WO2002019567A1 - Station radio de base, procede de commande de directivite destine a une station radio de base, et programme - Google Patents

Station radio de base, procede de commande de directivite destine a une station radio de base, et programme Download PDF

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WO2002019567A1
WO2002019567A1 PCT/JP2001/006963 JP0106963W WO0219567A1 WO 2002019567 A1 WO2002019567 A1 WO 2002019567A1 JP 0106963 W JP0106963 W JP 0106963W WO 0219567 A1 WO0219567 A1 WO 0219567A1
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mobile station
base station
signal
radio base
directivity
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PCT/JP2001/006963
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Inventor
Seigo Nakao
Yoshiharu Doi
Original Assignee
Sanyo Electric Co., Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a radio base station that communicates with a plurality of mobile stations using a path division multiple access scheme, a directivity control method in a radio base station, and a program, and more particularly to a directivity control technique in the radio base station.
  • a wireless base station uses a directional antenna for both transmission and reception, and communicates with multiple mobile stations existing in different directions at the same time using a carrier wave of one frequency Say the scheme.
  • An antenna used by the radio base station in the path division multiple access system includes an adaptive array device.
  • the adaptive array device includes a plurality of fixedly installed antennas, and forms a transmission / reception directivity pattern as a whole by changing the amplitude and phase of transmission / reception signals of each antenna.
  • the device changes the amplitude and phase of the signal received by each antenna for each antenna, and adds the signals to obtain the amount of change in the amplitude and phase (hereinafter referred to as the amount of change). , And weights) are combined. Also, by transmitting a signal in which the amplitude and phase of the transmission signal are changed for each antenna equal to the weight at the time of reception from each antenna, the signal is transmitted through the same directivity pattern as at the time of reception.
  • the wireless base station forms an optimal directivity pattern for each multiplexed mobile station using the adaptive array device. That is, the radio base station sets each mobile station to be multiplexed as a desired mobile station, increases transmission strength and reception sensitivity in the direction of the desired mobile station (hereinafter, referred to as beam directing), and sets other mobile stations.
  • a transmission pattern is formed in which the transmission intensity and the reception sensitivity are reduced in the direction (hereinafter, referred to as null).
  • the main part of the process of forming the optimum directivity pattern is nothing but the process of calculating the weight that gives the optimum directivity pattern.
  • the adaptive array device calculates an optimum value of the weight based on a least square error (MMSE: Minimum Mean SquareError) method.
  • MMSE Minimum Mean SquareError
  • the weight that minimizes the average value of the square of the difference between the signal transmitted from the desired mobile station and the received signal to be combined determines the optimal directivity pattern for the desired mobile station. This is a method to calculate the optimal value of weight based on the principle of formation.
  • An adaptive array device based on the MMSE method estimates and duplicates a signal transmitted from a mobile station using prior knowledge about the signal content or the modulation method during the signal reception period, and duplicates the signal.
  • the last byte is successively corrected at a predetermined unit time, for example, at each symbol time of the signal, so that the maximum number of bytes can be obtained. Calculate the appropriate value.
  • the device uses the weight at the end of the reception period to transmit a signal through a directivity pattern equal to that at the end of the reception period.
  • Figure 5 shows the directivity formed when one mobile station is the desired mobile station and the other is the undesired mobile station using the conventional directivity control method when two mobile stations are path-division multiplexed. Shows a pattern.
  • 900 is a wireless base station
  • 901 and 902 are mobile stations
  • 911 is a mobile station 901
  • the directivity pattern 9 12 is a directivity pattern formed for the mobile station 9 02.
  • the radio base station communicating with a plurality of mobile stations using the path division multiple access scheme forms an optimal directivity pattern for each of the multiplexed mobile stations.
  • the radio base station maintains appropriate communication quality with each mobile station and realizes effective use of frequency resources.
  • the adaptive array apparatus calculates based on the received signal. Since the directivity is controlled using the response vector that is used, the directivity pattern is controlled for the direction of the mobile station that has never received a signal, that is, the mobile station for which no response vector information has been obtained yet. Can not.
  • the mobile station moves after calculating the response vector based on the uplink signal received from the mobile station, an error occurs in the direction of the mobile station represented by the response vector.
  • path division multiplexing was performed using the transmission directivity pattern formed by the last calculated response vector.
  • the downlink signal continues to be transmitted, not only does the signal not reach the desired mobile station, but it also reaches the undesired mobile station as an interference signal, causing noise or interference. There is a problem that quality is impaired. For example, when the mobile station performs handover to another radio base station, the radio base station transmits a signal called a return burst for a predetermined period without receiving an uplink signal from the mobile station. Occurs.
  • the present invention eliminates the restriction on the communication order by effectively performing path division multiplexing even for a mobile station whose direction from a radio base station is unknown.
  • An object of the present invention is to provide a radio base station that improves communication quality in a radio base station, and a directivity control method in the radio base station.
  • a radio base station is a radio base station that communicates with a plurality of mobile stations by using a path division multiple access scheme by using an adaptive array device, and among the plurality of mobile stations, A signal is transmitted to one target mobile station whose direction is unknown from the other mobile station using a directional pattern in which a null point is provided in the direction of another mobile station, and another signal is transmitted to reduce interference at the target mobile station. Adjust the transmission power to the mobile station.
  • the radio base station includes: a response vector calculating unit that calculates a response vector representing a relative direction of each mobile station based on signals received from the plurality of mobile stations; First means for calculating a parameter for forming a directivity pattern having a null point in a direction represented by a response vector calculated for another mobile station with respect to the target mobile station; Calculating means, first control means for forming a transmission directivity pattern for the target mobile station in accordance with the calculated parameters, and starting transmission to the target mobile station and simultaneously determining a transmission output to another mobile station. And second control means for changing to a value.
  • the radio base station of the present invention transmits a signal to the target mobile station through a forced null directivity pattern in which a null point is provided in the direction of another mobile station, and transmits the signal to another mobile station.
  • the signal is transmitted through a power-down directional pattern with a reduced transmission gain, and the desired signal for each mobile station direction is An appropriate intensity ratio is ensured with the desired signal, and path division multiplex communication can be performed with the target mobile station whose direction is unknown while maintaining appropriate communication quality.
  • the forced null directivity pattern can be formed without receiving a signal from the target mobile station in advance, the restriction on the communication order provided at the start of multiplexing in the related art can be resolved.
  • the radio base station further includes a measuring unit for measuring the strength of a signal received from the mobile station, and the specifying unit includes: (a) a received signal is not obtained for a predetermined period or more; A mobile station whose error rate is larger than a predetermined value, (c) a received signal strength is smaller than a threshold value, or (d) a fading speed higher than a predetermined value may be specified as the target mobile station. .
  • the radio base station specifies the target mobile station by covering the case where the direction is unknown or the reliability regarding the direction is determined to be low. It is possible to more accurately judge the state in which the operation should be performed.
  • the second control means further includes an error rate, a strength, and a modulation speed of a signal received from the control target mobile station, a fading speed of the control target mobile station, and a notification from the control target mobile station.
  • the transmission power may be increased or decreased from the predetermined value according to one of the following: a reception error rate at the mobile station.
  • the directivity control method in the radio base station is a directivity control method used in a radio base station that communicates with a plurality of mobile stations using a path division multiple access scheme by using an adaptive array device.
  • a program according to the present invention is a computer for performing directivity control using a computer in a wireless base station that communicates with a plurality of mobile stations using a path division multiple access method by using an adaptive array device.
  • An executable program based on signals received from the plurality of mobile stations, a response vector calculation step of calculating a response vector representing a relative direction of each mobile station; and the plurality of mobile stations. Specifying a mobile station whose direction from the radio base station is unknown among the stations as a target mobile station;
  • the radio base station that performs directivity control by this method or program transmits a signal to the target mobile station through a forced null directivity pattern in which a null point is provided in the direction of another mobile station, and transmits the signal to another mobile station. Since the signal is transmitted through a power-down directional pattern with reduced transmission gain, an appropriate intensity ratio between the desired signal and the undesired signal for each mobile station direction is ensured, and the direction is unknown. It is possible to perform path division multiplex communication with mobile stations while maintaining appropriate communication quality.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the wireless base station 100.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the adaptive array unit 10.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a directivity pattern formed by forced null weight and power down weight for two mobile stations to be subjected to path division multiplexing.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a directivity pattern formed by forced null weight and power down weight for three mobile stations that are path-division multiplexed.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a directivity pattern formed by conventional control.
  • the radio base station employs a time division multiplex access / time division duplex (TDMAZTDD) method defined by the PHS standard (TDMAZTDD). It is a radio base station that multiplexes multiple signals by using a combination of the PDMA and the Path Division Multiple Access (PDMA) method, and transmits and receives the signals using one carrier.
  • the radio base station performs path division multiplexing of up to four signals for each time division unit time in the time division multiplex access scheme and transmits or receives them simultaneously.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of radio base station 100 according to the present embodiment.
  • the wireless base station 100 includes an adaptive array unit 10, a modem unit 40, a baseband unit 50, and a control unit 60.
  • the baseband unit 50 receives a plurality of voice or data baseband signals from a plurality of lines connected via a telephone switching network (not shown), assembles the signals into a time division multiplexed signal, and The multiplexed signal is output to the modem unit 40. Also, the time division multiplexed signal input from the modem unit 40 is decomposed into individual signals, and the signals are output to a line.
  • the baseband unit 50 defines the time-division multiplexing process in the PHS standard. This is performed according to the TDMAZTDD method.
  • the time-division multiplexed signal in this standard is composed of repeated TDMA / TDD frames having a period of 5 ms, and one TDMA / TDD frame has four transmission time slots and four reception times that are obtained by dividing each period into eight equal parts. It consists of a time slot.
  • One time slot each for transmission and reception forms one bidirectional communication channel by time division multiple access and time division duplexing. Therefore, the one time-division multiplex signal forms four communication channels.
  • the baseband unit 50 executes processing of time-division multiplexing signals of up to four lines on each of up to four time-division multiplexed signals to be path-division multiplexed in parallel.
  • the modem unit 40 modulates the time division multiplexed signal input from the baseband unit 50 using a ⁇ / 4 shift QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) modulation method, and modifies the adaptive array unit 10. And demodulates the signal input from the adaptive array unit 10 into a time-division multiplexed signal and outputs it to the baseband unit 50.
  • the modem unit 40 executes the modulation and demodulation processing in parallel on up to four time division multiplexed signals to be path division multiplexed.
  • the adaptive array unit 10 For each time slot (hereinafter simply referred to as a time slot) in a TDMA / TDD frame, the adaptive array unit 10 divides each mobile station connected by path division multiplexing in the time slot into a desired mobile station. An appropriate directivity pattern is formed for each desired mobile station. At this time, the adaptive array unit 10 responds to an instruction from the control unit 60 to (1) form a normal directivity pattern, and (2) directivity to one mobile station whose direction is unknown among mobile stations subjected to path division multiplexing. (3) Control by any method of forming directivity patterns and adjusting transmission output for other mobile stations that are path-division multiplexed simultaneously with the mobile station.
  • the adaptive array unit 10 separates the signals of the individual mobile stations from the path-division multiplexed received signal using each of the formed directivity patterns, and outputs the separated signals to the modem unit 40.
  • the signals addressed to each mobile station It sends out only in the direction of each mobile station.
  • the control unit 60 is specifically realized by a CPU (CentralPRocsEngEng) and a memory, and the CPU controls the entire radio base station by executing a program in the memory.
  • a CPU CentralPRocsEngEng
  • the control unit 60 includes a mobile station specifying unit 61 and a transmission output instructing unit 62.
  • the adaptive array It instructs all the directivity controllers 31 to 34 of the unit 10 to calculate the weight by the method (1).
  • the method of (2) above is applied to the directivity control unit that sets the mobile station as a desired mobile station. It instructs the directivity control unit, which sets another mobile station multiplexed at the same time as the desired mobile station, to form a directivity pattern by the method (3).
  • the transmission output level is instructed by the transmission output instructing section 62 to the directivity control section which instructs the method (3).
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the adaptive array unit 10.
  • the adaptive array unit 10 includes antennas 11 to 14, a radio unit 20, and a signal processing unit 30.
  • the radio unit 20 includes receiving units 211 to 214, transmitting units 221 to 224, and transmission / reception switching switches 231 to 234 provided for each antenna.
  • Each of the receiving sections 2 1 1 to 2 14 includes a low-noise amplifier and the like, converts a high-frequency signal received by each antenna into a low-frequency signal, amplifies the signal, and outputs it to the signal processing section 30.
  • Each of the transmission units 22 1 to 224 includes a high-power amplifier and the like, converts a low-frequency signal input from the signal processing unit 30 into a high-frequency signal, amplifies the signal to a transmission output level, and outputs the signal to each antenna. .
  • the signal processing unit 30 is composed of directivity control units 31 to 34 provided for each mobile station subjected to path division multiplexing and adders 361 to 364 provided for each antenna. This is realized by using P (Digital Signal 1 Processor).
  • Each directivity control unit 31 to 34 is provided corresponding to each mobile station to be subjected to path division multiplexing. According to the directivity pattern formation method instructed by the control unit 60, each time slot is controlled by the time slot.
  • the mobile station that is path-division multiplexed in each mobile station is defined as a desired mobile station, and the directivity pattern suitable for the desired mobile station is changed by changing the amplitude and phase of the transmission / reception signal for each antenna.
  • Each of the adders 36 1 to 36 4 adds the transmission signal whose amplitude and phase has been changed by each of the directivity controllers 31 to 34 for each antenna, and outputs the result to the radio unit 20.
  • the directivity control unit 31 is composed of a reception signal adjustment unit 310, a weight calculation unit 330, a reference signal generation unit 340, and a transmission signal adjustment unit 350, and is configured to communicate with a desired mobile station. An appropriate directivity pattern is formed for the mobile station that performs the communication.
  • the directivity control unit 31 Since the other directivity control units 32 to 34 have the same configuration, the directivity control unit 31 will be described as a representative.
  • the reception signal adjustment unit 310 includes multipliers 311 to 314 and an adder 320, and waits for the amplitude and phase of the reception signal for each antenna input from the radio unit 20. The values are changed using multipliers 311 to 314 in accordance with the weight calculated by calculation section 330, and they are added by adder 320.
  • the reference signal generator 340 generates a reference signal of a desired mobile station for a signal whose value is fixedly determined, for example, a preamble or a unique code which is a symbol synchronization code in the PHS standard.
  • the reference signal generation unit 340 can take a symbol point of information obtained by demodulating a signal modulated by a known modulation scheme, for example, a signal of ⁇ / 4 shift QPSK modulation in the modulation scheme. After the position is corrected, re-modulation generates a reference signal for the desired mobile station.
  • Weight calculating section 330 calculates the weight in each reception time slot according to the directivity pattern forming method instructed by control section 60.
  • the transmission signal adjustment unit 350 includes multipliers 351-1354, and the reception time In the transmission time slot that forms a communication channel paired with the slot, the amplitude of the transmission signal input from the modem unit 40 according to the byte calculated at the end of the immediately preceding reception time slot And the phase are changed for each antenna using multipliers 35 1-35 4.
  • the weight calculation section 330 is a response vector calculation section 331, an RSSI calculation section 332, a normal weight calculation section 33, a forced null weight calculation section 334, and a power down weight calculation section 3 3 and a weight selection section 336.
  • the response vector of the desired mobile station calculated by the response vector calculation section 331 is supplied from the directivity control section 32-4. Calculate the weight using the response vector of the unwanted mobile station.
  • the response vector calculation unit 331 calculates, for each time slot, the desired mobile station based on the received signal for each antenna input from the radio unit 20 and the reference signal generated by the reference signal generation unit 340. Calculate the response vector.
  • the response vector calculation unit 331 outputs the calculated response vector to the weight calculation unit 330, and also outputs to the directivity control units 32 to 34 and the control unit 60.
  • calculation section 3332 calculates the strength of the signal component of the desired mobile station among the signals received by radio section 20 in the time slot, and sends it to control section 60. Output.
  • the normal weight calculation unit 333 performs the reference signal generation unit 340 based on the MMSE method described above.
  • the optimum value of the weight that minimizes the average value of the square of the difference between the generated reference signal and the received signal synthesized by the received signal adjustment unit 320 is sequentially calculated.
  • the weight calculation unit 3 33 3 solves the winner solution, which is a condition for giving the optimum value of the weight in the MMSE method, by using a sequential calculation algorithm such as an LMS algorithm or an RLS algorithm. Find the optimal value of X-it.
  • the forced null weight calculation unit 3334 supplies the undesired null value supplied from the directivity control units 32 to 34. Calculate the weight that turns null in the direction indicated by the mobile station's response vector.
  • the power-down-time calculation unit 335 calculates the desired value calculated by the response vector calculation unit 331.
  • the beam is directed in the direction indicated by the response vector of the mobile station, and nulls are returned in the direction indicated by the response vector supplied from the directivity controllers 32 to 34 for the undesired mobile stations excluding the mobile station whose direction is unknown.
  • the power down weight calculation unit 335 has uniform directivity in all directions. Calculate the gate that forms the pattern.
  • the power-down weight calculation unit 335 further includes a directional pattern with a uniform predetermined value in all directions, for example, 15 dB, for example, in order to reduce interference in a mobile station whose direction is unknown.
  • the calculated weight is changed so that is formed. However, when a transmission output is instructed from the transmission output instructing unit 62, the color is changed according to the instruction.
  • the weight selection section 33 36 includes the normal weight calculation section 33 3, the forced null weight calculation section 33 4, and the power down section according to the directivity pattern formation method instructed by the control section 60.
  • One of the gates calculated by one of the gate calculation units 335 is selected and output to the reception signal adjustment unit 310 and the transmission signal adjustment unit 350.
  • the forced null weight calculation unit 334 is arranged in the direction represented by the response vector of the undesired mobile station as follows. Calculate the weight for turning null.
  • the weights satisfying form a directional pattern that turns null in the direction indicated by the response vector of the undesired mobile station.
  • the forced null weight calculation unit 334 solves the relational expression simultaneously for the response vectors of a plurality of undesired mobile stations, thereby obtaining a weight for turning null to all of the undesired mobile stations. calculate.
  • the power-down weight calculation section 335 is usually a point calculation section in that the optimal value of the weight is obtained by solving the Wiener solution in the MMSE method using the above-described sequential calculation algorithm such as the LMS algorithm and the RLS algorithm. Same as 333, but the weight for forming a uniform directivity pattern in all directions is calculated and stored in advance, and if the mobile station whose direction is unknown is the only undesired mobile station, Use this weight.
  • power down weight calculation section 335 multiplies the calculated weight by a predetermined constant so as to output the gain of the directivity pattern uniformly attenuated by a predetermined value in all directions, and outputs the result.
  • the constant to be multiplied is changed according to the instruction.
  • the mobile station identification unit 61 records the time of last reception of a signal from each mobile station, compares the recorded time with the current time, and if a signal received from the mobile station has not been obtained for a certain period of time. Then, it is determined that the direction of the mobile station is unknown. Also, if the mobile station is about to start path division multiplex communication and has never received a signal from the mobile station, it is determined that the direction of the mobile station is unknown.
  • the mobile station identification unit 61 determines that there is no mobile station whose direction is determined to be unknown. Instructs all the directivity controllers 31 to 34 of the adaptive array unit 10 to calculate the weight by the normal weight calculator.
  • the weight is calculated by the forced null ⁇ X-it calculation unit for the directivity control unit that processes the determined mobile station as a desired mobile station.
  • An instruction section 62 instructs a transmission output level.
  • FIG. 3 shows a case in which two mobile stations are path-division multiplexed, and when it is determined that one direction is unknown, the adaptive array unit according to an instruction issued by the mobile station identification unit 61.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a directivity pattern formed by the above.
  • 500 is a radio base station
  • 501 is a mobile station whose direction is known
  • 511 is a directional pattern formed by a power down light for the mobile station 501
  • Reference numeral 2 denotes a mobile station whose direction is unknown
  • reference numeral 512 denotes a directivity pattern formed by forced null writing for the mobile station 502.
  • the effect of the forced null and power down causes the directivity pattern 5 11 to dominate the mobile station 501 direction, and the directivity pattern 5 1 to the other directions. 2 is dominant.
  • the directivity pattern is formed by weights calculated in the reception time slot, but the mobile station identification unit 61 transmits the transmission time slot that forms a communication channel in a pair with the reception time slot.
  • Each directivity controller uses the weight calculated at the end of the immediately preceding reception time slot to transmit a signal through the same directivity pattern as that at the end of the reception time slot. To instruct.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a directional pattern formed when three mobile stations are subjected to path division multiplexing.
  • 400 is a wireless base station
  • 401 and 402 are mobile stations whose directions are known
  • 411 and 412 are formed by power-down for mobile stations 401 and 402, respectively.
  • Reference numeral 403 denotes a mobile station whose direction is unknown
  • reference numeral 413 denotes a directivity pattern formed by forcing the mobile station 403 to null.
  • the effects of the forced null and the power down are combined, and the directivity pattern 4 11 for the mobile station 40 1 direction, the directivity pattern 4 12 for the mobile station 40 2 direction, The directivity pattern 4 13 becomes dominant in directions other than the mobile stations 401 and 402.
  • the directivity pattern is formed by the weight calculated in the reception time slot, and the mobile station identification unit 61 transmits the transmission time slot forming a communication channel in a pair with the reception time slot.
  • each directivity control unit is instructed to transmit a signal through the same directivity pattern as that at the end of the reception time slot, using the weight calculated at the end of the immediately preceding reception time slot.
  • the transmission output instructing unit 62 determines the attenuation of the directional pattern when the error rate of a signal received from the mobile station increases. To the power down weight calculation unit, and instruct the power down weight calculation unit to increase the attenuation of the directivity pattern when the error rate of the signal received from the mobile station decreases. .
  • the attenuation of the directivity pattern with respect to the mobile station having the increased error rate is reduced and the transmission signal strength is increased, so that an effect of reducing the error rate can be expected.
  • the radio base station 100 performs mobile communication for path division multiplex communication. If the direction of one of the stations is unknown, the forced null weight is calculated for the mobile station without using the response vector of the mobile station, and the power down weight is calculated for the other mobile stations. Communicate through the directional patterns formed by the calculated lights. As a result, an appropriate intensity ratio between the desired signal and the undesired signal in each mobile station direction is secured, and effective path division multiplex communication is possible with mobile stations whose directions are unknown. ⁇ Supplement>
  • the wireless base station has been described based on the embodiment, but it is needless to say that the present invention is not limited to this embodiment. That is, (1) the mobile station identification unit 61 determines that (a) the direction of the mobile station is unknown if the received signal from the mobile station has not been obtained for a certain period of time. (B) the error rate of the received signal is higher than a predetermined value, (c) the strength of the received signal is lower than a threshold value, or (d) the fading speed is higher than a predetermined value. Then, it may be determined that the direction of the mobile station is unknown.
  • the condition in which the directivity control described above should be performed in order to cover the condition in which the accuracy of forming the directivity pattern is determined to be poor. Can be determined more accurately.
  • the transmission output instructing unit 62 determines the amount of attenuation of the directional pattern formed by the power down wait, and (a) when receiving a signal from a mobile station communicating through the directional pattern, an error in the received signal. Although the attenuation is reduced when the rate increases, the attenuation is increased when the error rate decreases. (B) The attenuation is reduced when the strength of the signal received from the mobile station decreases. (C) reduce the attenuation when the fogging speed of the mobile station increases, and increase the attenuation when the speed decreases. d) Decrease the amount of attenuation when the modulation rate of the signal received from the mobile station increases, and increase the attenuation when the rate decreases. (e) Receive error recognized by the mobile station during reception. Transfer rate Obtained from, reducing the amount of attenuation when the reception error rate is increased, those When the error rate decreases, the attenuation may be increased.
  • the amount of attenuation can be reduced over the conditions that are determined to impair communication quality due to the attenuation of the directional pattern. Because of the adjustment, an improvement in the communication quality with the down mobile station can be expected.
  • the present invention may be a method including the steps described in the embodiment. Further, the method may be a computer program for realizing the method using a computer system, or may be a digital signal representing the program.
  • the present invention provides a computer-readable recording medium on which the program or the digital signal is recorded, for example, a flexible disk, a hard disk, a CD-R ⁇ M, an MO, a DVD, a DVD-ROM, a DVD- It may be a RAM, a semiconductor memory, or the like.
  • the present invention may be the computer program or the digital signal transmitted via an electric communication line, a wireless or wired communication line, or a network typified by the Internet.
  • the present invention is a computer system including a microprocessor and a memory, wherein the memory stores the program, and the microprocessor operates according to the program stored in the memory.
  • the method may be realized by:
  • the program or the digital signal may be recorded on the recording medium and transferred, or may be transferred via the network or the like, and may be implemented in another independent computer system.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The radio base station according to the present invention is applied to a radio base station that communicates with a plurality of mobile stations using a path division multiple access method by using an adaptive array device.
  • the directivity control method according to any one of the mobile stations Even if the direction is unknown, path division multiplex communication can be started, contributing to alleviating restrictions on communication procedures and improving the quality of wireless communication.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

明 細 書 無線基地局、 無線基地局における指向性制御方法、 及びプログラム 技術分野
本発明は、 複数の移動局とパス分割多重アクセス方式を用.いて通信する 無線基地局、 無線基地局における指向性制御方法、 及びプログラムに関し 、 特に当該無線基地局における指向性制御技術に関する。 背景技術
近年、 携帯電話機、 携帯型情報通信機器等を含む無線情報端末の増加に 伴い、 周波数資源の有効利用に対する社会的要請が高まっている。 この要 請に応える技術に、 パス分割多重アクセス方式がある。
パス分割多重アクセス方式とは、 無線基地局が、 送受信ともに指向性を 有するアンテナを用いることにより、 1つの周波数の搬送波を用いて異な る方向に存在する複数の移動局と同時刻に通信を行う方式を言う。
パス分割多重アクセス方式において無線基地局が用いるァンテナに、 ァ ダブティブアレイ装置がある。 ァダプティブアレイ装置は、 固定的に設置 された複数のアンテナを備え、 個々のアンテナの送受信信号の振幅と位相 とを変化させることにより、 装置全体として送受信指向性パターンを形成 する。
より具体的に言えば、 当該装置は、 個々のアンテナに受信される信号の 振幅と位相とをアンテナ毎に変化させ、 当該各信号を加算することにより 、 当該振幅と位相との変化量 （以降、 ウェイ トと呼ぶ） に応じた指向性パ ターンを通して受信される信号を合成する。 また、 送信信号の振幅と位相 とを受信時のゥヱイ トと等しくアンテナ毎に変化させた信号を、 各アンテ ナから送出することにより、 受信時と等しい指向性パターンを通して信号 を送信する。
ァダプティブアレイ装置については 「ァレーアンテナによる適応信号処 理」 （菊間信良著、 科学技術出版刊） に詳細に記載されている。
前記無線基地局は、 前記ァダプティブアレイ装置を用いて、 多重される 移動局毎に最適な指向性パターンを形成する。 即ち、 当該無線基地局は、 多重されるそれぞれの移動局を所望移動局とし、 当該所望移動局の方向へ 送信強度及び受信感度を高め （以下、 ビームを向けると称する） 、 かつ他 の移動局の方向へ送信強度及び受信感度を低下させる （以下、 ヌルを向け ると称する） 指向性パターンを形成する。
ァダプティブアレイ装置において、 当該最適な指向性パターンを形成す る処理の主要部は、 最適な指向性パターンを与えるウェイ トを算出する処 理に他ならない。 前記ァダプティブアレイ装置は、 最小二乗誤差 （MMS E : M i n i mum Me a n S q u a r e E r r o r) 法に基づい てウェイ トの最適値を算出する。
MMSE法は、 所望移動局から送信された信号と、 前記合成される受信 信号との差の 2乗の平均値を最小とするウェイ トが、 当該所望移動局に対 する最適な指向性パターンを形成するという原理に基づいて、 ウェイ トの 最適値を算出する方法である。
MM S E法に基づくァダプティブアレイ装置は、 信号の受信期間におい て、 信号内容又は変調方式等に関する予備知識を用いて移動局から送信さ れた信号を推定して複製し、 当該信号 （参照信号と呼ぶ） と受信信号との 差の 2乗の平均値を減少させるよう、 所定の単位時間、 例えば信号のシン ボル時間毎に、 直前のゥヱイ トを逐次修正することにより、 ゥヱイ トの最 適値を算出する。
また、 当該装置は、 信号受信期間に後続する送信期間において、 当該受 信期間の終了時のウェイ トを用いて、 当該受信期間の終了時と等しい指向 性パターンを通して信号を送信する。
図 5は、 2つの移動局がパス分割多重される場合に、 従来の指向性制御 方法を用いて、 一方の移動局を所望移動局とし、 他方を非所望移動局とし て形成される指向性パターンを示している。 同図において、 900は無線 基地局、 901及び 902は移動局、 91 1は移動局 90 1に対して形成 される指向性パターン、 9 1 2は移動局 9 0 2に対して形成される指向性 パターンである。
このように、 パス分割多重アクセス方式を用いて複数の移動局と通信す る前記無線基地局は、 多重される移動局のそれぞれに対して最適な指向性 パターンを形成する。 これにより、 当該無線基地局は、 各移動局との間で 適正な通信品質を維持すると共に、 周波数資源の有効利用を実現している しかしながら、 ァダプティブアレイ装置は、 受信信号に基づいて算出さ れる応答べクトルを用いて指向性を制御することから、 一度も信号を受信 していない移動局、 すなわち応答ベク トル情報がまだ得られていない移動 局の方向に対して指向性パターンを制御できない。
このため、 当該装置を用いる従来の無線基地局は、 新たな移動局とパス 分割多重により通信を行う際、 まず移動局から送信される上り信号を受信 して応答べクトルを算出する必要があり、 無線基地局側から先にパス分割 多重した下り信号を送信できないことから、 通信順序に制約があるという 問題がある。
また、 移動局から受信した上り信号に基づいて応答べク トルを算出した 後、 移動局が移動した場合、 当該応答ベク トルにより表される移動局の方 向に誤差が生じる。 特に、 応答ベク トルを算出してから長時間が経過した 場合、 又は移動局の動きが速い場合に、 最後に算出された応答ベク トルに より形成した送信指向性パターンを用いてパス分割多重された下り信号を 送信し続けると、 信号が所望移動局へ到達しないのみならず、 移動した非 所望移動局に対して干渉信号として到達するため、 雑音又は混信を生じる 等、 パス分割多重通信における通信品質を損なうという問題がある。 上記問題は、 例えば、 移動局が他の無線基地局へハンドオーバーする際 、 無線基地局は、 移動局から上り信号を受信することなく、 所定の期間切 り戻りバーストと呼ばれる信号を送信する場合に生じる。
また、 バケツ ト通信モードのように、 ある時分割タィムスロッ トにおい て移動局からの上り信号を受信した後、 当該タイムスロッ トを用いて他の 移動局と通信を行い、 然る後以前の移動局に下り信号を送信する通信順序 が許容されるプロ トコルにおいても、 上述した問題が生じる。 発明の開示
上記問題点を解決するために、 本発明は、 無線基地局からの方向が不明 である移動局をも効果的にパス分割多重することにより、 通信順序の制約 を解消し、 かつパス分割多重通信における通信品質を向上する無線基地局 、 及び当該無線基地局における指向性制御方法を提供することを目的とす る。 本発明の無線基地局は、 ァダプティブアレイ装置を用いることにより複 数の移動局とパス分割多重アクセス方式を用いて通信する無線基地局であ つて、 前記複数の移動局のうち無線基地局からの方向が不明な 1つの目的 移動局に対して、 他の移動局の方向にヌル点を設けた指向性パターンを用 いて信号を送信し、 前記目的移動局における干渉を低減するように他の移 動局に対する送信出力を調整する。
また、 前記無線基地局は、 前記複数の移動局から受信した信号に基づい て、 個々の移動局の相対的な方向を表す応答べク トルを計算する応答べク トル計算手段と、 前記目的移動局を特定する特定手段と、 前記目的移動局 に対し、 他の移動局について計算された応答ベク トルが表す方向をヌル点 とする指向性パターンを形成するためのパラメ一タを算出する第 1算出手 段と、 前記目的移動局に対する送信指向性パターンを、 算出された前記パ ラメータに従って形成する第 1制御手段と、 前記目的移動局への送信開始 と同時に他の移動局に対する送信出力を所定値に変更する第 2制御手段と を備えてもよい。
これらの構成によれば、 本発明の無線基地局は、 前記目的移動局に対し て他の移動局方向にヌル点を設けた強制ヌル指向性パターンを通して信号 を送信し、 他の移動局に対して送信利得を低減したパワーダウン指向性パ ターンを通して信号を送信するので、 各移動局方向に対する所望信号と非 所望信号との間に適正な強度比が確保され、 方向が不明である目的移動局 とも適正な通信品質を保ってパス分割多重通信することが可能となる。 さらに、 前記強制ヌル指向性パターンは、 前記目的移動局から事前に信 号を受信することなく形成できるため、 従来の多重開始時に設けられてい た通信順序の制約も解消できる。
また、 前記無線基地局は、 さらに移動局から受信した信号の強度を測定 する測定手段を備え、 前記特定手段は、 （a ) 受信信号が一定期間以上得 られていない、 （b ) 受信信号のエラー率が所定値よりも大きい、 （c ) 受信信号の強度がしきい値よりも小さい、 又は （d ) フェージング速度が 所定値よりも速い移動局を、 前記目的移動局と特定してもよい。
この構成によれば、 前記無線基地局は、 方向が不明、 若しくは、 方向に 関する信頼性が低いと判断される場合を網羅して、 前記目的移動局を特定 するため、 上記説明した指向性制御を行うべき状態をより的確に判断でき る。
また、 前記第 2制御手段は、 さらに、 制御対象移動局から受信された信 号のエラー率、 強度、 及び変調速度、 制御対象移動局のフェージング速度 、 並びに、 制御対象移動局から通知される当該移動局における受信エラー 率、 の何れかに応じて、 送信出力を前記所定値から増減させてもよい。 この構成によれば、 前記パワーダウン指向性パターンを通して通信する 移動局について、 送信利得の低減により通信品質を損なっていると判断さ れる条件を網羅して減衰量を調整するため、 パワーダウン対象移動局との 通信品質の向上が期待できる。
本発明の無線基地局における指向性制御方法は、 ァダプティブアレイ装 置を用いることにより複数の移動局とパス分割多重アクセス方式を用いて 通信する無線基地局において用いられる指向性制御方法であって、 前記複 数の移動局から受信した信号に基づいて、 個々の移動局の相対的な方向を 表す応答べク トルを計算する応答べク トル計算ステップと、 前記複数の移 動局のうち、 前記無線基地局からの方向が不明な 1つの移動局を目的移動 局として特定する特定ステップと、 前記目的移動局に対し、 他の移動局に ついて計算された応答べク トルが表す方向をヌル点とする指向性パターン を形成するためのパラメータを算出する第 1算出ステップと、 前記目的移 動局に対する送信指向性パターンを、 算出された前記パラメータに従って 形成する第 1制御ステップと、 前記目的移動局への送信開始と同時に他の 移動局に対する送信出力を所定値に変更する第 2制御ステツプとを含む。 また、 本発明のプログラムは、 ァダプティブアレイ装置を用いることに より複数の移動局とパス分割多重アクセス方式を用いて通信する無線基地 局において、 コンピュータを用いて指向性制御を行うためのコンピュータ 実行可能なプログラムであって、 前記複数の移動局から受信した信号に基 づいて、 個々の移動局の相対的な方向を表す応答ベク トルを計算する応答 ベク トル計算ステップと、 前記複数の移動局のうち、 前記無線基地局から の方向が不明な 1つの移動局を目的移動局として特定する特定ステップと
、 前記目的移動局に対し、 他の移動局について計算された応答ベク トルが 表す方向をヌル点とする指向性パターンを形成するためのパラメータを算 出する第 1算出ステップと、 前記目的移動局に対する送信指向性パターン を、 算出された前記パラメータに従って形成する第 1制御ステップと、 前 記目的移動局への送信開始と同時に他の移動局に対する送信出力を所定値 に変更する第 2制御ステップとを前記コンピュータに実行させる。
この方法若しくはプログラムにより指向性制御を実行する無線基地局は 、 前記目的移動局に対して他の移動局方向にヌル点を設けた強制ヌル指向 性パターンを通して信号を送信し、 他の移動局に対して送信利得を低減し たパワーダウン指向性パターンを通して信号を送信するので、 各移動局方 向に対する所望信号と非所望信号との間に適正な強度比が確保され、 方向 が不明である目的移動局とも適正な通信品質を保ってパス分割多重通信す ることが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 無線基地局 1 0 0の構成を示すプロック図である。
図 2は、 ァダプテイブアレイ部 1 0の構成を示すプロック図である。 図 3は、 パス分割多重される 2つの移動局に対して、 強制ヌルゥヱイ ト及 ぴパワーダウンゥヱィ トにより形成される指向性パターンを示す模式図で ある。
図 4は、 パス分割多重される 3つの移動局に対して、 強制ヌルウェイ ト及 ぴパワーダウンゥヱィ トにより形成される指向性パターンを示す模式図で ある。
図 5は、 従来の制御により形成される指向性パターンを示す模式図である
発明を実施するための最良の形態
本実施の形態における無線基地局は、 PHS規格で定められた時分割多 重アクセス/時分割 2重化 （TDMAZTDD ： T i me D i v i s i o n Mu l t i p l e Ac c e s s /Ύ i m e D i v i s i o n D u 1 e x) 方式とパス分割多重アクセス （PDMA : P a t h D i v i s i o n Mu l t i l e A c c e s s ) 方式とを併用して複数 の信号を多重し、 当該信号を 1つの搬送波を用いて送受信する無線基地局 である。 当該無線基地局は、 当該時分割多重アクセス方式における 1つの 時分割単位時間毎に、 最大 4つの信号をパス分割多重して同時に送信又は 受信する。
く全体構成〉
図 1は、 本実施の形態における無線基地局 1 00の構成を示すブロック 図である。 無線基地局 1 00は、 ァダプテイブアレイ部 1 0、 モデム部 4 0、 ベースバンド部 50、 および制御部 60から構成される。
ベースバンド部 50は、 図外の電話交換網を介して接続される複数の回 線から、 複数の音声又はデータのベースパン ド信号入力され、 当該信号を 時分割多重信号に組み立て、 当該時分割多重信号をモデム部 40に出力す る。 また、 モデム部 40から入力された時分割多重信号を個々の信号に分 解し、 当該信号を回線に出力する。
ベースパンド部 50は、 当該時分割多重処理を PHS規格で規定される TDMAZTDD方式に従って行う。 当該規格における時分割多重信号は 、 5mSの周期を有する TDMA/TDDフレームが繰り返されて成り、 1つの TDMA/TDDフレームは、 各周期を 8等分されてできる 4つの 送信タイムスロッ トと 4つの受信タイムスロッ トとから構成される。 送信 、 受信各々 1つのタイムスロッ トは時分割多重アクセス Z時分割 2重化に よる 1つの双方向の通信チャネルを構成する。 従って、 当該 1つの時分割 多重信号は 4つの通信チャネルを構成する。
ベースバンド部 50は、 パス分割多重される最大 4つの時分割多重信号 のそれぞれに最大 4つの回線の信号を時分割多重する処理を、 並列に実行 する。
モデム部 40は、 ττ/4シフ ト QPSK (Qu a d r a t u r e Ph a s e Sh i f t Key i ng) 変調方式を用いて、 ベースパンド部 50から入力された時分割多重信号を変調してァダプティブアレイ部 10 に出力し、 また、 ァダプティブアレイ部 10から入力される信号を時分割 多重信号に復調してベースバンド部 50に出力する。 モデム部 40は、 パ ス分割多重される最大 4つの時分割多重信号について、 前記変復調処理を 並列に実行する。
ァダプティブアレイ部 10は、 TDMA/TDDフレーム内のタイムス ロッ ト （以降、 単にタイムスロッ トと呼ぶ） 毎に、 当該タイムスロッ トに おいてパス分割多重により接続される個々の移動局を所望移動局として、 所望移動局毎に適切な指向性パターンを形成する。 この際、 ァダプティブ アレイ部 10は、 制御部 60からの指示に従って、 （ 1 ) 通常の指向性パ ターン形成、 （2) パス分割多重される移動局のうち方向が不明な一つの 移動局に対する指向性パターン形成、 （3) 当該移動局と同時にパス分割 多重される他の移動局に対する指向性パターン形成及び送信出力の調整の 、 何れかの方法による制御を行う。
ァダプティブアレイ部 10は、 当該形成した各指向性パターンを用いて パス分割多重された受信信号から個々の移動局の信号を分離してモデム部 40に出力し、 かつモデム部 40から入力された各移動局宛ての信号を個 々の移動局の方向のみへ送出する。
制御部 60は、 具体的には C PU (C e n t r a l P r o c e s s i n g Un i t) およびメモリなどで実現され、 C PUがメモリ中のプロ グラムを実行することにより無線基地局全体を制御する。
特に、 制御部 60は、 移動局特定部 61及び送信出力指示部 62を備え 、 パス分割多重される移動局のうち無線基地局からの方向が不明な移動局 がない場合は、 ァダプティブアレイ部 1 0の全ての指向性制御部 3 1〜3 4に対して、 前記 （1 ) の方法でウェイ トを計算するよう指示する。 方向 が不明な一つの移動局が移動局特定部 6 1により特定される場合には、 当 該移動局を所望移動局とする指向性制御部に対して前記 （2) の方法、 当 該移動局と同時に多重される他の移動局を所望移動局とする指向性制御部 に対して前記 （3) の方法により指向性パターンを形成するよう指示する 。 更に （3) の方法を指示する指向性制御部に対し、 送信出力指示部 62 により送信出力レベルを指示する。
くァダプティブアレイ部 >
図 2は、 ァダプティブアレイ部 1 0の構成を示すブロック図である。 ァ ダプテイブアレイ部 1 0は、 アンテナ 1 1〜 14、 無線部 20、 及び信号 処理部 30から構成される。
無線部 20は、 アンテナ毎に設けられる受信部 2 1 1〜2 14と送信部 22 1 -224と送受信切替スィツチ 231〜 234とから構成される。 各受信部 2 1 1 ~2 1 4は、 ローノィズアンプ等を含み、 各アンテナに受 信された高周波信号を低周波信号に変換し、 増幅して信号処理部 30に出 力する。 各送信部 22 1 ~224は、 ハイパワーアンプ等を含み、 信号処 理部 30から入力された低周波信号を高周波信号に変換し、 送信出力レべ ルにまで増幅して各アンテナに出力する。
信号処理部 30は、 パス分割多重される移動局毎に設けられる指向性制 御部 3 1〜34、 及ぴアンテナ毎に設けられる加算器 361〜364から 構成され、 具体的にはプログラマブルな DS P (D i g i t a l S i g n 1 P r o c e s s o r ) を用いて実現される。 各指向性制御部 3 1〜3 4は、 パス分割多重される各移動局に対応して 設けられ、 制御部 6 0から指示された指向性パターンの形成方法に従い、 タイムスロッ ト毎に、 当該タィムスロッ トにおいてパス分割多重される移 動局の各々 1つを所望移動局として、 アンテナ毎に送受信信号の振幅と位 相とを変更することにより、 当該所望移動局に対して適切な指向性パター ンを形成する。
各加算器 3 6 1〜3 6 4は、 各指向性制御部 3 1〜3 4によって振幅と 位相とを変更された送信信号をアンテナ毎に加算し、 無線部 2 0へ出力す る。
く指向性制御部〉
指向性制御部 3 1は、 受信信号調整部 3 1 0、 ウェイ ト計算部 3 3 0、 参照信号生成部 3 4 0、 及び送信信号調整部 3 5 0から構成され、 自らが 所望移動局とする移動局に対して適切な指向性パターンを形成する。
なお、 他の指向性制御部 3 2 ~ 3 4も同一構成であるため、 指向性制御 部 3 1を代表して説明する。
受信信号調整部 3 1 0は、 乗算器 3 1 1〜3 1 4及び加算器 3 2 0を備 え、 無線部 2 0から入力されるアンテナ毎の受信信号の振幅と位相とを、 ウェイ ト計算部 3 3 0が算出したゥヱイ トに従って乗算器 3 1 1〜3 1 4 を用いて変更し、 それらを加算器 3 2 0で加算する。
参照信号生成部 3 4 0は、 値が固定的に定められている信号、 例えば P H S規格におけるシンボル同期用の符号であるプリアンブルやユニークヮ ード等について、 所望移動局の参照信号を生成する。 また、 参照信号生成 部 3 4 0は、 既知の変調方式により変調された信号、 例えば ττ / 4シフ ト Q P S K変調された信号について、 復調して得た情報のシンボル点を当該 変調方式において取り得る位置に補正した後に再変調することにより、 所 望移動局の参照信号を生成する。
ウェイ ト計算部 3 3 0は、 制御部 6 0から指示される指向性パターンの 形成方法に従い、 各受信タイムスロッ トにおいて、 ゥヱイ トを算出する。 送信信号調整部 3 5 0は、 乗算器 3 5 1〜3 5 4を備え、 受信タイムス ロッ トと対をなして通信チャネルを構成する送信タイムス口ッ トにおいて 、 直前の受信タイムスロッ トの終了時において算出されたゥヱイ トに従つ て、 モデム部 4 0から入力される送信信号の振幅と位相とをアンテナ毎に 乗算器 3 5 1 - 3 5 4を用いて変更する。
<ゥヱイ ト計算部 >
ゥヱイ ト計算部 3 3 0は、 応答べク トル計算部 3 3 1、 R S S I計算部 3 3 2、 通常ゥヱイ ト計算部 3 3 3、 強制ヌルウェイ ト計算部 3 3 4、 パ ヮーダウンゥヱイ ト計算部 3 3 5、 及びウェイ ト選択部 3 3 6を備え、 応 答べク トル計算部 3 3 1により計算される所望移動局の応答べクトル、 及 ぴ指向性制御部 3 2 - 3 4から供給される非所望移動局の応答べク トルを 用いて、 ゥヱイ トを計算する。
応答べクトル計算部 3 3 1は、 タイムスロッ ト毎に、 無線部 2 0から入 力されるアンテナ毎の受信信号と参照信号生成部 3 4 0によって生成され た参照信号とから、 所望移動局の応答ベク トルを算出する。 応答ベク トル 計算部 3 3 1は、 算出された応答べク トルをウェイ ト計算部 3 3 0へ出力 すると共に、 指向性制御部 3 2〜 3 4及び制御部 6 0へ出力する。
11 3 3 1計算部3 3 2は、 タイムスロッ ト毎に、 当該タイムスロッ トに おいて無線部 2 0に受信された信号のうち所望移動局の信号成分の強度を 算出し、 制御部 6 0へ出力する。
通常ウェイ ト計算部 3 3 3は、 制御部 6 0から前記 （ 1 ) の方法による 指向性パターン形成を指示された場合に、 前述した MM S E法に基づいて 、 参照信号生成部 3 4 0により生成される参照信号と、 受信信号調整部 3 2 0により合成される受信信号との差の 2乗の平均値を最小とするウェイ トの最適値を逐次計算する。 通常ゥヱイ ト計算部 3 3 3は、 MM S E法に おけるウェイ トの最適値を与える条件であるウイ一ナ解を、 L M Sァルゴ リズム、 R L Sアルゴリズム等の逐次計算アルゴリズムを用いて解くこと により、 ゥ Xイ トの最適値を求める。
当該ウイーナ解、 及びウイ一ナ解を求める逐次計算アルゴリズムは、 前 記 「アレーアンテナによる適応信号処理」 に詳しく述べられているので、 ここでは詳細な説明を省略する。
強制ヌルウェイ ト計算部 3 3 4は、 制御部 6 0から前記 （2 ) の方法に よる指向性パターン形成を指示された場合に、 指向性制御部 3 2〜3 4か ら供給される非所望移動局の応答べク トルが表す方向にヌルを向けるゥェ イ トを算出する。
パワーダウンゥヱイ ト計算部 3 3 5は、 制御部 6 0から前記 （3 ) の方 法による指向性パターン形成を指示された場合に、 応答べク トル計算部 3 3 1により算出された所望移動局の応答べク トルが表す方向にビームを向 け、 方向が不明な移動局を除く非所望移動局について指向性制御部 3 2〜 3 4から供給される応答べクトルが表す方向にヌルを向けるウェイ トを算 出する。 方向が不明な移動局が唯一の非所望移動局であり、 そのために非 所望移動局の応答べク トルが供給されない場合、 パワーダウンウェイ ト計 算部 3 3 5は全方向に均一な指向性パターンを形成するゥェィ トを算出す る。
パワーダウンウェイ ト計算部 3 3 5は、 さらに、 方向が不明な移動局に おける干渉を低減するため、 全方向に一様な所定値、 例えば 1 5 d B、 利 得を減衰した指向性パターンが形成されるよう、 前記算出されたウェイ ト を変更する。 ただし、 送信出力指示部 6 2から送信出力が指示された場合 は、 当該指示に応じてゥヱイ トを変更する。
ゥヱイ ト選択部 3 3 6は、 制御部 6 0から指示された指向性パターンの 形成方法に応じて、 前記通常ウェイ ト計算部 3 3 3、 強制ヌルウェイ ト計 算部 3 3 4、 パワーダウンゥェィ ト計算部 3 3 5のいずれかが算出したゥ エイ トを選択し、 受信信号調整部 3 1 0及び送信信号調整部 3 5 0に出力 する。
<強制ヌルウェイ ト計算部の詳細 >
強制ヌルウェイ ト計算部 3 3 4は、 具体的に 4本のアンテナを備えるァ ダブティブアレイ装置の例によれば、 次のようにして、 非所望移動局の応 答べク トルが表す方向にヌルを向けるためのウェイ トを算出する。
即ち、 非所望移動局の応答ベク トルを H=[hi、 h2、 h3、 h4]T (Tは転置）
ウエイ トを
W = [wい w2、 w3、 w4]T
と表したとき、 当該応答べク トルとウェイ トとの間の関係
w1*hI + w2*h2+w3*h3+w4*h4= 0 (*は複素共役）
が成り立つウェイ トは、 非所望移動局の応答べク トルが表す方向にヌルを 向ける指向性パターンを形成する。 強制ヌルウェイ ト計算部 334は、 当 該関係式を複数の非所望移動局の応答べク トルについて連立して解くこと により、 当該非所望移動局の全てに対してヌルを向けるためのゥヱイ トを 算出する。
<パワーダウンウェイ ト計算部の詳細 >
パワーダウンウェイ ト計算部 335は、 MM S E法におけるウイーナ解 を前記 LMSアルゴリズム、 RL Sアルゴリズム等の逐次計算アルゴリズ ムを用いて解くことによりウェイ トの最適値を求める点で、 通常ゥヱイ ト 計算部 333と同様であるが、 全方向に一様な指向性パターンを形成する ためのウェイ トを予め算出し記憶しており、 方向が不明な移動局が唯一の 非所望移動局である場合は、 当該ウェイ トを用いる。
さらに、 パワーダウンゥヱイ ト計算部 335は、 指向性パターンの利得 が全方向に一様に所定値減衰するよう、 算出されたウェイ トに所定の定数 を乗じて出力する。 送信出力指示部 62により送信出力レベルを指示され た場合は、 当該指示に応じて前記乗じる定数を変更する。
<移動局特定部の詳細 >
移動局特定部 61は、 各移動局から最後に信号を受信した時刻を記録し 、 当該記録された時刻と現在時刻とを比較し、 移動局からの受信信号が一 定期間得られていない場合に、 当該移動局の方向が不明であると判断する 。 また、 パス分割多重通信を始めようとする移動局であって、 当該移動局 から一度も信号を受信していない場合も、 当該移動局の方向が不明である と判断する。
移動局特定部 61は、 方向が不明であると判断される移動局がない場合 は、 ァダプテイブアレイ部 1 0の全ての指向性制御部 3 1〜3 4に対して 通常ゥヱイ ト計算部によりゥヱイ トを計算するよう指示する。
方向が不明であると判断される移動局がある場合は、 当該判断される移 動局を所望移動局として処理する指向性制御部に対して強制ヌルゥ Xイ ト 計算部によりウエイ トを計算するよう指示すると同時に、 当該移動局と同 時に多重される他の移動局を所望移動局とする指向性制御部に対してパヮ 一ダウンゥヱィ ト計算部によりゥヱイ トを計算するよう指示し、 かつ送信 出力指示部 6 2により送信出力レベルを指示する。
図 3は、 2つの移動局がパス分割多重される場合であって、 一つの方向 が不明であると判断される場合に、 移動局特定部 6 1が行う指示に応じて ァダプティブアレイ部により形成される指向性パターンを示す模式図であ る。
同図中、 5 0 0は無線基地局、 5 0 1は方向が分かる移動局、 5 1 1は 移動局 5 0 1 に対するパワーダウンゥヱィ トにより形成される指向性パタ ーン、 5 0 2は方向が不明である移動局、 5 1 2は移動局 5 0 2に対する 強制ヌルゥヱイ トにより形成される指向性パターンである。
同図に示すように、 強制ヌルとパワーダウンとの効果があいまつて移動 局 5 0 1方向に対して指向性パターン 5 1 1が優勢となり、 それ以外の方 向に対して指向性パターン 5 1 2が優勢となる。
当該指向性パターンは、 受信タイムスロッ トにおいて算出されるウェイ トにより形成されるものであるが、 移動局特定部 6 1は、 当該受信タイム スロッ ト と対をなして通信チャネルを構成する送信タィムス口ッ.トにおい て、 直前の受信タイムスロッ トの終了時において算出されたウェイ トを用 いて、 受信タイムスロッ トの終了時と等しい指向性パターンを通して信号 を送信するよう、 各指向性制御部に対して指示する。
当該指向性パターンを通して信号を送受信することにより、 移動局 5 0 2の方向が不明であるにも係わらず、 パス分割多重通信が可能となる。 図 4は、 3つの移動局がパス分割多重される場合に形成される指向性パ ターンを示す模式図である。 同図中、 4 0 0は無線基地局、 4 0 1及び 4 0 2は方向が分かる移動局 、 4 1 1及び 4 1 2はそれぞれ移動局 4 0 1及び 4 0 2に対するパワーダ ゥンゥヱイ トにより形成される指向性パターン、 4 0 3は方向が不明であ る移動局、 4 1 3は移動局 4 0 3に対する強制ヌルゥヱイ トにより形成さ れる指向性パターンである。
同図に示すように強制ヌルとパワーダウンとの効果があいまって移動局 4 0 1方向に対して指向性パターン 4 1 1、 移動局 4 0 2方向に対して指 向性パターン 4 1 2、 移動局 4 0 1及び 4 0 2以外の方向に対して指向性 パターン 4 1 3が、 それぞれ優勢となる。
当該指向性パターンは、 受信タイムスロッ トにおいて算出されるゥヱイ トにより形成されるものであるが、 移動局特定部 6 1は、 当該受信タイム スロッ トと対をなして通信チャネルを構成する送信タイムスロッ トにおい て、 直前の受信タイムスロッ 卜の終了時において算出されたウェイ トを用 いて、 受信タイムスロッ トの終了時と等しい指向性パターンを通して信号 を送信するよう、 各指向性制御部に対して指示する。
当該指向性パターンを通して信号を送受信することにより、 移動局 4 0 3の方向が不明であるにも係わらず、 パス分割多重通信が可能となる。 <送信出力指示部の詳細 >
送信出力指示部 6 2は、 パワーダウンウェイ トにより形成する指向性パ ターンを通して通信する移動局について、 当該移動局からの受信信号のェ ラー率が増加した場合に、 当該指向性パターンの減衰量を低減するようパ ヮーダウンウェイ ト計算部に指示し、 当該移動局からの受信信号のエラー 率が低下した場合に、 当該指向性パターンの減衰量を増加するようパワー ダウンゥヱイ ト計算部に指示する。
この構成によれば、 エラー率が増加した移動局に対する指向性パターン の減衰量を低減し、 送信信号強度を高めるので、 エラー率を減少する効果 が期待できる。
<まとめ >
以上説明したように、 無線基地局 1 0 0は、 パス分割多重通信する移動 局のうち一つの方向が不明である場合、 当該移動局の応答べク トルを用い ることなく、 当該移動局について強制ヌルウェイ トを算出し、 他の移動局 についてパワーダウンゥヱイ トを算出し、 それぞれ算出されるゥヱイ トに より形成される指向性パターンを通して通信する。 これにより、 各移動局 方向に対する所望信号と非所望信号との間に適正な強度比が確保され、 方 向が不明である移動局とも効果的なパス分割多重通信が可能となる。 <補足 >
以上、 本発明に係る無線基地局について、 実施の形態に基づいて説明し たが、 本発明はこの実施の形態に限られないことは勿論である。 即ち、 ( 1 ) 移動局特定部 6 1は、 （a ) 移動局からの受信信号が一定期間得ら れていない場合に、 当該移動局の方向が不明であると判断するとしたが、 他に （b ) 受信信号のエラー率が所定値よりも大きい、 （c ) 受信信号の 強度がしきい値よりも小さい、 （d ) フェージング速度が所定値よりも速 い、 の何れかに該当する場合に、 移動局の方向が不明であると判断しても よい。
この構成によれば、 受信信号が一定期間得られていない場合の他に、 指 向性パターンの形成精度が悪いと判断される条件を網羅するため、 上記説 明した指向性制御を行うべき状態をより的確に判断できる。
( 2 ) 送信出力指示部 6 2は、 パワーダウンウェイ トにより形成する指向 性パターンの減衰量について、 （a ) 当該指向性パターンを通して通信す る移動局からの信号の受信時に、 受信信号のエラー率が増加した場合に減 衰量を減らし、 当該エラー率が減少した場合に減衰量を増やすとしたが、 ( b ) 当該移動局から受信される信号の強度が減少した場合に減衰量を減 らし、 当該信号強度が増加した場合に減衰量を増やす、 （c ) 当該移動局 のフエ一ジング速度が増加した場合に減衰量を減らし、 当該速度が減少し た場合に減衰量を増やす、 （d ) 当該移動局からの受信信号の変調速度が 増加した場合に減衰量を減らし、 当該速度が減少した場合に減衰量を増や す、 （e ) 当該移動局において受信時に認識された受信エラー率を当該移 動局から取得し、 当該受信エラー率が増加した場合に減衰量を減らし、 当 該エラー率が減少した場合に減衰量を増やす、 としてもよい。
この構成によれば、 パワーダウンゥヱイ トにより形成する指向性パター ンを通して通信する移動局について、 指向性パターンの減衰により通信品 質を損なっていると判断される条件を網羅して減衰量を調整するため、 パ ヮーダウン移動局との通信品質の向上が期待できる。
( 3 ) また、 本発明は、 実施の形態で説明したステップを含む方法である としてもよい。 また、 これらの方法を、 コンピュータシステムを用いて実 現するためのコンピュータプログラムであるとしてもよいし、 前記プログ ラムを表すデジタル信号であるとしてもよい。
また、 本発明は、 前記プログラム又は前記デジタル信号を記録したコン ピュータ読取り可能な記録媒体、 例えば、 フ レキシブルディ スク、 ハード ディ スク、 C D— R〇M、 M O、 D V D , D V D - R O M, D V D - R A M、 半導体メモリ等であるとしてもよい。
また、 本発明は、 電気通信回線、 無線又は有線通信回線、 若しくはイン ターネッ トに代表されるネッ トワーク等を経由して伝送される前記コンビ ユータプログラム又は前記デジタル信号であるとしてもよい。
また、 本発明は、 マイクロプロセッサ及ぴメモリを備えたコンピュータ システムであり、 前記メモリは前記プログラムを記憶しており、 前記マイ クロプロセッサは前記メモリに記億されている前記プログラムに従って動 作することにより、 前記方法を実現するとしてもよい。
また、 前記プログラム又は前記デジタル信号は、 前記記録媒体に記録さ れて移送され、 若しくは、 前記ネッ トワーク等を経由して移送され、 独立 した他のコンピュータシステムにおいて実施されるとしてもよい。 産業上の利用可能性 本発明に係る無線基地局は、 ァダプティブアレイ装置を用いることによ り複数の移動局とパス分割多重アクセス方式を用いて通信する無線基地局 に適用され、 本発明に係る指向性制御方法は、 前記移動局のうち 1つの方 向が不明な場合にあってもパス分割多重通信を開始可能とし、 通信手順の 制約緩和、 無線通信の品質向上に貢献する。

Claims

m 求 の 範 囲
1 . ァダプティブアレイ装置を用いることにより複数の移動局とパス分割 多重アクセス方式を用いて通信する無線基地局であって、
前記複数の移動局のうち無線基地局からの方向が不明な 1つの目的移動 局に対して、 他の移動局の方向にヌル点を設けた指向性パターンを用いて 信号を送信し、
前記目的移動局における干渉を低減するように他の移動局に対する送信 出力を調整する
ことを特徴とする無線基地局。
2 . 前記無線基地局は、
前記複数の移動局から受信した信号に基づいて、 個々の移動局の相対的 な方向を表す応答べク トルを計算する応答べク トル計算手段と、
前記目的移動局を特定する特定手段と、
前記目的移動局に対し、 他の移動局について計算された応答べク トルが 表す方向をヌル点とする指向性パターンを形成するためのパラメータを算 出する第 1算出手段と、
前記目的移動局に対する送信指向性パターンを、 算出された前記パラメ 一夕に従って形成する第 1制御手段と、
前記目的移動局への送信開始と同時に他の移動局に対する送信出力を所 定値に変更する第 2制御手段と
を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の無線基地局。
3 . 前記無線基地局は、 さらに
移動局から受信した信号の強度を測定する測定手段を備え、
前記特定手段は、 （a ) 受信信号が一定期間以上得られていない、 （b ) 受信信号のエラー率が所定値よりも大きい、 （c ) 受信信号の強度がし きい値よりも小さい、 又は （d ) フヱージング速度が所定値よりも速い移 動局を、 前記目的移動局と特定する
ことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の無線基地局。
4 . 前記第 2制御手段は、 さらに、 制御対象移動局から受信された信号の エラー率、 強度、 及び変調速度、 制御対象移動局のフ X—ジング速度、 並 びに、 制御対象移動局から通知される当該移動局における受信エラー率、 の何れかに応じて、 送信出力を前記所定値から増減させる
ことを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の無線基地局。
5 . ァダプティプアレイ装置を用いることにより複数の移動局とパス分割 多重アクセス方式を用いて通信する無線基地局において用いられる指向性 制御方法であって、
前記複数の移動局から受信した信号に基づいて、 個々の移動局の相対的 な方向を表す応答べク トルを計算する応答べク トル計算ステップと、 前記複数の移動局のうち、 前記無線基地局からの方向が不明な 1つの移 動局を目的移動局として特定する特定ステップと、
前記目的移動局に対し、 他の移動局について計算された応答べク トルが 表す方向をヌル点とする指向性パターンを形成するためのパラメータを算 出する第 1算出ステップと、
前記目的移動局に対する送信指向性パターンを、 算出された前記パラメ 一夕に従って形成する第 1制御ステップと、
前記目的移動局への送信開始と同時に他の移動局に対する送信出力を所 定値に変更する第 2制御ステツプと
を含むことを特徴とする指向性制御方法。
6 . ァダプティブアレイ装置を用いることにより複数の移動局とパス分割 多重アクセス方式を用いて通信する無線基地局において、 コンピュータを 用いて指向性制御を行うためのコンピュータ実行可能なプログラムであつ て、 前記複数の移動局から受信した信号に基づいて、 個々の移動局の相対的 な方向を表す応答べク トルを計算する応答べク トル計算ステップと、 前記複数の移動局のうち、 前記無線基地局からの方向が不明な 1つの移 動局を目的移動局として特定する特定ステツプと、
前記目的移動局に対し、 他の移動局について計算された応答ベク トルが 表す方向をヌル点とする指向性パターンを形成するためのパラメータを算 出する第 1算出ステップと、
前記目的移動局に対する送信指向性パターンを、 算出された前記パラメ ータに従って形成する第 1制御ステップと、
前記目的移動局への送信開始と同時に他の移動局に対する送信出力を所 定値に変更する第 2制御ステップと
を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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