JP6581014B2 - 通信装置および無線送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、アダプティブアレイ方式の通信装置、ならびにかかる通信装置における無線送信方法に関する。

複数のアンテナを使用するアダプティブアレイ方式を採用した基地局は、それぞれのアンテナに入力された受信信号の受信タイミングを高精度に推定して同期処理を実行し、同期処理されたそれぞれの信号に基づいて受信ウエイトを算出し、この受信ウエイトに基づいた送信ウエイトで信号の送信を行う（例えば特許文献１）。

近年、受信専用アンテナおよび送受信兼用アンテナを備えたアダプティブアレイ方式の基地局は、基地局のコスト削減を図るために、送信回路の削減が検討されている。具体的には、受信については従来通りすべてのアンテナ（例えば４本）を使用するが、送信については一部のアンテナのみ（例えば２本）を使用する。１つのアンテナにつき１つの送信回路が必要であるから、送信に使用するアンテナを減らすことと送信回路を減らすことは同じ意味を有する。本出願において、信号の送受信を行うアンテナを送受信兼用アンテナと呼び、信号の受信のみを行うアンテナを受信専用アンテナと呼ぶこととする。信号の受信は送受信兼用アンテナおよび受信専用アンテナを用いて行い、信号の送信は送受信兼用アンテナを用いて行うことになる。

特開２００４−１５３５２７号公報

しかしながら、送受信兼用アンテナおよび受信専用アンテナの受信信号を用いて生成した受信ウエイトは、送受信兼用アンテナのみを使用して送信する場合の送信ウエイトとして適切ではない場合がある。

本発明は、このような課題に鑑み、適切な送信ウエイトを算出することができ、より良好な無線通信を行うことが可能な通信装置および無線送信方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる通信装置の代表的な構成は、受信専用アンテナおよび送受信兼用アンテナを備えた通信装置において、前記送受信兼用アンテナの受信信号の同期処理を行う送信用同期処理部と、前記送信用同期処理部の同期から得られた送信用ウエイトを求める送信処理部と、前記送信用ウエイト用いて指向性ビームを送信することを特徴とする。

本発明にかかる通信装置の構成は、前記受信専用アンテナおよび前記送受信兼用アンテナの受信信号の同期処理を行う受信用同期処理部と、前記受信用同期処理部の同期から得られたウエイトを求める受信処理部と、を備えるとよい。

本発明にかかる通信装置の構成は、前記送信用同期処理部の同期から得られたウエイトによるデータと、前記受信用同期処理部の同期から得られたウエイトによるデータと、を比較して品質の良いウエイトを選択する制御部を備えるとよい。

本発明にかかる通信装置の構成は、前記受信用同期処理部の同期から得られた送信ウエイトを求める追加の送信処理部を備え、前記受信用同期処理部による同期または前記送信用同期処理部による同期の何れかを選択するとよい。

本発明にかかる通信装置の構成は、前記通信装置の送信の無線品質に応じて、前記受信用同期処理部による同期または前記送信用同期処理部による同期の何れかを選択するとよい。

上記課題を解決するために、本発明にかかる無線送信方法の代表的な構成は、受信専用アンテナおよび送受信兼用アンテナを備えた通信装置の無線送信方法において、前記送受信兼用アンテナの受信信号の同期処理を行うステップと、前記ステップの同期から得られた送信用ウエイトを求めるステップと、前記送信用ウエイト用いて指向性ビームを送信するステップと含むことを特徴とする。

本発明によれば、適切な送信用ウエイトを算出することができ、より良好な無線通信を行うことが可能な通信装置および無線送信方法を提供することができる。

第１実施形態の通信装置である基地局についての構成を例示する機能ブロック図である。 第２実施形態の通信装置である基地局についての構成を例示する機能ブロック図である。 第２実施形態の通信装置である基地局における処理の流れを示すフローチャートである。 受信専用アンテナおよび送受信兼用アンテナを備えた基地局についての構成を例示する機能ブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

以下、図４を参照して基地局１０について説明した後に、本実施形態の通信装置としての基地局について説明する。

基地局１０は、受信専用アンテナおよび送受信兼用アンテナを備えたアダプティブアレイ方式の基地局である。具体的には、受信については従来通りすべてのアンテナ（例えば４本）を使用するが、送信については一部のアンテナのみ（例えば２本）を使用する。１つのアンテナにつき１つの送信回路が必要であるから、送信に使用するアンテナを減らすことと送信回路を減らすことは同じ意味を有する。本出願において、信号の送受信を行うアンテナを送受信兼用アンテナと呼び、信号の受信のみを行うアンテナを受信専用アンテナと呼ぶこととする。信号の受信は送受信兼用アンテナおよび受信専用アンテナを用いて行い、信号の送信は送受信兼用アンテナを用いて行うことになる。

図４は、基地局１０についての構成を例示する機能ブロック図である。図４に示すように基地局１０は、アンテナ４ａ・４ｂ・６ａ・６ｂを備える。そのうち２本のアンテナ４ａ・４ｂが受信専用アンテナであり、残りの２本のアンテナ６ａ・６ｂが送受信兼用アンテナである。基地局１０では、アンテナ４ａ・４ｂ・６ａ・６ｂにおいて端末からの信号を受信する。端末から受信した信号（以下、受信信号と称する）は同期処理部１２に送られ、アダプティブアレイ処理部１４のフィードバックによる受信信号の受信タイミングの同期処理が同期処理部１２にて行われる。

アダプティブアレイ処理部１４は、同期処理が行われたアンテナ４ａ・４ｂ・６ａ・６ｂの受信信号から受信用ウエイトを計算する。復調部１５は、アダプティブアレイ処理が施された受信信号を復調してデータにし、制御部１７に出力する。

一方、アダプティブアレイ処理部１８は、同期処理が行われたアンテナ６ａ・６ｂの受信信号から送信用ウエイトを計算する。送信用ウエイトは、送信データを送信するアンテナ６ａ・６ｂにフィードバックされる。これにより、かかる送信用ウエイトで６ａ・６ｂから端末に対して信号が送信される。なお、送信データを送信するための電気回路は省略している。

すなわち図４に示す基地局１０では、２本のアンテナ６ａ・６ｂにおいて信号を送信するにもかかわらず、４本のアンテナにおいて受信した受信信号を用いて同期位置（同期タイミング）を確立し、その同期位置を開始位置としてウエイト（重み係数）を算出している。この状況で、端末からの無線信号が障害物に反射して遅延波が生じている場合等、通信品質の変動が激しい状況下においては、同期位置の精度が低下するため、その同期位置が送信時に使用する送信ウエイトにも影響を及ぼし、送信性能が劣化する。

また、受信専用アンテナが支配的（受信信号強度が強い）である場合、受信専用アンテナを基準とした同期位置が確立され、その同期位置を元に送信ウエイトが算出される。この送信ウエイトは同期位置がほとんど受信専用アンテナ基準であるため、送信時にそのまま送受信兼用アンテナに適用すると、基準（最大値となる）がない、ずれ分のウエイトのみとなる。その結果、送信時には本来のアダプティブアレイ性能を発揮できず、送信性能の劣化を招き、ひいては対向する端末の受信品質の劣化を招くことになり、通信エリアの減少を招いてしまう。

以下に説明する実施形態では通信装置として基地局を例示するが、本発明の実施形態の基地局では、このような課題に鑑み、信号を受信するアンテナと信号を送信するアンテナの本数が異なる場合に適切な指向性ビームの送信ウエイトを算出することができ、より良好な無線通信を行うことが可能な通信装置および無線送信方法を提供することを目的とする。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の通信装置である基地局１００についての構成を例示する機能ブロック図である。以下、本実施形態の基地局１００について説明する。なお、上記説明した基地局１０と共通する構成要素については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図１に示すように、第１実施形態の基地局１００は、受信専用アンテナ４ａ・４ｂおよび送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂを備え、それらのアンテナを用いてアダプティブアレイ方式で端末との通信を行う。詳細には、基地局１００は、端末からの信号の受信は、受信専用アンテナ４ａ・４ｂおよび送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂの４本のアンテナを用いて行い、端末への信号の送信は送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂの２本のアンテナを用いて行う。また、基地局１００は、受信専用アンテナ４ａ・４ｂおよび送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂを用いて、端末との信号の送受信（無線通信）を、時分割複信（ＴＤＤ: Time Division Duplex）で行う。

端末から受信した信号（以下、受信信号と称する）は同期処理部１２に送られ、アダプティブアレイ処理部１４のフィードバックによる受信信号の受信タイミングの同期処理が同期処理部１２にて行われる。

アダプティブアレイ処理部１４（受信処理部）は、同期処理が行われたアンテナ４ａ・４ｂ・６ａ・６ｂの受信信号から受信用ウエイトを計算する。復調部１５は、アダプティブアレイ処理部１４によるアダプティブアレイ処理が施された受信信号を復調してデータにし、制御部１７０に出力する。

基地局１００は、同期処理部１１０およびアダプティブアレイ処理部１８を備える。同期処理部１１０では、受信専用アンテナ４ａ・４ｂおよび送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂの４本のアンテナのうち、送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂのみの受信信号の同期処理を行う。アダプティブアレイ処理部１８のフィードバックによる受信信号の受信タイミングの同期処理が同期処理部１１０にて行われる。

端末からの無線信号が障害物に反射して遅延波が生じている場合等、通信品質の変動が激しい状況下において、受信アンテナ４ａ・４ｂ・６ａ・６ｂの受信信号を同期させる同期処理部１２の同期位置と送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂの受信信号を同期させる同期処理部１１０の同期位置は、それぞれ異なる。

アダプティブアレイ処理部１８（送信処理部）は、送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂの受信信号から同期処理を行って指向性ビームを形成するための送信用ウエイトを計算する。復調部１９は、アダプティブアレイ処理部１８によるアダプティブアレイ処理が施された受信信号を復調してデータにし、制御部１７０に出力する。また、アダプティブアレイ処理部１８は、アダプティブアレイ処理部１８で計算した送信用ウエイトを送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂに反映する。

制御部１７０は、復調部１５で復調されたデータと復調部１９で復調されたデータとを比較して品質の良いウエイトを選択して受信用のデータとするようにしてもよい。ここで、復調部１９で復調されたデータの品質が良ければ、アダプティブアレイ処理部１８は、アダプティブアレイ処理部１８で計算した送信用ウエイトを送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂに反映してもよい。

これにより、かかる送信用ウエイトで送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂから端末に対して無線信号が送信され、アダプティブアレイの性能が適切に発揮された通信が行われる。

上記説明したように、第１実施形態の基地局１００では、従来の受信用ウエイトに加え、送信に用いられる送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂのみの受信信号を用いて送信用ウエイトを計算する。かかる送信用ウエイトは、受信専用アンテナ４ａ・４ｂの受信信号を用いずに計算したウエイトである。したがって、基地局１００では、受信専用アンテナ４ａ・４ｂの影響を除外したウエイトで端末への信号の送信を行うことが可能となる。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の通信装置である基地局２００についての構成を例示する機能ブロック図である。なお、上記説明した基地局１０、および第１実施形態の基地局１００と共通する構成要素については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

第１実施形態の基地局１００では、送信用ウエイトを計算するアダプティブアレイ処理部１８を設けていたのに対し、図２に示す第２実施形態の基地局２００では、図４に示した基地局１０に対して同期処理部２１０およびアダプティブアレイ処理部２２０を加えている。

同期処理部２１０では、受信専用アンテナ４ａ・４ｂおよび送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂの４本のアンテナのうち、送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂのみの受信信号の同期処理を行う。アダプティブアレイ処理部２２０のフィードバックによる受信信号の受信タイミングの同期処理が同期処理部２１０にて行われる。同期処理部２１０の同期は、同期処理部１２に反映される。

ここで、第２実施形態における処理の流れを示す。図３は、第２実施形態の通信装置である基地局における処理の流れを示すフローチャートである。

まず、端末１から基地局２００に対しリンクチャネル要求が行われる（ステップＳ１）。基地局２００は、端末１のリンクチャネルを割り当て、割り当てたチャネルを通知する（ステップＳ２）。通常、基地局２００は、同期処理部１２のタイミングを基準としてアダプティブアレイ処理部１４およびアダプティブアレイ処理部１８にて受信ウエイトおよび送信ウエイトを計算している。

端末１は、割り当てられたチャネルの無線品質が劣化しているか否かを確認し（ステップＳ３）、無線品質が劣化していない場合、基地局２００との通信をそのまま続ける。無線品質が劣化していた場合、端末１は、基地局２００に対して無線品質劣化を通知する（ステップＳ４）。

なお、無線品質としては、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference and Noise Ratio）、受信電界強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）、ビットエラーレート（ＢＥＲ：Bit Error Rate）またはフレームエラーレート（ＦＥＲ：Frame Error Rate）等を例示することができる。

このとき、基地局２００では、２本のアンテナ６ａ・６ｂにおいて信号を送信するにもかかわらず、４本のアンテナにおいて受信した受信信号を用いて同期位置（同期タイミング）を確立し、その同期位置を開始位置としてウエイト（重み係数）を算出している。この状況で、端末１からの無線信号が障害物に反射して遅延波が生じている場合等、通信品質の変動が激しい状況下においては、同期位置の精度が低下するため、その同期位置が送信時に使用する送信ウエイトにも影響を及ぼし、送信性能が劣化する。

基地局２００は、同期処理部１２のタイミングを基準としてアダプティブアレイ処理部１４およびアダプティブアレイ処理部１８にて受信ウエイトおよび送信ウエイトを計算しているが、無線品質劣化の通知を端末１から受けたとき、同期処理部２１０のタイミングに切り替える（ステップＳ５）。すなわち、アンテナ４ａ・４ｂ・６ａ・６ｂの同期から送受信兼用アンテナ６ａ・６ｂのみの受信信号の同期に切り替わる。なお、無線品質が良好な状態に戻ったときには、アンテナ４ａ・４ｂ・６ａ・６ｂの同期に切り替わるようにしてもよい。

基地局２００では、送受信兼用アンテナを基準とした同期処理に切り替えることにより、適切な送信ウエイトを算出することができ、より良好な無線通信を行うことが可能である。また、端末１が移動して無線通信品質が劣化した場合には、同期処理が切り替わって送信用ウエイトが再計算されるため、通信品質を維持することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、複数の受信専用アンテナおよび複数の送受信兼用アンテナを備えたアダプティブアレイ方式の通信装置、ならびその無線送信方法に利用可能である。

１０、１００、２００…基地局、１２、１１０、２１０…同期処理部、１４、１８…アダプティブアレイ処理部、１５、１９…復調部、１７、１７０、２７０…制御部、１…端末、４ａ…受信専用アンテナ、４ｂ…受信専用アンテナ、６ａ…送受信兼用アンテナ、６ｂ…送受信兼用アンテナ

Claims (4)

1. 受信専用アンテナおよび送受信兼用アンテナを備えた通信装置において、
   前記送受信兼用アンテナの受信信号の同期処理を行う送信用同期処理部と、
   前記送信用同期処理部の同期から得られた送信用ウエイトを求める送信処理部と、
   前記受信専用アンテナおよび前記送受信兼用アンテナの受信信号の同期処理を行う受信用同期処理部と、
   前記受信用同期処理部の同期から得られたウエイトを求める受信処理部と、
   前記送信用同期処理部の同期から得られたウエイトによるデータと、前記受信用同期処理部の同期から得られたウエイトによるデータと、を比較して品質の良いウエイトによるデータを受信用データとして選択する制御部とを備えた通信装置。
2. 受信専用アンテナおよび送受信兼用アンテナを備えた通信装置において、
   前記送受信兼用アンテナの受信信号の同期処理を行う送信用同期処理部と、
   前記送信用同期処理部の同期から得られた送信用ウエイトを求める送信処理部と、
   前記受信専用アンテナおよび前記送受信兼用アンテナの受信信号の同期処理を行う受信用同期処理部と、
   前記受信用同期処理部の同期から得られたウエイトを求める受信処理部と、
   前記受信用同期処理部の同期から得られた送信ウエイトを求める追加の送信処理部を備え、
   前記受信用同期処理部による同期または前記送信用同期処理部による同期の何れかを選択する通信装置。
3. 前記通信装置の送信の無線品質に応じて、前記受信用同期処理部による同期または前記送信用同期処理部による同期の何れかを選択する請求項１または請求項２に記載の通信装置。
4. 受信専用アンテナおよび送受信兼用アンテナを備えた通信装置の無線送信方法において、
   前記送受信兼用アンテナの受信信号の同期処理を行うステップと、
   前記ステップの同期から得られた送信用ウエイトを求めるステップと、
   前記受信専用アンテナおよび前記送受信兼用アンテナの受信信号の同期処理を行うステップと、
   前記受信専用アンテナの受信信号の同期から得られたウエイトを求めるステップと、
   前記送受信兼用アンテナの受信信号の同期から得られたウエイトによるデータと、前記受信専用アンテナの受信信号の同期から得られたウエイトによるデータと、を比較して品質の良いウエイトによるデータを受信用データとして選択するステップとを、含む無線送信方法。

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