JP3167682B2 - 送信指向性を有する無線装置およびその制御方法 - Google Patents
送信指向性を有する無線装置およびその制御方法Info
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Description
する無線装置およびその制御方法に関し、特に、アダプ
ティブアレイ無線基地局において用いられる無線装置お
よびその制御方法に関する。
無線基地局として、アレイアンテナを用いたアダプティ
ブアレイ(adaptive array)無線基地局が実用化されて
いる。このようなアダプティブアレイ無線基地局の動作
原理については、たとえば下記の文献に説明されてい
る。
Systems, ”Proc. IEEE, vol. 55,No. 12, pp. 2143-2
159(Dec. 1967 ). S. P. Applebaum : “Adaptive Arrays ”, IEEE Tran
s. Antennas & Propag., vol. AP-24, No. 5, pp. 585-
598(Sept. 1976). O. L. Frost, III: “Adaptive Least Squares Optimiz
ation Subject to Linear Equality Constraints, ”SE
L-70-055, Technical Report. No. 6796-2, Informatio
n System Lab., Stanford Univ. (Aug. 1970 ). B. Widrow and S. D. Stearns:“Adaptive Signal Proc
essing, ”Prentice-Hall, Englewood Cliffs (198
5). R. A. Monzingo and T. W. Miller:“Introduction to
Adaptive Arrays,”John Wiley & Sons, New York (19
80). J. E. Hudson: “Adaptive Array Principles, ”Pete
r Peregrinus Ltd., London (1981). R. T. Compton, Jr.: “Adaptive Antennas-Concepts a
nd Performance, ”Prentice-Hall. Englewood Cliffs
(1988). E. Nicolau and D. Zaharia:“Adaptive Arrays,”Else
vier, Amsterdam (1989). 図10は、このようなアダプティブアレイ無線基地局の
動作原理を概略的に示す模式図である。図10におい
て、1つのアダプティブアレイ無線基地局1は、n本の
アンテナ♯1,♯2,♯3,…,♯nからなるアレイア
ンテナ2を備えており、その電波が届く範囲を第1の斜
線領域3として表わす。一方、隣接する他の無線基地局
6の電波が届く範囲を第2の斜線領域7として表わす。
携帯電話機4とアダプティブアレイ無線基地局1との間
で電波信号の送受信が行なわれる(矢印5)。一方、領
域7内において、他のユーザBの端末である携帯電話機
8と無線基地局6との間で電波信号の送受信が行なわれ
る(矢印9)。
の電波信号の周波数とユーザBの携帯電話機8の電波信
号の周波数とが等しい場合、ユーザBの位置によって
は、ユーザBの携帯電話機8からの電波信号が領域3内
において不要な干渉信号となり、ユーザAの携帯電話機
4とアダプティブアレイ無線基地局1との間の電波信号
に混入してしまうことになる。
方からの混合した電波信号を受信したアダプティブアレ
イ無線基地局1では、何らかの処理を施さなければ、ユ
ーザAおよびBの双方からの信号が混じった信号を受信
することとなり、本来通話すべきユーザAの通話が妨げ
られてしまうことになる。
信した信号からユーザBからの信号を除去するために、
次のような構成および処理を行なっている。
11は、アダプティブアレイ100の構成を示すブロッ
ク図である。図11に示した例においては、複数のユー
ザ信号を含む入力信号から希望するユーザの信号を抽出
するため、n個の入力ポート20−1〜20−nが設け
られている。
れた信号が、スイッチ回路1−1〜10−nを介して、
ウエイトベクトル制御部11と乗算器12−1〜12−
nとに与えられる。
と予めメモリ14に記憶されている特定のユーザの信号
に対応したトレーニング信号と加算器13の出力とを用
いて、ウエイトベクトルw1i〜wniを計算する。ここ
で、添字iは、i番目のユーザとの間の送受信に用いら
れるウエイトベクトルであることを示す。
ト20−1〜20−nからの入力信号とウエイトベクト
ルw1i〜wniとをそれぞれ乗算し、加算器13へ与え
る。加算器13は、乗算器12−1〜12−nの出力信
号を加算して受信信号SRX(t)として出力し、この受
信信号SRX(t)は、ウエイトベクトル制御部11にも
与えられる。
ダプティブアレイ無線基地局1からの出力信号S
TX(t)を受けて、ウエイトベクトル制御部11により
与えられるウエイトベクトルw1i〜wniとそれぞれ乗算
して出力する乗算器15−1〜15−nを含む。乗算器
15−1〜15−nの出力は、それぞれスイッチ回路1
0−1〜10−nに与えられる。つまり、スイッチ回路
10−1〜10−nは、信号を受信する際は、入力ポー
ト20−1〜20−nから与えられた信号を、信号受信
部1Rに与え、信号を送信する際には、信号送信部1T
からの信号を入出力ポート20−1〜20−nに与え
る。
図11に示した信号受信部1Rの動作原理について簡単
に説明する。
テナ素子数を4本とし、同時に受信されるユーザ数PS
を2人とする。このとき、各アンテナから受信部1Rに
対して与えられる信号は、以下のような式で表わされ
る。
=1,2,3,4)のアンテナの受信信号を示し、信号
Srxi (t)は、i番目(i=1,2)のユーザが送
信した信号を示す。
受信された、i 番目のユーザからの信号の複素係数を示
し、nj (t)は、j番目の受信信号に含まれる雑音を
示している。
記すると、以下のようになる。
は、[…]の転置を示す。ここで、X(t)は入力信号
ベクトル、Hi はi番目のユーザの受信信号係数ベクト
ル、N(t)は雑音ベクトルをそれぞれ示している。
示したように、それぞれのアンテナからの入力信号に重
み係数w1i〜wniを掛けて合成した信号を受信信号SRX
(t)として出力する。なお、ここでは、アンテナの本
数nは4である。
ば、1番目のユーザが送信した信号Srx1 (t)を抽
出する場合のアダプティブアレイの動作は以下のように
なる。
(t)は、入力信号ベクトルX(t)とウエイトベクト
ルW1 のベクトルの掛算により、以下のような式で表わ
すことができる。
目の入力信号RXj (t)に掛け合わされる重み係数w
j1(j=1,2,3,4)を要素とするベクトルであ
る。
(t)に対して、式(5)により表現された入力信号ベ
クトルX(t)を代入すると、以下のようになる。
的に動作した場合、上述した参考文献中にも記載された
周知な方法により、ウエイトベクトルW1 は次の連立方
程式を満たすようにウエイトベクトル制御部11により
逐次制御される。
にウエイトベクトルW1 が完全に制御されると、アダプ
ティブアレイ100からの出力信号y1(t)は、結局
以下の式のように表わされる。
のユーザのうちの第1番目のユーザが送信した信号Sr
x1 (t)が得られることになる。
イ100に対する入力信号STX(t)は、アダプティブ
アレイ100中の送信部1Tに与えられ、乗算器15−
1,15−2,15−3,…,15−nの一方入力に与
えられる。これらの乗算器の他方入力にはそれぞれ、ウ
エイトベクトル制御部11により以上説明したようにし
て受信信号に基づいて算出されたウエイトベクトル
w1i,w2i,w3i,…,w niがコピーされて印加され
る。
力信号は、対応するスイッチ10−1,10−2,10
−3,…,10−nを介して、対応するアンテナ♯1,
♯2,♯3,…,♯nに送られ、図10に示した領域3
内に送信される。
するように行なわれる。すなわち、携帯電話機の電波信
号はフレーム構成をとって伝達される。携帯電話機の電
波信号は、大きくは、無線基地局にとって基地の信号系
列からなるプリアンブルと、無線基地局にとって既知の
信号系列からなるデータ(音声など)から構成されてい
る。
無線基地局にとって通話すべき所望のユーザかどうかを
見分けるための情報の信号列を含んでいる。アダプティ
ブアレイ無線基地局1のウエイトベクトル制御部11
は、メモリ14から取出したユーザAに対応したトレー
ニング信号と、受信した信号系列とを対比し、ユーザA
に対応する信号系列を含んでいると思われる信号を抽出
するようにウエイトベクトル制御(重み係数の決定)を
行なう。
無線基地局1との間での電波信号の授受をイメージ化し
た図である。
を用いて送信される信号には、受信信号と同様にユーザ
Aをターゲットとする重み付けがなされているため、送
信された電波信号は、あたかもユーザAに対する指向性
を有するかのようにユーザAの携帯電話機4により受信
される。
無線基地局1から電波が届き得る範囲を示す領域3に対
して、図12のように、アダプティブアレイアンテナを
適切に制御して電波信号を出力した場合は、図12の領
域3aに示すようにアダプティブアレイ無線基地局1か
らはユーザAの携帯電話機4をターゲットとするような
指向性を有する電波信号が出力されることになる。
アダプティブアレイ無線基地局1は、特定のユーザをタ
ーゲットとして、そのターゲットに対する指向性を有す
る電波信号の送受信を行なうことが可能であるため、以
下に説明するようなパス分割多元接続移動通信方式(Pa
th Division Multiple Access : PDMA)を実現する
ことが可能である。
システムにおいて、周波数の有効利用を図るべく、種々
の伝送チャネル割当方法が提案されており、上述したP
DMAはそのうちの一種である。
y Division Multiple Access :FDMA),時分割多重
接続(Time Division Multiple Access : TDMA)お
よびPDMAの各種の通信システムにおけるチャネルの
配置図である。
よびPDMAについて簡単に説明する。図13(a)は
FDMAのチャネル割当方式を示す図であって、異なる
周波数f1〜f4の電波で、ユーザ1〜4のアナログ信
号が周波数分割されて伝送される。各ユーザ1〜4の信
号は、周波数フィルタを用いることによって分離され
る。
各ユーザのデジタル化された信号が、異なる周波数f1
〜f4の電波で、かつ一定の時間(タイムスロット)ご
とに時分割されて伝送される。各ユーザの信号は、周波
数フィルタと基地局および各ユーザ移動端末装置からの
時間同期とにより分離される。
においては、同じ周波数における1つのタイムスロット
を空間的に分割して、複数のユーザのデータを伝送する
ものである。このPDMAでは、各ユーザの信号は、周
波数フィルタと、基地局および各ユーザ移動端末装置間
の時間同期と、アダプティブアレイ等を用いた相互干渉
除去装置とを用いることにより分離される。
12に示したように、異なる無線基地局に対応する2人
のユーザとの間でやり取りされる電波信号を相互に干渉
しないように分離するという場合にとどまらず、同一の
アダプティブアレイ無線基地局1が受け持つ領域内にお
いて、同一の周波数および同一のタイムスロットで、異
なるユーザとの間で送受信される電波信号の相互の干渉
を除去する必要がある。
ブアレイアンテナを用いることによる指向性を利用する
ことで、隣の基地局との間で電波信号の送受信をしてい
るユーザBの端末からの電波信号が、アダプティブアレ
イ無線基地局1との間で電波信号のやり取りを行なって
いるユーザAの電波信号に対する干渉を除去することは
可能であった。
離がさらに近接し、言い換えると同一の無線基地局の担
当する領域内にユーザAとユーザBとが入ってきた場合
には、このようなアダプティブアレイアンテナの指向性
のみでは、両者の電波信号の干渉を十分に除去すること
は困難な場合がある。
ーし得る領域を広げることは、基地局の建設コスト等の
面から考えると有利である。しかしながら、上述したよ
うなユーザ間の電波信号の干渉という観点からすると、
1つの基地局がカバーする領域が広がることは、1つの
基地局からの電波強度を強くすることを意味し、隣の基
地局からの電波との間での相互干渉を増大させるおそれ
がある。言い換えると、1つの基地局がカバーし得るエ
リアの大きさは、相互干渉を防止するためには、あまり
大きくすることができないということを意味する。
ためになされたもので、その目的は、PDMA方式によ
り、電波信号の送受信を行なうシステムにおいて、ユー
ザ間の電波信号の相互干渉を抑制することが可能な送信
指向性を有する無線装置および送信指向性の制御方法を
提供することである。
り電波信号の送受信を行なうシステムにおいて、無線基
地局のカバーエリアを広げることが可能な送信指向性を
有する無線装置および送信指向性制御の方法を提供する
ことである。
ば、複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うた
めの送信指向性を制御するにあたり、各端末からの受信
信号強度に応じて、送信信号の指向性に加えて送信強度
を制御するものである。
置は、複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行う
ための送信指向性を有する無線装置であって、受信電波
信号から特定の端末装置の受信信号を分離するための受
信手段を備え、受信手段は、端末装置ごとに対応する受
信ウェイトベクトルを受信電波信号に乗算することで受
信信号を抽出する複数の受信信号分離手段と、端末装置
ごとの受信電波強度を測定するための受信強度測定手段
とを含み、特定の端末装置への指向性を有する送信信号
を生成するための送信手段をさらに備え、送信手段は、
端末装置ごとに、受信電強度測定手段からの受信電波強
度に基づき他の端末装置との受信電波強度の差を求め、
受信電波強度の差に応じて受信ウェイトベクトルに重み
付けした送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算するこ
とで、指向性を有する送信信号を生成する複数の送信信
号生成手段と、送信信号生成手段により生成された端末
装置ごとの送信信号を合成する送信信号合成手段とを含
む。
置は、請求項1記載の送信指向性を有する無線装置の構
成において、複数の端末装置はM個(M:自然数)であ
って、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の
端末装置からの受信電波強度をPiとし、受信電波強度
PiのM個の端末についての総和をSPとするとき、送
信手段は、受信ウェイトベクトルに、(SP−Pi)/
SPに比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置
に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
置は、請求項1記載の送信指向性を有する無線装置の構
成において、複数の端末装置はM個(M:自然数)であ
って、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の
端末装置からの受信電波強度をPiとし、受信電波強度
Piの平方根のM個の端末についての総和をSRPとす
るとき、送信手段は、受信ウェイトベクトルに、(SR
P−Pi1/2 )/SRPに比例する係数を乗ずること
で、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを
生成する。
置は、請求項1記載の送信指向性を有する無線装置の構
成において、複数の端末装置はM個(M:自然数)であ
って、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の
端末装置からの受信電波強度をPiとし、所定の受信強
度基準値をPmとするとき、送信手段は、受信ウェイト
ベクトルに、i)受信電波強度Piが所定の受信強度基
準値Pm未満の場合、Pm/Mに比例する係数を乗ずる
ことで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクト
ルを生成し、ii)受信電波強度Piが所定の受信強度
基準値Pm以上の場合、Pm/(Pi・M)に比例する
係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウ
ェイトベクトルを生成する。
置の制御方法は、複数の端末装置との間でパス分割多元
接続を行うための送信指向性を有する無線装置の制御方
法であって、端末装置ごとに対応する受信ウェイトベク
トルをリアルタイムに導出し、端末装置からの受信信号
を分離するステップと、受信した電波信号と分離された
受信信号とに基づいて、端末装置ごとの受信電波強度を
測定するステップと、端末装置ごとに、受信電強度測定
手段からの受信電波強度に基づき他の端末装置との受信
電波強度の差を求め、受信電波強度の差に応じて受信ウ
ェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを
導出するステップと、送信ウェイトベクトルを送信信号
に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成する
ステップと、生成された端末装置ごとの送信信号を合成
するステップとを含む。
置の制御方法は、請求項5記載の送信指向性を有する無
線装置の制御方法において、受信ベクトルへの重み付け
処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であっ
て、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端
末装置からの受信電波強度をPiとし、受信電波強度P
iのM個の端末についての総和をSPとするとき、受信
ウェイトベクトルに、(SP−Pi)/SPに比例する
係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウ
ェイトベクトルを生成する。
置の制御方法は、請求項5記載の送信指向性を有する無
線装置の制御方法において、受信ベクトルへの重み付け
処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であっ
て、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端
末装置からの受信電波強度をPiとし、受信電波強度P
iの平方根のM個の端末についての総和をSRPとする
とき、受信ウェイトベクトルに、(SRP−Pi1/2 )
/SRPに比例する係数を乗ずることで、i番目の端末
装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
置の制御方法は、請求項5記載の送信指向性を有する無
線装置の制御方法において、受信ベクトルへの重み付け
処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であっ
て、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端
末装置からの受信電波強度をPiとし、所定の受信強度
基準値をPmとするとき、受信ウェイトベクトルに、
i)受信電波強度Piが所定の受信強度基準値Pm未満
の場合、Pm/Mに比例する係数を乗ずることで、i番
目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成し、
ii)受信電波強度Piが所定の受信強度基準値Pm以
上の場合、Pm/(Pi・M)に比例する係数を乗ずる
ことで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクト
ルを生成する。
A用基地局の送受信システム1000の構成を示す概略
ブロック図である。
1とPS2とを識別するために、4本のアンテナ♯1〜
♯4が設けられている。
RF回路1010に与えられ、RF回路1010におい
て、受信アンプで増幅され局部発振信号によって周波数
変換された後、フィルタで不要な周波数成分を除去し、
A/D変換された後、デジタル信号としてデジタルシグ
ナルプロセッサ1020に与えられる。
は、チャネル割当基準計算機1030と、チャネル割当
装置1040と、アダプティブアレイ2000とが設け
られている。チャネル割当基準計算機1030は、2人
のユーザからの信号がアダプティブアレイによって分離
可能かどうかを予め計算する。その計算結果に応じて、
チャネル割当装置1040は、周波数と時間とを選択す
るユーザ情報を含むチャネル割当情報をアダプティブア
レイ2000に与える。アダプティブアレイ2000
は、チャネル割当情報に基づいて、4つのアンテナ♯1
〜♯4からの信号に対して、リアルタイムに重み付け演
算を行なうことで、特定のユーザの信号のみを分離す
る。
電力で送信する構成]図2は、図1に示したアダプティ
ブアレイ2000の第1の構成を示す概略ブロック図で
ある。
イにおいては、ユーザが2人であることに対応して、図
11に示した従来のアダプティブアレイの構成を単純に
2系統設ける構成としている。
ら同一周波数およびタイムスロットを用いることで空間
多重通信を行なうとき、4本のアレイアンテナの受信信
号RXi (t)は、上述した式(1)〜(4)により表
わされる。
イ無線基地局では、すでに説明したとおり、空間多重さ
れた受信信号をアダプティブアレイ技術を用いることで
分離する。
号Srx1 (t)を抽出するために、基地局の受信回路
で計算されるウエイトベクトルWrx1 と、ユーザPS
2から送信された信号Srx2 (t)を抽出するための
ウエイトベクトルWrx2 をそれぞれ以下のように表わ
すこととする。
のウエイトベクトルのi番目の重み係数成分を表わす。
信号Stx1 (t)をユーザPS1へ、ユーザPS2へ
の送信信号Stx2 (t)をユーザPS2へそれぞれ送
信するようにアンテナの指向性を形成するため、たとえ
ば、次式のように表わされる受信時のウエイトベクトル
を規格化したものを送信時のウエイトベクトルとする。
て、Mは空間多重接続ユーザ数を示し、上述の例ではM
=2である。
1 (t)をユーザPS1のみに送信するためのウエイト
ベクトルであって、ユーザPS2の方向へは指向性のヌ
ル点が来るように制御されている。したがって、ウエイ
トベクトルWtx1 は、ユーザPS1の方向へは電波が
放射されるもののユーザPS2の方向へは電波が放射さ
れない指向性を、アンテナ♯1〜♯4に対して形成す
る。
に、信号Stx2 (t)をユーザPS2のみに送信する
ためのウエイトベクトルである。よって、ユーザPS1
へは信号Stx1 (t)のみが送信され、ユーザPS2
へは信号Stx2 (t)のみが送信されるアンテナ指向
性が形成されることになる。
1/Mに規格化されているため、送信電力は各ユーザに
対してすべて等電力となり、基地局からの全送信電力は
1に規格化されている。
の構成において、同一基地局内の2人のユーザPS1お
よびPS2に対して、パス分割された状態で、電波信号
がやり取りされている状態を示す図である。すなわち、
図3に示した状態においては、基地局1と第1のユーザ
PS1との距離に対して、基地局と第2のユーザPS2
との距離が比較的近い場合を示している。
り、ユーザPS1への送信電力と同じ送信電力でユーザ
PS2に対して電波が放射されている。
ンテナの指向性は、そのナル点がユーザPS2に対する
方向に相当するように制御されている。しかしながら、
基地局から距離の近いユーザPS2に対しても、必要以
上に大きな送信電力で電波が送信されているために、ユ
ーザPS1に対する電波信号と基地局からユーザPS2
に対する電波信号との間で必要以上の干渉が生じること
になる。このことは、各ユーザ間の干渉を十分小さく抑
えようとする場合、基地局がカバーし得るエリアを大き
くすることが困難になることも意味している。
プティブアレイアンテナの構成]図4は、以上説明した
ように、同一の基地局に対して送受信を行なっている2
人のユーザ間の電波信号の干渉を抑制するための送信指
向性制御可能な無線装置におけるアダプティブアレイ2
000の構成を説明するための概略ブロック図である。
ンテナ♯1〜♯4からの受信信号を受けて、各ユーザか
らの受信信号に分離するための受信回路2100と、各
ユーザに対する送信信号Stxj (t)を各ユーザに対
して指向性をもって送信可能となるように重み付け処理
を行なった結果を出力する送信回路2400と、4本の
アンテナ♯1〜♯4と、受信回路2100および送信回
路2400との間に設けられ、送信時および受信時にお
いて、アンテナ♯1〜♯4と受信回路2100または送
信回路2400との接続経路をそれぞれ切換えるための
スイッチ回路2010−1〜2010−4とを含む。
に、アンテナの本数を4本としているが、本発明はこの
ような場合に限定されることなく、より一般的にはn本
(n:自然数)の場合に適用することが可能である。
基地局との間で電波の送受信を行なうユーザの数が2で
ある場合について説明することにする。
0−1〜2010−4からの出力を受ける第1の受信ウ
エイトベクトル制御部2110と、受信ウエイトベクト
ル制御部2110から出力されるウエイトベクトルWr
x1 にそれぞれ応じて、対応するスイッチ回路2010
−1〜2010−4からの出力に対して、重み係数を乗
算した結果を出力する乗算器2120−1〜2120−
4と、乗算器2120−1〜2120−4からの出力を
受けてその加算結果を第1のユーザPS1からの受信信
号Srx1 (t)として出力する加算器2140とを含
む。
0は、切換回路2110−1〜2110−4からの受信
信号と予めメモリ2130に記憶されているユーザPS
1からの信号に対応したトレーニング信号あるいは加算
器2140からの出力を用いて、ウエイトベクトルW1
1〜W41を計算する。第2のユーザPS2からの受信
信号に対応して、第1のユーザPS1に対応するのと同
様の構成の第2の受信ウエイトベクトル制御部221
0、乗算器2220−1〜2220−4、メモリ223
0および加算器2240が設けられている。
2からの受信信号Srx2 (t)を分離するために、第
1のユーザPS1に対応するのと同様の構成が設けられ
ている。
010−1〜2010−4からの出力を受けて、受信中
の電波信号の受信電力値を測定するための受信電力測定
回路2300を含む。
に対して出力される送信信号Stx 1 (t)を受けて、
第1の受信ウエイトベクトル制御部2110からの第1
のユーザPS1に対する受信ウエイトベクトルの値と、
受信電力測定回路2300からの第1のユーザPS1に
対する受信電力情報とに基づいて、送信ウエイトベクト
ルを算出する第1の送信ウエイトベクトル制御部241
0と、第1の送信ウエイトベクトル制御部2410から
出力される送信ウエイトベクトルWtx1 をそれぞれ受
けて、送信信号Stx1 (t)に対して、それぞれの重
み係数を乗算して出力する乗算器2420−1〜242
0−4とを含む。すなわち、乗算器2420−1〜24
20−4からは、それぞれ信号Stx1 (t)w11、S
tx1 (t)w21、Stx1 (t)w31およびStx1
(t)w41が出力される。
ザPS1に対するのと同様に、第2のユーザPS2に対
する送信信号を生成するための第2の送信ウエイトベク
トル制御部2520と、乗算器2520−1〜2520
−4とを含む。
0には、受信電力測定回路2300から第2のユーザP
S2に対する受信電力情報RSP2と、第2の受信ウエ
イトベクトル制御部2210からの受信ウエイトベクト
ルの情報とが与えられ、これに基づいて第2の送信ウエ
イトベクトル制御部2510が、送信ウエイトベクトル
Wtx2 を出力する。
て、図4に示した受信電力測定回路2300の動作につ
いて説明する。
するユーザ数を2人とした場合、各アンテナを経て受信
回路から出力される信号は、上述した式(1)〜(4)
で表わされる。
れるアンテナの受信信号をベクトルで表記した式を再び
記すことにすると、以下の式(5)〜(8)のようにな
る。
していると、各ユーザからの信号を分離・抽出している
ため、上記信号Srxi (t)(i=1,2)はすべて
既知の値となる。
あることを利用して、受信信号ベクトルH1 =[h11,
h21,h31,h41]およびH2 =[h12,h22,h32,
h42]を以下に説明するようにして導出することができ
る。
信号、たとえば第1のユーザからの信号Srx1 (t)
を掛け合わせて、アンサンブル平均(時間平均)を計算
すると以下のようになる。
均を示す。この平均をとる時間が十分長い場合、この平
均値は以下のようになる。
信号Srx1 (t)と信号Srx2(t)に互いに相関
がないためである。また、式(23)の値が0となるの
は、信号Srx1 (t)と雑音信号N(t)との間に相
関がないためである。
均は結果として以下に示すように、受信信号係数ベクト
ルH1 に等しくなる。
ーザPS1から送信された信号の受信信号係数ベクトル
H1 を測定することができる。
信号Srx2 (t)のアンサンブル平均操作を行なうこ
とで、2番目のユーザPS2から送信された信号の受信
信号係数ベクトルH2 を測定することが可能である。
ベクトル導出手続に基づいて、さらに各ユーザからの受
信電力Pi を導出する手続を示すフローチャートであ
る。
プS100)、まず受信電力測定回路2300は、空間
多重ユーザ数Mの値を確認する(ステップS102)。
間多重接続ユーザを識別するためのパラメータiの値を
1に初期化する(ステップS104)。
が1に初期化される(ステップS106)。
係数ベクトルのk番目のアンテナに対する値hkiが0に
初期化され(ステップS107)、アンテナを識別する
ためのパラメータkの値が1に初期化される(ステップ
S108)。
信号係数ベクトルの要素のhkiの値を時刻tよりも前の
段階での値hkiに、時刻tにおけるk番目のアンテナに
受信された受信信号RXk (t)とi番目のユーザ信号
Srxi (t)との積の値を加えることで更新する(ス
テップS110)。
数N以上となっているかの判断が行なわれ(ステップS
112)、アンテナ素子数だけの処理が完了していない
場合は、パラメータkの値が1だけインクリメントされ
て(ステップS114)、ステップS110の処理が繰
返される。
の値と等しくなっている場合は、続いて、時刻を表わす
パラメータtの値が平均時間T以上であるか否かの判断
が行なわれ(ステップS116)、パラメータtの値が
平均時間T未満である場合は、さらにパラメータtの値
が1だけインクリメントされて、処理はステップS10
8に復帰する。
テムで決められている信号系列の長さを表わし、たとえ
ばPHSシステムであれば、120シンボルである。
なっている場合は(ステップS116)、パラメータk
の間が再び1に初期化され、さらにi番目のユーザに対
する受信信号電力値Piの値が0に初期化される(ステ
ップS120)。
に演算された受信信号係数ベクトルの要素hkiの値が、
累積値hkiの値を平均時間Tで割ることにより平均処理
された値に置換えられ、さらに受信信号電力Piの値
が、受信信号電力値Piに受信信号ベクトルの要素値h
kiの二乗を加算した値に更新される(ステップS12
2)。
子数N以上となったかが判定され(ステップS12
4)、パラメータkの値がアンテナ素子数Nに満たない
場合は、パラメータKの値が1だけインクリメントされ
て(ステップS126)、処理はステップS122に復
帰する。
N以上であると判断された場合は(ステップS12
4)、受信信号電力値Pi の値を、アンテナ素子数nで
割った値が、新たに受信電力Piとしてメモリに格納さ
れる(ステップS128)。
ーザ数M以上であるか否かが判断され、パラメータiの
値がユーザ数Mに満たない場合は(ステップS13
0)、パラメータiの値が1だけインクリメントされて
(ステップS132)、処理はステップS106に復帰
する。
である場合は(ステップS130)、処理が終了する
(ステップS134)。
ザに対する受信信号係数ベクトルの値Hi に基づいて、
i番目のユーザに対する受信電力Pi を測定することが
可能である。
以上のようにして各ユーザに対する受信信号電力Pi は
以下のようにして表わされることになる。
0および2510は、受信電力測定回路2300におい
て上述のようにして求められた受信信号電力に基づい
て、各ユーザに対応した送信ウエイトベクトルWtxi
(i=1,2)を以下の式に基づいて導出する。
出されたウエイトベクトルWtx1およびWtx2 は、
それぞれ対応するユーザの方向へ電波を放射するするも
のの、対応するユーザ以外の方向へは電波を放射しない
指向性を有している。
よびWtx2 を用いると、ユーザPS2の受信電力P2
は、ユーザPS1の受信電力P1に比べて大きくなる。
そして、送信電力はウエイトベクトルの大きさに比例す
るため、ユーザPS1への送信電力の方がユーザPS2
への送信電力よりも大きくなる。また、基地局からの全
送信電力は、従来同様、1に規格化されているので、従
来方式と比較して、基地局から遠い端末(ユーザPS
1)への送信電力は増大し、近い端末(ユーザPS2)
への送信電力は抑圧される。
て、ユーザが2人である場合について説明したが、本発
明はこのような場合に限定されることなく、より一般
に、アンテナ素子数がn個であって、空間多重接続端末
数がMである場合にも適用することができる。
Pi は、以下の式で表わされる。
以下の式で表わされる。
トベクトルを導出する処理のフローを示すフローチャー
トである。
されると(ステップS200)、送信ウエイトベクトル
制御部2410は、空間多重ユーザ数Mとその受信電力
Piの測定結果を、受信電力測定回路2300から受取
る(ステップS202)。
の値が1に初期化される(ステップS204)。続い
て、送信ウエイトベクトル制御部2410は、送信ウエ
イトベクトルを式(30)に応じて計算し、メモリに格
納する(ステップS206)。
ザ数M以上であるか否かの判定が行なわれる。パラメー
タiの値がユーザ数M未満であるならば(ステップS2
08)、パラメータiの値が1だけインクリメントされ
て(ステップS210)、処理はステップS206に復
帰する。
である場合(ステップS208)、送信ウエイトベクト
ルの計算が終了する(ステップS212)。
ベクトルにより、特定のユーザに対する指向性を有する
送信電波信号が生成されることになる。
ウエイトベクトルに基づいて、ユーザPS1およびユー
ザPS2について、基地局から送信される電波信号の指
向性および到達範囲を示す図であり、図3と対比される
図である。
局1からの距離に応じて、言い換えると、受信電力の大
きさに応じて制御される構成となっているため、端末が
基地局に近い場合は、送信電力は抑圧され他のセルへの
不要干渉が減少し、遠い端末への送信電力が増大するた
め最大到達距離が確立的に増大するという効果を有す
る。
ては、以下のような構成とすることも可能である。
局が新たにユーザと中心チャネルを確立する場合、まず
キャリアセンス(すべての通信チャネルのD/Uを測定
する操作)を行ない、信号電力対干渉電力の比(D/
U)がある一定以上となるか、あるいは最もD/Uが良
いチャネルを、通信チャネルとして端末PSに指定す
る。次に、端末PS側で基地局CSが指定したチャネル
のD/Uを測定して、D/Uが所定値以上の場合、指定
された通話チャネルを使い通信が開始される。
も受信電力測定回路が測定されるので、図4に示した受
信電力測定回路2300は、このような場合に用いられ
る回路と共用する構成とすることも可能である。
性制御可能な無線装置においては、まず、受信信号に含
まれるユーザPSi の受信信号係数Hi の測定を行な
う。次に、測定した受信信号係数ベクトルHi から各信
号電力Pi を実施の形態1の式(29)により求める。
エイトベクトルWtxi を次式で計算する。
望のユーザPSi の方向へは電波を放射するが、非所望
のユーザPSi の方向へは電波を放射しない指向性を形
成する。
イトベクトルを求めるための処理の流れを示すフローチ
ャートである。
プS306における送信ウェイトベクトルの計算式(3
1)が、図6に示したフローチャートにおけるステップ
S206での送信ウェイトベクトルの計算式(30)を
置き換えた構成となっている以外、基本的に図6のフロ
ーチャートと同様の処理の流れであるため、その説明は
繰り返さない。
クトルが、受信端末の基地局1からの距離に応じて、言
い換えると、受信電力の大きさに応じて制御される構成
となっているため、端末が基地局に近い場合は、送信電
力は抑圧され他のセルへの不要干渉が減少し、遠い端末
への送信電力が増大するため最大到達距離が確立的に増
大するという効果が奏される。
制御が可能な無線装置においては、まず、受信信号に含
まれるユーザPSi の受信信号係数ベクトルHi の測定
を行なう。次に、測定した受信信号係数ベクトルHi か
ら各信号電力Pi を式(29)によって求める。
末ごとの送信電力の最大値Pmaxを予め規定してお
く。そして、各ユーザPSi (i=1,2,…,M)に
対応した送信ウエイトベクトルWtxi の計算は、以下
の式に従って計算する。
する構成とすると、基地局に近い端末へは、常に送信電
力が抑圧されるため、他セルへの余分な干渉を減少させ
ることが可能である。
の送信ウエイトベクトルの導出の処理の流れを説明する
ためのフローチャートである。
ルの計算が開始されると(ステップS400)、空間多
重ユーザ数Mと、その受信電力Piの測定結果が、受信
電力測定回路2300から送信ウエイトベクトル制御部
2410に与えられる。
10においては、ユーザを識別するためのパラメータi
の値が1に初期化される(ステップS404)。
値Pmax以上であるかの判定が行なわれる(ステップ
S406)。
る場合(ステップS406)、送信ウエイトベクトル制
御部2410は、送信ウエイトベクトルを式(32)に
応じて計算し、メモリに格納する(ステップS40
8)。
満である場合は、送信ウエイトベクトル制御部2410
は、送信ウエイトベクトルを式(33)に応じて計算
し、メモリに格納する(ステップS410)。
上であるか否かの判定が行なわれ(ステップS41
2)、パラメータiの値がユーザ数M未満である場合
は、パラメータiの値が1だけインクリメントされ(ス
テップS414)、処理はステップS406に復帰す
る。
である場合(ステップS412)、送信ウエイトベクト
ルの計算が終了する(ステップS416)。
ル制御部2510においても行なわれる。
クトルが、受信端末の基地局1からの距離に応じて、言
い換えると、受信電力の大きさに応じて制御される構成
となっているため、端末が基地局に近い場合は、送信電
力は抑圧され他のセルへの不要干渉が減少し、遠い端末
への送信電力が増大するため最大到達距離が確立的に増
大するという効果が奏される。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
指向性制御が可能な無線装置および送信指向性制御方式
によれば、基地局に近い端末と電波信号の送受信を行な
う場合には、基地局からの送信電力が抑圧され、他セル
あるいは他のユーザへの不要な干渉を減少させることが
可能である。
号の送受信を行なう場合には、基地局からの送信電力が
増大するため、基地局から送信される電波信号の最大到
達距離が確立的に増大するという効果が得られる。
概略ブロック図である。
示す概略ブロック図である。
の送受信電波信号の指向性および到達距離を示す図であ
る。
構成を示す概略ブロック図である。
めのフローチャートである。
510の動作を説明するためのフローチャートである。
指向性および到達距離を示すための概略ブロック図であ
る。
制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
概念的に示す模式図である。
示す概略ブロック図である。
間の電波信号の授受をイメージ化した模式図である。
信の概念を示す図である。
デジタルシグナルプロセッサ、1030 チャネル割当
て基準計算器、1040 チャネル割当装置、2000
アダプティブアレイ、2010−1〜2010−4
スイッチ回路、2100 受信回路、2110 受信ウ
ェイトベクトル制御部、2120−1〜2120−4
乗算器、2130 メモリ、2210 受信ウェイトベ
クトル制御部、2220−1〜2220−4 乗算器、
2230 メモリ、2300 受信電力測定回路、24
00 送信回路、2410 送信ウェイトベクトル制御
部、2420−1〜2420−4 乗算器、2510
送信ウェイトベクトル制御部、2520−1〜2520
−4 乗算器、#1〜#4 アンテナ。
Claims (8)
- 【請求項1】 複数の端末装置との間でパス分割多元接
続を行うための送信指向性を有する無線装置であって、 受信電波信号から特定の前記端末装置の受信信号を分離
するための受信手段を備え、 前記受信手段は、 前記端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルを前
記受信電波信号に乗算することで前記受信信号を抽出す
る複数の受信信号分離手段と、 前記端末装置ごとの受信電波強度を測定するための受信
強度測定手段とを含み、 前記特定の端末装置への指向性を有する送信信号を生成
するための送信手段をさらに備え、 前記送信手段は、 前記端末装置ごとに、前記受信電強度測定手段からの受
信電波強度に基づき他の端末装置との受信電波強度の差
を求め、前記受信電波強度の差に応じて前記受信ウェイ
トベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを送信
信号に乗算することで、前記指向性を有する送信信号を
生成する複数の送信信号生成手段と、 前記送信信号生成手段により生成された端末装置ごとの
送信信号を合成する送信信号合成手段とを 含む、送信指
向性を有する無線装置。 - 【請求項2】 前記複数の端末装置はM個(M:自然
数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目
(i:自然数)の端末装置からの前記受信電波強度をP
iとし、前記受信電波強度PiのM個の端末についての
総和をSPとするとき、 前記送信手段は、 前記受信ウェイトベクトルに、(SP−Pi)/SPに
比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に
対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項1
記載の送信指向性を有する無線装置。 - 【請求項3】 前記複数の端末装置はM個(M:自然
数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目
(i:自然数)の端末装置からの前記受信電波強度をP
iとし、前記受信電波強度Piの平方根のM個の端末に
ついての総和をSRPとするとき、 前記送信手段は、 前記受信ウェイトベクトルに、(SRP−Pi1/2 )/
SRPに比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端
末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、
請求項1記載の送信指向性を有する無線装置。 - 【請求項4】 前記複数の端末装置はM個(M:自然
数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目
(i:自然数)の端末装置からの前記受信電波強度をP
iとし、所定の受信強度基準値をPmとするとき、 前記送信手段は、 前記受信ウェイトベクトルに、 i)前記受信電波強度Piが前記所定の受信強度基準値
Pm未満の場合、Pm/Mに比例する係数を乗ずること
で、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベ
クトルを生成し、 ii)前記受信電波強度Piが前記所定の受信強度基準
値Pm以上の場合、Pm/(Pi・M)に比例する係数
を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送
信ウェイトベクトルを生成する、請求項1記載の送信指
向性を有する無線装置。 - 【請求項5】 複数の端末装置との間でパス分割多元接
続を行うための送信指向性を有する無線装置の制御方法
であって、 前記端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルをリ
アルタイムに導出し、前記端末装置からの受信信号を分
離するステップと、 受信した電波信号と前記分離された受信信号とに基づい
て、前記端末装置ごとの受信電波強度を測定するステッ
プと、 前記端末装置ごとに、前記受信電強度測定手段からの受
信電波強度に基づき他の端末装置との受信電波強度の差
を求め、前記受信電波強度の差に応じて前記受信ウェイ
トベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを導出
するステップと、 前記送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算すること
で、指向性を有する送信信号を生成するステップと、 生成された端末装置ごとの前記送信信号を合成するステ
ップとを 含む、送信指向性を有する無線装置の制御方
法。 - 【請求項6】 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、 前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前
記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末
装置からの前記受信電波強度をPiとし、前記受信電波
強度PiのM個の端末についての総和をSPとすると
き、 前記受信ウェイトベクトルに、(SP−Pi)/SPに
比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に
対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項5
記載の送信指向性を有する無線装置の制御方法。 - 【請求項7】 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、 前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前
記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末
装置からの前記受信電波強度をPiとし、前記受信電波
強度Piの平方根のM個の端末についての総和をSRP
とするとき、 前記受信ウェイトベクトルに、(SRP−Pi1/2 )/
SRPに比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端
末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、
請求項5記載の送信指向性を有する無線装置の制御方
法。 - 【請求項8】 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、 前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前
記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末
装置からの前記受信電波強度をPiとし、所定の受信強
度基準値をPmとするとき、 前記受信ウェイトベクトルに、 i)前記受信電波強度Piが前記所定の受信強度基準値
Pm未満の場合、Pm/Mに比例する係数を乗ずること
で、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベ
クトルを生成し、 ii)前記受信電波強度Piが前記所定の受信強度基準
値Pm以上の場合、Pm/(Pi・M)に比例する係数
を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送
信ウェイトベクトルを生成する、請求項5記載の送信指
向性を有する無線装置の制御方法。
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