JPWO2002051034A1

JPWO2002051034A1 - 基地局装置

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Publication number: JPWO2002051034A1
Application number: JP2002552215A
Authority: JP
Inventors: 平松　勝彦
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2004-04-22
Also published as: AU2002219506A1; US20050282587A1; US7003324B2; CN1159864C; EP1248386A4; CN1401162A; US20030114194A1; EP1248386A1; WO2002051034A1

Abstract

本発明にかかる基地局装置は、系列毎に、水平面上における系列固有の所定位置に相互に上下の位置関係となるように配置された複数ブランチについてのアンテナ素子と、ブランチ毎に、各系列についてのアンテナ素子により受信された信号を用いてアダプティブアレイアンテナ処理を行うことにより、前記各系列に固有のウェイトを生成し、前記各系列についてのアンテナ素子により受信された信号に対して系列固有のウェイトが乗算された信号を合成した合成信号を生成する信号処理手段と、各ブランチについての合成信号を用いたダイバーシチ合成を行うことにより、受信信号を生成するダイバーシチ合成手段と、を具備する。これにより、移動局装置における通信品質を良好に保ちつつ、フェージングや干渉波による影響を抑圧して、良好な特性の受信信号を得ることができる。

Description

技術分野
本発明は、ディジタル移動体通信システムに用いられる基地局装置に関し、特に、アダプティブアレイアンテナを備えた基地局装置に関する。
背景技術
従来の基地局には、受信信号における干渉波（隣接チャネル干渉波、同一チャネル干渉波や遅延波等）による影響を抑圧するために、アダプティブアレイアンテナ（以下「ＡＡＡ」という。）を備えている。ＡＡＡを備えた基地局は、複数のアンテナを有しており、各アンテナにより受信された信号（すなわち各系列の受信信号）に対して、振幅と位相の調整を与えることにより、希望方向から到来する電磁波のみを強く受信する（以下「受信指向性を形成する」という。）ことができる。受信信号に対する振幅および位相の調整は、各系列の受信信号に対して系列固有の複素係数（受信ウェイト）を乗算することによりなされる。
このＡＡＡを備えた基地局は、系列固有の複素係数（送信ウェイト）を乗算した送信信号を、系列に対応するアンテナを介して送信することにより、希望方向に対して電磁波を強く送信する（以下「送信指向性を持つ」という。）ことができる。
このような基地局における各アンテナの配置方法としては、主に以下の２つの方法がある。まず第１に、各アンテナにより受信された信号の間におけるフェージング相関がほぼ１となるような位置に、各アンテナを配置する方法（以下「第１方法」という。）がある。
第１方法を採用した場合には、基地局は、受信時および送信時の両方において、より大きなアレイ利得を得ることができる。例えば、配置されたアンテナの総数をＮとすれば、アレイアンテナを導入することにより、Ｎ２倍のアンテナ利得を有する受信信号を得ることができる。また、アレイアンテナを導入することにより、Ｎ倍のＳ／Ｎ比を有する受信信号を得ることができる。
第２に、各アンテナにより受信された信号の間におけるフェージング相関がほぼ０なるような位置に、各アンテナを配置する方法（以下「第２方法」という。）がある。
第２方法を採用した場合には、各アンテナにより受信された信号の間におけるフェージング相関がほぼ０であるので、基地局は、各アンテナにより受信された信号を用いてダイバーシチ受信を行うことができる。これにより、基地局は、第１方法を採用した場合に比べて、フェージングの影響が軽減されたより良好な受信信号を得ることができる。
しかしながら、上記従来のＡＡＡを備えた基地局においては、次のような問題がある。すなわち、まず第１方法を採用した場合には、各アンテナにより受信された信号の間におけるフェージング相関がほぼ１であるので、基地局は、各アンテナにより受信された信号を用いて、ダイバーシチ受信を行うことができない。これにより、基地局は、フェージングの影響が軽減されたより良好な受信信号を得ることが困難となる。
このような問題を防止するためには、基地局は、ＡＡＡをダイバーシチに必要な数だけ搭載すればよい。ところが、この場合には、設置すべきアンテナの数が増加してこれらのアンテナの設置が困難となる。加えて、アンテナの数の増加に伴い、算出すべき複素係数（受信ウェイトおよび送信ウェイト）の数も増加するので、ウェイト算出に要する演算規模が膨大となる。
さらに、第２方法を採用した場合には、送信信号についての指向性において、サイドローブが所望方向だけでなく全方向に発生する。これにより、上記所望方向以外の方向に存在する移動局は、大きな干渉を受けるので、良好な通信を行うことが困難となる。よって、第２方法を採用することは、ＣＤＭＡ方式のようなマルチューザ環境には適していない。
発明の開示
本発明の目的は、移動局装置（通信端末装置）における通信品質を良好に保ちつつ、フェージングや干渉波による影響を抑圧して、良好な特性の受信信号を得る基地局装置を提供することである。
この目的は、系列毎に、水平面上における系列固有の所定位置に相互に上下の位置関係となるように配置された複数ブランチについてのアンテナ素子を用意し、ブランチ毎に、各系列についての受信信号を用いたアダプティブアレイアンテナ処理を行い、上記各系列についての受信信号に対して系列に固有のウェイトが乗算された信号を合成した合成信号を生成し、生成された各ブランチの合成信号を用いてダイバーシチ合成を行うことにより達成できる。
また、系列毎に、水平面上における系列固有の所定位置に相互に所定距離をおいて配置された、第１ブランチに対応する垂直偏波アンテナ素子および第２ブランチに対応する水平偏波アンテナ素子を用意し、ブランチ毎に、各系列についての受信信号を用いたアダプティブアレイアンテナ処理を行い、上記各系列についての受信信号に対して系列に固有のウェイトが乗算された信号を合成した合成信号を生成し、生成された各ブランチの合成信号を用いてダイバーシチ合成を行うことにより達成できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の最良の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
ＡＡＡを備えた基地局は、複数のアンテナにより受信された信号を合成することにより、高利得を有する受信信号を得るとともに、受信指向性を形成（すなわち水平面内におけるビーム幅を絞っている）している。このＡＡＡを備えた基地局は、ＡＡＡを導入することにより、受信信号の利得を増加させることができる。すなわち、この基地局は、ＡＡＡを形成する各アンテナにより受信される信号の利得が小さくとも、各アンテナにより受信された信号を合成することにより、高利得な受信信号を得ることができる。したがって、この基地局は、ＡＡＡを形成する各アンテナにより受信される信号の利得を小さくすることができるので、各アンテナの長さを短縮することができる。
そこで、本実施の形態では、まず、長さを短縮したアンテナ素子をブランチ数（本実施の形態では「第１ブランチおよび第２ブランチ」）に対応するだけ用意し、第１ブランチ（複数のアンテナ素子からなるアンテナ素子群）および第２ブランチに対応する各アンテナ素子を、水平面上の所定点（ここでは「第１点」とする）において、相互に上下の位置関係となるように配置することにより、所定の系列のアンテナ（ここでは「第１系列のアンテナ」とする）を形成する。ここで、各ブランチに対応するアンテナ素子の中心軸が互いに略一致するように、各アンテナ素子を上記所定点に配置することが好ましい。
次に、上記所定の点以外の点（ここでは「第２点」とする）に、同様な方法により形成した所定の系列のアンテナ（ここでは「第２系列のアンテナ」とする）を配置する。ここで、第２系列のアンテナにおける第１ブランチ（第２ブランチ）に対応するアンテナ素子は、第１系列のアンテナにおける第１ブランチ（第２ブランチ）に対応するアンテナ素子が配置された高さと略同一の高さに配置される。以後同様な方法により形成した所定の系列のアンテナを、所望する系列数だけ配置する。これにより、複数ブランチのアンテナを容易に設置することができる。
なお、各アンテナ素子の長さについては、例えば系列数に応じて設定することが可能である。例えば、系列数が増加するにつれて、各系列のアンテナにより受信された信号が合成された信号の利得が増加するので、各系列のアンテナ素子の長さを短縮することができる。
具体例について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる基地局装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態では、一例として、ブランチ数を２とし系列数を３とした場合について説明する。
まず、長さが短縮されたアンテナ素子（例えば略円柱型を有するアンテナ素子。なお、略円柱型以外の型を有するアンテナ素子でも可能である。）１０１−１および１０２−１を用意する。アンテナ素子１０１−１（すなわち第１ブランチに対応するアンテナ素子）およびアンテナ素子１０２−１（すなわち第２ブランチに対応するアンテナ素子）を、水平面上の第１点において、相互に上下の位置関係となるように配置する。ここで、アンテナ素子１０１−１およびアンテナ素子１０２−１は、互いの中心軸が略一致するように配置される。これにより、第１系列のアンテナが形成される。さらに、本実施の形態では、第１系列のアンテナはレドーム（例えば略円柱型を有するレドーム）１０３−１により覆われる。このレドーム１０３−１は、アンテナ素子１０１−１およびアンテナ素子１０２−１が風の影響を受けることを防止するために用いられる。
次に、アンテナ素子１０１−１およびアンテナ素子１０２−１と同様の構成を有するアンテナ素子１０１−２およびアンテナ素子１０２−２を用意する。アンテナ素子１０１−２（すなわち第１ブランチのアンテナ素子）およびアンテナ素子１０２−２（すなわち第２ブランチのアンテナ素子）を、水平面上の第２点において、相互に上下の位置関係となるように配置する。ここで、アンテナ素子１０１−２（アンテナ素子１０２−２）は、アンテナ素子１０１−１（アンテナ素子１０２−１）が配置された高さと略同一の高さに配置される。これにより、第２系列のアンテナが形成される。この第２系列のアンテナは、第１系列のアンテナと同様に、レドーム（ここではレドーム１０３−２）により覆われる。
同様に、アンテナ素子１０１−３（すなわち第１ブランチのアンテナ素子）およびアンテナ素子１０２−３（すなわち第２ブランチのアンテナ素子）を用いて、上記と同様な方法により、第３系列のアンテナが形成される。なお、アンテナ素子１０１−３（アンテナ素子１０２−３）は、アンテナ素子１０１−１およびアンテナ素子１０１−２（アンテナ素子１０２−１およびアンテナ素子１０２−２）が配置された高さと略同一の高さに配置されることはいうまでもない。
次に、本実施の形態にかかる基地局装置の全体の構成について、同様に図１を参照して説明する。第１ブランチにおいて、第１系列のアンテナにおけるアンテナ素子１０１−１により受信された信号（第１系列の受信信号）、第２系列のアンテナにおけるアンテナ素子１０１−２により受信された信号（第２系列の受信信号）、および第３系列のアンテナにおけるアンテナ素子１０１−３により受信された信号（第３系列の受信信号）は、受信ＲＦ部１０４に出力される。
受信ＲＦ部１０４は、第１系列の受信信号〜第３系列の受信信号に対して、周波数変換等の所定の受信処理を行う。受信処理後の第１系列〜第３系列の受信信号は、受信信号処理部１０５に出力される。
受信信号処理部１０５において、受信ウェイト合成部１０６は、受信処理後の第１系列〜第３系列の受信信号に対して、ウェイト更新部１０７からの系列固有の受信ウェイトを乗算することにより、合成信号を生成する。生成された合成信号は、ウェイト更新部１０７およびダイバーシチ合成部１０８に出力される。ウェイト更新部１０７は、参照信号と、受信ＲＦ部１０４からの受信処理後の第１系列〜第３系列の受信信号と、受信ウェイト合成部１０６からの合成信号と、を用いて、第１系列〜第３系列のそれぞれに固有の受信ウェイトを生成する。生成された受信ウェイトは、受信ウェイト合成部１０６および送信ウェイト合成部１１３に出力される。
送信ウェイト合成部１１３は、ウェイト更新部１０７からの第１系列〜第３系列のそれぞれに固有の受信ウェイトを、それぞれ、第１系列〜第３系列のそれぞれに固有の送信ウェイトとして用いる。すなわち、送信ウェイト合成部１１３は、送信信号に対して第１系列〜第３系列のそれぞれに固有の送信ウェイトを乗算することにより、第１系列〜第３系列の送信信号を生成して送信ＲＦ部１１４に出力する。
送信ＲＦ部１１４は、第１系列〜第３系列の送信信号に対して、周波数変換等の所定の送信処理を行い、送信処理後の第１系列〜第３系列の送信信号をそれぞれ第１系列のアンテナ素子１０１−１〜第３系列のアンテナ素子１０１−３を介して送信する。
一方、第２ブランチにおいて、第１系列のアンテナにおけるアンテナ素子１０２−１により受信された信号（第１系列の受信信号）、第２系列のアンテナにおけるアンテナ素子１０２−２により受信された信号（第２系列の受信信号）、および第３系列のアンテナにおけるアンテナ素子１０２−３により受信された信号（第３系列の受信信号）は、受信ＲＦ部１０９に出力される。
受信ＲＦ部１０９は、第１系列の受信信号〜第３系列の受信信号に対して、周波数変換等の所定の受信処理を行う。受信処理後の第１系列〜第３系列の受信信号は、受信信号処理部１１０に出力される。
受信信号処理部１１０において、受信ウェイト合成部１１１は、受信処理後の第１系列〜第３系列の受信信号に対して、ウェイト更新部１１２からの系列固有の受信ウェイトを乗算することにより、合成信号を生成する。生成された合成信号は、ウェイト更新部１１２およびダイバーシチ合成部１０８に出力される。ウェイト更新部１１２は、参照信号と、受信ＲＦ部１０９からの受信処理後の第１系列〜第３系列の受信信号と、受信ウェイト合成部１１１からの合成信号と、を用いて、第１系列〜第３系列のそれぞれに固有の受信ウェイトを生成する。生成された受信ウェイトは、受信ウェイト合成部１１１に出力される。
他方、ダイバーシチ合成部１０８は、受信ウェイト合成部１０６により生成された合成信号と、受信ウェイト合成部１１１により生成された合成信号と、を用いて、ダイバーシチ合成を行うことにより、新たな受信信号を生成する。
次いで、上記構成を有する基地局装置の動作について、同様に図１を参照して説明する。ここでは、説明の簡略化のために、上記基地局装置が第１移動局装置と通信を行うものとする。第１移動局装置は、情報信号（既知信号を含む）および参照信号をそれぞれ異なる時間に送信する。
第１移動局装置により送信された信号は、第１系列〜第３系列のアンテナを介して、本実施の形態にかかる基地局装置により受信される。まず第１ブランチにおいて、第１系列のアンテナ素子１０１−１〜第３系列のアンテナ素子１０１−３により受信された信号、すなわち、第１系列〜第３系列の受信信号は、受信ＲＦ部１０４により、周波数変換等の所定の受信処理がなされた後、受信信号処理部１０５に出力される。受信信号処理部１０５では、以下に示すようなアダプティブアレイアンテナ処理（以下「ＡＡＡ処理」という。）がなされる。
参照信号の受信時間（すなわち、第１系列〜第３系列の受信信号が参照信号に対応する信号である場合）には、受信ウェイト合成部１０６において、受信処理後の第１系列〜第３系列の受信信号が、それぞれ、ウェイト更新部１０７からの系列固有の受信ウェイトと乗算され、系列固有の受信ウェイトが乗算された第１系列〜第３系列の受信信号が合成される。これにより合成信号が生成される。生成された合成信号はウェイト更新部１０７に出力される。ウェイト更新部１０７では、合成信号とあらかじめ記憶された参照信号との差が小さくなるように、第１系列〜第３系列のそれぞれに固有の受信ウェイトが更新される。更新された受信ウェイトは、受信ウェイト合成部１０６および送信ウェイト合成部１１３に出力される。
情報信号（既知信号を含む）の受信時間（すなわち、第１系列〜第３系列の受信信号が情報信号に対応する信号である場合）には、受信ウェイト合成部１０６において、系列固有の受信ウェイトが乗算された第１系列〜第３系列の受信信号が合成される。これにより第１ブランチの合成信号が生成される。この第１ブランチの合成信号は、大きなアレイ利得を有する信号となっている。これにより、この第１ブランチの合成信号においては、干渉波（例えば、隣接チャネル干渉波、同一チャネル干渉波や遅延波等）が抑圧されている。生成された第１ブランチの合成信号は、ダイバーシチ合成部１０８に出力される。
次に、第２ブランチにおいて、第１系列のアンテナ素子１０２−１〜第３系列のアンテナ素子１０２−３により受信された信号、すなわち、第１系列〜第３系列の受信信号は、受信ＲＦ部１０９に出力される。受信ＲＦ部１０９、受信ウェイト合成部１１１およびウェイト更新部１１２では、それぞれ、第１ブランチにおける受信ＲＦ部１０４、受信ウェイト合成部１０６およびウェイト更新部１０７によるものと同様の処理がなされる。これにより、受信ウェイト合成部１１１において、系列固有の受信ウェイトが乗算された第１系列〜第３系列の受信信号が合成される。これにより第２ブランチの合成信号が生成される。この第２ブランチの合成信号は、大きなアレイ利得を有する信号となっている。これにより、この第２ブランチの合成信号においては、干渉波（例えば、隣接チャネル干渉波、同一チャネル干渉波や遅延波等）が抑圧されている。生成された第２ブランチの合成信号は、ダイバーシチ合成部１０８に出力される。
ダイバーシチ合成部１０８では、受信ウェイト合成部１０６からの第１ブランチの合成信号および受信ウェイト合成部１１１からの第２ブランチの合成信号を用いて、ダイバーシチ合成が行われる。
すなわち、まず、第１ブランチ（第２ブランチ）の合成信号における既知信号に対応する信号を用いて、第１ブランチ（第２ブランチ）についてのチャネル推定、すなわち、フェージング変動の推定がなされる。これにより、第１ブランチのチャネル推定値（α１）および第２ブランチのチャネル推定値（α２）が生成される。次に、第１ブランチの合成信号における情報信号に対応する信号（ｒ１（ｔ））、第２ブランチの合成信号における情報信号に対応する信号（ｒ２（ｔ））、第１ブランチのチャネル推定値および第２ブランチのチャネル推定値を用いて、ダイバーシチ合成がなされる。これにより新たな受信信号が生成される。
具体的には、例えば、ダイバーシチ合成として最大比合成が用いられる場合には、新たな受信信号（ｒ（ｔ））は、次に示す式により表現される。なお、以下、α１^＊はα１の複素共役を示し、α２^＊はα２の複素共役を示す。
ｒ（ｔ）＝α１^＊（ｔ）ｒ１（ｔ）＋α２^＊（ｔ）ｒ２（ｔ）　　　　−▲１▼
ダイバーシチ合成として等利得比合成が用いられる場合には、新たな受信信号は、次に示す式により表現される。
ｒ（ｔ）＝α１^＊（ｔ）ｒ１（ｔ）／｜α１｜
＋α２^＊（ｔ）ｒ２（ｔ）／｜α２｜　　　　　　　　　−▲２▼
ダイバーシチ合成として選択合成が用いられる場合には、新たな受信信号は、次に示す式により表現される。
ｒ（ｔ）＝α１^＊（ｔ）ｒ１（ｔ）／｜α１｜
（ただし｜α１｜＞｜α２｜）　　　　　　　−▲３▼
ｒ（ｔ）＝α２^＊（ｔ）ｒ２（ｔ）／｜α２｜
（ただし｜α１｜＜｜α２｜）　　　　　　　−▲４▼
ダイバーシチ合成としては、最大比合成、等利得比合成および選択合成のいずれを用いることも可能である。なお、最大比合成を用いることにより、最も特性の良好な受信信号を得ることができる。
得られた新たな受信信号においては、ダイバーシチ合成がなされていることに起因して、フェージング変動の影響が軽減されている。
一方、送信信号は送信ウェイト合成部１１３に出力される。送信ウェイト合成部１１３では、送信信号に対して、第１系列〜第３系列のそれぞれに固有の送信ウェイトが乗算されることにより、第１系列〜第３系列の送信信号が生成される。第１系列〜第３系列のそれぞれに固有の送信ウェイトとは、ウェイト更新部１０７により更新された、第１系列〜第３系列のそれぞれに固有の受信ウェイトに相当する。生成された第１系列〜第３系列の送信信号は送信ＲＦ部１１４に出力される。
第１系列〜第３系列の送信信号は、送信ＲＦ部１１４により所定の送信処理がなされた後、それぞれ、第１ブランチにおける第１系列のアンテナ素子１０１−１〜第３系列のアンテナ素子１０１−３を介して、第１移動局装置に対して送信される。
第１系列のアンテナ素子１０１−１〜第３系列のアンテナ素子１０１−３を介して送信された信号の指向性においては、送信ウェイト合成部１１３により送信ウェイトが乗算されていることに起因して、第１移動局装置の到来方向にビームが存在している。これにより、第１移動局装置における受信電力を大きくすることができるとともに、第１移動局装置以外の移動局装置に与える干渉を抑えることができる。したがって、第１移動局装置および他の移動局装置における通信品質を良好に保つことができる。
なお、本実施の形態では、送信信号を第１ブランチから送信する場合について説明したが、送信信号を第２ブランチから送信することも可能である。ただし、第１ブランチのアンテナ（すなわちアンテナ素子１０１−１〜アンテナ素子１０１−３）は、第２ブランチのアンテナ（すなわちアンテナ素子１０２−１〜アンテナ素子１０２−３）よりも高い位置に設置されている。よって、送信信号を第１ブランチから送信した方が、伝搬損失や見通しの確保の点において有利である。したがって、送信信号を第２ブランチよりも第１ブランチから送信する方がより好ましい。
以上のように、本実施の形態では、系列毎に、複数のブランチのアンテナ素子を、水平面上の所定点に、相互に上下の位置関係となるように配置している。これにより、複数ブランチのアンテナ素子を容易に設置することができる。さらに、ブランチ毎に、各系列の受信信号に対して系列固有の受信ウェイトを乗算し、受信ウェイトが乗算された各系列の受信信号を合成すること（ＡＡＡ処理を行うこと）により、干渉波が抑圧された信号を得ることができる。これにより、受信信号から所望移動局装置により送信された信号のみを抽出することができる。また、ブランチ毎にＡＡＡ処理により得られた合成信号をダイバーシチ合成することにより、フェージング変動の影響が軽減された信号を得ることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１において、ＡＡＡ処理における受信ウェイトの計算量を抑える場合について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施の形態２にかかる基地局装置の構成を示すブロック図である。なお、図２における実施の形態１（図１）と同様の構成については、図１におけるものと同一の符号を付して、詳しい説明を省略する。
図２において、本実施の形態にかかる基地局装置は、実施の形態１にかかる基地局装置において、ウェイト更新部１１２を除去し、受信ウェイト合成部１１１に代えて受信ウェイト合成部２０１を設けた構成を有する。
所定の系列（ここでは例えば第１系列）に着目すると、第１ブランチのアンテナ素子１０１−１により受信される信号と、第２ブランチのアンテナ素子１０２−１により受信される信号とは、到来方向において略一致し、信号強度において異なるのみである。これは第２系列および第３系列についても同様に当てはまる。
そこで、本実施の形態では、複数ブランチにおけるいずれか１つのブランチのみにおいて受信ウェイトの算出を行い、算出された受信ウェイトを、上記複数ブランチのすべてのブランチにおける受信ウェイトとして用いる。この後、上記複数ブランチにおけるＡＡＡ処理により得られた合成信号を用いて、フェージング変動の影響を考慮したダイバーシチ合成を行う。これにより、受信ウェイトの算出を全ブランチについてではなくいずれか１つのブランチについて行うのみであるので、受信ウェイトの算出に要する演算量を抑えることができる。
受信ウェイト合成部２０１において、情報信号（既知信号を含む）の受信時間（すなわち、第１系列〜第３系列の受信信号が情報信号に対応する信号である場合）には、受信処理後の第１系列〜第３系列の受信信号が、それぞれ、ウェイト更新部１０７からの系列固有の受信ウェイトと乗算され、系列固有の受信ウェイトが乗算された第１系列〜第３系列の受信信号が合成される。これにより第２ブランチの合成信号が生成される。
以上のように、本実施の形態では、複数ブランチにおけるいずれか１つのブランチのみにおいて受信ウェイトの算出を行い、算出された受信ウェイトを、上記複数ブランチのすべてのブランチにおける受信ウェイトとして用いる。これにより、実施の形態１に比べて、受信ウェイトの算出に要する演算量を抑えることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２において、ダイバーシチ送信を行う場合について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施の形態３にかかる基地局装置の構成を示すブロック図である。なお、図３における実施の形態２（図２）と同様の構成については、図２におけるものと同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図３において、本実施の形態にかかる基地局装置は、実施の形態２にかかる基地局装置において、送信アンテナ選択部３０１、選択部３０２および送信ＲＦ部３０３を設けた構成を有する。
上記実施の形態２で説明したように、所定の系列（ここでは例えば第１系列）に着目すると、第１ブランチのアンテナ素子１０１−１により受信される信号と、第２ブランチのアンテナ素子１０２−１により受信される信号とは、到来方向において略一致し、信号強度において異なるのみである。
そこで、本実施の形態では、複数ブランチにおけるいずれか１つのブランチのみにおいて受信ウェイトの算出を行い、算出された受信ウェイトを、上記複数ブランチのすべてのブランチにおける受信ウェイトおよび送信ウェイトとして用いる。この後、上記複数ブランチにおけるＡＡＡ処理により得られた合成信号を用いて、フェージング変動の影響を考慮したダイバーシチ合成を行う。これにより、送信ウェイトの算出を全ブランチについてではなくいずれか１つのブランチについて行うのみであるので、送信ウェイトの算出に要する演算量を抑えることができる。
送信アンテナ選択部３０１は、受信ウェイト合成部１０６に生成された第１ブランチの合成信号の受信電力、および、受信ウェイト合成部２０１に生成された第２ブランチの合成信号の受信電力を測定し、送信信号を送信するブランチとして、受信電力の大きい合成信号に対応するブランチを選択する。この送信アンテナ選択部３０１は、選択結果を選択部３０２に出力する。
送信アンテナ選択部３０１は、送信ウェイト合成部１１３からの第１系列〜第３系列の送信信号を、送信アンテナ選択部３０１の選択結果に応じて、送信ＲＦ部１１４または送信ＲＦ部３０３に出力する。すなわち、送信アンテナ選択部３０１は、送信アンテナ選択部３０１により第１ブランチ（第２ブランチ）が選択された場合には、第１系列〜第３系列の送信信号を送信ＲＦ部１１４（送信ＲＦ部３０３）に出力する。
送信ＲＦ部３０３は、上述した送信ＲＦ部１１４と同一の構成を有しており、第１系列〜第３系列の送信信号に対して、周波数変換等の所定の送信処理を行い、送信処理後の第１系列〜第３系列の送信信号をそれぞれ第１系列のアンテナ素子１０２−１〜第３系列のアンテナ素子１０２−３を介して送信する。
第１系列のアンテナ素子１０１−１〜第３系列のアンテナ素子１０１−３（第１ブランチが選択された場合）、または、第１系列のアンテナ素子１０２−１〜第３系列のアンテナ素子１０２−３（第２ブランチが選択された場合）を介して送信された信号の指向性においては、送信ウェイト合成部１１３により送信ウェイトが乗算されていることに起因して、第１移動局装置の到来方向にビームが存在している。これにより、第１移動局装置における受信電力を大きくすることができるとともに、第１移動局装置以外の移動局装置に与える干渉を抑えることができる。したがって、第１移動局装置および他の移動局装置における通信品質を良好に保つことができる。
さらに、各ブランチの合成信号の受信電力に基づいて選択したブランチを介して、第１移動局装置に対する送信（すなわちダイバーシチ送信）を行うことにより、第１移動局装置におけるフェージング変動に起因する受信電力の落ち込みを補償することができる。
以上のように、本実施の形態では、複数ブランチにおけるいずれか１つのブランチのみにおいて受信ウェイトの算出を行い、算出された受信ウェイトを、上記複数ブランチのすべてのブランチにおける受信ウェイトおよび送信ウェイトとして用いる。これにより、送信ウェイトの算出に要する演算量を抑えつつ、ダイバーシチ送信を行うことができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１において、偏波ダイバーシチを用いる場合について説明する。
移動通信においては、移動局装置のユーザは、この移動局装置を水平面に対して４５度傾けた状態で通信に用いる。このため、基地局装置には垂直偏波と水平偏波が到達する。垂直偏波と水平偏波とはフェージング相関が非常に低いので、垂直偏波と水平偏波とを用いた偏波ダイバーシチを適用することにより、複数のアンテナを空間的に離して配置するスペースダイバーシチを適用する場合に比べて、より大きな利得を有する受信信号を得ることができる。
そこで、本実施の形態では偏波ダイバーシチを適用する。ところが、垂直偏波を送受信するアンテナ素子（以下「垂直偏波アンテナ素子」という。）と水平偏波を送受信するアンテナ（以下「水平偏波アンテナ素子」という。）との間に所定距離を置いて１つのアンテナを形成すると、形成されたアンテナの太さが受信信号の０．５波長を上回ることになる。これにより、この形成されたアンテナにより送信される信号の指向性においてサイドローブが発生する。この結果、垂直偏波アンテナ素子および水平偏波アンテナ素子をＡＡＡに適用することができない。
そこで、本実施の形態では、形成されるアンテナの太さを小さくするために、垂直偏波アンテナ素子および水平偏波アンテナ素子として、指向性において広いビーム幅（好ましくは１２０度程度）を有するアンテナ素子を用いる。このようなビーム幅を有するアンテナ素子を用いることにより、大きな反射板が不要となるので、形成されるアンテナの太さを小さくすることができる。ここで、指向性において広いビーム幅を有するアンテナ素子を用いても、このようなアンテナ素子を複数用いて形成されたＡＡＡを搭載した基地局は、指向性におけるビーム幅を細くすることができる。
具体例について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態４にかかる基地局装置の構成を示すブロック図である。なお、図４における実施の形態１（図１）と同様の構成については、図１におけるものと同様の符号が付されている。ここで、本実施の形態では、一例として、ブランチ数を２とし系列数を３とした場合について説明する。
まず、垂直偏波アンテナ素子４０１−１と水平偏波アンテナ素子４０２−１（例えば略円柱型を有するアンテナ素子）とを用意する。各アンテナ素子は、指向性において広いビーム幅（好ましくは１２０度程度）を有する。
水平面上の所定の点（ここでは「第１点」とする）において、垂直偏波アンテナ素子４０１−１と水平偏波アンテナ素子４０２−１との間に所定の距離をおいて各アンテナ素子を配置することにより、所定系列のアンテナ（ここでは「第１系列のアンテナ」とする）を形成する。なお、図４では、垂直偏波アンテナ素子４０１−１と水平偏波アンテナ素子４０２−１とが略平行となるように配置されている例が示されているが、各アンテナ間の位置関係に限定はない。
さらに、本実施の形態では、第１系列のアンテナは、レドーム４０３−１により覆われる。このレドーム４０３−１は、実施の形態１におけるレドーム１０３−１と同様の構成を有する。なお、この第１系列のアンテナにより送信される信号の指向性においてサイドローブが発生することを防止するために、レドーム４０３−１の直径は、レドーム４０３−１の直径が受信信号の０．５となるように、垂直偏波アンテナ素子４０１−１および水平偏波アンテナ素子４０２−１の指向性に基づいて決定される。
次に、垂直偏波アンテナ素子４０１−１（水平偏波アンテナ素子４０２−１）と同様の構成を有する垂直偏波アンテナ素子４０１−２（水平偏波アンテナ素子４０２−２）を用意する。水平面上の第１点以外の所定の点（ここでは「第２点」とする）において、垂直偏波アンテナ素子４０１−２と水平偏波アンテナ素子４０２−２との間に所定の距離をおいて各アンテナ素子を配置することにより、所定系列のアンテナ（ここでは「第２系列のアンテナ」とする）を形成する。これにより、第２系列のアンテナが形成される。この第２系列のアンテナは、第１系列のアンテナと同様に、レドーム（ここではレドーム４０３−２）により覆われる。
同様に、垂直偏波アンテナ素子４０１−３および水平偏波アンテナ素子４０２−３を用いて、上記と同様な方法により、第３系列のアンテナが形成される。
次に、本実施の形態にかかる基地局装置の全体の構成について、同様に図４を参照して説明する。第１ブランチにおいて、第１系列のアンテナにおける垂直偏波アンテナ素子４０１−１により受信された信号（第１系列の受信信号）、第２系列のアンテナにおける垂直偏波アンテナ素子４０１−２により受信された信号（第２系列の受信信号）、および第３系列のアンテナにおける垂直偏波アンテナ素子４０１−３により受信された信号（第３系列の受信信号）は、受信ＲＦ部１０４に出力される。この後、受信ＲＦ部１０４、受信ウェイト合成部１０６およびウェイト更新部１０７では、実施の形態１で説明したものと同様の処理がなされる。この結果、受信ウェイト合成部１０６により第１ブランチの合成信号が生成される。この第１ブランチの合成信号においては、干渉波（例えば、隣接チャネル干渉波、同一チャネル干渉波や遅延波等）が抑圧されている。第１ブランチの合成信号はダイバーシチ合成部１０８に出力される。
次に、第２ブランチにおいて、第１系列のアンテナにおける水平偏波アンテナ素子４０２−１により受信された信号（第１系列の受信信号）、第２系列のアンテナにおける水平偏波アンテナ素子４０２−２により受信された信号（第２系列の受信信号）、および第３系列のアンテナにおける水平偏波アンテナ素子４０２−３により受信された信号（第３系列の受信信号）は、受信ＲＦ部１０９に出力される。この後、受信ＲＦ部１０９、受信ウェイト合成部１１１およびウェイト更新部１１２では、実施の形態１で説明したものと同様の処理がなされる。この結果、受信ウェイト合成部１１１により第２ブランチの合成信号が生成される。この第２ブランチの合成信号においては、干渉波（例えば、隣接チャネル干渉波、同一チャネル干渉波や遅延波等）が抑圧されている。第２ブランチの合成信号はダイバーシチ合成部１０８に出力される。
ダイバーシチ合成部１０８では、実施の形態１で説明したものと同様の処理がなされる。これにより新たな受信信号が生成される。得られた新たな受信信号においては、ダイバーシチ合成がなされていることに起因して、フェージング変動の影響が軽減されている。
一方、送信ウェイト合成部１１３により生成された第１系列〜第３系列の送信信号は送信ＲＦ部１０４により送信処理がなされた後、それぞれ、垂直偏波アンテナ素子４０１−１〜垂直偏波アンテナ素子４０１−３を介して送信される。
垂直偏波アンテナ素子４０１−１〜４０１−３および水平偏波アンテナ素子４０２−１〜４０２−３としては、指向性において広いビーム幅を有するアンテナ素子を用いているが、これらの複数の垂直偏波アンテナ素子および水平偏波アンテナ素子を有する基地局装置は、指向性におけるビーム幅を細くすることができる。
以上のように、本実施の形態では、系列毎に、指向性において広いビーム幅を有する垂直偏波アンテナ素子と水平偏波アンテナ素子とを、所定の距離をおいて配置している。これにより、系列毎に形成されるアンテナの太さを小さくすることができるので、このアンテナにより送信される信号の指向性にサイドローブが発生することを防止することができるとともに、このアンテナの配置を容易に行うことができる。さらに、ブランチ毎に、各系列の受信信号に対して系列固有の受信ウェイトを乗算し、受信ウェイトが乗算された各系列の受信信号を合成すること（ＡＡＡ処理を行うこと）により、干渉波が抑圧された信号を得ることができる。これにより、受信信号から所望移動局装置により送信された信号のみを抽出することができる。また、ブランチ毎にＡＡＡ処理により得られた合成信号をダイバーシチ合成することにより、フェージング変動の影響が軽減された信号を得ることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態４において、ＡＡＡ処理における受信ウェイトの計算量を抑える場合について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施の形態５にかかる基地局装置の構成を示すブロック図である。なお、図５における実施の形態４（図４）と同様の構成については、図４におけるものと同一の符号を付して、詳しい説明を省略する。
図５において、本実施の形態にかかる基地局装置は、実施の形態４にかかる基地局装置において、ウェイト更新部１１２を除去し、受信ウェイト合成部１１１に代えて受信ウェイト合成部２０１を設けた構成を有する。
所定の系列（ここでは例えば第１系列）に着目すると、第１移動局装置に対する第１ブランチの垂直偏波アンテナ４０１−１の設置位置と、第１移動局装置に対する第２ブランチの水平偏波アンテナ４０２−１の設置位置とは、略同じである。これにより、垂直偏波アンテナ４０１−１により受信される信号と、水平偏波アンテナ４０２−１により受信される信号とは、到来方向において略一致し、信号強度において異なるのみである。これは第２系列および第３系列についても同様に当てはまる。
そこで、本実施の形態では、複数ブランチにおけるいずれか１つのブランチのみにおいて受信ウェイトの算出を行い、算出された受信ウェイトを、上記複数ブランチのすべてのブランチにおける受信ウェイトとして用いる。この後、上記複数ブランチにおけるＡＡＡ処理により得られた合成信号を用いて、フェージング変動の影響を考慮したダイバーシチ合成を行う。これにより、受信ウェイトの算出を全ブランチについてではなくいずれか１つのブランチについて行うのみであるので、受信ウェイトの算出に要する演算量を抑えることができる。
受信ウェイト合成部２０１において、情報信号（既知信号を含む）の受信時間（すなわち、第１系列〜第３系列の受信信号が情報信号に対応する信号である場合）には、受信処理後の第１系列〜第３系列の受信信号が、それぞれ、ウェイト更新部１０７からの系列固有の受信ウェイトと乗算され、系列固有の受信ウェイトが乗算された第１系列〜第３系列の受信信号が合成される。これにより第２ブランチの合成信号が生成される。
以上のように、複数ブランチにおけるいずれか１つのブランチのみにおいて受信ウェイトの算出を行い、算出された受信ウェイトを、上記複数ブランチのすべてのブランチにおける受信ウェイトとして用いる。これにより、実施の形態４に比べて、受信ウェイトの算出に要する演算量を抑えることができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態５において、ダイバーシチ送信を行う場合について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態６にかかる基地局装置の構成を示すブロック図である。なお、図６における実施の形態３（図３）及び図６における実施の形態４（図４）と同様の構成については、図３及び図４におけるものと同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図６において、本実施の形態にかかる基地局装置は、実施の形態５にかかる基地局装置において、送信アンテナ選択部３０１、選択部３０２および送信ＲＦ部３０３を設けた構成を有する。
上記実施の形態５で説明したように、所定の系列（ここでは例えば第１系列）に着目すると、第１移動局装置に対する第１ブランチの垂直偏波アンテナ４０１−１の設置位置と、第１移動局装置に対する第２ブランチの水平偏波アンテナ４０２−１の設置位置とは、略同じである。これにより、垂直偏波アンテナ４０１−１により受信される信号と、水平偏波アンテナ４０２−１により受信される信号とは、到来方向において略一致し、信号強度において異なるのみである。これは第２系列および第３系列についても同様に当てはまる。
そこで、本実施の形態では、送信アンテナ選択部３０１は、受信ウェイト合成部１０６に生成された第１ブランチの合成信号の受信電力、および、受信ウェイト合成部２０１に生成された第２ブランチの合成信号の受信電力を測定し、送信信号を送信するブランチとして、受信電力の大きい合成信号に対応するブランチを選択する。この送信アンテナ選択部３０１は、選択結果を選択部３０２に出力する。
送信アンテナ選択部３０１は、送信ウェイト合成部１１３からの第１系列〜第３系列の送信信号を、送信アンテナ選択部３０１の選択結果に応じて、送信ＲＦ部１１４または送信ＲＦ部３０３に出力する。すなわち、送信アンテナ選択部３０１は、送信アンテナ選択部３０１により垂直偏波アンテナ（水平偏波アンテナ）が選択された場合には、第１系列〜第３系列の送信信号を送信ＲＦ部１１４（送信ＲＦ部３０３）に出力する。
第１系列のアンテナ素子４０１−１〜第３系列のアンテナ素子４０１−３（垂直偏波アンテナが選択された場合）、または、第１系列のアンテナ素子４０２−１〜第３系列のアンテナ素子４０２−３（水平偏波アンテナが選択された場合）を介して送信された信号の指向性においては、送信ウェイト合成部１１３により送信ウェイトが乗算されていることに起因して、第１移動局装置の到来方向にビームが存在している。これにより、第１移動局装置における受信電力を大きくすることができるとともに、第１移動局装置以外の移動局装置に与える干渉を抑えることができる。したがって、第１移動局装置および他の移動局装置における通信品質を良好に保つことができる。
さらに、各ブランチの合成信号の受信電力に基づいて選択したブランチを介して、第１移動局装置に対する送信（すなわちダイバーシチ送信）を行うことにより、第１移動局装置におけるフェージング変動に起因する受信電力の落ち込みを補償することができる。
以上のように、本実施の形態では、複数ブランチにおけるいずれか１つのブランチのみにおいて受信ウェイトの算出を行い、算出された受信ウェイトを、上記複数ブランチのすべてのブランチにおける受信ウェイトおよび送信ウェイトとして用いる。これにより、送信ウェイトの算出に要する演算量を抑えつつ、ダイバーシチ送信を行うことができる。
以上説明したように、本発明によれば、移動局装置における通信品質を良好に保ちつつ、フェージングや干渉波による影響を抑圧して、良好な特性の受信信号を得る基地局装置を提供することができる。
本明細書は、２０００年１２月２１日出願の特願２０００−３８９５２８に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
産業上の利用可能性
本発明は、ディジタル移動体通信システムに用いられる基地局装置に関し、特に、アダプティブアレイアンテナを備えた基地局装置に利用するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態１にかかる基地局装置の構成を示すブロック図、
図２は、本発明の実施の形態２にかかる基地局装置の構成を示すブロック図、
図３は、本発明の実施の形態３にかかる基地局装置の構成を示すブロック図、
図４は、本発明の実施の形態４にかかる基地局装置の構成を示すブロック図、
図５は、本発明の実施の形態５にかかる基地局装置の構成を示すブロック図、
及び、
図６は、本発明の実施の形態６にかかる基地局装置の構成を示すブロック図である。

Claims

複数のアンテナ素子からなるとともに上下方向に配置された複数のアンテナ素子群と、前記アンテナ素子群の前記アンテナ素子が受信した受信信号毎に、ウェイトを乗算して合成する受信ウェイト合成手段と、前記受信ウェイト合成手段にて合成された前記アンテナ素子群毎の受信信号をダイバーシチ合成するダイバーシチ合成手段と、を具備することを特徴とする基地局装置。
前記受信ウェイト合成手段は、前記アンテナ素子群において共通のウェイトを用いることを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
前記受信ウェイト合成手段の受信電力を算出する算出手段と、前記算出手段により算出した受信電力に基づいて前記アンテナ素子群を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択した前記アンテナ素子群の前記受信ウェイト合成手段で用いたウェイトを、送信信号毎に乗算する送信ウェイト合成手段と、前記選択手段で選択した前記アンテナ素子群より前記送信ウェイト合成手段にて合成した送信信号を送信するダイバーシチ送信手段と、を具備することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
複数の垂直偏波アンテナ素子からなる第一のアンテナ素子群と、複数の水平偏波アンテナ素子からなる第二のアンテナ素子群と、前記第一のアンテナ素子群の前記垂直偏波アンテナ素子及び前記第二のアンテナ素子群の前記水平偏波アンテナ素子の受信信号毎にウェイトを乗算し、得られた受信信号を前記第一のアンテナ素子群毎若しくは前記第二のアンテナ素子群毎に合成する受信ウェイト合成手段と、前記受信ウェイト合成手段にて合成された前記第一のアンテナ素子群及び前記第二のアンテナ素子群の受信信号をダイバーシチ合成するダイバーシチ合成手段と、を具備することを特徴とする基地局装置。
前記受信ウェイト合成手段は、前記第一のアンテナ素子群及び前記第二のアンテナ素子群において共通のウェイトを用いることを特徴とする請求項４記載の基地局装置。
前記受信ウェイト合成手段の受信電力を算出する算出手段と、前記算出手段により算出した受信電力に基づいて前記第一のアンテナ素子群若しくは前記第二のアンテナ素子群のいずれか一方を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択されたアンテナ素子群の前記受信ウェイト合成手段で用いたウェイトを、送信信号毎に乗算する送信ウェイト合成手段と、前記選択手段で選択されたアンテナ素子群より前記送信ウェイト合成手段にて合成した送信信号を送信するダイバーシチ送信手段と、を具備することを特徴とする請求項４記載の基地局装置。
請求項１記載の基地局装置と無線通信を行うことを特徴とする通信端末装置。