WO2017013861A1

WO2017013861A1 - 基地局、方法

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Publication number: WO2017013861A1
Application number: PCT/JP2016/003340
Authority: WO
Inventors: 安藤　毅史
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2017-01-26
Also published as: EP3327952A1; JPWO2017013861A1; EP3327952A4

Abstract

一般的な送信専用基地局では、ビームを用いて信号を送信するとき、該信号を端末に届けられないという課題を解決する為、本発明の基地局は、接続する端末の位置を示す位置情報を取得する取得手段と、前記端末の位置を示す位置情報と、自装置の位置を示す所定の位置情報と、に基づいて自装置から前記端末への方向を算出する算出手段と、前記方向に向けて直進性のあるビームを発信し、入力された信号を前記ビームにより送信する送信手段と、を備える。

Description

基地局、方法

　本発明は、基地局、方法に関し、特に、ビームを発信する基地局、方法に関する。

　一般的に、ビームを発信する基地局が知られている。ビームとは、指向性のある電波である。ビームを発信する基地局は、通信先端末から受信した信号（すなわち、上り信号）の到来方向を推定し、推定した到来方向（つまり、通信先端末の方向）にビームを発信する。その際、上述の基地局は、到来方向を周知の到来方向推定法により推定し、周知のビームフォーミング技術により、推定した方向にビームが向くよう制御して発信する。上述の基地局は、指向性のあるビームを発信することで、通信先端末以外の端末に干渉を与えないようにすることができる。なお、上述の基地局は、上位装置から下り信号が入力されたときには、入力された下り信号をビームにより端末に送信する。特許文献１、２には、上述の基地局と同様に、上り信号の到来方向を推定し、推定した到来方向にビームを発信する装置が開示されている。

　ところで、近年、下り方向の通信容量拡大やスループット向上を目的として、既存の基地局のエリア内に、専ら下り信号の送信を行う基地局（以下、「送信専用基地局」という）が配置された移動体通信システムが議論されている。送信専用基地局は、上り信号の受信を行わず、１０ＧＨｚ以上の高周波数帯域を用いて下り信号の送信を行う。非特許文献１のホワイトペーパーには、既存の基地局のエリア内に、１０ＧＨｚ以上の高周波数帯域を用いて、専ら下り信号の送信を行うスモールセル基地局が配置された移動体通信システムが記載されている。１０ＧＨｚ以上の高周波数帯域の電波は、直進性が強く、減衰しやすいが、大容量の伝送を実現でき、送信専用基地局は、大容量の下り信号を高速に伝送することができる。

　基地局に直接関係する技術ではないが、一般的な技術として、三点測位によって端末の位置を算出する技術も知られている。（非特許文献２参照。）

特開２００１－１２７６９９号公報特開２０１５－１０９６９２号公報

株式会社ＮＴＴドコモ、"ドコモ５Ｇホワイトペーパー"、ｐ．７－９、［online］、２０１４年９月、［２０１５年７月１日検索］、インターネット＜URL：https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/whitepaper_5g/DOCOMO_5G_White_PaperJP_20141006.pdf＞独立行政法人情報通信研究機構、"ＵＷＢを利用した高精度の屋内測位システムを開発"、［online］、２０１４年５月２６日、［２０１５年７月１日検索］、インターネット＜URL：http://www.nict.go.jp/press/2014/05/26-1.html＞

　しかし、上述の非特許文献１のスモールセル基地局も含め、一般的な送信専用基地局は、ビームを用いて下り信号を送信するとき、該信号を端末に届けられないという課題があった。

　なぜなら、一般的な送信専用基地局は、上り信号を受信しないので、上り信号の到来方向（端末方向）が推定できないからである。到来方向（端末方向）を推定できないので、一般的な送信専用基地局は、端末の方向に向けてビームを発信できない。その結果、一般的な送信専用基地局は、ビームを用いて信号を送信するとき、該信号を端末に届けられないという課題があった。

　なお、上述の課題を解決する為に、一般的な送信専用基地局は、近くの既存の基地局が推定した上り信号の到来方向を（既存の基地局から）取得し、該到来方向にビームを向けることも考えられる。しかし、既存の基地局で推定された到来方向は、一般的な送信専用基地局から端末への方向とは限らない。なぜなら、既存の基地局と送信専用基地局は、場所が異なり、既存の基地局が推定した到来方向（端末方向）は、送信専用基地局にとっての端末方向ではないからである。さらに、既存の基地局が受信する上り信号は、２ＧＨｚ帯等の低い周波数帯域の信号であり、障害物等により回折して届くこともある為、その到来方向が送信専用基地局における端末方向とは限らない。一般的な送信専用基地局は、端末方向を取得できない為、端末の方向にビームを向けることができず、信号を端末に届けられないという課題が依然としてあった。

　本発明は、上記課題を解決する基地局、方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の基地局は、接続する端末の位置を示す位置情報を取得する取得手段と、前記端末の位置を示す位置情報と、自装置の位置を示す所定の位置情報と、に基づいて自装置から前記端末への方向を算出する算出手段と、前記方向に向けて直進性のあるビームを発信し、入力された信号を前記ビームにより送信する送信手段と、を備える。

　上記目的を達成するために、本発明の方法は、接続する端末の位置を示す位置情報を取得し、前記端末の位置を示す位置情報と、自装置の位置を示す所定の位置情報と、に基づいて自装置から前記端末への方向を算出し、前記方向に向けて直進性のあるビームを発信し、入力された信号を前記ビームにより送信する。

　本発明によれば、基地局は、ビームを用いて信号を送信するとき、該信号を端末に届けることができる。

本発明の第１の実施の形態における基地局を備える移動体通信システムの構成例を示す図である。本発明の第１の実施の形態における基地局の構成例と、該基地局に接続される測位システムの構成例を示す図である。本発明の第１の実施の形態における基地局に備わるアンテナについて説明する為の図である。本発明の第１の実施の形態における基地局の動作を説明する為の図である。本発明の第２の実施の形態における基地局の構成例を示す図である。

　次に本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

　≪第１の実施の形態≫
[概要]
　本発明の第１の実施の形態における基地局は、送信専用基地局である。本実施形態の基地局は、上り信号の受信を行わず、専ら下り信号の送信を行う。本実施形態の基地局は、端末の位置を測定する周知の測位システムに接続する。

　本実施形態の基地局は、上り信号から端末の方向を推定できないので、代わりに、測位システムから端末の位置を示す位置情報を取得し、取得した端末の位置を示す位置情報と、自装置の位置を示す所定の位置情報から端末の方向を算出する。本実施形態の基地局は、算出した端末の方向にビームを発信する。本実施形態の基地局は、端末の方向を算出しているので、端末の方向にビームを向けることができ、下り信号を端末に届けることができる。

　［構成の説明］
　図１は、本発明の第１の実施の形態における基地局を備える移動体通信システムの構成例を示す図である。

　（１）本発明の第１の実施の形態の基地局を備えるシステムについて
　本実施形態の基地局は、移動体通信システムに備わる。当該移動体通信システムは、図１に示されるように、本実施形態の基地局１と、端末２と、測位システム３と、既存の基地局４と、上位装置５と、を備える。

　本実施形態の基地局１は、既存の基地局４のセル内、すなわちマクロセル内に配置される。

　上位装置５は、移動体通信システムの一般的なコアネットワーク装置であり、例えば、ＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｅｎｔｉｔｙ）である。

　本実施形態の基地局１は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブルを介して、測位システム３と上位装置５に接続される。また、本実施形態の基地局１は、無線回線を介して端末２と接続される。既存の基地局４も、ＬＡＮケーブルを介して、上位装置５に接続される。

　以下、測位システム３及び各装置の機能について説明する。まずは、測位システム３の機能から説明する。

　（２）測位システム３の機能
　（２－１）測位機能（概略）
　測位システム３は、一般的な測位システムと同様に、三点測位により、端末２の位置を測定する。測位システム３は、測定した端末２の位置の座標を、端末２の位置情報として記憶する。

　上述の測位機能を実現する為の測位システム３の構成と機能の詳細を、以下の「（２－２）測位機能（詳細）」に説明する。図２は、本実施形態の基地局の構成例と、該基地局に接続される位置測位システム３の構成例を示す図である。

　（２－２）測位機能（詳細）
　まず、測位システム３は、図２に示されるように、３台以上の固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎ（ｎ＝３以上の、測位システム３に備わる固定局の数）と、サーバ３１と、を備える。各固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎは、其々、パルス信号を送信し、パルス信号に対する応答信号が端末２から帰ってくるまでの時間を測定する。パルス信号と応答信号は、非特許文献２に示されるＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ　Ｗｉｄｅ　Ｂａｎｄ）の無線信号であってもよい。各固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎは、測定した時間の半分と光速との積を算出して、端末２との間の距離を求める。サーバ３１は、各固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎが求めた距離を基に、周知の三点測位により端末２の位置を算出する。具体的には、サーバ３１には、所定の基準位置を原点とするＸ、Ｙ座標値の組み合わせで表された地図データ（ベクター型のデータ形式の地図データ）が予め設定されており、地図データには、各固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎの位置座標も設定されている。サーバ３１は、各固定局の位置座標毎に、当該座標を中心とし、当該座標の固定局が求めた距離を半径とする円を描き、３つ以上の円の交点座標を端末２の位置として算出する。算出された端末２の位置は、Ｘ、Ｙ座標値で表され、以下、「Ｘ２、Ｙ２」と記載する。サーバ３１は、算出した端末２の位置座標（Ｘ２、Ｙ２）を、端末２の位置情報として記憶する。上述の地図データにおける、Ｘ軸方向とＹ軸方向は垂直である。

　固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎとサーバ３１は、一定周期毎に上述の測位機能を起動して端末２の位置を測位し、サーバ３１は、記憶する端末２の位置情報を更新する。

　（２－３）端末２に位置情報を送信する機能
　測位システム３は、記憶する端末２の位置座標（Ｘ２、Ｙ２）を無線信号として端末２に送信する。

　具体的には、サーバ３１が、端末２の位置座標（Ｘ２、Ｙ２）を記憶する毎に、当該位置座標（Ｘ２、Ｙ２）を固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎに出力する。固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎは、入力された端末２の位置座標（Ｘ２、Ｙ２）を、ＵＷＢの無線信号に変換して端末２に送信する。

　（２－４）応答機能
　測位システム３のサーバ３１は、基地局１から、位置情報を問い合わせるパケットを受信すると、記憶する端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）を応答パケットに含めて基地局１に送信する。応答パケットは、基地局１宛てのパケットである。

　（３）端末２の機能
　（３－１）測位システム３との通信機能
　端末２は、非特許文献２に示される測位システムの端末と同様に、パルス信号を受信すると、応答信号を送信する。また、端末２は、受信した無線信号から位置座標を抽出すると、抽出した位置座標を画面に表示する周知の表示機能を有する。

　（３－２）基地局との通信機能
　端末２は、一般的な移動体通信システムの端末と同様に、２ＧＨｚ帯の周波数帯域で基地局４と無線通信を行う機能を有する。また、端末２は、１０ＧＨｚ帯の周波数帯域で基地局１と無線通信を行う機能を有する。

　（４）基地局１の機能
　（４－１）記憶機能
　本実施形態の基地局１には、予め、基地局１の位置情報が、設置者によって設定される。基地局１の設置者は、サーバ３１に設定された地図データにおける、基地局１の位置座標を設定する。基地局１の設置者は、基地局１の設置場所において端末２を持ち、表示機能によって端末２の画面に表示される位置座標を基地局１に設定してもよい。基地局１は、設定された位置座標を、基地局１の位置情報としてメモリに記憶する。基地局１の位置（座標）を以下、「Ｘ１、Ｙ１」と記載する。

　（４－２）問い合わせ機能
　本実施形態の基地局１は、端末２との通信を指示する呼設定メッセージを上位装置５から受信すると、（端末２の）位置情報を問い合わせるパケットを測位システム３のサーバに送信する。

　（４－３）方向算出機能
　本実施形態の基地局１は、位置情報を問い合わせるパケットを送信した後、測位システム３のサーバ３１から応答パケットを受信する。本実施形態の基地局１は、受信した応答パケットから端末２の位置情報を抽出し、抽出した端末２の位置情報と、記憶する自装置の位置情報と、から端末２の方向を算出する。端末２の方向の算出の仕方については、後述の［動作の説明］で詳細に説明する。

　（４－４）ビーム形成機能
　本実施形態の基地局１は、ビームを発信する一般的な基地局と同様、周知のビームフォーミング技術によって、算出した端末方向に向かってビームを発信する。ビームは、直進性のある１０ＧＨｚ帯のビームである。

　（４－５）下り信号送信機能
　本実施形態の基地局１は、下り信号が入力されると、一般的な基地局と同様、入力された下り信号を、発信したビーム（１０ＧＨｚ帯の電波）にて、送信する。

　（５）基地局４と上位装置５について
　基地局４は、一般的な基地局である。基地局４は、２ＧＨｚ帯の周波数帯域で端末２と通信を行う。

　上位装置５は、一般的なＭＭＥである。上位装置５は、端末２と通信を行うときには、呼設定メッセージを基地局１に通知する。

　（６）基地局１の構成
　（６－１）基地局１の構成
　基地局１は、上述の「（４）基地局１の機能」を実現する為に、図２に示される通り、ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）部１０と、制御部１１と、算出部１２と、変調部１３と、送信部１４と、を備える。

　制御部１１は、ＩＦ部１０と、算出部１２と、変調部１３と、に接続される。送信部１４は、算出部１２と、変調部１３と、に接続される。

　（６－２）送信部１４に備わるアンテナについて
　図３は、本実施形態の基地局１（の送信部１４）に備わるアンテナについて説明する為の図である。

　基地局１の送信部１４は、アンテナを複数本、備える。図２では、送信部１４に２本のアンテナが備わっている例を示したが、送信部１４は、２本以上（例えば４本）、アンテナを備えてもよい。

　送信部１４に備わるアンテナは、アレーアンテナであり、図３に示される通り、基地局１の設置者によって、直線状に等間隔に配列される。さらに、各アンテナは、サーバ３１に設定されている地図データのＸ軸方向と平行に配列されるものとする。送信部１４がビームの方向を制御できるようにする為である。さらに、基地局１の設置者は、各アンテナ共、その電波の放射面がＹ軸方向に向くように設置する。基地局１の設置者は、端末２の表示機能に表示される、Ｘ座標値だけが増える方向やＹ座標値だけが増える方向を確認することで、Ｘ軸方向やＹ軸方向を確認することができる。

　（６－３）基地局１を構成する各部位の機能
　（６－３－１）ＩＦ部１０の機能
　ＩＦ部１０は、制御部１１から入力されたパケット（位置情報を問い合わせるパケット）をＬＡＮケーブルに送信する。また、ＩＦ部１０は、ＬＡＮケーブルから応答パケット、呼設定メッセージや下り信号を受信し、受信したパケットを制御部１１に出力する。応答パケット、呼設定メッセージ、及び下り信号は、基地局１宛てのパケットである。

　（６－３－２）制御部１１の機能
　制御部１１は、「（４－２）問い合わせ機能」を実現する機能部である。具体的には、制御部１１は、呼設定メッセージが入力されると、位置情報を問い合わせるパケットをＩＦ部１０に出力する。

　さらに、制御部１１は、端末２の位置情報の取得・転送機能を備える。すなわち、制御部１１は、ＩＦ部１０から応答パケットが入力されたときには、入力された応答パケットから端末２の位置情報を抽出し、抽出した端末２の位置情報を電気信号として算出部１２に出力する。また、制御部１１は、ＩＦ部１０から下り信号が入力されたときには、入力された下り信号を電気信号として変調部１３に出力する。

　（６－３－３）変調部１３の機能
　変調部１３は、一般的な変調回路であり、入力された電気信号から下り信号を抽出し、抽出した下り信号に対して周知の変調処理を行う。変調処理は、６４ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の変調信号に変換する処理であってもよい。変調部１３は、変調信号を電気信号として送信部１４に出力する。

　（６－３－４）算出部１２の機能
　算出部１２は、「（４－１）記憶機能」を実現する機能部である。具体的には、算出部１２は、基地局１の設置者によって設定された基地局１の位置情報（Ｘ１、Ｙ１）を記憶する。

　さらに、算出部１２は、「（４－３）方向算出機能」を実現する機能部でもある。

　具体的には、算出部１２は、電気信号として制御部１１から入力される端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）と、記憶する基地局１の位置情報（Ｘ１、Ｙ１）と、を基に端末２の方向を算出する。端末２の方向の具体的な算出の仕方については、後述の［動作の説明］で詳細に説明する。

　算出部１２は、算出した端末２の方向を電気信号として送信部１４に出力する。

　（６－３－５）送信部１４の機能
　送信部１４は、「（４－４）ビーム形成機能」を実現する機能部である。具体的には、送信部１４は、電気信号が算出部１２から入力されると、入力された電気信号から端末２の方向を抽出する。そして、送信部１４は、周知のビームフォーミング技術により、抽出した端末２の方向にビームを発信する。

　送信部１４は、「（４－５）下り信号送信機能」を実現する機能部でもある。具体的には、送信部１４は、変調部１３から電気信号が入力されると、入力された電気信号から変調された信号（下り信号）を抽出する。送信部１４は、抽出した信号（下り信号）を無線信号に変換し、発信したビーム（１０ＧＨｚ帯の電波）にて送信する。

　（７）各部位の実現手段について
　上述のＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）部１０は、電子回路を用いて実現することができる。制御部１１と算出部１２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置と、を用いて実現することができる。変調部１３は、電子回路やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、あるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いて実現することができる。送信部１４は、複数の高周波回路と、電子回路と、マルチプレクサと、を用いて実現することができる。送信部１４の電子回路は、特許文献２の図７に示されるプリコーディングウエイト生成部やプリコーディング乗算部のように、高周波回路から発信されるビームが、入力された方向に向くように制御する一般的な回路である。

　［動作の説明］
　図４は、本実施形態の基地局１の動作を説明する為の図である。図４を用いて、本実施形態の基地局１の詳細な動作を以下に説明する。なお、測位システム３が、上述の「（２－１）測位機能」で説明した通り、端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）を記憶していることを前提に説明を行う。

　（１）問い合わせ処理
　まず、本実施形態の基地局１は、図４に示されるように、端末２との通信を指示する呼設定メッセージを上位装置５から受信したとする。上述の呼設定メッセージは、例えば、Ｉｎｉｔｉａｌ　Ｃｏｎｔｅｘｔ　Ｓｅｔｕｐであってもよい。

　本実施形態の基地局１は、呼設定メッセージを受信すると、（端末２の）位置情報を問い合わせるパケットを測位システム３のサーバ３１に送信する（Ｓ１）。

　Ｓ１の処理は、基地局１の制御部１１により実現される。具体的には、基地局１の制御部１１が、ＩＦ部１０を介して、呼設定メッセージを受信すると、位置情報を問い合わせるパケットを、ＩＦ部１０を介して、サーバ３１に送信する。位置情報を問い合わせるパケットは、サーバ３１宛てのパケットである。

　次に、サーバ３１は、位置情報を問い合わせるパケットを基地局１から受信すると、記憶する端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）を、応答パケットとして基地局１に送信する（Ｓ２）。

　（２）端末２の方向算出処理
　次に、本実施形態の基地局１は、応答パケットを受信すると、受信した応答パケットに含まれる端末２の位置情報を抽出し、抽出した端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）と、記憶する自装置の位置情報（Ｘ１、Ｙ１）と、から端末２の方向を算出する（Ｓ３）。

　上述のＳ３の処理は、基地局１の制御部１１と算出部１２により実現される。すなわち、制御部１１が、ＩＦ部１０を介して受信した応答パケットから、端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）を抽出し、抽出した端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）を電気信号として算出部１２に出力する。算出部１２は、入力された電気信号、すなわち端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）と、基地局１の位置情報（Ｘ１、Ｙ１）と、を用いて端末２の方向を算出する。

　（２－１）端末２の方向の具体的な算出動作
　端末２の方向を算出する処理だが、具体的には、算出部１２が、抽出した端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）と、基地局１の位置情報（Ｘ１、Ｙ１）と、から、周知のＤｏＡを、端末２の方向として算出する処理であってもよい。

　ＤｏＡは、Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｒｒｉｖａｌの略称であり、図３に示されるように、アンテナ正面方向（電波の放射面に対する垂直方向であるＹ軸方向）と端末２の方向がなす角度である。ＤｏＡを算出するのは、一般的なビームフォーミング技術が、角度ＤｏＡの方向にビームを発信する技術だからである。算出部１２は、ＤｏＡを以下の式１により算出することができる。ＤｏＡの範囲は、－９０度～＋９０度である。

　なお、算出部１２は、（Ｙ２－Ｙ１）が０以上の場合に、式１によりＤｏＡを求める。なぜなら、（Ｙ２－Ｙ１）が０以上の場合に、端末２がアンテナの正面（電波の放射面が向いている方向）に位置しており、基地局１は、端末２にビームを発信することができるからである。（Ｙ２－Ｙ１）が負の場合には、端末２がアンテナの背後（電波の放射面が向いている方向とは逆方向）に位置しており、基地局１は、そちらにビームを向けられない。（Ｙ２－Ｙ１）が負の場合には、算出部１２は、ＤｏＡを算出せず、ビーム発射不可を示す電気信号を制御部１１に出力する。制御部１１は、送信不可を示すパケットを、ＩＦ部１０を介して上位装置５に送信する。

　以下、端末２がアンテナ正面方向から＋３０度ずれた位置におり、算出部１２が、端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）と基地局１の位置情報（Ｘ１、Ｙ１）を式１に代入し、＋３０度のＤｏＡを算出したものとして説明を続ける。

　（３）ビーム発信処理
　次に、Ｓ３の後、本実施形態の基地局１は、端末２の方向、具体的には、周知のビームフォーミング技術により、算出した角度ＤｏＡ（＋３０度）にビームを発信する（Ｓ４）。

　上述のＳ４の処理は、算出部１２と送信部１４により実現される。すなわち、算出部１２は、算出したＤｏＡ（＋３０度）を電気信号として送信部１４に出力し、送信部１４は、入力された電気信号からＤｏＡ（＋３０度）を抽出する。送信部１４は、周知のビームフォーミング技術によって、抽出したＤｏＡ（＋３０度）の方向にビームを発信する。

　端末２の方向にビームをむけることができる。

　（４）下り信号送信処理
　次に、Ｓ４の後、本実施形態の基地局１は、上位装置４から下り信号が入力されると、入力された下りデータ信号を無線信号に変換し、発信したビーム（すなわち、１０ＧＨｚ帯の電波）により送信する（Ｓ５）。

　上述のＳ５の処理は、ＩＦ部１０、制御部１１、変調部１３、及び送信部１４により実現される。すなわち、制御部１１が、ＩＦ部１０を介して上位装置４から受信した下り信号を電気信号として変調部１３に出力し、変調部１３が、入力された電気信号（下り信号）に対して変調処理を行う。変調処理は、６４ＱＡＭの変調信号に変換する処理である。変調部１３は、６４ＱＡＭの変調信号を電気信号として送信部１４に出力し、送信部１４は、入力された電気信号から６４ＱＡＭの変調信号を抽出する。送信部１４は、抽出した６４ＱＡＭの変調信号を無線信号に変換し、その無線信号をビーム（１０ＧＨｚ帯の電波）にて送信する。

　ビームが端末２に向いているので、下り信号も端末２に向けて送信される。下り信号は、下りのＵ－ｐｌａｎｅデータであってもよい。

　次に、Ｓ５の後、端末２は、一般的な無線機能により、ビーム（１０ＧＨｚ帯の電波）から下り信号を抽出し、下り信号を受信する（Ｓ６）。下り信号が端末２に届く。

　（５）アンテナを増設した構成と動作（構成・動作のバリエーション　その１）
　上記では、基地局１の送信部１４は、Ｙ軸方向に電波の放射面が向いたアンテナを備えたが、さらに、Ｙ軸方向とは逆方向に電波の放射面が向いたアンテナ（以下、「補完アンテナ」という）も備えてもよい。基地局１は、全方位にビームを発信することができる。なお、補完アンテナを備える場合、基地局１は、以下の動作を行う。

　（５－１）アンテナを増設したときの動作
　まず、基地局１の算出部１２は、上述のＳ３において、応答パケットから端末２の位置情報（Ｘ２、Ｙ２）を抽出した後、（Ｙ２－Ｙ１）が負の値かを判別する。基地局１の算出部１２は、（Ｙ２－Ｙ１）が０以上であれば、式１によりＤｏＡを算出し、上述のＳ４～Ｓ６の処理を行う。

　基地局１の算出部１２は、（Ｙ２－Ｙ１）が負の値であるときには、まず、上述の式１により、ＤｏＡを算出する。ここで算出されたＤｏＡは、補完アンテナにおけるＤｏＡである。基地局１の算出部１２は、補完アンテナにおけるＤｏＡを算出した後、算出したＤｏＡ値と補完アンテナを示す所定の番号を電気信号として送信部１４に出力する。所定の番号は、移動体通信システムの管理者によって予め算出部１２に設定される。送信部１４は、入力された電気信号からＤｏＡ値と補完アンテナを示す番号を抽出すると、補完アンテナから、周知のビームフォーミング技術によって、抽出した角度ＤｏＡの方向にビームを発信する。送信部１４は、下り信号が入力されると、Ｓ５を実施し、補完アンテナから発信されているビームによって、入力された下り信号を送信する。

　（６）複数の端末にビームを発信する構成と動作（構成・動作のバリエーション　その２）
　本実施形態の基地局１は、端末２の１台に限らず、複数の端末（例えば、端末２、１２、２２）それぞれにビームを発信してもよい。基地局１が複数の端末にビームを発信する為には、基地局１、測位システム３、及び端末２、１２、２２が、以下の（６－１）～（６－３）に示す動作を行う。

　（６－１）測位システム３の動作（各端末の位置情報を記憶する動作）
　まず、各端末２、１２、２２は、自身を示す識別子である所定の端末ＩＤを、応答信号に含めて送信する。端末ＩＤは、端末２、１２、２２の電話番号であってもよい。測位システム３の固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎは、応答信号を受信する毎に、端末の距離を算出し、算出した距離をサーバ３１に出力する。その際、固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎは、応答信号に含まれる端末ＩＤと共に、算出した距離をサーバ３１に出力する。サーバ３１は、固定局３０＿１、３０＿２、…３０＿ｎから距離と端末ＩＤが入力されると、記憶し、所定時間後に、端末ＩＤ毎に位置座標を算出し、算出した位置座標と端末ＩＤとを対応づけて記憶する。所定時間は、測位システム３の管理者によってサーバ３１に設定される。

　（６－２）基地局１の動作（端末毎にビームを発信する動作）
　（６－２－１）各端末の位置情報を取得する動作
　基地局１は、各端末の位置情報を取得する為、各端末の端末ＩＤを、位置情報を問い合わせるパケットに含めて送信する。各端末の端末ＩＤは、基地局１の管理者によって基地局１に設定されてもよい。若しくは、呼設定メッセージに端末ＩＤが含まれるならば、基地局１は、呼設定メッセージを受信する毎に当該メッセージから端末ＩＤを抽出し、抽出した端末ＩＤを、位置情報を問い合わせるパケットに含めて送信してもよい。

　位置情報を問い合わせるパケットを受信した測位システム３は、位置情報を問い合わせるパケットから（各端末の）端末ＩＤを抽出し、抽出した端末ＩＤに対応する端末の位置座標を応答パケットに含めて基地局１に送信する。基地局１は、応答パケットを受信する毎に、Ｓ３を実施し、各端末の方向（すなわち、ＤｏＡ）を算出する。上述の基地局１動作は制御部１１で実施してもよい。

　（６－２－２）端末毎にビームを発信する動作
　基地局１は、算出した端末方向（ＤｏＡ）毎にＳ４を実施して、各端末方向にビームを発信する。その際、基地局１は、各端末方向に同時にビームを発信するのではなく、所定時間（例えば５秒）おきに、算出した端末方向の１つにビームを発信してもよい。具体的には、基地局１は、以下の（処理Ｉ）～（処理ＩＶ）を実施してもよい。

　（処理Ｉ）基地局１は、算出した端末方向（ＤｏＡ）の中から１つ端末方向を選択し、選択した端末方向についてＳ４を実施してビームを発信する。

　（処理ＩＩ）次に、基地局１は、所定時間が経過すると、ビームの発信を停止し、算出した端末方向（ＤｏＡ）の中から別の端末方向（選択されていない端末方向）を１つ新たに選択する。

　（処理ＩＩＩ）次に、基地局１は、新たに選択した端末方向についてＳ４を実施してビームを発信する。

　（処理ＩＶ）基地局１は、算出した端末方向（ＤｏＡ）全てを選択するまで（処理ＩＩ）、（処理ＩＩＩ）を繰り返す。基地局１は、算出した端末方向（ＤｏＡ）全てを選択すると、以降、所定の処理終了時間が経過するまで（処理Ｉ）～（処理ＩＶ）を繰り返す。基地局１は、処理終了時間が経過したときには、処理を終了する。

　上述の基地局１の動作は、送信部１４で実施してもよい。上述の所定時間や処理終了時間は、基地局１の管理者によって送信部１４に設定される。

　（６－３）ビームの発信に関する補足
　なお、基地局１は、複数の端末方向（ＤｏＡ）に同時にビームを発信してもよい。その場合、基地局１は、周知のＭａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｉｐｌｅ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いてビームを発信する。

　Ｍａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯ技術は、１００以上の多くアレーアンテナを使い、複数の端末にビームを同時に発信する技術である。Ｍａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯを用いる一般的な基地局（例えば、特許文献２の基地局等）は、１００以上のアレーアンテナを複数のアンテナグループに分割し、アンテナグループごとに、上り信号の到来方向にビームを発信する。Ｍａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯを用いる一般的な基地局は、各到来方向（端末方向）に同時にビームを発信することができる。

　本実施形態の基地局１でも、算出した各端末方向を到来方向とみなし、Ｍａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯ技術によって当該端末方向に各アンテナグループから同時にビームを発信してもよい。

　（７）基地局１の数と設置場所について
　本実施形態の基地局１を含む移動体通信システムは、基地局１を１台備えるのではなく、基地局１を複数台備えてもよい。また、本実施形態の基地局１は、直進性の強い１０ＧＨｚ帯の電波を使用する為、周辺にできるだけ障害物のないオープンスペースに設置されるのが好ましい。一般的なファントムセルのスモールセル基地局と同様である。オープンスペースは、例えば、空き地やコンサートホール、サッカー場などである。

　［効果の説明］
　本実施形態によれば、上り信号の受信を行わない送信専用基地局は、ビームを用いて下り信号を送信するとき、該下り信号を端末に届けることができる。

　なぜならば、本実施形態の基地局は、（上り信号の到来方向を推定できない代わりに、）測位システムから端末の位置情報を取得して、端末の方向を求めるからである。その結果、本実施形態の基地局は、直進性のあるビームを端末方向に向けることができ、端末に下り信号を届けることができる。

　≪第２の実施の形態≫
　次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

　図５は、本発明の第２の実施の形態における基地局の構成例を示す図である。以下に、第２の実施の形態の基地局の構成と動作について説明する。

　［構成の説明］
　（１）第２の実施形態の基地局の構成
　第２の実施形態の基地局１００は、図５に示されるように、取得部１０１と、算出部１０２と、送信部１０３と、を備える。算出部１０２は、取得部１０１と送信部１０３に接続される。

　基地局１００は、無線回線を介して端末２００と接続される。端末２００は、一般的な端末である。

　以下、基地局１００の各部位の機能の機能を説明する。

　（３）基地局１００の各部位の機能
　まず、基地局１００の取得部１０１は、接続する端末２００の位置を示す位置情報を取得する。取得部１０１は、端末２００の位置を測定する周知の測位システムに接続され、接続されている測位システムから「端末２００の位置を示す位置情報」を取得してもよい。

　基地局１００の算出部１０２は、取得部１０１が取得した「端末２００の位置を示す位置情報」と、自装置の位置を示す所定の位置情報（すなわち、基地局１００の位置を示す位置情報）と、に基づいて自装置（基地局１００）から端末２００への方向を算出する。

　上述の「基地局１００の位置を示す位置情報」は、基地局１００の管理者によって設定される。基地局１００の管理者は、周知の測位システムにおける基地局１００の位置座標を算出部１０２に設定してもよい。

　基地局１００の送信部１０３は、算出部１０２が算出した方向に向けて直進性のあるビームを発信し、入力された信号を上述のビームにより送信する。

　その為に、送信部１０３は、指向性アンテナ（例えば、アレーアンテナ）を備え、ビームフォーミング技術により、算出部１０２が算出した方向に指向性アンテナから直進性のあるビームを発信してもよい。直進性のあるビームは、１０ＧＨｚ帯のビームでもよい。

　[動作の説明]
　次に、本実施形態の基地局１００の動作を説明する。

　まず、基地局１００の取得部１０１は、起動後、接続する端末２００の位置を示す位置情報を取得する。

　例えば、取得部１０１は、端末２００の位置を測定する測位システムにアクセスし、測位システムから端末２００の位置を示す位置情報を取得してもよい。

　次に、基地局１００の算出部１０２は、取得部１０１が取得した「端末２００の位置を示す位置情報」と、基地局１００の位置を示す所定の位置情報と、に基づいて基地局１００から端末２００への方向を算出する。

　その際、算出部１０２は、端末２００への方向を、角度として算出してもよい。具体的には、算出部１０２は、端末２００への方向を、指向性アンテナの放射面に垂直な方向に対する角度として算出してもよい。

　次に、基地局１００の送信部１０３は、算出部１０２が算出した方向に向けて直進性のあるビームを発信する。

　その際、基地局１００の送信部１０３は、算出部１０２が算出した角度に向けて、周知のビームフォーミング技術により、直進性のあるビームを指向性アンテナから発信してもよい。

　なお、送信部１０３は、ビームを発信するにあたり、指向性アンテナが回転台に備わっているときには、ビームフォーミング技術を用いず、算出した角度に指向性アンテナが向くまで回転台を回転させてもよい。その場合、送信部１０３には、指向性アンテナの放射面に垂直な方向に対する角度と、当該角度になるまでの回転時間が対応づけられた対応表が予め基地局１００の管理者によって設定されている。送信部１０３は、算出した角度に対応する回転時間を対応表から求め、求めた回転時間、回転台を回転させる。回転台は電流が入力されると一方向に回転する回転台であり、送信部１０３は、回転時間の間、電流を回転台に入力する。送信部１０３は、算出した角度、回転台が回転すると、ビームを発信し、端末２００の方向にビームを発信する。

　次に、基地局１００の送信部１０３は、信号が入力されたときには、入力された信号をビームにより送信する。

　［効果の説明］
　本実施形態によれば、基地局は、ビームを用いて信号を送信するとき、該信号を端末に届けることができる。

　なぜならば、本実施形態の基地局は、端末の位置情報を取得して端末の方向を求めるからである。その結果、本実施形態の基地局は、直進性のあるビームを端末方向に向けることができ、端末に信号を届けることができる。

　さらに、本実施形態の基地局は、端末からの信号を受信せず、受信した信号の到来方向を推定できないときであっても、端末に信号を届けることができる。なぜなら、本実施形態の基地局は、上記に説明した通り、端末の位置情報を取得し、当該位置情報から端末の方向を算出するからである。その結果、本実施形態の基地局は、直進性のあるビームを端末方向に向けることができ、端末に信号を届けることができる。

　さらに、上記の各実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
　接続する端末の位置を示す位置情報を取得する取得手段と、
　前記端末の位置を示す位置情報と、自装置の位置を示す所定の位置情報と、に基づいて自装置から前記端末への方向を算出する算出手段と、
　前記方向に向けて直進性のあるビームを発信し、入力された信号を前記ビームにより送信する送信手段と、
　を備えることを特徴とする基地局。
（付記２）
　前記送信手段は、指向性アンテナを備え、前記指向性アンテナから前記ビームを発信する、
ことを特徴とする付記１に記載の基地局。
（付記３）
　前記算出手段は、前記指向性アンテナの放射面に垂直な方向と前記端末への方向のなす角度を算出し、
　前記送信手段は、前記角度に前記ビームを発信する、
ことを特徴とする付記２に記載の基地局。
（付記４）
　前記送信手段は、ビームフォーミング技術により前記ビームを発信する、
ことを特徴とする付記３に記載の基地局。
（付記５）
　前記送信手段は、Ｍａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ　Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いて前記ビームを発信する、
ことを特徴とする付記４に記載の基地局。
（付記６）
　前記取得手段は、接続する測位システムから前記端末の位置を示す位置情報を取得する、
ことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の基地局。
（付記７）
　接続する端末の位置を示す位置情報を取得し、
　前記端末の位置を示す位置情報と、自装置の位置を示す所定の位置情報と、に基づいて自装置から前記端末への方向を算出し、
　前記方向に向けて直進性のあるビームを発信し、入力された信号を前記ビームにより送信する、
ことを特徴とする方法。
（付記８）
　前記送信をするときにおいては、自装置に備わる指向性アンテナから前記ビームを発信する、
ことを特徴とする付記７に記載の方法。
（付記９）
　前記算出をするときにおいては、前記指向性アンテナの放射面に垂直な方向と前記端末への方向のなす角度を算出し、
　前記送信をするときにおいては、前記角度に前記ビームを発信する、
ことを特徴とする付記８に記載の方法。
（付記１０）
　前記送信をするときにおいては、ビームフォーミング技術により前記ビームを発信する、
ことを特徴とする付記９に記載の方法。
（付記１１）
　前記送信をするときにおいては、Ｍａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ　Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いて前記ビームを発信する、
ことを特徴とする付記１０に記載の方法。
（付記１２）
　前記算出をするときにおいては、接続する測位システムから前記端末の位置を示す位置情報を取得する、
ことを特徴とする付記７乃至１１のいずれか１項に記載の方法。

　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

　この出願は、２０１５年７月１７日に出願された日本出願特願２０１５－１４２７９５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１、４、１００　　基地局
　２、２００　　端末
　３　　測位システム
　５　　上位装置
　１０　　ＩＦ部
　１１　　制御部
　１２、１０２　　算出部
　１３　　変調部
　１４、１０３　　送信部
　３０＿１　　固定局
　３１　　サーバ
　１０１　　取得部

Claims

　接続する端末の位置を示す位置情報を取得する取得手段と、
　前記端末の位置を示す位置情報と、自装置の位置を示す所定の位置情報と、に基づいて自装置から前記端末への方向を算出する算出手段と、
　前記方向に向けて直進性のあるビームを発信し、入力された信号を前記ビームにより送信する送信手段と、
　を備えることを特徴とする基地局。
　前記送信手段は、指向性アンテナを備え、前記指向性アンテナから前記ビームを発信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
　前記算出手段は、前記指向性アンテナの放射面に垂直な方向と前記端末への方向のなす角度を算出し、
　前記送信手段は、前記角度に前記ビームを発信する、
ことを特徴とする請求項２に記載の基地局。
　前記送信手段は、ビームフォーミング技術により前記ビームを発信する、
ことを特徴とする請求項３に記載の基地局。
　前記送信手段は、Ｍａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ　Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いて前記ビームを発信する、
ことを特徴とする請求項４に記載の基地局。
　前記取得手段は、接続する測位システムから前記端末の位置を示す位置情報を取得する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基地局。
　接続する端末の位置を示す位置情報を取得し、
　前記端末の位置を示す位置情報と、自装置の位置を示す所定の位置情報と、に基づいて自装置から前記端末への方向を算出し、
　前記方向に向けて直進性のあるビームを発信し、入力された信号を前記ビームにより送信する、
ことを特徴とする方法。
　前記送信をするときにおいては、自装置に備わる指向性アンテナから前記ビームを発信する、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
　前記算出をするときにおいては、前記指向性アンテナの放射面に垂直な方向と前記端末への方向のなす角度を算出し、
　前記送信をするときにおいては、前記角度に前記ビームを発信する、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
　前記送信をするときにおいては、ビームフォーミング技術により前記ビームを発信する、
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
　前記送信をするときにおいては、Ｍａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ　Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いて前記ビームを発信する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
　前記算出をするときにおいては、接続する測位システムから前記端末の位置を示す位置情報を取得する、
ことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の方法。