WO2004032376A1

WO2004032376A1 - Cdma通信装置

Info

Publication number: WO2004032376A1
Application number: PCT/JP2002/010398
Authority: WO
Inventors: Tadashi Nakamura; Tomonori Sato
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-15

Abstract

　下りビームフォーミング機能を備えたCDMA通信装置において、第1のビームフォーマは個別チャネル毎に、該個別チャネルの送信データに適応的なビームフォーミング処理を施し、共通チャネル用の拡散部は下り共通チャネルの送信データを拡散し、第2のビームフォーマは､複数の下り方向の固定マルチビームを形成するために拡散結果にビームフォーミング処理を施し､合成部は各ビームフォーミング結果をアレイアンテナのアンテナ素子毎に合成して該アンテナ素子に入力する｡なお、隣接ビームが干渉しないように該隣接ビームに応じた拡散部の拡散コードを異ならせる。

Description

明細書

CDMA通信装置

技術分野

本発明は、ビームフォーミング機能を備えた CDMA 方式に対応した通信装置 ( CDMA通信装置）に係わり、特に、個別チャネル毎の送信データに適応的なビームフォーミング処理を施して送信すると共に、下り共通チャネルの送信データを複数方向の固定マルチビームで送信する CDMA 方式に対応した無線基地局に用いて好適である。

背景技術

ワイヤレスマルチメディァ通信を実現する次世代移動通信システムとして、 DS -CDMA技術を用いたディジタルセルラ無線通信システムの開発が進められている。 CDMA方式は、符号によりチャネルを割り当てて同時に通信を行う方式であるが、同時に通話を行っている他チャネルからの信号が干渉となり、結果として同時通話可能なチャネル数（チャネル容量）が制限される。それを解決するため、近年、アンテナ間の物理距離とそれによる各アンテナ間の位相差により生成されるァダプティブなビームを使用したァダプティブアレイアンテナが研究開発されている。

図 1 5はアレーアンテナシステムの構成図であり、 1ユーザ（すなわち、 1チャネル）分のみ示している。 1 は受信用のリニアアレーアンテナであり、 n個のアンテナ素子 l i〜 I nを有している。 2 i〜2 nは受信回路（R V ) であり、図示しないが、それぞれ高周波増幅器、周波数変換器、直交復調器、 A D変換器などを備えている。これらアレーアンテナ 1及び各受信回路 2 〜 2 n は全チヤネル共通に設けられている。 3 はサーチャ部で、各アンテナ素子の受信信号からそれぞれ相関信号を求め、該相関信号より復調部における逆拡散開始タイミングをサーチすると共に、該相関信号をァダプティブウェイ卜計算用のァダプティブウェイト演算部に入力する。

4 はァダプティブウェイト演算部（AWC)であり、 LMS に代表される収束アルゴリズムやサーチャ部 3 より入力される相関信号を用いた D oA 情報によりァダプティブウェイト W l , W2， · · · Wn を計算する。 5 は入力する信号に拡散コードを乗算して逆拡散する逆拡散部でアンテナに対応して n 個設けられている。 6 はビームフォーマであり、逆拡散前のァンテナ素子 1 〜 1 n の出力信号にァダプティブウェイ卜演算部 4 で計算したァダプティブウェイト W1,W2, · · · Wn を掛け合わせる n個の乗算器 M P i M P n 及び乗算器出力を加算する加算器 A D を有している。 7 は通常の DS-CDMA の復調部であり、ビームフォーマから入力する信号に拡散コードを乗算して逆拡散する逆拡散部、チャネル推定演算を行うチャネル推定部（チャネル補償部）、データ判定部などを備えている。サーチャ部 3において、 S a S an はマッチトフィルタ（MF) であり、それぞれアンテナ素子 l ₁〜 l nの受信回路 2 ₁〜 2nから出カされる複素信号（ I , Qデータ）を用いて相関信号 Xl(t)、 X2(t)、 · · · 、 Xn(t)を出力する。 3 b はタイミング決定部であり、相関信号 Xl(t)、 X2(t)、 · · ·、 Xn(t)のうち電力の大きな方から K個の相関信号を検出し、該相関信号に基づいて逆拡散開始タイミングを決定すると共に、 K 個の相関信号をァダブティブウェイト演算部 4 に通知する。

ァダプティブウェイト演算部 4は、 n個の相関信号の位相をある一定の位相に一致させるためのァダプティブウェイト Wl, W2， · · ' Wn を演算し、これらァダプティブウェイトをビームフォーマ 6 に設定する。ビームフォーマ 6 は受信信号に設定されたゥ-ィト W1，W2，， · 'Wnにより振幅制御及び位相回転制御を施し、合成して復調部 7に入力する。

以上のようにすれば、ユーザ i から受信した全アンテナ素子の出力を同相にでき、到来角の方向（ユーザ i の方向）に適応的にビームを向けることができる。すなわち、相関信号からユーザ信号のパス到来方向を推定したり、 LMS等の収束ァルゴリズムを用いることにより、その情報から推定した方向にアンテナビームを向けるように各アンテナで受信した信号にウェイトを掛け合わせてユーザを追尾する。

図 1 6は送信ビームフォーミングの説明図である。 6 ' は送信ビームフォーマ、 Ί' は拡散変調部、 β δηは送信回路（TR)、 li〜は送受信兼用のアレイアンテナ 1 のアンテナ素子である。送信回路（TR) 8ι〜8_ηは、図示しないが、 DA変換器、直交変調器、周波数変換器、高周波増幅器などを備えている。図 1 5のァダプティブウェイト演算部 4 (ま、受信ビームフォーマのァダプティブウェイト Wl，W2, ' - ' Wn が求まれば、これらの複素共役 Wl*,W2*，' ' ' Wn*を送信ビームフォーマ 6' に設定する。拡散変調部 Ί' は送信データに拡散コードを乗算して拡散し、送信ビームフォーマ 6 ' は拡散変調された信号にァダプティブウェイト W1*,W2*，. · ' Wn*を掛け合わせ、乗算結果を送信回路（TR)8i〜 8 _n を介して、送受信兼用のアレイアンテナ 1 (アンテナ素子 l i〜； ) から送出する。これにより、図 1 7 に示すようにユーザ 9 が存在する方向に指向性を有する送信ビ一ム B M を出力することができる。

とごろで、ァダプティブアレイアンテナを第三世代移動通信における基地局からの下り共通チャネルに用いる場合には、同報チャネル、例えば、 CPICH (Common Pilot Channel), CCPCH (Common Control Physical Channel) , SCH (Synchronization Channel) , AICH (Acquisition Indication Channel)、 PICH(Page Indication Channel)などをどのように极うかが問題となる。同報チャネルは、セル全体で使用する情報を同報する為のチャネルであり、セル内である一定以上の品質で受信できる必要がある。その為、同報チャネルに関しては、図 1 8 に示すように通常、セル（セクタ）内に一様（ォムニ）になるように送信する。図 1 9は同報チャネルをォムニで送信する従来の構成図であり、同報チャネル用変調部 11は、同報データをチヤネライゼーシヨンコード CCで拡散した後、スクランブルコード SCで拡散してァダプティブアレイアンテナ 10の第 1アンテナ素子 10 iに入力する構成を有している。個別チャネルの拡散変調 ·ビームフォーマ部 12ι〜： L2_n は、図 1 6で示した送信ビームフォーマ 6' と拡散変調部 7 ' を組み合せた構成を有し、それぞれユーザ 1〜 nの送信データに拡散変調及び送信ビームフォーミング処理を施して出力する。合成器 13 は同報チャネル用変調部 11 及び拡散変調'ビームフォーマ部 12₁〜12。から出力する信号をアンテナ素子 10ι〜1θ4 毎に加算し、加算結果をアンテナ素子 10ι〜 104に応じた周波数コンバータ 14ι〜 144に入力する。周波数コンバータ 1 〜14₄は入力信号を高周波信号に変換し、高周波増幅器 15 〜154は各高周波信号を増幅してァダプテイブアレイアンテナ 10 のアンテナ素子 10ι〜1θ4から送信する。図 2 0は同報チャネルをォムニで送信する別の従来の構成図であり、図 1 9 と同一部分には同一符号を付している。異なる点は、同報信号送信用にアンテナ 16、高周波増幅器 17、周波数コンバータ 18 を独立に設け、同報チャネル用変調部 11 で拡散した同報信号をュ一ザデータとは独立に高周波信号に変換後、高周波増幅してアンテナ 16 より送信する点である。

図 1 9の構成では、ァダプティブアレイアンテナ 10 を構成するアンテナ素子 10ι〜104に接続される送信増幅器 lS i i e の中で、同報チャネル信号を出力するアンプ 15 iのみ、送信電力が增加する事となり、アンテナ素子間のキヤリブレーシヨンを行う場合に大きな問題となる。また、これを回避した図 2 0の構成では、同報チャネル専用の増幅器 17 とアンテナ 16 を用意する必要がある。また、図 1 8 より明らかなように、ォムニの場合と指向性の場合とでは電波到達距離が異なり、このため、個別チャネルのデータを受信できるが、同報データを受信できない地域が発生する。

以上から本発明の目的は、同報チャネル専用の増幅器とアンテナを用意する必要がなく、しかも、キャリブレーションを容易に行えること、及ぴ、同報チャネルと個別チャネルのデータ到達範囲の同一化を図ることである。

発明の開示

本発明の第 1 の CDMA通信装置は、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナ、個別チャネル毎の送信データに適応的なビームフォーミング処理を施すビームフォーマ、共通チャネルの送信データを拡散変調する拡散変調部、複数方向の下りの固定マルチビームを形成するためにビームフォーミング処理を前記拡散変調部の出力信号に施すビームフォーマ、隣接するビームに応じた拡散変調部の拡散コードを異ならせる手段、ビームフォーマからのアンテナ素子入力信号をアンテナ素子毎に合成して該アンテナ素子に入力する合成部を有している。第 1 の CDMA 通信装置によれば、共通チャネルの送信データを送信ビームフォーミングにより指向性を持たせて送信することにより、同報チャネル専用のアンテナが不要であり、しかも、送信機間のアンバランスをなくせるため、キャリブレーションを容易に行え、更には、同報チャネルと個別チャネルのデータの到達範囲の同一化を図ることができる。また、隣接するビームに応じた拡散変調部の拡散コードを異ならせることにより、隣接する同報チャネル信号同士の干渉を防止することができる。

本発明の第 2の CDMA通信装置は、複数のアンテナ素子を有するァレイアンテナ、個別チャネル毎の送信データに適応的なビームフォーミング処理を施すビームフォーマ、共通チャネルの送信データを拡散変調する拡散変調部、重み係数に基づいて前記拡散変調部の出力信号にビームフォ一ミング処理を施して所定方向のビームを形成するディジタルビームフォーマ、前記重み係数を周期的に変更してビームの方向をスィングするビームスィング制御部、各ビームフォーマからのァンテナ素子入力信号をアンテナ素子毎に合成して該アンテナ素子に入力する合成部を備えている。

第 2の CDMA通信装置によれば、共通チャネルの送信データを送信ビームフォーミングにより指向性を持たせると共に、スイングにより共通チャネルのビーム方向を周期的に変更するようにして等価的にマルチビームを実現することにより、複数のビームフォーマを用いてマルチビームを形成する第 1 の CDMA通信装置に比べてハード量を少なくできる。また、チヤネライゼーシヨンコード、スクランブルコードは複数個用いる必要がないためコード資源を節約することができ、しかも、移動局の構成を簡単にできる。

図面の簡単な説明

図 1 は本発明の第 1の概略説明図ある。

図 2は本発明の第 2の概略説明図である。

図 3は本発明の第 3の概略説明図である。

図 4は基地局における送信部の第 1実施例の構成図である。

図 5は基地局における送受信部の第 2実施例の構成図である。

図 6は AICH用送信部を備えた送信部の構成図である。

図 7は第 2実施例の第 1変形例である。

図 8 は第 2実施例の第 2変形例である。

図 9は基地局における送信部の第 3実施例の構成図である。

図 1 0は基地局における送信部の第 4実施例の構成図である。

図 1 1 は基地局における送受信部の 5実施例の構成図である。図 1 2は第 5実施例の第 1変形例である。

図 1 3は第 5実施例の第 2変形例である。

図 1 4は基地局における送受信部の第 6実施例の構成図である。

図 1 5はアレーアンテナシステムの構成図である。

図 1 6は送信ビームフォーミングの説明図である。

図 1 7はビームフォーミングによるビーム指向性説明図である。

図 1 8は従来の共通チャネル送信説明図である。

図 1 .9は同報チャネルをォムニで送信する従来の構成図である。

図 2 0は同報チャネルをォムニで送信する従来の別の構成図である。

発明を実施するための最良の形態

( A ) 本発明の概略

図 1は本発明の第 1 の概略説明図である。個別チャネル毎に送信データに適応的なビームフォーミング処理を施してアレイアンテナ 51 の複数のアンテナ素子 51i〜5 l4 を駆動し、個チャネル毎に指向性の異なるビーム（個別 CH#0〜#3)を発生する。また、下り共通チャネル（同報チャネル）については、複数方向の下りの固定マルチビーム（同報 CH#0〜#n)を発生する。すなわち、下りの複数の方向にビームが向くようにビーム毎に同報チャネル信号にビームフォーミング処理を施してアレイアンテナ 51 の複数のアンテナ素子を駆動し、マルチビーム（同報 CH#0〜#n)を発生する。この場合、隣接するビームで送信される同報チャネル信号同士が干渉しないように、同報チャネル信号を拡散する拡散コードを異ならせる。 '

以上により、同報チャネル専用のアンテナが不要であり、しかも、送信機間のァンバランスをなくせるため、キャリブレーションを容易に行え、更には、同報チヤネルと個別チャネルを共にビームフォーミングするため両チャネルのセル半径を同一化できる。また、隣接するビームに応じた拡散コードを異ならせることにより、隣接する同報チャネル信号同士の干渉を防止することができる。

図 2は本発明の第 2の概略説明図である。個別チャネル毎に送信データに適応的なビームフォーミング処理を施してアレイアンテナ 51 の複数のアンテナ素子 51 i〜5 l4 を駆動し、個別チャネル毎に指向性の異なるビーム（個別 CH#0〜#3)を発生する。また、下り共通チャネル（同報チャネル）については、重み係数に基づいて同報チャネル信号にビームフォーミング処理を施してアレイアンテナ 51 の複数のアンテナ素子を駆動し、所定方向のビーム（同報 CH#0) を電気的に発生し、該重み係数を周期的に変更してビ一ムを一定方向（図では時計方向）にスィングする。以上により、図 1 の複数のビームフォーマを用いてマルチビ一ムを形成する方法に比べてハード量を少なくできる。

. 図 3は本発明の第 3の概略説明図であり、図 2 と異なる点は、同報チャネルのビーム方向を所定周期（T)でランダムにスィングする点である。すなわち、図 2 のビ一ムスイング方向は時計方向に一定である力 S、図 3では、ビームスイング方向がランダムになる。ここでランダムとは、隣接方向に順番に切り替えるのでなく、少なくとも 1つ飛ばし以上で方向を切り替えることである。又、周期 T毎に順番を切り替えても良い。

( B) 第 1実施例

図 4は基地局における送信部の第 1 実施例の構成図である。送信部 60 は同報データを送信する同報チャネル用送信部 61、個別チャネルのユーザデータを送信する個別チャネル用送信部 62、後述する複数のビームフォーマから出力するアンテナ素子入力信号をアンテナ素子毎に加算して出力する合成器 65を有している。なお、個別チャネル用送信部は 1つしか示していないが実際には多数の個別チヤネルの送信部が存在する。 ·

同報チャネル用送信部 61は、同報チャネル用変調部 63 と、複数方向の下りの固定マルチビーム（図 1の同報 CH#0〜#Nを参照）を発生するビームフォーマ 64。〜64Nを備えている。同報チャネル用変調部 63の拡散変調部 63aは、チヤネライゼーシヨンコード発生部 63bからのチヤネライゼーシヨンコード CCで同報データを拡散し、拡散データをビームフォーマ 64。〜64Nに入力する。ビームフォーマ 64₀〜64Nは、それぞれスクランブルコード発生部 64a、拡散変調部 64b、デイジタルビームフォーマ 64cを備えている。

ビームフォーマ 64。の拡散変調部 64bは、スクランブルコード発生部 64aからのスクランブルコード SCO を用いて同報チャネル用変調部 63の出力データに拡散処理を施す。ディジタルビームフォーマ 64cは、チヤネライゼーシヨンコード CC とスクランブルコード S CO で拡散された同報データに、マルチビームの第 1 ビーム（図 1の同報 CH#0参照）を形成するようにビームフォーミング処理を施し、 4本のアンテナ素子 51o〜 513への入力信号を生成する。

同様にビームフォーマ 64 i〜64Nの拡散変調部はそれぞれ、スクランブルコ一ド発生部からのスクランブルコード SC1〜SCN を用いて同報チャネル用変調部 63の出力データに拡散処理を施す。ディジタルビームフォーマは、チヤネライゼーシヨンコード CCとスクランブルコード SC1〜SCNで拡散された同報データに、マルチビームの第 2〜第（N+1)ビーム（図 1 の同報 CH# 1〜CH#N参照）を形成するようにビームフォーミング処理を施し、 4 本のアンテナ素子への入力信号を発生する。

なお、スクランブルコード S C0〜SCNはすべて異ならせても良いが、少なく 'とも隣接するビームのスクランブルコードのみを異ならせるようにしても良く、かかる場合には 2種類のスクランブルコードを使用する。

個別チャネル用送信部 62は、ユーザ方向にビームを向けて送信するようにユーザデータに適応的なビームフォーミング処理を施すもので、図 1 6 の従来例で示した送信ビームフォーマ 6 ' と拡散変調部 ^ を組み合せた構成を有している。個別チャネル用送信部 62は、ユーザデータに拡散変調及び送信ビームフォーミング処理を施してユーザ方向（図 1 の個別 CH#0参照）に指向性を有するビームを形成するように 4本のアンテナ素子 51o〜5l3へ信号を入力する。図では、 1 ュ一ザのみの個別チャネル用送信部 62 を示しているが、実際には複数ユーザの個別チャネル用送信部が設けられ、各ユーザ方向（図 1 の個別 CH # 1〜 # 3) による指向性を有するビームを形成する。

合成部 65は、各ビームフォーマ 64₀〜64_Ν及び各個別チャネル用送信部 62 のビームフォーマから出力するアンテナ素子入力信号をアンテナ素子毎に合成し、各アンテナ素子（51ο〜51₃)に入力する。この結果、図 1 に示すように、下り共通チャネルについては（N+1)方向の固定マルチビーム（同報 CH#0〜#N)が形成され、下り個別チャネルについては各ユーザの方向に向いたビーム（個別 CH#0〜#3)が形成される。

なお、アンテナ合成器 65 と各アンテナ素子間の構成は図示しないが、直交変調器、周波数コンバータ、高周波増幅器等が設けられている。

第 1 実施例によれば、同報チャネル専用のアンテナが不要であり、しかも、送信機間のアンバランスをなくせるため、キャリブレーションを容易に行え、更には、同報チャネルと個別チャネルを共にビームフォーミングを施して送信することにより両チャネルのセル半径を同一化できる。また、隣接するビームに応じたスクランブルコ一ドを異ならせることにより、隣接する同報チャネル信号同士の干渉を防止することができる。

( C ) 第 2実施例

図 5は基地局における送受信部の第 2実施例の構成図であり、第 1実施例の構成に加えて、各移動局（ユーザ）からの上り共通チャネル、個別チャネルの受信信号にそれぞれビームフォーミングを施す構成を備えており、第 1実施例と同一部分には同一符号を付している。第 2実施例は、上り /下り、共通チャネル/個別チヤネルを問わず、セル半径の同一化を図ったものである。

図 5 において、ァダプティブアレイアンテナ受信部（AAA受信部） 67は、 AAA 用サーチャ部 67 と復調器 67₂ とで構成され、 AAA用サーチャ部 67 は図 1 5に示すサーチャ .3 とァダプティブウェイト演箅部 4 を備え、復調器 67₂ は同様に図 1 5に示す逆拡散部 5 とビームフォーマ 6 と復調部 7 を備えている。 AAA 用サーチャ部 67 は、送受信機 66 を介して入力する各ァンテナ素子受信信号に対して相関演算を行って受信タイミングを決定すると共に、受信ビームをユーザ方向に向けるための重みを計算し、復調器 67₂は逆拡散を施し逆拡散結果に基づいて受信ビームより受信データを判定する。なお、図 5 では 1 ユーザ（1 チャネル）の AAA受信部のみ示しているが、チャネル毎に多数の AAA受信部が設けられている。

第三世代移動通信におけるパワーラッビングを用いたランダムアクセスチヤネル（RACH)のためのサーチャ 68C〜68N は同一の構成を備え、それぞれ所定方向 (N+1方向のうちの 1つの方向）から送られてくるランダムアクセスチャネルのプリアンブルの受信タイミングをサーチしたり、その受信電力の算出を行うようになっている。 RACH は上り方向の共通チャネルで、例えば、基地局と移動局の間で無線リンクを確立する際に使用される。 RACH用サーチャ 68O〜68Nにおいて、ディジタルビームフォーマ 68aは各ァンテナ素子の受信信号を入力され、受信方向を所定方向（N+1方向'のうちの 1つの方向）に向けるようにビームフォーミング処理を行い、アンテナ間合成器 68b はビームフォーマ 68aから出力する各信号を合成して前記所定方向からのビーム信号にして出力する。サーチャ 68cは、 RACH用拡散コードと受信ビーム信号との相関演算を行って、プリアンブルの送信タイミングを検出し、その検出タイミングを未使用の復調器に設定する。又、サーチャ 68cがプリアンブルを検出すると、図示しない AICH用送信部は AI (Acquisition Indicator) データを拡散変調し、ついで、該 AIデータを前記所定方向に向けて送信するようにビームフォーミングを行ってアンテナ合成器 65に入力し、アンテナ合成器 65は各ビームフォーマ 64ο 〜64Ν、個別チャネル用の送信部 62、 AICH 用送信部からの信号をアンテナ毎に合成して出力する。図 6は AICH用送信部 69を含む送信部 60の構成図であり、AICH 用送信部 69は AIデータを拡散変調する AICH用変調部 69aとビームフォーミングを行って該 AI データをマルチビームで所定方向に送信するビームフォーマ 69b を備えている。ビームフォーマ 69b は重み係数を帰ることにより送信ビーム方向を変更することができる。

以上では、 RACH の場合について説明したが、その他の上り共通チャネル、例えば、共通バケツトチャネル（Common Packet Channel) を送信する場合にも適用できるものである。

以上第 2実施例によれば、上りノ下り、共通チャネル/個別チャネルを問わず、セル半径を同一化できる。

図 7は第 2 実施例の第 1変形例であり、上り共通チャネルの受信ビーム方向を周期的に時計方向にスィングする実施例であり、図 5 の第 2実施例と同一部分には同一符号を付している。第 2実施例と異なる点は、 RACH用サーチャ 68を 1つだけにし、： AGH チャネルの受信ビーム方向を周期的に時計方向にスィングするようにした点である。

RACH用サーチャ 68において、ディジタルビームフォーマ 68dは重み係数が可変であり、該重み係数を制御することにより受信ビーム方向を任意の方向に回転する。スィングビーム制御部 68e は、ディジタルビームフォーマ 68dの重み係数を制御することにより受信ビーム方向を（N+1)方向に連続的に回転制御する。アンテナ間合成器 68fはビームフォーマ 68 dから出力する各信号を合成することにより所定方向の受信ビーム信号を生成し、出力する。サーチャ 68g は、 RACH 用の拡散コードと受信ビーム信号との相関演算を行って、プリアンブルの送信タイミングを検出し、その検出タイミングを未使用の復調器に設定する。又、サ一チャ 68c がプリアンブルを検出すると、 AICH 用送信部 69(図 6 参照）は AI (Acquisition Indicator)データを拡散変調し、ついで、該 AIデータを前記所定方向に向けて送信するようにビームフォーミングを行ってアンテナ合成器 65 に入力し、アンテナ合成器 65は各ビームフォーマ 64₀〜64N、個別チャネル用の送信部 62、AICH用送信部からの信号をアンテナ毎に合成して出力する。以後、受信ビーム方向を回転する毎に上記動作を繰り返す。

この変形例によれば、ビームのスイング周期を T とすれば、信号送受に関して第 1実施例に比べて時間 T遅延する力 RACH用サーチャを 1つにできハード構成を簡単にできる。

図 8 は第 2 実施例の第 2変形例であり、上り共通チャネルの受信ビーム方向をランダムにスィングする場合であり、第 1変形例と同一部分には同一符号を付している。第 1変形例と異なる点は、スイングビーム制御部 68hが RACH チャネルの受信ビーム方向をランダムにスィングする点である。この変形例でも、信号送受に関して第 1実施例に比べて時間 T遅延する力 RACH用サーチャを 1つにできハード構成を簡単にできる。

( D) 第 3実施例

図 9は基地局における送信部の第 3実施例の構成図である。第 1 実施例では、マルチビームの隣接ビーム毎にスクランブルコードを変えることにより共通チヤネル信号が干渉しないようにしている。第 3実施例ではチヤネライゼーシヨンコードを変えることにより共通チャネル信号が干渉しないようにする。

送信部 70は、同報データを送信する同報チャネル用送信部 71、個別チャネルのュ一ザデータを送信する個別チャネル用送信部 72、後述する複数のビームフォ一マから出力するァンテナ素子毎の信号を加算して出力する合成器 73、各アンテナ素子の入力信号をスクランブルコ一ド SCで拡散するスクランプリンブ部 74を有している。なお、個別チャネル用送信部は 1つしか示さないが、実際には多数の個別チャネルの送信部が存在する。

同報チャネル用送信部 71は、複数の下り方向の固定マルチビーム（図 1の同報

CH#0〜#N を参照）を形成するビームフォーマ 75 ₀〜75Nを備えている。ビ一ムフォーマ 75。の拡散変調部 75 a は、チヤネライゼーシヨンコード発生部 75b からのチヤネライゼーシヨンコード CC0を用いて同報データに拡散処理を施す。ディジタルビームフォーマ 75cは、チヤネライゼーションコード CC0で拡散された同報データに、マルチビームの第 1 ビーム（図 1 の同報 CH#0参照）を形成するようにビームフォーミング処理を施し、 4本のアンテナ素子 51。〜51₃への入力信号を生成する。

同様にビームフォーマ TS i TSwの拡散変調部はそれぞれ、チヤネライゼーシ . ヨンコード発生部からのチヤネライゼーションコード CC 1〜CCN を用いて同報データに拡散処理を施す。ディジタルビームフォーマは、チヤネライゼーシヨンコード C C 1〜CCNで拡散された同報データに、マルチビームの第 2〜第（N+ 1)ビーム（図 1 の同報 CH# 1〜CH#N参照）を形成するようにビームフォーミング処理を施し、 4 本のアンテナ素子 51o〜51₃への入力信号を生成する。なお、チヤネライゼーシヨンコード C C 1〜 CCN はすべて異ならせても良いが、少なくとも隣接するビームのチヤネライゼーシヨンコードのみを異ならせるようにしても良く、かかる場合には 2種類のチヤネライゼーションコードを使用する。

個別チャネル用送信部 72は、ユーザ方向にビームを向けて送信するようにユーザデータに適応的なビームフォーミング処理を施すものであり、図 1 6 の従来例で示した送信ビームフォーマ 6 ' と拡散変調部 7 ' を組み合せた構成を有している。すなわち、個別チャネル用送信部 72は、ユーザデータを所定のチヤネライゼーションコードで拡散変調すると共に、適応的に送信ビームフォーミング処理を実行する。これにより、ユーザ方向（図 1 の個別 CH#0参照）に旨向性を有するビームが形成されるように 4本のアンテナ素子入力信号が生成され、アンテナ合成部 73 に入力される。図 9では、 1ユーザのみの個別チャネル用送信部 72 を示しているが、実際には複数ユーザの個別チャネル用送信部が設けられ、ユーザ方向 (図 1の個別 CH#〜# 3) に指向性を有するビームが形成される。合成部 73は、各ビームフォーマ 75。〜75N及ぴ各個別チャネル用送信部 72のビームフォーマから出力するアンテナ素子入力信号をアンテナ素子 51o〜 51₃ 毎に合成し、各合成信号 AT0〜AT3 をスクランプリング部 74 のアンテナ素子対応の拡散回路 74a。〜 74asに入力する。

スクランブリング部 74の拡散回路 74a ₀は、スクランブルコード発生部 74bから発のスクランブルコード SC でアンテナ素子入力信号 AT0 を拡散し、拡散結果をアンテナ素子 51ο に対応する送信部に入力する。同様に、拡散回路 TAa t TAas は、スクランプルコード発生部 74bからのスク.ランブルコード SCでアンテナ素子入力信号 AT1〜AT3 を拡散し、拡散結果をアンテナ素子 δ^ δ に対応する送信部に入力する。なお、拡散回路 74a₀〜 74a₃とアンテナ素子間の構成は図示しないが、直交変調器、周波数コンパータ、高周波増幅器等が設けられている。

以上により、図 1 に示すように、下り共通チャネルについては（N+1)方向の固定マルチビーム（同報 CH#0〜#N)が形成され、下り個別チャネルについては各ユーザの方向に向いたビーム（個別 CH#0〜#3)が形成される。

第 3 実施例によれば、同報チャネル専用のアンテナが不要であり、しかも、送信機間のアンバランスを抑制し、キャリブレーションを容易に行え、更には、同報チャネルと個別チャネルを共にビー'ムフォーミングを施して送信することにより両チャネルのセル半径の同一化ができる。また、隣接するマルチビームに応じたチャネライゼーシヨンコードを異ならせることにより、隣接する同報チャネル信号同士の干渉を防止することができる。

また、図示しないが、図 5、図 7〜図 8の送信部 60 に変えて第 3実施例の送信部 70 を用いることができ、それぞれ、図 5、図 7〜図 8 と同様の効果を奏する事ができる。

( E) 第 4実施例

図 1 0は基地局における送信部の第 4実施例の構成図である。第 1実施例では、下り共通チャネルのマルチビームをビーム数のビームフォーマを設けて実現するが、第 4実施例では 1 つのビームフォーマにより形成されるビーム方向をスイングするようにしてマルチビームを実現する。 '

送信部 80は同報データを送信する同報チャネル用送信部 8 1、ユーザデータを送信する個別チャネル用送信部 82、後述する複数のビームフォーマから出力するアンテナ素子入力信号をアンテナ素子 51o〜51₃毎に加算して出力する合成器 83 を有している。なお、実際には個別チャネル用送信部が多数存在するが省略する。同報チャネル用送信部 81は、同報チャネル用変調部 84と、 1つのビームをスィングすることにより等価的に複数方向の下りのマルチビームを形成するビームフォーマ 85 を備えている。同報チャネル用変調部 84の拡散変調部 84aは、チヤネライゼーシヨンコード発生部 84bからのチヤネライゼーシヨンコード CCで同報データを拡散し、拡散データをビームフォーマ 85に入力する。

ビームフォーマ 85は、スクランブルコード発生部 85a、拡散変調部 85b、ディジタルビームフォーマ 85c、ビーム方向を時計方向にスイングするスイングビーム制御部 85d を備えている。ディジタルビームフォーマ 85c は重み係数が可変であり、該重み係数を制御することにより受信ビーム方向を任意の方向に変更することができる。スイングビーム制御部 85d は、ディジタルビームフォーマ 85c の重み係数を制御することにより送信ビーム方向を（N+1)方向に所定周期で.連続的に回転制御する。

拡散変調部 85bは、スクランブルコード発生部 85aからのスクランブルコード S Cを用いて同報チャネル用変調部 84の出力データに拡散処理を施す。ディジタルビームフォーマ 85c には、マルチビームの第 1方向（図 2 の同報 CH#0参照）にビームを形成するように重み係数が初期設定されている。従って、初期時、デイジタルビームフォーマ 85cは、チヤネライゼ一ションコード CCとスクランブルコ一ド S Cで拡散された同報データにビームフォーミング処理を施し、前記第 1方向にビームが向くように 4本のアンテナ素子 51o〜5 l3への入力信号を生成する。以後、スィングビーム制御部 85d は送信ビーム方向力（N+ 1)方向に連続的に回転するようディジタルビームフォーマ 85c の重み係数を所定周期で制御する。この結果、ディジタルビームフォーマ 85cは、同報データにビームフォーミング処理を施し、前記（N+1)方向に連続的にビームが向くように 4 本のアンテナ素子への入力信号を生成する。ビームスイングは、時間 t 毎に、あるビーム方向から隣接ビーム方向へビームを回転し、周期 Tで（N+1)の全方向にビームをスイングし、以後、周期で上記ビームスィングを繰り返す。以上と並行して個別チャネル用送信部 82は、ユーザ方向にビームを向けて送信するようにユーザデータに適応的なビームフォーミング処理を施す。個別チヤネル用送信部 82は、図 1 6の従来例で示した送信ビームフォーマ 6' と拡散変調部 1' を組み合せた構成を有し、ユーザデータに拡散変調及び送信ビームフォーミング処理を施し、これにより、ユーザ方向（図 2 の個別 CH#0参照）に指向性を有するビームを形成するように 4本のアンテナ素子 51o〜51₃へ信号を入力する。なお、図 10は、 1ユーザのみの個別チャネル用送信部 82を示しているが、実際には複数ユーザの個別チャネル用送信部が設けられている。

合成部 83 は、ビームフォーマ 85及ぴ各個別チャネル用送信部 82のビームフォーマから出力するアンテナ素子入力信号をアンテナ素子 51₀〜51₃毎に合成し、合成信号を図示しない送信部を介して各アンテナ素子に入力する。アンテナ合成器と各アンテナ素子間に設けられている送信部は図示しないが、直交変調器、周波数コンバータ、高周波増幅器等で構成されている。

以上により、図 2に示すように、下り個別チャネルについては各ユーザの方向に向いたビーム（個別 CH#0〜#3)が形成される。また、下り共通チャネルについては最初、第 1方向のビーム（同報 CH#0)が形成され、以後、周期 t毎にビーム方向を時計方向に回転し、周期 Tで（N+1)の全方向にビームをスイングし、以後、周期で上記ビームスイングを繰り返すことでマルチビームを形成する。

第 4実施例によれば、 1台のビームフォーマで共通チャネルのビームを形成すると共に、スィング制御で該共通チャネルのビーム方向を周期的に変更することにより、第 1 実施例のように複数個のビームフォーマを用いて同時にマルチビームを形成する方法に比べて、ハード量を削減できる。また、チヤネライゼーションコ一ド、スクランブルコードは複数用いる必要がないためコード資源を節約することができる。

( F) 第 5実施例

図 1 1 は基地局における送受信部の実施例 5の構成図であり、第 4実施例の構成に加えて各移動局（ユーザ）からの上り共通チャネル、個別チャネルの受信信号にそれぞれビームフォーミングを施す構成を備え、図 1 0の第 4実施例と同一部分には同一符号を付している。図 1 1 において、ァダプティプアレイアンテナ受信部（AAA受信部） 87は、 AAA 用サーチャ部 87 ι と復調器 87₂ とで構成され、 AAA用サーチャ部 87 ιは図 1 5に示すサーチャ 3 とァダプティブウヱイト演箅部 4 を備え、復調器 87₂ は同様に図 1 5に示す逆拡散部 5 とビームフォーマ 6 と復調部 7 を備えてレヽる。 AAA用サーチャ部 87 ιは、送受信機 86 を介して入力する各アンテナ素子 51o〜 51₃の受信信号に対して相関演算を行って受信タイミングを決定すると共に、受信ビームをユーザ方向に向けるための重みを計算し、復調器 87₂は受信信号に逆拡散を施し、逆拡散結果に基づいて受信データを判定する。図 1 1 では 1 ユーザ（1 チャネル）の AAA受信部のみ示しているが、チャネル毎に複数の AAA受信部が設けられている。

第三世代移動通信におけるパワーラッピングを用いたランダムアクセスチヤネル（RACH)のためのサーチャ 88O〜88N は同一の構成を備え、それぞれ所定方向 (N+ 1方向のうちの 1つの方向）から送られてくるランダムアクセスチャネルのプリアンブルの受信タイミングをサーチしたり、その受信電力の算出を行うようになっている。 RACH用サーチャ 88O〜88Nにおいて、ディジタルビームフォーマ 8 8a は各アンテナ素子 51o〜51₃ の受信信号を入力され、受信方向を所定方向（N+1 方向のうちの 1つの方向）に向けるようにビームフォーミング処理を行い、アンテナ間合成器 88bはビームフォーマ 88aカゝら出力する各信号を合成して前記所定方向からの受信ビーム信号にして出力する。サーチャ 88cは、 RACH用拡散コードと受信ビーム信号との相関演算を行って、プリアンブルの送信タイミングを検出し、その検出タイミングを未使用の復調器に設定する。又、サ一チヤ 88c がブリアンブルを検出すると、図示しない AICH用送信部（図 6参照）は AI ( Acquisition Indicator) データを拡散変調し、ついで、該 AIデータを前記所定方向に向けて送信するようにビームフォーミングを行ってアンテナ合成器 83 に入力し、アンテナ合成器 83 はビームフォーマ 85、個別チャネル用送信部 82、AICH用送信部からの信号をアンテナ毎に合成して出力する。

以上では、 RACH の場合について説明したが、その他の上り共通チャネル、例えば、共通パケットチャネル（Common Packet Channel) を送信する場合にも適用できるものである。以上第 5実施例によれば、上り Z下り、共通チャネル/個別チャネルを問わず、セル半径を同一にできる。

図 1 2は第 5実施例の第 1 変形例であり、上り共通チャネルの受信ビーム方向を周期的に時計方向にスィングする実施例であり、図 1 1 の第 5実施例と同一部分には同一符号を付している。第 5実施例と異なる点は、: RACH用サーチャ 88を 1 つだけにし、 RACH チャネルの受信ビーム方向を周期的に時計方向にスイングするようにした点である。

RACH用サーチャ 88において、ディジタルビームフォーマ 88dは重み係数が可変であり、 '該重み係数を制御することにより受信ビーム方向を任意の方向に回転する。スィングビーム制御部 88e は、ディジタルビームフォーマ 88dの重み係数を制御することにより受信ビーム方向を（N+1)方向に連続的に回転制御する。アンテナ間合成器 88fはビームフォーマ 88 dから出力する各信号を合成して所定方向からのビーム信号にして出力する。サーチャ 88gは、 RACH用の拡散コードと受信ビーム信号との相関演算を行って、プリアンブルの送信タイミングを検出し、その検出タイミングを未使用の復調器 82 に設定する。サ一チヤ 88_gがブリアンブルを検出すると、図示しない AICH用送信部（図 6参照）は AI (Acquisition Indicator) データを拡散変調し.、ついで、該 AIデータを前記所定方向に向けて送信するようにビームフォーミングを行ってアンテナ合成器 83 に入力し、アンテナ合成器 83 はビームフォーマ 85、個別チャネル用送信部 82、AICH用送信部からの信号をアンテナ毎に合成して出力する。

この変形例によれば、ビームのスイング周期を T とすれば、信号送受に関して第 4実施例に比べて時間 T遅延する力 RACH用サーチャを 1つにできハード構成を簡単にできる。

図 1 3は第 5実施例の第 2 変形例であり、上り共通チャネルの受信ビーム方向をランダムにスィングする場合であり、第 1変形例と同一部分には同一符号を付している。第 1 変形例と異なる点は、スイングビーム制御部 88hが RACHチヤネルの受信ビーム方向をランダムにスイングする点である。この変形例でも、信号送受に関して第 4実施例に比べて時間 T遅延する力 RACH用サーチャを 1つにできハ一ド構成を簡単にできる。 ( G ) 第 6実施例

図 1 4は基地局における送受信部の第 6実施例の構成図である。第 5実施例では、 1 つのビームフォーマから発生するビーム方向を時計方向にスイングすることによりマルチビームを実現する力 S、第 6 実施例では、ビーム方向をランダムにスイングすることによりマルチビームを実現する。図 1 4の第 6実施例の構成は図 1 0の第 5実施例の構成と類似しており、異なる点は、ビーム方向を時計方向にスイングするスイング制御部 85d の代わりに、ビーム方向をランダムにスイングするランダムスィング制御部' 85e を設けた点である。

第 6 実施例では図 3に示すように、下り個別チャネルに関して各ユーザの方向に向いたビーム（個別 CH#0〜#3)が発生する。また、下り共通チャネルに関しては最初、第 1方向のビーム（同報 CH#0)が形成され、以後、周期 t毎にビーム方向をランダムに回転し、'周期 Tで（N+1)の全方向（複数方向）にビームをスィングし、以後、周期 Tで上記ランダムビームスィングを繰り返す。

第 6実施例によれば、第 4実施例と同様に、 1 台のビームフォ一マで共通チヤネルの 1 つのビームを形成すると共に、ランダムスィング制御で該共通チャネルのビーム方向をランダムに変更するようことにより、第 1 実施例のように複数個のビームフォーマを用いて同時にマルチビームを形成する方法に比べて、ハード量を削減できる。また、チヤネライゼーションコード、スクランブルコードは複数個用いる必要がないためコード資源を節約することができ、移動局の構成も簡単にできる。

また、図示しないが、図 1 1〜図 13 の送信部 8 0 に変えて第 6 実施例の送信部 90 を用いることができ、それぞれ、図 1 1〜図 1 3 と同様の効果を奏する事ができる。

Claims

請求の範囲

1 . ビームフォーミング機能を備えた CDMA通信装置において、

複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナ、

個別チャネル毎の送信データに適応的なビームフォーミング処理を施すビームフォーマ、

共通チャネルの送信データを拡散変調する拡散変調部、

複数方向の固定マルチビームを形成するためにビームフォーミング処理を前記拡散変調部の出力信号に施すビームフォーマ、

隣接するビームに応じた拡散変調部の拡散コードを異ならせる手段、各ビームフォーマから発生するアンテナ素子入力信号をアンテナ素子毎に合成して '該アンテナ素子に入力する合成部、

を備えたことを特徴とする CDMA通信装置。

2.前記拡散コードはスクランブルコードである、

ことを特徴とする請求項 1記載の CDMA通信装置。

3 . 前記拡散コードはチヤネライゼーシヨンコードである、

ことを特徴とする請求項 1記載の CDMA通信装置。

4 . アレイアンテナの複数のアンテナ素子で受信した信号にビームフォーミングを施し、方向がそれぞれ異なる固定マルチビームを形成する受信ビームフォーマ、

前記各ビームを用いて受信した共通チャネルの情報を復調する復調部、を備えたことを特徴とする請求項 1記載の CDMA通信装置。

5 . 前記受信ビームフォーマは、

重み係数に基づいて所定方向のビームを形成'するディジタルビームフォーマ、前記重み係数を周期的に変更してビームの方向をスィングするビームスイング制御部、

を備えたことを特徴とする請求項 4記載の CDMA通信装置。

6 . 前記受信ビームフォーマは、

重み係数に基づいて所定方向のビームを形成するディジタルビームフォーマ、前記重み係数を周期的に変更してビームの方向をランダムにスイングするビームスィング制御部、

を備えたことを特徴とする請求項 4記載の CDMA通信装置。

'

7 . ビームフォーミング機能を備えた CDMA通信装置において、

複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナ、

個別チャネル毎に、送信データに適応的なビームフォーミング処理を施すビームフォーマ、

共通チャネルの送信データを拡散変調する拡散変調部、

重み係数に基づいて前記拡散変調部の出力信号にビームフォーミング処理を施して所定方向のビームを形成するディジタルビームフォーマ、

前記重み係数を周期的に変更して前記ビームの方向をスイングするビームスィング制御部、

前記各ビームフォーマのアンテナ素子入力信号をアンテナ素子毎に合成して該アンテナ素子に入力する合成部、

を備えたことを特徴とする CDMA通信装置。

8 .前記ビームスイング制御部は、前記ビームの方向をランダムにスイングすることを特徴とする請求項 7記載の CDMA通信装置。

9 . アレイアンテナの複数のアンテナ素子で受信した信号にビームフォーミングを施し、方向がそれぞれ異なる固定マルチビームを形成する受信ビームフォーマ、

前記各ビームを用いて受信した共通チャネルの情報を復調する復調部、を備えたことを特徴とする請求項 7または 8記載の CDMA通信装置。

1 0 . 前記受信ビームフォーマは、

重み係数に基づいて所定方向のビームを形成するディジタルビ一ムフォーマ、前記重み係数を周期的に変更して前記ビームの方向を一定方向にスィングするビームスィング制御部、

を備えたことを特徴とする請求項 9記載の CDMA通信装置。

' 1 1 . 前記受信ビームフォーマは、一重み係数に基づいて所定方向のビームを形成するディジタルビームフォーマ、前記重み係数を周期的に変更して前記ビームの方向をランダムにスイングするビ一ムスィング制御部、

を備えたことを特徴とする請求項 9記載の CDMA通信装置。