JP4855292B2 - 基地局、受信ダイバーシチ方法、送信ダイバーシチ方法および無線リンク確立方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを有する基地局に関するものであり、特に、複数のアンテナを用いて送受信ダイバーシチを行う基地局に関するものである。

近年、端末局が複数の基地局との間で同時通信を行うことにより、高品質な通信を実現可能なサイトダイバーシチ方式が、移動通信システムに採用されるようになってきている。このサイトダイバーシチ方式では、１つの端末局からの信号（データ）を複数の基地局が受信し、各基地局がそれぞれ受信したデータを加工して交換局へ伝送し、その交換局が、受信した複数のデータに対して選択処理または合成処理を行っている。

以下、上記サイトダイバーシチ方式を適用した移動通信システムの動作例を説明する（下記特許文献１参照）。ここでは、一例として、端末局と、当該端末局と通信を行う複数の基地局と、当該各基地局の上位装置である交換局と、を備えたシステムを想定する。

たとえば、上記移動体通信システムにおいては、端末局に誤り訂正符号化部を設け、各基地局にそれぞれ誤り訂正復号部を設け、さらに、交換局に各基地局にて復号された信号を選択または合成する選択／合成部を設ける。これにより、移動通信システムにおいては、端末局にて誤り訂正符号化された無線信号が各基地局において受信され、さらに、各基地局にて誤り訂正復号化が行われた後、各復号信号が有線回線を通じて交換局に送信される。そして、交換局では、受信した各復号信号の中から品質の最も良好な信号を受信信号として選択するか、または、受信した各復号信号を合成する処理を行う。

また、別の例として、端末局に誤り訂正符号化部を設け、交換局に選択／合成部および誤り訂正復号部を設けることとしてもよい。この場合、移動通信システムにおいては、端末局にて誤り訂正符号化が行われた無線信号が各基地局において受信され、さらに、各基地局では誤り訂正復号を行わずに有線回線を通じて交換局へ送信する。そして、交換局では、受信した各信号を合成または選択し、その後、誤り訂正復号処理を実行する。

すなわち、従来の移動体通信システムにおいては、上記サイトダイバーシチ方式を採用し、さらに上記手順で符号化および復号を行うことによって、交換局にてユーザ識別を行い、高品質な通信を実現している。

特許第３７１２８１２号明細書

しかしながら、上記従来の技術によれば、交換局が、複数の基地局を介して、端末局からの受信信号を選択または合成し、ユーザ識別を行う構成となっており、ユーザ識別を行うためのシステム規模が大きくなりすぎている、という問題があった。また、仮に基地局において復号部を設けてユーザ識別を行うように構成した場合であっても、たとえば、複数の移動局からの上り信号が衝突した場合や伝送路状態が劣悪な場合には、基地局によるユーザ識別が困難となる、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の移動局からの上り信号が衝突した場合や伝送路状態が劣悪な場合であっても、基地局にて精度良くユーザ識別を行うことが可能な受信ダイバーシチ方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる基地局は、複数のアンテナを有し、ダイバーシチ受信を行う基地局であって、通信対象ユーザである移動局との通信に使用するアンテナを選択するための、アンテナの組み合わせに関する情報を生成する制御手段と、前記制御手段により生成されたアンテナの組み合わせ毎に、アンテナ単位に検波された受信信号を合成する合成手段と、アンテナの組み合わせ毎に得られる合成後データに対して個別に誤り訂正復号処理を行う復号手段と、アンテナの組み合わせ毎に得られる各復号結果に対して個別に誤り検出処理を行う誤り検出手段と、前記各復号結果の中から誤りが検出されなかった復号結果を抽出し、抽出された復号結果から通信対象ユーザを識別し、識別されたユーザとの通信に使用するアンテナの組み合わせを検出し、当該ユーザ毎のアンテナの組み合わせおよび復号結果を前記制御手段に通知するユーザ識別手段と、を備え、前記制御手段の制御により、前記ユーザ毎のアンテナの組み合わせに基づくダイバーシチ受信を実行することを特徴とする。

この発明によれば、基地局が、移動局ごとに最適なダイバーシチ受信を行うことができる、という効果を奏する。また、ランダムアクセスチャネル等の共通チャネル受信時において同時刻、同周波数で送信する移動局が複数存在する場合など、互いの移動局が干渉源となる場合であっても、効率的にユーザ識別を行うことができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる基地局、受信ダイバーシチ方法、送信ダイバーシチ方法および無線リンク確立方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる受信ダイバーシチ方法および送信ダイバーシチ方法を実現可能な基地局の構成例を示す図である。図１において、この基地局１は、検波部１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは正整数）と合成部１２と復号部１３と誤り検出部１４とユーザ識別部１５と制御部１６と符号化部１７と変調部１８とアンテナ制御部１９と、を備えている。

また、図２は、上記基地局を含む本実施の形態の無線通信システムの構成例を示す図である。図２において、このシステムは、アンテナ２−１〜２−Ｎ（Ｎは基地局１のアンテナ数）を有し通信セル４を形成する基地局１と、通信セル４内に存在する移動局３と、を含んでいる。

ここで、上記基地局の受信系の動作、すなわち、上り回線の動作を説明する。基地局１は、まず、図示しない無線制御装置の制御に従い、アンテナ２−１〜２にてカバーされる通信セル４内に存在する移動局との間で通信チャネルを設定し、さらに、チャネルの伝送処理およびベースバンド処理を行う。

具体的には、まず、移動局３が、送信情報に対して誤り訂正符号化を行った後の上り信号を生成し、送信する。そして、基地局１のアンテナ２−１〜２−Ｎが、それぞれ移動局３からの送信信号を受信し、それらを第１の受信信号，第２の受信信号，…，第Ｎの受信信号として個別に対応する検波部に出力する。ここでは、検波部１１−１が第１の受信信号を検波し、検波部１１−２が第２の受信信号を検波し，…，検波部１１−Ｎが第Ｎの受信信号を検波し、それらの検波結果を、第１の検波後データ，第２の検波後データ，…，第Ｎの検波後データとして合成部１２へ出力する。

また、制御部１６は、ランダムアクセスチャネル等の共通チャネルの受信時に、第１の検波後データ，第２の検波後データ，…，第Ｎの検波後データから少なくとも１つの検波後データを選択するための、すなわち、移動局との通信に使用するアンテナを選択するための、Ｌ（＝２^N−１）通りのアンテナの組み合わせに関する情報を、組み合わせ情報として合成部１２，復号部１３，誤り検出部１４，ユーザ識別部１５へ出力する。

また、制御部１６では、個別チャネルの受信時に、各ユーザに対応した組み合わせ情報を合成部１２，復号部１３，誤り検出部１４，ユーザ識別部１５へ出力する。

図３は、アンテナ数Ｎを３とした場合の、ランダムアクセスチャネル等の共通チャネル受信時における組み合わせ情報の一例を示す図である。アンテナ数Ｎが３の場合、制御部１６は、図３に示すような７（＝２³−１）通りの組み合わせを示す組み合わせ情報を合成部１２へ出力する。

合成部１２は、制御部１６から入力される組み合わせ情報に基づいて、第１の検波後データ，第２の検波後データ，…，第Ｎの検波後データを合成する。合成の方法としては、たとえば、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）に基づいて最大比合成する方法などがある。そして、合成部１２は、上記Ｌ通りの合成結果を、それぞれ第１の合成後データ，第２の合成後データ，…，第Ｌの合成後データとして復号部１３へ出力する。

復号部１３は、制御部１６から入力される組み合わせ情報に基づいて、合成部１２から入力される第１の合成後データ，第２の合成後データ，…，第Ｌの合成後データに対して個別に誤り訂正復号処理を行い、それらの復号結果を、第１の復号結果，第２の復号結果，…，第Ｌの復号結果として出力する。

誤り検出部１４は、復号部１３から入力される第１の復号結果，第２の復号結果，…，第Ｌの復号結果および制御部１６から入力される組み合わせ情報に基づいて、第１の復号結果，第２の復号結果，…，第Ｌの復号結果に対する誤り検出処理を個別に行い、それらの検出結果をそれぞれ第１の誤り検出結果，第２の誤り検出結果，…，第Ｌの誤り検出結果としてユーザ識別部１５に出力する。

図４は、ユーザ識別部１５の処理フローの一例を示す図である。ユーザ識別部１５は、誤り検出部１４から入力される第１の誤り検出結果，第２の誤り検出結果，…，第Ｌの誤り検出結果に基づいて、復号部１３から入力される第１の復号結果，第２の復号結果，…，第Ｌの復号結果の中から誤りが検出されなかった復号結果のみを抽出し（ステップＳ１０）、抽出された復号結果からユーザを識別し（ステップＳ１１）、それらのユーザのアンテナの組み合わせを検出し（ステップＳ１２）、識別の結果から得られるユーザ数Ｍ（Ｍは非負整数）分のアンテナの組み合わせ情報および復号結果を、第１の受信結果，第２の受信結果，…，第Ｍの受信結果として制御部１６へ出力する。

ここで、ユーザ識別部１５の動作の詳細を図５，図６，図７を用いて説明する。図５は、図２においてアンテナ数Ｎを３，移動局数を２（移動局３−１，３−２）とした場合のシステム構成を示す図である。

また、図６は、上記ステップＳ１０，Ｓ１１の結果として得られるユーザ識別情報の一例を示す図である。ここでは、組み合わせ番号が１，５，６の場合に、誤り検出結果がＯＫ（誤りなし）であり、組み合わせ番号が２，３，４，７の場合に、ＮＧ（誤りあり）である。また、組み合わせ番号１，５のときに移動局３−１が識別され、組み合わせ番号６のときに移動局３−２が識別されている。図６においては、たとえば、アンテナ２−１の受信信号のみ（組み合わせ番号１）によって移動局３−１が識別され、アンテナ２−２の受信信号とアンテナ２−３（組み合わせ番号６）によって移動局３−２が識別されているが、一方で、アンテナ２−１とアンテナ２−２を組み合わせた場合（組み合わせ番号３，７）は、互いの移動局からの送信信号が干渉となるため、どちらの移動局も識別できていない。

すなわち、ユーザ識別部１５は、まず、誤りが検出されなかった第１の復号結果，第５の復号結果および第６の復号結果を抽出する（ステップＳ１０）。つぎに、抽出された復号結果からユーザを識別し、第１の復号結果，第５の復号結果が移動局３−１に対応し、第６の復号結果が移動局３−２に対応することを検出する（ステップＳ１１）。図７は、ステップＳ１２から得られるアンテナの組み合わせ情報、選択したアンテナの組み合わせ番号、および選択した復号結果、の一例を示す図である。ユーザ識別部１５は、移動局３−１に対応する第１の復号結果と第５の復号結果からどちらか一方の復号結果を選択し、選択した復号結果（図７では第５の復号結果を選択した場合を示している）および選択したアンテナの組み合わせ番号５を第１の受信結果として出力し、移動局３−２に対応する第６の復号結果および選択したアンテナの組み合わせ番号６を第２の受信結果として出力する（ステップＳ１２）。

なお、ステップＳ１１のユーザ識別処理において同一のユーザが識別された場合（図６の番号１と５に相当）の、アンテナの組み合わせの選択方法としては、たとえば、最も受信レベルが大きいアンテナの組み合わせを選択する方法がある。

ユーザ識別部１５から出力された第１の受信結果，第２の受信結果，…，第Ｍの受信結果は、制御部１６を介して、図示しない無線制御装置へ伝達される。

以上のように、本実施の形態においては、移動局との通信に使用するアンテナをブラインドで選択するように構成したため、移動局ごとに最適なダイバーシチ受信を行うことができる。また、ランダムアクセスチャネル等の共通チャネル受信時において同時刻，同周波数で送信する移動局が複数存在する場合など、互いの移動局が干渉源となる場合であっても、効率的にユーザ識別を行うことができる。

なお、本実施の形態では、合成部１２，復号部１３，誤り検出部１４が、それぞれパラレル処理を行う構成としているが、これに限らず、シリアル処理を行う構成としても同様の効果を得ることができる。

つづいて、上記基地局の送信系の動作、すなわち、下り回線の動作を説明する。制御部１６は、図示しない無線制御装置から入力されるユーザ向け送信データを出力するとともに、受信時のステップＳ１２で得られたユーザ毎のアンテナの組み合わせと同じ組み合わせでデータ送信を行うように、送信アンテナ情報を出力する。

符号化部１７は、制御部１６から入力されるユーザ向け送信データに誤り検出符号を付加した上で誤り訂正符号化を行い、その符号化結果を符号化後データとして変調部１８へ出力する。

変調部１８は、符号化部１７から入力される符号化後データに対して変調処理を行い、その変調結果を変調信号としてアンテナ制御部１９へ出力する。

アンテナ制御部１９は、制御部１６から入力される送信アンテナ情報に基づいて送信アンテナを選択し、選択したアンテナに対してのみ変調部１８から入力される変調信号を出力する。

以上のように、本実施の形態においては、上記受信系の動作におけるユーザ識別結果に基づいて、各ユーザに対してどのアンテナの組み合わせで受信することが最適かを判断しているので、送信時においては、受信時に判断した最適なアンテナの組み合わせで各ユーザに対してデータ送信を行うことができる。

なお、ユーザ毎の送信アンテナの決定方法としては、様々な方法が適用でき、たとえば、以下に示す方法がある。
（１）ステップＳ１２で得られたユーザ毎のアンテナ組み合わせの内、最もアンテナ数の少ない組み合わせを選択する。この方法では、他ユーザに対する干渉を低減することができる。
（２）ステップＳ１２で得られたユーザ毎のアンテナ組み合わせの内、最もアンテナ数の多い組み合わせを選択する。この方法では、上記（１）の方法に比べて、ユーザの受信ＳＮ比を大きくすることができる。
（３）上記（１），（２）において、選択候補が複数ある場合は、受信レベルが最も大きい組み合わせを選択する。この方法では、ユーザの受信ＳＮ比をさらに大きくすることができる。

また、移動局から移動情報を通知する構成とし、この移動情報に従って送受信アンテナ情報を決定するように構成してもよい。たとえば、静止ユーザに対しては、常に固定のアンテナの組み合わせを用いて送受信する。これにより、制御部１６の処理を低減することができる。また、上記移動情報を、過去の受信結果に基づいて制御部１６が判断するよう構成してもよい。この場合、移動局からの伝送量を低減することができる。

なお、本実施の形態では、符号化部１７，変調部１８がそれぞれシリアル処理を行う構成としているが、これに限らず、パラレル処理を行う構成としても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
つづいて、上記実施の形態１の受信ダイバーシチ方法および送信ダイバーシチ方法を用いた無線リンク確立方法について説明する。なお、本実施の形態の無線リンク確立方法を実現する基地局および無線通信システムの構成については、前述した実施の形態１と同様である。

まず、本発明にかかる無線リンク確立方法を説明する前に、従来の無線リンク確立方法について説明する。

図８は、従来の無線通信システムの構成例を示す図であり、制御装置３１と、通信セル３４を形成する基地局３２−１〜３２−Ｋ（Ｋは制御装置３１に接続される基地局数，Ｋは正整数）と、移動局３３とを備えている。また、図９は、従来の無線リンク確立方法の一例を示す図である。

たとえば、１つの基地局あたりＪ個（Ｊは正整数）のセクタに分割されている場合、基地局３２−１，基地局３２−２，…，基地局３２−Ｋは、移動局３３が無線リンクを接続すべきセルを探す（以下，セルサーチと称する）ための信号を、パイロット信号として送信する。基地局３２−１の第１のセクタからは第１−１のパイロット信号が送信され、基地局３２−１の第２のセクタからは第１−２のパイロット信号が送信され、…、基地局３２−１の第Ｊのセクタからは第１−Ｊのパイロット信号が送信され、同様に、基地局３２−２からは、第２−１のパイロット信号，第２−２のパイロット信号，…，第２−Ｊのパイロット信号が送信され、第Ｋの基地局３２−Ｋからは、第Ｋ−１のパイロット信号，第Ｋ−２のパイロット信号，…，第Ｋ−Ｊのパイロット信号が送信される（ステップＳ２０）。なお、これらのパイロット信号は、基地局を識別できるような仕組みが施されており、たとえば、第３世代移動体通信システムでは拡散コードがそれぞれ異なっている。

つぎに、移動局３３は、セルサーチとして、受信電力（逆拡散後の相関ピーク電力）が最も大きいパイロット信号を検出する（ステップＳ２１）。そして、検出したパイロット信号の拡散コードを有するセルに向けてセルサーチ結果を送信することにより、当該セルを有する基地局に対してセルサーチ結果を通知する（ステップＳ２２）。また、このセルサーチ結果を受け取った基地局は、それを制御装置３１へ通知する（ステップＳ２３）。

さらに、移動局３３は、上記セルに向けてランダムアクセスチャネル等の共通チャネルを用いて、無線リンク接続を要求するための信号を送信する（ステップＳ２４）。そして、無線リンク接続要求を受信した基地局は、移動局３３に対して通信の可否を応答する（ステップＳ２５）。

一方、制御装置３１は、受け取ったセルサーチ結果に基づいて、移動局３３と無線リンク接続を行うセルを決定し（ステップＳ２６）、決定したセルを有する基地局に向けて、無線リンク接続を指示するための信号を送信する（ステップＳ２７）。

無線リンク接続指示信号を受け取った基地局は、移動局３３を認証するための信号を送信し（ステップＳ２８）、そして、移動局３３は、受け取った認証信号に対する認証結果を応答する（ステップＳ２９）。認証の結果、その認証が成功した場合、移動局３３と上記基地局との間での無線リンク接続が確立する（ステップＳ３０）。

つぎに、本発明にかかる無線リンク確立方法を説明する。図１０は、本発明にかかる無線リンク確立方法の一例を示す図である。

図１０において、基地局１は、アンテナ２−１〜２−Ｎを介して、セルサーチのための信号をパイロット信号として送信する（ステップＳ２０）。移動局３は、パイロット信号を検出した後、基地局１に向けて無線リンク接続要求信号を送信する（ステップＳ２４）。

無線リンク接続要求信号を受け取った基地局１は、ランダムアクセスチャネル等の上り共通チャネルを用いて通信の可否を応答する（ステップＳ２５）。また、基地局１は、前述した実施の形態１の受信ダイバーシチ処理で、移動局３に対するアンテナの組み合わせを決定し（ステップＳ３１）、さらに、前述した実施の形態１の送信ダイバーシチ処理に基づいて決定したアンテナの組み合わせで、移動局３に対して認証信号を送信する（ステップＳ２８）。そして、移動局３は、認証に対する認証結果を応答する（ステップＳ２９）。認証の結果、その認証が成功した場合、移動局３と基地局１の間で無線リンク接続が確立する（ステップＳ３０）。

以上のように、本実施の形態においては、制御装置によるセル決定シーケンスが不要となるため、従来よりも無線リンク確立にかかる処理を簡易化することができる。

以上のように、本発明にかかる基地局、受信ダイバーシチ方法、送信ダイバーシチ方法および無線リンク確立方法は、移動体通信システムに有用であり、特に、複数の移動局からの上り信号が衝突する伝送路を用いた通信に適している。

本発明にかかる受信ダイバーシチ方法および送信ダイバーシチ方法を実現可能な基地局の構成例を示す図である。 無線通信システムの構成例を示す図である。 組み合わせ情報の一例を示す図である。 ユーザ識別部の処理フローの一例を示す図である。 ユーザ識別部の動作の詳細を説明するための図である。 ユーザ識別部の動作の詳細を説明するための図である。 ユーザ識別部の動作の詳細を説明するための図である。 従来の無線通信システムの構成例を示す図である。 従来の無線リンク確立方法の一例を示す図である。 本発明にかかる無線リンク確立方法の一例を示す図である。

符号の説明

１ 基地局
２−１〜２−Ｎ アンテナ
３ 移動局
４ 通信セル
１１−１〜１１−Ｎ 検波部
１２ 合成部
１３ 復号部
１４ 誤り検出部
１５ ユーザ識別部
１６ 制御部
１７ 符号化部
１８ 変調部
１９ アンテナ制御部

Claims (7)

1. 複数のアンテナを有し、２以上の通信対象ユーザである移動局との通信に使用するアンテナの組み合わせを検出する基地局であって、
   アンテナ単位で検波された前記移動局からの受信信号を予め定められたアンテナの組み合わせ毎に合成する合成手段と、
   前記合成手段で合成された各合成後データに対して個別に誤り訂正復号処理を行う復号手段と、
   前記復号手段により得られる各復号結果に対して個別に誤り検出処理を行う誤り検出手段と、
   前記誤り検出手段で誤りが検出されなかった２以上の復号結果を抽出し、抽出された復号結果から２以上の通信対象ユーザを識別するとともに、前記２以上の通信対象ユーザとの通信に使用するアンテナの組み合わせを出力するユーザ識別手段と、
   を備えたことを特徴とする基地局。
2. 前記ユーザ識別手段は、異なるアンテナの組み合わせで同一の通信対象ユーザを識別した場合、最も受信レベルが大きいアンテナの組み合わせを選択することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. さらに、通信対象ユーザ毎のアンテナの組み合わせに基づいて送信アンテナを決定するアンテナ制御手段、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
4. 複数のアンテナを有し、２以上の通信対象ユーザである移動局との通信に使用するアンテナの組み合わせを検出する基地局による受信ダイバーシチ方法であって、
   予め定められたアンテナの組み合わせ毎に、アンテナ単位で検波された前記移動局からの受信信号を合成する合成ステップと、
   アンテナの組み合わせ毎に得られる合成後データに対して個別に誤り訂正復号処理を行う復号ステップと、
   アンテナの組み合わせ毎に得られる各復号結果に対して個別に誤り検出処理を行う誤り検出ステップと、
   前記各復号結果の中から誤りが検出されなかった２以上の復号結果を抽出し、抽出された復号結果から２以上の通信対象ユーザを識別するとともに、前記２以上の通信対象ユーザとの通信に使用するアンテナの組み合わせを出力するユーザ識別ステップと、
   を含むことを特徴とする受信ダイバーシチ方法。
5. 前記ユーザ識別ステップでは、異なるアンテナの組み合わせで同一の通信対象ユーザを識別した場合、最も受信レベルが大きいアンテナの組み合わせを選択することを特徴とする請求項４に記載の受信ダイバーシチ方法。
6. 請求項４または５に記載の受信ダイバーシチ方法により得られた、通信対象ユーザ毎のアンテナの組み合わせに基づいて、送信アンテナを決定することを特徴とする送信ダイバーシチ方法。
7. 複数のアンテナを有する基地局と当該基地局配下の移動局との間の無線リンク確立方法であって、
   前記基地局が、前記各アンテナを介してセルサーチのためのパイロット信号を送信するパイロット信号送信ステップと、
   前記移動局が、パイロット信号を検出した後、前記基地局に向けて無線リンク接続要求信号を送信する接続要求信号送信ステップと、
   無線リンク接続要求信号を受け取った基地局が、上り共通チャネルを用いて通信の可否を応答し、さらに、請求項４または５に記載の受信ダイバーシチ方法を用いて、前記移動局との通信に使用するアンテナの組み合わせを決定し、さらに、請求項６に記載の送信ダイバーシチ方法により決定したアンテナの組み合わせで、前記移動局に対して認証信号を送信する送受信ダイバーシチステップと、
   前記移動局が、受け取った認証信号に基づく認証処理を行う認証ステップと、
   を含むことを特徴とする無線リンク確立方法。

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