JP2002171214A - 移動体通信装置 - Google Patents

移動体通信装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動体通信において、特にパケット通信等の
移動体からの通信が断続的に発生するような移動体通信
においても、アダプティブアンテナによるビーム指向性
を移動体に向けることにより優れた通信品質を確保し得
る移動体通信装置を提供すること。 【解決手段】 本発明の光加入者系システムは、複数の
アンテナ素子を備え、各アンテナ素子への重み付けを制
御することにより電波環境に適応したビームを放射し得
るアダプティブアンテナ、移動体の位置を推定する位置
推定器、前記複数のアンテナ素子から受信された前記移
動体からの受信信号に重み付けを行いビームを合成する
ビーム合成器、及び 前記位置推定器により推定された
前記移動体の推定位置に基づき、初期ウェイトを前記移
動体以外の方位にヌルを形成するウェイトとして与え
る、電波環境に適応する重み付け係数を補正する重み付
け係数発生器を備え、収束までの時間を短縮し得ること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は移動体通信装置に関
するものであり、更に詳細には移動体通信において、特
にパケット通信等の移動体からの通信が断続的に発生す
るような移動体通信においても、素連れた通信品質を確
保し得る移動体通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的な移動無線通信技術においては、
基地局が自局を中心としたあるエリアで通信が可能な無
線セル（又はセルという）を形成し、複数の移動端末を
収容する無線アクセスシステムを実現している。隣接セ
ルとの間では、周波数や拡散コードが異なるようにし
て、周波数を再利用し、システム全体の通信容量増大を
図っている。
【０００３】従来の移動体通信においてアダプティブア
ンテナを適用した無線通信システムの一例としては特開
平7-87011号公報に開示されている。該公報に開示され
た無線通信システムのアンテナ装置における基地局が放
射するビームのパターンを図３に示す。図３に示すよう
に予め定められた角度的に狭いビームを指向性制御によ
り任意の方位に形成することにより、全方位をカバーし
ている。該公報に開示された無線通信システムは、通信
を行っている移動体（以下、本明細書において「端末
局」ともいう）が移動するにつれて生じる受信電力強度
の変化を調査し、指向性制御により端末局の移動に対応
するものである。
【０００４】また、特開2000-22618号公報には、無線ア
クセスシステムにおいて基地局が割り出した移動端末の
位置情報からアンテナの方向およびビーム角度を変化さ
せ、各無線リンク間の干渉を最小限にでき、基地局のセ
ルに収容でき移動端末数を増大できる基地局が開示され
ている。これら、前記特開平7-87011号公報及び特開200
0-22618号公報に開示されたシステムは、何れも位置を
予測し、ビーム方向及びビーム幅を制御するものである
が、予め定められたビーム特性のビームを選択する方式
であり、電波環境に適応して所定の干渉信号方向にヌル
を形成する等というビーム特性をアダプティブに制御す
る方式ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、移動体通信において、特にパケット通信等の移動体
からの通信が断続的に発生するような移動体通信におい
ても、アダプティブアンテナによるビーム指向性を移動
体に向けることにより優れた通信品質を確保し得る移動
体通信装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本出
願の第１の発明は、複数のアンテナ素子を備え、各アン
テナ素子への重み付けを制御することにより電波環境に
適応したビームを放射し得るアダプティブアンテナ、移
動体の位置を推定する位置推定器、前記複数のアンテナ
素子から受信された前記移動体からの受信信号に重み付
けを行いビームを合成するビーム合成器、及び前記位置
推定器により推定された前記移動体の推定位置に基づ
き、初期ウェイトを前記移動体以外の方位にヌルを形成
するウェイトとして与える、電波環境に適応する重み付
け係数を補正する重み付け係数発生器を備え、収束まで
の時間を短縮し得ることを特徴とする移動体通信装置で
ある。かかる構成とすることにより、位置推定器により
推定された移動体の推定位置に基づき、初期ウェイトを
移動体以外の方位にヌルを形成するウェイトとして与
え、電波環境に適応する重み付け係数を補正し得るの
で、パケット通信等の移動体からの通信が断続的に発生
するような移動体通信においても、アダプティブアンテ
ナによるビーム指向性は通信対象の移動体に向け、干渉
源となる他の移動体へはヌルを形成することにより優れ
た通信品質が確保される。
【０００７】また、本出願の請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の移動体通信装置において、前記位置推
定器が、複数のアンテナ素子から受信された前記移動体
からの受信信号を入力し、予め定められたパイロット信
号成分の基準値からの位相変化量により前記移動体の移
動速度を推定する速度推定器を備えたことを特徴とす
る。かかる構成とすることにより、移動体の移動速度が
推定できるので、断続的な通信を行っている場合であっ
ても端末局の位置に合わせたアダプティブビーム制御が
可能となり、対象とする端末局に対しては信号対雑音・
干渉比を最大化することができ、他の端末局に対しては
干渉を最小化することが可能となる。
【０００８】また、本出願の請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の移動体通信装置において、前記位置推
定器が、前記ビーム合成器から出力されるパイロット信
号の変化量に基づき移動速度を推定する速度推定器を備
えたことを特徴とする。かかる構成とすることにより、
移動体の移動速度が推定できるので、断続的な通信を行
っている場合であっても端末局の位置に合わせたアダプ
ティブビーム制御が可能となり、対象とする端末局に対
しては信号対雑音・干渉比を最大化することができ、他
の端末局に対しては干渉を最小化することが可能とな
る。
【０００９】また、本出願の請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体通信装置に
おいて、前記移動体の移動速度及び移動方向の推定値を
用いてウェイトを補正するウェイト補正器を備えたこと
を特徴とする。かかる構成とすることにより、端末局の
移動への対応、及び端末局がパケット通信等の断続的な
通信を行っている場合であっても、短時間で収束可能な
アダプティブ制御が可能である。
【００１０】また、本出願の請求項５に記載の発明は、
前記位置推定器が距離予測器を備えた請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の移動体通信装置と、予測距離に応じ
て送信電力を制御する送信電力制御器と、予測距離を移
動体に伝達し、その予測距離に応じて移動体の送信電力
を制御する移動体に設置された送信電力制御器を有する
ことを特徴とする移動体通信システムである。かかる構
成とすることにより、基地局と移動局との間の無線リン
クの初期確立時から送信電力を適切に設定することが可
能となり、最適な送信電力に制御するまでの時間を短縮
することができ、高速な移動体に対しても、最適な通信
環境を提供可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態の移
動体通信装置について、図面を参照して説明する。図１
は、本発明の一実施の形態の移動体通信装置の構成及び
該装置の動作を示す図である。図１に示すように、本実
施の形態の移動体通信装置は、複数のアンテナ素子１０
１〜１０Ｎを備え、各アンテナ素子１０１〜１０Ｎへの
重み付けを制御することにより電波環境に適応したビー
ムを放射し得るアダプティブアンテナ、移動体の位置を
推定する位置推定器６０１、前記複数のアンテナ素子１
０１〜１０Ｎから受信された移動体からの受信信号に重
み付けを行いビームを合成するビーム合成器４０１、及
び前記位置推定器６０１により推定された前記移動体の
推定位置に基づき、初期ウェイトを前記移動体以外の方
位にヌルを形成するウェイトとして与える、電波環境に
適応する重み付け係数を補正する重み付け係数発生器５
０１を備えている。
【００１２】また、図１に示す移動体通信装置は、移動
体からの受信信号を所定の周波数の信号に変換する送受
信器２０１〜２０Ｎ、該所定の周波数の信号に変換され
た受信信号を復調する逆拡散器３０１〜３０Ｎを備えて
いる。そして、複数のアンテナ素子１０１〜１０Ｎによ
り受信された受信信号は、それぞれ対応する送受信器２
０１〜２０Ｎを経由し、それぞれ対応する逆拡散器３０
１〜３０Ｎに入力する。
【００１３】逆拡散器３０１〜３０Ｎにおいて復調され
た受信信号は、ビーム合成器４０１、重み付け係数発生
器５０１及び位置推定器６０１に入力される。前記ビー
ム合成器４０１においては、前記重み付け係数発生器５
０１から出力される重み付け係数に従い、各アンテナ素
子１０１〜１０Ｎで受信され、前記逆拡散器３０１〜３
０Ｎにおいて復調された受信信号を重み付け合成し、所
望の受信アダプティブ・ビームパターンを合成する。
【００１４】また、前記重み付け係数発生器５０１は、
前記逆拡散器３０１〜３０Ｎにおいて復調された受信信
号、前記ビーム合成器４０１から出力されたビーム、基
準信号７０１、位置推定器６０１から出力された推定位
置を入力し、前記基準信号７０１とビーム合成器４０１
から出力されたビームとの誤差信号を算出し、前記逆拡
散器３０１〜３０Ｎから出力される復調された受信信号
を掛け合わせることにより、重み付け係数を算出する。
このようにして得られた重み付け係数に、更に推定位置
に応じた補正を掛け合わせることにより、ビーム合成器
に対して出力する、初期ウェイトを前記移動体以外の方
位にヌルを形成するウェイトとして与え、電波環境に適
応する重み付け係数を発生する。それにより、収束まで
の時間が短縮し得る。
【００１５】次に、前記位置推定器６０１の一実施例に
ついて図面を参照して説明する。図２は、前記位置推定
器６０１の一実施例の構成及び動作を示す図である。図
２に示すように、前記位置推定器６０１は、前記逆拡散
器３０１〜３０Ｎから出力された復調された受信信号を
入力し、端末局の現在の移動速度を推定する速度推定器
６１１〜６１Ｎ、該速度推定器から出力された推定速度
を入力し端末局の過去の移動速度を記憶する速度記憶器
６２１〜６２Ｎ、前記逆拡散器３０１〜３０Ｎから出力
された復調された受信信号を入力し、端末局の方位を算
出し、現在及び過去の端末局の方位を記憶する方位記憶
器６３０、及び前記速度推定器６１１〜６１Ｎ、前記速
度記憶器６２１〜６２Ｎ及び前記方位記憶器６３０から
出力された信号を入力する位置予測器６４０から構成さ
れる。
【００１６】前記位置推定器６０１が前記速度推定器６
１１〜６１Ｎを備えることにより、移動体の移動速度が
推定できるので、移動体が断続的な通信を行っている場
合であっても、端末局の位置に合わせたアダプティブビ
ーム制御が可能となり、対象とする端末局に対しては信
号対雑音・干渉比を最大化することができ、他の端末局
に対しては干渉を最小化することが可能となる。
【００１７】前記速度推定器６１１〜６１Ｎには、それ
ぞれ対応する逆拡散器３０１〜３０Ｎからの受信信号が
入力され、それぞれの速度推定器６１１〜６１Ｎにおい
ては、各々パイロット信号６６０の基準値からの位相変
化量に基づき端末局の移動速度が算出される。前記速度
推定器６１１〜６１Ｎから出力される信号は、各々に対
応する速度記憶器６２１〜６２Ｎ及び位置予測器６４０
に入力される。
【００１８】前記方位記憶器６３０においては、複数の
アンテナ素子１０１〜１０Ｎから受信され前記逆拡散器
３０１〜３０Ｎにおいて復調された受信信号間の相関処
理による固有値に基づき受信信号の到来方位を算出す
る。前記位置予測器６４０は、前記速度推定器６１１〜
６１Ｎ、前記速度記憶器６２１〜６２Ｎ及び前記方位記
憶器６３０から出力された信号を入力し、速度の変化量
及び方位の変化量より、将来の移動位置を推定する。
【００１９】次に、図２に示す位置推定器６０１の動作
について説明する。端末局が移動している場合には、該
移動体から放射される電波がドップラー効果を受けるこ
とがよく知られている。従って、複数のアンテナ素子１
０１〜１０Ｎからの受信信号には、このドップラー効果
による位相の変化分が加算されており、このドップラー
量を抽出することにより前記端末局の移動速度の推定が
可能となる。
【００２０】すなわち、ある時刻ｔ（０）時のあるパイ
ロット信号のビットの位相をθ（０）、ｔ（１）時の位
相をθ（１）、以下同様とし、２つの時刻間における位
相変化量Δθを算出する。ｔ（０）〜ｔ（１）における
例では、Δθ＝θ（１）−θ（０）となる。ドップラー
周波数と角速度との関係及びドップラー周波数と前記端
末局の移動速度との関係より、速度Ｖは以下の式により
算出される。 Ｖ＝ｆ＊λ （式中、λ：波長、ｆ：ドップラー周波数、ｆ＝（Δθ
／Δｔ）／２π、Δｔ＝ｔ（１）−ｔ（０））
【００２１】ここで、Δｔは、想定する端末局の移動速
度によって選択される。例えばＣＤＭＡ方式を用いてい
る場合は、最短コード変調の１チップ間、１スロット間
又は１フレーム間等から選択される。この選択は、予め
１種類を選択しても、又は移動体の移動速度の変化に応
じて切り替えてもよい。このようにして、各アンテナ素
子１０１〜１０Ｎからの受信信号毎に速度推定器６１１
〜６１Ｎにおいて算出された推定速度値は、位置予測器
６３０において平均化される。なお、平均化処理は、単
純な加算平均であっても、アンテナの受信信号強度によ
る重み付けを行った重み付け平均であってもよい。
【００２２】一方、方位記憶器６３０においては、複数
のアンテナ素子１０１〜１０Ｎからの受信信号間の相関
処理（相関行列の固有値解析、いわゆるＭＵＳＩＣ方
等）により、信号の到来方位が算出され記憶される。算
出された方位及び記憶された方位の履歴は、位置予測器
６４０に入力される。前記位置予測器６４０において
は、所定時間（Δｔ）内での速度推定値の変化量より加
速度が、速度の正負及び方位の履歴より端末局の移動方
向が算出され、加速度、速度及び移動方向の３種類のパ
ラメータを用い、端末局の移動位置の推定が行われる。
この推定された端末局の移動位置（方位）に指向性を向
けるために、現時点で生成されているビーム合成用の重
み付け係数に、補正係数（例えば、現在の方位及び推定
方位の差をΔθｄとし、ｅｘｐ（−Δθｄ）を乗算す
る。また、対象とする端末局以外の他の端末局が強大な
干渉源となっている場合は、現時点において形成されて
いるビームパターンはその強大な干渉源となる端末局の
移動推定位置に新たなヌルが形成されるように、かつ対
象の端末局に対しては指向性を有するように、拘束条件
を付与してビーム合成用重み付け係数を算出する。
【００２３】このような場合では、上述したようにｅｘ
ｐ（−Δθｄ）を乗算するだけではヌル点も移動してい
まうため、最適な重み付け係数とはならない。なお、こ
のような拘束条件を付与する重み付け係数の算出方法は
既に多くの文献において公知の事実である。上述したよ
うに、本発明の移動体通信装置においては、端末局の移
動位置が推定されるので、該端末局がパケット通信等の
移動体からの通信が断続的に発生するような通信が行わ
れている場合であっても、常に干渉方位に対してはヌル
を形成し、対象とする端末局に対しては指向性を有する
アダプティブビームを形成することが可能となる。
【００２４】また、本実施の形態の移動体通信装置に
は、移動体の移動速度及び移動方向の推定値を用いてウ
ェイトを補正するウェイト補正器を備えていてもよい。
かかるウェイト補正器を備えることにより、端末局の移
動への対応、及び端末局がパケット通信等の断続的な通
信を行っている場合であっても、短時間で収束可能なア
ダプティブ制御が可能となる。
【００２５】次に、本発明の移動体通信装置の他の実施
の形態について説明する。本発明の移動体通信装置の他
の実施の形態は、前記位置推定器６０１は、前記ビーム
合成器４０１から出力されるパイロット信号の変化量に
基づき移動速度を推定する速度推定器６１１〜６１Ｎを
備えている。このようになされることによっても、端末
局の移動速度が推定でき、パケット通信等の断続的な通
信を行っている場合であっても、端末局の位置に合わせ
たアダプティブビーム制御が可能となり、対象とする端
末局に対しては信号対雑音・干渉比を最大化することが
でき、対象とする端末局以外の他の端末局に対しては干
渉を最小化することができる。
【００２６】また、本発明の移動体通信装置の他の実施
の形態について図４を用いて説明する図４は、本発明の
移動体通信装置の位置推定器の構成及び動作を示す図で
ある。図４に示す移動体通信装置の位置推定器において
は、図２に示すものに対して距離予測器６５０を備えて
いる点において相違する。該距離予測器６５０は、前記
方位記憶器６３０から出力される、推定方位、及び複数
の基地局に接続された上位装置９００から伝送された他
の基地局で算出された推定方位を用いて、三角測量法に
基づいて基地局からの推定距離を算出する。該距離予測
器６５０において算出された推定距離は位置予測器６４
０に出力され、位置予測に供される。
【００２７】このようにすることにより、複数の基地局
による方位算出結果より、三角測量法を用いて端末局の
基地局からの距離情報が算出され、基地局の移動予測が
方位だけでなく距離からも可能となり、より精度の高い
端末局の位置予測が可能となる。また、基地局から端末
局までの距離が明確になるため、基地局から端末局まで
の距離に応じて送信電力を制御することが可能となる。
【００２８】本発明の移動体通信装置の他の実施の形態
について図面を参照して説明する。図５は、本発明の移
動体通信装置の構成及び動作を示す図である。図５に示
す移動体通信装置においては、図１に示すものに対して
送信電力制御器９０１を備えている点において相違す
る。前記送信電力制御器９０１は、位置推定器６０１か
ら出力される端末局と基地局との間の推定距離を入力
し、該端末局に対する送信電力の増減を行なう。また、
送信電力制御情報を端末局に送出することにより、端末
局の送信電力を制御することも可能である。基地局の送
信電力を制御することに加え、端末局の送信電力も制御
することができるので、最適な電力で通信を行なうこと
ができ、他の端末局に対する干渉を軽減することが可能
となる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の移動体通
信装置によれば、移動体通信において、特にパケット通
信等の移動体からの通信が断続的に発生するような移動
体通信においても、アダプティブアンテナによるビーム
指向性を端末局に向けることにより、常に優れた通信品
質を確保し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の移動体通信装置の構成及び該装置の
動作を示す図である。
【図２】 本発明の移動体通信装置の位置推定器の構成
及び動作を示す図である。
【図３】 従来例に開示された無線通信システムのアン
テナ装置における基地局が放射するビームのパターンを
示す図である。
【図４】 本発明の移動体通信装置の位置推定器の構成
及び動作を示す図である。
【図５】 本発明の移動体通信装置の構成及び動作を示
す図である。
【符号の説明】
１０１〜１０Ｎ アンテナ素子 ２０１〜２０Ｎ 送受信器 ３０１〜３０Ｎ 逆拡散器 ４０１ ビーム合成器 ５０１ 重み付け係数発生器 ６０１ 位置推定器 ７０１ 基準信号 ８０１ 送信電力制御器 ９００ 上位装置 ６１１〜６１Ｎ 速度推定器 ６２１〜６２Ｎ 速度記憶器 ６３０ 方位記憶器 ６４０ 方位記憶器 ６５０ 距離予測器
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB02 DB03 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA26 FA29 FA30 FA32 GA02 HA05 HA10 5K059 CC02 CC03 CC04 DD32 5K067 AA03 AA14 AA24 CC08 CC24 EE02 EE10 EE22 FF03 GG08 HH21 JJ53 JJ57 JJ63 JJ66 KK02 KK03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のアンテナ素子を備え、各アンテナ
    素子への重み付けを制御することにより電波環境に適応
    したビームを放射し得るアダプティブアンテナ、 移動体の位置を推定する位置推定器、 前記複数のアンテナ素子から受信された前記移動体から
    の受信信号に重み付けを行いビームを合成するビーム合
    成器、及び前記位置推定器により推定された前記移動体
    の推定位置に基づき、初期ウェイトを前記移動体以外の
    方位にヌルを形成するウェイトとして与える、電波環境
    に適応する重み付け係数を補正する重み付け係数発生器
    を備え、収束までの時間を短縮し得ることを特徴とする
    移動体通信装置。
  2. 【請求項２】 前記位置推定器が、複数のアンテナ素子
    から受信された前記移動体からの受信信号を入力し、予
    め定められたパイロット信号成分の基準値からの位相変
    化量により前記移動体の移動速度を推定する速度推定器
    を備えた、請求項１に記載の移動体通信装置。
  3. 【請求項３】 前記位置推定器が、前記ビーム合成器か
    ら出力されるパイロット信号の変化量に基づき移動速度
    を推定する速度推定器を備えた、請求項１に記載の移動
    体通信装置。
  4. 【請求項４】 前記移動体の移動速度及び移動方向の推
    定値を用いてウェイトを補正するウェイト補正器を備え
    た、請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体通信装
    置。
  5. 【請求項５】 前記位置推定器が距離予測器を備えた請
    求項１〜４のいずれか１項に記載の移動体通信装置と、
    予測距離に応じて送信電力を制御する送信電力制御器
    と、予測距離を移動体に伝達し、その予測距離に応じて
    移動体の送信電力を制御する移動体に設置された送信電
    力制御器を有することを特徴とする移動体通信システ
    ム。
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