JP4754103B2 - 無線基地局装置、及びその送信先移動機選択方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペクトル拡散信号等の無線信号によって、移動端末機との間で通信を行なう無線基地局装置、及びその送信先移動機選択方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ディジタルセルラ移動通信システムとして、無線基地局装置が、移動端末機との間で通信を行なう際に、下りリンクで一定周期（スロット）毎に異なる移動端末機宛に、スペクトル拡散信号によってパケットを送信するシステムが知られている。
【０００３】
このディジタルセルラ移動通信システムにおいて、無線基地局装置は、セクタ化したビームまたは無指向性ビームを持つアンテナを用いることにより、各セクタにおいて、スロット毎に１台の移動端末機のみに対してパケットを送信することが可能である。したがって、一つの無線基地局装置からは、同一周波数でセクタ数分の移動端末機に対してパケットを同時に送信することができる。
【０００４】
また、無線基地局装置がセクタアンテナの代わりに、指向性を適応的に制御できるアンテナ（適応アンテナ）を用いるようにすると、無線信号の送信先である移動端末機の選択の自由度を拡大することが可能である。無線基地局装置は、適応アンテナを用いることにより、個々の送信先移動端末機に向けてそれぞれ指向性を持ったアンテナビーム（個別ビーム）を形成し、これら個別ビームにより各々の送信先移動端末機へ無線信号を送信することが可能である。これにより、複数の移動端末機に向けて同時に個別ビームを形成し、それぞれの移動端末機へパケットを送信することもできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した無線基地局装置が、適応アンテナにより形成する個別ビーム数を増やすと、個別ビーム間の干渉の度合いも増大する。この結果として、伝送速度の低下や信号対干渉雑音比の縮小など、通信品質の劣化という問題が生じる。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の移動端末機についてのそれぞれの個別ビームを同時に形成する場合に、それら個別ビーム間の干渉の度合いを軽減し、移動端末機との間の通信品質を向上することができる無線基地局装置、及びその送信先移動機選択方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、無線信号の送信先である移動端末機に向けて、前記無線信号を伝送する搬送波の個別ビームを形成する無線基地局装置であって、複数の前記移動端末機の方位がなす方位角が所定の角度以上となるように、前記複数の移動端末機を選択し、これら選択した移動端末機に向けて、前記個別ビームをそれぞれ形成することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記移動端末機の方位に応じて、該移動端末機についての前記所定の角度を変更することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記個別ビームにより伝送される無線信号を該移動端末機で受信したときの通信品質を取得し、この通信品質に応じて当該移動端末機に送信する無線信号の伝送速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局装置である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記個別ビームの形成に使用するアンテナとして、複数のアレイ素子を有し、アンテナビームの指向性を適応的に制御可能なアレイアンテナを備え、前記選択する移動端末機の数を前記アレイ素子の数以下とし、前記選択した移動端末機向けの個別ビームに対し、当該移動端末機以外に選択した移動端末機の方位におけるゲインが極小となるゲイン特性を有するように、前記個別ビームを形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかの項に記載の無線基地局装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記選択した移動端末機向けの個別ビームが当該移動端末機以外に選択した移動端末機の方位に零点を持つように、前記個別ビームを形成することを特徴とする請求項４に記載の無線基地局装置である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記移動端末機から無線信号を連続的または間欠的に受信し、該受信信号の到来方向を推定することにより、前記移動端末機の方位を特定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかの項に記載の無線基地局装置である。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、所定時間毎に、前記特定を行うことによって前記移動端末機の方位を更新することを特徴とする請求項６に記載の無線基地局装置である。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、前記移動端末機から無線信号の未受信が所定時間継続した場合には、当該移動端末機の方位を未更新とすることを特徴とする請求項７に記載の無線基地局装置である。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、前記移動端末機よって測位された該移動端末機の位置情報を取得し、この位置情報に基づいて当該移動端末機の方位を特定することを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の無線基地局装置である。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、無線信号の送信先である移動端末機に向けて、前記無線信号を伝送する搬送波の個別ビームを形成する無線基地局装置における送信先移動機選択方法であって、複数の前記移動端末機についてのそれぞれの前記個別ビームを形成する場合に、前記複数の移動端末機の方位がなす方位角が所定の角度以上となるように、前記複数の移動端末機を選択する過程からなることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について順次説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるセルラ方式の無線基地局装置の構成を示すブロック図である。この図１に示す無線基地局装置は、Ｎ（Ｎは１以上の整数）個の送信バッファ１−１〜Ｎと、信号選択部２と、Ｍ（Ｍは１以上の整数）個の信号送信部３−１〜Ｍと、個別ビーム形成部４と、Ｌ（Ｌは１以上の整数）個のアンテナアレイ６−１〜ＬからなるＬ素子アレイアンテナ５とから構成される。上記図１の無線基地局装置は、最大Ｎ台までの移動端末機（以下、単に移動機と称する）に対してデータ送信を行なうことが可能である。
【００１８】
次に、図１に示す無線基地局装置の基本的な動作を説明する。
初めに、送信バッファ１−１〜Ｎは、データ通信する移動機にそれぞれ対応しており、それぞれの移動機に対して送信するためのデータが入力されると、当該データを蓄積する。
【００１９】
次いで、信号選択部２は、送信バッファ１−１〜Ｎの内、送信データが蓄積されているいずれかｍ個の送信バッファを選択する。送信バッファ１−１〜Ｎは移動機と１対１に対応しているので、この送信バッファの選択によって、ｍ台の送信先移動機が選択されることになる。
なお、この信号選択部２が選択する移動機の数は、常に一定である必要はなく、（１）式を満足する範囲内であればスロット毎に変化してもよい。
１≦ｍ≦ｎ ・・・（１）
ただし、ｍはＭ以下の正の整数である。
ｎは、無線基地局装置と通信可能な移動機数であり、且つＮ以下の正の整数である。
また、信号送信部の個数Ｍは、信号選択部２が同時に選択する移動機数ｍの最大値以上の値として決定される。
【００２０】
次いで、信号選択部２は、選択した送信バッファから一定量のデータを取得し、また信号送信部３−１〜Ｍのいずれかを選択し、この選択した信号送信部に該取得データを出力する。ここで選択された信号送信部は、そのデータ取得元の送信バッファと１対１に対応することになる。この結果、その選択された信号送信部とデータ取得元の送信バッファに対応付けられた送信先移動機とが１対１に対応付けられたことになる。
【００２１】
次いで、信号送信部３−１〜Ｍは、入力されたデータを送信用のスペクトル拡散信号に変換して個別ビーム形成部４に出力する。個別ビーム形成部４は、入力された送信用スペクトル拡散信号に対して、送信先移動機向けの個別ビームを形成するための重み付けをなし、各アンテナアレイ６−１〜Ｌへ出力する。
【００２２】
このようにして、信号選択部２が選択したｍ台の送信先移動機に向けて、送信データを伝送するためのそれぞれの個別ビーム（ｍ個）が形成される。無線基地局装置は、これらｍ個の個別ビームによって、ｍ台の送信先移動機へ同一周波数でデータを送信することができるようになる。
【００２３】
上記個別ビームとは、無線信号の送信先の移動機に対して指向性を持つように形成されたアンテナビームのことをいう。
【００２４】
なお、図１に示す無線基地局装置では、適応アンテナとしてＬ素子アレイアンテナ５を備え、このＬ素子アレイアンテナ５用いて個別ビームの指向性制御を行っているが、アンテナビームの指向性を適応的に制御可能なアンテナ（適応アンテナ）であれば、いずれの種別のアンテナを備えるようにしてもよい。
【００２５】
次に、図１に示す無線基地局装置（以下、単に基地局と称する場合がある）が送信先の移動機を選択する動作について説明する。
初めに、この送信先移動機の選択時において、基地局と通信可能な移動機の中から２台の移動機を選択し、同時にデータ送信する場合について説明する。ここで、基地局から２台の移動機に対して同時に個別ビームを形成しデータを送信する際、基地局から見て、それら２台の移動機が位置する各々の方位がなす角度差（以下、この角度差のことを方位角と称する）が小さいと、それぞれの移動機向けに形成した個別ビーム間の干渉が生じ易くなる。この干渉の度合いを軽減するために、本実施形態においては、同時にデータ送信する２台の移動機を選択する際に、信号選択部２は、それら２台の移動機間の方位角が一定の角度以上になるように、送信先移動機を選択する。
【００２６】
次に、図２〜図４を参照して、基地局と通信可能な移動機の中から３台以上の移動機を選択し、同時にデータ送信する場合について説明する。図２〜図４は、図１に示す信号選択部２が送信先の移動機を選択する動作について説明するための第１〜第３の図である。
初めに、図２に示すように、図１の本実施形態による基地局２００と、この基地局２００と通信可能な１０台の移動機２１０〜２１９がそれぞれ位置している。ここで、信号選択部２は、同時にデータ送信する送信先移動機を選択する際、送信先移動機としてそれぞれ隣り合うことになる２台の移動機間の方位角が、一定の角度（例えば、５０°）以上になるように、送信先移動機を選択する。この一定の角度は、方位角の判定用閾値として予め信号選択部２に設定される。
【００２７】
例えば、あるタイムスロットにおいては、図３に示すように、信号選択部２は、移動機２１０、２１２、２１４、２１６、２１８を送信先移動機として選択する。これら移動機２１０、２１２、２１４、２１６、２１８の内、それぞれ隣り合った２台の移動機間の方位角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5は、いずれも所定の角度（５０°）以上である。これにより、それぞれの移動機２１０、２１２、２１４、２１６、２１８に対して形成された個別ビーム２２０〜２２４間の干渉の度合いが軽減される。この結果、これら個別ビーム２２０〜２２４によって基地局２００から各移動機２１０、２１２、２１４、２１６、２１８へ伝送された送信データが、それら移動機により問題無く受信される。
【００２８】
また、別のタイムスロットにおいては、信号選択部２は、図４に示すように、移動機２１１、２１３、２１５、２１７、２１９を送信先移動機として選択する。この場合も図３に示すのと同様に、移動機２１１、２１３、２１５、２１７、２１９の内、それぞれ隣り合った２台の移動機間の方位角θ6、θ7、θ8、θ9、θ10は、いずれも所定の角度（５０°）以上である。この結果、それぞれの移動機２１１、２１３、２１５、２１７、２１９に対して形成された個別ビーム２３０〜２３４間の干渉の度合いが軽減されるので、移動機２１１、２１３、２１５、２１７、２１９は、これら個別ビーム２３０〜２３４によって基地局２００から伝送された送信データを問題無く受信可能である。
【００２９】
また、図１に示す無線基地局装置は、通信可能な移動機の方位を特定するために、例えば、アンテナアレイ６−１〜Ｌを送受兼用に用いて予め各移動機からの無線信号を連続的あるいは間欠的に受信し、受信信号の到来方向を推定する。この到来方向推定の一つの方法としては、先ず、それぞれの移動機について、無線信号を最適に受信できるように、各アンテナアレイ６−１〜Ｌの重み付けを調節する。例えば、受信強度が最大になるように調節したり、あるいは信号対干渉雑音比が最高値となるように調節する。次いで、この重み付けで形成されるアンテナ受信パターンの主ビームの方向に基づいて当該移動機の方位を決定する。例えば、主ビームの方位を移動機の方位とする。また、信号の受信方法等によっては、他の到来方向推定方法として、周知の各種の方法を用いるようにしてもよい。例えば、線形予測法、最少ノルム法、ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴなどが利用可能である。
【００３０】
なお、このアンテナ受信パターンに関する情報から抽出された主ビームの方向などの個別ビーム形成のための情報については、各々の移動機から送信される無線信号を一定時間受信する毎に更新するようにしてもよい。ただし、ある移動機から送信される信号を一定時間受信できなかった場合は、当該移動機に対する個別ビーム形成のための情報を未更新とするようにしてもよい。
【００３１】
また、移動機の方位を特定する他の方法としては、移動機にGPS等の方位測定手段を備えておき、これを利用して測位された移動機の位置情報を無線基地局装置が取得し、この位置情報に基づいて当該移動機の方位を特定するようにしてもよい。
【００３２】
なお、上述した実施形態において、無線基地局装置が、個別ビームで移動機に伝送される無線信号を該移動機で受信したときの通信品質を示す値として、例えば信号対干渉雑音比（受信C/I）を測定するか、あるいは予測するようにし、この受信C/Iに応じて当該移動機に送信する無線信号の伝送速度を決定するようにしてもよい。例えば、受信C/Iが0〜3dBの範囲内であった場合には伝送速度を300kbpsとし、また3〜6dBの範囲内であった場合には伝送速度を600kbpsとし、また6〜9dBの範囲内であった場合には伝送速度を1200kbpsとする。このように、受信C/Iが高いほど、より大きな伝送速度を対応付けるようにすれば、受信C/Iに応じてより早い速度でデータを伝送することが可能となり、伝送効率が向上するという効果が得られる。
【００３３】
上述したように、本発明の第１の実施形態によれば、データ送信対象の全移動機に対して同時にデータ送信する場合に比べて、同時に形成する個別ビーム数を減らすことができる。また、無線基地局装置から複数の移動機に対して同時に個別ビームを形成しデータを送信する際、無線基地局装置から見て、送信先移動機としてそれぞれ隣り合うことになる２台の移動機間の方位角が、一定の角度以上になるように、無線基地局装置は送信先移動機を選択する。
【００３４】
この結果として、それぞれの移動機向けて形成した個別ビーム間の干渉の度合いが軽減されるので、安定した伝送速度の確保や信号対干渉雑音比の拡大等が可能となり、移動端末機との間の通信品質が向上するという効果が得られる。
【００３５】
また、無線基地局装置がそれぞれの個別ビームについての受信C/Iに応じて無線信号の伝送速度を決定するようにすれば、受信C/Iに応じてより早い速度でデータを伝送することが可能となり、移動機との間の伝送効率が向上するという効果が得られる。
【００３６】
なお、上述した第１の実施形態においては、移動機がいずれの方位にあっても、送信先移動機の選択に使用する方位角の判定用閾値を一定（例えば、５０°）としているが、判定用閾値となる２台の移動機間の角度差を随時、変更可能なようにしてもよい。例えば、Ｌ素子アレイアンテナ５に、直線配置のアレイアンテナを用いると、移動機の位置する方位によって形成可能な最小のビーム幅がそれぞれ異なることもある。このような場合には、判定用閾値となる角度差を随時、変更可能なようにしておけば、移動機の方位に応じて判定用閾値を変更し、最適な個別ビームを形成できるようになる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態によるセルラ方式の無線基地局装置について説明する。なお、この第２の実施形態による無線基地局装置の構成は、上記図１に示す構成と同様である。以下、第２の実施形態による無線基地局装置の特徴的な動作について説明する。また、図１に示す各ブロックに対応する部分については、同一の符号を付加する。
【００３８】
無線基地局装置は、上述した第１の実施形態と同様に、無線基地局装置から見て、送信先移動機としてそれぞれ隣り合うことになる２台の移動機間の方位角が、一定の角度以上になるように送信先移動機を選択する。ただし、第２の実施形態では、アンテナアレイ素子数Ｌに対して信号選択部２で選択する送信先移動機数をそのＬの値以下とする。また、個別ビーム形成部４は、ある送信先移動機向けの個別ビームが他の全ての送信先移動機の方位にヌル（零点）を持つように、それぞれの移動機向けの個別ビームを形成する。一般的に、方位角が５０°以上であれば、アレイアンテナによって、他の全ての送信先移動機の方位にヌルを持った個別ビームを形成可能である。
【００３９】
例えば、あるスロットにおいて４台の移動機Ａ〜Ｄに対してデータ送信する際に、個別ビーム形成部４は、図５に示す波形Ｗ１のゲイン特性を有するように、すなわち移動機Ｂ〜Ｄの方位にヌルを持つように、移動機Ａ向けの個別ビームを形成する。ただし、完全なヌルを形成できない場合には、個別ビーム形成部４は、移動機Ｂ〜Ｄの方位におけるゲインが極小となるように、移動機Ａ向けの個別ビームを形成する。例えば、図５に示す波形Ｗ１において、移動機Ｄの方位におけるゲインが隣接した方位に比して最少となるようにする。このように、ゲイン特性の波形が谷をなす方位のゲインのことを極小のゲインと称する。
同様にして、個別ビーム形成部４は、移動機Ｂ〜Ｄ向けのそれぞれの個別ビームを形成する。
【００４０】
なお、第１の実施形態と同様に、個別ビームで移動機に伝送される無線信号を該移動機で受信したときの通信品質を示す値として信号対干渉雑音比（受信C/I）を測定するか、あるいは予測するようにし、この受信C/Iに応じて当該送信信号の伝送速度を決定するようにしてもよい。
【００４１】
また、各移動機の位置する方位を特定する方法についても、第１の実施の形態と同様の方法によって実現可能である。
【００４２】
上述したように、第２の実施形態によれば、個別ビームを形成するアンテナとして、アンテナビームの指向性を適応的に制御可能なアレイアンテナを用い、同時にデータ送信する送信先移動機数を該アレイ素子数Ｌ以下とし、送信先として選択した移動機に対する各々の個別ビームを形成する際に、送信先として同時に選択されている他の移動機の方位にヌルを形成する。あるいは、選択した移動機向けの個別ビームに対し、当該移動機以外に選択した移動機の方位におけるゲインが極小となるゲイン特性を有するようにする。
これにより、それぞれの移動機向けに形成した個別ビーム間の干渉の度合いをさらに軽減することが可能となる。この結果として、移動端末機との間の通信品質がより一層向上するという優れた効果が得られる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の移動端末機の方位がなす方位角が所定の角度以上となるように、それら複数の移動端末機を選択し、これら選択した移動端末機に向けて個別ビームをそれぞれ形成するようにしたので、複数の移動端末機についてのそれぞれの個別ビームを同時に形成する場合に、それら個別ビーム間の干渉の度合いを軽減し、移動端末機との間の通信品質を向上することができるという効果が得られる。
【００４５】
さらに、移動端末機の方位に応じて、該移動端末機についての所定の角度（判定用閾値）を変更するようにすれば、移動端末機の方位に応じて判定用閾値を変更し、最適な個別ビームを形成できるようになる。
【００４６】
また、個別ビームにより伝送される無線信号を該移動端末機で受信したときの通信品質を取得し、この通信品質に応じて当該移動端末機に送信する無線信号の伝送速度を決定するようにすれば、移動端末機の受信に係る通信品質に応じて、より早い速度でデータを伝送することが可能となり、移動端末機との間の伝送効率が向上するという効果も得られる。この通信品質を示すものとして信号対干渉雑音比が利用可能である。
【００４７】
また、個別ビームの形成に使用するアンテナとして、複数のアレイ素子を有し、アンテナビームの指向性を適応的に制御可能なアレイアンテナを備え、選択する移動端末機の数を該アレイ素子の数以下とし、該選択した移動端末機向けの個別ビームに対し、当該移動端末機以外に選択した移動端末機の方位におけるゲインが極小となるゲイン特性を有するように、それぞれの選択した移動端末機向けの個別ビームを形成するようにすれば、それら個別ビーム間の干渉の度合いをさらに軽減することが可能である。これにより、移動端末機との間の通信品質をさらに向上することができる。
【００４８】
さらに、選択した移動端末機向けの個別ビームが当該移動端末機以外の選択した移動端末機の方位に零点を持つように、該個別ビームを形成するようにすれば、個別ビーム間の干渉の度合いをより一層軽減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態による無線基地局装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示す信号選択部２が送信先の移動機を選択する動作について説明するための第１の図である。
【図３】 図１に示す信号選択部２が送信先の移動機を選択する動作について説明するための第２の図である。
【図４】 図１に示す信号選択部２が送信先の移動機を選択する動作について説明するための第３の図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態による無線基地局装置の動作について説明するための波形図である。
【符号の説明】
１−１〜Ｎ 送信バッファ
２ 信号選択部
３−１〜Ｍ の信号送信部
４ 個別ビーム形成部
５ Ｌ素子アレイアンテナ
６−１〜Ｌ アンテナアレイ
２００ 無線基地局装置（基地局）
２１０〜２１９ 移動端末機（移動機）
２２０〜２２４、２３０〜２３４ 個別ビーム
θ１〜θ10 方位角

Claims (9)

1. 無線信号の送信先である移動端末機に向けて、前記無線信号を伝送する搬送波の個別ビームを形成する無線基地局装置であって、
   複数の前記移動端末機の方位がなす方位角が、前記無線基地局装置のアンテナにより方位毎に形成可能である最小ビーム幅に基づいて方位毎に定められた所定の角度以上となるように、前記複数の移動端末機をタイムスロット毎に選択し、これら選択した移動端末機に向けて、前記個別ビームをそれぞれ形成することを特徴とする無線基地局装置。
2. 前記個別ビームにより伝送される無線信号を該移動端末機で受信したときの通信品質を取得し、この通信品質に応じて当該移動端末機に送信する無線信号の伝送速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局装置。
3. 前記個別ビームの形成に使用するアンテナとして、複数のアレイ素子を有し、アンテナビームの指向性を適応的に制御可能なアレイアンテナを備え、前記選択する移動端末機の数を前記アレイ素子の数以下とし、前記選択した移動端末機向けの個別ビームに対し、当該移動端末機以外に選択した移動端末機の方位におけるゲインが極小となるゲイン特性を有するように、前記個別ビームを形成することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかの項に記載の無線基地局装置。
4. 前記選択した移動端末機向けの個別ビームが当該移動端末機以外に選択した移動端末機の方位に零点を持つように、前記個別ビームを形成することを特徴とする請求項３に記載の無線基地局装置。
5. 前記移動端末機から無線信号を連続的または間欠的に受信し、該受信信号の到来方向を推定することにより、前記移動端末機の方位を特定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかの項に記載の無線基地局装置。
6. 所定時間毎に、前記特定を行うことによって前記移動端末機の方位を更新することを特徴とする請求項５に記載の無線基地局装置。
7. 前記移動端末機から無線信号の未受信が所定時間継続した場合には、当該移動端末機の方位を未更新とすることを特徴とする請求項６に記載の無線基地局装置。
8. 前記移動端末機よって測位された該移動端末機の位置情報を取得し、この位置情報に基づいて当該移動端末機の方位を特定することを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の無線基地局装置。
9. 無線信号の送信先である移動端末機に向けて、前記無線信号を伝送する搬送波の個別ビームを形成する無線基地局装置における送信先移動機選択方法であって、
   複数の前記移動端末機についてのそれぞれの前記個別ビームを形成する場合に、前記複数の移動端末機の方位がなす方位角が、前記無線基地局装置のアンテナにより方位毎に形成可能である最小ビーム幅に基づいて方位毎に定められた所定の角度以上となるように、前記複数の移動端末機をタイムスロット毎に選択する過程からなることを特徴とする送信先移動機選択方法。

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