JP2009081741A - 指向性制御方法、およびそれを利用した基地局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエイトベクトルの収束性能を効率的に向上すること。
【解決手段】基地局装置１０は、空間分割多重すべき端末装置に対する信号ごとに、所定の適応アルゴリズムを用いて、ウエイト係数を導出する受信ウエイトベクトル導出部１８と、受信ウエイトベクトル導出部１８によって導出されたウエイト係数を用いて、信号の指向性パターンを制御する指向性制御部とを備える。受信ウエイトベクトル導出部１８は、複数の端末装置に対する信号を空間分割多重する場合、もしくは、干渉量が所定値以上である場合、適応アルゴリズムに第１の初期値を使用する。一方、空間分割多重せず、干渉量が所定値未満である場合、適応アルゴリズムに第１の初期値とは異なる第２の初期値を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信技術に関し、特に、無線信号の指向性を制御する指向性制御方法、および、それを利用した基地局装置に関する。

近年、通信特性の向上および伝送容量の増加を目的として、送信信号の指向性パターンを適応的に生成するアダプティブアレーアンテナ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ。以下、「ＡＡＡ」と表記する。）に関する技術が開発されている。この技術においては、基地局装置が、端末装置からの受信信号をもとに端末装置の方向にビームが向くように指向性パターンを制御する。

指向性パターンの制御においては、例えば、ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムやＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムなどの適応アルゴリズムを用いて、最適なウエイト係数を導出する。しかしながら、このような適応アルゴリズムにおいては、初期値の決め方が重要となり、収束速度などに影響を与える。従来、直前の受信フレームにおいて算出されたウエイトを現在のウエイトの初期値として用いていた（たとえば、特許文献１参照。）。
特開２００２−７６７４４号公報

しかしながら、空間分割多重方式を用いた通信においては、空間分割多重される端末装置の数は、時間に応じて変化する場合がある。このような場合、直前の受信フレームにおいて算出されたウエイトは、現在のウエイトの初期値として好ましくない場合があった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その総括的な目的は、ＡＡＡにおけるウエイトの収束性能を効率的に向上するための技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の基地局装置は、空間分割多重すべき端末装置に対する信号ごとに、所定の適応アルゴリズムを用いて、ウエイト係数を導出するウエイト係数導出部と、ウエイト係数導出部によって導出されたウエイト係数を用いて、信号の指向性パターンを制御する指向性制御部と、を備える。ウエイト係数導出部は、複数の端末装置に対する信号を空間分割多重する場合、もしくは、空間分割多重しなくても干渉量が所定値以上である場合、適応アルゴリズムに第１の初期値を使用し、空間分割多重せずに干渉量が所定値未満である場合、適応アルゴリズムに第１の初期値とは異なる第２の初期値を使用する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ＡＡＡにおけるウエイトの収束性能を効率的に向上できる。

本発明の実施形態を具体的に説明する前に、まず、概要について述べる。本発明の実施形態は、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式およびＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式を用いた基地局装置に関する。ＳＤＭＡ方式とは、端末装置ごとに空間を分割して割り当てることによって、通信を実行する方式である。

基地局装置は、ＡＡＡ技術を用いて、複数の端末装置からの受信信号を分離し、また、所望の端末装置の位置に電波の指向特性が向くようにビームを制御して送信する。また、送受信で同一の周波数帯が用いられている基地局装置においては、端末装置からの上り信号の品質をもとに、下り信号のアンテナ指向性を制御することができるようになる。

具体的には、ＡＡＡにおける指向性の制御は、端末装置からの上り信号を複数のアンテナで受信し、受信した信号をもとに適応アルゴリズムを用いて最適化されたウエイトを導出する。導出されたウエイトを受信信号に乗じることによって、複数の端末装置を分離できる。さらに、導出したウエイトを下りの送信信号に乗ずるべきウエイトに反映することで、下りの信号に対するアンテナの指向性制御が実現される。

ここで、適応アルゴリズムにおいては、初期値の設定が重要となる。初期値によっては収束速度や収束値などに影響を与えるからである。初期値は固定値として与えられる場合も多いが、適応アルゴリズムが使用される通信の状況が変化する場合、たとえば、他セルからの干渉が瞬時的に増加する場合や、ＳＤＭＡにおいて多重する端末装置の数が時間変動する場合、収束性能に影響がでる場合がある。

したがって、本発明の実施形態においては、通信の状況に応じて初期値を切り替えることによって、収束性能を向上させる。詳細は後述するが、空間分割多重をせず、かつ、干渉が少ない状況においては、端末装置に対してビームを向けることで、端末装置において受信電力が大きくなるように制御する。一方、干渉が多く、また、複数の端末装置を空間分割多重する状況においては、干渉を低減するように制御する。このような態様により、状況に応じた最適なウエイト係数を容易に導出できる。

図１は、本発明の実施形態にかかる基地局装置１０の構成例を示す図である。基地局装置１０は、アンテナ１２で代表される第１アンテナ１２ａ〜第４アンテナ１２ｄと、スイッチ１４で代表される第１スイッチ１４ａ〜第４スイッチ１４ｄと、受信ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部１６と、受信系４０で代表される第１受信系４０ａ〜第ｎ受信系４０ｎと、ベースバンド処理部２４と、送信系５０で代表される第１送信系５０ａ〜第ｎ送信系５０ｎと、送信ＲＦ部３０とを含む。なお、ｎは、空間分割多重する端末装置（図示せず）の数となる。

受信系４０は、受信ウエイトベクトル導出部１８と、受信側乗算器２０で代表される第１受信側乗算器２０ａ〜第４受信側乗算器２０ｄと、合成部２２と、を含む。送信系５０は、送信ウエイトベクトル設定部２６と、送信側乗算器２８で代表される第１送信側乗算器２８ａ〜第４送信側乗算器２８ｄと、を含む。

受信系４０と送信系５０には、空間分割多重する端末装置ごとの信号が割り当てられる。具体的には、それぞれの受信系４０においては、後述するウエイト演算処理により、その受信系４０に割り当てられた特定の端末装置の信号を他の端末装置の信号から分離する。また、送信系５０においては、それぞれの端末装置への信号の指向性を制御し、送信ＲＦ部３０において合成する。このような態様により、基地局装置１０は、ＳＤＭＡ方式を用いて、複数の端末装置との間で通信を実行できる。

アンテナ１２は、図示しない端末装置に対して信号を送信し、また、端末装置からの信号を受信する。スイッチ１４は、送信と受信を切り替えるスイッチである。送信の場合、スイッチ１４は、送信ＲＦ部３０からの信号をアンテナ１２に伝えるような経路に切り替える。受信の場合、スイッチ１４は、アンテナ１２からの信号を受信ＲＦ部１６に伝えるような経路に切り替える。なお、アンテナ１２の本数、および、スイッチ１４の個数は４でなくてもよい。

受信ＲＦ部１６は、スイッチ１４から伝えられた信号に対して、ＲＦ帯からベースバンド帯に変換する処理を実行して、受信系４０に出力する。受信系４０において、受信ウエイトベクトル導出部１８は、受信ＲＦ部１６から出力された信号と、端末ごとに異なって設定されたトレーニング信号を用いて、ＲＬＳアルゴリズムを実行して受信ウエイトベクトルを導出し、受信側乗算器２０に伝える。

受信ウエイトベクトルは、受信ＲＦ部１６から出力された信号と、内部で設定した初期値とを用いて、ＲＬＳアルゴリズムにより導出される。また、受信ウエイトベクトルは、受信系４０に割り当てられた端末装置と同一の端末装置が割り当てられている（以下、「対応する」という。）送信系５０の送信ウエイトベクトル設定部２６に対して伝えられる。なお、初期値は、ＳＤＭＡ方式における空間分割多重数と他セルからの干渉の程度により設定される。詳細は後述する。

受信側乗算器２０は、受信ＲＦ部１６から伝えられた信号に、受信ウエイトベクトル導出部１８から伝えられた受信ウエイトベクトルを乗じる。合成部２２は、それぞれの受信側乗算器２０からの出力を合成して、ベースバンド処理部２４に出力する。ベースバンド処理部２４は、合成部２２から出力された信号に対して、復調処理を実行する。

また、ベースバンド処理部２４は、それぞれの端末装置への送信信号ごとに誤り訂正符号化処理などを実行して、それぞれの送信系５０に出力する。それぞれの送信系５０の送信ウエイトベクトル設定部２６は、対応する受信系４０の受信ウエイトベクトル導出部１８から伝えられた受信ウエイトベクトルを送信ウエイトベクトルとして設定し、送信側乗算器２８に伝える。送信側乗算器２８は、ベースバンド処理部２４から伝えられた信号に、送信ウエイトベクトル設定部２６から伝えられた送信ウエイトベクトルを乗じる。送信ＲＦ部３０は、それぞれの送信系５０の送信側乗算器２８から出力された信号を合成し、ＲＦ処理を実行して、スイッチ１４に出力する。

ここで、受信ウエイトベクトル導出部１８の詳細な構成について説明する。図２は、図１の受信ウエイトベクトル導出部１８の構成例を示す図である。受信ウエイトベクトル導出部１８は、適応アルゴリズム実行部３２と、干渉量推定部３４と、初期値設定部３６とを含む。

干渉量推定部３４は、合成部２２から伝えられた受信信号について、ＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）を取得する。また、干渉量推定部３４は、ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を取得する。なお、ＥＶＭやＲＳＳＩは、公知の技術により取得されてもよい。干渉量推定部３４は、取得したＥＶＭとＲＳＳＩとを初期値設定部３６に通知する。

初期値設定部３６は、ＥＶＭとＲＳＳＩとを取得し、それぞれ、しきい値Ｐ、Ｑと比較する。通常、ＲＳＳＩがしきい値Ｑよりも大きく、受信電力が大きいと判断される場合、ＥＶＭは小さくなると考えられる。しかしながら、干渉が存在する場合、受信電力が大きい場合であっても、ＥＶＭが小さくなることはない。したがって、初期値設定部３６は、ＲＳＳＩがしきい値Ｑよりも大きいにもかかわらず、ＥＶＭがしきい値Ｐよりも大きい場合、干渉量が大きいと判定する。それ以外の場合、初期値設定部３６は、干渉量が小さいと判定する。

また、初期値設定部３６は、ベースバンド処理部２４から、空間分割多重の有無を取得する。また、初期値設定部３６は、空間分割多重の有無と、干渉量の大小に応じて、初期値を設定して、適応アルゴリズム実行部３２に伝える。具体的には、空間分割多重しない場合であって、かつ、干渉量が小さいと判定された場合、初期値設定部３６は、端末装置にビームが向き、受信利得を上げるのに適した初期値（以下、「パラメータＡ」という。）を設定する。

一方、空間分割多重する場合、もしくは、干渉量が大きいと判定された場合、初期値設定部３６は、端末装置にヌルが向き、干渉を抑圧するのに適した初期値（以下、「パラメータＢ」という。）を設定する。パラメータＡ、パラメータＢは、実験、シミュレーションなどにより経験的に導出されればよく、あらかじめテーブルに記憶しておけばよい。テーブルを参照しながら、いずれかのパラメータを用いることにより、ウエイトベクトルを効率的に導出できる。

適応アルゴリズム実行部３２は、初期値設定部３６から伝えられた初期値を用いて、受信ＲＦ部１６からの信号に対してＲＬＳアルゴリズムを実行し、ウエイトベクトルを導出する。

図３は、図２の初期値設定部３６において設定される際に参照されるテーブルを示す図である。このテーブルは、空間分割多重欄１１０と、ユーザ欄１２０と、干渉量欄１３０と、パラメータ欄１４０と、初期値欄１５０で代表される第１初期値欄１５０ａ〜第４初期値欄１５０ｄとを含む。

空間分割多重欄１１０は、空間分割多重するか否かを示す欄である。ユーザ欄１２０は、ユーザを示す欄である。干渉量欄１３０は、干渉量の大小を示す欄である。干渉量の大小は、前述したしきい値とＲＳＳＩ等との比較により区別される。パラメータ欄１４０は、パラメータＡもしくはパラメータＢを示す欄である。初期値欄１５０は、パラメータ欄１４０に示されるパラメータを用いた場合において導出された最初のウエイトベクトルであって、それぞれのアンテナ１２に対応する受信側乗算器２０に対して初期値として設定すべきウエイトベクトルを示す。

図４は、図１の基地局装置１０における第１の受信性能の例を示す図である。横軸は、ＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を示す。縦軸は、ＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）を示す。図４は、空間分割多重をしない場合に、４つのアンテナを有する基地局装置における静特性の受信性能を測定したシミュレーション結果である。図示するごとく、空間分割多重しない場合は、パラメータＡのほうがパラメータＢよりも概ね１ｄＢ以上の良好な特性を有している。

図５は、図１の基地局装置１０における第２の受信性能の例を示す図である。横軸は、ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）を示す。縦軸は、ＢＥＲを示す。図５は、空間分割多重をする場合に、４つのアンテナを有する基地局装置における静特性の受信性能を測定したシミュレーション結果である。図示するごとく、干渉量が大きい場合、パラメータＢのほうが良好な特性となる。空間分割多重をする場合においては、通信中の端末装置や他の基地局装置などが干渉源となりやすく、定常的に干渉があると想定できるため、常に、パラメータＢを用いたほうがよいこととなる。

なお、空間分割多重をしない場合におけるシミュレーション結果については図示を省略したが、図５に示した空間分割多重をする場合と同様、パラメータＢにおける干渉抑圧効果も高いといえる。しかし、空間分割多重をしない場合、常に干渉が存在するとは限らないため、図４に図示したように、パラメータＡを使用したほうがよい場合がある。したがって、干渉の有無により、パラメータを切り替えた方がよい。

具体的には、干渉量が所定量よりも大きいと判定される場合はパラメータＢを用いて効果的に干渉を低減する。一方、干渉が所定量よりも小さいと判定される場合はパラメータＡを用いて、端末装置に対してビームを向け、受信利得を効率的に向上させる。このように、状況に応じてパラメータを使い分けることによって、状況に応じた最適なウエイト係数を容易に導出できる。

以上のような態様により、通信の状況により、パラメータを使い分けることによって、収束性能や受信性能を効率的に向上できる。特に、空間分割多重の有無や、干渉量の大きさに応じて、パラメータＡと、パラメータＢとを使い分けることによって、受信性能をより向上できる。具体的には、空間分割多重する場合、もしくは、干渉量が所定値以上の場合にはパラメータＡを用い、空間分割多重せず、かつ、干渉量が所定値未満の場合にはパラメータＢを用いることにより、効果的に受信性能を向上できる。

上述したこれらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

次に、本実施形態における基地局装置１０のうち、図３の初期値設定部３６の動作について詳細に説明する。図６は、図３の初期値設定部３６の動作例を示すフローチャートである。まず、初期値設定部３６は、空間分割多重の有無を調べる（Ｓ１０）。空間分割多重がある場合（Ｓ１０のＮ）、パラメータＢを初期値として選択する（Ｓ１８）。

一方、空間分割多重がない場合（Ｓ１０のＹ）、図３の干渉量推定部３４から、ＲＳＳＩとＥＶＭとを取得する（Ｓ１２）。ここで、ＥＶＭがしきい値Ｐ以上であり（Ｓ１４のＹ）、かつ、ＲＳＳＩがしきい値Ｑ以上である場合（Ｓ１６のＹ）、初期値設定部３６は、パラメータＢを初期値として選択する。一方、ＥＶＭがしきい値Ｐよりも小さい場合（Ｓ１４のＮ）、もしくは、ＲＳＳＩがしきい値Ｑよりも小さい場合（Ｓ１６のＮ）、初期値設定部３６は、パラメータＡを初期値として選択する（Ｓ２０）。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施形態において、図１の受信ウエイトベクトル導出部１８にてＲＬＳアルゴリズムが使用されるとして説明したが、これ以外の適応アルゴリズム、たとえば、ＬＭＳアルゴリズムなどが用いられてもよい。この場合であっても前述と同様の効果を奏することができる。

本発明の実施形態にかかる基地局装置の構成例を示す図である。 図１の受信ウエイトベクトル導出部の構成例を示す図である。 図２の初期値設定部において設定される際に参照されるテーブルを示す図である。 図１の基地局装置における第１の受信性能の例を示す図である。 図１の基地局装置における第２の受信性能の例を示す図である。 図３の初期値設定部の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 基地局装置、 １２ アンテナ、 １４ スイッチ、 １６ 受信ＲＦ部、 １８ 受信ウエイトベクトル導出部、 ２０ 受信側乗算器、 ２２ 合成部、 ２４ ベースバンド処理部、 ２６ 送信ウエイトベクトル設定部、 ２８ 送信側乗算器、 ３０ 送信ＲＦ部、 ３２ 適応アルゴリズム実行部、 ３４ 干渉量推定部、 ３６ 初期値設定部、 ４０ 受信系、 ５０ 送信系、 １１０ 空間分割多重欄、 １２０ ユーザ欄、 １３０ 干渉量欄、 １４０ パラメータ欄、 １５０ 初期値欄。

Claims (5)

1. 空間分割多重すべき端末装置に対する信号ごとに、所定の適応アルゴリズムを用いて、ウエイト係数を導出するウエイト係数導出部と、
   前記ウエイト係数導出部によって導出されたウエイト係数を用いて、信号の指向性パターンを制御する指向性制御部と、
   を備え、
   前記ウエイト係数導出部は、複数の端末装置に対する信号を空間分割多重する場合、もしくは、空間分割多重しなくても干渉量が所定値以上である場合、前記適応アルゴリズムに第１の初期値を使用し、空間分割多重せずに干渉量が所定値未満である場合、前記適応アルゴリズムに第１の初期値とは異なる第２の初期値を使用することを特徴とする基地局装置。
2. 端末装置からの受信信号の信号強度を測定する信号強度測定部と、
   前記端末装置からの受信信号のＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）値を測定するＥＶＭ測定部と、
   前記信号強度測定部によって測定された信号強度と、前記ＥＶＭ測定部によって測定されたＥＶＭ値とをもとに、干渉量を推定する干渉量推定部と、
   をさらに備え、
   前記ウエイト係数導出部は、前記干渉量推定部によって導出された干渉量にしたがって、ウエイト係数を導出することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記干渉量推定部は、信号強度が信号強度に関するしきい値よりも大きく、かつ、ＥＶＭ値がＥＶＭ値に関するしきい値よりも大きい場合、干渉量は所定値以上であると判定することを特徴とする請求項２に記載の基地局装置。
4. 空間分割多重すべき端末装置に対する信号ごとに、所定の適応アルゴリズムを用いて、ウエイト係数を導出するステップと、
   導出されたウエイト係数を用いて、信号の指向性パターンを制御するステップと、
   を含み、
   導出するステップは、複数の端末装置に対する信号を空間分割多重する場合、もしくは、空間分割多重しなくても干渉量が所定値以上である場合、前記適応アルゴリズムに第１の初期値を使用し、空間分割多重せずに干渉量が所定値未満である場合、前記適応アルゴリズムに第１の初期値とは異なる第２の初期値を使用することを特徴とする指向性制御方法。
5. 空間分割多重すべき端末装置に対する信号ごとに、所定の適応アルゴリズムを用いて、ウエイト係数を導出するステップと、
   導出されたウエイト係数を用いて、信号の指向性パターンを制御するステップと、
   を含み、
   導出するステップは、複数の端末装置に対する信号を空間分割多重する場合、もしくは、空間分割多重しなくても干渉量が所定値以上である場合、前記適応アルゴリズムに第１の初期値を使用し、空間分割多重せずに干渉量が所定値未満である場合、前記適応アルゴリズムに第１の初期値とは異なる第２の初期値を使用することを特徴とするコンピュータに実行させるためのプログラム。

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