JP5779200B2 - 無線通信システム、無線通信方法、基地局情報管理装置及び基地局情報管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信を行う基地局装置を制御する技術に関する。

従来、２．４ＧＨｚ帯や９２０ＭＨｚ帯のような免許不要のアンライセンスバンドを用いた自営無線システムが注目されている。２．４ＧＨｚ帯の無線通信システムでは、主に無線ＬＡＮ（Local Area Network）がＰＣ（Personal Computer）やスマートフォン等を光回線を介してインターネット接続するために多くの家庭や企業などで用いられている。
また、９２０ＭＨｚ帯の無線通信システムは、スマートグリッドに代表されるメータや家電、センサ等と接続するＭ２Ｍ（Machine-to-Machine）通信を行うＭ２Ｍ無線アクセスシステムとして注目されている。９２０ＭＨｚ帯の無線通信システムでは、特に、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）や特定小電力無線などの無線ＬＡＮ以外の無線システムが用いられている。

このような自営無線システムでは、同一の周波数チャネルで同一エリア内に存在する基地局装置または無線端末が送信したユーザデータの衝突を回避したり、他の無線システムと共存を可能にするために、キャリアセンスを行うことが義務づけられている。その結果、他の基地局装置または無線端末との間でユーザデータの衝突は避けられる。しかし、他の基地局装置または無線端末や他システムが通信路を利用している間、自端末または自システムは通信を行うことができない。そのため、自端末または自システムのスループットは低下してしまう。

そこで、基地局装置をシステム内に設置して周波数を設定する前に、周囲の周波数の利用状況を測定して、最も利用されていない周波数を選択する方法が用いられている。しかし、近年標準化されたＩＥＥＥ８０２．１１ｎや１１ａｃなどの無線ＬＡＮの標準規格では、利用可能な周波数帯域幅が徐々に大きくなり、近隣の基地局装置間での電波干渉の可能性がさらに高まっている。それに対して、干渉する可能性のある基地局装置間において、複数アンテナを用いてアンテナ指向性のヌルを他の基地局装置方向に向けることで電波干渉を回避する技術も開発されている。

ただし、２．４ＧＨｚ帯を用いる無線ＬＡＮでは、比較的高い周波数を用いており、かつ、屋内で利用されることが多いため、干渉する基地局装置の数はそれほど多くない。それに対して、９２０ＭＨｚ帯ではＡＲＩＢ（登録商標）の標準規格（非特許文献１参照）で定められているように、周波数帯が低いこと、１チャネルあたりの帯域幅が２００ｋＨｚと狭いこと、さらに利用される環境として屋内に加えて屋外も想定されることから干渉の対象となる基地局装置の数が非常に増えてしまうという問題がある。

また、９２０ＭＨｚ帯を用いる無線方式は、現在検討されているＩＥＥＥ８０２.１５．４／４ｇ＋Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標） ＩＰを用いた方式や、すでに独自方式として市販されている特定小電力無線方式などの、複数の異なる無線システムと共存することを想定する必要がある。同じ周波数帯の異なる無線システムからの干渉を避けるためには、利用する周波数を分ける必要があるが、その結果、自システムで利用可能な周波数チャネル数が減少してしまう。

ＡＲＩＢ標準規格 ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ１０８ １．０版

非特許文献１に記載のＡＲＩＢ（登録商標）の標準規格では、１台の基地局装置および無線端末の送信時間は１時間当たり最大３６０秒（Ｄｕｔｙ１０％）に制限されている。従って、基地局装置の下りユーザデータ送信は１０％に制限されてしまう。そのため、残りの９０％は、無線端末からの上りユーザデータ送信に割り当てられる。上りユーザデータ送信の方が下りユーザデータ送信と比べて通信頻度が多いアプリケーションであれば、このような送信時間の制限による影響は少ない。しかしながら、上りユーザデータ送信と下りユーザデータ送信と比べて通信頻度に差がないような場合には、基地局の送信時間制限の影響によって、無線通信の通信効率が低下してしまうという問題がある。
また、ＡＲＩＢ（登録商標）の標準規格では、９２０ＭＨｚ帯の無線システムで利用可能な周波数チャネルごとに送信可能な送信電力の上限値が決まっている。利用可能な周波数チャネル数は９２２．４ＭＨｚから９２８．０ＭＨｚまでの２９チャネルある。その中で送信電力として２５０ｍＷまで送信可能な周波数チャネルは９２２．４ＭＨｚから９２３．４ＭＨｚまでの６チャネルしかないため、より広範囲な運用を実現しようとした場合、少ない周波数チャネルでの運用が必要という問題がある。

従来の基地局装置の送信タイミングの設定例を図８に示す。図８には、五つの基地局装置を用いて送信タイミングの設定例が示されている。図８に示す例では、基地局装置１〜３が同一の周波数（図８では、ｆ１）を利用し、基地局装置４が周波数ｆ２を利用し、基地局装置５が周波数ｆ３を利用している。横軸ｔは、時間を表す。また、送信周期Ｔは、基地局装置の上りユーザデータ及び下りユーザデータの送受信が行われる時間間隔を表す。図８に示すように、９２０ＭＨｚ帯を用いる無線通信では、少ない周波数チャネルを複数の基地局装置間で共有する。そのため、基地局装置１が無線端末に下りユーザデータを送信しようとした場合であっても、基地局装置２が無線端末に下りユーザデータを送信している間、基地局装置２の下りユーザデータの影響によって基地局装置１は無線端末に対して下りユーザデータを送信することができない。

また、図８に示すように、基地局装置３の下りユーザデータの送信タイミングと無線端末から基地局装置１への上りユーザデータの受信タイミングとが重なると、基地局装置３の下りユーザデータが干渉波となってしまう。そのため、基地局装置１は、基地局装置３の下りユーザデータの影響によって、上りユーザデータの受信性能が劣化してしまい、上りユーザデータを受信できなくなってしまう。

基地局装置４及び基地局装置５は、それぞれ基地局装置１〜３と異なる周波数チャネルを利用している。そのため、基地局装置４及び基地局装置５は、他の基地局装置の干渉による影響を受けない。しかし、９２０ＭＨｚ帯を用いる無線通信では、ＡＲＩＢ（登録商標）標準規格により基地局装置の送信時間が制限されてしまう。それに対して、基地局装置に接続している無線端末はそれぞれ１０％に制限されているが、システム全体に対する送信時間の制限はないため、基地局装置が送信していない残りの領域を複数の無線端末で共有し、上りユーザデータを送信することは可能である。しかし、基地局装置が送信する下りユーザデータと、無線端末が送信する上りユーザデータ通信量に差がないような利用形態の場合、基地局装置の送信時間制限の影響により、無線端末の送信時間が制限されてしまうことになる。その結果、基地局装置４及び基地局装置５および接続している無線端末が使用していない領域は空き領域となってしまう。空き領域は、基地局装置４及び基地局装置５が次に下りユーザデータを送信できるまでの時間を表す。基地局装置４及び基地局装置５のように、互いに干渉する基地局装置が存在しない場合であっても、送信時間制限により空き領域が生じてしまう。その結果、基地局装置あたりの周波数の有効利用ができない。そのため、基地局装置と無線端末との間で通信効率が低下してしまうという問題がある。

このように、９２０ＭＨｚ帯を用いる無線通信では、少ない周波数チャネルにより基地局装置間で電波干渉によってスループットが低下し、基地局装置の送信時間により通信効率が低下してしまうという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、基地局装置の送信時間が制限されている場合であっても、基地局装置間での電波干渉による影響を抑止しつつ、無線通信の効率を向上させる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、基地局装置毎に、他の基地局装置から、前記他の基地局装置が利用している周波数及び前記他の基地局装置の送信タイミングを含む基地局情報を収集する取得部と、前記基地局装置から送信された前記基地局情報に基づいて、前記基地局装置が利用する周波数を選択する利用周波数選択部と、選択された前記周波数を利用している前記他の基地局装置の送信タイミングと異なる送信タイミングを、前記基地局装置の送信タイミングに選択する送信タイミング選択部と、前記送信タイミング選択部によって選択された周波数及び送信タイミングに基づいて、前記基地局装置毎に利用する周波数及び自装置の送信タイミングを設定する設定部と、を備える無線通信システムである。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記利用周波数選択部は、前記基地局装置が利用可能な周波数の中から、前記他の基地局装置の数が最も少ない周波数を前記基地局装置が利用する周波数に選択する。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記送信タイミング選択部は、選択された周波数を利用している前記他の基地局装置の送信タイミングを取得し、取得した前記送信タイミングから利用基地局装置の数を算出し、予め設定されている送信時間から送信周期内において送信可能な基地局装置の数を算出し、選択された周波数を利用している前記他の基地局装置の数が前記送信可能な基地局装置の数未満である場合には前記他の基地局装置の送信タイミングと異なる送信タイミングを前記基地局装置の送信タイミングに選択し、選択された周波数を利用している前記他の基地局装置の数が前記送信可能な基地局装置の数以上である場合には前記他の基地局装置の中で受信電力が最も小さい前記他の基地局装置の送信タイミングと同じ送信タイミングを前記基地局装置の送信タイミングに選択する。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記取得部は、前記他の基地局装置から送信された信号の受信電力を前記基地局情報として更に取得し、前記送信タイミング選択部は、選択された周波数を利用している前記他の基地局装置の中に、前記受信電力の値が閾値以上である前記他の基地局装置が存在する場合には、前記他の基地局装置と異なる送信タイミングを自装置の送信タイミングに選択し、前記受信電力の値が閾値以上である前記他の基地局装置が存在しない場合には、前記他の基地局装置と同じ送信タイミングを自装置の送信タイミングに選択する。

本発明の一態様は、基地局装置毎に、他の基地局装置から、前記他の基地局装置が利用している周波数及び前記他の基地局装置の送信タイミングを含む基地局情報を収集する取得ステップと、前記基地局装置から送信された前記基地局情報に基づいて、前記基地局装置が利用する周波数を選択する利用周波数選択ステップと、選択された前記周波数を利用している前記他の基地局装置の送信タイミングと異なる送信タイミングを、前記基地局装置の送信タイミングに選択する送信タイミング選択ステップと、前記送信タイミング選択ステップによって選択された周波数及び送信タイミングに基づいて、前記基地局装置毎に利用する周波数及び自装置の送信タイミングを設定する設定ステップと、を有する無線通信方法である。

本発明の一態様は、基地局装置毎に、他の基地局装置から、前記他の基地局装置が利用している周波数及び前記他の基地局装置の送信タイミングを含む基地局情報を収集する基地局装置から、前記基地局情報を取得し、前記基地局情報に基づいて、前記基地局装置が利用する周波数を選択する利用周波数選択部と、選択された前記周波数を利用している前記他の基地局装置の送信タイミングと異なる送信タイミングを、前記基地局装置の送信タイミングに選択する送信タイミング選択部と、前記送信タイミング選択部によって選択された周波数及び送信タイミングに基づいて、前記基地局装置毎に利用する周波数及び送信タイミングを通知する通知部と、を備える基地局情報管理装置である。

本発明の一態様は、基地局装置毎に、他の基地局装置から、前記他の基地局装置が利用している周波数及び前記他の基地局装置の送信タイミングを含む基地局情報を収集する基地局装置から、前記基地局情報を取得し、前記基地局情報に基づいて、前記基地局装置が利用する周波数を選択する利用周波数選択ステップと、選択された前記周波数を利用している前記他の基地局装置の送信タイミングと異なる送信タイミングを、前記基地局装置の送信タイミングに選択する送信タイミング選択ステップと、前記送信タイミング選択ステップによって選択された周波数及び送信タイミングに基づいて、前記基地局装置毎に利用する周波数及び送信タイミングを通知する通知ステップと、を有する基地局情報管理方法である。

本発明により、基地局装置の送信時間が制限されている場合であっても、基地局装置間での電波干渉による影響を抑止しつつ、無線通信の効率を向上させることが可能となる。

本実施形態における無線通信システムのシステム構成を示す図である。 基地局情報管理装置１０及び基地局装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。 管理情報データベースの具体例を示す図である。 送信タイミングの設定例を表す図である。 本実施形態における処理の動作の具体例を示すシーケンス図である。 受信電力を基準にした場合の送信タイミングの設定例を表す図である。 変形例における処理の動作の具体例を示すシーケンス図である。 従来の送信タイミングの設定例を表す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態における無線通信システムのシステム構成を示す図である。本実施形態の無線通信システムは、基地局情報管理装置１０、単数もしくは複数の基地局装置２０−１〜２０−５及びネットワーク３０を備える。無線通信システムの近傍には干渉源４０が存在する。なお、図１では、無線通信システムの近傍に存在する干渉源４０の数は、一台であるが、干渉源４０が複数台であっても良い。
また、各基地局装置２０−１〜２０−５から電波の届く範囲をそれぞれセル２１−１〜２１−５と表す。また、干渉源４０から電波の届く範囲をセル４１−１と表す。なお、以下の説明では、基地局装置２０−１〜２０−５について特に区別しない場合には、基地局装置２０と記載する。また、図１では、基地局装置２０の数は、五台であるが、基地局装置２０の数が六台以上であっても良いし、基地局装置２０の数が四台以下であっても良い。

基地局情報管理装置１０は、情報処理装置を用いて構成され、ネットワーク３０を介して基地局装置２０と通信可能に接続される。基地局情報管理装置１０は、基地局装置２０の動作を制御する。
基地局装置２０は、自装置に接続された不図示の端末装置との間で通信を行う。基地局装置２０は、基地局情報管理装置１０による制御にしたがって不図示の端末装置との間で通信する。

ネットワーク３０は、どのように構成されたネットワークでも良い。例えば、ネットワーク３０はインターネットを用いて構成されても良い。
干渉源４０は、基地局装置２０と不図示の端末装置とが送受信する無線信号に干渉する信号を出力する装置である。干渉源４０は、基地局情報管理装置１０による制御を受けない。

図２は、基地局情報管理装置１０及び基地局装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。まず、基地局情報管理装置１０の機能構成を説明する。基地局情報管理装置１０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、制御プログラムを実行する。制御プログラムの実行によって、基地局情報管理装置１０は、通信部１０１、基地局情報記憶部１０２、管理情報記憶部１０３、利用周波数選択部１０４、送信タイミング選択部１０５を備える装置として機能する。なお、基地局情報管理装置１０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。また、制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、制御プログラムは、電気通信回線を介して送受信されても良い。

通信部１０１は、基地局装置２０との間で通信を行う。また、通信部１０１は、基地局装置２０から送信された基地局情報及び他システムの情報を受信する。基地局情報とは、基地局装置２０が収集した自装置（基地局装置２０）の周囲に存在する他の基地局装置２０に関する情報を表す。基地局情報は、例えば、基地局ＩＤ、利用周波数、受信電力及び送信タイミングなどである。また、他システムの情報とは、例えば、基地局情報管理装置１０が制御できない干渉源４０などの情報を表す。他システムの情報は、例えば、受信電力及び干渉源４０が利用している周波数などである。基地局ＩＤは、基地局情報管理装置１０が制御する基地局装置２０を識別するための識別番号を表す。利用周波数は、基地局装置２０が利用している周波数を表す。受信電力は、他の基地局装置２０から送信されたビーコンを基地局装置２０が受信した際の受信信号の電力を表す。送信タイミングは、基地局装置２０がビーコンなどの下り信号の送信を開始するタイミングを表す。また、通信部１０１は、基地局装置２０が利用する周波数チャネル及び基地局装置２０の送信タイミングを基地局装置２０に送信する。

基地局情報記憶部１０２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。基地局情報記憶部１０２は、通信部１０１が受信した基地局情報を記憶している。
管理情報記憶部１０３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。管理情報記憶部１０３は、管理情報データベースを記憶している。管理情報データベースには、基地局装置２０に関する情報が格納されている。管理情報データベースは、例えば、基地局装置２０の基地局ＩＤ毎に、利用周波数、送信電力、送信タイミング及び周辺基地局装置情報の各値を記憶している。

利用周波数選択部１０４は、基地局情報記憶部１０２に記憶されている基地局情報に基づいて、基地局情報を送信した基地局装置２０が利用する周波数チャネル（以下、「利用周波数」という。）を選択する。以下、利用周波数選択部１０４の処理の具体例について説明する。まず、利用周波数選択部１０４は、基地局情報及び他システムの情報を参照し、他の基地局装置２０及び干渉源４０の周波数と受信電力とに基づいて基地局マップを生成する。基地局マップは、基地局装置２０を中心として、その周囲に存在する他の基地局装置２０及び干渉源４０が利用している周波数マップと、受信電力に基づいた基地局装置２０との距離を表す距離マップである。周波数マップは、周波数毎に当該周波数を利用している基地局装置の数と、他システムの利用の有無の情報が含まれている。

次に、利用周波数選択部１０４は、周波数マップを参照して基地局装置２０が利用可能な周波数（以下、「選択候補」という。）の中で他システムが利用している周波数が存在するか否かを判定する。他システムが利用している周波数が存在する場合、利用周波数選択部１０４は他システムが利用している周波数を選択候補から除外する。その後、利用周波数選択部１０４は、選択候補の中から、当該周波数を利用している他の基地局装置２０の数が最も少ない周波数を基地局装置２０が利用する周波数として選択する。

一方、他システムが利用している周波数が存在しない場合、利用周波数選択部１０４は選択候補の中から、利用している他の基地局装置２０の数が最も少ない周波数を基地局装置２０が利用する周波数として選択する。

また、選択候補の中から、利用している他の基地局装置２０の数が最も少ない周波数が複数存在する場合、利用周波数選択部１０４は基地局装置２０と他の基地局装置２０との距離マップに基づいて基地局装置２０が利用する周波数を選択しても良い。また、管理情報データベースの送信電力の値を用いてより正確な距離マップを作成してもよい。具体的には、まず、利用周波数選択部１０４は、基地局情報記憶部１０２に記憶された基地局ＩＤ毎に、管理情報データベースから送信電力の値を取得する。次に、利用周波数選択部１０４は、取得した基地局ＩＤ毎の送信電力の値と基地局ＩＤ毎の受信電力の値との差分に基づいて、他の基地局装置２０と基地局装置２０との距離を算出する。そして、利用周波数選択部１０４は、算出した距離に基づいて基地局装置２０が利用する周波数を選択する。例えば、利用周波数選択部１０４は、基地局装置２０との距離が最も遠い他の基地局装置２０が利用している周波数を、基地局装置２０が利用する周波数に選択する。
以上で、利用周波数選択部１０４の処理の説明を終了する。

送信タイミング選択部１０５は、利用周波数選択部１０４によって選択された周波数に基づいて、基地局装置２０の送信タイミングを選択する。以下、送信タイミング選択部１０５の処理の具体例について説明する。まず、送信タイミング選択部１０５は、選択された周波数を利用している他の基地局装置２０（以下、「利用基地局装置」という。）の送信タイミングの値を基地局情報記憶部１０２から取得し、取得した送信タイミングの値から利用基地局装置の数を算出する。次に、送信タイミング選択部１０５は、ＡＲＩＢ（登録商標）の標準規格で定められている送信時間の制限値を用いて、送信周期内で送信可能な基地局装置の数を算出する。その後、送信タイミング選択部１０５は、利用基地局装置の数と送信周期内で送信可能な基地局装置の数（以下、「送信可能基地局数」という。）とを比較する。

利用基地局装置の数が送信可能基地局数より少ない場合、送信タイミング選択部１０５は利用周波数選択部１０４によって選択された周波数の送信タイミングの中で、利用されていない送信タイミングを、基地局装置２０の送信タイミングに選択する。
一方、利用基地局装置の数が送信可能基地局数より多い場合、利用周波数選択部１０４はすでに送信タイミングの割り当てが完了している利用基地局装置の中で受信電力が最も小さい利用基地局装置を選択する。その後、利用周波数選択部１０４は、選択した他の基地局装置２０の送信タイミングと同じ送信タイミングを基地局装置２０の送信タイミングに選択する。

その後、送信タイミング選択部１０５は、利用周波数及び送信タイミングの各値を通信部１０１に出力する。また、送信タイミング選択部１０５は、利用周波数及び送信タイミングの各値を基地局ＩＤに対応付けて管理情報データベースに記録する。
以上で、送信タイミング選択部１０５の処理の説明を終了する。

次に、基地局装置２０の機能構成を説明する。基地局装置２０は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、基地局プログラムを実行する。基地局プログラムの実行によって、基地局装置２０は、通信部２０１、基地局情報取得部２０２、送信タイミング算出部２０３、時計部２０４、設定部２０５、無線通信部２０６を備える装置として機能する。なお、基地局装置２０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されても良い。また、基地局プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、基地局プログラムは、電気通信回線を介して送受信されても良い。

通信部２０１は、基地局情報管理装置１０との間で通信を行う。また、通信部２０１は、基地局情報及び他システムの情報を基地局情報管理装置１０に送信する。また、通信部２０１は、基地局情報管理装置１０から送信された周波数チャネル及び送信タイミングを受信する。
無線通信部２０６は、選択候補として基地局装置２０内にあらかじめ設定されている全ての周波数チャネルに対して、他の基地局装置２０から周期的に送信されるビーコンを受信する。無線通信部２０６は、受信したビーコンの信号と受信した周波数チャネル情報を基地局情報取得部２０２に出力する。
基地局情報取得部２０２は、当該ビーコンを受信した周波数チャネル情報を当該ビーコンの送信元である他の基地局装置２０の利用周波数とし、受信されたビーコンに格納されている基地局ＩＤを取得する。また、基地局情報取得部２０２は、送信されたビーコンの受信電力の値を取得する。また、基地局情報取得部２０２は他の基地局装置２０の利用周波数として、受信されたビーコンに格納されている周波数情報を用いてもよい。

送信タイミング算出部２０３は、所定のタイミングが到来すると、基地局情報取得部２０２によって取得された基地局ＩＤに基づいて基地局装置２０毎の送信タイミングを算出する。例えば、送信タイミング算出部２０３は、所定のタイミングが到来すると、所定の期間内に受信されたビーコンの受信間隔を基地局ＩＤ毎に算出する。その後、送信タイミング算出部２０３は、基地局ＩＤ毎に算出した受信間隔を送信タイミングとして算出する。送信タイミングとして、時計部２０４から送信される基準タイミングからの差分を用いてもよい。所定のタイミングとは、例えば、所定の期間（例えば、１０秒、１分、１時間）が経過したタイミングであっても良いし、ユーザから指示がなされたタイミングであっても良いし、他のタイミングであっても良い。送信タイミング算出部２０３は、算出した送信タイミングを基地局ＩＤに対応付けて通信部２０１に出力する。

時計部２０４は、基準タイミングを出力する。基準タイミングは、ＧＰＳ信号を受信することによって設定されても良い。また、基準タイミングは、ユーザによって設定されても良い。
設定部２０５は、通信部２０１が受信した周波数を、自装置（基地局装置２０）が利用する周波数に設定する。また、設定部２０５は、時計部２０４から出力された基準タイミングを参照し、通信部２０１が受信した送信タイミングに設定する。

図３は、管理情報データベースの具体例を示す図である。管理情報データベースは、基地局装置２０に関する情報を表すレコード５０を複数有する。レコード５０は、基地局ＩＤ、利用周波数、送信電力、送信タイミング及び周辺基地局装置情報の各値を有する。基地局ＩＤの値は、レコード５０によって表される基地局装置２０を識別する識別番号を表す。利用周波数の値は、レコード５０によって表される基地局装置２０毎に選択された周波数を表す。図３の具体例では、利用周波数の単位として“ＭＨｚ（メガヘルツ）”が設定されている。

送信電力の値は、レコード５０によって表される基地局装置２０毎に基地局情報管理装置が割り当てている電力を表す。図３の具体例では、送信電力の単位として“ｍＷ（ミリワット）”が設定されている。送信タイミングの値は、レコード５０によって表される基地局装置２０毎に選択された送信タイミングを表す。送信タイミングの値は、レコード５０によって表される基地局装置２０毎に選択された送信タイミングを表す。周辺基地局装置情報の値は、レコード５０によって表される基地局装置２０が基地局装置情報を収集した他の基地局装置２０の情報を表す。周辺基地局装置情報の具体例として、他の基地局装置２０の基地局ＩＤ及び受信電力がある。

図３に示す例では、管理情報データベースには４つの基地局ＩＤが存在する。これら４つの基地局ＩＤは、“ＡＡＡＡ”、“ＢＢＢＢ”、“ＣＣＣＣ”、“ＤＤＤＤ”である。図３において、管理情報データベースの最上段の行は、基地局ＩＤの値が“ＡＡＡＡ”、利用周波数の値が“ｆ１”、送信電力の値が“２５０”、送信タイミングの値が“０”、他の基地局装置２０の基地局ＩＤの値が“ＢＢＢＢ”、“ＣＣＣＣ”、“ＤＤＤＤ”、受信電力の値が“−８０”、“−９０”、“−１１０”である。即ち、基地局ＩＤ“ＡＡＡＡ”で識別される基地局装置２０は、利用する周波数が“ｆ１”であり、送信電力が“２５０ｍＷ”であり、送信タイミングが送信周期“０”から下り信号の送信を開始し、基地局ＩＤ“ＡＡＡＡ”で識別される基地局装置２０が基地局情報を収集した他の基地局装置２０の基地局ＩＤが“ＢＢＢＢ”、“ＣＣＣＣ”、“ＤＤＤＤ”であり、他の基地局装置２０の基地局ＩＤに対応する他の基地局装置２０毎の受信電力が“−８０”、“−９０”、“−１１０”であることが表されている。

また、図３において、管理情報データベースの二段目の行は、基地局ＩＤの値が“ＢＢＢＢ”、利用周波数の値が“ｆ１”、送信電力の値が“２５０”、送信タイミングの値が“５０，０００”、他の基地局装置２０の基地局ＩＤの値が“ＣＣＣＣ”、“ＤＤＤＤ”、受信電力の値が“−８０”、“−１００”である。即ち、基地局ＩＤ“ＢＢＢＢ”で識別される基地局装置２０は、利用する周波数が“ｆ１”であり、送信電力が“２５０ｍＷ”であり、送信タイミングが送信周期“５０，０００”から下り信号の送信を開始し、基地局ＩＤ“ＢＢＢＢ”で識別される基地局装置２０が基地局情報を収集した他の基地局装置２０の基地局ＩＤが“ＣＣＣＣ”、“ＤＤＤＤ”であり、他の基地局装置２０の基地局ＩＤに対応する他の基地局装置２０毎の受信電力が“−８０”、“−１００”であることが表されている。

図４は、送信タイミングの設定例を表す図である。図４に示す例では、基地局装置２０−１〜２０−４が同一の周波数（図４では、ｆ１）を利用し、基地局装置２０−５が周波数ｆ２を利用している。横軸ｔは、時間を表す。また、“ｔ０”から“ｔ３”までの時間間隔が送信周期Ｔであり、１周期を表す。この送信周期Ｔで基地局装置と無線端末との間で信号の送受信が行われる。
図４では、送信可能基地局数が“３”である一例を示している。送信可能基地局数が“３”であるため、送信タイミング選択部１０５は、送信周期Ｔを基地局装置２０−１〜２０−３の三つの基地局装置にそれぞれ異なる送信タイミングで割り当てる。図４に示す例では、“ｔ０”から“ｔ１”までの時間間隔が基地局装置１の使用範囲に、“ｔ１”から“ｔ２”までの時間間隔が基地局装置２０−２の使用範囲に、“ｔ２”から“ｔ３”までの時間間隔が基地局装置２０−３の使用範囲にそれぞれ割り当てられている。

さらに、周波数ｆ１に割り当てられる四番目以降の基地局装置には、既に割り当てられている基地局装置と同じ送信タイミングが割り当てられる。例えば、基地局装置２０−４のように、周波数ｆ１に四番目に割り当てられる基地局装置は、基地局装置２０−１と同じ送信タイミングに設定される。送信タイミングの設定パラメータは、基地局装置の送信開始タイミング及び送信可能範囲である。基地局装置２０は、下り信号の送信を開始するタイミングを、自装置に割り当てられた時間間隔の先頭から設定する。このように構成されることによって、同じ送信タイミングを割り当てられた基地局装置同士で輻輳や干渉が生じる可能性を低減することができる。
また、送信可能範囲は、基地局装置が端末装置からの上りユーザデータを優先的に取得できる範囲である。また、端末装置が送信可能範囲を超えて上りデータを送信する必要が生じた場合には、他の基地局装置の送信可能範囲の上り領域に上りユーザデータを送信しても良い。

図５は、本実施形態における処理の動作の具体例を示すシーケンス図である。なお、基地局装置２０から基地局情報管理装置１０への信号の送信及び基地局情報管理装置１０から基地局装置２０への信号の送信は破線で表している。
基地局装置２０の無線通信部２０６は、他の基地局装置２０から周期的に送信されるビーコンを受信する（ステップＳ１０１）。基地局情報取得部２０２は、受信されたビーコンから基地局ＩＤを取得できたか否か判定する（ステップＳ１０２）。

基地局ＩＤを取得できた場合（ステップＳ１０２−ＹＥＳ）、基地局情報取得部２０２はビーコンを送信した他の基地局装置２０の基地局ＩＤ、利用周波数、受信電力の各値を取得する（ステップＳ１０３−１）。一方、ステップＳ１０２の処理において、基地局ＩＤを取得できない場合（ステップＳ１０２−ＮＯ）、基地局情報取得部２０２は他システムから送信されたビーコンから受信電力及び他システムが利用している周波数の各値を取得する（ステップＳ１０３−２）。

送信タイミング算出部２０３は、所定のタイミングが経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。所定のタイミングが経過した場合（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、送信タイミング算出部２０３は基地局ＩＤ毎に送信タイミングを算出する（ステップＳ１０５）。例えば、送信タイミング算出部２０３は、所定の期間内に受信されたビーコンの受信間隔に基づいて、基地局ＩＤ毎の送信タイミングを算出する。一方、ステップＳ１０４の処理において、所定のタイミングが経過していない場合（ステップＳ１０４−ＮＯ）、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返し実行する。

その後、基地局装置２０の通信部２０１は、基地局情報及び他システムの情報を基地局情報管理装置１０に送信する（ステップＳ１０６）。基地局情報管理装置１０の通信部１０１は、基地局装置２０から送信された基地局情報及び他システムの情報を受信する（ステップＳ１０７）。通信部１０１は、受信した基地局情報を基地局情報記憶部１０２に記録する。また、通信部１０１は、受信した他システムの情報を利用周波数選択部１０４に転送する。その後、利用周波数選択部１０４は、基地局情報記憶部１０２に記憶されている他の基地局装置２０の利用周波数及び受信電力および他システムの利用周波数に基づいて基地局マップを生成する（ステップＳ１０８）。

利用周波数選択部１０４は、基地局マップを参照し基地局装置２０の周囲に他システムが利用している周波数が存在するか否かを判定する（ステップＳ１０９）。他システムが利用している周波数が存在する場合（ステップＳ１０９−ＹＥＳ）、利用周波数選択部１０４は、他システムが利用している周波数を選択候補から除外する（ステップＳ１１０）。
他システムが利用している周波数が存在しない場合（ステップＳ１０９−ＮＯ）、又はステップＳ１１０の処理の後、利用周波数選択部１０４は選択候補の中から他の基地局装置２０の利用数が最も少ない周波数を基地局装置２０の利用周波数として選択する（ステップＳ１１１）。

送信タイミング選択部１０５は、基地局情報記憶部１０２から、選択された周波数を利用している他の基地局装置２０の送信タイミングの値を取得する。送信タイミング選択部１０５は、取得した送信タイミング情報から利用基地局装置の数を算出し、ＡＲＩＢ（登録商標）標準規格等で定められている送信時間から送信可能基地局数を算出する（ステップＳ１１２）。

その後、送信タイミング選択部１０５は、利用基地局装置の数が送信可能基地局数未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。利用基地局装置の数が送信可能基地局数未満である場合（ステップＳ１１３−ＹＥＳ）、送信タイミング選択部１０５は選択された周波数の送信周期における送信タイミングの中で利用されていない空き送信タイミングを基地局装置２０の送信タイミングとして選択する（ステップＳ１１４）。

一方、ステップＳ１１３の処理において、利用基地局装置の数が送信可能基地局数以上である場合（ステップＳ１１３−ＮＯ）、送信タイミング選択部１０５は利用基地局装置の中で受信電力が最も小さい利用基地局装置を選択する。送信タイミング選択部１０５は、選択した利用基地局装置の送信タイミングと同じ送信タイミングを基地局装置２０の送信タイミングに選択する（ステップＳ１１８）。

通信部１０１は、選択された周波数及び送信タイミングの各値を基地局装置２０に送信する（ステップＳ１１５）。基地局装置２０の通信部２０１は、基地局情報管理装置１０から送信された周波数及び送信タイミングの各値を受信する（ステップＳ１１６）。設定部２０５は、受信された周波数を自装置が利用する周波数に設定する。また、設定部２０５は、受信された送信タイミングを時計部２０４から出力される基準タイミングに基づいて設定する（ステップＳ１１７）。その後、図５の処理は終了する。

以上のように構成された無線通信システムによれば、基地局装置２０の周囲に存在する他の基地局装置２０から収集した基地局情報に基づいて基地局装置２０が利用する周波数及び送信タイミングが選択される。したがって、基地局情報管理装置１０は、他の基地局装置２０の利用数が最も少ない周波数を、基地局装置２０が利用する周波数に選択することによって基地局装置間での電波干渉による影響を軽減することができる。また、基地局情報管理装置１０は、同一の周波数を利用する複数の基地局装置２０に対して異なる送信タイミングを設定することによって、一つの周波数を複数の基地局装置２０で共有して使用する。その結果、一つの周波数を複数の基地局装置２０で利用した場合であっても、無線通信の通信効率が低下するおそれが無くなる。そのため、基地局装置の送信時間が制限されている場合であっても、基地局装置間での電波干渉による影響を抑止しつつ、無線通信の効率を向上させることが可能となる。

＜変形例＞
上述したステップＳ１０８〜ステップＳ１１１の処理は、基地局情報管理装置１０以外で行われても良い。例えば、基地局装置２０が他の基地局装置２０及び干渉源４０から受信したビーコンに基づいて自装置を中心とした基地局マップを生成し、生成した基地局マップを参照することによって自装置が利用する周波数を選択しても良い。この場合、基地局装置２０は、選択した周波数と収集した基地局情報及び他システムの情報との各種情報を基地局情報管理装置１０に送信する。その後、基地局情報管理装置１０は、受信した各種情報に基づいて基地局装置２０の送信タイミングを選択する。
複数の基地局装置２０の中の１つの基地局装置２０が、基地局情報管理装置１０として機能するように構成されても良い。

送信タイミングの設定方法は、上述の方法に限定される必要はない。例えば、他の基地局装置２０の受信電力に基づいて基地局装置２０の送信タイミングを設定しても良い。
この場合、まず、送信タイミング選択部１０５は、基地局情報記憶部１０２から利用周波数選択部１０４によって選択された周波数を利用している他の基地局装置２０の受信電力の値を取得する。次に、送信タイミング選択部１０５は、受信電力の値が閾値以上である他の基地局装置２０が存在するか否かを判定する。そして、受信電力の値が閾値以上である他の基地局装置２０が存在する場合、送信タイミング選択部１０５は他の基地局装置２０と異なる送信タイミングを基地局装置２０の送信タイミングに選択する。
一方、受信電力の値が閾値以上である他の基地局装置２０が存在しない場合、送信タイミング選択部１０５は他の基地局装置２０と同じ送信タイミングを基地局装置２０の送信タイミングに選択する。

図６は、受信電力を基準にした場合の送信タイミングの設定例を表す図である。図６に示す例では、基地局装置２０−１〜２０−４が同一周波数（図６では、ｆ１）を利用している。また、基地局装置２０−５は、周波数ｆ２を利用している。図６に示される送信タイミングの設定例は、受信電力が閾値以上の他の基地局装置が存在しない場合に設定される。この場合、基地局装置２０−１〜２０−４が同一周波数であっても、基地局装置間の距離が互いに遠いことが想定される。そのため、基地局装置２０−１〜２０−４が同じタイミングで下り信号を送信した場合であっても、基地局装置間で電波干渉による通信効率の低下を軽減させることが可能である。

図７は、変形例における処理の動作の具体例を示すシーケンス図である。なお、基地局装置２０から基地局情報管理装置１０への信号の送信及び基地局情報管理装置１０から基地局装置２０への信号の送信は破線で表している。また、図５と同様の処理については、図５と同様の符号を付して説明する。
図５のステップＳ１１１の処理が終わると、送信タイミング選択部１０５は選択された周波数を利用している他の基地局装置２０の中で受信電力が閾値以上の他の基地局装置２０が存在するか否かを判定する（ステップＳ２０１）。

受信電力が閾値以上の他の基地局装置２０が存在する場合（ステップＳ２０１−ＹＥＳ）、送信タイミング選択部１０５は利用基地局装置と異なる送信タイミングを基地局装置２０の送信タイミングとして選択する（ステップＳ２０２）。その後、ステップＳ１１５以降の処理が行われる。
一方、ステップＳ２０１の処理において、受信電力が閾値以上の他の基地局装置２０が存在しない場合（ステップＳ２０１−ＮＯ）、他の基地局装置２０と同じ送信タイミングを基地局装置２０の送信タイミングとして選択する（ステップＳ２０３）。その後、ステップＳ１１５以降の処理が行われる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１０…基地局情報管理装置， ２０（２０−１〜２０−５）…基地局装置， ３０…ネットワーク， ４０…干渉源， １０１…通信部， １０２…基地局情報記憶部， １０３…管理情報記憶部， １０４…利用周波数選択部， １０５…送信タイミング選択部， ２０１…通信部， ２０２…基地局情報取得部（取得部）， ２０３…送信タイミング算出部， ２０４…時計部， ２０５…設定部， ２０６…無線通信部

Claims (7)

1. 基地局装置毎に、他の基地局装置から、前記他の基地局装置が利用している周波数、受信電力及び前記他の基地局装置の送信タイミングを含む基地局情報と、他システムが備える干渉源が利用している周波数及び受信電力を含む他システム情報とを収集する取得部と、
   前記基地局装置から送信された前記基地局情報と前記他システム情報とに基づいて、前記基地局装置が利用する周波数を選択する利用周波数選択部と、
   選択された前記周波数を利用している前記他の基地局装置の送信タイミングと異なる送信タイミングを、前記基地局装置の送信タイミングに選択する送信タイミング選択部と、
   選択された周波数及び送信タイミングに基づいて、前記基地局装置毎に利用する周波数及び自装置の送信タイミングを設定する設定部と、を備え、
   前記利用周波数選択部は、前記基地局情報に含まれる前記周波数及び受信電力と、前記他システム情報に含まれる前記周波数及び受信電力とに基づいて基地局マップを生成し、前記基地局マップを参照して前記基地局装置が利用する周波数を選択する無線通信システム。
2. 前記利用周波数選択部は、前記基地局装置が利用可能な周波数の中から、前記他の基地局装置の数が最も少ない周波数を前記基地局装置が利用する周波数に選択する請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記送信タイミング選択部は、選択された周波数を利用している前記他の基地局装置の送信タイミングを取得し、取得した前記送信タイミングから利用基地局装置の数を算出し、予め設定されている送信時間から送信周期内において送信可能な基地局装置の数を算出し、選択された周波数を利用している前記他の基地局装置の数が前記送信可能な基地局装置の数未満である場合には前記他の基地局装置の送信タイミングと異なる送信タイミングを前記基地局装置の送信タイミングに選択し、選択された周波数を利用している前記他の基地局装置の数が前記送信可能な基地局装置の数以上である場合には前記他の基地局装置の中で受信電力が最も小さい前記他の基地局装置の送信タイミングと同じ送信タイミングを前記基地局装置の送信タイミングに選択する請求項１又は２に記載の無線通信システム。
4. 前記取得部は、前記他の基地局装置から送信された信号の受信電力を前記基地局情報として更に取得し、
   前記送信タイミング選択部は、選択された周波数を利用している前記他の基地局装置の中に、前記受信電力の値が閾値以上である前記他の基地局装置が存在する場合には、前記他の基地局装置と異なる送信タイミングを自装置の送信タイミングに選択し、前記受信電力の値が閾値以上である前記他の基地局装置が存在しない場合には、前記他の基地局装置と同じ送信タイミングを自装置の送信タイミングに選択する請求項１又は２に記載の無線通信システム。
5. 基地局装置毎に、他の基地局装置から、前記他の基地局装置が利用している周波数、受信電力及び前記他の基地局装置の送信タイミングを含む基地局情報と、他システムが備える干渉源が利用している周波数及び受信電力を含む他システム情報とを収集する取得ステップと、
   前記基地局装置から送信された前記基地局情報と前記他システム情報とに基づいて、前記基地局装置が利用する周波数を選択する利用周波数選択ステップと、
   選択された前記周波数を利用している前記他の基地局装置の送信タイミングと異なる送信タイミングを、前記基地局装置の送信タイミングに選択する送信タイミング選択ステップと、
   選択された周波数及び送信タイミングに基づいて、前記基地局装置毎に利用する周波数及び自装置の送信タイミングを設定する設定ステップと、
   を有し、
   前記利用周波数選択ステップにおいて、前記基地局情報に含まれる前記周波数及び受信電力と、前記他システム情報に含まれる前記周波数及び受信電力とに基づいて基地局マップを生成し、前記基地局マップを参照して前記基地局装置が利用する周波数を選択する無線通信方法。
6. 基地局装置毎に、他の基地局装置から、前記他の基地局装置が利用している周波数、受信電力及び前記他の基地局装置の送信タイミングを含む基地局情報と、他システムが備える干渉源が利用している周波数及び受信電力を含む他システム情報とを収集する基地局装置から、前記基地局情報を取得し、前記基地局情報と前記他システム情報とに基づいて、前記基地局装置が利用する周波数を選択する利用周波数選択部と、
   選択された前記周波数を利用している前記他の基地局装置の送信タイミングと異なる送信タイミングを、前記基地局装置の送信タイミングに選択する送信タイミング選択部と、
   選択された周波数及び送信タイミングに基づいて、前記基地局装置毎に利用する周波数及び送信タイミングを通知する通知部と、
   を備え、
   前記利用周波数選択部は、前記基地局情報に含まれる前記周波数及び受信電力と、前記他システム情報に含まれる前記周波数及び受信電力とに基づいて基地局マップを生成し、前記基地局マップを参照して前記基地局装置が利用する周波数を選択する基地局情報管理装置。
7. 基地局装置毎に、他の基地局装置から、前記他の基地局装置が利用している周波数、受信電力及び前記他の基地局装置の送信タイミングを含む基地局情報と、他システムが備える干渉源が利用している周波数及び受信電力を含む他システム情報とを収集する基地局装置から、前記基地局情報を取得し、前記基地局情報と前記他システム情報とに基づいて、前記基地局装置が利用する周波数を選択する利用周波数選択ステップと、
   選択された前記周波数を利用している前記他の基地局装置の送信タイミングと異なる送信タイミングを、前記基地局装置の送信タイミングに選択する送信タイミング選択ステップと、
   選択された周波数及び送信タイミングに基づいて、前記基地局装置毎に利用する周波数及び送信タイミングを通知する通知ステップと、
   を有し、
   前記利用周波数選択ステップにおいて、前記基地局情報に含まれる前記周波数及び受信電力と、前記他システム情報に含まれる前記周波数及び受信電力とに基づいて基地局マップを生成し、前記基地局マップを参照して前記基地局装置が利用する周波数を選択する基地局情報管理方法。

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