JP2000209017A

JP2000209017A - 無線基地局

Info

Publication number: JP2000209017A
Application number: JP11011620A
Authority: JP
Inventors: Shiyuuji Kobayakawa; 周磁小早川; Yoshiaki Tanaka; 良紀田中; Masabumi Tsutsui; 正文筒井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のアンテナ素子に入力する送信信号に、
異なる位相及び振幅のウェイトを与え、通信対象のユー
ザ移動局に、指向性利得の高い下り信号ビームを送信す
るセルラ移動通信システムにおける無線基地局に関し、
下り信号に与える位相及び振幅のウェイトを簡易に且つ
最適に決定する。【解決手段】移動局からの上り信号の各アンテナ素子
毎の受信信号の位相情報から、該上り信号の到来角情報
を抽出する上り信号到来角抽出手段６と、上り信号到来
角情報を基に、通信対象の移動局の方向にメインビーム
が向き、他の移動局方向へは低いサイドローブレベルの
ビームパタンを形成するように、各アンテナ素子に入力
する下り信号に掛ける位相及び振幅のウェイト係数を算
出するウェイト係数計算手段５と、ウェイト係数を下り
信号に掛けるウェイト係数乗算部４−１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のアンテナ素
子を設け、それぞれのアンテナ素子に入力する送信信号
に、異なる位相及び振幅のウェイトを与えてビームフォ
ーミングを行い、通信対象のユーザ移動局に指向性利得
の高いビームを向けて、下り方向の信号を送信するセル
ラ移動通信システムにおける無線基地局に関する。

【０００２】サービス開始が２００１年とされているＩ
ＭＴ２０００と呼ばれる次世代移動通信システムにおい
ては、多数のユーザ移動局に対して、音声ばかりではな
く、画像等の容量の大きなデータ通信を高速に行うこと
が要求されている。

【０００３】そのような要求から、無線基地局において
システム容量を向上するためのより高度な技術として、
複数のアンテナ素子を設け、それぞれのアンテナ素子か
ら送出する信号に、異なる位相及び振幅のウェイトを掛
けてビームを成形し、希望のユーザ移動局方向に、より
利得の高いメインビーム信号を送信し、また、それ以外
のユーザ移動局には、利得の低いサイドローブやヌル
（ゼロ）点方向を向けて干渉電力の放射を防ぐことによ
り、ＳＩＲ（信号対干渉雑音比）を改善し、システム容
量を増大させることが可能なアダプティブアレーアンテ
ナを用いる技術が、有力候補として注目されている。

【０００４】

【従来の技術】従来、アダプティブアレーアンテナを無
線基地局に採用してシステム容量の向上を図ったもの
は、上り回線における信号受信を対象としたものが殆ど
であり、下り回線における送信を対象とした試験・研究
は、多くは行われていない。

【０００５】そのため、下り回線に対しては、従来どお
り、セル或いはセクタの全範囲をカバーする１本のアン
テナにより、全範囲に向けて下り方向の送信を行う方法
が一般的に行われている。

【０００６】この背景には、上り方向と下り方向とに異
なる周波数を用いる周波数分割二重通信（ＦＤＤ：Fre
quency Division Duplex）システムにおいては、上り方
向のチャネルと下り方向のチャネルの複素包絡線変動の
相関が、周波数が異なるために低くなり、上り方向の受
信信号から得られたチャネル特性の情報を、下り方向の
送信の際に利用するには、複雑な処理を要し、上り方向
のチャネル特性の情報を有効に利用することが困難であ
ったため、下り方向に対しては、ビームフォーミングの
技術を採用していなかった。

【０００７】周波数分割二重通信（ＦＤＤ）システムに
おける下り方向のビームフォーミングついて検討した数
少ない研究論文としては、「Cooperative Signal Recep
tionand Down-Link Beam Forming In Cellular Mobile
Communications 」（ＡＰ９７−９７）があるが、該論
文に記述されたビームフォーミングは、アルゴリズムが
複雑で演算量も多く、また、演算対象の信号区間を長く
取らなくてはならないなど、実現性に問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を鑑みて発案され、周波数分割二重通信（ＦＤＤ）シス
テムの場合においても、上り方向の信号到来角情報を基
に、各アンテナ素子から送出する下り方向の信号に与え
る位相及び振幅のウェイトを簡易に決定し、下り方向の
ビームフォーミングを行い、実現性の高い下り方向アダ
プティブアレーアンテナを組み込んだ無線基地局を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の無線基地局は、
（１）複数のアンテナ素子を設け、それぞれのアンテナ
素子に入力する各送信信号に、位相及び振幅のウェイト
係数を掛け、該複数のアンテナ素子から放射する送信信
号をビーム形成し、移動局への下り信号を送信する移動
通信システムにおける無線基地局であって、移動局から
の上り信号を複数のアンテナ素子で受信したときの、各
アンテナ素子毎の受信信号の位相情報から、該上り信号
の到来角情報を抽出する上り信号到来角抽出手段と、前
記上り信号の各アンテナ素子毎の受信信号の位相情報を
基に、通信対象の移動局の上り信号到来角方向に、下り
送信信号のメインビームが向くように、前記それぞれの
アンテナ素子に入力する送信信号に掛ける位相のウェイ
ト係数を算出するウェイト係数計算手段と、前記ウェイ
ト係数計算手段により算出したウェイト係数を、前記各
アンテナ素子に入力する送信信号に掛けるウェイト係数
乗算部とを備えたものである。

【００１０】また、（２）前記ウェイト係数計算手段
は、前記到来角抽出手段により抽出した通信対象の上り
信号到来角を基に、それぞれのアンテナ素子に入力する
送信信号に掛ける位相のウェイト係数を算出する構成を
有するものである。

【００１１】また、（３）前記ウェイト係数計算手段
は、通信対象の上り信号の各アンテナ素子毎の受信信号
の位相差に対して、上り信号の周波数と下り信号の周波
数とを基に位相補正を行い、該位相補正した前記受信信
号の位相差を基に、それぞれのアンテナ素子に入力する
送信信号に掛ける位相のウェイト係数を算出する構成を
有するものである。

【００１２】また、（４）前記ウェイト係数計算手段
は、前記上り信号到来角抽出手段から抽出される通信対
象外の移動局からの上り信号の到来角情報を含む全ての
上り信号の到来角情報を基に、通信対象外の全ての移動
局の上り信号到来角方向への送信レベルに対する、通信
対象の移動局の上り信号到来角方向への下り送信信号メ
インビームのレベル比が最大となるように、前記それぞ
れのアンテナ素子に入力する送信信号に掛ける振幅のウ
ェイト係数を決定する構成を有するものである。

【００１３】また、（５）前記ウェイト係数計算手段
は、前記それぞれのアンテナ素子に入力する送信信号に
掛ける位相のウェイト係数を、等間隔の隣接するアンテ
ナ素子に入力する各送信信号に対して、共通の位相差の
ウェイト係数とし、且つ、前記それぞれのアンテナ素子
に入力する送信信号に掛ける振幅のウェイト係数を、各
サイドローブレベルが一定となるビームパターンを形成
するウェイト係数として決定する構成を有するものであ
る。

【００１４】また、（６）前記ウェイト係数計算手段
は、前記それぞれのアンテナ素子に入力する送信信号に
掛ける振幅のウェイト係数の候補値を、複数組予め設定
しておき、該複数組の振幅のウェイト係数の候補値の中
から、前記下り送信信号メインビームのレベル比が最大
となる振幅のウェイト係数を選択して決定する構成を有
するものである。

【００１５】また、（７）前記ウェイト係数計算手段
は、前記複数のアンテナ素子から送信される一つの移動
局当たりの送信電力の総和が所定の値を保つように、前
記振幅のウェイト係数を決定する構成を有するものであ
る。

【００１６】また、（８）移動局からの上り信号がマル
チパスを介して受信される場合に、前記上り信号到来角
抽出手段は、受信レベルが最大となるパス方向の受信信
号の位相情報から、上り信号の到来角情報を抽出する構
成を有し、且つ、前記ウェイト係数計算手段は、受信レ
ベルが最大となるパス方向の受信信号の位相情報を基
に、前記位相のウェイト係数を算出する構成を有するも
のである。

【００１７】なお、上記（４）の構成は、上記（１）〜
（３）の構成と組み合わせることができ、また、上記
（５）の構成は、上記（４）の構成とともに上記（１）
〜（３）の構成と組み合わせることができ、また、上記
（６）の構成は、上記（４）及び（５）の構成とともに
上記（１）〜（３）の構成と組み合わせることができ、
また、上記（７）の構成は、上記（４）〜（６）の構成
とともに上記（１）〜（３）の構成と組み合わせること
ができ、更に上記（７）の構成は、上記（１）〜（７）
の構成と組み合わせることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】前述したように、周波数分割二重
通信（ＦＤＤ）システムの場合、上り方向と下り方向と
では、チャネル複素包絡線変動の相関は低いが、マルチ
パスが形成される場合でも、上り方向と下り方向とでそ
の経路は同一であり、上り信号到来角と下り信号放射角
では同一となる。また、マルチパスを経由して受信され
る信号の電力は、瞬間瞬間では異なるが、比較的長い期
間にわたり規格化又は平均化すると一定となる。

【００１９】従って、上り方向の受信信号から抽出され
る各パスの到来角の情報に関しては、上り信号受信後、
瞬時に下り信号を送信する場合には信頼度が高く、各ア
ンテナ素子に与える下り方向信号のウェイトを決定する
上で有用な情報として利用することができる。

【００２０】図１は本発明の無線基地局の基本構成の説
明図である。同図において、ｌはアンテナ、２は下り送
信信号増幅装置、３は下り送信信号多重部、４はユーザ
対応機能部、４−１はウェイト係数乗算部、４−２は下
り送信信号分配部、５はウェイト係数計算部、６は上り
信号到来角抽出部、１０は下りユーザ信号生成部であ
る。

【００２１】下りユーザ信号生成部１０は、各ユーザの
ベースバンドディジタル信号を生成し、該ユーザ信号を
下り方向の送信信号としてユーザ対応機能部４へ送出す
る。ユーザ対応機能部４は、ユーザチャネル数に対応し
て設けられ、各ユーザ対応機能部４は、ウェイト係数乗
算部４ー１及び下り送信信号分配部４−２を備える。

【００２２】下り送信信号分配部４−２は、下りユーザ
信号生成部１０から入力された下りユーザ信号を、アン
テナブランチ数分の各ウェイト係数乗算部４ー１に分配
する。各アンテナブランチに対応して設けられたウェイ
ト係数乗算部４ー１は、それぞれ、下り送信信号分配部
４−２から入力された下り送信信号に、ウェイト係数計
算部５から入力されたウェイト係数を乗算して、下り送
信信号多重部３に出力する。

【００２３】下り送信信号多重部３は、ウェイト係数を
掛けた各ユーザチャネルの下り送信信号を、アンテナブ
ランチ毎に多重する。ＣＤＭＡ（Code Division Multip
le Access ）のアクセス方式の場合、下り送信信号多重
部３は、拡散された全ユーザチャネルの下り送信信号を
合成し、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）
のアクセス方式の場合、下り送信信号多重部３は、各ユ
ーザチャネルの下り送信信号を、各タイムスロットに割
り振る制御を行う。

【００２４】下り送信信号増幅装置２は、下り送信信号
多重部３から出力される無線周波数（ＲＦ）の下り送信
信号を増幅する最終段の高出力増幅器である。下りユー
ザ信号生成部１０で生成される下り方向のベースバンド
ディジタルユーザ信号は、一般的には、中間周波数（Ｉ
Ｆ）、無線周波数（ＲＦ）へとアップコンバートされ、
最終段で下り送信信号増幅装置２により増幅されてアン
テナ１に入力される。

【００２５】上り信号到来角抽出部６は、ユーザ移動局
からの上り送信信号を、アレイアンテナにより受信し、
各アンテナ素子で受信した上り信号の位相情報及び各ア
ンテナ素子間の間隔情報を基に、通信対象の上り信号の
到来方向角θを認識し、その到来角情報をウェイト係数
計算部５に出力する。

【００２６】信号到来角の推定法は、例えば、「’９８
信学会総合大会Ｂ−５−１７２」、「’９７信学会総合
大会Ｂ−５−９４」等の文献に示されているが、本発明
は、信号到来角の推定法の細部には直接関係せず、その
細部の回路構成はどのようなものでもよい。本発明にお
ける信号到来角の抽出手段については、後に詳述する。

【００２７】ウェイト係数計算部５は、上り信号到来角
抽出部６により抽出されたユーザ移動局からの上り送信
信号の到来角θに基づいて、以下の（式１）による演算
を行い、下り送信信号に与える位相及び振幅のウェイト
係数Ｗを計算し、そのウェイト係数Ｗをウェイト係数乗
算部４―１に出力する。

【００２８】Ｗ＝［１，exp(ｊ・ｋ・ｄ・sin θ），exp(ｊ・ｋ・２ｄ・sin θ），・・・， exp(ｊ・ｋ・ｎｄ・sin θ），・・・，exp(ｊ・ｋ・（Ｎ−１）ｄ・sin θ）］・・・（式１）ここで、ｋは２π／λ_d（λ_dは下り送信信号の波
長）、ｄはアンテナ素子間距離、θは上り信号到来角、
ｎはアンテナ素子番号（０〜Ｎ−１）、Ｎはアンテナ素
子の数である。

【００２９】ウェイト係数乗算部４―１は、それぞれ、
下り送信信号分配部４−２から入力された下り送信信号
に、ウェイト係数計算部５から入力されたウェイト係数
Ｗを乗算することにより、上り信号の到来角と同一の方
向に、下り送信信号の最大ビームの頂点が向くようにビ
ームフォーミングが行われる。

【００３０】すなわち、上り信号の到来角情報のみを用
い、上り回線と下り回線とで瞬間的にみても共通の方向
角のユーザ移動局に向けて、利得の高いメインビーム信
号を送信する。

【００３１】図２はアンテナ素子間位相差を基にビーム
形成を行う無線基地局の説明図である。同図において、
図１に示した機能部と同一のものには同一の符号を付し
ている。７はアンテナ素子間位相差べクトル演算部であ
る。

【００３２】アンテナ素子間位相差べクトル演算部７
は、各アンテナ素子に受信される上り信号の受信信号を
用いて演算を行い、以下の（式２）に示すアンテ素子間
位相差べクトルＡを抽出する。

【００３３】Ａ＝［exp(ｊ・Δθ_0,1），exp(ｊ・Δθ_1,2），・・・，exp(ｊ・Δθ_n-1,n ），・・・，exp(ｊ・Δθ_N-2,N-1）］・・・（式２）ここで、Δθ_n-1,nは上り信号のｎ−１番とｎ番のアン
テナ素子間の受信信号の位相差となる。

【００３４】各アンテナ素子に到来する信号は平面波で
あるので、隣合うアンテナ素子間の位相差（Δθ_0,1〜
Δθ_N-2,N-1）は、通常は、同じ値となるが、ノイズ等
の影響により誤差を含んでいる値もあるので、それらの
平均値を計算する等、誤差の影響を除去する操作を行
い、その値を代表値ＡＶＲ［Δθ_n-1,n］とし、上り信
号到来角抽出部６とウェイト係数計算部５とに出力す
る。

【００３５】上り信号到来角抽出部６は、隣合うアンテ
ナ素子間の位相差（Δθ_0,1〜Δθ _N-2,N-1）の代表値
ＡＶＲ［Δθ_n-1,n］を基に、以下の（式３）により、
上り信号到来角θを算出する。

【００３６】 θ＝sin ^-1｛（λ_u／２πｄ）・ＡＶＲ［Δθ_n-1,n］｝・・・（式３）ここで、λ_uは上り信号の波長、ｄはアンテナ素子間距
離、ＡＶＲ［Δθ_n-1, _n］は受信した上り信号の隣合う
アンテナ素子間の位相差Δθ_0,1〜Δθ_N-2,N- ₁の代表
値である。

【００３７】そして、上り信号到来角抽出部６は、上記
（式３）により算出した上り信号到来角θを、ウェイト
係数計算部５に送出し、ウェイト係数計算部５は、この
上り信号到来角θを基に、前述の（式１）により、下り
送信信号に対するウェイト係数Ｗを算出する。

【００３８】上記（式３）の演算を行う理由は、周波数
分割二重通信（ＦＤＤ）システムの場合、上り回線と下
り回線とで送信周波数が異なり、上り信号の受信と下り
信号の送信とに同一のアンテナを使用すると、アンテナ
素子間距離ｄは物理的に共通となるが、波長で規格化し
た距離ｋ・ｄ（ｋ＝２π／波長λ）が異なるため、受信
した上り信号の位相差をそのまま下り信号の位相差とし
て送信することができない。

【００３９】そこで、一旦、上り回線と下り回線とで共
通となるパス方向角θを算出し、該方向角θに向けて下
り送信信号が放射されるように、下り送信信号に対する
ウェイト係数Ｗを算出することとし、ウェイト係数Ｗが
簡易に且つ正確に算出することができる。

【００４０】もし前述の（式１）〜（式３）の演算を省
き、アンテナ素子間位相差べクトルＡから求めた上り信
号のアンテナ素子間位相差を、下り送信信号のウェイト
係数Ｗにそのまま用いたとすると、波長の違いから、図
３に示すように、下り方向に送信する信号のビームは、
上り信号到来角から若干ずれた方向となり、結果的に特
性の劣化を招くこととなる。

【００４１】図３は波長に対する位相補正無しの場合の
下り方向のビームのずれを示す図である。図の（Ａ）は
上り信号到来ビームを示し、図の（Ｂ）は下り信号放射
ビームを示している。図の横軸は方向角を、縦軸はゲイ
ン（利得）を表している。

【００４２】図の（Ａ）に示す上り信号到来ビームは、
約２５°付近の角度にメインビームの頂点があるのに対
し、図の（Ｂ）に示す下り信号放射ビームは、メインビ
ームの頂点が約２０°付近の角度となっており、約５°
のずれが生じていることを示している。なお、このずれ
の角度は、上り、下り周波数の波長の違いの大きさによ
って左右される。

【００４３】ビームの頂点を上り方向と下り方向とで一
致させるためには、前述したように（式３）の演算を行
って上り信号到来角θを算出し、（式１）によりウェイ
ト係数Ｗを算出する手法のほかに、アンテナ素子間位相
差べクトル演算部７において算出した受信信号の位相差
Δθ_n-1,nを基に、以下の（式４）の演算を行い、上り
信号と下り信号の波長差により補正した位相差Δθ´
_n-1,nを算出し、該補正した位相差Δθ´_n-1,nを基
に、（式５）の演算により、ウェイト係数Ｗを算出する
ことができる。

【００４４】 Δθ´_n-1,n＝（λ_u／λ_d）・Δθ_n-1,n ・・・（式４）ここで、λ_uは上り信号の波長、λ_dは下り信号の波
長、Δθ_n-1,nは、各アンテナ素子間の受信信号の位相
差の平均値等の代表値であるものとする。Ｗ＝［１，exp(ｊ・Δθ´_n-1,n），exp(ｊ・２・Δθ´_n-1,n），・・・，ex p(ｊ・（Ｎ−１）・Δθ´_n-1,n）］・・・（式５）

【００４５】すなわち、ウェイト係数計算部５は、アン
テナ素子間位相差べクトル演算部７から出力されたアン
テナ素子間位相差べクトルＡを基に、上記（式４）及び
（式５）による演算を行い、ウェイト係数Ｗを算出する
構成とすることができる。

【００４６】ウェイト係数Ｗを上記（式４）及び（式
５）により算出する演算は、前記（式３）及び（式１）
による演算に比べて、上り信号到来角θを求めるための
逆三角関数の演算が無く、計算が簡素化される。

【００４７】図４は（式１）及び（式３）、又は（式
４）及び（式５）による演算を行い、波長の相違に対す
る位相補正を行った場合のビームを示す図である。図の
（Ａ）は上り信号到来ビームを示し、図の（Ｂ）は下り
信号放射ビームを示している。

【００４８】図の（Ａ）に示す上り信号到来ビーム及び
図の（Ｂ）に示す下り信号放射ビームは、ともに約２５
°の付近にメインビームの頂点があり、ビーム幅は異な
るものの、下り送信信号は、希望のユーザ移動局方向に
向けて放射されていることを示している。

【００４９】図１又は図２に示した実施の形態におい
て、ウェイト係数計算手段は、上記（式１）又は上記
（式５）によりウェイト係数Ｗを算出するウェイト係数
計算部５により構成される。

【００５０】図５は最適なサイドローブのビーム形成を
行う無線基地局の説明図である。同図において、図１に
示した機能部と同一のものには同一の符号を付してい
る。５´はウェイト係数位相項計算部、８はウェイト係
数振幅項決定部である。この実施の形態において、ウェ
イト係数計算手段は、ウェイト係数位相項計算部５´と
ウェイト係数振幅項決定部８とにより構成される。

【００５１】上り信号到来角抽出部６は、全てのユーザ
チャネルの上り信号到来角情報を抽出し、該全ての上り
信号到来角情報をウェイト係数位相項計算部５´とウェ
イト係数振幅項決定部８とに出力する。

【００５２】ウェイト係数位相項計算部５´は、各ユー
ザ対応機能部４に対して、前述したウェイト係数計算部
５と同様に、上り信号到来角情報を基に、通信対象のユ
ーザ移動局の方向へ下りビームを向けたウェイト係数位
相項を設定する。なお、この位相項はアンテナ素子間位
相差べクトルＡを基に設定することもできるが、その構
成は図２と同様であるので図示を省略している。

【００５３】ウェイト係数振幅項決定部８は、上り信号
到来角抽出部６からの全ての上り信号到来角情報を基
に、各ユーザ対応機能部４に対して、通信対象のユーザ
移動局への下りビーム成形のためのウェイト係数振幅項
を決定する。

【００５４】ウェイト係数振幅項は、メインローブ及び
サイドローブのパターン（ビーム指向性パターン）を決
定し、ウェイト係数振幅項を変化させると、メインロー
ブのビーム幅、サイドローブの角度、レベル等のパター
ンが変化する。

【００５５】ウェイト係数振幅項決定部８は、上り信号
到来角抽出部６から得た全てのユーザチャネルの上り信
号到来角情報により、通信を行っている他のユーザ移動
局の方向をも参照し、通信中の他のユーザ移動局の方向
に対するサイドローブのレベルがより小さくなるよう
に、ウェイト係数振幅項を決定する。

【００５６】すなわち、送信対象のユーザ移動局方向へ
のメインビームのレべルをＳとし、その他のｎ番目のユ
ーザ移動局方向のサイドローブの各レべルをＩｎとする
と、ウェイト係数振幅項決定部８は、ＳとΣＩｎの比
（Ｓ／ΣＩｎ）が最大となるようなビームパターンを形
成するウェイト係数振幅項を決定する。なお、ΣＩｎは
その他のユーザ移動局方向の全てのサイドローブのレべ
ルＩｎの合計値である。

【００５７】ウェイト係数振幅項を決定する際、計算の
煩雑さや演算量を軽減するために、サイドローブレべル
が一定となるようなウェイト係数振幅項を選択する構成
とすることができる。例えば、等間隔リニアアレーアン
テナで、アンテナ素子数Ｎが４及び５の場合、（表１）
に示すような比の振幅項とすることにより、サイドロー
ブレベルが一定なビームが形成される。（表１）に示す
振幅分布により形成される指向性パターンは、チェビシ
ェフ指向性と呼ばれている。

【００５８】

【表１】

【００５９】表１において、ｘ₀〜ｘ₄はアレーの端か
ら順番に並んだ各アンテナ素子の振幅項であり、その下
の欄にそれぞれに設定する振幅比を記している。表中、
αは以下の（式６）により算出される値である。

【００６０】 α＝tanh²｛（ln（Ｒ＋√（Ｒ²−１）））／（Ｎ−１）｝・・・（式６）ここで、Ｒはサイドローブレベルである。（サイドロー
ブレベルが例えば、−２０ｄＢのときＲ＝１０であ
る。）

【００６１】図６はサイドローブレベルと放射ビームパ
ターンの変化を示す図である。図の（Ａ）はサイドロー
ブレベルがメインビームレベルと２０ｄＢの差があり、
図の（Ｂ）はサイドローブレベルがメインビームレベル
と３０ｄＢの差がある場合の放射ビームパターンを示し
ている。

【００６２】サイドローブレべルとメインビーム幅と
は、反比例するような関係にあり、サイドローブレベル
を高くすると、メインビーム幅は狭くなり、サイドロー
ブレベルを低くすると、メインビーム幅は広がる。

【００６３】そのため、図６に示した例において、通信
対象ユーザ移動局以外のユーザ移動局が、例えば、５°
近辺の方角Ｐに存した場合、図の（Ｂ）に示すビームパ
ターンの方が、図の（Ａ）に示すビームパターンより、
方角Ｐ方向への不要な干渉電力の放射が少ない。

【００６４】一方、対象ユーザ移動局以外のユーザ移動
局が、例えば、１０°近辺の方角Ｑに存した場合、図の
（Ａ）に示すビームパターンの方が、図の（Ｂ）に示す
ビームパターンより、方角Ｑ方向への不要な干渉電力の
放射が少ない。

【００６５】従って、前述したＳとΣＩｎとの比が最大
となるようなビームパターンを形成する最適なウェイト
係数振幅項を選択することにより、他のユーザ移動局へ
の不要な干渉電力の放射を低減化することができる。

【００６６】また、ウェイト係数振幅項の簡易な決定法
として、予め、ウェイト係数振幅項の候補を複数組設定
しておき、ウェイト係数振幅項決定部８は、上り信号到
来角抽出部６からの全ての上り信号到来角情報を基に、
予め設定されたウェイト係数振幅項の候補の中から、最
適な振幅項を選択して決定する構成とすることができ
る。

【００６７】このようにして、全ユーザ移動局からの上
り信号到来角分布に応じて、最適なウェイト係数を、簡
易な演算処理により決定することができ、下り送信信号
に対して、適応的なビームフォーミング制御を行うこと
ができる。

【００６８】図７は送信電力を所定の値に保ち、ビーム
形成を行う無線基地局の説明図である。同図において、
図１又は図５に示した機能部と同一のものには同一の符
号を付している。９はウェイト係数振幅項補正部であ
る。

【００６９】ウェイト係数振幅項補正部９は、ウェイト
係数振幅項決定部８から出力されるウェイト係数振幅項
に対して、以下の（式７）により補正係数ａを算出し、
（式８）に示すように補正係数ａをウェイト係数振幅項
ｘ₀，ｘ₁，ｘ₂，ｘ_N-1に乗算して、新たなウェイト
係数Ｗ´とする。

【００７０】ａ＝√Ｎ／（ｘ₀＋ｘ₁＋ｘ₂＋・・・＋ｘ_N-1）・・・（式７）Ｗ´＝［ａｘ₀，ａｘ₁・exp(ｊ・ｋ・ｄ・sin θ），ａｘ₂・exp(ｊ・ｋ・２ｄ・sin θ），・・・，ａｘ_N-1・exp(ｊ・ｋ・（Ｎ−１）ｄ・sin θ）］・・・（式８）

【００７１】このように補正係数ａを乗算することによ
り、振幅分布が異なる各ユーザ移動局に対する送信電力
が常に一定になるように、振幅を制御することができ、
無線基地局の送信電力に制限がある場合など、無線基地
局全体の送信電力を制限以下に保ちながらアダプティブ
ウェイト制御を行うことができる。

【００７２】図８は移動無線通信の環境における典型的
なマルチパスの時間特性を示す図である。同図におい
て、横軸は無線基地局における上り信号受信時の時間経
過を表し、同じ上り信号がマルチパスにより、各パスに
対応して順番にａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの順に無線基地
局で受信されたことを示し、縦軸はその上り信号の受信
レベルを表している。

【００７３】例えば、この図８に示すようなマルチパス
の伝搬環境の場合、本発明においては、ｂのパスで受信
された上り信号が最大の受信レベルであるので、前述の
上り信号到来角抽出手段は、ｂのパスの上り信号から到
来角θを抽出し、ウェイト係数計算手段は、最大受信レ
ベルのパス方向θに、下り送信信号のメインビームが向
くように係数を決定する構成とすることができる。特
に、アクセス方式がＣＤＭＡである場合、パス分離を簡
易に行うことができるので、このようなパス単位の到来
角抽出によるビームフォーミングを容易に行うことがで
きる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ユーザ移動局からの上り信号の受信情報を基に、上り信
号の到来角と同一の方角に、下り信号が放射されるよう
に、アダプティブアレイアンテナのビームを適応制御す
ることにより、各アンテナ素子の入力信号に掛ける位相
及び振幅のウェイト係数を、高速に且つ少ない演算量で
算出し、下り方向アダプティブアレーアンテナを組み込
んだ無線基地局を容易に実現することができる。

【００７５】そのため、不要な方向への干渉電力の放射
を防ぐことができ、ＳＩＲ（信号対干渉雑音比）が改善
され、システム容量を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の無線基地局の基本構成の説明図であ
る。

【図２】アンテナ素子間位相差を基にビーム形成を行う
無線基地局の説明図である。

【図３】波長に対する位相補正無しの場合の下り方向の
ビームのずれを示す図である。

【図４】波長の相違に対する位相補正を行った場合のビ
ームを示す図である。

【図５】最適なサイドローブのビーム形成を行う無線基
地局の説明図である。

【図６】サイドローブレベルと放射ビームパターンの変
化を示す図である。

【図７】送信電力を所定の値に保ち、ビーム形成を行う
無線基地局の説明図である。

【図８】移動無線通信の環境におけるマルチパスの時間
特性を示す図である。

【符号の説明】

ｌアンテナ２下り送信信号増幅装置３下り送信信号多重部４ユーザ対応機能部４−１ウェイト係数乗算部４−２下り送信信号分配部５ウェイト係数計算部５´ ウェイト係数位相項計算部６上り信号到来角抽出部７アンテナ素子間位相差べクトル演算部８ウェイト係数振幅項決定部９ウェイト係数振幅項補正部１０下りユーザ信号生成部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者筒井正文神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内Ｆターム(参考） 5J021 AA07 AA11 CA04 DB02 DB03 EA04 FA06 FA16 FA23 GA02 HA10 5K067 AA01 EE10 KK02 KK03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアンテナ素子を設け、それぞれの
アンテナ素子に入力する各送信信号に、位相及び振幅の
ウェイト係数を掛け、該複数のアンテナ素子から放射す
る送信信号をビーム形成し、移動局への下り信号を送信
する移動通信システムにおける無線基地局であって、移動局からの上り信号を複数のアンテナ素子で受信した
ときの、各アンテナ素子毎の受信信号の位相情報から、
該上り信号の到来角情報を抽出する上り信号到来角抽出
手段と、前記上り信号の各アンテナ素子毎の受信信号の位相情報
を基に、通信対象の移動局の上り信号到来角方向に、下
り送信信号のメインビームが向くように、前記それぞれ
のアンテナ素子に入力する送信信号に掛ける位相のウェ
イト係数を算出するウェイト係数計算手段と、前記ウェイト係数計算手段により算出したウェイト係数
を、前記各アンテナ素子に入力する送信信号に掛けるウ
ェイト係数乗算部とを備えたことを特徴とする無線基地
局。
【請求項２】前記ウェイト係数計算手段は、前記到来
角抽出手段により抽出した通信対象の上り信号到来角を
基に、それぞれのアンテナ素子に入力する送信信号に掛
ける位相のウェイト係数を算出する構成を有することを
特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
【請求項３】前記ウェイト係数計算手段は、通信対象
の上り信号の各アンテナ素子毎の受信信号の位相差に対
して、上り信号の周波数と下り信号の周波数とを基に位
相補正を行い、該位相補正した前記受信信号の位相差を
基に、それぞれのアンテナ素子に入力する送信信号に掛
ける位相のウェイト係数を算出する構成を有することを
特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
【請求項４】前記ウェイト係数計算手段は、前記上り
信号到来角抽出手段から抽出される通信対象外の移動局
からの上り信号の到来角情報を含む全ての上り信号の到
来角情報を基に、通信対象外の全ての移動局の上り信号
到来角方向への送信レベルに対する、通信対象の移動局
の上り信号到来角方向への下り送信信号メインビームの
レベル比が最大となるように、前記それぞれのアンテナ
素子に入力する送信信号に掛ける振幅のウェイト係数を
決定する構成を有することを特徴とする請求項１に記載
の無線基地局。
【請求項５】前記ウェイト係数計算手段は、前記それ
ぞれのアンテナ素子に入力する送信信号に掛ける位相の
ウェイト係数を、等間隔の隣接するアンテナ素子に入力
する各送信信号に対して、共通の位相差のウェイト係数
とし、且つ、前記それぞれのアンテナ素子に入力する送
信信号に掛ける振幅のウェイト係数を、各サイドローブ
レベルが一定となるビームパターンを形成するウェイト
係数として決定する構成を有することを特徴とする請求
項４に記載の無線基地局。
【請求項６】前記ウェイト係数計算手段は、前記それ
ぞれのアンテナ素子に入力する送信信号に掛ける振幅の
ウェイト係数の候補値を、複数組予め設定しておき、該
複数組の振幅のウェイト係数の候補値の中から、前記下
り送信信号メインビームのレベル比が最大となる振幅の
ウェイト係数を選択して決定する構成を有することを特
徴とする請求項５記載の無線基地局。
【請求項７】前記ウェイト係数計算手段は、前記複数
のアンテナ素子から送信される一つの移動局当たりの送
信電力の総和が所定の値を保つように、前記振幅のウェ
イト係数を決定する構成を有することを特徴とする請求
項４に記載の無線基地局。
【請求項８】移動局からの上り信号がマルチパスを介
して受信される場合に、前記上り信号到来角抽出手段
は、受信レベルが最大となるパス方向の受信信号の位相
情報から、上り信号の到来角情報を抽出する構成を有
し、且つ、前記ウェイト係数計算手段は、受信レベルが
最大となるパス方向の受信信号の位相情報を基に、前記
位相のウェイト係数を算出する構成を有することを特徴
とする請求項１に記載の無線基地局。