JP4065802B2 - 移動局、通信制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ；Code Division Multiple Access）方式の無線通信システムに用いて好適な移動局、通信制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動局（携帯端末）に複数のアンテナ素子を有する適応アレーアンテナシステムを備え、ＭＭＳＥ（最小２乗誤差法）などを用いた受信波適応処理を行い、指向性パターンを形成して無線基地局からの無線信号を受信するものが知られている。そして、その適応アレーアンテナシステムにより、所望波の到来方向に受信ビームパターンを形成し、且つ遅延波などの干渉波の到来方向には指向性パターンのヌルを形成し抑圧することで通信品質の改善が図られている。また、移動局が、現在通信している無線基地局の位置情報に基づいて該基地局方向にビームパターンを形成するものもある（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１３９６６１号公報
【特許文献２】
特開平１４−２６８００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、現在通信している無線基地局の方向へのビームパターンを形成するので、通信している無線基地局からの所望波に対応することはできるが、通信していない無線基地局からの干渉波には対応することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、適応アレーアンテナシステムにより指向性パターンを形成して通信品質の向上を図る場合に、通信していない周辺無線基地局からの干渉波を抑圧することができる移動局、通信制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の移動局は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を受信する移動局において、自移動局の位置を測定する位置測定手段と、自移動局の向いている方位を測定する方位測定手段と、現在通信している通信基地局及び通信していない周辺基地局の基地局位置情報を取得する基地局位置情報取得手段と、前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記通信基地局の方向を算出し、当該算出した通信基地局方向にビームパターンを形成するパターン形成手段と、前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記周辺基地局の方向を算出し、当該算出した周辺基地局方向にヌルを形成するヌル形成手段と、前記ビームパターン及び前記ヌルを使用して前記受信信号の受信処理を行う受信処理手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の移動局においては、前記ビームパターンを使用して送信信号の送信処理を行う送信処理手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の通信制御方法は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を受信する移動局における通信制御方法であって、自移動局の位置を測定する過程と、自移動局の向いている方位を測定する過程と、現在通信している通信基地局及び通信していない周辺基地局の基地局位置情報を取得する過程と、前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記通信基地局の方向を算出し、当該算出した通信基地局方向にビームパターンを形成する過程と、前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記周辺基地局の方向を算出し、当該算出した周辺基地局方向にヌルを形成する過程と、前記ビームパターン及び前記ヌルを使用して前記受信信号の受信処理を行う過程と、を含むことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による携帯端末１００の構成を示すブロック図である。この携帯端末１００は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式の無線通信システムにおける移動局（ＭＳ）として使用されるものである。
図１において、携帯端末１００は、複数のアンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎからなるアレーアンテナと、無線送受信部１と、受信波適応処理部２と、複数の受信重み付け部３−０〜Ｍと、レイク受信部４と、ベースバンド処理部５と、ＧＰＳ（Global Positioning System）用のアンテナＧＰＳＡＮＴと、位置情報処理部１１と、方位情報処理部１２と、複数の基地局方向適応処理部１３−１〜Ｍとを有する。
【００１２】
無線送受信部１は、アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎにより送信と受信を行う。なお、図１においては送信機能に係る他のブロックは省略している。アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎの信号Ａ１〜ＡＮは無線送受信部１で受信された後、受信信号Ｂ１〜ＢＮとして受信波適応処理部２及び受信重み付け部３−０〜Ｍに出力される。
【００１３】
受信波適応処理部２は、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮに対して例えばＭＭＳＥを用いた適応信号処理を行う。この適応信号処理により、受信波に対応するアンテナ素子毎の重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを算出し、受信重み付け部３−０に出力する。反射波などにより受信波に対応する指向性パターンは随時変化するので、受信波適応処理部２はその変化に追従するように重み係数を求める。
【００１４】
受信重み付け部３−０は、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮに重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを乗じて加算し、レイク受信部４に出力する。これにより、受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が制御され、受信波の指向性パターンが形成される。
【００１５】
レイク受信部４は、複数の受信信号によりレイク受信を行う。このレイク受信により、遅延波など伝搬路の異なるいくつかの所望波を最大比合成し、受信特性の改善を図る。
ベースバンド処理部は、レイク受信後の受信信号についてのベースバンド信号を出力する。また、無線基地局から受信した基地局位置情報（緯度、経度）を位置情報処理部１１に出力する。この基地局位置情報は、当該移動局が現在通信している無線基地局（通信基地局）の位置情報と、ハンドオフにより通信する可能性がある無線基地局（周辺基地局）の位置情報とを含む。なお、予め基地局位置情報をデータとして保存してもよい。
【００１６】
位置情報処理部１１は、ＧＰＳなどの位置測定機能を有しており、アンテナＧＰＳＡＮＴからの受信信号に基づいて自携帯端末１００の位置情報（緯度、経度）を測定する。そして、その自携帯端末（ＭＳ）１００の位置情報と基地局位置情報とから、無線基地局（ＢＳ）との位置関係を把握し、基準方向（例えば、真北など）に対する角度情報（θp）を算出する。図２において、携帯端末１００は、通信基地局（通信ＢＳ）２００−１と通信中であり、この通信基地局２００−１についての基準方向に対する角度情報（θps）を算出する。また、周辺基地局（周辺ＢＳ）２００−２についての基準方向に対する角度情報（θpi）を算出する。図２の例では携帯端末１００が４つのアンテナ素子ＡＮＴ−１〜４を備え、アンテナ素子ＡＮＴ−１を基準アンテナとしている。
【００１７】
方位情報処理部１２は、電子コンパスなどの方位測定機能を有しており、自携帯端末１００の向いている方位を測定し、基準方向に対する角度情報（θd）を算出する（図２参照）。この角度情報は複数のアンテナ素子の中から予め定められた１つの基準アンテナ（図２の例ではアンテナ素子ＡＮＴ−１）を基準として求められる。
【００１８】
基地局方向適応処理部１３は、位置情報処理部１１及び方位情報処理部１２で得られた角度情報（θp、θd）に基づいて、自携帯端末１００に対する基地局方向の角度情報を算出する。図２に示すように、通信基地局２００−１についての基準方向に対する角度θpsと上記角度θdとから、自携帯端末１００に対する通信基地局２００−１の方向の角度θsが算出される。また、周辺基地局２００−２についての基準方向に対する角度θpiと上記角度θdとから、自携帯端末１００に対する周辺基地局２００−２の方向の角度θiが算出される。
【００１９】
そして、基地局方向適応処理部１３−１〜Ｍは、その自携帯端末１００に対する基地局方向の角度θs，θiから、通信基地局２００−１の方向にビームパターンを形成し、且つ干渉波の発信源となりうる周辺基地局２００−２の方向にヌルを形成するためのアンテナ素子毎の重み係数Ｗ１１〜Ｗ１Ｎ，Ｗ２１〜Ｗ２Ｎ，…，ＷＭ１〜ＷＭＮを算出する。これら重み係数は、それぞれ受信重み付け部３−１〜Ｍに出力される。
【００２０】
また、基地局方向適応処理部１３−１〜Ｍには、受信波適応処理部２から受信波に対応するアンテナ素子毎の重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎが入力される。基地局方向適応処理部１３−１〜Ｍは、この重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎに基づいて干渉波の方向を算出し、この干渉波の到来方向にヌルを形成することもできる。
【００２１】
受信重み付け部３−１〜Ｍは、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮにそれぞれ重み係数を乗じて加算し、レイク受信部４に出力する。これにより、受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が各々制御され、通信基地局２００−１からの所望波の到来方向にビームパターンが形成され、且つ干渉波の到来方向にヌルが形成される。
【００２２】
次に、上述した図１の携帯端末１００（移動局）の動作を説明する。
初めに基本的な動作を説明する。
先ず、位置情報処理部１１は自移動局の位置情報（緯度、経度）を測定し、更に無線基地局から受信された基地局位置情報（緯度、経度）をベースバンド処理部５から受け取り、この基地局位置情報から通信基地局２００−１と周辺基地局２００−２のそれぞれの位置情報を得る。そして、自移動局の位置情報とそれら位置情報とから、基準方向に対する各基地局方向の角度情報（θps，θpi）を算出する。
【００２３】
また、方位情報処理部１２は、基準アンテナ素子が向いている方位（自方位）を示す方位情報を測定する。そして、基準方向に対する自方位の角度情報（θd）を算出する。
【００２４】
基地局方向適応処理部１３は、位置情報処理部１１と方位情報処理部１２からそれぞれ角度情報（θps，θpi，θd）を受け取り、基準アンテナ素子に対する各基地局方向の角度θs，θiを算出する。次いで、これら角度θs，θiに基づいて重み係数Ｗ１１〜Ｗ１Ｎ，Ｗ２１〜Ｗ２Ｎ，…，ＷＭ１〜ＷＭＮを算出し、受信重み付け部３−１〜Ｍにそれぞれ出力する。それら重み係数に基づいて受信重み付け部３−１〜Ｍにより受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が制御され、通信基地局２００−１の方向へのビームパターンと、周辺基地局２００−２の方向へのヌルが形成される。
【００２５】
また、受信波適応処理部２は、受信した所望波の参照信号に基づいて、当該受信波の到来方向にビームパターンを形成し、且つ干渉波の到来方向にヌルを形成するように、重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを算出して受信重み付け部３−０に出力する。そして、受信重み付け部３−０により受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が該重み係数に基づき制御され、受信波の到来方向へのビームパターンと、干渉波の到来方向へのヌルが形成される。
【００２６】
レイク受信部４は、それぞれ形成された上記ビームパターンとヌルを組み合わせて所望波をそれぞれ受信し、レイク受信を行う。
【００２７】
次に、上記した通信基地局方向のビームパターンを形成するための重み係数の算出方法の例を説明する。
先ず、通信基地局と移動局（携帯端末１００）のそれぞれの位置情報（経度、緯度）により移動局を中心として基準方向に対する通信基地局方向の角度θpsを算出する。ここで、角度θaを次式で定義する。
θa＝atan［（｜移動局の経度−通信基地局の経度｜×Ｄk）÷（｜移動局の緯度−通信基地局の緯度｜×Ｄi）］
但し、Ｄiは移動局の位置における緯度１秒当たりの距離、Ｄkは経度１秒当たりの距離である。なお、これらの値Ｄi，Ｄkは、所定の地域範囲では同じ値としてでよい。
【００２８】
そして、下記（ａ）〜（ｈ）に示す条件より、基準方向（この例では真北を基準とし、東回りを＋とする）に対する角度θpsを求める。条件（ａ）〜（ｈ）には移動局と通信基地局の位置関係に対応する角度θpsが示されている。
（ａ）移動局経度＜基地局経度、移動局緯度＜基地局緯度；θps＝θa
（ｂ）移動局経度＜基地局経度、移動局緯度＞基地局緯度；θps＝180度−θa
（ｃ）移動局経度＞基地局経度、移動局緯度＞基地局緯度；θps＝180度＋θa
（ｄ）移動局経度＞基地局経度、移動局緯度＜基地局緯度；θps＝360度−θa
（ｅ）移動局経度＝基地局経度、移動局緯度＜基地局緯度；θps＝0度
（ｆ）移動局経度＝基地局経度、移動局緯度＞基地局緯度；θps＝180度
（ｇ）移動局経度＜基地局経度、移動局緯度＝基地局緯度；θps＝90度
（ｈ）移動局経度＞基地局経度、移動局緯度＝基地局緯度；θps＝270度
【００２９】
次いで、基準方向に対する通信基地局方向の角度θpsと移動局の方位角度θdとから、次式により基準アンテナに対する通信基地局方向の角度θsを算出する。
θd＜θpsの場合にはθs＝θps−θd
θd＞θpsの場合にはθs＝360度−（θd−θps）
θd＝θpの場合にはθs＝０
【００３０】
次いで、基準アンテナに対する通信基地局方向の角度θsから重み係数を算出する。以下に重み係数Ｗ１１，Ｗ１２の計算例を示す。この例の条件は、アレーアンテナのアンテナ素子数Ｎは２、アンテナ素子の間隔はλ／２、所望波の電力は１、干渉波はなしである。
Ｗ１１＝１
Ｗ１２＝exp(−jπsinθs)
なお、上記算出方法は一例であり、素子数、素子間隔、配置などの条件により計算式は異なる。
【００３１】
次に、通信基地局方向へのビームパターンに、干渉波に対するヌルを加味する方法を説明する。
初めに、周辺基地局の位置情報によりヌルを形成する場合を説明する。
周辺基地局２００−２の位置情報と移動局（携帯端末１００）の位置情報に基づいて、干渉波の発信源となりうる周辺基地局の方向に対してヌルを形成し、通信基地局方向へのビームパターンと合成する。干渉波の発信源となりうる周辺基地局には、例えば移動局と周辺基地局との距離が通信基地局以外で最も近い順に周辺基地局を選択する。なお、この基地局の選択は、基地局方向適応処理部の数のＭ個まで対応可能である。
【００３２】
これにより、図３に示すように、通信基地局２００−１の方向にビームパターンが形成され、且つ干渉波の発信源となりうる周辺基地局２００−２（周辺ＢＳ１）の方向にヌルが形成される。また、基地局の位置情報に基づいてビームパターン及びヌルが形成されるので、それらパターンの形成は周辺環境に影響されることがない。したがって、図４に示すように、所望波や干渉波が周囲の建物などで遮られても、ビームパターン及びヌルは常に安定して形成される。
【００３３】
これにより、例えば干渉波が建物などに遮蔽されていた状態から、移動局が移動したことにより直接に干渉波が到来する状態に変化しても、予め干渉波の発信源の方向にヌルを形成しているので、干渉波の影響は少ない。この結果、通信していない無線基地局からの干渉波に対して安定的に対応することができるので、通信品質が安定する。
【００３４】
以下に、干渉波の発信源となりうる周辺基地局の方向にヌルを形成するための重み係数の計算方法の例を説明する。
先ず、上記した通信基地局方向のビームパターンを形成するための重み係数の算出方法と同様にして、周辺基地局と移動局（携帯端末１００）のそれぞれの位置情報（経度、緯度）に基づき、基準方向に対する周辺基地局の角度θpiを算出する。そして、この角度θpiと移動局の方位角度θdから基準アンテナに対する周辺基地局の方向の角度θiを算出する。この角度情報θiと、基準アンテナに対する通信基地局の方向の角度θsとから重み係数を算出する。以下に重み係数Ｗ１１，Ｗ１２の計算例を示す。この例の条件は、アレーアンテナのアンテナ素子数Ｎは２、アンテナ素子の間隔はλ／２、所望波の電力は１、干渉波の電力は１、内部雑音の電力は０．０１（２０ｄＢ）である。
なお、上記算出方法は一例であり、素子数、素子間隔、配置などの条件により計算式は異なる。
【００３５】
次に、受信波適応処理部２により形成される指向性パターンに基づきヌルを形成する場合を説明する。
受信波適応処理部２により形成される指向性パターンには、干渉波の到来方向の情報が含まれている。そこで、受信波適応処理部２により算出された重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを基地局方位適応処理部１３−１〜Ｍに渡し、その重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎに基づいて干渉波の到来方向の角度を算出する。そして、その干渉波の到来方向の角度に基づいてヌルを形成し、通信基地局の方向へのビームパターンと合成する。
【００３６】
なお、重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎから干渉波の到来方向の角度を求める際には、例えば、重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎからある角度毎に０から３６０度の受信感度の電力を計算し、その受信感度の中で一番低い感度点の角度を求めればよい。
【００３７】
これにより、図５に示すように、通信基地局２００−１の方向にビームパターンが形成され、且つ干渉波の到来方向にヌルが形成される。また、通信基地局の位置情報に基づいてビームパターンが形成されるので、そのビームパターンの形成は周辺環境に影響されることがない。したがって、図６に示すように、所望波が周囲の建物なので遮られても、指向性パターンは常に安定して形成される。さらに、実際に受信された干渉波の到来方向にヌルが形成されるので、干渉波の影響を精度よく取り除くことができる。
なお、重み係数の計算方法は上記した干渉波の発信源となりうる周辺基地局の方向にヌルを形成するための重み係数の計算方法と同様である。
なお、通信基地局（２００−１）の方向へのビームパターンと干渉波の到来方向へのヌルの方向がある範囲内で同じである場合は、どちらか一方を選択する。
【００３８】
なお、上記した通信基地局方向へのビームパターンに干渉波に対するヌルを加味する方法については、周辺基地局の位置情報によりヌルを形成し行う第１の方法または受信波適応処理部２により形成される指向性パターンに基づきヌルを形成し行う第２の方法のいずれかを実装してもよく、あるいは双方を実装するようにしてもよい。また、それら第１及び第２の方法の双方を実装する場合には、いずれかの方法を適宜選択するようにしてもよく、あるいは並列処理し、レイク受信部４により受信波を合成するようにしてもよい。
【００３９】
なお、上述した実施形態では、受信処理を例に挙げて説明したが、送信処理にも同様に適用可能である。送信時には、受信時に得られたそれぞれの指向性パターンの重み係数を元に送信周波数に対応する補正などを行う。そして、その補正された重み係数により、位相と振幅を制御して送信用の指向性パターンを形成する。
【００４０】
なお、上述した図１の実施形態においては、基地局方向適応処理部１３−１〜Ｍと受信重み付け部３−１〜Ｍが基地局方向ビームパターン形成手段及び基地局方向ヌル形成手段に対応する。また、受信波適応処理部２と受信重み付け部３−０が受信波指向性パターン（受信波ビームパターン及び受信波ヌル）形成手段に対応する。また、レイク受信部４が受信処理手段に対応する。また、ベースバンド処理部５が基地局位置情報取得手段に対応する。
【００４１】
なお、本発明の移動局としては、例えば携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants：個人用情報機器）と称される携帯型の端末も含むものとする。ここで、ＰＤＡの場合、無線通信手段を内蔵しているものとする。また、ＧＰＳ機能及び電子コンパス機能などの位置や方位情報取得手段を有するカーナビゲーションシステムを備えた自動車電話機又は移動物体に搭載された様々な無線装置も同様に含まれる。
【００４２】
また、移動局の位置や方位情報については、移動局の近隣に在る外付け等で接続される外部の位置又は方位情報取得装置（例えばＧＰＳ）から取得するようにしてもよい。
【００４３】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通信基地局方向のビームパターン及び周辺基地局方向のヌルにより無線信号の受信が行われるので、周辺基地局からの干渉波に対応することができる。これにより、適応アレーアンテナシステムにより指向性パターンを形成し、安定して通信品質の向上を図ることができるという優れた効果が得られる。
【００４５】
また、本発明によれば、受信信号に基づき干渉波の到来方向にヌルを形成し、該ヌルと通信基地局方向のビームパターンにより無線信号の受信が行われるので、実際に受信された干渉波の到来方向にヌルが形成され、干渉波の影響を精度よく取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による携帯端末１００の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第１の図である。
【図３】 本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第２の図である。
【図４】 本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第３の図である。
【図５】 本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第４の図である。
【図６】 本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第５の図である。
【符号の説明】
１…無線送受信部、２−…受信波適応処理部、３−０〜Ｍ…受信重み付け部、４…レイク受信部、５…ベースバンド処理部、１１…位置情報処理部、１２…方位情報処理部、１３−１〜Ｍ…基地局方向適応処理部、１００…携帯端末（移動局）、２００−１…無線基地局（通信基地局）、２００−２…無線基地局（周辺基地局）、ＡＮＴ−１〜Ｎ…アンテナ素子、ＧＰＳＡＮＴ…ＧＰＳ用アンテナ
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ；Code Division Multiple Access）方式の無線通信システムに用いて好適な移動局、通信制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動局（携帯端末）に複数のアンテナ素子を有する適応アレーアンテナシステムを備え、ＭＭＳＥ（最小２乗誤差法）などを用いた受信波適応処理を行い、指向性パターンを形成して無線基地局からの無線信号を受信するものが知られている。そして、その適応アレーアンテナシステムにより、所望波の到来方向に受信ビームパターンを形成し、且つ遅延波などの干渉波の到来方向には指向性パターンのヌルを形成し抑圧することで通信品質の改善が図られている。また、移動局が、現在通信している無線基地局の位置情報に基づいて該基地局方向にビームパターンを形成するものもある（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１３９６６１号公報
【特許文献２】
特開平１４−２６８００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、現在通信している無線基地局の方向へのビームパターンを形成するので、通信している無線基地局からの所望波に対応することはできるが、通信していない無線基地局からの干渉波には対応することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、適応アレーアンテナシステムにより指向性パターンを形成して通信品質の向上を図る場合に、通信していない周辺無線基地局からの干渉波を抑圧することができる移動局、通信制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の移動局は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を受信する移動局において、自移動局の位置を測定する位置測定手段と、自移動局の向いている方位を測定する方位測定手段と、現在通信している通信基地局及び通信していない周辺基地局の基地局位置情報を取得する基地局位置情報取得手段と、前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記通信基地局の方向を算出し、当該算出した通信基地局方向にビームパターンを形成するパターン形成手段と、前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記周辺基地局の方向を算出し、当該算出した周辺基地局方向にヌルを形成するヌル形成手段と、前記ビームパターン及び前記ヌルを使用して前記受信信号の受信処理を行う受信処理手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の移動局においては、前記ビームパターンを使用して送信信号の送信処理を行う送信処理手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の通信制御方法は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を受信する移動局における通信制御方法であって、自移動局の位置を測定する過程と、自移動局の向いている方位を測定する過程と、現在通信している通信基地局及び通信していない周辺基地局の基地局位置情報を取得する過程と、前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記通信基地局の方向を算出し、当該算出した通信基地局方向にビームパターンを形成する過程と、前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記周辺基地局の方向を算出し、当該算出した周辺基地局方向にヌルを形成する過程と、前記ビームパターン及び前記ヌルを使用して前記受信信号の受信処理を行う過程と、を含むことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による携帯端末１００の構成を示すブロック図である。この携帯端末１００は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式の無線通信システムにおける移動局（ＭＳ）として使用されるものである。
図１において、携帯端末１００は、複数のアンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎからなるアレーアンテナと、無線送受信部１と、受信波適応処理部２と、複数の受信重み付け部３−０〜Ｍと、レイク受信部４と、ベースバンド処理部５と、ＧＰＳ（Global Positioning System）用のアンテナＧＰＳＡＮＴと、位置情報処理部１１と、方位情報処理部１２と、複数の基地局方向適応処理部１３−１〜Ｍとを有する。
【００１２】
無線送受信部１は、アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎにより送信と受信を行う。なお、図１においては送信機能に係る他のブロックは省略している。アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎの信号Ａ１〜ＡＮは無線送受信部１で受信された後、受信信号Ｂ１〜ＢＮとして受信波適応処理部２及び受信重み付け部３−０〜Ｍに出力される。
【００１３】
受信波適応処理部２は、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮに対して例えばＭＭＳＥを用いた適応信号処理を行う。この適応信号処理により、受信波に対応するアンテナ素子毎の重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを算出し、受信重み付け部３−０に出力する。反射波などにより受信波に対応する指向性パターンは随時変化するので、受信波適応処理部２はその変化に追従するように重み係数を求める。
【００１４】
受信重み付け部３−０は、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮに重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを乗じて加算し、レイク受信部４に出力する。これにより、受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が制御され、受信波の指向性パターンが形成される。
【００１５】
レイク受信部４は、複数の受信信号によりレイク受信を行う。このレイク受信により、遅延波など伝搬路の異なるいくつかの所望波を最大比合成し、受信特性の改善を図る。
ベースバンド処理部は、レイク受信後の受信信号についてのベースバンド信号を出力する。また、無線基地局から受信した基地局位置情報（緯度、経度）を位置情報処理部１１に出力する。この基地局位置情報は、当該移動局が現在通信している無線基地局（通信基地局）の位置情報と、ハンドオフにより通信する可能性がある無線基地局（周辺基地局）の位置情報とを含む。なお、予め基地局位置情報をデータとして保存してもよい。
【００１６】
位置情報処理部１１は、ＧＰＳなどの位置測定機能を有しており、アンテナＧＰＳＡＮＴからの受信信号に基づいて自携帯端末１００の位置情報（緯度、経度）を測定する。そして、その自携帯端末（ＭＳ）１００の位置情報と基地局位置情報とから、無線基地局（ＢＳ）との位置関係を把握し、基準方向（例えば、真北など）に対する角度情報（θp）を算出する。図２において、携帯端末１００は、通信基地局（通信ＢＳ）２００−１と通信中であり、この通信基地局２００−１についての基準方向に対する角度情報（θps）を算出する。また、周辺基地局（周辺ＢＳ）２００−２についての基準方向に対する角度情報（θpi）を算出する。図２の例では携帯端末１００が４つのアンテナ素子ＡＮＴ−１〜４を備え、アンテナ素子ＡＮＴ−１を基準アンテナとしている。
【００１７】
方位情報処理部１２は、電子コンパスなどの方位測定機能を有しており、自携帯端末１００の向いている方位を測定し、基準方向に対する角度情報（θd）を算出する（図２参照）。この角度情報は複数のアンテナ素子の中から予め定められた１つの基準アンテナ（図２の例ではアンテナ素子ＡＮＴ−１）を基準として求められる。
【００１８】
基地局方向適応処理部１３は、位置情報処理部１１及び方位情報処理部１２で得られた角度情報（θp、θd）に基づいて、自携帯端末１００に対する基地局方向の角度情報を算出する。図２に示すように、通信基地局２００−１についての基準方向に対する角度θpsと上記角度θdとから、自携帯端末１００に対する通信基地局２００−１の方向の角度θsが算出される。また、周辺基地局２００−２についての基準方向に対する角度θpiと上記角度θdとから、自携帯端末１００に対する周辺基地局２００−２の方向の角度θiが算出される。
【００１９】
そして、基地局方向適応処理部１３−１〜Ｍは、その自携帯端末１００に対する基地局方向の角度θs，θiから、通信基地局２００−１の方向にビームパターンを形成し、且つ干渉波の発信源となりうる周辺基地局２００−２の方向にヌルを形成するためのアンテナ素子毎の重み係数Ｗ１１〜Ｗ１Ｎ，Ｗ２１〜Ｗ２Ｎ，…，ＷＭ１〜ＷＭＮを算出する。これら重み係数は、それぞれ受信重み付け部３−１〜Ｍに出力される。
【００２０】
また、基地局方向適応処理部１３−１〜Ｍには、受信波適応処理部２から受信波に対応するアンテナ素子毎の重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎが入力される。基地局方向適応処理部１３−１〜Ｍは、この重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎに基づいて干渉波の方向を算出し、この干渉波の到来方向にヌルを形成することもできる。
【００２１】
受信重み付け部３−１〜Ｍは、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮにそれぞれ重み係数を乗じて加算し、レイク受信部４に出力する。これにより、受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が各々制御され、通信基地局２００−１からの所望波の到来方向にビームパターンが形成され、且つ干渉波の到来方向にヌルが形成される。
【００２２】
次に、上述した図１の携帯端末１００（移動局）の動作を説明する。
初めに基本的な動作を説明する。
先ず、位置情報処理部１１は自移動局の位置情報（緯度、経度）を測定し、更に無線基地局から受信された基地局位置情報（緯度、経度）をベースバンド処理部５から受け取り、この基地局位置情報から通信基地局２００−１と周辺基地局２００−２のそれぞれの位置情報を得る。そして、自移動局の位置情報とそれら位置情報とから、基準方向に対する各基地局方向の角度情報（θps，θpi）を算出する。
【００２３】
また、方位情報処理部１２は、基準アンテナ素子が向いている方位（自方位）を示す方位情報を測定する。そして、基準方向に対する自方位の角度情報（θd）を算出する。
【００２４】
基地局方向適応処理部１３は、位置情報処理部１１と方位情報処理部１２からそれぞれ角度情報（θps，θpi，θd）を受け取り、基準アンテナ素子に対する各基地局方向の角度θs，θiを算出する。次いで、これら角度θs，θiに基づいて重み係数Ｗ１１〜Ｗ１Ｎ，Ｗ２１〜Ｗ２Ｎ，…，ＷＭ１〜ＷＭＮを算出し、受信重み付け部３−１〜Ｍにそれぞれ出力する。それら重み係数に基づいて受信重み付け部３−１〜Ｍにより受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が制御され、通信基地局２００−１の方向へのビームパターンと、周辺基地局２００−２の方向へのヌルが形成される。
【００２５】
また、受信波適応処理部２は、受信した所望波の参照信号に基づいて、当該受信波の到来方向にビームパターンを形成し、且つ干渉波の到来方向にヌルを形成するように、重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを算出して受信重み付け部３−０に出力する。そして、受信重み付け部３−０により受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が該重み係数に基づき制御され、受信波の到来方向へのビームパターンと、干渉波の到来方向へのヌルが形成される。
【００２６】
レイク受信部４は、それぞれ形成された上記ビームパターンとヌルを組み合わせて所望波をそれぞれ受信し、レイク受信を行う。
【００２７】
次に、上記した通信基地局方向のビームパターンを形成するための重み係数の算出方法の例を説明する。
先ず、通信基地局と移動局（携帯端末１００）のそれぞれの位置情報（経度、緯度）により移動局を中心として基準方向に対する通信基地局方向の角度θpsを算出する。ここで、角度θaを次式で定義する。
θa＝atan［（｜移動局の経度−通信基地局の経度｜×Ｄk）÷（｜移動局の緯度−通信基地局の緯度｜×Ｄi）］
但し、Ｄiは移動局の位置における緯度１秒当たりの距離、Ｄkは経度１秒当たりの距離である。なお、これらの値Ｄi，Ｄkは、所定の地域範囲では同じ値としてでよい。
【００２８】
そして、下記（ａ）〜（ｈ）に示す条件より、基準方向（この例では真北を基準とし、東回りを＋とする）に対する角度θpsを求める。条件（ａ）〜（ｈ）には移動局と通信基地局の位置関係に対応する角度θpsが示されている。
（ａ）移動局経度＜基地局経度、移動局緯度＜基地局緯度；θps＝θa
（ｂ）移動局経度＜基地局経度、移動局緯度＞基地局緯度；θps＝180度−θa
（ｃ）移動局経度＞基地局経度、移動局緯度＞基地局緯度；θps＝180度＋θa
（ｄ）移動局経度＞基地局経度、移動局緯度＜基地局緯度；θps＝360度−θa
（ｅ）移動局経度＝基地局経度、移動局緯度＜基地局緯度；θps＝0度
（ｆ）移動局経度＝基地局経度、移動局緯度＞基地局緯度；θps＝180度
（ｇ）移動局経度＜基地局経度、移動局緯度＝基地局緯度；θps＝90度
（ｈ）移動局経度＞基地局経度、移動局緯度＝基地局緯度；θps＝270度
【００２９】
次いで、基準方向に対する通信基地局方向の角度θpsと移動局の方位角度θdとから、次式により基準アンテナに対する通信基地局方向の角度θsを算出する。
θd＜θpsの場合にはθs＝θps−θd
θd＞θpsの場合にはθs＝360度−（θd−θps）
θd＝θpの場合にはθs＝０
【００３０】
次いで、基準アンテナに対する通信基地局方向の角度θsから重み係数を算出する。以下に重み係数Ｗ１１，Ｗ１２の計算例を示す。この例の条件は、アレーアンテナのアンテナ素子数Ｎは２、アンテナ素子の間隔はλ／２、所望波の電力は１、干渉波はなしである。
Ｗ１１＝１
Ｗ１２＝exp(−jπsinθs)
なお、上記算出方法は一例であり、素子数、素子間隔、配置などの条件により計算式は異なる。
【００３１】
次に、通信基地局方向へのビームパターンに、干渉波に対するヌルを加味する方法を説明する。
初めに、周辺基地局の位置情報によりヌルを形成する場合を説明する。
周辺基地局２００−２の位置情報と移動局（携帯端末１００）の位置情報に基づいて、干渉波の発信源となりうる周辺基地局の方向に対してヌルを形成し、通信基地局方向へのビームパターンと合成する。干渉波の発信源となりうる周辺基地局には、例えば移動局と周辺基地局との距離が通信基地局以外で最も近い順に周辺基地局を選択する。なお、この基地局の選択は、基地局方向適応処理部の数のＭ個まで対応可能である。
【００３２】
これにより、図３に示すように、通信基地局２００−１の方向にビームパターンが形成され、且つ干渉波の発信源となりうる周辺基地局２００−２（周辺ＢＳ１）の方向にヌルが形成される。また、基地局の位置情報に基づいてビームパターン及びヌルが形成されるので、それらパターンの形成は周辺環境に影響されることがない。したがって、図４に示すように、所望波や干渉波が周囲の建物などで遮られても、ビームパターン及びヌルは常に安定して形成される。
【００３３】
これにより、例えば干渉波が建物などに遮蔽されていた状態から、移動局が移動したことにより直接に干渉波が到来する状態に変化しても、予め干渉波の発信源の方向にヌルを形成しているので、干渉波の影響は少ない。この結果、通信していない無線基地局からの干渉波に対して安定的に対応することができるので、通信品質が安定する。
【００３４】
以下に、干渉波の発信源となりうる周辺基地局の方向にヌルを形成するための重み係数の計算方法の例を説明する。
先ず、上記した通信基地局方向のビームパターンを形成するための重み係数の算出方法と同様にして、周辺基地局と移動局（携帯端末１００）のそれぞれの位置情報（経度、緯度）に基づき、基準方向に対する周辺基地局の角度θpiを算出する。そして、この角度θpiと移動局の方位角度θdから基準アンテナに対する周辺基地局の方向の角度θiを算出する。この角度情報θiと、基準アンテナに対する通信基地局の方向の角度θsとから重み係数を算出する。以下に重み係数Ｗ１１，Ｗ１２の計算例を示す。この例の条件は、アレーアンテナのアンテナ素子数Ｎは２、アンテナ素子の間隔はλ／２、所望波の電力は１、干渉波の電力は１、内部雑音の電力は０．０１（２０ｄＢ）である。
【００３５】
次に、受信波適応処理部２により形成される指向性パターンに基づきヌルを形成する場合を説明する。
受信波適応処理部２により形成される指向性パターンには、干渉波の到来方向の情報が含まれている。そこで、受信波適応処理部２により算出された重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを基地局方位適応処理部１３−１〜Ｍに渡し、その重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎに基づいて干渉波の到来方向の角度を算出する。そして、その干渉波の到来方向の角度に基づいてヌルを形成し、通信基地局の方向へのビームパターンと合成する。
【００３６】
なお、重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎから干渉波の到来方向の角度を求める際には、例えば、重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎからある角度毎に０から３６０度の受信感度の電力を計算し、その受信感度の中で一番低い感度点の角度を求めればよい。
【００３７】
これにより、図５に示すように、通信基地局２００−１の方向にビームパターンが形成され、且つ干渉波の到来方向にヌルが形成される。また、通信基地局の位置情報に基づいてビームパターンが形成されるので、そのビームパターンの形成は周辺環境に影響されることがない。したがって、図６に示すように、所望波が周囲の建物なので遮られても、指向性パターンは常に安定して形成される。さらに、実際に受信された干渉波の到来方向にヌルが形成されるので、干渉波の影響を精度よく取り除くことができる。
なお、重み係数の計算方法は上記した干渉波の発信源となりうる周辺基地局の方向にヌルを形成するための重み係数の計算方法と同様である。
なお、通信基地局（２００−１）の方向へのビームパターンと干渉波の到来方向へのヌルの方向がある範囲内で同じである場合は、どちらか一方を選択する。
【００３８】
なお、上記した通信基地局方向へのビームパターンに干渉波に対するヌルを加味する方法については、周辺基地局の位置情報によりヌルを形成し行う第１の方法または受信波適応処理部２により形成される指向性パターンに基づきヌルを形成し行う第２の方法のいずれかを実装してもよく、あるいは双方を実装するようにしてもよい。また、それら第１及び第２の方法の双方を実装する場合には、いずれかの方法を適宜選択するようにしてもよく、あるいは並列処理し、レイク受信部４により受信波を合成するようにしてもよい。
【００３９】
なお、上述した実施形態では、受信処理を例に挙げて説明したが、送信処理にも同様に適用可能である。送信時には、受信時に得られたそれぞれの指向性パターンの重み係数を元に送信周波数に対応する補正などを行う。そして、その補正された重み係数により、位相と振幅を制御して送信用の指向性パターンを形成する。
【００４０】
なお、上述した図１の実施形態においては、基地局方向適応処理部１３−１〜Ｍと受信重み付け部３−１〜Ｍが基地局方向ビームパターン形成手段及び基地局方向ヌル形成手段に対応する。また、受信波適応処理部２と受信重み付け部３−０が受信波指向性パターン（受信波ビームパターン及び受信波ヌル）形成手段に対応する。また、レイク受信部４が受信処理手段に対応する。また、ベースバンド処理部５が基地局位置情報取得手段に対応する。
【００４１】
なお、本発明の移動局としては、例えば携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants：個人用情報機器）と称される携帯型の端末も含むものとする。ここで、ＰＤＡの場合、無線通信手段を内蔵しているものとする。また、ＧＰＳ機能及び電子コンパス機能などの位置や方位情報取得手段を有するカーナビゲーションシステムを備えた自動車電話機又は移動物体に搭載された様々な無線装置も同様に含まれる。
【００４２】
また、移動局の位置や方位情報については、移動局の近隣に在る外付け等で接続される外部の位置又は方位情報取得装置（例えばＧＰＳ）から取得するようにしてもよい。
【００４３】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通信基地局方向のビームパターン及び周辺基地局方向のヌルにより無線信号の受信が行われるので、周辺基地局からの干渉波に対応することができる。これにより、適応アレーアンテナシステムにより指向性パターンを形成し、安定して通信品質の向上を図ることができるという優れた効果が得られる。
【００４５】
また、本発明によれば、受信信号に基づき干渉波の到来方向にヌルを形成し、該ヌルと通信基地局方向のビームパターンにより無線信号の受信が行われるので、実際に受信された干渉波の到来方向にヌルが形成され、干渉波の影響を精度よく取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による携帯端末１００の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第１の図である。
【図３】 本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第２の図である。
【図４】 本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第３の図である。
【図５】 本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第４の図である。
【図６】 本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第５の図である。
【符号の説明】
１…無線送受信部、２−…受信波適応処理部、３−０〜Ｍ…受信重み付け部、４…レイク受信部、５…ベースバンド処理部、１１…位置情報処理部、１２…方位情報処理部、１３−１〜Ｍ…基地局方向適応処理部、１００…携帯端末（移動局）、２００−１…無線基地局（通信基地局）、２００−２…無線基地局（周辺基地局）、ＡＮＴ−１〜Ｎ…アンテナ素子、ＧＰＳＡＮＴ…ＧＰＳ用アンテナ
Claims (3)
- 複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を受信する移動局において、
自移動局の位置を測定する位置測定手段と、
自移動局の向いている方位を測定する方位測定手段と、
現在通信している通信基地局及び通信していない周辺基地局の基地局位置情報を取得する基地局位置情報取得手段と、
前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記通信基地局の方向を算出し、当該算出した通信基地局方向にビームパターンを形成するパターン形成手段と、
前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記周辺基地局の方向を算出し、当該算出した周辺基地局方向にヌルを形成するヌル形成手段と、
前記ビームパターン及び前記ヌルを使用して前記受信信号の受信処理を行う受信処理手段と、
を備えたことを特徴とする移動局。 - 前記ビームパターンを使用して送信信号の送信処理を行う送信処理手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の移動局。
- 複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を受信する移動局における通信制御方法であって、
自移動局の位置を測定する過程と、
自移動局の向いている方位を測定する過程と、
現在通信している通信基地局及び通信していない周辺基地局の基地局位置情報を取得する過程と、
前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記通信基地局の方向を算出し、当該算出した通信基地局方向にビームパターンを形成する過程と、
前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて自移動局に対する前記周辺基地局の方向を算出し、当該算出した周辺基地局方向にヌルを形成する過程と、
前記ビームパターン及び前記ヌルを使用して前記受信信号の受信処理を行う過程と、
を含むことを特徴とする通信制御方法。
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