JP5995526B2

JP5995526B2 - 無線通信システム

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Publication number: JP5995526B2
Application number: JP2012121686A
Authority: JP
Inventors: 大成末満
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: JP2013247600A

Description

本発明は無線通信システムに関し、特に複数の通信基地局を用いて通信領域を形成する無線通信システムに関するものである。

従来から、携帯電話等の通信端末の通信を中継する通信基地局を備える無線通信システムが広く普及している。

このような無線通信システムにおける通信基地局は、例えば半径数百ｍ〜十数ｋｍの通信範囲を有しているが、１つの通信基地局の通信範囲を超える領域で通信の中継を可能にするため、または、１つの通信基地局の通信範囲内で信号（電波）を良好に受信できない領域を補完するため等の目的で、互いの通信範囲が少なくとも一部重なる複数の通信基地局が無線通信システムに用いられる場合がある（特許文献１参照）。

特開２０１０−５６８８１号公報

しかし上記のような無線通信システムにおいて、通信情報量の増加等に伴い信号を送信するための電力が増加しており、送信電力を抑えつつ、より効率のよい通信を行うことに対する需要が高まっていた。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、複数の通信基地局を備える無線通信システムにおいて、信号の送信電力を抑えつつ、通信の効率を高めることができる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に関する無線通信システムは、自身の通信圏内において端末の通信を中継する複数の通信基地局を備え、各前記通信基地局の前記通信圏は、互いに重ならず設定され、各前記通信基地局が、複数の前記通信基地局の前記通信圏に亘る報知領域に、自身の基地局情報を報知する報知部と、前記基地局情報を受信した前記端末から、当該端末の位置情報を受信する受信部と、前記端末の前記位置情報に基づいて、前記端末の位置が自身の前記通信圏に含まれるか否かを判定する判定部と、前記端末の位置が自身の前記通信圏に含まれる場合、当該端末の位置する方向に信号送信方向を限定して当該端末の通信を中継する信号を送信する送信部とを備えることを特徴とする。

本発明の別の態様に関する無線通信システムは、自身の通信圏内において端末の通信を中継可能である２つの通信基地局と、各前記通信基地局を焦点とする楕円形状に形成された反射壁面とを備え、少なくとも一方の前記通信基地局が信号を発信し、前記反射壁面が、一方の前記通信基地局から発信された前記信号を、他方の前記通信基地局へ反射させることを特徴とする。

本発明の上記態様によれば、複数の通信基地局を備える無線通信システムにおいて、信号の送信電力を抑えつつ、通信の効率を高めることができる。

本発明の実施形態に関する無線通信システムの構成を示す図である。無線通信システムにおける通信基地局の構成を概念的に示すブロック図である。本発明の実施形態に関す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。本発明の実施形態に関する無線通信システムの動作を説明する図である。本発明の実施形態に関する無線通信システムの構成を示す図である。本発明の前提技術に関する無線通信システムの構成を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

まず、本発明の前提技術として、２つの通信基地局による通信領域について説明する。

図６は、２つの通信基地局１Ａおよび通信基地局２Ａを備える無線通信システム１００Ａの構成を概略的に示す図である。

図６に示されるように無線通信システム１００Ａにおいては、通信基地局１Ａの通信圏１０Ａと、通信基地局２Ａの通信圏２０Ａとが、互いに一部が重なって設定されている。例えば端末７Ｂは通信圏２０Ａ内に位置するので、通信基地局２Ａによってその通信を中継される。

ここで、通信圏１０Ａと通信圏２０Ａとが重なる領域は、通信基地局１Ａおよび通信基地局２Ａが端末（図示せず）の通信を中継する際のそれぞれの信号（電波）が干渉しうる干渉領域３０となる。

一方で、通信基地局１Ａおよび通信基地局２Ａの間の領域であっても、通信圏１０Ａおよび通信圏２０Ａの範囲内に含まれず、各通信基地局が端末７Ａの通信を中継することができない不感領域４０が形成される。図６に示されるような壁面５０に囲まれた空間において無線通信システム１００Ａを構築する場合には、通信圏１０Ａおよび通信圏２０Ａの範囲内に含まれない壁面５０付近の領域が不感領域４０となってしまう。

上記の干渉領域３０を縮小させるためには通信圏１０Ａおよび通信圏２０Ａをさらに縮小すればよいが、その場合には不感領域４０が拡張されてしまうという問題がある。

以下に示す第１実施形態では、特に２つの通信基地局を用いて通信領域を設定する場合に、上記のような問題を解消しつつ信号の送信電力を抑え、通信の効率を高めることができる無線通信システムについて説明する。

＜第１実施形態＞
＜構成＞
図１は、本発明の本実施形態に関する無線通信システム１００の構成を概略的に示す図である。

図１に示されるように無線通信システム１００は、通信基地局１と、通信基地局２とを備える。

通信基地局１は、端末の通信を中継する基地局であるが、自身の基地局情報（周波数情報、帯域幅情報等）を発信する報知領域１５と、端末の通信を中継する領域である通信圏１０とが異なっている。

通信基地局２も同様に、端末の通信を中継する基地局であるが、自身の基地局情報を発信する報知領域１５と、端末の通信を中継する領域である通信圏２０とが異なっている。

また、通信圏１０と通信圏２０とは互いに重ならず設定されている。

本実施形態における報知領域１５は、通信基地局１と通信基地局２とを焦点とする楕円形状に設定されており、図１に示されるような壁面５０で囲まれた領域において、空間占有率の高い効率的な形状となっている。なお、報知領域１５の範囲形状は、通信基地局から発信される信号（電波）の各方向における送信電力の調整で実現される。図１に示される両通信基地局を内部に含む楕円形状であれば、楕円線上のある地点における通信基地局１から発信された信号の送信電力値の平方根（正値）と、同じ地点における通信基地局２から発信された信号の送信電力値の平方根（正値）との和が、常に一定となるように調整されることによって実現される（アンテナ利得は一定と仮定）。

本実施形態においては、報知領域１５は、通信基地局１および通信基地局２で共通であるが、両者の報知領域１５は完全に重なっている必要はなく、双方の報知領域を合わせた範囲が、通信圏１０および通信圏２０を覆う範囲であればよい。

本実施形態における通信圏１０は、報知領域１５を２等分した左半分に相当する領域であり、本実施形態における通信圏２０は、報知領域１５を２等分した右半分に相当する領域である。すなわち通信圏１０と通信圏２０との境界は、各通信基地局までの距離が等しい。

報知領域１５における通信圏１０および通信圏２０の分割の仕方は、図示されるような場合に限らないが、端末の位置が通信基地局から離れるほど、通信を中継するために必要となる送信電力が増加することを考慮すると、各通信基地局から送信された信号の送信電力が等しい境界で、通信圏１０と通信圏２０とを分割することが望ましい。各通信基地局から信号が送信される際に消費される送信電力に偏りが生じないようにするためである。

次に、無線通信システム１００における各通信基地局の構成について説明する。図２は、無線通信システム１００における通信基地局１の構成を概念的に示すブロック図である。

図２に示されるように通信基地局１は、報知部１１と、受信部１２と、送信部１３と、判定部１４とを備える。ここで、受信部１２と送信部１３とは、概念的に分けて記載しているものであり、１つの機能部（通信部）で実現されるものであってもよい。

報知部１１は、通信基地局１の基地局情報を報知（発信）する機能部である。基地局情報の報知は報知領域１５において行われる。

受信部１２は、端末または他の通信基地局からの信号を受信する機能部である。

送信部１３は、端末または他の通信基地局へ信号を送信する機能部である。

判定部１４は、端末の位置が自身の通信圏内に含まれるか否かを判定する機能部である。判定方法については後述する。

通信基地局１が端末の通信を中継する場合には、受信部１２および送信部１３が動作し、端末と通信基地局との間の通信を可能とする。

なお、通信基地局２の構成も上記の通信基地局１における構成と同様である。

＜動作＞
次に、図１〜図４を参照しつつ、本発明の本実施形態に関する無線通信システム１００の動作を説明する。図３は、無線通信システム１００の動作を示すフローチャートである。また図４は、無線通信システム１００の動作を説明する図である。

まず、図３に示されるように無線通信システム１００において、各通信基地局の報知部１１が、報知領域１５に基地局情報を発信する（ステップＳ１）。当該基地局情報の発信（報知）は、例えばＰＢＣＨ（ＰｈｙｓｉｃａｌＢｒｏａｄｃａｓｔＣｈａｎｎｅｌ）や、ＰＤＳＣＨ（ＰｈｙｓｉｃａｌＤｏｗｎｌｉｎｋＳｈａｒｅｄＣｈａｎｎｅｌ）で行われる。

各通信基地局の報知部１１が発信する基地局情報は異なっており、また、基地局毎に、データのスクランブル系列、ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｉｇｎａｌ（復調に用いるシンボル系列）の生成や、報知情報の周波数リソース位置が異なっている。よって、基地局情報の報知が干渉してしまうことは回避できる。

次に、例えば端末７Ａおよび端末７Ｂが、その基地局情報を受信する（ステップＳ２）。

次に、端末７Ａおよび端末７Ｂが、無線通信システム１００内の通信基地局へ、少なくとも端末の位置情報を含む信号を送信する（ステップＳ３）。

次に、無線通信システム１００において、通信基地局の受信部１２が、端末からの信号を受信し、さらに通信基地局の判定部１４が、自身の通信圏内に当該端末が含まれるか否かを判定する（ステップＳ４）。

当該判定は、例えば、端末の位置情報から各通信基地局までの距離を算出し、その距離が最も短い通信基地局が自身の通信基地局であるか否かで判定したり、端末の位置情報から当該位置に信号を送信するための各通信基地局における送信電力を算出し、その電力値が最も小さい通信基地局が自身の通信基地局であるか否かで判定したりすることができる。

判定部１４が、端末が自身の通信圏内に位置していると判定した場合（ＹＥＳ）にはステップＳ５へ進む。一方で、判定部１４が、端末が自身の通信圏内に位置していないと判定した場合（ＮＯ）にはステップＳ１へ戻り、基地局情報の発信（報知）を継続する。

次に、無線通信システム１００において、自身の通信圏内に端末が位置している通信基地局が、当該端末の通信の中継を開始する（ステップＳ５）。

このとき、例えば通信基地局２の送信部１３は、自身の通信圏２０内の端末７Ｂが位置していることが分かっている方向に範囲を限定して、端末の通信を中継する信号（電波）を送信する（図４参照）。

このように信号の送信方向を端末の位置する方向に限定することによって、信号の送信方向を限定せずに放射状に送信する場合に比べて、同じ送信電力でより遠くまで信号を送信することができる。一般に、基地局情報として発信される情報量に比べ、端末間で通信される情報量は大きいものとなり、同じ送信電力での通信圏はその分制限されてしまうが、送信方向を限定することによって、結果として通信圏を拡張させることができ、例えば図６に示された各通信基地局の通信圏１０Ａおよび通信圏２０Ａに比べて、図１および図４に示された通信圏１０および通信圏２０は広い領域として設定することができる。

通信圏が拡張することにより、図６においては不感領域４０に位置していた端末７Ａであっても、図４においては通信圏２０の範囲内に位置することとなり、通信基地局２は、端末７Ａの通信を中継することができる。すなわち、不感領域を縮小させることができる。

また、自身の通信圏内に対象となる端末が位置している通信基地局だけが端末の通信を中継することとなり、干渉領域が生じることも抑制することができる。

＜効果＞
本発明に関する実施形態によれば、無線通信システム１００は、自身の通信圏内において端末の通信を中継する通信基地局１および通信基地局２を備える。各通信基地局の通信圏は、互いに重ならず設定される。

各通信基地局は、通信圏１０および通信圏２０に亘る報知領域１５に、自身の基地局情報を報知する報知部１１と、基地局情報を受信した端末から、当該端末の位置情報を受信する受信部１２と、端末の位置情報に基づいて、端末の位置が自身の通信圏に含まれるか否かを判定する判定部１４と、端末の位置が自身の通信圏に含まれる場合、当該端末の位置する方向に信号送信方向を限定して当該端末の通信を中継する信号を送信する送信部１３とを備える。

このような無線通信システムによれば、報知領域１５において不感領域が形成されることを抑制することができる。また、通信圏１０および通信圏２０が重ならないように設定されるため、干渉領域が形成されることを抑制することができる。よって、無線通信システムにおける通信の効率を高めることができる。

また、端末の位置する方向に信号送信方向を限定して信号を送信することによって、信号の送信方向を限定しない場合に比べて、通信圏を拡張させることができる。よって、不感領域であった領域が通信圏内に位置するようになり、送信電力を抑えつつ、不感領域を縮小させることができる。

また、本発明に関する実施形態によれば、報知部１１が、通信基地局１および通信基地局２を焦点とする楕円形状である報知領域１５に、自身の基地局情報を報知する。

このような無線通信システムによれば、空間占有率の高い報知領域１５を設定でき、不感領域の形成を抑制することができる。

また、本発明に関する実施形態によれば、通信圏１０および通信圏２０が、通信基地局１および通信基地局２までの距離が等しい境界で報知領域１５を分割した領域である。

このような無線通信システムによれば、各通信基地局が担当する通信圏を均等に設定することができ、通信効率が高まる。

また、本発明に関する実施形態によれば、通信圏１０および通信圏２０が、通信基地局１および通信基地局２から送信された信号の送信電力が等しい境界で報知領域１５を分割した領域である。

このような無線通信システムによれば、通信圏内に信号を送信するための上限となる送信電力が各通信基地局で調整され、一方の通信基地局における消費送信電力が極端に大きくなることを防ぐことができる。

＜第２実施形態＞
図６に示された無線通信システム１００Ａにおいて、端末が例えば通信圏１０Ａから通信圏２０Ａに移動した場合、通信の中継に利用する通信基地局１Ａから通信基地局２Ａへ切り替える動作（ハンドオーバー）を行う必要がある。

当該切り替え動作に伴って、通信基地局１Ａから通信基地局２Ａへ、端末に関する情報（周波数情報、ＩＰ情報等）が転送される。当該転送には、通信基地局１Ａから通信基地局２Ａへ向かう方向に信号（電波）が発信される必要があるが、信号が通信基地局１Ａから放射状に発信される場合には、通信基地局２Ａへ到達しない信号が存在し通信効率がよくなかった。

以下に示す第２実施形態ではこのような問題点を鑑みて、特に２つの通信基地局を用いて通信領域を設定する場合に、通信基地局間の一般的な通信効率を高めることができる無線通信システムについて説明する。

＜構成＞
図５は、本発明の本実施形態に関する無線通信システム１０１の構成を概略的に示す図である。

図５に示されるように無線通信システム１０１は、通信基地局３と、通信基地局４と、楕円形状の反射壁面５とを備える。

通信基地局３および通信基地局４は、それぞれ図示しない通信圏を有している。通信基地局３および通信基地局４は、それぞれの通信圏において端末の通信を中継することができる。

上述したように、例えば通信基地局３の通信圏から通信基地局４の通信圏へ端末が移動した場合には、端末の通信を中継する通信基地局は通信基地局３から通信基地局４へ切り替えられ（ハンドオーバー）、それに伴って、通信基地局３から通信基地局４へ、ハンドオーバーした端末に関する情報（周波数情報、ＩＰ情報等）が転送される。なお、通信基地局４から通信基地局３へ切り替えられる場合（逆の場合）であってもよい。

反射壁面５は、通信基地局３および通信基地局４それぞれを焦点とする略楕円形状に形成された壁面である。図５に示されるような理想的な楕円形状に形成されていることが望ましいが、通信基地局３および通信基地局４を囲むビルの外壁の組み合わせや、通信基地局３および通信基地局４を内部に備えるコンサートホールの内壁によって、近似的に当該形状が実現される場合であってもよい。

また反射壁面５は、通信基地局３および通信基地局４から発信される信号が到達し、適切に反射するように形成されている。言い換えれば、通信基地局３および通信基地局４から発信される信号の送信電力は、反射壁面５において適切な反射が生じる程度以上の値に設定されている。

無線通信システム１０１において上記の切り替え動作（ハンドオーバー）が行われる場合には、通信基地局３から放射状に発信された信号が、一部は直接通信基地局４に到達するが、大部分は反射壁面５に到達する。

ここで反射壁面５は、通信基地局３および通信基地局４を焦点とする楕円形状に形成されているため、一方の焦点に位置する通信基地局３から発信された信号１６および信号１７は反射壁面５において反射し、他方の焦点に位置する通信基地局４へ向かう方向にその進行方向が変更される（図５参照）。

よって、直接的に通信基地局４へ向かう信号以外に信号１６および信号１７についても、効率的に通信基地局４へ到達させることができ、通信基地局間の通信効率を高めることができる。

＜変形例＞
上記の実施形態において、通信基地局３および通信基地局４のいずれかが、他方の通信基地局からの信号を中継することによって間接的に端末の通信を中継する機能を有する通信基地局であってもよい。

＜効果＞
本発明に関する実施形態によれば、無線通信システム１０１は、自身の通信圏内において端末の通信を中継可能である２つの通信基地局３および通信基地局４と、各通信基地局を焦点とする楕円形状に形成された反射壁面５とを備える。

そして無線通信システム１０１は、少なくとも一方の通信基地局３が信号を発信し、反射壁面５が、一方の通信基地局３から発信された信号を、他方の通信基地局４へ反射させる。

このような無線通信システム１０１によれば、直接的に通信基地局４へ向かう信号以外に信号１６および信号１７についても、効率的に通信基地局４へ到達させることができ、通信基地局間の通信効率を高めることができる。よって、電力消費も抑制できる。

なお本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１，１Ａ，２，２Ａ，３，４通信基地局、５反射壁面、７Ａ，７Ｂ端末、１０，１０Ａ，２０，２０Ａ通信圏、１１報知部、１２受信部、１３送信部、１４判定部、１５報知領域、１６，１７信号、３０干渉領域、４０不感領域、５０壁面、１００，１００Ａ，１０１無線通信システム。

Claims

自身の通信圏内において端末の通信を中継する複数の通信基地局を備え、
各前記通信基地局の前記通信圏は、互いに重ならず設定され、
各前記通信基地局が、
複数の前記通信基地局の前記通信圏に亘る報知領域に、自身の基地局情報を報知する報知部と、
前記基地局情報を受信した前記端末から、当該端末の位置情報を受信する受信部と、
前記端末の前記位置情報に基づいて、前記端末の位置が自身の前記通信圏に含まれるか否かを判定する判定部と、
前記端末の位置が自身の前記通信圏に含まれる場合、当該端末の位置する方向に信号送信方向を限定して当該端末の通信を中継する信号を送信する送信部とを備えることを特徴とする、
無線通信システム。
前記報知部が、各前記通信基地局を焦点とする楕円形状である前記報知領域に、自身の基地局情報を報知することを特徴とする、
請求項１に記載の無線通信システム。
各前記通信基地局の前記通信圏が、各前記通信基地局までの距離が等しい境界で前記報知領域を分割した領域であることを特徴とする、
請求項１または２に記載の無線通信システム。
各前記通信基地局の前記通信圏が、各前記通信基地局から送信された信号の送信電力が等しい境界で前記報知領域を分割した領域であることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の無線通信システム。