(57)【要約】【課題】アレイ・アンテナから複数の移動局に対するビームの形成及びその切換を、重み付け値の書き込みとその読み出しとを互いに独立して行えるようにして、ビーム形成のための重み付け値の変更に実質的に制限されることなく、高速に行うことができるアレイ・アンテナシステムを提供すること。【解決手段】複数Ｎのアンテナエレメントにそれぞれ設けられている、指向性ビーム用重み付け値記憶手段の同一アドレスそれぞれに１つの指向性ビームを形成するための重み付け値を記憶する。シグナルバスにより供給されるシグナルデータの伝送されるべき方向の変更と同期して、対応するアドレスに記憶されている重み付け値を読み出すことにより、シグナルデータを所定の方向に伝送する。【選択図】　　　　図１
2004140419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数Ｎのアンテナエレメントを持つアレイ・アンテナを用いて指向性ビームを形成し、そのビームの指向性を切り替えて、前記アレイ・アンテナからの送信信号を時分割で複数Ｊの方向に送信するアレイ・アンテナシステムにおいて、
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して設けられ、シグナルバスにより供給されるシグナルデータに、指向性ビームの指向性を決定するための重み付け値により重み付けを行って、前記対応するアンテナエレメントに送信信号として供給するための、重み付け手段と、
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して設けられ、前記重み付け手段に供給する重み付け値を指向性ビーム用に記憶する、重み付け値記憶手段とを備え、前記複数Ｎのアンテナエレメントにそれぞれ設けられている、前記重み付け値記憶手段の、複数Ｊの方向各々に対応付けられるアドレス（以後、同一アドレス、という）それぞれに１つの指向性ビームを形成するための重み付け値が記憶されるとともに、前記シグナルバスにより供給されるシグナルデータの伝送されるべき方向の変更と同期して、前記重み付け値記憶手段の対応するアドレスに記憶されている重み付け値を読み出すことにより、前記シグナルデータを所定の方向に伝送することを特徴とするアレイ・アンテナシステム。
【請求項２】
複数Ｎのアンテナエレメントを持つアレイ・アンテナを用いて同時に第１ないし第Ｍ指向性ビームを形成し、各ビームの指向性を切り替えて、前記アレイ・アンテナからの送信信号を同時に複数Ｍの方向にかつ時分割で複数Ｊの方向に送信するアレイ・アンテナシステムにおいて、
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して設けられ、第１ないし第Ｍのシグナルバスにより供給されるシグナルデータに、第１ないし第Ｍ指向性ビームの指向性を決定するための重み付け値により重み付けを行って出力する、複数Ｍの重み付け手段と、
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して設けられ、前記複数Ｍの重み付け手段からの重み付けされたシグナルデータを加算し、前記対応するアンテナエレメントに送信信号として供給するための加算手段と、
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して設けられ、前記複数Ｍの重み付け手段に供給する重み付け値を第１ないし第Ｍ指向性ビーム用に記憶する、複数Ｍの重み付け値記憶手段とを備え、
前記Ｎのアンテナエレメントにそれぞれ設けられている、第１ないし第Ｍ指向性ビーム用の前記重み付け値記憶手段の同一アドレスそれぞれに各１つの指向性ビームを形成するための重み付け値が記憶されるとともに、前記第１ないし第Ｍのシグナルバスにより供給される各シグナルデータの伝送されるべき方向の変更と同期して、前記第１ないし第Ｍ指向性ビーム用の前記重み付け値記憶手段の対応するアドレスに記憶されている重み付け値を読み出すことにより、前記各シグナルデータをそれぞれ所定の方向に伝送することを特徴とするアレイ・アンテナシステム。
【請求項３】
前記重み付け値記憶手段のそれぞれは、２重ポートメモリであり、その一方のポートは重み用アドレスバス及び重み用データバスに接続されて同一アドレスに指向性ビームを形成する重み付け値が記憶され、その他方のポートは共通の読み出しアドレス信号が供給されて同一アドレスの重み付け値が読み出されることを特徴とする、請求項１、２記載のアレイ・アンテナシステム。
【請求項４】
前記重み付け値記憶手段はそれぞれ、共通に供給されるタイミングパルス及びリセットパルスを受け、そのタイミングパルスをカウントしそのリセットパルスによりリセットされるカウンタをそれぞれ設け、前記共通の読み出しアドレス信号として、前記カウンタのカウント値を用いることを特徴とす、る請求項１ないし３記載のアレイ・アンテナシステム。
【請求項５】
前記重み付け値記憶手段のそれぞれにバッファを設け、１つの指向性ビームを形成するための重み付け値が前記各バッファに蓄積された後に、当該重み付け値を各バッファから各重み付け値記憶手段に書き込むことを特徴とする、請求項１ないし４記載のアレイ・アンテナシステム。
【請求項６】
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して前記重み付け値記憶手段と前記重み付け手段との間に設けられており、前記重み付け手段へ供給する重み付け値の更新をその変更前の重み付け値から変更後の重み付け値に滑らかに行う、重み付け更新円滑化手段を備えることを特徴とする、請求項１ないし５記載のアレイ・アンテナシステム。
【請求項７】
前記重み付け更新円滑化手段は、
第１係数を乗じた値と、前記変更前の重み付け値を最初の円滑化重み付け値としこの円滑化重み付け値に第２係数を乗じた値とを加算し、その加算値を新たな円滑化重み付け値とする円滑化処理を繰り返し行うとともに、
各時点の円滑化重み付け値を前記重み付け手段に供給することを特徴とする、請求項６記載のアレイ・アンテナシステム。
【請求項８】
前記第１係数は０以上で１以下の係数αであり、前記第２係数は係数（１−α）であることを特徴とする、請求項７記載のアレイ・アンテナシステム。
【請求項９】
前記係数αは、前記重み付け値の更新の動作に伴い、時間の経過につれて異なる値に設定されることを特徴とする、請求項８記載のアレイ・アンテナシステム。
【請求項１０】
前記重み付け更新円滑化手段は、
前記変更後の重み付け値に、前記重み付け値の更新の動作に伴い、時間の経過につれて異なる値に設定される第３係数を乗じた値と、
前記変更前の重み付け値に、前記重み付け値の更新の動作に伴い、時間の経過につれて異なる値に設定される第４係数を乗じた値とを加算し、
各時点における前記加算値を円滑化重み付け値として、前記重み付け手段に供給することを特徴とする、請求項６記載のアレイ・アンテナシステム。
【請求項１１】
前記第３係数は０以上で１以下の係数βであり、前記第４係数は係数（１−β）であることを特徴とする、請求項１０記載のアレイ・アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の移動局に対するビームを切り換えるアレイ・アンテナのビーム切換を行うアレイ・アンテナシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動通信システムでは、限られた周波数帯域を用いて、多数の移動局が同時に通信を行うことができるようにするために、周波数の有効利用を図る必要がある。
【０００３】
周波数有効利用のために、通信すべきエリアを複数のセルに分割し、セル毎に基地局を設置する。各セル内では、時分割多重（ＴＤＭ）、周波数分割多重（ＦＤＭ）、符号分割多重（ＣＤＭ）、直交化周波数分割多重（ＯＦＤＭ）等により、基地局とそのセル内に位置する各移動局との通信をそれぞれ独立して行う。このセル方式の採用により、同じ周波数帯域を再利用して、周波数が有効利用される。
【０００４】
更に、セル方式移動通信システムにおいて、基地局アンテナにアレイ・アンテナを用い、セル内を基地局からの方向に基づいて複数のセクタに分割して通信を行うセル／セクタ通信方式を採用することにより、単なるセル方式と比較してセル当たりのセクタ数倍程度に、周波数利用効率を向上している。
【０００５】
一方、移動局への通信は現在、高速化が求められており、今後の社会の変化及び技術の進歩に伴って、より高速化が要請されてくると考えられる。そこで、移動通信の通信速度のネックとなる、基地局と移動局間の通信速度の向上は、伝送速度を増加させるとともに、複数の移動局に対して同時刻に並行して通信可能とすることによって、実現できる。
【０００６】
また、基地局側が保持している情報は、移動局側と比較して格段に大きいことや、移動局側の情報の生産性は通常、基地局側の持つ情報と比較して小さいことから、基地局と移動局間の通信は自ずと基地局から移動局への伝送量が大きく、移動局から基地局への伝送量が少ない、非対称通信になる。
【０００７】
ここで、非対称通信を前提にセル／セクタ通信方式を見直すと、基地局の時間当たりの下り総伝送量をできるだけ上げられることが必要であり、基地局から移動局への回線、即ち下り回線の高速化とともに、なるべく多くの移動局に対して同時刻に通信可能な方式が重要になる。
【０００８】
基地局から複数の移動局への通信を、ビーム指向性を切り換えることにより時分割で通信を行うシステムにおいては、それぞれの移動局にビームを振り向けるためにアレイ・アンテナの各アンテナエレメントに与える重み付け値を変更することにより、下り回線の切り替えを行っている。
【０００９】
また、アダプティブアレイ・アンテナにおいて、複数のアレイ・アンテナ素子のそれぞれに接続された重み付け回路の重み付け値を受信品質情報によって制御して最適指向性に設定する重み付け制御器を設けて、伝搬路状態の高速の変動に対しても即座に正確な電波の到来方向を感知して、指向性制御を行うようにしたものがある（特許文献１）。
【００１０】
また、移動体通信システムにおいて、ある基地局に対応するウエイト制御を、隣接する基地局に対応する復調手段の出力信号を参照信号として用いて重み付け値を算出するようにして、基地局切替時の通信効率を高く維持したまま、初期捕捉を短時間で行うようにしたものがある（特許文献２）。
【００１１】
【特許文献１】
特許第３２７２９６１号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８５１６３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアレイ・アンテナのビーム切換方法や、そのビーム切換を行うアレイ・アンテナを用いた移動通信システムでは、送信信号の時分割切り替えに対応してそのビーム指向性を決定するために送信信号に重み付けする重み値を変更する必要がある。この重み付け値はアンテナエレメント毎に異なるから、それらの変更に時間を要していた。一方、このビーム指向性の切換は、基地局から移動局毎の伝送量に見合った時間間隔で、下り回線の占有時間をこまめに変更できるようにすることが必要である。
【００１３】
しかし、ビーム指向性に応じた重み値の変更に時間を要するから、下り回線の占有時間をこまめに変更することが困難であった。また、そのビーム指向性の変更ごとに、重み値の変更のためにデータ伝送を行えない時間が発生するから、基地局から実質的に伝送できる総伝送量が低下していた。
【００１４】
そこで、本発明は、アレイ・アンテナから複数の移動局に対する指向性ビームの形成及びその指向性の切換を、重み付け値の書き込みとその読み出しとを互いに独立して行えるようにして、ビーム形成のための重み付け値の変更に実質的に制限されることなく、高速に行うことができるアレイ・アンテナシステムを提供することを目的とする。
【００１５】
さらに、ビーム指向性を高速に切り替える場合に、各々の方向の信号の立ち上がり及び立ち下がりを滑らかに行うようにして、不要なスプリアスの発生を抑制し、かつ、ビーム指向性切り替え途中においてもその切り替え前後の方向以外に指向性を形成しない、即ち信号を放射あるいは受信しないアレイ・アンテナシステムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１のアレイ・アンテナシステムは、複数Ｎのアンテナエレメントを持つアレイ・アンテナを用いて指向性ビームを形成し、そのビームの指向性を切り替えて、前記アレイ・アンテナからの送信信号を時分割で複数Ｊの方向に送信するアレイ・アンテナシステムにおいて、
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して設けられ、シグナルバスにより供給されるシグナルデータに、指向性ビームの指向性を決定するための重み付け値により重み付けを行って、前記対応するアンテナエレメントに送信信号として供給するための、重み付け手段と、
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して設けられ、前記重み付け手段に供給する重み付け値を指向性ビーム用に記憶する、重み付け値記憶手段とを備え、前記複数Ｎのアンテナエレメントにそれぞれ設けられている、前記重み付け値記憶手段の、複数Ｊの方向各々に対応付けられるアドレス（以後、同一アドレス、という）それぞれに１つの指向性ビームを形成するための重み付け値が記憶されるとともに、前記シグナルバスにより供給されるシグナルデータの伝送されるべき方向の変更と同期して、前記重み付け値記憶手段の対応するアドレスに記憶されている重み付け値を読み出すことにより、前記シグナルデータを所定の方向に伝送することを特徴とする。
【００１７】
請求項２のアレイ・アンテナシステムは、複数Ｎのアンテナエレメントを持つアレイ・アンテナを用いて同時に第１ないし第Ｍ指向性ビームを形成し、各ビームの指向性を切り替えて、前記アレイ・アンテナからの送信信号を同時に複数Ｍの方向にかつ時分割で複数Ｊの方向に送信するアレイ・アンテナシステムにおいて、
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して設けられ、第１ないし第Ｍのシグナルバスにより供給されるシグナルデータに、第１ないし第Ｍ指向性ビームの指向性を決定するための重み付け値により重み付けを行って出力する、複数Ｍの重み付け手段と、
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して設けられ、前記複数Ｍの重み付け手段からの重み付けされたシグナルデータを加算し、前記対応するアンテナエレメントに送信信号として供給するための加算手段と、
前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して設けられ、前記複数Ｍの重み付け手段に供給する重み付け値を第１ないし第Ｍ指向性ビーム用に記憶する、複数Ｍの重み付け値記憶手段とを備え、
前記Ｎのアンテナエレメントにそれぞれ設けられている、第１ないし第Ｍ指向性ビーム用の前記重み付け値記憶手段の同一アドレスそれぞれに各１つの指向性ビームを形成するための重み付け値が記憶されるとともに、前記第１ないし第Ｍのシグナルバスにより供給される各シグナルデータの伝送されるべき方向の変更と同期して、前記第１ないし第Ｍ指向性ビーム用の前記重み付け値記憶手段の対応するアドレスに記憶されている重み付け値を読み出すことにより、前記各シグナルデータをそれぞれ所定の方向に伝送することを特徴とする。
【００１８】
請求項３のアレイ・アンテナシステムは、請求項１、２記載のアレイ・アンテナシステムにおいて、前記重み付け値記憶手段のそれぞれは、２重ポートメモリであり、その一方のポートは重み用アドレスバス及び重み用データバスに接続されて同一アドレスに指向性ビームを形成する重み付け値が記憶され、その他方のポートは共通の読み出しアドレス信号が供給されて同一アドレスの重み付け値が読み出されることを特徴とする。
【００１９】
請求項４のアレイ・アンテナシステムは、請求項１ないし３記載のアレイ・アンテナシステムにおいて、前記重み付け値記憶手段はそれぞれ、共通に供給されるタイミングパルス及びリセットパルスを受け、そのタイミングパルスをカウントしそのリセットパルスによりリセットされるカウンタをそれぞれ設け、前記共通の読み出しアドレス信号として、前記カウンタのカウント値を用いることを特徴とする。
【００２０】
請求項５のアレイ・アンテナシステムは、請求項１ないし４記載のアレイ・アンテナシステムにおいて、前記重み付け値記憶手段のそれぞれにバッファを設け、１つの指向性ビームを形成するための重み付け値が前記各バッファに蓄積された後に、当該重み付け値を各バッファから各重み付け値記憶手段に書き込むことを特徴とする。
【００２１】
請求項６のアレイ・アンテナシステムは、請求項１ないし５記載のアレイ・アンテナシステムにおいて、
さらに、前記複数Ｎのアンテナエレメントに対応して前記重み付け値記憶手段と前記重み付け手段との間に設けられており、前記重み付け手段へ供給する重み付け値の更新をその変更前の重み付け値から変更後の重み付け値に滑らかに行う、重み付け更新円滑化手段を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項７のアレイ・アンテナシステムは、請求項６記載のアレイ・アンテナシステムにおいて、前記重み付け更新円滑化手段は、
第１係数を乗じた値と、前記変更前の重み付け値を最初の円滑化重み付け値としこの円滑化重み付け値に第２係数を乗じた値とを加算し、
その加算値を新たな円滑化重み付け値とする円滑化処理を繰り返し行うとともに、
各時点の円滑化重み付け値を前記重み付け手段に供給することを特徴とする。
【００２３】
請求項８のアレイ・アンテナシステムは、請求項７記載のアレイ・アンテナシステムにおいて、前記第１係数は０以上で１以下の係数αであり、前記第２係数は係数（１−α）であることを特徴とする。
【００２４】
請求項９のアレイ・アンテナシステムは、請求項８記載のアレイ・アンテナシステムにおいて、前記係数αは、前記重み付け値の更新の動作に伴い、時間の経過につれて異なる値に設定されることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０のアレイ・アンテナシステムは、請求項６記載のアレイ・アンテナシステムにおいて、前記重み付け更新円滑化手段は、
前記変更後の重み付け値に、前記重み付け値の更新の動作に伴い、時間の経過につれて異なる値に設定される第３係数を乗じた値と、
前記変更前の重み付け値に、前記重み付け値の更新の動作に伴い、時間の経過につれて異なる値に設定される第４係数を乗じた値とを加算し、
各時点における前記加算値を円滑化重み付け値として、前記重み付け手段に供給することを特徴とする。
【００２６】
請求項１１のアレイ・アンテナシステムは、請求項１０記載のアレイ・アンテナシステムにおいて、前記第３係数は０以上で１以下の係数βであり、前記第４係数は係数（１−β）であることを特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、アレイ・アンテナからの送信ビームを、そのビーム指向性を決定する重み付け値を変更する時間を実質的に不要として、そのビーム指向性を高速に切り替えできる。したがって、高速伝送移動通信システムの基地局として用いて、基地局から多数の移動局に対する下り回線で、ビームの高速切換により各々の移動局との通信を時分割で維持することができる。
【００２８】
また、同時に複数Ｍ（Ｍは２以上）の指向性ビームを形成して、各指向性ビームをそれぞれ高速に切り替えることにより、更に多数の移動局との通信を時分割で並行して行うことができる。
【００２９】
また、ビーム形成のための重み付け値を記憶する記憶手段として、２重ポートメモリを用いることにより、重み付け値の読み出しと書き込みとが相互に独立して行えるから、ビーム指向性の変更を考慮することなく、ビームの高速切換を継続することができる。
【００３０】
また、重み付け値記憶手段はそれぞれ、共通に供給されるタイミングパルスをカウントしそのカウント値により読み出しアドレスが順次決定され、リセットパルスによりリセットされるから、指向性ビームは、順次時分割に繰り返し所要の方向に指向される。この制御のための信号線は、タイミングパルス用とリセットパルス用のみで済むから、構成が簡易である。
【００３１】
また、重み付け値記憶手段のそれぞれにバッファを設け、１つの指向性ビームを形成するための重み付け値が前記各バッファに蓄積された後に、当該重み付け値を各バッファから各重み付け値記憶手段に書き込むことにより、Ｎ個のウエイトが書き変わる途中でのデータに基づくデータ送信を行うことがない。
【００３２】
さらに、本発明によれば、アレイ・アンテナからの指向性ビームの指向性をある方向Ｉから他の方向Ｊに変更する場合に、ある方向Ｉ及び他の方向Ｊでの信号の立ち下がり及び立ち上がりが円滑に行われるから、信号の急変によるスプリアスの発生を抑制することができる。
【００３３】
また、全てのアンテナエレメントで指向性変更前後の重み付けの同一線形和が用いられるため、指向性変更を円滑に行っても指向性変更前後の方向以外の方向にビームが形成されることがない。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムのシステム構成を示す図であり、図２はそのコントローラの内部構成の例を示す図である。また、図３は図１のアレイ・アンテナシステムの動作タイミングを示す図である。
【００３６】
図１において、複数Ｎ個のアンテナエレメント６−１〜６−Ｎを所定の線上または面上に配置してアレイ・アンテナを構成する。このアレイ・アンテナを用いて、送信用及び受信用の指向性ビームを形成し、そのビームの指向性を切り替えて、複数の移動局と送受信を行う。なお、本発明では、以下、送信用についてのみ説明するが、必要とすれば受信用にも同様に適用することができる。
【００３７】
各アンテナエレメント６−１〜６−Ｎに対応して、重み付け回路（Ｘｗｔ）１−１〜１−Ｎ、２重ポートＲＡＭ２−１〜２−Ｎ、ディジタル／アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換器）３−１〜３−Ｎ、変調器（ＭＯＤ）４−１〜４−Ｎ、送受切替器（Ｔ／Ｒ）５−１〜５−Ｎ、カウンタ（ＣＮＴ）７−１〜７−Ｎが設けられる。
【００３８】
また、共通にコントローラ１０が設けられており、コントローラ１０からシグナルバスＢＵＳ−Ｓ、ウエイトデータバスＢＵＳ−ＷＴ、ウエイトアドレスバスＢＵＳ−ＷＡ、タイミングパルス線Ｗ−ＴＰ、及びリセットパルス線Ｗ−ＲＰが、重み付け回路１−１〜１−Ｎ、２重ポートＲＡＭ２−１〜２−Ｎ、及びカウンタ７−１〜７−Ｎに、それぞれ結合されている。
【００３９】
重み付け回路１−１〜１−Ｎには、シグナルバスＢＵＳ−Ｓを介してコントローラ１０から、その時点で送信すべきシグナルデータがディジタル形式で共通に供給される。アレイ・アンテナからの送信は時分割で複数の移動局Ａ〜Ｊに対して行われるから、シグナルバスＢＵＳ−Ｓ上のシグナルデータも各移動局に対応して時分割に切り替えて供給される。
【００４０】
重み付け回路１−１〜１−Ｎは、シグナルバスＢＵＳ−Ｓで供給されたシグナルデータに、送信すべき移動局へビームを指向させるためのディジタル形式の複素の重み付け値（例えば、移動局Ａであれば、重み付け値Ｗｔ−Ａ）をそれぞれ乗算する。勿論、同じ移動局に対する各重み付け値Ｗｔ−Ａは、各アンテナエレメント６−１〜６−Ｎに対応してそれぞれ異なる適正値が設定されている。なお、重み付け回路１−１〜１−Ｎには、２重ポートＲＡＭ２−１〜２−Ｎから読み出された重み付け値を記憶しておくバッファメモリを有している。なお、このバッファメモリを２重ポートＲＡＭのポートＰ２側に設けるようにしてよい。
【００４１】
２重ポートＲＡＭ２−１〜２−Ｎは、２つのポートＰ１、Ｐ２を持ち、両ポートＰ１、Ｐ２から同時にアクセスすることができる。
【００４２】
本発明では、第１のポートＰ１を重み付け値Ｗｔ−Ａ〜Ｗｔ−Ｊの書き込み用として使用し、ウエイトアドレスバスＢＵＳ−ＷＡで指定されるアドレス０〜ｊ−１にウエイトデータバスＢＵＳ−ＷＴを介してコントローラ１０から供給される重み付け値Ｗｔ−Ａ〜Ｗｔ−Ｊを書き込む。
【００４３】
また、第２のポートＰ２を重み付け値Ｗｔ−Ａ〜Ｗｔ−Ｊの読み出し用として使用する。カウンタ７−１〜７−Ｎのカウント値を読み出しアドレスとして、アドレス０〜ｊ−１に記憶されている重み付け値Ｗｔ−Ａ〜Ｗｔ−Ｊを読み出して、重み付け回路１−１〜１−Ｎに供給する。
【００４４】
２重ポートＲＡＭ２−１〜２−Ｎへの重み付け値Ｗｔ−Ａ〜Ｗｔ−Ｊの書き込みと読み出しは、両ポートＰ１、Ｐ２から並行して、かつ他方の動作に関係なく、行うことができる。これにより、各移動局Ａ−Ｊのための重み付け値を決定する動作と、実際に各移動局Ａ−Ｊへのビームを形成する動作とを、独立して行える。
【００４５】
カウンタ７−１〜７−Ｎは、タイミングパルス線Ｗ−ＴＰのタイミングパルスＴＰをカウントしてカウントアップし、リセットパルス線Ｗ−ＲＰのリセットパルスＲＰにより、そのカウント値がリセットされる。このカウンタ動作は、各カウンタ７−１〜７−Ｎで全く同じであるから、全ての重み付け回路１−１〜１−Ｎには常に同じアドレス０〜ｊ−１の重み付け値Ｗｔ−Ａ〜Ｗｔ−Ｊが供給される。
【００４６】
Ｄ／Ａ変換器３−１〜３−Ｎは、重み付け回路１−１〜１−Ｎでそれぞれ所定の重み付け値で重み付けされたシグナルデータをアナログ値に変換する。このアナログ値に変換されたシグナルデータに基づいて、搬送波を変調器４−１〜４−Ｎで変調し、送信信号を得る。即ち、変調器４−１〜４−Ｎは、送信機として機能する。これらの送信信号は、送受切替器５−１〜５−Ｎを経由して、各アンテナエレメント６−１〜６−Ｎから、特定の移動局に向けて送信される。
【００４７】
図２のコントローラ１０は、全体の制御を管理する送信情報管理部１１と、所定周期のクロックＣＬＫを発生するクロック発生部１２と、送信情報管理部１１からのタイミング情報ＴＩと、クロックＣＬＫに基づいて、タイミングパルスＴＰ及びリセットパルスＲＰを発生するタイミングパルス生成部１３と、送信情報管理部１１から各移動局Ａ〜Ｊ向けのシグナルデータＳＡ〜ＳＪを受け、タイミングパルスＴＰ及びリセットパルスＲＰに同期して、シグナルデータＳＡ〜ＳＪを切り替えて順次シグナルバスＢＵＳ−Ｓに出力するシグナル選択部１４とを有している。
【００４８】
送信情報管理部１１は、タイミング情報ＴＩや、シグナルデータＳＡ〜ＳＪを、当該基地局の管理する移動局の移動、発生（当該基地局の圏内に入った）、消滅（当該基地局の圏外に出た）、その通信量などに応じて、コントロールする。
【００４９】
また、送信情報管理部１１は、各移動局Ａ〜Ｊの位置に応じたビーム指向性を定めるための重み付け値Ｗｔ−Ａ〜Ｗｔ−Ｊを２重ポートメモリ２−１〜２−Ｎの所定のアドレス０〜ｊ−１に記憶させるために、ウエイトアドレスバスＢＵＳ−ＷＡに特定の２重ポートメモリとそのアドレスを指定するアドレス（即ち、２−１〜２−Ｎ及び０〜ｊ−１）を供給する。このアドレス指定と同期して、ウエイトデータバスＢＵＳ−ＷＴに各移動局Ａ〜Ｊ及びアドレス０〜ｊ−１に応じた重み付け値Ｗｔ−Ａ（１−Ｎ）〜Ｗｔ−Ｊ（１−Ｎ）を供給する。
【００５０】
この重み付け値Ｗｔ−Ａ〜Ｗｔ−Ｎの供給は、移動局が移動してそのビームの指向性が変更されるとき、新しい移動局が発生してそのための重み付け値を設定するとき、移動局が消滅したとき等に行われる。
【００５１】
この第１の実施の形態のシステムの動作を、図３のタイミング図をも参照して、説明する。
【００５２】
まず、２重ポートＲＡＭ２−１〜２−Ｎに、各移動局Ａ〜Ｊへの指向性ビーム形成のための重み付け値が記憶される。移動局Ａについてみると、各ＲＡＭ２−１〜２−Ｎのアドレス０に、重み付け値Ｗｔ−Ａ（１）〜Ｗｔ−Ａ（Ｎ）が各ポートＰ１を介して順次シリアルに書き込まれる。引き続いて、移動局Ｂ〜Ｊについての重み付け値Ｗｔ−Ｂ（１）〜Ｗｔ−Ｂ（Ｎ）・・・Ｗｔ−Ｊ（１）〜Ｗｔ−Ｊ（Ｎ）が、各ＲＡＭ２−１〜２−Ｎのアドレス１〜ｊ−１に順次書き込まれる。これら重み付け値の書き込み中であっても並行して、読み出し用のポートＰ２を用いて、既に書き込まれている所要の重み付け値を読み出すことができる。
【００５３】
次に、アレイ・アンテナから、各移動局へのシグナルデータの送信が行われる。送信は、各移動局Ａ〜ＪへのシグナルデータＳＡ〜ＳＪの時分割送信に同期して、各重み付け回路１−１〜１−Ｎへの重み付け値Ｗｔ−Ａ〜Ｗｔ−Ｊを切り換えることになる。
【００５４】
最初に、リセットパルスＲＰがタイミングパルス生成部１３から出力されると、カウンタ７−１〜７−Ｎのカウント値は一斉にリセットされ、そのカウント値ｃｏｕｎｔは０になる。したがって、ＲＡＭ２−１〜２−Ｎからは、ポートＰ２からカウント値ｃｏｕｎｔ０に応じてアドレス０の重み付け値Ｗｔ−Ａが読み出される。一方、そのリセットＲＰは、シグナル選択部１４にも供給され、移動局Ａ用のシグナルデータＳＡが選択され、シグナルバスＳＵＢ−Ｓに出力される。
【００５５】
これにより、各重み付け回路１−１〜１−Ｎでは、移動局Ａ用のシグナルデータＳＡと重み付け値Ｗｔ−Ａとが乗算されるから、送信ビームが移動局Ａに指向されると共に、シグナルデータＳＡが送信される。
【００５６】
次に、タイミングパルスＴＰが発生されると、カウンタ７−１〜７−Ｎのカウント値は１にカウントアップされ、各ＲＡＭ２−１〜２−Ｎからはアドレス１に記憶されている移動局Ｂ用の重み付け値Ｗｔ−Ｂが読み出される。一方、そのタイミングパルスＴＰによりシグナル選択部１４では同期してシグナルデータＳＢが選択されシグナルバスＳＵＢ−Ｂに出力される。
【００５７】
これにより、各重み付け回路１−１〜１−Ｎでは、移動局Ｂ用のシグナルデータＳＢと重み付け値Ｗｔ−Ｂとが乗算されるから、送信ビームが移動局Ｂに指向されると共に、シグナルデータＳＢが送信される。
【００５８】
タイミングパルスＴＰが出力される毎に、移動局Ｃ〜Ｊに順次送信ビームが指向されると共に、シグナルデータＳＣ〜ＳＪが送信されていく。
【００５９】
送信すべき移動局が一巡すると、再びリセットパルスＲＰが発生され、移動局Ａへビームが指向され、シグナルデータＳＡが送信される。以下、この動作が繰り返し行われて、移動局Ａ〜Ｊへの時分割送信が行われる。
【００６０】
各移動局へのビーム指向時間Ｔａ〜Ｔｊは、各移動局への送信すべきデータ量の多寡に応じて決定される。この指向時間Ｔａ〜Ｔｊは、送信情報管理部１１で送信データ量に基づいて計算され、タイミング情報ＴＩに含まれてタイミングパルス生成部１３に与えられる。
【００６１】
なお、この例では、指向時間Ｔａ〜Ｔｊは、各移動局Ａ〜Ｊに応じて個々に決定されることとしているが、同一時間、例えば、クロックパルスＣＬＫに基づいてそのクロックパルス間隔あるいはその整数倍にしてもよい。
【００６２】
また、この例では、ある１つの指向性ビームを形成するための重み付け値（即ち、１セットの重み付け値；例えば、Ｗｔ−Ａ（１）〜Ｗｔ−Ａ（Ｎ））を、各ＲＡＭ２−１〜２−Ｎの同一のアドレスに記憶させることとしているが、必ずしも同一のアドレスに限られない。１セットの重み付け値は、各ＲＡＭ２−１〜２−Ｎにおいて、複数Ｊの方向各々に対応付けられているアドレスに記憶されていればよい。この場合、異なるアドレスに記憶されている、１セットの重み付け値が、各ＲＡＭ２−１〜２−Ｎから、同時に読み出されることになる。
【００６３】
さて、移動局のひとつ、例えば移動局Ｃがその場所を移動すると、そのビームの指向性を場所移動にあわせて変更することになる。このためには、移動局Ｃのビーム指向性を決定するための重み付け値Ｗｔ−Ｃ（１）〜Ｗｔ−Ｃ（Ｎ）を更新する必要がある。本発明では、２重ポートＲＡＭ２−１〜２−Ｎを重み付け記憶手段として使用しているから、重み付け値Ｗｔ−Ｃ（１）〜Ｗｔ−Ｃ（Ｎ）の更新を、シグナルデータＳＡ〜ＳＪの送信を行いつつ、並行して行うことができる。したがって、重み付け値Ｗｔ−Ｃ（１）〜Ｗｔ−Ｃ（Ｎ）を各ＲＡＭ２−１〜２−Ｎのアドレス２に、各ポートＰ１を介して順次シリアルに書き込む。
【００６４】
また、移動局のひとつ、例えば移動局Ｂが消滅すると、そのシグナルデータＳＢは送信されなくなり、各ＲＡＭ２−１〜２−Ｎの重み付け値Ｗｔ−Ｂは不要となる。この場合、各ＲＡＭ２−１〜２−Ｎの重み付け値Ｗｔ−Ｃ〜Ｗｔ−Ｊのアドレスを順次繰り上げることもできるが、その時間も大変なので、移動局Ｂ用に設定されていた時間Ｔｂを実質的に零に見なせるようにできるだけ短い値に設定変更する。これにより、他の移動局用の重み付け値を設定変更する必要がない。
【００６５】
また、新しい移動局Ｋが発生した場合には、移動局Ａ〜Ｊが存在している場合には、この移動局Ｋを移動局Ｊの次に位置づける。このとき、移動局のひとつ、例えば移動局Ｂが消滅していると、新しい移動局Ｋを移動局Ｂの代わりに当てはめる。この場合、きわめて短い時間に設定されていた時間Ｔｂを、移動局Ｋの送信すべきデータ量に合わせて所定の時間Ｔｋに設定することになる。
【００６６】
以上のように、重み付け値を記憶する記憶手段として、２重ポートメモリを用いることにより、重み付け値の読み出しと書き込みとが相互に独立して行えるから、ビーム指向性の変更を考慮することなく、ビームの高速切換を継続することができる。したがって、高速伝送移動通信システムの基地局として用いて、基地局から多数の移動局Ａ〜Ｊに対する下り回線で、ビームの高速切換により各々の移動局との通信を時分割で維持することができる。また、移動局の移動のほか、その発生や消滅にも柔軟に対応することができる。
【００６７】
また、重み付け値記憶手段はそれぞれ、共通に供給されるタイミングパルスをカウントしそのカウント値により読み出しアドレスが順次決定され、リセットパルスによりリセットされるから、指向性ビームは、順次時分割に繰り返し所要の方向に指向される。この制御のための信号線は、タイミングパルス用とリセットパルス用のみで済むから、構成が簡易である。
【００６８】
図４は本発明の第２の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムのシステム構成を示す図である。
【００６９】
図４において、２重ポートＲＡＭ２−１〜２−Ｎからの読み出しアドレスを、読み出しアドレスバスＢＵＳ−ＷＡ／Ｒを介してコントローラ１０から供給される読み出しアドレスにより、指定するように構成されている。したがって、図１の第１の実施の形態とは、カウンタ７−１〜７−Ｎ及びタイミングパルス線Ｗ−ＴＰ、リセットパルス線Ｗ−ＲＰが省略されている点で異なっている。勿論、この変更点に対応して、コントローラ１０の内部構成も変更されるが、機能的にはほぼ同様であるのでその説明は省略する。その他の点は、同じである。
【００７０】
図４の第２の実施の形態では、コントローラ１０と各アンテナエレメントとの間に、図１ではタイミングパルス線Ｗ−ＴＰ、リセットパルス線Ｗ−ＲＰのみでよかった信号線に代えて、読み出しアドレスバスＢＵＳ−ＷＡ／Ｒを必要とする。読み出しアドレスバスＢＵＳ−ＷＡ／Ｒの信号線数は、移動局数の増加に対応できるように準備しておく必要がある。
【００７１】
しかし、この読み出しアドレスバスＢＵＳ−ＷＡ／Ｒの方式では、複数の移動局へのビーム切替の順序もコントローラ１０での制御により任意に行える。また、移動局の消滅や発生にも容易に対応することができる。図１と図４のいずれの読み出し方式を用いるかは、移動局数等を考慮して決定することがよい。
【００７２】
図５は本発明の第３の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムのシステム構成を示す図である。ただ、ここでは、全てのアンテナエレメントに対応して同じ構成となるので、１つのアンテナエレメント６−ｉに関する構成のみを示している。
【００７３】
図５において、２重ポートＲＡＭ２−ｉのポートＰ１側に重み付け値を一旦記憶するためのバッファ８−ｉを設けている。このバッファ８−ｉには、１つの指向性ビーム、例えば移動局Ｉへのビームを形成するための重み付け値Ｗｔ−Ｉ（１）〜Ｗｔ−Ｉ（Ｎ）が書き込まれる。それらの重み付け値Ｗｔ−Ｉ（１）〜Ｗｔ−Ｉ（Ｎ）が各バッファ８−１〜８−Ｎの同一アドレスｉ−１に蓄積されたときに、当該重み付け値Ｗｔ−Ｉ（１）〜Ｗｔ−Ｉ（Ｎ）を各バッファ８−１〜８−Ｎから各２重ポートＲＡＭ２−ｉのアドレスｉ−１に一斉に書き込む。このために、ウエイトアドレスバスＢＵＳ−ＷＡで指定されたバッファ８−１〜８−Ｎの所定の位置に、重み付け値Ｗｔ−Ｉ（１）〜Ｗｔ−Ｉ（Ｎ）が順次書き込まれる。その後、一斉にその重み付け値が、バッファ８−１〜８−Ｎから各２重ポートＲＡＭ２−ｉのアドレスｉ−１に記憶される。なお、各バッファ８−１〜８−Ｎには、移動局数分の記憶位置を設けているが、共通にひとつの記憶位置とし、順次移動局毎に、重み付け値を記憶させるようにしてもよい。
【００７４】
このように、２重ポートＲＡＭ２−１〜２−Ｎのそれぞれに、バッファ８−１〜８−Ｎを設けることにより、ひとつの指向性ビームを形成するＮ個のウエイトが書き変わる途中で、シグナルデータに基づくデータ送信を行うという不都合を解消することができる。
【００７５】
また、１セットの重み付け値を、これらバッファ８−１〜８−Ｎに順次シリアルに書き込んだ後に、全てのＲＡＭ２−１〜２−Ｎの同一アドレスに同時に書き込むことにより、そのビーム指向性を決定する重み付け値は同時刻に一斉に変更される。したがって、１セットの重み付け値のバッファ８−１〜８−Ｎへの順次書き込みを、低速のシリアル転送にて書き込んだとしても、アレイ・アンテナのビーム指向性を同一時刻に瞬時変更できる。
【００７６】
このバッファ８−１〜８−Ｎを設ける点は、第１及び第２の実施の形態や、後述する他の実施の形態においても同様に適用することができる。
【００７７】
図６は本発明の第４の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムのシステム構成を示す図である。この第４の実施の形態では、同時に複数Ｍの指向性ビーム（例として、２つの指向性ビーム、Ｍ＝２）を形成して、その複数の指向性ビームを時分割で切り換えることにより、第１〜第３の実施の形態に比して、より多くの移動局との通信をおこなうものである。ここでは、全てのアンテナエレメント６−１〜６−Ｎに対応して同じ構成となるので、１つのアンテナエレメント６−１に関する構成のみを示している。
【００７８】
図６において、各アンテナエレメントに対応して、重み付け回路１−１Ａ〜１−ＮＡ及び２重ポートＲＡＭ２−１Ａ〜２−ＮＡを追加し、また、シグナルバスとして、第１のシグナルバスＢＵＳ−Ｓ１に加えてＢＵＳ−Ｓ２を設けている。更に、重み付け回路１−１〜重み付け回路１−Ｎ及び重み付け回路１−１Ａ〜重み付け回路１−ＮＡで重み付けされたシグナルデータを加算するための加算器９−１〜９−Ｎを設けている。
【００７９】
２重ポートＲＡＭ２−１、２−１Ａには、それぞれ異なった移動局用の重み付け値が記憶される。この例では、２重ポートＲＡＭ２−１には、移動局Ａ、Ｃ、Ｅ・・・Ｊ用の重み付け値Ｗｔ−Ａ、Ｗｔ−Ｃ、Ｗｔ−Ｅ・・・Ｗｔ−Ｊが記憶され、２重ポートＲＡＭ２−１Ａには、移動局Ｂ、Ｄ、Ｆ・・・Ｋ用の重み付け値Ｗｔ−Ｂ、Ｗｔ−Ｄ、Ｗｔ−Ｆ・・・Ｗｔ−Ｋが記憶される。
【００８０】
そして、シグナルバスＢＵＳ−Ｓ１及びシグナルバスＢＵＳ−Ｓ２には、２重ポートＲＡＭ２−１、２−１Ａの重み付け値の記憶と対応して、シグナルデータＳＡとＳＢ、ＳＣとＳＤ、ＳＥとＳＦ・・・ＳＪとＳＫが供給される。
【００８１】
そして、カウンタ７−１〜７−Ｎのカウント値ｃｏｕｎｔが０のときには、重み付け回路１−１〜１−ＮではシグナルデータＳＡと重み付け値Ｗｔ−Ａが乗算され、重み付け回路１−１Ａ〜１−ＮＡではシグナルデータＳＢと重み付け値Ｗｔ−Ｂが乗算される。両重み付け回路１−１〜１−Ｎと１−１Ａ〜１−ＮＡの出力が加算器９−１〜９−Ｎで加算されてアンテナエレメント６−１〜６−Ｎに供給されることにより、アレイ・アンテナとして移動局Ａと移動局Ｂへの指向性ビームが同時に形成され、移動局ＡにはシグナルデータＳＡが、移動局ＢにはシグナルデータＳＢが送信される。
【００８２】
カウンタ７−１〜７−Ｎのカウント値ｃｏｕｎｔが順次大きくなるに連れて、移動局Ｃ、ＤとＥ、Ｆと・・・Ｊ、Ｋへの指向性ビームが同時に形成され、移動局Ｃ、Ｅ、・・・ＪにはシグナルデータＳＣ、ＳＥ・・・ＳＪが、移動局Ｄ、Ｆ、ＫにはシグナルデータＳＤ、ＳＦ・・・ＳＫが、それぞれ順次送信される。
【００８３】
このように、同時に複数Ｍ（Ｍは２以上）の指向性ビームを形成して、各指向性ビームをそれぞれ高速に切り替えることにより、更に多数の移動局との通信を時分割にて行うことができる。
【００８４】
この第４の実施の形態においても、図４の第２の実施の形態と同様に、２重ポートＲＡＭ２−１〜２−ＮＡの読み出しアドレスの指定を読み出しアドレスバスＢＵＳ−ＷＡ／Ｒにより行うようにすることができる。
【００８５】
なお、以上の各実施の形態では、重み付け値記憶手段として、２重ポートＲＡＭを用いることとして、説明した。しかし、移動局の移動、発生及び消滅が少ない場合、あるいは移動局が一定の個所にとどまっている場合など、重み付け値の変更の頻度が少ない場合には、２重ポートＲＡＭに代えてシングルポートＲＡＭを用いることも可能である。また、２重ポートＲＡＭに代えて、シングルポートＲＡＭを２つ用いて、読み出し及び書き込みを相互に切り換えるように構成して、重み付け値の書き込み動作と読み込み動作を独立に行うようにしてもよい。
【００８６】
図７は本発明の第５の実施の形態に係り、重み付け更新円滑化手段である重み付け更新円滑化回路を設けたアレイ・アンテナシステムのシステム構成を示す図であり、図８は本発明の第６の実施の形態に係り、その重み付け更新円滑化回路の第１の具体例を示す図であり、図９はその説明のための波形図である。また、図１０は本発明の第７の実施の形態に係り、その重み付け更新円滑化回路の第２の具体例を示す図であり、図１１はその説明のための波形図である。
【００８７】
図７において、複数Ｎのアンテナエレメント６−１〜６−Ｎに対応して、重み付け値記憶手段２−１〜２−Ｎと重み付け手段１−１〜１−Ｎとの間に、重み付け更新円滑化回路（Ｗｔｓ）２０−１〜２０−Ｎを設けている。それ以外の点は、図１の第１の実施の形態と同様であるので、以下、重み付け更新円滑化回路２０−１〜２０−Ｎを中心として説明する。なお、重み付け更新円滑化回路２０−１〜２０−Ｎは、他の第２〜第４の実施の形態にも同様に適用することができる。
【００８８】
第１〜第４の実施の形態では、アレイ・アンテナのビーム指向性を高速に切り替えることができる。このビーム指向性を高速に切り替える際に、重み付け値の変更により特定の方向へシグナルデータが急に発生したり、またシグナルデータが急に遮断されたりすることになるから、特定の方向で観測されるシグナルデータの立ち上がり及び立ち下がりは急速に行われる。ここで、シグナルデータの持つ周波数帯域と比較して、立ち上がり時間、立ち下がり時間が極端に短いと、シグナルデータの持つ周波数帯域以上の周波数成分を持つ信号が発生し、特定方向（ビーム指向性の切り替え前後の方向）に対して、不要なスプリアス放射が発生する場合がある。
【００８９】
そこで、第５〜第７の実施の形態では、ビーム指向性を形成する重み付けの変更に工夫を凝らして、高速に指向性を切り替えても、各々の方向に対してシグナルデータの立ち上がり及び立ち下がりを円滑に行うようにして、不要なスプリアス放射の発生を抑制する。また、ビーム指向性の切り替え前後の方向以外にシグナルデータを放射しないようにする。
【００９０】
図７の第５の実施の形態における重み付け更新円滑化回路２０−１〜２０−Ｎは、指向性ビームの指向性を方向Ｉから方向Ｊに変更する時に、重み付け手段１−１〜１−Ｎへ供給する重み付け値を、シグナルデータの伝送に支障を来さない短時間内に滑らかに更新する。即ち、方向Ｉへビーム指向性を形成するための重み付け値Ｗｔ−Ｉを滑らかに減少させ、同時に方向Ｊへビーム指向性を形成するための重み付け値Ｗｔ−Ｊを滑らかに増加させる。
【００９１】
図８は、重み付け更新円滑化回路の第１の具体例を示す図であり、代表してアレイ・アンテナ６−１に対応する重み付け更新円滑化回路２０−１について示している。
【００９２】
重み付け更新円滑化回路２０−１は、２重ポートＲＡＭ２−１から供給される重み付け値を記憶する新重み付け値メモリ２１と、新重み付け値メモリ２１に記憶された重み付け値に係数αを乗じる乗算器２２と、乗算器２２からの入力と他の入力とを加算する加算器２３と、加算器２３の出力を記憶し、重み付け回路１−１へ出力する円滑化重み付け値メモリ２４と、円滑化重み付け値メモリ２４の出力を所定時間ΔＴだけ遅延する遅延回路２５と、遅延回路２５の出力に係数（１−α）を乗じ加算器２３に他入力として供給する乗算器２６とを備えている。係数αは、０以上で１以下である。この係数αは、複素数でも良く、この場合には絶対値が０以上で１以下である。
【００９３】
また、α決定器２７は、係数αを任意の値に設定したり、あるいは、係数αを重み付け値の更新の動作に伴い時間の経過につれて異なる値に設定する場合に用いられる。なお、円滑化重み付け値メモリ２４は、重み付け回路１−１に重み付け値を記憶しておくバッファメモリを有している場合には、そのバッファメモリを利用することができる。また、新重み付け値メモリ２１は、２重ポートＲＡＭ２−１のポートＰ２側に重み付け値を記憶しておくバッファメモリを有している場合には、そのバッファメモリを利用することができる。また、遅延回路２５は、加算器２３，円滑化重み付け値メモリ２４，乗算器２６で構成される閉ループの時定数を調整するものであるから、その閉ループの状態によっては不要とすることもできる。
【００９４】
図８の重み付け更新円滑化回路２０−１の動作を、図９の波形図を参照して、ビーム指向性を方向Ｉから方向Ｊに変更する場合の、重み付け値の更新について説明する。なお、図９では重み付け値Ｗｔ−Ｉ、Ｗｔ−Ｊは正規化して示している。
【００９５】
さて、更新前の状態では、新重み付け値メモリ２１及び円滑化重み付け値メモリ２４には方向Ｉ用の重み付け値Ｗｔ−Ｉが記憶されており、したがって、重み付け回路１−１には重み付け値Ｗｔ−Ｉが供給されている。
【００９６】
時点ｔ１で更新動作が開始されると、シグナルデータは方向Ｉの移動局に向けた内容ＳＩから方向Ｊの移動局に向けた内容ＳＪに変更され、これと同期して新重み付け値メモリ２１には２重ポートＲＡＭ２−１から方向Ｊ用の重み付け値Ｗｔ−Ｊが記憶される。一方、円滑化重み付け値メモリ２４には方向Ｉ用の重み付け値Ｗｔ−Ｉが記憶されている。
【００９７】
このとき、重み付け値Ｗｔ−Ｊと係数αとが乗算器２２で乗算された値α・Ｗｔ−Ｊと、重み付け値Ｗｔ−Ｉと係数（１−α）とが乗算器２６で乗算された値（１−α）・Ｗｔ−Ｉとが、加算器２３で加算され、円滑化重み付けメモリ２４に記憶される。
【００９８】
したがって、円滑化重み付け値メモリ２４の重み付け値は、（１−α）・Ｗｔ−Ｉ＋α・Ｗｔ−Ｊ、に変化し、重み付け値｛（１−α）・Ｗｔ−Ｉ＋α・Ｗｔ−Ｊ｝がシグナルデータに乗じられる。Ｎ個のアンテナエレメント全てにおいて、重み付け回路が線形回路であることから、方向Ｉに強度が（１−α）倍されて送信され、方向Ｊに強度がα倍されて送信される。次の処理ステップでは、円滑化重み付け値メモリ２４の重み付け値は、（１−α）２・Ｗｔ−Ｉ＋α（（１−α）＋１）・Ｗｔ−Ｊ、に変化し、重み付け値｛（１−α）２・Ｗｔ−Ｉ＋α（（１−α）＋１）・Ｗｔ−Ｊ｝がシグナルデータに乗じられる。
【００９９】
このような処理ステップが繰り返されて、円滑化重み付け値メモリ２４の重み付け値は、重み付け値Ｗｔ−Ｉの成分が０に向かって収束し、重み付け値Ｗｔ−Ｊの成分が１に向かって収束していく。
【０１００】
この更新における重み付け値Ｗｔ−Ｉ、Ｗｔ−Ｊの変化が、図９に例示的に実線で表示されている。更新動作の開始される時点ｔ１において、重み付け値Ｗｔ−Ｉ及びＷｔ−Ｊは、係数α分だけ減少及び増加し、その後時間とともに順次減少及び増加し、時点ｔ２でほぼ０及び１に収束して、更新動作が終了する。更新後は重み付け値Ｗｔ−Ｊのみになる。
【０１０１】
この重み付け値の収束の過程において、シグナルデータに乗じられる重み付け値には、方向Ｉと方向Ｊ以外の方向に送信される重み付け値を含んでいないので、シグナルデータは、方向Ｉと方向Ｊのみに送信され、それ以外の方向には全く送信されない。
【０１０２】
この重み付け値の収束に要する時間ｔ１−ｔ２は係数αの値により決まるから、係数αがある程度大きければ、シグナルデータの伝送されるべき方向の変更時間間隔以内で更新後の重み付け値Ｗｔ−Ｊに収束する。
【０１０３】
さらに、α決定器２７を設けて、シグナルデータの伝送されるべき方向の変更と同期して発生されるタイミングパルスＴＰ及びリセットパルスＲＰの到来に応じて、係数αを変化させるようにしても良い。
【０１０４】
例えば、係数αが固定値で大きい場合には、重み付け値の収束に要する時間ｔ１−ｔ２は短くなるが、時点ｔ１での重み付け値Ｗｔ−Ｉ、Ｗｔ−Ｊの変化が大きくなり、スプリアス成分が発生することも考えられる。このような事態を避けるために、時点ｔ１では、係数αを０もしくは小さい値にし、その後係数αを大きくすることにより、図９中に破線で示すように、重み付け値Ｗｔ−Ｉ、Ｗｔ−Ｊの変化を小さい値から滑らかに変化させることができる。このように、重み付け値の更新の動作に伴い、時間の経過につれて係数αを、異なる値に設定することが好適である。
【０１０５】
図１０は、重み付け更新円滑化回路の第２の具体例を示す図であり、代表してアレイ・アンテナ６−１に対応する重み付け更新円滑化回路２０Ａ−１について示している。
【０１０６】
重み付け更新円滑化回路２０Ａ−１は、２重ポートＲＡＭ２−１から供給される新重み付け値を記憶する新重み付け値メモリ３１と、新重み付け値メモリ３１に記憶されていた旧重み付け値を記憶する旧重み付け値メモリ３２と、新重み付け値メモリ３１に記憶された新重み付け値に係数βを乗じる乗算器３３と、旧重み付け値メモリ３２に記憶された旧重み付け値に係数（１−β）を乗じる乗算器３４と、乗算器３３からの入力と乗算器３４からの入力とを加算する加算器３５と、加算器３５の出力を記憶し、重み付け回路１−１へ出力する円滑化重み付け値メモリ３６と、係数βを重み付け値の更新の動作に伴い時間の経過につれて異なる値に設定するβ決定器３７を備えている。係数βは、０以上で１以下である。また、この係数βは、複素数でも良く、この場合には絶対値が０以上で１以下である。β決定器３７からの係数βは、シグナルデータの伝送されるべき方向の変更と同期して発生されるタイミングパルスＴＰ及びリセットパルスＲＰの到来に応じて発生が開始され、直線形または非線形に変化される。
【０１０７】
また、円滑化重み付け値メモリ３６は、重み付け回路１−１に重み付け値を記憶しておくバッファメモリを有している場合には、そのバッファメモリを利用することができる。また、新重み付け値メモリ３１は、２重ポートＲＡＭ２−１のポートＰ２側にバッファメモリを重み付け値を記憶しておくバッファメモリを有している場合には、そのバッファメモリを利用することができる。
【０１０８】
図１０の重み付け更新円滑化回路２０Ａ−１の動作を、図１１の波形図を参照して、ビーム指向性を方向Ｉから方向Ｊに変更する場合の、重み付け値の更新について説明する。なお、図１１では重み付け値Ｗｔ−Ｉ、Ｗｔ−Ｊは正規化して示している。
【０１０９】
さて、更新動作前には、円滑化重み付け値メモリ３６には方向Ｉ用の重み付け値Ｗｔ−Ｉが記憶されており、したがって、重み付け回路１−１には重み付け値Ｗｔ−Ｉが供給されている。更新動作の最初に旧重み付け値メモリ３２に方向Ｉ用の重み付け値Ｗｔ−Ｉが新重み付け値メモリ３１から送られて記憶され、引き続いて新重み付け値メモリ３１には２重ポートＲＡＭ２−１から方向Ｊ用の重み付け値Ｗｔ−Ｊが記憶される。
【０１１０】
時点ｔ１で更新動作が開始されると、シグナルデータは方向Ｉの移動局に向けた内容ＳＩから方向Ｊの移動局に向けた内容ＳＪに変更され、これと同期して係数βは最初に０に設定される。したがって、旧重み付け値メモリ３２からの方向Ｉ用の重み付け値Ｗｔ−Ｉが加算器３５から出力され、円滑化重み付け値メモリ３６には方向Ｉ用の重み付け値Ｗｔ−Ｉが記憶される。この状態は、変更前と変わりない。
【０１１１】
その後、β決定器３７からの係数βが０から徐々に大きくなり、加算器３５から出力される重み付け値は、（１−β）・Ｗｔ−Ｉ＋β・Ｗｔ−Ｊ、となる。この係数βの時間変化は、直線的でもあるいは曲線的でも良いが、いずれにしても、更新動作の開始される時点ｔ１での０から、更新が終了する時点ｔ２で１になるように変化する。
【０１１２】
なお、時点ｔ１での係数βは、必ずしも０である必要はなく、任意の小さい値でも良い。また、更新動作中（時点ｔ１−ｔ２）において、係数βが０以下もしくは１以上になっても構わない。
【０１１３】
この更新における重み付け値Ｗｔ−Ｉ、Ｗｔ−Ｊの変化が、図９に例示的に表示されている。更新動作の開始される時点ｔ１において、旧重み付け値Ｗｔ−Ｉはそれ以前と変化なく、一方、新重み付け値Ｗｔ−Ｊは、０である。その後、時間とともに係数βを非直線的に、旧、新重み付け値Ｗｔ−Ｉ、Ｗｔ−Ｊの変化が速やかに行われ、かつ、その変化の時間微分が小さい値になるように、順次大きくする。時点ｔ２で係数βが１に設定されることにより、旧、新重み付け値Ｗｔ−Ｉ、Ｗｔ−Ｊは０及び１になり、更新動作が終了する。
【０１１４】
この重み付け値の更新の過程において、シグナルデータに乗じられる重み付け値には、方向Ｉ及と方向Ｊ以外の方向に送信される重み付け値を含んでいないので、シグナルデータは、方向Ｉ及と方向Ｊのみに送信され、それ以外の方向には全く送信されない。また、係数βを滑らかに変更するから、重み付け値Ｗｔ−Ｉ、Ｗｔ−Ｊの変化も滑らかとなり、スプリアス成分を著しく減少させることができる。
【０１１５】
また、図１０の重み付け更新円滑化回路２０−１及び図１０の重み付け更新円滑化回路２０Ａ−１において、重み付け値の更新動作の開始時点ｔ１を、シグナルデータの変更（例えば、ＳＩからＳＪへの変更）時点に若干先行させるようにしても良い。この場合には、重み付けデータの更新動作中ｔ１−ｔ２の間に、シグナルデータが例えばＳＩからＳＪに変更されることになる。これにより、更新動作に要する時間ｔ１−ｔ２によって、シグナルデータの伝送に影響が生じるような場合にも、その影響度を低くすることができる。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明によれば、アレイ・アンテナからの送信ビームを、そのビーム指向性を決定する重み付け値を変更する時間を実質的に不要として、そのビーム指向性を高速に切り替えできる。したがって、高速伝送移動通信システムの基地局として用いて、基地局から多数の移動局に対する下り回線で、ビームの高速切換により各々の移動局との通信を時分割で維持することができる。
【０１１７】
また、同時に複数Ｍ（Ｍは２以上）の指向性ビームを形成して、各指向性ビームをそれぞれ高速に切り替えることにより、更に多数の移動局との通信を時分割にて行うことができる。
【０１１８】
また、ビーム形成のための重み付け値を記憶する記憶手段として、２重ポートメモリを用いることにより、重み付け値の読み出しと書き込みとが相互に独立して行えるから、ビーム指向性の変更を考慮することなく、ビームの高速切換を継続することができる。
【０１１９】
また、重み付け値記憶手段はそれぞれ、共通に供給されるタイミングパルスをカウントしそのカウント値により読み出しアドレスが順次決定され、リセットパルスによりリセットされるから、指向性ビームは、順次時分割に繰り返し所要の方向に指向される。この制御のための信号線は、タイミングパルス用とリセットパルス用のみで済むから、構成が簡易である。
【０１２０】
また、重み付け値記憶手段のそれぞれにバッファを設け、１つの指向性ビームを形成するための重み付け値が前記各バッファに蓄積された後に、当該重み付け値を各バッファから各重み付け値記憶手段に書き込むことにより、Ｎ個のウエイトが書き変わる途中でのデータに基づくデータ送信を行うことがない。
【０１２１】
さらに、本発明によれば、アレイ・アンテナからの指向性ビームの指向性をある方向Ｉから他の方向Ｊに変更する場合に、ある方向Ｉ及び他の方向Ｊでの信号の立ち下がり及び立ち上がりが円滑に行われるから、信号の急変によるスプリアスの発生を抑制することができる。
【０１２２】
また、全てのアンテナエレメントで指向性変更前後の重み付けの同一線形和が用いられるため、指向性変更を円滑に行っても指向性変更前後の方向以外の方向にビームが形成されることがない。したがって、指向性変更前後の方向以外の方向に、指向性切り替えに伴う影響を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムの構成図。
【図２】図１のコントローラの内部構成の例を示す図。
【図３】図１のアレイ・アンテナシステムの動作タイミングを示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムの構成図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムの構成図。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムの構成図。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムの構成図。
【図８】本発明の第６の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムの構成図。
【図９】図８の説明のための波形図。
【図１０】本発明の第７の実施の形態に係るアレイ・アンテナシステムの構成図。
【図１１】図１０の説明のための波形図。
【符号の説明】
１−１〜１−Ｎ、１−１Ａ〜１−ＮＡ　重み付け回路
２−１〜２−Ｎ、２−１Ａ〜２−ＮＡ　２重ポートＲＡＭ
Ｐ１、Ｐ２　ＲＡＭのポート
３−１〜３−Ｎ　Ｄ／Ａ変換器
４−１〜４−Ｎ　変調器
５−１〜５−Ｎ　送受切替器
６−１〜６−Ｎ　アンテナエレメント
７−１〜７−Ｎ　カウンタ
８−１〜８−Ｎ　バッファ
９−１〜９−Ｎ　加算器
１０　コントローラ
１１　送信情報管理部
１２　クロック発生部
１３　タイミングパルス生成部
１４　シグナル選択部
ＢＵＳ−Ｓ　シグナルバス
ＢＵＳ−ＷＡ　ウエイトアドレスバス
ＢＵＳ−ＷＴ　ウエイトデータバス
ＢＵＳ−ＷＡ／Ｒ　読み出しアドレスバス
Ｗ−ＴＰ　タイミングパルス線
Ｗ−ＲＰ　リセットパルス線
２０−１〜２０−Ｎ、２０Ａ−１〜２０Ａ−Ｎ　重み付け更新円滑化回路
２１、３１　新重み付け値メモリ
２２、２６、３３、３４　乗算器
２３、３５　加算器
２４、３６　円滑化重み付け値メモリ
２５　遅延回路
２７　α決定器
３２　旧重み付け値メモリ
３７　β決定器
【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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【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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