JP3664943B2 - CDMA base station array antenna directivity forming apparatus - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＤＭＡ基地局アレイ・アンテナ指向性形成装置に関し、特に基地局・移動局間で伝送される信号の伝送速度として、高速及び低速に大別される複数の伝送速度に対応可能な手段を備えたＣＤＭＡ基地局アレイ・アンテナ指向性形成装置に属する。
【０００２】
【従来の技術】
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access)方式による移動通信システムの、各移動局との間で信号の伝送を行うＣＤＭＡ基地局において、複数のアンテナ素子を配列したアレイ・アンテナを用い、これら複数のアンテナ素子で送受信される信号に対し、各移動局ごとに、適正な重み付けを施すことにより、その移動局の方向にビームが向けられた指向性を形成することができ、他移動局との干渉を低減することができる。例えば、各アンテナ素子について、各移動局に対する信号とその移動局に対する重み付けの積を、移動局分線形加算することにより、複数の移動局に対する指向性を同時に、独立して形成することができる。
【０００３】
ここで、ＣＤＭＡ方式の場合、複数の移動局それぞれに対する信号は、それぞれ別個の符号で変調されているので、複数のアンテナ素子で送信される信号に対し、同一符号で変調された信号どうしがその移動局の方向と直交する面で同相となるように位相制御することにより、その移動局の方向にビームを向ける指向性を形成することができる。また、ＣＤＭＡ方式では、複数の移動局の符号間に相関性が無いように選定されているので、これら複数の移動局に対する指向性を同時に、かつ独立して形成することができる。
【０００４】
以上の説明は基地局から電波を発射（送信）して移動局で受信する、下り回線に関するものであるが、移動局から発射した電波を基地局で受信する、上り回線に関しても、同一符号の信号に対し同一位相とすることにより、その移動局の方向に向いた指向性を形成することができる。
【０００５】
このように、アレイ・アンテナを利用して指向性を形成することにより、着目した送信対象の移動局以外の移動局への干渉は低減され、また、着目した受信対象の移動局以外の移動局からの干渉は低減されて、オムニセル方式や固定セクタ方式による基地局に比べて、チャネル容量を増大させることができ、また、通信品質を改善することができる、といった長所が得られる。
【０００６】
また、このような、着目した通信対象の移動局方向に向いた指向性を形成するのに加えて、着目通信対象局以外の移動局の方向に対してはヌル点が向けられるような指向性とすることができ、これにより、下り回線の場合、着目した通信対象の移動局に対しては強い信号で送信しても、他の移動局に対しては信号レベルを絞ることができるので、他の移動局に対する干渉を低減することができ、上り回線の場合には、着目した通信対象の移動局からの信号を強く受信することができ、かつ他の移動局からの信号による干渉を低減することができる。すなわち、着目した通信対象の移動局の信号Ｓと、その他の移動局の（移動局への、或は移動局からの）干渉信号Ｉとの比、ＳＩＲの改善がそれぞれの移動局に対して実現でき、前述の場合と同様に、チャネル容量の増大、通信品質の改善という長所が得られる。
【０００７】
このような、特定の方向に向く指向性を形成するだけでなく、他の方向にヌル点を持つような指向性を実現する方法としては、特定移動局からの信号をＳ、特定局以外の、複数の干渉移動局の信号の総和をΣＩとしたとき、ＳＩＲすなわちＳ／ΣＩが最大となるようなアルゴリズムにより実現することができ、その一例として、ＬＭＳ（Least Mean Square)アルゴリズムなどが知られている。
【０００８】
このようなアルゴリズムを利用することにより、まず、各移動局の上り回線の信号を利用して、その移動局に対する指向性を、この移動局の方向に向くようにすると同時に、他の移動局に対してはヌル点が向くような指向性として形成することができ、またこの移動局に対する下り回線の指向性も、上り回線の指向性をを利用して形成することができる。
【０００９】
このようなＣＤＭＡ基地局に対する、サービス対象の移動局の数は増加する傾向にあり、アレイ・アンテナの性質として、指向性に形成できるヌル点の数には上限があるために、全ての干渉移動局に対してヌル点を向けることができなくなることになる。例えば、アレイ・アンテナのアンテナ素子数をＭとすると、ヌル点が形成できる数は（Ｍ−１）であり、干渉移動局数Ｎが（Ｍ−１）より大きくなると、（Ｎ−Ｍ＋１）局にはヌル点が形成できなくなる。
【００１０】
一方、ＣＤＭＡセルラー方式を採用している基地局があり、この基地局等では、高速及び低速に大別される複数の伝送速度に対応するように構成されている。このような基地局では、伝送速度が変化しても誤り率等を含む通信品質に差異が生じないようにするために、伝送速度が変わっても、雑音及び干渉に対するデータ（信号）１ビット当りのエネルギー比を一定に保つ必要がある。このことは、伝送速度が速い移動局に対する送信電力は高く、また、その移動局からも高い電力で送信されていることを意味する。
【００１１】
このような基地局では、移動局数がアンテナ素子数より多い場合、上り回線の指向性は、着目した通信対象の移動局の方向にその指向性のビーム方向を向けると共に、大電力で送信している、他の高速伝送の移動局の方向にヌル点が向けられるように形成され、下り回線の指向性は、上り回線の指向性を基にして、これと同様に、着目した通信対象の移動局の方向にその指向性のビームが向けられ、他の高速伝送移動局方向にヌル点が向けられるように形成される。
【００１２】
このようなＣＤＭＡ基地局アレイ・アンテナ指向性形成装置の一例を図２に示す。この図２には、指向性形成に関係する、アレイ・アンテナ１（アンテナ素子１ｅ１〜１ｅＭを含む）、受信機３−１〜３−Ｍ、及び送信機１１−１〜１１−Ｍ等も表示されている。
【００１３】
この例では、まず、共通上り回線合成部４により、受信機３−１〜３−Ｍでベースバンド信号にダウンコンバートされた信号を合成して移動局選択部（図示省略）へ送り、サービスエリアからの信号を選択受信し、この移動局選択部からの選択移動局設定信号ＨＳ１〜ＨＳＪ，ＬＳ１〜ＬＳＫに従い、受信機３−１〜３−Ｍからの信号に基づいて各上り回線の指向性を形成する。
【００１４】
この上り回線の指向性を形成する部分は、選択移動局設定信号のうちの高速用の信号ＨＳ１〜ＨＳＪに従い、受信機３−１〜３−Ｍからの信号に基づいて、複数（Ｊ個、但しＪ≦Ｍ−１）の高速伝送移動局（以下、単に高速伝送局ということがある）それぞれに対し、その高速伝送移動局の方向にビーム方向が向けられ、かつ他の高速伝送移動局の方向ではヌルとなるような指向性を形成してこの指向性で受信したその高速伝送移動局の信号（ＨＵＬ１〜ＨＵＬＪ）を対応する上り回線に出力する高速伝送局用上り回線アダプティブ・アレイ部５−１〜５−Ｊと、選択移動局設定信号のうちの低速用の信号ＬＳ１〜ＬＳＫに従い、受信機３−１〜３−Ｍからの信号に基づいて、複数（Ｋ個、この例では、全移動局の数（Ｊ＋Ｋ）がアンテナ素子数Ｍ以上の場合であるので、Ｊ＋Ｋ≧Ｍ、従って、
Ｋ≧Ｍ−Ｊ）の低速伝送移動局（以下、単に低速移動局ということがある）それぞれに対し、その低速伝送移動局の方向にビーム方向が向けられ、かつ全ての高速伝送移動局方向ではヌルとなるような指向性を形成してこの指向性で受信したその低速伝送移動局の信号（ＬＵＬ１〜ＬＵＬＫ）を対応する上り回線に出力する低速伝送局用上り回線アダプティブ・アレイ部６−１〜６−Ｋと、を備えた構成となっている。
【００１５】
また、下り回線の指向性形成部分は、まず、選択移動局設定信号のうちの高速用の信号ＨＳ１〜ＨＳＪに従い、受信機３−１〜３−Ｍからの信号に基づいて、各高速伝送移動局からの電波の到来方向（到来方向信号ＨＤＲ１〜ＨＤＲＪ）を推定する到来方向推定部７−１〜７−Ｊと、各高速伝送移動局への下り回線信号ＨＤＬ１〜ＨＤＬＪそれぞれを、到来方向信号ＨＤＲ１〜ＨＤＲＪに基づいて、その高速伝送移動局の方向にビーム方向が向けられ、かつ他の高速伝送移動局全ての方向ではヌルとなるようなアンテナ指向性で送信できるように、各アンテナ素子１ｅ１〜１ｅＭに対し、分配制御する高速伝送局用下り回線指向性形成部１２−１〜１２−Ｊと、各低速伝送移動局への下り回線信号ＬＤＬ１〜ＬＤＬＫそれぞれを、到来方向信号ＨＤＲ１〜ＨＤＲＪに基づいて、その低速伝送移動局の方向にビーム方向が向けられ、かつ全高速伝送移動局の方向ではヌルとなるような指向性で送信できるように、各アンテナ素子１ｅ１〜１ｅＭに対し、分配制御する低速伝送局用下り回線指向性形成部１３−１〜１３−Ｋと、高速伝送局用下り回線指向性形成部１２−１〜１２−Ｊ及び低速伝送局用下り回線指向性形成部１３−１〜１３−Ｋの分配出力信号を、各アンテナ素子１ｅ１〜１ｅＭそれぞれへの分配出力信号単位に合成して対応する送信機（１１−１〜１１−Ｍ）へ供給する合成部１０と、を備えた構成となっている。
【００１６】
なお、各移動局（高速、低速とも）の方向に向けられたビームの幅は、ヌルの形成される位置や数等によって定まり、一様ではなく、狭い場合もあれば広い場合もある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＣＤＭＡ基地局アレイ・アンテナ指向性形成装置は、高速伝送移動局及び低速伝送移動局の総数がアンテナ素子１ｅ１〜１ｅＭの数Ｍより多い場合に、上り回線では、送信電力の大きい高速伝送移動局に対しては、高速伝送局用上り回線アダプティブ・アレイ部５−１〜５−Ｊにより、その高速伝送移動局の方向にビームが向けられ、かつ他の高速伝送移動局の方向ではヌルとなるような指向性を形成し、低速伝送移動局に対しては、低速伝送局用上り回線アダプティブ・アレイ部６−１〜６−Ｋにより、その低速伝送移動局の方向にビームが向けられ、かつ全高速伝送移動局の方向ではヌルとなるような指向性を形成しているのに対し、下り回線でも同様に、高速伝送移動局に対しては、高速伝送局用下り回線指向性形成部１２−１〜１２−Ｊにより、その高速伝送移動局方向にビームが向き、他の高速伝送移動局方向ではヌルとなるような指向性を形成し、低速伝送移動局に対しては、その低速伝送移動局方向にビームが向けられ、全高速伝送移動局方向ではヌルとなるような指向性を形成する構成となっているので、下り回線における、送信電力の大きい高速伝送移動局の指向性は、そのヌル点が他の高速伝送移動局方向のみであるため、この高速伝送移動局の送信信号成分が低速伝送移動局方向には放射されることになり、これら低速伝送移動局に対し干渉電波、妨害電波となって、その通信品質が低下するという問題点がある。
【００１８】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、高速伝送移動局及び低速伝送移動局の総数がアンテナ素子数以上である場合に、高速伝送移動局の大電力送信信号による、低速伝送移動局を含む他移動局に対する干渉、妨害を低減することができてその通信品質を向上させることができるＣＤＭＡ基地局アレイ・アンテナ指向性形成装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＤＭＡ基地局アレイ・アンテナ指向性形成装置は、ＣＤＭＡ方式による移動通信システムにおける基地局の、複数のアンテナ素子が配列されて成るアレイ・アンテナで受信される複数の高速伝送移動局及び低速伝送移動局それぞれの信号に対し、受信アンテナ指向性に基づく制御を行う上り回線指向性形成手段と、前記複数の高速伝送移動局及び低速伝送移動局それぞれへの送信信号に対し、送信アンテナ指向性に基づく制御を行う下り回線指向性形成手段と、を備え、前記複数の高速伝送移動局及び低速伝送移動局の総数が前記アレイ・アンテナのアンテナ素子数以上となる場合の、ＣＤＭＡ基地局アレイ・アンテナ指向性形成装置であって、上記目的を達成するために、前記下り回線指向性形成手段が、次の各構成を有することを特徴とする。
（イ）前記アレイ・アンテナで受信された信号に基づいて、前記複数の高速伝送移動局それぞれからの電波の到来方向を推定し、高速伝送移動局の到来方向信号を生成する到来方向推定部
（ロ）前記複数の高速伝送移動局への下り回線信号それぞれに対し、前記到来方向推定部で生成された高速伝送移動局の到来方向信号に基づいて、その高速伝送移動局の方向にビーム方向が向き、そのビーム幅が、前記複数のアンテナ素子によるアレイ・アンテナで形成可能なヌル点を有する指向性全てのうちの最も狭いビーム幅と同等かそれより狭い狭ビームの送信アンテナ指向性で送信されるように制御する、複数の高速伝送移動局用下り回線狭ビーム指向性形成部
（ハ）前記複数の低速伝送移動局への下り回線信号それぞれに対し、前記到来方向推定部で生成された、（ロ）項と共通の高速伝送移動局の到来方向信号により複数の高速伝送移動局の方向全てでヌルとなる指向性で送信されるように制御する、複数の低速伝送移動局用下り回線ヌル型指向性形成部
【００２０】
また、前記ＣＤＭＡ基地局アレイ・アンテナ指向性形成装置に加え、高速伝送移動局の数がアレイ・アンテナのアンテナ素子数以上となった場合には、これら高速伝送移動局のうちから最大で前記アンテナ素子数より１つ小さい数の高速伝送移動局を選択、設定する、高速伝送移動局選択手段を設け、複数の低速伝送移動局用下り回線ヌル型指向性形成部による指向性のヌル方向の対象となる複数の高速伝送移動局を、前記高速伝送移動局選択手段で選択、設定した数の高速伝送移動局とした、構成を有している。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態は、複数の高速伝送移動局及び低速伝送移動局の総数がアレイ・アンテナのアンテナ素子数以上となる場合の、下り回線指向性形成手段として、アレイ・アンテナで受信された信号に基づいて、複数の高速伝送移動局それぞれからの電波の到来方向を推定する到来方向推定部と、上記複数の高速伝送移動局への下り回線信号それぞれに対し、上記到来方向推定部で推定された電波の到来方向に基づいて、その高速伝送移動局の方向にビーム方向が向き、そのビーム幅が、上記複数のアンテナ素子によるアレイ・アンテナで形成可能なヌル点を有する全ての指向性のうちの最も狭いビーム幅と同等かそれより狭い狭ビームの送信アンテナ指向性で送信されるように制御する、複数の高速伝送移動局用下り回線狭ビーム指向性形成部と、複数の低速伝送移動局への下り回線信号それぞれに対し、上記到来方向推定部で推定された複数の高速伝送移動局の方向全てでヌルとなる指向性で送信されるように制御する、複数の低速伝送移動局用下り回線ヌル型指向性形成部と、を有する構成となっている。
【００２２】
このような構成とすることにより、高速伝送移動局の大電力送信信号が狭ビーム指向性送信であるので、高速伝送移動局及び低速伝送移動局の総数がアンテナ素子数以上あって、ヌル点が向けられない低速伝送移動局をはじめ、他の高速伝送移動局に対する干渉、妨害を低減することができて、その通信品質を向上させることができ、また、狭ビームとした分、基地局からの送信パワーが変わらないものとすれば、受信レベルを上げることができて、その高速伝送移動局の通信品質を向上させることができ、受信信号レベルを同一とすれば基地局からの送信電力を減少させることができてこの結果、更に他の移動局に対する干渉、妨害を低減させることができる。また、低速伝送移動局の送信信号は、高速伝送移動局方向にヌルを向ける指向性で送信されるので、この送信信号による高速伝送局に対する干渉、妨害が減少し、通信品質の向上につながり、通信品質が一定レベルで保たればよいものとすれば、高速伝送移動局への送信電力を低減することができ、他の移動局への干渉、妨害を低減することができる。
【００２３】
このように、高速伝送移動局に対する狭ビーム指向性送信、及び低速伝送移動局に対する高速伝送局方向ヌル型指向性送信によって、大電力送信を必要とする高速伝送移動局への送信電力を減少させることができれば、他移動局への干渉、妨害を低減させるだけでよく、電力を減少させる分、通信容量の増大をはかることができる。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例を示すブロック図である。
この実施例において、アレイ・アンテナ１、空中線共用器２−１〜２−Ｍ、受信機３−１〜３−Ｍ、共通上り回線合成部４、高速伝送局用上り回線アダプティブ・アレイ部５−１〜５−Ｊ、低速伝送局用上り回線アダプティブ・アレイ部６−１〜６−Ｋ、到来方向推定部７−１〜７−Ｊ、合成部１０、及び送信機１１−１〜１１−Ｍは、図２に示されたものと同様の機能をはたし、高速伝送局用上り回線アダプティブ・アレイ部５−１〜５−Ｊ及び低速伝送局用上り回線アダプティブ・アレイ部６−１〜６−Ｋにより、上り回線指向性形成手段を構成する。
【００２５】
この実施例における下り回線指向性形成手段は、前述の到来方向推定部７−１〜７−Ｊと、複数の高速伝送移動局への下り回線信号ＨＤＬ１〜ＨＤＬＪそれぞれを、その高速伝送移動局の到来方向信号（ＨＤＲ１〜ＨＤＲＪのうちの１つ）に基づいて、その高速伝送移動局の方向にビーム方向が向き、かつそのビーム幅が、複数のアンテナ素子１ｅ１〜１ｅＭによるアレイ・アンテナ１で形成可能なヌル点を有する指向性全てのうちの最も狭いビーム幅と同等かそれより狭い狭ビームの送信アンテナ指向性で送信できるように、各アンテナ素子１ｅ１〜１ｅＭに対し分配制御する、複数の高速伝送局用下り回線狭ビーム指向性形成部８−１〜８−Ｊと、複数の低速伝送移動局への下り回線信号ＬＤＬ１〜ＬＤＬＫそれぞれを、到来方向信号ＨＤＲ１〜ＨＤＲＪに基づいて、複数の高速伝送移動局の方向全てでヌルとなるような送信アンテナ指向性で送信できるように、各アンテナ素子１ｅ１〜１ｅＭに対し分配制御する、複数の低速伝送局用下り回線ヌル型指向性形成部９−１〜９−Ｋと、複数の高速伝送局用下り回線狭ビーム指向性形成部８−１〜８−Ｊ及び低速伝送局用下り回線ヌル型指向性形成部９−１〜９−Ｋの分配出力信号を、各アンテナ素子１ｅ１〜１ｅＭそれぞれに対する分配出力信号単位に合成して対応する送信機（１１−１〜１１−Ｍ）へ供給する合成部１０と、を備えて構成される。
【００２６】
この実施例においては、大電力送信を必要とする複数の高速伝送移動局への送信信号が、高速伝送局用下り回線狭ビーム指向性形成部８−１〜８−Ｊによって狭ビームの指向性で送信されるので、高速伝送移動局及び低速伝送移動局の総数（Ｊ＋Ｋ）がアンテナ素子数Ｍ以上であっても、着目した通信対象の高速伝送移動局からの送信信号による、ヌル点が向けられない複数の低速伝送移動局をはじめ、他の高速伝送移動局に対する干渉、妨害を低減することができて、その通信品質を向上させることができ、また、基地局からの送信電力レベルが変わらないものとすれば、狭ビームとした分、受信レベルを上げることができてその高速伝送移動局の通信品質を向上させることができる。また逆に、受信レベルが変わらないようにすると、基地局からの送信電力レベルを狭ビームとした分、下げることができ、この結果、複数の低速伝送移動局及び他の高速伝送移動局への干渉、妨害を更に低減することができる。
【００２７】
また、この実施例においては、低速伝送局用下り回線ヌル型指向性形成部９−−１〜９−Ｋによって、低速伝送移動局への送信信号は、高速伝送移動局全ての方向に対してヌルが向けられた指向性で送信されるので、これら低速伝送移動局への送信信号による高速伝送移動局に対する干渉妨害を低減することができ、その通信品質の向上が期待でき、通信品質を一定レベルに保つようにすれば、その分、高速伝送移動局への送信電力レベルを低減することができて、他の移動局に対する干渉、妨害を低減することができる。
【００２８】
このように、下り回線における、高速伝送移動局への狭ビーム指向性送信、及び低速伝送移動局への高速伝送移動局方向ヌル型指向性送信による、高速伝送移動局への送信電力レベルの低減は、他の移動局に対する干渉、妨害を減少させてその通信品質を向上させることができる。更に、大電力送信が必要な高速伝送移動局への送信電力レベルの低減は、基地局におけるトータルの消費電力を低減することができ、その分、通信容量を増大させることができる。
【００２９】
なお、この実施例では、高速伝送移動局の数Ｊと、低速伝送移動局の数Ｋとの合計がアンテナ素子数Ｍ以上である場合における、高速伝送移動局の数Ｊがアンテナ素子数Ｍより少なければ、低速伝送移動局へのヌル型指向性において、全ての高速伝送移動局方向に対しヌルを向けることができるが、高速伝送移動局の数Ｊがアンテナ素子数Ｍ以上になると、指向性にヌル点が形成できる最大数は（Ｍ−１）であるので、ヌルを向けることができない高速伝送移動局も存在することになる。
【００３０】
この場合には、最大で、アンテナ素子数Ｍより１つ小さい数（Ｍ−１）の高速伝送移動局を選択、設定する、高速伝送移動局選択手段を設け、低速伝送局用下り回線ヌル型指向性形成部９−１〜９−Ｋによる各低速伝送移動局への送信アンテナ指向性の、ヌルが向けられる方向を、高速伝送移動局選択手段で選択、設定された（Ｍ−１）個の高速伝送移動局の方向とする。また、到来方向推定部７−１〜７−Ｊ及び高速伝送局用下り回線狭ビーム指向性形成部８−１〜８−Ｊにおいては、選択、設定された（Ｍ−１）個及びその他の全ての高速伝送移動局を対象とする。従って、この部分のブロック図は図１とは異なったものとなる。また、図１では従来例の図２と同様としていて、Ｊ≦（Ｍ−１）としているので、これ以外の部分も図１とは異なったものとなるが、Ｊ≧Ｍの場合については、ヌル型指向性を形成する部分（５−１〜５−Ｊ，６−１〜６−Ｋ，９−１〜９−Ｋ）に対して、選択、設定された高速伝送移動局の方向にヌルが向けられた指向性とすればよいので、図示することは省略する。
【００３１】
この場合においても、狭ビーム指向性による効果、及びヌルが向けられた移動局に対する効果は、前述の実施例と同様である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、複数の高速伝送移動局それぞれからの電波の到来方向を推定し、これら複数の高速伝送移動局それぞれに対し、その方向にビーム方向が向き、そのビーム幅が、複数のアンテナ素子によるアレイ・アンテナで形成可能なヌル点を有する指向性全てのうちの最も狭いビーム幅と同等かそれより狭い狭ビームの送信アンテナ指向性で送信し、複数の低速伝送移動局それぞれに対しては、複数の高速伝送移動局方向全てにヌルが向けられた上記送信アンテナ指向性で送信する構成とすることにより、移動局の総数がアンテナ素子数以上になって、ヌル点が向けられない低速伝送移動局をはじめ、高速伝送移動局に対する高速伝送移動局の送信信号による干渉、妨害を低減することができて、その通信品質を向上させることができ、狭ビームとすることで、その分、受信レベルが上って通信品質が向上するか、送信電力を減少することができて更に移動局に対する干渉、妨害を低減することができるという効果があり、低速伝送移動局からの、高速伝送移動局方向にヌルが向けられたアンテナ指向性送信により、高速伝送移動局に対する干渉、妨害を減少させることができて、高速伝送移動局からの送信電力を低減することができる効果があり、これら、高速伝送移動局からの送信電力の低減により、その分、通信容量の増大をはかることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】従来のＣＤＭＡ基地局アレイ・アンテナ指向性形成装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ アレイ・アンテナ
１ｅ１〜１ｅＭ アンテナ素子
２−１〜２−Ｍ 空中線共用器
３−１〜３−Ｍ 受信機
４ 共通上り回線合成部
５−１〜５−Ｊ 高速伝送局用上り回線アダプティブ・アレイ部
６−１〜６−Ｋ 低速伝送局用上り回線アダプティブ・アレイ部
７−１〜７−Ｊ 到来方向推定部
８−１〜８−Ｊ 高速伝送局用下り回線狭ビーム指向性形成部
９−１〜９−Ｋ 低速伝送局用下り回線ヌル型指向性形成部
１０ 合成部
１１−１〜１１−Ｍ 送信機
１２−１〜１２−Ｊ 高速伝送局用下り回線指向性形成部
１３−１〜１３−Ｋ 低速伝送局用下り回線指向性形成部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a CDMA base station array / antenna directivity forming apparatus, and in particular, means capable of handling a plurality of transmission speeds roughly classified as high speed and low speed as transmission speeds of signals transmitted between a base station and a mobile station. It belongs to the provided CDMA base station array antenna directivity forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
In a CDMA base station that transmits signals to and from each mobile station in a code division multiple access (CDMA) mobile communication system, an array antenna in which a plurality of antenna elements are arranged is used. By appropriately weighting each mobile station for signals transmitted and received by a plurality of antenna elements, directivity with the beam directed toward the mobile station can be formed. Interference can be reduced. For example, for each antenna element, directivity for a plurality of mobile stations can be simultaneously and independently formed by linearly adding the product of the signal for each mobile station and the weighted product for that mobile station.
[0003]
Here, in the case of the CDMA system, the signals for each of the plurality of mobile stations are modulated with different codes, so that the signals modulated with the same code are the signals transmitted by the plurality of antenna elements. By controlling the phase so as to be in phase on a plane orthogonal to the direction of the mobile station, directivity for directing the beam in the direction of the mobile station can be formed. Further, in the CDMA system, since selection is made so that there is no correlation between codes of a plurality of mobile stations, directivity for the plurality of mobile stations can be formed simultaneously and independently.
[0004]
The above description relates to the downlink in which the radio wave is emitted (transmitted) from the base station and received by the mobile station. However, the same code is applied to the uplink in which the radio wave emitted from the mobile station is received by the base station. By setting the signal to the same phase, directivity directed toward the mobile station can be formed.
[0005]
In this way, by using the array antenna to form directivity, interference to mobile stations other than the target transmission target mobile station is reduced, and mobile stations other than the target reception target mobile station are reduced. As a result, the channel capacity can be increased and the communication quality can be improved as compared with the base station using the omnicell system or the fixed sector system.
[0006]
Moreover, in addition to forming the directivity toward the mobile station direction of the target communication target, such directivity that a null point is directed toward the direction of the mobile station other than the target communication target station. With this, in the case of the downlink, even if a strong signal is transmitted to the mobile station targeted for communication, the signal level can be reduced for other mobile stations. Interference with other mobile stations can be reduced, and in the case of uplink, it is possible to strongly receive signals from the target mobile station and reduce interference due to signals from other mobile stations can do. That is, the ratio of the signal S of the target mobile station to be communicated to the interference signal I of other mobile stations (to or from the mobile station) and the improvement of SIR are improved for each mobile station. As in the case described above, the advantages of increasing channel capacity and improving communication quality can be obtained.
[0007]
As a method of realizing such directivity with a null point in another direction as well as forming directivity directed in a specific direction, the signal from a specific mobile station is S, other than a specific station. When the sum of the signals of a plurality of interfering mobile stations is ΣI, it can be realized by an algorithm that maximizes the SIR, that is, S / ΣI. As an example, the LMS (Least Mean Square) algorithm is known. ing.
[0008]
By using such an algorithm, first, the uplink signal of each mobile station is used to direct the directivity for that mobile station in the direction of this mobile station, and at the same time to other mobile stations. On the other hand, the directivity can be formed so that the null point is directed, and the directivity of the downlink with respect to the mobile station can be formed using the directivity of the uplink.
[0009]
There is a tendency for the number of serving mobile stations to increase for such a CDMA base station, and since the number of null points that can be formed in the directivity is limited as a property of the array antenna, all interference movements The null point cannot be directed to the station. For example, when the number of antenna elements of the array antenna is M, the number of null points that can be formed is (M−1), and when the number of interfering mobile stations N is greater than (M−1), (N−M + 1) stations In this case, a null point cannot be formed.
[0010]
On the other hand, there is a base station adopting a CDMA cellular system, and this base station is configured to support a plurality of transmission speeds roughly classified into high speed and low speed. In such a base station, even if the transmission rate changes, even if the transmission rate changes, even if the transmission rate changes, per bit of data (signal) against noise and interference. It is necessary to keep the energy ratio constant. This means that the transmission power for a mobile station with a high transmission rate is high, and the mobile station is also transmitting with high power.
[0011]
In such a base station, when the number of mobile stations is larger than the number of antenna elements, the directivity of the uplink directs the beam direction of the directivity toward the mobile station targeted for communication, and transmits with high power. In this way, the directivity of the downlink is based on the directivity of the uplink. The directivity beam is directed toward the mobile station, and the null point is directed toward the other high-speed transmission mobile station.
[0012]
An example of such a CDMA base station array antenna directivity forming apparatus is shown in FIG. In FIG. 2, array antenna 1 (including antenna elements 1e1 to 1eM), receivers 3-1 to 3-M, transmitters 11-1 to 11-M, and the like related to directivity formation are also displayed. Has been.
[0013]
In this example, first, the common
[0014]
The part forming the directivity of the uplink is based on the signals from the receivers 3-1 to 3-M according to the high-speed signals HS1 to HSJ among the selected mobile station setting signals. However, the beam direction is directed to the direction of the high-speed transmission mobile station for each of the high-speed transmission mobile stations (hereinafter, simply referred to as high-speed transmission stations) of J ≦ M−1), and other high-speed transmission mobile stations A high-speed transmission station uplink
K ≧ M−J) for each low-speed transmission mobile station (hereinafter sometimes simply referred to as a low-speed mobile station), the beam direction is directed toward the low-speed transmission mobile station, and in all high-speed transmission mobile station directions, A low-speed transmission station uplink adaptive array unit 6-1 that forms a directivity that becomes null and outputs the signals (LUL1 to LULK) of the low-speed transmission mobile station received with this directivity to the corresponding uplink. ˜6-K.
[0015]
In addition, the directivity forming portion of the downlink first moves each high-speed transmission based on the signals from the receivers 3-1 to 3-M in accordance with the high-speed signals HS1 to HSJ among the selected mobile station setting signals. Arrival direction estimation units 7-1 to 7-J that estimate the arrival directions of radio waves from the stations (arrival direction signals HDR1 to HDRJ) and the downlink signals HDL1 to HDLJ to the high-speed transmission mobile stations, respectively, Based on HDR1 to HDRJ, each antenna element 1e1 is directed so that the beam direction is directed to the direction of the high-speed transmission mobile station and transmission can be performed with an antenna directivity that is null in all other high-speed transmission mobile stations. To 1 eM, downlink directionality forming units 12-1 to 12-J for high-speed transmission stations that perform distribution control, and downlink signals LDL1 to LDLK to the low-speed transmission mobile stations, respectively, Based on HDR1 to HDRJ, each antenna element 1e1 to 1eM is transmitted to each antenna element 1e1 to 1eM so that the beam direction is directed to the direction of the low-speed transmission mobile station and transmission is possible in the direction of all high-speed transmission mobile stations. On the other hand, downlink directivity forming units 13-1 to 13-K for low-speed transmission stations that perform distribution control, downlink directivity forming units 12-1 to 12-J for high-speed transmission stations, and downlink directivities for low-speed transmission stations. A combining unit that combines the distribution output signals of the forming units 13-1 to 13 -K in units of distribution output signals to the antenna elements 1
[0016]
The width of the beam directed in the direction of each mobile station (both high speed and low speed) is determined by the position and number of nulls formed, and is not uniform and may be narrow or wide.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional CDMA base station array / antenna directivity forming apparatus described above, when the total number of high-speed transmission mobile stations and low-speed transmission mobile stations is larger than the number M of antenna elements 1e1 to 1eM, a high-speed transmission power with a large transmission power is obtained on the uplink. For the transmission mobile station, the high-speed transmission station uplink adaptive array units 5-1 to 5-J direct the beam toward the high-speed transmission mobile station, and in the direction of other high-speed transmission mobile stations. A directivity that forms null is formed, and the beam is directed toward the low-speed transmission mobile station by the low-speed transmission station uplink adaptive array units 6-1 to 6-K. In addition, the directivity that is null in the direction of all high-speed transmission mobile stations is formed, whereas the downlink directivity for high-speed transmission stations is similarly applied to the high-speed transmission mobile stations in the downlink. Forming part 2-1 to 12-J form a directivity such that the beam is directed toward the high-speed transmission mobile station and null in the other high-speed transmission mobile station directions. Since the beam is directed in the direction of the transmission mobile station and the directivity becomes null in the direction of all high-speed transmission mobile stations, the directivity of the high-speed transmission mobile station with large transmission power in the downlink is Because the null point is only in the direction of other high-speed transmission mobile stations, the transmission signal component of this high-speed transmission mobile station is radiated in the direction of low-speed transmission mobile stations. There is a problem that the communication quality is deteriorated due to interference.
[0018]
An object of the present invention is to provide a low-speed transmission using a high-power transmission signal of a high-speed transmission mobile station when the total number of high-speed transmission mobile stations and low-speed transmission mobile stations is equal to or greater than the number of antenna elements. An object of the present invention is to provide a CDMA base station array / antenna directivity forming apparatus capable of reducing interference and interference with other mobile stations including a mobile station and improving the communication quality.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
A CDMA base station array antenna directivity forming apparatus according to the present invention includes a plurality of high-speed transmission mobile stations and a low-speed transmission received by an array antenna in which a plurality of antenna elements are arranged in a base station in a CDMA mobile communication system. Uplink directivity forming means for performing control based on reception antenna directivity for each signal of transmission mobile station, and transmission antenna directivity for transmission signals to each of the plurality of high-speed transmission mobile stations and low-speed transmission mobile stations Downlink directivity forming means for performing control based on the CDMA base station array when the total number of the plurality of high-speed transmission mobile stations and low-speed transmission mobile stations is equal to or greater than the number of antenna elements of the array antenna. In order to achieve the above object, the downlink directivity forming device has the following configurations. The features.
(A) An arrival direction estimation unit that estimates arrival directions of radio waves from each of the plurality of high-speed transmission mobile stations based on signals received by the array antenna, and generates arrival direction signals of the high-speed transmission mobile stations. B) For each downlink signal to the plurality of high-speed transmission mobile stations, a beam direction is set in the direction of the high-speed transmission mobile station based on the arrival direction signal of the high-speed transmission mobile station generated by the arrival direction estimation unit. Direction, the beam width is transmitted with a narrow beam transmission antenna directivity equal to or narrower than the narrowest beam width of all directivities having null points that can be formed by an array antenna by the plurality of antenna elements. A plurality of high-speed transmission mobile station downlink narrow beam directivity forming units that are controlled in such a way that (c) the direction of arrival for each downlink signal to the plurality of low-speed transmission mobile stations Generated by the constant section, and controls to be transmitted by directivity being null in all directions of the plurality of high-speed transmission the mobile station by arrival direction signal (b) claim a common high-speed transmission mobile station, a plurality of low-speed Downlink null directivity forming unit for transmission mobile station
Further, in addition to the CDMA base station array / antenna directivity forming device, when the number of high-speed transmission mobile stations exceeds the number of antenna elements of the array antenna, the maximum number of the high-speed transmission mobile stations is the antenna. A high-speed transmission mobile station selection means for selecting and setting a number of high-speed transmission mobile stations that is one smaller than the number of elements is provided, and directivity null direction targets by a plurality of low-speed transmission mobile station downlink null directivity forming units A plurality of high-speed transmission mobile stations are configured as the number of high-speed transmission mobile stations selected and set by the high-speed transmission mobile station selection means.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One embodiment of the present invention is received by an array antenna as a downlink directivity forming means when the total number of a plurality of high-speed transmission mobile stations and low-speed transmission mobile stations exceeds the number of antenna elements of the array antenna. Based on the received signal, the arrival direction estimation unit for estimating the arrival direction of radio waves from each of the plurality of high-speed transmission mobile stations, and the arrival direction estimation unit for each of the downlink signals to the plurality of high-speed transmission mobile stations. Based on the estimated direction of arrival of radio waves, the beam direction is in the direction of the high-speed transmission mobile station, and the beam width is all directivity having a null point that can be formed by an array antenna with the plurality of antenna elements. Narrow beam directivity for multiple high-speed transmission mobile stations that are controlled to transmit with narrow beam transmit antenna directivity equal to or narrower than the narrowest beam width For each downlink signal to the forming unit and the plurality of low-speed transmission mobile stations, control is performed so that the signals are transmitted with a directivity that is null in all directions of the plurality of high-speed transmission mobile stations estimated by the arrival direction estimation unit. And a plurality of downlink null directivity forming units for low-speed transmission mobile stations.
[0022]
With such a configuration, since the high-power transmission signal of the high-speed transmission mobile station is narrow beam directional transmission, the total number of high-speed transmission mobile stations and low-speed transmission mobile stations is equal to or greater than the number of antenna elements, and the null point is Interference and interference with other high-speed transmission mobile stations, including low-speed transmission mobile stations that cannot be directed, can be reduced, and the communication quality can be improved. If the transmission power does not change, the reception level can be raised, the communication quality of the high-speed transmission mobile station can be improved, and if the reception signal level is the same, the transmission power from the base station is reduced. As a result, interference and interference with other mobile stations can be further reduced. In addition, since the transmission signal of the low-speed transmission mobile station is transmitted with directivity directing null toward the high-speed transmission mobile station, interference and interference with the high-speed transmission station due to this transmission signal are reduced, leading to improvement of communication quality, If the communication quality only needs to be maintained at a constant level, the transmission power to the high-speed transmission mobile station can be reduced, and interference and interference with other mobile stations can be reduced.
[0023]
Thus, the transmission power to the high-speed transmission mobile station that requires high power transmission is reduced by the narrow beam directional transmission to the high-speed transmission mobile station and the high-speed transmission station direction null type directional transmission to the low-speed transmission mobile station. If possible, it is only necessary to reduce interference and interference with other mobile stations, and the communication capacity can be increased by reducing the power.
[0024]
【Example】
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
In this embodiment, an
[0025]
The downlink directivity forming means in this embodiment includes the above-described arrival direction estimation units 7-1 to 7-J and downlink signals HDL1 to HDLJ to a plurality of high-speed transmission mobile stations. Based on the arrival direction signal (one of HDR1 to HDRJ), the beam direction is directed in the direction of the high-speed transmission mobile station, and the beam width is formed by the
[0026]
In this embodiment, transmission signals to a plurality of high-speed transmission mobile stations that require high power transmission are converted into narrow beam directivity by the high-speed transmission station downlink narrow beam directivity forming units 8-1 to 8-J. Therefore, even if the total number of high-speed transmission mobile stations and low-speed transmission mobile stations (J + K) is equal to or greater than the number M of antenna elements, the null point is pointed by the transmission signal from the high-speed transmission mobile station to which communication is focused. Interference and interference with other high-speed transmission mobile stations and other high-speed transmission mobile stations can be reduced, improving the communication quality, and changing the transmission power level from the base station If not, the reception level can be increased by the narrow beam, and the communication quality of the high-speed transmission mobile station can be improved. Conversely, if the reception level is not changed, the transmission power level from the base station can be lowered by the amount of the narrow beam, and as a result, it can be reduced to a plurality of low-speed transmission mobile stations and other high-speed transmission mobile stations. Interference and disturbance can be further reduced.
[0027]
Further, in this embodiment, the transmission signals to the low-speed transmission mobile stations are transmitted to all directions of the high-speed transmission mobile stations by the low-speed transmission station downlink null directivity forming units 9-1 to 9-K. Since the transmission is directed with a null directed, interference interference to the high-speed transmission mobile station due to the transmission signal to these low-speed transmission mobile stations can be reduced, the communication quality can be improved, and the communication quality is constant. If the level is maintained, the transmission power level to the high-speed transmission mobile station can be reduced correspondingly, and interference and interference with other mobile stations can be reduced.
[0028]
Thus, in the downlink, the transmission power level to the high-speed transmission mobile station is reduced by the narrow beam directional transmission to the high-speed transmission mobile station and the high-speed transmission mobile station direction null type directional transmission to the low-speed transmission mobile station. Can improve the communication quality by reducing interference and interference with other mobile stations. Furthermore, the reduction of the transmission power level to the high-speed transmission mobile station that requires high power transmission can reduce the total power consumption in the base station, and the communication capacity can be increased accordingly.
[0029]
In this embodiment, when the sum of the number J of high-speed transmission mobile stations and the number K of low-speed transmission mobile stations is equal to or greater than the number M of antenna elements, the number J of high-speed transmission mobile stations is greater than the number M of antenna elements. If there are fewer, nulls can be directed toward all high-speed transmission mobile stations in the null-type directivity toward the low-speed transmission mobile stations. However, if the number J of high-speed transmission mobile stations is equal to or greater than the number M of antenna elements, the directivity Since the maximum number of null points that can be formed is (M−1), there are high-speed transmission mobile stations that cannot direct nulls.
[0030]
In this case, a high-speed transmission mobile station selection means for selecting and setting a maximum number (M-1) of high-speed transmission mobile stations, which is one smaller than the number M of antenna elements, is provided. (M-1) pieces of transmission antenna directivity directed to each low-speed transmission mobile station by the directivity forming units 9-1 to 9-K, selected and set by the high-speed transmission mobile station selection means, The direction of the high-speed transmission mobile station. In addition, in the arrival direction estimation units 7-1 to 7-J and the high-speed transmission station downlink narrow beam directivity forming units 8-1 to 8-J, (M-1) selected and set and other Target all high-speed mobile stations. Therefore, the block diagram of this part is different from FIG. 1 is the same as that in FIG. 2 of the conventional example, and J ≦ (M−1). Therefore, the other parts are different from those in FIG. 1, but in the case of J ≧ M, Null in the direction of the high-speed transmission mobile station selected and set for the portions (5-1 to 5-J, 6-1 to 6-K, 9-1 to 9-K) forming the null-type directivity Since it is sufficient to have directivity directed toward the head, illustration is omitted.
[0031]
Even in this case, the effect of the narrow beam directivity and the effect on the mobile station to which the null is directed are the same as in the above-described embodiment.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, the present invention estimates the direction of arrival of radio waves from each of the plurality of high-speed transmission mobile stations, the beam direction is directed to that direction for each of the plurality of high-speed transmission mobile stations, and the beam width is Transmits with a narrow beam transmit antenna directivity equal to or narrower than the narrowest beam width of all directivities with null points that can be formed by array antennas with multiple antenna elements, and each of multiple low-speed transmission mobile stations In contrast, by adopting a configuration in which transmission is performed with the above-mentioned transmission antenna directivity in which nulls are directed in all directions of a plurality of high-speed transmission mobile stations, the total number of mobile stations exceeds the number of antenna elements, and the null points are directed. Improve communication quality by reducing interference and interference caused by transmission signals from high-speed transmission mobile stations, including low-speed transmission mobile stations. By using a narrow beam, the reception level can be increased accordingly, the communication quality can be improved, or the transmission power can be reduced, and further interference and interference with the mobile station can be reduced. Effective, antenna directivity transmission with a null directed toward the high-speed transmission mobile station from the low-speed transmission mobile station can reduce interference and interference with the high-speed transmission mobile station. There is an effect that the transmission power can be reduced, and there is an effect that the communication capacity can be increased correspondingly by the reduction of the transmission power from the high-speed transmission mobile station.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a conventional CDMA base station array / antenna directivity forming apparatus;
[Explanation of symbols]
1 Array antenna 1e1 to 1eM Antenna elements 2-1 to 2-M Antenna duplexers 3-1 to 3-
Claims (2)
（イ）前記アレイ・アンテナで受信された信号に基づいて、前記複数の高速伝送移動局それぞれからの電波の到来方向を推定し、高速伝送移動局の到来方向信号を生成する到来方向推定部
（ロ）前記複数の高速伝送移動局への下り回線信号それぞれに対し、前記到来方向推定部で生成された高速伝送移動局の到来方向信号に基づいて、その高速伝送移動局の方向にビーム方向が向き、そのビーム幅が、前記複数のアンテナ素子によるアレイ・アンテナで形成可能なヌル点を有する指向性全てのうちの最も狭いビーム幅と同等かそれより狭い狭ビームの送信アンテナ指向性で送信されるように制御する、複数の高速伝送移動局用下り回線狭ビーム指向性形成部
（ハ）前記複数の低速伝送移動局への下り回線信号それぞれに対し、前記到来方向推定部で生成された、（ロ）項と共通の高速伝送移動局の到来方向信号により複数の高速伝送移動局の方向全てでヌルとなる指向性で送信されるように制御する、複数の低速伝送移動局用下り回線ヌル型指向性形成部Based on reception antenna directivity for signals of a plurality of high-speed transmission mobile stations and low-speed transmission mobile stations received by an array antenna of a plurality of antenna elements arranged in a base station in a CDMA mobile communication system Uplink directivity forming means for performing control, and downlink directivity forming means for performing control based on transmission antenna directivity for transmission signals to each of the plurality of high-speed transmission mobile stations and low-speed transmission mobile stations. A CDMA base station array antenna directivity forming apparatus when the total number of the plurality of high-speed transmission mobile stations and low-speed transmission mobile stations is equal to or greater than the number of antenna elements of the array antenna, A CDMA base station array / antenna directivity forming apparatus, characterized in that the means has the following configurations.
(A) An arrival direction estimation unit that estimates arrival directions of radio waves from each of the plurality of high-speed transmission mobile stations based on signals received by the array antenna, and generates arrival direction signals of the high-speed transmission mobile stations. B) For each downlink signal to the plurality of high-speed transmission mobile stations, a beam direction is set in the direction of the high-speed transmission mobile station based on the arrival direction signal of the high-speed transmission mobile station generated by the arrival direction estimation unit. Direction, the beam width is transmitted with a narrow beam transmission antenna directivity equal to or narrower than the narrowest beam width of all directivities having null points that can be formed by an array antenna by the plurality of antenna elements. A plurality of high-speed transmission mobile station downlink narrow beam directivity forming units that are controlled in such a way that (c) the direction of arrival for each downlink signal to the plurality of low-speed transmission mobile stations Generated by the constant section, and controls to be transmitted by directivity being null in all directions of the plurality of high-speed transmission the mobile station by arrival direction signal (b) claim a common high-speed transmission mobile station, a plurality of low-speed Downlink null directivity forming unit for transmission mobile station
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