WO2006118191A1

WO2006118191A1 - アダプティブアレー無線通信装置およびその方法

Info

Publication number: WO2006118191A1
Application number: PCT/JP2006/308830
Authority: WO
Inventors: Fangwei Tong; Kenta Okino; Shigeru Kimura
Original assignee: Kyocera Corporation
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2006-11-09
Also published as: JP4905874B2; US8275337B2; JP2006311150A; US20090167311A1; CN101208829A

Abstract

演算量が少なく収束速度が速く、送受信に適したアンテナ素子を適切に選択することができるアダプティブアレー無線通信装置およびその方法であって、アレー重みに基づいて、アレーアンテナ素子の指向性を制御し、アンテナ素子の決定を間欠的に行うようにアンテナ素子選択部２３を制御するとともに、制御部２６で決定されたアンテナ素子の情報に基づいて、アンテナ素子決定の周期を調整する。

Description

明細書

ァダプティブアレー無線通信装置およびその方法

技術分野

[0001] 本発明は、複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを有するァダプティブアレー無線通信装置およびその方法に関するものである。

背景技術

[0002] 複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを有するァダプティブアレー無線通信装置としては、種々の装置が提案されている (たとえば特許文献 1〜3参照)。

[0003] たとえば特許文献 1の通信装置は、ァダプティブアレーを適用する時に、アレーを構成する全てのアレー素子を用いて、アレー重みを計算し、そのアレー重みを全ての素子に適用するものである。

[0004] また、特許文献 2, 3の通信装置は、アレー素子毎の受信電力順、または Zおよびアレー素子間の相関値順によつて、全てのアレー素子の中から一部を選択し、その後の送受信は選択されたアレー素子によって行うものである。

特許文献 1：特表平 11― 504159号公報

特許文献 2 :特開平 10— 154952号公報

特許文献 3：特開 2004 - 289407号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、特許文献 1〜3に記載された通信装置は、以下の不利益を有する。

[0006] 特許文献 1に記載の通信装置は、実環境における、フェージング、およびアレー素子の配置位置によって、あるユーザに対して、各アレー素子の受信レベルが異なる。したがって、受信レベルが低いアレー素子を用いても、信号品質改善への貢献が少なぐ単に演算量が増え、収束速度が遅くなるだけである。

また、演算量に関しては、ァダプティブアルゴリズムにもよる力一般論として、素子数が Nの場合、演算量は N * * 2 ( * *はべき乗を示す）に比例する。たとえば、 N = 8の場合、演算量は 8 * * 2 = 64に比例する。また、収束速度に関しても、ァダプティブアルゴリズムにもよる力一般論として、 Nの倍数に比例する。たとえば N = 8の場合、最小 16回（8の 2倍)の繰返し演算を行う必要があり、または等価的に 16個以上の受信サンプルが必要になることもある。

[0007] この特許文献 1のように、アレーを構成する全てのアレー素子を用いてアレー重みを計算し、そのアレー重みを全ての素子に適用すると、素子数が多い場合、演算量も多く、収束も遅くなる。そして、その演算量を実際に実現するには、相当な DSPが必要なり、消費電力も大きくなる。

また、全てのアレー素子を利用するので、全てのアレー素子が全方向にランダム的に現れるユーザ信号を受信できるように、無指向性のアレー素子が必要であり、指向性アレー素子のメリットを発揮できなくなるので送受信のカバーできる距離が小さくなる。

[0008] また、特許文献 2, 3に記載の通信装置は、受信電力順、または Zおよび相関値（の小さい)順によつて、アンテナを選択するものである力このアンテナ選択方法では、複雑な環境に対応しきれない問題がある。

たとえば、所望の信号しか存在しない環境において、受信電力順、または Zおよび相関値 (の小さい)順によつて正しくアレー素子を選択できるが、干渉信号も存在する環境において、受信電力には干渉信号の成分も含まれている。したがって、受信電力が一番大きいと言っても、所望信号の電力か、干渉信号の電力かが分力もず、受信電力順の意味がなくなり、正しくアレー素子を選択できない可能性がある。

また、相関値 (の小さい)順も同様に、干渉成分の存在で、相関値が干渉信号に影響され、アレー素子を正しく選択できない。さらに受信電力順と相関値順とを同時に用いてアレー素子を選択する場合にぉ、ても、電力値および相関値自体が干渉成分に影響されるので、明確な意味がなくなり、正しくアレー素子を選択できない。

[0009] さらに、電波伝搬環境に多数のユーザ信号、多数のマルチパス波、多数の干渉波、特に未知の干渉波が存在する複雑な場合、所望信号の電力、明確に定義した相関値を測定し計算できると仮定しても、もはや電力値、相関値により適切な選択基準を決めること自体が非常に困難である。

たとえば、干渉信号をキャンセルするための基準を用いて、アレー素子を選択すると、所望信号の受信レベルが低、アレー素子が選択される可能性がある。

逆に所望信号を最大限に受信できる基準を用いて、アレー素子を選択した場合、干渉キャンセル効果が悪くなる可能性がある。

[0010] 次に、アンテナを選択した後、選択されたアレー素子は固定されるので、送受信の相手との間の電波状況が変わった場合 (たとえば、移動局ユーザが高速移動中の場合)、相手を追従できなくなり、送受信が上手くできな力つたり、さらに送受信自体がでさないことちある。

[0011] また、特許文献 2, 3に記載の通信装置は、アンテナ毎の電力、アンテナ間の相関値を計算すること自体に演算量が必要になる。

特に、アンテナ間の相関値を計算する場合、たとえばアンテナが 8本あるとき、（8 X 7) Z2 = 28回の相関計算が必要になり、一回の相関演算に 16回の複素数乗算が必要と仮定すれば、 28 X 16 =448回の複素数乗算が必要になり、既に全素子利用の演算量を上回ってしまう。

また、電力計算において、相関値計算より演算量が少ないが、たとえば一回の電力計算に 10回の複素数乗算が必要と仮定すれば、 8本のアンテナの受信電力計算のために、 10 X 8 = 80回の複素数乗算が必要になる。

したがって、たとえ相関、電力演算精度を減らし、必要な複素数乗算の回数を減らしても、ある程度の演算量が必要であることが明白である。また、もし、ただの受信電力の計算ではなぐ特定の受信信号、たとえば所望信号の電力だけを計算する場合には、特定の信号を受信した信号中力分離できる処理が必要であり、この分離処理にもかなりの演算量が必要になる。

[0012] 以上のように、特許文献 1に記載の装置は、全アレー素子を用いてアレー重みを計算し、そのアレー重みを全アレー素子に適用するものである力このような方法では、受信レベルが低、アレー素子（ァダプティブアレーへの貢献が少な、アレー素子）についても常にアレー重みの計算が必要になり、演算量が増え、収束速度が遅くなる。また、特許文献 2, 3に記載の装置は、全アレー素子で各々受信した信号の電力順や相関値順に基づいて送受信に用いるアレー素子を選択するものである力このような選択方法では、干渉信号の電力等も参酌されてしまうので、送受信に適したアレー素子が適切に選択されな、。

[0013] 本発明の目的は、演算量が少なく収束速度が速ぐ送受信に適したアンテナ素子を適切に用いることができるァダプティブアレー無線通信装置およびその方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0014] 本発明の第 1の観点は、複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを有するァダプティブアレー無線通信装置であって、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号につ!、て重み係数を生成するアレー重み生成部と、前記アレー重み生成部で生成された前記重み係数に基づいて、送受信に用いるアンテナ素子を決定するアンテナ素子決定部と、前記アンテナ素子決定部で決定されたアンテナ素子の各受信信号または Zおよび各送信信号にっ、て重み付けする重み付け部と、前記重み付け部による重み付けによって、アレーアンテナの指向性を制御する指向性制御部と、を有する。

[0015] 本発明の第 2の観点は、複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを有するァダプティブアレー無線通信装置であって、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号につ!、て重み係数を生成するアレー重み生成部と、前記アレー重み生成部で生成された前記重み係数に基づいて、送受信に用いるアンテナ素子を決定するアンテナ素子決定部と、前記アンテナ素子決定部で決定されたアンテナ素子の各受信信号または Zおよび各送信信号にっ、て重み付けする重み付け部と、前記重み付け部による重み付けによって、アレーアンテナの指向性を制御する指向性制御部と、前記アンテナ素子の決定を間欠的に行うように前記アンテナ素子決定部を制御するとともに、前記アンテナ素子決定部で決定された前記アンテナ素子の情報に基づ!/、て、当該アンテナ素子決定部での決定の周期を調整するアンテナ素子決定周期の制御部と、を有する。

[0016] 好適には、前記周期の調整は、前記アンテナ素子決定部で決定されたアンテナ素子の組合せと前回決定されたアンテナ素子の組合せとを比較し、両組合せが同じ場合には、当該周期を長くし、両組み合わせが異なる場合には、当該周期を短くすることにより行う。 [0017] 好適には、前記周期の調整は、前記アンテナ素子決定部で決定されたアンテナ素子における現アレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルとの内積を計算し、当該内積が閾値よりも大きい場合には、当該周期を長くし、前記内積が前記閾値よりも小さい場合には、当該周期を短くすることにより行う。

[0018] 好適には、前記アンテナ素子決定周期の制御部は、前記周期が予め設定された時間よりも長い場合には、当該周期が前記設定された時間になるように調整する。

[0019] 好適には、前記アンテナ素子決定周期の制御部は、前記アンテナ素子決定部で決定されたアンテナ素子における現アレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルとの内積を計算し、当該内積が閾値よりも小さい場合には、次回の重み係数生成にお!、て、全アンテナ素子を用いるように前記アンテナ素子決定部を制御する。

[0020] 本発明の第 3の観点は、複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを有するァダプティブアレー無線通信装置で無線通信を行う無線通信方法であって、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号について重み係数を生成するアレー重み生成ステップと、前記アレー重み生成ステップで生成された前記重み係数に基づいて、送受信に用いるアンテナ素子を決定するアンテナ素子決定ステップと、前記ァンテナ素子決定ステップで決定されたアンテナ素子の各受信信号または Zおよび各送信信号につ!、て重み付けする重み付けステップと、前記重み付けステップの重み付けによって、アレーアンテナの指向性を制御する指向性制御ステップと、を有する

[0021] 本発明の第 4の観点は、複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを有するァダプティブアレー無線通信装置で無線通信を行う無線通信方法であって、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号について重み係数を生成するアレー重み生成ステップと、前記アレー重み生成ステップで生成された前記重み係数に基づいて、送受信に用いるアンテナ素子を決定するアンテナ素子決定ステップと、前記ァンテナ素子決定ステップで決定されたアンテナ素子の各受信信号または Zおよび各送信信号につ!、て重み付けする重み付けステップと、前記重み付けステップの重み付けによって、アレーアンテナの指向性を制御する指向性制御ステップと、前記アンテナ素子の決定を間欠的に行うように前記アンテナ素子決定ステップを制御するとともに、前記アンテナ素子決定ステップで決定された前記アンテナ素子の情報に基づ V、て、当該アンテナ素子決定ステップでの決定の周期を調整するアンテナ素子決定周期の制御ステップと、を有する。

[0022] 好適には、前記周期の調整は、前記アンテナ素子決定ステップで決定されたアンテナ素子の組合せと前回決定されたアンテナ素子の組合せとを比較し、両組合せが同じ場合には、当該周期を長くし、両組み合わせが異なる場合には、当該周期を短くすることにより行う。

[0023] 好適には、前記周期の調整は、前記アンテナ素子決定ステップで決定されたアンテナ素子における現アレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルとの内積を計算し、当該内積が閾値よりも大きい場合には、当該周期を長くし、前記内積が前記閾値よりも小さい場合には、当該周期を短くすることにより行う。

[0024] 好適には、前記アンテナ素子決定周期の制御ステップは、前記周期が予め設定された時間よりも長い場合には、当該周期が前記設定された時間になるように調整する。

[0025] 好適には、前記アンテナ素子決定周期の制御ステップは、前記アンテナ素子決定ステップで決定されたアンテナ素子における現アレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルとの内積を計算し、当該内積が閾値よりも小さい場合には、次回の重み係数生成にぉ、て、全アンテナ素子を用いるように制御する。

発明の効果

[0026] 本発明によれば、演算量が少なく収束速度が速ぐ通信に適したアンテナ素子を適切に決めることができるとともに、決めたアンテナ素子によって重み付けを行うので、アレーアンテナの指向性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1]図 1は、本実施形態に係るァダプティブアレー無線通信装置の受信系の構成例を示すブロック図である。

[図 2]図 2は、本実施形態に係るァダプティブアレー無線通信装置の送信系の構成例を示すブロック図である。

[図 3]図 3は、本実施形態に係る制御部の制御動作を説明するためのフォローチヤ一トである。

[図 4]図 4は、アンテナ素子決定処理の概要を示す図である。

[図 5]図 5は、選択アンテナの決定の第 1例を示すフローチャートである。

[図 6]図 6は、選択アンテナの決定の第 2例を示すフローチャートである。

[図 7]図 7は、アンテナ選択更新時間の第 1の制御例を示すフローチャートである。

[図 8]図 8は、アンテナ選択更新時間の第 2の制御例を示すフローチャートである。

[図 9]図 9は、更新アンテナ更新時間の上下限制御例を示すフローチャートである。

[図 10]図 10は、アンテナ選択更新時間の補正制御例を示すフローチャートである。

[図 11]図 11は、図 10の処理の概要を模式的に示す図である。

[図 12]図 12は、アンテナ素子指向性の例を示す図である。

符号の説明

[0028] 10· · ·ァダプティブアレー無線通信装置、 20R. · '受信系、 20S - - '送信系、 21 · ·

'アンテナアレイ部、 211 · · ·円筒状反射板、 22" 'RF部、 23 · · ·アンテナ素子選択部、 24· · 'アレー重み計算部、 25R- · '重み付け合成部、 25Α· · ·重み付け部、 26 · • '制御部、 27· · 'アンテナスィッチ。

発明を実施するための最良の形態

[0029] 以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。

[0030] 図 1および図 2は本実施形態に係るァダプティブアレー無線通信装置の構成例を示すブロック図であって、図 1は受信系を、図 2は送信系をそれぞれ示している。

[0031] 本実施形態に係るァダプティブアレー無線通信装置 10は、ァダプティブアレー処理における演算量の減少、収束速度の向上を図るため、ァダプティブアレーを構成する複数のアンテナ素子のなかから、送受信に用いるアンテナ素子を決定する。本実施形態においては、複数のアンテナ素子で受信された受信信号に対する重み係数に基づ、て送受信に用いるアンテナ素子を決定し、決定したアンテナ素子の受信信号について重み付けして、アンテナの指向性を制御することにより、重み付け合成の演算量を効果的に減らして収束速度を向上させ、アンテナの指向性を向上させている。

[0032] なお、本実施形態においては、重み係数 (アレー重み）の絶対値とは複素数重みの振幅を意味する。

また、重み係数の絶対値が大きいアンテナ素子を選択する理由は、絶対値が大き V、重み係数で重み付けされた信号は、重み付け合成信号の品質の向上に貢献する力である。

[0033] 本実施形態にお!、ては、複数（3つ以上）のアンテナ素子を用いるアレーアンテナ送受信システムにおいて、各アンテナ素子から適応的に最適の一部アンテナ素子を決定し、決定された素子だけにァダブティブアレーを適用する。これにより、演算量を減らし、収束速度を向上させると同時に、反射板または指向性アンテナ素子を用いることで、送受信カバー範囲を倍増できるァダプティブアレー送受信装置を提供してヽる。

本実施形態においては、あるユーザに対して、全受信アンテナ素子から、 MMSE 等の基準に従って、適応的に最適な一部アンテナ素子を決定する。

また、対応ユーザの次の受信スロットにおいて、決定されたアンテナ素子のみに対して、アレー重みを計算し、ァダプティブアレーを適用する。

また、全受信アンテナ素子から、適応的に最適な一部アンテナ素子を決定する処理を間欠的に行い、送受信相手との間の電波状況を動的に追従する。

また、最適な一部アンテナ素子を決定する処理を行う時間間隔を、送受信相手との間の電波状況の変動に応じて適応的に調整する。

[0034] また、本実施形態においては、アレーの各アンテナ素子が円形配置された場合に（ここでは、正方、三角配置も円形配置とする）、円形の内部に反射板を設置する。または、アレー素子に指向性アンテナを用いることで不要方向からの受信、または Zおよび不要方向への送信を強制的に遮断する。このことにより、決定するアンテナ素子が頻繁に変わることを抑え、受信感度の増加、および送信機の送信電力を維持したまま送信方向への送信電力の増強、または送信方向への送信電力を維持したまま、送信機の送信電力を減らすことができるように構成される。

[0035] 以下に、図 1および図 2の受信系 20Rおよび送信系 20Sを例に本実施形態のァダプティブアレー無線通信装置を具体的に説明する。

なお、ここでは、説明の便宜上、アレーが円形配置で、移動通信の基地局に適用される場合を例に説明する。

[0036] 受信系 20Rは、図 1に示すように、複数のアレーアンテナ素子 ANT—1〜ANT— Nが円形状に配置され、円筒状反射板 (RFLCT) 211を有するアンテナアレイ部 21 、 RF部 (RFフロントエンド部) 22R、各ユーザごとに設けられたアンテナ素子選択部（ ANTSEL)23R、アレー重み生成部としてのアレー重み計算部（AWCAL) 24R、重み付け部としての重み付け合成部 (WSYNT) 25R、および制御部（CTL) 26Rを主構成要素として有している。

図 1において、アンテナ素子選択部 23R、アレー重み計算部 24R、および重み付け合成部 25Rにより各ユーザ USR— 1〜113!^—1^の受信部1¾ ¥1；—1〜1¾ ¥1；— Kが形成される。また、図 1において、 RS1はユーザ USR—1の受信信号を、 RS2はユーザ USR— 2の受信信号を、 RSKはユーザ USR— Kの受信信号をそれぞれ示している。

[0037] 送信系 20Sは、図 2に示すように、受信系と同様に、複数のアレーアンテナ素子 A NT- 1〜ANT—Nが円形状に配置され、円筒状反射板 (RFLCT)211を有するァンテナアレイ部 21、 RF部（RFフロントエンド部) 22S、アンテナ素子選択部 (ANTSE L)23S、アレー重み生成部としてのアレー重み計算部（ARCAL) 24S、重み付け部としての重み付け部（WEIT) 25A、制御部（CTL) 26S、およびアンテナスィッチ (A NTSW) 27を主構成要素として有して!/、る。

図 2において、アンテナ素子選択部 23S、アレー重み計算部 24S、および制御部 2 6Sにより各ユーザ USR—1の受信部 RCVU—1が形成される。また、図 2において、重み付け部 25Aおよびアンテナスィッチ 27によりユーザ USR— 1の送信部 TRNS Mlが形成される。

[0038] RF部 22は、各アンテナ素子 ANT— 1〜ANT— Nの受信信号をベースバンドへ変換し、アナログ Zデジタルコンバータによりデジタル化して、受信信号 XI、 X2、 · · ·、 XNとして出力する。

図 1には受信だけを描!、て!、るが、送信の場合には RF部 22Sはさらにベースバンド信号を送信周波数まで変換し、アンテナ素子 ANT— 1〜ANT— Nを送受信共有できるように送受切替器 (duplexer)を備える。 [0039] アンテナ素子選択部 23は、制御部 26からの制御情報に従い、全アンテナ素子 AN

T—1〜ANT—Nを用いたり、または、制御部 26によって指定される M個のアンテナを用いて、受信信号を出力する。

[0040] アレー重み計算部 24は、アンテナ素子選択部 23からの出力信号および制御部 26 力制御情報を用いて、 MMSE等の基準に従って、アレー重みを計算する。

アレー重み計算部 24が計算したアレー重みは、制御部 26と重み付け合成部 25R あるいは重み付け部 25Aに送られる。

[0041] 重み付け合成部 25Rは、アンテナ素子選択部 23の出力信号を、アレー重み計算部 24力も送られてくるアレー重みによって重み付けて合成し、ユーザの受信信号として出力する。

また、重み付け部 25Aは、アレー重み計算部 24から送られてくるアレー重みによつて、ユーザの送信信号を重み付けする。

[0042] 制御部 26は、アレー重み計算部 24から送られてくるアレー重み情報をもとに、通信に用いるアンテナ素子の組み合わせを決定し (アンテナ素子決定部)、その情報をァンテナ素子選択部 23およびアレー重み計算部 24に送る。

また、制御部 26は、送受信の相手との間の電波環境の変動速度に追従するように、アンテナ素子の決定を行う周期を学習し、当該学習結果に基づいて、アンテナ素子の決定の周期を調整し、アンテナ素子の決定を行うタイミングをアンテナ素子選択部 23に知らせる (アンテナ素子決定周期の制御部)。

[0043] より具体的には、制御部 26は、重み付けされた信号に基づいて、アレーアンテナ素子の指向性を制御する指向性制御部としての機能を有し、かつ、アンテナ素子の決定を間欠的に行う機能を有する。また、制御部 26で決定したアンテナ素子の情報に基づいて、通信に用いるアンテナ素子の決定の周期を調整するアンテナ素子決定周期の制御部としての機能を有する。

周期の調整は、制御部 26で決定されたアンテナ素子の組合せと前回決定されたァンテナ素子の組合せとを比較し、両組合せが同じ場合には、周期を長くし、両組み合わせが異なる場合には、周期を短くすることにより行う。

また、周期の調整は、制御部 26で決定されたアンテナ素子における現アレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルとの内積を計算し、内積値が閾値よりも大きい場合には、周期を長くし、内積が閾値よりも小さい場合には、周期を短くすることにより行うようにしてもよい。

また、制御部 26は、周期が予め設定された時間よりも長い場合には、周期が設定された時間になるように調整する力制御部 26で決定したアンテナ素子における現ァレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルとの内積を計算し、内積値が閾値よりも小さい場合には、次回の重み係数生成において、全アンテナ素子を用いるように周期の調整を行うものでもよ、。

[0044] 以下、制御部 26についてさらに詳しく脱明する。

ここでは、訳明の便宜上、ユーザ 1の受信を例に説明する（図 3参照)。複数のユーザが存在する場合、それぞれ独立にユーザ 1と同様の処理を行う。

図 3は、本実施形態に係る制御部の制御動作を説明するためのフォローチャートである。

図 4は、アンテナ素子決定処理の概要を示す図である。

[0045] 受信開始時、制御部 26は、基地局が備えるアンテナ素子全てを用いるようにアンテナ素子選択部 23を制御する（ST1)。

アレー重み計算部 24は、全アンテナ素子の受信信号 XI、 Χ2、 · · ·、 XNを用いて、 MMSE等の基準に従って、アレー重み Wl、 W2、 · · ·、 WNを計算する。制御部 26 は、この計算結果を受け取ると、通信に用いるアンテナの決定を行う (ST2、 ST3)。

[0046] ステップ ST3におけるアンテナの決定は、たとえば、図 5に示す例では、まず、ァレ一重み計算部 24で計算されたアレー重み (重み係数)の絶対値の大きさ順にアンテナ (の番号)をソートし、表 (リスト）として保存する。ユーザが複数存在する場合、このソートした表 (リスト）はユーザ数分を作成し、保存する (ST31)。

このようなソート、表作成は一定時間間隔を空けて連続的に行う。なお、「一定時間間隔」を、ここでは、アンテナ選択更新時間（たとえば 1秒) T と呼ぶ。

ANTUPD

次に作成した表をもとに、アレー重みの絶対値の大きい順に M (<N)個のアンテナ素子を決定する (ST32)。

[0047] 図 3では、表作成後の所定の経過時間（表作成後経過時間) T 〖こ 0を代入し (S T4)、アレー重み計算を行うための信号を受信するタイミングになると (ST5)、アンテナ素子選択部 23に対して、制御部 26で決定した M個のアンテナ素子を選択させ (S T6)、次の指示を出すまで (アンテナ選択更新時間 T が経過するまで）はその

ANTUPD

M個のアンテナを継続して使用させる（ST7)。

[0048] なお、他のアンテナ決定方法としては、 MMSE等の基準に従って計算したアレー重みにより選択することは同じである力固定の M個を決定することではなぐ図 6に示す要因、アレー重みの絶対値の最大の重みと比べて、絶対値がたとえば 1Z10以上のもの通信に用いるアンテナ素子として決定する方法もある（ST33)。

[0049] このように、通信に用いるアンテナ素子の決定は MMSE等の基準に従って計算したアレー重みにより行うため、複雑な電波環境にもかかわらず、常に最適なアンテナ素子を選択できる。

[0050] 次に、表作成後経過時間 T 力 Sアンテナ選択更新時間 T を越えると、換言

PASS ANTUPD

すれば、表作成後、アンテナ選択更新時間 T が経過すると（ST8)、制御部 26

ANTUPD

はアンテナ素子選択部 23に再度全てのアンテナ素子を選択させるとともに（ST9)、アレー重み計算部 24は全アンテナ素子に対して MMSE等の基準に基づきアレー重みを計算する（ST10)。そして、制御部 26は新しく計算されたアレー重みで以後の通信に用いるアンテナ素子を決定する（ST11)。

アンテナ素子決定後、表作成後経過時間 T 〖こ 0を代入し (ST12)、アンテナ選

PASS

択更新時間 T の制御を行う（ST13)。また、たとえばアンテナ選択更新時間 T

ANTUPD A

の上下限を制御する（ST14)。アレー重み計算を行うための信号を受信するタ

NTUPD

イミングになると、アンテナ素子選択部 23に対して、制御部 26で決定した M個のアンテナ素子を選択させ (ST15)、次の指示を出すまで (アンテナ選択更新時間 T

ANTUPD

が経過するまで）はその M個のアンテナを継続して使用させる（ST16)。

[0051] また、制御部 26では、たとえば図 7に示すように、今回選択したアンテナ素子と前回選択していたアンテナ素子の組み合わせを比較する (ST41)。

組み合わせが同じ場合には、電波環境が安定しているということで、アンテナ選択更新時間 T を増加させる（ST42)。

ANTUPD

一方、組み合わせが異なる場合には、電波環境が一定していないので、直ぐに更新する必要があると、うことでアンテナ選択更新時間 T を減少させる（ST43)。

ANTUPD

[0052] このように、アンテナ選択更新時間を調整することにより、送受信の相手との間の電波状況の変動に追従したアレー制御ができると同時に、無駄なアンテナ素子の決定や選択を行う回数が減少し、演算量が減少する。

[0053] なお、アンテナ選択更新時間の学習方法について、上記のように、前回選択していた M個のアンテナ素子と組み合わせを比較する方法のほかに、図 8に示すように、ァレー重みをベクトルとして、前回計算したアレー重みベクトルとの内積 INNPROを計算し (ST51)、それが閾値 (たとえば 0. 5) THを下回ったときにアンテナ選択更新時間 T を減少させ (ST52, ST53)、閾値 THを上回ったときは、アンテナ選択更

ANTUPD

新時間 T を増加させる（ST52, ST54)方法もある。

ANTUPD

[0054] また、アンテナ選択更新時間 T があまりにも長くなると、選択したアンテナの

ANTUPD

指向性範囲外に端末が移動してしまう可能性があるので、アンテナ選択更新時間 τ

A

の更新上限時間 T を設定しておく。

NTUPD UPDLMT

たとえば、図 9の例においては、更新上限時間 T を越えた場合は、アンテナ

UPDLMT

選択更新時間 T の更新上限時間 T を代入するようにしている (ST61、S

ANTUPD UPDLMT

T62)。

[0055] 別の方法としては、図 10に示すように、アンテナ選択更新時間 Τ よりも短ぐ

ANTUPD

アレー重み計算期間 (周期) P よりも長い周期（内積確認周期) P とで、前

AWCAL INNVRF

のアレー重みと今のアレー重みの内積を計算し、閾値を下回った場合には、全アンテナ素子を用いるようにする (アンテナ選択更新時間 τ を短縮させる）方法も考

ANTUPD

えられる (ST71〜ST75)。

[0056] 図 10において、内積確認後時間 T が内積確認周期 P を越えると（ST7

INNVRF INNVRF

1)、全アンテナにおける現在のアレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルの内積 INNPROを計算する（ST72)。内積 INNPROが閾値 THを上回った場合には次のアレー重み計算用信号受信時力全アンテナを選択させ (ST74)、内積確認後時間 T に 0を代入する。内積 INNPROが閾値 THを上回った場合には、ステップ

INNVRF

ST74の処理を経ずに内積確認後時間 T に 0を代入する。

INNVRF

[0057] 図 11には、図 10の処理の概要を模式的に示している。図 11において、前述したと同様に、アンテナ選択更新時間 T よりも短ぐァレ

ANTUPD

一重み計算周期 P よりも長、周期（内積確認周期） P で前のアレー重みと

AWCAL INNVRF

今のアレー重みに内積を計算する。

そして、計算結果が閾値 THよりも小さいとき、本来なら図中の < B>で示す時点で全アンテナを選択するところを、 < A >で示す時点で全アンテナを選択する。

[0058] また、制御部 26におけるアンテナ素子の決定が頻繁に行われることを抑えるために、本実施形態においてはアレー素子が円形状に配置された場合において、反射板または指向性アンテナを用い、不要方向の受信を強制的に遮断する。

このことにより、制御部 26におけるアンテナ素子の決定が頻繁に行われることを抑え、アンテナ素子アレー素子決定の周期を長くすることができ、相対的に演算量を減らすことができる。

たとえば、反射板 (指向性アンテナも同じ）により、移動端末ユーザ方向に面していな!、アレーで素子の受信が遮断され、急遽反対側のアンテナ素子が選択されることがなく、大抵安定的にこのユーザ方向に面して!/、るアンテナ素子が選択される。このような要因や、本実施形態のアンテナ素子の決定周期の学習特徴により、頻繁的なアンテナ素子の決定が必要なぐ相対的に演算量を減らすことができる。

[0059] また、本実施の形態では、反射板または指向性アンテナを設置して利用するので、必要方向だけに受信または Zおよび送信することで、送受信方向にぉ、て受信感度

、送信電力が倍増され、一つの基地局がカバーできる範囲が拡大される。

反射板または指向性アンテナのうち、どちらを利用しても構わないが、同時利用の必要はない。また、指向性アンテナ素子を利用する場合、素子の指向性が円形外部に面する半分平面をカバーできることが望ましいが、図 12に示した全素子の指向性を合わせたら、全平面をカバーできる指向性を持つアンテナ素子も利用できる。反射板の設置または指向性アンテナの利用は本発明の効果を向上するが、本発明の必須要件ではない。

[0060] また、図 2に示すような送信系 20Sにおいては、受信信号から計算したアレー重みを用いるときに、決定したアンテナ以外のアンテナは重みを持たないので、アンテナスィッチ 27において出力を OFFにする。 [0061] 上記のように、あるユーザに対して、アレーを構成する全てのアンテナ素子ではなく、通信に適した一部のアンテナ素子だけにァダプティブアレーを適用することで、演算量を減らし、ァダプティブアレーの収束速度を向上させることができる。同時に円形内部に反射板を設置する、または指向性アンテナを用いることで、不要方向からの受信、または Zおよび不要方向への送信を遮断し、送信電力の半減、またはカバーできる距離を倍増することができる。

[0062] 以上説明したように、本実施形態のァダプティブアレー無線通信装置 10によれば、重み付けされた信号に基づいて、アレーアンテナの指向性を制御し、また、アンテナ素子の決定を間欠的に行うようにするとともに、制御部 26で決定されたアンテナ素子の情報に基づいて、アンテナ素子の決定の周期を調整することができるので、以下の効果を得ることができる。

あるユーザに対して、アレー構成するアンテナ素子の一部を利用しァダプティブァレーを適用して受信、または Zおよび送信を行うので、演算量が少なぐ収束速度が速い。

演算量が少ない分、相対的に小さい DSPを利用でき、消費電力を節約できる。また、アンテナ素子を選択するときに、 MMSE等の最適基準を用いて選択するので、複雑な電波環境にもかかわらず、常に適応的に最適なアンテナ素子を選択でき、ァダプティブアレーの性能を損なうことなぐ演算量を削減し、収束速度を向上させることがでさる。

[0063] アンテナ素子の決定を周期的に行うので、電波環境の変動にも追従できる。し力も、アンテナ素子の切換周期を学習的に調節するので、電波環境変動の速い送受信相手に対しては遅延なく追従でき、電波環境変動の遅、または変動しな、送受信相手に対しては無駄な演算を行う必要がな、。

アンテナ素子中から最適な一部を選択し、ァダプティブアレーを適用する特徴を活かし、指向性アンテナ (または反射板)を利用し、必要方向だけに受信または Zおよび送信することで、ァダプティブアレーのカバーできる距離が増えるあるいは発射電力を減らすことができる。

たとえば、水平平面上半分力バーできる指向性アンテナを利用する場合、指向性がカバーしな、半分に対しては送受信できな、が、カバーして、る半分にぉ、ては、受信感度、送信電力を倍増できる。

したがって、本実施形態に係るァダプティブアレーを装備する送受信装置、たとえば、移動通信の基地局はカバーできる範囲を拡大でき、その結果、基地局設置数を減らすことができる。

[0064] なお、本実施形態のァダプティブアレー無線通信装置 10では、反射板または指向性アンテナを用いるため、不要方向の受信を強制的に庶断することで、制御部 26におけるアンテナ素子の決定が頻繁に行われることを抑え、アンテナ素子選択の周期を長くすることができ、相対的に演算量を減らすことができる。

たとえば、反射板 (指向性アンテナも同じ）により、移動端末ユーザ方向に面していな!、アンテナ素子の受信が遮断されるので、急濾反対側のアンテナ素子が選択されることがなぐ大抵安定してこのユーザ方向に面しているアンテナ素子が選択される。このことにより、かつ、本実施形態の決定周期の学習特徴により、頻繁なアンテナ素子の決定が必要なぐ相対的に演算量を減らすことが可能である。

産業上の利用可能性

[0065] 本発明のァダプティブアレー無線通信装置およびその方法によれば、演算量が少なく収束速度が速ぐ送受信に適したアンテナ素子を適切に選択することができることから、携帯端末等の移動体通信システムの基地局等に適用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを有するァダプティブアイ一無線通信装置であって、

前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号について重み係数を生成するァレー重み生成部と、

前記アレー重み生成部で生成された前記重み係数に基づいて、送受信に用いるアンテナ素子を決定するアンテナ素子決定部と、

前記アンテナ素子決定部で決定されたアンテナ素子の各受信信号または Zおよび各送信信号にっ、て重み付けする重み付け部と、

前記重み付け部による重み付けによって、アレーアンテナの指向性を制御する指向性制御部と、

を有するァダプティブアレー無線通信装置。

[2] 複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを有するァダプティブアイ一無線通信装置であって、

前記アンテナ素子の決定を間欠的に行うように前記アンテナ素子決定部を制御するとともに、前記アンテナ素子決定部で決定された前記アンテナ素子の情報に基づいて、当該アンテナ素子決定部での決定の周期を調整するアンテナ素子決定周期の制御部と、

を有するァダプティブアレー無線通信装置。

[3] 前記周期の調整は、前記アンテナ素子決定部で決定されたアンテナ素子の組合せと前回決定されたアンテナ素子の組合せとを比較し、両組合せが同じ場合には、当該周期を長くし、両組み合わせが異なる場合には、当該周期を短くすることにより行う、

請求項 2に記載のァダプティブブアレー無線通信装置。

[4] 前記周期の調整は、前記アンテナ素子決定部で決定されたアンテナ素子における現アレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルとの内積を計算し、当該内積が閾値よりも大きい場合には、当該周期を長くし、前記内積が前記閾値よりも小さい場合には、当該周期を短くすることにより行う、

請求項 2に記載のァダプティブアレー無線通信装置。

[5] 前記アンテナ素子決定周期の制御部は、前記周期が予め設定された時間よりも長い場合には、当該周期が前記設定された時間になるように調整する、

請求項 2記載のァダプティブアレー無線通信装置。

[6] 前記アンテナ素子決定周期の制御部は、前記アンテナ素子決定部で決定されたアンテナ素子における現アレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルとの内積を計算し、当該内積が閾値よりも小さい場合には、次回の重み係数生成において、全アンテナ素子を用いるように前記アンテナ素子決定部を制御する、

請求項 2記載のァダプティブアレー無線通信装置。

[7] 複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを有するァダプティブアレー無線通信装置で無線通信を行う無線通信方法であって、

前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号について重み係数を生成するァレー重み生成ステップと、

前記アレー重み生成ステップで生成された前記重み係数に基づ、て、送受信に用 Vヽるアンテナ素子を決定するアンテナ素子決定ステップと、

前記アンテナ素子決定ステップで決定されたアンテナ素子の各受信信号または Z および各送信信号について重み付けする重み付けステップと、

前記重み付けステップの重み付けによって、アレーアンテナの指向性を制御する指向性制御ステップと、

を有する無線通信方法。

[8] 複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナを有するァダプティブアレー無線通信装置で無線通信を行う無線通信方法であって、

前記アンテナ素子の決定を間欠的に行うように前記アンテナ素子決定ステップを制御するとともに、前記アンテナ素子決定ステップで決定された前記アンテナ素子の情報に基づいて、当該アンテナ素子決定ステップでの決定の周期を調整するアンテナ素子決定周期の制御ステップと、

を有する無線通信方法。

[9] 前記周期の調整は、前記アンテナ素子決定ステップで決定されたアンテナ素子の組合せと前回決定されたアンテナ素子の組合せとを比較し、両組合せが同じ場合には、当該周期を長くし、両組み合わせが異なる場合には、当該周期を短くすることにより行う、

請求項 8に記載の無線通信方法。

[10] 前記周期の調整は、前記アンテナ素子決定ステップで決定されたアンテナ素子における現アレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルとの内積を計算し、当該内積が閾値よりも大きい場合には、当該周期を長くし、前記内積が前記閾値よりも小さい場合には、当該周期を短くすることにより行う、

請求項 8に記載の無線通信方法。

[11] 前記アンテナ素子決定周期の制御ステップは、前記周期が予め設定された時間よりも長い場合には、当該周期が前記設定された時間になるように調整する、

請求項 8に記載の無線通信方法。前記アンテナ素子決定周期の制御ステップは、前記アンテナ素子決定ステップで決定されたアンテナ素子における現アレー重みベクトルと前回のアレー重みベクトルとの内積を計算し、当該内積が閾値よりも小さい場合には、次回の重み係数生成において、全アンテナ素子を用いるように制御する、

請求項 8記載の無線通信方法。