JP2008035287A - 無線通信方法、無線基地局、無線通信端末及び基地局制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小セル基地局が大セル基地局に隣接して配置される無線通信システムにおいて、無線通信端末が高速に移動する場合であっても、適切にハンドオーバを実行し、さらには、ハンドオーバを行う頻度を下げ、通信品質を向上させることを可能とする。
【解決手段】 本発明は、第１の無線基地局が、動的な指向性ビームを照射するアダプティブアレイアンテナを具備する第２の無線基地局に隣接して配置される無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末の移動速度を取得するステップと、前記移動速度が所定の閾値以上である場合、前記第１の無線基地局のセル周辺の前記第２の無線基地局に対して、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームの照射を要求するステップと、前記要求に応じて、前記指向性ビームを照射した前記第２の無線基地局が、前記無線通信端末を収容するステップとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信方法、無線基地局、無線通信端末及び基地局制御装置に関する。

従来、無線通信システムでは、無線通信端末（例えば、携帯電話端末）は、複数の無線基地局からの基地局参照信号（例えば、パイロット信号等）を受信し、当該基地局参照信号の受信電力が最も強い無線基地局に収容されるように構成されている。また、無線通信端末は、移動に応じて、接続中の無線基地局から取得した周辺の無線基地局情報に基づいて、周辺の無線基地局のうち、基地局参照信号の受信電力が最も強い無線基地局にハンドオーバするように構成されている（例えば、特許文献１）。

かかる従来の無線通信システムでは、小さいセル（以下、小セル）を形成する無線基地局（以下、小セル基地局）が、小セルよりも大きいセル（以下、大セル）を形成する無線基地局（以下、大セル基地局）に隣接して配置されることにより、カバー漏れのないサービスエリアを実現している。

図１５を参照し、かかる従来の無線通信システムにおいて、無線通信端末が高速に移動する場合の例について説明する。

図１５に示すように、小セルＳＣ１内の地点Ｐ０１に位置する無線通信端末１０は、基地局参照信号の受信電力が最も強い小セル基地局２１ａに収容される。そして、無線通信端末１０は、方向Ａへの移動に応じて、大セル基地局２２ａからの基地局参照信号の受信電力が最も強くなった地点Ｐ０２で、小セル基地局２１ａから大セル基地局２２ａにハンドオーバする。同様に、無線通信端末１０は、方向Ａへの移動に応じて、地点Ｐ０３で大セル基地局２２ａから小セル基地局２１ｂに、地点Ｐ０４で小セル基地局２１ｂから大セル基地局２２ｂ、地点Ｐ０５で大セル基地局２２ｂから小セル基地局２１ｃに順次ハンドオーバする。

なお、小セル基地局２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、大セル基地局２２ａ、２２ｂの各々には、空間多重技術（ＳＤＭＡ：Spacial Division Multiple Access）を実現するために、動的に指向性が変化する指向性ビームを照射するアダプティブアレイアンテナ技術が適用されている。アダプティブアレイアンテナ技術では、小セル基地局２１ａ〜２１ｃ、大セル基地局２２ａ〜２２ｂの各々から照射された指向性ビームは、無線通信端末１０の移動に追従して移動する。

このように、従来の無線通信システムでは、無線通信端末は、移動に応じて、最も基地局参照信号の受信電力の強い無線基地局へのハンドオーバや、無線基地局から照射される指向性ビームの追従により、通信品質を安定化させている。
特開２００５−３４７９０６

しかしながら、従来の無線通信システムでは、無線通信端末が基地局参照信号を受信できた無線基地局の中から、当該基地局参照信号の受信電力が最も強い無線基地局に収容されるように構成されている。このため、図１５に示すように無線通信端末が高速に移動する場合、基地局参照信号の受信電力の強い無線基地局へのハンドオーバが頻繁に繰り返されることになり、頻繁なハンドオーバによるオーバヘッドが、ネットワークの処理負荷の増大や伝送速度の低下を招き易いという問題点があった。

そして、ハンドオーバ処理は、無線通信端末が、現在収容されている無線基地局のセルエッジに移動した場合に開始されるため、無線通信端末が高速に移動する場合、ハンドオーバ先となる無線基地局に適切に接続できず、通信断が生じる場合があるという問題点もあった。

また、無線通信端末の移動速度が同一であっても、例えば、小セル基地局からの指向性ビームの追従速度は、大セル基地局からの指向性ビームの追従速度よりも速くなるため、無線通信端末が高速に移動する場合、小セル基地局からの指向性ビームの追従誤差による信号の劣化を招き易いという問題点もあった。

そこで、本発明は、例えば、小セル基地局が、アダプティブアレイアンテナを具備する大セル基地局に隣接して配置されるような無線通信システムにおいて、無線通信端末が高速に移動する場合であっても、適切にハンドオーバを実行し、さらには、ハンドオーバを行う頻度を下げ、通信品質を向上させることを可能とする無線通信方法、無線基地局、無線通信端末及び基地局制御装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、第１の無線基地局が、動的な指向性ビームを照射するアダプティブアレイアンテナを具備する第２の無線基地局に隣接して配置される無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末の移動速度を取得するステップと、前記移動速度が所定の閾値以上である場合、前記第１の無線基地局のセル周辺の前記第２の無線基地局に対して、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームの照射を要求するステップと、前記要求に応じて、前記指向性ビームを照射した前記第２の無線基地局が、前記無線通信端末を収容するステップとを有する無線通信方法であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末が高速に移動する場合には、第２の無線基地局が該無線通信端末を収容することによって、ハンドオーバを行う頻度を下げることができ、頻繁なハンドオーバによるネットワークの処理負荷の増大や伝送速度の低下を防止することができる。

また、第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末が高速に移動する場合には、第１の無線基地局に収容されず、第２の無線基地局に収容されることによって、第１の無線基地局から照射される指向性ビームの追従誤差による信号の劣化を防止することができ、通信品質を向上させることができる。

本発明の第１の特徴において、前記第１の無線基地局のセル周辺に複数の前記第２の無線基地局が存在する場合、前記移動速度が所定の閾値以上であるときには、複数の前記第２の無線基地局に対して、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームの照射を要求し、前記要求に応じて、前記指向性ビームを照射した複数の前記第２の無線基地局のうちの一つの前記第２の無線基地局が、前記無線通信端末を収容してもよい。

本発明の第１の特徴において、前記第１の無線基地局のセル周辺に複数の前記第２の無線基地局が存在する場合、複数の前記第２の無線基地局から前記指向性ビームによって送信された該第２の無線基地局の基地局参照信号は、各々周波数領域又は時間領域が異なってもよい。

かかる特徴によれば、第１の無線基地局のセル周辺の複数の第２の無線基地局から指向性ビームによって送信される該第２の無線基地局の基地局参照信号は、各々周波数領域又は時間領域が異なるため、互いに干渉するのを防止することができる。このため、無線通信端末は、指向性ビームによって送信される大セル基地局の基地局参照信号を良い受信品質で受信でき、各々の基地局参照信号に基づいて、接続するのに最適な第２の無線基地局を容易に選択することができる。

本発明の第１の特徴において、前記指向性ビームを照射した前記第２の無線基地局の識別情報と、該第２の無線基地局のセル半径、又は該第２の無線基地局の周波数帯、又は該第２の無線基地局の配置されたエリアを示すエリア区分とを含むリストを取得するステップと、前記リストに基づいて、前記無線通信端末が収容される前記第２の無線基地局を選択するステップとを更に有してもよい。

かかる特徴によれば、無線通信端末が、指向性ビームを照射した第２の無線基地局のセル半径又は第２の無線基地局の周波数帯又は第２の無線基地局のエリア区分に基づいて、接続するのに最適な第２の無線基地局を容易に選択することができる。

本発明の第１の特徴において、前記第１の無線基地局は小セルを形成し、前記第２の無線基地局は前記小セルよりも大きい大セルを形成するものであってもよい。

本発明の第２の特徴は、第１の無線基地局が隣接して配置され、動的な指向性ビームを照射するアダプティブアレイアンテナを具備する無線基地局であって、前記第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末の移動速度が所定の閾値以上である場合、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームの照射要求を受信する受信部と、前記照射要求に応じて、前記指向性ビームを照射することにより、自局に前記無線通信端末を収容するようにする指向性ビーム制御部とを具備する無線基地局であることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、第１の無線基地局が、動的な指向性ビームを照射するアダプティブアレイアンテナを具備する第２の無線基地局に隣接して配置される無線通信システムにおいて、前記第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末であって、自端末の移動速度が所定の閾値以上である場合、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームを照射した前記第２の無線基地局の識別情報と、該第２の無線基地局のセル半径、又は該第２の無線基地局の周波数帯、又は該第２の無線基地局の配置されたエリアを示すエリア区分とを含むリストを取得する取得部と、前記リストに基づいて、収容される前記第２の無線基地局を選択する選択部とを具備する無線通信端末であることを要旨とする。

本発明の第３の特徴において、前記受信部は、前記第２の無線基地局の識別情報に関連付けられた周波数領域と時間領域とに基づいて、複数の前記第２の無線基地局から前記指向性ビームによって送信された該第２の無線基地局の基地局参照信号を受信し、前記選択部は、前記基地局参照信号の受信電力に基づいて、収容される前記第２の無線基地局を選択してもよい。

本発明の第４の特徴は、第１の無線基地局が、動的な指向性ビームを照射するアダプティブアレイアンテナを具備する第２の無線基地局に隣接して配置される無線通信システムにおける基地局制御装置であって、第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末の移動速度を取得する移動速度取得部と、前記移動速度が所定の閾値以上である場合、前記第１の無線基地局のセル周辺の前記第２の無線基地局に対して、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームの照射を要求する要求部とを具備することを特徴とする基地局制御装置であることを要旨とする。

本発明によれば、第１の無線基地局がアダプティブアレイアンテナを具備する第２の無線基地局に隣接して配置される無線通信システムにおいて、無線通信端末が高速に移動する場合であっても、適切にハンドオーバを実行し、さらには、ハンドオーバを行う頻度を下げ、通信品質を向上させることを可能とする無線通信方法、無線基地局、無線通信端末及び基地局制御装置を提供することができる。

（本実施形態に係る無線通信システムの概略構成）
図１を参照し、本実施形態に係る無線通信システムの概略構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る無線通信システムでは、小セルＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３を形成する小セル基地局（第１の無線基地局）２１ａ、２１ｂ、２１ｃが、大セルＬＣ１、ＬＣ２を形成する大セル基地局（第２の無線基地局）２２ａ、２２ｂに隣接して配置される。

なお、図示しないが、小セル基地局２１ａ〜２１ｃ、大セル基地局２２ａ〜２２ｂは、無線回線制御局（ＲＮＣ：Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）に接続され、互いにネットワークを介して接続されている。

ここで、小セル基地局２１ａ、２１ｂ、２１ｃとは、例えば、サービスエリアの小さいセル（小セル）を形成する無線基地局であり、大セル基地局２２ａ、２２ｂとは、小セルよりもサービスエリアの大きいセル（大セル）を形成する無線基地局である。

なお、セルの大小は、無線基地局のセル半径や、無線基地局の周波数帯、又は無線基地局の配置されたエリアを示すエリア区分に基づいて決定される。

例えば、セル半径が所定の閾値（例えば、１０００ｍ）以下のセルを形成する場合、小セル基地局２１ａ…とし、セル半径が所定の閾値（例えば、１０００ｍ）よりも大きい場合、大セル基地局２２ａ…としてもよい。

また、一般的に低い周波数で送信される信号の方が遠くまで届く。このため、所定の周波数よりも高い周波数帯で信号が送信される場合、小セル基地局２１ａ…とし、所定の周波数よりも低い周波数帯で信号が送信される場合、大セル基地局２２ａ…としてもよい。

また、一般的にユーザ数の多い都市部ほどセル半径が小さく設定される。このため、配置されたエリアを示すエリア区分が「過密都市部（セル半径が５００ｍ未満に相当）」や「都市部（セル半径が５００ｍ以上１０００ｍ未満に相当）」に設定される場合、小セル基地局２１ａ…とし、エリア区分が「郊外部（セル半径が１０００ｍ以上２０００ｍ未満に相当）」や「田園部（セル半径が２０００ｍ以上に相当）」に設定される場合、大セル基地局２２ａ…としてもよい。

本実施形態に係る無線通信システムでは、図１に示すように、無線通信端末１０が、方向Ａに向かって小セルＳＣ１、大セルＬＣ１、小セルＳＣ２、大セルＬＣ２、小セルＳＣ３内を高速に移動する場合、小セル基地局２１ａ、２１ｂ、２１ｃに収容されることなく、大セル基地局２２ａ、２２ｂにのみ収容される点で従来技術に係る無線通信システムと異なる。

具体的には、図１に示す無線通信システムでは、小セルＳＣ１内の地点Ｐ１に位置する無線通信端末１０が、小セル基地局２１ａからの要求に基づいて指向性ビームを小セルＳＣ１方向に照射した大セル基地局２２ａに接続することによって、大セル基地局２２ａは無線通信端末１０を収容する。また、大セルＬＣ１と小セルＳＣ２とが重複する地点Ｐ２に位置する無線通信端末１０が、大セル基地局２２ａからの要求に基づいて指向性ビームを小セルＳＣ２方向に照射した大セル基地局２２ｂにハンドオーバすることによって、大セル基地局２２ｂは無線通信端末１０を収容する。

なお、大セル基地局２２ａ及び大セル基地局２２ｂから照射される指向性ビームは、無線通信端末１０の方向Ａへの移動に追従して移動する。

このように、本実施形態に係る無線通信システムでは、無線通信端末１０の位置する小セル方向への指向性ビームの照射要求に応じて、周辺の大セル基地局２２ａ・・・が指向性ビームを照射することによって、高速に移動する無線通信端末１０が小セル基地局２１ａ…に収容される頻度を軽減させている。

以下、本実施形態において、指向性ビームの照射を要求する小セル基地局２１ａ…及び大セル基地局２２ａ…を「要求側基地局」とする。また、要求側基地局からの要求に応じて指向性ビームを照射する大セル基地局２２ａ…を「被要求側基地局」とする。

また、小セル基地局２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…を総称して小セル基地局２１、大セル基地局２２ａ、２２ｂ…を総称して大セル基地局２２とする。

（要求側基地局の機能ブロック構成）
図２乃至図３を参照し、本実施形態に係る無線通信システムにおいて用いられる要求側基地局のブロック構成について具体的に説明する。なお、以下、本発明との関連がある部分について主に説明する。したがって、要求側基地局は、当該装置としての機能を実現する上で必須な、図示しない或いは説明を省略した機能ブロック（電源部など）を備える場合があることに留意されたい。

要求側基地局として動作する小セル基地局２１及び大セル基地局２２は、アンテナ２１１と、無線通信部２１２と、制御部２１３とを具備する。

アンテナ２１１は、複数のアンテナ素子によって構成されるアダプティブアレイアンテナである。アンテナ２１１は、制御部２１３によって、動的に指向性が変化する指向性ビームを照射するように制御される。

無線通信部２１２は、アンテナ２１１を介して無線通信端末１０との間で空間多重技術（ＳＤＭＡ：Spacial Division Multiple Access）による無線通信を行う。

また、無線通信部２１２は、無線回線制御局やネットワークを介して被要求側基地局である大セル基地局２２との通信を行う。特に、無線通信部２１２は、制御部２１３の指向性ビーム照射要求部２１３２の指示に基づいて、周辺の大セル基地局２２に対する指向性ビームの照射要求を送信する。

制御部２１３は、移動速度取得部２１３１と、指向性ビーム照射要求部２１３２と、指向性ビーム検知部２１３３と、ネイバーリスト提供部２１３４とを具備する。

移動速度取得部２１３１は、無線通信端末１０の移動速度を取得する。具体的には、移動速度取得部２１３１は、ネットワークエントリー時には無線通信端末１０からの接続要求処理において、移動速度を示す情報を無線通信端末１０から取得する。

また、移動速度取得部２１３１は、無線通信端末１０から所定の時間間隔で取得される該無線通信端末１０の位置情報に基づいて、移動速度を推定してもよい。

指向性ビーム照射要求部２１３２は、無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値以上である場合、無線通信端末１０の位置する小セル周辺の大セル基地局２２に対して、該小セル方向への指向性ビームの照射を要求する。

ここで、無線通信端末１０の位置する小セルとは、無線通信端末１０が接続中の小セル基地局２１の形成する小セルでなくともよく、無線通信端末１０の接続要求先やハンドオーバ先の小セル基地局２１の形成する小セルを含むものとする。

なお、上述の照射要求には、無線通信端末１０の位置する小セルを示す情報が含まれる。さらに、上述の照射要求には、移動速度取得部２１３１によって取得された無線通信端末１０の移動速度や、無線通信端末１０の位置情報等が含まれてもよい。

また、指向性ビーム照射要求部２１３２は、後述するネイバーリストに基づいて、生成した照射要求を周辺の大セル基地局２２に送信するように制御する。なお、ネイバーリストは、図３に示すように、周辺の大セル基地局２２に関する情報を含み、上位のネットワークを介して取得されるものである。

例えば、指向性ビーム照射要求部２１３２は、ネイバーリストに記載された大セル基地局２２のうちセル半径が最大の大セル基地局２２から所定数の大セル基地局２２に対して、セル半径が大きい順又は同時に、生成した照射要求を送信するよう制御する。

同様に、指向性ビーム照射要求部２１３２は、ネイバーリストに記載された大セル基地局２２のうち最も低い周波数帯で信号が送信される大セル基地局２２から所定数の大セル基地局２２に対して、周波数帯が低い順又は同時に、生成した照射要求を送信するよう制御してもよい。

また、指向性ビーム照射要求部２１３２は、ネイバーリストに記載された大セル基地局２２のうち、エリア区分が「郊外部」又は「田園部」（例えば、セル半径が１０００ｍ以上に相当）の所定数の大セル基地局２２に対して、「郊外部」から順又は同時に、生成した照射要求を送信するよう制御してもよい。

指向性ビーム検知部２１３３は、指向性ビームの照射要求に応じて、周辺の大セル基地局２２から、無線通信端末の位置する小セル方向に照射された指向性ビームを検知する。例えば、指向性ビーム検知部２１３３は、周辺の大セル基地局２２からの基地局参照信号の受信電力を測定することによって、指向性ビームの照射要求に応じて指向性ビームが照射されたことを検知する。

ネイバーリスト提供部２１３４は、指向性ビーム検知部２１３３によって指向性ビームの照射を検知された大セル基地局２２に関する情報を含むネイバーリストを無線通信端末１０に提供する。

かかるネイバーリストには、図３に示すように、照射要求に応じて指向性ビームを照射した大セル基地局２２の識別情報と、該大セル基地局２２のセル半径、又は該大セル基地局２２の周波数帯、又は該大セル基地局２２の配置されたエリアを示すエリア区分とが含まれる。また、大セル基地局２２の位置情報が含まれていてもよい。

なお、かかるネイバーリストには、上述の大セル基地局２２に関する情報と同様に、周辺の小セル基地局２１に関する情報が含まれている。また、かかるネイバーリストには、指向性ビームの照射要求先の大セル基地局２２全てに関する情報が含まれてもよい。

また、ネイバーリストは、小セル基地局２１及び大セル基地局２２のセル半径又は周波数帯又はエリア区分に基づいて、分類されていてもよい。例えば、セル半径が１０００ｍ以下の小セル基地局２１のみを含むネイバーリスト、セル半径が１０００ｍ〜２０００ｍの大セル基地局２２のみを含むネイバーリスト、セル半径が２０００ｍ以上の大セル基地局２２のみを含むネイバーリストのように分類される。このように、所定のセル半径毎のネイバーリスト、所定の周波数帯毎のネイバーリスト、エリア区分毎のネイバーリストが提供することにより、無線通信端末１０におけるセルサーチ処理を簡略化することができる。

（被要求側基地局の機能ブロック構成）
図４を参照し、本実施形態に係る無線通信システムにおいて用いられる被要求側基地局のブロック構成について具体的に説明する。なお、以下、本発明との関連がある部分について主に説明する。したがって、被要求側基地局は、当該装置としての機能を実現する上で必須な、図示しない或いは説明を省略した機能ブロック（電源部など）を備える場合があることに留意されたい。

被要求側基地局として動作する大セル基地局２２は、アンテナ２２１と、無線通信部２２２と、制御部２２３とを具備する。

アンテナ２２１は、複数のアンテナ素子によって構成されるアダプティブアレイアンテナである。アンテナ２２１は、制御部２１３の指向性ビーム制御部２２３２によって複数のアンテナ素子の位相や振幅が適応的に制御され、動的に指向性が変化する指向性ビームを照射する。

無線通信部２２２は、アンテナ２２１を介して無線通信端末１０との間で空間多重技術（ＳＤＭＡ：Spacial Division Multiple Access）による無線通信を行う。

また、無線通信部２２２は、無線回線制御局やネットワークを介して被要求側基地局である大セル基地局２２との通信を行う。

制御部２２３は、照射要求取得部２２３１と、指向性ビーム制御部２２３２と、接続処理部２２３３とを具備する。

照射要求取得部２２３１は、無線通信端末１０が位置する小セル方向への指向性ビームの照射要求を上述の要求側基地局から取得する。

指向性ビーム制御部２２３２は、要求側基地局からの照射要求に応じて、無線通信端末１０が位置する小セル方向への指向性ビームの照射制御を行う。

具体的には、指向性ビーム制御部２２３２は、照射要求取得部２２３１によって指向性ビームの照射要求が取得された場合、該照射要求に含まれる小セルを示す情報に基づいて、小セル方向に指向性ビームを照射するようアンテナ２２１を制御する。

また、指向性ビーム制御部２２３２は、上述の照射要求に含まれる無線通信端末１０の移動速度に基づいて、小セル方向への指向性ビームのビーム幅を制御してもよい。例えば、指向性ビーム制御部２２３２は、無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値以上である場合、小セル全体にビームを照射するよう制御する（図７参照）。

なお、指向性ビーム制御部２２３２は、上述の照射要求に含まれる無線通信端末１０の位置情報（無線通信端末１０の移動方向を示す情報を含んでもよい）に基づいて、小セル方向への指向性ビームのビーム幅を制御してもよい。例えば、指向性ビーム制御部２２３２は、無線通信端末１０の位置情報に基づいて、小セル内の無線通信端末１０の位置に向けた狭ビームを照射するよう制御する。

接続処理部２２３３は、無線通信端末１０との間で接続処理を行うことにより、無線通信端末１０を自局に収容する。具体的には、接続処理部２２３３は、ネットワークエントリー時の無線通信端末１０からの自局への接続要求や、無線通信端末１０からの自局へのハンドオーバの要求に応じて、無線通信端末１０との間で接続処理を行う。

（無線通信端末のブロック構成）
図５乃至図６を参照し、本実施形態に係る無線通信システムにおいて用いられる無線通信端末１０のブロック構成について具体的に説明する。なお、以下、本発明との関連がある部分について主に説明する。したがって、無線通信端末１０は、当該装置としての機能を実現する上で必須な、図示しない或いは説明を省略した機能ブロック（電源部など）を備える場合があることに留意されたい。

無線通信端末１０は、アンテナ１０１と、無線通信部１０２と、記憶部１０３と、制御部１０４とを具備する。

アンテナ１０１は、複数のアンテナ素子によって構成されるアダプティブアレイアンテナである。アンテナ１０１は、上述のネイバーリストに含まれる大セル基地局２２の位置情報に基づいて、大セル方向への利得を上昇させるように制御される。

無線通信部１０２は、アンテナ１０１を介して小セル基地局２１及び大セル基地局２２との間で空間多重技術（ＳＤＭＡ：Spacial Division Multiple Access）による無線通信を行う。

記憶部１０３は、図６に示すように、小セル基地局２１及び大セル基地局２２を識別する基地局ＩＤと、該小セル基地局２１及び大セル基地局２２からの基地局参照信号（例えば、パイロット信号など）が送信される周波数領域及び時間領域とを関連付けて記憶する。ここで、周波数領域とは、基地局参照信号が送信される周波数を示す。また、時間領域とは、基地局参照信号が送信されるタイムスロットを示す。

制御部１０４は、ネイバーリスト取得部１０４１と、セルサーチ処理部１０４２と、接続処理部１０４３とを具備する。

ネイバーリスト取得部１０４１は、要求側基地局による照射要求に応じて、指向性ビームを照射した大セル基地局２２に関する情報を含むネイバーリストを要求側基地局から取得する。

上述のように、かかるネイバーリストには、要求側基地局による照射要求に応じて、指向性ビームを照射した大セル基地局２２の識別情報と、該大セル基地局２２のセル半径、又は該大セル基地局２２の周波数帯、又は該大セル基地局２２の配置されたエリアを示すエリア区分とが含まれる。

セルサーチ処理部１０４２は、取得したネイバーリストに基づいてセルサーチ処理を行い、接続すべき大セル基地局２２を選択する。

具体的には、セルサーチ処理部１０４２は、記憶部１０３を参照し、ネイバーリストに記載された小セル基地局２１及び大セル基地局２２の識別情報に関連付けられている周波数領域と時間領域とを取得する。セルサーチ処理部１０４２は、取得した周波数領域と時間領域とに基づいて、小セル基地局２１及び大セル基地局２２各々からの基地局参照信号を取得する。

セルサーチ処理部１０４２は、取得した基地局参照信号の受信電力が所定の閾値以上、すなわち接続可能な小セル基地局２１及び大セル基地局２２のうち、ネイバーリストに記載されたセル半径が最も大きい大セル基地局２２を選択する。

また、セルサーチ処理部１０４２は、ネイバーリストに記載されたセル半径の最も大きい大セル基地局２２から順に基地局参照信号の受信電力を測定し、最初に基地局参照信号の受信電力が所定の閾値を越えた大セル基地局２２を選択してもよい。

また、セルサーチ処理部１０４２は、ネイバーリストに記載されたセル半径が所定の閾値以上の大セル基地局２２のうち、最も基地局参照信号の受信電力が大きい大セル基地局２２を選択してもよい。

上述のセル半径の大きさと同様に、セルサーチ処理部１０４２は、ネイバーリストに記載された周波数帯の高低又はエリア区分に基づいて、接続先の大セル基地局２２を選択してもよい。

接続処理部１０４３は、小セル基地局２１及び大セル基地局２２との接続処理を行う。具体的には、無線通信端末１０がネットワークエントリーする際に、基地局参照信号の受信電力が最も強い小セル基地局２１又は大セル基地局２２への接続要求し、接続処理を行う。また、無線通信端末１０がハンドオーバする際に、ハンドオーバ元やハンドオーバ先に対するハンドオーバを要求し、ハンドオーバ処理を行う。

また、接続処理部１０４３は、ネットワークエントリー時の接続要求処理やハンドオーバ要求処理において、無線通信端末１０の位置情報に基づいて測定した移動速度を要求先の小セル基地局２１又は大セル基地局２２に通知してもよい。

（本実施形態に係る無線通信システムの通信方法）
以下、図７乃至図１４を参照し、本実施形態に係る無線通信システムにおける通信方法について説明する。

（１）ネットワークエントリー
図７乃至図８を参照し、小セル内を高速に移動する無線通信端末１０がネットワークエントリーする際の動作について説明する。ここで、無線通信端末１０は、図７に示すように、小セルＳＣ１内を方向Ａに向かって（小セル基地局２１ａから小セル基地局２１ｂ（図７には図示せず）に向かって）高速に移動するものとする。

図８に示すように、ステップＳ１０１において、小セルＳＣ１内を高速に移動する無線通信端末１０がネットワークエントリーする場合、セルサーチを行い、周辺の小セル基地局２１ａ…及び大セル基地局２２ａ…からの基地局参照信号を受信する。例えば、図７において、無線通信端末１０は、小セル基地局２１ａ及び大セル基地局２２ａ、２２ｃ、２２ｄからの基地局参照信号を受信する。

ステップＳ１０２において、無線通信端末１０は、基地局参照信号の受信電力が最も強い小セル基地局２１ａに接続要求を送信する。

ステップＳ１０３において、無線通信端末１０からの接続要求を受信した小セル基地局２１ａは、無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値（例えば、８０ｋｍ／ｈを閾値とする）以上であるか否かを判定する。無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値以上である場合、小セル基地局２１ａは上述の要求側基地局として動作し、本動作はステップＳ１０４に進む。一方、無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値未満である場合、本動作はステップＳ１０７に進み、無線通信端末１０は小セル基地局２１ａに接続する。

ステップＳ１０４において、小セル基地局２１ａは、上位のネットワークから取得したネイバーリストに基づいて、周辺の大セル基地局２２ａ…に対して、小セルＳＣ１方向への指向性ビームの照射要求を送信する。例えば、図７においては、小セル基地局２１ａが、周辺の大セル基地局２２ａ、２２ｃ、２２ｄに指向性ビームの照射要求を送信する。

ステップＳ１０５において、小セル基地局２１ａは、１以上の大セル基地局２２ａ…から小セルＳＣ１方向に指向性ビームが照射されたか否かを検知する。１以上の大セル基地局２２ａ…から小セルＳＣ１方向への指向性ビームを検知した場合、本動作はステップＳ１０６に進む。一方、いずれの大セル基地局２２ａ…からも小セルＳＣ１方向への指向性ビームを検知できない場合（例えば、各大セル基地局２２ａ…での負荷状態や、伝搬路状況が原因でこのような場合が起こることもある）、本動作はステップＳ１０７に進み、無線通信端末１０は小セル基地局２１ａに接続する。

ステップＳ１０６において、小セル基地局２１ａは、小セルＳＣ１方向に指向性ビームを照射した大セル基地局２２ａ…に関する情報を含むネイバーリストを無線通信端末１０に提供し、セルサーチを行うことを要求する。例えば、図７において、小セル基地局２１ａは、小セルＳＣ１方向に指向性ビームを照射した大セル基地局２２ａ、２２ｃに関する情報を含むネイバーリストを無線通信端末１０に提供する。

ステップＳ１０８において、ステップＳ１０６で提供されたネイバーリストに基づくセルサーチにおいて、無線通信端末１０は、基地局参照信号の受信電力が所定の閾値以上の大セル基地局２２ａ…、すなわち小セルＳＣ１に位置する無線通信端末１０が接続可能な周辺の大セル基地局２２ａ…が存在するか否かを判定する。

無線通信端末１０が接続可能な周辺の大セル基地局２２ａ…が存在する場合、ステップＳ１０９において、無線通信端末１０は、ステップＳ１０６で提供されたネイバーリストに基づいて、いずれかの大セル基地局２２ａ…に接続する。例えば、図７において、無線通信端末１０は、接続可能な周辺の大セル基地局２２ａ、２２ｃのうち、最もセル半径の大きい大セル基地局２２ａに接続する。

一方、小セルＳＣ１に位置する無線通信端末１０が接続可能な周辺の大セル基地局２２ａ…が存在しない場合、ステップＳ１１０において、無線通信端末１０は、小セル基地局２１ａに接続する。

（２）小セル基地局から大セル基地局へのハンドオーバ
次に、図９乃至図１０を参照し、移動速度が速くなった無線通信端末１０が接続中の小セル基地局２１から大セル基地局２２にハンドオーバする動作について説明する。ここで、図９に示すように、小セル基地局２１ａに接続中の無線通信端末１０は、小セルＳＣ１内を移動する速度が速くなったものとする。

図１０に示すように、ステップＳ２０１において、無線通信端末１０は、小セルＳＣ１内に位置し、小セル基地局２１ａに接続中である。

ステップＳ２０２において、無線通信端末１０が接続中の小セル基地局２１ａは、無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値以上であるか否かを判定する。無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値以上である場合、小セル基地局２１ａは上述の要求側基地局として動作し、本動作はステップＳ２０３に進む。一方、無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値未満である場合、本動作はステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０３〜Ｓ２０５については、図８のステップＳ１０４〜Ｓ１０６と同様のため説明を省略する。

ステップＳ２０６において、ステップＳ２０５で提供されたネイバーリストに基づくセルサーチにおいて、無線通信端末１０は、基地局参照信号の受信電力が所定の閾値以上の大セル基地局２２ａ…、すなわち無線通信端末１０がハンドオーバ可能な周辺の大セル基地局２２ａ…が存在するか否かを判定する。

無線通信端末１０がハンドオーバ可能な周辺の大セル基地局２２ａ…が存在する場合、ステップＳ２０７において、無線通信端末１０は、ステップＳ２０５で提供されたネイバーリストに基づいて、いずれかの大セル基地局２２ａ…にハンドオーバする。例えば、図９において、無線通信端末１０は、ハンドオーバ可能な周辺の大セル基地局２２ａ、２２ｃのうち、最もセル半径の大きい大セル基地局２２ａにハンドオーバする。

一方、無線通信端末１０がハンドオーバ可能な周辺の大セル基地局２２ａ…が存在しない場合、本動作は、ステップＳ２０８で所定の時間間隔をおいて、ステップＳ２０２に戻る。

（３）大セル基地局から大セル基地局へのハンドオーバ
次に、図１１乃至図１２を参照し、大セル基地局２２に接続中の無線通信端末１０が小セル基地局２１へのハンドオーバを要求する際の動作について説明する。ここで、図１１に示すように、大セル基地局２２ａに接続中の無線通信端末１０は、小セルＳＣ２内に移動したため、小セル基地局２１ｂへのハンドオーバを要求するものとする。

図１２に示すように、ステップＳ３０１において、無線通信端末１０は、大セル基地局２２ａに接続中である。

ステップＳ３０２において、無線通信端末１０は、小セルＳＣ２内に移動したため、小セル基地局２１ｂへのハンドオーバを要求する。

ステップＳ３０３において、無線通信端末１０の小セル基地局２１ｂへのハンドオーバ要求を検知した大セル基地局２２ａは、無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値以上であるか否かを判定する。無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値以上である場合、大セル基地局２２ａは上述の要求側基地局として動作し、本動作はステップＳ３０４に進む。一方、無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値未満である場合、本動作はステップＳ３０９に進み、無線通信端末１０は小セル基地局２１ｂにハンドオーバする。

ステップＳ３０５において、無線通信端末１０の小セル基地局２１ｂへのハンドオーバ要求を検知した大セル基地局２２ａは、上位のネットワークから取得したネイバーリストに基づいて、周辺の大セル基地局２２ｂ…に対して、小セルＳＣ２方向への指向性ビームの照射要求を送信する。例えば、図１１においては、大セル基地局２２ａが、周辺の大セル基地局２２ｂ〜２２ｄに指向性ビームの照射要求を送信する。

ステップＳ３０６については、図８のステップＳ１０６と同様のため説明を省略する。

ステップＳ３０７において、ステップＳ３０６で提供されたネイバーリストに基づくセルサーチにおいて、無線通信端末１０は、基地局参照信号の受信電力が所定の閾値以上の大セル基地局２２ｂ…、すなわち無線通信端末１０がハンドオーバ可能な周辺の大セル基地局２２ｂ…が存在するか否かを判定する。

無線通信端末１０がハンドオーバ可能な周辺の大セル基地局２２ｂ…が存在する場合、ステップＳ３０８において、無線通信端末１０は、ステップＳ３０７で提供されたネイバーリストに基づいて、いずれかの大セル基地局２２ｂ…にハンドオーバする。例えば、図１１において、無線通信端末１０は、ハンドオーバ可能な周辺の大セル基地局２２ｂ、２２ｃのうち、セル半径が最も大きい大セル基地局２２ｂにハンドオーバする。

一方、無線通信端末１０がハンドオーバ可能な周辺の大セル基地局２２ｂ…が存在しない場合、ステップＳ３０９において、無線通信端末１０は、ステップＳ３０２におけるハンドオーバ要求先の小セル基地局２１ｂにハンドオーバする。

（４）大セル基地局から小セル基地局へのハンドオーバ
次に、図１３乃至図１４を参照し、移動速度が遅くなった無線通信端末１０が接続中の大セル基地局２２から小セル基地局２１にハンドオーバする動作について説明する。ここで、図１３に示すように、大セル基地局２２ａに接続中の無線通信端末１０は、移動速度が遅くなったため、小セル基地局２１ｂへのハンドオーバを要求するものとする。

図１４に示すように、ステップＳ４０１において、無線通信端末１０は、大セル基地局２２ａに接続中である。

ステップＳ４０２において、無線通信端末１０が接続中の大セル基地局２２ａは、無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値以上であるか否かを判定する。無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値未満である場合、本動作はステップＳ４０３に進む。一方、無線通信端末１０の移動速度が所定の閾値以上である場合、本動作はステップＳ４０６に進む。

ステップＳ４０３において、大セル基地局２２ａは、上位のネットワークから取得した周辺の小セル基地局２１ａ…を含むネイバーリストを無線通信端末１０に提供し、セルサーチを行うことを要求する。例えば、図１３において、大セル基地局２２ａは、周辺の小セル基地局２１ａ〜２１ｅに関する情報を含むネイバーリストを無線通信端末１０に提供する。

ステップＳ４０４において、ステップＳ４０３で提供されたネイバーリストに基づくセルサーチにおいて、無線通信端末１０は、基地局参照信号の受信電力が所定の閾値以上の小セル基地局２１ａ…、すなわち無線通信端末１０がハンドオーバ可能な周辺の小セル基地局２１ａ…が存在するか否かを判定する。

無線通信端末１０がハンドオーバ可能な周辺の小セル基地局２１ａ…が存在する場合、ステップＳ４０５において、無線通信端末１０は、ステップＳ４０３で提供されたネイバーリストに基づいて、いずれかの小セル基地局２１ａ…にハンドオーバする。例えば、図１３において、無線通信端末１０は、ハンドオーバ可能な周辺の小セル基地局２１ｂ〜２１ｄのうち、小セル基地局２１ｂにハンドオーバする。

一方、無線通信端末１０がハンドオーバ可能な周辺の小セル基地局２１ａ…が存在しない場合、本動作は、ステップＳ４０６で所定の時間間隔をおいて、ステップＳ４０２に戻る。

（本実施形態に係る通信システム及び通信方法の作用・効果）
本実施形態に係る通信システム及び通信方法によれば、小セル内に位置する無線通信端末１０が高速に移動する場合には、大セル基地局２２が無線通信端末１０を収容することによって、適切にハンドオーバを実行し、さらには、ハンドオーバを行う頻度を下げることができ、頻繁なハンドオーバによるネットワークの処理負荷の増大や伝送速度の低下を防止することができる。

また、小セル内に位置する無線通信端末１０が高速に移動する場合には、小セル基地局２１に収容されず、大セル基地局２２に収容されることによって、小セル基地局２１から送信される指向性ビームの追従誤差による信号の劣化を防止することができ、通信品質を向上させることができる。

本実施形態に係る通信システム及び通信方法によれば、無線通信端末１０の移動速度に応じて指向性ビームのビーム幅が変更されることによって、無線通信端末１０は、移動速度に応じて最適な指向性ビームを受信することができる。

本実施形態に係る通信システム及び通信方法によれば、小セル周辺の複数の大セル基地局２２から指向性ビームによって送信される大セル基地局２２の基地局参照信号は、各々周波数領域又は時間領域が異なるため、互いに干渉するのを防止することができる。このため、無線通信端末１０は、指向性ビームによって送信される大セル基地局２２の基地局参照信号を良い受信品質で受信でき、各々の基地局参照信号に基づいて、接続するのに最適な大セル基地局２２を容易に選択することができる。

本実施形態に係る通信システム及び通信方法によれば、無線通信端末１０が、指向性ビームを照射した大セル基地局２２のセル半径又は大セル基地局の周波数帯又は大セル基地局のエリア区分に基づいて、接続するのに最適な大セル基地局２２を容易に選択することができる。

（変更例）
なお、上述の実施形態に係る無線通信システム及び無線通信方法においては、要求側基地局として動作する小セル基地局２１及び大セル基地局２２が、移動速度取得部２１３１と指向性ビーム照射要求部２１３２とを構成する制御部２１３を具備するものとして説明した。しかしながら、本発明によれば、このような構成に限らず、例えば、要求側基地局として動作する小セル基地局２１及び大セル基地局２２とは別個に、移動速度取得部２１３１と指向性ビーム照射要求部２１３２とを構成する通信制御装置（基地局制御装置）をネットワーク上に設けてもよい。また、かかる通信制御装置（基地局制御装置）は、ネットワーク上の他の装置（例えば、無線回線制御局（ＲＮＣ））内に設けられてもよい。

（その他の実施形態）
以上、本発明の一例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、各部の具体的構成等は、適宜設計変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、指向性ビームの照射要求は、無線回線制御局及びネットワークを介して、周辺の大セル基地局２２に送信されるものとして説明したが、周辺の大セル基地局２２に直接送信されてもよく、他の上位ネットワークを介して送信されてもよい。

また、各実施形態の構成及び各変更例の構成もそれぞれ組み合わせることが可能である。また、各実施形態及び各変更例の作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、各実施形態及び各変更例に記載されたものに限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体概略構成図である。 本発明の実施形態に係る要求側移動局の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係るネイバーリストの一例を示すである。 本発明の実施形態に係る被要求側移動局の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末の記憶部の一例を示すである。 本発明の実施形態に係る無線通信端末がネットワークエントリーする一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末がネットワークエントリーする際の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る無線通信端末が小セル基地局から大セル基地局にハンドオーバする一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末が小セル基地局から大セル基地局にハンドオーバする動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る無線通信端末が大セル基地局から大セル基地局にハンドオーバする一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末が大セル基地局から大セル基地局にハンドオーバする動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る無線通信端末が大セル基地局から小セル基地局にハンドオーバする一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信端末が大セル基地局から小セル基地局にハンドオーバする動作を示すフローチャートである。 従来の無線通信システムの全体概略構成図である。

符号の説明

１０…無線通信端末、１０１…アンテナ、１０２…無線通信部、１０３…記憶部、１０４…制御部、１０４１…ネイバーリスト取得部、１０４２…セルサーチ処理部、１０４３…接続処理部、２１ａ〜２１ｅ…小セル基地局、２２ａ〜２２ｃ…大セル基地局、２１１…アンテナ、２１２…無線通信部、２１３…制御部、２１３１…移動速度取得部、２１３２…指向性ビーム照射要求部、２１３３…指向性ビーム検知部、２１３４…ネイバーリスト提供部、２２１…アンテナ、２２２…無線通信部、２２３…制御部、２２３１…照射要求取得部、２２３２…指向性ビーム制御部、２２３３…接続処理部

Claims (9)

1. 第１の無線基地局が、動的な指向性ビームを照射するアダプティブアレイアンテナを具備する第２の無線基地局に隣接して配置される無線通信システムにおける無線通信方法であって、
   前記第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末の移動速度を取得するステップと、
   前記移動速度が所定の閾値以上である場合、前記第１の無線基地局のセル周辺の前記第２の無線基地局に対して、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームの照射を要求するステップと、
   前記要求に応じて、前記指向性ビームを送信した前記第２の無線基地局が、前記無線通信端末を収容するステップとを有することを特徴とする無線通信方法。
2. 前記第１の無線基地局のセル周辺に複数の前記第２の無線基地局が存在する場合、前記移動速度が所定の閾値以上であるときには、複数の前記第２の無線基地局に対して、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームの照射を要求し、
   前記要求に応じて、前記指向性ビームを照射した複数の前記第２の無線基地局のうちの一つの前記第２の無線基地局が、前記無線通信端末を収容する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記第１の無線基地局のセル周辺に複数の前記第２の無線基地局が存在する場合、複数の前記第２の無線基地局から前記指向性ビームによって送信された該第２の無線基地局の基地局参照信号は、各々周波数領域又は時間領域が異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信方法。
4. 前記指向性ビームを送信した前記第２の無線基地局の識別情報と、該第２の無線基地局のセル半径、又は該第２の無線基地局の周波数帯、又は該第２の無線基地局の配置されたエリアを示すエリア区分とを含むリストを取得するステップと、
   前記リストに基づいて、前記無線通信端末が収容される前記第２の無線基地局を選択するステップとを更に有することを特徴とする請求項２又は３に記載の無線通信方法。
5. 前記第１の無線基地局は小セルを形成し、前記第２の無線基地局は前記小セルよりも大きい大セルを形成するものである、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の無線通信方法。
6. 第１の無線基地局が隣接して配置され、動的な指向性ビームを照射するアダプティブアレイアンテナを具備する無線基地局であって、
   前記第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末の移動速度が所定の閾値以上である場合、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームの照射要求を受信する受信部と、
   前記照射要求に応じて、前記指向性ビームを照射することにより、自局に前記無線通信端末を収容するようにする指向性ビーム制御部とを具備することを特徴とする無線基地局。
7. 第１の無線基地局が、動的な指向性ビームを照射するアダプティブアレイアンテナを具備する第２の無線基地局に隣接して配置される無線通信システムにおいて、前記第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末であって、
   自端末の移動速度が所定の閾値以上である場合、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームを照射した前記第２の無線基地局の識別情報と、該第２の無線基地局のセル半径、又は該第２の無線基地局の周波数帯、又は該第２の無線基地局の配置されたエリアを示すエリア区分とを含むリストを取得する取得部と、
   前記リストに基づいて、収容される前記第２の無線基地局を選択する選択部とを具備することを特徴とする無線通信端末。
8. 前記受信部は、前記第２の無線基地局の識別情報に関連付けられた周波数領域と時間領域とに基づいて、複数の前記第２の無線基地局から前記指向性ビームによって送信された該第２の無線基地局の基地局参照信号を受信し、
   前記選択部は、前記基地局参照信号の受信電力に基づいて、収容される前記第２の無線基地局を選択することを特徴とする請求項７に記載の無線通信端末。
9. 第１の無線基地局が、動的な指向性ビームを照射するアダプティブアレイアンテナを具備する第２の無線基地局に隣接して配置される無線通信システムにおける基地局制御装置であって、
   第１の無線基地局のセル内に位置する無線通信端末の移動速度を取得する移動速度取得部と、
   前記移動速度が所定の閾値以上である場合、前記第１の無線基地局のセル周辺の前記第２の無線基地局に対して、前記第１の無線基地局のセル方向への前記指向性ビームの照射を要求する要求部とを具備することを特徴とする基地局制御装置。

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