JP5923921B2 - 無線リレー局のアンテナ制御方法、無線リレー局 - Google Patents

Description

本発明は、無線リレー局のアンテナ制御方法、および無線リレー局に関する。

近年、大容量で高速の無線通信を実現するための無線通信システムの標準規格の策定が進んでいる。
例えば、The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.（IEEE）802.16ワーキンググループでは、無線基地局（Base Band Station、ＢＳ）に複数の移動局（Mobile Station、ＭＳ）が接続可能な1対多接続（Point-to-Multipoint、Ｐ−ＭＰ）型の通信方式が規定されている。具体的には、主に固定通信用途向けの規格であるIEEE802.16d（IEEE802.16-2004）と、移動通信用途向けの規格であるIEEE802.16e（IEEE802.16e-2005）とが規定されている。なお、IEEE802.16dおよびIEEE802.16eの物理層には、複数の仕様が規格されており、Orthogonal Frequency Division Multiplexing（ＯＦＤＭ）およびOrthogonal Frequency Division Multiple Access（ＯＦＤＭＡ）などの技術が主に使用される。

１対多接続形態の無線通信システムでは、無線基地局は、自局の通信エリア内に位置する複数の移動局と接続する。
しかしながら、移動局と無線基地局との間の無線伝送路の特性は、地形や街並みの影響を受けて劣化し得る。このため、例えば、移動局と無線基地局との間の無線伝送路上にビル等の障害物が存在する場合には、移動局と無線基地局との間の通信を可能にするために、障害物を迂回した無線伝送路を構築する必要がある。

また、例えば、スポーツやゲーム等のイベントが無線基地局の通信エリア外で開催された場合のように、無線基地局の通信エリア外に位置する移動局に対して通信サービスを提供する必要性が生じ得る。

更には、自然災害等の発生によって通信ネットワーク環境にダメージが発生した場合には、移動局が他の無線基地局と接続できるようにするための通信ネットワークを配備する必要がある。

そこで、上述のような必要性に応じるために、移動局と無線基地局との間の無線通信を中継する無線リレー局（Relay Station、ＲＳ）を設置することが考えられる。
移動局と無線基地局との間の無線通信は、無線リレー局を介して行なわれる。すなわち、無線リレー局は、無線基地局から受信したデータを再構築し、再構築したデータを移動局へ送信する。また、無線リレー局は、移動局から受信したデータを再構築し、再構築したデータを無線基地局へ送信する。

このように、移動局と無線基地局との間の無線通信に無線リレー局を介在させることによって、移動局に対する通信エリアおよび通信ネットワークを拡大することが可能になる。

なお、Global Positioning System（ＧＰＳ）衛星からのＧＰＳ信号により計算した移動局の位置と移動局内に記憶されている基地局の所在位置情報とに基づいて、移動局から最短距離の基地局を移動局が交信する基地局として選択する技術が知られている。

車両に搭載された第１の緊急通報装置が、緊急通報情報を緊急通報センタへ送信できない場合には、第１の緊急通報装置と通信できる位置にある他の車両に搭載された第２の緊急通報装置へ送信する技術が知られている。

アンテナのビーム方向を離散的に変化させて全受信範囲を走査し、ビーム幅を徐々に狭くしながら受信強度が高い範囲を繰り返し走査することにより、無線基地局が通信する基地局を選択する技術が知られている。

特開平９−２６１７１６号公報 特開２００１−３５７４８０号公報 ＷＯ２００８／１１１１４２号公報

IEEE Std 802.16TM-2004，"Interference-Aware IEEE 802.16 WiMax Mesh Networks"，December 5, 2005 IEEE Std 802.16eTM-2005，"Fast Handover Algorithm for IEEE 802.16e Broadband Wireless Access System"，April 10, 2006

前述したような必要性に応じて無線リレー局を設置する際には、無線リレー局のアンテナについて、干渉の少ない状態で最適な基地局方向へ短時間でビーム形成することが要求される。

この点、指向性を電気的に変更不可能な指向性アンテナが無線リレー局のアンテナに用いられた場合、無線リレー局の設置に当たる作業員は、無線リレー局のアンテナを所望の無線基地局方向へ物理的に回転させて向ける必要がある。このため、アンテナの設置作業に時間がかかる。

また、アダプティブアレーアンテナ等の指向性を電気的に変更可能な指向性アンテナが用いられた場合、従来技術では、最適な無線基地局を選択するために、無線リレー局のアンテナのビーム方向を離散的であれ変化させて全受信範囲を走査する必要がある。このため、最適な無線基地局を選択する処理に時間がかかる。

本発明は、干渉の少ない状態で最適な基地局方向へ短時間でビーム形成する無線リレー局のアンテナ制御方法、および該アンテナ制御方法を備えた無線リレー局を提供することを目的とする。

実施形態に従った無線リレー局のアンテナ制御方法は、無線リレー局の位置情報を取得し、取得された位置情報および無線リレー局の記憶部に記憶されている複数の基地局の位置情報に基づいて、複数の基地局から、無線リレー局との間の距離が短い順に予め定めておいた数の基地局を、無線リレー局の接続候補の基地局として選択し、選択された接続候補の基地局と無線リレー局との間の伝送路の電波伝搬環境データに基づいて、接続候補の基地局の中から無線リレー局の接続基地局を選択し、無線リレー局が有する電気的に指向性を変更可能なアンテナの指向性を、選択された接続基地局の方向に制御し、選択されていない接続候補の基地局の方向に、アンテナのヌル点を形成し、通信を実施していない時に、アンテナをスキャンして電波伝搬環境データを取得し、取得された電波伝搬環境データから妨害波を検知した場合には、妨害波を検知した方向にもアンテナのヌル点を形成する。

実施形態に従った無線リレー局は、指向性を電気的に変更可能なアンテナと、無線リレー局の位置情報を取得する取得部と、複数の基地局の位置情報を記憶する記憶部と、無線リレー局と無線リレー局の接続候補の基地局との間の伝送路の電波伝搬環境データをアンテナを介して受信する受信部と、取得部により取得された無線リレー局の位置情報および記憶部により記憶された複数の基地局の位置情報に基づいて、複数の基地局から、無線リレー局との間の距離が短い順に予め定めておいた数の基地局を、接続候補の基地局として選択し、受信部により取得された電波伝搬環境データに基づいて、接続候補の基地局の中から無線リレー局の接続基地局を選択し、アンテナの指向性を接続基地局の方向に制御する処理部とを含み、処理部は、選択されていない接続候補の基地局の方向に、アンテナのヌル点を形成する制御を行い、受信部は、通信を実施していない時に、アンテナをスキャンして電波伝搬環境データを取得し、処理部は、取得された電波伝搬環境データから妨害波を検知した場合には、妨害波を検知した方向にもアンテナのヌル点を形成する制御を行う。

実施形態に従えば、無線リレー局のアンテナについて、干渉の少ない状態で最適な基地局方向へ短時間でビーム形成することができる。

実施形態に従った無線リレー局のハードウェア構成図である。 実施形態に従った電波伝搬環境データテーブルの一例である。 実施形態に従ったアダプティブアレーアンテナの構成図である。 実施形態に従った無線リレー局の主ビーム幅決定フロー図である。 実施形態に従った最適な基地局選択フロー図である。 実施形態に従ったビーム方向調整フロー図である。 実施形態に従ったビーム方向調整フロー図である。 実施形態に従ったアンテナパターン更新フロー図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。
図１は、実施形態に従った無線リレー局のハードウェア構成図である。
図１に示すように、無線リレー局１００には、基地局側送受信制御装置１１０、基地局側送受信処理装置１２０、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０、およびアダプティブアレーアンテナ１４０が含まれる。また、無線リレー局１００には、移動局側送受信制御装置１５０、移動局側送受信処理装置１６０、アンテナ１７０、取得部の一例であるＧＰＳ信号受信装置１８０、およびＧＰＳ信号受信アンテナ１９０が含まれる。

基地局側送受信制御装置１１０は、基地局側送受信処理装置１２０を制御する。基地局側送受信制御装置１１０には、処理部の一例であるプロセッサ１１１、および記憶部の一例であるメモリ１１２が含まれる。

実施形態では、メモリ１１２には、1つ以上の無線基地局の位置情報が予め格納されている。予め格納される位置情報には、無線基地局の識別情報、送信周波数、緯度および経度が含まれる。

また、メモリ１１２には、無線リレー局１００が設置された緯度および経度等の位置情報が格納される。無線基地局１００の位置情報は、例えば、無線リレー局の設置時に、ＧＰＳ信号受信アンテナ１９０を介してＧＰＳ信号受信装置１８０が受信したＧＰＳ衛星の送信信号に基づいて取得される。

更に、メモリ１１２には、無線リレー局１００と各無線基地局との間の伝送路の電波伝搬特性データが格納される。電波伝搬特性は、次のような処理を経て測定され、測定されたデータがメモリ１１２に格納される。

プロセッサ１１１は、メモリ１１２に格納された無線基地局の位置情報および無線リレー局１００の位置情報に基づき、無線リレー局１００を基点として無線基地局が位置する方向を算出する。アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０は、プロセッサ１１１からの指示に基づいて、アダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームを算出された無線基地局方向へ制御する。そして、アダプティブアレーアンテナ１４０を介して受信された無線基地局からの受信信号に基づいて、受信部１２２により電波伝搬環境が測定される。測定される電波伝搬環境は、例えば、受信レベルである。測定された電波伝搬環境データは、メモリ１１２に格納される。

図２は、実施形態に従った電波伝搬環境データテーブルの一例である。図２に示すように、測定された周波数、測定されたビーム方向を示す水平面内の角度、および受信レベルがメモリ１１２に格納される。

なお、図２に示した電波伝搬環境データに加えて、データの取得日時および測定時の主ビーム幅を、測定された周波数、測定された水平面内の角度、および受信レベルと対応付けてメモリ１１２に更に格納してもよい。

基地局側送受信処理装置１２０には、無線基地局への送信信号を処理する送信部１２１、および無線基地局からの受信信号を処理する受信部１２２が含まれる。
移動局側送受信制御装置１５０は、移動局側送受信処理装置１６０を制御する。

移動局側送受信処理装置１６０には、移動局への送信信号を処理する送信部１６１、および移動局からの受信信号を処理する受信部１６２が含まれる。
アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０は、アダプティブアレーアンテナ１４０のビーム幅、ビーム方向、およびヌル点等の指向性を制御する。

アダプティブアレーアンテナ１４０は、無線基地局へ信号を送信し、無線基地局からの信号を受信するためのアンテナである。アンテナ１７０は、移動局へ信号を送信し、移動局からの信号を受信するためのアンテナである。

アダプティブアレーアンテナ１４０は、複数のアンテナ素子１４０−１〜１４０−ｎがアレー状に並べられたアンテナであり、指向性を電気的に変化させることが可能である。すなわち、アダプティブアレーアンテナ１４０は、信号を送受信したい方向にビームを形成し、妨害波方向および干渉波方向にヌル点を形成することができる。

図３は、実施形態に従ったアダプティブアレーアンテナの構成図である。
図３に示すように、アダプティブアレーアンテナ１４０を構成するアンテナ素子１４１−１〜１４１−ｎは、対応する振幅調整器１４２−１〜１４２−ｎおよび可変位相器１４３−１〜１４３−ｎとそれぞれ接続される。振幅調整器１４２−１〜１４２−ｎおよび可変位相器１４３−１〜１４３−ｎを経たアンテナ素子１４１−１〜１４１−ｎからの各受信信号は、加算器１４４により加算されて出力される。

アダプティブアレーアンテナ１４０の指向性の制御は、互いに離れて配置されたアンテナ素子１４１−１〜１４１−ｎからの各信号の位相と振幅を、振幅調整器１４２−１〜１４２−ｎおよび可変位相器１４３−１〜１４３−ｎを用いて制御することにより行われる。振幅調整器１４２−１〜１４２−ｎおよび可変位相器１４３−１〜１４３−ｎを用いた制御により，無線基地局方向から到来する受信電波を強めること、および妨害波および干渉波の到来方向の受信電波を弱めることが可能である。

実施形態では、無線リレー局を設置する際に、基地局側送受信制御装置１１０、受信部１２２、およびアダプティブアレーアンテナ制御装置１３０を用いて、アダプティブアレーアンテナ１４０のビームを最適な無線基地局方向へ向ける。

すなわち、メモリ１１２に格納された無線基地局の位置情報および無線リレー局１００の位置情報、および受信部１２２により測定された電波伝搬環境データに基づいて、プロセッサ１１１により無線リレー局１００と接続される無線基地局が選択される。そして、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０により、選択された無線基地局方向にアダプティブアレーアンテナの主ビームが向けられる。

また、アダプティブアレーアンテナ１４０のアンテナパターンが、プロセッサ１１１からの指示に基づきアダプティブアレーアンテナ制御装置１３０により形成される。
すなわち、無線リレー局１００と接続する無線基地局として選択されなかった他の無線基地局方向に、アダプティブアレーアンテナ１４０のヌル点が形成される。また、アダプティブアレーアンテナ１４０をスキャンさせて干渉波および妨害波が検知された場合には、干渉波方向および妨害波方向にもヌル点が形成される。

アダプティブアレーアンテナ１４０のビームが最適な基地局へ向けられ、所望のアンテナパターンが形成されると、無線リレー局１００の運用が開始される。
すなわち、無線基地局からの受信信号は、アダプティブアレーアンテナ１４０、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０、受信部１２２、送信部１６１、およびアンテナ１７０を経て、移動局へ送信される。無線基地局からの受信信号、受信周波数、および受信タイミングは、基地局側送受信制御装置１１０により制御される。移動局への送信信号、送信周波数、および送信タイミングは、移動局側送受制御装置１５０により制御される。

移動局からの受信信号は、アンテナ１７０、受信部１６２、送信部１２１、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０、およびアダプティブアレーアンテナ１４０を経て、無線基地局へ送信される。また、移動局からの受信信号、受信周波数、および受信タイミングは、移動側送受信制御装置１５０により制御される。無線基地局への送信信号、送信周波数、および送信タイミングは、無線基地局側送受制御装置１５０により制御される。

実施形態によっては、無線リレー局１００の設置後に、アダプティブアレーアンテナ１４０は定期的にスキャンされ、電波伝搬特性が測定される。そして、測定結果に基づいて、干渉波および妨害波による干渉が回避されるようにアダプティブアンテナ１４０の指向性が変更される。

このように、実施形態に従ったアダプティブアレーアンテナ１４０の制御は、無線リレー局１００および無線基地局の位置情報、および無線リレー局１００と無線基地局との間の伝送路の電波伝搬環境データに基づいて実行される。

すなわち、実施形態ではまず、無線リレー局１００と接続する無線基地局を選択する際に、無線リレー局１００を基点とした無線基地局が位置する方向および無線基地局との距離に基づいて、無線リレー局１００の接続候補となる無線基地局が選択される。

前述したように、無線基地局の位置情報は、メモリ１１２に予め格納される。また、無線リレー局１００の位置情報は、無線リレー局１００の設置時に、ＧＰＳ衛星からの受信信号等に基づき取得され、メモリ１１２に格納される。そこで、メモリ１１２に格納された無線基地局および無線リレー局１００の位置情報から、無線リレー局１００を基点とした無線基地局方向および無線基地局との距離を算出することができる。

算出された無線基地局方向および無線基地局との距離を用いることにより、アダプティブアレーアンテナの指向性を離散的であれ全受信範囲に渡って変化させる方法と比較して、干渉の少ない状態で最適な基地局方向へのビーム形成を短時間で実行することができる。

実施形態では更に、無線リレー局１００と接続候補の無線基地局との間の伝送路の電波伝搬環境データを用いて、無線リレー局１００と接続する最適な無線基地局が接続候補の無線基地局の中から選択される。そして、最適な基地局方向へアダプティブアレーアンテナ１４０の指向性が制御される。

無線リレー局１００と無線基地局との間の伝送路の電波伝搬特性は、地形や街並みの影響を受けて劣化し得る。例えば、無線基地局と無線リレー局１００との間にビル等の障害物が存在する場合、無線基地局と無線リレー局１００との間の通信品質は、障害物の影響により劣化する。したがって、無線リレー局１００から最短距離に位置する無線基地局との間の通品品質が、他の無線基地局との間の通信品質よりも必ず高いとは言えない。

この点、場所を移動しながら運用されることが予定される移動局の場合、移動した位置や移動スピードに従って、無線基地局と移動局との間の伝送路の電波伝搬特性は変化する。このため、移動局と無線基地局との間の通信品質は、移動局の現在地に障害物が存在することにより一時的に劣化したとしても、移動局が再び移動することにより改善される可能性がある。

これに対して、一定の場所で運用されることが予定される無線リレー局の場合、無線リレー局と無線基地局との間の伝送路の電波伝搬特性は、設置時から短時間で変化することはない。このため、無線リレー局と無線基地局との間の通信品質は、伝送路上にビル等の障害物が存在することにより劣化した場合には、短時間で改善されることはない。

そこで、実施形態では、無線基地局と無線リレー局１００との間の距離と共に、無線基地局と無線リレー局１００との間の伝送路の電波伝搬環境に基づいて、無線リレー局１００と接続する最適な無線基地局を決定する。

実施形態に従った無線リレー局１００のアンテナ１４０の制御方法を図４〜図７を用いて説明する。
図４は、実施形態に従った無線リレー局の主ビーム幅決定フロー図である。

ステップＳ１０１において、アダプティブアレーアンテナ１４０の主ビーム幅の初期値、最小値、および減算角度が設定される。
主ビーム幅は、アンテナの主ビームのピーク方向の電力から３デシベル（ｄＢ）低下する点の間の角度である。アダプティブアレーアンテナでは、主ビーム幅を変更することが可能である。そこで、実施形態では、主ビーム幅を調整する際に、アダプティブアレーアンテナ１４０の主ビーム幅の初期値（例えば１０度）を設定する。また、主ビーム幅を減算するステップ角度を設定する。そして、主ビーム幅を初期値から減算して調整する際に許容される主ビーム幅の最小値を設定する。

ステップＳ１０２において、ステップ１０１で設定された初期値を有するアダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームは、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によって、無線リレー局１００から最短距離に位置する無線基地局方向に設定される。アダプティブアレーアンテナ１４０の主ビーム方向の設定は、メモリ１１２に予め記憶された無線基地局の位置情報、およびＧＰＳ衛星からの受信信号等に基づき算出された無線リレー局１００の位置情報に基づいて、プロセッサ１１１からの指示により実行される。

ステップＳ１０３では、受信部１２２は、プロセッサ１１１からの指示に基づいて、最短距離に位置する無線基地局の送信周波数に受信周波数を設定する。最短距離に位置する無線基地局の送信周波数は、該無線基地局の位置情報としてメモリ１１２に予め格納されている。

ステップＳ１０４において、受信部１２２は、ステップＳ１０２で設定された方向に主ビームを有するアダプティブアレーアンテナ１４０を介して受信した最短距離に位置する無線基地局からの受信信号の受信レベルを測定する。そして、ステップＳ１０５において、測定された受信レベルは、主ビームの方向、受信周波数、およびデータ取得日時と共にメモリ１１２に記録される。

ステップＳ１０６において、アダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームの方向は、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によって、ステップ１０２で設定された方向よりもプラス方向に主ビームの幅分変更される。例えば、主ビーム幅が１０度と設定されている場合、主ビームの方向は、ステップ１０２で設定された主ビームの方向よりもプラス１０度、変更される。

ステップＳ１０７において、受信部１２２は、ステップＳ１０６で変更された方向に主ビームを有するアダプティブアレーアンテナ１４０を介して受信した最短距離の無線基地局からの受信信号の受信レベルを測定する。そして、ステップＳ１０８において、測定された受信レベルは、主ビームの方向および周波数と共にメモリ１１２に記録される。

ステップＳ１０９において、アダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームの方向は、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によって、ステップ１０２で設定された方向よりもマイナス方向に主ビームの幅分変更される。例えば、主ビーム幅が１０度と設定されている場合、主ビームの方向は、ステップ１０２で設定された主のビーム方向よりもマイナス１０度、変更される。

ステップＳ１１０において、受信部１２２は、ステップＳ１０９で変更された方向に主ビームを有するアダプティブアレーアンテナ１４０を介して受信した最短距離の無線基地局からの受信信号の受信レベルを測定する。そして、ステップＳ１１１において、測定された受信レベルは、主ビームの方向および周波数と共にメモリ１１２に記録される。

ステップＳ１１２では、プロセッサ１１１は、ステップＳ１０７およびステップＳ１１０でそれぞれ測定された受信レベルと、ステップＳ１０４で測定された受信レベルとをメモリ１１２を参照して比較する。そして、プロセッサ１１１は、ステップＳ１０７およびステップＳ１１０でそれぞれ測定された受信レベルがステップＳ１０４で測定された受信レベルよりも小さいか否かを判定する。

ステップＳ１１２での判定の結果、ステップＳ１０７およびステップＳ１１０でそれぞれ測定された受信レベルがステップＳ１０４で測定された受信レベルよりも小さい場合（ステップＳ１１２で”ＹＥＳ”）、アダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームの幅は、現在設定されている主ビーム幅に決定される（ステップＳ１１５）。

一方、ステップＳ１０７およびステップＳ１１０でそれぞれ測定された受信レベルがステップＳ１０４で測定された受信レベルと同じである場合（ステップＳ１１２で”ＮＯ”）、プロセッサ１１１は、現在設定されている主ビーム幅がステップＳ１０１で設定された主ビーム幅の最小値と等しいか否かを判定する（ステップＳ１１３）。

ステップＳ１１３での判定の結果、現在設定されている主ビーム幅がステップＳ１０１で設定された主ビーム幅の最小値と等しい場合（ステップＳ１１３で”ＹＥＳ”）、アダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームの幅は、現在設定されている主ビーム幅に決定される（ステップＳ１１５）。

一方、現在設定されている主ビーム幅がステップＳ１０１で設定された主ビーム幅の最小値よりも大きい場合（ステップＳ１１３で”ＮＯ”）、現在設定されている主ビーム幅をステップＳ１０１で設定された減算角度分小さく変更する（ステップＳ１１４）。そして、ステップ１１４で設定されたビーム幅を有するアダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームについて、ステップＳ１０３以降の処理が繰り返される。

図５は、実施形態に従った最適な基地局選択フロー図である。
ステップＳ２０１では、プロセッサ１１１は、メモリ１１２に予め記憶された1つ以上の無線基地局の位置情報および無線リレー局１００の位置情報に基づいて、無線リレー局１００の接続候補の無線基地局として1つ以上の無線基地局を選択する。例えば、プロセッサ１１１は、無線リレー局１００との間の距離が短い順に、３つ無線基地局を接続候補の無線基地局として選択する。

ステップＳ２０２では、図４のステップ１１５で決定された主ビーム幅を有するアダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームが、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０により接続候補の１つの無線基地局方向へ設定される。主ビーム方向の設定は、メモリ１１２に予め記憶された接続候補の無線基地局の位置情報および無線リレー局１００の位置情報に基づいて、プロセッサ１１１からの指示により実行される。

ステップＳ２０３では、受信部１２２は、プロセッサ１１１からの指示に基づいて、接続候補の１つの無線基地局の送信周波数に受信周波数を設定する。接続候補の無線基地局の送信周波数は、それらの無線基地局の位置情報としてメモリ１１２に予め格納されている。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０２で設定された無線基地局方向からのステップＳ２０４で設定された周波数の電波がアダプティブアレーアンテナ１４０を介して受信される。そして、受信部１２２は、ステップ２０２で設定された接続候補の無線基地局と無線リレー局１００との間の伝送路の電波伝搬環境として、受信された電波の受信レベルを測定する。

ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で測定された受信レベルが、測定された受信周波数、および測定された主ビームの方向と共にメモリ１１２に記録される。なお、受信周波数、主ビームの方向、および受信レベルと対応付けて、データの取得日時、および測定時の主ビーム幅をメモリ１１２に更に記録してもよい。

ステップＳ２０６では、プロセッサ１１１は、ステップＳ２０１で選択された接続候補の無線基地局の全ての送信周波数に関して、ステップ２０２で設定された接続候補の無線基地局と無線リレー局１００との間の伝送路の電波伝搬環境データを取得したか否かを判定する。

ステップＳ２０６での判定の結果、接続候補の無線基地局の全ての送信周波数に関して電波伝搬環境データを取得していない場合（ステップＳ２０６で“ＮＯ”）、ステップＳ２０３に戻る。ステップＳ２０３では、プロセッサ１１１からの指示に基づいて受信部１２２によって、電波伝搬環境データを取得していない送信周波数に受信周波数が設定される。そして、ステップＳ２０４以降の処理が続行される。

一方、接続候補の無線基地局の全ての送信周波数に関して電波伝搬環境データを取得した場合（ステップＳ２０６で“ＹＥＳ”）、プロセッサ１１１は、接続候補の無線基地局が位置する全ての方向に関して電波伝搬環境データを取得したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。

ステップＳ２０７での判定の結果、接続候補の無線基地局が位置する全ての方向に関する電波伝搬環境データを取得していない場合には、ステップＳ２０２に戻る。ステップＳ２０２では、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０は、プロセッサ１１１からの指示に基づいて、電波伝搬環境データが取得されていない接続候補の無線基地局が位置する方向へアダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームを設定する。そして、ステップＳ２０３以降の処理が続行される。

一方、接続候補の無線基地局が位置する全ての方向に関する電波伝搬環境データが取得された場合（ステップＳ２０７で“ＹＥＳ”）、ステップＳ２０８の処理に進む。
ステップＳ２０８では、プロセッサ１１１は、メモリ１１２に記録された電波伝搬環境データを参照して、最も高い受信レベルの方向に位置する無線基地局を無線リレー局１００と接続する最適な無線基地局として選択する。

図６Ａおよび図６Ｂは、実施形態に従ったビーム方向調整フロー図である。
ステップＳ３０１では、微調整角度および微調整角度範囲を設定する。微調整角度範囲とは、図５のステップＳ２０８で選択された最適無線基地局が位置する方向を中心としてプラス方向またはマイナス方向の微調整を行なう角度を指す。また、微調整角度とは、主ビームの方向を変更するステップ角度を指す。

ステップＳ３０２において、プロセッサ１１１は、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０に対して、図５のステップＳ２０８で選択された最適無線基地局が位置する方向にアダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームを形成するように指示する。そして、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によって、最適無線基地局が位置する方向にアダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームが形成される。

ステップＳ３０３において、受信部１２２は、プロセッサ１１１からの指示に基づいて、最適無線基地局の送信周波数に受信周波数を設定する。そして、ステップＳ３０４において、受信部１２２は、ステップＳ３０２で形成された主ビームを有するアダプティブアレーアンテナ１４０を介して受信した最適無線基地局からの受信信号の受信レベルを測定する。ステップＳ３０５において、測定された受信レベルは、主ビームの方向と共に設定値としてメモリ１１２に記録される。

ステップＳ３０６では、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によって、最適無線基地局方向から微調整角度分マイナス方向にアダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームが形成される。

ステップＳ３０７において、受信部１２２は、ステップＳ３０６で形成された主ビームを有するアダプティブアレーアンテナ１４０を介して受信した最適無線基地局からの受信信号の受信レベルを測定する。そして、ステップＳ３０８において、測定された受信レベルは、主ビームの方向と共にメモリ１１２に記録される。

ステップＳ３０９では、プロセッサ１１１は、ステップＳ３０８で記録された受信レベルが設定値として記録された受信レベルよりも大きいか否かを判定する。
ステップＳ３０９での判定の結果、ステップＳ３０８で記録された受信レベルが設定値として記録された受信レベル以下である場合（ステップＳ３０９で“ＮＯ”）、ステップＳ３１３の処理に進む。

一方、ステップＳ３０９で記録された受信レベルが設定値として記録された受信レベルよりも大きい場合（ステップＳ３０９で“ＹＥＳ”）、ステップＳ３０８で記録された受信レベルおよび主ビームの方向を、新たな設定として記録する（ステップＳ３１０）。そして、ステップＳ３１１の処理に進む。

ステップＳ３１１では、プロセッサ１１１は、最適無線基地局方向からマイナス方向の微調整角度範囲を測定したか否かを判定する。
ステップＳ３１１での判定の結果、最適無線基地局方向からマイナス方向の微調整角度範囲を測定していない場合（ステップＳ３１１で“ＮＯ”）、ステップＳ３１２の処理に進む。ステップＳ３１２では、プロセッサ１１１からの指示に基づいて、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によって、現在設定されている主ビーム方向から更に微調整角度分マイナス方向に主ビームが形成される。そして、ステップＳ３０７の処理に戻り、処理が続行される。

一方、選択された無線基地局方向からマイナス方向の微調整角度範囲を測定した場合（ステップＳ３１１で“ＹＥＳ”）、ステップＳ３１３の処理に進む。
ステップＳ３１３では、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によって、最適無線基地局方向から微調整角度分プラス方向にアダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームが形成される。

ステップＳ３１４において、受信部１２２は、ステップＳ３１３で形成された主ビームを有するアダプティブアレーアンテナ１４０を介して受信した無線基地局からの受信信号の受信レベルを測定する。ステップＳ３１５において、測定された受信レベルは、主ビームの方向と共にメモリ１１２に記録される。

ステップＳ３１６では、プロセッサ１１１は、ステップＳ３１５で記録された受信レベルが設定値として記録された受信レベルよりも大きいか否かを判定する。
ステップＳ３１６での判定の結果、ステップＳ３１５で記録された受信レベルが設定値として記録された受信レベル以下である場合（ステップＳ３１６で“ＮＯ”）、ステップＳ３２０の処理に進む。

一方、ステップＳ３１５で記録された受信レベルが設定値として記録された受信レベルよりも大きい場合（ステップＳ３１６で“ＹＥＳ”）、ステップＳ３１５で記録された受信レベルおよび主ビームの方向を新たな設定として記録する（ステップＳ３１７）。そして、ステップＳ３１８の処理に進む。

ステップＳ３１８では、プロセッサ１１１は、最適無線基地局方向からプラス方向の微調整角度範囲を測定したか否かを判定する。
ステップＳ３１８での判定の結果、最適無線基地局方向からプラス方向の微調整角度範囲を測定していない場合（ステップＳ３１８で“ＮＯ”）、ステップＳ３１９の処理に進む。ステップＳ３１９では、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によって、現在設定されている主ビーム方向から更に微調整角度分プラス方向に主ビームが形成される。そして、ステップＳ３１４の処理に戻り、処理が続行される。

一方、最適無線基地局方向からプラス方向の微調整角度範囲を測定した場合（ステップＳ３１８で“ＹＥＳ”）、ステップＳ３２０の処理に進む。
ステップＳ３２０では、プロセッサ１１１からの指示に基づいて、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によって、アダプティブアレーアンテナ１３０の主ビームが、メモリ１１２に設定値として記録された主ビームの方向に形成される。

ステップＳ３２０において主ビームが形成された後、プロセッサ１１１からの指示に基づいて、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によって、選択さなかった無線基地局が位置する方向にアダプティブアレーアンテナ１４０のヌル点が形成される。

また、プロセッサ１１１は、図５のステップＳ２０５でメモリ１１２に記録された電波伝搬環境データを参照して、最適無線基地局方向以外の無線基地局方向に、最適無線基地局の送信周波数での受信レベルが存在するか否かを検索する。検索の結果、受信レベルが存在する場合、プロセッサ１１１は、受信レベルが存在する方向にアダプティブアレーアンテナ１４０のヌル点を形成するように、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０に指示する。アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０は、受信レベルが存在する方向にアダプティブアレーアンテナ１４０のヌル点を形成する。

このように、アダプティブアレーアンテナの指向性の制御が完了すると、無線リレー局１００の運用が開始される。
すなわち、無線リレー局１００は、移動局から送信されたデータをアンテナ１７０を介して受信する。無線リレー局１００は、受信部１６２、送信部１２１、およびアダプティブアレーアンテナ１４０を介して、自局１００と接続された最適な無線基地局へ移動局からの受信データを送信する。

また、無線リレー局１００は、自局１００と接続された最適な無線基地局から送信された移動局宛のデータをアダプティブアレーアンテナ１４０を介して受信する。無線リレー局１００は、受信部１２２、送信部１６１、およびアンテナ１７０を介して、移動局宛の受信データを送信する。

図７は、実施形態に従ったアンテナパターン更新フロー図である。
無線リレー局１００と無線基地局との間の伝送路の電波伝搬環境は、障害物となる新たな建物が建設される等の要因よって、無線リレー局１００の運用開始後においても変化し得る。

そこで、実施形態では、無線リレー局１００の運用開始後においても、無線リレー局１００と無線基地局との間の伝送路の電波伝搬環境データを、例えば1ヵ月毎といったように定期的に通信中ではない時に取得する。そして、取得された電波伝搬環境データに基いてアダプティブアレーアンテナ１４０の指向性を変更する。この変更処理によって、無線リレー局１００の運用開始後においても、妨害波および干渉波に対する耐性が維持され、良好な受信品質が維持される。

図７のステップＳ４０１では、プロセッサ１１１からの指示に基づいて、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０によりアダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームの方向が設定される。

設定される主ビームの方向は、図４のステップＳ１０１で設定された主ビーム幅の初期値、最小値、および減算角度を用いて変更される、無線リレー局１００から最短距離の無線基地局方向を中心とするプラスおよびマイナス方向である。また、図５のステップＳ２０１で選択された接続候補の無線基地局が位置する方向である。そして、図６のステップＳ３０１で設定された微調整角度および微調整角度範囲を用いて変更される、選択された最適無線基地局方向を中心とするプラスおよびマイナス方向である。

ステップＳ４０２では、設定された方向の主ビームを有するアダプティブアレーアンテナ１４０を用いて、最適無線基地局の送信周波数の電波が受信される。受信部１２２は、受信された電波の受信レベルを測定する。

ステップＳ４０３では、測定された受信レベルが、主ビームの方向と共にメモリ１１２に記録される。
ステップＳ４０４では、プロセッサ１１１は、ステップＳ４０１で設定される全方向の受信レベルが測定されたか否かを判定する。

ステップＳ４０４の判定の結果、ステップＳ４０１で設定される全方向の受信レベルが依然として測定されていない場合（ステップＳ４０４で“ＮＯ”）、ステップＳ４０１の処理に戻る。ステップＳ４０１では、プロセッサ１１１からの指示に基づいて、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０により、測定されていない方向にアダプティブアレーアンテナ１４０の主ビームが設定され、ステップＳ４０２以降の処理が続行される。

一方、ステップＳ４０１で設定される全方向の受信レベルが測定された場合（ステップＳ４０４で“ＹＥＳ”）、ステップＳ４０５の処理に進む。
ステップＳ４０５では、メモリ１１２に格納されている前回の定期測定時の受信レベルと、今回の定期測定時の受信レベルとが、プロセッサ１１１により比較される。定期測定が初めて実施される場合には、無線リレー局１００の設置時に測定された受信レベルが前回の定期測定時の受信レベルの代わりに用いられる。

ステップＳ４０５での比較の結果、両者の受信レベルに差分がある場合には、差分結果に基づいて、アダプティブアレーアンテナ１４０の主ビーム幅の変更、主ビーム方向の微調整、およびヌル点の形成が、アダプティブアレーアンテナ制御装置１３０により行なわれる。

なお、図７を示して上述した処理に加えて、無線リレー局１００の運用開始後に以下のような処理を実行するように構成してもよい。
無線リレー局１００の運用開始後に、最適無線基地局から信号を受信ができない等の所定の閾値以上の受信品質劣化が受信部１２２により検出された場合には、定期時期を待たずにアダプティブアレーアンテナ１４０の制御を実行する。この場合、図４〜図６を示して前述したアダプティブアレーアンテナ１４０の制御方法により、無線リレー局１００と接続する最適な無線基地局が再選択され、アダプティブアレーアンテナ１４０の指向性が再制御される。この場合、図４のステップＳ１０２では、無線リレー局１００から最短距離の無線基地局方向に代わって、無線リレー局１００から２番目に近い無線基地局方向にアダプティブアレーアンテナの主ビームが設定される。

また、無線リレー局１００の運用開始後に新たな無線基地局が設置された場合には、設置された新たな無線リレー局の位置情報がメモリ１１２に登録される。そして、図４〜図６を示して前述したアダプティブアレーアンテナ１４０の制御方法により、無線リレー局１００と接続する最適な無線基地局が再選択され、アダプティブアレーアンテナ１４０の指向性制御が再実行される。

以上のような実施形態に従えば、無線リレー局１００の設置の際に、無線リレー局１００のアンテナ１４０について、干渉の少ない状態で最適な基地局方向へのビーム形成を短時間で行うことができる。
また、実施形態に従えば、無線リレー局１００の運用開始後においても、妨害波および干渉波に対する耐性を維持し、良好な受信品質を維持することができる。

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
無線リレー局のアンテナ制御方法であって、
無線リレー局の位置情報を取得し、
取得された前記位置情報および前記無線リレー局の記憶部に記憶されている複数の基地局の位置情報に基づいて、前記無線リレー局の接続候補の基地局を選択し、
選択された前記接続候補の基地局と前記無線リレー局との間の伝送路の電波伝搬環境データに基づいて、前記接続候補の基地局の中から前記無線リレー局の接続基地局を選択し、
前記無線リレー局が有する電気的に指向性が変更可能なアンテナの指向性を、選択された前記接続基地局の方向に制御する
ことを特徴とするアンテナ制御方法。
（付記２）
選択されていない前記接続候補の基地局の方向に、前記アンテナのヌル点を形成することを特徴とする、付記１に記載のアンテナ制御方法。
（付記３）
通信を実施していない時に、前記アンテナをスキャンして電波伝搬環境データを取得し、取得された前記電波伝搬環境データから妨害波を検知した場合には、前記妨害波を検知した方向に前記アンテナのヌル点を形成することを特徴とする、付記２に記載のアンテナ制御方法。
（付記４）
前記アンテナを定期的にスキャンして電波伝播特性データを取得し，取得された前記電波伝搬環境データに基づいて前記アンテナの指向特性を変更することを特徴とする、付記１に記載のアンテナ制御方法。
（付記５）
前記無線リレー局の位置情報は、ＧＰＳ信号を用いて取得することを特徴とする、付記１に記載のアンテナ制御方法。
（付記６）
指向性を電気的に変更可能なアンテナと、
無線リレー局の位置情報を取得する取得部と、
複数の基地局の位置情報を記憶する記憶部と、
前記無線リレー局と前記無線リレー局の接続候補の基地局との間の伝送路の電波伝搬環境データを前記アンテナを介して受信する受信部と、
前記取得部により取得された前記無線リレー局の位置情報および前記記憶部により記憶された前記複数の基地局の位置情報に基づいて、前記接続候補の基地局を選択し、前記受信部により取得された前記電波伝搬環境データに基づいて、前記接続候補の基地局の中から前記無線リレー局の接続基地局を選択し、前記アンテナの指向性を前記接続基地局の方向に制御する処理部と
を含むことを特徴とする無線リレー局。
（付記７）
前記処理部は、選択されていない基地局の方向に、前記アンテナのヌル点を形成することを特徴とする、付記６に記載の無線リレー局。
（付記８）
前記処理部は、通信を実施していない時に、前記アンテナをスキャンして取得された電波伝搬環境データから妨害波を検知した場合には、前記妨害波を検知した方向に前記アンテナのヌル点を形成することを特徴とする、付記７に記載の無線リレー局。
（付記９）
前記処理部は、前記アンテナを定期的にスキャンして取得された電波伝播特性データに基づいて前記アンテナの指向特性を変更することを特徴とする、付記６に記載の無線リレー局。
（付記１０）
前記取得部は、無線リレー局の位置情報は、ＧＰＳ信号を用いて取得することを特徴とする、付記６に記載の無線リレー局。

１００ 無線リレー局
１１０ 基地局側送受信制御装置
１１１ プロセッサ
１１２ メモリ
１２０ 基地局側送受信処理装置
１２１ 送信部
１２２ 受信部
１３０ アダプティブアレーアンテナ制御装置
１４０ アダプティブアレーアンテナ
１４１−１〜１４１−ｎ アンテナ素子
１４２−１〜１４２−ｎ 振幅調整器
１４３−１〜１４３−ｎ 可変位相器
１４４ 加算器
１５０ 移動局側送受信制御装置
１６０ 移動局側送受信処理装置
１６１ 送信部
１６２ 受信部
１７０ アンテナ
１８０ ＧＰＳ信号受信装置
１９０ ＧＰＳ受信アンテナ

Claims (4)

1. 無線リレー局のアンテナ制御方法であって、
   無線リレー局の位置情報を取得し、
   取得された前記位置情報および前記無線リレー局の記憶部に記憶されている複数の基地局の位置情報に基づいて、前記複数の基地局から、前記無線リレー局との間の距離が短い順に予め定めておいた数の基地局を、前記無線リレー局の接続候補の基地局として選択し、
   選択された前記接続候補の基地局と前記無線リレー局との間の伝送路の電波伝搬環境データに基づいて、前記接続候補の基地局の中から前記無線リレー局の接続基地局を選択し、
   前記無線リレー局が有する電気的に指向性を変更可能なアンテナの指向性を、選択された前記接続基地局の方向に制御し、
   選択されていない前記接続候補の基地局の方向に、前記アンテナのヌル点を形成し、
   通信を実施していない時に、前記アンテナをスキャンして電波伝搬環境データを取得し、
   取得された前記電波伝搬環境データから妨害波を検知した場合には、前記妨害波を検知した方向にも前記アンテナのヌル点を形成する
   ことを特徴とするアンテナ制御方法。
2. 前記アンテナを定期的にスキャンして電波伝播特性データを取得し，取得された前記電波伝搬環境データに基づいて前記アンテナの指向特性を変更することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ制御方法。
3. 前記無線リレー局の位置情報は、ＧＰＳ信号を用いて取得することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ制御方法。
4. 指向性を電気的に変更可能なアンテナと、
   無線リレー局の位置情報を取得する取得部と、
   複数の基地局の位置情報を記憶する記憶部と、
   前記無線リレー局と前記無線リレー局の接続候補の基地局との間の伝送路の電波伝搬環境データを前記アンテナを介して受信する受信部と、
   前記取得部により取得された前記無線リレー局の位置情報および前記記憶部により記憶された前記複数の基地局の位置情報に基づいて、前記複数の基地局から、前記無線リレー局との間の距離が短い順に予め定めておいた数の基地局を、前記接続候補の基地局として選択し、前記受信部により取得された前記電波伝搬環境データに基づいて、前記接続候補の基地局の中から前記無線リレー局の接続基地局を選択し、前記アンテナの指向性を前記接続基地局の方向に制御する処理部と
   を含み、
   前記処理部は、選択されていない前記接続候補の基地局の方向に、前記アンテナのヌル点を形成する制御を行い、
   前記受信部は、通信を実施していない時に、前記アンテナをスキャンして電波伝搬環境データを取得し、
   前記処理部は、取得された前記電波伝搬環境データから妨害波を検知した場合には、前記妨害波を検知した方向にも前記アンテナのヌル点を形成する制御を行う
   ことを特徴とする無線リレー局。

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