JP3554207B2

JP3554207B2 - 無線通信装置及び無線通信方法

Info

Publication number: JP3554207B2
Application number: JP31935498A
Authority: JP
Inventors: 和行宮; 勝彦平松; 秀行 ▲高▼橋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: KR100443327B1; DE69934957D1; EP1001557A2; EP1001557B1; US6721367B1; EP1001557A3; DE69934957T2; JP2000151488A; CN1180565C; KR20000035272A; CN1253436A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムにおいて使用する無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１を用いて無線通信での伝搬モデルを説明する。例として無線通信装置（基地局装置）のアンテナ数は３としている。図１１において、Ａ、Ｂの２つのパスは、下り回線（基地局から端末への送信）における伝搬路を示している。無線通信装置（基地局装置）１１０１から送信した信号は、ビル１１０２などに反射して無線通信装置（端末装置）１１０３のアンテナに届く。このような伝搬路をマルチパス伝搬路と呼び、一般的にこのマルチパス伝搬を補償できない場合は通信品質が劣化する。この例では、ビル１１０２からの信号は、受信側において時間分解可能な程度の遅延で受信されるものとする。この場合の送信指向性は、図１２に示すようになる。
【０００３】
よって、この信号が大きな遅延をもつ場合には、通信品質の大きな劣化要因になる。マルチパス伝搬を抑圧するためには、パスＡ又はパスＢのいずれか一方に送信することが望ましい。また、ＣＤＭＡ伝送方式などにように、同一帯域及び時間を共有する通信方式の場合には、送信指向性を絞ることにより他局への干渉を抑圧できるため、高い周波数利用効率を達成する上で効果的である。よって、最適な通信品質の方向を検出し、その方向に絞って送信することは極めて重要である。
【０００４】
図１３は、図１１におけるパスＡとＢの伝搬路特性を示す遅延プロファイルである。図１３において横軸は時間、縦軸は伝搬ロスを示す。すなわち、受信側において、ｔ０、ｔ１は、各パスＡ、Ｂの受信タイミングを示し、高さの差は受信レベルの差（伝搬ロス差）を示す。また、パスＡ、Ｂで受信タイミングが異なることは、パスＡ、Ｂの伝搬距離が異なることを示す。
【０００５】
一般に、遅延プロファイルは、端末の移動によって変化する。すなわち、パスＡとパスＢの通信品質が変化する。図１３（ａ）ではパスＡの通信品質が良く、図１３（ｂ）では両パスの通信品質が同程度、図１３（ｃ）ではパスＢの通信品質が良いことを示す。
【０００６】
従来の無線通信装置について説明する。図１４は、従来のアダプティブアレイ送信を行なう無線通信装置の構成を示すブロック図である。ここでは、例としてアンテナ数を３とした。
【０００７】
この無線通信装置（端末）の送信側では、送信信号を変調回路１４０１で変調する。また、事前情報信号に基づいて重み係数演算回路１４０２で計算された複数の受信重み係数が選択回路１４０３に送られ、そこで最適な重み係数を選択し、この重み係数を用いて積和演算回路１４０４で乗算（一般には複素乗算）する。もちろん、最適な重み係数のみを計算した上で乗算することも可能である。そして、無線送信回路１４０５で送信信号について周波数変換及び増幅を行い、アンテナから送信する。
【０００８】
上記無線通信装置では、図１３に示す遅延プロファイルのような伝搬環境において、（ａ）のようにパスＡの通信品質が良いときに、パスＡの方向に指向性を形成して送信する。また（ｃ）のようにパスＢの通信品質が良いときに、パスＢの方向に指向性を形成して送信する。これに対して、（ｂ）のようにパスＡ，Ｂの通信品質が同程度であるときには、どちらかの方向に指向性を形成して送信することになる。
【０００９】
よって、通信相手が移動する端末の場合、遅延プロファイルが時刻とともに変化するため、図１４に示す無線通信装置では、重み係数選択回路で遅延プロファイルの変化に応じて重み係数を切替えることにより、常に最適な通信品質の指向性で送信することができる。
【００１０】
なお、一般的には、指向性の切替えに伴って、送信タイミングは変化させない。これは、連続送信の場合には、送信信号の不連続や重なりが生じる点や、多重される他チャネルとの直交性（ＣＤＭＡでは符号直交性、ＴＤＭＡでは時間直交性）が崩れる点などの問題が生じるためである。
【００１１】
図１５を用いて通信相手（端末）の受信側の動作を説明する。端末側では、アンテナで受信された受信信号が、アンテナ共用器１５０１を経由して、無線受信回路１５０２に送られる。そこで、受信信号に増幅、周波数変換、及びＡ／Ｄ変換を行い、ベースバンド信号又はＩＦ信号を取り出す。
【００１２】
スプレッドスペクトラム（ＳＳ）通信方式を用いたＣＤＭＡシステムの場合には、受信信号は相関器（又はマッチドフィルタ）１５０３に送られ、送信側での拡散処理に使用された拡散符号と同じ拡散符号で逆拡散する。逆拡散された信号は、タイミング検出回路１５０４に送られる。タイミング検出回路１５０４では、相関器出力のパワを算出して、パワが大きい時刻ｔ０を検出する。このタイミングｔ０をサンプリング回路１５０５に送る。サンプリング回路１５０５では、タイミングｔ０の受信信号を復調回路１５０６に送る。復調回路１５０６では、復調を行い受信信号を出力する。
【００１３】
また、ＣＤＭＡ以外の通信方式では、一般に取り出されたベースバンド信号又はＩＦ信号をタイミング検出回路１５０４へ送る。タイミング検出回路１５０４では、最適受信タイミングを算出する。最適受信タイミングの算出方法は、例えば、送信機側で、送信機と受信機に既知であるパタンをフレーム中に埋め込み、この信号を送信する。受信機側では、１シンボル時間の数倍から十数倍でＡ／Ｄ変換し、既知シンボルとの相関演算を行なう。そして、相関演算結果のパワが大きいタイミングｔ０を検出する。このタイミングｔ０をサンプリング回路１５０５に送る。サンプリング回路１５０５では、タイミングｔ０の受信信号を復調回路１５０６に送る。復調回路１５０６では、復調を行い受信信号を出力する。
【００１４】
一方、送信信号は、変調回路１５０７で変調され、すなわちＣＤＭＡ伝送方式では、所定の拡散符号で拡散処理が行われる。変調された信号は、無線送信回路１５０８で周波数変換、及び増幅され、共用器１５０１を介してアンテナから送信される。
【００１５】
次に、無線通信システムにおいて基地局にアダプティブアレイ受信及びその情報に基づくアダプティブアレイ送信を適用したときの動作を説明する。図１６に示す従来の無線通信装置（基地局）及び図１５に示す通信相手（端末）の動作について説明する。例として無線通信装置のアンテナ数は３とした。
【００１６】
まず、上り回線を説明する。端末は、送信側において、送信信号を変調回路１５０７で変調する。この変調信号を、無線送信回路１５０８で周波数変換及び増幅して、アンテナ共用器１５０１経由でアンテナから送信する。
【００１７】
基地局では、アンテナで受信した信号を、それぞれアンテナ共用器１６０１を経由して無線受信回路１６０２に送る。無線受信回路１６０２では、受信信号に増幅、周波数変換、Ａ／Ｄ変換して、ベースバンド信号又はＩＦ信号を取り出す。なお、送受信信号が同一周波数の場合（ＴＤＤ伝送）では、共用器ではなく、切替スイッチになる。この信号をタイミング検出回路１６０４へ送る。
【００１８】
タイミング検出回路１６０４では、最適受信タイミングを算出する。最適受信タイミングの算出方法は、例えば、送信機と受信機に既知であるパタンをフレーム中に埋め込み、送信機から送信する。受信機では、１シンボル時間の数倍から十数倍でＡ／Ｄ変換して、既知シンボルとの相関演算を行なう。そして、相関演算結果のパワが大きいタイミングｔ０を検出する。このタイミングｔ０をサンプリング回路１６０５に送る。
【００１９】
サンプリング回路１６０５では、タイミングｔ０の受信信号をアダプティブアレイアンテナ受信回路１６０６に送る。アダプティブアレイアンテナ受信回路１６０６では、各タイミング毎に所望波又はＳＩＲが最大になるように３つのアンテナの受信信号を合成する。そして受信信号と、各アンテナの受信信号に乗算する受信重み係数とを出力する。この重み係数は受信指向性を形成する。
【００２０】
所望信号を抽出するようにアダプティブアレーアンテナ処理を行なうと、所望信号に対して指向性が向いて、不要信号（所望信号と同一の信号であるが伝搬路が異なるために違う時刻で到達する信号や他の送信機からの信号）に指向性の小さい部分（ヌルと呼ぶ）ができる。ヌル点の数は（アレーアンテナ数−１）になることが知られており、アンテナ数３の場合は、２つのヌル点が形成される。
【００２１】
スプレッドスペクトラム（ＳＳ）通信方式を用いたＣＤＭＡシステムの場合には、相関器（又はマッチドフィルタ）１６０３で、ベースバンド信号又はＩＦ信号について送信機側で拡散処理に用いられた拡散符号と同じ拡散符号で逆拡散する。逆拡散された信号をタイミング検出回路１６０４へ送る。タイミング検出回路１９０４では、相関器出力のパワを算出して、パワが大きい時刻ｔ０、ｔ１を検出する。このタイミングｔ０、ｔ１をサンプリング回路１６０５に送る。
【００２２】
そして、サンプリング回路１６０５では、タイミングｔ０、ｔ１の受信信号をアダプティブアレイアンテナ受信回路１６０６に送る。アダプティブアレイアンテナ受信回路１６０６では、所望波又はＳＩＲが最大になるように、受信タイミングｔ０、ｔ１毎に３つのアンテナの受信信号を、受信重み係数演算回路１６０７で計算された重み係数を用いて合成し、最終的には２パス分をさらに合成する。そして合成結果である受信信号と、各アンテナの受信信号に乗算する２つの受信重み係数セットとを出力する。この２つの重み係数セットは、各々が受信タイミングｔ０、ｔ１の受信信号の受信指向性を形成する。
【００２３】
次に下り回線を説明する。基地局では、送信信号を変調回路１６０８で変調する。送信重み係数演算回路１６０９では、受信重み係数に基づいて送信重み係数を再生成する。そして、積和演算回路１６１０では、重み係数セットを選択回路１６１０で選択した上で、最適な送信重み係数を乗算（一般には複素乗算）する。このとき、図１４に示す無線通信装置の動作でも説明したように、重み係数選択回路１６１１では、遅延プロファイルの変化に応じて２つの送信重み係数セットを切替えることにより、常に最適な通信品質の指向性で送信することができる。
【００２４】
このように、アダプティブアレーアンテナ合成した受信信号の重み係数に基づいて、受信指向性パタンと同一の指向性パタンで送信することにより、不要信号が到来した方向には送信しないので、送信側でマルチパス伝搬路を補償することができる。このため、受信機（端末側）に等化器などの高級なデバイスを設けることが不要になる。
【００２５】
不要信号が到来した方向には送信しないので、送信した電波の届く領域が限定され、下り回線の周波数利用効率を向上させることができる。さらに、伝搬路の可逆性を利用でき、上り回線での所望波電力又はＳＩＲが大きい伝搬路で送るので、下り回線でも同様に所望波電力又はＳＩＲが大きくなる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の方式では、送信指向性の切替え制御する場合に、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて送信すると、受信側においては突然受信タイミングが変化するため、新たな受信タイミングを検出して切り換える間は、信号を正しく受信できない、又は同期外れによる受信信号の瞬断が発生するという課題が生ずる。
【００２７】
特に、スプレッドスペクトラム通信を用いたＣＤＭＡシステムにおいては、受信アダプティブアレイによる受信指向性を用いて送信指向性の切替え制御する場合に、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて指向性送信をすると、端末においては突然伝搬路が変化するためサーチ及びフィンガ割当てが間に合わず正しく受信できない、又は同期外れによる受信信号の瞬断が発生するという課題が生ずる。
【００２８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、送信指向性の切替え制御する場合に、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて送信するときにも、信号を正確に受信することができ、同期外れによる瞬断を防止できる無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、受信指向性の大きく異なるパスに切替えてアダプティブアレイアンテナ送信を行っても、端末において突然伝搬路が変化してサーチ及びフィンガ割当てが間に合わず正しく受信できない問題又は同期外れの問題を解消できることを見出し本発明をするに至った。
【００３０】
すなわち、本発明の骨子は、指向性の大きく変化するパスに切替える際には、ソフトハンドオーバーのように両指向性に送信を行い、端末は合成して受信する。それから、受信レベルに応じて一方の指向性に切替えを行なう。本明細書においては、この技術をパスハンドオーバー（ＰＨＯ）と呼ぶ。
【００３１】
このＰＨＯは、Ｗ−ＣＤＭＡシステムの下り回線にアダプティブアレイアンテナを導入する際の指向性切替えに特に有効であり、端末における受信特性が向上し、受信瞬断を防止することが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の態様に係る無線通信装置は、指向性形成の際に使用する重み係数を選択するために必要な情報を受信信号から得る手段と、前記情報に基づいて少なくとも２つの重み係数を選択する手段と、前記少なくとも２つの重み係数で形成された指向性に基づく少なくとも２つのパスを用いて送信を行なう送信手段と、を具備する構成を採る。
【００３３】
本発明の第２の態様に係る無線通信装置は、複数の到来波のタイミングで指向性受信する手段と、指向性受信した信号から、指向性形成の際に使用する重み係数を選択するために必要な情報を得る手段と、前記情報に基づいて少なくとも２つの重み係数を選択する手段と、前記少なくとも２つの重み係数で形成された指向性に基づく少なくとも２つのパスを用いて送信を行なう送信手段と、を具備する構成を採る。
【００３４】
これらの構成によれば、遅延プロファイルの変化に応じて重み係数を単にパスを切替えるのではなく、パワが同程度のレベルである場合に、パスの重み係数を選択し、その両方に対して指向性を持った送信を行なう。これにより、常に最適な通信品質の指向性で送信することができるだけでなく、送信指向性の切替え制御する場合に、両方の指向性で送信している間に新しいタイミングの検出（ＣＤＭＡでは、サーチ及びフィンガ割当て）ができているので、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて指向性送信しても、端末においてタイミング検出回路の切替え動作が間に合わない（サーチ及びフィンガ割当てが間に合わない）ことを防止でき、受信信号の瞬断発生を防止できる。
【００３５】
本発明の第３の態様に係る無線通信装置は、第１又は第２の態様において、前記少なくとも２つの指向性に基づいて送信される信号の送信レベルを制御する手段を具備する構成を採る。この構成によれば、最適な送信レベルで通信を行なうことができる。
【００３６】
第１から第３のいずれかの態様においては、本発明の第４の態様に係る無線通信装置のように、前記情報が、受信品質、受信タイミング、及び指向性パタンからなる群より選らばれた少なくとも一つであることが好ましい。
【００３７】
本発明の第５の態様に係る無線通信装置は、第１から第４のいずれかの態様において、通信相手からの切替え制御信号を受信する手段を具備し、前記切替え制御信号に基づいて重み係数を選択する構成を採る。
【００３８】
この構成によれば、通信相手側からの切替え要求にしたがってパス切替えを行なう場合であっても、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて指向性送信しても、端末においてタイミング検出回路の切替え動作が間に合わない（サーチ及びフィンガ割当てが間に合わない）ことを防止でき、受信信号の瞬断発生を防止できる。
【００３９】
本発明の第６の態様に係る無線通信装置は、第４の態様において、前記少なくとも２つのパスの受信品質に差がない場合のみ、少なくとも２つの重み係数で形成された指向性に基づいて送信を行なう構成を採る。
【００４０】
本発明の第７の態様に係る無線通信装置は、第４の態様において、前記少なくとも２つのパスの指向性が大きく異なる場合のみ、少なくとも２つの重み係数で形成された指向性に基づいて送信を行なう構成を採る。
【００４１】
本発明の第８の態様に係る無線通信装置は、第４の態様において、前記少なくとも２つのパスの受信タイミングが異なる場合のみ、少なくとも２つの重み係数で形成された指向性に基づいて送信を行なう構成を採る。
【００４２】
本発明の第９の態様に係る無線通信装置は、第１から第８のいずれかの態様において、前記少なくとも２つの重み係数で形成された指向性は、現在通信を行なっている指向性と、新たに求められた重み係数で形成された指向性とを含む構成を採る。
【００４３】
本発明の第１０の態様に係る無線通信装置は、第１から第９のいずれかの態様において、前記情報に基づいて少なくとも２つの重み係数を選択する手段は、少なくとも２つのパスの指向性の変化、伝搬ロスの変化、及び伝搬遅延の変化からなる群より選ばれた少なくとも一つに応じて重み係数を選択する構成を採る。これらの構成によれば、指向性切替えの制御をより正確に行なうことができる。
【００４４】
本発明の第１１の態様に係る無線通信装置は、第１から第１０のいずれかの態様において、前記送信手段が、少なくとも２つの指向性に基づいて送信する信号を異なるタイムスロットに時間多重して送信する構成を採る。この構成によれば、ＴＤＭＡ伝送方式においても、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて指向性送信しても、端末においてタイミング検出回路の切替え動作が間に合わないことを防止でき、受信信号の瞬断発生を防止できる。
【００４５】
本発明の第１２の態様に係る基地局装置は、第１から第１１のいずれかの態様の無線通信装置を備えたことを特徴とする。また、本発明の第１３の態様に係る通信端末装置は、第１２の態様の基地局装置と無線通信を行なうことを特徴とする。
【００４６】
これらの構成によれば、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて指向性送信しても、端末においてタイミング検出回路の切替え動作が間に合わない（サーチ及びフィンガ割当てが間に合わない）ことを防止でき、受信信号の瞬断発生を防止できるので、安定して無線通信を行なうことができる。
【００４７】
本発明の第１４の態様に係る無線通信方法は、複数の到来波のタイミングで指向性受信する工程と、指向性受信した信号から、指向性形成の際に使用する重み係数を選択するために必要な情報を得る工程と、前記情報に基づいて少なくとも２つの重み係数を選択する工程と、前記少なくとも２つの重み係数で形成された指向性に基づく少なくとも２つのパスを用いて送信を行なう送信工程と、を具備する。
【００４８】
この方法によれば、遅延プロファイルの変化に応じて重み係数を単にパスを切替えるのではなく、パワが同程度のレベルである場合に、パスの重み係数を選択し、その両方に対して指向性を持った送信を行なう。これにより、常に最適な通信品質の指向性で送信することができるだけでなく、送信指向性の切替え制御する場合に、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて指向性送信しても、端末においてタイミング検出回路の切替え動作が間に合わない（サーチ及びフィンガ割当てが間に合わない）ことを防止でき、受信信号の瞬断発生を防止できる。
【００４９】
本発明の第１５の態様に係る無線通信方法は、第１４の態様において、前記少なくとも２つのパスに関する前記情報をパス毎に比較する工程と、この比較結果に基づいて重み係数を選択する工程と、を具備する。この方法によれば、指向性切替えの制御をより正確に行なうことができる。
【００５０】
本発明の無線通信装置及び無線通信方法では、指向性の大きく変化するパスに切替える際には、ソフトハンドオーバーのように両指向性に送信を行い、端末は合成して受信する。それから、受信レベルに応じて一方の指向性に切替えを行なう。このＰＨＯへの移行は、基地局が判断する。一方のパス（指向性）への切替えは、基地局が自律的に判断する方法と、ＰＨＯへの移行を移動局に事前に通知するフィードバックによる方法とがある。基地局が自律的に判断する方法では、さらに上りのアダプティブアレイアンテナ受信のパス受信レベルで移動局が判断する方法と、ＰＨＯの各パスの受信レベルで移動局が判断する方法とがある。
【００５１】
また、基地局は、送信指向性の元になる受信パスを選択し、各パスの指向性が大きく異なるかを判断し、両指向性をもったアダプティブアレイアンテナ送信を行なう。この場合、各指向性の送信レベルを制御する。
【００５２】
また、本発明は、ＴＤＭＡ伝送方式にも適用が可能である。この場合、移動局で２台の受信機があれば良い。また、ＴＤＭＡ／ＣＤＭＡ方式においては、２パスを時分割するような処理を施せば、１台の受信機でも実施が可能となる。
【００５３】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置（基地局）の構成を示すブロック図である。また、図２は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置（端末）の構成を示すブロック図である。なお、図１では、送信側のみを記載している。また、ここでは、スプレッドスペクトラム（ＳＳ）通信方式を用いたＣＤＭＡシステムを想定している。
【００５４】
まず、図１に示す無線通信装置（基地局）の動作を説明する。例としてアンテナ数は３とした。送信信号を変調回路１０１で変調する。一方、ＰＨＯ移行などの事前情報信号に基づいて重み係数演算回路１０２で計算された複数の送信重み係数の内、最適な１つ又は２つの重み係数を重み係数選択回路１０３で選択し、それぞれ積和演算回路１０４、１０５で乗算する。そして、この送信信号を合成回路１０６で合成（多重）した後に、無線送信回路１０７で周波数変換及び増幅を行い、アンテナから送信する。
【００５５】
次に、選択回路１０３での動作及び合成回路１０６の動作を図１３に示す遅延プロファイルに対応させて説明する。遅延プロファイルが（ａ）→（ｂ）→（ｃ）と変化する場合、（ａ）ではパスＡの通信品質がパスＢに比べて明らかに良いため、パスＡの方向にのみ指向性を形成して送信する。このとき、選択回路１０３では、パスＡの重み係数のみが選択され積和演算される。また、合成回路１０６では信号の合成を行わず、一方の乗算信号のみを無線送信回路１０７に送る。
【００５６】
これに対して、（ｂ）に変化した場合は、パスＡ，Ｂの通信品質は同程度である。従来は、どちらかの方向にのみ指向性を形成して送信していたが、本発明では、パスＡ，Ｂそれぞれの方向の指向性を形成し、各々の指向性にしたがって送信する信号を合成して送信する。すなわち、選択回路１０３では、パスＡ，Ｂの２つ重み係数が選択され、各々変調信号に対して積和演算される。そして、合成回路１０３において、２つの信号をアンテナ毎に合成して無線送信回路１０７に送る。
【００５７】
そして、（ｃ）に変化したときは、（ａ）とは反対にパスＢの通信品質が良いため、パスＢの方向にのみ指向性を形成して送信する。このとき、選択回路１０３では、パスＢの重み係数のみが選択され積和演算される。そして、合成回路１０６では信号の合成は行わず、一方の乗算信号のみを無線送信回路１０７に送る。
【００５８】
ここで、図３及び図４を用いて合成回路を説明する。図３は、基本的な合成回路を示す図であり、図４は、各指向性を持つ信号の送信レベルを独立に制御する制御回路を付加した合成回路を示す図である。すなわち、図３において、重み係数によって積和演算された各信号に、それぞれの送信レベルに応じた係数を乗算した後に、合成部３０１でそれぞれ合成する。この場合、上記動作において一方のみを送信する場合には、もう一方の信号の送信レベルを０（ゼロ）にすることによって実現できる。
【００５９】
図４に示す合成回路は、積和演算されたそれぞれの信号の送信レベルを個々に制御する送信レベル制御回路４０３を有しており、積和演算された信号に対して乗算部４０１、４０２で係数を乗算する。個々に送信レベルが制御した信号を合成部４０４で合成する。
【００６０】
次に、図２を用いて通信相手の無線通信装置（端末）の受信側の動作を説明する。端末側では、アンテナで受信した信号をアンテナ共用器２０１を経由して無線受信回路２０２に送る。無線受信回路２０２で受信信号に増幅、周波数変換、及びＡ／Ｄ変換を行い、ベースバンド信号又はＩＦ信号を取り出す。このベースバンド信号又はＩＦ信号を相関器（又はマッチドフィルタ）２０３で、送信側で使用した拡散符号と同じ拡散符号で逆拡散する。
【００６１】
次いで、逆拡散された信号をタイミング検出回路２０４へ送る。タイミング検出回路２０４では、相関器出力のパワを算出して、パワが大きい時刻ｔ１を検出する。このタイミングｔ１をサンプリング回路２０５に送る。サンプリング回路２０５では、タイミングｔ１の受信信号を復調回路２０６に送る。復調回路２０６では、復調を行い受信信号を出力する。ＣＤＭＡ方式では、タイミング検出回路２０４において、サーチ及びフィンガ割当てが行われる。
【００６２】
一方、送信信号は、変調回路２０７で変調され、すなわちＣＤＭＡ伝送方式では、所定の拡散符号で拡散処理が行われる。変調された信号は、無線送信回路２０８で周波数変換、及び増幅され、共用器２０１を介してアンテナから送信される。
【００６３】
このように、重み係数選択回路では、遅延プロファイルの変化に応じて重み係数を単にパスＡからパスＢに切替えるのではなく、パワが同程度のレベルである場合に、パスＡ，Ｂの２つの重み係数を選択し、その両方に対して指向性を持った送信を行なう。これにより、常に最適な通信品質の指向性で送信することができるだけでなく、送信指向性の切替え制御する場合に、両方の指向性で送信している間に新しいタイミングの検出（ＣＤＭＡでは、サーチ及びフィンガ割当て）ができているので、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて指向性送信しても、端末においてタイミング検出回路の切替え動作が間に合わない（サーチ及びフィンガ割当てが間に合わない）ことを防止でき、受信信号の瞬断発生を防止できる。
【００６４】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、スプレッドスペクトラム（ＳＳ）通信方式を用いたＣＤＭＡシステムを想定する。アダプティブアレイ受信及びその情報に基づいたアダプティブアレイ送信を適用した基地局並びに図２に示す通信相手の無線通信装置（端末）を用いて実施の形態２の説明を行なう。例として基地局の無線通信装置のアンテナ数は３とした。
【００６５】
まず、上り回線を説明する。端末は、送信側において、送信信号を変調回路２０７で変調する。この変調信号を無線送信回路２０８で周波数変換及び増幅して、アンテナ共用器２０１を経由してアンテナから送信する。
【００６６】
基地局では、アンテナで受信した信号を、それぞれアンテナ共用器５０１を経由して、無線受信回路５０２に送る。無線受信回路５０２では、受信信号に増幅、周波数変換、及びＡ／Ｄ変換を行い、ベースバンド信号又はＩＦ信号を取り出す。なお、送受信信号が同一周波数の場合（ＴＤＤ伝送）は共用器ではなく、切替スイッチになる。
【００６７】
このベースバンド信号又はＩＦ信号を相関器（又はマッチドフィルタ）５０３へ送る。相関器５０３では、送信側で使用した拡散符号と同じ拡散符号でこの信号を逆拡散する。次いで、逆拡散された信号をタイミング検出回路５０４へ送る。タイミング検出回路５０４では、相関器出力のパワを算出して、パワが大きい時刻ｔ０，ｔ１を検出シ、このタイミングｔ０，ｔ１をサンプリング回路５０５に送る。
【００６８】
そして、サンプリング回路５０５では、タイミングｔ０，ｔ１の受信信号をアダプティブアレイ受信回路５０６に送る。アダプティブアレイ受信回路５０６では、所望波又はＳＩＲが最大になるように、受信タイミングｔ０，ｔ１毎に３つのアンテナの受信信号を重み係数を用いて合成し、最終的には２パス分をさらに合成する。そして合成結果である受信信号と、各アンテナの受信信号に乗算する２つの受信重み係数セットを出力する。
【００６９】
この２つの重み係数セットに基づいて、各々が受信タイミングｔ０，ｔ１の受信信号の受信指向性を形成する。すなわち、アダプティブアレイアンテナ受信回路５０６からの２つの重み係数セットを受信重み係数演算回路５０７に送り、そこで受信重み係数が算出される。この受信重み係数の算出により受信指向性が形成されることになる。この例では、受信タイミングとしてｔ０，ｔ１の２つを検出しているが、受信タイミングを３以上検出しても良いことは明らかである。
【００７０】
次に、下り回線を説明する。基地局では、送信信号を変調回路５０８で変調する。一方、送信重み係数演算回路５０９では、受信重み係数演算回路５０７で算出された受信重み係数に基づいて送信重み係数を再生成する。この送信重み係数を重み係数選択回路５１０に送る。重み係数選択回路５１０では、複数の送信重み係数の内、最適な重み係数を選択し、それぞれ積和演算回路５１１，５１２に送り、変調回路５０８で変調された信号に対して乗算処理を行なう。
【００７１】
重み係数選択回路５１０では、受信品質検出回路５１３からの受信品質に基づいて重み係数の選択がなされる。この受信品質の検出は、アダプティブアレイアンテナ受信回路５０６から受信信号に対して行われる。送信重み係数演算回路５０９、重み係数選択回路５１０、及び受信品質検出回路５１３でＰＨＯ処理部が構成されている。なお、ここでは、受信品質を重み係数選択情報として用いているので、ＰＨＯ処理部が前記構成となるが、重み係数選択情報として他の情報（受信タイミングや指向性パタン）を用いるとＰＨＯ処理部の構成は異なる。
【００７２】
そして、積和演算処理された信号を合成回路５１４に送り、そこで信号を合成（多重）した後に、無線送信回路５１５に送る。無線送信回路５１５では、信号に対して周波数変換及び増幅を行い、この信号を共用器５０１を経由してアンテナから送信する。
【００７３】
ここで、ＰＨＯ処理部の重み係数選択回路５１０について説明する。
重み係数選択回路５１０では、種々の情報に基づいて重み係数の選択を行なう。まず、第１の情報としては、各受信指向性での受信品質又は受信指向性間での受信品質の差がある。この受信品質としては、希望波レベル又はＳＩＲなどが挙げられる。重み係数選択回路５１０は、この受信品質情報に基づいて指向性送信するパス及びその数を選択する。
【００７４】
次に、第２の情報としては、各受信タイミング又は受信タイミング間の差がある。受信タイミング差が大きいパスは、空間的な指向性が異なる可能性が高い。この傾向を考慮して、受信指向性を直接比較しなくても、タイミング差のみでＰＨＯ状態（２パス以上の指向性送信）に移行するべきかが判断する。この制御は、図６に示す無線通信装置において実現することができる。すなわち、図６において、タイミング検出回路５０４で検出された受信タイミングをＰＨＯ処理部の重み係数選択回路５１０に送る。そこで、受信タイミング又はその差に基づいて最適な重み係数を選択する。なお、図６において図５と同じ部分は同じ符号を付しており、その説明は省略する。
【００７５】
次に、第３の情報としては、各受信指向性の指向性パタンがある。この場合、選択されるパスの指向性（受信指向性でも送信指向性でも良い）を比較し、パス切替え時に指向性が変化するか、すなわち伝搬遅延が大きく変化するかを判断してＰＨＯの判定をする。したがって、パス切替え時に指向性が変化する場合には、ＰＨＯを行なう。具体的に、この制御は、受信重み係数演算回路５０７又は送信重み係数演算回路５０９で算出された重み係数を記憶しておき、この重み係数と新たに算出された重み係数とを比較して指向性の変化の有無を判断することにより行なう。
【００７６】
なお、この指向性パタン情報を用いる方法では、上記受信タイミング情報を用いる方法と組み合わせることが可能である。
【００７７】
上記第１〜第３の情報を用いる場合に、しきい値を用いて制御を行なうことが好ましい。特に、受信品質を用いる場合には、しきい値を用いる制御は必須である。例えば、あるパスの受信品質が最大パスの受信品質からα［ｄＢ］以内の場合には、そのパスに対する方向にも送信し、α［ｄＢ］を超えるとその方向の送信を停止する制御を行なう。このような制御を行なうことにより、さらに高精度な制御が可能になる。
【００７８】
上記の重み係数選択を用いたＰＨＯは、基地局が自律的に判断して行なう。一方、ＰＨＯは、端末からの切替え制御信号によりフィードバックして基地局が行なうこともできる。すなわち、端末がパス選択数や、どのパスを選択するかなどの情報を上り回線を用いて基地局に制御信号として送信し、基地局がその信号に基づいて、又は他の情報も組み合わせてＰＨＯを判断する。
【００７９】
この制御は、図７に示す無線通信装置において実現することができる。すなわち、図７において、端末からの切替え制御信号を重み係数選択回路５１０に送り、そこで、切替え制御信号に基づいて重み係数を選択する。なお、図７において図５と同じ部分は同じ符号を付しており、その説明は省略する。
【００８０】
上述した重み係数の選択は、少なくとも２つのパスの指向性の変化、伝搬ロスの変化、又は伝搬遅延の変化により適宜行なうことが好ましい。また、少なくとも２つのパスの指向性には、現在通信を行なっている指向性と、新たに求めた指向性が含まれていることが好ましい。これらにより、より正確に制御を行なうことができる。
【００８１】
また、合成回路５１４への入力情報としては、主に送信レベルの制御として、パスの選択数、受信品質情報などが入力される。パスの選択数は、何パスを合成して送信するかの判断に用いられる。受信品質情報は、各パスの送信レベルの制御に使用する。
【００８２】
次に、重み係数選択回路５１０での動作及び合成回路５１４の動作を図８の遅延プロファイルを用いて説明する。ここでは、切替えのしきい値としてα［ｄＢ］を設定している。
【００８３】
受信側のタイミング検出回路５０４における遅延プロファイルが（ａ）→（ｂ）（ｃ）と変化する場合、受信側では、受信パワが大きい時刻ｔ０，ｔ１を検出し、このタイミングｔ０，ｔ１の受信信号をアダプティブアレイ受信回路５０６に送り、指向性受信信号を合成して受信する。
【００８４】
これに対して、送信側では、重み係数選択回路５１０において、受信品質検出回路５１３からの各パスの受信品質情報に基づいて、重み係数を選択する。図８（ａ）では、パスＡの受信品質がパスＢに対して十分優れているので、パスＡのみを選択し、その送信重み係数を用いてパスＡの方向にのみ指向性を形成して送信する。このとき、重み係数選択回路５１０では、パスＡの重み係数のみを選択し、この重み係数を用いて積和演算を行なう。また、合成回路５１４では、信号の合成を行わない。このように、パスＡの重み係数を乗算した信号のみを無線送信回路５１５に送り、無線送信処理を施した後に送信する。
【００８５】
これに対して、図８（ｂ）に変化したした場合は、パスＡとパスＢの受信品質はしきい値αｄＢ以内である。このとき、本発明では、パスＡ，Ｂそれぞれの方向の指向性を形成し、合成して送信する。すなわち、重み係数選択回路５１０では、パスＡ，Ｂの２つ重み係数を選択し、この重み係数を用いて各々変調信号に対して積和演算を行なう。そして、合成回路５１４において、２つの信号をアンテナ毎に合成して無線送信回路５１５に送り、無線送信処理を施した後に送信する。
【００８６】
図８（ｃ）のように変化したときは、図８（ａ）とは反対にパスＢの通信品質が良いため、パスＢの方向にのみ指向性を形成して送信する。すなわち、重み係数選択回路では、パスＢの重み係数のみを選択し、この重み係数を用いて積和演算を行なう。また、合成回路５１４では、信号の合成を行わない。このように、パスＡの重み係数を乗算した信号のみを無線送信回路５１５に送り、無線送信処理を施した後に送信する。
【００８７】
なお、合成回路５１４の構成は実施の形態１で説明したものと同じであるので、その説明は省略する。
【００８８】
このように、重み係数選択回路では、遅延プロファイルの変化に応じて重み係数を単にパスＡからパスＢに切替えるのではなく、パワが同程度のレベルである場合に、パスＡ，Ｂの２つの重み係数を選択し、その両方に対して指向性を持った送信を行なう。これにより、常に最適な通信品質の指向性で送信することができるだけでなく、送信指向性の切替え制御する場合に、両方の指向性で送信している間に新しいタイミングの検出（ＣＤＭＡでは、サーチ及びフィンガ割当て）ができているので、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて指向性送信しても、端末においてタイミング検出回路の切替え動作が間に合わない（サーチ及びフィンガ割当てが間に合わない）ことを防止でき、受信信号の瞬断発生を防止できる。
【００８９】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、ＰＨＯをＴＤＭＡ伝送方式に適用する場合について説明する。この場合の無線通信装置は、基本的には図１に示す無線通信装置の構成とほぼ同じである。図１に示す無線通信装置との違いは、合成回路が異なることである。
【００９０】
ＴＤＭＡ伝送方式においては、図９に示すようなタイムスロット構成で通信を行なう。ＴＤＭＡ伝送方式では、パスＡ又はパスＢのいずれか一方に送信することによりマルチパス伝搬を抑圧することが望ましい。この場合、独立したスロットで各々送信することになる。
【００９１】
この場合の合成回路は、図１０に示すように、積和演算されたそれぞれの信号の送信レベルを個々に制御する送信レベル制御回路１００３を有する。この構成においては、積和演算された信号にそれぞれ乗算部１００１、１００２で係数を乗算する。そして、個々に送信レベルが制御した信号を切替え部１００４でタイムスロットに対応したタイミングで切替える。なお、ＴＤＭＡ方式においては、合成回路５１４に送信スロット位置情報、すなわち２パス以上を送信する場合に時間多重するスロットの位置情報を入力する。
【００９２】
例えば、パスＡとパスＢのパワが同程度のレベルである場合に、パスＡ，Ｂの２つの重み係数を選択し、その両方に対して指向性を持った送信を行なう。この場合、パスＡをタイムスロット１（ＴＳ１）で送信し、パスＢをタイムスロット２（ＴＳ２）で送信する。
【００９３】
これにより、常に最適な通信品質の指向性で送信することができるだけでなく、送信指向性の切替え制御する場合に、両方の指向性で送信している間に新しいタイミングの検出ができているので、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて指向性送信しても、端末においてタイミング検出回路の切替え動作が間に合わないことを防止でき、受信信号の瞬断発生を防止できる。
【００９４】
本発明の無線通信装置及び無線通信方法は、無線通信システムにおける基地局装置や、移動局のような通信端末装置に適用することができる。
【００９５】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。したがって、上記実施の形態における技術を適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の無線通信装置及び無線通信方法は、指向性切替の際にパスハンドオーバーを採用しているので、伝搬遅延の大きく異なるパスに切替えて指向性送信しても、端末においてタイミング検出回路の切替え動作が間に合わないことを防止でき、受信信号の瞬断発生を防止できる。本発明は、特にアダプティブアレイアンテナ送信における指向性切替えにおいて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線通信装置（基地局）の送信側の構成を示すブロック図
【図２】上記実施の形態に係る無線通信装置（端末）の構成を示すブロック図
【図３】上記実施の形態に係る無線通信装置（基地局）の合成回路の構成を示す図
【図４】上記実施の形態に係る無線通信装置（基地局）の合成回路の他の構成を示す図
【図５】本発明の実施の形態２に係る無線通信装置（基地局）の構成を示すブロック図
【図６】上記実施の形態に係る無線通信装置（基地局）の他の構成を示すブロック図
【図７】上記実施の形態に係る無線通信装置（基地局）の他の構成を示すブロック図
【図８】上記実施の形態におけるＰＨＯのしきい値切替え制御を説明するための図
【図９】ＴＤＭＡ伝送方式におけるタイムスロットを説明するための図
【図１０】本発明の実施の形態３に係る無線通信装置（基地局）における合成回路の構成を示す図
【図１１】無線通信システムにおける伝搬モデルを示す図
【図１２】無線通信における送信指向性を示す概念図
【図１３】受信信号の遅延プロファイルを示す図
【図１４】従来の無線通信装置（基地局）の構成を示すブロック図
【図１５】無線通信装置（端末）の構成を示すブロック図
【図１６】従来の無線通信装置（基地局）の他の構成を示すブロック図
【符号の説明】
５０１共用器
５０２無線受信回路
５０３相関器
５０４タイミング検出回路
５０５サンプリング回路
５０６アダプティブアレイ受信回路
５０７受信重み係数演算回路
５０８変調回路
５０９送信重み係数演算回路
５１０重み係数選択回路
５１１，５１２積和演算回路
５１３受信品質検出回路
５１４合成回路
５１５無線送信回路

Claims

到来方向が異なる第１のパスおよび第２のパスを介して通信端末装置から受信された信号を用いて前記第１のパスおよび前記第２のパスそれぞれの受信品質を検出する検出手段と、
前記第１のパスおよび前記第２のパスそれぞれに対応する第１の指向性および／または第２の指向性を形成する形成手段と、
前記検出手段によって検出された受信品質に応じて送信指向性を前記第１の指向性または前記第２の指向性に切り替えながら送信を行う送信手段と、を有し、
前記送信手段は、
送信指向性を前記第１の指向性から前記第２の指向性へ切り替える際に、前記第１のパスの受信品質と前記第２のパスの受信品質との差が所定値以下である間は一時的に前記第１の指向性および前記第２の指向性の両指向性に同時に送信を行い、その後、前記第２の指向性へと遷移して送信を行うことを特徴とする基地局装置。
前記第１のパスおよび前記第２のパスの受信タイミングを検出する検出手段、をさらに有し、
前記送信手段は、検出された前記第１のパスおよび前記第２のパスの受信タイミングが異なる場合に、前記第１の指向性および前記第２の指向性の両指向性を用いて送信を行うことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
前記形成手段は、
指向性形成に使用する重み係数を選択するために必要な情報を受信信号から取得する取得手段と、
前記情報に基づいて前記第１の指向性および前記第２の指向性に対応する重み係数を選択する選択手段と、を有し、
選択された重み係数を用いて前記第１の指向性および前記第２の指向性を形成することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
前記取得手段は、
複数の到来波のタイミングで指向性受信する指向性受信手段、を含み、指向性受信された信号から、指向性形成に使用する重み係数を選択するために必要な情報を取得することを特徴とする請求項３記載の基地局装置。
前記第１の指向性および前記第２の指向性の両指向性に基づいて送信される信号の送信レベルを制御する制御手段、をさらに有することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
前記形成手段は、
通信相手からの切替制御信号を受信する受信手段、をさらに有し、
前記選択手段は、前記切替制御信号に基づいて重み係数を選択することを特徴とする請求項３記載の基地局装置。
前記第１の指向性は、現在通信を行っている指向性であり、前記第２の指向性は、新たに求められた重み係数を使用して形成された指向性であることを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
前記選択手段は、
前記第１のパスおよび前記第２のパスの指向性の変化、伝搬ロスの変化、および伝搬遅延の変化からなる群より選ばれた少なくとも一つに応じて重み係数を選択することを特徴とする請求項３記載の基地局装置。
前記送信手段は、前記第１の指向性および前記第２の指向性の両指向性に基づいて送信する信号を異なるタイムスロットに時間多重して送信することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
到来方向が異なる第１のパスおよび第２のパスを介して通信端末装置から受信された信号を用いて前記第１のパスおよび前記第２のパスそれぞれの受信品質を検出する検出工程と、
前記第１のパスおよび前記第２のパスそれぞれに対応する第１の指向性および／または第２の指向性を形成する形成工程と、
前記検出手段によって検出された受信品質に応じて送信指向性を前記第１の指向性または前記第２の指向性に切り替えながら送信を行う送信工程と、を有し、
前記送信工程は、
送信指向性を前記第１の指向性から前記第２の指向性へ切り替える際に、前記第１のパスの受信品質と前記第２のパスの受信品質との差が所定値以下である間は、一時的に前記第１の指向性および前記第２の指向性の両指向性に同時に送信を行い、その後、前記第２の指向性へと遷移して送信を行うことを特徴とする無線通信方法。