(57)【要約】【課題】無線を使う地上移動通信において、マルチビームアンテナの利用により信号源または干渉源の位置を推定することができる信号源位置推定方法を提供する。【解決手段】マルチビームアンテナで水平方向にビームフォーミングを行なって、隣接する一組のビームのアンテナ利得の差をビームの組毎に検出し、予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と方位角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する方位角を推定する。また、マルチビームアンテナで垂直方向にビームフォーミングを行なって、隣接する一組のビームのアンテナ利得の差をビームの組毎に検出し、予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と仰角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する仰角を推定する。【選択図】図１
2008216084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子制御により水平方向および垂直方向へビームフォーミングが可能なマルチビームアンテナを備えた位置推定局による信号源位置推定方法であって、
前記マルチビームアンテナで水平方向にビームフォーミングを行なって、隣接する一組のビームのアンテナ利得の差をビームの組毎に検出するステップと、
予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と方位角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、前記検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する方位角を推定するステップと、
前記マルチビームアンテナで垂直方向にビームフォーミングを行なって、隣接する一組のビームのアンテナ利得の差をビームの組毎に検出するステップと、
予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と仰角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、前記検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する仰角を推定するステップと、
前記推定した方位角および仰角に基づいて信号源の存在する方向を推定するステップと、を含むことを特徴とする信号源位置推定方法。
【請求項２】
前記信号源の高さが既知である場合に、前記推定した信号源の存在する方向と前記信号源の高さとに基づいて信号源の位置を推定するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の信号源位置推定方法。
【請求項３】
電子制御により水平方向および垂直方向へビームフォーミングが可能なマルチビームアンテナを備えた第１および第２の位置推定局による信号源位置推定方法であって、
前記第１の位置推定局において、マルチビームアンテナで水平方向にビームフォーミングを行なって、アンテナ利得が最大となるビームと、そのビームに隣接するビームのうちアンテナ利得が大きい方のビームとの間のアンテナ利得の差を検出するステップと、
予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と方位角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、前記検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する第１の方位角を推定するステップと、
前記第２の位置推定局において、マルチビームアンテナで水平方向にビームフォーミングを行なって、アンテナ利得が最大となるビームと、そのビームに隣接するビームのうちアンテナ利得が大きい方のビームとの間のアンテナ利得の差を検出するステップと、
予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と方位角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、前記検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する第２の方位角を推定するステップと、
前記推定した第１および第２の方位角に基づいて第１または第２の位置推定局から水平方向の信号源までの距離を推定するステップと、を含むことを特徴とする信号源位置推定方法。
【請求項４】
前記信号源の高さが既知である場合に、前記推定した第１または第２の位置推定局から水平方向の信号源までの距離と前記信号源の高さとに基づいて信号源の位置を推定するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の信号源位置推定方法。
【請求項５】
前記第１または第２の位置推定局において、マルチビームアンテナで垂直方向にビームフォーミングを行なって、アンテナ利得が最大となるビームと、そのビームに隣接するビームのうちアンテナ利得が大きい方のビームとの間のアンテナ利得の差を検出するステップと、
予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と仰角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、前記検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する仰角を推定するステップと、
前記推定した第１または第２の位置推定局から水平方向の信号源までの距離および前記推定した仰角に基づいて、信号源の位置を推定するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の信号源位置推定方法。
【請求項６】
受信可能な範囲内に既知の信号源を設置し、前記信号源と前記既知の信号源とのアンテナ利得の差に基づいて前記信号源の位置を推定することを特徴とする請求項１記載の信号源位置推定方法。
【請求項７】
前記既知の信号源は、前記隣接するビームの交点と位置推定局との延長線上に配置され、そのアンテナ高が０ｍとして配置され、またはそのアンテナ高が位置推定局のアンテナ高と実質的に同一として配置されることを特徴とする請求項６記載の信号源位置推定方法。
【請求項８】
電子制御により水平方向および垂直方向へビームフォーミングが可能なマルチビームアンテナを備えた位置推定局による伝搬路状況推定方法であって、
前記マルチビームアンテナで水平方向にビームフォーミングを行なって、信号源からの信号について、ビーム毎に受信した周波数スペクトルを観測するステップと、
前記マルチビームアンテナで垂直方向にビームフォーミングを行なって、信号源からの信号について、ビーム毎に受信した周波数スペクトルを観測するステップと、
予め取得した伝搬路状況毎の各ビームの周波数スペクトルおよび前記観測した水平方向および垂直方向の周波数スペクトルを照合し、前記観測した水平方向および垂直方向の周波数スペクトルのそれぞれに最も近似する周波数スペクトルを推定し、前記推定した周波数スペクトルに対応する伝搬路状況を決定するステップと、を含むことを特徴とする伝搬路状況推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチビームアンテナを用いた信号源位置推定方法および伝搬路状況推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、単一性指向ビームを用いて干渉波の到来方向を推定する方法が知られている。図１６は、従来の干渉波到来方向の推定方法を示す図である。図１６に示すように、従来は、単一性指向ビームを、水平方向および垂直方法に物理的に走査させ、干渉波の到来方向を推定していた。
【０００３】
また、例えば、特開平１１−２６６２２８号公報には、マルチビームアンテナシステムが開示されている。このマルチビームアンテナシステムは、ＣＤＭＡ無線基地局において、受信側アレーアンテナの複数のアンテナ素子で受信した信号に受信ビームフォーマＲＢＦでビームフォーミングを施して複数の上りビームを電気的に形成する。そして、これらの複数の上りビームのうち最適なビーム（例えば電力最大のビーム）に基づいて受信を行なう。また、送信信号にビームフォーミングを施す送信ビームフォーマＴＢＦを設け、制御部ＣＮＴは上り受信信号の有無に基づいて、下りビームフォーミングを行なって上り受信ビームと同一方向の下り送信ビームを形成するか、あるいは下りビームフォーミングを行なわないか制御する。
【０００４】
また、伝搬路を推定する方法としては、単一の広帯域信号における受信スペクトル特性を観測して、伝搬路の状況を推定する方法が知られている。
【特許文献１】特開平１１−２６６２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１６に示す方法では、信号源（希望波または干渉波）の到来方向を推定するためのビームの走査に大きな時間がかかり、装置も大掛かりになってしまう。また、伝搬路の推定においては、単一の広帯域信号の受信スペクトルの観測のみでは、伝搬路状況と関連するような顕著な特徴が現れないため、十分な伝搬路状況の推定は容易でない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、無線を使う地上移動通信において、マルチビームアンテナの利用により信号源または干渉源の位置を推定することができる信号源位置推定方法を提供することを目的とする。また、広帯域無線信号の受信スペクトルのモニタリングにより伝搬路の状況を推定することができる伝搬路状況推定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】
【０００７】
（１）上記の目的を達成するため、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の信号源位置推定方法は、電子制御により水平方向および垂直方向へビームフォーミングが可能なマルチビームアンテナを備えた位置推定局による信号源位置推定方法であって、前記マルチビームアンテナで水平方向にビームフォーミングを行なって、隣接する一組のビームのアンテナ利得の差をビームの組毎に検出するステップと、予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と方位角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、前記検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する方位角を推定するステップと、前記マルチビームアンテナで垂直方向にビームフォーミングを行なって、隣接する一組のビームのアンテナ利得の差をビームの組毎に検出するステップと、予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と仰角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、前記検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する仰角を推定するステップと、前記推定した方位角および仰角に基づいて信号源の存在する方向を推定するステップと、を含むことを特徴としている。
【０００８】
このように、電子制御により水平方向および垂直方向へビームフォーミングが可能であるため、水平方向にビームフォーミングされたアンテナパターンから、垂直方向にビームフォーミングされたアンテナパターンへ、瞬時に切り替えることができる。また、方位角および仰角を推定するので、その推定した方位角および仰角に基づいて信号源の存在する方向を推定することができる。その結果、従来技術のように、信号源到来方向の検知のために、ビーム走査する必要が無く、短時間で信号源の位置推定を行なうことができる。また、干渉回避および周波数の有効利用を促進することが可能となる。
【０００９】
（２）また、本発明の信号源位置推定方法において、前記信号源の高さが既知である場合に、前記推定した信号源の存在する方向と前記信号源の高さとに基づいて信号源の位置を推定するステップと、をさらに含むことを特徴としている。
【００１０】
このように、信号源の高さが既知である場合に、推定した信号源の存在する方向と信号源の高さとに基づいて信号源の位置を推定するので、迅速で正確な信号源の位置の推定を行なうことができる。なお、信号源の高さが既知である場合、信号源の存在する方向が推定できれば、例えば、三角関数を用いて、簡易に信号源までの距離を算出することが可能である。例えば、位置推定局の高さをｈｓ、信号源の高さをｈｉとし、信号源の存在する仰角（到来角）をθとすると、位置推定局から信号源までの水平方向の距離Ｄは、
Ｄ＝（ｈｓ−ｈｉ）（１／ｔａｎθ）
で求めることが可能である。これにより、位置推定局から信号源までの水平方向の距離Ｄと信号源の高さｈｓとを把握することができ、簡易に信号源までの距離を算出することが可能である。
【００１１】
（３）また、本発明の信号源位置推定方法は、電子制御により水平方向および垂直方向へビームフォーミングが可能なマルチビームアンテナを備えた第１および第２の位置推定局による信号源位置推定方法であって、前記第１の位置推定局において、マルチビームアンテナで水平方向にビームフォーミングを行なって、アンテナ利得が最大となるビームと、そのビームに隣接するビームのうちアンテナ利得が大きい方のビームとの間のアンテナ利得の差を検出するステップと、予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と方位角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、前記検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する第１の方位角を推定するステップと、前記第２の位置推定局において、マルチビームアンテナで水平方向にビームフォーミングを行なって、アンテナ利得が最大となるビームと、そのビームに隣接するビームのうちアンテナ利得が大きい方のビームとの間のアンテナ利得の差を検出するステップと、予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と方位角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、前記検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する第２の方位角を推定するステップと、前記推定した第１および第２の方位角に基づいて第１または第２の位置推定局から水平方向の信号源までの距離を推定するステップと、を含むことを特徴としている。
【００１２】
このように、２つの位置推定局によって、第１および第２の方位角を推定し、その推定した第１および第２の方位角に基づいて第１または第２の位置推定局から水平方向の信号源までの距離を推定するので、第１または第２の位置推定局から信号源までの水平方向の線分の長さを推定することができる。これにより、短時間で信号源の位置推定を行なうことができる。その結果、干渉回避および周波数の有効利用を促進することが可能となる。
【００１３】
（４）また、本発明の信号源位置推定方法において、前記信号源の高さが既知である場合に、前記推定した第１または第２の位置推定局から水平方向の信号源までの距離と前記信号源の高さとに基づいて信号源の位置を推定するステップと、をさらに含むことを特徴としている。
【００１４】
このように、信号源の高さが既知である場合に、推定した第１または第２の位置推定局から水平方向の信号源までの距離と信号源の高さとに基づいて信号源の位置を推定するので、迅速で正確な信号源の位置の推定を行なうことができる。なお、信号源の高さが既知である場合は、第１または第２の位置推定局から水平方向の信号源までの距離が推定できれば、簡易に信号源までの距離を算出することが可能である。
【００１５】
（５）また、本発明の信号源位置推定方法において、前記第１または第２の位置推定局において、マルチビームアンテナで垂直方向にビームフォーミングを行なって、アンテナ利得が最大となるビームと、そのビームに隣接するビームのうちアンテナ利得が大きい方のビームとの間のアンテナ利得の差を検出するステップと、予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と仰角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、前記検出したビームの組のアンテナ利得の差に対応する仰角を推定するステップと、前記推定した第１または第２の位置推定局から水平方向の信号源までの距離および前記推定した仰角に基づいて、信号源の位置を推定するステップと、をさらに含むことを特徴としている。
【００１６】
これにより、信号源の高さが未知である場合であっても、第１または第２の位置推定局から信号源までの水平方向の線分の長さ（距離）Ｄを推定すると共に、第１または第２の位置推定局に対する信号源の仰角を推定するので、信号源の高さｈｓを推定することができる。これにより、位置推定局から信号源までの水平方向の距離Ｄと信号源の高さｈｓとを把握することができ、簡易に信号源までの距離を算出することが可能である。
【００１７】
（６）また、本発明の信号源位置推定方法において、受信可能な範囲内に既知の信号源を設置し、前記信号源と前記既知の信号源とのアンテナ利得の差に基づいて前記信号源の位置を推定することを特徴としている。
【００１８】
このように、既知の信号源と位置推定対象となる信号源とのアンテナ利得の差に基づいて信号源の位置を推定するので、誤差を小さくすることが可能となる。
【００１９】
（７）また、本発明の信号源位置推定方法において、前記既知の信号源は、前記隣接するビームの交点と位置推定局との延長線上に配置され、そのアンテナ高が０ｍとして配置され、またはそのアンテナ高が位置推定局のアンテナ高と実質的に同一として配置されることを特徴としている。
【００２０】
このように、既知の信号源が、隣接するビームの交点と位置推定局との延長線上に配置される場合は、２つのビームにおけるアンテナ利得の差を求める際に、誤差を小さくすることが可能となる。また、既知の信号源のアンテナ高が０ｍとして配置される場合は、大地反射を受けないようにすることが可能となる。さらに、既知の信号源のアンテナ高が位置推定局のアンテナ高と実質的に同一として配置される場合は、垂直方向の誤差を小さくすることが可能となる。
【００２１】
（８）また、本発明の伝搬路状況推定方法は、マルチビームアンテナを備えた位置推定局による伝搬路状況推定方法であって、前記マルチビームアンテナで水平方向にビームフォーミングを行なって、信号源からの信号について、ビーム毎に受信した周波数スペクトルを観測するステップと、前記マルチビームアンテナで垂直方向にビームフォーミングを行なって、信号源からの信号について、ビーム毎に受信した周波数スペクトルを観測するステップと、予め取得した伝搬路状況毎の各ビームの周波数スペクトルおよび前記観測した水平方向および垂直方向の周波数スペクトルを照合し、前記観測した水平方向および垂直方向の周波数スペクトルのそれぞれに最も近似する周波数スペクトルを推定し、前記推定した周波数スペクトルに対応する伝搬路状況を決定するステップと、を含むことを特徴としている。
【００２２】
このように、マルチビームアンテナを用いて、水平方向および垂直方向へビームフォーミングを行なって、信号源からの信号について、ビーム毎に受信した周波数スペクトルを観測し、予め取得した伝搬路状況毎の各ビームの周波数スペクトルおよび前記観測した水平方向および垂直方向の周波数スペクトルを照合するので、短時間で伝搬路の推定を行なうことが可能となる。このように推定した伝搬路状況により、信号源位置推定方法の確からしさの判断を行なうことができると共に、干渉回避および周波数の有効利用を促進することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、電子制御により水平方向および垂直方向へビームフォーミングが可能であるため、水平方向にビームフォーミングされたアンテナパターンから、垂直方向にビームフォーミングされたアンテナパターンへ、瞬時に切り替えることができる。また、方位角および仰角を推定するので、その推定した方位角および仰角に基づいて信号源の存在する方向を推定することができる。その結果、従来技術のように、信号源到来方向の検知のために、ビーム走査する必要が無く、短時間で信号源の位置推定を行なうことができる。また、干渉回避および周波数の有効利用を促進することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係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１において、無線基地局１００は、受信側のアレーアンテナＡＮＴ１を備えており、このアレーアンテナＡＮＴ１は、複数のアンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮを有している。また、無線基地局１００は、送信側のアレーアンテナＡＮＴ２を備えており、このアレーアンテナＡＮＴ２は、複数のアンテナ素子ＡＴ１〜ＡＴＮを有している。
【００２５】
受信回路ＲＶ１〜ＲＶＮは、受信信号の高周波増幅、周波数変換などを行なう。送信回路ＳＤ１〜ＳＤＮは、周波数変換、高周波増幅などを行なう。受信ビームフォーマＲＢＦは、Ｎ個のアンテナ素子ＡＲ１〜ＡＲＮで受信した信号に対して受信ビームフォーミングを施し、Ｍ本の上り受信ビームＢ１〜ＢＭを電気的に形成する。送信ビームフォーマＴＢＦは、送信信号に送信ビームフォーミングを施してアンテナ素子入力信号を発生し、これら入力信号を各アンテナ素子に入力することにより所定方向の指向性を有する送信ビームを生成することができる。
【００２６】
制御部ＣＮＴは、受信ビームフォーマＲＢＦおよび送信ビームフォーマＴＢＦを制御して希望するビームを生成する。受信部ＲＶは、信号検波や誤り訂正などを行ない、送信部ＳＤは、送信データに変調などを施す。電力モニターＰＷＭは、任意のビームにおける受信電力を観測し、信号源到来角の推定に利用される。スペクトルモニターＳＰＭは、任意のビームにおいて受信される信号スペクトルを観測し、伝送路の状況推定に利用される。なお、図１には、送信および受信の両方の構成を示しているが、信号源の位置を推定する場合には、受信機能だけを用いる。
【００２７】
図２は、本発明の信号源位置推定方法の基本的な考え方を、水平方向（方位角方向）に対して示す図である。本発明では、２つの隣接するビームにおける受信電力の差を検出し、その差（＝アンテナ利得の差）より信号源到来角度を求める。すなわち、位置推定局（以下、単に「推定局」と呼称することもある。）では、予め隣接ビームの利得差を計算しておき、２つの検出電力差から、到来角を算出する。例えば、図２に示すように、ビーム４の受信電力（アンテナ利得）と、ビーム５の受信電力（アンテナ利得）との差を求め、図２中、向かって右側に示すように、予め取得した各ビームの組のアンテナ利得の差と方位角とが一対一に対応付けられたデータを参照して、検出したビーム４と５のアンテナ利得の差に対応する方位角を推定する。垂直方向（仰角方向）に対しても、同様に考えられる。
【００２８】
図３（ａ）は、水平方向の信号源到来角を求める際に用いられる、水平方向にビームフォーミングを行なった場合のマルチビームアンテナ利得特性の一例を示している。また、図３（ｂ）は、垂直ビームを示している。また、図４は、垂直方向の信号源到来角を求める際に用いられる、垂直方向にビームフォーミングを行なった場合のマルチビームアンテナ利得特性を示している。図３の水平方向と垂直方向を入れ替え、アンテナから見て低仰角方向の４ビームを用いている。
【００２９】
本発明における信号源位置推定方法では、これらのマルチビームアンテナシステムを用いた位置推定局において、水平方向と垂直方向の信号源到来角度の推定を行なうことで信号源の位置を推定する。
【００３０】
次に、本発明の信号源の位置推定方法の手順について説明する。
（位置推定局が１局である場合）
図５（ａ）に示す位置推定局のマルチビームアンテナにおいて、図３（ａ）に示す水平方向のビームフォーミングを行なう。この状態で、信号源の受信電力が最大となるビームと、それに隣接するビームのうち受信電力がより大きい方のビームとの間の受信電力差を求める。予め計算しておいた当該２ビーム間の利得差と方位角の関係より、方位角を算出し、水平方向の信号源到来角度の推定値とする。
【００３１】
図５（ｂ）に示す位置推定局のマルチビームアンテナにおいて、図４に示す垂直方向のビームフォーミングを行なう。この状態で、信号源の受信電力が最大となるビームと、それに隣接するビームのうち受信電力がより大きい方のビームとの間の受信電力差を求める。予め計算しておいた当該２ビーム間の利得差と仰角の関係より、仰角を算出し、垂直方向の信号源到来角度の推定値とする。
【００３２】
水平方向と垂直方向の信号源到来角度の推定値より、信号源の位置推定を行なう。信号源の高さが未知の場合は信号源の方向のみ推定可能であるが、信号源の高さが既知の場合は、信号源の位置が推定可能である。
【００３３】
（位置推定局が２局である場合）
図６（ａ）に示す位置推定局１のマルチビームアンテナにおいて、図３に示す水平方向のビームフォーミングを行なう。この状態で、信号源の受信電力が最大となるビームと、それに隣接するビームのうち受信電力がより大きい方のビームとの間の受信電力差を求める。予め計算しておいた当該２ビーム間の利得差と方位角の関係より、方位角を算出し、推定局１における水平方向の信号源到来角度の推定値とする。
【００３４】
図６（ａ）に示す位置推定局２のマルチビームアンテナにおいて、図３に示す水平方向のビームフォーミングを行なう。この状態で、信号波の受信電力が最大となるビームと、それに隣接するビームのうち受信電力がより大きい方のビームとの間の受信電力差を求める。予め計算しておいた当該２ビーム間の利得差と方位角の関係より、方位角を算出し、推定局２における水平方向の信号源到来角度の推定値とする。
【００３５】
位置推定局１における水平方向の信号源到来推定角度、および推定局２における水平方向の信号源到来推定角度について、各推定角の交点より信号源の存在する線分（距離）を算出する。ここで、信号源の高さが既知の場合は、信号源の位置推定が可能である。
【００３６】
なお、信号源の高さが未知の場合は、更に以降の垂直方向の角度推定を行なうことで信号源の位置推定が可能となる。図６（ｂ）に示す位置推定局１（または位置推定局２）における図５（ｂ）に示す位置推定局のマルチビームアンテナにおいて、図４に示す垂直方向のビームフォーミングを行なう。この状態で、信号波の受信電力が最大となるビームと、それに隣接するビームのうち受信電力がより大きい方のビームとの間の受信電力差を求める。予め計算しておいた当該２ビーム間の利得差と仰角の関係より、仰角を算出し、垂直方向の信号源到来角度の推定値とする。
【００３７】
水平方向の信号源到来角度推定による推定位置（線分）と、垂直方向の信号源到来推定角度より、信号源の位置推定を行なう。
【００３８】
（リファレンスを設置する場合）
誤差を小さくするために、リファレンス（既知の信号源）を測定可能な範囲内に置き、リファレンスからの信号との差異で信号源の位置を推定することが考えられる。リファレンスの設置方法としては、図７（ａ）のように、隣接ビームの交点方向に設置する方法、図７（ｂ）のようにアンテナ高を０ｍとして大地反射を生じないように設置する方法、図７（ｃ）のようにアンテナ高を推定局の高さと同じになるように設置する方法等が考えられる。
【００３９】
（伝搬路状況推定方法）
次に、本発明の伝搬路状況推定方法の手順について説明する。位置推定局のマルチビームアンテナにおいて、図３に示す水平方向のビームフォーミングを行なう。この状態で、信号源からの信号について、ビーム毎に受信する周波数スペクトルを観測する。位置推定局のマルチビームアンテナにおいて、図４に示す垂直方向のビームフォーミングを行なう。この状態で、信号源からの信号について、ビーム毎に受信する周波数スペクトルを観測する。水平方向のビームフォーミングを行なった場合と垂直方向のビームフォーミングを行なった場合とで、各々のビーム毎に観測される受信スペクトルの特徴より、伝搬路の状況を推定する。
【実施例１】
【００４０】
実施例１として、図５の伝搬モデルに基づいた見通し内での伝搬路シミュレーションを考える。本実施例の前提として、信号源の通信方式はＯＦＤＭ、推定局の高さは５０ｍ、信号源の高さは５ｍ、伝搬路は大地反射（２波モデル）を考慮し、伝搬路シミュレーション方法はレイトレーシングを用いる。
【００４１】
本発明に係る信号源位置推定方法で適用するマルチビームアンテナは、ビームフォーミングの電子的な制御が可能である。よって、水平方向にビームフォーミングされたアンテナパターンから、垂直方向にビームフォーミングされたアンテナパターンへ、瞬時に切り替えることができる。従来技術のように、信号源到来方向の検知のために、ビーム走査する必要がないため、短時間で信号源位置推定を行なうことができる。
【００４２】
本発明に係る信号源位置推定方法においても、誤差が生じる場合がある。その誤差の原因は、見通し内における大地や建物での反射波、見通し外における建物等による回折波や反射波等である。位置推定局が１局であるときに（図５）、大地反射を考慮した場合の信号源位置推定特性について、水平方向の角度推定特性を、図８（距離ｄ＝５５０ｍの場合）および図９（距離ｄ＝３００ｍの場合）に示す。また、垂直方向の角度推定特性を図１０に示す。
【００４３】
【表１】
2008216084.tif 000003
【００４４】
表１に信号源位置推定誤差を示す。大地反射を考慮した場合、水平方向の推定誤差はほぼ０であるが、垂直方向において推定誤差が生じる。推定位置の誤差を５％以内に収めるには、測定可能範囲は３，０００ｍ程度となる。更に、図６のように位置推定局を２局設置したり、図７のようにリファレンスを設置したりすることで、推定誤差の低減が可能と考える。
【実施例２】
【００４５】
本発明に係る伝搬路状況推定方法では、位置推定局のマルチビーム毎の受信スペクトルの特徴によって、伝搬路の状況を推定する。本実施例では、図１２に示す伝搬モデルに基づいた見通し外での伝搬路シミュレーションを考える。この場合、伝送路は大地反射に加え、回折および反射を考慮する。ここで、受信スペクトルの特徴と伝搬路状況との関連の例を下記に示す。
（１）大地反射
図１１は、大地反射がある場合のＯＦＤＭ波のスペクトルを示す図である。直接波と反射波との位相差により、受信スペクトルはフラットにならない。受信スペクトルに谷を生じるビームがある。
（２）建物の影響
図１２は、建物の影響により回折、反射が発生する状況を示す図である。図１３は、図１２の状況におけるＯＦＤＭ波のスペクトルを示す図である。回折、反射の影響により、受信スペクトルはフラットにならないが、大きな谷や山は見られない。
（３）見通し外
図１４は、複数の建物の影響により多重伝搬路が発生する場合の、見通し外におけるＯＦＤＭ波のスペクトルを示す図である。多重伝搬路の存在により、受信スペクトルに谷や山があり周波数特性が帯域内で７〜８ｄＢ程度ばらつきがある。
【００４６】
本発明に係る伝搬路状況推定方法は、本発明に係る信号源位置推定方法の推定値の確からしさの判断に利用することができる。また、本発明に係る信号源位置推定方法、および本発明に係る伝搬路状況推定方法を実施することによって、干渉回避が可能となり、周波数を有効利用することができる。
【００４７】
また、本発明に係る信号源位置推定方法、および本発明に係る伝搬路状況推定方法は、携帯電話のＩＰ化が進んだときの基地局へのエントランス回線、コグニティブ無線システムの基地局間リンクなどに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係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】本発明の信号源位置推定方法の基本的な考え方を、水平方向（方位角方向）に対して示す図である。
【図３】（ａ）は、水平方向の信号源到来角を求める際に用いられる、水平方向にビームフォーミングを行なった場合のマルチビームアンテナ利得特性の一例を示している。（ｂ）は、垂直ビームを示している。
【図４】垂直方向の信号源到来角を求める際に用いられる、垂直方向にビームフォーミングを行なった場合のマルチビームアンテナ利得特性を示す図である。
【図５】（ａ）は、位置推定局を１局設ける場合、各位置推定局における水平方向のビームフォーミングの様子を示す図である。（ｂ）は、位置推定局を１局設ける場合、各位置推定局における垂直方向のビームフォーミングの様子を示す図である。
【図６】（ａ）は、位置推定局を２局設ける場合、各位置推定局における水平方向のビームフォーミングの様子を示す図である。（ｂ）は、位置推定局を２局設ける場合、各位置推定局における垂直方向のビームフォーミングの様子を示す図である。
【図７】（ａ）は、リファレンス（既知の信号源）を一組のビームの交点と位置推定局との延長線上においた場合の構成図であり、（ｂ）は、リファレンス（既知の信号源）のアンテナ高を０ｍとした場合の構成図であり、（ｃ）は、リファレンス（既知の信号源）のアンテナ高を位置推定局の高さと同じとした場合の構成図である。
【図８】ｄ＝５５０ｍである場合の大地反射波がある場合の方位角推定特性を示す図である。
【図９】ｄ＝３００ｍである場合の大地反射波がある場合の方位角推定特性を示す図である。
【図１０】大地反射波がある場合の垂直方向に対する角度推定特性を示す図である。
【図１１】大地反射波がある場合のＯＦＤＭ波のスペクトルを示す図である。
【図１２】建物の影響を検討するための伝搬モデルを示す図である。
【図１３】建物がある場合のＯＦＤＭ波のスペクトルを示す図である。
【図１４】建物がある場合のＯＦＤＭ波のスペクトルを示す図である。
【図１５】見通し外の場合のＯＦＤＭ波のスペクトルを示す図である。
【図１６】従来の干渉波の到来方向推定方法の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  無線基地局
ＡＮＴ１  受信アレーアンテナ
ＡＮＴ２  送信アレーアンテナ
ＡＲ１〜ＡＲＮ  受信アンテナ素子
ＡＴ１〜ＡＴＮ  送信アンテナ素子
ＣＮＴ  制御部
ＰＷＭ  電力モニター
ＲＢＦ  受信ビームフォーマ
ＲＶ  受信部
ＲＶ１〜ＲＶＮ  受信回路
ＳＤ  送信部
ＳＤ１〜ＳＤＮ  送信回路
ＳＰＭ  スペクトルモニター
ＴＢＦ  送信ビームフォーマ
【図１】
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【図１６】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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