WO2018100811A1

WO2018100811A1 - 基地局装置、通信システム、ビーム制御方法及びプログラム

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Publication number: WO2018100811A1
Application number: PCT/JP2017/030337
Authority: WO
Inventors: 二寛青木; 重人鈴木; 賢一飯島
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2018-06-07
Also published as: CN109997316A; JP6924206B2; US10805827B2; CN109997316B; US20190246311A1; JPWO2018100811A1

Abstract

基地局装置は、特定の方向に出力したビームによって端末装置と通信する通信部と、制御部とを備え、制御部は、第一のビームによって行う第一の端末装置との通信に関する第一の通信量を取得し、第一の通信量に基づいて、第一の端末装置との通信を、第一のビームとは異なる第二のビームにより行うように通信部を制御する。

Description

基地局装置、通信システム、ビーム制御方法及びプログラム

　本発明の実施形態は、基地局装置、通信システム、ビーム制御方法及びプログラムに関する。
　本願は、２０１６年１２月２日に日本に出願された特願２０１６－２３５２４１号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　互いに近傍に位置する移動局装置同士を一つのグループとして扱い、一つのビームで一つのグループを捕捉するように、アダプティブアレイアンテナから放たれるビームの向きと幅を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２－９４４４８号公報

　しかし、仮に、二つの移動局装置を一つのビームで補足した場合には、帯域等の通信リソースを二つの移動局装置が分け合って使用することになる。仮に、二つの移動局装置のいずれか一方又は両方の通信量が増加した場合、基地局装置の帯域には限りがあるため、通信速度を確保するには、帯域が足りなくなるおそれがある。

　本発明の一態様は、上記した事情に鑑みてなされたもので、帯域が不足することを防止することを目的の一つとする。

　本発明の一態様は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の態様は、特定の方向に出力したビームによって端末装置と通信する通信部と、制御部とを備え、前記制御部は、第一のビームによって行う第一の端末装置との通信に関する第一の通信量を取得し、前記第一の通信量に基づいて、前記第一の端末装置との通信を、前記第一のビームとは異なる第二のビームにより行うように前記通信部を制御する基地局装置である。

　また、本発明の第２の態様は、端末装置と該端末装置と通信可能な基地局装置とを備える通信システムであって、前記基地局装置は、特定の方向に出力したビームによって端末装置と通信する通信部と、制御部とを備え、前記制御部は、第一のビームによって行う第一の端末装置との通信に関する第一の通信量を取得し、前記第一の通信量に基づいて、前記第一の端末装置との通信を、前記第一のビームとは異なる第二のビームにより行うように前記通信部を制御する通信システムである。

　また、本発明の第３の態様は、端末装置と通信可能な基地局装置が実行するビーム制御方法であって、特定の方向に出力したビームによって端末装置と通信するステップと、第一のビームによって行う第一の端末装置との通信に関する第一の通信量を取得するステップと、前記第一の通信量に基づいて、前記第一の端末装置との通信を、前記第一のビームとは異なる第二のビームにより行うように制御するステップとを有するビーム制御方法である。
　また、本発明の第４の態様は、基地局装置のコンピュータに、特定の方向に出力したビームによって端末装置と通信するステップと、第一のビームによって行う第一の端末装置との通信に関する第一の通信量を取得するステップと、前記第一の通信量に基づいて、前記第一の端末装置との通信を、前記第一のビームとは異なる第二のビームにより行うように制御するステップとを実行させるプログラムである。

　本発明の実施形態によれば、帯域が不足することを防止することができる。

第１の実施形態に係る通信システムを示す概要図である。実施形態に係る基地局装置を示す機能ブロック図である。移動局装置位置管理テーブルの一例を示す図である。第１の実施形態に係る基地局装置の動作の一例（その１）を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る通信システムの動作の一例を示す図である。第１の実施形態に係る基地局装置の動作の一例（その２）を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る通信システムを示す概要図である。第２の実施形態に係る通信システムの動作の一例を示す図である。第３の実施形態に係る通信システムを示す概要図である。第３の実施形態に係る通信システムの動作の一例を示す図である。第３の実施形態に係る基地局装置の動作の一例を示すフローチャートである。第５の実施形態に係る通信システムを示す概要図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、各図において同一部分には同一符号を付している。

（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態について説明する。
　図１は、第１の実施形態に係る通信システム１の構成の一例を示す概略図である。
　図１に示すように、通信システム１は、基地局装置１００と移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とを備える。以下、移動局装置２００－１と、移動局装置２００－２とを区別しない場合には移動局装置２００と総称する。

　基地局装置１００は、移動局装置２００との間で、無線でデータを送受信する。基地局装置１００は、超多素子のアンテナを備え、アンテナ素子が放射する電波の振幅と位相とを電気的に制御することによって、アンテナ指向性の制御を行う。
　基地局装置１００の一例は、５Ｇ　Ｎｅｗ　Ｒａｄｉｏ（５Ｇ　ＮＲ）と呼ばれる５Ｇの標準規格に対応し、複数のアンテナ素子を用いてビーム幅の狭いビームフォーミングを行うＭａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯによって移動局装置２００との間で無線通信を行う。
　移動局装置２００は、画像や音声や文字によって他の装置との間で相互に通信が可能な通信装置であり、移動局装置２００の一例は、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末等の端末装置や、自動車、トラック、バス、バイク、電車、ドローン、ロボット等である。

　通信システム１の概要について説明する。
　基地局装置１００は、該基地局装置１００がカバーするエリア内に位置する各移動局装置２００の通信量を計測する。具体的には、基地局装置１００は、各移動局装置２００について、一定時間毎の通信量、つまり通信速度や、スループット等を計測する。基地局装置１００は、各移動局装置２００の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、該基地局装置１００の備える超多素子のアンテナから放射される一つのビームの帯域幅以下であり、且つ互いに近傍に位置する移動局装置同士をグループ化する。
　なお、帯域幅とは、通信路容量を表し、通信路容量は、通信路（ビーム）を介して伝送できる情報の量の上限である。
　基地局装置１００は、グループに含まれる各移動局装置の通信量の計測を継続し、該グループに含まれる各移動局装置の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、一つのビームの帯域幅を超えるか否かを判定する。基地局装置１００は、グループに含まれる各移動局装置の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、一つのビームの帯域幅を超える場合、該グループに含まれる移動局装置を異なるグループへ分離する。

（基地局装置）
　図２は、第１の実施形態に係る基地局装置１００の概略構成図である。
　基地局装置１００は、複数のアンテナ素子１０２－１～１０２－Ｎで構成され、且つ一又は複数のビームのそれぞれの向きと幅（放射角）を変化させて放射できる超多素子のアンテナ１０２と、複数のアンテナ素子１０２－１～１０２－Ｎの各々に対応して設けられた複数のデュプレクサ１０４－１～１０４－Ｎと、ビーム制御部１０６と、位置情報取得部１０８と、通信量取得部１１０と、グループ形成部１１２と、指向性決定部１１４と、送受信処理部１１６と、例えば公衆網に接続されたインターフェース（Ｉ／Ｆ）１１８とを備える。

　アンテナ素子１０２－１～１０２－Ｎは、移動局装置２００との間で信号を送受する。
　デュプレクサ１０４－１～１０４－Ｎは、アンテナ素子１０２－１～１０２－Ｎにそれぞれ接続され、アンテナ素子１０２－１～１０２－Ｎを介して送受する信号を、例えば周波数帯の違いに応じて、グループ単位で、位置情報信号と該位置情報信号以外の信号とに分離する。ここで、位置情報信号は、ビームを制御するために各移動局装置２００の基地局装置１００に対する相対位置を求めるための信号である。また、位置情報信号以外の信号は、トラヒックチャネルの信号や多元接続制御のために使用する制御チャネルの信号等が含まれる。
　ビーム制御部１０６は、デュプレクサ１０４－１～１０４－Ｎに接続され、後述する指向性決定部１１４からの指示にしたがい、一以上のビームが所望の方向、ビーム幅及び送信レベルで超多素子のアンテナ１０２から放射されるように、アンテナ素子１０２－１～１０２－Ｎの各々を制御する。さらに、ビーム制御部１０６は、超多素子のアンテナ１０２から放射されるビーム毎に、当該ビームを利用して移動局装置２００との間で送受される信号を、送受信処理部１１６との間でやり取りする。

　送受信処理部１１６は、ビーム制御部１０６、及びＩ／Ｆ１１８と接続され、ビーム制御部１０６が出力したビーム毎の信号を、移動局装置毎の信号に分離し、Ｉ／Ｆ１１８、及び通信量取得部１１０へ出力する。また、送受信処理部１１６は、Ｉ／Ｆ１１８から受け取った移動局装置２００宛の各信号を通信量取得部１１０へ出力し、当該各信号の送り先の移動局装置から送信された信号の伝送に利用されるビーム毎に、該各信号を多重化することにより、ビーム毎の信号を生成する。そして、送受信処理部１１６は、ビーム毎の信号をビーム制御部１０６へ出力する。

　位置情報取得部１０８は、デュプレクサ１０４－１～１０４－Ｎに接続され、デュプレクサ１０４－１～１０４－Ｎが出力した位置情報信号に基づいて、基地局装置１００に対する各移動局装置２００－１～２００－２の相対位置を定期的に算出する。位置情報取得部１０８は、基地局装置１００に対する各移動局装置２００－１～２００－２の相対位置を示す情報をグループ形成部１１２へ出力する。具体的には、各移動局装置２００－１～２００－２は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）を搭載する。各移動局装置２００－１～２００－２は、ＧＰＳで得た現在位置（緯度・経度で表される絶対位置）を含む信号を位置情報信号として送信する。位置情報取得部１０８は、各移動局装置２００－１～２００－２が送信した位置情報信号を取得すると、各移動局装置２００－１～２００－２の現在位置と基地局装置１００の設置位置とから、各移動局装置２００－１～２００－２の基地局装置１００に対する相対位置を算出する。

　通信量取得部１１０は、送受信処理部１１６に接続される。通信量取得部１１０は、送受信処理部１１６から、ビーム毎の信号を移動局装置毎の信号に分離した結果と移動局装置２００宛の各信号とを取得すると、該ビーム毎の信号を移動局装置毎の信号に分離した結果と該移動局装置２００宛の各信号とに基づいて、移動局装置毎に、一定時間毎の通信量を計測する。具体的には、通信量取得部１１０は、ビーム毎の信号を移動局装置毎の信号に分離した結果と、移動局装置宛の各信号とからスループットを求めることによって、移動局装置毎の通信量を計測する。通信量取得部１１０は、移動局装置毎の通信量を計測すると、該移動局装置毎の通信量を示す情報をグループ形成部１１２へ出力する。

　グループ形成部１１２は、位置情報取得部１０８、及び通信量取得部１１０に接続される。グループ形成部１１２は、位置情報取得部１０８から各移動局装置２００－１～２００－２の基地局装置１００に対する相対位置を示す情報を取得し、通信量取得部１１０から移動局装置毎の通信量を示す情報を取得すると、該相対位置を示す情報と該移動局装置毎の通信量を示す情報とに基づいて、移動局装置をグループ化する。具体的には、グループ形成部１１２は、互いに近傍に位置し、且つ該近傍に位置する移動局装置の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が超多素子のアンテナ１０２から放射される一つのビームの帯域幅を超えない移動局装置同士をグループ化する。グループ形成部１１２は、互いの距離が閾値以内である場合に、移動局装置同士が近傍に位置すると判定する。そして、グループ形成部１１２は、各グループに含まれる移動局装置の相対位置を示す情報に基づいて、該グループを代表する位置を求める。具体的には、グループ形成部１１２は、該グループに含まれる移動局装置の相対位置の平均を求め、該相対位置を、該グループを代表する位置とする。ここでは、グループ形成部１１２は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とをグループ化する。グループ形成部１１２は、各移動局装置２００－１～２００－２をグループ化すると、グループ化した結果に従って移動局装置位置管理テーブルを更新する。
　図３は、移動局装置位置管理テーブルの一例を示している。移動局装置位置管理テーブルには、移動局装置ＩＤ等の移動局装置の識別情報と該移動局装置が属するグループのグループＩＤ等のグループの識別情報と該グループを代表する位置を示す情報とが関連付けられる。図３に示される例では、移動局装置ＩＤ「０１ａａ」とグループＩＤ「Ｇ０１」と代表位置「（ｘｘ，ｙｙ）」とが関連付けられている。

　指向性決定部１１４は、ビーム制御部１０６に接続され、超多素子のアンテナ１０２から、グループ形成部１１２によりグループ化されたグループの各々に対して放射するビームの各々の方向とビーム幅（放射角）と送信レベルとを決定し、該ビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とを、ビーム制御部１０６に出力する。具体的には、指向性決定部１１４は、移動局装置位置管理テーブルに記憶されている各グループを代表する位置を示す情報と、該グループに含まれる移動局装置の位置とに基づいて、超多素子のアンテナ１０２から、該各グループへ放射するビームの各々の方向とビーム幅（放射角）と送信レベルとを決定する。

（通信システムの動作（その１））
　図４は、実施形態に係る通信システムの動作の一例を示すフローチャートである。図４は、基地局装置１００が、移動局装置２００をグループ化する動作を示す。
　ステップＳ４０２では、基地局装置１００の位置情報取得部１０８は、当該基地局装置１００がカバーするエリア内に位置する各移動局装置２００の位置情報を取得する。
　ステップＳ４０４では、基地局装置１００の通信量取得部１１０は、当該基地局装置１００がカバーするエリア内に位置する各移動局装置２００の通信量を計測する。

　ステップＳ４０６では、基地局装置１００のグループ形成部１１２は、各移動局装置２００の位置情報と各移動局装置２００の通信量とに基づいて、グループを形成する。具体的には、グループ形成部１１２は、互いに近傍に位置し、且つ該近傍に位置する移動局装置２００の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、超多素子のアンテナ１０２から放射される一つのビームの帯域幅を超えないように移動局装置をグループ化する。
　ステップＳ４０８では、基地局装置１００の指向性決定部１１４は、超多素子のアンテナ１０２から、グループ形成部１１２によりグループ化されたグループの各々に対して放射されるビームの各々の方向とビーム幅と送信レベルとを決定する。指向性決定部１１４は、該ビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とを、ビーム制御部１０６に出力する。ビーム制御部１０６は、指向性決定部１１４から該ビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とを取得すると、該ビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とに基づいて、一以上のビームが所望の方向、ビーム幅及び送信レベルで超多素子のアンテナ１０２から放射されるように、アンテナ素子１０２－１～１０２－Ｎの各々を制御する。

（通信システムの動作（その２））
　図５は、実施形態に係る通信システムの動作の一例を示す図である。
　図５は、基地局装置１００が、移動局装置２００をグループ化した後の動作を示す。図５の左図に示される通信システム１において、基地局装置１００は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とを含むグループを形成し、該グループへ、ビーム５０を放射している。ここで、基地局装置１００が放射する一つのビーム５０の帯域幅の上限を１００とする。移動局装置２００－１の通信量は５０であり、移動局装置２００－２の通信量は４０である。移動局装置２００－１の通信量と移動局装置２００－２の通信量とを合計した総通信量は９０であり、超多素子のアンテナ１０２が放射する一つのビーム５０の帯域幅の上限である１００以下である。この状態で、移動局装置２００－２の通信量が４０から６０に増加した場合について説明を続ける。移動局装置２００－２の通信量が増加したことによって、移動局装置２００－１の通信量と移動局装置２００－２の通信量とを合計した総通信量は１１０となり、基地局装置１００が放射する一つのビームの帯域幅の上限である１００を超えてしまう。

　総通信量が一つのビームの帯域幅の上限を超えた場合、基地局装置１００は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２に異なるビームが放射されるように、制御する。具体的には、図５の右図に示されるように、基地局装置１００は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とを含むグループを、移動局装置２００－１を含むグループと移動局装置２００－２を含むグループとに分離する。そして、基地局装置１００は、移動局装置２００－１を含むグループへビーム５０－１を放射し、移動局装置２００－２を含むグループへビーム５０－２を放射する。

　図６は、実施形態に係る通信システムの動作の一例を示すフローチャートである。
　図６は、基地局装置１００が、移動局装置２００をグループ化した後に、該グループに含まれる移動局装置を分離する動作を示す。
　ステップＳ６０２では、基地局装置１００の位置情報取得部１０８は、当該基地局装置１００がカバーするエリア内に位置する各移動局装置２００の位置情報を取得する。
　ステップＳ６０４では、基地局装置１００の通信量取得部１１０は、当該基地局装置１００がカバーするエリア内に位置する各移動局装置２００の通信量を計測する。
　ステップＳ６０６では、基地局装置１００のグループ形成部１１２は、各移動局装置２００の位置情報と各移動局装置２００の通信量とに基づいて、グループに含まれる移動局装置２００の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、ビームの帯域幅の上限を超えるか否かを判定する。

　ステップＳ６０８では、基地局装置１００のグループ形成部１１２は、グループに含まれる移動局装置２００の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、一つのビームの帯域幅の上限を超えると判定した場合、グループに含まれる移動局装置２００の構成を変更する。具体的には、グループ形成部１１２は、グループに含まれる移動局装置を分離する。つまり、グループ形成部１１２は、移動局装置２００－１を含むグループと移動局装置２００－２を含むグループとに分離する。
　ステップＳ６１０は、基地局装置１００の指向性決定部１１４は、グループに含まれる移動局装置２００の構成を変更した後、又はグループに含まれる移動局装置２００の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、一つのビームの帯域幅の上限を超えないと判定した場合に実行される。指向性決定部１１４は、超多素子のアンテナ１０２から、各グループの各々に対して放射されるビームの各々の方向とビーム幅と送信レベルとを決定する。指向性決定部１１４は、該ビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とを、ビーム制御部１０６に出力する。ビーム制御部１０６は、指向性決定部１１４から出力された該ビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とを取得すると、該ビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とに基づいて、一以上のビームが所望の方向、ビーム幅及び送信レベルで超多素子のアンテナ１０２から放射されるように、アンテナ素子１０２－１～１０２－Ｎの各々を制御する。

　第１の実施形態に係る通信システムによれば、基地局装置１００は、移動局装置２００毎に、位置情報と通信量とを取得する。基地局装置１００は、通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が一つのビームの帯域幅以下であり、且つ互いに近傍に位置する移動局装置同士をグループ化する。通信システムによれば、基地局装置１００は、グループに含まれる移動局装置２００の通信量が増加した場合には、グループに含まれる移動局装置２００を動的に変更し、該変更に応じてビームの制御を変更する。このように構成することによって、一又は複数の移動局装置を含むグループを一つのビームで補足する場合に、該グループに含まれる一又は複数の移動局装置の各々の通信量が増大した場合でも、帯域が不足することによって捕捉できないことを防止することができる。

（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態について説明する。
　図７は、第２の実施形態に係る通信システムの構成の一例を示す概略図である。
　図７に示すように、通信システム２は、基地局装置３００と移動局装置２００－１と移動局装置２００－２と移動局装置２００－３とを備える。以下、移動局装置２００－１と、移動局装置２００－２と、移動局装置２００－３とを区別しない場合には移動局装置２００と総称する。
　通信システム２では、基地局装置３００は、該基地局装置３００が形成したグループのうち一のグループに含まれる移動局装置２００の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、該基地局装置３００が備える超多素子のアンテナ１０２が放射する一つのビームの帯域幅を超える場合には、グループに含まれる移動局装置２００を変更する。

（基地局装置）
　第２の実施形態に係る基地局装置３００は、図２を適用できる。ただし、グループ形成部１１２は、位置情報取得部１０８から各移動局装置２００－１～２００－３の基地局装置３００に対する相対位置を示す情報を取得し、通信量取得部１１０から移動局装置毎の通信量を示す情報を取得すると、該相対位置を示す情報と該移動局装置毎の通信量を示す情報とに基づいて、移動局装置をグループ化する。具体的には、グループ形成部１１２は、互いに近傍に位置し、且つ該近傍に位置する移動局装置の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、超多素子のアンテナ１０２から放射される一つのビームの帯域幅を超えない移動局装置同士をグループ化する。グループ形成部１１２は、互いの距離が閾値以内である場合に、移動局装置同士が近傍に位置すると判定する。そして、グループ形成部１１２は、各グループに含まれる移動局装置の相対位置を示す情報に基づいて、該グループを代表する位置を求める。具体的には、グループ形成部１１２は、該グループに含まれる移動局装置の相対位置の平均を求め、該相対位置を、該グループを代表する位置とする。ここでは、グループ形成部１１２は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とをグループ化し、移動局装置２００－３をグループ化する。グループ形成部１１２は、移動局装置２００－１～２００－２をグループ化し、移動局装置２００－３をグループ化すると、グループ化した結果に従って移動局装置位置管理テーブルを更新する。

（通信システムの動作）
　図８は、実施形態に係る通信システムの動作の一例を示す図である。図８は、基地局装置３００が、移動局装置２００をグループ化した後の動作を示す。移動局装置２００をグループ化する動作は、第１の実施形態を適用できる。
　図８の左図に示される通信システム２において、基地局装置３００は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とを含む第１のグループと、移動局装置２００－３を含む第２のグループとを形成する。そして、基地局装置３００は、第１のグループへビーム５０－３を放射し、第２のグループへビーム５０－４を放射している。ここで、基地局装置３００が放射する一つのビーム５０の帯域幅の上限を１００とする。移動局装置２００－１の通信量は５０であり、移動局装置２００－２の通信量は４０であり、移動局装置２００－３の通信量は３０である。移動局装置２００－１の通信量と移動局装置２００－２の通信量とを合計した総通信量は９０であり、超多素子のアンテナ１０２が放射する一つのビーム５０－３の帯域幅の上限である１００以下である。移動局装置２００－３の通信量は３０であり、超多素子のアンテナ１０２が放射する一つのビーム５０－４の帯域幅の上限である１００以下である。この状態で、移動局装置２００－２の通信量が４０から６０に増加した場合について説明を続ける。移動局装置２００－２の通信量が増加したことによって、移動局装置２００－１の通信量と移動局装置２００－２の通信量との合計は１１０となり、基地局装置３００が放射する一つのビーム５０－３の帯域幅の上限である１００を超えてしまう。

　総通信量が一つのビーム５０－３の帯域幅の上限を超えた場合、基地局装置３００は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２に異なるビームが放射されるように、制御する。さらに、基地局装置３００は、該移動局装置２００－２の近傍に位置し、且つ異なるグループに含まれる移動局装置２００－３の通信量と移動局装置２００－２の通信量とを合計した総通信量が、基地局装置３００が放射する一つのビームの帯域幅の上限を超えるか否かを判定する。基地局装置３００は、該総通信量が、該基地局装置３００が放射する一つのビームの帯域幅の上限を超えないと判定した場合、図８の右図に示すように、移動局装置２００－２と移動局装置２００－３とをグループ化する。この結果、基地局装置３００は、移動局装置２００－１を含む第１のグループと、移動局装置２００－２と移動局装置２００－３とを含む第２のグループとを形成する。
　基地局装置３００は、該総通信量が、該基地局装置３００が放射する一つのビームの帯域幅の上限を超えると判定した場合、移動局装置２００－１を含む第１のグループと、移動局装置２００－２を含む第２のグループと、移動局装置２００－３を含む第３のグループとを形成する。

　第２の実施形態に係る通信システムによれば、基地局装置３００は、移動局装置毎に、位置情報と通信量とを取得する。基地局装置３００は、通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が一つのビームの帯域幅以下であり、且つ互いに近傍に位置する移動局装置同士をグループ化する。通信システムによれば、基地局装置３００は、グループに含まれる移動局装置２００の通信量が増加した場合には、該通信量が増加した移動局装置２００の通信量と該グループ以外の他のグループの一つに含まれる移動局装置２００の通信量とを合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、一つのビームの帯域幅以下である場合には、通信量が増加した移動局装置を他のグループへ含める。このように構成することによって、一又は複数の移動局装置を含むグループを一つのビームで補足する場合に、該グループに含まれる一又は複数の移動局装置の各々の通信容量が増大した場合でも、基地局装置３００が放射するビームの数を変更することなく、各グループに含まれる移動局装置２００を動的に変更できるため、帯域が不足することによって捕捉できないことを防止することができる。

（第３の実施形態）
　本発明の第３の実施形態について説明する。
　図９は、第３の実施形態に係る通信システムの構成の一例を示す概略図である。
　図９に示すように、通信システム３は、基地局装置４００と移動局装置２００－１と移動局装置２００－２と移動局装置２００－３とを備える。以下、移動局装置２００－１と、移動局装置２００－２と、移動局装置２００－３とを区別しない場合には移動局装置２００と総称する。
　通信システム３では、基地局装置４００は、該基地局装置４００が形成したグループのうち少なくとも二つのグループに含まれる移動局装置の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、該基地局装置３００が備える超多素子のアンテナが放射する一つのビームの帯域幅以下となる場合には、該少なくとも二つのグループを併合する。

（基地局装置）
　第３の実施形態に係る基地局装置４００は、図２を適用できる。ただし、グループ形成部１１２は、位置情報取得部１０８から各移動局装置２００－１～２００－３の基地局装置３００に対する相対位置を示す情報を取得し、通信量取得部１１０から移動局装置毎の通信量を示す情報を取得すると、該相対位置を示す情報と該移動局装置毎の通信量を示す情報とに基づいて、移動局装置をグループ化する。具体的には、グループ形成部１１２は、互いに近傍に位置し、且つ該近傍に位置する移動局装置の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、超多素子のアンテナ１０２から放射される一つのビームの帯域幅を超えない移動局装置同士をグループ化する。グループ形成部１１２は、互いの距離が閾値以内である場合に、移動局装置同士が近傍に位置すると判定する。そして、グループ形成部１１２は、各グループに含まれる移動局装置の相対位置を示す情報に基づいて、該グループを代表する位置を求める。具体的には、グループ形成部１１２は、該グループに含まれる移動局装置の相対位置の平均を求め、該相対位置を、該グループを代表する位置とする。ここでは、グループ形成部１１２は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とをグループ化し、移動局装置２００－３をグループ化する。グループ形成部１１２は、移動局装置２００－１～２００－２をグループ化し、移動局装置２００－３をグループ化すると、グループ化した結果に従って移動局装置位置管理テーブルを更新する。

　さらに、グループ形成部１１２は、形成したグループのうち少なくとも二つのグループに含まれる移動局装置２００の通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が、該基地局装置３００が備える超多素子のアンテナが放射する一つのビームの帯域幅以下となる場合には、該少なくとも二つのグループを併合する。そして、グループ形成部１１２は、併合するグループに含まれる移動局装置の相対位置を示す情報に基づいて、該併合するグループを代表する位置を求める。ここでは、グループ形成部１１２は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とを含むグループと、移動局装置２００－３を含むグループとを併合する。グループ形成部１１２は、移動局装置２００－１～２００－２を含むグループと、移動局装置２００－３を含むグループとを併合すると、グループを併合した結果に従って移動局装置位置管理テーブルを更新する。

（通信システムの動作）
　図１０は、実施形態に係る通信システムの動作の一例を示す図である。図１０は、基地局装置４００が、移動局装置２００をグループ化した後の動作を示す。移動局装置２００をグループ化する動作は、第１の実施形態を適用できる。
　図１０の左図に示される通信システム３において、基地局装置４００は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とを含む第１のグループと、移動局装置２００－３を含む第２のグループとを形成している。そして、基地局装置３００は、第１のグループへビーム５０－７を放射し、第２のグループへビーム５０－８を放射している。ここで、基地局装置４００が放射する一つのビーム５０－７又はビーム５０－８の帯域幅の上限を１００とする。移動局装置２００－１の通信量は５０であり、移動局装置２００－２の通信量は４０であり、移動局装置２００－３の通信量は３０である。移動局装置２００－１の通信量と移動局装置２００－２の通信量とを合計した総通信量は９０であり、超多素子のアンテナ１０２が放射する一つのビーム５０－７の帯域幅の上限である１００以下である。
移動局装置２００－３の通信量は３０であり、超多素子のアンテナ１０２が放射する一つのビーム５０－８の帯域幅の上限である１００以下である。この状態で、移動局装置２００－１の通信量が５０から２０に減少した場合について説明を続ける。

　移動局装置２００－１の通信量が減少したことによって、移動局装置２００－１の通信量と移動局装置２００－２の通信量とを合計した総通信量は６０となる。少なくとも一つのグループに含まれる移動局装置の通信量が減少した場合、基地局装置４００は、該少なくとも一つのグループに含まれる移動局装置の通信量と、該少なくとも一つのグループ以外で、且つ該少なくとも一つのグループの近傍に位置する他のグループに含まれる移動局装置の通信量とを合計した総通信量が一つのビームの帯域幅の上限以下となるか否かを判定する。
　基地局装置４００は、該総通信量が、基地局装置４００が放射する一つのビームの帯域幅以下となる場合、該少なくとも一つのグループと該他のグループとを併合する。その結果、図１０の右図に示すように、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とを含む第１のグループと、移動局装置２００－３を含む第２のグループとが併合される。つまり、基地局装置３００は、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２と移動局装置２００－３とを含むグループを形成する。
　基地局装置１００は、該基地局装置１００が放射する一つのビームの帯域幅の上限を超えると判定した場合、移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とを含む第１のグループと、移動局装置２００－３を含む第２のグループとを形成する。

　図１１は、実施形態に係る通信システムの動作の一例を示すフローチャートである。
　図１１は、基地局装置４００が、移動局装置２００をグループ化した後に、該グループに含まれる移動局装置の通信量が減少した場合の動作を示す。
　ステップＳ１１０２では、基地局装置４００の位置情報取得部１０８は、当該基地局装置４００がカバーするエリア内に位置する各移動局装置２００の位置情報を取得する。
　ステップＳ１１０４では、基地局装置４００の通信量取得部１１０は、当該基地局装置４００がカバーするエリア内に位置する各移動局装置２００の通信量を計測する。
　ステップＳ１１０６では、基地局装置４００のグループ形成部１１２は、各移動局装置２００の位置情報と各移動局装置２００の通信量とに基づいて、グループを変更する候補を求める。具体的には、グループ形成部１１２は、グループ変更後の通信量の合計が一つのビームの帯域幅以下となる候補を提示する。

　ステップＳ１１０８では、基地局装置１００のグループ形成部１１２は、ビームが、グループを変更することによって形成されるグループの候補のエリアをカバーできるか否かを判定する。具体的には、グループ形成部１１２は、ステップＳ１１０６で提示した候補が一つのビームでカバーできるエリア内かどうかを判定する。
　ステップＳ１１１０では、基地局装置１００のグループ形成部１１２は、グループを変更することによって形成されるグループの候補をカバーできると判定した場合、グループの構成を変更する。具体的には、グループ形成部１１２は、総通信量が一つのビームの帯域幅以下となる場合、少なくとも二つのグループを一つのグループに併合する。

　ステップＳ１１１２では、基地局装置１００の指向性決定部１１４は、グループの構成を変更した後又は総通信量が一つのビームの帯域幅を超えることによって、ビームがグループを変更することによって形成されるグループの候補をカバーできないと判定した場合、超多素子のアンテナ１０２から、各グループの各々に対して放射されるビームの各々の方向とビーム幅と送信レベルとを決定する。指向性決定部１１４は、該ビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とを、ビーム制御部１０６に出力する。ビーム制御部１０６は、指向性決定部１１４から、各グループの各々に対して放射されるビームの各々の方向とビーム幅と送信レベルとを取得すると、各グループの各々に対して放射されるビームの各々の方向とビーム幅と送信レベルとに基づいて、一以上のビームが所望の方向、ビーム幅及び送信レベルで超多素子のアンテナ１０２から放射されるように、アンテナ素子１０２－１～１０２－Ｎの各々を制御する。

　第３の実施形態に係る通信システムによれば、基地局装置は、少なくとも一つのグループに含まれる移動局装置の通信量が減少した場合、該少なくとも一つのグループに含まれる移動局装置の通信量と、該少なくとも一つのグループ以外で、且つ該少なくとも一つのグループの近傍に位置する他のグループに含まれる移動局装置の通信量とを合計した総通信量が一つのビームの帯域幅以下となるか否かを判定する。基地局装置は、総通信量が一つのビームの帯域幅以下となる場合、通信量が減少した移動局装置を含むグループと、他のグループとを併合する。このように構成することによって、一又は複数の移動局装置を含むグループを一つのビームで補足する場合に、該グループに含まれる一又は複数の移動局装置の各々の通信量が減少した場合に、基地局装置が放射するビームの数を減少させることができる。

（第４の実施形態）
　本発明の第４の実施形態について説明する。
　第４の実施形態に係る通信システムの構成の一例は、図１を適用できる。
　第４の実施形態に係る基地局装置は、基地局装置１００を適用できる。ただし、基地局装置の位置情報取得部１０８は、デュプレクサ１０４－１～１０４－Ｎが出力した位置情報信号に基づいて、各移動局装置２００－１～２００－２の基地局装置１００に対する相対位置を定期的に算出する。位置情報取得部１０８は、各移動局装置２００－１～２００－２の基地局装置１００に対する相対位置を示す情報をグループ形成部１１２へ出力する。具体的には、位置情報取得部１０８は、各移動局装置２００－１～２００－２が送信した上りリンクの信号の受信レベルを求め、該受信レベルと、該上りリンクの信号を受信したときのビームの方向とに基づいて、各移動局装置２００－１～２００－２の位置を推定する。位置情報取得部１０８は、各移動局装置２００－１～２００－２の位置を推定すると、各移動局装置２００－１～２００－２の現在位置と基地局装置の設置位置とから、各移動局装置２００－１～２００－２の基地局装置１００に対する相対位置を算出する。

　第４の実施形態に係る通信システムによれば、グループに含まれる移動局装置２００がＧＰＳを備えない場合でも、該移動局装置２００が送信する上りリンクの信号に基づいて該移動局装置２００の位置を推定できる。通信システムによれば、基地局装置は、移動局装置毎に、位置情報と通信量とを取得することができる。基地局装置は、通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が一つのビームの帯域幅以下であり、且つ互いに近傍に位置する移動局装置同士をグループ化できる。

（第５の実施形態）
　本発明の第５の実施形態について説明する。
　図１２は、第５の実施形態に係る通信システム４の構成の一例を示す概略図である。
　図１２に示すように、通信システム４は、基地局装置５００と基地局装置６００と移動局装置２００－１と移動局装置２００－２とを備える。以下、移動局装置２００－１と、移動局装置２００－２とを区別しない場合には移動局装置２００と総称する。

　基地局装置５００はＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）の標準規格に対応する基地局装置であり、図１２の楕円のエリア５０－１０内の移動局装置２００との間で、無線でデータを送受信する。基地局装置６００は５Ｇの標準規格に対応する基地局装置であり、移動局装置２００との間で、無線でデータを送受信する。基地局装置６００は、超多素子のアンテナを備え、アンテナ素子が放射する電波の振幅と位相とを電気的に制御することによって、アンテナ指向性の制御を行う。基地局装置５００が使用する周波数帯域と基地局装置６００が使用する周波数帯域とは異なる。
　基地局装置６００の一例は、スモールセル基地局装置（ｓｍａｌｌ　ｃｅｌｌ　ｅＮｏｄｅＢ）であり、その構成は基地局装置１００を適用できる。スモールセル基地局装置が提供するセルの半径は、例えば数十ｍ～数ｋｍの比較的狭い範囲である。即ち、スモールセル基地局装置とは、移動局装置２００と通信可能な範囲が狭い基地局装置である。スモールセル基地局装置が提供するスモールセルの半径は、基地局装置５００が提供するセルの半径より小さく、スモールセルの範囲の一部又は全部は該セルの範囲と重複しても良い。

　基地局装置５００において、エリア５０－１０内の移動局装置２００の電波の受信状態やＧＰＳの位置情報信号などから移動局装置２００の位置を測定し、移動局装置２００に近くて通信可能な基地局装置６００にＩ／Ｆ１１８を介して、移動局装置２００の位置情報を送信する。

　基地局装置６００において、送受信処理部１１６は、基地局装置５００が送信した移動局装置２００の位置情報をＩ／Ｆ１１８から取得すると、該ビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とをビーム制御部１０６へ出力する。
　ビーム制御部１０６は、送受信処理部１１６が出力したビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とを取得すると、ビームの各々の方向を示す情報とビーム幅を示す情報と送信レベルを示す情報とにしたがって、一以上のビームが所望の方向、ビーム幅及び送信レベルで超多素子のアンテナ１０２から放射されるように、アンテナ素子１０２－１～１０２－Ｎの各々を制御する。

　本実施形態に係る通信システムによれば、基地局装置５００から基地局装置６００へ、移動局装置２００の位置情報を送信することによって、基地局装置５００によってカバーされるエリアの少なくとも一部のエリアを基地局装置６００によってカバーできる。このため、トラヒックの多いエリアにおいて、通信容量を拡大できる。

（第６の実施形態）
　本発明の第６の実施形態について説明する。
　第６の実施形態に係る通信システムの構成の一例は、図１を適用できる。
　第６の実施形態に係る基地局装置は、基地局装置１００を適用できる。ただし、基地局装置の通信量取得部１１０は、送受信処理部１１６から、ビーム毎の信号を移動局装置毎の信号に分離した結果と移動局装置２００宛の各信号とを取得すると、該ビーム毎の信号を移動局装置毎の信号に分離した結果と該移動局装置２００宛の各信号とに基づいて、移動局装置毎に、アプリの起動状況を推定する。具体的には、通信量取得部１１０は、ビーム毎の信号を移動局装置毎の信号に分離した結果と、移動局装置宛の各信号とに基づいて、移動局装置毎に、バーチャルリアリティ（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ：　ＶＲ）アプリ、拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ：　ＡＲ）アプリ、４Ｋ／８Ｋ動画、ブラウザ、メール、電話などのアプリが起動しているか否かを判定する。通信量取得部１１０は、起動しているアプリに応じて、移動局装置毎の通信量を推測する。通信量取得部１１０は、移動局装置毎の通信量を推測すると、該移動局装置毎の通信量を示す情報をグループ形成部１１２へ出力する。

　第６の実施形態に係る通信システムによれば、グループに含まれる移動局装置が起動しているアプリを推定することによって、該移動局装置の通信量を推定できる。通信システムによれば、基地局装置は、移動局装置毎に、位置情報と通信量とを取得することができる。基地局装置は、通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が一つのビームの帯域幅以下であり、且つ互いに近傍に位置する移動局装置同士をグループ化できる。

（第７の実施形態）
　本発明の第７の実施形態について説明する。
　第７の実施形態に係る通信システムの構成の一例は、図１を適用できる。
　第７の実施形態に係る基地局装置は、基地局装置１００を適用できる。ただし、基地局装置の通信量取得部１１０は、送受信処理部１１６から、ビーム毎の信号を移動局装置毎の信号に分離した結果と移動局装置２００宛の各信号とを取得すると、該ビーム毎の信号を移動局装置毎の信号に分離した結果と該移動局装置２００宛の各信号とに基づいて、データを識別することによって通信量を推定する。具体的には、通信量取得部１１０は、ビーム毎の信号を移動局装置毎の信号に分離した結果と、移動局装置宛の各信号とに基づいて、パケットのヘッダ情報、ＩＰアドレス、ポート番号、ＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｌｏｃａｔｏｒ）等からデータを識別する。通信量取得部１１０は、データの識別結果に応じて、移動局装置毎の通信量を推測する。通信量取得部１１０は、移動局装置毎の通信量を推測すると、該移動局装置毎の通信量を示す情報をグループ形成部１１２へ出力する。

　第７の実施形態に係る通信システムによれば、グループに含まれる移動局装置が送受信しているデータを識別することによって、該移動局装置の通信量を推定できる。通信システムによれば、基地局装置は、移動局装置毎に、位置情報と通信量とを取得することができる。基地局装置は、通信量を合計した総通信量を伝送するための帯域幅が一つのビームの帯域幅以下であり、且つ互いに近傍に位置する移動局装置同士をグループ化できる。

　なお、上記各実施形態において、ビームは、ビームフォーミングにより放射されてもよいし、ＭＩＭＯ（マルチインプットマルチアウトプット）においてプレコーディングによって放射されてもよい。
　なお、プレコーディングの場合には、基地局装置と移動局装置の各アンテナ間の受信品質を示す伝搬行列で決定される。この伝搬行列は、端末装置の位置に依存する。
　また、上記各実施形態において、基地局装置１００、３００、４００、５００、６００は、グループ化をする際に、移動局装置２００に対して位置情報や伝搬路情報を要求してもよい。つまり、基地局装置１００、３００、４００、５００、６００は、複数の移動局装置２００の通信量を合計した総通信量に基づいて、位置情報又は伝搬路情報を要求する。移動局装置２００の各々は、この要求に対して、自身の位置情報又は伝搬路情報を、基地局装置１００、３００、４００、５００、６００へ送信する。

　以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組合せを行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

　なお、上述の基地局装置１００、基地局装置３００、基地局装置４００、基地局装置５００、基地局装置６００、及び移動局装置２００は内部にコンピュータを有している。そして、上述した各装置の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

　本発明のいくつかの態様は、帯域が不足することを防止することが必要な基地局装置、通信システム、ビーム制御方法及びプログラムなどに適用することができる。

１，２，３，４・・・通信システム、１００，３００，４００，５００，６００・・・基地局装置、２００・・・移動局装置、１０２－１～１０２－Ｎ・・・アンテナ素子、１０４・・・デュプレクサ、１０６・・・ビーム制御部、１０８・・・位置情報取得部、１１０・・・通信量取得部、１１２・・・グループ形成部、１１４・・・指向性決定部、１１６・・・送受信処理部、１１８・・・Ｉ／Ｆ

Claims

　特定の方向に出力したビームによって端末装置と通信する通信部と、
　制御部とを備え、
　前記制御部は、
　第一のビームによって行う第一の端末装置との通信に関する第一の通信量を取得し、
　前記第一の通信量に基づいて、前記第一の端末装置との通信を、前記第一のビームとは異なる第二のビームにより行うように前記通信部を制御する
　基地局装置。
　前記制御部は、
　第一の端末装置に関する第一の位置と、第二の端末装置に関する第二の位置とを取得し、
　前記第一の位置と前記第二の位置との間の距離に基づいて、第一の端末装置との通信と第二の端末装置との通信とを一つのビームによって行うように前記通信部を制御する
　請求項１に記載の基地局装置。
　前記制御部は、
　第二のビームによって行う第二の端末装置との通信に関する第二の通信量を取得し、
　前記第一の通信量と前記第二の通信量とに基づいて、第一の端末装置との通信と第二の端末装置との通信とを一つのビームによって行うように前記通信部を制御する
　請求項１又は請求項２に記載の基地局装置。
　前記制御部は、前記第一の端末装置が起動しているアプリに基づいて、前記第一の端末装置との通信を、前記第一のビームとは異なる第二のビームにより行うように前記通信部を制御する、請求項１に記載の基地局装置。
　前記制御部は、前記第一の端末装置が起動しているアプリに基づいて、前記第一の端末装置との通信と他の端末装置との通信とを一つのビームによって行うように前記通信部を制御する、請求項１に記載の基地局装置。
　端末装置と該端末装置と通信可能な基地局装置とを備える通信システムであって、
　前記基地局装置は、
　特定の方向に出力したビームによって端末装置と通信する通信部と、
　制御部とを備え、
　前記制御部は、
　第一のビームによって行う第一の端末装置との通信に関する第一の通信量を取得し、
　前記第一の通信量に基づいて、前記第一の端末装置との通信を、前記第一のビームとは異なる第二のビームにより行うように前記通信部を制御する
　通信システム。
　端末装置と通信可能な基地局装置が実行するビーム制御方法であって、
　特定の方向に出力したビームによって端末装置と通信するステップと、
　第一のビームによって行う第一の端末装置との通信に関する第一の通信量を取得するステップと、
　前記第一の通信量に基づいて、前記第一の端末装置との通信を、前記第一のビームとは異なる第二のビームにより行うように制御するステップとを有する
　ビーム制御方法。
　基地局装置のコンピュータに、
　特定の方向に出力したビームによって端末装置と通信するステップと、
　第一のビームによって行う第一の端末装置との通信に関する第一の通信量を取得するステップと、
　前記第一の通信量に基づいて、前記第一の端末装置との通信を、前記第一のビームとは異なる第二のビームにより行うように制御するステップと
　を実行させるプログラム。