JP6800244B2 - 自律型放射パターン生成アンテナ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを用いてアンテナの放射パターンを形成するアンテナ制御装 置に係り、特に、無線環境に応じて放射パターンを適応的に制御する自律型放射パターン 生成アンテナ制御装置に関する。

［従来の技術］
従来、複数のアンテナを用いて無線信号の通信を行う送受信装置において、複数のアン テナで受信した受信信号にそれぞれ重み付けを行うと共に、送信する信号を複数のアンテ ナ用に分離してそれぞれに重み付けを行って、アンテナ全体の指向性を制御するものがあ る。

［従来のアンテナ制御装置：図７］
次に、従来のアンテナ制御装置について図７を参照しながら説明する。図７は、従来の アンテナ制御装置の構成ブロック図である。
従来のアンテナ制御装置は、図７に示すように、空中線１０と、無線部１１と、アンテ ナ制御部１００とを備え、アンテナ制御部１００は変復調部１２を含む上位装置に接続し ている。

空中線１０は、複数のアンテナで構成されている。
無線部１１は、複数のアンテナに接続し、信号の送受信を行う。
アンテナ制御部１００は、ウェイト部１０１と、ウェイト合成部１０２と、信号結合・ 分割部１０３とを備えている。

ウェイト部１０１は、受信信号又は送信信号に重畳するウェイト値がウェイト情報とし て設定され、ウェイト合成部１０２にウェイト値を出力する。ウェイト情報については、 事前に設定されるか、上位装置から指定される。
ウェイト情報は、信号の振幅と位相を制御するものである。

ウェイト合成部１０２は、ウェイト部１０１からのウェイト値を受信信号又は送信信号 に重畳する。
信号結合・分割部１０３は、ウェイト値が重畳された受信信号を結合する合成を行い、 また、送信信号を複数のアンテナ用に分割（分離）する。
変復調部１２は、アンテナ制御部１００からの受信信号を復調し、外部から入力される 送信信号を変調する。

［従来のアンテナ制御装置の一部構成：図８］
次に、従来のアンテナ装置制御装置の回路構成について図８を参照しながら説明する。 図８は、従来のアンテナ制御装置の一部構成図である。
従来のアンテナ制御装置の回路は、図８に示すように、空中線１０が複数のアンテナ１ ０ａを備え、無線部１１が複数の送受信部（ＴＲＸ）１１ａと複数のＡＤ／ＤＡ変換部（ ＡＤ／ＤＡ：Analog Digital / Digital Analog Converter）１１ｂを備え、ウェイト合 成部１０２が複数の乗算器１０２ａを備えている。

図８の回路の動作を受信処理と送信処理に分けて説明する。
まず、受信処理では、空中線１０に到来した電波を各アンテナ１０ａに入力し、無線部 １１のＴＲＸ１１ａで受信し、ＡＤ／ＤＡ１１ｂでアナログ信号からデジタル信号に変換 してアンテナ制御部１００に出力する。

アンテナ制御部１００では、無線部１１からのそれぞれの出力信号に対してウェイト合 成部１０２の乗算器１０２ａでウェイト部１０１からのそれぞれのウェイト値を乗算（重 畳）し、信号結合・分割部１０３で結合（合成）して変復調部１２に出力する。

また、送信処理では、変復調部１２から変調された信号を信号結合・分離部１０３で分 割し、ウェイト合成部１０２の各乗算器１０２ａに出力する。乗算器１０２ａではウェイ ト部１０１からのそれぞれのウェイト値を乗算（重畳）し、無線部１１のＡＤ／ＤＡ１１ ｂに出力してデジタル信号をアナログ信号に変換し、ＴＲＸ１１ａで放射信号に変換・増 幅し、空中線１０の各アンテナ１０ａから出力する。

図８に示すアンテナ制御装置では、基地局などの１つの上位装置に対して１つの放射パ ターンを担う構成であり、通信品質を改善することや、周辺エリアとの干渉を防ぐことを 目的として用いられているものである。

近年では、移動体に効率的に追従するためにビーム制御技術の開発が盛んに行われてい るが、１つの放射パターンで生成できるビーム本数がアンテナ数に依存して限定されるた め、移動体が多い通信環境では、従来通りの固定的なビーム制御となっている。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２００４−０４８７５３号公報「セクタアンテナ装 置」（株式会社日立国際電気）［特許文献１］がある。
特許文献１には、指向性を有するセクタを形成して当該セクタの移動局と無線通信を行 うセクタアンテナ装置において、移動局との通信状況に応じてセクタの指向性を変化させ ることが示されている。

特開２００４−０４８７５３号公報

しかしながら、上記従来のアンテナ制御装置では、以下の事情により、アンテナの放射 パターンを設定するのが容易ではないという問題点があった。

従来のアンテナ制御装置では、アンテナの放射パターンを複数のエリアに固定的に向け る場合に、無線環境毎に事前調査等によって適正なウェイト量を決める必要があり、放射 パターンの設定が容易でないという問題点があった。

また、モバイルシステムのようにエリア内に多くの移動体無線機が存在している場合に は、基地局側はエリア毎の移動体無線機の存在比率に応じた放射パターンを形成すること が好ましいが、存在比率は基地局の設置環境毎に千差万別であり、従来のアンテナ制御装 置では、それらに対応した放射パターンを設定することが容易ではないという問題点があ った。

また、モバイルシステムにおいて、時間の経過により周辺環境が変化し、存在比率が変 化することが想定され、最初に設定されたウェイト量では、長い期間において適正な放射 パターンとして継続しておくことができないため、定期的に上位装置から調整する必要が あり、放射パターンの再設定の問題があった。

また、放射パターンでビームを生成するような無線環境では、多くのユーザを抱えてい るため、複数のエリアにビームを向けて無線側の収容能力を高めても、上位装置での収容 能力が限界になって、システムとしては効率的な通信品質が得られないという問題点があ った。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、無線環境に応じて適正な放射パターンを生 成できるようウェイト量を設定できる自律型放射パターン生成アンテナ制御装置を提供す ることを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、複数のアンテナを用いて放射パターンを形成するために送受信信号に重畳するウェイト値が設定されるウェイト部と、送受信信号にウェイト部のウェイト値を重畳するウェイト合成部とを備えるアンテナ制御装置であって、接続する複数の上位装置に応じてウェイト部とウェイト合成部を複数備え、受信信号の到来方向を検出する到来方向検出部と、検出した到来方向の分布情報を算出する分布情報算出部と、分布情報に基づいて上位装置の数に応じたビーム数となるよう制御された放射パターンを選択し、選択した放射パターンに従って上位装置毎に対応したウェイト値をウェイト部に設定する放射パターン選択部とを有することを特徴とする。

本発明は、上記アンテナ制御装置において、複数のアンテナで受信された受信信号につ いて、異なる到来方向の指向性パターンを生成するようウェイト値を重畳する処理を放射 方向全体に行い、各到来方向の受信レベルを出力するヌルスキャン部を備え、到来方向検 出部が、ヌルスキャン部から出力された受信レベルに基づいて到来方向を検出することを 特徴とする。

本発明は、上記アンテナ制御装置において、分布情報算出部が、ヌルスキャン部から出 力された受信レベルの出現頻度を算出して分布情報とすることを特徴とする。

本発明は、上記アンテナ制御装置において、放射パターン選択部が、特定のタイミング でウェイト値をウェイト部に設定して放射パターンを変更することを特徴とする。

本発明は、上記アンテナ制御装置において、到来方向検出部が、受信信号の相互相関を 取って、マルチパス信号については受信レベルが最大となるパスの信号の到来方向を選択 することを特徴とする。

本発明によれば、複数のアンテナを用いて放射パターンを形成するために送受信信号に重畳するウェイト値が設定されるウェイト部と、送受信信号にウェイト部のウェイト値を重畳するウェイト合成部とを備えるアンテナ制御装置であって、接続する複数の上位装置に応じてウェイト部とウェイト合成部を複数備え、受信信号の到来方向を検出する到来方向検出部と、検出した到来方向の分布情報を算出する分布情報算出部と、分布情報に基づいて上位装置の数に応じたビーム数となるよう制御された放射パターンを選択し、選択した放射パターンに従って上位装置毎に対応したウェイト値をウェイト部に設定する放射パターン選択部とを有するアンテナ制御装置としているので、無線環境に応じて適正な放射パターンを生成できるようウェイト量を容易に設定でき、到来方向に応じて各上位装置に対応した細やかな放射パターンを形成でき、各上位装置に応じた無線品質を向上させることができる効果がある。

本アンテナ制御装置の構成ブロック図である。 ヌルスキャン部の構成ブロック図である。 上位装置が複数である場合の本アンテナ制御装置の一部回路構成図である。 ヌルスキャンのイメージ図である。 到来方向推定の統計情報の例を示す図である。 ビームパターンの例を示す図である。 従来のアンテナ制御装置の構成ブロック図である。 従来のアンテナ制御装置の一部構成図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る自律型放射パターン生成アンテナ制御装置は、複数のアンテ ナを用いて放射パターンを形成するために送受信信号に重畳するウェイト値が設定される ウェイト部と、送受信信号にウェイト部のウェイト値を重畳するウェイト合成部と、受信 信号の到来方向の受信レベルを出力するヌルスキャン部と、当該受信レベルから受信信号 の到来方向を検出する到来方向検出部と、検出した到来方向の分布情報を算出する分布情 報算出部と、分布情報に基づいて放射パターンを選択し、選択した放射パターンに対応し たウェイト値をウェイト部に設定する放射パターン選択部とを有するものとしているので 、無線環境に応じて適正な放射パターンを生成できるようウェイト量を容易に設定できる ものである。

［本アンテナ制御装置：図１］
本発明の実施の形態に係る自律型放射パターン生成アンテナ制御装置（本アンテナ制御 装置）について図１を参照しながら説明する。図１は、本アンテナ制御装置の構成ブロッ ク図である。
本アンテナ制御装置は、図１に示すように、空中線１０と、無線部１１と、アンテナ制 御部２００と、変復調部１２と、到来方向推定部３００とを基本的に有している。アンテ ナ制御部２００は、変復調部１２を含む上位装置が接続される。
尚、空中線１０、無線部１１、変復調部１２は、図７，８に示した従来の構成と同様で あるので、以下では説明を省略する。

［本アンテナ制御装置の各部］
本アンテナ制御装置の各部について具体的に説明する。
アンテナ制御部２００は、無線部１１からの各アンテナからの受信信号を入力し、以下 に説明するヌルスキャンを行い、電波の到来方向に関する情報を到来方向推定部３００に 出力し、到来方向推定部３００からのウェイト値を送受信信号に重畳する。

また、アンテナ制御部２００は、無線部１１から入力された受信信号については、ウェ イト値を重畳して結合（合成）して変復調部１２に出力し、変復調部１２から入力された 送信信号については、分割（分離）してウェイト値を重畳して無線部１１に出力する。

到来方向推定部３００は、アンテナ制御部２００からの電波の到来方向に関する情報を 入力し、到来方向を検出して到来方向の分布情報を取得し、その分布情報から放射パター ンを選択して対応するウェイト値をアンテナ制御部２００に出力する。

［アンテナ制御部２００］
次に、アンテナ制御部２００の構成について説明する。
アンテナ制御部２００は、ウェイト部１０１と、ウェイト合成部１０２と、信号結合・ 分割部１０３と、ヌルスキャン部４００とを備えている。

［ウェイト部１０１］
ウェイト部１０１は、到来方向推定部３００から指定されたウェイト値を設定してウェ イト合成部１０２に出力する。

［ウェイト合成部１０２］
ウェイト合成部１０２は、無線部１１から入力される各アンテナでの受信信号にウェイ ト値を重畳して信号結合・分割部１０３に出力し、また、信号結合・分割部１０３からの 送信信号にウェイト値を重畳して無線部１１に出力する。
つまり、ウェイト合成部１０２は、受信信号及び送信信号に対してウェイト値を重畳す るものである。

［信号結合・分割部１０３］
信号結合・分割部１０３は、ウェイト合成部１０２でウェイト値が重畳された受信信号 を結合して変復調部１２に出力し、変復調部１２からの送信信号を分割してウェイト合成 部１０２に出力する。

［ヌルスキャン部４００］
ヌルスキャン部４００は、受信信号についてのみ以下に説明するヌルスキャンを実施し て、信号の到来方向に関する情報を到来方向推定部３００に出力する。
ヌルスキャンとは、信号の到来方向を検出するために、特定の到来方向からの信号を受 信するビームパターンを形成するようウェイト量の制御が為されるものである。

具体的には、ヌル形成前の受信電力を基準に、ヌル形成後にヌル点に到来波がいなけれ ば、受信電力は変化しないが、ヌル点に到来波があれば、その分受信電力が小さくなると いう原理を利用して、到来波の到来方向を特定するものである。
つまり、到来波が無線機で受信するために十分な電力で到来しているのであれば、その 電力レベルは検出されることになる。

例えば、全到来波が２つで等しい電力レベルであるとすると、ヌル形成前後で、受信電 力は半分になる。全到来波が１つしかなければ、ノイズを除いてほぼゼロになる。同時到 来波が多い場合には、受信電力の差分の誤差が大きくなるので、ヌル形成前後の受信電力 比の変化が小さい場合は、統計情報から省く処理を実施するなどして、精度を保つように する。

また、特定の到来方向に対して大きな指向性を持つ指向性パターンを形成し、また、同 じ到来方向をヌル点としたパターンを形成し、両者を合成（指向性パターンからヌル点の パターンを除去）して、特定方向に対して鋭い指向性パターンを形成し、その指向性パタ ーンで受信された信号の受信レベルを検出することで、到来方向の信号の強さを測定する 方法もある。
鋭い指向性パターンを生成する技術としては、特願２０１６−０４２２５４「受信装置 及び送受信装置」（株式会社日立国際電気）に詳しく記載されている。

ヌルスキャン部４００は、無線部１１からのアンテナ毎の受信信号を入力して複数（Ｎ 個）に分割し、それぞれにウェイト値を重畳して対象とするアンテナの到来方向の角度に ヌル点を形成する指向性パターン又は鋭い指向性パターンを形成して信号を結合して受信 レベルを検出し、到来方向推定部３００に出力する。
そして、ヌルスキャン部４００におけるヌルスキャンは、特定時間間隔で行われるもの である。

ここで、信号をＮ個に分割しているのは、Ｎは到来方向の角度の分解能に対応している 。つまり、Ｎ個分の角度（方向）についてヌル点を形成した指向性パターン又は鋭い指向 性パターンを形成し、ヌル形成のパターンではヌル形成前後の受信電力の差分を受信レベ ルとして出力し、鋭い指向性パターンでは受信された信号の受信レベルを出力している。

［到来方向推定部３００］
次に、到来方向推定部３００の構成について説明する。
到来方向推定部３００は、到来方向検出部３１０と、分布情報算出部３２０と、放射パ ターン選択部３３０とを備えている。

［到来方向検出部３１０］
到来方向検出部３１０は、ヌルスキャン部４００から入力された到来方向の角度（到来 角度）における受信信号の受信レベル（到来方向に関する情報）を入力し、それぞれの角 度における受信レベルを検出し、各角度の受信レベルの情報を分布情報算出部３２０に出 力する。

尚、到来方向検出部３１０は、ヌルスキャン部４００から入力される受信レベルに対し て受信レベルの高い信号のみを採用するように、しきい値を設定し、そのしきい値より受 信レベルが高い信号を分布情報算出部３２０に出力するようにしてもよい。
具体的には、受信レベルの情報は、到来角度毎にしきい値より受信レベルが高い信号を 「１」とし、しきい値以下の受信レベルの信号を「０」として分布情報算出部３２０に出 力されるものである。

［分布情報算出部３２０］
分布情報算出部３２０は、到来方向検出部３１０から各角度の受信レベルの情報を入力 し、複数繰り返し行われるヌルスキャンの特定回数分の受信レベルの情報を蓄積（加算） し、その蓄積情報（統計情報）から電波の到来方向を推定して放射パターン選択部３３０ に推定した到来方向の情報（到来方向推定情報）を出力する。

ヌルスキャン部４００でのヌルスキャンは特定の時間間隔で行われており、特定回数分 の受信レベルの情報（上記の「１」又は「０」の情報）を到来角度毎に加算することで受 信信号の到来方向を推定するものである。
つまり、受信レベルの情報の数値が高いということは、到来角度で受信される頻度が高 く、受信レベルの情報の数値が低いということは、到来角度で受信される頻度が低いこと を意味している。
分布情報算出部３２０は、到来角度で受信される頻度を統計情報として算出し、その統 計情報を基に到来方向推定情報を得ている。

また、分布情報算出部３２０は、無線環境の変化に追従するために、特定のタイミング で、蓄積される受信レベルの情報をリセットして最新の無線環境に対応した到来方向を推 定するようにしている。
特定のタイミングとは、ヌルスキャンの時間間隔より長い時間間隔、または、到来の頻 度が高い部分（到来の頻度のピーク）が特定角度（例えば、５度）ずれた時である。

また、屋内環境のように反射が多く、同一波源からのパスが多く受信されるマルチパス 環境においては、分布情報算出部３２０で、到来方向の分布状況を把握する過程で、同じ タイミングで受信されるパス間の相互相関を行って相関性を確認し、相関性が高い信号に 関しては、同一波源からのマルチパス信号と判断して、マルチパスから最大となるパスの みを到来方向として統計情報に記憶するようにしてもよい。

［放射パターン選択部３３０］
放射パターン選択部３３０は、分布情報算出部３２０から到来方向推定情報を入力し、 推定した到来方向に対応した放射パターンを選択し、その放射パターンを形成するための ウェイト値をアンテナ制御部２００のウェイト部１０１に出力する。

選択された放射パターンに基づくウェイト値は、ウェイト演算のアルゴリズムにて算出 する。または、予め放射パターンに対応してアンテナ毎のウェイト量の組み合わせを放射 パターン選択部３３０内の記憶部に保存（記憶）しておき、推定した到来方向に対応した 放射パターンと照合してウェイと値を選択してもよい。

［ヌルスキャン部：図２］
次に、アンテナ制御部２００のヌルスキャン部４００について図２を参照しながら説明 する。図２は、ヌルスキャン部の構成ブロック図である。
ヌルスキャン部４００は、図２に示すように、複数（１〜Ｎ）のヌルユニット４１０で 構成され、各ヌルユニット４１０は、ウェイト合成器４１１と、信号結合器４１２と、受 信レベル検出器４１３とを備えている。
上述したように、Ｎは到来角度の分解能を示すもので、Ｎ個の到来角度での受信レベル を検出できるものとなる。

ウェイト合成器４１１は、図７，８のウェイト部１０１とウェイト合成部１０２に相当 し、信号結合器４１２は、図７，８の信号結合・分割部１０３の信号結合の構成が相当し ている。

つまり、無線部１１から入力される各アンテナでの受信信号が全てのヌルユニット４１ ０のウェイト合成器４１１に入力され、ウェイト合成器４１１では、到来角度毎に鋭いビ ームパターンを形成するようウェイト値を重畳して重み付けを行う。

信号結合器４１２では、重畳した各アンテナからの受信信号を結合し、受信レベル検出 器４１３に出力する。
受信レベル検出器４１３は、信号結合器４１２からの信号に対して受信レベルを検出し 、到来方向推定部３００の到来方向検出部３１０に出力する。

［上位装置が複数である場合の本アンテナ制御装置の回路構成：図３］
次に、上位装置が複数である場合の本アンテナ制御装置の一部回路構成について図３を 参照しながら説明する。図３は、上位装置が複数である場合の本アンテナ制御装置の一部 回路構成図である。
尚、上位装置が一つの場合については、図３の構成で上位装置が一つであれば、アンテ ナ制御部５１０において、アンテナ制御ユニット５１１が一つとなる。

図３の構成であれば、ユーザが多くて上位装置の収容能力が先に限界を迎えてしまう無 線環境においても、ビーム毎に異なる上位装置につながるため、収容能力に余裕を持つこ とができ、通信品質の劣化を抑えることができる。

本アンテナ制御装置は、図３に示すように、空中線１０と、無線部１１と、利得正規化 部５０１と、上位装置結合・分割部５０２と、アンテナ制御部５１０とを備えている。
尚、アンテナ制御部５１０にはヌルスキャン部４００と到来方向推定部３００を備える が、紙面の関係で利得正規化部５０１の上側にヌルスキャン部４００と到来方向推定部３ ００を描いている。
図３では省略しているが、到来方向推定部３００は、アンテナ制御部５１０の各ウェイ ト部５１１ｂに接続され、選択された放射パターンに応じたウェイト値を出力する。

空中線１０、無線部１１は、図７，８及び図１で説明したものと同様である。
空中線１０の複数のアンテナ１０ａに無線部１１のＴＲＸ１１ａが接続し、ＴＲＸ１１ ａがＡＤ／ＤＡ１１ｂを介してヌルスキャン部４００と利得正規化部５０１に接続してい る。
ヌルスキャン部４００は、無線部１１のそれぞれのＡＤ／ＤＡ１１ｂからの出力が入力 されるようになっており、それぞれの出力が全てのウェイト合成部４１１に入力される。

利得正規化部５０１は、送受信信号を適正レベルに調整するものであり、ＡＤ／ＤＡ１ １ｂに接続する複数の乗算器５０１ａと、乗算器５０１ａに利得を提供する利得提供部５ ０１ｂとを備え、利得提供部５０１ｂからの利得を乗算器５０１ａで重畳（乗算）する。

上位装置結合・分割部５０２は、受信信号については、複数の上位装置のそれぞれに対 応したアンテナ制御ユニット５１１に受信信号を分割して出力し、送信信号については、 複数のアンテナ制御ユニット５１１からの送信信号を結合して利得正規化部５０１に出力 する。

アンテナ制御部５１０は、上位装置の数に応じて複数のアンテナ制御ユニット５１１を 備えており、アンテナ制御ユニット５１１は、複数の乗算器５１１ａと、ウェイト部５１ １ｂと、結合・分割部５１１ｃとを備えている。
乗算器５１１ａと、ウェイト部５１１ｂと、結合・分割部５１１ｃは、図１のウェイト 合成部１０２と、ウェイト部１０１と、信号結合・分割部１０３に相当している。

アンテナ制御ユニット５１１は、上位装置結合・分割部５０２からの複数の受信信号を 入力すると共に、分割された複数の送信信号を上位装置結合・分割部５０２に出力する。
乗算器５１１ａは、ウェイト部５１１ｂからのウェイト値を送受信信号に重畳する。
ウェイト部５１１ｂは、到来方向推定部３００の放射パターン選択部３３０からのウェ イト値が設定され、乗算器５１１ａにそのウェイト値を出力する。
結合・分割部５１１ｃは、ウェイト値が重畳された受信信号を結合して各上位装置に対 応した変復調部に出力し、その変復調部から変調された送信信号を分割して各乗算器５１ １ａに出力する。

図３の構成において、到来方向推定部３００で推定された到来方向に対して選択された アンテナ放射パターンに従って生成されるビーム数は、接続される上位装置の数と同数と なるよう調整してもよい。
その場合、アンテナ制御部５１０の中のアンテナ制御ユニット５１１がビーム数分並ぶ 構成となる。その場合のビームパターンの例は、後述する図６に示すが、接続される上位 装置の数に応じて、ビーム数が同数になるよう制御する。
尚、接続される複数の上位装置は、１つの基地局のセクタであってもよい。

図３の構成によれば、ユーザ数が多くても、到来方向に応じて、各上位装置に対応した 細やかな放射パターンをアンテナ制御ユニット５１１で形成でき、各上位装置に応じた無 線品質を向上させることができるものである。

［ヌルスキャンのイメージ：図４］
次に、本アンテナ制御装置におけるヌルスキャンのイメージについて図４を参照しなが ら説明する。図４は、ヌルスキャンのイメージ図である。
本アンテナ制御装置のヌルスキャン部４００では、受信信号を分割してウェイト値を重 畳できるので、図４の（ａ）〜（ｃ）のビームパターンを一度に形成する。図４では、イ メージしやすいように、ビームパターンをスキャンさせている図としている。
尚、同時に図４（ａ）〜（ｃ）を形成せず、時間的にずらして、まさにスキャンさせる ようにしてもよい。

［到来方向推定の統計情報の例：図５］
次に、到来方向推定の統計情報の例について図５を参照しながら説明する。図５は、到 来方向推定の統計情報の例を示す図である。
到来方向推定部３００の分布情報算出部３２０で、到来角度毎に受信の頻度を加算して 合計したものが到来方向推定の統計情報となる。
統計情報は、図５に示すように、横軸が角度で縦軸が頻度となっている。角度はＮ個に 分割され、受信レベルが特定のしきい値を越えた回数を頻度として表している。
図５における頻度の高い角度が受信信号の到来方向となる。

尚、分布情報算出部３２０は、この統計情報を放射パターン選択部３３０に出力しても よいし、統計情報を基に到来波のピークの角度と高さを特定し、その情報を放射パターン 選択部３３０に出力してもよい。

［ビームパターンの例：図６］
次に、本アンテナ制御装置におけるアンテナ放射パターン（ビームパターン）の例につ いて図６を参照しながら説明する。図６は、ビームパターンの例を示す図である。
図６に示すように、上位装置の接続数に応じてビームパターンのビームの数も同じにし た例であり、初期ビームパターンは、到来方向推定部３００で到来方向の分布情報が積算 される前に用いられるものであり、上位装置の接続数が１の場合には、単一指向性であり 、上位装置の接続数が複数になれば、その数に応じて等分のビームとなる。

また、本アンテナ制御装置によって制御されるアンテナ放射パターンは、上位装置の接 続数に応じて適応制御ビームパターンが形成されるものである。上位装置の接続数が複数 である場合には、その数に対応して適応配分されたビームパターンとなる。

［実施の形態の効果］
本アンテナ制御装置によれば、複数のアンテナ１０ａを用いて放射パターンを形成する ために送受信信号に重畳するウェイト値が設定されるウェイト部１０１と、送受信信号に ウェイト部１０１のウェイト値を重畳するウェイト合成部１０２と、受信信号の到来方向 の受信レベルを出力するヌルスキャン部４００と、当該受信レベルから受信信号の到来方 向を検出する到来方向検出部３１０と、検出した到来方向の分布情報を算出する分布情報 算出部３２０と、分布情報に基づいて放射パターンを選択し、選択した放射パターンに対 応したウェイト値をウェイト部１０１に設定する放射パターン選択部３３０とを有するも のとしているので、無線環境に応じて適正な放射パターンを生成できるようウェイト量を 容易に設定できる効果がある。

また、本アンテナ制御装置によれば、ユーザが多い環境で、効率的なエリア構成するた めのアンテナ放射パターンを生成するシステムにおいて、事前に環境調査を実施すること や、環境変化に合わせて上位装置からの調整を実施することなく、自律的にユーザ分布状 態を把握し、最適なアンテナ放射パターンを生成することができる効果がある。

また、本アンテナ制御装置によれば、１つのアンテナ制御装置にて、ビーム毎に異なる 上位装置と接続した形態での運用が可能であり、ユーザが多く１つの上位装置では収容能 力が不足する環境においても、通信品質を確保することができる効果がある。

更に、本アンテナ制御装置によれば、屋内環境のように反射が多くマルチパスが形成さ れる環境においては、ヌルスキャンでユーザ分布状況を把握する過程で、パス間の相互相 関性を確認して、マルチパスの中から最大となるパスのみ到来方向として統計情報に記録 することで、適切な分布状況を把握することができる効果がある。

また、本アンテナ制御装置によれば、複数の基地局、または基地局の複数セクタに対し 、それぞれ独立にビームを制御して、全体として調和した放射パターンを生成することが 可能となるため、無線領域のエリア分割による通信品質改善とともに、それぞれの分割さ れたエリアの基地局側の収容能力拡大を図ることができる効果がある。
その際、接続される基地局またはセクタの数に応じて、自律的に同数のビームが生成さ れるように制御することで、効率的な運用が可能になる。

この出願は、２０１６年１２月２０日に出願された日本出願特願２０１６−２４６１０８を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

本発明は、無線環境に応じて適正な放射パターンを生成できるようウェイト量を設定で きる自律型放射パターン生成アンテナ制御装置に好適である。

１０...空中線、 １０ａ...アンテナ、 １１...無線部、 １１ａ...送受信部（ＴＲ Ｘ）、 １１ｂ...ＡＤ／ＤＡ変換部（ＡＤ／ＤＡ）、 １２...変復調部、 １００... アンテナ制御部、 １０１...ウェイト部、 １０２...ウェイト合成部、 １０２ａ... 乗算器、 １０３...信号結合・分離部、 ２００...アンテナ制御部、 ３００...到来 方向推定部、 ３１０...到来方向検出部、 ３２０...分布情報算出部、 ３３０...放 射パターン選択部、 ４００...ヌルスキャン部、 ４１０...ヌルユニット、 ４１１.. .ウェイト合成器、 ４１２...信号結合器、 ４１３...受信レベル検出器、 ５０１... 利得正規化部、 ５０１ａ...乗算器、 ５０１ｂ...利得提供部、 ５０２...上位装置 結合・分割部、 ５１０...アンテナ制御部、 ５１１アンテナ制御ユニット、 ５１１ ａ...乗算器、 ５１１ｂ...ウェイト部、 ５１１ｃ...結合・分割部

Claims (5)

1. 複数のアンテナを用いて放射パターンを形成するために送受信信号に重畳するウェイト値が設定されるウェイト部と、前記送受信信号に前記ウェイト部のウェイト値を重畳するウェイト合成部とを備えるアンテナ制御装置であって、
   接続する複数の上位装置に応じて前記ウェイト部と前記ウェイト合成部を複数備え、
   受信信号の到来方向を検出する到来方向検出部と、
   検出した到来方向の分布情報を算出する分布情報算出部と、
   前記分布情報に基づいて前記上位装置の数に応じたビーム数となるよう制御された放射パターンを選択し、前記選択した放射パターンに従って前記上位装置毎に対応したウェイト値を前記ウェイト部に設定する放射パターン選択部とを有することを特徴とするアンテナ制御装置。
2. 複数のアンテナで受信された受信信号について、異なる到来方向の指向性パターンを生成するようウェイト値を重畳する処理を放射方向全体に行い、各到来方向の受信レベルを出力するヌルスキャン部を備え、
   前記到来方向検出部は、前記ヌルスキャン部から出力された受信レベルに基づいて到来方向を検出することを特徴とする請求項１記載のアンテナ制御装置。
3. 分布情報算出部は、ヌルスキャン部から出力された受信レベルの出現頻度を算出して分布情報とすることを特徴とする請求項２記載のアンテナ制御装置。
4. 放射パターン選択部は、特定のタイミングでウェイト値をウェイト部に設定して放射パターンを変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のアンテナ制御装置。
5. 到来方向検出部は、受信信号の相互相関を取って、マルチパス信号については受信レベルが最大となるパスの信号の到来方向を選択することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のアンテナ制御装置。

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