JP2007142877A - 移動局および基地局並びに信号伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信開始時における消費電力を減少させることができる移動局および基地局並びに信号伝送方法を提供する。
【解決手段】基地局が、通信開始前に、サービスエリア全体をカバーする指向性を形成し、移動局が、通信要求を示す情報を低い伝送速度で送信し、基地局が、通信要求を示す情報に基づいて、通信要求を示す情報の到来方向を推定し、推定された到来方向に基づいて、アレーアンテナの指向性を制御し、高速信号送信を要求することを示す情報を送信し、移動局が、高速信号送信を要求する情報にしたがって、送信信号を高い伝送速度で送信するようにすることにより達成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、アレーアンテナを適用した基地局を備える移動通信システムにおける移動局および基地局並びに信号伝送方法に関する。

移動通信において伝送速度の高速化を実現するためには、広い周波数帯域が必要となる。

一般に広帯域の信号を低い搬送波周波数帯で伝送する場合、伝送する信号の帯域に対する搬送波周波数の比である比帯域が大きくなる。しかし、比帯域が大きい無線装置を実現することは一般に困難であるため、広帯域伝送を行う上では高い搬送波周波数を用いることが比帯域の低減に有効である。

広帯域伝送では、ビットあたりの信号電力の確保のために大きな送信電力が要求されるが、高い周波数帯を用いる場合、さらに無線装置のＲＦ回路部での損失、および伝搬損失の増加に伴う電力の補償も必要となる。

信号電力を増大させる方法として、無線装置のアンテナにアレーアンテナを用いる方法がある。この方法では、アレーアンテナによりアンテナの指向性を絞り、アンテナ利得を増大させる。この方法によれば、素子間隔０．５波長で直線アレーを構成する場合のアレー利得は、素子数倍の利得が得られる（例えば、非特許文献１参照）。大きな利得を得るためには、アンテナが大型化するため、アレーアンテナ構成は主に基地局側に用いられる。

アンテナの利得を増大させることは、物理的にはアンテナから放射するエネルギーを一方向に集中させることに対応する。よってアンテナの利得を増大させて端末と通信を行うためには、アンテナの指向方向を端末が存在する方向に向ける必要がある。このため、アレーアンテナには指向性を可変（追尾）する機能が必要となる。指向方向を可変とするアンテナは、アレーアンテナの各素子に給電する振幅値および位相値を適切に設定することにより実現することができる。

移動通信では、一般に基地局は複数の端末と同時に通信を行うために、端末毎に指向性を形成する必要がある。このような指向性形成は、ベースバンドで指向性を形成するＤｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏａｍｉｎｇ（ＤＢＦ）構成で実現できる（例えば、非特許文献２参照）。指向性を形成するには、到来する信号をアレーアンテナで受信し、その位相情報や到来する信号に伝送されている情報などを利用して到来方向や信号電力を推定する手法が用いられる。逐次受信される信号から到来方向、信号電力の推定結果を更新し、推定した方向に基地局から電波を送信することによって、移動端末の追尾を行い、アンテナ利得を高利得化することができる。
遠藤敬二、佐藤源貞、永井淳、"アンテナ工学"、２、３節、総合電子出版社（１９７９） 長敬三、鷹取泰司、西森健太郎、水野秀樹、「スマートアンテナの基盤技術と今後の技術動向」、ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ Ｖｏｌ．５１、Ｎｏ．６、ｐｐ．４３７−４４６、２００２年６月 菊間信良、"アダプティブアンテナ技術"、４．２節、オーム社（２００３）

しかしながら、上述した背景技術には以下の問題がある。

移動端末と基地局とが通信を開始する前は、基地局は目的の移動端末がいる方向がわからないために、サービスエリア全体から信号を受信して移動端末から送出される信号の到来方向を推定する必要がある。この場合、図１に示すようにアンテナの指向性を広くしてエリア全体をカバーするか（セクタ指向性）、マルチビーム化して順次サーチ（アレー指向性のスキャン）する必要が生じる。

アンテナの指向性を広くした場合にはアンテナ利得が低下する。所望の通信品質を確保するために送信電力を大きくしたり、受信感度を高くしたりすることで対処しようとした場合、送信機および受信機の大型化および消費電力やコストの増加を招くという問題が生じる。

特に、アンテナのアレー化による利得を前提条件としてシステム・無線回路の設計を行った場合には、通信開始前の状態、すなわち移動端末の方向に指向性が形成されていない状態では利得の低下のために、移動端末からの信号を十分に受信することができず、到来方向推定および端末方向への指向性形成をできない。その結果、無線通信回線が張れないという問題が生じる。

一方、マルチビーム化した場合には順次、指向性を切替えて移動端末を探すことになるため、移動端末が検出されるまでの接続時間が長くなる問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、通信開始時における消費電力を減少させることができる移動局および基地局並びに信号伝送方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の移動局は、通信要求を示す情報を生成する信号生成手段と、前記通信要求を示す情報を低い伝送速度で送信する送信手段とを備え、前記送信手段は、通信要求の応答として、高速信号送信を要求することを示す情報が受信された場合に、該高速信号送信を要求する情報にしたがって、送信信号を高い伝送速度で送信することを特徴の１つとする。

このように構成することにより、ビットあたりの電力を増大させて送信させることができ、基地局アンテナの指向性を広くすることによる利得低下を補償でき、到来方向推定に必要な信号電力を、基地局に確保させることができる。

また、本発明にかかる基地局は、少なくとも２つ以上のアンテナからなるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの指向性を制御するアンテナ制御手段と、受信された信号に基づいて、前記信号の到来方向を推定する到来方向推定手段とを備え、前記到来方向推定手段は、通信開始時に移動局から送信された低速信号に基づいて、該低速信号の到来方向を推定し、前記アンテナ制御手段は、通信開始前は、アレーアンテナの指向性としてサービスエリア全体をカバーする指向性を形成し、通信の開始時に前記低速信号の到来方向に指向性を形成することを特徴の１つとする。

このように構成することにより、セクタビームパターンを用いて、所望の通信品質を確保することができる。

また、本発明の信号伝送方法は、基地局が、通信開始前に、サービスエリア全体をカバーする指向性を形成する指向性形成ステップと、移動局が、通信要求を示す情報を生成し、低い伝送速度で送信する通信要求情報送信ステップと、前記基地局が、前記通信要求を示す情報を受信し、該通信要求を示す情報に基づいて、前記通信要求を示す情報の到来方向を推定する到来方向推定ステップと、前記基地局が、推定された到来方向に基づいて、アレーアンテナの指向性を制御するアンテナ制御ステップと、前記基地局が、高速信号送信を要求することを示す情報を送信する高速信号送信要求ステップと、前記移動局が、高速信号送信を要求することを示す情報を受信し、該高速信号送信を要求する情報にしたがって、送信信号を高い伝送速度で送信する送信信号送信ステップとを有することを特徴の１つとする。

このようにすることにより、移動局は、ビットあたりの電力を増大させて送信させることができ、基地局アンテナの指向性を広くすることによる利得低下を補償でき、到来方向推定に必要な信号電力を、基地局に確保させることができる。また、基地局は、セクタビームパターンを用いて、所望の通信品質を確保することができる。

本発明の実施例によれば、通信開始時における消費電力を減少させることができる移動局および基地局並びに信号伝送方法を実現できる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。

本発明の実施例にかかる移動通信システムについて、図２を参照して説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、移動局１００と基地局２００とを備える。

移動局１００は、高速伝送に対応した性能を有するＲＦ回路を備える送受信部１０２と、送受信部１０２と接続された信号生成部１０４とを備える。

送受信部１０２は、通信要求を示す通信要求情報を低い伝送速度で送信する。また、送受信部１０２は、基地局２００から低い伝送速度で送信された高速信号送信要求を示す高速信号送信要求情報を受信する。また、送受信部１０２は、送信信号を高い伝送速度で送信する。また、送受信部１０２は、基地局２００から高い伝送速度で送信された送信信号を受信する。

また、送受信部１０２は、変調方式として符号分割多重（ＣＤＭＡ）方式により変調処理を行う。このように、信号の変調方式として符号分割多重方式を用いることにより、初期信号の情報量を減らすことにより拡散率を大きくでき、符号化利得を得ることができる。特に符号分割多重方式の拡散符号として直交可変拡散率（ＯＶＳＦ： Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）コードを適用することにより、帯域内で広帯域伝送をしているユーザの信号に重畳しても広帯域信号の干渉は直交化の効果により広帯域信号の干渉は低減でき、符号化利得による利得補償効果を得ることができる。

また、送受信部１０２は、変調方式として直交周波数多重方式（ＯＦＤＭ）を用いるようにしてもよい。このように、伝送する信号の変調方式として直交周波数多重方式を用い、信号伝送に用いるサブキャリア数を減らし、一部のサブキャリアを使用し、同じ送信電力で送信することにより、各サブキャリアあたりの信号電力を大きくすることができる。また、使用するサブキャリアとして、帯域内の最も低い周波数のサブキャリアおよび最も高い周波数のサブキャリアを含み、ほぼ等間隔で選ぶようにすることにより、伝送するチャネルに周波数特性がある場合、周波数特性に応じた指向性を推定することができ、伝送特性を改善することが可能となる。

信号生成部１０４は、通信要求を示す通信要求情報および送信信号を生成する。

基地局２００は、アレイアンテナ２０２と、アレイアンテナ２０２と接続されたアレイアンテナ制御部２０４と、アレイアンテナ制御部２０４と接続された到来方向推定部２０６および拡散変調部２０８と、到来方向推定部２０６および信号生成部２１０と接続された信号生成部２１０とを備える。

アレイアンテナ２０２は、少なくとも２つ以上のアンテナから構成される。

アレイアンテナ制御部２０４は、アレーアンテナ２０２の指向性を変更する。例えば、アレイアンテナ制御部２０４は、通信開始前は、サービスエリア全体をカバーする指向性を形成し、移動局１００から受信された信号に基づいて、移動局から到来する電波の方向に指向性を形成する。このようにすることにより、アンテナ利得を増大させることができる。

拡散変調部２０８は、拡散変調処理を行う。例えば、拡散変調部２０８は、変調方式として符号分割多重（ＣＤＭＡ）方式により変調処理を行う。このように、信号の変調方式として符号分割多重方式を用いることにより、初期信号の情報量を減らすことにより拡散率を大きくでき、符号化利得を得ることができる。特に符号分割多重方式の拡散符号として直交可変拡散率（ＯＶＳＦ： Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）コードを適用することにより、帯域内で広帯域伝送をしているユーザの信号に重畳しても広帯域信号の干渉は直交化の効果により広帯域信号の干渉は低減でき、符号化利得による利得補償効果を得ることができる。

また、例えば、拡散変調部２０８は、変調方式として直交周波数多重方式（ＯＦＤＭ）を用いるようにしてもよい。このように、伝送する信号の変調方式として直交周波数多重方式を用い、信号伝送に用いるサブキャリア数を減らし、一部のサブキャリアを使用し、同じ送信電力で送信することにより、各サブキャリアあたりの信号電力を大きくすることができる。また、使用するサブキャリアとして、帯域内の最も低い周波数のサブキャリアおよび最も高い周波数のサブキャリアを含み、ほぼ等間隔で選ぶようにすることにより、伝送するチャネルに周波数特性がある場合、周波数特性に応じた指向性を推定することができ、伝送特性を改善することが可能となる。

到来方向推定部２０６は、移動局１００から送信された信号に基づいて、その信号の到来方向を推定する。

信号生成部２１０は、高速信号送信要求を示す高速信号要求情報および送信信号を生成する。

次に、本実施例にかかる移動通信システムにおける移動局と基地局との間の信号伝送方法について、図３を参照して説明する。

本実施例にかかる移動通信システムでは、移動局１００と基地局２００は、伝送速度が遅い信号を用いて、通信を開始する。

信号生成部１０４は、通信要求を示す情報を生成し（ステップＳ３０２）、送受信部１０２に入力する。送受信部１００は、入力された通信要求を示す情報を低い伝送速度で送信する（ステップＳ３０４）。移動局１００は、上述したように高速伝送に対応した性能を有するＲＦ回路を備える。このため、移動局１００は、伝送速度を低くすることによりビットあたりの電力を増大させて送信することができる。

通信開始時に移動局１００から送出する信号は、基地局アンテナの指向性を向けることに必要な情報が最低あればよく、その他の制御情報は指向性を向けた後に伝送すればよい。したがって、伝送速度を低くすることによる大きな通信特性劣化は生じない。

次に、基地局２００は、移動局１００から通信要求を示す情報を受信する（ステップＳ３０６）。基地局２００は、このビットあたりの信号電力を基地局アンテナの指向性形成前と形成後の利得差以上となる低い伝送速度で送信する。このようにすることにより、基地局アンテナの指向性を広くすることによる利得低下を補償でき、到来方向の推定に必要な信号電力を確保できる。

次に、到来方向推定部２０６は、受信した通信要求を示す情報に基づいて、到来方向の推定を行う（ステップＳ３０８）。

次に、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に基づいて、指向性を形成する（ステップＳ３１０）。すなわち、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に、指向性を形成する。

次に、信号生成部２１０は、高速信号送信要求を示す情報を生成し（ステップＳ３１２）、低い伝送速度で、移動局１００に送信する（ステップＳ３１４）。

次に、移動局１００の送受信部１０２は、基地局２００から送信された高速信号送信要求を示す情報を受信する（ステップＳ３１６）。

次に、信号生成部１０４は、送信信号を生成し（ステップＳ３１８）、基地局２００に高い伝送速度で送信する（ステップＳ３２０）。

次に、基地局２００は、移動局１００から送信信号を受信する（ステップＳ３２２）。到来方向推定部２０６は、受信した送信信号に基づいて、到来方向の推定を行う（ステップＳ３２４）。

次に、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に基づいて、指向性を形成する（ステップＳ３２６）。すなわち、移動局１００を追尾するように指向性を形成する。

次に、信号生成部２１０は、送信信号を生成し（ステップＳ３２８）、高い伝送速度で、移動局１００に送信する（ステップＳ３３０）。

次に、移動局１００の送受信部１０２は、基地局２００から高い伝送速度で送信された信号を受信する（ステップＳ３３２）。

以降、通信が終了するまで、ステップＳ３１８からステップＳ３３２と同様の処理が行われる。

このように、指向性が形成された後には、所定の通信方式により広帯域伝送が開始される。広帯域信号伝送時も順次到来波の到来情報やチャネル情報を推定し、移動局１００を追尾するように指向性を制御する。

次に、到来方向の推定精度について、図４Ａを参照して説明する。

図４Ａには、移動局１００から到来する電波の方向の推定を行う場合における受信信号の信号対雑音電力（ＳＮＲ）に対する移動局１００からの到来方向の推定精度を計算した結果を示す。ここでは、１２０°セクタをサービスエリアとするセルラシステムを想定し、無指向性アンテナを水平方向に０．５波長間隔で配置した１０素子アレーアンテナを適用した場合を示す。

また、移動局１００からの信号としてセクタ内の任意の方向からレイリーフェージング変動をしている２波、すなわち片方は直接波、もう一方は電力が１２ｄＢ下がった反射波が到来すると仮定している。

到来方向の推定精度は直接波の到来方向と到来方向推定によって得られた推定方向との誤差である。各到来波の角度ひろがりを５度とする。ＳＮＲは、各アンテナで定義される。また、到来方向推定法としてはビームフォーマ法を用いている（例えば、非特許文献３参照）。到来方向推定誤差は試行回数５０００回の平均値としている。

０．５波長間隔で配置した１０素子アレーアンテナを適用して利得増大を行った場合、１０ｄＢの利得差が生じる。図４Ａによれば、伝送速度を下げて信号対雑音電力を２ｄＢから１２ｄＢに改善させた場合、到来方向の推定精度は約１０度から約３度に改善する。

次に、アレーアンテナの放射特性について、図４Ｂを参照して説明する。

ここでは、１０素子アレーアンテナの放射特性の例を示す。図４Ｂには、アレーの正面方向にビームを向けた例を示す。半値幅は約７°である。

指向性形成用の信号を送出しない場合には、推定精度が１０度と半値角以上の推定精度誤差がある。図４Ｂによれば、推定方向の指向性利得は１５ｄＢ以上劣化するが、利得劣化は３ｄＢ程度に収まる。したがって、システム利得を１２ｄＢ以上改善することができる。

上述した実施例においては、移動局１００から通信要求を行う場合について説明したが、基地局２００から信号送信要求を行うようにしてもよい。基地局２００から信号送信要求を行う場合について、図５を参照して説明する。

基地局２００から特定の移動局１００に対して通信を要求する場合、基地局２００はサービスエリア全体に信号を報知する必要がある。このため、基地局２００は、利得が低下した状態で信号を送出することになる。

基地局２００から信号送信要求を行う場合は、図３を参照して説明した信号伝送方法において、移動局１００から通信要求情報を基地局２００に送信する前に、基地局２００からの信号送出が行われる。この場合、基地局２００から送出される信号は、移動局１００からの通信要求情報の送信と同様に、伝送速度を落とし、ビットあたりの信号強度を増加させて送出する。このようにすることにより、移動局側で十分なリンク確立を行うことができる。

以下、この場合の移動局と基地局との間の信号伝送方法について説明する。

信号生成部２１０は、信号送信要求を示す情報を生成し（ステップＳ５０２）、サービスエリア全体をカバーする指向性で、低い伝送速度で送信する（ステップＳ５０４）。

移動局１００は、基地局２００から信号送信要求を示す情報を受信すると（ステップＳ５０６）、信号生成部１０４は、通信要求を示す情報を生成し（ステップＳ５０８）、送受信部１０２に入力する。送受信部１００は、入力された通信要求を示す情報を低い伝送速度で送信する（ステップＳ５１０）。移動局１００は、高速伝送に対応した性能を有するＲＦ回路を備える。このため、移動局１００は、伝送速度を低くすることによりビットあたりの電力を増大させて送信することができる。

通信開始時に移動局１００から送出する信号は、基地局アンテナの指向性を向けることに必要な情報が最低あればよく、その他の制御情報は指向性を向けた後に伝送すればよい。したがって、伝送速度を低くすることによる大きな通信特性の劣化は生じない。

次に、基地局２００は、移動局１００から通信要求を示す情報を受信する（ステップＳ５１２）。基地局２００は、このビットあたりの信号電力を基地局アンテナの指向性形成前と形成後の利得差以上となる低い伝送速度で送信する。このようにすることにより、基地局アンテナの指向性を広くすることによる利得低下を補償でき、到来方向の推定に必要な信号電力を確保できる。

次に、到来方向推定部２０６は、受信した通信要求を示す情報に基づいて、到来方向の推定を行う（ステップＳ５１４）。

次に、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に基づいて、指向性を形成する（ステップＳ５１６）。すなわち、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に指向性を形成する
次に、信号生成部２１０は、高速信号送信要求を示す情報を生成し（ステップＳ５１８）、低い伝送速度で、移動局１００に送信する（ステップＳ５２０）。

次に、移動局１００の送受信部１０２は、基地局２００から高速信号送信要求を示す情報を受信する（ステップＳ５２２）。

次に、信号生成部１０４は、送信信号を生成し（ステップＳ５２４）、基地局２００に高い伝送速度で送信する（ステップＳ５２６）。

次に、基地局２００は、移動局１００からの送信信号を受信する（ステップＳ５２８）。到来方向推定部２０６は、受信した送信信号に基づいて、到来方向の推定を行う（ステップＳ５３０）。

次に、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に基づいて、指向性を形成する（ステップＳ５３２）。すなわち、移動局１００を追尾するように指向性を形成する。

次に、信号生成部２１０は、送信信号を生成し（ステップＳ５３４）、高い伝送速度で、移動局１００に送信する（ステップＳ５３６）。

次に、移動局１００の送受信部１０２は、基地局２００から高い伝送速度で送信された送信信号を受信する（ステップＳ５３８）。

以降、通信が終了するまで、ステップＳ５２４からステップＳ５３８と同様の処理が行われる。

次に、本発明の第２の実施例にかかる移動通信システムについて説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、第１の実施例において説明した移動通信システムと移動局の構成が異なる。

本実施例にかかる移動局１００は、図６に示すように、第１の実施例にかかる移動局と、送受信部１０２と接続されたレベル検出部１０６と、レベル検出部１０６と接続されたレベル判定部１０８とを備える点で異なる。レベル判定部１０８は信号生成部１０４と接続される。

レベル検出部１０６は、基地局２００から送信された信号の受信レベル、例えば受信電力を検出する。レベル判定部１０８は、レベル検出部１０６において検出された信号の受信レベルが所定の閾値（規定値）を満たすか否かを判定する。例えば、本実施例にかかる移動局１００は、図７に示すように、受信信号が入力される分岐回路を設け、分岐回路は、レベル検出回路および無線回路に受信信号を入力する。

本実施例にかかる移動局１００は、基地局２００からの受信電力を検出し、定められた閾値を超えるまでは低速信号を送出し続ける。このようにすることにより、基地局側で十分な指向性形成を行った後に高速伝送が可能となる。このために、信号伝送区間の信頼度を増加させることができる。

次に、本実施例にかかる移動通信システムにおける移動局と基地局との間の信号伝送方法について、図８を参照して説明する。ここでは、基地局２００が移動局１００から送出された低速信号を常にセクタ指向性で受信する場合について説明する。

信号生成部２１０は、信号送信要求を示す情報を生成し（ステップＳ８０２）、サービスエリア全体をカバーする指向性で、低い伝送速度で送信する（ステップＳ８０４）。

移動局１００は、基地局２００から信号送信要求を示す情報を受信すると（ステップＳ８０６）、信号生成部１０４は、通信要求を示す情報を生成し（ステップＳ８０８）、送受信部１０２に入力する。送受信部１００は、入力された通信要求を示す情報を低い伝送速度で送信する（ステップＳ８１０）。移動局１００は、高速伝送に対応した性能を有するＲＦ回路を備える。このため、移動局１００は、伝送速度を低くすることによりビットあたりの電力を増大させて送信することができる。

通信開始時に移動局１００から送出する信号は、基地局アンテナの指向性を向けることに必要な情報が最低あればよく、その他の制御情報は指向性を向けた後に伝送すればよい。したがって、伝送速度を低くすることによる大きな通信特性の劣化は生じない。

次に、基地局２００は、移動局１００から通信要求を示す情報を受信する（ステップＳ８１２）。基地局２００は、このビットあたりの信号電力を基地局アンテナの指向性形成前と形成後の利得差以上となる低い伝送速度で送信する。このようにすることにより、基地局アンテナの指向性を広くすることによる利得低下を補償でき、到来方向の推定に必要な信号電力を確保できる。

次に、到来方向推定部２０６は、受信した通信要求を示す情報に基づいて、到来方向の推定を行う（ステップＳ８１４）。

次に、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に基づいて、指向性を形成する（ステップＳ８１６）。すなわち、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に指向性を形成する。

次に、信号生成部２１０は、高速信号送信要求を示す情報を生成し（ステップＳ８１８）、低い伝送速度で、移動局１００に送信する（ステップＳ８２０）。

次に、移動局１００の送受信部１０２は、基地局２００から高速信号送信要求を示す情報を受信する（ステップＳ８２２）。

次に、レベル検出部１０６は、受信された高速信号送信要求を示す情報の受信レベルを測定し、レベル判定部１０８に入力する。レベル判定部１０８は、受信電力が所定の規定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８２４）。

受信電力が所定の規定値以上である場合（ステップＳ８２４：ＹＥＳ）、信号生成部１０４は、送信信号を生成し（ステップＳ８２６）、基地局２００に高い伝送速度で送信する（ステップＳ８２８）。

一方、受信電力が所定の規定値以上でない場合（ステップＳ８２４：ＮＯ）、ステップＳ８０８に戻る。

次に、基地局２００は、移動局１００から送信信号を受信する（ステップＳ８３０）。到来方向推定部２０６は、受信した送信信号に基づいて、到来方向の推定を行う（ステップＳ８３２）。

次に、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に基づいて、指向性を形成する（ステップＳ８３４）。すなわち、移動局１００を追尾するように指向性を形成する。

次に、信号生成部２１０は、送信信号を生成し（ステップＳ８３６）、高い伝送速度で、移動局１００に送信する（ステップＳ８３８）。

次に、移動局１００の送受信部１０２は、基地局２００から高い伝送速度で送信された信号を受信する（ステップＳ８４０）。

以降、通信が終了するまで、ステップＳ８２６からステップＳ８４０と同様の処理が行われる。

また、基地局２００は、移動局１００から送出された低速信号を受信するにあたり、２回目以降は到来方向推定に基づいて形成された指向性を用いるようにしてもよい。すなわち、到来方向推定部２０６は、受信した通信要求を示す情報に基づいて、再度到来方向の推定を行う。次に、アレイアンテナ制御部２０６は、再度推定された到来方向に基づいて、指向性を形成する。このように移動局１００から送出された低速信号に関してもアレー指向性を用いて受信するようにすることにより、移動局１００から送出された低速信号の受信品質を改善するとともに到来方向推定精度を向上させることができる。

この場合における移動局と基地局との間の信号伝送方法について、図９を参照して説明する。

信号生成部２１０は、信号送信要求を示す情報を生成し（ステップＳ９０２）、サービスエリア全体をカバーする指向性で、低い伝送速度で送信する（ステップＳ９０４）。

移動局１００は、基地局２００から信号送信要求を示す情報を受信すると（ステップＳ９０６）、信号生成部１０４は、通信要求を示す情報を生成し（ステップＳ９０８）、送受信部１０２に入力する。送受信部１００は、入力された通信要求を示す情報を低い伝送速度で送信する（ステップＳ９１０）。移動局１００は、高速伝送に対応した性能を有するＲＦ回路を備える。このため、移動局１００は、伝送速度を低くすることによりビットあたりの電力を増大させて送信することができる。

通信開始時に移動局１００から送出する信号は、基地局アンテナの指向性を向けることに必要な情報が最低あればよく、その他の制御情報は指向性を向けた後に伝送すればよい。したがって、伝送速度を低くすることによる大きな通信特性の劣化は生じない。

次に、基地局２００は、移動局１００から通信要求を示す情報を受信する（ステップＳ９１２）。基地局２００は、このビットあたりの信号電力を基地局アンテナの指向性形成前と形成後の利得差以上となる低い伝送速度で送信する。このようにすることにより、基地局アンテナの指向性を広くすることによる利得低下を補償でき、到来方向の推定に必要な信号電力を確保できる。

次に、到来方向推定部２０６は、受信した通信要求を示す情報に基づいて、到来方向の推定を行う（ステップＳ９１４）。

次に、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に基づいて、指向性を形成する（ステップＳ９１６）。すなわち、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に指向性を形成する。

次に、信号生成部２１０は、高速信号送信要求を示す情報を生成し（ステップＳ９１８）、低い伝送速度で、移動局１００に送信する（ステップＳ９２０）。

次に、移動局１００の送受信部１０２は、基地局２００から高速信号送信要求を示す情報を受信する（ステップＳ９２２）。

次に、レベル検出部１０６は、移動局１００から送信された高速信号送信要求を示す情報の受信レベルを測定し、レベル判定部１０８に入力する。レベル判定部１０８は、受信電力が所定の規定値（閾値）以上であるか否か、すなわち所定の閾値を満たすか否かを判定する（ステップＳ９２４）。

受信電力が所定の規定値以上である場合（ステップＳ９２４：ＹＥＳ）、信号生成部１０４は、送信信号を生成し（ステップＳ９２６）、基地局２００に高い伝送速度で送信する（ステップＳ９２８）。

一方、受信電力が所定の規定値以上でない場合（ステップＳ９２４：ＮＯ）、ステップＳ９０８に戻る。この場合、ステップＳ９１２において、到来方向推定に基づいて指向性が形成されたアレー指向性を用いる。

次に、基地局２００は、移動局１００から送信信号を受信する（ステップＳ９３０）。到来方向推定部２０６は、受信した送信信号に基づいて、到来方向の推定を行う（ステップＳ９３２）。

次に、アレイアンテナ制御部２０６は、推定された到来方向に基づいて、指向性を形成する（ステップＳ９３４）。すなわち、移動局１００を追尾するように指向性を形成する。

次に、信号生成部２１０は、送信信号を生成し（ステップＳ９３６）、高い伝送速度で、移動局１００に送信する（ステップＳ９３８）。

次に、移動局１００の送受信部１０２は、基地局２００から高い伝送速度で送信された信号を受信する（ステップＳ９４０）。

以降、通信が終了するまで、ステップＳ９２６からステップＳ９４０と同様の処理が行われる。

上述した実施例において、通信開始前にサービスエリア全体をカバーする指向性を形成する場合に、一つのビームでカバーするのではなく複数のビームでカバーするようにしてもよい。例えば、図１０に示すように２つのビームでカバーする。指向性形成用の信号の電力が十分に取れない場合、サービスエリアを複数に分割し、その間で順次基地局がスキャンして、指向性形成用信号を受信するようにすることにより、信号電力の低下を補償することができる。また、２つのエリアに分けることにより約３ｄＢの利得増加が可能となる。

本発明の実施例によれば、アンテナ装置の送信電力を大きくしたり受信機の感度を上げたりすることなくセクタビームパターンを用いて所望の通信品質、例えば到来方向推定、指向性形成のための通信品質を確保することが可能になる。このため、基地局および移動局の小型化、低消費電力化および低コスト化が可能になる。

本発明にかかる移動局および基地局並びに信号伝送方法は、移動通信システムに適用できる。

基地局にアレーアンテナを適用した場合の問題点を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムを示すブロック図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムにおける信号伝送方法を示す説明図である。 到来方向の推定精度を示す説明図である。 アレーアンテナの放射特性を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムにおける信号伝送方法を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる移動局を示すブロック図である。 本発明の一実施例にかかる移動局を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムにおける信号伝送方法を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムにおける信号伝送方法を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる基地局における指向性の形成方法を示す説明図である。

符号の説明

１００ 移動局
２００ 基地局

Claims (13)

1. 通信要求を示す情報を生成する信号生成手段；
   前記通信要求を示す情報を低い伝送速度で送信する送信手段；
   を備え、
   前記送信手段は、通信要求の応答として、高速信号送信を要求することを示す情報が受信された場合に、該高速信号送信を要求する情報にしたがって、送信信号を高い伝送速度で送信することを特徴とする移動局。
2. 請求項１に記載の移動局において：
   前記高速信号送信を要求することを示す情報の受信電力を測定するレベル検出手段；
   前記受信電力が所定の閾値を満たすか否かを判定するレベル判定手段；
   を備え、
   前記送信手段は、基地局から送信された信号の受信電力が所定の閾値以上である場合に、該高速信号送信を要求する情報にしたがって、送信信号を高い伝送速度で送信することを特徴とする移動局。
3. 請求項１または２に記載の移動局において：
   前記送信手段は、前記通信要求を示す情報を送信する場合に、ビットあたりの信号電力が、基地局アンテナの指向性形成前後の利得差以上となる低い伝送速度で送信することを特徴とする移動局。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の移動局において：
   前記送信手段は、前記通信要求を示す情報を、符号拡散変調方式により、広帯域信号を伝送するのに必要な帯域に拡散して送信することを特徴とする移動局。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の移動局において：
   前記送信手段は、前記通信要求を示す情報を、直交周波数分割多重変調方式により、一部のサブキャリアを使用して送信することを特徴とする移動局。
6. 請求項５に記載の移動局において：
   前記送信手段は、サブキャリアの最低周波数と最高周波数を含む一部のサブキャリアを使用して送信することを特徴とする移動局。
7. 少なくとも２つ以上のアンテナからなるアレーアンテナ；
   前記アレーアンテナの指向性を制御するアンテナ制御手段；
   受信された信号に基づいて、前記信号の到来方向を推定する到来方向推定手段
   を備え、
   前記到来方向推定手段は、通信開始時に移動局から送信された低速信号に基づいて、該低速信号の到来方向を推定し、
   前記アンテナ制御手段は、通信開始前は、アレーアンテナの指向性としてサービスエリア全体をカバーする指向性を形成し、通信の開始時に前記低速信号の到来方向に指向性を形成することを特徴とする基地局。
8. 請求項７に記載の基地局において：
   少なくとも１の移動局に対する通信開始要求を示す情報を生成する信号生成手段；
   を備え、
   前記アンテナ制御手段は、サービスエリア全体をカバーする指向性で、前記通信開始要求を示す情報を低い伝送速度で送信することを特徴とする基地局。
9. 請求項７または８に記載の基地局において：
   前記通信開始要求を示す情報を、符号拡散変調方式により、広帯域信号を伝送するのに必要な帯域に拡散する拡散変調手段；
   を備えることを特徴とする基地局。
10. 請求項９のいずれか１項に記載の基地局において：
    前記拡散変調手段は、前記通信開始要求を示す情報を、直交周波数分割多重変調方式により、一部のサブキャリアを使用して送信することを特徴とする基地局。
11. 請求項１０に記載の基地局において：
    前記拡散変調手段は、サブキャリアの最低周波数と最高周波数を含む一部のサブキャリアを使用して送信することを特徴とする基地局。
12. 請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の基地局において：
    前記アンテナ制御手段は、サービスエリア全体を少なくとも２以上に分割して、指向性の制御を行うことを特徴とする基地局。
13. 基地局が、通信開始前に、サービスエリア全体をカバーする指向性を形成する指向性形成ステップ；
    移動局が、通信要求を示す情報を生成し、低い伝送速度で送信する通信要求情報送信ステップ；
    前記基地局が、前記通信要求を示す情報を受信し、該通信要求を示す情報に基づいて、前記通信要求を示す情報の到来方向を推定する到来方向推定ステップ；
    前記基地局が、推定された到来方向に基づいて、アレーアンテナの指向性を制御するアンテナ制御ステップ；
    前記基地局が、高速信号送信を要求することを示す情報を送信する高速信号送信要求ステップ；
    前記移動局が、高速信号送信を要求することを示す情報を受信し、該高速信号送信を要求する情報にしたがって、送信信号を高い伝送速度で送信する送信信号送信ステップ；
    を有することを特徴とする信号伝送方法。

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