JP3851327B2

JP3851327B2 - 基地局装置

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Publication number: JP3851327B2
Application number: JP2004190256A
Authority: JP
Inventors: 健雄宮田; 克敏河合
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2024-06-28
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Description

本発明は、チャネル割当技術および受信技術に関し、特に通信対象の端末装置に対してチャネルを割り当てる基地局装置に関する。

ワイヤレス通信において、一般的に限りある周波数資源の有効利用が望まれている。周波数資源を有効利用するために、例えば同一の周波数の電波が可能な限り近い距離で繰り返し使用される。しかし、その場合、同一周波数を使用する近接の基地局装置等からの同一チャネル干渉によって、通信品質が劣化する。同一チャネル干渉による通信品質の低下を防ぐ技術のひとつが、アダプティブアレイアンテナ技術である。アダプティブアレイアンテナ技術では、複数のアンテナでそれぞれ受信した信号を異なる重み係数で重み付してから合成する。重み係数は、例えば、参照すべき信号と合成後の信号間の誤差を小さくするように適応的に更新される。

重み係数の適応的な更新のために、例えば、ＲＬＳ（ＲｅｃｕｒｓｉｖｅＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムやＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムなどの適応アルゴリズムが使用される。また重み係数は、送信側から受信側までの伝送路における応答係数にもとづいて、計算される場合もある。さらに、アダプティブアレイアンテナ技術を備えた無線装置が、受信した信号から導出した重み係数や応答係数にもとづいて送信用の重み係数を導出し、送信すべき信号を当該送信用の重み係数で重み付けしてから送信する場合もある。このようにアダプティブアレイアンテナ技術は、受信した信号から希望すべき成分を抽出し、信号を送信する際の指向性を調節することによって、同一チャネル干渉による通信品質の低下を防止できる（例えば、特許文献１参照。）。
国際公開第ＷＯ００／０７９７０２号パンフレット

アダプティブアレイアンテナ技術を利用した多重接続技術が、空間分割多重接続（ＳｐａｃｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：ＳＤＭＡ）やパス分割多重接続（ＰａｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：ＰＤＭＡ）である。ＳＤＭＡを実行する基地局装置は、例えば、アダプティブアレイアンテナ技術にもとづいて、同一周波数におけるひとつのタイムスロットを空間的に複数に分割し、分割した空間のそれぞれに対応した無線チャネルを端末装置に割り当てる。このようにして、当該基地局装置は無線チャネルを割り当てた端末装置との間でデータを伝送する。

本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。基地局装置は、ＳＤＭＡによって多重化した複数の端末装置からそれぞれ受信した信号の強度差が大きい場合、あるいはＳＤＭＡによって多重化した複数の端末装置の空間相関値が大きい場合に、複数の端末装置の空間的な分離を十分に行えないことがある。前者に関しては、受信ウエイトベクトルによって実現されるアンテナ指向性のうち、最大の信号強度と最小の信号強度の差よりも大きな差を有した複数の信号は、アダプティブアレイによる分離の限界を超えるためである。

後者に関しては、複数の端末装置から送信された信号の到来角度差が接近しているためである。また、複数の端末装置から受信した信号を方向に応じて分離できた場合であっても、分離した信号のそれぞれと複数の端末装置との対応がとれないこともある。すなわち、信号の到来方向あるいは受信ウエイトベクトルに対する端末装置の対応付けが困難になることである。さらに、送信の処理は以上のような受信の処理にもとづいてなされるので、受信の際における複数の端末装置の空間的な分離の不完全性は、送信の性能にも影響を及ぼす。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳＤＭＡにおける複数の端末装置の空間的な分離の不完全性を改善する基地局装置を提供することにある。

本発明のある態様は、基地局装置である。この装置は、複数の端末装置とそれぞれ通信する通信部と、下り回線では、複数の端末装置を空間の分割によって多重接続するように、複数の端末装置にチャネルをそれぞれ割り当て、上り回線では、複数の端末装置を空間以外の多重化要素の分割によって多重接続するように、複数の端末装置にチャネルをそれぞれ割り当てる制御部とを備える。

「チャネル」とは、基地局装置と端末装置などの無線装置間で通信を行うために設定される無線通信路のことをいい、具体的には、ＦＤＭＡ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）の場合は特定の周波数帯域を指し、ＴＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）の場合は特定のタイムスロットまたはスロットを指し、ＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）の場合は特定の符号系列を指し、ＳＤＭＡの場合には、特定の空間あるいはパスを指す。ここでは、これらのうちの任意ものとする。

以上の装置により、上り回線では空間の分割によって複数の端末装置を多重接続しないので、空間の分割の不完全性を回避でき、下り回線では空間の分割によって複数の端末装置を多重接続するので、伝送容量を大きくできる。

通信部は、空間以外の多重化要素の分割によって多重接続した複数の端末装置から信号をそれぞれ受信し、複数の端末装置のひとつから受信した信号を単位にして、複数の端末装置に対応した受信用の伝送路特性をそれぞれ導出する受信処理部と、受信処理部にて導出した受信用の伝送路特性から送信用の伝送路特性を導出し、導出した送信用の伝送路特性にもとづいて、空間の分割によって多重接続した複数の端末装置に対して信号をそれぞれ送信する送信処理部とを備えてもよい。

「受信用の伝送路特性」とは、受信した信号における伝送路の特性を示し、伝送路の特性に相当するものであればよい。例えば、受信応答ベクトル、受信ウエイトベクトル、受信電力を含む。

「送信用の伝送路特性」とは、送信すべき信号に対する伝送路の特性を示し、伝送路の特性に相当するものであればよい。例えば、送信応答ベクトル、送信ウエイトベクトルを含む。なお、「送信用の伝送路特性」の値が「受信用の伝送路特性」の値と同一であってもよいものとする。

制御部は、空間以外の多重化要素を時間とし、上り回線では、時間の分割によって多重接続するために、複数の端末装置を複数のタイムスロットにそれぞれ割り当て、受信処理部は、タイムスロットを単位にして、複数の端末装置に対応した受信用の伝送路特性をそれぞれ導出してもよい。制御部は、下り回線において、上り回線で複数のタイムスロットにそれぞれ割り当てた複数の端末装置をひとつのタイムスロットに割り当ててもよい。制御部で複数の端末装置を割り当てるべきタイムスロットは、複数のタイムスロットを含んでひとつのフレームを構成し、さらにフレームが連続的に配置されており、下り回線において、上り回線で異なるフレームに含まれたタイムスロットにそれぞれ割り当てられた複数の端末装置をひとつのタイムロットに割り当ててもよい。

「タイムスロットを単位にして、複数の端末装置に対応した受信用の伝送路特性をそれぞれ導出」とは、ひとつのタイムスロットに割り当てられたひとつの端末装置に対して、受信用の伝送路特性を導出し、さらにそれらの処理を複数の端末装置に対して実行することである。

「上り回線で異なるフレームに含まれたタイムスロット」とは、例えば、奇数番目のフレームに含まれたタイムスロットと偶数番目のフレームに含まれたタイムスロットを示す。

本発明の別の態様は、チャネル割当方法である。この方法は、下り回線では、複数の端末装置を空間の分割によって多重接続するように、複数の端末装置にチャネルをそれぞれ割り当て、上り回線では、複数の端末装置を空間以外の多重化要素の分割によって多重接続するように、複数の端末装置にチャネルをそれぞれ割り当てる。

本発明のさらに別の態様も、チャネル割当方法である。この方法は、複数の端末装置とそれぞれ通信するステップと、下り回線では、複数の端末装置を空間の分割によって多重接続するように、複数の端末装置にチャネルをそれぞれ割り当て、上り回線では、複数の端末装置を空間以外の多重化要素の分割によって多重接続するように、複数の端末装置にチャネルをそれぞれ割り当てるステップとを備える。

通信するステップは、空間以外の多重化要素の分割によって多重接続した複数の端末装置から信号をそれぞれ受信し、複数の端末装置のひとつから受信した信号を単位にして、複数の端末装置に対応した受信用の伝送路特性をそれぞれ導出するステップと、導出した受信用の伝送路特性から送信用の伝送路特性を導出し、導出した送信用の伝送路特性にもとづいて、空間の分割によって多重接続した複数の端末装置に対して信号をそれぞれ送信するステップとを備えてもよい。割り当てるステップは、空間以外の多重化要素を時間とし、上り回線では、時間の分割によって多重接続するために、複数の端末装置を複数のタイムスロットにそれぞれ割り当て、受信用の伝送路特性をそれぞれ導出するステップは、タイムスロットを単位にして、複数の端末装置に対応した受信用の伝送路特性をそれぞれ導出してもよい。

割り当てるステップは、下り回線において、上り回線で複数のタイムスロットにそれぞれ割り当てた複数の端末装置をひとつのタイムスロットに割り当ててもよい。割り当てるステップで複数の端末装置を割り当てるべきタイムスロットは、複数のタイムスロットを含んでひとつのフレームを構成し、さらにフレームが連続的に配置されており、下り回線において、上り回線で異なるフレームに含まれたタイムスロットにそれぞれ割り当てられた複数の端末装置をひとつのタイムロットに割り当ててもよい。

本発明のさらに別の態様は、プログラムである。このプログラムは、無線ネットワークを介して、複数の端末装置とそれぞれ通信するステップと、下り回線では、複数の端末装置を空間の分割によって多重接続するように、複数の端末装置にチャネルをそれぞれ割り当て、上り回線では、複数の端末装置を空間以外の多重化要素の分割によって多重接続するように、複数の端末装置にチャネルをそれぞれ割り当て、かつ複数の端末装置をそれぞれ割り当てたチャネルに関する情報をメモリに記憶するステップとをコンピュータに実行させる。

通信するステップは、無線ネットワークを介して、空間以外の多重化要素の分割によって多重接続した複数の端末装置から信号をそれぞれ受信し、複数の端末装置のひとつから受信した信号を単位にして、複数の端末装置に対応した受信用の伝送路特性をそれぞれ導出してメモリに記憶するステップと、記憶した受信用の伝送路特性から送信用の伝送路特性を導出し、導出した送信用の伝送路特性にもとづいて、無線ネットワークを介して、空間の分割によって多重接続した複数の端末装置に対して信号をそれぞれ送信するステップとを備えてもよい。チャネルに関する情報をメモリに記憶するステップは、空間以外の多重化要素を時間とし、上り回線では、時間の分割によって多重接続するために、複数の端末装置を複数のタイムスロットにそれぞれ割り当て、受信用の伝送路特性をそれぞれ導出してメモリに記憶するステップは、タイムスロットを単位にして、複数の端末装置に対応した受信用の伝送路特性をそれぞれ導出してもよい。

チャネルに関する情報をメモリに記憶するステップは、下り回線において、上り回線で複数のタイムスロットにそれぞれ割り当てた複数の端末装置をひとつのタイムスロットに割り当ててもよい。チャネルに関する情報をメモリに記憶するステップで複数の端末装置を割り当てるべきタイムスロットは、複数のタイムスロットを含んでひとつのフレームを構成し、さらにフレームが連続的に配置されており、下り回線において、上り回線で異なるフレームに含まれたタイムスロットにそれぞれ割り当てられた複数の端末装置をひとつのタイムロットに割り当ててもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ＳＤＭＡにおける複数の端末装置の空間的な分離の不完全性を改善できる。

本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、端末装置を接続し、かつアダプティブアレイアンテナ技術を有した基地局装置に関する。本実施例では、簡易型携帯電話システムのように、上下回線をＴＤＤ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ）によって実行する通信システムを想定する。基地局装置は、複数の端末装置をＴＤＭＡおよびＳＤＭＡによって多重化する。ここでは、ＴＤＭＡ／ＴＤＤの構成を前提にして、フレームが連続して配置されており、さらにひとつのフレームに対して、上り回線用のタイムスロットと下り回線用のタイムスロットがそれぞれ４つ配置されている。さらに、基地局装置はＳＤＭＡも実行しているので、空間の分割によってひとつのタイムスロットに複数のチャネルを設け、それぞれのチャネルを端末装置に割り当てる。

ここで本実施例に係る基地局装置は、下り回線用のひとつのタイムスロットに対して複数のチャネルを設けるが、上り回線用のひとつのタイムスロットに対してひとつのチャネルを設ける。すなわち、下り回線ではＳＤＭＡを実行するが、上り回線ではＳＤＭＡを実行しない。基地局装置は、上り回線用のひとつのタイムスロットに対して、ひとつの端末装置から受信した信号にもとづいて、受信ウエイトベクトルや受信応答ベクトルを計算する。ひとつの端末装置に対して以上の計算を実行するので、上り回線でＳＤＭＡを実行している際の分離した信号と端末装置との対応付けが不要になる。すなわち、複数の端末装置のそれぞれを単位にした信号の分離が不要になる。その結果、それらの対応を原因とした空間の分離の不完全性を回避できる。さらに、下り回線のひとつのタイムスロットでＳＤＭＡすべき複数の端末装置に信号を送信する際の送信ウエイトベクトルは、前述のごとく計算された受信ウエイトベクトルや受信応答ベクトルにもとづいて導出される。そのため、下り回線においては、空間の分離の不完全性を解消したもとでＳＤＭＡを実行できる。

図１は、本発明の実施例に係る通信システム１００の構成を示す。通信システム１００は、基地局装置１０、端末装置２６、ネットワーク２４を含む。基地局装置１０は、アンテナ２２と総称する第１アンテナ２２ａ、第２アンテナ２２ｂ、第ｎアンテナ２２ｎ、無線部１２、信号処理部１４、モデム部１６、ベースバンド部１８、制御部２０を含み、ネットワーク２４と接続している。また、無線部１２は、第１無線部１２ａ、第２無線部１２ｂ、第Ｎ無線部１２ｎを含み、信号処理部１４は、第１信号処理部１４ａ、第２信号処理部１４ｂ、第Ｍ信号処理部１４ｍを含む。また、信号として、無線部制御信号３１８、モデム部制御信号３２０、ベースバンド部制御信号３２２、信号処理部制御信号３３０を含む。図１の通信システムにおいて、基地局装置１０はひとつの端末装置２６を接続しているが、実際には複数の端末装置２６を接続可能であり、特にＳＤＭＡによって、ひとつのタイムスロットあたりＭ個の端末装置２６を接続可能である。

ベースバンド部１８は、ネットワーク２４とのインターフェースであり、通信システムで伝送の対象となる情報信号の送受信処理を行う。また、誤り訂正や自動再送処理がなされてもよいが、ここでは説明を省略する。

モデム部１６は、変調処理として、π／４シフトＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）の変調方式によって、送信すべき情報信号を変調する。また、復調処理として、受信信号を復調して、送信された情報信号を再生する。なお、変調処理および復調処理を実行する際に必要な指示は、制御部２０からモデム部制御信号３２０によってなされる。

信号処理部１４は、アダプティブアレイアンテナによる送受信処理に必要な信号処理を行う。詳細は後述するが、下り回線では、アダプティブアレイアンテナ技術にもとづいて複数の端末装置２６をＳＤＭＡで接続し、これらと通信する。ここで、Ｍ個の信号処理部１４は、ひとつのタイムスロットで空間分割多重接続できる端末装置２６の数に対応する。一方、上り回線では、複数の端末装置２６をＴＤＭＡで接続し、これらと通信する。そのため、送信処理においてＳＤＭＡすべき端末装置２６の数だけ信号処理部１４が動作するが、受信処理において第１信号処理部１４ａだけが動作する。

上り回線において信号処理部１４は、空間以外の多重化要素、ここでは時間の分割によって多重接続した複数の端末装置２６から信号をそれぞれ受信する。さらに、複数の端末装置２６のひとつから受信した信号、すなわちタイムスロットを単位にして、複数の端末装置２６に対応した受信用の伝送路特性をそれぞれ導出する。ここで、受信用の伝送路特性は、例えば、受信ウエイトベクトルや受信応答ベクトルである。また、下り回線において信号処理部１４は、導出した受信用の伝送路特性から送信用の伝送路特性を導出し、導出した送信用の伝送路特性にもとづいて、ＳＤＭＡした複数の端末装置２６に対して信号をそれぞれ送信する。

無線部１２は、信号処理部１４、モデム部１６、ベースバンド部１８で処理されるベースバンドの信号と無線周波数の信号間の周波数変換処理、増幅処理、ＡＤまたはＤＡ変換処理等を行う。
アンテナ２２は、無線周波数の信号を送受信処理する。アンテナの指向性は任意でよく、アンテナ２２のアンテナ数はＮとされる。

制御部２０は、無線部１２、信号処理部１４、モデム部１６、ベースバンド部１８のタイミングやチャネル配置を制御する。制御部２０は、チャネル配置を次のように実行する。下り回線では、複数の端末装置２６をＳＤＭＡによって接続するように、複数の端末装置２６にチャネルをそれぞれ割り当て、上り回線では、複数の端末装置２６をＳＤＭＡ以外、ここではＴＤＭＡによって接続するように、複数の端末装置２６にチャネルをそれぞれ割り当てる。なお、上り回線におけるチャネルは、そのままタイムスロットに対応する。一方、制御部２０は、下り回線において、上り回線で複数のタイムスロットにそれぞれ割り当てた端末装置２６をひとつのタイムスロットに割り当てる。なお、複数の端末装置２６を割り当てるべきタイムスロットが、複数のタイムスロットを含んでひとつのフレームを構成し、さらにフレームが連続的に配置されている場合に、制御部２０は、下り回線において、上り回線で異なるフレームに含まれたタイムスロットにそれぞれ割り当てられた複数の端末装置２６をひとつのタイムロットに割り当ててもよい。

図２は、本発明の実施例に係るバーストフォーマットを示す。これは簡易型携帯電話システムのバーストフォーマットである。バーストの先頭から４シンボルの間に、タイミング同期に使用するためのプリアンブルが、それに続く８シンボルの間に、ユニークワードが配置されている。プリアンブルとユニークワードは、基地局装置１０や端末装置２６にとって既知であるため、後述するトレーニング信号としても使用できる。本実施例では、説明の簡略化のために図２に示した簡易型携帯電話システムのバーストフォーマットを対象にして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図３は、第１無線部１２ａの構成を示す。第１無線部１２ａは、スイッチ部３６、受信部３８、送信部４０を含む。さらに、受信部３８は、周波数変換部４２、直交検波部４４、ＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）４６、ＡＤ変換部４８を含み、送信部４０は、増幅部５０、周波数変換部５２、直交変調部５４、ＤＡ変換部５６を含む。また、信号として、デジタル受信信号３００と総称される第１デジタル受信信号３００ａ、デジタル送信信号３０２と総称される第１デジタル送信信号３０２ａを含む。

スイッチ部３６は、無線部制御信号３１８の指示にもとづいて、受信部３８と送信部４０に対する信号の入出力を切りかえる。
受信部３８の周波数変換部４２と送信部４０の周波数変換部５２は、無線周波数の信号とひとつまたは複数の中間周波数の信号間の周波数変換を行う。

直交検波部４４は、中間周波数の信号から直交検波によって、ベースバンドのアナログ信号を生成する。なお、一般的にベースバンドの信号は同相成分と直交成分のふたつの成分を含んでいるので、ふたつの信号線によって示されるべきであるが、ここでは図の明瞭性からベースバンド信号をひとつの信号線によって示す。以下も同様である。一方、直交変調部５４は、ベースバンドのアナログ信号から直交変調によって、中間周波数の信号を生成する。

ＡＧＣ４６は、ベースバンドのアナログ信号の振幅をＡＤ変換部４８のダイナミックレンジ内の振幅にするために、利得を自動的に制御する。
ＡＤ変換部４８は、ベースバンドのアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＤＡ変換部５６は、ベースバンドのデジタル信号をアナログ信号に変換する。ここで、ＡＤ変換部４８から出力されるデジタル信号をデジタル受信信号３００、ＤＡ変換部５６に入力されるデジタル信号をデジタル送信信号３０２とする。
増幅部５０は、送信すべき無線周波数の信号を増幅する。

図４は、第１信号処理部１４ａの構成を示す。第１信号処理部１４ａは、参照信号生成部７２、受信ウエイトベクトル計算部７０、合成部６８、受信応答ベクトル計算部２００、送信ウエイトベクトル計算部７６、分離部７４を含む。さらに、合成部６８は、乗算部７８と総称される第１乗算部７８ａ、第２乗算部７８ｂ、第Ｎ乗算部７８ｎ、加算部８０を含み、分離部７４は、乗算部８２と総称される第１乗算部８２ａ、第２乗算部８２ｂ、第Ｎ乗算部８２ｎを含む。

また、信号として、合成信号３０４、分離前信号３０６、受信ウエイトベクトル３０８と総称される第１受信ウエイトベクトル３０８ａ、第２受信ウエイトベクトル３０８ｂ、第Ｎ受信ウエイトベクトル３０８ｎ、送信ウエイトベクトル３１０と総称される第１送信ウエイトベクトル３１０ａ、第２送信ウエイトベクトル３１０ｂ、第Ｎ送信ウエイトベクトル３１０ｎ、参照信号３１２、受信応答ベクトル４０２を含む。

参照信号生成部７２は、図２に示したプリアンブル信号を記憶しており、トレーニング期間中は、記憶したプリアンブル信号を参照信号３１２として出力し、トレーニング終了後は、合成信号３０４を判定して判定した信号を参照信号３１２として出力する。なお、トレーニング期間の終了は、図示しない制御部２０からの信号処理部制御信号３３０によって通知されるものとする。

受信ウエイトベクトル計算部７０は、デジタル受信信号３００の重み付けに必要な受信ウエイトベクトル３０８を、ＲＬＳ（ＲｅｃｕｒｓｉｖｅＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムやＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムなどの適応アルゴリズムによって計算する。なお、適応アルゴリズムの演算は、デジタル受信信号３００、合成信号３０４、参照信号３１２にもとづいてなされる。例えば、ＬＭＳアルゴリズムは次のように示される。ＲＬＳアルゴリズムに関しても同様に実行される。

ここで、Ｗは受信ウエイトベクトル３０８、μは忘却係数、ｕは、デジタル受信信号３００、ｅは符号間干渉を示した誤差、すなわち合成信号３０４と参照信号３１２との間の誤差を示す。
乗算部７８は、デジタル受信信号３００を受信ウエイトベクトル３０８で重み付けする。加算部８０は、乗算部７８からの出力を加算して、合成信号３０４を出力する。

受信応答ベクトル計算部２００は、送信信号に対する受信信号の受信応答特性として受信応答ベクトル４０２を計算する。ここでは、説明の便宜のため端末装置２６の数を２とするが、そのうち第１の端末装置２６が通信対象であり、第２の端末装置２６は通信対象でなく干渉源に相当する。そのため、第２の端末装置に関する信号は、図示しない第２信号処理部１４ｂ等から入力されているものとする。なお、干渉源としての第２の端末装置２６を考慮しない場合は、以下の説明から第２の端末装置に関連する項を削除してもよい。また、説明の便宜のためにアンテナ２２の数を４とする。デジタル受信信号３００に対応した入力信号ベクトルＸ（ｔ）は、次のように示される。

ここで、Ｓｒｘｉ（ｔ）は、ｉ番目の端末装置２６が送信した信号を示す。さらに、Ｘ（ｔ）は、前述のごとく入力信号ベクトルであり、デジタル受信信号３００のそれぞれをＲＸｊ（ｔ）とすれば、次のように示される。なお、ｊは図示しないアンテナ２２の番号であり、Ｔは行列の転置を示す。

また、Ｈｉは受信応答ベクトル４０２であり、ｊ番目のアンテナ２２で受信されたｉ番目の端末装置２６からの信号の応答係数をｈｉｊで示せば、Ｈｉは次のように示される。

さらに、Ｎ（ｔ）は雑音ベクトルであり、ｊ番目のアンテナ２２で受信された信号、すなわちｊ番目のデジタル受信信号３００に含まれた雑音をｎｊ（ｔ）で示せば、Ｎ（ｔ）は次のように示される。

ここで、信号処理部１４においてアダプティブアレイが正常に動作していれば、複数の端末装置２６からの信号を分離できるので、前述のＳｒｘｉ（ｔ）はすべて既知の信号になる。なお、この条件に関係なく、トレーニング信号の期間においても、前述のＳｒｘｉ（ｔ）はすべて既知の信号になる。これらを利用すれば、受信応答ベクトル４０２は以下の通りに導出できる。

第１の端末装置２６からの信号Ｓｒｘ１（ｔ）にもとづいて、アンサンブル平均を計算すれば、次のように示される。

ここで、Ｅはアンサンブル平均を示すが、ここではアンサンブル平均の処理を時間平均の処理におきかえるものとする。時間平均の処理が十分長い期間実行されれば、次のようになる。

これは、Ｓｒｘ１（ｔ）とＳｒｘ２（ｔ）の間に相関がなく、さらにＳｒｘ１（ｔ）とＮ（ｔ）の間に相関がないためである。以上のように受信応答ベクトル４０２に対応したＨ１は、次のように示される。

送信ウエイトベクトル計算部７６は、分離前信号３０６の重み付けに必要な送信ウエイトベクトル３１０を、受信応答特性である受信ウエイトベクトル３０８や受信応答ベクトル４０２から推定する。送信ウエイトベクトル３１０の推定方法は、任意とするが、最も簡易な方法として、受信ウエイトベクトル３０８をそのまま使用すればよい。あるいは、受信処理と送信処理の時間差で生じる伝搬環境のドップラー周波数変動を考慮して、従来の技術によって、受信ウエイトベクトル３０８あるいは受信応答ベクトル４０２を補正してもよい。ここでは説明の簡略化のため、送信ウエイトベクトル３１０の推定に受信応答ベクトル４０２を使用するものとするが、図示しない信号線によって入力した受信ウエイトベクトル３０８を使用してもよい。

ＳＤＭＡすべき端末装置２６のそれぞれに対応した受信応答ベクトル４０２は、受信応答ベクトル計算部２００で既に導出されている。受信応答ベクトル４０２に対してドップラー周波数変動を考慮して、受信応答ベクトル４０２に対する予測値が以下のように示される。

ここでも受信応答ベクトル計算部２００の説明と同様にアンテナ２２の数を４とした。なお、ｑは、ｑ番目の端末装置２６を示し、これは同一のタイムスロットでＳＤＭＡすべき端末装置２６に相当する。また、ｉは時刻である。第１の端末装置２６に対する送信ウエイトベクトル３１０は、次のように示される。

ここで、ｑは２以上とする。さらに、拘束条件として、以下の条件ｃ１）、ｃ２）を課す。

なお、送信ウエイトベクトル３１０の推定はこれに限られず、疑似相関値を使用する方法やビームを所定の端末装置２６に向ける方法によってなされてもよい。特に、疑似相関値を使用する方法に関しては、例えば、文献：Ｔ．Ｏｈｇａｎｅ，Ｙ．Ｏｇａｗａ，ａｎｄＫ．Ｉｔｏｈ，Ｐｒｏｃ．ＶＴＣ‘９７，ｖｏｌ．２，ｐｐ．７２５−７２９，Ｍａｙ１９９７等に記載されている。

乗算部８２は、分離前信号３０６を送信ウエイトベクトル３１０で重み付けし、デジタル送信信号３０２を出力する。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリのロードされた予約管理機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図５（ａ）−（ｅ）は、基地局装置１０によって割り当てられたチャネルの構成を示す。なお、これらの説明において、制御信号に割り当てられたチャネルに関しては、説明を省略するが、必要に応じて設けられればよい。図５（ａ）は、従来のＴＤＭＡで割り当てられたチャネルの構成を示す。図示のごとく、ひとつのフレームは、８つのタイムスロットによって構成されており、さらに、８つのタイムスロットは、４つの上り回線用のタイムスロットと４つの下り回線用のタイムスロットを含む。基地局装置１０は、第１の端末装置２６に対して、ひとつずつの上り回線用のタイムスロットと下り回線用のタイムスロットを割り当てる。第２の端末装置２６に対しても同様である。なお、ここではタイムスロットがチャネルに相当する。

図５（ｂ）は、従来のＳＤＭＡで割り当てられたチャネルの構成を示す。なお、図示のごとくＴＤＭＡも併せて使用されているものとする。上り回線用のひとつのタイムスロットは、空間の分割によってふたつのチャネルが設けられている。さらに、ひとつのタイムスロットにおけるふたつのチャネルを第１の端末装置２６と第２の端末装置２６にそれぞれ割り当てる。下り回線用のひとつのタイムスロットに関しても同様である。

図５（ｃ）は、本実施例に係る基地局装置１０によって割り当てられたチャネルの構成を示す。ひとつのフレームは、これまでと同様に８つのタイムスロットを含む。上り回線用のタイムスロットに関して、図５（ａ）と同様に、ひとつのフレームあたり４つのタイムスロットが含まれており、ひとつのタイムスロットがひとつのチャネルに対応している。そのため、第１の端末装置２６と第２の端末装置２６に対して、ひとつのフレームにおいて別の上り回線用のタイムスロットが割り当てられている。これによって、第１端末装置２６と第２端末装置２６からそれぞれ送信された信号の衝突を避ける。すなわち、ＴＤＭＡを実行している。

また、下り回線用のタイムスロットに関して、図５（ｂ）と同様に、下り回線用のひとつのタイムスロットにふたつのチャネルが設けられている。さらに、第１の端末装置２６と第２端末装置２６は、下り回線用のひとつのタイムスロットにおけるふたつのチャネルを割り当てられている。ここでは、ひとつのフレームでの上り回線用のタイムスロットを割り当てるべき端末装置２６の数に対応させて、第１の端末装置２６と第２の端末装置２６に対して、ひとつのフレームあたりに下り回線用のふたつのチャネルを割り当てる。その結果、上り回線よりも下り回線の通信速度を高くできる。すなわち、ＳＤＭＡを実行している。これは、メールの取り込みやインターネットアクセスなどの使用を考慮すれば、下り回線では、上り回線よりも高速な伝送速度が要求されているので、これに合致する。

さらに、図５（ｃ）を簡易型携帯電話システムでの数値にもとづいて説明すれば、以下のようになる。簡易型携帯電話システムでは、ひとつのタイムスロットあたり３２ｋｂｐｓでの通信を実行するが、高速化を目的にしてひとつのフレームにおいてふたつのタイムスロットを割り当てて６４ｋｂｐｓでの通信を実現する場合もある。図５（ｃ）では、上り回線において、第１の端末装置２６と第２端末装置２６とそれぞれ３２ｋｂｐｓで通信し、下り回線において、第１の端末装置２６と第２端末装置２６とそれぞれ６４ｋｂｐｓで通信する。

図５（ｄ）は、本実施例に係る基地局装置１０によって割り当てられたチャネルの構成を示す。ひとつのフレームは、これまでと同様に８つのタイムスロットを含む。また、ひとつのフレームにおける上り回線と下り回線に対するタイムスロットおよびチャネルの配置は、図５（ｃ）と同様である。図５（ｄ）では、チャネルと端末装置２６の関係が図５（ｃ）と異なる。上り回線に関して、別のフレームにおいてそれぞれ先頭に配置された上り回線用のタイムスロットに、第１の端末装置２６と第２の端末装置２６が割り当てられる。すなわち、第１の端末装置２６は、ふたつのフレームあたりにひとつの上り回線用のタイムスロットを割り当てられる。第２の端末装置２６も同様である。すなわち、第１の端末装置２６と第２の端末装置２６が交互に上り回線用のタイムスロットを割り当てられる。

また、下り回線に関して、下り回線用のひとつのタイムスロットに設けられたふたつのチャネルに、第１の端末装置２６と第２端末装置２６がそれぞれ割り当てられている。すなわち、第１の端末装置２６は、ひとつのフレームあたりにひとつの下り回線用のタイムスロットを割り当てられる。第２端末装置２６も同様である。その結果、図５（ｃ）と同様に、上り回線よりも下り回線の通信速度を高くできる。これは、メールの取り込みやインターネットアクセスなどの使用を考慮すれば、下り回線では、上り回線よりも高速な伝送速度が要求されているので、これに合致する。

さらに、図５（ｄ）を簡易型携帯電話システムでの数値にもとづいて説明すれば、以下のようになる。上り回線において、第１の端末装置２６と第２の端末装置２６は、ハーフレートモードに相当するので、第１の端末装置２６と第２端末装置２６と１６ｋｂｐｓで通信し、下り回線において、第１の端末装置２６と第２端末装置２６と３２ｋｂｐｓで通信する。なお、上り回線はハーフレートモードでなく、クォータレートモードであってもよい。

図５（ｅ）は、本実施例に係る基地局装置１０によって割り当てられたチャネルの構成を示す。図５（ｅ）は、図５（ｃ）と図５（ｄ）を合成した形に対応する。すなわち、上り回線において、ひとつのフレームの上り回線用の４つのタイムスロットに対して、第１の端末装置２６から第４の端末装置２６を割り当て、別のフレームの上り回線用の４つのタイムスロットに対して、第５の端末装置２６から第８の端末装置２６を割り当てる。また、下り回線において、下り回線用のひとつのタイムスロットあたりに８つのチャネルを設け、それぞれのチャネルに第１の端末装置２６から第８の端末装置２６を割り当てる。そのため、第１の端末装置２６は、ふたつのフレームあたりにひとつの上り回線用のタイムスロットを割り当てられる。第２の端末装置２６から第８の端末装置２６も同様である。一方、第１の端末装置２６は、ひとつのフレームあたりに下り回線用の４つのチャネルを割り当てられる。第２の端末装置２６から第８の端末装置２６も同様である。

図６は、基地局装置１０による受信処理と送信処理の手順を示すフローチャートである。受信処理において、第１信号処理部１４ａは、ひとつのタイムスロットでデジタル受信信号３００からアダプティブアレイ処理を行って、受信ウエイトベクトル３０８を導出する（Ｓ１０）。さらに、第１信号処理部１４ａは、受信応答ベクトル４０２を導出する（Ｓ１２）。制御部２０が、下り回線でＳＤＭＡを実行していれば（Ｓ１４のＹ）、すなわち下り回線用のタイムスロットのいずれかに複数のチャネルを配置していれば、信号処理部１４は、同一のタイムスロットに割り当てられた他の端末装置２６の受信応答ベクトル４０２を考慮しつつ、所定の端末装置２６に対する送信ウエイトベクトル３１０を導出する（Ｓ１６）。一方、制御部２０によって、下り回線がＳＤＭＡを実行していなければ（Ｓ１４のＮ）、信号処理部１４は、所定の端末装置２６に対する受信応答ベクトル４０２から、当該端末装置２６に対する送信ウエイトベクトル３１０を導出する（Ｓ１８）。基地局装置１０は、導出した送信ウエイトベクトル３１０にもとづいて、所定の端末装置２６に対する信号を送信する（Ｓ２０）。

図７にもとづいて、以上の構成による通信システム１００の動作を説明する。図７は、通信システム１００による通信処理の手順を示すシーケンス図である。ここでは、図１に図示されないふたつの端末装置２６が、基地局装置１０に対してチャネルの割り当てを要求し、基地局装置１０とふたつの端末装置２６の間でなされる通信の手順について説明する。ここで、ふたつの端末装置２６は、第１端末装置２６ａと第２端末装置２６ｂと示される。第１端末装置２６ａは、基地局装置１０に対して接続要求を送信する（Ｓ５０）。基地局装置１０は第１端末装置２６ａに対してチャネルを割り当て、割り当てたチャネルに関する情報を含んだチャネル割当情報を送信する（Ｓ５２）。なお、接続要求からチャネル割当までに、基地局装置１０と第１端末装置２６ａの間で複数の信号が通信されてもよいが、ここでは説明の簡潔性を考慮して省略する。第２端末装置２６ｂは、基地局装置１０に対して接続要求を送信する（Ｓ５４）。基地局装置１０は第２端末装置２６ｂに対してチャネルを割り当て、割り当てたチャネルに関する情報を含んだチャネル割当情報を送信する（Ｓ５６）。ここで、基地局装置１０は、下り回線において、第１端末装置２６ａと第２端末装置２６ｂのＳＤＭＡによる接続を決定したものとする。

第１端末装置２６ａは、割り当てられたタイムスロットで基地局装置１０にデータを送信する（Ｓ５８）。基地局装置１０は、受信ウエイトベクトル３０８を導出して受信した信号を処理し、かつ受信応答ベクトル４０２を導出する（Ｓ６０）。第２端末装置２６ｂは、割り当てられたタイムスロットで基地局装置１０にデータを送信する（Ｓ６２）。基地局装置１０は、受信ウエイトベクトル３０８を導出して受信した信号を処理し、かつ受信応答ベクトル４０２を導出する（Ｓ６４）。さらに、基地局装置１０は、第１端末装置２６ａに対する受信応答ベクトル４０２と第２端末装置２６ｂに対する受信応答ベクトル４０２から送信ウエイトベクトル３１０を導出する（Ｓ６６）。基地局装置１０は、送信ウエイトベクトル３１０にもとづいて、第１端末装置２６ａにデータを送信する（Ｓ６８）とともに、第２端末装置２６ｂにデータを送信する（Ｓ７０）。ここでは、便宜上、ステップ６８とステップ７０を別のステップとして示したが、第１端末装置２６ａと第２端末装置２６ｂはＳＤＭＡされているので、本来は同一のステップとして処理される。

本発明の実施例によれば、上り回線ではＳＤＭＡを実行せず、下り回線ではＳＤＭＡを実行するので、上り回線の伝送品質を高めつつ、下り回線の伝送容量を向上できる。また、上り回線ではＳＤＭＡを実行せず、下り回線でＳＤＭＡを実行するので、受信用の伝送路特性を推定する際に、他の端末装置の影響を受けず、推定した結果と端末装置との対応が確実になされるので、推定精度が向上する。また、受信用の伝送路特性の推定精度が向上するので、送信用の伝送路特性の推定精度も向上する。また、送信用の伝送路特性の推定精度が向上するので、ＳＤＭＡによる特性低下を防止できる。

また、上り回線ではひとつのタイムスロットに対して、ひとつのチャネルを設けるので、当該チャネルに割り当てた端末装置に対する受信用の伝送路特性の推定精度が向上する。また、上り回線ではひとつのタイムスロットに対して、ひとつのチャネルを設けるので、複数の端末装置のそれぞれを単位にした受信用の伝送路特性の分離を不要にできる。また、ひとつの端末装置に対して、下り回線では上り回線よりも多くのチャネルを割り当てるので、下り回線に上り回線よりも多くの伝送容量を必要とするアプリケーションの使用に適する。また、下り回線の通信品質が向上するので、通信の安定性も改善される。また、下り回線の通信品質が向上するので、スループットが向上する。また、下り回線の通信品質が向上するので、通信エリアが拡大する。また、下り回線でのキャパシティの吸収力が向上する。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例において、通信システム１００を簡易型携帯電話システムとした。しかしながらこれに限らず例えば、携帯電話システム、第３世代携帯電話システム、無線ＬＡＮシステム、ＦＷＡ（ＦｉｘｅｄＷｉｒｅｌｅｓｓＡｃｃｅｓｓ）システムであってもよい。本変形例によれば、さまざまな通信システム１００に本発明を適用できる。つまり、基地局装置１０がＳＤＭＡを実行可能であり、ＴＤＤを実行していればよい。

本発明の実施例において、基地局装置１０は、ＴＤＭＡによって上り回線における複数の端末装置２６を多重化しているものとして説明した。しかしながらこれに限らず例えば、ＦＤＭＡとＴＤＭＡとの組み合わせによって複数の端末装置２６を多重化してもよい。本変形例によれば、上り回線における複数の端末装置２６に対して、さまざまな方法で多重化できる。つまり、ＳＤＭＡ以外であり、かつ少なくともひとつの周波数帯域でＴＤＤがなされていればよい。

本発明の実施例に係る通信システムの構成を示す図である。本発明の実施例に係るバーストフォーマットを示す図である。図１の第１無線部の構成を示す図である。図１の第１信号処理部の構成を示す図である。図５（ａ）−（ｅ）は、図１の基地局装置によって割り当てられたチャネルの構成を示す図である。図１の基地局装置による受信処理と送信処理の手順を示すフローチャートである。図１の通信システムによる通信処理の手順を示すシーケンス図である。

符号の説明

１０基地局装置、１２無線部、１４信号処理部、１６モデム部、１８ベースバンド部、２０制御部、２２アンテナ、２４ネットワーク、２６端末装置、３４アンテナ、３６スイッチ部、３８受信部、４０送信部、４２周波数変換部、４４直交検波部、４６ＡＧＣ、４８ＡＤ変換部、５０増幅部、５２周波数変換部、５４直交変調部、５６ＤＡ変換部、６８合成部、７０受信ウエイトベクトル計算部、７２参照信号生成部、７４分離部、７６送信ウエイトベクトル計算部、７８乗算部、８０加算部、８２乗算部、１００通信システム、２００受信応答ベクトル計算部、３００デジタル受信信号、３０２デジタル送信信号、３０４合成信号、３０６分離前信号、３０８受信ウエイトベクトル、３１０送信ウエイトベクトル、３１２参照信号、３１８無線部制御信号、３２０モデム部制御信号、３２２ベースバンド部制御信号、３３０信号処理部制御信号、４０２受信応答ベクトル。

Claims

複数の端末装置とそれぞれ通信する通信部と、
上り回線では、前記複数の端末装置を時間の分割によって多重接続するように、前記複数の端末装置を複数のタイムスロットにそれぞれ割り当て、下り回線では、前記複数の端末装置を空間の分割によって多重接続するように、上り回線で複数のタイムスロットにそれぞれ割り当てた前記複数の端末装置をひとつのタイムスロットに割り当てる制御部とを備え、
前記通信部は、
前記時間の分割によって多重接続した複数の端末装置から信号をそれぞれ受信し、タイムスロットを単位にして、前記複数の端末装置に対応した受信用の伝送路特性をそれぞれ導出する受信処理部と、
前記受信処理部にて導出した受信用の伝送路特性から送信用の伝送路特性を導出し、導出した送信用の伝送路特性にもとづいて、前記空間の分割によって多重接続した複数の端末装置に対して信号をそれぞれ送信する送信処理部とを備え、
前記制御部は、上り回線用の複数のタイムスロットと下り回線用の複数のタイムスロットによってひとつのフレームを構成しており、下り回線でのひとつのタイムスロットに割り当てるべき複数の端末装置に対して、ひとつのフレームにおける上り回線での別のタイムスロットを割り当てることを特徴とする基地局装置。
複数の端末装置とそれぞれ通信する通信部と、
上り回線では、前記複数の端末装置を時間の分割によって多重接続するように、前記複数の端末装置を複数のタイムスロットにそれぞれ割り当て、下り回線では、前記複数の端末装置を空間の分割によって多重接続するように、上り回線で複数のタイムスロットにそれぞれ割り当てた前記複数の端末装置をひとつのタイムスロットに割り当てる制御部とを備え、
前記通信部は、
前記時間の分割によって多重接続した複数の端末装置から信号をそれぞれ受信し、タイムスロットを単位にして、前記複数の端末装置に対応した受信用の伝送路特性をそれぞれ導出する受信処理部と、
前記受信処理部にて導出した受信用の伝送路特性から送信用の伝送路特性を導出し、導出した送信用の伝送路特性にもとづいて、前記空間の分割によって多重接続した複数の端末装置に対して信号をそれぞれ送信する送信処理部とを備え、
前記制御部は、上り回線用の複数のタイムスロットと下り回線用の複数のタイムスロットによってひとつのフレームを構成しており、さらにフレームを連続的に配置しており、下り回線でのひとつのタイムスロットに割り当てるべき複数の端末装置に対して、連続したフレームに含まれた上り回線でのタイムスロットをそれぞれ割り当てることを特徴とする基地局装置。