JP2003198508A - アダプティブアレイ無線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ユーザ端末ごとのドップラー周波数を正確に
推定して送信指向性を制御することができるアダプティ
ブアレイ無線装置を提供する。 【解決手段】 無線装置１０００は、アダプティブアレ
イアンテナ＃１〜＃４からの信号のうち特定の端末から
の信号を受信ウェイトベクトル計算機２０で計算される
受信ウェイトベクトルに基づいて分離する。受信応答ベ
クトル計算機２４は、特定の端末からの信号の伝搬路の
受信応答ベクトルを導出する。受信応答ベクトル計算機
２４は、異なる時間の応答ベクトル同士の相関値をアン
テナごとに算出し、ドップラー周波数を推定する。推定
されたドップラー周波数が小さい方から所定数のアンテ
ナを用いて送信指向性が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、リアルタイムに
アンテナ指向性を変更可能な無線装置の構成に関し、特
に、アダプティブアレイ無線基地局において用いられる
無線装置の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動通信システムにおいて、周波
数の有効利用を図るべく種々の伝送チャネル割当方法が
提案されており、その一部のものは実用化されている。

【０００３】図１０は周波数分割多重接続（Frequency
Division Multiple Access：ＦＤＭＡ），時分割多重接
続（Time Division Multiple Access ：ＴＤＭＡ）およ
びＰＤＭＡ(Path Division Multiple Access)の各種の
通信システムにおけるチャネルの配置図である。

【０００４】まず、図１０を参照して、ＦＤＭＡ，ＴＤ
ＭＡおよびＰＤＭＡについて簡単に説明する。図１０
（ａ）はＦＤＭＡを示す図であって、異なる周波数ｆ１
〜ｆ４の電波でユーザ１〜４のアナログ信号が周波数分
割されて伝送され、各ユーザ１〜４の信号は周波数フィ
ルタによって分離される。

【０００５】図１０（ｂ）に示すＴＤＭＡにおいては、
各ユーザのデジタル化された信号が、異なる周波数ｆ１
〜ｆ４の電波で、かつ一定の時間（タイムスロット）ご
とに時分割されて伝送され、各ユーザの信号は周波数フ
ィルタと基地局および各ユーザ移動端末装置間の時間同
期とにより分離される。

【０００６】一方、最近では、携帯型電話機の普及によ
り電波の周波数利用効率を高めるために、ＰＤＭＡ方式
が提案されている。このＰＤＭＡ方式は、図１０（ｃ）
に示すように、同じ周波数における１つのタイムスロッ
トを空間的に分割して複数のユーザのデータを伝送する
ものである。このＰＤＭＡでは各ユーザの信号は、周波
数フィルタと基地局および各ユーザ移動端末装置間の時
間同期とアダプティブアレイ（adaptive array）などの
相互干渉除去装置とを用いて分離される。

【０００７】このようなアダプティブアレイ技術によれ
ば、各ユーザ端末のアンテナからの上り信号は、基地局
のアレイアンテナによって受信されアダプティブアレイ
処理により受信指向性を伴って分離抽出される。一方、
基地局から当該端末への下り信号は、端末のアンテナに
対する送信指向性を伴ってアレイアンテナから送信され
る。

【０００８】［従来のアダプティブアレイアンテナの構
成および動作］たとえば、アダプティブアレイを備えた
無線基地局が、ユーザＡおよびＢの双方からの混合した
電波信号を受信するものとする。このとき、この無線基
地局では、ユーザＡおよびＢの双方からの信号が混じっ
た信号を、アレイアンテナを構成する複数のアンテナを
介して受信して、各アンテナからの受信信号に対して、
適応的に重みベクトルを乗算することで、本来通話すべ
きユーザ、たとえば、ユーザＡからの信号を分離抽出す
る。

【０００９】このようなアダプティブアレイ処理は周知
の技術であり、たとえば、文献１：菊間信良著の「アレ
ーアンテナによる適応信号処理」（科学技術出版）の第
３５頁〜第４９頁の「第３章 ＭＭＳＥアダプティブア
レー」に詳細に説明されている。

【００１０】なお、以下の説明においては、このような
アダプティブアレイ処理を用いて端末に対する下りの送
信指向性制御を行なう基地局を、「アダプティブアレイ
無線基地局」と称する。

【００１１】［ユーザの識別、トレーニング信号］な
お、前記のユーザＡ，Ｂの識別は次のように行なわれ
る。

【００１２】図１１は、携帯電話機の電波信号のフレー
ム構成を示す概略図である。携帯電話機の電波信号は大
きくは、無線基地局にとって既知の信号系列からなるプ
リアンブルと、無線基地局にとって未知の信号系列から
なるデータ（音声など）とから構成される。

【００１３】プリアンブルの信号系列は、当該ユーザが
無線基地局にとって通話すべき所望のユーザかどうかを
見分けるための情報の信号系列を含んでいる。アダプテ
ィブアレイ無線基地局では、メモリ中に予め格納してお
いたトレーニング信号と、受信した信号系列とを対比
し、さらに、受信信号の受信タイミングに基づいて、ユ
ーザＡに対応する信号系列を含んでいると思われる信号
を抽出するようにウエイトベクトル制御（重みの決定）
を行なう。このようにして抽出されたユーザＡの信号
は、アダプティブアレイ無線基地局から外部に出力され
る。

【００１４】一方、送信信号については、アダプティブ
アレイ無線基地局は、先に受信信号に基づいて算出され
たウェイトベクトルをコピーして、この送信信号に乗算
した信号をそれぞれ、アレイアンテナの対応するアンテ
ナから送信する。

【００１５】ここで、受信時と同じアレイアンテナを用
いて送信される信号には、受信信号と同様にユーザＡを
ターゲットとする重み付けがされているため、送信され
た電波信号はあたかもユーザＡに対する指向性を有する
かのようにユーザＡの携帯電話機により受信される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ＰＤＭＡ方式では、同
一チャネル干渉を除去する技術が必要である。この点
で、干渉波に適応的にヌルを向けるアダプティブアレイ
は、希望波のレベルより干渉波のレベルが高い場合でも
効果的に干渉波を抑制できるため、有効な手段である。

【００１７】ところで、基地局にアダプティブアレイを
用いた場合には、受信時の干渉除去だけではなく、送信
時に不要な放射を低減することも可能である。

【００１８】このとき、送信時のアレイパターンは、上
述したように、受信時のアレイパターンを用いるばかり
でなく、到来方向推定などの結果から新たに生成する手
法が考えられる。後者はＦＤＤ（Frequency Division D
uplex）、ＴＤＤ（Time Division Duplex）を問わず適
用することができるが、複雑な処理が必要となる。一
方、前者をＦＤＤで用いる場合、送受信のアレイパター
ンが異なるため、アレイ配置やウエイトなどの補正が必
要となる。このため、一般には、ＴＤＤでの適用が前提
となる。

【００１９】ここで、基地局にアダプティブアレイを用
いたＴＤＤ／ＰＤＭＡ方式では、上り回線で得られたア
レイパターン（ウェイトベクトルパターン）を下り回線
で使用する際に、角度広がりのある動的なレイリー伝搬
度を想定した場合には、上下回線間の時間差により下り
回線で送信指向性が劣化する場合がある。

【００２０】つまり、上り回線（アップリンク）でユー
ザ端末から基地局に電波が送信されてから、逆に基地局
から下り回線（ダウンリンク）によりユーザ端末に電波
を射出するまでに時間間隔があるため、ユーザ端末の移
動速度が無視できない場合、基地局からの電波の射出方
向と実際のユーザ端末の存在する方向との誤差のために
送信指向性が劣化してしまうためである。このような送
信指向性が劣化に対応するためには、たとえば、上り回
線での受信応答ベクトルから外挿処理などにより、下り
回線での応答ベクトルを推定して、この推定値に基づい
て、送信時のウェイトベクトルを導出する等の手続きを
行う必要がある。

【００２１】しかしながら、受信信号のノイズやサンプ
リング誤差などにより上り回線で推定された受信応答ベ
クトルに推定誤差があれば、伝搬路のフェージングの程
度に応じて外挿処理の結果に誤差が生じ、下り回線の送
信応答ベクトルを正確に推定できず、ひいては良好な送
信指向性制御を行なうことができなくなる。したがっ
て、外挿誤差の発生を防止するには、伝搬路のフェージ
ングの程度すなわちドップラー周波数を知る必要があ
る。

【００２２】時間的に前後する受信信号に含まれる基準
信号の相関値を求めてフェージングの程度を推定する方
法が従来から提案されており、たとえば、一例として、
特開平７−１６２３６０号公報に開示されている。しか
しながら、このような従来の方法では、受信信号そのも
のに含まれる基準信号を用いて相関値の計算を行なって
いるため干渉成分を多く含み、正確な推定が困難である
という問題があった。

【００２３】そればかりではなく、仮にフェージングの
値の推定を行うことが可能であるとしても、アダプティ
ブアレイアンテナを用いて通信を行っている場合に、ユ
ーザ端末との間の通信のフェージングの影響を有効に抑
制しつつ、かつ、良好な通信品質を維持することが、通
信環境によっては困難であるという問題があった。

【００２４】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであって、その目的は、受信信号に
おける干渉成分の影響を抑制しつつ、ユーザ端末につい
てのドップラー周波数を複数のアンテナの各々に対して
推定することにより、異なる時刻間でフェージングによ
る変動量の少ないアンテナを所定数だけ選択して使用
し、移動端末に対して良好な下り通信品質を維持するこ
とが可能なアダプティブアレイ無線装置を提供すること
である。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明は、リアルタイ
ムにアンテナ指向性を変更し、複数の端末との間で信号
の送受信を時分割で行なうアダプティブアレイ無線装置
であって、離散的に配置された複数のアンテナと、複数
のアンテナからの信号に基づいてアダプティブアレイ処
理により複数の端末のうち特定の端末装置からの信号を
分離するための受信信号分離手段と、特定の端末との間
の伝搬路のドップラー周波数をアンテナごとに推定し、
複数のアンテナのうち対応するドップラー周波数の小さ
いものから所定数のアンテナを選択するドップラー周波
数推定手段と、受信伝搬路推定手段の推定結果とドップ
ラー周波数推定手段の推定結果とに基づいて、選択され
た所定数のアンテナを用いて、特定の端末に対して送信
指向性を有する送信信号を送出するための送信指向性形
成手段とを備える。

【００２６】好ましくは、ドップラー周波数推定手段
は、複数のアンテナで受信した信号に基づいて、特定の
端末からの伝搬路の受信応答ベクトルを推定する受信伝
搬路推定手段と、受信伝搬路推定手段によって推定され
た時間的に前後する受信応答ベクトルに基づいてアンテ
ナごとに相関値を算出する相関演算手段と、予め経験的
に決定された相関値とドップラー周波数との対応関係に
基づいて、相関演算手段によって算出された相関値に対
応するドップラー周波数を推定し、所定数のアンテナを
選択する推定選択手段とを含む。

【００２７】好ましくは、相関演算手段は、同一スロッ
トの前半における受信応答ベクトルと、後半における受
信応答ベクトルとに基づいて相関値を算出する。

【００２８】好ましくは、相関演算手段は、現在のフレ
ームのスロットにおける受信応答ベクトルと、直前のフ
レームのスロットにおける受信応答ベクトルとに基づい
て相関値を算出する。

【００２９】好ましくは、相関演算手段は、現在のフレ
ームのスロットにおける受信応答ベクトルと、過去のフ
レームのスロットのうち受信エラーが無かった最も直近
のスロットにおける受信応答ベクトルとに基づいて相関
値を算出する。

【００３０】

【発明の実施の形態】［送信ウェイトベクトルを推定し
て送信指向性を制御する構成］以下に詳しく説明するよ
うに、本発明のアダプティブアレイ無線基地局は、フェ
ージングの推定を各アンテナごとに行い、アンテナを適
応的に選択しつつ、良好な通信品質を維持することを目
的とする。

【００３１】そこで、まず、本発明のアダプティブアレ
イ無線基地局の構成を説明する前提として、ＰＤＭＡ用
基地局の無線装置において、送信ウェイトベクトルを推
定して送信指向性を制御する構成および動作について、
説明しておく。

【００３２】図１は、送信ウェイトベクトルを推定して
送信指向性を制御するＰＤＭＡ用基地局の無線装置（無
線基地局）１０００の構成を示す概略ブロック図であ
る。

【００３３】図１に示した構成においては、ユーザＰＳ
１とＰＳ２とを識別するために、４本のアンテナ♯１〜
♯４が設けられている。ただし、アンテナの本数として
は、より一般的にＮ本（Ｎ：自然数）であってもよい。

【００３４】図１に示した送受信システム１０００で
は、アンテナ♯１〜♯４からの信号を受けて、対応する
ユーザ、たとえば、ユーザＰＳ１からの信号を分離する
ための受信部ＳＲ１およびユーザＰＳ１への信号を送信
するための送信部ＳＴ１が設けられている。アンテナ♯
１〜♯４と受信部ＳＲ１および送信部ＳＴ１との接続
は、スイッチ１０−１〜１０−４により、選択的に切換
えられる。

【００３５】すなわち、それぞれのアンテナで受信され
た受信信号ＲＸ1（ｔ），ＲＸ2（ｔ），ＲＸ3（ｔ），
ＲＸ4（ｔ）は、対応するスイッチ１０−１，１０−
２，１０−３，１０−４を介して受信部ＳＲ１に入り、
受信ウェイトベクトル計算機２０、受信応答ベクトル計
算機２２に与えられるとともに、対応する乗算器１２−
１，１２−２，１２−３，１２−４の一方入力にそれぞ
れ与えられる。

【００３６】これらの乗算器の他方入力には、受信ウェ
イトベクトル計算機２０からそれぞれのアンテナでの受
信信号に対する重み係数ｗｒｘ１１，ｗｒｘ２１，ｗｒ
ｘ３１，ｗｒｘ４１が印加される。これらの重み係数
は、従来例と同様に、受信ウェイトベクトル計算機２０
により、リアルタイムで算出される。

【００３７】送信部ＳＴ１は、受信応答ベクトル計算機
２２において算出された受信応答ベクトルを受けて、後
に説明するように、送信時での伝搬路を推定、すなわ
ち、送信時点での仮想的な受信応答ベクトルを推定する
ことで送信応答ベクトルを求める送信応答ベクトル推定
機３２と、送信応答ベクトル推定機３２との間でデータ
を授受し、データを記憶保持するメモリ３４と、送信応
答ベクトル推定機３２の推定結果に基づいて、送信ウェ
イトベクトルを算出する送信ウェイトベクトル計算機３
０と、それぞれ一方入力に送信信号を受け、他方入力に
送信ウェイトベクトル計算機３０からの重み係数ｗｔｘ
１１，ｗｔｘ２１，ｗｔｘ３１，ｗｔｘ４１が印加され
る乗算器１５−１，１５−２，１５−３，１５−４とを
含む。乗算器１５−１，１５−２，１５−３，１５−４
からの出力は、スイッチ１０−１〜１０−４を介して、
アンテナ＃１〜＃４に与えられる。

【００３８】なお、図１には図示していないが、受信部
ＳＲ１および送信部ＳＴ１と同様の構成が、各ユーザに
対しても設けられている。

【００３９】［アダプティブアレイの動作原理］受信部
ＳＲ１の動作を簡単に説明すると以下のとおりである。

【００４０】アンテナで受信された受信信号ＲＸ1
（ｔ），ＲＸ2（ｔ），ＲＸ3（ｔ），ＲＸ4（ｔ）は、
以下の式で表される。

【００４１】

【数１】

【００４２】ここで、信号ＲＸj （ｔ）は、ｊ番目（ｊ
＝１，２，３，４）のアンテナの受信信号を示し、信号
Ｓｒｘi （ｔ）は、ｉ番目（ｉ＝１，２）のユーザが送
信した信号を示す。

【００４３】さらに、係数ｈjiは、j 番目のアンテナに
受信された、i 番目のユーザからの信号の複素係数を示
し、ｎj （ｔ）は、ｊ番目の受信信号に含まれる雑音を
示している。

【００４４】上の式（１）〜（４）をベクトル形式で表
記すると、以下のようになる。

【００４５】

【数２】

【００４６】なお式（６）〜（８）において、［…］^T
は、［…］の転置を示す。ここで、Ｘ（ｔ）は入力信号
ベクトル、Ｈi はｉ番目のユーザの受信応答ベクトル、
Ｎ（ｔ）は雑音ベクトルをそれぞれ示している。

【００４７】アダプティブアレイアンテナは、図１に示
したように、それぞれのアンテナからの入力信号に重み
係数ｗｒｘ1i〜ｗｒｘ４iを掛けて合成した信号を受信
信号ＳRX（ｔ）として出力する。

【００４８】さて、以上のような準備の下に、たとえ
ば、１番目のユーザが送信した信号Ｓｒｘ1 （ｔ）を抽
出する場合のアダプティブアレイの動作は以下のように
なる。

【００４９】アダプティブアレイからの出力信号ｙ１
（ｔ）は、入力信号ベクトルＸ（ｔ）とウエイトベクト
ルＷ1 のベクトルの掛算により、以下のような式で表わ
すことができる。

【００５０】

【数３】

【００５１】すなわち、ウエイトベクトルＷ1 は、ｊ番
目の入力信号ＲＸj （ｔ）に掛け合わされる重み係数ｗ
ｒｘj1（ｊ＝１，２，３，４）を要素とするベクトルで
ある。

【００５２】ここで式（９）のように表わされたｙ１
（ｔ）に対して、式（５）により表現された入力信号ベ
クトルＸ（ｔ）を代入すると、以下のようになる。

【００５３】

【数４】

【００５４】ここで、アダプティブアレイが理想的に動
作した場合、周知な方法により、ウエイトベクトルＷ1
は次の連立方程式を満たすようにウエイトベクトル制御
部１１により逐次制御される。

【００５５】

【数５】

【００５６】式（１２）および式（１３）を満たすよう
にウエイトベクトルＷ1 が完全に制御されると、アダプ
ティブアレイからの出力信号ｙ１（ｔ）は、結局以下の
式のように表わされる。

【００５７】

【数６】

【００５８】すなわち、出力信号ｙ１（ｔ）には、２人
のユーザのうちの第１番目のユーザが送信した信号Ｓｒ
ｘ1 （ｔ）が得られることになる。

【００５９】［無線装置１０００の動作の概要］図２
は、この発明の前提となる無線装置１０００の基本的な
動作の概要を説明するためのフローチャートである。

【００６０】無線装置１０００においては、アダプティ
ブアレイのウエイトベクトル（重み係数ベクトル）が各
アンテナ素子における受信応答ベクトルにより一意に表
わせることに着目し、受信応答ベクトルの時間変動を推
定することによって間接的にウエイトを推定する。

【００６１】まず、受信部ＳＲ１において、受信信号に
基づいて、受信信号の伝搬路の推定を行う（ステップＳ
１００）。伝搬路の推定は、式（１）〜（４）におい
て、ユーザから送られる信号のインパルス応答を求める
ことに相当する。

【００６２】言い換えると、式（１）〜（４）におい
て、たとえば、受信応答ベクトルＨ1が推定できれば、
ユーザＰＳ１からの信号受信時の伝送路の推定が行える
ことになる。

【００６３】つづいて、送信応答ベクトル推定機３２
が、送信時の伝搬路の予測、すなわち、受信時の受信応
答ベクトルから送信時点での受信応答ベクトルの予測を
行う（ステップＳ１０２）。この予測された受信応答ベ
クトルが送信時の送信応答ベクトルに相当する。

【００６４】さらに、送信ウェイトベクトル計算機３０
が、予測された送信応答ベクトルに基づいて、送信ウェ
イトベクトルの計算を行い、乗算器１５−１〜１５−４
に出力する（ステップＳ１０４）。

【００６５】［受信応答ベクトル計算機２２の動作］つ
ぎに、図１に示した受信応答ベクトル計算機２２のこの
発明の前提となる基本的な動作について説明する。

【００６６】まず、アンテナ素子数を４本、同時に通信
するユーザ数を２人とした場合、各アンテナを経て受信
回路から出力される信号は、上述した式（５）〜（８）
で表わされる。

【００６７】

【数７】

【００６８】ここで、アダプティブアレイが良好に動作
していると、各ユーザからの信号を分離・抽出している
ため、上記信号Ｓｒｘi （ｔ）（ｉ＝１，２）はすべて
既知の値となる。

【００６９】このとき、信号Ｓｒｘi （ｔ）が既知の信
号であることを利用して、受信応答ベクトルＨ1 ＝［ｈ
11，ｈ21，ｈ31，ｈ41］およびＨ2 ＝［ｈ12，ｈ22，ｈ
32，ｈ42］を以下に説明するようにして導出することが
できる。

【００７０】すなわち、受信信号と既知となったユーザ
信号、たとえば第１のユーザからの信号Ｓｒｘ1 （ｔ）
を掛け合わせて、アンサンブル平均（時間平均）を計算
すると以下のようになる。

【００７１】

【数８】

【００７２】式（１６）において、Ｅ［…］は、時間平
均を示し、Ｓ* （ｔ）は、Ｓ（ｔ）の共役複素を示す。
この平均をとる時間が十分長い場合、この平均値は以下
のようになる。

【００７３】

【数９】

【００７４】ここで、式（１８）の値が０となるのは、
信号Ｓｒｘ1 （ｔ）と信号Ｓｒｘ2（ｔ）に互いに相関
がないためである。また、式（１９）の値が０となるの
は、信号Ｓｒｘ1 （ｔ）と雑音信号Ｎ（ｔ）との間に相
関がないためである。

【００７５】したがって、式（１６）のアンサンブル平
均は結果として以下に示すように、受信応答ベクトルＨ
1 に等しくなる。

【００７６】

【数１０】

【００７７】以上のような手続により、第１番目のユー
ザＰＳ１から送信された信号の受信応答ベクトルＨ1 を
推定することができる。

【００７８】同様にして、入力信号ベクトルＸ（ｔ）と
信号Ｓｒｘ2 （ｔ）のアンサンブル平均操作を行なうこ
とで、２番目のユーザＰＳ２から送信された信号の受信
応答ベクトルＨ2 を推定することが可能である。

【００７９】上述のようなアンサンブル平均は、たとえ
ば、受信時の１つのタイムスロット内の先頭の所定数の
データシンボル列と最後尾の所定数のデータシンボル列
について行われる。

【００８０】［送信応答ベクトルの推定］図３は、この
発明の前提となる送信応答ベクトル推定機３２の基本的
な動作を説明するための概念図である。ＰＤＭＡバース
トとして上下回線にそれぞれ４ユーザずつ割当てた８ス
ロット構成を考える。スロットの構成は、たとえば、先
頭の３１シンボルを第１のトレーニングシンボル列、後
続の６８シンボルをデータシンボル列、さらに最後尾の
３１シンボルを第２のトレーニングシンボル列とする。

【００８１】上述のとおり、上り回線スロットの先頭お
よび最後尾にトレーニングシンボル列を設け、上述の受
信応答ベクトル計算機２２のアルゴリズムを用いて両方
の受信応答ベクトルを算出する。

【００８２】そして、外挿処理（直線外挿）により下り
回線用の受信応答ベクトルを推定する。

【００８３】すなわち、受信応答ベクトルの要素の任意
の１つの時刻ｔにおける値をｆ（ｔ）とすると、上り回
線スロットの先頭トレーニングシンボル列の時刻ｔ０で
の値ｆ（ｔ０）と、上り回線スロットの最後尾トレーニ
ングシンボル列の時刻ｔ１での値ｆ（ｔ１）とに基づい
て、下り回線スロットの時刻ｔにおける値ｆ（ｔ）は、
以下のように予測できる。

【００８４】ｆ（ｔ）＝［ｆ（ｔ１）−ｆ（ｔ０）］／
（ｔ１−ｔ０）×（ｔ−ｔ０）＋ｆ（ｔ０） なお、以上の説明では、上り回線スロットの先頭と最後
尾にトレーニングシンボル列を設け、一次外挿すること
としたが、さらに、上り回線スロットの中央部にもトレ
ーニングシンボル列を設け、受信応答ベクトルの上り回
線スロット中の３点の値から、時刻ｔの値ｆ（ｔ）を２
次外挿で推定する構成としてもよい。もしくは、上り回
線スロット中のトレーニングシンボル列を設ける位置を
増やせば、さらに高次の外挿を行うことも可能である。

【００８５】このようにして推定を行った送信応答ベク
トルに基づいて、送信ウェイトベクトル計算機３０が、
送信ウェイトベクトルｗｔｘj1（ｊ＝１，２，３，４）
を計算する。

【００８６】［図３の送信応答ベクトル推定の問題点］
しかしながら、たとえば受信応答ベクトルが、ノイズや
サンプリング誤差による推定誤差のために振幅方向にず
れた場合、これらの受信応答ベクトルに基づいて、直線
外挿を行なえば、送信タイミングにおける送信応答ベク
トルはさらに大きく振幅方向にずれてしまい、誤った送
信応答ベクトルを推定してしまうことになる。

【００８７】したがって、このような誤った送信応答ベ
クトルに基づいて得られる送信ウェイトも誤ったものと
なり、下り回線の指向性の誤りすなわち送信エラーを引
き起こすことになる。特に、無線基地局と端末との間は
長距離のため、わずかな指向性のエラーは大きな送信エ
ラーの原因となる。

【００８８】このとき、受信環境によっては、フェージ
ングの影響が、複数のアンテナに均等に観測されない場
合も存在し得る。

【００８９】［実施の形態１］ ［実施の形態１のＰＤＭＡ用無線基地局２０００の構
成］図４は、本発明の実施の形態１のＰＤＭＡ用アダプ
ティプティブアレイ無線基地局２０００の構成を説明す
るための概略ブロック図である。

【００９０】ＰＤＭＡ用無線基地局２０００の構成が、
図１に示したＰＤＭＡ用無線基地局１０００の構成と異
なる点は、以下のとおりである。

【００９１】まず、第１には、この受信応答ベクトル計
算機２４でのドップラー周波数の推定結果に応じて、ア
ンテナ＃１〜＃４のうちの所定のアンテナにのみ送信信
号を与えるためのスイッチ回路１８−１〜１８−４が設
けられていることである。

【００９２】すなわち、後により詳しく説明するよう
に、アンテナ＃１〜＃４の各々について、対象となるユ
ーザ端末ＰＳ１からの受信信号に基づいて、この端末Ｐ
Ｓ１のフェージング速度、言い換えると、ドップラー周
波数（ＦＤ）を推定する。ＰＤＭＡ用無線基地局２００
０においては、受信応答ベクトル計算機２４は、各アン
テナごとに推定されたフェージング速度のうち、小さい
方からたとえば、２つのアンテナを選択する。ＰＤＭＡ
用無線基地局２０００は、スイッチ回路１８−１〜１８
−４を用いて、この選択された２本のアンテナのみを用
いて、ユーザ端末ＰＳ１に対する指向性を有するように
送信処理を行う。このような２本のアンテナの選択の可
能な組み合わせは、４本から２本を選ぶ組み合わせの個
数であって、６通りあることになる。より一般的には、
Ｎ本のアンテナが設けられている場合は、個々のアンテ
ナごとに推定されるフェージング速度、言い換えるとド
ップラー周波数の小さい方からｍ本を選び、このｍ本の
アンテナを用いて、所望のユーザ端末への送信指向性を
有する送信処理を行う。

【００９３】すなわち、受信環境によっては、アレイア
ンテナを構成する複数本のアンテナのうち、特定のアン
テナについて、他のアンテナよりもフェージングが大き
く検出されてしまう場合があり、この場合は、推定する
成分の劣化を招いていしまう。本発明では、フェージン
グの少ない安定なアンテナを選択することで、成分劣化
を抑制することができるので、受信時点の受信応答ベク
トルからより正確に送信時点での送信応答ベクトルを推
定することが可能となる。

【００９４】さらに、第２には、ＰＤＭＡ用無線基地局
２０００においては、受信応答ベクトル計算機２２の代
わりに、受信応答ベクトル計算機２４が設けられている
ことである。受信応答ベクトル計算機２４は、後に説明
するように、ドップラー周波数推定部（図示せず）を含
む。ドップラー周波数推定部は、上り回線の受信応答ベ
クトルに推定誤差が存在するものとして、伝搬路のフェ
ージングの程度を表わすドップラー周波数を正確に推定
する。このドップラー周波数の推定により、外挿処理の
ための適切なパラメータ、たとえば、外挿距離を調整し
て下り回線における正しい送信応答ベクトルを推定し、
ひいはて正しい送信指向性を実現することが可能とな
る。

【００９５】［受信応答ベクトル計算機２４の動作］次
に、図５は、この発明の実施の形態１による受信応答ベ
クトル計算機２４の構成を示す概略ブロック図である。
以下に、図５を参照して、この発明の実施の形態による
ドップラー周波数推定部の動作原理について説明する。

【００９６】なお、図３ないし図４に示すような上下回
線のそれぞれ所定数、たとえば４スロットからなる合計
８スロットを１フレームと称する。そしてこのようなフ
レームが時系列的に連続して上下回線の通信が交互に行
なわれることになる。また、伝搬路の伝搬環境は、伝搬
路の受信係数の変動、すなわちフェージングの程度によ
って表わされる。前述のようにフェージングの程度は物
理量としては、いわゆるドップラー周波数（ＦＤ）によ
って表現される。

【００９７】図５において、受信応答ベクトル計算機２
４は、上述した式（１６）および式（２０）に対応する
処理を行って、所望のユーザ端末、たとえば端末ＰＳ１
からの受信応答ベクトルを算出する受信応答ベクトル推
定部１０１と、受信応答ベクトル推定部１０１からの現
フレームの応答ベクトルに基づいて、端末ＰＳ１のフェ
ージング速度、言い換えると、ドップラー周波数ＦＤを
推定するドップラー周波数推定部１０３とを備える。

【００９８】ドップラー周波数推定部１０３は、推定し
たアンテナごとのドップラー周波数により、対象端末Ｐ
Ｓ１の推定されたフェージング速度が小さい方から所定
数、たとえば、２本のアンテナを選択するための信号を
スイッチ回路１８−１〜１８−４に対して出力する。

【００９９】ドップラー周波数推定部１０３は、応答ベ
クトル推定部１０１で推定された現在のフレームのスロ
ットにおける受信応答ベクトルを用いて、フレームのう
ち受信スロットの前縁部および当該受信スロットの後縁
部に対する受信応答ベクトルから、受信応答ベクトルの
相関値α１を、次式にしたがって算出する。

【０１００】 α１＝｜ｈ_ij1ｈ^* _ij2｜／|ｈ_ij1｜｜ｈ_ij2｜ ここで、ｈ_ij1は、当該受信スロットの前縁部、たとえ
ば、先頭部でのｉ番目のアンテナについてのｊ番目の端
末に対する受信応答ベクトル要素を表し、ｈ_{ij 2}は、当
該スロットの後縁部、たとえば、最後尾でのｉ番目のア
ンテナについてのｊ番目の端末に対する受信応答ベクト
ル要素を表し、ｈ^* _ij2は、ｈ_ij2の複素共役を表わす。

【０１０１】このようにして算出される相関値α１と、
ドップラー周波数との正確な対応関係を求めることは一
般には困難であるが、実験により、おおよその対応関係
を経験的に求めることができる。たとえば、相関値が１
から０．９５の範囲内にあれば、ドップラー周波数ＦＤ
は、ＦＤ＝０Ｈｚであると推定する。また、相関値が
０．９５から０．８０の範囲内にあれば、ＦＤ＝１０Ｈ
ｚであると推定する、等などである。

【０１０２】このように経験的に得られた受信応答ベク
トル相関値α１とドップラー周波数ＦＤとのおおよその
対応関係が、相関演算およびドップラー周波数推定部１
０３に予め格納されており、上述の計算式により求めら
れた相関値から、該当するドップラー周波数推定値が選
択され、ドップラー周波数推定部１０３において、アン
テナごとのドップラー周波数が推定される。

【０１０３】図５に示すような処理は、通常は、たとえ
ばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いてソフ
トウェア的に実行される。

【０１０４】図６は、このようにして推定されたドップ
ラー周波数ＦＤに着目した送信ウェイトの決定処理を表
わすフローチャートである。

【０１０５】図６を参照して、ステップＳ１００におい
て、まず、フレーム内の受信スロットについて、受信が
行われると（ステップＳ１００）、図４の受信応答ベク
トル計算機２４により、当該スロットについて伝搬路の
推定がなされ、具体的には上り回線スロットについて、
上述したような受信スロット内の異なる時刻での受信応
答ベクトルＨ（１）およびＨ（２）が推定される（ステ
ップＳ１０２）。

【０１０６】次に、ステップＳ１０４において、ドップ
ラー周波数推定部１０３によりアンテナごとにドップラ
ー周波数ＦＤ（フェージング速度）が推定される（ステ
ップＳ１０４）。

【０１０７】次に、ステップＳ１０６において、各アン
テナごとに推定されたドップラー周波数ＦＤ（フェージ
ング速度）のうち、小さい方から、特に限定されないが
たとえば、２つのアンテナを送信用のアンテナとして選
択する。

【０１０８】このとき、たとえば、４本のアンテナから
２本のアンテナを選択する際の組み合わせは、選択され
るアンテナを（＃ｉ，＃ｊ）で表すことにすると、（＃
１，＃２）、（＃１，＃３）、（＃１，＃４）、（＃
２，＃３）、（＃２，＃４）、（＃３，＃４）の６通り
がある。

【０１０９】送信時に使用するアンテナの組が決定され
ると、次に、ステップＳ１０８において、図４の送信応
答ベクトル推定機３２により、選択されたアンテナに対
応する送信応答ベクトルの推定がなされる。

【０１１０】送信時点での送信応答ベクトルの推定値が
求まると、送信ウェイトベクトル計算機３０により、送
信ウェイトベクトルを求めることができる。したがっ
て、ステップＳ１１０において、図４の送信ウェイトベ
クトル計算機３０により、上述のステップＳ１０８で決
定された下り回線の送信応答ベクトルに基づいて送信ウ
ェイトが推定される。

【０１１１】このとき、送信ウェイトベクトル計算機３
０は、ドップラー周波数推定部１０３により選択され
た、たとえば、Ｎ本のうちのｍ本のアンテナを用いて、
指向性を生成する演算を行う。

【０１１２】以上説明した手続きで、送信時のウェイト
ベクトルを決定して送信すれば、角度広がりなど動的な
レイリー伝搬路を想定した場合、ＴＤＤ／ＰＤＭＡ方式
においても上下回線間の時間差により発生する下り回線
での送信指向性の劣化を抑制することが可能である。

【０１１３】［実施の形態２］図７は、この発明の実施
の形態２のＰＤＭＡ用無線基地局において、実施の形態
１のＰＤＭＡ用無線基地局２０００の受信応答ベクトル
計算機２４の代わりに用いられる受信応答ベクトル計算
機２６の構成を示す概略ブロック図である。以下に、図
７を参照して、この発明の実施の形態２による受信応答
ベクトル計算機２６の動作原理について説明する。

【０１１４】応答ベクトル推定部１０１は、受信信号に
対して先に説明したアンサンブル平均の手法を適用する
ことにより、現在のフレームのスロットにおける受信応
答ベクトルを推定し、ドップラー周波数推定部１０３お
よびメモリ１０２に与える。

【０１１５】ドップラー周波数推定部１０３は、応答ベ
クトル推定部１０１で推定された現在のフレームのスロ
ットにおける受信応答ベクトルと、メモリ１０２に保持
されている前フレームの対応するスロットにおける受信
応答ベクトルとに基づいて、アンテナごとの相関値α２
を演算する。

【０１１６】 α２＝｜ｈ_ij1ｈ^* _ij2｜／|ｈ_ij1｜｜ｈ_ij2｜ ここで、ｈ_ij1は、時間的に前後する２フレームのうち
の前のフレームにおける受信スロットのｉ番目のアンテ
ナについてのｊ番目の端末に対する受信応答ベクトル要
素を表し、ｈ_ij2は、時間的に前後する２フレームのう
ちの後ろのフレームにおける受信スロットのｉ番目のア
ンテナについてのｊ番目の端末に対する受信応答ベクト
ル要素を表し、ｈ^* _ij2は、ｈ_ij2の複素共役を表わす。

【０１１７】このようにして算出される相関値α２と、
ドップラー周波数との正確な対応関係を求めることも、
やはり困難であるが、実験により、これも、おおよその
対応関係を経験的に求めることができる。

【０１１８】このように経験的に得られた受信応答ベク
トル相関値とドップラー周波数ＦＤとのおおよその対応
関係が、相関演算およびドップラー周波数推定部１０３
に予め格納されており、上述の計算式により求められた
ベクトル同士の相関値から、該当するドップラー周波数
推定値が選択され、ドップラー周波数推定部１０３から
出力されることになる。

【０１１９】また、ドップラー周波数推定部１０３は、
推定したアンテナごとのドップラー周波数により、対象
端末ＰＳ１の推定されたフェージング速度が小さい方か
ら所定数、たとえば、２本のアンテナを選択するための
信号をスイッチ回路１８−１〜１８−４に対して出力す
る。

【０１２０】図７に示すような処理も、通常は、たとえ
ばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いてソフ
トウェア的に実行される。

【０１２１】図８は、図７に示す回路構成による処理を
示すフローチャートである。この図８に示す処理では、
現在のフレームのスロットにおける受信応答ベクトル
と、直前のフレームの対応するスロットにおける受信応
答ベクトルとのベクトル相関値が求められる。

【０１２２】まず、ステップＳ１において現在のフレー
ムのスロットの受信応答ベクトルが推定される。

【０１２３】次に、ステップＳ２において、ステップＳ
１で推定された受信応答ベクトルが最初に推定された受
信応答ベクトルであるか否かが判定され、最初に推定さ
れた受信応答ベクトルであれば、ステップＳ５において
メモリ（図７のメモリ１０２）に記憶される。

【０１２４】一方、最初に推定された受信応答ベクトル
でなければ、ステップＳ３において、メモリに保持され
ている直前のフレームの対応するスロットの受信応答ベ
クトルと、ステップＳ１で推定された現在のフレームの
対応するスロットの受信応答ベクトルとの相関値ＣＯＲ
Ｒが算出される。

【０１２５】そして、ステップＳ４において、前述のよ
うに予め実験的に求められ保持されているベクトル相関
値とドップラー周波数ＦＤとの対応関係に基づいて、算
出された相関値ＣＯＲＲに対応するドップラー周波数Ｆ
Ｄが推定され、出力される。

【０１２６】一方で、ステップＳ５において、ステップ
Ｓ１において推定された現在のフレームのスロットの受
信応答ベクトルはメモリ（図７のメモリ１０２）に記憶
される。

【０１２７】以上のステップＳ１−Ｓ５を繰り返し実行
することにより、時間的に前後する、すなわち連続する
２フレーム間の対応するスロットの受信応答ベクトル同
士の瞬時的なベクトル相関値を連続して得ることができ
る。

【０１２８】次に、図９は、図８に示した処理の変形例
を示すフローチャートである。図９において、ステップ
Ｓ１１で受信エラーが検出されなければ、以後の動作は
基本的に図８の例と同じであり、説明を繰り返さない。
一方、ステップＳ１１で受信エラーが検出されれば、検
出されなくなるまで次のステップＳ１に進むことはでき
ない。

【０１２９】受信エラーの検出がなくなれば、ステップ
Ｓ１からＳ５までの動作が実行されるが、この場合図８
の例と異なるのは、ステップＳ３’の処理である。すな
わち、受信エラーを含むスロットの応答ベクトル推定
は、ステップＳ１１によって排除されているので、ステ
ップＳ３’においては、メモリに保持されている過去の
フレームのスロットのうち受信エラーが無かった最も直
近のスロットにおける受信応答ベクトルと、ステップＳ
１で推定された現在のフレームのスロットの受信応答ベ
クトルとの相関値ＣＯＲＲが推定される。以後の処理
は、図８の例と同じである。

【０１３０】この図９の例では、受信エラーの影響を排
除することができ、より正確なドップラー周波数の推定
が可能となる。

【０１３１】以上のように、この発明によるドップラー
周波数推定部１０３を用いると、正確に推定された端末
ごとのドップラー周波数ＦＤの推定結果に基づいて、た
とえば、フレーム間等での異なる時刻にわたるフェージ
ングによる変動量の少ないアンテナを所定数だけ選択し
て使用することにより、受信信号の成分劣化を抑制し、
さらに、下り回線の送信応答ベクトルを正確に推定し、
良好な通信品質を実現することが可能である。

【０１３２】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限なものではないと考えられるべきであ
る。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範
囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および
範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。

【０１３３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、受信
信号そのものではなく受信応答ベクトル同士の相関値に
基づいてドップラー周波数を推定することにより、受信
信号における干渉成分の影響を受けることなく、ユーザ
端末についてのドップラー周波数を複数のアンテナの各
々に対して推定する。この発明では、この推定結果に基
づいて、フェージングによる変動量の少ないアンテナを
選択的に使用する。これにより、下り回線の送信応答ベ
クトルを正確に推定することができ、ひいては良好な送
信指向性制御を行なうことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 送信ウェイトベクトルを推定して送信指向性
を制御するＰＤＭＡ用無線基地局１０００の構成を示す
概略ブロック図である。

【図２】 無線装置１０００の基本的な動作の概要を説
明するためのフローチャートである。

【図３】 送信応答ベクトル推定機３２の基本的な動作
を説明するための概念図である。

【図４】 本発明の実施の形態１のＰＤＭＡ用アダプテ
ィプティブアレイ無線基地局２０００の構成を説明する
ための概略ブロック図である。

【図５】 発明の実施の形態１による受信応答ベクトル
計算機２４の構成を示す概略ブロック図である。

【図６】 推定されたドップラー周波数ＦＤに着目した
送信ウェイトの決定処理を表わすフローチャートであ
る。

【図７】 実施の形態２のＰＤＭＡ用無線基地局の受信
応答ベクトル計算機２６の構成を示す概略ブロック図で
ある。

【図８】 図７に示す回路構成による処理を示すフロー
チャートである。

【図９】 図８に示した処理の変形例を示すフローチャ
ートである。

【図１０】 周波数分割多重接続，時分割多重接続およ
びＰＤＭＡの各種の通信システムにおけるチャネルの配
置図である。

【図１１】 携帯電話機の電波信号のフレーム構成を示
す概略図である。

【符号の説明】

ＳＲ１ 受信部、ＳＴ１ 送信部、＃１〜＃４ アンテ
ナ、１０−１〜１０−４ スイッチ回路、１２−１〜１
２−４ 乗算器、１３ 加算器、１５−１〜１５−４
乗算器、２０ 受信ウェイトベクトル計算機、２２，２
４，２６ 受信応答ベクトル計算機、３０ 送信ウェイ
トベクトル計算機、３２ 送信応答ベクトル推定機、３
４，１０２，１０４ メモリ、１０１ 応答ベクトル推
定部、１０３ ドップラー周波数推定部、１０００ 無
線装置（無線基地局）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 7/10 Ｈ０４Ｂ 7/10 Ａ Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB02 DB03 EA04 FA05 FA13 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA26 FA29 FA30 FA32 GA06 HA05 5K022 FF00 5K059 CC03 CC04 DD27 DD32

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リアルタイムにアンテナ指向性を変更
   し、複数の端末との間で信号の送受信を時分割で行なう
   アダプティブアレイ無線装置であって、 離散的に配置された複数のアンテナと、 前記複数のアンテナからの信号に基づいてアダプティブ
   アレイ処理により前記複数の端末のうち特定の端末装置
   からの信号を分離するための受信信号分離手段と、 前記特定の端末との間の伝搬路のドップラー周波数を前
   記アンテナごとに推定し、前記複数のアンテナのうち対
   応するドップラー周波数の小さいものから所定数のアン
   テナを選択するドップラー周波数推定手段と、 前記受信伝搬路推定手段の推定結果と前記ドップラー周
   波数推定手段の推定結果とに基づいて、選択された前記
   所定数のアンテナを用いて、前記特定の端末に対して送
   信指向性を有する送信信号を送出するための送信指向性
   形成手段をさらに備えた、アダプティブアレイ無線装
   置。
2. 【請求項２】 前記ドップラー周波数推定手段は、 前記複数のアンテナで受信した信号に基づいて、前記特
   定の端末からの伝搬路の受信応答ベクトルを推定する受
   信伝搬路推定手段と、 前記受信伝搬路推定手段によって推定された時間的に前
   後する受信応答ベクトルに基づいて前記アンテナごとに
   相関値を算出する相関演算手段と、 予め経験的に決定された相関値とドップラー周波数との
   対応関係に基づいて、前記相関演算手段によって算出さ
   れた相関値に対応するドップラー周波数を推定し、前記
   所定数のアンテナを選択する推定選択手段とを含む、請
   求項１に記載のアダプティブアレイ無線装置。
3. 【請求項３】 前記相関演算手段は、同一スロットの前
   半における受信応答ベクトルと、後半における受信応答
   ベクトルとに基づいて前記相関値を算出する、請求項２
   に記載のアダプティブアレイ無線装置。
4. 【請求項４】 前記相関演算手段は、現在のフレームの
   スロットにおける受信応答ベクトルと、直前のフレーム
   のスロットにおける受信応答ベクトルとに基づいて前記
   相関値を算出する、請求項２に記載のアダプティブアレ
   イ無線装置。
5. 【請求項５】 前記相関演算手段は、現在のフレームの
   スロットにおける受信応答ベクトルと、過去のフレーム
   のスロットのうち受信エラーが無かった最も直近のスロ
   ットにおける受信応答ベクトルとに基づいて前記相関値
   を算出する、請求項２に記載のアダプティブアレイ無線
   装置。