JP5432538B2 - 無線通信システム、基地局および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、基地局間の通信技術に関する。

基地局と通信端末との間の複信方式として、例えば、ＴＤＤ（Time Division Duplexing：時分割複信）方式を採用した通信システムが存在する。

ＴＤＤ方式では、受信と送信とが交互に切り替えて高速に行われるが、上記通信システムにおいて基地局が複数存在した場合、受信のタイミングと送信のタイミングとが基地局間でずれると、一方の基地局で送信されたデータが他方の基地局で受信されることになり、基地局と通信端末との間で通信ができなくなる。

このため、上記通信システムでは基地局間で同期がとられるが、基地局間で同期をとる手法としては、例えば、各基地局にＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を設け、ＧＰＳを利用して基地局同士の同期をとる手法が存在する（例えば、特許文献１）。

しかし、特許文献１に記載の手法では、全ての基地局にＧＰＳ受信機を設けることになるため、設置コストが高くなる。

特表平８−５０３８２２号公報

これに対して、全ての基地局にＧＰＳ受信機を設置せずに基地局間で同期をとる手法としては、ＧＰＳ受信機を持つ基準基地局とＧＰＳ受信機を持たない従属基地局との間で無線通信により同期をとる手法が考えられる。

しかしながら、当該手法では、従属基地局が基準基地局から送信された同期信号を受信している間、従属基地局は通信端末と通信することができなくなる。

このような基地局と通信端末との間の通信が基地局間通信の影響を受ける現象は、基地局間で同期信号の送受信を行う場合だけでなく、基地局間で他の信号の送受信を行う場合にも発生しうる。

そこで、本発明は、従属基地局が基準基地局から送信された信号を受信している間、従属基地局が通信端末と通信できる可能性を高め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、本発明に係る無線通信システムは、複数のアンテナを有する第１基地局と、前記第１基地局へ所定信号を送信する第２基地局とを備え、前記第１基地局は、前記複数のアンテナのうち、少なくとも１のアンテナを前記所定信号の受信用アンテナに設定すること、前記複数のアンテナのうち、少なくとも２のアンテナを通信端末との通信用アンテナに設定することが可能なアンテナ設定制御手段と、前記通信用アンテナで構成されるアレーアンテナの指向性を制御して、前記受信用アンテナの方向に当該指向性の落ち込み部分を向けることができる指向性制御手段と、前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いているか否かを判定する判定手段とを有し、前記アンテナ設定制御手段は、前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、前記判定手段によって前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていないと判定された場合、前記アンテナ選択手段で選択された前記組合せ通りに、前記複数のアンテナの中から前記受信用アンテナと前記通信用アンテナとを設定する組合せ決定手段と、を有し、前記アンテナ設定制御手段は、前記判定手段によって、前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの全ての組合せにおいて、前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていると判定された場合、前記複数のアンテナの全てを前記通信用アンテナとして設定する。

また、本発明に係る無線通信システムの一態様では、前記第１基地局は、前記アレーアンテナで受信された前記通信端末からの受信信号に基づいて、前記通信端末の位置に関する位置情報を取得する位置情報取得手段をさらに有し、前記判定手段は、前記判定にあたり、前記位置情報と、前記受信用アンテナの方向に前記指向性の落ち込み部分を向ける指向性パターンを形成するためのウェイトとを用いる。

また、本発明に係る無線通信システムの一態様では、前記第１基地局は、予め取得された前記ウェイトを記憶する記憶手段をさらに有する。

また、本発明に係る無線通信システムの一態様では、前記第１基地局は、前記アレーアンテナで受信される前記受信用アンテナからの信号に基づいて、前記ウェイトを算出するウェイト算出手段をさらに有する。

また、本発明に係る無線通信システムの一態様では、前記第２基地局は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する受信手段を有し、前記第２基地局は、前記ＧＰＳ信号に基づいて基準タイミング信号を生成し、当該基準タイミング信号に基づいてＴＤＤ方式で前記通信端末との通信を行うとともに、当該基準タイミング信号を特定するための同期信号を前記所定信号として出力し、前記第１基地局は、前記同期信号に基づいて前記基準タイミング信号に同期したタイミング信号を生成し、当該タイミング信号に基づいてＴＤＤ方式で前記通信端末との通信を行う。

また、本発明に係る無線通信システムの一態様では、前記無線通信システムは、前記第１基地局の前記受信用アンテナに関するアンテナ情報を前記第１基地局から前記第２基地局に送る伝送手段をさらに備え、前記第２基地局は、複数のアンテナで構成されるアレーアンテナと、前記アンテナ情報に基づいて、前記受信用アンテナの方向にビームが向くように前記アレーアンテナの指向性を制御する指向性制御手段とを有する。

また、本発明に係る基地局は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナのうち、少なくとも１のアンテナを他の基地局から送信される所定信号の受信用アンテナに設定すること、前記複数のアンテナのうち、少なくとも２のアンテナを通信端末との通信用アンテナに設定することが可能なアンテナ設定制御手段と、前記通信用アンテナで構成されるアレーアンテナの指向性を制御して、前記受信用アンテナの方向に当該指向性の落ち込み部分を向けることができる指向性制御手段と、前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いているか否かを判定する判定手段とを備え、前記アンテナ設定制御手段は、前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、前記判定手段によって前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていないと判定された場合、前記アンテナ選択手段で選択された前記組合せ通りに、前記複数のアンテナの中から前記受信用アンテナと前記通信用アンテナとを設定する組合せ決定手段とを有し、前記アンテナ設定制御手段は、前記判定手段によって、前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの全ての組合せにおいて、前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていると判定された場合、前記複数のアンテナの全てを前記通信用アンテナとして設定する。

また、本発明に係る無線通信方法は、ａ）基地局に設けられた複数のアンテナのうち、少なくとも１のアンテナを前記基地局とは異なる他の基地局から送信される所定信号の受信用アンテナに設定し、前記複数のアンテナのうち、少なくとも２のアンテナを通信端末との通信用アンテナに設定する工程と、ｂ）前記通信用アンテナで構成されるアレーアンテナの指向性を制御して、前記受信用アンテナの方向に前記指向性の落ち込み部分を向ける工程と、ｃ）前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いているか否かを判定する工程とを備え、前記工程ａ）は、ａ−１）前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの組合せを選択する工程と、ａ−２）前記工程ｃ）によって前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていないと判定された場合、前記工程ａ−１）で選択された前記組合せ通りに、前記複数のアンテナの中から前記受信用アンテナと前記通信用アンテナとを設定する工程とを有し、ｄ）前記工程ｃ）によって、前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの全ての組合せにおいて、前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていると判定された場合、前記複数のアンテナの全てを前記通信用アンテナとして設定する工程をさらに備える。

本発明によれば、第１基地局が第２基地局から送信された所定信号を受信している間、第１基地局が通信端末と通信できる可能性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。 受信用アンテナの方向にヌルを向けるヌル制御を実行した際の様子を示す図である。 受信用アンテナの方向にヌルを向けるヌル制御を実行した際の様子を示す図である。 受信用アンテナの方向にヌルを向けるヌル制御を実行した際の様子を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る従属基地局の機能構成図である。 受信信号解析部の詳細構成を示す図である。 無線通信を行う際の第１実施形態に係る従属基地局の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る従属基地局の機能構成図である。 受信信号解析部の詳細構成を示す図である。 無線通信を行う際の第２実施形態に係る従属基地局の動作を示すフローチャートである。 変形例に係る無線通信システムの構成を示す図である。

＜１．第１実施形態＞
＜概要＞
図１は本発明の第１実施形態に係る無線通信システム１Ａの構成を示す図である。

本実施形態に係る無線通信システム１Ａは、基準基地局（第２基地局）１０と従属基地局（第１基地局）２０Ａと通信端末（「移動局」とも称する）３０とを含んで構成される。

基準基地局１０は、ＧＰＳ衛星ＧＴからのＧＰＳ信号ＳＮｇをＧＰＳアンテナＡＮｇを介して受信するＧＰＳ受信機１０１と、複数（ここでは４つ）のアンテナ素子（単に「アンテナ」とも称する）ＡＫ１〜ＡＫ４とを備えている。

従属基地局２０Ａは、複数（ここでは４つ）のアンテナ素子ＡＪ１〜ＡＪ４を備えている。

基準基地局１０および従属基地局２０Ａは、複数のアンテナＡＫ１〜ＡＫ４，ＡＪ１〜ＡＪ４を介して例えば携帯電話機等の通信端末３０と通信可能となっている。通信端末３０と基地局１０，２０Ａとの通信ＫＴは、送信期間と受信期間とを交互に繰り返すＴＤＤ（Time Division Duplexing）方式に基づいて行われる。

また、無線通信システム１Ａでは、基地局間において同期がとられ、各基地局１０，２０における通信端末３０からのデータの受信タイミングおよび通信端末３０へのデータの送信タイミングは合致するように構成される。このように、通信端末３０との通信信号の送受信のタイミングを合わせるために基地局間で同期をとることによれば、所定基地局１０，２０と通信端末３０との通信中に、所定基地局１０，２０から送信されたデータを他の基地局で受信してしまうこと、および他の基地局から送信されたデータを所定基地局１０，２０で受信してしまうことを防止することができる。

基地局間で同期をとる際には、ＧＰＳ信号ＳＮｇの絶対時刻が用いられる。

具体的には、基地局間の同期をとるための基準となるタイミング信号（「基準タイミング信号」とも称する）は、基準基地局１０において、ＧＰＳアンテナＡＮｇを介して受信されるＧＰＳ信号ＳＮｇの絶対時刻を用いて生成される。そして、基準基地局１０では、基準タイミング信号に基づいて、通信端末３０との通信ＫＴにおける送受信タイミングが制御される。また、基準基地局１０は、当該基準タイミング信号を特定するための同期信号を出力する。一方、従属基地局２０では、無線通信ＫＫにより基準基地局１０から送信された同期信号に基づいて基準タイミング信号に同期したタイミング信号（「同期タイミング信号」とも称する）が生成され、当該同期タイミング信号に基づいて通信端末３０との通信ＫＴにおける送受信タイミングが制御される。

このように、基地局の中にＧＰＳ受信機１０１を持たない従属基地局２０Ａを設けることによれば、全ての基地局にＧＰＳ受信機１０１を設ける場合に比べて、ＧＰＳ受信機１０１の設置コストを削減することができる。

＜従属基地局２０Ａについて＞
本実施形態に係る無線通信システム１Ａでは、基地局間の同期をとる場合、従属基地局２０Ａにおける複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４のうち、少なくとも１本のアンテナが同期信号を受信するための受信用アンテナとして選択される。また、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４のうち、残りのアンテナが通信端末３０との通信ＫＴを行うための通信用アンテナとして選択される。そして、従属基地局２０Ａでは、各通信用アンテナで構成されるアレーアンテナの重み付け係数（「ウェイト」とも称する）を制御して当該アレーアンテナの指向性を変化させ、受信用アンテナの方向に指向性の落ち込み部分（「ヌル（Null）」または「ヌル点」とも称する）を向けるようにヌル制御（ヌルステアリング）が行われる。なお、各通信用アンテナで構成されるアレーアンテナは、通信用アンテナ群とも称される。

例えば、図１に示されるように、従属基地局２０ＡのアンテナＡＪ１が受信用アンテナとして選択された場合は、アンテナＡＪ２〜ＡＪ４で構成されるアレーアンテナの指向性は、アンテナＡＪ１の方向にヌル（図１ではハッチングで示される領域ＨＲ１）を向けるように制御される。

また、従属基地局２０Ａでは、受信用アンテナの方向にヌルを向ける上述のヌル制御の実行によって、通信端末３０にヌルが向かないように、アンテナＡＪ１〜ＡＪ４の中から通信用アンテナと受信用アンテナとが選択される。図２、図３および図４は、受信用アンテナの方向にヌルを向けるヌル制御を実行した際の様子を示す図である。

具体的には、アンテナＡＪ１を受信用アンテナ、アンテナＡＪ２〜ＡＪ４を通信用アンテナ群としてそれぞれ選択した上で、アンテナＡＪ２〜ＡＪ４をアレーアンテナとして用いて受信用アンテナ（ここでは、アンテナＡＪ１）の方向にヌルを向けるヌル制御を行う場合を想定して説明する。この場合、図２に示されるように、当該ヌル制御によって受信用アンテナ以外の方向にもヌル（図２ではハッチングで示される領域ＨＲ２〜ＨＲ４）が向けられることになる。このため、図３に示されるように、通信端末３０の存在方向が、ヌル制御によって発生したヌルの方向と一致した場合、通信端末３０の受信感度が悪化し、通信端末３０と従属基地局２０Ａとの通信ＫＴが行えなくなる可能性が高くなる。

そこで、本実施形態の従属基地局２０Ａでは、受信用アンテナの方向にヌルを向けるヌル制御を行った場合に、例えば、図４に示されるように、通信端末３０の方向にヌル（ハッチング領域ＨＲ５）が向かないように、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４の中から受信用アンテナと通信用アンテナとが決定される。なお、図４には、アンテナＡＪ２を受信用アンテナに設定し、アンテナＡＪ１，ＡＪ３，ＡＪ４をアレーアンテナとして用いて受信用アンテナの方向にヌルを向けるヌル制御を行った場合が示されている。

以下では、このような動作を実現する従属基地局２０Ａの機能構成について説明する。図５は、従属基地局２０Ａの機能構成図である。図６は、受信信号解析部２１Ａの詳細構成を示す図である。

図５に示すように、従属基地局２０Ａは、受信信号解析部２１Ａ、ウェイト情報記憶部２２、指向性判定部２３、アンテナ設定制御部２４、ウェイト設定部２５、およびフレーム同期信号抽出部２６を備えている。

受信信号解析部２１Ａは、アンテナＡＪ１〜ＡＪ４で受信した信号に基づいて、通信端末３０の位置情報を取得する機能およびウェイトを演算する機能を有している。具体的には、図６に示されるように、受信信号解析部２１Ａは、端末位置情報取得部２１１〜２１４とビーム用ウェイト算出部２１５とを有している。

端末位置情報取得部２１１〜２１４は、通信用アンテナで構成されるアレーアンテナで受信される通信端末３０からの信号に基づいて、通信端末３０の位置（存在方向）に関する情報（「位置情報」とも称する）を取得する機能を有している。

より詳細には、アレーアンテナに含まれるアンテナの素子数（本数）をｎ、通信端末３０の送信信号をＳ（ｔ）、各アンテナにおけるウェイトをＷｉ、送信信号の到来角度をφ、各アンテナにおける通信端末３０の方向を示す値をＶｉ（φ）とすると、アレーアンテナの出力（アレー出力）Ｆ（ｔ）は、式（１）のように表される。そして、端末位置情報取得部２１１〜２１４では、式（１）におけるＶｉ（φ）が通信端末３０の位置情報として取得される。

また、端末位置情報取得部２１１〜２１４は、通信用アンテナ群の組合せに各々対応して設けられており、各組合せに応じた位置情報をそれぞれ取得する。

ビームウェイト算出部２１５は、全てのアンテナＡＪ１〜ＡＪ４で受信される通信端末３０からの信号に基づいて、通信端末３０にビームを向ける指向性パターンを形成するためのウェイト（「ビームウェイト」とも称する）を算出する機能を有している。

ウェイト情報記憶部２２（図５参照）には、受信用アンテナの方向にヌルを向ける指向性パターンを形成するためのウェイト（「アンテナヌルウェイト」とも称する）がウェイト情報として記憶されている。当該ウェイト情報は、アンテナＡＪ１〜ＡＪ４の設置位置に基づいて通信用アンテナ群の組合せごとに予め取得されている。

指向性判定部２３は、端末位置情報取得部２１１〜２１４で取得された通信端末３０の位置情報とアンテナヌルウェイトとを用いて、アンテナヌルウェイトで形成される指向性パターンにおいてヌルが通信端末３０の方向に向いているか否かを判定する機能を有している。

通信端末３０の方向にヌルが向いているか否かの判定は、通信端末３０の位置情報Ｖｉ（φ）と各アンテナについてのアンテナヌルウェイトＡＷｉとを用いて表される数式が、式（２）に示される関係を満たしているか否かに基づいて行われる。

受信と送信の伝搬路が同一であるとすると、通信端末３０に対して各通信用アンテナから送信される無線信号は、各通信用アンテナについてのアンテナヌルウェイトＡＷｉと各通信用アンテナにおける通信端末３０の位置情報Ｖｉ（φ）と送信信号ＳＫ（ｔ）との積で表される。そして、各通信用アンテナで構成されるアレーアンテナから通信端末３０に送信される無線信号Ｍ（ｔ）は、式（３）に示されるように、各通信用アンテナから送信される無線信号の和で表現されることになる。

ここで、アンテナヌルウェイトＡＷｉで形成される指向性パターンにおいて通信端末３０の方向にヌルが向いている場合は、当該アンテナヌルウェイトＡＷｉと通信端末３０の位置情報Ｖｉ（φ）との積の総和が小さくなり、通信端末３０に対する無線信号Ｍ（ｔ）の振幅は小さくなる。

このため、本実施形態では、無線信号Ｍ（ｔ）に含まれるアンテナヌルウェイトＡＷｉと通信端末３０の位置情報Ｖｉ（φ）との積の総和に対して閾値Ｃを設定し、当該積の総和が閾値Ｃよりも小さい場合に、当該アンテナヌルウェイトＡＷｉで形成される指向性パターンでは通信端末３０の方向にヌルが向いていると判定する。

すなわち、指向性判定部２３では、式（２）の関係が満たされる場合は、当該アンテナヌルウェイトで形成される指向性パターンにおいて通信端末３０の方向にヌルが向いていると判定される。一方、式（２）の関係が満たされない場合は、当該アンテナヌルウェイトで形成される指向性パターンにおいて通信端末３０の方向にヌルが向いていないと判定される。

なお、上記式（２）中のＣは、通信端末３０の方向にヌルが向いているか否かを判定するための閾値であり、実機検証に基づいて取得される。

また、指向性判定部２３は、判定結果に応じて、アンテナヌルウェイトまたはビームウェイトをウェイト設定部２５に送る。例えば、指向性判定部２３は、アンテナヌルウェイトで形成される指向性パターンにおいてヌルが通信端末３０の方向に向いていないと判定された場合は、当該アンテナヌルウェイトをウェイト設定部２５に送る。

アンテナ設定制御部２４は、指向性判定部２３における判定結果を用いて、アンテナＡＪ１〜ＡＪ４の中から受信用アンテナと通信用アンテナとを設定する機能を有している。

また、アンテナ設定制御部２４は、送受信切替スイッチＳＷ１および受信アンテナ設定スイッチＳＷ２と協働して、アンテナを切り替える切替動作をも実行する。なお、アンテナ設定制御部２４は、送受信切替スイッチＳＷ１を介してアンテナＡＪ１〜ＡＪ４ごとに送受信の切替制御を行うことができる。

ウェイト設定部２５は、指向性判定部２３から送られたアンテナヌルウェイト、またはビームウェイトを送信信号に乗算して（掛け合わせて）無線信号を生成する。例えば、通信端末３０の方向にヌルが向かない指向性パターンを形成可能なアンテナヌルウェイトで無線信号を生成した場合、従属基地局２０は、受信用アンテナの方向にヌルを向けつつ、通信端末３０の方向にヌルを向けない指向性パターンで無線信号を送信可能となる。

このように、ウェイト設定部２５は、指向性判定部２３と協働して、通信用アンテナで構成されるアレーアンテナの指向性を制御する指向性制御手段として機能する。

フレーム同期信号抽出部２６は、受信用アンテナで受信された信号からフレーム同期信号を抽出する。従属基地局２０Ａでは、当該フレーム同期信号に基づいて基準基地局１０の基準タイミング信号と同期した同期タイミング信号が生成され、当該同期タイミング信号に基づいてＴＤＤ方式で通信端末３０との通信ＫＴが行われる。これにより、各基地局１０，２０Ａにおいて通信端末３０との送受信のタイミングを合致させることが可能になる。

＜従属基地局２０Ａの動作＞
ここで、基地局間で同期をとるための無線通信ＫＫを行う際の従属基地局２０Ａの動作について詳述する。図７は、無線通信ＫＫを行う際の従属基地局２０Ａの動作を示すフローチャートである。

基地局間で同期をとる際には、従属基地局２０ＡにおいてアンテナＡＪ１〜ＡＪ４の設定処理が行われ、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４の中から通信用アンテナ群と受信用アンテナとがそれぞれ設定される。

具体的には、図７に示されるようにステップＳＰ１１では、アンテナ設定制御部２４によってアンテナの役割を仮設定するアンテナ仮設定処理が行われる。アンテナ仮設定処理では、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４の中から通信用アンテナ群と受信用アンテナとがそれぞれ仮設定される。このように、アンテナ設定制御部２４は、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４における受信用アンテナおよび通信用アンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段としての機能も有している。

ステップＳＰ１２では、受信信号解析部２１Ａの端末位置情報取得部２１１〜２１４のいずれかによって通信端末３０の位置情報が取得される。例えば、ステップＳＰ１１において、アンテナＡＪ１が受信用アンテナに、アンテナＡＪ２〜ＡＪ４が通信用アンテナにそれぞれ仮設定されたとすると、アンテナＡＪ２〜ＡＪ４で構成されるアレーアンテナで通信端末３０からの信号が受信される。そして、ステップＳＰ１２では、当該アレーアンテナの出力に基づいて端末位置情報取得部２１１で通信端末３０の位置情報が取得される。

次のステップＳＰ１３では、指向性判定部２３によって、ステップＳＰ１２で取得された通信端末３０の位置情報とウェイト情報記憶部２２に記憶されたアンテナヌルウェイトとを用いて、当該アンテナヌルウェイトで形成される指向性パターンにおいて通信端末３０の方向にヌルが向いているか否かが判定される。

そして、ステップＳＰ１３において、通信端末３０の方向にヌルが向いていないと判定された場合は、ステップＳＰ１４に移行される。

ステップＳＰ１４では、アンテナ設定制御部２４によって、ステップＳＰ１１で仮設定されたとおりにアンテナの役割が決定される。例えば、ステップＳＰ１１でアンテナＡＪ１が受信用アンテナに仮設定され、アンテナＡＪ２〜ＡＪ４が通信用アンテナに仮設定されていた場合は、アンテナＡＪ１が受信用アンテナに、アンテナＡＪ２〜ＡＪ４が通信用アンテナにそれぞれ決定される。このように、アンテナ設定制御部２４は、アンテナ選択手段で選択された組合せ通りに、受信用アンテナおよび通信用アンテナを設定する組合せ決定手段としての機能も有している。そして、ステップＳＰ１３で用いられたアンテナヌルウェイトが、送信信号に乗算するアンテナヌルウェイトとして用いられる。

一方、ステップＳＰ１３において、通信端末３０の方向にヌルが向いていると判定された場合は、ステップＳＰ１１で仮設定されたアンテナの役割は不適であるとされ、ステップＳＰ１５に移行される。

ステップＳＰ１５では、アンテナ設定制御部２４によって全てのアンテナＡＪ１〜ＡＪ４を受信用アンテナとして仮設定済みか否かが判定される。

ステップＳＰ１５において設定済みでないと判定された場合は、ステップＳＰ１１に移行され、アンテナ仮設定処理が再度実行され、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４における受信用アンテナおよび通信用アンテナの組合せが変更される。例えば、前回実行されたステップＳＰ１１において、アンテナＡＪ１が受信用アンテナに、アンテナＡＪ２〜ＡＪ４が通信用アンテナにそれぞれ仮設定されていた場合は、アンテナＡＪ２が受信用アンテナに、アンテナＡＪ１，ＡＪ３，ＡＪ４が通信用アンテナにそれぞれ仮設定される。そして、上述のステップＳＰ１２およびステップＳＰ１３を経て再度仮設定されたアンテナの役割は適切であるか否かが判定される。

このように、アンテナ選択処理では、アンテナの組合せを順次変更して通信端末３０の方向にヌルが向かないアンテナヌルウェイトが特定され、受信用アンテナおよび通信用アンテナの組合せが決定される。これによれば、通信端末３０の方向にヌルが向かないアンテナヌルウェイトで形成される指向性パターンで従属基地局２０Ａと通信端末３０との通信ＫＴを行うことができるので、従属基地局２０Ａと通信端末３０との間の通信性能を向上させた、安定した通信を実現することができる。

一方、ステップＳＰ１５において、全てのアンテナＡＪ１〜ＡＪ４を受信用アンテナとして仮設定済みと判定された場合は、ステップＳＰ１６に移行される。

ステップＳＰ１６では、アンテナ設定制御部２４によって全てのアンテナＡＪ１〜ＡＪ４が通信用アンテナとして設定される。

ステップＳＰ１７では、受信信号解析部２１Ａのビームウェイト算出部２１５によってビームウェイトの算出処理が行われる。そして、算出されたビームウェイトが送信信号に乗算されるウェイトとして用いられる。

このように、従属基地局２０Ａでは、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４のうちいずれのアンテナも受信用アンテナとして設定できない場合は、基地局間の同期をとるための無線通信ＫＫが中止され、通信端末３０との通信ＫＴが優先される。

以上のように、無線通信システム１Ａは、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４を有する従属基地局２０Ａと、従属基地局２０Ａへ所定信号を送信する基準基地局１０とを備えている。そして、従属基地局２０Ａは、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４のうち、少なくとも１のアンテナを所定信号の受信用アンテナに設定し、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４のうち、少なくとも２のアンテナを通信端末３０との通信用アンテナに設定するアンテナ設定制御部２４と、通信用アンテナで構成されるアレーアンテナの指向性の落ち込み部分を受信用アンテナの方向に向ける指向性制御手段とを有している。このような無線通信システム１Ａによれば、通信用アンテナから通信端末３０に送信された信号が受信用アンテナで受信されることを回避することができるので、従属基地局２０Ａが基準基地局１０から送信された同期信号を受信している間、従属基地局２０Ａが通信端末３０と通信できる可能性を高めることができる。

＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態に係る従属基地局２０Ａでは、アンテナヌルウェイトとしてウェイト情報記憶部２２に予め記憶されているアンテナヌルウェイトが用いられていたが、第２実施形態に係る従属基地局２０Ｂでは、受信信号解析部２１Ｂにおいてアンテナヌルウェイトが算出される。図８は、従属基地局２０Ｂの機能構成図である。図９は、受信信号解析部２１Ｂの詳細構成を示す図である。

なお、第２実施形態に係る従属基地局２０Ｂは、受信信号解析部２１Ｂにおいてアンテナヌルウェイト算出部２１６〜２１９を有する点、ウェイト情報記憶部２２を有していない点以外は、従属基地局２０Ａとほぼ同様の構造および機能（図１、図５および図６参照）を有しており、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、従属基地局２０Ｂは、受信信号解析部２１Ｂ、指向性判定部２３、アンテナ設定制御部２４、ウェイト設定部２５、およびフレーム同期信号抽出部２６を備えている。

受信信号解析部２１Ｂは、アンテナＡＪ１〜ＡＪ４で受信した信号に基づいてウェイトを演算する機能を有している。具体的には、図９に示されるように、受信信号解析部２１Ｂは、端末位置情報取得部２１１〜２１４とビーム用ウェイト算出部２１５とアンテナヌルウェイト算出部２１６〜２１９とを有している。

端末位置情報取得部２１１〜２１４は、上述のとおり、通信用アンテナ群で受信される通信端末３０からの信号に基づいて、通信端末３０の位置情報を取得する機能を有している。

ビームウェイト算出部２１５は、上述のとおり、全てのアンテナＡＪ１〜ＡＪ４で受信される通信端末３０からの信号に基づいて、通信端末３０にビームを向ける指向性パターンを形成するためのビームウェイトを算出する機能を有している。

アンテナヌルウェイト算出部２１６〜２１９は、受信用アンテナの方向にヌルを向ける指向性パターンを形成するためのアンテナヌルウェイトを算出する機能を有している。アンテナヌルウェイトを算出する際には、アンテナヌルウェイトの算出に用いる信号が受信用アンテナから送信され、アンテナヌルウェイト算出部２１６〜２１９では、通信用アンテナ群で受信された受信用アンテナからの信号に基づいてアンテナヌルウェイトが算出される。

また、アンテナヌルウェイト算出部２１６〜２１９は、通信用アンテナ群の組合せに各々対応して設けられており、各組合せに応じた（受信用アンテナに応じた）アンテナヌルウェイトをそれぞれ算出する。

なお、指向性判定部２３、アンテナ設定制御部２４、ウェイト設定部２５、およびフレーム同期信号抽出部２６は、第１実施形態と同様の機能を有しているため、その説明を省略する。

ここで、基地局間で同期をとるための無線通信ＫＫを行う際の従属基地局２０Ｂの動作について詳述する。図１０は、無線通信ＫＫを行う際の従属基地局２０Ｂの動作を示すフローチャートである。

図１０に示されるように、従属基地局２０Ｂでは、ステップＳＰ１１においてアンテナ設定制御部２４によってアンテナの役割を仮設定するアンテナ仮設定処理が行われ、ステップＳＰ１２において、受信信号解析部２１Ｂの端末位置情報取得部２１１〜２１４のいずれかによって通信端末３０の位置情報が取得される。

そして、ステップＳＰ５１では、受信信号解析部２１Ｂのアンテナヌルウェイト算出部２１６〜２１９によってアンテナヌルウェイトの算出処理が行われる。例えば、ステップＳＰ１１において、アンテナＡＪ１が受信用アンテナに仮設定され、アンテナＡＪ２〜ＡＪ４が通信用アンテナに仮設定された場合を想定する。この場合、ステップＳＰ５１では、受信用アンテナ（アンテナＡＪ１）からの信号がアンテナＡＪ２〜ＡＪ４で構成されるアレーアンテナで受信され、当該アレーアンテナでの受信信号に基づいて受信用アンテナの方向にヌルを向ける指向性パターンを形成可能なアンテナヌルウェイトがアンテナヌルウェイト算出部２１６によって算出される。

次のステップＳＰ１３では、指向性判定部２３によって、ステップＳＰ１２で取得された通信端末３０の位置情報とステップＳＰ５１で算出されたアンテナヌルウェイトとを用いて、当該アンテナヌルウェイトで形成される指向性パターンにおいて通信端末３０の方向にヌルが向いているか否かが判定される。

そして、ステップＳＰ１３において、通信端末３０の方向にヌルが向いていないと判定された場合は、ステップＳＰ１４に移行され、ステップＳＰ１１で仮設定されたとおりにアンテナの役割が決定される。そして、ステップＳＰ１３の比較に用いられたアンテナヌルウェイトが送信信号に乗算するアンテナヌルウェイトとして用いられる。

一方、ステップＳＰ１３において、通信端末３０の方向にヌルが向いていると判定された場合は、ステップＳＰ１５に移行される。

ステップＳＰ１５では、アンテナ設定制御部２４によって全てのアンテナＡＪ１〜ＡＪ４を受信用アンテナとして仮設定済みか否かが判定される。

ステップＳＰ１５において設定済みでないと判定されれば、ステップＳＰ１１に移行され、全てのアンテナＡＪ１〜ＡＪ４が受信用アンテナとして仮設定済みとなるか、或いは通信端末３０の方向にヌルが向かないアンテナヌルウェイトが取得されるまで、ステップＳＰ１１〜ステップＳＰ１５の処理が繰り返し実行される。

このように、アンテナ選択処理では、アンテナの組合せを順次変更して通信端末３０の方向にヌルが向かないアンテナヌルウェイトが特定され、受信用アンテナおよび通信用アンテナの組合せが決定される。

一方、ステップＳＰ１５において、全てのアンテナＡＪ１〜ＡＪ４を受信用アンテナとして仮設定済みと判定された場合は、ステップＳＰ１６に移行され、アンテナ設定制御部２４によって全てのアンテナＡＪ１〜ＡＪ４が通信用アンテナとして設定される。

ステップＳＰ１７では、受信信号解析部２１Ｂのビームウェイト算出部２１５によってビームウェイトの算出処理が行われる。そして、算出されたビームウェイトが送信信号に乗算されるウェイトとして用いられる。

このように、従属基地局２０Ｂでは、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４のうちいずれのアンテナも受信用アンテナとして設定できない場合は、基地局間の同期をとるための無線通信ＫＫが中止され、通信端末３０との通信ＫＴが優先される。

以上のように、従属基地局２０Ｂは、アンテナヌルウェイトを算出するアンテナヌルウェイト算出部２１６〜２１９を有しているので、従属基地局２０Ｂの設置当初から周囲環境が変化した場合、あるいは従属基地局２０Ｂにおける各アンテナＡＪ１〜ＡＪ４の位置関係が変化した場合においても、環境変化に対応した適切なアンテナヌルウェイトを取得することができる。これによれば、周囲環境が変化した場合でも、通信用アンテナから通信端末３０に送信された信号が受信用アンテナで受信される可能性を低減させることができる。

＜３．変形例＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

例えば、上記各実施形態において、従属基地局２０Ａ，２０Ｂにおける受信用アンテナが決定された場合、基準基地局１０は、当該受信用アンテナに対してビーム制御を行ってもよい。図１１は、変形例に係る無線通信システム１Ｂの構成を示す図である。

具体的には、図１１に示される無線通信システム１Ｂでは、従属基地局２０Ａ，２０Ｂにおける受信用アンテナが決定された場合、複数のアンテナＡＪ１〜ＡＪ４のうちいずれのアンテナが受信用アンテナであるかの情報（「アンテナ情報」とも称する）がネットワーク等の経路（伝送手段）ＲＵを介して基準基地局１０に伝えられる。

そして、基準基地局１０は、各アンテナＡＫ１〜ＡＫ４で構成されるアレーアンテナのウェイトを制御して当該アレーアンテナの指向性を変化させる指向性制御部を有し、当該指向性制御部によって、従属基地局２０の受信用アンテナの方向に指向性の強い部分（「ビーム」とも称する）を向けるようにビーム制御（ビームステアリング）が行われる。なお、当該ビーム制御を行うためのウェイトは、受信用アンテナとして設定されうる従属基地局２０の各アンテナに対応して予め取得され、基準基地局１０の記憶部に記憶されている。

変形例に係る無線通信システム１Ｂによれば、受信用アンテナの方向にビームを向けることができるので、基地局間の通信性能を向上させることができる。

また、上記各実施形態では、従属基地局２０Ａ，２０Ｂにおけるアンテナの素子数を４本にしていたが、これに限定されない。

具体的には、従属基地局２０Ａ，２０Ｂは、受信用アンテナとして少なくとも１本、送信用アンテナとして少なくとも２本の計３本のアンテナを有していればよい。

また、上記各実施形態では、従属基地局２０が備える複数のアンテナのうち、１本の受信用アンテナを除いた残り全てのアンテナを送信用アンテナとして用いていたが、これに限定されない。具体的には、受信用アンテナを除いた残りのアンテナのうち、少なくとも２本のアンテナを通信用アンテナとして用いてもよい。

また、上記各実施形態における基地局間の無線通信ＫＫでは、基準基地局１０から従属基地局２０Ａ，２０Ｂに同期信号が送信されていたがこれに限定されず、他の信号が送信されてもよい。

１Ａ，１Ｂ 無線通信システム
１０ 基準基地局
２０Ａ，２０Ｂ 従属基地局
３０ 通信端末
ＡＪ１〜ＡＪ４ 従属基地局のアンテナ素子（アンテナ）
２１Ａ，２１Ｂ 受信信号解析部
２２ ウェイト情報記憶部
２３ 指向性判定部
２４ アンテナ設定制御部
２５ ウェイト設定部
２１１〜２１４ 端末位置情報取得部
２１６〜２１９ アンテナヌルウェイト算出部

Claims (8)

1. 複数のアンテナを有する第１基地局と、
   前記第１基地局へ所定信号を送信する第２基地局と、
   を備え、
   前記第１基地局は、
   前記複数のアンテナのうち、少なくとも１のアンテナを前記所定信号の受信用アンテナに設定すること、前記複数のアンテナのうち、少なくとも２のアンテナを通信端末との通信用アンテナに設定することが可能なアンテナ設定制御手段と、
   前記通信用アンテナで構成されるアレーアンテナの指向性を制御して、前記受信用アンテナの方向に当該指向性の落ち込み部分を向けることができる指向性制御手段と、
   前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いているか否かを判定する判定手段と、
   を有し、
   前記アンテナ設定制御手段は、
   前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、
   前記判定手段によって前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていないと判定された場合、前記アンテナ選択手段で選択された前記組合せ通りに、前記複数のアンテナの中から前記受信用アンテナと前記通信用アンテナとを設定する組合せ決定手段と、
   を有し、
   前記アンテナ設定制御手段は、前記判定手段によって、前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの全ての組合せにおいて、前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていると判定された場合、前記複数のアンテナの全てを前記通信用アンテナとして設定する無線通信システム。
2. 前記第１基地局は、
   前記アレーアンテナで受信された前記通信端末からの受信信号に基づいて、前記通信端末の位置に関する位置情報を取得する位置情報取得手段をさらに有し、
   前記判定手段は、前記判定にあたり、前記位置情報と、前記受信用アンテナの方向に前記指向性の落ち込み部分を向ける指向性パターンを形成するためのウェイトとを用いる請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１基地局は、予め取得された前記ウェイトを記憶する記憶手段をさらに有する請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記第１基地局は、前記アレーアンテナで受信される前記受信用アンテナからの信号に基づいて、前記ウェイトを算出するウェイト算出手段をさらに有する請求項２に記載の無線通信システム。
5. 前記第２基地局は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する受信手段を有し、
   前記第２基地局は、前記ＧＰＳ信号に基づいて基準タイミング信号を生成し、当該基準タイミング信号に基づいてＴＤＤ方式で前記通信端末との通信を行うとともに、当該基準タイミング信号を特定するための同期信号を前記所定信号として出力し、
   前記第１基地局は、前記同期信号に基づいて前記基準タイミング信号に同期したタイミング信号を生成し、当該タイミング信号に基づいてＴＤＤ方式で前記通信端末との通信を行う請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信システム。
6. 前記無線通信システムは、前記第１基地局の前記受信用アンテナに関するアンテナ情報を前記第１基地局から前記第２基地局に送る伝送手段をさらに備え、
   前記第２基地局は、
   複数のアンテナで構成されるアレーアンテナと、
   前記アンテナ情報に基づいて、前記受信用アンテナの方向に前記アレーアンテナの指向性の高い部分が向くように前記指向性を制御する指向性制御手段と、
   を有する請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線通信システム。
7. 複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナのうち、少なくとも１のアンテナを他の基地局から送信される所定信号の受信用アンテナに設定すること、前記複数のアンテナのうち、少なくとも２のアンテナを通信端末との通信用アンテナに設定することが可能なアンテナ設定制御手段と、
   前記通信用アンテナで構成されるアレーアンテナの指向性を制御して、前記受信用アンテナの方向に当該指向性の落ち込み部分を向けることができる指向性制御手段と、
   前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いているか否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記アンテナ設定制御手段は、
   前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、
   前記判定手段によって前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていないと判定された場合、前記アンテナ選択手段で選択された前記組合せ通りに、前記複数のアンテナの中から前記受信用アンテナと前記通信用アンテナとを設定する組合せ決定手段と、
   を有し、
   前記アンテナ設定制御手段は、前記判定手段によって、前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの全ての組合せにおいて、前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていると判定された場合、前記複数のアンテナの全てを前記通信用アンテナとして設定する基地局。
8. ａ）基地局に設けられた複数のアンテナのうち、少なくとも１のアンテナを前記基地局とは異なる他の基地局から送信される所定信号の受信用アンテナに設定し、前記複数のアンテナのうち、少なくとも２のアンテナを通信端末との通信用アンテナに設定する工程と、
   ｂ）前記通信用アンテナで構成されるアレーアンテナの指向性を制御して、前記受信用アンテナの方向に前記指向性の落ち込み部分を向ける工程と、
   ｃ）前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いているか否かを判定する工程と、
   を備え、
   前記工程ａ）は、
   ａ−１）前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの組合せを選択する工程と、
   ａ−２）前記工程ｃ）によって前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていないと判定された場合、前記工程ａ−１）で選択された前記組合せ通りに、前記複数のアンテナの中から前記受信用アンテナと前記通信用アンテナとを設定する工程と、
   を有し、
   ｄ）前記工程ｃ）によって、前記複数のアンテナにおける前記受信用アンテナおよび前記通信用アンテナの全ての組合せにおいて、前記指向性の落ち込み部分が前記通信端末の方向に向いていると判定された場合、前記複数のアンテナの全てを前記通信用アンテナとして設定する工程をさらに備える無線通信方法。

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