JP2005295583A - 移動通信端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アダプティブアレイアンテナを備えた移動通信端末装置において高速なハンドオーバを実現すること
【解決手段】アレイアンテナから出力された複数の信号に重み付け係数を乗算し、乗算結果信号を出力する複数の乗算器と、この乗算器から出力された乗算結果信号から受信信号を生成する受信手段と、この受信手段から出力された受信信号に基づいて重み付け係数の計算を実行し、該重み付け係数を乗算器に与えることにより適応制御をするための制御手段と、重み付け係数の初期値をハンドオーバに先だって計算する初期値計算手段と、を具備する。制御手段は、ハンドオーバ時に、計算された初期値を用いて重み付け係数の計算を開始する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基地局との間で無線通信を行うための移動端末装置に係り、特にアダプティブアレイアンテナを用いた移動通信端末装置に関する。

アダプティブアレイアンテナは、所定形状に配列された複数のアンテナ素子から構成されるアレイアンテナの各アンテナ素子の出力に対して重み係数を乗じることで重み付けを行い、その重み係数を制御することによって指向性を適応的に変更可能としたアンテナである。近年、このアダプティブアレイアンテナを移動端末に搭載した無線通信システムの研究開発が進められている。

図１６に、このような移動無線端末を用いた無線通信システムの典型的な例を示す。移動端末１０００は、搭載されたアダプティブアレイアンテナ１０１０の重み係数を適応制御することにより、通信相手の基地局１００１に対して指向性を向けたビームパターン１０１１を合成し、基地局１００１と通信を行う。これによりオムニ指向性アンテナを搭載した場合に比較して、送信電力を抑えて消費電力の低減を図ることができ、電池のような容量に限りのある電源を使用した場合、より長時間の通信が可能になる。また、他の方向への干渉電力の輻射を抑えることができるため、通信を行っている基地局１００１以外の基地局への干渉を抑えることが可能となる。

このような無線通信システムにおいては、移動端末１０００が移動して通信相手の基地局１００１から徐々に離れ、通信を継続するのに必要な受信電界強度が得られなくなるときにハンドオーバを行う。ハンドオーバ時には、移動によって移動端末１０００に近くなった基地局１００２に対してアンテナ指向性を向けたビームパターン１０１２を新たに合成する必要が生じる。しかし、アダプティブアレイアンテナのビームパターンを合成し直すには、重み係数の適応制御のための信号処理時間が必要であり、ビームパターン１０１１からビームパターン１０１２への変更に伴う適応制御に要する信号処理時間の間に、通信が途切れてしまうことになる。

上述したように従来の指向特性を適応的に変更可能なアダプティブアレイアンテナを搭載した無線通信用移動無線端末においては、アダプティブアレイアンテナの指向性合成に重み係数の適応制御のための信号処理時間が必要なため、ハンドオーバ時にビームパターンの変更に伴う適応制御に要する信号処理時間の間に通信が途切れるという問題点があった。

本発明はこのような問題点を解消し、高速なハンドオーバを実現できるアダプティブアレイアンテナを備えた移動通信端末装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明に係る移動通信端末装置は次のように構成されている。すなわち、本発明に係る移動通信端末装置は、
第１の基地局又は第２の基地局のいずれか一方と通信し、該第１の基地局から該第２の基地局へハンドオーバする移動通信端末装置であって、複数の信号を出力するアレイアンテナと、前記アレイアンテナから出力された複数の信号に重み付け係数を乗算し、乗算結果信号を出力する複数の乗算器と、前記乗算器から出力された乗算結果信号から受信信号を生成する受信手段と、前記受信手段から出力された受信信号に基づいて、前記重み付け係数を計算する第１の重み付け係数計算手段と、前記第１の重み付け係数計算手段により計算された重み付け係数を与えることにより前記乗算器を適応制御する制御手段と、前記第１の基地局との通信スロット以外のタイミングで前記受信手段から出力された受信信号に基づいて、前記第２の基地局に対する重み付け係数の初期値を計算する第２の重み付け係数計算手段と、前記第２の重み付け計算手段により計算された重み付け係数の初期値を記憶し、前記第１の基地局から前記第２の基地局へのハンドオーバ時に該初期値を前記第１の重み付け係数計算手段に対して供給する重み付け係数記憶手段とを具備し、前記第１の重み付け係数計算手段は、前記ハンドオーバ時に、前記初期値を用いて前記重み付け係数の計算を開始することを特徴とする。

本発明によれば、高速なハンドオーバを実現できるアダプティブアレイアンテナを備えた移動通信端末装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの概略を説明するための図であり、アダプティブアレイアンテナを備えた携帯電話機、携帯無線機及び携帯情報端末などの移動端末装置（以下、単に移動端末という）１００と基地局１０１がＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）通信方式により通信を行っている状態を示している。

ＴＤＭＡ通信方式においては、図１の上側に示されるように通信チャネルは複数のフレーム（ＴＤＭフレーム）に分割され、さらに各ＴＤＭフレームは複数のタイムスロットＳ１，Ｓ２，Ｓ３に分割される。移動端末１００が通信を行うときには、１フレーム当たり通常１タイムスロットが割り当てられる。

図１の例では基地局１０１から移動端末１００への通信に割り当てられているタイムスロットはＳ１であり、移動端末１００は各ＴＤＭフレーム内のタイムスロットＳ１において、アレイアンテナ１１０により合成されたアンテナビーム１１１を用いて基地局１０１からの送信信号を受信している。その他のタイムスロットＳ２，Ｓ３では、基地局１０１から移動端末１００向けの送信信号は出力されない。

移動端末１００では、受信に用いているタイムスロットＳ１以外のタイムスロットＳ２，Ｓ３の時間帯や、アンテナビームを切り替える際の所要時間を利用して、例えばタイムスロットＳ２の先頭及びタイムスロットＳ３の終端付近を除いた時間帯に、現在通信を行っている基地局１０１以外の周囲の基地局１０２から到来する電波の到来方向推定を行う。移動端末１００が高速移動をしていない場合には、タイムスロットＳ２，Ｓ３の全ての時間帯に到来方向の推定を行う必要はないが、少なくとも移動端末１００の移動速度を考慮して、到来方向推定結果が極端に変動することのないような時間間隔で到来方向推定を行う。この到来方向推定の具体例については、後に詳しく説明する。

移動端末１００では、推定した到来方向にアンテナビームを向けるための重み係数を計算したり、あるいは、さらに現在タイムスロットＳ１を用いて通信を行っている基地局１０１の方向にヌルを向けることができるような重み係数を計算して、例えば到来方向推定結果及び受信レベルの情報と共にメモリに記憶しておく。そして、基地局１０１から基地局１０２へのハンドオーバ時に、それまでに計算され、メモリに記憶されている到来方向推定結果及び重み係数を初期値として、アダプティブアレイアンテナの適応制御を開始する。

このような動作により、移動端末１００は現在通信中の基地局１０１から離れたり、建物等の障害物が基地局１０１との間に入るなどで急に見通しが無くなるような場合にも、アダプティブアレイアンテナの適応制御をの収束を早めることが可能となり、従来技術の問題点が解決される。以下、さらに具体的に説明する。

図２は、本実施形態における移動端末１００に使用される送受信機の構成の一例を示している。アレイアンテナ１１０は図１中に示したものであり、複数のアンテナ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を直線状あるいは円形状といった所定形状に配列して構成される。アレイアンテナ１１０の各アンテナ素子の出力信号はフィルタ（例えば、帯域通過フィルタ）２０１により不要成分が除去され、さらに低雑音増幅器（ＬＮＡ）２０２により増幅された後にミキサ２０３に入力され、ローカル発振器２０４から分配器２０５を介して供給されるローカル信号と乗算されることにより、周波数変換（ダウンコンバート）される。乗算器２０３の出力はフィルタ２０６により不要成分が除去され、直交復調器２０７により復調された後、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）２０８よりディジタル信号に変換される。フィルタ２０１、ＬＮＡ２０２、ミキサ２０３、ローカル発振器２０４、分配器２０５、フィルタ２０６、直交復調器２０７及びＡ／Ｄ変換器２０８は、アレイアンテナ１１０のアンテナ素子数と同数個設けられる。

Ａ／Ｄ変換器２０８から出力されるディジタル信号は、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）２１０に入力される。ディジタル信号処理部２１０において、Ａ／Ｄ変換器２０８からのディジタル信号は、まず乗算器（複素乗算器）２１１に入力され、振幅及び位相についての重み係数（複素重み係数）が乗じられる。乗算器２１１の出力は加算器２１２により加算される。加算器２１２の出力は検波回路２１３によって検波され、検波回路２１３の出力は図示しない次段回路へ受信信号として導かれると共に、制御回路２１４に入力される。制御回路２１４には、さらにＡ／Ｄ変換器２０８からのディジタル信号も入力されている。この制御回路２１４によって、乗算器２１１に重み係数が与えられる。制御回路２１４については、後に詳しく説明する。

ディジタル信号処理部２１０には、移動端末１００が現在通信を行っている基地局１０１との間の送受信に用いられる主同期回路２１５に加えて、基地局１０１以外の少なくとも一つの他の基地局（例えば、図１の基地局１０２）との間の送受信を行う際に用いられる副同期回路２１６が備えられている。これらの同期回路２１５，２１６は、ビット同期及びフレーム同期を行う回路であり、例えばＰＬＬ(Phase Locked Loop)を用いて構成される。同期回路２１５，２１６は、スイッチ２１７，２１８によって切り替えられる。

すなわち、移動端末１００が基地局１０１との間で通信を行う際には、スイッチ２１７，２１８は実線の側に接続され、加算器２１２の出力がスイッチ２１７を介して主同期回路２１５に入力されると共に、主同期回路２１５の出力がスイッチ２１８を介して検波回路２１３及び制御回路２１４に入力される。同様にして、移動端末１００が基地局１０２との間で通信を行う際には、スイッチ２１７，２１８は破線の側に接続され、加算器２１２の出力がスイッチ２１７を介して副同期回路２１６に入力されると共に、副同期回路２１６の出力がスイッチ２１８を介して検波回路２１３及び制御回路２１４に入力される。同期回路２１５，２１６から検波回路２１３に供給される信号は同期検波用の参照信号であり、制御回路２１４にはこれと同期したクロック信号が入力される。

このように移動端末１００において、通信中の基地局１０１からの送信信号の受信に用いる主同期回路２１５とは別に、他の基地局１０２からの送信信号の受信に用いる副同期回路２１６を用意することによって、基地局１０２との間欠的な送受信においても、同期検波による優れた誤り率特性を得ることができる。また、検波回路２１３による検波後の信号に対して、制御回路２１４で必要な方向推定アルゴリズムを適用することが容易になるという効果も期待できる。

さらに、移動端末１００においては、現在通信中の基地局１０１以外の基地局１０２からの信号受信はバースト状、つまり間欠的であるため、副同期回路２１６に用いるＰＬＬの時定数を受信時と非受信時で変更し、非受信時にはパラメータがあまり動かないように時定数を大きくして、位相が変動しにくくする工夫をすると、非受信時においても同期状態が保存され、異なる基地局からの同期検波が可能になるという効果が得られる。

次に、図３を参照して制御回路２１４について説明する。
図３は、制御回路２１４のうちの重み係数制御に関する部分の構成であり、主たる重み係数計算部３０１及び重み係数保持部３０２に加えて、到来方向推定部３０３、重み係数計算部３０４及び重み係数記憶部３０５を有する。重み係数計算部３０１は、図３のＡ／Ｄ変換器２０８から出力されるディジタル信号及び検波回路２１３からの受信信号に基づいて最適な重み係数を計算する。この重み係数の計算は、例えば受信信号と参照信号との誤差信号を最小にするような規範によって行われる。重み係数計算部３０１で計算された重み係数は、重み係数を次のフレームまで保持するための重み係数保持部３０２を介して乗算器２１１に与えられる。

到来方向推定部３０３は、移動端末１００が通信を行っている基地局１０１以外の基地局１０２等（以下、基地局１０２で代表するものとする）からの電波の到来方向を推定するものであり、その推定方法としては以下に挙げる方法が考えられる。
（１）アダプティブアレイアンテナの最大指向性方向を偏向させて移動端末１００の周囲を走査する「ビームスキャン」を行い、最も受信電界強度が大きくなる方向を電波の到来方向とする。具体的には、重み係数を逐次変化させることによりビームスキャンを行いつつ、検波回路２１３からの受信信号レベルを監視して、受信信号レベルが最大となる時の重み係数に対応する方向を到来方向とする。

（２）アダプティブアレイアンテナの放射指向性の谷であるヌルの方向を変更して移動端末１００の周囲を走査する「ヌルスキャン」を行い、最も受信電界強度が小さくなる方向を電波の到来方向とする。この方法を実現するには、重み係数を逐次変化させることによりヌルスキャンを行いつつ、検波回路２１３からの受信信号レベルを監視して、受信信号レベルが最小となる時の重み係数に対応する方向を到来方向とすればよい。
（３）高分解能到来方向推定アルゴリズムとして知られるＭＵＳＩＣ(Multiple Signal Classification)，ＥＳＰＲＩＴ(Estimation oｆ Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）といった固有値展開に基づく方法、あるいは、これらの変形であるルートＭＵＳＩＣ，ユニタリＥＳＰＲＩＴ等の方法を用いる。これらの方法は、推定のための信号処理量が増えるものの、推定精度は高い。

到来方向推定部３０３によって基地局１０２からの電波の到来方向の推定が成功すると、その到来方向にアンテナビームを向けるための重み係数がもう一つの重み係数計算部３０４によって計算される。こうして計算された重み係数は、重み係数記憶部３０５に図４に示すようなテーブル形式で到来方向及び受信レベルに対応付けられて記憶される。すなわち、現在通信を行っている基地局１０１以外の周囲の基地局１０２は複数存在する場合もあるので、それらの各基地局からの電波の到来方向に対応する重み係数が到来方向及び受信レベルと対応付けられて記憶される。受信レベルは、検波回路２１３から出力される受信信号のレベルを表す。なお、図４のテーブルのうち到来方向と重み係数は一対一で対応するので、到来方向の情報については省略してもよい。

重み係数記憶部３０５からは、移動端末１００がハンドオーバを行う必要が生じたときに最も高い受信レベルに対応する重み係数が読み出される。重み係数計算部３０１は、重み係数記憶部３０５から読み出された重み係数が初期値として与えられ、この初期値から重み係数の計算（更新）、すなわち基地局１０２との通信に最適な重み係数の適応制御を開始する。

次に、図５に示すフローチャートを用いて本実施形態における処理の流れについて説明する。
まず、基地局１０１から移動端末１００との通信に用いるタイムスロットＳｎ（例えば、Ｓｎ＝Ｓ１）を割り当てる（Ｓ５０１）。次に、タイムスロットＳｉをＳｎとおき、タイムスロットＳｎが開始すると移動端末１００がアンテナビームを基地局１０１に向けて、タイムスロットＳｎを用いて基地局１０１からの送信信号を受信し、この受信をタイムスロットＳｎが終了するまで行う（Ｓ５０２〜Ｓ５０４）。タイムスロットＳｎが終了した時点で通信を継続するかどうかを調べ（Ｓ５０５）、継続しない場合は終了処理を行い（Ｓ５０６）、継続する場合はさらに前回の到来方向推定から予め決められた所定時間以上の時間が経過したかどうかを調べる（Ｓ５０７）。

ステップＳ５０７において、タイムスロットＳｎが終了した時点で所定時間以上経過していなければステップＳ５０２に戻り、経過していれば到来方向推定部３０３によって移動端末１００と現在通信中の基地局１０１以外の基地局１０２からの電波の到来方向を推定する（Ｓ５０８）。そして、この推定した到来方向に基づいて重み係数計算部３０４で重み係数を計算し（Ｓ５０９）、推定した到来方向及び受信レベルと計算した重み係数を対応付けて重み係数記憶部３０５に記憶する（Ｓ５１０）。

次に、ステップＳ５１１において移動端末１００が基地局１０１と通信中にハンドオーバ、つまり移動端末１００が基地局１０１と通信している状態から他の基地局１０２との通信に移行する必要が生じた場合には、重み係数記憶部３０５に記憶されている、基地局１０２からの電波の到来方向に対応した重み係数を重み係数計算部３０１に初期値として与え、基地局１０２からの電波を受信するための重み係数の適応制御を開始する（Ｓ５１２）。

ここで、基地局１０１の周囲の基地局１０２が複数存在した場合、重み係数記憶部３０５にはそれら複数の基地局１０２からの電波の到来方向に対応した重み係数が到来方向及び受信レベルと共に記憶されているので、ステップＳ５１２では、それら複数の基地局のうちで最も受信レベルの高い基地局に対応する重み係数を重み係数計算部３０１に初期値として与えることにより、その最も受信レベルの高い基地局からの電波を受信するための重み係数の適応制御を開始することになる。

次に、ステップＳ５１３において基地局１０１から基地局１０２へのハンドオーバが成功しなかった場合は終了処理を行い（Ｓ５１４）、成功した場合には基地局１０２からタイムスロットＳｍを割り当て（Ｓ５１５）、ＳｉをＳｍとおいてステップＳ５０２以降の処理を繰り返す。

このように本実施形態では、移動端末１００と通信を行う基地局１０１を他の基地局１０２に切り替えるハンドオーバ時に、重み係数記憶部３０５から重み係数計算部３０１に基地局１０２からの電波の到来方向に応じて予め計算された重み係数を初期値として与えることにより、重み係数の適応制御を速やかに収束させることができる。

ここで、本実施形態の変形例を説明する。

図６は、図３の重み係数計算部３０４の詳細な内部構成の一例を示す。

本構成例において、推定到来方向からの重み係数初期値計算部１４０１は、上述した重み係数計算部３０４と同様の機能を持つ。この計算部１４０１は、到来方向推定部３０３からの到来方向推定結果を元に、推定した到来方向へ最大指向性を向けることができる重み付け値を計算し、これを初期値として出力する。重み係数更新部１４０２は、この初期値を、通信中の基地局以外の該当する基地局からの受信信号を受けるための、アレイアンテナの重み係数の初期値として用いる。重み係数更新部１４０２は、各アンテナ素子からの入力によるＡＤＣ出力をも入力する。該更新部１４０２は、上記の初期値に対して、ＬＭＳ(Least Mean Square)等の適応制御アルゴリズムを適用し、重み係数の更新をする。かかる構成の場合、計算部１４０１からのそのままの出力を、ハンドオーバ時にメインの重み付け計算回路３０１へ初期値として与えるよりも、収束時間を短縮できるという利点がある。

尚、このような構成例では、図４のテーブルに関して、到来方向と重み係数は必ずしも１対１に対応しない。

別の構成例は、図６に示すように、受信レベルに応じた初期値出力制御回路１４０３を設けたものである。検波回路２１３から出力される受信レベルに関する情報に基づき、受信レベルが、所定のしきい値に比べて大きいときに限り、推定された到来方向推定結果の誤差が小さいと判断して、重み係数初期値計算部１４０１から初期値を出力するよう構成される。

次に、図３に示した制御回路の他の構成例を説明する。

図７は、他の基地局に対する到来方向の推定のみを行うこととし、基地局のテーブルとして、推定した到来方向及びその際の受信レベルを記憶するよう構成した場合を示している。この構成によれば、基地局テーブルの大きさを小さくすることができるという利点がある。また、各重み付け係数の初期値をその都度計算する構成ではないことから、到来方向の推定処理自体にハードウェアとソフトウェアのリソースを豊富に割り当てることができる。この構成は、通常は処理時間をそれほど必要としないが到来方向推定はやや精度が落ちるビームスキャンのような方向推定に代えて、相当の処理時間を要する高分解能到来方向推定を行う場合に好適であり、方向推定精度を向上できる。

図８は、到来方向推定部が設けられておらず、第２の重み付け係数計算回路を設けるよう構成した場合を示している。この構成は、通信中の基地局との通信スロット以外のタイミングで受信を行う際に、到来方向推定をするまでもなく他の基地局に対する重み付け係数を或る程度の精度で計算可能な場合に適している。

たとえば、基地局がそれほど密集して設定されていないなどの理由で、通信中の基地局との通信スロット以外のタイミングで送信している基地局が少なく、干渉が厳しくない場合、あるいは、もう１種類の拡散符号など信号に対し二次変調（あるいは一次変調）が施されており、この二次変調の逆拡散後は該基地局からの信号が干渉を受ける場合が少ない場合、などである。

尚、図３の構成は、ハンドオーバの際には、各アンテナ素子への重み付けの初期値が既に計算されているので、図７に示した構成に比べてハンドオーバの際の計算量が少なくなる点が有利である。到来方向推定部を備える図３（及び図６）の構成は、到来方向の推定結果を重み付け計算回路の初期値に使えるため、図８に比べてアンテナの重み付け係数の繰り返し計算の収束速度が向上する点で有利である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図９は、第２の実施形態に係る無線通信システムの概略を説明する図であり、図１と同様にアダプティブアレイアンテナを備えた携帯電話機、携帯無線機及び携帯情報端末などの移動端末装置（以下、単に移動端末という）６００と基地局６０１がＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多元接続）通信方式により通信を行っている状態を示している。

ＣＤＭＡ通信方式では、図９の上側に示されるように通信チャネルは複数種類の拡散符号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３によって多重化される。移動端末６００は、例えば二組のビーム合成・逆拡散回路を含む受信回路を有し、各々の受信回路により個別にアンテナビーム６１１，６１２を形成できるように構成される。図９の例では、移動端末６００は拡散符号Ｃ１を用いた基地局６０１からの送信信号を一方の受信回路で形成されたアンテナビーム６１１により受信している。

さらに、移動端末６００は他方の受信回路で形成されたアンテナビーム６１２を偏向させて周囲をスキャンしたり、あるいはアダプティブアレイアンテナヘの入力信号ベクトルに対して信号処理を施すなどの方法を用いて、現在通信を行っている基地局６０１以外の周囲の基地局６０２から到来する拡散符号Ｃ２を用いた電波の到来方向推定を行う。この場合、移動端末６００の移動速度を考慮して、到来方向推定結果が極端に変動することのないような時間間隔で到来方向推定を行う。

以下、移動端末６００は第１の実施形態と同様に到来方向推定結果に従って、推定した到来方向にアンテナビームを向けるための重み係数を計算したり、あるいは、現在通信を行っている基地局６０１の方向にヌルを向けることができるような重み係数を計算して、到来方向推定結果と共にメモリに記憶しておく。そして、基地局６０１から基地局６０２へのハンドオーバ時に、それまでに計算され記憶されている到来方向推定結果及び重み係数を初期値として、アダプティブアレイアンテナの適応制御を開始する。

このようにすることにより、移動端末６００は現在通信中の基地局６０１から離れたり、建物等の障害物が基地局６０１との間に入るなどで急に見通しが無くなるような場合にも、アダプティブアレイアンテナの適応制御の収束を早めることが可能となる。

図１０は、本実施形態における移動端末６００に使用される送受信機の構成の一例を示している。アレイアンテナ６１０、フィルタ７０１、ＬＮＡ７０２、ミキサ７０３、ローカル発振器７０４から分配器７０５、フィルタ７０６、直交復調器７０７、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）７０８については、第１の実施形態における図２に示した移動端末１００の構成と同様である。

Ａ／Ｄ変換器７０８から出力されるディジタル信号が入力されるディジタル信号処理部（ＤＳＰ）７０９には、二組の受信回路７１０，７２０が設けられている。移動端末６００が現在通信を行っている基地局６０１からの送信信号を受信する際には一方の受信回路７１０が用いられ、他の基地局６０２からの送信信号を受信する際には他方の受信回路７２０が用いられる。

すなわち、ディジタル信号処理部７０９内の受信回路７１０，７２０にそれぞれ入力された複数のディジタル信号は、複素乗算器である複数の第１乗算器７１１及び第２乗算器７２１にそれぞれ入力され、振幅及び位相についての重み係数（複素重み係数）が乗じられる。乗算器７１１及び７１２の出力は、それぞれ加算器７１２及び７２２によって加算される。加算器７１２及び７２２の出力は、それぞれ逆拡散回路７１３，７２３により拡散符号を用いて逆拡散された後、検波回路７１３及び７２３によって検波される。検波回路７１４及び７２４の出力は、図示しない次段回路へ受信信号として導かれると共に、制御回路７１５及び７２５に入力され、制御回路７１５及び７２５から乗算器７１１及び７２１に重み係数が与えられる。制御回路７１５及び７２５の基本構成は、第１の実施形態における図２中に示した制御回路２１４と同様である。

受信回路７１０，７２０には、さらに同期回路７１６，７２６が設けられている。同期回路７１６，７２６は、移動端末６００が基地局６０１，６０２との送受信をそれぞれ行うとき、言い換えれば受信回路７１０，７２０が基地局６０１，６０２からの送信信号を受信するときにそれぞれビット同期及びフレーム同期を行う回路であり、例えばＰＬＬを用いて構成される。同期回路７１６，７２６は、逆拡散回路７１３，７２３に対しては拡散符号（例えばＣ１，Ｃ２）を供給し、検波回路７１４，７２４に対しては同期検波用の参照信号を供給し、また制御回路７１５，７２５に対してはクロック信号を供給する。

このように移動端末６００内の二つの受信回路７１０，７２０に、それぞれ同期回路７１６，７２６を設けることにより、基地局７０２との間の間欠的な送受信においても、同期検波による優れた誤り率特性を得ることができる。また、検波回路７１４，７２４による検波後の信号に対して、制御回路７１５，７２５で必要な方向推定アルゴリズムを適用することが容易になるという効果も期待できる。

また、移動端末６００における現在通信中の基地局６０１以外の基地局６０２からの信号受信はバースト状、つまり間欠的であるため、同期回路７２６に用いるＰＬＬの時定数を受信時と非受信時で変更し、非受信時にはパラメータがあまり動かないように時定数を大きくして、位相が変動しにくくする工夫をすると、非受信時においても同期状態が保存され、異なる基地局からの同期検波が可能になるという効果が得られる。

次に、図１１に示すフローチャートを用いて本実施形態における処理の流れについて説明する。
まず、移動端末６００と最初に通信を行う基地局６０１と通信に用いる拡散符号Ｃｎ（例えば、Ｃｎ＝Ｃ１）を決定する（Ｓ８０１）。次に、拡散符号ＣｉをＣｎとおき、移動端末６００がアンテナビームを基地局６０１に向けて、拡散符号Ｃｎを用いて基地局６０１からの送信信号を受信する（Ｓ８０２）。ステップＳ８０３で通信を継続するかどうかを調べ、継続しない場合は終了処理を行い（Ｓ８０４）、継続する場合はさらに前回の到来方向推定から予め決められた所定時間以上の時間が経過したかどうかを調べる（Ｓ８０５）。

ステップＳ８０５において前回の到来方向推定から所定時間以上経過していなければステップＳ８０２に戻り、経過していれば制御回路７２５内の到来方向推定部によって移動端末６００と現在通信中の基地局１０１以外の基地局１０２からの電波の到来方向を推定する（Ｓ８０６）。そして、この推定した到来方向に基づいて制御回路７２５内の重み係数計算部で重み係数を計算し（Ｓ８０７）、推定した到来方向及び受信レベルと計算した重み係数を対応付けて制御回路７２５内の重み係数記憶部に記憶する（Ｓ８０８）。

次に、ステップＳ８０９において移動端末６００が基地局６０１と通信中にハンドオーバ、つまり移動端末６００が基地局６０１と通信している状態から他の基地局６０２との通信に移行する必要が生じた場合には、制御回路７２５内の重み係数記憶部に記憶されている、基地局６０２からの電波の到来方向に対応した重み係数を制御回路７２５内の重み係数計算部に初期値として与え、基地局６０２からの電波を受信するための重み係数の適応制御を開始する（Ｓ８１０）。

ここで、基地局６０１の周囲の基地局６０２が複数存在した場合、制御回路７２５内の重み係数記憶部にはそれら複数の基地局６０２からの電波の到来方向に対応した重み係数が到来方向及び受信レベルと共に記憶されているので、ステップＳ８１０では、それら複数の基地局のうちで最も受信レベルの高い基地局に対応する重み係数を制御回路７２５内の重み係数計算部に初期値として与えることにより、その最も受信レベルの高い基地局からの電波を受信するための重み係数の適応制御を開始することになる。

次に、ステップＳ８１１において基地局６０１から基地局６０２へのハンドオーバが成功しなかった場合は終了処理を行い（Ｓ８１２）、成功した場合には基地局６０２と拡散符号Ｃｍを決定し（Ｓ８１３）、ＣｉをＣｍとおいてステップＳ８０２以降の処理を繰り返す。

このように本実施形態においても、移動端末６００と通信を行う基地局を基地局６０１から他の基地局６０２に切り替えるハンドオーバ時に、基地局６０２からの電波の到来方向に応じて予め計算された重み係数をアダプティブアレイアンテナに初期値として与えることにより、重み係数の適応制御を速やかに収束させることができる。

さらに、本実施形態では次のようなリンク割当の優先度を表す基地局リストに基づくハンドオーバ処理を併用してもよい。図１２に示すように、移動端末６００において移動端末６００と現在通信中の基地局６０１以外の基地局６０２（到来方向推定の対象としている基地局）の識別情報（基地局ＩＤ）を基地局６０２が送信しているパイロットチャネルのような特定チャネルの信号に多重されている拡散符号から認識し（Ｓ９０１）、移動端末６００において基地局６０２から送信されてくる電波の受信強度情報、例えばＰＳＭＭ(Pilot Strength Measurement Message：パイロット強度測定メッセージ)を基地局６０２の基地局ＩＤと共に基地局６０１あるいは制御局（ＭＳＣ）に送信する（Ｓ９０２）。そして、このＰＳＭＭを受信した基地局６０１またはＭＳＣ側において、管理している基地局リストの内容を更新する（Ｓ９０３）。ＰＳＭＭは、移動端末６００において基地局６０２から送信されたパイロットチャネルの信号の受信信号レベルから求められる。

基地局リストとは、リンク割当の優先度を表すために各移動端末と各基地局との間の送受信状態を表す関係を示したリストであり、例えば図１３に示されるように、各移動端末の識別情報（端末ＩＤという）と各基地局ＩＤとをＰＳＭＭに対応したアクティブセット（Active set）、キャンディデイトセット（Candidate set）及びネイバーセット（Neighbor set）の３レベルの関係パラメータで対応付けたテーブルとなっている。図１３では、端末ＩＤを大文字のアルファベットで表し、基地局ＩＤを小文字のアルファベットで表している。アクティブセットは、あるＭＳＣから送信されるパイロットチャネルの信号が移動端末６００で受信可能な場合に相当する。キャンディデイトセットは、ＭＳＣ側から送信されるパイロットチャネルの信号を移動端末６００が十分なレベルで受信しているが、アクティブセットに入っていない場合に相当する。また、ネイバーセットは、やがてキャンディデイト（候補）になると予想されるが、ＭＳＣ側から送信されるパイロットチャネルの信号がまだ間欠的にしかパイロットチャネルの信号が受信されない場合に相当する。

この基地局リストを管理している基地局またはＭＳＣでは、移動端末６００から送信されてきたＰＳＭＭを受信すると、それに従って図１３の基地局リストの更新、具体的にはＰＳＭＭを送信してきた移動端末に対応する端末ＩＤと各レベルの関係パラメータとの交点に記述されている基地局ＩＤの内容を更新する。各交点に記述される基地局ＩＤは、図１３に示されるように一つの場合もあるし、複数の場合もある。

ここで、図１１に示したＳ８０６における処理、すなわち、現在通信中の基地局以外の基地局からの電波の到来方向を推定する際に、複数存在する他の基地局群のうち、どの基地局を選択して到来方向の対象とするかを決定する処理を、基地局リストを利用して行う処理を図１４及び図１５を参照しながら説明する。

図１１に示したＳ８０５における判定処理において、前回の到来方向推定時から所定時間以上が経過した旨が判定されたら、図１４に示すように、端末は、現在通信中の基地局に対して、あるいは、該基地局を経由してＭＳＣに対して、基地局リストを照会するコマンドを送信する（Ｓ１２０１）。コマンドを受けた基地局あるいはＭＳＣは、到来方向の対象となる基地局として、
（１） 基地局リスト中のアクティブセットにおいて現在通信中の基地局以外のものがある場合には、そのうちの少なくとも１つ、
（２） （１）以外の場合で、基地局リスト中のキャンディデイトセットが空でない場合には、そのうちの少なくとも１つ、
（３） （１）（２）以外の場合は、基地局リスト中のネイバーセットのうちの少なくとも１つを選択し（Ｓ１２０２）、選択した基地局を移動端末６００へ通知する（Ｓ１２０３）。
また、図１５に示すように、図１２に示した基地局リスト更新処理（Ｓ９０３）の後に、基地局リストから上記の（１）〜（３）のような方法で、到来方向対象となる基地局を選択し（Ｓ１３０１）、選択した基地局を移動端末６００へ通知する（Ｓ１３０２）ような構成も考えられる。この場合、図１４のものとは異なり、基地局あるいはＭＳＣ側へ基地局リスト照会コマンドを送らないので、Ｓ８０６における処理時間を短縮できるという利点がある。一方、図１４の場合は、図１１のＳ８０５の判定処理において回の到来方向推定時から所定時間以上経過したと判定されたときのみに選択作業を行うのであるから、全体の作業量を低減できるという利点がある。

また、端末側において、パイロットチャネルのモニター結果から、直近の数回の電界強度値の平均の高さ、最弱値の低さなどにより、次のハンドオーバに最も適した基地局の候補を予め選択しておくようにし、Ｓ８０６の際にその候補を選択するよう構成しても良い。

本実施形態によれば、ハンドオーバ時におけるアダプティブアレイアンテナの適応制御の収束を早めるという先の効果に加えて、リンク割当の優先度を表す基地局リストに基づく信頼度の高いハンドオーバを、移動端末にオムニ指向性アンテナを用いる従来の場合と同様な手続きで実現できるという効果を得ることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る移動端末装置を含む無線通信システムの概略を説明するための図 第１の実施形態における移動端末装置内の送受信機の構成を示すブロック図 第１の実施形態における制御回路の構成を示すブロック図 第１の実施形態における到来方向／重み係数記憶部について説明する図 第１の実施形態における主要な処理の流れを示すフローチャート 図３に示した重み付け計算部３０４の内部構成の一例を示す図 第１実施形態における制御回路の他の構成を示すブロック図 第１実施形態における制御回路のさらに他の構成を示すブロック図 本発明の第２の実施形態に係る移動端末装置を含む無線通信システムの概略を説明するための図 第２の実施形態における移動端末装置内の送受信機の構成を示すブロック図 第２の同実施形態における主要な処理の流れを示すフローチャート 第２の実施形態における基地局リスト更新のための処理の流れの一部を示すフローチャート 基地局リストについて説明する図 第２の実施形態における基地局リスト更新のための処理の流れの他の部を示すフローチャート 第２の実施形態における基地局リスト更新のための変形例に係る処理の流れの他の部を示すフローチャート 従来の移動端末装置を含む無線通信システムの概略を説明するための図

符号の説明

１００…移動通信端末装置
１０１…第１の基地局
１０２…第２の基地局
１１０…アレイアンテナ
１１１，１１２…アンテナビーム
２０１…低雑音増幅器
２０２…フィルタ
２０３…ミキサ
２０４…ローカル信号発生器
２０５…分配器
２０６…フィルタ
２０７…直交復調器
２０８…Ａ／Ｄ変換器
２１０…ディジタル信号処理部
２１１…乗算器
２１２…加算器
２１３…検波回路
２１４…制御回路
２１５…主同期回路
２１６…副同期回路
２１７，２１８…スイッチ
３０１…重み係数計算部
３０２…重み係数保持部
３０３…到来方向推定部
３０４…重み係数計算部
３０５…重み係数記憶部
６００…移動通信端末装置
６０１…第１の基地局
６０２…第２の基地局
６１０…アレイアンテナ
６１１，６１２…アンテナビーム
７０１…低雑音増幅器
７０２…フィルタ
７０３…ミキサ
７０４…ローカル信号発生器
７０５…分配器
７０６…フィルタ
７０７…直交復調器
７０８…Ａ／Ｄ変換器
７０９…ディジタル信号処理部
７１０，７２０…受信回路
７１１，７２１…乗算器
７１２，７２２…加算器
７１３，７２３…逆拡散回路
７１４，７２４…検波回路
７１５，７２５…制御回路
７１６，７２６…同期回路
１４０１…到来方向に応じた重み係数の初期値
１４０２…重み係数更新計算部
１４０３…受信レベルによる初期値出力制御回路

Claims (1)

1. 第１の基地局又は第２の基地局のいずれか一方と通信し、該第１の基地局から該第２の基地局へハンドオーバする移動通信端末装置であって、
   複数の信号を出力するアレイアンテナと、
   前記アレイアンテナから出力された複数の信号に重み付け係数を乗算し、乗算結果信号を出力する複数の乗算器と、
   前記乗算器から出力された乗算結果信号から受信信号を生成する受信手段と、
   前記受信手段から出力された受信信号に基づいて、前記重み付け係数を計算する第１の重み付け係数計算手段と、
   前記第１の重み付け係数計算手段により計算された重み付け係数を与えることにより前記乗算器を適応制御する制御手段と、
   前記第１の基地局との通信スロット以外のタイミングで前記受信手段から出力された受信信号に基づいて、前記第２の基地局に対する重み付け係数の初期値を計算する第２の重み付け係数計算手段と、
   前記第２の重み付け計算手段により計算された重み付け係数の初期値を記憶し、前記第１の基地局から前記第２の基地局へのハンドオーバ時に該初期値を前記第１の重み付け係数計算手段に対して供給する重み付け係数記憶手段とを具備し、
   前記第１の重み付け係数計算手段は、前記ハンドオーバ時に、前記初期値を用いて前記重み付け係数の計算を開始することを特徴とする移動通信端末装置。

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