JP3594527B2 - 無線通信品質測定装置、無線通信品質測定方法及び受信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のＰＨＳ（パーソナル・ハンディホン・システム）携帯端末、携帯電話機等の無線電話装置（以下、「移動局」という。）を相互に無線接続する無線基地局に関し、特に複数の移動局との通信に関する通信品質を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より複数の移動局と無線通信する無線基地局では、各移動局にチャネルを割り当てるために多重化の技術を用いており、周波数資源を有効利用するための多重化の方式としては、空間多重方式や符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式が知られている。ＣＤＭＡ方式においては、各移動局の送信電力を調整するために送信電力制御が行われる。
ＣＤＭＡ方式では全ての移動局が同じ周波数の搬送波を使用するため、無線基地局からの距離に関わらず移動局が同じ送信電力で信号を送信すれば近い場所の移動局からの信号が強すぎ、遠い場所の移動局からの信号を分離できなくなるといういわゆる遠近問題が発生する。送信電力制御は、この遠近問題を防止するために不可欠な制御である。
通常、この送信電力制御は、無線基地局が、各移動局についてその移動局装置からの信号を逆拡散してこの時の受信信号電力対干渉電力比（ＳＩＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）を調べて、このＳＩＲを一定値に保つように各移動局を制御することにより行われる。なお、送信電力制御に関しては、例えば特開平０９−２８４２０５号公報等に記述されているので、ここでの説明は省略する。
【０００３】
つまり、ＣＤＭＡ方式においては、各移動局からの信号を適切に分離するための制御を行う場合に用いる指標として、回線品質を表すＳＩＲを用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、空間多重方式等、同時同一周波数に多重する方式を用いる無線基地局において、同一周波数に多重化された各移動局からの信号を適切に分離するための制御を行う場合に用いることのできる指標であって、上述のＳＩＲとは異なる指標を、算出する無線通信品質測定装置及び無線通信品質測定方法と、その指標を用いて制御を行う無線基地局とを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決すべく本発明に係る無線通信品質測定装置は、複数のアンテナを具備し、複数の送信装置と空間を分割することにより同時同一周波数に多重して無線通信する受信装置に備えられ、前記受信装置は、受信電力を測定する手段を備え、複数の送信装置それぞれについて、当該送信装置から送信された信号が前記複数のアンテナのそれぞれに到達するまでの伝播路を示す複素数を成分とする受信応答ベクトルを計測し、計測した複数の送信装置についての受信応答ベクトルの成分の大きさの２乗の和の比から受信電力比を算出し、前記受信電力比と前記受信装置での受信電力から送信装置ごとの受信電力を測定し、所定の通信品質を保持できるか否かを判断することを特徴とする。
上記構成の通信品質測定装置の出力する受信電力比を判断の指標として用いることにより、受信装置は、例えば送信電力制御等の実行要否を適切に判断することができるようになる。
なお、受信応答ベクトルは、後述する数３〜数８とこれに関連した説明において示す方法等で求められるものであるため、雑音成分による影響が取り除かれており、２つの受信応答ベクトルの大きさから算出される受信電力比は、雑音成分の影響を受けない。従って、送信電力制御等の実行要否の指標として優れている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
以下、本発明の実施の形態１に係る無線基地局について、図を用いて説明する。
＜構成＞
図１は、実施の形態１に係る無線基地局１０００の構成を示すブロック図である。
【０００７】
無線基地局１０００は、ＰＨＳ規格で定められた時分割多重方式（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ、Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）に加え、更に空間多重方式をも用いて、同一周波数で最大２つの信号を空間多重して、ＰＨＳ携帯機（移動局、或いは送信装置）と無線接続する無線基地局（受信装置）であり、アンテナ１１、１２、無線部２１、２２、信号処理部５０、モデム部６０、ベースバンド部７０及び制御部８０を備える。
【０００８】
無線基地局１０００は、ＰＨＳ規格に従って１つのＴＤＭＡフレーム内に４つのチャネルを多重し、１チャネルにつき空間多重されるべき最大２つの電話回線の信号を並列に処理する。１つのＴＤＭＡフレームは、５ｍＳの周期を有し、各周期を８等分して得られる４つの送信タイムスロットと４つの受信タイムスロットとから構成される。１つの送信タイムスロットと１つの受信タイムスロットの組は時分割多重による１つの時分割チャネルを構成する。
【０００９】
なお、空間多重方式は、無線基地局が、異なる方向に存在する複数の移動局に対し異なる指向性パターンを形成することにより同一周波数で同時刻に通信を行う方式である。異なる指向性パターンを形成する装置としては、アダプティブアレイ装置がある。アダプティブアレイ装置は、固定的に設置された複数のアンテナを備え、個々のアンテナに対する送受信信号の振幅と位相とを動的に調整することにより、アンテナ全体として、送信、受信のための指向性パターンを動的に形成するものである。なお、アダプティブアレイ装置については、「空間領域における適応信号処理とその応用技術論文特集」（電子通信学会論文誌ＶＯＬ．Ｊ７５−Ｂ−２ Ｎｏ．１１）に詳細に記載されている。アダプティブアレイ装置は、指向性パターンの形成においては、所望の移動局の方向へ送信強度及び受信感度を高めるのみならず、空間多重している他の移動局の方向へ送信強度及び受信感度を低下させることをも行う。
【００１０】
ベースバンド部７０は、電話交換網を介して接続される複数の電話回線と信号処理部５０との間で複数の信号（音声又はデータのベースバンド信号）を授受する。
モデム部６０は、信号処理部５０とベースバンド部７０との間で、デジタル化されたベースバンド信号に対してπ／４シフトＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）により変調及び復調を行う機能を有する。この変調及び復調は、１つの時分割チャネルにおいて空間多重される最大２つのベースバンド信号に対して並列に行われる。
【００１１】
信号処理部５０は、制御部８０の制御下で、指向性パターンの形成に関する制御、即ち、各無線部２１、２２から入力される空間多重された各移動局からの受信信号を分離抽出しモデム部６０に出力し、また、モデム部６０から入力された送信信号を所望の移動局へ送信できるように空間多重用に重み付けした信号を生成して各無線部２１、２２に出力する制御を行う部分であり、具体的には、プログラマブルなＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により実現される。なお、空間多重方式で指向性パターンを形成して送受信を行うのは、通信チャネル（Ｔチャネル）での通信のみであり、その他の制御チャネルでの通信については基本的に空間多重方式は用いず、従来のＰＨＳの無線基地局と同様の制御処理を行う。
【００１２】
また、信号処理部５０は、従来にない受信ＤＤ（Ｄｅｓｉｒｅｄ ｔｏ Ｄｅｓｉｒｅｄ）比という指標を、各移動局からの信号を適切に分離するための制御等に用いる指標として算出し、これを制御部８０に伝える。この受信ＤＤ比とは、空間多重されている１つの移動局からの電波の電力（以下、「所望波電力」という。）と空間多重されている他の移動局の１つからの所望波電力との比である。
【００１３】
無線部２１はハイパワーアンプ等を含む送信部１１１とローノイズアンプ等を含む受信部１１２とから構成される。送信部１１１は、信号処理部５０から入力された信号を低周波から高周波に変換し、送信出力レベルにまで増幅してアンテナ１１に出力するもので、制御部８０からの指示に応じて、ハイパワーアンプのゲインを制御する等して送信出力を調整する機能を有する。受信部１１２は、アンテナ１１に受信された信号を高周波から低周波に変換し、増幅して信号処理部５０に出力する機能を有する。なお、無線部２２は、無線部２１と同等である。
【００１４】
制御部８０は、ハードウェアとしてはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びメモリ等で構成され、ＣＰＵがメモリ中のプログラムを実行することにより無線基地局１０００の各部を制御する機能を有する。また、制御部８０は、信号処理部５０から受信ＤＤ比を受け取り、この受信ＤＤ比に応じて送信電力制御等を行う。
【００１５】
図２は、信号処理部５０の構成を示すブロック図である。
信号処理部５０は、受信ＤＤ比計算機５１と、ユーザＡ信号処理部５２と、ユーザＢ信号処理部５３とから構成される。同図においては、移動局からの信号を受信した場合に動作する機能ブロックのみを図示している。ここでは、移動局に対して信号を送信する場面ではなく移動局からの信号を受信する場面を中心に説明する。
【００１６】
ユーザＡ信号処理部５２とユーザＢ信号処理部５３とは同等の構成を有し、それぞれが特定のユーザ、即ち特定の移動局からの信号を抽出してモデム部６０に伝え、また、その特定の移動局から無線基地局までの信号の伝播路を示す係数である受信応答ベクトルを受信ＤＤ比計算機５１に伝える。
ユーザＡ信号処理部５２は、判定部５２１とメモリ５２２とウェイトベクトル計算機５２３と、受信応答ベクトル推定部５２４とを有する。
ここで、判定部５２１は、無線部２１及び２２から渡される各受信信号ｘ_１（ｔ）、ｘ_２（ｔ）に対して、各受信信号についてウェイトベクトル計算機５２３が定めたウェイトベクトルを掛け合せた値の総和である仮受信信号ｙ_１（ｔ）を入力されるものであり、入力された仮受信信号の位相値を、その値に最も近い、π／４の整数倍である値となるように補正することにより、抽出信号Ｓ_１（ｔ）を得て、モデム部６０に伝えるものである。また、判定部５２１は、抽出信号Ｓ_１（ｔ）をウェイトベクトル計算機５２３及び受信応答ベクトル推定部５２４にも伝える。なお、抽出信号Ｓ_１（ｔ）は、ある移動局に相当するユーザＡからの信号として抽出された信号を意味する。
【００１７】
メモリ５２２は、ＰＨＳ規格により固定的に定まっている、例えばスタートシンボル、プリアンブル、ユニークワード等を参照信号として記憶している。
ウェイトベクトル計算機５２３は、メモリ５２２内の参照信号を参照し、判定部５２１から伝えられた信号Ｓ_１（ｔ）を用いて、無線部２１及び２２から渡される各受信信号に対して次の時刻（ｔ＋１）において掛け合せるべきウェイトベクトルを算出する。つまり、前回算出されたウェイトベクトルを用いて求められた信号Ｓ_１（ｔ）は、次の時刻（ｔ＋１）におけるウェイトベクトルの算出の基礎となる。なお、このウェイトベクトルの算出方法については後述する。
【００１８】
また、受信応答ベクトル推定部５２４は、無線部２１及び２２から渡される各受信信号と、判定部５２１から伝えられる信号Ｓ_１（ｔ）とから受信応答ベクトルＨ_１を求めて、受信ＤＤ比計算機５１に伝えるものである。受信応答ベクトルＨ_１は、ユーザＡである移動局から無線基地局までの信号の伝播路を表すものである。
【００１９】
＜動作＞
以下、上述の構成を備える無線基地局１０００の動作について説明する。
まず、抽出信号Ｓ_１（ｔ）及びウェイトベクトルの算出について説明する。
［数１］ ｙ_１（ｔ）＝ｗ_１（ｔ）×ｘ_１（ｔ）＋ｗ_２（ｔ）×ｘ_２（ｔ）
数１に示すように、ユーザＡ信号処理部５２は、無線部２１及び２２から渡される受信信号ベクトルｘ_１（ｔ）及びｘ_２（ｔ）のそれぞれに対してウェイトベクトルｗ_１（ｔ）、ｗ_２（ｔ）をそれぞれ掛け合せた値の総和である仮受信信号ｙ_１（１）を求め、判定部５２１により位相を補正した結果である抽出信号Ｓ_１（ｔ）に変換する。
なお、ｔは信号が到達する時間を示し、ＰＨＳ規格における１シンボルを受信する時間を単位としたタイムスロット内での経過時間を示す値をとる。
従って、受信信号ｘ_１、ｘ_２、ウェイトベクトルｗ_１、ｗ_２等はｔの値が１、２、・・・という信号列である。また、受信信号ｘ_１、ｘ_２、ウェイトベクトルｗ_１、ｗ_２、仮受信信号ｙ_１、抽出信号Ｓ_１は、振幅、位相を有するもので、複素数で表すことができる。
【００２０】
ここでは、ウェイトベクトル計算機５２３は、最小二乗平均誤差方式（ＭＭＳＥ方式）を用いて次のようにしてウェイトベクトルを算出するものとする。
ウェイトベクトルは、適当な値の初期値が定められており、参照信号ｄ（ｔ）と、抽出信号Ｓ_１（ｔ）との誤差を最小とするように、予め定められた範囲内でｗ（ｔ）の値を変動させて調整することにより、単位時間毎にｗ（ｔ＋１）に更新されるものである。ここで、ｗは各ウェイトベクトルｗ_１、ｗ_２を表す。
［数２］ ｅ（ｔ）＝ｄ（ｔ）−Ｓ_１（ｔ）≒ｄ（ｔ）−ｙ_１（ｔ）＝ｄ（ｔ）−（ｗ_１（ｔ）×ｘ_１（ｔ）＋ｗ_２（ｔ）×ｘ_２（ｔ））
ｗ_１（ｔ＋１）、ｗ_２（ｔ＋１）は、抽出信号Ｓ_１（ｔ）と参照信号ｄ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）を小さくするようにそれぞれｗ_１（ｔ）、ｗ_２（ｔ）を修正した値をとる。時間経過と共にウェイトベクトルの値は一定値に収束し、プリアンブル、ユニークワード等に続いて送られるところの通信内容である本体的なデータの受信段階では、抽出信号Ｓ_１（ｔ）は正確なものとなる。なお、通信が開始された後は、前回のタイムスロットにおいて最終的に得られたウェイトベクトルの値がその次の回のタイムスロットに関してのウェイトベクトルの初期値として用いられることもある。
【００２１】
次に受信応答ベクトル推定部５２４による受信応答ベクトルの推定について説明する。
図３は、ユーザＡ及びユーザＢの各移動局から送信された信号を無線基地局が受信する様子を示す図である。
ユーザＡ（「第１番目の移動局」ともいう。）が送信する信号がＳ_１’（ｔ）であり、ユーザＢ（「第２番目の移動局」ともいう。）が送信する信号がＳ_２’（ｔ）であり、無線基地局１０００のアンテナ１１（「第１番目のアンテナ」ともいう。）及び無線部２１により受信された信号がｘ_１（ｔ）であり、アンテナ１２（「第２番目のアンテナ」ともいう。）及び無線部２２により受信された信号がｘ_２（ｔ）である。
【００２２】
また、ｈ_ｉｊは、第ｉ番目の移動局から第ｊ番目のアンテナまでの伝播路を表す複素数である。
このＳ_１’（ｔ）、Ｓ_２’（ｔ）とｘ_１（ｔ）、ｘ_２（ｔ）との間には次の数３及び数４の関係が成立する。
［数３］ ｘ_１（ｔ）＝ｈ_１１Ｓ_１’（ｔ）＋ｈ_２１Ｓ_２’（ｔ）＋ｎ_１（ｔ）
［数４］ ｘ_２（ｔ）＝ｈ_１２Ｓ_１’（ｔ）＋ｈ_２２Ｓ_２’（ｔ）＋ｎ_２（ｔ）
なお、ｎ_１（ｔ）及びｎ_２（ｔ）は雑音である。また、無線基地局１０００が分離抽出した抽出信号Ｓ_１（ｔ）と、ユーザＡが送信する信号であるＳ_１’（ｔ）とは、送信された信号が正常に受信でき分離抽出が適切に行えたとすれば等しいものとなる。
【００２３】
無線基地局１０００の受信応答ベクトル推定部５２４は、抽出信号Ｓ１（ｔ）の複素共役であるＳ_１ ^＊（ｔ）と、受信信号ｘ_１（ｔ）及びｘ_２（ｔ）とを用いて次の数５及び数６に示すように受信応答ベクトルの成分であるｈ１１及びｈ１２を算出する。
［数５］ ｈ_１１＝Ｅ［ｘ_１（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］
［数６］ ｈ_１２＝Ｅ［ｘ_２（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］
ここでＥはアンサンブル平均を表しており、ある程度の期間、ｔ＝１、２、・・・、ｎにおける平均値を意味する。例えばｎを１００とし、１００シンボル期間における平均値を算出する。
抽出信号Ｓ_１（ｔ）、Ｓ_２（ｔ）が正常に得られ、それぞれ送信された信号Ｓ_１’（ｔ）、Ｓ_２’（ｔ）と同等とみなせる状態においては、数３及び数４について、Ｓ_１’（ｔ）、Ｓ_２’（ｔ）をそれぞれＳ_１（ｔ）、Ｓ_２（ｔ）と置き換え、両辺にＳ_１ ^＊（ｔ）を乗じてアンサンブル平均をとると、次の数７及び数８が得られる。
［数７］ Ｅ［ｘ_１（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］＝Ｅ［ｈ_１１Ｓ_１（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］＋Ｅ［ｈ_１２Ｓ_２（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］＋Ｅ［ｎ_１（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］
［数８］ Ｅ［ｘ_２（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］＝Ｅ［ｈ_１２Ｓ_１（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］＋Ｅ［ｈ_２２Ｓ_２（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］＋Ｅ［ｎ_２（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］
ここでＥ［Ｓ１（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］＝１であり、また、基本的に各移動局から送信された信号Ｓ_１’（ｔ）とＳ_２’（ｔ）には相関関係がなく、信号Ｓ_１’（ｔ）と雑音成分にも相関関係がないため、Ｅ（Ｓ_２（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］＝０、Ｅ［ｎ_１（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］＝０、Ｅ［ｎ_２（ｔ）Ｓ_１ ^＊（ｔ）］＝０である。
従って、数７及び数８から、数５及び数６が導出できることになる。なお、これにより雑音成分の影響を数式上除去している。
【００２４】
ユーザＡ信号処理部５２における受信応答ベクトル推定部５２４は、数５及び数６に示した計算を行いｈ_１１及びｈ_１２を求め、ｈ_１１及びｈ_１２を成分とした受信応答ベクトルＨ_１を算出して受信ＤＤ比計算機５１に伝える。ユーザＢ信号処理部５３における受信応答ベクトル推定部は、同様の手順によりｈ_２１及びｈ_２２を求めて、ｈ_２１及びｈ_２２を成分とした受信応答ベクトルＨ_２を算出して受信ＤＤ比計算機５１に伝える。
【００２５】
受信ＤＤ比計算機５１は、受信応答ベクトルＨ_１、Ｈ_２に基づいて、次の数９に示すように、第１番目の移動局の、第２番目の移動局に対する受信ＤＤ比であるＤ１／Ｄ２を算出する。
［数９］ Ｄ１／Ｄ２＝｜Ｈ_１｜^２／｜Ｈ_２｜^２＝（｜ｈ_１１｜^２＋｜ｈ_１２｜^２）／（｜ｈ_２１｜^２＋｜ｈ_２２｜^２）
こうして、算出した受信ＤＤ比を、受信ＤＤ比計算機５１は制御部８０に伝える。
【００２６】
制御部８０は、伝えられた受信ＤＤ比を利用して、必要に応じて通信状態を変更させるための制御を行う。
図４は、受信ＤＤ比に関連した無線基地局１０００の動作を示すフローチャートである。
同図に示した動作は、例えば、１つのＴＤＭＡフレームを周期として繰り返し行われる。なお、受信応答ベクトルの算出は移動局からの信号を受信する１つのスロットにおいて行われる。
【００２７】
無線基地局１０００は、信号処理部５０において上述したように受信ＤＤ比、即ちＤ１／Ｄ２を算出し（ステップＳ１１）、制御部８０は、そのＤ１／Ｄ２が−２０ｄＢから２０ｄＢの範囲外であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。なお、ここでは、Ｄ１／Ｄ２を、その常用対数をとって１０倍した値、即ちデシベルの単位で表現している。本明細書中では、受信ＤＤ比を数値と比較する際においては受信ＤＤ比をデシベル値として扱う。
【００２８】
Ｄ１／Ｄ２が、−２０ｄＢから２０ｄＢの範囲外である場合には、制御部８０は、弱い電力の移動局のチャネルを切り替える制御を行う（ステップＳ１３）。即ち、Ｄ１／Ｄ２が負の値であれば第１の移動局に対して、Ｄ１／Ｄ２が正の値であれば第２の移動局に対して、ＰＨＳ規格で定められた手順に従い、現在と異なるチャネルを割り当ててその旨を通知し、その割り当てたチャネルで通信を行うようにさせる制御を行う。
【００２９】
Ｄ１／Ｄ２が、−２０ｄＢから２０ｄＢの範囲外でない場合には、制御部８０は、Ｄ１／Ｄ２が−１ｄＢから１ｄＢの範囲外であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。
Ｄ１／Ｄ２が、−１ｄＢから１ｄＢの範囲外である場合には、制御部８０は、所定の送信電力上限の範囲内で、弱い電力の移動局に対しては送信電力を強めさせ、強い電力の移動局に対しては送信電力を弱めさせる制御、いわゆる送信電力制御を行う（ステップＳ１５）。
【００３０】
なお、ステップＳ１４において、Ｄ１／Ｄ２が、−１ｄＢから１ｄＢの範囲外でない場合には、制御部８０は特に通信状態を変更させるための制御を行わない。これは、一般に、多重基地局で移動局からの電波を受信する場合に、全ての移動局からの電波がほぼ同一電力で受信されたときの通信品質が最も良いとされるため、受信ＤＤ比が０ｄＢに近いと通信品質が良好であると判断できるからである。
【００３１】
このように、無線基地局１０００は、受信ＤＤ比を算出して通信品質の指標として用い、この指標に応じて送信電力制御等を行うので、ある移動局が移動して物陰に入るシャドウイング等により受信ＤＤ比が０ｄＢから離れたときにも、早急に送信電力制御や通信チャネルの変更等により対応することができる。
＜実施の形態２＞
以下、本発明の実施の形態２に係る無線基地局について、図を用いて説明する。
【００３２】
＜構成＞
図５は、実施の形態２に係る無線基地局２０００の構成を示すブロック図である。
無線基地局２０００は、実施の形態１で示した無線基地局１０００に加えて、移動局毎についての受信電力レベル（ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅ ＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）を算出して、この移動局毎の受信電力レベルに応じて、送信電力制御等の制御を行う機能を有するものである。なお、ＲＳＳＩは受信している電波信号の強さを数値化したものである。
【００３３】
同図に示すように、無線基地局２０００は、アンテナ１１、１２、無線部２１、２２、信号処理部５０、モデム部６０、ベースバンド部７０、制御部８１、ＲＳＳＩ計算機９１及びユーザ別ＲＳＳＩ計算機９２を備える。なお、実施の形態１に示した無線基地局１０００と同一構成の部分は、同図中、図１と同一の符号を付しており、説明を省略する。
【００３４】
ここで、ＲＳＳＩ計算機９１は、アンテナ１１及び１２が受信した信号のうち最も高いＲＳＳＩを出力するものであり、一般の無線基地局に備えられているものと同等である。
ユーザ別ＲＳＳＩ計算機９２は、各移動局毎についての受信電力レベルを算出し、制御部８１に伝えるものである。
【００３５】
制御部８１は、実施の形態１に示した制御部８０の機能に加えて、各移動局毎についての受信電力レベルに応じて、送信電力制御等を行う機能を有するものである。
＜動作＞
以下、以上の構成を備える無線基地局２０００の動作について説明する
図６は、各移動局についてのＲＳＳＩの算出に関連した無線基地局２０００の動作を示すフローチャートである。
【００３６】
同図に示した動作は、例えば、１つのＴＤＭＡフレームを周期として繰り返し行われる。
まず、無線基地局２０００は、ＲＳＳＩ計算機９１により、アンテナから得られた信号に基づくＲＳＳＩを求め、また、実施の形態１で示したような手順で信号処理部５０により受信ＤＤ比を算出する（ステップＳ２１）。ＲＳＳＩ計算機９１は、受信信号ｘ_１（ｔ）及びｘ_２（ｔ）を順にｘ（ｔ）として次の数１０によりＲＳＳＩを計算して、計算結果のＲＳＳＩが大きいものを出力する。なお、ここではＲＳＳＩはデシベルの単位で表現することとし、通常の表現ではＲＸＰＯＷＥＲであることとする。
［数１０］ ＲＳＳＩ_ｄＢ＝１０ｌｏｇ（ＲＸＰＯＷＥＲ）＋α＝１０ｌｏｇ（Ｅ［ｘ（ｔ）ｘ^＊（ｔ）］） ［ｄＢ］
ここで、ｘ^＊（ｔ）はｘ（ｔ）の複素共役であり、Ｅはアンサンブル平均を表しており、ある程度の期間、ｔ＝１、２、・・・、ｎにおける平均値を意味する。
【００３７】
ユーザ別ＲＳＳＩ計算機９２は、ＲＳＳＩ計算機９１から出力されたＲＳＳＩと信号処理部５０の受信ＤＤ比計算機５１により算出された受信ＤＤ比を取得して、各移動局についてのＲＳＳＩを算出する（ステップＳ２２）。第１の移動局についてのＲＳＳＩをＲＳＳＩ_１とし、第２の移動局についてのＲＳＳＩをＲＳＳＩ_２とすると、ユーザ別ＲＳＳＩ計算機９２は、ＲＳＳＩ_１を次の数１１により算出し、ＲＳＳＩ_２を次の数１２により算出する。ここで、Ｄ１／Ｄ２は第１の移動局の第２の移動局に対する受信ＤＤ比である。
［数１１］ ＲＳＳＩ_１＝１０ｌｏｇ［ＲＸＰＯＷＥＲ×｛Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）｝］＝ＲＳＳＩ_ｄＢ＋１０ｌｏｇ｛Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）｝ ［ｄＢ］
［数１２］ ＲＳＳＩ_２＝ＲＳＳＩ_ｄＢ＋１０ｌｏｇ｛Ｄ２／（Ｄ１＋Ｄ２）｝ ［ｄＢ］
なお、受信ＤＤ比であるＤ１／Ｄ２をＮ１とおくと、数１１中のＤ１／（Ｄ１＋Ｄ２）はＮ１／（Ｎ１＋１）であり、数１２中のＤ２／（Ｄ１＋Ｄ２）は１／（Ｎ１＋１）である。
【００３８】
ユーザ別ＲＳＳＩ計算機９２は各移動局についてのＲＳＳＩの算出をすると、算出したＲＳＳＩを制御部８１に伝える。これを受けて制御部８１は、１つの移動局に着目し（ステップＳ２３）、着目している移動局についてのＲＳＳＩが所定の下限値と上限値との間にあるか否かを判断する（ステップＳ２４）。なお、制御部８１は、ＲＳＳＩがこれよりも小さいとその移動局からの信号が弱すぎて品質を維持したまま受信し抽出することができない値を下限値として予めメモリに保持し、また、ＲＳＳＩがこれよりも大きいとその移動局からの強すぎるという値を上限値として予めメモリに保持している。
【００３９】
着目している移動局についてのＲＳＳＩが、所定の下限値と上限値との間にない場合には、その移動局に対して送信電力を変更させる制御を行う（ステップＳ２５）。即ち、下限値より以下ならばその移動局に送信電力を上げるように通知し、上限値より以上であればその移動局に送信電力を下げるように通知する。
また、着目している移動局についてのＲＳＳＩが、所定の下限値と上限値との間にある場合にはステップＳ２５の処理をスキップする。
【００４０】
１つの移動局に着目してステップＳ２４、Ｓ２５の処理を行った後、制御部８１は、まだ着目していない移動局があれば（ステップＳ２６）、着目していない移動局に着目して（ステップＳ２７）、ステップＳ２４、Ｓ２５の処理を行う。こうして、全ての移動局に着目した後に図６に示した動作は終了する。
＜補足＞
以上、本発明に係る無線基地局等について、実施の形態１及び２に基づいて説明したが、本発明はこれら実施の形態に限られないことは勿論である。即ち、
（１）両実施形態では、ＰＨＳシステムにおける無線基地局及び移動局を例として説明したが、ＰＨＳシステムに限定されることはなく、空間多重方式を採る通信システムであれば、上述したような受信ＤＤ比やユーザ別ＲＳＳＩを算出して送信電力制御等の制御の判断基準となる通信品質を示す指標として用いる方式の利用が可能である。
（２）両実施形態で示した受信ＤＤ比や各移動局についてのＲＳＳＩは、様々な制御について実行を要するか否かの判断の基準として用いることができる指標であるため、実施の形態１で示した受信ＤＤ比に応じた制御（ステップＳ１２〜Ｓ１５）や、実施の形態２で示した移動局毎についてのＲＳＳＩに応じた制御（ステップＳ２４、Ｓ２５）以外にも、例えば弱い電力の移動局に対して通信する無線基地局を変更させるハンドオーバの指示を出す等、様々な制御に利用できる。
【００４１】
また、受信ＤＤ比と移動局毎についてのＲＳＳＩとの両方を参照して送信電力制御等の実行可否を判断することとしてもよい。これにより、例えば、第１の移動局と第２の移動局との受信ＤＤ比、即ちＤ１／Ｄ２が、−１ｄＢから１ｄＢの範囲外にあった場合において、各移動局についてのＲＳＳＩのうち小さい値の方が所定上限値より小さければ、ＲＳＳＩの小さい移動局に対して送信電力を強くさせ、また、各移動局についてのＲＳＳＩのうち大きい値の方が所定下限値より大きければ、ＲＳＳＩの大きい移動局に対して送信電力を弱くさせる等の制御が可能となる。
（３）図４で示した手順や図６で示した手順は、１つのＴＤＭＡフレームについて１回実行することとしたが、必ずしも全フレームについて実行しなければならないものではない。また、数フレーム分について受信ＤＤ比の平均値を算出するようにし、この平均値に基づいて送信電力制御等の制御判断及び制御処理を行うこととしてもよい。なお、１つのＴＤＭＡフレーム毎や時分割による受信タイムスロット毎等、短い時間毎に受信ＤＤ比を求めると、伝播路の変化等に迅速に対応することができるようになる。
（４）実施の形態１で示した伝播路の推定方法、即ち受信応答ベクトルの算出方法については、同等に雑音成分を除去して受信応答ベクトルを算出するものであれば、他の伝播路推定アルゴリズムを用いて行うこととしてもよい。
（５）実施の形態１では、空間多重方式で２本のアンテナを用い２つの移動局について多重している例を示したが、それ以上の数のアンテナを用いて、更に多くの移動局について多重している場合においても、基本的に同じ原理により、受信ＤＤ比や移動局別のＲＳＳＩを求めることができ、これに基づいて制御を行うことができる。
【００４２】
例えば、アンテナが３本であり３つの移動局について多重している場合には、実施の形態１でｈ_１１、ｈ_１２、ｈ_２１及びｈ_２２を求めたのと同様に、ｈ_１１〜ｈ_３３までを求めることにより、ｈ_１１、ｈ_１２及びｈ_１３を成分とする受信応答ベクトルＨ_１と、ｈ_２１、ｈ_２２及びｈ_２３を成分とする受信応答ベクトルＨ_２と、ｈ_３１、ｈ_３２及びｈ_３３を成分とする受信ベクトルＨ_３とを得て、次の数１３及び数１４で受信ＤＤ比であるＤ１／Ｄ２、Ｄ１／Ｄ３を求めて、これらに基づいて送信電力制御等の実行要否を判断することとすればよい。
［数１３］ Ｄ１／Ｄ２＝｜Ｈ_１｜^２／｜Ｈ_２｜^２＝（｜ｈ_１１｜^２＋｜ｈ_１２｜^２＋｜ｈ_１３｜^２）／（｜ｈ_２１｜^２＋｜ｈ_２２｜^２＋｜ｈ_２３｜^２）
［数１４］ Ｄ１／Ｄ３＝｜Ｈ_１｜^２／｜Ｈ_３｜^２＝（｜ｈ_１１｜^２＋｜ｈ_１２｜^２＋｜ｈ_１３｜^２）／（｜ｈ_３１｜^２＋｜ｈ_３２｜^２＋｜ｈ_３３｜^２）
判断及び制御としては、Ｄ１／Ｄ２が−２０ｄＢ＜Ｄ１／Ｄ２＜２０ｄＢを満たさない場合、又は、Ｄ１／Ｄ３が−２０ｄＢ＜Ｄ１／Ｄ３＜２０ｄＢを満たさない場合には、ステップＳ１３と同様に弱い電力の移動局のチャネルを切り替える制御を行うこと等が考えられる。
（６）実施の形態２では、ＲＳＳＩ計算機９１がアンテナ１１及び１２が受信した信号のうち最も高い受信電力レベル（ＲＳＳＩ）を出力することとしたが、ＲＳＳＩ計算機９１は、各アンテナから受信した信号についての受信電力レベルの平均値を出力することとしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る通信品質測定装置は、複数のアンテナを具備し、複数の送信装置と空間を分割することにより同時同一周波数に多重して無線通信する受信装置に備えられ、前記受信装置は、受信電力を測定する手段を備え、複数の送信装置それぞれについて、当該送信装置から送信された信号が前記複数のアンテナのそれぞれに到達するまでの伝播路を示す複素数を成分とする受信応答ベクトルを計測し、計測した複数の送信装置についての受信応答ベクトルの成分の大きさの２乗の和の比から受信電力比を算出し、前記受信電力比と前記受信装置での受信電力から送信装置ごとの受信電力を測定し、所定の通信品質を保持できるか否かを判断することを特徴とする。
この通信品質測定装置の出力する受信電力比を判断の指標として用いることにより、受信装置は、例えば送信電力制御等の実行要否を適切に判断することができるようになる。
なお、受信応答ベクトルは、後述する数３〜数８とこれに関連した説明において示す方法等で求められるものであるため、雑音成分による影響が取り除かれており、２つの受信応答ベクトルの大きさから算出される受信電力比は、雑音成分の影響を受けない。従って、送信電力制御等の実行要否の指標として優れている。
また、本発明に係る受信装置は、複数の送信装置と空間を分割することにより同時同一周波数に多重して無線通信する受信装置であって、複数のアンテナと、複数の送信装置それぞれについて、送信装置から送信された信号が前記複数のアンテナのそれぞれに到達するまでの伝播路を示す複素数を成分とする受信応答ベクトルを算出する受信応答ベクトル算出手段と、算出された複数の送信装置についての受信応答ベクトルの成分の大きさの２乗の和の比から受信電力比を算出する受信電力比算出手段と、算出された前記受信電力比が、所定の通信品質を保持できる値ではない場合に、少なくとも１つの送信装置の送信電力または通信チャネルを変更する制御手段を備えることを特徴とする。
【００４４】
これにより、各送信装置からの受信電力の差が大きくなった場合に、その差を小さくするための送信電力制御等を実行することができ、この結果、各送信装置についての通信データを多重された信号中から適切に分離抽出することができるようになる。
また、前記受信装置は、前記空間分割方式に加えて時分割多重方式を用いて無線通信を行い、前記受信応答ベクトル算出手段は、時分割による受信タイムスロット毎に前記受信応答ベクトルを算出し、前記受信電力比算出手段は、前記受信タイムスロット毎に前記受信電力比を算出してもよい。
【００４５】
これにより、通信状況の変化に迅速に対応して送信電力制御等を行うことが可能になる。
また、本発明に係る受信装置は、複数の送信装置と空間を分割することにより同時同一周波数に多重して無線通信する受信装置であって、複数のアンテナと、複数の送信装置それぞれについて、送信装置から送信された信号が前記複数のアンテナのそれぞれに到達するまでの伝播路を示す複素数を成分とする受信応答ベクトルを算出する受信応答ベクトル算出手段と、算出された複数の送信装置についての受信応答ベクトルの成分の大きさの２乗の和の比から受信電力比を算出する受信電力比算出手段と、前記複数のアンテナが受信した信号についての受信電力レベルを測定する受信電力レベル測定手段と、測定された前記受信電力レベルと算出された前記受信電力比に基づき、送信装置毎についての受信電力レベルを算出する送信装置別受信電力レベル算出手段と、算出された送信装置毎についての受信電力レベルに基づいて、所定の通信品質を保持できる値ではない場合に、少なくとも１つの送信装置の送信電力または通信チャネルを変更する制御判断手段とを備えることを特徴とする。
【００４６】
これにより、各送信装置についてのＲＳＳＩに応じて、例えばＲＳＳＩが所定の数値範囲に収まるように各送信装置に送信電力を変更させる制御を行うことや、ＲＳＳＩが所定の数値範囲内に収まっている移動局に対しては受信ＤＤ比等に基づく送信電力制御を行わないようにすること等が可能となる。
また、本発明に係る通信品質測定方法は、複数の送信装置と空間を分割することにより同時同一周波数に多重して無線通信する受信装置において、各送信装置との通信状態を変更する制御の要否を判断するための基準となる指標である受信電力比を算出するための無線通信品質測定方法であって、複数の送信装置それぞれについて、送信装置から送信された信号が前記複数のアンテナのそれぞれに到達するまでの伝播路を示す複素数を成分とする受信応答ベクトルを算出する受信応答ベクトル算出ステップと、前記受信応答ベクトル算出ステップにより算出された複数の送信装置についての受信応答ベクトルの成分の大きさの２乗の和の比から受信電力比を算出する受信電力比算出ステップとを含むことを特徴とする。
【００４７】
この方法を用いれば、無線基地局は、雑音成分にあまり影響を受けない受信電力比、即ち受信ＤＤ比により、例えば送信電力制御等の実行要否を適切に判断することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る無線基地局１０００の構成を示すブロック図である。
【図２】信号処理部５０の構成を示すブロック図である。
【図３】ユーザＡ及びユーザＢの各移動局から送信された信号を無線基地局が受信する様子を示す図である。
【図４】受信ＤＤ比に関連した無線基地局１０００の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態２に係る無線基地局２０００の構成を示すブロック図である。
【図６】各移動局についてのＲＳＳＩの算出に関連した無線基地局２０００の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１，１２ アンテナ
２１，２２ 無線部
５０ 信号処理部
５１ 受信ＤＤ比計算機
５２ ユーザＡ信号処理部
５３ ユーザＢ信号処理部
６０ モデム部
７０ ベースバンド部
８０，８１ 制御部
９１ ＲＳＳＩ計算機
９２ ユーザ別ＲＳＳＩ計算機
１１１ 送信部
１１２ 受信部
５２１ 判定部
５２２ メモリ
５２３ ウェイトベクトル計算機
５２４ 受信応答ベクトル推定部
１０００，２０００ 無線基地局

Claims (5)

1. 複数のアンテナを具備し、
   複数の送信装置と空間を分割することにより同時同一周波数に多重して無線通信する受信装置に備えられ、
   前記受信装置は、受信電力を測定する手段を備え、
   複数の送信装置それぞれについて、当該送信装置から送信された信号が前記複数のアンテナのそれぞれに到達するまでの伝播路を示す複素数を成分とする受信応答ベクトルを計測し、計測した複数の送信装置についての受信応答ベクトルの成分の大きさの２乗の和の比から受信電力比を算出し、前記受信電力比と前記受信装置での受信電力から送信装置ごとの受信電力を測定し、所定の通信品質を保持できるか否かを判断することを特徴とする無線通信品質測定装置。
2. 複数の送信装置と空間を分割することにより同時同一周波数に多重して無線通信する受信装置であって、
   複数のアンテナと、
   複数の送信装置それぞれについて、送信装置から送信された信号が前記複数のアンテナのそれぞれに到達するまでの伝播路を示す複素数を成分とする受信応答ベクトルを算出する受信応答ベクトル算出手段と、
   算出された複数の送信装置についての受信応答ベクトルの成分の大きさの２乗の和の比から受信電力比を算出する受信電力比算出手段と、
   算出された前記受信電力比が、所定の通信品質を保持できる値ではない場合に、少なくとも１つの送信装置の送信電力または通信チャネルを変更する制御手段を備える
   ことを特徴とする受信装置。
3. 前記受信装置は、前記空間を分割する方式に加えて時分割多重方式を用いて無線通信を行い、前記受信応答ベクトル算出手段は、時分割による受信タイムスロット毎に前記受信応答ベクトルを算出し、前記受信電力比算出手段は、前記受信タイムスロット毎に前記受信電力比を算出することを特徴とする請求項２記載の受信装置。
4. 複数の送信装置と空間を分割することにより同時同一周波数に多重して無線通信する受信装置であって、
   複数のアンテナと、
   複数の送信装置それぞれについて、送信装置から送信された信号が前記複数のアンテナのそれぞれに到達するまでの伝播路を示す複素数を成分とする受信応答ベクトルを算出する受信応答ベクトル算出手段と、
   算出された複数の送信装置についての受信応答ベクトルの成分の大きさの２乗の和の比から受信電力比を算出する受信電力比算出手段と、
   前記複数のアンテナが受信した信号についての受信電力レベルを測定する受信電力レベル測定手段と、
   測定された前記受信電力レベルと算出された前記受信電力比に基づき、送信装置毎についての受信電力レベルを算出する送信装置別受信電力レベル算出手段と、
   算出された送信装置毎についての受信電力レベルに基づいて、所定の通信品質を保持できる値ではない場合に、少なくとも１つの送信装置の送信電力または通信チャネルを変更する制御判断手段とを備える
   ことを特徴とする受信装置。
5. 複数の送信装置と空間を分割することにより同時同一周波数に多重して無線通信する受信装置において、各送信装置との通信状態を変更する制御の要否を判断するための基準となる指標である受信電力比を算出するための無線通信品質測定方法であって、
   複数の送信装置それぞれについて、送信装置から送信された信号が前記複数のアンテナのそれぞれに到達するまでの伝播路を示す複素数を成分とする受信応答ベクトルを算出する受信応答ベクトル算出ステップと、
   前記受信応答ベクトル算出ステップにより算出された複数の送信装置についての受信応答ベクトルの成分の大きさの２乗の和の比から受信電力比を算出する受信電力比算出ステップとを含む
   ことを特徴とする無線通信品質測定方法。

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