JP4084947B2

JP4084947B2 - CDMA base station apparatus

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Publication number: JP4084947B2
Application number: JP2002037688A
Authority: JP
Inventors: 学三上; 輝也藤井
Original assignee: SoftBank Telecom Corp
Current assignee: SoftBank Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2003244046A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直接拡散符号分割多元接続方式（DS-CDMA：Direct Sequence - Code Division Multiple Access）を用いて複数の移動局と通信を行うCDMA基地局装置に関するものであり、基地局から移動局へ送信する下りリンクにおいて、偏波ダイバーシティアンテナをアダプティブアレイアンテナのエレメントとして用いるものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の基地局でエリアをカバーするセルラー移動通信システムにおいて、拡散符号により信号を拡散するDS-CDMA方式を用いて、基地局が所望の移動局と通信を行うものがある。DS-CDMA方式においては、同一のキャリア周波数であっても異なる拡散符号を用いることにより、多数の移動局と同時に通信できる。しかし、符号間干渉は、同時通信チャネル数が多くなると無視できなくなる。そのため、基地局にアダプティブアレイアンテナ（AAA）を適用することにより、所望の移動局にメインローブを向けたり、他の移動局にビームヌルを形成したりしたビームパターンを生成することにより、干渉波の少ない通信を行うことが検討されている。
【０００３】
図４は、従来のアダプティブアレイアンテナのウエイト制御を説明するための基地局のブロック構成図である。図中、図４（ａ）は受信側、図４（ｂ）は送信側を示す。
図４（ａ）において、１は基地局、３１はアレイアンテナであって、３１₁〜３１₄はアレイアンテナの各エレメントである。本明細書では、４エレメントのアレイアンテナを例示するが、エレメント数は２以上であればよい。３は移動局、４は移動局アンテナである。各エレメント３１₁〜３１₄の間隔は、上り回線の波長をλ_upとしたとき、通常、λ_up／２に選ばれる。
３２₁〜３２₄は乗算器であって、アレイアンテナの各エレメント３１₁〜３１₄に対応して設けられる。移動局アンテナ４からの送信波６が各エレメント３１₁〜３１₄で受信される。乗算器３２₁〜３２₄は、各エレメント３１₁〜３１₄の受信信号に、それぞれ受信アレイウエイト（複素ウエイト）ｗ_up（w₁，…，w₄）を乗算し、加算器３３に出力する。加算器３３の出力は合成受信信号となる。アダプティブアレイアンテナ（AAA）受信ウエイト制御部３４は、各エレメント３１₁〜３１₄の受信信号および加算器３３の出力に基づいて、例えば、最小２乗誤差法（MMSE：Minimum Mean Square Error）を用いて、受信アレイウエイト（複素ウエイト）ｗ_up（w₁，…，w₄）を計算し、制御する。
【０００４】
図４（ａ）では逆拡散処理の構成を省略している。各エレメントの受信信号は、所望の移動局の拡散符号をタップ係数とするマッチドフィルタによって逆拡散されるとともに、複数のパス毎に出力され、各パス毎の出力が、図４（ａ）に示した乗算器３２₁〜３２₄および加算器３３によってパス毎の合成受信信号となり、パス毎にチャネル推定および補償が行われて、最終的にRake合成され、デ−インターリーブおよびエラー訂正のための復号がなされて受信データが出力される。その際、加算器３３の出力に代えて、Rake合成出力がAAA受信ウエイト制御部３４に入力される。
【０００５】
図４（ｂ）において、アレイアンテナの各エレメント３１₁〜３１₄は、図４（ａ）の各エレメント３１₁〜３１₄と同一のものであり、図示しないデュプレクサによって、受信側ブロックと送信側ブロックに結合されている。
図示しない送信データは、エラー訂正のために符号化されインターリーブ処理され、変調方式に応じたデータマッピングがなされて図示の送信信号となる。送信信号は、乗算器３５₁〜３５₄に入力されて、それぞれ送信アレイウエイト（複素ウエイト）ｗ_down（w₁，…，w₄）が乗算され、アレイアンテナの各エレメント３１₁〜３１₄に出力されて、移動局３に適した送信ビームパターンとなって、送信波が出力される。
AAA送信ウエイト制御部３６は、乗算器３５₁〜３５₄に対し、受信側で計算された最適な受信アレイウエイトに基づいて乗算器３５₁〜３５₄に対する送信アレイウエイトを計算し、制御する。図４（ｂ）においては、最適な受信アレイウエイトｗ_up（w₁，…，w₄）の値をそのままコピーして送信アレイウエイトｗ_down（w₁，…，w₄）を設定している。
【０００６】
送信と受信とで時分割スロットを異ならせることにより、同一のキャリア周波数を使用するTDD(Time Division Duplex)に関してはこれでよい。しかし、送信キャリア周波数と受信キャリア周波数とが異なっているFDD（Frequency Division Duplex）の場合、両キャリア周波数が大きく異なる場合には、アレイアンテナのエレメント間隔を受信キャリア波長（上り回線の波長λ_up）の１／２とすると、送信キャリア波長の半分にならなくなる。その結果、送信ビームパターンは、受信ビームパターンからシフトする。この影響が無視できない場合は、受信アレイウエイトｗ_upを補正する（キャリア周波数キャリブレーション）ことにより、例えば、ビームのメインローブあるいはヌルの方向をシフトさせる方法がある。
【０００７】
従って、FDDの場合、このような基地局１から所望の移動局３への下りリンクにおいて、メインローブを正しく所望の移動局３に向けるために、あるいは、他の１つの移動局にビームヌルを向けるために、各エレメントの受信信号に基づいて、到来方向（DOA：Direction of Arrival）推定を行うことにより、受信アレイウエイトの値ｗ_upを補正して送信アレイウエイトｗ_downを計算し、制御する場合がある。
【０００８】
このような到来方向推定としては、ビーム走査、あるいは、各エレメントの受信信号から得られる相関行列の固有値解析によって行う方法がある。ビーム走査のアルゴリズムとしては、ビームフォーマ法、Capon法、線形予測法がある。
一方、相関行列の固有値解析のアルゴリズムとしては、最小ノルム法、MUSIC（MUltiple SIgnal Classification）法、ESPRIT（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）などのアルゴリズムがある。これらは、例えば、菊間信良「アレーアンテナによる適応信号処理」科学技術出版、(1998-11）、p.173-268等で知られている。
なお、図４（ｂ）においては拡散処理のための構成を省略した。拡散処理は、例えば、各乗算器３５₁〜３５₄の出力のそれぞれに、所望の移動局に割り当てられた拡散符号を乗算して拡散処理を行い、アレイアンテナの各エレメント３１₁〜３１₄に出力する。
【０００９】
上述したアレイアンテナでは、メインローブを所望の移動局に向けたり、他の移動局にビームヌルを向けたりすることによって、干渉波が低減される。その結果、基地局のセルに収容できる移動局（ユーザ）数を増やすことができる。しかし、移動通信は、マルチパスフェージングによる受信信号のレベル変動や位相変動の影響を大きく受けて受信品質が低下する。
そこで、空間送信ダイバーシティの各ブランチにアレイアンテナを配置した基地局が、例えば、福田暁ほか３名「W-CDMA下りリンクにおける送信ダイバーシチを併用したときの適応アンテナアレイビームフォーミング送信の特性」、電子情報通信学会技術研究報告NS2001-82，RCS2001-83（2001-07）などで提案されている。
【００１０】
図５は、空間ダイバーシティブランチにアレイアンテナを配置した従来の送信ダイバーシティの説明図である。図中、図４と同様な部分には同じ符号を付している。３１₁₁〜３１₁₄は第１の空間ダイバーシティブランチに配置されたアレイアンテナのエレメントであり、３１₂₁〜３１₂₄は第２の空間ダイバーシティブランチに配置されたアレイアンテナのエレメントである。第１の空間ダイバーシティブランチのアレイアンテナのエレメントと第２の空間ダイバーシティブランチのアレイアンテナのエレメントの最短距離、すなわち、アレイエレメント３１₁₄とアレイエレメント３１₂₁間は、ダイバーシティブランチ間でフェージング相関を小さくするため、通常１０λ_up以上離間される。
【００１１】
図６は、図５に示したアダプティブアレイアンテナのウエイト制御を説明するブロック構成図である。図中、図５と同様な部分には同じ符号を付している。
送信信号は、乗算器４１₁において第１のブランチウエイトw₁₀を乗算され、乗算器４１₂において第２のブランチウエイトw₂₀を乗算される。
乗算器４１₁の出力は、乗算器群４２₁において、エレメント３１₁₁〜３１₁₄に対する送信アレイウエイトw₁₁〜w₁₄が乗算されて、対応するエレメント３１₁₁〜３１₁₄に出力される。同様に、乗算器４１₂の出力は、乗算器群４２₂において、エレメント３１₂₁〜３１₂₄に対する送信アレイウエイトw₂₁〜w₂₄が乗算されて、対応するエレメント３１₂₁〜３１₂₄に出力される。
【００１２】
AAA送信アレイウエイト制御部４３₁は、エレメント３１₁₁〜３１₁₄で受信した信号に基づいて、対応するエレメント３１₁₁〜３１₁₄に対する送信アレイウエイトw₁₁〜w₁₄を計算し、制御する。同様に、AAA送信アレイウエイト制御部４３₂は、エレメント３１₂₁〜３１₂₄で受信した信号を用いて計算された最適な受信アレイウエイトに基づいて、対応するエレメント３１₂₁〜３１₂₄に対する送信アレイウエイトw₂₁〜w₂₄を計算し、制御する。
AAA送信アレイウエイト制御部４３₁，４３₂は、図４で示したように、受信側で計算された最適な受信アレイウエイトの値をそのまま送信アレイウエイトw₁₁〜w₁₄，w₂₁〜w₂₄に設定してもよい。また、計算された最適な受信アレイウエイトの値を、到来方向推定などを行うことにより、補正（キャリア周波数キャリブレーション）して送信アレイウエイトw₁₁〜w₁₄，w₂₁〜w₂₄を設定してもよい。
【００１３】
第１，第２のダイバーシティブランチは、フェージング相関が小さくなるように、空間的に離れて設置され、通常１０波長以上離隔される。移動局３において、一方の空間ダイバーシティブランチからの送信波の受信レベルが低下したときに、他方のダイバーシティブランチからの送信波の受信レベルは、必ずしも低下しない。そのため、何らかの方法で、移動局３における、第１，第２の空間ダイバーシティブランチからの送信波の受信レベルやキャリア位相を測定したり、推定したりする。この測定結果あるいは推定結果に基づいて、送信ダイバーシティ用ブランチウエイト制御部４４において、第１，第２のブランチウエイト（複素ウエイト）w₁₀，w₂₀を計算し、制御する。これにより、送信ダイバーシティなしの場合に比べ、良好な受信特性を得ることができる。
このブランチウエイトの計算は、例えば、移動局３において、第１，第２のダイバーシティブランチからの送信波を受信した信号のキャリア位相差が最小となって、受信SIR（Signal to Interference power Ratio：希望波信号電力対干渉波信号電力比）を最大にするようにして行われる。
【００１４】
上述した空間ダイバーシティ構成をとることにより、十分離間させたアレイアンテナが２系統必要になる。そのため、アンテナの設置スペースが２倍以上必要になる。また、アダプティブアルゴリズムの計算処理量も２倍になる。また、２ブランチ分のエレメント総数に等しい数をエレメント数とした１つのアレイアンテナを想定して、これと比較すると、アンテナのエレメント数が半減するので、上述したダイバーシティ構成をとることによりアレイアンテナの利得が低下することになる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、基地局のセルに収容できる移動局（ユーザ）数を増やせるとともに、少ない設置スペースでフェージング変動の影響を低減でき、また、アレイエレメントのウエイト計算量を削減することも可能なＣＤＭＡ基地局装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１に記載の発明においては、垂直偏波アンテナおよび水平偏波アンテナを備えた複数の偏波ダイバーシティアンテナを配列してなるアダプティブアレイアンテナを用いて所望の移動局に対する送信を行うＣＤＭＡ基地局装置であって、
前記複数の偏波ダイバーシティアンテナを配列してなるアダプティブアレイアンテナを、前記垂直偏波アンテナからなる垂直ブランチのアダプティブアレイアンテナと、前記水平偏波アンテナからなる水平ブランチのアダプティブアレイアンテナとから構成し、
前記所望の移動局に送信する信号を複製することにより、前記垂直ブランチのアダプティブアレイアンテナから送信される垂直偏波用の送信信号と、前記水平ブランチのアダプティブアレイアンテナから送信される水平偏波用の送信信号を生成し、
前記所望の移動局に送信する信号のうち、垂直偏波用の送信信号に、前記各偏波ダイバーシティアンテナの前記垂直偏波アンテナに対する、垂直ブランチウエイトと垂直ブランチのアダプティブアレイアンテナとしての個々の送信アレイウエイトを乗算し、
かつ、前記所望の移動局に送信する信号のうち、水平偏波用の送信信号に、前記各偏波ダイバーシティアンテナの前記水平偏波アンテナに対する、水平ブランチウエイトと水平ブランチのアダプティブアレイアンテナとしての個々の送信アレイウエイトを乗算するとともに、
前記所望の移動局に応じた符号拡散を行って、当該垂直偏波アンテナおよび水平偏波アンテナに出力する送信手段と、
前記所望の移動局から送信された信号を受信して得られた受信信号に基づいて、前記垂直ブランチウエイト、前記水平ブランチウエイト、および、前記個々の送信アレイウエイトを制御する送信ウエイト制御手段、
を有するものである。
従って、アレイアンテナを用いた送信ダイバーシティとして、従来の空間ダイバーシティに代えて偏波ダイバーシティを採用したので、基地局のセルに収容できる移動局（ユーザ）数を増やせるとともに、少ない設置スペースでフェージング変動の影響を低減できる。
【００１７】
なお、上述した、垂直ブランチウエイトおよび前記水平ブランチウエイトを計算するための信号として、移動局からのフィードバック情報を用いることができる。例えば、基地局の各偏波ダイバーシティアンテナの垂直偏波アンテナから第１のパイロットパターン信号を送信し、水平偏波アンテナから第２のパイロットパターン信号を送信する。移動局においては、受信した第１，第２のパイロットパターン信号を識別比較することにより、フィードバック情報を基地局に送信する。また、上りリンクと下りリンクのキャリア周波数が同じであるTDDのときには、基地局の各偏波ダイバーシティアンテナの垂直偏波アンテナおよび水平偏波アンテナの両方で受信した受信信号の比較に基づいて、垂直ブランチウエイトおよび前記水平ブランチウエイトを制御するための信号を得ることもできる。
【００１８】
請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載のＣＤＭＡ基地局装置において、前記送信ウエイト制御手段は、前記各偏波ダイバーシティアンテナの少なくとも一方の偏波アンテナに対して計算された受信アレイウエイトの値を、前記少なくとも一方の偏波アンテナに対する送信アレイウエイトとするものである。
従って、送信アレイウエイトの計算処理が簡単化される。特に、上り回線で使用するキャリア周波数と下り回線で使用するキャリア周波数が、等しいかまたはその差が小さいときに適用できる。
一方、上下回線のキャリア周波数差が大きいときは、最適な送信アレイウエイトが最適な受信アレイウエイトから大きくずれる。この場合、より大きな効果を得るためには、従来技術で説明した到来方向推定手段等を用いて、移動局の方向を特定し、送信ビームが希望局の方向を向くような補正等が必要となる。
【００１９】
請求項３に記載の発明においては、請求項１または２に記載のＣＤＭＡ基地局装置において、前記送信ウエイト制御手段は、前記所望の移動局から送信された信号を、前記各偏波ダイバーシティアンテナの垂直偏波アンテナおよび水平偏波アンテナの一方を用いて得られた前記受信信号に基づいて、当該垂直偏波アンテナおよび水平偏波アンテナの一方に対する前記送信アレイウエイトを計算し、制御するとともに、前記垂直偏波アンテナおよび水平偏波アンテナの両者に対する前記送信アレイウエイトを等しい値にするものである。
従って、送信アレイウエイトの計算量を削減できる。垂直偏波アンテナおよび水平偏波アンテナから見た所望の移動局の方向が同じであるため、垂直偏波アンテナおよび水平偏波アンテナに対する送信アレイウエイトを等しくしても、最適な送信アレイウエイトからの誤差が少ない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のCDMA基地局装置の概要を示す説明図である。
図中、図４と同様な部分には同じ符号を付している。２₁〜２₄は偏波ダイバーシティアンテナである。偏波ダイバーシティアンテナ２₁は、垂直偏波アンテナ２_1Vおよび水平偏波アンテナ２_1Hからなり、同様に、偏波ダイバーシティアンテナ２₂〜２₄は、垂直偏波アンテナ２_2V〜２_4Vおよび水平偏波アンテナ２_2H〜２_4Hからなる。垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vは垂直ブランチのアレイアンテナとなり、水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hは水平ブランチのアレイアンテナとなる。
【００２１】
基地局１は、下りリンクにおいて、垂直ブランチおよび水平ブランチのアレイアンテナを用いて、偏波ダイバーシティで送信する。移動局３は、垂直偏波送信波５_Vおよび水平偏波送信波５_Hを移動局アンテナ４で受信する。線状の移動局アンテナ４は、一般に傾いた状態で使用されるので、垂直，水平の両偏波を受信できる。また、都市部では建物により反射や散乱または回折するので、元の主偏波成分に対し交差偏波成分も生じているので、線状の移動局アンテナ４が垂直または水平状態であっても、両偏波を受信できる。
上りリンクにおいて、移動局４からの送信波６は、基地局１の垂直ブランチおよび水平ブランチのアレイアンテナを用いて偏波ダイバーシティ受信する。ただし、いずれか一方のブランチでのみ受信してもよい。
【００２２】
偏波ダイバーシティアンテナ２₁〜２₄の具体例として、垂直ダイポールアンテナと水平ダイポールアンテナとを組み合わせたもの、垂直水平両偏波の給電ポートを有するマイクロストリップアンテナなどがある。垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vと水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hとは、それぞれ、空間上、同一位置と見なせるように構成されていることが、後述するように、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナの対応するエレメントのウエイト値を同じにする場合に望ましい。
図示の偏波ダイバーシティアンテナ２₁〜２₄は、直線状に等間隔（λ_up/２）で配列されたリニアアレイアンテナとして構成している。図示のように水平方向に配置する場合に限らず、垂直方向に配列してもよい。また、直線状に限らず、従来のアレイアンテナと同様に、この他の配列を採用してもよい。
【００２３】
図２は、本発明のCDMA基地局装置の実施の一形態を説明するためのブロック構成図である。図中、図４，図１と同様な部分には同じ符号を付している。１１は送信部であり、送信ウエイト付加および符号拡散を行う。１２は送信ウエイト制御部であるが、図示しない受信部や受信ウエイト制御部の機能の一部を利用する場合がある。１３は拡散符号発生部であり、所望の移動局３に割り当てられた拡散符号を出力する。
図２では、所望の１つの移動局３に対するブロック構成を示しているが、個々の移動局について同様のブロックが設けられる。複数の移動局に対する同時送信時には、送信部１１において、送信ウエイト制御部１２で計算された個々の移動局に対する送信ウエイトが乗算され、個々の移動局に割り当てられた拡散符号を用いて拡散され、各移動局に対する拡散信号が合成されて、各偏波ダイバーシティアンテナの垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vと水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hに供給される。
上述した構成は、従来技術で説明した空間ダイバーシティを用いたアダプティブアレイアンテナ用のブロック構成をそのまま用いることができる。
【００２４】
送信部１１は、所望の移動局３に送信する送信信号に、各偏波ダイバーシティアンテナの垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vに対する、垂直ブランチウエイトw_V0および個々の送信アレイウエイトw_V1〜w_V4を乗算し、かつ、各偏波ダイバーシティアンテナの水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hに対する、水平ブランチウエイトw_H0および個々の送信アレイウエイトw_H1〜w_H4を乗算するとともに、拡散符号発生部１３から出力され、所望の移動局３に割り当てられた拡散符号で符号拡散を行って、対応する垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vおよび水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hに出力する。
送信ウエイト制御部１２は、所望の移動局３から送信された信号を受信して得られた受信信号に基づいて、垂直ブランチウエイトw_V0、水平ブランチウエイトw_H0、および、前記個々の送信アレイウエイトw_V1〜w_V4，w_H1〜w_H4を計算し、制御する。
所望の移動局３から送信された信号は、各垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vおよび各水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hの少なくとも一方の偏波アンテナを用いて受信する。ここで、少なくとも一方と限定した理由は、通常の構成であれば、各垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vおよび各水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hの両方からの信号に基づいて受信信号を出力するが、後述するように、必ずしも両方の信号がなくても、垂直ブランチウエイトw_V0、水平ブランチウエイトw_H0、および、前記個々の送信アレイウエイトw_V1〜w_V4，w_H1〜w_H4が得られる場合があるからである。
【００２５】
W-CDMA方式に本発明を適用する具体例を説明する。送信ウエイト制御部１２は、少なくとも一方の各偏波アンテナ、例えば、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vに対する最適な受信アレイウエイトに基づいて、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vおよび水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hに対する個々の送信アレイウエイトw_V1〜w_V4，w_H1〜w_H4を計算し、制御する。また、所望の移動局３から送信されたフィードバック制御メッセージを受信し、これに基づいて、垂直ブランチウエイトw_V0および水平ブランチウエイトw_H0を制御する。
【００２６】
図３は、図２に示した送信部１１の内部構成の一具体例を説明するブロック構成図である。図中、図４，図１，図２と同様な部分には同じ符号を付している。
図中、２１は偏波ブランチウエイト付加部、２２はS-CPICH（Secondary-Common Pilot Channel：第２共通パイロットチャネル）パイロットパターン発生器、２３は送信アレイウエイト付加部、２４は符号拡散部である。図２に示した送信信号は、DPCH（Dedicated Physical Channel：個別物理チャネル、すなわちユーザ毎に割り当てられるチャネル）送信データおよびS-CPICHパイロットパターン信号に対応する。
DPCH送信データは、偏波ブランチウエイト付加部２１内の各乗算器において、それぞれ、垂直ブランチウエイトw_H0および水平ブランチウエイトw_V0を乗算され、垂直、水平の２系統の出力となる。
【００２７】
さらに、各系統の出力は、送信アレイウエイト付加部２３内の各乗算器において、それぞれ、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vに対する送信アレイウエイトw_V1〜w_V4および水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hに対する送信アレイウエイトw_H1〜w_H4を乗算され、符号拡散部２４内の各乗算器において、所望の移動局３に割り当てられた１つの拡散符号（DPCH送信信号用）を乗算されて、対応する各垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vおよび対応する各水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hに供給される。
複数の移動局に対して同時送信する場合には、各移動局毎に、送信アレイウエイト付加部２３および符号拡散部２４を有し、各移動局毎の符号拡散部２４の出力が合成されて、各偏波ダイバーシティアンテナの垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vと水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hに供給される。
【００２８】
一方、S-CPICHパイロットパターン発生器２２は、互いに直交するパターンである第１，第２のパイロットパターンを発生する。移動局３においては、この第１，第２のパイロットパターンを用いて、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vからの送信波と水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hからの送信波を識別する。
第１，第２のパイロットパターンを送信する方法には種々の方法がある。ここでは、S-CPICHを用いた例を説明する。ここでいうS-CPICHは、田中晋也ほか２名「B-5-62 W-CDMA下りリンクにおけるS-CPICHを用いる適応アンテナアレイ送信ダイバーシチのチャネル推定法の検討」、2001年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会講演論文集、に記載されたものである。
すなわち、例えば、3セクタセルに適用した場合、１つの120°セクタ内においてエレメント数Mのアレイアンテナを用いた場合、第１のパイロットパターンに、複数M種類の固定送信アレイウエイトを個別に乗算することにより、メインローブの方向が120°/M間隔でずれているM個のS-CPICHを送信する。M個のS-CPICHは、相互に異なるチャネライゼーション符号が使用され、DPCH送信信号とも異なるチャネライゼーション符号が使用されるが、スクランブリング符号としては同じ符号が使用されて拡散される。第２のパイロットパターンについても同様である。
【００２９】
図３では、M個のS-CPICHに対するブロック構成の記載を省略している。M個のS-CPICHは、それぞれに、DPCH送信信号用と同様の送信アレイウエイト付加部および符号拡散部が設けられる。送信アレイウエイト付加部では、それぞれ、対応する固定送信アレイウエイトが乗算される。ここで、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vに対する固定送信アレイウエイトと水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hに対する固定送信アレイウエイトとは、等しい値を使用できる。符号拡散部では、上述したチャネライゼーション符号およびスクランブリング符号で拡散される。
上述した構成により、第１のパイロットパターンが垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vから送信され、第２のパイロットパターンが水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hから送信されることになる。
【００３０】
移動局３においては、図示を省略するが、複数M個のS-CPICHのうち、希望波信号電力対干渉電力比（SIR）の最も高いS-CPICHを選択する。選択されたS-CPICHを用いて、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vから送信された第１のパイロットパターンと水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hから送信された第２のパイロットパターンとを識別比較する。第１，第２のパイロットパターンは、そのパターンの相違によって区別される。比較結果は、フィードバック信号メッセージ（FSM: Feedback Signaling Message)などのフィードバック情報として、上りリンクで基地局１に送信する。基地局１では、このフィードバック信号に基づいて垂直，水平ブランチウエイトw_V0，w_H0を制御する。
この垂直，水平ブランチウエイトw_V0，w_H0の値は、例えば、移動局３の受信部において、第１，第２のパイロットパターンの信号の位相差、または、位相差および振幅差、を比較することにより、受信電力が大きくなるように計算され、基地局１への制御情報としてフィードバックされる。
【００３１】
一般に、ダイバーシティブランチのウエイトをフィードバック制御する方法として、種々の方法がある。この垂直，水平ブランチウエイトw_V0，w_H0についても、任意の方法を採用することができる。
また、垂直，水平ブランチウエイトw_V0，w_H0の一方を１、他方を０とするような、選択ダイバーシティにすることもできる。
また、垂直，水平ブランチウエイトw_V0，w_H0の上述したフィードバック制御は、FDD（Frequency Division Duplex）に限らず、TDDでも適用できる。
【００３２】
TDDの場合は、上述したような第１，第２のパイロットパターンを送信しない方法もある。すなわち、基地局１側は、上りリンクにおいて、移動局３からの送信波を、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vと水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hの両方で受信する。それぞれによる受信信号の比較に基づいて、下りリンクにおける送信時点での伝搬路特性の差を推定することにより、移動局３での受信電力が大きくなるように垂直，水平ブランチウエイトw_V0，w_H0を計算し、制御する。
TDDであるため、下りリンクと上りリンクとは同じキャリア周波数を使用しており、電波伝搬経路も同じであるので、下りリンクにおける送信時点での伝搬路特性の推定が可能である。
より簡便には、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vおよび水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hの両方で受信し、受信信号が大きい方の偏波アンテナに対する偏波ブランチウエイトを１とし、他方を０として選択ダイバーシティとしてもよい。
【００３３】
図２における送信ウエイト制御部１３は、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vあるいは水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hに対する送信アレイウエイトw_V1〜w_V4，w_H1〜w_H4を、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vあるいはアンテナ２_1H〜２_4Hによる最適な受信アレイウエイトの値に設定することにより、送信アレイウエイトを計算し、制御することができる。このようにすることにより、受信ウエイト制御部が送信ウエイト制御部を兼ねる。
しかし、従来技術においても説明したように、下りリンクでの最適な送信アレイウエイトは、上下リンク間のキャリア周波数差を考慮した周波数キャリブレーションや、到来波推定を行うことなどにより、最適な受信アレイウエイトを補正して送信アレイウエイトを計算し、制御してもよい。あるいは、受信ウエイト制御部とは独立して送信アレイウエイトを計算し、制御するようにしてもよい。
【００３４】
また、上述した説明では、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vおよび水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hに対する送信アレイウエイトw_V1〜w_V4，w_H1〜w_H4は、独立に計算し、制御するものとして説明した。受信アレイウエイトに基づく場合では、それぞれのアンテナに対する最適な受信アレイウエイトに基づいて独立に計算し、制御していた。
しかし、垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vおよび水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hの、それぞれ対応するエレメントは、空間的に同一位置と見なせるように配置されている。従って、各垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vから見た移動局３の方向および距離と、各水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hから見た移動局３の方向および距離とが同一であるので、同一のアダプティブアレイアンテナと見なし、両アダプティブアレイアンテナ間で同一の値の送信アレイウエイトにして下り送信ビームを生成することができる。
【００３５】
すなわち、送信ウエイト制御部１２は、前記所望の移動局から送信された信号を、各偏波ダイバーシティアンテナの垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vおよび水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hのいずれか一方を用いて得られた受信信号に基づいて、その一方に対する送信アレイウエイトを計算し、制御するとともに、垂直偏波アンテナおよび水平偏波アンテナの両者に対する送信アレイウエイトを等しい値にする。
このようにすれば、基地局アダプティブアレイアンテナに偏波ダイバーシティを適用しても、両偏波間で同一のアンテナウエイトを用いることにより、アダプティブアルゴリズムの計算量が２倍にならない。
TDDに適用し、計算された受信アレイウエイトに基づいて送信アレイウエイトを得る場合は、一方の偏波アンテナに対する最適な受信アレイウエイトに基づいて、この一方の偏波アンテナに対する最適な送信アレイウエイトを得るとともに、他方の偏波アンテナに対する最適な送信アレイウエイトを、この一方の偏波アンテナに対する最適なアレイウエイトと等しい値にする。その結果、送信アレイウエイトは、w_V1＝w_H1，w_V2＝w_H2，w_V3＝w_H3，w_V4＝w_H4となる。
【００３６】
上述した説明では、図３に示した送信部において、各垂直偏波アンテナ２_1V〜２_4Vおよび水平偏波アンテナ２_1H〜２_4Hのそれぞれに供給される信号は、２度の乗算でウエイトが付加されていた。しかし、これらは２個のウエイト値同士を先に乗算しておくことにより、送信信号に対して１回の乗算でウエイトを付加できる。
いずれの場合も、作用的には、所望の移動局３に送信する信号に、各偏波ダイバーシティアンテナの垂直偏波アンテナに対する、垂直ブランチウエイトおよび個々の送信アレイウエイトを乗算しており、各偏波ダイバーシティアンテナの水平偏波アンテナに対する、水平ブランチウエイトおよび個々の送信アレイウエイトを乗算していることになる。
また、拡散符号の乗算は、ウエイト付加後に行っていたが、先に、所望の移動局３に送信する信号である、送信データ、パイロットパターンに対して行ってもよい。さらに、ウエイト付加と拡散符号の乗算をまとめて一度で行ってもよい。送信部１１において、このような、ウエイト付加および拡散の具体的な構成は任意である。
上述した送信アレイウエイト付加は、通常、ベースバンド領域においてデジタル信号処理によって実行されるが、中間周波段や高周波段において行ってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、上述した説明から明らかなように、基地局アダプティブアレイアンテナの単位ユニットに偏波ダイバーシティアンテナを適用したことにより、少ない設置スペースでフェージングの影響を低減させることができるという効果がある。
従来の空間ダイバーシティと比較して、同じ単位ユニット数では、利得が２倍となるので、基地局のセル半径を大きくすることができる。
また、偏波ダイバーシティのブランチ間で、等しい送信アレイウエイトを用いることにより、送信ダイバーシティ構成における、送信アレイウエイトのアダプティブアルゴリズムの計算量増大の問題を解消されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のCDMA基地局装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明のCDMA基地局装置の実施の一形態を説明するためのブロック構成図である。
【図３】図２に示した送信部の内部構成の一具体例を説明するための基地局のブロック構成図である。
【図４】従来のアダプティブアレイアンテナのウエイト制御を説明するブロック構成図である。
【図５】空間ダイバーシティブランチにアレイアンテナを配置した従来の送信ダイバーシティの説明図である。
【図６】図５に示したアダプティブアレイアンテナのウエイト制御を説明するブロック構成図である。
【符号の説明】
１…基地局、３…移動局、４…移動局アンテナ、２₁〜２₄…偏波ダイバーシティアンテナ、２_1V〜２_4V…垂直偏波アンテナ、２_1H〜２_4H…水平偏波アンテナ、５_V…垂直偏波送信波、５_H…水平偏波送信波、６…移動局からの送信波、１１…送信部、１２…送信ウエイト制御部、１３…拡散符号発生部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a CDMA base station apparatus that communicates with a plurality of mobile stations using a direct sequence code division multiple access (DS-CDMA) system, from a base station to a mobile station. In the downlink to be transmitted, a polarization diversity antenna is used as an element of an adaptive array antenna.
[0002]
[Prior art]
In a cellular mobile communication system that covers an area with a plurality of base stations, there is one in which a base station communicates with a desired mobile station using a DS-CDMA system that spreads a signal using a spreading code. In the DS-CDMA system, even with the same carrier frequency, it is possible to communicate simultaneously with many mobile stations by using different spreading codes. However, intersymbol interference cannot be ignored as the number of simultaneous communication channels increases. Therefore, by applying an adaptive array antenna (AAA) to the base station, the main lobe is directed to a desired mobile station or a beam pattern is formed on another mobile station to generate an interference wave. It is considered to perform less communication.
[0003]
FIG. 4 is a block diagram of a base station for explaining weight control of a conventional adaptive array antenna. 4A shows the reception side, and FIG. 4B shows the transmission side.
In FIG. 4A, 1 is a base station, 31 is an array antenna,₁~ 31_FourAre each element of the array antenna. In this specification, a four-element array antenna is illustrated, but the number of elements may be two or more. 3 is a mobile station and 4 is a mobile station antenna. Each element 31₁~ 31_FourIs the wavelength of the uplink λ_upUsually λ_upSelected as / 2.
32₁~ 32_FourIs a multiplier, and each element 31 of the array antenna₁~ 31_FourIt is provided corresponding to. A transmission wave 6 from the mobile station antenna 4 is transmitted to each element 31.₁~ 31_FourReceived at. Multiplier 32₁~ 32_FourEach element 31₁~ 31_FourReceive array weight (complex weight) w_up(W₁, ..., w_Four) And output to the adder 33. The output of the adder 33 becomes a combined received signal. The adaptive array antenna (AAA) reception weight control unit 34 includes each element 31.₁~ 31_FourReceived array weight (complex weight) w using, for example, the minimum mean square error (MMSE) method, based on the received signal and the output of the adder 33_up(W₁, ..., w_Four) Is calculated and controlled.
[0004]
In FIG. 4A, the configuration of the despreading process is omitted. The received signal of each element is despread by a matched filter using a spreading code of a desired mobile station as a tap coefficient, and is output for each of a plurality of paths. The output for each path is shown in FIG. Multiplier 32₁~ 32_FourAnd the adder 33 generates a combined received signal for each path, channel estimation and compensation are performed for each path, finally Rake combining is performed, decoding for de-interleaving and error correction is performed, and received data is output. The At this time, instead of the output of the adder 33, the Rake composite output is input to the AAA reception weight control unit.
[0005]
In FIG. 4B, each element 31 of the array antenna.₁~ 31_FourRepresents each element 31 in FIG.₁~ 31_FourAnd is connected to the receiving side block and the transmitting side block by a duplexer (not shown).
Transmission data (not shown) is encoded and interleaved for error correction, and is subjected to data mapping according to the modulation method to become the transmission signal shown. The transmission signal is a multiplier 35.₁~ 35_Four, And transmit array weight (complex weight) w_down(W₁, ..., w_Four) And each element 31 of the array antenna.₁~ 31_FourAnd a transmission beam pattern suitable for the mobile station 3 is output.
The AAA transmission weight control unit 36 includes a multiplier 35.₁~ 35_FourOn the other hand, the multiplier 35 based on the optimum receiving array weight calculated on the receiving side.₁~ 35_FourCalculate and control the transmit array weight for. In FIG. 4B, the optimum receiving array weight w_up(W₁, ..., w_Four) Value is copied as is to send array weight w_down(W₁, ..., w_Four) Is set.
[0006]
This is sufficient for TDD (Time Division Duplex) using the same carrier frequency by making the time division slot different between transmission and reception. However, in the case of FDD (Frequency Division Duplex) in which the transmission carrier frequency and the reception carrier frequency are different, if both carrier frequencies are greatly different, the element spacing of the array antenna is set to the reception carrier wavelength (uplink wavelength λ_up) Of 1/2), it is not half of the transmission carrier wavelength. As a result, the transmit beam pattern is shifted from the receive beam pattern. If this effect cannot be ignored, receive array weight w_upFor example, there is a method of shifting the direction of the main lobe or null of the beam by correcting (carrier frequency calibration).
[0007]
Therefore, in the case of FDD, in such a downlink from the base station 1 to the desired mobile station 3, the main lobe is correctly directed to the desired mobile station 3, or a beam null is directed to another mobile station. Therefore, the receiving array weight value w is obtained by estimating the direction of arrival (DOA) based on the received signal of each element._upIs corrected to transmit array weight w_downMay be calculated and controlled.
[0008]
As such direction-of-arrival estimation, there is a method of performing beam scanning or eigenvalue analysis of a correlation matrix obtained from a received signal of each element. The beam scanning algorithm includes a beam former method, a Capon method, and a linear prediction method.
On the other hand, algorithms for eigenvalue analysis of correlation matrix include algorithms such as minimum norm method, MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) method, ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques). These are known, for example, from Nobuyoshi Kikuma “Adaptive Signal Processing by Array Antenna” Science and Technology Publication, (1998-11), p.173-268.
In FIG. 4B, the configuration for the diffusion process is omitted. The spreading process is performed by, for example, each multiplier 35.₁~ 35_FourIs multiplied by a spreading code assigned to a desired mobile station to perform spreading processing, and each element 31 of the array antenna is subjected to spreading processing.₁~ 31_FourOutput to.
[0009]
In the array antenna described above, interference waves are reduced by directing the main lobe toward a desired mobile station or directing beam nulls toward other mobile stations. As a result, the number of mobile stations (users) that can be accommodated in the cell of the base station can be increased. However, mobile communication is greatly affected by the level fluctuation and phase fluctuation of the received signal due to multipath fading, and the reception quality is degraded.
Therefore, base stations with array antennas in each branch of spatial transmission diversity are, for example, Satoshi Fukuda and three others, “Characteristics of adaptive antenna array beamforming transmission when combined with transmit diversity in W-CDMA downlink”, electronic Proposed in IEICE Technical Report NS2001-82, RCS2001-83 (2001-07).
[0010]
FIG. 5 is an explanatory diagram of conventional transmission diversity in which an array antenna is arranged in a spatial diversity branch. In the figure, parts similar to those in FIG. 31₁₁~ 31₁₄Is an element of the array antenna arranged in the first spatial diversity branch, 31_{twenty one}~ 31_{twenty four}Are elements of the array antenna arranged in the second spatial diversity branch. The shortest distance between the elements of the array antenna of the first spatial diversity branch and the elements of the array antenna of the second spatial diversity branch, that is, the array element 31₁₄And array element 31_{twenty one}Is usually 10λ in order to reduce the fading correlation between the diversity branches._upThey are separated from each other.
[0011]
FIG. 6 is a block diagram illustrating the weight control of the adaptive array antenna shown in FIG. In the figure, the same parts as those in FIG.
The transmission signal is a multiplier 41.₁At the first branch weight w_TenAnd the multiplier 41₂At the second branch weight w₂₀Is multiplied.
Multiplier 41₁Output of the multiplier group 42₁Element 31₁₁~ 31₁₄Send array weight to₁₁~ W₁₄Multiplied by the corresponding element 31₁₁~ 31₁₄Is output. Similarly, multiplier 41₂Output of the multiplier group 42₂Element 31_{twenty one}~ 31_{twenty four}Send array weight to_{twenty one}~ W_{twenty four}Multiplied by the corresponding element 31_{twenty one}~ 31_{twenty four}Is output.
[0012]
AAA transmission array weight controller 43₁Is element 31₁₁~ 31₁₄Based on the signal received at, the corresponding element 31₁₁~ 31₁₄Send array weight to₁₁~ W₁₄Calculate and control Similarly, the AAA transmission array weight control unit 43₂Is element 31_{twenty one}~ 31_{twenty four}Corresponding element 31 based on the optimal receive array weight calculated using the signal received at_{twenty one}~ 31_{twenty four}Send array weight to_{twenty one}~ W_{twenty four}Calculate and control
AAA transmission array weight controller 43₁, 43₂As shown in FIG. 4, the optimum receiving array weight value calculated on the receiving side is directly used as the transmitting array weight w.₁₁~ W₁₄, W_{twenty one}~ W_{twenty four}May be set. In addition, the calculated optimal receive array weight value is corrected (carrier frequency calibration) by estimating the arrival direction, etc., and the transmit array weight w₁₁~ W₁₄, W_{twenty one}~ W_{twenty four}May be set.
[0013]
The first and second diversity branches are spatially separated so that fading correlation becomes small, and are usually separated by 10 wavelengths or more. In the mobile station 3, when the reception level of the transmission wave from one spatial diversity branch decreases, the reception level of the transmission wave from the other diversity branch does not necessarily decrease. Therefore, the reception level and carrier phase of transmission waves from the first and second spatial diversity branches in the mobile station 3 are measured or estimated by some method. Based on the measurement result or the estimation result, the transmission diversity branch weight control unit 44 uses the first and second branch weights (complex weights) w._Ten, W₂₀Calculate and control Thereby, it is possible to obtain better reception characteristics as compared with the case without transmission diversity.
For example, in the calculation of the branch weight, in the mobile station 3, the carrier phase difference of the signals received from the first and second diversity branches is minimized, and the received SIR (Signal to Interference power Ratio: desired (Wave signal power to interference wave signal power ratio) is maximized.
[0014]
By adopting the above-described space diversity configuration, two sufficiently separated array antennas are required. Therefore, the installation space for the antenna is required twice or more. In addition, the computational processing amount of the adaptive algorithm is doubled. Also, assuming one array antenna with the number of elements equal to the total number of elements for two branches, the number of elements of the antenna is halved compared to this. The gain will decrease.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can increase the number of mobile stations (users) that can be accommodated in a cell of a base station, reduce the influence of fading fluctuations with a small installation space, and provide an array. It is an object of the present invention to provide a CDMA base station apparatus that can reduce the amount of element weight calculation.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention is the invention according to claim 1, wherein a plurality of polarization diversity antennas each including a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna are arranged.Adaptive array antennaTo the desired mobile stationSend toA CDMA base station device,
  An adaptive array antenna formed by arranging the plurality of polarization diversity antennas is composed of a vertical branch adaptive array antenna composed of the vertical polarization antenna and a horizontal branch adaptive array antenna composed of the horizontal polarization antenna,
  Signal to be transmitted to the desired mobile stationTo generate a transmission signal for vertical polarization transmitted from the adaptive array antenna of the vertical branch and a transmission signal for horizontal polarization transmitted from the adaptive array antenna of the horizontal branch,
Of the signals transmitted to the desired mobile station, the transmission signal for vertical polarizationThe vertical branch weight of each polarization diversity antenna with respect to the vertical polarization antennaAnd vertical branch as an adaptive array antennaMultiply individual transmit array weights,
  And,Of the signals transmitted to the desired mobile station, the transmission signal for horizontal polarizationHorizontal branch weight of each polarization diversity antenna with respect to the horizontal polarization antennaAnd horizontal branch as an adaptive array antennaMultiply individual transmit array weights,
  Transmitting means for performing code spreading according to the desired mobile station and outputting to the vertical polarization antenna and the horizontal polarization antenna;
  A transmission weight control means for controlling the vertical branch weight, the horizontal branch weight, and the individual transmission array weights based on a received signal obtained by receiving a signal transmitted from the desired mobile station;
It is what has.
  Therefore, polarization diversity is adopted instead of the conventional space diversity as the transmission diversity using the array antenna, so that the number of mobile stations (users) that can be accommodated in the cell of the base station can be increased and fading fluctuation can be reduced with a small installation space. The impact can be reduced.
[0017]
Note that feedback information from the mobile station can be used as a signal for calculating the vertical branch weight and the horizontal branch weight described above. For example, the first pilot pattern signal is transmitted from the vertical polarization antenna of each polarization diversity antenna of the base station, and the second pilot pattern signal is transmitted from the horizontal polarization antenna. The mobile station transmits feedback information to the base station by identifying and comparing the received first and second pilot pattern signals. Also, when the carrier frequency of uplink and downlink is the same for TDD, based on the comparison of received signals received by both the vertical and horizontal polarization antennas of each polarization diversity antenna of the base station, A signal for controlling the branch weight and the horizontal branch weight can also be obtained.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, in the CDMA base station apparatus according to the first aspect, the transmission weight control means is a reception array calculated for at least one of the polarization diversity antennas. The weight value is the transmission array weight for the at least one polarization antenna.
Therefore, the transmission array weight calculation process is simplified. In particular, the present invention can be applied when the carrier frequency used in the uplink and the carrier frequency used in the downlink are the same or the difference between them is small.
On the other hand, when the carrier frequency difference between the upper and lower lines is large, the optimum transmission array weight is greatly deviated from the optimum reception array weight. In this case, in order to obtain a greater effect, it is necessary to specify the direction of the mobile station using the direction of arrival estimation means described in the prior art and make corrections such that the transmission beam is directed to the desired station. Become.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the CDMA base station apparatus according to the first or second aspect, the transmission weight control means sends a signal transmitted from the desired mobile station to each polarization diversity antenna. Based on the received signal obtained by using one of the vertical polarization antenna and the horizontal polarization antenna, calculating and controlling the transmission array weight for one of the vertical polarization antenna and the horizontal polarization antenna, The transmission array weights for both the vertically polarized antenna and the horizontally polarized antenna are set to the same value.
Therefore, the calculation amount of the transmission array weight can be reduced. Since the desired mobile station direction seen from the vertical and horizontal polarization antennas is the same, even if the transmission array weights for the vertical and horizontal polarization antennas are the same, There are few errors.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a CDMA base station apparatus of the present invention.
In the figure, parts similar to those in FIG. 2₁~ 2_FourIs a polarization diversity antenna. Polarization diversity antenna 2₁Is a vertically polarized antenna 2_1VAnd horizontally polarized antenna 2_1HSimilarly, the polarization diversity antenna 2₂~ 2_FourIs a vertically polarized antenna 2_2V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_2H~ 2_4HConsists of. Vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VBecomes an array antenna of a vertical branch and a horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HBecomes an array antenna of a horizontal branch.
[0021]
In the downlink, the base station 1 transmits with polarization diversity using an array antenna of a vertical branch and a horizontal branch. The mobile station 3 transmits a vertically polarized wave 5_VAnd horizontally polarized wave 5_HIs received by the mobile station antenna 4. Since the linear mobile station antenna 4 is generally used in an inclined state, it can receive both vertical and horizontal polarized waves. In addition, since it is reflected, scattered, or diffracted by a building in an urban area, a cross polarization component is also generated with respect to the original main polarization component. Both polarizations can be received.
In the uplink, the transmission wave 6 from the mobile station 4 receives polarization diversity using the vertical branch and horizontal branch array antennas of the base station 1. However, you may receive only in either one branch.
[0022]
Polarization diversity antenna 2₁~ 2_FourAs specific examples, there are a combination of a vertical dipole antenna and a horizontal dipole antenna, a microstrip antenna having a feed port for both vertical and horizontal polarization, and the like. Vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HIs preferably configured so that they can be regarded as being in the same position in space when the weight values of corresponding elements of the vertically polarized antenna and the horizontally polarized antenna are the same, as will be described later.
Polarization diversity antenna 2 shown₁~ 2_FourIs linearly spaced (λ_up/ 2) is configured as a linear array antenna. As shown in the figure, the arrangement is not limited to the horizontal direction, but may be arranged in the vertical direction. Further, the arrangement is not limited to a straight line, and other arrangements may be adopted as in the case of a conventional array antenna.
[0023]
FIG. 2 is a block configuration diagram for explaining an embodiment of the CDMA base station apparatus of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIGS. 4 and 1 are denoted by the same reference numerals. A transmission unit 11 performs transmission weight addition and code spreading. Reference numeral 12 denotes a transmission weight control unit, but some functions of a reception unit and a reception weight control unit (not shown) may be used. A spreading code generator 13 outputs a spreading code assigned to a desired mobile station 3.
Although FIG. 2 shows a block configuration for a desired mobile station 3, similar blocks are provided for individual mobile stations. At the time of simultaneous transmission to a plurality of mobile stations, the transmission unit 11 multiplies the transmission weight for each mobile station calculated by the transmission weight control unit 12 and spreads it using a spreading code assigned to each mobile station, The spread signal for each mobile station is combined and the vertically polarized antenna 2 of each polarization diversity antenna_1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HTo be supplied.
In the configuration described above, the block configuration for the adaptive array antenna using the spatial diversity described in the related art can be used as it is.
[0024]
The transmission unit 11 sends a vertical polarization antenna 2 of each polarization diversity antenna to a transmission signal transmitted to a desired mobile station 3._1V~ 2_4VAgainst vertical branch weight w_V0And individual transmit array weights w_V1~ W_V4And the horizontally polarized antenna 2 of each polarization diversity antenna_1H~ 2_4HAgainst horizontal branch weight w_H0And individual transmit array weights w_H1~ W_H4And spreading the code with the spreading code output from the spreading code generator 13 and assigned to the desired mobile station 3, and the corresponding vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HOutput to.
The transmission weight control unit 12 determines the vertical branch weight w based on the received signal obtained by receiving the signal transmitted from the desired mobile station 3._V0Horizontal branch weight w_H0, And the individual transmit array weights w_V1~ W_V4, W_H1~ W_H4Calculate and control
A signal transmitted from a desired mobile station 3 is transmitted to each vertically polarized antenna 2._1V~ 2_4VAnd each horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HIs received using at least one of the polarized antennas. Here, the reason for limiting to at least one is that each vertically polarized antenna 2 has a normal configuration._1V~ 2_4VAnd each horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HThe received signal is output based on the signals from both of them._V0Horizontal branch weight w_H0, And the individual transmit array weights w_V1~ W_V4, W_H1~ W_H4This is because there are cases in which
[0025]
A specific example in which the present invention is applied to the W-CDMA system will be described. The transmission weight control unit 12 includes at least one polarization antenna, for example, the vertical polarization antenna 2._1V~ 2_4VBased on the optimal receive array weight for the vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HIndividual transmit array weight for_V1~ W_V4, W_H1~ W_H4Calculate and control Also, the feedback control message transmitted from the desired mobile station 3 is received, and based on this, the vertical branch weight w_V0And horizontal branch weight w_H0To control.
[0026]
FIG. 3 is a block configuration diagram illustrating a specific example of the internal configuration of the transmission unit 11 illustrated in FIG. 2. In the figure, the same parts as those in FIGS. 4, 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
In the figure, 21 is a polarization branch weight adding unit, 22 is an S-CPICH (Secondary Common Pilot Channel) pilot pattern generator, 23 is a transmission array weight adding unit, and 24 is a code spreading unit. . The transmission signal shown in FIG. 2 corresponds to DPCH (Dedicated Physical Channel: dedicated physical channel, that is, a channel assigned to each user) transmission data and S-CPICH pilot pattern signal.
The DPCH transmission data is received by the vertical branch weight w at each multiplier in the polarization branch weight adding unit 21._H0And horizontal branch weight w_V0Is multiplied to obtain two vertical and horizontal outputs.
[0027]
Further, the outputs of the respective systems are respectively output from the vertically polarized antenna 2 in each multiplier in the transmission array weight adding unit 23._1V~ 2_4VSend array weight to_V1~ W_V4And horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HSend array weight to_H1~ W_H4Is multiplied by one spreading code (for DPCH transmission signal) assigned to the desired mobile station 3 in each multiplier in the code spreading unit 24, and each corresponding vertically polarized antenna 2 is multiplied._1V~ 2_4VAnd the corresponding horizontally polarized antennas 2_1H~ 2_4HTo be supplied.
When transmitting simultaneously to a plurality of mobile stations, each mobile station has a transmission array weight adding unit 23 and a code spreading unit 24, and the output of the code spreading unit 24 for each mobile station is synthesized. Vertical polarization antenna 2 of each polarization diversity antenna_1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HTo be supplied.
[0028]
On the other hand, the S-CPICH pilot pattern generator 22 generates first and second pilot patterns that are orthogonal to each other. In the mobile station 3, the vertical polarization antenna 2 is used by using the first and second pilot patterns._1V~ 2_4VTransmitted wave and horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HIdentify the transmitted wave from.
There are various methods for transmitting the first and second pilot patterns. Here, an example using S-CPICH will be described. S-CPICH here refers to Shinya Tanaka and two others, “B-5-62 A Study on Channel Estimation Method for Adaptive Antenna Array Transmit Diversity Using S-CPICH in W-CDMA Downlink”, 2001 IEICE Communication It is described in Society Conference Proceedings.
That is, for example, when applied to a three-sector cell, when an array antenna having M elements in one 120 ° sector is used, the first pilot pattern is individually multiplied by a plurality of M types of fixed transmission array weights. Thus, M S-CPICHs whose main lobe directions are shifted by 120 ° / M intervals are transmitted. The M S-CPICHs use different channelization codes and different channelization codes from the DPCH transmission signal, but are spread using the same code as the scrambling code. The same applies to the second pilot pattern.
[0029]
In FIG. 3, the description of the block configuration for M S-CPICHs is omitted. Each of the M S-CPICHs is provided with a transmission array weight adding unit and a code spreading unit similar to those for DPCH transmission signals. In the transmission array weight adding unit, the corresponding fixed transmission array weight is multiplied. Here, the vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VFixed transmit array weight and horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HEqual values can be used for the fixed transmit array weights for. The code spreading unit spreads the channelization code and the scrambling code described above.
With the configuration described above, the first pilot pattern is the vertically polarized antenna 2._1V~ 2_4VThe second pilot pattern is transmitted from the horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HWill be sent from.
[0030]
In the mobile station 3, although not shown, the S-CPICH having the highest desired signal power to interference power ratio (SIR) is selected from a plurality of M S-CPICHs. Using the selected S-CPICH, vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VThe first pilot pattern transmitted from the horizontal polarization antenna 2_1H~ 2_4HAnd comparing with the second pilot pattern transmitted from. The first and second pilot patterns are distinguished by the difference in the patterns. The comparison result is transmitted to the base station 1 on the uplink as feedback information such as a feedback signaling message (FSM). In the base station 1, the vertical and horizontal branch weights w are based on the feedback signal._V0, W_H0To control.
This vertical and horizontal branch weight w_V0, W_H0For example, the value of is calculated so that the received power is increased by comparing the phase difference of the signals of the first and second pilot patterns or the phase difference and the amplitude difference at the receiving unit of the mobile station 3. And fed back as control information to the base station 1.
[0031]
In general, there are various methods for feedback control of the diversity branch weight. This vertical and horizontal branch weight w_V0, W_H0Any method can also be adopted for.
Also, vertical and horizontal branch weights w_V0, W_H0It is also possible to make selection diversity such that one of these is 1 and the other is 0.
Also, vertical and horizontal branch weights w_V0, W_H0The above-described feedback control is applicable not only to FDD (Frequency Division Duplex) but also to TDD.
[0032]
In the case of TDD, there is a method in which the first and second pilot patterns as described above are not transmitted. That is, the base station 1 side transmits the transmission wave from the mobile station 3 in the uplink to the vertical polarization antenna 2._1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HReceive both. Based on the comparison of the received signals by each, the vertical and horizontal branch weights w are set so that the received power at the mobile station 3 is increased by estimating the difference in propagation path characteristics at the time of transmission in the downlink._V0, W_H0Calculate and control
Since it is TDD, the downlink and uplink use the same carrier frequency, and the radio wave propagation path is the same, so that propagation path characteristics at the time of transmission in the downlink can be estimated.
More simply, the vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HThe polarization branch weight for the polarization antenna with the larger received signal may be 1 and the other may be 0 for selection diversity.
[0033]
The transmission weight control unit 13 in FIG._1V~ 2_4VOr horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HSend array weight to_V1~ W_V4, W_H1~ W_H4A vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VOr antenna 2_1H~ 2_4HBy setting the value of the optimum receiving array weight according to, the transmitting array weight can be calculated and controlled. By doing so, the reception weight control unit also serves as the transmission weight control unit.
However, as explained in the prior art, the optimum transmit array weight in the downlink is the optimum receive array by performing frequency calibration considering the carrier frequency difference between the uplink and downlink and estimating the arrival wave. The transmission array weight may be calculated and controlled by correcting the weight. Alternatively, the transmission array weight may be calculated and controlled independently of the reception weight control unit.
[0034]
In the above description, the vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HSend array weight to_V1~ W_V4, W_H1~ W_H4Was described as being independently calculated and controlled. In the case of using the receiving array weight, the calculation is performed independently and controlled based on the optimum receiving array weight for each antenna.
However, the vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HThe corresponding elements are arranged so that they can be regarded as the same position in space. Therefore, each vertically polarized antenna 2_1V~ 2_4VThe direction and distance of the mobile station 3 as viewed from the side_1H~ 2_4HSince the mobile station 3 has the same direction and distance as viewed from the above, it can be regarded as the same adaptive array antenna, and a downlink transmission beam can be generated with a transmission array weight of the same value between both adaptive array antennas.
[0035]
That is, the transmission weight control unit 12 converts the signal transmitted from the desired mobile station into the vertical polarization antenna 2 of each polarization diversity antenna._1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HBased on the received signal obtained by using either one, the transmission array weight for one of them is calculated and controlled, and the transmission array weight for both the vertical and horizontal polarization antennas is made equal. .
In this way, even if polarization diversity is applied to the base station adaptive array antenna, the calculation amount of the adaptive algorithm is not doubled by using the same antenna weight for both polarizations.
When applying to TDD and obtaining the transmit array weight based on the calculated receive array weight, based on the optimal receive array weight for one polarization antenna, the optimal transmit array weight for this one polarization antenna is And the optimum transmit array weight for the other polarization antenna is made equal to the optimum array weight for this one polarization antenna. As a result, the transmit array weight is w_V1= W_H1, W_V2= W_H2, W_V3= W_H3, W_V4= W_H4It becomes.
[0036]
In the above description, each vertically polarized antenna 2 in the transmitter shown in FIG._1V~ 2_4VAnd horizontally polarized antenna 2_1H~ 2_4HThe signal supplied to each of the signals is weighted by two multiplications. However, by multiplying the two weight values in advance, these can add a weight to the transmission signal by one multiplication.
In either case, the signal transmitted to the desired mobile station 3 is multiplied by the vertical branch weight and the individual transmission array weight for the vertical polarization antenna of each polarization diversity antenna. The horizontal diversity weight and the individual transmission array weight for the horizontal polarization antenna of the wave diversity antenna are multiplied.
Further, the multiplication of the spread code is performed after adding the weight, but may be performed on the transmission data and the pilot pattern which are signals transmitted to the desired mobile station 3 first. Furthermore, weight addition and spreading code multiplication may be performed together at once. In the transmission unit 11, the specific configuration of such weight addition and diffusion is arbitrary.
The transmission array weight addition described above is normally performed by digital signal processing in the baseband region, but may be performed in an intermediate frequency stage or a high frequency stage.
[0037]
【The invention's effect】
  As is apparent from the above description, the present invention has an effect that the influence of fading can be reduced in a small installation space by applying the polarization diversity antenna to the unit unit of the base station adaptive array antenna.
  Compared with the conventional space diversity, since the gain is doubled with the same number of unit units, the cell radius of the base station can be increased.
  Also, by using equal transmit array weights between the polarization diversity branches, in the transmit diversity configuration,Transmit array weightThere is an effect that the problem of an increase in the calculation amount of the adaptive algorithm can be solved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a CDMA base station apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a block configuration diagram for explaining an embodiment of a CDMA base station apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a block configuration diagram of a base station for explaining a specific example of an internal configuration of a transmission unit shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram illustrating weight control of a conventional adaptive array antenna.
FIG. 5 is an explanatory diagram of conventional transmission diversity in which an array antenna is arranged in a spatial diversity branch.
6 is a block diagram for explaining weight control of the adaptive array antenna shown in FIG. 5;
[Explanation of symbols]
1 ... base station, 3 ... mobile station, 4 ... mobile station antenna, 2₁~ 2_Four... Polarization diversity antenna, 2_1V~ 2_4V... Vertical polarization antenna, 2_1H~ 2_4H... Horizontal polarization antenna, 5_V... vertically polarized transmission wave, 5_H... Horizontal polarization transmission wave, 6 ... Transmission wave from mobile station, 11 ... Transmission unit, 12 ... Transmission weight control unit, 13 ... Spread code generation unit

Claims

A CDMA base station apparatus that performs transmission against a desired mobile station using an adaptive array antenna formed by arranging a plurality of polarization diversity antenna with a vertical polarization antenna and horizontal polarization antenna,
An adaptive array antenna formed by arranging the plurality of polarization diversity antennas is composed of a vertical branch adaptive array antenna composed of the vertical polarization antenna and a horizontal branch adaptive array antenna composed of the horizontal polarization antenna,
By duplicating a signal to be transmitted to the desired mobile station, a transmission signal for vertical polarization transmitted from the adaptive array antenna of the vertical branch and a signal for horizontal polarization transmitted from the adaptive array antenna of the horizontal branch Generate a transmission signal of
Of the signals to be transmitted to the desired mobile station, the transmission signals for vertical polarization are transmitted individually as vertical branch weights and vertical branch adaptive array antennas with respect to the vertical polarization antennas of the polarization diversity antennas. Multiply the array weight,
In addition, among signals transmitted to the desired mobile station, horizontal polarization transmission signals are individually transmitted as horizontal branch weights and horizontal branch adaptive array antennas with respect to the horizontal polarization antennas of the polarization diversity antennas. Multiply the transmit array weight of
Transmitting means for performing code spreading according to the desired mobile station and outputting to the vertical polarization antenna and the horizontal polarization antenna;
A transmission weight control means for controlling the vertical branch weight, the horizontal branch weight, and the individual transmission array weights based on a received signal obtained by receiving a signal transmitted from the desired mobile station;
A CDMA base station apparatus comprising:

The transmission weight control means uses the value of the reception array weight calculated for at least one polarization antenna of each polarization diversity antenna as the transmission array weight for the at least one polarization antenna.
The CDMA base station apparatus according to claim 1.

The transmission weight control means, based on the received signal obtained by using one of the vertical polarization antenna and the horizontal polarization antenna of each polarization diversity antenna, the signal transmitted from the desired mobile station, Calculating and controlling the transmit array weight for one of the vertical and horizontal polarization antennas, and equalizing the transmit array weight for both the vertical and horizontal polarization antennas;
The CDMA base station apparatus according to claim 1 or 2.