(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを有する基地局が信号送信に先立って各アンテナより送信する信号にそれぞれ乗算する重み係数を制御するフィードバック型送信ダイバーシチを行なう移動無線端末において、
受信した信号より、前記基地局の複数のアンテナより送信される送信信号をそれぞれ検出する信号分離手段と、
この信号分離手段が検出した時間的に連続する複数の信号に基づいて、前記複数のアンテナより将来に送信される各送信信号の受信状態を予測する予測手段と、
この予測手段の予測結果に基づいて、前記将来に送信される各送信信号を最適に受信するために与えるべき前記重み係数の値を求める重み係数生成手段と、
この重み係数生成手段にて求めた重み係数を前記基地局に送信する送信手段とを具備することを特徴とする移動通信端末。
【請求項２】
前記信号分離手段は、前記基地局の複数のアンテナより送信される送信信号にそれぞれ固有に含まれるパイロット信号を検出することにより、前記複数のアンテナより送信される送信信号をそれぞれ検出し、
前記予測手段は、前記信号分離手段にて検出したパイロット信号の複素平面上の軌跡に基づいて、前記複数のアンテナより将来に送信される各送信信号の受信状態を予測することを特徴とする請求項１に記載の移動通信端末。
【請求項３】
前記予測手段は、前記信号分離手段にて検出したパイロット信号の複素平面上の軌跡に基づいて、前記複素平面上の軌跡の実軸成分と虚軸成分の各成分についての多項式近似により、前記複数のアンテナより将来に送信される各送信信号の受信状態の予測を行うことを特徴とする請求項２に記載の移動通信端末。
【請求項４】
前記基地局との無線通信方式として、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動無線端末。
【請求項５】
前記信号分離手段は、受信した信号より、前記基地局の複数のアンテナより送信される送信信号を、伝搬経路毎にそれぞれ検出することを特徴とする請求項４に記載の移動通信端末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば携帯電話システムなどの移動通信システムで、特にフィードバック型送信ダイバーシチ方式の通信システムで用いられる移動無線端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィードバック型送信ダイバーシチは、第３世代移動通信システム開発活動として３ＧＰＰウェブサイト（http://www.3gpp.org）中の文書“TS25.214 v3.0.0”（２５ページ）に“Closed Loop mode transmit diversity”として公開されている。
【０００３】
ここで紹介されるフィードバック型送信ダイバーシチでは、移動局が受信信号を測定し演算を行い、その演算結果をフィードバック情報として基地局に送信し、これを受信した基地局が、フィードバック情報に基づいて、送信アンテナ（ダイバーシチブランチ）の係数を制御することにより、移動局における受信信号の強度を高めるようにしている。
【０００４】
上記フィードバック情報の具体的な求め方としては、例えば、基地局がダイバーシチアンテナ（以下、単にアンテナと称す）ａｎｔ−Ａ，ａｎｔ−Ｂを備える場合には、移動局は、ａｎｔ−Ａ，ａｎｔ−Ｂから別々に分離可能な信号として送信されるパイロット信号を受信して、各アンテナからの受信信号のベクトル量を求める。
【０００５】
そして、移動局は、これらのベクトル量の加減算を行い、この結果から、受信強度が高くなるようなアンテナａｎｔ−Ａの係数Ｗａとアンテナａｎｔ−Ｂの係数Ｗｂの組み合わせを求め、これをフィードバック情報として基地局に通知するようにしている。
【０００６】
このような制御では、当然、制御遅延が生じる。すなわち、３ＧＰＰの例では、時間を約６６６μ秒毎のスロットに区切り、スロット毎にフィードバック制御を行なうが、移動局がＮ番目のスロットにおいて受信信号を測定しフィードバック情報を演算して基地局へ送信した場合には、その情報は早くとも１スロット後（Ｎ＋１番目のスロット）になって初めて基地局の送信アンテナ（ダイバーシチブランチ）の係数に反映されることになる。
【０００７】
このため、この遅延時間（１スロット）の間に移動局が移動した場合には、ダイバーシチ効果の劣化が生じる。この劣化について、図５を参照して説明する。
なお、以下の説明では、基地局は、上述のアンテナａｎｔ−Ａ，ａｎｔ−Ｂを備え、アンテナａｎｔ−Ａの係数をＷａ、アンテナａｎｔ−Ｂの係数をＷｂとし、説明を簡明にするため、Ｗａは、定常的に＋１とする。
【０００８】
図５において、波形ａは、アンテナａｎｔ−Ａから送信された信号のみを移動局で受信した場合の信号強度を示し、波形ｂは、アンテナａｎｔ−Ｂから送信された信号のみを移動局で受信した場合の信号強度を示す。
【０００９】
また、波形ｃは、アンテナａｎｔ−Ｂの係数Ｗｂが＋１である場合に移動局で受信される信号強度を示し、一方、波形ｄは、アンテナａｎｔ−Ｂの係数Ｗｂが−１である場合に移動局で受信される信号強度を示す。
【００１０】
また、波形ｅは、Ｗｂに最良の値が設定された場合において、移動局で受信される信号強度を示すものである。すなわち、波形ｅは、波形ｃ，ｄのいずれか大きい方が的確に選択できた場合の波形を示すものである。
【００１１】
図５（ａ）は、制御遅延時間が零の理想状態を示している。また、図５（ｂ）は、制御遅延時間の間に移動局が０．０５波長移動した場合の様子を示している。これは、３ＧＰＰシステム（波長０．１５ｍ（２ＧＨｚ）、スロット長６６６μ秒）においては、移動局が秒速約１１ｍ（時速約４０ｋｍ）で移動していることに相当する。
【００１２】
そして、図５（ｃ）は、制御遅延時間の間に移動局が０．１波長移動した場合を示すものであり、移動局が秒速約２２ｍ（時速約８０ｋｍ）で移動していることに相当する場合の様子を示す。
【００１３】
これらの図から分かるように、図５（ａ）に比べて（ｂ），（ｃ）では、特に横軸の値（移動位置）が５．６〜５．８波長の付近で波形ｅが落ち込み、ダイバーシチ効果が劣化している様子が見受けられ、移動局の移動速度が増大するに従い、ダイバーシチ効果が大きく劣化することが分かる。このように、ダイバーシチ効果が劣化すれば、移動局の受信レベル低下の確率が増大し通信の安定性が損なわれる結果となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の移動無線端末では、移動速度が増大するに従い、ダイバーシチ効果が大きく劣化するため、移動速度の増大により、移動局の受信レベル低下の確率が増大し通信の安定性が損なわれるという問題があった。
【００１５】
この発明は上記の問題を解決すべくなされたもので、移動速度が増大した場合でも、ダイバーシチ効果の劣化の度合いを緩和して、高速移動時においても安定した通信が可能な移動無線端末を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明は、複数のアンテナを有する基地局が信号送信に先立って各アンテナより送信する信号にそれぞれ乗算する重み係数を制御するフィードバック型送信ダイバーシチを行なう移動無線端末において、受信した信号より、基地局の複数のアンテナより送信される送信信号をそれぞれ検出する信号分離手段と、この信号分離手段が検出した時間的に連続する複数の信号に基づいて、複数のアンテナより将来に送信される各送信信号の受信状態を予測する予測手段と、この予測手段の予測結果に基づいて、受信に最適な重み係数の値を求める重み係数生成手段と、この重み係数生成手段にて求めた重み係数を基地局に宛てて送信する送信手段とを具備して構成するようにした。
【００１７】
上記構成の移動無線端末では、基地局の複数のアンテナよりそれぞれ送信される送信信号毎に状態を予測し、この予測結果に基づいて、基地局側において信号送信に先立って各アンテナより送信する信号にそれぞれ乗算される重み係数を制御するようにしている。
【００１８】
したがって、上記構成の移動無線端末によれば、予測される送信信号の状態に基づいて、上記重み係数が制御されるので、制御遅延が短縮され、移動速度が増大した場合でも、ダイバーシチ効果の劣化の度合いを緩和して、高速移動時においても安定した通信を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係わる移動無線端末および基地局の構成を示すものである。
【００２０】
この図に示す移動無線端末１は、アンテナ１１と、パイロット分離手段１２と、パス軌跡予測手段１３と、制御情報作成手段１４と、制御情報送信手段１５とを備えている。
【００２１】
また、基地局２は、情報受信手段２０と、重み係数制御回路２１と、送信信号生成器２２と、乗算器２２ａ，２２ｂと、アンテナ２３ａ，２３ｂとを備えている。
【００２２】
情報受信手段２０は、移動無線端末１よりフィードバック情報を受信し、重み係数制御回路２１に入力する。重み係数制御回路２１は、入力されるフィードバック情報を解析して重み係数Ｗａ，Ｗｂを求め、求めた重み係数Ｗａを乗算器２２ａに入力し、一方、重み係数Ｗｂを乗算器２２ｂに入力する。
【００２３】
送信信号生成器２２は、アンテナ２３ａを通じて送信される送信信号Ｔａと、アンテナ２３ｂを通じて送信される送信信号Ｔｂをそれぞれ生成するもので、送信信号Ｔａ，Ｔｂには、共通する情報信号が含まれる他に、異なるパイロット信号Ｐｉａ，Ｐｉｂをそれぞれ含む。
【００２４】
このようにして生成された送信信号Ｔａは、乗算器２２ａにて重み係数Ｗａと乗算され、アンテナ２３ａよりＴａ´として空間に放射される。同様に、送信信号Ｔｂは、乗算器２２ｂにて重み係数Ｗｂと乗算され、アンテナ２３ｂよりＴｂ´として空間に放射される。
【００２５】
これに対して、移動無線端末１では、上記送信信号Ｔａ´，Ｔｂ´が重畳されてアンテナ１１にて受信され、パイロット分離手段１２に入力される。パイロット分離手段１２は、入力される受信信号に含まれるパイロット信号Ｐｉａ，Ｐｉｂを分離して、独立なベクトルとして検出し、この検出結果をパス軌跡予測手段１３に入力する。
【００２６】
パス軌跡予測手段１３は、パイロット分離手段１２にて検出した２つのベクトルをベクトル平面上で外挿することによって、次のスロットにおける各パイロット信号のベクトルを予測する。
【００２７】
具体的な予測方法の一例としては、パイロット信号Ｐｉａ，Ｐｉｂについて、現在および過去に検出したベクトルに基づいて、将来の、すなわち次のスロットのベクトルを直線近似して予測する。
【００２８】
なお、より高精度にパイロット信号ベクトルを予測する方法としては、現在および過去の合計（Ｎ＋１）点のベクトル検出結果を用いて、複素ベクトルの実軸成分と虚軸成分を別々にＮ次式近似して、それを外挿する方法が考えられる。
【００２９】
このようにして予測されたベクトルの情報は、制御情報作成手段１４に入力され、制御情報作成手段１４では、上記予測されたベクトル情報に基づいて、当該移動無線端末１において基地局２からの受信信号の強度が最良となる重み係数ＷａとＷｂを求め、これらをフィードバック情報として、制御情報送信手段１５に入力する。
制御情報送信手段１５は、入力された上記フィードバック情報を基地局２に向け送信する。
【００３０】
次に、上記構成の移動無線端末１および基地局２によるフィードバック型送信ダイバーシチの制御動作について説明する。
アンテナ２３ａを通じて送信される送信信号Ｔａ´は、伝搬経路Ｐａを通じて、移動無線端末１のアンテナ１１の近傍にて、散乱円Ｓａで示す電波反射物体群により散乱する。
【００３１】
同様に、アンテナ２３ｂを通じて送信される送信信号Ｔｂ´は、伝搬経路Ｐｂを通じて、移動無線端末１のアンテナ１１の近傍にて、散乱円Ｓｂで示す電波反射物体群により散乱する。
【００３２】
このようにして散乱した送信信号Ｔａ´，Ｔｂ´は、多数の波が重畳され、空間的なフェージング状態でアンテナ１１に受信される。
送信信号Ｔａ´，Ｔｂ´が重畳された受信信号は、パイロット分離手段１２にて、パイロット信号Ｐｉａ，Ｐｉｂが分離された状態で、独立した２つのベクトルとして検出される。
【００３３】
この検出されたパイロット信号Ｐｉａ，Ｐｉｂの２つのベクトルは、パス軌跡予測手段１３にて、ベクトル平面上で外挿され、次のスロットにおける各パイロット信号のベクトルが予測される。
【００３４】
この予測結果は、制御情報作成手段１４に入力され、ここで、当該移動無線端末１において基地局２からの受信信号の強度が最良となる重み係数ＷａとＷｂが求められ、これらをフィードバック情報として、制御情報送信手段１５より基地局２に向け送信する。
【００３５】
なお、ここで、重み係数Ｗａを定常的に＋１と設定している場合には、重み係数Ｗｂのみを＋１か−１に制御する１ビットの情報をフィードバック情報として基地局２に送信すればよい。
【００３６】
これに対して、基地局２では、上記フィードバック情報が情報受信手段２０により受信され、重み係数制御回路２１に入力される。重み係数制御回路２１では、入力されるフィードバック情報を解析して重み係数Ｗａ，Ｗｂを求め、求めた重み係数Ｗａを乗算器２２ａに入力し、一方、重み係数Ｗｂを乗算器２２ｂに入力する。
【００３７】
これにより、送信信号生成器２２にて生成された送信信号Ｔａは、乗算器２２ａにて重み係数Ｗａと乗算され、アンテナ２３ａより空間に放射される。同様に、送信信号Ｔｂは、乗算器２２ｂにて重み係数Ｗｂと乗算され、アンテナ２３ｂより空間に放射される。
【００３８】
図２及び図３は、フィードバック情報が反映されるまでに、移動無線端末１が０．２波長だけ移動する状況において、この移動による信号の変化が知れているカンニングフィードバック信号を用いた理想的な送信ダイバーシチの制御を行った場合と、上述したようなパイロット信号ベクトルの予測結果に基づいてフィードバック型送信ダイバーシチ制御を行った場合と、従来のフィードバック型送信ダイバーシチ制御を行った場合とにおける、移動無線端末１の受信信号強度と受信信号強度の累積率をそれぞれ示すものである。
【００３９】
なお、両図において、破線Ｌ１は、カンニングフィードバック信号を用いた場合の制御結果を示し、太い実線Ｌ２は、本発明による２次多項式によって移動後のパイロット信号を予測した結果を用いた場合の制御結果を示し、細い実線Ｌ３は、従来の制御結果を示す。
【００４０】
図２によれば、本発明によりパイロット信号ベクトルの予測結果に基づいてフィードバック型送信ダイバーシチ制御を行うことにより、従来に比して、著しく理想状態に近いダイバーシチ制御が行えることが分かる。
【００４１】
また、図３によれば、例えば、受信強度が横軸のレベル以下となる確率が１％（０．０１）のレベル、すなわち、９９％の確率で受信が保証できるレベルで評価すると、本発明の移動後のパイロット信号を予測した結果を用いた場合の制御によれば、理想（カンニング）時に比べて３ｄＢ程度の劣化に過ぎず、従来の制御に比べ、約１０ｄＢ向上していることが分かる。
【００４２】
以上のように、上記構成の移動無線端末では、過去および現在のパイロット信号のベクトルから、将来のパイロット信号ベクトルを予測し、この予測結果に基づいて基地局２の重み係数Ｗａ，Ｗｂを制御するようにしている。
【００４３】
したがって、上記構成の移動無線端末によれば、予測されたパイロット信号ベクトルに基づく重み係数Ｗａ，Ｗｂによりフィードバック型送信ダイバーシチ制御が行われることになる。
【００４４】
このため、移動速度が増大した場合でも、ダイバーシチ効果の劣化の度合いを緩和して、高速移動時においても安定した通信を行うことができる。
【００４５】
尚、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、反射物体３が存在する場合には、前述の実施形態と同様の伝搬経路Ｐａ，Ｐｂの他に、反射物体３にて反射される遅延伝搬経路Ｐａ２，Ｐｂ２が生じ、これらの遅延伝搬経路を経て、移動無線端末１のアンテナ１１の近傍にて、散乱円Ｓａ２，Ｓｂ２で示す電波反射物体群による散乱が生じる。
【００４６】
このような場合では、伝搬経路Ｐａ，Ｐｂによる直接波と、伝搬経路Ｐａ２，Ｐｂ２による遅延反射波とが存在するが、このような状況にあっても、直接波と遅延反射波をそれぞれ独立して検波して、各伝搬経路の測定値を求め、各伝搬経路について、それぞれ最適な重み係数Ｗａ，Ｗｂを求め、基地局２にフィードバックさせればよい。
【００４７】
また、上記実施の形態では、説明を簡明にするために、重み係数Ｗａを＋１の定常値とし、重み係数Ｗｂが＋１あるいは−１のいずれかを取るものとしたが、これに代わって例えば、フィードバック型送信ダイバーシチ制御の性能向上のために、重み係数が４通りや１６通りの値を取る場合がある。このような場合においても、本発明は適用可能であることはいうまでもなく、同様の効果を奏する。
【００４８】
なお、重み係数が４通りの値を取る場合とは、複素平面上において、絶対値が１で、位相が相互に９０゜となる４通り（（１＋０ｊ），（０，ｊ），（−１，０ｊ），（０，−ｊ））である。
【００４９】
また、重み係数が１６通りの値を取る場合とは、複素平面上において、絶対値（振幅比）が２通りで、位相が相互に４５゜の場合である。
その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を施しても同様に実施可能であることはいうまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明では、基地局の複数のアンテナよりそれぞれ送信される送信信号毎に状態を予測し、この予測結果に基づいて、基地局側において信号送信に先立って各アンテナより送信する信号にそれぞれ乗算される重み係数を制御するようにしている。
【００５１】
したがって、この発明によれば、予測される送信信号の状態に基づいて、上記重み係数が制御されるので、移動速度が増大した場合でも、ダイバーシチ効果の劣化の度合いを緩和して、高速移動時においても安定した通信を行うこと可能な移動無線端末を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる移動無線端末と基地局の構成を示す回路ブロック図。
【図２】図１に示した移動無線端末による受信信号強度の改善を説明するための図。
【図３】図１に示した移動無線端末による受信信号強度の改善を説明するための図。
【図４】図１に示した移動無線端末が、反射物体により遅延伝搬経路が生じる場合でも有効であることを説明するための図。
【図５】従来の移動無線端末における制御遅延によるダイバーシチ効果の劣化を説明するための図。
【符号の説明】
１…移動無線端末
２…基地局
３…反射物体
１１…アンテナ
１２…パイロット分離手段
１３…パス軌跡予測手段
１４…制御情報作成手段
１５…制御情報送信手段
２０…情報受信手段
２１…重み係数制御回路
２２…送信信号生成器
２２ａ，２２ｂ…乗算器
２３ａ，２３ｂ…アンテナ
【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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