JP5574738B2

JP5574738B2 - 無線通信システム、無線基地局装置、制御装置および無線端末装置

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Publication number: JP5574738B2
Application number: JP2010027854A
Authority: JP
Inventors: 浩西本; 博昭平井; 明徳平; 明憲藤村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: JP2010288252A

Description

本発明は、指向性制御可能なアンテナを備える無線基地局装置を含む１対Ｎ型（例えば、基地局対複数端末等）無線ネットワークを複数備え、複数の無線ネットワーク間で協調して指向性制御を行う無線通信システム、無線基地局装置、制御装置および無線端末装置に関する。

従来、同一の周波数帯を使用し、同一の時刻において隣接する複数の１対Ｎ型無線ネットワークを運用する場合には、別の無線ネットワークからの信号が干渉となり、再送等が多発して伝送容量を減少させる問題があった。ここで、１対Ｎ型無線ネットワーク（以下、単に「無線ネットワーク」と言うことがある。）とは、１機の無線基地局と複数（Ｎ機）の無線端末局を含む無線通信ネットワークを指しており、一般には、セルラー通信における１つのセル内またはセクタ内通信を実現するシステムとして認知されている。また、ここで、干渉とは、異なる無線ネットワークに属する無線機器間の干渉を指しており、一般には、セルラー通信で生じるセル間干渉として認知されている。

この干渉問題の解決策として、（１）各無線ネットワークに異なる伝送周波数帯域を割り当てること、（２）時間を複数のスロットに分割して各無線ネットワークに割り当てること、（３）各無線ネットワークに異なる拡散符号を割り当てて、信号を時間方向または周波数方向に拡散することが挙げられる。

しかしながら、無線通信において使用可能な周波数リソースおよび時間リソースは有限であるので、上記（１）、（２）の解決策を用いた場合には、伝送効率が低下するという問題があった。また、上記（３）の解決策である信号の拡散は通信に使用する時間または周波数を拡張することで干渉回避を実現するものであるので、同様に伝送効率が低下する。周波数リソースおよび時間リソースはデータ伝送に注入されることが求められるので、それらを分割または拡散して干渉を回避することは解決策として好ましくない。

関連する技術として、下記の特許文献１には、従来の無線通信システムが開示されている。具体的には、無線端末局と通信を行う局地基地局と、複数の局地基地局との間で光ファイバ等の通信媒体を通じて通信を行う統合基地局と、を有した無線通信システムにおいて、統合基地局は、無線端末局の位置する局地基地局のビームパターンのエリア情報と、各局地基地局間で互いに干渉となるビームパターンの組み合わせ情報とを保持し、各局地基地局から無線端末局へ送信する無線信号の相互干渉が抑えられるように無線端末局のパケットスケジューリングを行う。

特開２００６−２７０２１６号公報

大渡裕介、外３名、"ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ固有ビーム空間分割多重方式における各種フィードバック量削減手法の比較検討"、電子情報通信学会論文誌Ｂ、２００７年９月、Ｖｏｌ．Ｊ９０−Ｂ、Ｎｏ．９、ｐ．８８５−８９５ "アダプティブアレーと移動通信［Ｉ］"、電子情報通信学会誌、１９９８年１２月、Ｖｏｌ．８１、Ｎｏ．１２、ｐ．１２５４−１２６０ "アダプティブアレーと移動通信［ＩＩ］"、電子情報通信学会誌、１９９９年１月、Ｖｏｌ．８２、Ｎｏ．１、ｐ．５５−６１

しかしながら、特許文献１掲載の無線通信システムは、統合基地局が各局地基地局の配備位置およびビーム形成エリアを正確に把握している必要があり、局地基地局が固定かつ一様に配置されることが望ましい。従来の基地局配置において、良好な通信環境を構築するためには、専門の作業者による設計、測定、設置等を必要とする。そのため、一度設置した基地局を移動させることは容易でなく、特に周辺に複数の基地局および無線ネットワークが存在する場合には、基地局の配置や周波数割当を任意に変更することは困難であった。

また、特許文献１掲載技術の実施形態として、局地基地局の位置や向きが変更される場合は、その都度、統合基地局が有している、局地基地局および無線端末局の位置や方向に関する情報を更新する必要があり、この場合も専門の作業者による更新作業等を必要とする。また、局地基地局の再配置状況によっては、特許文献１で開示される技術が正常に機能しない可能性もある。

また、特許文献１掲載の無線通信システムでは、統合基地局が、複数の局地基地局でのビームパターン決定およびパケットスケジューリングの両方を実施する。この場合、対象となる局地基地局および無線端末局が少ない場合には正常に機能するが、基地局数が数十〜数百局、無線端末局が数百〜数千局と制御対象局数が多い場合には、個々の無線端末局に対するビームパターン決定およびパケットスケジューリングの最適化は演算量が膨大で難しく、正常に機能しない可能性がある。したがって、制御対象局数が多い場合には、ビームパターン決定とパケットスケジューリングを独立して実施することが望ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の無線ネットワークを含む無線通信システムにおいて、無線基地局間で連携して指向性制御を行うことにより、無線ネットワーク間の相互干渉を低減し、無線ネットワークのエリアカバレッジを最適化可能な無線通信システム、無線基地局装置、制御装置および無線端末装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、指向性制御可能なアンテナを備える無線基地局装置および複数の無線端末装置（または専用ツール）を含む無線ネットワークを複数備え、各無線基地局装置のうちの１機または上位局をホスト局とする無線通信システムであって、前記無線基地局装置は、自無線ネットワーク内向けの指向性ビーム制御を行うＭＡＣ制御手段と、前記ＭＡＣ制御手段より得られる自無線ネットワークの指向性ビーム情報と、を備え、前記ホスト局は、各無線基地局より得られる指向性ビーム情報と、各無線端末装置の伝送路状態に関する伝送路状態情報と、を管理する複数ネットワーク管理手段、を備え、前記複数ネットワーク管理手段は、前記伝送路状態情報を用いて、前記ＭＡＣ制御手段に対して、指向性ビーム制御に関する指示を行うことを特徴とする。

本発明によれば、無線ネットワークの配置状況に依らず、或る無線ネットワークが他の無線ネットワークに与える干渉を低減し、無線ネットワークのエリアカバレッジを最適化することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの無線基地局の構成例を示す図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの無線基地局間の同期方法の一例を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの無線ネットワーク間の干渉の一例を示す図である。図５は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの指向性制御の一例を示す図である。図６は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムのビーム割当変更後の指向性制御の一例を示す図である。図７は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの指向性ビームパターン試験のための情報交換手順の一例を示す図である。図８は、本発明の実施の形態２にかかる無線通信システムの無線通信システムの構成例を示す図である。図９は、本発明の実施の形態２にかかる無線通信システムの上位局の構成例を示す図である。図１０は、本発明の実施の形態３にかかる無線通信システムの複数のアンテナ素子毎のＣＳＩ測定およびチャネル割当変更のための情報交換手順を示す図である。

以下に、本発明にかかる無線通信システム、無線基地局装置、制御装置および無線端末装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態１の構成、配置の概要を示す図である。図１に示す無線通信システムには２つの無線ネットワークが含まれており、各無線ネットワーク内では、１機の無線基地局（本発明の無線基地局装置に対応する。以下、「無線基地局装置」、「基地局」等と言うことがある。）がＮ機（ここでは、３機とする。）の無線端末局（本発明の無線端末装置に対応する。以下、「無線端末装置」、「無線端末」、「端末」等と言うことがある。）と１対Ｎ（ここでは、１対３）の通信をそれぞれ行っており、どちらの無線ネットワークも同一周波数帯で運用されているものとする。また、２つの無線ネットワーク間は、基地局、端末等を通じて、各無線ネットワーク内の通信方式とは異なる方式（ここでは、有線５０を用いた有線通信とする。）で通信が確立されているものとする。

２つの無線ネットワークは、使用周波数帯や送信電力等に応じた無線基地局および無線ネットワークの配置設計が十分になされておらず、一方の無線ネットワーク内向けの無線信号が他方の無線ネットワークに属する無線端末局への干渉信号となり得る程に、設置位置が近いものとする。

各無線基地局は、複数または任意の指向性ビームパターンを形成可能なアンテナ（例えばアレーアンテナ）を備えているものとする。また、各無線ネットワーク内の通信は、時分割複信（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）によりアップリンクおよびダウンリンクの通信が行われているものとする。ここで、アップリンクとは、無線端末局から無線基地局へ信号送信する回線を指し、ダウンリンクとは、無線基地局から無線端末局へ信号送信する回線を指す。各無線ネットワーク内の無線基地局対無線端末局の通信は、多元接続方式により確立しているものとする。

図１は、無線基地局２０が３機の無線端末局９０１，９０２，９０３と１対３の時分割多元接続方式（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：ＴＤＭＡ）無線ネットワーク３０を構成し、無線基地局２１が３機の無線端末局９１１，９１２，９１３と１対３のＴＤＭＡ無線ネットワーク３１を構成し、全体で２つの無線ネットワーク３０，３１を含む無線通信システムの例を示している。２機の無線基地局２０，２１は、有線５０を通じて接続されており、無線基地局２０，２１間で通信が確立されているものとする。

図２は、本実施の形態１の無線基地局２０の構成例を示すブロック図である。なお、無線基地局２１の構成も、図２に示す無線基地局２０の構成と同様にすることができる。

無線基地局２０は、従来の指向性制御を行う無線基地局装置と略同様の構成を有する構成部４００と、他無線ネットワークとの間で有線５０を通じて情報信号の入出力およびＭＡＣ部４２２との間で情報信号の入出力を行う複数ネットワーク管理部４０１と、を含んで構成されている。

構成部４００は、データ部４２１と、ＭＡＣ（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）部４２２と、送信部４２３と、受信部４２６と、指向性ビーム形成部４２４と、指向性制御可能なアンテナ４２５と、を含んでいる。

なお、ＭＡＣ部４２２がＭＡＣ制御手段を構成し、複数ネットワーク管理部４０１が複数ネットワーク管理手段を構成する。

データ部４２１は、ＭＡＣ層よりも上位層のデータ（以下、「アプリケーションデータ」とも言う。）を処理する回路であり、ＭＡＣ部４２２との間でアプリケーションデータｓ１１およびｓ１６を入出力する。ここで、アプリケーションデータｓ１１には、送信先の無線端末局を示すアドレス情報が含まれるものとし、アプリケーションデータｓ１６には、送信元の無線端末局を示すアドレス情報が含まれるものとする。

ＭＡＣ部４２２は、データ部４２１から入力されたアプリケーションデータｓ１１に基づいて情報信号ｓ１２を送信部４２３に出力する。また、ＭＡＣ部４２２は、受信部４２６から入力された検出信号ｓ１５に基づいてアプリケーションデータｓ１６をデータ部４２１に出力する。さらに、ＭＡＣ部４２２は、ビーム情報（例えば、ビームパターン番号や、アレーアンテナを用いる場合はアンテナ重み情報等）ｓ１７を指向性ビーム形成部４２４に出力し、指向性制御を行う。このとき、ＭＡＣ部４２２は、アプリケーションデータｓ１１またはｓ１６に含まれる無線端末局を示すアドレス情報に基づいてビーム情報ｓ１７を出力する。また、ＭＡＣ部４２２は、構成部４００について送信モード（ダウンリンク）と受信モード（アップリンク）とを切り替える。さらに、ＭＡＣ部４２２は、構成部４００全体のタイミングを制御する。

送信部４２３は、ＭＡＣ部４２２から入力された情報信号ｓ１２に対して符号化、変調を行い、送信信号ｓ１３を指向性ビーム形成部４２４に出力する。受信部４２６は、指向性ビーム形成部４２４で検波された受信信号ｓ１４に対して復調、復号を行い、検出信号ｓ１５をＭＡＣ部４２２に出力する。

指向性ビーム形成部４２４は、ビーム情報ｓ１７に基づき、送信信号ｓ１３の指向性を制御しアンテナ４２５に出力する。また、指向性ビーム形成部４２４は、ビーム情報ｓ１７に基づき、アンテナ４２５からの入力信号を検波し、受信信号ｓ１４を受信部４２６に出力する。アンテナ４２５は、ダウンリンク信号を無線端末局に送信し、アップリンク信号を無線端末局から受信する。

ここで、有線５０を用いて複数の無線基地局間で送受される信号について説明する。有線５０では、無線基地局間の同期を取るための同期信号ｓ２５と、通信モード切替のための命令信号ｓ２６と、複数の無線基地局のビーム情報ｓ２８と、後述する指向性ビームパターン試験における無線端末局での伝送路状態測定値ｓ２９と、の送受が行われる。

次に、複数ネットワーク管理部４０１とＭＡＣ部４２２との間の入出力信号について説明する。複数ネットワーク管理部４０１には、現在の自無線ネットワークのビーム情報ｓ１９が、構成部４００内のＭＡＣ部４２２から入力される。また、複数ネットワーク管理部４０１には、後述する指向性ビームパターン試験において測定された自無線ネットワークの無線端末局での伝送路状態に関する情報（伝送路状態情報）ｓ２０が、ＭＡＣ部４２２から入力される。一方、複数ネットワーク管理部４０１は、同期信号ｓ２１と、通信モード切替信号ｓ２２と、自無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１あるいは他無線基地局の複数ネットワーク管理部４０１において更新された自無線ネットワークのビーム情報ｓ２４と、をＭＡＣ部４２２に出力する。

次に、無線基地局間の同期に関して、図３を参照しながら説明する。図３においては、４機の無線基地局２０〜２３がバス（有線５０）を介して接続されている例を示している。無線基地局２０〜２３は、上述と同様の構成をそれぞれ有するものとする（図２参照）。ここでは、無線基地局２０が同期要求を発信するホスト局であり、それ以外の無線基地局２１〜２３の３機がクライアント局であるものとする。

同期信号ｓ２５には、同期要求信号ｓ２５ａと、それに対する返答信号ｓ２５ｂと、同期クロックｓ２５ｃと、が含まれているものとする。ホスト局である無線基地局２０内の複数ネットワーク管理部４０１は、同期要求信号ｓ２５ａを、バス（有線５０）を通じて、クライアント局である無線基地局２１〜２３に送信する。クライアント局である無線基地局２１〜２３の複数ネットワーク管理部４０１は、同期要求信号ｓ２５ａを受信し、受信したことを示す返答信号ｓ２５ｂを、バス（有線５０）を通じて、ホスト局である無線基地局２０に返信する。ホスト局である無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１は、返答信号ｓ２５ｂを受信したことを確認した後、同期クロックｓ２５ｃを、バス（有線５０）を通じて、クライアント局である無線基地局２１〜２３に送信する。ホスト局である無線基地局２０およびクライアント局である無線基地局２１〜２３は、この同期クロックｓ２５ｃのタイミングを各々の内部のＭＡＣ部４２２に通知し、各無線基地局２０〜２３は同一のタイミングを得ることができる。以上の手順により、無線基地局２０〜２３の同期確立が可能となる。なお、本実施の形態１において、無線基地局間の同期方法はこれに限られるものではなく、同期を確立できるのであれば他のどのような方法を用いても良い。

次に、無線通信システムの通信モード切替方法について説明する。まず、通信モード切替信号ｓ２６およびＭＡＣ用通信モード切替信号ｓ２２の入出力について説明する。ホスト局の複数ネットワーク管理部４０１は、ネットワーク内通信モードと後述する指向性ビームパターン試験モードとを切り替えるための通信モード切替信号ｓ２６を生成し、有線５０を通じて他の無線基地局に送信する。クライアント局の複数ネットワーク管理部４０１は、他の無線基地局から発せられた通信モード切替信号ｓ２６を受信する。なお、通信モード切替信号には、指向性ビームパターン試験モードを終了するための試験終了信号も含まれるものとする。複数ネットワーク管理部４０１は、通信モード切替信号ｓ２６に従い、ＭＡＣ用通信モード切替信号ｓ２２をＭＡＣ部４２２に出力する。

ＭＡＣ部４２２は、ＭＡＣ用通信モード切替信号ｓ２２に基づいて、無線ネットワーク内通信モードと指向性ビームパターン試験モードを切り替える。ＭＡＣ用通信モード切替信号ｓ２２がネットワーク内通信モードを指定する場合は、ＭＡＣ部４２２は、通常のＴＤＭＡ無線ネットワーク通信を行うように構成部４００を制御する。一方、ＭＡＣ用通信モード切替信号ｓ２２が指向性ビームパターン試験モードを指定する場合は、ＭＡＣ部４２２は、後述する指向性ビームパターン試験モードの情報交換手順に従って、構成部４００の動作タイミングを調節し、試験するビームパターンのビーム情報ｓ１７を指向性ビーム形成部４２４に適宜出力し、トレーニング信号用のデータ信号を送信部４２３に出力する。このとき、送信部４２３は、トレーニング信号用のデータ信号に従ってトレーニング信号を生成し、指向性ビーム形成部４２４に出力する。

次に、ホスト局の複数ネットワーク管理部４０１において行われる基地局間連携ビーム制御について簡単に説明する。なお、これについての詳細は後述する。まず、複数ネットワーク管理部４０１において必要な入出力情報について説明する。複数ネットワーク管理部４０１は、ＭＡＣ部４２２から受信した、自無線ネットワークの現在のビーム情報ｓ１９と、自無線ネットワークの無線端末局での伝送路状態に関する情報（伝送路状態情報）ｓ２０と、他の無線基地局から受信した、他無線ネットワークのビーム情報ｓ２８と、他無線ネットワークの無線端末局での伝送路状態に関する情報（伝送路状態情報）ｓ２９と、を利用して、後述するビーム制御手順に従って、ビーム情報を更新する。更新された自無線ネットワークのビーム情報ｓ２４が、複数ネットワーク管理部４０１からＭＡＣ部４２２に出力される。更新された他無線ネットワークのビーム情報ｓ２８が、有線５０を通じて複数ネットワーク管理部４０１から他の無線基地局（クライアント局）に送信される。

ＭＡＣ部４２２には、ビーム情報ｓ２４が複数ネットワーク管理部４０１から入力される。ＭＡＣ部４２２は、それらの情報に従って指向性ビームパターンを変更する。他の無線基地局の複数ネットワーク管理部４０１は、更新されたビーム情報ｓ２８を受信し、各無線基地局内の構成部４００のＭＡＣ部４２２にそれらの更新情報を出力し、ＭＡＣ部４２２は、入力されたそれらの更新情報に基づいて指向性ビームパターンを変更する。

次に、図１に示す無線通信システムを運用した場合に起こり得る問題例について、図４を参照しながら説明する。以降では、各無線ネットワーク内でダウンリンク通信が行われている場合を例に挙げて説明する。また、ここでは、簡単のため各無線基地局において指向性制御を行わない場合を例示する。２つの無線ネットワーク３０，３１がともにダウンリンク通信を行う場合、２つの無線基地局２０，２１から自無線ネットワーク向けの信号がそれぞれ送信される。このとき、無線ネットワーク３０に属する無線端末局９０１と、無線ネットワーク３１に属する無線端末局９１１とが同一時間スロットを使用し、かつ、互いに位置が近接している場合（図４参照）、無線基地局２０が無線端末局９０１に向けて送信した信号が無線端末局９１１へも到達し、無線端末局９１１において干渉信号となってしまうことが起こり得る。このように無線端末局９１１において干渉が生じた場合、無線基地局２１が無線端末局９１１に送信した信号が無線端末局９１１において正しく復調されず、無線基地局２１と無線端末局９１１との間の通信品質が劣化してしまう。以降では、このような無線ネットワーク間で生じる干渉をネットワーク間干渉と呼ぶ。

次に、無線基地局において指向性制御を行う場合に起こり得る問題例と、通信品質が改善する例について、図５を参照しながら説明する。図５は、無線基地局２０で指向性制御を行う場合の指向性ビームの概要を示す図である。図５の例では、無線基地局２０は、指向性ビーム２０１と指向性ビーム２０２を形成可能であるものとする。ここでは、図５に示すように、指向性ビーム２０１は無線端末局９０１の位置する方向への指向性を持つビームであり、指向性ビーム２０２は無線端末局９０３の位置する方向への指向性を持つビームであるものとする。

図５に示すように、無線基地局２０が指向性ビーム２０１を用いて自無線ネットワーク３０に向けて信号を送信した場合は、無線端末局９０１で受信される信号の品質は改善される。しかしながら、指向性ビーム２０１が無線ネットワーク３１にも到達してしまい、特に無線端末局９１１が無線端末局９０１と同一時間スロットを使用する場合には、無線端末局９１１において干渉が生じ得る。一方、指向性ビーム２０２は無線ネットワーク３１への指向性が低く、かつ、自無線ネットワーク３０への指向性が高いため、無線端末局９１１が無線端末局９０１と同一時間スロットを使用していても、無線端末局９１１における干渉を低減し、自無線ネットワーク３０内で良好な通信を行うことができるが、これを実現するためには指向性制御と時間スロット割当（以下、「チャネル割当」または「スケジューリング」と呼ぶことがある。）を同時に最適化する処理が必要となり、制御対象局数が多い場合には演算量が膨大となるため最適化が困難になる。なお、図５においては２つの指向性ビームを示しているが、指向性ビームパターン数はいくつであっても良く、任意の指向性ビームを形成できても良い。

上述した干渉の大小は、指向性パターンと無線機器または無線ネットワークの位置に依存する。そこで、各無線ネットワークに属する無線端末局を巨視的に捉え、各無線ネットワーク間で協調的にビーム形成を行う。以下にその手順を説明する。

本実施の形態１においては、無線ネットワーク３０と無線ネットワーク３１がネットワーク間連携を行い、ビームパターンを変更する。図６は、ネットワーク間で連携し、ビームパターンを変更した例を示す図である。無線基地局２０から放射される指向性ビーム２０３は、自無線ネットワーク３０内の各無線端末局にのみ電波を向け、無線ネットワーク３１には可能な限り電波が届かないように制御されたビームパターンとなっている。一方、無線基地局２１から放射される指向性ビーム２１３についても同様であり、無線ネットワーク３０に可能な限り電波が届かないように制御されたビームパターンとなっている。すなわち、指向性ビーム２０３および２１３は、他方の無線ネットワークに互いにヌルを向けるパターンとなっている。このように、無線ネットワーク間で連携してビームパターンを決定することで、ネットワーク間干渉を低減でき、複数のマルチアクセス無線ネットワークの共存が可能になる。

このようなネットワーク間連携による指向性制御を行うためには、自無線ネットワークの無線基地局と他無線ネットワークの無線端末局との間の伝送路状態に関する情報（伝送路状態情報）を知る（情報を交換する）必要がある。本実施の形態１では、伝送路状態に関する情報として、受信信号強度（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ：ＲＳＳＩ）を用いることとし、各無線端末局でＲＳＳＩを測定する。以下にＲＳＳＩを測定しビームパターンを決定するための手順を示すが、この限りではなく、サウンディング信号、プリアンブル信号、パイロット信号などの既知信号を用いて推定しても良く、通信データから推定しても良い。この場合、基地局間の同期は確立しなくても良く、後述するビームパターン測定モードに切り替えずに、通常の通信中に推定しても良い。また、以下ではＲＳＳＩ測定およびビームパターン決定のタイミングを明示しているが、これらは任意のタイミングで実施しても良い。

図７は、無線基地局２０と無線端末局９１１，９１２，９１３との間のＲＳＳＩ測定を行うための、無線機器（無線基地局および無線端末局）間の情報交換手順のダイアグラムを示す図である。図７において、無線通信による情報交換は実線のブロックで、有線５０を通じた通信による情報交換は破線のブロックで示している。ここでは、無線ネットワーク３１での情報交換に焦点を当てて詳細に記載しているが、無線ネットワーク３０に関しても無線基地局２１と無線端末局９０１，９０２，９０３との間で同様の情報交換が行われる。なお、この例では無線基地局２０が放射する指向性ビーム２０１、指向性ビーム２０２、指向性ビーム２０３の３つについてＲＳＳＩ測定を行うこととしているが、無線基地局２０が利用可能な指向性ビームパターン数の範囲内で候補の指向性ビームパターンの数だけＲＳＳＩ測定を行うようにしても良い。

図７において、各無線ネットワークは、区間Ｄ１までは通常のネットワーク通信モードで通常の無線通信を行っており、区間Ｄ２からＲＳＳＩ測定を開始する。まず、無線基地局間に関して、有線５０を通じて、無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１からの同期信号により無線基地局２０と無線基地局２１との間の同期が確立される（区間Ｄ２）。次いで、無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１から送信される通信モード切替信号により、全無線ネットワークがネットワーク内通信モードから無線基地局２０との指向性ビームパターン試験モード（ＲＳＳＩ測定モード）に切り替わる（区間Ｄ３）。

無線基地局２０は、まず指向性ビーム２０１を用いて全無線端末局が既知であるトレーニング信号をブロードキャストし、無線端末局９１１，９１２，９１３が、その信号を受信し、ＲＳＳＩを測定する（区間Ｄ４）。無線端末局９１１，９１２，９１３で測定されたＲＳＳＩは、無線ネットワーク３１の無線基地局２１に順次通知される（区間Ｄ５）。無線基地局２１は、それらの情報を指向性ビーム２０１の測定値すなわち伝送路状態測定値ｓ２９として、有線５０を通じて、無線基地局２０へフィードバックする（区間Ｄ６）。同様に、無線基地局２０は、指向性ビーム２０２を用いてトレーニング信号をブロードキャストし、無線端末局９１１，９１２，９１３が、その信号を受信し、ＲＳＳＩを測定し、測定されたＲＳＳＩは、無線ネットワーク３１の無線基地局２１に順次通知される。最後に、無線基地局２０は、指向性ビーム２０３を用いてトレーニング信号をブロードキャストし（区間Ｄ７）、無線端末局９１１，９１２，９１３で測定されたＲＳＳＩは、無線ネットワーク３１の無線基地局２１に順次通知される（区間Ｄ８）。無線基地局２１は、それらの情報を指向性ビーム２０３の測定値すなわち伝送路状態測定値ｓ２９として、有線５０を通じて、無線基地局２０へフィードバックする（区間Ｄ９）。

以上の試験が終了すると、無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１は、ネットワーク間通信モード切替信号ｓ２６を用いて各無線基地局（ここでは、無線基地局２１）に試験終了信号を送信し、試験を終了する（区間Ｄ１０）。無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１は、収集されたＲＳＳＩ測定値に基づき、ビーム割当処理（ビームパターン情報の変更処理）を行う（区間Ｄ１１）。このビーム割当処理についての詳細は後述する。

無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１は、変更したビームパターン情報を無線基地局２１に有線５０を通じて通知する（区間Ｄ１２）。その後、無線基地局２１は、無線端末局９１１，９１２，９１３に通常の通信モードへ切り替えるよう要求し（区間Ｄ１４）、各無線ネットワークは通常のネットワーク通信モードに戻る（区間Ｄ１５）。

次に、区間Ｄ１１で無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１により行われるビーム割当処理について、詳細に説明する。区間Ｄ１１で、無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１は、収集されたＲＳＳＩ測定値に基づき、他無線ネットワークへの与干渉低減と自無線ネットワークの通信品質改善を同時に実現するためのビーム割当処理を行う。以下にその処理例を説明する。

無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１は、収集された自無線ネットワーク３０のＲＳＳＩ測定値から、まず、自無線ネットワーク３０内での通信品質が良好となるビームパターンの候補をいくつか選ぶ。その中で、他無線ネットワーク３１への与干渉が最も低くなる指向性ビームパターン２０３を選ぶ。これを、無線基地局２０が用いるビームパターンとする。上述の例では、自無線ネットワークの通信品質を優先してビームパターン割当を行うようにしているが、他無線ネットワークへの与干渉低減を優先して割当を行うようにしても良い。上述のビームパターンの選択は、ＲＳＳＩ測定値の平均値の高低で判定しても良く、ＲＳＳＩ測定値の分布から判定しても良い。また、ビームパターンの決定と同時に、対応するビームパターンの送信電力を決定しても良い。これにより、ネットワークエリア範囲の最適化ができる。

このように、無線ネットワーク間で連携してビームパターンを決定することで、ネットワーク間干渉を低減できる。各無線基地局では、決定されたビームパターンを用いた場合に各無線端末局の通信特性が良好となるように通信スケジューリングを行うことで、無線ネットワーク毎にスケジューリングの最適化が実現できる。すなわち、上述の手順により、指向性制御と通信スケジューリングを独立に最適化でき、無線ネットワーク数および無線端末局数が増加した場合でも、同様に最適化可能である。

上述の指向性ビームパターン試験およびビーム割当変更は定期的に行うようにしても良いし、伝送路状態が変化したときのみ行うようにしても良いし、無線ネットワーク内通信のトラヒックが小さいときに実施しても良いし、ネットワーク管理者が任意のタイミングで行うようにしても良い。ビーム割当変更を定期的に行うようにすれば、伝送路状態が変化することにより生じるネットワーク間干渉を防止することができ、各無線ネットワークの通信品質を維持できる。また、ビーム割当変更を伝送路状態が変化したときのみ行うようにすれば、伝送路状態が変化しないときにビーム割当変更を行うことを防止することができ、データ伝送効率が改善できる。また、データトラヒックが小さいときに行うようにすれば、指向性ビームパターン試験およびビーム割当変更を行うことによるデータ伝送効率の低下を抑制できる。また、ビーム割当変更をネットワーク管理者が任意のタイミングで行うようにすれば、ネットワーク管理者が所望のタイミングでビーム割当変更を行うことができる。

本実施の形態１では、無線基地局２０が与干渉機器、無線ネットワーク３１内の無線端末局９１１，９１２，９１３が被干渉機器であるものとして、無線基地局２０が指向性ビーム制御を行う場合について、その手順を説明した。しかしながら、これに限らず、無線基地局２１が与干渉機器、無線ネットワーク３０内の無線端末局９０１，９０２，９０３が被干渉機器となる場合には、無線基地局２１において同様の手順で指向性ビーム制御を行うようにしても良い。また、以上の説明はダウンリンク通信を例に挙げて説明したが、同様の指向性制御をアップリンクで行うようにしても良い。アップリンクで上述の指向性制御を行うことによって、各無線基地局は他無線ネットワークの無線端末局からの信号受信を低減し、自無線ネットワークの無線端末局からの信号受信品質を高めることができる。

本実施の形態１では、無線ネットワーク内の信号の送受信はＴＤＤにより行うものとしている。しかしながら、これに限らず、周波数分割複信（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ：ＦＤＤ）により信号の送受信が行われるものとしても良い。

本実施の形態１では、図１および図２に示す無線基地局が備える指向性制御可能なアンテナ４２５として２本のアンテナによって構成されるアレーアンテナを図示しているが、複数または任意の指向性ビームパターンを形成可能なアンテナであれば、他のアンテナを用いても良く、アンテナ本数を増やしても良い。例えば、指向性をそれぞれ有する複数のアンテナを備えてこれらのアンテナを物理的に切り替えるようにしても良いし、複数の偏波モードを有するアンテナを用いるようにしても良い。

本実施の形態１では、無線ネットワーク数が２の場合について例示した。しかしながら、これに限らず、無線ネットワーク数が３以上の場合であっても同様の手順でネットワーク間連携によるビーム割当を実現することができる。

本実施の形態１では、無線ネットワーク内の通信方式としてＴＤＭＡを用いる場合について例示した。しかしながら、これに限らず、多元接続を実現する方式であれば良く、周波数分割多元接続（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：ＦＤＭＡ）、直交周波数分割多元接続（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦＤＭＡ：ＯＦＤＭＡ）、または符号分割多元接続（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：ＣＤＭＡ）を用いるようにしても良い。

本実施の形態１では、各無線ネットワークの無線端末局数が同じ場合（端末数Ｎ）について例示した。しかしながら、これに限らず、各無線ネットワークの無線端末局数は任意の局数でも良い。

本実施の形態１では、無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１が同期クロックを生成し、その同期信号を無線基地局２１へ送信することで同期を確立する場合について例示した。しかしながら、これに限らず、例えば、無線基地局２１が同期信号を生成・送信し、無線基地局２０がそれを受信して同期を確立するようにしても良い。また、衛星測位システム（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ：ＧＰＳ）の時刻データ等の外部信号を同期信号として使用し、同期を確立しても良い。

本実施の形態１では、無線基地局間が有線で接続されている場合について例示した。しかしながら、これに限らず、無線基地局間が無線通信で接続されていても良く、端末を介して接続されていても良い。また、後述する実施の形態２で説明するように、複数の無線基地局間が無線機器とは異なる上位局を介して接続されていても良い。

本実施の形態１では、伝送路状態に関する情報（伝送路状態情報）としてＲＳＳＩを用いた場合について例示した。しかしながら、これに限らず、受信品質を示す受信信号電力対雑音電力比（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅｐｏｗｅｒＲａｔｉｏ：ＳＮＲ）、搬送波電力対雑音電力比（ＣａｒｒｉｅｒｔｏＮｏｉｓｅｐｏｗｅｒＲａｔｉｏ：ＣＮＲ）、搬送波電力対干渉雑音電力比（ＣａｒｒｉｅｒｔｏＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＮｏｉｓｅｐｏｗｅｒＲａｔｉｏ：ＣＩＮＲ）、受信信号電力対干渉電力比（ＳｉｇｎａｌｔｏＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐｏｗｅｒＲａｔｉｏ：ＳＩＲ）、受信信号電力対干渉雑音電力比（ＳｉｇｎａｌｔｏＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＮｏｉｓｅｐｏｗｅｒＲａｔｉｏ：ＳＩＮＲ）、またはこれらの組み合わせ等を用いても良い。

本実施の形態１では、指向性ビームパターン試験毎に無線基地局２１からＲＳＳＩを無線基地局２０にフィードバックする場合について例示した。しかしながら、これに限らず、全ビームパターンの試験終了後に全ＲＳＳＩをまとめてフィードバックしても良い。また、フィードバックする情報として、ＲＳＳＩ等の受信状態を示す情報の他に、後述するＣＳＩや、ビーム情報（ビーム番号やアンテナ重み情報など）をフィードバックしても良い。また、無線通信と有線通信は独立に通信可能であるため、図７の区間Ｄ６，区間Ｄ９の有線通信をＲＳＳＩ測定と並行して行うようにしても良い。また、図７の区間Ｄ５および区間Ｄ８の期間における無線端末局から無線基地局へのＲＳＳＩ通知は、無線端末局毎に時間スロットを区切って通知しているが、例えばＦＤＭＡやＯＦＤＭＡ、またはＣＤＭＡのようなマルチアクセス方式を採用する場合には、無線端末局毎に異なる周波数チャネルまたは拡散符号が割り当てられているので、全無線端末局が同時刻に送信しても良い。

本実施の形態１では、無線基地局は使用する無線周波数帯域内において同一の指向性ビームパターンを用いて通信を行う場合を例示した。しかしながら、これに限らず、使用する無線周波数帯域を複数の帯域（サブバンド、リソースブロック、またはサブキャリアと呼ばれる）に分割し、サブバンド毎に上述の手順により指向性ビームパターンを決定し、指向性制御を実施しても良い。

本実施の形態１では、無線端末局に具備されるアンテナ本数を明示していないが、単一のアンテナを用いても良く、複数のアンテナを用いても良い。

以上説明したように、本実施の形態１では、無線基地局が他の無線基地局と連携して各指向性ビームパターンでのＲＳＳＩ測定値を取得し、それに基づいて各無線ネットワークの指向性ビームパターン割当変更を行うものとした。これにより、ビームパターン割当変更を行わない場合に比べてネットワーク間干渉を低減でき、ネットワーク内通信品質を改善することができる。また、無線基地局２０は、全無線端末局での受信レベルが既知であるので、当該ネットワーク内通信における所望信号対干渉信号電力の比が十分確保できる程度に送信電力（ダウンリンク時には無線基地局の送信電力、アップリンク時には無線端末局の送信電力）を下げることで、他無線ネットワークへの与干渉を更に下げることが可能であり、消費電力の削減も可能である。

実施の形態２．
図８は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態２の構成、配置の概要を示す図である。本実施の形態２にかかる無線通信システムにおいては、図８に示すように、無線基地局２０と無線基地局２１は、上位局４０を介して有線５１，５２により接続されている。それ以外は実施の形態１と同様であるため、各構成要素に実施の形態１（図１等参照）と同一の符号を付している。なお、上位局４０が制御装置を構成する。

図９は、上位局４０の構成例を示す図である。上位局４０は、複数ネットワーク管理部４０１を含んで構成されている。なお、上位局４０の複数ネットワーク管理部４０１が複数ネットワーク管理手段を構成し、無線基地局２０，２１の複数ネットワーク管理部４０１（図２参照）が自無線ネットワーク管理手段を構成する。

上位局４０は、有線５１，５２を通じて、同期クロックｓ２５ｃ（図３参照）を無線基地局２０，２１に送信している。すなわち、上位局４０が先に実施の形態１で説明した図３におけるホスト局に対応し、無線基地局２０，２１がクライアント局に対応し、実施の形態１で述べた同期手順により、上位局４０、無線基地局２０，２１間の同期が確立可能である。なお、有線５１，５２を通じて送受される情報や信号は、同期信号を含めて、実施の形態１における有線５０で送受される情報や信号と同様であるものとする。

本実施の形態２では、上位局４０が、無線基地局２０，２１が使用する指向性ビームパターンの決定を行い、無線基地局２０，２１が、それらの情報を有線５１，５２を通じて受信し、それらの情報に基づいて指向性ビーム形成を行う。すなわち、実施の形態１の情報交換（図７参照）において無線基地局２０が区間Ｄ２，Ｄ６，Ｄ９，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２で行う手順を、本実施の形態２では、上位局４０が全て行う。

また、無線基地局２１が、実施の形態１において無線基地局２０が行うこととした指向性ビームパターン試験を同様に行うことで、無線基地局２１が指向性ビームを形成する場合の無線端末局９０１，９０２，９０３におけるＲＳＳＩを測定することができ、上位局４０は、上述と同様の手順でそれらを収集することができる。上位局４０は、無線基地局２０が指向性ビームを形成する場合のＲＳＳＩ測定値と無線基地局２１が指向性ビームを形成する場合のＲＳＳＩ測定値に基づいて、無線ネットワーク３０、３１の双方の干渉低減または通信品質改善を実現する指向性ビームパターンの決定が可能となる。なお、無線基地局２０が行う指向性ビームパターン試験と、無線基地局２１が行う指向性ビームパターン試験は、それぞれ任意のタイミングで実施して良く、各無線基地局から上位局４０へＲＳＳＩ測定値を通知するタイミングも任意で良い。また、実施の形態１と同様、ＲＳＳＩ測定方法はこの限りではなく、サウンディング信号、プリアンブル信号、パイロット信号などの既知信号を用いて推定しても良く、通信データから推定しても良い。

上位局４０は、図７の区間Ｄ１２において、決定した指向性ビーム情報（例えば、ビーム番号やアンテナ重み係数等）を無線基地局２０，２１に通知する。このとき、上位局４０は、無線ネットワーク３０用の情報を無線基地局２０に、無線ネットワーク３１用の情報を無線基地局２１に通知すれば良い。無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１は、それらの情報を受信し、無線基地局２０のＭＡＣ部４２２は、受信した情報に従って指向性ビーム制御を行う。無線基地局２１でも、上述した無線基地局２０と同様の処理が行われる。なお、上述の指向性ビーム情報には、送信電力情報が含まれていても良い。

本実施の形態２では、上位局４０は、有線５１により無線基地局２０と接続され、有線５２により無線基地局２１と接続されている場合を例示した。しかしながら、これに限らず、上位局４０は、複数の無線基地局との接続に加え、有線媒体または無線媒体により、外部のネットワークに接続されていても良い。

本実施の形態２では、上位局４０は、無線ネットワーク３０と無線ネットワーク３１の２つのネットワークを管理する場合を例示した。しかしながら、これに限らず、上位局４０は、３つ以上の無線ネットワークを管理しても良い。この場合、ある無線ネットワークは、他の複数の無線ネットワークに対し与干渉を生じる可能性があるが、複数の無線ネットワーク全体に対して巨視的に与干渉を低減するようなビームパターンを形成しても良く、または、特定の無線ネットワークに対して与干渉を低減するようなビームパターンを形成しても良い。

以上のように、本実施の形態２では、上位局４０を介して無線基地局２０と無線基地局２１を接続し、上位局４０が、無線基地局２０，２１が無線端末局に対して使用する指向性ビームパターンの割当を行うこととした。これにより、実施の形態１で無線基地局２０の複数ネットワーク管理部４０１が行っていた指向性ビームパターンの割当変更処理が上位局４０で行われることになるため、無線基地局での処理量が特に削減できる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２と異なり、無線基地局と無線端末局間の伝送路状態に関する情報（伝送路状態情報）として、伝送路推定値そのもの（ＣｈａｎｎｅｌＳｔａｔｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ＣＳＩ）を用いるものとする。また、無線基地局に具備される指向性制御可能なアンテナ４２５（図２参照）として、アレーアンテナを用いるものとする。本実施の形態３において、アレーアンテナ４２５は第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子を含んで構成されるものとする。これらの事柄を除いて、本実施の形態３にかかる無線通信システムおよび無線基地局装置の構成は、実施の形態２（図８参照）と同様であるものとする。なお、本実施の形態３の構成は、実施の形態１（図１参照）に準ずるものとしても良い。

本実施の形態３では、無線端末局９１１，９１２，９１３と無線基地局２０が備える各アンテナ素子との間のＣＳＩを用いることとしている。そこで、本実施の形態３では、実施の形態１あるいは実施の形態２の指向性ビームパターン試験におけるＲＳＳＩ測定モード（図７の区間Ｄ４〜Ｄ１０参照）に代えて、図１０に示すようにＣＳＩ測定モード（図１０の区間Ｄ４〜Ｄ１０参照）を有する。

アンテナ素子毎のＣＳＩを測定するため、図１０に示すようにアンテナ素子毎に送信時刻を変えてトレーニング信号を送信し（図１０の区間Ｄ４、Ｄ７参照）、ＣＳＩを取得するようにしても良い。または、アンテナ素子を識別するための符号をトレーニングシンボル系列に乗積し、全アンテナ素子から同時送信するようにしても良い（例えば、無線ＬＡＮ規格ＩＥＥＥ８０２．１１ｎのＨｉｇｈ−ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔプリアンブルのＬｏｎｇＴｒａｉｎｉｎｇＦｉｅｌｄ（ＨＴ−ＬＴＦ）で用いられる符号行列Ｐ_{ＨＴＬＴＦ}や、非特許文献１の図４に記載されているＷａｌｓｈ−Ｈａｄａｍａｒｄ符号行列等を用いることができる。）。なお、アンテナ素子識別用の符号を乗積する場合、無線端末局で同一の符号を有する必要があるが、対象となるアンテナ素子に合致する符号を受信シンボルに乗算して線形和をとることで、当該アンテナ素子との間のＣＳＩを測定することができる。

無線端末局で測定されたＣＳＩは、実施の形態２と同様の手順で上位局４０に通知される。上位局４０は、収集したＣＳＩを用いて、指向性ビームを形成するためのアンテナ重みを決定する。例えば、非特許文献２に記載のＺｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ（ＺＦ）アルゴリズムでアンテナ重みを決定し、それを無線基地局２０，２１に通知することにより、各無線基地局では与干渉対象となる他無線ネットワークに高精度なヌルを向けることができる。

なお、ここでは各無線ネットワークの無線端末数が３の場合について例示したが、無線端末数が４以上の場合でも同様に適用可能である。また、ここでは無線ネットワーク数が２の場合について例示したが、無線ネットワーク数が３以上の場合でも同様に適用可能である。

本実施の形態３では、アレーアンテナのアンテナ重みを決定するアルゴリズムとしてＺＦアルゴリズムを例に挙げて説明した。しかしながら、これに限らず、非特許文献３に記載のＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒ）アルゴリズムでアンテナ重みを決定し、それを無線基地局２０，２１に通知することにより、他無線ネットワークの無線端末局への与干渉を低減し、かつ、自無線ネットワーク内通信のＳＮＲを向上する最適な指向性ビームを形成するようにしても良い。また、測定したＣＳＩから、各無線ネットワークの代表的なＣＳＩとして固有値および固有ベクトルを算出し、これに基づいてアンテナ重みを算出しても良い。これにより、演算対象となるＣＳＩを削減することができる。また、予め無線基地局で用意された複数のアンテナ重みパターン（コードブックとも呼ばれる）から、前述の傾向が最も強いアンテナ重みパターンを選択し、その情報を無線基地局２０および無線基地局２１に通知することにより、指向性ビームを形成するようにしても良い。なお、アンテナ重みの決定方法は、この限りではない。また、アンテナ重みの決定に加え、当該アンテナ重みと同時に用いる送信電力を決定しても良い。

本実施の形態３では、無線基地局は使用する無線周波数帯域内において同一の指向性ビームパターンを用いて通信を行う場合を例示した。しかしながら、これに限らず、実施の形態１と同様に、サブバンド毎に上述の手順により指向性ビームパターンおよび送信電力を決定しても良い。

前述したように、本実施の形態３は実施の形態２に準ずるものとしているので、想定する無線通信システムの全体構成は、図８と同様である。図８において、無線基地局２０、２１はそれぞれ２本のアンテナ素子を備えているが、本実施の形態３ではこれに限らず、アンテナ素子数は２本以上であれば何本であっても良い。なお、ネットワーク間干渉を効果的に低減するためには、アンテナ素子数は所望の無線端末局と被干渉無線端末局の和以上であることが好適であるが、この限りではない。

以上説明したように、本実施の形態３では、無線基地局にアレーアンテナを搭載し、無線端末局と無線基地局の各アンテナ素子の間のＣＳＩを取得し、ビーム形成アルゴリズムによりアンテナ重みを決定することとした。これによって、実施の形態１あるいは実施の形態２に比べ、無線基地局においてより高精度な指向性制御が可能となり、基地局の配置状況に依らず、各無線ネットワークのエリアカバレッジを最適化できる。

以上、本発明について実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

以上のように、本発明にかかる無線通信システム、無線基地局装置、制御装置および無線端末装置は、複数の無線ネットワークを含む無線通信システムに有用である。

２０、２１、２２、２３無線基地局
３０、３１無線ネットワーク
４０上位局
５０、５１、５２有線
２０１、２０２、２０３、２１３指向性ビーム
４００構成部
４０１複数ネットワーク管理部
４２１データ部
４２２ＭＡＣ部
４２３送信部
４２４指向性ビーム形成部
４２５指向性制御アンテナ
４２６受信部
９０１、９０２、９０３、９１１、９１２、９１３無線端末局

Claims

指向性制御可能なアンテナを備える無線基地局装置および複数の無線端末装置を含む無線ネットワークを複数備え、各無線基地局装置のうちの１つをホスト局とする無線通信システムであって、
前記ホスト局として動作する無線基地局装置は、
自無線ネットワーク内向けの指向性ビーム制御と通信スケジューリングを行うＭＡＣ制御手段と、
前記ＭＡＣ制御手段より得られる自無線ネットワークの指向性ビーム情報および通信スケジュール情報と、他無線ネットワークより得られる指向性ビーム情報および通信スケジュール情報と、前記自無線ネットワークおよび前記他無線ネットワークより得られる全無線ネットワークにおける無線端末装置の伝送路状態に関する、同一無線基地局装置と同一無線端末装置との間で無線基地局装置が異なる条件で無線端末装置に送信した信号に対する複数の伝送路状態情報と、を管理する複数ネットワーク管理手段と、
を備え、
前記複数ネットワーク管理手段は、前記伝送路状態情報を用いて、前記ＭＡＣ制御手段および前記他無線ネットワークに対して、通信スケジューリングおよび指向性ビーム制御に関する指示を行う、
ことを特徴とする無線通信システム。
前記複数の無線ネットワークの無線基地局装置間において同期信号を送受信することにより、各無線基地局装置の制御タイミング同期を確立することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
前記複数の無線ネットワーク内のアップリンクとダウンリンクを時分割複信により行うこととし、
前記複数の無線ネットワークにおいて、アップリンクを同一のタイミングで行い、ダウンリンクを同一のタイミングで行う、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
前記複数の無線ネットワーク内の信号送受信を時分割多元接続により行うこととし、
前記複数の無線ネットワークにおいて、分割された時間スロットを同一のタイミングで制御する、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の無線通信システム。
前記複数の無線ネットワーク内の信号送受信を、周波数分割多元接続、直交周波数分割多元接続または符号分割多元接続により行う、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の無線通信システム。
前記複数ネットワーク管理手段が、他無線ネットワークに対して、通常のネットワーク内通信を行うネットワーク内通信モードと無線端末装置の伝送路状態を測定する伝送路状態測定モードとを切り替えることを指示するためのモード切替信号を送信する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の無線通信システム。
前記ホスト局として動作する無線基地局装置は、前記モード切替信号を送信することにより他無線ネットワークの通信モードを前記ネットワーク内通信モードから前記伝送路状態測定モードに切り替える制御を行い、複数の指向性ビームパターンを用いて、前記他無線ネットワークの無線端末装置が既知であるトレーニング信号を送信し、
伝送路状態測定を実施する無線端末装置は、受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記指向性ビームパターン毎に伝送路状態情報を算出し、指向性ビームパターン毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
前記伝送路状態情報を、受信信号強度、受信信号電力対雑音電力比および／または搬送波電力対雑音電力比を含む情報とする、
ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
前記ホスト局として動作する無線基地局装置は、複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナを備えることとし、前記モード切替信号を発することにより他無線ネットワークの通信モードを前記ネットワーク内通信モードから前記伝送路状態測定モードに切り替える制御を行い、前記アンテナ素子毎に、他無線ネットワークの無線端末装置が既知であるトレーニング信号を送信し、
伝送路状態測定を実施する無線端末装置は、受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記アンテナ素子毎に伝送路状態情報を算出し、アンテナ素子毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
前記伝送路状態情報をＣＳＩとすることを特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。
前記複数ネットワーク管理手段は、指向性ビーム制御として、各アンテナ素子のアンテナ重みの算出を行う、
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の無線通信システム。
前記通信モード切替を、所定の時間周期で行うことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の無線通信システム。
前記通信モード切替を、任意の時間タイミングで行うことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の無線通信システム。
指向性制御可能なアンテナを備える無線基地局装置および複数の無線端末装置を含む複数の無線ネットワークと、各無線基地局装置と通信可能な制御装置と、を備える無線通信システムであって、
前記無線基地局装置は、
自無線ネットワーク内向けの指向性ビーム制御と通信スケジューリングを行うＭＡＣ制御手段と、
前記ＭＡＣ制御手段より得られる自無線ネットワークの指向性ビーム情報および通信スケジュール情報を管理する自無線ネットワーク管理手段と、
を備え、
前記制御装置は、
全無線ネットワークより得られる指向性ビーム情報および通信スケジュール情報と、前記全無線ネットワークより得られる全無線ネットワークにおける無線端末装置の伝送路状態に関する、同一無線基地局装置と同一無線端末装置との間で無線基地局装置が異なる条件で無線端末装置に送信した信号に対する複数の伝送路状態情報と、を管理する複数ネットワーク管理手段、
を備え、
前記複数ネットワーク管理手段は、前記伝送路状態情報を用いて、全無線ネットワークに対して、通信スケジューリングおよび指向性ビーム制御に関する指示を行う、
ことを特徴とする無線通信システム。
前記制御装置が同期信号を送信し、各無線基地局装置が同期信号を受信することにより、各無線基地局装置の制御タイミング同期を確立することを特徴とする請求項１４に記載の無線通信システム。
前記制御装置が、前記複数の無線ネットワークに対して、通常のネットワーク内通信を行うネットワーク内通信モードと無線端末装置の伝送路状態を測定する伝送路状態測定モードとを切り替えることを指示するためのモード切替信号を送信する、
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の無線通信システム。
前記制御装置は、前記モード切替信号を送信することにより全無線ネットワークの通信モードを前記ネットワーク内通信モードから前記伝送路状態測定モードに切り替える制御を行い、
全無線ネットワークの無線基地局装置は、複数の指向性ビームパターンを用いて、他無線ネットワークの無線端末装置が既知であるトレーニング信号を送信し、
伝送路状態測定を実施する無線端末装置は、受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記指向性ビームパターン毎に伝送路状態情報を算出し、指向性ビームパターン毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信システム。
前記伝送路状態情報を、受信信号強度、受信信号電力対雑音電力比および／または搬送波電力対雑音電力比を含む情報とする、
ことを特徴とする請求項１７に記載の無線通信システム。
前記制御装置は、前記モード切替信号を送信することにより全無線ネットワークの通信モードを前記ネットワーク内通信モードから前記伝送路状態測定モードに切り替える制御を行い、
全無線ネットワークの無線基地局装置は、複数のアンテナ素子を含むアダプティブアレーアンテナを備えることとし、前記アンテナ素子毎に、他無線ネットワークの無線端末装置が既知であるトレーニング信号を送信し、
伝送路状態測定を実施する無線端末装置は、受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記アンテナ素子毎に伝送路状態情報を算出し、アンテナ素子毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信システム。
前記伝送路状態情報をＣＳＩとすることを特徴とする請求項１９に記載の無線通信システム。
前記複数ネットワーク管理手段は、指向性ビーム制御として、各アンテナ素子のアンテナ重みの算出を行う、
ことを特徴とする請求項１９または２０に記載の無線通信システム。
前記通信モード切替を、所定の時間周期で行うことを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか一つに記載の無線通信システム。
前記通信モード切替を、任意の時間タイミングで行うことを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか一つに記載の無線通信システム。
無線基地局装置および複数の無線端末装置を含む無線ネットワークを複数備え、各無線基地局装置のうちの１つをホスト局とする無線通信システムにおいて用いられる無線基地局装置であって、
指向性を制御可能なアンテナと、
自無線ネットワーク内向けの指向性ビーム制御と通信スケジューリングを行うＭＡＣ制御手段と、
前記ＭＡＣ制御手段より得られる自無線ネットワークの指向性ビーム情報および通信スケジュール情報と、他無線ネットワークより得られる指向性ビーム情報および通信スケジュール情報と、前記自無線ネットワークおよび前記他無線ネットワークより得られる全無線ネットワークにおける無線端末装置の伝送路状態に関する、同一無線基地局装置と同一無線端末装置との間で無線基地局装置が異なる条件で無線端末装置に送信した信号に対する複数の伝送路状態情報と、を管理する複数ネットワーク管理手段と、
を備えることを特徴とする無線基地局装置。
前記複数ネットワーク管理手段は、前記伝送路状態情報を用いて、前記ＭＡＣ制御手段および前記他無線ネットワークに対して、通信スケジューリングおよび指向性ビーム制御に関する指示を行う、
ことを特徴とする請求項２４に記載の無線基地局装置。
複数のアンテナ素子を含むアダプティブアレーアンテナを備えることとし、
前記複数ネットワーク管理手段は、指向性ビーム制御として、各アンテナ素子のアンテナ重みの算出を行う、
ことを特徴とする請求項２４または２５に記載の無線基地局装置。
指向性制御可能なアンテナを備える無線基地局装置および複数の無線端末装置を含む無線ネットワークを複数備える無線通信システムを制御する制御装置であって、
全無線ネットワークより得られる指向性ビーム情報および通信スケジュール情報と、前記全無線ネットワークより得られる全無線ネットワークにおける無線端末装置の伝送路状態に関する、同一無線基地局装置と同一無線端末装置との間で無線基地局装置が異なる条件で無線端末装置に送信した信号に対する複数の伝送路状態情報と、を管理する複数ネットワーク管理手段、
を備えることを特徴とする制御装置。
前記複数ネットワーク管理手段は、前記伝送路状態情報を用いて、全無線ネットワークに対して、通信スケジューリングおよび指向性ビーム制御に関する指示を行う、
ことを特徴とする請求項２７に記載の制御装置。
前記無線基地局装置は、複数のアンテナ素子を含むアダプティブアレーアンテナを備えることとし、
前記複数ネットワーク管理手段は、指向性ビーム制御として、各アンテナ素子のアンテナ重みの算出を行う、
ことを特徴とする請求項２７または２８に記載の制御装置。
請求項７または１７に記載の無線通信システムにおいて用いられる無線端末装置であって、
受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記指向性ビームパターン毎に伝送路状態情報を算出し、指向性ビームパターン毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする無線端末装置。
請求項９または１９に記載の無線通信システムにおいて用いられる無線端末装置であって、
受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記アンテナ素子毎に伝送路状態情報を算出し、アンテナ素子毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする無線端末装置。
指向性制御可能なアンテナを備える無線基地局装置および複数の無線端末装置を含む無線ネットワークを複数備え、各無線基地局装置のうちの１つをホスト局とする無線通信システムであって、
前記ホスト局として動作する無線基地局装置は、
自無線ネットワーク内向けの指向性ビーム制御を行うＭＡＣ制御手段と、
前記ＭＡＣ制御手段より得られる自無線ネットワークの指向性ビーム情報と、他無線ネットワークより得られる指向性ビーム情報と、前記自無線ネットワークおよび前記他無線ネットワークより得られる全無線ネットワークにおける無線端末装置の伝送路状態に関する、同一無線基地局装置と同一無線端末装置との間で無線基地局装置が異なる条件で無線端末装置に送信した信号に対する複数の伝送路状態情報と、を管理する複数ネットワーク管理手段と、
を備え、
前記複数ネットワーク管理手段は、前記伝送路状態情報を用いて、前記ＭＡＣ制御手段および前記他無線ネットワークに対して、指向性ビーム制御に関する指示を行う、
ことを特徴とする無線通信システム。
前記複数の無線ネットワーク内の信号送受信を、時分割多元接続、周波数分割多元接続、直交周波数分割多元接続または符号分割多元接続により行う、
ことを特徴とする請求項３２に記載の無線通信システム。
前記複数の無線ネットワークの無線基地局装置間において同期信号を送受信することにより、各無線基地局装置の制御タイミング同期を確立することを特徴とする請求項３２または３３に記載の無線通信システム。
前記複数ネットワーク管理手段が、他無線ネットワークに対して、通常のネットワーク内通信を行うネットワーク内通信モードと無線端末装置の伝送路状態を測定する伝送路状態測定モードとを切り替えることを指示するためのモード切替信号を送信する、
ことを特徴とする請求項３２，３３または３４に記載の無線通信システム。
前記ホスト局として動作する無線基地局装置は、前記モード切替信号を送信することにより他無線ネットワークの通信モードを前記ネットワーク内通信モードから前記伝送路状態測定モードに切り替える制御を行い、複数の指向性ビームパターンを用いて、前記他無線ネットワークの無線端末装置が既知であるトレーニング信号を送信し、
伝送路状態測定を実施する無線端末装置は、受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記指向性ビームパターン毎に伝送路状態情報を算出し、指向性ビームパターン毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする請求項３５に記載の無線通信システム。
前記伝送路状態情報を、受信信号強度、受信信号電力対雑音電力比および／または搬送波電力対雑音電力比および／または搬送波電力対干渉雑音電力比および／または受信信号電力対干渉電力比および／または受信信号電力対干渉雑音電力比を含む情報とする、
ことを特徴とする請求項３６に記載の無線通信システム。
前記ホスト局として動作する無線基地局装置は、複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナを備えることとし、前記モード切替信号を発することにより他無線ネットワークの通信モードを前記ネットワーク内通信モードから前記伝送路状態測定モードに切り替える制御を行い、前記アレーアンテナから、アンテナ素子毎またはビーム毎に、他無線ネットワークの無線端末装置が既知であるトレーニング信号を送信し、
伝送路状態測定を実施する無線端末装置は、受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記アンテナ素子毎または前記ビーム毎に伝送路状態情報を算出し、アンテナ素子毎またはビーム毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする請求項３５に記載の無線通信システム。
前記伝送路状態情報をＣＳＩとすることを特徴とする請求項３８に記載の無線通信システム。
前記伝送路状態情報にアンテナ情報またはビーム情報を含むことを特徴とする請求項３８または３９に記載の無線通信システム。
前記複数ネットワーク管理手段は、指向性ビーム制御として、各アンテナ素子のアンテナ重みの算出を行う、または、コードブックからアンテナ重みの選出を行う、
ことを特徴とする請求項３８〜４０のいずれか一つに記載の無線通信システム。
前記通信モード切替を、所定の時間周期で行うことを特徴とする請求項３５〜４１のいずれか一つに記載の無線通信システム。
前記通信モード切替を、任意の時間タイミングで行うことを特徴とする請求項３５〜４１のいずれか一つに記載の無線通信システム。
指向性制御可能なアンテナを備える無線基地局装置および複数の無線端末装置を含む複数の無線ネットワークと、各無線基地局装置と通信可能な制御装置と、を備える無線通信システムであって、
前記無線基地局装置は、
自無線ネットワーク内向けの指向性ビーム制御を行うＭＡＣ制御手段と、
前記ＭＡＣ制御手段より得られる自無線ネットワークの指向性ビーム情報を管理する自無線ネットワーク管理手段と、
を備え、
前記制御装置は、
全無線ネットワークより得られる指向性ビーム情報と、前記全無線ネットワークより得られる全無線ネットワークにおける無線端末装置の伝送路状態に関する、同一無線基地局装置と同一無線端末装置との間で無線基地局装置が異なる条件で無線端末装置に送信した信号に対する複数の伝送路状態情報と、を管理する複数ネットワーク管理手段、
を備え、
前記複数ネットワーク管理手段は、前記伝送路状態情報を用いて、全無線ネットワークに対して、指向性ビーム制御に関する指示を行う、
ことを特徴とする無線通信システム。
前記制御装置が同期信号を送信し、各無線基地局装置が同期信号を受信することにより、各無線基地局装置の制御タイミング同期を確立することを特徴とする請求項４４に記載の無線通信システム。
前記制御装置が、前記複数の無線ネットワークに対して、通常のネットワーク内通信を行うネットワーク内通信モードと無線端末装置の伝送路状態を測定する伝送路状態測定モードとを切り替えることを指示するためのモード切替信号を送信する、
ことを特徴とする請求項４４または４５に記載の無線通信システム。
前記制御装置は、前記モード切替信号を送信することにより全無線ネットワークの通信モードを前記ネットワーク内通信モードから前記伝送路状態測定モードに切り替える制御を行い、
全無線ネットワークの無線基地局装置は、複数の指向性ビームパターンを用いて、他無線ネットワークの無線端末装置が既知であるトレーニング信号を送信し、
伝送路状態測定を実施する無線端末装置は、受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記指向性ビームパターン毎に伝送路状態情報を算出し、指向性ビームパターン毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする請求項４６に記載の無線通信システム。
前記伝送路状態情報を、受信信号強度、受信信号電力対雑音電力比および／または搬送波電力対雑音電力比および／または搬送波電力対干渉雑音電力比および／または受信信号電力対干渉電力比および／または受信信号電力対干渉雑音電力比を含む情報とする、
ことを特徴とする請求項４７に記載の無線通信システム。
前記制御装置は、前記モード切替信号を送信することにより全無線ネットワークの通信モードを前記ネットワーク内通信モードから前記伝送路状態測定モードに切り替える制御を行い、
全無線ネットワークの無線基地局装置は、複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナを備えることとし、前記アレーアンテナから、アンテナ素子毎またはビーム毎に、他無線ネットワークの無線端末装置が既知であるトレーニング信号を送信し、
伝送路状態測定を実施する無線端末装置は、受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記アンテナ素子毎または前記ビーム毎に伝送路状態情報を算出し、アンテナ素子毎またはビーム毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする請求項４６に記載の無線通信システム。
前記伝送路状態情報をＣＳＩとすることを特徴とする請求項４９に記載の無線通信システム。
前記伝送路状態情報にアンテナ情報またはビーム情報を含むことを特徴とする請求項４９または５０に記載の無線通信システム。
前記複数ネットワーク管理手段は、指向性ビーム制御として、各アンテナ素子のアンテナ重みの算出を行う、または、コードブックからアンテナ重みの選出を行う、
ことを特徴とする請求項４９〜５１のいずれか一つに記載の無線通信システム。
前記通信モード切替を、所定の時間周期で行うことを特徴とする請求項４６〜５２のいずれか一つに記載の無線通信システム。
前記通信モード切替を、任意の時間タイミングで行うことを特徴とする請求項４６〜５２のいずれか一つに記載の無線通信システム。
無線基地局装置および複数の無線端末装置を含む無線ネットワークを複数備え、各無線基地局装置のうちの１つをホスト局とする無線通信システムにおいて用いられる無線基地局装置であって、
指向性を制御可能なアンテナと、
自無線ネットワーク内向けの指向性ビーム制御を行うＭＡＣ制御手段と、
前記ＭＡＣ制御手段より得られる自無線ネットワークの指向性ビーム情報と、他無線ネットワークより得られる指向性ビーム情報と、前記自無線ネットワークおよび前記他無線ネットワークより得られる全無線ネットワークにおける無線端末装置の伝送路状態に関する、同一無線基地局装置と同一無線端末装置との間で無線基地局装置が異なる条件で無線端末装置に送信した信号に対する複数の伝送路状態情報と、を管理する複数ネットワーク管理手段と、
を備えることを特徴とする無線基地局装置。
前記複数ネットワーク管理手段は、前記伝送路状態情報を用いて、前記ＭＡＣ制御手段および前記他無線ネットワークに対して、指向性ビーム制御に関する指示を行う、
ことを特徴とする請求項５５に記載の無線基地局装置。
複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナを備えることとし、
前記複数ネットワーク管理手段は、指向性ビーム制御として、各アンテナ素子のアンテナ重みの算出を行う、または、コードブックからアンテナ重みの選出を行う、
ことを特徴とする請求項５５または５６に記載の無線基地局装置。
指向性制御可能なアンテナを備える無線基地局装置および複数の無線端末装置を含む無線ネットワークを複数備える無線通信システムを制御する制御装置であって、
全無線ネットワークより得られる指向性ビーム情報と、前記全無線ネットワークより得られる全無線ネットワークにおける無線端末装置の伝送路状態に関する、同一無線基地局装置と同一無線端末装置との間で無線基地局装置が異なる条件で無線端末装置に送信した信号に対する複数の伝送路状態情報と、を管理する複数ネットワーク管理手段、
を備えることを特徴とする制御装置。
前記複数ネットワーク管理手段は、前記伝送路状態情報を用いて、全無線ネットワークに対して、指向性ビーム制御に関する指示を行う、
ことを特徴とする請求項５８に記載の制御装置。
前記無線基地局装置は、複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナを備えることとし、
前記複数ネットワーク管理手段は、指向性ビーム制御として、各アンテナ素子のアンテナ重みの算出を行う、または、コードブックからアンテナ重みの選出を行う、
ことを特徴とする請求項５８または５９に記載の制御装置。
請求項３６または４７に記載の無線通信システムにおいて用いられる無線端末装置であって、
受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記指向性ビームパターン毎に伝送路状態情報を算出し、指向性ビームパターン毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする無線端末装置。
請求項３８または４９に記載の無線通信システムにおいて用いられる無線端末装置であって、
受信信号と既知のトレーニング信号とを用いて、前記アンテナ素子毎またはビーム毎に伝送路状態情報を算出し、アンテナ素子毎またはビーム毎の伝送路状態情報を自無線ネットワークの無線基地局装置に通知する、
ことを特徴とする無線端末装置。