(57)【要約】【課題】適応アンテナアレイ技術を上り回線に適用したＣＤＭＡ基地局の設計に際し、通信品質×収容ユーザ数を高速に推定する。【解決手段】アレイ素子のアンテナパタンＧｓ（ｙ）を計算する手段２００と、波長、素子数、素子間隔、Ｇｓ（ｙ）に基づいて適応アンテナアレイパタンＧａ（ｘ，ｙ）を計算する手段３００と、Ｇｓ（ｙ），Ｇａ（ｘ，ｙ）、セクタ分割数Ｓ、セグメント分割数Ｍを用いて自セル内に対する干渉低減率Ａｅｓ（φｍ）と他セル内に対する干渉低減率Ａｅｏ（φｍ）を計算し、Ａｅｓ（φｍ），Ａｅｏ（φｍ）、拡散利得ｐｇ、有音率ＶＡ、ロードマージンη、他セル干渉と自セル干渉の比を用いて通信品質×収容ユーザ数を計算する手段４００を具える。【選択図】　　　図７
2004023690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
適応アンテナアレイ技術を上り回線に適用したＣＤＭＡ基地局の設計方法であって、
素子パラメータに基づきアレイ素子アンテナパタンを素子パタン計算手段により計算し、
上記アレイ素子アンテナパタンとアレイパラメータに基づいて適応アンテナアレイアンテナパタンをアレイパタン計算手段により計算し、
上記アレイ素子アンテナパタン、上記適応アンテナアレイアンテナパタン、およびシステムパラメータに基づいて収容移動局（ユーザ）数と移動局の通信品質の積を品質・ユーザ数推定手段により計算することを特徴とするＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法。
【請求項２】
収容移動局（ユーザ）数と移動局の通信品質の積は、
上記アレイ素子アンテナパタンと上記適応アンテナアレイアンテナパタンに基づいて上記基地局が設置されているセル内の目的とする移動局以外の移動局からの電波に対する干渉低減率Ａｅｓと、上記セル以外のセル内の移動局からの電波に対する干渉低減率Ａｅｏとを計算し、
これら干渉低減率ＡｅｓおよびＡｅｏと上記システムパラメータを用いて上記収容移動局数と移動通信品質の積を計算することを特徴とする請求項１記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法。
【請求項３】
移動局に要求される通信品質を用いて、上記品質・ユーザ数推定手段により収容移動局（ユーザ）数を計算することを特徴とする請求項１又は２記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法。
【請求項４】
上記基地局の上記セルに収容される移動局（ユーザ）数を用いて、上記品質・ユーザ数推定手段により移動局の通信品質を計算することを特徴とする請求項１又は２記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法。
【請求項５】
素子パラメータが入力され、アレイ素子のアンテナパタンを計算するアレイ素子アンテナパタン計算手段と、
アレイアンテナパラメータと上記アレイ素子アンテナパタンが入力され、適応アンテナアレイのアンテナパタンを計算する適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段と、
上記アレイ素子アンテナパタンと上記適応アンテナアレイアンテナパタンとシステムパラメータが入力され、上り回線の通信品質と収容移動局（ユーザ）数の積を推定する通信品質・収容ユーザ数推定手段と
を具備したことを特徴とするＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置。
【請求項６】
上記通信品質・収容ユーザ数推定手段は、
上記アレイ素子アンテナパタンと上記適応アンテナアレイアンテナパタンが入力され、上記基地局が設置されているセル内の目的とする移動局以外の移動局からの電波に対する干渉低減率Ａｅｓを計算する自セル内推定部と、
上記アレイ素子アンテナパタンと上記適応アンテナアレイアンテナパタンが入力され、上記セル以外のセル内の移動局からの電波に対する干渉低減率Ａｅｏを計算する他セル内推定部と、
上記干渉低減率ＡｅｓおよびＡｅｏと上記システムパラメータが入力され、上記収容移動局数と移動通信品質の積を計算する品質・ユーザ数推定部とを備えることを特徴とする請求項５記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置。
【請求項７】
上記通信品質・収容ユーザ数推定手段は、移動局に要求される通信品質も入力されて、収容移動局（ユーザ）数を推定する手段であることを特徴とする請求項５又は６記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置。
【請求項８】
上記通信品質・収容ユーザ数推定手段は上記基地局に収容される移動局（ユーザ）数も入力され、移動局の通信品質を推定する手段であることを特徴とする請求項５又は６記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置。
【請求項９】
請求項５〜８の何れかに記載したＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局装置としてコンピュータを機能させるためのＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＤＭＡやＷ−ＣＤＭＡ方式における適応アンテナアレイを設備した基地局の上り回線の通信品質と収容移動局（ユーザ）数を推定することにより基地局の設計方法およびその装置、そのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＷ−ＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局の設計においては上り回線の通信品質と収容ユーザ（利用者）、つまり移動局の数を推定するために、計算機上の仮想的なサービスエリア（領域）において一定数のユーザ（移動局）をランダムに配置して通信状態を模擬させる、図１１に示すようなシミュレーションを行っていた。システムのサービス領域を正六角形のセルＣＥ１，ＣＥ２，…を敷き埋めたように分割し、各セルＣＥ１，ＣＥ２，…の中心に基地局ＢＳ１，ＢＳ２，…を設け、更に各基地局はそのサービスセル内を、例えば３つのセクタ（１２０度セクタ）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に分割し、各セクタＳ１，Ｓ２，Ｓ３に各１つの移動局（ユーザ）ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３を適当に配置させた場合に、その配置した各移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３に対し通信品質が最も良くなるように通信相手の基地局、図１１Ｂに示す例ではＢＳ４の適応アンテナアレイのアンテナパタンＡＰ４を形成し、すべての移動局（ユーザ）ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３が所要の通信品質を満たすかどうかを判定して、満たすことができていれば配置した移動局（ユーザ）を収容可能および得られた品質を通信品質と判定し、満たさない移動局（ユーザ）がいれば個々の移動局（ユーザ）に送信電力制御を行わせた後、再び適応アンテナアレイのアンテナパタンＡＰ４を形成して通信品質判定を行うという一連の試行を繰り返し行うものである。例えば基地局ＢＳ４から見た移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３の各通信品質が図１１Ｃに示すように移動局ＭＳ１は所要品質を超え、ＭＳ３は丁度所要品質であるが、移動局ＭＳ２は所要品質を下まわっている場合は、移動局ＭＳ１，ＭＳ２に対して、前者は送信電力を下げ、後者は送信電力を上げる制御を行うと共に基地局ＢＳ４の適応アンテナアレイのアンテナパタンＡＰ４を制御して、図１１Ｄに示すように移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３の何れも、基地局ＢＳ４から見た品質が所要品質になるように、送信電力制御と、アンテナパタンＡＰ４の制御を繰り返す。
【０００３】
移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３の少くとも１つに対する送信電力制御を行うと他の移動局や他のセルからの干渉の状態が変化するために、一度の送信電力制御で通信品質を満たすようになることは稀で、試行を何度も繰り返すことで適応アンテナアレイのアンテナパタンや各移動局（ユーザ）の送信電力制御状態が徐々に最適値に収束し、すべての移動局（ユーザ）が所要の通信品質を満たす状態に推移する。ただし、移動局（ユーザ）が規定の送信電力以内で所要品質を満たせない場合や、基地局側での総受信電力が負荷限界で規定される最大値を超える場合には、設定した移動局（ユーザ）は収容不能と判定される。この操作を、配置する移動局（ユーザ）の数を徐々に増やしながら行っていって、収容可能な最大のユーザ数が収容ユーザ数として求まる。ただし、ユーザ数が同じであっても移動局配置に偏りなどがある場合には、収容可能となる場合と収容不能となる場合があるので、同一ユーザ数に対し複数回のシミュレーションを行い、収容可能確率を計算して、一定確率以上で収容可能となるユーザ数を収容ユーザ数としている。このシミュレーションの処理フローを図１２Ａに示す。
【０００４】
まずアンテナ、所要品質などの諸元を設定し（Ｓ１）、ユーザ（移動局）数を更新する（最初は各セクタに１つの移動局を配置する）（Ｓ２）。次に適応アンテナアレイパタン制御、移動局送信電力制御、収束計算を行う（Ｓ３）。
この計算は図１２Ｂに示すように、ユーザ（移動局）を配置し（Ｓ３１）、その各移動局の通信相手基地局を決定し（Ｓ３２）、その状態での基地局側の受信処理を行い（Ｓ３３）、その結果に基づき基地局の好ましい適応アンテナアレイパタンを計算し（Ｓ３４）、その場合の基地局より見た各移動局の通信品質を計算し（Ｓ３５）、適応アンテナアレイパタンが最適値に収束したか判定し（Ｓ３６）、収束していなければ、移動局に対する送信電力の制御を行い（Ｓ３７）、その送信電力の制御結果が最適値に収束したか判定し（Ｓ３８）、収束していなければステップＳ３７に戻って送信電力制御を繰り返し、収束するまで行う。
【０００５】
送信電力制御が最適値に収束したら、ステップＳ３３に戻り、基地局側受信処理を行い、以下同様のことを繰り返す。ステップＳ３６で適応アンテナアレイパタンが最適値に収束すると、このサブルーチンは終了する。つまり図１２Ａ中のステップＳ３の処理は終了し、図１２ＡにおけるステップＳ４でＮ回試行を行ったかを調べ、行っていなければ、ステップＳ３を繰り返し、Ｎ回試行を行ったならば、ユーザ収容可能確率を計算し（Ｓ５）、収容可能確率が所定値以上となり、すなわち、更なる収容可能なユーザ数の増大が期待できれば（Ｓ６）、ステップＳ２に戻り、収容可能確率が所定値未満であれば、所定値以上であった時の最大ユーザ数を収容ユーザ数とする（Ｓ７）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のＷ−ＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局の設計方法は以下の問題点を含んでいる。それぞれのユーザに対して形成する適応アンテナアレイのアンテナパタンと送信電力制御の関係は微妙なバランスの上に成り立っている。したがって、所要の通信品質を満たせないユーザが存在する場合などがあって適応アンテナアレイのアンテナパタンを更新すると、ユーザの通信品質が大きく変化し、そのため通信品質を維持しようとして働く送信電力制御が不安定になるため、両者が収束するまでには長い計算時間を要する。
【０００７】
また、ユーザ数が増加することによって、計算処理が増加し、かつ、すべてのユーザが同時に所要の通信品質を満たすことが難しくなることから、収束までの所要時間が大幅に増大してしまうことがわかっている。このため、従来よりも多数のユーザ数を収容できる適応アンテナアレイ基地局の設計において、既存のシミュレーションを用いた通信品質と収容ユーザ数の高速な推定は難しい。
この発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、適応アンテナアレイ技術を上り回線に適用したＣＤＭＡ基地局の設計に際し、高速に通信品質と収容ユーザ数を推定する方法及び装置、そのプログラムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明方法によれば、設置するアンテナの特徴や数量、周囲からの干渉の状態などの設定条件に基づいたアレイ素子のアンテナパタンと適応アンテナアレイのアンテナパタンを計算することにより、基地局における通信品質や収容ユーザ数を推定する。
この構成により、計算機上の仮想的なサービスエリアにおいて一定数のユーザをランダムに配置したり、配置したユーザごとに通信品質が最も良くなるように適応アンテナアレイのアンテナパタンを形成したり、個々のユーザに送信電力制御を行わせたりする必要が無く、短時間で通信品質や収容ユーザ数を求めることができる。
【０００９】
この発明の装置によれば、アレイ素子のアンテナパタンを計算するアレイ素子アンテナパタン計算手段と、アレイ素子アンテナパタン計算結果に基づいて適応アンテナアレイパタンを計算する適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段と、アレイ素子アンテナパタン計算結果と適応アンテナアレイアンテナパタン計算結果に基づいて通信品質と収容ユーザ数を推定する通信品質・収容ユーザ数推定手段を具備する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明によるＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局の設計装置の概略ブロック図である。条件設定手段１００には、通信品質・収容ユーザ数を推定するために、基地局に設置するアンテナの特徴や数量や周囲からの干渉の状態といった条件を設定できる。条件設定手段１００に入力される条件設定値は適応アンテナアレイを構成する１つのアンテナ素子の素子パラメータ、適応アンテナアレイのアレイパラメータ、システムパラメータおよびアレイ素子アンテナパタン計算式の４つに大きく分けられ、これらは例えば、キーボードやマウスなどにより入力される。
【００１１】
アレイ素子アンテナパタン計算手段２００は、条件設定手段１００からの条件設定値を用いて、アレイ素子（アンテナアレイを構成するひとつのアンテナ素子）のアンテナパタンを計算する。
適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段３００は、アレイ素子アンテナパタン計算手段２００からのアレイ素子アンテナパタン計算結果や、条件設定手段からの条件設定値を用いて、適応アンテナアレイアンテナパタンを計算する。
通信品質・収容ユーザを推定手段４００はアレイ素子アンテナパタン計算手段２００からのアレイ素子アンテナパタン計算結果、適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段３００からの適応アンテナアレイアンテナパタン計算結果および条件設定手段１００からの条件設定値を用いて、通信品質・収容ユーザ数や収容ユーザ数或いは通信品質を推定する。
【００１２】
図２は条件設定手段１００の概念図を示している。条件設定手段１００には、指向特性の主ビームの半値幅（ビーム幅）ＢＷ、フロントゲイン（主ビーム利得）ＦＧ、フロントバッグゲイン比（前方利得と後方利得の比）ＦＢなどの素子パラメータと、アレイ素子数Ａ、使用波長λ、アレイ素子間隔Ｄなどのアレイパラメータと、セルをセクタに分割する数Ｓ、セクタをセグメントに分割する数Ｍ、処理利得（拡散利得）ｐｇ、有音率（発話中のみ電波を放射する電波放射率）ＶＡ、ロードマージン（干渉マージン）η、他セル干渉と自セル干渉の比ｆなどのシステムパラメータと、アレイ素子アンテナパタン計算式Ｇ（ｙ）などがキーボードやマウスなどにより設定が可能となっている。それぞれのパラメータは固定値を代入しても良いし、特定のパラメータについては値域を指定してパラメータの変移と通信品質・収容ユーザ数の連続的な関係を計算させることも可能である。
【００１３】
図３Ａはアレイ素子アンテナパタン計算手段２００の概念図を示している。条件設定手段１００からのアレイ素子アンテナパタン計算式Ｇ（ｙ）と素子パラメータ（半値幅ＢＷ、フロントゲインＦＧ、フロントバックゲイン比ＦＢ）が入力されて、アレイ素子アンテナパタン計算結果Ｇｓ（ｙ）を出力する。アレイ素子アンテナパタン計算式Ｇ（ｙ）は、方位角ｙの関数として与えられ、素子パラメータを代入して方位角ｙごとに式計算を行うことで、アレイ素子アンテナパタンが計算される。図３においてはまず有効角計算部２１０にフロントバックゲイン比ＦＢと、半値幅ＢＷとが入力され、有効角θｅ　が例えば
θｅ　＝２ｃｏｓ−１（１０−ＦＢ／１０ｍ），ｍ＝−３／（１０ｌｏｇ１０（ｃｏｓ（ＢＷ／４）））
により計算される。更にアレイ素子アンテナパタンＧ（ｙ）は例えば、
パタン計算部２２０にθｅ　とｍ，ＦＧ，ＦＢが入力され、±θｅ　の有効角範囲内の各方位角では
Ｇ（ｙ）＝ＦＧ＋１０ｍ・ｌｏｇ１０（ｃｏｓ（ｙ／２））（ｄＢ）：−θｅ　≦ｙ≦θｅ　
が計算され、それ以外の方位角ｙでは
Ｇ（ｙ）＝ＦＧ−ＦＢ・（ｄＢ）：−π＜ｙ＜−θｅ　，θｅ　＜ｙ＜π
が計算される。このアレイ素子アンテナパタン計算結果Ｇｓ（ｙ）は例えば図３Ｂに示すように、ＢＷをパラメータとし、横軸に方向角度１８０ｙ／π（度）を縦軸にＧｓ（ｙ）をとって例えば表示画面に表示される。なおこのアレイ素子アンテナパタン計算式は、多数ある計算式のひとつの例である。
【００１４】
図４は適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段３００の概念図を示している。条件設定手段１００から設定されるアレイパラメータ（アレイ素子数Ａ、波長λ、素子間隔Ｄ）とアレイ素子アンテナパタン計算手段２００からのアレイ素子アンテナパタン計算結果Ｇｓ（ｙ）が入力され、希望波方向ｘと方位角ｙを変数とする適応アンテナアレイアンテナパタン計算結果Ｇａ（ｘ，ｙ）を出力する。
図５は適応アンテナアレイアンテナパタンを計算するための処理を示している。アレイパラメータＡ，λ，Ｄと、アレイ素子アンテナパタンＧｓ（ｙ）を真値変換部３１０で真値表現に変換したもの１０Ｇｓ（ｙ）／１０＝Ｇｓｎ（ｙ）および計算精度を決定する内部計算条件Ｎｕ　を用いて計算を行う。Ｎｕ　は内部で半固定的に設定される値で、通常１０以上であり、一般には１００を設定し、この値が大きいほど高精度な適応アンテナアレイアンテナパタンを得ることができる。これらを用いて、干渉波アレイ入力計算部３２０で干渉波アレイ入力ベクトルが、希望波アレイ入力計算部３３０で希望波アレイ入力ベクトルがそれぞれ計算される。干渉波アレイ入力ベクトル［ａｕｋ　１…ａｕｋ　ｉ…ａｕｋ　Ａ］Ｔ　は計算部３２０でｋ＝１，…，Ｎｕ　について次式により求める。
【００１５】
（［　］Ｔ　は転置ベクトルを表わす。）
√（Ｇｓｎ（２πｋ／Ｎｕ））・ｅｘｐ（−ｊ（２π／λ）Ｄ（ｉ−１）ｓｉｎ（２πｋ／Ｎｕ）），ｉ＝１，…，Ａ
希望波アレイ入力ベクトル［ａｘ１…ａｘｉ…ａｘＡ］Ｔ　は希望波方向ｘの関数であり、ｉ＝１，…，Ａについて計算部３３０で次式により計算する。
√Ｇｓｎ（ｘ）・ｅｘｐ（−ｊ（２π／λ）Ｄ（ｉ−１）ｓｉｎ（ｘ））
すべてのｋについての干渉アレイ入力ベクトルとあるｘにおける希望波アレイ入力ベクトルのベクトル和をベクトル生成部３４０でとってアレイ入力ベクトルＸ（ｘ）を生成する。つまりアレイベクトルＸ（ｘ）のｉ番目の要素は次式で表わせる。
【００１６】
Ｘｉ（ｘ）＝ａｘｉ　＋Σｋ＝１Ｎｕａｕｋ　ｉ
相関計算部３５０でアレイ入力ベクトルとそのハミルトニアンの積Ｘ（ｘ）Ｘ（ｘ）Ｈ　をとって相関行列Ｒｘｘが計算される。ハミルトニアンとは行列の各要素を複素共役化した後、転置行列をとることである。一方、相関ベクトル計算部３６０で希望波方向ｘの関数である相関ベクトルｒｘｒを、次式により、ｉ＝１，…，Ａについて計算して求める。
Ｇｓｎ（ｘ）・ｅｘｐ（−ｊ（２π／λ）Ｄ（ｉ−１）ｓｉｎ（ｘ））
相関行列Ｒｘｘの逆行列と相関ベクトルｒｘｒを用いて、重み決定部３７０で適応アンテナアレイアンテナパタンを決定する最適ウエイト（重み）Ｗｏｐｔ（ｘ）＝ε・Ｒｘｘ−１ｒｘｒ（ｘ）／｜Ｒｘｘ−１ｒｘｒ（ｘ）｜を求める。最適ウエイトを計算する式中のεはゼロでない内部定数であり通常は１が設定される。
【００１７】
伝搬ベクトル計算部３８０でｉ＝１，…，Ａについてｅｘｐ（−ｊ（２π／λ）Ｄ（ｉ−１）ｓｉｎ（ｙ）を計算してアレイ伝搬ベクトルＶ（ｙ）を求める。
このアレイ伝搬ベクトルＶ（ｙ）と最適ウエイトＷｏｐｔ（ｘ）のハミルトニアンを用いてパタン計算部３９０で適応アンテナアレイアンテナパタン（真値）
Ｇａｎ（ｘ，ｙ）＝（１／２）｜ＷｏｐｔＨ（ｘ）Ｖ（ｙ）｜２　
を求め、これをデシベル変換部３９１でデシベル変換して適応アンテナアレイアンテナパタン１０ｌｏｇ１０（Ｇａｎ（ｘ，ｙ））＝Ｇａ（ｘ，ｙ）を得る。
【００１８】
適応アンテナアレイアンテナパタンＧａ（ｘ，ｙ）の計算結果の例を図４Ｂに示す。適応アンテナアレイアンテナパタンの計算方法は他の手法によってもよい。
図６は通信品質・収容ユーザ数推定手段４００の概念図を示している。アレイ素子アンテナパタン計算手段２００からのアレイ素子アンテナパタン計算結果Ｇｓ（ｙ）と、適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段３００からの適応アンテナアレイアンテナパタン計算結果Ｇａ（ｘ，ｙ）と、システムパラメータ（セクタ分割数Ｓ、セグメント分割数Ｍ、処理利得ｐｇ、有音率ＶＡ、ロードマージンη、他セル干渉と自セル干渉の比ｆ）が入力され、通信品質・収容ユーザ数計算結果ＳＩＲ・Ｃ又はＣ或いはＳＩＲを求める。
【００１９】
図７は通信品質・収容ユーザ数を推定するための処理を示している。システムパラメータ、アレイ素子アンテナパタン計算結果（真値）、適応アンテナアレイアンテナパタン計算結果（真値）から、干渉低減率推定部４１０で積分計算を行うことにより、自セル内に対する干渉低減率Ａｅｓ（φｍ　）と他セル内に対する干渉低減率Ａｅｏ（φｍ　）を自セル内推定部４１１と他セル内推定部４１２でそれぞれ求める。求まった自セル内に対する干渉低減率と他セル内に対する干渉低減率を用いて、品質・ユーザ数決定部４２０で通信品質・収容ユーザ数Ｃ・ＳＩＲｒｅｑ　を求める。これらの処理は図８を用いて以下のように説明される。
【００２０】
平面状に基地局ＢＳｐとセクタＳＥＣＴｑおよび移動局（ユーザ）ＭＳｒが一様に分布すると仮定する。すなわち基地局ＢＳの相対位置関係は規定せず、注目する基地局ＢＳｉから見て、他の基地局は全方位に均等に存在している。移動局（ユーザ）ＭＳの配置については、その移動局が属する基地局とのセル内での相対位置関係が、全てのセルで共通的に繰り返すとしている。なお、セグメントＳＥＧｍはセル内の部分領域を示している。このような仮定は、最も一般的な基地局を設計するときの前提条件として妥当である。このとき、基地局ＢＳｉおよびセクタＳＥＣＴｊに所属する特定の移動局（ユーザ）（ＭＳｋ：以下このような所属関係をｉ，ｊ，ｋで表わす）の上り回線における通信品質である信号電力対干渉電力比ＳＩＲｉ，ｊ，ｋ　は式（１）で与えられる。
【数１】
2004023690.tif 000003
【００２１】
ただし、Ｐｔｉ，ｊ，ｋ　を注目移動局（ユーザ）の、Ｐｔｉ，ｑ，ｒ　を自セル内移動局（ユーザ）の、Ｐｔｐ，ｑ’，ｒ’を他セル内ユーザのそれぞれ送信電力とし、Ｌｉ，ｊ，ｋｉを注目移動局（ユーザ）の、Ｌｉ，ｑ，ｒｉを自セル内移動局（ユーザ）の、Ｌｐ，ｑ’，ｒ’ｉを他セル内移動局（ユーザ）のそれぞれ基地局ＢＳｉからの伝搬損失とする。また、Ｇａｎｉ，ｊ，ｋｉ，ｊ，ｋを注目移動局（ユーザ）への、Ｇａｎｉ，ｑ，ｒｉ，ｊ，ｋを自セル内移動局（ユーザ）への、Ｇａｎｐ，ｑ’，ｒ’ｉ，ｊ，ｋを他セル内移動局（ユーザ）へのそれぞれ基地局ＢＳｉセクタＳＥＣＴｊにおいて注目移動局（ユーザ）ＭＳｋに向けて形成した適応アンテナアレイアンテナパタン（真値）とし、Ｇｓｎｉ，ｊ，ｋｉ，ｊ，ｋを注目移動局（ユーザ）への、Ｇｓｎｉ，ｑ，ｒｉ，ｊ，ｋを自セル内移動局（ユーザ）への、Ｇｓｎｐ，ｑ’，ｒ’ｉ，ｊ，ｋを他セル内移動局（ユーザ）へのそれぞれ基地局ＢＳｉセクタＳＥＣＴｊにおいて注目移動局（ユーザ）ＭＳｋの属するセクタのアレイ素子アンテナパタン（真値）とする。ｐｇは処理利得、ＶＡは有音率、Ｎは受信機における拡散帯域内の熱雑音電力、Ｃはセルあたりの収容ユーザ数、Ｓはセルあたりのセクタ分割数、Ｎｃは周辺基地局数である。
【００２２】
ところで、Ｐｒｉ，ｊ，ｋ　を注目移動局（ユーザ）の、Ｐｒｉ，ｑ，ｒ　を自セル内移動局（ユーザ）の、Ｐｒｐ，ｑ’，ｒ’を他セル内移動局（ユーザ）の各々のユーザが属する基地局での受信電力とすれば、それぞれ式（２）、式（３）、式（４）のように表される。
【数２】
2004023690.tif 000004
式（２）、式（３）、式（４）を用いて、式（１）の各送信電力を消去すれば、式（５）が得られる。
【数３】
2004023690.tif 000005
【００２３】
ただし、移動局（ユーザ）とその属する基地局とのセル内での相対位置関係が、全てのセルで共通的に繰り返すと仮定しているのでｑ′＝ｑ，ｒ′＝ｒとしてよいことと、相対位置関係の対称性と送信電力制御を考慮して、Ｐｒｉ，ｑ，ｒ　＝Ｐｒｐ，ｑ，ｒ　であることを考慮している。
ところで、容量限界を規定するためのロードマージンηは、基地局における総受信電力レベルの受信機熱雑音電力レベルからの許容上昇量として式（６）のように定義される。
【数４】
2004023690.tif 000006
ただし、ＳＩＲｒｅｑｉ，ｊ，ｋは注目移動局（ユーザ）における所要ＳＩＲである。式（６）を用いて式（５）からＮを消去すると式（７）のようになる。
【数５】
2004023690.tif 000007
【００２４】
次に基地局を中心としたＭ個の扇状のセグメントにセクタを分割して考える。同じセグメントＳＥＧｍ内での所要ＳＩＲを一定値ＳＩＲｒｅｑｍとし、Ｍの値を十分大きく、例えば１００程度にすれば、同一セグメント内において、Ｐｒｉ，ｑ，ｒ　＝Ｐｒｉ，ｊ，ｋ　が成り立つ。なぜならば、その場合、同じセグメント内の異なる移動局（ユーザ）に形成したアンテナパタンは同一になるはずであり、自セル内ユーザや他セル内ユーザから受ける総干渉電力も同一になって、同じＳＩＲを得るためには等しい受信電力が必要になるからである。よって、式（７）は式（８）のように表される。
【数６】
2004023690.tif 000008
ただし、Ｃｍ　はセグメントｍをセル内の全セグメントに適用したときの、セルあたりの収容ユーザ数である。
【００２５】
ところで、セグメントｍにおいて、アレイ素子アンテナパタンおよび適応アンテナアレイアンテナパタンの効果による自セル内の他移動局からの電波に対する干渉低減率Ａｅｓｍｉ，ｊ，ｋ　と、他セル内の移動局からの電波に対する干渉低減率Ａｅｏｍｉ，ｊ，ｋ　および他セル内移動局（ユーザ）からの平均干渉電力と自セル内の他の移動局（ユーザ）からの平均干渉電力との比ｆは、以下のように定義できる。
【数７】
2004023690.tif 000009
【００２６】
ユーザと基地局の配置が一様なとき、注目ユーザの方向とその所属する基地局セクタのアンテナアレイ正面との相対角度により、アレイ素子アンテナパタンと適応アンテナアレイパタンを合成したアンテナパタン、すなわち総干渉電力は一意に決定される。したがって、ｍごとに干渉低減率が定数として存在するという仮定に基づく式（９）、式（１０）、式（１１）の定義は妥当である。これらの関係を用いると、式（８）は式（１２）のように簡単な式で表すことができる。
【数８】
2004023690.tif 000010
ところで、セグメントｍをアンテナアレイ正面方向すなわちアレイ素子アンテナパタンの中心方向を基準とした方向φｍ　で定義し、ユーザが基地局から見て一様に存在するとして、Ａｅｓｍｉ，ｊ，ｋとＡｅｏｍｉ，ｊ，ｋはそれぞれ式（１３）、式（１４）のように書き換えることができる。
【数９】
2004023690.tif 000011
ただし、Ｇａｎ（ｘ，ｙ）は希望波がアンテナアレイ正面方向を基準にｘ方向にあるときの適応アンテナアレイのアレイ素子アンテナパタン中心方向を基準にｙ方向のアンテナパタン（真値）であり、Ｇｓｎ（ｙ）はアレイ素子の同様にｙ方向のアンテナパタン（真値）である。φｍ　の値域は、セクタの対称性を考慮し−π／Ｓ＜φｍ　＜π／Ｓ，としている。式（１３）、（１４）は何れもＧａｎ（ｘ，ｙ）とＧｓｎ（ｙ）の積により正規化したものである。図９は自セル内の適応アンテナアレイパタンとアレイ素子アンテナパタンの関係を示している。これより、φｍ　を基準とした時のＧａｎ（φｍ　，θ）とＧｓｎ（θ）の積（正規化したもの）を各セクタごとに積分したものの和をとってＡｅｓ（φｍ　）を求め、またＧａｎ（φｍ　，θ−ω）・Ｇｓｎ（θ−ω）（正規化したもの）をωについて３６０°積分したものを各セクタごとに積分し、これらセクタごとの積分値を加算して、Ａｅｏ（φｍ　）とする。式（１３）、（１４）をそれぞれ図７中の自セル内推定部４１１、他セル内推定部４１２で計算すればよいことが理解される。また、式（１２）は式（１３）、式（１４）を用いて式（１５）のように置き換えられる。
【数１０】
2004023690.tif 000012
【００２７】
更に、基地局における所要ＳＩＲをセグメントｍに限らずセル全体で一定ＳＩＲｒｅｑ　＝ＳＩＲｒｅｑ　とおき、セルあたりの収容ユーザ数ＣはＣｍ　の平均であるとすると、式（１５）は式（１６）のように置き換えられる。
【数１１】
2004023690.tif 000013
パラメータの通常の設定範囲から、式（１７）の近似を行うことができる。
【数１２】
2004023690.tif 000014
また、式（１６）の両辺にＳＩＲｒｅｑ　を乗ずることにより式（１８）が得られる。
【数１３】
2004023690.tif 000015
よって、式（１８）により収容ユーザ数・ユーザ品質Ｃ・ＳＩＲｒｅｑ　が求まることがわかる。このようにして求めた収容ユーザ数・ユーザ品質Ｃ・ＳＩＲｒｅｑ　をアレイ素子数Ａの変化に対し、ｆをパラメータとして示すと例えば図６Ｂに示すようになる。なお式（１８）中のＡｅｓ（φｍ　）＝Ａｅｏ（φｍ　）＝１とすると、無指向性アンテナ基地局のＣ・ＳＩＲｒｅｑ　が求まる。
【００２８】
以上の処理手順を図１０に示す。先ず素子パラメータ、アレイパラメータ、アレイ素子アンテナパタン計算式、システムパラメータなどの条件を設定し（Ｓ１）、設定されたアンテナ素子についての素子パラメータＢＷ，ＦＧ，ＦＢを用いて設定したアレイ素子アンテナパタン計算式により素子アンテナパタンＧｓ（ｙ）を計算する（Ｓ２）。
次にその計算した素子アンテナパタンとアレイパラメータＡ，λ，Ｄを用いて適応アンテナアレイアンテナパタンＧａ（ｘ，ｙ）を計算する（Ｓ３）。この適応アンテナアレイアンテナパタンＧａ（ｘ，ｙ）と、素子アンテナパタンＧｓ（ｙ）と、システムパラメータＳ，Ｍ，ｐｇ，ＶＡ，η，ｆを用いて式（１８）を計算して通信品質と収容ユーザ（移動局）数の積ＳＩＲ・Ｃを推定する（Ｓ４）。
【００２９】
図１０中に破線で示すように、所要品質ＳＩＲｒｅｑ　を設定し（Ｓ５）、ステップＳ４の後に、式（１８）の計算結果をＳＩＲｒｅｑ　で割算して収容ユーザ数Ｃを推定する（Ｓ６）ようにしてもよい。この場合ステップＳ４を省略してステップＳ６でシステムパラメータ、Ａｅｓ（φｍ　），Ａｅｏ（φｍ　），ＳＩＲｒｅｑ　を用いて式（１６）を計算して収容ユーザ数Ｃを推定してもよい。
またステップＳ５でＳＩＲｒｅｑ　の代りに、収容ユーザ数Ｃを設定し、ステップＳ６で、ステップＳ４により得られた計算結果をＣで割算して通信品質ＳＩＲを推定してもよい。この場合、システムパラメータ、Ａｅｓ（φｍ　），Ａｅｏ（φｍ　），Ｃを式（１６）に代入してＳＩＲｒｅｑ　を求めてもよい。
つまり設計装置としては、図１中に破線で示すように、所要品質ＳＩＲｒｅｑ　を条件設定手段１００で入力し、割算手段５００で通信品質・収容ユーザ数推定手段４００よりの推定結果ＳＩＲ・ＣをＳＩＲｒｅｑ　で割算して、収容ユーザ数Ｃを求め、或いは通信品質・収容ユーザ数推定手段４００にＳＩＲｒｅｑ　も入力して式（１６）又は式（１８）により収容ユーザ数Ｃを求めてもよい。
【００３０】
また条件設定手段１００により所要収容ユーザ数Ｃを入力して、割算手段５００においてＳＩＲ・ＣをＣで割算して、通信品質ＳＩＲを求めることもできる。或いは、通信品質・収容ユーザ数推定手段４００にＣも入力して式（１８）又は式（１６）により通信品質ＳＩＲを求めてもよい。
図１に示した装置をコンピュータにより機能させてもよい。この場合は図１に示した装置として機能させるためのＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局プログラムを、コンピュータに、ＣＤ−ＲＯＭ、可撓性磁気ディスクなどの記録媒体からインストールし、又は通信回線を介してダウンロードさせて、コンピュータにそのプログラムを実行させればよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、ＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局の設計において通信品質・収容ユーザ数あるいは通信品質または収容ユーザ数を簡単に行うことができ、繰り返し収束計算を行う必要が無く、したがって、処理時間が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】条件設定手段１００の概念を示す図。
【図３】アレイ素子アンテナパタン計算手段２００の処理概念と素子アンテナパタンの計算結果例を示す図。
【図４】適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段３００の処理概念と計算結果のパタンの例を示す図。
【図５】適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段３００の機能構成例を示す図。
【図６】通信品質・収容ユーザ数推定手段４００の処理概念と計算結果のグラフを示す図。
【図７】通信品質・収容ユーザ数推定手段４００の機能構成例を示す図。
【図８】最も一般的な基地局を設計するためのシステムモデルを示す図。
【図９】適応アンテナアレイアンテナパタンとアレイ素子アンテナパタンの関係を示す概念図。
【図１０】この発明方法の処理手順の例を示す流れ図。
【図１１】通信品質と収容ユーザ数を推定するための従来のシミュレーションを説明するための図。
【図１２】通信品質と収容ユーザ数を推定するための従来の処理手順を示す流れ図。
【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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【図１２】
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