JP4505678B2 - 送信ダイバーシチ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信において移動局の受信品質を改善するダイバーシチ受信方式において、送信側に複数のアンテナを有しそれらを制御することで移動局の受信品質を改善する送信ダイバーシチ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の移動通信の電波伝搬環境はマルチパス環境となるため、移動局の走行に伴い受信電力は大きく変動する。受信電力変動による通信品質の低下を克服し、移動局の通信品質を改善する方法の一つに受信ダイバーシチがある。受信ダイバーシチは、複数のアンテナで受信した信号を合成することで通信品質の改善を図る方法である。合成の方法により、選択合成、最大比合成等がある。しかしながら、複数のアンテナや受信機を必要とすることから移動局の装置構成の負荷は大きい。これらについては、例えば、奥村善久、進士昌明監修、「移動通信の基礎」、第7章、電子情報通信学会（1986）に詳しく説明されている。
【０００３】
一方、移動局のダイバーシチ受信の負荷を軽減する方法として基地局送信ダイバーシチがある。基地局送信ダイバーシチは、図４に示すように基地局４−１に複数のアンテナ４−２ａ、４―２ｂを設置する。基地局４−１は、基地局のアンテナ４−２ａ、４―２ｂが出す信号のうち、移動局４−６のアンテナ４−７が高感度で受信する基地局のアンテナ４−２ａ、４―２ｂから信号を送信する方法である。この方法は基地局アンテナ切替送信ダイバーシチと呼ばれている方法である。但し、この方法では移動局４−６が受信する電力が高い基地局のアンテナを基地局４−１で推定するか、その情報を移動局４−６から得る必要がある。
【０００４】
また、送信ダイバーシチの効率を一層高める方法としてＩＭＴ２０００方式で標準化されているＷ−ＣＤＭＡ方式のフィードバック方式送信ダイバーシチがある。係る装置の構成を図５に示す。ここでは基地局５−１のアンテナを５−９ａ、５−９ｂの２本としている。基地局５−１は、個別の通信（個別チャネル）と共通制御信号の送受に用いる送受信機５−４、移動局５−１１側で基地局のアンテナの識別を行うための信号（以下、パイロット信号と呼び、ここではパイロット信号Ｐ１とパイロット信号Ｐ２と区別して用いることにする）の送信に用いる送信機５−２と送信機５−３から構成される。また、送受信機５−４には各アンテナ出力の位相と振幅（ウェイト情報Ｗ）を制御するウェイト制御部５―５、５−６と、移動局５−１１から送られてくる前記ウェイト情報Ｗを前記ウェイト制御部５―５、５−６に設定するためのウェイト制御装置５―１０が接続されている。
【０００５】
移動局５−１１は、基地局の異なるアンテナ５−９ａ、５―９ｂからそれぞれ送信されるパイロット信号Ｐ１、Ｐ２を各々受信する受信機５−１３、受信機５−１４と、個別の通信と計算したウェイト情報を基地局に送信するのに用いる送受信機５−１５、パイロット信号から基地局のアンテナの位相と振幅の最適値を計算するためのウェイト計算部５−１６が具備されている。
【０００６】
前記システムでは、異なるコードで変調されたパイロット信号Ｐ１、Ｐ２が加算器５―７、５−８を介して基地局５−１の各アンテナ５−９ａ、５―９ｂから移動局５−１１へ送信されている。移動局５−１１は、前記各パイロット信号Ｐ１、Ｐ２を受信機５−１３、受信機５−１４で受信して復調する。
【０００７】
ウェイト計算部５−１６は、各パイロット信号Ｐ１、Ｐ２の振幅と位相から各パイロット信号を最大比合成した場合に、受信電力が大きくなるようにウェイト情報Ｗ（振幅と位相）を計算する。パイロット信号Ｐ１、Ｐ２を基にして計算したウェイト情報Ｗは、送受信機５−１５を介して基地局５−１に送信する。基地局５−１では移動局５−１１から送られてきたウェイト情報を加算器５−７、５−８を介して送受信機５−４で受信する。そして送受信機５−４は、前記受信したウェイト情報をウェイト制御装置５―１０により個別チャネルの送信機のウェイト情報Ｗをウェイト制御部５―５、５−６に設定する。従って、個別チャネルの信号は、前記受信電力が大きくなるように最大比合成したウェイト情報Ｗで送信される。
【０００８】
図６は、各パイロット信号の受信電力に平均的な差が生じている場合に、通信チャネルに送信ダイバーシチを適用した場合の受信電力特性の一例を示す。基地局のアンテナの実効送信電力を各々Ｑ１、Ｑ２とし、縦軸に受信電力の累積確率、横軸に通信チャネル受信電力としてＱ１をとる。符号６−１は、基地局のアンテナの実効送信電力Ｑ１、Ｑ２が等しい時、符号８−２は、基地局のアンテナの実効送信電力Ｑ１、Ｑ２の差がある時の特性である。図６から明らかなように、例えばＱ１＝ＱＷの点で、基地局のアンテナの実効送信電力Ｑ１とＱ２が等しい時（符号６−１）の受信電力の累積確率Ｋ２と、基地局のアンテナの実効送信電力Ｑ１、Ｑ２の差がある時（符号６−２）の受信電力の累積確率Ｋ１を比べる。基地局のアンテナの実効送信電力の差が大きくなる程、累積確率は大きくなり、移動局の受信電力の改善効果が小さくなることがわかる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の方法では、例えば送信ダイバーシチに用いる基地局のアンテナの利得が異なる場合がある。このような場合には、各パイロット信号の受信電力に平均的な差が生じる。平均的に受信電力差があるパイロット信号から計算したウェイト情報は、基地局の各アンテナの利得が等しい場合、（すなわち受信電力が等しいパイロット信号から計算したウェイト情報）とは当然ながら異なる。そのため、受信電力が異なるパイロット信号から計算したウェイト情報を個別チャネルの送信機のウェイトに設定しても、図６のように基地局の各アンテナの利得が等しい場合に比べて、基地局のアンテナの利得差が大きくなる程、移動局の受信電力の改善効果が小さくなる欠点を有し、移動局の受信電力の改善が図れない問題点があった。
【００１０】
本発明は係る問題を解決して、送信タイバーシチに用いる基地局のアンテナの利得が大きく異なる場合においても、各基地局のアンテナの利得が等しい場合と同様に移動局の受信電力の改善効果得られる送信ダイバーシチ装置を提供することを目的としてなされたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために請求項１記載の送信ダイバーシチ装置では、送信側である基地局において異なる２つ以上のアンテナから同一信号を送信し、受信側である移動局では１つ以上のアンテナでそれらの信号を受信し、基地局は、一対一の通信を行う個別信号とは別に、基地局のアンテナを識別できる共通制御信号をアンテナ毎に個別に送信する手段と共に、移動局から送られたアンテナ毎のウェイト情報を復調する手段と、前記復調したウェイト情報から一対一の通信を行うアンテナに送出する個別信号の位相と振幅を調整する手段を有し、移動局は、基地局のアンテナ毎の共通制御信号を個別に復調し、復調したアンテナ毎の前記共通制御信号の位相と振幅を求めて基地局に送信するウェイト情報を計算するウェイト計算手段と、計算されたウェイト情報を基地局に送信する手段を有する送信ダイバーシチ装置において、
前記移動局は、前記基地局のアンテナ毎の平均受信電力及び、平均受信電力の差及び比を求める電力計算手段と、前記電力計算手段で得た平均受信電力比を用いて前記基地局におけるアンテナ毎の共通制御信号の平均受信電力が等しくなるように、振幅を補正する共通制御信号補正手段と、前記共通制御信号補正手段で得た位相と補正後の振幅を用いて前記共通制御信号の受信電力が大きくなるように、位相情報のみのウェイト情報を計算する前記ウェイト計算手段とを備え、
前記基地局は、前記移動局から送信される前記位相情報と、前記基地局での前記平均受信電力比の情報から、基地局の個別チャネルにおける補正すべき位相と振幅のウェイト制御量を設定するウェイト制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の送信ダイバーシチ装置では、前記基地局に設定するウェイト制御量の振幅は、正規化して設定することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の送信ダイバーシチ装置は、移動局における共通制御信号と基地局におけるウェイト制御手段のウェイト情報の電力補正量は、平均受信電力比の１／２乗倍であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の送信ダイバーシチ装置は、基地局の複数のアンテナは、少なくとも一つが垂直偏波を送信できるアンテナであり、少なくとも一つが水平偏波を送信できるアンテナである偏波ダイバーシチアンテナを用いることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例である。図１における発明は、移動局において基地局のアンテナ毎の共通制御信号を個別に復調し、基地局のアンテナ毎の平均受信電力及び平均受信電力比を求める。前記平均受信電力比を用いて共通制御信号の振幅を補正する。前記補正した共通制御信号から、前記各アンテナ出力のウェイト情報を求めてウェイトの位相情報のみを基地局に送信する。基地局では、個別信号を基地局のアンテナと共用している受信アンテナ毎に平均受信電力及び平均受信電力の比を求める。そして移動局から送信されるウェイトの位相情報と、前記求めた平均受信電力の比とから基地局のアンテナのウェイト情報を求めて基地局のウェイト制御手段に設定する。ウェイト制御手段はウェイト制御部により基地局から出力する電力を制御するものである。
【００１６】
以下、図１を用いて本発明を説明する。図１においては、個別の通信に用いる移動局と基地局間の送受信は送受信機１−１５により行い、基地局１−１における送信ダイバーシチの個別通信の動作は、ＩＭＴ２０００方式で標準化されているＷ−ＣＤＭＡ方式の送信ダイバーシチと同一である周知の方法で行う。また、基地局に送信する前記ウェイト情報の送信も周知のＷ−ＣＤＭＡ方式と同様に行うので説明を省略する。
【００１７】
図１では、基地局１−１のアンテナを１−９ａ、１−９ｂの２本としている。基地局１−１は、個別の通信（個別チャネル）に用いる送信機１−１９、共通制御信号の受信に用いる受信機１−４、受信機１−４の出力に接続され基地局のアンテナ毎の平均受信電力及び平均受信電力の比を求める電力計算手段１−２０、移動局１−１１側で基地局のアンテナの識別を行うための信号（以下、パイロット信号と呼び、ここではパイロット信号Ｐ１、Ｐ２と区別して用いることにする）の送信に用いるパイロット信号１送信機１−２、パイロット信号２１−３、各アンテナ出力の位相と振幅（ウェイト情報Ｗ）を制御するウェイト制御部１―５、１−６、移動局１−１１から受信機１−４を介して入力される前記ウェイト情報Ｗと、電力計算手段１−２０で得た受信電力比とから前記移動局１−１１から得たウェイト情報を調整し、前記ウェイト制御部１―５、１−６に設定するためのウェイト制御装置１―１０を具備している。
【００１８】
移動局１−１１は、基地局の異なるアンテナ１−９ａ、１―９ｂからそれぞれ送信されるパイロット信号Ｐ１、Ｐ２を受信するパイロット信号１受信機１−１３、パイロット信号２受信機１−１４と、個別の通信の送受信及び計算したウェイト情報を基地局に送信する送受信機１−１５、パイロット信号から基地局のアンテナの位相と振幅の最適値を計算するためのウェイト計算部１−１６が設けられている。ウェイト計算部１−１６の出力は前記送受信機１−１５の入力に接続されている。また、前記ウェイト計算部１−１６とパイロット信号受信機１−１３、１−１４との間にはパイロット信号補正部１−１７が設けられている。
【００１９】
係る構成における動作を説明する。パイロット信号１送信機１−２、パイロット信号２送信機１−３から異なるコードで変調されたパイロット信号Ｐ１、Ｐ２が加算器１―７、１−８を介して基地局１−１の各アンテナ１−９ａ、１―９ｂから移動局１−１１へ送信される。移動局１−１１は、前記各パイロット信号Ｐ１、Ｐ２をパイロット信号１受信機１−１３、パイロット信号２受信機１−１４で受信する。
【００２０】
前記各パイロット信号Ｐ１、Ｐ２は、パイロット信号補正部１−１７、ウェイト計算部１−１６、で後述する所定の処理が行われて送受信機１−１５を介して移動局１−１１のウェイト情報として基地局１−１に送信される。
【００２１】
図２は、前記したパイロット信号補正部１−１７、ウェイト計算部１−１６、の補正方法を説明する図である。パイロット信号受信機１−１３、１−１４からパイロット信号補正部１−１７が受信した信号をＰ１（ｒ１、θ１）、Ｐ２（ｒ２、θ２）とする。但し前記各パイロット信号の振幅と位相をそれぞれｒ１、ｒ２、θ１、θ２とする。
【００２２】
パイロット信号１受信機１−１３、パイロット信号２受信機１−１４は、処理２−１で前記パイロット信号を受信する。パイロット信号補正部１−１７には、図示していない平均受信電力と平均受信電力の比を求める手段が具備されていて、処理２−２で、パイロット信号Ｐ１、Ｐ２の受信電力を平均化して前記平均受信電力Ｔ１、Ｔ２と、平均受信電力の比を求める。ここで説明を簡単にするため以降ではＴ１＞Ｔ２とし、平均受信電力比Ｔ１／Ｔ２をＴとする。
【００２３】
更にパイロット信号補正部１−１７は、処理２−３において下記のように各パイロット信号の平均受信電力が等しくなるように補正する。即ち、平均受信電力の小さいＴ２を増加するようにＰ２の振幅をＴ^1/2×ｒ２に補正する。補正後の振幅と位相をそれぞれＰ１´（ｒl、θ１）、Ｐ２´（Ｔ^1/2×ｒ２、θ２）とする。
【００２４】
次にウェイト計算部１−１６は、前記処理２−３で求めた補正後の振幅ｒ１、ｒ２と位相θ１、θ２を用いて最適ウェイト情報Ｗ１、Ｗ２の位相情報Φ１、Φ２のみを処理２−４で計算する。最適ウェイト情報Ｗ１（Φ１）、Ｗ２（Φ２）の位相の計算方法は従来と同様に各パイロット信号を最大比合成した場合に、受信電力が大きくなるようにウェイト情報Ｗを計算するものとする。なお、パイロット信号Ｐ１、Ｐ２の受信電力の平均受信電力Ｔ１、Ｔ２がＴ１＜Ｔ２の時にはＴ１が増加するようにＰ１の振幅をＴ^1/2倍して、振幅と位相をそれぞれＰ１´（Ｔ^1/2×ｒl、θ１）、Ｐ２´（ｒ２、θ２）に補正する。
【００２５】
ウェイト計算部１−１６は、処理２−５において、前記処理２−４で求めたウェイトの位相情報Ｗ１（Φ１）、Ｗ２（Φ２）は送受信機１−１５を介して基地局１−１に送信される。
【００２６】
基地局１−１に送信された信号は、処理２−６で各アンテナ１−９ａ、１―９ｂから加算器１―７、１−８を介して基地局１−１の受信機１−４で受信する。又、電力計算手段１−２０は、各アンテナ１−９ａ、１―９ｂから加算器１―７、１−８を介して基地局１−１の受信機１−４で受信した個別通信に用いる信号Ｃ３の基地局におけるアンテナ毎の平均受信電力Ｔ１１、Ｔ１２及び平均受信電力比Ｔ０＝Ｔ１／Ｔ２を求める。該平均受信電力比Ｔ０と受信機１−４が受信したウェイトの位相情報、Ｗ１（Φ１）、Ｗ２（Φ２）とをウェイト制御装置１―１０に伝える。
【００２７】
ウェイト制御装置１―１０は、処理２−８で図示していない手段で前記Ｔ０、Ｗ１（Φ１）、Ｗ２（Φ２）を用いてウェイト情報Ｗを下記のように求める。即ち、前記したようにＴ１＞Ｔ２としたので、基地局で求めた平均受信電力もＴ１１＞Ｔ１２となり、平均受信電力の小さいアンテナの利得を増加するようにＷ２の振幅を平均受信電力の大きいアンテナの振幅のＴ０^1/2倍に補正する。平均受信電力の大きいアンテナの振幅は正規化して１を設定する。補正後のウェイト情報（ウェイト制御量）Ｗは、それぞれＷ１（１、Φ１）、Ｗ２（Ｔ０^1/2、Φ２）となる。
【００２８】
なお、平均受信電力Ｔ１１、Ｔ１２がＴ１１＜Ｔ１２の時には平均受信電力の小さいアンテナの利得を増加するようにＷ１の振幅を平均受信電力の大きいアンテナの振幅のＴ０^1/2倍に補正する。平均受信電力の大きいアンテナの振幅は正規化して１を設定する。補正後のウェイト情報ＷはそれぞれＷ１（Ｔ０^1/2、Φ１）、Ｗ２（１、Φ２）となる。
【００２９】
前記ウェイト制御装置１―１０で求めたウェイト情報Ｗ１、Ｗ２をウェイト制御部１―５、１−６に設定して個別チャネルの信号を送信機１−１９から送信する。この結果、基地局１−１のアンテナ１−９ａ、１―９ｂのアンテナ利得が異なって、移動局１―１１側で受信するパイロット信号Ｐ１とＰ２に受信電力差が生じても、移動局１−１１で受信する個別チャネルの平均受信電力が等しくなる。
【００３０】
なお、基地局の振幅を正規化したことにより各アンテナ１−９ａ、１―９ｂから送出する信号が変化した場合には送信機１−１９の個別信号の送信電力を増減して調整する。係る調整は、図示していない送信電力測定手段で計測し、送信機１−１９の利得調整または送信電力を調整するようにしても良く、又は手動で調整しても良い。
【００３１】
図３は本発明の他の実施例である。本発明では、基地局のアンテナに垂直偏波と水平偏波を同時に送信できる偏波ダイバーシチアンテナを用いている。図３において、図１との差異はアンテナの部分のみであるので、アンテナ以外の説明は省略する。偏波ダイバーシチアンテナ３−９をダイバーシチに用いた場合の効果については、例えば進士昌明編著、「無線通信の電波伝搬」、１２章、電子情報通信学会（1992）に詳しく下記のように記述されている。
【００３２】
即ち、移動局が垂直偏波アンテナで受信する場合において、基地局が偏波ダイバーシチアンテナで送信した場合と、基地局が垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナで送信した場合の信号の平均受信電力差を比較すると、基地局が偏波ダイバーシチアンテナで送信した場合が優れ、市街地では5〜7dB、郊外地や開放地では10dB以上にも及ぶ。
【００３３】
図３において、偏波ダイバーシチアンテナ３−９は、垂直偏波アンテナ３―９ａと水平偏波アンテナ３−９ｂからなり、受信機１−４に各々、接続されると共に、垂直偏波アンテナ３―９ａは共通制御信号を送信する送信機１−２に接続されている。また、水平偏波アンテナ３−９ｂは、共通制御信号を送信す送信機１−３に接続されている。
【００３４】
更に、個別の通信（個別チャネル）に用いる送信機１−１９は、ウェイト制御部１−５、加算器１−７を介して垂直偏波アンテナ３―９ａに、ウェイト制御部１−６、加算器１−８を介して水平偏波アンテナ３―９ｂに各々、接続されている。
【００３５】
基地局３−１は、前記偏波ダイバーシチアンテナ３−９の垂直偏波アンテナ３―９ａと水平偏波アンテナ３−９ｂからパイロット信号Ｐ１、Ｐ２と個別チャネルの信号を各々、移動局３−１１に送出する。
【００３６】
なお、前記した垂直偏波アンテナ３―９ａと水平偏波アンテナ３−９ｂの接続を交換しても良いことはいうまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の送信ダイバーシチ装置によれば、各基地局のアンテナの利得が等しい場合に送信ダイバーシチを適用した場合と同等の受信電力の改善が図れるとともに、移動局は、基地局に送信するウェイト情報を削減し、移動局の構成を簡単にし、システムの速度向上と電波伝搬環境の有効活用ができる。
【００３８】
また、請求項２ないし４の構成によれば、基地局に設定するウェイト制御量の振幅は、正規化して設定することで基地局の構成を簡単にでき、共通制御信号とウェイト情報の補正量を平均受信電力比の１／２乗倍することで、各基地局のアンテナ利得が等しい場合に送信ダイバーシチを適用した場合と同等の受信電力の改善が図れる。さらに、偏波ダイバーシチを用いることにより、受信電力の改善効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例である。
【図２】図１の実施例の各種補正方法を説明する図である。
【図３】本発明の第二の実施例である。
【図４】従来の基地局送信ダイバーシチの構成図である。
【図５】従来のＷ−ＣＤＭＡ方式送信ダイバーシチの構成図である。
【図６】基地局のアンテナの実効送信電力に平均的な差が生じている場合の、移動局の受信電力特性の一例である。
【符号の説明】
１−１ 基地局
１−２ 送信機
１−３ 送信機
１−４ 受信機
１−１０ ウェイト制御装置
１−１１ 移動局
１−１６ ウェイト計算部
１−１７ パイロット信号補正部
１−１９ 送信機
１−２０ 電力計算手段

Claims (4)

1. 送信側である基地局において異なる２つ以上のアンテナから同一信号を送信し、受信側である移動局では１つ以上のアンテナでそれらの信号を受信し、基地局は、一対一の通信を行う個別信号とは別に、基地局のアンテナを識別できる共通制御信号をアンテナ毎に個別に送信する手段と共に、移動局から送られたアンテナ毎のウェイト情報を復調する手段と、前記復調したウェイト情報から一対一の通信を行うアンテナに送出する個別信号の位相と振幅を調整する手段を有し、移動局は、基地局のアンテナ毎の共通制御信号を個別に復調し、復調したアンテナ毎の前記共通制御信号の位相と振幅を求めて基地局に送信するウェイト情報を計算するウェイト計算手段と、計算されたウェイト情報を基地局に送信する手段を有する送信ダイバーシチ装置において、
   前記移動局は、
   前記基地局のアンテナ毎の平均受信電力及び、平均受信電力の差及び比を求める電力計算手段と、
   前記電力計算手段で得た平均受信電力比を用いて前記基地局におけるアンテナ毎の共通制御信号の平均受信電力が等しくなるように、振幅を補正する共通制御信号補正手段と、
   前記共通制御信号補正手段で得た位相と補正後の振幅を用いて前記共通制御信号の受信電力が大きくなるように、位相情報のみのウェイト情報を計算する前記ウェイト計算手段とを備え、
   前記基地局は、
   前記移動局から送信される前記位相情報と、前記基地局での前記平均受信電力比の情報から、基地局の個別チャネルにおける補正すべき位相と振幅のウェイト制御量を設定するウェイト制御装置とを備えることを特徴とする送信ダイバーシチ装置。
2. 前記基地局に設定するウェイト制御量の振幅は、正規化して設定することを特徴とする請求項１に記載の送信ダイバーシチ装置。
3. 前記移動局における共通制御信号と前記基地局におけるウェイト制御装置のウェイト情報の電力補正量は、平均受信電力比の１／２乗倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載の送信ダイバーシチ装置。
4. 前記基地局の複数のアンテナは、少なくとも一つが垂直偏波を送信できるアンテナであり、少なくとも一つが水平偏波を送信できるアンテナである偏波ダイバーシチアンテナを用いることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の送信ダイバーシチ装置。

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