JPWO2002052751A1 - 送信指向性を有する無線装置、その制御方法およびその制御プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、送信指向性を有する無線装置、その制御方法およびその制御プログラムに関し、特に、アダプティブアレイ無線基地局において用いられる無線装置、その制御方法およびその制御プログラムに関する。
背景技術
近年、携帯電話等の移動通信システムの無線基地局として、アレイアンテナを用いたアダプティブアレイ(adaptive array)無線基地局が実用化されている。このようなアダプティブアレイ無線基地局の動作原理については、たとえば下記の文献に説明されている。
B.Widrow,et al.:″Adaptive Antenna Systems,″Proc.IEEE,vol.55,No.12,pp.2143−2159(Dec.1967).
S.P.Applebaum:″Adaptive Arrays″,IEEE Trans.Antennas & Propag.,vol.AP−24,No.5,pp.585−598(Sept.1976).
O.L.Frost,III:″Adaptive Least Squares Optimization Subject to Linear Equality Constraints,″SEL−70−055,Technical Report.No.6796−2,Information System Lab.,Stanford Univ.(Aug.1970).
B.Widrow and S.D.Stearns:″Adaptive Signal Processing,″Prentice−Hall,Englewood Cliffs(1985).
R.A.Monzingo and T.W.Miller:″Introduction to Adaptive Arrays,″John Wiley & Sons,New York(1980).
J.E.Hudson:″Adaptive Array Principles,″Peter Peregrinus Ltd.,London(1981).
R.T.Compton,Jr.:″Adaptive Antennas−Concepts and Performance,″Prentice−Hall.Englewood Cliffs(1988).
E.Nicolau and D.Zaharia:″Adaptive Arrays,″Elsevier,Amsterdam(1989).
図17は、このようなアダプティブアレイ無線基地局の動作原理を概略的に示す模式図である。図17において、1つのアダプティブアレイ無線基地局1は、n本のアンテナ#1,#2,#3,…,#nからなるアレイアンテナ2を備えており、その電波が届く範囲を第1の斜線領域3として表わす。一方、隣接する他の無線基地局6の電波が届く範囲を第2の斜線領域7として表わす。
領域3内において、ユーザAの端末である携帯電話機4とアダプティブアレイ無線基地局1との間で電波信号の送受信が行なわれる(矢印5)。一方、領域7内において、他のユーザBの端末である携帯電話機8と無線基地局6との間で電波信号の送受信が行なわれる(矢印9)。
ここで、たまたまユーザAの携帯電話機4の電波信号の周波数とユーザBの携帯電話機8の電波信号の周波数とが等しい場合、ユーザBの位置によっては、ユーザBの携帯電話機8からの電波信号が領域3内において不要な干渉信号となり、ユーザAの携帯電話機4とアダプティブアレイ無線基地局1との間の電波信号に混入してしまうことになる。
このように、ユーザAおよびユーザBの双方からの混合した電波信号を受信したアダプティブアレイ無線基地局1では、何らかの処理を施さなければ、ユーザAおよびBの双方からの信号が混じった信号を受信することとなり、本来通話すべきユーザAの通話が妨げられてしまうことになる。
アダプティブアレイ無線基地局1では、受信した信号からユーザBからの信号を除去するために、次のような構成および処理を行なっている。
[アダプティブアレイアンテナの構成]
図18は、アダプティプアレイ100の構成を示すブロック図である。図18に示した例においては、複数のユーザ信号を含む入力信号から希望するユーザの信号を抽出するため、n個の入力ポート20−1〜20−nが設けられている。各入力ポート20−1〜20−nに入力された信号が、スイッチ回路1−1〜10−nを介して、ウエイトベクトル制御部11と乗算器12−1〜12−nとに与えられる。
ウエイトベクトル制御部11は、入力信号と予めメモリ14に記憶されている特定のユーザの信号に対応したトレーニング信号と加算器13の出力とを用いて、ウエイトベクトルw1i〜wniを計算する。ここで、添字iは、i番目のユーザとの間の送受信に用いられるウエイトベクトルであることを示す。
乗算器12−1〜12−nは、各入力ポート20−1〜20−nからの入力信号とウエイトベクトルw1i〜wniとをそれぞれ乗算し、加算器13へ与える。加算器13は、乗算器12−1〜12−nの出力信号を加算して受信信号SRX(t)として出力し、この受信信号SRX(t)は、ウエイトベクトル制御部11にも与えられる。
さらに、アダプティブアレイ100は、アダプティブアレイ無線基地局1からの出力信号STX(t)を受けて、ウエイトベクトル制御部11により与えられるウエイトベクトルw1i〜wniとそれぞれ乗算して出力する乗算器15−1〜15−nを含む。乗算器15−1〜15−nの出力は、それぞれスイッチ回路10−1〜10−nに与えられる。つまり、スイッチ回路10−1〜10−nは、信号を受信する際は、入力ポート20−1〜20−nから与えられた信号を、信号受信部1Rに与え、信号を送信する際には、信号送信部1Tからの信号を入出力ポート20−1〜20−nに与える。
[アダプティブアレイの動作原理]
次に、図18に示した信号受信部1Rの動作原理について簡単に説明する。
以下では、説明を簡単にするために、アンテナ素子数を4本とし、同時に受信されるユーザ数PSを2人とする。このとき、各アンテナから受信部1Rに対して与えられる信号は、以下のような式で表わされる。
ここで、信号RXj(t)は、j番目(j=1,2,3,4)のアンテナの受信信号を示し、信号Srxi(t)は、i番目(i=1,2)のユーザが送信した信号を示す。
さらに、係数hjiは、j番目のアンテナに受信された、i番目のユーザからの信号の複素係数を示し、nj(t)は、j番目の受信信号に含まれる雑音を示している。
上の式(1)〜(4)をベクトル形式で表記すると、以下のようになる。
なお式(6)〜(8)において、[…]Tは、[…]の転置を示す。
ここで、X(t)は入力信号ベクトル、Hiはi番目のユーザの受信信号係数ベクトル、N(t)は雑音ベクトルをそれぞれ示している。
アダプティブアレイアンテナは、図18に示したように、それぞれのアンテナからの入力信号に重み係数w1i〜wniを掛けて合成した信号を受信信号SRX(t)として出力する。なお、ここでは、アンテナの本数nは4である。
さて、以上のような準備の下に、たとえば、i番目のユーザが送信した信号Srx1(t)を抽出する場合のアダプティブアレイの動作は以下のようになる。アダプティブアレイ100の出力信号y1(t)は、入力信号ベクトルX(t)とウエイトベクトルW1のベクトルの掛算により、以下のような式で表わすことができる。
すなわち、ウエイトベクトルW1は、j番目の入力信号RXj(t)に掛け合わされる重み係数wj1(j=1,2,3,4)を要素とするベクトルである。
ここで式(9)のように表わされたy1(t)に対して、式(5)により表現された入力信号ベクトルX(t)を代入すると、以下のようになる。
ここで、アダプティブアレイ100が理想的に動作した場合、上述した参考文献中にも記載された周知な方法により、ウエイトベクトルW1は次の連立方程式を満たすようにウエイトベクトル制御部11により逐次制御される。
式(12)および式(13)を満たすようにウエイトベクトルW1が完全に制御されると、アダプティブアレイ100からの出力信号y1(t)は、結局以下の式のように表わされる。
すなわち、出力信号y1(t)には、2人のユーザのうちの第1番目のユーザが送信した信号Srx1(t)が得られることになる。
一方、図18において、アダプティブアレイ100に対する入力信号STX(t)は、アダプティブアレイ100中の送信部1Tに与えられ、乗算器15−1,15−2,15−3,…,15−nの一方入力に与えられる。これらの乗算器の他方入力にはそれぞれ、ウエイトベクトル制御部11により以上説明したようにして受信信号に基づいて算出されたウエイトベクトルw1i,w2i,w3i,…,wniがコピーされて印加される。
これらの乗算器によって重み付けされた入力信号は、対応するスイッチ10−1,10−2,10−3,…,10−nを介して、対応するアンテナ#1,#2,#3,…,#nに送られ、図17に示した領域3内に送信される。
ここで、ユーザA,Bの識別は以下に説明するように行なわれる。すなわち、携帯電話機の電波信号はフレーム構成をとって伝達される。携帯電話機の電波信号は、大きくは、無線基地局にとって基地の信号系列からなるプリアンブルと、無線基地局にとって既知の信号系列からなるデータ(音声など)から構成されている。
プリアンブルの信号系列は、当該ユーザが無線基地局にとって通話すべき所望のユーザかどうかを見分けるための情報の信号列を含んでいる。アダプティブアレイ無線基地局1のウエイトベクトル制御部11は、メモリ14から取出したユーザAに対応したトレーニング信号と、受信した信号系列とを対比し、ユーザAに対応する信号系列を含んでいると思われる信号を抽出するようにウエイトベクトル制御(重み係数の決定)を行なう。
図19は、ユーザAとアダプティブアレイ無線基地局1との間での電波信号の授受をイメージ化した図である。
すなわち、受信時と同じアレイアンテナ2を用いて送信される信号には、受信信号と同様にユーザAをターゲットとする重み付けがなされているため、送信された電波信号は、あたかもユーザAに対する指向性を有するかのようにユーザAの携帯電話機4により受信される。
図17に示したようにアダプティブアレイ無線基地局1から電波が届き得る範囲を示す領域3に対して、図19のように、アダプティブアレイアンテナを適切に制御して電波信号を出力した場合は、図19の領域3aに示すようにアダプティブアレイ無線基地局1からはユーザAの携帯電話機4をターゲットとするような指向性を有する電波信号が出力されることになる。
以上説明したとおり、アダプティブアレイ無線基地局1は、特定のユーザをターゲットとして、そのターゲットに対する指向性を有する電波信号の送受信を行なうことが可能であるため、以下に説明するようなパス分割多元接続移動通信方式(Path Division Multiple Access:PDMA)を実現することが可能である。
すなわち、携帯型電話機のような移動通信システムにおいて、周波数の有効利用を図るべく、種々の伝送チャネル割当方法が提案されており、上述したPDMAはそのうちの一種である。
図20は、周波数分割多重接続(Frequency Division Multiple Access:FDMA),時分割多重接続(Time Division Multiple Access:TDMA)およびPDMAの各種の通信システムにおけるチャネルの配置図である。
図20を参照して、FDMA,TDMAおよびPDMAについて簡単に説明する。図20(a)はFDMAのチャネル割当方式を示す図であって、異なる周波数f1〜f4の電波で、ユーザ1〜4のアナログ信号が周波数分割されて伝送される。各ユーザ1〜4の信号は、周波数フィルタを用いることによって分離される。
図20(b)に示すTDMAにおいては、各ユーザのデジタル化された信号が、異なる周波数f1〜f4の電波で、かつ一定の時間(タイムスロット)ごとに時分割されて伝送される。各ユーザの信号は、周波数フィルタと基地局および各ユーザ移動端末装置からの時間同期とにより分離される。
一方、図20(c)に示したPDMA方式においては、同じ周波数における1つのタイムスロットを空間的に分割して、複数のユーザのデータを伝送するものである。このPDMAでは、各ユーザの信号は、周波数フィルタと、基地局および各ユーザ移動端末装置間の時間同期と、アダプティブアレイ等を用いた相互干渉除去装置とを用いることにより分離される。
すなわち、PDMA方式を用いる場合、図19に示したように、異なる無線基地局に対応する2人のユーザとの間でやり取りされる電波信号を相互に干渉しないように分離するという場合にとどまらず、同一のアダプティブアレイ無線基地局1が受け持つ領域内において、同一の周波数および同一のタイムスロットで、異なるユーザとの間で送受信される電波信号の相互の干渉を除去する必要がある。
図19に示した例においては、アダプティブアレイアンテナを用いることによる指向性を利用することで、隣の基地局との間で電波信号の送受信をしているユーザBの端末からの電波信号が、アダプティブアレイ無線基地局1との間で電波信号のやり取りを行なっているユーザAの電波信号に対する干渉を除去することは可能であった。
しかしながら、ユーザAの急速な移動などにより所望のユーザAとアダプティブアレイ無線基地局1との間の無線伝送路の状態が変化し、電波信号の強度が変化する場合がある(フェージング)。
PDMA方式のような空間多重による通信では、そのようなフェージングの程度が大きくなると、アダプティブアレイ無線基地局1において所望のユーザAに対する指向性の制御が困難となり、ユーザAから指向性がずれてしまうことになる。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、PDMA方式により電波信号の送受信を行なうシステムにおいて、フェージングによって所望の端末に対する指向性がずれることを防止することが可能な、送信指向性を有する無線装置および送信指向性の制御方法および制御プログラムを提供することである。
この発明の他の目的は、PDMA方式により電波信号の送受信を行なうシステムにおいて、フェージングに基づく送信指向性制御に加えて、受信電力に基づく送信指向性制御を併用することにより、所望の端末に対するより的確な指向性制御が可能な、送信指向性を有する無線装置および送信指向性の制御方法および制御プログラムを提供することである。
発明の開示
この発明によれば、複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置は、受信電波信号から特定の端末装置の受信信号を分離するための受信手段を備え、受信手段は、端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルを受信電波信号に乗算することで受信信号を抽出する複数の受信信号分離手段と、端末装置ごとのフェージング速度を測定するためのフェージング速度測定手段とを含み、特定の端末装置への指向性を有する送信信号を生成するための送信手段をさらに備え、送信手段は、端末装置ごとに、フェージング速度測定手段からのフェージング速度に応じて受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成する複数の送信信号生成手段を含む。
好ましくは、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、送信手段は、受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、送信手段は、受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi−F0)に比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、送信手段は、受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに応じて予め設定された複数の係数からなるテーブルからXiに応じて決定された係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
この発明の他の局面によれば、複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置は、受信電波信号から特定の端末装置の受信信号を分離するための受信手段を備え、受信手段は、端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルを受信電波信号に乗算することで受信信号を抽出する複数の受信信号分離手段と、端末装置ごとの受信電波強度を測定するための受信強度測定手段と、端末装置ごとのフェージング速度を測定するためのフェージング速度測定手段とを含み、特定の端末装置への指向性を有する送信信号を生成するための送信手段をさらに備え、送信手段は、端末装置ごとに、受信強度測定手段からの受信電波強度およびフェージング速度測定手段からのフェージング速度に応じて受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成する複数の送信信号生成手段を含む。
好ましくは、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、送信手段は、受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、送信手段は、受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi−F0)に比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、送信手段は、受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに応じて予め設定された複数の係数からなるテーブルからXiに応じて決定された係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
この発明のさらに他の局面によれば、複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置の制御方法は、端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルをリアルタイムに導出し、端末装置からの受信信号を分離するステップと、端末装置ごとのフェージング速度を測定するステップと、端末装置ごとに、測定されたフェージング速度に応じて受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを導出するステップと、送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成するステップとを含む。
好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi―F0)に比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに予め設定された複数の係数からなるテーブルから、Xiに応じて決定される係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
この発明のさらに他の局面によれば、複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置の制御方法は、端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルをリアルタイムに導出し、端末装置からの受信信号を分離するステップと、受信した電波信号と分離された受信信号とに基づいて、端末装置ごとの受信電波強度を測定するステップと、端末装置ごとのフェージング速度を測定するステップと、端末装置ごとに、測定された受信電波強度およびフェージング速度に応じて受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを導出するステップと、送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成するステップとを含む。
好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi―F0)に比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに予め設定された複数の係数からなるテーブルから、Xiに応じて決定される係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
この発明のさらに他の局面によれば、複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置の制御プログラムは、コンピュータに、端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルをリアルタイムに導出し、端末装置からの受信信号を分離するステップと、端末装置ごとのフェージング速度を測定するステップと、端末装置ごとに、測定されたフェージング速度に応じて受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを導出するステップと、送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成するステップとを実行させる。
好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi―F0)に比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに予め設定された複数の係数からなるテーブルから、Xiに応じて決定される係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
この発明のさらに他の局面によれば、複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置の制御プログラムは、コンピュータに、端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルをリアルタイムに導出し、端末装置からの受信信号を分離するステップと、受信した電波信号と分離された受信信号とに基づいて、端末装置ごとの受信電波強度を測定するステップと、端末装置ごとのフェージング速度を測定するステップと、端末装置ごとに、測定された受信電波強度およびフェージング速度に応じて受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを導出するステップと、送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成するステップとを実行させる。
好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi―F0)に比例する係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
より好ましくは、受信ベクトルへの重み付け処理は、複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置のフェージング速度をXiとするとき、受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに予め設定された複数の係数からなるテーブルから、Xiに応じて決定される係数を乗ずることで、i番目の端末装置に対する送信ウェイトベクトルを生成する。
したがって、本発明に係る送信指向性制御が可能な無線装置および送信指向性の制御方法および制御プログラムによれば、フェージングにより指向性がずれた端末と電波信号の送受信を行なう場合には、当該ユーザのフェージング速度の大きさに応じて基地局からの送信電力を増大させることにより、送信指向性制御を回復させることが可能である。
さらに、従来の受信電力の測定値に基づく送信電力制御と組合せることにより、より的確な送信指向性の制御を実現することができる。
発明を実施するための最良の形態
[実施の形態1]
図1は、PDMA用基地局の送受信システム1000の構成を示す概略ブロック図である。
図1に示した構成においては、ユーザPS1とPS2とを識別するために、4本のアンテナ#1〜#4が設けられている。
受信動作においては、アンテナの出力は、RF回路1010に与えられ、RF回路1010において、受信アンプで増幅され局部発振信号によって周波数変換された後、フィルタで不要な周波数成分を除去し、A/D変換された後、デジタル信号としてデジタルシグナルプロセッサ1020に与えられる。
デジタルシグナルプロセッサ1020には、チャネル割当基準計算機1030と、チャネル割当装置1040と、アダプティブアレイ2000とが設けられている。チャネル割当基準計算機1030は、2人のユーザからの信号がアダプティブアレイによって分離可能かどうかを予め計算する。その計算結果に応じて、チャネル割当装置1040は、周波数と時間とを選択するユーザ情報を含むチャネル割当情報をアダプティブアレイ2000に与える。アダプティブアレイ2000は、チャネル割当情報に基づいて、4つのアンテナ#1〜#4からの信号に対して、リアルタイムに重み付け演算を行なうことで、特定のユーザの信号のみを分離する。
[アダプティブアレイの指向性を用いて等電力で送信する構成]
図2は、図1に示したアダプティブアレイ2000の第1の構成を示す概略ブロック図である。
すなわち、図2に示したアダプティブアレイにおいては、ユーザが2人であることに対応して、図11に示した従来のアダプティブアレイの構成を単純に2系統設ける構成としている。
この場合、2つのユーザPS1とPS2から同一周波数およびタイムスロットを用いることで空間多重通信を行なうとき、4本のアレイアンテナの受信信号RXi(t)は、上述した式(1)〜(4)により表わされる。
受信動作時においては、アダプティブアレイ無線基地局では、すでに説明したとおり、空間多重された受信信号をアダプティブアレイ技術を用いることで分離する。
このとき、ユーザPS1から送信された信号Srx1(t)を抽出するために、基地局の受信回路で計算されるウエイトベクトルWrx1と、ユーザPS2から送信された信号Srx2(t)を抽出するためのウエイトベクトルWrx2をそれぞれ以下のように表わすこととする。
ここで、Wikはk番目の端末からの信号を抽出するためのウエイトベクトルのi番目の重み係数成分を表わす。
送信時においては、ユーザPS1への送信信号Stx1(t)をユーザPS1へ、ユーザPS2への送信信号Stx2(t)をユーザPS2へそれぞれ送信するようにアンテナの指向性を形成するため、たとえば、次式のように表わされる受信時のウエイトベクトルを規格化したものを送信時のウエイトベクトルとする。
ここで、式(18)および(19)において、Mは空間多重接続ユーザ数を示し、上述の例ではM=2である。
ウエイトベクトルWtx1は、信号Stx1(t)をユーザPS1のみに送信するためのウエイトベクトルであって、ユーザPS2の方向へは指向性のヌル点が来るように制御されている。したがって、ウエイトベクトルWtx1は、ユーザPS1の方向へは電波が放射されるもののユーザPS2の方向へは電波が放射されない指向性を、アンテナ#1〜#4に対して形成する。
また、ウエイトベクトルWtx2は、同様に、信号Stx2(t)をユーザPS2のみに送信するためのウエイトベクトルである。よって、ユーザPS1へは信号Stx1(t)のみが送信され、ユーザPS2へは信号Stx2(t)のみが送信されるアンテナ指向性が形成されることになる。
この場合、各ウエイトベクトルの大きさが1/Mに規格化されているため、送信電力は各ユーザに対してすべて等電力となり、基地局からの全送信電力は1に規格化されている。
図3は、図2に示したアダプティブアレイの構成において、同一基地局内の2人のユーザPS1およびPS2に対して、パス分割された状態で、電波信号がやり取りされている状態を示す図である。すなわち、図3に示した状態においては、基地局1と第1のユーザPS1との距離に対して、基地局と第2のユーザPS2との距離が比較的近い場合を示している。
このような場合においても、上述したとおり、ユーザPS1への送信電力と同じ送信電力でユーザPS2に対して電波が放射されている。
上述したとおり、ユーザPS1に対するアンテナの指向性は、そのヌル点がユーザPS2に対する方向に相当するように制御されている。しかしながら、前述のようにフェージングのために、このようなユーザPS1の指向性制御が困難になる場合がある。
[送信電力をユーザに応じて制御するアダプティブアレイアンテナの構成]
図4は、フェージングの程度を示すフェージング速度の大きさに応じて送信電力を制御することにより、ターゲットとなるユーザに対する送信指向性の制御が可能な、この発明の実施の形態1による無線装置におけるアダプティブアレイ2000の構成を説明するための概略ブロック図である。
アダプティブアレイ2000は、4本のアンテナ#1〜#4からの受信信号を受けて、各ユーザからの受信信号に分離するための受信回路2100と、各ユーザに対する送信信号Stxj(t)を各ユーザに対して指向性をもって送信可能となるように重み付け処理を行なった結果を出力する送信回路2400と、4本のアンテナ#1〜#4と、受信回路2100および送信回路2400との間に設けられ、送信時および受信時において、アンテナ#1〜#4と受信回路2100または送信回路2400との接続経路をそれぞれ切換えるためのスイッチ回路2010−1〜2010−4とを含む。
なお、図4においては、説明の簡単のために、アンテナの本数を4本としているが、本発明はこのような場合に限定されることなく、より一般的にはn本(n:自然数)の場合に適用することが可能である。
さらに、以下では、説明の簡単のために、基地局との間で電波の送受信を行なうユーザの数が2である場合について説明することにする。
受信回路2100は、スイッチ回路2010−1〜2010−4からの出力を受ける第1の受信ウエイトベクトル制御部2110と、受信ウエイトベクトル制御部2110から出力されるウエイトベクトルWrx1にそれぞれ応じて、対応するスイッチ回路2010−1〜2010−4からの出力に対して、重み係数を乗算した結果を出力する乗算器2120−1〜2120−4と、乗算器2120−1〜2120−4からの出力を受けてその加算結果を第1のユーザPS1からの受信信号Srx1(t)として出力する加算器2140とを含む。
第1の受信ウエイトベクトル制御部2110は、切換回路2110−1〜2110−4からの受信信号と予めメモリ2130に記憶されているユーザPS1からの信号に対応したトレーニング信号あるいは加算器2140からの出力を用いて、ウエイトベクトルW11〜W41を計算する。第2のユーザPS2からの受信信号に対応して、第1のユーザPS1に対応するのと同様の構成の第2の受信ウエイトベクトル制御部2210、乗算器2220−1〜2220−4、メモリ2230および加算器2240が設けられている。
受信回路2100には、第2のユーザPS2からの受信信号Srx2(t)を分離するために、第1のユーザPS1に対応するのと同様の構成が設けられている。
受信回路2100は、さらに、切換回路2010−1〜2010−4からの出力を受けて、それぞれのユーザのフェージング速度を測定するためのフェージング速度測定回路2300を含む。
送信回路2400は、第1のユーザPS1に対して出力される送信信号Stx1(t)を受けて、第1の受信ウエイトベクトル制御部2110からの第1のユーザPS1に対する受信ウエイトベクトルの値と、フェージング速度測定回路2300からの第1のユーザPS1に対するフェージング速度情報とに基づいて、送信ウエイトベクトルを算出する第1の送信ウエイトベクトル制御部2410と、第1の送信ウエイトベクトル制御部2410から出力される送信ウエイトベクトルWtx1をそれぞれ受けて、送信信号Stx1(t)に対して、それぞれの重み係数を乗算して出力する乗算器2420−1〜2420−4とを含む。すなわち、乗算器2420−1〜2420−4からは、それぞれ信号Stx1(t)w11、Stx1(t)w21、Stx1(t)w31およびStx1(t)w41が出力される。
送信回路2400は、さらに、第1のユーザPS1に対するのと同様に、第2のユーザPS2に対する送信信号を生成するための第2の送信ウエイトベクトル制御部2520と、乗算器2520−1〜2520−4とを含む。
第2の送信ウエイトベクトル制御部2510には、フェージング速度測定回路2300から第2のユーザPS2に対するフェージング速度情報RSP2と、第2の受信ウエイトベクトル制御部2210からの受信ウエイトベクトルの情報とが与えられ、これに基づいて第2の送信ウエイトベクトル制御部2510が、送信ウエイトベクトルWtx2を出力する。
フェージング速度測定回路2300は、各ユーザのフェージングの程度を表わすフェージング速度を推定する。フェージング速度の推定方法としては、たとえば時間的に前後する受信信号に含まれる基準信号の相関値を求めてフェージング速度を推定する方法が従来から提案されており、たとえば特開平7−162360号公報に開示されている。しかしながらこの発明におけるフェージング速度の推定方法は、このような方法に限定されるものではなく、応答ベクトル相関値を用いるなど様々な方法を用いることができる。
次に、図5は、図4の機能ブロック図に示したこの発明の実施の形態1によるアダプティブアレイ2000による送信指向性の第1の制御方法を、DSP1020(図1)を用いてソフトフェア的に実行した場合の処理を示すフローチャートである。
この第1の制御方法では、各ユーザごとに測定されたフェージング速度に比例する係数を、対応する送信ウェイトベクトルに乗算することにより、フェージング速度の大きい端末に対して送信電力を増大させようとするものである。
図5において、ステップS1において送信ウェイトベクトルの計算が開始されると、まずフェージング速度測定回路2300は、空間多重ユーザ数Mの値を測定するとともに、それぞれのユーザのフェージング速度Xiを測定する(ステップS2)。
次に、ステップS3において、多重接続ユーザを識別するためのパラメータiの値を1に初期化する。
ステップS4において、対応するユーザiの送信ウェイトベクトルW’txiを算出し、一旦メモリに格納し、測定されたフェージング速度Xiに比例する係数を送信ウェイトベクトルW’txiに乗算する。これにより、フェージング速度に応じて重み付された送信ウェイトベクトルWtxiにより送信信号が乗算されて、フェージング速度に応じた送信電力の調整が図られることになる。
次に、ステップS5において、パラメータiの値が多重接続ユーザ数Mを超えたか否かが判断される。パラメータiの値がユーザ数Mを超えない場合は、ステップS6においてパラメータiの値が1だけインクリメントされて、処理はステップS4に戻り、パラメータiの値がユーザ数Mを超えるまでステップS4の処理を繰返し実行する。
ステップS5において、パラメータiの値がユーザ数Mを超えた場合は、処理はステップS7に進む。
ステップS7においては、法律上の規制に基づき各ユーザへの送信電力が規制値を超えないように、各ユーザごとの送信ウェイトベクトルWtxi(i=1,2,・・・,M)が制御される。より具体的には、それぞれのユーザの送信ウェイトベクトルの絶対値の2乗和の平方根をPtxとし、かつ送信電力の最大値をPmaxとし、Pmax/Ptxを各ユーザごとの送信ウェイトベクトルWtxiに乗じることにより、送信ウェイトベクトルの最大値が制限される。
そして、ステップS8において送信ウェイトベクトルの計算が終了する。
次に、図6は、図4の機能ブロック図に示したこの発明の実施の形態1によるアダプティブアレイ2000による送信指向性の第2の制御方法を、DSP1020(図1)を用いてソフトフェア的に実行した場合の処理を示すフローチャートである。
この第2の制御方法では、各ユーザごとに測定されたフェージング速度Xiのうち、所定のフェージング速度F0を超える端末についてのみ、(Xi―F0)に比例する係数を対応する送信ウェイトベクトルに乗算し、それ以外の端末については送信ウェイトベクトルの重み付をしないことにより、フェージング速度の大きい端末に対して送信電力を増大させようとするものである。
図6に示したフローチャートは、図5に示したフローチャートと次の点で異なるだけであり、共通する処理については説明を繰返さない。すなわち、図5のステップS4に代えて図6ではステップS9およびS10の処理が設けられている。
ステップS9においては、多重接続ユーザごとに測定されたフェージング速度Xiが所定のフェージング速度F0を超えているか否かが判定される。そして、所定のフェージング速度F0を超えていることが判定されたユーザについてのみ、ステップS10の処理が実行される。
ステップS10において、対応するユーザiの送信ウェイトベクトルW’txiを算出し、一旦メモリに格納し、測定されたフェージング速度Xiに応じて、(Xi―F0)に比例する係数を送信ウェイトベクトルW’txiに乗算する。これにより、フェージング速度が所定の大きさを超える端末についてのみ、フェージング速度に応じて重み付された送信ウェイトベクトルWtxiにより送信信号が乗算されて、フェージング速度に応じた送信電力の調整が図られることになる。
次に、図7は、図4の機能ブロック図に示したこの発明の実施の形態1によるアダプティブアレイ2000による送信指向性の第3の制御方法を、DSP1020(図1)を用いてソフトフェア的に実行した場合の処理を示すフローチャートである。
この第3の制御方法では、フェージング速度の所定の範囲ごとに応じて予め設定された複数の係数からなるテーブルから、各ユーザごとに測定されたフェージング速度Xiに応じて決定された係数を、対応する送信ウェイトベクトルに乗算することにより、フェージング速度の大きい端末に対して送信電力を増大させようとするものである。
図7に示したフローチャートは、図5に示したフローチャートと次の点で異なるだけであり、共通する処理については説明を繰返さない。すなわち、図5のステップS4に代えて図6ではステップS11の処理が設けられている。
ステップS11において、対応するユーザiの送信ウェイトベクトルW’txiを算出し、一旦メモリに格納する。そして測定されたフェージング速度Xiに応じて、たとえば図8に示すような予め設定されたテーブルから対応するパワーアップ係数を決定して送信ウェイトベクトルW’txiに乗算する。これにより、フェージング速度に応じて重み付された送信ウェイトベクトルWtxiにより送信信号が乗算されて、フェージング速度に応じた送信電力の調整が図られることになる。
図9は、このような実施の形態1の送信指向性制御方法による効果を模式的に説明する図である。図9において、所望端末PS1は、その急速な移動などフェージングにより当初のPS1に対する送信電波の指向性の範囲(実線(X)で示す範囲)からずれてしまっており、干渉端末である端末PS2の送信電波の指向性の範囲(実線(Y)で示す範囲)との差(実線の両側矢印)を増大して、点線(Z)で示す指向性の範囲を拡張(点線の両側矢印)する必要がある。
このため、この発明の実施の形態1では、フェージングの程度を表わすフェージング速度に応じて所望端末に対する送信電力を(法律上の規制の範囲内で)パワーアップすることにより、一旦ずれてしまった所望端末に対する指向性を回復することができる。
図10は、フェージングの程度を示すフェージング速度の大きさに加えて、受信電力の大きさに応じて送信電力を制御することにより、ターゲットとなるユーザに対する送信指向性の制御が可能な、この発明の実施の形態2による無線装置におけるアダプティブアレイ2000の構成を説明するための概略ブロック図である。
図10に示したアダプティブアレイは、以下の点を除いて図4に示したアダプティブアレイと同じである。すなわち、フェージング速度測定回路2300と並列に、切換回路2010−1〜2010−4からの出力を受けて、受信中の電波信号の受信電力値を測定する受信電力測定回路2600が設けられている。
第1の送信ウェイトベクトル制御部2410は、第1のユーザPS1に対して出力される送信信号Stx1(t)を受けて、第1の受信ウエイトベクトル制御部2110からの第1のユーザPS1に対する受信ウエイトベクトルの値と、フェージング速度測定回路2300からの第1のユーザPS1に対するフェージング速度情報と、受信電力測定回路2600からの受信電力情報に基づいて、送信ウエイトベクトルを算出する。
第2の送信ウエイトベクトル制御部2510には、フェージング速度測定回路2300から第2のユーザPS2に対するフェージング速度情報と、受信電力測定回路2600からの受信電力情報と、第2の受信ウエイトベクトル制御部2210からの受信ウエイトベクトルの情報とが与えられ、これに基づいて第2の送信ウエイトベクトル制御部2510が、送信ウエイトベクトルWtx2を出力する。
なお、受信電力のみを測定して送信電力(送信指向性)を制御する方法は知られており、たとえば特開2000−106539に開示されている。
続いて、図10に示した受信電力測定回路2600の動作について説明する。
まず、アンテナ素子数を4本、同時に通信するユーザ数を2人とした場合、各アンテナを経て受信回路から出力される信号は、上述した式(1)〜(4)で表わされる。
このとき、この式(1)〜(4)で表わされるアンテナの受信信号をベクトルで表記した式を再び記すことにすると、以下の式(5)〜(8)のようになる。
ここで、アダプティブアレイが良好に動作していると、各ユーザからの信号を分離・抽出しているため、上記信号Srxi(t)(i=1,2)はすべて既知の値となる。
まず、信号Srxi(t)が既知の信号であることを利用して、受信信号ベクトルH1=[h11,h21,h31,h41]およびH2=[h12,h22,h32,h42]を以下に説明するようにして導出することができる。
すなわち、受信信号と既知となったユーザ信号、たとえば第1のユーザからの信号Srx1(t)を掛け合わせて、アンサンブル平均(時間平均)を計算すると以下のようになる。
式(20)において、E[…]は、時間平均を示す。この平均をとる時間が十分長い場合、この平均値は以下のようになる。
ここで、式(22)の値が0となるのは、信号Srx1(t)と信号Srx2(t)に互いに相関がないためである。また、式(23)の値が0となるのは、信号Srx1(t)と雑音信号N(t)との間に相関がないためである。
したがって、式(20)のアンサンブル平均は結果として以下に示すように、受信信号係数ベクトルH1に等しくなる。
以上のような手続により、第1の番目のユーザPS1から送信された信号の受信信号係数ベクトルH1を測定することができる。
同様にして、入力信号ベクトルX(t)と信号Srx2(t)のアンサンブル平均操作を行なうことで、2番目のユーザPS2から送信された信号の受信信号係数ベクトルH2を測定することが可能である。
次に、図11は、図10の機能ブロック図に示したこの発明の実施の形態2によるアダプティブアレイ2000による送信指向性の制御方法を、DSP1020(図1)を用いてソフトフェア的に実行した場合の処理を示すフローチャートである。
この制御方法では、各ユーザごとに測定されたフェージング速度に応じた係数を、対応する送信ウェイトベクトルに乗算するとともに、平行して、各ユーザごとに測定された受信電力に応じた係数を、対応する送信ウェイトベクトルに乗算することにより、フェージング速度の大きさおよび受信電力大きさに応じて端末に対する送信電力を調整しようとするものである。
図11において、ステップS21において送信ウェイトベクトルの計算が開始されると、まずフェージング速度測定回路2300および受信電力測定回路2600は、空間多重ユーザ数Mの値を測定するとともに、それぞれのユーザのフェージング速度Xiおよび受信電力Piを測定する(ステップS22)。
次に、ステップS23において、多重接続ユーザを識別するためのパラメータiの値を1に初期化する。
ステップS24において、後述する受信電力に応じた送信電力の調整が図られることになる。
次に、ステップS25において、パラメータiの値が多重接続ユーザ数Mを超えたか否かが判断される。パラメータiの値がユーザ数Mを超えない場合は、ステップS26においてパラメータiの値が1だけインクリメントされて、処理はステップS24に戻り、パラメータiの値がユーザ数Mを超えるまでステップS24の処理を繰返し実行する。
ステップS25において、パラメータiの値がユーザ数Mを超えた場合は、処理はステップS27に進む。
次に、ステップS27において、多重接続ユーザを識別するためのパラメータiの値を1に初期化する。
ステップS28において、前述したフェージング速度に応じた送信電力の調整が図られることになる。すなわちこのステップS28では、図5〜図8を参照して説明した第1の制御方法(図5のステップS4)、第2の制御方法(図6のステップS9およびS10)、第3の制御方法(図7のステップS11)のいずれかが実行されることになる。その詳細な説明はここでは繰返さない。
次に、ステップS29において、パラメータiの値が多重接続ユーザ数Mを超えたか否かが判断される。パラメータiの値がユーザ数Mを超えない場合は、ステップS30においてパラメータiの値が1だけインクリメントされて、処理はステップS84に戻り、パラメータiの値がユーザ数Mを超えるまでステップS28の処理を繰返し実行する。
ステップS29において、パラメータiの値がユーザ数Mを超えた場合は、処理はステップS31に進む。
ステップS31は、図5〜図7のステップS7と同じであり、法律上の規制に基づき各ユーザへの送信電力が規制値を超えないように、各ユーザごとの送信ウェイトベクトルWtxi(i=1,2,・・・,M)が制御される。
そして、ステップS8において送信ウェイトベクトルの計算が終了する。
図12は、図10および図11に関連して説明した実施の形態2の送信指向性制御において、特に、各ユーザからの受信電力Piを導出する手続を抽出して示すフローチャートであり、図11のステップS21およびS22に対応する処理である。
まず受信電力測定が開始されると(ステップS100)、まず受信電力測定回路2600は、空間多重ユーザ数Mの値を確認する(ステップS102)。
続いて、受信電力測定回路2600は、空間多重接続ユーザを識別するためのパラメータiの値を1に初期化する(ステップS104)。
次に、受信時刻を表わすパラメータtの値が1に初期化される(ステップS106)。
続いて、i番目のユーザに対する受信信号係数ベクトルのk番目のアンテナに対する値hkiが0に初期化され(ステップS107)、アンテナを識別するためのパラメータkの値が1に初期化される(ステップS108)。
次に、受信電力測定回路2600は、受信信号係数ベクトルの要素のhkiの値を時刻tよりも前の段階での値hkiに、時刻tにおけるk番目のアンテナに受信された受信信号RXk(t)とi番目のユーザ信号Srxi(t)との積の値を加えることで更新する(ステップS110)。
続いて、パラメータkの間がアンテナ素子数N以上となっているかの判断が行なわれ(ステップS112)、アンテナ素子数だけの処理が完了していない場合は、パラメータkの値が1だけインクリメントされて(ステップS114)、ステップS110の処理が繰返される。
一方、パラメータkの値がアンテナ素子数の値と等しくなっている場合は、続いて、時刻を表わすパラメータtの値が平均時間T以上であるか否かの判断が行なわれ(ステップS116)、パラメータtの値が平均時間T未満である場合は、さらにパラメータtの値が1だけインクリメントされて、処理はステップS108に復帰する。
ここで、平均時間Tは、たとえば通信システムで決められている信号系列の長さを表わし、たとえばPHSシステムであれば、120シンボルである。
一方、パラメータtが、平均時間T以上となっている場合は(ステップS116)、パラメータkの間が再び1に初期化され、さらにi番目のユーザに対する受信信号電力値Piの値が0に初期化される(ステップS120)。
次に、ステップS108からS116の間に演算された受信信号係数ベクトルの要素hkiの値が、累積値hkiの値を平均時間Tで割ることにより平均処理された値に置換えられ、さらに受信信号電力Piの値が、受信信号電力値Piに受信信号ベクトルの要素値hkiの二乗を加算した値に更新される(ステップS122)。
続いて、パラメータkの値が、アンテナ素子数N以上となったかが判定され(ステップS124)、パラメータkの値がアンテナ素子数Nに満たない場合は、パラメータKの値が1だけインクリメントされて(ステップS126)、処理はステップS122に復帰する。
一方、パラメータkの値がアンテナ素子数N以上であると判断された場合は(ステップS124)、受信信号電力値Piの値を、アンテナ素子数nで割った値が、新たに受信電力Piとしてメモリに格納される(ステップS128)。
続いて、パラメータiの値が、空間多重ユーザ数M以上であるか否かが判断され、パラメータiの値がユーザ数Mに満たない場合は(ステップS130)、パラメータiの値が1だけインクリメントされて(ステップS132)、処理はステップS106に復帰する。
一方、パラメータiの値がユーザ数M以上である場合は(ステップS130)、処理が終了する(ステップS134)。
以上のような処理を行なうことで、各ユーザに対する受信信号係数ベクトルの値Hiに基づいて、i番目のユーザに対する受信電力Piを測定することが可能である。
以上のようにして各ユーザに対する受信信号電力Piは以下のようにして表わされることになる。
次に、送信ウェイトベクトル制御部2410および2510は、図11のステップS24において、受信電力測定回路2600において上述のようにして求められた受信信号電力に基づいて、各ユーザに対応した送信ウエイトベクトルWtxi(i=1,2)を以下の式に基づいて導出する。
上記式(27)および(28)によって導出されたウエイトベクトルWtx1およびWtx2は、それぞれ対応するユーザの方向へ電波を放射するするものの、対応するユーザ以外の方向へは電波を放射しない指向性を有している。
以上のようなウエイトベクトルWtx1およびWtx2を用いると、ユーザPS2の受信電力P2は、ユーザPS1の受信電力P1に比べて大きくなる。そして、送信電力はウエイトベクトルの大きさに比例するため、ユーザPS1への送信電力の方がユーザPS2への送信電力よりも大きくなる。また、基地局からの全送信電力は、従来同様、1に規格化されているので、従来方式と比較して、基地局から遠い端末(ユーザPS1)への送信電力は増大し、近い端末(ユーザPS2)への送信電力は抑圧される。
以上の説明では、アンテナ数が4本であって、ユーザが2人である場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されることなく、より一般に、アンテナ素子数がn個であって、空間多重接続端末数がMである場合にも適用することができる。
この場合、i番目の端末に対する受信電力Piは、以下の式で表わされる。
また、送信ウエイトベクトルWtxiは、以下の式で表わされる。
図13は、以上のような手続で、送信ウエイトベクトルを導出する処理のフローを示すフローチャートである。より特定的には、図10および図11に関連して説明した実施の形態2の送信指向性制御において、測定受信電力Piにより送信ウェイトベクトルを導出する過程を抽出して示すものであり、図11のステップS21〜S26に対応する処理である。
まず、送信ウエイトベクトルの計算が開始されると(ステップS200)、送信ウエイトベクトル制御部2410は、空間多重ユーザ数Mとその受信電力Piの測定結果を、受信電力測定回路2600から受取る(ステップS202)。
続いて、ユーザを示すためのパラメータiの値が1に初期化される(ステップS204)。続いて、送信ウエイトベクトル制御部2410は、送信ウエイトベクトルを式(30)に応じて計算し、メモリに格納する(ステップS206)。続いて、パラメータiの値が空間多重ユーザ数M以上であるか否かの判定が行なわれる。パラメータiの値がユーザ数M未満であるならば(ステップS208)、パラメータiの値が1だけインクリメントされて(ステップS210)、処理はステップS206に復帰する。
一方、パラメータiの値がユーザ数M以上である場合(ステップS208)、送信ウエイトベクトルの計算が終了する(ステップS212)。
このようにして,計算された送信ウェイトベクトルにより、特定のユーザに対する指向性を有する送信電波信号が生成されることになる。
図14は、以上のようにして導出された送信ウエイトベクトルに基づいて、ユーザPS1およびユーザPS2について、基地局から送信される電波信号の指向性および到達範囲を示す図であり、図3と対比される図である。
送信ウエイトベクトルが、受信端末の基地局1からの距離に応じて、言い換えると、受信電力の大きさに応じて制御される構成となっているため、端末が基地局に近い場合は、送信電力は抑圧され他のセルへの不要干渉が減少し、遠い端末、たとえばフェージングにより指向性がずれた端末への送信電力が増大するため最大到達距離が確立的に増大するという効果を有する。
なお、受信信号電力測定回路2600としては、以下のような構成とすることも可能である。
すなわち、たとえばPHSにおいて、基地局が新たにユーザと中心チャネルを確立する場合、まずキャリアセンス(すべての通信チャネルのD/Uを測定する操作)を行ない、信号電力対干渉電力の比(D/U)がある一定以上となるか、あるいは最もD/Uが良いチャネルを、通信チャネルとして端末PSに指定する。次に、端末PS側で基地局CSが指定したチャネルのD/Uを測定して、D/Uが所定値以上の場合、指定された通話チャネルを使い通信が開始される。
このようなキャリアセンスを行なう場合にも受信電力測定回路が測定されるので、図10に示した受信電力測定回路2600は、このような場合に用いられる回路と共用する構成とすることも可能である。
実施の形態2の送信指向性制御可能な無線装置においては、さらに次のような方法で送信ウェイトベクトルを求めることもできる。まず、受信信号に含まれるユーザPSiの受信信号係数Hiの測定を行なう。次に、測定した受信信号係数ベクトルHiから各信号電力Piを実施の形態1の式(29)により求める。
次に、それぞれのユーザに対応した送信ウエイトベクトルWtxiを次式で計算する。
ここで、ウエイトベクトルWtxiは、所望のユーザPSiの方向へは電波を放射するが、非所望のユーザPSiの方向へは電波を放射しない指向性を形成する。
図15は、このような手順に従って送信ウエイトベクトルを求めるための処理の流れを示すフローチャートであり、図11のステップS21〜S26に対応する処理である。
図15に示したフローチャートでは、ステップS306における送信ウェイトベクトルの計算式(31)が、図13に示したフローチャートにおけるステップS206での送信ウェイトベクトルの計算式(30)を置き換えた構成となっている以外、基本的に図13のフローチャートと同様の処理の流れであるため、その説明は繰り返さない。
この図15に示す方法でも、送信ウエイトベクトルが、受信端末の基地局1からの距離に応じて、言い換えると、受信電力の大きさに応じて制御される構成となっているため、端末が基地局に近い場合は、送信電力は抑圧され他のセルへの不要干渉が減少し、遠い端末への送信電力が増大するため最大到達距離が確立的に増大するという効果が奏される。
実施の形態2の送信指向制御が可能な無線装置においては、さらに次のような方法で送信ウェイトベクトルを求めることができる。まず、受信信号に含まれるユーザPSiの受信信号係数ベクトルHiの測定を行なう。次に、測定した受信信号係数ベクトルHiから各信号電力Piを式(29)によって求める。
この無線装置においては、各端末ごとの送信電力の最大値Pmaxを予め規定しておく。そして、各ユーザPSi(i=1,2,…,M)に対応した送信ウエイトベクトルWtxiの計算は、以下の式に従って計算する。
i)Piの値がPmax以上の場合
ii)Piの値がPmax未満の場合
以上のように送信ウエイトベクトルを導出する構成とすると、基地局に近い端末へは、常に送信電力が抑圧されるため、他セルへの余分な干渉を減少させることが可能である。
図16は、以上説明したような送信ウエイトベクトルの導出の処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図11のステップS21〜S26に対応する処理である。
図16を参照して、先ず送信ウエイトベクトルの計算が開始されると(ステップS400)、空間多重ユーザ数Mと、その受信電力Piの測定結果が、受信電力測定回路2600から送信ウエイトベクトル制御部2410に与えられる。
続いて、送信ウエイトベクトル制御部2410においては、ユーザを識別するためのパラメータiの値が1に初期化される(ステップS404)。
次に、受信電力Piが予め定められた最大値Pmax以上であるかの判定が行なわれる(ステップS406)。
受信電力Piが最大電力Pmax以上である場合(ステップS406)、送信ウエイトベクトル制御部2410は、送信ウエイトベクトルを式(32)に応じて計算し、メモリに格納する(ステップS408)。
一方、受信電力Piが最大電力Pmax未満である場合は、送信ウエイトベクトル制御部2410は、送信ウエイトベクトルを式(33)に応じて計算し、メモリに格納する(ステップS410)。
続いて、パラメータiの値がユーザ数M以上であるか否かの判定が行なわれ(ステップS412)、パラメータiの値がユーザ数M未満である場合は、パラメータiの値が1だけインクリメントされ(ステップS414)、処理はステップS406に復帰する。
一方、パラメータiの値がユーザ数M以上である場合(ステップS412)、送信ウエイトベクトルの計算が終了する(ステップS416)。
以上のような処理が、送信ウエイトベクトル制御部2510においても行なわれる。
この図16に示した方法においても、送信ウエイトベクトルが、受信端末の基地局1からの距離に応じて、言い換えると、受信電力の大きさに応じて制御される構成となっているため、端末が基地局に近い場合は、送信電力は抑圧され他のセルへの不要干渉が減少し、遠い端末への送信電力が増大するため最大到達距離が確立的に増大するという効果が奏される。
この発明の実施の形態2では、実施の形態1で説明した測定フェージング速度に基づく送信ウェイトベクトルの重み付けに加えて、測定受信電力に基づく送信ウェイトベクトルの重み付けを行なっているので、フェージングにより指向性がずれた端末ユーザに対しても、より的確な送信電力での電波の送出が可能となり、送信指向性の制御が可能となる。
以上説明したとおり、本発明に係る送信指向性制御が可能な無線装置および送信指向性の制御方法および制御プログラムによれば、フェージングにより指向性がずれた端末と電波信号の送受信を行なう場合には、当該ユーザのフェージング速度の大きさに応じて基地局からの送信電力を増大させることにより、送信指向性制御を回復させることが可能である。
さらに、従来の受信電力の測定値に基づく送信電力制御と組合せることにより、より的確な送信指向性の制御を実現することができる。
産業上の利用可能性
この発明によれば、フェージングにより指向性がずれたユーザに対する送信指向性制御を回復させることができ、複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置において有効である。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の実施の形態の無線装置の構成を示す概略ブロック図である。
図2は、図1のアダプティブアレイ2000の1つの構成例を示す概略ブロック図である。
図3は、図2に示したアダプティブアレイの構成の場合の送受信電波信号の指向性および到達距離を示す図である。
図4は、本発明の実施の形態1のアダプティブアレイの構成を示す概略ブロック図である。
図5は、本発明の実施の形態1によるアダプティブアレイ2000による送信指向性の第1の制御方法を示すフローチャートである。
図6は、本発明の実施の形態1によるアダプティブアレイ2000による送信指向性の第2の制御方法を示すフローチャートである。
図7は、本発明の実施の形態1によるアダプティブアレイ2000による送信指向性の第3の制御方法を示すフローチャートである。
図8は、図7の制御方法に用いるフェージング速度とパワーアップ係数との関係を規定したテーブルを示す図である。
図9は、図5〜図7に示した処理を行なった場合の送信電波の指向性および到達距離を示すための模式図である。
図10は、本発明の実施の形態2のアダプティブアレイの構成を示す概略ブロック図である。
図11は、本発明の実施の形態2によるアダプティブアレイ2000による送信指向性の制御方法を示すフローチャートである。
図12は、受信電力測定回路2600の動作を説明するためのフローチャートである。
図13は、送信ウエイトベクトル制御部2410および2510の動作を説明するためのフローチャートである。
図14は、図13に示した処理を行なった場合の送信電波の指向性および到達距離を示すための模式図である。
図15は、本発明の実施の形態2の送信ウエイトベクトル制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
図16は、本発明の実施の形態2の送信ウエイトベクトル制御部の他の動作を説明するためのフローチャートである。
図17は、アダプティブアレイ無線基地局の基本動作を概念的に示す模式図である。
図18は、従来のアダプティブアレイ無線装置の構成を示す概略ブロック図である。
図19は、アダプティブアレイ無線基地局とユーザとの間の電波信号の授受をイメージ化した模式図である。
図20は、基地局と移動端末装置との間のデータの送受信の概念を示す図である。
Claims (24)
- 複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置であって、
受信電波信号から特定の前記端末装置の受信信号を分離するための受信手段(2100)を備え、
前記受信手段は、
前記端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルを前記受信電波信号に乗算することで前記受信信号を抽出する複数の受信信号分離手段(2110,2120,2130,2140,2210,2220,2230,2240)と、
前記端末装置ごとのフェージング速度を測定するためのフェージング速度測定手段(2300)とを含み、
前記特定の端末装置への指向性を有する送信信号を生成するための送信手段(2400)をさらに備え、
前記送信手段は、
前記端末装置ごとに、前記フェージング速度測定手段からのフェージング速度に応じて前記受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、前記指向性を有する送信信号を生成する複数の送信信号生成手段(2410,2420,2510,2520)を含む、送信指向性を有する無線装置。 - 前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記送信手段は、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項1記載の送信指向性を有する無線装置。 - 前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記送信手段は、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi−F0)に比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項1記載の送信指向性を有する無線装置。 - 前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記送信手段は、
前記受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに応じて予め設定された複数の係数からなるテーブルからXiに応じて決定された係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項1記載の送信指向性を有する無線装置。 - 複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置であって、
受信電波信号から特定の前記端末装置の受信信号を分離するための受信手段(2100)を備え、
前記受信手段は、
前記端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルを前記受信電波信号に乗算することで前記受信信号を抽出する複数の受信信号分離手段(2110,2120,2130,2140,2210,2220,2230,2240)と、
前記端末装置ごとの受信電波強度を測定するための受信強度測定手段(2600)と、
前記端末装置ごとのフェージング速度を測定するためのフェージング速度測定手段(2300)とを含み、
前記特定の端末装置への指向性を有する送信信号を生成するための送信手段(2400)をさらに備え、
前記送信手段は、
前記端末装置ごとに、前記受信強度測定手段からの受信電波強度および前記フェージング速度測定手段からのフェージング速度に応じて前記受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、前記指向性を有する送信信号を生成する複数の送信信号生成手段(2410,2420,2510,2520)を含む、送信指向性を有する無線装置。 - 前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記送信手段は、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項5記載の送信指向性を有する無線装置。 - 前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記送信手段は、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi−F0)に比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項5記載の送信指向性を有する無線装置。 - 前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記送信手段は、
前記受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに応じて予め設定された複数の係数からなるテーブルからXiに応じて決定された係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項5記載の送信指向性を有する無線装置。 - 複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置の制御方法であって、
前記端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルをリアルタイムに導出し、前記端末装置からの受信信号を分離するステップと、
前記端末装置ごとのフェージング速度を測定するステップと、
前記端末装置ごとに、前記測定されたフェージング速度に応じて前記受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを導出するステップと、
前記送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成するステップとを含む、送信指向性を有する無線装置の制御方法。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項9記載の送信指向性を有する無線装置の制御方法。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi―F0)に比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項9記載の送信指向性を有する無線装置の制御方法。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに予め設定された複数の係数からなるテーブルから、Xiに応じて決定される係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項9記載の送信指向性を有する無線装置の制御方法。 - 複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置の制御方法であって、
前記端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルをリアルタイムに導出し、前記端末装置からの受信信号を分離するステップと、
受信した電波信号と前記分離された受信信号とに基づいて、前記端末装置ごとの受信電波強度を測定するステップと、
前記端末装置ごとのフェージング速度を測定するステップと、
前記端末装置ごとに、前記測定された受信電波強度およびフェージング速度に応じて前記受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを導出するステップと、
前記送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成するステップとを含む、送信指向性を有する無線装置の制御方法。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項13記載の送信指向性を有する無線装置の制御方法。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi―F0)に比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項13記載の送信指向性を有する無線装置の制御方法。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに予め設定された複数の係数からなるテーブルから、Xiに応じて決定される係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項13記載の送信指向性を有する無線装置の制御方法。 - 複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置の制御プログラムであって、コンピュータに、
前記端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルをリアルタイムに導出し、前記端末装置からの受信信号を分離するステップと、
前記端末装置ごとのフェージング速度を測定するステップと、
前記端末装置ごとに、前記測定されたフェージング速度に応じて前記受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを導出するステップと、
前記送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成するステップとを実行させる、送信指向性を有する無線装置の制御プログラム。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項17記載の送信指向性を有する無線装置の制御プログラム。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi―F0)に比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項17記載の送信指向性を有する無線装置の制御プログラム。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに予め設定された複数の係数からなるテーブルから、Xiに応じて決定される係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項17記載の送信指向性を有する無線装置の制御プログラム。 - 複数の端末装置との間でパス分割多元接続を行うための送信指向性を有する無線装置の制御プログラムであって、コンピュータに、
前記端末装置ごとに対応する受信ウェイトベクトルをリアルタイムに導出し、前記端末装置からの受信信号を分離するステップと、
受信した電波信号と前記分離された受信信号とに基づいて、前記端末装置ごとの受信電波強度を測定するステップと、
前記端末装置ごとのフェージング速度を測定するステップと、
前記端末装置ごとに、前記測定された受信電波強度およびフェージング速度に応じて前記受信ウェイトベクトルに重み付けした送信ウェイトベクトルを導出するステップと、
前記送信ウェイトベクトルを送信信号に乗算することで、指向性を有する送信信号を生成するステップとを実行させる、送信指向性を有する無線装置の制御プログラム。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiに比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項21記載の送信指向性を有する無線装置の制御プログラム。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、Xiが所定のフェージング速度F0以上の場合にのみ(Xi―F0)に比例する係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項21記載の送信指向性を有する無線装置の制御プログラム。 - 前記受信ベクトルへの重み付け処理は、
前記複数の端末装置はM個(M:自然数)であって、前記複数の端末装置のうちのi番目(i:自然数)の端末装置の前記フェージング速度をXiとするとき、
前記受信ウェイトベクトルに、フェージング速度の所定の範囲ごとに予め設定された複数の係数からなるテーブルから、Xiに応じて決定される係数を乗ずることで、前記i番目の端末装置に対する前記送信ウェイトベクトルを生成する、請求項21記載の送信指向性を有する無線装置の制御プログラム。
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