JP2000101454A - 送信装置及び送信方法 - Google Patents
送信装置及び送信方法Info
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Abstract
送信を行う場合に、可変指向性送信を行わない信号をア
レイアンテナの各アンテナから分散して送信し、送信電
力を低減して装置規模の小型化を図る。 【解決手段】 可変指向性送信を行う信号を、乗算回路
152にて各アンテナ101〜103に対する重み係数
を乗算した後、各合成回路155〜157に出力する。
可変指向性送信を行わない信号の1つ目を合成回路15
5に出力し、2つ目を合成回路156に出力し、3つ目
を合成回路157に出力し、4つ目を合成回路155に
出力する。各合成回路155〜157にて、入力した信
号を合成し、合成した各信号をそれぞれ各無線部104
〜106にて無線変調し、変調した各信号をそれぞれ各
アンテナ101〜103から送信する。
Description
て、アダプティブアレイアンテナにより指向性送信を行
うディジタル無線通信システムに用いられる送信装置及
び送信方法に関する。
線通信システムは、通信エリアをセルに分割し、各セル
に1つの基地局装置を置き、この基地局装置に対し複数
の端末装置が同時通信を行うセルラーシステムを採用し
ている。近年、セルラーシステムが急速に普及し、シス
テム利用者が急増してきたため、1つのセルにおけるチ
ャネル容量の増大を図ることが重要な課題となってい
る。
て、アダプティブアレイアンテナがある。「ディジタル
移動通信のための波形等化技術」(堀越 淳 監修、
(株)トリケップス)等に記載されているように、アダ
プティブアレイアンテナは、複数アンテナで構成される
アレイアンテナの各アンテナ出力に振幅・位相シフトを
加えて合成することによりアレイの指向性が形成される
ことを利用して、所定の制御アルゴリズムに基づいて、
各アンテナ出力の重み係数を決定し、周囲の状態の変化
に適応しながら指向性を制御する技術である。
適用し、他セルからの干渉を取り除いて受信品質を向上
させることにより、上り回線のチャネル容量の増大を図
ることができる。
回線に適用し、基地局装置が目的とする端末装置からの
信号到来方向を推定し、推定した方向に指向性送信を行
うことにより、回線品質を維持したまま基地局装置から
の送信電力を小さくでき、他端末装置への干渉も低減で
きるので、下り回線のチャネル容量の増大を図ることが
できる。
通信を行うすべての端末装置に対し信号到来方向を推定
し、指向性送信を行うとすると信号処理量が増大し、装
置規模が大きくなる問題が生じる。
来の送信装置は、高速のデータ伝送を行う端末装置もし
くは大きい送信電力を必要とする端末装置など1部の端
末装置に対しアレイアンテナを用いて指向性送信を行
い、他の端末装置に対しアレイアンテナと別個に用意さ
れたアンテナあるいはアレイアンテナの中の1本を用い
てセクタ送信やオムニ送信等の指向性の無い送信(以
下、「無指向性送信」という)を行っている。
ど増大させることなく、チャネル容量の増大を図ること
ができる。また、指向性送信を行うことにより、指向性
送信のみを行うアレイアンテナにおける送信電力を低減
できる。
来の送信装置では、無指向性送信する信号を複数合成し
て1本のアンテナから送信するため、このアンテナにお
ける送信電力は低減されない。よって、無線部の増幅動
作時におけるダイナミックレンジを抑えることができ
ず、大型で発熱量が大きい増幅器を使用しなければなら
ないという問題を有する。
あり、一部の端末装置に対してのみ指向性送信を行う基
地局装置において、無線部での増幅器における必要電力
を抑え、装置規模の小型化を図ることができる送信装置
及び送信方法を提供することを目的とする。
に、本発明は、指向性送信を行う信号をそれぞれアレイ
アンテナのアンテナ素子と同数の信号成分に分割し、分
割した指向性送信を行う信号の各信号成分に対して重み
付けを行う。また、可変指向性送信を行わない信号をそ
れぞれ前記アンテナ素子のいずれか1つに割振る割振
る。そして、同一のアンテナ素子から送信する信号を合
成してそれぞれのアンテナ素子から無線送信する。
装置は、複数のアンテナ素子により指向性を形成するア
レイアンテナと、指向性送信を行う第1信号をそれぞれ
前記アンテナ素子と同数の信号成分に分割する分割手段
と、第1信号の各信号成分に対して重み付けを行う重み
付け手段と、可変指向性送信を行わない第2信号をそれ
ぞれ前記アンテナ素子のいずれか1つに割振る割振り手
段と、同一のアンテナ素子から送信する第1信号成分と
第2信号とを合成する合成手段と、合成した信号を前記
各アンテナ素子から無線送信する無線送信手段と、を具
備する構成を採る。
装置において、割振り手段は、各第2信号の割振り先を
分散する構成を採る。
装置において、割振り手段は、各アンテナ素子の割振ら
れる第2信号の数の格差を最小にする構成を採る。
力を分散できるので、送信電力が他に比べて突出して大
きいアンテナがなくなり、無線部における増幅器の規模
を小型化できる。また、この構成により、信号増幅時の
位相回転幅が小さくなるので、アダプティブアレイアン
テナに必要な無線部キャリブレーションの簡易化にも効
果がある。
装置において、割振り手段は、重み付けした各第1信号
成分の送信電力及び第2信号の送信電力に基づいて、各
アンテナ素子の送信電力の格差を最小にする構成を採
る。
常に同程度とすることができるため、さらに無線部の増
幅器の小型化を図ることができる。
4のいずれかの送信装置において、第2信号をアンテナ
素子に送る各経路途中に接続スイッチを配し、割振り手
段は、各第2信号の割振り先のアンテナ素子の経路途中
に配された接続スイッチを接続し、他の接続スイッチを
切断する構成を採る。
4のいずれかの送信装置において、第2信号をアンテナ
素子に送る各経路途中に、入力した第2信号に係数を乗
算する乗算器を配し、割振り手段は、各第2信号の割振
り先のアンテナ素子の経路途中に配された乗算器に係数
「1」を出力し、他の乗算器に係数「0」を出力する構
成を採る。
は、第1の態様乃至第6のいずれかの送信装置を搭載し
て複数の端末装置と無線通信を行う構成を採る。
請求項7記載の基地局装置と無線通信を行う構成を採
る。
テムは、請求項7記載の基地局装置と請求項8記載の端
末装置とにより無線通信を行う構成を採る。
は、指向性送信を行う第1信号をそれぞれアレイアンテ
ナのアンテナ素子と同数の信号成分に分割する分割工程
と、第1信号の各信号成分に対して重み付けを行う重み
付け工程と、可変指向性送信を行わない第2信号をそれ
ぞれ前記アンテナ素子のいずれか1つに割振る割振り工
程と、同一のアンテナ素子から送信する第1信号成分と
第2信号とを合成する合成工程と、合成した信号を前記
各アンテナ素子から無線送信する無線送信工程と、を有
する方法を採る。
送信方法において、割振り工程は、各第2信号の割振り
先を分散する方法を採る。
送信方法において、各アンテナ素子の割振られる第2信
号の数の格差を最小にする方法を採る。
を分散できるので、送信電力が他に比べて突出して大き
いアンテナがなくなり、無線部における増幅器の規模を
小型化できる。また、この構成により、信号増幅時の位
相回転幅が小さくなるので、アダプティブアレイアンテ
ナに必要な無線部キャリブレーションの簡易化にも効果
がある。
送信方法において、重み付けした各第1信号成分の送信
電力及び第2信号の送信電力に基づいて、各アンテナ素
子の送信電力の格差を最小にする方法を採る。
常に同程度とすることができるため、さらに無線部の増
幅器の小型化を図ることができる。
至第13の態様のいずれかの送信方法において、第2信
号をアンテナ素子に送る各経路途中に接続スイッチを配
し、各第2信号の割振り先のアンテナ素子の経路途中に
配された接続スイッチを接続し、他の接続スイッチを切
断する方法を採る。
至第13の態様のいずれかの送信方法において、第2信
号をアンテナ素子に送る各経路途中に、入力した第2信
号に係数を乗算する乗算器を配し、各第2信号の割振り
先のアンテナ素子の経路途中に配された乗算器に係数
「1」を入力し、他の乗算器に係数「0」を入力する方
法を採る。
図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明にかかる
送信装置を搭載した基地局装置を含む無線通信システム
を示すシステム図である。
役割を果たし、端末装置から無線送信された信号を処理
して外部ネットワーク21に無線又は有線送信し、外部
ネットワーク21から無線又は有線送信された信号を処
理して各端末装置に無線送信する。
アンテナ101、102、103を有し、5台の端末装
置と同時通信を行い、端末装置1、端末装置2、端末装
置3及び端末装置4に対して無指向性送信を行い、端末
装置5に対して指向性送信を行なうものとする。
かかる基地局装置の構成を示すブロック図である。図2
に示す基地局装置11は、3本のアンテナ101、10
2、103と、無線部104、105、106と、送信
部107と、受信部108と、信号処理部109、11
0、111、112、113とから主に構成される。送
信部107は、重み係数制御部151と、乗算回路15
2、153、154と、合成回路155、156、15
7とを有する。
れた高周波信号をベースバンド信号に変換して受信部1
08に出力し、また、合成回路155から入力したベー
スバンド信号を高周波信号に変換してアンテナ101か
ら無線送信する。無線部105は、アンテナ102に受
信された高周波信号をベースバンド信号に変換して受信
部108に出力し、また、合成回路156から入力した
ベースバンド信号を高周波信号に変換してアンテナ10
2から無線送信する。無線部106は、アンテナ103
に受信された高周波信号をベースバンド信号に変換して
受信部108に出力し、また、合成回路157から入力
したベースバンド信号を高周波信号に変換してアンテナ
103から無線送信する。
た各端末装置に対する送信信号を分散し、合成して、各
無線部に出力する。受信部108は、各無線部から入力
したベースバンド信号を復調して各端末装置からの受信
信号を取り出して合成し、各信号処理部に出力する。ま
た、受信部108は、指向性受信された端末装置5から
の受信信号(以下、「第5受信信号」という)の到来方
向を推定し、到来方向に関する情報を信号処理部113
に出力する。
力した端末装置1からの受信信号(以下、「第1受信信
号」という)を復号して外部ネットワークに出力し、ま
た、外部ネットワークから入力した端末装置1に対する
送信信号(以下、「第1送信信号」という)を符号化し
て変調し、合成回路155に出力する。
力した端末装置2からの受信信号(以下、「第2受信信
号」という)を復号して外部ネットワークに出力し、ま
た、外部ネットワークから入力した端末装置2に対する
送信信号(以下、「第2送信信号」という)を符号化し
て変調し、合成回路156に出力する。
力した端末装置3からの受信信号(以下、「第3受信信
号」という)を復号して外部ネットワークに出力し、ま
た、外部ネットワークから入力した端末装置3に対する
送信信号(以下、「第3送信信号」という)を符号化し
て変調し、合成回路157に出力する。
力した端末装置4からの受信信号(以下、「第4受信信
号」という)を復号して外部ネットワークに出力し、ま
た、外部ネットワークから入力した端末装置4に対する
送信信号(以下、「第4送信信号」という)を符号化し
て変調し、合成回路155に出力する。
力した第5受信信号を復号して外部ネットワークに出力
し、また、外部ネットワークから入力した端末装置5に
対する送信信号(以下、「第5送信信号」という)を符
号化して変調し、各乗算回路に平行に出力する。また、
信号処理部113は、受信部108から入力した到来方
向に関する情報を重み係数制御部151に出力する。
3から入力した到来方向に関する情報に基づいて各アン
テナ出力の重み係数を算出し、算出した重み係数を各乗
算回路に出力する。乗算回路152は、第5送信信号に
重み係数制御部151から入力した重み係数を乗算して
合成回路155に出力する。乗算回路153は、第5送
信信号に重み係数制御部151から入力した重み係数を
乗算して合成回路156に出力する。乗算回路154
は、第5送信信号に重み係数制御部151から入力した
重み係数を乗算して合成回路157に出力する。
号処理部112及び乗算回路152から入力した信号を
合成して無線部104に出力する。合成回路156は、
信号処理部110及び乗算回路153から入力した信号
を合成して無線部105に出力する。合成回路157
は、信号処理部111及び乗算回路154から入力した
信号を合成して無線部106に出力する。
末装置からの受信信号の流れについて説明する。
線部104により高周波信号からベースバンド信号に変
換され、受信部108に出力される。同様に、アンテナ
102から受信された信号は無線部105により高周波
信号からベースバンド信号に変換され、アンテナ103
から受信された信号は無線部106により高周波信号か
らベースバンド信号に変換され、それぞれ受信部108
に出力される。
のベースバンド信号は復調処理されて、各端末装置から
の受信信号が取り出され、それぞれアダプティブアレイ
アンテナ処理を含むダイバーシチ合成が行われ、さら
に、指向性受信された第5受信信号の到来方向が推定さ
れる。
号され、外部のネットワークシステムに送信される。同
様に、第2受信信号は信号処理部110により復号さ
れ、第3受信信号は信号処理部111により復号され、
第4受信信号は信号処理部112により復号され、第5
受信信号は信号処理部113により復号され、それぞれ
外部のネットワークシステムに送信される。
向に関する情報は、信号処理部113を経由して重み係
数制御部151に出力される。そして、重み係数制御部
151にて、到来方向に関する情報に基づき、第5送信
信号の重み係数が算出され、算出された重み係数が乗算
回路152、153、154に出力される。
末装置に対する送信信号の流れについて説明する。
号化され、変調され、合成回路155に出力される。第
2送信信号は、信号処理部110にて符号化され、変調
され、合成回路156に出力される。第3送信信号は、
信号処理部111にて符号化され、変調され、合成回路
157に出力される。第4送信信号は、信号処理部11
2にて符号化され、変調され、合成回路155に出力さ
れる。
号化され、変調される。変調された第5送信信号は、乗
算回路152にてアンテナ101に対する重み係数が乗
算されて合成回路155に出力される。同様に、変調さ
れた第5送信信号は、乗算回路153にてアンテナ10
2に対する重み係数が乗算されて合成回路156に出力
され、乗算回路154にてアンテナ103に対する重み
係数が乗算されて合成回路157に出力される。
れ、無線部104にて無線変調され、アンテナ101を
通して送信される。合成回路156に入力された信号は
合成され、無線部105にて無線変調され、アンテナ1
02を通して送信される。合成回路157に入力された
信号は合成され、無線部106にて無線変調され、アン
テナ103を通して送信される。
イアンテナの各アンテナに分散して送信することによ
り、アンテナの送信電力を分散できるので、送信電力が
他に比べて突出して大きいアンテナがなくなり、無線部
における増幅器の規模を小型化できる。また、信号増幅
時の位相回転幅が小さくなるので、アダプティブアレイ
アンテナに必要な無線部キャリブレーションの簡易化に
も効果がある。
かる基地局装置の構成を示すブロック図である。なお、
図3に示す基地局装置において、図2に示す基地局装置
と共通する部分については、図2と同一符号を付して説
明を省略する。
置にスイッチ制御部201と、接続スイッチ202から
213とを追加した構成を採る。
ら入力した各端末装置に対する送信電力と、重み係数1
51から入力した重み係数に基づいて、各アンテナの送
信電力が均一になるように各接続スイッチを制御する。
接続スイッチ202から213は、スイッチ制御部20
1の制御により接続又は切断される。
電力が1.0、端末装置2に対する送信電力が1.5、
端末装置3に対する送信電力が1.8、端末装置4に対
する送信電力が2.2、端末装置5に対する送信電力が
2.0、乗算回路152に出力される重み係数が0.
5、乗算回路153に出力される重み係数が0.3、乗
算回路154に出力される重み係数が0.2である場合
におけるスイッチ制御部201の制御について説明す
る。
信信号の送信電力に重み係数を乗算して、指向性送信信
号の各アンテナの送信電力を算出する。本例では、アン
テナ101の端末装置5に対する送信電力は1.0、ア
ンテナ102の端末装置5に対する送信電力は0.6、
アンテナ103の端末装置5に対する送信電力は0.4
となる。
ように無指向性送信信号を送信するアンテナを割り振
る。本例では、第1送信信号をアンテナ103から送信
し、第2送信信号をアンテナ103から送信し、第3送
信信号をアンテナ101から送信し、第4送信信号をア
ンテナ102から送信する。これにより、アンテナ10
1の送信電力が2.8、アンテナ102の送信電力が
2.8、アンテナ103の送信電力が2.9となり各ア
ンテナの送信電力の格差が最も少なくなる。
ナの割り振り結果に基づいて各接続スイッチを制御す
る。本例では、接続スイッチ204、207、208、
212を接続し、他の接続スイッチを切断する。
置に対する送信電力、各重み係数の変化に対応して、接
続スイッチを適宜制御する。
度になるように、各アンテナに対して各端末装置に対す
る送信信号を割り振ることにより、実施の形態1に比べ
さらに装置の小型化を図ることができる。
の信号を送信するアンテナの選択をスイッチ切替により
行ったが、スイッチ制御部及び接続スイッチの代りに重
み係数制御部及び乗算回路を用いて、重み係数制御によ
り行うこともできる。この場合、重み係数制御部は、出
力する重み係数の一つを「1」とし、他を「0」とす
る。乗算回路に重み係数「1」を入力することは接続ス
イッチを接続することと等価であり、乗算回路に入力し
た信号がそのまま出力される。また、乗算回路に重み係
数「0」を入力することは接続スイッチを切断すること
と等価であり、乗算回路からは何も出力されない。
信信号又は指向性送信信号のどちらでも処理することが
できる。具体的には、各信号処理部は、指向性送信信号
を処理する場合、重み係数制御部に到来方向に関する情
報に基づいて重み係数を出力させ、無指向性送信信号を
処理する場合、重み係数制御部に重み係数「1」又は
「0」を出力させる。
信が混在するシステムであれば適用でき、信号多重分割
の方式等によっては限定されない。
及び送信方法によれば、アレイアンテナの各アンテナに
無指向性送信信号を振り分けることができるので、各ア
ンテナの送信電力を分散し、送信電力が他に比べて突出
して大きいアンテナをなくすことができ、無線部におけ
る増幅器の小型化を図ることができる。これは、信号増
幅時の位相回転幅が小さくなることでもあり、アダプテ
ィブアレイアンテナに必要な無線部キャリブレーション
の簡易化にも効果的となる。
無線通信システムのシステム図
ブロック図
ブロック図
Claims (15)
- 【請求項1】 複数のアンテナ素子により指向性を形成
するアレイアンテナと、指向性送信を行う第1信号をそ
れぞれ前記アンテナ素子と同数の信号成分に分割する分
割手段と、第1信号の各信号成分に対して重み付けを行
う重み付け手段と、可変指向性送信を行わない第2信号
をそれぞれ前記アンテナ素子のいずれか1つに割振る割
振り手段と、同一のアンテナ素子から送信する第1信号
成分と第2信号とを合成する合成手段と、合成した信号
を前記各アンテナ素子から無線送信する無線送信手段
と、を具備することを特徴とする送信装置。 - 【請求項2】 割振り手段は、各第2信号の割振り先を
分散することを特徴とする請求項1記載の送信装置。 - 【請求項3】 割振り手段は、各アンテナ素子の割振ら
れる第2信号の数の格差を最小にすることを特徴とする
請求項1記載の送信装置。 - 【請求項4】 割振り手段は、重み付けした各第1信号
成分の送信電力及び第2信号の送信電力に基づいて、各
アンテナ素子の送信電力の格差を最小にすることを特徴
とする請求項1記載の送信装置。 - 【請求項5】 第2信号をアンテナ素子に送る各経路途
中に接続スイッチを配し、割振り手段は、各第2信号の
割振り先のアンテナ素子の経路途中に配された接続スイ
ッチを接続し、他の接続スイッチを切断することを特徴
とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の送信装
置。 - 【請求項6】 第2信号をアンテナ素子に送る各経路途
中に、入力した第2信号に係数を乗算する乗算器を配
し、割振り手段は、各第2信号の割振り先のアンテナ素
子の経路途中に配された乗算器に係数「1」を出力し、
他の乗算器に係数「0」を出力することを特徴とする請
求項1乃至請求項4のいずれかに記載の送信装置。 - 【請求項7】 請求項1乃至請求項6にいずれかに記載
の送信装置を搭載して複数の端末装置と無線通信を行う
ことを特徴とする基地局装置。 - 【請求項8】 請求項7記載の基地局装置と無線通信を
行うことを特徴とする端末装置。 - 【請求項9】 請求項7記載の基地局装置と請求項8記
載の端末装置とにより無線通信を行うことを特徴とする
無線通信システム。 - 【請求項10】 指向性送信を行う第1信号をそれぞれ
アレイアンテナのアンテナ素子と同数の信号成分に分割
する分割工程と、第1信号の各信号成分に対して重み付
けを行う重み付け工程と、可変指向性送信を行わない第
2信号をそれぞれ前記アンテナ素子のいずれか1つに割
振る割振り工程と、同一のアンテナ素子から送信する第
1信号成分と第2信号とを合成する合成工程と、合成し
た信号を前記各アンテナ素子から無線送信する無線送信
工程と、を有することを特徴とする送信方法。 - 【請求項11】 割振り工程は、各第2信号の割振り先
を分散することを特徴とする請求項10記載の送信方
法。 - 【請求項12】 割振り手段は、各アンテナ素子の割振
られる第2信号の数の格差を最小にすることを特徴とす
る請求項10記載の送信方法。 - 【請求項13】 重み付けした各第1信号成分の送信電
力及び第2信号の送信電力に基づいて、各アンテナ素子
の送信電力の格差を最小にすることを特徴とする請求項
10記載の送信方法。 - 【請求項14】 第2信号をアンテナ素子に送る各経路
途中に接続スイッチを配し、各第2信号の割振り先のア
ンテナ素子の経路途中に配された接続スイッチを接続
し、他の接続スイッチを切断することを特徴とする請求
項10乃至請求項13のいずれかに記載の送信方法。 - 【請求項15】 第2信号をアンテナ素子に送る各経路
途中に、入力した第2信号に係数を乗算する乗算器を配
し、各第2信号の割振り先のアンテナ素子の経路途中に
配された乗算器に係数「1」を入力し、他の乗算器に係
数「0」を入力することを特徴とする請求項10乃至請
求項13のいずれかに記載の送信方法。
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