JP3851267B2 - 無線情報端末、無線通信システム、通信方法及びプログラム - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、無線基地局と接続される携帯電話機、携帯型情報通信機器等を含む無線情報端末（以下、移動局と称する。）、及び、当該無線基地局と当該移動局とからなる無線通信システムに関する。
背景技術
近年、携帯電話機、携帯型情報通信機器等を含む無線情報端末の増加に伴い、周波数資源の有効利用に対する社会的要請が高まっている。この要請に応える技術に、パス分割多重アクセス方式及び無線ゾーン方式（後者はセルラー方式とも言う。）がある。
パス分割多重アクセス方式とは、無線基地局が、指向性を有するアンテナを用いて、一の周波数の搬送波により同時刻に異なる方向に存在する複数の移動局と通信を行う方式を言う。
パス分割多重アクセス方式において、無線基地局が用いる指向性を有するアンテナに、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素子を備え、個々のアンテナ素子に対する送受信信号の振幅と位相とを動的に変化させることにより、アンテナ全体として、送信、受信のための指向性パターン（アレイアンテナパターンともいう。）を形成するものである。
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、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、パス分割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。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。
無線ゾーン方式とは、サービスエリアを無線ゾーンと呼ばれる区画に分割し、無線ゾーン毎に搬送波に用いるべき周波数を割り当て、各無線ゾーンにある無線基地局及び移動局は、割り当てられた周波数の搬送波を用いて通信する方式を言い、互いの搬送波が干渉しない位置にある無線ゾーンに、繰り返し同一周波数を割り当てる。
図１０は、パス分割多重アクセス方式及び無線ゾーン方式を説明するための模式図であり、９００はサービスエリア、９０１は無線ゾーンの一つ、９０２は当該無線ゾーンに割り当てられた周波数、９０３は無線基地局、９０４及び９０５は移動局、９０６及び９０７はそれぞれ移動局９０４及び９０５に対する無線基地局の指向性パターン、９０８及び９０９はそれぞれ移動局９０４及び９０５の指向性パターンを示している。
ここで、指向性パターンは、一の無線ゾーン内での通信において、無線基地局及び移動局からの送信信号が適正な強度で到達する範囲、及び、無線基地局及び移動局が適正感度で信号を受信できる範囲を表している。この範囲は、同一周波数を用いる他の無線ゾーンにおける通信と干渉する範囲をも表すと理解される。
同図において、無線基地局９０３は、異なる指向性パターン９０６及び９０７を形成することによって、周波数ｆ１の搬送波を用いてパス分割多重により移動局９０４及び９０５と通信する。同図は、無線基地局９０３並びに移動局９０４及び９０５の指向性パターン外にある無線ゾーンに対し、再び周波数ｆ１が割り当てられることを模式的に示している。なお、従来、移動局９０４及び９０５は、全方向に対して均一な指向性をもって送受信を行う。
さて、パス分割多重アクセス方式において、無線基地局は、混信を防ぎ、通信品質を維持するため、前記アダプティブアレイ装置を用いて、パス分割多重している各移動局の動きに指向性パターンを追随変化させる。以下、アンテナ素子をＮ個とした場合の、最小二乗平均誤差方式（ＭＭＳＥ方式）による受信時及び送信時の指向性パターンの制御内容を示す。
受信における指向性パターンの制御は、各アンテナ素子を通じて受信される信号を好適に合成することにより、特定の移動局からの受信信号を分離抽出する制御である。
図１１は、アダプティブアレイ装置により移動局からの信号を受信する際のＭＭＳＥ方式による制御内容を示す概念図である。
［数１］ ｙ（ｔ）＝ｗ（ｔ−１）×ｘ（ｔ）＝ｗ１（ｔ−１）×ｘ１（ｔ）＋ｗ２（ｔ−１）×ｘ２（ｔ）＋・・・＋ｗＮ（ｔ−１）×ｘＮ（ｔ）
この制御は、同図及び数１に示すように、各アンテナ素子を通じて実際に得られた受信信号ベクトルｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）、・・・、ｘＮ（ｔ）と、各アンテナ素子に対応するウェイトベクトルｗ１（ｔ−１）、ｗ２（ｔ−１）、・・・、ｗＮ（ｔ−１）とをそれぞれ掛け合せた値の総和ｙ（ｔ）に対して行われ、ｙ（ｔ）が、分離抽出対象となる移動局からの受信信号成分を最大に含み、他の移動局からの受信信号成分を最小に含むよう、好適なウェイトベクトルを決定する制御である。
ここで、ｔは信号が到達する時刻を示し、例えば、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である。従って、受信信号ベクトルｘ、ウェイトベクトルｗ等はｔの値１、２、・・・に対応する信号列である。また、ウェイトベクトルｗは指向性パターン形成用のパラメータであり、このウェイトベクトルｗと受信信号ベクトルｘとは、振幅、位相を有する信号を複素ベクトルで表したものである。
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、移動局から送られる送信信号のうち予め信号内容が固定的に規定されている部分、例えばＰＨＳ規格におけるシンボル同期用の符号であるプリアンブルやユニークワード（ＵＷ：Ｕｎｉｑｕｅ Ｗｏｒｄ）等の部分の信号（以下、「参照信号」という。）ｄ（ｔ）と、信号ｙ（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値を変動させて、次のようにして単位時間毎に更新される。
［数２］ ｅ（ｔ）＝ｄ（ｔ）−ｙ（ｔ）＝ｄ（ｔ）−Σ（ｗｉ（ｔ−１）×ｘｉ（ｔ））
数２に示すように、各時刻ｔにおいて、時刻ｔ−１のウェイトベクトルを用いて算出した信号ｙ（ｔ）と、参照信号ｄ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）を算出する。この誤差を小さくするように、ｗｉ（ｔ−１）を修正してＷｉ（ｔ）を算出する。理論的には、各時刻においてこの算出を繰り返すことにより、ウェイトベクトルの値は一定値に収束し、信号ｙ（ｔ）は分離抽出対象の移動局の信号に近づく。
参照信号を構成するプリアンブルやユニークワードは、通信内容である目的データに先行して送られるため、目的データの受信段階において、信号ｙ（ｔ）は、略分離抽出対象の移動局の信号を示す。なお、通話が開始された後は、例えば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値を、その次のタイムスロットにおける初期値として用いられる。
送信における指向性パターンの制御は、特定の移動局への送信信号を各アンテナ素子に対応して分配し、分配した各々の信号に対し、受信時に得られた各アンテナ素子に対応する最終的なウェイトベクトルを掛け合せて得られた信号を、各アンテナ素子から同時に送信する処理である。これにより、前記特定の移動局に指向性を有する送信利得が得られ、他の移動局方向に対する送信信号強度が抑制される。
このように、無線基地局は、受信時に、複数のアンテナ素子を通じて受信された信号とプリアンブルやユニークワード等の予め信号内容が既知である部分の情報とに基づいてウェイトベクトルを調整しつつ特定の移動局からの信号を分離抽出し、送信時にはそのウェイトベクトルを利用して特定の移動局に指向性を向けることにより、ある程度混信を防ぎ通信品質を維持してパス分割多重アクセス方式で各移動局との通信を行っている。
以上述べたように、従来の無線通信システムでは、無線基地局における指向性制御に基づくパス分割多重アクセス方式により一の周波数の搬送波を用いて複数の移動局を接続し、また、無線ゾーン方式により一定の距離をおいて周波数を再利用することで、周波数資源の有効利用を図っている。
しかしながら、無線通信システムの利用者の急増により、前記のパス分割多重アクセス方式、及び無線ゾーン方式を用いてもなお周波数資源は逼迫しており、一定の周波数資源を用いて接続できる移動局の数をさらに増やしたいという要請がある。
発明の開示
上記問題点を解決するために、本発明は、通信品質を維持しつつ、一定の周波数資源を用いて接続できる移動局の数を増やした無線通信システム、及び当該システムにおける移動局を提供することを目的とする。
（１）本発明の無線情報端末は、無線基地局と交信する無線情報端末であって、無線基地局から通知されるシンボル同期用の符号を取得する取得手段と、取得された符号を記憶する記憶手段と、記憶された符号を基準としてアンテナ指向性を制御する情報をシンボル毎に算出する算出手段と、算出された情報を用いて前記無線基地局から送信される信号の受信利得が大きくなる指向性を形成して受信する受信手段とを備える。
この構成によれば、無線情報端末は、無線基地局から通知されるシンボル同期用の符号に基づいて、交信すべき無線基地局の方向に対して受信指向性を形成するため、他の無線基地局から到来する干渉信号を除去できる。無線情報端末ごとに相異なるシンボル同期用の符号を通知する無線基地局と、当該無線情報端末とが協働することにより、無線情報端末は自端末宛て以外の信号に同期する誤りを低減し、精度良く指向性パターンを形成することができる。無線基地局は、従来、交信すべき無線情報端末方向に対して指向性制御を行って送受信するため、他の無線情報端末から受信された信号を除去し、他の無線情報端末へ干渉信号を送出しない能力を備えている。当該無線情報端末と当該無線基地局とが協働することにより、周波数の再利用間隔を短縮でき、周波数利用効率が向上する。
（２）前記（１）の無線情報端末は、さらに、前記記憶された符号を変調することによりアンテナ指向性を形成する基準となる参照信号を生成する生成手段を備え、前記アンテナ指向性を制御する情報は、アンテナ毎の信号に対する重み係数として表され、前記算出手段は、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算した信号と参照信号との差が小さくなるよう重み係数を算出し、前記受信手段は、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算することにより指向性を形成して受信してもよい。
この構成によれば、前記（１）と同様の効果を有する。
（３）前記（２）の無線情報端末は、さらに、前記算出された重み係数をアンテナ毎に送信信号に乗じて送出することにより前記無線基地局に対して送信される信号の送信利得が大きくなる指向性を形成して送信する送信手段を備えてもよい。
この構成によれば、無線情報端末は、交信すべき無線基地局以外に放射する干渉信号電力を低減するため、周波数の再利用間隔を一層短縮でき、周波数利用効率が向上する。
（４）前記（１）乃至（３）の何れかの無線情報端末において、前記シンボル同期用の符号は、プリアンブル及びユニークワード、又はその何れか一方を示すこととしてもよい。
この構成によれば、前記（１）乃至（３）の何れかの効果を有する。
（５）本発明の無線通信システムは、無線情報端末毎に相異なるシンボル同期用の符号を割り当て、当該符号を各無線情報端末に通知し、各無線情報端末宛ての情報に当該符号を含めて送信する無線基地局と、前記（１）乃至（４）の何れかに記載の無線情報端末とから構成される。
この構成によれば、前記（１）乃至（４）の何れかの効果を有する。
（６）本発明の通信方法は、無線基地局と交信する無線情報端末で用いられる通信方法であって、無線基地局から通知されるシンボル同期用の符号を取得する取得ステップと、取得された符号を記憶する記憶ステップと、記憶された符号を基準としてアンテナ指向性を制御する情報をシンボル毎に算出する算出ステップと、算出された情報を用いて前記無線基地局から送信される信号の受信利得が大きくなる指向性を形成して受信する受信ステップとを含む。
この構成によれば、前記（１）と同様の効果を有する。
（７）前記（６）の通信方法は、さらに、前記記憶された符号を変調することによりアンテナ指向性を形成する基準となる参照信号を生成する生成ステップを含み、前記アンテナ指向性を制御する情報は、アンテナ毎の信号に対する重み係数として表され、前記算出ステップは、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算した信号と参照信号との差が小さくなるよう重み係数を算出し、前記受信ステップは、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算することにより指向性を形成して受信してもよい。
この構成によれば、前記（２）と同様の効果を有する。
（８）前記（７）の通信方法は、さらに、前記算出された重み係数をアンテナ毎に送信信号に乗じて送出することにより前記無線基地局に対して送信される信号の送信利得が大きくなる指向性を形成して送信する送信ステップを含んでもよい。
この構成によれば、前記（３）と同様の効果を有する。
（９）前記（６）、（７）又は（８）の通信方法において、前記シンボル同期用の符号は、プリアンブル及びユニークワード、又はその何れか一方を示すとしてもよい。
この構成によれば、前記（６）、（７）又は（８）と同様の効果を有する。
（１０）本発明のプログラムは、無線基地局と交信する無線情報端末で用いられる通信方法を、コンピュータを用いて実現するためのコンピュータ実行可能なプログラムであって、無線基地局から通知されるシンボル同期用の符号を取得する取得ステップと、取得された符号を記憶する記憶ステップと、記憶された符号を基準としてアンテナ指向性を制御する情報をシンボル毎に算出する算出ステップと、算出された情報を用いて前記無線基地局から送信される信号の受信利得が大きくなる指向性を形成して受信する受信ステップとをコンピュータに実行させる。
この構成によれば、前記（１）と同様の効果を有する。
（１１）前記（１０）のプログラムは、さらに、前記記憶された符号を変調することによりアンテナ指向性を形成する基準となる参照信号を生成する生成ステップを含み、前記アンテナ指向性を制御する情報は、アンテナ毎の信号に対する重み係数として表され、前記算出ステップは、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算した信号と参照信号との差が小さくなるよう重み係数を算出し、前記受信ステップは、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算することにより指向性を形成して受信してもよい。
この構成によれば、前記（２）と同様の効果を有する。
（１２）前記（１１）のプログラムは、さらに、前記算出された重み係数をアンテナ毎に送信信号に乗じて送出することにより前記無線基地局に対して送信される信号の送信利得が大きくなる指向性を形成して送信する送信ステップを含んでもよい。
この構成によれば、前記（３）と同様の効果を有する。
（１３）前記（１０）、（１１）又は（１２）の何れかのプログラムにおいて、前記シンボル同期用の符号は、プリアンブル及びユニークワード、又はその何れか一方を示すとしてもよい。
この構成によれば、前記（１０）、（１１）又は（１２）と同様の効果を有する。
発明を実施するための最良の形態
＜無線基地局＞
本実施の形態における無線基地局は、ＰＨＳ規格で定められた時分割多重アクセス／時分割双方向（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ、Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式に加え、更にパス分割多重アクセス方式により、同一周波数で最大４つの信号をパス分割多重して、移動局と無線接続する無線基地局である。
＜全体構成＞
図１は、本実施の形態における無線基地局１００の構成を示すブロック図である。
無線基地局１００は、アンテナ１１〜１４、無線部２１〜２４、信号処理部５０、モデム部６０、ベースバンド部７０、制御部８０及びユニークワード記憶部９０を備える。
無線基地局１００は、ＰＨＳ規格に従って１つのＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム内に４つのチャネルを多重し、１チャネルにつきパス分割多重されるべき最大４つの電話回線の信号を並列に処理する。１つのＴＤＭＡ／ＴＤＤ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。送信、受信各々１つのタイムスロットは時分割多重による１つの時分割チャネルを構成する。
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（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ 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パス分割多重される最大４つのＴＤＭＡ／ＴＤＤフレームについて並列に行われる。
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２１〜２４から入力されるパス分割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パス分割多重する信号を生成して各無線部２１〜２４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。
当該制御は、前記ＭＭＳＥ方式で行われ、具体的には、モデム部６０で並列に処理される最大４つのＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム内のタイムスロット毎に、次のように行われる。受信時には現に各無線部２１〜２４が受信した信号に各無線部に対応するウェイトベクトルとを乗じた信号の総和と、参照信号との誤差を少なくするようにウェイトベクトルを調整する。また、送信時には直前の受信により求められたウェイトベクトルを送信信号に乗じた信号を各無線部２１〜２４に分配する。
なお、パス分割多重アクセス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パス分割多重アクセス方式を用いず従来の無線基地局と同様の制御処理を行う。但し、参照信号に関しては、移動局毎に異なる参照信号を用いるが、これについては後述する。
無線部２１〜２４はいずれも同等であり、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から入力された低周波信号を高周波信号に変換し、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に受信された高周波信号を低周波信号に変換し、増幅して信号処理部５０に出力する機能を有する。
制御部８０は、具体的には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１００の各部を制御する機能を有する。
また、ユニークワード記憶部９０は、パス分割多重する複数の移動局に割り当てるためのユニークワードを含み、各ユニークワードとそれを割り当てた各移動局との関係を示すユニークワード情報を保持する。なお、ユニークワード情報については後に詳しく説明する。
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、送受信切替スイッチ５６１〜５６４、加算器５５１〜５５４、ユーザ処理部５１ａ〜５１ｄから構成される。
ユーザ処理部５１ａ〜５１ｄはそれぞれ、１つのＴＤＭＡ／ＴＤＤフレームについて、タイムスロットごとに、タイムスロットにおいて通信している移動局のうち１つの信号を最適に送受信するようウェイトベクトルの調整を行うものであり、各無線部からの入力信号Ｘ１〜Ｘ４を受け取り、各無線部への出力信号Ｓａ１〜Ｓａ４を出力する。即ち、ユーザ処理部５１ａ〜５１ｄそれぞれは、パス分割多重されている移動局のうち１つからの信号を分離抽出してモデム部６０に伝え、また、モデム部６０から伝えられた当該移動局に対する送信信号をアンテナ毎に調整して各無線部に出力するものである。
送受信切替スイッチ５６１〜５６４は、制御部８０の制御により送信、受信に応じて切り替えられる。
また、加算器５５１〜５５４は、ユーザ処理部５１ａ〜５１ｄによって移動局毎に調整された各無線部への出力信号を加算し、無線部２１〜２４へ出力するものである。
図３は、ユーザ処理部５１ａの構成を示すブロック図である。
ユーザ処理部５１ａは、乗算器５２１〜５２４、５８１〜５８４、加算器５９、送受信切替スイッチ５６、参照信号発生部５５、ウェイト算出部５８、ウェイト記憶部５７から構成される。
ここで、参照信号発生部５５は、ユニークワード、及びＰＨＳ規格により固定的に定められているスタートシンボル（ＳＳ）及びプリアンブル（ＰＲ）について、移動局が送信する信号を示す参照信号を発生する。このとき、ユニークワードの部分については、制御部８０から受け付けたユニークワードの値に従って参照信号を発生する。制御部８０は、各ユーザ処理部に対しそれぞれ異なるユニークワードの値を渡すので、各ユーザ処理部の参照信号発生部がユニークワードについて発生する参照信号はそれぞれ異なる。
ウェイト算出部５８は、上述したＭＭＳＥ方式におけるウェイトベクトルを算出する。ウェイト算出部５８は、無線部２１〜２４からそれぞれ得られるＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４の受信信号ベクトルと、それぞれに対応するウェイトベクトルとを掛け合せたものの総和を仮受信信号とし、この仮受信信号と参照信号発生部５５により得た参照信号とを比較しその差が小さくなるように、次のようにしてウェイトベクトルを調整する。
ここで、受信信号Ｘ１〜Ｘ４を時間に応じて変化するベクトル列ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）、ｘ３（ｔ）、ｘ４（ｔ）と表し、それぞれに対応するウェイトベクトルをｗ１（ｔ）、ｗ２（ｔ）、ｗ３（ｔ）、ｗ４（ｔ）と表し、仮受信信号をｙ（ｔ）と表すと、ウェイト算出部５８は、次の数３により仮受信信号ｙ（ｔ）を求める。ｔはＰＨＳ規格のタイムスロットにおける１シンボルの受信時間を単位時間として、時刻を示すものである。
［数３］ ｙ（ｔ）＝ｗ１（ｔ−１）×ｘ１（ｔ）＋ｗ２（ｔ−１）×ｘ２（ｔ）＋ｗ３（ｔ−１）×ｘ３（ｔ）＋ｗ４（ｔ−１）×ｘ４（ｔ）
仮受信信号ｙ（ｔ）を求めた後に、仮受信信号ｙ（ｔ）と参照信号ｄ（ｔ）の差ｅ（ｔ）を最小とするようにｗ（ｔ−１）の値を予め定めた範囲内で変動させることにより調整して、その値をウェイトベクトルｗ（ｔ）とする。なお、ｅ（ｔ）は次の数４により求まる。
［数４］ ｅ（ｔ）＝ｄ（ｔ）−ｙ（ｔ）
ウェイト記憶部５７は、受信時にウェイト算出部５８が算出したウェイトベクトルを記憶し、記憶したウェイトベクトルを、送信時、モデム部から与えられる１つの移動局への送信信号をアンテナ素子毎に分配した各信号に乗ずる。
＜データ構造＞
以下、ユニークワード記憶部９０に保持されているユニークワード情報について説明する。
図４は、ユニークワード情報のデータ構造及び内容例を示す図である。
同図に示すように、ユニークワード情報は、ユニークワードの値とそのユニークワードの割り当て状態を示す情報とが対応付られたものである。ユニークワードには異なる４種類の値があり、例えば２進数で「００１１１１０１０１００１１００」等の１６ビットの値をとる。割り当て状態は、移動局を特定するためのユーザ１、ユーザ２等の値、若しくは未だ割り当てられていないことを示す値をとる。
＜動作＞
以下、上述の構成を備える無線基地局１００の動作について、本発明の特徴である各ユニークワードの各移動局への割り当ての制御動作を中心に説明する。
図５は、通話やデータ通信を開始するために移動局からリンクチャネル確立要求を受けた場合の無線基地局１００の動作を示すフローチャートである。なお、この動作は制御部８０の制御により実現されるものである。
制御部８０は、移動局からのリンクチャネル確立要求を受信した場合（ステップＳ０１）、又はリンクチャネル確立再要求を受信した場合（ステップＳ０２）には、その移動局に対して割り当てることができるチャネルを探し（ステップＳ０３）、そのようなチャネルがなければ（ステップＳ０４）、リンクチャネル割り当て拒否通知をその移動局に送信するよう制御する（ステップＳ０８）。
割り当てることができるチャネルがある場合には（ステップＳ０４）、制御部８０は、ユニークワード記憶部９０に保持されているユニークワード情報を参照して、未だ割り当てられていないユニークワードを１つ選択し、選択されたユニークワードとその移動局とを対応づけるようにユニークワード情報を更新し（ステップＳ０５）、選択された１つのユニークワードの通知を含めたリンクチャネル割り当て通知をその移動局に送信するよう制御する（ステップＳ０６）。
一例として、２つの移動局がパス分割多重アクセス方式により通信中である場合に、更に新たな移動局からリンクチャネル確立要求等を受けた場合において、ユニークワード情報が図４の内容例に示す状態であれば、ステップＳ０５の実行により、未だ割り当てられていないユニークワードの１つ「１００１０１１１１１１００１１０」が選択され、前記ユニークワード情報は、前記ユニークワードが前記新たな移動局に割り当てられたことを示すように更新され、ステップＳ０６の実行によりその「１００１０１１１１１１００１１０」という値のユニークワードが周波数、タイムスロット等の使用可能なチャネルを特定する情報と共に前記新たな移動局に送信されることになる。
ステップＳ０６の実行後、制御部８０は、前記新たな移動局に対応する処理を行うユーザ処理部の参照信号発生部に対して移動局に通知したユニークワードを渡す（ステップＳ０７）。これにより、例えばユーザ処理部５１ｃの参照信号発生部５５は、そのユニークワードの値を含み、その移動局から送られてくることが予定される信号を参照信号として発生することになる。また、ユーザ処理部５１ｃは、移動局に対する送信データにそのユニークワードを含めて送信する。
図６は、移動局と無線基地局の間のリンクチャネル確立シーケンスの概略を示す図である。
同図に示すように、移動局からリンクチャネル確立要求を受けた場合（Ｓ１０１）、無線基地局は、図５に示す動作を行い、ステップＳ０６の実行により、移動局に対してユニークワードの通知を含むリンクチャネル割り当て通知を行う（Ｓ１０２）。また、当該通知を行った以降、割り当てたリンクチャネルでの通信において、移動局に対する送信データにそのユニークワードを含めて送信する。
なお、この移動局は、後述するように、従来のＰＨＳ規格に従った移動局の構成に加えて、無線基地局からユニークワードの通知を受けた場合にそのユニークワードの値をＰＨＳ規格におけるユニークワードの代わりに使用し、さらに当該ユニークワードを含む参照信号を用いて指向性を形成して無線基地局との間で通信データを送受信する機能を備えたものとする。
このように、無線基地局１００は、通話等を開始しようとする移動局に対して、他の移動局と異なるユニークワードを通知し、当該ユニークワードをその通知した移動局からの受信信号を分離抽出するための参照信号として用いると共に、当該移動局への送信信号に含めて送信する。
従って、無線基地局１００は、前記移動局と協働することにより、他の移動局との干渉を回避し通信品質を維持してその移動局とパス分割多重アクセス方式で通信することができるようになる。
＜移動局＞
本実施の形態における移動局は、通信相手である無線基地局の方向に対して指向性を形成して送受信する無線情報端末であって、ＰＨＳ規格で定められた時分割多重アクセス方式により無線基地局と通信する。
＜全体構成＞
図７は、本発明の実施の形態におけ移動局２００の主要部の構成を示すブロック図である。同図のように移動局２００は、アンテナ２１０、切替スイッチ２１３、送信回路２１１、受信回路２１２からなる無線部（以下無線部Ａと呼ぶ）と、アンテナ２２０、切替スイッチ２２３、送信回路２２１、受信回路２２２からなる無線部（以下無線部Ｂと呼ぶ）と、ＤＳＰ２６０（図中の破線枠）とを備え、２本のアンテナによりアレーアンテナパターンを形成して送受信するアダプティブアレー装置である。
２本のアンテナ２１０、２２０は、それぞれ棒状のロッドアンテナ、面状のパターンアンテナ、ロッド先端のヘリカルアンテナ、チップアンテナ（基板上にチップ部品として取り付けられたアンテナ）等でよいが、ここでは、アンテナ２１０がロッドアンテナ、アンテナ２２０がチップアンテナとする。
破線枠で示したＤＳＰ２６０は、実際にはプログラムに従って動作するが、同図ではその動作を機能ブロックに分けて記載してある。ＤＳＰ２６０は、乗算器２１４、２２４、２１５、２２５、加算器２３０、復調回路２３１、再変調回路２３２、メモリ２３３、スイッチ２３４、カウンタ２３５、ウェイト計算部２３６、メモリ２３７、ウェイト制御部２３８、ＵＷ情報記憶部２３９、及び変調回路２４０に相当する。
乗算器２１４、２２４は、それぞれ受信回路２１２、２２２から入力される受信信号に、ウェイト計算部２３６からのウェイトベクトルＷ１、Ｗ２を乗じることにより重み付けする。
乗算器２１５、２２５は、それぞれ変調回路２４０から入力される送信信号に、ウェイト制御部２３８からウェイトベクトルＷ１、Ｗ２を乗じることにより重み付けする。
加算器２３０は、乗算器２１４、２２４により重み付けされた受信信号を加算する。
復調回路２３１は、加算器２３０による加算後の受信信号を復調する。復調結果は受信ビット列として出力される。
再変調回路２３２は、復調回路２３１から入力される受信ビット列を、シンボルデータ（シンボルの波形データ）に再変調する。
ＵＷ情報記憶部２３９は、制御チャネルを通じて無線基地局から通知される移動局毎に相異なるユニークワード情報を記憶する。
メモリ２３３は、参照信号テーブルを保持する。参照信号テーブルは、ＰＨＳ規格により同期用ビットパターンとして規定される信号、即ち、ユニークワード以外で固定的に定まっているスタートシンボル（ＳＳ）、プリアンブル（ＰＲ）、及び前記記憶されたユニークワード（ＵＷ）を変調して得られるシンボルデータ（シンボルの波形データ）を記憶する。
カウンタ２３５は、通常の受信では、受信タイムスロットにおいて先頭から末尾のシンボルまでシンボルタイミングに同期してシンボル数（ＰＨＳでは０から１２０まで）をカウントする。このカウント値は、ユニークワードを含む同期用ビットパターンのシンボル期間とそうでない期間とを区別するために利用される。通常の受信では、第３シンボルから第１６シンボルまでのシンボル期間がＳＳ、ＰＲ、ＵＷからなる同期用ビットパターンの期間である。
スイッチ２３４は、通常の受信では、カウンタ２３５のカウント値が同期用ビットパターンのシンボル期間を示すときは、メモリ２３３から読み出される参照信号を表すシンボルデータ（の波形データ）を選択し、それ以外の期間では再変調回路２３２からのシンボルデータを選択する。
ウェイト計算部２３６は、受信回路２１２、受信回路２２２から入力されるそれぞれ受信信号に重み付けしそれらを加算した結果と、スイッチ２３４から入力されるシンボルデータとの誤差を最小にするようにウェイトベクトルをシンボル毎に算出する。ウェイトベクトルの算出については、既に説明したウェイト算出部５８と同様である。
メモリ２３７は、ウェイト計算部２３６により算出されたウェイトベクトルを記憶する。このウェイトベクトルは、受信タイムスロットの末尾のシンボルについて算出されたウェイトベクトルでよく、受信タイムスロット直後の送信タイムスロットにおいて利用される。無線部Ａ、ＢのウェイトベクトルをＷ１、Ｗ２とする。
ウェイト制御部２３８は、送信タイムスロットにおいてメモリ２３７からウェイトベクトルＷ１、Ｗ２を読み出して、乗算器２１５、２１６に出力する。
変調回路２４０は、送信すべきビット列を変調して送信信号（シンボルデータ）を生成する。
以上のように構成された移動局２００では、通信チャネルでの送受信において、受信タイムスロットで算出されたウェイトベクトルを用いてアレーアンテナパターンを形成して受信するとともにメモリ２３７にウェイトベクトルを記憶させ、その直後の送信タイムスロットにおいて記憶されているウェイトベクトルを用いてアレーアンテナパターンを形成して送信する。
＜動作＞
以下、上述の構成を備える移動局２００の動作について説明する。
図８は、移動局が無線基地局に対して行ったリンクチャネル確立要求への応答として、無線基地局からリンクチャネル割り当てを受けた場合の、移動局２００の動作を示すフローチャートである。このリンクチャネル確立要求とリンクチャネル割り当てとは、リンクチャネルでの通信に先行して、制御チャネルを介して行われるものである。
移動局２００は、無線基地局からのリンクチャネル割り当てを受信し（ステップＳ１０）、当該リンクチャネル割り当てに含まれるユニークワード情報をＵＷ情報記憶部２３９に記憶する（ステップＳ１１）。ここで、当該ユニークワード情報は、前述したように無線基地局から移動局毎に異なる符号（ビット列）が割り当てられる。移動局２００は、ＰＨＳ規格により固定的に符号が決まっているスタートシンボル（ＳＳ）、プリアンブル（ＰＲ）、及び前記記憶されたユニークワード（ＵＷ）を、例えば再変調回路２３２を用いて変調して参照信号を生成し（ステップＳ１２）、生成した参照信号をメモリ２３３に格納する（ステップＳ１３）。
なお、これらの動作は、実際にはＤＳＰ２６０がプログラムを実行することにより実現されるものである。
このユニークワード取得及び参照信号生成処理を行った後、移動局２００は、リンクチャネルでの通信において、取得したユニークワードの値をＰＨＳ規格におけるユニークワードとして使用し、生成した参照信号を用いて指向性を形成して無線基地局との間で通信データを送受信する。
このように、移動局２００は、通信チャネルでの送受信に先行して、制御チャネルを介して無線基地局から移動局ごとに相異なるユニークワードを取得し、当該ユニークワードを含む参照信号を用いて前記ウェイトベクトルを算出するため、自移動局宛て以外の信号に誤って同期する不都合を回避でき、精度良くアレーアンテナパターンを形成する。この指向性制御を行うことにより、他の無線ゾーンへ放射される干渉信号を低減し、同一周波数の割当て間隔を短縮し、周波数の利用効率を向上する。
図９に、無線基地局及び移動局の双方が指向性制御をする場合の、パス分割多重アクセス方式及び無線ゾーン方式の模式図を示す。同図は、各無線ゾーンが規則的な正六角形形状を有する理想的な条件においては、移動局の指向性制御によって他の無線ゾーンへの干渉信号の放射、及び他の無線ゾーンからの干渉信号の受信がほぼなくなり、隣接無線ゾーンにおいても繰り返し同一周波数ｆ１を使用できることを表している。
＜その他の変形例＞
以上、本発明に係る無線基地局及び移動局について、実施の形態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）本発明は、実施の形態で説明したステップを含む方法であるとしてもよい。また、これらの方法を、コンピュータシステムを用いて実現するためのコンピュータプログラムであるとしてもよいし、前記プログラムを表すデジタル信号であるとしてもよい。
また、本発明は、前記プログラム又は前記デジタル信号を記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、半導体メモリ等であるとしてもよい。
また、本発明は、電気通信回線、無線又は有線通信回線、若しくはインターネットに代表されるネットワーク等を経由して伝送される前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号であるとしてもよい。
また、本発明は、マイクロプロセッサ及びメモリを備えたコンピュータシステムであり、前記メモリは前記プログラムを記憶しており、前記マイクロプロセッサは前記メモリに記憶されている前記プログラムに従って動作することにより、前記方法を実現するとしてもよい。
また、前記プログラム又は前記デジタル信号は、前記記録媒体に記録されて移送され、若しくは、前記ネットワーク等を経由して移送され、独立した他のコンピュータシステムにおいて実施されるとしてもよい。
（２）本実施の形態では、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、パス分割多重アクセス方式を採る通信システムであって、各移動局が通信データを、ＰＨＳ規格の物理スロットの構成要素としてのユニークワードに相当するいわゆる同期用符号を含んだ形式の通信データを送受信するような通信システムであれば本発明を適用することができる。また、ユニークワードは、識別子として用いられるビット列であればよい。
（３）本実施の形態では、無線基地局がユニークワードの値を移動局に通知することとしたが、通知する情報は、ユニークワードの値そのものであることに限定されることはなく、ユニークワードを特定するために必要な情報であれば、例えば１、２、３、４といった番号等の識別情報であってもよい。但し、無線基地局と移動局の双方が、その識別情報に基づいて算出する等によってユニークワードの値を特定できるようにしておく必要がある。例えば、リンクチャネル割り当て通知に用いるＰＨＳ規格で規定されたリンクチャネル割当メッセージ内の未使用のビットをユニークワードの値の識別情報を通知するものとして利用することとしてもよい。
（４）本実施の形態では、ユニークワード記憶部９０に格納されているユニークワード情報には予め固定的に４つの異なるユニークワードの値が含まれていることとして、制御部８０がそのユニークワード情報に含まれるユニークワードの値を、各ユーザ処理部５１ａ〜５１ｄの参照信号発生部５５に与えることとしたが、ユニークワードを予め固定的に保持する他に、制御部８０が乱数を発生する等により異なる４つのユニークワードを発生させてユニークワード情報に含ませることとしてもよい。
（５）本実施の形態では特に示さなかったが、無線基地局は、パス分割多重アクセス方式で通信した移動局のうち、通信を終了したものについては、ユニークワード情報中のユニークワードとその移動局とを対応付けている情報を、対応がないことを示すようにユニークワード情報を更新することとしてもよい。
産業上の利用可能性
本発明に係る無線情報端末は、携帯電話機、携帯型情報通信機器等として適用され、本発明に係る無線通信システムは、周波数資源の利用効率を向上するために利用できる。また、本発明に係る通信方法及びプログラムは、前記無線情報端末において用いられ、周波数資源の利用効率を向上する。
【図面の簡単な説明】
図１は、無線基地局の構成を示すブロック図である。
図２は、信号処理部５０の構成を示すブロック図である。
図３は、ユーザ処理部５１ａの構成を示すブロック図である。
図４は、ユニークワード情報のデータ構造と内容例とを示す図である。
図５は、通話やデータ通信を開始するために移動局からリンクチャネル確立要求を受けた場合の無線基地局１００の動作を示すフローチャートである。
図６は、移動局と無線基地局の間のリンクチャネル確立シーケンスの概略を示す図である。
図７は、移動局の主要部の構成を示すブロック図である。
図８は、リンクチャネル確立要求への応答として無線基地局からリンクチャネル割当を受けた場合の移動局２００の動作を示すフローチャートである。
図９は、無線基地局及び移動局の双方が指向性制御を行う場合の、パス分割多重アクセス方式及び無線ゾーン方式を説明するための模式図である。
図１０は、無線基地局が指向性制御を行い、移動局が指向性制御を行わない場合の、パス分割多重アクセス方式及び無線ゾーン方式を説明するための模式図である。
図１１は、アダプティブアレイ装置により移動局からの信号を受信する際のＭＭＳＥ方式による制御内容を示す概念図である。

Claims (13)

1. 無線基地局と交信する無線情報端末であって、
   無線基地局から通知されるシンボル同期用の符号を取得する取得手段と、
   取得された符号を記憶する記憶手段と、
   記憶された符号を基準としてアンテナ指向性を制御する情報をシンボル毎に算出する算出手段と、
   算出された情報を用いて前記無線基地局から送信される信号の受信利得が大きくなる指向性を形成して受信する受信手段と
   を備えることを特徴とする無線情報端末。
2. 前記無線情報端末は、さらに、
   前記記憶された符号を変調することによりアンテナ指向性を形成する基準となる参照信号を生成する生成手段を備え、
   前記アンテナ指向性を制御する情報は、アンテナ毎の信号に対する重み係数として表され、
   前記算出手段は、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算した信号と参照信号との差が小さくなるよう重み係数を算出し、
   前記受信手段は、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算することにより指向性を形成して受信する
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の無線情報端末。
3. 前記無線情報端末は、さらに、
   前記算出された重み係数をアンテナ毎に送信信号に乗じて送出することにより前記無線基地局に対して送信される信号の送信利得が大きくなる指向性を形成して送信する送信手段を備える
   ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の無線情報端末。
4. 前記シンボル同期用の符号は、
   プリアンブル及びユニークワード、又はその何れか一方を示すことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記載の無線情報端末。
5. 無線情報端末毎に相異なるシンボル同期用の符号を割り当て、当該符号を各無線情報端末に通知し、各無線情報端末宛ての情報に当該符号を含めて送信する無線基地局と、
   請求の範囲第１項乃至第４項の何れかに記載の無線情報端末と
   からなる無線通信システム。
6. 無線基地局と交信する無線情報端末で用いられる通信方法であって、
   無線基地局から通知されるシンボル同期用の符号を取得する取得ステップと、
   取得された符号を記憶する記憶ステップと、
   記憶された符号を基準としてアンテナ指向性を制御する情報をシンボル毎に算出する算出ステップと、
   算出された情報を用いて前記無線基地局から送信される信号の受信利得が大きくなる指向性を形成して受信する受信ステップと
   を含むことを特徴とする通信方法。
7. 前記通信方法は、さらに、
   前記記憶された符号を変調することによりアンテナ指向性を形成する基準となる参照信号を生成する生成ステップを含み、
   前記アンテナ指向性を制御する情報は、アンテナ毎の信号に対する重み係数として表され、
   前記算出ステップは、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算した信号と参照信号との差が小さくなるよう重み係数を算出し、
   前記受信ステップは、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算することにより指向性を形成して受信する
   ことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の通信方法。
8. 前記通信方法は、さらに、
   前記算出された重み係数をアンテナ毎に送信信号に乗じて送出することにより前記無線基地局に対して送信される信号の送信利得が大きくなる指向性を形成して送信する送信ステップを含む
   ことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の通信方法。
9. 前記通信方法において、
   前記シンボル同期用の符号は、プリアンブル及びユニークワード、又はその何れか一方を示すことを特徴とする請求の範囲第６項乃至第８項の何れかに記載の通信方法。
10. 無線基地局と交信する無線情報端末で用いられる通信方法を、コンピュータを用いて実現するためのコンピュータ実行可能なプログラムであって、
    無線基地局から通知されるシンボル同期用の符号を取得する取得ステップと、
    取得された符号を記憶する記憶ステップと、
    記憶された符号を基準としてアンテナ指向性を制御する情報をシンボル毎に算出する算出ステップと、
    算出された情報を用いて前記無線基地局から送信される信号の受信利得が大きくなる指向性を形成して受信する受信ステップと
    をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
11. 前記プログラムは、さらに、
    前記記憶された符号を変調することによりアンテナ指向性を形成する基準となる参照信号を生成する生成ステップをコンピュータに実行させ、
    前記アンテナ指向性を制御する情報は、アンテナ毎の信号に対する重み係数として表され、
    前記算出ステップは、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算した信号と参照信号との差が小さくなるよう重み係数を算出し、
    前記受信ステップは、アンテナ毎に受信された信号に重み係数を乗じて加算することにより指向性を形成して受信する
    ことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のプログラム。
12. 前記プログラムは、さらに、
    前記算出された重み係数をアンテナ毎に送信信号に乗じて送出することにより前記無線基地局に対して送信される信号の送信利得が大きくなる指向性を形成して送信する送信ステップを、コンピュータに実行させる
    ことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のプログラム。
13. 前記プログラムにおいて、
    前記シンボル同期用の符号は、プリアンブル及びユニークワード、又はその何れか一方を示すことを特徴とする請求の範囲第１０項乃至第１２項の何れかに記載のプログラム。

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