(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定の指向性パタンによる電波による信号の送信あるいは受信する機能を有し、周波数毎に上記指向性パタンが選択できる無線基地局装置を少なくとも２つ以上使う無線通信方法において、
各無線基地局装置が２つ以上の異なる周波数で同一方向にピークを有する指向性パタンを使った電波により信号の送信あるいは受信を行い、且つ、隣接する無線基地局装置間では異なる対応付けパタンで上記２つ以上の異なる周波数と指向性パタンとを対応付けて信号の周波数多重送信あるいは周波数多重受信を行うことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
請求項１記載の無線通信方法において、上記無線基地局装置は、時間的に指向性パタンを切り替える機能を有し、周波数と時間のマトリックスで構成される指向性パタンを設定する単位であるチャネルについて、各無線基地局装置が２つ以上の異なるチャネルで同一方向にピークを有する指向性パタンを使った電波により信号の送信あるいは受信を行い、且つ、隣接する無線基地局装置間では異なる対応付けパタンで上記２つ以上の異なるチャネルと指向性パタンとを対応付けて信号の送信あるいは受信を行うことを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
請求項１記載の無線通信方法において、隣接する７つ以上の無線基地局装置を一組とし、組内の各無線基地局装置は２つ以上の異なる周波数で同一方向にピークを有する指向性パタンを使った電波により信号の送信あるいは受信を行い、且つ、組内の異なる無線基地局装置間では異なる対応付けパタンで上記２つ以上の異なる周波数と指向性パタンとを対応付けて信号の送信あるいは受信を行い、上記隣接する７つ以上の無線基地局装置からなる組が周期的に繰り返されることを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
請求項１記載の無線通信方法において、隣接する無線基地局装置間の周波数と指向性パタンとの対応付けパタンの生成にＷａｌｓｈ関数を用いることを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
複数の周波数毎に異なる指向性パタンを格納するメモリと、上記メモリに格納された指向性パタン従い下り信号にアレイ重みをかけて周波数毎のビーム形成を行うビーム形成部と、ビーム形成部の出力を逆高速フーリエ変換するＩＦＦＴ部と、ＩＦＦＴ部の出力をアナログ信号に変換し、アンテナから送信するアナログフロントエンド部を有する無線基地局装置であって、
上記メモリに格納されたアレイ重みは、２つ以上の異なる周波数で同一方向にピークを有する指向性パタンを発生させるものであり、且つ、隣接する無線基地局装置とは異なる対応付けパタンで上記２つ以上の異なる周波数と指向性パタンとを対応付けて信号の周波数多重送信あるいは周波数多重受信を行なうことを特徴とする無線基地局装置。
【請求項６】
請求項５の無線基地局装置であって、上記ビーム形成部は、時間的に指向性パタンを切り替える機能を有し、周波数と時間のマトリックスで構成される、指向性パタンを設定する単位であるチャネルについて、上記メモリに格納されたアレイ重みは、２つ以上の異なるチャネルで同一方向にピークを有する指向性パタンを発生させるものであって、且つ、隣接する無線基地局装置とは異なる対応付けパタンで上記２つ以上の異なるチャネルと指向性パタンとを対応付けることを特徴とする無線基地局装置。
【請求項７】
請求項５記載の無線基地局装置であって、該無線基地局装置が属する無線通信システムにおいて隣接する７つ以上の無線基地局装置が一組とし、組内の各無線基地局装置のメモリに格納されたアレイ重みは、２つ以上の異なる周波数で同一方向にピークを有する指向性パタンを発生させるものであり、且つ、組内の異なる無線基地局装置間では異なる対応付けパタンで上記２つ以上の異なる周波数と指向性パタンとを対応付けるものであることを特徴とする無線基地局装置。
【請求項８】
請求項５記載の無線基地局装置であって、前記隣接する無線基地局装置と異なる対応付けパタンを生成するために、周波数と指向性パタンの対応付けをＷａｌｓｈ関数を用いて規定することを特徴とする無線基地局装置。
【請求項９】
固定の指向性パタンによる電波による信号の送信あるいは受信する機能を有し、周波数毎に上記指向性パタンが選択できる無線基地局装置を少なくとも２つ以上有する無線通信システムにおいて、
各無線基地局装置が２つ以上の異なる周波数で同一方向にピークを有する指向性パタンを使った電波により信号の送信あるいは受信を行い、且つ、隣接する無線基地局装置間では異なる対応付けパタンで上記２つ以上の異なる周波数と指向性パタンとを対応付けて信号の周波数多重送信あるいは周波数多重受信を行うことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項９記載の無線通信システムにおいて、上記無線基地局装置は、時間的に指向性パタンを切り替える機能を有し、周波数と時間のマトリックスで構成される指向性パタンを設定する単位であるチャネルについて、各無線基地局装置が２つ以上の異なるチャネルで同一方向にピークを有する指向性パタンを使った電波により信号の送信あるいは受信を行い、且つ、隣接する無線基地局装置間では異なる対応付けパタンで上記２つ以上の異なるチャネルと指向性パタンとを対応付けて信号の送信あるいは受信を行うことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
請求項９記載の無線通信システムにおいて、隣接する７つ以上の無線基地局装置を一組とし、組内の各無線基地局装置は２つ以上の異なる周波数で同一方向にピークを有する指向性パタンを使った電波により信号の送信あるいは受信を行い、且つ、組内の異なる無線基地局装置間では異なる対応付けパタンで上記２つ以上の異なる周波数と指向性パタンとを対応付けて信号の送信あるいは受信を行い、上記隣接する７つ以上の無線基地局装置からなる組が周期的に繰り返されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１２】
請求項９記載の無線通信システムにおいて、隣接する無線基地局装置間の周波数と指向性パタンとの対応付けパタンの生成にＷａｌｓｈ関数を用いることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１３】
請求項１記載の無線通信方法において、無線基地局層置間では対応付けパタンをランダム化して信号の周波数多重送信あるいは周波数多重受信を行なうことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルラ無線通信の基地局装置における信号送信方法に関するもので、特にアレイアンテナなど、複数のアンテナ素子を使って特定の方向に信号を送信するビームフォームのやり方に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラ無線通信では、アンテナ利得を向上させる、あるいは他通信への干渉を低減するといった目的で、アレイアンテナの利用が考えられている。アレイアンテナでは複数のアンテナ素子に対して、複素数からなるアレイ重みをかけて信号送信、あるいは信号受信することで、特定の方向へのアンテナ利得が強調される指向性パタンを与える「ビーム形成」と呼ばれる信号処理技術が実施される。アレイ重みはデジタル信号処理により制御されるのが一般的になってきており、特定のタイミングにおいて自由に変更することができる。これによりユーザの動きに対して適応的にアンテナ利得を変更して、常に最適なアンテナパタンを与えるアダプティブアレイ処理が可能となる。また、ＯＦＤＭ通信では、ＦＦＴを用いた信号処理によって互いに直交する周波数成分に分解して信号を送信する際に、各分解された周波数のトーン毎に上記のアレイ重みを積算する演算を設けることで、周波数毎に異なるアンテナパタンを付与して、例えばIEEE C802.20-05-59r1 http://ieee802.org/20/ DFDD Technology Overview Presentation（2005/11/15）（非特許文献１）ではＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Domain Multiple Access）におけるユーザ毎にアレイ重みを変えるといった処理が開示されている。
【０００３】
基地局から端末への信号送信となる下り回線では、アレイ重みを決める際に、特にＦＤＤシステムでは上りの回線情報から下りの回線情報を推定することが難しいため、アレイ重みを適応的に変化させて常に良好なC/Iを確保するアダプティブアレイ処理の実施が難しい。そのため、固定のアレイアンテナパタンを、時間的あるいは周波数的に変化させておいて、各ユーザは自分の方向を向いている指向性パタンであるビーム（時間限定あるいは周波数限定）が送信されるタイミングあるいは周波数に合わせて信号の送信あるいは受信を行うことで、常に良好な品質の通信環境を確保する方式が知られている。
【０００４】
図１は従来の技術の実施例を示している。ここではナローバンドの通信を仮定している。横軸は時間を示しており、記号Ａ〜ＤはＳＤＭＡ（Spatial Domain Multiple Access）のアンテナパタンを示す。ＳＤＭＡのアンテナパタンとは、例えば図２に示すような１２の個別の固定ビームを形成可能なアレイアンテナを使い、図４に示すような３つの方向にビームのピークを作った４種類のアンテナパタンのことを示す。例えばアンテナパタンＡでは、ビーム１と５と９がそれぞれ同時に送信される。
【０００５】
図１２を使い、３つの方向にビームを同時送信する基地局装置の信号処理について説明する。図１２は最大３つの信号を同時送信する基地局装置の送信部ベースバンド処理の構成図である。ネットワークにつながったネットワークインターフェース８はこれから送信される情報をネットワークから取得し、バッファ７に蓄積する。蓄積された情報の送信タイミングや変調方式は、（ここには記載されていない）スケジューラによって決定される。変調方式は、端末から報告される伝搬路情報（ＣＳＩ:Channel State Information）が利用され、その品質すなわちC/Iやニーズすなわちリアルタイム通信かノンリアルタイム通信かなどの情報に応じて決定される。送信タイミングは、セッション毎の優先順位やＣＳＩに基づき決定される。例えば、プロポーショナルフェアネスなどのスケジューリングアルゴリズムをベースにリアルタイム通信であるかなどのニーズが加味して決定される。この際、送信できるビームは図１にあるように予め決まっているため、送信予定のビームに基づいて送信するユーザを選択してからプロポーショナルフェアネスなどのスケジューリングアルゴリズムを動作させる。
【０００６】
スケジューラが決定した送信情報は、バッファ７から取り出され、符号部６によって伝搬路の符号化や６４ＱＡＭなどのマッピングなどの処理が行われる。ここで符号部は６−１〜６−３のように複数用意されており、並行して最大３つまでのユーザに向けた信号を処理する。符号部６−Ｘが処理した信号は、次にチャネル形成部５−Ｘに入力され、パイロット信号や個別制御チャネルなどの付加情報が付加される。チャネル形成部５−Ｘではセル内に共通情報を送るためのチャネル形成部５−４が新たに増え、同時に４つの信号が生成される。それぞれの信号は下りのビーム形成部４−Ｘによってビーム形成するために必要なアレイ重みが積算されたアンテナ毎の信号に変換される。それらの信号は信号合成部２０において、アンテナ毎に加算されて４つの信号（ユーザ信号×３＋共通制御信号×１）が１つに合成される。合成されたアンテナ毎の信号はアナログフロントエンド部２でアナログ変換や周波数変換を経て、適当な信号増幅の後アンテナ１から送信される。
【０００７】
このような処理によって、各ＳＤＭＡパタンにしたがった情報を並行して生成し、合成してアンテナから送信することができる。各ビームはメインとなるビームの方向以外ではサイドローブのレベルが例えば−２０ｄBに抑えられるように設計されており、希望波と干渉波の電力比であるD/Uが十分高い値となる。この結果、３つのビームを同時に送信しても、D/Uが−１７ｄB程度稼ぐことが可能で、SDMA（Spatial Domain multiplex access）の実施が可能となる。
【０００８】
尚、パタンAだけを送信する基地局では、特定の方向のユーザとしか良好な通信することができない。そこで、時間的にSDMAパタンを変更することで、１２ビームのいずれの方向にいるユーザに対しても通信することが可能となる。図１に戻ると、この例では、時間的にある決まった時間間隔においてSDMAアンテナパタンがA→B→C→D→Aと変化している。基地局を上空からみると、３つの方向に信号を送信するビームが時間の変化に応じて、プロペラが反時計回りするように回転しながらセルの中全体にビームを供給するように見える。この方式では、パタンAで送信した後には、ある一定間隔がたたないと再びパタンAでの送信が行われないため、ユーザにとってはパケットが送信される間隔が伸びてしまい、伝送遅延の原因になっていた。また、信号伝送にはチャネル推定結果の情報を活用してパケットスケジューラを動作させるが、パタンAによる送信でチャネル推定しても、次にパタンAで送信されるまでに時間がかかるため、チャネルの状態が変化することがあるため、特に高速移動する端末に対してスケジューラが有効に働かない課題があった。
【０００９】
こうした課題を解決する方法として、図５に示すような周波数領域に広がりをもったブロードバンドにおけるアンテナパタンの割り付けが考えられる。図５では、横軸が時間を示し、縦軸が周波数を示している。この例では、周波数ごとに異なるアンテナパタンが割り付けられており、特定の周波数では固定のアンテナパタンで送信されている。このようにすることで、時間領域でアンテナパタンを割り付けていたものと同様に、１２ビームのいずれの方向にいるユーザに対しても通信することが可能で、特定の周波数ではアンテナパタンが固定されているので、上記の伝送遅延やチャネル推定時の遅延の問題も発生しない。
【００１０】
図１３を使い、ブロードバンドシステムにおいて３つの方向にビームを同時送信する基地局装置の信号処理について説明する。図１３は最大Ｎの信号を同時送信するＯＦＤＭＡベースの基地局装置の送信部ベースバンド処理の構成図である。ネットワークにつながったネットワークインターフェース８はこれから送信される情報をネットワークから取得し、バッファ７に蓄積する。蓄積された情報の送信タイミングや変調方式は、（ここには記載されていない）スケジューラによって決定される。変調方式は、端末から報告される伝搬路情報（ＣＳＩ:Channel State Information）が利用され、その品質すなわちC/Iやニーズすなわちリアルタイム通信かノンリアルタイム通信かなどに応じて決定される。送信タイミングは、他の通信との優先順位やＣＳＩに基づき、例えばプロポーショナルフェアネスなどのスケジューリングアルゴリズムをベースにリアルタイム通信であるかなどのニーズを加味して決定される。この際、各周波数バンドで送信できるビームは図５にあるように予め決まっているため、送信予定のビームに基づいて送信するユーザを選択してからプロポーショナルフェアネスなどのスケジューリングアルゴリズムを動作させる。
【００１１】
スケジューラが決定した送信情報は、バッファ７から取り出され、符号部６によって伝搬路の符号化や６４ＱＡＭなどのマッピングなどの処理が行われる。ここで符号部は６−１〜６−Ｎのように複数用意されており、図４のＳＤＭＡパタンを採用する場合には、同一の周波数バンドにおいて、最大３ユーザまでの同時通信の信号処理を実行する。符号部６−Ｘが処理した信号は、次にチャネル形成部５−Ｘに入力され、パイロット信号や個別制御チャネルなどの付加情報が付加される。チャネル形成部５−Ｘではセル内に共通情報を送るためのチャネル形成部５−４が新たに増える。それぞれの信号は下りのビーム形成部４−Ｘによってビーム形成するために必要なアレイ重みが積算され、各アンテナ毎・サブキャリヤ毎の信号に変換される。次にＮ＋１あった信号は信号合成部２０において、アンテナ毎・サブキャリヤ毎に加算されて１つに合成される。合成されたアンテナ毎・サブキャリヤ毎の信号はＩＦＦＴ部３において、周波数ドメインの情報から時間ドメインの情報に変換されてアンテナ毎の情報になる。得られたアンテナ毎の時間ドメインの信号はアナログフロントエンド部２でアナログ変換や周波数変換を経て、適当な信号増幅の後アンテナ１から送信される。
【００１２】
【非特許文献１】IEEE C802.20-05-59r1 http://ieee802.org/20/ DFDD Technology Overview Presentation（2005/11/15）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以下、下り回線に特化して説明する。従来技術の基地局装置では、基地局装置単体において時間軸上あるいは周波数軸上にアンテナパタンを固定にする技術について紹介されている。しかしながら、セルラ無線通信では、複数の基地局が群をなして１つのシステムを形成しており、複数の基地局が並ぶ場合にアンテナパタンをどのように割り付けるべきかについては明らかにされていなかった。特にＣＤＭＡやＯＦＤＭＡを利用する無線通信では、周波数リユースが１あるいは１に近いシステムとなるため、該当する基地局の隣接する基地局でも該当する基地局と同じ周波数を使っている場合が考えられる。この場合、端末側でのC/Iを決める要素は、基地局からの信号の強さで決まる信号電力と、同一基地局の他のセクタあるいはアレイアンテナで形成された他のユーザに向けたビームや他セルからの信号で決まる干渉信号電力と、端末の持つ熱雑音電力によって決まるため、周辺基地局の干渉も含めたアンテナパタンの割り付けが必要であった。
【００１４】
図６に２つの基地局が周波数的に同期したアンテナパタンを持つ場合の例を示す。図で、横軸は時間、縦軸は周波数を示している。上図と下図は２つの基地局のＳＤＭＡアンテナパタンの組み合わせを示している。ここでＥ、Ｆは図３に示す６つのビームが合成されたＳＤＭＡアンテナパタンを示している。図ではアンテナパタンが周波数に関して全く同期して分配されている。このため、アンテナパタンＥを利用して基地局Ａとつながり、且つ基地局ＢのアンテナパタンＥが強い干渉ビームとなっているユーザにとっては基地局Ｂからの干渉を避ける手立てがなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題は固定の指向性パタンによる電波の送信あるいは受信を行なう機能を有し、周波数毎に上記指向性パタンが選択できる無線基地局装置を少なくとも２つ以上使う無線通信方式において、各無線基地局装置が２つ以上の異なる周波数で同一方向にピークを有する指向性パタンを使った電波により信号の送信あるいは受信を行い、且つ、隣接する無線基地局装置間では互いに異なるパタンで上記２つ以上の異なる周波数と指向性パタンとを対応付けて信号の送信あるいは受信が行われることを特徴とする第１の無線通信方式によって解決される。
【００１６】
また、上記課題は上記第１の無線通信方式において、上記無線基地局装置は、周波数に加え時間的にも指向性パタンが選択できる機能を有し、周波数と時間のマトリックスで構成される指向性パタンが固定となる最小単位であるエレメントをチャネルと呼ぶ際に、各無線基地局装置が２つ以上の異なるチャネルで同一方向にピークを有する指向性パタンを使った電波により信号の送信あるいは受信を行い、且つ、隣接する無線基地局装置間では上記２つ以上の異なるチャネルで互いに異なる指向性パタンを使った電波により信号の送信あるいは受信が行われることを特徴とする第２の無線通信方式によって解決される。
【００１７】
また、上記課題は上記第１の無線通信方式において、隣接する７つ以上の無線基地局装置が一組となり、組内の各無線基地局装置は２つ以上の異なる周波数で同一方向にピークを有する指向性パタンを使った電波により信号の送信あるいは受信を行い、且つ、組内の異なる無線基地局装置間では上記２つ以上の異なる周波数で異なる指向性パタンを使った電波の送信あるいは受信が行われ、上記隣接する７つ以上の無線基地局装置からなる組が周期的に繰り返されることを特徴とする第３の無線通信方式によって解決される。
【００１８】
また、上記課題は上記第１の無線通信方式において、隣接する無線基地局装置間の指向性パタンの割付にWalsh関数を用いて割付けを行うことを特徴とする第４の無線通信方式によって解決される。
【００１９】
また、上記課題は複数の周波数毎に異なる指向性パタンを格納するメモリと、上記メモリに従い下り信号にアレイ重みをかけて周波数毎のビーム形成を行うビーム形成部と、ビーム形成部の出力を逆高速フーリエ変換するＩＦＦＴ部と、ＩＦＦＴ部の出力をアナログ信号に変換し、アンテナから送信するアナログフロントエンド部を有する無線基地局装置であって、上記メモリに格納されたアレイ重みは、各無線基地局装置が２つ以上の異なる周波数で同一方向にピークを有する指向性パタンを発生させるものであり、且つ、隣接する無線基地局装置間では上記２つ以上の異なる周波数で異なる指向性パタンを発生させるものであることを特徴とする第１の無線基地局装置によって解決される。
【００２０】
また、上記課題は上記第１の無線基地局装置であって、上記ビーム形成部は、周波数に加え時間的にも指向性パタンが選択できる機能を有し、周波数と時間のマトリックスで構成される指向性パタンが固定となる最小単位であるエレメントをチャネルと呼ぶ際に、上記メモリに格納されたアレイ重みは、各無線基地局装置が２つ以上の異なるチャネルで同一方向にピークを有する指向性パタンを発生させるものであって、且つ、隣接する無線基地局装置間では上記２つ以上の異なるチャネルで異なる指向性パタンを発生させるものであることを特徴とする第２の無線基地局装置によって解決される。
【００２１】
また、上記課題は上記第１の無線基地局装置であって、隣接する７つ以上の無線基地局装置が一組となり、組内の各無線基地局装置のメモリに格納されたアレイ重みは、２つ以上の異なる周波数で同一方向にピークを有する指向性パタンを発生させるものであり、且つ、組内の異なる無線基地局装置間では上記２つ以上の異なる周波数で互いに異なる指向性パタンを発生させるものであることを特徴とする第３の無線基地局装置によって解決される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、複数の基地局が連携してＳＤＭＡのアンテナパタンを形成しているため、隣接基地局からの干渉が強いユーザにとってみると、必ずその干渉を避けた周波数あるいは時間による信号送信が可能となり、スケジューラとの組合せによって、隣接基地局からの強い干渉を回避したパケットスケジューリングが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明からなる実施例を説明する。図７は隣接する基地局間でＳＤＭＡアンテナパタンの組み合わせを周波数によって変更する場合を示している。課題で説明したように図６の場合には隣接した基地局間での干渉回避が困難であったが、図７のように隣接する基地局間で周波数毎にアンテナパタンがうまく異なるように定めることによって、他局からの干渉ビームの影響を避けたパケットの割り当てが可能となる。例えばアンテナパタン（指向性パタン）Ｅを利用して基地局Ａとつながり、且つ基地局ＢのアンテナＥが強い干渉ビームとなっているユーザを考えると、周波数Ｆ０〜Ｆ７のうち、基地局ＡについてはＦ０〜Ｆ３までが都合のよいアンテナパタンであり、そのうち、Ｆ１とＦ２は基地局ＢにおいてアンテナパタンＦで送信している状態となっている。したがってこのユーザはＦ１あるいはＦ２を優先的に利用することで隣接基地局からの干渉の影響を回避して通信することができる。
【００２４】
セルラ通信では、複数の基地局が周囲に存在し、それらからの干渉ビームの影響を避ける必要があるから、ビームの周波数軸上、あるいは時間軸上にWalsh関数を使ったビーム割付をあるエリアとして行う。これにより周辺基地局からの干渉ビームによる影響を擬似ランダム化する。
【００２５】
その結果、ある端末にとってみれば、自分にビームが向いている周波数（あるいは時間）において、強い干渉を与える基地局からの干渉が発生している周波数（あるいは時間）と干渉が回避された周波数（あるいは時間）が発生することとなり、チャネルの状態に大きな分散が発生する。チャネルの割当はチャネル状態に応じてスケジューラが行うため、干渉の小さい周波数（あるいは時間）が優先的に選択され、自然に回避される。そして、端末ごとに干渉を受けにくい周波数を割り当てることができるため、基地局全体、また、通信システム全体としての通信容量を向上させることができる。
【００２６】
第１の実施例を図３に示す６つのビームを同時送信するシステムを例に挙げて説明する。
【００２７】
図３で、アンテナパタンＥ（１、３、５、７、９、１１）とアンテナパタンＦ（２、４、６、８、１０、１２）は、それぞれ６つのユーザに対して同時に信号を送信するアンテナパタンを示している。隣接セル間のアンテナパタンの配置は例えば図８に示すように行う。図８で六角形のセルは各基地局のサービスエリアを示している。六角形の中心に基地局が配置されている。例えば図の中央にあるｄと名前がつけられたセルを見る。セル内には「ＥＥＥＥＦＦＦＦ」と描かれている。これが周波数とアンテナパタンの対応を示している。左から見てはじめのＥは、周波数が最も低いバンドのアンテナパタンがＥであることを表している。次の周波数バンドも同じくＥパタン、その次もＥパタンというようにＥパタンが４回連続した後にＦパタンが４回続くことを示している。つまり
周波数Ｆ０−Ｅパタン
周波数Ｆ１−Ｅパタン
周波数Ｆ２−Ｅパタン
周波数Ｆ３−Ｅパタン
周波数Ｆ４−Ｆパタン
周波数Ｆ５−Ｆパタン
周波数Ｆ６−Ｆパタン
周波数Ｆ７−Ｆパタン
のようにアンテナパタンが割り当てられていることを示している。この周波数とアンテナパタンのくくりつけを「ｄパタン」と名前付けすることにする。ｄパタンのセル周辺をみると、必ずｄパタン以外のパタンが周囲を囲んでおり、ｄパタンに隣接してｄパタンは存在しない。隣接するパタンの１つを見ると、例えば「ａパタン」では
周波数Ｆ０−Ｅパタン
周波数Ｆ１−Ｅパタン
周波数Ｆ２−Ｆパタン
周波数Ｆ３−Ｆパタン
周波数Ｆ４−Ｆパタン
周波数Ｆ５−Ｆパタン
周波数Ｆ６−Ｆパタン
周波数Ｆ７−Ｆパタン
のようにアンテナパタンがｄパタンとは組換えられている。図７で説明したように隣接セル間で干渉ビームの影響が避けられるようになっている。この関係はａパタン〜ｇパタンのいずれの２つをとっても成り立つように設計されている。よって、必ず隣接する基地局からの干渉ビームによる影響を回避した周波数が存在し、スケジューラにおいて適当な周波数を選択することで、隣接基地局からの干渉ビームの影響の回避が可能となる。図８を見るとａパタン〜ｇパタンは７つのセルを単位として繰り返し配置されている。したがって、どのセルをとっても、周囲に配置された６つのセルはすべて該当セルのパタンとは異なるように配置されており、干渉回避が可能である。よって課題は解決される。
【００２８】
ここで、周波数とアンテナパタンの対応の配置はWalsh関数を利用して設計されている。長さＮのWalsh関数を利用するとＮ−１の組のアンテナパタンが設計できる。例えばＮ＝４の場合には、「１１１１」「１１００」「１００１」「１０１０」の４つのWalsh符号が作成できる。最初の「１１１１」は全てが１となるためこれを外し、「１１００」「１００１」「１０１０」の３つを使ってアンテナパタンを設計する。アンテナパタンが、図３のように独立な２つのパタンの場合、１とアンテナパタンＥを、０とアンテナパタン０とを置き換えれば設計が完了する。すなわち「ＥＥＦＦ」「ＥＦＦＥ」「ＥＦＥＦ」である。Ｎ＝４の場合は、セル繰り返しが３となるため、特定の基地局の周辺には、自分自身と同じパタンは存在しないものの、周辺基地局同士が同じアンテナパタンを持つ場合がある。そのため、特定の干渉パタンの回避が難しい場合が存在する。一方、Ｎ＝８とするとセル繰り返しが７となるため、六角形セルの場合、図８に示す例のように、特定のセルの周囲には、自分とも必ずアンテナパタンが異なり、周囲の６つの基地局間においても必ずアンテナパタンが異なるように設計することができる。よってアンテナパタンのランダム化が十分されることとなり、干渉回避の効果も大きい。Walsh関数を利用して周波数とアンテナパタンの配置を設計し、隣接基地局の周波数−アンテナパタンの対応付けパタンを直交化させることにより、セル設計がより容易になるという効果がある。しかし、この対応付けパタンを完全に直交させなくとも、周波数−指向性パタンの対応付けパタンが隣接基地局で異なることが保証できれば、端末における通信高速化および基地局における容量向上の効果が得られる。
【００２９】
図１１は端末側で観測したC/Iの模式図を示している。図で横軸は周波数であり、縦軸は観測されたC/Iを示している。この端末にとって、特定の周波数１００および１０２では、最も電波が強いサービング基地局において、この端末の方向にビームを向けて信号を出している。一方、隣接する基地局からの干渉も大きく、特に周波数１０２では干渉ビームがこの端末の方向を向いている。結果として周波数１００が最もC/Iの良好な通信チャネルであると観測され、サービング基地局に報告される。サービング基地局では、例えばプロポーショナルフェアネスなどのスケジューリングルールに従い、該当端末へのチャネル割り当てが行われる。プロポーショナルフェアネスではC/Iに基づいたチャネル割り当てとなるため、該当端末へは周波数１００が優先的に割り当てられることとなる。
【００３０】
図１４を用いてチャネル割り当てのフローを説明する。図１４で紙面縦軸は時間軸を示し、下段に向かうほど時間の経過がたっていることを示す。３つの軸はそれぞれ基地局、端末Ａ、Ｂを示し、矢印はそれぞれから発信される信号の流れを示す。まず基地局からはチャネル測定用のパイロット信号（２００、２０１）が送信されている。パイロット信号はアンテナパタンに従って送信されている。端末ＡおよびＢはそれぞれがパイロットのC/Iを測定して図１１のようにC/Iの周波数分布を作成する。作成されたC/Iの結果から伝搬路情報（ＣＳＩ:Channel State Information）（２０２、２０３）が作成され、基地局に送信される。ＣＳＩは全周波数の情報を送ってもよいが、無線帯域を消費するため、所定の閾値を超える周波数の伝搬路情報のみを送信してもよい。基地局は送られてきたＣＳＩに基づいてチャネルのスケジューリングを行う。スケジューリング結果に基づいてチャネル割り当て結果（２０４）が該当端末に送られる。更に基地局はスケジュールに基づいて端末へのデータ（２０５）を送信する。端末は送られてきたスケジューリングにおいて信号（２０５）を受信する。
【００３１】
図１５を用いてシステム全体の制御例を示す。図１５で、２つの基地局（３００、３０１）はネットワーク（３０４）に接続している。それぞれの基地局は制御局（３０２）からの指示に従いアンテナパタンが指定されている。特定の基地局（例えば３００）においてトラヒックの要求が増加したとする。制御局（３０２）はこうしたトラヒック状況について基地局からのレポートを定期的に受けて取っている。トラヒックが閾値を超えた場合には、優先的にトラヒックの割り当てを行うために、周辺基地局に対してスケジューリング抑制指示を出す。スケジューリング抑制指示を受けた基地局（例えば３０１）はスケジューリングの抑制を行い、チャネル割り当て率を例えば８０％に抑制する。それに伴い基地局３０１から信号が送信される確率が８０％に低下する。結果、基地局３００の通信のC/Iが向上し、スループットが向上する。
【００３２】
あるいはアンテナパタンをダイナミックに変更する指示を制御局から出す方法も本発明の範疇になる。例えば新しい基地局が設置された場合や上記のように一時的に特定のエリアのトラヒックが上昇した場合など、特に端末が多く配置されている方向に多くのビームを送信したい要求が出る。その場合も基地局からのアンテナパタン変更要求に従い、制御局（３０２）からアンテナパタン変更の指示（あるいは許可）を送信する。それに答える形で基地局はより多くのビームを送信したい方向のビームパタンを増加させる。これにより局所的に発生するトラヒックの増加にも対応が可能となる。また、制御局（３０２）においてそのエリアの基地局の情報を一括して把握することができるため、管理の簡単さを保ったままアンテナパタンの変更によるトラヒックの管理を行うことができる。
【００３３】
図９を用いて第２の実施例を説明する。本実施例では、図４に示すような４つのアンテナパタンを使う。
【００３４】
図４のアンテナパタンを見ると、アンテナパタンＡとアンテナパタンＣは互いにビームの向く向きが逆になっており、空間軸での直交性が高い。また、アンテナパタンＢとアンテナパタンＤについても同じことが言える。逆にアンテナパタンＡとアンテナパタンＢでは、例えばビーム１と２が隣接した方向を向いているため、サイドローブが互いのメインローブにかかる可能性があり、直交性は必ずしも高いといえない。このことはアンテナパタンＡとアンテナパタンＢがペアーとなっている場合に、両方のアンテナパタンが特定の端末に干渉を与える可能性が高いことを示している。つまり、隣接する基地局のアンテナパタンＡが最も強い干渉であってこれを回避する場合に、残された選択肢がアンテナパタンＢしかない場合には、干渉回避の効果が十分とれない場合が多いことを示している。したがって、本実施例では、アンテナパタンＡとアンテナパタンＣとペアーに、そしてアンテナパタンＢとアンテナパタンＤをペアーにして考える。このように考えると実施例１と同じやり方でアンテナパタンＡとアンテナパタンＣの割り付けが可能となる。そして同様にアンテナパタンＢとアンテナパタンＤの割り付けも可能である。図９はこうした設計方法でアンテナパタンＡ〜Ｄが割り付けられている。したがって、六角形セルの場合、図９に示す例のように、特定のセルの周囲にあるセルは、自分とも必ずアンテナパタンが異なり、周囲の６つセルについても互いのアンテナパタンは異なるものになっている。よってアンテナパタンのランダム化が十分されることとなり、課題は解決できる。
【００３５】
図１０を使い、ブロードバンドシステムにおいて３つの方向にビームを同時送信する基地局装置の信号処理について説明する。
【００３６】
図１３は最大Ｎの信号を同時送信するＯＦＤＭＡベースの基地局装置の送信部ベースバンド処理の構成図である。ネットワークにつながったネットワークインターフェース８はこれから送信される情報をネットワークから取り出し、バッファ７に蓄積する。蓄積された情報の送信タイミングや変調方式は、スケジューラ１３によって決定される。変調方式は、端末から報告される伝搬路情報（ＣＳＩ:Channel State Information）が利用され、その品質すなわちC/Iやニーズすなわちリアルタイム通信かノンリアルタイム通信かなどに応じて決定される。送信タイミングは、他の通信との優先順位やＣＳＩに基づき、例えばプロポーショナルフェアネスなどのスケジューリングアルゴリズムをベースにリアルタイム通信であるかなどのニーズを加味して決定される。送信予定のビームに基づいて送信するユーザを選択してからプロポーショナルフェアネスなどのスケジューリングアルゴリズムを動作させる。スケジューラが決定した送信情報は、バッファ７から取り出され、符号部６によって伝搬路の符号化や６４ＱＡＭなどのマッピングなどの処理が行われる。図３のＳＤＭＡパタンで送信するため、符号部６は同一の周波数バンドにおいて、最大６ユーザまでの同時通信の信号処理を実行する。符号部６が処理した信号は、次にチャネル形成部５に入力され、パイロット信号や個別制御チャネルなどの付加情報が付加される。チャネル形成部５の出力は下りのビーム形成部４によって、ビーム形成するために必要なアレイ重みが積算され、同じ周波数で同時送信される信号を合算して各アンテナ毎・サブキャリヤ毎の信号に合成される。下りビーム形成部４は下りのビーム形成制御部１０によってアレイ重みが指定される。本実施例では、図８のように予め決められた設計に基づいたアレイ重みの組合せを実施するために、アレイ重み用のメモリ１１に予めアレイ重みが格納してある。ビーム形成制御部１０はこれを参照して、下りビーム形成部４にアレイ重みを指定する。ビーム形成部によってアンテナ毎の信号に合成されたアンテナ毎・サブキャリヤ毎の信号はＩＦＦＴ部３において、周波数ドメインの情報から時間ドメインの情報に変換されてアンテナ毎の情報になる。得られたアンテナ毎の時間ドメインの信号はアナログフロントエンド部２でアナログ変換や周波数変換を経て、適当な信号増幅の後アンテナ１から送信される。図１０の上り回線も同様の動作を行う。すなわち、アンテナ１が受信した信号は、アナログフロントエンド２においてベースバンド信号に変換され、適当なタイミングでＦＦＴ演算を行うＦＦＴ部１４において周波数ドメインに変換される。周波数ドメイン情報は上りビーム形成部１５において適応制御によりビーム形成される。但し、上りにおいても固定のビームを使ってもよい。ビーム形成のためのアレイ重みは上りビーム形成制御部１２によって計算される。ビーム形成により干渉低減された信号はチャネル分離部１６によってパイロット信号などが分離され、復号部１７によって検波とデマップ、伝搬路復号などの処理が行われてユーザの情報となる。得られた情報はネットワークインターフェースを介してネットワークに送られる。チャネル分離部１６はパイロット以外にもＣＳＩやＡＣＫなど���ＭＡＣの情報も分離する。分離されたこれらの情報はスケジューラに活用される。
【００３７】
本実施例では図８のアンテナパタンを実施するためにメモリ１１に各基地局向けの情報が予め格納されている。しかしながらセルラ通信では、あらたな基地局の設置など、状況は常に変化していくため、ネットワークからアンテナパタンの情報を変更できる仕組みが便利である。そのため、ネットワークインターフェースからスケジューラなどの制御部を含むＤＳＰ９に情報を渡すルートがあり、このルートを経由してメモリ１１のアレイ重みが変更される仕組みが設けてある。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、セルラ通信など無線を使った通信において、アレイアンテナを使って効率的な通信を確保することができる。特にセル境界のユーザにおいても、隣接無線基地局装置から干渉を回避することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来例からなる単一基地局のアンテナパタンの割当例（ナローバンド）。
【図２】アンテナパタンの例。
【図３】ＳＤＭＡ実施時のアンテナパタンの例（６ＳＤＭＡケース）。
【図４】ＳＤＭＡ実施時のアンテナパタンの例（３ＳＤＭＡケース）。
【図５】従来例からなる単一基地局のアンテナパタンの割当例（ブロードバンド）。
【図６】従来例からなる複数基地局のアンテナパタンの割当例（ブロードバンド）。
【図７】本発明からなる複数基地局のアンテナパタンの割当例（ブロードバンド）。
【図８】本発明からなる複数基地局のアンテナパタンの割当例（６ＳＤＭＡケース）。
【図９】本発明からなる複数基地局のアンテナパタンの割当例（３ＳＤＭＡケース）。
【図１０】本発明からなる無線基地局装置の構成図。
【図１１】本発明実施時のC/Iの周波数特性例。
【図１２】従来例からなる下りＳＤＭＡビーム送信装置（ナローバンド）。
【図１３】従来例からなる下りＳＤＭＡビーム送信装置（ブロードバンド）。
【図１４】チャネル割り当てのフロー図。
【図１５】システム全体の構成図。
【符号の説明】
【００４０】
１...アンテナ、２...アナログフロントエンド部、３...ＩＦＦＴ部、４...ビーム形成部、５...チャネル形成部、６...符号部、７...送信バッファ、８..．ネットワークインターフェース、９...ＤＳＰ、１０...下りビーム形成制御部、１１...アレイ重みメモリ、１２..．上りビーム形成制御部、１３..．スケジューラ、１４...ＦＦＴ部、１５...上りビーム形成部、１６..．チャネル分離部、１７...復号部、２０...信号加算部、１００、１０１、１０２...C/Iの周波数依存性、３００、３０１...基地局、３０２...制御局。
【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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【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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