JP3511580B2 - 無線通信システム、無線基地局及びアレイアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信システ
ム、無線通信システムに用いられる無線基地局及び無線
基地局に用いるアレイアンテナに関する。 【０００２】 【従来の技術】現在、ワイヤレスローカルループ（ＷＬ
Ｌ）と呼ばれる無線を用いて、加入者への直接の通信路
を安価に構成する技術の開発が始まっている。そのう
ち、基地局１つに対し複数の端末局が収容可能なシステ
ムの形態をポイントトゥマルチポイント（ＰＴＭＰ）と
呼んでいる。 【０００３】図７はＰＴＭＰ形態のＷＬＬを説明するた
めの説明図である。 【０００４】図７に斜線で示すエリアＡ1 ，Ａ2 は夫々
基地局Ｂ1 ，Ｂ2 のサービス範囲を示している。一般
に、ＰＴＭＰでは、基地局は方角が異なる複数の端末局
と通信する必要があるので、基地局アンテナとしては６
０度から１２０度といった比較的半値角が大きいアンテ
ナを用いる。 【０００５】エリアＡ1 ，Ａ2 内に夫々設置された端末
局Ｔ1 ，Ｔ2 は、夫々基地局Ｂ1 ，Ｂ2 との間で通信を
行う。端末局Ｔ1 ，Ｔ2 においては、１０度程度の半値
角が小さく利得が大きいアンテナを用いるのが一般的で
ある。 【０００６】従って、ＰＴＭＰでは、基地局の受信時
に、所望の端末局以外の他の端末局からの干渉が生じて
しまう。図８は基地局が半値角１２０度のセクターアン
テナを用いた場合における干渉波の到来状況を示してい
る。 【０００７】図８において、各基地局のサービスエリア
は６角形で示しており、各サービスエリアの中央の○印
にて基地局を示している。各基地局が半値角１２０度の
セクターアンテナを同一方向に指向させた場合のサービ
ス範囲を斜線で示している。一方、各端末局は矢印にて
示してある。図８の矢印に示すように、基地局Ｂ3 が所
望する端末局Ｔ3 以外の他の端末局は、干渉波の到来源
となってしまう。 【０００８】特に、基地局への発呼を行う場合に使用す
る制御チャネルでは、基地局によるスケジューリングが
不可能なランダムアクセス方式を用いた通信が行われる
ので、多くの干渉波が生起する可能性が大きい。このた
め、制御チャネルによる呼の受付ができなくなり通信不
能状態になる可能性が生じる。 【０００９】このように、一般的な通常のセクターアン
テナを用いた場合には、鋭い指向性アンテナをもつ端末
からの送信信号が遠方の基地局においても受信される可
能性がある。そこで、複数の周波数チャネルを用いて隣
接エリアでは同一周波数チャネルを利用しない、所謂周
波数繰り返しを行う場合においても、同一周波数チャネ
ルを使用可能とする繰り返し距離を十分に離れた間隔に
する必要がある。 【００１０】具体的には、４セルから７セル程度を一つ
の単位とし、この単位の中で周波数チャネルを分割し、
単位毎に周波数繰り返しを行うことにより周波数の空間
的再利用を図っている。 【００１１】図９は４セル周波数繰り返しの場合の干渉
波の到来状況を示している。図９の太枠は周波数繰り返
しの単位を示す。このような周波数繰り返しを採用する
と、システムに割り当て可能な周波数チャネルの制限か
ら、全体としてシステムに収容することができる加入者
の容量が小さく抑えられてしまうという欠点がある。 【００１２】そこで、周波数繰り返しを利用することな
く、あるいは繰り返し数を少なくして加入者の容量を増
やすと同時に、干渉を避ける方法として、他の干渉局か
らの信号を原受信信号から信号処理によって除去する干
渉キャンセラ等を採用すると共に、他の干渉局に対して
アンテナのヌル方向を向けるアダプティブアレイアンテ
ナを基地局において採用することが検討されている。 【００１３】通常、端末局からの通信要求に対して、基
地局は所定の通信チャネルを割り当て、以後、端末局は
割り当てられた通信チャネルを用いて通信を行う。基地
局は端末から到来した信号を用いて、アダプティブアル
ゴリズムを起動し、端末からの希望信号を保存しつつ、
アレイアンテナの各素子に、干渉信号を除去するような
重み付けを施す。これにより、加入者の容量を低下させ
ることなく、干渉波による悪影響を低減した通信が可能
である。 【００１４】しかしながら、アダプティブアレイアンテ
ナにおいて干渉信号を除去するための重み付け演算処理
は、一般に計算処理に長時間を要してしまう。このた
め、実際に通信が可能になるまでの所要時間が大きいと
いう問題があった。 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】このように、従来、Ｐ
ＴＭＰにおいて端末局からの干渉を低減するためにアダ
プティブアレイアンテナを用いると、計算処理に長時間
を要し、実際に通信が可能になるまでの所要時間が大き
いという問題点があった。 【００１６】本発明は、アダプティブアレイアンテナを
用いて干渉を低減する場合でも、通信可能になるまでの
所要時間を短縮することができる無線通信システム、無
線基地局及びアレイアンテナを提供することを目的とす
る。 【００１７】 【課題を解決するための手段】本発明に係る無線通信シ
ステムは、加入者が通信するために所有する端末局と、
前記端末局を収容する基地局と、前記端末局と前記基地
局との間で通信を行って前記端末局を前記基地局に登録
する登録手段と、前記登録手段における登録時に前記基
地局に対する前記端末局の少なくとも方位の情報を検出
する検出手段と、前記検出手段の検出結果を記憶する記
憶手段と、前記端末局と前記基地局との通信時に前記記
憶手段が記憶した情報を初期値として前記基地局のアン
テナ特性を変化させて、前記基地局と通信を行う各端末
局との間で夫々個別のアンテナ特性を得る複数のアンテ
ナ特性制御手段とを具備し、前記アンテナ特性制御手段
は、前記端末局と前記基地局とが通信を開始するとき
に、前記端末局の方向に指向性利得を大きくすると共
に、現在基地局と通信を行っている他の端末局の登録時
に前記記憶装置に記憶された方向への指向性利得を小さ
くするように、アンテナ特性を制御することを特徴とす
るものである。 【００１８】本発明の請求項１において、登録手段によ
って、端末局を基地局に登録する。検出手段はこの登録
時に、端末局の少なくとも方位の情報を検出し、記憶手
段はこの検出結果を記憶する。アンテナ特性制御手段
は、実際の通信時に記憶手段が記憶した情報を初期値と
して、短時間にアンテナ特性を制御する。 【００１９】本発明の請求項２において、端末局との通
信による登録時に、検出手段は端末局の方位を検出す
る。この検出結果を記憶手段は記憶する。アンテナ特性
制御手段は、記憶手段の記憶した情報を初期値として、
アンテナ特性を短時間に制御する。 【００２０】本発明の請求項３において、複数のアンテ
ナ素子に受給する送受信信号は、重み付け係数算出回路
によって重み付けが行われる。重み付け係数算出回路
は、端末局の登録時に検出された端末局の方向の情報を
記憶手段から読出して、重み付け係数算出の初期値とす
ることにより、短時間に重み付け係数を算出する。 【００２１】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る
無線基地局の一実施の形態を示すブロック図である。図
１は受信系の構成を示している。 【００２２】本実施の形態は、新たに端末局が運用を開
始するか又は既存の端末局がその位置を変更した後初め
て運用を再開する場合における、端末局の登録処理時
に、アレイアンテナの重み付け係数を算出し、実際の送
信時には、算出した係数を初期値として重み付け係数の
計算処理を行うことにより、計算処理時間を短縮して、
通信チャネルの確立を迅速に行うことを可能にしたもの
である。 【００２３】アンテナ部１は複数のアレイアンテナによ
って構成される。図１では４つのアレイアンテナを用い
た例を示している。各アレイアンテナに誘起した高周波
（ＲＦ）信号は、夫々バンドパスフィルタ部２の各フィ
ルタ及びバッファ部３の各バッファを介して乗算器部４
の各乗算器に供給される。発振器５は局部発振出力を出
力し、分配器（ＤＩＶ）６は局部発振出力を対応する位
相で各乗算器に出力する。各乗算器は各バッファの出力
とＤＩＶ６の出力とを乗算して、中間周波（ＩＦ）信号
をバンドパスフィルタ部７の各フィルタに出力する。 【００２４】バンドパスフィルタ部７の各フィルタはＩ
Ｆ信号を帯域制限し、バッファ部８の各バッファを介し
てＩＦ・ＢＢ回路１０に出力する。なお、直交ビームを
同時に形成する場合には、分配器部９の各分配器によっ
てバッファ部８の各バッファの出力を図示しない他のＩ
Ｆ・ＢＢ回路に供給するようになっている。 【００２５】バッファ部８の各バッファの出力は移相器
部１１の各移相器に供給される。各移相器はディジタル
／アナログ変換器（ＤＡＣ）部１２の各ＤＡＣから移相
制御信号が供給されており、入力されたＩＦ信号の位相
を移相してバンドパスフィルタ部１３の各フィルタに供
給する。各フィルタは入力されたＩＦ信号を帯域制限し
て、受信信号強度計測器（ＲＳＳＩ）部１４の各ＲＳＳ
Ｉに出力する。各ＲＳＳＩは入力されたＩＦ信号の受信
信号強度を計測して移相量・振幅ウェイト演算部２３に
出力すると共に、ＩＦ信号を利得器部１５の各利得器に
出力する。 【００２６】各利得器はローパスフィルタ（ＬＰＦ）部
１６の各フィルタから振幅ウェイト制御信号が与えられ
ており、入力されたＩＦ信号に励振ウェイトを付加して
加算器１７に出力する。加算器１７は各利得器の出力を
加算して受信回路１８に出力する。 【００２７】受信回路１８は受信した信号に対して所定
の信号を処理を施して受信信号を解釈すると共に、受信
信号をアレイアンテナを制御するための制御回路２０に
出力する。 【００２８】制御回路２０は、受信信号整形回路２１、
参照信号再生回路２２、移相量・振幅ウェイト演算部２
３及びＣＰＵ２４によって構成されている。受信信号生
成回路２１は、ＣＰＵ２４に制御されて、入力された受
信信号を整形し、参照信号再生回路２２及び移相量・振
幅ウェイト演算部２３に出力する。 【００２９】一般的に無線通信システムや放送システム
では、情報フレームもしくはスロットを用いて伝送し、
そのフレームもしくはスロット毎に定期的に既知信号を
参照信号として送信するようになっている。参照信号再
生回路２２は、ＣＰＵ２４に制御されて、受信信号から
参照信号を再生して移相量・振幅ウェイト演算部２３に
出力する。移相量・振幅ウェイト演算部２３は、整形さ
れた受信信号及び参照信号が与えられると共に、各アレ
イアンテナに対応した受信信号強度の情報が与えられて
おり、各アンテナ入力に付与すべき振幅ウェイト及び移
相量を演算する。移相量・振幅ウェイト演算部２３は、
各アレイアンテナ毎の移相量の情報をデマルチプレクサ
（ＤＥＭＵＸ）１９に出力し、振幅ウェイトの情報をＤ
ＥＭＵＸ２５に出力する。 【００３０】ＤＥＭＵＸ１９，２５は入力された情報を
各アンテナ毎に分離して、夫々ＤＡＣ部１２，２６の各
ＤＡＣに出力する。ＤＡＣ部１２の、各ＤＡＣは各アレ
イアンテナの移相の情報を移相制御信号に変換して各移
相器に出力する。また、ＤＡＣ部２６の各ＤＡＣは各ア
レイアンテナの振幅ウェイトの情報を振幅ウェイト制御
信号に変換して各利得器に出力する。 【００３１】ＣＰＵ２４は、制御回路２０内の回路部を
制御する。本実施の形態においては、ＣＰＵ２４は、図
示しないメモリ等を有しており、各端末局の登録情報を
記憶すると共に、登録時における移相量・振幅ウェイト
の情報を各端末毎に記憶するようになっている。ＣＰＵ
２４は、実際の通信時には、各端末毎に記憶した移相量
・振幅ウェイトの情報を初期値として、移相量・振幅ウ
ェイト演算を行うようになっている。 【００３２】次に、このように構成された実施の形態の
動作について図２乃至図４を参照して説明する。図２は
端末登録時の処理の流れを示すフローチャートであり、
図３は通話時の処理の流れを示すフローチャートであ
る。また、図４は図１の実施の形態において採用される
フレーム構成を示す説明図である。図４（ａ）は下りフ
レームを示し、図４（ｂ）は上りフレームを示してい
る。なお、図２及び図３において、ＢＳＥは図１の受信
系を有する無線基地局（基地局）を示し、ＣＰＥは端末
局を示している。 【００３３】先ず、端末登録時の処理の流れを説明す
る。無線基地局は、常時上り回線の伝送路を監視してい
る。図２のステップＳ1 において、基地局は、上り回線
の伝送路を監視して、伝送路が使用中であるか否かを判
定する。基地局をこの判定結果を下り回線のＳＩ（Upst
ream Status Indicator ）を使って、各端末に上り回線
の伝送路状態を通知する。 【００３４】図４（ａ）は下りフレームを示している。
下りフレームは先頭に制御パケットが配列され、以後、
複数のデータパケットが配列されて構成される。制御パ
ケットはヘッダ、ＳＩ等の制御情報及びＦＥＣ（誤り訂
正用ビット）を有している。また、各データパケットは
先頭からヘッダ、データ及びＦＥＣが配列されて構成さ
れる。 【００３５】送信を要求しようとする端末局は、受信し
たＳＩを参照し、上り回線が”空き”か否かを判定す
る。端末局は上り回線が空きでないと判定した場合に
は、次のＳＩの送信まで待機する。 【００３６】端末局は上り回線が”空き”と判定した場
合には、ステップＳ3 において、端末局のＩＤと誤り検
出用のＣＲＣ（Cyclic Redundancy Code）を含む衝突検
出用のＵＰＰＨ(Upstream Packet Header)を制御パケッ
トに付加した登録要求用の制御パケットを上りの制御ウ
インドウ内のスロットで送信する。 【００３７】図４（ｂ）は上りフレームを示している。
上りフレームは制御ウインドウ及びペイロードウインド
ウによって構成される。各ウインドウは複数のスロット
で構成され、例えば、制御ウインドウのスロット１は、
Ｇ（ガードビット）、ＰＲ（プリアンブル）、ＵＷ（同
期用ユニークワード）、ＵＰＰＨ、制御情報及びＧによ
って構成される。また、ペイロードウインドウは可変長
データパケットで構成され、１データパケットは任意の
スロット数で構成される。１データパケットは、Ｇ、Ｏ
Ｈ（オーバーヘッド）、１つ以上のペイロード及びＦＥ
Ｃ、Ｇによって構成される。 【００３８】なお、端末局は、端末局がもつ最大送信電
力による送信を行うことで、パケット衝突時でも他の端
末からの信号の受信電力の差がキャプチャーレシオに対
して大きくなり、該端末局の登録が開始することができ
る可能性が高くできる。また、基地局は、受信信号強度
を測定することによって伝搬路による損失を計算により
求めることができ、登録終了後の実際の通信時に基地局
から端末局に対して、必要十分な端末からの送信電力を
指示することにより、端末からの干渉電力を低減してシ
ステム全体の加入者容量を増加させることができるとい
う利点が生じる。 【００３９】基地局は、ステップＳ4 において伝送路に
おいて制御パケットの衝突が発生したか否かを判断す
る。即ち、基地局は、受信したＵＰＰＨを復調後、ＣＲ
Ｃを用いて誤りの有無を判定し、誤りがあった場合に
は、伝送路で制御パケットの衝突が起きたものと判定す
る。伝送路で制御バケットの衝突があったものと判断し
た場合には、基地局は、ステップＳ5 において、下り制
御パケットのＳＩを用いてパケットの衝突の通知を行
う。 【００４０】端末局は基地局からの制御パケットを復調
することによって、パケット衝突が発生したか否かを判
断する。パケット衝突が発生していることが示された場
合には、端末局は、ステップＳ6 において、パケットの
送信を一時停止し、ランダム時間だけ待機して改めて登
録要求パケットを送るというバックオフ処理に入る。 【００４１】一方、基地局は、制御パケットに誤りがな
いものと判断した場合には、ステップＳ7 において、下
り制御パケットのＳＩを用いて、対象とする端末局に対
して、登録用のリファレンス信号を送信する。また、基
地局は、登録に用いる送信チャネルを指示する。なお、
基地局は、送信に用いるデータスロットの長さも指定し
てよい。例えば、方向推定に用いるリファレンス信号の
長さを通信回線の込み具合が許す限り長くして、方向推
定に要する時間を短縮することも考えられる。 【００４２】また、基地局は、下りデータパケットのペ
イロードの一部として端末局のＩＤを確認のためにエコ
ーバック送信（ステップＳ7 ）する。端末局は、基地局
からの指示を受け取ると、基地局からエコーバックされ
たＩＤが自己のＩＤと一致するか否かを判定する。判定
の結果、ＩＤが一致しなかった場合には、端末局はバッ
クオフ（Backoff ）処理に入る。一方、ＩＤが一致した
場合には、指示に従って上りのペイロードウインドウ内
のスロットで登録用レファレンス信号をデータパケット
に載せて送信する（ステップＳ9 ）。なお、ＩＤが一致
しない場合には、端末局は処理をステップＳ6 に移行し
て、バックオフ処理に入る。 【００４３】基地局は、ステップＳ9 において、方向推
定アルゴリズムを用いて端末局の方向の推定を開始す
る。即ち、受信回路18からの受信信号は制御回路２０の
受信信号整形回路２１に供給される。受信信号整形回路
２１は受信信号を整形して移相量・振幅ウェイト演算部
２３に出力する。また、参照信号再生回路２２は受信信
号整形回路２１の出力から参照信号を再生して移相量・
振幅ウェイト演算部２３に出力する。 【００４４】移相量・振幅ウェイト演算部２３は、ＣＰ
Ｕ２４に制御されて、入力された受信信号及び参照信号
と各アレイアンテナの受信信号強度の測定結果に基づい
て方向推定アルゴリズムを実行する。 【００４５】なお、基地局は、受信したパケットにＦＥ
Ｃ（誤り訂正ビット）を用いた誤り訂正処理だけでは訂
正不可能な伝送誤りを検出した場合には、ＳＩを用いて
バックオフ処理に入るように端末局に指示を出し（ステ
ップＳ11）、これに応じて端末局はバックオフ処理に入
る（ステップＳ6 ）。 【００４６】レファレンス信号の送受信が訂正不可能な
伝送誤りを検出することなく行われると、基地局は、端
末局の方向推定アルゴリズムを継続する（ステップＳ1
2）。ステップＳ13において方向推定アルゴリズムが収
束すると、基地局は、ステップＳ14において、端末局に
対し、下り制御パケットのＳＩを用いて、登録用レファ
レンス信号の送信停止を指示する。更に、基地局は、計
算結果による方向推定結果に基づいて、端末局の方向や
それに基づくアレイアンテナの重み付け係数等を、端末
局のＩＤ等の端末局を同定する情報と共に、メモリや図
示しない記憶装置等に記録し、登録を完了する。 【００４７】なお、基地局による受信信号強度測定に基
づいて、次回以降の通信に必要十分な端末局の送信電力
を決定し、送信停止の指示と共に該送信電力値を端末局
に通知することにより、不必要に大きいレベルの信号が
端末局から送信されることが防止され、システムの加入
者容量を増加させることも考えられる。 【００４８】次に、図３を参照して端末局が発呼して通
信を行う場合の手順を説明する。図３において図２と同
一の手順には同一符号を付して説明を省略する。 【００４９】端末局と基地局との間の実際の通信時に
は、端末局は、ステップＳ20において、登録時の登録要
求パケットの送信に代えて、通信要求パケットの送信を
行う。基地局は、ステップＳ4 において誤りなく通信要
求パケットを受信した場合には、次のステップＳ21にお
いて、記憶装置内に記録されている端末局の情報を読出
して、通信相手である端末局の方向とアレイアンテナの
最大指向特性とが一致するように、各アレイアンテナの
重み付け係数を初期値としてロードする。 【００５０】移相量・振幅ウェイト演算部２３は、ＣＰ
Ｕ２４によってロードされた情報を用いて、各アレイア
ンテナに設定する移相量及び振幅ウェイトの情報を出力
する。移相量の情報はＤＥＭＵＸ１９によって各アンテ
ナ毎に分離され、ＤＡＣ部１２の各ＤＡＣによってアナ
ログの移相制御信号として移相器部１１の各移相器に供
給される。また、振幅ウェイトの情報は、ＤＥＭＵＸ２
５によって各アンテナ毎に分離され、ＤＡＣ部２６の各
ＤＡＣによってアナログの振幅ウェイト制御信号に変換
され、ＬＰＦ部１６の各フィルタを介して利得器部１５
の各利得器に供給される。 【００５１】こうして、基地局は、少なくとも受信時に
用いるアンテナパターンを短時間に形成する。なお、本
実施の形態においては、受信時に用いるアンテナパター
ンのみを、端末局の方向等に応じて設定するようになっ
ているが、送信時に用いるアンテナパターンを端末局の
方向等に応じて設定するようにしてもよいことは明らか
である。例えば、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex
system）方式を採用する場合には、送信時にも記憶装置
内に記録されている重み付け係数等の情報を初期値とし
てロードして、送信時に用いるアンテナパターンを設定
するようにしてもよい。 【００５２】また、基地局は、ステップＳ21において、
パケット送信継続の許可も送信する。この場合にも、基
地局は送信用のアンテナパターンを設定してもよい。 【００５３】端末局は、基地局からエコーバックされた
ＩＤが自己のＩＤと一致するか否かを判定し、一致する
と判定した場合には、端末局はペイロードウインドウ内
のスロットで伝送したい情報をデータパケットとして送
信する（ステップＳ22）。 【００５４】一方、基地局は、干渉局が検出された場合
など必要に応じて、情報パケットの受信信号、あるいは
その一部（ユニークワード）を用いて、アレイアンテナ
の重み付け係数を更新するアルゴリズム計算を開始する
（ステップＳ22）。重み付け係数の修正・随時更新する
ためのアルゴリズムとしては、ＬＭＳ（Least Mean Squ
are）、ＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）、ＣＭ
Ｐ（Constrained Minimization of Power）等が考えら
れる。移相量・振幅ウェイト演算部２３は、このアルゴ
リズムにより求めた情報を逐次更新して（ステップＳ2
3）、ＤＥＭＵＸ１９，２５に出力する。 【００５５】こうして、移相器部１１及び利得部１５に
おいて、各アレイアンテナの受信信号に最適な移相量及
び振幅ウェイトが付与され、希望する端末局との間で最
適な指向性利得が得られる。また、希望する端末局との
間の指向性利得を調整するだけでなく、干渉波の到来方
向となる他の端末局方向に指向性ヌルを向けることも可
能である。 【００５６】なお、図２及び図３の手順は端末局が発呼
して通信を行う場合の手順であるが、基地局から端末局
を呼出す場合には、始めの伝送路状態通知と端末局から
の通信要求パケットの送信と誤り時の処理は不要であ
り、基地局側からのＳＩを用いたパケット送信継続の許
可の代わりに端末局の呼出通知が行われる以外は、同様
の手順を行うことによりアレイアンテナを用いたＰＴＭ
Ｐ形態の無線通信を行うことができる。 【００５７】また、端末局の方向を検出する際に使用す
る通信チャネルにおいて、端末局が自己相関が極めて強
く相互相関が小さいランダム系列のうちの１つの信号を
送信信号として用い、かつ、隣り合う無線ゾーンで異な
る送信信号を用いることにより、同一チャネル干渉によ
る方向推定の誤差を減少させることも考えられる。 【００５８】本実施の形態においては、基地局アンテナ
の干渉波方向への利得を小さくすることで干渉波の入力
電力を低下させることができると共に、基地局アンテナ
の特定の端末方向への指向性利得を大きくすることでそ
の特定の端末の送信電力を下げることができることか
ら、周波数繰り返しの距離間隔を短縮することができ
る。 【００５９】図５は４セル周波数繰り返しの配置を持つ
セクターアンテナを用いる通常の加入者無線システムに
おける干渉波を説明するための説明図である。図５にお
いて、６角形は１つの無線基地局によるサービスエリア
を示し、６角形の中心の○印は無線基地局を示す。ま
た、矢印は端末局を示している。太線は周波数繰り返し
の単位の境界を示している。 【００６０】無線基地局１２３に対して、端末局１２
１，１２２は他のサービスエリアからの干渉源である。
端末局１２２の干渉レベルは十分に低いが、端末局１２
１は基地局１２３からの距離が基地局１２３のサービス
エリア内の最も離れた端末局までの距離（３ｄ）と略々
同様である。従って、いま、自由空間伝搬に近似した伝
搬状況を仮定すると、干渉源である端末局１２１を端末
局１２２と同じ干渉レベルとなるように、本実施の形態
におけるスマートアンテナを用いて干渉局方向の利得を
低下させればよい。 【００６１】基地局１２３から端末局１２２，１２１ま
での距離の比は５：３である。従って、２０ｌｏｇ（５
／３）＝４．４４ｄＢだけアンテナゲインをセクターア
ンテナの利得に対して下げ、且つ所望の端末局の方向へ
の利得がセクターアンテナ並みにできる機能があれば、
周波数繰り返しをなくす（１セル周波数繰り返し）こと
が原理的に可能である。図５の基地局１２３において、
システムに割り当て可能な全周波数チャネルのうちの３
／４が使用不能であるものとすると、周波数繰り返しを
なくすことによって、全周波数チャネルを基地局１２３
でも使用可能となる。従って、この場合には、端末の位
置関係やトラヒックの頻度、基地局内の無線装置の規模
が大きくなること等を勘案する必要があるものの、シス
テムの加入者容量は最大で４倍にすることができる。 【００６２】なお、端末登録時に基地局が端末局の方向
を検出するためのアルゴリズムとしては、ＭＵＳＩＣ(M
ultiple Signal Classification)やＥＳＰＲＩＴ(Estim
ation of Signal Parameters via Rotational Invarian
ce Techniques)に代表されるスーパーレゾリューション
アルゴリズムをはじめ、ＬＣＭＶ系あるいはＤＣＭＰ系
のアルゴリズムを用いることも考えられる。 【００６３】特に、アルゴリズムのごく一部を変更する
ことにより、方向検出と干渉波を抑圧する最適化との両
者に使えるようなアルゴリズムを用いると、ハードウェ
アの規模を小さくでき、基地局装置を安価に構成できる
という特有の効果が生じる。ＬＣＭＶ系のアルゴリズム
は、この条件を満たすことが可能である。 【００６４】ＬＣＭＶ系のアルゴリズムは、特定方向か
らの到来波のみを歪みなく受信し、それ以外の方向から
の到来波を抑圧する。すなわち、到来方向によって所望
波と干渉波の区別をすることを特徴とし、ＬＭＳ系のア
ルゴリズムで必要なトレーニング信号が不要であるとい
う特有の効果がある。 【００６５】このＬＣＭＶ系のアルゴリズムを次のよう
に用いると方向推定を行うことが可能である。すなわ
ち、新たに端末局が運用を開始する、あるいは既存の端
末局がその位置を変更した後はじめて運用を再開する場
合に、端末局は登録要求の信号を基地局に対して送信す
る。基地局は端末局に対して、端末登録のための通信チ
ャネルと送信電力を指定する。端末局は指定された通信
チャネルにおいて、指定された送信電力で送信する。 【００６６】基地局は到来波を歪みなく受信できる方向
を設定し、ＬＣＭＶ系のアルゴリズムを用いて端末局の
送信信号を受信する。上記設定した方向と端末局方向が
一致したときは、端末局送信信号は抑圧されないので、
アレイアンテナの出力は基地局が指定した送信電力より
も小さくならない。一方、上記設定した方向と端末局方
向が一致しないときは、端末局送信信号は抑圧されるの
で、アレイアンテナの出力は基地局が指定した送信電力
よりも小さくなる。これにより端末方向検出ができる。
基地局はこの端末局方向を記憶し、その後、通話を開始
するときにＬＣＭＶ系のアルゴリズムの重み付け係数の
初期値として用いる。 【００６７】このように、本実施の形態においては、端
末局の登録時に端末局毎に方向推定アルゴリズムを実行
してその推定結果を端末局毎に記憶し、実際の通信時に
おいて記憶した推定結果を初期値としてロードして、ア
ンテナパターンを設定している。これにより、端末局と
基地局が通話を開始する場合には、希望する端末局の方
向に指向性利得を大きく、且つ、干渉源となる他の端末
局方向への指向性利得を小さくするための計算処理時間
を著しく短縮することができ、通信チャネルの確立を迅
速に行うことができる。 【００６８】なお、方向のみではなく、周波数やタイム
スロットにも選択肢があるような通信方式を採用する場
合には、干渉が生じる可能性が最も小さい周波数とタイ
ムスロットとアンテナパターンとを選択することも考え
られる。 【００６９】また、上記実施の形態では、アレイの重み
付け係数をＩＦ信号の振幅と位相を制御することにより
与えているが、ＩＦ信号を制御する代わりに、ＲＦ信号
の振幅と位相を制御してもよく、また、各アレイの受信
信号をＡＤ変換し、ディジタル信号処理で重み付けを加
えるようなディジタルビームフォーミングの技術を用い
てもよく、更に、これらのＩＦ制御、ＲＦ制御、ディジ
タルビームフォーミングを組合せて重み付けすることを
行うことでも同様の効果が得られる。 【００７０】図６は本発明の他の実施の形態を示すブロ
ック図である。図６において図１と同一の構成要素には
同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態は送信
系においてもアレイアンテナの重み付け制御を行う例で
ある。 【００７１】本実施の形態においては、制御回路２０に
代えて受信系及び送信系を制御する制御回路３０を設け
ている。制御回路３０は移相量・振幅ウェイト演算部２
３に代えて移相量演算部３３を備えた点が図１の制御回
路２０と異なる。移相量演算部３３は、受信信号整形回
路２１及び参照信号再生回路２２からの信号が入力さ
れ、ＣＰＵ２４に制御されて、各アレイアンテナの受信
信号強度に基づいて、各アンテナに設定する移相量を演
算して、移相量の情報をＤＥＭＵＸ１９及びＤＥＭＵＸ
３５に出力するようになっている。 【００７２】送信系の送信ＩＦ信号生成回路３７は送信
ＩＦ信号を生成して分配器３８に出力する。分配器３８
は送信ＩＦ信号を各アレイアンテナに分配して移相器群
３９の各移相器に出力する。ＤＥＭＵＸ３５は移相量演
算部２３からの移相量の情報を各アンテナ毎に分離して
ＤＡＣ部３６の各ＤＡＣに出力する。各ＤＡＣは移相量
の情報を移相量制御信号に変換して移相器群３９の各移
相器に与える。各移相器３９は移相量制御信号に基づい
て分配器３８からの送信ＩＦ信号の位相を移相してバン
ドパスフィルタ群４０の各フィルタに与える。 【００７３】バンドパスフィルタ群４０の各フィルタは
入力された送信ＩＦ信号を帯域制限して結合器（ＡＤ
Ｄ）部４１の各ＡＤＤに出力する。直交ビームを形成す
る場合には、他のＩＦ・ＢＢ回路から送信ＩＦが各ＡＤ
Ｄに入力されて、ＡＤＤは入力された信号を結合してバ
ッファ部４２の各バッファに出力する。 【００７４】各バッファの出力は乗算器部４３の各乗算
器に与えられる。発振器５の出力はＤＩＶ４４によって
受信系及び送信系に分離され、更に、ＤＩＶ４５によっ
て送信系の各アンテナに対応した位相の局部発振出力が
各乗算器に与えられている。乗算器部４３の各乗算器の
出力はバンドパスフィルタ群４６の各フィルタを介して
バッファ群４７の各バッファに供給される。各乗算器に
よって送信ＩＦ信号はＲＦ信号に周波数変換される。Ｒ
Ｆ信号に変換された送信信号は各バッファからバンドパ
スフィルタ群４８の各フィルタ及びスイッチ群４９各ス
イッチを経由して、アンテナ群１の各アレイアンテナに
供給される。 【００７５】このように、構成された実施の形態におい
ては、移相量演算部２３からの移相量の情報は受信系の
ＤＭＵＸ１９に供給されると共に、送信系のＤＥＭＵＸ
３５にも供給される。これにより、受信時におけるアン
テナ指向特性が最適化されるだけでなく、送信時のアン
テナ指向特性も最適化される。 【００７６】他の作用及び効果は図１の実施の形態と同
様である。 【００７７】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば図１の実施の形態においては
移相量及び振幅ウェイトの両方を制御しているが移相量
のみを制御してもよく、また、図６の実施の形態におい
て移相量及び振幅ウェイトの両方を制御するようにして
もよいことは明らかである。 【００７８】また、図１及び図６にも記したように、方
向性結合器や分配器などでＩＦ信号を分岐し、複数のＩ
Ｆ・ＢＢ回路１０，５０で分岐する、あるいは、複数の
ＩＦ・ＢＢ回路５０で作成されたＩＦ信号を結合器部４
１で加えることにより、同一周波数チャネルを用い同一
時間帯で複数の端末局との送受信をすることも考えられ
る。 【００７９】なお、送信の際の同一周波数チャネル信号
の干渉を防ぐためには、文献（H. Liu and G. Xu, "Mul
tiuser Blind Channel Estimation and Spatial Channe
l Pre-Equalization," Proc. ICASSP '95, Detroit, M
I, 1995年５月）に記されているように、上り回線の受
信信号で得られる伝送路応答と同一チャネル干渉の推定
結果から、この伝送路を通したあとでシンボル間干渉・
同一チャネル干渉が除去された信号が受信されるような
前置等化フィルタ（pre-equalization filter ）の特性
を求め、求めた特性に応じて送信信号に予め畳み込み演
算を施すことが考えられる。 【００８０】また、制御回路において記憶する情報とし
ては、各端末局毎に求めた方位の推定結果であってもよ
く、推定結果から求めた各アレイアンテナの重み付け係
数であってもよい。方位の情報を記憶する場合には、実
際の通信を始める際に記憶した方位の情報から重み付け
の初期値を計算する。この場合には、重み付けの方式が
変更されたときやアレイアンテナを構成する素子アンテ
ナの数や特性が変更されたときでも、記憶した情報を利
用することができる。一方、重み付け係数の情報を記憶
する場合には、実際の通信を始める際に記憶した情報を
そのまま利用する。この場合には、実際の通信を始める
までの処理量を一層低減することができる。 【００８１】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ダプティブアレイアンテナを用いて干渉を低減する場合
でも、通信可能になるまでの所要時間を短縮することが
できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る無線基地局の一実施の形態を示す
ブロック図。 【図２】本発明に係る無線通信システムの動作を説明す
るためのフローチャート。 【図３】本発明に係る無線通信システムの動作を説明す
るためのフローチャート。 【図４】送受信に用いるフレーム構成を示す説明図。 【図５】図１の実施の形態を説明するための説明図。 【図６】本発明の他の実施の形態を示すブロック図。 【図７】従来例を説明するための説明図。 【図８】従来例を説明するための説明図。 【図９】従来例を説明するための説明図。 【符号の説明】 １０…ＩＦ・ＢＢ回路、１１…移相器群、１９，２５…
ＤＥＭＵＸ、１５…利得器群、２０…制御回路、２３…
移相量・振幅ウェイト演算部、２４…ＣＰＵ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−219615（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−313472（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／020400（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04Q 7/00 - 7/36 H04B 7/24 - 7/26

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 加入者が通信するために所有する端末局
   と、 前記端末局を収容する基地局と、 前記端末局と前記基地局との間で通信を行って前記端末
   局を前記基地局に登録する登録手段と、 前記登録手段における登録時に前記基地局に対する前記
   端末局の少なくとも方位の情報を検出する検出手段と、 前記検出手段の検出結果を記憶する記憶手段と、 前記端末局と前記基地局との通信時に前記記憶手段が記
   憶した情報を初期値として前記基地局のアンテナ特性を
   変化させて、前記基地局と通信を行う各端末局との間で
   夫々個別のアンテナ特性を得る複数のアンテナ特性制御
   手段とを具備し、 前記アンテナ特性制御手段は、前記端末局と前記基地局
   とが通信を開始するときに、前記端末局の方向に指向性
   利得を大きくすると共に、現在基地局と通信を行ってい
   る他の端末局の登録時に前記記憶装置に記憶された方向
   への指向性利得を小さくするように、アンテナ特性を制
   御することを特徴とする無線通信システム。