JP2007274271A - Radio transmission apparatus and radio transmission method - Google Patents
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Abstract
【課題】水平面方向および垂直面方向をともに最適化した送信ビームパターンを形成可能とする。
【解決手段】水平面アレー配置型のアレーアンテナ16を備えた無線送信装置1において、水平面方向θと垂直面方向φの両者の関数としてアレーアンテナ特性V(θ,φ)を保持し、このアレーアンテナ特性と水平面および垂直面の方向推定値とから各ユーザ(第kユーザ)に対する送信アレー重みW(k)を算出する。
【選択図】図1A transmission beam pattern in which both a horizontal plane direction and a vertical plane direction are optimized can be formed.
In a radio transmission apparatus 1 provided with an array antenna 16 of a horizontal plane array arrangement type, an array antenna characteristic V (θ, φ) is maintained as a function of both a horizontal plane direction θ and a vertical plane direction φ. A transmission array weight W (k) for each user (kth user ) is calculated from the characteristics and the direction estimation values of the horizontal and vertical planes.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、無線送信装置および無線送信方法に係り、特に、アレーアンテナを用いて送信ビームを適応的に形成する技術に関する。 The present invention relates to a radio transmission apparatus and a radio transmission method, and more particularly to a technique for adaptively forming a transmission beam using an array antenna.
複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを用いて、各アンテナ素子に分配されて入力される各送信信号の振幅と位相を制御する(各アンテナ素子から送信される送信波の重み付けである送信アレー重みを与える)ことにより、任意の送信ビームパターンを適応的に形成することが可能な送信ビーム制御技術の研究開発が盛んに行われている。この技術は、高利得の指向性を持ったビームを形成できるだけでなく、別の方向には送信信号を打ち消すヌルを形成できるという特徴を備えており、送信信号を送りたい移動局(以下、所望局と呼ぶ)にはビームを、送信信号を送りたくない移動局(以下、非所望局と呼ぶ)にはヌルをそれぞれ形成することで、複数の移動局に対して互いに直交したビームパターンを割当て、同時に通信を行うことができる。 An array antenna composed of a plurality of antenna elements is used to control the amplitude and phase of each transmission signal distributed and input to each antenna element (a transmission array that is a weight of a transmission wave transmitted from each antenna element). Research and development of a transmission beam control technique capable of adaptively forming an arbitrary transmission beam pattern by giving a weight) has been actively conducted. This technology not only can form a beam with high gain directivity, but also has a feature that it can form a null that cancels the transmission signal in another direction. By assigning beam patterns orthogonal to each other to multiple mobile stations, a beam is formed for each mobile station (referred to as an undesired station hereinafter) and a null is formed. Can communicate at the same time.
こうした送信ビーム制御技術をセルラーシステムの基地局装置に適用することで、時間および周波数とは独立した次元である「空間」を通信の多元接続に利用することが可能となるため、周波数利用効率の改善に対して非常に大きな期待が寄せられている。例えば、周波数分割複信(Frequency Division Duplex;FDD)方式のセルラーシステムにおいて送信ビーム制御技術によるビーム多重を行う空間分割多元接続(Space Division Multiple Access;SDMA)を実現した、FDD/SDMAセルラーシステムが提案されている。 By applying such transmission beam control technology to cellular system base station equipment, it is possible to use “space”, which is a dimension independent of time and frequency, for multiple access of communications, so that frequency utilization efficiency can be improved. There are great expectations for improvement. For example, an FDD / SDMA cellular system that realizes space division multiple access (SDMA) that performs beam multiplexing using a transmission beam control technique in a frequency division duplex (FDD) cellular system is proposed. Has been.
上記のような送信ビーム制御を実現するためには、当該制御を行う基地局側において、アレーアンテナの各アンテナ素子と移動局の受信アンテナ間の伝搬路特性の情報(下り回線空間ベクトル)を取得しておく必要がある。その方法には、大きく分けて次の2通りの方法がある。1つは、移動局側で求めた下り回線空間ベクトルを用いて基地局でフィードバック制御を行うという方法である。この方法では、フィードバック制御で通信回線(上り回線)を使用するため、全体として伝送効率が低下する問題がある。もう1つの方法として、アンテナ素子間における送信信号の相関性が高いアレーアンテナを用いることを前提とした上で、アレーアンテナを構成した状態で各アンテナ素子間の相対レベル(振幅)と相対位相に関するアンテナ放射特性(アレーアンテナ特性)を予め推定若しくは測定して保持しておいて、上り回線において到来方向推定された移動局方向に対応するアレーアンテナ特性を下り回線空間ベクトルとして代用するという方法がある(例えば、非特許文献1参照)。この方法では、フィードバック制御をする必要がなく、基地局内の処理だけで送信ビーム制御を実現することができる。
しかしながら、この後者の方法において、従来は水平面内におけるアレーアンテナ特性のみを使用しており、垂直面内(基地局から送信される電波の俯角方向)については同一のアレーアンテナ特性を使用していた。仮に、全アンテナ素子が理想的であり垂直面方向の特性が同一であれば、アレーアンテナ特性は垂直面内で同一となり問題は生じないが、実際のアレーアンテナは製造誤差によってアンテナ素子間の垂直方向の放射特性がばらついているため、垂直面内のアレーアンテナ特性は偏差を有することになる。この場合、同じ水平面内で送信ビーム制御を行い、正しくビームとヌルを形成できていたとしても、ヌルを向けた移動局が実際には異なる垂直面方向(即ち俯角の異なる方向)に存在しているときは、その方向では送信ビームパターンはヌル値を持たなくなってしまうという状況も生じ得る。そのため、このような移動局に対する送信ビーム制御の精度が劣化し、SDMAの効果が低下してしまうことが問題であった。 However, in the latter method, conventionally, only the array antenna characteristic in the horizontal plane is used, and the same array antenna characteristic is used in the vertical plane (the depression direction of the radio wave transmitted from the base station). . If all the antenna elements are ideal and the characteristics in the vertical plane direction are the same, the array antenna characteristics will be the same in the vertical plane and no problem will occur. However, an actual array antenna has a vertical error between antenna elements due to manufacturing errors. Since the radiation characteristics in the direction vary, the array antenna characteristics in the vertical plane have a deviation. In this case, even if the transmission beam control is performed in the same horizontal plane and the beam and the null are correctly formed, the mobile station to which the null is directed actually exists in different vertical plane directions (that is, directions having different depression angles). In such a case, a situation may occur in which the transmission beam pattern does not have a null value in that direction. For this reason, the accuracy of transmission beam control for such a mobile station is degraded, and the effect of SDMA is reduced.
特に、セルラーシステムの基地局用アンテナは垂直面においてセルエッジ方向(俯角が水平に近い方向)に指向性を向けるため、基地局近傍方向(俯角が大きい方向)では利得が低くなる。その結果、基地局近傍のユーザに対しては送信ビームパターンに歪が生じ、SDMAの効果が十分に得られなくなってしまう。具体例として、図6に基地局用アレーアンテナを構成しているアンテナ素子の垂直面放射特性を示す。横軸は基地局から見た垂直面の方向(俯角)を表し、0度が地面と平行な方向、正の方向が俯角(下向きの角度)である。また、+5度方向がセルエッジ方向に相当して指向性が形成されているが、基地局近傍となる+30度以上の方向は、指向性方向に比して−40dB以下の低利得となっている。 In particular, since the antenna for the base station of the cellular system directs directivity in the cell edge direction (direction in which the depression angle is almost horizontal) on the vertical plane, the gain is low in the direction near the base station (direction in which the depression angle is large). As a result, the transmission beam pattern is distorted for users near the base station, and the SDMA effect cannot be obtained sufficiently. As a specific example, FIG. 6 shows the vertical plane radiation characteristics of the antenna elements constituting the base station array antenna. The horizontal axis represents the direction of the vertical plane (a depression angle) viewed from the base station, where 0 degree is a direction parallel to the ground and the positive direction is the depression angle (downward angle). Further, the directivity is formed corresponding to the +5 degree direction corresponding to the cell edge direction, but the direction of +30 degrees or more near the base station has a low gain of -40 dB or less compared to the directivity direction. .
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、水平面方向および垂直面方向をともに最適化した送信ビームパターンを形成可能な無線送信装置ならびに無線送信方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a radio transmission apparatus and a radio transmission method capable of forming a transmission beam pattern in which both the horizontal plane direction and the vertical plane direction are optimized. .
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項1に記載の発明は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナにより各アンテナ素子から送信される送信波の振幅と位相を制御してビームを適応的に形成し、移動局との無線通信を行う無線送信装置において、前記移動局から受信した受信信号に基づき該移動局の位置する水平面内の方向を推定する水平面方向推定部と、前記移動局から受信した受信信号に基づき該移動局の位置する垂直面内の方向を推定する垂直面方向推定部と、前記各アンテナ素子について、移動局が存在し得る水平面内および垂直面内の任意の方向に対する下り回線の放射特性に関するデータを記憶するアレーアンテナ特性記憶部と、前記推定された移動局の水平面内および垂直面内の方向と前記放射特性データとに基づいて、水平面内の方向が異なる複数の移動局に向けて適応的に形成された送信ビームを送出するための前記各アンテナ素子に対する送信波の重み付けを送信アレー重みとして算出する送信ビーム制御部と、前記算出された送信アレー重みに従って前記振幅および位相の制御を行い、前記アレーアンテナに適応的に送信ビームを形成させる送信ビーム形成部と、を備え、前記送信ビーム制御部は、所望局の方向に対して送信ビームのゲインを最大化させ、該所望局とは垂直面内の方向が異なる非所望局の方向に対してこの送信ビームのゲインを最小化させる送信アレー重みを算出することを特徴とする無線送信装置である。
The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の無線送信装置において、前記移動局から受信した受信信号に基づき、前記推定された移動局の水平面内の方向を中心とする送信波の空間角度広がりを推定する空間角度広がり推定部を備え、前記送信ビーム制御部は、送信アレー重みを、前記推定された移動局の水平面内および垂直面内の方向、前記放射特性データ、ならびに前記推定された空間角度広がりに基づいて算出することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the wireless transmission device according to the first aspect, a transmission wave centered around a direction in the horizontal plane of the estimated mobile station based on a received signal received from the mobile station. A spatial angular spread estimating unit for estimating a spatial angular spread of the mobile station, wherein the transmission beam control unit determines a transmission array weight, a direction in a horizontal plane and a vertical plane of the estimated mobile station, the radiation characteristic data, and the The calculation is based on the estimated spatial angular spread.
また、請求項3に記載の発明は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナにより各アンテナ素子から送信される送信波の振幅と位相を制御してビームを適応的に形成し、移動局との無線通信を行う無線送信方法において、前記移動局から受信した受信信号に基づき該移動局の位置する水平面内の方向を推定する手順と、前記移動局から受信した受信信号に基づき該移動局の位置する垂直面内の方向を推定する手順と、前記各アンテナ素子について移動局が存在し得る水平面内および垂直面内の任意の方向に対する下り回線の放射特性に関するデータを記憶するアレーアンテナ特性記憶部から、前記推定された移動局方向の放射特性データを取り出す手順と、前記推定された移動局の水平面内および垂直面内の方向と前記取り出された放射特性データとに基づいて、水平面内の方向が異なる複数の移動局に向けて適応的に形成された送信ビームを送出するための前記各アンテナ素子に対する送信波の重み付けを送信アレー重みとして算出する手順と、前記算出された送信アレー重みに従って前記振幅および位相の制御を行い、前記アレーアンテナに適応的に送信ビームを形成させる手順と、を備え、前記算出された送信アレー重みによって、所望局の方向に対する送信ビームのゲインが最大化され、該所望局とは垂直面内の方向が異なる非所望局の方向に対するこの送信ビームのゲインが最小化されることを特徴とする無線送信方法である。 According to a third aspect of the present invention, an array antenna composed of a plurality of antenna elements controls the amplitude and phase of a transmission wave transmitted from each antenna element to adaptively form a beam, In the wireless transmission method for performing wireless communication, a procedure for estimating the direction in the horizontal plane where the mobile station is located based on the received signal received from the mobile station, and the mobile station based on the received signal received from the mobile station An array antenna characteristic storage unit for storing a procedure for estimating a direction in a vertical plane, and data regarding downlink radiation characteristics in an arbitrary direction in a horizontal plane and a vertical plane in which a mobile station may exist for each antenna element The procedure for extracting the radiation characteristic data of the estimated mobile station direction, the direction in the horizontal plane and the vertical plane of the estimated mobile station and the extracted Based on the radiation characteristics data, a transmission wave weight is calculated as a transmission array weight for each antenna element for transmitting transmission beams adaptively formed to a plurality of mobile stations having different directions in a horizontal plane. And a step of controlling the amplitude and phase in accordance with the calculated transmission array weight and adaptively forming a transmission beam in the array antenna, and by means of the calculated transmission array weight, A radio transmission method characterized in that a gain of a transmission beam with respect to a direction is maximized, and a gain of the transmission beam with respect to a direction of an undesired station having a different direction in a vertical plane from the desired station is minimized.
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の無線送信方法において、前記移動局から受信した受信信号に基づき、前記推定された移動局の水平面内の方向を中心とする送信波の空間角度広がりを推定する手順を備え、前記送信アレー重みの算出において、前記推定された移動局の水平面内および垂直面内の方向、前記放射特性データ、ならびに前記推定された空間角度広がりに基づいて算出を行うことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a radio transmission method according to the third aspect, wherein a transmission wave centered on a direction in the horizontal plane of the estimated mobile station based on a received signal received from the mobile station. In the calculation of the transmission array weight, based on the estimated direction in the horizontal and vertical planes of the mobile station, the radiation characteristic data, and the estimated spatial angular spread. And calculating.
本発明によれば、水平面方向と垂直面方向に対する放射特性データを備え、この放射特性データと水平面および垂直面の方向推定値とに基づいて送信アレー重みが算出されるので、水平面方向と垂直面方向に対して同時に送信ビームパターンが最適化された送信ビーム制御が可能である。したがって、垂直面方向でビームが不均一である場合にも、効果的なSDMAを実現することができる。 According to the present invention, radiation characteristic data for the horizontal plane direction and the vertical plane direction is provided, and the transmission array weight is calculated based on the radiation characteristic data and the direction estimation value of the horizontal plane and the vertical plane. Transmit beam control in which the transmit beam pattern is optimized simultaneously with respect to the direction is possible. Therefore, even when the beam is not uniform in the vertical plane direction, effective SDMA can be realized.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
≪第1の実施形態≫
図1は、本発明の第1の実施形態による無線送信装置1の構成を示す機能ブロック図である。同図において、無線送信装置1は、アレーアンテナ16の位置を基準として移動局の水平面内における方向を推定する水平面方向推定部11と、同じく移動局の垂直面内における方向を推定する垂直面方向推定部12と、予め推定若しくは測定したアレーアンテナ特性を格納するアレーアンテナ特性記憶部13と、移動局の水平面および垂直面方向の各推定値とアレーアンテナ特性を用いて複数の移動局に対して水平面で送信ビームパターンを制御する送信アレー重みを算出する送信ビーム制御部14と、各移動局(第1ユーザ〜第kユーザ)に対して変調送信信号に送信アレー重みを乗じて各アンテナ素子17−1〜17−Nの送信波の振幅と位相を制御する送信ビーム形成部15−1〜15−kと、送信アレー重みによって重み付けされた送信信号を放射するアレーアンテナ16とを備えている。アレーアンテナ16は、N個のアンテナ素子17−1〜17−Nが水平面上にアレー配置された構成を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a
水平面方向推定部11は、上り回線で移動局から受信した受信信号を用いて、アレーアンテナ16の位置を基準とした当該移動局の水平面内における方向を推定する。推定方法には、水平面アレー配置型であるアレーアンテナ16によって受信した信号に基づくビームフォーマ法、MUSIC法、ESPRIT法などの従来から利用されている方法を適用するものとする。
The horizontal plane
垂直面方向推定部12は、上り回線で移動局から受信した受信信号を用いて、アレーアンテナ16の位置を基準とした当該移動局の垂直面内における方向(俯角)を推定する。推定方法として、例えば、上り回線のRSSI(Received Signal Strength Indicator)を用いて信号減衰量から基地局(アレーアンテナ16)からの距離dを推定し、事前に分かっているアレーアンテナ16の高さhを使って求めた逆正接tan−1(h/d)の値を上記の俯角とする。また、水平面方向推定部11と同様に、垂直面上にアンテナ素子をアレー配置した垂直面アレー配置型のアレーアンテナを使用することで、受信信号に基づくビームフォーマ法、MUSIC法、ESPRIT法などを適用することもできる。
The vertical plane
アレーアンテナ特性記憶部13は、アレーアンテナ16を構成する各アンテナ素子17−1〜17−Nについて、下り回線周波数に対して予め推定若しくは測定したアンテナ放射特性(アレーアンテナ特性)を格納している。この特性は、水平面方向と垂直面方向のそれぞれについて各アンテナ素子の放射特性を示すものである。本実施形態のアレーアンテナ16はN個のアンテナ素子17−1〜17−Nが水平面内に並んだ水平面アレー配置型であり、そのアレーアンテナ特性は、水平面方向θおよび垂直面方向φを変数に持つベクトル関数V(θ,φ)として次式で表される。
The array antenna
ここで、νn(θ,φ)はアレーアンテナ16を構成した状態での第nアンテナ素子の放射特性であり、振幅および位相の情報からなる複素関数である。 Here, ν n (θ, φ) is a radiation characteristic of the n-th antenna element in the state in which the array antenna 16 is configured, and is a complex function composed of amplitude and phase information.
送信ビーム制御部14は、水平面内に存在する複数の移動局(第1ユーザ〜第kユーザ)のそれぞれに対して、送信信号を各アンテナ素子17−1〜17−Nから送信する際の重み付けを規定する送信アレー重みを算出する。第kユーザに対する送信アレー重みは、当該移動局の水平面方向推定値θ(k)、垂直面方向推定値φ(k)、およびアレーアンテナ特性V(θ(k),φ(k))を用いて送信アレー重みベクトルW(k)として次式により算出される。
The transmission
ここで、Hはベクトルの複素転置共役を表し、N0は雑音電力、IはN×Nの単位行列である。 Here, H represents a complex transpose conjugate of a vector, N 0 is noise power, and I is an N × N unit matrix.
送信ビーム形成部15は、SDMAにより同時送信する移動局毎に、時間tを変数に持つ変調送信信号s(k)(t)をアンテナ素子の個数Nに分配してそれぞれに送信アレー重みベクトルW(k)の成分を積算し、次式で表される送信信号ベクトルS(k)(t)を出力する。
The transmission
アレーアンテナ16へは、送信ビーム形成部15から出力された同時送信する各移動局の送信信号ベクトルの成分が、アンテナ素子毎に加算されて入力される。各アンテナ素子17−1〜17−Nは、この入力に従って各移動局への送信信号が重畳された送信波を送信する。このように送信ビーム制御されアレーアンテナ16から送信される信号S(t)は次式で表される。
To the array antenna 16, the components of the transmission signal vectors of the mobile stations that are simultaneously transmitted and output from the transmission
このように、本実施形態によれば、水平面アレー配置型のアレーアンテナ16を備えた無線送信装置1が、水平面方向と垂直面方向の両者の関数としてアレーアンテナ特性を保持しており、このアレーアンテナ特性と水平面および垂直面の方向推定値とから送信アレー重みを算出している。これにより、水平面方向と垂直面方向に対して同時に送信ビームパターンが最適化された送信ビーム制御が可能となる。したがって、垂直面方向でビームが不均一である場合にも、効果的なSDMAが実現される。
As described above, according to this embodiment, the
≪第2の実施形態≫
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態は、空間角度広がり推定を用いた送信ビーム制御を行う無線送信装置に関するものである。
図2は、本実施形態による無線送信装置2の構成を示す機能ブロック図である。同図において、水平面方向推定部11、垂直面方向推定部12、アレーアンテナ特性記憶部13、送信ビーム形成部15、アレーアンテナ16、各アンテナ素子17−1〜17−Nの各構成要素は、図1に示すものと同一である。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The present embodiment relates to a radio transmission apparatus that performs transmission beam control using spatial angular spread estimation.
FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the
空間角度広がり推定部18は、上り回線で移動局から受信した受信信号を用いて、アレーアンテナ16の位置を基準とした当該移動局の水平面内における推定方向を中心とする、電波の統計的な空間広がりの標準偏差を推定する。推定方法には、水平面アレー配置型であるアレーアンテナ16によって受信した信号に基づいて、空間角度広がりモデルに近似して空間広がりの標準偏差を求める、従来から利用されている空間角度広がり推定法を適用するものとする。
The spatial angle spread
無線送信装置2の送信ビーム制御部14は、空間角度広がり推定部18において推定された第kユーザの空間角度広がりσ(k)を用いて、この第kユーザに対する送信アレー重みベクトルW(k)を次式に従って算出する。
The transmission
ここで、eig(X)は、行列Xを固有値分解して得られる最大の固有値に対応する固有ベクトルを表す。また、A(θ,σ,θ(l))は、空間角度広がり推定部18で用いた下り回線の第lユーザに対する空間角度広がりの分布関数であり、ユーザの方向θ(l)を中心とした空間角度広がりσを標準偏差とし方向θを変数に持つ関数である。正規分布を用いた場合は次式で表される。
Here, eig (X) represents an eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue obtained by eigenvalue decomposition of the matrix X. A (θ, σ, θ (l) ) is a distribution function of the spatial angular spread for the downlink l-th user used in the spatial angular
次に、図3から図5を参照して本発明の実施例を説明する。
図3は、本発明に係る無線送信装置を構成する基地局用のアレーアンテナ16と、セル内に存在する2つの移動局20(ユーザA、ユーザB)の配置状況を示したシステムモデルである。同図において、各移動局の垂直面内の方向は、ユーザAがα度、ユーザBがβ度となっている。また、同図には示されていないが、各移動局の水平面内の方向は、ユーザAが90度、ユーザBが270度とする。さらに、アレーアンテナ16の垂直方向αおよび垂直方向βそれぞれにおけるアレーアンテナ特性V(θ,α)、V(θ,β)が異なる特性である場合を想定する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a system model showing the arrangement of the base station array antenna 16 constituting the radio transmission apparatus according to the present invention and the two mobile stations 20 (user A and user B) existing in the cell. . In the figure, the direction of the mobile station in the vertical plane is α degrees for user A and β degrees for user B. Although not shown in the figure, the direction of each mobile station in the horizontal plane is 90 degrees for user A and 270 degrees for user B. Furthermore, it is assumed that the array antenna characteristics V (θ, α) and V (θ, β) in the vertical direction α and the vertical direction β of the array antenna 16 are different characteristics.
(1)水平面のみ考慮したアレーアンテナ特性V(θ)による送信ビーム制御
比較のため、従来のように水平面方向θだけを変数に持つアレーアンテナ特性V(θ)を用いた送信ビーム制御の実施例を示す。なお、ここでは垂直方向αのアレーアンテナ特性を用いた。図4は、この場合の送信ビームパターンであり、同図(a)は垂直方向αに形成された送信ビームパターン、同図(b)は垂直方向βに形成された送信ビームパターンを表している。
(1) Transmit beam control by array antenna characteristic V (θ) considering only horizontal plane For comparison, an example of transmit beam control using array antenna characteristic V (θ) having only the horizontal plane direction θ as a variable for comparison. Indicates. Here, the array antenna characteristic in the vertical direction α is used. FIG. 4 shows a transmission beam pattern in this case. FIG. 4A shows a transmission beam pattern formed in the vertical direction α, and FIG. 4B shows a transmission beam pattern formed in the vertical direction β. .
垂直方向α(図4(a))では、ユーザAが存在している水平方向90度において、ユーザBの送信ビームパターンはヌルを形成しているため、ビーム間干渉が大きく抑圧されている。一方、垂直方向β(図4(b))では、ユーザBが存在している水平方向270度において、ユーザAの送信ビームパターンのヌル形成が歪んでいるため、ビーム間干渉が十分に抑圧されていない。 In the vertical direction α (FIG. 4A), the transmission beam pattern of the user B forms a null at 90 degrees in the horizontal direction where the user A exists, so that inter-beam interference is greatly suppressed. On the other hand, in the vertical direction β (FIG. 4B), since the null formation of the transmission beam pattern of the user A is distorted at 270 degrees in the horizontal direction where the user B exists, inter-beam interference is sufficiently suppressed. Not.
なお、アレーアンテナ特性V(θ)による送信ビーム制御では、特定の垂直方向(ここでは垂直方向α)については最適なビームとヌルが形成されるので、水平方向270度の垂直方向α(実際にはこの方向にはユーザBは存在しない)においては、ユーザAの送信ビームパターンはヌルを形成している(図4(a))。 In the transmission beam control based on the array antenna characteristic V (θ), an optimal beam and null are formed in a specific vertical direction (here, the vertical direction α), so that the vertical direction α (actually 270 degrees in the horizontal direction) In this direction, there is no user B), and the transmission beam pattern of user A forms a null (FIG. 4A).
(2)垂直面も考慮したアレーアンテナ特性V(θ,φ)による送信ビーム制御
次に、本発明に係る送信ビーム制御の実施例を示す。図5は、水平面方向θおよび垂直面方向φを変数に持つアレーアンテナ特性V(θ,φ)を用いて送信ビーム制御を行った場合の送信ビームパターンであり、同図(a)は垂直方向αに形成された送信ビームパターン、同図(b)は垂直方向βに形成された送信ビームパターンを表している。
(2) Transmit beam control based on array antenna characteristics V (θ, φ) considering vertical plane Next, an embodiment of transmit beam control according to the present invention will be described. FIG. 5 shows a transmission beam pattern when transmission beam control is performed using the array antenna characteristic V (θ, φ) having the horizontal plane direction θ and the vertical plane direction φ as variables, and FIG. 5A shows the vertical direction. The transmission beam pattern formed in α and FIG. 5B show the transmission beam pattern formed in the vertical direction β.
垂直方向α(図5(a))では、ユーザAが存在している水平方向90度において、ユーザBの送信ビームパターンはヌルを形成しているため、ビーム間干渉が大きく抑圧されている。また、垂直方向β(図5(b))についても、ユーザBが存在している水平方向270度において、ユーザAの送信ビームパターンはヌルを形成しており、ユーザBに対してもビーム間干渉が抑圧されている。 In the vertical direction α (FIG. 5A), since the transmission beam pattern of the user B forms a null at 90 degrees in the horizontal direction where the user A exists, inter-beam interference is greatly suppressed. Also, in the vertical direction β (FIG. 5B), the transmission beam pattern of the user A forms a null in the horizontal direction 270 degrees where the user B exists, and the beam between the user B is also between the beams. Interference is suppressed.
図4(a)と(b)、または図5(a)と(b)を比べると、各ユーザの送信ビームパターンは垂直方向αとβとで異なっている。このように垂直方向において送信ビームが不均一である場合にも、本発明の無線送信装置を用いることで、送信ビーム制御によりSDMAを実現することが可能となる。 4A and 4B, or FIGS. 5A and 5B, the transmission beam patterns of each user are different in the vertical directions α and β. As described above, even when the transmission beam is non-uniform in the vertical direction, SDMA can be realized by transmission beam control by using the wireless transmission device of the present invention.
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることができる。 As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. Can do.
1、2…無線送信装置 11…水平面方向推定部 12…垂直面方向推定部 13…アレーアンテナ特性記憶部 14…送信ビーム制御部 15−1〜15−k…送信ビーム形成部 16…アレーアンテナ 17−1〜17−N…アンテナ素子 18…空間角度広がり推定部 20…移動局
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記移動局から受信した受信信号に基づき該移動局の位置する水平面内の方向を推定する水平面方向推定部と、
前記移動局から受信した受信信号に基づき該移動局の位置する垂直面内の方向を推定する垂直面方向推定部と、
前記各アンテナ素子について、移動局が存在し得る水平面内および垂直面内の任意の方向に対する下り回線の放射特性に関するデータを記憶するアレーアンテナ特性記憶部と、
前記推定された移動局の水平面内および垂直面内の方向と前記放射特性データとに基づいて、水平面内の方向が異なる複数の移動局に向けて適応的に形成された送信ビームを送出するための前記各アンテナ素子に対する送信波の重み付けを送信アレー重みとして算出する送信ビーム制御部と、
前記算出された送信アレー重みに従って前記振幅および位相の制御を行い、前記アレーアンテナに適応的に送信ビームを形成させる送信ビーム形成部と、
を備え、
前記送信ビーム制御部は、
所望局の方向に対して送信ビームのゲインを最大化させ、該所望局とは垂直面内の方向が異なる非所望局の方向に対してこの送信ビームのゲインを最小化させる送信アレー重みを算出する
ことを特徴とする無線送信装置。 In a radio transmitting apparatus that performs radio communication with a mobile station by adaptively forming a beam by controlling the amplitude and phase of a transmission wave transmitted from each antenna element by an array antenna including a plurality of antenna elements,
A horizontal plane direction estimation unit that estimates a direction in a horizontal plane where the mobile station is located based on a received signal received from the mobile station;
A vertical plane direction estimation unit that estimates a direction in a vertical plane where the mobile station is located based on a received signal received from the mobile station;
For each of the antenna elements, an array antenna characteristic storage unit that stores data regarding downlink radiation characteristics in an arbitrary direction in a horizontal plane and a vertical plane in which a mobile station may exist,
Based on the estimated directions in the horizontal and vertical planes of the mobile station and the radiation characteristic data, to transmit a transmission beam adaptively formed to a plurality of mobile stations having different directions in the horizontal plane A transmission beam control unit that calculates a weight of a transmission wave for each of the antenna elements as a transmission array weight;
A transmission beam forming unit that controls the amplitude and phase according to the calculated transmission array weight, and that adaptively forms a transmission beam in the array antenna;
With
The transmission beam control unit includes:
Calculates the transmit array weight that maximizes the gain of the transmit beam with respect to the direction of the desired station and minimizes the gain of this transmit beam with respect to the direction of the undesired station that has a different direction in the vertical plane from the desired station. A wireless transmitter characterized by:
前記送信ビーム制御部は、送信アレー重みを、前記推定された移動局の水平面内および垂直面内の方向、前記放射特性データ、ならびに前記推定された空間角度広がりに基づいて算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の無線送信装置。 A spatial angle spread estimation unit for estimating a spatial angle spread of a transmission wave centered on a direction in a horizontal plane of the estimated mobile station based on a received signal received from the mobile station;
The transmission beam control unit calculates a transmission array weight based on the estimated direction in a horizontal plane and a vertical plane of the mobile station, the radiation characteristic data, and the estimated spatial angular spread. The wireless transmission device according to claim 1.
前記移動局から受信した受信信号に基づき該移動局の位置する水平面内の方向を推定する手順と、
前記移動局から受信した受信信号に基づき該移動局の位置する垂直面内の方向を推定する手順と、
前記各アンテナ素子について移動局が存在し得る水平面内および垂直面内の任意の方向に対する下り回線の放射特性に関するデータを記憶するアレーアンテナ特性記憶部から、前記推定された移動局方向の放射特性データを取り出す手順と、
前記推定された移動局の水平面内および垂直面内の方向と前記取り出された放射特性データとに基づいて、水平面内の方向が異なる複数の移動局に向けて適応的に形成された送信ビームを送出するための前記各アンテナ素子に対する送信波の重み付けを送信アレー重みとして算出する手順と、
前記算出された送信アレー重みに従って前記振幅および位相の制御を行い、前記アレーアンテナに適応的に送信ビームを形成させる手順と、
を備え、
前記算出された送信アレー重みによって、所望局の方向に対する送信ビームのゲインが最大化され、該所望局とは垂直面内の方向が異なる非所望局の方向に対するこの送信ビームのゲインが最小化される
ことを特徴とする無線送信方法。 In a radio transmission method for performing radio communication with a mobile station by adaptively forming a beam by controlling the amplitude and phase of a transmission wave transmitted from each antenna element by an array antenna including a plurality of antenna elements,
A procedure for estimating a direction in a horizontal plane where the mobile station is located based on a received signal received from the mobile station;
Estimating a direction in a vertical plane where the mobile station is located based on a received signal received from the mobile station;
For each antenna element, the estimated radiation characteristic data in the mobile station direction from an array antenna characteristic storage unit that stores data related to downlink radiation characteristics in an arbitrary direction in a horizontal plane and a vertical plane in which a mobile station may exist Steps to remove
Based on the estimated directions in the horizontal plane and vertical plane of the mobile station and the extracted radiation characteristic data, transmission beams adaptively formed for a plurality of mobile stations having different directions in the horizontal plane are generated. A procedure for calculating a weight of a transmission wave for each antenna element for transmission as a transmission array weight;
Performing the amplitude and phase control according to the calculated transmit array weight, and adaptively forming a transmit beam in the array antenna;
With
The calculated transmit array weight maximizes the gain of the transmit beam with respect to the direction of the desired station, and minimizes the gain of this transmit beam with respect to the direction of the undesired station that differs in the direction in the vertical plane from the desired station. A wireless transmission method characterized by the above.
前記送信アレー重みの算出において、前記推定された移動局の水平面内および垂直面内の方向、前記放射特性データ、ならびに前記推定された空間角度広がりに基づいて算出を行う
ことを特徴とする請求項3に記載の無線送信方法。
Based on a received signal received from the mobile station, comprising estimating a spatial angular spread of a transmission wave centered on a direction in a horizontal plane of the estimated mobile station,
The calculation of the transmission array weight is performed based on the estimated directions in the horizontal and vertical planes of the mobile station, the radiation characteristic data, and the estimated spatial angular spread. 4. The wireless transmission method according to 3.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009217460A (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Nec Corp | Measurement system, buoy, receiver and measurement method |
JP2009217613A (en) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Nec Corp | Measurement system, buoy, receiver and measurement method |
JP2012521120A (en) * | 2009-03-20 | 2012-09-10 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン(パブル) | Improved repeater |
JP2014524712A (en) * | 2011-08-24 | 2014-09-22 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | Beam selection apparatus and method in wireless communication system |
WO2016181764A1 (en) * | 2015-05-13 | 2016-11-17 | 住友電気工業株式会社 | Wireless communication device and weight matrix determination method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09200115A (en) * | 1996-01-23 | 1997-07-31 | Toshiba Corp | Method for controlling antenna directivity for radio base station in radio communication system and variable directivity antenna |
JP2004080604A (en) * | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Kddi Corp | Method and receiver for estimating spatial angular spread |
JP2005086568A (en) * | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Ntt Docomo Inc | Radio communication device and method |
-
2006
- 2006-03-31 JP JP2006096509A patent/JP4680113B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09200115A (en) * | 1996-01-23 | 1997-07-31 | Toshiba Corp | Method for controlling antenna directivity for radio base station in radio communication system and variable directivity antenna |
JP2004080604A (en) * | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Kddi Corp | Method and receiver for estimating spatial angular spread |
JP2005086568A (en) * | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Ntt Docomo Inc | Radio communication device and method |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009217460A (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Nec Corp | Measurement system, buoy, receiver and measurement method |
JP2009217613A (en) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Nec Corp | Measurement system, buoy, receiver and measurement method |
JP2012521120A (en) * | 2009-03-20 | 2012-09-10 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン(パブル) | Improved repeater |
US8909131B2 (en) | 2009-03-20 | 2014-12-09 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Repeater |
JP2014524712A (en) * | 2011-08-24 | 2014-09-22 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | Beam selection apparatus and method in wireless communication system |
KR101820733B1 (en) | 2011-08-24 | 2018-01-22 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for selecting beam in wireless communication system |
WO2016181764A1 (en) * | 2015-05-13 | 2016-11-17 | 住友電気工業株式会社 | Wireless communication device and weight matrix determination method |
JP2016213779A (en) * | 2015-05-13 | 2016-12-15 | 住友電気工業株式会社 | Wireless communication apparatus and weight matrix determination method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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