JP2006019870A - 基地局装置、通信端末装置及び無線通信方法 - Google Patents

基地局装置、通信端末装置及び無線通信方法 Download PDF

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雅之 穴田
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Abstract

【課題】 クローズドループ送信ダイバーシチ方式を適用する無線通信システムの下りリンク送信開始時において、下りリンクの両アンテナの信号がどのような位相差であっても、下りリンクの同期を確立すること。
【解決手段】 上り同期判定部115は、SIR、CRC結果などから上りリンクの同期が確立しているか否かを判定する。下り送信制御部153は、下り送信開始時から上り同期判定部115が上りリンクの同期が確立したと判定するまで、位相回転部154に対して特定タイミング毎に所定量の位相を回転させる。位相回転部154は、下り送信制御部153の制御に従って、変調部152の出力信号の位相を回転する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、特にクローズドループ送信ダイバーシチ方式を適用した無線通信システムに用いられる基地局装置、通信端末装置及び無線通信方法に関する。
従来から、無線通信システムでは、基地局装置と通信端末装置との間でクローズドループ送信ダイバーシチ方式を適用する場合がある(例えば、特許文献1)。以下、従来のクローズドループ送信ダイバーシチ方式について図4を用いて説明する。図4は、従来の基地局装置10と通信端末装置60の構成を示すブロック図である。
基地局装置10は、受信用アンテナ11と、受信部(Rx)12と、端子13と、送信状態制御部14と、端子15と、送信部(Tx)16と、複数の送信アンテナ17と、から主に構成される。
受信用アンテナ11は、複数の通信端末装置から電波を受信する。受信部(Rx)12は、受信用アンテナ11からの受信信号に対してスロット毎に減衰、ダウンコンバート、逆拡散、復調等の処理を行い、受信データを端子13に出力すると共に、受信制御コマンド及び希望波対干渉波電力比(SIR:Signal to Interference Ratio)の測定データを送信状態制御部14に出力する。
送信状態制御部14は、SIRに基づいて送信電力制御コマンドを生成して送信部16に出力する。また、送信状態制御部14は、定期的に通信端末装置60から供給されるフィードバック情報により送信部16の各々のアンテナの送信レベルや位相差を制御する指示を出す。
送信部(Tx)16は、送信状態制御部14からの指示に基づき、端子15から入力される送信データに送信電力制御コマンドを多重した信号に対してスロット毎に変調、拡散、アップコンバート、増幅等の処理を行う。複数の送信アンテナ17は、送信部16から出力された高周波信号を空間放射する。なお、基地局装置10の各送信アンテナ17は、互いに同じデータ信号と、互いに直交するパイロットパターン(クローズドループモード1)になっている信号、あるいは、同一パイロットパターン(クローズドループモード2)になっている信号を送信する。
通信端末装置60は、受信用アンテナ61と、受信部(Rx)62と、伝送路推定部63と、伝送路予測部64と、制御コマンド作成部65と、端子66と、混合部67と、送信部(Tx)68と、送信用アンテナ69と、上り伝送路状態推定部70と、下り伝送路状態推定部71と、送信状態予測部72と、復調部73と、端子74と、から主に構成される。
受信用アンテナ61は、各々の送信アンテナ17から空間放射された電波を受信する。受信部(Rx)62は、受信用アンテナ61からの受信信号受信信号に対してスロット毎に減衰、ダウンコンバート、逆拡散等の処理を行いベースバンド信号として復調部73に出力する。
伝送路推定部63は、受信部(Rx)62で検出した受信レベルやS/N、データ誤り率等から最適な伝送路を推定する。伝送路予測部64は、伝送路推定部63からの推定結果から次のスロットの最適な伝送路を予測する。制御コマンド作成部65は、伝送路予測部64からの予測結果から基地局装置10の送信ダイバーシチ方式に対する制御指示を示すフィードバック情報を作成する。混合部67は、端子66からの送信データと制御コマンド作成部65で作成したフィードバック情報とを混合する。送信部(Tx)68は、混合部67の出力信号に対してスロット毎に変調、拡散、アップコンバート、増幅等の処理を行う。送信用アンテナ69は、送信部(Tx)68から出力された高周波信号を空間放射する。
上り伝送路状態推定部70は、下りリンクで送られてきた基地局装置10からの送信電力制御コマンドを使用して上りリンクの伝送路状態を推定する。下り伝送路状態推定部71は、受信部(Rx)62で検出した受信レベルやS/N、データ誤り率等を使用して下りリンクの伝送路状態を推定する。
送信状態予測部72は、上り伝送路状態推定部70と下り伝送路状態推定部71との各推定値を入力して基地局装置の送信状態を予測する。具体的には、送信状態予測部72は、下りリンクの伝送路状態が良く、上りリンクの伝送路状態が悪い場合には、下りリンクの伝送路推定値から基地局装置10の送信状態を予測し、下りリンクの伝送路状態が悪く、上りリンクの伝送路状態が良い場合には、上りリンクで送信した基地局装置10の送信状態を制御する制御コマンド通りに、基地局装置10が送信していると予測する。
復調部73は、送信状態予測部72の予測値に従って受信部(Rx)62からのベースバンド信号に対してレイク合成を行い、伝送路に応じた復調係数に従って復調し端子74に受信復調データを出力する。
このように、クローズドループ送信ダイバーシチ方式とは、基地局装置が、複数のアンテナから区別可能な信号を送信し、通信端末装置が、基地局装置のアンテナ毎に次のスロットの最適な伝送路を予測し、制御指示を示すフィードバック情報を基地局装置に送信し、基地局装置が通信端末装置の制御指示に従って送信レベルや位相差を制御して再び複数のアンテナから区別可能な信号を送信するという一連の処理を繰り返す方式である。
特開2001−326591号公報(第1図)
しかしながら、上記従来のクローズドループ送信ダイバーシチ方式は、下り送信開始時から相互通信をするまでの期間には適用することができない。一般に、通信の開始時は図5のように、まず基地局装置が下りリンクで信号を送信し、通信端末装置が下りリンクの同期を確立後、上りリンクで信号の送信を開始する。次に、基地局装置が上りリンクの同期を確立して初めて相互通信が可能となる。また、3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)で規格化されているシステムのクローズドループモード送信ダイバーシチ動作では、上りリンクのフィードバック情報が受信されるまで、基地局装置の片側のアンテナの位相が特定の固定位相量で送信される。
場所などの環境の条件により、通信端末装置の受信時において、図6(a)のように基地局装置の2つのアンテナ(Ant#1、Ant#2)からの信号が強めあうように作用する場合もあれば、図6(b)にあるように両アンテナからの信号が互いに打ち消しあう場合もある。
図7は、両アンテナのからの信号の位相差と合成信号の大きさを示したものである。図7から明らかなように、両アンテナの位相が逆相になった場合には合成信号が0となる。そのため、アンテナ間位相差が逆相となる環境下の場合、基地局装置が十分な送信電力で送信しているにもかかわらず通信端末装置では希望波受信電力が小さく測定され、通信端末装置がSIRやCRC結果により下りリンクの同期判定を行う場合、下りリンクの同期を確立することができない。また、下りリンクの同期を確立するまでは通信端末装置は上りリンクの信号を送信しないため、相互通信を確立することができない状態が続き、最終的に呼切断となってしまうという問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、クローズドループ送信ダイバーシチ方式を適用する無線通信システムの下りリンク送信開始時において、下りリンクの両アンテナの信号がどのような位相差であっても、下りリンクの同期を確立することができる基地局装置、通信端末装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。
本発明の基地局装置は、2つのアンテナを用いて送信ダイバーシチ方式の無線通信を行う基地局装置であって、上りリンクの同期が確立しているか否かを判定する上り同期判定手段と、片側のアンテナから送信する信号の位相を回転する位相回転手段と、前記位相回転手段に対して位相を回転させる制御手段とを具備し、前記制御装置は、下り送信開始時から上りリンクの同期が確立するまでは特定タイミング毎に所定量の位相を回転させ、上りリンクの同期が確立した後はクローズドループ制御により位相回転量を制御する構成を採る。
この構成により、通信端末装置において、アンテナ間位相差が逆相となる環境下にある場合でも、基地局装置が片アンテナの位相を変化させることで、常に両アンテナからの合成信号が打ち消しあい続けることがなくなり、下りリンクの同期確立性能を向上させることができる。
また、本発明の通信端末装置は、上記基地局装置から送信された信号の希望波対干渉波電力比を位相回転量毎に測定するSIR測定手段と、位相回転量毎に平均値を算出する平均化手段と、各位相回転量の平均値が大きい順に上位N個(Nは自然数)を選択し、選択された平均値を平均してSIR平均値を算出する選択手段と、前記SIR平均値を用いて下りリンクの同期判定を行う下り同期判定手段と、を具備する構成を採る。
この構成により、アンテナ間位相差の小さい信号に基づいて下りリンクの同期判定をすることができるので、下りリンクの同期判定性能を向上させることができる。
また、本発明のプログラムは、2つのアンテナを有する基地局装置に、上りリンクの同期が確立しているか否かを判定する手順と、下り送信開始時から上りリンクの同期が確立するまで、特定タイミング毎に位相回転量を設定する手順と、前記設定された位相回転量により片側のアンテナから送信する信号の位相を回転させる手順と、を実行させる構成を採る。
この構成により、通信端末装置において、アンテナ間位相差が逆相となる環境下にある場合でも、基地局装置が片アンテナの位相を変化させることで、常に両アンテナからの合成信号が打ち消しあい続けることがなくなり、下りリンクの同期確立性能を向上させることができる。
また、本発明の無線通信方法は、送信ダイバーシチ方式を適用する無線通信システムの無線通信方法であって、基地局装置が、上りリンクの同期が確立しているか否かを判定する判定工程と、2つに分岐された送信信号の一方の位相を回転する位相回転工程と、前記位相を回転された信号と分岐された他方の信号とを互いに異なるアンテナから、通信端末装置において送信アンテナを区別できるように送信する送信工程と、を具備し、前記位相回転工程は、下り送信開始時から上りリンクの同期が確立するまでは特定タイミング毎に所定量の位相を回転し、上りリンクの同期が確立した後はクローズドループ制御により位相を回転する方法を採る。
この方法により、通信端末装置において、アンテナ間位相差が逆相となる環境下にある場合でも、基地局装置が片アンテナの位相を変化させることで、常に両アンテナからの合成信号が打ち消しあい続けることがなくなり、下りリンクの同期確立性能を向上させることができる。
本発明は、下り送信開始時から相互通信をするまでの期間、基地局装置の片側のアンテナから送信する信号の位相回転量を一定時間毎に変更して送信を行うことにより、通信端末装置においてアンテナ間位相差が逆相となる環境下にある場合であっても、常に両アンテナからの合成信号が打ち消しあい続けることがなくなり、下りリンクの同期確立性能を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における基地局装置100の構成を示すブロック図である。
図1の基地局装置100は、受信アンテナ101と、受信無線部102と、A/D変換部103と、1つ以上のフィンガ104と、復調部110と、復号部111と、RSCP合成部112と、ISCP合成部113と、SIR算出部114と、上り同期判定部115と、符号化部151と、変調部152と、下り送信制御部153と、位相回転部154と、拡散部155−1、155−2と、D/A変換部156−1、156−2と、送信無線部157−1、157−2と、送信アンテナ158と、から主に構成される。また、各フィンガ104は、逆拡散部105と、位相推定部106と、同期検波部107と、RSCP算出部108と、ISCP算出部109とを有する。
受信アンテナ101は、上りリンクの信号を受信する。受信無線部102は、受信アンテナ101からの受信信号に対して周波数変換、増幅、選択等の処理を行う。A/D変換部103は、受信無線部102から出力されたアナログベースバンド信号をディジタル信号に変換する。
各フィンガ104において、逆拡散部105は、A/D変換部103の出力信号に対して逆拡散処理を行う。位相推定部106は、逆拡散部105で算出された逆拡散値を同相加算して受信レベルや位相回転量を推定する。同期検波部107は、位相回転量と逆拡散値とを用いて同期検波を行う。RSCP算出部108は、逆拡散値を用いて希望波受信電力を測定する。ISCP算出部109は、逆拡散値を用いて干渉波電力を測定する。
復調部110は、各フィンガ104の同期検波部107から出力された同期検波後の信号を合成する。復号部111は、復調部110の出力信号に対して誤り訂正復号、CRC検出等の処理を行い、受信データを得る。
RSCP合成部112は、各フィンガ104のRSCP算出部108から出力された希望波電力を合成する。ISCP合成部113は、各フィンガ104のISCP算出部109から出力された干渉波電力を合成する。SIR算出部114は、合成希望波電力と合成干渉波電力との比であるSIRを算出する。上り同期判定部115は、SIR、CRC結果などから上りリンクの同期が確立しているか否かを判定する。
符号化部151は、送信データに対して誤り訂正符号化等の処理を行う。変調部152は、符号化部151の出力信号を変調する。変調部152の出力信号は、2つに分岐され、一方は位相回転部154に入力し、他方は拡散部155−2に入力する。
下り送信制御部153は、下り送信を制御する。特に、下り送信制御部153は、位相回転部154に対して位相を回転させるように制御する。位相回転部154は、下り送信制御部153の制御に従って、変調部152の出力信号の位相を回転する。なお、下り送信制御部153及び位相回転部154の動作の詳細は後述する。
拡散部155−1は、位相回転部154の出力信号に対して拡散を行う。拡散部155−2は、変調部152の出力信号に対して拡散を行う。D/A変換部156−1は、拡散部155−1から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換する。D/A変換部156−2は、拡散部155−2から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換する。送信無線部157−1は、D/A変換部156−1の出力信号に対して増幅、周波数変換を行う。送信無線部157−2は、D/A変換部156−2の出力信号に対して増幅、周波数変換を行う。送信アンテナ158−1は、送信無線部157−1から出力された高周波信号を空間放射する。送信アンテナ158−2は、送信無線部157−2から出力された高周波信号を空間放射する。
図2は、本発明の実施の形態1における通信端末装置200の構成を示すブロック図である。
図2の通信端末装置200は、受信アンテナ201と、受信無線部202と、A/D変換部203と、1つ以上のフィンガ204と、復調部210と、復号部211と、RSCP合成部212と、ISCP合成部213と、SIR算出部214と、SIR平均化部215と、下り同期判定部216と、上り送信制御部251と、符号化部252と、変調部253と、拡散部254と、D/A変換部255と、送信無線部256と、送信アンテナ257と、から主に構成される。また、各フィンガ204は、逆拡散部205と、位相推定部206と、同期検波部207と、RSCP算出部208と、ISCP算出部209とを有する。
受信アンテナ201は、上りリンクの信号を受信する。受信無線部202は、受信アンテナ201からの受信信号に対して周波数変換、増幅、選択等の処理を行う。A/D変換部203は、受信無線部202から出力されたアナログベースバンド信号をディジタル信号に変換する。
各フィンガ204において、逆拡散部205は、A/D変換部203の出力信号に対して逆拡散処理を行う。位相推定部206は、逆拡散部205で算出された逆拡散値を同相加算して受信レベルや位相回転量を推定する。同期検波部207は、位相回転量と逆拡散値とを用いて同期検波を行う。RSCP算出部208は、逆拡散値を用いて希望波受信電力を測定する。ISCP算出部209は、逆拡散値を用いて干渉波電力を測定する。
復調部210は、各フィンガ204の同期検波部207から出力された同期検波後の信号を合成する。復号部211は、復調部210の出力信号に対して誤り訂正復号、CRC検出等の処理を行い、受信データを得る。
RSCP合成部212は、各フィンガ204のRSCP算出部208から出力された希望波電力を合成する。ISCP合成部213は、各フィンガ204のISCP算出部209から出力された干渉波電力を合成する。SIR算出部214は、合成希望波電力と合成干渉波電力との比であるSIRを算出する。SIR平均化部215は、SIR算出部214から出力された複数のSIRを平均化する。下り同期判定部216は、SIRの平均値、CRC結果などから下りリンクの同期が確立しているか否かを判定する。
上り送信制御部251は、上り送信を制御する。具体的には、下り同期が確立した場合に上り送信を開始し、同期確立後に復号部211から出力された基地局装置100からのTPCコマンドに基づいて上り送信電力を制御する。
符号化部252は、送信データに対して誤り訂正符号化等の処理を行う。変調部253は、符号化部252の出力信号を変調する。拡散部254は、変調部253の出力信号に対して拡散を行う。D/A変換部255は、拡散部254から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換する。送信無線部256は、D/A変換部255の出力信号に対して増幅、周波数変換を行う。送信アンテナ257は、送信無線部256から出力された高周波信号を空間放射する。
次に、図1に示した基地局装置100の下り送信制御部153及び位相回転部154の動作について詳細に説明する。
まず、下り送信開始時から上り同期判定部115が上りリンクの同期が確立したと判定するまで、下り送信制御部153は、位相回転部154に対して特定タイミング毎に所定量の位相を回転させる(例えば、スロット毎に45度ずつ回転させる)。
また、上り同期判定部115が上りリンクの同期が確立したと判定した後、下り送信制御部153は、通信端末装置が送信するFBIビット(フィードバック情報)に基づいて位相回転部154に対して位相を回転させる。
この結果、位相回転部154は、上りリンクの同期が確立するまではフィードバック情報を用いずに信号の位相を回転し、上りリンクの同期が確立した後にはフィードバック情報を用いて信号の位相を回転する。
ここで、通信端末装置200に受信される送信アンテナ158−1からの信号と送信アンテナ158−2からの信号との合成信号は、次の式(1)のように表すことができる。
Figure 2006019870
なお、式(1)のθはアンテナ間位相差を、ωは伝播路による回転位相量を、βはアンテナ間の減衰差を示す。
ここで、式(1)において、β=1、θ=180度となる際に、合成ベクトルの大きさが0となり下りリンクの同期が確立せず、呼切断に陥ることになる。
この環境下を想定し、式(1)にa=1、β=1を代入すると、以下の式(2)となる。
Figure 2006019870
ここで、例えば、スロット毎にアンテナ158−1側の信号を45度ずつ回転させた場合、各角度における合成信号の大きさは、次の式(3)のように表される。
Figure 2006019870
これらの4角度の平均を取ると、以下の式(4)となり、両アンテナの位相差に因らず一定の大きさを得ることができる。
Figure 2006019870
このように、本実施の形態によれば、基地局装置が片アンテナの位相を変化させることにより、通信端末装置においてアンテナ間位相差が逆相となる環境下にある場合でも、両アンテナからの合成信号が常に打ち消しあうことがなくなるので、下りリンクの同期確立性能を向上させることができる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2の通信端末装置は、SIR平均化部215の動作に特徴があり、他の構成については実施の形態1で説明した図2の通信端末装置200と同様であるため説明を省略する。
図3は、SIR平均化部215の内部構成を示す図である。図3に示すように、SIR平均化部215は、スイッチ301と、平均化部302−1〜302−nと、上位選択部303を備えている。
スイッチ301は、スロット番号に基づいてSIR測定値を平均化部302−1〜302−nに振り分ける。
平均化部302−1〜302−nは、位相回転量毎にSIRの平均を行う。例えば、スロット毎に45度回転をする基地局装置からの受信を行う場合、スロット番号を用いて以下の式(5)により平均化を行う。なお、式(5)において、SIR(x)は,スロット番号x時のSIR測定値を表す。
Figure 2006019870
上位選択部303は、各位相の平均値が大きい順に上位N個(Nは自然数)を選択し、選択された平均値を平均してSIR平均値を算出し、SIR平均値を下り同期判定部216に出力する。
このように、本実施の形態によれば、各角度のSIR平均値の大きい値からN個を同期判定に用いることにより、アンテナ間位相差の小さい信号に基づいて下りリンクの同期判定を行うことができるので、下りリンクの同期判定性能を向上させることができる。
本発明は、下りリンクの同期確立性能を向上させるという効果を有し、無線通信端末装置に関し、特にクローズドループ送信ダイバーシチ方式を適用した無線通信システムに用いられる基地局装置及び通信端末装置に用いるに好適である。
本発明の実施の形態1における基地局装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態1における通信端末装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態2における通信端末装置のSIR平均化部の構成を示すブロック図 従来の基地局装置及び通信端末装置の構成を示すブロック図 通信開始時の基地局装置、通信端末装置の動作を示すシーケンス図 アンテナ毎の位相差が変化した場合の合成ベクトル図 アンテナ毎の位相差が変化した場合の合成信号の大きさを示す図
符号の説明
101、201 受信アンテナ
102、202 受信無線部
103、203 A/D変換部
104、204 フィンガ
105、205 逆拡散部
106、206 位相推定部
107、207 同期検波部
108、208 RSCP算出部
109、209 ISCP算出部
110、210 復調部
111、211 復号部
112、212 RSCP合成部
113、213 ISCP合成部
114、214 SIR算出部
115 上り同期判定部
151、252 符号化部
152、253 変調部
153 下り送信制御部
154 位相回転部
155、254 拡散部
156、255 D/A変換部
157、256 送信無線部
158、257 送信アンテナ
215 SIR平均化部
216 下り同期判定部
251 上り送信制御部
301 スイッチ
302 角度毎平均化部
303 上位選択部

Claims (4)

  1. 2つのアンテナを用いて送信ダイバーシチ方式の無線通信を行う基地局装置であって、
    上りリンクの同期が確立しているか否かを判定する上り同期判定手段と、片側のアンテナから送信する信号の位相を回転する位相回転手段と、前記位相回転手段に対して位相を回転させる制御手段とを具備し、
    前記制御装置は、下り送信開始時から上りリンクの同期が確立するまでは特定タイミング毎に所定量の位相を回転させ、上りリンクの同期が確立した後はクローズドループ制御により位相回転量を制御することを特徴とする基地局装置。
  2. 請求項1記載の基地局装置から送信された信号の希望波対干渉波電力比を位相回転量毎に測定するSIR測定手段と、位相回転量毎に平均値を算出する平均化手段と、各位相回転量の平均値が大きい順に上位N個(Nは自然数)を選択し、選択された平均値を平均してSIR平均値を算出する選択手段と、前記SIR平均値を用いて下りリンクの同期判定を行う下り同期判定手段と、を具備することを特徴とする通信端末装置。
  3. 2つのアンテナを有する基地局装置に、
    上りリンクの同期が確立しているか否かを判定する手順と、
    下り送信開始時から上りリンクの同期が確立するまで、特定タイミング毎に位相回転量を設定する手順と、
    前記設定された位相回転量により片側のアンテナから送信する信号の位相を回転させる手順と、を実行させるためのプログラム。
  4. 送信ダイバーシチ方式を適用する無線通信システムの無線通信方法であって、
    基地局装置が、上りリンクの同期が確立しているか否かを判定する判定工程と、2つに分岐された送信信号の一方の位相を回転する位相回転工程と、前記位相を回転された信号と分岐された他方の信号とを互いに異なるアンテナから、通信端末装置において送信アンテナを区別できるように送信する送信工程と、を具備し、
    前記位相回転工程は、下り送信開始時から上りリンクの同期が確立するまでは特定タイミング毎に所定量の位相を回転し、上りリンクの同期が確立した後はクローズドループ制御により位相を回転することを特徴とする無線通信方法。
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JP4634362B2 (ja) * 2006-12-11 2011-02-16 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ 移動体通信システム、移動体通信システムにおける移動端末、その制御プログラムおよび移動体通信システムにおける同期確立判定方法

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