(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信ビームと複数の送信ビームとを備えるマルチビームアンテナ送受信装置であって、
前記複数の受信ビームに存在するユーザ信号のパス遅延の受信品質から計算した総受信品質に基づいて、前記送信ビームを選択することを特徴とするマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項２】
複数の受信ビームと複数の送信ビームとを備えるマルチビームアンテナ送受信装置であって、
前記複数の受信ビームに存在するユーザ信号の受信品質から計算した総受信品質に基づいて前記受信ビームを選択し、選択された前記受信ビームの方向に合致する方向又は近接する方向を有する前記送信ビームを選択することを特徴とするマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項３】
前記受信品質の指標として受信電力又はＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ：信号対干渉電力比）を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項４】
受信アンテナ素子を配置した受信アレーアンテナと、
前記受信アンテナ素子の出力を入力とし、入力した信号を受信処理して出力する無線受信手段と、
前記無線受信手段の出力を入力として受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、
前記受信ビーム形成手段の出力を入力とし、前記受信ビームに存在するユーザ信号のパス遅延／受信ビーム番号における総受信品質を計算してユーザ送信ビーム番号を出力し、前記パス遅延／受信ビーム番号を用いてユーザ受信データを出力するユーザ復調手段と、
ユーザ送信データを入力し、変調処理を行ってユーザ変調信号を出力するユーザ変調処理手段と、
前記ユーザ送信ビーム番号及び前記ユーザ変調信号を入力し、前記ユーザ送信ビーム番号に相当する送信ビームが形成されるように前記ユーザ変調信号を出力するユーザ送信ビーム切替手段と、
前記ユーザ送信ビーム切替手段の出力を入力とし、前記送信ビームを形成する送信ビーム形成手段と、
前記送信ビーム形成手段の出力を入力とし、入力した信号を送信処理して出力する無線送信手段と、
前記無線送信手段の出力を送信する送信アンテナ素子を配置した送信アレーアンテナと、
を備えることを特徴とするマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項５】
前記ユーザ復調手段において、
前記受信ビーム形成手段の出力からユーザ毎のパス遅延を検出し、前記パス遅延／受信ビーム番号を出力する受信ビームパス検出手段と、
前記受信ビームパス検出手段の出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から復調に用いる前記パス遅延／受信ビーム番号を選択するパス遅延／受信ビーム選択手段と、
前記パス遅延／受信ビーム選択手段から通知された前記パス遅延／受信ビーム番号を用いて復調を行う復調処理手段と、
前記受信ビームパス検出手段の出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する受信ビーム計算処理手段と、
前記受信ビーム計算処理手段から通知された前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質から前記送信ビームを選択し前記ユーザ送信ビーム切替手段に通知する送信ビーム選択手段と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載のマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項６】
前記受信ビーム計算処理手段において、
前記受信ビームパス検出手段の出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際に、受信品質の指標として受信電力を用い、総受信品質として総受信電力を計算することを特徴とする請求項５に記載のマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項７】
前記受信ビーム計算処理手段において、
前記受信ビームパス検出手段の出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際に、受信品質の指標としてＳＩＲを用い、総受信品質として総ＳＩＲを計算することを特徴とする請求項５に記載のマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項８】
前記受信ビーム計算処理手段において、
前記受信ビームパス検出手段の出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算する際、一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号における受信品質を用いて前記受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算することを特徴とする請求項５に記載のマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項９】
前記受信ビーム計算処理手段において、
前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として受信品質の優れた上位Ｐ個（Ｐは２以上の整数）の前記パス遅延／受信ビーム番号を選択することを特徴とする請求項８に記載のマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項１０】
前記受信ビーム計算処理手段において、
前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として受信品質が一定の受信品質基準を満たす最大Ｑ個（Ｑは２以上の整数）までの前記パス遅延／受信ビーム番号を選択することを特徴とする請求項８に記載のマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項１１】
前記受信ビーム計算処理手段において、
前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として、前記パス遅延／受信ビーム選択手段で選択された前記パス遅延／受信ビーム番号を用いることを特徴とする請求項８に記載のマルチビームアンテナ送受信装置。
【請求項１２】
複数の受信ビームと複数の送信ビームとを備えるマルチビームアンテナ送受信方法であって、
前記複数の受信ビームに存在するユーザ信号のパス遅延の受信品質から計算した総受信品質に基づいて、前記送信ビームを選択することを特徴とするマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項１３】
複数の受信ビームと複数の送信ビームとを備えるマルチビームアンテナ送受信方法であって、
前記複数の受信ビームに存在するユーザ信号の受信品質から計算した総受信品質に基づいて前記受信ビームを選択し、選択された前記受信ビームの方向に合致する方向又は近接する方向を有する前記送信ビームを選択することを特徴とするマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項１４】
前記受信品質の指標として受信電力又はＳＩＲを用いることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項１５】
受信アレーアンテナを構成する受信アンテナ素子の出力を入力とし、入力した信号を受信処理して出力する無線受信ステップと、
前記無線受信ステップの出力を入力として受信ビームを形成する受信ビーム形成ステップと、
前記受信ビーム形成ステップの出力を入力とし、前記受信ビームに存在するユーザ信号のパス遅延／受信ビーム番号における総受信品質を計算してユーザ送信ビーム番号を出力し、前記パス遅延／受信ビーム番号を用いてユーザ受信データを出力するユーザ復調ステップと、
ユーザ送信データを入力し、変調処理を行ってユーザ変調信号を出力するユーザ変調処理ステップと、
前記ユーザ送信ビーム番号及び前記ユーザ変調信号を入力し、前記ユーザ送信ビーム番号に相当する送信ビームが形成されるように前記ユーザ変調信号を出力するユーザ送信ビーム切替ステップと、
前記ユーザ送信ビーム切替ステップの出力を入力とし、前記送信ビームを形成する送信ビーム形成ステップと、
前記送信ビーム形成ステップの出力を入力とし、入力した信号を送信処理して送信アレーアンテナを構成する送信アンテナ素子へ出力する無線送信ステップと、
を備えることを特徴とするマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項１６】
前記ユーザ復調ステップにおいて、
前記受信ビーム形成ステップの出力からユーザ毎のパス遅延を検出し、前記パス遅延／受信ビーム番号を出力する受信ビームパス検出ステップと、
前記受信ビームパス検出ステップの出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から復調に用いる前記パス遅延／受信ビーム番号を選択するパス遅延／受信ビーム選択ステップと、
前記パス遅延／受信ビーム選択ステップから通知された前記パス遅延／受信ビーム番号を用いて復調を行う復調処理ステップと、
前記受信ビームパス検出ステップの出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する受信ビーム計算処理ステップと、
前記受信ビーム計算処理ステップから通知された前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質から前記送信ビームを選択し前記ユーザ送信ビーム切替ステップに通知する送信ビーム選択ステップと、
を備えることを特徴とする請求項１５に記載のマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項１７】
前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、
前記受信ビームパス検出ステップの出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際に、受信品質の指標として受信電力を用い、総受信品質として総受信電力を計算することを特徴とする請求項１４に記載のマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項１８】
前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、
前記受信ビームパス検出ステップの出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際に、受信品質の指標としてＳＩＲを用い、総受信品質として総ＳＩＲを計算することを特徴とする請求項１６記載のマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項１９】
前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、
前記受信ビームパス検出ステップの出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算する際、一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号における受信品質を用いて前記受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算することを特徴とする請求項１６に記載のマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項２０】
前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、
前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として受信品質の優れた上位Ｐ個（Ｐは２以上の整数）の前記パス遅延／受信ビーム番号を選択することを特徴とする請求項１９に記載のマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項２１】
前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、
前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として受信品質が一定の受信品質基準を満たす最大Ｑ個（Ｑは２以上の整数）までの前記パス遅延／受信ビーム番号を選択することを特徴とする請求項１９に記載のマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項２２】
前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、
前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として、前記パス遅延／受信ビーム選択ステップで選択された前記パス遅延／受信ビーム番号を用いることを特徴とする請求項１９に記載のマルチビームアンテナ送受信方法。
【請求項２３】
受信ビームの出力からユーザの送信ビームを選択する送信ビーム選択方法であって、
前記受信ビームに存在する前記ユーザの信号のパス遅延の受信品質から計算した総受信品質に基づいて、前記送信ビームを選択することを特徴とする送信ビーム選択方法。
【請求項２４】
受信ビームの出力からユーザの送信ビームを選択する送信ビーム選択方法であって、
前記受信ビームに存在する前記ユーザの信号のパス遅延の受信品質から計算した総受信品質に基づいて前記受信ビームを選択し、選択された前記受信ビームの方向に合致する方向又は近接する方向を有する前記送信ビームを選択することを特徴とする送信ビーム選択方法。
【請求項２５】
請求項１から１１のいずれかに記載のマルチビームアンテナ送受信装置を具備することを特徴とする基地局。
【請求項２６】
請求項１から１１のいずれかに記載のマルチビームアンテナ送受信装置を具備することを特徴とする移動局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンテナ指向性制御により、他ユーザ干渉を抑圧するアレーアンテナ送受信装置に関し、特に複数の固定指向性パターン（マルチビーム）から送受信指向性を選択するマルチビームアンテナ送受信装置及び送受信方法並びに送信ビーム選択方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラ移動通信システムなどにおいて、信号の高速／高品質化、加入者容量の増大を目指し、複数のアンテナ素子から成るアレーアンテナ送受信装置を用いて、希望信号方向に対しては送受信利得を大きくし、その他の方向に対しては送受信利得を小さくするような指向性パターン（ビーム）を形成する方式が検討されている。複数の固定指向性パターン（マルチビーム）から送受信ビームを選択するマルチビーム方式は、その一方式である。
【０００３】
この種のマルチビームアンテナ送受信装置では、例えば「無線基地局のマルチビームアンテナシステム」（特開平１１−２６６２２８号公報）に開示されているように、受信時には複数の固定受信ビームの中から受信品質の優れた遅延パスの存在する受信ビームを選択して受信を行い、送信時には受信時に選択したパス遅延／受信ビーム番号の組の中から、受信品質の優れた組と同一方向の送信ビームを選択して送信を行う。
【０００４】
図７は、従来のマルチビームアンテナ送受信装置の一例を示すブロック図である。従来のマルチビームアンテナ送受信装置は、受信アレーアンテナ２０１と、受信アンテナ素子２０２1〜２０２Nに対応するアンテナ１無線受信部２０３1〜アンテナＮ無線受信部２０３Nと、受信ビーム１形成部２０４1〜受信ビームＭ形成部２０４M（受信ビーム形成部２０４とも称す）と、ユーザ１復調ブロック２０５1〜ユーザＬ復調ブロック２０５L（ユーザ復調ブロック２０５とも称す）と、ユーザ１変調処理部２１１1〜ユーザＬ変調処理部２１１Lと、ユーザ１送信ビーム切替回路２１２1〜ユーザＬ送信ビーム切替回路２１２Lと、送信ビーム１形成部２１３1〜送信ビームＪ形成部２１３Jと、送信アンテナ素子２１６1〜２１６Kに対応するアンテナ１無線送信部２１４1〜アンテナＫ無線送信部２１４Kと、送信アレーアンテナ２１５とから構成される。
【０００５】
受信アレーアンテナ２０１は、Ｎ個の受信アンテナ素子２０２1〜２０２Nから構成される。受信アンテナ素子２０２1〜２０２Nのアンテナ素子単体での水平面内および垂直面内指向性に制限はなく、例としてはオムニ（無指向性）、ダイポール（双極指向性）が挙げられる。Ｎ個の受信アンテナ素子２０２1〜２０２Nは、各々のアンテナ素子の受信信号が相関を有するように近接して配置される。ここで、受信アレーアンテナ２０１は、Ｎ個の受信アンテナ素子２０２1〜２０２Nが近接して配置されていれば、受信アンテナ素子の数、および配置の仕方に制限はない。配置の仕方の例としては搬送波の半波長間隔の円状配置、線状配置が挙げられる。
【０００６】
Ｎ個の受信アンテナ素子２０２1〜２０２Nによって受信された各信号には、希望ユーザ信号成分と複数の干渉信号成分、及び熱雑音が含まれている。さらに希望ユーザ信号成分、干渉信号成分それぞれに複数のマルチパス成分が存在する。通常、これらの信号成分（希望ユーザ信号成分、干渉信号成分）は異なる方向から到来する。そのため、希望ユーザ信号のパス遅延と受信ビーム番号（パス遅延／受信ビーム番号）の組は複数存在する。
【０００７】
アンテナ１無線受信部２０３1〜アンテナＮ無線受信部２０３Nは、ローノイズアンプ、帯域制限フィルタ、ミキサ、局部発振器、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ  ＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、直交検波器、低域通過フィルタ、アナログ／ディジタル変換器などから構成される。ここで、アンテナ１無線受信部２０３1を例にとると、アンテナ１無線受信部２０３1は、受信アンテナ素子２０２1の出力を入力とし、入力信号の増幅、無線帯域から基底帯域への周波数変換、直交検波、アナログ／ディジタル変換などの受信処理を行い、受信ビーム１形成部２０４1〜受信ビームＭ形成部２０４Mへと出力する。
【０００８】
受信ビーム１形成部２０４1〜受信ビームＭ形成部２０４Mは、アンテナ１無線受信部２０３1〜アンテナＮ無線受信部２０３Nの出力を入力とし、入力信号に対して受信ビーム形成部毎に異なる固定受信ビームを形成し、ユーザ１復調ブロック２０５1〜ユーザＬ復調ブロック２０５Lへと出力する。固定受信ビームの数、形状、および固定受信ビームの形成方法に制限はなく、固定受信ビームの形状の例としては直交マルチビームがあり、固定受信ビームの形成方法の例としてはディジタル演算により各入力信号に固定複素ビーム重みを乗じ総和を求める手法（ディジタルビームフォーミング）が挙げられる。また、図７では受信ビーム１形成部２０４1〜受信ビームＭ形成部２０４Mがアンテナ１無線受信部２０３1〜アンテナＮ無線受信部２０３Nの後段にあり、基底帯域のディジタル信号に対してビーム形成を行っているが、バトラーマトリクス等の無線帯域におけるビーム形成法を用いることも可能である。
【０００９】
受信ビーム１形成部２０４1〜受信ビームＭ形成部２０４Mは、すべてのユーザ信号（ユーザ１信号〜ユーザＬ信号）成分とユーザ信号のマルチパス成分を含んだ状態の入力信号に対して、受信ビーム形成部２０４毎に異なる固定受信ビームを形成して、到来方向毎に入力信号を分離する。
【００１０】
ユーザ１復調ブロック２０５1〜ユーザＬ復調ブロック２０５Lは、受信ビーム１パス検出部２０６1〜受信ビームＭパス検出部２０６Mと、パス遅延／受信ビーム選択部２０７と、送信ビーム選択部２０９と、復調処理部２１０とから構成される。
【００１１】
ユーザ１復調ブロック２０５1〜ユーザＬ復調ブロック２０５Lは、ユーザ毎に対応してユーザ１受信データ〜ユーザＬ受信データ（ユーザ受信データ）を出力する。ユーザ復調ブロック２０５それぞれの機能は同一なので、以下、ユーザ１復調ブロック２０５1を例に挙げて説明する。
【００１２】
ユーザ１復調ブロック２０５1は、受信ビーム１形成部２０４1〜受信ビームＭ形成部２０４Mの出力を入力とし、ユーザ１送信ビーム番号とユーザ１受信データとを出力する。
【００１３】
受信ビーム１パス検出部２０６1〜受信ビームＭパス検出部２０６Mは、受信ビーム１形成部２０４1〜受信ビームＭ形成部２０４Mの出力を入力とし、それぞれの入力信号におけるユーザ信号のパス遅延を検出し、検出したパス遅延におけるユーザ信号の受信品質を測定して、パス遅延／受信ビーム選択部２０７へと出力する。ここで、それぞれの入力信号にはユーザ１信号〜ユーザＬ信号が多重され、さらに伝搬遅延による各ユーザ信号のマルチパス成分が多重されている。
【００１４】
受信ビーム１パス検出部２０６1〜受信ビームＭパス検出部２０６Mは、ユーザ信号の既知のシンボル（パイロットシンボル等）のみを用いて、パス検出および検出したパス遅延におけるユーザ信号の受信品質の測定を行うことも可能である。
【００１５】
パス遅延／受信ビーム選択部２０７は、受信ビーム１パス検出部２０６1〜受信ビームＭパス検出部２０６Mの出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報を入力とし、ユーザ信号の受信品質に基づいて復調に用いるパス遅延／受信ビーム番号の組を選択して、選択したパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報を送信ビーム選択部２０９と復調処理部２１０へと出力する。
【００１６】
送信ビーム選択部２０９は、パス遅延／受信ビーム選択部２０７の出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報を入力とし、受信品質の優れた遅延パスの存在する受信ビームと同一方向の送信ビーム番号をユーザ１送信ビーム切替回路２１２1へと出力する。
【００１７】
一般に、復調に用いるパス遅延／受信ビーム番号の組の数よりも、選択される送信ビームの数は少ない。送信ビームの数が１という場合も多い。理由は、複数ビームでの送信による他ユーザへの干渉を低減するためである。
【００１８】
復調処理部２１０は、パス遅延／受信ビーム選択部２０７の出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報を入力とし、入力されたパス遅延／受信ビーム番号に基づいて復調処理を行い、ユーザ１受信データを出力する。
【００１９】
ユーザ１変調処理部２１１1〜ユーザＬ変調処理部２１１Lは、それぞれユーザ１送信データ〜ユーザＬ送信データ（ユーザ送信データ）を入力とし、変調処理を行い、ユーザ１送信ビーム切替回路２１２1〜ユーザＬ送信ビーム切替回路２１２Lへと出力する。
【００２０】
ユーザ１送信ビーム切替回路２１２1〜ユーザＬ送信ビーム切替回路２１２Lは、ユーザ毎の送信ビーム選択部２０９の出力であるユーザ１送信ビーム番号〜ユーザＬ送信ビーム番号と、ユーザ１変調処理部２１１1〜ユーザＬ変調処理部２１１Lの出力であるユーザ変調信号とを入力とし、送信ビーム１形成部２１３1〜送信ビームＪ形成部２１３Jの中からユーザ毎の送信ビーム番号に相当する送信ビーム形成部を選択してユーザ変調信号を出力する。
【００２１】
送信ビーム１形成部２１３1〜送信ビームＪ形成部２１３Jは、ユーザ１送信ビーム切替回路２１２1〜ユーザＬ送信ビーム切替回路２１２Lの出力を入力とし、入力信号に対して送信ビーム１形成部２１３1〜送信ビームＪ形成部２１３J毎に異なる固定送信ビームを形成し、アンテナ１無線送信部２１４1〜アンテナＫ無線送信部２１４Kへと出力する。固定送信ビームの数、形状、および固定送信ビームの形成方法に制限はなく、固定送信ビームの形状の例としては直交マルチビーム、固定送信ビームの形成方法の例としてはディジタル演算により各入力信号に固定複素ビーム重みを乗じる手法（ディジタルビームフォーミング）が挙げられる。また、図７では送信ビーム１形成部２１３1〜受信ビームＪ形成部２１３Jがアンテナ１無線送信部２１４1〜アンテナＫ無線送信部２１４Kの前段にあり、基底帯域のディジタル信号に対してビーム形成を行っているが、バトラーマトリクス等の無線帯域におけるビーム形成法を用いることも可能である。
【００２２】
アンテナ１無線送信部２１４1〜アンテナＫ無線送信部２１４Kは、アンプ、帯域制限フィルタ、ミキサ、局部発振器、直交変調、低域通過フィルタ、ディジタル／アナログ変換器などから構成される。ここで、アンテナ１無線送信部２１４1を例にとると、アンテナ１無線送信部２１４1は、送信ビーム１形成部２１３1〜送信ビームＪ形成部２１３Jの出力を入力とし、入力信号のディジタル／アナログ変換、直交変調、基底帯域から無線帯域への周波数変換、信号の増幅などの受信処理を行い、送信アンテナ素子２１６1へと出力する。
【００２３】
送信アレーアンテナ２１５は、Ｋ個の送信アンテナ素子２１６1〜２１６Kから構成される。送信アンテナ素子２１６1〜２１６Kのアンテナ素子単体での水平面内および垂直面内指向性に制限はなく、例としてはオムニ（無指向性）、ダイポール（双極指向性）が挙げられる。Ｋ個の送信アンテナ素子２１６1〜２１６Kは、各々のアンテナ素子の送信信号が相関を有するように近接して配置される。ここで、送信アレーアンテナ２１５は、Ｋ個の受信アンテナ素子２１６1〜２１６Kが近接して配置されていれば。配置の仕方に制限はない。例としては搬送波の半波長間隔の円状配置、線状配置が挙げられる。
【００２４】
Ｋ個の送信アンテナ素子２１６1〜２１６Kは、アンテナ１無線送信部２１４1〜アンテナＫ無線送信部２１４Kの出力であるそれぞれの送信ビームによるユーザ信号（ユーザ１信号〜ユーザＬ信号）が多重された信号を入力とし、送信を行う。
【００２５】
図７に示した従来のマルチビーム送受信装置は、受信時には複数の固定受信ビームの中から受信品質の優れた遅延パスの存在する受信ビームを選択して受信を行い、送信時には受信時に選択したパス遅延／受信ビーム番号の組の中から、受信品質の優れた組と同一方向の送信ビームを選択して送信を行うことで、希望信号方向に対しては送受信利得を大きくし、その他の方向には送受信利得を小さくするようなビームを形成することができる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
問題点は、図７に示したような従来のマルチビームアンテナ送受信装置では、送信特性が劣化する、ということである。その理由は、受信時に選択したパス遅延／受信ビーム番号の組の中から、受信品質の優れたパス遅延／受信ビーム番号の組と同一方向の送信ビームを選択するため、マルチパス環境において最適な送信ビームを選択できないことにある。マルチパス環境下では、ユーザ信号成分には複数のマルチパス成分が存在する。通常、これらの信号成分は異なる方向から到来するので、それぞれの受信ビームに複数のマルチパス成分が含まれる。
【００２７】
ここで、従来のマルチビームアンテナ送受信装置では、受信時に選択したパス遅延／受信ビーム番号の組の中から、受信品質の優れたパス遅延／受信ビーム番号の組と同一方向の送信ビームを選択するが、受信ビーム毎の総受信品質を比較した場合、選択した受信ビームとは別の受信ビームの方が総受信品質に優れる場合が起こりうる。ここで、総受信品質とは、受信ビームに含まれるマルチパス成分（パス遅延）毎の受信品質の部分又は全体を計算（例えば、加算）したものである。最適な送信ビームは、総受信品質の優れた受信ビームと合致（同一）する方向又は近接する方向の送信ビームであり、従来のマルチビームアンテナ送受信装置では、マルチパス環境下において最適な送信ビームを選択できないことになる。
【００２８】
以下、具体的に数値を示して説明するが、本発明は、この数値に限定されるものではない。
【００２９】
パス遅延／受信ビーム選択部２０７が、以下の４つのパス遅延／受信ビーム番号の組に対して、上位２つの組（組イ、組ロ）を選択したとする。
【００３０】
組イ（パス遅延イ／受信ビーム１）の受信品質：１０
組ロ（パス遅延ロ／受信ビーム２）の受信品質：８
組ハ（パス遅延ハ／受信ビーム２）の受信品質：５
組ニ（パス遅延ニ／受信ビーム１）の受信品質：１
その際、図７に示す従来のマルチビームアンテナ送受信装置では、送信ビーム選択部２０９が１つの送信ビームを選択すると、組イと組ロの受信品質を比較して（１０＞８）受信ビーム１と同一方向の送信ビームを選択してしまう。しかし、受信ビーム毎の受信品質を計算して求めた総受信品質は受信ビーム２の方が優れており（受信ビーム１の総受信品質＝１０＋１＜受信ビーム２の総受信品質＝８＋５）、従来のマルチビームアンテナ送受信装置では、本当に最適な送信ビームを選択できないことになる。
【００３１】
本発明の目的は、マルチパス環境においても最適な送信ビームを選択し、送信特性及び回線品質の優れたマルチビームアンテナ送受信装置及び送受信方法並びに送信ビーム選択方法を提供することにある。
【００３２】
【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、本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、複数の受信ビームと複数の送信ビームとを備えるマルチビームアンテナ送受信装置であって、前記複数の受信ビームに存在するユーザ信号のパス遅延の受信品質から計算した総受信品質に基づいて、前記送信ビームを選択することを特徴とする。
【００３３】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、複数の受信ビームと複数の送信ビームとを備えるマルチビームアンテナ送受信装置であって、前記複数の受信ビームに存在するユーザ信号の受信品質から計算した総受信品質に基づいて前記受信ビームを選択し、選択された前記受信ビームの方向に合致する方向又は近接する方向を有する前記送信ビームを選択することを特徴とする。
【００３４】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、前記受信品質の指標として受信電力又はＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ：信号対干渉電力比）を用いることを特徴とする。
【００３５】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、受信アンテナ素子を配置した受信アレーアンテナと、前記受信アンテナ素子の出力を入力とし、入力した信号を受信処理して出力する無線受信手段と、前記無線受信手段の出力を入力として受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、前記受信ビーム形成手段の出力を入力とし、前記受信ビームに存在するユーザ信号のパス遅延／受信ビーム番号における総受信品質を計算してユーザ送信ビーム番号を出力し、前記パス遅延／受信ビーム番号を用いてユーザ受信データを出力するユーザ復調手段と、ユーザ送信データを入力し、変調処理を行ってユーザ変調信号を出力するユーザ変調処理手段と、前記ユーザ送信ビーム番号及び前記ユーザ変調信号を入力し、前記ユーザ送信ビーム番号に相当する送信ビームが形成されるように前記ユーザ変調信号を出力するユーザ送信ビーム切替手段と、前記ユーザ送信ビーム切替手段の出力を入力とし、前記送信ビームを形成する送信ビーム形成手段と、前記送信ビーム形成手段の出力を入力とし、入力した信号を送信処理して出力する無線送信手段と、前記無線送信手段の出力を送信する送信アンテナ素子を配置した送信アレーアンテナと、を備えることを特徴とする。
【００３６】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、前記ユーザ復調手段において、前記受信ビーム形成手段の出力からユーザ毎のパス遅延を検出し、前記パス遅延／受信ビーム番号を出力する受信ビームパス検出手段と、前記受信ビームパス検出手段の出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から復調に用いる前記パス遅延／受信ビーム番号を選択するパス遅延／受信ビーム選択手段と、前記パス遅延／受信ビーム選択手段から通知された前記パス遅延／受信ビーム番号を用いて復調を行う復調処理手段と、前記受信ビームパス検出手段の出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する受信ビーム計算処理手段と、前記受信ビーム計算処理手段から通知された前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質から前記送信ビームを選択し前記ユーザ送信ビーム切替手段に通知する送信ビーム選択手段と、を備えることを特徴とする。
【００３７】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、前記受信ビーム計算処理手段において、前記受信ビームパス検出手段の出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際に、受信品質の指標として受信電力を用い、総受信品質として総受信電力を計算することを特徴とする。
【００３８】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、前記受信ビーム計算処理手段において、前記受信ビームパス検出手段の出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際に、受信品質の指標としてＳＩＲを用い、総受信品質として総ＳＩＲを計算することを特徴とする。
【００３９】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、前記受信ビーム計算処理手段において、前記受信ビームパス検出手段の出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算する際、一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号における受信品質を用いて前記受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算することを特徴とする。
【００４０】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、前記受信ビーム計算処理手段において、前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として受信品質の優れた上位Ｐ個（Ｐは２以上の整数）の前記パス遅延／受信ビーム番号を選択することを特徴とする。
【００４１】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、前記受信ビーム計算処理手段において、前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として受信品質が一定の受信品質基準を満たす最大Ｑ個（Ｑは２以上の整数）までの前記パス遅延／受信ビーム番号を選択することを特徴とする。
【００４２】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、前記受信ビーム計算処理手段において、前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として、前記パス遅延／受信ビーム選択手段で選択された前記パス遅延／受信ビーム番号を用いることを特徴とする。
【００４３】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、複数の受信ビームと複数の送信ビームとを備えるマルチビームアンテナ送受信方法であって、前記複数の受信ビームに存在するユーザ信号のパス遅延の受信品質から計算した総受信品質に基づいて、前記送信ビームを選択することを特徴とする。
【００４４】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、複数の受信ビームと複数の送信ビームとを備えるマルチビームアンテナ送受信方法であって、前記複数の受信ビームに存在するユーザ信号の受信品質から計算した総受信品質に基づいて前記受信ビームを選択し、選択された前記受信ビームの方向に合致する方向又は近接する方向を有する前記送信ビームを選択することを特徴とする。
【００４５】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、前記受信品質の指標として受信電力又はＳＩＲを用いることを特徴とする。
【００４６】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、受信アレーアンテナを構成する受信アンテナ素子の出力を入力とし、入力した信号を受信処理して出力する無線受信ステップと、前記無線受信ステップの出力を入力として受信ビームを形成する受信ビーム形成ステップと、前記受信ビーム形成ステップの出力を入力とし、前記受信ビームに存在するユーザ信号のパス遅延／受信ビーム番号における総受信品質を計算してユーザ送信ビーム番号を出力し、前記パス遅延／受信ビーム番号を用いてユーザ受信データを出力するユーザ復調ステップと、ユーザ送信データを入力し、変調処理を行ってユーザ変調信号を出力するユーザ変調処理ステップと、前記ユーザ送信ビーム番号及び前記ユーザ変調信号を入力し、前記ユーザ送信ビーム番号に相当する送信ビームが形成されるように前記ユーザ変調信号を出力するユーザ送信ビーム切替ステップと、前記ユーザ送信ビーム切替ステップの出力を入力とし、前記送信ビームを形成する送信ビーム形成ステップと、前記送信ビーム形成ステップの出力を入力とし、入力した信号を送信処理して送信アレーアンテナを構成する送信アンテナ素子へ出力する無線送信ステップと、を備えることを特徴とする。
【００４７】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、前記ユーザ復調ステップにおいて、前記受信ビーム形成ステップの出力からユーザ毎のパス遅延を検出し、前記パス遅延／受信ビーム番号を出力する受信ビームパス検出ステップと、前記受信ビームパス検出ステップの出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から復調に用いる前記パス遅延／受信ビーム番号を選択するパス遅延／受信ビーム選択ステップと、前記パス遅延／受信ビーム選択ステップから通知された前記パス遅延／受信ビーム番号を用いて復調を行う復調処理ステップと、前記受信ビームパス検出ステップの出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する受信ビーム計算処理ステップと、前記受信ビーム計算処理ステップから通知された前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質から前記送信ビームを選択し前記ユーザ送信ビーム切替ステップに通知する送信ビーム選択ステップと、を備えることを特徴とする。
【００４８】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、前記受信ビームパス検出ステップの出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際に、受信品質の指標として受信電力を用い、総受信品質として総受信電力を計算することを特徴とする。
【００４９】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、前記受信ビームパス検出ステップの出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際に、受信品質の指標としてＳＩＲを用い、総受信品質として総ＳＩＲを計算することを特徴とする。
【００５０】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、前記受信ビームパス検出ステップの出力である前記パス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質から前記受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算する際、一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号における受信品質を用いて前記受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算することを特徴とする。
【００５１】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として受信品質の優れた上位Ｐ個（Ｐは２以上の整数）の前記パス遅延／受信ビーム番号を選択することを特徴とする。
【００５２】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として受信品質が一定の受信品質基準を満たす最大Ｑ個（Ｑは２以上の整数）までの前記パス遅延／受信ビーム番号を選択することを特徴とする。
【００５３】
本発明のマルチビームアンテナ送受信方法は、前記受信ビーム計算処理ステップにおいて、前記一定の基準に基づいて選択した前記パス遅延／受信ビーム番号として、前記パス遅延／受信ビーム選択ステップで選択された前記パス遅延／受信ビーム番号を用いることを特徴とする。
【００５４】
本発明の送信ビーム選択方法は、受信ビームの出力からユーザの送信ビームを選択する送信ビーム選択方法であって、前記受信ビームに存在する前記ユーザの信号のパス遅延の受信品質から計算した総受信品質に基づいて、前記送信ビームを選択することを特徴とする。
【００５５】
本発明の送信ビーム選択方法は、受信ビームの出力からユーザの送信ビームを選択する送信ビーム選択方法であって、前記受信ビームに存在する前記ユーザの信号のパス遅延の受信品質から計算した総受信品質に基づいて前記受信ビームを選択し、選択された前記受信ビームの方向に合致する方向又は近接する方向を有する前記送信ビームを選択することを特徴とする。
【００５６】
上述した本発明のマルチビームアンテナ送受信装置を基地局に具備することを特徴とする。また、上述した本発明のマルチビームアンテナ送受信装置を移動局に具備することを特徴とする。
【００５７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、ユーザの数をＬ（Ｌは１以上の整数）、受信アンテナ素子の数をＮ（Ｎは１以上の整数）、受信ビームの数をＭ（Ｍは１以上の整数）、送信ビームの数をＪ（Ｊは１以上の整数）、送信アンテナ素子の数をＫ（Ｋは１以上の整数）としている。従って、ユーザはユーザ１〜ユーザＬとなり、ユーザ信号はＬ個あり、ユーザ１信号〜ユーザＬ信号となる。また、受信ビームは受信ビーム１〜受信ビームＭとなり、送信ビームは送信ビーム１〜送信ビームＪとなる。以下、上記のように設定した場合のマルチビームアンテナ送受信装置について説明する。
【００５８】
図１を参照すると、本発明によるマルチビームアンテナ送受信装置は、受信アレーアンテナ１０１と、受信アレーアンテナ１０１を構成する受信アンテナ素子１０２1〜１０２Nと、受信アンテナ素子１０２1〜１０２Nに対応するアンテナ１無線受信部１０３1〜アンテナＮ無線受信部１０３N（無線受信部１０３とも称す）と、受信ビーム１形成部１０４1〜受信ビームＭ形成部１０４M（受信ビーム形成部１０４とも称す）と、ユーザ１復調ブロック１０５1〜ユーザＬ復調ブロック１０５L（ユーザ復調ブロック１０５とも称す）と、ユーザ１変調処理部１１１1〜ユーザＬ変調処理部１１１L（ユーザ変調処理部１１１とも称す）と、ユーザ１送信ビーム切替回路１１２1〜ユーザＬ送信ビーム切替回路１１２L（ユーザ送信ビーム切替回路１１２とも称す）と、送信ビーム１形成部１１３1〜送信ビームＪ形成部１１３J（送信ビーム形成部１１３とも称す）と、送信アンテナ素子１１６1〜１１６Kに対応するアンテナ１無線送信部１１４1〜アンテナＫ無線送信部１１４K（無線送信部１１４とも称す）と、無線送信部１１４に対応する送信アンテナ素子１１６1〜１１６Kと、送信アンテナ素子１１６1〜１１６Kから成る送信アレーアンテナ１１５とを含んで構成される。
【００５９】
受信アンテナ素子１０２1〜１０２Nのアンテナ素子単体での水平面内および垂直面内指向性に制限はなく、例としてはオムニ（無指向性）、ダイポール（双極指向性）が挙げられる。Ｎ個の受信アンテナ素子１０２1〜１０２Nは、受信信号が相関を有するように近接して配置される。ここで、受信アレーアンテナ１０１は、受信アンテナ素子１０２1〜１０２Nが近接して配置されていれば、受信アンテナ素子１０２1〜１０２Nの数、および配置の仕方に制限はない。配置の仕方の例としては搬送波の半波長間隔の円状配置、線状配置が挙げられる。
【００６０】
受信アンテナ素子１０２1〜１０２Nによって受信された各信号には、希望ユーザ信号成分と複数の干渉信号成分、及び熱雑音が含まれている。さらに希望ユーザ信号成分、干渉信号成分それぞれに複数のマルチパス成分が存在する。通常、それらの信号成分（マルチパス成分を含む希望ユーザ信号成分、干渉信号成分）は異なった方向から到来する。そのため、希望ユーザ信号のパス遅延／受信ビーム番号の組は複数存在する。
【００６１】
アンテナ１無線受信部１０３1〜アンテナＮ無線受信部１０３Nは、ローノイズアンプ、帯域制限フィルタ、ミキサ、局部発振器、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ  ＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、直交検波器、低域通過フィルタ、アナログ／ディジタル変換器などから構成される。ここで、アンテナ１無線受信部１０３1を例にとると、アンテナ１無線受信部１０３1は、受信アンテナ素子１０２1の出力を入力とし、入力信号の増幅、無線帯域から基底帯域への周波数変換、直交検波、アナログ／ディジタル変換などの受信処理を行い、受信ビーム１形成部１０４1〜受信ビームＭ形成部１０４Mへと出力する。
【００６２】
受信ビーム１形成部１０４1〜受信ビームＭ形成部１０４Mは、アンテナ１無線受信部１０３1〜アンテナＮ無線受信部１０３Nの出力を入力とし、入力信号に対して受信ビーム形成部１０４毎に異なる固定受信ビームを形成し、ユーザ１復調ブロック１０５1〜ユーザＬ復調ブロック１０５Lへと出力する。固定受信ビームの数、形状、および固定受信ビームの形成方法に制限はなく、固定受信ビームの形状の例としては直交マルチビームがあり、固定受信ビームの形成方法の例としてはディジタル演算により各入力信号に固定複素ビーム重みを乗じ総和を求める手法（ディジタルビームフォーミング）が挙げられる。また、図１では受信ビーム１形成部１０４1〜受信ビームＭ形成部１０４Mがアンテナ１無線受信部１０３1〜アンテナＮ無線受信部１０３Nの後段にあり、基底帯域のディジタル信号に対してビーム形成を行っているが、バトラーマトリクス等の無線帯域におけるビーム形成法を用いることも可能である。
【００６３】
受信ビーム１形成部１０４1〜受信ビームＭ形成部１０４Mは、すべてのユーザ信号（ユーザ１信号〜ユーザＬ信号）成分とユーザ信号のマルチパス成分を含んだ状態の入力信号に対して、受信ビーム形成部１０４毎に異なる固定受信ビームを形成して、到来方向毎に入力信号を分離する。
【００６４】
ユーザ１復調ブロック１０５1〜ユーザＬ復調ブロック１０５Lは、受信ビーム１パス検出部１０６1〜受信ビームＭパス検出部１０６M（受信ビームパス検出部１０６とも称す）と、パス遅延／受信ビーム選択部１０７と、受信ビーム１計算処理部１０８1〜受信ビームＭ計算処理部１０８M（受信ビーム計算処理部１０８とも称す）と、送信ビーム選択部１０９と、復調処理部１１０とから構成され、ユーザ１送信ビーム番号〜ユーザＬ送信ビーム番号（ユーザ送信ビーム番号）及びユーザ１受信データ〜ユーザＬ受信データ（ユーザ受信データ）を出力する。
【００６５】
以下、ユーザ１復調ブロック１０５1〜ユーザＬ復調ブロック１０５Lのうちユーザ１復調ブロック１０５1を例にとって説明する。
【００６６】
ユーザ１復調ブロック１０５1は、受信ビーム１形成部１０４1〜受信ビームＭ形成部１０４Mの出力を入力とし、ユーザ１送信ビーム番号とユーザ１受信データとを出力する。
【００６７】
受信ビーム１パス検出部１０６1〜受信ビームＭパス検出部１０６Mは、受信ビーム１形成部１０４1〜受信ビームＭ形成部１０４Mの出力を入力とし、それぞれの入力信号におけるユーザ信号のパス遅延を検出し、検出したパス遅延におけるユーザ信号の受信品質を測定して、パス遅延／受信ビーム番号などをパス遅延／受信ビーム選択部１０７と受信ビーム１計算処理部１０８1〜受信ビームＭ計算処理部１０８Mへと出力する。ここで、それぞれの入力信号にはユーザ１信号〜ユーザＬ信号が多重されており、さらに伝搬遅延による各ユーザ信号のマルチパス成分が多重されている。ユーザ信号の多重方法に制限はなく、例としてはＴＤＭＡ（時分割多元接続）、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）が挙げられる。また、多重された複数のユーザ信号の分離方法とマルチパス成分のパス遅延の検出方法および検出されるパス遅延の数に制限はない。さらに、測定する受信品質の指標と測定方法に制限はない。受信品質の指標の例としては、受信電力（受信レベル、受信電界強度なども含まれる。）、ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ：信号対干渉電力比）が挙げられる。ＳＩＲの他に、ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ｐｌｕｓ−Ｎｏｉｓｅｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ：信号対干渉電力＋雑音電力比）、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）などで表現される指標も含まれるものとする。
【００６８】
受信ビーム１パス検出部１０６1〜受信ビームＭパス検出部１０６Mは、ユーザ信号の既知のシンボル（パイロットシンボル等）のみを用いて、パス検出および検出したパスに関するパス遅延におけるユーザ信号の受信品質の測定を行うことも可能である。
【００６９】
パス遅延／受信ビーム選択部１０７は、受信ビーム１パス検出部１０６1〜受信ビームＭパス検出部１０６Mの出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報を入力とし、ユーザ信号の受信品質に基づいて復調に用いるパス遅延／受信ビーム番号の組を選択して、選択したパス遅延／受信ビーム番号の組を復調処理部１１０へと出力する。
【００７０】
ここで、復調に用いるパス遅延／受信ビーム番号の組の選択方法に制限はなく、例としては受信品質の優れた上位Ａ個（Ａは２以上の整数）の組を選択する方法、一定の受信品質基準を満たす組を最大Ｂ個（Ｂは２以上の整数）まで選択する方法が挙げられる。
【００７１】
受信ビーム１計算処理部１０８1〜受信ビームＭ計算処理部１０８Mは、各受信ビームに対応する受信ビーム１パス検出部１０６1〜受信ビームＭパス検出部１０６Mの出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報を入力とし、受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算して、受信ビーム番号と受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質情報とを送信ビーム選択部１０９へと出力する。総受信品質とは、受信ビームに含まれるマルチパス成分（パス遅延）毎の受信品質の部分又は全体を計算（例えば、加算）したものである。
【００７２】
ここで、受信ビーム毎に計算するユーザ信号の総受信品質の指標として、受信ビーム毎に通知されたパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信電力を用いる方法が挙げられる。
【００７３】
また、受信ビーム毎に計算するユーザ信号の総受信品質の指標として、受信ビーム毎に通知されたパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号のＳＩＲを用いる方法が挙げられる。
【００７４】
受信ビーム１計算処理部１０８1〜受信ビームＭ計算処理部１０８Mにおいて受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際、計算を簡略化するために、一定の基準に基づいて選択したパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質のみを用いて受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算する手法も、本発明に含まれる。
【００７５】
ここで、一定の基準に基づいて選択したパス遅延／受信ビーム番号として、ユーザ信号の受信品質の優れた上位Ｐ個（Ｐは２以上の整数）のパス遅延／受信ビーム番号を用いる方法が挙げられる。
【００７６】
また、一定の基準に基づいて選択したパス遅延／受信ビーム番号として、ユーザ信号の受信品質が一定の受信品質基準を満たす最大Ｑ個（Ｑは２以上の整数）までのパス遅延／受信ビーム番号を用いる方法が挙げられる。
【００７７】
さらに、一定の基準に基づいて選択したパス遅延／受信ビーム番号として、パス遅延／受信ビーム選択部１０７おいて選択されたパス遅延／受信ビーム番号を用いる方法が挙げられる。
【００７８】
送信ビーム選択部１０９は、受信ビーム１計算処理部１０８1〜受信ビームＭ計算処理部１０８Mの出力である受信ビーム番号とその受信ビームにおけるユーザ信号の総受信品質情報を入力とし、総受信品質の優れた受信ビーム番号と合致する方向又は近接する方向を有するユーザ１送信ビーム番号〜ユーザＬ送信ビーム番号（ユーザ送信ビーム番号）をユーザ１送信ビーム切替回路１１２1へ出力する。
【００７９】
復調処理部１１０は、パス遅延／受信ビーム選択部１０７の出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報を入力とし、入力されたパス遅延／受信ビーム番号に基づいて復調処理を行い、ユーザ１受信データを出力する。
【００８０】
ユーザ１変調処理部１１１1〜ユーザＬ変調処理部１１１Lは、それぞれユーザ１送信データ〜ユーザＬ送信データ（ユーザ送信データ）を入力とし、変調処理を行い、ユーザ１変調信号〜ユーザＬ変調信号（ユーザ変調信号）をユーザ１送信ビーム切替回路１１２1〜ユーザＬ送信ビーム切替回路１１２Lへと出力する。
【００８１】
ユーザ１送信ビーム切替回路１１２1〜ユーザＬ送信ビーム切替回路１１２Lは、ユーザ（ユーザ１〜ユーザＬ）毎の送信ビーム選択部１０９の出力であるユーザ１送信ビーム番号〜ユーザＬ送信ビーム番号と、ユーザ１変調処理部１１１1〜ユーザＬ変調処理部１１１Lの出力であるユーザ１変調信号〜ユーザＬ変調信号とを入力とし、送信ビーム１形成部１１３1〜送信ビームＪ形成部１１３Jの中からユーザ毎のユーザ送信ビーム番号に相当する送信ビーム形成部１１３を選択してユーザ変調信号を出力する。
【００８２】
送信ビーム１形成部１１３1〜送信ビームＪ形成部１１３Jは、ユーザ１送信ビーム切替回路１１２1〜ユーザＬ送信ビーム切替回路１１２Lの出力を入力とし、入力信号に対して送信ビーム１形成部１１３1〜送信ビームＪ形成部１１３J毎に異なる固定送信ビームを形成し、アンテナ１無線送信部１１４1〜アンテナＫ無線送信部１１４Kへと出力する。
【００８３】
固定送信ビームの数、形状、および固定送信ビームの形成方法に特に制限はなく、固定送信ビームの形状の例としては直交マルチビームがあり、固定送信ビームの形成方法の例としてはディジタル演算により各入力信号に固定複素ビーム重みを乗じる手法（ディジタルビームフォーミング）が挙げられる。また、図１では送信ビーム１形成部１１３1〜受信ビームＪ形成部１１３Jがアンテナ１無線送信部１１４1〜アンテナＫ無線送信部１１４Kの前段にあり、基底帯域のディジタル信号に対してビーム形成を行っているが、バトラーマトリクス等の無線帯域におけるビーム形成法を用いることも可能である。
【００８４】
アンテナ１無線送信部１１４1〜アンテナＫ無線送信部１１４Kは、アンプ、帯域制限フィルタ、ミキサ、局部発振器、直交変調、低域通過フィルタ、ディジタル／アナログ変換器などから構成される。ここで、アンテナ１無線送信部１１４1を例にとると、アンテナ１無線送信部１１４1は、送信ビーム１形成部１１３1〜送信ビームＪ形成部１１３Jの出力を入力とし、入力した信号のディジタル／アナログ変換、直交変調、基底帯域から無線帯域への周波数変換、信号の増幅などの送信処理を行い、送信アンテナ素子１１６1へと出力する。
【００８５】
送信アレーアンテナ１１５は、Ｋ個の送信アンテナ素子１１６1〜１１６Kから構成される。送信アンテナ素子１１６1〜１１６Kのアンテナ素子単体での水平面内および垂直面内指向性に特に制限はなく、例としてはオムニ（無指向性）、ダイポール（双極指向性）が挙げられる。送信アンテナ素子１１６1〜１１６Kは、送信する信号が相関を有するように近接して配置される。ここで、送信アレーアンテナ１１５は、送信アンテナ素子１１６1〜１１６Kが近接して配置されていれば、配置の仕方に特に制限はない。例としては搬送波の半波長間隔の円状配置、線状配置が挙げられる。
【００８６】
送信アンテナ素子１１６1〜１１６Kは、アンテナ１無線送信部１１４1〜アンテナＫ無線送信部１１４Kの出力であるそれぞれの送信ビームによるユーザ信号が多重された信号を入力とし、送信を行う。
【００８７】
次に、受信ビーム番号の選択と送信ビーム番号の選択について、図２、図３、図４を参照して詳細に説明する。
【００８８】
図２は送信ビーム選択説明図で、説明に必要な構成品を中心に記載している。図３は受信品質テーブル、図４はビーム番号対比テーブルである。ユーザ番号が１、受信ビーム番号が１、２の場合における送信ビーム選択の動作を詳細に説明する。図２では、受信ビーム１〜受信ビームＭ（受信ビーム）を示しているが、ここでは、受信ビーム１、受信ビーム２のみとして説明する。
【００８９】
受信ビーム計算処理部１０８は、受信ビーム１、受信ビーム２ごとのユーザ１信号の受信品質から総受信品質を図３のように計算（例えば、加算）する。受信ビーム番号と受信ビーム毎のユーザ１信号の総受信品質情報とを送信ビーム選択部１０９へ出力する。送信ビーム選択部１０９は、総受信品質の優れた受信ビームが受信ビーム２であるので、受信ビーム番号として２を選択する。次に、ビーム番号対比テーブル１０９1を参照して、受信ビーム２に合致する方向又は近接方向として対応している送信ビーム番号として１を選択する。次に、ユーザ１のユーザ１送信ビーム番号を１として、ユーザ１送信ビーム切替回路１１２1へ出力する。ユーザ１送信ビーム切替回路１１２1が、送信ビーム１を形成する送信ビーム１形成部１１３1に切替えることで、ユーザ１のユーザ１送信データは、形成された送信ビーム１で放射される。
【００９０】
本発明のマルチビームアンテナ送受信装置は、移動通信システムを構成する基地局や移動局に使用できることは当然である。
【００９１】
図５は、本発明のマルチビームアンテナ送受信方法を示すフローチャートである。図６は、本発明のマルチビームアンテナ送受信方法のユーザ復調ステップを示すフローチャートである。図１、５、６を使用して以下、マルチビームアンテナ送受信方法を説明する。
【００９２】
受信アレーアンテナ１０１を構成する受信アンテナ素子１０２1〜受信アンテナ素子１０２Nの出力を入力とし、入力した信号の増幅、周波数変換、直交検波、アナログ／ディジタル変換などの受信処理を行って出力する（無線受信ステップＳ１）。この無線受信ステップＳ１は、アンテナ１無線受信部１０３1〜アンテナＮ無線受信部１０３Nによる。
【００９３】
次に、無線受信ステップＳ１の出力を入力として受信ビームを形成する（受信ビーム形成ステップＳ２）。この受信ビーム形成ステップＳ２は、受信ビーム１形成部１０４1〜受信ビームＭ形成部１０４Mによる。
【００９４】
受信ビーム形成ステップＳ２の出力を入力とし、受信ビームに存在するユーザ信号のパス遅延／受信ビーム番号における総受信品質を計算してユーザ送信ビーム番号を出力し、パス遅延／受信ビーム番号を用いてユーザ受信データを出力する（ユーザ復調ステップＳ３）。このユーザ復調ステップＳ３は、ユーザ１復調ブロック１０５1〜ユーザＬ復調ブロック１０５Lによる。
【００９５】
ユーザ送信データを入力し、変調処理を行ってユーザ変調信号を出力する（ユーザ変調処理ステップＳ４）。このユーザ変調処理ステップＳ４は、ユーザ変調処理部１１１1〜ユーザ変調処理部１１１Lによる。
【００９６】
ユーザ送信ビーム番号及びユーザ変調信号を入力し、ユーザ送信ビーム番号に相当する送信ビームが形成されるようにユーザ変調信号を出力する（ユーザ送信ビーム切替ステップＳ５）。このユーザ送信ビーム切替ステップＳ５は、ユーザ１送信ビーム切替回路１１２1〜ユーザＬ送信ビーム切替回路１１２Lによる。
【００９７】
ユーザ送信ビーム切替ステップＳ５の出力を入力とし、送信ビームを形成する（送信ビーム形成ステップＳ６）。この送信ビーム形成ステップＳ６は、送信ビーム１形成部１１３1〜送信ビームＪ形成部１１３Jによる。
【００９８】
送信ビーム形成ステップＳ６の出力を入力とし、入力した信号のディジタル／アナログ変換、直交変調、周波数変換、増幅などの送信処理を行って送信アンテナ素子へ出力する（無線送信ステップＳ７）。この無線送信ステップＳ７は、アンテナ１無線送信部１１４1〜アンテナＫ無線送信部１１４K、送信アレーアンテナ１１５によって行われる。
【００９９】
さらに、ユーザ復調ステップＳ３において、受信ビーム形成ステップＳ２の出力からユーザ毎のパス遅延を検出し、パス遅延／受信ビーム番号などを出力する（受信ビームパス検出ステップＳ３１）。この受信ビームパス検出ステップＳ３１は、受信ビーム１パス検出部１０６1〜受信ビームＭパス検出部１０６Mによる。
【０１００】
次に、受信ビームパス検出ステップＳ３１の出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報から復調に用いるパス遅延／受信ビーム番号を選択する（パス遅延／受信ビーム選択ステップＳ３２）。このパス遅延／受信ビーム選択ステップＳ３２は、パス遅延／受信ビーム選択部１０７による。
【０１０１】
次に、パス遅延／受信ビーム選択ステップＳ３２から通知されたパス遅延／受信ビーム番号を用いて復調を行う（復調処理ステップＳ３３）。この復調処理ステップＳ３３は、復調処理部１１０による。
【０１０２】
次に、受信ビームパス検出ステップＳ３１の出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報から受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する（受信ビーム計算処理ステップＳ３４）。この受信ビーム計算処理ステップＳ３４は、受信ビーム１計算処理部１０８1〜受信ビームＭ計算処理部１０８Mによる。
【０１０３】
次に、受信ビーム計算処理ステップＳ３４から通知された受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質情報から送信ビームを選択しユーザ送信ビーム切替ステップＳ５に通知する（送信ビーム選択ステップＳ３５）。この送信ビーム選択ステップＳ３５は、送信ビーム選択部１０９による。
【０１０４】
なお、受信ビーム計算処理ステップＳ３４において、受信ビームパス検出ステップＳ３１の出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報から受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際に、受信品質の指標として受信電力を用い、総受信品質として総受信電力を計算する。
【０１０５】
さらに、受信ビーム計算処理ステップＳ３４において、受信ビームパス検出ステップＳ３１の出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報から受信ビーム毎のユーザ信号の総受信品質を計算する際に、受信品質の指標としてＳＩＲを用い、総受信品質として総ＳＩＲを計算する。
【０１０６】
さらに、受信ビーム計算処理ステップＳ３４において、受信ビームパス検出ステップＳ３１の出力であるパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質情報から受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算する際、一定の基準に基づいて選択したパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質のみを用いて受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算する。
【０１０７】
さらに、受信ビーム計算処理ステップＳ３４において、一定の基準に基づいて選択したパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質の優れた上位Ｐ個（Ｐは２以上の整数）のパス遅延／受信ビーム番号を選択する。
【０１０８】
さらに、受信ビーム計算処理ステップＳ３４において、一定の基準に基づいて選択したパス遅延／受信ビーム番号におけるユーザ信号の受信品質が一定の受信品質基準を満たす最大Ｑ個（Ｑは２以上の整数）までのパス遅延／受信ビーム番号を選択する。
【０１０９】
さらに、受信ビーム計算処理ステップＳ３４において、一定の基準に基づいて選択したパス遅延／受信ビーム番号として、パス遅延／受信ビーム選択部で選択されたパス遅延／受信ビーム番号を用いる。
【０１１０】
次に、本発明の効果について説明する。本発明では、受信ビーム（受信ビーム１〜受信ビームＭ）毎のユーザ信号（ユーザ１信号〜ユーザＬ信号）の総受信品質を計算し、総受信品質の優れた受信ビームと同一方向又は近接方向の送信ビームを選択するため、マルチパス環境においても最適な送信ビームを選択することができる。したがって、送信特性に優れる。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明の第１の効果は、送信特性が優れていることである。その理由は、受信ビーム毎にユーザ信号の総受信品質を計算し、総受信品質の優れた受信ビームと同一方向又は近接方向の送信ビームを選択するため、マルチパス環境においても最適な送信ビームを選択することができるからである。
【０１１２】
第２の効果は、上り及び／又は下りの回線品質が優れることである。その理由は、第１の効果と同じで、総受信品質の優れた受信ビームと同一方向又は近接方向の送信ビームを選択できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマルチビームアンテナ送受信装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】送信ビーム選択説明図である。
【図３】受信品質テーブルである。
【図４】ビーム番号対比テーブルである。
【図５】本発明のマルチビームアンテナ送受信方法のフローチャートである。
【図６】本発明のマルチビームアンテナ送受信方法のユーザ復調ステップのフローチャートである。
【図７】従来のマルチビームアンテナ送受信装置の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１    受信アレーアンテナ
１０２1〜１０２N    受信アンテナ素子
１０３    無線受信部
１０３1    アンテナ１無線受信部
１０３N    アンテナＮ無線受信部
１０４    受信ビーム形成部
１０４1    受信ビーム１形成部
１０４M    受信ビームＭ形成部
１０５    ユーザ復調ブロック
１０５1    ユーザ１復調ブロック
１０５L    ユーザＬ復調ブロック
１０６    受信ビームパス検出部
１０６1    受信ビーム１パス検出部
１０６M    受信ビームＭパス検出部
１０７    パス遅延／受信ビーム選択部
１０８    受信ビーム計算処理部
１０８1    受信ビーム１計算処理部
１０８M    受信ビームＭ計算処理部
１０９    送信ビーム選択部
１０９1    ビーム番号対比テーブル
１１０    復調処理部
１１１    ユーザ変調処理部
１１１1    ユーザ１変調処理部
１１１L    ユーザＬ変調処理部
１１２    ユーザ送信ビーム切替回路
１１２1    ユーザ１送信ビーム切替回路
１１２L    ユーザＬ送信ビーム切替回路
１１３    送信ビーム形成部
１１３1    送信ビーム１形成部
１１３J    送信ビームＪ形成部
１１４    無線送信部
１１４1    アンテナ１無線送信部
１１４K    アンテナＫ無線送信部
１１５    送信アレーアンテナ
１１６1〜１１６K    送信アンテナ素子
２０１    受信アレーアンテナ
２０２1〜２０２N    受信アンテナ素子
２０３1    アンテナ１無線受信部
２０３N    アンテナＮ無線受信部
２０４    受信ビーム形成部
２０４1    受信ビーム１形成部
２０４M    受信ビームＭ形成部
２０５1    ユーザ１復調ブロック
２０５L    ユーザＬ復調ブロック
２１１1    ユーザ１変調処理部
２１１L    ユーザＬ変調処理部
２１２1    ユーザ１送信ビーム切替回路
２１２L    ユーザＬ送信ビーム切替回路
２１３1    送信ビーム１形成部
２１３J    送信ビームＪ形成部
２１４1    アンテナ１無線送信部
２１４K    アンテナＫ無線送信部
２１５    送信アレーアンテナ
２１６1〜２１６K    送信アンテナ素子
【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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