JP5864722B2

JP5864722B2 - 無線端末および無線通信方法

Info

Publication number: JP5864722B2
Application number: JP2014504952A
Authority: JP
Inventors: 学小泉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: WO2013137293A1; US20150018035A1; JPWO2013137293A1

Description

本発明は、無線通信を行う無線端末および無線通信方法に関する。

主に時分割多重（ＴＤＤ：Time Division Duplex）を利用する無線技術において、無線端末にアダプティブアレーアンテナシステム（ＡＡＳ：Adaptive array Antenna System）を駆動させる要望が増すことが予想される。

その理由として、無線端末の受信の指向性において、無線端末のアンテナパターンのピークを基地局に向けるといったものや妨害波の方向に対する指向性をヌルとすることで無線端末の受信時の干渉回避の能力を向上させるといったものが挙げられる。無線端末の送信の指向性において、各アンテナの送信電力を合成して指向性を鋭くすれば、他の無線機に対する干渉を抑えることができる。

ところで、移動通信システムの基地局にアダプティブアレーアンテナを導入することにより、回線容量の増大を計る場合、上り回線だけではなく、下り回線における干渉波抑圧が必要である。このような点からアダプティブアレーアンテナを送信と受信とに兼用し、受信信号から求めた各アンテナ素子と対応する重みを、送信信号に対する重みとして利用することが行われていた（例えば、特許文献１を参照）。

日本国特開２００２−０２６６３０号公報

しかしながら、自動で無線端末にアダプティブアレーアンテナシステムを駆動させると、無線端末と基地局のそれぞれが互いにアンテナパターンのヌルまたはピークが意図したものに反して動いてしまうことがあり、場合によっては互いに打ち消し合って、互いの無線通信の品質が劣化してしまうという課題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、アダプティブアレーアンテナシステムを駆動しても無線通信の品質を損なわないようにする無線端末および無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線端末は、複数のアンテナを備えるアダプティブアレーアンテナと、通信対象の方向に適応指向性を形成するよう、受信した信号からアンテナのそれぞれに重み付けを行う重み付け部と、前記適応指向性を形成した場合の受信信号の信号品質が一定基準を満たさない場合、暫定指向性を形成するよう、前記重み付け部に前記アンテナのそれぞれに重み付けを行わせる制御部と、を有して構成される。

本発明の無線端末において、前記暫定指向性は、無指向性であってもよい。

本発明の無線端末において、前記暫定指向性は、前記通信対象の方向の前記適応指向性と前記無指向性との間の中間指向性であってもよい。

本発明の無線端末において、前記制御部は、前記受信信号の前記信号品質に応じて、前記無指向性と前記中間の指向性の何れかを選択してもよい。

本発明の無線端末において、前記中間指向性は複数の指向性を含んでもよく、前記制御部は、前記受信信号の前記信号品質に応じて、複数の前記中間指向性の何れかを選択してもよい。

本発明の無線端末において、前記一定基準は、前記適応指向性を形成する直前の信号品質に基づいて設定されてもよい。

本発明の無線端末において、前記一定基準は、前記無指向性を形成した場合の信号品質に基づいて設定されてもよい。

また、本発明の別態様の無線通信方法は、複数のアンテナを備えるアダプティブアレーアンテナと、通信対象の方向に適応指向性を形成するよう、受信した信号から前記のアンテナのそれぞれに重み付けを行う重み付け部と、を備える無線端末の無線通信方法であって、前記適応指向性を形成した場合の受信信号の信号品質が一定基準を満たすか否かを判定するステップと、前記受信信号の信号品質が一定基準を満たさない場合、暫定指向性を形成するよう、前記重み付け部に前記アンテナのそれぞれに重み付けを行わせるステップと、を有する

また、本発明の別態様の無線端末は、複数のアンテナを備えるアダプティブアレーアンテナと、通信対象の方向に適応指向性を形成するよう、受信した信号から前記アンテナのそれぞれに重み付けを行う重み付け部と、前記適応指向性を形成した場合の受信信号の信号品質に応じて、適応指向性、無指向性、適応指向性と無指向性の間の暫定指向性のうち何れか１つを形成するよう、前記重み付け部に前記アンテナのそれぞれに重み付けを行わせる制御部と、を有する。

本発明の無線端末および無線通信方法は、アダプティブアレーアンテナシステムを駆動しても無線通信の品質を損なわないようにすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの模式図である。本発明の第１の実施形態に係る無線端末のブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る無線端末のフローチャートである。ＡＡＳの相乗効果がある場合の無線通信システムの模式図である。ＡＡＳの相乗効果がない場合の無線通信システムの模式図である。本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの模式図である。本発明の第２の実施形態に係る無線端末のブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る無線端末のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの模式図である。本無線通信システムでは、無線端末１００および基地局のアンテナ１０を図示している。本無線通信システムにおいては、時分割多重（ＴＤＤ）による通信が行われるが、本発明は、ＴＤＤに限定されるものではない。

図１では、基地局のアンテナ１０によるアンテナパターン３０に対して、無線端末１００の起動時などにおいて無線端末１００がＡＡＳを駆動してアンテナパターン３２を形成してしまった場合、無線端末１００がアンテナパターン３２を修正して、オムニ動作（全方向性：指向性なし）となるアンテナパターン３３を適用することで通信品質の悪化を抑止することを示している。

アンテナパターン（放射パターン）は、アンテナの放射特性を図示したものである。アンテナパターンは、アンテナがどのようにエネルギーを空間に放射（または受信）するかを表している。アンテナは全ての方向（少なくともある程度まで）にエネルギーを放射するため、アンテナパターンは実際に三次元的になるが、ここでは平面パターンで表す。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る無線端末のブロック図である。無線端末１００は、ベースバンド部１１０および無線部１２０を有している。なお、本発明の実施形態の無線端末は、入出力機器など他の部位も有するが図示しない。

無線部１２０は、送信機１２１、１２６、電力増幅器１２２、１２７、受信機１２４、１２９、低雑音増幅器１２５、１３０、及びスイッチ１２３、１２８で構成される。

送信機１２１、１２６は、ベースバンド部１１０で変調された信号を所定の周波数で伝播できるよう無線信号の送信を行うようになっている。電力増幅器１２２、１２７はそれぞれ、送信機１２１、１２６によって出力された信号を増幅するようになっている。

スイッチ１２３は、所定のタイミングでアンテナＡＮＴ１と電力増幅器１２２との接続またはアンテナＡＮＴ１と低雑音増幅器１２５との接続を切り替えるようになっている。スイッチ１２８は、所定のタイミングでアンテナＡＮＴ２と電力増幅器１２７との接続またはアンテナＡＮＴ２と低雑音増幅器１３０との接続を切り替えるようになっている。

低雑音増幅器１２５、１３０は、それぞれのアンテナからの信号を増幅し、受信機１２４、１２９に出力するようになっている。受信機１２４、１２９は、それぞれ増幅された信号を処理してベースバンド部１１０に出力するようになっている。

なお、無線部１２０の送受信系統を２系統図示しているが、３系統以上で構成するようにしてもよい。

ベースバンド部１１０は、変復調器１１１、ウェイト演算部１１２、ＡＡＳ適用判定部１１３、および信号品質管理部１１４を有している。

変復調器１１１は、受信機１２４、１２９で受信された信号の復調を行うようになっている。また、変復調器１１１は、送信する際の信号の変調を行うようになっている。

信号品質管理部１１４は、変復調器１１１が復調する信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）またはＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）、ＲＳＳＩ（Receive Signal Strength Indicator）、および信号電力の何れか、または、これら複数の変化を管理するようになっている。

ウェイト演算部１１２は、アダプティブアレーシステムを駆動するため、各アダプティブアレーアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２から受信した信号を演算し、各アダプティブアレーアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２に重み付けを行うようになっている。

ＡＡＳ適用判定部１１３は、暫定の指向性を形成させるか否かを判定し、例えば、アダプティブアレーシステムの駆動による受信信号品質の状況により、オムニ動作（無指向性）を適用するか否かを判定する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る無線端末のフローチャートである。

無線端末１００の電源投入がされたとき（Ｓ１）、無線端末１００はセルサーチし、信号品質の良い基地局とオムニ動作で同期をとる（Ｓ２）。

無線端末１００は、報知情報の取得（Ｓ３）、認証・位置登録（Ｓ４）、サービス要求（Ｓ５）を行い、基地局との通信を開始する（Ｓ６）。

このとき、ウェイト演算部１１２は、アダプティブアレーアンテナから受信した信号を計算し、各アンテナに重み付けを行う（Ｓ７）。この状況では、無線端末１００は、通信対象の方向に指向性を形成するよう鋭い指向性（適応指向性）を形成することになる。なお、この鋭い指向性は、暫定の指向性よりも強い指向性を意味し、具体的な指向性の強さを意味しなくてもよい。

その後、無線端末１００は、信号品質管理部１１４で信号品質管理を行いながら（Ｓ８）、乱数で決まったカウント値によるタイマが満了になったとき（Ｓ９）、ＡＡＳ適用判定部１１３で、信号品質管理部１１４で管理された品質値と所定の閾値との比較判定処理を実施する（Ｓ１０）。ここでの所定の閾値は、例えば、予め決まった値でもよいし、鋭い指向性を形成する直前の品質値（ＳＩＮＲ、ＣＱＩ，ＭＣＳ、またはＲＳＳＩ等）でもよいし、オムニ動作で通信をしていたときの平均の品質値でもよい。

この結果、品質値が所定の閾値よりも大きくて信号品質が改善されたと判定されれば、現在の指向性を継続する。すなわち、この状況は、図４に示すように、ＡＡＳの相乗効果があるとされる。一方で、信号品質が悪化している場合、図５に示すように、ＡＡＳの相乗効果がないとされる。

鋭い指向性を形成した場合に信号品質が悪化していると判定されれば、ＡＡＳ適用判定部１１３は、暫定の指向性を形成するよう、ここでは、オムニ動作の適用を決定し、ウェイト演算部１１２は、オムニ動作するようなウェイトを設定する（Ｓ１１）。この状況は、図１に示すように、オムニ動作（全方向性：指向性なし）となるアンテナパターン３３を適用することで通信品質の悪化を抑止することを示している。また、乱数で決まったカウント値によるタイマが起動され（Ｓ１２）、再度ウェイト演算およびＡＡＳを動作させる。

Ｓ９、Ｓ１１のタイマは、無線端末１００の移動しているのか、もしくはフェージングがあるかに影響を受けないために用いられる。また、タイマのカウンタ値は、予め決められた範囲の中からの乱数で決まる。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る無線端末は、ＡＡＳの駆動の送受信とオムニ動作（全方向性：指向性なし）による送受信との効果を比較し、その上で切り換えるため、無線通信の品質の劣化、システムの発散を抑えることができる。さらに、ＡＡＳによるアンテナパターンのヌル／ピーク形成により、隣接システムに対する与干渉／被干渉が抑圧されることはいうまでもない。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの模式図である。本無線通信システムでは、無線端末２００および基地局のアンテナ１０を図示している。本無線通信システムにおいては、時分割多重（ＴＤＤ）による通信が行われるが、本発明は、ＴＤＤに限定されるものではない。

基地局のアンテナ１０によるアンテナパターン３０に対して、無線端末２００の起動時などにおいて無線端末２００がＡＡＳを駆動してアンテナパターン３２を形成してしまった場合、その後修正して、アンテナパターン３４を適用することで悪化を抑止することを示している。

本発明の第１の実施形態では、鋭い指向性を形成した場合に信号品質が悪化している場合、無線端末１００がオムニ動作（指向性なし）でＡＡＳを駆動していたが、本発明の第２の実施形態では、無線端末２００の鋭い指向性と指向性なしとの間となる中間の指向性となるアンテナパターン３４でＡＡＳを駆動する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る無線端末のブロック図である。無線端末２００は、ベースバンド部２１０および無線部１２０を有している。なお、上述した無線端末１００を構成する部位と同様の部位には、同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。

ＡＡＳ適用判定部２１３は、暫定の指向性を形成させるか否かを判定し、例えば、アダプティブアレーシステムの駆動による受信信号品質の状況により、中間の指向性を適用するか否かを判断する。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る無線端末のフローチャートである。なお、上述した本発明の第１の実施形態に係る無線端末のフローチャートと同様のステップには、同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。

ＡＡＳ適用判定部２１３は、信号品質管理部１１４で管理された品質値と所定の閾値との比較判定処理を実施する（Ｓ２０）。ここでの所定の閾値は、例えば、予め決まった値でもよいし、鋭い指向性を形成する直前の品質値（ＳＩＮＲ、ＣＱＩ，ＭＣＳ、またはＲＳＳＩ等）でもよいし、暫定の指向性で通信をしていたときの平均の品質値でもよい。

鋭い指向性を形成した場合に信号品質が悪化していると判定されれば、ＡＡＳ適用判定部２１３は、暫定の指向性を形成するよう、ここでは、中間の指向性（アンテナパターン３４）の適用を決定し、ウェイト演算部１１２は、中間の指向性（アンテナパターン３４）となるようなウェイトを設定する（Ｓ２１）。この状況は、図６に示すように、アンテナパターン３４を適用することで通信品質の悪化を抑止することを示している。

なお、信号品質が悪化していると判定されれば、ＡＡＳ適用判定部２１３は、品質値に応じてオムニ動作（アンテナパターン３３）、中間の指向性（アンテナパターン３４）の適用の何れかを選択するようにしてもよい。また、ＡＡＳ適用判定部２１３は、オムニ動作（アンテナパターン３３）、中間の指向性（アンテナパターン３４）の２パターンだけではなく、中間の指向性を段階的に用意して、品質値に応じて段階別の中間の指向性を選択し、選択したものに対応する重みをウェイト演算部１１２に設定し、色々な鋭さをもつ指向性でアダプティブアレーシステムを駆動するようにしてもよい。

なお、信号品質が悪化していると判定されれば、ＡＡＳ適用判定部２１３は、通信品質に応じて、軟化（ウェイトを軽くする）、硬化（ウェイトを強くする）ことで段階的にアダプティブ・アレイの強弱をつけることができる。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係る無線端末は、中間の指向性による送受信との効果を比較し、その上で切り換えるため、無線通信の品質の劣化、システムの発散を抑えることができる。また、無線端末の移動時やフェージングを受けている時でも対応することができる。移動や移動速度を検出する必要がなく、ＡＡＳで追随できないような、無線端末の移動による劣化も改善する。
本出願は、２０１２年３月１５日出願の日本特許出願・出願番号２０１２-０５９０５７に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１０アンテナ
３０、３２、３３、３４アンテナパターン
１００、２００無線端末
１１０、２１０ベースバンド部
１１１変復調器
１１２ウェイト演算部
１１３、２１３ＡＡＳ適用判定部（制御部）
１１４信号品質管理部
１２０無線部
１２１、１２６送信機
１２２、１２７電力増幅器
１２３、１２８スイッチ
１２４、１２９受信機
１２５、１３０低雑音増幅器

Claims

複数のアンテナを備えるアダプティブアレーアンテナと、
通信対象の方向に適応指向性を形成するよう、受信した信号から前記アンテナのそれぞれに重み付けを行う重み付け部と、
前記適応指向性を形成した場合の受信信号の信号品質が一定基準を満たさない場合、暫定指向性を形成するよう、前記重み付け部に前記アンテナのそれぞれに重み付けを行わせる制御部と、
を有し、
前記一定基準は、無指向性を形成した場合の信号品質に基づいて設定される、または、前記適応指向性を形成する直前の信号品質に基づいて設定される無線端末。
前記暫定指向性は、無指向性である請求項１に記載の無線端末。
前記暫定指向性は、前記通信対象の方向の前記適応指向性と無指向性との間の指向性を備える中間指向性である請求項１に記載の無線端末。
前記制御部は、前記受信信号の前記信号品質に応じて、前記無指向性と前記中間指向性の何れかを選択する請求項３に記載の無線端末。
前記中間指向性は複数の指向性を含み、前記制御部は、前記受信信号の信号品質に応じて、複数の前記中間指向性の何れかを選択する請求項３に記載の無線端末。
複数のアンテナを備えるアダプティブアレーアンテナと、
通信対象の方向に適応指向性を形成するよう、受信した信号から前記のアンテナのそれぞれに重み付けを行う重み付け部と、を備える無線端末の無線通信方法において、
前記適応指向性を形成した場合の受信信号の信号品質が一定基準を満たすか否かを判定するステップと、
前記受信信号の信号品質が一定基準を満たさない場合、暫定指向性を形成するよう、前記重み付け部に前記アンテナのそれぞれに重み付けを行わせるステップと、を有し、
前記一定基準は、無指向性を形成した場合の信号品質に基づいて設定される、または、前記適応指向性を形成する直前の信号品質に基づいて設定される無線通信方法。