CN1206818C

CN1206818C - 方向性发送方法及方向性控制型通信装置

Info

Publication number: CN1206818C
Application number: CNB998014435A
Authority: CN
Inventors: 井出美奈子; 平松胜彦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1999-08-25
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2019-08-25
Also published as: US6754467B1; AU5443299A; WO2000016499A1; EP1033825A1; US20030148744A1; WO2000016499A8; US6845244B2; JP2002026789A; CN1275273A

Abstract

本发明涉及自适应地控制发送方向性的方法。接收经由多个路径到达的电波，对每个路径解调信号。比较解调过的各信号的电平或接收品质，选择最大或最好的信号，将与选择出的信号对应的路径作为发送用的路径。在解调过的每个路径的信号中存在多个电平或接收品质同程度的信号的情况下，参照从通信对方送来的发送功率控制命令(TPC)的历史。即，检查通信对方中的接收状况。由此，判定当前选择的路径作为发送用的路径是否理想。

Description

方向性发送方法及方向性控制型通信装置

技术领域

本发明涉及方向性发送方法及方向性控制型通信装置。

背景技术

在便携电话和机动车电话等数字无线通信系统中，采用蜂窝系统。蜂窝系统将通信区域分割为小区，在各小区放置1个基站，多个移动台同时与该基站进行通信。

近年来，该蜂窝系统迅速普及，用户激增。因此，增大1个小区中的信道容量成为重要的课题。

增大信道容量的一种技术是自适应阵列天线技术。

自适应阵列天线技术通过向多个天线构成的阵列天线装置的各天线的输出施加振幅偏移及相位偏移后进行合成，来形成发送接收的方向性。

即，根据规定的控制算法来决定各天线输出所乘的加权系数，按照周围环境的变化来变更各加权系数，由此控制发送接收的方向性。

通过将自适应阵列技术应用于上行线路，去除来自其他小区的干扰，提高接收品质，能够增大上行线路的信道容量。关于该技术，在学会等中已进行了各种报告。

此外，对于将自适应阵列技术应用于下行线路的技术，近年也开始研讨。

这里，所谓将自适应阵列天线应用于下行线路，意思是，基站估计来自目的移动台的信号到达方向，沿估计出的方向形成发送方向性来发送信号。

通过使用自适应阵列的方向性发送，在维持线路品质的同时，能够减小基站的发送功率。此外，也能够降低对其他移动台的干扰。因此，能够增大下行线路的信道容量。

上述方向性发送一般通过下述过程来进行：解析在多径现象下接收到的信号，对每个路径判定信号的接收电平或品质，选择估计为传播环境最好的路径，使用该路径来发送信号。

然而，在现实中，有时难以选择最佳的路径。例如，在发送和接收的载频不同的情况下，有时对接收最好的路径作为发送的路径并不是最好。

此外，有时由于移动机的移动或电波的传播环境的变化，最好的路径也瞬时变化。在这种情况下，即使将接收时选择出的路径用作发送的路径来进行方向性发送，也得不到理想的效果。

发明内容

本发明是根据上述现有技术所存在的问题的研讨结果而提出的，其目的在于能够在通信设备中准确地选择对发送最佳的路径、实现有效的方向性发送。

为实现上述目的，本发明提供一种方向性发送方法，该方法包括：选择步骤，从多个路径中选择接收电平最大或是接收品质最好的第1路径作为发送用的路径；第一判定步骤，判定接收电平或接收品质和上述第1路径的接收电平或接收品质之差低于规定的阈值的第2路径是否存在；第2判定步骤，若有上述第2路径存在，用通信对方发送的发送功率控制命令的历史判定是否有规定数以上的发送功率控制命令连续请求增大发送功率；以及切换步骤，若有规定数以上的发送功率控制命令连续请求增大发送功率，则将发送用的路径从上述第1路经切换为上述第2路径。

本发明还提供一种方向性控制型通信装置，该装置具有：测定部件，测定多个路径的接收电平或是接收品质；决定部件，决定接收电平最大或接收品质最好的第1路径还是接收电平或接收品质与上述第1路径的接收电平或接收品质之差低于规定的阈值的第2路径作为发送用的路径；以及发送部件，以与所决定的发送用的路径对应的方向性发送信号，其中，上述决定部件在通信对方发送的发送功率控制命令的历史中有规定数以上的发送功率控制命令连续请求增大发送功率时，则将发送用的路径从上述第1路经切换为上述第2路径。

本发明还提供一种自适应阵列天线装置，该装置具有：多个天线元；方向性接收电路，自适应地变化上述多个天线元分别接收到的信号所乘的加权系数的值，对每个路径形成接收方向性，对每个路径解调信号；缓冲器，存储从通信对方送来的发送功率控制命令；发送路径决定部，参照上述缓冲器中存储的表示上述发送功率控制命令，来决定信号发送用的路径；选择部，选择、输出与上述发送路径决定部决定的路径对应的上述加权系数的值的信息；以及方向性发送部，根据从上述选择部输出的上述加权系数的值的信息来形成发送方向性，进行方向性发送。

在本发明中，除考虑与经由多个路径到达的来自对方的信号的接收状况有关的信息以外，还考虑从自己端发送的信号如何到达对方这一表示对方中的接收状况的信息，来选择发送所用的路径。由此，能够选择更准确的发送路径。

在本发明的发送方向性形成方法的优选实施例中，参照对方的通信设备过去发送来的、表示对方的通信设备中过去的接收状况的信息，来决定发送方向性。

例如，在对方的通信设备中过去的接收状况不理想的情况下，变更现状下的发送方向性。对方的通信设备中过去的接收状况不理想，意思是，当前选择的发送路径未必最佳。因此，通过变更到能够选择的其他发送路径，很可能改善对方中的接收状况。此外，即使在只通过来自对方的信号的接收状况难以判断选择发送路径的情况下，也能够准确地选择理想的发送路径。

在本发明的另一优选实施例中，监视从发送目的地返回的发送功率控制命令(TPC)，在接收信号的电平或接收信号的品质同程度的路径有多个的情况下，根据发送功率控制命令(TPC)的历史来切换发送方向性。在此情况下，用于利用发送功率控制命令(TPC)具有的信息来选择发送路径，所以无需使用特别的控制信号，容易实现。

此外，本发明的通信装置参照表示对方的通信设备中过去的接收状况的信息来切换发送路径，自适应地控制发送方向性。如果将该通信装置用于CDMA通信的基站装置，则在维持线路品质的同时，能够减小基站的发送功率。由此，也能够降低当前发送中的电波对其他移动台施加的干扰的程度。因此，能够增大下行线路的信道容量。

附图的简单说明

图1是本发明实施例1中使用的基站(通信装置)的方框图；

图2是分集(ダイバシテイ)接收部的具体结构方框图；

图3(a)是移动通信的数据格式的示例图；

图3(b)是发送功率控制命令(TPC)的说明图；

图4是实施例1中使用的发送方向性选择部的要部结构方框图；

图5是实施例1中使用的发送方向性选择部的操作流程图；

图6(a)是自适应阵列天线中发送方向性的形成原理说明图；

图6(b)是发送方向性的示例图；

图6(c)是自适应阵列天线中发送方向性的形成原理说明图；

图6(d)是发送方向性的示例图；

图7是本发明实施例2的基站装置(通信装置)的方框图；以及

图8是本发明实施例3的基站装置(通信装置)的方框图。

实施发明的最好形式

以下，参照附图来具体说明本发明的实施例。

(实施例1)

图1是使用自适应阵列天线装置的通信装置的方框图。

在图1中，基站10起CDMA通信的转发器的作用。该基站10具有：4个天线元101～104；多个无线处理部105；以及基站信号处理部113。对每个用户设有无线处理部105。

一个无线处理部105具有：方向性发送部106；分集接收部107、108；发送方向性选择部109；接收电平测定部110；接收信号合成部111；以及用户信号处理部112。

如图所示，移动机11的发送信号经由路径(传播路径)13及路径(传播路径)14，到达基站10的4个天线元101～104。

到达的2个信号波分别以与路径长度对应的延迟到达基站10。基站10能够区别接收、解调2个信号波。

即，分集接收部107接收经由路径13到达的直接波，对信号进行解调。此外，接收部108接收经由路径14到达的延迟波，对信号进行解调。

将到达波(多路波)分离为经由各路径的每个信号波，对其区别接收，这能够通过控制接收方向性来实现。

即，到达的多个信号波以与路径长度对应的延迟到达。在补偿各个延迟时间后，适当变更对各天线元101～104的输出的加权系数。由此，能够形成适于接收经由各路径的信号的接收方向性。因此，能够将到达天线的多路波分离为经由各路径的各信号波来接收。

分集接收部107(108)的内部结构例示于图2。

如图所示，分集接收部107(108)具有：A/D变换器411；接收方向性控制电路427；4个乘法器420、421、422、423，将A/D变换器的各输出数据分别乘以从该接收方向性控制电路427输出的加权系数W1～W4；加法器424，将各乘法器的输出相加；判定器426，对加法器424的输出进行硬判定；以及误差检测器426，检测判定器426的判定结果、和加法器424的输出信号之间的误差。

通过自适应地变化从各天线元输出的信号分别所乘的加权系数W1～W4，来控制接收信号的相位和振幅，变化接收方向性。

接收方向性控制电路427将加权系数(W1～W4)的各值作为方向性形成信息S1、S2送出到发送方向性选择部109。

如图1所示，分集接收部107、108的各输出信号在接收信号合成部111中进行最大比合成。然后，解调数据被送至用户信号处理部112。

此外，接收部107、108的输出信号还分别被送至接收电平测定部110，对每个信号分别测定信号的电平(即接收电平)。

表示测定出的各信号的电平(接收电平)的信号S3、S4被送至发送方向性选择部109。该接收电平的信息成为判定用于发送信号的传播路径使用路径13还是路径14的基准。

发送方向性选择部109比较各接收电平的值。然后，将接收电平大的路径选择为发送用的路径。这是因为考虑到接收电平大的路径也适于作为发送用的路径。

在双方的接收电平没有差别的情况下，参照从用户信号处理部112送来的、发送功率控制命令(TPC)的历史，来决定发送用的路径。这一点将后述。

这里，设将路径13选择为发送用的路径。

在此情况下，需要沿路径13的方向形成发送方向性。因此，在此情况下，发送方向性选择部109选择从接收部107送来的、路径13的方向性信息S1。

然后，将该选择出的信息送至方向性发送部106。如使用图2所述的那样，这里所说的方向性信息，是天线元101～104的各输出所乘的加权系数W1～W4的各值的信息。

方向性发送部106根据从发送方向性选择部109接受的方向性信息来生成方向性发送信号。

即，根据方向性信息来估计选择出的路径13的方向，沿该方向形成发送方向性。形成发送方向性的方法与接收方向性的形成方法(图2)相同。即，通过将从用户信号处理部112输出的发送数据乘以加权系数进行合成，来控制信号的相位和振幅，形成发送方向性。

从方向性发送部106输出的发送信号从天线101～104发送到移动机11。

自适应阵列天线中的发送方向性形成的一例示于图6。

如图6(a)所示，如果用1/2波长的间隔用同相、同振幅来输出信号，则2个波(A1和B1)重合。由此，如图6(b)所示，沿与阵列天线垂直的方向(图中的x方向)形成宽方向性。

此外，如图6(c)所示，如果偏差1/4波长来输出2个信号，则在输出信号的方向上，2个波(A1和B2)互相抵销，另一方面，在倾斜30°的方向上，2个波(A2和B2)相加而增强，因此，沿倾斜30°的方向形成发送方向性。这样，能够控制各天线输出的相位和振幅等，形成期望的发送方向性。

以上，是使用自适应阵列天线的方向性发送的原则性的操作。

这里，考虑下述情况：在发送方向性选择部109中，经由2个路径13、14到达的信号的接收电平看不出有大的差别。

在此情况下，不仅可以将当前使用的路径13，也可以将路径14用作发送路径。因此，难以判断使用哪个路径更合适。

因此，在本实施例中，在这种情况下，参照与通信对方的移动机11中的接收状况有关的信息。即，检查经由当前使用中的路径13从基站10发送的信号是否由移动机11很好地接收，如果接收状态良好，则维持当前的发送路径，而如果接收状态恶劣，则将发送路径切换到路径14。

在本实施例中，将发送功率控制命令(Transmit Power Control command；以下，有时记为TPC)用作与通信对方的移动机11中的接收状况有关的信息。

发送功率控制是下述技术：自适应地变化发送功率电平，以确保基站及移动台各个中的最佳的接收电平。发送功率控制命令(TPC)附加到发送信号上，以向通信对方的通信装置请求增大、减少发送功率。

该TPC如图3(a)所示，是必须附加到从移动机11发送到基站10的1时隙数据上的1比特数据。该TPC通常被附加到导频信道数据(PL)之后。

如图3(b)所示，在TPC是“0”时，意味着请求将基站端的发送功率提高例如1dB，而在TPC是“1”时，意味着请求将基站端的发送功率降低1dB。因此，在TPC的“0”连续的情况下，估计为当前、移动机的接收状态恶化。接收环境是否恶化，可以通过“0”是否连续规定的时隙长度(规定的次数)来容易地判定。

在本发明中，着眼于这种TPC具有的有益的信息，用于切换发送路径。

即，在接收电平同程度的接收信号并存、难以判断选择发送路径的情况下，发送方向性选择部109检查从发送方向性数据信号处理部112送来的发送功率控制命令(TPC)的历史。

如果TPC连续请求降低发送功率，则认为经由当前选择的发送路径(传播路径13)的信号的接收良好，不切换发送方向性。

如果TPC连续请求增大发送功率，则认为选择的路径的传播环境恶化。因此，发送方向性选择部109选择路径14的方向性信息，将该选择出的方向性信息送至方向性发送部106，以切换发送路径。由此，发送用的路径从路径13切换到路径14。其结果是，移动机11中的接收环境可望好转。

这样，在本实施例中，在同程度的接收电平的路径出现多个、难以判断选择哪个作为发送路径的情况下，检查从对方端送来的发送功率控制命令(TPC)的历史。即，通过检查对方端的接收状况，能够适当地切换发送路径。

图4是发送方向性选择部109的主要结构的方框图。

选择电路120从输入的每个路径的接收时的方向性信息(加权系数的值等)中选择一个，输出到方向性发送部106。

此外，发送路径决定电路121是决定发送用的路径。通常，比较输入的每个路径的接收信号的电平，将与最大电平的信号对应的路径作为发送用的路径。只是，在同电平的信号出现多个的情况下，参照历史存储器123中存储的TPC数据，来决定发送用的路径。

此外，缓冲器122的功能是作为通信接口，暂时锁存从用户信号处理部112送来的发送功率控制命令(TPC)。

历史存储器123存储、保存过去的TPC数据。TPC数据被暂时锁存到缓冲器122后，依次存放到历史存储器123。

路径切换判断电路121在通过只比较接收电平难以判断是否应切换发送路径的情况下，读出历史存储器123中存储的TPC，检查该值过去如何变化。

这种结构的发送方向性选择部109的操作过程示于图5。

首先，比较每个路径的接收信号的电平(步骤130)。此时，以与当前选择的路径对应的接收信号的电平为基准，来求与其他接收信号的电平之差。

接着，判定求出的接收电平之差是否低于规定的阈值(步骤131)。即，检查电平同程度的接收信号是否存在多个。

在电平同程度的接收信号未存在多个的情况下，将当前路径继续用作发送路径。即，发送路径决定电路121不向选择电路120送出路径切换指示。由此，当前选择的路径的方向性信息被选择，被送至方向性发送部106(步骤134)。

另一方面，如果出现与当前选择的路径的接收信号的电平同程度的接收信号，则发送路径决定电路121参照历史存储器123中存储的过去的TPC数据(步骤132)。即，检查移动机11中过去的接收状况。

具体地说，检查是否N个时隙(N是规定的基准值)以上请求提高发送功率(步骤133)。如果是那样，则判定为通信对方中的接收状态恶化。

然后，发送路径决定电路121决定将其他路径用作发送路径，向选择电路120指示切换发送路径(使用发送路径14)。

接受到此，选择电路120选择新的路径(发送路径14)的方向性信息(步骤135)。选择出的方向性信息被送至方向性发送部106(步骤136)。

另一方面，在步骤133中，在参照TPC数据的结果是移动机11未N个时隙以上请求提高发送功率的情况下，不切换路径。

即，选择部120选择当前路径的方向性信息(步骤134)。然后，将该选择出的信息送至方向性发送部106(步骤136)。

这样，进行考虑到通信对方的接收状况的、准确的发送路径切换。由此，能够按照电波传播环境的变动，准确而且迅速地切换发送方向性。

此外，由于将移动通信现状下的数据格式中包含的数据用作判断对方端接收状况的数据，所以无需向发送接收信号附加特别的数据这一麻烦的过程。因此，本发明容易实施。

此外，当前发送中的电波对其他移动台施加的干扰的程度也被降低，因此，能够增大下行线路的信道容量。

在本实施例中，是将本发明应用于CDMA系统的基站的，但是不限于此。例如，也可以应用于TDMA方式或TDD方式的通信系统。此外，除TPC数据以外，只要有能够判断对方端的接收状况的数据，就能够使用该数据来取代TPC数据。

(实施例2)

图7是实施例2的CDMA通信装置(基站装置)的方框图。该通信装置的结构大部分与图1的通信装置相同。在图7中，对与图1相同的部分附以相同的标号。

只是，在图7的通信装置中，采用接收品质测定部210来取代图1所示的接收电平测定部110。

即，在本实施例的通信装置中，不仅考虑接收信号的电平，还考虑接收信号的S/N来评价接收信号的品质。

然后，在存在多个接收路径的情况下，将接收品质高的路径用作发送路径。其他操作与图1的通信装置相同。

即，在接收品质测定部210中，对每个路径测定接收品质。表示测定出的接收品质的信息S5、S6被送至发送方向性选择部109。

在发送方向性选择部109中，比较每个路径的接收品质，选择接收品质良好的路径的方向性信息，将该方向性信息送至方向性发送部106。

在发送方向性选择部109中，在2个路径的接收信号品质看不出有大的差别的情况下，检查从用户信号处理部112送来的来自移动机11的发送功率控制命令(TPC)的历史。

如果TPC请求降低发送功率，则由于当前选择的路径良好，所以不切换发送方向性。如果TPC连续规定时隙以上请求增大发送功率，则认为当前选择的路径的传播环境恶化。因此，发送方向性选择部109将另一个路径的方向性信息送至方向性发送部106。由此，切换发送路径。

(实施例3)

图8是本发明实施例3的CDMA通信装置(基站装置)的方框图。

该通信装置的结构大部分与图1的通信装置相同。在图8中，对与图1相同的部分附以相同的标号。

只是，在图8的通信装置中，削减了图1所示的接收电平测定部110。

即，用规定的方法(不特别限定)来选择每个接收路径的接收方向性信息，通过监视TPC数据来判断该选择是否正确。然后，如果判断当前选择的发送路径不合适，则将发送路径切换到其他路径。

此情况下的路径切换可以根据规定的基准来进行，但是也可以不特别设定基准，随机地进行。即，暂且将发送用的路径切换到其他路径，等待从对方端发回TPC。然后，看TPC的值，判定再切换到其他路径，或者返回到原来的路径。

以上，使用3个实施例说明了本发明。在本发明中，实行方向性发送，作为其结果，始终监视、存储从通信对方发回的TPC数据。然后，在接收信号的电平或接收品质出现多个同程度的信号等、需要判断是否切换发送路径时，参照存储的TPC数据。

即，导入闭环控制的手法来形成发送方向性。由此，能够按照电波的传播环境的变动，正确而且迅速地切换发送方向性。

由此，能够实现移动通信中的通信品质的提高。此外，能够提高自适应阵列天线装置等进行方向性发送的通信装置的性能。此外，当前发送中的电波对其他移动台施加的干扰的程度也被降低，因此，能够增大下行线路的信道容量。

此外，在本发明中，由于采用发送功率控制命令(TPC)这一在CDMA通信中已经使用的数据，所以无需将特别的控制信息附加到发送接收的信号上。因此，本发明容易实现。

本申请基于1998年9月11日申请的日本国特许出愿平10-258354号。其全部内容包含于本说明书。

产业上的可利用性

由以上说明可知，本发明的方向性发送方法及方向性控制型通信装置用于移动通信特别有用。特别是，适于使发送接收的方向性高速而且准确地适应通信环境的变化。

Claims

1、一种方向性发送方法，包括：

选择步骤，从多个路径中选择接收电平最大或是接收品质最好的第1路径作为发送用的路径；

第1判定步骤，判定接收电平或接收品质和上述第1路径的接收电平或接收品质之差低于规定的阈值的第2路径是否存在；

第2判定步骤，若有上述第2路径存在，用通信对方发送的发送功率控制命令的历史判定是否有规定数以上的发送功率控制命令连续请求增大发送功率；以及

切换步骤，若有规定数以上的发送功率控制命令连续请求增大发送功率，则将发送用的路径从上述第1路经切换为上述第2路径。

2、一种方向性控制型通信装置，具有：

测定部件，测定多个路径的接收电平或是接收品质；

决定部件，决定接收电平最大或接收品质最好的第1路径还是接收电平或接收品质与上述第1路径的接收电平或接收品质之差低于规定的阈值的第2路径作为发送用的路径；以及

发送部件，以与所决定的发送用的路径对应的方向性发送信号，其中，

上述决定部件在通信对方发送的发送功率控制命令的历史中有规定数以上的发送功率控制命令连续请求增大发送功率时，则将发送用的路径从上述第1路经切换为上述第2路径。

3、一种自适应阵列天线装置，具有：

多个天线元；

方向性接收电路，自适应地变化上述多个天线元分别接收到的信号所乘的加权系数的值，对每个路径形成接收方向性，对每个路径解调信号；

缓冲器，存储从通信对方送来的发送功率控制命令；

发送路径决定部，参照上述缓冲器中存储的表示上述发送功率控制命令，来决定信号发送用的路径；

选择部，选择、输出与上述发送路径决定部决定的路径对应的上述加权系数的值的信息；以及

方向性发送部，根据从上述选择部输出的上述加权系数的值的信息来形成发送方向性，进行方向性发送。

4、如权利要求3所述的自适应阵列天线装置，其中，

上述发送路径决定部对每个路径比较解调过的信号的各个接收电平或接收品质，选择接收信号电平最大的信号、或者接收品质最好的信号，并且在同程度的信号存在多个的情况下，参照上述发送功率控制命令的历史，选择一个接收信号，将与该选择出的接收信号对应的路径决定为发送路径。