JP4436333B2

JP4436333B2 - アダプティブアレイ基地局装置及びアダプティブアレイ基地局装置の制御方法

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Publication number: JP4436333B2
Application number: JP2006051290A
Authority: JP
Inventors: 真人藤代
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: JP2007235262A

Description

本発明は、アダプティブアレイ基地局装置及びその制御方法に関し、特に、少なくとも３つのアンテナ素子を選択的に用いて複数の移動局装置それぞれと無線通信を行うアダプティブアレイ基地局装置及びその制御方法に関する。

アダプティブアレイアンテナ（ＡｄａｐｔｉｖｅＡｒｒａｙＡｎｔｅｎｎａ）とは、複数のアンテナ素子から構成され、電波伝搬環境に応じて指向性を適応的に制御することにより、所望波の捕捉及び干渉波の抑制を行うことのできるアンテナである。ビームフォーミング（Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）により所望方向に主ビームを向け、ヌルステアリング（ＮｕｌｌＳｔｅｅｒｉｎｇ）により干渉方向に指向性パターンのヌル点を形成することを特徴としている。

一般に、アダプティブアレイアンテナは、アレイを構成する各アンテナ素子における送受信信号の相関が小さいほど、送受信特性が良好になることが知られている。理論上アンテナ素子間の空間的距離が大きくなるに伴って相関は小さくなるため、通常は十分に距離の離れた２つ以上のアンテナ素子を組み合わせて１つのアダプティブアレイアンテナが構成される。

しかし、実際には、アンテナ素子間の空間的距離以外のさまざまな要因によって相関が変化する。すなわち、設置ミス等によるアンテナ位置のずれ、アンテナ素子及びそれを含む送受信装置の製造ばらつきや経年劣化等は、アンテナ素子間或いは送受信装置間の相関を変化させる大きな要因となり得る。また、送受信装置の高周波シールドの製造精度が悪い場合等に生じるシールド間隙からの電波の漏れ出しによって相関が変化する場合もある。さらに、周囲の電波環境の変化によっても相関は変化し得る。かかる原因により相関が悪化したアンテナ素子或いは送受信装置を組み合わせてアダプティブアレイ送受信を行うと、そのアダプティブアレイ性能、すなわち、ビームの指向性能は顕著に低下する。

そこで現在、アンテナ素子間の空間的距離に基づく理論上の相関を前提とせず、各アンテナ素子による受信信号の実測値からアンテナ素子間の相関を算出することにより、相関が最も低いアンテナ素子の組み合わせを決定する技術が考案されている。

例えば、下記特許文献１には、異なる偏波方向を有するアンテナ素子を空間的に分離して複数備える電波送受信装置において、各アンテナ素子の受信信号に基づいてアンテナ素子間の相関係数が最小となるアンテナ素子の組み合わせを決定することにより、逐次変動する環境であってもアンテナ素子間の相関を低減しつつ伝送容量を十分に確保する技術が開示されている。

また、下記特許文献２には、３本以上のアンテナ素子群からなるアダプティブアレイ無線装置において、選択された２本のアンテナ素子によりアダプティブアレイ受信された信号からそれぞれのアンテナ相関値を推定し、該アンテナ相関値が最小となる２本のアンテナ素子の組み合わせを決定することにより、アンテナ素子及び送受信機の増設を最小限に抑えながら、アダプティブアレイ受信性能の向上を図る技術が開示されている。
特開２００４−３１２３８１号公報特開２００４−２８９４０７号公報

上記特許文献１又は特許文献２に開示された技術によれば、受信相関が最小となるアンテナ素子の組み合わせを決定することができ、受信性能の向上を図ることが可能となる。

しかしながら、上記技術は、アンテナ素子の複数の組み合わせそれぞれにおける通信性能の違いを考慮するものではないため、通信の状況に応じて、各通信にとって適切な通信性能を有するアンテナ素子の組み合わせを選択することができないという問題があった。例えば、移動局装置と通信を行う基地局装置において、移動局装置が弱電界エリアに移動した場合、通信の切断を回避するために、ビームフォーミング性能の優れたアンテナ素子の組み合わせを使用することが望ましい。一方、基地局装置のカバーエリア内に、他の基地局装置と通信を行う他の移動局装置が進入してきた場合、当該他局の通信による干渉を抑制して自局の通信品質の劣化を防ぐために、ヌルステアリング性能の優れたアンテナ素子の組み合わせを使用することが望ましい。このように、通信の状況に応じて、適切な通信性能を有するアンテナ素子の組み合わせを選択することができなければ、通信性能が大きく劣化してしまう場合がある。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、各移動局装置との通信の状態に応じて、各通信に使用するアンテナ素子又はそれを含む送受信装置の組み合わせを切り替えるにより、基地局装置全体のアダプティブアレイ性能を向上させることのできるアダプティブアレイ基地局装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るアダプティブアレイ基地局装置は、少なくとも３つのアンテナ素子を選択的に用いて複数の移動局装置それぞれと無線通信を行うアダプティブアレイ基地局装置であって、少なくとも２つの前記アンテナ素子を選択し、該選択されたアンテナ素子を組み合わせて１つのアレイアンテナを順次構成するアレイアンテナ構成手段と、前記アレイアンテナ構成手段が前記アレイアンテナを構成する毎に、該アレイアンテナの通信性能を測定し、該各測定結果に基づいて、前記各アレイアンテナの通信性能を示すアレイアンテナ通信性能値を算出するアレイアンテナ通信性能測定手段と、前記アレイアンテナ通信性能測定手段により生成される一部又は全部の前記各アレイアンテナ通信性能値に基づいて、該アレイアンテナ通信性能値が所定の性能条件を満たすアレイアンテナを選択し、該アレイアンテナを少なくとも１つの前記移動局装置との通信に使用するアレイアンテナ切替手段と、を含むことを特徴としている。

また、本発明に係る基地局装置の制御方法は、少なくとも３つのアンテナ素子を選択的に用いて複数の移動局装置それぞれと無線通信を行うアダプティブアレイ基地局装置の制御方法であって、少なくとも２つの前記アンテナ素子を選択し、該選択されたアンテナ素子を組み合わせて１つのアレイアンテナを順次構成するアレイアンテナ構成ステップと、前記アレイアンテナ構成ステップにおいて前記アレイアンテナが構成される毎に、該アレイアンテナの通信性能を測定し、該各測定結果に基づいて、前記各アレイアンテナの通信性能を示すアレイアンテナ通信性能値を算出するアレイアンテナ通信性能測定ステップと、前記アレイアンテナ通信性能測定ステップにおいて生成される一部又は全部の前記各アレイアンテナ通信性能値に基づいて、該アレイアンテナ通信性能値が所定の性能条件を満たすアレイアンテナを選択し、該アレイアンテナを少なくとも１つの前記移動局装置との通信に使用するアレイアンテナ切替ステップと、を含むことを特徴としている。

本発明では、少なくとも２つのアンテナ素子を組み合わせて１つのアレイアンテナを順次構成する。アレイアンテナが構成される毎に、そのアレイアンテナの通信性能を測定し、各測定結果に基づいて、各アレイアンテナの通信性能を示すアレイアンテナ通信性能値を算出する。そして、一部又は全部の各アレイアンテナ通信性能値に基づいて、そのアレイアンテナ通信性能値が所定の性能条件を満たすアレイアンテナを選択し、そのアレイアンテナを少なくとも１つの移動局装置との通信に使用する。本発明によれば、アレイアンテナ通信性能値に基づいて、各移動局装置との通信に使用するアンテナ素子の組み合わせを切り替えることが可能となり、基地局装置全体のアダプティブアレイ性能を向上させることができる。

また、本発明の一態様では、前記所定の性能条件は、前記各移動局装置との通信における通信状態を表す情報に基づいて決定される。こうすれば、各移動局装置との通信状態に応じて、各通信に使用するアンテナ素子の組み合わせを切り替えることが可能となり、基地局装置全体のアダプティブアレイ性能を向上させることができるようになる。

また、本発明の一態様では、前記各移動局装置との通信における通信状態は、該各通信における通信品質である。こうすれば、各移動局装置との通信における通信品質に応じて、各通信に使用するアンテナ素子の組み合わせを切り替えることが可能となり、基地局装置全体のアダプティブアレイ性能を向上させることができるようになる。

また、本発明の一態様では、前記各移動局装置との通信における通信状態は、当該アダプティブアレイ基地局装置と通信をしている移動局装置の数である。こうすれば、基地局装置と通信をしている移動局装置の数に応じて、各移動局装置との通信に使用するアンテナ素子の組み合わせを切り替えることが可能となり、基地局装置全体のアダプティブアレイ性能を向上させることができるようになる。

また、本発明の一態様では、前記少なくとも１つのアンテナ素子及び該アンテナ素子による無線信号の送受信を制御する送受信制御手段を含む送受信装置を３つ以上備え、前記アレイアンテナ構成手段は、少なくとも２つの前記送受信装置を選択し、該選択された送受信装置を組み合わせて１つのアレイアンテナを順次構成する。こうすれば、アレイアンテナ通信性能値に基づいて、各移動局装置との通信に使用する送受信装置の組み合わせを切り替えることが可能となり、基地局装置全体のアダプティブアレイ性能を向上させることができるようになる。

また、本発明の一態様では、前記アレイアンテナ構成手段が前記アレイアンテナを構成する毎に、該アレイアンテナから、該アレイアンテナを構成する前記少なくとも２つの送受信装置を除く一部又は全部の前記各送受信装置に含まれるアンテナ素子である各受信アンテナ素子に対して、所定の指向性パターンを有する無線信号の送信を行うアレイアンテナ送信制御手段、をさらに含み、前記アレイアンテナ通信性能測定手段は、前記アレイアンテナ構成手段により順次構成される前記各アレイアンテナからの送信に応じて、一部又は全部の前記各受信アンテナ素子において受信される無線信号の受信レベルを測定するとともに、該各受信レベルに基づいて、前記アレイアンテナ通信性能値をそれぞれ算出する。こうすれば、他の装置の存在を前提とすることなく、自立的にアレイアンテナ通信性能値を取得することができるようになる。

また、本発明の一態様では、前記アレイアンテナ通信性能測定手段は、前記アレイアンテナを構成する前記少なくとも２つの各送受信装置から、前記アレイアンテナ送信制御手段による前記アレイアンテナからの無線信号の送信における各送信電力と同一の送信電力を有する無線信号の送信を順次行う個別送信制御手段と、前記少なくとも２つの各送受信装置からの送信に応じて、前記一部又は全部の各受信アンテナ素子においてそれぞれ受信される無線信号の受信レベルを測定するとともに、それら少なくとも２つの受信レベルの合計値である基準受信レベルを算出する基準受信レベル測定手段と、をさらに含み、前記基準受信レベルにさらに基づいて、前記各アレイアンテナ通信性能値をそれぞれ算出する。こうすれば、他の装置の存在を前提とすることなく、アレイアンテナ送信を行うことにより得られる受信レベルの利得に基づいて、アレイアンテナ通信性能値を取得することができるようになる。

また、本発明の一態様では、前記所定の指向性パターンは、少なくとも前記各受信アンテナ素子のいずれか１つの受信アンテナ素子の方向に指向性を有するものであり、前記所定の性能条件は、少なくとも前記いずれか１つの受信アンテナ素子におけるアレイアンテナ通信性能値が所定値以上であることを条件とするものである。こうすれば、アレイアンテナのビームフォーミング性能に基づいて、各移動局装置との通信に使用する送受信装置の組み合わせを切り替えることが可能となり、基地局装置全体のアダプティブアレイ性能を向上させることができるようになる。

また、本発明の一態様では、前記所定の指向性パターンは、前記いずれか１つの受信アンテナ素子を除く他の少なくとも一部の各受信アンテナ素子の方向に指向性のヌル点をさらに有するものであり、前記所定の性能条件は、前記他の少なくとも一部の各受信アンテナ素子におけるアレイアンテナ通信性能値がそれぞれ所定値未満であることをさらに条件とするものである。こうすれば、アレイアンテナのビームフォーミング性能及びヌルステアリング性能に基づいて、各移動局装置との通信に使用する送受信装置の組み合わせを切り替えることが可能となり、基地局装置全体のアダプティブアレイ性能を向上させることができるようになる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る移動体通信システム１５０の全体構成を示す図である。同図に示すように、移動体通信システム１５０は、通信ネットワーク１２０に有線伝送路で接続される基地局装置１００と基地局装置１００と無線伝送路で接続される複数の移動局装置１２０を含んで構成される。

図１（ｂ）は、基地局装置１００の構成を示す図である。同図に示すように、基地局装置１００は、アンテナ素子４２及びアンテナ素子４２に接続され当該アンテナ素子４２による無線信号の送受信を制御する送受信機４４をそれぞれ３つ以上含んで構成される。本実施の形態では、便宜上、基地局装置１００が、アンテナ素子４２及び送受信機４４をそれぞれ４つずつ備える場合を例にとって説明する。

図２は、基地局装置１００の機能ブロック図である。基地局装置１２は、主制御部１０、送受信装置制御部２０、記憶部３０、及び３つ以上の送受信装置４０を含んで構成され、少なくとも２つの送受信装置４０を組み合わせてアレイアンテナを構成するとともに、当該アレイアンテナから送信する無線信号を当該アレイアンテナを構成しない他の送受信装置４０で受信することにより、当該アレイアンテナの通信性能を測定するという送受信装置４０の自己診断機能を備える点を特徴としている。そして、この自己診断機能を活用することにより、他の装置の存在を前提とせず、自立的に通信性能の優れたアレイアンテナを構成する送受信装置４０の組み合わせを決定することが可能となっている。以下、基地局装置１００の各構成要素を詳細に説明する。

主制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリ等から構成され、基地局装置１００全体の制御を行う。

記憶部３０は、例えば主制御部１０のメモリにより構成され、主制御部１０や送受信装置制御部２０のワークメモリとして動作する。

送受信装置４０は、少なくとも１つのアンテナ素子４２及び送受信機４４を含んで構成され、移動局装置等からの送信信号をアンテナ素子４２を介して受信し、受信信号を復調して得られる音声信号や通信用パケット等を主制御部１０に出力する。また、主制御部１０の指示に従って、主制御部１０から入力される音声信号や通信用パケット等を送信信号に変調し、アンテナ素子４２を介して送信する。

送受信装置制御部２０は、各送受信装置４０と接続され、アレイアンテナ構成制御部２１、アレイアンテナ送受信制御部２５、アレイアンテナ通信性能測定部２６を含んで構成される。そして、各送受信装置４０それぞれに指示を与えて、それぞれ独立に無線信号の送受信を行わせたり、少なくとも２つの送受信装置４０を結合してアレイアンテナを構成し、各送受信装置４０を連係動作させてアレイアンテナによる無線信号の送受信をさせたりする。

アレイアンテナ構成制御部２１は、アレイアンテナ構成部２２、アレイアンテナ決定部２３、アレイアンテナ切替部２４を含んで構成され、少なくとも２つの送受信装置４０を組み合わせてアレイアンテナを構成するための処理を行う。

アレイアンテナ構成部２２は、少なくとも２つの送受信装置４０を選択し、選択した送受信装置４０を組み合わせて１つのアレイアンテナを構成する。

アレイアンテナ送受信制御部２５は、アレイアンテナ構成部２２がアレイアンテナを構成する毎に、当該アレイアンテナから、当該アレイアンテナを構成する少なくとも２つの送受信装置を除く一部又は全部の各送受信装置４０、すなわち、当該アレイアンテナを構成しない一部又は全部の各送受信装置４０に含まれるアンテナ素子４２（以下、受信アンテナ素子）に対して、所定の指向性パターンを有する無線信号の送信を行う。指向性パターンとは、アンテナにより無線信号の送受信を行うことが可能な空間的範囲をいう。アレイアンテナの自己診断を行う場合、アレイアンテナ送受信制御部２５が形成する指向性パターンを、少なくともいずれか１つの受信アンテナ素子の方向に指向性を有するものにすれば、アレイアンテナのビームフォーミング性能を測定することができる。また、他の少なくとも一部の各受信アンテナ素子の方向に指向性のヌル点をさらに有するものにすれば、アレイアンテナのヌルステアリング性能を測定することができる。

図３は、２つの送受信装置４０を組み合わせてなるアレイアンテナの通信性能を自立的に測定する様子を説明する図である。同図には、アレイアンテナ送受信制御部２５が、アレイアンテナ構成部２２により構成された送受信装置ＴＲＸ１及びＴＲＸ２を組み合わせてなるアレイアンテナから、ビームフォーミングにより送受信装置ＴＲＸ３の方向に主ビームを向けるとともに、ヌルステアリングにより送受信装置ＴＲＸ４の方向にヌル点を向けた無線信号の送信を行う様子が示されている。このようにすれば、ＴＲＸ３における受信レベルに基づいて、ＴＲＸ１及びＴＲＸ２からなるアレイアンテナのビームフォーミング性能を自立的に測定することができる。また、ＴＲＸ４における受信レベルに基づいて、ＴＲＸ１及びＴＲＸ２からなるアレイアンテナのヌルステアリング性能を自立的に測定することができる。さらに、アダプティブアレイ構成部２２が、送受信装置４０の組み合わせを順次変更し、すべての送受信装置４０の組み合わせについてアレイアンテナを構成するようにすれば、基地局装置１００において構成可能なすべてのアレイアンテナについてアダプティブアレイの通信性能を測定することが可能となる。図４に、任意の２つの送受信装置４０を組み合わせてなるアレイアンテナの通信性能測定における受信レベルの測定結果の一例を示す。同図には、受信側の２つ送受信装置４０に対して、ＴＲＸの番号が小さいものにビームフォーミングを、大きいものにヌルステアリングをそれぞれ行った場合の測定結果が示されている。なお、同図の測定結果は、各ＴＲＸの送信レベルをすべて３０．０ｄＢｍとした場合のものである。

アレイアンテナ通信性能測定部２６は、個別送受信制御部２７及び基準受信レベル測定部２８を含んで構成され、アレイアンテナ構成部２２により順次構成される各アレイアンテナからの送信に応じて、一部又は全部の各受信アンテナ素子において受信される無線信号の受信レベルを測定する。また、当該各受信レベルに基づいて、対応する各アレイアンテナの通信性能を示すアレイアンテナ通信性能値をそれぞれ算出する。ここで、アレイアンテナ通信性能値には、各アレイアンテナからの送信に応じた各受信レベルそのものを用いるようにしてもよい。図３に示す例では、主ビームの向けられたＴＲＸ３における受信レベルが高いほど、ＴＲＸ１及びＴＲＸ２からなるアレイアンテナのビームフォーミング性能が高いことを示し、ヌル点を向けられたＴＲＸ４における受信レベルが低いほど、ヌルステアリング性能が高いことを示す。図４の測定結果には、ＴＲＸ１及びＴＲＸ２を組み合わせてなるアレイアンテナのビームフォーミング性能値及びヌルステアリグ性能値が、それぞれ−１５．０ｄＢｍ及び−４９．２ｄＢｍであることが示されている。

また、アレイアンテナ通信性能値は、各アレイアンテナからの送信に応じた受信レベルのみに基づいて決定されるのではなく、個別送受信制御部２７及び基準受信レベル測定部２８から取得される基準受信レベルにさらに基づいて決定されるようにしてもよい。すなわち、個別送信制御部２７は、各アレイアンテナを構成する少なくとも２つの各送受信装置４０から、アレイアンテナ送受信制御部２５による各アレイアンテナからの無線信号の送信における各送信電力と同一の送信電力を有する無線信号の送信を順次行う。また、基準受信レベル測定部２８は、当該少なくとも２つの各送受信装置からの送信に応じて、一部又は全部の各受信アンテナ素子においてそれぞれ受信される無線信号の受信レベルを測定し、それら少なくとも２つの受信レベルの合計値を基準受信レベルとして取得する。

図５は、各送受信装置４０単体の通信性能を自立的に測定する様子を説明する図である。同図には、個別送受信制御部２７が、ＴＲＸ１から、アレイアンテナ送受信制御部２５による無線信号の送信における送信電力と同一の送信電力を有する無線信号の送信を行う様子が示されている。こうすれば、ＴＲＸ２〜４における各受信レベルに基づいて、ＴＲＸ１単体による通信性能を自立的に測定することができる。図６（ａ）に、各送受信装置４０単体の通信性能測定における受信レベルの測定結果の一例を示す。同図には、ＴＲＸ１から送信を行った場合、ＴＲＸ２，ＴＲＸ３，ＴＲＸ４において、それぞれ−２０．０ｄＢｍ，−２５．０ｄＢｍ，−２１．０ｄＢｍの受信レベルが得られたことが示されている。なお、同図の測定結果は、図４と同様、各ＴＲＸの送信レベルをすべて３０．０ｄＢｍとした場合のものである。

図６（ｂ）に、基準受信レベル測定部２８が、図６（ａ）に示す測定結果に基づいて、２つの送受信装置４０を組み合わせてなるアレイアンテナの基準受信レベルを算出した結果を示す。例えば、ＴＲＸ１及びＴＲＸ２を組み合わせてなるアレイアンテナからの送信に対応するＴＲＸ３の基準受信レベルは、ＴＲＸ１単体からの送信に対応するＴＲＸ３の受信レベル−２５．０ｄＢｍとＴＲＸ２単体からの送信に対応するＴＲＸ３の受信レベル−１９．０ｄＢｍの合計値（受信電力の和）である−１８．０ｄＢｍとなる。一般に、ある受信アンテナに対してＮ本のアンテナを用いてアレイアンテナ送信をし、さらに当該受信アンテナ端にてすべての位相が合った場合には、アレイアンテナ送信をしない場合に比べて、Ｎ倍の受信電力が得られることが知られている。基準受信レベル測定部２８により得られる上記基準受信レベルは、アレイアンテナ送信をしない場合の受信電力に相当するため、アレイアンテナ送信することによる利得を計る際の基準の受信レベルとして用いることができる。すなわち、アレイアンテナ送信に係る受信レベルが、当該アレイアンテナに係る基準受信レベルに比べて大きければ大きいほど、アレイアンテナのビームフォーミング性能が高いことを示し、基準受信レベルよりも低ければ低いほどヌルステアリング性能が高いことを示す。

図７に、上記考え方に基づいて、図４に示す受信レベルの測定結果と図６（ｂ）に示す基準受信レベルの算出結果に基づいて求められたアレイアンテナ通信性能値を示す。ここでは、図４に示す受信レベルから図６（ｂ）に示す基準受信レベルとの差（受信電力の比）をアレイアンテナ通信性能値としている。例えば、例えば、ＴＲＸ１及びＴＲＸ２を組み合わせてなるアレイアンテナのＴＲＸ３におけるアレイアンテナ通信性能値（ビームフォーミング性能値）は、−１５．０ｄＢｍから−１８．０ｄＢｍを引いた３．０ｄＢであり、ＴＲＸ４におけるアレイアンテナ通信性能値（ヌルステアリング性能値）は−４９．２ｄＢｍから−１９．２ｄＢｍを引いた−３０．０ｄＢとなる。同図によれば、ＴＲＸ１及びＴＲＸ２の組み合わせとＴＲＸ３及びＴＲＸ４の組み合わせが、ビームフォーミング性能（アレイゲイン）及びヌルステアリング性能（ヌルの深さ）ともに良好であることが分かる。

図８に、各送受信装置４０間の分離度（送受信相関の低さ）を示すアイソレーションの算出結果を示す。図６（ａ）に示した測定結果は、各ＴＲＸの送信レベルをすべて３０．０ｄＢｍとした場合のものであるので、各送受信装置４０間のアイソレーションは、例えば、送信レベルに対する受信レベルの大きさで示すことができる。ここでは、受信レベルと送信レベルとの差（受信電力と送信電力の比）をアイソレーションとしている。例えば、ＴＲＸ１とＴＲＸ２のアイソレーションは、ＴＲＸ１からの送信に対応するＴＲＸ２の受信レベル−２０．０ｄＢｍからＴＲＸ１の送信レベル３０．０ｄＢｍを引いた−５０．０ｄＢとなる。かかる方法により求められたアイソレーションは、例えば、アレイアンテナ通信性能測定部２６による性能測定が正常に実施できるか否か（０ｄＢｍに近い異常値であれば実施不可）を判断するために用いることができる。また、アイソレーションが異常値を示す送受信装置４０の組み合わせの選択優先順位を下げたり、選択対象から外す等の制御を行うために用いることができる。

アレイアンテナ決定部２３は、アレイアンテナ通信性能測定部２６により生成される一部又は全部の各アレイアンテナ通信性能値に基づいて、アレイアンテナ通信性能値が所定の性能条件を満たすアレイアンテナを選択する。そして、選択したアレイアンテナを構成する少なくとも２つの送受信装置の組み合わせを優れたアレイアンテナ通信性能を発揮する組み合わせとして決定する。具体的には、ビームフォーミングの対象とされた少なくともいずれか１つの受信アンテナ素子におけるアレイアンテナ通信性能値が所定値以上であるアレイアンテナを選択するようにしてもよい。こうすれば、ビームフォーミング性能が優れたアレイアンテナを構成する送受信装置の組み合わせを決定することができるようになる。また、ヌルステアリングの対象とされた他の少なくとも一部の各受信アンテナ素子におけるアレイアンテナ通信性能値がそれぞれ所定値未満であるアレイアンテナを選択するようにしてもよい。こうすれば、ビームフォーミング性能及びヌルステアリング性能が共に優れたアレイアンテナを構成する送受信装置の組み合わせを決定することができるようになる。例えば、アレイアンテナ通信性能測定部２６により生成されるアレイアンテナ通信性能値が図７に示される値であった場合に、ビームフォーミング性能が２．５ｄＢ以上であり、かつヌルステアリング性能が−３２．０ｄＢ以下であるとする条件をアレイアンテナを選択するための条件として設定すると、両条件を満たすのは、ＴＲＸ３及びＴＲＸ４の組み合わせだけとなる。この場合、アレイアンテナ決定部２３は、ＴＲＸ３とＴＲＸ４の組み合わせを、優れたビームフォーミング性能及びヌルステアリング性能を発揮することのできる組み合わせとして決定する。

アレイアンテナ切替部２４は、アレイアンテナ通信性能測定部２６により生成される一部又は全部の各アレイアンテナ通信性能値に基づいて、アレイアンテナ通信性能値が所定の性能条件を満たすアレイアンテナを選択する。そして、選択したアレイアンテナを少なくとも１つの移動局装置１１０との通信に使用する。具体的には、各移動局装置１１０との通信における通信品質に基づいて、アレイアンテナを選択するための性能条件を決定することができる。

例えば、基地局装置１００がある移動局装置１１０と通信を行っている場合において、当該移動局装置１１０が弱電界エリアに移動すると、当該通信における通信品質は著しく劣化する。このような場合には、通信の切断やハンドオーバの起動を回避するために、できるだけビームフォーミング性能の優れたアレイアンテナを使用することが望ましい。すなわち、通信品質に基づいて、ビームフォーミング性能を重視することをアレイアンテナを選択するための性能条件とすることが望ましい。アレイアンテナ通信性能測定部２６により生成されるアレイアンテナ通信性能値が図９に示される値であった場合、ＴＲＸ１及びＴＲＸ２の組み合わせとＴＲＸ３及びＴＲＸ４の組み合わせは、ビームフォーミング性能、ヌルステアリング性能ともに良好であり、バランスのとれた標準的なアレイアンテナであるといえる。一方、ＴＲＸ１及びＴＲＸ４の組み合わせとＴＲＸ２及びＴＲＸ３の組み合わせは、ビームフォーミング性能が特に優れており、ビームフォーミング重視の場合に有効なアレイアンテナであるといえる。逆に、ＴＲＸ１及びＴＲＸ３の組み合わせＴＲＸ２及びＴＲＸ４の組み合わせは、ヌルステアリング性能が特に優れており、ヌルステアリング重視の場合に有効なアレイアンテナであるといえる。この場合、ＴＲＸ１及びＴＲＸ４の組み合わせ又はＴＲＸ２及びＴＲＸ３の組み合わせのいずれかがアレイアンテナ切替部２４により選択されて、当該通信に使用される。このようにして、通信の切断やハンドオーバの起動を回避できる可能性が高まる。

一方、他の通信装置からの干渉波の影響が大きくなった場合にも、通信品質は大きく劣化する。このような場合には、干渉波からの影響を極力抑制するために、できるだけヌルステアリング性能の優れたアレイアンテナを使用することが望ましい。すなわち、通信品質に基づいて、ヌルステアリング性能を重視することをアレイアンテナを選択するための性能条件とすることが望ましい。この場合、図９に示す例では、ＴＲＸ１及びＴＲＸ３の組み合わせ又はＴＲＸ２及びＴＲＸ４の組み合わせのいずれかがアレイアンテナ切替部２４により選択されて、当該通信に使用される。このようにして、他の通信装置からの干渉波を抑制することができるようになる。

また、アレイアンテナ切替部２４において、基地局装置１００と通信をしている移動局装置１１０の数、或いは、基地局装置１００におけるトラフィック量等に基づいて、アレイアンテナを選択するための性能条件を決定するようにしてもよい。こうすれば、例えば、トラフィックの少ないエリアにおいては、標準的なアレイアンテナ通信性能値を持つアレイアンテナを優先的に使用することにより、基地局装置１００全体のスループットを向上させることができるようになる。

次に、自己診断機能によって自立的にアレイアンテナを構成する送受信装置の組み合わせを決定するまでの処理を、図１０から図１３までのフローチャートに基づいて説明する。

図１０は、基地局装置１００における運用中の処理を説明するフローチャートである。基地局装置１００の運用を開始すると、タイマ設定時刻になるまで通常の運用が行われる（Ｓ２００，Ｓ２０２）。タイマ設定時刻になると（Ｓ２０２）、通信状態をモニタし（Ｓ２０４）、通信中であるか否かを判断する（Ｓ２０６）。通信中であれば、通信が終了するまで通信状態のモニタを継続する（Ｓ２０４）。通信が終了すると（Ｓ２０６）、自己診断処理を開始する（Ｓ２０８）。

図１１は、自己診断処理を説明するフローチャートである。自己診断処理では、まず、個別送受信制御部２７及び基準受信レベル測定部２８が、送受信装置４０ごとの受信レベル測定を行い、測定結果を記憶部３０に記憶する（Ｓ２２０）。

図１２は、Ｓ２２０における処理を詳細化したフローチャートである。Ｓ２２０における処理では、個別送受信制御部２７が、ＴＲＸ１を送信状態に、ＴＲＸ２〜４を受信状態に設定し（Ｓ２３０）、ＴＲＸ１からの送信に応じて、ＴＲＸ２〜４で受信レベルを測定し、測定結果を記憶部３０に記憶する（Ｓ２３２）。以下同様に、ＴＲＸ２、ＴＲＸ３、ＴＲＸ４を順に送信状態にし、それぞれ受信レベルを測定して、記憶部３０に記憶する（Ｓ２３４〜Ｓ２４４）。すべての送受信装置４０について受信レベルの測定が終了すると、Ｓ２２２に移る。

次に、Ｓ２２０において測定された受信レベル及び各送受信装置４０からの送信レベルに基づいて、送受信装置４０間のアイソレーションが算出し、算出結果を記憶部３０に記憶する（Ｓ２２２）。また、基準受信レベル測定部２８は、測定された受信レベルに基づいて、アレイアンテナを構成する送受信装置組ごとの基準受信レベルを算出し、算出結果を記憶部３０に記憶する（Ｓ２２４）。そして、アレイアンテナ送受信制御部２５及びアレイアンテナ通信性能測定部２８が、アレイアンテナ構成部２２により順次構成されるアレイアンテナごとに受信レベルの測定を行い、測定結果を記憶部３０に記憶する（Ｓ２２６）。

図１３は、Ｓ２２６における処理を詳細化したフローチャートである。Ｓ２２６における処理では、アレイアンテナ構成部２２がＴＲＸ１及びＴＲＸ２を組み合わせてアレイアンテナを構成し、アレイアンテナ送受信制御部２５及びアレイアンテナ通信性能測定部２７が、ＴＲＸ１及びＴＲＸ２を組み合わせてなるアレイアンテナを送信状態に、ＴＲＸ３及びＴＲＸ４を状態に設定する（Ｓ２５０）。そして、ＴＲＸ１及びＴＲＸ２からの送信に応じて、ＴＲＸ３及びＴＲＸ４で受信レベルを測定し、測定結果を記憶部３０に記憶する（Ｓ２５２）。以下同様に、２つの送受信装置を組み合わせてなる各アレイアンテナを順に送信状態にして、それぞれ受信レベルを測定し、記憶部３０に記憶する（Ｓ２５４〜Ｓ２６２）。すべてのアレイアンテナについて受信レベルの測定が終了すると、Ｓ２２８に移る。

Ｓ２２８では、アレイアンテナ通信性能測定部２７が、Ｓ２２６において測定した各アレイアンテナから受信レベル及びＳ２２４において算出された基準受信レベルに基づいて、アレイアンテナ性能測定値を算出し、算出結果を記憶部３０に記憶する（Ｓ２２８）。すべてのアレイアンテナについて通信性能値が得られると、図１０のＳ２１０に移る。

Ｓ２０８において自己診断処理が正常終了しなければ（Ｓ２１０）、再度自己診断を実行する（Ｓ２０８）。自己診断処理が正常終了すれば（Ｓ２１０）、アレイアンテナ決定部２３は、記憶部３０に記憶される各アレイアンテナ性能測定値に基づいて、所定のアレイアンテナ通信性能値を有するアレイアンテナを選択し、そのアレイアンテナを構成する２つの送受信装置の組み合わせを決定する（Ｓ２１２）。Ｓ２１２における処理が正常に終了しなければ（Ｓ２１４）、再度実行し（Ｓ２１２）、正常終了すれば再び通常の運用に戻る（Ｓ２００）。

以上に述べたアダプティブアレイ基地局装置及びその制御方法によれば、各移動局装置との通信の状態に応じて、各通信に使用するアンテナ素子又はそれを含む送受信装置の組み合わせを切り替えるにより、基地局装置全体のアダプティブアレイ性能を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、以上に述べた実施の形態では、２つの送受信装置を組み合わせてアレイアンテナを構成する例を示したが、２つに限らず３つ以上の送受信装置を組み合わせてアレイアンテナを構成し、その通信性能を測定するようにしてもよい。

また、本実施の形態に係る基地局装置において、アレイアンテナを構成する送受信装置と、アレイアンテナを構成しない送受信装置の、送信と受信の関係を逆転させた構成をとるようにしてもよい。こうすれば、アダプティブアレイ送信による性能測定ではなく、アダプティブアレイ受信による性能測定をすることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る移動体通信システム及び基地局装置のシステム構成図である。本発明の実施の形態に係る基地局装置の機能ブロック図である。アレイアンテナの通信性能を自立的に測定する様子を説明する図である。アレイアンテナの通信性能測定における受信レベルの測定結果の一例を示す図である。各送受信装置の通信性能を自立的に測定する様子を説明する図である。各送受信装置の通信性能測定における受信レベルの測定結果及び基準受信レベルの算出結果の一例を示す図である。アレイアンテナ通信性能値の算出結果の一例を示す図である。各送受信装置間におけるアイソレーションの算出結果の一例を示す図である。アレイアンテナ通信性能値の算出結果の一例を示す図である。基地局装置の運用中の処理を説明するフローチャートである。自己診断処理を説明するフローチャートである。送受信装置ごとの受信レベル測定処理を説明するフローチャートである。送受信装置組ごとの受信レベル測定処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０主制御部、２０送受信装置制御部、２１アレイアンテナ構成制御部、２２アレイアンテナ構成部、２３アレイアンテナ決定部、２４アレイアンテナ切替部、２５アレイアンテナ送受信制御部、２６アレイアンテナ通信性能測定部、２７個別送受信制御部、２８基準受信レベル測定部、３０記憶部、４０送受信装置、４２アンテナ素子、４４送受信機、１００基地局装置、１１０移動局装置、１２０通信ネットワーク、１５０移動体通信システム。

Claims

少なくとも３つのアンテナ素子を選択的に用いて複数の移動局装置それぞれと無線通信を行うアダプティブアレイ基地局装置であって、
前記少なくとも３つから少なくとも２つのアンテナ素子を選択し、該選択されたアンテナ素子を組み合わせて１つのアレイアンテナを順次構成するアレイアンテナ構成手段と、
前記アレイアンテナ構成手段が前記アレイアンテナを構成する毎に、該アレイアンテナのビームフォーミング性能およびヌルステアリング性能の少なくとも一方を測定し、該測定結果に基づいて、前記アレイアンテナのビームフォーミング性能およびヌルステアリング性能の少なくとも一方を示すアレイアンテナ通信性能値を算出するアレイアンテナ通信性能測定手段と、
前記アレイアンテナ通信性能測定手段により算出される前記各アレイアンテナのアレイアンテナ通信性能値に基づいて、該アレイアンテナ通信性能値が所定の性能条件を満たすアレイアンテナを選択し、該アレイアンテナを前記複数の移動局装置の少なくとも１つとの通信に使用するアレイアンテナ切替手段と、
を含むことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置。
請求項１に記載のアダプティブアレイ基地局装置において、
前記所定の性能条件は、前記各移動局装置との通信における通信状態を表す情報に基づいて決定される、
ことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置。
請求項２に記載のアダプティブアレイ基地局装置において、
前記各移動局装置との通信における通信状態は、該各通信における通信品質である、
ことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置。
請求項２に記載のアダプティブアレイ基地局装置において、
前記各移動局装置との通信における通信状態は、当該アダプティブアレイ基地局装置と通信をしている移動局装置の数である、
ことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載のアダプティブアレイ基地局装置において、
少なくとも１つのアンテナ素子及び該アンテナ素子による無線信号の送受信を制御する送受信制御手段を含む送受信装置を３つ以上備え、
前記アレイアンテナ構成手段は、前記３つ以上の送受信装置から少なくとも２つの送受信装置を選択し、該選択された送受信装置を組み合わせて１つのアレイアンテナを順次構成する、
ことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置。
請求項５に記載のアダプティブアレイ基地局装置において、
前記アレイアンテナ構成手段が前記アレイアンテナを構成する毎に、該アレイアンテナから、該アレイアンテナを構成する少なくとも２つの送受信装置を除く送受信装置の一部又は全部にそれぞれ含まれるアンテナ素子である受信アンテナ素子に対して、所定の指向性パターンを有する無線信号の送信を行うアレイアンテナ送信制御手段、
をさらに含み、
前記アレイアンテナ通信性能測定手段は、前記アレイアンテナ送信制御手段による前記アレイアンテナからの送信に応じて、前記各受信アンテナ素子において受信される無線信号の受信レベルを測定するとともに、該各受信アンテナ素子における受信レベルに基づいて、前記アレイアンテナのアレイアンテナ通信性能値を算出する、
ことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置。
請求項６に記載のアダプティブアレイ基地局装置において、
前記アレイアンテナ通信性能測定手段は、
前記アレイアンテナ構成手段により順次構成される前記アレイアンテナを構成する少なくとも２つの送受信装置のそれぞれから、前記アレイアンテナ送信制御手段による前記アレイアンテナからの無線信号の送信における各送信電力と同一の送信電力を有する無線信号の送信を順次行う個別送信制御手段と、
前記個別送信制御手段による前記アレイアンテナを構成する少なくとも２つの送受信装置それぞれからの送信に応じて、前記各受信アンテナ素子において受信される無線信号の受信レベルを測定するとともに、該測定される少なくとも２つの受信レベルの合計値を前記各受信アンテナ素子における基準受信レベルとして算出する基準受信レベル測定手段と、
をさらに含み、
前記アレイアンテナ送信制御手段による前記アレイアンテナからの送信に応じて測定される前記各受信アンテナ素子における受信レベルと、前記個別送信制御手段による該アレイアンテナを構成する少なくとも２つの送受信装置それぞれからの送信に応じて前記基準受信レベル測定手段により算出される該各受信アンテナ素子における基準受信レベルと、の差に基づいて、該アレイアンテナのアレイアンテナ通信性能値を算出する、
ことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置。
請求項６又は７に記載のアダプティブアレイ基地局装置において、
前記アレイアンテナ構成手段により順次構成される前記アレイアンテナを構成する少なくとも２つの各送受信装置間の、送信レベルに対する受信レベルの大きさを示すアイソレーションを算出するアイソレーション算出手段をさらに含み、
前記アレイアンテナ決定手段は、前記アレイアンテナ通信性能測定手段により生成される前記各アレイアンテナのアレイアンテナ通信性能値と、前記アイソレーション算出手段により算出される該アレイアンテナを構成する少なくとも２つの各送受信装置間のアイソレーションと、に基づいて、該アレイアンテナ通信性能値が所定の性能条件を満たすアレイアンテナを選択し、該アレイアンテナを構成する少なくとも２つの送受信装置の組み合わせを決定する、
ことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置。
請求項６から８のいずれかに記載のアダプティブアレイ基地局装置において、
前記所定の指向性パターンは、前記受信アンテナ素子のうち少なくとも１つの受信アンテナ素子の方向に指向性を有するものであり、
前記所定の性能条件は、前記少なくとも１つの受信アンテナ素子におけるアレイアンテナ通信性能値が所定値以上であることを条件とするものである、
ことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置。
請求項９に記載のアダプティブアレイ基地局装置において、
前記所定の指向性パターンは、前記少なくとも１つの受信アンテナ素子を除く他の少なくとも一部の受信アンテナ素子それぞれの方向にヌル点をさらに有するものであり、
前記所定の性能条件は、前記他の少なくとも一部の受信アンテナ素子それぞれにおけるアレイアンテナ通信性能値が所定値未満であることをさらに条件とするものである、
ことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置。
少なくとも３つのアンテナ素子を選択的に用いて複数の移動局装置それぞれと無線通信を行うアダプティブアレイ基地局装置の制御方法であって、
前記少なくとも３つから少なくとも２つのアンテナ素子を選択し、該選択されたアンテナ素子を組み合わせて１つのアレイアンテナを順次構成するアレイアンテナ構成ステップと、
前記アレイアンテナ構成ステップにおいて前記アレイアンテナが構成される毎に、該アレイアンテナのビームフォーミング性能およびヌルステアリング性能の少なくとも一方を測定し、該測定結果に基づいて、前記アレイアンテナのビームフォーミング性能およびヌルステアリング性能の少なくとも一方を示すアレイアンテナ通信性能値を算出するアレイアンテナ通信性能測定ステップと、
前記アレイアンテナ通信性能測定ステップにおいて算出される前記各アレイアンテナのアレイアンテナ通信性能値に基づいて、該アレイアンテナ通信性能値が所定の性能条件を満たすアレイアンテナを選択し、該アレイアンテナを前記複数の移動局装置の少なくとも１つとの通信に使用するアレイアンテナ切替ステップと、
を含むことを特徴とするアダプティブアレイ基地局装置の制御方法。