JPWO2004066523A1 - 適応制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような観点から、アンテナの指向性を鋭く形成し、適応的に所望の方向に電波を偏在させることで、セル半径を大きく維持する技術がある。この技術には2つの手法があり、1つは、希望波に主ビームの方向を適合させるように指向性を適応制御するビームフォーミング法(すなわち、SINR=S/(N+I)のSを増加させる手法)であり、もう1つは、干渉波にヌルを適合させるように指向性を適応制御するヌルフォーミング法(すなわち、SINR=S/(N+I)のIを抑圧する手法)である。いずれにせよ、これらの適応制御手法では、パスの到来方向(DoA:Direction of Arrival)を推定し、最急降下法等の収束アルゴリズムを利用して、複数のアンテナ素子についての複数の重み係数を逐次的に更新することで、所望の方向に指向性の強いビーム(予め固定された狭いビーム幅のビーム)が向けられる。そのビーム幅は、セルエッジでの受信電力が、システム設計値以上であることを保証するように設定される。
ところで、拡散スペクトル方式を採用するような通信システムでは、送信電力制御(TCP:Transmission Power Control)が行われ、無線基地局にて受信される信号が、一定以上の通信品質(特に、受信レベル)を有するように、移動端末の送信電力が制御される。より具体的には、無線基地局と移動端末の距離の遠近に応じて、移動端末の送信電力を大きくする又は小さくする。
図1は、従来のビーム制御におけるアンテナ利得を示す概念図である。図1(A)に示されるように、セル端に位置する移動端末が無線基地局に対して円周方向に速度vで移動するものとする。移動端末は送信電力PT1で送信し、無線基地局における受信電力はPR1(PT1,PG,r1)である。移動端末が移動すると、無線基地局に対する単位時間当たりの角度変化(角速度)は、Δθ1となり、その間に、電力利得は、ΔPG1=PG(O)−PG(Δθ1)だけ変化する。従って、移動後に無線基地局にて受信される電力は、
PR1=PT1+PG(Δθ1)−PATT(r1)
=PT1+PG(O)−ΔPG1−PATT(r1)
となる。ここで、PG(θ)は位相角θにおけるビーム利得を示し、PATT(r)は距離rに対する電波の距離減衰量を表す。
また、図1(B)は、無線基地局の近傍に位置する移動端末が無線基地局に対して円周方向に速度vで移動する場合を示す。移動端末は送信電力PT2で送信し、無線基地局に対する単位時間当たりの角度変化(角速度)は、Δθ2となり、その間に、電力利得は、ΔPG2=PG(O)−PG(Δθ2)だけ変化する。従って、移動後に無線基地局にて受信される電力は、
PR2=PT2+PG(Δθ2)−PATT(r2)
=PT2+PG(O)−ΔPG2−PATT(r2)
となる。
従来のビーム制御の手法では、移動端末の遠近によらず固定されたビーム幅でビームを形成し、ビームの方向を適宜調整する。図1(A),(B)及び上記式に示されるように、移動端末の移動速度(v)及び移動方向(円周方向)が同一であっても、無線基地局との距離が大きいと角速度(Δθ1)は小さく、距離が小さいと角速度(Δθ2)は大きくなる(Δθ1<Δθ2)。また、電力利得の変化量は、ΔPG1<ΔPG2となる。従って、無線基地局が移動後の移動端末から受信する電力PR1,PR2については、遠方の移動端末からの受信電力PR1はさほど小さくならないが(ΔPG1だけ小さくなる)、近傍の移動端末からの受信電力PR2は非常に小さくなってしまう(ΔPG2だけ小さくなる)。従って、無線基地局における受信レベルを一定以上にするには、近傍で移動した移動端末に対して、より多くの電力で送信するよう要請するか、又は角速度が大きくなる前にビーム方向を調整する必要がある。
しかしながら、前者の手法は、近傍に位置するにもかかわらず電力を大きくするので、他の通信信号に対する干渉を大きくすることになり、有利な手法ではない。後者の手法によれば、角速度が大きくなる前にビーム方向を調整するために、移動端末に高速に追従できるような高性能な適応制御が必要になり、システムにおける制御負担が大きくなってしまう。
この点に関し、特許文献1(特開2002−94448号公報)は、グループ単位でビーム制御を行う技術を開示し、複数の移動局を互いに近傍に位置する移動局のグループに分類することで、1つのビームが1つのグループの位置するエリアをカバーできるようにする。これにより、移動局単位でビームを制御する場合に比べて、システムや基地局に要求される制御負担を低減させることが可能になる。
しかしながら、通信システム内でそのようなグループ分けが常に可能であるとは限らず、グループ分けが困難な場合は、所期の目的を達成することは困難である。
本発明よれば、無線周波数信号を送信及び受信するためのアレーアンテナを有する無線装置に使用される、前記アレーアンテナの指向性を変化させる適応制御装置であって、
前記無線装置から送信された無線周波数信号を受信する受信機及び前記無線装置間の距離、並びに前記無線装置に対する前記受信機の相対的な移動速度及び移動方向を含むパラメータを設定する設定手段と、
前記受信機又は前記無線装置の受信電力が、所定の期間経過後にどの程度変化するかを評価する評価手段と、
前記アレーアンテナに含まれる複数のアンテナ素子についての複数の重み係数を調整する重み制御手段
を有し、前記受信電力の変化量が、前記受信機及び前記無線装置間の距離に依存しない一定の範囲内にあるように、前記指向性を変化させることを特徴とする適応制御装置が、提供される。
図2は、本願実施例によるアンテナシステムの概念図を示す。
図3は、電力測定部の他の態様を示す図である。
図4は、フーリエ変換部の他の態様を示す図である。
図5は、本願実施例によるビーム制御におけるアンテナ利得を示す概念図である。
図6は、他の実施例による適応制御装置のブロック図を示す。
図7は、指向性の異なるビームに対するアンテナ利得を示す概念図である。
図8は、他の実施例による適応制御装置のブロック図を示す。
図9は、本願実施例による適応制御装置を利用する無線基地局の概念図を示す。
アレーアンテナ202は、例えばN個の複数のアンテナ素子206と、これら複数のアンテナ素子206からの信号を加算する合成部208を有する。アンテナ素子206にて受信された信号には、それぞれ適切な重み付けがなされて合成部208にて合成され、受信信号が形成される。また、送信の際には、適切な重み付けがなされた後で各アンテナ素子206から送信信号が送信される。受信時の重み付けは重み係数WR1〜WRNにより行われ、送信時の重み付けは重み係数WT1〜WTNにより行われる。これらの重み係数は、適応制御装置204により適宜設定され、所定の更新期間毎に逐次更新され、移動端末に追従するよう制御される。
適応制御装置204は、合成前又は合成後の受信信号に基づいて、重み係数を計算するのに必要なパラメータを設定する設定部210と、設定されたパラメータに基づいて重み係数を出力するウエイト制御部212を有する。設定部210は、1つ又は複数のアンテナ素子206からの合成前の受信信号に基づいて、電力を算出する電力測定部214、及び算出された電力に基づいて移動端末との距離を算出する距離算出部216を有する。距離算出部216では、例えば、
PATT(r)=P0+γ×10log(r)
のような電力に関する既知の関係式に基づいて、移動端末及び無線基地局間の距離rが推定される。ここで、PATT(r)は電波の距離減衰量を示し、P0はセルエッジ(セルの端部)における距離減衰量を示し、γは所定の定数を示す。
距離に関するこの関係式は一例に過ぎず、必要に応じて更なる補正項が付加されたり、他の関係式を利用することが可能である。また、距離を算出する際の基礎となる電力値は、合成前の1つのアンテナ素子206からの信号に基づいて算出することも、複数のアンテナ素子206からの信号に基づいて算出することも可能である。後者の場合は、図3に示すように、複数の信号を合成及び平均化する電力合成部が必要になる。回路を簡潔にする等の観点からは前者が好ましく、雑音の影響を抑制する(例えば、S/N比を向上させる)等の観点からは後者が好ましい。また、このような既知の関係式によらず、例えばGPS等により移動端末の座標を入手すれば、移動端末及び無線基地局の各座標に基づいて、距離を直接的に算出することも可能である。ただし、この場合には、上記のような既知の関係式を利用する場合とは異なり、移動端末にGPS受信機等の装置を搭載させる必要がある。
設定部210は、合成前の1つ又は複数のアンテナ素子206にて受信された信号をフーリエ変換し、周波数スペクトルを求めるフーリエ変換部218と、この周波数スペクトルに基づいてドップラー周波数を見出し、移動端末の相対速度を算出する速度算出部220を有する。移動端末が無線基地局に対して移動すると、その間で送受信される信号に周波数偏移(ドップラーシフト)が生じ、次式に基づいて相対速度が算出される。
v=fd×λ=fd×c/fc
ここで、vは移動端末の相対速度を示し、fdはドップラー周波数を示し、λは電波の波長を示し、cは光速を示し、fcはキャリア周波数を示す。上記の距離の算出の場合と同様に、相対速度vは、合成前の1つのアンテナ素子206からの信号に基づいて算出することも、複数のアンテナ素子206からの信号に基づいて算出することも可能である。後者の場合は、図4に示されるように、各信号についてフーリエ変換を行い、それらを合成して1つの周波数スペクトルを形成する合成部を必要とする。
設定部210は、移動端末の無線基地局に対する移動方向又は角速度(Δθ)を求める方向推定部222を有する。この角速度は、例えば、移動端末からのパスの到来方向(DoA)に基づいて算出することが可能である。なお、距離を推定するための電力測定部214及び距離算出部216、速度を推定するためのフーリエ変換部218及び速度算出部220、並びに方向推定部222は、常にこれら総てが設けられている必要はない。距離r、速度v及び角速度Δθのようなパラメータが、これらの手段により又は他の情報入力に基づいて設定され、後段のウエイト制御部212に提供できればよいからである。
ウエイト制御部212は、設定部210からの各種パラメータに基づいて、移動端末の受信電力が、所定の時間経過後に(例えば、次の重み係数が更新される際に)、どの程度変化するかを評価する評価部224を有する。ウエイト制御部212は、評価部224の評価結果に基づいて、重み係数を更新するためのアルゴリズムを実行する収束アルゴリズム部226を有する。このアルゴリズムは、例えば、LMS(Least Mean Square)のような最急降下法であり、重み係数に依存して変化する評価関数の値を最小に又は最大にするためのものである。例えば受信信号と既知信号との間の誤差に関する電力値を評価関数とし、この評価関数のとる値が最小に成るように重み係数を逐次更新してゆくことが行われ得る。このアルゴリズムの計算における初期値は、初期値生成部227にて用意され、設定される。ウエイト制御部212は、収束アルゴリズム部226にて算出された重み係数を、各アンテナ素子206に設定するための重み調整部228を有する。重み調整部228からの重み係数を表現する信号は、各アンテナ素子206に供給され、現実に重み係数が調整される。ウエイト制御部212は、設定部210からのパラメータに基づいて、移動端末の受信する受信電力の所定期間にわたる積分値を算出する積分値算出部230を有する。
上述したように、従来のビーム制御では、固定されたビーム幅のビームを、所望の方向(移動端末の位置する方向)にその都度向けるように制御されていた。そのビーム幅は、セルエッジでの受信電力が、システム設計値以上であることを保証するように設定されていた。この場合において、例えばセルエッジのような無線基地局からの距離が遠い移動端末が、円周方向に速度vで移動する際に、移動端末又は無線基地局の受信電力の変化(ΔPG1)は小さいが、移動端末が無線基地局近傍で円周方向に同一の速度で移動する際の、移動端末又は無線基地局の受信電力の変化(ΔPG2)は大きい。概して、本願実施例は、無線基地局から遠方に位置する移動端末に対してはビーム幅を狭くし、無線基地局の近傍に位置する移動端末に対してはビーム幅を広くするよう制御することで、距離の遠近によらず、移動端末に連続的にビームを追従させようとするものである。
図5は、本願実施例によるビーム制御におけるアンテナ利得を示す概念図である。図5(A)に示されるように、セル端に位置する移動端末が無線基地局に対して円周方向に速度vで移動するものとする。説明の便宜上、円周方向に移動する場合を想定しているが、一般性を失うものではない。移動端末は送信電力PT1で送信し、無線基地局における受信電力はPR1(PT1,PG1,r1)である。移動端末が移動すると、無線基地局に対する単位時間当たりの角度変化(角速度)は、Δθ1となり、その間に、電力利得は、ΔPG1=PG1(O)−PG1(Δθ1)だけ変化する。まず、移動前に無線基地局にて受信される電力は、
PR1=PT1+PG1(O)−PATT(r1) ・・・(a)
となる。ここで、PG1(θ)は位相角θに対する電力利得を示し、PATT(r)は、距離rに対する電波の距離減衰量を表す。移動後に無線基地局にて受信される電力は、
PR1=PT1+PG1(Δθ1)−PATT(r1)
=PT1+PG1(O)−ΔPG1−PATT(r1)・・・(b)
となる。
また、図5(B)に示されるように、無線基地局の近傍に位置する移動端末が無線基地局に対して円周方向に上記と同一の速度vで移動するものとする。移動端末は送信電力PT2で送信し、無線基地局に対する単位時間当たりの角度変化(角速度)は、Δθ2となり、その間に、電力利得は、ΔPG2=PG2(O)−PG2(Δθ2)だけ変化する。まず、移動前に無線基地局にて受信される電力は、
PR2=PT2+PG2(O)−PATT(r2) ・・・(c)
となる。移動後に無線基地局にて受信される電力は、
PR2=PT2+PG2(Δθ2)−PATT(r2)
=PT2+PG2(O)−ΔPG2−PATT(r2)・・・(d)
となる。
本願実施例では、距離の遠近によらず、受信電力が等しくなるように制御が行われる。具体的には、PR1=PR2が成立するように、制御が行われる。従来とは異なり、本願実施例では電力利得PG1とPG2は必ずしも同一ではない点に留意を要する。PR1=PR2を充足するには、移動前に関しては、
PT1+PG1(O)−PATT(r1)
=PT2+PG2(O)−PATT(r2)
が成り立つことを要する。移動後に関しては、
PT1+PG1(O)−ΔPG1−PATT(r1)
=PT2+PG2(O)−ΔPG2−PATT(r2)
が成り立つことを要する。従って、
ΔPG1=ΔPG2 ・・・(e)
が満たされるように、制御が行われる。
このように、電力利得の変化量が一定になるような条件のもとにビーム制御が行われると、図5(A),(B)に示されるように、遠方の移動端末に対してはビーム幅は狭く指向性が強くなり、近傍の移動端末に対してはビーム幅は広くなる。このため、近傍の移動端末が高速度vで円周方向に移動したとしても、急激に電力が減少することにはならず(減少量はΔPG2である)、遠方の移動端末と同様に良好に追従することが可能になる。この場合における、移動端末の送信電力も、距離によらず一定にすることが可能になる(PT1=PT2)。このような移動端末の距離に依存した指向性ビームは、そのような指向性の具体的な形状を当初から想定して重み係数を調整することも可能であるし、又はそのような具体的な形状を想定することとは別に、(e)の条件等を満足するように制御した結果として所望の指向性が得られるようにすることも可能である。いずれにせよ、本願実施例では、重み係数の更新ステップ毎に、(e)の条件を満足するような制御が行われる。
なお、この(e)の条件を充足するように行う制御については、ΔPG1とΔPG2の間の誤差が所定値Dより小さくなるように制御してもよいし(ε<D,ε=|ΔPG1−ΔPG2|)、あるいは、ΔPG1及びΔPG2が所定のマージンMより小さくなるように制御してもよい(ΔPG1<M,ΔPG2<M)。
ところで、システム制御の安定性の観点からは、受信サンプルが得られる毎に重み係数を実際に更新するのではなく、受信サンプルが得られる毎に重み係数を算出するが、重み調整部228による重み係数の更新は、所定数の複数の受信サンプル毎に行われるようにすることが好ましい。なお、この場合における「安定性」は、逐次更新される重み係数により実現される指向性の変化の滑らかさに相当する。
例えば、重み係数の更新される毎に(更新期間T1毎に)、上記の(e)の条件が満たされることとするのであるが、その間の複数のサンプルについて算出される個々の重み係数については、(e)の条件を課さずに算出して平均化するのである。このようにすると、瞬時的に(e)の条件を満足しないような重み係数も算出され得るが、複数のサンプルにわたって平均化することで、更新期間T1毎に重み係数を安定的に算出することが可能になる。
あるいは、更新期間T1内に算出される重み係数に対しても、一定の制限を加えて算出することで、重み係数を更に安定的に算出することも可能である。例えば、一定期間にわたる受信電力の積分値が、距離によらず一定であるよう制御することが可能である。すなわち、図5(A)に示されるような、遠方の移動端末の位相角が0からΔθ1まで変化する間の総受信電力S1は、
であり、これは、図5(A)中に斜線で示される面積に相当する。同様に、無線基地局の近傍の移動端末の位相角が0からΔθ2まで変化する間の総受信電力S2は、
であり、これは、図5(B)中に斜線で示される面積に相当する。そして、これら総受信電力が、更新期間T1内で等しくなるように(S1=S2)、制御を行うことが可能である。このようにすると、更新期間毎に(e)の条件を充足することに加えて、その間に得られるサンプルについても総受信電力が一定になるよう制御されるので、より安定的に重み係数を算出することが可能になる。
図6は、他の実施例による適応制御装置のブロック図を示す。適応制御装置600は、合成前又は合成後の受信信号に基づいて、重み係数を計算するのに必要な第1パラメータを設定する第1設定部602と、設定された第1パラメータに基づいて第1の重み係数を出力する第1ウエイト制御部604を有する。これらは、図2の適応制御装置と同様である。更に、適応制御装置600は、重み係数を計算するのに使用された、距離r、速度v、角速度Δθ等のパラメータを逐次記憶する記憶部606を有する。適応制御装置600は、記憶部606に格納されている過去のパラメータを利用して、将来のパラメータを推定する第2設定部608を有する。例えば、第2推定部608は、過去の2つの時点における距離r、速度v、角速度Δθ等のパラメータに基づいて、現在の距離r、速度v、角速度Δθ等のパラメータを推定する。第2設定部608にて参照されるパラメータの種類及び数は、必要に応じて適宜変更され得る。適応制御装置600は、この第2設定部608にて設定された第2パラメータに基づいて、第2の重み係数を出力する第2ウエイト制御部610を有する。第1及び第2ウエイト制御部604,610は、いずれも重み係数を出力する点で共通するが、計算の基礎となるパラメータが相違する。
適応制御装置600は、第1の重み係数により実現され得る指向性の主方向(ビームのピークの向く方向)と、第2の重み係数により実現され得る指向性の主方向との相違量を判定する到来角比較部612を有する。適応制御装置600は、第1の重み係数による第1の指向性が実現され得た場合に受信され得る電力と、第2の重み係数による第2の指向性が実現され得た場合に受信され得る電力との相違量を判定する電力比較部614を有する。更に、適応制御装置600は、到来角比較部612からの出力及び/又は電力比較部614からの出力に基づいて、第1の重み係数又は第2の重み係数の何れかを選択する選択部616を有する。
上述したように、第1及び第2ウエイト制御部604,610は、いずれも重み係数を出力する点で共通し、計算の基礎となるパラメータが相違する。従って、第1及び第2設定部で設定されるパラメータが共に等しければ、第1及び第2ウエイト制御部604,610で算出される重み係数も等しくなる。しかしながら、現時点t=tnで得られる第1パラメータと、過去の時点t=tn−1,tn−2,...におけるパラメータに基づいて推定された第2パラメータが相違する場合がある。例えば、移動端末が高速で移動している場合には、移動速度や移動方向の変化は小さいので、第1パラメータよりも、第2パラメータの方が実情を正確に反映する。このような場合に、第1パラメータだけでは移動端末に充分に追従することが困難になる。本実施例では、到来角比較部612にて、第1の重み係数により実現され得る指向性の主方向と、第2の重み係数により実現され得る指向性の主方向との相違量を判定する。この相違量ΔΘが、所定の閾値を超えた場合には、到来角比較部612は、もはや第1パラメータにて算出される第1の重み係数では移動端末に追従することができないと判断する。そして、次回の重み係数の計算の初期値として、最新の第1の重み係数ではなく、第2の重み係数を適応制御装置600から出力するように、到来角比較部612は選択部616に指示信号を与える。これにより、上記の相違量ΔΘを小さくし、高速に移動する移動端末に追従することが可能になる。
図7(A)は、無線基地局に対して遠方の移動端末(図示せず)に対して形成され得る第1の指向性702と、第2の指向性704を示す。第1の指向性702は、上記の第1パラメータ及び第1の重み係数により実現され得るものである。第2の指向性704は、上記の第2パラメータ及び第2の重み係数により実現され得るものである。それぞれの指向性の場合に、受信機が受信する電力の相違量は、ΔP1で表されている。同様に、図7(B)は、無線基地局に対して近傍の移動端末(図示せず)に対して形成され得る第1の指向性706と、第2の指向性708を示す。それぞれの指向性の場合に、受信機が受信する電力の相違量は、ΔP2で表されている。
図7(A)及び(B)に示されるように、2つの指向性の間における受信電力の相違量は、無線基地局と移動端末との間の距離の遠近によって異なり、
ΔP1>ΔP2
の関係が成り立つ。このことは、遠方の移動端末に対しては、指向性を変化させることの影響が大きいが、近傍の移動端末に対してはその影響が少ないことを意味する。すなわち、到来角の相違量ΔΘが大きくなった場合に、遠方の移動端末に対しては追従することがもはや困難であるが、近傍の移動端末に対してはビーム幅が広いので、依然として追従することが可能である。そこで、電力比較部614にて、2つの指向性についての電力の相違量ΔP1,ΔP2を算出し、この相違量が所定の閾値を超えた場合に、選択部616に指示信号を与えて、第2の重み係数を選択することが有利である。
なお、本実施例では、到来角比較部612及び電力比較部614を設けているが、処理負担を軽減する観点からは、電力比較部614を省略することも可能である。ただし、双方を設けておくと、遠方の移動端末に追従できない場合のような真に必要な場合に限って、重み計算の初期値を強制的に設定することが可能になる(これが有利なのは、システム制御の安定性の観点からは、そのような不連続性を導入することはなるべく回避すべきだからである。)。
図8は、他の実施例による適応制御装置のブロック図を示す。適応制御装置800は、合成前又は合成後の受信信号に基づいて、重み係数を計算するのに必要な第1パラメータを設定する第1設定部802と、設定された第1パラメータに基づいて第1の重み係数を出力する第1ウエイト制御部804を有する。これらは、図2の適応制御装置と同様である。適応制御装置800は、重み係数を計算するのに使用された、距離r、速度v、角速度Δθ等のパラメータを逐次記憶する記憶部806を有する。適応制御装置800は、記憶部806に格納されている過去のパラメータを利用して、将来のパラメータを推定する第2設定部808を有する。適応制御装置800は、この第2設定部808にて設定された第2パラメータに基づいて、第2の重み係数を出力する第2ウエイト制御部810を有する。適応制御装置800は、第1の重み係数により実現され得る指向性の主方向と、第2の重み係数により実現され得る指向性の主方向との相違量を判定する到来角比較部612を有する。適応制御装置800は、第1の重み係数による第1の指向性が実現され得た場合に受信され得る電力と、第2の重み係数による第2の指向性が実現され得た場合に受信され得る電力との相違量を判定する電力比較部814を有する。以上の要素は、上記の図6に説明した各要素と同様である。
本実施例では、第1の重み係数及び第2重み係数と、到来角比較部812及び/又は電力比較部814からの指示信号とに基づいて、補正信号Aを出力する補正部816が設けられている。補正信号Aは、第1ウエイト制御部804にフィードバックされる。本実施例の適応制御装置800から出力される重み係数は、第1ウエイト制御部804から出力される第1の重み係数である。
上述したように、第1及び第2の重み係数でそれぞれ実現され得る指向性に関して算出される、到来角の相違量ΔΘ及び/又は受信電力の相違量ΔPが、所定値を超えると、補正部816にその旨が通知される。補正部816は、この通知に応答して、第1及び第2の重み係数の間の相違量に依存して算出される補正信号Aを出力する。補正信号Aの内容は、第1パラメータの次回の計算内容を修正しようとするものであり、次回の重み係数の計算の初期値を強制的に第2の重み係数にするのではなく、例えばパラメータや重み係数にオフセット量を付加することが挙げられる。強制的に不連続に初期値を変更すると、ビームが移動端末から却って遠ざかってしまうリスクがある。しかし、本実施例のように補正信号Aのようなフィードバック信号を導入することで、第1の重み係数を逐次更新してゆけば、例えば高速移動する移動端末に対しても、幾分滑らかに重み係数を変化させることが可能になる。
図9は、本願実施例による適応制御装置を利用する無線基地局902及び904を示す。第1の無線基地局902は、第1アレーアンテナ906と、第1適応制御装置908を有する。第1適応制御装置908は、第1適応制御装置902は、合成前又は合成後の受信信号に基づいて、重み係数を計算するのに必要な第1パラメータを設定する第1設定部910と、設定された第1パラメータに基づいて第1の重み係数を出力する第1ウエイト制御部912を有する。第1適応制御装置908は、重み係数を計算するのに使用された、距離r、速度v、角速度Δθ等のパラメータを逐次記憶する記憶部914を有する。第1適応制御装置908は、記憶部914に格納されている過去のパラメータを利用して、将来のパラメータを推定する第2設定部916を有する。これらの要素は、図6に示すものと同様である。
第2無線基地局904も、第1無線基地局902と同様に、第2アレーアンテナ918と、第2適応制御装置920を有する。第2適応制御装置920は、第1適応制御装置908は、第1適応制御装置902は、合成前又は合成後の受信信号に基づいて、重み係数を計算するのに必要な第1パラメータを設定する第1設定部922と、設定された第1パラメータに基づいて第1の重み係数を出力する第1ウエイト制御部924を有する。第1ウエイト制御部924には、初期値設定部926が図示されている。第2適応制御装置920は、第1適応制御装置908と同様の要素を有するが、簡単のため、他の要素については図示を省略している。
移動端末が、第1無線基地局902のセル内に存在し、第1無線基地局902により適応制御される指向性ビームを利用して通信しているものとする。この移動端末がセルの端部に到達し、通信を継続しつつ、第2無線基地局904のセル内に移行する(ハンドオーバする)ものとする。このハンドオーバの際に、第1適応制御装置908は、その移動端末に関するパラメータを移行先の無線基地局904に提供する。具体的には、そのパラメータを、初期値設定部924に入力する。提供するパラメータは、一般的には、距離r、速度v及び角速度Δθを含むが、例えばハンドオーバの際に距離rが既知であるならば、それを省略することが可能である。このようにハンドオーバと共にパラメータを引き渡すことで、移行先の無線基地局904において、適切な指向性ビームを速やかに用意することが可能になり、ビーム形成の初期引き込み時間を短縮することが可能になる。なお、図示している例では、過去のパラメータに基づいて推定された現在のパラメータを、ハンドオーバに合わせて提供しているが、それに代えて又はそれに加えて、現在のパラメータを提供することも可能である。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
Claims (14)
- 無線周波数信号を送信及び受信するためのアレーアンテナを有する無線装置に使用される、前記アレーアンテナの指向性を変化させる適応制御装置であって、
前記無線装置から送信された無線周波数信号を受信する受信機及び前記無線装置間の距離、並びに前記無線装置に対する前記受信機の相対的な移動速度及び移動方向を含むパラメータを設定する設定手段と、
前記受信機又は前記無線装置の受信電力が、所定の期間経過後にどの程度変化するかを評価する評価手段と、
前記アレーアンテナに含まれる複数のアンテナ素子についての複数の重み係数を調整する重み制御手段
を有し、前記受信電力の変化量が、前記受信機及び前記無線装置間の距離に依存しない一定の範囲内にあるように、前記指向性を変化させることを特徴とする適応制御装置。 - 更に、前記受信電力の所定期間にわたる積分値を算出する積分手段を有し、前記積分値も、前記受信機及び前記無線装置間の距離に依存しない一定の範囲内にあるように、前記指向性を変化させることを特徴とする請求項1記載の適応制御装置。
- 前記設定手段が、前記アレーアンテナにて受信した受信電力値と、電波の伝播減衰量との既知の関係を利用して、前記距離を算出する距離算出手段を有することを特徴とする請求項1記載の適応制御装置。
- 前記距離算出手段が、1つのアンテナ素子にて受信した受信電力値に基づいて、前記距離を算出するよう形成されることを特徴とすることを特徴とする請求項3記載の適応制御装置。
- 前記距離算出手段が、複数のアンテナ素子にて受信した受信電力値に基づいて、前記距離を算出するよう形成されることを特徴とすることを特徴とする請求項3記載の適応制御装置。
- 前記設定手段が、
前記アレーアンテナにて受信した信号の周波数スペクトルを求めるフーリエ変換手段と、
前記周波数スペクトルに基づいてドップラー周波数シフトを判定することで、前記相対速度を求める速度推定手段
を有することを特徴とする請求項1記載の適応制御装置。 - 前記設定手段の前記フーリエ変換手段が、1つのアンテナ素子にて受信した信号に基づいて、周波数スペクトルを求めるよう形成されることを特徴とする請求項6記載の適応制御装置。
- 前記設定手段の前記フーリエ変換手段が、複数のアンテナ素子にて受信した信号基づいて、周波数スペクトルを求めるよう形成されることを特徴とする請求項6記載の適応制御装置。
- 前記設定手段が、
アレーアンテナからの受信信号に基づいて、前記無線装置から送信された無線周波数信号を受信する受信機及び前記無線装置間の距離、並びに前記無線装置に対する前記受信機の相対的な移動速度及び移動方向を含む第1パラメータを設定する第1設定手段と、
前記第1設定手段の出力に接続され、逐次更新される重み係数を決定するために使用された過去のパラメータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に格納されているパラメータを利用することで、現在のパラメータとして推定された第2パラメータを出力する第2設定手段
を有し、
前記重み制御手段が、第1パラメータに基づく第1の重み係数、及び第2パラメータに基づく第2の重み係数を算出し、
前記重み制御手段が、前記第1重み係数により実現され得る第1指向性の主方向と、前記第2重み係数により実現され得る第2指向性の主方向との相違量が、所定値より大きい場合に、前記第2重み係数を初期値として次回の重み係数を算出するよう形成されることを特徴とする請求項1記載の適応制御装置。 - 前記重み制御手段が、前記アレーアンテナの指向性が第1指向性である場合に前記受信機が受信し得る電力と、前記アレーアンテナの指向性が第2指向性である場合に前記受信機が受信し得る電力との相違量が、所定値より大きい場合に、前記第2重み係数を初期値として次回の重み係数を算出するよう形成されることを特徴とする請求項9記載の適応制御装置。
- 前記設定手段が、
アレーアンテナからの受信信号に基づいて、前記無線装置から送信された無線周波数信号を受信する受信機及び前記無線装置間の距離、並びに前記無線装置に対する前記受信機の相対的な移動速度及び移動方向を含む第1パラメータを設定する第1設定手段と、
前記第1設定手段の出力に接続され、逐次更新される重み係数を決定するために使用された過去のパラメータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に格納されているパラメータを利用することで、現在のパラメータを推定し、第2パラメータとして出力する第2設定手段
を有し、
前記重み制御手段が、第1パラメータに基づく第1の重み係数、及び第2パラメータに基づく第2の重み係数を算出し、
当該適応制御装置が、前記第1重み係数により実現され得る指向性の主方向と、前記第2重み係数により実現され得る指向性の主方向との相違量が、所定値より大きい場合に、前記第2重み係数に関する情報を第1設定手段にフィードバックし、前記第1パラメータを補正する補正手段を有することを特徴とする請求項1記載の適応制御装置。 - 前記補正手段が、前記アレーアンテナの指向性が第1指向性である場合に前記受信機が受信し得る電力と、前記アレーアンテナの指向性が第2指向性である場合に前記受信機が受信し得る電力との相違量が、所定値より大きい場合に、前記第2の重み係数に関する情報を前記第1設定手段にフィードバックし、前記第1パラメータを補正するよう形成されることを特徴とする請求項11記載の適応制御装置。
- 前記受信機が、セルラ通信システムで使用される移動端末であり、前記無線装置が、セル毎に設けられた無線基地局であることを特徴とする請求項1記載の適応制御装置。
- 前記移動端末がセル間をハンドオーバする際に、移動端末に関する前記パラメータも引き渡されるよう形成されることを特徴とする請求項13記載の適応制御装置。
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