(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
適応アンテナアレイ技術を下り回線に適用したＣＤＭＡ基地局の設計方法であって、
素子水平パラメータに基づきアレイ素子水平パタンをアレイ素子水平パタン計算手段により計算し、
上記アレイ素子水平パタンとアレイパラメータに基づいて適応アンテナアレイアンテナパタンを適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段により計算し、
素子垂直パラメータに基づきアレイ素子垂直パタンをアレイ素子垂直パタン計算手段により計算し、
上記アレイ素子垂直パタン、および伝搬損失パラメータとセル配置パラメータに基づいて伝搬損失とジオメトリを伝搬損失及びジオメトリ計算手段により計算し、
上記アレイ素子水平パタン、上記アンテナアレイアンテナパタン、上記伝搬損失、上記ジオメトリ、およびシステムパラメータとセル配置パラメータに基づいて収容移動局（ユーザ）数と移動局の通信品質の積を通信品質・収容ユーザ数推定手段により計算することを特徴とするＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法において、
収容移動局（ユーザ）数と移動局の通信品質の積は、上記アレイ素子水平パタンと上記適応アンテナアレイアンテナパタンおよび１から直交率を減じた値であるαに基づいて、上記基地局が設置されているセル内（自セル）の目的とする移動局以外の移動局への通信チャンネルの電波が、目的とする移動局に与える干渉に対する低減率Aesと、上記セル以外のセル内（他セル）の移動局への通信チャンネルの電波が、目的とする移動局に与える干渉に対する低減率Aeoと、上記自セル内の全ての移動局への共通制御チャンネルの電波が、目的とする移動局に与える干渉に対する低減率Aes＿contと、上記他セル内の移動局への共通制御チャンネルの電波が、目的とする移動局に与える干渉に対する低減率Aeo＿contとを計算し、上記干渉低減率Aes、Aeo、Aes＿cont、Aeo＿contと上記伝搬損失、上記ジオメトリ、上記システムパラメータ、上記セル配置パラメータを用いて、上記収容移動局数と移動局の通信品質の積を計算することを特徴とするCDMA適応アンテナアレイ基地局設計方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法において、
移動局に要求される通信品質を用いて、上記通信品質・収容ユーザ数推定手段により上記通信品質・収容ユーザ（移動局）数の積から収容移動局（ユーザ）数を計算することを特徴とするＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法において、
上記基地局の上記セルに収容される移動局（ユーザ）数を用いて、上記通信品質・収容ユーザ数の積から移動局の通信品質を上記通信品質・収容ユーザ数推定手段により計算することを特徴とするＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法。
【請求項５】
素子水平パラメータが入力され、アレイ素子の水平パタンを計算するアレイ素子水平パタン計算手段と、
アレイパラメータと上記アレイ素子水平パタンが入力され、適応アンテナアレイのアンテナパタンを計算する適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段と、
素子垂直パラメータが入力され、アレイ素子の垂直パタンを計算するアレイ素子垂直計算手段と、
伝搬損失パラメータとセル配置パラメータ、および上記アレイ素子垂直パタンが入力され、伝搬損失とジオメトリを計算する伝搬損失およびジオメトリ計算手段と、
システムパラメータとセル配置パラメータ、および上記アレイ素子水平パタン、上記適応アンテナアレイアンテナパタン、上記伝搬損失と上記ジオメトリが入力され、下り回線の通信品質と収容移動局（移動局）数の積を推定する通信品質・収容ユーザ数推定手段と、を具備したことを特徴とするＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置。
【請求項６】
請求項５に記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置において、
上記通信品質・収容ユーザ数推定手段は、上記アレイ素子水平パタンと上記適応アンテナアレイアンテナパタンと１から直交率を減じた値であるαが入力され、上記基地局が設置されているセル内（自セル）の目的とする移動局以外の移動局への通信チャンネルの電波が、目的とする移動局に与える干渉に対する低減率Aesを計算する自セル内通信チャンネル推定部と、
上記アレイ素子水平パタンと上記適応アンテナアレイアンテナパタンが入力され、上記セル以外のセル内（他セル）の移動局への通信チャンネルの電波が、目的とする移動局に与える低減率Aeoを計算する他セル内通信チャンネル推定部と、
上記アレイ素子水平パタンと上記適応アンテナアレイアンテナパタンと１から直交率を減じた値であるαが入力され、上記自セル内の全ての移動局への共通制御チャンネルの電波が、目的とする移動局に与える干渉に対する低減率Aes＿contを計算する自セル内共通制御チャンネル推定部と、
上記アレイ素子水平パタンと上記適応アンテナアレイアンテナパタンが入力され、上記他セル内の全ての移動局への共通制御チャンネルの電波が、目的とする移動局に与える干渉に対する低減率Aeo＿contを計算する他セル内共通チャンネル推定部と、
上記干渉低減率Aes、Aeo、Aes＿cont、Aeo＿contと上記伝搬損失、上記ジオメトリ、上記システムパラメータ、上記セル配置パラメータが入力され、上記収容移動局（ユーザ）数と通信品質の積を計算する通信品質・収容ユーザ数決定部を具備したことを特徴とするＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置において、
上記通信品質・収容ユーザ数推定手段は、移動局に要求される通信品質も入力され、収容移動局（ユーザ）数を推定する手段を有することを特徴とするＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置。
【請求項８】
請求項５または６に記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置において、
上記通信品質・収容ユーザ数推定手段は、上記基地局に収容される移動局（ユーザ）数も入力され、移動局の通信品質を推定する手段を有することを特徴とするＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置。
【請求項９】
請求項１乃至４の何れかに記載したＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計方法をコンピュータに実行させるＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計プログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、CDMAやＷ-CDMA方式における適応アンテナアレイを設備した基地局の下り回線の通信品質と収容移動局（ユーザ）数を推定することにより基地局を設計する基地局設計方法およびその装置、基地局設計プログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＷ-CDMA適応アンテナアレイ基地局の設計においては下り回線の通信品質と収容ユーザ数、つまり収容移動局の数を推定するために、計算機上の仮想的なサービスエリア（領域）において一定数のユーザ（移動局）をランダムに配置して通信状態を模擬させる図１(A)に示すようなシミュレーションを行っていた。すなわち、システムのサービス領域を正六角形のセルCE1,CE2,・・・を敷き埋めたように分割し、各セルCE1,CE2,・・・の中心に基地局BS1,BS2,・・・を設け、更に各基地局はそのサービスエリア内を、例えば３つのセクタ（120°セクタ）S1,S2,S3に分割し、各セクタS1,S2,S3に各１つの移動局（ユーザ）MS1,MS2,MS3を適当に配置させた場合に、その配置した各移動局MS1,MS2,MS3のそれぞれに対し通信品質が最も良くなるように通信相手の基地局、図１(B)に示す例ではBS4の適応アンテナアレイのアンテナパタンAP4を形成し、全ての移動局（ユーザ）MS1,MS2,MS3が所要の通信品質を満たすかどうかを判定して、満たすことができていれば配置した移動局（ユーザ）を収容可能および得られた品質を通信品質と判定し、満たさない移動局（ユーザ）があれば個々の移動局（ユーザ）に対して送信電力制御を行った後、再び適応アンテナアレイのアンテナパタンAP4を形成して通信品質判定を行うという一連の試行を繰り返し行うものである。例えば基地局BS4から送信される信号を受信する移動局MS1,MS2,MS3の各通信品質が図１(C)に示すように移動局MS1は所要品質を超え、MS3は丁度所要品質であるが、移動局MS2は所要品質を下回っている場合は、移動局MS1,MS2に対して、前者は送信電力を下げ、後者は送信電力を上げる制御を基地局BS4で行うと共に同基地局の適応アンテナアレイのアンテナパタンAP4を制御して、図１(D)に示すように移動局MS1,MS2,MS3の何れも、基地局BS4からの信号の品質が所要品質になるように、送信電力制御とアンテナパタンAP4の制御を繰り返し行う（例えば非特許文献１および文献２）。
【０００３】
移動局MS1,MS2,MS3の少なくとも１つに対する送信電力制御を行うと他の移動局や、更に他のセルの移動局における干渉の影響が変化するために、一度の送信電力制御ですべての移動局が通信品質を満たすようになることは希で、試行を何度も繰り返すことで適応アンテナアレイのアンテナパタンや各移動局（ユーザ）に対する基地局での送信電力制御状態が徐々に最適値に収束し、すべての移動局（ユーザ）が所要の通信品質を満たす状態に推移する。ただし、基地局が割り当てられている規定の総送信電力（各移動局への送信電力の総和）以内で所要品質を満たせない場合には、設定した移動局（ユーザ）数は収容不能と判定される。この操作を、配置する移動局（ユーザ）の数を徐々に増やしながら行っていって、収容可能な最大のユーザ数が収容ユーザ数として求まる。ただし、ユーザ数が同じであっても移動局配置に偏りなどがある場合には、収容可能となる場合と収容不能となる場合があるので、同一ユーザ数に対し複数回のシュミレーションを行い、収容可能確率を計算して、一定確率以上で収容可能となるユーザ数を収容ユーザ数としている。
【０００４】
このシミュレーションの処理手順の流れを図２に示す。
まず、アンテナ、所要品質などの諸元を設定したユーザ（移動局）数を更新する（最初は各セクタに１つの移動局を配置する）(S1,S2)。次に適応アンテナアレイパタンの制御、基地局の送信電力制御収束計算を行う(S3)。この計算は図２(B)に示すように、先に決められた数のユーザ（移動局）をランダムな位置に配置し（S3-1)、その移動局の通信相手基地局を決定し(S3-2)、その状態で移動局側の受信処理を行い(S3-3)、その結果に基づき基地局の好ましい適応アンテナアレイパタンを計算し(S3-4)、その場合の移動局で見た相手基地局からの信号の通信品質を計算し(S3-5)、適応アンテナアレイパタンが最適値に収束したか判定し(S3-6)、収束していなければ(S3-6：NO)基地局に対する送信電力に制御を行い(S3-7)、その送信電力の制御結果が最適値に収束したかを判定し(S3-8)、収束していなければ(S3-8：NO)送信電力制御を繰り返し収束するまで行う(S3-8：YES)。送信電力制御が最適値に収束したら移動局側受信処理を行い(S3-3)、以下同様のことを繰り返す。適応アンテナアレイ収束判定が最適値に収束すると(S3-6)：YES)、このサブルーチンは終了する。メインルーチンでは上の処理をＮ回試行したか調べ（終了判定）(S4)、行っていなければ(S4：NO)繰り返し行い、Ｎ回行ったならば(S4：YES)ユーザ収容可能確率を計算し(S5)、収容可能確率が所定値以上となり、すなわち、更に収容可能なユーザ数の増大が期待できれば(S6)：NO)ユーザ数を更新し(S2)、収容可能確率が所要値未満であれば、所定値以上であった時の最大ユーザ数を収容ユーザ数とする(S7)。
【０００５】
【非特許文献１】
ARIB,「Japan Proposal for Candidate Radio Transmission Technology on IMT-2000:W-CDMA」1998年９月
【非特許文献２】
森、今井、信学総大B-5-40,「Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおける適応アンテナアレイ適応時の上り容量に関する一検討」2002年３月
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のＷ−ＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局の設計方法は以下の問題点を含んでいる。それぞれのユーザ（移動局）に対して形成する適応アンテナアレイのアンテナパタンと送信電力制御の関係は微妙なバランスの上に成り立っている。したがって、所要の通信品質を満たせないユーザが存在する場合などにあって適応アンテナアレイのアンテナパタンを更新しようとすると、移動局に対する通信品質が大きく変化し、そのために通信品質を維持しようとして働く送信電力制御が不安定になるため、両者が収束するまでには長い計算時間を要する。
また、ユーザ（移動局）数が増加することによって、計算処理が増加し、かつ、全ての移動局（ユーザ）が同時に所要の通信品質を満たすことが確率的に難しくなることから、収束までの所要時間が大幅に増加してしまうことがわかっている。このため、従来よりも多数の移動局（ユーザ）数を収容できる適応アンテナアレイ基地局の設計において、既存のシミュレーション方法を用いた通信品質と収容ユーザの高速な推定は難しい。
この発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的は、適応アンテナアレイ技術を下り回線に適用したＣＤＭＡ基地局に設計に際し、高速に通信品質と収容ユーザ（移動局）数を推定して基地局を設計する基地局設計方法および装置、基地局設計プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明方法によれば、設置するアンテナの特徴や数量、周囲の基地局配置や電波伝搬の状態などの設定条件に基づいたアレイ素子のアンテナパタンと適応アンテナアレイのアンテナパタン、および伝搬損失とジオメトリ（周辺基地局の干渉状態）を計算することにより、基地局における通信品質や収容ユーザ（移動局）数を推定する。
この構成により、計算機上の仮想的なサービスエリアにおいて一定数の移動局（ユーザ）をランダムに配置したり、配置した移動局（ユーザ）ごとに通信品質が最も良くなるように適応アンテナアレイのアンテナパタンを形成したり、個々の移動局（ユーザ）に対して基地局が送信電力制御を行ったり、配置するユーザ数を更新しながら繰り返し計算したりする必要がなく、短時間で通信品質や収容ユーザ数を求めることができる。
【０００８】
この発明の装置によれば、アレイ素子水平パタンを計算するアレイ素子水平パタン計算手段と、アレイ素子水平パタン計算結果に基づいて適応アンテナアレイアンテナパタンを計算する適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段と、アレイ素子垂直パタンを計算するアレイ素子垂直パタン計算手段と、アレイ素子垂直パタン計算結果に基づいて伝搬損失とジオメトリを計算する伝搬損失及びジオメトリ計算手段と、アレイ素子水平パタン計算結果と適応アンテナアレイアンテナパタン計算結果、および伝搬損失とジオメトリに基づいて通信品質と収容ユーザを推定する通信品質・収容ユーザ数推定手段を具備する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図３は、この発明の実施例を示すＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局設計装置の概略ブロック図である。
条件設定手段１には通信品質・収容ユーザ（移動局）数を推定するために、基地局に設置するアンテナの特徴や数量、周囲の基地局配置や電波伝搬の状態、システム諸元などを設定することができる。条件設定手段１に入力される条件設定値は図４に示すように、適応アンテナアレイを構成する１つのアンテナ素子（アレイ素子）の特性を決める(a)素子水平パラメータと(d)素子垂直パラメータ、(c)アンテナ素子をアレイ化するためのアレイパラメータ、(f)システム諸元を決めるシステムパラメータ、(i)周囲の基地局配置を決めるセル配置パラメータ、(g)電波損失を決める伝搬損失パラメータ、各計算式（(b)アレイ素子水平パタン計算式、(e)アレイ素子垂直パタン計算式、(h)伝搬損失計算式）の９つに大きく分けられ、これらは例えばキーボードやマウスなどにより入力される。
アレイ素子水平パタン計算手段２は、条件設定手段１からの条件設定値を用いて、アレイ素子の水平アンテナパタンを計算する。
適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段３は、アレイ素子水平パタン計算結果や、条件設定手段１からの条件設定値を用いて、適応アンテナアレイアンテナパタンを計算する。
アレイ素子垂直パタン計算手段４は、条件設定手段１からの条件設定値を用いて、アレイ素子の垂直アンテナパタンを計算する。
伝搬損失及びジオメトリ計算手段５は、アレイ素子垂直パタン計算結果や、条件設定手段１からの条件設定値を用いて、伝搬損失とジオメトリを計算する。
通信品質・収容ユーザ数推定手段６は、アレイ素子水平パタン計算結果や、適応アンテナアレイアンテナパタン計算結果、伝搬損失計算結果、ジオメトリ計算結果、および条件設定手段１からの条件設定値を用いて、通信品質・収容ユーザ（移動局）数や収容ユーザ（移動局）数あるいは通信品質を推定する。
【００１０】
条件設定手段１には、(a)アレイ素子水平パタンの主ビーム半値幅ＢＷ、フロントゲイン（主ビーム利得）ＦＧ、フロントバッグゲイン比（主ビーム利得と後方利得の比）ＦＢなどの素子パラメータ、(c)アレイ素子数Ａ、使用波長λ、アレイ素子間隔Ｄなどのアレイパラメータ、(d)スタック数（素子の垂直積み上げ数）Ｂやチルト角（垂直ビーム指向方向）Ｔなどの素子垂直パラメータ、(f)セルをセクタに分割するセクタ分割数Ｓ、セクタを等方位に分割するセグメント分割数Ｍ（計算条件）、セクタを半径方向に等間隔で分割する半径分割数Ｎ’（計算条件）、処理利得（拡散利得）ｐｇ、有音率（実際に電波を放射する発話中の時間率）ＶＡ、拡散帯域内の受信機熱雑音電力Ｎ、１から直交率（直交符号の使用による自セル内干渉の低減率）を減じた値α、基地局共通チャンネル送信電力Ptcontrol、基地局総送信電力Pttotalなどのシステムパラメータ、(g)基地局の送信周波数freq、基地局のアンテナ高hb、移動局のアンテナ高hmなどの伝搬損失パラメータ、(i)セル半径Ｒ、周辺基地局数Nc、基地局位置（配置方法）Positionといったセル配置パラメータと、(b)アレイ素子水平パタン計算式や(e)アレイ素子垂直パタン計算式、(h)伝搬損失計算式などがキーボードやマウスなどにより設定・選択が可能になっている。それぞれのパラメータは固定値を代入しても良いし、特定のパラメータについては値域を指定してパラメータの変移と通信品質・収容ユーザ（移動局）数の連続的な関係を計算させることも可能である。なお、条件設定手段で設定・選択される各計算式はひとつ以上の数式から成り立っており、場合分け条件や計算手続きも含むことがある。
【００１１】
図５はアレイ素子水平パタン計算手段２の処理概念とアレイ素子水平パタンの計算例を示す図である。
条件設定手段１から(a)素子水平パラメータ（半値幅ＢＷ、フロントゲインＦＧ、フロントバッグゲイン比ＦＢ）と(b)アレイ素子水平パタン計算式Gs(y)（補助式や場合分け条件も含む）が入力されて、アレイ素子水平パタン計算結果Gs(y)を出力する。アレイ素子水平パタン計算式Gs(y)は、方位角ｙの関数として与えられ、素子パラメータを代入して方位各ｙごとに式計算を行うことで、アレイ素子水平パタンが計算される。
図５(A)においてはまず有効角計算部2-1にフロントバッグゲイン比ＦＢと、半値幅ＢＷが入力され、有効角θeが例えば、
【数１】
0003958218.tif 000002
により計算される。更にアレイ素子水平パタンGs(y)は例えば、パタン計算部2-2にθeとｍ'(有効角計算パラメータ）、ＦＧ、ＦＢが入力され、±θeの有効角範囲内の各方位角では
【数２】
0003958218.tif 000003
が計算され、それ以外の方位角では
Gs(y)＝ＦＧ−ＦＢ    [dB]    for  （−π≦ｙ≦−θe,θe≦ｙ≦π）
が計算される。このアレイ素子水平パタン計算結果Gs(y)は例えば図５(B)に示すようにＢＷをパラメータとし、横軸に方位角度180y/π（度）を縦軸にGs(y)をとって例えば表示画面に表示される。なおこのアレイ素子水平パタン計算式は、多数ある計算式の１つの例である。
【００１２】
図６はアレイ素子垂直パタン計算手段４の処理概念とアレイ素子垂直パタンの計算例を示す図である。
条件設定手段１から(d)素子垂直パラメータ（スタック数Ｂ、チルト角Ｔ）と(e)アレイ素子垂直パタン計算式Gvs(z)（補助式や場合分け条件も含む）が入力されて、アレイ素子垂直パタン計算結果Gvs(z)を出力する。アレイ素子垂直パタン計算式Gvs(z)は、俯角ｚの関数として与えられ、素子垂直パラメータを代入して俯角ｚごとに式計算を行うことで、アレイ素子垂直パタンが計算される。
図６(A)においてはまずスタック数Ｂを用いてGvs'(z)
【数３】
0003958218.tif 000004
が計算される。更にアレイ素子垂直パタンGvs(z)は例えばチルト角Ｔを用いて
Gvs(z)＝max[−25,Gvs'(z−T)]   [dB]   for  (−π/２≦ｚ≦π/２)
のように計算される。このアレイ素子垂直パタンは例えば図６(B)に示すように、横軸に俯角180y/π（度）を、縦軸にGvs(z)をとって例えば表示画面に表示される。この例はＢ＝８、Ｔ＝０である。なお、このアレイ素子垂直パタン計算式は、多数ある計算式の１つの例である。
【００１３】
図７は適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段３の処理概念と計算結果を示す図である。
条件設定手段１から設定される(c)アレイパラメータ（アレイ素子数Ａ、波長λ、素子間隔Ｄ）とアレイ素子水平パタン計算手段２からのアレイ素子水平パタン計算結果Gs(y)が入力され、希望波方向ｘと方位角ｙを変数とする適応アンテナアレイアンテナパタン計算結果Ga(x,y)を出力する。
【００１４】
図８は適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段３の機能を説明する図である。
(c)アレイパラメータ（アレイ素子数Ａ、使用波長λ、素子間隔Ｄ）と、アレイ素子水平パタンGs(y)を真値変換部3-1で真値表現に変換したものGsn(y)＝10Gs(y)/10および計算精度を決定する内部条件Nuを用いて計算を行う。Nuは内部的に半固定的に設定される値で、通常10以上であり、一般的には100を設定し、この値が大きいほど高精度な適応アンテナアレイパタンを得ることができる。これらを用いて、干渉波アレイ入力計算部3-2で干渉波アレイ入力ベクトルが、希望波アレイ入力計算部3-3で希望波アレイ入力ベクトルがそれぞれ計算される。干渉波アレイ入力ベクトル[auk1・・・auki・・・aukA]Tはｋ＝１,・・・,Nuについて次式より求める。（[]Tは転置ベクトルを表す。）
【数４】
0003958218.tif 000005
希望波アレイ入力ベクトル[ax1・・・axi・・・axA]Tは 希望波方向ｘの関数であり、ｉ＝１,・・・,Aについて希望波アレイ入力計算部3-3で次式により計算する。
【数５】
0003958218.tif 000006
全てのｋについて干渉アレイ入力ベクトルとある方向ｘにおける希望波アレイ入力ベクトルのベクトル和をベクトル生成部3-4でとってアレイ入力ベクトルX(x)を生成する。つまりアレイベクトルX(x)のｉ番目の要素Xi(x)は次式で表せる。
【数６】
0003958218.tif 000007
【００１５】
相関計算部3-5でアレイ入力ベクトルとそのハミルトニアンの積X(x)・X(x)Tをとって相関行列Rxxが計算される。ハミルトニアンとは行列の各要素を複素共役化した後、転置行列化することである。一方、相関ベクトル計算部3-6で希望波方向ｘの関数である相関ベクトルrxr(x)を次式により、ｉ＝１,・・・,Ａについて計算して求める。
rxr＝Gsn(x)・exp(−j(2π/λ)D(i−1)sin(x))
相関行列Rxxの逆行列と相関ベクトルrxr(x)を用いて、重み決定部3-7で適応アンテナアレイアンテナパタンを決定する最適ウエイト（重み）
【数７】
0003958218.tif 000008
を求める。最適ウエイトを計算する式中のεはゼロでない内部定数であり通常は１が設定される。
【００１６】
伝搬ベクトル計算部3-8でｉ＝１,・・・,Ａ（A：アレイ素子数）について
V(y)＝exp(−j(2π/λ)Ｄ(i−1)sin(y))
を計算してアレイ伝搬ベクトルV(y)を求める。
このアレイ伝搬ベクトルV(y)と最適ウエイトWopt(x)のハミルトニアンを用いてパタン計算部3-9で適応アンテナアレイアンテナパタン（真値）
【数８】
0003958218.tif 000009
を求め、これをデシベル変換部3-10でデシベル変換して適応アンテナアレイアンテナパタンGa(x,y)＝10 log10(Gan(x,y))を得る。適応アンテナアレイアンテナパタンGa(x,y)を図７(B)に示す。適応アンテナアレイアンテナパタンの計算方法は他の手法に拠ってもよい。
【００１７】
図９は伝搬損失及びジオメトリ計算手段５の処理概念と、伝搬損失とジオメトリ計算例を示す図である。伝搬損失及びジオメトリ計算手段５は伝搬損失計算部5-1とジオメトリ計算部5-2から構成される。
条件設定手段１から設定される(g)伝搬損失パラメータ（周波数freq、基地局アンテナ高hb、移動局アンテナ高hm）、(h)伝搬損失計算式L(r)（補助式や場合分け条件を含む）、(i)セル配置パラメータ（セル半径Ｒ、周辺基地局数Nc、基地局位置Position）、伝搬損失計算式L(r)（補助式や場合分け条件を含む）とアレイ素子垂直パタン計算手段４の出力であるアレイ素子垂直パタン計算結果Gvs(z)が入力され、伝搬損失計算結果L(r)とジオメトリ計算結果g-1(r)を出力する。パラメータを固定した場合には伝搬損失は基地局と移動局の距離ｒの関数となる。
伝搬損失補正項a(hm)
a(hm)＝(1.1 log(freq)−0.7)hm−(1.56 log(freq)−0.8)
の計算結果を用いると、伝搬損失L(r)は
0003958218.tif 000010
で表される。
【００１８】
ジオメトリは各基地局がある送信電力で送信している場合に、注目移動局における接続基地局からの受信電力とその他すべての基地局Ncからの受信電力の総和の比を、注目移動局・接続基地局間の距離特性で定義したものである。基地局BSiから注目移動局への距離をr＿iとし接続基地局をBS0とすると、各基地局が同一の送信電力であるとしてジオメトリは
【数９】
0003958218.tif 000011
で表すことができ、ジオメトリ計算結果としてはジオメトリの逆数ｇ-1(r)を出力する。なお、基地局の配置（図中では「基地局位置 position＝正則セル配置」）や周辺基地局数（図中ではNc＝７）はセル配置パラメータで決定される。
【００１９】
図１０は通信品質・収容ユーザ数推定手段の処理概念と計算例を示す図である。
(f)システムパラメータ（セクタ分割数Ｓ、α（１−直交化率）、セグメント分割数Ｍ、半径分割数N'、処理利得pg、有音率VA、受信機熱雑音電力Ｎ、基地局総送信電力Pttotal、基地局共通制御チャンネル送信電力Ptcontrol）、(i)セル配置パラメータ（セル半径Ｒ）、アレイ素子水平パタン計算手段２からのアレイ素子水平パタン計算結果Gs(y)、適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段３からの適応アンテナアレイアンテナパタン計算結果Ga(x,y)、伝搬損失及びジオメトリ計算手段５からの伝搬損失計算結果L(r)とジオメトリ計算結果g-1(r)が入力され、通信品質・収容ユーザ数計算結果SIR・C又はＣ或いはSIRを求める。
【００２０】
図１１は通信品質・収容ユーザ数推定手段の機能を説明する図である。
(f)システムパラメータ、(i)セル配置パラメータ、ジオメトリ計算結果g-1(r)、伝搬損失計算結果L(r)、アンテナ素子水平パターンGs(y)、適応アンテナアレイアンテナパタンGa(x,y)から、干渉低減率推定部6-1での積分計算を行うことにより、自セル内通信チャンネルに対する干渉低減率Aes(φm)、他セル内通信チャンネルに対する干渉低減率Aeo(φm)、自セル内共通制御チャンネルに対する干渉低減率Aes＿cont(φm)、他セル内共通制御チャンネルに対する干渉低減率Aeo＿cont(φm)を、それぞれ自セル内通信チャンネル推定部6-11、他セル内通信チャンネル推定部6-12、自セル内共通制御チャンネル推定部6-13、他セル内共通制御チャンネル推定部6-14で求める。求まった各干渉低減率を用いて、品質・ユーザ数決定部6-2で通信品質と収容ユーザ数SIR・Ｃを求める。これらの処理は図１２のような一般的な基地局を設計するためのシステムモデルを用いて以下のように説明される。
【００２１】
平面状に基地局(BS ＃p)とセクタ(SECT ＃q)、および移動局(MS ＃r)が一様に分布すると仮定する。すなわち基地局の相対位置関係は規定せず、注目する基地局(BS ＃i)から見て、他の基地局は全方位に均等に存在している。また、移動局はその属する基地局とのセル内での相対位置関係が全てのセルで共通的に繰り返すとしている。なお、セグメント(SEG m,n)はセル内の部分領域を表している。このような仮定は、最も一般的な基地局を設計するときの前提条件として妥当である。このとき、基地局(BS ＃i),セクタ(SECT ＃j)に所属する特定の注目移動局(MS ＃k：以下簡単にi,j,k)の下り回線における信号電力対干渉電力比SIRi,j,kは（１）式で与えられる。
【数１０】
0003958218.tif 000012
ただし、Pti,j,kを注目移動局への、Pti,j,rを自セクタに属する移動局(MS i,j,r)への基地局(BS ＃i)セクタ(SECT ＃j)からの通信チャンネルの送信電力とし、Pti,q,rを自セルの他セクタに属する移動局(MS i,q,r)への基地局(BS ＃i)セクタ(SECT ＃q)からの通信チャンネルの送信電力とし、Ptp,q',r'を他セルに属する移動局(MS p,q',r')への基地局(BS ＃p)セクタ(SECT ＃q')からの通信チャンネルの送信電力とし、Ptcontoli,jを基地局(BS ＃i)セクタ(SECT ＃j)から送信される共通制御チャンネルの送信電力とし、Ptcontoli,qを基地局(BS ＃i)セクタ(SECT ＃q)から送信される共通制御チャンネルの送信電力とし、Ptcontolp,q'を基地局(BS ＃p)セクタ(SECT ＃q')から送信される共通制御チャンネルの送信電力とする。
また、（Li,j,ki)-1を注目移動局への基地局 (BS ＃i)からの、（Li,j,kp)-1を注目移動局への基地局(BS ＃p)からのアンテナパタンの垂直利得を含めた伝搬損失の逆数とする。
【００２２】
Gai,j,ki,j,kを基地局(BS ＃i)セクタ(SECT ＃j)において注目移動局(MS ＃k)に向けて形成した適応アンテナアレイアンテナパタンの注目移動局への水平パタン利得とし、Gai,j,ki,q,rを基地局(BS ＃i)セクタ(SECT ＃q)において自セル内他セクタ移動局(MS ＃r)に向けて形成した適応アンテナアレイパタンの注目移動局への水平パタン利得とし、Gai,j,kp,q',r'を基地局(BS ＃p)セクタ(SECT ＃q')において他セル内移動局(MS ＃r')に向けて形成した適応アンテナアレイパタンの注目移動局への水平パタン利得とする。
Gsi,j,ki,j,kを基地局(BS ＃i)セクタ(SECT ＃j)においてセクタ化パタンの注目移動局への水平パタン利得とし、Gsi,j,ki,q,rを基地局(BS ＃i)セクタ(SECT ＃q)においてセクタ化パタンの注目移動局への水平パタン利得とし、Gsi,j,kp,q',r'を基地局(BS ＃p)セクタ(SECT ＃q')においてセクタ化パタンの注目移動局への水平パタン利得とする。
pgを拡散利得、αを（１−直交率）、ＶＡを有音率、Ｎを受信機における拡散帯域内の熱雑音電力（受信機の雑音指数によるレベル上昇分を含む）、Ｃをセル当たりの収容移動局数（以下セル容量）、Ｓをセル当たりのセクタ分割数、Ncを周辺基地局数としている。（１）式を注目移動局における受信電力Pti,j,k・（Li,j,ki)-1・Gai,j,ki,j,k・Gsi,j,ki,j,kで約分し、なおかつ、移動局とその属する基地局とのセル内での相対位置関係が、全てのセルで共通的に繰り返すことから、基地局での受信電力の対称性を考慮しながら式展開を行うとSIRi,j,kは（２）式で与えられる。ただし、共通制御チャンネルの送信電力は全セルで同一、すなわちPtcontol＝Ptcontoli,j＝Ptcontoli,q＝Ptcontolp',qとしている。
【数１１】
0003958218.tif 000013
【００２３】
次に、図１２に示すように基地局を中心としたＭの扇状のセグメントにセクタを分割し、更に基地局からの距離方向にセグメントをN'分割する。セグメント(m,n)内でのSIRを一定値(SIRi,j,k)m,nであるとし、ＭとN'を十分に大きくすれば、同一セグメント内において、
Pti,q,r＝Pti,j,k        （３）
Pti,j,r＝Pti,j,k        （４）
が成り立つ。また、セグメント(m,n)で代表させた(SIR)m,nを用いて、（２）式は
【数１２】
0003958218.tif 000014
と変形できる。ただし、(Lii,j,k)n-1は基地局(BS ＃i)から距離方向にｎ番目のセグメントにおける基地局(BS ＃i)からのアンテナパタンの垂直利得を含めた伝搬損失の逆数であり、(Li,j,kp)n-1は基地局(BS ＃i)から距離方向にｎ番目のセグメントにおける基地局(BS ＃p)からのアンテナパタンの垂直利得を含めた伝搬損失の逆数である。また、Ｃm,nはセグメント(m,n)をセル内全体に拡張したときのセル容量である。
ところで、セグメント(m,n)毎のアンテナパタンによる自セル内通信チャネルに対する干渉低減率Array＿effect＿selfm,ni,j,kと他セル通信チャンネルに対する干渉低減率Array effect＿otherm,ni,j,k、および、自セル内共通制御チャンネルに対する干渉低減率Array＿effect＿self＿contm,ni,j,kと他セル共通制御チャンネルに対する干渉低減率Array＿effect＿other＿contm,ni,j,k、他セル基地局受信電力と自セル基地局受信電力の比（ジオメトリの逆数）相当gn-1は以下のように定義できる。
【数１３】
0003958218.tif 000015
【００２４】
移動局と基地局の配置が一様なとき、注目移動局の方向とその所属する基地局セクタの適応アンテナアレイ正面との相対角度により、所属基地局におけるセクタ化パタンと適応アンテナアレイパタンを合成したアンテナパタン、すなわち自セルからの被干渉電力が一意に決定される。同時に周辺基地局が一様なときのアンテナパタンに基づく被干渉電力低減効果も一意に決定される。また、注目移動局の基地局からの距離、周辺基地局との位置関係とあわせて考慮すれば、希望受信電力と総被干渉電力の比も一意に決定される。したがって、ｍ毎に各干渉低減率の平均値と、ｎ毎に他セル基地局受信電力と自セル基地局受信電力の比が定数として存在するという仮定に基づく上記の式展開は妥当である。
ところで、通信チャンネル当たりの送信電力と総送信電力の関係は（１１）式で定義できる。ただし、Pttotali,jは基地局(BS ＃i)セクタ(SECT ＃j)の総送信電力であるが、全ての基地局セクタで同一とし、Pttotali,j ＝Pttotalが成り立つとする。
【数１４】
0003958218.tif 000016
上記のことから、（６）式、（７）式、（８）式、（９）式、（１０）式、（１１）式を用いて、（５）式は（１２）式のように書き換えることができる。
【数１５】
0003958218.tif 000017
【００２５】
ところで、セグメントｍをアンテナアレイ正面方向（セクタ化パタンの中心方向と一致）を基準とした方向φmで定義すると、Array＿effect＿selfm,ni,j,k、Array＿effect＿otherm,ni,j,k、Array＿effect＿self＿contm,ni,j,k、および、Array＿effect＿other＿contm,ni,j,kは以下で書き換えることができる。
【数１６】
0003958218.tif 000018
ただし、Ga(x,y)は希望信号がアンテナアレイ正面方向を基準にｘ方向にあるときの適応アンテナアレイの、Gs(y)はアレイ素子の、セクタ化パタン中心方向を基準にｙ方向のアンテナ利得である。セクタの対称性を考え、φmの値域は−π／S≦φm≦π／Sとしている。
【００２６】
図１３は、自セル内の適応アンテナアレイアンテナパタンとアレイ素子によるセクタ化パタンを示している。
したがって、（１３）式、（１４）式、（１５）式（１６）式により（１２）式を（１７）式に書き換えられる。
【数１７】
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更に、移動局の所要SIRをセグメント(m,n)に限らずセル全体で一定(SIR)m,n＝(SIR)とおき、セル容量ＣはＣm,nの定義されるセグメント面積（Acm,n)の加重平均であるとすれば、（１８）式が成り立つ。
【数１８】
0003958218.tif 000020
セル当たりの収容ユーザ数を与える（１８）式の両辺に(SIR)を乗ずれば以下のようになる。
【数１９】
0003958218.tif 000021
よって、式（１９）によりユーザ品質・収容ユーザ数SIR・Ｃが求まることがわかる。このようにして求めたユーザ品質・収容ユーザ数SIR・Ｃをアレイ素子数Ａの変化に対し、β＝１−αをパラメータとして示すと例えば図１０(B)に示すようになる。
【００２７】
以上の処理手順を図１４に示す。
先ず(a)素子水平パラメータ、(b)アレイ素子水平パタン計算式、(c)アレイパラメータ、(d)素子垂直パラメータ、(e)アレイ素子垂直パタン計算式、(f)システムパラメータ、(g)伝搬損失パラメータ、(h)伝搬損失計算式、(i)セル配置パラメータなどの条件を設定し(S10,S11)、設定された素子水平パラメータ(BW、FG、FB)を用いて設定したアレイ素子水平パタン計算式によりアレイ素子水平パタンGs(y)を計算する(S12)。次にその計算したアレイ素子水平パタンとアレイパラメータ(Ａ、λ、Ｄ)を用いて適応アンテナアレイアンテナパタンGa(x,y)を計算する(S13)。更に設定された素子垂直パラメータＢ、Ｔを用いて設定したアレイ素子垂直パタン計算式によりアレイ素子垂直パタンGvs(y)を計算する。次にその計算したアレイ素子垂直パタンと伝搬損失パラメータ(freq、hb、hm)とセル配置パラメータ(Ｒ、Nc、Position)、伝搬損失計算式によりジオメトリｇ-1(r)と伝搬損失L(r)を計算する(S15)。この適応アンテナアレイパタンGa(x,y)、アレイ素子水平パタンGvs(y)、ジオメトリｇ-1(r)と伝搬損失L(r)とシステムパラメータ(S、α、Ｍ、N'、pg、VA、Ｎ、pttotal、ptcontrol)、セル配置パラメータＲを用いて式（１８）を計算して通信品質と収容ユーザ（移動局）数の積SIR・Ｃを推定（計算）する(S16)。
【００２８】
図１４中に波線で示すように、条件設定の直後に所要品質SIRreqを設定し、通信品質・収容ユーザ数推定を行ってから、式（１９）の計算結果をSIRreqで割り算して収容ユーザ数Ｃを推定するようにしても良い。また、条件設定の直後に収容ユーザ数Creqを設定し、式（１９）の計算結果をCreqで割り算して通信品質SIRを推定しても良い。
つまり設計装置としては、図３中に波線で示すように、所要品質SIRreqを条件設定手段に入力し、割り算手段７で通信品質・収容ユーザ数推定手段よりの推定結果SIR・ＣをSIRreqで割り算して、収容ユーザ数Ｃを求め、或いは通信品質・収容ユーザ数推定手段にSIRreqを入力して収容ユーザ数Ｃを求めても良い。
また、条件設定手段１により収容ユーザ数Creqを入力して、割り算手段７においてSIR・ＣをCreqで割り算して、通信品質SIRを求め、或いは、通信品質・収容ユーザ数推定手段にCreqを入力して通信品質SIRを求めても良い。
【００２９】
図３に示した基地局の設計装置をコンピュータにより機能させても良い。この場合は図３に示した装置として機能させるためのＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局プログラムを、コンピュータに、CD-ROM、可撓性磁気ディスクなどの記録媒体からインストールし、又は通信回線を介してダウンロードさせて、コンピュータにそのプログラムを実行させれば良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、ＣＤＭＡ適応アンテナアレイ基地局の設計において通信品質・収容ユーザ数あるいは通信品質または収容ユーザ数の計算を簡単に行うことができ、繰り返し収束計算を行う必要がなく、したがって、処理時間が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の通信品質と収容ユーザ数を推定するためのシミュレーションを説明する図。
【図２】従来の通信品質と収容ユーザ数を推定するための処理手順を示す流れ図、
【図３】本発明のCDMA適応アンテナアレイ基地局の設計装置の構成例を示す概要ブロック図。
【図４】条件設定手段の概念を示す図。
【図５】アレイ素子水平パタン計算手段の処理概念とアレイ素子水平パタンの計算例を示す図。
【図６】アレイ素子垂直パタン計算手段の処理概念とアレイ素子垂直パタンの計算例を示す図。
【図７】適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段の処理概念と計算結果のパタン例を示す図。
【図８】適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段を説明する図。
【図９】伝搬損失及びジオメトリ計算手段の処理概念と伝搬損失とジオメトリの計算例を示す図。
【図１０】通信品質・収容ユーザ数推定手段の処理概念とアレイ素子水平パタンの計算例を示す図。
【図１１】通信品質・収容ユーザ数推定手段を説明する図。
【図１２】一般的な基地局を設計するためのシステムモデルを示す図。
【図１３】適応アンテナアレイアンテナパタンとアレイ素子水平パタンの関係を示す図。
【図１４】通信品質と収容ユーザ数を推定するための従来の処理手順を示す流れ図。
【符号の説明】
１・・・条件設定手段
２・・・アレイ素子水平パタン計算手段
３・・・適応アンテナアレイアンテナパタン計算手段
４・・・アレイ素子垂直パタン計算手段
５・・・伝搬損失及びジオメトリ計算手段
６・・・通信品質・収容ユーザ数推定手段
７・・・割り算手段
【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】
0003958218.tif 000031
【図１１】
0003958218.tif 000032
【図１２】
0003958218.tif 000033
【図１３】
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【図１４】
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