CN100384102C - 无线通信机 - Google Patents

Abstract

一种无线通信机，具有天线、和控制上述天线的指向性的控制部，并与基站之间进行通信。上述天线是具有多个天线振子、和改变提供给上述天线振子的电力相位的相位器的自适应天线，上述控制部基于来自上述基站的控制信号，控制将上述天线的指向性切换成射束转向或零转向。可提供通过进行适当的参数、控制优先级别的变更、加权的变更，适当地控制自适应天线的无线通信机。

Description

无线通信机

技术领域

本发明涉及具有自适应天线装置的无线通信机，特别是涉及适用于CDMA(Code Division Multiple Access)方式的移动通信系统(蜂窝系统)的无线通信机的自适应天线的控制方式。

背景技术

便携式电话等无线通信机与无线基站之间设定利用电波的通信线路，利用无线电收发语音、数据等进行通信。

另外，为了使天线具有指向特性，提出了具有由多个天线振子构成的自适应天线的移动通信机。作为有关该自适应天线的控制的现有技术可以举出特开2001-223516号公报。该现有技术着眼于3点，即对应急剧变化的传播环境、维持作为自适应天线的性能、采用适应传播环境的算法，其目的在于提供一种为了同时克服这些问题，弥补射束转向(beam steering)和零转向(null steering)的缺陷，兼用两者的方式。

但是，在使用多个频带的无线通信机中，由于对于各频带，电波的空间衰减量、基站配置、多通道的状况以及移动局接收的电波状况有很大不同，所以若采用单一的算法，在射束转向或零转向的一个方面控制自适应天线，则不能进行最佳的控制。另外，由于移动局装置利用电池工作，所以若电池剩余量变少，则需要削减耗电。另外，有时为了平均化网侧的通信业务量而限制移动局的自适应天线控制会提高线路效率。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种通过进行适当的参数、控制优先级别的变更、加权的变更，适当地控制自适应天线的无线通信机。

本发明的无线通信机，与基站之间进行通信，其特征在于：具有：自适应天线；接收自所述基站发送来的用于控制所述自适应天线的指向性的控制信号的接收部；和基于上述控制信号，将上述自适应天线的指向性控制为射束转向或零转向的控制部。因此可以适当地控制指向性，可以迅速适应电波传播环境。

另外，上述控制部，改变上述自适应天线的射束转向和零转向的加权，从而控制上述自适应天线的指向性。因此可以适当地控制指向性，可以迅速适应电波传播环境。

另外，上述控制部，按上述无线通信机使用的各频率来控制所述自适应天线的指向性。因此可以按频率适当地控制指向性。

另外，还可以具有：监视来自上述基站的信号品质的接收品质监视部、和将上述接收品质监视部监视的接收信号的品质信息发送给上述基站的品质信息发送部，上述控制部基于上述基站根据上述品质信息而计算出的上述控制信号，控制上述自适应天线的指向性。因此可以适当地分配相邻基站之间的无线通信机(移动局)。

另外，上述控制部基于上述基站根据连接到上述基站的无线通信机的个数而生成的上述控制信号，控制上述自适应天线的指向性。因此可以在基站之间适当地分散负荷。

另外，上述控制部基于上述基站根据上述基站的通信量而生成的上述控制信号，控制上述自适应天线的指向性。因此可以在基站之间适当地分散负荷。

另外，还可以具有检测作为上述无线通信机的电源的电池的剩余量的电池剩余量检测部，上述控制部基于上述电池剩余量检测部检测出的上述电池的剩余量与规定阈值的比较结果，停止控制上述天线的指向性。因此可以降低耗电，确保较长的通信时间。

附图说明

图1是表示本发明的实施例的移动局装置的结构的框图。

图2是表示本发明的实施例的移动局装置的结构的框图。

图3是说明本发明的实施例的移动局装置的自适应天线的发送时的工作的图。

图4是说明本发明的实施例的移动局装置的自适应天线的接收时的工作的图。

图5是本发明的实施例的移动局装置中，改变加权的控制时序图。

图6是本发明的实施例的移动局装置的自适应天线的加权系数的说明图。

图7是本发明的实施例的移动局装置中，变更自适应天线的加权的处理流程图。

图8是本发明的实施例的移动局装置中，变更自适应天线的加权的另一控制时序图。

图9是本发明的实施例的移动局装置中，变更自适应天线的加权的另一控制时序图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施例。Apparatus

图1是表示本实施例的移动局的主要结构的框图。

在移动局装置2中附加有构成自适应天线的天线阵列1。

天线阵列(自适应天线)1具有多个天线振子11，通过将各天线振子11连接到收发信无线电路部21，将天线阵列1连接到移动局装置2。

收发信无线电路部21由生成自天线阵列1发送给无线基站的电波(高频信号)的发送部；和对天线阵列1从无线基站接收的电波(高频信号)进行放大、变频等并输出给调制解调部22的接收部构成。

无线调制解调部22具有模拟-数字转换器(AD转换器、DA转换器)和正交调制器，中继收发信无线电路部21处理的模拟信号和基带信号处理部23处理的数字信号。

基带信号处理部23具有DSP(Digital Signal Processor)，利用DSP进行编码、解码、以及已编码的信号的压缩·释放、接收信号的纠错。

移动局装置2此外还具有控制部50、操作部(省略图示)、显示部(省略图示)、麦克风(省略图示)、扬声器(省略图示)等。控制部50主要由CPU构成，基于存储在存储器的数据，控制移动局装置2的各部分。另外，移动局装置2具有向移动局装置2供给电源的电池61和检测电池61的剩余量的电池剩余量检测部62。

图2是表示本发明的实施例的移动局装置的收发信无线电路部21及其周边的具体结构的框图。

在各天线振子11连接有可改变放大率的放大器和可改变相移量的相位器，通过改变放大器和相位器的特性，改变天线阵列1的指向性。

具体说来，从基带调制部221输出的高频信号输入到多个并列设置的相位器211。相位器211构成为利用控制部的控制来改变输入信号的相位，输入到相位器211的高频信号改变成按各相位器211而不同的相位。接着，成为按各相位器211而不同的相位的高频信号输入到对应相位器211而设置的放大器212。放大器212构成为根据控制部的控制来改变放大率，放大成根据各放大器212而不同的振幅。接着，从放大器212输出的高频信号输入到对应放大器212而设置的发送放大部213，放大成发送给基站所需的功率。

即，相位器211、放大器212、以及发送放大器213对应天线振子11，在每个天线振子11都设置，确定提供给天线振子11的高频信号的相位和功率。该相位器211和放大器212由控制部控制，控制提供给天线振子11的高频信号的相位和功率，控制天线阵列1的指向性。

另外，放大器212和相位器211设置成1对用于加强当前通信中的基站方向的指向性的射束转向控制算法、1对用于减弱当前通信中的基站的相邻基站方向的指向性的零转向控制。

天线振子11从基站接收的信号输入到对应天线振子11而设置的接收放大部214，放大成移动局装置2内的各部的处理所需的强度。接着，放大的高频信号输入到对应接收放大部214而设置的放大器215。放大器215构成为通过控制部的控制来改变放大率，输入到放大器215的高频信号放大成根据各放大器215而不同的振幅。接着，通过混合器216被合成，并输入到基带解调部222。

另外，放大器215设置为1对用于射束转向控制算法、1对用于零转向控制。

图3和图4是说明本发明的实施例的移动局装置的自适应天线的工作的图。

图3示出发送时的指向性的控制。向某个特定方向较强地发射电波的射束转向中，将基准方向(配置了天线振子的列的方向)与所希望的方向的角度设为θ时，提供给各天线振子11的高频信号的延迟(相位差：Delayl)用下式表示。

Delayl＝N×λ＝Lcosθ

即，若控制提供给各天线振子11的发送信号的相位差满足该式，则可以向θ方向较强地发送电波。

另一方面，减弱发射给某个特定方向的电波的零转向中，将基准方向(配置了天线振子的列的方向)与所希望的方向的角度设为θ时，提供给各天线振子11的高频信号的延迟(相位差：Dealyl)用下式表示。

Delayl＝(2×N+1)×λ/2＝Lcosθ

即，若控制提供给各天线振子11的发送信号的相位差满足该式，则可以减弱向θ方向发送的电波。

在此，N为表示天线振子11的顺序的序号(整数)，λ为发送波的波长，L为天线振子11的配置间隔。

图4示出接收时的指向性的控制。

将电波的到来方向设为θ时，天线振子11a的接收信号S1和天线振子11b的接收信号S2用下式表示。

〔数1〕

S₁＝cos(ωt)

〔数2〕

$S_2=\cos (\mathrm{\ωt}+2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ})$

由混合器216合成的信号S在各天线振子的接收信号S1、S2乘以加权系数W1、W2，相加两天线振子的接收信号，用下式表示。

〔数3〕

$S=w_1\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)+w_2\cos (\mathrm{\ωt}+2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ})$

接着，若用复数表示各天线振子的接收信号S1、S2，改写S，则合成的接收信号S可以用W1、W2以及θ的函数表示。

〔数4〕

接着，若调整W1、W2的值，以使S值在所希望的方向(θ)最大，则可以使天线的指向性成为射束转向。另一方面，若调整W1、W2的值，以使在所希望的方向(θ)S值最小，则可以使天线的指向性成为零转向。

另外，在天线的元件数变多时，可以用下式表示天线特性。

〔数5〕

在此，合成的接收信号S可以用W1…Wn和θ的函数表示。即，通过改变各振子接收的不同相位的信号的加权，可以控制接收指向性。

图5是本发明的实施例的移动局装置2中，改变天线矩阵1的加权的控制时序图。

图5所示的控制中，表示利用来自基站的消息来改变射束转向和零转向的加权的控制时序的一例。

移动局向基站发送请求网络负荷容限信息的基站负荷度信息请求消息。接着，基站根据报告消息或控制消息生成表示网络负荷容限的基站负荷度信息应答消息，并向移动局发送基站负荷度信息应答消息(步骤A11)。作为基站负荷度信息例如采用与基站通信的移动局个数、基站的频率资源的使用率(时隙占有率)、网络的负荷度、对阻塞状态的容限等。在该基站负荷度信息应答消息除了包含进行当前通信的基站的负荷容限信息之外，还包含有相邻基站的负荷容限信息。

接着，移动局基于接收到的基站负荷度信息应答消息，在网络有容限的情况下和没有容限的情况下改变来自天线振子11的信号的加权(步骤A12)。即，改变天线阵列1的射束转向和零转向的加权，通过重视射束转向和零转向的哪一个，改变自适应天线的特定(参照图7)。

另一方面，在网侧，在掌握移动局的状态时，基站向移动局发送移动局自适应天线状态请求消息。对此，移动局作为当前的自适应天线的控制状态，将射束转向控制的状态、零转向控制的状态、以及射束转向和零转向的加权系数作为天线自适应状态报告应答消息进行发送。

接收了天线自适应状态报告应答消息的基站，按各基站更新存储了自适应天线控制状态的移动局自适应天线状态数据库(步骤A13)。

接着，在参照移动局自适应状态数据库、和存储了负荷状态的基站负荷状态数据库，判断为移动局的自适应天线的状态不合适，需要重新计算自适应天线的控制参数时，向移动局发送移动局自适应天线重新计算消息(步骤A14)。接收了该移动局自适应天线重新计算请求消息的移动局向基站发送基站负荷度信息请求消息，基于回复的基站负荷度信息应答消息，变更移动局的天线的加权。

另一方面，在判断为自适应天线的状态合适，不需要重新计算自适应天线的控制状态时，向移动局发送天线自适应状态报告确认消息。

图6示出本发明的实施例的移动局装置的自适应天线的加权系数的一例。

将进行射束转向处理的系统A的接收信号设为RA、加权系数设为WA，将进行零转向处理的系统B的接收信号设为RB、加权系数设为WB时，合成了所有天线振子的输出的天线阵列1的输出用下式表示。

Rtotal＝RA×WA+RB×WB

该WA、WB的最佳值通过现场实验或仿真来确定，按各频带、各移动局装置的当前环境存储。例如，比较800MHz带和1900MHz带的WA、WB，将空间传送损耗大的1900MHz带的WA值设定为较大，使天线具有射束转向的指向性。另一方面，空间传送损耗小的800MHz带，将WA值设定为很大较大，使天线具有零转向的指向性。另外，采用来自移动局的解调装置的信息，在移动局接收来自单一基站的信号时或自动转接候补的基站个数少时，使WA较大，使天线具有射束转向的指向性。另一方面，在移动局接收来自多个基站的信号时或自动转接候补的基站个数多时，使WB较大，使天线具有零转向的指向性。另外，若是高速数据通信中，则为了降低干扰波电平，也可以将WB设定得较大。

另外，该RA、RB、WA、WB可以是标量、也可以是矢量。

图7是变更本发明的实施例的移动局装置的自适应天线的控制参数(加权)的处理流程图，在变更上述的时序图(图5中的步骤A12)的自适应天线加权时执行。

首先，基于接收到的基站负荷度信息应答消息，比较基站的网络负荷和规定阈值(S111)。

接着，若该负荷大于规定值，则由于基站负荷大，所以减少射束转向的加权(S112)。即，在网络负荷没有富裕时，不进行射束转向和零转向，防止网络负荷增大。

另一方面，若该负荷没有满足规定值，则由于基站负荷小，所以判断相邻基站的负荷是否大(S113)。接着，若相邻基站的负荷没有满足规定值，则由于相邻基站的负荷也小，所以增加射束转向的加权(S114)。

另一方面，若该相邻基站的负荷大于规定值，则由于基站负荷大，所以增加零转向的加权(S115)，减少发送给相邻基站的信号电平，从而难以引起自动转接，抑制负荷大的相邻基站的负荷增加。

自适应天线的加权计算(S112、S114、S115)结束后，根据计算出的加权，变更自适应天线的控制参数(S116)。接着，确认当前连接中的基站和相邻基站的负荷度(S117)，判断是否需要变更加权(S118)。

接着，利用加权是否为上限或下限来判断射束转向或零转向是否为100％(S119)。接着，若加权为上限或下限，则结束该处理，若加权既不是上限也不是下限，则返回到该处理的最初，再次计算自适应天线的控制参数。

像这样，通过参考当前通信中的基站、相邻基站的负荷度，变更射束转向和零转向的加权，改变自适应天线的指向特性，改善与基站的通信线路品质，可以达到更高的数据率。

图8是本发明的实施例的移动局装置中，改变自适应天线的加权的另一控制时序图。

移动局作为基站信号品质报告向基站汇报移动局可接收的一个以上的基站的各电波到来方向的信号强度。接着，移动局作为自适应天线计算处理补偿信息向基站发送移动局的位置信息等。基于来自该移动局的基站信号品质报告和自适应天线计算处理补偿信息，利用网侧具有的装置来计算射束转向和零转向的加权(步骤A21)。接着，将该结果作为移动局自适应天线控制消息通知给移动局。在该移动局自适应天线控制信息包括有射束转向的控制信息、零转向的控制信息、以及射束转向·零转向的加权信息。

接着，移动局基于通知的移动局自适应天线控制信息，设定天线阵列1的控制参数，进行自适应天线控制处理(步骤A22)。接着，移动局将可从移动局接收的一个以上的基站的各电波到来方向的信号强度作为基站信号品质报告进行汇报，将移动局的位置信息等作为自适应天线计算处理补偿信息发送给基站。

基于该移动局接收的基站的信号强度，利用网侧具有的装置来计算射束转向和零转向的加权(步骤A23)。基于来自该移动局的基站信号品质报告和自适应天线计算处理补偿信息，确认在网侧自适应天线的控制状况是否合适。

其结果，若判断为自适应天线的控制状况不合适，则发送移动局自适应天线控制确认信号(NG)，计算出自适应天线的控制参数，进行自适应天线控制处理。

另一方面，若判断为自适应天线的控制状况合适，则发送移动局自适应天线控制确认信号(OK)。

像这样，若利用基站侧的自适应天线计算部件，计算出天线阵列1的控制参数，并计算出自适应天线的特定，则可以在网侧统一进行移动局的自适应天线的控制，因此可以避免在相邻基站间分配移动局、需要均匀网络负荷和高速数据通信的移动局集中等。

图9是本发明的实施例的移动局装置中，在电池剩余量降低了时，变更自适应天线的加权处理的处理流程图。

自适应天线的控制与不进行自适应天线的控制时相比，需要更多的高频电路、运算处理。在用电池工作的移动局装置即使在自适应天线的控制的场合也需要减少耗电。特别是电池电压下降的低剩余量状态下更需要。

首先，判断电池剩余量是否小于规定值(S121)。该电池剩余量是测定电池电压或积分消耗电流来求出。

接着，在电池剩余量小于规定值时，判断接收品质是否大于规定值(S122)。接着，在接收品质大于规定值时，判断为用于得到良好的接收品质的自适应天线处理的必要性小，进一步判断是否在下载数据中(S123)。若不是下载数据中，则判断为即使天线的指向性变更，对通信的影响也小，停止自适应天线的处理(S124)。

但是，由于若停止自适应天线处理，则会恶化接收信号的品质，所以高速的通信速度的数据通信中，最好不中止自适应天线的处理。

像这样，图9所示的处理中，在电池剩余量少时，不进行自适应天线处理来降低耗电，可以确保较长的通信时间。

Claims (7)

1.一种无线通信机，与基站之间进行通信，其特征在于：

具有：自适应天线；

接收自所述基站发送来的用于控制所述自适应天线的指向性的控制信号的接收部；和

基于上述控制信号，将上述自适应天线的指向性控制为射束转向或零转向的控制部。

2.如权利要求1所述的无线通信机，其特征在于：

上述控制部，改变上述自适应天线的射束转向和零转向的加权，从而控制上述自适应天线的指向性。

3.如权利要求1所述的无线通信机，其特征在于：

上述控制部，按上述无线通信机使用的各频率来控制所述自适应天线的指向性。

4.如权利要求1所述的无线通信机，其特征在于：

具有：监视来自上述基站的信号品质的接收品质监视部、和

将上述接收品质监视部监视的接收信号的品质信息发送给上述基站的品质信息发送部，

上述控制部基于上述基站根据上述品质信息而计算出的上述控制信号，控制上述自适应天线的指向性。

5.如权利要求1所述的无线通信机，其特征在于：

上述控制部基于上述基站根据连接到上述基站的无线通信机的个数而生成的上述控制信号，控制上述自适应天线的指向性。

6.如权利要求1所述的无线通信机，其特征在于：

上述控制部基于上述基站根据上述基站的通信量而生成的上述控制信号，控制上述自适应天线的指向性。

7.如权利要求1所述的无线通信机，其特征在于：

具有检测作为上述无线通信机的电源的电池的剩余量的电池剩余量检测部，

上述控制部基于上述电池剩余量检测部检测出的上述电池的剩余量与规定阈值的比较结果，停止控制上述天线的指向性。

Images