基地局から無線端末へ計画的に通信サービスを提供する無線通信システム及び方法
【課題】稼働停止の基地局のカバーエリアを補償し、無線端末に通信機会を提供すると共に、通信要求の集中による基地局の輻輳を和らげ、且つ、無線端末の電池切れを少なくすることできる無線通信システム及び方法を提供する。
【解決手段】基地局は、無線端末における無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を作成し、そのスケジュール情報を含む同報メッセージを無線端末へ同報送信する。基地局は、スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射する。無線端末は、同報メッセージのスケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する。これによって、基地局の電波の放射方向及び／又は放射角度が当該無線端末へ向くタイミングと、無線端末の無線通信部に電源供給をオンにするタイミングとを同期させる。
【解決手段】基地局は、無線端末における無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を作成し、そのスケジュール情報を含む同報メッセージを無線端末へ同報送信する。基地局は、スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射する。無線端末は、同報メッセージのスケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する。これによって、基地局の電波の放射方向及び／又は放射角度が当該無線端末へ向くタイミングと、無線端末の無線通信部に電源供給をオンにするタイミングとを同期させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局及び無線端末を有する無線通信システムについて、基地局の障害時に適用される技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、複数の基地局と複数の無線端末とが分散配置された無線通信網におけるシステム構成図である。
【０００３】
図１によれは、分散配置された３つの基地局１ａ〜１ｃは、多数の無線端末２ａ〜２ｅが位置する広いエリアをカバーしている。複数のアンテナを備えた基地局１から放射される電波は、一般に無指向性であって（例えばＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)）、全方位に位置する無線端末２へ到達する。
【０００４】
図２は、一部の基地局に障害が発生した場合における無線通信網のシステム構成図である。
【０００５】
図２によれば、２つの基地局１ｂ及び１ｃに、障害が発生している。基地局１ｂ及び１ｃの通信圏内のみに位置する無線端末は、通信できない。基地局の障害としては、故障のような小規模なものに限られず、災害のような大規模なものも含まれる。特に、大災害時における基地局の稼働停止は、通信インフラの停止につながり、社会全体に対して被害の増大を招く。
【０００６】
一部の基地局に障害が発生した場合、他の基地局及び無線端末には、以下のような４つの問題が生じる。
［問題１］通信圏外となった無線端末は、通信できない。
図２によれば、基地局１ｂ及び１ｃが障害を発生することによって、無線端末ｄ及びｅは、通信できない。
［問題２］通信圏外となった無線端末は、基地局捕捉処理（サーチ処理）を繰り返す。そのために、通信圏内にある無線端末の電力消費量よりも、通信圏外の無線端末の電力消費量が大きくなり、電池切れを起こしやすくなる。
図２によれば、無線端末ｄ及びｅは、電池切れを起こしやすくなる。
［問題３］稼働中の基地局は、多数の無線端末からの通信要求が集中し、輻輳状態に陥りやすくなる。
図２によれば、基地局１ａは、通信要求が集中することによって、輻輳状態に陥りやすくなる。
［問題４］災害時には、ユーザは他の人と連絡を取るために、無線端末を用いて発呼を実行するが、発呼先の基地局が輻輳状態に陥っていたり、通話規制を実施して受付可能台数が制限されている場合など、基地局との接続を確立できず、結果としてユーザは発呼を繰り返すこととなる（接続リトライ）。無線端末は、輻輳状態に陥り発信規制のかかった基地局に対して発呼を繰り返すことによって、無線端末の電力消費量が大きくなり、電池切れを起こしやすくなる。災害時におけるシステム全体の発呼率は、平常時よりも急増する。
図２によれば、無線端末２ａ、ｂ及びｃのユーザが、何度も発呼操作を繰り返することによって、無線端末２ａ、ｂ及びｃの電力を無駄に消費し、電池切れを起こしやすくなる。
【０００７】
従来技術によれば、複数のセクタにより構成する基地局であって、一部のセクタの無線通信部が故障した際に、他の故障していないセクタにおける無線通信部のアンテナ指向性を制御する技術がある（例えば特許文献１参照）。この技術によれば、隣接基地局を使用することなく、故障した無線通信部が担っていたセクタを、他の無線通信部のセクタによってカバーすることができる。
【０００８】
また、複数の基地局（アクセスポイント）から構成される移動通信システム（無線ＬＡＮシステム）について、ある基地局が故障した際に、それに隣接する他の基地局がアンテナ指向性を制御する技術がある（例えば特許文献２及び３参照）。この技術によれば、故障した基地局によってカバーされていたエリアが、それに隣接する他の基地局によってカバーされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２２８４８１号公報
【特許文献２】特開２００８−３１１８１５号公報
【特許文献３】特開２００３−２６４８６６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「アクティブ・アンテナ・システム」、[online]、［平成２３年８月６日検索］、インターネット＜URL：http://wirelesswire.jp/NSN_in_WWN/201105181206.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１〜３に記載された技術によれば、確かに、前述した［問題１］及び［問題２］を解決することはできる。即ち、稼働停止の基地局のカバーエリアを、稼働中の他の基地局がカバーすることができるからである。
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された技術によれば、前述した［問題３］及び［問題４］を解決することはできない。むしろ、稼働中の基地局には、より多くの無線端末が発呼を繰り返すことによって通信要求が集中し得ることから、一層、輻輳状態に陥りやすくなり、［問題３］及び［問題４］の課題度合いは大きくなる。
【００１３】
そこで、本発明は、稼働停止の基地局のカバーエリアを補償し、無線端末に通信機会を提供すると共に、通信要求の集中による基地局の輻輳を和らげ、且つ、無線端末の電池切れを少なくすることできる無線通信システム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、電波の放射方向及び／又は放射角度を可変制御できるアンテナを有する基地局と、該基地局と通信する無線通信部を有する無線端末とを有する無線通信システムにおいて、
基地局は、
無線端末における無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を作成するスケジュール情報作成手段と、
スケジュール情報を含む同報メッセージを作成し、アンテナを介して無線端末へ同報送信する同報メッセージ作成手段と、
スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射するべく、当該アンテナを制御する電波放射制御手段と
を有し、
無線端末は、
同報メッセージのスケジュール情報に基づいて制御する同報メッセージ制御手段と、
スケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する通電制御手段と
を有し、
基地局の電波の放射方向及び／又は放射角度が当該無線端末へ向くタイミングと、無線端末の無線通信部に電源供給をオンにするタイミングとを同期させることを特徴とする。
【００１５】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、無線端末の通電制御手段は、無線通信手段に対する電源供給をオンにした後、所定時間経過後又は所定基地局サーチ回数経過後であっても、基地局を発見できない場合、再度、電源供給をオフにし、次回オンにするタイミングまではオフの状態を継続することも好ましい。
【００１６】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、基地局の電波放射制御手段における電波の放射方向は、地表面に対する水平方向及び／又は垂直方向に制御されることも好ましい。
【００１７】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、基地局のスケジュール情報作成手段は、電波の放射方向及び／又は放射角度毎に、当該電波の放射方向及び／又は放射角度のエリアに含まれる無線端末の数及び／又は通信量に応じて異なる放射方向及び／又は放射角度を、スケジュール情報に規定することも好ましい。
【００１８】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
基地局には、平常時モード及び障害時モードがあり、
スケジュール情報作成手段、同報メッセージ作成手段及び電波放射制御手段を、障害時モードでのみ実行され、
同報メッセージ作成手段は、平常時モード又は障害時モードを含む同報メッセージを、ＢＣ−ＳＭＳ(BroadCast - Short Message Service)を用いて送信することも好ましい。
【００１９】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
システムは、基地局のモードを制御する制御装置を更に有し、
制御装置は、
各基地局から、障害発生の有無を表す基地局運用情報を収集し、
障害発生の基地局に隣接する基地局に対して、障害時モードを指示し、
障害復旧後、障害時モードを指示した基地局に対して、平常時モードを指示する
ことも好ましい。
【００２０】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
基地局の同報メッセージ作成手段は、同報メッセージに、無線端末を操作するユーザに対して通知すべき、当該スケジュール情報に関するテキストを更に含んでおり、
無線端末の同報メッセージ受信手段は、同報メッセージに含まれるテキストを、当該無線端末のディスプレイ部に表示するべく指示することも好ましい。
【００２１】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、無線端末の通電制御部は、無線通信部に対する電源供給をオンにする際に、所定時間範囲で乱数に基づく時間だけ、ゆらぎを持って遅延することも好ましい。
【００２２】
本発明によれば、電波の放射方向及び／又は放射角度を可変制御できるアンテナを有する基地局と、該基地局と通信する無線通信部を有する無線端末とを有するシステムにおける無線通信方法において、
基地局が、無線端末における無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を作成する第１のステップと、
スケジュール情報を含む同報メッセージを作成し、アンテナを介して無線端末へ同報送信する第２のステップと、
無線端末が、同報メッセージを受信し、スケジュール情報を取得する第３のステップと、
無線端末が、スケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する第４のステップと、
スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射するべく、当該アンテナを制御する第５のステップと
を有し、
基地局の電波の放射方向及び／又は放射角度が当該無線端末へ向くタイミングと、無線端末の無線通信部に電源供給をオンにするタイミングとを同期させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の無線通信システム及び方法によれば、稼働停止の基地局のカバーエリアを補償し、無線端末に通信機会を提供すると共に、通信要求の集中による基地局の輻輳を和らげ、且つ、無線端末の電池切れを少なくすることできる。特に、前述した［問題１〜４］を全て解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】複数の基地局と複数の無線端末とが分散配置された無線通信網におけるシステム構成図である。
【図２】一部の基地局に障害が発生した場合における無線通信網のシステム構成図である。
【図３】基地局からの電波の放射方向が、地表面に対して水平方向に制御される説明図である。
【図４】基地局からの電波の放射方向が、地表面に対して垂直方向に制御される説明図である。
【図５】本発明における基地局及び無線端末の機能構成図である。
【図６】本発明における基地局及び無線端末のフローチャートである。
【図７】同報メッセージを送信するための電波の放射方向を表す説明図である。
【図８】基地局から放射される電波における第１の放射方向を表す説明図である。
【図９】基地局から放射される電波における第２の放射方向を表す説明図である。
【図１０】基地局から放射される電波における第３の放射方向を表す説明図である。
【図１１】放射方向のエリア内に位置する無線端末の数に応じて、電波の異なる放射範囲を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
本発明は、例えば停電や災害によって基地局に障害が発生した場合であっても、稼働中の隣接基地局が、無線端末に対して計画的に通信サービスを提供することができる(ＳＣｏＰ(Scheduled Coverage Provision))。基地局は、「平常時モード」又は「障害時モード」として動作する。「障害時モード」とは、当該基地局に対する隣接基地局に障害が発生したことを意味する。
【００２７】
基地局は、電波放射の指向性を制御可能なアンテナを有し、モードに応じてその指向性を切り替える。
平常時モード：指向性無し（無指向性）
障害時モード：指向性有り
「障害時モード」の当該基地局は、電波の指向性を絞り込むことよって、できる限り電波放射の距離を伸長する。これによって、障害を発生した基地局がカバーするエリアまで、電波を放射することができる。
【００２８】
図３は、基地局からの電波の放射方向が、地表面に対して水平方向に制御される説明図である。
【００２９】
図３によれば、基地局１ａからの電波は、地表面に対して水平方向に６つの放射方向に区分されている。そして、基地局１ａは、指向性を持つ電波を、所定の時間（例えば２０分）毎に又は所定の角速度で、回転するように切り替える。これによって、特定のエリア（放射方向）内に位置する無線端末２に対してのみ、所定の時間だけ通信サービスが提供される。このとき、物理的に、放射方向にある特定のエリアにのみ通信機会を付与することができるため、同時に接続試行を行う端末数を減らすことができる（[問題３、４]の解決）。
【００３０】
また、図３によれば、基地局１ａの周囲には、当該基地局と通信する多数の無線端末２ａ〜２ｅが存在する。ここで、無線端末２ａ〜２ｃは、基地局１ａが「平常時モード」である場合、その無指向性の電波を受信できるエリアに位置している。一方で、無線端末２ｄ及び２ｅは、基地局１ａの「平常時モード」で電波を受信できるエリアには位置していない。勿論、無線端末２ｄ及び２ｅは、障害を発生した基地局１ｄ及び１ｅとも通信できない。
【００３１】
ここで、基地局１ａが「障害時モード」になった場合、指向性を持った電波を方向を切り替えながら放射する。即ち、図３によれば、基地局１ａの放射方向が無線端末２ｄの位置へ向けられた場合、当該無線端末２ｄは基地局１ａと通信することができる。その後、基地局１ａの放射方向が無線端末２ｅの位置へ向けられた場合、当該無線端末２ｅは基地局１ａと通信することができる。一方で、無線端末２ａ〜２ｃは、基地局１ａの放射方向が各無線端末２ａ〜２ｃの位置へ向けられない限り、当該無線端末２ａ〜２ｃは基地局１ａと通信することができない。
【００３２】
図３によれば、全ての基地局１と通信事業者網を介して接続された制御装置３を更に有する。制御装置３は、全ての基地局１から、障害発生の有無を表す基地局運用情報を収集する。そして、その基地局運用情報に基づくＳＣｏＰ情報（モード移行命令及び送信出力値）を、各基地局１へ送信する。モード移行命令は、「平常時モード／障害時モード」を表す。送信出力値は、当該通信不能エリア（障害を発生した基地局のカバーエリア）をカバーできるレベルを表す。
【００３３】
制御装置３は、障害発生の基地局に隣接する基地局に対して、ＳＣｏＰ情報（障害時モード及び送信出力値）を送信する。そして、障害復旧後、障害時モードを指示した基地局に対して、ＳＣｏＰ情報（平常時モード）を送信する。
【００３４】
図４は、基地局からの電波の放射方向が、地表面に対して垂直方向に制御される説明図である。
【００３５】
前述した図３によれば、基地局は、例えばアレイアンテナを用いて、電波の放射方向を水平方向に制御している。これに対し、図４によれば、例えば電気チルトを備えたセクタアンテナを用いて、電波の放射方向を垂直方向に制御している。このようなアンテナとして、例えばアクティブ・アンテナ・システムがある（例えば非特許文献１参照）。また、勿論、本発明によれば、水平方向及び垂直方向を同時に変化させるものであってもよい。本発明によれば、エリアを限定した通信圏内を計画的に作り出すことが重要である。
【００３６】
図５は、本発明における基地局及び無線端末の機能構成図である。
【００３７】
図５によれば、基地局１は、アンテナ通信部１０１と、通信事業者網インタフェース部１０２と、符号化・復号部１１と、スケジュール情報作成部１２と、同報メッセージ作成部１３と、電波放射制御部１４とを有する。
【００３８】
アンテナ通信部１０１は、指向性を有する電波を放射するアンテナであって、その放射方向を変化させるために、多数のアンテナ素子を有する。アンテナ通信部１０１は、平面状に多数配列されたアンテナ素子と、各アンテナに対する位相レベル調整部と、１つの分配部とを有する。分配部は、各アンテナ素子に対して送信信号を分配すると共に、各アンテナ素子からの受信信号を統合する。アンテナ毎の位相レベル調整部は、電波放射制御部１４からの指示に応じて、電波の振幅及び位相を調整する（送信アレイ重みベクトルを制御する）。これによって、電波の放射方向及び／又は放射角度が可変制御される。アンテナは、個々のアンテナ素子の出力は微弱であっても、複数のアンテナ素子からの出力が合成されることによって、結果として大出力が得られる。
【００３９】
電波の送信について、各アンテナから同時に放射された合成波は、アンテナ面と直角な方向に向かって進行する。ここで、アンテナ毎の電波の位相をずらすことによって、合成波は、アンテナ面から斜め方向に放射される。一方で、電波の受信について、アンテナ毎の位相の差を検出することによって、電波の入射方向を検出することができる。
【００４０】
符号化・復号部１１は、通信事業者網インタフェース部１０２から受信したデータを符号化し、そのデータをアンテナ通信部１０１へ出力する。また、アンテナ通信部１０１から受信したデータを復号し、通信事業者網インタフェース部１０２へ出力する。
【００４１】
スケジュール情報作成部１２は、無線端末の無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を生成する。スケジュール情報作成部１２は、制御装置３からＳＣｏＰ情報を受信し、そのＳＣｏＰ情報に基づいて、放射方向毎のスケジュール情報を作成する。作成されたスケジュール情報は、同報メッセージ作成部１３へ出力される。
ＳＣｏＰ情報 ：「障害時モード」＋「送信出力値」
スケジュール情報：無線端末の無線通信部の起動時間タイミング（例えば２０分毎）
（開始時間〜終了時間及び時間間隔、又は、開始時間及び時間間隔）
ユーザに通知すべきテキストメッセージ
また、スケジュール情報作成部１２は、スケジュール情報及び送信出力値を、電波放射制御部１４へ出力する。
【００４２】
同報メッセージ作成部１３は、スケジュール情報を含む同報メッセージを作成する。同報メッセージは、例えばＢＣ−ＳＭＳ(BroadCast - Short Message Service)として作成される。ＢＣ−ＳＭＳとは、例えば現在緊急地震速報に用いられる同報送信可能なショートメッセージサービスであって、短いテキストも送信することができる。そして、同報メッセージ作成部１３から出力された同報メッセージは、符号化・符号部１１へ出力される。
【００４３】
尚、ＢＣ−ＳＭＳのフォーマットは、例えばＴＩＡ／ＥＩＡ(The US Telecommunications Industry Association／Electronic Industries Alliance)ＩＳ−６３７の規定に従っている。このメッセージフォーマットは、ブロードキャストアドレスを含み、全ての無線端末が受信できる。本発明によれば、ＢＣ−ＳＭＳのデータバーストメッセージ内のユーザデータパラメータとして、障害時モードの開始／終了フラグ、障害時モード開始時間、起動時間タイミング、及び、フライトモード解除時間を含む。
【００４４】
電波放射制御部１４は、スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射するべく、アンテナ通信部１０１を制御する。電波放射制御部１４は、アンテナ通信部１０１の送信アレイ重みベクトルを制御する。また、電波放射制御部１４は、スケジュール情報作成部１２から入力された送信出力値に応じて、アンテナ通信部１０１からの送信出力電力を制御する。尚、セクタアンテナの基地局については、セクタ内でビームを水平方向に変える場合、反射器の位置も制御することも好ましい。また、ビームを垂直方向に変える場合、チルト角を制御することも好ましい。
【００４５】
基地局１について、前述したスケジュール情報作成部１２と、同報メッセージ作成部１３と、電波放射制御部１４とは、「障害時モード」でのみ実行される。
【００４６】
無線端末２は、無線通信部２０１と、ディスプレイ部２０２と、電池２００と、同報メッセージ制御部２１と、通電制御部２２とを有する。
【００４７】
無線通信部２０１は、電池２００からの電源供給を受けて、基地局１との間で電波を送受信することができる。無線通信部２０１は、電池２００からの電源供給が遮断されることによって、無駄に電力を消費することがなくなる。尚、無線通信部２０１が電池２００からの電源供給を遮断される状態を、「フライトモード」と称する場合がある。
【００４８】
同報メッセージ制御部２１は、無線通信部２０１を介して基地局１から同報メッセージを受信する。その同報メッセージは、当該無線端末２が無線通信部２０１を通電するスケジュール情報を含む。そして、同報メッセージ制御部２１は、そのスケジュール情報に含まれる起動時間タイミングを、通電制御部２２へ出力する。また、同報メッセージ制御部２１は、そのスケジュール情報に含まれる「ユーザに通知すべきテキストメッセージ」を、ディスプレイ部２０２へ出力し、当該無線端末２を操作するユーザに明示する。
【００４９】
通電制御部２２は、同報メッセージ制御部２１から入力した起動時間タイミングに応じて、無線通信部２０１に対する電源供給をオン・オフする。これによって、基地局１が放射方向及び／又は放射角度を変えるタイミングと、当該無線端末２の無線通信部２０１に電源供給をオンにするタイミングとを同期させることができる。即ち、基地局１からの放射電波のエリアが、当該無線端末２の位置に向かう可能性があるタイミングでのみ無線通信部２０１に対する電源供給はオンとなり、それ以外の場合、当該無線端末２の無線通信部２０１に対する電源供給はオフになる。
【００５０】
また、通電制御部２２は、無線通信部２０１に対する電源供給をオンにする際に、所定時間範囲で乱数に基づく時間だけ、「ゆらぎ」を持って遅延することも好ましい。基地局１が放射方向を切り替えた直後に、切り替え後の放射方向に含まれるエリアに位置する無線端末２が、一斉に、基地局１へ通信要求を送信することとなる。このような状況は、基地局１を、瞬間的な輻輳状態へ導くこととなる。そこで、本発明によれば、切り替え直後の放射方向に含まれる多数の無線端末２からの通信要求が、基地局１へばらついて到着するようにする。また、通電制御部２２は、所定時間内に無線端末２が基地局１を発見できない場合や、無線端末２が基地局サーチを所定回数実行しても基地局１を発見できない場合は、再度電源供給をオフにし、次回のオンのタイミングまではオフの状態（フライトモード状態）を継続する。
【００５１】
図６は、本発明における基地局及び無線端末のフローチャートである。
【００５２】
（Ｓ１１０）最初に、基地局１は、制御装置３からＳＣｏＰ情報を受信し、障害時モードへ移行する。そして、基地局１は、無線端末の無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を生成する（図５のスケジュール情報生成部１２参照）。
【００５３】
（Ｓ１２０）次に、基地局１は、スケジュール情報を含む同報メッセージを作成し、アンテナを介して無線端末２へ同報送信する（図５の同報メッセージ作成部１３参照）。
（Ｓ１２１）無線端末２は、障害時モードの同報メッセージを受信した場合、「障害時モード」へ移行する。
【００５４】
図７は、同報メッセージを送信するための電波の放射方向を表す説明図である。
【００５５】
基地局１は、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射することによって、全ての無線端末２へ、同報メッセージを一斉送信する。同報メッセージには、その放射方向における「起動時間タイミング」及び「ユーザに通知すべきテキストメッセージ」が含まれる。
【００５６】
図７によれば、無線端末２ｅによって受信された同報メッセージには、例えば以下のような起動時間タイミングが含まれる。
「９：００（５分後）から、２０分毎に、基地局をサーチすること」
「１０秒間サーチをして基地局を発見できなければ、フライトモードへ移行すること」
「１０回サーチをして基地局を発見できなければ、フライトモードへ移行すること」
【００５７】
ここで、「フライトモード」（機内モード）とは、一般に飛行機内のモードであって、無線端末が電波を一切放射又は受信しないようにするモードである。勿論、既存のフライトモードに限られず、電波を放射又は受信しないモードであればよい。これによって、通信圏外となった無線端末が、基地局捕捉処理（サーチ処理）を繰り返すことがなくなり、［問題２］が解決される。
【００５８】
また、この同報メッセージには、例えば以下のようなテキストメッセージが含まれる。
「［ａ社からのお知らせ］ 災害時モードへ移行します。２０分毎に画面確認をお願いします。２時間以内に通信可能になります。通信可能になった際は再度画面でお知らせ致します。それまではフライトモードになりますが、異常ではございません。」
【００５９】
（Ｓ１２２）無線端末２は、同報メッセージに含まれるテキストメッセージを、無線端末２のディスプレイに表示し、ユーザに明示する。
【００６０】
（Ｓ１２３）無線端末２ｅは、フライトモードへ移行し、当該無線端末２ｅの起動時間まで、通電制御部２２の通電をオフにする。
【００６１】
（Ｓ１３０）基地局１は、スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射する。一方で、無線端末２は、スケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する。
【００６２】
図８は、基地局から放射される電波における第１の放射方向を表す説明図である。
【００６３】
図８によれば、平常時モードでは、基地局１ａと通信できない無線端末２ｄであっても、障害時モードでは、基地局１ａと通信することができるようになる。これによって、通信圏外となった無線端末２ｄも通信できるようになり、［問題１］が解決される。
【００６４】
一方で、平常時モードでも基地局１ａと通信できた無線端末２ａ〜２ｃは、基地局１ａと通信できない。無線端末２ａ〜２ｃは、障害時モードでは、基地局１ａから放射される電波の放射方向及び／又は放射角度が、自らの位置を含まない限り、通信することができない。
【００６５】
例えば、無線端末２ａは、基地局１ａから放射されている電波の放射方向の通信圏外であるために、基地局１ａと通信することができない。無線端末２ａは、基地局１ａが第１の放射方向に電波の放射方向を変えるタイミングで電池から無線通信部に通電するが、１０秒間基地局をサーチしても、基地局１ａを発見できないため、「フライトモード」へ移行する。このような通信圏外である時に、無線端末２ａを操作するユーザは、無線端末２ａのアプリケーションに対してデータ送信を予約することもできる。例えばメールの送信予約であってもよい。
【００６６】
図９は、基地局から放射される電波における第２の放射方向を表す説明図である。
【００６７】
図９によれば、図８から２０分後における基地局の電波放射の制御を表している。図９の電波の放射方向は、図８における電波の放射方向から回転している。これによって、図８では圏外であった無線端末２ａ及び２ｅは、図９では基地局１ａの圏内となる。一方で、図８では圏内であった無線端末２ｄは、図９では基地局１ａの圏外となる。無線端末２ａは、圏外時に、データ送信の予約がなされていた場合、そのデータは、このタイミングで自動的に送信される。
【００６８】
これによって、稼働中の基地局は、特定の放射方向のみとしか通信しないために、通信すべき無線端末が増加することもない。即ち、多数の無線端末からの通信要求が集中することもなく、輻輳状態が和らぎ、［問題３］［問題４］が解決される。
【００６９】
（Ｓ１３１）無線端末２ａ及び２ｅは、電池から無線通信部に通電することによって、フライトモードを解除する。ここで、無線端末２ａ及び２ｅは、基地局をサーチすることによって、基地局１ａからのパイロット信号を発見することができる。
【００７０】
（Ｓ１３２）そして、無線端末２ａ及び２ｅは、起動時間タイミング（起動時間間隔）の間、基地局１ａから通信サービスが提供される。
【００７１】
このとき、基地局１ａは、当該放射方向の継続時間を、ＢＣ−ＳＭＳ又は制御メッセージによって報知することも好ましい。これによって、その継続時間経過後に、無線端末２ａ及び２ｅは、再度、フライトモードへ自動的に移行することができる。尚、このＢＣ−ＳＭＳ又は制御メッセージは、当該放射方向の圏内にのみ報知され、他の放射方向へ報知されることはない。
【００７２】
（Ｓ１３３）その後、無線端末２ａ及び２ｅは、起動時間タイミングが経過した後、再び、通電制御部２２をオフにし、フライトモードへ移行する。
【００７３】
図１０は、基地局から放射される電波における第３の放射方向を表す説明図である。
【００７４】
図１０によれば、図９から２０分後における基地局の電波放射の制御を表している。図１０の電波の放射方向は、図９における電波の放射方向から回転している。これによって、図８及び図９では圏外であった無線端末２ｂは、図１０では基地局１ａの圏内となる。一方で、図９では圏内であった無線端末２ａ及び２ｅは、図９では基地局１ａの圏外となる。
【００７５】
（Ｓ１４０）基地局１ａは、全ての放射方向を一巡（例えば３６０度回転）した後、今だに「障害時モード」が維持されているか否かを判定する。
【００７６】
（Ｓ１５０）「障害時モード」が維持されている場合、スケジュール情報を更新する。ここで、スケジュール情報は、放射方向及び／又は放射角度毎に、エリアに含まれる無線端末の数及び／又は通信量に応じて、起動時間タイミング、並びに／又は、放射方向及び／若しくは放射角度が、再度規定される。
【００７７】
図１１は、放射方向のエリア内に位置する無線端末の数に応じて、電波の異なる放射範囲を表す説明図である。
【００７８】
図１１によれば、無線端末の数又は通信量が多いエリアについては、アンテナからのビームの幅を狭く絞り込む。一方で、無線端末の数又は通信量が少ないエリアについては、ビームの幅を広くする。例えば、第１の放射方向のエリアに位置する無線端末の数が、第２の放射方向のエリアに位置する無線端末の数よりも２倍であった場合、第１の放射方向のビーム角を、第２の放射方向のビーム角の１／２に設定する。例えば、第１の放射方向のビーム角を１５度に設定し、第２の放射方向のビーム角を３０度に設定する。
【００７９】
他の実施形態として、ビーム角は同じであっても、第１の放射方向の割当時間を、第２の放射方向の割当時間の２倍に設定するものであってもよい。例えば、第１の放射方向の割当時間を４０分に設定し、第２の放射方向の割当時間を２０分に設定する。
【００８０】
（Ｓ１６０）「平常時モード」となった場合、基地局１は、放射方向及び／又は放射角度を変えながら、同報メッセージ（平常時モード）が報知される。
【００８１】
（Ｓ１６１）無線端末２は、同報メッセージ（平常時モード）のを受信することによって、平常時モードへ移行する。
【００８２】
（Ｓ１７０）基地局２は、平常時モードへ移行し、無指向性で電波を放射する。
【００８３】
以上、詳細に説明したように、本発明の無線通信システム及び方法によれば、稼働停止の基地局のカバーエリアを補償し、無線端末に通信機会を提供すると共に、通信要求の集中による基地局の輻輳を和らげ、且つ、無線端末の電池切れを少なくすることできる。特に、前述した［問題１〜４］を全て解決することができる。
【００８４】
前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【符号の説明】
【００８５】
１ 基地局
１０１ アンテナ通信部
１０２ 通信事業者網インタフェース部
１１ 符号化・復号部
１２ スケジュール情報作成部
１３ 同報メッセージ作成部
１４ 電波放射制御部
２ 無線端末
２００ 電池
２０１ 無線通信部
２０２ ディスプレイ部
２１ 同報メッセージ制御部
２２ 通電制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局及び無線端末を有する無線通信システムについて、基地局の障害時に適用される技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、複数の基地局と複数の無線端末とが分散配置された無線通信網におけるシステム構成図である。
【０００３】
図１によれは、分散配置された３つの基地局１ａ〜１ｃは、多数の無線端末２ａ〜２ｅが位置する広いエリアをカバーしている。複数のアンテナを備えた基地局１から放射される電波は、一般に無指向性であって（例えばＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)）、全方位に位置する無線端末２へ到達する。
【０００４】
図２は、一部の基地局に障害が発生した場合における無線通信網のシステム構成図である。
【０００５】
図２によれば、２つの基地局１ｂ及び１ｃに、障害が発生している。基地局１ｂ及び１ｃの通信圏内のみに位置する無線端末は、通信できない。基地局の障害としては、故障のような小規模なものに限られず、災害のような大規模なものも含まれる。特に、大災害時における基地局の稼働停止は、通信インフラの停止につながり、社会全体に対して被害の増大を招く。
【０００６】
一部の基地局に障害が発生した場合、他の基地局及び無線端末には、以下のような４つの問題が生じる。
［問題１］通信圏外となった無線端末は、通信できない。
図２によれば、基地局１ｂ及び１ｃが障害を発生することによって、無線端末ｄ及びｅは、通信できない。
［問題２］通信圏外となった無線端末は、基地局捕捉処理（サーチ処理）を繰り返す。そのために、通信圏内にある無線端末の電力消費量よりも、通信圏外の無線端末の電力消費量が大きくなり、電池切れを起こしやすくなる。
図２によれば、無線端末ｄ及びｅは、電池切れを起こしやすくなる。
［問題３］稼働中の基地局は、多数の無線端末からの通信要求が集中し、輻輳状態に陥りやすくなる。
図２によれば、基地局１ａは、通信要求が集中することによって、輻輳状態に陥りやすくなる。
［問題４］災害時には、ユーザは他の人と連絡を取るために、無線端末を用いて発呼を実行するが、発呼先の基地局が輻輳状態に陥っていたり、通話規制を実施して受付可能台数が制限されている場合など、基地局との接続を確立できず、結果としてユーザは発呼を繰り返すこととなる（接続リトライ）。無線端末は、輻輳状態に陥り発信規制のかかった基地局に対して発呼を繰り返すことによって、無線端末の電力消費量が大きくなり、電池切れを起こしやすくなる。災害時におけるシステム全体の発呼率は、平常時よりも急増する。
図２によれば、無線端末２ａ、ｂ及びｃのユーザが、何度も発呼操作を繰り返することによって、無線端末２ａ、ｂ及びｃの電力を無駄に消費し、電池切れを起こしやすくなる。
【０００７】
従来技術によれば、複数のセクタにより構成する基地局であって、一部のセクタの無線通信部が故障した際に、他の故障していないセクタにおける無線通信部のアンテナ指向性を制御する技術がある（例えば特許文献１参照）。この技術によれば、隣接基地局を使用することなく、故障した無線通信部が担っていたセクタを、他の無線通信部のセクタによってカバーすることができる。
【０００８】
また、複数の基地局（アクセスポイント）から構成される移動通信システム（無線ＬＡＮシステム）について、ある基地局が故障した際に、それに隣接する他の基地局がアンテナ指向性を制御する技術がある（例えば特許文献２及び３参照）。この技術によれば、故障した基地局によってカバーされていたエリアが、それに隣接する他の基地局によってカバーされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２２８４８１号公報
【特許文献２】特開２００８−３１１８１５号公報
【特許文献３】特開２００３−２６４８６６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「アクティブ・アンテナ・システム」、[online]、［平成２３年８月６日検索］、インターネット＜URL：http://wirelesswire.jp/NSN_in_WWN/201105181206.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１〜３に記載された技術によれば、確かに、前述した［問題１］及び［問題２］を解決することはできる。即ち、稼働停止の基地局のカバーエリアを、稼働中の他の基地局がカバーすることができるからである。
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された技術によれば、前述した［問題３］及び［問題４］を解決することはできない。むしろ、稼働中の基地局には、より多くの無線端末が発呼を繰り返すことによって通信要求が集中し得ることから、一層、輻輳状態に陥りやすくなり、［問題３］及び［問題４］の課題度合いは大きくなる。
【００１３】
そこで、本発明は、稼働停止の基地局のカバーエリアを補償し、無線端末に通信機会を提供すると共に、通信要求の集中による基地局の輻輳を和らげ、且つ、無線端末の電池切れを少なくすることできる無線通信システム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、電波の放射方向及び／又は放射角度を可変制御できるアンテナを有する基地局と、該基地局と通信する無線通信部を有する無線端末とを有する無線通信システムにおいて、
基地局は、
無線端末における無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を作成するスケジュール情報作成手段と、
スケジュール情報を含む同報メッセージを作成し、アンテナを介して無線端末へ同報送信する同報メッセージ作成手段と、
スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射するべく、当該アンテナを制御する電波放射制御手段と
を有し、
無線端末は、
同報メッセージのスケジュール情報に基づいて制御する同報メッセージ制御手段と、
スケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する通電制御手段と
を有し、
基地局の電波の放射方向及び／又は放射角度が当該無線端末へ向くタイミングと、無線端末の無線通信部に電源供給をオンにするタイミングとを同期させることを特徴とする。
【００１５】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、無線端末の通電制御手段は、無線通信手段に対する電源供給をオンにした後、所定時間経過後又は所定基地局サーチ回数経過後であっても、基地局を発見できない場合、再度、電源供給をオフにし、次回オンにするタイミングまではオフの状態を継続することも好ましい。
【００１６】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、基地局の電波放射制御手段における電波の放射方向は、地表面に対する水平方向及び／又は垂直方向に制御されることも好ましい。
【００１７】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、基地局のスケジュール情報作成手段は、電波の放射方向及び／又は放射角度毎に、当該電波の放射方向及び／又は放射角度のエリアに含まれる無線端末の数及び／又は通信量に応じて異なる放射方向及び／又は放射角度を、スケジュール情報に規定することも好ましい。
【００１８】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
基地局には、平常時モード及び障害時モードがあり、
スケジュール情報作成手段、同報メッセージ作成手段及び電波放射制御手段を、障害時モードでのみ実行され、
同報メッセージ作成手段は、平常時モード又は障害時モードを含む同報メッセージを、ＢＣ−ＳＭＳ(BroadCast - Short Message Service)を用いて送信することも好ましい。
【００１９】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
システムは、基地局のモードを制御する制御装置を更に有し、
制御装置は、
各基地局から、障害発生の有無を表す基地局運用情報を収集し、
障害発生の基地局に隣接する基地局に対して、障害時モードを指示し、
障害復旧後、障害時モードを指示した基地局に対して、平常時モードを指示する
ことも好ましい。
【００２０】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
基地局の同報メッセージ作成手段は、同報メッセージに、無線端末を操作するユーザに対して通知すべき、当該スケジュール情報に関するテキストを更に含んでおり、
無線端末の同報メッセージ受信手段は、同報メッセージに含まれるテキストを、当該無線端末のディスプレイ部に表示するべく指示することも好ましい。
【００２１】
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、無線端末の通電制御部は、無線通信部に対する電源供給をオンにする際に、所定時間範囲で乱数に基づく時間だけ、ゆらぎを持って遅延することも好ましい。
【００２２】
本発明によれば、電波の放射方向及び／又は放射角度を可変制御できるアンテナを有する基地局と、該基地局と通信する無線通信部を有する無線端末とを有するシステムにおける無線通信方法において、
基地局が、無線端末における無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を作成する第１のステップと、
スケジュール情報を含む同報メッセージを作成し、アンテナを介して無線端末へ同報送信する第２のステップと、
無線端末が、同報メッセージを受信し、スケジュール情報を取得する第３のステップと、
無線端末が、スケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する第４のステップと、
スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射するべく、当該アンテナを制御する第５のステップと
を有し、
基地局の電波の放射方向及び／又は放射角度が当該無線端末へ向くタイミングと、無線端末の無線通信部に電源供給をオンにするタイミングとを同期させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の無線通信システム及び方法によれば、稼働停止の基地局のカバーエリアを補償し、無線端末に通信機会を提供すると共に、通信要求の集中による基地局の輻輳を和らげ、且つ、無線端末の電池切れを少なくすることできる。特に、前述した［問題１〜４］を全て解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】複数の基地局と複数の無線端末とが分散配置された無線通信網におけるシステム構成図である。
【図２】一部の基地局に障害が発生した場合における無線通信網のシステム構成図である。
【図３】基地局からの電波の放射方向が、地表面に対して水平方向に制御される説明図である。
【図４】基地局からの電波の放射方向が、地表面に対して垂直方向に制御される説明図である。
【図５】本発明における基地局及び無線端末の機能構成図である。
【図６】本発明における基地局及び無線端末のフローチャートである。
【図７】同報メッセージを送信するための電波の放射方向を表す説明図である。
【図８】基地局から放射される電波における第１の放射方向を表す説明図である。
【図９】基地局から放射される電波における第２の放射方向を表す説明図である。
【図１０】基地局から放射される電波における第３の放射方向を表す説明図である。
【図１１】放射方向のエリア内に位置する無線端末の数に応じて、電波の異なる放射範囲を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
本発明は、例えば停電や災害によって基地局に障害が発生した場合であっても、稼働中の隣接基地局が、無線端末に対して計画的に通信サービスを提供することができる(ＳＣｏＰ(Scheduled Coverage Provision))。基地局は、「平常時モード」又は「障害時モード」として動作する。「障害時モード」とは、当該基地局に対する隣接基地局に障害が発生したことを意味する。
【００２７】
基地局は、電波放射の指向性を制御可能なアンテナを有し、モードに応じてその指向性を切り替える。
平常時モード：指向性無し（無指向性）
障害時モード：指向性有り
「障害時モード」の当該基地局は、電波の指向性を絞り込むことよって、できる限り電波放射の距離を伸長する。これによって、障害を発生した基地局がカバーするエリアまで、電波を放射することができる。
【００２８】
図３は、基地局からの電波の放射方向が、地表面に対して水平方向に制御される説明図である。
【００２９】
図３によれば、基地局１ａからの電波は、地表面に対して水平方向に６つの放射方向に区分されている。そして、基地局１ａは、指向性を持つ電波を、所定の時間（例えば２０分）毎に又は所定の角速度で、回転するように切り替える。これによって、特定のエリア（放射方向）内に位置する無線端末２に対してのみ、所定の時間だけ通信サービスが提供される。このとき、物理的に、放射方向にある特定のエリアにのみ通信機会を付与することができるため、同時に接続試行を行う端末数を減らすことができる（[問題３、４]の解決）。
【００３０】
また、図３によれば、基地局１ａの周囲には、当該基地局と通信する多数の無線端末２ａ〜２ｅが存在する。ここで、無線端末２ａ〜２ｃは、基地局１ａが「平常時モード」である場合、その無指向性の電波を受信できるエリアに位置している。一方で、無線端末２ｄ及び２ｅは、基地局１ａの「平常時モード」で電波を受信できるエリアには位置していない。勿論、無線端末２ｄ及び２ｅは、障害を発生した基地局１ｄ及び１ｅとも通信できない。
【００３１】
ここで、基地局１ａが「障害時モード」になった場合、指向性を持った電波を方向を切り替えながら放射する。即ち、図３によれば、基地局１ａの放射方向が無線端末２ｄの位置へ向けられた場合、当該無線端末２ｄは基地局１ａと通信することができる。その後、基地局１ａの放射方向が無線端末２ｅの位置へ向けられた場合、当該無線端末２ｅは基地局１ａと通信することができる。一方で、無線端末２ａ〜２ｃは、基地局１ａの放射方向が各無線端末２ａ〜２ｃの位置へ向けられない限り、当該無線端末２ａ〜２ｃは基地局１ａと通信することができない。
【００３２】
図３によれば、全ての基地局１と通信事業者網を介して接続された制御装置３を更に有する。制御装置３は、全ての基地局１から、障害発生の有無を表す基地局運用情報を収集する。そして、その基地局運用情報に基づくＳＣｏＰ情報（モード移行命令及び送信出力値）を、各基地局１へ送信する。モード移行命令は、「平常時モード／障害時モード」を表す。送信出力値は、当該通信不能エリア（障害を発生した基地局のカバーエリア）をカバーできるレベルを表す。
【００３３】
制御装置３は、障害発生の基地局に隣接する基地局に対して、ＳＣｏＰ情報（障害時モード及び送信出力値）を送信する。そして、障害復旧後、障害時モードを指示した基地局に対して、ＳＣｏＰ情報（平常時モード）を送信する。
【００３４】
図４は、基地局からの電波の放射方向が、地表面に対して垂直方向に制御される説明図である。
【００３５】
前述した図３によれば、基地局は、例えばアレイアンテナを用いて、電波の放射方向を水平方向に制御している。これに対し、図４によれば、例えば電気チルトを備えたセクタアンテナを用いて、電波の放射方向を垂直方向に制御している。このようなアンテナとして、例えばアクティブ・アンテナ・システムがある（例えば非特許文献１参照）。また、勿論、本発明によれば、水平方向及び垂直方向を同時に変化させるものであってもよい。本発明によれば、エリアを限定した通信圏内を計画的に作り出すことが重要である。
【００３６】
図５は、本発明における基地局及び無線端末の機能構成図である。
【００３７】
図５によれば、基地局１は、アンテナ通信部１０１と、通信事業者網インタフェース部１０２と、符号化・復号部１１と、スケジュール情報作成部１２と、同報メッセージ作成部１３と、電波放射制御部１４とを有する。
【００３８】
アンテナ通信部１０１は、指向性を有する電波を放射するアンテナであって、その放射方向を変化させるために、多数のアンテナ素子を有する。アンテナ通信部１０１は、平面状に多数配列されたアンテナ素子と、各アンテナに対する位相レベル調整部と、１つの分配部とを有する。分配部は、各アンテナ素子に対して送信信号を分配すると共に、各アンテナ素子からの受信信号を統合する。アンテナ毎の位相レベル調整部は、電波放射制御部１４からの指示に応じて、電波の振幅及び位相を調整する（送信アレイ重みベクトルを制御する）。これによって、電波の放射方向及び／又は放射角度が可変制御される。アンテナは、個々のアンテナ素子の出力は微弱であっても、複数のアンテナ素子からの出力が合成されることによって、結果として大出力が得られる。
【００３９】
電波の送信について、各アンテナから同時に放射された合成波は、アンテナ面と直角な方向に向かって進行する。ここで、アンテナ毎の電波の位相をずらすことによって、合成波は、アンテナ面から斜め方向に放射される。一方で、電波の受信について、アンテナ毎の位相の差を検出することによって、電波の入射方向を検出することができる。
【００４０】
符号化・復号部１１は、通信事業者網インタフェース部１０２から受信したデータを符号化し、そのデータをアンテナ通信部１０１へ出力する。また、アンテナ通信部１０１から受信したデータを復号し、通信事業者網インタフェース部１０２へ出力する。
【００４１】
スケジュール情報作成部１２は、無線端末の無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を生成する。スケジュール情報作成部１２は、制御装置３からＳＣｏＰ情報を受信し、そのＳＣｏＰ情報に基づいて、放射方向毎のスケジュール情報を作成する。作成されたスケジュール情報は、同報メッセージ作成部１３へ出力される。
ＳＣｏＰ情報 ：「障害時モード」＋「送信出力値」
スケジュール情報：無線端末の無線通信部の起動時間タイミング（例えば２０分毎）
（開始時間〜終了時間及び時間間隔、又は、開始時間及び時間間隔）
ユーザに通知すべきテキストメッセージ
また、スケジュール情報作成部１２は、スケジュール情報及び送信出力値を、電波放射制御部１４へ出力する。
【００４２】
同報メッセージ作成部１３は、スケジュール情報を含む同報メッセージを作成する。同報メッセージは、例えばＢＣ−ＳＭＳ(BroadCast - Short Message Service)として作成される。ＢＣ−ＳＭＳとは、例えば現在緊急地震速報に用いられる同報送信可能なショートメッセージサービスであって、短いテキストも送信することができる。そして、同報メッセージ作成部１３から出力された同報メッセージは、符号化・符号部１１へ出力される。
【００４３】
尚、ＢＣ−ＳＭＳのフォーマットは、例えばＴＩＡ／ＥＩＡ(The US Telecommunications Industry Association／Electronic Industries Alliance)ＩＳ−６３７の規定に従っている。このメッセージフォーマットは、ブロードキャストアドレスを含み、全ての無線端末が受信できる。本発明によれば、ＢＣ−ＳＭＳのデータバーストメッセージ内のユーザデータパラメータとして、障害時モードの開始／終了フラグ、障害時モード開始時間、起動時間タイミング、及び、フライトモード解除時間を含む。
【００４４】
電波放射制御部１４は、スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射するべく、アンテナ通信部１０１を制御する。電波放射制御部１４は、アンテナ通信部１０１の送信アレイ重みベクトルを制御する。また、電波放射制御部１４は、スケジュール情報作成部１２から入力された送信出力値に応じて、アンテナ通信部１０１からの送信出力電力を制御する。尚、セクタアンテナの基地局については、セクタ内でビームを水平方向に変える場合、反射器の位置も制御することも好ましい。また、ビームを垂直方向に変える場合、チルト角を制御することも好ましい。
【００４５】
基地局１について、前述したスケジュール情報作成部１２と、同報メッセージ作成部１３と、電波放射制御部１４とは、「障害時モード」でのみ実行される。
【００４６】
無線端末２は、無線通信部２０１と、ディスプレイ部２０２と、電池２００と、同報メッセージ制御部２１と、通電制御部２２とを有する。
【００４７】
無線通信部２０１は、電池２００からの電源供給を受けて、基地局１との間で電波を送受信することができる。無線通信部２０１は、電池２００からの電源供給が遮断されることによって、無駄に電力を消費することがなくなる。尚、無線通信部２０１が電池２００からの電源供給を遮断される状態を、「フライトモード」と称する場合がある。
【００４８】
同報メッセージ制御部２１は、無線通信部２０１を介して基地局１から同報メッセージを受信する。その同報メッセージは、当該無線端末２が無線通信部２０１を通電するスケジュール情報を含む。そして、同報メッセージ制御部２１は、そのスケジュール情報に含まれる起動時間タイミングを、通電制御部２２へ出力する。また、同報メッセージ制御部２１は、そのスケジュール情報に含まれる「ユーザに通知すべきテキストメッセージ」を、ディスプレイ部２０２へ出力し、当該無線端末２を操作するユーザに明示する。
【００４９】
通電制御部２２は、同報メッセージ制御部２１から入力した起動時間タイミングに応じて、無線通信部２０１に対する電源供給をオン・オフする。これによって、基地局１が放射方向及び／又は放射角度を変えるタイミングと、当該無線端末２の無線通信部２０１に電源供給をオンにするタイミングとを同期させることができる。即ち、基地局１からの放射電波のエリアが、当該無線端末２の位置に向かう可能性があるタイミングでのみ無線通信部２０１に対する電源供給はオンとなり、それ以外の場合、当該無線端末２の無線通信部２０１に対する電源供給はオフになる。
【００５０】
また、通電制御部２２は、無線通信部２０１に対する電源供給をオンにする際に、所定時間範囲で乱数に基づく時間だけ、「ゆらぎ」を持って遅延することも好ましい。基地局１が放射方向を切り替えた直後に、切り替え後の放射方向に含まれるエリアに位置する無線端末２が、一斉に、基地局１へ通信要求を送信することとなる。このような状況は、基地局１を、瞬間的な輻輳状態へ導くこととなる。そこで、本発明によれば、切り替え直後の放射方向に含まれる多数の無線端末２からの通信要求が、基地局１へばらついて到着するようにする。また、通電制御部２２は、所定時間内に無線端末２が基地局１を発見できない場合や、無線端末２が基地局サーチを所定回数実行しても基地局１を発見できない場合は、再度電源供給をオフにし、次回のオンのタイミングまではオフの状態（フライトモード状態）を継続する。
【００５１】
図６は、本発明における基地局及び無線端末のフローチャートである。
【００５２】
（Ｓ１１０）最初に、基地局１は、制御装置３からＳＣｏＰ情報を受信し、障害時モードへ移行する。そして、基地局１は、無線端末の無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を生成する（図５のスケジュール情報生成部１２参照）。
【００５３】
（Ｓ１２０）次に、基地局１は、スケジュール情報を含む同報メッセージを作成し、アンテナを介して無線端末２へ同報送信する（図５の同報メッセージ作成部１３参照）。
（Ｓ１２１）無線端末２は、障害時モードの同報メッセージを受信した場合、「障害時モード」へ移行する。
【００５４】
図７は、同報メッセージを送信するための電波の放射方向を表す説明図である。
【００５５】
基地局１は、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射することによって、全ての無線端末２へ、同報メッセージを一斉送信する。同報メッセージには、その放射方向における「起動時間タイミング」及び「ユーザに通知すべきテキストメッセージ」が含まれる。
【００５６】
図７によれば、無線端末２ｅによって受信された同報メッセージには、例えば以下のような起動時間タイミングが含まれる。
「９：００（５分後）から、２０分毎に、基地局をサーチすること」
「１０秒間サーチをして基地局を発見できなければ、フライトモードへ移行すること」
「１０回サーチをして基地局を発見できなければ、フライトモードへ移行すること」
【００５７】
ここで、「フライトモード」（機内モード）とは、一般に飛行機内のモードであって、無線端末が電波を一切放射又は受信しないようにするモードである。勿論、既存のフライトモードに限られず、電波を放射又は受信しないモードであればよい。これによって、通信圏外となった無線端末が、基地局捕捉処理（サーチ処理）を繰り返すことがなくなり、［問題２］が解決される。
【００５８】
また、この同報メッセージには、例えば以下のようなテキストメッセージが含まれる。
「［ａ社からのお知らせ］ 災害時モードへ移行します。２０分毎に画面確認をお願いします。２時間以内に通信可能になります。通信可能になった際は再度画面でお知らせ致します。それまではフライトモードになりますが、異常ではございません。」
【００５９】
（Ｓ１２２）無線端末２は、同報メッセージに含まれるテキストメッセージを、無線端末２のディスプレイに表示し、ユーザに明示する。
【００６０】
（Ｓ１２３）無線端末２ｅは、フライトモードへ移行し、当該無線端末２ｅの起動時間まで、通電制御部２２の通電をオフにする。
【００６１】
（Ｓ１３０）基地局１は、スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射する。一方で、無線端末２は、スケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する。
【００６２】
図８は、基地局から放射される電波における第１の放射方向を表す説明図である。
【００６３】
図８によれば、平常時モードでは、基地局１ａと通信できない無線端末２ｄであっても、障害時モードでは、基地局１ａと通信することができるようになる。これによって、通信圏外となった無線端末２ｄも通信できるようになり、［問題１］が解決される。
【００６４】
一方で、平常時モードでも基地局１ａと通信できた無線端末２ａ〜２ｃは、基地局１ａと通信できない。無線端末２ａ〜２ｃは、障害時モードでは、基地局１ａから放射される電波の放射方向及び／又は放射角度が、自らの位置を含まない限り、通信することができない。
【００６５】
例えば、無線端末２ａは、基地局１ａから放射されている電波の放射方向の通信圏外であるために、基地局１ａと通信することができない。無線端末２ａは、基地局１ａが第１の放射方向に電波の放射方向を変えるタイミングで電池から無線通信部に通電するが、１０秒間基地局をサーチしても、基地局１ａを発見できないため、「フライトモード」へ移行する。このような通信圏外である時に、無線端末２ａを操作するユーザは、無線端末２ａのアプリケーションに対してデータ送信を予約することもできる。例えばメールの送信予約であってもよい。
【００６６】
図９は、基地局から放射される電波における第２の放射方向を表す説明図である。
【００６７】
図９によれば、図８から２０分後における基地局の電波放射の制御を表している。図９の電波の放射方向は、図８における電波の放射方向から回転している。これによって、図８では圏外であった無線端末２ａ及び２ｅは、図９では基地局１ａの圏内となる。一方で、図８では圏内であった無線端末２ｄは、図９では基地局１ａの圏外となる。無線端末２ａは、圏外時に、データ送信の予約がなされていた場合、そのデータは、このタイミングで自動的に送信される。
【００６８】
これによって、稼働中の基地局は、特定の放射方向のみとしか通信しないために、通信すべき無線端末が増加することもない。即ち、多数の無線端末からの通信要求が集中することもなく、輻輳状態が和らぎ、［問題３］［問題４］が解決される。
【００６９】
（Ｓ１３１）無線端末２ａ及び２ｅは、電池から無線通信部に通電することによって、フライトモードを解除する。ここで、無線端末２ａ及び２ｅは、基地局をサーチすることによって、基地局１ａからのパイロット信号を発見することができる。
【００７０】
（Ｓ１３２）そして、無線端末２ａ及び２ｅは、起動時間タイミング（起動時間間隔）の間、基地局１ａから通信サービスが提供される。
【００７１】
このとき、基地局１ａは、当該放射方向の継続時間を、ＢＣ−ＳＭＳ又は制御メッセージによって報知することも好ましい。これによって、その継続時間経過後に、無線端末２ａ及び２ｅは、再度、フライトモードへ自動的に移行することができる。尚、このＢＣ−ＳＭＳ又は制御メッセージは、当該放射方向の圏内にのみ報知され、他の放射方向へ報知されることはない。
【００７２】
（Ｓ１３３）その後、無線端末２ａ及び２ｅは、起動時間タイミングが経過した後、再び、通電制御部２２をオフにし、フライトモードへ移行する。
【００７３】
図１０は、基地局から放射される電波における第３の放射方向を表す説明図である。
【００７４】
図１０によれば、図９から２０分後における基地局の電波放射の制御を表している。図１０の電波の放射方向は、図９における電波の放射方向から回転している。これによって、図８及び図９では圏外であった無線端末２ｂは、図１０では基地局１ａの圏内となる。一方で、図９では圏内であった無線端末２ａ及び２ｅは、図９では基地局１ａの圏外となる。
【００７５】
（Ｓ１４０）基地局１ａは、全ての放射方向を一巡（例えば３６０度回転）した後、今だに「障害時モード」が維持されているか否かを判定する。
【００７６】
（Ｓ１５０）「障害時モード」が維持されている場合、スケジュール情報を更新する。ここで、スケジュール情報は、放射方向及び／又は放射角度毎に、エリアに含まれる無線端末の数及び／又は通信量に応じて、起動時間タイミング、並びに／又は、放射方向及び／若しくは放射角度が、再度規定される。
【００７７】
図１１は、放射方向のエリア内に位置する無線端末の数に応じて、電波の異なる放射範囲を表す説明図である。
【００７８】
図１１によれば、無線端末の数又は通信量が多いエリアについては、アンテナからのビームの幅を狭く絞り込む。一方で、無線端末の数又は通信量が少ないエリアについては、ビームの幅を広くする。例えば、第１の放射方向のエリアに位置する無線端末の数が、第２の放射方向のエリアに位置する無線端末の数よりも２倍であった場合、第１の放射方向のビーム角を、第２の放射方向のビーム角の１／２に設定する。例えば、第１の放射方向のビーム角を１５度に設定し、第２の放射方向のビーム角を３０度に設定する。
【００７９】
他の実施形態として、ビーム角は同じであっても、第１の放射方向の割当時間を、第２の放射方向の割当時間の２倍に設定するものであってもよい。例えば、第１の放射方向の割当時間を４０分に設定し、第２の放射方向の割当時間を２０分に設定する。
【００８０】
（Ｓ１６０）「平常時モード」となった場合、基地局１は、放射方向及び／又は放射角度を変えながら、同報メッセージ（平常時モード）が報知される。
【００８１】
（Ｓ１６１）無線端末２は、同報メッセージ（平常時モード）のを受信することによって、平常時モードへ移行する。
【００８２】
（Ｓ１７０）基地局２は、平常時モードへ移行し、無指向性で電波を放射する。
【００８３】
以上、詳細に説明したように、本発明の無線通信システム及び方法によれば、稼働停止の基地局のカバーエリアを補償し、無線端末に通信機会を提供すると共に、通信要求の集中による基地局の輻輳を和らげ、且つ、無線端末の電池切れを少なくすることできる。特に、前述した［問題１〜４］を全て解決することができる。
【００８４】
前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【符号の説明】
【００８５】
１ 基地局
１０１ アンテナ通信部
１０２ 通信事業者網インタフェース部
１１ 符号化・復号部
１２ スケジュール情報作成部
１３ 同報メッセージ作成部
１４ 電波放射制御部
２ 無線端末
２００ 電池
２０１ 無線通信部
２０２ ディスプレイ部
２１ 同報メッセージ制御部
２２ 通電制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の放射方向及び／又は放射角度を可変制御できるアンテナを有する基地局と、該基地局と通信する無線通信部を有する無線端末とを有する無線通信システムにおいて、
前記基地局は、
前記無線端末における無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を作成するスケジュール情報作成手段と、
前記スケジュール情報を含む同報メッセージを作成し、アンテナを介して無線端末へ同報送信する同報メッセージ作成手段と、
前記スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射するべく、当該アンテナを制御する電波放射制御手段と
を有し、
前記無線端末は、
前記同報メッセージのスケジュール情報に基づいて制御する同報メッセージ制御手段と、
前記スケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する通電制御手段と
を有し、
基地局の電波の放射方向及び／又は放射角度が当該無線端末へ向くタイミングと、無線端末の無線通信部に電源供給をオンにするタイミングとを同期させることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記無線端末の通電制御手段は、前記無線通信手段に対する電源供給をオンにした後、所定時間経過後又は所定基地局サーチ回数経過後であっても、基地局を発見できない場合、再度、電源供給をオフにし、次回オンにするタイミングまではオフの状態を継続することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記基地局の前記電波放射制御手段における電波の放射方向は、地表面に対する水平方向及び／又は垂直方向に制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記基地局の前記スケジュール情報作成手段は、電波の放射方向及び／又は放射角度毎に、当該電波の放射方向及び／又は放射角度のエリアに含まれる無線端末の数及び／又は通信量に応じて異なる放射方向及び／又は放射角度を、前記スケジュール情報に規定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記基地局には、平常時モード及び障害時モードがあり、
前記スケジュール情報作成手段、前記同報メッセージ作成手段及び前記電波放射制御手段を、前記障害時モードでのみ実行され、
前記同報メッセージ作成手段は、前記平常時モード又は前記障害時モードを含む前記同報メッセージを、ＢＣ−ＳＭＳ(BroadCast - Short Message Service)を用いて送信することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記システムは、前記基地局のモードを制御する制御装置を更に有し、
前記制御装置は、
各基地局から、障害発生の有無を表す基地局運用情報を収集し、
障害発生の基地局に隣接する基地局に対して、前記障害時モードを指示し、
障害復旧後、前記障害時モードを指示した前記基地局に対して、前記平常時モードを指示する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記基地局の同報メッセージ作成手段は、前記同報メッセージに、無線端末を操作するユーザに対して通知すべき、当該スケジュール情報に関するテキストを更に含んでおり、
前記無線端末の同報メッセージ受信手段は、前記同報メッセージに含まれる前記テキストを、当該無線端末のディスプレイ部に表示するべく指示する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記無線端末の前記通電制御部は、前記無線通信部に対する電源供給をオンにする際に、所定時間範囲で乱数に基づく時間だけ、ゆらぎを持って遅延することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項９】
電波の放射方向及び／又は放射角度を可変制御できるアンテナを有する基地局と、該基地局と通信する無線通信部を有する無線端末とを有するシステムにおける無線通信方法において、
前記基地局が、前記無線端末における無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を作成する第１のステップと、
前記スケジュール情報を含む同報メッセージを作成し、アンテナを介して無線端末へ同報送信する第２のステップと、
前記無線端末が、前記同報メッセージを受信し、前記スケジュール情報を取得する第３のステップと、
前記無線端末が、前記スケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、前記無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する第４のステップと、
前記スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射するべく、当該アンテナを制御する第５のステップと
を有し、
前記基地局の電波の放射方向及び／又は放射角度が当該無線端末へ向くタイミングと、無線端末の無線通信部に電源供給をオンにするタイミングとを同期させることを特徴とする無線通信方法。
【請求項１】
電波の放射方向及び／又は放射角度を可変制御できるアンテナを有する基地局と、該基地局と通信する無線通信部を有する無線端末とを有する無線通信システムにおいて、
前記基地局は、
前記無線端末における無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を作成するスケジュール情報作成手段と、
前記スケジュール情報を含む同報メッセージを作成し、アンテナを介して無線端末へ同報送信する同報メッセージ作成手段と、
前記スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射するべく、当該アンテナを制御する電波放射制御手段と
を有し、
前記無線端末は、
前記同報メッセージのスケジュール情報に基づいて制御する同報メッセージ制御手段と、
前記スケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する通電制御手段と
を有し、
基地局の電波の放射方向及び／又は放射角度が当該無線端末へ向くタイミングと、無線端末の無線通信部に電源供給をオンにするタイミングとを同期させることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記無線端末の通電制御手段は、前記無線通信手段に対する電源供給をオンにした後、所定時間経過後又は所定基地局サーチ回数経過後であっても、基地局を発見できない場合、再度、電源供給をオフにし、次回オンにするタイミングまではオフの状態を継続することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記基地局の前記電波放射制御手段における電波の放射方向は、地表面に対する水平方向及び／又は垂直方向に制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記基地局の前記スケジュール情報作成手段は、電波の放射方向及び／又は放射角度毎に、当該電波の放射方向及び／又は放射角度のエリアに含まれる無線端末の数及び／又は通信量に応じて異なる放射方向及び／又は放射角度を、前記スケジュール情報に規定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記基地局には、平常時モード及び障害時モードがあり、
前記スケジュール情報作成手段、前記同報メッセージ作成手段及び前記電波放射制御手段を、前記障害時モードでのみ実行され、
前記同報メッセージ作成手段は、前記平常時モード又は前記障害時モードを含む前記同報メッセージを、ＢＣ−ＳＭＳ(BroadCast - Short Message Service)を用いて送信することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記システムは、前記基地局のモードを制御する制御装置を更に有し、
前記制御装置は、
各基地局から、障害発生の有無を表す基地局運用情報を収集し、
障害発生の基地局に隣接する基地局に対して、前記障害時モードを指示し、
障害復旧後、前記障害時モードを指示した前記基地局に対して、前記平常時モードを指示する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記基地局の同報メッセージ作成手段は、前記同報メッセージに、無線端末を操作するユーザに対して通知すべき、当該スケジュール情報に関するテキストを更に含んでおり、
前記無線端末の同報メッセージ受信手段は、前記同報メッセージに含まれる前記テキストを、当該無線端末のディスプレイ部に表示するべく指示する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記無線端末の前記通電制御部は、前記無線通信部に対する電源供給をオンにする際に、所定時間範囲で乱数に基づく時間だけ、ゆらぎを持って遅延することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項９】
電波の放射方向及び／又は放射角度を可変制御できるアンテナを有する基地局と、該基地局と通信する無線通信部を有する無線端末とを有するシステムにおける無線通信方法において、
前記基地局が、前記無線端末における無線通信部の起動時間タイミングを規定したスケジュール情報を作成する第１のステップと、
前記スケジュール情報を含む同報メッセージを作成し、アンテナを介して無線端末へ同報送信する第２のステップと、
前記無線端末が、前記同報メッセージを受信し、前記スケジュール情報を取得する第３のステップと、
前記無線端末が、前記スケジュール情報の起動時間タイミングに応じて、前記無線通信部に対する電源供給をオン・オフ制御する第４のステップと、
前記スケジュール情報に応じたタイミングで、放射方向及び／又は放射角度を変えながら電波を放射するべく、当該アンテナを制御する第５のステップと
を有し、
前記基地局の電波の放射方向及び／又は放射角度が当該無線端末へ向くタイミングと、無線端末の無線通信部に電源供給をオンにするタイミングとを同期させることを特徴とする無線通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−４６０９６（Ｐ２０１３−４６０９６Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８０４０４（Ｐ２０１１−１８０４０４）
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【Ｆターム（参考）】
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