JP4308655B2

JP4308655B2 - Mobile communication system, mobile station and base station

Info

Publication number: JP4308655B2
Application number: JP2003529797A
Authority: JP
Inventors: 大介実川; 宏之関; 良紀田中; 秀削鈴木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: WO2003026335A1; JPWO2003026335A1

Description

技術分野
本発明は、セルラ移動通信システムに関し、特に、閉ループ送信ダイバーシティ方式に用いて好適な、移動通信システム，移動局及び基地局に関する。
背景技術
第３世代移動通信システムであるＷ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ−ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）の送信ダイバーシティ方式は、２本の送信アンテナを用いる方式が採用されている。
図１３は２本の送信アンテナを用いる場合のシステム構成図である。この図１３に示すセルラ移動通信システム２００において、２本の送信アンテナ＃１，＃２より、パイロット信号として相互に直交するパイロット信号パターンＰ_１，Ｐ_２が送信され、移動局１２１は、受信パイロット信号と、既知のパイロット信号パターンとの相関を計算することにより、基地局１１０の各送信アンテナから移動局１２１の受信アンテナまでの区間に相当するチャネルインパルス応答ベクトル（チャネル推定値）ｈ_１，ｈ_２を推定する。
そして、移動局１２１は、このチャネル推定値をフィードバック情報として、基地局１１０に対して送信し、基地局１１０が、送信する無線信号について位相制御、あるいは、振幅制御と位相制御との両方を行ない、移動局１２１はそれらの制御された無線信号を受信するのである。
さらに詳述すると、移動局１２１は、これらのチャネル推定値を用いて、以下の式（１）に示す電力Ｐｏｗを最大とする基地局１１０の送信アンテナ＃１，＃２の振幅及び位相制御ベクトル（振幅制御と位相制御との両方を制御するためのベクトル。重みベクトルとも称する。）ｗを計算し、これを量子化したものをフィードバック情報として上りチャネル信号に多重化し基地局１１０側に送信する。
Ｐｏｗ＝ｗ^ＨＨ^ＨＨｗ …（１）
Ｈ＝［ｈ_１，ｈ_２］ …（２）
ここで、振幅及び位相制御ベクトルｗはｗ＝［ω_１，ω_２］^Ｔ（Ｔは転置を表す。）で表される。これらのω_１，ω_２は、それぞれ、基地局１１０が有する送信アンテナ＃１，＃２から送信される無線信号の振幅と位相との両方を制御するための制御量である。移動局１２１は、ω_１，ω_２の両方の値を送信する必要はなく、ω_１を１として計算した場合のω_１，ω_２の値のみを伝送すればよい。また、ｈ_１，ｈ_２はそれぞれ基地局１１０の送信アンテナ＃１，送信アンテナ＃２からのチャネルインパルス応答ベクトルである。ここで、インパルス応答の長さをＬとすると、チャネルインパルス応答ベクトルｈ_ｉ（ｉは自然数を表す。）は、式（３）で表される。
ｈ_ｉ＝［ｈ_ｉ，１，ｈ_ｉ，２，…，ｈ_ｉ，Ｌ］^Ｔ …（３）
ハンドオーバ時には、移動局１２１は、式（１）の代わりに、式（４）に示す値を最大とする重みベクトルｗを計算する。この重みベクトルｗは、ハンドオーバ先の各基地局１１０間において共通して用いられる。
Ｐｏｗ＝ｗ^Ｈ（Ｈ^（１）ＨＨ^（１）＋Ｈ^（２）ＨＨ^（２）＋…）ｗ …（４）
Ｈ^（ｖ）＝［ｈ_１ ^（ｖ），ｈ_２ ^（ｖ）］ …（５）
ここで、Ｈ^（ｖ）はｖ（ｖ＝１，２，…）番目の基地局１１０からの送信信号のチャネルインパルス応答である。
また、従来のハンドオーバ方式は、閉ループ送信ダイバーシティ方式を前提としているので、移動局１２１は、後述する式（１０）を最大にする重みベクトルｗを計算し、このｗに基づいて、フィードバックするアンテナ制御量を計算している。この重みベクトルｗは、ハンドオーバしている各基地局１１０間において共通である。
また、インパルス応答の長さをＬとすると、ｖ番目の基地局１１０の送信アンテナｉからの無線信号についてのチャネルインパルス応答ベクトルｈ_ｉ ^（ｖ）は、式（６）で表される。
ｈ_ｉ ^（ｖ）＝［ｈ_ｉ，１ ^（ｖ），ｈ_ｉ，２ ^（ｖ），…，ｈ_ｉ，Ｌ ^（ｖ）］^Ｔ
…（６）
Ｗ−ＣＤＭＡにおけるアンテナ制御量のフィードバック方法は、振幅及び位相制御量ω_１，ω_２を１ビットに量子化するモード１と、４ビットに量子化するモード２との２通りの方法が規定されている。セルラ移動通信システムは、これらのモード１，２のうちのいずれかを採用し、以後、モード１又は２が、固定的に運用されるようになっている。
ここで、モード１を用いた場合、移動局１２１が１ビットのフィードバック情報をスロットごとに送信するため、制御に要する速度が早い。この半面、量子化が粗いため正確な制御ができない。一方、モード２を用いた場合、４ビットの情報により制御されるため、より精度の高い制御ができる。この半面、移動局１２１が各スロットにより１ビットづつ送信し、４スロットで１ワードのフィードバック情報が生成されるため、フェージング周波数が高い場合には、ダイバーシティ制御がフェージング速度に追従できず、送受信特性が劣化する。
このように、フィードバック情報を送信する上りチャネル信号伝送レートが限られている場合は、制御精度とフェージング追従速度とはトレードオフの関係にある。
なお、送信ダイバーシティ方式に関し、特開２００１−３６４４３号公報（以下、公知文献と称する。）には、ダイバーシティ原理を２個よりも多いアンテナに適用できるようにする新規な方法及び新規な基地局が開示されている。これにより、ＳＤＭＡ（ＳｐａｃｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）無線伝送内でダイバーシティ伝送方法を実施し、無線資源を再使用して多数のユーザに同時にサービスすることが可能になる。
しかしながら、この公知文献に記載されたダイバーシティ伝送方法は、移動局が１又は複数の基地局とハンドオーバするものではない。
また、Ｗ−ＣＤＭＡのＲｅｌｅａｓｅ−９９規格においては、フィードバック情報伝送による上りチャネル伝送効率の低下を回避するため、送信アンテナ数が３本以上の場合は考慮されていないが、フィードバック情報の増加及び更新速度の低減を抑制することにより、３本以上への拡張も可能である。
送信アンテナ数に応じたダイバーシティ利得を得るためには、フェージング相関が十分小さくなるようにアンテナ間隔を大きくする必要がある。このフェージング相関とは、２本の異なる送信アンテナからの無線信号が受けるフェージングの影響がどの程度近似しているかを表すパラメータである。例えば、フェージング相関が高いとは、２種類の無線信号が同じように変動することであり、フェージング相関が低いとは、２種類の無線信号が別個に変動することである。
基地局１１０においてフェージング相関を十分小さくするためには、アンテナ間隔は所定の距離を必要とする。このため、送信アンテナ数を増加させると、アンテナを設置するために要する面積が大きくなり、建物の屋上等にアンテナを設置することが困難になる。また、ダイバーシティ利得は、送信アンテナ数の増加に伴って飽和するため、送信アンテナ数を増加させ過ぎると、ダイバーシティ利得を大きく改善できない。
加えて、送信アンテナ数を増加させると、移動局１２１は基地局１１０の各アンテナについてフィードバック情報を送信しなければならず、フィードバック情報量が増加する。このため、フィードバック情報を送信するための上りチャネルの伝送効率が低下し、送信ダイバーシティの制御が、高速なフェージングに追従できなくなり、特性が劣化する。
さらに、ハンドオーバ時に、送信ダイバーシティを行なう場合、移動局１２１において各基地局１１０からの受信信号電力を最大にするには、アンテナ制御量を基地局ごとに区別してフィードバックすることが望ましい。
しかしながら、Ｗ−ＣＤＭＡのＲｅｌｅａｓｅ−９９規格によりフィードバック情報を送信する上りチャネル信号伝送レートは制限されているため、基地局ごとにフィードバック情報を交互に送信すると、送信ダイバーシティの制御頻度が低くなり、高速なフェージングに追従できないという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、基地局の送信アンテナ数を増加させ、かつ、フィードバック情報を送信する上りチャネル信号伝送レートが制限されたときにハンドオーバする場合において、上りフィードバック情報量の抑制と、フェージング周波数が高い場合の特性劣化の改善とを行なえ、かつ、安定したハンドオーバが可能な、移動通信システム，移動局及び基地局を提供することを目的とする。
発明の開示
このため、本発明の移動通信システムは、複数のアンテナから対向する移動局へ信号を送信する基地局と、基地局の複数のアンテナのうちの基準となる基準アンテナから送信された信号の受信位相に他のアンテナから送信された信号の受信位相が近づくように位相を制御するための制御信号を基地局へ送信する移動局とからなり、ハンドオーバ時に移動局が通信する複数の基地局における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナについては位相制御頻度を高くし、フェージング相関が高い第１高相関アンテナについては位相制御頻度を低くすることを特徴としている。
従って、このようにすれば、基地局の送信アンテナ数が３本以上で、上りチャネル信号伝送レートが制限された場合においても、フェージング周波数が高い場合の特性劣化を改善でき、かつ、安定したハンドオーバが可能になる。
また、この移動通信システムにおいて、低相関アンテナに対する位相制御頻度と、第１高相関アンテナに対する位相制御頻度とを、フェージング速度に応じて変更してもよく、このようにすれば、特性を劣化させることなく、フィードバック情報量を削減できる。
さらに、本発明の移動通信システムは、ハンドオーバ時に移動局が通信する複数の基地局における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナに対する位相制御を共通の制御信号を用いて頻度を高くして行なうとともに、フェージング相関が高い第１高相関アンテナに対する位相制御をアンテナごとに固有の制御信号を用いて頻度を低くして行なうことを特徴としている。
従って、このようにすれば、ハンドオーバ時においても、移動局は基地局からの信号の受信感度を維持でき、受信感度の劣化が緩和される。
また、この移動通信システムにおいて、低相関アンテナに対する位相制御頻度と、第１高相関アンテナに対する位相制御頻度とを、フェージング速度に応じて変更することもでき、このようにすれば、フィードバック情報量を増加させずに基地局は３本以上の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティが可能となる。
加えて、本発明の移動通信システムは、ハンドオーバ時に移動局が通信する複数の基地局における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナに対する位相制御を共通の制御信号を用いて頻度を高くして行ない、低相関アンテナとの間でフェージング相関が高い第２高相関アンテナに対する位相制御をアンテナごとに固有の制御信号を用いて頻度を低くして行なうことを特徴としている。
従って、このようにすれば、上りチャネル信号伝送レートが制限された場合においても、安定したハンドオーバが可能になる。
また、この移動通信システムにおいて、低相関アンテナに対する位相制御頻度と、第２高相関アンテナに対する位相制御頻度とを、フェージング速度に応じて変更してもよく、このようにすれば、移動局はフェージング変動に追従でき、また、制御周期を比較的長くできる。
さらに、本発明の移動局は、基地局と移動局とからなる移動通信システムの移動局であって、ハンドオーバ時に通信対象となる複数の基地局における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナに対しては制御信号を高い頻度で送信するとともに、フェージング相関が高い第１高相関アンテナに対しては制御信号を低い頻度で送信する送信部を有することを特徴としている。
従って、このようにすれば、フィードバック情報量をさらに、削減できる。
そして、本発明の移動局は、ハンドオーバ時に通信対象となる複数の基地局における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナに対しては共通の制御信号を高い頻度で送信するとともに、フェージング相関が高い第１高相関アンテナに対してはアンテナごとに固有の制御信号を低い頻度で送信する送信部を有することを特徴としている。
従って、このようにすれば、ハンドオーバ時においても、フィードバック情報を効率よく送信できる。
また、本発明の移動局は、ハンドオーバ時に通信対象となる複数の基地局における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナに対しては共通の制御信号を高い頻度で送信するとともに、フェージング相関が低い低相関アンテナとの間でフェージング相関が高い第２高相関アンテナに対してはアンテナごとに固有の制御信号を低い頻度で送信する送信部を有することを特徴としている。
従って、このようにすれば、核動局は、早いフェージング変動に追従できる。
そして、本発明の基地局は、基地局と移動局とからなる移動通信システムにおける基地局であって、ハンドオーバ時に各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナについては位相制御頻度を高くし、フェージング相関が高い第１高相関アンテナについては位相制御頻度を低くする位相制御部を有することを特徴としている。
従って、このようにすれば、アンテナ重みを計算するための回路が、非ハンドオーバ時とハンドオーバ時とのいずれにおいても共用できる。
さらに、本発明の基地局は、ハンドオーバ時に各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナに対する位相制御を、同一の移動局と通信する他の基地局における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナに対する位相制御と共通の制御信号に対応して高い頻度で行なうとともに、各基準アンテナとの間でフェージング相関が高い第１高相関アンテナに対する位相制御をアンテナごとに固有の制御信号に対応した低い頻度で行なう位相制御部を有することを特徴としている。
従って、このようにすれば、ハンドオーバ時にフェージング周波数が高い場合の特性劣化を改善でき、かつ、安定したハンドオーバが可能になる。
加えて、本発明の基地局は、ハンドオーバ時に各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナに対する位相制御を、同一の移動局と通信する他の基地局における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い低相関アンテナに対する位相制御と共通の制御信号に対応して高い頻度で行なうとともに、低相関アンテナとのフェージング相関が高い第２高相関アンテナに対する位相制御をアンテナごとに固有の制御信号に対応した低い頻度で行なう位相制御部を有することを特徴としている。
従って、このようにすれば、フェージング変動についてきめ細かい制御ができ、やはり、安定した通信がハンドオーバ時に可能となる。
発明を実施するための最良の形態
（Ａ）本発明の第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態に係るセルラ移動通信システムを模式的に示す図である。この図１に示すセルラ移動通信システム１００は、Ｗ−ＣＤＭＡを用いたものであって、基地局１，２と、移動局１０と、制御局９２とをそなえて構成されている。
ここで、基地局１，２は、いずれも、Ｎ（Ｎは自然数を表す。）本のアンテナ＃１〜＃Ｎから対向する移動局１０へ信号を送信するものである。これらの基地局１，２は、閉ループ送信ダイバーシティ方式を用いて、同一の送信データ信号について移動局１０からのフィードバック情報に基づいて異なる位相制御をし、その後、移動局１０に対して異なる送信アンテナにより送信する。
なお、無線信号をＲ・ｅｘｐ（ｊ・ω・ｔ）で表すと（Ｒは振幅，ｅｘｐは自然対数の底，・は乗算，ｊは虚数単位，ωは角周波数，ｔは時間をそれぞれ表す。）、振幅制御とは、Ｒを大きくする／小さくすることであり、位相制御とは、ωを進める／遅らせることである。
また、符号９３ａ，９３ｂを付したものは、それぞれ、移動局１０が基地局１，２と概ね良好に通信可能なセルである。そして、移動局１０が、例えば、セル９３ａと通信しながらセル９３ａからセル９３ｂに移動すると、移動局１０の通信先については、ハンドオーバ元の基地局１からハンドオーバ先の基地局２に切り替わる（ハンドオーバする）ようになっている。なお、以下の説明において、移動局１０の移動方向は同一である。
この移動局１０は、基地局１，２の送信無線信号の位相を制御するための制御信号を基地局１，２へ送信するものであって例えば携帯電話である。また、この位相制御は、移動局１０側によって行なわれ、具体的には、基地局１，２のＮ本の送信アンテナ＃１〜＃Ｎのうちの基準となる基準アンテナから送信された無線信号の受信位相に基地局１，２の他の送信アンテナから送信された無線信号の受信位相が近づくように行なわれる。そして、移動局１０は、後述する図４（ａ），（ｂ）に示すように、フィードバック情報として、基地局１，２に対して送信し、基地局１，２は、このフィードバック情報に基づいて、送信する無線信号の位相及び振幅を制御するのである。
さらに、基準アンテナとは、基地局１，２において、複数本の送信アンテナからなる複数のアンテナグループのそれぞれから選択された１本の送信アンテナである。すなわち、Ｎ本の送信アンテナ＃１〜＃Ｎは、一例（後述する図３参照）として、Ｋ本の送信アンテナからなるＭ種類のアンテナグループ１〜Ｍにグループ化され、これらのアンテナグループ１〜Ｍが、送信アンテナ＃１，＃（Ｋ＋１），…，＃［（Ｍ−１）Ｋ＋１］を基準アンテナとするのである。
また、移動局１０は、位相制御量をパイロット信号（下りパイロット信号）を用いて決定し、位相制御量を表すフィードバック情報を上りチャネル信号に多重化して基地局１，２に送信するようになっており、基地局１と安定な通信が可能な間は、基地局１に対して待ち受け状態となる。
さらに、制御局９２は、基地局１，２と網（図示省略）を介して接続され、基地局１からのハンドオーバ要求を受信すると、ハンドオーバ先の基地局２を選択しこの選択した基地局２に対して、移動局１０の識別データ，符号情報等を送信するものである。この制御局９２は、移動局１０についての位置登録データ，基地局１，２に隣接する他の基地局に関するデータ等を保持している。
これにより、移動局１０が基地局１から離れると、移動局１０は、受信電界の劣化を検知し、ハンドオーバ要求を基地局１に対して送信し、基地局１は受信した要求メッセージを制御局９２に転送する。制御局９２は、他の基地局の中から基地局２を選択し、この基地局２に対して移動局１０の識別データ等を送信し、そして、基地局２が、移動局１０に対して識別データ等を送信するのである。
さらに、移動局１０は、基地局２からの識別データ等を受信すると、基地局１，２の双方と通信し、更なる移動により基地局２に近づくと、基地局１との通信を終了し、以後、基地局２と通信する。
なお、図１に示すセルラ移動通信システム１００は、後述する第２実施形態及び第３実施形態においてもほぼ同一の構成である。また、セルラ移動通信システム１００ａ，１００ｂ，１００ｃと、基地局１ａ，２ａ及び基地局１ｂ，１ｃ，２ｂ，２ｃとについては、本実施形態，第２実施形態及び第３実施形態において後述する。
そして、本セルラ移動通信システム１００は、ハンドオーバ時に移動局１０が通信する基地局１，２における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナ（低相関アンテナ）については位相制御頻度を高くし、フェージング相関が高い送信アンテナ（第１高相関アンテナ）については位相制御頻度を低くするようになっている。従って、位相制御が閉ループ送信ダイバーシティ方式を用いて行なわれている。
図２は本発明の第１実施形態に係る閉ループ送信ダイバーシティ方式を説明するための図であり、基地局１及び移動局１０の送受信端の要部が表示されている。この図２に示す基地局１は、下り送信データ生成部５１と、送受信部５０と、送信アンテナ群３１と、受信アンテナ３６とをそなえて構成されている。
ここで、下り送信データ生成部５１は、情報データ信号及び制御データ信号を含む送信データを出力するものである。
送受信部５０は、入力された下り送信データ信号について移動局１０からのフィードバック情報に基づいて位相制御した無線信号を送信するとともに、受信した無線信号を復調してフィードバック情報を抽出するものであって、フィードバック情報抽出部２５と、振幅・位相制御部（位相制御部）２６と、パイロット信号生成部２０と、Ｎ個の加算器９０と、無線信号送信部５２ａと、無線信号受信部５２ｂとをそなえて構成されている。
フィードバック情報抽出部２５は、移動局１０が下り無線信号を受信して計算して得た位相制御量を含むフィードバック情報を抽出するものである。
また、振幅・位相制御部２６は、フィードバック情報及びＮ本の送信アンテナ＃１〜＃Ｎのうちの選択された基準アンテナとのフェージング相関値に基づき下り無線信号の位相を制御する制御頻度を変更し下り信号を出力可能なものである。
この振幅・位相制御部２６による制御態様は、例えば次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の３種類である。
（ｉ）振幅・位相制御部２６は、ハンドオーバ時に各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナについては位相制御頻度を高くし、フェージング相関が高い送信アンテナについては位相制御頻度を低くする。
（ｉｉ）振幅・位相制御部２６は、ハンドオーバ時に各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナに対する位相制御を、同一の移動局１０と通信する他の基地局２における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナに対する位相制御と共通の制御信号に対応して高い頻度で行なうとともに、各基準アンテナとの間でフェージング相関が高い送信アンテナに対する位相制御を送信アンテナごとに固有の制御信号に対応した低い頻度で行なう。
（ｉｉｉ）振幅・位相制御部２６は、ハンドオーバ時に各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナに対する位相制御を、同一の移動局１０と通信する他の基地局２における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナに対する位相制御と共通の制御信号に対応して高い頻度で行なうとともに、この送信アンテナとのフェージング相関が高い送信アンテナ（第２高相関アンテナ）に対する位相制御を送信アンテナごとに固有の制御信号に対応した低い頻度で行なう。
なお、これらの（ｉ）〜（ｉｉｉ）は、本セルラ移動通信システム１００の運用開始時に選択されるようになっている。
また、振幅・位相制御部２６は、移動局１０からのフィードバック情報に含まれる、基地局送信アンテナ＃２についての振幅及び位相制御量ω_２に基づいて、送信すべき無線信号の位相を進める／遅らせるように制御し、制御された送信データを出力するものである。さらに、振幅について、振幅・位相制御部２６は、基地局１からの無線信号の振幅が一様な送信レベルで送信されるように制御している。
なお、振幅・位相制御部２６は、振幅及び位相制御量ω_２とともに、送信アンテナ＃１から送信された無線信号についての振幅及び位相制御量ω_１を用いて、振幅及び位相を制御してもよく、この場合、移動局１０が、基地局１の送信アンテナ＃１からの無線信号についての振幅及び位相制御量ω_１を、ω_２とともに、フィードバック情報として送信することが必要である。
以下、特に断らない限り、第１実施形態及び後述する第２実施形態，第３実施形態において、振幅・位相制御部２６は、振幅を制御しないで位相だけを制御するものとして説明する。
次に、パイロット信号生成部２０は、Ｎ種類の相互に直交するパイロット信号Ｐ_１（ｔ），Ｐ_２（ｔ），…，Ｐ_Ｎ（ｔ）を生成するものである。これらのパイロット信号は、それぞれ、所定数ビットの直交シンボルによって表されている。なお、直交とは、パイロット信号Ｐ_１（ｔ），Ｐ_２（ｔ），…，Ｐ_Ｎ（ｔ）のパターンのうち２種類のパターンの相互相関値が０になることを意味する。
Ｎ個の加算器９０はそれぞれパイロット信号生成部２０からの出力と振幅・位相制御部２６からの出力とを加算し合成信号を出力するものであり、無線信号送信部５２ａはそれぞれ加算器９０からの合成信号を周波数変換した無線信号を送信するものであり、無線信号受信部５２ｂは移動局１０からの無線信号を復調するものである。
そして、送信アンテナ群３１は、下り信号を送信しうるＮ（Ｎは３以上の自然数を表す。）本の送信アンテナ＃１〜＃Ｎ（Ｎは送信アンテナ数を表す。）であり、受信アンテナ３６は移動局１０からの無線信号を受信するものである。
図３は本発明の第１実施形態に係る送信アンテナ＃１〜＃Ｎのグループ化を説明するための図である。この図３に示す基地局１は、ＭＫ本（Ｍは２以上の自然数を表す。）の送信アンテナ＃１〜＃（ＭＫ）を有し、Ｋ本の送信アンテナ［＃１〜＃Ｋ，＃（Ｋ＋１）〜＃（２Ｋ），＃（Ｍ−１）Ｋ＋１〜＃（ＭＫ）］からなるＭ個のグループ１〜Ｍに分けられている。そして、各グループ１〜ＭのＫ本の送信アンテナ＃１〜＃Ｎは、いずれも、フェージング相関が高くなるように近接して配置され、また、グループ間は、フェージング相関が低くなるように、相互に距離を離して設置されている。
次に、移動局１０（図２参照）は、送受信部（送信部）６０，受信アンテナ３２ａ，上り送信データ生成部６２，送信アンテナ３２ｂをそなえて構成されている。この受信アンテナ３２ａは無線信号を受信するものであり、送信アンテナ３２ｂは上り信号を送信しうるものである。また、上り送信データ生成部６２は上り送信信号データを生成して出力するものである。
送受信部６０は、以下に述べる制御量計算部３３によって、上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の各態様に対応しており、送信機能に加えて受信機能をも有し、無線信号受信部６１ａと、多重化部３４と、無線信号送信部６１ｂと、上記送信機能を実現する制御量計算部３３とをそなえて構成されている。
ここで、無線信号受信部６１ａは、基地局１，２及び他の基地局（図示省略）からの無線信号を復調するものである。そして、多重化部３４は、ハンドオーバ時に、基地局１と、Ｐ本（Ｐは１以上の自然数を表す。）の送信アンテナを有する基地局２又は基地局１，２と異なる他の基地局（図示省略）とに対して、フィードバック情報を上りチャネル信号に多重化しこの多重化した上り信号を移動局１０の送信アンテナ３２ｂに出力するものであり、無線信号送信部６１ｂは多重化された上り送信データ信号を無線信号に変換して出力するものである。
また、制御量計算部３３は、上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の３種類の制御態様に対応可能である。
（ｉ）制御量計算部３３は、ハンドオーバ時に通信対象となる基地局１，２における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナに対しては制御信号を高い頻度で送信するとともに、フェージング相関が高い送信アンテナに対しては制御信号を低い頻度で送信する。
ここで、制御量計算部３３は、受信したパイロット信号を用いて位相制御量を計算し、受信したチャネル信号について、基地局１のどのグループ１〜Ｍのどの送信アンテナ＃１〜＃Ｎから送信されたのかを知るために、基地局１の各送信アンテナ＃１〜＃Ｎと、各送信アンテナ＃１〜＃Ｎから送信されるパイロット信号とを対応づけて保持し、また、Ｎ本の送信アンテナ＃１〜＃Ｎを有する基地局１が送信したＮ本の下り信号に基づいて位相制御量を含むフィードバック情報を計算して出力するようになっている。ここで、基地局１は、フィードバックの頻度に関する制御情報を含むＮ本の下り信号を送信している。
これにより、送受信部６０において、受信した無線信号の位相量が計算され、この位相量がフィードバック情報として、上り送信データ信号に多重され、この多重化した信号が変調されて送信される。
加えて、フィードバック情報は、次の（ｉｉ），（ｉｉｉ）に示すようにして得ることもできる。
（ｉｉ）制御量計算部３３は、ハンドオーバ時に通信対象となる基地局１，２における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナに対しては共通の制御信号を高い頻度で送信するとともに、フェージング相関が高い送信アンテナに対しては送信アンテナごとに固有の制御信号を低い頻度で送信する。
（ｉｉｉ）制御量計算部３３は、ハンドオーバ時に通信対象となる基地局１，２における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナに対しては共通の制御信号を高い頻度で送信するとともに、フェージング相関が低い送信アンテナとの間でフェージング相関が高い送信アンテナに対しては送信アンテナごとに固有の制御信号を低い頻度で送信する。
これらの（ｉ）〜（ｉｉｉ）を用いることにより、移動局１０は、早いフェージング変動に追従できる。
なお、移動局１０は、各パイロット信号の直交性によって、各パイロット信号を分離できる。また、制御量計算部３３は、振幅及び位相の両方についての制御量を計算してもよい。
これにより、基地局１において、送信データ生成部５１からの下り送信データ信号は、振幅・位相制御部２６にて位相制御を受け、Ｎ個の同一のデータ信号が出力され、加算器９０にて、これらの同一のデータ信号は、Ｎ個の相互に直交するパイロット信号Ｐ_１（ｔ），Ｐ_２（ｔ），…，Ｐ_Ｎ（ｔ）を加算され、無線信号送信部５２ａにて周波数変換されて、送信アンテナ＃１〜＃Ｎから送信される。
これらのパイロット信号を含むこれらの合成信号は、それぞれフェージングによる振幅変動及び位相変動を受け、移動局１０の受信アンテナ３２ａに入力される。なお、無線信号は、チャネルインパルス応答ベクトルｈ_１，ｈ_２，…，ｈ_Ｎと、コンボルーション積分される。
そして、移動局１０は、受信アンテナ３２ａを介して無線信号を受信し、送受信部６０において、受信したパイロット信号と、予め保持したパイロット信号Ｐ_１（ｔ），Ｐ_２（ｔ），…，Ｐ_Ｎ（ｔ）との相関をそれぞれ計算し、各パイロット信号のチャネルインパルス応答ベクトルｈ_１，ｈ_２，…，ｈ_Ｎを推定する。送受信部６０は、これらのチャネルインパルス応答ベクトルを用いて、以下の式（７）に示す電力Ｐを最大とする基地局１の各送信アンテナ＃１〜＃Ｎの重みベクトルｗ＝［ω_１，ω_２，…，ω_Ｎ］を計算し、この重みベクトルを量子化する。
Ｐｏｗ＝ｗ^ＨＨ^ＨＨｗ …（７）
Ｈ＝［ｈ_１，ｈ_２，…，ｈ_Ｎ］ …（８）
ここで、ｈ_ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は送信アンテナ＃（ｉ）からのチャネルインパルス応答ベクトルであり、このｈ_ｉはインパルス応答の長さをＬとすると、式（９）で表される。
ｈ_ｉ＝［ｈ_ｉ１，ｈ_ｉ２，…，ｈ_ｉＬ］^Ｔ …（９）
また、ハンドオーバ時には、式（７）及び式（８）の代わりに、式（１０）及び式（１１）における電力Ｐｏｗを最大とする重みベクトルｗを計算する。この重みベクトルｗは、ハンドオーバしている基地局１，２間において共通である。ここで、Ｈ^（ｖ）は、ｖ（ｖ＝１，２）番目の基地局ｖからの信号のチャネルインパルス応答である。
Ｐｏｗ＝ｗ^Ｈ（Ｈ^（１）ＨＨ^（１）＋Ｈ^（２）ＨＨ^（２）＋…）ｗ
…（１０）
Ｈ^（ｖ）＝［ｈ_１ ^（ｖ），ｈ_２ ^（ｖ），…，ｈ_Ｎ ^（ｖ）］ …（１１）
また、インパルス応答の長さをＬとすると、ｈ_１ ^（ｖ）は式（１２）により表される。
ｈ_ｉ ^（ｖ）＝［ｈ_ｉ，１ ^（ｖ），ｈ_ｉ，２ ^（ｖ），…，ｈ_ｉ，Ｌ ^（ｖ）］^Ｔ
…（１２）
そして、量子化された重みベクトルｗは、フィードバック情報として、多重化部３４にて、送信データ生成部６２からの上り送信データ信号（上りチャネル信号）と多重化され、この多重化されたデータ信号が基地局１に送信され、これにより、閉ループが形成されるのである。ここで、多重化部３４は、ω_１＝１として計算した場合の，ω_２，…，ω_Ｎの値を伝送すればよい。
また、フィードバック情報について図４（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施形態に係るフィードバック情報を含む１フレーム中の１５個の制御スロット中のフィードバック情報を抽出して簡易的に示した伝送フォーマット例を示す図であり、この図４（ａ）に示す伝送フォーマット（フォーマット１）は、斜線を付されたところのように、基地局１用のフィードバック情報ｂ_１と基地局２用のフィードバック情報ｂ_２とを１フレームに１回送信する場合のものであり、また、図４（ｂ）に示す伝送フォーマット（フォーマット２）は、ｂ_１とｂ_２とを１フレームに２回送信する場合のものである。
ここで、ｂ_１とｂ_２とは、それぞれ、制御量のアップ／制御量のダウンのいずれかを表すものであり、ＦＳＭ（ＦｅｅｄｂａｃｋＳｉｇｎａｌｉｎｇＭｅｓｓａｇｅ）ビットとして、上りチャネルのＤＰＣＣＨ（ＤｅｄｉｃａｔｅｄＰｈｙｓｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ，ｃｈａｎｎｅｌ）スロットのＦＢＩ（ＦｅｅｄｂａｃｋＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｄａｔａ）フィールドに挿入されて送信されるようになっている。そして、このＦＳＭビットは、それぞれ、基地局１，２で各基地局の有する２本の送信アンテナ間の位相差を表すものであって３ビットからなり、この３ビットのパターンによって、−３／４π〜＋π（ｒａｄ）の８種類の位相制御量が得られるのである。
これにより、移動局１０は、基地局１の送信アンテナからフィードバック制御された無線信号が送信され、受信位相が近づくように制御される。
なお、これらの図４（ａ），（ｂ）にそれぞれ示すフレームは、１５スロットを有しスロット１〜スロット１５間の時間は１０ｍｓである。
そして、基地局１は、上りチャネルにより得られたフィードバック情報を用いて各送信アンテナ＃１〜＃Ｎの位相制御をし、直前の受信スロットで受信したフィードバック情報を用いて制御対象の送信アンテナのアンテナ重みを制御する。例えば、直前の受信スロットが、「位相を進める」を含む場合には、基地局１は、位相を、その進められた位相に基づいて制御する。この直前の受信スロットのフィードバック情報は、基地局１に設けられた保持部（図示省略）に保持される。また、基地局１は、制御対象でない送信アンテナ＃１〜＃Ｎの位相について、最も新しく受信したフィードバック情報を保持した保持部（図示省略）のデータに基づいて制御している。
この方式の特徴は、移動局１０が、係数ベクトル（重みベクトルｗ）を構成する各係数値についての計算とフィードバックとをスロット周期と異なる周期で行なう点であり、スロット周期と同一周期ごとに計算してフィードバックするものではない。
なお、図４（ａ），（ｂ）に示す伝送フォーマットは、後述する第２実施形態及び第３実施形態においても同様である。
次に、移動局１０のアンテナ制御量の計算について説明する。
基地局１において、送信アンテナ＃１〜＃Ｎは、各グループ間のフェージング相関が低くなるように配置されている。このため、移動局１０は、グループ間のアンテナ制御量を、グループ１〜Ｍ内のアンテナ制御量よりも早い周期で計算し、これらをフィードバック情報として基地局１に送信するようにしている。
また、同一グループ内の送信アンテナ＃１〜＃Ｎからの信号は、フェージング相関が高いため、ほぼ同一のフェージングを受ける。そして、送信信号は、移動局１０と基地局１との間における位相角に相当する位相回転を伴って移動局１０の受信アンテナ３２ａに到達する。従って、移動局１０におけるチャネル応答推定値は、この位相回転量に相当し、同一グループ内の送信アンテナ＃１〜＃Ｎからの信号を用いて計算される。また、移動局１０の移動に伴って、位相回転量は変動し、この変動はフェージング速度に比較して緩慢である。
そして、制御量計算部３３は、基地局１の各グループ１〜Ｍのうちの１本のアンテナを基準アンテナとし、基準アンテナ以外の送信アンテナのグループ内アンテナ制御量を、基準アンテナの制御量を用いて正規化するようになっている。この正規化されたグループ内アンテナ制御量は、移動局１０の移動に伴ってゆっくりと変動する。
従って、移動局１０が基地局１に対してフィードバック情報を送信するに当たり、移動局１０は制御のための周期を比較的長くすることが可能になる。また、これにより、上りチャネルの伝送容量を有効に利用できる。
さらに、これにより、移動局１０は、重みベクトルｗを計算するための制御量計算部３３を、非ハンドオーバ時とハンドオーバ時とのいずれにおいても共用できる。
一方、異なるグループに属する送信アンテナから送信された無線信号については、無線信号間のフェージング相関が低いため、無線信号は、それぞれ独立なフェージングを受けて移動局１０の受信アンテナ３２ａに到達する、従って、チャネル応答推定値は、異なるグループの基準アンテナからの信号を用いて推定しているので、それぞれ独立なフェージング変動によって高速に変動する。
ここで、グループ間アンテナ制御量の定義を、あるグループの基準アンテナ制御量により、他のグループの基準アンテナ制御量を正規化して得たものとする。この場合、グループ間アンテナ制御量は、それぞれ独立なフェージング変動によって高速に変動する。このため、移動局１０は、短い周期で位相を制御することにより、正確に位相を制御するのである。
移動局１０は、図３に示すグループ間アンテナ制御量Ｆ_１，ｍとグループ内アンテナ制御量Ｇ_ｍ，ｋとを、それぞれ、以下に示す式（１３）及び（１４）により計算する。
Ｆ_１，ｍ＝ω_{（ｍ−１）Ｋ＋１}／ω_１ ^＊（ｍ＝２，…，Ｍ） …（１３）
Ｇ_ｍ，ｋ＝（ω_{（ｍ−１）Ｋ＋ｋ}）／ω_{（ｍ−１）Ｋ＋１} ^＊（ｍ＝１，…，Ｍ，ｋ＝２，…，Ｋ） …（１４）
ここで、全体基準アンテナはアンテナ＃１であり、グループ内基準アンテナはアンテナ＃（（ｍ−１）Ｋ＋１）（ｍ＝１，…，Ｍ）であり、また、Ｍはアンテナグループ数，Ｋ＝Ｎ／Ｍは各グループのアンテナ数，＊は複素共役をそれぞれ表す。
このように、制御情報の変動速度の相違を利用することにより、特性を劣化させることなく、フィードバック情報量を削減できる。換言すれば、高速に変動するグループ間アンテナ制御量は、短い周期で更新されフィードバックされる。また、変動速度が遅い各グループ内アンテナ制御量は、グループ間アンテナの制御周期よりも長い周期で更新されフィードバックされる。
また、これにより、各グループ内アンテナ制御量は移動局１０の基地局１に対する位相角に応じた値をもつため、セル半径がある程度大きい場合は、到来する位相角のずれはほとんど無視できるほど小さくなる。このため、移動局１０は、所望のグループ内アンテナ制御量を他のグループのグループ内アンテナ制御量として用いることもできる。
そして、このように、移動局１０がある１つのグループのグループ内制御情報のみを送信し、これを用いてその他のグループを制御することにより、フィードバック情報量をさらに、削減できる。
次に、移動局１０が基地局１，２とハンドオーバする時の制御方法について説明する。
図５は本発明の第１実施形態に係るハンドオーバを説明するための図である。この図５に示す本セルラ移動通信システム１００ａ及び基地局１ａ，２ａは、それぞれ、セルラ移動通信システム１００及び基地局１，２（図２参照）とほぼ同一のものであり、また、移動局１０は、基地局１ａ，２ａの各送信アンテナ＃１〜＃Ｎからのチャネルインパルス応答ベクトルｈ_１ ^（ｖ），ｈ_２ ^（ｖ），…，ｈ_Ｎ ^（ｖ）を推定する。ここで、図５に示すもので、上述したものと同一のものあるいは同様の機能を有する。
ハンドオーバ時において、送信ダイバーシティを正確に制御するためには、移動局１０は、送信アンテナ制御量を基地局１ａ，２ａに区別してフィードバックすることが望ましい。ところが、上りチャネルの制御信号の伝送レートが限られている場合は、移動局１０から基地局１ａ，２ａに適したフィードバック情報を同時に送信することが困難である。この場合、移動局１０は、各基地局１ａ，２ａに適したそれぞれのフィードバック情報を時分割によって順番に送信（以下、時分割送信と称する。）する。
この時分割送信は、基地局数が増加するに伴って、アンテナ制御量の制御周期が長くなる。従って、時分割送信は、フェージング速度が低速なときは有効である一方、フェージング速度が高速のときはフェージング変動に追従できなくなる。
このため、発明者は、特定のアンテナ制御量に関しては、各基地局１ａ，２ａに適したそれぞれのフィードバック情報を時分割で順番に送信し、その他のアンテナ制御量に関しては、各基地局１ａ，２ａが共通のフィードバック情報を送信することにより、ハンドオーバ時に高速なフェージング変動が起きたとしても、このフェージング変動に追従できるようにした。
図６は本発明の第１実施形態に係る基地局１ａ，２ａの送信アンテナ＃１〜＃Ｎの構成図である。基地局１ａ，２ａは、ともに、この図６に示す送信アンテナ＃１〜＃ＮをＫ本の送信アンテナからなるＭ個のグループ１〜Ｍに分け、各グループ１〜Ｍの送信アンテナについては、フェージング相関が高くなるように近接して配置し、また、グループ間の送信アンテナについては、フェージング相関が低くなるように相互に距離を離して設置する。そして、基地局１ａ，２ａは、グループ間アンテナ制御量とグループ内アンテナ制御量とを用いて、各送信アンテナ＃１〜＃Ｎについて位相を制御する。ここで、Ｎは送信アンテナ数，Ｍはアンテナグループ数，Ｋ＝Ｎ／Ｍは各グループのアンテナ数である。
このグループ間のアンテナ制御及びグループ内のアンテナ制御により、移動局１０は、グループ間アンテナ制御量を早い周期で制御でき、フェージング速度に追従できる。また、グループ内アンテナ制御量が、基地局１ａ，２ａに対する移動局１０の位相角の変動に追従できるため、制御周期を比較的長くできる。
従って、図５に示す移動局１０は、基地局１ａ，２ａのグループ内アンテナ制御量について、それぞれのフィードバック情報を時分割により順番に送信し、基地局１ａ，２ａのグループ間アンテナ制御量については、フェージング変動に追従できるように共通のフィードバック情報を送信するのである。
このため、振幅・位相制御部２６は、各基準アンテナとフェージング相関が低い送信アンテナについて共通のフィードバック情報を用いるとともに、その相関が低い送信アンテナとフェージング相関が高い送信アンテナについては個別のフィードバック情報を用いるようになっている。
また、本セルラ移動通信システム１００は、ハンドオーバ時に移動局１０が通信する基地局１，２における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナに対する位相制御を共通の制御信号を用いて頻度を高くして行ない、そのフェージング相関が低い送信アンテナとの間でフェージング相関が高い別の送信アンテナに対する位相制御を送信アンテナごとに固有の制御信号を用いて頻度を低くして行なうようにもできる。
この場合、振幅・位相制御部２６は、各基準アンテナとフェージング相関が低い送信アンテナについては共通のフィードバック情報を用いるとともに、各基準アンテナとフェージング相関が低い送信アンテナからみてフェージング相関が高い送信アンテナについては個別のフィードバック情報を用いるのである。
このように、移動局１０は、アンテナ制御量の制御周期に起因する特性劣化等を緩和しつつ、アンテナ制御量を基地局１ａ，２ａごとに区別してフィードバックできる。
以上がハンドオーバする時の制御方法の説明である。
次に、移動局１０から基地局１ａ，２ａ間のフィードバック方法と、そのアンテナ制御量の計算方法とについて詳述する。
基地局ｖ（ｖ＝１ａ，２ａ）は、フィードバックに当たり、各送信アンテナ＃１，＃２，…，＃ＭＫから、相互に直交する共通パイロット信号Ｐ_１ ^（ｖ）（ｔ），Ｐ_２ ^（ｖ）（ｔ），…，Ｐ_ＭＫ ^（ｖ）（ｔ）をそれぞれ送信する。各パイロット信号を含む合成信号はそれぞれフェージングによる位相変動を受け、これらの合成信号が移動局１０の受信アンテナ３２ａに入力される。
そして、移動局１０の送受信部６０は、受信した各パイロット信号と、移動局１０が有する既知の各パイロット信号との相関を計算する。移動局１０は、基地局ｖの各送信アンテナ＃１〜＃Ｎからのチャネルインパルス応答ベクトルｈ_１ ^（ｖ），ｈ_２ ^（ｖ），…，ｈ_Ｎ ^（ｖ）を推定し、これらのチャネルインパルス応答ベクトルを用いて、基地局ｖに適したグループ内アンテナ制御量を計算し、フィードバック情報を基地局ｖに対して送信する。
続いて、基地局ｖは、以下の式（１５）により、電力Ｐｏｗ^（ｖ） _{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ}を最大にする重みベクトルｗ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（ｖ）を計算する。ここで、式（１６）のＨ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（ｖ）はｖ番目の基地局ｖからの信号のチャネルインパルス応答である。
Ｐｏｗ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（ｖ）＝ｗ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（ｖ）ＨＨ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（ｖ）ＨＨ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（ｖ）ｗ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（ｖ）
…（１５）
Ｈ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（ｖ）＝［ｈ_{（ｍ−１）Ｋ＋１} ^（ｖ），ｈ_{（ｍ−１）Ｋ＋２} ^（ｖ），…，ｈ_ｍＫ ^（ｖ）］
…（１６）
ｗ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（ｖ）＝［ω_{（ｍ−１）Ｋ＋１} ^（ｖ），ω_{（ｍ−１）Ｋ＋２} ^（ｖ），…，ω_ｍＫ ^（ｖ）］
…（１７）
そして、これらの式から得られたｗ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（ｖ）を用いて、移動局１０は、グループｍ内アンテナ制御量Ｇ_ｍ，ｋ ^（ｖ）を式（１８）に示す計算により得る。
Ｇ_ｍ，ｋ ^（ｖ）＝ω_{（ｍ−１）Ｋ＋ｋ} ^（ｖ）／ω_{（ｍ−１）Ｋ＋１} ^（ｖ）＊（ｍ＝１，…，Ｍ；ｋ＝２，…，Ｋ；Ｋ＝２，…）
…（１８）
さらに、移動局１０は、得られたグループｍ内アンテナ制御量Ｇ_ｍ，ｋ ^（ｖ）を用いて、式（１９）に示す電力Ｐｏｗを最大にする基地局１ａ，２ａ共通のグループ間アンテナ制御量Ｆ_１，ｍ（ｍ＝１，…，Ｍ）を計算する。ここで、Ｆ_１，１＝１，Ｇ_ｍ，１ ^（ｖ）＝１としており、また、Σはｖについての総和を表す。
Ｐｏｗ＝Σｗ^（ｖ）ＨＨ^（ｖ）ＨＨ^（ｖ）ｗ^（ｖ） …（１９）
Ｈ^（ｖ）＝［ｈ_１ ^（ｖ），ｈ_２ ^（ｖ），…，ｈ_ＭＫ ^（ｖ）］ …（２０）
ｗ^（ｖ）＝［ω_１ ^（ｖ），ω_２ ^（ｖ），…，ω_ＭＫ ^（ｖ）］^Ｔ …（２１）
ω_{（ｍ−１）Ｋ＋ｋ} ^（ｖ）＝Ｆ_１，ｍＧ_ｍ，ｋ ^（ｖ）＝（ｍ＝１，…，Ｍ；ｋ＝１，…，Ｋ；Ｋ＝２，…）
…（２２）
移動局１０は、得られたアンテナ制御量を、図７に示す伝送フォーマットに基づいて基地局１ａ，２ａに送信する。この図７に示す伝送フォーマットは、スロット番号と、このスロット番号に対応するスロットに挿入するフィードバック情報と、このフィードバック情報の内容とを示している。移動局１０は、例えば、スロット番号１〜Ｍ−１のスロットに、共通のグループ間アンテナ制御量Ｆ_１，２，…，Ｆ_１，Ｍを挿入する。このアンテナ制御量を送信する機会は多いので、比較的短い周期で送信している。また、基地局１ａ，２ａのグループ内アンテナ制御量Ｇ^（ｖ） _１，２，…，Ｇ^（ｖ） _Ｍ，Ｋについては、基地局１ａ，２ａ…ごとに順番に比較的長い周期で送信している。なお、図７に示す伝送フォーマット（基地局１，２と表示されたもの）は、それぞれ、基地局１ａ，２ａに対応している。基地局３は基地局１，１ａ，２又は２ａ以外のものを表す。
さらに、移動局１０は図７に示す伝送フォーマットのほかに、複数の伝送フォーマットを有し、移動局１０の上位レイヤが、移動局１０とハンドオーバしている基地局数、又は、基地局１ａ，２ａの送信アンテナ＃１〜＃Ｎの数等のパラメータに応じて、所望の伝送フォーマットを決定する。
このように、下りデータ信号送信時において、基地局１ａ，２ａのグループ内アンテナ制御量は、基地局１ａ，２ａにおける各グループ１〜Ｍの送信アンテナ＃１〜＃Ｎの指向性が移動局１０の方向に形成されるように適切に制御される。
また、従来のハンドオーバを用いた場合は、移動局１０が基地局１ａ，２ａに対して常に共通のアンテナ制御量をフィードバックするので、基地局１ａ，２ａからの信号の受信感度が、非ハンドオーバ時に比べて、ハンドオーバ時に低くなっていた。
本セルラ移動通信システム１００ａを用いることにより、ハンドオーバ時においても、移動局１０は基地局１ａ，２ａからの信号の受信感度を維持でき、受信感度の劣化が緩和される。
さらに、従来の送信ダイバーシティ方式を用いた場合に基地局１ａ，２ａが３本以上の送信アンテナ＃１〜＃Ｎを制御すると、フィードバック情報量が増加するが、本発明を用いることにより、フィードバック情報量を増加せずに基地局１ａ，２ａは３本以上の送信アンテナ＃１〜＃Ｎを用いた送信ダイバーシティが可能となる。
加えて、基地局１ａ，２ａにおけるアンテナ設置スペースを拡張することなく、特性の改善が可能となる。
以上の説明は、移動局１０とハンドオーバしている基地局１ａ，２ａの送信アンテナ数が同一であることを前提としたものであるが、セルラ移動通信システム１００ａにおいては、アンテナ構成を異にする多くの基地局が混在する。この場合には、異なるアンテナ構成を有する基地局に対応した共通のフィードバック情報伝送フォーマットを用いるようにする。
基地局１ａ，２ａ間において共通のフィードバック情報を送信する頻度と、基地局１ａ，２ａごとに各フィードバック情報を切り替えて送信する頻度との関係については、フェージング速度に追従できる範囲内で、基地局１ａ，２ａに適したフィードバック情報を切り替えて、これにより、送信頻度を高くすることが望ましい。このため、振幅・位相制御部２６は、この送信頻度を、移動局１０におけるフェージング速度に応じて変更するようになっている。そして、移動局１０が、フェージング速度に応じてフィードバック情報伝送フォーマットを切り替えて、これらの送信頻度を増減するのである。
また、移動局１０が基地局１ａ，２ａごとにフィードバック情報を切り替えて送信する場合は、通信対象となる基地局数が増加するに伴って、各送信アンテナ制御量の制御周期が長くなり、従って、フェージング変動への追従が困難になる。このため、移動局１０は、基地局１ａ，２ａからのパイロット信号の受信レベルを基準にして、通信対象となる基地局数を制限するようにもできる。
次に、移動局１０が、アンテナ数Ｎ＝４，アンテナグループ数Ｍ＝２の基地局ｖとハンドオーバしている具体例を説明する。
図８は本発明の第１実施形態に係る移動通信システムの概略的な構成図である。この図８に示すセルラ移動通信システム１００ｂは、ハンドオーバ時に移動局１０が通信する基地局１，２における各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナに対する位相制御を共通の制御信号を用いて頻度を高くして行なうとともに、フェージング相関が高い送信アンテナに対する位相制御を送信アンテナごとに固有の制御信号を用いて頻度を低くして行なうものであって、送信ダイバーシティ方式を用いた基地局１ｂ，２ｂと、これらの基地局１ｂ，２ｂと通信可能な送信ダイバーシティ方式を用いた移動局１０とをそなえている。
これらの基地局１ｂ，２ｂは、それぞれ、下り無線信号を送信しうる４本の送信アンテナ＃１〜＃４と、移動局１０が下り無線信号を受信して計算して得た位相制御量を含むフィードバック情報を抽出するフィードバック情報抽出部２５と、このフィードバック情報及びＮ本の送信アンテナのうちの選択された基準アンテナとのフェージング相関値に基づいて下り無線信号の位相を制御する制御頻度を変更し下り無線信号を出力可能な振幅・位相制御部２６とをそなえて構成されている。なお、基地局１ｂ，２ｂが有するこれら以外のものについては、基地局１，２と同様の機能を有する。
ここで、移動局１０は、上り無線信号を送信しうる移動局送信アンテナ３２ｂと、基地局１ｂ，２ｂのうちの基地局１ｂが送信した複数の下り信号に基づいてフィードバック情報を計算して出力するフィードバック情報抽出部２５と、ハンドオーバ時に、基地局１ｂと、４本の送信アンテナ＃１〜＃４を有する基地局２ｂとに対して、フィードバック情報を上り信号に多重化しその多重化した上りチャネル信号を移動局１０の送信アンテナ３２ｂに出力する多重化部３４とをそなえて構成されている。
また、基地局１ｂ，２ｂは、それぞれ、振幅を制御しないで位相のみを制御するようにしている。なお、基地局１ｂ，２ｂは、振幅と位相との両方を制御してもよく、このようにすれば、精度の高い制御が可能となる。また、この図８においても、既に説明した符号と同一のものは、上述したものと同一のものあるいは同様の機能を有する。
ここで、基地局１ｂは、送信アンテナ＃１〜＃４をグループ化する。一例として、送信アンテナ＃１と送信アンテナ＃２とをグループ１とし、送信アンテナ＃３と送信アンテナ＃４とをグループ２とする。また、送信アンテナ＃１と送信アンテナ＃３とを各グループ１〜Ｍにおける基準アンテナとし、さらに、送信アンテナ＃１を全グループ１〜Ｍの基準アンテナとする。
そして、送信アンテナ＃１，送信アンテナ＃２と、送信アンテナ＃３，送信アンテナ＃４とが、それぞれ、フェージング相関が高くなるように、１波長分の長さを離して設けられている。また、送信アンテナ＃１，送信アンテナ＃３と送信アンテナ＃２，送信アンテナ＃４とは、それぞれ、フェージング相関が十分小さくなるように約２０波長分の距離を離して設けられている。例えば、２ＧＨｚ帯の１波長は約１５ｃｍであるから、送信アンテナ＃１〜＃Ｎの間隔は約３ｍである。なお、フェージング相関は、送信アンテナ＃１〜＃Ｎが設置されている場所の高さ，送信アンテナ＃１〜＃Ｎの素子の大きさ等によって変化するので、グループ１〜Ｍ内の送信アンテナ＃１〜＃Ｎの間隔は、ほぼ到来波の波長程度でよく、グループ間アンテナの間隔は伝搬環境に応じてフェージング相関がほぼ０になるように決定される。
さらに、送受信部５０ｃの振幅・位相制御部２６は、ω_ｉ ^（ｖ）＝ａ_ｉ ^（ｖ）ｅｘｐ［ｊ・Φ_ｉ ^（ｖ）］と表した場合にａ_ｉ ^（ｖ）＝１として位相量Φ_ｉ ^（ｖ）のみを制御するものである。この送受信部５０ｃは、Ｎ個の加算器９０の入力側に、２種類の信号を乗算して出力する複数の乗算器９１が設けられ、これらの乗算器９１を組み合せることによって、式（２２）に示す計算を行なっている。例えば、送信アンテナ＃２，＃３については、それぞれ、下り送信データ信号と、移動局１０からフィードバックされたグループ内アンテナ制御量が量子化されたω_１ ^（ｖ）と、グループ間アンテナ制御量が量子化されたω_３ ^（ｖ）とが乗算され、この乗算出力がパイロット信号生成部２０からの出力と加算されて出力される。また、送信アンテナ＃４については、下り送信データ信号にω_３ ^（ｖ）が乗算され、その乗算出力がさらにω_２ ^（ｖ）と乗算され、この乗算出力がパイロット信号に加算されて出力されるのである。ここで、これらのパイロット信号は相互に直交する系列を有する符号が用いられている。
なお、基地局２ｂの送受信部５０ｄについても、送受信部５０ｃと同一構成なので、重複した説明を省略する。
このような構成により、基地局ｖ（ｖ＝１ｂ，２ｂ）は、それぞれ、４種類のパイロット信号Ｐ_１ ^（ｖ）（ｔ），Ｐ_２ ^（ｖ）（ｔ），Ｐ_３ ^（ｖ）（ｔ），Ｐ_４ ^（ｖ）（ｔ）をそれぞれ送信アンテナ＃１〜＃４から送信する。各パイロット信号はそれぞれフェージングによる振幅変動及び位相変動を受け、合成信号が移動局１０の受信アンテナ３２ａに入力される。移動局１０は、受信パイロット信号に対して、既知のパイロット信号Ｐ_１ ^（ｖ）（ｔ），Ｐ_２ ^（ｖ）（ｔ），Ｐ_３ ^（ ^ｖ）（ｔ），…，Ｐ_４ ^（ｖ）（ｔ）との相関を計算して平均する。
これにより、基地局１ｂの送信アンテナ＃１，＃２，＃３及び＃４からのチャネル応答推定値ｈ_１ ^（ｖ），ｈ_２ ^（ｖ），ｈ_３ ^（ｖ），ｈ_４ ^（ｖ）が得られる。
また、移動局１０において、基地局送信アンテナ＃１を基準とした送信アンテナ＃２の制御量は、基地局１ｂ，２ｂごとの値Φ_１ ^（１），Φ_１ ^（２）を算出し、送信アンテナ＃３を基準とした送信アンテナ＃４の制御量についても、送信アンテナ＃２の場合と同様に基地局１ｂ，２ｂごとの値Φ_２ ^（１），Φ_２ ^（２）が計算される。
一方、送信アンテナ＃１を基準とした送信アンテナ＃３の制御量については、基地局１ｂ，２ｂで共通の値Φ_３ ^（１）＝Φ_３ ^（２）を計算しこれらの制御量を量子化し、フィードバック情報として基地局１ｂ，２ｂに送信する。ここで、１ビットで量子化する場合の位相量は例えば式（２３ａ），式（２３ｂ）により得られる。
Φ_ｉ ^Ｑ（ｖ）＝０（−π／２＜Φ_ｉ ^Ｑ（ｖ）≦π／２） …（２３ａ）
＝π （π／２＜Φ_ｉ ^Ｑ（ｖ）≦３π／２） …（２３ｂ）
なお、Φ_ｉ ^Ｑ（ｖ）＝０の場合はフィードバック情報はｂ_ｉ ^（ｖ）＝０とし、Φ_ｉ ^Ｑ（ｖ）＝πの場合はフィードバック情報はｂ_ｉ ^（ｖ）＝１である。
制御量Φ_１ ^（１），Φ_２ ^（１），Φ_１ ^（２），Φ_２ ^（２）は、それぞれ、基地局１ｂ，２ｂに対する移動局１０の方向に依存し、フェージング変動に比べてゆっくりと変動する。また、各送信アンテナ＃１〜＃Ｎの位相偏差及び振幅偏差がキャリブレーション技術により補正されている場合には、Φ_２ ^（１），Φ_２ ^（２）は、それぞれΦ_１ ^（１），Φ_１ ^（２）で代用できる。
そして、ｂ_１ ^（１），ｂ_１ ^（２），ｂ_３ ^（１）をフィードバック情報として、上りチャネルに多重化して基地局１ｂ，２ｂに送信する。例えばＷ−ＣＤＭＡのフレームフォーマット（１０ミリ秒長の１フレームが１５スロットで構成される。）に基づいて、各スロットで１ビットのフィードバック情報が伝送される場合には、図９に示すフィードバック情報伝送フォーマットのように、ｂ_１ ^（１），ｂ_１ ^（２）は比較的低い頻度で順番に送信され、ｂ_３ ^（１）はより高い頻度で共通の情報として送信される。なお、図９に示す基地局１，２は、それぞれ、基地局１ａ，２ａを表す。
ここで、ハンドオーバ時において、移動局１０は、フィードバック情報を基地局１ｂ，２ｂごとに切り替えて送信する。また、移動局１０は、所望のグループの基準アンテナに対する各グループの基準アンテナのチャネル応答推定差分情報については、共通のフィードバック情報を基地局１ｂ，２ｂに送信する。さらに、移動局１０は、所望のグループに属する基準アンテナから送信されたチャネル応答推定値に対する差分情報については、基地局１ｂ，２ｂごとに各フィードバック情報を切り替えて送信する。
従って、多重化部３４が、Ｎ本の送信アンテナ＃１〜＃Ｎの一部からなるグループに属する基準アンテナについて他のグループに属する基準アンテナのチャネル応答推定差分情報を共通のフィードバック情報として基地局１ｂ及び基地局２ｂに多重化するように構成されたことになる。
また、多重化部３４は、Ｎ本の送信アンテナ＃１〜＃Ｎの一部からなるグループに属する基準アンテナに対し所望のグループに属する他の送信アンテナのチャネル応答推定差分情報をフィードバック情報として基地局１ｂ及び基地局２ｂごとに多重化するように構成してもよい。従って、ハンドオーバ時においても、フィードバック情報が効率よく送信される。
また、移動局１０の上位レイヤは、基地局１ｂ，２ｂの各フィードバック情報を切り替えて送信する順番を、ハンドオーバしている基地局数、又は、基地局１ｂ，２ｂの送信アンテナ＃１〜＃Ｎの数等のパラメータに応じて決定する。
一方、基地局１ｂ，２ｂは、フィードバック情報を用いて各送信アンテナ＃１〜＃Ｎの位相を制御し、直前の受信スロットで受信したフィードバック情報で対応するアンテナ重みを直接制御する。このとき、それ以外の送信アンテナ＃１〜＃Ｎにおいては、時間的に最近のフィードバック情報を保持して制御に用いる。なお、移動局１０がハンドオーバする基地局数は２である。
また、移動局１０は、ハンドオーバの対象とする基地局１ｂ，２ｂを、基地局１ｂ，２ｂからのパイロット信号の受信レベルの高い順に選択する。これにより、ハンドオーバする基地局数が制限される。受信レベルに基づく理由は、送信ダイバーシティ制御がフェージング変動に追従できるようにするためであり、基地局送信アンテナ＃１〜＃Ｎの制御量の制御周期を制限するため等である。
この受信レベルを得るために、移動局１０は、基地局ｖ（ｖ＝１ｂ，２ｂ，…）について、チャネル推定値ｈ_１ ^（ｖ），ｈ_２ ^（ｖ），ｈ_３ ^（ｖ），ｈ_４ ^（ｖ）を用いて、以下に示す式（２４）のように、パイロット信号Ｐｏｗ＿ｐｉｌｏｔ^（ｖ）の受信レベルを計算する。そして、この受信レベルが高い基地局ｖを上位から所定個数選択し、ハンドオーバの対象とする。
Ｐｏｗ＿ｐｉｌｏｔ^（ｖ）＝Σ｜ｈ_ｎ ^（ｖ）｜^２ …（２４）
ここで、Σはｎが１〜４までの総和を表し、｜｜は絶対値である。
このように、移動局１０が、基地局１ｂ，２ｂごとにフィードバック情報を切り替えて送信する対象となる基地局数を、基地局１ｂ，２ｂからのパイロット信号の受信レベルに応じて制限する。
そして、このように、基地局１ｂ，２ｂの送信アンテナ数が３本以上で、上りチャネル信号伝送レートが制限された場合においても、移動局１０は、上りフィードバック情報量を抑制でき、フェージング周波数が高い場合の特性劣化を改善でき、かつ、安定したハンドオーバが可能になる。
（Ｂ）本発明の第２実施形態の説明
第２実施形態においては、基地局１（１ａ，１ｂ）と基地局２（２ａ，２ｂ）との送信アンテナ数がそれぞれ異なる場合について説明する。
図１０は本発明の第２実施形態に係るセルラ移動通信システムの概略的な構成図である。この図１０に示すセルラ移動通信システム１００ｃは、４本の送信アンテナ＃１〜＃４を有する基地局１ｃと、２本の送信アンテナ＃１，＃２を有する基地局２ｃとを有する。そして、移動局１０は、ハンドオーバ先の基地局２ｃの送信アンテナ数がハンドオーバ元のそれと異なる場合、共通なフィードバック伝送フォーマットを用いるようになっている。
なお、これら以外のもので、上述したものと同一の符号を有するものは同一のものを表す。
このような構成によって、移動局１０は、グループ内アンテナ制御量Ｇ_１，２ ^（１），Ｇ_２，２ ^（１）を計算する。ここで、各送信アンテナ＃１〜＃Ｎの位相偏差及び振幅偏差がキャリブレーション技術により補正されることを前提として、式（２５）〜式（２７）に示すＰｏｗ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（１）を最大にするＧ_１，２ ^（１）を計算して、Ｇ_２，２ ^（１）は、Ｇ_１，２ ^（１）により代用する。
Ｐｏｗ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（１）＝ｗ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（１）ＨＨ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（１）ＨＨ_{ｉｎｔｒａ−ｇｒｏｕｐ} ^（１）ｗ_{ｉｎｔｒａ−ｇｒｏｕｐ} ^（１）
…（２５）
Ｈ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（１）＝［ｈ_１ ^（１），ｈ_２ ^（１）］ …（２６）
ｗ_{ｉｎｔｒａ＿ｇｒｏｕｐ} ^（１）＝［１，Ｇ_１，２ ^（１）］ …（２７）
次に、移動局１０は、この基地局１ｃのグループ内アンテナ制御量Ｇ_１，２ ^（１），Ｇ_２，２ ^（１）を用いて、全基地局共通のグループ間アンテナ制御量Ｆ_１，２を式（２８）〜式（３０）に示す電力Ｐｏｗが最大になるように計算する。
Ｐｏｗ＝Σｗ^（ｖ）ＨＨ^（ｖ）ＨＨ^（ｖ）ｗ^（ｖ） …（２８）
Ｈ^（１）＝［ｈ_１ ^（１），ｈ_２ ^（１），ｈ_３ ^（１），ｈ_４ ^（１）］
…（２９）
Ｈ^（２）＝［ｈ_１ ^（２），ｈ_２ ^（２）］ …（３０）
ｗ^（１）＝［１，Ｇ_１，２ ^（１），Ｆ_１，２，Ｆ_１，２Ｇ_２，２ ^（１）
…（３１）
ｗ^（２）＝［１，Ｆ_１，２］^Ｔ …（３２）
ここで、Σはｖ＝１〜２までの総和である。
以上のアンテナ制御量Ｇ_１，２ ^（１），Ｇ_２，２ ^（１）及びＦ_１，２は、それぞれ、ｂ_１ ^（１），ｂ_３ ^（１）に量子化され、上りチャネルに多重化されて基地局１ｃにフィードバックされる。また、各スロットで送信するフィードバック情報の順番と、対応するアンテナ制御量とは、図１１に示すようになる。なお、図１１に示す基地局１，２は、それぞれ、基地局１ｃ，２ｃを表す。
そして、基地局１ｃは、フィードバック情報を用いて各送信アンテナ＃１〜＃Ｎの位相制御及び振幅制御をする。
このようにして、基地局１ｃ，２ｃの送信アンテナ数が３本以上で、上りチャネル信号伝送レートが制限された場合においても、安定したハンドオーバが可能になる。
（Ｃ）本発明の第３実施形態の説明
第３実施形態においては、基地局１（１ａ〜１ｃ）及び基地局２（２ａ〜２ｃ）で共通のフィードバック情報を送信する頻度と、基地局１（１ａ〜１ｃ）及び基地局２（２ａ〜２ｃ）ごとに各フィードバック情報を切り替えて送信する頻度とを、フェージング速度に応じて変化させるようにしている。そして、第１実施形態における３種類の制御態様（ｉ）〜（ｉｉｉ）のそれぞれについて、フェージング速度に基づく制御が可能になっている。
このため、セルラ移動通信システム１００（１００ａ〜１００ｃ）は、ハンドオーバ時に各基準アンテナとの間でフェージング相関が低い送信アンテナに対する位相制御頻度と、ハンドオーバ時に各基準アンテナとの間でフェージング相関が高い送信アンテナに対する位相制御頻度とを、フェージング速度に応じて変更する機能を有する。
また、この機能は、例えば、基地局１（１ａ〜１ｃ）によって実現され、振幅・位相制御部２６が、フェージング相関が低い送信アンテナに対する位相制御頻度と、フェージング相関が高い送信アンテナに対する位相制御頻度とを、フェージング速度に応じて変更されるようになっている。なお、このフェージング速度（フェージング変動速度）は、移動局１０の移動速度により変化し、また、この移動局１０の移動速度は、ＴＰＣコマンドの変化割合を検出することによって推定可能である。この理由は、ＴＰＣコマンドは、フェージング等の瞬時変動に追従して変化するからである。
このため、基地局１（１ａ〜１ｃ）は、フェージング速度を推定するフェージング速度推定部（図示省略）を有する。フェージング速度推定部は、移動局１０からのＴＰＣコマンドを受信し続け、入力されたＴＰＣコマンドの変化を検出し、これにより、移動局１０の移動速度を検出するものである。
このように、移動速度が速いほどカウント値（例えば、上記累積値を連続する２回のサンプリング値の差分を所定時間加算して得た値である。）は大きくなり、また、移動速度が遅いほどカウント値が小さくなる。従って、基地局１，２は、いずれも、移動局１０の移動速度を知ることができるのである。
更に詳述すると、移動局１０は、高速移動時に、図９に示すフィードバック情報の伝送フォーマットを適用し、グループ間アンテナ制御量に関して、基地局１（１ａ〜１ｃ）及び基地局２（２ａ〜２ｃ）で共通のフィードバック情報を送信する。また、移動局１０は、低速移動時には、フェージング変動に比較的追従しやすいので、図１２に示す伝送フォーマットを適用し、グループ間及びグループ内アンテナ制御量の双方に関して、基地局１（１ａ〜１ｃ）及び基地局２（２ａ〜２ｃ）ごとに各フィードバック情報を切り替えて送信するようにもできる。なお、図１２に示す基地局１，２は、それぞれ、基地局１（１ａ〜１ｃ）及び基地局２（２ａ〜２ｃ）を表す。
ここで、フェージング速度推定部は、連続する２回のＴＰＣコマンドを保持し、同一符号のデータが２回以上連続する回数を累積して、ＴＰＣコマンドの累積値を出力する。この累積値は、移動速度が遅くなると大きくなる。そして、フェージング速度推定部は、累積値と、予め設定された基準値とを比較する。
このため、基地局１，２は、移動局１０の移動速度を、上りチャネル又は下りチャネルを用いて送信する信号の包絡線が単位時間当たりに所定レベルを何回交差するか（レベル交差回数）を観測することによって推定する。そして、これらの２種類のフィードバック情報の伝送フォーマットの切り替えは、移動局１０の推定移動速度に応じた上位レイヤの命令により行なわれる。
このようにして、制御態様（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれについても、伝搬の状況に応じて効率のよい位相制御が可能となる。
（Ｄ）その他
本発明は上述した実施態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
産業上の利用可能性
以上詳述したように、本発明の送信ダイバーシティ方式を用いたセルラ移動通信システムによれば、ハンドオーバする場合に、基地局の送信アンテナ数を増加でき、かつ、フィードバック情報を送信するための上りチャネル信号伝送レートについて制限されず、上りフィードバック情報量を抑制でき、そして、フェージング周波数が高い場合の特性劣化を改善するので、安定したハンドオーバが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１実施形態に係るセルラ移動通信システムを模式的に示す図である。
図２は本発明の第１実施形態に係る閉ループ送信ダイバーシティ方式を説明するための図である。
図３は本発明の第１実施形態に係る送信アンテナのグループ化を説明するための図である。
図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施形態に係るフィードバック情報の伝送フォーマット例を示す図である。
図５は本発明の第１実施形態に係るハンドオーバを説明するための図である。
図６は本発明の第１実施形態に係る基地局送信アンテナの構成図である。
図７は本発明の第１実施形態に係るフィードバック情報の伝送フォーマットの第１例を示す図である。
図８は本発明の第１実施形態に係る移動通信システムの概略的な構成図である。
図９は本発明の第１実施形態に係るフィードバック情報の伝送フォーマットの第２例を示す図である。
図１０は本発明の第２実施形態に係るセルラ移動通信システムの概略的な構成図である。
図１１は本発明の第２実施形態に係るフィードバック情報の伝送フォーマット例を示す図である。
図１２は本発明の第３実施形態に係るフィードバック情報の伝送フォーマット例を示す図である。
図１３は２本の送信アンテナを用いる場合のシステム構成図である。Technical field
The present invention relates to a cellular mobile communication system, and more particularly to a mobile communication system, a mobile station, and a base station suitable for use in a closed loop transmission diversity system.
Background art
A transmission diversity scheme of W-CDMA (Wideband-Code Division Multiple Access), which is a third generation mobile communication system, employs a scheme using two transmission antennas.
FIG. 13 is a system configuration diagram when two transmitting antennas are used. In the cellular mobile communication system 200 shown in FIG. 13, pilot signal patterns P orthogonal to each other as pilot signals are transmitted from the two transmission antennas # 1 and # 2.₁, P₂Is transmitted, and the mobile station 121 calculates the correlation between the received pilot signal and the known pilot signal pattern, so that the channel impulse corresponding to the section from each transmitting antenna of the base station 110 to the receiving antenna of the mobile station 121 is calculated. Response vector (channel estimate) h₁, H₂Is estimated.
Then, the mobile station 121 transmits the channel estimation value as feedback information to the base station 110, and the base station 110 performs phase control or both amplitude control and phase control on the radio signal to be transmitted. The mobile station 121 receives these controlled radio signals.
More specifically, the mobile station 121 uses these channel estimation values to control the amplitude and phase control vectors of the transmission antennas # 1 and # 2 of the base station 110 that maximize the power Pow shown in the following equation (1). (A vector for controlling both amplitude control and phase control. Also referred to as a weight vector.) W is calculated, and the quantized version is multiplexed into an uplink channel signal as feedback information and transmitted to the base station 110 side. .
Pow = w^HH^HHw (1)
H = [h₁, H₂] (2)
Here, the amplitude and phase control vector w is w = [ω₁, Ω₂]^T(T represents transposition). These ω₁, Ω₂Are control amounts for controlling both the amplitude and phase of the radio signals transmitted from the transmission antennas # 1 and # 2 of the base station 110, respectively. The mobile station 121 is ω₁, Ω₂There is no need to send both values of ω₁Ω when calculated as 1₁, Ω₂Only the value of. H₁, H₂Are channel impulse response vectors from transmission antenna # 1 and transmission antenna # 2 of base station 110, respectively. Here, if the length of the impulse response is L, the channel impulse response vector h_i(I represents a natural number) is represented by the formula (3).
h_i= [H_{i, 1}, H_{i, 2}, ..., h_{i, L}]^T                  ... (3)
At the time of handover, the mobile station 121 calculates a weight vector w that maximizes the value shown in Expression (4) instead of Expression (1). This weight vector w is used in common between the handover destination base stations 110.
Pow = w^H(H^{(1) H}H⁽¹⁾+ H^{(2) H}H⁽²⁾+ ...) w ... (4)
H^(V)= [H₁ ^(V), H₂ ^(V)] (5)
Where H^(V)Is a channel impulse response of a transmission signal from the v-th (v = 1, 2,...) Base station 110.
Further, since the conventional handover method is based on the closed-loop transmission diversity method, the mobile station 121 calculates a weight vector w that maximizes Equation (10) described later, and performs antenna control for feedback based on this w. The amount is being calculated. This weight vector w is common between the base stations 110 that are handed over.
If the length of the impulse response is L, the channel impulse response vector h for the radio signal from the transmission antenna i of the v-th base station 110._i ^(V)Is represented by Formula (6).
h_i ^(V)= [H_{i, 1} ^(V), H_{i, 2} ^(V), ..., h_{i, L} ^(V)]^T
... (6)
An antenna control amount feedback method in W-CDMA uses an amplitude and phase control amount ω.₁, Ω₂Two methods are defined: mode 1 for quantizing the signal into 1 bit and mode 2 for quantizing the signal into 4 bits. The cellular mobile communication system employs one of these modes 1 and 2, and thereafter, mode 1 or 2 is fixedly operated.
Here, when mode 1 is used, since mobile station 121 transmits 1-bit feedback information for each slot, the speed required for control is high. On the other hand, accurate control is not possible due to coarse quantization. On the other hand, when mode 2 is used, since control is performed using 4-bit information, more accurate control can be performed. On the other hand, since the mobile station 121 transmits 1 bit at a time in each slot and 1 word of feedback information is generated in 4 slots, diversity control cannot follow the fading speed when the fading frequency is high, and the transmission / reception characteristics Deteriorates.
As described above, when the uplink channel signal transmission rate for transmitting feedback information is limited, the control accuracy and the fading tracking speed are in a trade-off relationship.
Regarding the transmission diversity scheme, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-36443 (hereinafter referred to as publicly known literature) discloses a novel method and a novel base station that can apply the diversity principle to more than two antennas. It is disclosed. Accordingly, it is possible to implement a diversity transmission method in SDMA (Space Division Multiple Access) wireless transmission and reuse multiple wireless resources to simultaneously serve a large number of users.
However, according to the diversity transmission method described in this publicly known document, a mobile station does not perform handover with one or a plurality of base stations.
In addition, in the W-CDMA Release-99 standard, in order to avoid a decrease in uplink channel transmission efficiency due to feedback information transmission, the case where the number of transmission antennas is three or more is not considered, but the increase and update of feedback information are not considered. By suppressing the reduction in speed, expansion to three or more is possible.
In order to obtain a diversity gain according to the number of transmission antennas, it is necessary to increase the antenna interval so that the fading correlation becomes sufficiently small. This fading correlation is a parameter representing how approximate the influence of fading received by radio signals from two different transmission antennas is. For example, a high fading correlation means that two types of radio signals fluctuate in the same way, and a low fading correlation means that the two types of radio signals fluctuate separately.
In order to make the fading correlation sufficiently small in the base station 110, the antenna interval needs a predetermined distance. For this reason, when the number of transmission antennas is increased, the area required for installing the antennas increases, and it becomes difficult to install the antennas on the rooftop of the building. Moreover, since the diversity gain is saturated as the number of transmission antennas increases, if the number of transmission antennas is increased too much, the diversity gain cannot be greatly improved.
In addition, when the number of transmission antennas is increased, the mobile station 121 must transmit feedback information for each antenna of the base station 110, and the amount of feedback information increases. For this reason, the transmission efficiency of the uplink channel for transmitting the feedback information is lowered, the transmission diversity control cannot follow high-speed fading, and the characteristics are deteriorated.
Furthermore, when performing transmission diversity at the time of handover, in order to maximize the received signal power from each base station 110 in the mobile station 121, it is desirable to feed back the antenna control amount for each base station.
However, since the uplink channel signal transmission rate for transmitting feedback information is limited by the W-CDMA Release-99 standard, if the feedback information is transmitted alternately for each base station, the frequency of transmission diversity control becomes low, and high speed There is a problem that it cannot follow the fading.
The present invention has been devised in view of such problems, and in the case of performing handover when the number of transmission antennas of the base station is increased and the uplink channel transmission rate for transmitting feedback information is limited, It is an object of the present invention to provide a mobile communication system, a mobile station, and a base station capable of suppressing feedback information amount and improving characteristic deterioration when a fading frequency is high and capable of stable handover.
Disclosure of the invention
For this reason, the mobile communication system of the present invention has a base station that transmits signals from a plurality of antennas to an opposite mobile station, and a reception phase of a signal transmitted from a reference antenna that serves as a reference among the plurality of antennas of the base station. Each reference signal in a plurality of base stations with which the mobile station communicates at the time of handover. The low correlation antenna having a low fading correlation with the antenna is characterized in that the phase control frequency is increased, and the first high correlation antenna having a high fading correlation is decreased in the phase control frequency.
Therefore, in this way, even when the number of transmission antennas of the base station is three or more and the uplink channel signal transmission rate is limited, the characteristic deterioration when the fading frequency is high can be improved, and stable handover can be performed. Is possible.
Further, in this mobile communication system, the phase control frequency for the low correlation antenna and the phase control frequency for the first high correlation antenna may be changed according to the fading speed, which deteriorates the characteristics. The amount of feedback information can be reduced without any problem.
Furthermore, the mobile communication system of the present invention increases the frequency of phase control for a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations with which the mobile station communicates at the time of handover using a common control signal. And performing phase control on the first highly correlated antenna having high fading correlation at a low frequency using a control signal unique to each antenna.
Therefore, in this way, the mobile station can maintain the reception sensitivity of the signal from the base station even during the handover, and the deterioration of the reception sensitivity is alleviated.
In this mobile communication system, the phase control frequency for the low correlation antenna and the phase control frequency for the first high correlation antenna can also be changed according to the fading speed. Without increasing, the base station can perform transmission diversity using three or more transmission antennas.
In addition, the mobile communication system of the present invention uses a common control signal to perform phase control for a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations with which the mobile station communicates during handover. It is characterized by performing the phase control on the second high correlation antenna having a high fading correlation with the low correlation antenna at a low frequency using a unique control signal for each antenna.
Therefore, in this way, stable handover is possible even when the uplink channel signal transmission rate is limited.
Further, in this mobile communication system, the phase control frequency for the low correlation antenna and the phase control frequency for the second high correlation antenna may be changed according to the fading speed. The fluctuation can be tracked and the control cycle can be made relatively long.
Furthermore, the mobile station of the present invention is a mobile station of a mobile communication system composed of a base station and a mobile station, and has a low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations to be communicated during handover. A control unit transmits a control signal with high frequency to the correlation antenna, and has a transmission unit that transmits the control signal with low frequency to the first high correlation antenna with high fading correlation.
Therefore, in this way, the amount of feedback information can be further reduced.
The mobile station of the present invention transmits a common control signal with high frequency to a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations to be communicated at the time of handover, and The first highly correlated antenna having a high fading correlation is characterized by having a transmitter that transmits a unique control signal at a low frequency for each antenna.
Therefore, in this way, feedback information can be transmitted efficiently even during handover.
In addition, the mobile station of the present invention transmits a common control signal at a high frequency to a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations to be communicated at the time of handover, A second high correlation antenna having a high fading correlation with a low correlation antenna having a low fading correlation is characterized by having a transmission unit that transmits a unique control signal for each antenna at a low frequency.
Therefore, in this way, the nuclear station can follow fast fading fluctuations.
The base station of the present invention is a base station in a mobile communication system composed of a base station and a mobile station, and the phase control frequency is increased for a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna during handover. The first highly correlated antenna having a high fading correlation is characterized by having a phase control unit that lowers the phase control frequency.
Therefore, in this way, the circuit for calculating the antenna weight can be shared both during non-handover and during handover.
Furthermore, the base station of the present invention performs phase control for a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna at the time of handover, with fading between each reference antenna in another base station communicating with the same mobile station. Phase control for a low correlation antenna with low correlation and high frequency corresponding to a common control signal, and phase control for the first high correlation antenna with high fading correlation with each reference antenna It is characterized by having a phase control unit that performs infrequently corresponding to a signal.
Therefore, in this way, it is possible to improve the characteristic deterioration when the fading frequency is high at the time of handover, and stable handover is possible.
In addition, the base station of the present invention performs phase control for a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna during handover between each reference antenna in another base station communicating with the same mobile station. A phase control for a low correlation antenna with a low fading correlation and a common control signal are performed at a high frequency, and a phase control for a second high correlation antenna with a high fading correlation with the low correlation antenna is performed for each antenna. It is characterized by having a phase control unit that performs the operation at a low frequency corresponding to the above.
Therefore, if this is done, fine control over fading fluctuations can be achieved, and stable communication is also possible during handover.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(A) Description of the first embodiment of the present invention
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cellular mobile communication system according to a first embodiment of the present invention. The cellular mobile communication system 100 shown in FIG. 1 uses W-CDMA, and includes base stations 1 and 2, a mobile station 10, and a control station 92.
Here, each of the base stations 1 and 2 transmits a signal from N (N represents a natural number) antennas # 1 to #N to the opposite mobile station 10. These base stations 1 and 2 perform different phase control on the same transmission data signal based on feedback information from the mobile station 10 using the closed-loop transmission diversity method, and then different transmission antennas for the mobile station 10. Send by.
When radio signals are represented by R · exp (j · ω · t) (R is amplitude, exp is the base of natural logarithm, · is multiplication, j is an imaginary unit, ω is angular frequency, and t is time. )) Amplitude control is to increase / decrease R, and phase control is to advance / delay ω.
In addition, cells denoted by reference numerals 93a and 93b are cells in which the mobile station 10 can communicate with the base stations 1 and 2 almost satisfactorily. For example, when the mobile station 10 moves from the cell 93a to the cell 93b while communicating with the cell 93a, the communication destination of the mobile station 10 is switched from the handover source base station 1 to the handover destination base station 2 (handover). To do). In the following description, the moving direction of the mobile station 10 is the same.
The mobile station 10 transmits a control signal for controlling the phase of transmission radio signals of the base stations 1 and 2 to the base stations 1 and 2 and is, for example, a mobile phone. Further, this phase control is performed by the mobile station 10 side, and specifically, a radio signal transmitted from a reference antenna serving as a reference among the N transmission antennas # 1 to #N of the base stations 1 and 2. This is performed so that the reception phase of the radio signal transmitted from the other transmission antennas of the base stations 1 and 2 approaches the reception phase. Then, as shown in FIGS. 4A and 4B described later, the mobile station 10 transmits the feedback information to the base stations 1 and 2, and the base stations 1 and 2 are based on the feedback information. Thus, the phase and amplitude of the radio signal to be transmitted are controlled.
Further, the reference antenna is one transmission antenna selected from each of a plurality of antenna groups including a plurality of transmission antennas in the base stations 1 and 2. That is, N transmission antennas # 1 to #N are grouped into M types of antenna groups 1 to M including K transmission antennas as an example (see FIG. 3 described later). M uses transmission antennas # 1, # (K + 1),..., # [(M−1) K + 1] as reference antennas.
Further, the mobile station 10 determines a phase control amount using a pilot signal (downlink pilot signal), multiplexes feedback information indicating the phase control amount with an uplink channel signal, and transmits the multiplexed information to the base stations 1 and 2. The base station 1 is in a standby state while stable communication with the base station 1 is possible.
Further, the control station 92 is connected to the base stations 1 and 2 via a network (not shown). Upon receiving a handover request from the base station 1, the control station 92 selects the handover destination base station 2 and selects the selected base station 2 On the other hand, identification data, code information and the like of the mobile station 10 are transmitted. The control station 92 holds location registration data for the mobile station 10 and data related to other base stations adjacent to the base stations 1 and 2.
Thereby, when the mobile station 10 leaves the base station 1, the mobile station 10 detects the deterioration of the received electric field, transmits a handover request to the base station 1, and the base station 1 transmits the received request message to the control station. 92. The control station 92 selects the base station 2 from among the other base stations, transmits identification data of the mobile station 10 to the base station 2, and the base station 2 transmits to the mobile station 10. Identification data and the like are transmitted.
Furthermore, when the mobile station 10 receives the identification data from the base station 2, the mobile station 10 communicates with both the base stations 1 and 2, and when the mobile station 10 approaches the base station 2 by further movement, terminates the communication with the base station 1. Thereafter, communication with the base station 2 is performed.
The cellular mobile communication system 100 shown in FIG. 1 has substantially the same configuration in a second embodiment and a third embodiment described later. The cellular mobile communication systems 100a, 100b, and 100c, the base stations 1a and 2a, and the base stations 1b, 1c, 2b, and 2c will be described later in the present embodiment, the second embodiment, and the third embodiment.
Then, the cellular mobile communication system 100 increases the phase control frequency for a transmission antenna (low correlation antenna) having a low fading correlation with each reference antenna in the base stations 1 and 2 with which the mobile station 10 communicates during handover. The phase control frequency is lowered for a transmission antenna (first highly correlated antenna) having a high fading correlation. Thus, phase control is performed using a closed loop transmit diversity scheme.
FIG. 2 is a diagram for explaining the closed-loop transmission diversity system according to the first embodiment of the present invention, in which the main parts of the transmitting and receiving ends of the base station 1 and the mobile station 10 are displayed. The base station 1 shown in FIG. 2 includes a downlink transmission data generation unit 51, a transmission / reception unit 50, a transmission antenna group 31, and a reception antenna 36.
Here, the downlink transmission data generation unit 51 outputs transmission data including an information data signal and a control data signal.
The transmission / reception unit 50 transmits a radio signal whose phase is controlled based on feedback information from the mobile station 10 for the input downlink transmission data signal, and demodulates the received radio signal to extract feedback information. The feedback information extraction unit 25, the amplitude / phase control unit (phase control unit) 26, the pilot signal generation unit 20, the N adders 90, the radio signal transmission unit 52a, and the radio signal reception unit 52b. It is composed.
The feedback information extraction unit 25 extracts feedback information including a phase control amount obtained by the mobile station 10 receiving and calculating a downlink radio signal.
In addition, the amplitude / phase control unit 26 changes the control frequency for controlling the phase of the downlink radio signal based on the feedback information and the fading correlation value with the selected reference antenna among the N transmission antennas # 1 to #N. Therefore, it is possible to output a downstream signal.
The control modes by the amplitude / phase control unit 26 are, for example, the following three types (i) to (iii).
(I) The amplitude / phase control unit 26 increases the phase control frequency for a transmission antenna having a low fading correlation with each reference antenna during handover, and decreases the phase control frequency for a transmission antenna having a high fading correlation.
(Ii) The amplitude / phase control unit 26 performs phase control on a transmission antenna having a low fading correlation with each reference antenna at the time of handover with each reference antenna in another base station 2 communicating with the same mobile station 10. Phase control for transmit antennas with low fading correlation between them and high frequency corresponding to common control signals, and phase control for transmit antennas with high fading correlation with each reference antenna Perform infrequently according to the signal.
(Iii) The amplitude / phase control unit 26 performs phase control on a transmission antenna having a low fading correlation with each reference antenna at the time of handover with each reference antenna in another base station 2 communicating with the same mobile station 10. Phase control for a transmission antenna having a low fading correlation between the transmission antennas and a common control signal at a high frequency, and phase control for a transmission antenna (second high correlation antenna) having a high fading correlation with the transmission antenna. Each of them is performed at a low frequency corresponding to a specific control signal.
These (i) to (iii) are selected when the operation of the cellular mobile communication system 100 is started.
The amplitude / phase control unit 26 also includes an amplitude and phase control amount ω for the base station transmission antenna # 2 included in the feedback information from the mobile station 10.₂Based on the above, control is performed so as to advance / delay the phase of the radio signal to be transmitted, and controlled transmission data is output. Further, the amplitude / phase control unit 26 controls the amplitude so that the amplitude of the radio signal from the base station 1 is transmitted at a uniform transmission level.
Note that the amplitude / phase control unit 26 determines the amplitude and phase control amount ω.₂In addition, the amplitude and phase control amount ω for the radio signal transmitted from the transmitting antenna # 1₁May be used to control the amplitude and phase. In this case, the mobile station 10 controls the amplitude and phase control amount ω for the radio signal from the transmission antenna # 1 of the base station 1.₁, Ω₂At the same time, it is necessary to transmit it as feedback information.
Hereinafter, unless otherwise specified, in the first embodiment and the second and third embodiments described later, the amplitude / phase control unit 26 is described as controlling only the phase without controlling the amplitude.
Next, the pilot signal generator 20 generates N types of mutually orthogonal pilot signals P.₁(T), P₂(T), ..., P_N(T) is generated. Each of these pilot signals is represented by a predetermined number of bits of orthogonal symbols. In addition, orthogonal is the pilot signal P₁(T), P₂(T), ..., P_NThis means that the cross-correlation value of two types of patterns among the patterns of (t) becomes zero.
Each of the N adders 90 adds the output from the pilot signal generation unit 20 and the output from the amplitude / phase control unit 26 and outputs a combined signal, and the radio signal transmission unit 52a is supplied from the adder 90, respectively. The radio signal obtained by frequency-converting the synthesized signal is transmitted, and the radio signal receiving unit 52b demodulates the radio signal from the mobile station 10.
The transmitting antenna group 31 is N (N represents a natural number of 3 or more) transmitting antennas # 1 to #N (N represents the number of transmitting antennas) that can transmit a downlink signal, and is a receiving antenna. Reference numeral 36 denotes a radio signal received from the mobile station 10.
FIG. 3 is a view for explaining grouping of transmission antennas # 1 to #N according to the first embodiment of the present invention. The base station 1 shown in FIG. 3 has MK transmission antennas # 1 to # (MK) (M represents a natural number of 2 or more), and K transmission antennas [# 1 to #K, # (K + 1) to # (2K), # (M−1) K + 1 to # (MK)] are divided into M groups 1 to M. And, K transmission antennas # 1 to #N of each group 1 to M are all arranged close to each other so that the fading correlation is high, and between the groups, the fading correlation is low. They are installed at a distance from each other.
Next, the mobile station 10 (see FIG. 2) includes a transmission / reception unit (transmission unit) 60, a reception antenna 32a, an uplink transmission data generation unit 62, and a transmission antenna 32b. The reception antenna 32a receives a radio signal, and the transmission antenna 32b can transmit an uplink signal. The uplink transmission data generating unit 62 generates and outputs uplink transmission signal data.
The transmission / reception unit 60 corresponds to each of the above aspects (i) to (iii) by the control amount calculation unit 33 described below, and has a reception function in addition to the transmission function. A multiplexing unit 34, a radio signal transmission unit 61b, and a control amount calculation unit 33 that realizes the transmission function are configured.
Here, the radio signal receiver 61a demodulates radio signals from the base stations 1 and 2 and other base stations (not shown). At the time of handover, the multiplexing unit 34 and the base station 1 and the base station 2 having P transmission antennas (P represents a natural number of 1 or more) or another base station different from the base stations 1 and 2 ( In contrast, the feedback information is multiplexed with the uplink channel signal, and the multiplexed uplink signal is output to the transmission antenna 32b of the mobile station 10, and the radio signal transmission unit 61b is multiplexed with the uplink transmission. A data signal is converted into a radio signal and output.
Further, the control amount calculation unit 33 can correspond to the three types of control modes (i) to (iii).
(I) The control amount calculation unit 33 transmits a control signal with high frequency to a transmission antenna having a low fading correlation with each reference antenna in the base stations 1 and 2 to be communicated at the time of handover, and fading. A control signal is transmitted at a low frequency to a transmission antenna having a high correlation.
Here, the control amount calculation unit 33 calculates the phase control amount using the received pilot signal, and transmits the received channel signal from which transmission antenna # 1 to #N of which group 1 to M of the base station 1. In order to know whether the transmission has been performed, the transmission antennas # 1 to #N of the base station 1 are associated with the pilot signals transmitted from the transmission antennas # 1 to #N, and N transmissions are performed. Based on N downlink signals transmitted by the base station 1 having the antennas # 1 to #N, feedback information including a phase control amount is calculated and output. Here, the base station 1 transmits N downlink signals including control information regarding the frequency of feedback.
Thereby, the phase amount of the received radio signal is calculated in the transmission / reception unit 60, and this phase amount is multiplexed as feedback information on the uplink transmission data signal, and the multiplexed signal is modulated and transmitted.
In addition, the feedback information can be obtained as shown in the following (ii) and (iii).
(Ii) The control amount calculation unit 33 transmits a common control signal at a high frequency to a transmission antenna having a low fading correlation with each reference antenna in the base stations 1 and 2 to be communicated at the time of handover. For a transmission antenna having a high fading correlation, a unique control signal is transmitted at a low frequency for each transmission antenna.
(Iii) The control amount calculation unit 33 transmits a common control signal at a high frequency to a transmission antenna having a low fading correlation with each reference antenna in the base stations 1 and 2 to be communicated at the time of handover. For a transmission antenna having a high fading correlation with a transmission antenna having a low fading correlation, a unique control signal is transmitted at a low frequency for each transmission antenna.
By using these (i) to (iii), the mobile station 10 can follow fast fading fluctuations.
Note that the mobile station 10 can separate the pilot signals based on the orthogonality of the pilot signals. Further, the control amount calculation unit 33 may calculate control amounts for both the amplitude and the phase.
As a result, in the base station 1, the downlink transmission data signal from the transmission data generation unit 51 is subjected to phase control by the amplitude / phase control unit 26, and N identical data signals are output. These identical data signals are represented by N mutually orthogonal pilot signals P₁(T), P₂(T), ..., P_N(T) is added, the frequency is converted by the radio signal transmission unit 52a, and transmitted from the transmission antennas # 1 to #N.
These combined signals including these pilot signals are each subjected to amplitude fluctuation and phase fluctuation due to fading, and are input to the receiving antenna 32 a of the mobile station 10. The radio signal is a channel impulse response vector h.₁, H₂, ..., h_NAnd convolution integration.
The mobile station 10 receives a radio signal via the receiving antenna 32a, and the transmitting / receiving unit 60 receives the received pilot signal and the pilot signal P held in advance.₁(T), P₂(T), ..., P_N(T) and the channel impulse response vector h of each pilot signal.₁, H₂, ..., h_NIs estimated. Using these channel impulse response vectors, the transmission / reception unit 60 uses the weight vectors w = [ω of the transmission antennas # 1 to #N of the base station 1 that maximize the power P shown in the following equation (7).₁, Ω₂, ..., ω_N] And quantize the weight vector.
Pow = w^HH^HHw (7)
H = [h₁, H₂, ..., h_N] (8)
Where h_i(I = 1 to N) is a channel impulse response vector from the transmitting antenna # (i), and this h_iIs expressed by equation (9), where L is the length of the impulse response.
h_i= [H_i1, H_i2, ..., h_iL]^T                        ... (9)
At the time of handover, a weight vector w that maximizes the power Pow in the equations (10) and (11) is calculated instead of the equations (7) and (8). The weight vector w is common between the base stations 1 and 2 that are handed over. Where H^(V)Is the channel impulse response of the signal from the v (v = 1, 2) -th base station v.
Pow = w^H(H^{(1) H}H⁽¹⁾+ H^{(2) H}H⁽²⁾+ ...) w
(10)
H^(V)= [H₁ ^(V), H₂ ^(V), ..., h_N ^(V)] (11)
If the impulse response length is L, h₁ ^(V)Is represented by equation (12).
h_i ^(V)= [H_{i, 1} ^(V), H_{i, 2} ^(V), ..., h_{i, L} ^(V)]^T
(12)
The quantized weight vector w is multiplexed as feedback information with the uplink transmission data signal (uplink channel signal) from the transmission data generation unit 62 by the multiplexing unit 34 as feedback information. Is transmitted to the base station 1, thereby forming a closed loop. Here, the multiplexing unit 34₁Ω when calculated as = 1₂, ..., ω_NMay be transmitted.
The feedback information will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b).
FIGS. 4 (a) and 4 (b) respectively show transmission format examples simply extracted by extracting feedback information in 15 control slots in one frame including feedback information according to the first embodiment of the present invention. In the transmission format (format 1) shown in FIG. 4A, the feedback information b for the base station 1 is shown as hatched.₁And feedback information b for base station 2₂Are transmitted once per frame, and the transmission format (format 2) shown in FIG.₁And b₂Are transmitted twice in one frame.
Where b₁And b₂Represents an increase in control amount or a decrease in control amount, respectively, and FBI (Feedback Information Information) of FPC (Feedback Signaling Message) bit is used as an upstream channel DPCCH (Dedicated Physical Control Channel, channel) slot. , Data) field and transmitted. The FSM bits represent the phase difference between the two transmitting antennas of the base stations 1 and 2 at the base stations 1 and 2 and are composed of 3 bits. Eight types of phase control amounts of 4π to + π (rad) can be obtained.
Thereby, the mobile station 10 is controlled so that the radio signal feedback-controlled from the transmission antenna of the base station 1 is transmitted and the reception phase approaches.
Note that each of the frames shown in FIGS. 4A and 4B has 15 slots, and the time between slot 1 and slot 15 is 10 ms.
Then, the base station 1 performs phase control of each of the transmission antennas # 1 to #N using the feedback information obtained from the uplink channel, and uses the feedback information received in the immediately preceding reception slot to control the transmission antenna to be controlled. Control antenna weights. For example, when the immediately preceding reception slot includes “advance phase”, the base station 1 controls the phase based on the advanced phase. The feedback information of the immediately preceding reception slot is held in a holding unit (not shown) provided in the base station 1. Further, the base station 1 controls the phases of the transmission antennas # 1 to #N that are not controlled based on data of a holding unit (not shown) that holds the most recently received feedback information.
A feature of this method is that the mobile station 10 performs calculation and feedback for each coefficient value constituting the coefficient vector (weight vector w) at a period different from the slot period, and is calculated every same period as the slot period. And does not provide feedback.
The transmission formats shown in FIGS. 4A and 4B are the same in the second and third embodiments described later.
Next, calculation of the antenna control amount of the mobile station 10 will be described.
In the base station 1, the transmission antennas # 1 to #N are arranged so that the fading correlation between the groups becomes low. For this reason, the mobile station 10 calculates the amount of antenna control between groups at a period earlier than the amount of antenna control within the groups 1 to M, and transmits these to the base station 1 as feedback information.
In addition, signals from transmission antennas # 1 to #N in the same group are subjected to substantially the same fading because the fading correlation is high. Then, the transmission signal reaches the reception antenna 32a of the mobile station 10 with a phase rotation corresponding to the phase angle between the mobile station 10 and the base station 1. Therefore, the channel response estimation value in the mobile station 10 corresponds to this phase rotation amount, and is calculated using signals from the transmission antennas # 1 to #N in the same group. Further, as the mobile station 10 moves, the amount of phase rotation varies, and this variation is slower than the fading speed.
Then, the control amount calculation unit 33 uses one antenna in each of the groups 1 to M of the base station 1 as a reference antenna, and determines the intra-group antenna control amount of the transmission antenna other than the reference antenna as the reference antenna control amount. To normalize. The normalized intra-group antenna control amount varies slowly as the mobile station 10 moves.
Therefore, when the mobile station 10 transmits feedback information to the base station 1, the mobile station 10 can make the control period relatively long. This also makes it possible to effectively use the uplink channel transmission capacity.
In addition, this allows the mobile station 10 to share the control amount calculation unit 33 for calculating the weight vector w both at the time of non-handover and at the time of handover.
On the other hand, for radio signals transmitted from transmitting antennas belonging to different groups, since the fading correlation between the radio signals is low, the radio signals are each subjected to independent fading and reach the receiving antenna 32a of the mobile station 10, and accordingly. Since the channel response estimation values are estimated using signals from the reference antennas of different groups, they fluctuate at high speed due to independent fading fluctuations.
Here, it is assumed that the definition of the inter-group antenna control amount is obtained by normalizing the reference antenna control amount of another group with the reference antenna control amount of a certain group. In this case, the inter-group antenna control amount fluctuates at high speed due to independent fading fluctuations. For this reason, the mobile station 10 accurately controls the phase by controlling the phase in a short cycle.
The mobile station 10 uses the inter-group antenna control amount F shown in FIG._{1, m}And group antenna control amount G_{m, k}Are calculated by the following equations (13) and (14), respectively.
F_{1, m}= Ω_{(M-1) K + 1}/ Ω₁ ^*  (M = 2,..., M) (13)
G_{m, k}= (Ω_{(M-1) K + k}) / Ω_{(M-1) K + 1} ^*  (M = 1,..., M, k = 2,..., K) (14)
Here, the overall reference antenna is antenna # 1, the intra-group reference antenna is antenna # ((m−1) K + 1) (m = 1,..., M), M is the number of antenna groups, and K = N / M represents the number of antennas in each group, and * represents a complex conjugate.
Thus, by utilizing the difference in the fluctuation speed of the control information, the amount of feedback information can be reduced without degrading the characteristics. In other words, the inter-group antenna control amount that varies at high speed is updated and fed back in a short cycle. Further, the intra-group antenna control amount having a slow fluctuation rate is updated and fed back at a period longer than the control period of the inter-group antenna.
As a result, since the intra-group antenna control amount has a value corresponding to the phase angle of the mobile station 10 with respect to the base station 1, when the cell radius is large to some extent, the deviation of the incoming phase angle is small enough to be ignored. Become. For this reason, the mobile station 10 can also use a desired intra-group antenna control amount as the intra-group antenna control amount of another group.
In this way, the amount of feedback information can be further reduced by transmitting only the intra-group control information of a certain group in the mobile station 10 and using this to control other groups.
Next, a control method when the mobile station 10 performs handover with the base stations 1 and 2 will be described.
FIG. 5 is a diagram for explaining handover according to the first embodiment of the present invention. The cellular mobile communication system 100a and base stations 1a and 2a shown in FIG. 5 are substantially the same as the cellular mobile communication system 100 and base stations 1 and 2 (see FIG. 2), respectively. Is a channel impulse response vector h from each of the transmission antennas # 1 to #N of the base stations 1a and 2a.₁ ^(V), H₂ ^(V), ..., h_N ^(V)Is estimated. Here, as shown in FIG. 5, it has the same or similar function as described above.
In order to accurately control transmission diversity at the time of handover, it is desirable for the mobile station 10 to feed back the transmission antenna control amount to the base stations 1a and 2a. However, when the transmission rate of the uplink channel control signal is limited, it is difficult to simultaneously transmit feedback information suitable for the base stations 1a and 2a from the mobile station 10. In this case, the mobile station 10 transmits the feedback information suitable for each of the base stations 1a and 2a in order by time division (hereinafter referred to as time division transmission).
In this time division transmission, the control period of the antenna control amount becomes longer as the number of base stations increases. Therefore, time division transmission is effective when the fading speed is low, but cannot follow the fading fluctuation when the fading speed is high.
For this reason, the inventor transmits each feedback information suitable for each base station 1a, 2a in time division for a specific antenna control amount, and each base station 1a, 2a for each other antenna control amount. By transmitting the common feedback information, the 2a can follow up the fading fluctuation even if a fast fading fluctuation occurs during the handover.
FIG. 6 is a configuration diagram of transmission antennas # 1 to #N of the base stations 1a and 2a according to the first embodiment of the present invention. Both the base stations 1a and 2a divide the transmission antennas # 1 to #N shown in FIG. 6 into M groups 1 to M each including K transmission antennas. The transmission antennas are arranged close to each other so that the fading correlation is high, and the transmission antennas between the groups are spaced apart from each other so that the fading correlation is low. And base station 1a, 2a controls a phase about each transmission antenna # 1- # N using the inter-group antenna control amount and the intra-group antenna control amount. Here, N is the number of transmitting antennas, M is the number of antenna groups, and K = N / M is the number of antennas in each group.
By this antenna control between groups and antenna control within groups, the mobile station 10 can control the inter-group antenna control amount at an early period and can follow the fading speed. Further, since the intra-group antenna control amount can follow the fluctuation of the phase angle of the mobile station 10 with respect to the base stations 1a and 2a, the control cycle can be made relatively long.
Therefore, the mobile station 10 shown in FIG. 5 transmits the respective feedback information in order by time division for the intra-group antenna control amounts of the base stations 1a and 2a, and the inter-group antenna control amounts of the base stations 1a and 2a. The common feedback information is transmitted so as to follow the fading fluctuation.
For this reason, the amplitude / phase control unit 26 uses the common feedback information for the transmission antennas having a low fading correlation with each reference antenna, and provides individual feedback information for the transmission antennas having a low correlation and a fading correlation. It comes to use.
In addition, the cellular mobile communication system 100 uses a common control signal to perform phase control for a transmission antenna having a low fading correlation with each reference antenna in the base stations 1 and 2 with which the mobile station 10 communicates during handover. It is possible to increase the phase and control the phase of another transmission antenna having a high fading correlation with a transmission antenna having a low fading correlation at a low frequency using a control signal unique to each transmission antenna.
In this case, the amplitude / phase control unit 26 uses common feedback information for transmission antennas having a low fading correlation with each reference antenna, and for transmission antennas having a high fading correlation as seen from the transmission antennas having a low fading correlation with each reference antenna. Uses individual feedback information.
As described above, the mobile station 10 can feedback the antenna control amount for each of the base stations 1a and 2a while mitigating characteristic degradation caused by the control period of the antenna control amount.
The above is the description of the control method when handing over.
Next, a feedback method between the mobile station 10 and the base stations 1a and 2a and a method for calculating the antenna control amount will be described in detail.
In response to feedback, the base station v (v = 1a, 2a) receives a common pilot signal P orthogonal to each other from each of the transmission antennas # 1, # 2,.₁ ^(V)(T), P₂ ^(V)(T), ..., P_MK ^(V)(T) is transmitted. The combined signal including each pilot signal is subjected to phase fluctuation due to fading, and these combined signals are input to the receiving antenna 32 a of the mobile station 10.
Then, the transmitting / receiving unit 60 of the mobile station 10 calculates a correlation between each received pilot signal and each known pilot signal that the mobile station 10 has. The mobile station 10 receives channel impulse response vectors h from the transmission antennas # 1 to #N of the base station v.₁ ^(V), H₂ ^(V), ..., h_N ^(V), Estimate the intra-group antenna control amount suitable for the base station v using these channel impulse response vectors, and transmit feedback information to the base station v.
Subsequently, the base station v calculates the power Pow according to the following equation (15).^(V) _{intra_group}Weight vector w that maximizes_{intra_group} ^(V)Calculate Here, H in equation (16)_{intra_group} ^(V)Is the channel impulse response of the signal from the v th base station v.
Pow_{intra_group} ^(V)= W_{intra_group} ^{(V) H}H_{intra_group} ^{(V) H}H_{intra_group} ^(V)w_{intra_group} ^(V)
... (15)
H_{intra_group} ^(V)= [H_{(M-1) K + 1} ^(V), H_{(M-1) K + 2} ^(V), ..., h_mK ^(V)]
... (16)
w_{intra_group} ^(V)= [Ω_{(M-1) K + 1} ^(V), Ω_{(M-1) K + 2} ^(V), ..., ω_mK ^(V)]
... (17)
And w obtained from these equations_{intra_group} ^(V), Mobile station 10 uses group m antenna control amount G_{m, k} ^(V)Is obtained by the calculation shown in the equation (18).
G_{m, k} ^(V)= Ω_{(M-1) K + k} ^(V)/ Ω_{(M-1) K + 1} ^{(V) *}  (M = 1,..., M; k = 2,..., K; K = 2,...)
... (18)
Furthermore, the mobile station 10 obtains the obtained group m antenna control amount G._{m, k} ^(V), The inter-group antenna control amount F common to the base stations 1a and 2a that maximizes the power Pow shown in Equation (19)._{1, m}(M = 1,..., M) is calculated. Where F_1,1= 1, G_{m, 1} ^(V)= 1, and Σ represents the sum of v.
Pow = Σw^{(V) H}H^{(V) H}H^(V)w^(V)              ... (19)
H^(V)= [H₁ ^(V), H₂ ^(V), ..., h_MK ^(V)] (20)
w^(V)= [Ω₁ ^(V), Ω₂ ^(V), ..., ω_MK ^(V)]^T    ... (21)
ω_{(M-1) K + k} ^(V)= F_{1, m}G_{m, k} ^(V)= (M = 1,..., M; k = 1,..., K; K = 2,...)
... (22)
The mobile station 10 transmits the obtained antenna control amount to the base stations 1a and 2a based on the transmission format shown in FIG. The transmission format shown in FIG. 7 shows a slot number, feedback information to be inserted into a slot corresponding to this slot number, and the content of this feedback information. For example, the mobile station 10 uses a common inter-group antenna control amount F in the slots of slot numbers 1 to M−1._{1, 2}, ..., F_{1, M}Insert. Since there are many opportunities to transmit this antenna control amount, it is transmitted in a relatively short period. In addition, the intra-group antenna control amount G of the base stations 1a and 2a^(V) _{1, 2}, ..., G^(V) _{M, K}Is transmitted in a relatively long cycle in order for each base station 1a, 2a. Note that the transmission formats (shown as base stations 1 and 2) shown in FIG. 7 correspond to the base stations 1a and 2a, respectively. Base station 3 represents something other than base station 1, 1a, 2 or 2a.
Further, the mobile station 10 has a plurality of transmission formats in addition to the transmission format shown in FIG. 7, and the upper layer of the mobile station 10 is handed over to the mobile station 10 or the base station 1a, A desired transmission format is determined according to parameters such as the number of transmission antennas # 1 to #N of 2a.
In this way, during downlink data signal transmission, the intra-group antenna control amount of the base stations 1a and 2a is determined by the directivity of the transmission antennas # 1 to #N of the groups 1 to M in the base stations 1a and 2a. It is appropriately controlled so as to be formed in the direction.
Further, when the conventional handover is used, the mobile station 10 always feeds back a common antenna control amount to the base stations 1a and 2a, so that the reception sensitivity of the signals from the base stations 1a and 2a can be improved during non-handover. In comparison, it was low during handover.
By using the cellular mobile communication system 100a, the mobile station 10 can maintain the reception sensitivity of signals from the base stations 1a and 2a even during a handover, and the deterioration of the reception sensitivity is alleviated.
Furthermore, when the base station 1a, 2a controls three or more transmission antennas # 1 to #N when the conventional transmission diversity scheme is used, the amount of feedback information increases. However, by using the present invention, feedback information is increased. The base stations 1a and 2a can perform transmission diversity using three or more transmission antennas # 1 to #N without increasing the amount.
In addition, the characteristics can be improved without expanding the antenna installation space in the base stations 1a and 2a.
The above description is based on the premise that the mobile station 10 and the base stations 1a and 2a being handed over have the same number of transmission antennas, but the cellular mobile communication system 100a has different antenna configurations. Many base stations are mixed. In this case, a common feedback information transmission format corresponding to base stations having different antenna configurations is used.
Regarding the relationship between the frequency of transmitting common feedback information between the base stations 1a and 2a and the frequency of switching and transmitting each feedback information for each of the base stations 1a and 2a, the base station can follow the fading speed. It is desirable to switch the feedback information suitable for 1a and 2a and thereby increase the transmission frequency. For this reason, the amplitude / phase control unit 26 changes the transmission frequency in accordance with the fading speed in the mobile station 10. Then, the mobile station 10 switches the feedback information transmission format according to the fading speed, and increases or decreases these transmission frequencies.
Also, when the mobile station 10 switches and transmits feedback information for each of the base stations 1a and 2a, the control cycle of each transmit antenna control amount becomes longer as the number of base stations to be communicated increases, and accordingly It becomes difficult to follow the fading fluctuation. For this reason, the mobile station 10 can also limit the number of base stations to be communicated with reference to the reception level of pilot signals from the base stations 1a and 2a.
Next, a specific example in which the mobile station 10 is handed over to the base station v having the number of antennas N = 4 and the number of antenna groups M = 2 will be described.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the mobile communication system according to the first embodiment of the present invention. The cellular mobile communication system 100b shown in FIG. 8 uses a common control signal for phase control for a transmission antenna having a low fading correlation with each reference antenna in the base stations 1 and 2 with which the mobile station 10 communicates during handover. A base station 1b that uses a transmission diversity scheme and performs a phase control on a transmission antenna having a high fading correlation with a low frequency using a control signal unique to each transmission antenna. 2b and a mobile station 10 using a transmission diversity method capable of communicating with these base stations 1b and 2b.
Each of these base stations 1b and 2b has four transmission antennas # 1 to # 4 that can transmit a downlink radio signal and a phase control amount obtained by the mobile station 10 receiving and calculating the downlink radio signal. The control frequency for controlling the phase of the downlink radio signal is changed based on the feedback information extraction unit 25 that extracts the feedback information including the feedback information and the fading correlation value between the feedback information and the selected reference antenna among the N transmission antennas. And an amplitude / phase control unit 26 capable of outputting a downlink radio signal. Note that the base stations 1b and 2b other than these have the same functions as the base stations 1 and 2.
Here, the mobile station 10 calculates and outputs feedback information based on a mobile station transmission antenna 32b that can transmit an uplink radio signal and a plurality of downlink signals transmitted by the base station 1b of the base stations 1b and 2b. Feedback information extraction unit 25, and at the time of handover, base station 1b and base station 2b having four transmission antennas # 1 to # 4 multiplex feedback information into an uplink signal and the multiplexed uplink channel A multiplexing unit 34 that outputs a signal to the transmission antenna 32 b of the mobile station 10 is provided.
In addition, each of the base stations 1b and 2b controls only the phase without controlling the amplitude. The base stations 1b and 2b may control both the amplitude and the phase, and in this way, highly accurate control is possible. Also in FIG. 8, the same reference numerals as those already described have the same or similar functions as those described above.
Here, the base station 1b groups the transmission antennas # 1 to # 4. As an example, transmission antenna # 1 and transmission antenna # 2 are group 1 and transmission antenna # 3 and transmission antenna # 4 are group 2. Further, the transmission antenna # 1 and the transmission antenna # 3 are used as reference antennas for the groups 1 to M, and the transmission antenna # 1 is used as a reference antenna for all the groups 1 to M.
Transmission antenna # 1, transmission antenna # 2, transmission antenna # 3, and transmission antenna # 4 are provided apart from each other by one wavelength so that the fading correlation is high. Transmit antenna # 1, transmit antenna # 3, transmit antenna # 2, and transmit antenna # 4 are provided at a distance of about 20 wavelengths so that the fading correlation is sufficiently small. For example, since one wavelength in the 2 GHz band is about 15 cm, the interval between the transmission antennas # 1 to #N is about 3 m. The fading correlation changes depending on the height of the place where the transmission antennas # 1 to #N are installed, the size of the elements of the transmission antennas # 1 to #N, and the like. The interval between 1 and #N may be approximately the wavelength of the incoming wave, and the interval between the inter-group antennas is determined so that the fading correlation becomes approximately 0 according to the propagation environment.
Furthermore, the amplitude / phase control unit 26 of the transmission / reception unit 50c_i ^(V)= A_i ^(V)exp [j · Φ_i ^(V)] A_i ^(V)= 1 phase amount Φ_i ^(V)Only control. The transmission / reception unit 50c is provided with a plurality of multipliers 91 for multiplying and outputting two types of signals on the input side of the N adders 90. By combining these multipliers 91, a formula (22 ) Is performed. For example, for transmission antennas # 2 and # 3, the downlink transmission data signal and the intra-group antenna control amount fed back from the mobile station 10 are quantized ω, respectively.₁ ^(V)And the inter-group antenna control amount is quantized₃ ^(V)And the multiplication output is added to the output from the pilot signal generation unit 20 and output. In addition, for transmit antenna # 4, ω₃ ^(V)Is multiplied and the multiplication output is further ω₂ ^(V)The multiplication output is added to the pilot signal and output. Here, codes having sequences orthogonal to each other are used for these pilot signals.
In addition, since the transmission / reception unit 50d of the base station 2b has the same configuration as the transmission / reception unit 50c, redundant description is omitted.
With such a configuration, the base station v (v = 1b, 2b) has four types of pilot signals P, respectively.₁ ^(V)(T), P₂ ^(V)(T), P₃ ^(V)(T), P₄ ^(V)(T) is transmitted from transmission antennas # 1 to # 4, respectively. Each pilot signal is subjected to amplitude fluctuation and phase fluctuation due to fading, and the combined signal is input to the receiving antenna 32 a of the mobile station 10. The mobile station 10 transmits a known pilot signal P to the received pilot signal.₁ ^(V)(T), P₂ ^(V)(T), P₃ ⁽ ^v)(T), ..., P₄ ^(V)The correlation with (t) is calculated and averaged.
Thereby, the channel response estimated value h from the transmission antennas # 1, # 2, # 3 and # 4 of the base station 1b₁ ^(V), H₂ ^(V), H₃ ^(V), H₄ ^(V)Is obtained.
In the mobile station 10, the control amount of the transmission antenna # 2 with respect to the base station transmission antenna # 1 is a value Φ for each of the base stations 1b and 2b.₁ ⁽¹⁾, Φ₁ ⁽²⁾As for the control amount of the transmission antenna # 4 based on the transmission antenna # 3, the value Φ for each of the base stations 1b and 2b is the same as in the case of the transmission antenna # 2.₂ ⁽¹⁾, Φ₂ ⁽²⁾Is calculated.
On the other hand, the control amount of the transmission antenna # 3 with reference to the transmission antenna # 1 is a value Φ common to the base stations 1b and 2b.₃ ⁽¹⁾= Φ₃ ⁽²⁾And the control amounts are quantized and transmitted as feedback information to the base stations 1b and 2b. Here, the phase amount in the case of quantization with 1 bit is obtained by, for example, Expression (23a) and Expression (23b).
Φ_i ^{Q (v)}= 0 (−π / 2 <Φ_i ^{Q (v)}≦ π / 2) (23a)
= Π (π / 2 <Φ_i ^{Q (v)}≦ 3π / 2) (23b)
Φ_i ^{Q (v)}If = 0, the feedback information is b_i ^(V)= 0 and Φ_i ^{Q (v)}== π, feedback information is b_i ^(V)= 1.
Control amount Φ₁ ⁽¹⁾, Φ₂ ⁽¹⁾, Φ₁ ⁽²⁾, Φ₂ ⁽²⁾Depends on the direction of the mobile station 10 relative to the base stations 1b and 2b, respectively, and varies more slowly than the fading variation. Further, when the phase deviation and amplitude deviation of each of the transmission antennas # 1 to #N are corrected by the calibration technique, Φ₂ ⁽¹⁾, Φ₂ ⁽²⁾Respectively₁ ⁽¹⁾, Φ₁ ⁽²⁾Can be substituted.
And b₁ ⁽¹⁾, B₁ ⁽²⁾, B₃ ⁽¹⁾As feedback information and multiplexed to the uplink channel and transmitted to the base stations 1b and 2b. For example, when 1-bit feedback information is transmitted in each slot based on the W-CDMA frame format (one frame having a length of 10 milliseconds consists of 15 slots), the feedback information shown in FIG. Like the transmission format, b₁ ⁽¹⁾, B₁ ⁽²⁾Are sent in order relatively infrequently, b₃ ⁽¹⁾Are transmitted more frequently as common information. Note that base stations 1 and 2 shown in FIG. 9 represent base stations 1a and 2a, respectively.
Here, at the time of handover, the mobile station 10 switches and transmits feedback information for each of the base stations 1b and 2b. Also, the mobile station 10 transmits common feedback information to the base stations 1b and 2b for the channel response estimation difference information of the reference antenna of each group with respect to the reference antenna of the desired group. Furthermore, the mobile station 10 switches and transmits the feedback information for each of the base stations 1b and 2b regarding the difference information for the channel response estimation value transmitted from the reference antenna belonging to the desired group.
Therefore, the multiplexing unit 34 uses the channel response estimation difference information of the reference antennas belonging to other groups as the common feedback information for the reference antennas belonging to the group consisting of a part of the N transmission antennas # 1 to #N. It is configured to be multiplexed to 1b and the base station 2b.
In addition, the multiplexing unit 34 uses the channel response estimation difference information of the other transmission antennas belonging to the desired group as feedback information with respect to the reference antenna belonging to the group consisting of a part of the N transmission antennas # 1 to #N. You may comprise so that it may multiplex for every station 1b and base station 2b. Therefore, feedback information is efficiently transmitted even during handover.
Further, the upper layer of the mobile station 10 switches the transmission information of the base stations 1b and 2b and changes the order of transmission to the number of base stations that are handed over or the transmission antennas # 1 to #N of the base stations 1b and 2b. It is determined according to parameters such as the number of.
On the other hand, the base stations 1b and 2b control the phase of each of the transmission antennas # 1 to #N using the feedback information, and directly control the corresponding antenna weight using the feedback information received in the immediately preceding reception slot. At this time, the other transmission antennas # 1 to #N hold the latest feedback information in time and use it for control. Note that the number of base stations to which the mobile station 10 is handed over is two.
Further, the mobile station 10 selects the base stations 1b and 2b to be handed over in descending order of the reception level of pilot signals from the base stations 1b and 2b. This limits the number of base stations to be handed over. The reason based on the reception level is to enable the transmission diversity control to follow the fading fluctuation, to limit the control period of the control amount of the base station transmission antennas # 1 to #N, and the like.
In order to obtain this reception level, the mobile station 10 determines the channel estimation value h for the base station v (v = 1b, 2b,...).₁ ^(V), H₂ ^(V), H₃ ^(V), H₄ ^(V)Using the pilot signal Pow_pilot as shown in Equation 24 below.^(V)Calculate the reception level. Then, a predetermined number of base stations v having a high reception level are selected from the upper level, and set as targets for handover.
Pow_pilot^(V)= Σ | h_n ^(V)｜²                ... (24)
Here, Σ represents the sum of n from 1 to 4, and || is an absolute value.
As described above, the mobile station 10 limits the number of base stations to be transmitted by switching the feedback information for each of the base stations 1b and 2b according to the reception level of the pilot signal from the base stations 1b and 2b.
Thus, even when the number of transmission antennas of the base stations 1b and 2b is three or more and the uplink channel signal transmission rate is limited, the mobile station 10 can suppress the amount of uplink feedback information, and the fading frequency can be reduced. It is possible to improve the deterioration of characteristics when it is high and to perform stable handover.
(B) Description of the second embodiment of the present invention
In the second embodiment, a case will be described in which the base station 1 (1a, 1b) and the base station 2 (2a, 2b) have different numbers of transmission antennas.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a cellular mobile communication system according to the second embodiment of the present invention. The cellular mobile communication system 100c shown in FIG. 10 includes a base station 1c having four transmission antennas # 1 to # 4 and a base station 2c having two transmission antennas # 1 and # 2. The mobile station 10 uses a common feedback transmission format when the number of transmission antennas of the handover destination base station 2c is different from that of the handover source.
In addition, the thing other than these which has the same code | symbol as what was mentioned above represents the same thing.
With such a configuration, the mobile station 10 can control the intra-group antenna control amount G._{1, 2} ⁽¹⁾, G_{2, 2} ⁽¹⁾Calculate Here, assuming that the phase deviation and amplitude deviation of each of the transmission antennas # 1 to #N are corrected by the calibration technique, Pow shown in Expressions (25) to (27)_{intra_group} ⁽¹⁾G to maximize_{1, 2} ⁽¹⁾To calculate G_{2, 2} ⁽¹⁾Is G_{1, 2} ⁽¹⁾Substitute with
Pow_{intra_group} ⁽¹⁾= W_{intra_group} ^{(1) H}H_{intra_group} ^{(1) H}H_intra-group ⁽¹⁾w_intra-group ⁽¹⁾
... (25)
H_{intra_group} ⁽¹⁾= [H₁ ⁽¹⁾, H₂ ⁽¹⁾] (26)
w_{intra_group} ⁽¹⁾= [1, G_{1, 2} ⁽¹⁾] (27)
Next, the mobile station 10 uses the intra-group antenna control amount G of the base station 1c._{1, 2} ⁽¹⁾, G_{2, 2} ⁽¹⁾, The inter-group antenna control amount F common to all base stations_{1, 2}Is calculated so that the power Pow shown in the equations (28) to (30) is maximized.
Pow = Σw^{(V) H}H^{(V) H}H^(V)w^(V)              ... (28)
H⁽¹⁾= [H₁ ⁽¹⁾, H₂ ⁽¹⁾, H₃ ⁽¹⁾, H₄ ⁽¹⁾]
... (29)
H⁽²⁾= [H₁ ⁽²⁾, H₂ ⁽²⁾] (30)
w⁽¹⁾= [1, G_{1, 2} ⁽¹⁾, F_{1, 2}, F_{1, 2}G_{2, 2} ⁽¹⁾
... (31)
w⁽²⁾= [1, F_{1, 2}]^T                                ... (32)
Here, Σ is the total sum from v = 1 to 2.
The above antenna control amount G_{1, 2} ⁽¹⁾, G_{2, 2} ⁽¹⁾And F_{1, 2}Respectively, b₁ ⁽¹⁾, B₃ ⁽¹⁾Is multiplexed into the uplink channel and fed back to the base station 1c. Further, the order of feedback information transmitted in each slot and the corresponding antenna control amount are as shown in FIG. Note that base stations 1 and 2 shown in FIG. 11 represent base stations 1c and 2c, respectively.
Then, the base station 1c performs phase control and amplitude control of the transmission antennas # 1 to #N using the feedback information.
In this way, stable handover is possible even when the number of transmission antennas of the base stations 1c and 2c is three or more and the uplink channel signal transmission rate is limited.
(C) Description of the third embodiment of the present invention
In the third embodiment, the frequency at which the feedback information common to the base station 1 (1a to 1c) and the base station 2 (2a to 2c) is transmitted, and the base station 1 (1a to 1c) and the base station 2 (2a to 2c) The frequency of switching and transmitting each feedback information every 2c) is changed according to the fading speed. And control based on a fading speed is possible for each of the three types of control modes (i) to (iii) in the first embodiment.
Therefore, the cellular mobile communication system 100 (100a to 100c) transmits a phase control frequency for a transmission antenna having a low fading correlation with each reference antenna at the time of handover and a high fading correlation between each reference antenna at the time of handover. The phase control frequency for the antenna is changed according to the fading speed.
Further, this function is realized by, for example, the base station 1 (1a to 1c), and the amplitude / phase control unit 26 performs phase control frequency for a transmission antenna having a low fading correlation and phase control frequency for a transmission antenna having a high fading correlation. Are changed according to the fading speed. The fading speed (fading fluctuation speed) changes depending on the moving speed of the mobile station 10, and the moving speed of the mobile station 10 can be estimated by detecting the change rate of the TPC command. This is because the TPC command changes following instantaneous fluctuations such as fading.
For this reason, base station 1 (1a-1c) has a fading speed estimation part (illustration omitted) which estimates a fading speed. The fading speed estimation unit continuously receives the TPC command from the mobile station 10 and detects a change in the input TPC command, thereby detecting the moving speed of the mobile station 10.
As described above, the faster the moving speed, the larger the count value (for example, a value obtained by adding the difference between two consecutive sampling values for a predetermined time), and the moving speed is slower. The smaller the count value is. Accordingly, both the base stations 1 and 2 can know the moving speed of the mobile station 10.
More specifically, the mobile station 10 applies the transmission format of feedback information shown in FIG. 9 when moving at high speed, and the base station 1 (1a to 1c) and the base station 2 (2a to 2c) with respect to the inter-group antenna control amount. ) To send common feedback information. In addition, since the mobile station 10 is relatively easy to follow fading fluctuation during low-speed movement, the transmission format shown in FIG. 12 is applied, and the base station 1 (1a to 1c) is used for both inter-group and intra-group antenna control amounts. ) And the base station 2 (2a to 2c), the feedback information can be switched and transmitted. Note that the base stations 1 and 2 shown in FIG. 12 represent the base station 1 (1a to 1c) and the base station 2 (2a to 2c), respectively.
Here, the fading speed estimation unit holds two consecutive TPC commands, accumulates the number of times the data with the same code continues two or more times, and outputs the accumulated value of the TPC command. This cumulative value increases as the moving speed decreases. Then, the fading speed estimation unit compares the accumulated value with a preset reference value.
For this reason, the base stations 1 and 2 indicate how many times the envelope of the signal transmitted using the uplink channel or the downlink channel intersects the predetermined speed per unit time (the number of level crossings). Estimate by observing. The transmission format of these two types of feedback information is switched by an upper layer command corresponding to the estimated moving speed of the mobile station 10.
In this way, efficient phase control is possible in any of the control modes (i) to (iii) according to the state of propagation.
(D) Other
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
Industrial applicability
As described above in detail, according to the cellular mobile communication system using the transmission diversity scheme of the present invention, when performing handover, the number of transmission antennas of the base station can be increased, and the uplink channel for transmitting feedback information The signal transmission rate is not limited, the amount of uplink feedback information can be suppressed, and the characteristic deterioration when the fading frequency is high is improved, so that stable handover is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cellular mobile communication system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a closed-loop transmission diversity scheme according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining grouping of transmission antennas according to the first embodiment of the present invention.
4 (a) and 4 (b) are diagrams showing examples of transmission formats of feedback information according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining handover according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of the base station transmission antenna according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a first example of a transmission format of feedback information according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the mobile communication system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a second example of a transmission format of feedback information according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a cellular mobile communication system according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a transmission format example of feedback information according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a transmission format example of feedback information according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a system configuration diagram when two transmitting antennas are used.

Claims

A base station that transmits signals from a plurality of antennas to an opposite mobile station, and a reception phase of a signal transmitted from a reference antenna serving as a reference among the plurality of antennas of the base station, In a mobile communication system comprising a mobile station that transmits a control signal for controlling the phase so that the reception phase approaches,
The phase control frequency is increased for a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations with which a mobile station communicates at the time of handover, and the phase control frequency is set for a first high correlation antenna having a high fading correlation. Mobile communication system, characterized in that

In the mobile communication system according to claim 1,
A mobile communication system, wherein a phase control frequency for the low correlation antenna and a phase control frequency for the first high correlation antenna are changed according to a fading speed.

A base station that transmits signals from a plurality of antennas to an opposite mobile station, and a reception phase of a signal transmitted from a reference antenna serving as a reference among the plurality of antennas of the base station, In a mobile communication system comprising a mobile station that transmits a control signal for controlling the phase so that the reception phase approaches,
Phase control for low-correlation antennas with low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations with which a mobile station communicates at the time of handover is performed with a high frequency using a common control signal, and the fading correlation is high A mobile communication system, wherein phase control for the first highly correlated antenna is performed at a low frequency using a control signal unique to each antenna.

In the mobile communication system according to claim 3,
A mobile communication system, wherein a phase control frequency for the low correlation antenna and a phase control frequency for the first high correlation antenna are changed according to a fading speed.

A base station that transmits signals from a plurality of antennas to an opposite mobile station, and a reception phase of a signal transmitted from a reference antenna serving as a reference among the plurality of antennas of the base station, In a mobile communication system comprising a mobile station that transmits a control signal for controlling the phase so that the reception phase approaches,
Phase control for a low correlation antenna having low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations with which a mobile station communicates at the time of handover is performed using a common control signal at a high frequency, and A mobile communication system characterized in that phase control for a second highly correlated antenna having a high fading correlation is performed at a low frequency using a control signal unique to each antenna.

The mobile communication system according to claim 5,
A mobile communication system, wherein a phase control frequency for the low correlation antenna and a phase control frequency for the second high correlation antenna are changed according to a fading speed.

A base station that transmits a signal from a plurality of antennas to an opposite mobile station, and a reception phase of a signal transmitted from a reference antenna that is a reference among the plurality of antennas of the base station, A mobile station of a mobile communication system comprising a mobile station that transmits a control signal for controlling the phase so that the reception phase approaches,
The control signal is transmitted to a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations to be communicated at the time of handover, and the first high correlation antenna having a high fading correlation is transmitted. For the mobile station, the mobile station has a transmission unit that transmits the control signal at a low frequency.

A base station that transmits a signal from a plurality of antennas to an opposite mobile station, and a reception phase of a signal transmitted from a reference antenna that is a reference among the plurality of antennas of the base station, A mobile station in a mobile communication system comprising a mobile station that transmits a control signal for controlling the phase so that the reception phase approaches,
A common control signal is frequently transmitted to a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations to be communicated at the time of handover, and a first high correlation having a high fading correlation is transmitted. A mobile station characterized by having a transmitter for transmitting a unique control signal for each antenna at a low frequency.

A base station that transmits a signal from a plurality of antennas to an opposite mobile station, and a reception phase of a signal transmitted from a reference antenna that is a reference among the plurality of antennas of the base station, A mobile station in a mobile communication system comprising a mobile station that transmits a control signal for controlling the phase so that the reception phase approaches,
A low-correlation antenna having a low fading correlation is transmitted to a low-correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna in a plurality of base stations to be communicated at the time of handover, A mobile station comprising: a second high correlation antenna having a high fading correlation between each of the antennas, and a transmission unit that transmits a unique control signal for each antenna at a low frequency.

A base station that transmits a signal from a plurality of antennas to an opposite mobile station, and a reception phase of a signal transmitted from a reference antenna that is a reference among the plurality of antennas of the base station, A base station in a mobile communication system comprising a mobile station that transmits a control signal for controlling the phase so that the reception phase approaches,
A phase control unit that increases the phase control frequency for a low correlation antenna having a low fading correlation with each reference antenna at the time of handover and decreases the phase control frequency for a first high correlation antenna having a high fading correlation; Characteristic base station.

A base station that transmits a signal from a plurality of antennas to an opposite mobile station, and a reception phase of a signal transmitted from a reference antenna that is a reference among the plurality of antennas of the base station, A base station in a mobile communication system comprising a mobile station that transmits a control signal for controlling the phase so that the reception phase approaches,
Phase control for low correlation antennas with low fading correlation with each reference antenna during handover, phase control for low correlation antennas with low fading correlation with each reference antenna in other base stations communicating with the same mobile station And a phase for performing phase control on the first highly correlated antenna having a high fading correlation with each reference antenna at a low frequency corresponding to a unique control signal. A base station comprising a control unit.

A base station that transmits a signal from a plurality of antennas to an opposite mobile station, and a reception phase of a signal transmitted from a reference antenna that is a reference among the plurality of antennas of the base station, A base station in a mobile communication system comprising a mobile station that transmits a control signal for controlling the phase so that the reception phase approaches,
Phase control for low correlation antennas with low fading correlation with each reference antenna during handover, phase control for low correlation antennas with low fading correlation with each reference antenna in other base stations communicating with the same mobile station And phase control for the second high correlation antenna having a high fading correlation with the low correlation antenna and a low frequency corresponding to a specific control signal for each antenna. A base station characterized by having a unit.