JP4722308B2 - アダプティブアレイ基地局及び移動通信端末及びその通信方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＳＤＭＡ(Space Division Multiple Access：空間分割多元接続、以下本文では“空間多重”と記す)方式の通信システムに関するものであり、アダプティブアレイ基地局（以下、“基地局”と略す）でユーザを空間多重で他のユーザと同じＴＣＨ（情報チャネルまたは通話チャネル）物理スロットに割当てる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線区間に設けられるチャネルは、基本的にユーザ情報を転送する通話チャネル（ＴＣＨ）と、制御信号を転送する制御チャネル（ＣＣＨ）とから構成される。両チャネルに設けられるＵＷ（同期ワード）は各チャネルのフレーム同期のための信号であり、ＴＣＨとＣＣＨとを区別するため異なるパターンを規定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同一スロット同一周波数で複数ユーザに対してＳＤＭＡによるサービスを提供する場合、１つのＵＷを共用して使用していると、アルゴリズム的に複数のユーザを識別するのが難しいときがある。このような場合、ユーザ抽出が不完全になり、通話品質の劣化、ユーザのスワッピング等の不具合が生じる。
本発明はこのような従来技術の課題を解決し、通話品質を維持できるアダプティブアレイ基地局及び移動通信端末を提供することを目的とする。
また、本発明は、ユーザ抽出に要する計算収束時間を短縮させることのできるアダプティブアレイ基地局及び移動通信端末を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本願第１の発明は、同一の物理スロットを複数の呼で共有するＳＤＭＡ方式での通信を行うアダプティブアレイ基地局に、第１の移動通信端末に第１のＵＷパターンを割り当てる手段と、各移動通信端末からの受信アライメントに基づいて、第１の移動通信端末以外の第２の移動通信端末に割り当てる第２のＵＷパターンを算出する手段と、第１のＵＷパターンを第１の移動通信端末に通知し、第２のＵＷパターンを第２の移動通信端末に通知する手段とを具備したことを特徴とする。
【０００５】
上記アダプティブアレイ基地局は、第１の移動通信端末からの受信アライメントと、第２の移動通信端末からの受信アライメントとが同じ場合、第１のＵＷパターンと第２のＵＷパターンとの内積が零になるように第２のＵＷパターンを算出することが好ましい。
上記アダプティブアレイ基地局は、第１の移動通信端末からの受信アライメントに対して、第２の移動通信端末からの受信アライメントが＋Ｘシンボルである場合、第１のＵＷパターンを有す同期ワードの前に設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報と第１のＵＷパターンの末尾Ｘシンボルを省いた情報とを組み合わせたデータ、並びに第２のＵＷパターンの内積が零になる第２のＵＷパターンを算出することが好ましい。
【０００６】
上記アダプティブアレイ基地局は、第１の移動通信端末からの受信アライメントに対して、第２の移動通信端末からの受信アライメントが＋Ｘシンボルである場合、第２のＵＷパターンの先頭Ｘシンボルを省いた情報と第２のＵＷパターンを有す同期ワードの後ろに設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報とを組み合わせたデータ、並びに第１のＵＷパターンの内積が零になる第２のＵＷパターンを算出することが好ましい。
上記アダプティブアレイ基地局は、第２の移動通信端末からの受信アライメントに対して、第１の移動通信端末からの受信アライメントが−Ｘシンボルである場合、第１のＵＷパターンを有す同期ワードの後ろに設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報と第１のＵＷパターンの先頭Ｘシンボルを省いた情報とを組み合わせたデータ、並びに第２のＵＷパターンの内積が零になる第２のＵＷパターンを算出することが好ましい。
【０００７】
上記アダプティブアレイ基地局は、第１の移動通信端末からの受信アライメントに対して、第２の移動通信端末からの受信アライメントが−Ｘシンボルである場合、第２のＵＷパターンの末尾Ｘシンボルを省いた情報と第２のＵＷパターンを有す同期ワードの前に設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報とを組み合わせたデータ、並びに第１のＵＷパターンの内積が零になる第２のＵＷパターンを算出することが好ましい。
また、同一の物理スロットを複数の呼で共有するＳＤＭＡ方式での通信を行うアダプティブアレイ基地局の通信方法において、第１の移動通信端末に第１のＵＷパターンを割り当てるステップと、各移動通信端末からの受信アライメントに基づいて、第１の移動通信端末以外の第２の移動通信端末に第２のＵＷパターンを割り当てるステップと、第１のＵＷパターンを第１の移動通信端末に通知し、第２のＵＷパターンを第２の移動通信端末に通知するステップと、を具備したことを特徴とする。
さらに、本願第２の発明は移動通信端末であり、上記アダプティブアレイ基地局から通知された第１のＵＷパターン又は第２のＵＷパターンを有した同期ワードを使用してアダプティブアレイ基地局と通信する手段を具備したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
無線区間に設けられるチャネルは、基本的にユーザ情報を転送する通話チャネル（ＴＣＨ）と、制御信号を転送する制御チャネル（ＣＣＨ）とから構成される。ＣＣＨからＴＣＨへの移行時には同期バーストを使って基地局とユーザとの間で同期確立を図り、その後ＴＣＨで通話をする。ＰＨＳの場合は、この同期バーストのＵＷのフォーマットがＴＣＨのそれとは異なっており、上り下りのＵＷがそれぞれ３２ビット用意されている。通常、ＳＤＭＡでの通信を開始する手順としては、一方のユーザがこの同期バーストを使って既存の呼と同じチャネルで基地局と同期を図る。このとき、既存の呼のＴＣＨのＵＷは１６ビットであり、ＰＲも大きく異なっているため、基地局側で各ユーザを抽出する上でＵＷパターンが問題になることは少ないと考えられる。
しかし、ＳＤＭＡでの通信を行っているユーザが干渉により基地局との間でそれぞれ同期バーストを使った同期再確立のフェーズに入った場合、同期バーストで使用する３２ビットのＵＷもＴＣＨの１６ビットのＵＷと同様に、互いに異なるＵＷをユーザにアサインする必要が生じる。
【０００９】
本実施の形態では、複数ユーザでＳＤＭＡでの通信を行う前に、各ユーザからの基地局での受信alignment（アライメント）に基づいて、オリジナルのＵＷ以外にユーザ毎に異なるＵＷを算出する。このとき、各ユーザからの上りのＵＷが互いに高い直交性を持つように算出する。算出されたＵＷはAir Interfaceを通じて各ユーザに通知され、通知を受けた各ユーザは指定されたＵＷを使って基地局にアクセスする。すなわち、ユーザ側で幾つかのＵＷパターンを予めテーブルとして保持しておき基地局側でどのパターンを使用するかを指示するのではなく、各ユーザからの基地局での受信alignmentに基づいた最適ＵＷを各ユーザにアサインするのである。
以上のようにすることで、各ユーザからの上りのＵＷが互いに高い直交性を確保できるようになり、ＳＤＭＡのアルゴリズム上極めて有利になる。擬態的には各ユーザを抽出するための各ユーザへの受信Weightsの計算収束時間を短縮できると同時に誤抽出を防止することができる。
【００１０】
次に添付図面を参照して、本発明によるアダプティブアレイ基地局による物理スロットの割当て方法をデジタル無線通信用アダブティブアレイ基地局であるＰＨＳ基地局に適用したときの実施の形態について詳細に説明する。なお、図１はアダブティブアレイ基地局の機能ブロック図、図２はＴＣＨの信号フォーマットを表した図、図３は２ユーザからの受信alignmentを説明した図である。
【００１１】
図１を参照すると、本発明によるアダプティブアレイ基地局をデジタル無線通信用アダブティブアレイ基地局であるＰＨＳ基地局に適用したときの実施の形態を示す機能ブロック図が示されている。
図１において、本実施の形態によるアダプティブアレイ基地局１０は、４つのアンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４を備え、これらアンテナＡＮＴが送受信切り替えスイッチ１２に接続されている。送受信切り替えスイッチ１２は、これらアンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４を時分割で制御して送信と受信との切り替え制御を行っている。送受信切り替えスイッチ１２には受信系モジュール１４と送信系モジュール２２とが接続されている。
【００１２】
受信系モジュール１４は、各アンテナＡＮＴ毎に備えた、４つのローノイズ増幅器（ＬＮＡ）１６、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）１８、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０により構成されている。受信系モジュール１４はまた、モデム部３０に接続され、ローノイズ増幅器１６、ダウンコンバータ１８およびＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０は、信号経路である送受信切り替えスイッチ１２からモデム部３０に向かってこの順番で接続されている。
【００１３】
送信系モジュール２２は、同様に、各アンテナＡＮＴ毎に備えた、４つのＤ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ）２４、アッパコンバータ（Ｕ／Ｃ）２６、乗算回路（ＭＰ）２８ａ及びｂにより構成されている。送信系モジュール２２はまた、モデム部３０に接続され、Ｄ／Ａコンバータ２４、アッパコンバータ２６および乗算回路２８ａ及びｂは、信号経路であるモデム部３０から送受信系切り替えスイッチ１２に向かってこの順番で接続されている。
そして、２つの呼に空間多重する場合は、乗算回路２８ａと乗算回路２８ｂとを使って各呼に異なる重みで送信できるようにしている。
【００１４】
モデム部３０は、複数のＣＰＵから構成されており、送受信データの変復調およびデジタル信号処理による位相制御を行なっている。具体的には以下の５つの制御を行う。
１．受信系モジュール１４の最終段で変換されたディジタル信号の例えばＤ／Ｕ(Desire/Undesire: 希望波／妨害波）が最大となるように合成し復調する。
２．アンテナＡＮＴでの受信の位相を算出して、送信時にはアンテナ端で同等の位相になるように制御する。それによって、通信を行うＰＨＳ端末の方向に送信／受信とも指向性を持たせることができる。
３．干渉波と遅延波の到来方向にヌル点を作ることによって抑圧する。
４．ｎ本のアンテナに供給する信号の位相を制御することによって、任意の方向に指向性を持たせてビームを絞って送信することを可能とする。
５．周囲の基地局や通話中、あるいはデータ（通信）のやりとりをしている当該ユーザ端末以外の端末に対して、下り方向に与える干渉を減少させる。
このモデム部３０は制御部３２に接続されている。
【００１５】
制御部３２は複数のＣＰＵから構成され、アダプティブアレイ基地局１０全体の制御を行う。具体的には以下の６つの制御を行う。
１．モデム部３０に対して必要なパラメータおよびタイミングを指示し、モデム部３０が受信したデータを処理する。また、空中に輻射すべきデータを作成してモデム部３０に渡す。さらに、キャリブレーションによって計算された重み付けによる送信出力の制御を指示する。
２．ユーザ端末（ユーザのＰＨＳ端末、以下単にユーザと称す）からのSpatial Signature（受信応答ベクトル）の変化速度を計算する。
３．ユーザからの上りのＲＳＳＩの統計処理をする。
４．空間多重した呼のＧＯＳが空間多重でない通常の呼のＧＯＳとできるだけ同じになるようなロジックで空間多重の物理スロット割当てを行う。
５．複数ユーザに対して空間多重で通話を確立する場合は、夫々のユーザへのC/I（Carrier/Interference）がユーザのＧＯＳを良好に保つ為に必要な値以上になるように、夫々のユーザへの重みを計算する。
６．ＩＳＤＮ回線に接続され、これとのインタフェースの処理を実行する。
【００１６】
電源部３４は１００Ｖの電源の供給を受け、アダプティブアレイ基地局１０に電力を供給する電源部である。なお、モデム部３０および制御部３２によりデジタル信号処理部が形成される。アダプティブアレイ基地局１０では、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）本のアンテナから受信した受信情報（振幅と位相）を元にして、各アンテナに対しそれぞれ所定の重み付けで送信するアダプティブアレイ送信を行っている。
【００１７】
本発明の実施の形態では、ＰＨＳにおいて２多重でＳＤＭＡを実現する場合を例にとって説明する。ＰＨＳで通話を実施するＴＣＨの信号フォーマットを図２に示す。同図において、Ｒは過渡応答用ランプタイム、ＳＳはスタートシンボル、ＰＲはプリアンブル、ＣＩはチャネル種別、ＳＡはＳＡＣＣＨ、ＣＲＣは誤り検出符号を表す。図２でＲ〜ＵＷとＣＩとはどのユーザと通信する場合も共通になっており、実際に音声が乗るのはＩの部分である。ここでは、同期ワードＵＷをＳＤＭＡにおいて２ユーザに対して異なる上りのパターンで使用する場合を考える。ＳＤＭＡの場合、基地局側で制御するため上りのＵＷのみが問題になってくる。２人のユーザをユーザＡ、ユーザＢとすれば、ユーザＡに対しては従来と同じ上りのＵＷパターンを使用する。ユーザＢに対しては以下の方法で最適なＵＷパターン（ここでは「最適ＵＷパターン」と称す）を計算する。
【００１８】
１．最適ＵＷパターンの算出
（１）２ユーザからの受信alignmentが同じ場合
図３（ａ）は基地局の送信タイミングに対して２ユーザからの受信データを同じalignmentで受信する場合の状態を図に表したものである。同図において、受信データの進行方向は右→左であるとする。ＰＨＳでは、π／４ＤＱＰＳＫの変調方式を使用するので１６ビットのＵＷを８シンボルのデータで考える。本実施の形態ではＵＷをπ／４ＤＱＰＳＫでエンコードした８シンボル（図３の“ａ１〜ａ８”及び“ｂ１〜ｂ８”）を“ＵＷパターン”と呼び、以下のように定義する。
【００１９】
【数１】
【００２０】
【数２】
【００２１】
これらＵＷパターンを有すＵＷが互いに直交する場合が、ＳＤＭＡのアルゴリズム上最適な場合である。ＵＷ１は従来から用いられているオリジナルのＵＷをエンコードしたもの（オリジナルのＵＷパターン、図３の“ａ１〜ａ８”）であるので、ＵＷ１（図３の“ａ１〜ａ８”）及びＵＷ２（図３の“ｂ１〜ｂ８”）をそれぞれ有すＵＷ同士を直交させるためには、以下の内積をゼロにすることが必要である。
【００２２】
【数３】
【００２３】
ここでａｉ＊×ｂｉ（ｉ＝１，…８）は、ａｉの共役複素数とｂｉとの内積を意味する。ａ１〜ａ８は、上りのオリジナルのＵＷパターン“１１１００００１０１００１００１”にエンコードをかけたものである。
したがって式▲３▼から、オリジナルのＵＷパターンと互いにエンコードしたものが直交する最適ＵＷパターン、ＵＷ２を計算することができる。例えば、ＵＷ２として“１１０１００１００１１１１０１０”が考えられる。
【００２４】
（２）２ユーザからの受信alignmentが異なる場合
図３（ｂ）及び図３（ｃ）は基地局の送信タイミングに対して２ユーザからの受信データを異なるalignmentで受信する場合の状態を図に表したものである。「ユーザが基地局の送信タイミングに対して異なるoffsetで送信したとき」「基地局とユーザとの通信距離によって遅延量が異なるとき」等、２ユーザからの受信alignmentが異なる場合が実際は多い。このような場合、２ユーザのＵＷパターンだけの内積を計算するのでは意味がなく、ＵＷの前後のＰＲやＣＩも考慮する必要がある。例えば図３（ｂ）に示すように、ユーザＢからの受信alignmentがユーザＡのそれに対して＋２シンボルの場合、ＰＲのエンコードされた３シンボルをＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３、ＣＩのエンコードされた２シンボルをＣＩ１，ＣＩ２とすると、以下の２種類の内積計算が考えられる。
【００２５】
【数４】
【００２６】
【数５】
【００２７】
一方、図３（ｃ）に示すように、ユーザＢからの受信alignmentがユーザＡのそれに対して−２シンボルの場合、ＰＲのエンコードされた３シンボルをＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３、ＣＩのエンコードされた２シンボルをＣＩ１，ＣＩ２とすると、以下の２種類の内積計算が考えられる。
【００２８】
【数６】
【００２９】
【数７】
【００３０】
２．ＵＷをアサインする手順
具体的にユーザに異なるＵＷをアサインする手順としては、以下に記す２つの手順がある。
（１）２つの既存のＴＣＨの呼をＴＣＨ切り替えを起動して同一スロットでSpatial Channelを実現する場合
▲１▼２つのそれぞれの呼の受信情報から、ユーザＡ及びユーザＢのそれぞれの受信alignmentを算出する。
▲２▼ユーザＡ及びユーザＢのどちらをＴＣＨ切り替えさせるかを所定のアルゴリズムで決定して、ＴＣＨ切り替えを行うユーザの最適ＵＷパターンを算出する。
▲３▼ＴＣＨ切り替えさせるユーザに対してＴＣＨ切り替え指示のメッセージを送信する訳だが、そのメッセージの中に「もう一方のユーザと同じ周波数指定」と「▲２▼で計算した最適ＵＷパターン」とを入れる。
▲４▼ＴＣＨ切り替え指示のメッセージを受信したユーザは、指定されたチャネルで同期バーストを使って同期確立した後、指定された最適ＵＷパターンを有すＵＷを使って基地局にアクセスする。
【００３１】
（２）制御チャネルで確立要求してきたユーザＢを既存のＴＣＨの呼とSpatial Channelを実現する場合
▲１▼制御チャネルでのユーザＢからの受信alignmentと既存のＴＣＨのユーザＡからの受信alignmentを算出する。
▲２▼２つの受信alignmentからユーザＢの最適ＵＷパターンを算出する。
▲３▼制御チャネルでユーザＢにＴＣＨの割り当てのメッセージ（ＰＨＳではリンクチャネル確立割り当て）を送信する訳だが、そのメッセージの中で「既存のＴＣＨと同じチャネル（スロットと周波数）」と「最適ＵＷパターン」とを指定する。
▲４▼ユーザＢは▲３▼で指定されたチャネルで同期バーストを使って同期確立した後、指定された最適ＵＷパターンを使って基地局にアクセスする。
▲５▼但し、ユーザＢが制御チャネルから指定されたＴＣＨのチャネルに移行する際に、基地局の受信alignmentが変わる可能性もある。その場合は再度ＴＣＨでの２ユーザの受信alignmentからユーザＢの最適ＵＷパターンを算出し、同一スロット内でのＴＣＨ切り替え指示をユーザＢに送信して最適ＵＷパターンで基地局にアクセスするようにする。
【００３２】
３．Spatial Channelを確立した後、あるユーザからの受信alignmentが著しく変わった場合
一般的にはモバイルでは、ユーザのモビリティが大きい場合Spatial Channelを実現するのが難しいので、モビリティの大きなユーザに対してはSpatial Channelを確立しようとはしない。しかし、ユーザがゆっくりとしたスピード（例えば歩行）で移動する場合は、ユーザからの受信alignmentが著しく変わる可能性がある。この場合は、上記２（ＵＷをアサインする手順）の（２）▲５▼のように再度最適ＵＷパターンを計算して、同一スロット内でのＴＣＨ切り替え指示メッセージをそのユーザに送信して最適ＵＷパターンで基地局にアクセスするようにする。
【００３３】
【発明の効果】
このように本発明のアダプティブアレイ基地局及び移動通信端末によれば、通話品質を維持することができ、また、ユーザ抽出に要する計算収束時間を短縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアダプティブアレイ基地局による物理スロットの割当て方法をＰＨＳ基地局に適用したときの実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】ＴＣＨの信号フォーマットを示した図。
【図３】２ユーザからの受信アライメントを説明した図。
【符号の説明】
１０ アダプティブアレイ基地局
１２ 送受信切り替えスイッチ
１４ 受信系モジュール
２２ 送信系モジュール
３０ モデム部
３２ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明はＳＤＭＡ(Space Division Multiple Access：空間分割多元接続、以下本文では“空間多重”と記す)方式の通信システムに関するものであり、アダプティブアレイ基地局（以下、“基地局”と略す）でユーザを空間多重で他のユーザと同じＴＣＨ（情報チャネルまたは通話チャネル）物理スロットに割当てる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線区間に設けられるチャネルは、基本的にユーザ情報を転送する通話チャネル（ＴＣＨ）と、制御信号を転送する制御チャネル（ＣＣＨ）とから構成される。両チャネルに設けられるＵＷ（同期ワード）は各チャネルのフレーム同期のための信号であり、ＴＣＨとＣＣＨとを区別するため異なるパターンを規定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同一スロット同一周波数で複数ユーザに対してＳＤＭＡによるサービスを提供する場合、１つのＵＷを共用して使用していると、アルゴリズム的に複数のユーザを識別するのが難しいときがある。このような場合、ユーザ抽出が不完全になり、通話品質の劣化、ユーザのスワッピング等の不具合が生じる。
本発明はこのような従来技術の課題を解決し、通話品質を維持できるアダプティブアレイ基地局及び移動通信端末を提供することを目的とする。
また、本発明は、ユーザ抽出に要する計算収束時間を短縮させることのできるアダプティブアレイ基地局及び移動通信端末を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本願第１の発明は、同一の物理スロットを複数の呼で共有するＳＤＭＡ方式での通信を行うアダプティブアレイ基地局に、第１の移動通信端末に第１のＵＷパターンを割り当てる手段と、各移動通信端末からの受信アライメントに基づいて、第１の移動通信端末以外の第２の移動通信端末に割り当てる第２のＵＷパターンを算出する手段と、第１のＵＷパターンを第１の移動通信端末に通知し、第２のＵＷパターンを第２の移動通信端末に通知する手段とを具備したことを特徴とする。
【０００５】
上記アダプティブアレイ基地局は、第１の移動通信端末からの受信アライメントと、第２の移動通信端末からの受信アライメントとが同じ場合、第１のＵＷパターンと第２のＵＷパターンとの内積が零になるように第２のＵＷパターンを算出することが好ましい。
上記アダプティブアレイ基地局は、第１の移動通信端末からの受信アライメントに対して、第２の移動通信端末からの受信アライメントが＋Ｘシンボルである場合、第１のＵＷパターンを有す同期ワードの前に設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報と第１のＵＷパターンの末尾Ｘシンボルを省いた情報とを組み合わせたデータ、並びに第２のＵＷパターンの内積が零になる第２のＵＷパターンを算出することが好ましい。
【０００６】
上記アダプティブアレイ基地局は、第１の移動通信端末からの受信アライメントに対して、第２の移動通信端末からの受信アライメントが＋Ｘシンボルである場合、第２のＵＷパターンの先頭Ｘシンボルを省いた情報と第２のＵＷパターンを有す同期ワードの後ろに設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報とを組み合わせたデータ、並びに第１のＵＷパターンの内積が零になる第２のＵＷパターンを算出することが好ましい。
上記アダプティブアレイ基地局は、第２の移動通信端末からの受信アライメントに対して、第１の移動通信端末からの受信アライメントが−Ｘシンボルである場合、第１のＵＷパターンを有す同期ワードの後ろに設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報と第１のＵＷパターンの先頭Ｘシンボルを省いた情報とを組み合わせたデータ、並びに第２のＵＷパターンの内積が零になる第２のＵＷパターンを算出することが好ましい。
【０００７】
上記アダプティブアレイ基地局は、第１の移動通信端末からの受信アライメントに対して、第２の移動通信端末からの受信アライメントが−Ｘシンボルである場合、第２のＵＷパターンの末尾Ｘシンボルを省いた情報と第２のＵＷパターンを有す同期ワードの前に設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報とを組み合わせたデータ、並びに第１のＵＷパターンの内積が零になる第２のＵＷパターンを算出することが好ましい。
また、同一の物理スロットを複数の呼で共有するＳＤＭＡ方式での通信を行うアダプティブアレイ基地局の通信方法において、第１の移動通信端末に第１のＵＷパターンを割り当てるステップと、各移動通信端末からの受信アライメントに基づいて、第１の移動通信端末以外の第２の移動通信端末に第２のＵＷパターンを割り当てるステップと、第１のＵＷパターンを第１の移動通信端末に通知し、第２のＵＷパターンを第２の移動通信端末に通知するステップと、を具備したことを特徴とする。
さらに、本願第２の発明は移動通信端末であり、上記アダプティブアレイ基地局から通知された第１のＵＷパターン又は第２のＵＷパターンを有した同期ワードを使用してアダプティブアレイ基地局と通信する手段を具備したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
無線区間に設けられるチャネルは、基本的にユーザ情報を転送する通話チャネル（ＴＣＨ）と、制御信号を転送する制御チャネル（ＣＣＨ）とから構成される。ＣＣＨからＴＣＨへの移行時には同期バーストを使って基地局とユーザとの間で同期確立を図り、その後ＴＣＨで通話をする。ＰＨＳの場合は、この同期バーストのＵＷのフォーマットがＴＣＨのそれとは異なっており、上り下りのＵＷがそれぞれ３２ビット用意されている。通常、ＳＤＭＡでの通信を開始する手順としては、一方のユーザがこの同期バーストを使って既存の呼と同じチャネルで基地局と同期を図る。このとき、既存の呼のＴＣＨのＵＷは１６ビットであり、ＰＲも大きく異なっているため、基地局側で各ユーザを抽出する上でＵＷパターンが問題になることは少ないと考えられる。
しかし、ＳＤＭＡでの通信を行っているユーザが干渉により基地局との間でそれぞれ同期バーストを使った同期再確立のフェーズに入った場合、同期バーストで使用する３２ビットのＵＷもＴＣＨの１６ビットのＵＷと同様に、互いに異なるＵＷをユーザにアサインする必要が生じる。
【０００９】
本実施の形態では、複数ユーザでＳＤＭＡでの通信を行う前に、各ユーザからの基地局での受信alignment（アライメント）に基づいて、オリジナルのＵＷ以外にユーザ毎に異なるＵＷを算出する。このとき、各ユーザからの上りのＵＷが互いに高い直交性を持つように算出する。算出されたＵＷはAir Interfaceを通じて各ユーザに通知され、通知を受けた各ユーザは指定されたＵＷを使って基地局にアクセスする。すなわち、ユーザ側で幾つかのＵＷパターンを予めテーブルとして保持しておき基地局側でどのパターンを使用するかを指示するのではなく、各ユーザからの基地局での受信alignmentに基づいた最適ＵＷを各ユーザにアサインするのである。
以上のようにすることで、各ユーザからの上りのＵＷが互いに高い直交性を確保できるようになり、ＳＤＭＡのアルゴリズム上極めて有利になる。擬態的には各ユーザを抽出するための各ユーザへの受信Weightsの計算収束時間を短縮できると同時に誤抽出を防止することができる。
【００１０】
次に添付図面を参照して、本発明によるアダプティブアレイ基地局による物理スロットの割当て方法をデジタル無線通信用アダブティブアレイ基地局であるＰＨＳ基地局に適用したときの実施の形態について詳細に説明する。なお、図１はアダブティブアレイ基地局の機能ブロック図、図２はＴＣＨの信号フォーマットを表した図、図３は２ユーザからの受信alignmentを説明した図である。
【００１１】
図１を参照すると、本発明によるアダプティブアレイ基地局をデジタル無線通信用アダブティブアレイ基地局であるＰＨＳ基地局に適用したときの実施の形態を示す機能ブロック図が示されている。
図１において、本実施の形態によるアダプティブアレイ基地局１０は、４つのアンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４を備え、これらアンテナＡＮＴが送受信切り替えスイッチ１２に接続されている。送受信切り替えスイッチ１２は、これらアンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４を時分割で制御して送信と受信との切り替え制御を行っている。送受信切り替えスイッチ１２には受信系モジュール１４と送信系モジュール２２とが接続されている。
【００１２】
受信系モジュール１４は、各アンテナＡＮＴ毎に備えた、４つのローノイズ増幅器（ＬＮＡ）１６、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）１８、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０により構成されている。受信系モジュール１４はまた、モデム部３０に接続され、ローノイズ増幅器１６、ダウンコンバータ１８およびＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０は、信号経路である送受信切り替えスイッチ１２からモデム部３０に向かってこの順番で接続されている。
【００１３】
送信系モジュール２２は、同様に、各アンテナＡＮＴ毎に備えた、４つのＤ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ）２４、アッパコンバータ（Ｕ／Ｃ）２６、乗算回路（ＭＰ）２８ａ及びｂにより構成されている。送信系モジュール２２はまた、モデム部３０に接続され、Ｄ／Ａコンバータ２４、アッパコンバータ２６および乗算回路２８ａ及びｂは、信号経路であるモデム部３０から送受信系切り替えスイッチ１２に向かってこの順番で接続されている。
そして、２つの呼に空間多重する場合は、乗算回路２８ａと乗算回路２８ｂとを使って各呼に異なる重みで送信できるようにしている。
【００１４】
モデム部３０は、複数のＣＰＵから構成されており、送受信データの変復調およびデジタル信号処理による位相制御を行なっている。具体的には以下の５つの制御を行う。
１．受信系モジュール１４の最終段で変換されたディジタル信号の例えばＤ／Ｕ(Desire/Undesire: 希望波／妨害波）が最大となるように合成し復調する。
２．アンテナＡＮＴでの受信の位相を算出して、送信時にはアンテナ端で同等の位相になるように制御する。それによって、通信を行うＰＨＳ端末の方向に送信／受信とも指向性を持たせることができる。
３．干渉波と遅延波の到来方向にヌル点を作ることによって抑圧する。
４．ｎ本のアンテナに供給する信号の位相を制御することによって、任意の方向に指向性を持たせてビームを絞って送信することを可能とする。
５．周囲の基地局や通話中、あるいはデータ（通信）のやりとりをしている当該ユーザ端末以外の端末に対して、下り方向に与える干渉を減少させる。
このモデム部３０は制御部３２に接続されている。
【００１５】
制御部３２は複数のＣＰＵから構成され、アダプティブアレイ基地局１０全体の制御を行う。具体的には以下の６つの制御を行う。
１．モデム部３０に対して必要なパラメータおよびタイミングを指示し、モデム部３０が受信したデータを処理する。また、空中に輻射すべきデータを作成してモデム部３０に渡す。さらに、キャリブレーションによって計算された重み付けによる送信出力の制御を指示する。
２．ユーザ端末（ユーザのＰＨＳ端末、以下単にユーザと称す）からのSpatial Signature（受信応答ベクトル）の変化速度を計算する。
３．ユーザからの上りのＲＳＳＩの統計処理をする。
４．空間多重した呼のＧＯＳが空間多重でない通常の呼のＧＯＳとできるだけ同じになるようなロジックで空間多重の物理スロット割当てを行う。
５．複数ユーザに対して空間多重で通話を確立する場合は、夫々のユーザへのC/I（Carrier/Interference）がユーザのＧＯＳを良好に保つ為に必要な値以上になるように、夫々のユーザへの重みを計算する。
６．ＩＳＤＮ回線に接続され、これとのインタフェースの処理を実行する。
【００１６】
電源部３４は１００Ｖの電源の供給を受け、アダプティブアレイ基地局１０に電力を供給する電源部である。なお、モデム部３０および制御部３２によりデジタル信号処理部が形成される。アダプティブアレイ基地局１０では、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）本のアンテナから受信した受信情報（振幅と位相）を元にして、各アンテナに対しそれぞれ所定の重み付けで送信するアダプティブアレイ送信を行っている。
【００１７】
本発明の実施の形態では、ＰＨＳにおいて２多重でＳＤＭＡを実現する場合を例にとって説明する。ＰＨＳで通話を実施するＴＣＨの信号フォーマットを図２に示す。同図において、Ｒは過渡応答用ランプタイム、ＳＳはスタートシンボル、ＰＲはプリアンブル、ＣＩはチャネル種別、ＳＡはＳＡＣＣＨ、ＣＲＣは誤り検出符号を表す。図２でＲ〜ＵＷとＣＩとはどのユーザと通信する場合も共通になっており、実際に音声が乗るのはＩの部分である。ここでは、同期ワードＵＷをＳＤＭＡにおいて２ユーザに対して異なる上りのパターンで使用する場合を考える。ＳＤＭＡの場合、基地局側で制御するため上りのＵＷのみが問題になってくる。２人のユーザをユーザＡ、ユーザＢとすれば、ユーザＡに対しては従来と同じ上りのＵＷパターンを使用する。ユーザＢに対しては以下の方法で最適なＵＷパターン（ここでは「最適ＵＷパターン」と称す）を計算する。
【００１８】
１．最適ＵＷパターンの算出
（１）２ユーザからの受信alignmentが同じ場合
図３（ａ）は基地局の送信タイミングに対して２ユーザからの受信データを同じalignmentで受信する場合の状態を図に表したものである。同図において、受信データの進行方向は右→左であるとする。ＰＨＳでは、π／４ＤＱＰＳＫの変調方式を使用するので１６ビットのＵＷを８シンボルのデータで考える。本実施の形態ではＵＷをπ／４ＤＱＰＳＫでエンコードした８シンボル（図３の“ａ１〜ａ８”及び“ｂ１〜ｂ８”）を“ＵＷパターン”と呼び、以下のように定義する。
【００１９】
【数１】
【数２】
これらＵＷパターンを有すＵＷが互いに直交する場合が、ＳＤＭＡのアルゴリズム上最適な場合である。ＵＷ１は従来から用いられているオリジナルのＵＷをエンコードしたもの（オリジナルのＵＷパターン、図３の“ａ１〜ａ８”）であるので、ＵＷ１（図３の“ａ１〜ａ８”）及びＵＷ２（図３の“ｂ１〜ｂ８”）をそれぞれ有すＵＷ同士を直交させるためには、以下の内積をゼロにすることが必要である。
【００２２】
【数３】
ここでａｉ＊×ｂｉ（ｉ＝１，…８）は、ａｉの共役複素数とｂｉとの内積を意味する。ａ１〜ａ８は、上りのオリジナルのＵＷパターン“１１１００００１０１００１００１”にエンコードをかけたものである。
したがって式▲３▼から、オリジナルのＵＷパターンと互いにエンコードしたものが直交する最適ＵＷパターン、ＵＷ２を計算することができる。例えば、ＵＷ２として“１１０１００１００１１１１０１０”が考えられる。
【００２４】
（２）２ユーザからの受信alignmentが異なる場合
図３（ｂ）及び図３（ｃ）は基地局の送信タイミングに対して２ユーザからの受信データを異なるalignmentで受信する場合の状態を図に表したものである。「ユーザが基地局の送信タイミングに対して異なるoffsetで送信したとき」「基地局とユーザとの通信距離によって遅延量が異なるとき」等、２ユーザからの受信alignmentが異なる場合が実際は多い。このような場合、２ユーザのＵＷパターンだけの内積を計算するのでは意味がなく、ＵＷの前後のＰＲやＣＩも考慮する必要がある。例えば図３（ｂ）に示すように、ユーザＢからの受信alignmentがユーザＡのそれに対して＋２シンボルの場合、ＰＲのエンコードされた３シンボルをＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３、ＣＩのエンコードされた２シンボルをＣＩ１，ＣＩ２とすると、以下の２種類の内積計算が考えられる。
【００２５】
【数４】
【数５】
一方、図３（ｃ）に示すように、ユーザＢからの受信alignmentがユーザＡのそれに対して−２シンボルの場合、ＰＲのエンコードされた３シンボルをＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３、ＣＩのエンコードされた２シンボルをＣＩ１，ＣＩ２とすると、以下の２種類の内積計算が考えられる。
【００２８】
【数６】
【数７】
２．ＵＷをアサインする手順
具体的にユーザに異なるＵＷをアサインする手順としては、以下に記す２つの手順がある。
（１）２つの既存のＴＣＨの呼をＴＣＨ切り替えを起動して同一スロットでSpatial Channelを実現する場合
▲１▼２つのそれぞれの呼の受信情報から、ユーザＡ及びユーザＢのそれぞれの受信alignmentを算出する。
▲２▼ユーザＡ及びユーザＢのどちらをＴＣＨ切り替えさせるかを所定のアルゴリズムで決定して、ＴＣＨ切り替えを行うユーザの最適ＵＷパターンを算出する。
▲３▼ＴＣＨ切り替えさせるユーザに対してＴＣＨ切り替え指示のメッセージを送信する訳だが、そのメッセージの中に「もう一方のユーザと同じ周波数指定」と「▲２▼で計算した最適ＵＷパターン」とを入れる。
▲４▼ＴＣＨ切り替え指示のメッセージを受信したユーザは、指定されたチャネルで同期バーストを使って同期確立した後、指定された最適ＵＷパターンを有すＵＷを使って基地局にアクセスする。
【００３１】
（２）制御チャネルで確立要求してきたユーザＢを既存のＴＣＨの呼とSpatial Channelを実現する場合
▲１▼制御チャネルでのユーザＢからの受信alignmentと既存のＴＣＨのユーザＡからの受信alignmentを算出する。
▲２▼２つの受信alignmentからユーザＢの最適ＵＷパターンを算出する。
▲３▼制御チャネルでユーザＢにＴＣＨの割り当てのメッセージ（ＰＨＳではリンクチャネル確立割り当て）を送信する訳だが、そのメッセージの中で「既存のＴＣＨと同じチャネル（スロットと周波数）」と「最適ＵＷパターン」とを指定する。
▲４▼ユーザＢは▲３▼で指定されたチャネルで同期バーストを使って同期確立した後、指定された最適ＵＷパターンを使って基地局にアクセスする。
▲５▼但し、ユーザＢが制御チャネルから指定されたＴＣＨのチャネルに移行する際に、基地局の受信alignmentが変わる可能性もある。その場合は再度ＴＣＨでの２ユーザの受信alignmentからユーザＢの最適ＵＷパターンを算出し、同一スロット内でのＴＣＨ切り替え指示をユーザＢに送信して最適ＵＷパターンで基地局にアクセスするようにする。
【００３２】
３．Spatial Channelを確立した後、あるユーザからの受信alignmentが著しく変わった場合
一般的にはモバイルでは、ユーザのモビリティが大きい場合Spatial Channelを実現するのが難しいので、モビリティの大きなユーザに対してはSpatial Channelを確立しようとはしない。しかし、ユーザがゆっくりとしたスピード（例えば歩行）で移動する場合は、ユーザからの受信alignmentが著しく変わる可能性がある。この場合は、上記２（ＵＷをアサインする手順）の（２）▲５▼のように再度最適ＵＷパターンを計算して、同一スロット内でのＴＣＨ切り替え指示メッセージをそのユーザに送信して最適ＵＷパターンで基地局にアクセスするようにする。
【００３３】
【発明の効果】
このように本発明のアダプティブアレイ基地局及び移動通信端末によれば、通話品質を維持することができ、また、ユーザ抽出に要する計算収束時間を短縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアダプティブアレイ基地局による物理スロットの割当て方法をＰＨＳ基地局に適用したときの実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】ＴＣＨの信号フォーマットを示した図。
【図３】２ユーザからの受信アライメントを説明した図。
【符号の説明】
１０ アダプティブアレイ基地局
１２ 送受信切り替えスイッチ
１４ 受信系モジュール
２２ 送信系モジュール
３０ モデム部
３２ 制御部
Claims (8)
- 同一の物理スロットを複数の呼で共有するＳＤＭＡ方式での通信を行うアダプティブアレイ基地局において、
第１の移動通信端末に第１のＵＷパターンを割り当てる手段と、
各移動通信端末からの受信アライメントに基づいて、前記第１の移動通信端末以外の第２の移動通信端末に割り当てる第２のＵＷパターンを算出する手段と、
前記第１のＵＷパターンを第１の移動通信端末に通知し、
前記第２のＵＷパターンを前記第２の移動通信端末に通知する手段と、
を具備したことを特徴とするアダプティブアレイ基地局。 - 請求項１に記載のアダプティブアレイ基地局において、
前記第１の移動通信端末からの受信アライメントと、前記第２の移動通信端末からの受信アライメントとが同じ場合、
前記第１のＵＷパターンと第２のＵＷパターンとの内積が零になるように前記第２のＵＷパターン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。 - 請求項１又は請求項２に記載のアダプティブアレイ基地局において、
前記第１の移動通信端末からの受信アライメントに対して、前記第２の移動通信端末からの受信アライメントが＋Ｘシンボルである場合、
前記第１のＵＷパターンを有す同期ワードの前に設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報と前記第１のＵＷパターンの末尾Ｘシンボルを省いた情報とを組み合わせたデータ、並びに第２のＵＷパターンの内積が零になる前記第２のＵＷパターン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。 - 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアダプティブアレイ基地局において、
前記第１の移動通信端末からの受信アライメントに対して、前記第２の移動通信端末からの受信アライメントが＋Ｘシンボルである場合、
第２のＵＷパターンの先頭Ｘシンボルを省いた情報と前記第２のＵＷパターンを有す同期ワードの後ろに設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報とを組み合わせたデータ、並びに前記第１のＵＷパターンの内積が零になる前記第２のＵＷパターン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。 - 請求項１乃至請求項４に記載のアダプティブアレイ基地局において、
前記第１の移動通信端末からの受信アライメントに対して、前記第２の移動通信端末からの受信アライメントが−Ｘシンボルである場合、
前記第１のＵＷパターンを有す同期ワードの後ろに設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報と前記第１のＵＷパターンの先頭Ｘシンボルを省いた情報とを組み合わせたデータ、並びに第２のＵＷパターンの内積が零になる前記第２のＵＷパターン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。 - 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアダプティブアレイ基地局において、
前記第１の移動通信端末からの受信アライメントに対して、前記第２の移動通信端末からの受信アライメントが−Ｘシンボルである場合、
第２のＵＷパターンの末尾Ｘシンボルを省いた情報と前記第２のＵＷパターンを有す同期ワードの前に設けられる信号をＸシンボル分エンコードして得た情報とを組み合わせたデータ、並びに前記第１のＵＷパターンの内積が零になる前記第２のＵＷパターン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。 - 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の移動通信端末であり、
前記アダプティブアレイ基地局から通知された前記第１のＵＷパターン又は前記第２のＵＷパターンを有した同期ワードを使用して前記アダプティブアレイ基地局と通信する手段を具備したことを特徴とする移動通信端末。 - 同一の物理スロットを複数の呼で共有するＳＤＭＡ方式での通信を行うアダプティブアレイ基地局の通信方法において、
第１の移動通信端末に第１のＵＷパターンを割り当てるステップと、
各移動通信端末からの受信アライメントに基づいて、前記第１の移動通信端末以外の第２の移動通信端末に第２のＵＷパターンを割り当てるステップと、
前記第１のＵＷパターンを第１の移動通信端末に通知し、
前記第２のＵＷパターンを前記第２の移動通信端末に通知するステップと、
を具備したことを特徴とする通信方法。
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