(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナにてビームフォーミングとヌルステアリングを制御するためのウエイトを作成するウエイト作成部と、
複数の変調方式で制御信号を生成する制御信号作成部と、
前記複数の変調方式の制御信号を前記ウエイトを用いて送信する送信処理部と、
を備え、
前記ウエイト作成部は、複数の変調方式ごとにビームとヌルを形成する複数のウエイトパターンを作成し、
前記送信処理部は、複数のウエイトパターンにおけるビームの相関が低くなる配置で重畳し、複数の変調方式の制御信号を同時に送信することを特徴とする基地局。
【請求項２】
前記ウエイト作成部は、前記複数のウエイトパターンによるビームの相対位置を維持したままで該ビームが前記アレイアンテナを中心に回転するように、前記複数のウエイトパターンを変化させることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記ウエイト作成部は、必要とする電波強度に応じて、変調方式ごとに、複数のウエイトパターンにおけるビームの強度を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項４】
複数の変調方式で制御信号を生成し、
前記複数の変調方式ごとに複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナにおいてビームとヌルを形成する複数のウエイトパターンを生成し、
前記複数のウエイトパターンにおけるビームの相関が低くなる配置で複数の変調方式の制御信号を同時に送信する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、複数のアンテナ素子を有する基地局に関し、特に規格の異なる移動局に対して適切な制御信号を送信しうる基地局に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信において、基地局は制御信号を送信しており、移動局（通信端末）はこれを受信することで基地局の存在を知り、位置登録を行い、通信を開始するなど諸々の動作を行うよう構成されている（非特許文献１）。
【０００３】
基地局と端末は複数のフォーマット（変調方式、フレームフォーマット等）で通信可能であり、基地局と移動局の距離や、電波状況に応じて最適なフォーマットに切り替えて通信を行う。フォーマットの切り替えは、基地局と移動局とがリンクすることにより決定する。しかし制御信号は基地局と移動局がリンクする前に送受信できる必要があるため、あらかじめ決められたフォーマットで送信される。具体的には、制御信号にはπ／４ＤＱＰＳＫ（以下ＱＰＳＫ）が用いられることとなっており、各端末はＱＰＳＫで制御信号を探すことを行っている。
【非特許文献１】ＡＲＩＢ  ＲＣＲ  ＳＴＤ−２８（Association of Radio Industries and Broadcast   Research and Development Center for Radio Systems）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし技術の進渉や時代の趨勢、地域特性により、例えば到達距離が長いものや、転送速度が速いものなど、現在用いているものとは異なるフォーマットの方が適している場合がある。そのような異なるフォーマットで制御信号を送信したいと思っても、すでに出回っている既存の端末が通信できなくなってしまうために採用できない。かといって、複数のフォーマットの制御信号を同時に送信すると、互いが干渉波となってしまい、かえって通信環境は悪化してしまうおそれがある。
【０００５】
このように新しい技術の導入が阻害されると技術革新促進の妨げとなり、通信環境の改善を図ることが難しくなってしまう。
【０００６】
そこで本発明は、制御信号のフォーマットについて、新規に採用したいものと既に実施しているものとの共存を可能とすることにより、規格の異なる移動局を同時に通信可能とし、通信環境の改善を図ることができる基地局および無線通信用法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にかかる基地局の代表的な構成は、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナと、アレイアンテナにてビームフォーミングとヌルステアリングを制御するためのウエイトを作成するウエイト作成部と、複数の変調方式で制御信号を生成する制御信号作成部と、複数の変調方式の制御信号をウエイトを用いて送信する送信処理部と、を備え、ウエイト作成部は、複数の変調方式ごとにビームとヌルを形成する複数のウエイトパターンを作成し、送信処理部は、複数のウエイトパターンにおけるビームの相関が低くなる配置で重畳し、複数の変調方式の制御信号を同時に送信することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、ＳＤＭＡ（空間分割多元接続方式）送信に類似して、空間に分割して異なるフォーマットで制御信号を送信することができる。従って、複数のフォーマットの制御信号が共存しても互いに干渉波となることなく、規格の異なる移動局を同時に通信可能とし、通信環境の改善を図ることができる。なおフォーマットとは、電波の変調方式や、フレームフォーマット等である。またウエイトとは、複数のアンテナ素子の出力（位相と振幅）に乗じるウエイト（複素ウエイト）である。ビームフォーミング及びヌルステアリングは、それぞれビームまたはヌルを形成する過程をいう。
【０００９】
ウエイト作成部は、複数のウエイトパターンによるビームの相対位置を維持したままでビームがアレイアンテナを中心に回転するように、複数のウエイトパターンを変化させてもよい。これにより、所定時間が経過すればその端末が受け取れるフォーマットの制御信号が巡回してくるため、支障なく通信を行うことができる。
【００１０】
ウエイト作成部は、必要とする電波強度に応じて、変調方式ごとに、複数のウエイトパターンにおけるビームの強度を異ならせてもよい。その基地局が保証する通信範囲に合わせてフォーマットごとに適切にビームの強度を異ならせることにより、さらに通信環境の改善を図ることができる。
【００１１】
本発明にかかる無線通信方法の代表的な構成は、複数の変調方式で制御信号を生成し、複数の変調方式ごとに複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナにおいてビームとヌルを形成する複数のウエイトパターンを生成し、複数のウエイトパターンにおけるビームの相関が低くなる配置で複数の変調方式の制御信号を同時に送信することを特徴とする。
【００１２】
上記無線通信方法により、複数のフォーマットの制御信号が共存しても互いに干渉波となることなく、規格の異なる移動局を同時に通信可能とし、通信環境の改善を図ることができる。なお上述の基地局についての技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該無線通信方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、空間に分割して異なるフォーマットで制御信号を送信することができるため、複数のフォーマットの制御信号が共存しても互いに干渉波となることなく、規格の異なる移動局を同時に通信可能とし、通信環境の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明にかかる基地局および無線通信方法の実施形態について説明する。なお、以下の実施例に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。
【００１５】
図１は実施形態にかかる無線通信システム１００を説明するためのシステム図である。ここでは、理解を容易にするため、まず無線通信システム全体の構成を説明し、その後、個々の構成要素について詳述する。かかる無線通信システム１００は、無線経路を含む無線通信システムであり、移動局２００（２００Ａ、２００Ｂ）と、基地局３００（３００Ａ、３００Ｂ）と、ＩＳＤＮ（Integrated Services Digital Network）回線、インターネット、専用回線等で構成される通信網１０２と、を含んで構成される。本実施形態において、移動局２００としてＰＨＳを挙げているが、かかる場合に限られず、携帯電話、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、デジタルカメラ、音楽プレイヤー、カーナビゲーション、ポータブルテレビ、ゲーム機器、ＤＶＤプレイヤー、リモートコントローラ等通信機能を有する様々な電子機器を用いることもできる。
【００１６】
図２は基地局の要部構成を説明するブロック図である。図２に示すように、基地局３００（３００Ａ、３００Ｂ）は、通信網１０２に接続される有線通信部３０２と、上位プロトコル制御部３０４と、無線制御部３０６と、制御信号作成部３０８と、ウエイト作成部３１０と、送信処理部３１２と、アンテナから電波を送信する送信モジュール３１４と、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナ３１６とを備えている。
【００１７】
上位プロトコル制御部３０４は、移動局と基地局の通信や、基地局間の通信のプロトコルを制御する。この上位プロトコルはＯＳＩ参照モデルにおけるネットワーク層またはトランスポート層にあり、下位層である物理層およびデータリンク層にある無線通信を通じて移動局と基地局との通信が行われる。
【００１８】
無線制御部３０６は、データリンク層において無線通信を制御する。無線制御部３０６は上位プロトコル制御部３０４から制御用の情報が渡され、その制御情報を制御信号作成部３０８および制御信号作成部３１０へと受け渡す。ここで無線制御部３０６は、上位プロトコル制御部３０４からの指示により、制御信号作成部３０８およびウエイト作成部３１０に対して複数のフォーマットで制御信号を送信することを通知する。
【００１９】
制御信号作成部３０８は、無線制御部３０６から渡された制御情報に基づいて、１または複数のフォーマットの制御信号を生成する。フォーマットとは、電波の変調方式や、フレームフォーマット等である。データ信号の変調方式としては、π／２ＤＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、π／４ＤＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)や６４ＱＡＭなどがある。またさらに、ＦＥＣ（Forward Error Correction）のような誤り訂正技術などもあわせて用いられる。制御信号とはＣＣＨ（Control Channel）であって、ＢＣＣＨ（報知チャネル）、ＣＣＣＨ（共通制御チャネル）、ＵＰＣＨ（ユーザパケットチャネル）、ＰＣＨ（一斉呼び出しチャネル）、ＳＣＣＨ（個別セル用チャネル）、ＡＣＣＨ（付随制御チャネル）、ＳＡＣＣＨ（低速ＡＣＣＨ）、ＦＡＣＣＨ（高速ＡＣＣＨ）などが例示できる。
【００２０】
ウエイト作成部３１０は、アレイアンテナ３０２にてビームフォーミングとヌルステアリングを制御するためのウエイトを作成する。ウエイトとは、複数のアンテナ素子の出力（位相と振幅）に乗じるウエイト（複素ウエイト）である。ここでウエイト作成部３１０は、１または複数のフォーマットごとにビームとヌルを形成する複数のウエイトパターンを作成する。
【００２１】
図３はビームの例を示す図であって、図３（ａ）に示すパターン１と、図３（ｂ）に示すパターン２とは、それぞれが異なるビームの例である。それぞれの図において実線または波線にて示しているのはビームであり、ビームが減衰している部分がヌルである。ビームは複数のアンテナ素子から出力される電波の位相をあわせることによって電波強度が強められており、ヌルの位置は電波の位相をずらすことによって相殺されて電波強度が弱められている。
【００２２】
そして図３（ａ）と図３（ｂ）に示すように、ほぼ交互にビームとヌルが形成されるようにウエイトパターンを形成する。交互とするのは、一方のフォーマットのヌルの位置に、他方のフォーマットのビームを配置するためである。なお、いわゆるアダプティブアレイは通信相手に応じてビームを延ばすように動作するが、本発明で送信する信号は制御信号であって、不特定の相手に対してブロードキャストする信号であるから、上記のようにほぼ均等に（一定間隔で）ビームおよびヌルを配置する、更には、このビームおよびヌルを回転させるように制御してもよい。
【００２３】
このことから、ビームとヌルを形成するためのウエイトは、いわば定型とし、あらかじめ準備することができる。そして別途基地局装置の運用時にアンテナごとのウエイトに共通の位相回転量を付加することで、上記ビームおよびヌルを互いに直交させたままウエイトパターンを回転させることができる。そこでアンテナの本数や間隔に応じて、または基地局の種類や性能、設置地域などに応じて複数のウエイトパターンをあらかじめ生成し、ＲＯＭなどの記憶手段に記憶されたテーブル（不図示）に格納しておいてもよい。このようにテーブルに格納されたウエイトパターンを呼び出して適用することにより、現地で適応演算など複雑な処理を行うことなく容易にウエイトパターンを取得することが可能となる。またテーブルの内容を更新することにより、端末の普及状況など趨勢に応じてウエイトパターンを最適化することも可能である。
【００２４】
なお、アンテナ本数が２本の場合、ビームとヌルの自由度は１であり、いずれか片方を１方向に向けることができる。したがってビームとヌルを同時に形成するためには最低３本のアンテナが必要である（この場合、自由度は２）。なお、ビームおよびヌルによって電波が空間的に分割されるため、同じ周波数（キャリア）で複数のフォーマットの制御信号を送信する場合であっても、アンテナを共用することができる。一般的に基地局のアンテナ（エレメント）の本数は４本、８本のものが多いが、１２本以上備えているものもある。ただし本発明は、これら既存の基地局のアンテナの本数に限定されるものではなく、適切なビームとヌルを形成するために必要な本数を備えていればよい。
【００２５】
送信処理部３１２は、制御信号をウエイトパターンを用いて送信モジュール３１４から送信する。制御信号を複数のフォーマットで送信する場合には、複数のウエイトパターンにおけるビームの相関が低くなる配置で重畳し、複数のフォーマットの制御信号を同時に送信する。すなわち、一方のフォーマットのヌルの位置に、他方のフォーマットのビームを配置する。これにより複数のフォーマットの信号を同時に送信しても、１つの位置（１つの方向）には１種類のフォーマットでしか信号が到達しないため、互いに干渉波となってしまうことを防止することができる。このように、空間（位置）に分割して異なるフォーマットの信号を送信することを、以下において空間分割方式と称する（ＳＤＭＡ（空間分割多元接続方式）送信と似ているが、多元接続を目的としていない点で異なっている）。
【００２６】
送信モジュール３１４は、送信処理部３１２から出力された信号を電波（ＲＦ）によって送出する。ここで、上記の上位プロトコル制御部３０４、無線制御部３０６、制御信号作成部３０８、ウエイト作成部３１０、送信処理部３１２はソフトウェアによって実現され、有線通信部３０２および送信モジュール３１４はハードウェアによって実現される。
【００２７】
上記構成の基地局から制御信号を送信する際の動作について説明する。図４は基地局の制御信号送信の動作を説明するフローチャート、図５はビームのパターンを重畳した例である。
【００２８】
まず、上位プロトコル制御部３０４において、制御信号（以下「ＣＣＨ」という。）に何を用いるかを決定する（Ｓ１０２）。基地局３００の上位プロトコル制御部３０４には、どのような制御信号を送信するかについてパラメータが設定されており、上位プロトコル制御部３０４は当該パラメータを参照することによって動作を決定する。なおパラメータは、例えば事業主がその基地局のサービスに合わせて選択および設定を行うことができる。
【００２９】
上位プロトコル制御部３０４が、従来のフォーマットのみで送信する場合には、ビームを形成せずに、通常の方式（全方位に向かって均等に送信する方式）にてＣＣＨを送信する（Ｓ１０４）。従来のフォーマットとは、例えば既存端末にてすでに使用しているπ／４ＤＱＰＳＫ（以下ＱＰＳＫ）である。
【００３０】
上位プロトコル制御部３０４が、従来は使用していなかった新たなフォーマットを用いると判断したとする（Ｓ１０２）。新たなフォーマットとは、例えばπ／２ＤＢＰＳＫ（以下ＢＰＳＫ）である。ここで、使用するフォーマットが単一であるか複数であるかについて判断する（Ｓ１０６）。単一である場合には、ビームを形成せずに、通常の方式にて全方位に向かって均等にＣＣＨを送信する（Ｓ１０８）。
【００３１】
次に、従来のフォーマットと新たなフォーマットとの複数のフォーマットで送信する必要があると判断したとする（Ｓ１０６）。すると無線制御部３０６に、２つの方式を用いてＣＣＨを空間分割方式で重畳して送信するように無線制御部３０６に指示を出す（Ｓ１１０）。それを受けた無線制御部３０６は、制御信号作成部３０８によってＱＰＳＫとＢＰＳＫの２種類のフォーマットの制御信号を作成する（Ｓ１１２）。また空間分割方式で送信するために、ウエイト作成部３１０にて２種類のウエイトパターンを作成する（Ｓ１１４）。
【００３２】
そして送信処理部３１２は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示したようなウエイトパターン（パターン１、パターン２）を、図５（ａ）に示すように、各ウエイトパターンにおけるビームの相関が低くなる配置（角度）で重畳し、送信モジュール３１４より送信する（Ｓ１１６）。ここでパターン１（実線）はＱＰＳＫ、パターン２（波線）はＢＰＳＫと例示することができる。それぞれのビームは交互に配置されており、空間分割されていることがわかる。
【００３３】
このとき、パターン１のビームとパターン２のヌル、パターン２のビームとパターン１のヌルの位置の差（領域の差）が十分に確保できないと、お互いが妨害波となり、どちらも端末側での受信ができなくなる。そのため、これらのパターンはできる限り相関の低いパターンを作成することが必要である。
【００３４】
そしてウエイト作成部３１０は、図５（ｂ）に示すように、複数のウエイトパターンによるビームの相対位置を維持したままで、ビームがアレイアンテナ３１６を中心に回転するようにウエイトパターンを変化させてもよい。上述のように空間分割して複数のフォーマットの制御信号を送信していると、その空間（領域）に位置している端末は、同時には１つのフォーマットの制御信号しか到達しない。従って、送信されているフォーマットと規格が異なる移動局は、制御信号を受信することができない。しかし、上記構成のようにビームを回転させることにより、所定時間が経過すればその端末が受け取れるフォーマットの制御信号が巡回してくるため、支障なく通信を行うことができる。
【００３５】
なおウエイト作成部３１０は、フォーマットが必要とする電波強度に応じて、複数のウエイトパターンにおけるビームの強度を異ならせてもよい。変調方式が異なれば、電波の到達距離や必要とするＳＮ比（シグナル−ノイズ比）が異なり、それに応じて必要とする電波強度が異なる。ここで到達距離が長いものは、基地局が少ない地域であれば長いほどよいが、基地局が密集する都市部などでは電波強度が強いと却って他の基地局に対する妨害波となってしまう。そこで、その基地局が保証する通信範囲に合わせてフォーマットごとに適切にビームの強度を異ならせることにより、さらに通信環境の改善を図ることができる。
【００３６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、複数のアンテナ素子を有し、特に規格の異なる移動局に対して適切な制御信号を送信しうる基地局として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態にかかる無線通信システムを説明するためのシステム図である。
【図２】基地局の要部構成を説明するブロック図である。
【図３】ビームの例を示す図である。
【図４】基地局の制御信号送信の動作を説明するフローチャートである。
【図５】ビームのパターンを重畳した例である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  …無線通信システム
１０２  …通信網
２００  …移動局
３００  …基地局
３０２  …有線通信部
３０４  …上位プロトコル制御部
３０６  …無線制御部
３０８  …制御信号作成部
３１０  …ウエイト作成部
３１２  …送信処理部
３１４  …送信モジュール
３１６  …アレイアンテナ
【図１】
0005138416.tif 000002
【図２】
0005138416.tif 000003
【図３】
0005138416.tif 000004
【図４】
0005138416.tif 000005
【図５】
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