JP6563345B2 - 無線中継装置および無線中継方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線信号を中継する無線中継装置および無線中継方法に関する。

無線通信システムとしては、携帯電話などの無線端末、無線端末との無線通信を行う基地局およびバックホール装置を含むものが知られている（例えば特許文献１）。バックホール装置は、基地局と上位の通信網（コアネットワークとも称される）とを結ぶバックホールシステムを構築し、例えば基地局と管理サーバとを中継する。特に、都市部から離れた山間部や離島などに於いては、光回線を敷設するためのコストが膨大になるということから、無線バックホール装置、およびそれを含む無線バックホールシステムが用いられることが多い。

無線バックホール装置を初期設置時に配置した後、設置後に地震や降雪等の影響によりその位置がずれることが起こりうる。すると、無線バックホール装置の伝搬特性が低下してしまうため、そのような場合には保守員を現地に派遣し、無線バックホール装置の位置を速やかに修正する必要がある。しかし、上記のように都市部から離れた山間部や離島に配置された無線バックホール装置は、保守員による点検が困難な場合がある。また保守員が到着するまでに時間がかかるため、復旧までに時間を要することになる。このような場合に適用できるよう、無線装置の送信部および受信部のアンテナにおいて、受信される信号に基づいて無線装置のアンテナの方向を調整するアンテナ調整方法が知られている（例えば特許文献２）。

上述した無線バックホールおよび、それを含む無線バックホールシステムでは、基地局が収容しているユーザの大量のデータを伝送する必要が有るため、非常に速い伝送速度が求められる。そのため、周波数帯域を広く確保できるミリ波帯（３０ＧＨｚ帯や８０ＧＨｚ帯等）のように非常に高い周波数が用いられている。ミリ波帯のような高い周波数を使用すると、電波の直進性が強く、伝搬強度がアンテナの指向性に大きく左右される。

再公表ＷＯ２０１１／０９６３１５号公報 特開２００７−２５１８６２号公報

上述したように無線バックホールシステムは、直進性の強い高周波帯の無線信号を用いて、指向性の鋭い高利得アンテナを用いて通信を行うため、一対の無線バックホール装置は、互いにアンテナを迅速に正確に向ける必要がある。

本発明は、このような課題に鑑み、初期設置時以降に無線バックホール装置の位置がずれてしまった場合であっても、迅速に正確にアンテナの指向性を調整することができ、良好な無線サービスを維持することが可能な無線バックホール装置および無線バックホールシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる無線中継装置の代表的な構成は、対向の無線中継装置との間で無線信号の送受信を行うアンテナと、前記アンテナの指向性を調整する指向性制御部と、を備え、前記指向性制御部は、運用中に前記対向の無線中継装置から無線信号を受信したときの伝搬特性と閾値となる絶対値または相対値との関係により、前記アンテナの指向性の調整を実施するか否かを判断することを特徴とする。

前記閾値は、前記無線信号のビームの半値幅の範囲に対応して設けられているとよい。

前記指向性制御部は、前記半値幅が大きいほど閾値を低く、半値幅が小さいほど閾値を高く設定するとよい。

前記指向性制御部は、前記伝搬特性が前記閾値を下回った場合に、前記アンテナの指向性の調整を実施するための調整開始信号を通信相手の無線中継装置に送信するとよい。

前記伝搬特性が前記閾値を下回った場合は、前記絶対値または前記相対値の何れかを下回った場合であるとよい。

前記指向性制御部は、前記伝搬特性が前記閾値よりも低い第２閾値を下回った場合に、前記対向の無線中継装置との通信を停止した後に、前記アンテナの指向性の調整を実施するとよい。

上記課題を解決するために、本発明にかかる無線中継方法の代表的な構成は、基地局を通信網に接続する一対の無線バックホール装置を含む無線バックホールシステムにおいて、無線バックホール装置は、信号の送受信を行うアンテナと、アンテナの指向性を調整する指向性制御部と、伝搬特性の閾値を記憶する記憶部と、を備え、指向性制御部は、伝搬特性が閾値を下回った場合に、アンテナの指向性の調整を実施するとよい。

本発明によれば、初期設置時以降に無線バックホール装置の位置がずれてしまった場合であっても、迅速に正確にアンテナの指向性を調整することができ、良好な無線サービスを維持することが可能な無線バックホール装置および無線バックホールシステムを提供することができる。

本実施形態にかかる無線バックホールシステムの概略構成を例示する図である。 本実施形態にかかる無線バックホール装置の概略構成を例示する機能ブロック図である。 本実施形態の無線バックホールシステムの動作の第１実施例を説明するフローチャートである。 本実施形態の無線バックホールシステムの動作の第２実施例を説明するフローチャートである。 伝搬特性の閾値について説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる無線バックホールシステム１００の概略構成を例示する図である。図１に示すように、本実施形態にかかる無線バックホールシステム１００は、基地局１２０を通信網１０４に接続する一対の無線バックホール装置１１０ａ・１１０ｂ（無線中継装置と対向の無線中継装置）を含んで構成される。

一対の無線バックホール装置１１０ａ・１１０ｂのうち、一方の無線バックホール装置１１０ａは基地局１２０に接続され、他方の無線バックホール装置１１０ｂは通信網１０４を介してサーバ１０６に接続されている。これにより、基地局１２０と通信している端末１３０は、一対の無線バックホール１１０ａ・１１０ｂを介して通信網１０４に接続される。

図２は、本実施形態にかかる無線バックホール装置１１０ａの概略構成を例示する機能ブロック図である。なお、本実施形態では、一対の無線バックホール装置１１０ａ・１１０ｂは同一の構成を有するため、図２では無線バックホール装置１１０ａを例示している。

図２に示すように、本実施形態の無線バックホール装置１１０ａは、制御部１１２、記憶部１１４、有線通信部１１６、無線通信部１１８およびアンテナ１１８ａを含んで構成される。制御部１１２は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路（不図示）により構成され、無線バックホール装置１１０ａ全体を管理および制御する。また本実施形態では、制御部１１２は、アンテナ１１８ａの指向性を調整する指向性制御部１１２ａとしても機能する。

指向性制御部１１２ａは、指向性の調整を実施するための調整開始信号（アライメントパケット）を通知した装置側と通知された装置側とで連動し、可変指向性アンテナを制御し、無線バックホール装置内の受信電力算出部で算出する受信電力が最大(極大)となるように、アンテナの指向性制御を行う。

記憶部１１４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、制御部１１２で処理されるプログラム等を記憶する。また本実施形態では、記憶部１１４は、後述する伝搬特性の閾値のデータである閾値データ１１４ａを記憶する。

有線通信部１１６は、基地局１２０に有線接続されていて、かかる基地局１２０とのパケットの送受信を行う。無線通信部１１８は、直進性の強い高周波帯の無線信号の送受信を行うアンテナ１１８ａに接続されていて、かかるアンテナ１１８ａを介して一対となっている無線バックホール装置１１０ｂとの通信を行う。なお、他方の無線バックホール装置１１０ｂでは、有線通信部１１６は、基地局１２０ではなく通信網１０４に有線接続されている。

（第１実施例）
図３は、本実施形態の無線バックホールシステム１００の動作の第１実施例を説明するフローチャートであり、主に無線バックホール装置１１０ａの動作を例示している。図３に示すように、本実施形態の無線バックホールシステム１００では、無線バックホール装置１１０ａの制御部１１２は、一対に設置された無線バックホール装置１１０ｂとの無線通信を行っている（ステップＳ２０２）。この間、無線バックホール装置１１０ａの制御部は、かかる無線通信における伝搬特性を取得する（ステップＳ２０４）。伝搬特性としては、例えば無線バックホール装置１１０ｂからの信号を受信した際の受信電力値（ＲＳＳＩ）としてもよい。

本実施形態の無線バックホールシステム１００では、上述した伝搬特性に対して閾値（以下、第１閾値と称する）が設定されていて、かかる第１閾値は記憶部１１４の閾値データ１１４ａに記憶されている。なお、このような閾値は、無線バックホール装置１１０は、アンテナ調整を行うか否かを決定するための閾値である。

図５は、伝搬特性の閾値について説明するための図である。図５に示した数値は例示である。図５（ａ）は、伝搬特性の第１閾値について説明する図である。

図５では、無線信号のビームの半値幅（角度）が５[degree]未満とは、アンテナの指向性が鋭い状態であることを示していて、半値幅が５[degree]以上とは、アンテナの指向性が鈍い状態であることを示している。第１閾値には、絶対値と相対値が規定されている。図５（ｂ）の第２閾値については後述する。

第１閾値の絶対値を使うときには、アンテナ指向性の半値幅に応じて今回取得された伝搬特性と第１閾値の絶対値とが比較される。指向性が鋭い場合には第１閾値の絶対値を高めに、鈍い場合には第１閾値の絶対値を低めに設定することができる。アンテナの指向性が鋭い場合には、アンテナのずれが大きくなると急激に利得が低下するからである。

第１閾値の相対値を使うときにも、アンテナ指向性の半値幅に応じて今回取得された伝搬特性に基づいた値と第１閾値の相対値とが比較される。この場合にもやはり、指向性が鋭い場合には第１閾値の相対値を高めに、鈍い場合には第１閾値の相対値を低めに設定することができる。

例えば、第１閾値の相対値と比較する際、所定期間（例えば運用中の直近の１ヶ月）の平均伝搬特性から今回取得された伝搬特性の相対が第１閾値の相対値以下なのか否かが比較される。第１閾値の相対値は、許容相対値であり、例えば、アンテナ設置時に基準としたものである。

ここで、制御部１１２は指向性制御部１１２ａとして機能し、記憶部１１４に記憶されている閾値データ１１４ａを参照し、ステップＳ２０４において取得した伝搬特性が、設定されている第１閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０６）。

伝搬特性が第１閾値未満であったら（ステップＳ２０６のＮＯ）、すなわち伝搬特性が第１閾値を下回っていたら（第１閾値の絶対値または第１閾値の相対値の何れかを下回った場合）、指向性制御部１１２ａは、通信相手の無線バックホール装置１１０ｂに対して、指向性の調整を実施するための調整開始信号（アライメントパケット）を送信する（ステップＳ２０８）。このとき、ユーザ間で行われるデータ通信には、影響しないように、調整開始信号が送信される。そして、指向性制御部１１２ａは、無線バックホール装置１１０ａのアンテナ１１８ａの指向性の調整を実施する（ステップＳ２１０）。

伝搬特性が第１閾値以上であった場合（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、制御部１１２は、無線バックホール装置１１０ｂとの通信を継続しながら、伝搬特性を取得し、ステップＳ２０２〜ステップＳ２０６を繰り返す。

なお、本実施形態の無線バックホールシステム１００では、このとき、無線バックホール装置１１０ａからの調整開始信号を受信した無線バックホール装置１１０ｂにおいてもアンテナの指向性の調整を実施する。

第１閾値の使い方としては、Ｓ２０６で、第１閾値の相対値との比較だけまたは第１閾値の絶対値との比較だけを行うようにしてもよい。また、Ｓ２０６で、第１閾値の相対値との比較の後、第１閾値の絶対値との比較を行うかまたは、第１閾値の絶対値との比較の後、第１閾値の相対値との比較を行うようにしてもよい。

アンテナ１１８ａの指向性の調整手段としては、機械的な調整および電気的な調整を例示することができる。機械的な調整としては、ラックとピニオン、ウォームギア、ステッピングモータなどを用いて、指向性制御部１１２ａは、アンテナ１１８ａの角度を機械的に調整する。一方、電気的な制御としては、無線バックホール装置１１０ａのアンテナ１１８ａが複数のアンテナ素子からなる場合、指向性制御部１１２ａは、複数のアンテナ素子におけるウエイト（振幅と位相）を制御してビームの角度を調整する。

アンテナ１１８ａの指向性の調整を実施したら、制御部１１２は、再度無線バックホール装置１１０ｂとの通信を行い、伝搬特性を取得する。指向性を調整する方向は、上下左右のいずれにも試行される。例えば右に振って伝搬特性が向上すればさらに右に振り、低下すれば逆方向の左に振る。上下も同様である。このようにして、伝搬特性が向上する方向を探索する。そして、指向性制御部１１２ａは、伝搬特性が第１閾値以上である否かを判断し（ステップＳ２０６）、伝搬特性が第１閾値以上となるまでステップＳ２０８〜ステップＳ２１０の処理を繰り返す。

上記説明したように、本実施形態の無線バックホールシステム１００によれば、地震や積雪等の要因によって初期設置時以降に無線バックホール装置１１０ａ・１１０ｂの位置がずれてしまった場合であっても、一対の無線バックホール装置１１０ａ・１１０ｂが自律的にアンテナ１１８ａの指向性を調整することができる。したがって、保守員を派遣することなく、良好な無線サービスを維持することが可能となる。

（第２実施例）
第２実施例の特徴としては、アンテナの指向性が大きくずれてしまって、伝搬特性に著しい劣化が生じた場合を想定している。

図４は、本実施形態の無線バックホールシステム１００の動作の第２実施例を説明するフローチャートであり、図３と同様に主に無線バックホール装置１１０ａの動作を例示している。なお、第２実施例の説明では、第１実施例と共通する処理については説明を省略する。

記憶部１１４の閾値データ１１４ａには、第１実施例で用いた閾値（第１閾値）よりも低い第２閾値が設定されている。すなわち、アンテナの指向性が大きくずれてしまって、伝搬特性に著しい劣化が生じた場合を想定している。かかる第２閾値も、第１閾値と同様に予め設定された絶対値、または運用中の所定期間に対する相対値を用いることができる。

図４に示すように、第２実施例では、無線バックホール装置１１０ａの指向性制御部１１２ａは、取得した伝搬特性が第２閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２２０）。

図５（ｂ）は、伝搬特性の第２閾値について説明する図である。絶対値で規定する場合には、第２閾値は、第１実施例で用いた閾値（第１閾値）よりも低く設定される。第１実施例で用いた閾値（第１閾値）よりも低い第２閾値が設定されている。すなわち、アンテナの指向性が大きくずれてしまって、伝搬特性に著しい劣化が生じた場合を想定している。かかる第２閾値も、第１閾値と同様に予め設定された絶対値、または運用中の所定期間に対する相対値を用いることができる。

伝搬特性が第２閾値以上であった場合（ステップＳ２２０のＹＥＳ）、すなわちさほど大きなずれを生じていない場合は、指向性制御部１１２ａは、伝搬特性が第１閾値以上であるか否かを判断し（ステップＳ２０６）、第１実施例と同様の処理を行う。

一方、伝搬特性が第２閾値未満であったら（ステップＳ２２０のＮＯ）、すなわち大きなずれを生じている場合は、指向性制御部１１２ａは、迅速に復旧させるため、通信相手である無線バックホール装置１１０ｂとのデータ通信を停止する（ステップＳ２２２）。この場合、ユーザ間で行われるデータ通信などが停止されるが、無線バックホール装置１１０ａ・１１０ｂで行われる指向性の調整に関わる信号の送受信は停止されず、調整開始信号（アライメントパケット）が送信される。そして、データ通信を停止した後に、指向性制御部１１２ａは、アンテナ１１８ａの指向性の調整を実施する（ステップＳ２１０）。この場合、粗調整するようにアンテナ設置時の初期状態に戻すようアンテナの指向性が調整されることもある。

以上、第２実施例の構成によれば、第１閾値は、無線バックホール装置１１０ａ・１１０ｂの通信の伝搬特性にある程度の低下が生じたかを判断するための値であり、第２閾値は、それらの通信の伝搬特性に著しい劣化が生じたかを判断するための値である。伝搬特性が第２閾値を下回った場合に通信をいったん停止することにより、通信状況が劣化している状態での通信の遅延を防ぎつつ、アンテナ１１８ａの指向性の調整をより迅速に行うことが可能となる。

その他の実施例として、図５の第１閾値では、半値幅が狭いアンテナほど、アンテナ１１８ａの向きをより正確に制御する必要があるため、第１閾値を可変にして半値幅が小さいほど第１閾値を高く設定し、第１閾値を可変にして半値幅が大きいほど第１閾値を低く設定することもできる。そうすれば、無線バックホール装置１１０ａ・１１０ｂは、伝搬特性が急激に低くなる前の段階でアンテナ１１８ａの指向性の調整を実施することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、基地局を通信網に接続する無線バックホール装置、および一対の無線バックホール装置を含む無線バックホールシステムに利用することができる。

１００…無線バックホールシステム、１０４…通信網、１１０ａ…無線バックホール装置、１１０ｂ…無線バックホール装置、１１２…制御部、１１２ａ…指向性制御部、１１４…記憶部、１１４ａ…閾値データ、１１６…有線通信部、１１８…無線通信部、１１８ａ…アンテナ、１２０…基地局、１３０…端末

Claims (8)

1. 対向の無線中継装置との間で無線信号の送受信を行うアンテナと、
   前記アンテナの指向性を調整する指向性制御部と、
   を備え、
   前記指向性制御部は、運用中に前記対向の無線中継装置から無線信号を受信したときの伝搬特性と閾値となる絶対値または相対値との関係により、前記アンテナの指向性の調整を実施するか否かを判断し、
   前記閾値は、前記無線信号のビームの半値幅の範囲に対応して設けられている無線中継装置。
2. 前記指向性制御部は、前記半値幅が大きいほど閾値を低く、半値幅が小さいほど閾値を高く設定する請求項１に記載の無線中継装置。
3. 対向の無線中継装置との間で無線信号の送受信を行うアンテナと、
   前記アンテナの指向性を調整する指向性制御部と、
   を備え、
   前記指向性制御部は、運用中に前記対向の無線中継装置から無線信号を受信したときの伝搬特性と閾値となる絶対値または相対値との関係により、前記アンテナの指向性の調整を実施するか否かを判断し、
   前記指向性制御部は、前記伝搬特性が前記閾値を下回った場合に、前記アンテナの指向性の調整を実施するための調整開始信号を通信相手の無線中継装置に送信する無線中継装置。
4. 前記伝搬特性が前記閾値を下回った場合は、前記絶対値または前記相対値の何れかを下回った場合である請求項３に記載の無線中継装置。
5. 対向の無線中継装置との間で無線信号の送受信を行うアンテナと、
   前記アンテナの指向性を調整する指向性制御部と、
   を備え、
   前記指向性制御部は、運用中に前記対向の無線中継装置から無線信号を受信したときの伝搬特性と閾値となる絶対値または相対値との関係により、前記アンテナの指向性の調整を実施するか否かを判断し、
   前記指向性制御部は、前記伝搬特性が前記閾値よりも低い第２閾値を下回った場合に、前記対向の無線中継装置との通信を停止した後に、前記アンテナの指向性の調整を実施する無線中継装置。
6. 対向の無線中継装置との間で無線信号の送受信を行うアンテナを備え、前記アンテナの指向性を調整する無線中継装置の無線中継方法であって、
   運用中に前記対向の無線中継装置から無線信号を受信したときの伝搬特性と閾値となる絶対値または相対値の関係により、前記アンテナの指向性の調整を実施するか否かを判断し、
   前記閾値は、前記無線信号のビームの半値幅の範囲に対応して設けられている無線中継方法。
7. 対向の無線中継装置との間で無線信号の送受信を行うアンテナを備え、前記アンテナの指向性を調整する無線中継装置の無線中継方法であって、
   運用中に前記対向の無線中継装置から無線信号を受信したときの伝搬特性と閾値となる絶対値または相対値の関係により、前記アンテナの指向性の調整を実施するか否かを判断し、
   前記伝搬特性が前記閾値を下回った場合に、前記アンテナの指向性の調整を実施するための調整開始信号を通信相手の無線中継装置に送信する無線中継方法。
8. 対向の無線中継装置との間で無線信号の送受信を行うアンテナを備え、前記アンテナの指向性を調整する無線中継装置の無線中継方法であって、
   運用中に前記対向の無線中継装置から無線信号を受信したときの伝搬特性と閾値となる絶対値または相対値の関係により、前記アンテナの指向性の調整を実施するか否かを判断し、
   前記伝搬特性が前記閾値よりも低い第２閾値を下回った場合に、前記対向の無線中継装置との通信を停止した後に、前記アンテナの指向性の調整を実施する無線中継方法。