JP4623327B2 - 移動通信システム、基地局、干渉除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システム、基地局、干渉除去方法に関する。

移動通信システムにおいては、複数の移動端末が、同一周波数を用いて、基地局と無線通信を行うことが可能である。

基地局は、ある移動端末と無線通信を行う場合、その移動端末から受信される受信信号（希望信号）が、他の移動端末から受信される受信信号（干渉信号）からの干渉を受けると、受信品質が劣化してしまう。

このような干渉信号を除去する干渉除去技術の一例として、アンテナを複数のアンテナ素子で構成し、各アンテナ素子の受信信号をアンテナ合成して、アンテナの指向性を制御する技術がある（特許文献１参照）。これによれば、干渉信号の方向にヌルが形成されるようにアンテナの指向性を制御することで、干渉信号を除去することができる。
特開平６−２０４９０２号公報

しかし、上述した干渉除去技術においては、干渉信号が希望信号と同一方向に存在する場合には、干渉信号の方向にヌルを形成することができないため、干渉信号を除去することができないという課題がある。

また、上述した干渉除去技術においては、アンテナを複数のアンテナ素子で構成するため、アンテナ全体が大型化するという課題がある。

本発明の目的は、上述した課題のいずれかを解決する移動通信システム、基地局、干渉除去方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の移動通信システムは、
移動端末と、前記移動端末と無線通信を行う基地局と、を有してなる移動通信システムであって、
前記基地局は、
互いに直交する偏波特性を有する第１および第２のアンテナ素子と、
前記第１のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第１のベースバンド信号変換部と、
前記第１のベースバンド信号変換部で変換されたベースバンド信号に対し、第１の重み係数を乗算することで重み付けを行う第１の乗算器と、
前記第２のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第２のベースバンド信号変換部と、
前記第２のベースバンド信号変換部で変換されたベースバンド信号に対し、第２の重み係数を乗算することで重み付けを行う第２の乗算器と、
前記第１および第２の乗算器でそれぞれ重み付けされたベースバンド信号どうしを加算して出力する加算器と、
前記第１および第２の乗算器で用いられる前記第１および第２の重み係数として、前記第１および第２のアンテナ素子でそれぞれ受信される受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交するような第１および第２の重み係数を、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小平均自乗誤差）により計算する信号処理部と、を有する。

上記目的を達成するために本発明の基地局は、
移動端末と無線通信を行う基地局であって、
互いに直交する偏波特性を有する第１および第２のアンテナ素子と、
前記第１のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第１のベースバンド信号変換部と、
前記第１のベースバンド信号変換部で変換されたベースバンド信号に対し、第１の重み係数を乗算することで重み付けを行う第１の乗算器と、
前記第２のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第２のベースバンド信号変換部と、
前記第２のベースバンド信号変換部で変換されたベースバンド信号に対し、第２の重み係数を乗算することで重み付けを行う第２の乗算器と、
前記第１および第２の乗算器でそれぞれ重み付けされたベースバンド信号どうしを加算して出力する加算器と、
前記第１および第２の乗算器で用いられる前記第１および第２の重み係数として、前記第１および第２のアンテナ素子でそれぞれ受信される受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交するような第１および第２の重み係数を、ＭＭＳＥにより計算する信号処理部と、を有する。

上記目的を達成するために本発明の干渉除去方法は、
移動端末と無線通信を行う基地局による干渉除去方法であって、
第１の偏波特性を有する第１のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第１の変換ステップと、
前記第１の変換ステップで変換されたベースバンド信号に対し、第１の重み係数を乗算することで重み付けを行う第１の乗算ステップと、
前記第１の偏波特性と直交する第２の偏波特性を有する第２のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第２の変換ステップと、
前記第２の変換ステップで変換されたベースバンド信号に対し、第２の重み係数を乗算することで重み付けを行う第２の乗算ステップと、
前記第１および第２の乗算ステップでそれぞれ重み付けされたベースバンド信号どうしを加算して出力する加算ステップと、
前記第１および第２の乗算ステップで用いられる前記第１および第２の重み係数として、前記第１および第２のアンテナ素子でそれぞれ受信される受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交するような第１および第２の重み係数を、ＭＭＳＥにより計算する計算ステップと、を有する。

本発明によれば、基地局は、ＭＭＳＥにより第１および第２のアンテナ素子の受信信号の合成偏波を干渉信号の偏波と直交させ、合成偏波と直交するような干渉信号は受信できない構成としたため、干渉信号が希望信号と同一方向に存在する場合であっても、干渉信号を除去することができるという効果が得られる。

また、基地局は、互いに直交する偏波特性を有する第１および第２のアンテナ素子からアンテナを構成しているため、各アンテナ素子を移動端末ごとにそれぞれ複数設ける場合にも、アンテナを、各アンテナ素子を１列に配置した構成とすることができ、それにより、アンテナ全体が大型化するのを回避できるという効果が得られる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態の移動通信システムの全体構成を示す図である。

図１に示すように、本実施形態の移動通信システムは、基地局（ＢＳ：Base Station）１０と、ｎ（ｎは２以上の自然数）個の移動端末（ＭＳ：Mobile Station）２０−１〜２０−ｎと、を有している。

基地局１０のアンテナ１１は、互いに直交する偏波特性を有する２つのアンテナ素子１１ｘ，１１ｙを、移動端末２０−１〜２０−ｎごとにそれぞれｎ個設けた構成である。

移動端末２０−１〜２０−ｎのそれぞれのアンテナ２１は、垂直偏波特性を有する１つのアンテナ素子からなる構成である。

移動通信では、基本的に、直接波が伝搬されない見通し外通信であり、伝搬路の途中のビル等の障害物で反射し、回転させられた偏波が伝搬される。

そのため、例えば、移動端末２０−１，２０−２から送信された偏波は、送信時点では共に垂直偏波であるが、基地局１０に受信された時点では異なる偏波に変換される。

図２は、基地局１０の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、基地局１０は、移動端末２０−１〜２０−ｎごとにそれぞれｎ個設けられたアンテナ素子１１ｘ，１１ｙからなるアンテナ１１と、低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）１２ｘ，１２ｙと、ダウンコンバータ（Down Converter）１３ｘ，１３ｙと、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ：Analog Digital Converter）１４ｘ，１４ｙと、移動端末２０−１〜２０−ｎごとにｎ個設けられたベースバンド処理部１５と、を有している。なお、アンテナ素子１１ｘ，１１ｙおよびベースバンド処理部１５は、それぞれ対応する移動端末２０のアンテナ２１の偏波とは無関係に動作を行う。

また、ベースバンド処理部１５は、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小平均自乗誤差）信号処理部１６と、乗算器１７ｘ，１７ｙと、加算器１８と、を有している。

低雑音増幅器１２ｘ、ダウンコンバータ１３ｘ、およびＡ／Ｄ変換器１４ｘは、アンテナ素子１１ｘで受信された受信信号を、ベースバンド信号に変換するベースバンド信号変換部を構成している。

具体的には、低雑音増幅器１２ｘは、アンテナ素子１１ｘで受信された受信信号を増幅し、ダウンコンバータ１３ｘは、低雑音増幅器１２ｘから出力された受信信号をベースバンドにダウンコンバートし、Ａ／Ｄ変換器１４ｘは、ダウンコンバータ１３ｘから出力された信号をＡ／Ｄ変換することでベースバンド信号を生成し出力する。

低雑音増幅器１２ｙ、ダウンコンバータ１３ｙ、およびＡ／Ｄ変換器１４ｙは、アンテナ素子１１ｙで受信された受信信号を、ベースバンド信号に変換するベースバンド信号変換部を構成している。

具体的には、低雑音増幅器１２ｙは、アンテナ素子１１ｙで受信された受信信号を増幅し、ダウンコンバータ１３ｙは、低雑音増幅器１２ｙから出力された受信信号をベースバンドにダウンコンバートし、Ａ／Ｄ変換器１４ｙは、ダウンコンバータ１３ｙから出力された信号をＡ／Ｄ変換することでベースバンド信号を生成し出力する。

乗算器１７ｘは、Ａ／Ｄ変換器１４ｘから出力されたベースバンド信号に対し、ＭＭＳＥ信号処理部１６にて計算された重み係数Ｗｘを乗算することで重み付けを行う。

乗算器１７ｙは、Ａ／Ｄ変換器１４ｙから出力されたベースバンド信号に対し、ＭＭＳＥ信号処理部１６にて計算された重み係数Ｗｙを乗算することで重み付けを行う。

加算器１８は、乗算器１７ｘ，１７ｙからそれぞれ出力された、重み付けされたベースバンド信号どうしを加算して出力する。

ＭＭＳＥ信号処理部１６は、アンテナ素子１１ｘ，１１ｙでパイロット信号が受信されたときのＡ／Ｄ変換器１４ｘ，１４ｙの出力信号をリファレンスとしてＭＭＳＥによる信号処理を行うことで、重み係数Ｗｘ，Ｗｙを計算し、計算された重み係数Ｗｘ，Ｗｙをそれぞれ乗算器１７ｘ，１７ｙに出力する。

具体的には、ＭＭＳＥ信号処理部１６は、ＭＭＳＥによる信号処理により、アンテナ素子１１ｘ，１１ｙでそれぞれ受信される受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交し、かつ、加算器１８から出力される信号の信号レベルが最大となるような重み係数Ｗｘ，Ｗｙを計算する。

なお、ＭＭＳＥ信号処理部１６にて行われるＭＭＳＥによる信号処理は、既知の手法を利用でき、その手法に限定はないため、説明を省略する。

以下、基地局１０による干渉除去方法について、図３を参照して説明する。

図３は、基地局１０において、干渉除去のために行われるアンテナ合成動作を説明するベクトル図である。なお、図３において、左側は、本発明の基地局１０によるアンテナ合成動作を示し、右側は、関連技術のアンテナ合成動作を比較のために示している。

図３に示すように、関連技術においては、希望信号に合わせて、希望信号の信号レベルが最大になるように、各アンテナ素子の受信信号を同相合成する最大比合成（ＭＲＣ：Maximum Ratio Combining）を行っていた。

すなわち、関連技術においては、ＳＮＲ（Signal to Noise ratio）を最大化する処理を行っており、それにより、干渉信号を除去していた。

しかし、干渉信号が希望信号と同一方向に存在する場合、干渉信号も受信してしまうため、受信品質が劣化してしまう。

これに対して、本発明においては、基地局１０は、各アンテナ素子１１ｘ，１１ｙの受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交するように、各アンテナ素子１１ｘ，１１ｙの受信信号のアンテナ合成を行う。

したがって、各アンテナ素子１１ｘ，１１ｙの受信信号の合成偏波と直交するような干渉信号は受信できないため、干渉信号が希望信号と同一方向に存在する場合であっても、干渉信号を除去することができる。

ただし、この場合、受信品質の劣化が懸念されるため、基地局１０は、各アンテナ素子１１ｘ，１１ｙの受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交し、かつ、加算器１８から出力される信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio：信号対干渉および雑音比）が最大となるように、アンテナ合成を行う。

すなわち、本発明においては、基地局１０は、ＳＩＮＲを最大化する処理を行っており、それにより、干渉信号を除去しつつ、受信品質の向上を図っている。

上述したように本実施形態においては、基地局１０は、ＭＭＳＥにより、各アンテナ素子１１ｘ，１１ｙの受信信号の合成偏波を干渉信号の偏波と直交させ、合成偏波と直交するような干渉信号は受信できない構成としたため、干渉信号が希望信号と同一方向に存在する場合であっても、干渉信号を除去することができる。

また、基地局１０は、互いに直交する偏波特性を有するアンテナ素子１１ｘ，１１ｙからアンテナ１１を構成しているため、各アンテナ素子１１ｘ，１１ｙを移動端末ごとにそれぞれ複数設ける場合にも、アンテナ１１を、アンテナ素子１１ｘ，１１ｙを１列に配置した構成とでき、それにより、アンテナ１１全体が大型化するのを回避できる。

また、基地局１０は、ＭＭＳＥにより、各アンテナ素子１１ｘ，１１ｙの受信信号の合成偏波を干渉信号の偏波と直交させるだけでなく、さらに、加算器１８から出力される信号のＳＩＮＲを最大とする構成とした場合には、干渉信号を除去しつつ、受信品質の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態の移動通信システムの構成を示す図である。 図１に示した基地局の構成を示すブロック図である。 図１に示した基地局によるアンテナ合成動作を説明する図である。

符号の説明

１０ 基地局
１１ アンテナ
１１ｘ，１１ｙ アンテナ素子
１２ｘ，１２ｙ 低雑音増幅器
１３ｘ，１３ｙ ダウンコンバータ
１４ｘ，１４ｙ Ａ／Ｄ変換器
１５ ベースバンド処理部
１６ ＭＭＳＥ信号処理部
１７ｘ，１７ｙ 乗算器
１８ 加算器
２０−１〜２０−ｎ 移動端末
２１ アンテナ

Claims (10)

1. 移動端末と、前記移動端末と無線通信を行う基地局と、を有してなる移動通信システムであって、
   前記基地局は、
   互いに直交する偏波特性を有する第１および第２のアンテナ素子と、
   前記第１のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第１のベースバンド信号変換部と、
   前記第１のベースバンド信号変換部で変換されたベースバンド信号に対し、第１の重み係数を乗算することで重み付けを行う第１の乗算器と、
   前記第２のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第２のベースバンド信号変換部と、
   前記第２のベースバンド信号変換部で変換されたベースバンド信号に対し、第２の重み係数を乗算することで重み付けを行う第２の乗算器と、
   前記第１および第２の乗算器でそれぞれ重み付けされたベースバンド信号どうしを加算して出力する加算器と、
   前記第１および第２の乗算器で用いられる前記第１および第２の重み係数として、前記第１および第２のアンテナ素子でそれぞれ受信される受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交するような第１および第２の重み係数を、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小平均自乗誤差）により計算する信号処理部と、を有する移動通信システム。
2. 前記信号処理部は、前記第１および第２のアンテナ素子でそれぞれ受信される受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交し、かつ、前記加算器から出力される信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio：信号対干渉および雑音比）が最大となるような第１および第２の重み係数を、ＭＭＳＥにより計算する、請求項１に記載の移動通信システム。
3. 前記第１のアンテナ、前記第２のアンテナ、前記第１の乗算器、前記第２の乗算器、前記加算器、および、前記信号処理部は、前記移動端末ごとに設けられている、請求項１または２に記載の移動通信システム。
4. 前記第１のアンテナ、前記第２のアンテナ、前記第１の乗算器、前記第２の乗算器、前記加算器、および、前記信号処理部は、前記移動端末のアンテナの偏波とは無関係に動作を行う、請求項３に記載の移動通信システム。
5. 移動端末と無線通信を行う基地局であって、
   互いに直交する偏波特性を有する第１および第２のアンテナ素子と、
   前記第１のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第１のベースバンド信号変換部と、
   前記第１のベースバンド信号変換部で変換されたベースバンド信号に対し、第１の重み係数を乗算することで重み付けを行う第１の乗算器と、
   前記第２のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第２のベースバンド信号変換部と、
   前記第２のベースバンド信号変換部で変換されたベースバンド信号に対し、第２の重み係数を乗算することで重み付けを行う第２の乗算器と、
   前記第１および第２の乗算器でそれぞれ重み付けされたベースバンド信号どうしを加算して出力する加算器と、
   前記第１および第２の乗算器で用いられる前記第１および第２の重み係数として、前記第１および第２のアンテナ素子でそれぞれ受信される受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交するような第１および第２の重み係数を、ＭＭＳＥにより計算する信号処理部と、を有する基地局。
6. 前記信号処理部は、前記第１および第２のアンテナ素子でそれぞれ受信される受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交し、かつ、前記加算器から出力される信号のＳＩＮＲが最大となるような第１および第２の重み係数を、ＭＭＳＥにより計算する、請求項５に記載の基地局。
7. 前記第１のアンテナ、前記第２のアンテナ、前記第１の乗算器、前記第２の乗算器、前記加算器、および、前記信号処理部は、前記移動端末ごとに設けられている、請求項５または６に記載の基地局。
8. 前記第１のアンテナ、前記第２のアンテナ、前記第１の乗算器、前記第２の乗算器、前記加算器、および、前記信号処理部は、前記移動端末のアンテナの偏波とは無関係に動作を行う、請求項７に記載の基地局。
9. 移動端末と無線通信を行う基地局による干渉除去方法であって、
   第１の偏波特性を有する第１のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第１の変換ステップと、
   前記第１の変換ステップで変換されたベースバンド信号に対し、第１の重み係数を乗算することで重み付けを行う第１の乗算ステップと、
   前記第１の偏波特性と直交する第２の偏波特性を有する第２のアンテナ素子で受信された受信信号をベースバンド信号に変換する第２の変換ステップと、
   前記第２の変換ステップで変換されたベースバンド信号に対し、第２の重み係数を乗算することで重み付けを行う第２の乗算ステップと、
   前記第１および第２の乗算ステップでそれぞれ重み付けされたベースバンド信号どうしを加算して出力する加算ステップと、
   前記第１および第２の乗算ステップで用いられる前記第１および第２の重み係数として、前記第１および第２のアンテナ素子でそれぞれ受信される受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交するような第１および第２の重み係数を、ＭＭＳＥにより計算する計算ステップと、を有する、干渉除去方法。
10. 前記計算ステップでは、前記第１および第２のアンテナ素子でそれぞれ受信される受信信号の合成偏波が干渉信号の偏波と直交し、かつ、前記加算器から出力される信号のＳＩＮＲが最大となるような第１および第２の重み係数を、ＭＭＳＥにより計算する、請求項９に記載の干渉除去方法。

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