JP2004235674A - 送信ウェイト制御装置、送信ウェイト制御方法及び無線基地局 - Google Patents
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Abstract
【課題】同時同一周波数にユーザを多重する空間多重方式において、上り受信エラーが生じた場合にも、送信ウェイトを適切に制御できる無線基地局を提供する。
【解決手段】空間多重方式によって複数の移動局と同時に通信を行う無線基地局において、ユーザに対する上り信号の信頼性（復号後のエラー分布状態）、基地局の内部状態によって、信頼性の高い受信情報を選択し、または受信処理を複数回繰り返すことによって、送信指向性制御を行う。
【選択図】 図２
【解決手段】空間多重方式によって複数の移動局と同時に通信を行う無線基地局において、ユーザに対する上り信号の信頼性（復号後のエラー分布状態）、基地局の内部状態によって、信頼性の高い受信情報を選択し、または受信処理を複数回繰り返すことによって、送信指向性制御を行う。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の携帯電話機等の移動局を相互に無線接続する無線基地局に関し、特に複数の移動局との通信に関する下り送信信号を生成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より複数の移動局と無線通信する無線基地局では、各移動局にチャネルを割り当てるために多重化の技術を用いており、周波数資源を有効利用するための多重化方式の一つとして、空間多重方式が知られている。
空間多重方式では、同時に到来する複数の移動局の信号を、アダプティブアレー技術により分離して受信を行い、その際に得られた各ユーザの情報を用いて下り信号を送信する。
【０００３】
空間多重方式では、複数の移動局が同じ周波数の搬送波を同時に使用するため、あるユーザの受信状態によって、同時に通信している多重ユーザの通信品質に影響を与えることがある。
通常、あるユーザにエラーが生じた場合等は、その時に得られた当該ユーザに関する情報は信頼性が低いとして破棄し、以前に信頼性の高いとして判断されたユーザ情報を用いて下り信号を送信する。
【０００４】
つまり、空間多重方式において多重ユーザいずれかに上り受信エラーが生じた場合、当該ユーザの下り信号を生成する際には以前の情報を用いることになるため、刻一刻と変動する移動体通信においては信頼性の低い情報によって送信信号を生成することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、空間多重方式によって複数の移動局と同時に通信を行う無線基地局において、あるユーザに対する上り信号の信頼性（復号後のエラー分布状態）及び基地局の内部状態によって送信ウェイトを適応的に制御する送信ウェイト制御装置及び送信ウェイト制御方法、更にそのウェイト制御を用いて移動局と通信を行う基地局とを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１は、複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により、基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【０００７】
請求項２は、複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により、基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項３は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、複数のアンテナと、複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、信号復号後のエラー分布状態、及び基地局内部状態によって、基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項４は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、複数のアンテナと、複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、信号復号後のエラー分布状態及び基地局内部状態に基づき基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項５は、前記無線基地局は、前記空間多重方式に加えて時分割方式を用いて無線通信を行い、前記送信ウェイト算出制御を、時分割によるタイムスロット毎の復号エラー状態及び／または基地局内部状態によって切り替えることを特徴とする。
請求項６は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局において各移動局への送信ウェイトを制御する手段であって、複数の移動局からの信号を復号した後に得られるエラー分布状態及び基地局内部状態に基づき基地局の内部状態を変更し、同一の信号を再度復号するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項７は、複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により受信ウェイト情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項８は、複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により受信情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項９は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、複数のアンテナと、複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、信号復号後のエラー分布状態により、受信ウェイト情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、複数のアンテナと、複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、信号復号後のエラー分布状態によって、受信情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項１１は、前記無線基地局は、前記空間多重方式に加えて時分割方式を用いて無線通信を行い、前記送信ウェイト算出制御を時分割によるタイムスロット毎の復号エラー状態によって切り替えることを特徴とする。
請求項１２は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局において各移動局への送信ウェイトを制御する手段であって、複数の移動局からの信号を復号した後に得られるエラー分布状態によって受信情報の信頼できる部分を適応的に選択するステップと、上記受信情報を用いて受信応答ベクトルを推定するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施の形態に係る無線基地局について、図を用いて説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る無線基地局１０００の構成を表すブロック図である。無線基地局１０００は、ＰＨＳ規格で定められた時分割多重方式（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式に加え、更に空間多重方式をも用いて、同一周波数で最大２つの信号を空間多重して、ＰＨＳ携帯機（移動局）と無線接続する無線基地局であり、アンテナ１１、１２、無線部２１、２２、メモリ３０、信号処理部５０、モデム部６０、ベースバンド部７０及び制御部８０を備える。
【００１７】
無線基地局１０００は、ＰＨＳ規格に従って１つのＴＤＭＡ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２つの電話回線の信号を並列に処理する。１つのＴＤＭＡフレームは、５ｍｓの周期を有し、各周期を８等分して得られる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。１つの送信タイムスロットと１つの受信タイムスロットの組は時分割多重による１つの時分割チャネルを構成する。
【００１８】
なお、空間多重方式は、無線基地局が異なる方向に存在する複数の移動局に対し異なる指向性パターンを形成することにより、同一周波数で同時刻に通信を行う方式である。異なる指向性パターンを形成する装置としては、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、個々のアンテナに対する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、受信のための指向性パターンを動的に形成するものである。なお、アダプティブアレイ装置については、「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−２ Ｎｏ．１１）に詳細に記載されているので詳細な説明は省略する。アダプティブアレイ装置は、指向性パターンの形成においては、所望の移動局の方向へ送信強度及び受信感度を高めるのみならず、空間多重している他の移動局の方向へ送信強度及び受信感度を低下させることをも行う。
【００１９】
ベースバンド部７０は、電話交換網を介して接続される複数の電話回線と信号処理部５０の間で複数の信号（音声又はデータのベースバンド信号）を授受する。モデム部６０は、信号処理部５０とベースバンド部７０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（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）により変調及び復調を行う機能を有する。この変調及び復調は、１つの時分割チャネルにおいて空間多重される最大２つのベースバンド信号に対して並列に行われる。
【００２０】
信号処理部５０は、制御部８０の制御下で、指向性パターンの形成に関する制御を行う。各無線部２１、２２から入力される信号、又はメモリ３０に保存されている以前の受信信号を選択し、空間多重された各移動局からの受信信号を分離抽出しモデム部６０に出力し、また、モデム部６０から入力された送信信号を所望の移動局へ送信できるように空間多重用に重み付けした信号を生成して各無線部２１、２２に出力する制御を行う部分であり、具体的には、プログラマブルなＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により実現される。なお、空間多重方式で指向性パターンを形成して送受信を行うのは、通信チャネル（Ｔチャネル）での通信のみであり、その他の制御チャネルでの通信については基本的に空間多重方式は用いず、従来のＰＨＳの無線基地局と同様の制御処理を行う。
【００２１】
無線部２１はハイパワーアンプ等を含む送信部１１１とローノイズアンプ等を含む受信部１１２とから構成される。送信部１１１は、信号処理部５０から入力された信号を低周波から高周波に変換し、送信出力レベルにまで増幅してアンテナ１１に出力するもので、制御部８０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などして送信出力を調整する機能を有する。受信部１１２は、アンテナ１１に受信された信号を高周波から低周波に変換し、増幅して信号処理部５０、及び受信信号を保存するメモリ３０に出力する機能を有する。なお、無線部２２は、無線部２１と同等である。
【００２２】
制御部８０は、ハードウェアとしてはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びメモリ等で構成され、ＣＰＵがメモリ中のプログラムを実行することにより無線基地局１０００の各部を制御する機能を有する。また、制御部８０は、信号処理部５０から、判定後の復号信号を受け取り、この復号信号のエラー状態、及び基地局の内部状態などから送信指向性制御方法を決定し、信号処理部５０に伝える。
【００２３】
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、ユーザＡ信号処理部５１と、ユーザＢ信号処理部５２とから構成される。同図においては、移動局からの信号を受信した場合に動作する機能ブロックのみを図示している。ここでは、移動局に対して信号を送信する場面ではなく移動局からの信号を受信する場面を中心に説明する。
【００２４】
ユーザＡ信号処理部５１とユーザＢ信号処理部５２とは同等の構成を有し、それぞれが特定のユーザ、即ち特定の移動局からの信号を抽出してモデム部６０に伝える。
ユーザＡ信号処理部５１は、判定部５１１とメモリ５１２と受信ウェイトベクトル計算機５１３と、送信ウェイトベクトル計算機５１４と、移動局から無線基地局までの信号の伝播路を示す係数である受信応答ベクトルを求める受信応答ベクトル推定部５１５とを有する。
【００２５】
ここで、判定部５１１は、無線部２１、２２又はメモリ３０から渡される各受信信号ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）に対して、各受信信号についてウェイトベクトル計算機５１３が定めたウェイトベクトルを掛け合わせた値の総和である仮受信信号ｙ１（ｔ）を入力されるものであり、入力された仮受信信号の位相値を、その値に最も近い、π／４の整数倍である値となるように補正することにより、抽出信号Ｓ１（ｔ）を得て、モデム部６０に伝えるものである。また、判定部５１１は、抽出信号Ｓ１（ｔ）をウェイトベクトル計算機５１３及び受信応答ベクトル推定部５２４にも伝える。なお、抽出信号Ｓ１（ｔ）は、ある移動局に相当するユーザＡからの信号として抽出された信号を意味する。
【００２６】
メモリ５１２は、ＰＨＳ規格により固定的に定まっている、例えばスタートシンボル、プリアンブル、ユニークワード等を参照信号として記憶しており、また、判定部５１１より出力される抽出信号Ｓ１（ｔ）をも記憶しておく機能を有する。受信ウェイトベクトル計算機５１３は、メモリ５１２内の参照信号を参照し、判定部５１１から伝えられた信号Ｓ１（ｔ）を用いて、無線部２１及び２２から渡された各受信信号に対して次の時刻（ｔ＋１）において掛け合われるべきウェイトベクトルを算出する。つまり、前回算出されたウェイトベクトルを用いて求められた信号Ｓ１（ｔ）は、次の時刻（ｔ＋１）におけるウェイトベクトルの算出の基礎となる。なお、このウェイトベクトルの算出方法については後述する。
【００２７】
送信ウェイトベクトル計算機５１４は、制御部８０から伝えられる信号によって送信ウェイトベクトルを生成する。通常は受信ウェイトベクトル計算機５１３から入力される受信フレームの最後で求められた受信ウェイトベクトルを送信ウェイトベクトルとして用いるだけであるが、受信エラーなどが生じた場合等は、制御部からの指示に従い、適切な情報を用いて送信ウェイトを計算する。
【００２８】
受信応答ベクトル推定部５１５は、無線部２１及び２２から渡される各受信信号と、ユーザＡ信号処理部の判定部５１１及びユーザＢ信号処理部の判定部５２１から伝えられる信号Ｓ１（ｔ）、Ｓ２（ｔ）、及び制御部８０より伝えられる受信エラー情報から受信応答ベクトルＨ１を求めるものであり、場合によっては送信ウェイトベクトル計算機に受信応答ベクトルを出力する。ただし、受信応答ベクトルＨ１は、ユーザＡである移動局から無線基地局までの信号の伝播路を表すものである。
【００２９】
以下、上述の構成を備える無線基地局１０００の動作について説明する。
まず、抽出信号Ｓ１（ｔ）及び受信ウェイトベクトルの算出について説明する。
ｙ１（ｔ） ＝ ｗ１（ｔ） × ｘ１（ｔ） ＋ ｗ２（ｔ） × ｘ２（ｔ） ・・・式１
式１に示すように、ユーザＡ信号処理部５１は、無線部２１及び２２から渡される受信信号ベクトルｘ１（ｔ）及びｘ２（ｔ）のそれぞれに対してウェイトベクトルｗ１（ｔ）、ｗ２（ｔ）をそれぞれ掛け合わせた値の総和である仮受信信号ｙ１（ｔ）を求め、判定部５１１により位相を補正した結果である抽出信号Ｓ１（ｔ）に変換する。
【００３０】
なお、ｔは信号が到達する時間を示し、ＰＨＳ規格における１シンボルを受信する時間を単位としたタイムスロット内での経過時間を示す値をとる。
従って、受信信号ｘ１、ｘ２、ウェイトベクトルｗ１、ｗ２等はｔの値が１、２、・・・という信号列である。また、受信信号ｘ１、ｘ２、ウェイトベクトルｗ１、ｗ２、仮受信信号ｙ１、抽出信号Ｓ１は、振幅、位相を有するもので、複素数で表すことが出来る。
ここでは、ウェイトベクトル計算機５１３は、最小二乗平均誤差方式（ＭＭＳＥ方式）を用いて次のようにしてウェイトベクトルを算出するものとする。
【００３１】
ウェイトベクトルは、適当な値の初期値が定められており、参照信号ｄ（ｔ）と、抽出信号Ｓ（ｔ）との誤差を最小とするように、あらかじめ定められた範囲内でｗ（ｔ）の値を変動させて調整することにより、単位時間毎にｗ（ｔ＋１）に更新されるものである。ここで、ｗは各ウェイトベクトルｗ１、ｗ２を表す。
ｗ１（ｔ＋１）、ｗ２（ｔ＋１）は、抽出信号Ｓ１（ｔ）と参照信号ｄ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）を小さくするようにそれぞれｗ１（ｔ）、ｗ２（ｔ）を修正した値をとる。時間経過とともにウェイトベクトルの値は一定値に収束し、プリアンブル、ユニークワード等に続いて送られるところの通信内容である本体的なデータの受信段階では、抽出信号Ｓ（ｔ）は正確なものとなる。なお、通信が開始された後は、前回のタイムスロットにおいて最終的に得られたウェイトベクトルの値がその次の回のタイムスロットに関してのウェイトベクトルの初期値として用いられることもある。
【００３２】
次に受信応答ベクトル推定部５１５による受信応答ベクトルの推定について説明する。
図３は、ユーザＡ及びユーザＢの各移動局から送信された信号を無線基地局が受信する様子を示す図である。
ユーザＡ（「第１番目の移動局」とも称す）が送信する信号がＳ１’（ｔ）であり、ユーザＢ（「第２番目の移動局」とも称す）が送信する信号がＳ２’（ｔ）であり、無線基地局１０００のアンテナ１１（「第１番目のアンテナ」とも称す）及び無線部２１により受信された信号がｘ１（ｔ）であり、アンテナ１２（「第２番目のアンテナ」とも称す）及び無線部２２により受信された信号がｘ２（ｔ）である。
【００３３】
また、ｈｉｊは、第ｉ番目の移動局から第ｊ番目のアンテナまでの伝播路を表す複素数である。
このＳ１’（ｔ）、Ｓ２’（ｔ）とｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）との間には次の式３及び式４の関係が成立する。
ｘ１（ｔ） ＝ ｈ１１Ｓ１’（ｔ） ＋ ｈ２１Ｓ２’（ｔ） ＋ ｎ１（ｔ） ・・・ 式３
ｘ２（ｔ） ＝ ｈ１２Ｓ１’（ｔ） ＋ ｈ２２Ｓ２’（ｔ） ＋ ｎ２（ｔ） ・・・ 式４
なお、ｎ１（ｔ）及びｎ２（ｔ）は雑音である。また、無線基地局１０００が分離抽出した信号Ｓ１（ｔ）とユーザＡが送信するＳ１’（ｔ）とは、送信された信号が正常に受信でき、分離抽出が適切に行えたとすれば等しいものとなる。
【００３４】
抽出信号Ｓ１（ｔ）、Ｓ２（ｔ）の複素共役であるＳ１ ＊（ｔ）、Ｓ２ ＊（ｔ）をそれぞれ式３、式４の左辺に乗じ、Ｓ１’（ｔ） とＳ１（ｔ）、Ｓ２’（ｔ） とＳ２（ｔ）は等しいとして置き換えると、以下に示す式５〜式８の関係が得られる。
ただし、Ｅはアンサンブル平均を表しており、ある程度の期間、ｔ＝１、２、・・・、ｎにおける平均値を意味する。例えばｎを１００とすれば、１００シンボル期間における平均値を算出する。
【００３５】
ここで、Ｓ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）は雑音成分ｎ１（ｔ） 及びｎ２（ｔ）と相関関係が無いため、アンサンブル区間を取る平均が十分に長い場合、Ｅ［ｎｉ（ｔ） Ｓｊ ＊（ｔ）］ ＝ ０（ｉ＝１，２）となる。
この関係を踏まえ、式５〜式８を行列式で表すと、式９のようになる。
【００３６】
【数１】
伝播路は短い間には変動しないとすると、Ｅ［ｈｉｊ］＝ｈｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２）が成立するので、式９は以下の式１０のように表される。
【００３７】
【数２】
すなわち、式１０によりユーザＡ、ユーザＢから送信される信号が基地局１０００のアンテナ１１、アンテナ１２に届くまでの伝播路が求められる。
以上の式からわかるように、受信応答ベクトルを精度よく求めるためには、Ｓ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）が正しく求まっていなければならない。
【００３８】
図４にＰＨＳ規格に定められる、通話開始の手順を示す。ただし、移動局からの発呼手順のみを表している。
移動局が通話を開始する時には基地局に対してリンクチャネル確立要求を送信する。基地局側が前記信号の受信に成功した後（ステップＳ１１）、基地局側はリンクチャネル割り当てを送信する。この手順は干渉の少ない制御チャネル（ＰＨＳではＴＤＤスロット４つのうち１つが制御チャネル、３つが通話チャネルに分割されている）にて行われるため、一般的に受信失敗が少ないとされる。
【００３９】
移動局がリンクチャネル割り当ての受信に成功すると（ステップＳ１２）、通話チャネルでの信号のやり取りを開始する。この際、通話チャネルにおいては干渉が原因による受信失敗が発生する場合があるため、移動局、基地局ともに自分の送信すべき信号を連続送信し、期待する信号の受信に成功するまで送信しつづけるという手法がとられる。すなわち移動局は、基地局が同期バースト受信に成功した（ステップＳ１３）後に送信するであろうアイドルバーストを受信する（ステップＳ１４）まで上り同期バーストを連続的に送信する。ただし、３２ＵＷとはフレームの先頭部分に挿入される移動局、基地局間で既知の信号として３２ｂｉｔユニークワード（ＵＷ）系列が用いられることを示している。
【００４０】
今、基地局側に注目すると、ステップＳ１３からステップＳ１４まで（ステッＳ１６）は、上りアイドルバースト（１６ｂｉｔＵＷ）受信待ちにもかかわらず、移動局は上り同期バースト（３２ｂｉｔＵＷ）を送信している。この時は必ず上りがユニークワード受信エラーとなる。
例えば２つの移動局と同時に空間多重通信を行う基地局において、無線基地局が既に１つの移動局と通話をしており、さらに空間多重を行うべき新規移動局が通信開始の手順を行う場合には、図４におけるステップＳ１６は基地局側で受信する新規移動局の信号に必ずユニークワード受信エラーが生じる部分である。その場合、新規ユーザの受信ウェイトが正しく求まらないため新規ユーザ向けの送信ウェイトを適切に制御することが出来ず、既存ユーザへ悪影響を与える可能性がある。
【００４１】
また、新規ユーザの受信ウェイトが正しく求まらない場合にでも、既存ユーザの受信応答ベクトルが求まっていた場合には、既存ユーザへ悪影響を与えない送信ウェイトを形成することは可能であるが、前述のように受信応答ベクトルを求める際には、両ユーザともの信号受信に成功しなければ正確な推定が出来ない。
しかし、ステップＳ１６は新規ユーザ側に同期バースト（３２ｂｉｔＵＷ）が送信されているものとして復号を行えば受信成功の可能性が高い部分である。従って、１６ｂｉｔＵＷ受信に失敗した場合にはもう一度３２ｂｉｔＵＷ受信を行えば、受信成功する場合が多く、既存ユーザの通信に悪影響を与えない新規ユーザの送信ウェイトを求めることが可能となる。
【００４２】
図５は、上述の動作に関連する無線基地局１０００の動作を示すフローチャートである。
１つのユーザに、１６ｂｉｔＵＷ受信エラーが生じた場合（ステップＳ２１）、再度３２ｂｉｔＵＷ受信処理を行う（ステップＳ２２）。ただし、受信信号としてはメモリ３０に保存されている信号情報を用いる。ここで、３２ｂｉｔＵＷ受信処理にエラー無く成功した場合には、通常の受信に成功した時と同じく受信ウェイトを用いて送信ウェイトを形成する（ステップＳ２４）。
【００４３】
さらに、無線基地局１０００は、１ユーザにでも受信エラーがある場合には受信応答ベクトルの推定精度が悪くなるが、上記動作によって、通常では新規ユーザの信号が受信エラーとして扱われる特殊な通話開始時においても、精度良く両ユーザの受信応答ベクトルを求めることができる。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る無線基地局の動作について、図を用いて説明する。
【００４４】
図６は無線通信におけるフレームフォーマットの一例を示す図である。図のように、ＰＨＳにおいてはフレームを既知信号系列であるユニークワード（ＵＷ）と、送られてくる情報系列であるデータ部分（ＤＡＴＡ）及び、データ部分がエラー無く受信できたかを調べる指標となるＣＲＣ部分とに分かれている。
この場合、受信側ではエラーの生じた部分について大まかな情報を得ることができる。例えば、ＣＲＣエラーと判定された場合（ステップＳ３２）、復号信号について確実に信頼できる部分はＵＷ部分のみとなり、ＵＷエラーのみが検出された場合（ステップＳ３３）に信頼できる部分はデータ部分のみとなる。
【００４５】
上述のように、復号後の受信エラー情報より受信データの信頼できる部分が判別できるため、受信応答ベクトル推定部５１５では、ユーザＡの抽出信号Ｓ１（ｔ）、制御部８０からのエラー情報、及びユーザＢ信号処理部から伝達される同様の信号より、受信応答ベクトルの推定区間を適応的に制御できる。
通常、受信応答ベクトルを求める際には、雑音の影響を取り除く必要があるため、式９においてはできるだけ長い区間のアンサンブル平均が必要となる。しかし、エラーが含まれると受信応答ベクトル推定精度は大きく劣化するので、エラーが無い部分でできるだけ長くアンサンブル平均を取るという動作が重要となる。本第２の実施の形態で示す無線基地局は上記の動作を実現するものである。
【００４６】
受信応答ベクトルが正しく求まる場合には、受信応答ベクトルを用いて送信ウェイトを計算することが可能である。即ち、あるユーザの受信応答ベクトルが求まっていた場合、そのユーザへヌルを向けるウェイトベクトルを（ｗ１， ｗ２）とすると、受信応答ベクトル（ｈ１１，ｈ１２）との間に下記の式１１が成立する。
ｗ＊ １ ｈ１１ ＋ ｗ＊ ２ ｈ１２ ＝ ０ ・・・ 式１１ （＊は複素共役を表す）
いくつかの制限条件無しで、式１１を解くことは出来ないが、例えば
ｗ＊ １ ｈ１１ ＝ １，ｗ＊ ２ ｈ１２ ＝ −１
という制約条件を与えてやり、上記（ｗ１， ｗ２）を求めてやると、（ｗ１， ｗ２）は当該ユーザへヌルを向けるウェイトとなる。
【００４７】
このように各ユーザへヌルを向けるウェイトを形成して複数ユーザへの信号を送信すれば、空間多重が可能となる。
図７に第２の実施の形態に関連する無線基地局１０００の動作を示すフローチャートを示す。
あるユーザの送信ウェイトを計算する際、受信フレームにおいてエラーが全く無かった場合（ステップＳ３１）には、受信フレーム全範囲（または任意の一部）にて受信応答ベクトルを計算する（ステップＳ３４）。また、一部にはエラーがあるがＵＷ区間にエラーが無かった場合（ステップＳ３２）、ユニークワード区間にて受信応答ベクトルを推定する（ステップＳ３５）。また、ユニークワード区間にエラーがあった場合にでも、データ（ＣＲＣ）区間にエラーが無かった場合（ステップＳ３３）、データ区間にて受信応答ベクトルを推定する（ステップＳ３６）。
【００４８】
以上の動作において、受信応答ベクトルが求まった場合には上述の手段等により送信ウェイトを計算する（ステップＳ３７）が、受信エラーが原因で受信応答ベクトルが求まらなかった場合は、送信ウェイトとして前フレームの送信ウェイトを用いる（ステップＳ３８）。
このように、従来であれば受信フレームの一部にでも受信エラーが生じた場合には、送信ウェイトとして信頼性の低い前フレームの送信ウェイトを用いる手法が一般的であるが、本特許によって受信フレームの一部にエラーが生じた場合にでも、下り送信ウェイトを正しく形成することができる。
【００４９】
以上、本発明に係る無線基地局等について、第１の実施の形態及び第２の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれら実施の形態に限られないことは勿論である。即ち、本実施の形態では、ＰＨＳシステムにおける無線基地局及び移動局を例として説明したが、本発明は実施の形態のＰＨＳシステムに限定されることは無く、空間多重方式を採る通信システムであれば、上述したような受信動作を繰り返す、又は求める位置を適応的に制御する方式の利用が可能である。
【００５０】
また、第１の実施の形態で示した受信動作を繰り返す方法は、１６ｂｉｔＵＷ受信待ち状態について説明したが、３２ｂｉｔＵＷ受信待ち状態の時にＵＷ受信に失敗した場合、１６ｂｉｔＵＷ受信待ちとして再度受信動作を行ってもよい。
また、第２の実施の形態で示した受信応答ベクトル推定方法では、制御部８０において受信エラーを判定するとしたが、ユーザＡ信号処理部において受信エラーを判定しても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る送信ウェイト制御装置は、複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無縁基地局に備えられ、各移動局向けへの信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、条件によっては受信動作を繰り返す、又は推定区間を適応的に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る無線基地局１０００の構成を示すブロック図である。
【図２】信号処理部５０の構成を示すブロック図である。
【図３】ユーザＡ及びユーザＢの各移動局から送信された信号を無線基地局が受信する場合を示す図である。
【図４】ＰＨＳ規格に定められる、無線通信開始の流れを示す図である。
【図５】実施の形態１に係る無線基地局１０００の動作を示すフローチャートである。
【図６】無線通信におけるフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る無線基地局１０００の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１，１２ アンテナ
２１，２２ 無線部
３０ メモリ
５０ 信号処理部
５１ ユーザＡ信号処理部
５２ ユーザＢ信号処理部
６０ モデム部
７０ ベースバンド部
８０ 制御部
１１１ 送信部
１１２ 受信部
５１１ 判定部
５１２ メモリ
５１３ 受信ウェイトベクトル計算機
５１４ 送信ウェイトベクトル計算機
５１５ 受信応答ベクトル推定部
５１６ スイッチ部
１０００ 無線基地局
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の携帯電話機等の移動局を相互に無線接続する無線基地局に関し、特に複数の移動局との通信に関する下り送信信号を生成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より複数の移動局と無線通信する無線基地局では、各移動局にチャネルを割り当てるために多重化の技術を用いており、周波数資源を有効利用するための多重化方式の一つとして、空間多重方式が知られている。
空間多重方式では、同時に到来する複数の移動局の信号を、アダプティブアレー技術により分離して受信を行い、その際に得られた各ユーザの情報を用いて下り信号を送信する。
【０００３】
空間多重方式では、複数の移動局が同じ周波数の搬送波を同時に使用するため、あるユーザの受信状態によって、同時に通信している多重ユーザの通信品質に影響を与えることがある。
通常、あるユーザにエラーが生じた場合等は、その時に得られた当該ユーザに関する情報は信頼性が低いとして破棄し、以前に信頼性の高いとして判断されたユーザ情報を用いて下り信号を送信する。
【０００４】
つまり、空間多重方式において多重ユーザいずれかに上り受信エラーが生じた場合、当該ユーザの下り信号を生成する際には以前の情報を用いることになるため、刻一刻と変動する移動体通信においては信頼性の低い情報によって送信信号を生成することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、空間多重方式によって複数の移動局と同時に通信を行う無線基地局において、あるユーザに対する上り信号の信頼性（復号後のエラー分布状態）及び基地局の内部状態によって送信ウェイトを適応的に制御する送信ウェイト制御装置及び送信ウェイト制御方法、更にそのウェイト制御を用いて移動局と通信を行う基地局とを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１は、複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により、基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【０００７】
請求項２は、複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により、基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項３は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、複数のアンテナと、複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、信号復号後のエラー分布状態、及び基地局内部状態によって、基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項４は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、複数のアンテナと、複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、信号復号後のエラー分布状態及び基地局内部状態に基づき基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項５は、前記無線基地局は、前記空間多重方式に加えて時分割方式を用いて無線通信を行い、前記送信ウェイト算出制御を、時分割によるタイムスロット毎の復号エラー状態及び／または基地局内部状態によって切り替えることを特徴とする。
請求項６は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局において各移動局への送信ウェイトを制御する手段であって、複数の移動局からの信号を復号した後に得られるエラー分布状態及び基地局内部状態に基づき基地局の内部状態を変更し、同一の信号を再度復号するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項７は、複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により受信ウェイト情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項８は、複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により受信情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項９は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、複数のアンテナと、複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、信号復号後のエラー分布状態により、受信ウェイト情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、複数のアンテナと、複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、信号復号後のエラー分布状態によって、受信情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項１１は、前記無線基地局は、前記空間多重方式に加えて時分割方式を用いて無線通信を行い、前記送信ウェイト算出制御を時分割によるタイムスロット毎の復号エラー状態によって切り替えることを特徴とする。
請求項１２は、複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局において各移動局への送信ウェイトを制御する手段であって、複数の移動局からの信号を復号した後に得られるエラー分布状態によって受信情報の信頼できる部分を適応的に選択するステップと、上記受信情報を用いて受信応答ベクトルを推定するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施の形態に係る無線基地局について、図を用いて説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る無線基地局１０００の構成を表すブロック図である。無線基地局１０００は、ＰＨＳ規格で定められた時分割多重方式（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式に加え、更に空間多重方式をも用いて、同一周波数で最大２つの信号を空間多重して、ＰＨＳ携帯機（移動局）と無線接続する無線基地局であり、アンテナ１１、１２、無線部２１、２２、メモリ３０、信号処理部５０、モデム部６０、ベースバンド部７０及び制御部８０を備える。
【００１７】
無線基地局１０００は、ＰＨＳ規格に従って１つのＴＤＭＡ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２つの電話回線の信号を並列に処理する。１つのＴＤＭＡフレームは、５ｍｓの周期を有し、各周期を８等分して得られる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。１つの送信タイムスロットと１つの受信タイムスロットの組は時分割多重による１つの時分割チャネルを構成する。
【００１８】
なお、空間多重方式は、無線基地局が異なる方向に存在する複数の移動局に対し異なる指向性パターンを形成することにより、同一周波数で同時刻に通信を行う方式である。異なる指向性パターンを形成する装置としては、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、個々のアンテナに対する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、受信のための指向性パターンを動的に形成するものである。なお、アダプティブアレイ装置については、「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−２ Ｎｏ．１１）に詳細に記載されているので詳細な説明は省略する。アダプティブアレイ装置は、指向性パターンの形成においては、所望の移動局の方向へ送信強度及び受信感度を高めるのみならず、空間多重している他の移動局の方向へ送信強度及び受信感度を低下させることをも行う。
【００１９】
ベースバンド部７０は、電話交換網を介して接続される複数の電話回線と信号処理部５０の間で複数の信号（音声又はデータのベースバンド信号）を授受する。モデム部６０は、信号処理部５０とベースバンド部７０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（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）により変調及び復調を行う機能を有する。この変調及び復調は、１つの時分割チャネルにおいて空間多重される最大２つのベースバンド信号に対して並列に行われる。
【００２０】
信号処理部５０は、制御部８０の制御下で、指向性パターンの形成に関する制御を行う。各無線部２１、２２から入力される信号、又はメモリ３０に保存されている以前の受信信号を選択し、空間多重された各移動局からの受信信号を分離抽出しモデム部６０に出力し、また、モデム部６０から入力された送信信号を所望の移動局へ送信できるように空間多重用に重み付けした信号を生成して各無線部２１、２２に出力する制御を行う部分であり、具体的には、プログラマブルなＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により実現される。なお、空間多重方式で指向性パターンを形成して送受信を行うのは、通信チャネル（Ｔチャネル）での通信のみであり、その他の制御チャネルでの通信については基本的に空間多重方式は用いず、従来のＰＨＳの無線基地局と同様の制御処理を行う。
【００２１】
無線部２１はハイパワーアンプ等を含む送信部１１１とローノイズアンプ等を含む受信部１１２とから構成される。送信部１１１は、信号処理部５０から入力された信号を低周波から高周波に変換し、送信出力レベルにまで増幅してアンテナ１１に出力するもので、制御部８０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などして送信出力を調整する機能を有する。受信部１１２は、アンテナ１１に受信された信号を高周波から低周波に変換し、増幅して信号処理部５０、及び受信信号を保存するメモリ３０に出力する機能を有する。なお、無線部２２は、無線部２１と同等である。
【００２２】
制御部８０は、ハードウェアとしてはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びメモリ等で構成され、ＣＰＵがメモリ中のプログラムを実行することにより無線基地局１０００の各部を制御する機能を有する。また、制御部８０は、信号処理部５０から、判定後の復号信号を受け取り、この復号信号のエラー状態、及び基地局の内部状態などから送信指向性制御方法を決定し、信号処理部５０に伝える。
【００２３】
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、ユーザＡ信号処理部５１と、ユーザＢ信号処理部５２とから構成される。同図においては、移動局からの信号を受信した場合に動作する機能ブロックのみを図示している。ここでは、移動局に対して信号を送信する場面ではなく移動局からの信号を受信する場面を中心に説明する。
【００２４】
ユーザＡ信号処理部５１とユーザＢ信号処理部５２とは同等の構成を有し、それぞれが特定のユーザ、即ち特定の移動局からの信号を抽出してモデム部６０に伝える。
ユーザＡ信号処理部５１は、判定部５１１とメモリ５１２と受信ウェイトベクトル計算機５１３と、送信ウェイトベクトル計算機５１４と、移動局から無線基地局までの信号の伝播路を示す係数である受信応答ベクトルを求める受信応答ベクトル推定部５１５とを有する。
【００２５】
ここで、判定部５１１は、無線部２１、２２又はメモリ３０から渡される各受信信号ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）に対して、各受信信号についてウェイトベクトル計算機５１３が定めたウェイトベクトルを掛け合わせた値の総和である仮受信信号ｙ１（ｔ）を入力されるものであり、入力された仮受信信号の位相値を、その値に最も近い、π／４の整数倍である値となるように補正することにより、抽出信号Ｓ１（ｔ）を得て、モデム部６０に伝えるものである。また、判定部５１１は、抽出信号Ｓ１（ｔ）をウェイトベクトル計算機５１３及び受信応答ベクトル推定部５２４にも伝える。なお、抽出信号Ｓ１（ｔ）は、ある移動局に相当するユーザＡからの信号として抽出された信号を意味する。
【００２６】
メモリ５１２は、ＰＨＳ規格により固定的に定まっている、例えばスタートシンボル、プリアンブル、ユニークワード等を参照信号として記憶しており、また、判定部５１１より出力される抽出信号Ｓ１（ｔ）をも記憶しておく機能を有する。受信ウェイトベクトル計算機５１３は、メモリ５１２内の参照信号を参照し、判定部５１１から伝えられた信号Ｓ１（ｔ）を用いて、無線部２１及び２２から渡された各受信信号に対して次の時刻（ｔ＋１）において掛け合われるべきウェイトベクトルを算出する。つまり、前回算出されたウェイトベクトルを用いて求められた信号Ｓ１（ｔ）は、次の時刻（ｔ＋１）におけるウェイトベクトルの算出の基礎となる。なお、このウェイトベクトルの算出方法については後述する。
【００２７】
送信ウェイトベクトル計算機５１４は、制御部８０から伝えられる信号によって送信ウェイトベクトルを生成する。通常は受信ウェイトベクトル計算機５１３から入力される受信フレームの最後で求められた受信ウェイトベクトルを送信ウェイトベクトルとして用いるだけであるが、受信エラーなどが生じた場合等は、制御部からの指示に従い、適切な情報を用いて送信ウェイトを計算する。
【００２８】
受信応答ベクトル推定部５１５は、無線部２１及び２２から渡される各受信信号と、ユーザＡ信号処理部の判定部５１１及びユーザＢ信号処理部の判定部５２１から伝えられる信号Ｓ１（ｔ）、Ｓ２（ｔ）、及び制御部８０より伝えられる受信エラー情報から受信応答ベクトルＨ１を求めるものであり、場合によっては送信ウェイトベクトル計算機に受信応答ベクトルを出力する。ただし、受信応答ベクトルＨ１は、ユーザＡである移動局から無線基地局までの信号の伝播路を表すものである。
【００２９】
以下、上述の構成を備える無線基地局１０００の動作について説明する。
まず、抽出信号Ｓ１（ｔ）及び受信ウェイトベクトルの算出について説明する。
ｙ１（ｔ） ＝ ｗ１（ｔ） × ｘ１（ｔ） ＋ ｗ２（ｔ） × ｘ２（ｔ） ・・・式１
式１に示すように、ユーザＡ信号処理部５１は、無線部２１及び２２から渡される受信信号ベクトルｘ１（ｔ）及びｘ２（ｔ）のそれぞれに対してウェイトベクトルｗ１（ｔ）、ｗ２（ｔ）をそれぞれ掛け合わせた値の総和である仮受信信号ｙ１（ｔ）を求め、判定部５１１により位相を補正した結果である抽出信号Ｓ１（ｔ）に変換する。
【００３０】
なお、ｔは信号が到達する時間を示し、ＰＨＳ規格における１シンボルを受信する時間を単位としたタイムスロット内での経過時間を示す値をとる。
従って、受信信号ｘ１、ｘ２、ウェイトベクトルｗ１、ｗ２等はｔの値が１、２、・・・という信号列である。また、受信信号ｘ１、ｘ２、ウェイトベクトルｗ１、ｗ２、仮受信信号ｙ１、抽出信号Ｓ１は、振幅、位相を有するもので、複素数で表すことが出来る。
ここでは、ウェイトベクトル計算機５１３は、最小二乗平均誤差方式（ＭＭＳＥ方式）を用いて次のようにしてウェイトベクトルを算出するものとする。
【００３１】
ウェイトベクトルは、適当な値の初期値が定められており、参照信号ｄ（ｔ）と、抽出信号Ｓ（ｔ）との誤差を最小とするように、あらかじめ定められた範囲内でｗ（ｔ）の値を変動させて調整することにより、単位時間毎にｗ（ｔ＋１）に更新されるものである。ここで、ｗは各ウェイトベクトルｗ１、ｗ２を表す。
【００３２】
次に受信応答ベクトル推定部５１５による受信応答ベクトルの推定について説明する。
図３は、ユーザＡ及びユーザＢの各移動局から送信された信号を無線基地局が受信する様子を示す図である。
ユーザＡ（「第１番目の移動局」とも称す）が送信する信号がＳ１’（ｔ）であり、ユーザＢ（「第２番目の移動局」とも称す）が送信する信号がＳ２’（ｔ）であり、無線基地局１０００のアンテナ１１（「第１番目のアンテナ」とも称す）及び無線部２１により受信された信号がｘ１（ｔ）であり、アンテナ１２（「第２番目のアンテナ」とも称す）及び無線部２２により受信された信号がｘ２（ｔ）である。
【００３３】
また、ｈｉｊは、第ｉ番目の移動局から第ｊ番目のアンテナまでの伝播路を表す複素数である。
このＳ１’（ｔ）、Ｓ２’（ｔ）とｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）との間には次の式３及び式４の関係が成立する。
ｘ１（ｔ） ＝ ｈ１１Ｓ１’（ｔ） ＋ ｈ２１Ｓ２’（ｔ） ＋ ｎ１（ｔ） ・・・ 式３
ｘ２（ｔ） ＝ ｈ１２Ｓ１’（ｔ） ＋ ｈ２２Ｓ２’（ｔ） ＋ ｎ２（ｔ） ・・・ 式４
なお、ｎ１（ｔ）及びｎ２（ｔ）は雑音である。また、無線基地局１０００が分離抽出した信号Ｓ１（ｔ）とユーザＡが送信するＳ１’（ｔ）とは、送信された信号が正常に受信でき、分離抽出が適切に行えたとすれば等しいものとなる。
【００３４】
抽出信号Ｓ１（ｔ）、Ｓ２（ｔ）の複素共役であるＳ１ ＊（ｔ）、Ｓ２ ＊（ｔ）をそれぞれ式３、式４の左辺に乗じ、Ｓ１’（ｔ） とＳ１（ｔ）、Ｓ２’（ｔ） とＳ２（ｔ）は等しいとして置き換えると、以下に示す式５〜式８の関係が得られる。
【００３５】
ここで、Ｓ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）は雑音成分ｎ１（ｔ） 及びｎ２（ｔ）と相関関係が無いため、アンサンブル区間を取る平均が十分に長い場合、Ｅ［ｎｉ（ｔ） Ｓｊ ＊（ｔ）］ ＝ ０（ｉ＝１，２）となる。
この関係を踏まえ、式５〜式８を行列式で表すと、式９のようになる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
【数２】
以上の式からわかるように、受信応答ベクトルを精度よく求めるためには、Ｓ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）が正しく求まっていなければならない。
【００３８】
図４にＰＨＳ規格に定められる、通話開始の手順を示す。ただし、移動局からの発呼手順のみを表している。
移動局が通話を開始する時には基地局に対してリンクチャネル確立要求を送信する。基地局側が前記信号の受信に成功した後（ステップＳ１１）、基地局側はリンクチャネル割り当てを送信する。この手順は干渉の少ない制御チャネル（ＰＨＳではＴＤＤスロット４つのうち１つが制御チャネル、３つが通話チャネルに分割されている）にて行われるため、一般的に受信失敗が少ないとされる。
【００３９】
移動局がリンクチャネル割り当ての受信に成功すると（ステップＳ１２）、通話チャネルでの信号のやり取りを開始する。この際、通話チャネルにおいては干渉が原因による受信失敗が発生する場合があるため、移動局、基地局ともに自分の送信すべき信号を連続送信し、期待する信号の受信に成功するまで送信しつづけるという手法がとられる。すなわち移動局は、基地局が同期バースト受信に成功した（ステップＳ１３）後に送信するであろうアイドルバーストを受信する（ステップＳ１４）まで上り同期バーストを連続的に送信する。ただし、３２ＵＷとはフレームの先頭部分に挿入される移動局、基地局間で既知の信号として３２ｂｉｔユニークワード（ＵＷ）系列が用いられることを示している。
【００４０】
今、基地局側に注目すると、ステップＳ１３からステップＳ１４まで（ステッＳ１６）は、上りアイドルバースト（１６ｂｉｔＵＷ）受信待ちにもかかわらず、移動局は上り同期バースト（３２ｂｉｔＵＷ）を送信している。この時は必ず上りがユニークワード受信エラーとなる。
例えば２つの移動局と同時に空間多重通信を行う基地局において、無線基地局が既に１つの移動局と通話をしており、さらに空間多重を行うべき新規移動局が通信開始の手順を行う場合には、図４におけるステップＳ１６は基地局側で受信する新規移動局の信号に必ずユニークワード受信エラーが生じる部分である。その場合、新規ユーザの受信ウェイトが正しく求まらないため新規ユーザ向けの送信ウェイトを適切に制御することが出来ず、既存ユーザへ悪影響を与える可能性がある。
【００４１】
また、新規ユーザの受信ウェイトが正しく求まらない場合にでも、既存ユーザの受信応答ベクトルが求まっていた場合には、既存ユーザへ悪影響を与えない送信ウェイトを形成することは可能であるが、前述のように受信応答ベクトルを求める際には、両ユーザともの信号受信に成功しなければ正確な推定が出来ない。
しかし、ステップＳ１６は新規ユーザ側に同期バースト（３２ｂｉｔＵＷ）が送信されているものとして復号を行えば受信成功の可能性が高い部分である。従って、１６ｂｉｔＵＷ受信に失敗した場合にはもう一度３２ｂｉｔＵＷ受信を行えば、受信成功する場合が多く、既存ユーザの通信に悪影響を与えない新規ユーザの送信ウェイトを求めることが可能となる。
【００４２】
図５は、上述の動作に関連する無線基地局１０００の動作を示すフローチャートである。
１つのユーザに、１６ｂｉｔＵＷ受信エラーが生じた場合（ステップＳ２１）、再度３２ｂｉｔＵＷ受信処理を行う（ステップＳ２２）。ただし、受信信号としてはメモリ３０に保存されている信号情報を用いる。ここで、３２ｂｉｔＵＷ受信処理にエラー無く成功した場合には、通常の受信に成功した時と同じく受信ウェイトを用いて送信ウェイトを形成する（ステップＳ２４）。
【００４３】
さらに、無線基地局１０００は、１ユーザにでも受信エラーがある場合には受信応答ベクトルの推定精度が悪くなるが、上記動作によって、通常では新規ユーザの信号が受信エラーとして扱われる特殊な通話開始時においても、精度良く両ユーザの受信応答ベクトルを求めることができる。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る無線基地局の動作について、図を用いて説明する。
【００４４】
図６は無線通信におけるフレームフォーマットの一例を示す図である。図のように、ＰＨＳにおいてはフレームを既知信号系列であるユニークワード（ＵＷ）と、送られてくる情報系列であるデータ部分（ＤＡＴＡ）及び、データ部分がエラー無く受信できたかを調べる指標となるＣＲＣ部分とに分かれている。
この場合、受信側ではエラーの生じた部分について大まかな情報を得ることができる。例えば、ＣＲＣエラーと判定された場合（ステップＳ３２）、復号信号について確実に信頼できる部分はＵＷ部分のみとなり、ＵＷエラーのみが検出された場合（ステップＳ３３）に信頼できる部分はデータ部分のみとなる。
【００４５】
上述のように、復号後の受信エラー情報より受信データの信頼できる部分が判別できるため、受信応答ベクトル推定部５１５では、ユーザＡの抽出信号Ｓ１（ｔ）、制御部８０からのエラー情報、及びユーザＢ信号処理部から伝達される同様の信号より、受信応答ベクトルの推定区間を適応的に制御できる。
通常、受信応答ベクトルを求める際には、雑音の影響を取り除く必要があるため、式９においてはできるだけ長い区間のアンサンブル平均が必要となる。しかし、エラーが含まれると受信応答ベクトル推定精度は大きく劣化するので、エラーが無い部分でできるだけ長くアンサンブル平均を取るという動作が重要となる。本第２の実施の形態で示す無線基地局は上記の動作を実現するものである。
【００４６】
受信応答ベクトルが正しく求まる場合には、受信応答ベクトルを用いて送信ウェイトを計算することが可能である。即ち、あるユーザの受信応答ベクトルが求まっていた場合、そのユーザへヌルを向けるウェイトベクトルを（ｗ１， ｗ２）とすると、受信応答ベクトル（ｈ１１，ｈ１２）との間に下記の式１１が成立する。
ｗ＊ １ ｈ１１ ＋ ｗ＊ ２ ｈ１２ ＝ ０ ・・・ 式１１ （＊は複素共役を表す）
いくつかの制限条件無しで、式１１を解くことは出来ないが、例えば
ｗ＊ １ ｈ１１ ＝ １，ｗ＊ ２ ｈ１２ ＝ −１
という制約条件を与えてやり、上記（ｗ１， ｗ２）を求めてやると、（ｗ１， ｗ２）は当該ユーザへヌルを向けるウェイトとなる。
【００４７】
このように各ユーザへヌルを向けるウェイトを形成して複数ユーザへの信号を送信すれば、空間多重が可能となる。
図７に第２の実施の形態に関連する無線基地局１０００の動作を示すフローチャートを示す。
あるユーザの送信ウェイトを計算する際、受信フレームにおいてエラーが全く無かった場合（ステップＳ３１）には、受信フレーム全範囲（または任意の一部）にて受信応答ベクトルを計算する（ステップＳ３４）。また、一部にはエラーがあるがＵＷ区間にエラーが無かった場合（ステップＳ３２）、ユニークワード区間にて受信応答ベクトルを推定する（ステップＳ３５）。また、ユニークワード区間にエラーがあった場合にでも、データ（ＣＲＣ）区間にエラーが無かった場合（ステップＳ３３）、データ区間にて受信応答ベクトルを推定する（ステップＳ３６）。
【００４８】
以上の動作において、受信応答ベクトルが求まった場合には上述の手段等により送信ウェイトを計算する（ステップＳ３７）が、受信エラーが原因で受信応答ベクトルが求まらなかった場合は、送信ウェイトとして前フレームの送信ウェイトを用いる（ステップＳ３８）。
このように、従来であれば受信フレームの一部にでも受信エラーが生じた場合には、送信ウェイトとして信頼性の低い前フレームの送信ウェイトを用いる手法が一般的であるが、本特許によって受信フレームの一部にエラーが生じた場合にでも、下り送信ウェイトを正しく形成することができる。
【００４９】
以上、本発明に係る無線基地局等について、第１の実施の形態及び第２の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれら実施の形態に限られないことは勿論である。即ち、本実施の形態では、ＰＨＳシステムにおける無線基地局及び移動局を例として説明したが、本発明は実施の形態のＰＨＳシステムに限定されることは無く、空間多重方式を採る通信システムであれば、上述したような受信動作を繰り返す、又は求める位置を適応的に制御する方式の利用が可能である。
【００５０】
また、第１の実施の形態で示した受信動作を繰り返す方法は、１６ｂｉｔＵＷ受信待ち状態について説明したが、３２ｂｉｔＵＷ受信待ち状態の時にＵＷ受信に失敗した場合、１６ｂｉｔＵＷ受信待ちとして再度受信動作を行ってもよい。
また、第２の実施の形態で示した受信応答ベクトル推定方法では、制御部８０において受信エラーを判定するとしたが、ユーザＡ信号処理部において受信エラーを判定しても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る送信ウェイト制御装置は、複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無縁基地局に備えられ、各移動局向けへの信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、条件によっては受信動作を繰り返す、又は推定区間を適応的に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る無線基地局１０００の構成を示すブロック図である。
【図２】信号処理部５０の構成を示すブロック図である。
【図３】ユーザＡ及びユーザＢの各移動局から送信された信号を無線基地局が受信する場合を示す図である。
【図４】ＰＨＳ規格に定められる、無線通信開始の流れを示す図である。
【図５】実施の形態１に係る無線基地局１０００の動作を示すフローチャートである。
【図６】無線通信におけるフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る無線基地局１０００の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１，１２ アンテナ
２１，２２ 無線部
３０ メモリ
５０ 信号処理部
５１ ユーザＡ信号処理部
５２ ユーザＢ信号処理部
６０ モデム部
７０ ベースバンド部
８０ 制御部
１１１ 送信部
１１２ 受信部
５１１ 判定部
５１２ メモリ
５１３ 受信ウェイトベクトル計算機
５１４ 送信ウェイトベクトル計算機
５１５ 受信応答ベクトル推定部
５１６ スイッチ部
１０００ 無線基地局
Claims (12)
- 複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、
各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により、基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする送信ウェイト制御装置。 - 複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、
各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により、基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする送信ウェイト制御装置。 - 複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、
複数のアンテナと、
複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、
信号復号後のエラー分布状態、及び基地局内部状態によって、基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする無線基地局。 - 複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、
複数のアンテナと、
複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、
信号復号後のエラー分布状態及び基地局内部状態に基づき基地局内部状態を変更し、再度同じ信号を受信処理することによって得られる情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする無線基地局。 - 前記無線基地局は、前記空間多重方式に加えて時分割方式を用いて無線通信を行い、前記送信ウェイト算出制御を、時分割によるタイムスロット毎の復号エラー状態及び／または基地局内部状態によって切り替えることを特徴とする請求項３または４記載の無線基地局。
- 複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局において各移動局への送信ウェイトを制御する手段であって、
複数の移動局からの信号を復号した後に得られるエラー分布状態及び基地局内部状態に基づき基地局の内部状態を変更し、同一の信号を再度復号するステップを含むことを特徴とする送信ウェイト制御方法。 - 複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、
各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により受信ウェイト情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする送信ウェイト制御装置。 - 複数の移動局と同時同一周波数に多重する方式により無線通信する無線基地局に備えられ、
各移動局へ送信する信号に乗ずる送信ウェイトを計算する際、受信信号復号後のエラー分布により受信情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする送信ウェイト制御装置。 - 複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、
複数のアンテナと、
複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、
信号復号後のエラー分布状態により、受信ウェイト情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信ウェイト情報を用いて送信ウェイトを制御することを特徴とする無線基地局。 - 複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局であって、
複数のアンテナと、
複数の移動局それぞれについて送信ウェイトを計算する手段を複数備え、
信号復号後のエラー分布状態によって、受信情報の信頼できる部分を適応的に選択し、信頼できる受信情報を用いて求められる移動局から送信された信号がアンテナに到達するまでの伝播路を示す受信応答ベクトルによって送信ウェイトを制御することを特徴とする無線基地局。 - 前記無線基地局は、前記空間多重方式に加えて時分割方式を用いて無線通信を行い、
前記送信ウェイト算出制御を時分割によるタイムスロット毎の復号エラー状態によって切り替えることを特徴とする請求項９または１０記載の無線基地局。 - 複数の移動局と空間多重方式により無線通信する無線基地局において各移動局への送信ウェイトを制御する手段であって、
複数の移動局からの信号を復号した後に得られるエラー分布状態によって受信情報の信頼できる部分を適応的に選択するステップと、
上記受信情報を用いて受信応答ベクトルを推定するステップと、
を含むことを特徴とする送信ウェイト制御方法。
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