JP3070670B2 - パイロット信号受信レベル平均化方式 - Google Patents

パイロット信号受信レベル平均化方式

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基地局が放出する
パイロット信号を受信して基地局選択等を実施するセル
ラー移動無線通信システムの移動局において、各基地局
との伝搬損を正確に抽出するためのパイロット信号受信
レベル平均化方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】複数の無線基地局が遍在し、これらの基
地局が同一周波数を同時に使用する符号分割多重セルラ
ー移動無線通信システム等の移動局は、最小伝搬損失と
なる基地局と常に接続し、かつ送信電力制御を実施する
ことによって必要最小送信電力での通信を行う。これに
より他の無線回線へ与える干渉が最小に抑えられて、よ
り多くの移動局の同時通信が可能となる。各基地局は移
動局に向けてパイロット信号を常に放出しており、これ
を移動局が受信して伝搬損失を見積もり送信電力制御や
基地局選択を実施するための指標としている。
【０００３】移動局が受信するパイロット信号の受信レ
ベルには、緩慢な変動である伝搬損変動成分に加えて高
速変動するフェーディング変動成分が重畳されている。
フェーディング変動成分が重畳されたままのパイロット
受信レベルにより送信電力制御や基地局選択を実施する
と、送信電力制御誤差が増加し、また最小伝搬損失とな
る基地局の選択を誤る可能性がある。したがって、受信
されたパイロット信号の平均化を実施することによって
伝搬損成分の抽出が行われる。
【０００４】図１０に従来技術で用いられる平均化方式
を示す。パイロット信号受信レベルＰはＮ個の遅延回路
を通過後、加算器Ａ０１によって過去のＮ個の平均が取
られて平均後のパイロット受信レベルＰ0 を得る。平均
化の様子を図１１に示した。パイロット受信レベルは伝
搬損成分にフェーディング変動成分が重畳されたレベル
変動となっているが、平均化によってフェーディング変
動成分が抑圧された伝搬損成分によく比例したレベルが
得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、パイロット受
信レベルの変動の様子は移動局の移動速度や伝搬環境に
よって変化するため、一律一定の平均化を実施していた
のでは正確な伝搬損成分の抽出ができない場合が生じ
る。図１２は、図１１に比べてフェーディング変動が緩
慢な場合に、図１１と等しい平均化を実施した場合のレ
ベル変動を示した。平均後のパイロット受信レベルは平
均前のそれと相違が少なく、平均化が不足している様子
が分かる。一方、図１３は、図１１に比べて伝搬損の変
動が高速である場合のレベル変動を示した。過度の平均
化によって伝搬損変動までもが平均化されている様子が
分かる。このように、パイロット受信レベルから伝搬損
成分が正確に抽出できない。移動局が基地局の選択を誤
ったり、送信電力制御誤差が増すといった問題が生じ
る。特に符号分割多重セルラー移動無線通信方式では、
最小伝搬損となる基地局の選択を誤ると他の無線回線へ
干渉を及ぼすため収容可能な移動局の数が減少するとい
った問題が生じる。
【０００６】本発明は、以上のような従来のパイロット
信号受信レベル平均化方式では正確な伝搬損が把握でき
ない場合が生ずる問題を克服し、より正確に伝搬損成分
のみを抽出することができる平均化方式を提供すること
をその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のパイロット信号
受信レベル平均化方式は、伝搬損変動帯域幅予測装置に
よって得られた伝搬損変動の予想占有帯域幅によって可
変フィルタの通過帯域特性を制御することをその特徴と
している。
【０００８】具体的には、本発明によれば、パイロット
信号を常時放出する基地局と、前記パイロット信号の受
信レベルを検出する装置を具備する移動局から成るセル
ラー移動無線通信システムにおいて、前記基地局は、伝
搬環境パラメータを決定する手段と、前記伝搬環境パラ
メータを前記移動局へ伝達する手段から構成され、前記
移動局は、前記伝搬環境パラメータを受信する手段と、
パイロット信号受信レベルの変動速度を検出するパイロ
ット受信レベル変動速度検出装置と、パイロット信号受
信レベルに含まれる伝搬損成分の変動帯域幅を予測する
伝搬損変動帯域幅予測装置と、通過帯域特性を変化させ
ることができる平均化フィルタから構成され、前記移動
局は、前記受信手段により受信した前記伝搬環境パラメ
ータならびに前記パイロット受信レベル変動速度検出装
置により検出した前記パイロット信号の受信レベル変動
速度により前記伝搬損変動帯域幅予測装置を用いて前記
パイロット信号受信レベルに含まれる伝搬損成分の変動
帯域幅を予測し、前記予測変動帯域幅により前記平均化
フィルタの通過帯域特性を可変し、前記受信レベルを前
記平均化フィルタに通過させて前記伝搬損成分を抽出す
ることを特徴とするパイロット信号受信レベル平均化方
式が得られる。
【０００９】さらに、本発明によれば、前記基地局は、
前記基地局のアンテナ高が低いほど、また前記基地局が
守備するセルの半径が小さいほど前記伝搬損の変動速度
が早いと判断し、その変動速度の程度を前記伝搬環境パ
ラメータに反映させることを特徴とするパイロット信号
受信レベル平均化方式が得られる。
【００１０】さらに、本発明によれば、前記平均化フィ
ルタとして、フィードバック係数により通過帯域特性を
変化させることが可能な１次のフィードバックフィルタ
を用いることを特徴とするパイロット信号受信レベル平
均化方式が得られる。
【００１１】さらに、本発明によれば、前記平均化フィ
ルタとして、複数の固定通過帯域フィルタを用意し、そ
の中の一つを選択することによって通過帯域特性を変化
させることを特徴とするパイロット信号受信レベル平均
化方式が得られる。
【００１２】さらに、本発明によれば、前記伝搬損変動
帯域幅予測装置において、前記パイロット受信レベル変
動速度が高速であるほど、また前記伝搬環境パラメータ
が示す伝搬損変動速度が高速であるほど、前記平均化フ
ィルタの通過帯域特性を広帯域なものに変化させること
を特徴とするパイロット信号受信レベル平均化方式が得
られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１に本発明の第一の実施の形態
を示すブロック図を示す。移動局は、パイロット受信レ
ベルＰ(t) を平均化フィルタ部ｆ０１へ通過させること
によって平均後出力Ｐa (t) を得る。平均化フィルタ部
ｆ０１は、１次のフィードバックフィルタで構成されて
おり、フィードバック係数ａによって通過帯域特性を変
化させる。ａならびに平均後出力Ｐa (t) の遅延量Ｔ以
前の値との積値を乗算器ｍ０１で計算する。一方、差分
器ｓ０１の出力１−ａとパイロット受信レベルＰ(t) と
の積を乗算器ｍ０２を用いて計算する。加算器ａ０１に
おいて、乗算器ｍ０１の出力と乗算器ｍ０２の出力とを
足し合わせて、平均後のパイロット受信レベルＰa (t)
が得られる。０＜ａ＜１の範囲で定義されるａは、その
値が小さいほど平均化フィルタｆ０１の通過帯域を狭く
する。一方、Ｐ(t) は微分装置ｄ０１へも入力される。
微分回路ｄ０１の出力は、絶対値を計算する装置ａｂ０
１によりその微分値の絶対値｜Ｐ(t) ′｜が求められ、
｜Ｐ(t) ′｜ならびに基地局から制御チャネルを通して
報知される伝搬環境パラメータＥと共に伝搬損変動帯域
幅予測装置ｐ０１に入力される。ｐ０１において伝搬損
変動帯域幅を予測し、その結果をもとに平均化フィルタ
ｆ０１の通過帯域特性を制御する。尚、図面上ではＰ
(t) の上にドットを付して微分値を示している。以下の
説明においても同じである。
【００１４】ここで、伝搬環境パラメータＥの決定法に
ついて述べる。Ｅは図１に示した基地局における伝搬環
境パラメータ決定部ｅ０１において決定される。Ｅの値
は０から１の間で定義し、Ｅの値が小さいほど伝搬損成
分の変動速度が高速であることを意味する。各基地局は
セル半径ならびにアンテナ高を既知とし、まず、ステッ
プｂｓ０１においてセル半径がセル半径しきい値Ｃr よ
りも大きいか小さいかを判断する。セル半径がＣr より
も小さいならばステップｂｓ０２においてＥ＝０とし、
大きければステップｂｓ０３においてＥ＝０．２５とす
る。次に、ステップｂｓ０４においてアンテナ高がアン
テナ高しきい値Ａt よりも大きいか小さいかを判断す
る。アンテナ高がＡt よりも大きいならばステップｂｓ
０５においてＥの値に０．５を加算する。以上より、セ
ル半径が大きくかつアンテナ高が高いほど、すなわち伝
搬損の変動速度が緩やかであるほど、Ｅの値が大きくな
るように設定される。
【００１５】一方、｜Ｐ(t) ′｜およびＥから伝搬損変
動帯域幅予測装置ｐ０１によってフィードバック係数ａ
を決定する。ａは｜Ｐ(t) ′｜およびＥを引数とする伝
搬損変動帯域幅評価関数ｆで与える。ここで、ｆの値は
０から１の間で定義する。図２に関数ｆの設定の実施例
を示す。パイロット受信レベルの変動速度｜Ｐ(t) ′｜
が高速であるほど、また伝搬環境パラメータＥが小さい
ほど、ｆ（｜Ｐ(t) ′｜，Ｅ）の値が小さくなるように
設定している。すなわち、移動局が高速で移動する場合
や伝搬損の変動速度が高速であると予想される場合には
平均化フィルタｆ０１の通過帯域を広くすることで、よ
り正確な伝搬損成分の抽出を行うことができる。
【００１６】平均化フィルタ部ｆ０１の別の実施形態と
して、図３に示すように複数の固定化された通過帯域特
性を有するフィルタ群ｍｆ０１〜ｍｆ０Ｍのうちの適当
な１つを選択する手法もある。ここで、フィルタ群ｍｆ
０１〜ｍｆ０Ｍの設定例を図４に示した。このＭは固定
フィルタの総数を示す。図４のように添字が若い番号の
フィルタほど狭帯域な通過帯域となるように設定してい
る。各固定フィルタの選択には、フィルタ選択スイッチ
ｓｗ０１を用いる。ｓｗ０１では、伝搬損変動帯域幅評
価関数ｆの出力を判断材料としてどのフィルタを選択す
るのかを決定する。図５に選択法の一例を示す。伝搬損
変動帯域幅評価関数ｆの出力が小さいほど、すなわち、
伝搬損変動帯域幅が広帯域であるほど、広い通過帯域を
有するフィルタを選択するように設定する。
【００１７】図６に受信パイロット信号に含まれる伝搬
損成分とフェーディング成分の周波数スペクトルの一例
を示す。図６に示すように、伝搬損変動の占有帯域幅は
フェーディング変動のそれにくらべて狭く、伝搬損成分
の変動はフェーディング成分の変動に比べて緩慢な変動
であることが分かる。よって、狭帯域なフィルタを通過
させることによって伝搬損変動成分のみを抽出できる。
伝搬損の変動速度は移動局の移動速度に比例して大きく
なる。
【００１８】図７は、移動局の移動速度が低速である場
合と高速である場合の伝搬損変動成分の周波数スペクト
ルである。高速である場合に伝搬損変動の占有帯域幅は
広くなっている。さらに、伝搬損の変動帯域幅は移動局
が在圏する場所の様子によって変化する。一般に、建物
が密集した場所で、かつアンテナ高が低くセル半径が小
さい場合に、伝搬損変動帯域幅は広くなる。すなわち、
アンテナ高が低くセル半径が小さいと電波伝搬経路が地
表に近づき、建物が密集する地域では電波を遮蔽する障
害物が多くなり、わずかな距離を進んだだけで伝搬損が
大きく違ってくるためである。
【００１９】図８は、ある移動局移動速度を仮定して、
都市と郊外の場合の伝搬損変動帯域幅を比較したもので
ある。都市の場合に伝搬損変動帯域幅が大きくなってい
る。以上より、伝搬損変動帯域幅予測装置により伝搬損
の変動帯域幅を予測し、それに応じた適切な可変フィル
タを通すことによって、端末移動速度や伝搬環境によら
ない正確な伝搬損成分の抽出が可能となる。
【００２０】図９は、従来の平均化、および本発明によ
る平均化を実施した際の都市および郊外における移動局
移動速度に対する伝搬損測定誤差の一例を示したもので
ある。両方法に共通の傾向として、伝搬損変動の激しい
都市での測定誤差が郊外の場合よりも大きくなることが
上げられる。本発明の平均化方式によって、移動局の移
動速度の違いによる伝搬損測定誤差の相違が従来の平均
化方式に比べて小さくなる。特に端末の移動速度が低速
である場合に伝搬損測定誤差が従来の方式に比べて著し
く改善される。これは、提案方式がパイロット受信レベ
ルの変動速度によって、適切な可変フィルタを選択して
いるためである。また、伝搬環境を予測して適切な平均
化フィルタを選択するため、本発明の平均化方式は、都
市と郊外の間の伝搬損測定誤差の差が従来の平均化方式
に比べて小さい。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、パイロ
ット受信レベルの変動速度と電波伝搬環境に応じてフィ
ルタを適宜選択することによって伝搬損のみを正確に抽
出することができ、その結果、送信電力制御誤差の減少
や正確な基地局の選択等が可能となりシステムの信頼性
を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】伝搬損変動帯域幅評価関数の一例を示す図であ
る。
【図３】平均化フィルタの第二の例を示すブロック図で
ある。
【図４】各固定フィルタの周波数特性の例を示す図であ
る。
【図５】伝搬損変動帯域幅評価関数と固定フィルタ選択
の関係の一例を示す図である。
【図６】パイロット受信レベルに含まれる伝搬損変動成
分とフェーディング変動成分の周波数スペクトルを示す
図である。
【図７】移動局移動速度が低速である場合と高速である
場合のパイロット受信レベルに含まれる伝搬損変動成分
の周波数スペクトルの違いを示す図である。
【図８】都市と郊外におけるパイロット受信レベルに含
まれる伝搬損変動成分の周波数スペクトルの違いを示す
図である。
【図９】移動局の移動速度に対する伝搬損測定誤差を示
す図である。
【図１０】従来のパイロット信号受信レベル平均化方式
を示すブロック図である。
【図１１】従来の平均化方式による平均パイロット受信
レベルを示す図である。
【図１２】パイロット受信レベルに含まれるフェーディ
ング成分の変動が緩慢である場合の従来の平均化方式に
よる平均パイロット受信レベルを示す図である。
【図１３】パイロット受信レベルに含まれる伝搬損成分
の変動が高速である場合の従来の平均化方式による平均
パイロット受信レベルを示す図である。
【符号の説明】
Ｅ 伝搬環境パラメータ Ｃr セル半径しきい値 Ａt アンテナ高しきい値 Ｐ(t) パイロット受信レベル Ｐa (t) 平均後のパイロット受信レベル ｅ０１ 伝搬環境パラメータ決定部 ｆ０１ 平均化フィルタ部 ｐ０１ 伝搬損変動帯域幅予測装置 ｍ０１，ｍ０２ 乗算器 ａ０１，Ａ０１ 加算器 ｓ０１ 差分器 ａ フィードバック係数 ｆ 伝搬損変動帯域幅評価関数 ｄｌ０１ 遅延素子 ｄ０１ 微分器 ａｂ０１ 絶対値を計算する装置 ｍｆ０１〜ｍｆ０Ｍ 固定フィルタ ｓｗ０１ 固定フィルタを選択するスイッチ Ｔ 遅延量

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パイロット信号を常時放出する基地局
    と、前記パイロット信号の受信レベルを検出する装置を
    具備する移動局から成るセルラー移動無線通信システム
    において、前記基地局は、伝搬環境パラメータを決定す
    る手段と、前記伝搬環境パラメータを前記移動局へ伝達
    する手段から構成され、前記移動局は、前記伝搬環境パ
    ラメータを受信する手段と、パイロット信号受信レベル
    の変動速度を検出するパイロット受信レベル変動速度検
    出装置と、パイロット信号受信レベルに含まれる伝搬損
    成分の変動帯域幅を予測する伝搬損変動帯域幅予測装置
    と、通過帯域特性を変化させることができる平均化フィ
    ルタから構成され、前記移動局は、前記受信手段により
    受信した前記伝搬環境パラメータならびに前記パイロッ
    ト受信レベル変動速度検出装置により検出した前記パイ
    ロット信号の受信レベル変動速度により前記伝搬損変動
    帯域幅予測装置を用いて前記パイロット信号受信レベル
    に含まれる伝搬損成分の変動帯域幅を予測し、前記予測
    変動帯域幅により前記平均化フィルタの通過帯域特性を
    可変し、前記受信レベルを前記平均化フィルタに通過さ
    せて前記伝搬損成分を抽出することを特徴とするパイロ
    ット信号受信レベル平均化方式。
  2. 【請求項２】 前記基地局は、前記基地局のアンテナ高
    が低いほど、また前記基地局が守備するセルの半径が小
    さいほど前記伝搬損の変動速度が早いと判断し、その変
    動速度の程度を前記伝搬環境パラメータに反映させるこ
    とを特徴とする請求項１に記載のパイロット信号受信レ
    ベル平均化方式。
  3. 【請求項３】 前記平均化フィルタとして、フィードバ
    ック係数により通過帯域特性を変化させることが可能な
    １次のフィードバックフィルタを用いることを特徴とす
    る請求項１に記載のパイロット信号受信レベル平均化方
    式。
  4. 【請求項４】 前記平均化フィルタとして、複数の固定
    通過帯域フィルタを用意し、その中の一つを選択するこ
    とによって通過帯域特性を変化させることを特徴とする
    請求項１に記載のパイロット信号受信レベル平均化方
    式。
  5. 【請求項５】 前記伝搬損変動帯域幅予測装置におい
    て、前記パイロット受信レベル変動速度が高速であるほ
    ど、また前記伝搬環境パラメータが示す伝搬損変動速度
    が高速であるほど、前記平均化フィルタの通過帯域特性
    を広帯域なものに変化させることを特徴とする請求項１
    に記載のパイロット信号受信レベル平均化方式。
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