(57)【要約】本発明は、アレーアンテナの指向性を適応的に制御し、移動端末の各々に連続的に追従することを可能にする適応制御装置を提供することを目的とする。本発明よれば、無線装置のアレーアンテナの指向性を変化させる適応制御装置であって、前記無線装置から送信された無線周波数信号を受信する受信機及び前記無線装置間の距離、並びに前記無線装置に対する前記受信機の相対的な移動速度及び移動方向を含むパラメータを設定する設定手段と、前記受信機又は前記無線装置の受信電力が、所定の期間経過後にどの程度変化するかを評価する評価手段と、前記アレーアンテナに含まれる複数のアンテナ素子についての複数の重み係数を調整する重み制御手段を有する。前記受信電力の変化量が、前記受信機及び前記無線装置間の距離に依存しない一定の範囲内にあるように、前記指向性を変化させる。
2004066523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数信号を送信及び受信するためのアレーアンテナを有する無線装置に使用される、前記アレーアンテナの指向性を変化させる適応制御装置であって、
前記無線装置から送信された無線周波数信号を受信する受信機及び前記無線装置間の距離、並びに前記無線装置に対する前記受信機の相対的な移動速度及び移動方向を含むパラメータを設定する設定手段と、
前記受信機又は前記無線装置の受信電力が、所定の期間経過後にどの程度変化するかを評価する評価手段と、
前記アレーアンテナに含まれる複数のアンテナ素子についての複数の重み係数を調整する重み制御手段
を有し、前記受信電力の変化量が、前記受信機及び前記無線装置間の距離に依存しない一定の範囲内にあるように、前記指向性を変化させることを特徴とする適応制御装置。
【請求項２】
更に、前記受信電力の所定期間にわたる積分値を算出する積分手段を有し、前記積分値も、前記受信機及び前記無線装置間の距離に依存しない一定の範囲内にあるように、前記指向性を変化させることを特徴とする請求項１記載の適応制御装置。
【請求項３】
前記設定手段が、前記アレーアンテナにて受信した受信電力値と、電波の伝播減衰量との既知の関係を利用して、前記距離を算出する距離算出手段を有することを特徴とする請求項１記載の適応制御装置。
【請求項４】
前記距離算出手段が、１つのアンテナ素子にて受信した受信電力値に基づいて、前記距離を算出するよう形成されることを特徴とすることを特徴とする請求項３記載の適応制御装置。
【請求項５】
前記距離算出手段が、複数のアンテナ素子にて受信した受信電力値に基づいて、前記距離を算出するよう形成されることを特徴とすることを特徴とする請求項３記載の適応制御装置。
【請求項６】
前記設定手段が、
前記アレーアンテナにて受信した信号の周波数スペクトルを求めるフーリエ変換手段と、
前記周波数スペクトルに基づいてドップラー周波数シフトを判定することで、前記相対速度を求める速度推定手段
を有することを特徴とする請求項１記載の適応制御装置。
【請求項７】
前記設定手段の前記フーリエ変換手段が、１つのアンテナ素子にて受信した信号に基づいて、周波数スペクトルを求めるよう形成されることを特徴とする請求項６記載の適応制御装置。
【請求項８】
前記設定手段の前記フーリエ変換手段が、複数のアンテナ素子にて受信した信号基づいて、周波数スペクトルを求めるよう形成されることを特徴とする請求項６記載の適応制御装置。
【請求項９】
前記設定手段が、
アレーアンテナからの受信信号に基づいて、前記無線装置から送信された無線周波数信号を受信する受信機及び前記無線装置間の距離、並びに前記無線装置に対する前記受信機の相対的な移動速度及び移動方向を含む第１パラメータを設定する第１設定手段と、
前記第１設定手段の出力に接続され、逐次更新される重み係数を決定するために使用された過去のパラメータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に格納されているパラメータを利用することで、現在のパラメータとして推定された第２パラメータを出力する第２設定手段
を有し、
前記重み制御手段が、第１パラメータに基づく第１の重み係数、及び第２パラメータに基づく第２の重み係数を算出し、
前記重み制御手段が、前記第１重み係数により実現され得る第１指向性の主方向と、前記第２重み係数により実現され得る第２指向性の主方向との相違量が、所定値より大きい場合に、前記第２重み係数を初期値として次回の重み係数を算出するよう形成されることを特徴とする請求項１記載の適応制御装置。
【請求項１０】
前記重み制御手段が、前記アレーアンテナの指向性が第１指向性である場合に前記受信機が受信し得る電力と、前記アレーアンテナの指向性が第２指向性である場合に前記受信機が受信し得る電力との相違量が、所定値より大きい場合に、前記第２重み係数を初期値として次回の重み係数を算出するよう形成されることを特徴とする請求項９記載の適応制御装置。
【請求項１１】
前記設定手段が、
アレーアンテナからの受信信号に基づいて、前記無線装置から送信された無線周波数信号を受信する受信機及び前記無線装置間の距離、並びに前記無線装置に対する前記受信機の相対的な移動速度及び移動方向を含む第１パラメータを設定する第１設定手段と、
前記第１設定手段の出力に接続され、逐次更新される重み係数を決定するために使用された過去のパラメータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に格納されているパラメータを利用することで、現在のパラメータを推定し、第２パラメータとして出力する第２設定手段
を有し、
前記重み制御手段が、第１パラメータに基づく第１の重み係数、及び第２パラメータに基づく第２の重み係数を算出し、
当該適応制御装置が、前記第１重み係数により実現され得る指向性の主方向と、前記第２重み係数により実現され得る指向性の主方向との相違量が、所定値より大きい場合に、前記第２重み係数に関する情報を第１設定手段にフィードバックし、前記第１パラメータを補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１記載の適応制御装置。
【請求項１２】
前記補正手段が、前記アレーアンテナの指向性が第１指向性である場合に前記受信機が受信し得る電力と、前記アレーアンテナの指向性が第２指向性である場合に前記受信機が受信し得る電力との相違量が、所定値より大きい場合に、前記第２の重み係数に関する情報を前記第１設定手段にフィードバックし、前記第１パラメータを補正するよう形成されることを特徴とする請求項１１記載の適応制御装置。
【請求項１３】
前記受信機が、セルラ通信システムで使用される移動端末であり、前記無線装置が、セル毎に設けられた無線基地局であることを特徴とする請求項１記載の適応制御装置。
【請求項１４】
前記移動端末がセル間をハンドオーバする際に、移動端末に関する前記パラメータも引き渡されるよう形成されることを特徴とする請求項１３記載の適応制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、移動体通信の技術分野に関し、特にアレーアンテナの指向性を適応的に制御する適応制御装置に関する
【背景技術】    セルラ通信に代表されるこの種の技術分野では、通信の高速化及び高品質化等の要請に伴って、通信帯域が広域化しつつある。広帯域の無線信号をセル全体に充分に伝送するには、狭帯域の場合よりも多くの電力を必要とする。しかし、移動端末の送信能力には無線基地局のそれよりも厳しい制限があるので、単に送信電力を大きくすることはできない。一方、セル半径を小さくすると、送信電力に関する問題自体は克服できるが、広範なサービスエリア内に設置する無線基地局数が非常に増加し、設備投資及びシステム管理等の観点から不利である。これらの問題は、たとえ上下リンクの伝送帯域を非対称化させたとしても、総て解決されるものではない。
このような観点から、アンテナの指向性を鋭く形成し、適応的に所望の方向に電波を偏在させることで、セル半径を大きく維持する技術がある。この技術には２つの手法があり、１つは、希望波に主ビームの方向を適合させるように指向性を適応制御するビームフォーミング法（すなわち、ＳＩＮＲ＝Ｓ／（Ｎ＋Ｉ）のＳを増加させる手法）であり、もう１つは、干渉波にヌルを適合させるように指向性を適応制御するヌルフォーミング法（すなわち、ＳＩＮＲ＝Ｓ／（Ｎ＋Ｉ）のＩを抑圧する手法）である。いずれにせよ、これらの適応制御手法では、パスの到来方向（ＤｏＡ：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）を推定し、最急降下法等の収束アルゴリズムを利用して、複数のアンテナ素子についての複数の重み係数を逐次的に更新することで、所望の方向に指向性の強いビーム（予め固定された狭いビーム幅のビーム）が向けられる。そのビーム幅は、セルエッジでの受信電力が、システム設計値以上であることを保証するように設定される。
ところで、拡散スペクトル方式を採用するような通信システムでは、送信電力制御（ＴＣＰ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）が行われ、無線基地局にて受信される信号が、一定以上の通信品質（特に、受信レベル）を有するように、移動端末の送信電力が制御される。より具体的には、無線基地局と移動端末の距離の遠近に応じて、移動端末の送信電力を大きくする又は小さくする。
図１は、従来のビーム制御におけるアンテナ利得を示す概念図である。図１（Ａ）に示されるように、セル端に位置する移動端末が無線基地局に対して円周方向に速度ｖで移動するものとする。移動端末は送信電力ＰＴ１で送信し、無線基地局における受信電力はＰＲ１（ＰＴ１，ＰＧ，ｒ１）である。移動端末が移動すると、無線基地局に対する単位時間当たりの角度変化（角速度）は、Δθ１となり、その間に、電力利得は、ΔＰＧ１＝ＰＧ（Ｏ）−ＰＧ（Δθ１）だけ変化する。従って、移動後に無線基地局にて受信される電力は、
ＰＲ１＝ＰＴ１＋ＰＧ（Δθ１）−ＰＡＴＴ（ｒ１）
＝ＰＴ１＋ＰＧ（Ｏ）−ΔＰＧ１−ＰＡＴＴ（ｒ１）
となる。ここで、ＰＧ（θ）は位相角θにおけるビーム利得を示し、ＰＡＴＴ（ｒ）は距離ｒに対する電波の距離減衰量を表す。
また、図１（Ｂ）は、無線基地局の近傍に位置する移動端末が無線基地局に対して円周方向に速度ｖで移動する場合を示す。移動端末は送信電力ＰＴ２で送信し、無線基地局に対する単位時間当たりの角度変化（角速度）は、Δθ２となり、その間に、電力利得は、ΔＰＧ２＝ＰＧ（Ｏ）−ＰＧ（Δθ２）だけ変化する。従って、移動後に無線基地局にて受信される電力は、
ＰＲ２＝ＰＴ２＋ＰＧ（Δθ２）−ＰＡＴＴ（ｒ２）
＝ＰＴ２＋ＰＧ（Ｏ）−ΔＰＧ２−ＰＡＴＴ（ｒ２）
となる。
従来のビーム制御の手法では、移動端末の遠近によらず固定されたビーム幅でビームを形成し、ビームの方向を適宜調整する。図１（Ａ），（Ｂ）及び上記式に示されるように、移動端末の移動速度（ｖ）及び移動方向（円周方向）が同一であっても、無線基地局との距離が大きいと角速度（Δθ１）は小さく、距離が小さいと角速度（Δθ２）は大きくなる（Δθ１＜Δθ２）。また、電力利得の変化量は、ΔＰＧ１＜ΔＰＧ２となる。従って、無線基地局が移動後の移動端末から受信する電力ＰＲ１，ＰＲ２については、遠方の移動端末からの受信電力ＰＲ１はさほど小さくならないが（ΔＰＧ１だけ小さくなる）、近傍の移動端末からの受信電力ＰＲ２は非常に小さくなってしまう（ΔＰＧ２だけ小さくなる）。従って、無線基地局における受信レベルを一定以上にするには、近傍で移動した移動端末に対して、より多くの電力で送信するよう要請するか、又は角速度が大きくなる前にビーム方向を調整する必要がある。
しかしながら、前者の手法は、近傍に位置するにもかかわらず電力を大きくするので、他の通信信号に対する干渉を大きくすることになり、有利な手法ではない。後者の手法によれば、角速度が大きくなる前にビーム方向を調整するために、移動端末に高速に追従できるような高性能な適応制御が必要になり、システムにおける制御負担が大きくなってしまう。
この点に関し、特許文献１（特開２００２−９４４４８号公報）は、グループ単位でビーム制御を行う技術を開示し、複数の移動局を互いに近傍に位置する移動局のグループに分類することで、１つのビームが１つのグループの位置するエリアをカバーできるようにする。これにより、移動局単位でビームを制御する場合に比べて、システムや基地局に要求される制御負担を低減させることが可能になる。
しかしながら、通信システム内でそのようなグループ分けが常に可能であるとは限らず、グループ分けが困難な場合は、所期の目的を達成することは困難である。
【特許文献１】  特開２００２−９４４４８号公報
【発明の開示】
本発明は、アレーアンテナの指向性を適応的に制御し、移動端末の各々に連続的に追従することを可能にする適応制御装置を提供することを目的とする。この目的は、以下の手段によって解決される。
本発明よれば、無線周波数信号を送信及び受信するためのアレーアンテナを有する無線装置に使用される、前記アレーアンテナの指向性を変化させる適応制御装置であって、
前記無線装置から送信された無線周波数信号を受信する受信機及び前記無線装置間の距離、並びに前記無線装置に対する前記受信機の相対的な移動速度及び移動方向を含むパラメータを設定する設定手段と、
前記受信機又は前記無線装置の受信電力が、所定の期間経過後にどの程度変化するかを評価する評価手段と、
前記アレーアンテナに含まれる複数のアンテナ素子についての複数の重み係数を調整する重み制御手段
を有し、前記受信電力の変化量が、前記受信機及び前記無線装置間の距離に依存しない一定の範囲内にあるように、前記指向性を変化させることを特徴とする適応制御装置が、提供される。
【図面の簡単な説明】  図１は、従来のビーム制御におけるアンテナ利得を示す概念図である。
図２は、本願実施例によるアンテナシステムの概念図を示す。
図３は、電力測定部の他の態様を示す図である。
図４は、フーリエ変換部の他の態様を示す図である。
図５は、本願実施例によるビーム制御におけるアンテナ利得を示す概念図である。
図６は、他の実施例による適応制御装置のブロック図を示す。
図７は、指向性の異なるビームに対するアンテナ利得を示す概念図である。
図８は、他の実施例による適応制御装置のブロック図を示す。
図９は、本願実施例による適応制御装置を利用する無線基地局の概念図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】  図２は、本願実施例によるアンテナシステムの概念図を示す。概して、アンテナシステム２００は、アレーアンテナ２０２及び適応制御装置２０４を有する。説明の便宜上、アンテナシステム２００は、無線基地局に設けられているものとして説明するが、アンテナシステム２００を移動端末に設けることも可能である。また、以下に説明するアレーアンテナの制御手法は、受信ビームフォーミングに利用することも、送信ビームフォーミングに利用することも可能である。
アレーアンテナ２０２は、例えばＮ個の複数のアンテナ素子２０６と、これら複数のアンテナ素子２０６からの信号を加算する合成部２０８を有する。アンテナ素子２０６にて受信された信号には、それぞれ適切な重み付けがなされて合成部２０８にて合成され、受信信号が形成される。また、送信の際には、適切な重み付けがなされた後で各アンテナ素子２０６から送信信号が送信される。受信時の重み付けは重み係数ＷＲ１〜ＷＲＮにより行われ、送信時の重み付けは重み係数ＷＴ１〜ＷＴＮにより行われる。これらの重み係数は、適応制御装置２０４により適宜設定され、所定の更新期間毎に逐次更新され、移動端末に追従するよう制御される。
適応制御装置２０４は、合成前又は合成後の受信信号に基づいて、重み係数を計算するのに必要なパラメータを設定する設定部２１０と、設定されたパラメータに基づいて重み係数を出力するウエイト制御部２１２を有する。設定部２１０は、１つ又は複数のアンテナ素子２０６からの合成前の受信信号に基づいて、電力を算出する電力測定部２１４、及び算出された電力に基づいて移動端末との距離を算出する距離算出部２１６を有する。距離算出部２１６では、例えば、
ＰＡＴＴ（ｒ）＝Ｐ０＋γ×１０ｌｏｇ（ｒ）
のような電力に関する既知の関係式に基づいて、移動端末及び無線基地局間の距離ｒが推定される。ここで、ＰＡＴＴ（ｒ）は電波の距離減衰量を示し、Ｐ０はセルエッジ（セルの端部）における距離減衰量を示し、γは所定の定数を示す。
距離に関するこの関係式は一例に過ぎず、必要に応じて更なる補正項が付加されたり、他の関係式を利用することが可能である。また、距離を算出する際の基礎となる電力値は、合成前の１つのアンテナ素子２０６からの信号に基づいて算出することも、複数のアンテナ素子２０６からの信号に基づいて算出することも可能である。後者の場合は、図３に示すように、複数の信号を合成及び平均化する電力合成部が必要になる。回路を簡潔にする等の観点からは前者が好ましく、雑音の影響を抑制する（例えば、Ｓ／Ｎ比を向上させる）等の観点からは後者が好ましい。また、このような既知の関係式によらず、例えばＧＰＳ等により移動端末の座標を入手すれば、移動端末及び無線基地局の各座標に基づいて、距離を直接的に算出することも可能である。ただし、この場合には、上記のような既知の関係式を利用する場合とは異なり、移動端末にＧＰＳ受信機等の装置を搭載させる必要がある。
設定部２１０は、合成前の１つ又は複数のアンテナ素子２０６にて受信された信号をフーリエ変換し、周波数スペクトルを求めるフーリエ変換部２１８と、この周波数スペクトルに基づいてドップラー周波数を見出し、移動端末の相対速度を算出する速度算出部２２０を有する。移動端末が無線基地局に対して移動すると、その間で送受信される信号に周波数偏移（ドップラーシフト）が生じ、次式に基づいて相対速度が算出される。
ｖ＝ｆｄ×λ＝ｆｄ×ｃ／ｆｃ
ここで、ｖは移動端末の相対速度を示し、ｆｄはドップラー周波数を示し、λは電波の波長を示し、ｃは光速を示し、ｆｃはキャリア周波数を示す。上記の距離の算出の場合と同様に、相対速度ｖは、合成前の１つのアンテナ素子２０６からの信号に基づいて算出することも、複数のアンテナ素子２０６からの信号に基づいて算出することも可能である。後者の場合は、図４に示されるように、各信号についてフーリエ変換を行い、それらを合成して１つの周波数スペクトルを形成する合成部を必要とする。
設定部２１０は、移動端末の無線基地局に対する移動方向又は角速度（Δθ）を求める方向推定部２２２を有する。この角速度は、例えば、移動端末からのパスの到来方向（ＤｏＡ）に基づいて算出することが可能である。なお、距離を推定するための電力測定部２１４及び距離算出部２１６、速度を推定するためのフーリエ変換部２１８及び速度算出部２２０、並びに方向推定部２２２は、常にこれら総てが設けられている必要はない。距離ｒ、速度ｖ及び角速度Δθのようなパラメータが、これらの手段により又は他の情報入力に基づいて設定され、後段のウエイト制御部２１２に提供できればよいからである。
ウエイト制御部２１２は、設定部２１０からの各種パラメータに基づいて、移動端末の受信電力が、所定の時間経過後に（例えば、次の重み係数が更新される際に）、どの程度変化するかを評価する評価部２２４を有する。ウエイト制御部２１２は、評価部２２４の評価結果に基づいて、重み係数を更新するためのアルゴリズムを実行する収束アルゴリズム部２２６を有する。このアルゴリズムは、例えば、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）のような最急降下法であり、重み係数に依存して変化する評価関数の値を最小に又は最大にするためのものである。例えば受信信号と既知信号との間の誤差に関する電力値を評価関数とし、この評価関数のとる値が最小に成るように重み係数を逐次更新してゆくことが行われ得る。このアルゴリズムの計算における初期値は、初期値生成部２２７にて用意され、設定される。ウエイト制御部２１２は、収束アルゴリズム部２２６にて算出された重み係数を、各アンテナ素子２０６に設定するための重み調整部２２８を有する。重み調整部２２８からの重み係数を表現する信号は、各アンテナ素子２０６に供給され、現実に重み係数が調整される。ウエイト制御部２１２は、設定部２１０からのパラメータに基づいて、移動端末の受信する受信電力の所定期間にわたる積分値を算出する積分値算出部２３０を有する。
上述したように、従来のビーム制御では、固定されたビーム幅のビームを、所望の方向（移動端末の位置する方向）にその都度向けるように制御されていた。そのビーム幅は、セルエッジでの受信電力が、システム設計値以上であることを保証するように設定されていた。この場合において、例えばセルエッジのような無線基地局からの距離が遠い移動端末が、円周方向に速度ｖで移動する際に、移動端末又は無線基地局の受信電力の変化（ΔＰＧ１）は小さいが、移動端末が無線基地局近傍で円周方向に同一の速度で移動する際の、移動端末又は無線基地局の受信電力の変化（ΔＰＧ２）は大きい。概して、本願実施例は、無線基地局から遠方に位置する移動端末に対してはビーム幅を狭くし、無線基地局の近傍に位置する移動端末に対してはビーム幅を広くするよう制御することで、距離の遠近によらず、移動端末に連続的にビームを追従させようとするものである。
図５は、本願実施例によるビーム制御におけるアンテナ利得を示す概念図である。図５（Ａ）に示されるように、セル端に位置する移動端末が無線基地局に対して円周方向に速度ｖで移動するものとする。説明の便宜上、円周方向に移動する場合を想定しているが、一般性を失うものではない。移動端末は送信電力ＰＴ１で送信し、無線基地局における受信電力はＰＲ１（ＰＴ１，ＰＧ１，ｒ１）である。移動端末が移動すると、無線基地局に対する単位時間当たりの角度変化（角速度）は、Δθ１となり、その間に、電力利得は、ΔＰＧ１＝ＰＧ１（Ｏ）−ＰＧ１（Δθ１）だけ変化する。まず、移動前に無線基地局にて受信される電力は、
ＰＲ１＝ＰＴ１＋ＰＧ１（Ｏ）−ＰＡＴＴ（ｒ１）  ・・・（ａ）
となる。ここで、ＰＧ１（θ）は位相角θに対する電力利得を示し、ＰＡＴＴ（ｒ）は、距離ｒに対する電波の距離減衰量を表す。移動後に無線基地局にて受信される電力は、
ＰＲ１＝ＰＴ１＋ＰＧ１（Δθ１）−ＰＡＴＴ（ｒ１）
＝ＰＴ１＋ＰＧ１（Ｏ）−ΔＰＧ１−ＰＡＴＴ（ｒ１）・・・（ｂ）
となる。
また、図５（Ｂ）に示されるように、無線基地局の近傍に位置する移動端末が無線基地局に対して円周方向に上記と同一の速度ｖで移動するものとする。移動端末は送信電力ＰＴ２で送信し、無線基地局に対する単位時間当たりの角度変化（角速度）は、Δθ２となり、その間に、電力利得は、ΔＰＧ２＝ＰＧ２（Ｏ）−ＰＧ２（Δθ２）だけ変化する。まず、移動前に無線基地局にて受信される電力は、
ＰＲ２＝ＰＴ２＋ＰＧ２（Ｏ）−ＰＡＴＴ（ｒ２）  ・・・（ｃ）
となる。移動後に無線基地局にて受信される電力は、
ＰＲ２＝ＰＴ２＋ＰＧ２（Δθ２）−ＰＡＴＴ（ｒ２）
＝ＰＴ２＋ＰＧ２（Ｏ）−ΔＰＧ２−ＰＡＴＴ（ｒ２）・・・（ｄ）
となる。
本願実施例では、距離の遠近によらず、受信電力が等しくなるように制御が行われる。具体的には、ＰＲ１＝ＰＲ２が成立するように、制御が行われる。従来とは異なり、本願実施例では電力利得ＰＧ１とＰＧ２は必ずしも同一ではない点に留意を要する。ＰＲ１＝ＰＲ２を充足するには、移動前に関しては、
ＰＴ１＋ＰＧ１（Ｏ）−ＰＡＴＴ（ｒ１）
＝ＰＴ２＋ＰＧ２（Ｏ）−ＰＡＴＴ（ｒ２）
が成り立つことを要する。移動後に関しては、
ＰＴ１＋ＰＧ１（Ｏ）−ΔＰＧ１−ＰＡＴＴ（ｒ１）
＝ＰＴ２＋ＰＧ２（Ｏ）−ΔＰＧ２−ＰＡＴＴ（ｒ２）
が成り立つことを要する。従って、
ΔＰＧ１＝ΔＰＧ２  ・・・（ｅ）
が満たされるように、制御が行われる。
このように、電力利得の変化量が一定になるような条件のもとにビーム制御が行われると、図５（Ａ），（Ｂ）に示されるように、遠方の移動端末に対してはビーム幅は狭く指向性が強くなり、近傍の移動端末に対してはビーム幅は広くなる。このため、近傍の移動端末が高速度ｖで円周方向に移動したとしても、急激に電力が減少することにはならず（減少量はΔＰＧ２である）、遠方の移動端末と同様に良好に追従することが可能になる。この場合における、移動端末の送信電力も、距離によらず一定にすることが可能になる（ＰＴ１＝ＰＴ２）。このような移動端末の距離に依存した指向性ビームは、そのような指向性の具体的な形状を当初から想定して重み係数を調整することも可能であるし、又はそのような具体的な形状を想定することとは別に、（ｅ）の条件等を満足するように制御した結果として所望の指向性が得られるようにすることも可能である。いずれにせよ、本願実施例では、重み係数の更新ステップ毎に、（ｅ）の条件を満足するような制御が行われる。
なお、この（ｅ）の条件を充足するように行う制御については、ΔＰＧ１とΔＰＧ２の間の誤差が所定値Ｄより小さくなるように制御してもよいし（ε＜Ｄ，ε＝｜ΔＰＧ１−ΔＰＧ２｜）、あるいは、ΔＰＧ１及びΔＰＧ２が所定のマージンＭより小さくなるように制御してもよい（ΔＰＧ１＜Ｍ，ΔＰＧ２＜Ｍ）。
ところで、システム制御の安定性の観点からは、受信サンプルが得られる毎に重み係数を実際に更新するのではなく、受信サンプルが得られる毎に重み係数を算出するが、重み調整部２２８による重み係数の更新は、所定数の複数の受信サンプル毎に行われるようにすることが好ましい。なお、この場合における「安定性」は、逐次更新される重み係数により実現される指向性の変化の滑らかさに相当する。
例えば、重み係数の更新される毎に（更新期間Ｔ１毎に）、上記の（ｅ）の条件が満たされることとするのであるが、その間の複数のサンプルについて算出される個々の重み係数については、（ｅ）の条件を課さずに算出して平均化するのである。このようにすると、瞬時的に（ｅ）の条件を満足しないような重み係数も算出され得るが、複数のサンプルにわたって平均化することで、更新期間Ｔ１毎に重み係数を安定的に算出することが可能になる。
あるいは、更新期間Ｔ１内に算出される重み係数に対しても、一定の制限を加えて算出することで、重み係数を更に安定的に算出することも可能である。例えば、一定期間にわたる受信電力の積分値が、距離によらず一定であるよう制御することが可能である。すなわち、図５（Ａ）に示されるような、遠方の移動端末の位相角が０からΔθ１まで変化する間の総受信電力Ｓ１は、
2004066523.tif 000003
であり、これは、図５（Ａ）中に斜線で示される面積に相当する。同様に、無線基地局の近傍の移動端末の位相角が０からΔθ２まで変化する間の総受信電力Ｓ２は、
2004066523.tif 000004
であり、これは、図５（Ｂ）中に斜線で示される面積に相当する。そして、これら総受信電力が、更新期間Ｔ１内で等しくなるように（Ｓ１＝Ｓ２）、制御を行うことが可能である。このようにすると、更新期間毎に（ｅ）の条件を充足することに加えて、その間に得られるサンプルについても総受信電力が一定になるよう制御されるので、より安定的に重み係数を算出することが可能になる。
図６は、他の実施例による適応制御装置のブロック図を示す。適応制御装置６００は、合成前又は合成後の受信信号に基づいて、重み係数を計算するのに必要な第１パラメータを設定する第１設定部６０２と、設定された第１パラメータに基づいて第１の重み係数を出力する第１ウエイト制御部６０４を有する。これらは、図２の適応制御装置と同様である。更に、適応制御装置６００は、重み係数を計算するのに使用された、距離ｒ、速度ｖ、角速度Δθ等のパラメータを逐次記憶する記憶部６０６を有する。適応制御装置６００は、記憶部６０６に格納されている過去のパラメータを利用して、将来のパラメータを推定する第２設定部６０８を有する。例えば、第２推定部６０８は、過去の２つの時点における距離ｒ、速度ｖ、角速度Δθ等のパラメータに基づいて、現在の距離ｒ、速度ｖ、角速度Δθ等のパラメータを推定する。第２設定部６０８にて参照されるパラメータの種類及び数は、必要に応じて適宜変更され得る。適応制御装置６００は、この第２設定部６０８にて設定された第２パラメータに基づいて、第２の重み係数を出力する第２ウエイト制御部６１０を有する。第１及び第２ウエイト制御部６０４，６１０は、いずれも重み係数を出力する点で共通するが、計算の基礎となるパラメータが相違する。
適応制御装置６００は、第１の重み係数により実現され得る指向性の主方向（ビームのピークの向く方向）と、第２の重み係数により実現され得る指向性の主方向との相違量を判定する到来角比較部６１２を有する。適応制御装置６００は、第１の重み係数による第１の指向性が実現され得た場合に受信され得る電力と、第２の重み係数による第２の指向性が実現され得た場合に受信され得る電力との相違量を判定する電力比較部６１４を有する。更に、適応制御装置６００は、到来角比較部６１２からの出力及び／又は電力比較部６１４からの出力に基づいて、第１の重み係数又は第２の重み係数の何れかを選択する選択部６１６を有する。
上述したように、第１及び第２ウエイト制御部６０４，６１０は、いずれも重み係数を出力する点で共通し、計算の基礎となるパラメータが相違する。従って、第１及び第２設定部で設定されるパラメータが共に等しければ、第１及び第２ウエイト制御部６０４，６１０で算出される重み係数も等しくなる。しかしながら、現時点ｔ＝ｔｎで得られる第１パラメータと、過去の時点ｔ＝ｔｎ−１，ｔｎ−２，．．．におけるパラメータに基づいて推定された第２パラメータが相違する場合がある。例えば、移動端末が高速で移動している場合には、移動速度や移動方向の変化は小さいので、第１パラメータよりも、第２パラメータの方が実情を正確に反映する。このような場合に、第１パラメータだけでは移動端末に充分に追従することが困難になる。本実施例では、到来角比較部６１２にて、第１の重み係数により実現され得る指向性の主方向と、第２の重み係数により実現され得る指向性の主方向との相違量を判定する。この相違量ΔΘが、所定の閾値を超えた場合には、到来角比較部６１２は、もはや第１パラメータにて算出される第１の重み係数では移動端末に追従することができないと判断する。そして、次回の重み係数の計算の初期値として、最新の第１の重み係数ではなく、第２の重み係数を適応制御装置６００から出力するように、到来角比較部６１２は選択部６１６に指示信号を与える。これにより、上記の相違量ΔΘを小さくし、高速に移動する移動端末に追従することが可能になる。
図７（Ａ）は、無線基地局に対して遠方の移動端末（図示せず）に対して形成され得る第１の指向性７０２と、第２の指向性７０４を示す。第１の指向性７０２は、上記の第１パラメータ及び第１の重み係数により実現され得るものである。第２の指向性７０４は、上記の第２パラメータ及び第２の重み係数により実現され得るものである。それぞれの指向性の場合に、受信機が受信する電力の相違量は、ΔＰ１で表されている。同様に、図７（Ｂ）は、無線基地局に対して近傍の移動端末（図示せず）に対して形成され得る第１の指向性７０６と、第２の指向性７０８を示す。それぞれの指向性の場合に、受信機が受信する電力の相違量は、ΔＰ２で表されている。
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、２つの指向性の間における受信電力の相違量は、無線基地局と移動端末との間の距離の遠近によって異なり、
ΔＰ１＞ΔＰ２
の関係が成り立つ。このことは、遠方の移動端末に対しては、指向性を変化させることの影響が大きいが、近傍の移動端末に対してはその影響が少ないことを意味する。すなわち、到来角の相違量ΔΘが大きくなった場合に、遠方の移動端末に対しては追従することがもはや困難であるが、近傍の移動端末に対してはビーム幅が広いので、依然として追従することが可能である。そこで、電力比較部６１４にて、２つの指向性についての電力の相違量ΔＰ１，ΔＰ２を算出し、この相違量が所定の閾値を超えた場合に、選択部６１６に指示信号を与えて、第２の重み係数を選択することが有利である。
なお、本実施例では、到来角比較部６１２及び電力比較部６１４を設けているが、処理負担を軽減する観点からは、電力比較部６１４を省略することも可能である。ただし、双方を設けておくと、遠方の移動端末に追従できない場合のような真に必要な場合に限って、重み計算の初期値を強制的に設定することが可能になる（これが有利なのは、システム制御の安定性の観点からは、そのような不連続性を導入することはなるべく回避すべきだからである。）。
図８は、他の実施例による適応制御装置のブロック図を示す。適応制御装置８００は、合成前又は合成後の受信信号に基づいて、重み係数を計算するのに必要な第１パラメータを設定する第１設定部８０２と、設定された第１パラメータに基づいて第１の重み係数を出力する第１ウエイト制御部８０４を有する。これらは、図２の適応制御装置と同様である。適応制御装置８００は、重み係数を計算するのに使用された、距離ｒ、速度ｖ、角速度Δθ等のパラメータを逐次記憶する記憶部８０６を有する。適応制御装置８００は、記憶部８０６に格納されている過去のパラメータを利用して、将来のパラメータを推定する第２設定部８０８を有する。適応制御装置８００は、この第２設定部８０８にて設定された第２パラメータに基づいて、第２の重み係数を出力する第２ウエイト制御部８１０を有する。適応制御装置８００は、第１の重み係数により実現され得る指向性の主方向と、第２の重み係数により実現され得る指向性の主方向との相違量を判定する到来角比較部６１２を有する。適応制御装置８００は、第１の重み係数による第１の指向性が実現され得た場合に受信され得る電力と、第２の重み係数による第２の指向性が実現され得た場合に受信され得る電力との相違量を判定する電力比較部８１４を有する。以上の要素は、上記の図６に説明した各要素と同様である。
本実施例では、第１の重み係数及び第２重み係数と、到来角比較部８１２及び／又は電力比較部８１４からの指示信号とに基づいて、補正信号Ａを出力する補正部８１６が設けられている。補正信号Ａは、第１ウエイト制御部８０４にフィードバックされる。本実施例の適応制御装置８００から出力される重み係数は、第１ウエイト制御部８０４から出力される第１の重み係数である。
上述したように、第１及び第２の重み係数でそれぞれ実現され得る指向性に関して算出される、到来角の相違量ΔΘ及び／又は受信電力の相違量ΔＰが、所定値を超えると、補正部８１６にその旨が通知される。補正部８１６は、この通知に応答して、第１及び第２の重み係数の間の相違量に依存して算出される補正信号Ａを出力する。補正信号Ａの内容は、第１パラメータの次回の計算内容を修正しようとするものであり、次回の重み係数の計算の初期値を強制的に第２の重み係数にするのではなく、例えばパラメータや重み係数にオフセット量を付加することが挙げられる。強制的に不連続に初期値を変更すると、ビームが移動端末から却って遠ざかってしまうリスクがある。しかし、本実施例のように補正信号Ａのようなフィードバック信号を導入することで、第１の重み係数を逐次更新してゆけば、例えば高速移動する移動端末に対しても、幾分滑らかに重み係数を変化させることが可能になる。
図９は、本願実施例による適応制御装置を利用する無線基地局９０２及び９０４を示す。第１の無線基地局９０２は、第１アレーアンテナ９０６と、第１適応制御装置９０８を有する。第１適応制御装置９０８は、第１適応制御装置９０２は、合成前又は合成後の受信信号に基づいて、重み係数を計算するのに必要な第１パラメータを設定する第１設定部９１０と、設定された第１パラメータに基づいて第１の重み係数を出力する第１ウエイト制御部９１２を有する。第１適応制御装置９０８は、重み係数を計算するのに使用された、距離ｒ、速度ｖ、角速度Δθ等のパラメータを逐次記憶する記憶部９１４を有する。第１適応制御装置９０８は、記憶部９１４に格納されている過去のパラメータを利用して、将来のパラメータを推定する第２設定部９１６を有する。これらの要素は、図６に示すものと同様である。
第２無線基地局９０４も、第１無線基地局９０２と同様に、第２アレーアンテナ９１８と、第２適応制御装置９２０を有する。第２適応制御装置９２０は、第１適応制御装置９０８は、第１適応制御装置９０２は、合成前又は合成後の受信信号に基づいて、重み係数を計算するのに必要な第１パラメータを設定する第１設定部９２２と、設定された第１パラメータに基づいて第１の重み係数を出力する第１ウエイト制御部９２４を有する。第１ウエイト制御部９２４には、初期値設定部９２６が図示されている。第２適応制御装置９２０は、第１適応制御装置９０８と同様の要素を有するが、簡単のため、他の要素については図示を省略している。
移動端末が、第１無線基地局９０２のセル内に存在し、第１無線基地局９０２により適応制御される指向性ビームを利用して通信しているものとする。この移動端末がセルの端部に到達し、通信を継続しつつ、第２無線基地局９０４のセル内に移行する（ハンドオーバする）ものとする。このハンドオーバの際に、第１適応制御装置９０８は、その移動端末に関するパラメータを移行先の無線基地局９０４に提供する。具体的には、そのパラメータを、初期値設定部９２４に入力する。提供するパラメータは、一般的には、距離ｒ、速度ｖ及び角速度Δθを含むが、例えばハンドオーバの際に距離ｒが既知であるならば、それを省略することが可能である。このようにハンドオーバと共にパラメータを引き渡すことで、移行先の無線基地局９０４において、適切な指向性ビームを速やかに用意することが可能になり、ビーム形成の初期引き込み時間を短縮することが可能になる。なお、図示している例では、過去のパラメータに基づいて推定された現在のパラメータを、ハンドオーバに合わせて提供しているが、それに代えて又はそれに加えて、現在のパラメータを提供することも可能である。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【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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【国際調査報告】
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