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JP4748106B2 - アンテナビーム制御方法及びアンテナビーム制御装置並びに移動通信システム - Google Patents

アンテナビーム制御方法及びアンテナビーム制御装置並びに移動通信システム Download PDF

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Description

本発明はアンテナビーム制御方法及びアンテナビーム制御装置並びに移動通信システムに係り、特に移動無線の位置情報を利用した無線基地局のアンテナビーム制御方法及びアンテナビーム制御装置並びに移動通信システムに関する。
符号分割多元接続(CDMA;Code Division Multiple Access)方式による移動無線システムでは、直交符号をそれぞれの移動無線端末に割り当て、同一周波数を使用して通信するため、通信品質の向上及び周波数利用効率の向上を目的として基地局において適応アンテナの指向性制御を用いた通信が行われる。この適応アンテナでは、複数のアンテナエレメントを規則的に配列し、受信においてはそれぞれのアンテナエレメントを通じて得られる異なる振幅・位相成分の重み付けを行って空間的なフィルタを形成し、送信においては適切な振幅・位相成分の重み付けを行ってアンテナ放射における任意の指向性特性を形成している。
このCDMA方式の移動通信システムでは、移動無線端末の移動に伴って、無線回線接続を行う基地局の切替(ハンドオフ)が行われる。この場合、移動無線端末がハンドオフ元の基地局からハンドオフ先の基地局への通信を切り替える前に、それら2つの基地局と同時に通信を行うことができる。しかし、ハンドオフ先の基地局は移動無線端末の方位が判明しないため、最初からこの移動無線端末に向けて鋭い指向性(半角値が小さいビームパターン)を形成することができない。そのため、ハンドオフ先の基地局は全方位に対して下り回線による通信を開始するなどの方法をとるため、通信の初期段階から効率の高い通信ができない問題がある。
そこで、ハンドオフ元の基地局とハンドオフ先の基地局それぞれの設置位置情報とハンドオフ元の基地局の上り回線の指向性制御情報とに基づいて、ハンドオフ先の基地局が、自局から移動無線端末の方位を推定し、上り回線の初期指向性制御パラメータを決定して予め初期指向性を形成することで、ハンドオフ起動時のハンドオフ先基地局の上り回線の通信品質を向上する移動通信システムが既に提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、セルラー無線ネットワークと無線LAN(Local Area Network)のいずれにも接続可能な携帯電話と、情報サーバが接続されるバックボーンネットワークと、このバックボーンネットワークに第1のゲートウェイを介して接続される第1のサブネットと、この第1のサブネットに接続される携帯電話会社の基地局と、バックボーンネットワークに第2のゲートウェイを介して接続される第2のサブネットと、この第2のサブネットに接続される無線LAN事業者のアクセスポイントとを備えた無線通信システムにおいて、携帯電話がアクセスポイントの通信圏外に位置するとき、携帯電話がアクセスポイントと通信できるようにアクセスポイントの指向性を制御する事で、アクセスポイントを移動させなくても、携帯電話を無線LANに接続できる移動通信システムも知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2000‐244386号公報 特開2005−026857号公報
ここで、移動通信システムは、セルラー無線ネットワークと無線ローカルエリアネットワーク(無線LAN)に大別することができる。セルラー無線ネットワークは、前述した特許文献1記載のCDMA方式による移動通信システムなどであり、サービスエリアを複数のセルに分割し、各セルの中心にはそれぞれ無線基地局が配置され、各無線基地局は上位局に接続されている。この移動無線端末は最寄りの無線基地局と無線通信し、更に上位局を介して公衆網に接続された相手端末と通信しながら移動することが可能であり、あるセルから別のセルに移動する際には、前述したハンドオーバーが行われて通信を継続する。
一方、無線LANは、米国電気電子技術者協会(IEEE)の802.11などのプロトコルに従って移動無線端末が無線LAN基地局と無線通信可能なシステムである。無線LANはセルラー無線ネットワークに比べて大容量データ伝送に適している。このようなセルラー無線ネットワークと無線LANという異なった2つの無線ネットワーク間で移動無線端末が移動する場合、移動無線端末が異なった無線ネットワークの無線基地局との間の接続を切り替えて通信を継続するローミングができるようにする必要がある。
特許文献1記載の移動通信システムは、同じセルラー無線ネットワーク内のあるセルから別のセルに移動無線端末が移動する際に、あるセル内の基地局の設置位置情報と移動先の別のセルの基地局の設置位置情報とが既知であるため、ハンドオフ先の基地局が、自局から移動無線端末の方位を推定してそのアンテナビームを制御することが可能である。
しかしながら、セルラー無線ネットワークから無線LANに移動無線端末が移動する場合は、無線LAN内の基地局が移動元のセルラー無線ネットワークの基地局の設置位置情報を事前に取得することができないため、無線LAN内の基地局は移動無線端末の方位を推定することができず、通信の初期段階から効率の高い通信ができない。
また、特許文献2記載の移動通信システムは、セルラー無線ネットワークと無線LANのいずれにも接続可能な携帯電話が、無線LAN事業者のアクセスポイントと通信できるようにアクセスポイントの指向性を制御する事で、アクセスポイントを移動させなくても、携帯電話を無線LANに接続できる構成であり、アクセスポイントとの通信開始後に、無線LAN基地局が移動無線端末の位置判断を行ってアンテナビームを向ける方向を決める無線LAN基地局の構成が比較的複雑であるという問題がある。
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、移動無線端末がセルラー無線ネットワークから無線LANに移動する際に、無線LAN基地局と移動無線端末との通信の高効率化、及び無線LAN基地局の簡素化を実現し得るアンテナビーム制御方法及びアンテナビーム制御装置並びに移動通信システムを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、第1の発明は、無線LANネットワーク内に設置された無線LAN基地局のアンテナビーム制御方法であって、セルラー無線ネットワーク内に設置された移動無線基地局と移動無線端末とが無線通信しているときに、移動無線基地局から移動無線端末までの距離と方位角とを推定する第1の推定ステップと、無線LANネットワークに設置されている無線LAN基地局それぞれの設置位置情報が予め格納されているデータベース装置に移動無線基地局の設置位置情報を通知する第1の通知ステップと、データベース装置に設置位置情報が格納されている無線LAN基地局の中から、第1の通知ステップで通知された移動無線基地局の設置位置情報に基づいて、データベース装置が、移動無線基地局の周辺に設置されている無線LAN基地局の設置位置情報を取得して移動無線基地局に通知する第2の通知ステップと、移動無線基地局が、自身の移動無線基地局の設置位置情報と第2の通知ステップで通知された無線LAN基地局の設置位置情報とを用いて、その移動無線基地局から第2の通知ステップで通知された無線LAN基地局までの距離と方位角とを推定する第2の推定ステップと、第2の推定ステップで推定した移動無線基地局から無線LAN基地局までの距離及び方位角と、第1の推定ステップで推定した移動無線基地局から移動無線端末までの距離及び方位角とを用いて、無線LAN基地局から移動無線端末までの距離及び方位角を推定する第3の推定ステップと、第3の推定ステップで距離と方位角とが推定されている移動無線端末の方向に無線LAN基地局のアンテナビームの方向を向けるように制御する制御ステップとを含むことを特徴とする。
また、上記の目的を達成するため、第2の発明は、無線LANネットワーク内に設置された無線LAN基地局のアンテナビーム制御装置であって、セルラー無線ネットワーク内に設置された移動無線基地局と移動無線端末とが無線通信しているときに、移動無線基地局から移動無線端末までの距離と方位角とを推定する第1の推定手段と、無線LANネットワークに設置されている無線LAN基地局それぞれの設置位置情報が予め格納されているデータベース装置と、データベース装置に移動無線基地局の設置位置情報を通知する第1の通知手段と、データベース装置に設置位置情報が格納されている無線LAN基地局の中から、第1の通知手段で通知された移動無線基地局の設置位置情報に基づいて、移動無線基地局の周辺に設置されている無線LAN基地局の設置位置情報を取得して移動無線基地局に通知する第2の通知手段と、移動無線基地局の設置位置情報と第2の通知手段で通知された無線LAN基地局の設置位置情報とを用いて、その移動無線基地局から第2の通知手段で通知された無線LAN基地局までの距離と方位角とを推定する第2の推定手段と、第2の推定手段で推定した移動無線基地局から無線LAN基地局までの距離及び方位角と、第1の推定手段で推定した移動無線基地局から移動無線端末までの距離及び方位角とを用いて、無線LAN基地局から移動無線端末までの距離及び方位角を推定する第3の推定手段と、第3の推定手段で距離と方位角とが推定されている移動無線端末の方向に無線LAN基地局のアンテナビームの方向を向けるように制御するアンテナビーム方向制御手段とを有することを特徴とする。
更に、上記の目的を達成するため、第3の発明は、ローミングにより無線LANネットワーク内に設置された無線LAN基地局と、セルラー無線ネットワーク内に設置された移動無線基地局のうちのいずれか一方と移動無線端末とが無線通信を行うと共に、無線LANネットワークに設置されている無線LAN基地局それぞれの設置位置情報が予め格納されているデータベース装置を備える移動通信システムであって、
上記データベース装置は、通知された移動無線基地局の設置位置情報に基づいて、移動無線基地局の周辺に設置されている無線LAN基地局の設置位置情報を取得して移動無線基地局に通知する設置位置情報通知手段を有し、
上記移動無線基地局は、移動無線端末と無線通信しているときに、自局から移動無線端末までの距離と方位角とを推定する第1の推定手段と、自局の設置位置情報と、設置位置情報通知手段で通知された無線LAN基地局の設置位置情報とを用いて、自局から設置位置情報通知手段で通知された無線LAN基地局までの距離と方位角とを推定する第2の推定手段と、第2の推定手段で推定した自局から無線LAN基地局までの距離及び方位角と、第1の推定手段で推定した自局から移動無線端末までの距離及び方位角とを用いて、無線LAN基地局から移動無線端末までの距離と方位角とを推定して無線LAN基地局に通知する第3の推定手段とを有し、
上記無線LAN基地局は、移動無線基地局から通知された距離と方位角とに基づいて、距離と方位角とが推定されている移動無線端末の方向に自局のアンテナビームの方向を向けるように制御するアンテナビーム方向制御手段を有することを特徴とする。
本発明によれば、無線LAN基地局がそれまで移動無線基地局と通信していた移動無線端末と通信の初期段階から効率の高い通信が可能となると共に、無線LAN基地局は移動無線端末の位置情報を移動無線基地局から入手することで、自ら位置判断を行ってアンテナビームを向ける方向を決める機能を不要にでき、構成を簡素化できる。
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明になる移動通信システムの一実施例の構成図を示す。図1に示すように、本実施例の移動通信システムは、無線LAN基地局1、移動無線基地局3、移動無線端末5、データベース装置9で構成される。
無線LAN基地局1は、無線LAN内のある一台の無線基地局で、無線LAN基地局1の通信範囲2の範囲内で、移動無線端末5と無線通信11を行う。移動無線基地局3は、セルラー無線ネットワーク内のある一台の無線基地局で、移動無線基地局3の通信範囲4の範囲内で、移動無線端末5と無線通信10を行う。
また、移動無線基地局3は、データベース装置9との間で無線LAN基地局位置情報7と移動無線基地局位置情報8を有線で通信し、無線LAN基地局1との間で移動無線端末位置情報6を有線で通信する。無線LAN基地局1は、移動無線端末位置情報6に従って、アンテナビームを移動無線端末5の方向に向け、無線LAN基地局1から移動無線端末5への無線通信11を行う。データベース装置9には、事前に無線LAN基地局1の設置位置情報が登録されている。
本実施例によれば、このような構成で、無線LAN基地局1は移動無線端末5と通信を開始する前に移動無線端末5へアンテナビームを向けることができることと、通信中にアンテナビーム方向の補正を行うものである。
次に、移動無線の位置情報を利用した本実施例の動作、すなわち、無線LAN基地局のアンテナビーム制御方法について、図1の構成図と図2のフローチャートを併せ参照して説明する。いま、移動無線端末5が移動無線基地局3の通信範囲4内に在圏しているが、無線LAN基地局1の通信範囲2内には在圏していない場合、移動無線基地局3は移動無線端末5と無線通信10を行い、移動無線基地局3から移動無線端末5までの距離と方位角を推定する(ステップS1)。この推定方法は、一般的な移動無線基地局3及び移動無線端末5との移動通信システムにおいて、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。
次に、移動無線基地局3は、自装置の設置位置を、移動無線基地局位置情報8としてデータベース装置9に通知する(ステップS2)。移動無線基地局3の設置位置情報は、設置時に移動無線基地局3自身に登録するか、もしくは、移動無線基地局3が持つGPS(全地球測位システム)受信機によりGPS信号を受信して公知の方法で取得する。
データベース装置9には、事前に無線LAN基地局1の設置位置情報が登録されている。データベース装置9は、移動無線基地局3から通知された移動無線基地局位置情報8を使って、設置されている複数の無線LAN基地局のうちから移動無線基地局3の周辺に設置されている無線LAN基地局1を選択する(ステップS3)。続いて、データベース装置9は、選択した無線LAN基地局1の設置位置情報を、無線LAN基地局位置情報7として移動無線基地局3に通知する(ステップS4)。
移動無線基地局3は、データベース装置9から通知された無線LAN基地局位置情報7と、前記ステップS1で推定した移動無線基地局3から移動無線端末5までの距離と方位角の推定情報とを用いて、無線LAN基地局1から移動無線端末5までの距離と方位角を推定し、これを移動無線端末位置情報6として、無線LAN基地局1に通知する(ステップS5)。
このステップS5の移動無線端末位置情報6の推定は以下のように行う。移動無線基地局3は、まず、自装置の設置位置情報と無線LAN基地局1の設置位置情報とを用いて、移動無線基地局3から無線LAN基地局1までの距離と方位角を推定する。そして、これに、移動無線基地局3から移動無線端末5までの距離と方位角の情報とを用いて、無線LAN基地局1から移動無線端末5までの距離と方位角を推定する。
さらに、移動無線基地局3のアンテナの高さと無線LAN基地局1のアンテナの高さの情報を、前記距離と方位角とに足し合わせて推定することで、無線LAN基地局1から移動無線端末5までの距離と方位角と俯角を推定することも可能となる。
次に、無線LAN基地局1は、移動無線基地局3から通知された移動無線端末位置情報6に従って、距離及び方位角が推定されている移動無線端末5の方向にアンテナビームを向ける(ステップS6)。この動作によって、無線LAN基地局1は移動無線端末5と通信を開始する前に移動無線端末5へアンテナビームを向けることが可能となる。その後、移動無線端末5が無線LAN基地局1の通信範囲2内に入った時点から移動無線端末5との間で無線通信11を開始する。
このように、本実施例によれば、無線LAN基地局1が移動無線端末5と通信を開始する前に、移動無線端末5の位置が分かり、どの方向にアンテナビームを向けるかを決定できるため、無線LAN基地局1と移動無線端末5との間の無線通信の初期段階から効率の高い通信が可能となる。
また、本実施例によれば、無線LAN基地局1と移動無線端末5との間の無線通信開始後に、無線LAN基地局1は移動無線端末5の位置情報を移動無線基地局3から入手することができるため、自ら位置判断を行ってアンテナビームを向ける方向を決める機能は不要であり、無線LAN基地局1の構成を簡素化できる。
なお、移動無線基地局3が推定した情報を移動無線端末5に通知する機能を追加することにより、移動無線端末5が無線LAN基地局1と通信を開始する前に無線LAN基地局1へアンテナビームを向けることも可能となる。更には、無線LAN基地局1と移動無線端末5の通信中に、本動作を行って無線LAN基地局1から移動無線端末5までの距離及び方位角を逐次推定することで、無線LAN基地局1及び/又は移動無線端末5のアンテナビーム方向の補正を行うことも可能である。
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば、上記の実施例では移動無線基地局3で推定を行う方法を記載しているが、各々の情報をデータベース装置9に集めることで、データベース装置9が、無線LAN基地局1から移動無線端末5までの距離と方位角及び俯角の推定を行うことも可能である。
本発明の移動通信システムの一実施例の構成図である。 本発明のアンテナビーム制御方法の一実施例のフローチャートである。
符号の説明
1 無線LAN基地局
2 無線LAN基地局の通信範囲
3 移動無線基地局
4 移動無線基地局の通信範囲
5 移動無線端末
6 移動無線端末位置情報
7 無線LAN基地局位置情報
8 移動無線基地局位置情報
9 データベース装置

Claims (9)

  1. 無線LANネットワーク内に設置された無線LAN基地局のアンテナビーム制御方法であって、
    セルラー無線ネットワーク内に設置された移動無線基地局と移動無線端末とが無線通信しているときに、該移動無線基地局から前記移動無線端末までの距離と方位角とを推定する第1の推定ステップと、
    前記無線LANネットワークに設置されている無線LAN基地局それぞれの設置位置情報が予め格納されているデータベース装置に前記移動無線基地局の設置位置情報を通知する第1の通知ステップと、
    前記データベース装置に設置位置情報が格納されている前記無線LAN基地局の中から、前記第1の通知ステップで通知された前記移動無線基地局の設置位置情報に基づいて、該データベース装置が、前記移動無線基地局の周辺に設置されている無線LAN基地局の設置位置情報を取得して前記移動無線基地局に通知する第2の通知ステップと、
    前記移動無線基地局が、自身の移動無線基地局の設置位置情報と前記第2の通知ステップで通知された前記無線LAN基地局の設置位置情報とを用いて、その移動無線基地局から前記第2の通知ステップで通知された前記無線LAN基地局までの距離と方位角とを推定する第2の推定ステップと、
    前記第2の推定ステップで推定した前記移動無線基地局から前記無線LAN基地局までの距離及び方位角と、前記第1の推定ステップで推定した前記移動無線基地局から前記移動無線端末までの距離及び方位角とを用いて、前記無線LAN基地局から前記移動無線端末までの距離及び方位角を推定する第3の推定ステップと、
    前記第3の推定ステップで前記距離と方位角とが推定されている前記移動無線端末の方向に前記無線LAN基地局のアンテナビームの方向を向けるように制御する制御ステップと
    を含むことを特徴とするアンテナビーム制御方法。
  2. 前記制御ステップによる前記アンテナビームの制御を行った後に、前記移動無線端末が前記無線LAN基地局の通信範囲に入った時点から前記無線LAN基地局と前記移動無線端末との間の通信を開始する通信開始ステップを含むことを特徴とする請求項記載のアンテナビーム制御方法。
  3. 前記第3の推定ステップで推定した前記無線LAN基地局から前記移動無線端末までの距離と方位角とを前記移動無線端末に通知する第3の通知ステップと、前記第3の通知ステップで前記距離と方位角とが通知された前記移動無線端末が、その移動無線端末のアンテナビームの方向を前記無線LAN基地局方向に向けるビーム方向制御ステップとを更に含むことを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナビーム制御方法。
  4. 無線LANネットワーク内に設置された無線LAN基地局のアンテナビーム制御装置であって、
    セルラー無線ネットワーク内に設置された移動無線基地局と移動無線端末とが無線通信しているときに、該移動無線基地局から前記移動無線端末までの距離と方位角とを推定する第1の推定手段と、
    前記無線LANネットワークに設置されている前記無線LAN基地局それぞれの設置位置情報が予め格納されているデータベース装置と、
    前記データベース装置に前記移動無線基地局の設置位置情報を通知する第1の通知手段と、
    前記データベース装置に設置位置情報が格納されている前記無線LAN基地局の中から、前記第1の通知手段で通知された前記移動無線基地局の設置位置情報に基づいて、前記移動無線基地局の周辺に設置されている無線LAN基地局の設置位置情報を取得して前記移動無線基地局に通知する第2の通知手段と、
    移動無線基地局の設置位置情報と前記第2の通知手段で通知された前記無線LAN基地局の設置位置情報とを用いて、その移動無線基地局から前記第2の通知手段で通知された前記無線LAN基地局までの距離と方位角とを推定する第2の推定手段と、
    前記第2の推定手段で推定した前記移動無線基地局から前記無線LAN基地局までの距離及び方位角と、前記第1の推定手段で推定した前記移動無線基地局から前記移動無線端末までの距離及び方位角とを用いて、前記無線LAN基地局から前記移動無線端末までの距離及び方位角を推定する第3の推定手段と、
    前記第の推定手段で前記距離と方位角とが推定されている前記移動無線端末の方向に前記無線LAN基地局のアンテナビームの方向を向けるように制御するアンテナビーム方向制御手段と
    を有することを特徴とするアンテナビーム制御装置。
  5. 前記アンテナビーム方向制御手段による前記アンテナビームの制御を行った後に、前記移動無線端末が前記無線LAN基地局の通信範囲に入った時点から前記無線LAN基地局と前記移動無線端末との間の通信を開始する通信開始手段を更に有することを特徴とする請求項記載のアンテナビーム制御装置。
  6. 前記第の推定手段で推定した前記無線LAN基地局から前記移動無線端末までの距離と方位角とを前記移動無線端末に通知する第3の通知手段と、前記第3の通知手段で前記距離と方位角とが通知された前記移動無線端末が、その移動無線端末のアンテナビームの方向を前記無線LAN基地局方向に向けるビーム方向制御手段と
    を更に有することを特徴とする請求項4又は5記載のアンテナビーム制御装置。
  7. ローミングにより無線LANネットワーク内に設置された無線LAN基地局と、セルラー無線ネットワーク内に設置された移動無線基地局のうちのいずれか一方と移動無線端末とが無線通信を行うと共に、前記無線LANネットワークに設置されている前記無線LAN基地局それぞれの設置位置情報が予め格納されているデータベース装置を備える移動通信システムであって、
    前記データベース装置は、
    通知された前記移動無線基地局の設置位置情報に基づいて、前記移動無線基地局の周辺に設置されている無線LAN基地局の設置位置情報を取得して前記移動無線基地局に通知する設置位置情報通知手段を有し、
    前記移動無線基地局は、
    前記移動無線端末と無線通信しているときに、自局から前記移動無線端末までの距離と方位角とを推定する第1の推定手段と、
    自局の設置位置情報と、前記設置位置情報通知手段で通知された前記無線LAN基地局の設置位置情報とを用いて、自局から前記設置位置情報通知手段で通知された前記無線LAN基地局までの距離と方位角とを推定する第2の推定手段と、
    前記第2の推定手段で推定した自局から前記無線LAN基地局までの距離及び方位角と、前記第1の推定手段で推定した自局から前記移動無線端末までの距離及び方位角とを用いて、前記無線LAN基地局から前記移動無線端末までの距離と方位角とを推定して前記無線LAN基地局に通知する第の推定手段と
    を有し、前記無線LAN基地局は、
    前記移動無線基地局から通知された前記距離と方位角とに基づいて、前記距離と方位角とが推定されている前記移動無線端末の方向に自局のアンテナビームの方向を向けるように制御するアンテナビーム方向制御手段を有することを特徴とする移動通信システム。
  8. 前記無線LAN基地局は、前記アンテナビーム方向制御手段による前記アンテナビームの制御を行った後に、前記移動無線端末が自局の通信範囲に入った時点から自局と前記移動無線端末との間の通信を開始する通信開始手段を更に有することを特徴とする請求項記載の移動通信システム。
  9. 前記移動無線基地局は、前記第の推定手段で推定した前記無線LAN基地局から前記移動無線端末までの距離と方位角とを前記移動無線端末に通知する距離及び方位角通知手段を更に有し、
    前記移動無線端末は、前記距離及び通知手段で通知された前記距離と方位角とに基づいて、自端末のアンテナビームの方向を前記無線LAN基地局方向に向けるビーム方向制御手段を有することを特徴とする請求項8又は9記載の移動通信システム。
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