JP2007258915A

JP2007258915A - アレーアンテナシステムおよびビーム制御方法

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Publication number: JP2007258915A
Application number: JP2006078879A
Authority: JP
Inventors: Kimita Mase; 公太間瀬; Masafumi Hirono; 雅文博野; Yoshiaki Amano; 良晃天野
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP4628985B2

Abstract

【課題】複数のサブアレーアンテナによって構成されたアレーアンテナシステムにおいて、隣接するサブアレーアンテナからのパイロットチャネルの影響も考慮し、在圏サブアレーアンテナから送信するデータチャネルのビームパターンを形成するための重み係数を適切に補正する。
【解決手段】移動局からの上り信号を複数のサブアレーアンテナで受信して、その受信電力の比を基として各サブアレーアンテナから送信される下りのパイロットチャネルの当該移動局における合計受信電力のレベルを算出する。この算出結果に基づき、所望局の方向において、在圏サブアレーアンテナから送信するデータチャネル用のビームパターンのレベルを当該合計受信電力のレベルに揃える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のサブアレーアンテナにより構成されたアレーアンテナシステムおよび同システムにおけるビーム制御方法に関する。

一般に移動通信システムにおいては、マルチパスフェージングにより瞬時瞬時で著しく信号の振幅と位相が変動することから、基地局から移動局に向けて在圏検出用に既知の信号を放送形式で送信するパイロットチャネルを利用して、移動局が復調用の基準信号を生成しデータチャネルの受信同期処理を行っている。この受信同期処理では、移動局において、パイロットチャネルの既知信号と、実際に基地局から送信され無線伝搬路上でフェージングによる変動を受けて受信された当該既知信号との差分を算出し、その差分に基づいてデータチャネルの受信信号に対する補正を行って、この補正後の受信信号を復調することで受信データの復調精度の向上が図られている。

また、通信エリア内の移動局毎に基地局から放射するビームパターンを適応的に変化させ、送信すべきユーザにはビームを、他のユーザにはヌル（零点）をそれぞれ向けることによって、空間的に多重接続を行うことを可能とする空間分割多元接続（ＳＤＭＡ；Space Division Multiple Access）技術が注目されている。このＳＤＭＡ方式における適応的なビーム制御には、複数のアンテナ素子が放射する電波に振幅と位相の重み付けを与えることでビームパターンを制御する、アレーアンテナが用いられる。

移動通信システムにおいて、上記のビーム制御技術により送信ビームパターンを適応的に制御する場合、一般的にデータチャネルには適用するがパイロットチャネルには適用しない。その理由は、データチャネルが各移動局に個別のチャネルであり各移動局に個別の送信ビームパターンを形成することによりデータチャネルのＳＤＭＡを行っているのに対し、パイロットチャネルが全移動局に共通のチャネルであり各移動局に個別の送信ビームパターンを形成する必要がないからである。このパイロットチャネルには一様な指向性を有する送信ビームパターン、例えばオムニパターンやセクタパターンが適用される。このため、パイロットチャネルとデータチャネルでは、送信ビームパターンを形成するための各アンテナ素子に対するアンテナ出力の重み係数が異なる。その結果、パイロットチャネルとデータチャネルではそれぞれの送信ビームパターンの特性が異なり、上述した移動局の受信同期処理に問題が生じる。すなわち、パイロットチャネルとデータチャネルとでは受信信号の変動量が異なるので、パイロットチャネルの受信信号の変動量に基づいてデータチャネルの受信信号を補正しても、正しい補正を行うことができない。これにより、受信信号の復調が正しく行われず受信データに誤りが発生する等の不具合が生じる。

この問題を解決するために、アレーアンテナの移動局方向についての放射特性データを予め用意しておいて、その放射特性データとパイロットチャネル送信用の重み係数とからパイロットチャネルの送信ビームパターンにおける当該方向の信号レベルを算出し、またその放射特性データとデータチャネル送信用の重み係数とからデータチャネルの送信ビームパターンにおける当該方向の信号レベルを算出して、算出した２つの信号レベルの差分量に従ってデータチャネル送信用の重み係数を補正してデータチャネルを送信する無線技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この技術によれば、移動局においてパイロットチャネルの受信信号の変動量に基づくデータチャネル受信信号の正しい補正が可能である。

ところで、アレーアンテナの形態として、一つの筐体に設けた複数のアンテナ素子を統合的に制御することでアンテナ周囲３６０度のエリアをカバーするタイプのもの（例えば円形アレーアンテナ）と、一つの筐体にしてしまうと３６０度を見通すことができない設置環境の下、アレーアンテナをいくつかのサブアレーアンテナとして分散して配置させることで３６０度のエリアをカバーするタイプのものがある。この後者のタイプの場合、隣り合うサブアレーアンテナを協働させてビーム制御を行おうとすると、各アブアレーアンテナの離隔等の設置状況にアンテナ全体の制御条件が左右されることになる。そのため、設置状況によらないビーム制御を実現するためには、各サブアレーアンテナは個別に独立したビーム制御を行う必要がある。
ＳＤＭＡパケットセルラーシステムにおける送信アレー重み正規化法、「電子情報通信学会ソサイエティ大会予稿集」、２００５年９月、Ｂ−１−１８８

非特許文献１に提案されている上述したデータチャネル送信用の重み係数補正方法は、上記の２つのタイプのアレーアンテナのうち、前者には適用できるが後者には適用できないという問題がある。これは、前者のタイプでは、パイロットチャネルが全アンテナ素子を用いた等合成オムニパターンであるため、データチャネルの所定方向における送信信号レベルを当該パターンの信号レベルに正規化できるのに対し、後者のタイプでは、隣接するサブアレーアンテナからも同一のパイロットチャネルが送信されて移動局において重畳されるため、基地局ではデータチャネルのビームパターンとして設定すべき移動局方向の信号レベル（移動局におけるパイロットチャネルのレベルに揃える必要がある）を把握することができないという事情に起因する問題である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のサブアレーアンテナによって構成されたアレーアンテナシステムにおいて、隣接するサブアレーアンテナからのパイロットチャネルの影響も考慮し、在圏サブアレーアンテナから送信するデータチャネルのビームパターンを形成するための重み係数を適切に補正することを可能とすることにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、複数のサブアレーアンテナを備え、エリア内の移動局に第１チャネルを送信するとともに、所望の移動局に対しては一つのサブアレーアンテナにより適応的にビームを制御して第２チャネルを送信するアレーアンテナシステムにおいて、前記所望の移動局からの上り信号を該移動局が在圏するサブアレーアンテナおよび他のサブアレーアンテナで受信して、その受信電力比を基にこれらサブアレーアンテナから送信される第１チャネルの該移動局におけるレベルの和を算出し、前記在圏サブアレーアンテナから該移動局の方向のレベルを前記算出された和のレベルに揃えた第２チャネルを送信することを特徴とするアレーアンテナシステムである。

また、請求項２に記載の発明は、複数のサブアレーアンテナを備え、エリア内の移動局にデータ復調のための基準信号としてパイロットチャネルを送信するとともに、所望の移動局に対しては一つのサブアレーアンテナにより適応的にビームを制御してデータチャネルを送信するアレーアンテナシステムにおいて、前記所望の移動局からの上り信号を該移動局が在圏するサブアレーアンテナおよびそれに隣接するサブアレーアンテナで受信して、その受信電力比を基にこれらサブアレーアンテナから送信されるパイロットチャネルの該移動局におけるレベルの和を算出し、前記在圏サブアレーアンテナから該移動局の方向のレベルを前記算出された和のレベルに揃えたデータチャネルを送信することを特徴とするアレーアンテナシステムである。

また、請求項３に記載の発明は、複数のサブアレーアンテナを備え、エリア内の移動局にデータ復調のための参照信号としてパイロットチャネルを送信するとともに、所望の移動局に対しては一つのサブアレーアンテナにより適応的にビームを制御してデータチャネルを送信するアレーアンテナシステムにおいて、前記各サブアレーアンテナを構成するアンテナ素子それぞれについて方向毎の放射特性を記憶する放射特性記憶手段と、前記所望の移動局に対応する第１のサブアレーアンテナおよびそれに隣接する第２のサブアレーアンテナによってそれぞれ受信される該移動局からの上り信号からそれら受信信号の電力比を算出する受信電力比算出手段と、前記受信信号の到来方向を推定する到来方向推定手段と、前記第１のサブアレーアンテナの前記推定方向における放射特性を前記放射特性記憶手段から抽出する放射特性抽出手段と、前記第１のサブアレーアンテナからデータチャネルとパイロットチャネルのビームパターンをそれぞれ送信するための各アンテナ素子に対するアンテナ出力の重み係数を生成する重み係数生成手段と、前記抽出された放射特性と前記生成されたデータチャネル送信用およびパイロットチャネル送信用それぞれの重み係数とから、前記第１のサブアレーアンテナから前記所望の移動局の方向に送信される各チャネルのレベルを算出する第１のレベル算出手段と、前記第１のレベル算出手段により算出されたパイロットチャネルのレベルと前記受信電力比算出手段により算出された電力比とに基づいて、前記第２のサブアレーアンテナから前記所望の移動局の方向に送信されるパイロットチャネルのレベルを算出する第２のレベル算出手段と、前記データチャネル送信用の重み係数を補正することにより、前記算出されたデータチャネルのレベルを前記算出された第１および第２のサブアレーアンテナからのパイロットチャネルのレベルの和に揃える重み係数補正手段と、を設けたことを特徴とするアレーアンテナシステムである。

また、請求項４に記載の発明は、複数のサブアレーアンテナを備え、エリア内の移動局に第１チャネルを送信するとともに、所望の移動局に対しては一つのサブアレーアンテナにより適応的にビームを制御して第２チャネルを送信するアレーアンテナシステムにおいて、前記所望の移動局からの上り信号を該移動局が在圏するサブアレーアンテナおよび他のサブアレーアンテナで受信して、その受信電力比を基にこれらサブアレーアンテナから送信される第１チャネルの該移動局における第１のアレー応答の和を算出し、前記在圏サブアレーアンテナから該移動局の方向の第２のアレー応答を前記算出された第１のアレー応答の和に揃えた第２チャネルを送信することを特徴とするアレーアンテナシステムである。

また、請求項５に記載の発明は、複数のサブアレーアンテナにより、エリア内の移動局に第１チャネルを送信するとともに、所望の移動局に対しては一つのサブアレーアンテナにより適応的にビームを制御して第２チャネルを送信するビーム制御方法において、前記所望の移動局からの上り信号を該移動局が在圏するサブアレーアンテナおよび他のサブアレーアンテナで受信して、その受信電力比を基にこれらサブアレーアンテナから送信される第１チャネルの該移動局における第１のアレー応答の和を算出し、前記在圏サブアレーアンテナから該移動局の方向の第２のアレー応答を前記算出された第１のアレー応答の和に揃えた第２チャネルを送信することを特徴とするビーム制御方法である。

本発明によれば、移動局からの上り信号を複数のサブアレーアンテナで受信して、その受信電力の比を基として各サブアレーアンテナから送信される下りの第１チャネルの当該移動局における合計受信電力のレベルを算出し、在圏サブアレーアンテナから当該移動局に送信する第２チャネルのレベルを当該算出したレベルに揃えている。すなわち、在圏サブアレーアンテナから送信される第２チャネルの重み係数を適切に補正することが可能となっている。これにより、移動局において複数のサブアレーアンテナから受信する第１チャネルのレベルと在圏サブアレーアンテナから受信する第２チャネルのレベルを合わせることができる。

そして、第１チャネルとしてパイロットチャネル、第２チャネルとしてデータチャネルを適用することで、移動局において在圏サブアレーアンテナ以外のアンテナからも送信されてくるパイロットチャネルの影響を考慮した受信レベルにてデータチャネルが受信される。これにより、移動局でのパイロットチャネルを基準としたデータチャネルの受信同期処理が、精度よく行えるようになる。

このように本発明によれば、サブアレーアンテナで構成したアンテナにおいてビーム制御を行う場合にも、パイロットチャネルを用いた受信同期処理でのレベル補正を適切に行うことができ、周波数利用効率を下げることなくＳＤＭＡ技術を適用することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による無線装置（アレーアンテナシステム）の構成を示すブロック図である。本実施形態では、移動通信システムの基地局用無線装置を例に挙げて説明する。
図１において、アレーアンテナ１は４つのサブアレーアンテナ２から構成され、各サブアレーアンテナ２は複数のアンテナ素子３から構成される。各サブアレーアンテナ２にはそれぞれＲＦ部４が接続されており、各アンテナ素子３は対応するＲＦ部４によって駆動されてＲＦ帯の無線信号の送受信を行う。ＲＦ部４は、各アンテナ素子３のＲＦ帯受信信号をそれぞれベースバンド信号に変換した後、デジタル化処理を行って適応制御部５へ出力する。また、ＲＦ部４は、適応制御部５から各アンテナ素子３のベースバンド送信信号を受け取り、それぞれＲＦ帯信号へ変換した後アナログ化処理を行って、各アンテナ素子３へ出力する。

適応制御部５は、各サブアレーアンテナ２のビームパターンを個別に適応的に制御し、移動局毎に適応受信および適応送信を行う。適応受信では、移動局毎に適応制御して受信ビームパターンを形成し、移動局個別のデータチャネルの受信を行う。この受信データは受信チャネル処理部６へ出力されて処理される。また、適応送信では、移動局毎に適応制御して送信ビームパターンを形成し、移動局個別のデータチャネルの送信を行う。このデータチャネルの送信データは送信チャネル処理部７から入力される。
また、適応制御部５は、パイロットチャネル用の送信ビームパターンを形成し、各移動局共通のパイロットチャネルの送信を行う。このパイロットチャネルの送信データは送信チャネル処理部７から入力される。

なお、上記の適応制御部５は、専用のハードウェアにより実現されるものでもよいし、またメモリおよびＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などの演算処理装置により構成され、所定のプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現するものであってもよい。

図２は、図１の適応制御部５の送信機能に係る構成を示すブロック図である。
同図において、パイロットチャネル用重み係数生成部１１は、パイロットチャネル用の送信ビームパターンを形成するための重み係数ベクトルＷｐを生成する。重み係数ベクトルＷｐは、全てのサブアレーアンテナ２の各アンテナ素子３に対応する要素、すなわちアンテナ素子３の総個数分の要素からなる。
なお、パイロットチャネル用の送信ビームパターンとして、一様な指向性を有する送信ビームパターン、例えばオムニパターンやセクタパターンを用いる場合には、予め定まった重み係数ベクトルＷｐ（固定値）が記憶されたメモリを備えるようにしてもよい。

データチャネル用重み係数生成部１２は、データチャネル用の送信ビームパターンを形成するための重み係数ベクトルＷｄを移動局毎に適応的に生成する。重み係数ベクトルＷｄは、データチャネルを送信するサブアレーアンテナ２、すなわち送信先の移動局（所望局）が在圏するサブアレーアンテナ２のアンテナ素子３に対応する要素からなる。

到来方向推定部１３は、移動局からの上り信号に基づいて当該移動局の位置する方向を推定し、この方向推定値φを放射特性抽出部１５に出力する。方向推定においては、例えば、適応受信で形成された受信ビームパターンを利用する。

アンテナ素子放射特性記憶部１４は、放射方向毎に各サブアレーアンテナ２の放射特性データＡを予め記憶している。この放射特性データＡは、サブアレーアンテナ２毎に各アンテナ素子３単体の放射特性データをベクトル化したもの（ステアリングベクトル）であり、アンテナ素子３の各々に対応する要素、すなわちアンテナ素子３の個数分の要素が、それぞれ所定角度範囲分の要素を有する行列からなる。また、放射特性データＡには、アンテナ素子間の相対振幅および相対位相の情報が含まれている。

放射特性抽出部１５は、到来方向推定部１３から方向推定値φの入力を受け、この推定方向φに対応する方向の放射特性データＡをアンテナ素子放射特性記憶部１４から抽出してそれを第１レベル算出部１６へ出力する。なお、放射特性データＡは、所望局が在圏するサブアレーアンテナ（方向推定値φから在圏を判断する）について抽出を行うものとする。

第１レベル算出部１６は、放射特性抽出部１５より入力された放射特性データＡとパイロットチャネル用の重み係数ベクトルＷｐとの複素ベクトル積を計算し（但しＷｐは在圏サブアレーアンテナに相当する部分を用いる）、得られた複素スカラー値より、在圏サブアレーアンテナから所望局方向に送信されるパイロットチャネルのレベル値Ｌｐ（ｋ）を算出する。また、同じく放射特性データＡとデータチャネル用の重み係数ベクトルＷｄとの複素ベクトル積を計算し、得られた複素スカラー値より、在圏サブアレーアンテナから所望局方向に送信されるデータチャネルのレベル値Ｌｄを算出する。算出されたパイロットチャネルのレベル値Ｌｐ（ｋ）は第２レベル算出部１７に入力され、データチャネルのレベル値Ｌｄは重み係数補正部１９に入力される。

第２レベル算出部１７は、入力されたパイロットチャネルのレベル値Ｌｐ（ｋ）と、受信電力比算出部１８から入力される在圏および隣接サブアレーアンテナにおける上り信号の受信電力比Ｓ_ｋ，ｋ’（後述）とに基づいて、隣接サブアレーアンテナから所望局方向へ送信されるパイロットチャネルのレベル値Ｌｐ（ｋ’）を算出する。なおここで、Ｌｐ（ｋ’）の計算では、上り信号の受信電力比Ｓ_ｋ，ｋ’と在圏および隣接サブアレーアンテナの所望局方向におけるアンテナ利得比（所望局方向の下り信号電力比）が等しいとの前提に立っている。また、Ｌｐ（ｋ）とＬｐ（ｋ’）の和は、所望局で受信されるパイロットチャネルの合成された電力値Ｌｐとなっている。算出されたレベル値Ｌｐ（ｋ’）はレベル値Ｌｐ（ｋ）とともに重み係数補正部１９へ入力され、データチャネル用の重み係数ベクトルＷｄの補正に利用される。

受信電力比算出部１８は、後述するアルゴリズムに従って、在圏サブアレーアンテナと隣接サブアレーアンテナでそれぞれ受信される所望局からの上り信号の電力比Ｓ_ｋ，ｋ’を算出して、第２レベル算出部１７へ出力する。

重み係数補正部１９には、データチャネル用の重み係数ベクトルＷｄと、在圏サブアレーアンテナから所望局方向に送信されるデータチャネルおよびパイロットチャネルのレベル値Ｌｄ、Ｌｐ（ｋ）と、隣接サブアレーアンテナから所望局方向に送信されるパイロットチャネルのレベル値Ｌｐ（ｋ’）とが入力される。重み係数補正部１９は、ＬｄがＬｐ（ｋ）とＬｐ（ｋ’）の和Ｌｐに等しくなるよう、重み係数ベクトルＷｄを補正して、補正後の重み係数ベクトルＷｄ’を送信ビーム形成部２０へ出力する。この補正アルゴリズムについても、説明は後述する。

送信ビーム形成部２０は、入力されたデータチャネル用の重み係数ベクトルＷｄ’とデータチャネルデータとを乗算器２１により乗算し、乗算結果のデータチャネル送信信号を在圏サブアレーアンテナ２に対応するＲＦ部４へ出力する。これにより、在圏サブアレーアンテナ２からデータチャネルの送信ビームパターンが形成される。また、送信ビーム形成部２０は、入力されたパイロットチャネル用の重み係数ベクトルＷｐとパイロットチャネルデータとを乗算器２１により乗算し、乗算結果のパイロットチャネル送信信号を各ＲＦ部４へ出力する。これにより、各サブアレーアンテナ２からパイロットチャネルの送信ビームパターンが形成される。

次に、図３に示すフローチャートを参照して、本実施形態による無線装置のビーム制御の動作を説明する。
まず、移動局（所望局）からの上り信号が各サブアレーアンテナ２によって受信される（ステップＳ１）。この時、ｌ（英小文字のエル。ｌ＝１〜４）番目のサブアレーアンテナ２のｊ番目のアンテナ素子３における受信信号をｒ_ｊ ^（ｌ）とする。この受信信号ｒ_ｊ ^（ｌ）から、サブアレーアンテナ毎に上り回線相関行列Ｒ_ｘｘ ^（ｌ）が計算されて、到来方向推定部１３と受信電力比算出部１８に供給される（ステップＳ２）。ここで、第ｌサブアレーアンテナ２の上り回線相関行列Ｒ_ｘｘ ^（ｌ）は、式（１）で表される。

ただし、Ａ_Ｒｘ ^（ｌ）は第ｌサブアレーアンテナ２の上り回線周波数における方向ベクトル（複素ベクトル）、Ｆ（ｔ）は受信信号（複素数）、σ^２は加法的白色ガウス雑音を仮定した場合の雑音電力、Ｉは対角行列である。また、ｒ^（ｌ）（ｔ）は受信信号ベクトルであり、第ｌサブアレーアンテナ２のアンテナ素子数をｋとすると式（２）で表される。

続いて、到来方向推定部１３において、上記の上り回線相関行列Ｒ_ｘｘ ^（ｌ）から所望局の位置する方向φを推定する（ステップＳ３）。ここでは、既存の技術であるビームフォーマ法やＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法を用いて推定を行うものとする。

また、受信電力比算出部１８において、各サブアレーアンテナ２における当該上り信号の受信電力Ｐ_{Ｒｘ＿Ｐｉｌｏｔ} ^（ｌ）を上り回線相関行列Ｒ_ｘｘ ^（ｌ）から計算する。そして、計算した受信電力を比較して最大の値を持つサブアレーアンテナ（ｌ＝ｋとする）を在圏サブアレーアンテナと認識するとともに、在圏サブアレーアンテナとそれに隣接するサブアレーアンテナ（ｌ＝ｋ±１≡ｋ’。但し±はいずれか一方のみ）の受信電力比Ｓ_ｋ，ｋ’を算出する（ステップＳ４）。
ここで、第ｌサブアレーアンテナの受信電力Ｐ_{Ｒｘ＿Ｐｉｌｏｔ} ^（ｌ）は、上り回線相関行列の対角成分が各アンテナ素子３の受信信号電力に等しいことから、式（３）のように対角成分の和として与えられる。

なお、上り回線相関行列の対角成分には雑音電力σ^２が含まれることから、上り回線相関行列を固有値分解して得られる固有値｛ｅ_１ ^（ｌ），ｅ_２ ^（ｌ），…，ｅ_Ｎ ^（ｌ）；ｅ_１ ^（ｌ）＞ｅ_２ ^（ｌ）＞…＞ｅ_Ｎ ^（ｌ）｝を用いて雑音電力をキャンセルすることにより、式（４）のように表すこともできる。但し、Ｎは第ｌサブアレーアンテナのアンテナ素子数であり、ｅ_Ｎ ^（ｌ）は雑音電力σ^２に相当する。

また、受信電力比Ｓ_ｋ，ｋ’は式（５）で定義するものとする。

次いで、パイロットチャネル用およびデータチャネル用の重み係数ベクトルＷｐ、Ｗｄが生成され、これら重み係数ベクトルを基に、第１レベル算出部１６において、在圏サブアレーアンテナから所望局方向に送信されるパイロットチャネルとデータチャネルのレベル値Ｌｐ（ｋ）、Ｌｄが算出される。そして、第２レベル算出部１７において、隣接サブアレーアンテナから所望局方向に送信されるパイロットチャネルのレベル値Ｌｐ（ｋ’）が式（６）に従って算出される（ステップＳ５）。なお、このＬｐ（ｋ’）が、隣接サブアレーアンテナからのパイロットチャネルの影響を考慮した補正を行うためのオフセット値となる。

上記のレベル値Ｌｐ（ｋ’）は、所定の一定時間で時間平均化処理された後（ステップＳ６）、重み係数補正部１９へ供給される。

そして、重み係数補正部１９において、所望局におけるデータチャネルの受信電力がパイロットチャネルの合成電力（在圏および隣接サブアレーアンテナからの受信電力の和）と等しくなるように、入力されたＬｄ、Ｌｐ（ｋ）、およびＬｐ（ｋ’）を用いてデータチャネル用の重み係数ベクトルＷｄが補正される（ステップＳ７）。補正後の重み係数ベクトルＷｄ’は式（７）で与えられる。また、式（７）を変形すると、式（８）のように表すことができる。

なお、本来、アンテナからの送信ビームパターンを規定するデータチャネル用の重み係数ベクトルＷｄを補正するに当たっては、各アンテナ素子３の送信における周波数特性などを考慮した絶対値補正が必要であるが、上式（７）はサブアレーアンテナの電力比を用いた相対的な補正を行うものであり、そのため送信と受信においてサブアレーアンテナ間の相対的な特性は変わらないという仮定に基づいて、式（７）では受信に係る電力比を用いた。後述する式（１０）についても同様である。

こうして補正されたデータチャネル用の重み係数ベクトルＷｄ’は、乗算器２１において送信信号に乗算され（ステップＳ８）、この重み付けにより送信ビームパターンが形成されてデータチャネルの送信が行われる（ステップＳ９）。

このように、本実施形態によれば、所望局の方向において、データチャネル用の送信ビームパターンのレベルが在圏および隣接サブアレーアンテナから送信されるパイロットチャネル用のビームパターンのレベル和に揃えられている。これにより、所望局での受信同期処理を精度よく行うことができる。

次に、上記説明したデータチャネル用の重み係数の補正方法を一般化して、各サブアレーアンテナ２から放射される送信ビームのレベル（振幅）だけでなく位相も含めて補正を行う場合について説明する。この場合、重み係数ベクトルＷｐ、Ｗｄと第ｌサブアレーアンテナの角度θ方向の放射特性データＡ_Ｔｘ ^（ｌ）（θ）は、複素列ベクトルで表される。
到来方向推定部１３によって推定された方向φにおけるパイロットチャネルおよびデータチャネルのアレー応答νｐ、νｄは、放射特性データと重み係数ベクトルとの積として式（９）で算出される。なお、これらアレー応答は、上述した第１レベル算出部１６で算出されるレベル値Ｌｐ（ｋ）、Ｌｄにそれぞれ相当する。

すると、一般化された補正後のデータチャネル用の重み係数ベクトルＷｄ’は、式（１０）により与えられる。

なお、式（１０）においては、ｌ≠ｋでパイロットチャネルの受信電力の総和をとることによって、隣接サブアレーアンテナだけでなく在圏サブアレーアンテナ以外の全てのサブアレーアンテナからのパイロットチャネルの影響を考慮している。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本発明は、パイロットチャネル用の送信ビームパターンを移動局毎に形成する場合にも同様に適用することができる。

また、在圏サブアレーアンテナの通信エリア内に複数の所望局が存在する場合には、ステップＳ１からステップＳ７を各所望局について実行することで、ＳＤＭＡ通信に対応することができる。
また、本発明は、上り通信と下り通信を時間的に分割して行う時分割複信（ＴＤＤ；Time Division Duplex）にも、周波数で分割して行う周波数分割複信（ＦＤＤ；Frequency Division Duplex）にも、同様に適用可能である。

本発明の一実施形態による無線装置（アレーアンテナシステム）の構成を示すブロック図である。図１の適応制御部の送信機能に係る構成を示すブロック図である。図１の無線装置のビーム制御の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…アレーアンテナ２…サブアレーアンテナ３…アンテナ素子４…ＲＦ部５…適応制御部６…受信チャネル処理部７…送信チャネル処理部１１…パイロットチャネル用重み係数生成部１２…データチャネル用重み係数生成部１３…到来方向推定部１４…アンテナ素子放射特性記憶部１５…放射特性抽出部１６…第１レベル算出部１７…第２レベル算出部１８…受信電力比算出部１９…重み係数補正部２０…送信ビーム形成部２１…乗算器

Claims

複数のサブアレーアンテナを備え、エリア内の移動局に第１チャネルを送信するとともに、所望の移動局に対しては一つのサブアレーアンテナにより適応的にビームを制御して第２チャネルを送信するアレーアンテナシステムにおいて、
前記所望の移動局からの上り信号を該移動局が在圏するサブアレーアンテナおよび他のサブアレーアンテナで受信して、その受信電力比を基にこれらサブアレーアンテナから送信される第１チャネルの該移動局におけるレベルの和を算出し、前記在圏サブアレーアンテナから該移動局の方向のレベルを前記算出された和のレベルに揃えた第２チャネルを送信する
ことを特徴とするアレーアンテナシステム。
複数のサブアレーアンテナを備え、エリア内の移動局にデータ復調のための基準信号としてパイロットチャネルを送信するとともに、所望の移動局に対しては一つのサブアレーアンテナにより適応的にビームを制御してデータチャネルを送信するアレーアンテナシステムにおいて、
前記所望の移動局からの上り信号を該移動局が在圏するサブアレーアンテナおよびそれに隣接するサブアレーアンテナで受信して、その受信電力比を基にこれらサブアレーアンテナから送信されるパイロットチャネルの該移動局におけるレベルの和を算出し、前記在圏サブアレーアンテナから該移動局の方向のレベルを前記算出された和のレベルに揃えたデータチャネルを送信する
ことを特徴とするアレーアンテナシステム。
複数のサブアレーアンテナを備え、エリア内の移動局にデータ復調のための参照信号としてパイロットチャネルを送信するとともに、所望の移動局に対しては一つのサブアレーアンテナにより適応的にビームを制御してデータチャネルを送信するアレーアンテナシステムにおいて、
前記各サブアレーアンテナを構成するアンテナ素子それぞれについて方向毎の放射特性を記憶する放射特性記憶手段と、
前記所望の移動局に対応する第１のサブアレーアンテナおよびそれに隣接する第２のサブアレーアンテナによってそれぞれ受信される該移動局からの上り信号からそれら受信信号の電力比を算出する受信電力比算出手段と、
前記受信信号の到来方向を推定する到来方向推定手段と、
前記第１のサブアレーアンテナの前記推定方向における放射特性を前記放射特性記憶手段から抽出する放射特性抽出手段と、
前記第１のサブアレーアンテナからデータチャネルとパイロットチャネルのビームパターンをそれぞれ送信するための各アンテナ素子に対するアンテナ出力の重み係数を生成する重み係数生成手段と、
前記抽出された放射特性と前記生成されたデータチャネル送信用およびパイロットチャネル送信用それぞれの重み係数とから、前記第１のサブアレーアンテナから前記所望の移動局の方向に送信される各チャネルのレベルを算出する第１のレベル算出手段と、
前記第１のレベル算出手段により算出されたパイロットチャネルのレベルと前記受信電力比算出手段により算出された電力比とに基づいて、前記第２のサブアレーアンテナから前記所望の移動局の方向に送信されるパイロットチャネルのレベルを算出する第２のレベル算出手段と、
前記データチャネル送信用の重み係数を補正することにより、前記算出されたデータチャネルのレベルを前記算出された第１および第２のサブアレーアンテナからのパイロットチャネルのレベルの和に揃える重み係数補正手段と、
を設けたことを特徴とするアレーアンテナシステム。
複数のサブアレーアンテナを備え、エリア内の移動局に第１チャネルを送信するとともに、所望の移動局に対しては一つのサブアレーアンテナにより適応的にビームを制御して第２チャネルを送信するアレーアンテナシステムにおいて、
前記所望の移動局からの上り信号を該移動局が在圏するサブアレーアンテナおよび他のサブアレーアンテナで受信して、その受信電力比を基にこれらサブアレーアンテナから送信される第１チャネルの該移動局における第１のアレー応答の和を算出し、前記在圏サブアレーアンテナから該移動局の方向の第２のアレー応答を前記算出された第１のアレー応答の和に揃えた第２チャネルを送信する
ことを特徴とするアレーアンテナシステム。
複数のサブアレーアンテナにより、エリア内の移動局に第１チャネルを送信するとともに、所望の移動局に対しては一つのサブアレーアンテナにより適応的にビームを制御して第２チャネルを送信するビーム制御方法において、
前記所望の移動局からの上り信号を該移動局が在圏するサブアレーアンテナおよび他のサブアレーアンテナで受信して、その受信電力比を基にこれらサブアレーアンテナから送信される第１チャネルの該移動局における第１のアレー応答の和を算出し、前記在圏サブアレーアンテナから該移動局の方向の第２のアレー応答を前記算出された第１のアレー応答の和に揃えた第２チャネルを送信する
ことを特徴とするビーム制御方法。