JP3877522B2 - 無線通信システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基地局装置と移動局装置との間で無線による通信信号の授受を行う携帯電話システム等の無線通信システムに関し、特に、下り通信信号の伝送効率を向上させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話サービスにおいてもインターネットが利用可能となり、基地局装置から移動局装置に対する下り通信信号の伝送容量は益々増大し、これに伴い伝送効率の更なる向上が望まれている。
【0003】
伝送効率の向上策として、基地局装置から所定のエリア内を走査する信号を送信し、移動局装置においてこの信号を最も良く受信できる送信方向を検出し、該下り信号をこの方向に送信する技術が既に知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、走査される信号の強度に基づいて前記送信方向を検出するため、電波環境の変化により信号の伝播状態すなわち移動局装置における受信強度が経時変化するような状況下においては、どの方向が下り送信に最適な方向かを精度よく求めることができないという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明にかかる無線通信システムは、基地局装置と所定の通信エリア内に位置する移動局装置との間で無線による通信信号の授受を行う無線通信システムにおいて、前記基地局装置は、前記移動局装置と通信を確立するために前記通信エリアに制御信号を送信する制御信号送信部と、前記通信エリア内を予め決められた走査パターンで検査する検査ビーム信号を検査ビームとして送信する検査ビーム送信部と、前記移動局装置への通信信号を通信ビームとして送信する第一の通信信号送信部と、を備え、前記制御信号及び前記検査ビーム信号は常時一定の送信電力で同時刻に送信され、かつ、前記制御信号と前記検査ビーム信号にはお互いに直交する符号が用いられ、前記移動局装置は、前記基地局装置からの制御信号を受信して前記基地局装置との通信を確立し、前記制御信号の受信強度を較正信号として検出する較正信号検出部と、前記検査ビーム信号を受信し、前記較正信号に対する前記検査ビーム信号の受信強度の比である受信強度比が最大となるタイミングを取得し、前記タイミングを示す情報を前記基地局装置に送信するタイミング送信部と、を備え、前記第一の通信信号送信部は、前記受信強度比と前記タイミングと前記走査パターンに基づいて前記移動局装置の位置を求め、前記通信ビームを形成する。これにより、較正信号の受信強度に基づいて検査ビームの受信強度を較正することができるので、電波環境の経時変化の比較的大きい状況下においても、より好適な下り通信信号の通信ビームを形成することができる。
【0006】
また本発明では、さらに、前記基地局装置は、複数の移動局装置への通信信号を一つの通信チャンネルとして送信する第二の通信信号送信部と、移動局装置毎に割り当てられる固有の通信チャンネルとして移動局装置へ送信する第三の通信信号送信部と、前記第一、第二、第三の通信信号送信部のうちいずれか一つを選択する送信モード選択部と、を備え、送信モード選択部は前記基地局装置から前記移動局装置への通信信号を選択して送信することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる無線通信システム10について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、CDMAによる携帯電話システムとして構成した場合の一例を示すが、本発明は、これには限られず、例えばFDMAあるいはTDMAなどの他のシステムについても適用することができる。まずは図1および図2を参照しながら基地局装置20について説明する。
【0009】
基地局装置20は、それぞれ管轄エリア12(例えばセルまたはセクタ等)を備え、この管轄エリア12内の移動局装置40と無線による通信信号の授受を行う。図2は、セル12c内の一つのセクタ12sを管轄エリア12とする基地局装置20の一例を示し、図1はこれに対応する基地局装置20のブロック図である。
【0010】
また基地局装置20は、管轄エリア12毎に所定の通信チャネル系列内から通信チャネルを割り当てる。通信チャネル系列は、隣接する管轄エリア12では互いに通信干渉が生じないように設定されるとともに、通信チャネル系列内の通信チャネル同士についても通信干渉が生じないように設定される。
【0011】
また基地局装置20は、複数(本実施形態ではn個)の送受信信号を並列処理可能に構成される。本実施形態では基地局装置20は、送信側要素として、変調処理およびチャネル処理(例えばベースバンド変調,拡散変調,あるいは周波数変調等)を行う変調部22、送信に必要な各種処理(例えば周波数変換,増幅等)を行う送信部24、送受信を切り替えるまたは共用する共用器26、およびアレイアンテナ28を、それぞれn個ずつ備える。また受信側要素として、受信に必要な各種処理(例えば周波数変換,フィルタリング,増幅等)を行う受信部30、および復調処理(例えば逆拡散,ベースバンド復調,あるいは周波数復調等)を行う復調部32を、それぞれn個ずつ備える。各要素はそれぞれ一つずつ接続され、各側でそれぞれn個の処理ラインが形成される。なお共用器26およびアレイアンテナ28は送受信で共用される。上記各部は制御部34例えばCPUにより制御される。また、制御に必要な各種パラメータは記憶部36(例えばROM,RAM,ハードディスク等)に記憶される。
【0012】
また基地局装置20は、移動局装置40との間で通信を確立するための信号(以下、通信制御信号と記す)を送信するための処理ライン(添え字c)と、所定の走査エリア16内を走査する検査ビーム信号を送信するための処理ライン(添え字d)と、および移動局装置40との間の通信信号を送信するための処理ライン(添え字s)とを備える。
【0013】
通信制御信号は、制御部34において生成され、管轄エリア12全域に送信される。例えばCDMAシステムの場合には、通信制御信号として、移動局装置40が基地局装置20と同期をとり、かつ符号の種類を識別するための同期信号、移動局装置40が符号の同期・同定を行うためのパイロット信号、および基地局装置20毎の移動局装置40に対する報知信号等がある。上記各通信制御信号には、それぞれ個別に通信チャネルが割り当てられる。本実施形態では、この通信制御信号(例えばパイロット信号)を、移動局装置40における検査ビーム信号の受信強度の経時変化を較正するための較正波として用いる。このため、特に較正波として用いる通信制御信号については、常時一定の送信電力で送信するか、あるいは送信電力の経時変化を記録して較正を行う装置においてこの経時変化を取得可能にしておくのが望ましい。後者の場合、さらに移動局装置40で較正処理を行う場合には、較正波の送信電力の経時変化を示す情報を移動局装置40に対する報知信号に含めてもよい。また、較正波として用いる通信制御信号は、管轄エリア12を受信領域とするビーム(換言すれば、管轄エリア12内の受信位置による電界強度(受信強度)の差が少ないビーム;例えばコセカントビーム)として送信するのが好適である。また、較正波(すなわち較正波として用いる通信制御信号のビーム)は、上記検査ビームより広い領域で受信されるビーム(すなわち検査ビームより幅の広いビーム)として送信するのが好適である。
【0014】
検査ビーム信号は、制御部34において生成され、検査領域18d内の移動局装置40が受信可能な検査ビーム18として送信される。検査ビーム信号には固有の通信チャネルが割り当てられる。CDMAシステムの場合には、検査ビームの符号を、通信制御信号あるいは通信信号と直交する符号を用いることができる。また検査ビーム18は、なるべくビーム幅を狭くするとともに、少なくとも所定の走査単位(例えば検査ビーム18の周方向走査1回)内では受信位置による受信強度の差が無いように形成する。このため、検査ビーム18は、ビーム形状(ビーム幅、送信方向等)が一定の状態で鉛直軸を中心に周方向に沿って走査するのが好適である。この場合、さらに、図3に一点鎖線で示すように、径の異なる同心円状に走査を反復して管轄エリア12内のほぼ全域を走査してもよい。なお、検査ビーム18の形状、検査領域18dおよび走査エリア16は、制御部34からの指向性制御信号に基づいてアレイアンテナ28において変更自在である。
【0015】
ここで図3および図4を参照して検査ビーム18の走査パターンについて説明する。図3は、走査エリア16の走査の一例を示す説明図を、また図4は、走査パターンの一例を示す図である。検査ビーム18の走査パターンは、移動局装置40の分布に応じて設定することができる。例えば、図3中の移動局装置40の分布密度が高い領域(ハッチング領域)では、図4に示すように他の領域より走査速度を低くする。これにより、分布密度が比較的高い領域においても、移動局装置40において受信強度が最大となる送信方向をより精度良く検出することができる。
【0016】
また本実施形態では、下り通信信号は、以下の3つの送信モードのうちいずれか一つにより送信される。なお、下り通信信号は、有線回線から有線回線インタフェース38を介して、制御部34によりそれぞれ割り当てられた変調部s(22s)に入力される。なお、通信信号をいずれのモードにより送信するかは制御部34が決定する。この送信モードの選択については後に詳しく述べる。
【0017】
(1)特定領域パケットモード: 通信信号は、走査エリア16内の特定領域60aに向けて、通信ビーム60により送信される。この送信モードでは、通信信号を、管轄エリア12内の比較的狭い領域に向けた比較的少数の移動局装置40に対する通信ビームとして送信し、より高い伝送効率を確保する。即時性の要求が比較的低い通信信号(例えばインターネット経由の文書情報[画像情報を含む]、電子メール等)のうち、特に容量の比較的大きな信号は、この送信モードにより送信する。この送信モードによる通信信号の送信を行う各部が、本発明における第一の通信信号送信部に相当する。
【0018】
通信ビーム60の形状および特定領域60aは、制御部34からの指向性制御信号に基づいてアレイアンテナ28において適宜変更自在である。図5に示すように、例えば、互いに所定距離以内で隣接する複数の移動局装置40がそれぞれ個別の通信ビーム60により下り通信信号を受信するように、通信ビーム60aを、他方の移動局装置40を迂回する非対称の先細形状としてもよい。この場合、特定領域60aは各移動局装置40が個別に受信可能な領域となる。
【0019】
(2)広域パケットモード: 通信信号は、上記特定領域より広い領域(管轄エリア12(12s)全域)で受信可能なビームにより送信される。特定領域パケットモードによる送信ができないまたは不要な場合等(例えば移動局装置40における受信強度比が最大となる通信信号の送信方向が検出できない場合、基地局装置20の通信チャネル資源の余裕が少なくなった場合、あるいは比較的容量の少ない通信信号を送信する場合等)に、このモードが採用される。この送信モードによる通信信号の送信を行う各部が、本発明における第二の通信信号送信部に相当する。なお、この送信モードでは、一つの通信チャネルに複数の移動局装置に対する信号を含めるパケット通信により通信信号が送信される。
【0020】
(3)専用チャネルモード: 移動局装置40毎に固有の通信チャネルが割り当てられ、通信信号は、上記特定領域より広い領域(管轄エリア12(12s)全域)で受信可能なビームにより送信される。即時性が要求される信号(例えば通話信号等)は、このモードにより送信する。このモードによる通信信号の送信を行う各部が、本発明におけるその他の通信信号送信部に相当する。
【0021】
またこの基地局装置20は、受信側構成として、ランダムアクセス信号を受信するための処理ライン(添え字r)、および移動局装置40からの上り通信信号を受信するための処理ライン(添え字s)とを備える。復調部32により復調された上り通信信号は、有線回線インタフェース38を介して有線回線に送信されるとともに、制御部34に入力される。
【0022】
次に、図6を参照して移動局装置40について説明する。移動局装置40は、通信制御信号を受信するための処理ライン(添え字c)、所定の走査エリア16内を走査する検査ビーム信号を受信するための処理ライン(添え字d)、および基地局装置20との間の通信信号を受信するための処理ライン(添え字s)、ランダムアクセス信号を送信するための処理ライン(添え字r)、および移動局装置40との間の通信信号を送信するための処理ライン(添え字s)を備える。
【0023】
アンテナ42により受信された各信号は、共用器44を経由して受信部46に入力される。受信部46において受信のために必要な所定の処理(例えばフィルタリング,周波数変換あるいは増幅等)を施された後、受信信号は復調部48に入力され復調される。また、送信する信号は、変調部50において変調された後、さらに送信部52において送信のために必要な所定の処理(例えばフィルタリング,周波数変換あるいは増幅等)を施された後、共用器44およびアンテナ42を経由して送信される。
【0024】
次に、本実施形態にかかる無線通信システム10の各部の動作について説明する。まず、図6および図7を参照して、受信強度最大時刻の検出について説明する。図7は、受信強度最大時刻の検出の説明図である。
【0025】
移動局装置40の制御部54(検査ビーム強度検出部541)は、復調部d(48d)より検査ビーム信号の受信強度(|d(t)2|)を検出する。また、制御部54(較正波強度検出部542)は、復調部c(48c)より較正波の受信強度(|c(t)2|)を検出する。前述したように、この較正波としては、通信制御信号のいずれか(例えばパイロット信号)を用いるのが好適である。そして制御部54(受信強度算出部543)は、同時刻の検査ビームおよび較正波の受信強度に基づいて、検査ビームの受信強度の較正波の受信強度に対する比(|d(t)2|/|c(t)2|;受信強度比)を算出する。図7は、検査ビームの走査2回分の検査ビームおよび較正波の受信強度およびこれらの比(受信強度比)の算出結果である。図に示すように、通信状況は時々刻々と変化するため、検査ビームの受信強度のみから受信強度最大時刻およびその際の通信ビームの送信方向を判別する場合、検査ビームの受信強度が最大となる時刻が、本来受信強度が最大となるはずの時刻からずれてしまう場合がある。また、この図には示さないが、マルチパスが生じている場合等には、本来受信強度が最大となるべきパスの方向を取得できない可能性が生じてしまう。これに対し、本発明では、較正波により検査ビームの受信強度の経時変化(すなわちフェージング)の影響を抑制することができるので、より精度良く受信強度最大時刻を算出することができる。なお、制御部54は、検査ビームおよび/または較正波の受信強度が所定の閾値より低い時間帯が所定時間以上存在した場合には、受信強度最大時刻を検出しない。
【0026】
また制御部54(基準タイミング検出部544)は、通信制御信号から受信強度最大時刻検出の基準タイミングfを示す基準タイミング信号を検出する。この基準タイミングfは、例えば検査ビームの走査開始時点とすることができる。なお、制御部54は、基準タイミングfをどの通信制御信号のどのタイミング(あるいは信号)とするかについては、別途報知信号等から取得しておくことができる。
【0027】
この基準タイミングfは通信制御信号と同期させるのが好適である。これにより、移動局装置40は、より容易に基準タイミングfを検出することができるようになる。さらに検査ビームの走査を通信制御信号に同期させてもよい。これら各場合で基準タイミングfはパイロット信号1フレームに同期させても良いし、パイロット信号内の1タイムスロットに同期させても良い。
【0028】
上記受信強度比の算出結果は記憶部56に逐次格納され、所定時間が経過した時点(例えば次の基準タイミングが検出された時点)までの上記受信強度比の算出結果に基づいて、制御部54(受信強度最大時刻検出部545)は、この受信強度比が最大となる時刻として受信強度最大時刻を検出する。制御部54は、受信強度最大時刻を示す情報を、変調部50に入力し、上り通信信号により基地局装置20に報告する。なお、受信強度最大時刻は、標準時刻(t1,t2)として送信してもよいし、あるいは基準タイミングを基準とする時刻(基準タイミング検出からの経過時間:T1,T2)としてもよい。この情報は、変調部r(50r)によりランダムアクセス信号として送信してもよいし、変調部s(50s)により通信信号として送信してもよい。
【0029】
次に、基地局装置20における各処理について図4および図8を参照して説明する。図8は、基地局装置20の制御部34および記憶部36の機能ブロック図である。
【0030】
制御部34(属性情報検出部341)は、移動局装置40より受信した受信強度最大時刻と、検査ビームの送信状態を示すパラメータとしての属性情報(例えば送信方向等)の経時変化プロファイルと、に基づいて、受信強度最大時刻における検査ビームの属性情報を検出する。なお、この経時変化プロファイルは、記憶部36に格納される現行の走査パターン(例えば図4に示すような走査パターン)としてもよいし、検査ビームの属性情報を検出する何らかの手段を有する場合(基地局装置の性能測定用に外部機器で検出された経時変化プロファイルなど。)にはその検出結果の経時変化としてもよい。図4の例の場合には、受信強度最大時刻t1における属性情報として検査ビームの送信方向(角度)θ1が取得される。なお、この検査ビームの属性情報は、受信強度最大時刻における検査ビーム形状が把握できる情報であればよく、例えば検査ビームに対するアレイアンテナの指向性制御パラメータ等を用いてもよい。
【0031】
制御部34(送信モード選択部342)は、下り通信信号の信号種別および受信強度最大時刻の検出結果等に基づいて、下り通信信号の送信モードを選択する。より具体的には、まず、該通信信号が音声信号であった場合には専用チャネルモードとし、それ以外の信号の場合には特定領域パケットモードあるいは広域パケットモードのうちいずれかとする。次に、受信強度最大時刻(すなわち検査ビームの送信方向)が検出されなかった場合、あるいは検出されたものの基地局装置20で受信されていなかった場合には、専用チャネルモードあるいは広域パケットモードとする。前述のように、受信強度最大時刻は、移動局装置40において検査ビームおよび/または較正波の受信強度が所定の閾値より低い場合には検出しないので、この送信モード選択部342は、結果的に検査ビームおよび/または較正波の受信強度に基づいて送信モードを選択することになる。
【0032】
次いで制御部34(通信ビーム決定部343)は、選択された送信モード、検査ビームの送信方向(ここで処理中の移動局装置40以外の移動局装置40に対する検査ビームの送信方向を含む)、通信信号の伝送容量、あるいは各移動局装置40の分布等に基づいて、通信ビームを決定する。より具体的には、該通信信号の送信モードが専用チャネルモードおよび広域パケットモードであった場合には、通信ビームを、管轄エリア12全域にわたって受信可能なビームとする。他方、特定領域パケットモードであった場合には、特定領域に対する通信ビームを形成する。この場合、通信ビーム決定部343は、検査ビームおよび較正波の移動局装置における受信強度と検査ビームの属性情報とに基づいて通信ビームを形成する。より具体的には、通信ビームを、受信強度最大時刻における検査ビームの送信方向に送信されるビームとする。あるいは、通信ビームを、該時刻における検査ビームと同一若しくは相似のビーム形状を備えたビームとする。また通信ビームの形状は、さらに、通信信号の伝送容量あるいは移動局装置40の分布に基づいて決定することができる。例えば前述したように、所定距離以内の近傍に移動局装置40が複数存在し、その伝送容量が、一つの通信ビームとして所定時間内に送信可能な容量であった場合には、これら複数の移動局装置40に対する下り通信信号を、一つの通信ビームにより送信してもよい。また逆に、互いに隣接する移動局装置40に対して個別の通信ビームとする場合には、図5に示したような非対称形状の通信ビームとすることができる。そして制御部34は、移動局装置40に対する通信ビームを変更した場合には、記憶部36に記憶された通信ビームパターン361を更新する。
【0033】
次に制御部34(通信チャネル割当部344)は、通信チャネル系列から、下り通信信号に対する通信チャネルを割り当てる。特定領域パケットモードにおいて、他の通信ビームと干渉の少ない方向(例えば他の通信ビームと重なりの生じない方向)に送信する場合には、該他の通信ビームと同じ通信チャネルを割り当てることができる。これ以外の場合は、通信チャネル系列の中から適宜通信チャネルを選択する。
【0034】
また制御部34(走査パターン決定部345)は、管轄エリア12あるいは走査エリア内における移動局装置40の分布(例えばこれら各移動局装置40に対する通信ビームの送信方向)に基づいて、次回の検査ビームの走査パターンを決定する。より具体的には、所定の角度範囲あたりの移動局装置40の数が所定の閾値以上であった場合、その角度範囲における走査速度を遅くする。さらにこの場合、該移動局装置40の数に応じてこの速度を規定することができる。そして制御部34は、この走査パターン363を次回の走査パターン363として記憶部に格納する。
【0035】
また制御部34は、通信信号の各処理ライン(すなわち、通信信号の処理ライン(添え字s)およびランダムアクセス信号の処理ライン(添え字r))に対してそれぞれ割り当てている移動局装置40、通信チャネル、送信モード、送信方向等を互いに関連付けて例えば割当リスト362として記憶している。制御部34は、これら各情報が更新される度にこの割当リスト362を更新する。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電波環境の経時変化の大きい状況下においても、より好適な下り通信信号の通信ビームを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態にかかる無線通信システムの基地局装置のブロック図である。
【図2】 本発明の実施形態にかかる無線通信システムの管轄エリアおよび検査ビームを示す説明図である。
【図3】 本発明の実施形態にかかる無線通信システムの管轄エリアにおける検査ビームの走査を示す説明図である。
【図4】 本発明の実施形態にかかる無線通信システムにおける検査ビームの属性情報(送信方向)の経時変化プロファイル(走査パターン)の一例を示す図である。
【図5】 本発明の実施形態にかかる無線通信システムにおける通信ビームの一例を示す図である。
【図6】 本発明の実施形態にかかる無線通信システムの移動局装置のブロック図である。
【図7】 本発明の実施形態にかかる無線通信システムの移動局装置における検査ビームおよび較正波の受信強度の経時変化をの一例を示す図である。
【図8】 本発明の実施形態にかかる無線通信システムの基地局装置の制御部および記憶部のブロック図である。
【符号の説明】
10 無線通信システム、12 管轄エリア、16 走査エリア、18 検査ビーム、20 基地局装置、34 制御部、341 属性情報検出部、342 送信モード選択部、343 通信ビーム決定部、344 通信チャネル割当部、345 走査パターン決定部、36 記憶部、361 通信ビームパターン、362 割当リスト、363 走査パターン、40 移動局装置、54 制御部、541 検査ビーム強度検出部、542 較正波強度検出部、543 受信強度算出部、544 基準タイミング検出部、545 受信強度最大時刻検出部、56 記憶部、60 通信ビーム、60a 特定領域。
Claims (2)
- 基地局装置と所定の通信エリア内に位置する移動局装置との間で無線による通信信号の授受を行う無線通信システムにおいて、
前記基地局装置は、
前記移動局装置と通信を確立するために前記通信エリアに制御信号を送信する制御信号送信部と、
前記通信エリア内を予め決められた走査パターンで検査する検査ビーム信号を、検査ビームとして送信する検査ビーム送信部と、
前記移動局装置への通信信号を通信ビームとして送信する第一の通信信号送信部と、
を備え、
前記制御信号及び前記検査ビーム信号は常時一定の送信電力で同時刻に送信され、かつ、前記制御信号と前記検査ビーム信号にはお互いに直交する符号が用いられ、
前記移動局装置は、
前記基地局装置からの制御信号を受信して前記基地局装置との通信を確立し、前記制御信号の受信強度を較正信号として検出する較正信号検出部と、
前記検査ビーム信号を受信し、前記較正信号に対する前記検査ビーム信号の受信強度の比である受信強度比が最大となるタイミングを取得し、前記タイミングを示す情報を前記基地局装置に送信するタイミング送信部と、
を備え、
前記第一の通信信号送信部は、
前記受信強度比と前記タイミングと前記走査パターンに基づいて前記移動局装置の位置を求め、前記通信ビームを形成することを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムにおいて、さらに、
前記基地局装置は、
複数の移動局装置への通信信号を一つの通信チャンネルとして送信する第二の通信信号送信部と、
移動局装置毎に割り当てられる固有の通信チャンネルとして移動局装置へ送信する第三の通信信号送信部と、
前記第一、第二、第三の通信信号送信部のうちいずれか一つを選択する送信モード選択部と、
を備え、
送信モード選択部は前記基地局装置から前記移動局装置への通信信号を選択して送信することを特徴とする無線通信システム。
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