JP2003338781A - アンテナ送受信システム - Google Patents

アンテナ送受信システム

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JP2003338781A JP2002146814A JP2002146814A JP2003338781A JP 2003338781 A JP2003338781 A JP 2003338781A JP 2002146814 A JP2002146814 A JP 2002146814A JP 2002146814 A JP2002146814 A JP 2002146814A JP 2003338781 A JP2003338781 A JP 2003338781A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 セル伝搬環境に応じて基地局アンテナを複数
アレー群に分割し、各アレー群では緩い指向性ビーム制
御を行うとともに、アレー群間では異なるデータの並列
送信(MIMO送信)を行うことによりシステム特性を向
上する。 【解決手段】 基地局の送信機において、データ直並列
変換器2は、送信データをM個の系列に直並列変換す
る。M個の変調器3-1〜3-Mは、各送信データを変調す
る。M個のビームフォーマ4-1〜4-Mは、各変調信号に重
み付けを行って指向性ビームを形成する。送信アンテナ
5-1-1〜5-M-N/Mは、ビームを絞り各変調信号を並列送信
(MIMO送信)する。移動局の受信機では、受信アンテ
ナ6-1〜6-Mは、送信データを受信する。MIMO復調器
7は、並列送信データを復調する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は移動通信システムに
おけるアンテナ送受信システムに関し、特に、各セル内
におけるデータ伝送の高能率化、大容量化の実現が可能
なアンテナ送受信システムに関する。
【0002】
【従来の技術】将来の移動通信セルラーシステムでは、
特に下り回線において高速パケットデータトラヒックの
増加が予想される。このため高能率、大容量を実現する
無線伝送方式の開発が急がれており、伝搬環境の良いユ
ーザには優先的に多値変調方式を用いて高速データ伝送
を実現する方法が検討されている。また、空間領域処理
により受信信号の信号電力対干渉雑音電力比(SIN
R)を改善するアレーアンテナ技術の応用が期待されて
いる。
【0003】移動通信システムでは、移動局(携帯端
末)の小型軽量化に対する要求が厳しい。そこで、比較
的複雑な信号処理を採用できる基地局に複数アンテナを
設置し、移動局に向けてアンテナ指向性を絞る指向性ビ
ーム送信制御が有効な手段と考えられる。指向性ビーム
送信制御では希望信号の利得を稼ぐとともに他の移動局
へ干渉を与えないことにより通信の高品質化、セル範囲
の拡大効果が得られる。一方、移動機でも比較的少ない
数(2〜4)のアンテナ装備は可能であり、空間ダイバ
ーシチ受信による特性改善は効果的である。
【0004】図8は、従来のアンテナ送受信システムの
構成例を示している。従来のアンテナ送受信システム
は、基地局の送信機にN個(Nは2以上の整数)のアン
テナと、移動局の受信機にM個(Mは2以上の整数)の
アンテナを備え、基地局の送信側で指向性ビーム送信を
行うとともに、移動局の受信側ではダイバーシチ受信を
行う。基地局アンテナ数Nは移動局アンテナ数Mより十
分に大きく設定でき、一般にNは6〜8、Mは2程度で
ある。
【0005】図8の基地局送信機(a)は、符号器10
1、変調器102、ビームフォーマ103、送信アンテナ104-1
〜104-Nを有し、符号器101は、データ信号を入力し、誤
り訂正符号化を行う。変調器102は、符号化されたビッ
トを一定の長さに区切り変調シンボルにマッピングす
る。
【0006】図9は、変調器102の出力であるディジタ
ル変調信号の例を示しており、図9(a)は4相位相シ
フトキーイング信号(QPSK)の例で各変調シンボル
は2ビットの符号化データから成り、図9(b)は16
値振幅位相変調信号(16QAM)の例で各変調シンボ
ルは4ビットの符号化データから成る。一般に各ビット
は各変調シンボルが隣接シンボルに誤った場合にビット
誤りが少なくなるようにマッピングされる(グレイコー
ドマッピング)。
【0007】図10は、ビームフォーマ103の構成例を
示しており、ディジタル変調信号に複素数の重み付けを
行うことで指向性ビームを形成する。変調器102の出力
は、送信アンテナ数N個に分岐され、それぞれに乗算器
111-1〜111-Nでアンテナ重みを乗算する。送信アンテナ
104-1〜104-Nはアンテナ重み付けされた信号をそれぞれ
送信する。アンテナ重みの計算方法としては、マルチパ
スの到来角度推定に基づく方法、適応アルゴリズム制御
による方法等がある。
【0008】図11は、送信アンテナの幾何学的配置例
を示しており、N個の送信アレーアンテナの間隔は指向
性形成が行えるように狭く設定されており、一般には0.
5波長間隔が選ばれる。
【0009】図8の移動局受信機(b)は、受信アンテ
ナ105-1〜105-M、ダイバーシチ復調器106、復号器107を
有し、受信アンテナ105-1〜105-Mは、伝送路で独立なフ
ェージングを受けた送信信号を受信する。移動局では一
般に全方向からの散乱波を受信するため、基地局と比べ
受信アンテナ105-1〜105-Mは比較的狭いアンテナ間隔の
設置で独立なフェージング信号を受信できる。
【0010】図12は、ダイバーシチ復調器106の構成
例を示している。ダイバーシチ復調器106は、各アンテ
ナの受信信号を最大比合成するとともに各ビットを復調
する。そのため、伝送路推定器121-1〜121-Mは、各アン
テナの受信信号の振幅、位相を推定する。複素共役操作
122-1〜122-Mは、伝送路推定値の複素共役を計算する。
乗算器123-1〜123-Mは、伝送路推定値の複素共役を乗算
し、受信信号の位相復調を行うとともに最大比合成を行
うための振幅重み付けを行う。
【0011】合成器124は、重み付けされた各アンテナ
信号を加算する。軟判定器125は、位相補正された各変
調シンボルから各ビットの軟判定復調を行う。QPSK
信号の場合には、合成器124の出力である複素信号のI
軸(実軸)成分、Q軸(虚軸)成分をそのまま第1ビッ
ト、第2ビットの軟判定復調信号として利用できる。8
PSK信号やQAM信号の場合には、軟判定復調信号を
得るには工夫が必要となり、一般に最尤推定が用いられ
る。
【0012】復調ビット
【0013】
【数1】 の尤度関数
【0014】
【数2】 は次式で表わされる。
【0015】
【数3】 ここで、Aは伝送路推定に用いるパイロット信号のレ
ベルである。rは合成器124の出力である。xは変調信
号の各シンボル点である。hは各アンテナ受信信号の
伝送路推定値であり、Arとxとのレベルを調整する
ために用いられる。
【0016】図13を用いて上記(1)式で示される軟
判定復調動作を簡単に説明する。図13は16QAM信
号の場合を示している。第1ビットの復調を行う場合、
まずビット0が送られた場合の全ての変調シンボルとr
との距離の2乗を計算し、それらの最小値を求める。図
13では最小値は0001のシンボルである。次にビッ
ト1が送られた場合の全ての変調シンボルとrとの距離
の2乗を計算し、それらの最小値を求める。図13では
1001のシンボルである。それぞれの最小値の差が第
1ビットの軟判定復調信号となる。図13の例では、そ
の差が負の値になり0よりの復調結果となる(硬判定で
は0)。
【0017】第2ビットから第4ビットに対して同様の
軟判定復調動作を行うことにより第2ビットから第4ビ
ットの軟判定復調信号が求められる。復号器107は、こ
の最尤推定法により求められた各ビットの軟判定復調信
号を用いて誤り訂正復号を行う。誤り訂正方式として畳
み込み符号化/ビタビ復号やターボ符号化/復号がよく
用いられる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】図8に示す従来のアン
テナ送受信システムは、高アンテナ高基地局を有する大
セルシステムでは優れた性能を発揮する。そのようなシ
ステムでは基地局と移動局の距離が離れているためマル
チパスの到来角度差が小さく、指向性ビーム送信制御に
よりビームを狭く絞ることにより大きな利得が得られ
る。
【0019】図14にアンテナ数に対するビーム利得特
性の一例を示す。パス到来角度がAの方向(0°)に集
中している場合は、アンテナ数を増加し、ビームを狭く
することでピーク利得が増加し、6アンテナ送信では、
3アンテナ送信と比べ3dB利得が向上する。しかし、低
アンテナ高基地局を有する中小セルシステムでは、基地
局と移動局の距離が近づくためパス到来角度差が広が
る。
【0020】例えば、パスがAの方向(0°)だけでな
く、B、Cの方向(±15°)から到来する場合を考える
と、6アンテナ送信では、B、C方向の利得が約10dB低
下し、これらのパスではほとんど移動局へ送信電力を伝
達できない。このため総合の伝送効率は約40%に低下す
る。一方、3アンテナ送信では、A方向のパスで利得が
3dB低下するもののB、C方向ではビーム利得の低下が
小さく、総合では6アンテナ送信と同じく約40%の効率
となる。
【0021】このようにパス到来角度差が広いセル伝搬
環境では、アンテナ数を増やして送信指向性ビームを狭
く絞っても伝送効率を向上させることができない。ま
た、基地局と移動局の距離が近づくとアンテナ間の信号
相関が低下しビーム形成自体が困難となりビーム利得が
低下するという問題も重なる。
【0022】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、特
に、低アンテナ高基地局を有する中小セルシステムの伝
送効率を向上させることが可能なアンテナ送受信システ
ムを提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】複数の送信アンテナで互
いに異なる複数のデータを並列伝送し、複数の受信アン
テナでこの複数のデータを受信することにより、高速レ
ート化を図る技術(MIMO;Multiple-Input Multipl
e-Out)が、H.Huang、M.Sandell and H.Viswanathan、
“Achieving high data rate on the UMTS downlink sh
ared channel using multiple antennas”3G Mobile co
mmunication Technologies、26-28 March2001、あるい
は石井、吉田、後川“W-CDMA高速下りパケット伝送にお
けるBeamformingとMIMOの特性比較”2002年電子情報通
信学会総合大会、B-5-111において、提案、検討されて
いる。
【0024】本発明は、複数のアンテナを備える基地局
アンテナをセル伝搬環境に応じて複数アレーアンテナ群
に分割し、各アレーアンテナ群では緩い指向性ビーム制
御を行うとともに、アレーアンテナ群間では上記MIM
O技術を適用することにより、異なるデータの並列送信
(MIMO送信)を行うように構成し、それによりシス
テムとして総合的にその特性を向上させることを特徴と
している。
【0025】即ち、本発明のアンテナ送受信システム
は、基地局が複数アンテナを備え、それらをセル伝搬環
境に応じて複数アレーアンテナ群に分割し、各アレーア
ンテナ群では緩い指向性ビーム制御を行うとともに、ア
レーアンテナ群間では異なるデータの並列送信(MIM
O送信)を行い、移動局は複数アンテナを備え、並列送
信データの受信(MIMO受信)を行うことを特徴とす
る。
【0026】そのため、本発明のアンテナ送受信システ
ムでは、基地局のアンテナ間隔は、アレーアンテナ群の
アンテナ間相関ができるだけ高くなるように、かつアレ
ーアンテナ群間のアンテナ相関ができるだけ低くなるよ
うに決定し、移動局のアンテナ間隔は、アンテナ間相関
ができるだけ低くなるように決定する。
【0027】本発明のアンテナ送受信システムでは、ア
レーアンテナ群の分割数、あるいは各アレーアンテナ群
の指向性ビーム幅は、基地局におけるマルチパスの到来
角度差、あるいはアンテナ間相関値に応じて決定され
る。
【0028】本発明のアンテナ送受信システムでは、ア
レーアンテナ群の分割数、あるいは各アレーアンテナ群
の指向性ビーム幅は、セル半径、あるいは基地局アンテ
ナ高に応じて決定される。
【0029】また、本発明のアンテナ送受信システム
は、第1の基地局群は複数アンテナを備え、全てのアレ
ーアンテナを用いて指向性ビーム制御を行い、第2の基
地局群は複数アンテナを備え、それらをセル伝搬環境に
応じて複数アレーアンテナ群に分割し、各アレーアンテ
ナ群では緩い指向性ビーム制御を行うとともに、アレー
アンテナ群間では異なるデータの並列送信(MIMO送
信)を行い、移動局は複数アンテナを備え、第1の基地
局群と通信するときはダイバーシチ受信を行い、第2の
基地局群と通信するときは並列送信データの受信(MI
MO受信)を行うことを特徴とする。
【0030】本発明のアンテナ送受信システムでは、第
1の基地局群のアンテナ間隔は、アンテナ間相関ができ
るだけ高くなるように決定し、第2の基地局群のアンテ
ナ間隔は、アレーアンテナ群のアンテナ間相関ができる
だけ高くなるように、アレーアンテナ群間のアンテナ相
関ができるだけ低くなるように決定し、移動局のアンテ
ナ間隔は、アンテナ間相関ができるだけ低くなるように
決定する。
【0031】本発明のアンテナ送受信システムでは、第
1の基地局群と第2の基地局群の区別、あるいは第2の
基地局群におけるアレーアンテナ群の分割数、あるいは
各アレーアンテナ群の指向性ビーム幅は、基地局におけ
るマルチパスの到来角度差、あるいはアンテナ間相関値
に応じて決定される。
【0032】本発明のアンテナ送受信システムでは、第
1の基地局群と第2の基地局群の区別、あるいは第2の
基地局群におけるアレーアンテナ群の分割数、あるいは
各アレーアンテナ群の指向性ビーム幅は、セル半径、あ
るいは基地局アンテナ高に応じて決定される。
【0033】本発明のアンテナ送受信システムでは、移
動局はダイバーシチ受信機能とMIMO受信機能を有す
るソフトウェアを備え、基地局のアンテナ送信システム
に応じてソフトウェアを切り替えてダイバーシチ受信、
あるいは並列送信データの受信(MIMO受信)を実現
する。
【0034】本発明のアンテナ送受信システムでは、基
地局の送信機は、送信データをM個の系列に直並列変換
するデータ直並列変換器と、各送信データを変調するM
個の変調器と、各変調信号に重み付けを行って指向性ビ
ームを形成するM個のビームフォーマと、ビームを絞り
各変調信号を並列送信(MIMO送信)する送信アンテ
ナとを有し、移動局の受信機は、送信データを受信する
受信アンテナと、並列送信データを復調するMIMO復
調器とを有する。
【0035】本発明のアンテナ送受信システムでは、第
1の基地局群の送信機は、送信データを変調する変調器
と、変調信号に重み付けを行って指向性ビームを形成す
るビームフォーマと、ビームを絞り変調信号を送信する
送信アンテナとを有し、第2の基地局の送信機は、送信
データをM個の系列に直並列変換するデータ直並列変換
器と、各送信データを変調するM個の変調器と、各変調
信号に重み付けを行い、指向性ビームを形成するM個の
ビームフォーマと、ビームを絞り各変調信号を並列送信
(MIMO送信)する送信アンテナとを有し、移動局の
受信機は、送信データを受信する受信アンテナと、第1
の基地局群と通信するため送信データをダイバーシチ復
調するダイバーシチ復調器と、第2の基地局群と通信す
るため並列送信データを復調するMIMO復調器とを有
する。
【0036】また、本発明のアンテナ送受信システムで
は、移動局の受信機は、ダイバーシチ復調機能とMIM
O復調機能を有するソフトウェアを備え、基地局のアン
テナ送信システムに応じて各ソフトウェアを切り替えて
ダイバーシチ復調、あるいはMIMO復調を実現する復
調モード切り替え制御部を有する。
【0037】本発明のアンテナ送受信システムによれ
ば、セル伝搬環境に応じて基地局アンテナを複数アレー
アンテナ群に分割し、各アレーアンテナ群では緩い指向
性ビーム制御を行うとともに、アレーアンテナ群間では
異なるデータの並列送信(MIMO送信)を行っている
ので、より高能率、大容量のデータ伝送を実現すること
が可能となり、システム特性の向上を図ることができ
る。
【0038】
【発明の実施の形態】図1は、本発明のアンテナ送受信
システムの実施形態を示すブロック図である。
【0039】本実施形態のアンテナ送受信システムは、
基地局の送信機にN個(Nは2以上の整数)のアンテナ
と、移動局の受信機にM個(Mは2以上の整数)のアン
テナを備える。基地局アンテナ数Nは移動局アンテナ数
Mより十分に大きく設定でき、一般にNは6〜8、Mは
2〜4程度である。
【0040】基地局はアンテナをセル伝搬環境に応じて
複数アレーアンテナ群に分割し、各アレーアンテナ群で
は緩い指向性ビーム制御を行うとともに、アレーアンテ
ナ群間ではデータの並列送信(MIMO送信)を行う。
受信側ではMIMOに対応した受信を行う。MIMO送
受信では、従来の1系列データ送信と比べ送信アンテナ
のアレーアンテナ群の数(M)倍のデータ量を送れるた
め、同一伝送レート条件では適用する変調方式の次数
(多値シンボル数)を低減できる。また、所要ビットエ
ネルギー対雑音電力密度比(Eb/No)は低次変調ほ
ど少ないため、1系列送信と比べ特性改善が得られる。
【0041】基地局アンテナのアレーアンテナ群の分割
数、あるいは各アレーアンテナ群の指向性ビーム幅は、
基地局におけるマルチパスの到来角度差、あるいはアン
テナ間相関値に応じて決定する。マルチパスの到来角度
差が大きい場合、あるいはアンテナ間相関が小さい場合
は、ビームを絞っても利得が得られないためアレーアン
テナ群の分割数を大きくし、各アレーアンテナのビーム
幅を広くするとともにデータの並列送信(MIMO送
信)を行うことでMIMOによる利得を得る。また、マ
ルチパスの到来角度差やアンテナ間相関は、セル半径や
基地局アンテナ高に依存するためアレーアンテナ群の分
割数、あるいは各アレーアンテナ群の指向性ビーム幅を
それらに応じて決定することもできる。
【0042】図1において、基地局送信機(a)は、符
号器1、データ直並列変換器2、変調器3-1〜3-M、ビー
ムフォーマ4-1〜4-M、送信アンテナ5-1-1〜5-M-N/Mを有
し、符号器1は、データ信号を入力し、誤り訂正符号化
を行う。データ直並列変換機2は、符号化された1系列
のデータをM個の系列に順次分配する。変調器3-1〜3-M
は、各系列のビットを一定の長さに区切り変調シンボル
にマッピングする。
【0043】変調器3-1〜3-Mの出力であるディジタル変
調信号は、例えば図9(a)の4相位相シフトキーイン
グ信号(QPSK)を用いた場合、各変調シンボルは2
ビットの符号化データとなり、図9(b)の16値振幅
位相変調信号(16QAM)を用いた場合、各変調シン
ボルは4ビットの符号化データとなる。一般に各ビット
は各変調シンボルが隣接シンボルに誤った場合にビット
誤りが少なくなるようにマッピングされる(グレイコー
ドマッピング)。
【0044】ビームフォーマ4-1〜4-Mは、変調器3-1〜3
-Mの出力であるM個のディジタル変調信号を個別に入力
し、該入力したディジタル変調信号をN/Mに分配してそ
れぞれ複素数の重み付けを行うことで指向性ビームを形
成する。
【0045】図2は、ビームフォーマ4-1の構成例を示
している。変調器3-1の出力は、ビームフォーマ4-1にお
いてアレーアンテナ群内の送信アンテナ数N/M個に分岐
され、それぞれに乗算器21-1-1〜21-1-N/Mでアンテナ重
みを乗算する。アレーアンテナ群内のN/M個の送信アン
テナ5-1-1〜5-M-N/Mはアンテナ重み付けされたそれぞれ
の信号を送信する。アンテナ重み付けの計算方法として
は、マルチパスの到来角度推定に基づく方法、適応アル
ゴリズム制御による方法等が知られており、本実施形態
ではそれらの適宜の方法を採用することができる。
【0046】図3は、本実施形態における送信アンテナ
の幾何学的配置例を示しており、N個のアンテナは、M
個のアレーアンテナ群に分割され、各アレーアンテナ群
間の間隔はフェージングが独立になるように広く設定さ
れる。一般には10波長間隔以上が選ばれる。また、各ア
レーアンテナ群内のN/M個の送信アンテナの間隔は指向
性形成が行えるように狭く設定され、一般には0.5波長
間隔が選ばれる。図3は、送信アンテナを2群のアレー
アンテナ群に分割した例(M=2)を示している。相関
の低い2群のアレーアンテナ群を形成するために両偏波
アレーを用いてもよい。
【0047】一方、本実施形態(図1)における移動局
側の受信機(b)は、M個の受信アンテナ6-1〜6-M、M
IMO復調器7、復号器8を有しており、受信アンテナ
6-1〜6-Mは、伝送路で独立なフェージングを受けた並列
送信信号を受信する。移動局では一般に全方向からの散
乱波を受信するため、基地局と比べ受信アンテナ6-1〜6
-Mは比較的狭いアンテナ間隔の設置で独立なフェージン
グを受信できる。相関の低い2ブランチを形成するため
に両偏波アンテナを用いてもよい。
【0048】図4は、送信アンテナのアレーアンテナ群
の分割数を2、受信アンテナ数を2とした場合のMIM
O伝送路を模式的に示したものである。各送受ブランチ
間の伝送路は2×2の独立なフェージングを受けると考
えられる。ここで伝送路行列Hを、
【0049】
【数4】 送信側の各アレーアンテナ群の送信信号をx=(x
(Tは転置を示す)で表わすと、受信側の各アン
テナの受信信号r=(rは次式で示される。
【0050】r=Hx+v ここで、vは熱雑音である。
【0051】MIMO復調器で7は、各アンテナの受信
信号を用いて、送信機側の各アレーアンテナ群から送信
された並列送信データの各ビットを復調する。MIMO
復調方法としては、大別して干渉キャンセル受信と最尤
推定受信がある。ここでは特性に優れた最尤推定受信に
ついて説明する。
【0052】MIMOの最尤推定受信における復調ビッ
【0053】
【数5】 の尤度関数
【0054】
【数6】 は次式で表わされる。
【0055】
【数7】 MIMOの最尤推定受信は多値変調信号の最尤推定受信
と相似しており、異なるアンテナから送信され伝搬路上
で多重された信号を受信側である種の多値変調信号とみ
なし、並列送信データのビット毎に尤度を計算する。尤
度計算では受信アンテナ毎の尤度を合計して判定するこ
とで空間ダイバーシチ効果と他アンテナ干渉のキャンセ
ル効果が得られる。
【0056】図5は、本実施形態のMIMO復調器7と
して、最尤推定手段を用いた場合の概略構成例を示して
おり、各受信アンテナ6-1〜6-Mにより受信された信号
は、それぞれ個別に尤度計算部70-1〜70-Mで、送信デー
タのビット毎の尤度計算が行われ、合成器71で送信デー
タのビット毎に尤度を加算し、尤度比較部72で最小値を
選択して軟判定復調信号とする。この式(2)による尤
度計算等を行うMIMO復調動作は、MIMO復調機能
を実行するソフトウェアによって実現することができ
る。
【0057】なお、実施例では、送信側のアレーアンテ
ナ群の数(M)および受信側のアンテナの数(M)が同
数に設定されている場合について説明したが、両者の数
は必ずしも等しく設定する必要はない。一般に、受信側
のアンテナの数を多くするほど、空間ダイバーシチ効果
と他アンテナ干渉のキャンセル効果は大きくなる。
【0058】復号器8は、各ビットの軟判定復調信号を
用いて誤り訂正復号を行う。誤り訂正方式として畳み込
み符号化/ビタビ復号やターボ符号化/復号がよく用い
られる。本実施例では、送信機に符号器1、受信機に復
号器8を有し、軟判定復調信号を用いた誤り訂正制御を
行う構成を示しているが、これらは本発明の必須構成要
素ではない。誤り訂正制御を行わない場合も本発明に含
まれる。
【0059】図6は、本発明の第2の実施形態における
受信機の構成を示すブロック図であり、図7は、第2の
実施形態が適用されるセルシステムの例を示している。
【0060】本実施形態の場合、図7に示される低アン
テナ高基地局33を有する中小セルシステム31では基地局
33の複数の送信アンテナを複数のアレーアンテナ群に分
割し、各アレーアンテナ群では緩い指向性ビーム制御を
行うとともに、アレーアンテナ群間では異なるデータの
並列送信することにより、指向性ビーム送信とMIMO
送信を併用し、移動局35が中小セルシステム31内に位置
しているときには移動局35はMIMO復調を行う。
【0061】一方、高アンテナ高基地局34を有する大セ
ルシステム32では従来のダイバーシチシステムの方が優
れているので指向性ビーム送信のみを行う構成となって
おり、移動局35が大セルシステム32内に位置していると
きには、移動局35はダイバーシチ受信を行う必要があ
る。
【0062】各基地局ではシステム敷設時にセル伝搬環
境に応じて指向性ビーム送信かMIMO送信のいずれか
を選択すればよいが、移動局は両者の基地局システムに
接続し、通信を行う必要がある。その際、移動局が基地
局アンテナ送信システムに応じて複数の端末を携行する
のは不経済である。そこで本実施形態では、受信機はダ
イバーシチ復調機能とMIMO復調機能を実現するソフ
トウェアを備え、基地局アンテナ送信システムに応じて
それらのソフトウェアを切り替えてダイバーシチ復調、
あるいはMIMO復調を実現するデュアルモード復調器
を備える。
【0063】そのため本実施形態の受信機は、受信アン
テナ6-1〜6-M、デュアルモード復調器9、復号器8及び
復調モード切り替え制御部12を有している。
【0064】受信アンテナ6-1〜6-Mは、指向性ビーム送
信信号、あるいはMIMO送信信号を受信する。デュア
ルモード復調器9は、基地局アンテナ送信システムに応
じて指向性ビーム送信時はダイバーシチ復調器10の機能
を実現し、MIMO送信時はMIMO復調器11の機能を
実現するように復調モード切り替え制御部12がソフトウ
ェアを切り替えて実行する。復号器8は、ダイバーシチ
復調器10、あるいはMIMO復調器11の出力である各ビ
ットの軟判定復調信号を用いて誤り訂正復号を行う。
【0065】
【発明の効果】本発明では、セル伝搬環境に応じて基地
局アンテナを複数アレーアンテナ群に分割し、各アレー
アンテナ群では緩い指向性ビーム制御を行うとともに、
アレーアンテナ群間では異なるデータの並列送信(MI
MO送信)を行っているので、より高能率、大容量のデ
ータ伝送を実現することが可能となり、システム特性の
向上を図ることができる。
【0066】また、本発明では、セル伝搬環境に応じて
指向性ビーム送信とMIMO送信を行う基地局が混在す
るシステムにおいて、移動局は1つの端末でダイバーシ
チ復調機能とMIMO復調機能を有するソフトウェアを
切り替えて異なるアンテナ送信システムの基地局と通信
することができ、セル伝搬環境に柔軟に対応した送受信
システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアンテナ送受信システムの第1実施形
態を示すブロック図である。
【図2】本実施形態におけるビームフォーマの構成を示
すブロック図である。
【図3】本実施形態における送信アンテナアレー群およ
びその指向性パターンの例を示す図である。
【図4】MIMOフェージング伝送路を模式的に示す図
である。
【図5】本実施形態のMIMO復調器7として、最尤推
定手段を用いた場合の構成例を示すブロック図である。
【図6】本発明のアンテナ送受信システムの第2実施形
態を示すブロック図である。
【図7】本発明の第2の実施形態が適用される、大セル
システムと中小セルシステムが混在するセルシステムの
例を示す図である。
【図8】従来のアンテナ送受信システムの構成を示す図
である。
【図9】多値変調信号のシンボル点を示す図である。
【図10】従来例におけるビームフォーマの構成を示す
ブロック図である。
【図11】従来例における直線アレーアンテナを示す図
である。
【図12】従来例におけるダイバーシチ復調器の構成を
示す図である。
【図13】軟判定器の動作を示す図である。
【図14】指向性ビーム送信制御におけるビーム利得を
示す図である。
【符号の説明】
1、101 符号器 2 データ直並列変換器 3-1〜3-M、102 変調器 4-1〜4-M、103 ビームフォーマ 5-1-1〜5-M-N/M サブアレー送信アンテナ 6-1〜6-M、105-1〜105-M ダイバーシチ受信アンテナ 7、11 MIMO復調器 8、107 復号器 9 デュアルモード復調器 10、106 ダイバーシチ復調器 12 モード切り替え制御部 21-1-1〜21-N-N/M、111-1〜111-N、123-1〜123-M 乗算器 31 中小セルシステム 32 大セルシステム 33 低アンテナ高基地局 34 高アンテナ高基地局 35 移動局 70-1〜70-M 尤度計算部 71、124 合成器 72 尤度比較部 104-1〜104-N 直線アレー送信アンテナ 121-1〜121-M 伝送路推定器 122-1〜122-M 複素共役操作 125 軟判定器

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動通信システムのアンテナ送受信シス
    テムにおいて、基地局は複数アンテナを備え、それらを
    セル伝搬環境に応じて複数のアレーアンテナ群に分割
    し、各アレーアンテナ群では緩い指向性ビーム制御を行
    うとともに、各アレーアンテナ群からは互いに異なるデ
    ータの並列送信(MIMO送信)を行い、移動局は複数
    アンテナを備え、前記並列送信されたデータの受信(M
    IMO受信)を行うことを特徴とするアンテナ送受信シ
    ステム。
  2. 【請求項2】 前記基地局のアンテナ間隔は、前記アレ
    ーアンテナ群内の各アンテナ間隔はアンテナ相関値が高
    くなるようにλ/2(λはキャリア波長)に、各アレー
    アンテナ群の間隔はアンテナ相関値が低くなるように1
    0λ以上に設定されていることを特徴とする請求項1に
    記載のアンテナ送受信システム。
  3. 【請求項3】 前記アレーアンテナ群の分割数、および
    各アレーアンテナ群の前記指向性ビームの幅は、前記基
    地局におけるマルチパスの到来角度差、および前記アレ
    ーアンテナ群内のアンテナ間相関値に応じて決定される
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ送
    受信システム。
  4. 【請求項4】 前記アレーアンテナ群の分割数、および
    各アレーアンテナ群の前記指向性ビームの幅は、前記基
    地局アンテナ高、および該基地局が配置されたセル半径
    に応じて決定されることを特徴とする請求項1または2
    に記載のアンテナ送受信システム。
  5. 【請求項5】 移動通信システムのアンテナ送受信シス
    テムにおいて、第1の基地局群は複数アンテナを備え、
    該複数アンテナによりアレーアンテナを構成して所望の
    指向性ビーム制御を行い、第2の基地局群は複数アンテ
    ナを備え、それらをセル伝搬環境に応じて複数のアレー
    アンテナ群に分割し、各アレーアンテナ群では緩い指向
    性ビーム制御を行うとともに、各アレーアンテナ群から
    は互いに異なるデータの並列送信(MIMO送信)を行
    い、移動局は複数アンテナを備え、前記第1の基地局群
    と通信するときはダイバーシチ受信を行い、前記第2の
    基地局群と通信するときは前記並列送信されたデータの
    受信(MIMO受信)を行うことを特徴とするアンテナ
    送受信システム。
  6. 【請求項6】 前記第1の基地局における前記複数アン
    テナの間隔は、アンテナ相関値が高くなるようにそれぞ
    れλ/2(λはキャリア波長)に設定され、 前記第2の基地局のアンテナ間隔は、前記アレーアンテ
    ナ群内の各アンテナ間隔はアンテナ相関値が高くなるよ
    うにλ/2に、各アレーアンテナ群の間隔はアンテナ相
    関値が低くなるように10λ以上に設定されていること
    を特徴とする請求項5に記載のアンテナ送受信システ
    ム。
  7. 【請求項7】 前記第1の基地局群と前記第2の基地局
    群の選別と、前記第2の基地局群における前記アレーア
    ンテナ群の分割数および各アレーアンテナ群の前記指向
    性ビームの幅は、各基地局におけるマルチパスの到来角
    度差、および各アレーアンテナのアンテナ間相関値に応
    じて決定されることを特徴とする請求項5または6に記
    載のアンテナ送受信システム。
  8. 【請求項8】 前記第1の基地局群と前記第2の基地局
    群の選別と、前記第2の基地局群における前記アレーア
    ンテナ群の分割数および各アレーアンテナ群の前記指向
    性ビームの幅は、前記各基地局のアンテナ高、および該
    基地局が配置されたセル半径に応じて決定されることを
    特徴とする請求項5または6に記載のアンテナ送受信シ
    ステム。
  9. 【請求項9】 前記移動局は、ダイバーシチ受信機能と
    MIMO受信機能を有するソフトウェアを備え、前記基
    地局のアンテナ送信システムに応じて前記ソフトウェア
    を切り替えてダイバーシチ受信、または前記並列送信さ
    れたデータの受信(MIMO受信)を実現することを特
    徴とする請求項5〜8のいずれかに記載のアンテナ送受
    信システム。
  10. 【請求項10】 移動通信システムのアンテナ送受信シ
    ステムにおいて、基地局の送信機は、送信データをM個
    (Mは2以上の整数)の系列に直並列変換するデータ直
    並列変換器と、該直並列変換されたM個の各送信データ
    を変調するM個の変調器と、該変調された各変調信号に
    重み付けを行って指向性ビームを形成するM個のビーム
    フォーマと、該ビームフォーマによりその指向性ビーム
    が制御され、前記変調されたM個の変調信号を並列送信
    (MIMO送信)するM個の送信アンテナ群とを有し、
    移動局の受信機は、送信データを受信する受信アンテナ
    と、前記並列送信されたデータを復調するMIMO復調
    器とを有することを特徴とするアンテナ送受信システ
    ム。
  11. 【請求項11】 移動通信システムのアンテナ送受信シ
    ステムにおいて、第1の基地局群の送信機は、送信デー
    タを変調する変調器と、該変調器で変調された変調信号
    に重み付けを行って指向性ビームを形成するビームフォ
    ーマと、該ビームフォーマによりその指向性ビームが制
    御され、前記変調された変調信号を送信する送信アンテ
    ナとを有し、第2の基地局群の送信機は、送信データを
    M個(Mは2以上の整数)の系列に直並列変換するデー
    タ直並列変換器と、該直並列変換されたM個の各送信デ
    ータを変調するM個の変調器と、該変調された各変調信
    号に重み付けを行って指向性ビームを形成するM個のビ
    ームフォーマと、該ビームフォーマによりその指向性ビ
    ームが制御され、前記変調されたM個の変調信号を並列
    送信(MIMO送信)するM個の送信アンテナ群とを有
    し、移動局の受信機は、送信データを受信する受信アン
    テナと、前記第1の基地局群から送信されたデータをダ
    イバーシチ復調するダイバーシチ復調器と、前記第2の
    基地局群から送信された前記並列送信データを復調する
    MIMO復調器とを有することを特徴とするアンテナ送
    受信システム。
  12. 【請求項12】 前記移動局の受信機は、前記第1の基
    地局群から送信されたデータをダイバーシチ復調するダ
    イバーシチ復調機能と前記第2の基地局群から送信され
    た前記並列送信データを復調するMIMO復調機能を有
    するソフトウェアを備え、前記基地局のアンテナ送信シ
    ステムに応じて前記ソフトウェアを切り替えて前記ダイ
    バーシチ復調または前記MIMO復調を実現する復調モ
    ード切り替え制御部を有することを特徴とする請求項1
    1に記載のアンテナ送受信システム。
  13. 【請求項13】 基地局に複数のアンテナが備えられ、
    該複数のアンテナがセル伝搬環境に応じて複数のアレー
    アンテナ群に分割され、各アレーアンテナ群では緩い指
    向性ビーム制御が行われ、各アレーアンテナ群からは互
    いに異なるデータの並列送信(MIMO送信)が行われ
    るセルシステムが構築されたセル内を移動可能な移動局
    であって、 前記移動局は、前記基地局からの並列送信信号を受信す
    る複数の受信アンテナと、前記並列送信されたデータを
    復調するMIMO復調手段とを有することを特徴とする
    移動通信システム用移動局。
  14. 【請求項14】 基地局に複数のアンテナが備えられ、
    該複数のアンテナによりアレーアンテナが構成されて所
    望の指向性ビーム制御が行われる第1のセル群と、基地
    局に複数のアンテナが備えられ、該複数のアンテナがセ
    ル伝搬環境に応じて複数のアレーアンテナ群に分割さ
    れ、各アレーアンテナ群では緩い指向性ビーム制御が行
    われ、各アレーアンテナ群からは互いに異なるデータの
    並列送信(MIMO送信)が行われる第2のセル群とに
    よりセルシステムが構築されたセル内を移動可能な移動
    局であって、 前記移動局は、前記基地局からの送信データを受信する
    複数の受信アンテナと、前記第1のセル群の基地局から
    送信されたデータをダイバーシチ復調するダイバーシチ
    復調手段と、前記第2のセル群の基地局から送信された
    前記並列送信データを復調するMIMO復調手段と、前
    記ダイバーシチ復調モードまたは前記MIMO復調モー
    ドを切り替える復調モード切り替え制御手段とを有する
    ことを特徴とする移動通信システム用移動局。
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