JP4038408B2 - Wireless communication system, base station, and wireless communication method - Google Patents

Wireless communication system, base station, and wireless communication method Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)方式を用いた無線通信システム、基地局及び無線通信方法に係り、詳しくは、移動局と基地局間で送受される無線信号を複数のアンテナを用いて指向性ビーム送受信する無線通信システム、基地局及び無線通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
第三世代移動体通信（３Ｇ）の標準方式であるＷ−ＣＤＭＡ方式では、直接拡散方式を使うスペクトラム拡散通信、いわゆるＤＳ−ＣＤＭＡ（Direct Spread-Code Division Multiple Access）が用いられる。このＤＳ−ＣＤＭＡは、複数のユーザが同一の周波数帯を用いて行う通信方式であり、各ユーザの識別を拡散符号にて行う。各ユーザの拡散符号としては、例えば、Ｇｏｌｄ符号のような直交符号が用いられる。
【０００３】
このようなＤＳ−ＣＤＭＡを移動通信システム上の基地局（＝ＢＳ：Base station）に用いた場合、 該基地局の受信機の逆拡散過程で、他ユーザの干渉電力を平均拡散率（PG: Processing Gain）分の１に抑えることができるが、上りリンク（移動局から基地局への無線信号の送信）では、非同期環境下となるため、各ユーザは独立のフェ−ジングによる瞬時変動、短区間変動、距離変動を受ける。従って、基地局の受信端で各ユーザがシステムで決まる所要の受信品質を満足するためには、セル（またはセクタ）内の各ユーザの移動局から送信され、基地局において受信された各信号の受信ＳＩＲ（SIR: Signal to Interference power Ratio：希望波対干渉波電力比）を一定にする送信電力制御を行い、基地局受信端におけるＳＩＲを一定にする必要がある。
【０００４】
仮に、理想的な送信電力制御が行われ、基地局において受信されたＳＩＲが一定になることを保証されたとしても、移動通信のマルチパス環境下においては、拡散信号が完全に直交することはない。そのため、１他ユーザあたり平均で、拡散率分の１の電力の相互相関に起因する干渉を受ける。すなわち、同一の周波数帯で通信するユーザ数が増加するにしたがい、干渉信号の電力レベルが増加し、システムの所要品質で決まる受信特性により、１セル当たりのユーザ数（システム容量）が決定される。従って、１セルあたりの容量をさらに増加させるためには、他ユーザからの相互相関をさらに低減させる必要がある。そこで、干渉を抑圧するための干渉抑圧技術として適応アンテナアレイダイバーシチ受信技術が開発されている。
【０００５】
適応アンテナアレイダイバーシチ受信とは、基地局に適応アンテナアレイ送受信機を設け、上りリンクにおいて複数のアンテナの受信信号に対して最適なアンテナウェイトを乗算した後に合成し、希望波信号の到来方向にメインローブを、干渉波の到来方向にビームヌルの指向性パターンを形成して受信ＳＩＲを最大にする制御をする技術である。このような適応アンテナアレイダイバーシチ受信技術を基地局に適用することで、ユーザからの干渉電力の低減が可能となっている。
【０００６】
上記適応アンテナアレイダイバーシチ受信技術は、例えば、文献“Pilot symbol-assisted decision-directed coherent adaptive array diversity for DS-CDMA mobile radio link,”(S.Tanaka, M.Sawahashi, and F.Adachi : IEICE Trans. Fundamentals, vol.E80-A,pp.2445-2454, Dec.1997.)に報告され、具体的には、アンテナウェイト更新のためのアルゴリズムとしてパイロットシンボルを参照信号として用いるコヒーレント適応アンテナアレイダイバーシチ(CAAAD: Coherent Adaptive Antenna Array)受信方法が提案されている。
【０００７】
ここで、上記ＣＡＡＡＤ受信方法の動作概要を説明する。図１７は、上記ＣＡＡＡＤ受信部の基本構成図である。
（ＣＡＡＡＤ受信部の動作説明）
上りリンクの無線周波数信号はＭ個４１１〜４１Ｍのアレイアンテナで受信された後、ＲＦ無線部４２で帯域制限及び信号増幅されマッチトフィルタ４３１〜４３Ｍに出力される。マッチトフィルタ４３１〜４３Ｍは受信信号と拡散コードとの相関値を出力する（この過程を逆拡散という）ものである。アレイアンテナ＃ｍ（ｍ＝１,２,…,Ｍ）におけるユーザ＃ｋのパス＃１の逆拡散後の信号
【０００８】
【数１】

Figure 0004038408
に重み係数制御部４４で生成されたアンテナウェイト
【０００９】
【数２】
Figure 0004038408
を乗算器４５１〜４５Ｍで乗算して加算部（Σ）４６で合成し、合成後の信号を復調する。このときの合成後の受信信号は次式（１）で表される。
【００１０】
【数３】
Figure 0004038408
上記アンテナウェイトｗは合成後の信号のＳＩＲが最大になるように制御される。そして、受信信号合成後のパイロットシンボルを用いたチャネル推定が位相変動推定部４７で行われ、推定されたチャネル推定値
【００１１】
【数４】
Figure 0004038408
を用いてフェ−ジング変動に起因する位相変動が補償されてＲａｋｅ合成される。Ｒａｋｅ合成後の信号は次式（２）で表される。
【００１２】
【数５】
Figure 0004038408
アンテナウェイト生成においては、まず送信信号に周期的に挿入される既知のパイロットシンボルを用いて位相変動推定部４７において位相変動推定を行い、この位相変動推定値を用いて位相変動補償をした信号を識別判定部４８において位相識別判定する。そして、この位相変動補償後の信号と位相識別判定後の信号の差を誤差信号とし、この誤差信号が最小となるようにアンテナウェイト値を制御する。そして、重み係数制御部４４でシンボル毎の重み係数を誤差ベクトルとマッチトフィルタ出力信号を用いて更新する。アンテナウェイトの更新アルゴリズムとしては、ＬＭＳ（Least Mean Square）、ＲＬＳ（Recursive Least Squares）アルゴリズムが用いられる。このようにＣＡＡＡＤ受信では、ユーザ毎に個別に指向性ビームを形成して受信するため、他ユーザからの干渉電力を低減することが可能となっている。
【００１３】
また、下りリンクにおいても、上りリンクで形成したビームパターンに無線回路で生じる振幅・位相変動の補償を行った後、指向性ビーム送信を行うことにより、他ユーザへ与える干渉電力が低減されるので、他ユーザからの干渉電力を低減することが可能となっている。
【００１４】
ＣＡＡＡＤ受信では、一般に、アンテナウェイトの初期値として無指向性のビームパターンのアンテナウェイト値が用いられる。このＣＡＡＡＤ受信の場合、アンテナウェイトを推定する規範としてＭＭＳＥ(Minimum Mean Squared Error)が用いられ、ＭＭＳＥ制御に基づいて、平均２乗誤差（ＭＳＥ: Mean squared Error）を最小にするアンテナウェイトの適応制御がなされるが、一般にアンテナウェイト値が収束するまでにはある処理遅延時間を要する。
一方、ユーザ毎にアンテナウェイトを生成してビームフォーミングする替わりに、あらかじめ定めた固定アンテナウェイトの複数のビームを用いて受信し、各ビームの受信信号電力を測定して受信信号電力が最も大きくなるビームのアンテナウェイトを用いて信号の送受信を行うマルチビーム送受信方式がある。このマルチビーム受信は、適応アルゴリズムを用い、ユーザ毎にアンテナウェイトを生成して指向性受信するＣＡＡＡＤ受信と比較して、受信アンテナウェイトの更新を伴わないため、アンテナウェイト生成のための信号処理量を低減させることができるが、ユーザが２つのビームの境界に位置した場合、ビーム指向性誤差が大きくなり、干渉低減効果が小さくなる。また、文献“Ｗ−ＣＤＭＡ上りリンクにおける適応アンテナアレイダイバーシチ受信とマルチビーム受信の比較,”（中南、田中、井原、佐和橋：電子情報通信学会, RCS2000-132, pp.29-36, Oct.2000.）では、移動局から基地局に対しての上りリンクチャネルの１つであるＲＡＣＨ（Random Access Channel）のようなランダムアクセス信号の受信（後述する）においては、ランダムアクセス信号の信号長が比較的短いために、ユーザ毎にアンテナウェイトを生成する指向性ビーム受信では、十分にアンテナウェイトを収束させることができないため、マルチビーム受信の方が適していると報告されている。
【００１５】
ここで、ＣＤＭＡ移動通信システムにおけるランダムアクセス信号の受信方法について説明する。図１８は、ランダムアクセス制御で用いられるランダムアクセス信号の構成の一例を示す図である。このランダムアクセス信号は、セルサーチ（接続すべきセルを探索する処理、具体的には下りリンクの拡散符号同期確立処理を指す）で下りリンクにおける無線リンクを確立した後、送信される。ランダムアクセス信号の送信は、あらかじめアクセススロットと呼ばれる送信タイミングを定義（図１８（ａ）参照：２無線フレーム（１０ｍｓ）中に５１２０チップ間隔で１５個（＃１〜＃１４）設けられている）しておき、基地局より通知されるアクセススロットのタイミングでスロッテッドアロハ(Slotted ALOHA)により行われる。また、ランダムアクセス信号の送信は、ＲＡＣＨを用いて、プリアンブル信号（４０９６チップ長）とメッセージ信号（１０ｍｓ長）により行われる（図１８（ｂ）参照）。プリアンブル信号の送信には、パワーランピング（初期値から決められたステップ幅でプリアンブル信号の送信電力を増大させることをいう）が用いられ、プリアンブル信号が基地局で正しく受信されるまで、送信電力を増大しながら複数回送信される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したランダムアクセス制御では、移動局は基地局からのプリアンブル信号を検出したことを示すＡＩＣＨ（Acquisition Indicator Channel: 同期検出表示チャネル）上のＡＩ(Acquisition Indicator)を受信できるまで、複数回プリアンブル信号を繰返し送信し、送信する毎に徐々に送信電力を上げていくが、基地局において、ＲＡＣＨでのプリアンブル信号の受信からＡＩＣＨ送信までの時間が短いので、一般に適応アンテナアレイを基地局に適用することは難しい。従って、基地局は、ＲＡＣＨのプリアンブル信号を無指向性ビームパターンで受信することになる。このようにＲＡＣＨのプリアンブル信号を無指向性ビームパターンで受信した場合、他のユーザからの信号の干渉（図１９参照）により上りリンクのランダムアクセス信号の受信品質が劣化するという問題があった。
【００１７】
また、下りリンクにおいて、共通制御チャネル及び個別チャネルを送信する際に無指向性ビームパターンで送信する場合は、共通制御チャネル及び個別チャネルの受信品質が劣化するという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、上りリンク及び下りリンクで用いられる無線チャネルの受信品質を向上させるとともに、システム容量の増大が可能な無線通信システム、基地局及び無線通信方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、移動局と、複数のアンテナを用いて複数のビームを形成し該ビームを用いて前記移動局との間で無線を介して情報の送受信を行う複数の基地局と、前記複数の基地局を管轄する制御局と、を含む無線通信システムにおいて、前記基地局は、前記移動局から送信される共通チャネルの無線信号を、前記アンテナ毎の信号に固定的なアンテナウェイトを与えて合成される複数のビーム（マルチビーム）を用いて受信するマルチビーム受信手段と、前記マルチビーム受信手段により受信した前記共通チャネルの無線信号の受信品質を測定する受信品質測定手段と、前記受信品質測定手段により測定した受信品質に基づいて、前記複数のビームの中から１又は複数のビームを選択するビーム選択手段と、前記ビーム選択手段により選択された１又は複数のビームを用いて前記移動局から送信されるランダムアクセス信号のプリアンブル部を受信するプリアンブル信号指向性受信手段を備えたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明によれば、前記無線通信システムにおいて、前記マルチビーム受信手段は、前記移動局から送信される共通チャネルの無線信号としてランダムアクセス信号のプリアンブル部を受信するプリアンブル受信手段を備え、前記受信品質測定手段は、前記マルチビーム受信手段により受信されたランダムアクセス信号のプリアンブル部の受信ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）を測定することを特徴としている。
【００２１】
また、本発明によれば、前記無線通信システムにおいて、前記基地局は、前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、該ランダムアクセス信号のプリアンブル部に続いて送信されるメッセージ部を受信するメッセージ信号指向性受信手段を備えたことを特徴としている。
【００２２】
また、本発明によれば、前記無線通信システムにおいて、前記基地局は、前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイト又は前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部に続いて送信されるメッセージ部の受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、前記基地局と前記移動局間の無線リンク確立後に送信される個別チャネルの情報部を受信する個別チャネル情報データ信号指向性受信手段を備えたことを特徴としている。
【００２３】
また、本発明によれば、前記無線通信システムにおいて、前記基地局は、前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイト又は前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部に続いて送信されるメッセージ部の受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、前記移動局との間で無線リンクを確立した後に送信される下りリンクの共通制御チャネルの情報部を送信する共通制御チャネル信号指向性送信手段を備えたことを特徴としている。
【００２４】
また、本発明によれば、前記無線通信システムにおいて、前記基地局は、前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイト、前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部に続いて送信されるメッセージ部の受信の際に用いたアンテナウェイト又は上りリンクの個別チャネルの受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、前記移動局との間で無線リンクを確立した後に送信される下りリンクの個別チャネルの情報部を送信する個別チャネル信号指向性送信手段を備えたことを特徴としている。
【００２５】
また、本発明によれば、前記無線通信システムにおいて、前記基地局は、前記移動局より送信されるランダムアクセス信号のプリアンブル部の受信の際に用いたアンテナウェイトに関わる情報を制御局に通知するアンテナウェイト情報通知手段を備え、前記制御局は、下りリンクの個別チャネルの設定が必要となった際に、前記基地局に対し、前記アンテナウェイトの情報を通知するアンテナウェイト情報通知手段を備え、前記基地局は、前記アンテナウェイトに関わる情報に基づいて、ビームを形成して前記下りリンクの個別チャネルを送信することを特徴としている。
【００２６】
また、本発明によれば、前記無線通信システムにおいて、前記アンテナウェイト情報通知手段は、前記アンテナウェイトに関わる情報として、アンテナウェイト値の情報又はアンテナのウェイトに相当する角度情報又は角度方向に対応したビーム番号を設定してアンテナウェイト値と該ビーム番号との関係を定義した情報の少なくとも１つを前記制御局に通知することを特徴としている。
【００２７】
上記本発明の構成によれば、基地局は固定アンテナウェイトで生成されるマルチビームを用意し、マルチビームの中の１又は複数のビームを選択して移動局から送信されるランダムアクセスチャネルのプリアンブル信号を受信するので、該プリアンブル信号の受信品質を向上させることができる。また、上記プリアンブル信号受信時に選択したビームを用いて、該プリアンブル信号に続いて送信されるメッセージ信号を受信するので、該メッセージ信号の受信品質も向上させることができる。さらに、上記プリアンブル信号受信時に選択したビームを用いて、上りリンクの個別チャネルを受信するので、該個別チャネルで送信される情報データ信号の受信品質を向上させることができる。
【００２８】
また、さらに、上記プリアンブル信号受信時に選択したビームのアンテナウェイトを用いて生成されるビームを用いて、下りリンクの共通制御チャネル、個別チャネルを送信するので、該共通制御チャネル、個別チャネルで送信される情報データ信号の受信品質を向上させることができる。これにより、上りリンク/下りリンクの両方において他ユーザからの干渉を軽減することが可能となるので、システム容量を増大させることが可能となる。
また、制御局は、基地局から通知される上記プリアンブル信号受信時に選択されたビームのアンテナウェイトに関わる情報を、下りリンクの個別チャネル設定の際に必要とされる情報とあわせて上記基地局に通知するので、基地局の処理負荷を軽減しつつ下りリンクの信号の伝送品質を向上することができる。また、上記アンテナウェイトに関わる情報として、あらかじめ定めた角度情報やビーム番号を用いることで、基地局と移動局間の情報伝送量を削減することが可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
本発明の実施形態１の概略説明図を図１に示す。図１は、基地局（＝ＢＳ）１００において移動局３００、３１０からのＲＡＣＨのプリアンブル信号を固定アンテナウェイトのマルチビームで受信する場合のビームパターンの一例を示す図である。図２は、上記基地局１００の構成例を示す図である。
【００３１】
図２において、この基地局１００は、複数のアンテナ素子で形成されるアレイアンテナ部１、無線部（ＴＲＸ）２、マルチビーム形成部３、ビーム選択部４、データ変復調部５、制御部６、Ｒａｋｅ合成/ＳＩＲ測定部７とから構成される。
【００３２】
まず、図１に示す本発明の実施の形態１を図２より説明し、次いで、図３を用いて詳細を説明する。
【００３３】
図２において、マルチビーム形成部３は、固定アンテナウェイトで重み付けしたマルチビーム（ビーム＃１〜＃ｎ、本例では、４つのビーム（ビーム＃１〜＃４を生成する場合の例を示している）をあらかじめ形成しておき、移動局（＝ＭＳ：Mobile Station）３００、４００から任意のタイミングで送信されるＲＡＣＨのプリアンブル信号をビーム＃１〜＃４にてマルチビーム受信（無線部２で逆拡散後の受信信号）する。マルチビーム形成部３で受信された受信信号は、Ｒａｋｅ合成/ＳＩＲ測定部７でＲａｋｅ合成された後、受信信号電力対干渉電力比ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）が測定され、ビーム選択部４において受信ＳＩＲの最も大きい１又は複数のビームが選択される。そして、その選択されたビームで受信された受信信号は、データ変復調部５に入力されて復調され受信データが得られる。なお、送信時の動作については後述する。
【００３４】
図３は、図２に示す基地局１００の受信系（マルチビーム受信部）構成図である。なお、同図のアンテナ共用器１２から逆拡散部１６は図２の無線部２の受信機能に相当し、Ｒａｋｅ合成部１８とＳＩＲ測定部１９が図２のＲａｋｅ合成/ＳＩＲ測定部７に相当する。また、復調部２１が図２のデータ変復調部５の復調機能に相当する。
【００３５】
（マルチビーム受信部の動作説明）
図３において、このマルチビーム受信部では、複数の素子アンテナ（＃１〜＃Ｍ）１１で構成されたアレイアンテナを用いてＲＡＣＨのプリアンブル信号が受信され、アンテナ共用器１２により受信波のみが分離され、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１３により増幅される。ＬＮＡ１３から出力されたアンテナ出力信号は、ダウンコンバータ１４で周波数変換、ＡＤコンバータ１５でデジタル信号に変換される。その後、逆拡散部１６で逆拡散されてマルチビーム形成部１７に入力される。マルチビーム形成部１７は、逆拡散後の上りリンクのアンテナ出力信号に対してビームフォーミングを施し、マルチビームを電気的に形成してＲａｋｅ合成部１８に出力する。Ｒａｋｅ合成部１８でＲａｋｅ合成されたアンテナ出力信号は、ＳＩＲ測定部１９において各パスの受信ＳＩＲが測定される。ビーム選択部（セレクタ）２０は、Ｒａｋｅ合成後の受信ＳＩＲが最大となる受信信号を１又は複数選択し、復調器２１により信号を復調して再生データを出力する。ここでは、Ｒａｋｅ合成後の受信ＳＩＲを直接測定する形態を示したが、各パスの受信ＳＩＲを測定して、加算することにより等価的にＲａｋｅ合成後のＳＩＲを求める方法用いてもよい。
【００３６】
図１に戻り、例えば、同図においてビーム＃１の指向方向に存在する第ｉユーザ（＝ユーザ＃２の移動局）から放射されたＲＡＣＨのプリアンブル信号は基地局１００のアレイアンテナ２００（図３の符号１１に相当）で受信され、マルチビーム形成器１４からビームＢ１〜Ｂｎが出力されるが、そのうちのビームＢ１の受信ＳＩＲが他のビームＢ２〜Ｂｎより大きくなる。以後、このビームＢ１がビーム選択部２０により選択されて（ここでは、１のビームが選択される場合を示したが複数ビームを選択してもよい。ビームの選択方法としては、例えば、受信ＳＩＲの上位Ｌ （ただし、Ｌ ＜＃ｎ）個分のビームを選択する）ユーザ＃２の受信データの復調が行われる。このようにマルチビーム受信部によれば、各ユーザ毎に最適なビームが選択されるので、ユーザ毎のプリアンブル信号の受信品質を向上させることができる。尚、マルチビーム送信部の動作については後述する。
【００３７】
上記例では、移動局３００、３１０からのＲＡＣＨのプリアンブル信号をマルチビーム受信する形態を示したが、任意のパターン形成が可能な適応アンテナアレイ（図１７参照）を基地局１００に適用してもよい。図４は、ＲＡＣＨのプリアンブル信号を適応アンテナアレイ受信する場合のビームパターンの一例を示す図である。本例の場合、アレイアンテナ２００の素子アンテナ毎に受信される各ＲＡＣＨのプリアンブル信号の受信ＳＩＲを最大にするように、ビームパターンを制御するためのアンテナウェイトが適応的に決定されるので、希望波方向にビームの利得を増大させつつ、異なる角度から到来する他ユーザ信号からの干渉を低減（図４では、ユーザ＃１（またはユーザ＃２）の方向に利得を増大させてビームが形成され、他ユーザであるユーザ＃２（またはユーザ＃１）の方向にはビームヌルが形成される）させることができるので、上記同様、プリアンブル信号の受信品質を向上させることが可能である。
【００３８】
（実施の形態２）
図５に本発明の実施形態２の概略説明図を示す。図５は、基地局１００において移動局３００、３１０からのＲＡＣＨのメッセージ信号又は個別チャネルにより送信される情報データ信号（以下、データという）をマルチビームで受信する場合のビームパターンの一例を示す図である。ここでは、プリアンブル信号をマルチビーム受信した場合を示す。
【００３９】
図５において、基地局１００は、移動局３００、３１０からのＲＡＣＨのプリアンブル信号をアレイアンテナ２００でマルチビーム受信した後、ここで選択したビームを用いて、プリアンブル信号に続いて送信されるメッセージ信号又は個別チャネルにより送信されるデータをマルチビーム受信する。これにより、無指向性ビーム受信する場合と比較して、上記メッセージ信号又は個別チャネルにより送信されるデータの受信品質を向上させることができる。
【００４０】
上記例では、プリアンブル信号受信に用いた指向性ビームを用いてメッセージ信号又は個別チャネルのデータを受信する形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基地局１００がプリアンブル信号をマルチビーム受信した後に選択したビームのアンテナウェイト値に関する情報（アンテナウェイト値、角度情報、ビーム番号等）を上位局である制御局の無線ネットワーク制御局（ＲＮＣ：Radio Network Controller）４００に通知し、個別チャネル（通信チャネル）を設定する際にＲＮＣ４００から指向性ビーム受信に必要なアンテナウェイトの情報を取得するような形態であってもよい。
【００４１】
図６は、上記実施の形態２における基地局１００とＲＮＣ４００間の処理を示すフローチャートである。
【００４２】
図６において、基地局１００は、移動局３００、３１０からのＲＡＣＨのプリアンブル信号をマルチビーム受信による指向性ビーム受信（Ｓ１）した後、上記ＲＡＣＨのプリアンブル信号の指向性ビーム受信時に用いたアンテナウェイト値に関する情報をＲＮＣ４００に通知（Ｓ２）する。その後、ＲＮＣ４００は、基地局１００が移動局３００、３１０との間で個別チャネルを設定する必要が生じた判断した際に、保持しておいた上記アンテナウェイト値に関する情報を基地局１００に通知（Ｓ３）する。基地局１００は、ＲＮＣ４００から通知されたアンテナウェイト値に関する情報に基づいて、アンテナウェイト値を生成（Ｓ４）し、このアンテナウェイト値で重み付けして形成される指向性ビームを用いて上りリンクのメッセージ信号又は個別チャネルにより送信されるデータを指向性ビーム受信（Ｓ５）する。
【００４３】
上記アンテナウェイト値に関する情報は、基本的に個々のアンテナ素子に与えたい理想的な位相値及び振幅値であるが、例えば、図７及び図８に示すように、あらかじめ角度情報（＋４５°、＋１５°、−１５°、−４５°）やビーム番号（＃１〜＃４）をアンテナウェイト値とを対応付けしたテーブルをあらかじめ用意しておき、アンテナウェイト値の替わりに角度情報やビーム番号を基地局１００からＲＮＣ４００に通知することで、両者間の伝送情報量を削減することができる。ここで、アンテナウェイト値とは、位相値及び振幅値の組み合わせであるので、
【００４４】
【数６】
Figure 0004038408
とする。
【００４５】
尚、上記例では、移動局３００、３１０からのＲＡＣＨのメッセージ信号又は個別チャネルにより送信されるデータを、基地局１００でマルチビーム受信する場合であったが、マルチビーム受信の替わりに図１７に示すような適応アンテナアレイ受信することで、上記同様の効果が得られるとともに、アンテナウェイトの高速収束化を図ることができる（図９参照）。
【００４６】
図１０は適応アンテナアレイの初期アンテナウェイトに無指向性ビームパターンまたはプリアンブル信号を受信した時のビームパターンを用いた場合におけるアンテナウェイトの収束の様子を示す図である。
【００４７】
同図（ａ）は、適応アンテナアレイの初期アンテナウェイトとして無指向性ビームパターンを用いた場合のユーザ＃１の受信ビームパターンの収束の様子を示したもの、同図（ｂ）は適応アンテナアレイの初期アンテナウェイトとしてプリアンブル信号を指向性ビーム受信したときのビームパターンを用いた場合のユーザ＃１の受信ビームパターンの収束の様子を示したものである。同図（ａ）、（ｂ）共、縦軸にアンテナの相対利得〔ｄＢ〕、横軸にアンテナの角度〔deg〕を示し、▲１▼〜▲３▼は時間の経過を示す。また、図中の矢印は、ユーザ＃１、＃２の方向を示す。アンテナウェイトの収束は、ユーザ方向（ここでは、ユーザ＃１）のビームの指向性利得（相対利得）の増大がほぼ最大となった点とみなされる。
【００４８】
アンテナウェイトの初期値として無指向性パターンが用いられた場合、同図（ａ）の▲１▼〜▲３▼が示すように、ユーザ＃１方向に形成されるビームの相対利得の増大に時間がかかり、（収束に時間がかかる）▲３▼の時点でも収束していない。
【００４９】
一方、アンテナウェイトの初期値として、プリアンブルの指向性ビーム受信に用いたビームパターンを用いた場合、同図（ｂ）の▲１▼〜▲３▼が示すように、▲３▼の時点でユーザ＃１方向に形成されるビームの相対利得の増大がほぼ最大となり収束している。また、同時に、ユーザ＃２方向に深いビームヌルが形成されている。
【００５０】
このように、プリアンブル信号の指向性ビーム受信に用いたアンテナウェイトを適応アンテナアレイ受信時のアンテナウェイトの初期値として用いることで、無指向性ビームパターンを初期値としてアンテナウェイトを収束させる場合と比して、アンテナウェイト収束の高速化を図ることができ、かつＲＡＣＨのメッセージ信号または個別チャネルの受信品質を改善することが可能となる。
【００５１】
また、前述の図５の場合と同様に、適応アンテナアレイ受信時に、基地局１００がプリアンブル信号のマルチビーム受信に用いたアンテナウェイト値に関する情報（アンテナウェイト値、角度情報、ビーム番号等）をＲＮＣ４００に通知し、個別チャネルを設定する際にＲＮＣ４００から指向性ビーム受信に必要なアンテナウェイト値に関する情報を取得してもよく、この場合、上記同様の効果を得ることができる。
【００５２】
これまでは、上りリンクにおける指向性ビーム受信について説明してきたが、これ以降は、本発明を下りリンクに適用する場合について説明する。
【００５３】
（実施の形態３）
図１１に本発明の実施形態３の概略説明図を示す。図１１は、ランダムアクセスにより基地局１００−移動局３００、３１０間の無線リンクを確立した後に、引き続き下りリンクの共通制御チャネルを、マルチビーム送信による指向性ビーム送信する場合のビームパターンの一例を示す図である。本例における指向性ビーム送信は基地局１００の送信系（マルチビーム送信部）によって行われる。
【００５４】
まず、本発明の実施の形態３を図２より説明し、次いで、図１２を用いて詳細を説明する。
【００５５】
図２において、データ変復調部５で変調された送信データ信号はプリアンブル信号受信時にビーム選択部４において選択されたビームのアンテナウェイトの情報で重み付けされて形成されたビームにて送信される（詳細は以下による）。
【００５６】
図１２は、図２に示す基地局１００の送信系（マルチビーム送信部）構成図である。なお、同図のアンテナ共用器３２から拡散部３６は図２の無線部２の送信機能に相当し、変調部３９が図２のデータ変復調部５の変調機能に相当する。
以下、同図を用いてマルチビーム送信部の動作について説明する。
【００５７】
（マルチビーム送信部の動作説明）
図１２において、変調器３９により送信データを変調し、ビーム選択部３８によりプリアンブル信号又はメッセージ信号受信時の受信ＳＩＲが最大となったビームが選択される。その後、送信信号は、マルチビーム形成部３７においてビーム選択部３８で選択されたビームに対応するアンテナウェイトにより乗算され下りリンクの送信ビームフォーミングが施され、拡散部３６に入力されて拡散変調されてＤＡコンバータ３５でアナログ信号に変換後、アップコンバータ（Ｕ／Ｃ）３４で無線周波数に周波数変換される。そして、大電力増幅器（ＰＡ）３３により増幅され、アンテナ共用器３２で送信波のみが分離されてアンテナ素子（＃１〜＃Ｍ）３１から放射される。すなわち、下りリンクのビームフォーミングは受信ＳＩＲ最大の上りプリアンブル信号受信ビームと同一方向に対応する送信ビームがビーム選択部３８で選択されて放射される。これにより、上りリンク/下りリンクの両方において他ユーザからの干渉を軽減することが可能となるので、システム容量を増大させることが可能となる。
【００５８】
図１３は実施形態３に係る基地局１００とＲＮＣ４００間の処理を示すフローチャートである。以下、図１１を参照しながら図１３に示す基地局１００とＲＮＣ４００間の処理を説明する。
【００５９】
図１３において、基地局１００は、ＲＡＣＨのプリアンブル信号をマルチビーム受信による指向性ビーム受信（Ｓ１１）した後、上記ＲＡＣＨのプリアンブル信号の指向性ビーム受信時に用いたアンテナウェイト値に関する情報をＲＮＣ４００に通知（Ｓ１２）する。その後、ＲＮＣ４００は、基地局１００が移動局３００、３１０との間で下りリンクの共通制御チャネル（例：ＦＡＣＨ（Forward Access Channel）等）を設定する必要が生じたときに、上記アンテナウェイト値に関する情報を基地局１００に通知（Ｓ１３）する。基地局１００は、ＲＮＣ４００から通知されたアンテナウェイト値に関する情報に基づいて、アンテナウェイト値を生成（Ｓ１４）し、このアンテナウェイト値で重み付けされて形成されたビームパターンを用いて下りリンク共通制御チャネルを指向性送信（Ｓ１５）する。これにより、共通制御チャネルの受信品質を向上させることができる。尚、上記例では、ＲＡＣＨのプリアンブル信号の指向性ビーム受信時に用いたアンテナウェイトを用いて下りリンク共通制御チャネルを指向性ビーム送信する形態であったが、ＲＡＣＨのプリアンブル信号に続いて送信されるメッセージ信号を指向性ビーム受信した時のアンテナウェイトを、上記下りリンク共通制御チャネル用送信ビーム形成のためのアンテナウェイトとしてもよい。
【００６０】
上記例では、基地局１００は、ＲＮＣ４００から通知されたアンテナウェイト値に関する情報に基づいて、アンテナウェイト値を生成（Ｓ１４）する形態を示したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。例えば、基地局１００において、アンテナウェイト値に関する情報を記憶するバッファ等の記憶部を設け、ＲＮＣが下りリンクの無線リソースを割当てる所定のタイミングで該記憶部からアンテナウェイト情報を取り出してアンテナウェイト値を生成するような形態であってもかまわない。
【００６１】
また、上記例は、基地局１００のマルチビーム送信による下りリンク共通制御チャネルを指向性ビーム送信する形態であったが、上記マルチビーム送信の替わりに図９で説明した適応アンテナアレイを用いてもよく、その場合、上記同様、共通制御チャネルの受信品質を向上させる効果が得られる。
【００６２】
（実施の形態４）
図１４に本発明の実施形態４の概略説明図を示す。図１４は、ランダムアクセスにより基地局１００−移動局３００、３１０間の無線リンクを確立した後に、引き続き下りリンクの個別チャネルのデータを適応アンテナアレイ送信を用いて指向性ビーム送信する場合のビームパターンの一例を示す図である。また、図１５は実施形態３に係る基地局１００とＲＮＣ４００間の処理を示すフローチャートである。以下、図１４を参照しながら基地局１００とＲＮＣ４００間の処理を図１５を用いて説明する。
【００６３】
図１５において、基地局１００は、ＲＡＣＨのプリアンブル信号を、適応アンテナアレイ受信による指向性ビーム受信（Ｓ２１）した後、上記ＲＡＣＨのプリアンブル信号の指向性ビーム受信時に用いたアンテナウェイト値に関する情報をＲＮＣ４００に通知（Ｓ２２）する。その後、ＲＮＣ４００は、基地局１００が移動局３００、３１０との間で下りリンクの個別チャネルを設定する必要が生じたときに、上記アンテナウェイト値に関する情報を基地局１００に通知（Ｓ２３）する。基地局１００は、ＲＮＣ４００から通知されたアンテナウェイト値に関する情報に基づいて、アンテナウェイト値を生成（Ｓ２４）し、このアンテナウェイト値で重み付けされて形成されたビームパターンを用いて下りリンクの個別チャネルを指向性送信（Ｓ２５）する。これにより、個別チャネルの受信品質を向上させることができる。
【００６４】
図１６は実施形態３に係る基地局１００とＲＮＣ４００間の処理の変形例を示すフローチャートである。
【００６５】
図１６において、基地局１００は、ＲＡＣＨのプリアンブル信号を適応アンテナアレイ受信による指向性ビーム受信（Ｓ３１）した後、引き続き、移動局３００、３１０より送信される上りリンクの個別チャネルのデータを指向性ビーム受信（Ｓ３２）した後、上記個別チャネルの指向性ビーム受信時に用いたアンテナウェイト値に関する情報をＲＮＣ４００に通知（Ｓ３３）する。その後、ＲＮＣ４００は、基地局１００が移動局３００、３１０との間で下りリンクの個別チャネルを設定する必要が生じたときに、上記アンテナウェイト値に関する情報を基地局１００に通知（Ｓ３４）する。基地局１００は、ＲＮＣ４００から通知されたアンテナウェイト値に関する情報に基づいて、アンテナウェイト値を生成（Ｓ３５）し、このアンテナウェイト値で重み付けされて形成されたビームパターンを用いて下りリンクの個別チャネルを指向性送信（Ｓ３６）する。これにより、下りリンクにおける個別チャネルを指向性ビーム送信するので、移動局３００、３１０における個別チャネルの受信品質を向上させることができる。
【００６６】
上記例において、基地局１００の無線部２、マルチビーム形成部３の受信機能がマルチビーム受信手段、プリアンブル信号指向性受信手段、メッセージ信号指向性受信手段、個別チャネル情報データ信号指向性受信手段、プリアンブル受信手段に対応し、上記無線部２、上記マルチビーム形成部３の送信機能が共通制御チャネル信号指向性送信手段、個別チャネル信号指向性送信手段に対応し、ビーム選択部４のビームセレクト機能がビーム選択手段に、Ｒａｋｅ合成/ＳＩＲ測定部７の受信品質測定機能が受信品質測定手段に対応する。
【００６７】
また、基地局１００の制御部６の情報通知機能がアンテナウェイト情報通知手段に対応する。さらに、ＲＮＣ４００のアンテナウェイト管理制御機能がアンテナウェイト情報通知手段に対応する。
【００６８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、基地局は固定アンテナウェイトで重み付けされたマルチビームを用いて移動局から送信されるランダムアクセスチャネルのプリアンブル信号を受信するので、該プリアンブル信号の受信品質を向上させることができる。また、上記プリアンブル信号受信時に選択したビームを用いて、該プリアンブル信号に続いて送信されるメッセージ信号や個別チャネルを受信するので、該メッセージ信号や個別チャネルの受信品質を向上させることができる。さらに、上記プリアンブル信号受信時に選択したビームのアンテナウェイトを用いて生成されるビームを用いて、下りリンクの共通制御チャネル、個別チャネルを送信するので、該共通制御チャネル、個別チャネルで送信される情報データ信号の受信品質を向上させることができる。これにより、上りリンク/下りリンクの両方において他ユーザからの干渉を軽減することが可能となるので、システム容量を増大させることが可能となる。
また、さらに、ＲＮＣは、基地局から通知される上記プリアンブル信号受信時に選択されたビームのアンテナウェイトに関わる情報を、下りリンクの個別チャネル設定の際に必要とされる情報とあわせて上記基地局に通知するので、基地局の処理負荷を軽減しつつ下りリンクの信号の伝送品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の概略説明図である。
【図２】図１に示す基地局の構成例を示す図である。
【図３】基地局の受信系（マルチビーム受信部）構成図である。
【図４】ＲＡＣＨのプリアンブル信号を適応アンテナアレイ受信する場合のビームパターンの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２の概略説明図である。
【図６】図５に示す実施形態２における基地局とＲＮＣ間の処理を示すフローチャートである。
【図７】角度情報とアンテナウェイト値の対応テーブルの一例を示す図である。
【図８】ビーム番号とアンテナウェイト値の対応テーブルの一例を示す図である。
【図９】ＲＡＣＨのメッセージ信号または個別チャネルを適応アンテナアレイ受信する場合のビームパターンの一例を示す図である。
【図１０】適応アンテナアレイの初期アンテナウェイトに無指向性ビームパターンまたはプリアンブル信号を受信した時のビームパターンを用いた場合におけるアンテナウェイトの収束の様子を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態３の概略説明図である。
【図１２】基地局の送信系（マルチビーム送信部）構成図である。
【図１３】図１０に示す実施形態３における基地局とＲＮＣ間の処理を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態４の概略説明図である。
【図１５】図１４に示す実施形態４における基地局とＲＮＣ間の処理（その１）を示すフローチャートである。
【図１６】図１４に示す実施形態４における基地局とＲＮＣ間の処理（その２）を示すフローチャートである。
【図１７】適応アンテナアレイダイバーシチ受信方式の基本構成図である。
【図１８】ランダムアクセス制御で用いられるランダムアクセス信号の構成の一例を示す図である。
【図１９】ＲＡＣＨのプリアンブル信号を無指向性ビームパターンで受信する場合のビームパターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１、１１、３１、４１１〜４１Ｍ アンテナ素子
２ 無線部（ＴＲＸ）
３、１７、３７ マルチビーム形成部
４、２０、３８ ビーム選択部
５ データ変復調部
６ 制御部
７ Ｒａｋｅ合成/ＳＩＲ測定部
１２、３２ アンテナ共用器
１３ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
１４ ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）
１５ ＡＤコンバータ（Ａ／Ｄ）
１６ 逆拡散部
１８ Ｒａｋｅ合成部（Ｒａｋｅ）
１９ ＳＩＲ測定部（ＳＩＲ）
２１ 復調器
３３ 大電力増幅器（ＰＡ）
３４ アップコンバータ（Ｕ／Ｃ）
３５ ＤＡコンバータ（Ｄ／Ａ）
３６ 拡散部
３９ 変調器
４２ ＲＦ無線部
４３１〜４３Ｍ マッチトフィルタ
４４ 重み係数制御部
４５１〜４５Ｍ、５１、５２ 乗算器
４６ 加算部
４７ 位相変動推定部
４８ 識別判定部
４９ 希望波信号電力対干渉信号電力測定回路
５０ 加算器
１００ 基地局（ＢＳ）
２００ アンテナ
３００、３１０ 移動局
４００ 無線ネットワーク制御局（ＲＮＣ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radio communication system, a base station, and a radio communication method using a CDMA (Code Division Multiple Access) method, and more specifically, a radio signal transmitted and received between a mobile station and a base station using a plurality of antennas. The present invention relates to a radio communication system, a base station, and a radio communication method for transmitting and receiving a directional beam.
[0002]
[Prior art]
In the W-CDMA system, which is a standard system for third generation mobile communication (3G), spread spectrum communication using a direct spreading system, so-called DS-CDMA (Direct Spread-Code Division Multiple Access) is used. This DS-CDMA is a communication system in which a plurality of users use the same frequency band, and each user is identified by a spreading code. As a spreading code for each user, for example, an orthogonal code such as a Gold code is used.
[0003]
When such DS-CDMA is used in a base station (= BS) on a mobile communication system, the interference power of other users is calculated as an average spreading factor (PG: PG) in the despreading process of the receiver of the base station. The processing gain can be reduced to a factor of one, but in the uplink (transmission of radio signals from the mobile station to the base station), since it is in an asynchronous environment, each user has instantaneous fluctuations due to independent fading, short Subject to section fluctuation and distance fluctuation. Therefore, in order for each user to satisfy the required reception quality determined by the system at the receiving end of the base station, each signal transmitted from the mobile station of each user in the cell (or sector) and received at the base station is transmitted. It is necessary to perform transmission power control to make the reception SIR (SIR: Signal to Interference power Ratio) constant, and to make the SIR at the base station reception end constant.
[0004]
Even if ideal transmission power control is performed and the SIR received at the base station is guaranteed to be constant, the spread signals are not completely orthogonal in the multipath environment of mobile communication. Absent. Therefore, it receives interference due to the cross-correlation of the power of 1 / spreading factor on an average per other user. That is, as the number of users communicating in the same frequency band increases, the power level of the interference signal increases, and the number of users (system capacity) per cell is determined by the reception characteristics determined by the required quality of the system. . Therefore, in order to further increase the capacity per cell, it is necessary to further reduce cross-correlation from other users. Therefore, an adaptive antenna array diversity reception technique has been developed as an interference suppression technique for suppressing interference.
[0005]
With adaptive antenna array diversity reception, an adaptive antenna array transmitter / receiver is installed in the base station, and the received signals of multiple antennas are multiplied by the optimum antenna weight in the uplink and then combined to create a main signal in the direction of arrival of the desired signal. This is a technique for controlling the lobe to maximize the reception SIR by forming a beam null directivity pattern in the direction of arrival of the interference wave. By applying such adaptive antenna array diversity reception technology to the base station, it is possible to reduce the interference power from the user.
[0006]
The adaptive antenna array diversity reception technique described in, for example, the document “Pilot symbol-assisted decision-directed coherent adaptive array diversity for DS-CDMA mobile radio link,” (S. Tanaka, M. Sawahashi, and F. Adachi: IEICE Trans. Fundamentals, vol.E80-A, pp.2445-2454, Dec. 1997.) Specifically, coherent adaptive antenna array diversity (CAAAD) using pilot symbols as reference signals as an algorithm for antenna weight update : Coherent Adaptive Antenna Array) reception method has been proposed.
[0007]
Here, an outline of the operation of the CAAAD receiving method will be described. FIG. 17 is a basic configuration diagram of the CAAAD receiving unit.
(Explanation of operation of CAAAD receiver)
Uplink radio frequency signals are M 411~ 41MAfter being received by the array antenna, the RF radio unit 42 limits the band and amplifies the signal, and the matched filter 431~ 43MIs output. Matched filter 431~ 43MOutputs the correlation value between the received signal and the spreading code (this process is called despreading). Signal after despreading of path # 1 of user #k at array antenna #m (m = 1, 2,..., M)
[0008]
[Expression 1]
Figure 0004038408
Antenna weight generated by the weight coefficient control unit 44
[0009]
[Expression 2]
Figure 0004038408
Multiplier 451~ 45MIs multiplied by the adder (Σ) 46 and the combined signal is demodulated. The combined received signal at this time is expressed by the following equation (1).
[0010]
[Equation 3]
Figure 0004038408
The antenna weight w is controlled so that the SIR of the combined signal is maximized. Then, the channel estimation using the pilot symbols after the reception signal synthesis is performed by the phase fluctuation estimation unit 47, and the estimated channel estimation value
[0011]
[Expression 4]
Figure 0004038408
Is used to compensate for phase fluctuations caused by fading fluctuations, and Rake synthesis is performed. The signal after Rake combining is expressed by the following equation (2).
[0012]
[Equation 5]
Figure 0004038408
In antenna weight generation, first, phase fluctuation estimation unit 47 performs phase fluctuation estimation using a known pilot symbol periodically inserted into a transmission signal, and a signal subjected to phase fluctuation compensation using this phase fluctuation estimated value is obtained. The identification determination unit 48 performs phase identification determination. Then, the difference between the signal after the phase fluctuation compensation and the signal after the phase identification determination is used as an error signal, and the antenna weight value is controlled so that the error signal is minimized. Then, the weight coefficient control unit 44 updates the weight coefficient for each symbol using the error vector and the matched filter output signal. As an antenna weight update algorithm, an LMS (Least Mean Square) or RLS (Recursive Least Squares) algorithm is used. As described above, in CAAAD reception, since a directional beam is individually formed and received for each user, it is possible to reduce interference power from other users.
[0013]
Also, in the downlink, interference power given to other users is reduced by performing directional beam transmission after compensating for amplitude and phase fluctuations generated in the radio circuit to the beam pattern formed in the uplink. It is possible to reduce the interference power from other users.
[0014]
In CAAAD reception, an antenna weight value of an omnidirectional beam pattern is generally used as an initial value of an antenna weight. In the case of this CAAAD reception, MMSE (Minimum Mean Squared Error) is used as a standard for estimating antenna weight, and adaptive control of antenna weight that minimizes mean squared error (MSE) based on MMSE control. However, in general, a certain processing delay time is required until the antenna weight value converges.
On the other hand, instead of generating an antenna weight for each user and performing beam forming, reception is performed using a plurality of beams with predetermined fixed antenna weights, and the received signal power of each beam is measured to maximize the received signal power. There is a multi-beam transmission / reception system that transmits and receives signals using beam antenna weights. Since this multi-beam reception uses an adaptive algorithm and does not involve updating the reception antenna weight as compared with CAAAD reception in which antenna weights are generated for each user and directional reception is performed, the amount of signal processing for generating antenna weights However, when the user is located at the boundary between two beams, the beam directivity error increases and the interference reduction effect decreases. Also, the document “Comparison of Adaptive Antenna Array Diversity Reception and Multi-beam Reception in W-CDMA Uplink,” (Nanami, Tanaka, Ihara, Sawahashi: IEICE, RCS2000-132, pp.29-36, Oct.2000 In the case of receiving a random access signal such as RACH (Random Access Channel) which is one of the uplink channels from the mobile station to the base station (described later), the signal length of the random access signal is compared. Therefore, it is reported that multi-beam reception is more suitable for directional beam reception that generates antenna weights for each user because the antenna weights cannot be sufficiently converged.
[0015]
Here, a method for receiving a random access signal in the CDMA mobile communication system will be described. FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a configuration of a random access signal used in random access control. This random access signal is transmitted after establishing a downlink radio link by a cell search (a process for searching for a cell to be connected, specifically, a downlink spreading code synchronization establishment process). Random access signals are transmitted in advance by defining transmission timing called an access slot (see FIG. 18A: 15 (# 1 to # 14) are provided at intervals of 5120 chips in two radio frames (10 ms)). In addition, the slotted ALOHA is performed at the timing of the access slot notified from the base station. The random access signal is transmitted by RACH using a preamble signal (4096 chip length) and a message signal (10 ms length) (see FIG. 18B). For transmission of the preamble signal, power ramping (which means increasing the transmission power of the preamble signal with a step width determined from the initial value) is used, and the transmission power is increased until the preamble signal is correctly received by the base station. Sent multiple times while increasing.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
In the random access control described above, the mobile station transmits the preamble signal a plurality of times until it can receive the AI (Acquisition Indicator) on the AICH (Acquisition Indicator Channel) indicating that it has detected the preamble signal from the base station. Repeatedly transmit and gradually increase the transmission power every time it is transmitted, but since the time from the reception of the preamble signal on the RACH to the AICH transmission is short in the base station, the adaptive antenna array is generally applied to the base station. Is difficult. Therefore, the base station receives the RACH preamble signal in an omnidirectional beam pattern. When the RACH preamble signal is received in the non-directional beam pattern as described above, there is a problem that the reception quality of the uplink random access signal is deteriorated due to interference of signals from other users (see FIG. 19).
[0017]
Further, in the downlink, when the common control channel and the dedicated channel are transmitted using the omnidirectional beam pattern, there is a problem that the reception quality of the common control channel and the dedicated channel is deteriorated.
[0018]
The present invention has been made in view of the above problems, and the problem is that the reception quality of radio channels used in uplink and downlink can be improved and the system capacity can be increased. A wireless communication system, a base station, and a wireless communication method are provided.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present inventionAccording toA plurality of base stations that form a plurality of beams using a plurality of antennas and transmit / receive information to / from the mobile station using the beams, and a plurality of base stations In the wireless communication system including the control station having jurisdiction, the base station is configured to combine a radio signal of the common channel transmitted from the mobile station by giving a fixed antenna weight to the signal for each antenna. A multi-beam receiving means for receiving the beam (multi-beam), a reception quality measuring means for measuring the reception quality of the radio signal of the common channel received by the multi-beam receiving means, and a measurement by the reception quality measuring means Based on the received quality, a beam selection means for selecting one or a plurality of beams from the plurality of beams, and one or more selected by the beam selection means It is characterized by having a preamble signal directional receiving means for receiving a preamble portion of a random access signal transmitted from the mobile station using the number of beams.
[0020]
  In addition, the present inventionAccording toIn the wireless communication system, the multi-beam receiving means includes preamble receiving means for receiving a preamble portion of a random access signal as a wireless signal of a common channel transmitted from the mobile station, and the reception quality measuring means includes the The reception SIR (Signal to Interference Ratio) of the preamble part of the random access signal received by the multi-beam receiving means is measured.
[0021]
  In addition, the present inventionAccording toIn the wireless communication system, the base station transmits a beam formed by weighting with an antenna weight used when receiving the preamble portion of the random access signal, and subsequently transmits the preamble portion of the random access signal. It is characterized by comprising message signal directivity receiving means for receiving the message part to be transmitted.
[0022]
  In addition, the present inventionAccording toIn the wireless communication system, the base station used for receiving the antenna weight used for receiving the preamble part of the random access signal or the message part transmitted following the preamble part of the random access signal. Dedicated channel information data signal directivity receiving means for receiving a dedicated channel information section transmitted after establishment of a radio link between the base station and the mobile station using a beam formed by weighting with an antenna weight It is characterized by that.
[0023]
  In addition, the present inventionAccording toIn the wireless communication system, the base station used for receiving the antenna weight used for receiving the preamble part of the random access signal or the message part transmitted following the preamble part of the random access signal. Common control channel signal directivity transmission means for transmitting an information part of a downlink common control channel transmitted after establishing a radio link with the mobile station using a beam formed by weighting with an antenna weight It is characterized by having.
[0024]
  In addition, the present inventionAccording toIn the wireless communication system, the base station uses the antenna weight used when receiving the preamble part of the random access signal and the message part transmitted following the preamble part of the random access signal. A downlink dedicated channel transmitted after establishing a radio link with the mobile station using a beam formed by weighting with the antenna weight or the antenna weight used when receiving the uplink dedicated channel It is characterized by comprising dedicated channel signal directivity transmitting means for transmitting the information part.
[0025]
  In addition, the present inventionAccording toIn the wireless communication system, the base station includes antenna weight information notifying means for notifying a control station of information related to an antenna weight used when receiving a preamble portion of a random access signal transmitted from the mobile station. The control station comprises antenna weight information notifying means for notifying the base station of the information of the antenna weight when setting of a downlink dedicated channel is required, and the base station includes the antenna Based on the information related to the weight, a beam is formed and the downlink dedicated channel is transmitted.
[0026]
  In addition, the present inventionAccording toIn the wireless communication system, the antenna weight information notifying unit sets antenna weight value information or angle information corresponding to the antenna weight or a beam number corresponding to the angle direction as information related to the antenna weight. It is characterized in that at least one piece of information defining the relationship between the weight value and the beam number is notified to the control station.
[0027]
According to the configuration of the present invention, the base station prepares multi-beams generated with fixed antenna weights, selects one or more of the multi-beams, and transmits a random access channel preamble transmitted from the mobile station. Since the signal is received, the reception quality of the preamble signal can be improved. In addition, since the message signal transmitted following the preamble signal is received using the beam selected when the preamble signal is received, the reception quality of the message signal can be improved. Furthermore, since the uplink dedicated channel is received using the beam selected when the preamble signal is received, the reception quality of the information data signal transmitted through the dedicated channel can be improved.
[0028]
Further, since the downlink common control channel and dedicated channel are transmitted using the beam generated using the antenna weight of the beam selected at the time of receiving the preamble signal, transmission is performed on the common control channel and dedicated channel. The reception quality of information data signals can be improved. As a result, it is possible to reduce interference from other users in both the uplink and the downlink, so that the system capacity can be increased.
In addition, the control station sends information related to the antenna weight of the beam selected at the time of receiving the preamble signal notified from the base station to the base station together with information necessary for setting the downlink dedicated channel. Since the notification is made, the transmission quality of the downlink signal can be improved while reducing the processing load on the base station. Moreover, it is possible to reduce the amount of information transmission between the base station and the mobile station by using predetermined angle information and beam numbers as the information related to the antenna weight.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
(Embodiment 1)
A schematic explanatory diagram of Embodiment 1 of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a beam pattern when a base station (= BS) 100 receives RACH preamble signals from mobile stations 300 and 310 using a multi-beam with a fixed antenna weight. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the base station 100.
[0031]
In FIG. 2, this base station 100 includes an array antenna unit 1 formed by a plurality of antenna elements, a radio unit (TRX) 2, a multi-beam forming unit 3, a beam selection unit 4, a data modulation / demodulation unit 5, a control unit 6, Rake synthesis / SIR measurement unit 7.
[0032]
First, the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2, and then the details will be described with reference to FIG.
[0033]
In FIG. 2, the multi-beam forming unit 3 shows a multi-beam weighted with a fixed antenna weight (beams # 1 to #n, in this example, an example in which four beams (beams # 1 to # 4 are generated). Are formed in advance, and RACH preamble signals transmitted from mobile stations (= MS: Mobile Stations) 300 and 400 at an arbitrary timing are received by beams # 1 to # 4 (by the radio unit 2). (Received signal after despreading) The received signal received by the multi-beam forming unit 3 is subjected to Rake combining by the Rake combining / SIR measuring unit 7, and then received signal power to interference power ratio SIR (Signal to Interference Ratio). And one or more beams having the largest received SIR are selected in the beam selector 4. Then, the received signal received by the selected beam is Received data is obtained by being demodulated by being input to the data modulator / demodulator 5. The operation during transmission will be described later.
[0034]
FIG. 3 is a configuration diagram of the receiving system (multi-beam receiving unit) of base station 100 shown in FIG. Note that the antenna duplexer 12 to the despreading unit 16 in the figure corresponds to the reception function of the radio unit 2 in FIG. 2, and the Rake combining unit 18 and the SIR measuring unit 19 correspond to the Rake combining / SIR measuring unit 7 in FIG. To do. The demodulator 21 corresponds to the demodulation function of the data modulator / demodulator 5 in FIG.
[0035]
(Explanation of multi-beam receiver operation)
In FIG. 3, in this multi-beam receiving unit, a RACH preamble signal is received using an array antenna composed of a plurality of element antennas (# 1 to #M) 11, and only the received wave is separated by the antenna duplexer 12. And amplified by a low noise amplifier (LNA) 13. The antenna output signal output from the LNA 13 is frequency converted by the down converter 14 and converted to a digital signal by the AD converter 15. Thereafter, the signal is despread by the despreading unit 16 and input to the multi-beam forming unit 17. The multi-beam forming unit 17 performs beam forming on the uplink antenna output signal after despreading, electrically forms a multi-beam, and outputs the multi-beam to the Rake combining unit 18. The SIR measuring unit 19 measures the received SIR of each path of the antenna output signal subjected to the Rake combining by the Rake combining unit 18. The beam selection unit (selector) 20 selects one or a plurality of reception signals that maximize the reception SIR after Rake combining, demodulates the signals by the demodulator 21, and outputs reproduction data. Here, the form in which the received SIR after Rake combining is directly measured has been described, but a method may be used in which the received SIR of each path is measured and added to obtain the SIR after Rake combining equivalently.
[0036]
Returning to FIG. 1, for example, the RACH preamble signal radiated from the i-th user (= mobile station of user # 2) existing in the direction of beam # 1 in FIG. The beam B1 to Bn is output from the multi-beamformer 14, but the reception SIR of the beam B1 is larger than the other beams B2 to Bn. Thereafter, the beam B1 is selected by the beam selection unit 20 (in this example, a case where one beam is selected is shown, but a plurality of beams may be selected. As a beam selection method, for example, reception SIR is selected. Top L of (However, L <#N) Select the number of beams) The received data of user # 2 is demodulated. As described above, according to the multi-beam receiving unit, an optimum beam is selected for each user, so that the reception quality of the preamble signal for each user can be improved. The operation of the multi-beam transmission unit will be described later.
[0037]
In the above example, the form in which the RACH preamble signals from the mobile stations 300 and 310 are received by multi-beams is shown. However, even if an adaptive antenna array (see FIG. 17) capable of forming an arbitrary pattern is applied to the base station 100. Good. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a beam pattern when an RACH preamble signal is received by an adaptive antenna array. In the case of this example, the antenna weight for controlling the beam pattern is adaptively determined so as to maximize the reception SIR of each RACH preamble signal received for each element antenna of the array antenna 200. While increasing the beam gain in the wave direction, the interference from other user signals coming from different angles is reduced (in FIG. 4, the beam is formed by increasing the gain in the direction of user # 1 (or user # 2)) Since beam null can be formed in the direction of user # 2 (or user # 1), which is another user, it is possible to improve the reception quality of the preamble signal as described above.
[0038]
(Embodiment 2)
FIG. 5 shows a schematic explanatory diagram of Embodiment 2 of the present invention. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a beam pattern when the base station 100 receives a RACH message signal from the mobile stations 300 and 310 or an information data signal (hereinafter referred to as data) transmitted by a dedicated channel by multibeam. It is. Here, a case where a preamble signal is received by multi-beams is shown.
[0039]
In FIG. 5, the base station 100 receives the RACH preamble signal from the mobile stations 300 and 310 using the array antenna 200 and then uses the beam selected here to transmit a message signal subsequent to the preamble signal. Alternatively, multi-beam reception of data transmitted through a dedicated channel is performed. Thereby, compared with the case of receiving an omnidirectional beam, the reception quality of the data transmitted by the message signal or the dedicated channel can be improved.
[0040]
In the above-described example, the message signal or the data of the dedicated channel is received using the directional beam used for the preamble signal reception. However, the present invention is not limited to this. For example, information (antenna weight value, angle information, beam number, etc.) related to the antenna weight value of the beam selected after the base station 100 receives the preamble signal by multi-beams is used as a radio network control station (RNC: RNC: (Radio Network Controller) 400 may be notified and antenna weight information necessary for directional beam reception may be acquired from RNC 400 when an individual channel (communication channel) is set.
[0041]
FIG. 6 is a flowchart showing processing between base station 100 and RNC 400 in the second embodiment.
[0042]
In FIG. 6, the base station 100 receives the directional beam of the RACH preamble signal from the mobile stations 300 and 310 by multi-beam reception (S1), and then uses the antenna weight used when receiving the directional beam of the RACH preamble signal. Information about the value is notified to the RNC 400 (S2). Thereafter, when the RNC 400 determines that the base station 100 needs to set up an individual channel with the mobile stations 300 and 310, the RNC 400 notifies the base station 100 of the information on the antenna weight value that is held ( S3). The base station 100 generates an antenna weight value based on the information about the antenna weight value notified from the RNC 400 (S4), and uses the directional beam formed by weighting with the antenna weight value, and uses the directional beam to form an uplink message. Directional beam reception (S5) of a signal or data transmitted by a dedicated channel is performed.
[0043]
The information related to the antenna weight value is basically an ideal phase value and amplitude value desired to be given to each antenna element. For example, as shown in FIGS. 7 and 8, angle information (+ 45 °, +15 A table in which the antenna weight value is associated with the angle (°, −15 °, −45 °) and the beam number (# 1 to # 4) is prepared in advance, and the angle information and the beam number are used as a base instead of the antenna weight value. By notifying the RNC 400 from the station 100, the amount of transmission information between them can be reduced. Here, the antenna weight value is a combination of a phase value and an amplitude value.
[0044]
[Formula 6]
Figure 0004038408
And
[0045]
In the above example, the RACH message signal from the mobile stations 300 and 310 or the data transmitted by the dedicated channel is multi-beam received by the base station 100. However, instead of multi-beam reception, FIG. By receiving the adaptive antenna array as shown, the same effect as described above can be obtained, and the antenna weight can be converged at high speed (see FIG. 9).
[0046]
FIG. 10 is a diagram illustrating how antenna weights converge when an omnidirectional beam pattern or a beam pattern when a preamble signal is received is used as the initial antenna weight of the adaptive antenna array.
[0047]
FIG. 4A shows the state of convergence of the received beam pattern of user # 1 when an omnidirectional beam pattern is used as the initial antenna weight of the adaptive antenna array, and FIG. 4B shows the adaptive antenna array. FIG. 7 shows how the received beam pattern of user # 1 converges when a beam pattern when a preamble signal is received as a directional beam is used as the initial antenna weight. In FIGS. 2A and 2B, the vertical axis indicates the relative gain [dB] of the antenna, the horizontal axis indicates the angle [deg] of the antenna, and (1) to (3) indicate the passage of time. Also, the arrows in the figure indicate the directions of users # 1 and # 2. The convergence of the antenna weight is regarded as a point at which the increase in the directivity gain (relative gain) of the beam in the user direction (here, user # 1) is almost maximized.
[0048]
When an omnidirectional pattern is used as the initial value of the antenna weight, as indicated by (1) to (3) in FIG. 5 (a), it takes time to increase the relative gain of the beam formed in the user # 1 direction. Even at the time of (3) (it takes time to converge), it has not converged.
[0049]
On the other hand, when the beam pattern used for receiving the directional beam of the preamble is used as the initial value of the antenna weight, as indicated by (1) to (3) in FIG. The increase in the relative gain of the beam formed in the # 1 direction is almost maximized and converges. At the same time, a deep beam null is formed in the direction of the user # 2.
[0050]
In this way, the antenna weight used for receiving the directional beam of the preamble signal is used as the initial value of the antenna weight at the time of receiving the adaptive antenna array, so that the antenna weight is converged with the omnidirectional beam pattern as the initial value. Thus, the antenna weight convergence can be speeded up, and the reception quality of the RACH message signal or dedicated channel can be improved.
[0051]
Similarly to the case of FIG. 5 described above, information (antenna weight value, angle information, beam number, etc.) regarding the antenna weight value used by the base station 100 for multi-beam reception of the preamble signal when the adaptive antenna array is received is the RNC 400. When the dedicated channel is set, information regarding the antenna weight value necessary for directional beam reception may be acquired from the RNC 400. In this case, the same effect as described above can be obtained.
[0052]
So far, directional beam reception in the uplink has been described, but hereinafter, the case where the present invention is applied to the downlink will be described.
[0053]
(Embodiment 3)
FIG. 11 is a schematic explanatory diagram of Embodiment 3 of the present invention. FIG. 11 shows an example of a beam pattern in a case where a downlink common control channel is continuously transmitted with a directional beam by multi-beam transmission after establishing a radio link between the base station 100 and the mobile stations 300 and 310 by random access. FIG. The directional beam transmission in this example is performed by the transmission system (multi-beam transmission unit) of the base station 100.
[0054]
First, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 2, and then details will be described with reference to FIG.
[0055]
In FIG. 2, the transmission data signal modulated by the data modulation / demodulation unit 5 is transmitted by a beam formed by weighting with the antenna weight information of the beam selected by the beam selection unit 4 when receiving the preamble signal (details are given). By the following).
[0056]
FIG. 12 is a configuration diagram of the transmission system (multi-beam transmission unit) of base station 100 shown in FIG. Note that the antenna duplexer 32 to the spreader 36 in the figure correspond to the transmission function of the radio unit 2 in FIG.
Hereinafter, the operation of the multi-beam transmission unit will be described with reference to FIG.
[0057]
(Explanation of multi-beam transmitter operation)
In FIG. 12, the transmission data is modulated by the modulator 39, and the beam having the maximum reception SIR upon reception of the preamble signal or message signal is selected by the beam selection unit. Thereafter, the transmission signal is multiplied by an antenna weight corresponding to the beam selected by the beam selection unit 38 in the multi-beam forming unit 37, subjected to downlink transmission beam forming, and input to the spreading unit 36, where it is spread modulated. After being converted to an analog signal by the DA converter 35, the frequency is converted to a radio frequency by the up converter (U / C) 34. Then, it is amplified by the high power amplifier (PA) 33, and only the transmission wave is separated by the antenna duplexer 32 and radiated from the antenna elements (# 1 to #M) 31. That is, in the downlink beamforming, a transmission beam corresponding to the same direction as the reception beam having the maximum received SIR uplink preamble signal is selected and radiated by the beam selection unit 38. As a result, it is possible to reduce interference from other users in both the uplink and the downlink, so that the system capacity can be increased.
[0058]
FIG. 13 is a flowchart showing processing between the base station 100 and the RNC 400 according to the third embodiment. Hereinafter, processing between the base station 100 and the RNC 400 shown in FIG. 13 will be described with reference to FIG.
[0059]
In FIG. 13, after receiving a directional beam reception by multi-beam reception of the RACH preamble signal (S11), the base station 100 notifies the RNC 400 of information on the antenna weight value used when receiving the directional beam of the RACH preamble signal. (S12). Thereafter, the RNC 400 relates to the antenna weight value when the base station 100 needs to set a downlink common control channel (for example, FACH (Forward Access Channel) or the like) with the mobile stations 300 and 310. Information is notified to the base station 100 (S13). The base station 100 generates an antenna weight value based on the information about the antenna weight value notified from the RNC 400 (S14), and uses the beam pattern formed by weighting with the antenna weight value, and the downlink common control channel Is transmitted in a directional manner (S15). Thereby, the reception quality of the common control channel can be improved. In the above example, the downlink common control channel is transmitted in the directional beam using the antenna weight used when receiving the directional beam of the RACH preamble signal. However, the transmission is performed following the RACH preamble signal. The antenna weight when the directional beam is received for the message signal may be used as the antenna weight for forming the downlink common control channel transmission beam.
[0060]
In the above example, the base station 100 has shown the form in which the antenna weight value is generated (S14) based on the information about the antenna weight value notified from the RNC 400, but the present invention is limited to such an embodiment. It is not a thing. For example, in the base station 100, a storage unit such as a buffer for storing information on the antenna weight value is provided, and the antenna weight value is obtained by extracting the antenna weight information from the storage unit at a predetermined timing when the RNC allocates downlink radio resources. It may be in the form of generating.
[0061]
In the above example, the downlink common control channel by multi-beam transmission of the base station 100 is directional beam transmission. However, the adaptive antenna array described in FIG. 9 may be used instead of the multi-beam transmission. In that case, the effect of improving the reception quality of the common control channel can be obtained as described above.
[0062]
(Embodiment 4)
FIG. 14 is a schematic explanatory diagram of Embodiment 4 of the present invention. FIG. 14 shows a beam pattern in the case where a radio link between the base station 100 and the mobile stations 300 and 310 is established by random access, and then data of the downlink dedicated channel is transmitted by directional beam using adaptive antenna array transmission. It is a figure which shows an example. FIG. 15 is a flowchart showing processing between the base station 100 and the RNC 400 according to the third embodiment. Hereinafter, processing between the base station 100 and the RNC 400 will be described with reference to FIG.
[0063]
In FIG. 15, the base station 100 receives the directional beam of the RACH preamble signal by adaptive antenna array reception (S21), and then transmits information on the antenna weight value used when receiving the directional beam of the RACH preamble signal to the RNC 400. (S22). Thereafter, when the base station 100 needs to set a downlink dedicated channel with the mobile stations 300 and 310, the RNC 400 notifies the base station 100 of information on the antenna weight value (S23). The base station 100 generates an antenna weight value based on the information about the antenna weight value notified from the RNC 400 (S24), and uses the beam pattern formed by weighting with the antenna weight value, and uses the beam pattern formed in the downlink dedicated channel. Is transmitted in a directional manner (S25). Thereby, the reception quality of an individual channel can be improved.
[0064]
FIG. 16 is a flowchart showing a modified example of processing between the base station 100 and the RNC 400 according to the third embodiment.
[0065]
In FIG. 16, the base station 100 receives the directional beam of the RACH preamble signal by adaptive antenna array reception (S31), and then continuously transmits the uplink dedicated channel data transmitted from the mobile stations 300 and 310 with directivity. After the beam reception (S32), the RNC 400 is notified of information related to the antenna weight value used when receiving the directional beam of the dedicated channel (S33). Thereafter, when the base station 100 needs to set a downlink dedicated channel with the mobile stations 300 and 310, the RNC 400 notifies the base station 100 of information on the antenna weight value (S34). The base station 100 generates an antenna weight value based on the information on the antenna weight value notified from the RNC 400 (S35), and uses the beam pattern formed by weighting with the antenna weight value, and uses the beam pattern formed in the downlink dedicated channel. Is transmitted in a directional manner (S36). As a result, the dedicated channel in the downlink is transmitted in a directional beam, so that the reception quality of the dedicated channel in the mobile stations 300 and 310 can be improved.
[0066]
In the above example, the reception function of the radio unit 2 and the multi-beam forming unit 3 of the base station 100 is multi-beam receiving means, preamble signal directivity receiving means, message signal directivity receiving means, dedicated channel information data signal directivity receiving means, Corresponding to the preamble receiving means, the transmitting function of the radio unit 2 and the multi-beam forming unit 3 corresponds to the common control channel signal directivity transmitting means and the individual channel signal directivity transmitting means, and the beam selecting function of the beam selecting unit 4 Corresponds to the beam selection means, and the reception quality measurement function of the Rake combining / SIR measurement unit 7 corresponds to the reception quality measurement means.
[0067]
Further, the information notification function of the control unit 6 of the base station 100 corresponds to the antenna weight information notification means. Furthermore, the antenna weight management control function of the RNC 400 corresponds to antenna weight information notification means.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the base station receives the preamble signal of the random access channel transmitted from the mobile station using the multi-beam weighted with the fixed antenna weight, and therefore receives the preamble signal. Quality can be improved. Further, since the message signal and the dedicated channel transmitted following the preamble signal are received using the beam selected when the preamble signal is received, the reception quality of the message signal and the dedicated channel can be improved. Further, since the downlink common control channel and dedicated channel are transmitted using the beam generated using the antenna weight of the beam selected at the time of receiving the preamble signal, information transmitted on the common control channel and dedicated channel is transmitted. The reception quality of the data signal can be improved. As a result, it is possible to reduce interference from other users in both the uplink and the downlink, so that the system capacity can be increased.
Further, the RNC combines the information related to the antenna weight of the beam selected at the time of receiving the preamble signal notified from the base station together with the information required when setting the dedicated channel for the downlink. Therefore, the transmission quality of the downlink signal can be improved while reducing the processing load on the base station.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a base station illustrated in FIG. 1;
FIG. 3 is a configuration diagram of a receiving system (multi-beam receiving unit) of a base station.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a beam pattern when an RACH preamble signal is received by an adaptive antenna array;
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of Embodiment 2 of the present invention.
6 is a flowchart showing processing between a base station and an RNC in Embodiment 2 shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a correspondence table between angle information and antenna weight values;
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a correspondence table between beam numbers and antenna weight values.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a beam pattern when an adaptive antenna array is received for a RACH message signal or a dedicated channel.
FIG. 10 is a diagram illustrating how antenna weights converge when an omnidirectional beam pattern or a beam pattern when a preamble signal is received is used as the initial antenna weight of the adaptive antenna array.
FIG. 11 is a schematic explanatory diagram of Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram of a transmission system (multi-beam transmission unit) of a base station.
FIG. 13 is a flowchart showing processing between the base station and the RNC in the third embodiment shown in FIG.
FIG. 14 is a schematic explanatory diagram of Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 15 is a flowchart showing a process (No. 1) between the base station and the RNC in the fourth embodiment shown in FIG. 14;
FIG. 16 is a flowchart showing a process (No. 2) between the base station and the RNC in the fourth embodiment shown in FIG. 14;
FIG. 17 is a basic configuration diagram of an adaptive antenna array diversity reception method;
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a configuration of a random access signal used in random access control.
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a beam pattern when a RACH preamble signal is received using an omnidirectional beam pattern;
[Explanation of symbols]
1, 11, 31, 411~ 41M  Antenna element
2 Radio section (TRX)
3, 17, 37 Multi-beam forming section
4, 20, 38 Beam selector
5 Data modulator / demodulator
6 Control unit
7 Rake synthesis / SIR measurement unit
12, 32 Antenna duplexer
13 Low noise amplifier (LNA)
14 Down converter (D / C)
15 AD converter (A / D)
16 Despreading section
18 Rake combiner (Rake)
19 SIR Measurement Unit (SIR)
21 Demodulator
33 High Power Amplifier (PA)
34 Upconverter (U / C)
35 DA converter (D / A)
36 Diffusion part
39 Modulator
42 RF radio section
431~ 43M  Matched filter
44 Weight coefficient control unit
451~ 45M, 51, 52 Multiplier
46 Adder
47 Phase fluctuation estimation unit
48 Identification and determination unit
49 Measurement circuit for desired signal power versus interference signal power
50 adder
100 Base station (BS)
200 antenna
300, 310 Mobile station
400 Radio Network Control Station (RNC)

Claims (16)

移動局と、複数のアンテナを用いて複数のビームを形成し該ビームを用いて前記移動局との間で無線を介して情報の送受信を行う基地局とを含む無線通信システムにおいて、
前記基地局は、
前記移動局から送信されるランダムアクセス信号のプリアンブル部を、前記アンテナ毎の信号に固定的なアンテナウェイトを与えて合成される複数のビーム（マルチビーム）を用いて受信するマルチビーム受信手段と、
前記マルチビーム受信手段により受信した前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部の各パスの受信品質を測定し、測定した各パスの受信品質を加算することにより等価的にＲａｋｅ合成後の受信品質を求める受信品質測定手段と、
前記受信品質測定手段により測定したＲａｋｅ合成後の受信品質に基づいて、前記複数のビームの中から上位１又は複数のビームを選択するビーム選択手段と、
前記ビーム選択手段により選択された１又は複数のビームを用いて前記移動局から送信されるランダムアクセス信号のプリアンブル部を受信するプリアンブル信号指向性受信手段
を備えたことを特徴とする無線通信システム。In a wireless communication system including a mobile station and a base station that forms a plurality of beams using a plurality of antennas and transmits and receives information to and from the mobile station using the beams,
The base station
Multi-beam receiving means for receiving a preamble portion of a random access signal transmitted from the mobile station using a plurality of beams (multi-beams) synthesized by giving a fixed antenna weight to the signal for each antenna;
The multi-beam the received by the receiving means measures the reception quality of each path in the preamble portion of the random access signal, the reception quality to determine the reception quality after equivalently Rake combining by adding the reception quality of each path measured Measuring means;
Beam selecting means for selecting one or more upper beams from the plurality of beams based on the reception quality after Rake combining measured by the reception quality measuring means;
A radio communication system comprising preamble signal directivity receiving means for receiving a preamble part of a random access signal transmitted from the mobile station using one or a plurality of beams selected by the beam selecting means. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
前記受信品質測定手段は、前記マルチビーム受信手段により受信されたランダムアクセス信号のプリアンブル部の受信ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）を測定することを特徴とする無線通信システム。The wireless communication system according to claim 1, wherein
The wireless communication system, wherein the reception quality measuring means measures a reception SIR (Signal to Interference Ratio) of a preamble portion of a random access signal received by the multi-beam receiving means. 請求項１又は２記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、該ランダムアクセス信号のプリアンブル部に続いて送信されるメッセージ部を受信するメッセージ信号指向性受信手段
を備えたことを特徴とする無線通信システム。The wireless communication system according to claim 1 or 2,
The base station receives a message part transmitted following the preamble part of the random access signal using a beam formed by weighting with the antenna weight used when the preamble part of the random access signal is received. A wireless communication system comprising message signal directivity receiving means. 請求項１乃至３いずれか記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、前記基地局と前記移動局間の無線リンク確立後に送信される上りリンクの個別チャネルの情報部を受信する個別チャネル情報データ信号指向性受信手段
を備えたことを特徴とする無線通信システム。The wireless communication system according to any one of claims 1 to 3,
The base station transmits an uplink transmitted after establishment of a radio link between the base station and the mobile station using a beam formed by weighting with an antenna weight used when the preamble part of the random access signal is received. A wireless communication system comprising: dedicated channel information data signal directivity receiving means for receiving an information section of each dedicated channel. 請求項１乃至４いずれか記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイト又は前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部に続いて送信されるメッセージ部の受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、前記移動局との間で無線リンクを確立した後に送信される下りリンクの共通制御チャネルの情報部を送信する共通制御チャネル信号指向性送信手段
を備えたことを特徴とする無線通信システム。The wireless communication system according to any one of claims 1 to 4,
The base station is formed by weighting with the antenna weight used when the preamble part of the random access signal is received or the antenna weight used when the message part transmitted following the preamble part of the random access signal is received. And a common control channel signal directivity transmitting means for transmitting a downlink common control channel information section transmitted after establishing a radio link with the mobile station using a beam to be transmitted. Wireless communication system. 請求項１乃至５いずれか記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイト又は前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部に続いて送信されるメッセージ部の受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、前記移動局との間で無線リンクを確立した後に送信される下りリンクの個別チャネルの情報部を送信する個別チャネル信号指向性送信手段
を備えたことを特徴とする無線通信システム。The wireless communication system according to any one of claims 1 to 5,
The base station is formed by weighting with the antenna weight used when the preamble part of the random access signal is received or the antenna weight used when the message part transmitted following the preamble part of the random access signal is received. And a dedicated channel signal directivity transmitting means for transmitting a downlink dedicated channel information section transmitted after establishing a radio link with the mobile station using a beam to be transmitted. Communications system. 請求項１乃至６いずれか記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局を管轄する制御局
を備え、
前記基地局は、前記移動局より送信されるランダムアクセス信号のプリアンブル部の受信の際に用いたアンテナウェイトに関わる情報を前記制御局に通知するアンテナウェイト情報通知手段
を備え、
前記制御局は、下りリンクの個別チャネルの設定が必要となった際に、前記基地局に対し、前記アンテナウェイトの情報を通知するアンテナウェイト情報通知手段
を備え、
前記基地局は、前記アンテナウェイトに関わる情報に基づいて、ビームを形成して前記下りリンクの個別チャネルを送信することを特徴とする無線通信システム。The wireless communication system according to any one of claims 1 to 6,
A control station having jurisdiction over the base station,
The base station comprises antenna weight information notifying means for notifying the control station of information related to the antenna weight used when receiving the preamble part of the random access signal transmitted from the mobile station,
The control station comprises antenna weight information notifying means for notifying the base station of the information of the antenna weight when it is necessary to set a downlink dedicated channel,
The base station forms a beam based on information related to the antenna weight and transmits the downlink dedicated channel. 請求項７記載の無線通信システムにおいて、
前記アンテナウェイト情報通知手段は、前記アンテナウェイトに関わる情報として、アンテナウェイト値の情報又はアンテナのウェイトに相当する角度情報又は角度方向に対応したビーム番号を設定してアンテナウェイト値と該ビーム番号との関係を定義した情報の少なくとも１つを前記制御局に通知することを特徴とする無線通信システム。The wireless communication system according to claim 7, wherein
The antenna weight information notifying means sets information on the antenna weight, angle information corresponding to the antenna weight, or beam number corresponding to the angle direction, and sets the antenna weight value and the beam number. A wireless communication system characterized by notifying the control station of at least one of pieces of information defining the relationship. 複数のアンテナを用いて複数のビームを形成し、該ビームを用いて移動局との間で無線を介して情報の送受信を行う基地局において、
前記移動局から送信されるランダムアクセス信号のプリアンブル部を、前記アンテナ毎の信号に固定的なアンテナウェイトを与えて合成される複数のビーム（マルチビーム）を用いて受信するマルチビーム受信手段と、
前記マルチビーム受信手段により受信した前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部の各パスの受信品質を測定し、測定した各パスの受信品質を加算することにより等価的にＲａｋｅ合成後の受信品質を求める受信品質測定手段と、
前記受信品質測定手段により測定したＲａｋｅ合成後の受信品質に基づいて、前記複数のビームの中から上位１又は複数のビームを選択するビーム選択手段と、
前記ビーム選択手段により選択された１又は複数のビームを用いて前記移動局から送信されるランダムアクセス信号のプリアンブル部を受信するプリアンブル信号指向性受信手段
を備えたことを特徴とする基地局。In a base station that forms a plurality of beams using a plurality of antennas and transmits and receives information to and from a mobile station using the beams,
Multi-beam receiving means for receiving a preamble portion of a random access signal transmitted from the mobile station using a plurality of beams (multi-beams) synthesized by giving a fixed antenna weight to the signal for each antenna;
The multi-beam the received by the receiving means measures the reception quality of each path in the preamble portion of the random access signal, the reception quality to determine the reception quality after equivalently Rake combining by adding the reception quality of each path measured Measuring means;
Beam selecting means for selecting one or more upper beams from the plurality of beams based on the reception quality after Rake combining measured by the reception quality measuring means;
A base station comprising preamble signal directivity receiving means for receiving a preamble part of a random access signal transmitted from the mobile station using one or a plurality of beams selected by the beam selecting means. 請求項９記載の基地局において、
前記受信品質測定手段は、前記マルチビーム受信手段により受信されたランダムアクセス信号のプリアンブル部の受信ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）を測定することを特徴とする基地局。The base station according to claim 9, wherein
The base station characterized in that the reception quality measuring means measures a reception SIR (Signal to Interference Ratio) of a preamble part of a random access signal received by the multi-beam receiving means. 請求項９又は１０記載の基地局において、
前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、該ランダムアクセス信号のプリアンブル部に続いて送信されるメッセージ部を受信するメッセージ信号指向性受信手段を備えたことを特徴とする基地局。In the base station according to claim 9 or 10,
Message signal directional reception for receiving a message part transmitted following the preamble part of the random access signal using a beam formed by weighting with the antenna weight used when the preamble part of the random access signal is received A base station comprising means. 請求項９乃至１１いずれか記載の基地局において、
前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、前記基地局と前記移動局間の無線リンク確立後に送信される個別チャネルの情報部を受信する上りリンクの個別チャネル情報データ信号指向性受信手段を備えたことを特徴とする基地局。The base station according to any one of claims 9 to 11,
The information part of the dedicated channel transmitted after the radio link is established between the base station and the mobile station is received using the beam formed by weighting with the antenna weight used when the preamble part of the random access signal is received. A base station comprising uplink dedicated channel information data signal directivity receiving means. 請求項９乃至１２いずれか記載の基地局において、
前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイト又は前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部に続いて送信されるメッセージ部の受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、前記移動局との間で無線リンクを確立した後に送信される下りリンクの共通制御チャネルの情報部を送信する共通制御チャネル信号指向性送信手段を備えたことを特徴とする基地局。The base station according to any one of claims 9 to 12,
Using a beam formed by weighting with the antenna weight used when receiving the preamble part of the random access signal or the antenna weight used when receiving the message part transmitted following the preamble part of the random access signal A base station comprising a common control channel signal directivity transmission means for transmitting an information part of a downlink common control channel transmitted after establishing a radio link with the mobile station. 請求項９乃至１３いずれか記載の基地局において、
前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部受信の際に用いたアンテナウェイト又は前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部に続いて送信されるメッセージ部の受信の際に用いたアンテナウェイトで重み付けされて形成されるビームを用いて、前記移動局との間で無線リンクを確立した後に送信される下りリンクの個別チャネルの情報部を送信する個別チャネル信号指向性送信手段を備えたことを特徴とする基地局。The base station according to any one of claims 9 to 13,
Using a beam formed by weighting with the antenna weight used when receiving the preamble part of the random access signal or the antenna weight used when receiving the message part transmitted following the preamble part of the random access signal A base station comprising dedicated channel signal directivity transmitting means for transmitting a downlink dedicated channel information section transmitted after establishing a radio link with the mobile station. 移動局と、複数のアンテナを用いて複数のビームを形成し、該ビームを用いて前記移動局との間で無線を介して情報の送受信を行う基地局とにより構成され、基地局で形成される指向性ビームを用いて移動局との間で通信を行うＣＤＭＡ方式の無線通信方法において、
前記基地局は、
前記移動局から送信されるランダムアクセス信号のプリアンブル部を、前記アンテナ毎の信号に固定的なアンテナウェイトを与えて合成される複数のビーム（マルチビーム）を用いて受信し、
受信した前記ランダムアクセス信号のプリアンブル部の各パスの受信品質を測定し、測定した各パスの受信品質を加算することにより等価的にＲａｋｅ合成後の受信品質を求め、求めたＲａｋｅ合成後の受信品質に基づいて、前記複数のビームの中から上位１又は複数のビームを選択し、
前記選択された１又は複数のビームを用いて前記移動局から送信されるランダムアクセス信号のプリアンブル部を受信し、
前記移動局より送信されるランダムアクセス信号のプリアンブル部の受信の際に用いたアンテナウェイトに関わる情報を制御局に通知し、
前記制御局は、下りリンクの個別チャネルの設定が必要となった際に、前記基地局に対し、前記アンテナウェイトの情報を通知し、
前記基地局は、前記アンテナウェイトに関わる情報に基づいて、ビームを形成して前記下りリンクの個別チャネルを送信することを特徴とする無線通信方法。It is composed of a mobile station and a base station that forms a plurality of beams using a plurality of antennas and transmits / receives information to / from the mobile station via the radio, and is formed by the base station. In a CDMA wireless communication method for communicating with a mobile station using a directional beam,
The base station
Receiving a preamble portion of a random access signal transmitted from the mobile station using a plurality of beams (multi-beams) synthesized by giving a fixed antenna weight to the signal for each antenna;
The reception quality of each path of the preamble portion of said received random access signal is measured, equivalently calculated reception quality after Rake combining by adding the reception quality of each path measured, received after Rake combining the obtained Based on the quality, select the top one or more of the plurality of beams,
Receiving a preamble portion of a random access signal transmitted from the mobile station using the selected beam or beams;
Notifying the control station of information related to the antenna weight used when receiving the preamble part of the random access signal transmitted from the mobile station,
When the control station needs to set a downlink dedicated channel, the control station notifies the base station of the antenna weight information,
The base station forms a beam based on information related to the antenna weight, and transmits the downlink dedicated channel. 請求項１５記載の無線通信方法において、
前記基地局は、前記アンテナウェイトに関わる情報として、アンテナウェイト値の情報又はアンテナのウェイトに相当する角度情報又は角度方向に対応したビーム番号を設定してアンテナウェイト値と該ビーム番号との関係を定義した情報の少なくとも１つを前記制御局に通知することを特徴とする無線通信方法。The wireless communication method according to claim 15, wherein
The base station sets, as information related to the antenna weight, information on the antenna weight or angle information corresponding to the antenna weight or a beam number corresponding to the angle direction, and determines the relationship between the antenna weight value and the beam number. A wireless communication method characterized by notifying the control station of at least one of defined information.
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