WO2009157518A1

WO2009157518A1 - 無線基地局および無線通信方法

Info

Publication number: WO2009157518A1
Application number: PCT/JP2009/061647
Authority: WO
Inventors: 北原　美奈子
Original assignee: 京セラ株式会社
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2009-12-30
Also published as: KR20110014228A; US8831685B2; US20110306371A1; CN102077487A; CN102077487B

Abstract

　受信品質情報取得部１２は、複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質を示す受信品質情報を所定の間隔ごとに取得し、受信品質変動傾向把握部１３は、取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する。相関判定部１４は、把握された各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、各アンテナ間の相関度を判定し、アンテナ選択部７は、相関判定部１４において判定された各アンテナ間の相関度に応じて、無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する。

Description

無線基地局および無線通信方法

関連出願へのクロスリファレンス

　本願は、日本国特許出願第２００８－１６９３５０号（２００８年６月２７日出願）および日本国特許出願第２００８－１９６８２７号（２００８年７月３０日出願）の優先権の利益を主張し、これらの全内容を参照により本願明細書に取り込むものとする。

　本発明は、アダプティブアレイアンテナを備えた無線基地局、および無線基地局の無線通信方法に関する。

　アダプティブアレイアンテナを用いて通信を行う無線基地局では、アンテナ素子の配置によって、アダプティブアレイアンテナの効果が異なる。アダプティブアレイアンテナは、アンテナ素子が配置される間隔が小さい場合には、アンテナ相関が高くなり、フェージング変動に対応することができる。一方、アンテナ素子が配置される間隔が大きい場合には、アダプティブアレイアンテナは、アンテナ相関が低くなり、高いダイバーシティ効果を得ることができる。
　したがって、無線基地局は、ダイバーシティ効果を高めたい場合には、上述したアンテナ相関を考慮し、数波長間隔に離してアンテナ素子が配置（グループＡ）されている。しかしながら、アンテナ素子の間隔が離れているため、この無線基地局は、端末Ａから送信される送信波（所望波）と、他の端末Ｂから送信される送信波（干渉波）とを分離するための指向性制御を行うことが困難であるという問題がある。そのため、グループＡとは、異なる波長間隔でアンテナ素子を配置（グループＢ）し、所望の指向性制御ができない場合には、使用しているグループＡのアンテナのいずれかをグループＢのいずれかのアンテナ素子に切り替えることで指向特性を変更し、所望波と干渉波とを分離する無線基地局アンテナ装置が提案されている（特許文献１参照）。

　また、複数のアンテナ素子を備えたアダプティブアレイ無線基地局と移動通信端末とで構成される無線通信システムでは、無線基地局と無線通信を行う端末の使用者の状態によっては、受信時においてスループットが低下するという問題が生じる。例えば、使用者が、８０ｋｍ／ｈ以上にて移動しているときに端末を使用しているような場合では、受信信号に高速なフェージング変動が生じ、スループットが低下する。
　そのため、よりよいスループットが得られるように、相手側通信端末から取得した受信品質情報から、適応アレイアンテナによる伝送か、ＭＩＭＯによる伝送かを選択する無線通信装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２０００－２５２７３４号公報特開２００７一２８５６９号公報

　上述した特許文献１に記載の無線基地局アンテナ装置は、単に使用しているアンテナ素子のいずれかを切り替えて指向特性を変更することで、所望波と干渉波を分離し、ダイバーシティ効果を確保するものである。そのため、この無線基地局アンテナ装置は、上述した端末Ａが高速（例えば、８０ｋｍ／ｈ以上）で移動しているような場合に生じる、高速なフェージング変動に対し、アンテナ素子のいずれかを切り替えただけでは、対応することができず、適切な指向性制御を行うことができなかった。

　また、上述した特許文献２に記載の無線通信装置では、選択された伝送方法による無線通信を行う際、無線通信に利用されるアンテナ素子が配置される間隔によっては、適切なスループットを得ることができない場合がある。
　これは、アンテナ素子が配置される間隔が小さい場合、アンテナ相関（フェージング相関）が高くなり、一方、アンテナ素子の配置される間隔が大きい場合、アンテナ相関が低くなるため、無線通信に利用するアンテナの間隔によっては、選択された伝送方法に適したアンテナ素子を無線通信装置が選択しないために、通信品質を保持できない場合があるからである。
　そのため、無線信号の伝送方法を切り替えただけでは、無線通信装置は、ユーザの利用状況などに伴う伝搬環境の変化に対して選択した伝送方式による最適なスループットを得ることができないという問題がある。

　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、変化する伝搬環境に応じたアンテナを選択することで、安定した通信を行うことができる無線基地局および無線通信方法を提供することにある。
　また、本発明の他の目的は、伝搬環境の変化に応じて無線信号の伝送方式を選択した際においても、通信品質を保持して最適なスループットを得ることができる無線基地局および無線通信方法を提供することにある。

　本発明の第１の態様は、複数のアンテナを有し、少なくとも２以上のアンテナを利用して無線通信を実行する無線基地局において、前記複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質情報を取得する取得部と、前記取得部において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する把握部と、前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記複数のアンテナの中から、無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する選択部とを備えることを特徴とする。

　前記無線基地局は、前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する判定部をさらに備え、前記選択部は、前記判定部において判定された前記各アンテナ間の相関度に応じて、前記無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択することが好ましい。

　前記判定部は、前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が直前に取得された受信品質に関する値と比較して第１の所定値以上に低下している時点を検出し、前記各アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、前記相関度を判定することが好ましい。

　前記判定部は、前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が第２の所定値以下となる時点を検出し、前記各アンテナ間における、当該検出した受信品質に関する値が所定値以下となる時点の頻度に応じて、前記相関度を判定することが好ましい。

　前記無線基地局は、前記複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出する算出部をさらに備え、前記選択部は、前記算出部におけるウェイトを算出する時間間隔と、前記判定部において判定された前記時点が生じる周期とに基づいて前記無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択することが好ましい。

　前記取得部は、前記複数のアンテナのそれぞれが受信する無線信号の受信品質情報を所定間隔で取得し、前記把握部は、前記各アンテナにおける、前記受信品質に関する値の変動傾向を把握し、前記判定部は、前記各アンテナにおける変動傾向に応じて、前記各アンテナの前記受信品質に関する値を推定し、当該推定した推定受信品質値に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定することが好ましい。

　本発明の第２の態様は、複数のアンテナを有し、少なくとも２以上のアンテナを利用して無線通信を実行する無線基地局の無線通信方法において、前記複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質情報を取得する取得ステップと、前記取得ステップにおいて取得した各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する把握ステップと、前記把握ステップにおいて把握した、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記複数のアンテナの中から、無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する選択ステップとを有することを特徴とする。

　本発明の第３の態様は、複数のアンテナを有し、通信先装置と無線通信を実行する無線基地局において、前記複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質情報を取得する取得部と、前記取得部において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する把握部と、前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記無線通信における伝送方式を決定し、かつ、前記複数のアンテナの中から、当該決定された伝送方式で利用するアンテナを選択する選択部と、前記選択部において決定された伝送方式に関する情報を、前記通信先装置に送信する送信部とを備えることを特徴とする。

　前記無線基地局は、前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する判定部をさらに備え、前記選択部は、前記判定部において判定された前記各アンテナ間の相関度に応じて、前記無線通信に利用するアンテナを選択することが好ましい。

　前記判定部は、前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が直前に取得された受信品質に関する値と比較して第３の所定値以上に低下している時点を検出し、前記各アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、前記相関度を判定することが好ましい。

　前記判定部は、前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が第４の所定値以下となる時点を検出し、前記各アンテナ間における、当該検出した受信品質に関する値が所定値以下となる時点の頻度に応じて、前記相関度を判定することが好ましい。

　前記複数のアンテナは、アレイアンテナであり、前記選択部は、前記無線通信における伝送方式として、指向性制御による無線通信と、ＭＩＭＯによる無線通信のいずれかを決定することが好ましい。

　前記無線基地局は、前記複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出する算出部をさらに備え、前記選択部は、前記算出部におけるウェイトを算出する時間間隔と、前記判定部において判定された前記時点が生じる周期とに基づいて前記無線通信に利用する伝送方式を決定することが好ましい。

　前記取得部は、前記複数のアンテナのそれぞれが受信する無線信号の受信品質情報を所定間隔で取得し、前記把握部は、前記各アンテナにおける、前記受信品質に関する値の変動傾向を把握し、前記判定部は、前記各アンテナにおける変動傾向に応じて、前記各アンテナの所定期間内における前記受信品質に関する値を推定し、当該推定した推定受信品質値に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定することが好ましい。

　本発明の第４の態様は、複数のアンテナを有し、通信先装置と無線通信を実行する無線基地局の無線通信方法において、前記複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質情報を取得する取得ステップと、前記取得ステップにおいて取得した各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する把握ステップと、前記把握ステップにおいて把握した、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記無線通信における伝送方式を決定し、かつ、前記複数のアンテナの中から、無線通信に利用するアンテナを選択する選択ステップと、前記選択ステップにおいて決定された伝送方式に関する情報を、前記通信先装置に送信する送信ステップとを有することを特徴とする。

　本発明の無線基地局は、変化する伝搬環境に応じたアンテナを選択することができるので、安定した通信を行うことができる。
　また、本発明の無線基地局は、各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向から、伝搬環境に応じた伝送方式を選択するとともに、選択した伝送方式に適したアンテナ素子を選択することで、通信品質を保持して最適なスループットを得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る無線基地局の構成の一例を示すブロック図である。相関判定部において判定された各アンテナ間の相関度に基づく、アンテナ選択部によるアンテナ選択方法について説明するフローチャートである。受信品質情報Ｘが、時間の経過に伴って変動する様子を模式的に示す図である。受信品質情報Ｘの変動を時間の経過に伴って示すグラフである。重み係数の決定手法を説明するための表を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る無線基地局の構成の一例を示すブロック図である。相関判定部において判定された各アンテナ間の相関度に基づく、アンテナ選択部による伝送方式の選択およびアンテナ選択の方法について説明するフローチャートである。受信品質情報Ｘが、時間の経過に伴って変動する様子を模式的に示す図である。受信品質情報Ｘの変動を時間の経過に伴って示すグラフである。重み係数の決定手法を説明するための表を示す図である。

　本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線基地局の構成例の一例を示すブロック図である。図１に示す無線基地局２０は、複数のアンテナ素子１と、アンテナ毎に設けられ、相手側通信装置からの無線信号をｕｐ／ｄｏｗｎコンバートする複数の無線（ＲＦ）部２と、送信制御部３と、受信制御部４とにより構成されている。送信制御部３は、送信処理部５を備える。受信制御部４は、ウェイト算出部（算出部）１１と、受信品質情報取得部（取得部）１２と、受信品質変動傾向把握部（把握部）１３と、相関判定部（判定部）１４と、アンテナ選択部（選択部）７と、受信処理部８とを備える。ウェイト算出部１１は、複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出する。受信品質情報取得部１２は、複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質を示す受信品質情報を所定の間隔ごとに取得する。受信品質変動傾向把握部１３は、受信品質情報取得部１２において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する。相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、各アンテナ間の相関度を判定する。アンテナ選択部７は、相関判定部１４において判定された各アンテナ間の相関度に応じて複数のアンテナの中から無線通信に利用するアンテナを選択する。受信処理部８は、選択されたアンテナから放射されるビームを形成するための処理を行う。本実施例において、ウェイト算出部１１と受信品質情報取得部１２と受信品質変動傾向把握部１３と相関判定部１４は、受信制御部４にて備えられているが、これに限られるものではなく、独立して構成しても良い。

　受信品質情報取得部１２は、通信相手となる通信装置からの受信無線信号の受信品質情報を取得する。受信品質情報取得部１２は、受信品質情報における、受信品質に関する値として、複数のアンテナの各アンテナにおいて測定される受信電力を示す値やＳＩＮＲ等の受信品質を示す値を取得する。受信品質変動傾向把握部１３は、取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する。

　相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、相関度を判定する。

　アンテナ選択部７は、相関判定部１４において判定された各アンテナ間の相関度に応じて、複数のアンテナの中から、無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナ素子を選択する。アンテナ選択部７が選択するアンテナは、相手側通信装置からの無線信号の受信に使用すると共に、相手側通信装置への無線信号の送信に利用する。

　次に、相関判定部１４において判定された各アンテナ間の相関度に基づく、アンテナ選択部７によるアンテナ選択方法について図２のフローチャートを用いて説明する。なお、複数のアンテナは、アレイアンテナにより構成されるものとする。ウェイト算出部１１は、複数のアレイアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出しているものとする。

　無線基地局の受信制御部４が、通信相手となる通信装置との通信を開始する（ステップ１０１）。受信品質情報取得部１２は、各アンテナの受信無線信号の受信品質情報を取得し、受信品質変動傾向把握部１３は、取得された各アンテナの受信品質情報における受信品質に関する値の変動傾向を把握する（ステップ１０２）。相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３が把握した各アンテナの変動傾向に応じて、各アンテナ間における相関度の判定を行う（ステップ１０３）（相関度の判定に関する詳細は後述する）。そして、アンテナ選択部７は、相関判定部１４において判定された受信品質に関する値の変動傾向に関する情報を利用して、無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ１０４～ステップ１１２）。

　図２のフローチャートでは、アンテナ選択部７におけるアンテナ選択方法として、アンテナ選択部７が、ウェイト算出部１１がウェイトを算出したウェイト更新時間間隔と相関判定部１４において判定された受信品質に関する値の変動傾向に関する情報を利用して、無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択している。まず、アンテナ選択部７は、ウェイト更新時間間隔と、各アンテナにおける変動傾向において、受信品質に関する値が所定値以下となる時点（タイミング）が生じる周期（落ち込み時間間隔）とを比較する（ステップ１０４）。アンテナ選択部７は、比較の結果、落ち込み時間間隔がウェイト更新時間間隔よりも大きい場合（Ｙｅｓの場合）（この場合、伝搬環境の変化に対応できない場合であるので、出来るだけ相関度の高いアンテナを選択することが好ましい）には、任意のアンテナ群（第１のアンテナ群）のアンテナの相関度を調査し（ステップ１０５）、相関度が高いアンテナか否かを判定する（ステップ１０６）。アンテナ選択部７は、相関度が高いアンテナであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）、第１のアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ１０７）。アンテナ選択部７は、相関度が低いアンテナであると判定した場合（Ｎｏの場合）、他の任意のアンテナ群のアンテナの相関度を調査し、最も相関度の高いアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ１０８）。

　ステップ１０４において、落ち込み時間間隔がウェイト更新時間間隔よりも小さい場合（Ｎｏの場合）には、アンテナ選択部７は、さらに他の任意のアンテナ群（第２のアンテナ群）のアンテナの相関度を調査し（ステップ１０９）、相関度が低いアンテナか否かを判定する（ステップ１１０）。アンテナ選択部７は、相関度が低いアンテナであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）、第２のアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ１１１）。アンテナ選択部７は、相関度が高いアンテナであると判定した場合（Ｎｏの場合）、最も相関度の低いアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ１１２）。

　そして、受信処理部８では、ウェイトを生成し、アンテナ選択部７で選択されたアンテナを用いて、通信相手となる通信装置と無線信号を当該生成されたウェイトを用いて送受信する。

　次に、相関判定部１４が、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向を利用して、各アンテナ間の相関度を判定する方法（図２のフローチャートにおけるステップ１０３）について説明する。

（各アンテナ間の相関度の判定方法１）
　相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質を示す値が直前に取得した受信電力を示す値と比較して所定値（第１の所定値）以上低下している時点を検出する。そして相関判定部１４は、各アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、相関度を判定する。このとき、あるアンテナにおいて検出された時点の直後に、他のアンテナにおいて所定値（第１の所定値）以上に低下している時点が検出された場合、時間差が小さければ相関度が高くなる。一方、他のアンテナにおいて所定値以上低下している時点との時間差が大きければ相関度は低くなる。

（各アンテナ間の相関度の判定方法２）
　相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信電力を示す値が所定値（第２の所定値）以下となる時点を検出する。そして、アンテナ間における、当該検出した時点の頻度、すなわち、時間当たりに、受信電力を示す値が所定値（第２の所定値）以下となる回数に応じて、相関判定部１４は、相関度を判定するようにしても良い。

（各アンテナ間の相関度の判定方法３）
　相関判定部１４は、２つのアンテナの受信信号同士を複素乗算して（複素共役を乗算する）求めた時間平均に応じて、相関度を判定するようにしても良い。相関度が高ければ、時間平均が高くなる。一方、相関度が低ければ、時間平均が０に近い数値となる。

（各アンテナ間の相関度の判定方法４）
　相関判定部１４は、各アンテナにおける、受信品質に関する値が時間の経過に伴って変動する傾向を示す変動傾向に応じて、各アンテナの受信品質に関する値それぞれに付与する重み係数を決定する。そして、受信品質に関する値に重み係数を付与することにより算出される推定受信電力値に基づいて、相関判定部１４は、各アンテナ間の相関度を判定、または推定するようにしても良い。

　以下に、推定受信電力値に基づいて相関判定部１４が各アンテナ間の相関度を判定する場合について説明する。
　受信電力を示す値の変動傾向は、３種類の傾向Ａ、Ｂ、Ｃを組合せることによって構成される。傾向Ａ、Ｂ、Ｃについて、図３を参照しながら説明する。図３は、受信品質情報（受信品質に関する値）Ｘが、時間（１フレーム期間）の経過に伴って、Ｘ１からＸ２～Ｘ５のいずれかへ変動する様子を模式的に示す。
　傾向Ａは、受信品質情報がＸ１からＸ２へ変動する場合、およびＸ１からＸ３へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値α内で変動したことを示す。ここで、所定の閾値αは、受信品質が安定した状態であると判断できる範囲（受信品質の雑音による揺らぎ幅程度）に設定される。傾向Ｂは、受信品質情報がＸ１からＸ４へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値αを超えて受信品質が上昇する方向に変動したことを示す。傾向Ｃは、受信品質情報がＸ１からＸ５へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値αを下回り受信品質が低下する方向に変動したことを示す。

　相関判定部１４は、傾向Ａ，Ｂ，Ｃの組合せによって変動傾向を判定する。図４Ａは、受信品質情報Ｘの変動を時間の経過に伴って示すグラフの一例である。図４Ａでは、時刻ｔ１からｔ６へと時間が経過するに伴って、新しい受信品質情報がプロットされている。図４Ｂは、重み係数の決定手法を説明するための表である。

　Ｘ１１からＸ１２への変動は、所定の閾値α内での変動であるので、図４Ｂに示すように、傾向Ａとして示される。また、Ｘ１２からＸ１３への変動は、所定の閾値αを超えて受信品質が上昇する方向への変動であるので、図４Ｂに示すように、傾向Ｂとして示される。同様に、Ｘ１３からＸ１６までの３回の変動それぞれは、３回の傾向Ｂとして示される。
　相関判定部１４は、１回の傾向Ａと４回の傾向Ｂとの組合せ（ＡＢＢＢＢ）に基づいて、変動傾向は向上型変動傾向であると判定する。そして、相関判定部１４は、Ｘ１１～Ｘ１６それぞれに付与する重み係数Ｄ１～Ｄ６を、時間の経過に伴って大きくして、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５＜Ｄ６とする。

　また、相関判定部１４は、変動傾向が、例えば、２回の傾向Ａと３回の傾向Ｃの組合せ（ＡＣＡＣＣ）である場合には、変動傾向は低下型変動傾向であると判定する。そして、相関判定部１４は、重み係数Ｄ１～Ｄ６を、時間の経過に伴って大きくして、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５＜Ｄ６とする。
　また、相関判定部１４は、変動傾向が、例えば、５回の傾向Ａの組合せ（ＡＡＡＡＡ）である場合には、変動傾向は安定型変動傾向であると判定する。そして、相関判定部１４は、重み係数Ｄ１～Ｄ６を均一な値、即ち、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４＝Ｄ５＝Ｄ６≠０とする。

　相関判定部１４は、受信品質情報Ｘ１１～Ｘ１６と、Ｘ１１～Ｘ１６に対応する重み係数Ｄ１～Ｄ６とをそれぞれ乗算し、乗算値の平均値を算出することにより、推定受信電力値を算出する。そして、相関判定部１４は、算出された推定受信電力値に基づいて変動傾向を推定し、当該推定した変動傾向から各アンテナ間の相関度を判定する。

　上述したように、本発明は、変化する伝搬環境に応じて、配置構成が異なるアンテナを使い分け、状況に一番適したアンテナを選択することで、安定した通信を可能にするものである。

（第２の実施形態）
　図５は、本発明の第２の実施形態に係る無線基地局の構成例の一例を示すブロック図である。図５に示す無線基地局４０は、アレイアンテナである複数のアンテナ素子２１と、アンテナ毎に設けられ、相手側通信装置（通信先装置）からの無線信号をｕｐ／ｄｏｗｎコンバートする複数の無線（ＲＦ）部２２と、送信制御部２３と、受信制御部２４とにより構成されている。送信制御部２３は、送信処理部２５を備える。受信制御部２４は、ウェイト算出部（算出部）３１と、受信品質情報取得部（取得部）３２と、受信品質変動傾向把握部（把握部）３３と、相関判定部（判定部）３４と、アンテナ選択部（選択部）２７と、受信処理部２８とを備える。ウェイト算出部３１は、複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出する。受信品質情報取得部３２は、複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質を示す受信品質情報を所定の間隔ごとに取得する。受信品質変動傾向把握部３３は、受信品質情報取得部３２において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する。相関判定部３４は、受信品質変動傾向把握部３３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、各アンテナ間の相関度を判定する。アンテナ選択部２７は、相関判定部３４において判定された各アンテナ間の相関度に応じて、無線通信における伝送方式を決定し、かつ複数のアンテナの中から無線通信に利用するアンテナを選択する。受信処理部２８は、選択されたアンテナから放射されるビームを形成するための処理を行う。本実施例において、ウェイト算出部３１と受信品質情報取得部３２と受信品質変動傾向把握部３３と相関判定部３４は、受信制御部２４にて備えられているが、これに限られるものではなく、独立して構成しても良い。

　受信品質情報取得部３２は、通信相手となる通信先装置からの受信無線信号の受信品質情報を取得する。受信品質情報取得部３２は、受信品質情報における、受信品質に関する値として、複数のアンテナの各アンテナにおいて測定される受信電力を示す値やＳＩＮＲ等の受信品質を示す値を取得する。受信品質変動傾向把握部３３は、取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する。

　相関判定部３４は、受信品質変動傾向把握部３３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、相関度を判定する。

　アンテナ選択部２７は、相関判定部３４において判定された各アンテナ間の相関度に応じて、無線通信における伝送方式として、アダプティブアレイアンテナを用いた指向性制御による無線通信と、ＭＩＭＯによる無線通信のいずれかを決定する。さらに、アンテナ選択部２７は、複数のアンテナの中から、無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナ素子を選択する。アンテナ選択部２７が選択するアンテナは、通信先装置からの無線信号の受信に使用すると共に、通信先装置への無線信号の送信に利用する。

　送信処理部（送信部）２５は、通信先装置と適切に無線通信を行えるようにするために、アンテナ選択部２７において決定された伝送方式に関する情報を、通信先装置に送信する。

　次に、相関判定部３４において判定された各アンテナ間の相関度に基づく、アンテナ選択部２７による伝送方式の選択およびアンテナ選択の方法について図６のフローチャートを用いて説明する。なお、複数のアンテナは、アレイアンテナにより構成されるものとする。ウェイト算出部３１は、複数のアレイアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出しているものとする。

　無線基地局の受信制御部２４が、通信先装置との通信を開始する（ステップ２０１）。受信品質情報取得部３２は、各アンテナの受信無線信号の受信品質情報を取得し、受信品質変動傾向把握部３３は、取得された各アンテナの受信品質情報における受信品質に関する値の変動傾向を把握する（ステップ２０２）。相関判定部３４は、受信品質変動傾向把握部３３が把握した各アンテナの変動傾向に応じて、各アンテナ間における相関度の判定を行う（ステップ２０３）（相関度の判定に関する詳細は後述する）。そして、アンテナ選択部２７は、相関判定部３４において判定された受信品質に関する値の変動傾向に関する情報を利用して、無線通信における伝送方式を決定するとともに、無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ２０４～２１２）。

　図６のフローチャートでは、アンテナ選択部２７における伝送方式の決定、および、アンテナの選択方法として、アンテナ選択部２７が、ウェイト算出部３１がウェイトを算出したウェイト更新時間間隔と、相関判定部３４において判定された受信品質に関する値の変動傾向に関する情報を利用している。まず、アンテナ選択部２７は、ウェイト更新時間間隔と、各アンテナにおける変動傾向において、受信品質に関する値が所定値以下となる時点（タイミング）が生じる周期（落ち込み時間間隔）とを比較する（ステップ２０４）。アンテナ選択部２７は、比較の結果、落ち込み時間間隔がウェイト更新時間間隔よりも大きい場合（Ｙｅｓの場合）には、相関度が高いと思われる任意のアンテナ素子群（第１のアンテナ素子群）の各アンテナ素子の相関度を調査し（ステップ２０５）、真に相関度が高いアンテナ素子群か否かを判定する（ステップ２０６）。アンテナ選択部２７は、相関度が高いアンテナ素子群であると判定した場合（Ｙｅｓの場合）、伝搬環境の変化に追従して通信品質を保持するために指向性制御による無線通信を行うことを選択し、さらに第１のアンテナ素子群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナ素子を選択する（ステップ２０７）。この場合、アンテナ相関の低いアンテナ素子が加わると、通信品質が劣化する可能性が高くなるため、アンテナ相関の高いアンテナ素子のみを選択して通信を行うように制御する必要がある。

　ステップ２０６において、アンテナ選択部２７は、相関度が低いアンテナ素子群であると判定した場合（Ｎｏの場合）、他の任意のアンテナ素子群の各アンテナ素子の相関度を調査して、最も相関度の高いアンテナ素子群を選択し、指向性制御による無線通信を行うことを選択して、最も相関度の高いアンテナ素子群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナ素子を選択する（ステップ２０８）。

　ステップ２０４において、落ち込み時間間隔がウェイト更新時間間隔よりも小さい場合（Ｎｏの場合）には、アンテナ選択部２７は、相関度が低いと思われる他の任意のアンテナ素子群（第２のアンテナ素子群）の各アンテナ素子の相関度を調査し（ステップ２０９）、真に相関度が低いアンテナ素子群か否かを判定する（ステップ２１０）。アンテナ選択部２７は、相関度が低いアンテナ素子群であると判定した場合（Ｙｅｓの場合）、相関度が低いほど通信容量を増大できるＭＩＭＯによる無線通信を行うことを選択し、さらに第２のアンテナ素子群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナ素子を選択する（ステップ２１１）。

　ステップ２１０において、アンテナ選択部２７は、相関度が高いアンテナ素子群であると判定した場合（Ｎｏの場合）、最も相関度の低いアンテナ素子群を選択し、ＭＩＭＯによる無線通信を行うことを選択して、最も相関度の低いアンテナ素子群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナ素子を選択する（ステップ２１２）。

　そして、受信処理部２８では、ウェイトを生成し、アンテナ選択部２７で選択されたアンテナを用いて、通信相手となる通信装置と無線信号を当該生成されたウェイトを用いて送受信する。

　次に、相関判定部３４が、受信品質変動傾向把握部３３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向を利用して、各アンテナ間の相関度を判定する方法（図６のフローチャートにおけるステップ２０３）について説明する。

（各アンテナ間の相関度の判定方法１）
　相関判定部３４は、受信品質変動傾向把握部３３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信電力を示す値が直前に取得した受信電力を示す値と比較して所定値以上に低下している時点を検出する。そして、相関判定部３４は、各アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、相関度を判定する。このとき、あるアンテナにおいて検出された時点の直後に、他のアンテナにおいて所定値（第３の所定値）以上に低下している時点が検出された場合、時間差が小さければ相関度は高くなる。一方、他のアンテナにおいて所定値以上低下している時点との時間差が大きければ相関度は低くなる。

（各アンテナ間の相関度の判定方法２）
　相関判定部３４は、受信品質変動傾向把握部３３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信電力を示す値が所定値（第４の所定値）以下となる時点を検出する。そして、アンテナ間における、当該検出した時点の頻度、すなわち、時間当たりに、受信電力を示す値が所定値以下となる回数に応じて、相関判定部３４は、相関度を判定するようにしても良い。

（各アンテナ間の相関度の判定方法３）
　相関判定部３４は、２つのアンテナの受信信号同士を複素乗算して（複素共役を乗算する）求めた時間平均に応じて、相関度を判定するようにしても良い。相関度が高ければ、時間平均が高くなる。一方、相関度が低ければ、時間平均が０に近い数値となる。

（各アンテナ間の相関度の判定方法４）
　相関判定部３４は、各アンテナにおける、受信品質に関する値が時間の経過に伴って変動する変動傾向に応じて、各アンテナの受信品質に関する受信電力を示す値それぞれに付与する重み係数を決定する。そして、受信電力を示す値に重み係数を付与することにより算出される推定受信電力値に基づいて、相関判定部３４は、各アンテナ間の相関度を判定、または推定するようにしても良い。

　以下に、推定受信電力値に基づいて相関判定部３４が各アンテナ間の相関度を判定する場合について説明する。
　受信電力を示す値の変動傾向は、３種類の傾向Ａ、Ｂ、Ｃを組合せることによって構成される。傾向Ａ、Ｂ、Ｃについて、図７を参照しながら説明する。図７は、受信品質情報（受信品質に関する値）Ｘが、時間（１フレーム期間）の経過に伴って、Ｘ１からＸ２～Ｘ５のいずれかへ変動する様子を模式的に示す。
　傾向Ａは、受信品質情報がＸ１からＸ２へ変動する場合、およびＸ１からＸ３へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値α内で変動したことを示す。ここで、所定の閾値αは、受信品質が安定した状態であると判断できる範囲（受信品質の雑音による揺らぎ幅程度）に設定される。傾向Ｂは、受信品質情報がＸ１からＸ４へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値αを超えて受信品質が上昇する方向に変動したことを示す。傾向Ｃは、受信品質情報がＸ１からＸ５へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値αを下回り受信品質が低下する方向に変動したことを示す。

　相関判定部３４は、傾向Ａ，Ｂ，Ｃの組合せによって変動傾向を判定する。図８Ａは、受信品質情報Ｘの変動を時間の経過に伴って示すグラフの一例である。図８Ａでは、時刻ｔ１からｔ６へと時間が経過するに伴って、新しい受信品質情報がプロットされている。図８Ｂは、重み係数の決定手法を説明するための表である。

　Ｘ１１からＸ１２への変動は、所定の閾値α内での変動であるので、図８Ｂに示すように、傾向Ａとして示される。また、Ｘ１２からＸ１３への変動は、所定の閾値αを超えて受信品質が上昇する方向への変動であるので、図８Ｂに示すように、傾向Ｂとして示される。同様に、Ｘ１３からＸ１６までの３回の変動それぞれは、３回の傾向Ｂとして示される。
　相関判定部３４は、１回の傾向Ａと４回の傾向Ｂとの組合せ（ＡＢＢＢＢ）に基づいて、変動傾向は向上型変動傾向であると判定する。そして、相関判定部３４は、Ｘ１１～Ｘ１６それぞれに付与する重み係数Ｄ１～Ｄ６を、時間の経過に伴って大きくして、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５＜Ｄ６とする。

　また、相関判定部３４は、変動傾向が、例えば、２回の傾向Ａと３回の傾向Ｃの組合せ（ＡＣＡＣＣ）である場合には、変動傾向は低下型変動傾向であると判定する。そして、相関判定部３４は、重み係数Ｄ１～Ｄ６を、時間の経過に伴って大きくして、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５＜Ｄ６とする。
　また、相関判定部３４は、変動傾向が、例えば、５回の傾向Ａの組合せ（ＡＡＡＡＡ）である場合には、変動傾向は安定型変動傾向であると判定する。そして、相関判定部３４は、重み係数Ｄ１～Ｄ６を均一な値、即ち、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４＝Ｄ５＝Ｄ６≠０とする。

　相関判定部３４は、受信品質情報Ｘ１１～Ｘ１６と、Ｘ１１～Ｘ１６に対応する重み係数Ｄ１～Ｄ６とをそれぞれ乗算し、乗算値の平均値を算出することにより、推定受信電力値を算出する。そして、相関判定部３４は、算出された推定受信電力値に基づいて変動傾向を推定し、当該推定した変動傾向から各アンテナ間の相関度を判定する。

　上述したように、図６に記載のフローチャートでは、アンテナ選択部２７が、伝送方式として、指向性制御による無線通信と、ＭＩＭＯによる無線通信のいずれかを決定し、さらに、無線通信に利用するアンテナとして少なくとも２以上を選択した。しかしながら、無線基地局と相手側通信装置との間の無線状況によっては、いずれの伝送方式を利用したとしても、通信品質を保持することができない場合がある。そのため、本発明は、このような場合も考慮して、上述した指向性制御による無線通信や、ＭＩＭＯによる無線通信だけでなく、伝送方式の選択の際には、選択ダイバーシティを選択し、１本のアンテナを利用した無線通信を実行してもよい。これらの選択の際には、アンテナ選択部２７は、上述したように、ウェイト算出部３１がウェイトを算出したウェイト更新時間間隔や、相関判定部３４において判定された受信品質に関する値の変動傾向に関する情報を利用して、伝送方式や利用するアンテナを決定すればよい。

　上述したように、本発明は、各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向から、伝搬環境に応じた伝送方式を選択するとともに、選択した伝送方式に適したアンテナを選択することで、通信品質を保持して最適なスループットを得ることができるものである。

Claims

　複数のアンテナを有し、少なくとも２以上のアンテナを利用して無線通信を実行する無線基地局において、
　前記複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質情報を取得する取得部と、
　前記取得部において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する把握部と、
　前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記複数のアンテナの中から、無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する選択部と、
　を備えることを特徴とする無線基地局。
　前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する判定部と、をさらに備え、
　前記選択部は、
　前記判定部において判定された前記各アンテナ間の相関度に応じて、前記無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
　前記判定部は、
　前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が直前に取得された受信品質に関する値と比較して第１の所定値以上に低下している時点を検出し、前記各アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、前記相関度を判定する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の無線基地局。
　前記判定部は、
　前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が第２の所定値以下となる時点を検出し、前記各アンテナ間における、当該検出した受信品質に関する値が所定値以下となる時点の頻度に応じて、前記相関度を判定する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の無線基地局。
　前記複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出する算出部と、をさらに備え、
　前記選択部は、
　前記算出部におけるウェイトを算出する時間間隔と、前記判定部において判定された前記時点が生じる周期とに基づいて前記無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の無線基地局。
　前記取得部は、
　前記複数のアンテナのそれぞれが受信する無線信号の受信品質情報を所定間隔で取得し、
　前記把握部は、
　前記各アンテナにおける、前記受信品質に関する値の変動傾向を把握し、
　前記判定部は、
　前記各アンテナにおける変動傾向に応じて、前記各アンテナの前記受信品質に関する値を推定し、当該推定した推定受信品質値に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の無線基地局。
　複数のアンテナを有し、少なくとも２以上のアンテナを利用して無線通信を実行する無線基地局の無線通信方法において、
　前記複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質情報を取得する取得ステップと、
　前記取得ステップにおいて取得した各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する把握ステップと、
　前記把握ステップにおいて把握した、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記複数のアンテナの中から、無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する選択ステップと、
　を有することを特徴とする無線基地局の無線通信方法。
　複数のアンテナを有し、通信先装置と無線通信を実行する無線基地局において、
　前記複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質情報を取得する取得部と、
　前記取得部において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する把握部と、
　前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記無線通信における伝送方式を決定し、かつ、前記複数のアンテナの中から、当該決定された伝送方式で利用するアンテナを選択する選択部と、
　前記選択部において決定された伝送方式に関する情報を、前記通信先装置に送信する送信部と、
　を備えることを特徴とする無線基地局。
　前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する判定部と、をさらに備え、
　前記選択部は、
　前記判定部において判定された前記各アンテナ間の相関度に応じて、前記無線通信に利用するアンテナを選択する、
　ことを特徴とする請求項８に記載の無線基地局。
　前記判定部は、
　前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が直前に取得された受信品質に関する値と比較して第３の所定値以上に低下している時点を検出し、前記各アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、前記相関度を判定する、
　ことを特徴とする請求項９に記載の無線基地局。
　前記判定部は、
　前記把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が第４の所定値以下となる時点を検出し、前記各アンテナ間における、当該検出した受信品質に関する値が所定値以下となる時点の頻度に応じて、前記相関度を判定する、
　ことを特徴とする請求項９に記載の無線基地局。
　前記複数のアンテナは、アレイアンテナであり、
　前記選択部は、
　前記無線通信における伝送方式として、指向性制御による無線通信と、ＭＩＭＯによる無線通信のいずれかを決定する、
　ことを特徴とする請求項８に記載の無線基地局。
　前記複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出する算出部と、をさらに備え、
　前記選択部は、
　前記算出部におけるウェイトを算出する時間間隔と、前記判定部において判定された前記時点が生じる周期とに基づいて前記無線通信に利用する伝送方式を決定する、
　ことを特徴とする請求項９に記載の無線基地局。
　前記取得部は、
　前記複数のアンテナのそれぞれが受信する無線信号の受信品質情報を所定間隔で取得し、
　前記把握部は、
　前記各アンテナにおける、前記受信品質に関する値の変動傾向を把握し、
　前記判定部は、
　前記各アンテナにおける変動傾向に応じて、前記各アンテナの所定期間内における前記受信品質に関する値を推定し、当該推定した推定受信品質値に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する、
　ことを特徴とする請求項９に記載の無線基地局。
　複数のアンテナを有し、通信先装置と無線通信を実行する無線基地局の無線通信方法において、
　前記複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質情報を取得する取得ステップと、
　前記取得ステップにおいて取得した各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する把握ステップと、
　前記把握ステップにおいて把握した、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記無線通信における伝送方式を決定し、かつ、前記複数のアンテナの中から、無線通信に利用するアンテナを選択する選択ステップと、
　前記選択ステップにおいて決定された伝送方式に関する情報を、前記通信先装置に送信する送信ステップと、
　を有することを特徴とする無線基地局の無線通信方法。