JP4739449B2

JP4739449B2 - 移動体通信システム及び移動体通信基地局

Info

Publication number: JP4739449B2
Application number: JP2009292416A
Authority: JP
Inventors: 一樹石川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2010110003A

Description

本発明は、アダプティブアレイアンテナを備えた基地局によって移動端末装置の呼接続を行う移動体通信システムに関する。

移動体通信基地局にアダプティブアレイアンテナを備え、電波の放射パターンを形成する技術が知られている。当該技術では、放射パターンの最大送信電力となる方向が、接続対象となる移動端末装置に向くように、アレイを構成する各アンテナエレメントの位相及び振幅が制御される。これにより、他の移動端末装置との干渉を抑圧することが可能となり、同一セル内の複数の移動端末装置との通信を同一チャネルに収容するＳＤＭＡ (Space Division Multiple Access)方式を実現することもできるようになる。

ＰＨＳ（Personal Handyphone System）では、通話チャネルとは別に基地局共通制御チャネルというキャリアを用意している。移動端末装置は、この共通制御チャネルにてスーパーフレーム（１．２Ｓ周期）毎に送信されるＢＣＣＨ（Broadcast Control Channel：報知チャネル)にて基地局をサーチし、自分のいる位置で最も受信状態の良い基地局が、メモリに記憶しているものと異なるとき当該基地局に対し上りスロット(ＳＣＣＨ)にて位置登録要求を行う。移動端末装置は、セル間を移動するなどして、それまで接続されていた基地局の電波が届かない状態となると、新たな基地局をサーチしチャネルを切り換えて通話を維持するハンドオーバー処理を行う。

特開２００１−１２７６８１号公報

ここで、移動端末装置がそれまでのセルの放射パターンから外れ、基地局が当該移動端末装置を見失った場合、基地局は移動端末装置からの上りの情報を得ることができない。そのため、基地局は直近の放射パターンを維持するか、そのパターンで出力を最大にするかして再接続を試みる。しかし、放射パターンを維持して再接続できる確率は必ずしも高くない。そのため、放射パターンから外れたものの依然として同じセル内にある場合であってもハンドオーバーが発生し、約１秒後に同じ基地局からのＢＣＣＨを受信してチャネルの切り戻りがなされ得る。すなわち、迅速な再接続の可能性が低いという問題があった。また、ハンドオーバーは移動端末装置における処理負荷を増加させ、電源消費量が多くなるという点でも、上述のような切り戻りは回避することが望ましい。

一方、アダプティブアレイアンテナにて指向性を持たせた放射パターンの到達範囲にＢＣＣＨを届かせようとした場合、特許文献１に示されるように、アンテナに接続されるパワーアンプの出力定格を上げないためにはアダプティブアレイアンテナそれぞれの出力を合成する。しかしその場合には理想的なオムニ送信とはならない。そこで特許文献１は、複数回のＢＣＣＨにて放射パターンを変え、合成した放射パターンにより近似的にオムニ送信を行うようにして、報知データ及びページングデータを不特定の移動端末装置に送信する技術を開示している。この技術のようにスーパーフレーム周期で放射パターンを切り換える方法では、基地局が見失った移動端末装置との迅速な再接続は難しいという問題があった。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、アダプティブアレイアンテナにて放射パターンを形成する基地局が見失った移動端末装置との再接続を迅速に行う移動体通信システム及び基地局を提供することを目的とする。

本発明に係る移動体通信システムは、アダプティブアレイアンテナを備え放射パターンを制御可能な基地局によって移動端末装置の呼接続を行う移動体通信システムにおいて、前記基地局が、現在の接続放射パターンによる呼接続中に前記移動端末装置との間の通話チャネルの受信状態が所定レベル以下となった場合に、フレームに応じた周期で、複数の候補放射パターンを順次切り換えて設定するパターン切り換え手段と、設定された前記候補放射パターンで前記通話チャネルでの送信を行う送信手段と、前記候補放射パターンでの送信に対する前記移動端末装置の応答に基づいて、前記候補放射パターンのいずれかを新たな接続放射パターンとして選択するパターン選択手段と、を有し、前記送信手段が、設定された前記各候補放射パターンにて、送信出力を異ならせた複数回の送信を行うものである。

他の本発明に係る移動体通信システムは、アダプティブアレイアンテナを備え放射パターンを制御可能な基地局によって移動端末装置の呼接続を行う移動体通信システムにおいて、前記基地局が、現在の接続放射パターンによる呼接続中に前記移動端末装置との間の通話チャネルの受信状態が所定レベル以下となった場合に、フレームに応じた周期で、複数の候補放射パターンを順次切り換えて設定するパターン切り換え手段と、設定された前記候補放射パターンで前記通話チャネルでの送信を行う送信手段と、前記候補放射パターンでの送信に対する前記移動端末装置の応答に基づいて、前記候補放射パターンのいずれかを新たな接続放射パターンとして選択するパターン選択手段と、を有し、前記パターン切り換え手段が、前記受信状態の劣化速度が所定値以上である場合には、直前の前記接続放射パターンに無関係に新たな前記候補放射パターンを順次設定するものである。

本発明に係る移動体通信基地局は、アダプティブアレイアンテナを備え放射パターンを制御し移動端末装置の呼接続を行う移動体通信基地局において、現在の接続放射パターンによる呼接続中に前記移動端末装置との間の通話チャネルの受信状態が所定レベル以下となった場合に、フレームに応じた周期で、複数の候補放射パターンを順次切り換えて設定するパターン切り換え手段と、設定された前記候補放射パターンで前記通話チャネルでの送信を行う送信手段と、前記候補放射パターンでの送信に対する前記移動端末装置の応答に基づいて、前記候補放射パターンのいずれかを新たな接続放射パターンとして選択するパターン選択手段と、を有し、前記送信手段は、設定された前記各候補放射パターンにて、送信出力を異ならせた複数回の送信を行うものである。

他の本発明に係る移動体通信基地局は、アダプティブアレイアンテナを備え放射パターンを制御し移動端末装置の呼接続を行う移動体通信基地局において、現在の接続放射パターンによる呼接続中に前記移動端末装置との間の通話チャネルの受信状態が所定レベル以下となった場合に、フレームに応じた周期で、複数の候補放射パターンを順次切り換えて設定するパターン切り換え手段と、設定された前記候補放射パターンで前記通話チャネルでの送信を行う送信手段と、前記候補放射パターンでの送信に対する前記移動端末装置の応答に基づいて、前記候補放射パターンのいずれかを新たな接続放射パターンとして選択するパターン選択手段と、を有し、前記パターン切り換え手段が、前記受信状態の劣化速度が所定値以上である場合には、直前の前記接続放射パターンに無関係に新たな前記候補放射パターンを順次設定するものである。

フレームは、例えばＰＨＳでは５ｍＳであり、ＢＣＣＨの送信周期に比べて遙かに短周期である。このフレームに応じた周期で放射パターンを切り換えて見失った移動端末装置を探索することで、迅速な再接続が図られる。その際、同じ候補放射パターンで、見失った移動端末装置探索のためのバーストの送信出力を変え、送信出力が弱い期間を周期的に設けることで、現に良好な接続状態にある他の移動端末装置への妨害が連続的なものとなることを回避して接続中移動端末装置の通信品質の劣化を防止することができる。

本発明の実施形態である基地局の概略のブロック構成図である。基地局が移動端末装置を見失った場合の再同期処理を説明するフロー図である。放射パターンの変更例を示す説明図である。放射パターンにおける指向特性の変化を示す模式図である。放射パターンにおける送信出力の変化を示す模式図である。

以下、本発明をＰＨＳ基地局である移動体通信基地局（以下、基地局）に適用した場合の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態である基地局の概略のブロック構成図である。基地局２は本体部４とこれに付設されたｎ本（ｎ≧２）のアンテナ６とから構成され、これらｎ本のアンテナ６を用いてアダプティブアレイアンテナが構成される。本体部４は制御部８、モデム部１０、受信系モジュール１２、送信系モジュール１４、送受信切り換えスイッチ１６、及び電源部１８を含む電子機器類で構成される。

受信系モジュール１２は、各アンテナ６に対応したｎ系統の受信信号チャネル毎に設けられる信号処理回路から構成され、各信号処理回路は増幅器、ダウンコンバータ、Ａ／Ｄ変換器等から構成される。受信系モジュール１２は各アンテナ６にて受信された受信信号を送受信切り換えスイッチ１６を介して入力され、これを受信データに変換してモデム部１０へ出力する。

送信系モジュール１４は、各アンテナ６に対応したｎ系統の送信信号チャネル毎に設けられる信号処理回路から構成され、各信号処理回路はＤ／Ａ変換、アップコンバータ、電力増幅器等から構成される。送信系モジュール１４はモデム部１０から送信データを各アンテナ６別に入力され、これを送信信号に変換して送受信切り換えスイッチ１６を介してアンテナ６へ出力する。

モデム部１０はＣＰＵを用いて構成され、受信系モジュール１２から入力された受信データを復調する処理、送信系モジュール１４への送信データを生成する処理、各アンテナ６の受信データ間、送信データ間それぞれの位相差を制御して送受信における指向特性を与える処理等を行う。

制御部８はＣＰＵを用いて構成され、基地局２全体の制御を行う。特に、モデム部１０に対する制御として、設定された放射パターンに応じて、受信信号チャネル毎又は送信信号チャネル毎の位相情報及び重み情報を生成してモデム部１０に設定する。制御部８は、このようにアンテナ６毎の信号チャネルの位相と重み（振幅）とを制御することにより、アダプティブアレイ方式での送受信を実現する。制御部８は、アダプティブアレイによる指向特性を制御するパラメータを格納するパターンテーブル２０と、各信号チャネルに共通に指定されるパラメータを格納する共通テーブル２２とを有する。これら各テーブル２０，２２はメモリに格納される。パターンテーブル２０は、各放射パターンＦ_ｋ（ｋ＝１，２，３，…）に対応する指向特性を指定するパラメータとしてアンテナ６-j（ｊ＝１，２，…，ｎ）毎にパラメータＷ_ｋｊを格納する。このパラメータＷ_ｋｊは信号チャネルｊに対する位相情報及び重み情報を含み、例えば、それらはモデム部１０での原送信データを変調して各信号チャネルの送信データを生成する処理にて利用される。例えば、重み情報は各信号チャネル相互間での送信データの絶対値の相対的差異を生じ、また位相情報に応じて各信号チャネル相互間での相対的な位相差を生じる。共通テーブル２２は、送信出力を指定するパラメータＰ_ｉ（ｉ＝１，２，…）とその送信出力を維持する周期Ｔ_ｉとを格納する。制御部８は、例えば、各放射パターンＦ_ｋに対してＰ_ｉを順番に変更する。各Ｐ_ｉはＴ_ｉフレーム（すなわちＴ_ｉ×５ｍＳ）の間、維持される。これらＰ_ｉ及びＴ_ｉにより例えば、送信系モジュール１４の各信号チャネルの電力増幅器の出力パワーが共通に制御される。制御部８による各パラメータの変更は、ＰＨＳのフレームに同期して行われ、例えば、下りフレームの制御スロットの開始に同期して行われる。

また制御部８はＩＳＤＮ回線に接続され、これとのインターフェースを提供し、受信データをＩＳＤＮ回線へ送出したり、送信すべきデータをＩＳＤＮ回線を介して受け取ることができる。

送受信切り換えスイッチ１６は、制御部８の制御の下、アンテナ６を受信系モジュール１２、送信系モジュール１４のいずれに接続するかを時分割制御し、これに応じて受信処理と送信処理とが切り換えられる。また、電源部１８は本体部４の各部に電源を供給する。

図２は、基地局が移動端末装置を見失った場合の再同期処理を説明するフロー図である。制御部８は、当該基地局２に位置登録し通信リンクが確立していたＰＨＳ端末（移動局）から上りフレームの情報が得られないことに基づいて、当該移動局を見失ったことを検知すると、切り戻りシーケンスを起動し、放射パターン及び送信出力を制御してバースト送信を行い、当該移動局からの応答に基づいて再同期を検出する処理を開始する。

制御部８はパターン周期カウンタ及びレベル周期カウンタのカウント値を制御変数としてループ処理を行う。初期設定Ｓ３０では、各カウンタを初期値０にリセットすると共に、送信パターン及び送信出力を初期設定する。この設定で移動局の再同期が実現されなかった場合（Ｓ３５）、ループ処理に移行する。各ループでは、パターン周期カウンタとレベル周期カウンタとがそれぞれ１ずつインクリメントされる（Ｓ４０，Ｓ４５）。パターン周期カウンタが現在設定されている放射パターンＦに対するＴ_ｉの総和に等しくなると、パターン変更タイミングと判断して（Ｓ５０）、例えば所定の順序に従って別の放射パターンＦに変更する（Ｓ５５）。このとき、パターン周期カウンタは０にリセットされる（Ｓ６０）。

レベル周期カウンタが現在設定されている放射パターンＦにおける送信出力Ｐ_ｉの維持時間Ｔ_ｉに等しくなると、送信出力変更タイミングと判断して（Ｓ６５）、例えば現在の放射パターンＦに対応する送信出力パラメータを所定の順序に従って現在設定されているものから他のものへ変更する（Ｓ７０）。このとき、レベル周期カウンタは０にリセットされる（Ｓ７５）。

以上の処理Ｓ３５〜Ｓ７５をループとして、このループは基本的に移動局の再同期が実現されるまで繰り返される（Ｓ３５）。移動局から応答があり再同期が実現されると、制御部８は、現在の放射パターンＦ及び送信出力パラメータＰに基づいてアダプティブビームフォーミングを行い（Ｓ８０）、通常処理に復帰する。

制御部８は放射パターンの変更処理において、新たに切り換え設定する放射パターンを、消失されるまでの移動局からの受信状態の変化に応じて定めるように構成することができる。制御部８は接続状態にある各移動局からの受信信号レベルの推移を監視し、例えば、消失前に所定値以上の速度で受信信号レベルが低下していた場合には、それまで設定していた放射パターンに無関係に新たな放射パターンを順次選択して探索を行う。一方、消失前に受信状態が良好であったのに急に消失した場合は、それまで設定していた放射パターン又はそれと類似する指向特性を有した放射パターンを優先的に新たな放射パターンとして選択して探索を行い、それでも再同期できなかった場合には、大きく指向特性が異なるものを選択するようにすることができる。ここで、受信信号レベルの推移速度は、受信系モジュール１２にて得られた受信データに含まれる受信レベルをモデム部１０又は制御部８にて所定時間毎に取り込み、時間当たりのレベル変化を受信レベルの変化速度として算出する。

図３は、放射パターンの変更例を示す説明図である。この例では、各放射パターンにおいて送信出力パラメータはＰ_１，Ｐ_２の２通りに変更され、各送信出力パラメータを維持する期間Ｔ_１，Ｔ_２はそれぞれ１フレーム、すなわち５ｍＳに設定される。放射パターンＦはＦ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４の４パターンがこの順番で設定される。例えば、Ｐ_１，Ｐ_２はそれぞれ７５％，２５％とすることができる。またＰ_１，Ｐ_２は例えば、１００％，０％とすることができ、この場合、１フレーム毎の間欠送信となる。この間欠送信は、多重接続時において、接続が確立されている他の移動局が連続してビームの影響を受けることが確実に回避される点で好適である。

図４は、放射パターンにおける指向特性の変化を示す模式図である。図において実線９０、点線９２はそれぞれ、互いに異なる放射パターンＦ_１，Ｆ_２での基地局９４からの電波の到達範囲を表す。放射パターンＦ_１（実線９０）では消失した移動局９６に電波が届かず、移動局９６は基地局９４へ応答しないが、放射パターンＦ_２（点線９２）に変更すると、基地局９４からのバーストが移動局９６に到達し、移動局９６はこれに応答し、再同期を実現することができる。

図５は、放射パターンにおける送信出力の変化を示す模式図である。図において実線１００、点線１０２はそれぞれ、互いに異なる送信出力パラメータＰ_１，Ｐ_２（Ｐ_１＞Ｐ_２）での基地局９４からの電波の到達範囲を表す。Ｐ_２に基づく送信出力（点線１０２）では消失した移動局９６に電波が届かず、移動局９６は基地局９４へ応答しないが、Ｐ_１に基づく送信出力（実線１００）に変更すると、基地局９４からのバーストが移動局９６に到達し、移動局９６はこれに応答し、再同期を実現することができる。このように送信出力が弱い状態（点線１０２）を周期的に形成することで、基地局９４に接続している他の移動局１０４に連続して影響を与えることを回避し得る。

２，９４基地局、４本体部、６アンテナ、８制御部、１０モデム部、１２受信系モジュール、１４送信系モジュール、１６送受信切り換えスイッチ、１８電源部、２０パターンテーブル、２２共通テーブル、９６，１０４移動局。

Claims

アダプティブアレイアンテナを備え放射パターンを制御可能な基地局によって移動端末装置の呼接続を行う移動体通信システムにおいて、
前記基地局は、
現在の接続放射パターンによる呼接続中に前記移動端末装置との間の通話チャネルの受信状態が所定レベル以下となった場合に、フレームに応じた周期で、複数の候補放射パターンを順次切り換えて設定するパターン切り換え手段と、
設定された前記候補放射パターンで前記通話チャネルでの送信を行う送信手段と、
前記候補放射パターンでの送信に対する前記移動端末装置の応答に基づいて、前記候補放射パターンのいずれかを新たな接続放射パターンとして選択するパターン選択手段と、
を有し、
前記送信手段は、設定された前記各候補放射パターンにて、送信出力を異ならせた複数回の送信を行うこと、
を特徴とする移動体通信システム。
アダプティブアレイアンテナを備え放射パターンを制御し移動端末装置の呼接続を行う移動体通信基地局において、
現在の接続放射パターンによる呼接続中に前記移動端末装置との間の通話チャネルの受信状態が所定レベル以下となった場合に、フレームに応じた周期で、複数の候補放射パターンを順次切り換えて設定するパターン切り換え手段と、
設定された前記候補放射パターンで前記通話チャネルでの送信を行う送信手段と、
前記候補放射パターンでの送信に対する前記移動端末装置の応答に基づいて、前記候補放射パターンのいずれかを新たな接続放射パターンとして選択するパターン選択手段と、
を有し、
前記送信手段は、設定された前記各候補放射パターンにて、送信出力を異ならせた複数回の送信を行うこと、
を特徴とする移動体通信基地局。