JP3589292B2 - 移動体通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動体通信装置に関するものであり、更に詳細には移動体通信において、特にパケット通信等の移動体からの通信が断続的に発生するような移動体通信においても、素連れた通信品質を確保し得る移動体通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な移動無線通信技術においては、基地局が自局を中心としたあるエリアで通信が可能な無線セル（又はセルという）を形成し、複数の移動端末を収容する無線アクセスシステムを実現している。隣接セルとの間では、周波数や拡散コードが異なるようにして、周波数を再利用し、システム全体の通信容量増大を図っている。
【０００３】
従来の移動体通信においてアダプティブアンテナを適用した無線通信システムの一例としては特開平７−８７０１１号公報に開示されている。該公報に開示された無線通信システムのアンテナ装置における基地局が放射するビームのパターンを図３に示す。図３に示すように予め定められた角度的に狭いビームを指向性制御により任意の方位に形成することにより、全方位をカバーしている。該公報に開示された無線通信システムは、通信を行っている移動体（以下、本明細書において「端末局」ともいう）が移動するにつれて生じる受信電力強度の変化を調査し、指向性制御により端末局の移動に対応するものである。
【０００４】
また、特開２０００−２２６１８号公報には、無線アクセスシステムにおいて基地局が割り出した移動端末の位置情報からアンテナの方向およびビーム角度を変化させ、各無線リンク間の干渉を最小限にでき、基地局のセルに収容でき移動端末数を増大できる基地局が開示されている。これら、前記特開平７−８７０１１号公報及び特開２０００−２２６１８号公報に開示されたシステムは、何れも位置を予測し、ビーム方向及びビーム幅を制御するものであるが、予め定められたビーム特性のビームを選択する方式であり、電波環境に適応して所定の干渉信号方向にヌルを形成する等というビーム特性をアダプティブに制御する方式ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、移動体通信において、特にパケット通信等の移動体からの通信が断続的に発生するような移動体通信においても、アダプティブアンテナによるビーム指向性を移動体に向けることにより優れた通信品質を確保し得る移動体通信装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本出願の第１の発明は、複数のアンテナ素子を備え、当該複数のアンテナ素子への重み付けを制御することにより電波環境に適応したビーム指向性を有するビームを放射し得るアダプティブアンテナと、前記複数のアンテナ素子で受信された通信対象である移動体からの受信信号を入力し、予め定められたパイロット信号成分の基準値からの位相変化量により前記移動体の移動速度を推定する速度推定器と、前記速度推定器を用いて前記移動体の位置を推定する位置推定器と、前記複数のアンテナ素子で受信された前記移動体からの受信信号に重み付けを行いビームを合成するビーム合成器と、前記位置推定器により推定された前記移動体の推定位置に基づき、初期ウェイトを前記移動体以外の方位にヌルを形成するウェイトとして与え、電波環境に適応する重み付け係数を補正する重み付け係数発生器とを備え、前記速度推定器及び前記位置推定器により得られる通信対象である前記移動体の位置と、干渉源となる他の移動体の位置とを拘束条件として与え、前記アダプティブアンテナによるビーム指向性を通信対象の前記移動体に向け、干渉源となる前記他の移動体へはヌルを形成するまでの収束時間を短縮するように構成して成ることを特徴とする移動体通信装置である。
かかる構成とすることにより、位置推定器により推定された移動体の推定位置に基づき、初期ウェイトを移動体以外の方位にヌルを形成するウェイトとして与え、電波環境に適応する重み付け係数を補正し得るので、パケット通信等の移動体からの通信が断続的に発生するような移動体通信においても、アダプティブアンテナによるビーム指向性は通信対象の移動体に向け、干渉源となる他の移動体へはヌルを形成することが短時間で行われることとなり、より優れた通信品質が確保される。
【０００７】
また、前記位置推定器が、複数のアンテナ素子から受信された前記移動体からの受信信号を入力し、予め定められたパイロット信号成分の基準値からの位相変化量により前記移動体の移動速度を推定する速度推定器を備えたことを特徴としているので、断続的な通信を行っている場合であっても端末局の位置に合わせたアダプティブビーム制御が可能となり、対象とする端末局に対しては信号対雑音・干渉比を最大化することができ、他の端末局に対しては干渉を最小化することが可能となる。
【０００８】
また、本出願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の移動体通信装置において、前記位置推定器が、前記ビーム合成器から出力されるパイロット信号の変化量に基づき移動速度を推定する速度推定器を備えたことを特徴とする。
かかる構成とすることにより、移動体の移動速度が推定できるので、断続的な通信を行っている場合であっても端末局の位置に合わせたアダプティブビーム制御が可能となり、対象とする端末局に対しては信号対雑音・干渉比を最大化することができ、他の端末局に対しては干渉を最小化することが可能となる。
【０００９】
また、本出願の請求項３記載の発明は、請求項１〜２のいずれか１項に記載の移動体通信装置において、前記移動体の移動速度及び移動方向の推定値を用いてウェイトを補正するウェイト補正器を備えたことを特徴とする。
かかる構成とすることにより、端末局の移動への対応、及び端末局がパケット通信等の断続的な通信を行っている場合であっても、短時間で収束可能なアダプティブ制御が可能である。
【００１０】
また、本出願の請求項４に記載の発明は、前記位置推定器が距離予測器を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体通信装置と、予測距離に応じて送信電力を制御する送信電力制御器と、予測距離を移動体に伝達し、その予測距離に応じて移動体の送信電力を制御する移動体に設置された送信電力制御器を有することを特徴とする移動体通信システムである。
かかる構成とすることにより、基地局と移動局との間の無線リンクの初期確立時から送信電力を適切に設定することが可能となり、最適な送信電力に制御するまでの時間を短縮することができ、高速な移動体に対しても、最適な通信環境を提供可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態の移動体通信装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の移動体通信装置の構成及び該装置の動作を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の移動体通信装置は、複数のアンテナ素子１０１〜１０Ｎを備え、各アンテナ素子１０１〜１０Ｎへの重み付けを制御することにより電波環境に適応したビームを放射し得るアダプティブアンテナ、移動体の位置を推定する位置推定器６０１、前記複数のアンテナ素子１０１〜１０Ｎから受信された移動体からの受信信号に重み付けを行いビームを合成するビーム合成器４０１、及び前記位置推定器６０１により推定された前記移動体の推定位置に基づき、初期ウェイトを前記移動体以外の方位にヌルを形成するウェイトとして与える、電波環境に適応する重み付け係数を補正する重み付け係数発生器５０１を備えている。
【００１２】
また、図１に示す移動体通信装置は、移動体からの受信信号を所定の周波数の信号に変換する送受信器２０１〜２０Ｎ、該所定の周波数の信号に変換された受信信号を復調する逆拡散器３０１〜３０Ｎを備えている。そして、複数のアンテナ素子１０１〜１０Ｎにより受信された受信信号は、それぞれ対応する送受信器２０１〜２０Ｎを経由し、それぞれ対応する逆拡散器３０１〜３０Ｎに入力する。
【００１３】
逆拡散器３０１〜３０Ｎにおいて復調された受信信号は、ビーム合成器４０１、重み付け係数発生器５０１及び位置推定器６０１に入力される。
前記ビーム合成器４０１においては、前記重み付け係数発生器５０１から出力される重み付け係数に従い、各アンテナ素子１０１〜１０Ｎで受信され、前記逆拡散器３０１〜３０Ｎにおいて復調された受信信号を重み付け合成し、所望の受信アダプティブ・ビームパターンを合成する。
【００１４】
また、前記重み付け係数発生器５０１は、前記逆拡散器３０１〜３０Ｎにおいて復調された受信信号、前記ビーム合成器４０１から出力されたビーム、基準信号７０１、位置推定器６０１から出力された推定位置を入力し、前記基準信号７０１とビーム合成器４０１から出力されたビームとの誤差信号を算出し、前記逆拡散器３０１〜３０Ｎから出力される復調された受信信号を掛け合わせることにより、重み付け係数を算出する。このようにして得られた重み付け係数に、更に推定位置に応じた補正を掛け合わせることにより、ビーム合成器に対して出力する、初期ウェイトを前記移動体以外の方位にヌルを形成するウェイトとして与え、電波環境に適応する重み付け係数を発生する。それにより、収束までの時間が短縮し得る。
【００１５】
次に、前記位置推定器６０１の一実施例について図面を参照して説明する。図２は、前記位置推定器６０１の一実施例の構成及び動作を示す図である。
図２に示すように、前記位置推定器６０１は、前記逆拡散器３０１〜３０Ｎから出力された復調された受信信号を入力し、端末局の現在の移動速度を推定する速度推定器６１１〜６１Ｎ、該速度推定器から出力された推定速度を入力し端末局の過去の移動速度を記憶する速度記憶器６２１〜６２Ｎ、前記逆拡散器３０１〜３０Ｎから出力された復調された受信信号を入力し、端末局の方位を算出し、現在及び過去の端末局の方位を記憶する方位記憶器６３０、及び前記速度推定器６１１〜６１Ｎ、前記速度記憶器６２１〜６２Ｎ及び前記方位記憶器６３０から出力された信号を入力する位置予測器６４０から構成される。
【００１６】
前記位置推定器６０１が前記速度推定器６１１〜６１Ｎを備えることにより、移動体の移動速度が推定できるので、移動体が断続的な通信を行っている場合であっても、端末局の位置に合わせたアダプティブビーム制御が可能となり、対象とする端末局に対しては信号対雑音・干渉比を最大化することができ、他の端末局に対しては干渉を最小化することが可能となる。
【００１７】
前記速度推定器６１１〜６１Ｎには、それぞれ対応する逆拡散器３０１〜３０Ｎからの受信信号が入力され、それぞれの速度推定器６１１〜６１Ｎにおいては、各々パイロット信号６６０の基準値からの位相変化量に基づき端末局の移動速度が算出される。前記速度推定器６１１〜６１Ｎから出力される信号は、各々に対応する速度記憶器６２１〜６２Ｎ及び位置予測器６４０に入力される。
【００１８】
前記方位記憶器６３０においては、複数のアンテナ素子１０１〜１０Ｎから受信され前記逆拡散器３０１〜３０Ｎにおいて復調された受信信号間の相関処理による固有値に基づき受信信号の到来方位を算出する。
前記位置予測器６４０は、前記速度推定器６１１〜６１Ｎ、前記速度記憶器６２１〜６２Ｎ及び前記方位記憶器６３０から出力された信号を入力し、速度の変化量及び方位の変化量より、将来の移動位置を推定する。
【００１９】
次に、図２に示す位置推定器６０１の動作について説明する。
端末局が移動している場合には、該移動体から放射される電波がドップラー効果を受けることがよく知られている。従って、複数のアンテナ素子１０１〜１０Ｎからの受信信号には、このドップラー効果による位相の変化分が加算されており、このドップラー量を抽出することにより前記端末局の移動速度の推定が可能となる。
【００２０】
すなわち、ある時刻ｔ（０）時のあるパイロット信号のビットの位相をθ（０）、ｔ（１）時の位相をθ（１）、以下同様とし、２つの時刻間における位相変化量Δθを算出する。ｔ（０）〜ｔ（１）における例では、Δθ＝θ（１）−θ（０）となる。ドップラー周波数と角速度との関係及びドップラー周波数と前記端末局の移動速度との関係より、速度Ｖは以下の式により算出される。
Ｖ＝ｆ＊λ
（式中、λ：波長、ｆ：ドップラー周波数、ｆ＝（Δθ／Δｔ）／２π、Δｔ＝ｔ（１）−ｔ（０））
【００２１】
ここで、Δｔは、想定する端末局の移動速度によって選択される。例えばＣＤＭＡ方式を用いている場合は、最短コード変調の１チップ間、１スロット間又は１フレーム間等から選択される。この選択は、予め１種類を選択しても、又は移動体の移動速度の変化に応じて切り替えてもよい。このようにして、各アンテナ素子１０１〜１０Ｎからの受信信号毎に速度推定器６１１〜６１Ｎにおいて算出された推定速度値は、位置予測器６３０において平均化される。なお、平均化処理は、単純な加算平均であっても、アンテナの受信信号強度による重み付けを行った重み付け平均であってもよい。
【００２２】
一方、方位記憶器６３０においては、複数のアンテナ素子１０１〜１０Ｎからの受信信号間の相関処理（相関行列の固有値解析、いわゆるＭＵＳＩＣ方等）により、信号の到来方位が算出され記憶される。算出された方位及び記憶された方位の履歴は、位置予測器６４０に入力される。
前記位置予測器６４０においては、所定時間（Δｔ）内での速度推定値の変化量より加速度が、速度の正負及び方位の履歴より端末局の移動方向が算出され、加速度、速度及び移動方向の３種類のパラメータを用い、端末局の移動位置の推定が行われる。この推定された端末局の移動位置（方位）に指向性を向けるために、現時点で生成されているビーム合成用の重み付け係数に、補正係数（例えば、現在の方位及び推定方位の差をΔθｄとし、ｅｘｐ（−Δθｄ）を乗算する。また、対象とする端末局以外の他の端末局が強大な干渉源となっている場合は、現時点において形成されているビームパターンはその強大な干渉源となる端末局の移動推定位置に新たなヌルが形成されるように、かつ対象の端末局に対しては指向性を有するように、拘束条件を付与してビーム合成用重み付け係数を算出する。
【００２３】
このような場合では、上述したようにｅｘｐ（−Δθｄ）を乗算するだけではヌル点も移動していまうため、最適な重み付け係数とはならない。なお、このような拘束条件を付与する重み付け係数の算出方法は既に多くの文献において公知の事実である。
上述したように、本発明の移動体通信装置においては、端末局の移動位置が推定されるので、該端末局がパケット通信等の移動体からの通信が断続的に発生するような通信が行われている場合であっても、常に干渉方位に対してはヌルを形成し、対象とする端末局に対しては指向性を有するアダプティブビームを形成することが可能となる。
【００２４】
また、本実施の形態の移動体通信装置には、移動体の移動速度及び移動方向の推定値を用いてウェイトを補正するウェイト補正器を備えていてもよい。かかるウェイト補正器を備えることにより、端末局の移動への対応、及び端末局がパケット通信等の断続的な通信を行っている場合であっても、短時間で収束可能なアダプティブ制御が可能となる。
【００２５】
次に、本発明の移動体通信装置の他の実施の形態について説明する。
本発明の移動体通信装置の他の実施の形態は、前記位置推定器６０１は、前記ビーム合成器４０１から出力されるパイロット信号の変化量に基づき移動速度を推定する速度推定器６１１〜６１Ｎを備えている。
このようになされることによっても、端末局の移動速度が推定でき、パケット通信等の断続的な通信を行っている場合であっても、端末局の位置に合わせたアダプティブビーム制御が可能となり、対象とする端末局に対しては信号対雑音・干渉比を最大化することができ、対象とする端末局以外の他の端末局に対しては干渉を最小化することができる。
【００２６】
また、本発明の移動体通信装置の他の実施の形態について図４を用いて説明する
図４は、本発明の移動体通信装置の位置推定器の構成及び動作を示す図である。図４に示す移動体通信装置の位置推定器においては、図２に示すものに対して距離予測器６５０を備えている点において相違する。該距離予測器６５０は、前記方位記憶器６３０から出力される、推定方位、及び複数の基地局に接続された上位装置９００から伝送された他の基地局で算出された推定方位を用いて、三角測量法に基づいて基地局からの推定距離を算出する。該距離予測器６５０において算出された推定距離は位置予測器６４０に出力され、位置予測に供される。
【００２７】
このようにすることにより、複数の基地局による方位算出結果より、三角測量法を用いて端末局の基地局からの距離情報が算出され、基地局の移動予測が方位だけでなく距離からも可能となり、より精度の高い端末局の位置予測が可能となる。また、基地局から端末局までの距離が明確になるため、基地局から端末局までの距離に応じて送信電力を制御することが可能となる。
【００２８】
本発明の移動体通信装置の他の実施の形態について図面を参照して説明する。図５は、本発明の移動体通信装置の構成及び動作を示す図である。図５に示す移動体通信装置においては、図１に示すものに対して送信電力制御器９０１を備えている点において相違する。前記送信電力制御器９０１は、位置推定器６０１から出力される端末局と基地局との間の推定距離を入力し、該端末局に対する送信電力の増減を行なう。また、送信電力制御情報を端末局に送出することにより、端末局の送信電力を制御することも可能である。基地局の送信電力を制御することに加え、端末局の送信電力も制御することができるので、最適な電力で通信を行なうことができ、他の端末局に対する干渉を軽減することが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の移動体通信装置によれば、移動体通信において、特にパケット通信等の移動体からの通信が断続的に発生するような移動体通信においても、アダプティブアンテナによるビーム指向性を端末局に向けることにより、常に優れた通信品質を確保し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の移動体通信装置の構成及び該装置の動作を示す図である。
【図２】本発明の移動体通信装置の位置推定器の構成及び動作を示す図である。
【図３】従来例に開示された無線通信システムのアンテナ装置における基地局が放射するビームのパターンを示す図である。
【図４】本発明の移動体通信装置の位置推定器の構成及び動作を示す図である。
【図５】本発明の移動体通信装置の構成及び動作を示す図である。
【符号の説明】
１０１〜１０Ｎ アンテナ素子
２０１〜２０Ｎ 送受信器
３０１〜３０Ｎ 逆拡散器
４０１ ビーム合成器
５０１ 重み付け係数発生器
６０１ 位置推定器
７０１ 基準信号
８０１ 送信電力制御器
９００ 上位装置
６１１〜６１Ｎ 速度推定器
６２１〜６２Ｎ 速度記憶器
６３０ 方位記憶器
６４０ 方位記憶器
６５０ 距離予測器

Claims (4)

1. 複数のアンテナ素子を備え、当該複数のアンテナ素子への重み付けを制御することにより電波環境に適応したビーム指向性を有するビームを放射し得るアダプティブアンテナと、
   前記複数のアンテナ素子で受信された通信対象である移動体からの受信信号を入力し、予め定められたパイロット信号成分の基準値からの位相変化量により前記移動体の移動速度を推定する速度推定器と、
   前記速度推定器を用いて前記移動体の位置を推定する位置推定器と、
   前記複数のアンテナ素子で受信された前記移動体からの受信信号に重み付けを行いビームを合成するビーム合成器と、
   前記位置推定器により推定された前記移動体の推定位置に基づき、初期ウェイトを前記移動体以外の方位にヌルを形成するウェイトとして与え、電波環境に適応する重み付け係数を補正する重み付け係数発生器とを備え、
   前記速度推定器及び前記位置推定器により得られる通信対象である前記移動体の位置と、干渉源となる他の移動体の位置とを拘束条件として与え、前記アダプティブアンテナによるビーム指向性を通信対象の前記移動体に向け、干渉源となる前記他の移動体へはヌルを形成するまでの収束時間を短縮するように構成して成ることを特徴とする移動体通信装置。
2. 前記位置推定器が、前記ビーム合成器から出力されるパイロット信号の変化量に基づき移動速度を推定する速度推定器を備えた、請求項１に記載の移動体通信装置。
3. 前記移動体の移動速度及び移動方向の推定値を用いてウェイトを補正するウェイト補正器を備えた、請求項１又は２に記載の移動体通信装置。
4. 前記位置推定器が距離予測器を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体通信装置と、予測距離に応じて送信電力を制御する送信電力制御器と、予測距離を移動体に伝達し、その予測距離に応じて移動体の送信電力を制御する移動体に設置された送信電力制御器を有することを特徴とする移動体通信システム。

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