JPH09219615A - アダプティブアレイ送受信装置の指向性制御方法と無線通信システムおよびアダプティブアレイ送受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アダプティブアレイ送受信装置を用いた無線通
信システムにおいて、ハンドオフの頻度を小さくし、局
間干渉による通信品質の劣化を防止する。 【解決手段】配列された複数のアンテナ素子３１の送受
信信号に重み付け器３２により振幅および位相の重み付
けを行い、分配／合成部３３で重み付け器３２を介して
アンテナ素子３１への送信信号の分配およびアンテナ素
子３１からの受信信号の合成を行うアダプティブアレイ
送受信装置を有する基地局と複数の端末間で通信を行う
無線通信システムにおいて、基地局の設置時にアダプテ
ィブアレイ送受信装置に対して所望方向および非所望方
向から参照信号を送信し、アダプティブアレイ送受信装
置の参照信号の受信信号に基づき外部演算装置３６で重
み係数を計算し、インタフェース３５を介して重み付け
器３２に設定することで指向性制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアダプティブアレイ
送受信装置を用いて無線通信を行う無線通信システムに
係り、特にアダプティブアレイ送受信装置の指向性制御
に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、移動端末や携帯端末に対して音声
やデータの通信を行う無線通信システムとして、セルラ
ーシステム、ＰＨＳシステムおよび無線ＬＡＮシステム
が実用化されている。このような無線通信システムで
は、周波数資源の有効利用の観点から、限られた周波数
帯域内にできるだけ多数のユーザ（端末）を収容できる
ようにすることが必要である。

【０００３】この要求に対して、電波の空間的な利用効
率を向上させる方法が有効とされており、マイクロセル
化、ピコセル化はその一手法である。この手法は、図１
に示すように基地局１１の通信サービスエリアＡ１，Ａ
２を小さくし（マイクロセル化／ピコセル化）、セル数
を増やすことで電波の空間的利用効率を高め、システム
全体として収容可能な端末１２の数を増加させる方法で
ある。

【０００４】しかし、この方法では端末１２がある基地
局１１の通信サービスエリアから他の通信サービスエリ
アに移動することによるセル間ハンドオフの頻度が増加
するという問題がある。また、図１に示されるように隣
接する基地局１１間の距離が小さくなった場合には、そ
れら隣接する基地局１１の通信サービスエリアＡ１，Ａ
２が一部オーバラップする結果、隣接する基地局１１同
士が互いに干渉を起こして通信品質が劣化し、最悪の場
合には通信が切断されてしまうという問題が生じる。こ
の現象は、基地局１１間の距離が短い場合のみならず、
距離が離れていても基地局１１の設置場所の条件等によ
り電波の伝搬による減衰が小さい場合にも起こり得る。
このようなことから、マイクロセル化／ピコセル化では
通信サービスエリアであるセルを理想的に配置すること
ができず、電波の空間的利用効率を有効に向上させるこ
とができない。

【０００５】また、電波の空間的利用効率を向上させる
別の手法として、通信サービスエリアのセクタ化があ
る。これは電波の放射方向を制限することで、通信シス
テム内で同一周波数を使用するユーザの数を増加させる
方法である。この方法においても、前述したハンドオフ
頻度の増加の問題があり、さらに通信サービスエリアが
固定的であるために、実際の電波伝搬環境やその変化に
対する柔軟性に乏しいという問題がある。

【０００６】一方、上記二つの手法と同様に空間的に電
波の放射方向を制限して電波の空間的利用効率を向上さ
せるアプローチとして、アダプティブアレイアンテナの
使用が考えられる。アダプティブアレイアンテナは、良
く知られているように配列された複数のアンテナ素子
と、各アンテナ素子の送受信信号に対し重み係数を乗じ
て振幅および位相の重み付けを行う重み付け器およびこ
れらの重み付け器を介して各アンテナ素子への送信信号
の分配および各アンテナ素子からの受信信号の合成を行
う分配／合成部とで構成され、重み係数の制御により適
応的に指向性を変えることが可能なアンテナである。

【０００７】このアダプティブアレイアンテナでは、所
望の方向にゲインを持ち、妨害波の到来する非所望の方
向にゲインを持たないようにその指向性を制御すること
ができるため、実際の電波伝搬環境に則した空間の有効
利用が可能となり、通信システムのマイクロセル／ピコ
セル化や通信サービスエリアのセクタ化といった従来の
手法に比較して有利と考えられる。しかし、従来のアダ
プティブアレイアンテナは逐次的に重み係数を計算して
指向性を変えるため、所望の方向および非所望の方向が
時々刻々と変化するような通信環境には適しているが、
複数の基地局と複数の端末とで構成される無線通信シス
テムにおいては、重み係数の計算に複雑な処理を必要と
する割には、所望の方向に十分なゲインを持ち、非所望
の方向のゲインを十分に抑圧した指向性パターンを確実
に得ることはできないという問題がある。

【０００８】また、従来のアダプティブアレイアンテナ
では指向性制御に際して重み付け器の重み係数の演算に
非常に複雑な処理を必要とするため、アダプティブアレ
イアンテナを含む送受信装置のコストが高くなり、通信
システム全体のコストを押し上げてしまうという問題が
ある。

【０００９】さらに、複数の端末が異なるタイムスロッ
トで基地局と通信を行う時分割多重方式の無線通信シス
テムにおいては、タイムスロット毎に指向性パターンが
全く異なる環境で、基地局はどの端末とも他の基地局か
らの干渉を受けずに通信を行う必要があるが、従来のア
ダプティブアレイアンテナは、このような点を考慮して
いない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の無線通信システムにおける電波の空間的利用効率を向
上させるマイクロセル／ピコセル化や通信サービスエリ
アのセクタ化といった手法では、セル間ハンドオフ頻度
の増加や、基地局間の干渉による通信品質の劣化という
問題があった。また、基地局にアダプティブアレイアン
テナを用れば、このような問題がある程度は解決される
が、従来のアダプティブアレイアンテナでは逐次的に重
み係数を変える方法をとっているため、基地局と端末間
に他の基地局からの干渉を受けないような指向性パター
ンを確実に得ることは難しいという問題があり、加えて
従来のアダプティブアレイアンテナでは重み係数を求め
るために複雑な計算が必要であり、これが通信システム
全体のコストを押し上げてしまうという問題があった。
さらに、従来のアダプティブアレイアンテナは時分割多
重方式の無線通信システムへの適用が考えられておら
ず、このような通信システムにおいて基地局間の干渉を
確実に防止する手法は未だ確立していない。

【００１１】本発明は、ハンドオフの頻度を小さくする
共に、基地局間の干渉による通信品質の劣化を防止でき
るアダプティブアレイ送受信装置を用いた無線通信シス
テムおよびアダプティブアレイ送受信装置の指向性制御
方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るアダプティブアレイ送受信装置の指向
性制御方法は、配列された複数のアンテナ素子と、これ
ら複数のアンテナ素子の送受信信号に重み係数を乗じる
ことにより振幅および位相の重み付けを行う複数の重み
付け手段と、これら複数の重み付け手段を介して複数の
アンテナ素子への送信信号の分配および該アンテナ素子
からの受信信号の合成を行う分配／合成手段とにより構
成されるアダプティブアレイ送受信装置を有する基地局
と複数の端末との間で通信を行う無線通信システムにお
いて、少なくとも基地局の設置時にアダプティブアレイ
送受信装置に対して所望方向および非所望方向の少なく
とも一方の方向から既知の参照信号を送信し、アダプテ
ィブアレイ送受信装置の参照信号の受信信号に基づき重
み係数を計算して重み付け手段に設定することにより、
アダプティブアレイ送受信装置の指向性を制御すること
を特徴とする。

【００１３】このようにアダプティブアレイ送受信装置
を有する基地局の設置時、さらには非通信時に比較的長
い時間間隔でアダプティブアレイ送受信装置の指向性パ
ターンを設定したり変更するために、所望方向および非
所望方向の少なくとも一方に存在する端末から基地局に
向けて既知の参照信号を送信し、基地局内のアダプティ
ブアレイ送受信装置において参照信号の受信信号に基づ
きアダプティブアレイ送受信装置の重み係数を計算して
設定する。これにより、例えば所望方向にはアンテナゲ
インが大きく、非所望方向にはアンテナゲインが小さい
指向性パターンを容易に形成することができる。

【００１４】このような指向性パターンを形成すること
により、ある基地局と所望方向に位置する端末とが通信
を行う場合、隣接する基地局および隣接エリアからの干
渉による通信障害を極力小さくすることができ、良好な
通信品質が得られる。また、このようにすると基地局の
通信サービスエリアの大きさを必要以上に小さくするこ
となく隣接基地局からの干渉のない通信が可能となるた
め、複雑な処理を伴うハンドオフの頻度を低くすること
ができ、さらに通信品質の向上を図ることができる。

【００１５】また、アダプティブアレイ送受信装置の設
置時さらには非通信時に重み係数を計算して半固定的に
設定すれば、従来のアダプティブアレイアンテナのよう
に通信途中で逐次的に重み係数を計算する方法に比較し
て計算が簡単となり、通信システム全体のコストを引き
下げることができる。

【００１６】本発明に係る他のアダプティブアレイ送受
信装置の指向性制御方法は、上記のようなアダプティブ
アレイ送受信装置を有する基地局と複数の端末との間
で、各端末にフレーム内の異なるタイムスロットを割り
当てて時分割多重により通信を行う無線通信システムに
おいて、タイムスロット毎に重み係数を切り替えて重み
付け手段に設定することにより、アダプティブアレイ送
受信装置の指向性を制御することを特徴とする。

【００１７】このように各タイムスロット毎にアダプテ
ィブアレイ送受信装置の重み係数を時分割で切り替えて
使用することにより、他の基地局からの干渉によって一
搬送波における全タイムスロットが接続不能に陥るのを
防止することができ、周波数資源の有効利用が可能とな
る。

【００１８】本発明に係る別のアダプティブアレイ送受
信装置の指向性制御方法は、上記のようなアダプティブ
アレイ送受信装置を有する基地局と複数の端末との間
で、各端末にフレーム内の異なるタイムスロットを割り
当てて時分割多重により通信を行う無線通信システムに
おいて、タイムスロット毎に重み係数を切り替えると共
に、前フレームの同一タイムスロットでの重み係数を更
新して現フレームの各タイムスロットでの重み係数を設
定することにより、アダプティブアレイ送受信装置の指
向性を制御することを特徴とする。

【００１９】このように前フレームの同一タイムスロッ
トでの重み係数を更新して現フレームの各タイムスロッ
トでの重み係数を設定することで、アダプティブアレイ
送受信装置の指向性パターンを緩やかな電波伝搬環境の
変動に追従させて変えることができ、周波数資源の有効
利用に加えて、通信品質がより向上する。

【００２０】本発明に係る無線通信システムは、上記の
ようなアダプティブアレイ送受信装置を有する基地局と
複数の端末との間で通信を行う無線通信システムにおい
て、アダプティブアレイ送受信装置の外部に設けられた
演算装置により計算した重み係数をアダプティブアレイ
送受信装置に伝送して重み付け手段に設定することによ
り、アダプティブアレイ送受信装置の指向性を制御する
構成としたことを特徴とする。

【００２１】このようにアダプティブアレイ送受信装置
の外部の演算装置で重み係数を計算することにより、ア
ダプティブアレイ送受信装置を含む基地局の構成を簡略
化して小型化が図られる。

【００２２】本発明に係る他の無線通信システムは、上
記のようなアダプティブアレイ送受信装置を有する基地
局と複数の端末との間で通信を行う無線通信システムに
おいて、アダプティブアレイ送受信装置が接続された有
線ネットワークに演算装置を接続し、この演算装置によ
り計算した重み係数を有線ネットワークを介してアダプ
ティブアレイ送受信装置に伝送して重み付け手段に設定
することにより、アダプティブアレイ送受信装置の指向
性を制御する構成としたことを特徴とする。

【００２３】このように有線ネットワークに接続された
外部の演算装置で重み係数を計算すると、演算装置とし
て重み付け計算のための専用のプロセッサを用いる必要
がなく、有線ネットワークに接続された任意のプロセッ
サを使用することができるので、無線通信システム全体
のコストが低減される。

【００２４】本発明に係るさらに別の無線通信システム
は、上記のようなアダプティブアレイ送受信装置を有す
る基地局と複数の端末との間で通信を行う無線通信シス
テムにおいて、アダプティブアレイ送受信装置が接続さ
れた有線ネットワークに演算装置を接続し、該演算装置
により計算した重み係数を有線ネットワークを介してア
ダプティブアレイ送受信装置に伝送して該アダプティブ
アレイ送受信装置に設けられた記憶手段に保持し、この
記憶手段に保持された重み係数を読み出して重み付け手
段に設定することにより、アダプティブアレイ送受信装
置の指向性を制御するように構成したことを特徴とす
る。

【００２５】このようにすると、一度計算した重み係数
の値を記憶手段に一旦保持しておけば、重み係数を変更
しない限り、重み係数の情報を外部の演算装置から有線
ネットワークを介してアダプティブアレイ送受信装置に
伝送する必要がないため、有線ネットワークのトラフィ
ックを不要に増大させることがなくなる。

【００２６】本発明に係るアダプティブアレイ送受信装
置は、上記のようなアダプティブアレイ送受信装置にお
いて、アンテナ素子の送受信信号と重み付け手段に設定
された重み係数をアダプティブアレイ送受信装置の外部
に設けられた演算装置に伝送し、かつ該演算装置により
計算した新たな重み係数を重み付け手段に設定するため
にアダプティブアレイ送受信装置に導入するインタフェ
ースを有することを特徴とする。

【００２７】このようにアダプティブアレイ送受信装置
に外部とのインタフェースを備えることによって、重み
係数を外部の演算装置で計算することが可能となり、ア
ダプティブアレイ送受信装置内に複雑な演算装置を設け
る必要がないので、アダプティブアレイ送受信装置を含
む基地局の構成を簡略化して小型化を図ることが可能と
なる。

【００２８】本発明に係るアダプティブアレイ送受信装
置は、上記のようなアダプティブアレイ送受信装置を有
する基地局と複数の端末との間で、各端末にフレーム内
の異なるタイムスロットを割り当てて時分割多重により
通信を行う無線通信システムにおいて、タイムスロット
毎に重み係数の値を記憶する記憶手段と、この記憶手段
に記憶された重み係数を重み付け手段に設定する手段と
を有することを特徴とする。

【００２９】このように時分割多重フレームの各タイム
スロット毎に重み係数を記憶する記憶手段を設けると、
タイムスロット毎の重み係数の切り替えが容易となると
ともに、前述のように前フレームの同一タイムスロット
での重み係数を更新して現フレームの各タイムスロット
での重み係数を設定することが容易となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。 （第１の実施形態）図２は、本発明の第１の実施形態に
係る無線通信システムの概略構成を示す図である。この
無線通信システムは、基地局２１と端末２２との間で通
信を行うシステムであり、基地局２１にはアダプティブ
アレイアンテナ２３が設置されている。基地局２１に
は、アダプティブアレイアンテナ２３を用いて端末２２
との間で送受信を行うアダプティブアレイ送受信装置が
設けられている。アダプティブアレイアンテナ３０は、
通信時にはＢ１で示す指向性ビームが形成され、隣接基
地局の方向を向く指向性ビームＢ２は形成されないよう
に、言い換えれば基地局２１と通信を行うべき端末２２
の位置する方向には大きなゲインを持ち、隣接基地局の
方向には小さなアンテナゲインしか持たないように指向
性が制御される。このようにアダプティブアレイアンテ
ナ２３の指向性を制御すれば、隣接する基地局２１間の
干渉および隣接基地局の通信サービスエリアの端末２か
らの干渉による通信障害を抑圧することができる。

【００３１】そして、本実施形態ではアダプティブアレ
イ送受信装置を有する基地局２１の設置時にアダプティ
ブアレイアンテナ２３の指向性パターンを設定したり、
さらには非通信時に比較的長い時間間隔で指向性パター
ンを変更したりするために、所望方向および非所望方向
の少なくとも一方に存在する端末２２から基地局２１に
向けて既知の参照信号を送信する。そして、基地局２１
内のアダプティブアレイ送受信装置においては、この参
照信号の受信信号に基づきアダプティブアレイアンテナ
３０の重み係数を計算して重み付け器に設定する。この
ように所望方向や非所望方向から送信される既知の参照
信号の受信信号に基づいて、基地局２１の設置時などに
重み係数を求めると、従来のアダプティブアレイアンテ
ナにおいてデータ送受信の途中で重み係数を逐次的に求
める方法に比較して、その計算が非常に簡単となるた
め、通信システム全体のコストを低減することができ、
また容易に所望の指向性パターンを得ることができる。

【００３２】図３は、本実施形態における基地局２１内
のアダプティブアレイ送受信装置と重み付け制御に係る
外部装置の構成を示すブロック図である。同図に示され
るように、アダプティブアレイ送受信装置は複数のアン
テナ素子３１を所定形状、例えば一直線上あるいは円周
上に配列して構成されるアンテナアレイ３０と、各アン
テナ素子３１の送受信信号に対して、設定された重み係
数（複素重み係数）を乗じることにより振幅および位相
の重み付けを行う複数の重み付け器３２と、これらの重
み付け器３２を介して各アンテナ素子３１への送信信号
の分配とアンテナ素子３１からの受信信号の合成を行う
分配／合成部３３および送受信部３４を基本要素として
構成されている。

【００３３】さらに、重み付け器３２の重み係数設定入
力端および送受信信号入出力端はインタフェース３５の
一方のポートに接続され、重み係数設定時にはインタフ
ェース３５の他方のポートにアダプティブアレイ送受信
装置の外部に設けられた外部演算装置３６が接続され
る。重み付け器３２は、例えば振幅の重み付けのための
可変利得増幅器または可変減衰器と、位相の重み付けの
ための可変移相器により構成される。

【００３４】通常の通信に際しては、送信時には送受信
部３４から出力される送信信号（変調信号）が分配／合
成部３３により重み付け器３２に分配され、ここで重み
付けがなされた後、アンテナ素子３１に供給される。受
信時にはアンテナ素子３１の受信信号が重み付け器３２
により重み付けされ、さらに分配／合成部３３により合
成された後、送受信部３４に入力されて復調が行われ
る。

【００３５】次に、図４に示すフローチャートを用いて
本実施形態におけるアダプティブアレイアンテナ送受信
装置の指向性制御手順を説明する。本実施形態の指向性
制御手順は、所望方向のアンテナゲインを大きくするた
めの所望方向測定モードと非所望方向のアンテナゲイン
を抑えるための非所望方向測定モードからなる。

【００３６】まず、ステップＳ１０１において測定モー
ドが所望方向測定モードの場合は、所望の方向に位置す
る端末から基地の参照信号を参照電波として送信し（ス
テップＳ１０２）、その参照信号の受信信号をインタフ
ェース３５を介して外部演算装置３６に転送して保持す
る（ステップＳ１０３）。

【００３７】次に、ステップＳ１０４において測定モー
ドが非所望方向測定モードの場合は、非所望の方向に位
置する端末から基地の参照信号を参照電波として送信し
（ステップＳ１０５）、その参照信号の受信信号をイン
タフェース３５を介して外部演算装置３６に転送して保
持する（ステップＳ１０６）。

【００３８】なお、ステップＳ１０２およびＳ１０５で
送信する参照信号としては、例えば無変調の搬送波、あ
るいは既知の情報を乗せた変調波を用いることができ
る。こうして所望方向および非所望方向の測定モードが
終了すると、外部演算装置３６は保持した参照信号の受
信信号に基づいて重み係数の値を計算し（ステップＳ１
０７）、これらの重み係数をインタフェース３５を介し
て重み付け器３２に設定する（ステップＳ１０８）。重
み係数の設定は、その係数の値に対応した制御信号を可
変利得増幅器または可変減衰器および可変移相器に与え
ればよい。そして、このように重み係数を計算して半固
定的に重み付け器３２に設定した後、通信モードに移る
（ステップＳ１０９）。

【００３９】ステップＳ１０７での重み係数値の演算方
法の一例について説明すると、まず所望方向測定モード
では所望方向のアンテナゲインが大きくなるように、例
えば重み付け後の参照信号の受信信号電力が重み付け前
のそれより大きくなり、理想的には最大となるような重
み係数を求める。また、非所望方向の測定モードでは非
所望方向のアンテナゲインがより小さくなるように、例
えば重み付け後の参照信号の受信信号電力が重み付け前
のそれより小さくなり、理想的には最小となるような重
み係数を求める。こうして求められた重み係数の値を重
み付け器３２に設定することによって、図２に示したよ
うに所望方向にはアンテナゲインが大きく、非所望方向
にはアンテナゲインが小さい指向性パターンが形成され
る。

【００４０】このような指向性パターンを形成すること
により、ある基地局２１と所望方向に位置する端末２２
とが通信を行う場合、隣接する基地局からの干渉による
通信障害を極力小さくすることができ、良好な通信品質
が得られる。また、このようにするとセルエリア、つま
り基地局２１の通信サービスエリアの大きさを従来のマ
イクロセル／ピコセルといったように小さくすることな
く隣接基地局からの干渉のない通信が可能となるため、
複雑な処理を伴うハンドオフの頻度を低くすることがで
き、この面からも通信品質の向上を図ることができる。

【００４１】また、本実施形態ではアダプティブアレイ
送受信装置の設置時さらには非通信時に重み係数を計算
しているため、従来のアダプティブアレイアンテナのよ
うに通信途中で逐次的に重み係数を計算する方法に比較
して計算が簡単である。

【００４２】さらに、本実施形態ではアダプティブアレ
イ送受信装置の外部に設けられた外部演算装置３６で重
み係数を計算しており、アダプティブアレイ送受信装置
には既存の構成に新たにインタフェース３５を追加する
だけでよいため、アダプティブアレイ送受信装置の小型
化・低価格化を図ることができる。

【００４３】なお、上記実施形態ではアダプティブアレ
イ送受信装置に対して所望方向および非所望方向の両方
向から参照信号を送信し、その受信信号に基づいて所望
方向にはアンテナゲインが大きく、非所望方向にはアン
テナゲインが小さい指向性パターンを形成するようにし
たが、所望方向および非所望方向のいずれか一方の方向
からのみ参照信号を送信し、その受信信号に基づいて指
向性パターンを形成するようにしてもよい。

【００４４】また、上記実施形態では重み付け器３２を
アンテナ素子３１の給電端に接続してＲＦ帯あるいはＩ
Ｆ帯で重み付けを行ったが、ベースバンド帯において重
み付けを行ってもよい。

【００４５】さらに、重み係数の計算のために用いる参
照信号の受信時には重み係数を既知の固定値にしてお
き、外部演算装置３６から重み付け器３２に対しては重
み係数自体の情報でなく重み係数の修正量の情報を伝送
してもよい。

【００４６】（第２の実施形態）次に、図２における各
端末２２にフレーム内の異なるタイムスロットを割り当
てて基地局２１との間で通信を行う時分割多重方式の無
線通信システムに適用した実施形態について説明する。
図５は、基地局２１から見た時分割多重フレームの構成
を示す図であり、ＴＸ１，ＴＸ２，…，ＴＸＮは基地局
２１からＮ個の各端末２２への送信時の送信タイムスロ
ット、ＴＲ１，ＴＲ２，…，ＴＲＮはＮ個の各端末２２
から基地局２１への送信時（基地局２１の受信時）の受
信タイムスロットであり、Ｎ個の送信タイムスロットＴ
Ｘ１，ＴＸ２，…，ＴＸＮで１送信フレームを構成し、
Ｎ個の受信タイムスロットＴＲ１，ＴＲ２，…，ＴＲＮ
で１受信フレームを構成している。

【００４７】本実施形態は、このような時分割多重通信
を行う際、各タイムスロット毎にアダプティブアレイ送
受信装置における重み係数を切り替えて設定することに
より指向性制御を行うようにしたものである。

【００４８】次に、図６に示すフローチャートを用いて
本実施形態におけるアダプティブアレイ送受信装置との
指向性制御手順を説明する。まず、ステップＳ２０１に
おいて新規着呼または重み係数の変更指示が発生する
か、あるいはステップＳ２０４において１フレームの送
信または受信が終了すると、重み係数を記憶したメモリ
の内容を更新するかどうかを調べ（ステップＳ２０
２）、更新する場合は計算した重み係数の値をメモリに
書き込んだ後、ステップＳ２０４に進み、更新しない場
合は直接ステップ２０４に進む。ステップ２０４で１フ
レームが終了すると判断されるまでメモリに記憶されて
いる重み係数を読み込み、重み付け器に設定する（ステ
ップＳ２０５）。そして、送信または受信を行い（ステ
ップＳ２０６〜Ｓ２０８）、１タイムスロットの送信ま
たは受信毎に以上の動作を繰り返す。

【００４９】このように本実施形態では、各タイムスロ
ット毎にアダプティブアレイ送受信装置の重み係数を時
分割で切り替えて使用することにより、他の基地局から
の干渉によって一搬送波における全タイムスロットが接
続不能に陥るのを防止することができ、周波数資源の有
効利用が可能となる。

【００５０】この場合、各タイムスロットの重み係数
は、ランダムアクセス時のキャリア同期やクロック同期
に用いるキャリアバーストあるいは既知の参照信号を用
いて、複数のアンテナ素子の受信信号を重み付け器を介
して合成した後の受信信号電力ができるだけ大きくなる
値に決定すればよい。

【００５１】また、各タイムスロット毎の重み係数を通
信継続中常に同じ値を用いてもよいが、本実施形態では
図６のフローチャートに示されるように各タイムスロッ
ト毎に、前フレームの同一タイムスロットでの重み係数
を更新して現フレームの各タイムスロットでの重み係数
を設定することにより、アダプティブアレイ送受信装置
の指向性パターンを緩やかな電波伝搬環境の変動に追従
させて変えることができ、より通信品質を向上させるこ
とが可能である。なお、各タイムスロット毎の重み係数
の更新する際には、例えば各タイムスロット内に含まれ
る既知の信号を参照信号として用いて現フレームの新た
な重み係数を計算すればよい。

【００５２】（第３の実施形態）次に、図７を参照して
アダプティブアレイ送受信装置の他の実施形態について
説明する。図７は、本実施形態における基地局２１内の
アダプティブアレイ送受信装置と重み付け制御に係る外
部装置の構成を示すブロック図である。図３に示した実
施形態と同様に、複数のアンテナ素子３１を所定形状に
配列して構成されるアンテナアレイ３０が用いられる。

【００５３】各アンテナ素子３１には、ＲＦ／ＩＦフロ
ントエンド４１を介して複数の重み付け器４２が接続さ
れている。この場合、重み付け器４２はアンテナ素子３
１の送受信信号に対してベースバンド帯で重み係数（複
素重み係数）を乗じることにより、振幅および位相の重
み付けを行うことになる。また、重み付け器４２および
ＲＦ／ＩＦフロントエンド４１を介して各アンテナ素子
３１への送信信号の分配とアンテナ素子３１からの受信
信号の合成を行う分配／合成器４３および送受信部４４
が設けられている。

【００５４】さらに、重み付け器４２の重み係数設定入
力端および送受信信号入出力端はインタフェース４５の
一方のポートに接続され、重み係数設定時にはインタフ
ェース４５の他方のポートに有線ネットワーク４７を介
して外部演算装置４６が接続される。外部演算装置４６
は、先の実施形態と同様に重み付け器４２の重み係数を
計算する。計算された重み係数は、有線ネットワーク４
７およびインタフェース４５を介して重み付け器４２に
伝送される。

【００５５】通常の通信に際しては、送信時には送受信
部４４から出力される送信信号（変調信号）が分配／合
成部４３により重み付け器４２に分配され、ここで重み
付けがなされた後、ＲＦ／ＩＦフロントエンド４１によ
りＩＦ帯→ＲＦ帯へと変換されてアンテナ素子３１に供
給される。受信時にはアンテナ素子３１の受信信号がＲ
Ｆ／ＩＦフロントエンド４１によりＲＦ帯→ＩＦ帯→ベ
ースバンド帯へと変換された後、重み付け器４２により
重み付けされ、さらに分配／合成部４３により合成され
た後、送受信部４４に入力されて復調が行われる。ま
た、送受信部４４はインタフェース４５を介して有線ネ
ットワーク４７に接続されており、有線ネットワーク４
７から送信信号の元となるデータ信号の供給を受け、さ
らに受信復調したデータを有線ネットワーク４７に送出
する。

【００５６】本実施形態によると、外部演算装置４６と
して重み付け計算のための専用のプロセッサを用いる必
要がなく、有線ネットワーク４７に接続された任意のプ
ロセッサを使用することができるので、無線通信システ
ム全体のコストをさらに低減することが可能となる。

【００５７】なお、本実施形態では重み付けをベースバ
ンド帯で行ったが、図３に示した実施形態と同様にＩＦ
帯またはＲＦ帯で行うようにしてもよい。 （第４の実施形態）次に、図８を参照してアダプティブ
アレイ送受信装置の他の実施形態について説明する。図
８は、本実施形態における基地局２１内のアダプティブ
アレイ送受信装置と重み付け制御に係る外部装置の構成
を示すブロック図である。図７と同一部分に同一符号を
付して説明すると、本実施形態は図７の構成にメモリ４
８が追加されている。

【００５８】メモリ４８は、重み付け器４２の重み係数
設定入力端とインタフェース４５との間に挿入されてお
り、重み係数の値を保持するためのものである。このメ
モリ４８に、外部演算装置４６で一度計算され有線ネッ
トワーク４７およびインタフェース４５を介して伝送さ
れてきた重み係数を保持しておくことにより、第１の実
施形態で説明したように基地局２１の設置時や非通信時
に計算した重み係数の値をメモリ４８を介して重み付け
器４２に半固定的に設定することができる。

【００５９】また、本実施形態では不要に有線ネットワ
ーク４７のトラフィックを増大させることがなくなると
いう利点がある。すなわち、図７に示した構成では重み
係数の情報を常時アダプティブアレイ送受信装置に伝送
する必要があるが、本実施形態では一度計算した重み係
数の値をメモリ４８に一旦保持しておけば、重み係数を
変更しない限り、重み係数の情報を外部演算装置４６か
ら有線ネットワーク４７を介してアダプティブアレイ送
受信装置に伝送する必要がないため、有線ネットワーク
４７のトラフィック増大を招くことはない。

【００６０】また、メモリ４８にＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲ
ＯＭのような不揮発性メモリを用いれば電源断に対して
耐性を持つシステムを構成することができる。さらに、
外部演算装置４６において複数種類の指向性パターンに
対応した重み係数の組を計算してメモリ４８に保持して
おき、これらの重み係数の組を外部からの選択信号によ
ってメモリ４８から選択的に読み出して重み付け器４２
に設定するようにしてもよい。

【００６１】本実施形態によるアダプティブアレイ送受
信装置および外部装置を含む無線通信システムの構成
は、第１の実施形態で説明した指向性制御方法と組み合
わせることも可能であるが、第２の実施形態で説明した
ように時分割多重システムにおいて各タイムスロット毎
に重み係数を切り替えて設定する指向性制御方法にも適
用が可能である。その場合、メモリ４８には例えば各タ
イムスロット毎の重み係数の組を保持しておけばよい。

【００６２】（第５の実施形態）次に、図９を参照して
アダプティブアレイ送受信装置の他の実施形態について
説明する。図９は、本実施形態における基地局２１内の
アダプティブアレイ送受信装置の構成を示すブロック図
である。図８と同一部分に同一符号を付して説明する
と、本実施形態においはユニット内部演算装置４９が設
けられ、この演算装置４９と重み付け器４２との間に重
み係数を保持するためのメモリ４８が挿入されている。

【００６３】このメモリ４８に、内部演算装置４９で一
度計算された重み係数を保持しておくことにより、第１
の実施形態で説明したように基地局２１の設置時や非通
信時に計算した重み係数の値をメモリ４８を介して重み
付け器４２に半固定的に設定することができる。

【００６４】また、メモリ４８にＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲ
ＯＭのような不揮発性メモリを用いれば電源断に対して
耐性を持つシステムを構成することができる。さらに、
内部演算装置４９において複数種類の指向性パターンに
対応した重み係数の組を計算してメモリ４８に保持して
おき、これらの重み係数の組を外部からの選択信号によ
ってメモリ４８から選択的に読み出して重み付け器４２
に設定するようにしてもよい。このようにすれば、内部
演算装置４９の演算量を低減することができる。

【００６５】本実施形態によるアダプティブアレイ送受
信装置は、第１の実施形態で説明した指向性制御方法と
組み合わせることも可能であるが、第２の実施形態で説
明したように時分割多重システムにおいて各タイムスロ
ット毎に重み係数を切り替えて設定する指向性制御方法
にも適用が可能である。その場合、メモリ４８には例え
ば各タイムスロット毎の重み係数の組を保持しておけば
よい。なお、本実施形態では重み付けをベースバンド帯
で行ったが、図３に示した実施形態と同様にＩＦ帯また
はＲＦ帯で行うようにしてもよい。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればア
ダプティブアレイ送受信装置を有する基地局の設置時、
さらには非通信時に比較的長い時間間隔でアダプティブ
アレイ送受信装置の指向性パターンを設定したり変更す
べく、所望方向および非所望方向の少なくとも一方から
基地局に向けて既知の参照信号を送信し、基地局内のア
ダプティブアレイ送受信装置において参照信号の受信信
号に基づきアダプティブアレイ送受信装置の重み係数を
計算して設定することにより、例えば所望方向にはアン
テナゲインが大きく、非所望方向にはアンテナゲインが
小さい指向性パターンを容易に形成することができる。

【００６７】従って、基地局と所望方向に位置する端末
とが通信を行う場合、隣接基地局からの干渉による通信
障害を極力小さくすることができるために良好な通信品
質が得られ、また基地局の通信サービスエリアの大きさ
を必要以上に小さくすることなく隣接基地局からの干渉
のない通信が可能となるため、複雑な処理を伴うハンド
オフの頻度を低くすることができ、より通信品質が向上
する。また、アダプティブアレイ送受信装置の設置時さ
らには非通信時に重み係数を計算して半固定的に設定す
れば、従来のアダプティブアレイアンテナのように通信
途中で逐次的に重み係数を計算する方法に比較して計算
が簡単となり、通信システム全体のコストを引き下げる
ことができる。

【００６８】また、本発明によれば時分割多重通信を行
う場合、タイムスロット毎に重み係数を切り替えて重み
付け手段に設定することにより、他の基地局からの干渉
によって一搬送波における全タイムスロットが接続不能
に陥るのを防止することができ、周波数資源の有効利用
が可能となる。

【００６９】また、タイムスロット毎に重み係数を切り
替えると共に、前フレームの同一タイムスロットでの重
み係数を更新して現フレームの各タイムスロットでの重
み係数を設定することにより、アダプティブアレイ送受
信装置の指向性パターンを緩やかな電波伝搬環境の変動
に追従させて変えることができ、また、本発明の無線通
信システムではアダプティブアレイ送受信装置の外部に
設けられた演算装置により計算した重み係数をアダプテ
ィブアレイ送受信装置に伝送して重み付け手段に設定す
ることにより、アダプティブアレイ送受信装置を含む基
地局の構成を簡略化して小型化・低価格化を図ることが
できる。

【００７０】また、本発明の無線通信システムによれ
ば、アダプティブアレイ送受信装置が接続された有線ネ
ットワークに演算装置を接続し、この演算装置により計
算した重み係数を有線ネットワークを介してアダプティ
ブアレイ送受信装置に伝送して重み付け手段に設定する
ことにより、演算装置として重み付け計算のための専用
のプロセッサを用いる必要がなく、有線ネットワークに
接続された任意のプロセッサを使用することができるの
で、無線通信システム全体のコストを低減することがで
きる。

【００７１】また、本発明の無線通信システムによれ
ば、アダプティブアレイ送受信装置が接続された有線ネ
ットワークに演算装置を接続し、該演算装置により計算
した重み係数を有線ネットワークを介してアダプティブ
アレイ送受信装置に伝送して該アダプティブアレイ送受
信装置に設けられた記憶手段に保持し、この記憶手段に
保持された重み係数を読み出して重み付け手段に設定す
ることにより、重み係数を変更しない限り、重み係数の
情報を外部の演算装置から有線ネットワークを介してア
ダプティブアレイ送受信装置に伝送する必要がないた
め、有線ネットワークのトラフィックを不要に増大させ
ることがなくなる。

【００７２】また、本発明のアダプティブアレイ送受信
装置では、重み付け手段に設定された重み係数および受
信信号をアダプティブアレイ送受信装置の外部に設けら
れた演算装置に伝送し、かつ該演算装置により計算した
新たな重み係数を重み付け手段に設定するためにアダプ
ティブアレイ送受信装置に導入するインタフェースを設
けたことにより、重み係数を外部の演算装置で計算する
ことが可能となり、アダプティブアレイ送受信装置内に
複雑な演算装置を設ける必要がないので、アダプティブ
アレイ送受信装置を含む基地局の構成を簡略化して小型
化・低価格化を図ることが可能となる。

【００７３】また、本発明のアダプティブアレイ送受信
装置では、時分割多重通信を行う無線通信システムにお
いて、タイムスロット毎に重み係数の値を記憶する記憶
手段と記憶された重み係数を重み付け手段に設定するこ
とにより、タイムスロット毎の重み係数の切り替えが容
易となるとともに、前フレームの同一タイムスロットで
の重み係数を更新して現フレームの各タイムスロットで
の重み係数を容易に設定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の無線通信システムを示す図

【図２】本発明の一実施形態に係る無線通信システムと
基地局内のアダプティブアレイ送受信装置の指向性制御
方法を説明するための図

【図３】本発明の一実施形態に係るアダプティブアレイ
送受信装置および外部装置の構成を示すブロック図

【図４】本発明の一実施形態に係るアダプティブアレイ
送受信装置の指向性制御手順を示すフローチャート

【図５】時分割多重フレームの構成を示す図

【図６】本発明の他の実施形態に係るアダプティブアレ
イ送受信装置の指向性制御手順を示すフローチャート

【図７】本発明の他の実施形態に係るアダプティブアレ
イ送受信装置および外部装置の構成を示すブロック図

【図８】本発明の他の実施形態に係るアダプティブアレ
イ送受信装置および外部装置の構成を示すブロック図

【図９】本発明の他の実施形態に係るアダプティブアレ
イ送受信装置の構成を示すブロック図

【符号の説明】

１１，２１…無線基地局 １２，２２…無線端末 ２３…アダプティブアレイアンテナ ３０…アンテナアレイ ３１…アンテナ素子 ３２…重み付け器 ３３…分配／合成部 ３４…送受信部 ３５…インタフェース ３６…外部演算装置 ４１…ＲＦ／ＩＦフロントエンド ４２…重み付け器 ４３…分配／合成部 ４４…送受信部 ４５…インタフェース ４６…外部演算装置 ４７…有線ネットワーク ４８…メモリ ４９…内部演算装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配列された複数のアンテナ素子と、これら
   複数のアンテナ素子の送受信信号に重み係数を乗じるこ
   とにより振幅および位相の重み付けを行う複数の重み付
   け手段と、これら複数の重み付け手段を介して前記複数
   のアンテナ素子への送信信号の分配および該アンテナ素
   子からの受信信号の合成を行う分配／合成手段とにより
   構成されるアダプティブアレイ送受信装置を有する基地
   局と複数の端末との間で通信を行う無線通信システムに
   おいて、 少なくとも前記基地局の設置時に該アダプティブアレイ
   送受信装置に対して所望方向および非所望方向の少なく
   とも一方の方向から既知の参照信号を送信し、該アダプ
   ティブアレイ送受信装置の該参照信号の受信信号に基づ
   き前記重み係数を計算して前記重み付け手段に設定する
   ことにより、該アダプティブアレイ送受信装置の指向性
   を制御することを特徴とするアダプティブアレイ送受信
   装置の指向性制御方法。
2. 【請求項２】配列された複数のアンテナ素子と、これら
   複数のアンテナ素子の送受信信号に重み係数を乗じるこ
   とにより振幅および位相の重み付けを行う複数の重み付
   け手段と、これら複数の重み付け手段を介して前記複数
   のアンテナ素子への送信信号の分配および該アンテナ素
   子からの受信信号の合成を行う分配／合成手段とにより
   構成されるアダプティブアレイ送受信装置を有する基地
   局と複数の端末との間で、各端末にフレーム内の異なる
   タイムスロットを割り当てて時分割多重により通信を行
   う無線通信システムにおいて、 前記タイムスロット毎に前記重み係数を切り替えて前記
   重み付け手段に設定することにより、前記アダプティブ
   アレイ送受信装置の指向性を制御することを特徴とする
   アダプティブアレイ送受信装置の指向性制御方法。
3. 【請求項３】配列された複数のアンテナ素子と、これら
   複数のアンテナ素子の送受信信号に重み係数を乗じるこ
   とにより振幅および位相の重み付けを行う複数の重み付
   け手段と、これら複数の重み付け手段を介して前記複数
   のアンテナ素子への送信信号の分配および該アンテナ素
   子からの受信信号の合成を行う分配／合成手段とにより
   構成されるアダプティブアレイ送受信装置を有する基地
   局と複数の端末との間で、各端末にフレーム内の異なる
   タイムスロットを割り当てて時分割多重により通信を行
   う無線通信システムにおいて、 前記タイムスロット毎に前記重み係数を切り替えると共
   に、前フレームの同一タイムスロットでの重み係数を更
   新して現フレームの各タイムスロットでの重み係数を設
   定することにより、前記アダプティブアレイ送受信装置
   の指向性を制御することを特徴とするアダプティブアレ
   イ送受信装置の指向性制御方法。
4. 【請求項４】配列された複数のアンテナ素子と、これら
   複数のアンテナ素子の送受信信号に重み係数を乗じるこ
   とにより振幅および位相の重み付けを行う複数の重み付
   け手段と、これら複数の重み付け手段を介して前記複数
   のアンテナ素子への送信信号の分配および該アンテナ素
   子からの受信信号の合成を行う分配／合成手段とにより
   構成されるアダプティブアレイ送受信装置を有する基地
   局と複数の端末との間で通信を行う無線通信システムに
   おいて、 前記アダプティブアレイ送受信装置の外部に設けられた
   演算装置により計算した重み係数を前記アダプティブア
   レイ送受信装置に伝送して前記重み付け手段に設定する
   ことにより、前記アダプティブアレイ送受信装置の指向
   性を制御するように構成したことを特徴とする無線通信
   システム。
5. 【請求項５】配列された複数のアンテナ素子と、これら
   複数のアンテナ素子の送受信信号に重み係数を乗じるこ
   とにより振幅および位相の重み付けを行う複数の重み付
   け手段と、これら複数の重み付け手段を介して前記複数
   のアンテナ素子への送信信号の分配および該アンテナ素
   子からの受信信号の合成を行う分配／合成手段とにより
   構成されるアダプティブアレイ送受信装置を有する基地
   局と複数の端末との間で通信を行う無線通信システムに
   おいて、 前記アダプティブアレイ送受信装置が接続された有線ネ
   ットワークに演算装置を接続し、該演算装置により計算
   した重み係数を前記有線ネットワークを介して前記アダ
   プティブアレイ送受信装置に伝送して前記重み付け手段
   に設定することにより、前記アダプティブアレイ送受信
   装置の指向性を制御するように構成したことを特徴とす
   る無線通信システム。
6. 【請求項６】配列された複数のアンテナ素子と、これら
   複数のアンテナ素子の送受信信号に重み係数を乗じるこ
   とにより振幅および位相の重み付けを行う複数の重み付
   け手段と、これら複数の重み付け手段を介して前記複数
   のアンテナ素子への送信信号の分配および該アンテナ素
   子からの受信信号の合成を行う分配／合成手段とにより
   構成されるアダプティブアレイ送受信装置を有する基地
   局と複数の端末との間で通信を行う無線通信システムに
   おいて、 前記アダプティブアレイ送受信装置が接続された有線ネ
   ットワークに演算装置を接続し、該演算装置により計算
   した重み係数を前記有線ネットワークを介して前記アダ
   プティブアレイ送受信装置に伝送して該アダプティブア
   レイ送受信装置に設けられた記憶手段に保持し、この記
   憶手段に保持された重み係数を読み出して前記重み付け
   手段に設定することにより、前記アダプティブアレイ送
   受信装置の指向性を制御するように構成したことを特徴
   とする無線通信システム。
7. 【請求項７】配列された複数のアンテナ素子と、これら
   複数のアンテナ素子の送受信信号に重み係数を乗じるこ
   とにより振幅および位相の重み付けを行う複数の重み付
   け手段と、これら複数の重み付け手段を介して前記複数
   のアンテナ素子への送信信号の分配および該アンテナ素
   子からの受信信号の合成を行う分配／合成手段とにより
   構成されるアダプティブアレイ送受信装置を有する基地
   局と複数の端末との間で通信を行う無線通信システムに
   おいて、 前記アンテナ素子の送受信信号と前記重み付け手段に設
   定された重み係数を前記アダプティブアレイ送受信装置
   の外部に設けられた演算装置に伝送し、かつ該演算装置
   により計算した新たな重み係数を前記重み付け手段に設
   定するために前記アダプティブアレイ送受信装置に導入
   するインタフェースを有することを特徴とするアダプテ
   ィブアレイ送受信装置。
8. 【請求項８】配列された複数のアンテナ素子と、これら
   複数のアンテナ素子の送受信信号に重み係数を乗じるこ
   とにより振幅および位相の重み付けを行う複数の重み付
   け手段と、これら複数の重み付け手段を介して前記複数
   のアンテナ素子への送信信号の分配および該アンテナ素
   子からの受信信号の合成を行う分配／合成手段とにより
   構成されるアダプティブアレイ送受信装置を有する基地
   局と複数の端末との間で、各端末にフレーム内の異なる
   タイムスロットを割り当てて時分割多重により通信を行
   う無線通信システムにおいて、 前記タイムスロット毎に前記重み係数の値を記憶する記
   憶手段と、 この記憶手段に記憶された重み係数を前記重み付け手段
   に設定する手段とを有することを特徴とするアダプティ
   ブアレイ送受信装置。