WO2020095597A1 - エリア構築方法 - Google Patents

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WO2020095597A1
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building
base station
relay
cpe
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筒井　多圭志
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SoftBank Corp
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    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
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    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering
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    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/18—Network planning tools
    • H04W16/20—Network planning tools for indoor coverage or short range network deployment

Definitions

  • the present invention relates to an area building method and a service method, which are characterized by basically not using a diffraction phenomenon using 5G (5th Generation) in the millimeter wave band.
  • the millimeter wave has a shorter wavelength (1 cm or less) than the wavelength of radio waves used for conventional cellular communication (1 cm or less) and the loss due to diffraction is large. Therefore, the same macro station as the conventional cellular base station is used. If you design the station, you can use only the line-of-sight area, you can not cover the building shadow, etc., and you have to set the street cell every 20 meters to service 5G, but for that reason, a huge CAPEX (Capital) Expenditure) and OPEX (Operating expenditure) are required.
  • GOB Grid Of Beams
  • CAPEX and OPEX can be minimized.
  • ⁇ Milliwave has a large propagation loss, and it is extremely difficult to make the indoor window area an area, and it is enough to just receive it at the window, as a direct wave or a semi-LOS wave such as road surface scattered wave.
  • a direct wave or a semi-LOS wave such as road surface scattered wave.
  • radio waves do not reach. Therefore, I thought about installing a UE relay outside the window glass, but in that case, the method of supplying power to the relay device becomes a problem (because many buildings do not have outlets etc. on the balcony outside the window) ).
  • an indoor space such as a condominium, it is possible to establish a link with a UE relay or a CPE when a station is placed on a rack, a cabinet, or the like that directly applies waves.
  • the window glass is not a special glass against heat rays or the like, the additional penetration loss is about 10 dB, so it is possible to install a UE relay at the indoor window, but if there is a blind in the window, As a result, additional penetration loss may occur and a stable wireless link with the base station may not be established. Therefore, it is necessary to install an antenna (so-called donor antenna) for connecting to the base station side between the window and the blind, and an antenna for the indoor side cover (so-called service antenna) more indoors than the blind. Become. However, the installation of such an antenna causes a problem of complicated wiring work for the antenna cable.
  • the UE relay has a U-shape, and the metal blind is installed so as to be sandwiched between the U-shaped concave surfaces, and the donor antenna is blind and the window without complicated antenna cable wiring work. During this period, the form of installing the service antenna on the indoor side of the blind can be easily realized.
  • a high-gain antenna When a high-gain antenna is used for a mobile terminal, the direction of beam arrival from the base station changes frequently due to the movement of reflectors (eg cars, people) in front of the building, and the wireless link is extremely poor. Be stable. Therefore, if a high gain antenna is attached, the wireless link may be easily broken.
  • a beam steering method using a high gain steerable antenna is known as means for coping with such a change in the beam arrival direction.
  • a high gain antenna corresponding to a steerable beam is provided in a handheld portable terminal such as a so-called smartphone or the like due to the requirements of small size and mobility required for those terminals, it is rather effective. It will be difficult.
  • a stationary terminal such as a U-shaped UE relay or CPE
  • an area construction method for providing a 5G mobile radio communication network service using millimeter waves (hereinafter referred to as 5G service).
  • the area construction method does not use the diffraction phenomenon, which has a significantly large loss in millimeter waves, and uses line-of-sight propagation of radio waves emitted from a base station by using beamforming technology, and on the road surface of the radio waves and on rough wall surfaces such as masonry. Rough surface scattering may be used to build a wireless communication area.
  • the area building method, the line-of-sight propagation of the beam aligned in the road direction, the outdoor area is constructed by the radio waves propagated through the route and the regular reflection and rough surface scattering by the road surface and the building wall surface, and the line-of-sight propagation, the regular reflection
  • an indoor area may be constructed by radio waves propagated by the above-mentioned rough surface scattering and reflected or scattered toward the inside of the building.
  • the area building method is that the base station emits a beam-shaped radio wave in the road extension direction by the GoB (Grid of Beam) method, and the line-of-sight propagation of the radio wave, the regular reflection of the radio wave by the building wall surface and the road surface, and the rough surface.
  • Radio waves reflected or scattered toward the inside of the building along the road via scattering are received by a U-shaped UE relay or CPE equipped with a beam steering antenna installed near the window of the building, and the UE relay concerned.
  • CPE may operate as a WiFi access point, a 5G base station, or an LTE (Long Term Evolution) base station to build the indoor area, and the U-shaped UE relay or CPE may be installed on the window side.
  • U is a shaped form, which aims to avoid the influence of the metal Venetian blinds.
  • the area building method provides a 5G service using millimeter waves to the high-rise building from a position separated by a predetermined distance or more from the high-rise building in order to provide the inside floor and the high-rise floor of the high-rise building.
  • the area building method may be characterized in that by directly irradiating a millimeter-wave radio wave, the radio wave permeates the inside of the building using a U-shaped UE relay or CPE.
  • the area building method uses the property that millimeter waves are scattered roughly on the road surface or on the rough wall surface, and by injecting radio waves into the building from the opening window of the store along the street, To realize direct wave or indoor coverage using U-shaped UE relay or CPE installed indoors, the beam forming function of the base station according to the 5G specifications is used to convert the millimeter-wave band radio beam to the road surface or rough wall surface. It may be an area building method of irradiating toward.
  • the road surface is asphalt paved, and the size of the coarse aggregate contained in the asphalt mixture that constitutes the asphalt paving of the road surface is 20 mm at maximum, and the area building method uses the output amplifier of the base station.
  • the area building method may be an area building method in which the base station outputs a radio wave having a bandwidth of at least one of the 66 GHz band, the 76 GHz band, the 80 GHz band, and the 90 GHz band.
  • the above area building method does not use street propagation, but the base station installed at a high position to secure LOS (Line of Sight) emits a beam toward the road extension direction by GoB method from the base station, thereby It may be an area construction method of constructing an area with semiLOS.
  • the base station is installed in a building, and the base station installed in a building located at a crossroad has a sector configuration of 2 sectors or 4 sectors in a road extension direction, and the base station installed in a building located at a trifurcation.
  • the station may be an area construction method having a scheme of a sector of 3 sectors and having a scheme completely different from that of a normal repeating 3-sector station.
  • the area building method as the area targeted for the area, the central area with many tall buildings, its surroundings, or the super-rural area where no trees are planted, the sub-urban is targeted for the area.
  • the area building method may be characterized by not doing so.
  • the area building method when emitting radio waves from the base station to a high-rise building, in accordance with the shape of the high-rise building, so as not to cause interference with the satellite space station and earth station, the base station
  • the area building method may select a range of beams emitted from
  • the area building method in the case of forming a common channel beam pattern of the base station, based on the view from the base station taken when installing the base station, regardless of the building wall surface, road surface, the top of the building, A UE relay or CPE equipped with a high-gain beam steering antenna, or a U-shape equipped with a higher-gain beam-steering antenna dedicated to reception, by a beam design method that sets the beam to all line-of-sight locations other than the sky
  • An area construction method may be used, in which a rough surface scattered wave or a specular reflected wave of a road surface or a rough wall surface is added to the UE relay or CPE to use a station design method that secures a maximum place ratio.
  • the area building method is a U-shaped UE relay having a receive-only beam steering antenna with a higher gain (30 dBi, etc.) that uses a downlink only link, which is expected to be specified in Release 17 of 3GPP in the future.
  • CPE CPE
  • the area building method using the UE relay is difficult to use in a wide range for the frequency of the radio wave output to the indoor service side of the UE relay outdoors due to the problem of interference with satellite communication.
  • An area construction method that enables coexistence with satellite communication by using an LTE of 6 GHz to 4.2 GHz or a 5 G system may be used.
  • the area building method if a roadside tree is planted between the building and the road targeted for area building, the second to fourth floors of the building are not targeted for area building, and only on other floors. It may be an area building method that secures communication between the CPE or UE relay installed in the building and the base station by the incidence of radio waves scattered on the road surface or on the rough wall, or radio waves propagated through the line of sight. ..
  • the area building method is an area building method in which the HetNet (Heterogeneous Network) function is operated in order to avoid radio interference between the donor side and the service side when the UE relay uses the same frequency on the donor side and the service side.
  • HetNet Heterogeneous Network
  • the above area building method covers the main street, which has a large number of people, in a vertical, horizontal, and horizontal directions in a grid pattern in the center of the city, and except the buildings facing the street that is targeted for area creation, is outside the area in principle.
  • the executed area building method may be used.
  • the UE relay when the UE relay has an outdoor space such as a balcony in a condominium for residence or small office, it is a U shape of a flower pot type UE relay that is hooked on a handrail.
  • the area building method may have a beam steering antenna in a portion facing the outside.
  • the radio waves emitted from the base station enter through the condominium window and directly or at the ceiling of the room.
  • the area construction method may be characterized in that the customer himself / herself installs it in a place where the received radio wave intensity of the U-shaped UE relay or CPE is the strongest by utilizing one-time Lambertian reflection. ..
  • the area building method even when emitting radio waves toward the road extension direction, without downtilting, without designing only the base station foot area into an area, the beam directly incident on the building middle floor and high floors It may be an area construction method that includes station placement design.
  • the base station is basically composed of two sectors, but when the beam is emitted to the middle floor and the high floor of the building, the middle floor or the high floor is targeted to the two sectors.
  • the area inside the building is made by irradiating the building from the surrounding 2 and 3 directions with the addition of 1 sector, and the beam is not directed to the direction where the building is not standing, and the continuous area
  • the area building method may be characterized by not building the area.
  • the area building method is characterized in that the area outside the line of sight such as a sub-urban area or a narrow back alley is not targeted for the area in the 28 GHz band, it is necessary to revise the conventional concept of the location rate in the frequency band of 6 GHz or less,
  • the area building method may be characterized by calculating the place ratio in consideration of only the target area.
  • the radio wave emitted from the base station reaches the area outside the line of sight after being reflected once or twice by the wall surface of the building, and the U-shaped UE relay in which the beam is directed above the horizon
  • the area building method may be characterized by reducing the influence of an automobile or a pedestrian traveling on the ground and improving the quality of communication by receiving at the CPE.
  • 1 schematically shows an example of an installation environment of a plurality of base stations 100 in a system 10 according to this embodiment. An example of the beam selection function using the steering antenna in UE500 is shown roughly.
  • 1 schematically shows an example of a millimeter wave network 700 devised so far.
  • 1 schematically shows an example of a millimeter wave network realized by the system 10 according to the present embodiment.
  • 1 schematically shows an example of a method for making an indoor area a communicable area by using scattering of radio waves by a rough surface.
  • 1 schematically shows an example of a method for enabling communication inside a high-rise building.
  • 1 schematically shows an example of a method of forming a communication area inside a building 50 by a base station 100.
  • An example of a beam 102 launched by a base station 100 towards a building 50 is shown.
  • 1 schematically shows an example of how the base station 100 radiates radio waves to a high-rise building.
  • 1 schematically shows an example of a beam pattern 106 emitted from a base station 100.
  • An example of a method for providing a service is schematically shown in which radio waves are scattered on a road surface and reach a lower floor of a building.
  • An example of a method for providing a service is schematically shown in which radio waves are scattered on a road surface and reach a middle floor of a building.
  • An example of the relay device 200 is schematically shown.
  • 1 schematically shows an example of a relay device 300 for a condominium.
  • 1 schematically shows an example of a reception environment in which a relay device 200 having a high gain beam steering antenna receives a radio wave emitted by a base station 100.
  • 1 schematically shows an example of a link budget of rough surface scattering.
  • 1 schematically shows an example of a link budget of LOS between a base station and a building window.
  • 1 schematically shows an example of the functional configuration of the base station 100.
  • FIG. 1 schematically shows an example of an installation environment of a plurality of base stations 100 in the system 10 according to this embodiment.
  • the system 10 according to the present embodiment can execute various area building methods for building a wireless communication area.
  • the base station 100 is installed outside the building, such as the roof of the building or the wall surface of the building.
  • the base station 100 is not limited to being installed in a building, but may be installed in any place.
  • the base station 100 is installed on a telephone pole or the like.
  • the base station 100 forms a communication area by emitting a millimeter wave beam 102 along the road extension direction using the beam forming technique.
  • the frequency band of the beam 102 emitted by the base station 100 may be any frequency band as long as it is a millimeter wave.
  • the base station 100 emits a beam 102 of radio waves in the 28 GHz band, for example.
  • the base station 100 also emits a beam 102 of radio waves in the 60 GHz to 80 GHz band, for example.
  • the base station 100 may emit a beam 102 of radio waves in the 66 GHz band.
  • the base station 100 may emit a beam 102 of radio waves in the 76 GHz band.
  • the base station 100 may emit a beam 102 of radio waves in the 80 GHz band.
  • FIG. 1 shows an example in which a plurality of base stations 100 are used to set a main road as a communicable area to cover a busy downtown area such as central Tokyo, for example.
  • the system 10 covers the main street, which has many pedestrian streets, in a vertical, horizontal, and horizontal directions in a grid pattern, and, in principle, places it outside the area except for the building facing the street that is the target of area formation.
  • An area construction method that has performed separation can be adopted.
  • the system 10 according to the present embodiment targets the suburban area for the central area where many tall buildings are located, the surrounding area, and the super-rural area where no trees are planted, as the area targeted for area formation. Can adopt an area construction method that is not targeted for area formation.
  • FIG. 2 schematically shows an example of the interference cancellation function of the UE 500.
  • the UE 500 has a plurality of antennas.
  • the UE 500 may have any number of antennas, for example, four.
  • the UE 500 sets the phase of the radio wave received by each of the plurality of antennas to an appropriate angle with a phase shifter using a preset offset, and selects the preset that maximizes the desired radio wave intensity.
  • This function was developed for mobile terminals, but when it is used in a UE relay or CPE, it is effective because it can be installed at a fixed point and a sufficient distance can be secured from the radio wave reflection surface and the scattering surface. In that case, on the contrary, stable gain cannot be obtained. As a result, even in a place where radio waves from the base station 100 arrive from a plurality of directions, such as an intersection in the environment shown in FIG. 1, radio waves do not interfere with each other and only desired radio waves are high. It is possible to receive with quality.
  • FIG. 3 schematically shows an example of a millimeter wave network 700 devised so far.
  • FIG. 4 schematically shows an example of a millimeter wave network realized by the system 10 according to the present embodiment. 3 and 4, the difference between the millimeter wave network 700 devised so far and the millimeter wave network realized by the system 10 according to the present embodiment will be described.
  • the millimeter-wave network 700 devised so far, as shown in FIG. 3, emits a radio wave 710 downward from a building 20 or a building exceeding the height of an average building to cover a wide range. It was intended to be able to communicate.
  • a plurality of base stations emit radio waves 710 from directly above like the millimeter wave network 700, a lot of inter-cell interference occurs.
  • the millimeter wave network realized by the system 10 according to the present embodiment is horizontal from the base station 100 installed at a height equal to or lower than the average building height.
  • the main communication area is only along the main road.
  • the system 10 according to the present embodiment can communicate over a long distance by consolidating the energy spread in an area with no communication demand along the road with a relatively high communication demand by making the area only along the road. It is what
  • the millimeter wave network 700 devised so far, a plurality of base stations will be installed to cover the area as shown in FIG. 3, and a lot of inter-cell interference will occur.
  • one base station 100 covers the area as shown in FIG. 4, and no interference occurs.
  • FIG. 5 schematically shows an example of a method of making an indoor area a communicable area by using radio wave scattering by a rough surface.
  • the millimeter wave beam 102 emitted from the base station 100 is scattered by, for example, asphalt unevenness on the ground, and a scattered radio wave 104 reaches the inside of the building 30 through the window 32 of the building 30 along the road.
  • the beam is irradiated in the direction of extension of the road, the energy scattered by the road and rough surfaces such as rough wall surfaces is small, and the component due to reflection is mainly, Since radio waves are not reflected in directions other than the direction in which the angle of incidence and the angle of reflection of radio waves are the same, almost no radio waves reached indoors. However, in millimeter waves, the energy scattered by the rough surface is large, and the energy scattered all over the road, the rough wall surface, and the like reaches the indoors in a state where all the energy is integrated. It should be noted that the reflected component is not negated, but the energy due to the scattering is added and received.
  • the base station 100 may construct an outdoor area by radio waves propagating mainly through line-of-sight propagation of the beam 102 aligned in the direction of the road and specular reflection and rough surface scattering from the road surface and building wall surfaces.
  • the base station 100 covers the indoor area by the line-of-sight propagation of the beam 102 aligned in the road direction and the radio waves propagated by specular reflection and rough surface scattering from the road surface and the building wall surface that are reflected or scattered toward the inside of the building. You may build.
  • the road on which the base station 100 emits the millimeter wave beam 102 may be any road.
  • the road may be asphalt paved.
  • the size of the coarse aggregate contained in the asphalt mixture forming the asphalt pavement is, for example, 13 mm in the upper layer portion and 20 mm in the middle and lower layer portions.
  • the road may be a road using a porous asphalt mixed material as an asphalt mixture.
  • the road may have the filler or fine aggregate removed due to deterioration.
  • the filler at the top of the road is around 5 mm, and radio waves of wavelengths shorter than that are considered to scatter well on the road surface.
  • the base station 100 intentionally hits a road surface or a rough wall surface with a radio wave having a frequency band higher than the 28 GHz band within a frequency range not exceeding the usage limit of the CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) used for the output amplifier. Areas are constructed by forming a donor to the UE or CPE by scattering the rough surface.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • FIG. 6 schematically shows an example of a method for enabling communication inside a high-rise building.
  • the base station 100 is installed on the bank on the opposite side of the river in order to enable communication within the condominium 40 standing along the river is illustrated.
  • the base station 100 emits a millimeter wave beam 102 toward the condominium 40.
  • the beam 102 can penetrate the inside of the apartment 40 through the window of the apartment 40. Thereby, it is possible to directly provide the communication service indoors.
  • the base station 100 may be installed on the bank on the front side of the river instead of the bank on the opposite side of the river.
  • FIG. 7 schematically shows an example of a method of forming a communication area inside the building 50 by the base station 100.
  • the base station 100 is installed far away from the building 50.
  • the base station 100 may be installed at a position away from the building 50 by a predetermined distance or more.
  • the base station 100 is installed at an arbitrary location away from the building 50 by a predetermined distance or more.
  • the beam 102 emitted by the base station 100 installed at an arbitrary location reaches the inside of the building 50 through the window 52 of the building 50.
  • the beam 102 that has reached the inside of the building is reflected and scattered by the ceiling, walls, and the like, and is received by the UE 500.
  • the base station 100 provides the 5G service using millimeter waves to the middle floors and the insides of the high-rise buildings in order to provide the 5G service to the high-rise buildings from a position separated by a predetermined distance or more from the high-rise buildings.
  • the radio waves may penetrate into the building.
  • FIG. 8 shows an example of the beam 102 emitted toward the building 50 by the base station 100.
  • the base station 100 may control the beam 102 so that the beam 102 does not deviate from the building 50 regardless of the position of the beam with respect to the building 50.
  • FIG. 9 schematically shows an example of a method in which the base station 100 radiates radio waves to a high-rise building.
  • the base station 100 in order to avoid interference with, for example, a satellite space station or an earth station that uses frequencies close to each other, when forming a beam, uses a beam that is used according to the shape of the building 50 that radiates radio waves, and a beam that is not used. You may decide.
  • the base station 100 may determine the beam 108 toward the satellite space station 90 as the unused beam.
  • FIG. 10 schematically shows an example of the beam pattern 106 emitted from the base station 100.
  • the base station 100 does not perform particularly difficult control, and first sweeps the beam according to a predetermined beam grid. As a result, it becomes possible to radiate radio waves to the building, high-rise building, and road located in front of the base station 100.
  • Fig. 11 schematically shows an example of a method in which radio waves are scattered on a road surface, reach a lower floor of a building, and provide a service.
  • the beam 102 emitted from the base station 100 is scattered on the asphalt of the road, for example, and reaches the lower floors of the building to provide a high-speed communication service inside a coffee shop or the like adjacent to the road.
  • FIG. 12 schematically shows an example of a method in which radio waves are scattered on a road surface, reach a middle floor of a building, and provide a service.
  • the beam 102 emitted from the base station 100 is scattered by, for example, asphalt on a road, and the radio waves scattered over a wide range are integrated and penetrate into the room through the window on the middle floor of the building to provide a high-speed communication service indoors. ..
  • the communication terminal, the relay device, and the like installed near the window of the building may direct the antenna toward the road surface so that the scattered radio waves can be received most efficiently.
  • FIG. 13 schematically shows an example of the relay device 200.
  • the relay device 200 according to the present embodiment relays communication between the base station 100 and the indoor UE 500.
  • the relay device 200 may be a UE relay. Further, the relay device 200 may be a CPE.
  • the relay device 200 includes a donor antenna 222 that is an antenna for connecting to the base station 100 side and a service antenna 224 that is an antenna for an indoor side cover.
  • the relay device 200 includes a relay processing unit 226 that propagates the signal propagated by the radio wave received by the donor antenna 222 to the service antenna 224.
  • the relay device 200 includes a housing 210 having a donor antenna 222, a service antenna 224, and a relay processing unit 226 inside.
  • the donor antenna 222 and the service antenna 224 are arranged with a cavity 212 into which a radio wave obstacle that interferes with radio wave propagation can be inserted and removed.
  • the Venetian blind 64 is illustrated as the radio wave obstacle.
  • the housing 210 has a U-shape as shown in FIG. 13.
  • the housing 210 may have a U-shaped cross section.
  • the cavity 212 is located in a U-shaped recess of the housing 210.
  • the relay device 200 is arranged inside the glass door 62 indoors.
  • the relay device 200 may be arranged such that the donor antenna 222 is located between the glass door 62 and the Venetian blind 64, and the service antenna 224 is located closer to the indoor side than the Venetian blind 64.
  • the beam 102 reaching the glass door 62 is, for example, the beam 102 emitted by the base station 100 toward the building.
  • the beam 102 reaching the glass door 62 is, for example, the beam 102 emitted by the base station 100 toward a road facing a building and scattered roughly on the road surface of the road.
  • the beam 102 reaching the glass door 62 is, for example, the beam 102 emitted from the base station 100 and regularly reflected by the road surface, the building wall surface, or the like.
  • the beam 102 emitted by the base station 100 reaches the glass door 62 by line-of-sight propagation, specular reflection from roads and building walls, and rough surface scattering.
  • the millimeter wave beam 102 passes through the glass door 62, it penetrates indoors unless the Venetian blind 64 is installed. However, when the Venetian blind 64 is installed, the Venetian blind 64 causes the beam 102 to be lost. In particular, when the Venetian blind 64 is made of steel and is in a completely closed state, a large amount of loss occurs, and the indoor UE 500 cannot establish a stable radio link with the base station 100. I will end up.
  • the beam 102 is received by the donor antenna 222 arranged between the glass door 62 and the Venetian blind 64, and the signal propagated by the beam 102 is provided as a service. Since it is emitted indoors by the radio wave 230 of the antenna 224, it is possible to eliminate such a loss due to the Venetian blind 64.
  • the donor antenna 222 may be a beam steering antenna.
  • the donor antenna 222 may orient the pointing direction of the antenna in the arrival direction of the beam 102.
  • the service antenna 224 may output radio waves in a frequency band different from millimeter waves.
  • the service antenna 224 may be a WiFi access point antenna. Further, the service antenna 224 may be an antenna of a 5G base station.
  • the service antenna 224 may also be an LTE base station antenna.
  • the service antenna 224 is an LTE base station antenna or a 5G base station that outputs radio waves in the 3.6 GHz band to 4.2 GHz band, which is said to be difficult to use in a wide range outdoors due to interference with satellite communication. May be the antenna of.
  • the donor antenna 222 and the service antenna 224 may use the same frequency.
  • the relay device 200 may operate the HetNet (Heterogeneous Network) function in order to avoid radio wave interference between the donor side and the service side.
  • HetNet Heterogeneous Network
  • FIG. 14 schematically shows an example of the relay device 300 for a condominium.
  • the relay device 300 is placed at a position where the base station 100 can be seen, such as on the bookshelf 66.
  • FIG. 15 schematically shows an example of a reception environment in which a relay device 200 having a high gain beam steering antenna receives a radio wave emitted by the base station 100.
  • the relay device 200 installed in the building 50 when the base station 100 is not installed on the road 74 side, the beam 102 emitted by the base station 100 on the road 72 side is The signal transmitted by the base station 100 may be relayed to the building 50 inside the building 50 by receiving the radio waves scattered at 76 at the rough surface.
  • FIG. 16 schematically shows an example of a link budget for rough surface scattering.
  • an example of the link budget when the smart phone (smartphone) in the coffee shop 80 receives 102 output from the base station 100 is shown.
  • the radio wave output by the base station 100 is the ratio of the irradiated road to the beam 102, the ratio of the scattered beam 102 jumping into the coffee shop 80, the aperture ratio of the window, the transmission loss of the glass, the scattering efficiency of the ceiling, and the scattered beam.
  • FIG. 16 theoretically, it is possible to realize reception power that can be practically used.
  • FIG. 17 schematically shows an example of the LOS link budget.
  • an example of a link budget when the smartphone in the office 82 receives 102 output from the base station 100 is shown.
  • the case where the office window has a size of 6 m ⁇ 2 m and the hot wire glass is used will be described as an example.
  • the radio wave output by the base station 100 is attenuated by factors such as the area of the beam 102 entering the window of the office 82, the transmission loss of the heat ray glass, the scattering efficiency of the ceiling, and the rate at which the scattered beam jumps into the smartphone. Will be received. However, as shown in FIG. 17, theoretically, it is possible to realize received power that can be practically used.
  • FIG. 18 schematically shows an example of the functional configuration of the base station 100.
  • the base station 100 includes an antenna 110 and an antenna control unit 120.
  • the antenna 110 emits a millimeter-wave radio wave beam 102 in a designated direction.
  • the antenna 110 may emit the beam 102 in any frequency band of millimeter waves.
  • the antenna 110 emits the beam 102 in the 28 GHz band, for example.
  • the antenna 110 emits the beam 102 in the 60 GHz to 80 GHz band, for example.
  • the antenna 110 may emit the beam 102 in the 60 GHz band.
  • the antenna 110 may emit the beam 102 in the 76 GHz band.
  • the antenna 110 may emit the beam 102 in the 80 GHz band.
  • the antenna 110 may form the beam 102 by the GoB (Grid of Beam) method instead of the EBB (Eigenvalue Based Beamforming) method.
  • the antenna control unit 120 controls the antenna 110.
  • the antenna control unit 120 controls the antenna 110 so that the peak of the beam 102 from the antenna 110 is located on the road surface of the road, for example.
  • the antenna control unit 120 may control the antenna 110 so that the peak of the beam 102 generated by the antenna 110 is located on the road surface of an asphalt paved road.
  • the antenna control unit 120 may control the antenna 110 so that the peak of the beam 102 from the antenna 110 is located on the road surface of the road in order to form a communication area in the building along the road.
  • the antenna control unit 120 may be able to form the communication area by the radio waves roughly scattered by the road surface of the road.
  • the system 10 according to the present embodiment may include a plurality of base stations 100 and a plurality of relay devices including antennas having directivity on the road surface of the road where the peak of the beam by the base stations 100 is located.
  • the relay device included in the system 10 according to the present embodiment may be the relay device 200.
  • the relay device included in the system 10 according to the present embodiment may be the relay device 300.
  • the downtilt is not applied, and the base area of the base station 100 is not designed to be an area, but directly to the middle floors and high floors of the building.
  • a station design may be employed that also includes the incoming beam.
  • the antenna control unit 120 may cause the antenna 110 to emit the beam 102 toward the building.
  • the antenna controller 120 may cause the antenna 110 to emit the beam 102 directly toward the building.
  • the antenna controller 120 may control the antenna 110 so that the beam 102 does not leave the building.
  • the base station 100 may further include a direction acquisition unit (not shown) that acquires the direction of the satellite space station or the earth station, starting from the base station 100.
  • the direction acquisition unit may store in advance the position information of the satellite space station and the position information of the earth station, and may acquire the direction from these position information and the position information of the base station 100.
  • the antenna control unit 120 may control the antenna 110 so that the beam 102 from the antenna 110 is not directed in the direction acquired by the direction acquisition unit.
  • the antenna control unit 120 selects, for example, the beam 102 that does not match the direction acquired by the direction acquisition unit as the beam 102 that does not use, and uses the beam 102 that does not match the direction acquired by the direction acquisition unit. Beam 102 to be selected.
  • the base station 100 may have an output amplifier including a CMOS, and may output a radio wave having a bandwidth of a frequency higher than the 28 GHz band within an output range that does not exceed the usage limit of the CMOS.
  • the base station 100 may be installed at a position as high as possible in order to secure LOS (Line of Sight). For example, the base station 100 is installed at a position higher than a predetermined height. Then, the base station 100 may construct a communication area by LOS or semiLOS by projecting the beam 102 toward the road extending direction by the GoB method from a position higher than a predetermined height.
  • LOS Line of Sight
  • the base station 100 may be installed in a building. When installed in a building located at a crossroad, the base station 100 may have a sector configuration of 2 sectors or 4 sectors in the road extension direction. When installed in a building located on a three-forked road, the base station 100 may have a sector configuration of three sectors.
  • the base station 100 constructs an area with a scheme that is completely different from that of a normal repeating 3-sector station.
  • a digital precoding circuit for emitting a plurality of beams is not provided in front of the analog front end, and the GoB system beamforming is adopted instead of the EBB system beamforming.
  • the precoding circuit may be eliminated. Thereby, the cost can be reduced.
  • the base station 100 As a wireless device of the base station 100, it supports MIMO, but does not support Massive MIMO, so that the digital precoding circuit is omitted, and the PA (Power Amplifier), LNA (Low Noise Amplifier), and phase shifter are directly output from the modem. You may use a radio connected to.
  • MIMO Massive MIMO
  • PA Power Amplifier
  • LNA Low Noise Amplifier
  • phase shifter are directly output from the modem. You may use a radio connected to.
  • the base station 100 may be operated as an IP base station without adopting the CPRI, and the communication speed is suppressed by transmitting a single beam instead of a multi-beam, whereby the 10 GBASE SFP (Small Form Factor Pluggable) 1 One can be operational.
  • SFP Small Form Factor Pluggable
  • the base station 100 does not require a CPRI interface and a BBU (Base Band Unit) that processes a plurality of antenna streams by removing the digital precoding circuit from the configuration of an existing wireless base station.
  • BBU Base Band Unit
  • a base station operating only with an IP interface may be used.
  • a plurality of base stations 100 may emit one beam per base station 100 when directly irradiating a building with radio waves.
  • the base station 100 may emit one beam by a combination of vertical polarization and horizontal polarization, or a combination of + 45 ° and ⁇ 45 ° polarization.
  • a U-shaped UE relay or CPE equipped with a high-gain beam steering antenna is provided by a beam design method that sets the beam for all line-of-sight locations other than the sky, regardless of the building wall surface, road surface, or rooftop surface.
  • a U-shaped UE relay or CPE equipped with a beam steering antenna with a higher gain dedicated to reception the rough surface scattered waves and regular reflection waves on the road surface or rough wall surface are added to secure the maximum place ratio.
  • An area construction method using the station placement design method may be executed.
  • the system 10 uses a DL (Down Link) only link, which is expected to be specified in Release 17 of 3GPP in the future, and has a receive-only beam steering antenna with higher gain (30 dBi, etc.). Stable using a U-shaped UE relay or CPE, using rough surface scattering or reflected waves on a distant road surface or rough wall (a wide area can be pinpointed because it is far) Area building method that secures various link budgets may be executed.
  • DL Down Link
  • radio waves emitted from the base station 100 enter through the window of the condominium and are reflected once by Lambert on the ceiling of the room.
  • the user of the UE 500 may be allowed to install it in a place where the reception radio field intensity of the UE relay is the strongest.
  • the base station 100 in the system 10 according to the present embodiment is basically composed of two sectors, but in the case of projecting a beam to the middle floor and high floors of a building, the base station 100 is divided into the above-mentioned two sectors and the middle floor or high floor.
  • the target sector is added to 3 sectors, and the area inside the building is created by irradiating the building from the surrounding 2 and 3 directions, but the beam is not directed to the direction where the building is not standing, and it is continuous.
  • Area building methods that do not build large areas may be adopted. Areas where buildings are dense may have a 2- or 4-sector structure on the main road, and narrow roads may not be given up as areas.
  • the 28 GHz band is characterized in that the area outside the line of sight such as a sub urban area or a narrow back alley is not targeted for the area. Therefore, the location rate may be calculated by considering only the target area.
  • a provider such as a telecommunications carrier who provides the system 10 according to the present embodiment is required to install the U-shaped UE relay or CPE used in the system 10 according to the present embodiment before installing the U-shaped UE relay or CPE on the middle floor or the high floor.
  • the CPE or the UE relay may be installed on each of the four sides of the building at a place where the customer has gone to the business so that the CPE or the UE relay is installed in a place where the quality is good.
  • the radio wave emitted from the base station 100 is reflected once or twice by the rough wall surface of the building to reach an area outside the line of sight, and the UE directs the beam upward from the horizon.
  • the signal may be received by a relay, which can reduce the influence of an automobile or a pedestrian traveling on the ground and improve the quality of communication.

Landscapes

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Abstract

ミリ波を使用した５Ｇ移動無線通信ネットワークサービス（以下５Ｇサービス）を提供するエリア構築方法であって、ビームフォーミング技術を用いて基地局から発射された電波の、損失が大きい回折現象を利用せずに、前記電波の見通し伝搬と、前記電波の路面での粗面散乱とを利用して、且つ、コの字型ＵＥリレーまたはＣＰＥを用いて無線通信エリアを構築するエリア構築方法を提供する。

Description

エリア構築方法
　本発明は、ミリ波帯の５Ｇ（５ｔｈ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）を用いた回折現象を基本的に使用しないことを特徴とした、エリア構築方法とサービス方法に関する。
　５Ｇにおいて、２８ＧＨｚ帯などのミリ波の周波数帯を使用した通信が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
　電柱は数十ｍおきで設置されているためストリートセルを構築するのに都合が良かったが、昨今は電柱地中化により今後の展開には課題がある。ミリ波では直進性が高く、回折による伝搬が非常に乏しいため、従来の基地局と比べるとセル半径が小さく、従来と同様なエリアを構築するためには高密度に、例えば２０ｍおきに置局する必要があり莫大な費用がかかってしまう。
　現在高ゲインステアリングアンテナの開発が各国で進んでいるが、移動端末に搭載された場合、固定設置で利用している場合に比べでゲインが安定せず無線リンクの確立が難しい。一方、移動端末においては効果的な利用が難しい高ゲインステアリングアンテナを、ＦＷＡ（Ｆｉｘｅｄ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ａｃｃｅｓｓ）装置としてのコの字型ＵＥ（Ｕｓｅｒ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）リレーないしＣＰＥ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ　Ｐｒｅｍｉｓｅｓ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）に利用することで、路面あるいは石積み壁面等の粗い壁面（以下、粗壁面）からの粗面散乱波および反射波等を利用し無線リンクを確立することができ、上記コの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを設置したフロアをエリア化し、例えば１フロア１０Ｇｂｐｓ程度のキャパシティを持ったエリアを構築することが可能となる。
　［先行技術文献］
　［特許文献］
　［特許文献１］特開２０１８－０３３１２１号公報
解決しようとする課題
　ミリ波は従来セルラー通信に用いてきた電波の波長（３０ｃｍや１２ｃｍ）と比べて、波長が短く（１ｃｍ以下）、回折による損失が大きいため、従来のセルラー基地局と同様のマクロ置局を用いて置局設計を行うと、見通しのエリアのみしか使えず、ビル影等がエリアにできず、５Ｇをサービスするには２０ｍおきにストリートセルを置局しないといけないが、そのため莫大なＣＡＰＥＸ（Ｃａｐｉｔａｌ　ｅｘｐｅｎｄｉｔｕｒｅ）、ＯＰＥＸ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｅｘｐｅｎｄｉｔｕｒｅ）が必要になる。本発明の実施形態において、例えばＧＯＢ（Ｇｒｉｄ　Ｏｆ　Ｂｅａｍｓ）方式のコストのかからない基地局装置を最小限設置し、見通し伝搬を積極的に利用し、路面ならびに粗壁面の粗面散乱を利用しエリア化することでＣＡＰＥＸ、ＯＰＥＸが最小限に抑えられる。
　ミリ波を用いた通信では、波長が短いため建物の縁等における回折損失が大きく見通し外にサービスを浸透させることが困難であった。このためミリ波を用いた５Ｇ通信が使えるエリアが限定されてしまう。この問題の対策として上述のように、路面ならびに粗壁面の粗面散乱と、コの字型ＵＥリレーないしＣＰＥ等を利用してエリア化する手法を用いる。一般に路面等からの散乱波は端末から見て電波の到来方向が定まらず、容易には効果的な指向性アンテナでは設置できないが、固定的に設置されたコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥ側が高ゲインステアラブルアンテナを有することで、路面ならびに粗壁面で粗面散乱された電波を受信することができ、通信を可能とし得る。
　市街地のビル街において基地局を設置する際、基地局のアンテナ指向方向を道路延伸方向、または水平に近い向きに向けた場合、Ｓｕｂ６ＧＨｚ帯の電波を使用する場合は回折現象によりビル影の見通し外にも伝搬し、地面の高さで端末を利用する際においても、他の基地局から発射された電波と干渉を起こしてしまうことがあるが、２８ＧＨｚの電波を使用する場合は建物角での回折による減衰が大きいため回折波による影響は小さく、さらに、端末が１０ｄＢｉ程度の高利得アンテナを有する事によりセル間の電波干渉はほとんど問題とならない。一方、Ｓｕｂ６ＧＨｚは、周波数が低いために携帯アンテナに十分な利得を備えたステアラブルアンテナは搭載できない。
　ミリ波は、伝搬損失が大きく、屋内の窓際をエリアにするだけでも極めて困難で、直接波、あるいは路面散乱波等のセミＬＯＳ波で、窓際で、受かるようにするだけで精一杯である。オフィス等では金属製のベネチアンブラインドにより、ＵＥリレーを窓際から離れた屋内に設置しても電波が届かない。そのため、窓ガラスの外側にＵＥリレーを設置する事を考えたが、その場合、リレー装置への給電方法が問題となる（窓の外のベランダ等にコンセント等が設置されてない建物が多いため）。一方、マンション等の屋内においては、ラック、戸棚等の上で、直接波を当てるような置局をした場合はＵＥリレーないしＣＰＥにリンクを立てることは可能である。
　また、窓ガラスが熱線対策等を施した特殊なガラスでない場合は、その追加浸透損失は１０ｄＢ程度であるため、屋内窓際ＵＥリレーを設置することもありうるが、窓にブラインドがある場合、ブラインドにより、更に追加浸透損失が発生し、基地局との間に安定的な無線リンクが確立できなくなる事が考えうる。このため、基地局側と接続するためのアンテナ（所謂ドナーアンテナ）は窓とブラインドの間、屋内側カバーのためのアンテナ（所謂サービスアンテナ）はブラインドより屋内側に設置する等の工夫が必要となる。しかし、このようなアンテナの設置はアンテナケーブルの配線工事等が煩雑となる問題が発生する。
　これらの問題を解決するため、ＵＥリレーをコの字型にし、金属製のブラインドをコの字形状の凹面に挟むように設置し、煩雑なアンテナケーブル配線工事無しで、ドナーアンテナをブラインドと窓の間、サービスアンテナをブラインドの屋内側に設置するという形態を容易に実現できる。
　携帯端末に高ゲインアンテナを使用した場合、建物の目の前に存在する反射物（例：車、人）等の移動により基地局からのビーム到来方向が頻繁に変化し、無線リンクが極めて不安定になる。このため高ゲインアンテナをつけると寧ろ無線リンクが切れやすくなることがあり得る。このようなビーム到来方向の変化に対応する手段として、高ゲインステアラブルアンテナを用いたビームステアリング手法が知られている。しかしながら、いわゆるスマホ等の手持ち型の携帯端末等にはそれら端末に要求される小型性・移動性等の条件から、ステアラブルビームに対応した高ゲインアンテナを具備しても効果をあげるのはむしろ困難となる。
　コの字型ＵＥリレーないしＣＰＥ等の設置型端末の場合は、高ゲインステアラブルアンテナを具備する事が比較的容易であり、これらコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを、建物近辺の人、車、樹木等の障害物を避けるために３～４階以上の建物の窓際に設置すると、基地局との間が見通し環境で無い場合においても、アンテナのピーク方向をステアリング機能により、例えば見通し先の粗面散乱する路面あるいは粗壁面等に向ける事により、効率的に安定的な無線リンクを確立しうる。
　従来の発想を転換し、グランドフロアカバレッジを実現するための路面店のコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥ端末に注力するのではなく、上述のように、目の前の移動物・障害物に左右されないビルの中層階以上にコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥ端末の設置に注力する事により、直接波、反射波、或いは路面あるいは粗壁面等の粗面散乱波を用いたビームを利用し、ドナー基地局に対する安定的な無線リンク、ひいては安定的なサービスエリアを確立することが可能となる。
一般的開示
　本発明の実施態様によれば、ミリ波を使用した５Ｇ移動無線通信ネットワークサービス（以下５Ｇサービス）を提供するエリア構築方法が提供される。エリア構築方法は、ミリ波において著しく損失が大きい回折現象を利用せず、ビームフォーミング技術を用いて基地局から発射された電波の、見通し伝搬と、前記電波の路面及び石積み等の粗い壁面での粗面散乱を利用して、無線通信エリアを構築してよい。上記エリア構築方法は、道路方向にアラインしたビームの見通し伝搬と、路面および建物壁面による正反射および粗面散乱とを経路として伝搬した電波によって屋外のエリアを構築し、上記見通し伝搬、上記正反射および上記粗面散乱により伝搬した電波が建物内部方向に反射または散乱した電波によって屋内のエリアを構築してよい。
　上記エリア構築方法は、上記基地局からＧｏＢ（Ｇｒｉｄ　ｏｆ　Ｂｅａｍ）方式でビーム状の電波を道路延伸方向に発射し、上記電波の見通し伝搬、建物壁面および路面による上記電波の正反射、および粗面散乱を介して、道路沿いの建物の内部方向に反射または散乱した電波を、建物の窓際に設置された、ビームステアリングアンテナを搭載したコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥにて受信し、当該ＵＥリレーないしＣＰＥがＷｉＦｉアクセスポイント、５Ｇ基地局、またはＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）基地局として動作することによって、上記屋内のエリアを構築してよく、上記コの字型ＵＥリレーないしＣＰＥは、窓側にミリ波５Ｇ、ならびにＳｕｂ６ＧＨｚのＵＥを備え、反対側の内側に、ＷｉＦｉアンテナ、或いは４Ｇまたは５Ｇのフェムト基地局機能を備え、コの字型形状は、金属製のベネチアンブラインドの影響を避ける事を目的とする。
　上記エリア構築方法は、ミリ波を使用した５Ｇサービスを高層建築物の中層階および高層階内部に提供するために、上記高層建築物から予め定められた距離以上離れた位置から上記高層建築物に対してミリ波の電波を直接波を照射することによって、コの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを用いて建物内部に電波を浸透させることを特徴とする、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、ミリ波が路面あるいは粗壁面にて粗面散乱する性質を利用して、通り沿いの店舗の開口している窓から建物内に電波を入射させることで、基地局からの直接波、または屋内設置のコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを用いたインドアカバレッジを実現すべく、５Ｇ仕様による基地局のビームフォーミング機能を用いて、ミリ波帯の電波のビームを路面あるいは粗壁面に向けて照射する、エリア構築方法であってよい。
　上記路面はアスファルト舗装されており、上記路面のアスファルト舗装を構成するアスファルト混合物に含まれる粗骨材の大きさが最大で２０ｍｍのサイズであり、上記エリア構築方法は、上記基地局の出力増幅器に使用するＣＭＯＳの使用限界を超えない周波数の範囲で、２８ＧＨｚ帯よりも高い周波数の帯域幅の電波を、意図してアスファルト路面に当てて粗面散乱させてＵＥやＣＰＥへのドナーを構成しエリア構築する、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、上記基地局が、６６ＧＨｚ帯、７６ＧＨｚ帯、８０ＧＨｚ帯、９０ＧＨｚ帯の少なくともいずれかの帯域幅の電波を出力する、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、ストリート伝搬を使用せず、ＬＯＳ（Ｌｉｎｅ　ｏｆ　Ｓｉｇｈｔ）を確保すべく高い位置に設置された基地局からＧｏＢ方式でビームを道路延伸方向に向けて発射することにより、ＬＯＳまたはｓｅｍｉＬＯＳでエリアを構築する、エリア構築方法であってよい。上記基地局は建物に設置され、十字路に位置する建物に設置された上記基地局は、道路延伸方向に２セクタまたは４セクタのセクタ構成を有し、三叉路に位置する建物に設置された上記基地局は、３セクタのセクタ構成を有する、通常の繰り返し３セクター置局とは全く異なるスキームのエリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、エリア化の対象となるエリアとして、高い建物が多い都心部と、その周辺、または木が植えられていないようなスーパールーラルエリアを対象とし、サブアーバンはエリア化の対象としないことを特徴とする、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、上記基地局から高層建築物に向けて電波を発射する場合に、衛星宇宙局および地球局に対する干渉を発生させないように、上記高層建築物の形状に合わせて、上記基地局から発射されるビームの範囲を選択する、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、基地局の共通チャネルビームパターンを形成する場合において、基地局を設置する際に撮影した基地局からの見晴らし写真に基づいて、ビル壁面、路面、ビル屋上面に関わらず、空以外のすべての見通し箇所に対してビームを設定するビーム設計方式により、高利得ビームステアリングアンテナを備えたＵＥリレーまたはＣＰＥ、もしくは受信専用のさらに高利得なビームステアリングアンテナを備えたコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥに対して、路面あるいは粗壁面の粗面散乱波や正反射波が加わって、最大の場所率を確保する置局設計方式を利用する、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、３ＧＰＰのＲｅｌｅａｓｅ１７等で将来規定されると予測される、ダウンリンクオンリーリンクを用いて、さらに高利得（３０ｄＢｉ等）の受信専用ビームステアリングアンテナを持ったコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを用いて、遠方の路面による粗面散乱やビルの反射波等（遠いがためにワイドなエリアをピンポイントで狙うことができる）を利用して、安定的なリンクバジェットを確保する、エリア構築方法であってよい。
　上記ＵＥリレーを用いたエリア構築方法は、上記ＵＥリレーの屋内サービス側に出力する電波の周波数に、屋外では衛星通信との干渉の問題のため広範囲で使用することが難しいと言われている３．６ＧＨｚ～４．２ＧＨｚのＬＴＥまたは５Ｇのシステムを用いることで、衛星通信との共存を可能とする、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、エリア化の対象となる建物と道路との間に街路樹が植えられている場合は、上記建物の２階から４階はエリア化の対象外とし、その他のフロアにのみ路面あるいは粗壁面での粗面散乱した電波、または見通し伝搬した電波が入射することで、上記建物に設置されたＣＰＥまたはＵＥリレーと基地局との通信を確保する、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、上記ＵＥリレーが、ドナー側とサービス側で同じ周波数を使用する場合、ドナー側とサービス側の電波干渉を避けるべく、ＨｅｔＮｅｔ（Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｉｏｕｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）機能を動作させる、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、都心部では、人通りの多いメイン通りを縦縦横横、格子状にカバーし、エリア化の対象となる通りに面した建物以外は原則エリア外とする、断捨離を実行したエリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、上記ＵＥリレーが、住居用または小規模オフィス用のマンションでベランダなどの屋外スペースがある場合、手すりに引っ掛ける形状のフラワーポット型ＵＥリレーの、コの字型になっている外側に面した部分にビームステアリングアンテナを持つ、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、住居用または小規模オフィス用のマンションでコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを置く場合は、基地局から発射された電波がマンションの窓から入射し、直接あるいは部屋の天井において１回ランバート反射することを利用して、上記コの字型ＵＥリレーないしＣＰＥの受信電波強度が最も強くなる場所にお客様が自ら設置してもらうことを特徴とする、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、道路延伸方向に向けて電波を発射する場合もダウンチルトをかけずに、基地局足元ばかりをエリア化する設計にせず、建物中層階、および高層階に直接入射するビームも含めて置局設計する、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、上記基地局が、基本として２セクタで構成されるが、建物の中層階、高層階を対象としてビームを発射する場合は上記２セクタに、中層階または高層階を目標とする１セクタを追加した３セクタ構成とし、建物に対して周囲２、３方向から照射することで建物内をエリア化するが、建物が立っていない方向にはビームを向けず、連続的なエリアを構築しないことを特徴とする、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、２８ＧＨｚ帯はサブアーバンや細い裏路地などの見通し外をエリアの対象としないことを特徴とするため、従来の６ＧＨｚ以下の周波数帯における場所率の考え方を改める必要があり、対象エリアのみを考慮して場所率を計算することを特徴とする、エリア構築方法であってよい。
　上記エリア構築方法は、基地局から発射された電波が、ビルの壁面で１回または２回反射して見通し外のエリアに到達し、地平線より上方向にビームを向けたコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥにて受信することで、地上を走行する自動車や歩行者の影響を軽減し、通信の品質を向上させることを特徴とする、エリア構築方法であってよい。
　なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
本実施形態に係るシステム１０における複数の基地局１００の設置環境の一例を概略的に示す。 ＵＥ５００におけるステアリングアンテナを用いたビーム選択機能の一例を概略的に示す。 これまでに考案されているミリ波ネットワーク７００の一例を概略的に示す。 本実施形態に係るシステム１０によって実現されるミリ波ネットワークの一例を概略的に示す。 粗面による電波の散乱を用いて屋内を通信可能なエリアとする方法の一例を概略的に示す。 高層建築物の屋内を通信可能とするための方法の一例を概略的に示す。 基地局１００により建物５０の屋内に通信エリアを形成する方法の一例を概略的に示す。 基地局１００によって建物５０に向けて発射されたビーム１０２の例を示す。 基地局１００が高層建築物に電波を照射する方法の一例を概略的に示す 基地局１００から発射されるビームパターン１０６の一例を概略的に示す。 路面にて電波が散乱し、建物低層階に到達し、サービスを提供する方法の一例を概略的に示す。 路面にて電波が散乱し、建物中層階に到達し、サービスを提供する方法の一例を概略的に示す。 中継装置２００の一例を概略的に示す。 マンション向けの中継装置３００の一例を概略的に示す。 高ゲインビームステアリングアンテナを有する中継装置２００が、基地局１００によって発射された電波を受信する受信環境の一例を概略的に示す。 粗面散乱のリンクバジェットの一例を概略的に示す。 基地局ービル窓間がＬＯＳのリンクバジェットの一例を概略的に示す。 基地局１００の機能構成の一例を概略的に示す。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　図１は、本実施形態に係るシステム１０における複数の基地局１００の設置環境の一例を概略的に示す。本実施形態に係るシステム１０は、無線通信エリアを構築するための各種エリア構築方法を実行し得る。
　基地局１００は、例えば、ビルの屋上やビルの壁面等、建物の外部に設置される。基地局１００が設置されるのは建物に限らず、任意の場所に設置されてよい。例えば、基地局１００は、電柱等に設置される。
　図１に示す例において、基地局１００は、ビームフォーミング技術を用いて、道路延伸方向に沿って、ミリ波のビーム１０２を発射することにより通信エリアを形成する。基地局１００が発射するビーム１０２の周波数帯は、ミリ波であればどのような周波数帯であってもよい。
　基地局１００は、例えば、２８ＧＨｚ帯の電波のビーム１０２を発射する。また、基地局１００は、例えば、６０ＧＨｚから８０ＧＨｚ帯の電波のビーム１０２を発射する。基地局１００は、６６ＧＨｚ帯の電波のビーム１０２を発射してよい。基地局１００は、７６ＧＨｚ帯の電波のビーム１０２を発射してよい。基地局１００は、８０ＧＨｚ帯の電波のビーム１０２を発射してよい。
　図１では、複数の基地局１００を用いることによって主要な道路を通信可能なエリアとし、例えば東京都心部のような人が密集する繁華街をカバーする例を示す。本実施形態に係るシステム１０は、都心部では、人通りの多いメイン通りを縦縦横横、格子状にカバーし、エリア化の対象となる通りに面した建物以外は原則エリア外とする、断捨離を実行したエリア構築方法を採用し得る。また、本実施形態に係るシステム１０は、エリア化の対象となるエリアとして、高い建物が多い都心部と、その周辺と、木が植えられていないようなスーパールーラルエリアとを対象とし、サブアーバンはエリア化の対象としないエリア構築方法を採用し得る。
　図２は、ＵＥ５００の干渉除去機能の一例を概略的に示す。ＵＥ５００は、複数のアンテナを有する。ＵＥ５００が有するアンテナの数は、任意の数であってよく、例えば４本である。ＵＥ５００は、複数のアンテナのそれぞれで受信した電波の位相をプリセットされたオフセットでフェーズシフターで適切なアングルに設定し、希望する電波の強度が最も強くなるプリセットを選択する。この機能は携帯端末のために開発されたものだが、それをＵＥリレーないしＣＰＥにおいて使用すると、定点設置で、電波反射面、散乱面から十分距離を取れるため寧ろ有効であり、携帯端末に装備する場合は、却って安定的な利得は得られない。これにより、例えば、図１に示すような環境における交差点のように、複数の方向から基地局１００による電波が到来するような場所においても、電波がそれぞれ干渉することなく、希望する電波のみを高い品質で受信することが可能となる。
　図３は、これまでに考案されているミリ波ネットワーク７００の一例を概略的に示す。図４は、本実施形態に係るシステム１０によって実現されるミリ波ネットワークの一例を概略的に示す。図３および図４により、これまでに考案されているミリ波ネットワーク７００と、本実施形態に係るシステム１０によって実現されるミリ波ネットワークとの相違を説明する。
　これまでに考案されているミリ波ネットワーク７００は、図３に示すように、建物２０や、平均的なビルの高さを超える建物から、下に向かって電波７１０を発射することで広い範囲を通信可能にしようとするものであった。ミリ波ネットワーク７００のように、複数の基地局が真上から電波７１０を発射する場合、セル間干渉が多く発生してしまう。
　それに対して、本実施形態に係るシステム１０によって実現されるミリ波ネットワークは、図４に示すように、平均的なビルの高さと同じ、またはそれより低い高さに設置した基地局１００から水平に近い角度でミリ波の電波を発射することによって、主に主要な道路沿いのみを通信可能なエリアとするものである。本実施形態に係るシステム１０は、道路沿いのみをエリア化することで、通信需要の無いエリアに広がるエネルギーを、比較的通信需要の高い道路沿いに集約することで、長い距離に亘って通信可能とするものである。
　これまでに考案されているミリ波ネットワーク７００では、図３に示すようなエリアをカバーするために複数の基地局が設置されることになり、セル間干渉も多く発生することになるが、本実施形態に係るシステム１０によれば、図４に示すようなエリアを一基地局１００でカバーすることになり、干渉は発生しない。
　図５は、粗面による電波の散乱を用いて屋内を通信可能なエリアとする方法の一例を概略的に示す。基地局１００から発射されたミリ波のビーム１０２は、例えば地面のアスファルトの凹凸によって散乱し、散乱電波１０４が、道路沿いの建物３０の窓３２から、建物３０の屋内に到達する。
　これまで通信に用いられてきた６ＧＨｚ以下の周波数では、仮に道路の延伸方向にビームを照射した場合道路や、粗壁面等の粗面によって散乱するエネルギーはわずかで、反射による成分が主であり、電波の入射角と反射角が同じになる方向以外へは電波は反射されないため、屋内へはほとんど電波が到達しなかった。しかし、ミリ波では、粗面によって散乱するエネルギーが大きく、道路および粗壁面等の全体で散乱したエネルギーが全て積分された状態で屋内に到達することになる。なお、反射の成分を否定するものではなく、散乱によるエネルギーと加算されて受信される事になる。
　基地局１００は、道路方向にアラインしたビーム１０２の見通し伝搬と、路面および建物壁面等による正反射および粗面散乱とを主な経路として伝搬した電波によって屋外のエリアを構築してよい。また、基地局１００は、道路方向にアラインしたビーム１０２の見通し伝搬と、路面および建物壁面等による正反射および粗面散乱による伝搬した電波が建物内部方向に反射または散乱した電波によって屋内のエリアを構築してよい。
　基地局１００がミリ波のビーム１０２を発射する対象となる道路は、任意の道路であってよい。当該道路は、アスファルト舗装されていてよい。アスファルト舗装を構成するアスファルト混合物に含まれる粗骨材の大きさは、例えば、上層部は１３ｍｍであったり、中下層部は２０ｍｍであったりする。当該道路は、アスファルト合材として、ポーラスアスファルト混合材を採用した道路であってよい。当該道路は、フィラーまたは細骨材が劣化によって剥がれ落ちたものであり得る。道路のトップのフィラーは５ｍｍ前後であり、それ以下の波長の電波は路面でよく粗面散乱すると考えられる。
　基地局１００は、出力増幅器に使用するＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の使用限界を超えない周波数の範囲で、２８ＧＨｚ帯よりも高い周波数の帯域幅の電波を、意図して路面あるいは粗壁面に当て粗面散乱させてＵＥやＣＰＥへのドナーを構成しエリア構築する。
　図６は、高層建築物の屋内を通信可能とするための方法の一例を概略的に示す。ここでは、川沿いに立っているマンション４０内を通信可能とするために、川の反対側の岸に基地局１００を設置した場合を例示している。基地局１００は、マンション４０に向けてミリ波のビーム１０２を発射する。ビーム１０２は、マンション４０の窓からマンション４０の内部に浸透し得る。これにより、屋内に直接通信サービスを提供することができる。なお、川の反対側の岸ではなく、川の手前側の岸に基地局１００を設置してもよい。
　図７は、基地局１００により建物５０の屋内に通信エリアを形成する方法の一例を概略的に示す。基地局１００は、建物５０の遠方に設置される。基地局１００は、建物５０から予め定められた距離以上離れた位置に設置されてよい。基地局１００は、建物５０から予め定められた距離以上離れた任意の場所に設置される。任意の場所に設置された基地局１００によって発射されたビーム１０２は、建物５０の窓５２を介して、建物５０の内部に到達する。建物の内部に到達したビーム１０２は、天井や壁等で反射、散乱して、ＵＥ５００によって受信される。
　このように、基地局１００は、ミリ波を使用した５Ｇサービスを高層建築物の中層階および高層階内部に提供するために、高層建築物から予め定められた距離以上離れた位置から高層建築物に対してミリ波の電波を直接照射することによって、建物内部に電波を浸透させてよい。
　図８は、基地局１００によって建物５０に向けて発射されたビーム１０２の例を示す。基地局１００は、建物５０に対してどのような位置に配置された場合であっても、ビーム１０２が建物５０から外れないように、ビーム１０２を制御してよい。
　図９は、基地局１００が高層建築物に電波を照射する方法の一例を概略的に示す。基地局１００は、例えば近接する周波数を使用する衛星宇宙局または地球局への干渉を避けるため、ビームを形成する際、電波を照射する建物５０の形に合わせて使用するビーム、使用しないビームを決定してよい。図９に示す例では、基地局１００は、衛星宇宙局９０の方向へのビーム１０８を、使用しないビームとして決定してよい。
　図１０は、基地局１００から発射されるビームパターン１０６の一例を概略的に示す。基地局１００は特に難しい制御は行わず、まずは予め決められたビームグリッドに従って、ビームをスイープする。これによって、基地局１００の前面に位置する建物や高層建築物、および道路に対し電波を照射することが可能となる。
　図１１は、路面にて電波が散乱し、建物低層階に到達し、サービスを提供する方法の一例を概略的に示す。基地局１００から発射されたビーム１０２は、例えば道路のアスファルトにて散乱し、建物の低層階に到達することによって、道路沿いに隣接する喫茶店等の内部に高速通信サービスを提供する。
　図１２は、路面にて電波が散乱し、建物中層階に到達し、サービスを提供する方法の一例を概略的に示す。基地局１００から発射されたビーム１０２は、例えば道路のアスファルトにて散乱し、広い範囲で散乱した電波が積分し、建物中層階の窓から屋内に浸透することによって屋内に高速通信サービスを提供する。このとき、建物の窓際に設置した通信端末および中継装置等は、散乱した電波を最も効率よく受信できるように、路面方向にアンテナの指向方向を向けてよい。
　図１３は、中継装置２００の一例を概略的に示す。本実施形態に係る中継装置２００は、基地局１００と、屋内のＵＥ５００との通信を中継する。中継装置２００は、ＵＥリレーであってよい。また、中継装置２００は、ＣＰＥであってよい。
　中継装置２００は、基地局１００側と接続するためのアンテナであるドナーアンテナ２２２と、屋内側カバーのためのアンテナであるサービスアンテナ２２４とを備える。また、中継装置２００は、ドナーアンテナ２２２が受信した電波によって伝搬された信号をサービスアンテナ２２４に伝搬させる中継処理部２２６を備える。
　中継装置２００は、ドナーアンテナ２２２、サービスアンテナ２２４、および中継処理部２２６を内部に有する筐体２１０を備える。ドナーアンテナ２２２とサービスアンテナ２２４とは、電波伝搬の障害となる電波障害物が挿脱可能な空洞２１２を隔てて配置される。図１３では、電波障害物として、ベネチアンブラインド６４を例示している。筐体２１０は、図１３に示すように、コの字形状を有する。筐体２１０は、断面形状がコの字形状を有してよい。空洞２１２は、筐体２１０のコの字形状の凹部に位置する。
　図１３に示す例において、中継装置２００は、ガラス戸６２の内側の屋内に配置される。中継装置２００は、ドナーアンテナ２２２が、ガラス戸６２とベネチアンブラインド６４との間に位置し、サービスアンテナ２２４が、ベネチアンブラインド６４よりも屋内側に位置するように、配置されてよい。
　ガラス戸６２に到達するビーム１０２は、例えば、基地局１００が、建物に向けて発射したビーム１０２である。また、ガラス戸６２に到達するビーム１０２は、例えば、基地局１００が、建物に面する道路に向けて発射して、道路の路面で粗面散乱したビーム１０２である。また、ガラス戸６２に到達するビーム１０２は、例えば、基地局１００が発射して、路面および建物壁面等で正反射したビーム１０２である。ガラス戸６２には、基地局１００によって発射されたビーム１０２が、見通し伝搬、道路および建物壁面等による正反射、並びに粗面散乱等によって、到達する。
　ミリ波のビーム１０２はガラス戸６２を通過するので、ベネチアンブラインド６４が設置されていなければ屋内に浸透する。しかし、ベネチアンブラインド６４が設置されている場合、ベネチアンブラインド６４によってビーム１０２が損失する。特に、ベネチアンブラインド６４がスチール製であり、かつ、完全に閉じている状態の場合、非常に多くの損失が発生し、屋内のＵＥ５００は、基地局１００との安定的な無線リンクを張れなくなってしまう。
　それに対して、本実施形態に係る中継装置２００によれば、ガラス戸６２とベネチアンブラインド６４との間に配置されたドナーアンテナ２２２によってビーム１０２を受信し、ビーム１０２によって伝搬された信号を、サービスアンテナ２２４の電波２３０によって屋内に発射するので、このようなベネチアンブラインド６４による損失を無くすことができる。
　ドナーアンテナ２２２は、ビームステアリングアンテナであってよい。ドナーアンテナ２２２は、ビーム１０２の到来方向に、アンテナの指向方向を向けてよい。
　サービスアンテナ２２４は、ミリ波とは異なる周波数帯の電波を出力してよい。サービスアンテナ２２４は、ＷｉＦｉアクセスポイントのアンテナであってよい。また、サービスアンテナ２２４は、５Ｇ基地局のアンテナであってよい。またサービスアンテナ２２４は、ＬＴＥ基地局のアンテナであってよい。サービスアンテナ２２４は、屋外では衛星通信との干渉の問題のため広範囲で使用することが難しいとされている３．６ＧＨｚ帯～４．２ＧＨｚ帯の電波を出力するＬＴＥ基地局のアンテナまたは５Ｇ基地局のアンテナであってよい。
　ドナーアンテナ２２２と、サービスアンテナ２２４とは、同じ周波数を使用してもよい。この場合、中継装置２００は、ドナー側とサービス側の電波干渉を避けるべく、ＨｅｔＮｅｔ（Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｉｏｕｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）機能を動作させてよい。
　図１４は、マンション向けの中継装置３００の一例を概略的に示す。マンションは、本棚６６の上等、基地局１００が見える位置に中継装置３００を置いて対応する。
　図１５は、高ゲインビームステアリングアンテナを有する中継装置２００が、基地局１００によって発射された電波を受信する受信環境の一例を概略的に示す。図１５に示す例において、建物５０に設置された中継装置２００は、道路７４の側に基地局１００が設置されていない場合、道路７２の側の基地局１００によって発射されたビーム１０２が、路面７６において粗面散乱した電波を受信することによって、基地局１００によって送信された信号を、建物５０の屋内の建物５０に中継してよい。
　図１６は、粗面散乱のリンクバジェットの一例を概略的に示す。ここでは、基地局１００が出力した１０２を、喫茶店８０内のスマートホン（スマホ）が受信する場合のリンクバジェットの一例を示す。
　基地局１００が出力した電波は、照射される道路がビーム１０２に占める割合、散乱したビーム１０２が喫茶店８０に飛び込む率、窓の開口率、ガラスの透過損失、天井の散乱効率、および散乱したビームがスマホに飛び込む率等の要因により、減衰してスマホに受信されることになる。しかし、図１６で示すように、理論的に、実用に耐えうる受信電力を実現することができる。
　図１７は、ＬＯＳのリンクバジェットの一例を概略的に示す。ここでは、基地局１００が出力した１０２を、オフィス８２内のスマホが受信する場合のリンクバジェットの一例を示す。ここでは、オフィスの窓が６ｍ×２ｍの寸法を有し、熱線ガラスが使用されている場合を例に挙げて説明する。
　基地局１００が出力した電波は、ビーム１０２のうちオフィス８２の窓に入り込む面積、熱線ガラスの透過損失、天井の散乱効率、および散乱したビームがスマホに飛び込む率等の要因により、減衰してスマホに受信されることになる。しかし、図１７で示すように、理論的に、実用に耐えうる受信電力を実現することができる。
　図１８は、基地局１００の機能構成の一例を概略的に示す。基地局１００は、アンテナ１１０およびアンテナ制御部１２０を備える。
　アンテナ１１０は、指定された方向にミリ波の電波のビーム１０２を発射する。アンテナ１１０は、ミリ波の任意の周波数帯のビーム１０２を発射してよい。アンテナ１１０は、例えば、２８ＧＨｚ帯のビーム１０２を発射する。また、アンテナ１１０は、例えば、６０ＧＨｚ～８０ＧＨｚ帯のビーム１０２を発射する。アンテナ１１０は、６０ＧＨｚ帯のビーム１０２を発射してよい。アンテナ１１０は、７６ＧＨｚ帯のビーム１０２を発射してよい。アンテナ１１０は８０ＧＨｚ帯のビーム１０２を発射してよい。アンテナ１１０は、ＥＢＢ（Ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ　Ｂａｓｅｄ　Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）方式ではなく、ＧｏＢ（Ｇｒｉｄ　ｏｆ　Ｂｅａｍ）方式でビーム１０２を形成してよい。
　アンテナ制御部１２０は、アンテナ１１０を制御する。アンテナ制御部１２０は、例えば、アンテナ１１０によるビーム１０２のピークが道路の路面に位置するようにアンテナ１１０を制御する。アンテナ制御部１２０は、アンテナ１１０によるビーム１０２のピークがアスファルト舗装された道路の路面に位置するようにアンテナ１１０を制御してよい。
　アンテナ制御部１２０は、道路沿いの建物内に通信エリアを形成すべく、アンテナ１１０によるビーム１０２のピークが当該道路の路面に位置するようにアンテナ１１０を制御してよい。アンテナ制御部１２０は、当該道路の路面によって粗面散乱した電波によって、通信エリアを形成可能であってよい。
　本実施形態に係るシステム１０は、複数の基地局１００と、基地局１００によるビームのピークが位置する道路の路面に指向性を有するアンテナを含む複数の中継装置とを備えてよい。本実施形態に係るシステム１０が備える中継装置は、中継装置２００であってもよい。また、本実施形態に係るシステム１０が備える中継装置は、中継装置３００であってもよい。
　本実施形態に係るシステム１０において、道路延伸方向に向けて電波を発射する場合、ダウンチルトをかけずに、基地局１００の足元ばかりをエリア化する設計にせず、建物中層階および高層階に直接入射するビームも含める置局設計を採用してよい。
　アンテナ制御部１２０は、アンテナ１１０に、建物に向けてビーム１０２を発射させてよい。アンテナ制御部１２０は、アンテナ１１０に、建物に向けて直接ビーム１０２を発射させてよい。アンテナ制御部１２０は、ビーム１０２が建物から外れないようにアンテナ１１０を制御してよい。
　基地局１００は、基地局１００を起点として、衛星宇宙局または地球局の方向を取得する不図示の方向取得部をさらに備えてもよい。方向取得部は、衛星宇宙局の位置情報と、地球局の位置情報を予め格納していてよく、これらの位置情報と、基地局１００の位置情報とから、方向を取得してよい。アンテナ制御部１２０は、アンテナ１１０によるビーム１０２を、方向取得部が取得した方向に向けさせないようにアンテナ１１０を制御してよい。アンテナ制御部１２０は、例えば、複数のビーム１０２のうち、方向取得部が取得した方向に合致するビーム１０２を使用しないビーム１０２として選択し、方向取得部が取得した方向と合致しないビーム１０２を使用するビーム１０２として選択する。
　基地局１００は、ＣＭＯＳを含む出力増幅器を有してよく、当該ＣＭＯＳの使用限界を超えない出力の範囲で、２８ＧＨｚ帯よりも高い周波数の帯域幅の電波を出力してよい。
　基地局１００は、ＬＯＳ（Ｌｉｎｅ　ｏｆ　Ｓｉｇｈｔ）を確保すべく、なるべく高い位置に設置されてよい。例えば、基地局１００は、予め定められた高さよりも高い位置に設置される。そして、基地局１００は、予め定められた高さよりも高い位置から、ＧｏＢ方式でビーム１０２を道路延伸方向に向けて発射することにより、ＬＯＳまたはｓｅｍｉＬＯＳで通信エリアを構築してよい。
　基地局１００は、建物に設置されてよい。十字路に位置する建物に設置される場合、基地局１００は、道路延伸方向に２セクタまたは４セクタのセクタ構成を有してよい。三叉路に位置する建物に設置される場合、基地局１００は、３セクタのセクタ構成を有してよい。基地局１００は、通常の繰り返し３セクター置局とは全く異なるスキームで、エリアを構築する。
　基地局１００からは、複数のビームを発射せずに、単一のビームにエネルギーを集中させてよい。これにより、リンクバジェットを確保することが可能になり、建物の内部まで通信サービスを届けることを可能とすることができる。
　基地局１００のフロントエンド回路構成として、複数ビームを発射するためのデジタルプレコーディング回路をアナログフロントエンドの手前に持たず、ＥＢＢ方式によるビームフォーミングではなく、ＧｏＢ方式のビームフォーミングを採用して、デジタルプレコーディング回路を排除してよい。これにより、ローコスト化できる。
　基地局１００の無線機として、ＭＩＭＯに対応するが、Ｍａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯに対応せず、そのことによりデジタルプレコーディング回路を省略し、モデムから直接ＰＡ（Ｐｏｗｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ＬＮＡ（Ｌｏｗ　Ｎｏｉｓｅ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、フェーズシフターに接続した無線機を使用してよい。
　基地局１００を、ＣＰＲＩを採用せずにＩＰ基地局として動作させてよく、さらにマルチビームではなくシングルビームを送信することで通信速度を抑え、それにより、１０ＧＢＡＳＥのＳＦＰ（Ｓｍａｌｌ　Ｆｏｒｍ　Ｆａｃｔｏｒ　Ｐｌｕｇａｂｌｅ）１つで動作可能とし得る。
　基地局１００として、既存の無線基地局が有する構成から、デジタルプレコーディング回路を取り除くことによりＣＰＲＩインターフェースおよび複数のアンテナストリームを処理するＢＢＵ（Ｂａｓｅ　Ｂａｎｄ　Ｕｎｉｔ）を必要とせず、ＩＰ基地局として１０ＧのＩＰインターフェースのみで運用する基地局を用いてよい。
　複数の基地局１００は、建物に直接電波を照射する際、一の基地局１００あたり１ビームを発射してよい。基地局１００は、垂直偏波および水平偏波の組み合わせ、または、＋４５度と－４５度の偏波の組み合わせによる１ビームを発射してよい。
　本実施形態に係るシステム１０を提供するにあたり、エリア化の対象となる建物と道路との間に街路樹が植えられている場合、ミリ波が街路樹によって大きく損失してしまうことから、建物の２階から４階をエリア化の対象外とし、その他のフロアにのみ路面で路面散乱した電波、または見通し伝搬した電波が入射することで、建物内に設置されたコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥまたはと基地局１００との通信を確保するようにしてよい。
　本実施形態に係るシステム１０は、基地局１００の共通チャネルビームパターンを形成する場合において、基地局１００を設置する際に撮影した基地局１００からの見晴らし写真に基づいて、ビームが宙を打たない限り、ビル壁面、路面、ビル屋上面に関わらず、空以外のすべての見通し箇所に対してビームを設定するビーム設計方式により、高利得ビームステアリングアンテナを備えたコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥ、もしくは受信専用のさらに高利得なビームステアリングアンテナを備えたコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥに対して、路面あるいは粗壁面における粗面散乱波および正反射波が加わって、最大の場所率を確保する置局設計方式を利用するエリア構築方法を実行してよい。
　本実施形態に係るシステム１０は、３ＧＰＰのＲｅｌｅａｓｅ１７等で将来規定されると予測される、ＤＬ（Ｄｏｗｎ　Ｌｉｎｋ）オンリーリンクを用いて、さらに高利得（３０ｄＢｉ等）の受信専用ビームステアリングアンテナを持ったコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを用いて、遠方の路面あるいは粗壁面の粗面散乱や反射波等（遠いがためにワイドなエリアをピンポイントで狙うことができる）を利用して、安定的なリンクバジェットを確保するエリア構築方法を実行してよい。
　本実施形態に係るシステム１０において、住居用または小規模オフィス用のマンションでＵＥリレーを置く場合、基地局１００から発射された電波がマンションの窓から入射し、部屋の天井において１回ランバート反射することを利用して、ＵＥリレーの受信電波強度が最も強くなる場所に、ＵＥ５００の利用者に自ら設置してもらうような形態をとってよい。
　本実施形態に係るシステム１０における基地局１００は、基本として２セクタで構成されるが、建物の中層階、高層階を対象としてビームを発射する場合は上記２セクタに、中層階または高層階を目標とする１セクタを追加した３セクタ構成とし、建物に対して周囲２、３方向から照射することで建物内をエリア化するが、建物が立っていない方向にはビームを向けず、連続的なエリアを構築しないエリア構築方法を採用してよい。建物が稠密なエリアは、大通りで２または４セクタ構成を取ってよく、細い道は諦めてエリアとしなくてもよい。
　本実施形態に係るシステム１０において、２８ＧＨｚ帯はサブアーバンや細い裏路地などの見通し外をエリアの対象としないことを特徴とするため、従来の６ＧＨｚ以下の周波数帯における場所率の考え方を改める必要があり、対象エリアのみを考慮して場所率を計算してよい。
　本実施形態に係るシステム１０を提供する通信事業者等の提供主体は、本実施形態に係るシステム１０で使用するコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥについて、中層階あるいは高層階へのその設置に際して事前に衛星写真地図などのツールで基地局１００からの見通しがあるかどうかを確認してから営業に行くようにしてよい。または、営業に行った先で、ビルの４面それぞれに上記ＣＰＥまたはＵＥリレーを設置して品質が良かったところに設置するようにしてもよい。
　本実施形態に係るシステム１０において、基地局１００から発射された電波が、ビルの粗壁面で１回または２回反射して見通し外のエリアに到達し、地平線より上方向にビームを向けたＵＥリレーにて受信するようにしてよく、これにより、地上を走行する自動車や歩行者の影響を軽減し、通信の品質を向上させることができる。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階などの各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」などと明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」などを用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
１０　システム、２０　建物、３０　建物、３２　窓、４０　マンション、５０　建物、５２　窓、６２　ガラス戸、６４　ベネチアンブラインド、６６　本棚、７２　道路、７４　道路、７６　路面、８０　喫茶店、８２　オフィス、９０　衛星宇宙局、１００　基地局、１０２　ビーム、１０４　散乱電波、１０６　ビームパターン、１０８　ビーム、１１０　アンテナ、１２０　アンテナ制御部、２００　中継装置、２１０　筐体、２１２　空洞、２２２　ドナーアンテナ、２２４　サービスアンテナ、２２６　中継処理部、２３０　電波、３００　中継装置、５００　ＵＥ、７００　ミリ波ネットワーク、７１０　電波

Claims (23)

  1. 　ミリ波を使用した５Ｇ移動無線通信ネットワークサービス（以下５Ｇサービス）を提供するエリア構築方法であって、ビームフォーミング技術を用いて基地局から発射された電波の、損失が大きい回折現象を利用せずに、前記電波の見通し伝搬と、前記電波の路面および粗壁面での粗面散乱とを利用して、無線通信エリアを構築するエリア構築方法。
  2. 　道路方向にアラインしたビームの見通し伝搬と、路面および壁面による正反射と、および路面および粗壁面による粗面散乱とを経路として伝搬した電波によって屋外のエリアを構築し、前記見通し伝搬、前記正反射および前記粗面散乱により伝搬した電波が建物内部方向に反射または散乱した電波によって屋内のエリアを構築する、請求項１に記載のエリア構築方法。
  3. 　前記エリア構築方法は、前記基地局からＧｏＢ（Ｇｒｉｄ　ｏｆ　Ｂｅａｍ）方式でビーム状の電波を道路延伸方向に発射し、前記電波の見通し伝搬、建物壁面および路面による前記電波の正反射、および前記電波の路面および粗壁面での粗面散乱を介して、道路沿いの建物の内部方向に反射または散乱した電波を、建物の窓際に設置された、ビームステアリングアンテナを搭載したコの字型ＵＥ（Ｕｓｅｒ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）リレーないしＣＰＥ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ　Ｐｒｅｍｉｓｅｓ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）にて受信し、当該ＵＥリレーまたは当該ＣＰＥがＷｉＦｉアクセスポイント、５Ｇ基地局、またはＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）基地局として動作することによって、前記屋内のエリアを構築し、
    　前記コの字型ＵＥリレーないしＣＰＥは、窓側にミリ波５Ｇ、ならびにＳｕｂ６ＧＨｚのＵＥを備え、反対側の内側に、ＷｉＦｉアンテナ、或いは４Ｇまたは５Ｇのフェムト部分を備え、コの字型形状は、金属製のベネチアンブラインドの影響を避けるためのもので、ベネチアンブラインドがそこに降りられるように開けた空間である、請求項２に記載のエリア構築方法。
  4. 　ミリ波を使用した５Ｇサービスを高層建築物の中層階および高層階内部に提供するために、前記高層建築物に対してミリ波の電波の直接波を照射することによって、コの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを使用して建物内部に電波を浸透させることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  5. 　ミリ波が路面および粗壁面にて粗面散乱する性質を利用して、通り沿いの店舗の開口している窓から建物内に電波を入射させることで、直接、またはコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを用いて屋内カバレッジを実現すべく、５Ｇ仕様による基地局のビームフォーミング機能を用いて、ミリ波の電波のビームを路面に向けて照射する、請求項１から４のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  6. 　前記路面はアスファルト舗装されており、
    　前記基地局の出力増幅器に使用するＣＭＯＳの使用限界を超えない周波数の範囲で、粗面散乱の効率の良い２８ＧＨｚ帯よりも高い周波数の帯域幅の電波を、意図して路面に当てて粗面散乱させてコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥへのドナーを構成するだけでなく、携帯端末に直接リンクを確立しうる、請求項１から５のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  7. 　前記基地局が、６６ＧＨｚ帯、７６ＧＨｚ帯、８０ＧＨｚ帯、あるいは９０ＧＨｚ帯の少なくともいずれかの帯域幅の電波を出力する、請求項６に記載のエリア構築方法。
  8. 　ストリート伝搬を使用せず、ＬＯＳ（Ｌｉｎｅ　ｏｆ　Ｓｉｇｈｔ）を確保すべく、ビルトップに設置された基地局からＧｏＢ方式でビームを道路延伸方向に向けて発射することにより、ＬＯＳまたはｓｅｍｉＬＯＳでエリアを構築する、請求項１から７のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  9. 　前記基地局は建物に設置され、
    　十字路に位置する建物に設置された前記基地局は、道路延伸方向に２セクタまたは４セクタのセクタ構成を有し、三叉路に位置する建物に設置された前記基地局は、３セクタのセクタ構成を有する、通常の繰り返し３セクター置局とは全く異なるスキームの請求項１から８のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  10. 　エリア化の対象となるエリアとして、高い建物が多い都心部と、その周辺、または木が植えられていないようなスーパールーラルエリアを対象とし、サブアーバンはエリア化の対象としないことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  11. 　前記基地局から高層建築物に向けて電波を発射する場合に、衛星宇宙局および地球局に対する干渉を発生させないように、前記高層建築物の形状に合わせて、前記基地局から発射されるビームの範囲を選択する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  12. 　基地局の共通チャネルビームパターンを形成する場合において、基地局を設置する際に撮影した基地局からの見晴らし写真に基づいて、ビームが宙を打たない限り、ビル壁面、路面、ビル屋上面に関わらず、空以外のすべての見通し箇所に対してビームを設定するビーム設計方式により、高利得ビームステアリングアンテナを備えたコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥ、もしくは受信専用のさらに高利得なビームステアリングアンテナを備えたコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥに対して、路面の粗面散乱と路面や壁面等の正反射波が加わって、最大の場所率を確保する置局設計方式を利用する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  13. 　３ＧＰＰのＲｅｌｅａｓｅ１７等で将来規定されると予測される、ＤＬ（Ｄｏｗｎ　Ｌｉｎｋ）オンリーリンクを用いて、さらに高利得（３０ｄＢｉ等）の受信専用ビームステアリングアンテナを持ったコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを用いて、遠方の路面や粗壁面による粗面散乱や反射波等（遠いがためにワイドなエリアをピンポイントで狙うことができる）を利用して、安定的なリンクバジェットを確保する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  14. 　前記ＵＥリレーの屋内サービス側に出力する電波の周波数に、屋外では衛星通信との干渉の問題のため広範囲で使用することが難しいと言われている３．６ＧＨｚ～４．２ＧＨｚのＬＴＥまたは５Ｇのシステムを用いることで、衛星通信との共存を可能とする、請求項３に記載のエリア構築方法。
  15. 　エリア化の対象となる建物と道路との間に街路樹が植えられている場合は、前記建物の２階から４階はエリア化の対象外とし、その他のフロアにのみ路面または粗壁面での粗面散乱波、または見通し伝搬した電波が入射することで、前記建物に設置されたコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥと基地局との通信を確保する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  16. 　前記ＵＥリレーは、ドナー側とサービス側で同じ周波数を使用する場合、ドナー側とサービス側の電波干渉を避けるべく、ＨｅｔＮｅｔ（Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｉｏｕｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）機能を動作させる、請求項３に記載のエリア構築方法。
  17. 　都心部では、人通りの多いメイン通りを縦縦横横、格子状にカバーし、エリア化の対象となる通りに面した建物以外は原則エリア外とする、断捨離を実行した請求項１から１６のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  18. 　前記ＵＥリレーは、住居用または小規模オフィス用のマンションでベランダなどの屋外スペースがある場合、手すりに引っ掛ける形状のフラワーポット型ＵＥリレーの、コの字型になっているハンガーの外側にビームステアリングアンテナを持つ、請求項３に記載のエリア構築方法。
  19. 　住居用または小規模オフィス用のマンションでコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥを置く場合は、基地局から発射された電波がマンションの窓から入射し、直接あるいは部屋の天井において１回ランバート反射することを利用して、上記ＵＥリレーないしＣＰＥの受信電波強度が最も強くなる場所にお客様が自ら設置してもらうことを特徴とする、請求項３に記載のエリア構築方法。
  20. 　道路延伸方向に向けて電波を発射する場合もダウンチルトをかけずに、基地局足元ばかりをエリア化する設計にせず、建物中層階、および高層階に直接入射するビームも含めて置局設計する、請求項１から１９のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  21. 　前記基地局は、基本として２セクタで構成されるが、建物の中層階、高層階を対象としてビームを発射する場合は上記２セクタに、中層階または高層階を目標とする１セクタを追加した３セクタ構成とし、建物に対して周囲２、３方向から照射することで建物内をエリア化するが、建物が立っていない方向にはビームを向けず、連続的なエリアを構築しないことを特徴とする、請求項１から２０のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  22. 　２８ＧＨｚ帯はサブアーバンや細い裏路地などの見通し外をエリアの対象としないことを特徴とするため、従来の６ＧＨｚ以下の周波数帯における場所率の考え方を改める必要があり、対象エリアのみを考慮して場所率を計算することを特徴とする、請求項１から２１のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
  23. 　基地局から発射された電波が、ビルの壁面で１回または２回反射して見通し外のエリアに到達し、地平線より上方向にビームを向けたコの字型ＵＥリレーないしＣＰＥにて受信することで、地上を走行する自動車や歩行者の影響を軽減し、通信の品質を向上させることを特徴とする、請求項１から２２のいずれか一項に記載のエリア構築方法。
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