JP3431542B2 - 無線基地局 - Google Patents
無線基地局Info
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- JP3431542B2 JP3431542B2 JP17503099A JP17503099A JP3431542B2 JP 3431542 B2 JP3431542 B2 JP 3431542B2 JP 17503099 A JP17503099 A JP 17503099A JP 17503099 A JP17503099 A JP 17503099A JP 3431542 B2 JP3431542 B2 JP 3431542B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- terminal station
- wave power
- beam pattern
- interference
- coefficient vector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、指向性ビームアン
テナあるいはアダプティブアレーアンテナを用いた無線
基地局に関する。
テナあるいはアダプティブアレーアンテナを用いた無線
基地局に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話やPHS等に代表される移
動通信は、その利便性、多機能性から需要は高まる一方
で、固定網を追い抜くような勢いで加入者の増加が進ん
でいる。
動通信は、その利便性、多機能性から需要は高まる一方
で、固定網を追い抜くような勢いで加入者の増加が進ん
でいる。
【０００３】最近では、このような無線通信の需要の爆
発的増加に伴って、特に大都市圏内におけるトラフィッ
ク集中によるチャネル不足、また積極的な周波数再利用
に起因する干渉による受信品質の劣化等が深刻になって
きている。
発的増加に伴って、特に大都市圏内におけるトラフィッ
ク集中によるチャネル不足、また積極的な周波数再利用
に起因する干渉による受信品質の劣化等が深刻になって
きている。
【０００４】そのため、回線品質を維持したまま加入者
容量を増加させる技術が期待されており、逼迫する周波
数資源の有効利用や、インフラ構築の低コスト化、また
は既存インフラの有効利用など数多くの課題がある。
容量を増加させる技術が期待されており、逼迫する周波
数資源の有効利用や、インフラ構築の低コスト化、また
は既存インフラの有効利用など数多くの課題がある。
【０００５】既存の基地局において加入者容量を増大さ
せる方法の一つとして、指向性をもつビームを形成する
ことが考えられる。例えば、基地局にセクタアンテナを
用いた場合、従来のほぼ円形のサービスエリア内を複数
の小さなエリアに空間的に分割することと等価であり、
基地局間の同一チャネル干渉量を無視できるとすると、
およそセクタ数倍の容量増加が見込める。
せる方法の一つとして、指向性をもつビームを形成する
ことが考えられる。例えば、基地局にセクタアンテナを
用いた場合、従来のほぼ円形のサービスエリア内を複数
の小さなエリアに空間的に分割することと等価であり、
基地局間の同一チャネル干渉量を無視できるとすると、
およそセクタ数倍の容量増加が見込める。
【０００６】そして、さらなる空間の効率的利用を考え
ると、サービスエリア内に存在する複数の端末局に対し
て、互いに空間的に直交するマルチビームを形成し、動
的に割り当てることによって、端末局の個々の位置やト
ラフィック分布に依存した緻密なチャネル再利用が可能
となる。
ると、サービスエリア内に存在する複数の端末局に対し
て、互いに空間的に直交するマルチビームを形成し、動
的に割り当てることによって、端末局の個々の位置やト
ラフィック分布に依存した緻密なチャネル再利用が可能
となる。
【０００７】効果的な直交マルチビーム形成技術の一つ
として、同一方向を除く任意の方向にいる干渉局に対し
て、積極的に受信信号を除去し、また送信時に干渉局方
向に指向性のヌルを向ける機能をもつアダプティブアレ
ーアンテナがある。
として、同一方向を除く任意の方向にいる干渉局に対し
て、積極的に受信信号を除去し、また送信時に干渉局方
向に指向性のヌルを向ける機能をもつアダプティブアレ
ーアンテナがある。
【０００８】アダプティブアレーアンテナを用いると、
ビーム指向性による空間分割多重化が実現できる。基地
局において、伝播路の見通しが確保できない場合でも、
送受信信号の到来、放射する方向がわかれば同様な指向
性制御が可能である。
ビーム指向性による空間分割多重化が実現できる。基地
局において、伝播路の見通しが確保できない場合でも、
送受信信号の到来、放射する方向がわかれば同様な指向
性制御が可能である。
【０００９】以下にアダプティブアレーアンテナの概要
を述べる。
を述べる。
【００１０】アダプティブアレーアンテナは、複数のア
ンテナ素子を持つアレーアンテナでそれらの出力の位相
と振幅を制御して合成する信号処理方法であり、これに
よって、比較的レベルの大きい干渉波存在下において、
希望波の到来方向にビームを向け、また干渉波の到来方
向にヌルを向けるように動作する。受信信号の位相と振
幅を制御して合成することは、図７に示すように各アン
テナ素子出力を複素重み付けすることと等価である。
ンテナ素子を持つアレーアンテナでそれらの出力の位相
と振幅を制御して合成する信号処理方法であり、これに
よって、比較的レベルの大きい干渉波存在下において、
希望波の到来方向にビームを向け、また干渉波の到来方
向にヌルを向けるように動作する。受信信号の位相と振
幅を制御して合成することは、図７に示すように各アン
テナ素子出力を複素重み付けすることと等価である。
【００１１】このときアダプティブアレー出力ｙは次の
式１で与えられる。
式１で与えられる。
【００１２】
【数１】
なお、ｗ、ｘはそれぞれ各アンテナ素子の複素重み係数
ベクトル、複素受信信号ベクトルを表し、
ベクトル、複素受信信号ベクトルを表し、
【００１３】
【数２】
【００１４】
【数３】
とする。ここで、Tは行列の転置を表す。
【００１５】この重み係数ベクトルは、合成後の信号が
予め定められた規範を満たすように制御される。最適な
重み係数ベクトルは、Wiener-Hopfの方程式
予め定められた規範を満たすように制御される。最適な
重み係数ベクトルは、Wiener-Hopfの方程式
【００１６】
【数４】
を解くことにより求められる。
【００１７】ただし、
【００１８】
【数５】
【００１９】
【数６】
である。
【００２０】ｄは参照信号系列を表し、*は要素の複素
共役を表す。
共役を表す。
【００２１】また,E[x*xT]はx*xTの期待値を表す。
【００２２】最適な重み係数ベクトルを求めるには、膨
大な計算量を必要とする為、実際には計算量の少ない逐
次更新型の適応アルゴリズムが適用されることが多い。
大な計算量を必要とする為、実際には計算量の少ない逐
次更新型の適応アルゴリズムが適用されることが多い。
【００２３】例えば、サンプル毎に既知の参照信号との
誤差を小さくするような重み制御を行うLMS(Least Mean
Square)アルゴリズム等が知られている。
誤差を小さくするような重み制御を行うLMS(Least Mean
Square)アルゴリズム等が知られている。
【００２４】上記の適応処理によって求められた指向性
パターンの例を図2に示す。モデルとして、一つの基地
局のサービスエリア内に、二つの端末局が存在し通信を
行っている場合を考える。
パターンの例を図2に示す。モデルとして、一つの基地
局のサービスエリア内に、二つの端末局が存在し通信を
行っている場合を考える。
【００２５】端末局1および端末局2の信号到来方向をそ
れぞれθ= -20°、80°であり、実線が端末局1に対する
ビームパターン、破線が端末局2に対するビームパター
ンを示す。
れぞれθ= -20°、80°であり、実線が端末局1に対する
ビームパターン、破線が端末局2に対するビームパター
ンを示す。
【００２６】このとき、基地局において、端末局2また
は端末局1を干渉局としたときの受信所望波電力対干渉
波電力比(D/U比)はそれぞれ以下の式で与えられる。
は端末局1を干渉局としたときの受信所望波電力対干渉
波電力比(D/U比)はそれぞれ以下の式で与えられる。
【００２７】
【数７】
【００２８】
【数８】
送信の場合には、予め形成した送信ビームパターンが図
２のとおりであれば、（７）式、（８）式からそれぞれ
各下り回線の伝搬損失Ｌ1、Ｌ2を差し引いた値によって
端末局側での受信D/U比が予測できる。
２のとおりであれば、（７）式、（８）式からそれぞれ
各下り回線の伝搬損失Ｌ1、Ｌ2を差し引いた値によって
端末局側での受信D/U比が予測できる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】上述のとおり、従来の
指向性ビームを形成する基地局、あるいはアダプティブ
アレーアンテナを用いた基地局では、受信時に、アンテ
ナや高周波回路を通過することによって受信信号の振幅
や位相が素子毎のばらつきの影響を受けて変化してしま
うが、その歪みを受けた後の信号に対して重み付け制御
を行うことにより、純度の高い出力を得ることができ
る。
指向性ビームを形成する基地局、あるいはアダプティブ
アレーアンテナを用いた基地局では、受信時に、アンテ
ナや高周波回路を通過することによって受信信号の振幅
や位相が素子毎のばらつきの影響を受けて変化してしま
うが、その歪みを受けた後の信号に対して重み付け制御
を行うことにより、純度の高い出力を得ることができ
る。
【００３０】しかしながら、送信時には、ディジタル信
号処理あるいは低周波アナログ回路によって最適なビー
ムパターンを形成する重み付け制御を行ったとしても、
その後段に位置する高周波アナログ回路やアンテナの各
素子の位相や振幅のばらつきの影響を受け、結果的に送
信ビームが最適に形成されないという問題があった。
号処理あるいは低周波アナログ回路によって最適なビー
ムパターンを形成する重み付け制御を行ったとしても、
その後段に位置する高周波アナログ回路やアンテナの各
素子の位相や振幅のばらつきの影響を受け、結果的に送
信ビームが最適に形成されないという問題があった。
【００３１】具体的には、アンテナ素子間結合、アナロ
グ部品による通過位相変動、D/Aの量子化精度不足など
の理由により、図２のような理想的なビームを形成して
も、実際には図３のようにビーム方向およびヌル方向が
ずれることによりビーム直交性が崩れ、非所望端末局に
対して不要放射が生じ、各端末局での受信D/U比が共に
劣化する。
グ部品による通過位相変動、D/Aの量子化精度不足など
の理由により、図２のような理想的なビームを形成して
も、実際には図３のようにビーム方向およびヌル方向が
ずれることによりビーム直交性が崩れ、非所望端末局に
対して不要放射が生じ、各端末局での受信D/U比が共に
劣化する。
【００３２】この場合、実際に端末で受信されるD/U比
の予測値は以下の式で与えられる。
の予測値は以下の式で与えられる。
【００３３】
【数９】
【００３４】
【数１０】
この劣化を防ぐためには、送信系の高周波アナログ回路
やアンテナの仕様を非常に厳しくするか、または基地局
として運用前に送信系の各素子で発生する振幅・位相の
誤差を検出して較正する方法や、運用後にビームのずれ
を補正する方法等が必要となる。
やアンテナの仕様を非常に厳しくするか、または基地局
として運用前に送信系の各素子で発生する振幅・位相の
誤差を検出して較正する方法や、運用後にビームのずれ
を補正する方法等が必要となる。
【００３５】従来の対策方法として、各素子の仕様を厳
しくすると、設計も難しくなり、部品の製作コストがか
かるため限界がある。また、各素子間の誤差を検出して
較正する方法では、温度特性、雑音、外乱等による影響
から正確さに欠けるという問題がある。
しくすると、設計も難しくなり、部品の製作コストがか
かるため限界がある。また、各素子間の誤差を検出して
較正する方法では、温度特性、雑音、外乱等による影響
から正確さに欠けるという問題がある。
【００３６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものである。
になされたものである。
【００３７】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明の無線基地局は、ビームパターンを形成し
端末局と無線通信を行う無線基地局において、端末局に
よって下り回線の所望波電力対干渉波電力比が測定さ
れ、この測定された測定値が送信信号系列に挿入され上
り回線を用いて報知された前記所望波電力対干渉波電力
比の測定値を受信する受信手段と、この受信手段により
受信された前記所望波電力対干渉波電力比の測定値に基
づいて前記ビームパターンを制御する制御手段と、この
制御手段により制御されたビームパターンによって前記
端末局と無線通信する無線通信手段とを具備し、前記制
御手段は、所定の端末局からの信号到来方向に対して所
定の送信重み係数ベクトルに応じて予め形成しようとし
たビームパターンから得られる指向性利得および前記所
定の端末局以外の端末局からの信号到来方向に対して前
記ビームパターンから得られる指向性利得から算出され
る下り回線の所望波電力対干渉波電力比の演算値と、実
際に前記形成しようとしていたビームパターンにて形成
されたパターンによる下り回線を経て各端末局で測定さ
れた後に上り回線によって報知された所望波電力対干渉
波電力比の実測値とを、前記送信重み係数ベクトルを複
数回変えることにより前記複数回比較し、前記複数回の
比較内、前記形成しようとしていたビームパターンから
得られる指向性利得と最も近い値となる前記送信重み係
数ベクトルを選択することを特徴とする。また、本発明
の無線基地局は、ビームパターンを形成し端末局と無線
通信を行う無線基地局において、端末局によって下り回
線の所望波電力対干渉波電力比が測定され、この測定さ
れた測定値が送信信号系列に挿入され上り回線を用いて
報知された前記所望波電力対干渉波電力比の測定値を受
信する受信手段と、この受信手段により受信された前記
所望波電力対干渉波電力比の測定値に基づいて前記ビー
ムパターンを制御する制御手段と、この制御手段により
制御されたビームパターンによって前記端末局と無線通
信する無線通信手段とを具備し、前記制御手段は、所定
の端末局からの信号到来方向に対して所定の送信重み係
数ベクトルに応じて予め形成しようとしたビームパター
ンから得られる指向性利得および前記所定の端末局以外
の端末局からの信号到来方向に対して前記ビームパター
ンから 得られる指向性利得から算出される下り回線の所
望波電力対干渉波電力比の演算値と、実際に前記形成し
ようとしていたビームパターンにて形成されたパターン
による下り回線を経て各端末局で測定された後に上り回
線によって報知された所望波電力対干渉波電力比の実測
値とを、前記送信重み係数ベクトルを変えながら比較
し、各ビーム毎に定めた全てのしきい値以上となる前記
送信重み係数ベクトルが得られたときにこの得られた係
数ベクトルを用いて前記無線通信を行うことを特徴とす
る。
ため、本発明の無線基地局は、ビームパターンを形成し
端末局と無線通信を行う無線基地局において、端末局に
よって下り回線の所望波電力対干渉波電力比が測定さ
れ、この測定された測定値が送信信号系列に挿入され上
り回線を用いて報知された前記所望波電力対干渉波電力
比の測定値を受信する受信手段と、この受信手段により
受信された前記所望波電力対干渉波電力比の測定値に基
づいて前記ビームパターンを制御する制御手段と、この
制御手段により制御されたビームパターンによって前記
端末局と無線通信する無線通信手段とを具備し、前記制
御手段は、所定の端末局からの信号到来方向に対して所
定の送信重み係数ベクトルに応じて予め形成しようとし
たビームパターンから得られる指向性利得および前記所
定の端末局以外の端末局からの信号到来方向に対して前
記ビームパターンから得られる指向性利得から算出され
る下り回線の所望波電力対干渉波電力比の演算値と、実
際に前記形成しようとしていたビームパターンにて形成
されたパターンによる下り回線を経て各端末局で測定さ
れた後に上り回線によって報知された所望波電力対干渉
波電力比の実測値とを、前記送信重み係数ベクトルを複
数回変えることにより前記複数回比較し、前記複数回の
比較内、前記形成しようとしていたビームパターンから
得られる指向性利得と最も近い値となる前記送信重み係
数ベクトルを選択することを特徴とする。また、本発明
の無線基地局は、ビームパターンを形成し端末局と無線
通信を行う無線基地局において、端末局によって下り回
線の所望波電力対干渉波電力比が測定され、この測定さ
れた測定値が送信信号系列に挿入され上り回線を用いて
報知された前記所望波電力対干渉波電力比の測定値を受
信する受信手段と、この受信手段により受信された前記
所望波電力対干渉波電力比の測定値に基づいて前記ビー
ムパターンを制御する制御手段と、この制御手段により
制御されたビームパターンによって前記端末局と無線通
信する無線通信手段とを具備し、前記制御手段は、所定
の端末局からの信号到来方向に対して所定の送信重み係
数ベクトルに応じて予め形成しようとしたビームパター
ンから得られる指向性利得および前記所定の端末局以外
の端末局からの信号到来方向に対して前記ビームパター
ンから 得られる指向性利得から算出される下り回線の所
望波電力対干渉波電力比の演算値と、実際に前記形成し
ようとしていたビームパターンにて形成されたパターン
による下り回線を経て各端末局で測定された後に上り回
線によって報知された所望波電力対干渉波電力比の実測
値とを、前記送信重み係数ベクトルを変えながら比較
し、各ビーム毎に定めた全てのしきい値以上となる前記
送信重み係数ベクトルが得られたときにこの得られた係
数ベクトルを用いて前記無線通信を行うことを特徴とす
る。
【００３８】このような構成により、送信系の高周波ア
ナログ回路やアンテナの仕様を厳しくする労力を伴わ
ず、かつ短時間で送信系の較正が可能となる。また本発
明は、受信側で良好な環境となるように受信状態の情報
をフィードバックしながらそれに応じて補正を行うた
め、送信側だけで調整する従来の較正方法に比べて、よ
り正確な較正が可能である。
ナログ回路やアンテナの仕様を厳しくする労力を伴わ
ず、かつ短時間で送信系の較正が可能となる。また本発
明は、受信側で良好な環境となるように受信状態の情報
をフィードバックしながらそれに応じて補正を行うた
め、送信側だけで調整する従来の較正方法に比べて、よ
り正確な較正が可能である。
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。
施形態を説明する。
【００４９】図１に本発明の実施形態に係る無線通信シ
ステムの端末局および基地局の構成例を示す。まず、端
末局に関しては、アンテナ101の後段に位置するデュプ
レクサ102によって送受信を切り替え、受信機103から復
調部104→信号識別部105を経て受信信号を得る。
ステムの端末局および基地局の構成例を示す。まず、端
末局に関しては、アンテナ101の後段に位置するデュプ
レクサ102によって送受信を切り替え、受信機103から復
調部104→信号識別部105を経て受信信号を得る。
【００５０】同時に、復調後、受信D/U比測定部106に
て、所望信号電力および受信信号からそれを差し引いた
雑音を含む干渉成分電力を計算し、その電力比を測定す
る。
て、所望信号電力および受信信号からそれを差し引いた
雑音を含む干渉成分電力を計算し、その電力比を測定す
る。
【００５１】その後、送信系列作成部107で受信D/U比の
測定値を挿入して、送信機108から送信される。
測定値を挿入して、送信機108から送信される。
【００５２】次に、基地局に関しては、アンテナ111〜1
13で受信した信号は、その後段に位置するデュプレクサ
114〜116によって送受信を切り替え、受信機117〜119を
経てアダプティブアレー処理部に入力される。
13で受信した信号は、その後段に位置するデュプレクサ
114〜116によって送受信を切り替え、受信機117〜119を
経てアダプティブアレー処理部に入力される。
【００５３】アダプティブアレー処理部は、受信重み係
数ベクトル計算部125、乗算器120〜122および加算器123
から成り、その出力は信号識別部124で判定され、上り
回線信号を得る。
数ベクトル計算部125、乗算器120〜122および加算器123
から成り、その出力は信号識別部124で判定され、上り
回線信号を得る。
【００５４】このアダプティブアレー処理部は各上り回
線分(N個)あり、独立に直交ビームを形成する。算出さ
れた受信時の重み係数ベクトルは、それぞれメモリ127
に蓄えられる。
線分(N個)あり、独立に直交ビームを形成する。算出さ
れた受信時の重み係数ベクトルは、それぞれメモリ127
に蓄えられる。
【００５５】アダプティブアレー出力の信号判定と同時
に、上り回線信号バーストに挿入された端末局の受信D/
U比測定値を検出部126にて抽出し、その測定値もメモリ
127に記憶する。
に、上り回線信号バーストに挿入された端末局の受信D/
U比測定値を検出部126にて抽出し、その測定値もメモリ
127に記憶する。
【００５６】その後、送信重み係数ベクトル調整部128
にて、メモリ127に格納された各上り回線毎の受信時の
重み係数ベクトル、およびD/U測定値を用いて、予め形
成した送信ビームで予測されるD/U比との差を検出し、
送信重み係数ベクトルを調整する。
にて、メモリ127に格納された各上り回線毎の受信時の
重み係数ベクトル、およびD/U測定値を用いて、予め形
成した送信ビームで予測されるD/U比との差を検出し、
送信重み係数ベクトルを調整する。
【００５７】送信アダプティブアレー部は、下り回線信
号入力を各アレー素子に分配する分配器129と、補正さ
れた送信重み係数ベクトルを乗積する乗算器130〜132か
ら成り、N個の各下り回線信号入力に対して独立に直交
ビームを形成し、送信機133〜135を経て送信される。
号入力を各アレー素子に分配する分配器129と、補正さ
れた送信重み係数ベクトルを乗積する乗算器130〜132か
ら成り、N個の各下り回線信号入力に対して独立に直交
ビームを形成し、送信機133〜135を経て送信される。
【００５８】図1に示す基地局のアダプティブアレー処
理は、受信機117〜119を通過した後、アナログ信号によ
る処理でも可能であり、また受信機117〜119にA/D変換
器を含むと仮定してディジタル信号処理としてもよい。
理は、受信機117〜119を通過した後、アナログ信号によ
る処理でも可能であり、また受信機117〜119にA/D変換
器を含むと仮定してディジタル信号処理としてもよい。
【００５９】次に、このシステムの動作を図４のフロー
チャートを参照して説明する。
チャートを参照して説明する。
【００６０】まず、初期のN個のビームに対応する送信
重み係数ベクトルWo,Nを定め(ステップ11)、重み係数ベ
クトルの調整のために以下の手順をM回試行する(ステッ
プ13)。
重み係数ベクトルWo,Nを定め(ステップ11)、重み係数ベ
クトルの調整のために以下の手順をM回試行する(ステッ
プ13)。
【００６１】ステップ15〜17は各端末局での動作、それ
以外は基地局での動作である。基地局にて指向性ビーム
を形成して送信した後(ステップ14)、端末局にて信号を
受信、検波する(ステップ15)。
以外は基地局での動作である。基地局にて指向性ビーム
を形成して送信した後(ステップ14)、端末局にて信号を
受信、検波する(ステップ15)。
【００６２】端末局では、周波数変換、同期調整などの
処理の後、受信D/U比を測定する(ステップ16)。
処理の後、受信D/U比を測定する(ステップ16)。
【００６３】受信D/U比の測定方法としては、例えば、
基地局において、形成する複数のビーム毎に異なる既知
の参照信号系列を予め挿入し、各端末局では、前記参照
信号系列を検知し、所望波電力および干渉波電力を算出
することによって、受信D/U比を推定する方法などがあ
る。
基地局において、形成する複数のビーム毎に異なる既知
の参照信号系列を予め挿入し、各端末局では、前記参照
信号系列を検知し、所望波電力および干渉波電力を算出
することによって、受信D/U比を推定する方法などがあ
る。
【００６４】具体的に図6に示すように、まず相関器201
において受信信号と参照信号との相関をとる。これによ
って、干渉信号が除去されて残った所望信号の複素遅延
プロファイルh(τ;t)が抽出される。それを2乗器202で2
乗加算することにより受信信号中の所望信号電力Dが求
まる。
において受信信号と参照信号との相関をとる。これによ
って、干渉信号が除去されて残った所望信号の複素遅延
プロファイルh(τ;t)が抽出される。それを2乗器202で2
乗加算することにより受信信号中の所望信号電力Dが求
まる。
【００６５】次に、畳み込み器203で、測定した遅延プ
ロファイルh(τ;t)と送信系列(参照信号)との畳み込み
により受信信号のレプリカγ'を作成する。このとき、
受信信号に含まれる雑音及び干渉信号成分は受信信号γ
とレプリカγ'との差であるので、加算器204にて差信号
γ-γ'を求め、さらに2乗器205にて2乗加算することに
より、干渉信号電力Uを得る。
ロファイルh(τ;t)と送信系列(参照信号)との畳み込み
により受信信号のレプリカγ'を作成する。このとき、
受信信号に含まれる雑音及び干渉信号成分は受信信号γ
とレプリカγ'との差であるので、加算器204にて差信号
γ-γ'を求め、さらに2乗器205にて2乗加算することに
より、干渉信号電力Uを得る。
【００６６】ここで参照信号系列としては、互いに直交
する符号ビット系列を用いるのが望ましく、これによっ
て遅延プロファイルを求めるための相関処理後に干渉信
号を強く抑圧できる。
する符号ビット系列を用いるのが望ましく、これによっ
て遅延プロファイルを求めるための相関処理後に干渉信
号を強く抑圧できる。
【００６７】また、基地局から同じ送信タイミングで所
望信号の含まれない信号を送信し、端末局でその受信信
号電力から干渉信号電力Uを推定することもできる。
望信号の含まれない信号を送信し、端末局でその受信信
号電力から干渉信号電力Uを推定することもできる。
【００６８】通常、通話チャネルでは、そのフレームフ
ォーマットにおいて、情報信号とは無関係な冗長ビット
系列が存在する。例えば、端末局を認識したり、同期や
復調に用いられるプリアンブルやユニークワードに相当
する。
ォーマットにおいて、情報信号とは無関係な冗長ビット
系列が存在する。例えば、端末局を認識したり、同期や
復調に用いられるプリアンブルやユニークワードに相当
する。
【００６９】そこで、各端末から受信D/U比の測定値を
基地局に送信する際、端末局において、このような上り
回線の通話チャネルの冗長部に、受信D/U比の測定値を
挿入して、送信時刻毎、あるいは所定の周期毎に送信す
る(ステップ17)。
基地局に送信する際、端末局において、このような上り
回線の通話チャネルの冗長部に、受信D/U比の測定値を
挿入して、送信時刻毎、あるいは所定の周期毎に送信す
る(ステップ17)。
【００７０】一方、基地局では、端末局から受信D/U比
測定値が送信される時刻は既知であり、またフレーム内
で受信D/U比測定値の情報が含まれる位置と符号化方法
も予め決められているので容易に検出することができる
(ステップ18)。
測定値が送信される時刻は既知であり、またフレーム内
で受信D/U比測定値の情報が含まれる位置と符号化方法
も予め決められているので容易に検出することができる
(ステップ18)。
【００７１】このような構成により、送信信号系列のフ
レーム効率を劣化させることなく、較正に必要な受信D/
U比測定値を上り回線で伝達することができる。
レーム効率を劣化させることなく、較正に必要な受信D/
U比測定値を上り回線で伝達することができる。
【００７２】また、受信D/U比測定値を挿入するのに、
通話チャネルの代わりに、上り回線の制御チャネルを用
いてもよい。これも上記と同様に制御チャネルにおける
冗長部を使うのが望ましい。
通話チャネルの代わりに、上り回線の制御チャネルを用
いてもよい。これも上記と同様に制御チャネルにおける
冗長部を使うのが望ましい。
【００７３】さらに、この受信D/U比をフレーム内に挿
入する際の符号化によっては、ビット数が大きくなるこ
ともありうるので、そのような場合には、一つ前の時刻
に送信した受信D/U比測定値との差分情報だけを符号化
して送信することによって、要するビット数を減らすこ
とができる。
入する際の符号化によっては、ビット数が大きくなるこ
ともありうるので、そのような場合には、一つ前の時刻
に送信した受信D/U比測定値との差分情報だけを符号化
して送信することによって、要するビット数を減らすこ
とができる。
【００７４】検出した各受信D/U比測定値とそのときの
重み係数ベクトルWi,Nをメモリ１２７に格納した後(ス
テップ19)、先にメモリ１２７に蓄えられていた初期重
み係数ベクトルの位相と振幅をずらして(ステップ20)、
新しい重み係数ベクトルWi+1,Nを得る(ステップ21)。
重み係数ベクトルWi,Nをメモリ１２７に格納した後(ス
テップ19)、先にメモリ１２７に蓄えられていた初期重
み係数ベクトルの位相と振幅をずらして(ステップ20)、
新しい重み係数ベクトルWi+1,Nを得る(ステップ21)。
【００７５】以降、新しい重み係数ベクトルによって送
信ビームを形成し、試行を繰り返す。上記の重み係数調
整が与えられた試行回数Mだけ繰り返された後(ステップ
13)、メモリに蓄えられたすべての受信D/U比測定値を参
照して、理想送信ビームパターンを形成したときのD/U
比予測値と最も近い値となる重み係数ベクトルを選び
(ステップ23)、較正後出力Woutとする(ステップ24)。
信ビームを形成し、試行を繰り返す。上記の重み係数調
整が与えられた試行回数Mだけ繰り返された後(ステップ
13)、メモリに蓄えられたすべての受信D/U比測定値を参
照して、理想送信ビームパターンを形成したときのD/U
比予測値と最も近い値となる重み係数ベクトルを選び
(ステップ23)、較正後出力Woutとする(ステップ24)。
【００７６】以下、重み係数ベクトルの決定方法につい
て説明する。
て説明する。
【００７７】前記基地局のビーム形成部は、予め形成さ
れている送信ビームの指向性利得から予測されるすべて
の下り回線の受信D/U比の値と、実際に下り回線を経て
各端末局で算出された後に上り回線によって報知された
すべての端末局の受信D/U比の値とを比較し、その差が
最小になるように、送信重み係数ベクトルを調整する。
れている送信ビームの指向性利得から予測されるすべて
の下り回線の受信D/U比の値と、実際に下り回線を経て
各端末局で算出された後に上り回線によって報知された
すべての端末局の受信D/U比の値とを比較し、その差が
最小になるように、送信重み係数ベクトルを調整する。
【００７８】具体的には、フローチャートの各試行毎
に、初期重み係数ベクトルの位相および振幅を決められ
た幅Δθ、Δpだけ変化させて、重み係数ベクトルを更
新し、その度に各端末局で受信D/U比の測定を行う。
に、初期重み係数ベクトルの位相および振幅を決められ
た幅Δθ、Δpだけ変化させて、重み係数ベクトルを更
新し、その度に各端末局で受信D/U比の測定を行う。
【００７９】Ｍパターンの送信ビームに対する結果か
ら、重み係数ベクトルの位相/振幅変化に対する指向性
パターン変化の傾向を知ることができる。最後に、メモ
リに蓄えられたすべての重み係数ベクトル群の中から、
最適な重み係数ベクトルを選択する。
ら、重み係数ベクトルの位相/振幅変化に対する指向性
パターン変化の傾向を知ることができる。最後に、メモ
リに蓄えられたすべての重み係数ベクトル群の中から、
最適な重み係数ベクトルを選択する。
【００８０】評価関数として、例えば、
【００８１】
【数１１】
を最小とするような重み係数ベクトルを出力とする。
【００８２】各素子毎に異なる誤差を調整するために
は、このMは次式で与えられるサンプル数が必要であ
る。
は、このMは次式で与えられるサンプル数が必要であ
る。
【００８３】
【数１２】
上記の最適化較正方法では、基地局のアレー素子数が増
えるとその計算量は指数関数的に増大し現実的ではなく
なってくる。端末数が多数存在して多くの直交ビームを
形成する場合、それを補える自由度を必要とする場合に
はアレー素子数を増やさざるを得ないので、同様な問題
が生じる。
えるとその計算量は指数関数的に増大し現実的ではなく
なってくる。端末数が多数存在して多くの直交ビームを
形成する場合、それを補える自由度を必要とする場合に
はアレー素子数を増やさざるを得ないので、同様な問題
が生じる。
【００８４】このように予測D/U比と受信D/U比の差を最
小にするような最適重み係数を求めることが困難なこと
がしばしばあるので、マージンを含んだ回線設計から、
予測D/U比より条件の緩い所望D/U比Pj (j= 1、
2、.....、N)をビーム毎に定め、受信D/U比がしきい値P
j以下になるように送信重み係数ベクトルを調整するこ
とが効果的である。
小にするような最適重み係数を求めることが困難なこと
がしばしばあるので、マージンを含んだ回線設計から、
予測D/U比より条件の緩い所望D/U比Pj (j= 1、
2、.....、N)をビーム毎に定め、受信D/U比がしきい値P
j以下になるように送信重み係数ベクトルを調整するこ
とが効果的である。
【００８５】この場合、条件を満たす重み係数ベクトル
は複数組存在することがあるので、その中から適当なも
のを選択すればよい。
は複数組存在することがあるので、その中から適当なも
のを選択すればよい。
【００８６】図5に、受信D/U比しきい値を用いた第2の
較正方法のフローチャートを示す。
較正方法のフローチャートを示す。
【００８７】図4の較正方法とほぼ同じ手順であるが、
基地局において検出したD/U比測定値がすべてのしきい
値Pj以上であれば(ステップ38)、その時点で較正を終了
する(ステップ41)という特徴をもつ。
基地局において検出したD/U比測定値がすべてのしきい
値Pj以上であれば(ステップ38)、その時点で較正を終了
する(ステップ41)という特徴をもつ。
【００８８】これによって、位相/振幅の調整に対して
すべての場合を試行せずに解を求めることができ、計算
量の削減および較正にかかる時間の短縮を図ることがで
きる。
すべての場合を試行せずに解を求めることができ、計算
量の削減および較正にかかる時間の短縮を図ることがで
きる。
【００８９】以上説明したシステム構成および較正方法
により、アダプティブアレーアンテナや複数の指向性ビ
ームを形成する基地局において、従来技術では困難を伴
うと予想される送信系のキャリブレーションを、安価で
簡易かつ正確に行うことができるという効果が生じる。
により、アダプティブアレーアンテナや複数の指向性ビ
ームを形成する基地局において、従来技術では困難を伴
うと予想される送信系のキャリブレーションを、安価で
簡易かつ正確に行うことができるという効果が生じる。
【００９０】上記の実施形態は、一つの指向性ビームに
対しての処理であり、複数のビームを形成するためには
複数のCPUを用いて並列処理する必要がある。しかし、
数少ない高速のCPU等を用いる場合には、ビーム形成お
よび較正に関して時分割処理を行っても効果は変わらな
い。
対しての処理であり、複数のビームを形成するためには
複数のCPUを用いて並列処理する必要がある。しかし、
数少ない高速のCPU等を用いる場合には、ビーム形成お
よび較正に関して時分割処理を行っても効果は変わらな
い。
【００９１】上記実施形態は、基地局にアダプティブア
レーアンテナを適用し、複数の端末局に直交ビームを形
成する場合を考えてきたが、本発明は、単にアレーアン
テナを用いた基地局で、ヌル制御を行わない複数の指向
性ビームを形成する場合にも適用可能である。
レーアンテナを適用し、複数の端末局に直交ビームを形
成する場合を考えてきたが、本発明は、単にアレーアン
テナを用いた基地局で、ヌル制御を行わない複数の指向
性ビームを形成する場合にも適用可能である。
【００９２】さらに、本発明は、端末局が一つだけ存在
し、単にビームの指向性利得を向上させる場合にも適用
可能である。このとき、端末局がフィードバックするD/
U比はC/N(搬送波電力対雑音電力比)と等価になる。
し、単にビームの指向性利得を向上させる場合にも適用
可能である。このとき、端末局がフィードバックするD/
U比はC/N(搬送波電力対雑音電力比)と等価になる。
【００９３】較正後のビームは、その最大利得方向が端
末局の位置する方向と一致するパターンとなり、C/Nは
最大となる。
末局の位置する方向と一致するパターンとなり、C/Nは
最大となる。
【００９４】次に、本発明の第2の実施形態の無線通信
システムについて説明する。
システムについて説明する。
【００９５】本実施形態の較正方法は、送信ビームパタ
ーンの誤差を推定するために、擬似端末局を用いるのが
特徴である。
ーンの誤差を推定するために、擬似端末局を用いるのが
特徴である。
【００９６】ここで擬似端末局とは、基地局側でそれら
の位置を指定して移動または停止させることのできる端
末であり、基地局からの距離を一定にして電波の距離減
衰を各端末でそろえたり、すべての端末の方向を予め定
めているので初期送信ビームパターンを簡単に最適化す
るのに効果がある。
の位置を指定して移動または停止させることのできる端
末であり、基地局からの距離を一定にして電波の距離減
衰を各端末でそろえたり、すべての端末の方向を予め定
めているので初期送信ビームパターンを簡単に最適化す
るのに効果がある。
【００９７】また、下り回線は情報を含む必要性がない
ため、フレーム効率にとらわれずに長い参照信号系列を
送信でき、D/U比の推定精度を向上させることができ
る。
ため、フレーム効率にとらわれずに長い参照信号系列を
送信でき、D/U比の推定精度を向上させることができ
る。
【００９８】このように本実施形態の無線通信システム
では、擬似端末局の位置は基地局では既知であるので、
複数の擬似端末局を用いると、試行回数が少なくなるよ
うに端末局の位置をその都度指定することにより、所望
の送信ビームを短時間で較正することが可能となる、と
いう効果が期待できる。
では、擬似端末局の位置は基地局では既知であるので、
複数の擬似端末局を用いると、試行回数が少なくなるよ
うに端末局の位置をその都度指定することにより、所望
の送信ビームを短時間で較正することが可能となる、と
いう効果が期待できる。
【００９９】さらに、端末局の位置に依存する伝搬損失
を精度良く近似できるので、基地局からの送信ビームか
ら予測できる各端末局での受信D/U比をより正確に推定
することが可能となる。
を精度良く近似できるので、基地局からの送信ビームか
ら予測できる各端末局での受信D/U比をより正確に推定
することが可能となる。
【０１００】また、特に時分割複信方式(TDD)を採用し
た通信方式に限定した場合、送受信に同一周波数を用い
るため、送受の間隔が非常に短ければ受信時と送信時の
電波環境には高い相関がある。
た通信方式に限定した場合、送受信に同一周波数を用い
るため、送受の間隔が非常に短ければ受信時と送信時の
電波環境には高い相関がある。
【０１０１】この点に着目し、直前の受信時に得られた
最もD/U比が高くなる受信アンテナパターンを形成する
重み係数ベクトルを記憶しておき、送信時にもこの同じ
重み係数ベクトルを使用することでD/U比の高い理想的
な初期ビームパターンが得られる。
最もD/U比が高くなる受信アンテナパターンを形成する
重み係数ベクトルを記憶しておき、送信時にもこの同じ
重み係数ベクトルを使用することでD/U比の高い理想的
な初期ビームパターンが得られる。
【０１０２】また近年、無線を用いた新たなポイントツ
ーポイントのサービスとして、ワイヤレス・ローカル・
ループ(WLL)と呼ばれる加入者無線通信システムが注目
されており、導入に向けて検討が進められている。
ーポイントのサービスとして、ワイヤレス・ローカル・
ループ(WLL)と呼ばれる加入者無線通信システムが注目
されており、導入に向けて検討が進められている。
【０１０３】これは、主に固定加入者への高品質な通信
を提供するサービスであるが、有線システムに比べてイ
ンフラを容易かつ安価に構築できる利点をもつ。本発明
は、端末局が移動端末とは限らず、WLLのように半固定
配置の端末を用いた無線インフラにも適用することもで
きる。
を提供するサービスであるが、有線システムに比べてイ
ンフラを容易かつ安価に構築できる利点をもつ。本発明
は、端末局が移動端末とは限らず、WLLのように半固定
配置の端末を用いた無線インフラにも適用することもで
きる。
【０１０４】このとき端末の位置または基地局から見た
方向は、ある程度の精度で推定可能であるため、擬似端
末を用いた遠隔操作較正法を適用しなくても最適送信ビ
ームパターンを決定できるという効果がある。
方向は、ある程度の精度で推定可能であるため、擬似端
末を用いた遠隔操作較正法を適用しなくても最適送信ビ
ームパターンを決定できるという効果がある。
【０１０５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の無線基地
局では、従来技術では困難を伴う厳しい仕様設計や較正
方法に比べて、形成すべき送信ビームと実際に形成され
た送信ビームのずれを簡易かつ短時間で較正することが
できる。
局では、従来技術では困難を伴う厳しい仕様設計や較正
方法に比べて、形成すべき送信ビームと実際に形成され
た送信ビームのずれを簡易かつ短時間で較正することが
できる。
【図1】本発明の実施形態に係る無線通信システムの構
成を示す図。
成を示す図。
【図2】理想的な送信ビームパターンを示す図。
【図3】実際に決定された送信ビームパターンを示す
図。
図。
【図4】本発明の較正方法を示すフローチャート。
【図5】本発明の第2の較正方法を示すフローチャート。
【図6】受信D/U比の測定方法を示す図。
【図7】従来のアダプティブアレーアンテナの構成を示
す図。
す図。
101、 111〜113…アンテナ
102、 114〜116…デュプレクサ
103、 117〜119…受信機
104…復調部
105、 124…信号識別部
106…受信D/U比測定部
107…送信系列作成部
108、 133〜135…送信機
120〜122、 130〜132…乗算器
123、 204…加算器
125…重み系列ベクトル計算部
126…端末局1のD/U比測定値検出部
127…メモリ
128…送信重み系列ベクトル調整部
129…分配器
201…相関器
202、 205…2乗器
203…畳み込み器
フロントページの続き
(72)発明者 尾林 秀一
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝 研究開発センター内
(56)参考文献 特開 平９−200115（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−237729（ＪＰ，Ａ)
特開2000−174678（ＪＰ，Ａ)
国際公開97／020400（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04B 7/24 - 7/26 102
H04Q 7/00 - 7/38
Claims (2)
- 【請求項１】 ビームパターンを形成し端末局と無線通
信を行う無線基地局において、 端末局によって下り回線の所望波電力対干渉波電力比が
測定され、この測定された測定値が送信信号系列に挿入
され上り回線を用いて報知された前記所望波電力対干渉
波電力比の測定値を受信する受信手段と、 この受信手段により受信された前記所望波電力対干渉波
電力比の測定値に基づいて前記ビームパターンを制御す
る制御手段と、 この制御手段により制御されたビームパターンによって
前記端末局と無線通信する無線通信手段とを具備し、 前記制御手段は、 所定の端末局からの信号到来方向に対して所定の送信重
み係数ベクトルに応じて予め形成しようとしたビームパ
ターンから得られる指向性利得および前記所定の端末局
以外の端末局からの信号到来方向に対して前記ビームパ
ターンから得られる指向性利得から算出される下り回線
の所望波電力対干渉波電力比の演算値と、実際に前記形
成しようとしていたビームパターンにて形成されたパタ
ーンによる下り回線を経て各端末局で測定された後に上
り回線によって報知された所望波電力対干渉波電力比の
実測値とを、前記送信重み係数ベクトルを複数回変える
ことにより前記複数回比較し、 前記複数回の比較内、前記形成しようとしていたビーム
パターンから得られる指向性利得と最も近い値となる前
記送信重み係数ベクトルを選択することを特徴とする無
線基地局 。 - 【請求項２】 ビームパターンを形成し端末局と無線通
信を行う無線基地局において、 端末局によって下り回線の所望波電力対干渉波電力比が
測定され、この測定された測定値が送信信号系列に挿入
され上り回線を用いて報知された前記所望波電力対干渉
波電力比の測定値を受信する受信手段と、 この受信手段により受信された前記所望波電力対干渉波
電力比の測定値に基づいて前記ビームパターンを制御す
る制御手段と、 この制御手段により制御されたビームパターンによって
前記端末局と無線通信する無線通信手段とを具備し、 前記制御手段は、 所定の端末局からの信号到来方向に対して所定の送信重
み係数ベクトルに応じて予め形成しようとしたビームパ
ターンから得られる指向性利得および前記所定の端末局
以外の端末局からの信号到来方向に対して前記ビームパ
ターンから得られる指向性利得から算出される下り回線
の所望波電力対干渉波電力比の演算値と、実際に前記形
成しようとしていたビームパターンにて形成されたパタ
ーンによる下り回線を経て各端末局で測定された後に上
り回線によって報知された所望波電力対干渉波電力比の
実測値とを、前記送信重み係数ベクトルを変えながら比
較し、 各ビーム毎に定めた全てのしきい値以上となる前記送信
重み係数ベクトルが得られたときにこの得られた係数ベ
クトルを用いて前記無線通信を行うことを特徴とする無
線基地局 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17503099A JP3431542B2 (ja) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | 無線基地局 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17503099A JP3431542B2 (ja) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | 無線基地局 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001007754A JP2001007754A (ja) | 2001-01-12 |
| JP3431542B2 true JP3431542B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=15989001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17503099A Expired - Fee Related JP3431542B2 (ja) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | 無線基地局 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3431542B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| KR100761322B1 (ko) * | 2001-05-14 | 2007-09-28 | 인터디지탈 테크날러지 코포레이션 | 다운링크 자원 할당을 위한 채널 품질 측정값 제공 방법,무선 디지털 통신 시스템 및 사용자 장치 |
| JP5111699B2 (ja) * | 2001-07-30 | 2013-01-09 | 三菱電機株式会社 | 干渉波抑圧装置 |
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| JP4602225B2 (ja) * | 2005-10-28 | 2010-12-22 | 三菱電機株式会社 | 無線通信装置およびマルチユーザｍｉｍｏシステム |
| WO2008152800A1 (ja) * | 2007-06-13 | 2008-12-18 | Sanyo Electric Co., Ltd. | 無線装置およびそれを用いた測定システム |
| CN101796863B (zh) | 2007-07-06 | 2014-07-09 | 株式会社Ntt都科摩 | 移动通信***中的基站装置和定向性控制方法 |
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| JP4772838B2 (ja) * | 2008-08-01 | 2011-09-14 | 三菱電機株式会社 | 無線伝送装置 |
| CN104115429B (zh) * | 2012-02-13 | 2016-08-17 | 奥普蒂斯蜂窝技术有限责任公司 | 天线阵列的减损补偿矩阵的确定 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100271120B1 (ko) * | 1995-11-29 | 2000-11-01 | 다치카와 게이지 | 다이버시티 수신기 및 그 제어방법 |
| JPH09200115A (ja) * | 1996-01-23 | 1997-07-31 | Toshiba Corp | 無線通信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性制御方法および可変指向性アンテナ |
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1999
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| JP2001007754A (ja) | 2001-01-12 |
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