(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子の夫々に対応して設けられた等化器と、
前記複数のアンテナ素子で受信されて、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号に基づいて、放射パターンを制御するアンテナ放射パターン処理手段と、
通信相手である相手側通信装置の空間多重数に応じて、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号を得るようにスイッチし、該スイッチすることによって、前記アンテナ放射パターン処理手段が、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号に基づいて前記放射パターンを制御できるようにする制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記制御手段は、空間多重数が１である場合には、前記アンテナ放射パターン処理手段が、前記等化器で等化された信号に基づいて前記放射パターンを制御できるようにスイッチし、空間多重数が２以上である場合には、前記アンテナ放射パターン処理手段が、前記等化器で等化されない信号に基づいて前記放射パターンを制御できるようにスイッチする、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記制御手段は、空間多重数が１である場合には、ＳＩＮＲ及びＦＥＲに基づき、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号を得るようにスイッチし、空間多重数が２以上である場合には、ＲＳＳＩ及びＤＳＳＩに基づき、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号を得るようにスイッチする、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の夫々に対応して設けられた等化器と、前記複数のアンテナ素子で受信されて、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号に基づいて、放射パターンを制御するアンテナ放射パターン処理手段と、を備えた無線通信装置が、
通信相手である相手側通信装置の空間多重数に応じて、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号を得るようにスイッチし、該スイッチすることによって、前記アンテナ放射パターン処理手段が、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号に基づいて前記放射パターンを制御できるようにする過程、
を含むことを特徴とする無線通信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置及び無線通信制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アダプティブアレーアンテナを有する無線通信装置では、送信処理において、複数のアンテナ素子での受信信号に位相差が生じることを利用して信号の到来方向を推定し、その推定した到来方向に対して送信信号の重み付けを行うことにより、到来方向以外の方向に対する輻射電力を下げることを可能にしている（例えば、特許文献１参照）。また、受信処理においては、受信信号に内包されるユニークワードに基づき、所望信号成分のみ同期検波してアンテナ合成することにより、ダイバーシティゲインを得ることを可能にしている。
【特許文献１】特開２００３−２０４２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した従来技術では、アダプティブアレーアンテナによりアンテナ放射パターンを制御する空間的な処理が可能であるが、同一周波数上での処理であるので、遅延時間差の小さいシンボル内遅延による符号間干渉や、所望波との到来方向差が小さい干渉波に対してはその効果が十分に得られないという問題がある。そのため、マルチパスフェージングにより遅延時間差が生じやすい場所での無線通信や、無線端末が移動している状況下での無線通信においては、送受信性能の劣化が懸念される。
【０００４】
上述した問題に対処するために、時間的な処理が可能な等化器を設けて受信処理を行うことが考えられる。しかし、各アンテナ素子に対応して等化器を設けると、各等化器が位相同期を行うことにより、位相情報を用いて空間的な処理を行うアダプティブアレーアンテナの性能が低下し、空間多重処理を行う場合の多重数の低減等の問題が生じる。また、複数のアンテナ素子による合成ゲインを得るためのアダプティブアレーアンテナの処理以前に等化器を設けると、合成ゲインが得られない時点での受信電界強度の低い信号に対して等化器処理を行うことになり、等化器の性能が十分に発揮されない。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、マルチパスフェージングにより遅延時間差が生じやすい場所や無線端末が移動している状況下などにおいても、空間多重通信における送受信性能の劣化を防止することのできる無線通信装置及び無線通信制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の夫々に対応して設けられた等化器と、前記複数のアンテナ素子で受信されて、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号に基づいて、放射パターンを制御するアンテナ放射パターン処理手段と、通信相手である相手側通信装置の空間多重数に応じて、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号を得るようにスイッチし、該スイッチすることによって、前記アンテナ放射パターン処理手段が、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号に基づいて前記放射パターンを制御できるようにする制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
前記制御手段は、空間多重数が１である場合には、前記アンテナ放射パターン処理手段が、前記等化器で等化された信号に基づいて前記放射パターンを制御できるようにスイッチし、空間多重数が２以上である場合には、前記アンテナ放射パターン処理手段が、前記等化器で等化されない信号に基づいて前記放射パターンを制御できるようにスイッチする、ことを特徴とする。
【００１３】
前記制御手段は、空間多重数が１である場合には、ＳＩＮＲ及びＦＥＲに基づき、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号を得るようにスイッチし、空間多重数が２以上である場合には、ＲＳＳＩ及びＤＳＳＩに基づき、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号を得るようにスイッチする、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る無線通信制御方法は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子の夫々に対応して設けられた等化器と、前記複数のアンテナ素子で受信されて、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号に基づいて、放射パターンを制御するアンテナ放射パターン処理手段と、を備えた無線通信装置が、通信相手である相手側通信装置の空間多重数に応じて、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号を得るようにスイッチし、該スイッチすることによって、前記アンテナ放射パターン処理手段が、前記等化器で等化された信号あるいは前記等化器で等化されない信号に基づいて前記放射パターンを制御できるようにする過程、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、受信環境情報に基づき、等化器の使用の有無を制御するので、受信環境に応じて、アダプティブアレーアンテナの利点（無線伝搬路の空間的問題に対応可能）と、等化器の利点（無線伝搬路の時間的問題に対応可能）とを両者の利点が活かせるように適応的に使い分けすることができる。この結果として、マルチパスフェージングにより遅延時間差が生じやすい場所や無線端末が移動している状況下などにおいても、空間多重通信における送受信性能の劣化を防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る移動通信システムの構成を示すブロック図である。図１において、基地局装置１は、空間多重方式により複数の移動局装置２との間で無線通信を行う。
【００１７】
図２は、図１に示す基地局装置１に備わる受信機１０の構成を示すブロック図である。図３は、図１に示す基地局装置１に備わる送信機２０の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図２において、受信機１０は、複数のアンテナ素子１１と、判定器１２と、アンテナ素子１１の各々に対応して設けられるスイッチ１３及び等化器１４と、検波合成器１５とを有する。判定器１２は、各アンテナ素子１１での受信信号に基づき、受信環境を表す情報（以下、受信環境情報と称する）を取得する。判定器１２は、毎無線フレームにおいて、受信環境情報に基づき、等化器１４の処理結果を使用するか否かを判定する。判定器１２は、その判定結果に応じてスイッチ１３を制御する。具体的には、判定器１２は、等化器１４の処理結果を使用する場合にはスイッチ１３によりアンテナ素子１１と等化器１４を接続し、一方、等化器１４の処理結果を使用しない場合にはスイッチ１３によりアンテナ素子１１と検波合成器１５を接続する。
【００１９】
等化器１４は、具体的には遅延線付きフィルタから構成される。等化器１４は、アンテナ素子１１での受信信号に対する無線伝搬路等化処理を行う。検波合成器１５は、スイッチ１３の接続により、各アンテナ素子１１での受信信号か、もしくは各等化器１４の処理結果の信号を使用して、アダプティブアレイアンテナの受信処理を行う。検波合成器１５は、アダプティブアレーアンテナの受信処理結果の信号１０１を出力する。
【００２０】
図３において、送信機２０は、複数のアンテナ素子２１と、アンテナ素子２１の各々に対応して設けられるタップ係数積算部２２及びスイッチ２３及び乗算器２４と、タップ係数記憶部２５と、重み係数記憶部２６とを有する。なお、図３には、図２に示される判定器１２を再掲している。
【００２１】
送信信号２０１は、各乗算器２４により各アンテナ素子２１に対応する重み係数が乗じられる。重み係数記憶部２６は、上記検波合成器１５のアダプティブアレーアンテナの受信処理結果から得られた、アンテナ素子２１毎の送信用の重み係数を記憶する。各乗算器２４には、重み係数記憶部２６から該当するアンテナ素子２１の重み係数が入力される。上記乗算器２４及び重み係数記憶部２６により、アダプティブアレイアンテナの送信処理が行われる。
【００２２】
判定器１２は、上記した受信機１０での判定結果に応じて、スイッチ２３を制御する。具体的には、判定器１２は、等化器１４の処理結果を使用する場合にはスイッチ２３により乗算器２４とタップ係数積算部２２を接続し、一方、等化器１４の処理結果を使用しない場合にはスイッチ１３により乗算器２４とアンテナ素子２１を接続する。
【００２３】
タップ係数積算部２２は、乗算器２４の乗算結果の信号に対して、上記した受信機１０の等化器１４で使用されたタップ係数を積算する。タップ係数記憶部２５は、上記した受信機１０の等化器１４で使用されたタップ係数を記憶する。各タップ係数積算部２２には、タップ係数記憶部２５からタップ係数が入力される。
【００２４】
各アンテナ素子２１は、スイッチ２３の接続により、各乗算器２４の乗算結果の信号か、もしくは各タップ係数積算部２２の積算結果の信号を送信する。
【００２５】
上記した受信機１０、送信機２０の構成により、受信環境に応じて、アダプティブアレーアンテナの処理か、もしくは等化器の処理が無線フレーム毎に選択され、無線信号の受信処理及び送信処理が行われる。
【００２６】
なお、上記した受信機１０、送信機２０に設けられるそれぞれの複数のアンテナ素子１１、２１は、同じアンテナ素子を送受で共用するように構成してもよい。
【００２７】
次に、上記した判定器１２の動作について実施例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００２８】
図４は、本発明の実施例１に係る判定器１２の処理手順を示すフローチャートである。実施例１では、受信環境情報として、空間多重しているユーザ数（空間多重数）を用いる。
図４において、判定処理が開始されると、先ずステップＳ１では、判定器１２は、空間多重（ＳＤＭＡ）情報として空間多重数を受信信号から取得する。ステップＳ２では、その空間多重数が１であるか判断する。その結果、空間多重数が１であるならば、ステップＳ３で等化器の使用あり（等化器オン）と判定する。一方、空間多重数が２以上であるならば、ステップＳ４で等化器の使用なし（等化器オフ）と判定する。
【００２９】
この実施例１によれば、空間多重しているユーザ数が１ではなく、複数のユーザと空間多重通信時には、等化器を使用せず、アダプティブアレーアンテナの性能を最大限に発揮できるようにして、ユーザ毎の周波数利用効率を高める。一方、空間多重しているユーザ数が１（シングルユーザモード）である場合には、等化器を使用し、アダプティブアレーアンテナによる干渉波抑止能力は低下するが、符号間干渉除去能力を高める。これにより、空間多重数に応じた、アダプティブアレーアンテナと等化器の適切な使用を実現することが可能になる。
【実施例２】
【００３０】
図５は、本発明の実施例２に係る判定器１２の処理手順を示すフローチャートである。実施例２では、受信環境情報として、受信信号の受信電界強度（ＲＳＳＩ）と所望信号の受信電界強度（ＤＳＳＩ）を用いる。
図５において、判定処理が開始されると、先ずステップＳ１１では、判定器１２は、ＲＳＳＩを取得する。ここで、取得するのは一つ前の無線フレームのＲＳＳＩである。ステップＳ１２では、そのＲＳＳＩのレベルが「−９０ｄＢｍ」より大きいか判断する。その結果、ＲＳＳＩのレベルが「−９０ｄＢｍ」より大きいならば、ステップＳ１３でＤＳＳＩを取得する。ここで、取得するのは一つ前の無線フレームのＤＳＳＩである。ステップＳ１４では、そのＤＳＳＩのレベルをステップＳ１１で取得したＲＳＳＩのレベルから減算し、両者の差分を計算する。ステップＳ１５では、その差分が「２０ｄＢ」未満であるか判断する。その結果、差分が「２０ｄＢ」未満であるならば、ステップＳ１６で等化器の使用あり（等化器オン）と判定する。一方、差分が「２０ｄＢ」以上ならば、ステップＳ１７で等化器の使用なし（等化器オフ）と判定する。
【００３１】
また、ステップＳ１２の判断の結果、ＲＳＳＩのレベルが「−９０ｄＢｍ」以下ならば、ステップＳ１７で等化器の使用なし（等化器オフ）と判定する。
【００３２】
この実施例２によれば、ＲＳＳＩのレベルが十分ではない場合には、受信ゲインが得られない等化器処理を行うことは適していないので、等化器は使用しない。一方、ＲＳＳＩのレベルが十分である場合には、ＲＳＳＩとＤＳＳＩのレベル差に応じた判定を行う。その判定では、ＲＳＳＩとＤＳＳＩのレベル差が十分に小さい場合には、干渉波電力が小さいことが予想されるので、アダプティブアレーアンテナの処理を行わず、等化器処理を行う。一方、ＲＳＳＩとＤＳＳＩのレベル差が十分に小さくない場合には、等化器処理は行わず、アダプティブアレーアンテナの性能を最大限に発揮できるようにして、干渉波抑止能力を高める。このように本実施例２によれば、ＲＳＳＩ及びＤＳＳＩに基づいた無線伝搬路の状態に応じて、等化器の使用の有無を判定する。これにより、無線伝搬路の状態に応じた、アダプティブアレーアンテナと等化器の適切な使用を実現することができる。
【００３３】
なお、本実施例では、ＲＳＳＩのレベルの判定基準として「−９０ｄＢｍ」を、また、ＲＳＳＩとＤＳＳＩのレベル差の判定基準として「２０ｄＢ」をそれぞれ採用したが、各判定基準は適用する移動通信システムに応じて適宜変更すればよい。
【実施例３】
【００３４】
図６は、本発明の実施例３に係る判定器１２の処理手順を示すフローチャートである。実施例３では、受信環境情報として、受信信号の信号対雑音・干渉電力比（ＳＩＮＲ）とフレームエラーレート（ＦＥＲ）を用いる。
図６において、判定処理が開始されると、先ずステップＳ２１では、判定器１２は、ＳＩＮＲを取得する。ここで、取得するのは直近の過去１０フレームの合計値から算出した値である。ステップＳ２２では、そのＳＩＮＲが「１５ｄＢ」より大きいか判断する。その結果、ＳＩＮＲが「１５ｄＢ」より大きいならば、ステップＳ２３でＦＥＲを取得する。ここで、取得するのは直近の過去１０フレームの合計値から算出した値である。ステップＳ２４では、そのＦＥＲが「０．５」より大きいか判断する。その結果、ＳＩＮＲが「０．５」より大きいならば、ステップＳ２５で等化器の使用あり（等化器オン）と判定する。一方、ＳＩＮＲが「０．５」以下ならば、ステップＳ２６で等化器の使用なし（等化器オフ）と判定する。
【００３５】
また、ステップＳ２２の判断の結果、ＳＩＮＲが「１５ｄＢ」以下ならば、ステップＳ２６で等化器の使用なし（等化器オフ）と判定する。
【００３６】
この実施例３によれば、ＳＩＮＲが十分な感度レベルではない場合には、受信ゲインが得られない等化器処理を行うことは適していないので、等化器は使用しない。このときには、受信機のパワーコントロール等の処理により補正する。一方、ＳＩＮＲが十分な感度レベルである場合には、ＦＥＲに応じた判定を行う。その判定では、ＳＩＮＲが十分な感度レベルであるのに、ＦＥＲが高い場合には、１フレーム内の信号特性が変動するフェージングの影響が大きいと考えられるので、フェージング耐性を高めるために等化器処理を行う。一方、ＳＩＮＲが十分な感度レベルであり、且つ、ＦＥＲが小さい場合には、無線伝搬路の状態が良好であると考えられるので、等化器処理は行わず、アダプティブアレーアンテナの性能を最大限に発揮できるようにして、不要な送信電波の輻射を抑える。このように本実施例３によれば、ＳＩＮＲ及びＦＥＲに基づいた無線伝搬路の状態に応じて、等化器の使用の有無を判定する。これにより、無線伝搬路の状態に応じた、アダプティブアレーアンテナと等化器の適切な使用を実現することができる。
【００３７】
なお、本実施例では、ＳＩＮＲ及びＦＥＲの算出対象フレーム数として「１０フレーム」を、また、ＳＩＮＲの判定基準として「１５ｄＢ」を、また、ＦＥＲの判定基準として「０．５」をそれぞれ採用したが、算出対象フレーム数及び各判定基準は適用する移動通信システムに応じて適宜変更すればよい。
【実施例４】
【００３８】
図７は、本発明の実施例４に係る判定器１２の処理手順を示すフローチャートである。実施例４では、受信環境情報として、ドップラー周波数を用いる。
図７において、判定処理が開始されると、先ずステップＳ３１では、判定器１２は、ドップラー周波数の推定値を取得する。ここで、取得するのは直近の過去１０フレームにおける推定値である。ステップＳ３２では、そのドップラー周波数の推定値の絶対値の分散値を計算する。ステップＳ３３では、その分散値が「６０００」より大きいか判断する。その結果、分散値が「６０００」より大きいならば、ステップＳ３４で等化器の使用あり（等化器オン）と判定する。一方、分散値が「６０００」以下ならば、ステップＳ３５で等化器の使用なし（等化器オフ）と判定する。
【００３９】
この実施例４によれば、ドップラー周波数の推定値の絶対値の分散値が判定基準よりも大きい場合には、無線伝搬路のフェージングの影響が大きいと考えられるので、フェージング耐性を高めるために等化器処理を行う。一方、ドップラー周波数の推定値の絶対値の分散値が判定基準以下の場合には、無線伝搬路の状態が良好であると考えられるので、等化器処理は行わず、アダプティブアレーアンテナの性能を最大限に発揮できるようにして、不要な送信電波の輻射を抑える。このように本実施例４によれば、ドップラー周波数に基づいた無線伝搬路の状態に応じて、等化器の使用の有無を判定する。これにより、無線伝搬路の状態に応じた、アダプティブアレーアンテナと等化器の適切な使用を実現することができる。
【００４０】
なお、本実施例では、ドップラー周波数の推定値の算出対象フレーム数として「１０フレーム」を、また、ドップラー周波数の推定値の絶対値の分散値の判定基準として「６０００」をそれぞれ採用したが、算出対象フレーム数及び判定基準は適用する移動通信システムに応じて適宜変更すればよい。
【実施例５】
【００４１】
図８は、本発明の実施例５に係る判定器１２の処理手順を示すフローチャートである。実施例５では、上記実施例１〜３の判定処理を組み合わせている。なお、図８において、図４、図５、図６の各ステップに対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図７において、判定処理が開始されると、先ず判定器１２は、空間多重数の判定を行う（ステップＳ１、Ｓ２）。その結果、空間多重数が１であるならば、次に、ＳＩＮＲ及びＦＥＲに応じた等化器の使用の有無の判定を行う（ステップＳ２１〜Ｓ２６）。一方、空間多重数が１ではないならば、ＲＳＳＩ及びＤＳＳＩに応じた等化器の使用の有無の判定を行う（ステップＳ１１〜Ｓ１７）。
【００４２】
この実施例５によれば、空間多重数、並びにＳＩＮＲ及びＦＥＲ、並びにＲＳＳＩ及びＤＳＳＩに基づいた無線伝搬路の状態の詳細に応じて、等化器の使用の有無を判定する。これにより、無線伝搬路の状態の詳細に応じた、アダプティブアレーアンテナと等化器の適切な使用を実現することができる。
【００４３】
なお、上記した実施例５では、上記実施例１〜３を組み合わせたが、適用する移動通信システムに応じて実施例１〜４を適宜選択して組み合わせるように構成してもよい。
【００４４】
上述したように本実施形態によれば、受信環境情報に基づき、等化器の使用の有無を制御する。これにより、アダプティブアレーアンテナの利点（無線伝搬路の空間的問題に対応可能）と、等化器の利点（無線伝搬路の時間的問題に対応可能）とを、受信環境に応じて両者の利点が活かせるように適応的に使い分けすることができる。
【００４５】
具体的には、等化器を有することにより、マルチパスフェージングや符号間干渉に強く、高速移動時の無線通信における最大転送速度の向上に寄与することができる。また、フェージングの影響の小さい時は、アダプティブアレーアンテナによる空間多重処理により、同時に通信できるユーザ数を増やすことができる。また、受信電界強度が小さい状態での通信においては、アダプティブアレーアンテナによる合成処理により、合成ゲインが得られる。この結果として、マルチパスフェージングにより遅延時間差が生じやすい場所や無線端末が移動している状況下などにおいても、空間多重通信における送受信性能の劣化を防止することが可能になる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本発明に係る無線通信装置としては、上述した実施形態に係る移動通信システムの基地局装置の他、各種の無線通信システムの無線通信装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係る移動通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す基地局装置１に備わる受信機１０の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す基地局装置１に備わる送信機２０の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例１に係る判定器１２の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係る判定器１２の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例３に係る判定器１２の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例４に係る判定器１２の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例５に係る判定器１２の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１…基地局装置、２…移動局装置、１０…受信機、１１，２１…アンテナ素子、１２…判定器、１３，２３…スイッチ、１４…等化器、１５…検波合成器、２０…送信機、２２…タップ係数積算部、２４…乗算器、２５…タップ係数記憶部、２６…重み係数記憶部
【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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