JP2006196978A - Beam control apparatus, array antenna system, and wireless device - Google Patents

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良晃 天野
Toshiyuki Maeyama
利幸 前山
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隆 井上
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良男 武内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To alleviate deviation in a SINR time variation characteristics among mobile stations when the number of antenna elements of an array antenna of base stations is small and sufficiently ensure an instantaneous variation amount in the SINR time variation characteristics. <P>SOLUTION: The beam control apparatus includes: a phase control variable arithmetic means for calculating a phase control variable given to a signal transmitted from an antenna element 11a-2; and an angular velocity fluctuation function arithmetic means for calculating an angular velocity variation on the basis of an angular velocity fluctuation function, and the angular velocity fluctuation function arithmetic means is provided with a beam control section 15 for calculating a variation amount per unit time of the phase control variable on the basis of an angular velocity resulting from summating the angular velocity variation to a fixed angular velocity. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ビーム制御装置、アレーアンテナシステムおよび無線装置に関する。   The present invention relates to a beam control apparatus, an array antenna system, and a radio apparatus.

従来、時分割多元接続を用いたパケット交換型移動通信システムでは、基地局から移動局に向う下り回線において、移動局ごとに独立である無線伝搬路の状態を観測し、伝搬路状態に基づいたスケジューリング及び適応チャネル割当を行うことにより、基地局当たりの伝送効率の向上を図っている。該スケジューリング方式は、伝搬路状態が最もよい移動局に時間スロットを割り当てる。また、適応チャネル割当方式は、伝搬路状態に応じて適応的に伝送方式(変調方式又は符号化率)を変更することにより、伝搬路状態に適した伝送レートを実現する。   Conventionally, in a packet-switched mobile communication system using time division multiple access, in the downlink from the base station to the mobile station, the state of the radio propagation path that is independent for each mobile station is observed, and based on the propagation path condition By performing scheduling and adaptive channel allocation, transmission efficiency per base station is improved. In this scheduling method, a time slot is allocated to a mobile station having the best channel state. Also, the adaptive channel allocation method realizes a transmission rate suitable for the channel state by adaptively changing the transmission method (modulation method or coding rate) according to the channel state.

上記したスケジューリング方式および適応チャネル割当方式では、基地局と移動局間の無線伝搬路の状態を利用するが、その伝搬路状態としては、移動局におけるSINR(Signal to Interference plus Noise power Ratio)が利用される。このSINRは、移動局が所望基地局から受信する信号の電力に対する非所望基地局から受信する信号の電力および雑音電力の比である。そのSINRは、移動局ごとに独立に瞬時変動する。これは、移動局が移動したり或いは移動局の周辺に在る物体が移動することによりマルチパスフェージングが発生し、この結果として各移動局ごとに各基地局からの受信信号が独立に瞬時変動することが原因である。特に、非所望基地局からのセル外干渉がSINRの変動に対して支配的な場合においては、セル外干渉の瞬時的な軽減により、確率的にSINRが改善されるケースが生じる。このため、上記したスケジューリングおよび適応チャネル割当により高伝送効率の伝送が可能となる。   In the scheduling method and the adaptive channel allocation method described above, the state of the radio propagation path between the base station and the mobile station is used, and the propagation path state is SINR (Signal to Interference plus Noise power Ratio) in the mobile station. Is done. This SINR is the ratio of the power of the signal received from the undesired base station and the noise power to the power of the signal received by the mobile station from the desired base station. The SINR instantaneously varies independently for each mobile station. This is because multipath fading occurs when a mobile station moves or an object around the mobile station moves, and as a result, the received signal from each base station varies instantaneously for each mobile station. The cause is. In particular, when out-cell interference from an undesired base station is dominant with respect to SINR fluctuation, there is a case where SINR is improved stochastically due to instantaneous reduction of out-of-cell interference. For this reason, transmission with high transmission efficiency is possible by the above-described scheduling and adaptive channel assignment.

これに対して、移動局或いは移動局周辺の物体が静止しているか若しくは低速度で移動しているためにマルチパスフェージングによる伝搬路の瞬時変動が十分に発生しない場合、上述したようにSINRが改善されるケースが生じないので、伝送効率の改善が見込めない。特に、移動局が基地局から離れたセルエッジ付近で静止している場合、基地局の送信電力およびアンテナ放射パターンが固定されていると、平均SINRは定常的に低い値となるので、スケジューリングにより時間スロットが割り当てられたとしても適応チャネル割当により低伝送レートの伝送チャネルしか提供されない。この結果、基地局からの距離および位置に依存して移動局ごとに伝送スループットの偏りが発生する。なお、平均SINRは、基地局の送信電力およびアンテナ放射パターン、基地局からの距離に依存する距離減衰、及び、移動局周辺の建物に依存するシャドイングからなる場所に依存した定常的な伝搬路特性、などに依存する。   On the other hand, if the mobile station or an object around the mobile station is stationary or moving at a low speed and the instantaneous fluctuation of the propagation path due to multipath fading does not occur sufficiently, the SINR is as described above. Since no improvement cases occur, improvement in transmission efficiency cannot be expected. In particular, when the mobile station is stationary near the cell edge away from the base station, the average SINR is constantly low when the transmission power and antenna radiation pattern of the base station are fixed. Even if a slot is allocated, only a transmission channel with a low transmission rate is provided by adaptive channel allocation. As a result, transmission throughput bias occurs for each mobile station depending on the distance and position from the base station. Note that the average SINR is a steady propagation path characteristic depending on the location consisting of the transmission power and antenna radiation pattern of the base station, distance attenuation depending on the distance from the base station, and shadowing depending on the buildings around the mobile station. , Etc.

このため、各移動局の平均SINRを積極的に時間変動させるためのビーム制御に係る従来技術が、例えば非特許文献1に開示されている。この従来技術では、基地局が複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナ及びビーム制御機能を備え、各アンテナ素子から送信する信号の位相量に対して、それぞれ異なる固定角速度で変化する変動量を加えることにより、人工的にフェージングを発生させている。その各アンテナ素子に対応する固定角速度はランダムに選択される。図7は従来のビーム制御方法を説明するための概念図である。図7に示されるように、移動局が通信している通信基地局(所望基地局)のセルと、通信していない干渉基地局(非所望基地局)のセルとの境界付近に在る。このとき、各基地局がアレーアンテナの重み係数を周期的に変化させることにより、アレーアンテナの放射パターンを周期的に変化させることができる。これにより、通信基地局及び干渉基地局の放射パターンが変化するので、各基地局からの受信電力が移動局で変化し、移動局のSINRが変化する。
P. Viswanath, D. H. C. Tse, and R. Laroia, ”Opportunistic Beamforming using Dumb Antennas,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 48, pp. 1277-1294, June 2002.
For this reason, for example, Non-Patent Document 1 discloses a conventional technique related to beam control for actively varying the average SINR of each mobile station over time. In this prior art, the base station is provided with an array antenna having a plurality of antenna elements and a beam control function, and by adding a variation amount varying at different fixed angular velocities to the phase amount of the signal transmitted from each antenna element. , Artificially fading. The fixed angular velocity corresponding to each antenna element is selected at random. FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a conventional beam control method. As shown in FIG. 7, the mobile station is in the vicinity of the boundary between the cell of the communication base station (desired base station) with which the mobile station is communicating and the cell of the interference base station (undesired base station) with which the mobile station is not communicating. At this time, each base station can periodically change the radiation pattern of the array antenna by periodically changing the weighting factor of the array antenna. Thereby, since the radiation patterns of the communication base station and the interference base station change, the received power from each base station changes in the mobile station, and the SINR of the mobile station changes.
P. Viswanath, DHC Tse, and R. Laroia, “Opportunistic Beamforming using Dumb Antennas,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 48, pp. 1277-1294, June 2002.

しかし、上述した従来技術では、基地局が有するアレーアンテナのアンテナ素子数が少ないと(一般に5素子以下の場合)、SINRの瞬時変動が移動局の位置によって偏るために、伝送スループットが改善されない場所が発生する。図8は、従来のビーム制御方法を用いた場合の移動局別のSINR時間変動特性を示すシミュレーション結果のグラフ図である。このシミュレーション条件として、図9に示されるように7台の基地局100a、100bと3台の移動局200A、200B、200Cを配置している。基地局100aは所望基地局、基地局100bは非所望基地局である。また、基地局が有するアレーアンテナのアンテナ素子数は2である。図8には、その3台の移動局200A、200B、200CのSINR時間変動特性がそれぞれ実線の波形A、B、Cで示されている。なお、図8において、破線の波形Wは、ビーム制御なしの場合のSINR時間変動特性である。図8に示されるように、従来のビーム制御方法では、確率的に移動局のSINRを改善することはできるが、固定角速度を用いて各アンテナ素子から放射する信号の位相量を変化させるので、各移動局のSINR時間変動特性は周期性を有することになり各移動局間で偏っている。図8の例では、移動局200AのSINR時間変動特性は十分に大きな瞬時変動量を有しているが、移動局200B、200Cについては瞬時変動量が十分ではない。   However, in the above-described prior art, when the number of antenna elements of the array antenna of the base station is small (generally in the case of 5 elements or less), the instantaneous fluctuation of SINR is biased depending on the position of the mobile station, so that the transmission throughput is not improved Will occur. FIG. 8 is a graph of a simulation result showing SINR time variation characteristics for each mobile station when the conventional beam control method is used. As this simulation condition, as shown in FIG. 9, seven base stations 100a and 100b and three mobile stations 200A, 200B, and 200C are arranged. The base station 100a is a desired base station, and the base station 100b is an undesired base station. The number of antenna elements of the array antenna that the base station has is two. In FIG. 8, the SINR time variation characteristics of the three mobile stations 200A, 200B, and 200C are shown by solid-line waveforms A, B, and C, respectively. In FIG. 8, a broken line waveform W is a SINR time variation characteristic in the case of no beam control. As shown in FIG. 8, in the conventional beam control method, the SINR of the mobile station can be improved stochastically, but the phase amount of the signal radiated from each antenna element is changed using a fixed angular velocity. The SINR time variation characteristics of each mobile station have periodicity and are biased among the mobile stations. In the example of FIG. 8, the SINR temporal variation characteristic of the mobile station 200A has a sufficiently large instantaneous variation amount, but the instantaneous variation amount is not sufficient for the mobile stations 200B and 200C.

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、基地局のアレーアンテナのアンテナ素子数が少ない場合(一般に5素子以下の場合)において、SINR時間変動特性の各移動局間の偏りを軽減すると共にSINR時間変動特性の瞬時変動量を十分に確保することができるビーム制御装置、アレーアンテナシステムおよび無線装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the object of the present invention is to provide each movement of the SINR time variation characteristics when the number of antenna elements of the array antenna of the base station is small (generally when the number is 5 or less). An object of the present invention is to provide a beam control apparatus, an array antenna system, and a radio apparatus capable of reducing the deviation between stations and sufficiently securing the instantaneous fluctuation amount of the SINR time fluctuation characteristic.

上記の課題を解決するために、本発明に係るビーム制御装置は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナの放射パターンを制御するビーム制御装置において、前記アンテナ素子から送信する信号に与える位相制御量を計算する位相制御量演算手段と、角速度ゆらぎ関数により角速度変動分を計算する角速度ゆらぎ関数演算手段とを備え、前記位相制御量演算手段は、固定角速度に前記角速度変動分を加えた角速度から、前記位相制御量の単位時間当たり変動量を算出することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a beam control apparatus according to the present invention is a beam control apparatus for controlling a radiation pattern of an array antenna having a plurality of antenna elements. A phase control amount calculating means for calculating, and an angular velocity fluctuation function calculating means for calculating an angular velocity fluctuation function using an angular velocity fluctuation function, wherein the phase control amount calculating means calculates the angular velocity from the angular velocity obtained by adding the angular velocity fluctuation to a fixed angular velocity. A variation amount per unit time of the phase control amount is calculated.

本発明に係るアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、請求項1に記載のビーム制御装置と、前記ビーム制御装置によって得た位相制御量に基づき、前記アンテナ素子から送信する信号の位相量を調整する移相器とを備えたことを特徴とする。   An array antenna system according to the present invention includes an array antenna having a plurality of antenna elements, the beam control apparatus according to claim 1, and a signal transmitted from the antenna element based on a phase control amount obtained by the beam control apparatus. And a phase shifter for adjusting the phase amount.

本発明に係る無線装置は、無線伝搬路の状態に基づいて時間スロットのスケジューリング及び適応チャネル割当を行う無線装置において、請求項2に記載のアレーアンテナシステムを備えたことを特徴とする。   A radio apparatus according to the present invention is a radio apparatus that performs time slot scheduling and adaptive channel allocation based on a state of a radio propagation path, and includes the array antenna system according to claim 2.

本発明によれば、基地局の各アンテナ素子により各々送信される信号間の位相差は固定角速度を基準にして角速度ゆらぎ関数により変動するので、各移動局のSINR時間変動特性は周期性を有さないものとなる。これにより、アレーアンテナのアンテナ素子数が少ない場合(一般に5素子以下の場合)において、SINR時間変動特性の各移動局間の偏りを軽減することができると共に、SINR時間変動特性の瞬時変動量を十分に確保することができる。この結果、移動局の位置に依存することなく、全移動局に対して伝送スループットの改善を図ることが可能となる。   According to the present invention, since the phase difference between signals transmitted by the antenna elements of the base station varies with the angular velocity fluctuation function with reference to the fixed angular velocity, the SINR temporal variation characteristic of each mobile station has periodicity. It will not be. Thereby, when the number of antenna elements of the array antenna is small (generally 5 elements or less), it is possible to reduce the deviation of the SINR time variation characteristics between the mobile stations, and to reduce the instantaneous variation amount of the SINR time variation characteristics. It can be secured sufficiently. As a result, transmission throughput can be improved for all mobile stations without depending on the position of the mobile station.

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るアレーアンテナシステム10の構成を示すブロック図である。図1において、アレーアンテナ部11は2つのアンテナ素子11a−1、11a−2を有する。ビーム形成部12は、分配器13及び移相器14を有する。分配器13は、送信時には入力される送信信号を各アンテナ素子11a−1、11a−2に分配し、受信時には各アンテナ素子11a−1、11a−2の受信信号を合成して出力する。移相器14は、送信信号の位相量を任意に調整することが可能である。そして、移相器14は、ビーム制御部15から受け取る位相制御量θ(t)をアンテナ素子11a−2の送信信号に与える。これにより、アンテナ素子11a−1、11a−2により各々送信される信号間の位相差がθ(t)に制御される。ビーム制御部15は、その位相制御量θ(t)を算出して出力する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an array antenna system 10 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the array antenna unit 11 has two antenna elements 11a-1 and 11a-2. The beam forming unit 12 includes a distributor 13 and a phase shifter 14. The distributor 13 distributes the input transmission signal to the antenna elements 11a-1 and 11a-2 at the time of transmission, and synthesizes and outputs the reception signals of the antenna elements 11a-1 and 11a-2 at the time of reception. The phase shifter 14 can arbitrarily adjust the phase amount of the transmission signal. Then, the phase shifter 14 gives the phase control amount θ (t) received from the beam control unit 15 to the transmission signal of the antenna element 11a-2. Thereby, the phase difference between the signals transmitted by the antenna elements 11a-1 and 11a-2 is controlled to θ (t). The beam control unit 15 calculates and outputs the phase control amount θ (t).

上記ビーム制御部15は、(1)式により位相制御量θ(t)を算出する。
θ(0)=θInitial
θ(t)=θ(t−Δt)+(ωConst+Δω(t−Δt))×Δt
(1)
但し、
tは時刻、
θInitialは初期位相値[rad]、
Δtはビーム制御周期[s]、
ωConstは固定角速度(但し、−πからπ[rad/s]の範囲のいずれかの値)、
Δω(t)は角速度ゆらぎ関数[rad/s]、
である。
The beam control unit 15 calculates the phase control amount θ (t) by the equation (1).
θ (0) = θ Initial
θ (t) = θ (t−Δt) + (ω Const + Δω (t−Δt)) × Δt
(1)
However,
t is the time,
θ Initial is the initial phase value [rad],
Δt is the beam control period [s],
ω Const is a fixed angular velocity (however, any value in the range of −π to π [rad / s]),
Δω (t) is the angular velocity fluctuation function [rad / s],
It is.

上記(1)式に示されるように、位相制御量θ(t)は、固定角速度ωConstに角速度ゆらぎ関数Δω(t)で定まる角速度変動分を加えた角速度で変動する。これにより、アンテナ素子11a−1、11a−2により各々送信される信号間の位相差θ(t)は、固定角速度ωConstを基準にして角速度ゆらぎ関数Δω(t)により変動する。但し、時間スロット当たりの固定角速度ωConstおよび角速度ゆらぎ関数Δω(t)の位相変化量は、十分小さいものとする。 As shown in the above equation (1), the phase control amount θ (t) fluctuates at an angular velocity obtained by adding the angular velocity fluctuation amount determined by the angular velocity fluctuation function Δω (t) to the fixed angular velocity ω Const . As a result, the phase difference θ (t) between the signals transmitted by the antenna elements 11a-1 and 11a-2 varies with the angular velocity fluctuation function Δω (t) with the fixed angular velocity ω Const as a reference. However, the phase change amount of the fixed angular velocity ω Const and the angular velocity fluctuation function Δω (t) per time slot is assumed to be sufficiently small.

角速度ゆらぎ関数Δω(t)は、角速度ゆらぎ周期T[s]間の平均が0であるランダムな関数である。以下に、角速度ゆらぎ関数Δω(t)の例を示す。   The angular velocity fluctuation function Δω (t) is a random function having an average of 0 during the angular velocity fluctuation period T [s]. An example of the angular velocity fluctuation function Δω (t) is shown below.

(例1)
Δω(t)=α×ωConst×sin(2×π×t/T) (2)
但し、αは変動係数(但し、0から1の範囲のいずれかの値)である。
(Example 1)
Δω (t) = α × ω Const × sin (2 × π × t / T) (2)
Where α is a coefficient of variation (however, any value in the range of 0 to 1).

(例2)
Δω(t)=α×ωConst×PN(t,T) (3)
但し、PN(t,T)は長さT/Δt,要素{−1,1}の擬似ランダム系列であり、その周期は角速度ゆらぎ周期Tでる。
(Example 2)
Δω (t) = α × ω Const × PN (t, T) (3)
However, PN (t, T) is a pseudo-random sequence of length T / Δt and element {−1, 1}, and its cycle is an angular velocity fluctuation cycle T.

次に、図2を参照して、図1に示すビーム制御部15の制御手順を説明する。図2は、図1に示すビーム制御部15の制御フロー図である。
図2において、先ず、ビーム制御部15は初期設定を行う(S1)。具体的には、初期位相値θInitial、固定角速度ωConstおよび角速度ゆらぎ関数Δω(t)の初期設定を行う。次いで、移相器14の位相制御量の初期値θ(0)を初期位相値θInitialに設定する(S2)。
Next, the control procedure of the beam control unit 15 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a control flowchart of the beam controller 15 shown in FIG.
In FIG. 2, first, the beam controller 15 performs initial setting (S1). Specifically, initial setting of the initial phase value θ Initial , the fixed angular velocity ω Const and the angular velocity fluctuation function Δω (t) is performed. Next, the initial value θ (0) of the phase control amount of the phase shifter 14 is set to the initial phase value θ Initial (S2).

次いで、時刻t=t+Δtにセットし(S3)、角速度ゆらぎ関数Δω(t)の値(角速度変動分)を計算する(S4)。次いで、その角速度ゆらぎ関数Δω(t)の値を使用して位相制御量θ(t)を計算する(S5)。次いで、その位相制御量θ(t)の計算結果を移相器14に出力する(S6)。以降、上記ステップS3からS6を繰り返す。   Next, time t = t + Δt is set (S3), and the value (angular velocity fluctuation) of the angular velocity fluctuation function Δω (t) is calculated (S4). Next, the phase control amount θ (t) is calculated using the value of the angular velocity fluctuation function Δω (t) (S5). Next, the calculation result of the phase control amount θ (t) is output to the phase shifter 14 (S6). Thereafter, the above steps S3 to S6 are repeated.

図3は、本実施形態に係るビーム制御方法を用いた場合の移動局別のSINR時間変動特性を示すシミュレーション結果のグラフ図である。このシミュレーション条件は、従来のビーム制御方法による図8の場合と同じである。図3には、図9に示される3台の移動局200A、200B、200Cの本実施形態に係るビーム制御方法により得られたSINR時間変動特性がそれぞれ実線の波形A、B、Cで示されている。なお、図3において、破線の波形Wは、ビーム制御なしの場合のSINR時間変動特性である。   FIG. 3 is a graph of simulation results showing SINR time variation characteristics for each mobile station when the beam control method according to the present embodiment is used. The simulation conditions are the same as in the case of FIG. 8 according to the conventional beam control method. In FIG. 3, SINR time variation characteristics obtained by the beam control method according to the present embodiment of the three mobile stations 200A, 200B, and 200C shown in FIG. 9 are indicated by solid-line waveforms A, B, and C, respectively. ing. In FIG. 3, a broken line waveform W is the SINR time variation characteristic when there is no beam control.

図3と図8との比較から明らかなように、本実施形態に係るビーム制御方法によれば、SINR時間変動特性の各移動局間の偏りは軽減され、さらにSINR時間変動特性の瞬時変動量は十分に確保されている。   As is clear from the comparison between FIG. 3 and FIG. 8, according to the beam control method according to the present embodiment, the deviation of the SINR time variation characteristics between the mobile stations is reduced, and the instantaneous variation amount of the SINR time variation characteristics is further reduced. Is sufficiently secured.

さらに、図4には、各移動局200A、200B、200C(UserNumber1、2、3に同順で対応している)の伝送スループット特性のシミュレーション結果が示されている。このシミュレーション条件として、スケジューリング方式はプロポーショナルフェアネスに基づいたスケジューリングアルゴリズムを用いている。図4に示されるように、従来のビーム制御方法では移動局200A(UserNumber1)の伝送スループットが突出し移動局間格差は約3倍あったが、本実施形態に係るビーム制御方法によれば、移動局間格差は約2倍程度に抑えられている。   Further, FIG. 4 shows simulation results of transmission throughput characteristics of the mobile stations 200A, 200B, and 200C (corresponding to UserNumbers 1, 2, and 3 in the same order). As a simulation condition, the scheduling method uses a scheduling algorithm based on proportional fairness. As shown in FIG. 4, in the conventional beam control method, the transmission throughput of the mobile station 200A (UserNumber1) is prominent and the difference between the mobile stations is about three times. However, according to the beam control method of this embodiment, the mobile station 200A (UserNumber1) The disparity between stations is suppressed to about twice.

上述したように本実施形態によれば、各アンテナ素子により各々送信される信号間の位相差は固定角速度を基準にして角速度ゆらぎ関数により変動するので、各移動局のSINR時間変動特性は周期性を有さないものとなる。これにより、アレーアンテナのアンテナ素子数が少ない場合(本実施形態では最小の2素子の場合)において、SINR時間変動特性の各移動局間の偏りを軽減することができると共に、SINR時間変動特性の瞬時変動量を十分に確保することができる。この結果、移動局の位置に依存することなく、全移動局に対して伝送スループットの改善を図ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the phase difference between the signals transmitted by the respective antenna elements varies according to the angular velocity fluctuation function with reference to the fixed angular velocity, so that the SINR temporal variation characteristic of each mobile station is periodic. It will not have. As a result, when the number of antenna elements of the array antenna is small (in this embodiment, the minimum two elements), it is possible to reduce the deviation of the SINR time variation characteristics between the mobile stations, and the SINR time variation characteristics. Sufficient instantaneous fluctuation can be secured. As a result, transmission throughput can be improved for all mobile stations without depending on the position of the mobile station.

なお、アレーアンテナのアンテナ素子数は3素子以上であってもよい。この場合、位相制御量θ(t)は、N個のアンテナ素子に関し、ある一つのアンテナ素子を基準とした「N−1」個の相対位相ベクトルとして得ることができる。各相対位相ベクトルは、それぞれ独立の固定角速度および角速度ゆらぎ関数から算出する。図5にN個(3素子以上)のアンテナ素子を有する場合のアレーアンテナシステム10の構成を示す。図5において、ビーム制御部15は、アンテナ素子11a−2、3、…、Nの各々に対応して設けられた移相器14に、それぞれ相対位相ベクトルθ(t)、θ(t)、θ(t)、…、θN−1(t)を出力する。 The number of antenna elements of the array antenna may be three or more. In this case, the phase control amount θ (t) can be obtained as “N−1” relative phase vectors with respect to N antenna elements with reference to one antenna element. Each relative phase vector is calculated from an independent fixed angular velocity and angular velocity fluctuation function. FIG. 5 shows a configuration of the array antenna system 10 having N (three or more elements) antenna elements. In FIG. 5, the beam controller 15 applies relative phase vectors θ 1 (t) and θ 2 (t, respectively, to phase shifters 14 provided corresponding to the antenna elements 11a-2, 3,. ), Θ 3 (t),..., Θ N−1 (t) are output.

図6は、本実施形態に係る基地局(無線装置)100の一実施例である。図6に示される基地局100は、時分割多元接続を用いたパケット交換型移動通信システムの基地局であり、基地局100から移動局200に向う下り回線において、無線伝搬路の状態に基づき、時間スロットのスケジューリング及び適応チャネル割当を行う。また、移動局200は、下り回線の無線伝搬路の状態を表すSINRを測定し、測定結果のSINRを基地局100に通知する。   FIG. 6 is an example of a base station (wireless device) 100 according to the present embodiment. A base station 100 shown in FIG. 6 is a base station of a packet-switched mobile communication system using time division multiple access. In the downlink from the base station 100 to the mobile station 200, based on the state of the radio propagation path, Time slot scheduling and adaptive channel assignment. Also, the mobile station 200 measures SINR indicating the state of the downlink radio propagation path, and notifies the base station 100 of the SINR of the measurement result.

図6において、基地局100は、本実施形態に係るアレーアンテナシステム10を備え、該アレーアンテナシステム10により移動局200間の無線区間の送信および受信を行う。なお、図6に示されるアレーアンテナシステム10以外の基地局100および移動局200の基本構成は従来と同じである。   In FIG. 6, a base station 100 includes an array antenna system 10 according to the present embodiment, and the array antenna system 10 transmits and receives radio sections between mobile stations 200. The basic configurations of base station 100 and mobile station 200 other than array antenna system 10 shown in FIG.

この実施例によれば、基地局100がアレーアンテナシステム10により放射するビームパターンは、固定角速度を基準にして角速度ゆらぎ関数により変化する。これにより、各基地局100は独立に十分なフェージングを人工的に発生させることができる。そして、各移動局においては、通信基地局(所望基地局)および干渉基地局(非所望基地局)の放射パターンは独立して変化するものとなり、各基地局からの受信信号が独立に瞬時変動するので、移動局ごとに独立にSINRが瞬時変動する。この結果として、基地局100は各移動局のSINRに応じてスケジューリングおよび適応チャネル割当を行うことにより、高伝送効率の伝送が可能となる。   According to this embodiment, the beam pattern radiated from the base station 100 by the array antenna system 10 changes according to the angular velocity fluctuation function with reference to the fixed angular velocity. Thereby, each base station 100 can artificially generate sufficient fading independently. In each mobile station, the radiation patterns of the communication base station (desired base station) and the interference base station (undesired base station) change independently, and the received signal from each base station varies instantaneously independently. Therefore, SINR instantaneously varies independently for each mobile station. As a result, the base station 100 can perform transmission with high transmission efficiency by performing scheduling and adaptive channel allocation according to the SINR of each mobile station.

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本発明は、スケジューリング機能および適応チャネル割当機能を用いた時分割多元接続パケット交換型のセルラーシステムおよび無線LANシステム等の移動通信システムに適用可能である。例えば、cdma2000 1xEV-DOシステムやW-CDMA HSDPAシステムなどに適用することができる。
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.
For example, the present invention is applicable to a mobile communication system such as a time division multiple access packet switched cellular system and a wireless LAN system using a scheduling function and an adaptive channel assignment function. For example, it can be applied to a cdma2000 1xEV-DO system, a W-CDMA HSDPA system, or the like.

本発明の一実施形態に係るアレーアンテナシステム10の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the array antenna system 10 which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示すビーム制御部15の制御フロー図である。It is a control flowchart of the beam control part 15 shown in FIG. 本発明の一実施形態に係るビーム制御方法を用いた場合の移動局別のSINR時間変動特性を示すシミュレーション結果のグラフ図である。It is a graph of the simulation result which shows the SINR time fluctuation characteristic according to mobile station at the time of using the beam control method concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るビーム制御方法を用いた場合の移動局別の伝送スループット特性を示すシミュレーション結果のグラフ図である。It is a graph of the simulation result which shows the transmission throughput characteristic according to mobile station at the time of using the beam control method which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るアレーアンテナシステム10の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the array antenna system 10 which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る基地局(無線装置)100の一実施例の構成を示すブロックである。It is a block which shows the structure of one Example of the base station (radio | wireless apparatus) 100 which concerns on one Embodiment of this invention. 従来のビーム制御方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the conventional beam control method. 従来のビーム制御方法を用いた場合の移動局別のSINR時間変動特性を示すシミュレーション結果のグラフ図である。It is a graph of the simulation result which shows the SINR time fluctuation characteristic for every mobile station at the time of using the conventional beam control method. シミュレーション条件を示す図である。It is a figure which shows simulation conditions.

符号の説明Explanation of symbols

10…アレーアンテナシステム、11…アレーアンテナ部、11a…アンテナ素子、12…ビーム形成部、13…分配器、14…移相器、15…ビーム制御部、100…基地局、200…移動局。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Array antenna system, 11 ... Array antenna part, 11a ... Antenna element, 12 ... Beam forming part, 13 ... Divider, 14 ... Phase shifter, 15 ... Beam control part, 100 ... Base station, 200 ... Mobile station.

Claims (3)

複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナの放射パターンを制御するビーム制御装置において、
前記アンテナ素子から送信する信号に与える位相制御量を計算する位相制御量演算手段と、
角速度ゆらぎ関数により角速度変動分を計算する角速度ゆらぎ関数演算手段とを備え、
前記位相制御量演算手段は、固定角速度に前記角速度変動分を加えた角速度から、前記位相制御量の単位時間当たり変動量を算出することを特徴とするビーム制御装置。
In a beam control apparatus for controlling a radiation pattern of an array antenna having a plurality of antenna elements,
Phase control amount calculation means for calculating a phase control amount to be given to a signal transmitted from the antenna element;
An angular velocity fluctuation function calculating means for calculating an angular velocity fluctuation amount by an angular velocity fluctuation function;
The beam control apparatus, wherein the phase control amount calculating means calculates a variation amount per unit time of the phase control amount from an angular velocity obtained by adding the angular velocity variation to a fixed angular velocity.
複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、
請求項1に記載のビーム制御装置と、
前記ビーム制御装置によって得た位相制御量に基づき、前記アンテナ素子から送信する信号の位相量を調整する移相器と、
を備えたことを特徴とするアレーアンテナシステム。
An array antenna having a plurality of antenna elements;
A beam control device according to claim 1;
A phase shifter that adjusts a phase amount of a signal transmitted from the antenna element based on a phase control amount obtained by the beam control device;
An array antenna system comprising:
無線伝搬路の状態に基づいて時間スロットのスケジューリング及び適応チャネル割当を行う無線装置において、
請求項2に記載のアレーアンテナシステムを備えたことを特徴とする無線装置。


In a radio apparatus that performs time slot scheduling and adaptive channel assignment based on the state of a radio channel,
A radio apparatus comprising the array antenna system according to claim 2.


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