがフレーム内で占めるゾーンが同一である。

本発明によれば、適切なアンテナ群を無線通信に使用することができるため、通信装置の通信性能を向上させることができる。

また、本発明によれば、複数の通信装置の間では、アンテナ群選択部により複数種類のアンテナ群のうち通信範囲が最も狭いアンテナ群が選択される際に、通信対象となる通信相手装置に対して割り当てられる無線リソースがフレーム内で占めるゾーンが同一である。これにより、通信システム全体の無線リソースの利用効率を向上させることができるとともに、複数の通信装置のそれぞれから送信される無線信号同士の干渉を低減することができる。

実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る基地局の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る基地局の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る基地局の動作を示す図である。 実施の形態２に係る無線通信システムの動作を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るセンタの動作を示す図である。 実施の形態２に係るセンタの動作を示す図である。 実施の形態２に係るセンタの動作を示す図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。本実施の形態に係る無線通信システムには、例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を使用したＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Micorwave Access）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、および、次世代ＰＨＳ（Personal Handyphone System）などの無線通信システムが該当する。本実施の形態に係る無線通信システムは、基地局１ａ〜１ｃ（総称して「基地局１」と呼ぶこともある）と、通信端末２ａ〜２ｃ（総称して「通信端末２」と呼ぶこともある）と、センタ３とを備える。センタ３は、基地局１ａ〜１ｃのそれぞれに接続されている。基地局１ａ〜１ｃは、通信範囲（カバレッジ）の一部が互いに重なるように、互いにある程度近くの位置に設けられている。基地局１ａ〜１ｃは、通信端末２ａ〜２ｃと無線信号をそれぞれ送受信する。基地局１は、通信端末２と無線信号を送受信することにより、通信端末２と無線通信を行う。基地局１は、この無線通信により、通信端末２から送信されたデータをセンタ３に送信し、センタ３から送信されたデータを通信端末２に送信する。

図２は、本実施の形態に係る基地局１の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、本実施の形態に係る基地局１は、高速通信用アンテナ群１１、短距離通信用アンテナ群１２、垂直偏波アンテナ群１３、および、水平偏波アンテナ群１４からなる４種類のアンテナ群と、破線で示される第１〜第４通信部３５−１〜３５−４と、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）検出部３６と、コンピュータ装置３７とを備える。

コンピュータ装置３７は、ＣＰＵ４１と、ハードディスク４２とを備えている。なお、本コンピュータ装置３７には、図示していないが、一般的なコンピュータが備える他の構成要素、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等も設けられている。コンピュータ装置３７は、センタ３と接続されている。

ハードディスク４２にはＣＰＵ４１が実行する動作プログラムＰが記憶されている。ＣＰＵ４１がこの動作プログラムＰを実行することによって、当該ＣＰＵ４１には、機能ブロックとして、ＱｏＳ（Quality of Service）取得部４３と、アンテナ情報取得部４４と、アンテナ群選択部４５と、無線リソース割当部４６とが形成される。

４種類のアンテナ群を構成する高速通信用アンテナ群１１、短距離通信用アンテナ群１２、垂直偏波アンテナ群１３、および、水平偏波アンテナ群１４は、互いに異なる通信性能を有し、例えば、利得、偏波面、指向性のいずれかが異なる。本実施の形態に係る基地局１は、通信性能が異なる４種類のアンテナ群の中から、通信状況等に応じて、適切な１種類のアンテナ群を選択し、当該１種類のアンテナ群を使用して通信端末２と無線通信を行う。このような基地局１の構成について、以下、詳しく説明する。

図２において破線で示される第１通信部３５−１は、アンテナ群選択部４５が、高速通信用アンテナ群１１を選択した場合に、高速通信用アンテナ群１１を使用して通信端末２と無線通信を行う。同図において破線で示される第２通信部３５−２は、アンテナ群選択部４５が、短距離通信用アンテナ群１２を選択した場合に、短距離通信用アンテナ群１２を使用して通信端末２と無線通信を行う。同図において破線で示される第３通信部３５−３は、アンテナ群選択部４５が、垂直偏波アンテナ群１３を選択した場合に、垂直偏波アンテナ群１３を使用して通信端末２と無線通信を行う。同図において破線で示される第４通信部３５−４は、アンテナ群選択部４５が、水平偏波アンテナ群１４を選択した場合に、水平偏波アンテナ群１４を使用して通信端末２と無線通信を行う。

第１通信部３５−１は、第１受信部１５−１、第１送信部１６−１、第１復調部２５−１、および、第１変調部２６−１から構成されている。第２通信部３５−２は、第２受信部１５−２、第２送信部１６−２、第２復調部２５−２、および、第２変調部２６−２から構成されている。第３通信部３５−３は、第３受信部１５−３、第３送信部１６−３、第３復調部２５−３、および、第３変調部２６−３から構成されている。第４通信部３５−４は、第４受信部１５−４、第４送信部１６−４、第４復調部２５−４、および、第４変調部２６−４から構成されている。以下、第１〜第４受信部１５−１〜１５−４の総称を「受信部１５」と呼ぶこともあり、第１〜第４復調部２５−１〜２５−４の総称を「復調部２５」と呼ぶこともあり、第１〜第４変調部２６−１〜２６−４の総称を「変調部２６」と呼ぶこともある。

高速通信用アンテナ群１１は、少なくとも１つの水平偏波用アンテナと、少なくとも１つの垂直偏波用アンテナとを組み合わせた複数のアンテナ１１ａから構成される。なお、高速通信用アンテナ群１１は、これに限ったものではなく、複数の交差偏波（cross polarized）アンテナから構成されるものであってもよい。高速通信用アンテナ群１１には、データを高速に伝送するＭＩＭＯやＳＤＭＡ（Space Division Multiple Access）などの空間多重方式を用いた通信に適したアンテナ群が適用される。本実施の形態では、ＭＩＭＯが用いられるものとして説明する。ＭＩＭＯでは、通信端末２の図示しないアンテナ群は、互いに異なる複数種類のデータがそれぞれ重畳された複数の無線信号を同一周波数でそれぞれ送信する。同様に、高速通信用アンテナ群１１は、互いに異なる複数種類のデータがそれぞれ重畳された複数の無線信号を同一周波数でそれぞれ送信する。

このように、複数種類のデータが基地局１と通信端末２との間で同時に送受信されることにより、高速通信用アンテナ群１１と通信端末２との間で送受信される単位時間当たりのデータ量を大きくすることができる。つまり、ＭＩＭＯは、基地局１と通信端末２との間の通信を高速化することができる。その結果、基地局１は、空間多重方式を用いた通信に適した高速通信用アンテナ群１１を用いれば、通信端末２との間の通信を高速化することができる。

本実施の形態では、短距離通信用アンテナ群１２、垂直偏波アンテナ群１３および水平偏波アンテナ群１４には、ビームを希望波に向けることが可能なアダプティブアレイアンテナ方式が用いられる。一般的に、アダプティブアレイアンテナ方式は、ＭＩＭＯよりも、通信範囲が広く、干渉に強い。

短距離通信用アンテナ群１２は、少なくとも１つの水平偏波用アンテナと、少なくとも１つの垂直偏波用アンテナとを組み合わせた複数のアンテナ１２ａから構成される。短距離通信用アンテナ群１２の利得は、高速通信用アンテナ群１１、垂直偏波アンテナ群１３および水平偏波アンテナ群１４のそれぞれの利得よりも低く設定されている。したがって、短距離通信用アンテナ群１２から送信される無線信号の信号レベルは、高速通信用アンテナ群１１、垂直偏波アンテナ群１３および水平偏波アンテナ群１４のそれぞれから送信される無線信号の信号レベルよりも小さくなる。これにより、短距離通信用アンテナ群１２の通信範囲は、高速通信用アンテナ群１１、垂直偏波アンテナ群１３、および、水平偏波アンテナ群１４のそれぞれの通信範囲よりも狭くなる。その結果、基地局１は、短距離通信用アンテナ群１２を用いれば、隣接する他の基地局１の通信範囲まで無線信号を送信する可能性を低くすることができる。

垂直偏波アンテナ群１３は、複数の垂直偏波アンテナ１３ａから構成される。水平偏波アンテナ群１４は、複数の水平偏波アンテナ１４ａから構成される。反射波が少ない田舎などの一般的な状況下において、基地局１は、垂直偏波アンテナ群１３を用いれば、水平偏波アンテナ群１４よりも、通信範囲が広くすることができる。一方、すでに垂直偏波の無線信号が多く使用され、垂直偏波の無線信号を用いた通信同士の干渉が多発している都会などの特殊な状況下において、基地局１は、水平偏波アンテナ群１４を用いれば、垂直偏波の無線信号と水平偏波の無線信号とは互いに干渉しないので、通信干渉を低減することができる。

第１受信部１５−１は、アンテナ群選択部４５が高速通信用アンテナ群１１を選択した場合に、高速通信用アンテナ群１１を構成する複数のアンテナ１１ａでそれぞれ受信された複数の受信信号に対してそれぞれダウンコンバートを行い、ダウンコンバートが行われた複数の受信信号のそれぞれを第１ベースバンド信号として、第１復調部２５−１、および、ＲＳＳＩ検出部３６に出力する。同様に、第２受信部１５−２は、アンテナ群選択部４５が短距離通信用アンテナ群１２を選択した場合に、短距離通信用アンテナ群１２を構成する複数のアンテナ１２ａでそれぞれ受信された複数の受信信号に対してそれぞれダウンコンバートを行い、ダウンコンバートが行われた複数の受信信号のそれぞれを第２ベースバンド信号として第２復調部２５−２、および、ＲＳＳＩ検出部３６に出力する。

同様に、第３受信部１５−３は、アンテナ群選択部４５が垂直偏波アンテナ群１３を選択した場合に、垂直偏波アンテナ群１３を構成する複数の垂直偏波アンテナ１３ａでそれぞれ受信された複数の受信信号に対してそれぞれダウンコンバートを行い、ダウンコンバートが行われた複数の受信信号のそれぞれを第３ベースバンド信号として第３復調部２５−３、および、ＲＳＳＩ検出部３６に出力する。同様に、第４受信部１５−４は、アンテナ群選択部４５が水平偏波アンテナ群１４を選択した場合に、水平偏波アンテナ群１４を構成する複数の水平偏波アンテナ１４ａでそれぞれ受信された複数の受信信号に対してそれぞれダウンコンバートを行い、ダウンコンバートが行われた複数の受信信号のそれぞれを第４ベースバンド信号として第４復調部２５−４、および、ＲＳＳＩ検出部３６に出力する。こうして、第１〜第４受信部１５−１〜１５−４のうち、アンテナ群選択部４５で選択されたアンテナ群に対応する受信部１５から、受信信号がＲＳＳＩ検出部３６に出力される。

第１受信部１５−１から出力される複数の第１ベースバンド信号のそれぞれは、通信端末２から送信された複数の送信信号が伝搬空間上で混ざり合ったものとなっている。通信端末２からの各送信信号に重畳されたデータを復元するためには、各送信信号の伝送路での特性を推定する必要がある。そこで、通信端末２では、当該伝送路の特性を推定するために各送信信号に既知信号が挿入される。第１復調部２５−１は、各第１ベースバンド信号に挿入された既知信号に基づいて、各送信信号が伝搬する、基地局１と通信端末２との間の伝搬路の特性を推定する。そして、第１復調部２５−１は、推定した伝送路の特性を用いて、第１ベースバンド信号に含まれる重畳された複数の送信信号を分離し、得られた複数の送信信号のそれぞれに対して復調処理を行って、通信端末２からの複数種類の送信データを取得する。第１復調部２５−１で取得された複数種類の送信データは、コンピュータ装置３７に出力される。

なお、通信端末２が、図示しない水平偏波アンテナ群を使用している場合には、当該通信端末２は、自機が使用している水平偏波アンテナ群を示す使用アンテナ情報を無線信号に重畳させて送信する。そのため、通信端末２が、水平偏波アンテナ群を使用している場合には、第１復調部２５−１からコンピュータ装置３７に出力される送信データには、水平偏波アンテナ群を示す使用アンテナ情報が含まれることになる。このようにして、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、および、次世代ＰＨＳなどの無線通信システムではあまり使用されない水平偏波アンテナ群が、通信端末２で使用される時には、その旨を基地局１に通知することができる。

第２復調部２５−２は、第２受信部１５−２から出力された複数の第２ベースバンド信号に対して、後述する受信用ウェイトを設定して（重み付けを行って）、各第２ベースバンド信号の位相および振幅を制御する。そして、第２復調部２５−２は、受信用ウェイト設定後の複数の第２ベースバンド信号を合成する。これにより、短距離通信用アンテナ群１２のビームを希望波に向けることができ、妨害波を除外することができる。そして、第２復調部２５−２は、複数の第２ベースバンド信号を合成することにより得られた信号に対して復調処理を行って、既知信号等のデータを取得する。第２復調部２５−２において復調処理を行うことにより取得されたデータは、コンピュータ装置３７に出力される。

なお、通信端末２が、図示しない水平偏波アンテナ群を使用している場合には、当該通信端末２は、自機が水平偏波アンテナ群を使用していることを示す使用アンテナ情報を無線信号に重畳させて送信する。そのため、通信端末２が、水平偏波アンテナ群を使用している場合には、第２復調部２５−２からコンピュータ装置３７に出力される送信データには、水平偏波アンテナ群を示す使用アンテナ情報が含まれることになる。

第２復調部２５−２は、複数の第２ベースバンド信号を合成することにより得られた信号に対して復調処理を行って取得した既知信号に基づいて、受信用ウェイトを算出する。第２復調部２５−２は、算出した受信用ウェイトに基づいて、送信用ウェイトを算出し、コンピュータ装置３７を介して、当該送信用ウェイトを第２変調部２６−２に出力する。

第３復調部２５−３は、第３受信部１５−３から出力された複数の第３ベースバンド信号のそれぞれに対して、第２復調部２５−２が第２受信部１５−２から出力された複数の第２ベースバンド信号のそれぞれに対して行った処理と同様の処理を行う。ただし、第３復調部２５−３は、求めた送信用ウェイトを第３変調部２６−３に出力する。第４復調部２５−４は、第４受信部１５−４から出力された複数の第４ベースバンド信号のそれぞれに対して、第２復調部２５−２が第２受信部１５−２から出力された複数の第２ベースバンド信号のそれぞれに対して行った処理と同様の処理を行う。ただし、第４復調部２５−４は、求めた送信用ウェイトを第４変調部２６−４に出力する。こうして、第１〜第４復調部２５−１〜２５−４のうち、アンテナ群選択部４５で選択されたアンテナ群に対応する復調部２５から、コンピュータ装置３７にデータが出力される。

ＲＳＳＩ検出部３６は、アンテナ群選択部４５で選択されたアンテナ群で受信された受信信号の信号レベルを検出する。例えば、アンテナ群選択部４５が高速通信用アンテナ群１１を選択した場合には、ＲＳＳＩ検出部３６には、第１受信部１５−１から、高速通信用アンテナ群１１を構成する複数のアンテナ１１ａがそれぞれ受信した複数の受信信号が出力される。この場合に、本実施の形態に係るＲＳＳＩ検出部３６は、複数のアンテナ１１ａでそれぞれ受信された複数の受信信号の信号レベルの平均値を求め、当該平均値を高速通信用アンテナ群１１で受信された受信信号の信号レベルとする。そして、ＲＳＳＩ検出部３６は、検出した信号レベルをコンピュータ装置３７に出力する。

センタ３からコンピュータ装置３７に送信されるデータには、当該データの送信対象となる通信端末２に設定されたＱｏＳ（Quality of Service）が付加されている。ＱｏＳとは、通信対象となる通信端末２についての通信の優先度である。つまり、通信端末２に設定されたＱｏＳが高いことは、基地局１と当該通信端末２との間でデータが高速に送受信される必要性が高いことを意味する場合が多い。基地局１は、ＱｏＳが高い通信端末２と優先的に通信を行う。ＱｏＳの設定値は、ＵＧＳ（Unsolicited Grant Service）や、ｒｔＰＳ（real-time Polling Service）などのサービス特性によって異なる。ＱｏＳ取得部４３は、センタ３から送信されるデータなどから、通信対象となる通信端末２のＱｏＳを取得する。

アンテナ情報取得部４４は、使用アンテナ情報が、アンテナ群選択部４５が選択したアンテナ群に対応する復調部２５から出力されるデータに含まれている場合に、当該データから使用アンテナ情報を取得する。

アンテナ群選択部４５は、４種類のアンテナ群の中から、通信対象となる通信端末２との通信に使用する１種類のアンテナ群を選択する。アンテナ群選択部４５は、例えば、この選択動作を一定時間内に複数回行う。図３は、アンテナ群選択部４５が、通信対象となる通信端末２との通信に使用するアンテナ群を選択する動作を示すフローチャートである。

まず、アンテナ群選択部４５は、ＱｏＳ取得部４３で取得したＱｏＳが閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、アンテナ群選択部４５は、ＱｏＳが閾値以上であると判定した場合には、４種類のアンテナ群のうち、多重空間方式を用いた通信に最も適した高速通信用アンテナ群１１を、通信対象となる通信端末２との通信に使用するアンテナ群として選択する（ステップＳ２）。

ステップＳ１において、アンテナ群選択部４５は、ＱｏＳが閾値未満であると判定した場合には、アンテナ群選択部４５は、アンテナ情報取得部４４が、水平偏波アンテナ群を示す使用アンテナ情報を取得したか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、アンテナ群選択部４５は、アンテナ情報取得部４４が、水平偏波アンテナ群を示す使用アンテナ情報を取得したと判定した場合には、４種類のアンテナ群のうち、特殊な状況下で通信干渉を低減する水平偏波アンテナ群１４を、通信対象となる通信端末２との通信に使用するアンテナ群として選択する（ステップＳ４）。これにより、通信対象の通信端末２が、水平偏波アンテナ群を使用している場合には、アンテナ情報取得部４４は、当該通信端末２が使用しているアンテナ群と同じ種類のアンテナ群を選択することになる。

ステップＳ３において、アンテナ群選択部４５は、アンテナ情報取得部４４が、水平偏波アンテナ群を示す使用アンテナ情報を取得しなかったと判定した場合には、ＲＳＳＩ検出部３６で検出された信号レベルが第１閾値、例えば、５０ｄＢμＶ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、アンテナ群選択部４５は、信号レベルが第１閾値以上であると判定した場合には、４種類のアンテナ群のうち、通信範囲が最も狭い短距離通信用アンテナ群１２を、通信対象となる通信端末２との通信に使用するアンテナ群として選択する（ステップＳ６）。これにより、通信対象の通信端末２が、基地局１の周辺にあり、当該通信端末２からの受信信号の信号レベルが大きいときには、アンテナ群選択部４５は、短距離通信用アンテナ群１２を選択することになる。

ステップＳ５において、アンテナ群選択部４５は、信号レベルが第１閾値未満であると判定した場合には、ＲＳＳＩ検出部３６で検出された信号レベルが第２閾値、例えば、３０ｄＢμＶ未満か否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７において、アンテナ群選択部４５は、信号レベルが第２閾値未満であると判定した場合には、４種類のアンテナ群のうち、一般的な状況下で通信範囲が最も広い垂直偏波アンテナ群１３を、通信対象となる通信端末２との通信に使用するアンテナ群として選択する（ステップＳ８）。これにより、通信対象の通信端末２が、基地局１から遠い地点にあり、当該通信端末２からの受信信号の信号レベルが小さいときには、アンテナ群選択部４５は、垂直偏波アンテナ群１３を選択することになる。

ステップＳ７において、信号レベルが第２閾値以上であると判定した場合には、４種類のアンテナ群のうち、デフォルトのアンテナ群を、通信端末２との通信に使用するアンテナ群として選択する（ステップＳ９）。アンテナ群選択部４５は、基地局１が新たな通信端末２と通信を行うたびに、ステップＳ９において使用される、デフォルトのアンテナ群を変更する。

図２に示されるコンピュータ装置３７は、第１〜第４変調部２６−１〜２６−４のうち、アンテナ群選択部４５により選択されたアンテナ群に対応する変調部２６に対して、センタ３からのデータを出力する。

無線リソース割当部４６は、通信対象となる通信端末２に対して無線リソースを割り当てる。ここで、無線リソースは、周波数軸と時間軸との２次元で表現される。図４は、無線リソース割当部４６の動作を示すフローチャートである。まず、無線リソース割当部４６は、アンテナ群選択部４５が、短距離通信用アンテナ群１２を選択したか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１において、無線リソース割当部４６は、短距離通信用アンテナ群１２が選択されていると判定した場合に、一フレームにおいて予め定められたゾーンを、短距離通信用アンテナ群１２に専用の無線リソース（以下、「短距離専用の無線リソース」と呼ぶ）として割り当てる（ステップＳ１２）。

図５は、基地局１と通信端末２との通信で使用される一フレーム５１を示す図である。図５（ａ）〜（ｃ）には、基地局１ａ〜１ｃのフレーム５１がそれぞれ示されている。本実施の形態では、一フレーム５１は、複数のゾーン５２−１〜５２−６（以下、「ゾーン５２」と呼ぶこともある）に分けられている。本実施の形態では、複数のゾーン５２−１〜５２−６のうち、ゾーン５２−１が、短距離専用の無線リソースとして使用される。

図５（ａ）〜（ｃ）のそれぞれには、短距離専用の無線リソースに相当するゾーン５２−１が斜線のハッチングで示されている。基地局１ａ〜１ｃの間では、ステップＳ１２が行われる際には、一フレーム５１内の同一のゾーン５２−１が、短距離専用の無線リソースとして、無線リソース割当部４６により割り当てられる。

ステップＳ１１において、無線リソース割当部４６は、短距離通信用アンテナ群１２が選択されていないと判定した場合には、ゾーン５２−１と少なくとも時間帯または周波数帯が異なるゾーン５２−２〜５２−６の一つを割り当てる（ステップＳ１３）。

図２に示される第１変調部２６−１は、アンテナ群選択部４５が高速通信用アンテナ群１１を選択した場合にコンピュータ装置３７から出力されるデータに基づいて、無線リソース割当部４６で割り当てられた無線リソースで特定される周波数帯の搬送波を変調して、ベースバンド信号を生成する。このベースバンド信号は、高速通信用アンテナ群１１を構成する複数のアンテナ１１ａの数だけ準備される。ただし、通信部３５−１は、ＭＩＭＯで通信するため、ここで準備される複数のベースバンド信号には、互いに異なる種類のデータがそれぞれ重畳される。そして、第１変調部２６−１は、自己が生成した複数のベースバンド信号を第１送信部１６−１に出力する。

第１送信部１６−１は、入力された複数のベースバンド信号をアップコンバートおよび増幅処理を行った後、複数のアンテナ１１ａにそれぞれ出力する。これにより、アンテナ群選択部４５が高速通信用アンテナ群１１を選択した場合に、高速通信用アンテナ群１１からは、複数の無線信号が送信される。

第２変調部２６−２は、アンテナ群選択部４５が短距離通信用アンテナ群１２を選択した場合にコンピュータ装置３７から出力されるデータに基づいて、無線リソース割当部４６で割り当てられた無線リソースで特定される周波数帯の搬送波を変調して、ベースバンド信号を生成する。このベースバンド信号は、短距離通信用アンテナ群１２を構成する複数のアンテナ１２ａの数だけ準備される。ここで準備される複数のベースバンド信号には、同一のデータが重畳される。そして、第２変調部２６−２は、第２復調部２５−２で算出された送信用ウェイトを、自己が生成した複数のベースバンド信号に設定し、送信用ウェイト設定後の複数のベースバンド信号を第２送信部１６−２に出力する。

第２送信部１６−２は、入力された複数のベースバンド信号をアップコンバートおよび増幅処理を行った後、複数のアンテナ１２ａにそれぞれ出力する。これにより、アンテナ群選択部４５が短距離通信用アンテナ群１２を選択した場合に、短距離通信用アンテナ群１２からは、通信端末２に向かって無線信号が送信される。

第３変調部２６−３は、アンテナ群選択部４５が垂直偏波アンテナ群１３を選択した場合にコンピュータ装置３７から出力されるデータに基づいて、無線リソース割当部４６で割り当てられた無線リソースで特定される周波数帯の搬送波を変調して、ベースバンド信号を生成する。このベースバンド信号は、垂直偏波アンテナ群１３を構成する複数の垂直偏波アンテナ１３ａの数だけ準備される。ここで準備される複数のベースバンド信号には、同一のデータが重畳される。第４変調部２６−４は、アンテナ群選択部４５が水平偏波アンテナ群１４を選択した場合にコンピュータ装置３７から出力されるデータに基づいて、無線リソース割当部４６で割り当てられた無線リソースで特定される周波数帯の搬送波を変調して、ベースバンド信号を生成する。このベースバンド信号は、水平偏波アンテナ群１４を構成する複数の水平偏波アンテナ１４ａの数だけ準備される。ここで準備される複数のベースバンド信号には、同一のデータが重畳される。

ベースバンド信号を生成した以降、第３変調部２６−３、および、第４変調部２６−４のそれぞれは、第２変調部２６−２がベースバンド信号を生成した以降の処理と同様の処理を行う。そして、第３送信部１６−３、および、第４送信部１６−４のそれぞれは、第２送信部１６−２と同様の処理を行う。

以上のような本実施の形態に係る基地局１は、少なくともＱｏＳに基づいて、通信対象となる通信端末２との通信に使用するアンテナ群を選択する。これにより、基地局１は、適切なアンテナ群を通信端末２との無線通信に使用することができるので、基地局１の通信性能を向上させることができる。例えば、通信対象の通信端末２に設定されたＱｏＳが高く、通信対象の通信端末２と高速に通信する必要がある場合には、本実施の形態のように、高速通信可能な多重空間方式に最適な高速通信用アンテナ群１１を選択することにより、ＱｏＳに応じた最適なアンテナ群を使用して通信することができる。

また、本実施の形態に係る基地局１は、ＱｏＳと受信信号の信号レベルとに基づいて、通信対象となる通信端末２との通信に使用するアンテナ群を選択する。これにより、基地局１は、ＱｏＳだけでなく信号レベルにも応じた適切なアンテナ群を通信端末２との無線通信に使用することができるので、基地局１の通信性能をさらに向上させることができる。例えば、基地局１は、通信対象の通信端末２からの受信信号の信号レベルが大きい場合に、本実施の形態のように、短距離通信用アンテナ群１２を選択することによって、他の基地局１との通信干渉を抑えつつ、近い場所に位置する通信対象の通信端末２と適切に通信することができる。また、基地局１は、通信対象の通信端末２からの受信信号の信号レベルが小さい場合に、一般的な状況下で通信範囲が最も広い垂直偏波アンテナ群１３を選択することによって、遠い場所に位置する通信対象の通信端末２と適切に通信することができる。

また、本実施の形態に係る基地局１は、アンテナ情報取得部４４が、使用アンテナ情報を取得した場合に、使用アンテナ情報により示されるアンテナ群を選択するため、通信端末２が使用するアンテナ群と同じ種類のアンテナ群を使用して、通信端末２と無線通信することができる。よって、基地局１の通信性能をさらに向上させることができる。例えば、基地局１は、通信対象の通信端末２から、水平偏波アンテナ群を示す使用アンテナ情報を取得した場合に、本実施の形態のように、水平偏波アンテナ群１４を選択することによって、都会などの特殊な状況下で、他の基地局１との通信干渉および通信端末２との通信干渉を抑えることができる。

また、本実施の形態に係る無線通信システムによれば、複数の基地局１ａ〜１ｃの間では、アンテナ群選択部４５により短距離通信用アンテナ群１２が選択される際に、無線リソース割当部４６により通信対象となる通信端末２に対して割り当てられる無線リソースがフレーム５１内で占めるゾーン５２−１が同一である。そのため、無線通信システム全体の無線リソースの利用効率を向上させることができる。また、この場合には、基地局１ａ〜１ｃのそれぞれが使用する短距離通信用アンテナ群１２の通信範囲が狭いため、基地局１ａ〜１ｃが同じ時間帯のフレーム５１で短距離通信用アンテナ群１２を使用して通信したとしても、基地局１ａ〜１ｃのそれぞれから送信される無線信号同士の干渉を低減することができる。

なお、本実施の形態では、通信の優先度が閾値以上であるか否か、使用アンテナ情報を取得したか否か、信号レベルが第１閾値以上であるか否か、信号レベルが第２閾値未満であるかの４項目について、この順番で判定した。しかし、４項目を判定する順番はこれに限ったものではなく、４項目をすべて重複なく並べた順番であれば、他の順番であっても良い。

＜実施の形態２＞
本実施の形態に係る無線通信システムのブロック構成は、図１に示される実施の形態１に係る無線通信システムのブロック構成と同じである。基地局１ａ〜１ｃの構成は、図２に示される基地局１の構成のうち、無線リソース割当部４６を省いた構成と同じである。基地局１ａ〜１ｃは、通信端末２ａ〜２ｃとそれぞれ無線通信を行っている。以下、本実施の形態に係る無線通信システムの構成のうち、実施の形態１に係る無線システムの構成と異なる構成について説明する。

基地局１は、アンテナ群選択部４５がアンテナ群を選択したときに、当該選択されたアンテナ群の種類を特定する情報（以下、「選択アンテナ情報」と呼ぶ）をセンタ３に出力する。

センタ３は、基地局１ａ〜１ｃの選択アンテナ情報に基づいて、基地局１ａ〜１ｃのそれぞれについて、通信端末２に送信する無線信号に使用すべき無線リソースを決定し、決定した無線リソースを特定する情報（以下、「無線リソース情報」と呼ぶ）を、基地局１ａ〜１ｃのそれぞれに出力する。基地局１に入力された無線リソース情報は、コンピュータ装置３７を介して、第１〜第４変調部２６−１〜２６−４のうち、アンテナ群選択部４５に選択されたアンテナ群に対応する変調部２６に入力される。変調部２６は、コンピュータ装置３７から出力されるデータに基づいて、センタ３で割り当てられた無線リソースで特定される周波数帯の搬送波を変調する。こうして、センタ３は、各基地局１に対して、通信対象となる通信端末２と通信する際に使用する無線リソースを割り当てる。

図６は、本実施の形態に係るセンタ３の動作を示すフローチャートである。以下、基地局１ａから通信端末２ａに送信される無線信号の無線リソースを「無線リソースＡ」、基地局１ｂから通信端末２ｂに送信される無線信号の無線リソースを「無線リソースＢ」、基地局１ｃから通信端末２ｃに送信される無線信号の無線リソースを「無線リソースＣ」と呼ぶ。

まず、センタ３は、基地局１ａからの選択アンテナ情報と、基地局１ｂからの選択アンテナ情報を調べ、基地局１ａおよび基地局１ｂの少なくとも一方が短距離通信用アンテナ群１２を使用するか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において、センタ３は、基地局１ａおよび基地局１ｂのいずれも短距離通信用アンテナ群１２を使用しないと判定した場合には、無線リソースＡと無線リソースＢとを互いに異ならせる（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２の後、センタ３は、基地局１ｃからの選択アンテナ情報を調べ、基地局１ｃが短距離通信用アンテナ群１２を使用するか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３において、センタ３は、基地局１ｃが短距離通信用アンテナ群１２を使用しないと判定した場合には、無線リソースＡと無線リソースＢと無線リソースＣとを互いに異ならせる（ステップＳ２４）。図７（ａ）〜（ｃ）には、ステップＳ２４により基地局１ａ〜１ｃにそれぞれ割り当てられる無線リソースＡ〜Ｃに相当するゾーン５２が、斜線のハッチングでそれぞれ示されている。つまり、ステップＳ２４では、無線リソースＡとして、ゾーン５２−１と、ゾーン５２−５が割り当てられ、無線リソースＢとして、ゾーン５２−３と、ゾーン５２−４が割り当てられ、無線リソースＣとして、ゾーン５２−２と、ゾーン５２−６が割り当てられる。

ステップＳ２３において、センタ３は、基地局１ｃが短距離通信用アンテナ群１２を使用すると判定した場合には、無線リソースＡおよび無線リソースＢのいずれか一方のみと、無線リソースＣとを一致させる（ステップＳ２５）。図８（ａ）〜（ｃ）には、ステップＳ２５により基地局１ａ〜１ｃにそれぞれ割り当てられる無線リソースＡ〜Ｃに相当するゾーン５２が、斜線のハッチングでそれぞれ示されている。この図では、センタ３が、無線リソースＡと無線リソースＣとを一致させたときの一例が示されている。

図８に示すように、センタ３は、無線リソースＡと無線リソースＣに同じゾーン５２−１，５２−５を割り当てることにより、ステップＳ２４では無線リソースＣに割り当てられていたゾーン５２−２，５２−６を、短距離通信用アンテナ群１２以外のアンテナ群を使用する際に、無線リソースＣとして用いることができる。こうして、ステップＳ２５では、無線通信システム全体での無線リソースの利用効率を向上させることができる。また、この場合には、基地局１ｃが使用する短距離通信用アンテナ群１２の通信範囲が狭いため、基地局１ｃから送信される無線信号と基地局１ａから送信される無線信号との干渉を低減することができる。なお、ここでは、センタ３が、無線リソースＡと無線リソースＣとを一致させる場合について説明したが、無線リソースＢと無線リソースＣとを一致させるときも、同様の効果を得ることができる。

ステップＳ２１において、センタ３は、基地局１ａおよび基地局１ｂのいずれか一方のみが、短距離通信用アンテナ群１２を使用すると判定した場合には、センタ３は、基地局１ｃからの選択アンテナ情報を調べ、基地局１ｃが短距離通信用アンテナ群１２を使用するか否かを判定する（ステップＳ２６）。

センタ３が、ステップＳ２１において、基地局１ａが、短距離通信用アンテナ群１２を使用すると判定し、かつ、ステップＳ２６において、基地局１ｃが、短距離通信用アンテナ群１２を使用しないと判定した場合には、無線リソースＢおよび無線リソースＣのいずれか一方のみと、無線リソースＡとを一致させる（ステップＳ２７）。この割り当て動作により、ステップＳ２７では、ステップＳ２５と同様、無線通信システム全体での無線リソースの利用効率を向上させることができ、かつ、基地局１ｂから送信される無線信号、および、基地局１ｃから送信される無線信号のいずれか一方と、基地局１ａから送信される無線信号との干渉を低減することができる。

また、センタ３が、ステップＳ２１において、基地局１ｂが、短距離通信用アンテナ群１２を使用すると判定し、かつ、ステップＳ２６において、基地局１ｃが、短距離通信用アンテナ群１２を使用しないと判定した場合には、無線リソースＣおよび無線リソースＡのいずれか一方のみと、無線リソースＢとを一致させる（同ステップＳ２７）。この割り当て動作により、ステップＳ２７では、ステップＳ２５と同様、無線通信システム全体での無線リソースの利用効率を向上させることができ、かつ、基地局１ｃから送信される無線信号、および、基地局１ａから送信される無線信号のいずれか一方と、基地局１ｂから送信される無線信号との干渉を低減することができる。

センタ３が、ステップＳ２６において、基地局１ｃが、短距離通信用アンテナ群１２を使用すると判定した場合には、無線リソースＡと、無線リソースＢと、無線リソースＣとを互いに一致させる（ステップＳ２８）。図９（ａ）〜（ｃ）には、ステップＳ２８により基地局１ａ〜１ｃにそれぞれ割り当てられる無線リソースＡ〜Ｃに相当するゾーン５２が、斜線のハッチングでそれぞれ示されている。

図９に示すように、センタ３は、無線リソースＡと、無線リソースＢおよび無線リソースＣに対して同一のゾーン５２−１，５２−５を割り当てることにより、ステップＳ２４では、無線リソースＣに割り当てられていたゾーン５２−２，５２−６を、短距離通信用アンテナ群１２以外のアンテナ群を使用する際に、無線リソースＣとして用いることができる。また、ステップＳ２４では、無線リソースＢに割り当てられていたゾーン５２−３，５２−４を、短距離通信用アンテナ群１２以外のアンテナ群を使用する際に、無線リソースＢとして用いることができる。こうして、ステップＳ２８では、ステップＳ２５、Ｓ２７よりも、無線通信システム全体での無線リソースの利用効率を向上させることができる。また、基地局１ａ〜１ｃのそれぞれから送信される無線信号同士の干渉を低減することができる。

センタ３は、基地局１ａおよび基地局１ｂのいずれも、短距離通信用アンテナ群１２を使用すると判定した場合には、無線リソースＡと、無線リソースＢと、無線リソースＣとを互いに一致させる（ステップＳ２９）。この割り当て動作により、ステップＳ２８と同様の効果を得ることができる。

以上のような本実施の形態に係る無線通信システムによれば、３つの基地局１ａ〜１ｃのうち、短距離通信用アンテナ群１２を使用する基地局１がある場合、当該基地局１から短距離通信用アンテナ群１２を介して送信される無線信号の無線リソースと、他の基地局１から送信される無線信号の無線リソースとが一致する。これにより、無線通信システム全体での無線リソースの利用効率を向上させることができる。また、短距離通信用アンテナ群１２を使用する基地局１がある場合に、その基地局１の無線リソースと他の基地局１の無線リソースとを同じにしているため、それら基地局１の間での干渉を抑制することができる。

なお、垂直偏波アンテナ群１３から出力される無線信号と、水平偏波アンテナ群１４から出力される無線信号は、互いに偏波面が異なるため、互いに干渉しない。そこで、例えば、センタ３は、基地局１ａが、垂直偏波アンテナ群１３を使用して通信端末２と無線通信を行い、かつ、基地局１ｂが、水平偏波アンテナ群１４を使用して通信端末２と無線通信を行う場合には、基地局１ａに割り当てる無線リソースと、基地局１ｂに割り当てる無線リソースとを同一にするものであってもよい。このようにすることで、無線リソースの利用効率を向上させることができるとともに、基地局１ａと基地局１ｂの間での干渉を抑制することができる。

１，１ａ〜１ｃ 基地局
２，２ａ〜２ｃ 通信端末
３ センタ
１１ 高速通信用アンテナ群
１２ 短距離通信用アンテナ群
１３ 垂直偏波アンテナ群
１４ 水平偏波アンテナ群
３５，３５−１〜３５−４ 通信部
３６ ＲＳＳＩ検出部
３７ コンピュータ装置
４３ ＱｏＳ取得部
４４ アンテナ情報取得部
４５ アンテナ群選択部
４６ 無線リソース割当部
５１ フレーム
５２，５２−１〜５２−６ ゾーン
Ｐ 動作プログラム

Claims (1)

1. 互いに通信範囲が部分的に重複している複数の通信装置を備え、
   前記複数の通信装置のそれぞれは、
   互いに異なる通信性能を有する複数種類のアンテナ群と、
   通信対象となる通信相手装置についての通信の優先度を、外部からのデータから取得する優先度取得部と、
   前記通信対象となる通信相手装置からの受信信号の信号レベルを取得する信号レベル取得部と、
   前記優先度と前記信号レベルとに基づいて、前記複数種類のアンテナ群から、前記通信対象となる通信相手装置との通信に使用するアンテナ群を選択するアンテナ群選択部と、
   前記通信対象となる通信相手装置に対して無線リソースを割り当てる無線リソース割当部と、
   前記無線リソース割当部が割り当てた無線リソースを用いて、前記アンテナ群選択部で選択されたアンテナ群を介して、前記通信対象となる通信相手装置と無線通信を行う通信部と
   を備え、
   前記複数の通信装置の間では、前記アンテナ群選択部により前記複数種類のアンテナ群のうち通信範囲が最も狭いアンテナ群が選択される際に、前記無線リソース割当部により前記通信対象となる通信相手装置に対して割り当てられる無線リソースがフレーム内で占めるゾーンが同一である、通信システム。

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