WO2000016499A1 - Procede de transmission directive et dispositif de communication a commande de directivite - Google Patents

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Minako Ide
Katsuhiko Hiramatsu
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H04B7/06Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station

Definitions

  • the present invention relates to a directional transmission method and a directional control communication device.
  • a cellular system is a system in which a communication area is divided into cells, one base station is placed in each cell, and a plurality of mobile stations simultaneously communicate with this base station.
  • One of the technologies for increasing the channel capacity is an adaptive array antenna technology.
  • Adaptive array technology is a technology that forms the directivity of transmission and reception by adding the amplitude shift and the phase shift to the output of each antenna of an array antenna device composed of a plurality of antennas and then combining them.
  • a weight coefficient to be multiplied by each antenna output is determined based on a predetermined control algorithm, and each weight coefficient is changed in accordance with a change in the surrounding environment, whereby the directivity of transmission and reception is changed. Control.
  • the channel capacity of the uplink can be increased.
  • Various reports on this technology have been made at academic societies.
  • the technology to apply the adaptive array technology to the downlink has been studied recently.
  • the application of the adaptive array antenna to the downlink indicates that the base station estimates the direction of arrival of the signal from the target mobile station, and forms the transmission directivity in the estimated direction to transmit the signal. Means to do.
  • the transmission power from the base station can be reduced while maintaining the line quality. Also, interference with other mobile stations can be reduced. Therefore, it is possible to increase the downlink channel capacity.
  • a signal received under a multipath phenomenon is analyzed, a reception level and quality of a signal are determined for each path, and a path which is estimated to have the best propagation environment is selected.
  • the signal is transmitted using that path.
  • the best path for reception may not be the best path for transmission.
  • the best path may change instantaneously due to the movement of a mobile device or changes in the propagation environment of radio waves.
  • the present invention has been made based on such a study result.
  • One of the objectives is to enable the optimal selection of the optimal path for transmission and to achieve effective directional transmission. Disclosure of the invention
  • the reception at the destination indicates how the signal transmitted from this side reaches the destination.
  • the path used for transmission is selected in consideration of information indicating the status. As a result, a more accurate transmission path can be selected.
  • the transmission directivity forming method In a preferred embodiment of the transmission directivity forming method according to the present invention, information indicating a past reception status of the communication device of the partner, which has been transmitted by the communication device of the partner, in the past is referred to. To determine the transmission directivity.
  • the current transmission directivity is changed.
  • the fact that the past reception status of the destination communication device is not good means that the currently selected transmission path is not always optimal. Therefore, by changing to another selectable transmission path, there is a high possibility that the reception status at the other party will be improved.
  • a preferable transmission path can be selected accurately.
  • the transmission power control command (TPC) returned from the transmission destination is monitored, and when there are a plurality of paths having the same level or the same quality of the reception signal, the transmission power is controlled.
  • the transmission direction is switched based on the history of the control command (TPC). In this case, since information contained in the transmission power control command (TPC) is used for selecting a transmission path, there is no need to use a special control signal, and implementation is easy.
  • the communication device of the present invention switches the transmission path with reference to information indicating the past reception status of the other communication device, and adaptively controls the transmission directivity. If this communication device is used as a base station device for CDMA communication, the transmission power from the base station can be reduced while maintaining the line quality. As a result, the degree of interference of the currently transmitted radio wave to other mobile stations can be reduced. Therefore, it is possible to increase the downlink channel capacity.
  • FIG. 1 is a block diagram of a base station (communication device) used in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the diversity receiving unit.
  • FIG. 3 (a) is a diagram showing an example of a data format of mobile communication, and
  • FIG. 3 (b) is a transmission power control command.
  • TPC is a diagram for explaining
  • FIG. 4 is a block diagram showing a main configuration of a transmission directivity selection unit used in Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the transmission directivity selection unit used in Embodiment 1.
  • Fig. 6 (a) is a diagram for explaining the principle of forming transmission directivity in an adaptive array antenna.
  • Fig. 6 (b) is a diagram showing an example of transmission directivity.
  • Fig. 6 (c) is a diagram for explaining the principle of forming the transmission directivity in the adaptive array antenna.
  • Fig. 6 (d) shows an example of transmission directivity.
  • FIG. 7 is a block diagram of a base station device (communication device) according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram of a base station device (communication device) according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a communication device using an adaptive array antenna device.
  • a base station 10 serves as a repeater for CDMA communication.
  • the base station 10 has four antenna elements 101 to 104, a plurality of radio processing units 105, and a base station signal processing unit 113.
  • the wireless processing unit 105 is provided for each user.
  • One radio processing unit 105 includes a directional transmission unit 106, a diversity reception unit 107, 108, a transmission directivity selection unit 109, a reception level measurement unit 110, It has a reception signal synthesis unit 111 and a user signal processing unit 112.
  • the transmission signal of the mobile station 11 is divided into a path (path) 13 and The signal arrives at the four antenna elements 101 to 104 of the base station 10 via a path (propagation path) 14.
  • Each of the two arriving signal waves reaches the base station 10 with a delay according to the path length.
  • the base station 10 can receive and demodulate the two signal waves separately.
  • diversity receiving section 107 receives the direct wave arriving via path 13 and demodulates the signal.
  • the receiving unit 108 receives the delayed wave arriving via the path 14 and demodulates the signal.
  • Separating the arriving wave (multiplexed wave) for each signal wave passing through each path and receiving each signal separately can be realized by controlling the reception directivity.
  • FIG. 2 shows an example of the internal configuration of the diversity receiving section 107 (108).
  • the diversity receiving unit 107 (108) includes an AZD converter 411, a reception directivity control circuit 427, and a reception directivity control circuit 427.
  • the phase and amplitude of the received signal are controlled, and the reception directivity changes.
  • the reception directivity control circuit 427 sends the values of the weighting coefficients (W 1 to W 4) to the transmission directivity selector 109 as directivity forming information S 1 and S 2. As shown in FIG. 1, each output signal of the diversity receiving units 107 and 108 is subjected to maximum ratio combining in the received signal combining unit 111. Then, the demodulated data is sent to the user signal processing unit 112.
  • the output signals of the receiving units 107 and 108 are also sent to the receiving level measuring unit 110, and the signal level (ie, the receiving level) is measured for each signal.
  • the signals S3 and S4 indicating the measured levels (reception levels) of the respective signals are sent to the transmission directivity selection unit 109.
  • the information on the reception level serves as a reference for determining whether to use the path 13 or the path 14 as a propagation path for transmitting a signal.
  • the transmission directivity selection unit 109 compares the values of the respective reception levels. Then, the path with the higher reception level is selected as the transmission path. This is because the path with the higher reception level is considered to be suitable as the transmission path. If there is no difference between the two reception levels, the transmission path is determined with reference to the history of the transmission power control command (TPC) sent from the user signal processing unit 112. This will be described later.
  • TPC transmission power control command
  • path 13 is selected as a transmission path.
  • the transmission directivity selection unit 109 selects the directivity information S1 for the path 13 sent from the reception unit 107.
  • the selected information is sent to the directivity transmitting unit 106.
  • the directivity information here is information of each value of the weighting factors W1 to W4 for multiplying each output of the antenna elements 101 to 104. is there.
  • the directional transmission unit 106 generates a directional transmission signal based on the directional information received from the transmission directivity selection unit 109.
  • the direction of the selected path 13 is estimated based on the directivity information, and the transmission directivity is formed in that direction.
  • the method of forming transmission directivity is the same as the method of forming reception directivity (Fig. 2). In other words, it is output from the user-to-signal processor 1 1 2
  • the transmission data is multiplied by a weighting factor and synthesized to control the phase and amplitude of the signal to form transmission directivity.
  • the transmission signal output from directional transmission section 106 is transmitted to mobile station 11 from antennas 101 to 104.
  • FIG. 6 shows an example of the formation of the transmission directivity in the adaptive array antenna.
  • Fig. 6 (a) when a signal is output with the same phase and the same amplitude at an interval of 1 to 2 wavelengths, two waves (81 and 81) are superimposed. As a result, as shown in Fig. 6 (b), a broad directivity is formed in the direction perpendicular to the array antenna (the X direction in the figure).
  • the above is the basic operation of the directional transmission using the adaptive array antenna.
  • the present embodiment refers to information on the reception status of mobile station 11 as the communication partner. In other words, it is checked whether the signal transmitted from the base station 10 via the currently used path 13 has been successfully received by the mobile station 11, and if the reception state is good, the current transmission path is maintained and the reception is continued. If the condition is bad, switch the transmission path to path 14.
  • TPC transmission power control command
  • Transmission power control is a technique that adaptively changes the transmission power level in order to secure the optimum reception level in each of the base station and the mobile station.
  • the transmission power control command (TPC) is a command added to the transmission signal to request the communication device of the communication partner to increase or decrease the transmission power.
  • the TPC is a one-bit data that is always added to a one-slot data transmitted from the mobile station 11 to the base station 10. This TPC is usually added after the pilot channel data (PL).
  • PL pilot channel data
  • TP when TP is "0", it means that the transmission power on the base station side is required to be increased by, for example, 1 dB, and when TPC is "1", This means requesting the base station to reduce the transmission power by 1 dB. Therefore, if the TPC continues to be "0", it is presumed that the reception condition of the mobile device is currently deteriorating. Whether or not the reception environment has deteriorated can be easily determined based on whether or not “0” continues for a predetermined number of slots (a predetermined number of times). The present invention focuses on such useful information of the TPC and uses it for switching the transmission path.
  • transmission directivity selection section 109 is transmitted from transmission directivity data signal processing section 112. Examine the history of the transmission power control command (PC).
  • the transmission directivity selection unit 109 selects the path 14 to switch the transmission path. And sends the selected directivity information to the directivity transmitting unit 106. As a result, the transmission path is switched from path 13 to path 14. As a result, improvement of the reception environment in the mobile device 11 can be expected.
  • the transmission power control Check the command (TPC) history that is, by checking the reception status of the other party, appropriate transmission path switching can be performed.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a main configuration of transmission directivity selecting section 109.
  • the selection circuit 120 selects one of the input directivity information (such as the value of a weighting factor) at the time of reception for each path and outputs the selected one to the directivity transmitting unit 106.
  • the transmission path determination circuit 122 is a circuit that determines a transmission path. Normally, the level of the received signal for each input path is compared, and the path corresponding to the signal with the highest level is set as the transmission path. However, when a plurality of signals of the same level appear, the transmission path is determined by referring to the TPC data stored in the history memory 123.
  • the buffer 122 is a buffer that functions as a communication interface, and temporarily latches a transmission power control command (TPC) sent from the user signal processing unit 112.
  • TPC transmission power control command
  • the history memory 1 2 3 stores and stores the past TPC data.
  • the TPC data is temporarily latched in the buffer 122 and then stored in the history memory 123 sequentially.
  • FIG. 5 shows an operation procedure of the transmission directivity selection unit 109 having such a configuration. First, the level of the received signal for each path is compared (step 130). At this time, based on the level of the received signal corresponding to the currently selected path, Obtain the difference from the signal level.
  • Step 131 In other words, it checks whether there are multiple received signals of the same level.
  • the transmission path determination circuit 121 does not send a path switching instruction to the selection circuit 120.
  • the directivity information on the currently selected path is selected and sent to the directivity transmitting unit 106 (step 134).
  • the transmission path determination circuit 121 refers to the past TPC data stored in the history memory 123 (step 132). That is, the past reception status at the mobile device 11 is checked.
  • N is a predetermined reference value
  • the transmission path determination circuit 121 determines to use another path as the transmission path, and instructs the selection circuit 120 to switch the transmission path (use the transmission path 14).
  • the selection circuit 120 selects the directional information about the new path (transmission path 14) (step 135).
  • the selected directivity information is sent to directivity transmitting section 106 (step 136).
  • the path switching is not performed.
  • the selector 120 selects the directivity information of the current path (step 134). Then, the selected information is sent to directivity transmitting section 106 (step 136). In this way, accurate transmission path switching is performed in consideration of the reception situation of the communication partner. This makes it possible to switch transmission directivity accurately and quickly in response to changes in the propagation environment of radio waves.
  • the degree of interference of the currently transmitted radio wave to other mobile stations is reduced, and thus the downlink channel capacity can be increased.
  • the present invention is applied to a base station of a CDMA system, but is not limited to this.
  • the present invention can be applied to a TDMA or TDD communication system.
  • that data can be used instead of the TPC data.
  • FIG. 7 is a block diagram of a CDMA communication device (base station device) according to the second embodiment. Most of the configuration of this communication device is the same as the communication device of FIG. In FIG. 7, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the communication device of FIG. 7 employs a reception quality measurement unit 210 instead of the reception level measurement unit 110 shown in FIG.
  • the communication apparatus of the present embodiment evaluates the quality of a received signal in consideration of not only the level of the received signal but also the SZN of the received signal.
  • the path with the higher reception quality is used as the transmission path.
  • Other operations are the same as those of the communication device of FIG. That is, the reception quality measuring section 210 measures the reception quality for each path.
  • Information S 5 and S 6 indicating the measured reception quality are sent to transmission directivity selection section 109.
  • the transmission directivity selection unit 109 compares the reception quality for each path, and The directional information about the path is selected, and the directional information is sent to the directional transmission unit 106.
  • transmission directivity selecting section 109 sends directivity information of the other path to directivity transmitting section 106. As a result, the transmission path is switched.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a CDMA communication device (base station device) according to the third embodiment of the present invention.
  • the reception level measuring section 110 shown in FIG. 1 is deleted.
  • the reception directivity information for each reception path is selected by a predetermined method (not particularly limited), and whether or not the selection is correct is determined by monitoring the TPC data. If it is determined that the currently selected transmission path is not appropriate, the transmission path is switched to another path.
  • the path switching can be performed based on a predetermined criterion, but may be performed randomly without any particular criterion. That is, the transmission path is switched to another path for the time being, and the TPC is returned from the other side. Then, by checking the value of TPC, it is determined whether to switch to another path or to return to the original path.
  • the present invention has been described using the three embodiments.
  • the directional transmission Communication and as a result, constantly monitors and accumulates TPC data returned from the communication partner.
  • the stored TPC data is referred to. .
  • a closed-loop control method is introduced to form transmission directivity.
  • it is possible to switch the transmission directivity accurately and quickly according to the change in the propagation environment of the radio wave.
  • the present invention since the data already used in the CDMA communication, which is a transmission power control command (TPC), is utilized, it is not necessary to add special control information to the transmission / reception signal. Therefore, the present invention is easy to realize.
  • TPC transmission power control command
  • the directional transmission method and the directional control communication device of the present invention are useful for mobile communication.
  • it is suitable for quickly and accurately adapting the directivity of transmission and reception to changes in the communication environment.

Description

明 細 書
指向性送信方法および指向性制御型通信装置 技術分野
本発明は、 指向性送信方法および指向性制御型通信装置に関する。
背景技術
携帯電話や自動車電話等のディジタル無線通信システムでは、 セルラ一シス テムが採用されている。 セルラーシステムは、 通信エリアをセルに分割し、 各 セルに 1つの基地局を置き、 この基地局に対して複数の移動局が同時に通信を 行うシステムである。
近年、 このセルラ一システムが急速に普及し、 利用者が急増してきた。 この ため、 1つのセルにおけるチャネル容量の増大を図ることが重要な課題となつ ている。
チャネル容量の増大を図る技術の一つとして、 ァダプティブアレイアンテナ 技術がある。
ァダブティブアレイ技術は、 複数のアンテナで構成されるアレイアンテナ装 置の各アンテナの出力に、 振幅シフトおよび位相シフトを加えた後に合成する ことにより、 送受信の指向性を形成する技術である。
すなわち、 所定の制御アルゴリズムに基づいて各アンテナ出力に乗算するべ きウェイト係数を決定し、 各ウェイト係数を、 周囲の環境の変化に対応して変 更し、 これによつて送受信の指向性を制御する。
ァダプティプアレイ技術を上り回線に適用し、 他セルからの干渉を取り除い て受信品質を向上させることにより、 上り回線のチャネル容量の増大を図るこ とができる。 この技術に関しては学会等で種々、 報告されている。
また、 ァダプティブアレイ技術を下り回線に適用する技術についても、 近年 検討が行われはじめている。 ここで、 ァダプティブアレイアンテナの下り回線への適用とは、 基地局が目 的とする移動局からの信号到来方向を推定し、 推定した方向に送信指向性を形 成して信号を送信することを意味する。
ァダプティブアレイを用いた指向性送信によって、 回線品質を維持したまま 、 基地局からの送信電力を小さくできる。 また、 他の移動局への干渉も低減で きる。 よって、 下り回線のチャネル容量の増大を図ることができる。
上述の指向性送信は、 一般に、 マルチパス現象の下で受信した信号を解析し 、 各パス毎に信号の受信レベルや品質を判定し、 最も伝搬環境がよいと推定さ れるパスを選択し、 そのパスを用いて信号を送信する、 という手順によって行 われる。
しかし、 現実には、 最適なパスを選択することが困難な場合もある。 例えば 、 送信と受信とで搬送波周波数が異なる場合には、 受信に最良のパスが、 送信 のパスとして最良ではない場合がある。
また、 移動機の移動や電波の伝搬環境の変化により、 最良のパスが瞬時的に 変化してしまう場合がある。 このような場合には、 受信時に選択したパスを送 信のパスとしても用いて指向性送信を行なっても、 好ましい効果が得られない 本発明はこのような検討結果に基づいてなされたものであり、 その目的の一 つは、 送信に最適なパスの的確な選択を可能とし、 効果的な指向性送信を実現 することにある。 発明の開示
本発明では、 複数のパスを経由して到来する相手先からの信号の受信状況に 関する情報の他に、 こちら側から送信した信号が相手先にどのように届いてい るかという相手先における受信状況を示す情報も考慮して、 送信に用いるパス を選択する。 これにより、 より的確な送信パスの選択が可能となる。
本発明の送信指向性形成方法の好ましい一態様では、 相手先の通信機器が過 去に送信してきた、 相手先の通信機器における過去の受信状況を示す情報を参 照して、 送信指向性を決定する。
例えば、 相手先の通信機器における過去の受信状況が好ましくない場合に、 現状の送信指向性を変更する。 相手先の通信機器における過去の受信状況が好 ましくないということは、 現在選択している送信パスが必ずしも最適ではない ことを意味している。 したがって、 選択可能な他の送信パスに変更することに より、 相手先における受信状況が改善される可能性が高まる。 また、 相手先か らの信号の受信状況からだけでは送信パスの選択の判断がむずかしい状況にな つた場合でも、 好ましい送信パスを的確に選択できる。
本発明の他の好ましい態様では、 送信先から返される送信電力制御コマンド (T P C ) を監視し、 受信信号のレベルや受信信号の品質が同程度のパスが複 数あるような場合に、 送信電力制御コマンド (T P C) の履歴をもとに送信指 向性の切換を行なう。 この場合、 送信電力制御コマンド (T P C ) がもつ情報 を送信パスの選択ために利用するため、 特別な制御信号を用いる必要がなく、 実現が容易である。
また、 本発明の通信装置は、 相手先の通信機器における過去の受信状況を示 す情報を参照して送信パスを切り替え、 送信指向性を適応的に制御する。 この 通信装置を C D M A通信の基地局装置に用いると、 回線品質を維持したまま、 基地局からの送信電力を小さくできる。 これにより、 現在送信中の電波が他の 移動局に与える干渉の程度も低減できる。 よって、 下り回線のチャネル容量の 増大を図ることができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態 1で用いる基地局 (通信装置) のブロック図で あり、
図 2は、 ダイバシティ受信部の具体的構成を示すブロック図であり、 図 3 ( a ) は、 移動体通信のデータフォーマットの一例を示す図であり、 図 3 ( b ) は、 送信電力制御コマンド (T P C) を説明するための図であり 図 4は、 実施の形態 1で使用される送信指向性選択部の要部構成を示すプロ ック図であり、
図 5は、 実施の形態 1で使用される送信指向性選択部の動作を示すフロー図 であり、
図 6 ( a ) は、 ァダプティブアレイアンテナにおける送信指向性の形成原理 を説明するための図であり、
図 6 ( b ) は、 送信指向性の一例を示す図であり、
図 6 ( c ) は、 ァダプティブアレイアンテナにおける送信指向性の形成原理 を説明するための図であり、
図 6 ( d ) は、 送信指向性の一例を示す図であり、
図 7は、 本発明の実施の形態 2にかかる基地局装置 (通信装置) のブロック 図であり、
そして、 図 8は、 本発明の実施の形態 3にかかる基地局装置 (通信装置) の ブロック図である。 発明の実施をするための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。
(実施の形態 1 )
図 1はァダプティブアレイアンテナ装置を用いた通信装置のブロック図であ る。
図 1において、 基地局 1 0は C D MA通信の中継器の役割を果たす。 この基 地局 1 0は、 4本のアンテナ素子 1 0 1〜1 0 4と、 複数の無線処理部 1 0 5 と、 基地局信号処理部 1 1 3と、 を有している。 無線処理部 1 0 5は、 ユーザ 一毎に設けられている。
一つの無線処理部 1 0 5は、 指向性送信部 1 0 6と、 ダイバーシティ受信部 1 0 7, 1 0 8と、 送信指向性選択部 1 0 9と、 受信レベル測定部 1 1 0と、 受信信号合成部 1 1 1と、 ユーザ信号処理部 1 1 2と、 を有する。
図示されるように、 移動機 1 1の送信信号は、 パス (伝搬経路) 1 3および パス (伝搬経路) 1 4を経由して、 基地局 1 0の 4本のアンテナ素子 1 0 1〜 1 0 4に到来する。
到来した 2つの信号波はそれぞれ、 パス長に応じた遅れをもって基地局 1 0 に到達する。 基地局 1 0は、 2つの信号波を区別して受信し、 復調することが できる。
すなわち、 ダイバーシティ受信部 1 0 7は、 パス 1 3を経由して到来した直 接波を受信し、 信号を復調する。 また、 受信部 1 0 8は、 パス 1 4を経由して 到来した遅延波を受信し、 信号を復調する。
到来波 (多重波) を、 各パスを経由した信号波毎に分離し、 各々を区別して 受信することは、 受信指向性を制御することで実現できる。
すなわち、 到来した複数の信号波はパス長に応じた遅れをもって到達する。 それぞれの遅延時間を補償した後、 各アレイアンテナ素子 1 0 1〜 1 0 4の出 力に対する重み係数を適宜変更する。 これにより、 各パスを経由した信号を受 信するのに適した受信指向性を形成できる。 したがって、 アンテナに到来する 多重波を、 各パスを経由した各信号波に分離して受信することができる。 ダイバーシティ受信部 1 0 7 ( 1 0 8 ) の内部構成の例を、 図 2に示す。 図示されるように、 ダイバ一シティ受信部 1 0 7 ( 1 0 8 ) は、 AZD変換 器 4 1 1と、 受信指向性制御回路 4 2 7と、 この受信指向性制御回路 4 2 7か ら出力される重み係数 W 1〜W 4をそれぞれ、 AZD変換器の各出力データに 乗算する 4つの乗算器 4 2 0 , 4 2 1 , 4 2 2 , 4 2 3と、 各乗算器の出力を 加算する加算器 4 2 4と、 加算器 4 2 4の出力を硬判定する判定器 4 2 6と、 判定器 4 2 6による判定結果と加算器 4 2 4の出力信号との誤差を検出する誤 差検出器 4 2 6と、 を有する。
各アンテナ素子から出力される信号の各々に乗算される重み係数 W l〜W 4 を適応的に変化させることにより、 受信信号の位相と振幅が制御され、 受信指 向性が変化する。
受信指向性制御回路 4 2 7は、 重み係数 (W 1〜W 4 ) の各値を、 指向性形 成情報 S 1 , S 2として送信指向性選択部 1 0 9に送出する。 図 1に示すように、 ダイバーシティ受信部 1 0 7, 1 0 8の各出力信号は、 受信信号合成部 1 1 1において最大比合成される。 そして、 復調デ一夕は、 ュ —ザ信号処理部 1 1 2に送られる。
また、 受信部 1 0 7, 1 0 8の出力信号はそれぞれ、 受信レベル測定部 1 1 0にも送られ、 それぞれの信号毎に信号のレベル (すなわち受信レベル) が測 定される。
測定された各信号のレベル (受信レベル) を示す信号 S 3, S 4は、 送信指 向性選択部 1 0 9に送られる。 この受信レベルの情報は、 信号を送信するため の伝搬経路としてパス 1 3もしくはパス 1 4のどちらを用いるかを判定するた めの基準となる。
送信指向性選択部 1 0 9は、 各受信レベルの値を比較する。 そして、 受信レ ベルが大きい方のパスを送信用のパスとして選択する。 受信レベルが大きい方 のパスは、 送信用のパスとしても、 適していると考えられるからである。 双方の受信レベルに差がない場合には、 ユーザー信号処理部 1 1 2から送ら れてくる、 送信電力制御コマンド (T P C ) の履歴を参照して、 送信用のパス を決定する。 この点については後述する。
ここで、 パス 1 3を送信用のパスとして選択したとする。
この場合には、 パス 1 3の方向に送信指向性を形成する必要がある。 したが つて、 この場合には、 送信指向性選択部 1 0 9は、 受信部 1 0 7から送られて くる、 パス 1 3についての指向性情報 S 1を選択する。
そして、 その選択した情報を、 指向性送信部 1 0 6に送る。 図 2を用いて説 明したように、 ここでいう指向性情報は、 アンテナ素子 1 0 1〜1 0 4の各出 力に乗算するための重み係数 W 1〜W 4の各値の情報である。
指向性送信部 1 0 6は、 送信指向性選択部 1 0 9から受け取った指向性情報 をもとに指向性送信信号を生成する。
すなわち、 選択したパス 1 3の方向を指向性情報に基づき推定し、 その方向 に送信指向性を形成する。 送信指向性を形成する方法は、 受信指向性の形成方 法 (図 2 ) と同様である。 つまり、 ユーザ一信号処理部 1 1 2から出力される 送信データに、 重み係数を乗算して合成することによって、 信号の位相と振幅 を制御して送信指向性を形成する。
指向性送信部 106から出力される送信信号は、 アンテナ 10 1〜104カゝ ら移動機 1 1に送信される。
ァダプティブアレイアンテナにおける送信指向性の形成の一例が図 6に示さ れる。
図 6 (a) に示すように、 1ノ2波長の間隔で同相 ·同振幅で信号を出力す ると、 2つの波 (八1と81) が重ね合わされる。 これによつて、 図 6 (b) に示すように、 アレイアンテナと垂直な方向 (図中の X方向) にブロードな指 向性が形成される。
また、 図 6 (c) のように、 1/4波長だけずらして 2つの信号を出力する と、 信号が出力される方向では、 2つの波 (A1と B 2) が打ち消し合い、 一 方、 斜め 30° の方向では、 2つの波 (A2と B 3) が加算されて強められ、 したがって、 斜め 30° の方向に送信指向性が形成される。 このように、 各ァ ンテナ出力の位相や振幅等を制御して所望の送信指向性を形成できる。
以上が、 ァダプティブアレイアンテナを用いた指向性送信の原則的な動作で ある。
ここで、 送信指向性選択部 109において、 2つのパス 13, 14を経由し て到来した信号についての受信レベルに大きな差が見られない場合を考える。 この場合には、 現在使用しているパス 13のみならず、 パス 14も送信パス として使用することが可能である。 よって、 どちらのパスを使用するのがより 適切なのかを判断するのが困難である。
そこで、 本実施の形態では、 このような場合に、 通信相手である移動機 1 1 における受信状況に関する情報を参照する。 つまり、 現在使用中のパス 13を 経由して基地局 10から送信した信号が、 移動機 11でうまく受信されている かを調べて、 受信状態が良ければ、 現在の送信パスを維持し、 受信状態が悪け れば、 送信パスを、 パス 14に切り替える。
本実施の形態では、 通信相手である移動機 1 1における受信状況に関する情 報として、 送信電力制御コマンド (トランスミットパワーコントロールコマン ド;以下、 TP Cと記す場合もある) を使用する。
送信電力制御は、 基地局および移動局のそれぞれにおける最適な受信レベル を確保するべく、 送信電力レベルを適応的に変化させる技術である。 送信電力 制御コマンド (TPC) は、 通信相手先の通信装置に対して送信電力の増大 · 減少を要求するべく、 送信信号に付加されるコマンドである。
この TP Cは、 図 3 (a) に示すように、 移動機 1 1から基地局 10に送信 される 1スロットのデ一夕に必ず付加されている 1ビットのデ一夕である。 こ の TPCは、 通常は、 パイロットチャネルデ一夕 (PL) の次に付加されてい る。
図 3 (b) に示すように、 TP が" 0" のときは、 基地局側の送信電力を 、 例えば 1 d Bあげることを要求することを意味し、 TPCが" 1" のときは 、 基地局側の送信電力を 1 dB下げることを要求することを意味する。 したが つて、 TPCの" 0" が連続する場合には、 現在、 移動機の受信状態が悪化し ていると推定される。 なお、 受信環境が悪化しているか否かは、 所定のスロッ ト分 (所定の回数) だけ" 0" が連続するか否かで容易に判定可能である。 本発明では、 このような TP Cがもつ有益な情報に着目し、 送信パスの切り 替えに利用する。
すなわち、 受信レベルが同程度の受信信号が併存して送信パス選択の判断が むずかしくなった場合には、 送信指向性選択部 109は、 送信指向性データ信 号処理部 1 12から送られてくる送信電力制御コマンド (丁 PC) の履歴を調 ベる。
もし、 T PCが送信電力の低減を連続して要求してきているのであれば、 現 在、 選択している送信パス (伝搬経路 13) を経由した信号の受信が良好であ るとして、 送信指向性の切り替えは行わない。
もし、 TP Cが送信電力を大きくするように、 連続して要求してきているの であれば、 選択しているパスの伝搬環境が悪くなつているとみなせる。 した がって送信指向性選択部 109は、 送信パスを切り替えるべく、 パス 14につ いての指向性情報を選択し、 その選択された指向性情報を指向性送信部 1 0 6 に送る。 これにより、 送信用のパスが、 パス 1 3からパス 1 4に切り替わる。 この結果、 移動機 1 1における受信環境の好転が期待できる。
このように、 本実施の形態では、 同程度の受信レベルのパスが複数現れて、 送信パスとしてどちらを選択するかの判断が困難になった場合に、 相手側から 送られてきた送信電力制御コマンド (T P C ) の履歴をチェックする。 つまり 、 相手側の受信状況を調べることで、 適切な送信パスの切り替えを行うことが できる。
図 4は、 送信指向性選択部 1 0 9の主要な構成を示すブロック図である。 選択回路 1 2 0は、 入力される各パス毎の受信時の指向性情報 (重み係数の 値など) の中から一つを選択して、 指向性送信部 1 0 6に出力する。
また、 送信用パス決定回路 1 2 1は、 送信用のパスを決定する回路である。 通常は、 入力される各パス毎の受信信号のレベルを比較し、 最大のレベルの信 号に対応するパスを送信用のパスとする。 ただし、 同レベルの信号が複数、 出 現した場合には、 履歴メモリ 1 2 3に記憶されている T P Cデータを参照して 、 送信用のパスを決定する。
また、 バッファ 1 2 2は、 通信インタフェースとして機能するバッファであ り、 ユーザー信号処理部 1 1 2から送られてくる送信電力制御コマンド (T P C ) を一旦、 ラッチする。
履歴メモリ 1 2 3は、 過去の T P Cデ一夕を記憶 '保存する。 T P Cデータ は、 バッファ 1 2 2に一旦、 ラッチされた後、 順次、 履歴メモリ 1 2 3に格納 される。
パス切替判断回路 1 2 1は、 受信レベルの比較だけでは、 送信パスを切り替 えるべきか否かの判断が困難な場合、 履歴メモリ 1 2 3から蓄積されている T P Cを読み出し、 その値が、 過去どのように変化しているかをチェックする。 このような構成の送信指向性選択部 1 0 9の動作手順が図 5に示される。 まず、 各パス毎の受信信号のレベルを比較する (ステップ 1 3 0 ) 。 このと き、 現在選択しているパスに対応する受信信号のレベルを基準として、 他の受 信信号のレベルとの差を求める。
次に、 求められた受信レベルの差が所定のしきい値以下であるかを判定する
(ステップ 131) 。 つまり、 レベルが同程度の受信信号が複数存在するかを 調べる。
レベルが同程度の受信信号が複数存在しない場合には、 現行のパスを、 引き 続き送信用パスとして使用する。 すなわち、 送信用パス決定回路 121は、 選 択回路 120にパスの切り替え指示を送出しない。 これによつて、 現在選択し ているパスについての指向性情報が選択され、 指向性送信部 106へと送られ る (ステップ 134) 。
一方、 現在選択しているパスの受信信号のレベルと同程度の受信信号が出現 すると、 送信パス決定回路 121は、 履歴メモリ 123に蓄積されている過去 の TPCデータを参照する (ステップ 132) 。 すなわち、 移動機 1 1におけ る過去の受信状況を調べる。
具体的には、 Nスロット (Nは所定の基準値) 以上、 送信電力のアップを要 求してきているかを調べる (ステップ 133) 。 そうであれば、 通信相手先に おける受信状態が悪化していると判定する。
そして、 送信パス決定回路 121は、 送信パスとして別のパスを使用するこ とを決定し、 送信パスの切り替え (送信パス 14の使用) を選択回路 120に 指示する。
これを受けて選択回路 120は、 新しいパス (送信パス 14) についての指 向性情報を選択する (ステップ 135) 。 選択された指向性情報は、 指向性送 信部 106に送られる (ステップ 136) 。
一方、 ステップ 133において、 TPCデ一夕を参照した結果、 移動機 1 1 が Nスロット以上送信電力のアップを要求していない場合には、 パスの切り替 えを行わない。
すなわち、 選択部 120は、 現在のパスの指向性情報を選択する (ステップ 134) 。 そして、 その選択した情報を指向性送信部 106に送る (ステップ 136) 。 このようにして、 通信相手先の受信状況を考慮した、 的確な送信パスの切替 えが行われる。 これにより、 電波の伝搬環境の変動に適応して、 送信指向性を 的確かつ迅速に切り替えることが可能となる
また、 相手側の受信状況の判断のためのデータとして、 移動体通信の現状の データフォーマットに含まれているデータを利用しているため、 送受信の信号 に特別なデ一夕を付加するといつた面倒な手順はいつさい不要である。 よって 、 本発明は、 実施が容易である。
また、 現在送信中の電波が他の移動局に与える干渉の程度も低減され、 した がって、 下り回線のチャネル容量の増大を図ることができる。
なお、 本実施の形態では、 本発明を C D MAシステムの基地局に適用してい るが、 これに限定されるもの'ではない。 例えば、 T D MA方式や T D D方式の 通信システムにも適用可能である。 また、 T P Cデータの他に相手側の受信状 況を判断できるデ一夕があれば、 そのデ一夕を、 T P Cデータの代わりに使用 することができる。
(実施の形態 2 )
図 7は実施の形態 2にかかる C D MA通信装置 (基地局装置) のブロック図 である。 この通信装置の構成のほとんどは図 1の通信装置と同じである。 図 7 では、 図 1と同じ部分には同じ参照符号が付されている。
但し、 図 7の通信装置では、 図 1に示される受信レベル測定部 1 1 0の代わ りに受信品質測定部 2 1 0を採用している。
つまり、 本実施の形態の通信装置では、 受信信号のレベルだけでなく、 受信 信号の S ZNも考慮して受信信号の品質を評価する。
そして、 複数の受信パスが存在する場合には、 受信品質が高い方のパスを、 送信用パスとして使用する。 その他の動作は、 図 1の通信装置と同じである。 すなわち、 受信品質測定部 2 1 0では、 それぞれのパス毎に受信品質が測定 される。 測定された受信品質を示す情報 S 5 , S 6は、 送信指向性選択部 1 0 9に送られる。
送信指向性選択部 1 0 9では、 パス毎の受信品質を比較し、 受信品質の良い 方のパスについての指向性情報を選択し、 その指向性情報を指向性送信部 1 0 6に送る。
送信指向性選択部 1 0 9において 2つのパスに関して、 受信信号の品質に大 きな差が見られない場合は、 ユーザ一信号処理部 1 1 2から送られてくる移動 機 1 1からの送信電力制御コマンド (T P C) の履歴を調べる。
T P Cが送信電力の低減を要求してきているのであれば、 現在選択している パスが良好であるので、 送信指向性の切り替えは行わない。 もし、 T P Cが送 信電力を大きくするように、 所定のスロット以上連続して要求してきているの であれば、 現在選択しているパスの伝搬環境が悪くなつているとみなせる。 よ つて、 送信指向性選択部 1 0 9は、 指向性送信部 1 0 6には、 もう一方のパス の指向性情報を送る。 これによつて、 送信用パスが切り替わる。
(実施の形態 3 )
図 8は、 本発明の第 3の実施の形態にかかる C D MA通信装置 (基地局装置 ) の構成を示すブロック図である。
この通信装置の構成のほとんどは図 1の通信装置と同じである。 図 8では、 図 1と同じ部分には同じ参照符号が付されている。
但し、 図 8の通信装置では、 図 1に示される受信レベル測定部 1 1 0が削除 されている。
すなわち、 受信パス毎の受信指向性情報を所定の方法 (特に限定されない) で選択し、 その選択が正しいか否かを T P Cデータを監視することにより判断 する。 そして、 現在選択している送信パスが適切ではないと判断されると、 送 信パスをその他のパスに切り替える。
この場合のパス切り替えは、 所定の基準に基づいて行なうこともできるが、 特に基準を設けずに、 ランダムに行ってもよい。 すなわち、 とりあえず、 送信 用のパスを他のパスに切り替え、 相手側から T P Cが返信されてくるのを待つ 。 そして、 T P Cの値をみて、 さらに他のパスに切り替えるか、 あるいは、 元 のパスに戻すかを判定するものである。
以上、 本発明を 3つの実施の形態を用いて説明した。 本発明では、 指向性送 信を実行し、 その結果として通信相手先から返信される T P Cデータを常に監 視し、 蓄積する。 そして、 受信信号のレベルや受信品質が同程度の信号が複数 現れるなどして、 送信パスの切り替えを行なうか否かの判断が必要になつたと きに、 蓄積された T P Cデ一夕を参照する。
つまり、 送信指向性の形成に、 クローズドループ制御の手法を導入するもの である。 これにより、 電波の伝搬環境の変動に適応して、 送信指向性を的確か つ迅速に切り替えることが可能となる。
これにより、 移動体通信における通信品質の向上を実現できる。 また、 ァダ プティブアレイアンテナ装置のような指向性送信を行なう通信装置の性能の向 上を図ることができる。 また、 現在送信中の電波が他の移動局に与える干渉の 程度も低減され、 したがって、 下り回線のチャネル容量の増大を図ることがで さる。
また、 本発明では、 送信電力制御コマンド (T P C ) という、 C D M A通信 においてすでに使用されているデータを活用するため、 特別な制御情報を送受 信の信号に付加する必要がない。 よって、 本発明は実現が容易である。
この出願は、 1 9 9 8年 9月 1 1日に出願された日本国特許出願平 1 0 — 2 5 8 3 5 4号に基づいている。 そのすベての内容は、 この明細書に含まれてい る。 産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、 本発明の指向性送信方法および指向性制御 型通信装置は、 移動体通信に用いて有用である。 特に、 送受信の指向性を、 通 信環境の変化に高速かつ的確に適応させるのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 指向性送信方法は、
通信相手先の通信機器が過去に送信してきた、 前記通信相手先の通信機器に おける過去の受信状況を示す情報を参照するステップと、
その参照の結果、 前記相手先の通信機器における過去の受信状況が好ましく ない場合に、 現状の送信指向性を変更するステップと、 を有する。
2 . 請求項 1の指向性送信方法において、
前記通信相手先の通信機器における過去の受信状況を示す情報を参照するス テツプは、 送信パスの切り替えを行なうか否かを判断する際に、 実施される。
3 . マルチパス環境下で受信した信号の中から一つの信号を選択し、 その選 択された信号に対応するパスを送信用のパスとしても使用する指向性送信方法 は、
通信相手先の通信機器から返される送信電力制御コマンド (T P C ) を監視 するステップと、
送信用のパスの切り替えを行なうか否かの判断を行なう際、 前記送信電力制 御コマンド (T P C ) の履歴を参照するステップと、
その参照の結果、 前記通信相手先の通信機器における過去の受信状況が好ま しくないと推定されると、 現状の送信指向性を変更して送信用のパスの切り替 えを行なうステップと、 を有する。
4 . 請求項 3の指向性送信方法において、
送信電力制御コマンド (T P C ) が、 所定スロット以上、 連続して送信電力 の増大を要求している場合に、 通信相手先の通信機器における過去の受信状況 が好ましくないと推定する。
5 . 請求項 3の指向性送信方法において、
マルチパス環境下で受信した信号の中から、 受信信号のレベルが最大のもの 、 あるいは、 受信信号の品質が最良ものが選択され、 同程度の信号が複数存在 する場合に、 前記送信電力制御コマンド (T P C ) の履歴を参照して、 送信用 のパスの切り替えを行なうか否かを判断する。
6 . ァダプティブアレイアンテナ装置を用いた指向性送信方法は、 通信相手先の通信機器から返される送信電力制御コマンド (T P C ) を監視 するステップと、
送信用のパスの切り替えを行なうか否かの判断を行なう際、 前記送信電力制 御コマンド (T P C ) の履歴を参照するステップと、
その参照の結果、 前記通信相手先の通信機器における過去の受信状況が好ま しくないと推定されると、 を変更して、 送信用のパスの切り替えを行なうステ ップと、 を有する。
7 . 請求項 6のァダプティブアレイアンテナ装置を用いた指向性送信方法に おいて、
前記送信指向性形成用の重み係数は、 ベースバンド拡散されたデジタル信号 に乗算され、 これにより、 送信信号の振幅および位相が制御される。
8 . 指向性制御型通信装置は、
マルチパス現象の下で到来する多重波を、 受信指向性を制御しながら受信し 、 複数のパスの各々毎に信号を復調する指向性受信回路と、
前記信号を復調するために用いられた各パス毎の受信指向性情報のうち、 ど の受信指向性情報を送信指向性の形成のために使用するかを、 通信相手先の通 信機器から送られてきた、 前記通信相手先の通信機器における過去の受信状況 を示す情報を参照して決定する受信指向性情報選択部と、
前記指向性情報選択部から出力される受信指向性情報に基づいて、 送信指向 性を形成して指向性送信を行う指向性送信部と、 を有する。
9 . 請求項 8の指向性制御型通信装置において、
前記受信指向性情報選択部は、
前記通信相手先の通信機器が過去に送信してきた、 前記通信相手先の通信機 器における過去の受信状況を示す情報を蓄積するバッファと、
前記バッファに蓄積されている前記受信状況を示す情報を参照して、 信号送 信用のパスを決定する送信用パス決定部と、 前記送信用パス決定部により決定されたパスに対応する受信指向性情報を選 択し、 前記指向性送信部に送出する選択部と、 を有する。
1 0 . 請求項 9の指向性制御型通信装置において、
前記送信用パス決定部は、 前記指向性受信回路により復調された各パス毎の 受信信号のなかで、 受信信号のレベルが最大のもの、 あるいは受信品質が最良 のものを選択すると共に、 同程度の信号が複数存在する場合には、 前記通信相 手先の通信機器における過去の受信状況を示す情報の履歴を参照して一つの受 信信号を選択し、 その選択された受信信号に対応するパスを送信用のパスとす る。
1 1 . 請求項 8の指向性制御型通信装置において、
前記通信相手先の通信機器における過去の受信状況を示す情報は、 通信相手 先の通信機器から送られてきた、 送信電力制御コマンド (T P C ) の値の情報 である。
1 2 . ァダプティブアレイアンテナ装置は、
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子の各々が受信した信号に乗算する重み係数の値を適 応的に変化させて、 各パス毎に受信指向性を形成し、 各パス毎に信号を復調す る指向性受信回路と、
通信相手先から送られてきた送信電力制御コマンド (T P C ) を蓄積してい るバッファと、
前記バッファに蓄積されている前記受信状況を示す情報を参照して、 信号送 信用のパスを決定する送信用パス決定部と、
前記送信用パス決定部により決定されたパスに対応する前記重み係数の値の 情報を選択し、 出力する選択部と、
前記選択部ら出力される前記重み係数の値の情報に基づいて送信指向性を形 成し、 指向性送信を行なう指向性送信部と、 を有する。
1 3 . 請求項 1 2のァダプティブアレイアンテナ装置において、
前記送信用パス決定部は、 各パス毎に復調された信号のそれぞれの受信レベルまたは受信品質を比較し 、 受信信号のレベルが最大のもの、 あるいは受信品質が最良のものを選択する と共に、 同程度の信号が複数存在する場合には、 前記送信電力制御コマンドの 履歴を参照して一つの受信信号を選択し、 その選択された受信信号に対応する パスを送信パスと決定する。
1 4 . 請求項 1 2記載のァダプティブアレイアンテナ装置を用いて、 ベース バンド拡散された信号の送信 ·受信処理を行なう C D MA通信装置。
1 5 . 請求項 1 2記載のァダプティブアレイアンテナ装置を用いて、 移動体 から送られてきたベースバンド拡散された信号の受信処理または移動体への送 信処理を行なう基地局装置。
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