(57)【要約】【課題】本発明は簡易なアンテナ構成で、空間分割多重アクセスにおけるユーザ数が増加した場合でも十分にユーザの分離性能を確保することが可能な適応アレーアンテナを用いた通信装置及び通信制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】第１のアンテナアレー１１と第１の送受信部と指向性形成部と振幅位相制御部とを備える無線基地局１０と、第２のアンテナアレー２１と第２の送受信部と切替スイッチとを備える無線端末２０とで構成される通信システムに用いる適応アレーアンテナを用いた通信装置において、第１のアンテナアレーを偏波の直交する第１組のアンテナ素子と第２組のアンテナ素子とで構成するとともにそれらを同一の垂直軸に沿って配置し、無線端末２０が通信に使用するアンテナの偏波特性の切替を指示する偏波決定部を無線基地局１０に設けたことを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004080353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本であるＮ本のアンテナ素子の配列により構成された第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子に接続された第１の送受信部と、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子からの信号を振幅及び位相の重み付けを行ったのち合成してアレー指向性を形成する指向性形成部と、前記指向性形成部の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部とを備える無線基地局と、
複数本であるＭ本のアンテナ素子の配列により構成された第２のアンテナアレーと、第２の送受信部と、前記第２の送受信部を前記第２のアンテナアレーの一部のアンテナ素子に選択的に接続する切替スイッチとを備える少なくとも１つの無線端末と
で構成される通信システムに用いる適応アレーアンテナを用いた通信装置において、
前記第１のアンテナアレーを第１の偏波特性を有する第１組のアンテナ素子と、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組のアンテナ素子とで構成するとともに、前記第１組のアンテナ素子及び第２組のアンテナ素子を同一の垂直軸に沿って配置し、
前記無線端末が通信に使用するアンテナの偏波特性の切替を指示する偏波決定部を前記無線基地局に設けた
ことを特徴とする適応アレーアンテナを用いた通信装置。
【請求項２】
請求項１の適応アレーアンテナを用いた通信装置において、前記無線基地局に、
無線端末から送信される信号の受信電力を無線端末毎に個別に監視する受信電力監視部と、
前記受信電力監視部が検出した各無線端末の信号に基づいて、複数の無線端末の間の相関値を求める空間相関測定部と
を更に設けるとともに、前記偏波決定部は前記空間相関測定部で得られた相関値に基づいて各無線端末の偏波特性を決定することを特徴とする適応アレーアンテナを用いた通信装置。
【請求項３】
複数本であるＮ本のアンテナ素子の配列により構成された第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子に接続された第１の送受信部と、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子からの信号を振幅及び位相の重み付けを行ったのち合成してアレー指向性を形成する指向性形成部と、前記指向性形成部の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部とを備える無線基地局と、
複数本であるＭ本のアンテナ素子の配列により構成された第２のアンテナアレーと、第２の送受信部と、前記第２の送受信部を前記第２のアンテナアレーの一部のアンテナ素子に選択的に接続する切替スイッチとを備える少なくとも１つの無線端末と
で構成される通信システムに用いる適応アレーアンテナを用いた通信装置において、
前記第２のアンテナアレーを第１の偏波特性を有する第１組のアンテナ素子と、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組のアンテナ素子とで構成するとともに、
前記無線基地局から送信される指示に従って、前記切替スイッチを制御し通信に用いる偏波特性を切り替える偏波切替制御部を前記無線端末に設けた
ことを特徴とする適応アレーアンテナを用いた通信装置。
【請求項４】
複数本であるＮ本のアンテナ素子の配列により構成された第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子に接続された第１の送受信部と、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子からの信号を振幅及び位相の重み付けを行ったのち合成してアレー指向性を形成する指向性形成部と、前記指向性形成部の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部とを備える無線基地局と、
複数本であるＭ本のアンテナ素子の配列により構成された第２のアンテナアレーと、第２の送受信部と、前記第２の送受信部を前記第２のアンテナアレーの一部のアンテナ素子に選択的に接続する切替スイッチとを備える少なくとも１つの無線端末と
で構成される通信システムに用いる適応アレーアンテナを用いた通信装置において、
前記第２のアンテナアレーを第１の偏波特性を有する第１組のアンテナ素子と、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組のアンテナ素子とで構成するとともに、
自律的な制御により、一定の時間間隔で前記第２のアンテナアレーの偏波特性をランダムに決定し、決定した偏波特性に従って前記切替スイッチを制御し通信に用いる偏波特性を切り替える自律偏波切替制御部を前記無線端末に設けた
ことを特徴とする適応アレーアンテナを用いた通信装置。
【請求項５】
請求項１の適応アレーアンテナを用いた通信装置において、前記無線基地局に第１のアンテナアレーを複数設けるとともに、複数の第１のアンテナアレーを互いに水平方向に所定の間隔をあけて配置したことを特徴とする適応アレーアンテナを用いた通信装置。
【請求項６】
複数本であるＮ本のアンテナ素子の配列により構成された第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子に接続された第１の送受信部と、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子からの信号を振幅及び位相の重み付けを行ったのち合成してアレー指向性を形成する指向性形成部と、前記指向性形成部の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部とを備える無線基地局と、
複数本であるＭ本のアンテナ素子の配列により構成された第２のアンテナアレーと、第２の送受信部と、前記第２の送受信部を前記第２のアンテナアレーの一部のアンテナ素子に選択的に接続する切替スイッチとを備える少なくとも１つの無線端末と
で構成される通信システムに用いる適応アレーアンテナを用いた通信装置において、
前記第１のアンテナアレーを複数設けるとともに、複数の第１のアンテナアレーを互いに水平方向に所定の間隔をあけて配置し、一方の第１のアンテナアレーには、第１の偏波特性を有する第１組の複数のアンテナ素子を１つの垂直軸に沿って配置し、もう一方の第１のアンテナアレーには、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組の複数のアンテナ素子を１つの垂直軸に沿って配置し、
前記無線端末が通信に使用するアンテナの偏波特性の切替を指示する偏波決定部を前記無線基地局に設けた
ことを特徴とする適応アレーアンテナを用いた通信装置。
【請求項７】
請求項５の適応アレーアンテナを用いた通信装置において、
前記第１のアンテナアレーに含まれている各アンテナ素子について、アンテナ素子の各々に位相値を重み付けする位相調整器と、
水平方向に間隔をあけて配置された複数の第１のアンテナアレーに含まれている各アンテナ素子のうち、高さ方向の位置が同じ複数のアンテナ素子について、前記位相調整器の位相値が重み付けされた複数のアンテナ素子の信号を合成する信号合成器と
を更に設けたことを特徴とする適応アレーアンテナを用いた通信装置。
【請求項８】
請求項１の適応アレーアンテナを用いた通信装置において、
前記第１のアンテナアレーを、第１の偏波特性を有する第１組のアンテナ素子と、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組のアンテナ素子とを垂直方向に交互に配置して構成した
ことを特徴とする適応アレーアンテナを用いた通信装置。
【請求項９】
複数本であるＮ本のアンテナ素子の配列により構成された第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子に接続された第１の送受信部と、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子からの信号を振幅及び位相の重み付けを行ったのち合成してアレー指向性を形成する指向性形成部と、前記指向性形成部の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部とを備える無線基地局と、
複数本であるＭ本のアンテナ素子の配列により構成された第２のアンテナアレーと、第２の送受信部と、前記第２の送受信部を前記第２のアンテナアレーの一部のアンテナ素子に選択的に接続する切替スイッチとを備える少なくとも１つの無線端末と
で構成される通信システムを制御するための通信制御方法において、前記無線基地局の第１のアンテナアレー及び前記無線端末の第２のアンテナアレーの各々が互いに直交する２種類の偏波特性を有し、前記無線基地局及び無線端末が使用する偏波特性の選択が可能な場合に、
前記無線基地局が、無線端末から送信された無線信号の受信電力を無線端末毎に求める第１の手順と、
前記第１の手順で求めた受信電力が所定以下の無線端末を抽出する第２の手順と、
前記第１の手順で求めた受信電力に基づいて、各無線端末の通信に用いる偏波特性を決定する第３の手順と、
前記第２の手順で抽出した無線端末について、前記無線基地局が各無線端末から受信した無線信号に基づき伝搬特性に関する複数の無線端末の間の空間相関を求める第４の手順と、
前記第４の手順で得られた空間相関に基づいて、各無線端末の通信に用いる偏波特性を変更する第５の手順と
を設けたことを特徴とする通信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、適応アレーアンテナを備えた無線基地局と複数の無線端末との間で空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）により通信を行う通信システムに用いられる適応アレーアンテナを用いた通信装置及び通信制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動通信などに用いられる無線基地局においては、複数のユーザ（無線端末）を同時に接続する手法として、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ），時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ），符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）などが存在している。
【０００３】
周波数分割多重アクセスでは、周波数を分割して各ユーザに通信チャネルを割り当てる。また、時間分割多重アクセスでは時間方向に分割したスロットを通信チャネルとして各ユーザに割り当てる。符号分割多重アクセスでは、比較的広い周波数帯域に情報をユーザ固有の符号を割り当てて拡散して送信し、受信側で同じ符号を用いて拡散した周波数成分を合成する。
【０００４】
しかし、近年の移動通信の普及に伴うユーザの急激な増加のため、携帯電話のシステムであるセルラシステムにおいて、割り当てられた周波数チャネルの許容量以上の通話要求が生じ、電話がかかりにくいなどの問題が生じている。
そこで、周波数の利用効率を上げて更なるチャネル容量拡大を実現するために、空間分割多重アクセスが提案されている。空間分割多重アクセスでは、図１２に示すように、基地局アンテナの指向性の主ビーム方向を希望ユーザの方向に向け、他のユーザ方向に指向性のヌル方向を向けることにより空間を分割し、複数のユーザが同一の周波数を共用する。
【０００５】
空間分割多重アクセスを実現するためには、同一周波数の干渉波を除去することが必要になる。同一周波数の波を低減する技術としては、図１３に示すような適応アレーアンテナが提案されている。
適応アレーアンテナの基本的な技術については、例えば、“Ｍｏｎｚｉｎｇｏ　ｅｔ　ａｌ，　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ａｒｒａｙｓ，　Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｌｙ　＆　Ｓｏｎｓ，　１９８０”などに開示されている。
【０００６】
適応アレーアンテナにおいては、複数のアンテナを配置し、各アンテナに入力された信号Ｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に対し、干渉波を低減し、所望波を合成するような重み付けＷｉを乗算することにより、同一周波数の干渉波が到来する環境下であっても良好な伝送品質を得ることができる。
この適応アレーアンテナを用いて、２ユーザに対して空間分割多重アクセスを実現する場合の基地局の構成及び動作を図１４を参照して説明する。図１４は受信に必要な構成を示している。
【０００７】
この例では、各々のアンテナで受信した信号を周波数変換器でベースバンド信号に変換した後、Ａ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換する。
そして、このディジタル信号をユーザ＃１用の指向性制御部とユーザ＃２用の指向性制御部とにそれぞれ入力してユーザ毎に独立した指向性を形成し、ユーザ毎に所望信号を出力する。
【０００８】
また、この装置を移動通信システムに適用する場合のアンテナの各素子の偏波については、簡単な構造で設置性にも優れたダイポール等の線状アンテナで容易に水平面内無指向性が得られるという理由から、垂直偏波が一般に用いられている。
また、セルラシステムでは、周波数利用効率向上のためにセクタセルが採用されている。セクタセルを採用する場合、水平方向に対してアンテナのビーム幅をある一定範囲に限定することにより、隣の基地局と異なる周波数を用いることができる。
【０００９】
例えば、水平方向のアンテナのビーム幅を１２０度にすることにより、３周波数の繰り返しが実現できる。よって、セルラシステムでは、水平方向のビーム幅をある値以下にすることができない。そこで、垂直方向に複数の素子を並べて配置し、垂直面のビームを絞ることにより、アンテナ利得を向上させている。
すなわち、セルラシステムではアレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子が垂直方向に並べて配置されているので、垂直面で適応アレーアンテナの制御を実現することができる。
【００１０】
さらに、セルラシステムでは、垂直面のアレーアンテナパターンのビーム成型を行うことで干渉波を低減する技術が提案されている。これは、ビームチルト技術と呼ばれる。
ビームチルト技術においては、図１５に示すように垂直面に配置される各アンテナに対して固定の重みづけを行い、通話エリア内のある方向にビームを形成し、水平方向付近には、指向性のヌルを形成する。これにより、周辺のゾーンからの干渉波を低減することができる。
【００１１】
すなわち、商用システムにおいて周波数利用効率を向上させる技術として、ビームチルト技術は非常に有効である。この事は、例えば、「“恵比根，アンテナ技術　その２　移動通信用アンテナの特徴”，ＮＴＴドコモテクニカルジャーナル，Ｖｏｌ．５，ｎｏ．４，１９９８．」などに開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
複数のアンテナ素子を垂直方向に並べたアレーアンテナ（垂直面アレー）を用いて、前述のような空間分割多重アクセスを実現する場合は以下の問題が生じる。
【００１３】
垂直面アレーを用いて空間分割多重アクセスを適用した場合の出力ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　Ｎｏｉｓｅ　ｐｏｗｅｒ　Ｒａｔｉｏ：所望信号と干渉波との電力比）は、図９に示すような特性になる。このＳＩＮＲが高ければ高いほど、通信の品質が良くなることを意味する。
図１６の例では、次のような条件を想定して計算を行っている。
【００１４】
存在する端末の数：３
制御する垂直面のポート数：６
各ポート内の素子数：１，２，３，４（合計アンテナ素子数＝６，１２，１８，２４）と変化させる
基地局アンテナの素子間隔：０．７波長
基地局アンテナ高：６０ｍ
基地局のサービスエリア：１０００ｍ
アンテナ１素子あたりのＳＮＲ（信号と雑音の電力比）：１０ｄＢ
また、基地局に到来する角度ひろがりについては、端末での散乱半径を２０ｍとした場合に基地局と端末との距離から得られる値より得た。
【００１５】
さらに、到来波については、角度ひろがりの中にランダム位相を有する１０波の信号を発生させた。
図１６においては、端末１の位置を１００ｍ〜１０００ｍのそれぞれの位置に固定した場合に、端末２と端末３とが１００ｍ〜１０００ｍの範囲でランダムに１万回配置された場合における出力ＳＩＮＲ特性が最も低くなる端末に対する累積確率１０％値が示されている。
【００１６】
図１６に示された特性から、ユーザの位置が遠くなると、ＳＩＮＲ特性が大きく劣化することが分かる。従って、垂直面アレーを用いて空間分割多重アクセスを適用する場合であっても、ユーザの位置が遠くなる場合には、各ユーザの分離特性を改善するための技術が必要になる。
通常の適応アレーアンテナにおいては、アンテナ素子は水平に配置され、水平方向の到来角度差の情報を用いて、アレーアンテナの指向性制御を行っている場合が多い。
【００１７】
たとえば図１７に示すように、セルラシステムで用いられる垂直面アレーアンテナを複数用いて、複数の垂直面アレーアンテナを水平方向に所定間隔離して並べ、これらの垂直面アレーアンテナで適応アレーアンテナを構成することもできる。
しかし、この場合には垂直面アレーアンテナ毎に多数のアンテナ素子とアンテナの垂直面の指向性パターンを制御するために移相器が必要になるので、ハードウェアの規模が非常に大きくなる。
【００１８】
実際の移動通信においては、基地局を設置するために必要とされるスペースはできるだけ少なくすることが望まれる。従って、垂直面アレーアンテナを用いた場合に、簡易なアンテナ構成で、かつ空間分割多重アクセスにおけるユーザの分離を十分に確保できる技術が必要になる。
本発明は、簡易なアンテナ構成で、空間分割多重アクセスにおけるユーザ数が増加した場合でも十分にユーザの分離性能を確保することが可能な適応アレーアンテナを用いた通信装置及び通信制御方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の適応アレーアンテナを用いた通信装置は、複数本であるＮ本のアンテナ素子の配列により構成された第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子に接続された第１の送受信部と、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子からの信号を振幅及び位相の重み付けを行ったのち合成してアレー指向性を形成する指向性形成部と、前記指向性形成部の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部とを備える無線基地局と、複数本であるＭ本のアンテナ素子の配列により構成された第２のアンテナアレーと、第２の送受信部と、前記第２の送受信部を前記第２のアンテナアレーの一部のアンテナ素子に選択的に接続する切替スイッチとを備える少なくとも１つの無線端末とで構成される通信システムに用いる適応アレーアンテナを用いた通信装置において、前記第１のアンテナアレーを第１の偏波特性を有する第１組のアンテナ素子と、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組のアンテナ素子とで構成するとともに、前記第１組のアンテナ素子及び第２組のアンテナ素子を同一の垂直軸に沿って配置し、前記無線端末が通信に使用するアンテナの偏波特性の切替を指示する偏波決定部を前記無線基地局に設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項１においては、無線基地局が使用する第１のアンテナアレーの偏波を第１の偏波特性及び第２の偏波特性に切り替えて通信することができるので、相手の無線端末毎に無線基地局が偏波を切り替えることにより、複数の無線端末の分離特性を改善することができる。もちろん、無線端末においても偏波特性を選択できる場合には、無線基地局の偏波と無線端末の偏波とを一致させるように制御する必要がある。
【００２１】
無線基地局に設けられた偏波決定部は、無線端末が通信に使用するアンテナの偏波特性の切替を指示する。従って、各無線端末においては、無線基地局からの指示に従って偏波を切り替えればよい。
また、無線基地局が使用する第１のアンテナアレーにおいては、第１の偏波特性を有する第１組のアンテナ素子と、第２の偏波特性を有する第２組のアンテナ素子とが同一の垂直軸に沿って配置されているので、第１のアンテナアレーが占有する水平面の空間は非常に小さくなる。従って、狭い空間に無線基地局を設置することが可能である。
【００２２】
請求項２は、請求項１の適応アレーアンテナを用いた通信装置において、前記無線基地局に、無線端末から送信される信号の受信電力を無線端末毎に個別に監視する受信電力監視部と、前記受信電力監視部が検出した各無線端末の信号に基づいて、複数の無線端末の間の相関値を求める空間相関測定部とを更に設けるとともに、前記偏波決定部は前記空間相関測定部で得られた相関値に基づいて各無線端末の偏波特性を決定することを特徴とする。
【００２３】
請求項２においては、受信電力監視部が無線端末から送信される信号の受信電力を無線端末毎に個別に監視し、空間相関測定部は受信電力監視部が検出した各無線端末の信号に基づいて、複数の無線端末の間の相関値（空間相関）を求める。
たとえば、２つの無線端末の間の空間相関が大きいということは、それらの信号が干渉する可能性が高いので、いずれか一方の無線端末との間の通信で使用する偏波を切り替えることにより分離性能を改善することができる。
【００２４】
なお、空間相関値ρは次式により求めることができる。
ρ＝｜Ｆｋ・Ｆｍ＊｜／｛｜Ｆｋ｜｜Ｆｍ｜｝　　・・・（１）
Ｆｋ：［Ａ１，Ａ２，・・・，ＡＮ］
Ａｉ：ｋ番目の端末から送信しｉ番目の基地局アンテナで受信した振幅・位相
Ｆｍ：［Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮ］
Ｂｉ：ｍ番目の端末から送信しｉ番目の基地局アンテナで受信した振幅・位相
（Ｆｋ・Ｆｍ＊）はベクトルの内積
請求項３の適応アレーアンテナを用いた通信装置は、複数本であるＮ本のアンテナ素子の配列により構成された第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子に接続された第１の送受信部と、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子からの信号を振幅及び位相の重み付けを行ったのち合成してアレー指向性を形成する指向性形成部と、前記指向性形成部の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部とを備える無線基地局と、複数本であるＭ本のアンテナ素子の配列により構成された第２のアンテナアレーと、第２の送受信部と、前記第２の送受信部を前記第２のアンテナアレーの一部のアンテナ素子に選択的に接続する切替スイッチとを備える少なくとも１つの無線端末とで構成される通信システムに用いる適応アレーアンテナを用いた通信装置において、前記第２のアンテナアレーを第１の偏波特性を有する第１組のアンテナ素子と、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組のアンテナ素子とで構成するとともに、前記無線基地局から送信される指示に従って、前記切替スイッチを制御し通信に用いる偏波特性を切り替える偏波切替制御部を前記無線端末に設けたことを特徴とする。
【００２５】
請求項３においては、無線端末に設けられた偏波切替制御部が、無線基地局から送信される指示に従って、第２のアンテナアレーの偏波特性を切り替える。第２のアンテナアレーには第１の偏波特性を有する第１組のアンテナ素子と、第２の偏波特性を有する第２組のアンテナ素子とが備わっているので、第１組のアンテナ素子と第２組のアンテナ素子とを切り替えることにより、偏波特性を切り替えることができる。
【００２６】
従って、無線基地局においては複数の無線端末の間の分離性能を改善するために、各無線端末との通信に利用する偏波を切り替えることができる。
請求項４の適応アレーアンテナを用いた通信装置は、複数本であるＮ本のアンテナ素子の配列により構成された第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子に接続された第１の送受信部と、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子からの信号を振幅及び位相の重み付けを行ったのち合成してアレー指向性を形成する指向性形成部と、前記指向性形成部の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部とを備える無線基地局と、複数本であるＭ本のアンテナ素子の配列により構成された第２のアンテナアレーと、第２の送受信部と、前記第２の送受信部を前記第２のアンテナアレーの一部のアンテナ素子に選択的に接続する切替スイッチとを備える少なくとも１つの無線端末とで構成される通信システムに用いる適応アレーアンテナを用いた通信装置において、前記第２のアンテナアレーを第１の偏波特性を有する第１組のアンテナ素子と、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組のアンテナ素子とで構成するとともに、自律的な制御により、一定の時間間隔で前記第２のアンテナアレーの偏波特性をランダムに決定し、決定した偏波特性に従って前記切替スイッチを制御し通信に用いる偏波特性を切り替える自律偏波切替制御部を前記無線端末に設けたことを特徴とする。
【００２７】
請求項４においては、無線端末に設けられた自律偏波切替制御部の自律的な制御により、無線端末が使用する第２のアンテナアレーの偏波特性が一定の時間間隔でランダムに決定される。
すなわち、各無線端末が使用する偏波がそれぞれランダムに決定されるので、互いに隣接する複数の無線端末が異なる偏波を使用する可能性があり、無線基地局は偏波を切り替えながら通信することにより複数の無線端末の分離性能を改善することが可能になる。
【００２８】
また、各無線端末が自律的に偏波を決定するので、偏波を制御するための無線基地局と各無線端末との間の通信が不要になり、制御回路の構成が簡略化される。
請求項５は、請求項１の適応アレーアンテナを用いた通信装置において、前記無線基地局に第１のアンテナアレーを複数設けるとともに、複数の第１のアンテナアレーを互いに水平方向に所定の間隔をあけて配置したことを特徴とする。
【００２９】
請求項５においては、複数の第１のアンテナアレーを互いに水平方向に所定の間隔をあけて配置するので、空間ダイバーシチの効果が得られる。従って、フェージング環境下で低下する受信電力を増大させることが可能になる。
請求項６の適応アレーアンテナを用いた通信装置は、複数本であるＮ本のアンテナ素子の配列により構成された第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子に接続された第１の送受信部と、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子からの信号を振幅及び位相の重み付けを行ったのち合成してアレー指向性を形成する指向性形成部と、前記指向性形成部の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部とを備える無線基地局と、複数本であるＭ本のアンテナ素子の配列により構成された第２のアンテナアレーと、第２の送受信部と、前記第２の送受信部を前記第２のアンテナアレーの一部のアンテナ素子に選択的に接続する切替スイッチとを備える少なくとも１つの無線端末とで構成される通信システムに用いる適応アレーアンテナを用いた通信装置において、前記第１のアンテナアレーを複数設けるとともに、複数の第１のアンテナアレーを互いに水平方向に所定の間隔をあけて配置し、一方の第１のアンテナアレーには、第１の偏波特性を有する第１組の複数のアンテナ素子を１つの垂直軸に沿って配置し、もう一方の第１のアンテナアレーには、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組の複数のアンテナ素子を１つの垂直軸に沿って配置し、前記無線端末が通信に使用するアンテナの偏波特性の切替を指示する偏波決定部を前記無線基地局に設けたことを特徴とする。
【００３０】
請求項６においては、請求項１と同様に、使用する偏波の制御により複数の無線端末の間の分離特性を改善することができる。
また、複数の第１のアンテナアレーを互いに水平方向に所定の間隔をあけて配置するので、空間ダイバーシチの効果が得られる。従って、フェージング環境下で低下する受信電力を増大させることが可能になる。
【００３１】
また、複数の第１のアンテナアレーの一方を第１の偏波特性を有する第１組の複数のアンテナ素子だけで構成し、他方を第２の偏波特性を有する第２組の複数のアンテナ素子だけで構成するので、第１のアンテナアレーのポート数を減らすことができ、受信機の数を減らすことが可能になる。
請求項７は、請求項５の適応アレーアンテナを用いた通信装置において、前記第１のアンテナアレーに含まれている各アンテナ素子について、アンテナ素子の各々に位相値を重み付けする位相調整器と、水平方向に間隔をあけて配置された複数の第１のアンテナアレーに含まれている各アンテナ素子のうち、高さ方向の位置が同じ複数のアンテナ素子について、前記位相調整器の位相値が重み付けされた複数のアンテナ素子の信号を合成する信号合成器とを更に設けたことを特徴とする。
【００３２】
請求項７においては、高さ方向の位置が同じ複数のアンテナ素子を位相値の重み付けを行った後で合成して出力するので、アンテナ全体のボート数を減らすことができ、受信機の数を減らすことが可能になる。
また、位相調整器の移相量をポート毎に違った値に定めることで、指向方向の違いによるダイバーシチ効果を得ることができる。
【００３３】
請求項８は、請求項１の適応アレーアンテナを用いた通信装置において、前記第１のアンテナアレーを、第１の偏波特性を有する第１組のアンテナ素子と、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組のアンテナ素子とを垂直方向に交互に配置して構成したことを特徴とする。
請求項８においては、第１組のアンテナ素子と第２組のアンテナ素子とを垂直方向に交互に配置するので、アンテナ全体のポート数を減らすことができる。また、このように配置してもアンテナの開口長は変化せず、垂直面のビーム幅も変化しない。
【００３４】
請求項９の通信制御方法は、複数本であるＮ本のアンテナ素子の配列により構成された第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子に接続された第１の送受信部と、前記第１のアンテナアレーの各アンテナ素子からの信号を振幅及び位相の重み付けを行ったのち合成してアレー指向性を形成する指向性形成部と、前記指向性形成部の振幅及び位相を制御する振幅位相制御部とを備える無線基地局と、複数本であるＭ本のアンテナ素子の配列により構成された第２のアンテナアレーと、第２の送受信部と、前記第２の送受信部を前記第２のアンテナアレーの一部のアンテナ素子に選択的に接続する切替スイッチとを備える少なくとも１つの無線端末とで構成される通信システムを制御するための通信制御方法において、前記無線基地局の第１のアンテナアレー及び前記無線端末の第２のアンテナアレーの各々が互いに直交する２種類の偏波特性を有し、前記無線基地局及び無線端末が使用する偏波特性の選択が可能な場合に、前記無線基地局が、無線端末から送信された無線信号の受信電力を無線端末毎に求める第１の手順と、前記第１の手順で求めた受信電力が所定以下の無線端末を抽出する第２の手順と、前記第１の手順で求めた受信電力に基づいて、各無線端末の通信に用いる偏波特性を決定する第３の手順と、前記第２の手順で抽出した無線端末について、前記無線基地局が各無線端末から受信した無線信号に基づき伝搬特性に関する複数の無線端末の間の空間相関を求める第４の手順と、前記第４の手順で得られた空間相関に基づいて、各無線端末の通信に用いる偏波特性を変更する第５の手順とを設けたことを特徴とする。
【００３５】
請求項９においては、請求項１と同様にアンテナの偏波を制御することにより、複数の無線端末の間の分離特性を改善することができる。
また、受信電力が所定以下の無線端末については、求めた空間相関に基づいて偏波を変更するので、より適切な偏波を使用することができ、複数の無線端末の間の分離特性をさらに改善することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の適応アレーアンテナを用いた通信装置及び通信制御方法の１つの実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。この形態は、請求項１〜請求項３及び請求項９に対応する。
【００３７】
図１は本発明を実施する通信システムの構成例を示す斜視図である。図２は本発明を実施する基地局におけるアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図３は本発明を実施する無線端末におけるアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図４は基地局の端末に対する偏波割り当て制御の内容を示すフローチャートである。
【００３８】
この形態では、請求項１の第１のアンテナアレー，第１の送受信部，指向性形成部，振幅位相制御部，無線基地局，第２のアンテナアレー，第２の送受信部，切替スイッチ，無線端末及び偏波決定部は、それぞれ垂直アレーアンテナ１１，送受信装置１５，指向性形成部１６，振幅位相制御部３２，無線基地局１０，アレーアンテナ２５，送受信装置２３，切替スイッチ２２，無線端末２０及び端末偏波決定部３４に対応する。
【００３９】
また、請求項２の受信電力監視部及び空間相関測定部は、それぞれ受信電力判定部３１及び空間相関測定部３３に対応する。
また、請求項３の第１のアンテナアレー，第１の送受信部，指向性形成部，振幅位相制御部，無線基地局，第２のアンテナアレー，第２の送受信部，切替スイッチ，無線端末，第１組のアンテナ素子，第２組のアンテナ素子及び偏波切替制御部は、それぞれ垂直アレーアンテナ１１，送受信装置１５，指向性形成部１６，振幅位相制御部３２，無線基地局１０，アレーアンテナ２５，送受信装置２３，切替スイッチ２２，無線端末２０，垂直偏波アンテナ２１ａ，水平偏波アンテナ２１ｂ及びスイッチ制御部２４に対応する。
【００４０】
この形態では、図１に示すように１つの無線基地局１０と１つ又は複数の無線端末２０とで構成される通信システムを用いる場合を想定している。
無線基地局１０は、適応アレーアンテナとして動作する１つの垂直アレーアンテナ１１を搭載している。また、この垂直アレーアンテナ１１は縦方向（垂直方向）の１つの軸に沿って並べた複数の偏波共用アンテナで構成してある。各々の偏波共用アンテナは、垂直偏波特性を有するアンテナ素子と水平偏波特性を有するアンテナ素子とで構成されている。
【００４１】
図１及び図２に示すように、垂直アレーアンテナ１１には垂直偏波特性を有するアンテナ素子に接続された複数の垂直偏波ポート１３と、水平偏波特性を有するアンテナ素子に接続された複数の水平偏波ポート１４とが備わっている。
【００４２】
無線基地局１０のアンテナ装置（図２参照）においては、垂直アレーアンテナ１１に設けられた各垂直偏波ポート１３及び水平偏波ポート１４を用いて適応アレーアンテナの指向性制御を行う。
なお、この例では偏波共用アンテナ１２が垂直偏波と水平偏波との組み合わせである場合を想定しているが、互いに直交する２種類の偏波特性であれば本発明を実施できる。従って、＋４５度方向の偏波と−４５度方向の偏波とを組み合わせた偏波共用アンテナを用いても良いし、円偏波（右旋偏波，左旋偏波）の偏波共用アンテナを用いても良い。
【００４３】
また、一方の偏波特性のアンテナ素子数と他方の偏波特性のアンテナ素子数とは必ずしも同一にする必要はない。
一方、無線基地局１０との間で通信を行う各無線端末２０は、図１に示すように偏波共用アンテナ２１，切替スイッチ２２及び送受信装置２３を備えている。この例では、無線基地局１０の垂直アレーアンテナ１１の偏波に合わせて、垂直偏波と水平偏波との両方の偏波を選択可能な偏波共用アンテナ２１を用いている。これ以外の偏波特性を有するアンテナを用いても良い。
【００４４】
切替スイッチ２２は、無線端末２０が送信に用いるアンテナの偏波などを切り替えるために設けてある。
この例では、無線基地局１０が通信する際に垂直偏波及び水平偏波を選択的に利用できるので、無線端末２０毎に利用する偏波を無線基地局１０側で決定する。そして、各無線端末２０は無線基地局１０からの命令に従って、無線端末２０毎に送信で使用する偏波を決定する。
【００４５】
例えば、図１において、無線基地局１０の垂直アレーアンテナ１１から２つの無線端末２０（１），２０（３）を見た場合、それらの信号の垂直方向の到来角度差が大きいので、垂直アレーアンテナ１１の垂直方向の指向性パターンだけで無線端末２０（１），２０（３）の信号を分離することができる。
【００４６】
従って、図１の例では無線基地局１０と２つの無線端末２０（１），２０（３）のそれぞれとの通信には同じ偏波（垂直偏波）を用いて通信するように無線基地局１０が偏波を決定する。
一方、図１において、無線基地局１０の垂直アレーアンテナ１１から２つの無線端末２０（２），２０（３）を見た場合、それらの信号の垂直方向の到来角度差が小さいので垂直アレーアンテナ１１の垂直方向の指向性パターンだけでは無線端末２０（２），２０（３）の信号を分離することができない。
【００４７】
従って、図１の例では無線基地局１０と無線端末２０（２）との通信には水平偏波を用い、無線基地局１０と無線端末２０（３）との通信には垂直偏波を用いるように各無線端末２０の偏波を無線基地局１０が決定する。
すなわち、垂直方向の到来角度差が小さい無線端末２０（２），２０（３）については互いに異なる送信偏波を適用することにより、直交する偏波の振幅差及び位相差を用いて信号を分離することが可能になる。
【００４８】
このように、垂直方向の到来角度差が小さい複数の無線端末２０に対しては、偏波の違いで分離性能を改善することができるので、無線基地局１０に単一の垂直アレーアンテナ１１だけを接続する場合でも、ユーザの分離性能を劣化させることなく空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）を実現することができ、無線基地局１０の設置に必要な空間を削減することができる。
【００４９】
無線基地局１０におけるアンテナ装置の具体的な構成について、図２を参照して説明する。このアンテナ装置には、垂直アレーアンテナ１１，送受信装置１５，指向性形成部１６及び信号処理部１７が備わっている。
図２の例では、１つの垂直アレーアンテナ１１に６個のアンテナ素子が設けられた場合を示しているが、アンテナ素子の数は必要に応じて変更できる。
【００５０】
指向性形成部１６は複数並列に接続されている。指向性形成部１６の設置数は、分離が必要なユーザ数に応じて決定される。指向性形成部１６は、各アンテナに入力される信号にそれぞれ重み付けする重み付け計算部４１と全ての重み付け計算部４１の出力を合成する加算部４２とで構成されている。
信号処理部１７には、受信電力判定部３１，振幅位相制御部３２，空間相関測定部３３及び端末偏波決定部３４が備わっている。
【００５１】
振幅位相制御部３２は、各指向性形成部１６のそれぞれの重み付け計算部４１に対して振幅及び位相の重みの値を与える。
受信電力判定部３１は、各無線端末２０毎に１つのアンテナ素子から個別に送信される信号の受信電力を監視する。
空間相関測定部３３は、受信電力判定部３１が検出した各無線端末２０からの信号の受信電力に基づいて、複数の無線端末２０の間の空間相関値を算出する。
【００５２】
なお、空間相関値ρは次式により求めることができる。
ρ＝｜Ｆｋ・Ｆｍ＊｜／｛｜Ｆｋ｜｜Ｆｍ｜｝　　・・・（２）
Ｆｋ：［Ａ１，Ａ２，・・・，ＡＮ］
Ａｉ：ｋ番目の端末から送信しｉ番目の基地局アンテナで受信した振幅・位相
Ｆｍ：［Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮ］
Ｂｉ：ｍ番目の端末から送信しｉ番目の基地局アンテナで受信した振幅・位相
（Ｆｋ・Ｆｍ＊）はベクトルの内積
端末偏波決定部３４は、空間相関測定部３３が求めた空間相関値に基づいて、無線端末２０毎にそれが送信すべき信号の偏波を決定する。端末偏波決定部３４が決定した偏波の情報は、命令として無線基地局１０から各無線端末２０に無線信号の形で送信される。
【００５３】
各無線端末２０におけるアンテナ装置の具体的な構成について、図３を参照して説明する。このアンテナ装置には、アレーアンテナ２５，切替スイッチ２２，送受信装置２３及びスイッチ制御部２４が備わっている。
アレーアンテナ２５には、垂直偏波アンテナ２１ａと水平偏波アンテナ２１ｂとで構成される複数（Ｍ個）の偏波共用アンテナ２１が設けてある。切替スイッチ２２はＭ個の偏波共用アンテナ２１の中から１つの偏波共用アンテナ２１を選択するとともに、垂直偏波と水平偏波のいずれかを選択する。
【００５４】
送受信装置２３は、無線基地局１０との間で信号の送受信を行う。スイッチ制御部２４は、送受信装置２３が無線基地局１０から受信した信号の中から偏波の選択に関する命令を抽出し、その命令に従って切替スイッチ２２の選択状態を制御する。すなわち、アレーアンテナ２５のいずれかの垂直偏波アンテナ２１ａ又は水平偏波アンテナ２１ｂを無線基地局１０の命令に従って選択する。
【００５５】
この形態においては、無線基地局１０の信号処理部１７は各無線端末２０の偏波の割り当てを決定するために図４に示す処理を実行する。この処理は、次の事実を前提としている。
図１１に示すように、基地局から見た垂直面における端末の信号の到来方向は、基地局と端末との間の距離に比例する。また、移動通信環境においては端末から送信した信号の伝搬損失は、端末と基地局との距離の３乗〜４乗程度に比例する。
【００５６】
この事実は、例えば「進士　編，無線通信の電波伝搬，電子情報通信学会，１９９２年」で開示されている。
そこで、図４のステップＳ１１では、無線端末２０から送信される信号の受信電力を無線端末２０毎に受信電力判定部３１で取得する。これにより、各無線端末２０の位置（距離）を判定することができる。
【００５７】
各無線端末２０の最初の偏波はステップＳ１５で決定される。ステップＳ１５では、各無線端末２０からの受信電力が大きい順番に従って、各無線端末２０に垂直偏波と水平偏波とを交互に割り当てる。また、割り当てた偏波の情報は命令として該当する無線端末２０に送信する。この処理は端末偏波決定部３４が行う。
一方、ステップＳ１２では各ユーザ（無線端末２０）からの信号の到来角度について垂直面のビーム幅以下であるか否かを調べて無線端末２０の位置に関する推定を行う。
【００５８】
例えば、図１１においてアンテナのビーム幅を５度とすると、距離が約７００ｍより大きい場合にこの条件に該当する。すなわち、ステップＳ１２では、受信電力Ｗ（ｋ）をしきい値αと比較し、（Ｗ（ｋ）＜α）である無線端末２０は無線基地局１０のアンテナの垂直面のビーム幅以下になる離れた（遠い）場所に存在するものとみなす。
【００５９】
ステップＳ１２の条件に該当する無線端末２０については、無線基地局１０の垂直面のアンテナパターンだけでは複数ユーザの分離が困難になる。
そこで、ステップＳ１２の条件に該当する無線端末２０については、使用する偏波の違いにより分離特性を改善する。
具体的には、無線基地局１０の空間相関測定部３３を用いて、ステップＳ１２の条件に該当する複数の無線端末２０の間で、ユーザの分離尺度として用いられる空間相関ρを測定し（Ｓ１８）、この空間相関がしきい値βよりも大きい場合には、ステップＳ１９からＳ２０に進み、該当するｍ番目の無線端末２０に割り当てた偏波を変更する。しきい値βとしては、例えば０．９を採用すればよい。
【００６０】
図４に示す制御を行うことにより、多数の無線端末２０のそれぞれが送信で使用する偏波を無線基地局１０側で適切に決定することができる。
一般に、移動通信の加入者は、水平方向に対しては一様な方向に分布している。よって、水平方向を制御するＳＤＭＡでは、端末がどの程度分離可能かどうかを調べるために、全ての端末の間で空間相関を求める必要がある。しかし、図４に示す処理では、垂直面のビーム幅以下になる場所にユーザが位置する場合以外は、空間相関を求める必要がない。このため、空間相関の算出に要する処理量を削減することができる。
【００６１】
（第２の実施の形態）
本発明の適応アレーアンテナを用いた通信装置及び通信制御方法のもう１つの実施の形態について、図５を参照して説明する。この形態は請求項５に対応する。図５は基地局が用いるアンテナ装置の構成例を示す正面図である。
【００６２】
この形態は、第１の実施の形態の変形例である。この形態では、無線基地局１０に接続されるアンテナが図５に示すように変更されているが、それ以外の構成及び動作については第１の実施の形態と同様である。変更された部分について、以下に説明する。
第１の実施の形態で用いた垂直アレーアンテナ１１は、１本のアンテナだけで指向性制御が実現できるため、無線基地局１０の設置スペースを削減するためには非常に有効である。
【００６３】
一方、移動通信システムにおいては、干渉波の低減だけでなく、フェージング環境下での受信電力の確保が重要な課題になっている。フェージング環境下で受信電力を向上させる技術としては、ダイバーシチ技術が知られている。
一般に、ダイバーシチの構成としてよく知られているのは、２本のアンテナを水平方向に数波長離して配置する空間ダイバーシチである。この技術は、例えば、「進士　編，無線通信の電波伝搬，電子情報通信学会，１９９２年」などに開示されている。
【００６４】
そこで、この形態においては、図５に示すように第１の実施の形態と同じ垂直アレーアンテナ１１を無線基地局１０に２本接続し、２本の垂直アレーアンテナ１１（１），１１（２）を水平方向に所定間隔離して配置する。これにより、水平方向に対して空間ダイバーシチの効果が得られる。
なお、第１の実施の形態の構成においても、垂直方向に対して空間ダイバーシチの効果が得られるが、受信電力の向上のためには図５に示すように水平方向に２本の垂直アレーアンテナ１１を配置する方が効果が高い。
【００６５】
（第３の実施の形態）
本発明の適応アレーアンテナを用いた通信装置及び通信制御方法のもう１つの実施の形態について、図６を参照して説明する。この形態は請求項６に対応する。図６は基地局が用いるアンテナ装置の構成例を示す正面図である。
【００６６】
この形態は、第１の実施の形態の変形例である。この形態では、無線基地局１０に接続されるアンテナが図６に示すように変更されているが、それ以外の構成及び動作については第１の実施の形態と同様である。変更された部分について、以下に説明する。
第２の実施の形態のように２本の垂直アレーアンテナ１１を水平方向に並べることにより空間ダイバーシチの効果が得られる。しかし、それぞれの垂直アレーアンテナ１１には多数のアンテナ素子が備わっているのでポートの数が多い。また、同じ垂直アレーアンテナ１１を２本用いるとポートの数が２倍になり、必要とされる受信機の数も２倍になってしまう。
【００６７】
そこで、この形態では垂直偏波特性を有する複数のアンテナ素子だけで構成した垂直アレーアンテナ５１と、水平偏波特性を有する複数のアンテナ素子だけで構成した垂直アレーアンテナ５２とを採用する。そして、２本の垂直アレーアンテナ５１，５２を図６に示すように水平方向に所定間隔離して配置する。
この垂直アレーアンテナ５１，５２を用いる場合には、図６に示すようにポート数が少ないので、必要とされる受信機の数を増やすことなく水平方向のダイバーシチ効果を得ることができる。
【００６８】
（第４の実施の形態）
本発明の適応アレーアンテナを用いた通信装置及び通信制御方法のもう１つの実施の形態について、図７を参照して説明する。この形態は請求項７に対応する。図７は基地局が用いるアンテナ装置の構成例を示す正面図である。
この形態は、第１の実施の形態の変形例である。この形態では、無線基地局１０に接続されるアンテナが図７に示すように変更されているが、それ以外の構成及び動作については第１の実施の形態と同様である。変更された部分について、以下に説明する。
【００６９】
この形態では、第２の実施の形態と同様に２本の同じ垂直アレーアンテナ１１を水平方向に水平方向に所定間隔離して配置し、無線基地局１０に接続する。
また、２本の垂直アレーアンテナ１１の全体のポート数を減らすために、図７に示すように移相器６１及び合成器６２を接続し、合成器６２で合成した出力信号を受信機の入力に印加する。
【００７０】
実際には、図７に示すように互いに同じ高さの位置にある垂直アレーアンテナ１１（１）のアンテナ素子の出力と、垂直アレーアンテナ１１（２）のアンテナ素子の出力とをそれぞれ異なる移相器６１で位相を変えてから合成器６２で合成した結果を垂直偏波ポートまたは水平偏波ポートに出力する。
また、移相器６１の移相量をポート毎に違う値に定めることにより、指向方向の違いによるダイバーシチ効果を得ることができる。
【００７１】
このため、図７に示すアンテナ装置を用いることにより、受信機の数を増やすことなく水平方向のダイバーシチ効果を向上させることができる。
（第５の実施の形態）
本発明の適応アレーアンテナを用いた通信装置及び通信制御方法のもう１つの実施の形態について、図８を参照して説明する。この形態は請求項８に対応する。図８は基地局が用いるアンテナ装置の構成例を示す正面図である。
【００７２】
この形態は、第１の実施の形態の変形例である。この形態では、無線基地局１０に接続されるアンテナが図８に示すように変更されているが、それ以外の構成及び動作については第１の実施の形態と同様である。変更された部分について、以下に説明する。
この形態では、第２の実施の形態と同様に２本の同じ垂直アレーアンテナ７０を水平方向に水平方向に所定間隔離して配置し、無線基地局１０に接続する。
【００７３】
また、２本の垂直アレーアンテナ７０（１），７０（２）の全体のポート数を減らすために、図８に示すように各垂直アレーアンテナ７０は、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナとを垂直方向の軸に沿って交互に並べ、複数の垂直偏波アンテナ及び複数の水平偏波アンテナで構成してある。
図８に示すアンテナ装置の場合には、ポート数が減少するが、アンテナ開口長は図５のアンテナ装置と同じになるので、垂直面のビーム幅を図５のアンテナ装置と同じにすることができる。
【００７４】
このため、図８に示すアンテナ装置を用いることにより、受信機の数を増やすことなく水平方向のダイバーシチ効果を向上させることができる。
なお、図９に示すように多数の偏波共用アンテナを並べて垂直アレーアンテナを構成する場合にも、ポートの数を減らすことができる。
（第６の実施の形態）
本発明の適応アレーアンテナを用いた通信装置及び通信制御方法のもう１つの実施の形態について説明する。この形態は請求項４に対応する。
【００７５】
この形態は第１の実施の形態の変形例であり、無線端末２０の偏波の決定に関する制御が変更されている。変更された部分について以下に説明する。
前述の各実施の形態では、無線基地局１０が決定した偏波に従うように無線端末２０が偏波を制御している。
しかしながら、無線基地局１０側で無線端末２０の送信偏波を決定する場合は、無線端末２０の送信偏波を決定し、決定した偏波を無線端末２０に命令するまでに生じる伝搬環境などの変化に追従する必要がある。
【００７６】
そこで、この形態においては、各無線端末２０が自律的な制御を行い、それ自身が送信に使用する偏波を決定する。
具体的な制御としては、たとえば一定の時間間隔でアンテナの偏波特性をランダムに決定するか、あるいは垂直偏波と水平偏波とを交互に切り替えるように決定し、決定した偏波特性に従って切替スイッチ２２を制御し偏波を切り替えればよい。
【００７７】
この形態では、無線基地局１０は無線端末２０の偏波を決定するための制御を行う必要がないので、無線基地局１０の構成を簡略化できる。この形態の技術は、空間分割多重アクセスにおけるユーザ分離効果を向上させるのに有効であるが、隣接セルからの干渉波にも有効である。
例えば、隣接基地局からの干渉波を垂直面のパターンのヌルで低減しながら、端末偏波制御で受信電力が大きくなるように偏波を決定することで、このような効果が得られる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明を実施する場合の効果について、図１０を参照して説明する。図１０の例では、次の条件を想定している。
提案基地局のポート数：垂直３，水平３，合計６
各ポート内の素子数：４
全アンテナ素子数：２４
素子間隔：０．７λ
また、比較のため、適応アレーアンテナで制御するポート数（６）と素子数（２４）を同一とし、垂直偏波を用いて水平もしくは垂直方向を制御する構成を評価した。
【００７９】
また、提案基地局と１本のアンテナの開口長を同一（１２素子）とし、それらを６本、水平方向に配置して制御する構成（合計７２素子）の特性もあわせて比較した。水平方向の素子間隔は０．５λとし、垂直・水平偏波間の振幅比と位相差は、セルラシステムを想定した市街地環境で取得した値を用いた。
なお、図１０のデータは次の文献に開示されている。「西森他，“空間・偏波制御型ＳＤＭＡの端末偏波によるユーザ分離特性”，信学技報，ＡＰ２００２−６，２００２．４」
また、この比較においては次の条件を想定している。
【００８０】
各端末は６０度セクタ内に一様に分布し、セクタ内を５０ｋｍ／ｓで移動
セル半径：１ｋｍ
試行回数：１０万回
水平方向の散乱半径：１００ｍ
垂直方向の散乱半径：２０ｍ
角度ひろがり：散乱半径より得られる値を採用
到来波：ランダム位相の波を１０波発生
１素子あたりの入力ＳＮＲ：１０ｄＢ
図１０の特性は、同時接続端末数に対する最悪品質となる端末のＳＩＮＲの累積確率５０％値を表している。この結果から、端末数が２の場合は、従来構成の方が高い伝送品質が得られているが、本発明でもＳＩＮＲは２０ｄＢ以上得られており、十分な通信品質が確保できている。
【００８１】
また、垂直偏波のみを用いた水平方向もしくは垂直方向を制御するＳＤＭＡは、素子数に関係なく端末数４以上で伝送特性が大きく劣化することがわかる。
これに対し、本発明の構成では合計７２素子の水平方向を制御する構成に対し、素子数が１／３になるにもかかわらず、端末数４以上でＳＩＮＲが約８〜１２ｄＢ改善を見込むことができる。したがって、本発明では、従来の構成に対してアンテナの設置スペースを削減しながら、ＳＤＭＡにおけるユーザ分離能力を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する通信システムの構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明を実施する基地局におけるアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明を実施する無線端末におけるアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】基地局の端末に対する偏波割り当て制御の内容を示すフローチャートである。
【図５】基地局が用いるアンテナ装置の構成例を示す正面図である。
【図６】基地局が用いるアンテナ装置の構成例を示す正面図である。
【図７】基地局が用いるアンテナ装置の構成例を示す正面図である。
【図８】基地局が用いるアンテナ装置の構成例を示す正面図である。
【図９】基地局が用いるアンテナ装置の構成例を示す正面図である。
【図１０】本発明を実施した場合の特性例を示すグラフである。
【図１１】端末と基地局との間の伝搬特性を示す模式図である。
【図１２】ＳＤＭＡの構成例を示す斜視図である。
【図１３】従来例の適応アレーアンテナの構成を示すブロック図である。
【図１４】２ユーザＳＤＭＡを実現する基地局の構成例を示すブロック図である。
【図１５】ビームチルト技術の構成例を示す斜視図である。
【図１６】従来技術の問題点を表す模式図である。
【図１７】従来例の基地局におけるアンテナ装置の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０　無線基地局
１１　垂直アレーアンテナ
１２　偏波共用アンテナ
１３　垂直偏波ポート
１４　水平偏波ポート
１５　送受信装置
１６　指向性形成部
１７　信号処理部
２０　無線端末
２１　偏波共用アンテナ
２２　切替スイッチ
２３　送受信装置
２４　スイッチ制御部
２５　アレーアンテナ
３１　受信電力判定部
３２　振幅位相制御部
３３　空間相関測定部
３４　端末偏波決定部
４１　重み付け計算部
４２　加算部
【図１】
2004080353.tif 000003
【図２】
2004080353.tif 000004
【図３】
2004080353.tif 000005
【図４】
2004080353.tif 000006
【図５】
2004080353.tif 000007
【図６】
2004080353.tif 000008
【図７】
2004080353.tif 000009
【図８】
2004080353.tif 000010
【図９】
2004080353.tif 000011
【図１０】
2004080353.tif 000012
【図１１】
2004080353.tif 000013
【図１２】
2004080353.tif 000014
【図１３】
2004080353.tif 000015
【図１４】
2004080353.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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