JP5945080B2 - 基地局、制御局およびハンドオーバ方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムの基地局、基地局を制御する制御局およびハンドオーバ方法に関する。

基地局と端末が通信を行う際に、基地局が複数のアンテナを用いて通信対象端末の方向のみにビームを形成（ビームフォーミング）して、信号を送る技術がある。この技術を利用した場合、無線信号が飛ぶ方向が絞られるために、他の場所に存在する別の端末への干渉を防ぐ、または低減できる。また、特定方向に信号を送信することにより、サービスエリア全体に信号を送信する場合と比べて送信電力を集中させることができ、サービスエリアの拡大に繋げることができる。このビームフォーミングは、基地局が端末から信号を受信する場合にも適用できる。すなわち、基地局の受信アンテナに信号を受信する方向を持たせることで、それ以外の方向から到来する干渉波の影響を防ぐ、または低減できる。

特許文献１には、ビームフォーミング技術を使ったシステムでハンドオーバ（端末が通信を行う相手先基地局を切り替えること）を行う方法の発明が開示されている。特許文献１に記載された発明では、ハンドオーバのトリガが発生すると、端末が全方位アンテナを用いてサウンディングパルスを送信し、周辺の複数基地局がそのサウンディングパルスを受信する。その後、端末がサウンディングパルスを受信した基地局の中から１局を選択し、選択された基地局は端末が存在する位置に向けてビームを形成する。基地局の選択は、例えば信号強度を基準にして行う。端末が存在する位置に向けて基地局がビームを形成する際、端末の存在する位置は、例えば、複数基地局におけるサウンディングパルスの受信結果から、無線ネットワークコントローラが推測する。または、サウンディングパルスに位置情報を載せて送信することにより、端末から基地局へ通知する。ハンドオーバは、端末が、通信中の基地局から受信している信号の電力レベルがあらかじめ定義された値より低くなったことを検出した場合、端末が、周辺基地局から送信される信号を周期的にモニタし、受信できることを検出した場合、などをトリガとして実行する。

特表２００６−５００８７３号公報

特許文献１に記載の発明においては、ハンドオーバトリガの発生により、端末は明示的にサウンディングパルスを送信し、基地局側の受信結果によりハンドオーバ先の基地局選択を行う、という手順を踏む。従って、この手順を実行している間、端末の通信が停止してしまう、という問題がある。

また、端末位置の推定では、複数基地局におけるサウンディングパルスの受信情報を用いるが、ハンドオーバの際に必ずしもサウンディングパルスを受信できる基地局が複数存在するとは限らない。そのため、サウンディングパルスを受信できる基地局が１台のみの場合には端末の位置を推定できないという問題がある。また、サウンディングパルスに端末の位置情報を載せる方法も開示されているが、その場合、サウンディングパルスの情報量が増えるため、無線リソースを余計に消費し、他の通信中端末に割り当てる無線リソースが減少してしまう、という問題がある。

また、ハンドオーバのトリガには、端末の信号受信結果（通信中基地局からの受信信号の品質劣化、または、周辺基地局からの信号受信）を用いているが、ビームフォーミングした場合には、必ずしも適切とは言えない。ビームフォーミングは、使用するアンテナ素子数を多く使用することにより高い送信利得が得られ、基地局と端末の距離に関係なく、一定の信号レベルが得られる。すなわち、信号劣化を検出しにくい。ただし、送信利得にも上限があるため、端末においてはある程度の距離を離れたときに急激に信号レベルが落ちる場合がある。あるいは、基地局が他の端末にも信号を同時送信している場合には、その台数に依存して、ハンドオーバの実施が近い端末に対して配分できる送信電力が変化することも考えられる。このようなことを考えると、端末がハンドオーバすべきか否かは、基地局側で把握している情報を基にする方が適切に判断できる場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ハンドオーバを実行中に端末の通信が停止するのを回避可能な基地局、制御局およびハンドオーバ方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の基地局と、前記複数の基地局を制御する制御局とを備えた無線通信システムの前記基地局であって、送信ビームおよび受信ビームを形成するアンテナ部と、自局周辺の他の基地局と通信中の端末がハンドオーバを実施する必要があると前記他の基地局で判断された場合に、ハンドオーバを実施する必要があると判断された端末であるハンドオーバ対象端末が前記他の基地局へ送信している信号を測定する送受信部と、前記制御局が前記ハンドオーバ対象端末のハンドオーバ先を決定する際に参照する情報として前記信号の測定結果を前記制御局へ通知する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ハンドオーバを実行中に端末と基地局の通信が停止するのを回避できる、という効果を奏する。

図１は、本発明を適用する無線通信システムの構成例を示す図である。 図２は、基地局の構成例を示す図である。 図３は、到来方向推定部の動作例を示すフローチャートである。 図４は、制御部の動作例を示すフローチャートである。 図５は、基地局を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。 図６は、制御局の構成例を示す図である。 図７は、ハンドオーバ先決定部の動作例を示すフローチャートである。 図８は、ハンドオーバ制御部の動作例を示すフローチャートである。 図９は、制御局を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。 図１０は、基地局によるビーム形成の一例を示す図である。 図１１は、ハンドオーバ元基地局の方向と端末の方向の誤差を説明する図である。 図１２は、端末とハンドオーバ元基地局の距離の測定方法を示す図である。 図１３は、基地局が端末からの信号を検出する方法の一例を示す図である。 図１４は、基地局が端末からの信号を検出する方法の一例を示す図である。 図１５は、基地局が複数の受信ビームを同時に使用して端末からの信号を検出する方法の一例を示す図である。 図１６は、基地局が複数の受信ビームを同時に使用して端末からの信号を検出する方法の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる基地局、制御局およびハンドオーバ方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明を適用する無線通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態の無線通信システムは、端末３と通信が可能な基地局１₁、１₂および１₃と、基地局１₁、１₂および１₃を制御する制御局２とを備える。図１の例では、基地局１₁と端末３が通信中の状態を示している。基地局１₁、１₂および１₃は、端末３などの通信相手に向けてビームを形成し、信号を送受信することが可能な構成となっている。また、各基地局は通信線を介して制御局２と接続されている。基地局１₂および１₃は、端末３が送信した信号が到達可能な範囲に位置しているものとする。

なお、図１では基地局が３台の場合の例を示しているが、４台以上であっても構わない。以下の説明では、基地局１₁、１₂および１₃を区別する必要がなく、各基地局に共通の事項（装置構成、動作など）を説明する場合、基地局１₁から１₃をまとめて基地局１と記載する。

ここで、図１に示した構成の無線通信システムにおけるハンドオーバ動作について、簡単に説明する。一例として、端末３が基地局１₁から基地局１₂へハンドオーバする場合の動作を説明する。

図１に示した無線通信システムにおいて、端末３は、基地局１₁と通信を行っている。この状態でハンドオーバトリガが発生した場合、すなわち、基地局１₁が、端末３にハンドオーバを実行させて他の基地局との通信を開始させる必要があると判断した場合、制御局２は、端末３と通信中の基地局１₁の周辺に位置している基地局１₂および１₃に対し、端末３が送信する信号の受信を開始するよう指示する。制御局２から受信指示を受けた基地局１₂および１₃は、端末３から送信された信号の受信動作を実行する。このとき、制御局２は、基地局１₂および１₃に対して端末３の信号送信タイミングおよび送信信号情報を通知する。ここで、送信信号情報とは、図示を省略した他の端末が送信する信号と端末３が送信する信号を区別するために必要な情報であり、例えば、端末ＩＤ、端末３に固有のビットパターンや特定の信号パターン（例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）で使われているReference signal sequence、他）などである。以下の説明において、「送信信号情報」は、前述した端末ＩＤ、ビットパターン、信号パターンなどを示すものとする。なお、信号送信タイミングは、端末３が信号を送信するタイミングである。

基地局１₂および１₃は、制御局２から通知された、端末３の信号送信タイミングおよび送信信号情報に基づき、信号受信を行う。このとき、基地局１₂および１₃は、信号の到来方向の推定も行う。基地局１₂および１₃は、端末３から送信された信号の受信結果として、例えば信号強度を制御局２に報告する。信号強度の代わりにＳＮＲ（Signal to Noise power Ratio）やＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise power Ratio）でもよい。その他、信号の到来方向（とビームの形成方向の関係）の変化に応じて値が変化する、信号の受信状態を示す情報であればどのようなものを使用しても構わない。

制御局２は、ハンドオーバを行う端末３から送信された信号の受信結果を報告してきた複数の基地局１の中からハンドオーバ先基地局を選択する。ハンドオーバ先基地局の選択は、複数の基地局１から受けた報告（信号強度など）を比較して行う。制御局２は、例えば、各基地局１から信号強度の報告を受けた場合、信号強度が最も高い基地局１をハンドオーバ先基地局として選択する。ここでは、基地局１₂を選択する。次に、選択した基地局１₂に対してハンドオーバの準備を行うよう指示し、また、端末３および端末３と通信中の基地局１₁に対してハンドオーバ実行を指示する。なお、端末３への指示は基地局１₁を経由して行う。

制御局２からハンドオーバ準備の指示を受けた基地局１₂は、推定した到来方向（端末３から送信された信号の到来方向）にビーム形成して下り同期信号を送信する。また、ハンドオーバをしてくる端末３の上り信号（以後、上り同期信号と称する）を受信するために、受信ビームを形成する。このときのビーム幅は、データ送受信時に形成するビーム幅と同一とする。

図２は、基地局１の構成例を示す図である。基地局１は、アンテナ部１１、到来方向推定部１２、送受信部１３、変復調部１４および制御部１５を備える。

アンテナ部１１は、複数のアンテナと各アンテナを調整してビームを形成するアンテナ調整部１１Ａとを含んで構成されている。アンテナ調整部１１Ａは、複数のアンテナの各々で送受信される信号の振幅、位相を調整するなどしてビームフォーミングを行う電子回路であり、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などで実現される。このアンテナ部１１は、制御部１５の指示を受け、指示された方向に送信ビームを形成し送受信部１３から渡された信号の送信を行う。また、アンテナ部１１は、制御部１５から指示された方向に受信ビームを形成し信号受信を行う。また、アンテナ部１１は、後述する到来方向推定部１２が到来方向を推定する際には、受信対象の方向に向けた一定範囲を受信ビームで走査する。

到来方向推定部１２は、アンテナ部１１が受信ビームで受信対象の方向範囲を走査している間の信号受信結果に基づいて、ハンドオーバを行う端末３（他の基地局と通信中の端末３）が送信している信号の到来方向を推定する。推定した到来方向は制御部１５に報告され、制御部１５は到来方向を最新情報に更新し、記憶する。また、到来方向推定部１２は、ハンドオーバを行う端末３が周囲に存在していない状態でも、自基地局と通信中の端末３が存在する場合には、通信中の端末が送信している信号の到来方向を推定する動作であるビームトラッキングを行う。

到来方向推定部１２の動作についてフローチャートを用いて説明する。図３は、到来方向推定部１２の動作例を示すフローチャートである。

到来方向推定部１２は、端末３から送信された信号の到来方向の推定指示を制御部１５から受けたか否かを確認し（ステップＳ１１）、指示を受けていない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ステップＳ１１の処理を繰り返す。到来方向の推定指示には推定対象の信号を識別するための情報、具体的には、上述した送信信号情報と同様の情報が含まれているものとする。制御部１５から上記指示を受けた場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、到来方向推定部１２は、制御部１５からの指示が示している端末３より送信された信号の受信結果を送受信部１３から取得する（ステップＳ１２）。信号の受信結果は、信号の受信品質を示す情報である。到来方向推定部１２がステップＳ１２で取得する受信結果は、アンテナ部１１が方向を変えながら形成した受信ビームの各々における受信結果である。例えば、アンテナ部１１がある範囲内において一定周期で受信ビームの方向を一定量切り替え、送受信部１３が各周期すなわち各方向において受信処理を行うことにより得られた受信結果の各々を、到来方向推定部１２が取得する。

次に、到来方向推定部１２は、取得した受信結果、すなわち、アンテナ部１１および送受信部１３が、受信ビームの方向を切り替えながら、方向の異なる各受信ビームで受信した信号の受信結果に基づいて、制御部１５からの指示が示している端末３より送信された信号の到来方向を推定し、推定結果を制御部１５へ通知する（ステップＳ１３）。ステップＳ１２で取得した受信結果が信号強度の場合、到来方向推定部１２は、最も大きな値を示す受信結果に対応する方向を信号の到来方向と判断する。

このように、到来方向推定部１２は、制御部１５から指示を受けた場合、指示された端末３より送信された信号の到来方向を、送受信部１３における信号の受信結果に基づいて推定する。推定結果は制御部１５へ通知される。

送受信部１３は、端末３に対して信号を送信する際には、変復調部１４から渡されるベースバンド信号をデジタルからアナログに変換するとともに、変換後のベースバンド信号を無線周波数信号にアップコンバートする。また、その逆の端末３から信号を受信する際には、無線周波数信号からベースバンド信号にダウンコンバートするとともに、ベースバンド信号をアナログからデジタルに変換する。また、送受信部１３は、信号強度やＳＮＲ、ＳＩＮＲなどの信号受信品質を測定する。

変復調部１４は、信号の変調および復調を行う。

制御部１５は、到来方向推定部１２から報告された到来方向の情報を記憶する。また、基地局全体の信号送受信タイミングの制御および調整を行う。制御部１５は、また、通信ネットワーク網とのインタフェースを持ち、データの送受信を実施する。さらに、制御局２とのインタフェースを持ち、ハンドオーバトリガをかけ、通信中の端末３の中にハンドオーバが必要な端末３が存在する場合には、制御局２に対し、ハンドオーバが必要な端末３からの信号を区別する送信信号情報（前述）と信号送信タイミングの情報とを送信する。また、制御部１５は、自基地局が設置されている場所を示す位置情報を保持しているものとする。

制御部１５は、通信相手の端末３に対してデータ信号を送信する場合には、変復調部１４に変調を行うデータを送ると共に、アンテナ部１１に通信相手の端末３の到来方向情報を与えて、送信ビームを向ける方向を指示する。到来方向情報は、通信相手の端末３が送信した信号の到来方向を示している。また、通信相手の端末３からデータ信号を受信する場合にも、アンテナ部１１に通信相手の端末３の到来方向情報を与えて受信ビームを向ける方向を指示する。一方、制御局２からある端末３の上り信号受信指示を受けた場合、制御部１５は、指示の際に通知された送信信号情報および信号送信タイミングの情報に従い、アンテナ部１１、到来方向推定部１２および変復調部１４に対して上り信号受信を指示する。なお、受信する信号は、周囲の他の基地局においてハンドオーバが必要と判断された端末３から送信された信号である。

制御部１５の動作についてフローチャートを用いて説明する。図４は、制御部１５の動作例を示すフローチャートである。

制御部１５は、他の基地局と通信中の端末３から送信された信号の受信指示を制御局２から受けたか否かを確認し（ステップＳ２１）、指示を受けていない場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、ステップＳ２１の処理を繰り返す。制御局２から上記指示を受けた場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、制御部１５は、制御局２から指定された端末３が他の基地局に向けて送信している信号の受信を送受信部１３に指示する（ステップＳ２２）。制御部１５は、次に、制御局２から指定された端末３が他の基地局に向けて送信している信号の到来方向の推定を到来方向推定部１２に指示する（ステップＳ２３）。なお、ステップＳ２２とＳ２３の実行順序は逆であってもよい。その後、制御局２から指定された端末３が他の基地局に向けて送信している信号の受信結果を送受信部１３から取得し、制御局２へ通知する（ステップＳ２４）。また、制御局２から指定された端末３が他の基地局に向けて送信している信号の到来方向の推定結果を到来方向推定部１２から取得して記憶する（ステップＳ２５）。なお、ステップＳ２４とＳ２５の実行順序は入れ替わっても問題ない。

図５は、基地局１を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。基地局１は、例えば、図５に示したプロセッサ１０１、メモリ１０２、送信機１０３、受信機１０４、ネットワークインタフェース１０５およびアンテナ装置１０６により実現される。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等である。

基地局１の到来方向推定部１２および制御部１５は、プロセッサ１０１およびメモリ１０２に格納されているプログラムにより実現される。具体的には、プロセッサ１０１が、これらの各部として動作するためのプログラムをメモリ１０２から読み出して実行することにより実現される。

送受信部１３および変復調部１４は、送信機１０３および受信機１０４により実現される。すなわち、送受信部１３における送信処理および変復調部１４における変調処理は、送信機１０３において実施され、送受信部１３における受信処理および変復調部１４における復調処理は、受信機１０４において実施される。アンテナ部１１はアンテナ装置１０６により実現される。なお、図５に示したネットワークインタフェース１０５は、図２に示した制御部１５が制御局２と通信する際および通信ネットワーク網と通信する際に使用される。

図６は、制御局２の構成例を示す図である。制御局２は、ハンドオーバ先決定部２１およびハンドオーバ制御部２２を備える。また、基地局とのインタフェースを複数有している。

ハンドオーバ先決定部２１は、ある基地局１と通信中の端末３がハンドオーバを実行する場合のハンドオーバ先の基地局１を決定する。

ハンドオーバ先決定部２１の動作についてフローチャートを用いて説明する。図７は、ハンドオーバ先決定部２１の動作例を示すフローチャートである。

ハンドオーバ先決定部２１は、ハンドオーバが必要な端末３のハンドオーバ先の決定指示をハンドオーバ制御部２２から受けたか否かを確認し（ステップＳ３１）、指示を受けていない場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、ステップＳ３１の処理を繰り返す。ハンドオーバ制御部２２から上記指示を受けた場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、ハンドオーバ先決定部２１は、ハンドオーバ制御部２２が端末３のハンドオーバ先の候補の基地局１から収集した受信結果を取得する（ステップＳ３２）。ここで、詳細については後述するが、ハンドオーバ制御部２２は、ハンドオーバが必要な端末３を検知した場合、この端末３と通信中の基地局１の周辺に存在する基地局１を、端末３のハンドオーバ先候補として扱い、端末３が通信中の基地局へ送信している信号をハンドオーバ先候補の各基地局に受信させ、この信号の受信結果をハンドオーバ先候補の各基地局から収集する。例えば、図１に示した例の場合、端末３は基地局１₁と通信中であり、端末３のハンドオーバが必要となった場合のハンドオーバ先候補は基地局１₂および１₃となる。ステップＳ３２において、ハンドオーバ先決定部２１は、ハンドオーバ制御部２２がハンドオーバ先候補の各基地局から収集した上記の受信結果を取得する。

ハンドオーバ先決定部２１は、次に、ステップＳ３２で取得した受信結果に基づいて端末３のハンドオーバ先の基地局１を決定し、決定結果をハンドオーバ制御部２２へ通知する（ステップＳ３３）。このステップＳ３３において、ハンドオーバ先決定部２１は、ステップＳ３２で取得した受信結果が例えば信号強度の場合、各受信結果を比較し、最も高い信号強度を示す受信結果に対応する基地局１をハンドオーバ先に決定する。

ハンドオーバ制御部２２は、複数の基地局１に対し、端末３のハンドオーバ実現に必要な各種処理の実行を指示する。ハンドオーバ制御部２２は、無線通信システムを構成している各基地局１の設置場所を示す位置情報を保持しているものとする。

図６に示した制御局２において、ハンドオーバ制御部２２は、ある基地局１においてハンドオーバが必要な端末３（以下、ハンドオーバ対象端末と称する）が検出されると、この基地局１（以下、ハンドオーバ元基地局と称する）から、その旨を示す通知を受けるとともに、ハンドオーバ対象端末が送信する信号の信号送信タイミングおよび送信信号情報を受け取る。そして、ハンドオーバ対象端末が通信している基地局１（ハンドオーバ元基地局）の周辺の基地局１（以下、ハンドオーバ先候補基地局と称する）に対し、ハンドオーバ対象端末が送信する信号の信号送信タイミングおよび送信信号情報を渡し、ハンドオーバ対象端末が送信する信号の受信を指示する。なお、ハンドオーバ先候補基地局は、ハンドオーバ元基地局からの距離などに基づいて１台以上選択するものとする。ハンドオーバ制御部２２は、各ハンドオーバ先候補基地局から対象信号（ハンドオーバ対象端末が送信する信号）の受信結果を受け取ると、受信結果をハンドオーバ先決定部２１に受け渡す。ハンドオーバ先決定部２１は、受け取った情報（受信結果）から、前述した基準を使ってハンドオーバ先として適切な基地局を選択する。ハンドオーバ先決定部２１によるハンドオーバ先の基地局の選択が終了すると、ハンドオーバ制御部２２は、ハンドオーバ先として選択された基地局（以下、ハンドオーバ先基地局と称する）に対して、ハンドオーバ対象端末用の下り同期信号送信や上り同期信号受信の指示を行い、ハンドオーバに備えさせる。また、ハンドオーバ制御部２２は、ハンドオーバ対象端末およびハンドオーバ元基地局に対してハンドオーバの実施を指示する。ハンドオーバ対象端末には、ハンドオーバ先基地局のＩＤなど、ハンドオーバに必要な情報を送信する。

ハンドオーバ制御部２２の動作についてフローチャートを用いて説明する。図８は、ハンドオーバ制御部２２の動作例を示すフローチャートである。

ハンドオーバ制御部２２は、ハンドオーバが必要な端末３が存在するか否かを確認し（ステップＳ４１）、存在しない場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、ステップＳ４１の処理を繰り返す。ハンドオーバが必要な端末３が存在する場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、ハンドオーバ制御部２２は、ハンドオーバが必要な端末３から送信された信号を受信するよう、ハンドオーバが必要な端末３と通信中の基地局１の周囲の基地局１に指示を行う（ステップＳ４２）。例えば、図１に示した例の場合、端末３は基地局１₁と通信中であり、端末３のハンドオーバが必要となった場合、ハンドオーバ制御部２２は、端末３から送信された信号を受信するよう、基地局１₂および１₃に指示を行う。

そして、ハンドオーバ制御部２２は、ハンドオーバが必要な端末３と通信中の基地局１の周囲の基地局１から、端末３が送信した信号の受信結果を取得し（ステップＳ４３）、ハンドオーバが必要な端末３のハンドオーバ先の決定指示をハンドオーバ先決定部２１に対して行う（ステップＳ４４）。

その後、ハンドオーバ先決定部２１から決定結果、すなわち、ハンドオーバが必要な端末３のハンドオーバ先の基地局の情報を取得すると（ステップＳ４５）、ハンドオーバが必要な端末３、ハンドオーバが必要な端末３と通信中の基地局１、ハンドオーバが必要な端末３のハンドオーバ先の基地局１にハンドオーバの実施を指示する（ステップＳ４６）。

図９は、制御局２を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。制御局２は、例えば、プロセッサ２０１、メモリ２０２およびネットワークインタフェース２０５により実現される。これらは図５に示したプロセッサ１０１、メモリ１０２およびネットワークインタフェース１０５と同様のデバイスである。

制御局２のハンドオーバ先決定部２１およびハンドオーバ制御部２２は、プロセッサ２０１およびメモリ２０２に格納されているプログラムにより実現される。具体的には、プロセッサ２０１が、これらの各部として動作するためのプログラムをメモリ２０２から読み出して実行することにより実現される。なお、図９に示したネットワークインタフェース２０５は、図５に示したハンドオーバ制御部２２が基地局１₁〜１₃と通信する際に使用される。

改めて、ハンドオーバ時の動作を説明する。端末３と通信している基地局１は、それまでに推定した到来方向を使って信号送受信を行うと共に、端末３の移動に伴って到来方向情報の更新を行っている。また、到来方向情報の更新に伴い、必要に応じてビームを向ける方向を調整する。基地局１は、端末３と通信している状態ではハンドオーバを行う必要があるかどうかの判定を行っており、あらかじめ決めておいた条件を満たすと、ハンドオーバが必要と判断する。ハンドオーバの判定条件については別途説明する。基地局１は、ハンドオーバが必要と判断した場合、端末３との通信を継続しつつ、制御局２に対し、ハンドオーバが必要となったこと、ハンドオーバが必要となった端末であるハンドオーバ対象端末が信号を送信するタイミング（ハンドオーバ対象端末の信号送信タイミング）および送信信号情報（前述）を通知する。

ハンドオーバが必要となった旨の通知を受けた制御局２は、通知元の基地局１であるハンドオーバ元基地局の周辺に位置している基地局、すなわちハンドオーバ先候補基地局に対し、信号送信タイミングおよび送信信号情報と、ハンドオーバ元基地局の位置情報を通知し、ハンドオーバ対象端末の信号を受信するように指示する。制御局２がハンドオーバ先候補基地局に通知する信号送信タイミングおよび送信信号情報は、ハンドオーバ元基地局から制御局２へ通知された信号送信タイミングおよび送信信号情報である。

ハンドオーバ対象端末の信号受信指示を受けた各ハンドオーバ先候補基地局は、制御局２から通知された、ハンドオーバ対象端末の信号送信タイミングおよび送信信号情報に従い、ハンドオーバ対象端末から送信された信号を受信する。この際、受信ビームは、制御局２から通知された、ハンドオーバ元基地局の位置情報が示す位置の方向を中心にある角度の範囲（±θ）で走査を行う。ハンドオーバ元基地局の方向は、ハンドオーバ元基地局の位置情報と自基地局の位置情報とに基づいて算出する。走査中に信号を検出すると、その結果を基に到来方向推定を行い、その情報を記憶するとともに、制御局２に対して、検出した信号の信号強度を信号受信結果として報告する。

制御局２は、各ハンドオーバ先候補基地局から信号受信結果の報告を受けると、報告された信号受信結果に基づいてハンドオーバ先基地局を選択する。また、選択したハンドオーバ先基地局に対してハンドオーバ準備を行うよう指示する。具体的には、ハンドオーバ対象端末用の下り同期信号送信および上り同期信号受信を指示する。

ハンドオーバ準備の指示を受けたハンドオーバ先候補基地局であるハンドオーバ先基地局は、下り同期信号送信および上り同期信号受信を開始する。この際に形成するビームは、記憶してある到来方向、すなわちハンドオーバ対象端末から送信された信号の受信結果に基づいて推定した到来方向に向ける。

次に、ハンドオーバの判定条件について説明する。端末３と通信中の基地局１はビームを形成して通信しているが、複数のアンテナ素子を使ってビームを形成している。使用するアンテナ素子数が多ければ多いほど、送信利得が上がり、信号の届く距離が長くなる。使用するアンテナ素子数は、基地局１が備えているアンテナ素子数で上限が決まる他、同じタイミングで基地局１と通信している端末３の数にも依存する。従って、例えば、基地局１からの距離が１００ｍの位置に端末３が存在する場合、図１０（ａ）に示したような１つの送信ビームを形成しているときには端末３に十分な強度の信号が届いたとしても、図１０（ｂ）に示したような複数の送信ビームを形成しているときには端末３に十分な強度の信号が届かない可能性がある。この状況は端末３側では知ることができないため、基地局１で制御する必要がある。つまり、端末３側では、受信している信号の強度が不十分で通信品質が劣化している場合に、ハンドオーバを実行しなければ通信品質が改善できないのか、それとも、基地局１側でのアンテナ制御により電力を集中させて通信品質を改善することが可能なのかを知ることができないため、ハンドオーバの必要性判断は基地局１で行うことが望ましい。ビームで受信する場合にも同じことが言え、例えば、１ビームと４ビームでは受信利得が異なる。このような状況を鑑み、基地局１は、通信中の端末３に向けたビームに与えている送信電力がしきい値以上となったことを検出した場合、通信中の端末３はハンドオーバが必要と判断する。ハンドオーバが必要か否かを判定するためのしきい値は、基地局１が備えているアンテナ素子数および基地局１と通信中の端末３の数に基づいて変更する。例えば、通信中の端末３の数が増加するにつれてしきい値を低くする。その他、基地局１は、端末３から受信した信号の受信強度がしきい値未満となったことを検出した場合にハンドオーバが必要と判断してもよい。

ハンドオーバ先候補基地局が受信する上り信号をハンドオーバ対象端末が送信するタイミングについては、以下の通りとする。当該端末は通常、通信している基地局１から上り信号送信のリソース（周波数や時間）を与えてもらっているが、基地局１がこの上り信号のリソースを決定する度に制御局２経由で各ハンドオーバ先候補基地局に通知する。あるいは、リソースの与え方を周期的なものとし、その基準と周期を、ハンドオーバが必要と判断した場合に、制御局２経由でハンドオーバ先候補基地局へ一度通知してもよい。あるいは、ＬＴＥ（Long Term Evolution）のような、上り制御信号のリソースが端末３が通信を開始した時点で周期的に割り当てられるシステムでは、制御信号リソースの基準と周期を、ハンドオーバが必要と判断した場合に一度通知する方法も考えられる。

また、ハンドオーバ先候補基地局は、前述した角度θを、ハンドオーバ対象端末とハンドオーバ元基地局の距離に基づいて決定する。具体的には、距離が短ければθを小さい値とし、距離が長ければθを大きい値とする。このようにするのは、ハンドオーバ対象端末がハンドオーバ元基地局に近い場所に存在する場合には、ハンドオーバ先候補基地局から見た場合、ハンドオーバ元基地局の方向とハンドオーバ対象端末の方向の誤差が小さいのに対し、ハンドオーバ対象端末がハンドオーバ元基地局から遠い場所に存在する場合には、ハンドオーバ先候補基地局から見た場合、ハンドオーバ元基地局の方向とハンドオーバ対象端末の方向の誤差が大きくなるからである（図１１参照）。その他、常に角度θを一定値としておく方法もある。

ハンドオーバ対象端末とハンドオーバ元基地局の距離は、図１２に示したような測定の方法により求めることができる。ビームは垂直方向にも形成しているため、ハンドオーバ元基地局とハンドオーバ対象端末の距離が短い場合、ビームの垂直方向角度が狭くなり、距離が長い場合、ビームの垂直方向角度が広くなる。角度はハンドオーバ元基地局で把握することができるため、この角度で距離を判断し、角度θを決定すればよい。従って、ハンドオーバ元基地局は、上記の垂直方向角度または角度θを制御局２に通知する。制御局２は、通知された垂直方向角度または角度θを各ハンドオーバ先候補基地局に通知する。

ビームの幅については、全て固定値としてもよいし、ハンドオーバ対象端末の移動速度に合わせて決定してもよい。これは、ハンドオーバ先候補基地局がハンドオーバ対象端末の上り信号を受信しているときにビーム方向を特定してから、その後のハンドオーバ実施時の下り同期信号送信時、あるいは上り同期信号受信時までに、ハンドオーバ対象端末が移動していることを考慮している。移動速度が速ければ速いほどハンドオーバ対象端末の移動距離が長いため、下り同期信号送信や上り同期信号受信時のビーム幅は広めにとることがよい。逆に、移動速度が遅ければ、上記ビーム幅は狭くてよい。従って、ハンドオーバ元基地局は、ハンドオーバ対象端末の信号送信タイミングおよび送信信号情報を制御局２に通知する際、ハンドオーバ対象端末の移動速度の情報も一緒に通知し、制御局２は、ハンドオーバ先候補基地局に上り信号受信を指示するとき、および、ハンドオーバ準備を指示するときに移動速度の情報の通知も一緒に通知する。

なお、ここまで、ハンドオーバの際の基地局１間での情報のやりとりは、制御局２を経由して行うものとして説明したが、これに限定するものではない。上述した制御局２の機能をいずれかの基地局１に持たせ、基地局１間で直接通信を行う構成でもよい。例えば、基地局１同士が直接通信するための通信線を設け、制御局２が行う処理、すなわち、ハンドオーバ先候補基地局に対してハンドオーバ対象端末からの信号の受信を指示し、信号受信結果に基づいてハンドオーバ先基地局を決定する処理、決定したハンドオーバ先基地局に対してハンドオーバ準備を指示するとともにハンドオーバ対象端末に対してハンドオーバの実行を指示する処理、などをハンドオーバ元基地局が実行するようにしてもよい。

また、ここまで、ハンドオーバ先候補基地局がハンドオーバ対象端末の信号を受信する際、図１３に示したようなビームを走査する方法により受信する場合について説明したが、別の方法により受信してもよい（図１４参照）。具体的には、複数の固定ビームを形成し、同時に信号受信動作を行い、所望の信号を検出した方向がハンドオーバ対象端末に最適なビーム方向と判定する。このとき、隣り合うビームで同時受信した場合、両方の受信ビームに信号が入り、方向を正しく特定できない場合が考えられる。これを防ぐため、ビームのグループ化を行ってもよい。例えば、隣り合うビームは異なるビームグループとし、図１５に示すように、ビームグループ＃１で信号受信する時間帯とビームグループ＃２で信号受信する時間帯をそれぞれ設けて信号受信動作を行う。このグループ数は２とは限らない。ビームを形成した場合、サイドローブが発生するために、隣接のビームからは影響を受けないが、次隣接ビームから影響を受ける可能性もある。従って、ビームの特性を考慮し、適切なビームグループ数に分ける。また、ビームを水平面および垂直面の両方で形成することもグループ数を決定する要素として考慮する。図１６は水平面および垂直面の両方でビームを形成したときのビームグループ単位での受信動作例を表している。図中、実線で描いたビームでのみ同時に信号受信を行っており、時間経過毎に信号受信を行うビームグループを変更する。

なお、ここで説明した固定ビームを複数用いる方法を実現する場合の基地局１の構成は図２に示したものと同じである。制御部１５がアンテナ部１１に対してビームグループの考え方に基づいて複数ビームを形成するよう指示し、アンテナ部１１がそれを実現する。また、到来方向推定部１２は複数ビームの信号受信結果から到来方向を推定する。

固定ビームを複数用いて到来方向を推定する場合には、固定ビームを形成する際に端末３の移動速度情報を用いて幅を決めることができる。また、ここで決めたビーム幅をハンドオーバ時の下り同期信号送信時および上り同期信号受信時にも適用する。

また、ビーム幅は常に固定で、代わりに下り同期信号送信時および上り同期信号受信時に複数ビームを用いる方法も考えられる。例えば、ハンドオーバ対象端末の移動速度が遅い場合には、到来方向推定時に推定したビーム１つだけを用い、移動速度が速い場合には、到来方向推定時に推定したビームに加え、その他複数のビームも使用する。ここで、複数ビームで下り同期信号を送信する場合には、それらを同時に送信する方法と、干渉を起こさないビームグループを作り、グループ毎に下り同期信号を送信する方法がある。

このように、本実施の形態の無線通信システムにおいて、基地局は、周囲の他の基地局が、通信中の端末をハンドオーバさせる必要があると判断した場合、ハンドオーバが必要と判断された端末が送信している信号の受信品質として、信号強度、ＳＮＲ、ＳＩＮＲなど、を測定し、測定した受信結果を制御局または他の基地局へ通知し、通知された受信結果に基づいて、制御局または他の基地局が端末のハンドオーバ先を決定する。また、基地局は、自局と通信中の端末を他の基地局にハンドオーバさせる必要があると判断すると、ハンドオーバさせる必要がある端末であるハンドオーバ対象端末が送信した信号を受信するために必要な情報、具体的には、ハンドオーバ対象端末が信号を送信するタイミングと、ハンドオーバ対象端末から送信された信号と他の端末から送信された信号を区別するための送信信号情報とを、ハンドオーバ先の候補である周辺の基地局へ、制御局経由で通知する、または、直接通知する。そして、周辺の基地局は、ハンドオーバ対象端末から送信された信号を複数のビームを用いて受信し、周辺の基地局における信号受信結果に基づいて、制御局またはハンドオーバ元の基地局が、ハンドオーバ先の基地局を決定する。周辺の基地局は、ハンドオーバ対象端末から送信された信号を複数のビームを用いて受信する処理において、各ビームを使用した場合それぞれを対象として信号を測定し、測定結果に基づき、ハンドオーバ対象端末のハンドオーバ先が自局となった場合に使用するビームを決定する。

これにより、端末が通信を行っている間に、ハンドオーバ先の基地局の選択と、ハンドオーバ実行後にハンドオーバ先の基地局が使用するビームの決定とを行うことができる。その結果、ハンドオーバ実行時に端末がサウンディングパルスを送信する必要がなくなり、端末の通信停止が発生するのを回避できる。

また、本実施の形態の無線通信システムにおいては、１台のハンドオーバ先候補基地局のみが上り信号を受信した場合でも端末が位置している方向を特定できる。また、サウンディングパルスや他の上り信号に端末の位置情報を載せる必要がないため、無線リソースを多く消費することがなく、他の通信中端末に割り当てる無線リソースが減少してしまう問題が発生しない。

また、本実施の形態の無線通信システムにおいては、基地局が通信端末に割り当てることのできる最大送信電力と現状の送信電力を比較し、その比較結果もハンドオーバの実施判断に活用するので、前述した、端末の把握する情報のみでハンドオーバを判断する場合の問題、を解決できる。

また、周辺の基地局は、ハンドオーバ対象端末からの上り信号を受信する際に生成する受信ビーム幅は、ハンドオーバ後の通信時に使用するビーム幅と同じとする。ハンドオーバ実行中の端末がハンドオーバ先の基地局に同期するための下り信号についてもそのビーム幅は、前記ビーム幅と同一とする。ビーム幅を同一とすることで、ハンドオーバ後に再度ビーム幅を決定する処理がなくなり、データ通信再開までの時間を短縮することができる。

また、上記ビーム幅は端末の移動速度に基づいて決定する。ハンドオーバ先候補基地局がハンドオーバ対象端末の信号を受信してその到来方向を特定してから、実際にハンドオーバを実施するまでに時間経過があるため、その間にハンドオーバ対象端末が移動する可能性がある。よって、ハンドオーバ対象端末の移動速度に基づいてビーム幅を決めることで、時間経過による端末の移動が発生しても特定した方向をカバーするビームから端末送信信号の到来方向が外れるのを防止できる。あるいは、ハンドオーバ対象端末がハンドオーバ先の基地局に同期するための下り同期信号を送信する際のビーム数を端末の移動速度に基づいて決定する。この場合、ハンドオーバ対象端末からの信号が到来する方向を特定後、端末の移動に伴い、特定した方向のビームを端末が受信できなくなったとしても、他のビームを使用して端末と通信することが可能となる。

また、本実施の形態の無線通信システムにおいては、基地局が上り信号を受信するための、ハンドオーバ対象端末による信号送信タイミングを、基地局間通信または制御局経由でハンドオーバ元の基地局からハンドオーバ先の基地局へ通知するので、これにより、装置構成を簡易にすることができ、またハンドオーバ処理にかかる時間を短縮できる。

また、ハンドオーバ先候補基地局は、複数の受信ビームを形成してハンドオーバ対象端末からの上り信号を受信する場合、お互いが干渉しないビームの組み合わせのみを同一タイミングで受信するようにし、干渉するビーム同士は異なるタイミングで受信するように制御する。これにより、安定した信号受信を確保できる。

また、ハンドオーバ先候補基地局およびハンドオーバ元基地局は、複数の送信ビームを形成してハンドオーバ対象端末へ下り信号を送信する場合、お互いが干渉しないビームの組み合わせのみを同一タイミングで送信するようにし、干渉するビーム同士は異なるタイミングで送信するように制御する。これにより、端末での安定した信号受信を確保できる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

以上のように、本発明は、無線通信システムを構成する基地局および制御局、無線通信システムで実行するハンドオーバ方法として有用である。

１₁，１₂，１₃ 基地局、２ 制御局、３ 端末、１１ アンテナ部、１１Ａ アンテナ調整部、１２ 到来方向推定部、１３ 送受信部、１４ 変復調部、１５ 制御部、２１ ハンドオーバ先決定部、２２ ハンドオーバ制御部、１０１，２０１ プロセッサ、１０２，２０２ メモリ、１０３ 送信機、１０４ 受信機、１０５，２０５ ネットワークインタフェース、１０６ アンテナ装置。

Claims (13)

1. 複数の基地局と、前記複数の基地局を制御する制御局とを備えた無線通信システムの前記基地局であって、
   送信ビームおよび受信ビームを形成するアンテナ部と、
   自局周辺の他の基地局と通信中の端末がハンドオーバを実施する必要があると前記他の基地局で判断された場合に、ハンドオーバを実施する必要があると判断された端末であるハンドオーバ対象端末が前記他の基地局へ送信している信号を測定する送受信部と、
   前記制御局が前記ハンドオーバ対象端末のハンドオーバ先を決定する際に参照する情報として前記信号の測定結果を前記制御局へ通知する制御部と、
   を備えることを特徴とする基地局。
2. 前記アンテナ部は、前記他の基地局が設置されている方向を中心とした一定範囲において、固定幅の複数の受信ビームをそれぞれ異なる方向に向けて形成し、
   前記送受信部は、前記複数の受信ビームそれぞれを使用した場合の前記信号を測定し、
   前記制御部は、前記送受信部による信号測定で得られた複数の測定結果のうち、最良の受信状態を示している測定結果を前記制御局へ通知する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. 前記一定範囲を前記他の基地局と前記ハンドオーバ対象端末の距離に基づいて決定することを特徴とする請求項２に記載の基地局。
4. 前記アンテナ部は、前記複数の受信ビームを同時に形成する、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の基地局。
5. 前記アンテナ部は、前記複数の受信ビームを、互いに干渉し合う受信ビーム同士が異なるグループに属するようグループ化し、グループごとに異なるタイミングで順次形成する、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の基地局。
6. 前記送受信部による信号測定で得られた複数の測定結果に基づいて、前記ハンドオーバ対象端末から送信された信号の到来方向を推定する到来方向推定部、
   をさらに備え、
   前記アンテナ部は、下り同期信号送信時および上り同期信号受信時には、前記到来方向推定部が推定した到来方向に向けて複数ビームを形成する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の基地局。
7. 前記送受信部が前記信号を測定する際に前記アンテナ部が形成する受信ビームの幅と前記到来方向推定部が推定した到来方向に向けて前記アンテナ部が形成する送信ビームの幅および受信ビームの幅を同一とする、
   ことを特徴とする請求項６に記載の基地局。
8. 前記制御部は、自局と通信中の端末を他の基地局へハンドオーバさせる必要があるか否かを判定し、ハンドオーバさせる必要がある場合には、ハンドオーバさせる端末が送信した信号を受信するために必要な情報をハンドオーバ先の候補である周辺の基地局へ送信する、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の基地局。
9. 無線通信システムの基地局であって、
   送信ビームおよび受信ビームを形成するアンテナ部と、
   自局周辺の他の基地局と通信中の端末がハンドオーバを実施する必要があると前記他の基地局で判断された場合に、ハンドオーバを実施する必要があると判断された端末であるハンドオーバ対象端末が前記他の基地局へ送信している信号を測定する送受信部と、
   前記他の基地局が前記ハンドオーバ対象端末のハンドオーバ先を決定する際に参照する情報として前記信号の測定結果を前記他の基地局へ通知する制御部と、
   を備えることを特徴とする基地局。
10. 無線通信システムの基地局であって、
    自局と通信中の端末を他の基地局へハンドオーバさせる必要がある場合、前記端末が自局へ送信した信号を受信するよう、周辺の１台以上の他の基地局に対して指示し、前記他の基地局における前記信号の測定結果に基づいて、前記端末のハンドオーバ先を決定する制御部、
    を備えることを特徴とする基地局。
11. 無線通信システムの基地局を制御する制御局であって、
    ハンドオーバが必要な端末であるハンドオーバ対象端末と通信中であることを第１の基地局から通知された場合、前記ハンドオーバ対象端末が前記第１の基地局へ送信した信号を受信するよう、前記第１の基地局の周辺に位置している１台以上の第２の基地局に対して指示するハンドオーバ制御部と、
    前記第２の基地局における前記信号の測定結果に基づいて、前記ハンドオーバ対象端末のハンドオーバ先を決定するハンドオーバ先決定部と、
    を備えることを特徴とする制御局。
12. 前記ハンドオーバ制御部は、前記ハンドオーバ対象端末が送信した信号を受信するために必要な情報を前記第１の基地局から取得するとともに、取得した情報を前記第２の基地局へ通知し、通知した情報に従って受信処理を行うよう前記第２の基地局へ指示する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の制御局。
13. 複数の基地局と、前記複数の基地局を制御する制御局とを備えた無線通信システムにおけるハンドオーバ方法であって、
    前記基地局が、他の基地局へハンドオーバさせる必要がある端末であるハンドオーバ対象端末を検知するハンドオーバ検知ステップと、
    前記制御局が、前記ハンドオーバ対象端末が通信中の基地局へ送信した信号を受信するよう、前記ハンドオーバ対象端末を検知した基地局の周辺に位置している基地局に対して指示する受信指示ステップと、
    前記受信指示ステップで指示を受けた基地局が、前記ハンドオーバ対象端末が通信中の基地局へ送信している信号を測定する信号測定ステップと、
    前記制御局が、前記信号の測定結果に基づいて、前記ハンドオーバ対象端末のハンドオーバ先を決定するハンドオーバ先決定ステップと、
    前記制御局が、前記決定したハンドオーバ先の基地局に対してハンドオーバの準備を指示するとともに、前記ハンドオーバ対象端末および前記ハンドオーバ対象端末を検知した基地局に対してハンドオーバの実施を指示するハンドオーバ実施ステップと、
    を含むことを特徴とするハンドオーバ方法。

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