(57)【要約】【課題】各アンテナ素子から放射する信号の位相量を制御することによって受信側の平均ＳＩＮＲの時間変動を起こす際に、アンテナ素子間の固定的な出力レベル差により該平均ＳＩＮＲの時間変動が縮小することを防止する。【解決手段】アンテナ素子１１ａ−２の信号に対して時間的に位相量を変動させる位相制御量を計算するとともに、アンテナ素子１１ａ−２の信号に対して時間的にレベルを変動させるレベル制御量を計算するビーム制御部１６を備え、ビーム制御部１６は、アンテナ素子１１ａ−１、１１ａ−２の各々の信号間のレベル差を変動させるレベル制御量を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナの放射パターンを制御するビーム制御装置において、
前記アンテナ素子の信号に対して時間的に位相量を変動させる位相制御量を計算する位相制御量演算手段と、
前記アンテナ素子の信号に対して時間的にレベルを変動させるレベル制御量を計算するレベル制御量演算手段と、を備え、
前記レベル制御量演算手段は、前記アンテナ素子の各々の信号間のレベル差を変動させるレベル制御量を算出する、
ことを特徴とするビーム制御装置。
【請求項２】
複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、
請求項１に記載のビーム制御装置と、
前記ビーム制御装置によって得た位相制御量に基づき、前記アンテナ素子の信号の位相量を調整する移相調整手段と、
前記ビーム制御装置によって得たレベル制御量に基づき、前記アンテナ素子の信号のレベルを調整するレベル調整手段と、
を備えたことを特徴とするアレーアンテナシステム。
【請求項３】
無線伝搬路の状態に基づいて時間スロットのスケジューリング及び適応チャネル割当を行う無線装置において、
請求項２に記載のアレーアンテナシステムを備えたことを特徴とする無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム制御装置、アレーアンテナシステムおよび無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のビーム制御装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１記載の従来技術では、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナの放射パターンを制御するビーム制御装置において、各アンテナ素子から放射する信号の位相量に対して、固定角速度を基準にして角速度ゆらぎ関数により時間的に変動する変動量を与えている。これにより、移動局におけるＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise power Ratio）に基づいたスケジューリング及び適応チャネル割当を行う移動通信システムにおいて、基地局は、各移動局向けの合成ビームの利得を時間的に変動させて、人工的にフェージングを発生させることができる。また、方向ごとに異なる利得を任意に生成できるアレーアンテナを用いることで、移動局間で異なる時間変動を有するフェージングを生成することができる。この結果、移動局或いは移動局周辺の物体が静止しているか若しくは低速度で移動しているためにマルチパスフェージングによる伝搬路の瞬時変動が十分に発生しない場合でも、人工的に移動局間で異なる時間変動を有するフェージングを発生させることで積極的に平均ＳＩＮＲを時間変動させることができ、各移動局の伝送スループットに偏りが生じることを防止することが可能になる。さらに、位相変動量を角速度ゆらぎ関数により時間的に変動させることで、各移動局のＳＩＮＲ時間変動特性が周期性を有さないようにし、ＳＩＮＲ時間変動特性の各移動局間の偏りを軽減すると共に、ＳＩＮＲ時間変動特性の瞬時変動量を十分に確保することを図っている。
【特許文献１】特開２００６−１９６９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した従来技術では、位相量を制御しているが、アンテナ素子間の相互結合量等に起因したアンテナ素子間の固定的な出力レベル差があると、位相量を制御しても合成ビームに十分に反映されず、合成ビームの利得があまり変化しなくなる場合が発生する。この結果、受信側の平均ＳＩＮＲの時間変動を十分に起こすことができなくなる。これを対処するための方法としては、アンテナ素子間の出力レベル差をキャリブレーションするためのキャリブレーション装置を各基地局装置に導入することが考えられるが、装置構成が複雑になる等の問題がある。
【０００４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、各アンテナ素子から放射する信号の位相量を制御することによって受信側の平均ＳＩＮＲの時間変動を起こす際に、アンテナ素子間の固定的な出力レベル差により該平均ＳＩＮＲの時間変動が縮小することを防止することのできるビーム制御装置、アレーアンテナシステムおよび無線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明に係るビーム制御装置は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナの放射パターンを制御するビーム制御装置において、前記アンテナ素子の信号に対して時間的に位相量を変動させる位相制御量を計算する位相制御量演算手段と、前記アンテナ素子の信号に対して時間的にレベルを変動させるレベル制御量を計算するレベル制御量演算手段と、を備え、前記レベル制御量演算手段は、前記アンテナ素子の各々の信号間のレベル差を変動させるレベル制御量を算出することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係るアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、請求項１に記載のビーム制御装置と、前記ビーム制御装置によって得た位相制御量に基づき、前記アンテナ素子の信号の位相量を調整する移相調整手段と、前記ビーム制御装置によって得たレベル制御量に基づき、前記アンテナ素子の信号のレベルを調整するレベル調整手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る無線装置は、無線伝搬路の状態に基づいて時間スロットのスケジューリング及び適応チャネル割当を行う無線装置において、請求項２に記載のアレーアンテナシステムを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アンテナ素子の各々の信号間のレベル差が変動することで、各アンテナ素子から放射する信号の位相量を制御することによって受信側の平均ＳＩＮＲの時間変動を起こす際に、アンテナ素子間の固定的な出力レベル差の影響はほぼ無視することができ、位相量の制御結果が十分に合成ビームに反映されることになる。この結果として、各受信局向けの合成ビームの利得を時間的に十分に変動させることができ、受信側の平均ＳＩＮＲの時間変動が縮小することを防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るアレーアンテナシステム１０の構成を示すブロック図である。図１において、アレーアンテナ部１１は２つのアンテナ素子１１ａ−１、１１ａ−２を有する。ビーム形成部１２は、分配器１３、移相調整部１４およびレベル調整部１５を有する。移相調整部１４およびレベル調整部１５は、アンテナ素子１１ａ−２に対して設けられている。
【００１０】
分配器１３は、送信時には入力される送信信号を各アンテナ素子１１ａ−１、１１ａ−２に分配し、受信時には各アンテナ素子１１ａ−１、１１ａ−２の受信信号を合成して出力する。
【００１１】
移相調整部１４は、アンテナ素子１１ａ−２を介して送信する信号の位相量を任意に変更することができる。この位相量の操作によって、アンテナ素子１１ａ−１、１１ａ−２を介して各々送信する信号間の位相差を調整することができる。
【００１２】
レベル調整部１５は、アンテナ素子１１ａ−２を介して送信する信号のレベル（振幅）を任意に変更することができる。このレベルの操作によって、アンテナ素子１１ａ−１、１１ａ−２を介して各々送信する信号間のレベル差を調整することができる。
【００１３】
ビーム制御部１６は、移相調整部１４に位相制御量θ(t)を指示する。移相調整部１４は、位相制御量θ(t)をアンテナ素子１１ａ−２を介して送信する信号に与える。これにより、アンテナ素子１１ａ−１、１１ａ−２により各々送信される信号間の位相差がθ(t)に制御される。
【００１４】
また、ビーム制御部１６は、レベル調整部１５にレベル制御量Ａ(t)を指示する。レベル調整部１５は、レベル制御量Ａ(t)をアンテナ素子１１ａ−２を介して送信する信号に与える。これにより、アンテナ素子１１ａ−１、１１ａ−２により各々送信される信号間のレベル差がＡ(t)に制御される。
【００１５】
図２は、図１に示すビーム制御部１６の構成を示すブロック図である。図２において、ビーム制御部１６は、ビーム制御位相部２１とビーム制御レベル部２２を有する。
ビーム制御位相部２１は、位相制御量θ(t)を生成する。位相制御量θ(t)としては、固定角速度で時間的に変化する移相量であってもよく、或いは、固定角速度を基準にして角速度ゆらぎ関数により時間的に変動する移相量であってもよい。角速度ゆらぎ関数は、角速度ゆらぎ周期間の平均が０であるランダムな関数である。
【００１６】
ビーム制御レベル部２２は、レベル制御量Ａ(t)を生成する。レベル制御量Ａ(t)について、以下に詳細に説明する。
【００１７】
レベル制御量Ａ(t)としては、レベルゆらぎ周期Ｔ[ｓ]間の平均が平均レベルＡConst[dBm]となるランダムな関数を用いる。また、時間スロット当たりのレベル制御量Ａ(t)のレベル変化量は、十分小さいものとする。レベル制御量Ａ(t)を与えるレベルゆらぎ関数Ａ(t)の具体例を以下に示す。
【００１８】
（例１）
Ａ(t)＝ＡConst＋α×sin((２×π×t/Ｔ)＋φInitial)      ・・・（１）
但し、αは変動係数[dBm]、φInitialは初期定数[rad]である。
【００１９】
（例２）
Ａ(t)＝ＡConst＋α×ＰＮ(t，Ｔ)      ・・・（２）
但し、αは変動係数[dBm]である。また、ＰＮ(t，Ｔ)は、長さがＴ/Δt、要素が{−１，１}である擬似ランダム系列であって、その周期がレベルゆらぎ周期Ｔである。
【００２０】
次に、図３を参照して、本実施形態に係るレベル制御処理の手順を説明する。図３は、図２に示すビーム制御レベル部２２の制御フロー図である。
図３において、先ず、ビーム制御レベル部２２は初期設定を行う（Ｓ１）。具体的には、平均レベルＡConst[dBm]の初期設定と、レベルゆらぎ関数Ａ(t)の各パラメータの初期設定を行う。次いで、時刻ｔ＝ｔ＋Δｔにセットし（Ｓ２）、レベルゆらぎ関数Ａ(t)の値を計算する（Ｓ３）。次いで、そのレベルゆらぎ関数Ａ(t)の計算結果をレベル制御量Ａ(t)としてレベル調整部１５に出力する（Ｓ４）。以降、上記ステップＳ２からＳ４を繰り返す。
【００２１】
上述したように本実施形態によれば、各アンテナ素子により各々送信される信号に対して、レベル制御量Ａ(t)でレベル差が与えられる。従って、アンテナ回路素子間の特性差等に起因したアンテナ素子間の固定的な出力レベル差があったとしても、各アンテナ素子により各々送信される信号間のレベル差は変動する。これにより、各アンテナ素子から放射する信号の位相量を制御することによって受信側の平均ＳＩＮＲの時間変動を起こす際に、アンテナ素子間の固定的な出力レベル差の影響はほぼ無視することができ、位相量の制御結果が十分に合成ビームに反映されることになる。この結果として、各受信局向けの合成ビームの利得を時間的に十分に変動させることができる。従って、受信側の平均ＳＩＮＲの時間変動が縮小することを防止することが可能になる。
【００２２】
なお、アレーアンテナのアンテナ素子数は３素子以上であってもよい。この場合、位相制御量θ(t)は、Ｎ個のアンテナ素子に関し、ある一つのアンテナ素子を基準とした「Ｎ−１」個の相対位相ベクトルとして得ることができる。各相対位相ベクトルは、それぞれ独立の固定角速度又は角速度ゆらぎ関数から算出する。同様に、レベル制御量Ａ(t)は、Ｎ個のアンテナ素子に関し、ある一つのアンテナ素子を基準とした「Ｎ−１」個の相対レベルベクトルとして得ることができる。各相対レベルベクトルは、それぞれ独立のレベルゆらぎ関数から算出する。
【００２３】
図４にＮ個（３素子以上）のアンテナ素子を有する場合のアレーアンテナシステム１０の構成を示す。図４において、ビーム制御部１６は、アンテナ素子１１ａ−２、３、…、Ｎの各々に対応して設けられた移相調整部１４に、それぞれ相対位相ベクトルθ１(t)、θ２(t)、θ３(t)、…、θＮ−１(t)を出力する。また、ビーム制御部１６は、アンテナ素子１１ａ−２、３、…、Ｎの各々に対応して設けられたレベル調整部１５に、それぞれ相対レベルベクトルＡ１(t)、Ａ２(t)、Ａ３(t)、…、ＡＮ−１(t)を出力する。
【実施例】
【００２４】
図５は、本実施形態に係る基地局（無線装置）１００の一実施例である。図５に示される基地局１００は、時分割多元接続を用いたパケット交換型移動通信システムの基地局であり、基地局１００から移動局２００に向う下り回線において、無線伝搬路の状態に基づき、時間スロットのスケジューリング及び適応チャネル割当を行う。また、移動局２００は、下り回線の無線伝搬路の状態を表すＳＩＮＲを測定し、測定結果のＳＩＮＲを基地局１００に通知する。
【００２５】
図６において、基地局１００は、本実施形態に係るアレーアンテナシステム１０を備え、該アレーアンテナシステム１０により移動局２００間の無線区間の送信および受信を行う。なお、図６に示されるアレーアンテナシステム１０以外の基地局１００および移動局２００の基本構成は従来と同じである。
【００２６】
この実施例によれば、基地局１００がアレーアンテナシステム１０により放射するビームパターンは、固定角速度又は固定角速度を基準にして角速度ゆらぎ関数により変化する。ここで、アレーアンテナシステム１０のアンテナ素子間の固定的な出力レベル差があったとしても、その影響は本実施形態に係るレベル操作によってほぼ無視することができる。これにより、各基地局１００は独立に十分なフェージングを人工的に発生させることができる。従って、各移動局においては、通信基地局（所望基地局）および干渉基地局（非所望基地局）の放射パターンは独立して変化するものとなり、各基地局からの受信信号が独立に瞬時変動するので、移動局ごとに独立にＳＩＮＲが瞬時変動する。これにより、基地局１００は各移動局のＳＩＮＲに応じてスケジューリングおよび適応チャネル割当を行うことにより、高伝送効率の伝送が可能となる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した実施形態では、送信ビームを制御する場合を例に挙げて説明したが、受信ビームに対しても同様に適用することができる。
【００２８】
また、本発明は、スケジューリング機能および適応チャネル割当機能を用いた時分割多元接続パケット交換型のセルラーシステムおよび無線ＬＡＮシステム等の移動通信システムに適用可能である。例えば、CDMA2000 1xEV-DOシステムやW-CDMA HSDPAシステムなどに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係るアレーアンテナシステム１０の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すビーム制御部１６の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示すビーム制御レベル部２２の制御フロー図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るアレーアンテナシステム１０の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る基地局（無線装置）１００の一実施例の構成を示すブロックである。
【符号の説明】
【００３０】
１０…アレーアンテナシステム、１１…アレーアンテナ部、１１ａ…アンテナ素子、１２…ビーム形成部、１３…分配器、１４…移相調整部、１５…レベル調整部、１６…ビーム制御部、２１…ビーム制御位相部、２２…ビーム制御レベル部、１００…基地局、２００…移動局
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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