JP6468034B2 - 基地局、無線通信システム、および基地局の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、基地局、無線通信システム、および基地局の処理方法に関する。

同一の周波数を用いて同時に送信および受信を行うＦｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ通信が知られている。Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ通信では、送信および受信を同時に行うため、送信アンテナから送信された自身の送信信号が自身の受信アンテナへ回り込み、受信信号の干渉信号となる自己干渉が起り、受信信号の品質が劣化する。そこで、パワーアンプから出力された送信信号を、受信アンテナに入力された信号から減算することにより、送信信号の回り込みをキャンセルする処理が行われる。

また、自己干渉を抑制するために、送信アンテナの指向性と受信アンテナの指向性とを、空間的に重ならないように制御する技術が知られている。

特表２０１３−５２６１３５号公報

H.Kawai et,al.，"IndependentAdaptive Control of Surviving Symbol Replica Candidates at Each Stage Based onMinimum Branch Metric in QRM-MLD for OFCDM MIMO multiplexing"，IEEE VTC2004-Fall. Vol.3，P1558 − 1564

ところで、送信アンテナから送信された送信信号は、外部の障害物に反射して受信アンテナに入力される場合がある。送信アンテナの指向性と受信アンテナの指向性とを、空間的に重ならないように制御したとしても、障害物の配置によっては、送信アンテナから送信された送信信号が、障害物に反射して受信アンテナに入力される場合がある。

送信アンテナから受信アンテナに直接到来する信号は、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離に応じた減衰量および遅延量に基づいて、送信部からの信号を、受信アンテナで受信された信号から減算することでキャンセルすることができる。しかし、外部の障害物に反射して受信アンテナに到来した送信信号は、障害物までの距離が不明であるため、受信アンテナに入力された反射波の減衰量や遅延量が不明である。従って、パワーアンプからの出力を用いて反射波をキャンセルするためには、受信信号に含まれる反射波の受信強度や遅延量を推定する処理を行う大規模な回路を設けることになる。これにより、通信装置の小型化が困難となる。

本願に開示の技術は、回路規模を増大させることなく反射波による自己干渉を抑制する。

１つの側面では、同一周波数を用いて同時に端末からの上り信号の受信および端末への下り信号の送信が可能な基地局において、送信部と、受信部と、判定部と、変更部とを有する。送信部は、端末毎に、端末の方向に指向性を有するアンテナを介して端末に割り当てた周波数において下り信号を送信する。受信部は、端末毎に、端末の方向に指向性を有するアンテナを介して端末に割り当てた周波数において上り信号を受信する。判定部は、端末毎に、下り信号の反射波により端末からの上り信号の受信品質が所定の閾値以下となったか否かを判定する。変更部は、判定部によって上り信号の受信品質が所定の閾値以下と判定された場合、第１の処理または第２の処理を行う。第１の処理は、上り信号の送信元の端末である第１の端末に、第１の端末の上り信号の周波数を、各端末に割り当てられた上り信号または下り信号の周波数のいずれかに変更するように指示する処理である。第２の処理は、第１の端末からの上り信号と同一の周波数の下り信号の周波数を、各端末に割り当てられた上り信号または下り信号の周波数のいずれかに変更する処理である。

１実施形態によれば、回路規模を増大させることなく、反射波による自己干渉を抑制することができる。

図１は、実施例１における無線通信システムの一例を示す図である。 図２は、基地局の一例を示すブロック図である。 図３は、周波数テーブルの一例を示す図である。 図４は、送信アンテナと位相調整部の一例を示すブロック図である。 図５は、受信アンテナと位相調整部の一例を示すブロック図である。 図６は、受信部の一例を示すブロック図である。 図７は、実施例１における基地局の動作の一例を示すフローチャートである。 図８は、実施例２における無線通信システムの一例を示す図である。 図９は、実施例２における基地局の動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、実施例３における無線通信システムの一例を示す図である。 図１１は、実施例３における基地局の動作の一例を示すフローチャートである。 図１２は、基地局のハードウェアの一例を示す図である。

以下に、本願の開示する基地局、無線通信システム、および基地局の処理方法の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例は開示の技術を限定するものではない。そして、各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

［無線通信システム１０］
図１は、実施例１における無線通信システム１０の一例を示す図である。本実施例における無線通信システム１０は、基地局２０および複数の端末１１（端末１１−１および１１−２）を有する。なお、以下では、端末１１−１および１１−２のそれぞれを区別することなく総称する場合に端末１１と記載する。また、図１では、２台の端末１１−１および１１−２を有する無線通信システム１０が例示されているが、無線通信システム１０は、３台以上の端末１１を有していてもよい。

基地局２０は、いずれかの端末１１からの上り信号の受信と、いずれかの端末１１への下り信号の送信とを、同一周波数を用いて同時に行うことが可能である。即ち、基地局２０は、Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ通信を行うことが可能である。また、基地局２０は、アレイアンテナ等を用いて、それぞれの端末１１に対して電波の送信ビームおよび受信ビームを形成する。これにより、基地局２０が同一周波数を用いて複数の端末１１に同時に下り信号を送信した場合であっても、各端末１１は、自身宛の信号を、他の端末１１宛の信号と区別して受信することができる。また、各端末１１が同一周波数を用いて基地局２０へ同時に上り信号を送信した場合であっても、基地局２０は、各端末１１からの信号を区別して受信することができる。

また、基地局２０は、端末１１への下り信号の周波数と、端末１１からの上り信号の周波数とを、予め決められたチャネル数に対応する周波数の中から任意に割り当てることが可能である。図１に示した例では、端末１１−１への下り信号に周波数ｆ₁が割り当てられ、端末１１−１からの上り信号に周波数ｆ₂が割り当てられ、端末１１−２への下り信号に周波数ｆ₃が割り当てられ、端末１１−２からの上り信号に周波数ｆ₁が割り当てられている。また、図１に例示した基地局２０は、端末１１−１に対して周波数ｆ₁を用いた下り信号の送信と、端末１１−２に対して周波数ｆ₁を用いた上り信号の受信とを同時に行う。

各端末１１は、基地局２０から指示された周波数を用いて、基地局２０からの下り信号を受信する。また、各端末１１は、基地局２０から指示された周波数を用いて、上り信号を基地局２０へ送信する。なお、各端末１１は、Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ通信を行う機能を有していなくてもよい。

ここで、例えば図１に示すように、端末１１または障害物が移動することにより、周波数ｆ₁を用いて基地局２０から端末１１−１へ送信された下り信号が、障害物１２および障害物１３に反射し、端末１１−２の方向から基地局２０へ到来する場合がある。その場合、障害物１２および障害物１３において反射した反射波が、周波数ｆ₁を用いて端末１１−２から送信された上り信号の干渉波として基地局２０に受信される。基地局２０から送信される下り信号の電力は、端末１１−２から送信される上り信号の電力よりも大きい。そのため、端末１１−２から送信された上り信号の基地局２０における受信品質が悪化し、端末１１−２から送信された上り信号は、基地局２０によって正しく復調されない場合がある。

これを回避するため、本実施例の基地局２０は、反射波により端末１１−２から送信された上り信号の品質が悪化した場合、端末１１−２の上り信号の周波数を変更させる。これにより、基地局２０は、反射波の周波数とは異なる周波数で端末１１−２からの上り信号を受信することができる。そのため、基地局２０は、反射波と端末１１−２からの上り信号とを容易に分離することができ、端末１１−２からの上り信号の受信品質を改善することができる。

［基地局２０］
図２は、基地局２０の一例を示すブロック図である。基地局２０には、送信アンテナ４０および受信アンテナ５０が接続されている。本実施例において、送信アンテナ４０および受信アンテナ５０は、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナである。基地局２０は、位相調整部２１、送信部２２、位相調整部２３、直接波キャンセル部２４、受信部２５、位相制御部２６、判定部２７、変更部２８、保持部２９、およびデータ処理部３０を有する。

保持部２９は、例えば図３に示すような周波数テーブル２９０を保持する。図３は、周波数テーブル２９０の一例を示す図である。周波数テーブル２９０には、それぞれの端末１１を識別する端末ＩＤ２９１に対応付けて、上り信号周波数２９２、下り信号周波数２９３、および方向２９４が格納される。

上り信号周波数２９２は、端末ＩＤ２９１で識別される端末１１に割り当てられた上り信号の周波数を示す。下り信号周波数２９３は、端末ＩＤ２９１で識別される端末１１に割り当てられた下り信号の周波数を示す。方向２９４は、基地局２０から、端末ＩＤ２９１で識別される端末１１へ向かう方向を示す。

位相調整部２１は、位相制御部２６からの制御信号に応じて、送信アンテナ４０内の各アンテナ素子に入力される下り信号の位相を調整することにより、端末１１毎に下り信号の送信ビームを形成する。そして、位相調整部２１は、端末１１毎に送信部２２から出力された下り信号を、端末１１の方向に形成された送信ビームを用いて送信する。

図４は、送信アンテナ４０と位相調整部２１の一例を示すブロック図である。位相調整部２１は、信号分配部２１０、複数の位相設定部２１１−１〜２１１−ｎ、および複数のＨＰＡ（High Power Amplifier）２１２−１〜２１２−ｎを有する。送信アンテナ４０は、複数のアンテナ素子４１−１〜４１−ｎを有する。なお、以下では、位相設定部２１１−１〜２１１−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合に位相設定部２１１と記載する。また、ＨＰＡ２１２−１〜２１２−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合にＨＰＡ２１２と記載する。また、アンテナ素子４１−１〜４１−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合にアンテナ素子４１と記載する。

信号分配部２１０は、端末１１毎に、送信部２２から出力された下り信号を、端末１１に対して割り当てられた複数の位相設定部２１１にそれぞれ分配する。それぞれの位相設定部２１１は、信号分配部２１０から分配された下り信号の位相を、位相制御部２６から出力された制御信号に応じた位相に設定する。それぞれのＨＰＡ２１２は、位相設定部２１１によって位相が設定された下り信号を増幅する。それぞれのＨＰＡ２１２によって増幅された下り信号は、それぞれのアンテナ素子４１から送信される。

本実施例では、例えば、所定数の位相設定部２１１、ＨＰＡ２１２、およびアンテナ素子４１が、各端末１１に割り当てられ、これらの位相設定部２１１、ＨＰＡ２１２、およびアンテナ素子４１によって、端末１１に対して下り信号の送信ビームが形成される。

位相調整部２３は、受信アンテナ５０内の各アンテナ素子を介して受信された上り信号の位相を、位相制御部２６からの信号に応じて調整することにより、端末１１毎に、端末１１の方向からの電波の受信利得を高めた受信ビームを形成する。そして、位相調整部２３は、端末１１毎に、端末１１の方向の受信ビームを用いて受信した上り信号を、直接波キャンセル部２４へ出力する。

図５は、受信アンテナ５０と位相調整部２３の一例を示すブロック図である。位相調整部２３は、信号合成部２３０、複数の位相設定部２３１−１〜２３１−ｎ、および複数のＬＮＡ（Low-Noise Amplifier）２３２−１〜２３２−ｎを有する。受信アンテナ５０は、複数のアンテナ素子５１−１〜５１−ｎを有する。なお、以下では、位相設定部２３１−１〜２３１−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合に位相設定部２３１と記載する。また、ＬＮＡ２３２−１〜２３２−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合にＬＮＡ２３２と記載する。また、アンテナ素子５１−１〜５１−ｎのそれぞれを区別することなく総称する場合にアンテナ素子５１と記載する。

それぞれのＬＮＡ２３２は、アンテナ素子５１が受信した上り信号を増幅する。それぞれの位相設定部２３１は、ＬＮＡ２３２が増幅した上り信号の位相を、位相制御部２６から出力された制御信号に応じた位相に設定する。信号合成部２３０は、端末１１毎に、位相設定部２３１が位相を設定した上り信号を合成する。そして、信号合成部２３０は合成した上り信号を、端末１１毎に直接波キャンセル部２４へ出力する。

本実施例では、例えば、所定数の位相設定部２３１、ＬＮＡ２３２、およびアンテナ素子５１が、各端末１１に割り当てられ、これらの位相設定部２３１、ＬＮＡ２３２、およびアンテナ素子５１によって、端末１１に対して上り信号の受信ビームが形成される。

位相制御部２６は、端末１１毎に、送信アンテナ４０内の各アンテナ素子４１に入力される下り信号の位相をわずかに変化させることにより、送信ビームの方向をわずかに変化させる。そして、位相制御部２６は、端末１１から通知された下り信号の受信強度に基づいて、端末１１において下り信号の受信強度が大きくなる送信ビームの方向を逐次決定する。

また、位相制御部２６は、端末１１毎に、受信アンテナ５０内の各アンテナ素子５１から出力される上り信号の位相をわずかに変化させることにより、受信ビームの方向をわずかに変化させる。そして、位相制御部２６は、上り信号の受信強度を測定し、上り信号の受信強度が大きくなる受信ビームの方向を逐次決定する。

また、位相制御部２６は、端末１１毎に、決定した送信ビームおよび受信ビームの方向に基づいて、端末１１の方向を特定し、特定した端末１１の方向を示す情報を、端末１１を識別する端末ＩＤに対応付けて、保持部２９内の周波数テーブル２９０に格納する。本実施例において、位相制御部２６は、例えば、送信ビームの方向と受信ビームの方向との中間の方向を、端末１１の方向として特定する。

送信部２２は、端末１１毎に、データ処理部３０から出力されたデータに対して符号化や変調の処理を行うことにより下り信号を生成する。そして、送信部２２は、端末１１毎に生成した下り信号を、端末１１に割り当てられた下り信号の周波数にアップコンバートして位相調整部２１へ出力する。

直接波キャンセル部２４は、送信アンテナ４０と受信アンテナ５０との間の距離に基づいて予め設定された減衰量と遅延量とを用いて、位相調整部２３が出力した上り信号から、送信部２２が出力した下り信号を減算する。これにより、直接波キャンセル部２４は、送信アンテナ４０から受信アンテナ５０に直接入力された下り信号を、受信アンテナ５０が受信した上り信号からキャンセルする。直接波キャンセル部２４は、キャンセル後の上り信号を受信部２５へ出力する。

受信部２５は、直接波キャンセル部２４から出力された上り信号に対して、端末１１毎に、ダウンコンバートおよび復調等の処理を行い、処理後の上り信号をデータ処理部３０へ出力する。また、受信部２５は、端末１１毎に、端末１１から受信した上り信号の受信品質を算出し、算出した受信品質を示す信号を判定部２７へ出力する。本実施例において、受信部２５は、端末１１毎に、端末１１から受信した上り信号のＳＩＮＲ（Signal−to−Interference plus Noise power Ratio）を、端末１１から受信した上り信号の受信品質として算出する。

図６は、受信部２５の一例を示すブロック図である。受信部２５は、ＲＦ処理部２５０、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）２５１、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理部２５２、チャネル推定部２５３、復調部２５４、およびＳＩＮＲ算出部２５５を有する。

ＲＦ処理部２５０は、端末１１毎に、直接波キャンセル部２４から出力された上り信号をベースバンド信号にダウンコンバートする。ＡＤＣ２５１は、ＲＦ処理部２５０によってダウンコンバートされたアナログのベースバンド信号をディジタル信号に変換する。ＦＦＴ処理部２５２は、ＡＤＣ２５１によってディジタル信号に変換された上り信号に対してＦＦＴ処理を施す。チャネル推定部２５３は、無線伝搬路のチャネル推定値を算出する。復調部２５４は、チャネル推定部２５３によって推定されたチャネル推定値を用いて、ＦＦＴ処理部２５２によってＦＦＴ処理された上り信号を復調する。そして、復調部２５４は、復調後の上り信号をデータ処理部３０へ出力する。

ＳＩＮＲ算出部２５５は、チャネル推定部２５３によって算出されたチャネル推定値を用いて、端末１１毎に上り信号の受信品質を示す情報を算出する。本実施例において、ＳＩＮＲ算出部２５５は、端末１１毎に上り信号のＳＩＮＲを、受信品質を示す情報として算出する。本実施例における無線通信システム１０では、基地局２０およびそれぞれの端末１１は、例えばＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）を用いて通信を行う。また、本実施例において、端末１１から基地局２０へ送信される上り信号には、ＲＳ（Reference Signal）等のパイロット信号が含まれる。

ＳＩＮＲ算出部２５５は、例えば下記の算出式（１）に従って、端末１１毎に干渉雑音電力σ（ｎ）²を算出する。

ここで、ｎは、時間方向に数えた場合のＲＥ（Resource Element）の番号を表す。また、Ｋは、ｎ列において周波数方向に含まれるＲＳの数を表す。また、Ｍは、ＲＳの配置間隔を表す。

次に、ＳＩＮＲ算出部２５５は、例えば下記の算出式（２）に従って、端末１１毎に上り信号の電力Ｓ（ｎ）を算出する。

次に、ＳＩＮＲ算出部２５５は、下記の算出式（３）に従って、端末１１毎にＳＩＮＲを算出し、算出したＳＩＮＲを判定部２７へ出力する。

本実施例において、ＳＩＮＲ算出部２５５は、例えば所定のタイミング毎に、端末１１毎のＳＩＮＲを算出する。所定のタイミングとは、例えば端末１１からの上り信号に含まれる所定数のスロット毎のタイミングである。なお、ＳＩＮＲ算出部２５５は、例えば端末１１からの上り信号に含まれる各スロットのタイミングで、端末１１毎のＳＩＮＲを算出してもよい。

判定部２７は、端末１１毎に、下り信号の反射波により端末１１からの上り信号の受信品質が所定の閾値以下となったか否かを判定する。本実施例において、判定部２７は、端末１１毎に、例えばＳＩＮＲ算出部２５５によって算出されたＳＩＮＲが所定値以下となった場合に、下り信号の反射波により端末１１からの上り信号の受信品質が所定の閾値以下となったと判定する。下り信号の反射波により端末１１からの上り信号の受信品質が所定の閾値以下となった端末１１を検出した場合、判定部２７は、検出した端末１１を第１の端末１１として、第１の端末１１の端末ＩＤを変更部２８へ出力する。

変更部２８は、判定部２７から第１の端末１１の端末ＩＤが出力された場合に、保持部２９内の周波数テーブル２９０を参照し、各端末１１の上り信号または下り信号に割り当てられている周波数を特定する。そして、変更部２８は、特定した周波数から、第１の端末１１の端末ＩＤに対応付けられている上り信号および下り信号の周波数を除外する。そして、変更部２８は、残った周波数のいずれかを、第１の端末１１の上り信号の周波数として特定する。

そして、変更部２８は、特定した周波数で、第１の端末１１の端末ＩＤに対応付けられて周波数テーブル２９０に格納されている上り信号周波数を書き換える。また、変更部２８は、第１の端末１１の上り信号の周波数を、特定した周波数に変更させるように送信部２２に指示する。送信部２２は、第１の端末１１に対して、上り信号の周波数を、変更部２８によって特定された周波数に変更する旨を指示するメッセージを含む下り信号を生成する。そして、送信部２２は、生成した下り信号を、位相調整部２１を介して、第１の端末１１へ送信する。

図１に示した例では、判定部２７は、反射波により端末１１−２からの上り信号の受信品質が所定の閾値以下となったことを検出し、端末１１−２の端末ＩＤを、第１の端末１１の端末ＩＤとして変更部２８へ出力する。変更部２８は、保持部２９内の周波数テーブル２９０を参照し、各端末１１の上り信号または下り信号に割り当てられている周波数として、周波数ｆ₁〜ｆ₃を特定する。そして、変更部２８は、特定した周波数から、第１の端末１１の端末ＩＤに対応付けられている上り信号の周波数ｆ₁と、下り信号の周波数ｆ₃と除外する。これにより、変更部２８によって特定された周波数としては、周波数ｆ₂が残る。

そして、変更部２８は、残った周波数ｆ₂を、第１の端末１１である端末１１−２の上り信号の周波数として特定する。そして、変更部２８は、周波数テーブル２９０内で端末１１−２の端末ＩＤに対応付けられている上り信号の周波数を周波数ｆ₂に書き換える。そして、変更部２８は、端末１１−２の上り信号の周波数を、周波数ｆ₂に変更させる。これにより、端末１１−２の上り信号の周波数が、反射波とは異なる周波数となるため、端末１１−２の上り信号の周波数帯域において、反射波の影響を少なくすることができ、端末１１−２からの上り信号の受信品質を改善することができる。

ここで、各端末１１がＦｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ通信の機能を有する場合であっても、上り信号および下り信号に同一の周波数が割り当てられた場合には、端末１１が送信した上り信号が障害物に反射して端末１１において受信されることがある。これにより、端末１１において受信される下り信号の品質が劣化する場合がある。そのため、本実施例の変更部２８は、端末１１−１または１１−２に割り当てられている周波数ｆ₁〜ｆ₃の中から、端末１１−２が使用している上り信号の周波数ｆ₁の他に、第１の端末１１が使用している下り信号の周波数ｆ₃を除外する。これにより、端末１１−２の下り信号周波数ｆ₃と同一の周波数が上り信号周波数として端末１１−２に割り当てられることを回避することができる。

なお、本実施例において、変更部２８は、反射波によって受信品質が悪化した上り信号の周波数を、上り信号または下り信号の周波数として各端末１１に既に割り当てられている周波数の中から選択した周波数に変更する。ただし、無線通信システム１０が利用可能な周波数のうち、いずれの端末１１にも割り当てられていない周波数がある場合、変更部２８は、反射波によって受信品質が悪化した上り信号の周波数を、未割当の周波数に変更してもよいことは言うまでもない。

［基地局２０の動作］
図７は、実施例１における基地局２０の動作の一例を示すフローチャートである。基地局２０は、例えば数ミリ秒〜数秒の間隔で、本フローチャートに示す動作を実行する。なお、基地局２０は、本フローチャートに示す動作とは別に、各端末１１について、下り信号の送信、上り信号の受信、および上り信号のＳＩＮＲの算出を行っている。

まず、基地局２０の判定部２７は、基地局２０と通信を行っている端末１１の中で、未選択の端末１１の１つを第１の端末１１として選択する（Ｓ１００）。そして、判定部２７は、選択した第１の端末１１について、ＳＩＮＲ算出部２５５から出力された最新のＳＩＮＲに基づいて、ＳＩＮＲが予め定められた閾値以下か否かを判定する（Ｓ１０１）。ＳＩＮＲが予め定められた閾値より大きい場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、判定部２７は、後述するステップＳ１０６を実行する。

一方、ＳＩＮＲが予め定められた閾値以下である場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、判定部２７は、第１の端末１１の端末ＩＤを変更部２８へ出力する。変更部２８は、保持部２９内の周波数テーブル２９０を参照して、基地局２０と通信を行っている各端末１１の上り信号および下り信号の周波数を特定する（Ｓ１０２）。そして、変更部２８は、特定した周波数の中から、第１の端末１１の上り信号または下り信号の周波数と同一の周波数を除外する（Ｓ１０３）。

次に、変更部２８は、残った周波数の中のいずれかの周波数を、第１の端末１１の上り信号に割り当てる周波数として特定する。そして、変更部２８は、第１の端末１１の上り信号の周波数を、特定された周波数に変更する（Ｓ１０４）。そして、変更部２８は、特定された周波数で、第１の端末１１の端末ＩＤに対応付けられて周波数テーブル２９０に格納されている上り信号の周波数を書き換えることにより、周波数テーブル２９０を更新する（Ｓ１０５）。

次に、判定部２７は、基地局２０と通信を行っている全ての端末１１を選択したか否かを判定する（Ｓ１０６）。未選択の端末１１がある場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、判定部２７は、再びステップＳ１００に示した処理を実行する。一方、全ての端末１１を選択した場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、基地局２０は、本フローチャートに示した処理を終了する。

上述したように、本実施例の基地局２０によれば、受信信号から反射波を推定して除去する処理を行うことなく、上り信号の周波数を反射波とは異なる周波数に変更することができる。これにより、本実施例の基地局２０は、回路規模を増大させることなく、反射波による自己干渉を抑制することができる。

［無線通信システム１０］
図８は、実施例２における無線通信システム１０の一例を示す図である。本実施例の無線通信システム１０では、反射波によって受信品質が悪化した上り信号の周波数を、基地局２０から該上り信号の送信元の端末１１へ向かう方向とのなす角度が最も大きい方向にある端末１１が使用している周波数と入れ替える点が実施例１とは異なる。

本実施例における無線通信システム１０は、基地局２０および複数の端末１１（端末１１−１〜１１−４）を有する。なお、図８では、４台の端末１１−１〜１１−４を有する無線通信システム１０が例示されているが、無線通信システム１０は、３台以下の端末１１を有していてもよく、５台以上の端末１１を有していてもよい。

また、本実施例において、基地局２０が有する各機能ブロックは、以下に説明する点を除き、図２〜図６を用いて説明した実施例１における基地局２０と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施例では、例えば図８に示すように、周波数ｆ₁を用いて基地局２０から端末１１−１へ送信された下り信号が、障害物１２および障害物１３に反射し、端末１１−２の方向から基地局２０へ到来する。そのため、障害物１２および障害物１３に反射した反射波の影響により、基地局２０において、周波数ｆ₁を用いて端末１１−２から送信された上り信号の受信品質が悪化する。

判定部２７は、ＳＩＮＲ算出部２５５から出力されたＳＩＮＲが所定の閾値以下であることを検出することにより、上り信号の受信品質の悪化を検出する。そして、判定部２７は、受信品質が悪化した上り信号の送信元の端末１１の端末ＩＤを、第１の端末１１の端末ＩＤとして変更部２８へ出力する。図８の例では、判定部２７は、端末１１−２の端末ＩＤを変更部２８へ出力する。

変更部２８は、判定部２７から第１の端末１１の端末ＩＤが出力された場合に、保持部２９内の周波数テーブル２９０を参照し、各端末１１の上り信号または下り信号に割り当てられている周波数を特定する。図８の例では、周波数ｆ₁〜ｆ₄が特定される。

次に、変更部２８は、特定された周波数の中から、第１の端末１１によって使用されている上り信号および下り信号の周波数を除外する。図８の例では、第１の端末１１である端末１１−２は、上り信号に周波数ｆ₁を使用しており、下り信号に周波数ｆ₂を使用している。そのため、変更部２８によって特定された周波数としては、周波数ｆ₃およびｆ₄が残る。

次に、変更部２８は、周波数テーブル２９０を参照して、残った周波数を使用している各端末１１について、基地局２０から端末１１へ向かう方向を特定する。図８の例では、端末１１−３は、上り信号に周波数ｆ₄を使用しており、下り信号に周波数ｆ₃を使用している。図８の例では、基地局２０から端末１１−３へ向かう方向はｄ₃である。また、図８の例では、端末１１−４は、上り信号に周波数ｆ₃を使用しており、下り信号に周波数ｆ₄を使用している。図８の例では、基地局２０から端末１１−４へ向かう方向はｄ₄である。

そして、変更部２８は、基地局２０から第１の端末１１へ向かう方向とのなす角度が最も大きい方向にある端末１１を第２の端末１１として特定する。図８の例では、基地局２０から第１の端末１１である端末１１−２へ向かう方向はｄ₂である。また、図８の例では、端末１１−３の方向ｄ₃および端末１１−４の方向ｄ₄のうち、第１の端末１１の方向ｄ₂とのなす角度が最も大きいのは、方向ｄ₄である。そのため、変更部２８は、端末１１−４を第２の端末１１として特定する。

そして、変更部２８は、特定した第２の端末１１の上り信号または下り信号の周波数と、第１の端末１１の上り信号の周波数とを入れ替えるように送信部２２に指示する。送信部２２は、変更部２８からの指示に従って、第２の端末１１の上り信号または下り信号の周波数と、第１の端末１１の上り信号の周波数との入れ替えを指示するメッセージを含む下り信号を生成する。そして、送信部２２は、生成した下り信号を、位相調整部２１を介して、第１の端末１１および第２の端末１１へそれぞれ送信する。

図８の例では、変更部２８は、例えば、端末１１−４の上り信号の周波数ｆ₃と、端末１１−２の上り信号の周波数ｆ₁とを入れ替えるように送信部２２に指示する。これにより、端末１１−２の上り信号の周波数が周波数ｆ₃となり、反射波の周波数ｆ₁とは異なる周波数となる。そのため、基地局２０において、端末１１−２からの上り信号の受信品質を改善することができる。

また、本実施例において、基地局２０は、反射波により受信品質が悪化した上り信号の周波数を、他の端末１１に割り当てられている上り信号または下り信号の周波数と入れ替える。これにより、周波数の使用率が特定の周波数に集中することを防止し、それぞれの周波数の使用率を同程度に分散させることができる。

また、本実施例において、基地局２０は、反射波により受信品質が悪化した上り信号の周波数を、該上り信号の送信元である第１の端末１１から最も離れた方向にある第２の端末１１が使用している上り信号または下り信号の周波数と入れ替える。これにより、入れ替え後に、第２の端末１１からの上り信号の受信品質が、同じ障害物からの反射波により悪化することを回避することができる。

［基地局２０の動作］
図９は、実施例２における基地局２０の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下に説明する点を除き、図９において図７と同一の符号を付した処理は、図７において説明した処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

ステップＳ１０３において、特定した周波数の中から、第１の端末１１の上り信号または下り信号の周波数と同一の周波数を除外した後、変更部２８は、周波数テーブル２９０を参照して、基地局２０から第１の端末１１へ向かう方向を特定する。また、変更部２８は、周波数テーブル２９０を参照して、基地局２０から、残った周波数を使用している各端末１１について、基地局２０から端末１１へ向かう方向を特定する。そして、変更部２８は、残った周波数を使用している端末１１の中で、第１の端末１１の方向とのなす角度が最も大きい方向にある端末１１を第２の端末１１として特定する（Ｓ１１０）。

次に、変更部２８は、第１の端末１１および第２の端末１１に指示して、第１の端末１１の上り信号の周波数と、第２の端末１１の上り信号または下り信号の周波数とを入れ替える（Ｓ１１１）。そして、変更部２８は、周波数テーブル２９０において、第１の端末１１の上り信号の周波数と、第２の端末１１の上り信号または下り信号の周波数とを入れ替えることにより、周波数テーブル２９０を更新する（Ｓ１０５）。

［無線通信システム１０］
図１０は、実施例３における無線通信システム１０の一例を示す図である。本実施例における無線通信システム１０では、反射波によって上り信号の受信品質が悪化した場合に、該上り信号と同一周波数のいずれかの端末１１宛の下り信号の周波数を変更する点が実施例１とは異なる。

本実施例における無線通信システム１０は、基地局２０および複数の端末１１（端末１１−１〜１１−５）を有する。なお、図１０では、５台の端末１１−１〜１１−５を有する無線通信システム１０が例示されているが、無線通信システム１０は、４台以下の端末１１を有していてもよく、６台以上の端末１１を有していてもよい。

また、本実施例において、基地局２０が有する各機能ブロックは、以下に説明する点を除き、図２〜図６を用いて説明した実施例１における基地局２０と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施例では、例えば図１０に示すように、周波数ｆ₁を用いて基地局２０から端末１１−１へ送信された下り信号が、障害物１２および障害物１３に反射し、端末１１−２の方向から基地局２０へ到来する。そのため、障害物１２および障害物１３に反射した反射波の影響により、基地局２０において、周波数ｆ₁を用いて端末１１−２から送信された上り信号の受信品質が悪化する。

判定部２７は、ＳＩＮＲ算出部２５５から出力されたＳＩＮＲが所定の閾値以下であることを検出することにより、上り信号の受信品質の悪化を検出する。そして、判定部２７は、受信品質が悪化した上り信号の送信元の端末１１の端末ＩＤを、第１の端末１１の端末ＩＤとして変更部２８へ出力する。図１０の例では、判定部２７は、端末１１−２の端末ＩＤを第１の端末１１の端末ＩＤとして変更部２８へ出力する。

変更部２８は、判定部２７から第１の端末１１の端末ＩＤが出力された場合に、保持部２９内の周波数テーブル２９０を参照して、第１の端末１１の上り信号と同一の周波数の下り信号を使用している端末１１を特定する。そして、変更部２８は、周波数テーブル２９０を参照して、特定した端末１１の中で、基地局２０から第１の端末１１へ向かう方向とのなす角度が最も小さい方向にある端末１１を第２の端末１１として特定する。

図１０の例では、端末１１−２の上り信号と同一の周波数ｆ₁の下り信号を使用している端末１１は、端末１１−１と端末１１−４である。基地局２０から端末１１−２へ向かう方向ｄ₂と、基地局２０から端末１１−１へ向かう方向ｄ₁とのなす角度は、基地局２０から端末１１−２へ向かう方向ｄ₂と、基地局２０から端末１１−４へ向かう方向ｄ₄とのなす角度よりも小さい。そのため、図１０の例では、変更部２８は、端末１１−１を第２の端末１１として特定する。

次に、変更部２８は、各端末１１の上り信号または下り信号に割り当てられている周波数を特定する。図１０の例では、周波数ｆ₁〜ｆ₄が特定される。そして、変更部２８は、特定した周波数から、第２の端末１１に割り当てられている上り信号および下り信号の周波数を除外する。これにより、図１０の例では、周波数ｆ₁〜ｆ₄から、第２の端末１１に割り当てられている上り信号の周波数ｆ₂および下り信号の周波数ｆ₁が除外され、周波数ｆ₃およびｆ₄が残る。

次に、変更部２８は、周波数テーブル２９０を参照して、残った周波数を使用している各端末１１について、基地局２０から端末１１へ向かう方向を特定する。図１０の例では、残った周波数ｆ₃またはｆ₄を使用する端末１１は、端末１１−３および１１−５である。また、図１０の例では、基地局２０から端末１１−３へ向かう方向はｄ₃であり、基地局２０から端末１１−５へ向かう方向はｄ₅である。

そして、変更部２８は、残った周波数を使用している端末１１の中で、基地局２０から第２の端末１１へ向かう方向とのなす角度が最も大きい端末１１を、第３の端末１１として特定する。基地局２０から第２の端末１１へ向かう方向ｄ₁と、基地局２０から端末１１−５へ向かう方向ｄ₅とのなす角度は、基地局２０から第２の端末１１へ向かう方向ｄ₁と、基地局２０から端末１１−３へ向かう方向ｄ₃とのなす角度よりも大きい。そのため、図１０の例では、変更部２８は、端末１１−５を第３の端末１１として特定する。

次に、変更部２８は、第２の端末１１の下り信号の周波数を変更する。例えば、変更部２８は、特定した第３の端末１１の上り信号または下り信号の周波数と、第２の端末１１の下り信号の周波数とを入れ替えるように送信部２２に指示する。送信部２２は、変更部２８からの指示に従って、第３の端末１１の上り信号または下り信号の周波数と、第２の端末１１の下り信号の周波数との入れ替えを指示するメッセージを含む下り信号を生成する。そして、送信部２２は、生成した下り信号を、位相調整部２１を介して、第２の端末１１および第３の端末１１へそれぞれ送信する。

図１０の例では、変更部２８は、例えば、端末１１−５の下り信号の周波数ｆ₄と、端末１１−１の下り信号の周波数ｆ₁とを入れ替えるように送信部２２に指示する。これにより、端末１１−１の下り信号の周波数がｆ₄となり、反射波の周波数が、端末１１−２からの上り信号の周波数ｆ₁とは異なる周波数となる。そのため、基地局２０において、端末１１−２からの上り信号の受信品質を改善することができる。

また、本実施例において、基地局２０は、反射波により受信品質が悪化した上り信号と同一の周波数であって、該上り信号の方向に最も近い方向の下り信号の周波数を、該下り信号の方向から最も離れた方向にある第３の端末１１が使用する周波数と入れ替える。これにより、周波数の入れ替えにより、第１の端末１１の上り信号の品質をより確実に改善することができる。

［基地局２０の動作］
図１１は、実施例３における基地局２０の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下に説明する点を除き、図１１において図７と同一の符号を付した処理は、図７において説明した処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

ＳＩＮＲが予め定められた閾値以下である場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、判定部２７は、第１の端末１１の端末ＩＤを変更部２８へ出力する。変更部２８は、第１の端末１１の上り信号と同一の周波数の下り信号を使用している端末１１を特定する。そして、変更部２８は、周波数テーブル２９０を参照して、特定した端末１１の中で、基地局２０から第１の端末１１へ向かう方向とのなす角度が最も小さい方向にある端末１１を第２の端末１１として特定する（Ｓ１２０）。

次に、変更部２８は、周波数テーブル２９０を参照して、基地局２０と通信を行っている各端末１１の上り信号および下り信号の周波数を特定する（Ｓ１２１）。そして、変更部２８は、特定した周波数の中から、第２の端末１１の上り信号または下り信号の周波数と同一の周波数を除外する（Ｓ１２２）。

次に、変更部２８は、周波数テーブル２９０を参照して、基地局２０から第２の端末１１へ向かう方向を特定する。また、変更部２８は、周波数テーブル２９０を参照して、基地局２０から、残った周波数を使用している各端末１１について、基地局２０から端末１１へ向かう方向を特定する。そして、変更部２８は、残った周波数を使用している端末１１の中で、基地局２０から第２の端末１１の方向とのなす角度が最も大きい方向にある端末１１を第３の端末１１として特定する（Ｓ１２３）。

次に、変更部２８は、第２の端末１１および第３の端末１１に指示して、第２の端末１１の下り信号の周波数と、第３の端末１１の上り信号または下り信号の周波数とを入れ替える（Ｓ１２４）。そして、変更部２８は、周波数テーブル２９０において、第２の端末１１の下り信号の周波数と、第３の端末１１の上り信号または下り信号の周波数とを入れ替えることにより、周波数テーブル２９０を更新する（Ｓ１０５）。

［ハードウェア］
図１２は、基地局２０のハードウェアの一例を示す図である。基地局２０は、送信アンテナ４０、受信アンテナ５０、ネットワークインターフェイス２００、メモリ２０１、プロセッサ２０２、および無線通信モジュール２０３を有する。

送信部２２、直接波キャンセル部２４、受信部２５、位相制御部２６、判定部２７、変更部２８、およびデータ処理部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサ２０２によって実現される。位相調整部２１および位相調整部２３は、例えばプロセッサ２０２および無線通信モジュール２０３によって実現される。保持部２９は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory)、フラッシュメモリ等のメモリ２０１によって実現される。

メモリ２０１には、処理プログラムが格納される。プロセッサ２０２は、処理プログラムをメモリ２０１から読み出して実行することにより、送信部２２、直接波キャンセル部２４、受信部２５、位相制御部２６、判定部２７、変更部２８、およびデータ処理部３０の各機能を実現する。

なお、メモリ２０１内の処理プログラムは、必ずしも最初から全てがメモリ２０１内に格納されていなくてもよい。例えば、基地局２０に挿入されるメモリカードなどの可搬型記録媒体にプログラムが記憶され、基地局２０がこのような可搬型記録媒体から処理に用いられる部分の処理プログラムを取得して実行するようにしてもよい。また、処理プログラムを記憶させた他のコンピュータまたはサーバ装置などから、無線通信回線、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介して、基地局２０が処理プログラムを取得して実行するようにしてもよい。

［その他］
上記した各実施例では、基地局２０および複数の端末１１を有する無線通信システム１０を例に説明したが、開示の技術はこれに限られず、Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ通信が可能な通信装置であれば、開示の技術を適用することができる。

また、上記した実施例２または３において、２つの端末１１の上り信号または下り信号を入れ変えると、いずれかの端末１１の上り信号と下り信号の周波数が同一になってしまう場合がある。その場合には、基地局２０は、周波数を入れ替える２つの端末１１において、上り信号同士および下り信号同士をそれぞれ入れ替えるようにしてもよい。

また、上記した実施例１および２において、基地局２０は、反射波により受信品質が悪化した上り信号の周波数を、該上り信号の送信元の端末１１とは異なる端末１１が使用している周波数に変更するが、開示の技術はこれに限られない。例えば、反射波により上り信号の受信品質が悪化した場合、該上り信号の送信元の端末１１が使用している下り信号の周波数が、該上り信号の周波数と異なる場合には、基地局２０は、該端末１１の上り信号の周波数と下り信号の周波数とを入れ替えさせてもよい。

２０ 基地局
２１ 位相調整部
２２ 送信部
２３ 位相調整部
２４ 直接波キャンセル部
２５ 受信部
２６ 位相制御部
２７ 判定部
２８ 変更部
２９ 保持部
３０ データ処理部
４０ 送信アンテナ
５０ 受信アンテナ

Claims (13)

1. 同一周波数を用いて同時に端末からの上り信号の受信および端末への下り信号の送信が可能な基地局において、
   前記端末毎に、前記端末の方向に指向性を有するアンテナを介して前記端末に割り当てた周波数において下り信号を送信する送信部と、
   前記端末毎に、前記端末の方向に指向性を有するアンテナを介して前記端末に割り当てた周波数において上り信号を受信する受信部と、
   前記端末毎に、下り信号の反射波により前記端末からの上り信号の受信品質が所定の閾値以下となったか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記受信品質が所定の閾値以下と判定された場合、上り信号の送信元の端末である第１の端末に、前記第１の端末の上り信号の周波数を、各端末に割り当てられた上り信号または下り信号の周波数のいずれかに変更するように指示するか、あるいは、前記第１の端末からの上り信号と同一の周波数の下り信号の周波数を、各端末に割り当てられた上り信号または下り信号の周波数のいずれかに変更する変更部と
   を有することを特徴とする基地局。
2. 前記変更部は、
   前記第１の端末に上り信号の周波数を変更するように指示する場合、前記第１の端末への下り信号の周波数とは異なる周波数に変更するように前記第１の端末に指示することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. 前記変更部は、
   前記第１の端末に上り信号の周波数を変更するように指示する場合、前記第１の端末の上り信号の周波数とは異なる周波数の上り信号を送信する第２の端末との間で、上り信号の周波数を入れ替えるように、前記第１の端末および前記第２の端末にそれぞれ指示することを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
4. 前記変更部は、
   前記第１の端末に上り信号の周波数を変更するように指示する場合、前記第２の端末の中で、前記基地局から前記第１の端末へ向かう方向と、前記基地局から前記第２の端末へ向かう方向とのなす角度が最も大きい第２の端末を選択し、選択された第２の端末との間で上り信号の周波数を入れ替えるように、前記第１の端末および前記選択された第２の端末にそれぞれ指示することを特徴とする請求項３に記載の基地局。
5. 前記変更部は、
   前記第１の端末からの上り信号と同一の周波数の下り信号の周波数を変更する場合、前記第１の端末からの上り信号と同一の周波数の下り信号を受信する第２の端末の中で、前記基地局から前記第１の端末へ向かう方向と、前記基地局から前記第２の端末へ向かう方向とのなす角度が最も小さい第２の端末を選択し、選択された第２の端末が受信する下り信号の周波数を変更することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
6. 前記変更部は、
   前記選択された第２の端末が受信する下り信号の周波数を、前記選択された第２の端末からの上り信号の周波数とは異なる周波数に変更することを特徴とする請求項５に記載の基地局。
7. 前記変更部は、
   前記選択された第２の端末と、前記選択された第２の端末が受信する下り信号の周波数とは異なる周波数の下り信号を受信する第３の端末との間で、下り信号の周波数を入れ替えることを特徴とする請求項５または６に記載の基地局。
8. 前記変更部は、
   前記選択された第２の端末と前記第３の端末との間で下り信号の周波数を入れ替えることにより、前記選択された第２の端末または前記第３の端末において、上り信号の周波数と下り信号の周波数とが同一になる場合、前記選択された第２の端末と前記第３の端末との間でさらに上り信号の周波数も入れ替えることを特徴とする請求項７に記載の基地局。
9. 前記変更部は、
   前記第３の端末の中で、前記基地局から前記選択された第２の端末へ向かう方向と、前記基地局から前記第３の端末へ向かう方向とのなす角度が最も大きい第３の端末を選択し、選択された第３の端末と前記選択された第２の端末との間で下り信号の周波数を入れ替えることを特徴とする請求項７または８に記載の基地局。
10. 前記判定部は、
    前記端末毎に、前記端末からの上り信号のＳＩＮＲ（Signal−to−Interference plus Noise power Ratio）が所定値以下となった場合に、下り信号の反射波により前記端末からの上り信号の受信品質が所定の閾値以下となったと判定することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の基地局。
11. 前記判定部は、
    前記端末毎に、上り信号における所定数のスロット毎に上り信号のＳＩＮＲを算出することを特徴とする請求項１０に記載の基地局。
12. 複数の端末と
    同一周波数を用いて同時に前記複数の端末のそれぞれからの上り信号の受信および前記複数の端末のそれぞれへの下り信号の送信が可能な基地局と
    を有し、
    前記基地局は、
    前記端末毎に、前記端末の方向に指向性を有するアンテナを介して前記端末に割り当てた周波数において下り信号を送信する送信部と、
    前記端末毎に、前記端末の方向に指向性を有するアンテナを介して前記端末に割り当てた周波数において上り信号を受信する受信部と、
    前記端末毎に、下り信号の反射波により前記端末からの上り信号の受信品質が所定の閾値以下となったか否かを判定する判定部と、
    前記判定部によって前記受信品質が所定の閾値以下と判定された場合、上り信号の送信元の端末である第１の端末に、前記第１の端末の上り信号の周波数を、各端末に割り当てられた上り信号または下り信号の周波数のいずれかに変更するように指示するか、あるいは、前記第１の端末からの上り信号と同一の周波数の下り信号の周波数を、各端末に割り当てられた上り信号または下り信号の周波数のいずれかに変更する変更部と
    を有することを特徴とする無線通信システム。
13. 同一周波数を用いて同時に端末からの上り信号の受信および端末への下り信号の送信が可能な基地局が、
    前記端末毎に、前記端末の方向に指向性を有するアンテナを介して前記端末に割り当てた周波数において下り信号を送信し、
    前記端末毎に、前記端末の方向に指向性を有するアンテナを介して前記端末に割り当てた周波数において上り信号を受信し、
    前記端末毎に、下り信号の反射波により前記端末からの上り信号の受信品質が所定の閾値以下となったか否かを判定し、
    前記受信品質を所定の閾値以下と判定した場合、上り信号の送信元の端末である第１の端末に、前記第１の端末の上り信号の周波数を、各端末に割り当てられた上り信号または下り信号の周波数のいずれかに変更するように指示するか、あるいは、前記第１の端末からの上り信号と同一の周波数の下り信号の周波数を、各端末に割り当てられた上り信号または下り信号の周波数のいずれかに変更する
    処理を実行することを特徴とする基地局の処理方法。

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