JP2001224059A - 無線基地局、移動局および無線通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、空間多重により複数の移動局を無
線接続するアダプティブアレイ方式の無線基地局であっ
て、受信した信号から各々の移動局の信号をさらに精度
よく分離し、通信品質を一層向上できる無線基地局を提
供する。 【解決手段】本発明の無線基地局において、制御部６０
は、周波数管理テーブル６３を用いて同一のタイムスロ
ットにおいて一の周波数帯を割当てられる移動局に対し
て相異なるシフト量を決定し、リンクチャネル割当メッ
セージを用いて移動局に通知し、移動局は中心周波数に
当該通知されたシフト量を加えた周波数の搬送波を用い
て送信する。これにより、無線基地局の信号処理部５０
は受信された信号から周波数の差異に基づいて各々の移
動局の信号を精度よく分離し、通信品質を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間多重により複
数の移動局を無線接続するアダプティブアレイ方式の無
線基地局に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＰＨＳ、携帯電話等の移動局の増
加に伴い、周波数資源の有効利用に対する社会的要請が
高まっている。この要請に応える方法の１つに、空間多
重方式による通信がある。空間多重方式とは、無線基地
局において、送受信ともに、指向性を有するアンテナを
用いることにより、異なる方向にある複数の移動局と１
つの周波数を用いて同時刻に多重する方式である。

【０００３】空間多重方式に用いられる、指向性を有す
るアンテナに、アダプティブアレイ装置がある。アダプ
ティブアレイ装置とは、固定的に設置された複数のアン
テナを備え、個々のアンテナの送受信信号の振幅と位相
とを動的に調整することにより、アンテナ全体として、
送信、受信各々に、指向性パターン（アレイアンテナパ
ターンともいう）を動的に形成するものである。

【０００４】アダプティブアレイ装置は、個々のアンテ
ナが固定的に設置されるため簡便に設置でき、かつ、指
向性パターンを動的に形成できるため移動局の動きに追
随すべき無線基地局における利用に特に適しており、周
波数資源の有効利用を図る上で、その実用化が進められ
ている。アダプティブアレイアンテナ方式の詳細につい
ては、「空間領域における適応信号処理とその応用技術
論文特集」（電子通信学会論文誌 VOL.J75-B-II No.11N
OVEMBER）に記載されているので、ここでは詳細な説明
を省略する。

【０００５】空間多重している無線基地局は、通信品質
を維持するため、各々の移動局の動きに追随して指向性
パターンを変化させる。この制御は、従来、信号内容が
既知である部分、例えばＰＨＳ規格に従う信号であれば
ＵＷ（Ｕｎｉｑｕｅ Ｗｏｒｄ）部分について、現に受
信した信号と受信されるべき信号との誤差を減らすよう
に、個々のアンテナが送受信する信号の振幅と位相とを
制御することにより行われる。この制御を行うことによ
り、結果的に、追随すべき移動局の方向へ送信強度およ
び受信感度を高め、空間多重している他の移動局の方向
へ送信強度および受信感度を低下させることができる。

【０００６】ところで、空間多重している各々の移動局
から発信される搬送波の周波数は、回路素子の精度や回
路構成等に応じた誤差があるため、完全に同一ではな
い。そこで、前記指向性パターンの制御に加えて、無線
基地局において受信した信号から、搬送波の周波数の差
異に基づいて各々の移動局の信号を分離する制御を行う
ことにより、各々の移動局の信号をより精度よく抽出す
る無線基地局もある。

【０００７】このような制御を行うことにより、従来の
アダプティブアレイアンテナを用いる無線基地局におい
て、通信品質を維持している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御によれば、雑音や音質に関して利用者の満足度は十
分でなく、通信品質の向上に対する要請は依然強い。さ
らに昨今、回路素子および回路構成の改良によって移動
局の周波数精度が向上し搬送波周波数の差異が減少して
いるために、無線基地局において前記搬送波周波数の差
異に基づいて各々の移動局の信号を分離する制御が困難
になりつつある。

【０００９】上記の問題に鑑み、本発明は、空間多重す
ることにより一の通信チャネルで複数の移動局を無線接
続するアダプティブアレイ方式の無線基地局であって、
基地局において受信した信号から各々の移動局の信号を
さらに精度よく分離し、通信品質を一層向上できる無線
基地局の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明の無線基地局は、複数の移動局を空間多重に
より無線接続するアダプティブアレイ方式の無線基地局
であって、前記各々の移動局に割当てるべき周波数であ
って隣接する周波数帯に影響を与えずかつ相異なる周波
数に相当する情報を各移動局に通知する通知手段を備え
る。

【００１１】前記通知手段は、前記情報として周波数帯
の中心周波数と当該中心周波数からのシフト量とをそれ
ぞれ識別する情報を通知してもよい。本発明の移動局
は、無線基地局と空間多重により無線接続される移動局
であって、周波数帯の中心周波数と当該中心周波数から
のシフト量とをそれぞれ識別する情報を無線基地局から
受信する受信手段と、当該情報により識別される中心周
波数とシフト量とを加えた周波数の搬送波を用いて信号
を送信する送信手段とを備える。

【００１２】本発明の無線通信システムは、複数の移動
局を空間多重により無線接続するアダプティブアレイ方
式の無線基地局と、当該複数の移動局とから構成される
無線通信システムであって、無線基地局は、前記各々の
移動局に割当てるべき周波数であって、隣接する周波数
帯に影響を与えずかつ相異なる周波数に相当する情報と
して、周波数帯の中心周波数と当該中心周波数からのシ
フト量とをそれぞれ識別する情報を各移動局に通知する
通知手段を備え、移動局は、周波数帯の中心周波数と当
該中心周波数からのシフト量とをそれぞれ識別する情報
を無線基地局から受信する受信手段と、当該情報により
識別される中心周波数とシフト量とを加えた周波数の搬
送波を用いて信号を送信する送信手段とを備える。

【００１３】

【発明の実施の形態】本実施形態における無線基地局
は、ＰＨＳ規格で定められた時分割多重（ＴＤＭＡ／Ｔ
ＤＤ、Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
Ａｃｃｅｓｓ／Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐ
ｌｅｘ）方式によりＰＨＳ移動局を無線接続する基地局
として設置され、前記時分割多重に加えて空間多重をも
行って移動局と通信する。

【００１４】本実施形態における移動局は、当該基地局
と無線接続され通信するＰＨＳ移動局である。 ＜無線基地局の全体構成＞図１は、無線基地局１の構成
を示すブロック図である。無線基地局１は、アンテナ１
１〜１４、無線部２１〜２４、信号処理部５０、モデム
部３０、ベースバンド部４０、および制御部６０から構
成され、最大４つの信号を空間多重して同時に通信す
る。

【００１５】ベースバンド部４０は、図外の電話交換網
を介して接続される複数の回線と信号処理部５０との間
で複数の信号（音声またはデータのベースバンド信号）
を授受する。本実施形態では、ＰＨＳ規格に従って１つ
のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム内に４つのチャネルを多重
し、１チャネルにつき空間多重されるべき最大４つの電
話回線の信号を並列に処理する。１つのＴＤＭＡ／ＴＤ
Ｄフレームは、５ｍＳの周期を有し、各周期を８等分さ
れてできる、４つの送信タイムスロットと、４つの受信
タイムスロットとから構成される。送信、受信各々１の
タイムスロットは時分割多重による１のチャネルを構成
する。

【００１６】モデム部３０は、信号処理部５０とベース
バンド部４０との間で、デジタル化されたベースバンド
信号に対してπ／４シフトＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕ
ｒｅＰｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）により、
変調および復調を行う。この変調および復調は、１の時
分割チャネルにおいて空間多重される最大４つのＴＤＭ
Ａ／ＴＤＤフレームについて並列に行われる。

【００１７】信号処理部５０は、具体的には、プログラ
マブルなＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓｏｒ）により実現され、モデム部３０で並列に
処理される最大４つのＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム内のタ
イムスロットごとに、当該タイムスロットにおいて通信
している各々の移動局の信号を最適に送受信するよう、
無線部２１〜２４の各送受信信号について振幅と位相と
を調整するとともに、受信信号について搬送波の周波数
の差異に基づいて分離する処理を行う。

【００１８】この処理は、信号処理部５０において各移
動局について現に受信した信号について、受信内容が予
め分かっている部分に関して受信されるべき信号との誤
差を減らすような指向性パターン形成パラメータ（以
下、ウェイトベクトルと称する）を算出して行われる。
ウェイトベクトルは、無線部ごとの送受信信号の振幅と
位相との調整量である。

【００１９】無線部２１は、ハイパワーアンプ等を含む
送信部２１１と、ローノイズアンプ等を含む受信部２１
２とから構成される。送信部２１１は、信号処理部５０
から入力された低周波信号を高周波信号に変換し、送信
出力レベルにまで増幅してアンテナ１１に出力する。送
信部２１１は、制御部６０からの指示に応じて、ハイパ
ワーアンプのゲインを制御する等して送信出力を調整す
る機能を有する。受信部２１２は、アンテナ１０に受信
された高周波信号を低周波信号に変換し、増幅して信号
処理部５０に出力する。

【００２０】無線部はアンテナごとに設けられており、
無線部２２、２３、２４は、無線部２１と同じ構成なの
で説明を省略する。制御部６０は、具体的にはＣＰＵ
（Ｃｅｎｔｒａｌ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）お
よびメモリなどで実現され、ＣＰＵがメモリ中のプログ
ラムに従って本無線基地局全体を制御する。

【００２１】制御部６０は、新たに空間多重しようとす
る移動局にリンクチャネルを割当てる際に、当該リンク
チャネルの中心周波数を識別するキャリア番号と、当該
中心周波数からの各々異なるシフト量であって隣接する
周波数帯に影響を与えない程度の偏差の範囲内にありか
つ既に空間多重している移動局に通知した何れのシフト
量とも異なるものを識別するオフセット番号とを通知す
る。

【００２２】中心周波数とキャリア番号の対応付け、お
よび、シフト量とオフセット番号との対応付けは、予め
定められており、それぞれ制御部６０内に設けられる周
波数テーブル６１およびオフセットテーブル６２に記憶
されているものとする。図４は周波数テーブル６１、図
５はオフセットテーブル６２の具体例を示している。周
波数テーブル６１はキャリア番号と中心周波数ＭＨｚと
の組を保持し、オフセットテーブルは、オフセット番号
とシフト量ＫＨｚとの組を保持している。

【００２３】制御部６０は、制御部６０内に設けられる
周波数管理テーブル６３を用いて、同一のタイムスロッ
トにおいて同一の周波数帯の通信チャネルを用いて空間
多重する移動局に対して異なるシフト量を決定する。図
６は、周波数管理テーブル６３の具体例を示しており、
通信中の各々の移動局に割当てられ使用されているＴＤ
ＭＡのタイムスロット番号、キャリア番号、オフセット
番号を記録している。

【００２４】制御部６０は、一例として、リンクチャネ
ル割当メッセージを用いてキャリア番号およびオフセッ
ト番号を移動局に通知する。図７は、リンクチャネル割
当メッセージの例を示しており、第４オクテットにキャ
リア番号を、第２オクテットの第５、第４ビットにオフ
セット番号を保持している。移動局は、リンクチャネル
割当メッセージを受け取った後、当該保持されたキャリ
ア番号により識別される中心周波数にオフセット番号に
より識別されるオフセット値を加えた周波数の搬送波を
用いて送信を行う。すなわち、各々の移動局は異なる周
波数の搬送波を用いて送信する。

【００２５】この構成によれば、無線基地局において、
前記信号処理部５０において搬送波周波数の差異に基づ
いて各々の移動局の信号を分離するのに役立つ。 ＜信号調整部＞図２は、信号処理部５０の構成を示すブ
ロック図である。信号処理部５０は、送受信切替スイッ
チ５６１〜５６４、加算器５５１〜５５４、ユーザ処理
部５１ａ〜５１ｄから構成される。

【００２６】ユーザ処理部５１ａ〜５１ｄは、各々１の
ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレームについて、タイムスロットご
とに、当該タイムスロットにおいて通信している移動局
の信号を最適に送受信するよう、無線部２１〜２４との
間で入出力される各送受信信号の振幅と位相とを調整す
る。加算器５５１〜５５４は、ユーザ処理部５１ａ〜５
１ｄによって調整された送信信号を無線部ごとに加算
し、無線部２１〜２４へ出力する。 ＜ユーザ処理部＞図３は、ユーザ処理部５１ａの構成を
示すブロック図である。ユーザ処理部５１ａは乗算器５
２１〜５２４、５８１〜５８４、加算器５９、送受信切
替スイッチ５６、参照信号発生部５５、受信周波数推定
部５７、ウェイト算出部５８から構成される。

【００２７】受信周波数推定部５７は、受信した信号に
基づいて当該信号の搬送波周波数を推定し、参照信号発
生部５５へ出力する。参照信号発生部５５は、受信信号
のうち内容が既知である部分、例えばＵＷ（Ｕｎｉｑｕ
ｅ Ｗｏｒｄ）部分について、受信周波数推定部５７に
よって推定された周波数の搬送波を用いて送信された場
合の信号を発生する。

【００２８】ウェイト算出部５８は、受信した信号と参
照信号発生部５５が発生した信号との誤差の総和が最小
となるように、ウェイトベクトルを算出する。乗算器５
２１〜５２４および加算器５９は、個々の無線部２１〜
２４から入力された信号の振幅と位相とを、ウェイト算
出部５８が算出したウェイトベクトルに従って、調整し
て加算する。

【００２９】乗算器５８１〜５８４は、個々の無線部へ
出力する信号の振幅と位相とを、ウェイト算出部５８が
算出したウェイトベクトルに従って調整する。 ＜制御部の詳細＞以下、本実施形態において制御部６０
が行う制御動作を、図８に示したフローチャートを参照
しながら説明する。

【００３０】制御部６０は、移動局からリンクチャネル
確立要求、または、リンクチャネル確立再要求を受信し
た場合に（ステップＳ０１、ステップＳ０２）、当該移
動局に割当てることができるタイムスロットかつキャリ
アのリンクチャネルを探す（ステップＳ０３）。そのよ
うなリンクチャネルがなければ（ステップＳ０４）、リ
ンクチャネル割当拒否を送信する（ステップＳ０５）。
割当て得るリンクチャネルがあれば、当該リンクチャネ
ルと同一のタイムスロットにおいて同一のキャリアを現
に用いている他の移動局を周波数管理テーブル６３を参
照して知り（ステップＳ０６）、その何れに対しても適
用されていないオフセット番号のうち最も小さなものを
選択し（ステップＳ０７）、周波数管理テーブル６３の
未使用の移動局番号の欄に当該タイムスロット番号、キ
ャリア番号、および選択されたオフセット番号を記録す
る（ステップＳ０８）。然る後、当該各々の番号をリン
クチャネル割当メッセージに格納して送信する（ステッ
プＳ０９）。

【００３１】なお、制御部６０は、前記周波数管理テー
ブルへの記録を行った後、図外、タイムアウト等のため
にリンクチャネル確立に失敗した場合、および、チャネ
ル切替またはチャネル切断等のためにリンクチャネルを
開放した場合に、当該リンクチャネルを使用していた移
動局番号の欄を未使用に戻す。 ＜移動局の全体構成＞図９は、移動局２の構成を示すブ
ロック図である。移動局２は、無線部７１、シンセサイ
ザ部７４、モデム部７２、ＴＤＭＡ処理部７３、音声処
理部７５、スピーカ７６、マイク７７、表示部７８、キ
ー部７９、制御部８２から構成され、無線基地局から搬
送波周波数と当該周波数からのオフセット値とをそれぞ
れ識別する情報を通知され、当該指定された周波数にシ
フト量を加えた周波数の搬送波を用いて送信を行う。

【００３２】無線部７１は無線基地局と交信する。モデ
ム部７２は、無線部７１とＴＤＭＡ処理部７３との間
で、ディジタル化されたベースバンド信号に対してπ／
４シフトＱＰＳＫなどにより変調および復調を行う。シ
ンセサイザ部７４は、制御部８２から指示された周波数
の搬送波を発生し、無線部に供給する。

【００３３】ＴＤＭＡ処理部７３は、時分割多重化され
たタイムスロット中、送受信に用いる送信タイムスロッ
トと受信タイムスロットとを制御する。音声処理部７５
は、ディジタルオーディオ信号とアナログ音声信号とを
相互に変換し、スピーカ７６、マイク７７を介して音声
信号の入出力とその増幅などを行う。

【００３４】表示部７８は液晶ディスプレイパネルなど
で実現される表示装置、キー部７９はテンキー（数字キ
ーと＊キーと＃キー）、オンフックキー、およびオフフ
ックキーなどを有する入力装置である。制御部８２は、
具体的にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉ
ｎｇＵｎｉｔ）およびメモリなどで実現され、ＣＰＵが
メモリ中のプログラムに従って移動局全体の制御を行
う。

【００３５】特に、制御部８２は、その内部に前記無線
基地局におけるものと同一の周波数テーブル８３および
オフセットテーブル８４を備え、無線基地局からリンク
チャネル割当メッセージを受信した際に当該メッセージ
中のキャリア番号およびオフセット番号で識別される中
心周波数およびシフト量を前記それぞれのテーブルを参
照して求め、当該中心周波数にシフト量を加えた値をシ
ンセサイザ部７４に出力する。

【００３６】なお、前記の説明では、無線基地局は移動
局に対するオフセット番号の通知をリンクチャネル割当
メッセージを用いて行うとしたが、他のメッセージを用
いて行っても構わない。なお、前記の説明では、無線基
地局は新たに空間多重しようとする移動局にリンクチャ
ネルを割当てる際に、移動局に対してオフセット番号を
通知するとしたが、空間多重により通信を開始した後、
信号の分離精度が低下したと判断された時点で当該通知
を行っても構わない。

【００３７】

【発明の効果】本発明の無線基地局は、複数の移動局を
空間多重により無線接続するアダプティブアレイ方式の
無線基地局であって、前記各々の移動局に割当てるべき
周波数であって隣接する周波数帯に影響を与えずかつ相
異なる周波数に相当する情報を各移動局に通知する通知
手段を備える。

【００３８】この構成によれば、一の周波数帯において
用いることができる相異なる周波数を無線基地局が各々
の移動局に指示することができるため、無線基地局は周
波数の差異に基づく信号分離がより容易な信号を各移動
局に送信するよう指示することができ通信品質の向上に
役立つ。前記通知手段は、前記情報として周波数帯の中
心周波数と当該中心周波数からのシフト量とをそれぞれ
識別する情報を通知してもよい。

【００３９】この構成によれば、前記構成と同等の効果
を得ることができる。本発明の移動局は、無線基地局と
空間多重により無線接続される移動局であって、周波数
帯の中心周波数と当該中心周波数からのシフト量とをそ
れぞれ識別する情報を無線基地局から受信する受信手段
と、当該情報により識別される中心周波数とシフト量と
を加えた周波数の搬送波を用いて信号を送信する送信手
段とを備える。

【００４０】この構成によれば、各々の移動局は無線基
地局からの指示に応じて一の周波数帯において用いるこ
とができる相異なる周波数の搬送波を用いて信号を送信
するため、無線基地局において周波数の差異に基づいて
移動局から受信した信号を分離し通信品質をさらに向上
することができる。本発明の無線通信システムは、複数
の移動局を空間多重により無線接続するアダプティブア
レイ方式の無線基地局と、当該複数の移動局とから構成
される無線通信システムであって、無線基地局は、前記
各々の移動局に割当てるべき周波数であって、隣接する
周波数帯に影響を与えずかつ相異なる周波数に相当する
情報として、周波数帯の中心周波数と当該中心周波数か
らのシフト量とをそれぞれ識別する情報を各移動局に通
知する通知手段を備え、移動局は、周波数帯の中心周波
数と当該中心周波数からのシフト量とをそれぞれ識別す
る情報を無線基地局から受信する受信手段と、当該情報
により識別される中心周波数とシフト量とを加えた周波
数の搬送波を用いて信号を送信する送信手段とを備え
る。

【００４１】この構成によれば、前記無線基地局および
移動局各々の効果を相乗し、無線通信システムとして通
信品質のさらなる向上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における無線基地局の機能ブロック
図である。

【図２】信号処理部の機能ブロック図である。

【図３】ユーザ処理部の機能ブロック図である。

【図４】周波数テーブルの一例である。

【図５】オフセットテーブルの一例である。

【図６】周波数管理テーブルの一例である。

【図７】リンクチャネル割当メッセージの一例である。

【図８】制御部の処理を示すフローチャートである。

【図９】本実施形態における移動局の機能ブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 無線基地局 ２ 移動局 １１〜１４ アンテナ ２１〜２４ 無線部 ３０ モデム部 ４０ ベースバンド部 ５０ 信号処理部 ５１ａ〜５１ｄ ユーザ処理部 ５５ 参照信号発生部 ５６ 送受信切替スイッチ ５７ 受信周波数推定部 ５８ ウェイト算出部 ５９ 加算器 ６０ 制御部 ６１ 周波数テーブル ６２ オフセットテーブル ６３ 周波数管理テーブル ７１ 無線部 ７２ モデム部 ７３ ＴＤＭＡ処理部 ７４ シンセサイザ部 ７５ 音声処理部 ７６ スピーカ ７７ マイク ７８ 表示部 ７９ キー部 ８２ 制御部 ８３ 周波数テーブル ８４ オフセットテーブル ２１１ 送信部 ２１２ 受信部 ５２１〜５２４ 乗算器 ５５１〜５５４ 加算器 ５６１〜５６４ 送受信切替スイッチ ５８１〜５８４ 乗算器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の移動局を空間多重により無線接続
   するアダプティブアレイ方式の無線基地局であって、 前記各々の移動局に割当てるべき周波数であって隣接す
   る周波数帯に影響を与えずかつ相異なる周波数に相当す
   る情報を各移動局に通知する通知手段を備えることを特
   徴とする無線基地局。
2. 【請求項２】 前記通知手段は、 前記情報として周波数帯の中心周波数と当該中心周波数
   からのシフト量とをそれぞれ識別する情報を通知するこ
   とを特徴とする請求項１記載の無線基地局
3. 【請求項３】 無線基地局と空間多重により無線接続さ
   れる移動局であって、 周波数帯の中心周波数と当該中心周波数からのシフト量
   とをそれぞれ識別する情報を無線基地局から受信する受
   信手段と、 当該情報により識別される中心周波数とシフト量とを加
   えた周波数の搬送波を用いて信号を送信する送信手段と
   を備えることを特徴とする移動局。
4. 【請求項４】 複数の移動局を空間多重により無線接続
   するアダプティブアレイ方式の無線基地局と、当該複数
   の移動局とから構成される無線通信システムであって、 無線基地局は、 前記各々の移動局に割当てるべき周波数であって、隣接
   する周波数帯に影響を与えずかつ相異なる周波数に相当
   する情報として、周波数帯の中心周波数と当該中心周波
   数からのシフト量とをそれぞれ識別する情報を各移動局
   に通知する通知手段を備え、 移動局は、 周波数帯の中心周波数と当該中心周波数からのシフト量
   とをそれぞれ識別する情報を無線基地局から受信する受
   信手段と、 当該情報により識別される中心周波数とシフト量とを加
   えた周波数の搬送波を用いて信号を送信する送信手段と
   を備えることを特徴とする無線通信システム。