JP4280657B2 - アレーアンテナのビーム形成方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、アレーアンテナのビーム形成方法及びその装置に関し、特に、ヌルフォーミング法を用いてビーム形成を行うアレーアンテナのビーム形成方法及びその装置に関する。

広帯域無線通信においては、送信電力の制限による伝送帯域幅の増大に伴うサービス半径の縮小が問題となる。特にセルラーシステムでは移動局側の送信電力に最大数百ミリワット程度の制限が設けられるため、第３世代（３Ｇ）以降の広帯域無線システムでは上下非対称通信がサポートされている。移動局から基地局への上りリンクの伝送帯域幅を基地局から移動局への下りリンクに対して小さくとることによって、移動局のピーク送信電力を低減させるとしても、伝送速度つまりは伝送帯域幅を数十〜数百倍に拡大するため、セル半径（サービス半径）をそのまま維持することは困難である。

例えば、非特許文献１によれば、３Ｇ（ｆｃ＝２ＧＨｚにおける伝送速度３８４ｋｂｐｓ）と、現在検討が開始されている次世代移動通信システム、つまり４Ｇ（ｆｃ＝５ＧＨｚにおける伝送速度１００Ｍｂｐｓ）の公衆サービスを比較すると「ｆｃ^２．６×Ｒａｔｅ」則により、およそ２８００［＝（２．５）^２．６×２６０］倍程度の電力が必要となる。つまり、３５ｄＢ相当の送信電力増大となる。

これは３Ｇ端末のピーク送信電力が０．２Ｗ程度であることを考えると、５６０Ｗを要することになり当然許容できない。非対称リンクとして上りリンクを半分の５０Ｍｂｐｓとしても３０ｄＢ以上の向上が要求される。ここで、伝播ロスを３．５乗則とすると、セル半径は約１／８−１／１０程度となり、３Ｇのセル半径を５ｋｍとした場合にでも５００ｍ〜６００ｍ程度となることが想定される。セル半径の縮小は単位面積あたりの所要基地局数を面的には２乗に比例して増大させるため、アダプティブアレイアンテナを含む指向性アンテナの利得などによる電力効率向上、つまりはピーク送信電力一定の下でのセル半径の増大は、広帯域無線システムのシームレスサービスにおいて必須条件となる。

アダプティブアレイアンテナ（ＡＡＡ）には、基本的に相対する通信先に指向性ビームを向ける「ビームステアリング法」で信号（Ｓ）と干渉波（Ｉ）とノイズ（Ｎ）の比［Ｓ／（Ｉ＋Ｎ）］における信号（Ｓ）を増大させる方法と、他セルや他ユーザからの干渉波（Ｉ）を抑圧するヌルステアリング（ヌルフォーミング）法で比［Ｓ／（Ｉ＋Ｎ）］における干渉波（Ｉ）を抑圧する方法との２つのアプローチが存在する。本発明は、特に後者を対象としたものである。

図１は従来のヌルフォーミング法を用いた装置のブロック図を示す。Ｎ本のアンテナ１０_１〜１０ｎを用い、乗算器１２_１〜１２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器１４_１〜１４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。到来方向推定部１６では、干渉となる移動局のパス到来方向（ＤｏＡ：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）を推定し、収束アルゴリズム部１８では、パス到来方向ＤｏＡを基に最急降下法（ＬＭＳ：Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）などの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。乗算器１４_１〜１４ｎの出力信号は加算部２０で加算されて出力される。

図２を用いて重み制御アルゴリズムを説明する。図２は、希望する移動局＃１に対して干渉となる移動局＃２が存在する場合の基地局でのビームパターンを示しており、移動局＃２に対してヌル点が向けられるようにヌルフォーミングが行われている。ここで、Ｐ_Ｔｉは移動局ｉの送信電力、Ｐ_Ｇ（θ_ｉ）は到来方向θ_ｉにおけるビーム利得、Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_ｉ）は、距離ｒ_ｉにおける距離減衰量を表している。ＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２，θ_１，θ_２，ｒ_１，ｒ_２）は、希望局である移動局＃１の基地局におけるビーム形成後のＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ：信号電力対干渉電力比）であり、次式で表わされる。

ＳＩＲ_１＝［Ｐ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）］
／［Ｐ_Ｔ２−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２）＋Ｐ_Ｇ（θ_２）］ …（１）
このとき、移動局＃２の移動速度ベクトルＶを一定とすると、基地局−移動局＃２間の距離ｒ_２ａ，ｒ_２ｂに応じた角速度つまり位相変化Δθ_２ａ，Δθ_２ｂは図３に示すように異なるものとなる（Δθ_２ａ＜Δθ_２ｂ）。

ここで、図３では便宜上位相変化が最大となる円周方向を示しているが、これに制限および限定されるものではない。また、移動速度ベクトルＶについても任意値であり、移動局の位置にも制限されない。なお、比較説明のため、移動速度一定としているがそれぞれの位置での移動速度が異なっていても一般性は失わない。さらに、簡単のため、干渉となる移動局＃２のみが移動する場合にて説明を行っているが、希望局である移動局＃１が移動する場合においても移動局＃１に対する移動局＃２の相対速度を考えることにより同様の議論を行うことが可能である。また、この例においては基地局における受信電力が一定［Ｐ_Ｔ２−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２）＝Ｐ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）］となるように送信電力制御（ＴＰＣ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が行われている。

また、特許文献１には、上り／下り回線に異なる周波数を使用するＦＤＤシステムにおいて、受信時に求められる到来方向ＤｏＡを、送信時のビーム形成に使用することが記載されている。

特許文献２にはＤｏＡ情報によりビームを形成し、また、移動局の位置を推定しＤｏＡ情報と合わせてトラフィックの推定を行い、さらにトラフィックが多い方向に対してビームを形成することにより、ランダムアクセス時における呼の衝突確率を低減させることが記載されている。

特許文献３には、間欠受信時に全方向からの情報を収集することにより干渉局の検出を行い、ヌルフォーミングをすることが記載されている。また、特許文献４，９には、ヌルフォーミングについての記載がある。

特許文献５，６，７には、アダプティブアレイアンテナにおけるキャリブレーション手法について記載がある。

特許文献８には、新規に通信を行う端末が発生した場合において、この端末によって影響を受ける自身および既に通信を行っている端末とのビーム形成について記載されている。

特許文献１０には、干渉局に対してヌルを形成し、形成したビームの追従を最小２乗法を用いて行うことが記載されている。

特許文献１１には、新規に通信を行う端末に対するビーム形成の初期値を、既に通信を行っている端末のビーム情報を使用し計算することにより、ビームの初期引き込み速度を改善することが記載されている。
特開２００１−２５１２３３号公報 特開２００１−２０３６３０号公報 特開平８−２８５９３４号公報 特表２０００−５０５２５４号公報 特開２００３−９２５４８号公報 特開２００３−８７１８９号公報 特開２００３−９２５４９号公報 特開２００２−５０８８８９号公報 特表２００２−５２３９６９号公報 特開２００３−５１７７５号公報 特開２００２−３５９５８８号公報 安達文幸：「移動通信の将来展望」，電子情報通信学会，スペクトル拡散研究会講演資料，Ｏｃｔ．２０００．

従来の方法では、移動局＃２の方向に固定のビーム形状にてヌル点を形成し、移動局＃２の追従（ステアリング）を行うため、基地局周辺で高速に移動する場合、大きな位相変化に追従できないという問題点があった。言い換えれば、基地局周辺での追従能力でヌルフォーミング能力が決定される。それぞれの位相変化Δθ_２ａ，Δθ_２ｂの後における基地局のビーム利得変化量ΔＰ_Ｇ２ａ，ΔＰ_Ｇ２ｂは、図４および図５に示すように、基地局周辺に存在する移動局＃２ｂ（ΔＰ_Ｇ２ｂ）の方が大きくなり、基地局における干渉局の受信電力は移動局＃２ｂの方が大きくなる。このため、基地局におけるＳＩＲは、移動後において次式で表わされるようになる。

ＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ａ，θ_１，θ_２ａ，ｒ_１，ｒ_２ａ）＞＞ＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ｂ，θ_１，θ_２ｂ，ｒ_１，ｒ_２ｂ）
これを回避し基地局におけるＳＩＲを一定に維持するためには、より高速なヌルステアリング能力が要求されることになる。よってセル内の特性を均一に提供するためには、基地局−移動局間距離によって決定される位相変化量に応じたヌルステアリング能力が要求されることから、基地局周辺では高速移動時に特性劣化が生じるという問題があった。

また、一般にヌル点に対する急峻な落ち込みの程度、つまりヌル幅はセルエッジでの受信電力（受信品質：ＳＩＲでも同様）がシステム設計値以上となるように与えられたアンテナ素子数で生成できる最小幅が設定され、セル半径の最大化が行われる。しかし、上記のようにセルエッジにおいては高速移動時の位相変化量は小さく、ここにヌル幅と基地局−移動局間距離、つまりその位相変化量には完全な補完関係が成り立つことがわかる。つまり、ビーム幅が小さい、つまり遠距離であればその位相変化量は小さく、近距離であれば位相変化量が大きいがビーム幅を最小値まで絞る、つまりヌル点を急峻に生成する必要はない。これは、そこまで急峻にヌル点を形成しなくても所要受信品質は得られるということである。

また、特許文献１〜１１に記載のものも移動局の高速移動時に特性劣化を防止することについては何ら記載がない。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、セル内のあらゆる場所で高速で移動する移動局に追従することができるアレーアンテナのビーム形成方法及びその装置を提供することを目的とする。

請求項１，３に記載の発明は、干渉となる移動局の移動速度と移動方向及び前記アレーアンテナと前記干渉となる移動局の距離を基に、前記干渉となる移動局が移動した時の信号電力対干渉電力比が、前記距離によらず、移動前と移動後で一定で、移動後のビーム利得変化量が前記距離によらず一定となるようビーム形成を行うことにより、
適応的にビーム幅を変化させることでセル内のあらゆる場所で高速で移動する移動局に追従することができる。

請求項２，４に記載の発明は、干渉となる移動局の移動速度と移動方向及び前記アレーアンテナと前記干渉となる移動局の距離を基に、一定時間内で前記干渉となる移動局が移動した時の信号電力対干渉電力比の積分値が、前記距離によらず、移動前と移動後で一定となるようビーム形成を行うことにより、
適応的にビーム幅を変化させることでセル内のあらゆる場所で高速で移動する移動局に追従することができる。

請求項５に記載の発明は、アレーアンテナのうち単一のアンテナにおける干渉となる移動局の受信電力から前記干渉となる移動局の距離を推定することにより、干渉となる移動局の距離を知ることができ、請求項１〜４の発明を実現できる。

請求項１，３に記載の発明によれば、適応的にビーム幅を変化させることでセル内のあらゆる場所で高速で移動する移動局に追従することができる。

請求項２，４に記載の発明によれば、適応的にビーム幅を変化させることでセル内のあらゆる場所で高速で移動する移動局に追従することができる。

請求項５に記載の発明によれば、干渉となる移動局の距離を知ることができ、請求項１〜４の発明を実現できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図６は、本発明のアレーアンテナ装置の第１実施形態のブロック図を示す。同図中、Ｎ本の無指向性のアンテナ３０_１〜３０ｎを用い、乗算器３２_１〜３２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器３４_１〜３４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。

ウェイト制御部３６は、干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから、移動方向情報Δθ_ｉを基に最急降下法（ＬＭＳ：Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）などの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。

ここで、例えば各移動局はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信部を有し、このＧＰＳ受信部から自局の位置情報を得て、この位置情報を定期的に基地局に通知するものとし、基地局では位置情報の変化から移動速度ベクトル、移動方向情報、基地局−移動局間の距離を算出する。また、乗算器３４_１〜３４ｎの出力信号は加算部３８で加算されて出力される。なお、本発明によるヌル制御規範は送信ヌルフォーミングにもそのまま適用できる。

図７を用いてウェイト制御部３６が実行する重み制御アルゴリズムの第１実施形態を説明する。図７（Ａ）において、移動局＃１の受信電力はＰ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）である。なお、Ｐ_Ｔｉは移動局ｉの送信電力、Ｐ_Ｇ（θ_ｉ）は到来方向θ_ｉにおけるビーム利得、Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_ｉ）は、距離ｒ_ｉにおける距離減衰量を表す。図３に示す移動局＃２ａの受信電力（移動前）はＰ_Ｔ２ａ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ａ）であり、移動局＃２ａの受信電力（移動後）はＰ_Ｔ２ａ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ａ）＋ΔＰ_Ｇ２ａである。移動前のＳＩＲはＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ａ，θ_１，θ_２ａ，ｒ_１，ｒ_２ａ）＝［Ｐ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）］／［Ｐ_Ｔ２ａ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ａ）］であり、移動後のＳＩＲはＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ａ，θ_１，θ_２ａ，ｒ_１，ｒ_２ａ）＝［Ｐ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）］／［Ｐ_Ｔ２ａ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ａ）＋ΔＰ_Ｇ２ａ］である。

図７（Ｂ）において、移動局＃１の受信電力はＰ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）であり、移動局＃２ｂの受信電力（移動前）はＰ_Ｔ２ｂ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ｂ）であり、図３に示す移動局＃２ｂの受信電力（移動後）はＰ_Ｔ２ｂ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ｂ）＋ΔＰ_Ｇ２ｂである。移動前のＳＩＲはＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ｂ，θ_１，θ_２ｂ，ｒ_１，ｒ_２ｂ）＝［Ｐ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）］／［Ｐ_Ｔ２ｂ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ｂ）］であり、移動後のＳＩＲはＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ｂ，θ_１，θ_２ｂ，ｒ_１，ｒ_２ｂ）＝［Ｐ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）］／［Ｐ_Ｔ２ｂ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ｂ）＋ΔＰ_Ｇ２ｂ］である。

この第１実施形態では、基地局−移動局間距離に依らず常に基地局における移動局＃１のＳＩＲが一定で、ＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ａ，θ_１，θ_２ａ，ｒ_１，ｒ_２ａ）＝ＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ｂ，θ_１，θ_２ｂ，ｒ_１，ｒ_２ｂ）となり、つまりは移動後におけるビーム利得変化量（ΔＰ_Ｇ）が移動局の距離によらず一定、つまりΔＰ_Ｇ２ａ＝ΔＰ_Ｇ２ｂとなるようビーム形成を行う。

図８は、図６に示すウェイト制御部３６が実行する重み制御処理の第１実施形態のフローチャートを示す。同図中、ステップＳ１で干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉを読み込む。次に、ステップＳ２で現在のウェイトによる希望する移動局＃１の受信電力を計算し、ステップＳ３で現在のウェイトによる干渉となる移動局＃ｉの受信電力を計算する。ステップＳ４では上記移動局＃１の受信電力と移動局＃ｉの受信電力から現在のＳＩＲを計算し、ステップＳ５で現在のＳＩＲが前状態のＳＩＲと同一か否かを判別する。

現在のＳＩＲが前状態のＳＩＲと同一でない場合にはステップＳ６でウェイト更新を行ってステップＳ２に進み、ステップＳ２〜Ｓ６を繰り返す。現在のＳＩＲが前状態のＳＩＲと同一となるとステップＳ５からステップＳ７に進み、現在のＳＩＲを前状態のＳＩＲとして保持する。この後、ステップＳ８で現在のウェイトを出力し、この処理を終了する。

ステップＳ６のウェイト更新については、一般的なＬＭＳを用いる。ＬＭＳでは希望信号をｄ（ｔ）、ビーム形成後の信号をｙ（ｔ）とした場合、２乗誤差ｅ（ｔ）^２＝［ｄ（ｔ）−ｙ（ｔ）］^２が０となるように制御する。

図９を用いてウェイト制御部３６が実行する重み制御アルゴリズムの第２実施形態を説明する。
図９（Ａ）において、移動局＃１の受信電力はＰ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）であり、図３に示す移動局＃２ａの受信電力（移動前）はＰ_Ｔ２ａ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ａ）であり、移動局＃２ａの受信電力（移動後）はＰ_Ｔ２ａ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ａ）＋ΔＰ_Ｇ２ａである。移動前のＳＩＲはＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ａ，θ_１，θ_２ａ，ｒ_１，ｒ_２ａ）＝［Ｐ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）］／［Ｐ_Ｔ２ａ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ａ）］であり、移動後のＳＩＲはＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ａ，θ_１，θ_２ａ，ｒ_１，ｒ_２ａ）＝［Ｐ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）］／［Ｐ_Ｔ２ａ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ａ）＋ΔＰ_Ｇ２ａ］である。そして移動区間のＳＩＲの総和であるＳａは（２）式で表わされる。

図９（Ｂ）において、移動局＃１の受信電力はＰ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）であり、移動局＃２ｂの受信電力（移動前）はＰ_Ｔ２ｂ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ｂ）であり、図３に示す移動局＃２ｂの受信電力（移動後）はＰ_Ｔ２ｂ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ｂ）＋ΔＰ_Ｇ２ｂである。移動前のＳＩＲはＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ｂ，θ_１，θ_２ｂ，ｒ_１，ｒ_２ｂ）＝［Ｐ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）］／［Ｐ_Ｔ２ｂ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ｂ）］であり、移動後のＳＩＲはＳＩＲ_１（Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２ｂ，θ_１，θ_２ｂ，ｒ_１，ｒ_２ｂ）＝［Ｐ_Ｔ１−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_１）＋Ｐ_Ｇ（θ_１）］／［Ｐ_Ｔ２ｂ−Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_２ｂ）＋ΔＰ_Ｇ２ｂ］である。そして移動区間のＳＩＲの総和であるＳｂは（３）式で表わされる。

この第２実施形態では、基地局−移動局間距離に依らず所定サンプル時間における移動局＃１のＳＩＲの総和が一定で、Ｓａ＝Ｓｂとなり、即ち、（４）式が成立するようビーム形成を行う。

このように、距離ｒ_ｉが大きい（例えばセルエッジ）場合はヌル点に対するビーム幅を狭くしてビームの落ち込みを急峻にし、距離ｒ_ｉが小さい（例えば基地局周辺）場合はビーム幅を広くしてヌル点に対するビームの落ち込みを緩慢にすることでステアリング能力を一定にして追従能力を保持することで、移動局の高速移動環境下においても安定に動作可能となる。

図１０は、本発明のアレーアンテナ装置の第２実施形態のブロック図を示す。同図中、図６と同一部分には同一符号を付す。図１０において、Ｎ本の無指向性のアンテナ３０_１〜３０ｎを用い、乗算器３２_１〜３２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器３４_１〜３４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。

また、１本のアンテナ３０_１の重み付け前、つまりオムニ（無指向性）アンテナの受信信号を受信電力測定部４０_１に供給し、各移動局の受信電力を測定して距離減衰量Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_ｉ）及び距離ｒ_ｉを推定してウェイト制御部３６に供給する。移動局毎の受信信号の分離は、多重方式により異なるが例えばＣＤＭＡの場合には、各移動局に固有に割り当てられた拡散符号により逆拡散を行い分離する。

距離減衰量Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_ｉ）はＰ_ＡＴＴ（ｒ_ｉ）＝Ｐ_０＋γ×１０ｌｏｇ（ｒ_ｉ）として近似される。ここで、Ｐ_０はセルエッジにおける減衰量［ｄＢ］であり、γは距離減衰則に用いられる定数である。近似式はセル設計の際に実使用環境に応じた補正項が用いられることもあるが、距離減衰量から距離を推定することが可能である。

ウェイト制御部３６は、干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから、移動方向情報Δθ_ｉを基に最急降下法ＬＭＳなどの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。

ここで、例えば各移動局はＧＰＳ受信部を有し、このＧＰＳ受信部から自局の位置情報を得て、この位置情報を定期的に基地局に通知するものとし、基地局では位置情報の変化から移動速度ベクトル、移動方向情報を算出するものとする。

なお、上記実施形態では１本のアンテナ３０_１の受信信号を受信電力測定部４０_１に供給して距離ｒ_ｉを推定しているが、アンテナ３０_１〜３０ｎのうち最大受信電力のアンテナを選択して、その受信信号から距離ｒ_ｉを推定する構成としても良い。

図１１は、本発明のアレーアンテナ装置の第３実施形態のブロック図を示す。同図中、図６と同一部分には同一符号を付す。図１１において、Ｎ本の無指向性のアンテナ３０_１〜３０ｎを用い、乗算器３２_１〜３２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器３４_１〜３４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。

また、Ｎ本のアンテナ３０_１〜３０ｎの重み付け前の受信信号を受信電力測定部４２_１〜４２ｎに供給し、受信電力測定部４２_１〜４２ｎ毎に各移動局の受信電力を測定して、受信電力合成／平均化部４４で合成／平均化し、平均受信電力を用いて距離減衰量Ｐ_ＡＴＴ（ｒ_ｉ）及び距離ｒ_ｉを推定してウェイト制御部３６に供給する。なお、ｍ（ｍ＜Ｎ）本のアンテナの受信電力を合成／平均化する構成であっても良い。

ウェイト制御部３６は、干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから、移動方向情報Δθ_ｉを基に最急降下法ＬＭＳなどの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。

ここで、例えば各移動局はＧＰＳ受信部を有し、このＧＰＳ受信部から自局の位置情報を得て、この位置情報を定期的に基地局に通知するものとし、基地局では位置情報の変化から移動速度ベクトル、移動方向情報を算出するものとする。

図１２は、本発明のアレーアンテナ装置の第４実施形態のブロック図を示す。同図中、図６と同一部分には同一符号を付す。図１２において、Ｎ本の無指向性のアンテナ３０_１〜３０ｎを用い、乗算器３２_１〜３２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器３４_１〜３４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。

また、１本のアンテナ３０_１の重み付け前、つまりオムニ（無指向性）アンテナの受信信号をＦＦＴ部４６に供給し、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）変換を行うことにより、その周波数成分を取得し、最大ドップラー周波数の推定を行う。この情報をもとに移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜即ち移動速度ｖ_ｉ）を推定する。

オムニアンテナの受信信号は指向性を絞る前では、実際の伝搬特性そのものの影響を受けている。このため、受信信号をＦＦＴ処理することで周波数パワースペクトラムが観測できる。本構成例では移動局側での一般的な受信環境、つまりパス到来方向が無色（３６０°より等パス到来）におけるスペクトラムであるＪａｋｅ’ｓ ｍｏｄｅｌが得られている。

ここで、最大周波数検出部４８で周波数成分の最大値ｆ_ｍａｘを検出することでドップラー周波数ｆ_ｄが得られる（ｆ_ｄ＝ｆ_ｍａｘ）。移動速度推定部５０では（５）式により移動速度ｖ_ｉを求め、ウェイト制御部３６に供給する。ここで、λは波長、ｃは光速（＝３×１０８［ｍ／ｓ］）、およびｆ_ｃはキャリア周波数である。

ｖ_ｉ＝ｆ_ｄｉ×λ
＝ｆ_ｄｉ×ｃ／ｆ_ｃ
ウェイト制御部３６は、干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから、移動方向情報Δθ_ｉを基に最急降下法ＬＭＳなどの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。

ここで、例えば各移動局はＧＰＳ受信部を有し、このＧＰＳ受信部から自局の位置情報を得て、この位置情報を定期的に基地局に通知するものとし、基地局では位置情報の変化から移動速度ベクトル、移動方向情報、基地局−移動局間の距離を算出するものとする。

なお、上記実施形態では１本のアンテナ３０_１の受信信号をＦＦＴ部４６に供給して移動速度情報ｖ_ｉを推定しているが、アンテナ３０_１〜３０ｎのうち最大受信電力のアンテナを選択して、その受信信号から移動速度情報ｖ_ｉを推定する構成としても良い。

図１３は、本発明のアレーアンテナ装置の第５実施形態のブロック図を示す。同図中、図６と同一部分には同一符号を付す。図１３において、Ｎ本の無指向性のアンテナ３０_１〜３０ｎを用い、乗算器３２_１〜３２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器３４_１〜３４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。

また、Ｎ本のアンテナ３０_１〜３０ｎの重み付け前の受信信号をＦＦＴ部５２_１〜５２ｎに供給してＦＦＴ変換を行い、周波数成分合成／平均化部５４で合成／平均化して最大ドップラー周波数の推定を行う。つまり、最大周波数検出部４８で平均化された周波数成分の最大値ｆ_ｍａｘを検出することでドップラー周波数ｆ_ｄが得、移動速度推定部５０で（５）式により移動速度ｖ_ｉを求め、ウェイト制御部３６に供給する。なお、ｍ（ｍ＜Ｎ）本のアンテナの受信信号のＦＦＴ変換周波数成分を合成／平均化する構成であっても良い。

ウェイト制御部３６は、干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから、移動方向情報Δθ_ｉを基に最急降下法ＬＭＳなどの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。

ここで、例えば各移動局はＧＰＳ受信部を有し、このＧＰＳ受信部から自局の位置情報を得て、この位置情報を定期的に基地局に通知するものとし、基地局では位置情報の変化から移動速度ベクトル、移動方向情報を算出するものとする。

なお、図１０，図１１の実施形態と図１２，図１３の実施形態の組み合わせについても何ら問題なく動作する。

図１４は、本発明のアレーアンテナ装置の第６実施形態のブロック図を示し、図１５はその重み制御アルゴリズムの実施形態を説明するための図を示す。

図１４において、Ｎ本の無指向性のアンテナ３０_１〜３０ｎを用い、乗算器３２_１〜３２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器３４_１〜３４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。

ウェイト制御部３６は、干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから、移動方向情報Δθ_ｉを基に最急降下法ＬＭＳなどの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成して移動方向情報Δθ_ｉと共に到来角比較部５６及びウェイト決定部６４に供給する。

ここで、例えば各移動局はＧＰＳ受信部を有し、このＧＰＳ受信部から自局の位置情報を得て、この位置情報を定期的に基地局に通知するものとし、基地局では位置情報の変化から移動速度ベクトル、移動方向情報、基地局−移動局間の距離を算出する。

ウェイト制御部３６に供給される干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉはメモリ部５８に供給されて複数サンプル分が格納される。

図１５において、ある観測時間ｔ＝ｎについて考える。ｔ＝０，１，２，…におけるビームは同心円上を移動する移動局＃２に対して、距離ｒが一定のためΔθのみ変化させて、順次ビームのヌル点を変化させていく。なお、本説明は簡単のため同心円上の干渉となる移動局＃２について説明しているが、距離が変化する場合および希望局である移動局＃１が移動する場合についても一般化できる。

ここで、メモリ部５８に格納された０≦ｔ≦ｎ−１に得られた複数サンプル分のウェイト制御情報（移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜，移動方向情報Δθ_ｉ，基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉ）を用い、移動速度｜ＥＶ_ｉ｜とその移動方向ΔＥθ_ｉを推定する。この推定により形成されるｔ＝ｎにおける推定ビームのヌル点の移動方向ΔＥθ（ｎ）と、観測時間ｔ＝ｎで実際のウェイト制御情報により計算されたビームのヌル点の移動方向情報Δθ（ｎ）のずれ、つまり、ΔΘ_ｎ＝｜Δθ（ｎ）−ΔＥθ（ｎ）｜を求め、ずれΔΘ_ｎが予め規定された閾値ΔΘ_ｔｈ以上となった場合には、推定したビームのヌル点を初期値としてビームパターンを形成する。

このため、図１４の移動速度・移動方向推定部６０はメモリ部５８に格納されている複数サンプル分の干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから移動速度｜ＥＶ_ｉ｜とその移動方向ΔＥθ_ｉを推定して、ウェイト推定部６２に供給する。

ウェイト推定部６２は、推定された移動速度｜ＥＶ_ｉ｜と、移動方向ΔＥθ_ｉと、距離（固定）ｒ_ｉから、干渉となる移動局＃ｉのパス到来方向ＤｏＡを推定し、パス到来方向ＤｏＡを基に最急降下法（ＬＭＳ）などの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成して移動方向ΔＥθ_ｉと共に到来角比較部５６及びウェイト決定部６４に供給する。

到来角比較部５６では、推定ビームのヌル点の移動方向ΔＥθ（ｎ）と、実際のウェイト制御情報により計算されたビームのヌル点の移動方向情報Δθ（ｎ）のずれΔΘ_ｎを求め、ずれΔΘ_ｎを閾値ΔΘ_ｔｈと比較して、その比較結果をウェイト決定部６４に供給する。ウェイト決定部６４ではΔΘ_ｎ＜ΔΘ_ｔｈの場合ウェイト制御部３６からの送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを選択して出力し、ΔΘ_ｎ≧ΔΘ_ｔｈの場合ウェイト推定部６２からの送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを選択して出力する。

これにより、サンプル時間における制御量を超えた移動速度に対応して高速移動時における受信電力低下を回避できる。また、一般的に高速移動時には移動速度／方向とも変動は小さく推定精度は高い。

図１６は、図１４における重み制御処理のフローチャートを示す。同図中、ウェイト制御部３６はステップＳ１１で干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉを読み込む。次に、ステップＳ１２で現在のウェイトによる希望する移動局＃１の受信電力を計算し、ステップＳ１３で現在のウェイトによる干渉となる移動局＃ｉの受信電力を計算する。ステップＳ１４では上記移動局＃１の受信電力と移動局＃ｉの受信電力から現在のＳＩＲを計算し、ステップＳ１５で現在のＳＩＲが前状態のＳＩＲと同一か否かを判別する。

現在のＳＩＲが前状態のＳＩＲと同一でない場合にはステップＳ１６でウェイト更新を行ってステップＳ１２に進み、ステップＳ１２〜Ｓ１６を繰り返す。現在のＳＩＲが前状態のＳＩＲと同一となるとステップＳ１５からステップＳ１７に進み、現在のＳＩＲを前状態のＳＩＲとして保持し、ステップＳ１８で移動方向情報Δθ_ｉを演算する。ステップＳ１６のウェイト更新については、一般的なＬＭＳを用いる。ＬＭＳでは希望信号をｄ（ｔ）、ビーム形成後の信号をｙ（ｔ）とした場合、２乗誤差ｅ（ｔ）^２＝［ｄ（ｔ）−ｙ（ｔ）］^２が０となるように制御する。

次に、ステップＳ２０ではステップＳ１１で読み込んだ干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉをメモリ部５８に格納し、ステップＳ２１でメモリ部５８に格納されている複数サンプル分の干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから移動速度｜ＥＶ_ｉ｜とその移動方向ΔＥθ_ｉを推定する。そして、ステップＳ２２で推定された移動速度｜ＥＶ_ｉ｜）と、移動方向ΔＥθ_ｉと、距離（固定）ｒ_ｉから、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。

次に、ステップＳ２３で推定ビームのヌル点の移動方向ΔＥθ（ｎ）と、実際のウェイト制御情報により計算されたビームのヌル点の移動方向情報Δθ（ｎ）のずれΔΘ_ｎが閾値ΔΘ_ｔｈ以上か否かを判別し、ΔΘ_ｎ≧ΔΘ_ｔｈの場合ステップＳ２４に進みステップＳ２２で推定した送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを選択して出力する。一方、ΔΘ_ｎ＜ΔΘ_ｔｈの場合はステップＳ２５に進みステップＳ１６で更新した送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを選択して出力する。

図１７は、本発明のアレーアンテナ装置の第７実施形態のブロック図を示す。図１７の実施形態では図１４の到来角比較部５６とウェイト決定部６４の代りに、ウェイト補正部６６を設けている。ウェイト補正部６６には、ウェイト制御部３６から送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒと移動方向情報Δθ_ｉが供給され、また、ウェイト推定部６２は、推定された移動速度｜ＥＶ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、距離（固定）ｒ_ｉから送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒと移動方向ΔＥθ_ｉが供給される。

ウェイト補正部６６では、推定ビームのヌル点の移動方向ΔＥθ（ｎ）と、実際のウェイト制御情報により計算されたビームのヌル点の移動方向Δθ（ｎ）のずれΔΘ_ｎを求め、ずれΔΘ_ｎを閾値ΔΘ_ｔｈと比較してΔΘ_ｎ≧ΔΘ_ｔｈの場合に、ずれΔΘ_ｎに所定の補正係数を乗算した値を補正値としてウェイト制御部３６にフィードバックする。

ウェイト制御部３６では、ｔ＝ｎ＋１以降、フィードバックされた補正値とウェイト制御情報（干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉ）を用いて送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。このようにして、これまでのビームの遷移を継承するためビーム形成時の推定精度を高めることが可能となる。

図１８は、本発明のアレーアンテナ装置の第８実施形態のブロック図を示し、図１９はその重み制御アルゴリズムの実施形態を説明するための図を示す。

図１８において、Ｎ本の無指向性のアンテナ３０_１〜３０ｎを用い、乗算器３２_１〜３２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器３４_１〜３４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。

ウェイト制御部３６は、干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから、移動方向情報Δθ_ｉを基に最急降下法ＬＭＳなどの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成して移動方向情報Δθ_ｉと共に到来角比較部５６及び推定ウェイト到来角電力演算部６８及びウェイト決定部７２に供給する。

ここで、例えば各移動局はＧＰＳ受信部を有し、このＧＰＳ受信部から自局の位置情報を得て、この位置情報を定期的に基地局に通知するものとし、基地局では位置情報の変化から移動速度ベクトル、移動方向情報、基地局−移動局間の距離を算出する。

ウェイト制御部３６に供給される干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉはメモリ部５８に供給されて複数サンプル分が格納される。

移動速度・移動方向推定部６０はメモリ部５８に格納されている複数サンプル分の干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから移動速度｜ＥＶ_ｉ｜とその移動方向ΔＥθ_ｉを推定して、ウェイト推定部６２に供給する。

ウェイト推定部６２は、推定された移動速度｜ＥＶ_ｉ｜）と、移動方向ΔＥθ_ｉと、距離（固定）ｒ_ｉから、干渉となる移動局＃ｉのパス到来方向ＤｏＡを推定し、パス到来方向ＤｏＡを基に最急降下法（ＬＭＳ）などの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成して移動方向ΔＥθ_ｉと共に到来角比較部５６及び推定ウェイト到来角電力演算部６８及びウェイト決定部７２に供給する。

到来角比較部５６では、推定ビームのヌル点の移動方向ΔＥθ（ｎ）と、実際のウェイト制御情報により計算されたビームのヌル点の移動方向情報Δθ（ｎ）のずれΔΘ_ｎを求め、ずれΔΘ_ｎを閾値ΔΘ_ｔｈと比較して、その比較結果をウェイト決定部６４に供給する。ウェイト決定部６４ではΔΘ_ｎ＜ΔΘ_ｔｈの場合ウェイト制御部３６からの送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを選択して出力し、ΔΘ_ｎ≧ΔΘ_ｔｈの場合ウェイト推定部６２からの送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを選択して出力する。

本実施形態は、ある与えられた移動速度｜Ｖ_ｉ｜において、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉに応じたヌル点のずれによる干渉電力抑圧量ΔＰが異なるため、これに対応するものである。なお、干渉電力抑圧量ΔＰとは、ｔ＝ｎにおける実際のビームの干渉電力と推定ビームの干渉電力の差である。

ヌル点のずれΔΘ_ｎが一定（ΔΘ_ｎａ＝ΔΘ_ｎｂ）であっても、距離ｒ_ｉが大きい場合は図１９（Ａ）に示すようにビーム幅が狭いために干渉電力抑圧量ΔＰ_２ａは大きくなり、距離ｒ_ｉが小さい場合は図１９（Ｂ）に示すようにビーム幅が広いために干渉電力抑圧量ΔＰ_２ａは小さくなる。

従って、距離ｒ_ｉが小さい場合はずれΔΘ_ｎが大きくても受信電力の低減が小さいため、ウェイト推定値を用いたビーム形成を行わないようにする。この場合はｔ＝ｎにおいて０≦ｔ≦ｎ−１で得られたウェイト制御情報を用いて推定されたビームの干渉電力と、ｔ＝ｎの実際のウェイト制御情報より得られたビーム利得パターンのずれΔΘ_ｎにおける干渉電力の差つまり干渉電力抑圧量ΔＰ_ｎが規定する閾値ΔＰ_ｔｈ以上になった場合には、推定したビームのヌル点を初期値としてビームパターンを形成する。

図１８の推定ウェイト到来角電力演算部６８では、ウェイト制御部３６からの出力ウェイトによる干渉局の到来方向（ヌル点）を求め、このヌル点においてウェイト推定部６２からの推定ウェイトによる干渉電力抑圧量ΔＰ_ｎを算出する。電力比較部７０では、上記干渉電力抑圧量ΔＰ_ｎが閾値ΔＰ_ｔｈ以上となっているかどうかを判断してウェイト決定部７２に通知する。

干渉電力抑圧量ΔＰ_ｎが閾値ΔＰ_ｔｈ以下の場合には、ウェイト決定部７２ではウェイト制御部３６の出力を選択し、干渉電力抑圧量ΔＰ_ｎが閾値ΔＰ_ｔｈ以上の場合には、ウェイト推定部６２の出力を選択し更新ウェイトとする。

図２０は、本発明のアレーアンテナ装置の第９実施形態のブロック図を示す。図２０の実施形態では図１８の到来角比較部５６とウェイト決定部７２の代りに、ウェイト補正部７４を設けている。ウェイト補正部７４には、ウェイト制御部３６から送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒと移動方向情報Δθ_ｉが供給され、また、ウェイト推定部６２は、推定された移動速度｜ＥＶ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、距離（固定）ｒ_ｉから送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒと移動方向ΔＥθ_ｉと、電力比較部７０の出力が供給される。

ウェイト補正部７４では、干渉電力抑圧量ΔＰ_ｎが閾値ΔＰ_ｔｈ以上となった場合において、ｔ＝ｎの実際のウェイト制御情報より得られたビーム利得パターンと、ｔ＝ｎにおいて推定されたビームのずれである干渉電力抑圧量ΔＰ_ｎ及びずれΔΘ_ｎに所定の補正係数を乗算した値を補正値として補正値としてウェイト制御部３６にフィードバックする。

ウェイト制御部３６では、ｔ＝ｎ＋１以降、フィードバックされた補正値とウェイト制御情報（干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉ）を用いて送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。このようにして、これまでのビームの遷移を継承するためビーム形成時の推定精度を高めることが可能となる。

図２１は、本発明のアレーアンテナ装置の第１０実施形態のブロック図を示す。同図中、隣接するセル＃Ａとセル＃Ｂでは、Ｎ本の無指向性のアンテナ３０_１〜３０ｎを用い、乗算器３２_１〜３２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器３４_１〜３４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。

セル＃Ａにおいて、ウェイト制御部３６は、干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから、移動方向情報Δθ_ｉを基に最急降下法ＬＭＳなどの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成して移動方向情報Δθ_ｉと共に到来角比較部５６及びウェイト決定部６４に供給する。

ここで、例えば各移動局はＧＰＳ受信部を有し、このＧＰＳ受信部から自局の位置情報を得て、この位置情報を定期的に基地局に通知するものとし、基地局では位置情報の変化から移動速度ベクトル、移動方向情報、基地局−移動局間の距離を算出する。

ウェイト制御部３６に供給される干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉはメモリ部５８に供給されて複数サンプル分が格納される。移動速度・移動方向推定部６０はメモリ部５８に格納されている複数サンプル分の干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報｜Ｖ_ｉ｜と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから移動速度｜ＥＶ_ｉ｜とその移動方向ΔＥθ_ｉを推定して、当該移動局がセル＃Ａからセル＃Ｂにハンドオーバする場合に移動速度｜ＥＶ_ｉ｜と移動方向ΔＥθ_ｉをセル＃Ｂの初期ウェイト生成部８０に供給する。

セル＃Ｂにおいて、初期ウェイト生成部８０は、推定された移動速度｜ＥＶ_ｉ｜）と、移動方向ΔＥθ_ｉと、固定の距離ｒ_ｉ（ハンドオーバ時の基地局−移動局間距離ｒ_ｉ＝ｒ_ｍａｘは自明）から、干渉となる移動局＃ｉのパス到来方向ＤｏＡを推定し、パス到来方向ＤｏＡを基に受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒの初期値を生成して、セル＃Ｂのウェイト制御部３６に供給する。

この構成により、ビーム形成の初期引き込み時間を削減することでハンドオーバしてくる移動局の干渉を瞬時に抑圧することが可能となる。

図２２は、本発明のアレーアンテナ装置の第１１実施形態のブロック図を示す。同図中、Ｎ本の無指向性のアンテナ３０_１〜３０ｎを用い、乗算器３２_１〜３２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器３４_１〜３４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。

到来方向推定部８２では、干渉となる移動局のパス到来方向ＤｏＡを推定し、ＤｏＡ推定値をウェイト制御部３６に供給する。

ウェイト制御部３６は、推定された干渉となる移動局のパス到来方向ＤｏＡを初期値とし、干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから、移動方向情報Δθ_ｉを基に最急降下法ＬＭＳなどの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。ウェイト制御部３６が実行する重み制御アルゴリズムとしては、図７で説明した第１実施形態、または図９で説明した第２実施形態を用いる。

ここで、例えば各移動局はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信部を有し、このＧＰＳ受信部から自局の位置情報を得て、この位置情報を定期的に基地局に通知するものとし、基地局では位置情報の変化から移動速度ベクトル、移動方向情報、基地局−移動局間の距離を算出する。また、乗算器３４_１〜３４ｎの出力信号は加算部３８で加算されて出力される。なお、本発明によるヌル制御規範は送信ヌルフォーミングにもそのまま適用できる。

この実施形態では、到来方向推定部８２で干渉となる移動局のパス到来方向ＤｏＡを推定し、ＤｏＡ推定値をウェイト制御部３６で初期値として用いるため、受信ヌルフォーミングの収束が速くなる。

図２３は、本発明のアレーアンテナ装置の第１２実施形態のブロック図を示す。同図中、Ｎ本の無指向性のアンテナ３０_１〜３０ｎを用い、乗算器３２_１〜３２ｎに与える送信ビーム形成用の重み（ウェイト）ベクトルＷ_＿Ｔを｜ｗ_Ｔ＿１，ｗ_Ｔ＿２，…，ｗ_Ｔ＿Ｎ｜とし、乗算器３４_１〜３４ｎに与える受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを｜ｗ_Ｒ＿１，ｗ_Ｒ＿２，…，ｗ_Ｒ＿Ｎ｜とする。

到来方向推定部８２では、干渉となる移動局のパス到来方向ＤｏＡを推定し、ＤｏＡ推定値をウェイト制御部３６に供給する。

ウェイト制御部３６は、推定された干渉となる移動局のパス到来方向ＤｏＡを初期値とし、干渉となる移動局＃ｉの移動速度情報（移動速度ベクトルの絶対値｜Ｖ_ｉ｜）と、移動方向情報Δθ_ｉと、基地局−移動局＃ｉ間の距離ｒ_ｉから、移動方向情報Δθ_ｉを基に最急降下法ＬＭＳなどの収束アルゴリズムを動作させ、受信ヌルフォーミングを行って、送信ビーム用の１次重みベクトルＷ_＿１Ｔと受信ビーム用の１次重みベクトルＷ_＿１Ｒを生成する。ウェイト制御部３６が実行する重み制御アルゴリズムとしては、図７で説明した第１実施形態、または図９で説明した第２実施形態を用いる。

ここで、例えば各移動局はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信部を有し、このＧＰＳ受信部から自局の位置情報を得て、この位置情報を定期的に基地局に通知するものとし、基地局では位置情報の変化から移動速度ベクトル、移動方向情報、基地局−移動局間の距離を算出する。また、乗算器３４_１〜３４ｎの出力信号は加算部３８で加算されて出力される。なお、本発明によるヌル制御規範は送信ヌルフォーミングにもそのまま適用できる。

収束アルゴリズム部８４は、アンテナ３０_１〜３０ｎの受信信号にウェイト制御部３６から供給される１次重みベクトルＷ_＿Ｒを乗算した結果を、レプリカ格納部８６から読出した既知の基準信号と比較して最急降下法ＬＭＳなどの収束アルゴリズムにより収束させることで受信ヌルフォーミングを行い、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒを生成する。

この実施形態では収束アルゴリズムを二重に動作させるため、送信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｔと受信ビーム形成用の重みベクトルＷ_＿Ｒの収束を高速に行うことができる。

なお、上記実施形態では、基地局から移動局への下りリンクについて説明しているが、移動局から基地局への上りリンクについても適用可能である。

なお、ウェイト制御部３６が請求項記載のウェイト制御手段に対応し、受信電力推定部４０_１，４２_１〜４２_ｎ，受信電力合成／平均部４４が距離推定手段に対応し、ＦＦＴ部４６，５２_１〜５２_ｎ，周波数成分合成／平均部５４，最大周波数検出部４８，移動速度推定部５０が移動速度推定手段に対応し、メモリ部５８，移動速度・移動方向推定部６０，ウェイト推定部６２がヌル点推定手段に対応し、到来角比較部５６，ウェイト決定部６４が初期値設定手段に対応し、ウェイト補正部６６がフィードバック手段に対応し、初期ウェイト生成部８０がハンドオーバ初期値設定手段に対応し、到来方向推定部８２がパス到来方向推定手段に対応し、収束アルゴリズム部８４，レプリカ格納部８６が収束手段に対応する。
（付記１）
アレーアンテナのヌル点を干渉となる移動局に向けるようビーム形成を行うアレーアンテナのビーム形成方法において、
前記干渉となる移動局の移動速度と移動方向及び前記アレーアンテナと前記干渉となる移動局の距離を基に、前記干渉となる移動局が移動した時の信号電力対干渉電力比が、前記距離によらず、移動前と移動後で一定となるようビーム形成を行うことを特徴とするアレーアンテナのビーム形成方法。
（付記２）
アレーアンテナのヌル点を干渉となる移動局に向けるようビーム形成を行うアレーアンテナのビーム形成方法において、
前記干渉となる移動局の移動速度と移動方向及び前記アレーアンテナと前記干渉となる移動局の距離を基に、一定時間内で前記干渉となる移動局が移動した時の信号電力対干渉電力比の総和が、前記距離によらず、移動前と移動後で一定となるようビーム形成を行うことを特徴とするアレーアンテナのビーム形成方法。
（付記３）
アレーアンテナのヌル点を干渉となる移動局に向けるようビーム形成を行うアレーアンテナ装置において、
前記干渉となる移動局の移動速度と移動方向及び前記アレーアンテナと前記干渉となる移動局の距離を基に、前記干渉となる移動局が移動した時の信号電力対干渉電力比が、前記距離によらず、移動前と移動後で一定となるようビーム形成用ウェイトを制御するウェイト制御手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記４）
アレーアンテナのヌル点を干渉となる移動局に向けるようビーム形成を行うアレーアンテナ装置において、
前記干渉となる移動局の移動速度と移動方向及び前記アレーアンテナと前記干渉となる移動局の距離を基に、一定時間内で前記干渉となる移動局が移動した時の信号電力対干渉電力比の総和が、前記距離によらず、移動前と移動後で一定となるようビーム形成用ウェイトを制御するウェイト制御手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記５）
付記３または４記載のアレーアンテナ装置において、
前記アレーアンテナのうち単一のアンテナにおける前記干渉となる移動局の受信電力から前記干渉となる移動局の距離を推定する距離推定手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記６）
付記３または４記載のアレーアンテナ装置において、
前記アレーアンテナのうち最大受信電力のアンテナにおける前記干渉となる移動局の受信電力から前記干渉となる移動局の距離を推定する距離推定手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記７）
付記３または４記載のアレーアンテナ装置において、
前記アレーアンテナの複数のアンテナにおける前記干渉となる移動局の受信電力の平均値から前記干渉となる移動局の距離を推定する距離推定手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記８）
付記３または４記載のアレーアンテナ装置において、
前記アレーアンテナのうち単一のアンテナにおける受信信号のフーリエ変換を行って最大ドップラー周波数を推定し、前記最大ドップラー周波数から前記干渉となる移動局の移動速度を推定する移動速度推定手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記９）
付記３または４記載のアレーアンテナ装置において、
前記アレーアンテナのうち最大受信電力のアンテナにおける受信信号のフーリエ変換を行って最大ドップラー周波数を推定し、前記最大ドップラー周波数から前記干渉となる移動局の移動速度を推定する移動速度推定手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記１０）
付記３または４記載のアレーアンテナ装置において、
前記アレーアンテナの複数のアンテナにおける受信信号のフーリエ変換を行って複数の最大ドップラー周波数を推定し、前記複数の最大ドップラー周波数の平均値から前記干渉となる移動局の移動速度を推定する移動速度推定手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記１１）
付記３乃至１０のいずれか記載のアレーアンテナ装置において、
ある観測時点以前に得られた前記干渉となる移動局の移動速度と移動方向から前記ある観測時点におけるビームのヌル点を推定するヌル点推定手段と、
前記ヌル点推定手段の推定値と前記ある観測時点における実際のビームのヌル点とのずれが閾値以上になったとき前記ヌル点推定手段で推定したビームのヌル点をビーム形成の初期値として設定する初期値設定手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記１２）
付記１１記載のアレーアンテナ装置において、
前記ヌル点推定手段の推定値と前記ある観測時点における実際のビームのヌル点とのずれに応じた補正値を前記ウェイト制御手段にフィードバックするフィードバック手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記１３）
付記１１または１２記載のアレーアンテナ装置において、
前記初期値設定手段は、前記ある観測時点における実際のビームのヌル点における前記ヌル点推定手段の推定値から求めた干渉電力抑圧量が閾値以上となったとき前記ビーム形成の初期値を設定することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記１４）
付記３乃至１３のいずれか記載のアレーアンテナ装置において、
ハンドオーバしてくる前記干渉となる移動局の移動速度と移動方向を供給され、ハンドオーバ時に前記干渉となる移動局のパス到来方向を推定して前記ウェイト制御手段に初期値として設定するハンドオーバ初期値設定手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記１５）
付記３または４記載のアレーアンテナ装置において、
前記アレーアンテナの受信信号から前記干渉となる移動局のパス到来方向を推定して前記ウェイト制御手段に初期値として設定するパス到来方向推定手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
（付記１６）
付記３または４または１５記載のアレーアンテナ装置において、
前記アレーアンテナの受信信号に前記ウェイト制御手段の出力する受信用ウェイトを乗算した結果を既知の基準信号と比較して収束させ受信ヌルフォーミングを行う収束手段を
有することを特徴とするアレーアンテナ装置。

従来のヌルフォーミング法を用いた装置のブロック図である。 従来の重み制御アルゴリズムを説明するための図である。 移動局の距離に応じた位相変化を説明するための図である。 従来のビーム制御を説明するための図である。 従来のビーム制御を説明するための図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第１実施形態のブロック図である。 重み制御アルゴリズムの第１実施形態を説明するための図である。 重み制御処理の第１実施形態のフローチャートである。 重み制御アルゴリズムの第２実施形態を説明するための図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第２実施形態のブロック図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第３実施形態のブロック図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第４実施形態のブロック図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第５実施形態のブロック図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第６実施形態のブロック図である。 図１４に示す装置の重み制御アルゴリズムの実施形態を説明するための図である。 図１４に示す装置の重み制御アルゴリズムのフローチャートである。 本発明のアレーアンテナ装置の第７実施形態のブロック図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第８実施形態のブロック図である。 図１８に示す装置の重み制御アルゴリズムの実施形態を説明するための図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第９実施形態のブロック図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第１０実施形態のブロック図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第１１実施形態のブロック図である。 本発明のアレーアンテナ装置の第１２実施形態のブロック図である。

符号の説明

３０_１〜３０ｎ アンテナ
３２_１〜３２ｎ 乗算器
３４_１〜３４ｎ 乗算器
３６ ウェイト制御部
３８ 加算部
４２_１〜４２ｎ 受信電力測定部
４４ 受信電力合成／平均化部
４６ ＦＦＴ部
４８ 最大周波数検出部
５６ 到来角比較部
５８ メモリ部
６０ 移動速度・移動方向推定部
６２ ウェイト推定部
６４，７２ ウェイト決定部
６６，７４ ウェイト補正部
６８ 推定ウェイト到来角電力演算部
７０ 電力比較部

Claims (5)

1. アレーアンテナのヌル点を干渉となる移動局に向けるようビーム形成を行うアレーアンテナのビーム形成方法において、
   前記干渉となる移動局の移動速度と移動方向及び前記アレーアンテナと前記干渉となる移動局の距離を基に、前記干渉となる移動局が移動した時の信号電力対干渉電力比が、前記距離によらず、移動前と移動後で一定で、移動後のビーム利得変化量が前記距離によらず一定となるようビーム形成を行うことを特徴とするアレーアンテナのビーム形成方法。
2. アレーアンテナのヌル点を干渉となる移動局に向けるようビーム形成を行うアレーアンテナのビーム形成方法において、
   前記干渉となる移動局の移動速度と移動方向及び前記アレーアンテナと前記干渉となる移動局の距離を基に、一定時間内で前記干渉となる移動局が移動した時の信号電力対干渉電力比の積分値が、前記距離によらず、移動前と移動後で一定となるようビーム形成を行うことを特徴とするアレーアンテナのビーム形成方法。
3. アレーアンテナのヌル点を干渉となる移動局に向けるようビーム形成を行うアレーアンテナ装置において、
   前記干渉となる移動局の移動速度と移動方向及び前記アレーアンテナと前記干渉となる移動局の距離を基に、前記干渉となる移動局が移動した時の信号電力対干渉電力比が、前記距離によらず、移動前と移動後で一定で、移動後のビーム利得変化量が前記距離によらず一定となるようビーム形成用ウェイトを制御するウェイト制御手段を
   有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
4. アレーアンテナのヌル点を干渉となる移動局に向けるようビーム形成を行うアレーアンテナ装置において、
   前記干渉となる移動局の移動速度と移動方向及び前記アレーアンテナと前記干渉となる移動局の距離を基に、一定時間内で前記干渉となる移動局が移動した時の信号電力対干渉電力比の積分値が、前記距離によらず、移動前と移動後で一定となるようビーム形成用ウェイトを制御するウェイト制御手段を
   有することを特徴とするアレーアンテナ装置。
5. 請求項３または４記載のアレーアンテナ装置において、
   前記アレーアンテナのうち単一のアンテナにおける前記干渉となる移動局の受信電力から前記干渉となる移動局の距離を推定する距離推定手段を
   有することを特徴とするアレーアンテナ装置。

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