JP6920058B2 - 無線通信システム及びビーム制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、アナログビーム形成とディジタルビーム形成を組み合わせたハイブリッドビーム形成を利用するビーム制御に関し、特に、基地局において形成するビームを端末局の移動に追従させるためのビーム制御に関する。

近年の情報化社会の進展は実に目覚しく、多くの情報通信機器やサービスにおける通信方法として、有線通信のほかに、無線通信が利用されることも多くなっている。これに伴い、無線通信容量の向上のために、各種の無線伝送技術の開発による周波数利用効率の向上のほか、これまで主に無線通信に利用されてきたＵＨＦ帯など６ＧＨｚ以下の周波数帯に加え、ミリ波帯等の高周波数帯を利用した移動通信システムの研究開発が活発化している。

ミリ波等の高周波数帯を利用する無線通信システムでは、ＵＨＦ帯等の周波数帯に比較して伝搬損失が大きくなり、同一の送信出力・同一距離の伝搬であっても受信ＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio；信号対雑音比）が低下する。これに対し、ビーム形成（送信ビーム形成及び受信ダイバーシチ合成）により受信ＳＮＲを確保する技術が有効であるが、全てをディジタル信号処理によるビーム形成（ディジタルビーム形成）で実現しようとすると、ディジタル信号処理部の数が増えてコスト・消費電力の増大につながってしまう。この課題を解決するため、ディジタルビーム形成部の先にバトラーマトリックス等のアナログビーム形成装置を接続し、これをサブアレーとして更にアレー化するハイブリッドビーム形成方式が提案されている。

このような技術分野に関する発明として、以下のような発明が提案されている。
特許文献１には、複数のビームを所定パターンに形成するマルチビームアンテナに関する発明が開示されている。特許文献２には、レーダ装置のアンテナとして適用可能のアレーアンテナ装置及びグレーティング抑圧方法に関する発明が開示されている。特許文献３には、第１ステーションと第２ステーションとの間で信号がある方向のみに送信される方向性無線通信方法及び装置に関する発明が開示されている。特許文献４には、グレーティングローブを抑圧可能なアレーアンテナ装置及びこのアレーアンテナ装置を用いてメインローブの走査範囲内に位置するターゲットを検知するレーダ装置に関する発明が開示されている。

特開２０００−３３２５２２号公報 特開２００３−１１０３３５号公報 特表２００１−５１２６３１号公報 特開２０１１−６４５８４号公報

上述の通り、バトラーマトリックスを用いたハイブリッドビーム形成は、ディジタル信号処理系統の削減に有効である。図１には、４×４のバトラーマトリックスを用いたアナログビーム形成装置の例を示してある。同図のアナログビーム形成装置は、送信ＲＦ部３０１と、ＲＦスイッチ３０２と、バトラーマトリックス３０３とを備える。バトラーマトリックス３０３は、ＲＦスイッチ３０２と選択的に接続される＃１〜＃４の４つの入力ポートと、アンテナアレーを構成する各アンテナ素子がそれぞれ接続される４つの出力ポートを備える。

図１Ａは、入力ポート＃１の選択時にアンテナアレーが形成するビーム角度を示している。図１Ｂは、入力ポート＃２の選択時にアンテナアレーが形成するビーム角度を示している。図１Ｃは、入力ポート＃３の選択時にアンテナアレーが形成するビーム角度を示している。図１Ｄは、入力ポート＃４の選択時にアンテナアレーが形成するビーム角度を示している。図１Ａ〜図１Ｄに示すように、４×４のバトラーマトリックスを用いると、♯１〜♯４の入力ポートに対してアンテナアレーが形成するビーム角度が決定されるため、ＲＦスイッチ等で入力ポートを選択することで、形成するアナログビームを切り替えることが可能である。

図２には、これらのバトラーマトリックス及びアンテナアレーをサブアレーとして複数並べ、各ＲＦスイッチへの入力信号に対してディジタルビーム形成処理を行うビーム形成装置の例を示してある。同図のビーム形成装置は、ディジタルビーム形成部３０４に、送信ＲＦ部３０１とＲＦスイッチ３０２とバトラーマトリックス３０３をそれぞれ有する４つのアナログビーム形成部が接続された構造である。各バトラーマトリックス３０３に接続された１６個のアンテナは、全体として所定の規則、例えば１つの直線上に一定間隔で配置されるものとする。このような構造によれば、バトラーマトリックスにより形成したアナログビームの範囲内で、更に細いビームを形成することができる。

しかしながら、移動通信システムにおいては端末局の位置が移動するために、一つのアナログビームでは基地局のエリア全体をカバーすることができず、端末局の移動に追従してバトラーマトリックスの入力ポート（アナログビーム）を切り替える必要が生じる。このビーム切り替えの際にＲＦスイッチを切り替えるが、ＲＦスイッチ切替に要する期間中は信号を送受信できないため、電波が途切れてしまうことになる。アナログビーム形成において複数ビームを常に形成する方法もあるが、アナログ分配による送信電力の低下や、ディジタル信号処理部の数の増加につながってしまう。

本発明は、上記のような従来の事情に鑑み、ハイブリッドビーム形成を利用する無線通信システムにおいて、端末局の移動に追従してアナログビームを切り替える際に電波が途切れてしまう状況を回避して無線通信を行うことを可能にすることを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、無線通信システムを以下のように構成した。すなわち、基地局と端末局との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、基地局は、アナログビーム形成とディジタルビーム形成を組み合わせたハイブリッドビーム形成を行うビーム形成手段と、端末局の位置に応じた方向にビームを形成するようビーム形成手段を制御するビーム制御手段とを備え、ビーム形成手段は、複数のアナログビーム形成部を有し、ビーム制御手段は、ビーム形成手段により形成中のビームの境界に端末局が近づいたか否かを判定し、端末局が境界に近づいたと判定された場合に、複数のアナログビーム形成部のうちの一部のアナログビーム形成部を、端末局の移動先となる方向にビームを形成するよう動作させる。

このような構成により、端末局が移動した結果、現在形成しているビームの境界に近づいたことを基地局が把握した場合に、一部のアナログビーム形成部により形成されるアナログビームの方向を先取りで切り替えておくことで、全てのアナログビーム形成部が無送信となることを回避し、電波を途切れさせることなくアナログビームの切り替えを行うことが可能となる。
したがって、ハイブリッドビーム形成を利用したビーム追尾を行う無線通信システムにおいても、アナログビームの境界をまたぐ端末局の移動が発生した際にアナログビームの切り替えを行っても電波を途切れさせることなく端末局を追尾することが可能となる。

ここで、一構成例として、端末局は、基地局から受信した電波の伝搬特性に基づいて、電波の到来方向を推定する到来方向推定手段と、到来方向推定手段による推定結果を基地局に送信する送信手段とを備え、ビーム制御手段は、端末局から受信した推定結果に基づいて、端末局が境界に近づいたか否かを判定する構成としてもよい。

また、一構成例として、ビーム形成手段は、ディジタルビーム形成ウェイトに応じたディジタルビーム形成処理を行う複数のディジタルビーム形成部を有し、各ディジタルビーム形成部の後段にアナログビーム形成部がそれぞれ接続され、アナログビーム形成部は、形成するビームの方向をスイッチ切り替えにより変更可能なバトラーマトリックスを用いて構成され、ビーム制御手段は、端末局から受信した推定結果に基づいて、各バトラーマトリクスのスイッチを切り替えると共に、ディジタルビーム形成ウェイトを算出して各ディジタルビーム形成部に通知することで、ビーム形成手段により形成されるビームの方向を変化させる構成としてもよい。

なお、本発明は、上記のような無線通信システムにおけるビーム制御方法として把握することもできる。すなわち、基地局から端末局に向けて形成するビームを制御するビーム制御方法において、基地局は、アナログビーム形成とディジタルビーム形成を組み合わせたハイブリッドビーム形成を行うビーム形成手段を備え、端末局の位置に応じた方向にビームを形成するようビーム形成手段を制御しており、ビーム形成手段は、複数のアナログビーム形成部を有し、基地局が、ビーム形成手段により形成中のビームの境界に端末局が近づいたか否かを判定し、端末局が前記境界に近づいたと判定された場合に、複数のアナログビーム形成部のうちの一部のアナログビーム形成部を、端末局の移動先となる方向にビームを形成するよう動作させる。

本発明によれば、ハイブリッドビーム形成を利用する無線通信システムにおいて、端末局の移動に追従してアナログビームを切り替える際にも電波を途切れさせることなく無線通信が可能となる。

入力ポート＃１の選択時にアンテナアレーが形成するビーム角度の例を示す図である。 入力ポート＃２の選択時にアンテナアレーが形成するビーム角度の例を示す図である。 入力ポート＃３の選択時にアンテナアレーが形成するビーム角度の例を示す図である。 入力ポート＃４の選択時にアンテナアレーが形成するビーム角度の例を示す図である。 複数のバトラーマトリックス及びアンテナアレーを備えたビーム形成装置の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムの全体構成の例を示す図である。 図３の無線通信システムにおけるＢＳ（基地局）の構成例を示す図である。 図４のＢＳにおけるＢＢ信号処理部の構成例を示す図である。 図４のＢＳにおけるＡＢＦ部の構成例を示す図である。 図３の無線通信システムにおけるＵＥ（端末局）の構成例を示す図である。 図７のＵＥにおけるＢＢ信号処理部の構成例を示す図である。 図４のＢＳによるビーム制御に係る処理フローの例を示す図である。 ＡＢＦ部が形成するアナログビームを示す図である。

本発明に係る無線通信システムは、一例として、以下のように構成される。すなわち、無線通信システムは、無線通信を行う無線通信装置である基地局と端末局とを含んで構成され、アナログビーム形成とディジタルビーム形成を組み合わせたハイブリッドビーム形成を利用して無線通信を行う。基地局の送信機は、ビーム形成を行いながら無線通信を行うために複数の送信アンテナ及び複数の送信ＲＦチェーンならびに一つ以上のベースバンド信号処理部を備える。基地局の送信機におけるハイブリッドビーム形成は、ディジタルビーム形成部の先にバトラーマトリックス等のアナログビーム形成部を接続することにより行われる。また、基地局の送信機が、移動する端末局の位置ないし方向に基づいてビーム形成（端末局を追尾）する手段を備え、端末局が移動した結果、現在形成しているアナログビームの境界に近づいたことを基地局が把握した場合は、一部のバトラーマトリックスに対する入力スイッチを先取りで切り替えておく。これにより、すべてのアナログビーム形成装置が無送信となることを回避し、電波を途切れさせることなくアナログビームの切替を行うことが可能となる。
以下、本発明の一実施形態に係る無線通信システムについて、図面を参照して具体的に説明する。

（無線通信システムの概要）
図３には、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの全体構成の例を示してある。本実施形態に係る無線通信システム１は、アナログビーム形成とディジタルビーム形成を組み合わせたハイブリッドビーム形成を利用する無線通信システムである。
図３に示されるように、無線通信システム１は、携帯電話機等の無線通信を行う端末局であるＵＥ２０と、無線通信の端末局（ＵＥ２０）が接続する基地局であるＢＳ１０とを含んで構成される。

ここで、ＢＳ１０とＵＥ２０との間の無線通信は、たとえばＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；直交波周波数分割多重）伝送など任意の通信方式によって行われる。ＢＳ１０は少なくとも下り送信用に複数のミリ波アンテナを具備し、下り送信時にアンテナへ供給する送信信号の位相や振幅を制御することで、ＵＥ２０の位置に向けた送信ビームを形成する。

（ＢＳ１０の具体的構成）
以下、図４〜図６を参照して、ＢＳ１０の具体的な構成について説明する。
図４には、図３の無線通信システムにおけるＢＳ１０の構成例を示してある。図４に示すように、ＢＳ１０は、電波の送受信を行うアンテナアレー１０１〜１０４と、データの送受信を行うデータ伝送部１０５と、自局全体の制御を行う主制御部１０６と、外部回線や外部装置とのインターフェースとなるインターフェース部１０７と、外部回線や外部装置と接続するための端子１０８とを備える。

データ伝送部１０５は、アナログビームフォーミング（ＡＢＦ）部１１１〜１１４と、ベースバンド（ＢＢ）信号処理部１１５と、ＭＡＣ処理部１１６とを備える。
ＡＢＦ部１１１〜１１４は、その構成例を図６に示すように、ＲＦ部１２１と、ＲＦスイッチ１２２と、バトラーマトリックス１２３とを備える。
ＲＦ部１２１は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換及び無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換や、信号増幅等の処理を行う。
ＲＦスイッチ１２２は、バトラーマトリックス１２３の各入力ポートとＲＦ部１２１との接続経路を切り替える。
バトラーマトリックス１２３は、ＲＦスイッチ１２２が選択した１つの入力ポートに対応した位相差の無線信号を出力ポート（アンテナアレー側のポート）に出力する。例えば、４×４の通常のバトラーマトリックスでは、出力ポート間の位相差が、入力ポートの選択に応じて0°、９０°、１８０°、２７０°となる。このような無線信号をアンテナアレーに供給することで、４種類のアジマスのアナログビームを形成する。ミリ波の用途では、バトラーマトリックス１２３は、集積回路の微細加工技術を用いて１つのチップ上で実現されうる。

ＢＢ信号処理部１１５は、その構成例を図５に示すように、送信ＢＢ部１３１と、受信ＢＢ部１３２とを備える。
受信ＢＢ部１３２は、ＯＦＤＭ復調部１５１と、チャネル復号部１５２とを備え、チャネル復号部１５２からＵＥの到来方向推定結果をビーム制御部１４７へ通知する。このＵＥの到来方向推定結果は、ＵＥにおいて到来方向推定を行った結果を上り回線を通じてＢＳへと伝送されたものであり、詳細についてはＵＥ２０の具体的構成の中で説明する。

送信ＢＢ部１３１は、チャネル符号化部１４１と、ＯＦＤＭ変調部１４２と、ディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）部１４３〜１４６と、ビーム制御部１４７とを備える。
ビーム制御部１４７は、チャネル復号部１５２から受け取ったＵＥの到来方向推定結果に基づき、ＡＢＦ部１１１〜１１４のＲＦスイッチ１２２の接続を切り替えてアナログビームを切り替えるとともに、各アナログビームの合成指向性における主ビーム方向が到来方向推定結果と同じになるようにディジタルビーム形成ウェイトを算出してＤＢＦ部１４３〜１４６に対して通知する。
ＤＢＦ部１４３〜１４６は、チャネル符号化部１４１及びＯＦＤＭ変調部１４２により処理された信号が分配して入力され、送信ＢＢ部１３１から通知されたディジタルビーム形成ウェイトを乗算して、後段のＡＢＦ部１１１〜１１４へ出力する。
なお、図５は、１ユーザ分の処理に必要な構成を示すものであり、複数のＵＥに同時に送信する場合は、図５の構成を複数備えて、ＡＢＦ部への出力を合成すればよい。

ＭＡＣ処理部１１６は、自局（ＢＳ１０）が使用する周波数やデータ送受信タイミングの制御、通信パケットへの自局識別子の付加、及びデータ送信元の無線装置の認識などの処理を行う。

主制御部１０６は、例えば、プロセッサとメモリ上に定義されたデータ記憶領域とソフトウェアで構成することが可能である。また、ＢＢ信号処理部１１５、ＭＡＣ処理部１１６における処理は、例えば、主制御部１０６のプロセッサがハードディスクやフラッシュメモリ等のデータ記憶装置に記憶されているプログラムをメモリ上に読み出して実行することにより実現することが可能である。

（ＵＥ２０の具体的構成）
以下、図７，図８を参照して、ＵＥ２０の具体的な構成について説明する。
図７には、図３の無線通信システムにおけるＵＥ２０の構成例を示してある。図７に示すように、ＵＥ２０は、電波を送信及び受信するアンテナ２０１と、データの送受信を行うデータ伝送部２０２と、自局全体の制御を行う主制御部２０３と、外部回線や外部装置とのインターフェースとなるインターフェース部２０４と、外部回線や外部装置と接続するための端子２０５とを備える。

データ伝送部２０２は、ＲＦ部２１１と、ベースバンド（ＢＢ）信号処理部２１２と、ＭＡＣ処理部２１３とを備える。
ＲＦ部２１１は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換及び無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換や、信号増幅等の処理を行う。

ＢＢ信号処理部２１２は、その構成例を図８に示すように、送信ＢＢ部２２１と、受信ＢＢ部２２２とを備える。
送信ＢＢ部２２１は、チャネル符号化部２３１と、ＯＦＤＭ変調部２３２とを備える。
受信ＢＢ部２２２は、ＯＦＤＭ復調部２４１と、チャネル復号部２４２と、到来方向推定部２４３とを備える。

到来方向推定部２４３は、チャネル復号部２４２及びＯＦＤＭ復調部２４１により処理された信号に基づいて、基地局から送信されて端末局で受信された電波の伝搬特性からその電波の到来方向を推定し、推定結果を送信ＢＢ部２２１へ通知する。この到来方向推定処理は、例えば、ＢＳ１０が、自身の具備する各アンテナアレーを識別することができる参照信号を送信し、ＵＥ２０が、ＢＳ１０から受信した電波及び参照信号に基づいて、ＢＳ１０の各アンテナアレー１０１〜１０４とＵＥ２０のアンテナ２０１との間の伝搬特性を取得することで実現することが可能である。参照信号は空間変調技術を用いて送信することができ、そこではＯＦＤＭ信号中のあるサブキャリアは、ある１つのアンテナアレーに割り当てられて送信される。
到来方向推定部２４３の推定結果を受け取った送信ＢＢ部２２１は、ＢＳ１０に向けて到来方向推定結果を送信する。

ＭＡＣ処理部２１３は、自局（ＵＥ２０）が使用する周波数チャネルやデータ送受信タイミングの制御、パケットへの自局識別子の付加、及びデータ送信元の無線装置の認識等の処理を行う。

主制御部２０３は、例えば、プロセッサとメモリ上に定義されたデータ記憶領域とソフトウェアで構成することも可能である。また、ＢＢ信号処理部２１２、ＭＡＣ処理部２１３における処理は、例えば、主制御部２０３のプロセッサがハードディスク等のデータ記憶装置に記憶されているプログラムをメモリ上に読み出して実行することにより実現することが可能である。

（ビーム制御部がアナログビームを切り替える例）
以下、図９，図１０を参照して、ＢＳ１０が無線通信を行う際に送信側のビームを制御する例について説明する。図９には、ＢＳ１０によるビーム制御に係る処理フローの例を示してある。図１０には、各ＡＢＦ部１１１〜１１４により形成されるビームの一例を示してある。
ＢＳ１０の送信ビームは、データ伝送部１０５において、ビーム制御部１４７の制御に基づき、ＡＢＦ部１１１〜１１４及びＤＢＦ部１４３〜１４６により形成される。ビーム制御部１４７は、ＡＢＦ部１１１〜１１４及びＤＢＦ部１４３〜１４６に対する制御を実行する。

まず始めに、ステップＳ１０１として、ＵＥの方向（到来方向推定結果）を取得する。
ステップＳ１０２として、ＵＥ方向が、現在ビーム制御部１４７が認識しているＵＥ在圏アナログビーム（現在形成しているアナログビーム）の境界に近づいているか否かを判定する。
ここで図１０を参照すると、原点付近には９０°と２７０°を結ぶ直線上にアンテナアレイが配置されており、原点から延びる４つのビーム４０１〜４０４は、ＡＢＦ部のみで形成できる４種類のアナログビームを示している。本例では、これらのビームによって、セクタ範囲４０５として図示するように、一般的なセクタに相当する１２０°の範囲のビーム角度を実現する。ＤＢＦ部１４３〜１４６と協働することで、図示された４つのアナログビーム４０１〜４０４はそれぞれ、角度を狭い範囲であるが連続的に走査されうる。また、同図の角度領域４１２は、隣接するアナログビームの角度領域４１１との境界の付近に対応しており、ＵＥ方向がこれらの領域内にあれば、境界に接近していると判定される。一方、ＵＥ方向がこれらの領域外（すなわち、角度領域４１１内）であれば、接近していないと判定されうる。なお、これら角度領域の幅は、任意に設定されうる。

ステップＳ１０２において、ＵＥ方向がＵＥ在圏アナログビームの境界に接近していないと判定された場合には、ステップＳ１０３として、ＡＢＦ部１１１〜１１４（全てのＡＢＦ部）に対して、同じスイッチ接続先を指示する。
一方、ステップＳ１０２において、ＵＥ方向がＵＥ在圏アナログビームの境界に接近していると判定された場合には、ステップＳ１０４として、ＡＢＦ部１１１〜１１２（一部のＡＢＦ部）とＡＢＦ部１１３〜１１４（残りのＡＢＦ部）とで、異なるスイッチの接続先になるよう指示を出す。例えば、ＡＢＦ部１１１〜１１２（一部のＡＢＦ部）により在圏アナログビームの形成を続けるとともに、ＡＢＦ部１１３〜１１４（残りのＡＢＦ部）によりＵＥが移動する先の（すなわち隣接する）アナログビームを形成する。

最後に、ステップＳ１０５として、ＵＥ方向に鋭いディジタルビームが向くようにディジタルビーム形成ウェイトを算出し、ＤＢＦ部１４３〜１４６に通知する。なお、ステップＳ１０４の指示を行っている場合、移動先のアナログビームを形成している残りのＡＢＦ部に注目すると、それらによる合成ビームは、在圏アナログビーム寄りの、できるだけＵＥ方向に近い方向に向いていると考えることもできる。いずれにしても、最終的に合成された指向性が、ＵＥ方向を向いた高利得のディジタルビームと、十分に小さなサイドローブを呈すればよい。
これらの一連の処理は定期的に繰り返され、ＢＳ１０では、ＵＥ２０の移動（ＵＥ方向の変化）に追従したビーム形成（ビーム追尾）を行う。
また、ＵＥが現在のセクタから隣接するセクタに移動する場合も、同様のビーム形成を行うことができる。この場合、ＬＴＥ規格におけるｉｎｔｒａ ｅＮＢハンドオーバに相当するＭＡＣ層の手続きと協働して若しくは独立に行われてもよい。

なお、本実施形態では、各アンテナアレーをそれぞれ４つのアンテナ素子で構成されているが、より多い又は少ない数のアンテナ素子で構成されてもよい。
また、本実施形態では、アンテナアレー、ＡＢＦ部、ＤＢＦ部を４つずつ備えているが、より多い又は少ない数を備える構成でもよい。
また、本実施形態では、ＵＥ在圏アナログビームの形成に用いるＡＢＦ部の数と、ＵＥ移動先のアナログビームの形成に用いるＡＢＦ部の数とを一致させているが、これらの数を異ならせてもよい。例えば、ＵＥ在圏アナログビームの形成に用いるＡＢＦ部の数を、ＵＥ移動先のアナログビームの形成に用いるＡＢＦ部の数より多くしてもよい。
また、本実施形態では、バトラーマトリックスを用いてアナログビーム形成部を構成しているが、他の形式のアナログビーム形成部を用いてもよい。
また、アナログビームの切り替えは、給電ポートをスイッチで選択する方法に限られない。例えば、ＭＥＭＳ技術によるチューナブル方向性結合器を用いてバトラーマトリックスを構成することで、バトラーマトリックス自体に切り替え能力を持たせてもよい。

（まとめ）
以上のとおり、本実施形態によれば、ハイブリッドビーム形成を利用したビーム追尾を行う無線通信システムにおいて、アナログビームの境界をまたぐ端末局の移動が発生した際に、アナログビームの切り替えを行っても電波を途切れさせることなく端末局を追尾することが可能となる。

ここで、本実施形態では、ＡＢＦ部１１１〜１１４及びＤＢＦ部１４３〜１４５が本発明に係るビーム形成手段に対応し、ビーム制御部１４７が本発明に係るビーム制御手段に対応し、到来方向推定部２４３が本発明に係る到来方向推定手段に対応し、送信ＢＢ部２２１が本発明に係る送信手段に対応している。

なお、本発明の範囲は、図示及び記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。更に、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

本発明は、第５世代移動通信等の無線アクセスシステム、近距離若しくは室内での高精細映像伝送、レーダ技術を応用した片方向若しくは双方向の通信等に利用することができる。

１：無線通信システム、 １０：ＢＳ、 ２０：ＵＥ、
１０１：アンテナアレー、 １０５：データ伝送部、 １０６：主制御部、 １０７：インターフェース部、 １０８：端子、 １１１〜１１４：ＡＢＦ部、 １１５：ＢＢ信号処理部、 １１６：ＭＡＣ処理部、 １２１：ＲＦ部、 １２２：ＲＦスイッチ、 １２３：バトラーマトリックス、 １３１：送信ＢＢ部、 １３２：受信ＢＢ部、 １４１：チャネル符号化部、 １４２：ＯＦＤＭ変調部、 １４３〜１４６：ＤＢＦ部、 １４７：ビーム制御部、 １５１：ＯＦＤＭ復調部、 １５２：チャネル復号部、
２０１：アンテナ、 ２０２：データ伝送部、 ２０３：主制御部、 ２０４：インタフェース部、 ２０５：端子、 ２１１：ＲＦ部、 ２１２：ＢＢ信号処理部、 ２１３：ＭＡＣ処理部、 ２２１：送信ＢＢ部、 ２２２：受信ＢＢ部、 ２３１：チャネル符号化部、 ２３２：ＯＤＦＭ変調部、 ２４１：ＯＦＤＭ復調部、 ２４２：チャネル復号部、 ２４３：到来方向推定部、
３０１：送信ＲＦ部、 ３０２：ＲＦスイッチ、 ３０３：バトラーマトリックス、 ３０４：ディジタルビーム形成部

Claims (4)

1. 基地局と端末局との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、アナログビーム形成とディジタルビーム形成を組み合わせたハイブリッドビーム形成を行うビーム形成手段と、前記端末局の位置に応じた方向にビームを形成するよう前記ビーム形成手段を制御するビーム制御手段とを備え、
   前記ビーム形成手段は、複数のアナログビーム形成部を有し、
   前記ビーム制御手段は、前記ビーム形成手段により形成中のビームの境界に前記端末局が近づいたか否かを判定し、前記端末局が前記境界に近づいたと判定された場合に、前記複数のアナログビーム形成部のうちの一部のアナログビーム形成部を、前記端末局の移動先となる方向にビームを形成するよう動作させるとともに、前記複数のアナログビーム形成部のうちの残りのアナログビーム形成部を、そのままの方向へのビームの形成を続けるよう動作させることを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記端末局は、前記基地局から受信した電波の伝搬特性に基づいて、前記電波の到来方向を推定する到来方向推定手段と、前記到来方向推定手段による推定結果を前記基地局に送信する送信手段とを備え、
   前記ビーム制御手段は、前記端末局から受信した前記推定結果に基づいて、前記端末局が前記境界に近づいたか否かを判定することを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記ビーム形成手段は、ディジタルビーム形成ウェイトに応じたディジタルビーム形成処理を行う複数のディジタルビーム形成部を有し、各ディジタルビーム形成部の後段に前記アナログビーム形成部がそれぞれ接続され、
   前記アナログビーム形成部は、形成するビームの方向をスイッチ切り替えにより変更可能なバトラーマトリックスを用いて構成され、
   前記ビーム制御手段は、前記端末局から受信した前記推定結果に基づいて、各バトラーマトリクスのスイッチを切り替えると共に、前記ディジタルビーム形成ウェイトを算出して各ディジタルビーム形成部に通知することで、前記ビーム形成手段により形成されるビームの方向を変化させることを特徴とする無線通信システム。
4. 基地局から端末局に向けて形成するビームを制御するビーム制御方法において、
   前記基地局は、アナログビーム形成とディジタルビーム形成を組み合わせたハイブリッドビーム形成を行うビーム形成手段を備え、端末局の位置に応じた方向にビームを形成するよう前記ビーム形成手段を制御しており、
   前記ビーム形成手段は、複数のアナログビーム形成部を有し、
   前記基地局が、前記ビーム形成手段により形成中のビームの境界に前記端末局が近づいたか否かを判定し、前記端末局が前記境界に近づいたと判定された場合に、前記複数のアナログビーム形成部のうちの一部のアナログビーム形成部を、前記端末局の移動先となる方向にビームを形成するよう動作させるとともに、前記複数のアナログビーム形成部のうちの残りのアナログビーム形成部を、そのままの方向へのビームの形成を続けるよう動作させることを特徴とするビーム制御方法。

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