(57)【要約】【課題】基地局のセル内スループットの低下を生じることなく、アダプティブアレイ機能を実行可能な携帯端末のキャリブレーションを行うことができる無線通信システムを提供する。【解決手段】本発明による無線通信システム１００では、基地局１０２の基地局無線通信部１４４が、補正テーブル１１０に記憶された補正値のキャリブレーション要求を受けて、ＭＩＭＯ用に定義された非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアで希望波と妨害波とを携帯端末１０４に送信し、携帯端末１０４の端末無線通信部１１４が、アンテナ間の受信ウェイトと現在の補正値とに基き算出された送信ウェイトを指向性制御に使用して、非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアでアダプティブアレイ機能のビームとヌルとを基地局１０２に向けて送信し、基地局無線通信部１４４は、ビームの受信信号強度とヌルの受信信号強度との比が所定値未満の場合、現行の補正値の変更を携帯端末１０４に指示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式で無線通信可能な基地局と、ＭＩＭＯ方式で無線通信可能であって、かつ、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末とを含む無線通信システムにおいて、
前記携帯端末は、複数のアンテナを有する端末無線通信部と、
アダプティブアレイ機能の送信ウェイトの算出に用いられる補正値を記憶する補正テーブルとを備え、
前記基地局は、複数のアンテナを有する基地局無線通信部を備え、
前記基地局無線通信部は、前記携帯端末から前記補正値のキャリブレーション要求を受けて、ＭＩＭＯ用に定義された非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアで希望波と妨害波とを前記携帯端末に送信し、
前記端末無線通信部は、前記複数のアンテナによって前記希望波及び前記妨害波を受信して算出されたアンテナ間の受信ウェイトと現在の前記補正値とに基き算出された送信ウェイトを使用して、前記非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアでビームとヌルとを前記基地局に向けて送信し、
前記基地局無線通信部は、前記ビームの受信信号強度と前記ヌルの受信信号強度との比が所定値未満の場合、現行の前記補正値の変更を前記携帯端末に指示することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記基地局は、前記ビームの受信信号強度と前記ヌルの受信信号強度との比が所定値未満の場合、該ビームの受信信号強度と該ヌルの受信信号強度とに基いて前記補正テーブルに記憶される新たな補正値を算出するウェイト補正値算出部をさらに備え、
前記基地局無線通信部が、前記新たな補正値を前記携帯端末に送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
基地局と互いにＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式で無線通信可能であり、かつ、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末のキャリブレーション方法であって、
前記基地局は、前記携帯端末から前記アダプティブアレイ機能の送信ウェイトの算出に用いられる補正値のキャリブレーション要求を受けて、ＭＩＭＯ用に定義された非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアで希望波と妨害波とを前記携帯端末に送信し、
前記携帯端末は、前記複数のアンテナによって前記希望波及び前記妨害波を受信してアンテナ間の受信ウェイトを取得し、該受信ウェイトと現在の前記補正値に基き算出された送信ウェイトを前記アダプティブアレイ機能の指向性制御に使用して、ＭＩＭＯ用に定義された非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアで該アダプティブアレイ機能のビームとヌルとを前記基地局に向けて送信し、
前記基地局は、前記ビームの受信信号強度と前記ヌルの受信信号強度との比が所定値未満の場合、現行の前記補正値の変更を前記携帯端末に指示することを特徴とするキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式で無線通信可能な基地局と、ＭＩＭＯ方式で無線通信可能であって、かつ、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末とを含む無線通信システム、およびその携帯端末のキャリブレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＤＤ−ＯＦＤＭＡを用いるＷｉＭＡＸ、ＣＳＭＡ/ＣＡ−ＯＦＤＭを用いるＷＬＡＮなど、携帯端末、基地局間でのアップリンク、ダウンリンクの双方でＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式の無線通信を実行可能な無線通信システムが普及している。また、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末が普及している。アダプティブアレイとは、複数のアンテナを用いて電波の位相を調整することにより、電波の指向性を制御する技術である。
【０００３】
通常、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末は、工場出荷時に、最適の指向性を形成するためのキャリブレーションが行われる。詳しくは、キャリブレーションでは、当該携帯端末内の送受信回路の伝送特性の差を測定し、その伝送特性の差に基く補正値を補正テーブルに記憶する。携帯端末は、アダプティブアレイ機能を実行するとき、かかる補正テーブルに記憶された補正値を用いて送信ウェイトを算出し、ビーム及びヌルを形成する。
【０００４】
しかし、携帯端末の特性は、経年変化や温度変化により工場出荷時から変化してしまうため、工場出荷時のキャリブレーションだけではなく、使用開始後に、定期的にキャリブレーションを行うことが求められる。特許文献１には、携帯端末の複数のアンテナのうち、あるアンテナから既知の信号を送信し、残りのアンテナで受信することにより、送受信回路の伝送特性の差を測定してキャリブレーションを行う技術が開示されている。特許文献２には、基地局から希望波及び妨害波を携帯端末に送信し、携帯端末がこれらに基き算出した送信ウェイトをアダプティブアレイ機能の指向性制御に使用してビームとヌルとを基地局に向けて送信し、かかるビームとヌルとに基いてキャリブレーションを行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６６８６６号公報
【特許文献２】特開２００５−３２８５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の技術では、アンテナの組み合わせを順次変更してキャリブレーションを行う必要があるため、キャリブレーションに時間がかかってしまう。また、全アンテナで信号を同時に受信することができず、全アンテナで同時に受信してキャリブレーションを行う場合と比べるとキャリブレーションの精度が低下してしまう。送信アンテナと受信アンテナが非常に近くなってしまうことも、指向性パターンの形成が難しくなるため、やはり精度を低下させてしまう。さらに、携帯端末内のアンテナ同士で送受信を行うため、受信回路が飽和しないように送信電力制御を行う必要もあり、キャリブレーションを複雑化してしまう。一方、上記特許文献２の技術では、キャリブレーションを行っている間、基地局のセル内スループットの低下が生じてしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基地局のセル内スループットの低下を生じることなく、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末のキャリブレーションを行うことができる無線通信システム、およびその携帯端末のキャリブレーション方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の代表的な構成は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式で無線通信可能な基地局と、ＭＩＭＯ方式で無線通信可能であって、かつ、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末とを含む無線通信システムにおいて、携帯端末は、複数のアンテナを有する端末無線通信部と、アダプティブアレイ機能の送信ウェイトの算出に用いられる補正値を記憶する補正テーブルとを備え、基地局は、複数のアンテナを有する基地局無線通信部を備え、基地局無線通信部は、携帯端末から補正値のキャリブレーション要求を受けて、ＭＩＭＯ用に定義された非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアで希望波と妨害波とを携帯端末に送信し、端末無線通信部は、複数のアンテナによって希望波及び妨害波を受信して算出されたアンテナ間の受信ウェイトと現在の補正値とに基き算出された送信ウェイトをアダプティブアレイ機能の指向性制御に使用して、ＭＩＭＯ用に定義された非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアでアダプティブアレイ機能のビームとヌルとを基地局に向けて送信し、基地局無線通信部は、ビームの受信信号強度とヌルの受信信号強度との比が所定値未満の場合、現行の補正値の変更を携帯端末に指示することを特徴とする。
【０００９】
基地局は、ビームの受信信号強度とヌルの受信信号強度との比が所定値未満の場合、ビームの受信信号強度とヌルの受信信号強度とに基いて補正テーブルに記憶される新たな補正値を算出するウェイト補正値算出部をさらに備え、基地局無線通信部が、新たな補正値を携帯端末に送信するとよい。
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の他の代表的な構成は、基地局と互いにＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式で無線通信可能であり、かつ、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末のキャリブレーション方法であって、基地局は、携帯端末からアダプティブアレイ機能の送信ウェイトの算出に用いられる補正値のキャリブレーション要求を受けて、ＭＩＭＯ用に定義された非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアで希望波と妨害波とを携帯端末に送信し、携帯端末は、複数のアンテナによって希望波及び妨害波を受信してアンテナ間の受信ウェイトを取得し、受信ウェイトと現在の補正値に基き算出された送信ウェイトをアダプティブアレイ機能の指向性制御に使用して、ＭＩＭＯ用に定義された非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアでアダプティブアレイ機能のビームとヌルとを基地局に向けて送信し、基地局は、ビームの受信信号強度とヌルの受信信号強度との比が所定値未満の場合、現行の補正値の変更を携帯端末に指示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基地局のセル内スループットの低下を生じることなく、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末のキャリブレーションを行うことができる無線通信システム、およびその携帯端末のキャリブレーション方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態にかかる無線通信システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す無線部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す携帯端末のキャリブレーション方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
[無線通信システム]
図１は、本実施形態にかかる無線通信システム１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、無線通信システム１００は、基地局１０２と携帯端末１０４とを含む。基地局１０２は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式で無線通信可能である。また、携帯端末１０４は、ＭＩＭＯ方式で無線通信可能であって、かつ、アダプティブアレイ機能を備えている。
【００１５】
携帯端末１０４は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成される端末制御部１０６と、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成される端末メモリ１０８とを備える。端末制御部１０６は、端末メモリ１０８に記憶されたプログラムを実行し、当該携帯端末１０４を制御、管理する。端末メモリ１０８は、プログラムや各種データ等を記憶する。本実施形態では、端末メモリ１０８は、アダプティブアレイ機能の送信ウェイトの算出に用いられる補正値を記憶する補正テーブル１１０を含む。かかる補正値は、携帯端末１０４内の送受信回路の伝送特性の差を補正するためのものである。また、携帯端末１０４は、端末内部の温度を測定する内部温度測定部１５４を備える。
【００１６】
携帯端末１０４は、複数のアンテナ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ…１１２Ｎを有する端末無線通信部１１４を備える。端末無線通信部１１４は、それぞれのアンテナ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ…１１２Ｎごとに、無線部１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ…１１６Ｎを有する。図２は、無線部１１６ａの概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、無線部１１６ａは、送信部１１８とＤ/Ａ変換器１２０とからなる送信回路と、受信部１２２とＡ/Ｄ変換器１２４とからなる受信回路とを有し、アンテナ１１２ａへの接続がスイッチ１２６によって切り替えられる。なお、ここでは無線部１１６ａについて例示するが、無線部１１６ｂ、１１６ｃ…１１６Ｎについても同様である。
【００１７】
図１に示すように、携帯端末１０４は、変調、復調を行うＯＦＤＭ変復調部１２８を備える。ＯＦＤＭ変復調部１２８は、受信信号強度（ＲＳＳＩ）を検出する信号強度検出部１３０と、受信信号からアンテナ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ…１１２Ｎ間の受信ウェイトを取得する受信ウェイト取得部１３２とを有する。本実施形態では、端末制御部１０６は、受信信号強度（ＲＳＳＩ）に基いてキャリアセンス判定を行うキャリアセンス判定部１３４、および受信ウェイトと補正テーブル１１０に記憶された補正値に基きアダプティブアレイ機能の送信ウェイトを算出、設定する送信ウェイト設定部１３６として機能する。
【００１８】
基地局１０２は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成される基地局制御部１３８と、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成される基地局メモリ１４０とを備える。基地局制御部１３８は、基地局メモリ１４０に記憶されたプログラムを実行し、当該基地局１０２を制御、管理する。また、基地局１０２は、回線ネットワークに接続する基幹バックボーン回線部１５６を備える。
【００１９】
基地局１０２は、複数のアンテナ１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ…１４２Ｎを有する基地局無線通信部１４４を備える。基地局無線通信部１４４は、それぞれのアンテナ１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ…１４２Ｎごとに、無線部１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ…１４６Ｎを有する。無線部１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ…１４６Ｎは、無線部１１６ａ等と同様に、それぞれ、送信部とＤ/Ａ変換器とからなる送信回路と、受信部とＡ/Ｄ変換器とからなる受信回路とを有し、アンテナへの接続がスイッチによって切り替えられる。
【００２０】
基地局１０２は、変調、復調を行うＯＦＤＭ変復調部１４８を備える。ＯＦＤＭ変復調部１４８は、受信信号強度（ＲＳＳＩ）を検出する信号強度検出部１５０を備える。本実施形態では、基地局制御部１３８は、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末１０４のキャリブレーションに際して、携帯端末１０４から送信されるビームの受信信号強度とヌルの受信信号強度との比が所定値未満か否かを判定する比判定部１５２として機能する。また、基地局制御部１３８は、ビームの受信信号強度とヌルの受信信号強度との比が所定値未満の場合、ビームの受信信号強度とヌルの受信信号強度とに基いて携帯端末１０４の補正テーブル１１０に記憶される新たな補正値を算出するウェイト補正値算出部１５８として機能する。
【００２１】
[キャリブレーション方法]
図３は、携帯端末１０４のキャリブレーション方法を例示するフローチャートである。以下、図３のフローチャートに則り、携帯端末１０４のキャリブレーションすなわちアダプティブアレイ機能の補正値のキャリブレーション方法について具体的に説明する。なお、ここでは、アダプティブアレイ機能起動時にキャリブレーションの可否を判定した上で、必要な場合にキャリブレーションを行うが、これに限らず定期的にキャリブレーションを行ってもよい。
【００２２】
無線通信システム１００では、携帯端末１０２の使用が開始されると（ステップＳ２００）、位置登録完了後キャリアセンスが随時実施される（ステップＳ２０２）。この状態から、携帯端末１０４においてデータ通信要求が発生すると（ステップＳ２０４）、端末制御部１０６はアダプティブアレイ機能を起動させるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０６では、例えば受信信号強度から干渉レベルを判定して、アダプティブアレイ機能を起動させるか否かを判定する。
【００２３】
アダプティブアレイ機能を起動させる場合（ステップＳ２０６Ｙｅｓ）、端末制御部１０６は、前回キャリブレーションした際の端末内部の温度と内部温度測定部１５４が測定した現在の端末内部の温度との差が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ２０８）。前回キャリブレーションした際の端末内部の温度は、例えば端末メモリ１０８に保持しておく。
【００２４】
内部温度差が所定値以上ではない場合（ステップＳ２０８Ｎｏ）、端末制御部１０６は、前回キャリブレーション時から所定時間以上経過しているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。前回キャリブレーション時からの時間は、例えば前回キャリブレーション時を端末メモリ１０８または補正テーブル１１０に保持しておき、端末制御部１０６が現在の日時、時間を取得して算出するようにする。
【００２５】
キャリブレーション時から所定時間以上経過していない場合（ステップＳ２１０Ｎｏ）、キャリブレーションせずにアダプティブアレイ機能を実行してデータ通信を確立する（ステップＳ２３２）。また、アダプティブアレイ機能を起動させない場合（ステップＳ２０６Ｎｏ）、アダプティブアレイ機能ではなく通常の電波送受信方式でデータ通信を確立する（ステップＳ２３０）。
【００２６】
一方、ステップＳ２０８ＹｅｓまたはステップＳ２１０Ｙｅｓの場合、端末制御部１０６は、基地局１０２にキャリブレーション要求を送信するように端末無線通信部１１４を制御する（ステップＳ２１２）。キャリブレーション要求を受けた基地局１０２では、基地局制御部１３８が、ＭＩＭＯを行う必要がない通信状況になった場合、ＭＩＭＯ用に定義されているものの常時使用ではない空きＯＦＤＭサブキャリアで携帯端末１０４に希望波と妨害波とを送信するように基地局無線通信部１４４を制御する（ステップＳ２１４Ｙｅｓ、ステップＳ２１６）。なお、ＭＩＭＯ用のＯＦＤＭサブキャリアに空きがない場合（ステップＳ２１４Ｎｏ）、キャリブレーションせずに、携帯端末１０４にデータ通信を確立させる（ステップＳ２３２）。
【００２７】
ステップＳ２１６のあと、携帯端末１０４では、端末無線通信部１１４が複数のアンテナ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ…１１２Ｎによって希望波及び妨害波を受信すると、受信ウェイト取得部１３２がアンテナ間の受信ウェイトを取得する。そして、送信ウェイト設定部１３６が、この受信ウェイトと補正テーブル１１０に記憶された現在の補正値とに基き送信ウェイトを算出、設定する。端末制御部１０６は、この送信ウェイトをアダプティブアレイ機能の指向性制御に使用して、ＭＩＭＯ用に定義された非使用の空きＯＦＤＭサブキャリアでアダプティブアレイ機能のビーム（アダプティブビームフォーミングを形成）とヌル（アダプティブヌルスティアリングを形成）とを基地局１０２に向けて（例えば相互に）送信するように端末無線通信部１１４を制御する（ステップＳ２１８）。
【００２８】
ステップＳ２１８のあと、基地局１０２では、比判定部１５２がビームの受信信号強度とヌルの受信信号強度との比が所定値未満か否かを判定する（ステップＳ２２０）。所定値未満でない場合（ステップＳ２２０Ｎｏ）、基地局制御部１３８は、補正テーブル１１０に記憶された現在の補正値に変更がないことを携帯端末１０４に指示するように基地局無線通信部１４４を制御する（ステップＳ２２６）。ステップＳ２２６のあと、携帯端末１０４では、現在の補正値を変更することなくアダプティブアレイ機能を実行し、データ通信を確立する（ステップＳ２２８）。
【００２９】
一方、上記の比が所定値未満の場合（ステップＳ２２０Ｙｅｓ）、ウェイト補正値算出部１５８がビームの受信信号強度とヌルの受信信号強度とに基いて携帯端末１０４の補正テーブル１１０に記憶すべき新たな補正値を算出する。そして、基地局制御部１３８が、新たな補正値を携帯端末１０４に送信するように基地局無線通信部１４４を制御する（ステップＳ２２２）。ステップＳ２２２のあと、携帯端末１０４では、端末制御部１０６が受信した新たな補正値を現在の補正値として補正テーブル１１０に書き込み、この補正値を使用してアダプティブアレイ機能を実行し、データ通信を確立する（ステップＳ２２４）。
【００３０】
なお、ここでは、ウェイト補正値算出部１５８が携帯端末１０４の補正テーブル１１０に記憶すべき新たな補正値を算出するとしたが、かかる補正値は他の手法あるいは端末側で算出、決定してもよい。すなわち、上記比が所定値未満の場合に、基地局無線通信部１４４は、新たな補正値を送信しなくてもよく、少なくとも現行の補正値の変更を携帯端末１０４に指示すればよい。
【００３１】
[効果]
上述した無線通信システム１００によれば、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末１０４のキャリブレーションを適宜行うことができ、また短時間で高精度にキャリブレーションを行うことができる。さらに、ＭＩＭＯ用に定義されているものの常時使用ではない空きＯＦＤＭサブキャリアを利用してキャリブレーションを行うため、基地局のセル内スループットの低下を回避することができる。
【００３２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式で無線通信可能な基地局と、ＭＩＭＯ方式で無線通信可能であって、かつ、アダプティブアレイ機能を備えた携帯端末とを含む無線通信システム、およびその携帯端末のキャリブレーション方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１００…無線通信システム、１０２…基地局、１０４…携帯端末、１０６…端末制御部、１０８…端末メモリ、１１０…補正テーブル、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２Ｎ…アンテナ、１１４…端末無線通信部、１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６Ｎ…無線部、１１８…送信部、１２０…Ｄ/Ａ変換器、１２２…受信部、１２４…Ａ/Ｄ変換器、１２６…スイッチ、１２８…ＯＦＤＭ変復調部、１３０…信号強度検出部、１３２…受信ウェイト取得部、１３４…キャリアセンス判定部、１３６…送信ウェイト設定部、１３８…基地局制御部、１４０…基地局メモリ、１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２Ｎ…アンテナ、１４４…基地局無線通信部、１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ、１４６Ｎ…無線部、１４８…ＯＦＤＭ変復調部、１５０…信号強度検出部、１５２…比判定部、１５４…内部温度測定部、１５６…基幹バックボーン回線部、１５８…ウェイト補正値算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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