JP2001203630A - 指向性制御アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランダムアクセスチャネルにアクセスする複
数の移動局の発呼要求信号を基地局が受けることで、輻
輳状態を回避または低減する。 【解決手段】 移動局からの発呼要求信号を１１の受信
アレーアンテナで受信し、１２の受信手段により高周波
信号から中間周波数またはベースバンド周波数信号に変
換する。この信号は、スロットの始まりをトリガとして
１３のアナログデジタル変換手段によりデジタル信号化
され、１４のデータ蓄積手段は１スロットすべてのデジ
タル信号を蓄積する。１７の電波到来方向推定手段は、
蓄積されたデジタル化された信号を用いて電波の到来方
向推定を行う。受信アンテナ指向性制御手段１５は電波
到来方向推定結果に基づいて１つの移動局にピークを向
け、他に零点を向けるように１４の蓄積データに重み付
け演算を行い、その結果を１６の復調手段が復調する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主として、携帯電
話、ＰＨＳ等の移動体通信システムの基地局に用いる指
向性制御アンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話やＰＨＳ等の移動体通信システ
ムは、無線伝送を行うシステムであるため発着呼の制御
のために独特のプロトコルが定められている。移動局
（端末）から発呼するとき基地局から指示された周波数
のランダムアクセスチャネルに発呼要求を出す。

【０００３】ランダムアクセスチャネルは複数の移動局
がどのタイミングで発呼要求を出すかが基地局側で予め
わからないため、スロットアロハ方式と呼ばれる各移動
局がスロット（フレーム）に同期して任意の時間にアク
セスする方式を採るのが一般的である。

【０００４】このランダムアクセスチャネルの周波数は
個別セル毎に決められており、１つのスロット（フレー
ム）で一個の移動局が発呼する場合には、送出データの
衝突が無いため、基地局側に発呼要求が受け付けられる
が、複数の移動局が同時に発呼要求を出した場合にはデ
ータが衝突し、発呼要求が受け付けられないためランダ
ム遅延の後に、再び発呼要求を出しリサイクルオーバー
となるまで再送が行われる。

【０００５】このランダムアクセスチャネルは例えば、
日本の携帯電話のＰＤＣ方式の携帯電話やＰＨＳでは個
別セル用シグナリングチャネル（ＳＣＣＨ）と呼ばれる
チャネルが用いられる。

【０００６】また、発呼要求が基地局に受け付けられた
後には、基地局より実際に通話を行うための情報チャネ
ル（ＴＣＨ）の周波数およびスロットが指定され呼が確
立する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術を用いた
場合、特に駅周辺や繁華街等の特に人が集まる場所で
は、時間帯によってはトラフィックの集中域が変化し、
局所的に移動局が増大するエリアが生じる。

【０００８】また、交通機関の事故やイベントがある場
合のイベント会場等、一時的にトラフィックの集中する
エリアが発生する場合がある。この場合、特に発呼が多
く発生した場合には１つランダムアクセスチャネルに複
数の端末がアクセスするためデータの衝突が起こる。

【０００９】通常移動局（携帯端末）の使用者は、こう
した場合再度通話を試みるので、この状態が甚だしくな
った場合には輻輳状態が発生する。また、情報チャネル
数を上回る発呼数がある場合には呼損となる。

【００１０】本発明は上記課題を解決するものであり、
ランダムアクセスチャネルにアクセスする１つまたは複
数の移動局に対して、発呼要求信号を基地局が受けるこ
とを可能とし、輻輳状態の回避または低減をし、また情
報チャネルを有効に利用する事により呼損の発生の低減
を目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を実現するため
に本発明は、１つまたは複数の移動局からランダムアク
セスチャネルにアクセスする移動局から電波の到来方向
を基地局側で推定し、そちらの方向にアンテナ指向性ビ
ームを向け他の方向にアンテナ指向性の零点を向けるこ
とにより１つまたは複数同時の発呼要求を受け付け、ま
た電波の到来方向の推定結果および受信信号から推定さ
れる移動局までの距離から周辺の移動局の状況を把握し
それに基づきアンテナ指向性を制御することより情報チ
ャネルの有効利用が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、移動体通信基地局において、移動局からの信号を受
信する受信アレーアンテナと、前記アレーアンテナの受
信信号のうち１つまたは複数の周波数のランダムアクセ
スチャネルの発呼要求信号を中間周波数信号またはベー
スバンド周波数信号に変換する受信手段と、前記受信手
段の受信信号をランダムアクセスチャネルのスロットま
たはフレームに同期してサンプルしデジタル信号に変換
するアナログデジタル変換手段と、前記デジタル信号を
蓄積するデータ蓄積手段と、前記データ蓄積手段に蓄積
されたデジタル信号を用いて１つまたは複数の移動局か
らの同時に送出される電波の到来方向を推定する電波到
来方向推定手段と、前記電波到来方向推定手段の推定結
果に基づき前記データ蓄積手段に蓄積されたデジタル信
号にデジタル複素重み係数を乗算することにより電波の
到来方向に１つまたは複数の受信アンテナ指向性ビーム
を向ける制御を行う受信アンテナ指向性制御手段を有す
るようにしたものであり、複数の移動局からの発呼要求
信号が同時に送出された場合にも、電波到来方向推定手
段がそれらの電波の到来方向を推定し、アンテナ指向性
制御手段が推定結果に基づき移動局アンテナ指向性を移
動局の方向に向けるので、ランダムアクセスチャネルの
周波数が複数の場合にはそれぞれの移動局に対してビー
ムを向け信号を受信するように作用する。

【００１３】本発明の請求項２に記載の発明は、前記ア
ンテナ指向性ビーム制御手段が前記アナログデジタル変
換手段のデジタル信号にデジタル複素重み係数を乗算し
１つの移動局のみにアンテナ指向性ビームを向け他の移
動局に対してアンテナ指向性の零点を向けるようにした
ものであり、アンテナ指向性ビーム制御手段がアンテナ
指向性の零点により特定の方向以外の移動局からの信号
を除去し、特定の方向にビームを向けそちらの方向に存
在する移動局からのアクセス信号のみを受信するように
作用する。

【００１４】本発明の請求項３に記載の発明は、前記ア
ンテナ指向性ビーム制御手段を複数有しそれぞれが異な
る特定の移動局に対してアンテナ指向性ビームを向け他
の移動局に対してアンテナ指向性の零点を向けるように
したものであり、複数のアンテナ指向性ビーム制御手段
が独立に受信を行うように作用する。

【００１５】本発明の請求項４に記載の発明は、前記受
信アンテナの受信信号のうちランダムアクセスチャネル
と異なる制御チャネルおよび情報チャネルを中間周波数
信号またはベースバンド周波数信号に変換する通話チャ
ネル受信手段と、前記中間周波数信号またはベースバン
ド周波数信号をデジタル信号に変換するアナログデジタ
ル変換手段と、前記電波到来方向推定手段の推定結果に
基づき前記デジタル信号にデジタル複素重み係数を乗算
することにより電波の到来方向に１つまたは複数の受信
アンテナ指向性ビームを向ける制御を行う受信アンテナ
指向性制御手段を有するように構成したものであり、到
来方向推定結果を用いてランダムアクセスチャネル以外
のチャネルに対しても移動局方向にアンテナ指向性制御
手段がアンテナ指向性を向けるように作用する。

【００１６】本発明の請求項５に記載の発明は、前記電
波到来方向推定手段の推定結果を用い送信信号に対して
複素重み係数を乗算することにより電波の到来方向に１
つまたは複数の送信アンテナ指向性ビームを向ける制御
を行う送信アンテナ指向性制御手段と、送信信号を送信
周波数に変換し所望の送信電力に増幅する送信手段と、
送信アレーアンテナを有するように構成したものであ
り、受信信号から得られた電波の到来方向推定結果の移
動局の方向に送信アンテナ指向性制御手段がアンテナ指
向性を向けるように作用する。

【００１７】本発明の請求項６に記載の発明は、前記ア
ナログデジタル変換手段のデジタル信号の大きさを用い
て移動局と基地局の距離を算出する距離推定手段を有す
るようにしたものであり、距離推定手段が受信信号強度
と距離の関係式に基づいて距離を算出するように作用す
る。

【００１８】本発明の請求項７に記載の発明は、前記受
信アンテナ指向性制御手段および前記送信アンテナ指向
性制御手段が特定の周波数チャネルに対しては無指向性
またはセクタ型指向性を形成し他の周波数チャネルに対
しては無指向性およびセクタ型指向性より利得の小さな
アンテナ指向性制御を行うように構成したものであり、
アンテナ指向性制御手段が特定の周波数に対して無指向
性またはセクタ指向性とすることにより固定エリアを形
成し、他の周波数に対してはそのエリアより小さくその
内部で移動局の状況に変化するエリアを形成するように
作用する。

【００１９】本発明の請求項８に記載の発明は、前記電
波到来方向推定手段の電波の到来方向推定結果および前
記距離推定の距離推定結果を用いて基地局周辺の発呼す
る移動局の位置を算出しトラフィックを推定するトラフ
ィック推定手段を有するようにしたものであり、トラフ
ィック推定手段が基地局の周辺の移動局の存在する位置
の偏りを統計的に検出するように作用をする。

【００２０】本発明の請求項９に記載の発明は、前記ト
ラフィック推定手段の推定結果を用いてトラフィックの
多い方向に前記アンテナ指向性制御手段が通話チャネル
のアンテナ指向性を制御するようにしたものであり、ア
ンテナ指向性制御手段が自基地局の複数の通話チャネル
のうち空きスロットのあるチャネルをトラフィックの多
い方向に向けることにより、トラフィック集中域の移動
局をできるだけ収容するように作用する。

【００２１】以下、本発明の実施の形態について図１か
ら図１３を用いて説明する。

【００２２】（実施の形態１）図１は本発明の第１の実
施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結線
図である。図において１１は受信アレーアンテナ、１２
は受信手段、１３はアナログデジタル変換手段、１４は
データ蓄積手段、１５は受信アンテナ指向性制御手段、
１６は復調手段、１７は電波到来方向推定手段である。

【００２３】図２はランダムアクセスチャネルの制御用
スロットの構成を示す図である。図において、２１Ａは
ＰＤＣ方式のＳＣＣＨ第１ユニットのスロット、２１Ｂ
はＰＤＣ方式のＳＣＣＨ第２ユニット以降のスロット、
２２はＰＨＳのＳＣＣＨスロットである。

【００２４】図３は電波到来方向推定手段の推定例を示
す図である。図において２１は第１の移動局の方向、２
２は第２の移動局の方向、２３は第３の移動局の方向で
ある。

【００２５】図４は受信アンテナ指向性制御手段の構成
の第１の具体例を示す図である。図において４１はフー
リエ変換手段、４２Ａは第１の乗算器、４２Ｂは第２の
乗算器、４２Ｃは第３の乗算器、４３は加算器である。

【００２６】図５は第１の具体例による受信アンテナ指
向性制御手段の指向性実現例を示す図である。

【００２７】図において５１は第１の移動局の方向にピ
ークを向けたアンテナ指向性、５２は第２の移動局の方
向にピークを向けたアンテナ指向性、５３は第３の移動
局の方向にピークを向けたアンテナ指向性である。

【００２８】図６は並列処理による高速化を実現する具
体例を示す図である。図において６１は受信アンテナ指
向性制御手段、６２は復調手段である。

【００２９】図７は受信アンテナ指向性制御手段の制御
の第２の具体例を示す図である。

【００３０】図８は第２の具体例による受信アンテナ指
向性制御手段の指向性実現例を示す図である。

【００３１】以上のように構成されたアンテナ指向性ビ
ーム制御手段について以下にその動作を説明する。移動
体通信システムの例としてＰＤＣ方式の携帯電話やＰＨ
Ｓ等では、移動局（携帯端末）使用者が通話を開始する
ために発呼しようとするとき、個別セル用シグナリング
チャネル（ＳＣＣＨ）と呼ばれるランダムアクセスチャ
ネルの上り回線を使って発呼要求を行う。

【００３２】これは、基地局で設定するタイミングに同
期し、また基地局が移動局に対して送信許可したスロッ
トに対して行われる。このとき基地局では移動局からの
発呼要求信号を１１の受信アレーアンテナで受信し、１
２の受信手段により高周波信号から中間周波数またはベ
ースバンド周波数信号に変換する。中間周波数またはベ
ースバンド周波数に変換された受信信号は、基地局の設
定するタイミングにすなわちスロットの始まりのタイミ
ングをトリガとして１３のアナログデジタル変換手段に
よりデジタル信号化される。

【００３３】また、サンプルレートとしては、１８の復
調手段が所望の特性で復調できるように中間周波数の数
倍またはベースバンドのデータ伝送速度の数倍程度のオ
ーバーサンプリングでアナログデジタル変換される。１
４のデータ蓄積手段はデジタル化された１スロットすべ
てのデジタル信号を蓄積する。１７の電波到来方向推定
手段は、蓄積されたデジタル化された信号を用いて電波
の到来方向推定を行う。

【００３４】電波の到来方向推定は、例えばＭＵＳＩＣ
法やＥＳＰＲＩＴ法等のを用いて計算を行う。（ＭＵＳ
ＩＣ法の詳細については、R.O.Schmidt, "Multiple Emi
tterLocation and Signal Parameter Estimation", IEE
E Transaction on antennasand propagation,VOL.AP-3
4,NO.3,MARCH 1986 、ＥＳＰＲＩＴ法の詳細について
は、Richard Roy, Thomas Kailath, "ESPRIT − Estima
tion of Signal Parameters Via Rotational Invarianc
e Techniques", IEEE Transaction on acoustics, spee
ch, and signal processing, VOL.37,NO.7,JURY 1989を
参照） ＭＵＳＩＣ法はアレーアンテナの各アンテナの
受信信号を用いて、共分散行列を計算し、その共分散行
列の雑音部分空間を張る固有ベクトルとアレーアンテナ
のステアリングベクトルの直交性を用いて電波の到来方
向を推定する。

【００３５】このとき、ランダムアクセスチャネルに同
時に複数の移動局からアクセスがあった場合はデータの
衝突が存在する。通常、復調動作を行う場合はデータの
衝突があると復調が不可能となるが、移動局における変
調データにお互いに相関が無い場合や相関が小さい時に
は、電波の到来方向をそれぞれ同時に推定する事ができ
る。

【００３６】図２は、デジタル方式自動車電話システム
標準規格（ＲＣＲ ＳＴＤ−２７）および第２世代コー
ドレス電話システム（ＲＣＲ ＳＴＤ―２８）に記載さ
れたのＰＤＣ方式携帯電話およびＰＨＳのランダムアク
セスチャネルの制御用スロットの構成である。

【００３７】図中、英文字はそれぞれＲ（バースト過渡
応答用ガード時間）、Ｐ（プリアンブル）、ＣＡＣ（制
御信号）、ＳＷ（同期ワード）、ＣＣ（カラーコー
ド）、Ｇ（ガード時間）、ＳＳ（スタートシンボル）、
ＵＷ（ユニークワード）、ＣＩ（チャネル種別）とな
る。

【００３８】また、その下に記載された数字はビット数
である。ＰＤＣ方式携帯電話では、２つ以上のスロット
に渡ってデータが伝送される場合がありスロット構成が
２１Ａ、２１Ｂのように２種類存在する。

【００３９】これらの構成のうち、図２の中で特に灰色
に着色した部分すなわちＣＡＣおよび、発識別番号、情
報、ＣＲＣの部分は移動局のＩＤ、及びそれを含む誤り
検出・訂正符号およびそれらのスクランブルデータであ
るため、発呼要求を出す移動局ごとに異なる。従って、
それらのデータまたはそれらのデータによって変調され
た中間周波数信号も移動局ごとに相関が無いか、相関が
非常に小さい。

【００４０】従って、１４の蓄積手段に蓄積された信号
のうち、ＣＡＣおよび、発識別番号、情報、ＣＲＣの部
分を、スロットの先頭部分からの経過時間を考慮する事
により、抽出して電波の到来方向を推定すれば正確な移
動局の方向判定が可能である。

【００４１】図３は互いに相関の無いデータで変調され
た同一周波数の中間周波数信号を用いて、ＭＵＳＩＣ法
で３つの移動局の方向を推定した例である。アンテナ素
子数は８を仮定している。

【００４２】図において第１の移動局は−３０度の方
向、第２の移動局は０度の方向、第３の移動局は４０度
の方向に存在している。ＭＵＳＩＣ法によれば、第１の
移動局が存在する方向３１、第２の移動局が存在する方
向３２、第３の移動局が存在する方向３３にピークが出
ており、これにより移動局の方向が推定できる。

【００４３】図４は受信アンテナ指向性制御手段の構成
の第１の具体例を示している。電波到来方向推定結果で
得られた移動局の到来方向推定結果は、アンテナの指向
性ビームを合成する際の係数として用いられ、これをフ
ーリエ変換手段４１がフーリエ変換することによって、
各アンテナ素子の受信信号に対するデジタル複素重み係
数が得られる。

【００４４】アンテナの指向性ビームを合成する方法
は、例えばThe Woodward-Lawson Sampling Method（例
えば、詳しくは、W. L. Stutzman他「Antenna Theory a
nd Design」,Wiley 1981, pp534-536参照）を用いるこ
とにより実現できる。ビーム形成手段では重みづけ係数
が乗算器４２Ａ、４２Ｂ、４３Ｃで各デジタルデータに
対して乗算され、その後すべてのアンテナ素子に対する
データが加算器４３で加えられる。復調手段１６は受信
アンテナ指向性制御手段の処理結果を用いて復調処理を
行う。

【００４５】図５は第１の具体例による受信アンテナ指
向性制御手段の指向性実現例である。アンテナ素子数は
８を仮定している。電波到来方向推定結果が、―３０
度、０度、４０度であったため、５１では−３０度に指
向性のピークを向け、５２では０度に指向性のピークを
向け、５３では４０度に指向性のピークを向けている。
ピーク以外の所では、アンテナ指向性利得はピークの−
１２ｄＢ以下となり、復調時に干渉信号となるのを防い
でいる。

【００４６】これらのアンテナ指向性制御はそれぞれ単
独で実行することができるが、蓄積手段に蓄積されたス
ロット全体のデジタル信号を用いることにより、順次、
アンテナ指向性制御、復調の処理を行えば電波到来方向
推定処理で検出された移動局の発呼要求信号について、
すべて復調を行うことが可能となる。

【００４７】また、さらに高速に処理を行う必要がある
場合には、図６に示すように複数の受信アンテナ指向性
制御手段及び復調手段を備える構成とし、各受信アンテ
ナ指向性制御手段と復調手段がデータ蓄積手段のデジタ
ル信号を用いて並列に処理を行うようにすればよい。こ
の場合、移動局の方向を推定できる最大数は（アンテナ
の素子数−１）であるので、この数の受信アンテナ指向
性制御手段及び復調手段を備えることになる。

【００４８】図７は受信アンテナ指向性制御手段の構成
の第２の具体例を示している。電波到来方向推定結果で
得られた移動局の到来方向推定結果は、複数の移動局の
方向を示しているが場合があるが、７１の方向拘束付き
励振分布決定手段はこのうち１つの移動局からの信号を
希望信号、その他の移動局からの信号を妨害信号とみな
し希望信号に対してはアンテナ指向性のピークを向け、
妨害信号に対してはアンテナ指向性の零点を向けるよう
に、デジタル複素重み係数を決定する。

【００４９】この場合、アンテナの素子数がＮの場合、
係数決定のの重度はＮとなり、アンテナ指向性のピーク
を希望信号に向けるために自由度が１必要となるため、
零点を妨害信号に向ける自由度は（Ｎ−１）となる。自
由度（Ｎ−１）のうち妨害信号の数の重度に対して妨害
信号に零点が向くように拘束をかける。こうした手法の
中で、特に受信総電力を最小化にして残りの自由度に拘
束をかけるのが、方向拘束付き電力最小法（ＤＣＭＰ）
となる。

【００５０】図８は第２の具体例による受信アンテナ指
向性制御手段の指向性実現例を示している。第１の実現
例と同様に、アンテナ素子数は８を仮定している。電波
到来方向推定結果が、―３０度、０度、４０度であった
ため、８１では−３０度に指向性のピークを向け、８２
では０度に指向性のピークを向け、８３では４０度に指
向性のピークを向けており、ピーク以外の受信信号には
零点を向けるようにアンテナ指向性が形成される。こう
したアンテナ指向性制御により、他の移動局の発呼要求
信号が復調時に干渉信号となるのを防いでいる。

【００５１】また、第１の具体例と同様に、これらのア
ンテナ指向性制御はそれぞれ単独で実行することができ
るが、蓄積手段に蓄積されたスロット全体のデジタル信
号を用いることにより、順次、アンテナ指向性制御、復
調の処理を行えば電波到来方向推定処理で検出された移
動局の発呼要求信号について、すべて復調を行うことが
可能となる。

【００５２】また、さらに高速に処理を行う必要がある
場合には、図６に示すように複数の受信アンテナ指向性
制御手段及び復調手段を備える構成とし、各受信アンテ
ナ指向性制御手段と復調手段がデータ蓄積手段のデジタ
ル信号を用いて並列に処理を行うようにすればよい。こ
の場合、移動局の方向を推定できる最大数は（アンテナ
の素子数−１）であるので、この数の受信アンテナ指向
性制御手段及び復調手段を備えることになる。

【００５３】なお、本実施の形態においてはＰＤＣ方式
の携帯電話およびＰＨＳについて、そのスロットの構成
を用いた説明をしているが、移動局が固有の識別符号を
持ち、発呼に際してランダムアクセスをする移動体通信
システムであれば同様の効果が得られる。

【００５４】以上のように本実施の形態による指向性制
御アンテナ装置によれば、ランダムアクセスチャネルに
同時に複数の移動局からの発呼要求があった場合でも、
電波到来方向推定手段が移動局からの複数の電波の到来
方向を推定し、それぞれに対して受信アンテナ指向性制
御手段がアンテナの指向性を向けるように制御するた
め、基地局が発呼要求を受け付ける機会が最大（アンテ
ナの素子数−１）倍となり、データの衝突による再送を
低減できる。

【００５５】（実施の形態２）図９は本発明の第２の実
施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結線
図である。図において、９１は通話チャネル受信手段、
９２はアナログデジタル変換手段、９３は受信アンテナ
指向性制御手段、９４は通話チャネル復調手段、９５は
変調手段、９６は送信アンテナ指向性制御手段、９７は
送信手段、９８は送信アレーアンテナ、９９は距離推定
手段である。１１から１７までは、実施の形態１と同一
の構成である。

【００５６】図１０は送信アンテナ指向性制御手段の具
体例を示す図である。図において１０１はフーリエ変換
手段、１０２は係数変換手段、１０３Ａは第１のミキ
サ、１０３Ｂは第２のミキサ、１０３Ｃは第３のミキ
サ、１０４Ａは第１の可変増幅器、１０４Ｂは第２の可
変増幅器、１０４Ｃは第３の可変増幅器である。

【００５７】図１１はアンテナ指向性制御の概念を示す
図である。図において１１１は第１の基地局、１１２は
第２の基地局、１１３は第１の基地局のエリア、１１４
は第２の基地局のエリア、１１５は第１の基地局による
指向性制御により得られるエリアである。

【００５８】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。

【００５９】基地局では移動局からの発呼要求信号を１
１の受信アレーアンテナで受信し、１２の受信手段によ
り高周波信号から中間周波数またはベースバンド周波数
信号に変換する。中間周波数またはベースバンド周波数
に変換された受信信号は、基地局の設定するタイミング
にすなわちスロットの始まりのタイミングをトリガとし
て１３のアナログデジタル変換手段によりデジタル信号
化される。

【００６０】また、サンプルレートとしては、１８の復
調手段が所望の特性で復調できるように中間周波数の数
倍またはベースバンドのデータ伝送速度の数倍程度のオ
ーバーサンプリングでアナログデジタル変換される。１
４のデータ蓄積手段はデジタル化された１スロットすべ
てのデジタル信号を蓄積する。１７の電波到来方向推定
手段は、蓄積されたデジタル化された信号を用いて電波
の到来方向推定を行う。電波の到来方向推定は、例えば
ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法等のを用いて計算を行
う。これにより、基地局は発呼要求を行う移動局の方向
を情報として持つことができる。また同時に９９の距離
推定手段により移動局までの距離が推定される。

【００６１】一方、例えばＰＤＣ方式の携帯電話であれ
ば、個別セル用チャネル（ＳＣＣＨ）の他にも、報知チ
ャネル（ＢＣＣＨ）、一斉呼び出しチャネル（ＰＣ
Ｈ）、低速付随制御チャネル（ＳＡＣＣＨ）、高速付随
制御チャネル（ＦＡＣＣＨ）、情報チャネル（ＴＣＨ）
が存在する。この中で、移動局からの上り回線は、ＴＣ
Ｈ、ＳＡＣＣＨ、ＦＡＣＣＨでありいづれも情報チャネ
ルの同じ周波数チャネルで送られる。

【００６２】一方、基地局から移動局への下り回線は、
ＢＣＣＨ、ＳＣＣＨ、ＰＣＨがいずれも共通制御チャネ
ルの同じ周波数チャネルで送られ、ＴＣＨ、ＳＡＣＣ
Ｈ、ＦＡＣＣＨがいずれも情報チャネルの同じ周波数チ
ャネルで送られる。上り回線のＴＣＨ、ＳＡＣＣＨ、Ｆ
ＡＣＣＨは１１の受信アレーアンテナで受信され、９１
の通話チャネル受信手段により高周波信号から中間周波
数またはベースバンド周波数信号に変換される。基地局
の設定するタイミングにすなわちスロットの始まりのタ
イミングをトリガとして９２のアナログデジタル変換手
段によりデジタル信号化される。

【００６３】ここで、９３の受信アンテナ指向性制御手
段は１７の電波到来方向推定手段の推定結果を用いてア
ンテナ指向性の制御を行う。個別セル用チャネル（ＳＣ
ＣＨ）と情報チャネル（ＴＣＨ）は周波数が異なるが、
移動局の方向が既知であるため実施の形態１で既に示し
た、フーリエ変換手段または方向拘束付き励振分布決定
手段によりアンテナ指向性の制御が可能である。

【００６４】また、送信系に関しても変調手段９５で変
調信号が生成された後、共通制御チャネルの同じ周波数
で送られるＢＣＣＨ、ＳＣＣＨ、ＰＣＨおよび、情報チ
ャネルの同じ周波数で送られるＴＣＨ、ＳＡＣＣＨ、Ｆ
ＡＣＣＨのそれぞれの周波数で、既知の移動局にアンテ
ナ指向性が向くように９６の送信アンテナ指向性制御手
段がアンテナ指向性を制御する。

【００６５】送信アンテナ指向性制御手段は、図１０に
示す様に到来方向推定結果に基づき１０１のフーリエ変
換手段が複素重み係数を計算する。１０１は、実施の形
態１と同様に方向拘束付き励振分布としても良い。この
複素重み係数は一般にＩ＋ｊＱ（Ｉ，Ｑは実数）なる値
を持つが、１０２の係数変換手段でこれを位相と振幅情
報に変換し、位相に関してはその位相を持つローカル信
号を発生させる。

【００６６】位相はａｒｃｔａｎ（Ｉ／Ｑ）、振幅はＳ
ＱＲＴ（Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）で得られる。この値に基づい
て発生したローカル信号は、ミキサ１０３Ａ、１０３
Ｂ、１０３Ｃにより変調信号と乗算され、振幅値に基づ
いて可変増幅器１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃの利得が
制御される。送信信号を送信手段９７が送信周波数に変
換し、所望の送信電力に増幅し、送信アレーアンテナ９
８より移動局に送出される。

【００６７】９３の受信アンテナ指向性制御部および９
６の送信アンテナ指向性制御部では、例として図１１に
示すエリアを構成するようにアンテナの指向性を制御す
る。実際に通話を行う際に使われるＴＣＨおよび付随情
報が送られるＳＡＣＣＨ、ＦＡＣＣＨは、基地局から移
動局に使用する周波数およびスロットが指示される。基
地局は、予め決められた近隣の基地局に干渉を与えない
周波数の出力で運用されているので、この場合もその周
波数を指定する。

【００６８】図１１に示すように、例えば周波数Ｆ１で
運用されている第１の基地局１１１と周波数Ｆ２で運用
されている第２の基地局１１２があった場合、通常のオ
ムニセルまたはセクタセルではお互いに干渉を与えるた
め、第１の基地局のエリア１１３では周波数Ｆ２、第２
の基地局のエリア１１４では周波数Ｆ１を使うことがで
きない。

【００６９】１７の電波到来方向推定手段より推定され
る移動局の存在する方向および、９９の距離推定手段か
ら推定される移動局の距離により、エリア内の発呼要求
のある移動局の位置が特定できる。９３の受信アンテナ
指向性制御手段および９６の送信アンテナ指向性手段
は、第１の基地局１１１が、第２の基地局の周波数Ｆ２
を用いた時に、第１の基地局の送信信号が第２の基地局
に干渉を与えない利得になるようにアンテナの指向性を
制御する。

【００７０】また、移動局が、第１の基地局から見て、
第２の基地局と反対方向に多くある場合には周波数Ｆ２
を用いたエリアは、より広く構成する事ができる。ま
た、１１５のエリアに収容されない移動局は、周波数Ｆ
１を用いて１１３のエリアに収容される。

【００７１】以上のように本実施の形態による発明によ
れば、発呼要求した移動局の方向、位置の推定結果を用
いて、送受信のアンテナ指向性制御を行うのでオムニセ
ルやセクタセルを用いた場合には近隣の基地局に干渉を
与える周波数を用い、より小さいセルを用いて移動局と
の交信を行うため利用するため、個別セルチャネルばか
りでなく他の共通制御用チャネルや実際の通話に用いら
れる情報チャネルにおいてもより多くの移動局を収容す
る事が可能となる。

【００７２】（実施の形態３）図１２は本発明の第３の
実施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結
線図である。図において、１２１はトラフィック推定手
段であり、１１から１７までは、実施の形態１と同一の
構成であり、９１から９９までは実施の形態２と同一の
構成である。

【００７３】図１３は、アンテナ指向性制御の概念を示
す図である。図において、１３１は第１の基地局、１３
２は第２の基地局、１３３は第３の基地局、１３４は第
１の基地局のアンテナ指向性制御により得られるエリ
ア、１３５は第２の基地局のアンテナ指向性制御により
得られるエリア、１３６は第３の基地局のアンテナ指向
性制御により得られるエリアである。

【００７４】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置に関して、以下にその動作を説明する。

【００７５】本実施の形態においても、実施の形態１と
同様に移動局からの発呼要求信号を用いて１７の電波到
来方向推定手段が移動局の方向を推定する。また、受信
した信号の大きさから９９の距離推定手段が移動局まで
の距離を計算する。現在のＰＤＣ方式携帯電話の場合、
移動局、基地局での通信品質が十分採れるエリアを予め
決めその結果、図１３に示すように各基地局の周辺に６
角形状のエリアが形成される。

【００７６】一方、例えばＭＵＳＩＣ法を用いた電波の
到来方向推定を行う場合、一般に各アンテナ素子から受
信する信号に対して１０００サンプル以上のデータをサ
ンプルし、共分散行列を計算するため受信信号が小さく
ノイズよりも小さな場合でも移動局の方向を推定でき
る。また距離についても同様である。

【００７７】このため移動局の位置の推定は、自基地局
の周辺の６角形のエリアを越えて隣接する基地局のエリ
ア内の移動局の位置推定が可能である。隣接するエリア
内の移動局のＳＣＣＨを受信するために、本実施の形態
において１２の受信手段は複数の周波数のランダムアク
セスチャネルを受信し、中間周波数またはベースバンド
周波数に変換する。

【００７８】到来方向推定結果と距離推定結果に基づい
て、各基地局において基地局の周辺のトラフィックを１
７のトラフィック推定手段が推定する。例えば図１３の
例においては、第１の基地局、第２の基地局の周辺のト
ラフィックは小さく、第３の基地局の周辺にトラフィッ
クが集中していることが検出できる。

【００７９】このときに、９３の受信アンテナ指向性制
御手段、および９６の送信アンテナ指向性制御手段はエ
リアがトラフィック集中地域に割り当てられるように、
アンテナ指向性を制御する。

【００８０】このときエリア１３４では第１の基地局の
情報チャネルの周波数、エリア１３５では第２の基地局
の情報チャネルの周波数、エリア１３６では第３の基地
局の情報チャネルの周波数が用いられる。また、これら
のエリアに収容されない移動局は、それぞれの基地局の
持つ他の情報チャネルの周波数を用いて６角形のエリア
にて収容される。

【００８１】以上のように本実施の形態による発明によ
れば、発呼要求した移動局の方向、位置の推定結果を用
いて、送受信のアンテナ指向性制御を行うのでトラフィ
ックが特定基地局の周辺に集中した場合、隣接した基地
局の空いているチャネルを用いることができるので、個
別セルチャネルばかりでなく他の共通制御用チャネルや
実際の通話に用いられる情報チャネルにおいてもより多
くの移動局を収容する事が可能となる。

【００８２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、アンテナ
指向制御を移動局の発呼要求信号を用いて適切に行い、
ランダムアクセスチャネルばかりでなく、他の制御チャ
ネルや情報チャネルを有効に利用し、呼損や輻輳の発生
を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による指向性制御ア
ンテナ装置のブロック結線図

【図２】ランダムアクセスチャネルの制御用スロットの
構成を示す図

【図３】電波到来方向推定手段の推定例を示す図

【図４】受信アンテナ指向性制御手段の構成の第１の具
体例を示す図

【図５】第１の具体例による受信アンテナ指向性制御手
段の指向性実現例を示す図

【図６】図６は並列処理による高速化を実現する具体例
を示す図

【図７】受信アンテナ指向性制御手段の制御の第２の具
体例を示す図

【図８】第２の具体例による受信アンテナ指向性制御手
段の指向性実現例を示す図

【図９】本発明の第２の実施の形態による指向性制御ア
ンテナ装置のブロック結線図

【図１０】送信アンテナ指向性制御手段の具体例を示す
図

【図１１】アンテナ指向性制御の概念を示す図

【図１２】本発明の第３の実施の形態による指向性制御
アンテナ装置のブロック結線図

【図１３】アンテナ指向性制御の概念を示す図

【符号の説明】

１１ 受信アレーアンテナ １２ 受信手段 １３ アナログデジタル変換手段 １４ データ蓄積手段 １５ 受信アンテナ指向性制御手段 １６ 復調手段 １７ 電波到来方向推定手段 ９１ 通話チャネル受信手段 ９２ アナログデジタル変換手段 ９３ 受信アンテナ指向性制御手段 ９４ 通話チャネル復調手段 ９５ 変調手段 ９６ 送信アンテナ指向性制御手段 ９７ 送信手段 ９８ 送信アレーアンテナ ９９ 距離推定手段 １２１ トラフィック推定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 洋一 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 岸上 高明 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB01 FA17 FA20 FA26 FA29 FA30 GA02 GA08 HA05 HA10 5K028 AA11 AA14 BB06 CC02 CC05 DD01 DD02 HH02 NN01 PP11 RR01 SS02 SS04 SS12 5K067 AA12 BB04 DD02 DD23 DD25 EE02 EE10 GG03 GG08 GG11 HH23 JJ54 KK02 KK03

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動局からの信号を受信する受信アレー
   アンテナと、前記アレーアンテナの受信信号のうち１つ
   または複数の周波数のランダムアクセスチャネルの発呼
   要求信号を中間周波数信号またはベースバンド周波数信
   号に変換する受信手段と、前記受信手段の受信信号をラ
   ンダムアクセスチャネルのスロットまたはフレームに同
   期してサンプルしデジタル信号に変換するアナログデジ
   タル変換手段と、前記デジタル信号を蓄積するデータ蓄
   積手段と、前記データ蓄積手段に蓄積されたデジタル信
   号を用いて１つまたは複数の移動局からの同時に送出さ
   れる電波の到来方向を推定する電波到来方向推定手段
   と、前記電波到来方向推定手段の推定結果に基づき前記
   データ蓄積手段に蓄積されたデジタル信号にデジタル複
   素重み係数を乗算することにより電波の到来方向に１つ
   または複数の受信アンテナ指向性ビームを向ける制御を
   行う受信アンテナ指向性制御手段を有することを特徴と
   する指向性制御アンテナ装置。
2. 【請求項２】 受信アンテナ指向性制御手段が前記デー
   タ蓄積手段に蓄積されたデジタル信号にデジタル複素重
   み係数を乗算し１つの移動局のみにアンテナ指向性ビー
   ムを向け他の移動局に対してアンテナ指向性の零点を向
   けることを特徴とする請求項１の指向性制御アンテナ装
   置。
3. 【請求項３】 受信アンテナ指向性制御手段を複数有し
   それぞれが異なる特定の移動局に対してアンテナ指向性
   ビームを向け他の移動局に対してアンテナ指向性の零点
   を向けることを特徴とする請求項１の指向性制御アンテ
   ナ装置。
4. 【請求項４】 受信アンテナの受信信号のうちランダム
   アクセスチャネルと異なる制御チャネルおよび情報チャ
   ネルを中間周波数信号またはベースバンド周波数信号に
   変換する通話チャネル受信手段と、前記中間周波数信号
   またはベースバンド周波数信号をデジタル信号に変換す
   るアナログデジタル変換手段と、前記電波到来方向推定
   手段の推定結果に基づき前記デジタル信号にデジタル複
   素重み係数を乗算することにより電波の到来方向に１つ
   または複数の受信アンテナ指向性ビームを向ける制御を
   行う受信アンテナ指向性制御手段を有することを特徴と
   する請求項１または２または３の指向性制御アンテナ。
5. 【請求項５】 電波到来方向推定手段の推定結果を用い
   送信信号に対して複素重み係数を乗算することにより電
   波の到来方向に１つまたは複数の送信アンテナ指向性ビ
   ームを向ける制御を行う送信アンテナ指向性制御手段
   と、送信信号を送信周波数に変換し所望の送信電力に増
   幅する送信手段と、送信アレーアンテナを有することを
   特徴とする請求項４の指向性制御アンテナ装置。
6. 【請求項６】 アナログデジタル変換手段のデジタル信
   号の大きさを用いて移動局と基地局の距離を算出する距
   離推定手段を有することを特徴とする請求項１の指向性
   制御アンテナ装置。
7. 【請求項７】 受信アンテナ指向性制御手段および前記
   送信アンテナ指向性制御手段が特定の周波数チャネルに
   対しては無指向性またはセクタ型指向性を形成し他の周
   波数チャネルに対しては無指向性およびセクタ型指向性
   より利得の小さなアンテナ指向性制御を行うことを特徴
   とする請求項４または５の指向性制御アンテナ装置。
8. 【請求項８】 電波到来方向推定手段の電波の到来方向
   推定結果および前記距離推定の距離推定結果を用いて基
   地局周辺の発呼する移動局の位置を算出しトラフィック
   を推定するトラフィック推定手段を有することを特徴と
   する請求項６の指向性制御アンテナ装置。
9. 【請求項９】 トラフィック推定手段の推定結果を用い
   てトラフィックの多い方向に前記アンテナ指向性制御手
   段が通話チャネルのアンテナ指向性を制御することを特
   徴とする請求項８の指向性制御アンテナ装置。