(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動局からの情報を基に送信信号の制御を行う、送信ダイバーシチ方式を適用した送信ダイバーシチ通信装置であって、
複数本ずつのアンテナが複数のグループに分けられ、該グループ内のアンテナは該グループ内のアンテナ間のフェージング相関が高くなるように近接して、各グループのアンテナ群は該グループ間のフェージング相関が低くなるよう互いの距離が大きくなるように設置されたアンテナ手段と、
移動局から送信されてくる該グループ内アンテナの制御に関する送信速度の遅い第１の制御情報と、該各グループのアンテナ群間の制御に関する送信速度の速い第２の制御情報とを受け取って、該アンテナ手段の送信する信号の位相を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする送信ダイバーシチ通信装置。
【請求項２】
前記移動局は、前記アンテナ手段の各グループ内のアンテナについては、該グループの基準アンテナからのチャネル応答推定値に対する差分情報、及び前記各グループのアンテナ群については、特定のグループの基準アンテナに対する各グループの基準アンテナのチャネル応答推定値の差分情報を、それぞれ前記第１の制御情報及び第２の制御情報として前記基地局に送信することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の送信ダイバーシチ通信装置。
置。
【請求項３】
各グループの基準アンテナから送信する信号の送信電力よりも、基準アンテナ以外のアンテナから送信する信号の送信電力を低く設定することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の送信ダイバーシチ通信装置。
【請求項４】
移動局からの情報を基に送信信号の制御を行う、送信ダイバーシチ方式を適用した送信ダイバーシチ通信装置に制御信号を送信する移動局であって、
複数本ずつのアンテナが複数のグループに分けられ、該グループ内のアンテナは該グループ内のアンテナ間のフェージング相関が高くなるように近接して、各グループのアンテナ群は該グループ間のフェージング相関が低くなるよう互いの距離が大きくなるように設置されたアンテナ手段から送信された信号を受信する受信手段と、
受信した信号がいずれのアンテナから送信された信号であるかを特定するアンテナ特定手段と、
該受信した信号から、該グループ内アンテナの制御に関する第１の制御情報を所定の伝送速度で該送信ダイバーシチ通信装置に送信し、該各グループのアンテナ群間の制御に関する第２の制御情報を該所定の伝送速度より速い速度で該送信ダイバーシチ通信装置に送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする移動局。
【請求項５】
移動局からの情報を基に送信信号の制御を行う、送信ダイバーシチ方式を適用した送信ダイバーシチ通信方法であって、
複数本ずつのアンテナが複数のグループに分けられ、該グループ内のアンテナは該グループ内のアンテナ間のフェージング相関が高くなるように近接して、各グループのアンテナ群は該グループ間のフェージング相関が低くなるよう互いの距離が大きくなるように設置されたアンテナ群を設けるステップと、
移動局から送信されてくる該グループ内アンテナの制御に関する送信速度の遅い第１の制御情報と、該各グループのアンテナ群間の制御に関する送信速度の速い第２の制御情報とを受け取って、該アンテナ手段の送信する信号の位相を制御する制御ステップと、
を備えることを特徴とする送信ダイバーシチ通信方法。
【請求項６】
移動局からの位相制御情報を基に、基地局の複数アンテナから送信される送信信号の位相制御を行う通信システムであって、
前記基地局の複数のアンテナは、一のアンテナに対して、フェージング相関が高い位置とフェージング相関が低い位置に他のアンテナが配置される位置関係を有し、
前記移動局は、フェージング相関が高い位置に配置されたアンテナに対する位相制御情報は低い頻度で、フェージング相関が低い位置に配置されたアンテナに対する位相制御情報は高い頻度で前記基地局へ送信する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項７】
移動局からの位相制御情報を基に、基地局の複数のアンテナから送信される送信信号の位相制御を行う通信システムであって、
前記基地局の複数のアンテナは、一のアンテナに対して、フェージング相関が高い位置とフェージング相関が低い位置に他のアンテナが配置される位置関係を有し、
前記移動局は、フェージング相関が高い位置に配置されたアンテナに対する位相制御情報を、フェージング相関が低い位置に配置されたアンテナに対する位相制御情報よりも低い頻度で前記基地局へ送信する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項８】
複数のアンテナを含む第１のアンテナ群、第２のアンテナ群を備え、該第１のアンテナ群と該第２のアンテナ群との間の距離は、該第１のアンテナ群内又は該第２のアンテナ群内の複数のアンテナ間の距離より長く設定されたダイバーシチ通信装置において、
前記第１のアンテナ群内又は前記第２のアンテナ群内の複数のアンテナについてアンテナ単位の個別の制御情報を移動局から第１の送信速度で受信して、前記第１のアンテナ群内又は前記第２のアンテナ群内の該複数のアンテナについて個別の重み制御を行い、前記第１のアンテナ群と前記第２のアンテナ群についてアンテナ群単位の制御情報を移動局から前記第１の送信速度より高速な第２の送信速度で受信して、前記第１のアンテナ群、前記第２のアンテナ群についての群単位の重み制御を行う制御部
を備えたことを特徴とするダイバーシチ通信装置。
【請求項９】
複数のアンテナを含む第１のアンテナ群、第２のアンテナ群を備え、該第１のアンテナ群と該第２のアンテナ群との間の距離は、該第１のアンテナ群内又は該第２のアンテナ群内の複数のアンテナ間の距離より長く設定されたダイバーシチ通信装置に対して制御信号を送信する移動局において、
前記第１のアンテナ群内又は前記第２のアンテナ群内の複数のアンテナについてアンテナ単位の個別の制御情報及び、前記第１のアンテナ群と前記第２のアンテナ群についてアンテナ群単位の制御情報を生成する制御量計算部を備え、
前記アンテナ単位の個別の制御情報に対して、前記アンテナ群単位の制御情報をより速い送信速度で送信する、
ことをと特徴とする移動局。
【請求項１０】
前記アンテナ単位の個別の制御情報に対して、前記アンテナ群単位の制御情報をより短い周期で送信する、
ことを特徴とする請求項９に記載の移動局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信ダイバーシチ通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
第３世代移動通信システムであるＷ−ＣＤＭＡにおける送信ダイバーシチでは、２本の送信アンテナを用いる方式が採用されている。
図１は、２本の送信アンテナを用いる場合の送信ダイバーシチシステムの構成例を示す図である。
【０００３】
２本の送信アンテナ１、２よりパイロット信号としてお互い直交するパイロットパターンＰ1 、Ｐ2 が送信され、移動局受信側では、それぞれの既知のパイロットパターンと受信パイロット信号との相関を取ることにより、基地局の各送信アンテナから移動局受信アンテナまでのチャネルインパルス応答ベクトルｈ1 、ｈ2 を推定する。
【０００４】
これらチャネル推定値を用いて、以下の（１）式で示す電力Ｐを最大とする基地局各送信アンテナの振幅および位相制御ベクトル（重みベクトル）ｗ＝［ｗ1 、ｗ2 ］を制御量計算部１０において計算し、これを量子化する。そして、量子化された重みベクトルをフィードバック情報として多重化部１１において、上りチャネル信号に多重化して基地局側に伝送する。ただし、ｗ1 、ｗ2 の両方の値を伝送する必要はなく、ｗ1 ＝１として求めた場合のｗ2 の値のみ伝送すれば良い。
Ｐ＝ｗH ＨH Ｈｗ  ・・・・・（１）
Ｈ＝［ｈ1 ，ｈ2 ］・・・・・（２）
ここで、ｈ1 、ｈ2 は、それぞれ送信アンテナ１および送信アンテナ２からのチャネルインパルス応答ベクトルであり、ＨH やｗH の肩の添え字Ｈは、Ｈやｗのエルミート共役をとることを示す。インパルス応答の長さをＬとすると、次式で表される。
ｈ1 ＝［ｈi1，ｈi2，・・・，ｈiL］T ・・・・・・（３）
従って、上記式（１）の計算は、送信アンテナが２の場合、以下のような代数計算に基づいて行われる。
【０００５】
【数１】
0004176463.tif 000002
【０００６】
ハンドオーバ時には（１）式の代わりに次式を最大とする重みベクトルｗを計算する。
Ｐ＝ｗH （Ｈ1 H Ｈ1 ＋Ｈ2H Ｈ2 ＋・・・）ｗ        ・・・・・・（４）
ここで、Ｈk はｋ番目の基地局からの信号のチャネルインパルス応答である。
【０００７】
そして、移動局から送信されてくるｗ2 を（ここで、ｗ1 ＝１となっているとする）送信側のフィードバック情報抽出部１２で受信信号の中から抽出し、振幅・位相制御部１３において、ｗ2 を送信アンテナ２から送出されるべきデータ信号に乗算する。これにより、受信側で受け取る送信アンテナ１と送信アンテナ２からの信号の振幅及び位相の劣化を送信側で予め修正してから、送出することが出来る。
【０００８】
Ｗ−ＣＤＭＡでは、重み係数ｗ2 を１ビットに量子化するモード１と、４ビットに量子化するモード２の２通りの方法が規定されている。モード１では１ビットのフィードバック情報を毎スロット伝送して制御するため、制御速度が速い反面、量子化が粗いため正確な制御が出来ない。一方、モード２では４ビットの情報で制御するため、より精度の高い制御が出来る反面、各スロットで１ビットずつ伝送して４スロットで１ワードのフィードバック情報を伝送するため、フェージング周波数が高い場合にはこれに追従出来ずに、振幅・位相制御特性が劣化する。このように、フィードバック情報を伝送する、移動局から送信局への上りチャネルの信号伝送レートが限られている場合、制御精度とフェージングに対する追従速度はトレードオフの関係にある。
【０００９】
Ｗ−ＣＤＭＡのRelease-99規格では、フィードバック情報伝送による上りチャネル伝送効率の低下を回避するため、送信アンテナ数として２本より多い場合は考慮されていない。しかしながら、フィードバック情報の増加や更新速度の低減を許容すれば、３本以上への拡張も可能である。特に、現在では、送信アンテナ数を４本とする場合が盛んに研究開発されている。
【００１０】
セルラ移動通信システムの無線基地局に閉ループ送信ダイバーシチ方式を適用すると、各送信アンテナからの信号が独立のフェージングを受けた後、理想的には移動局アンテナ位置に於いて同相合成されるため、送信アンテナ数に応じたダイバーシチ利得が得られることに加えて、合成による利得向上が得られる。このため、受信特性が向上すると共に、１つのセルに収容できるユーザ数を増大することができる。ここでいう理想的とは、フィードバック情報の伝送誤り、制御遅延、チャネル応答推定誤差、制御量の量子化誤差がない場合を言う。実際にはこれらの要因により理想的な場合に比べて特性は劣化する。
【００１１】
送信アンテナ数に応じたダイバーシチ利得を得るためには、フェージング相関が十分小さくなるようにアンテナ間隔を大きく取る必要がある。一般的にセルラ移動通信システムの無線基地局でフェージング相関を十分小さく抑えるためにはアンテナ間隔を２０波長程度とる必要がある。２ＧＨｚ帯では１波長は約１５ｃｍであるから約３ｍ間隔でアンテナを設置することになる。このため、送信アンテナ数を増加させるとアンテナ設置に必要な面積が大きくなり、建物の屋上等に設置する場合に設置が困難となる問題がある。また、ダイバーシチ利得は送信アンテナ数の増加と共に飽和していくため、あまり送信アンテナ数を増やしても大きなダイバーシチ利得の改善は得られない。
【００１２】
また、送信アンテナ数を増加させると、各アンテナについてフィードバック情報を伝送しなくてはならないため、フィードバックすべき情報量が増え、フィードバック情報伝送のために上りチャネルの伝送効率が低下したり、送信ダイバーシチの制御が高速なフェージングに追従できなくなって特性劣化を引き起こすといった問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、送信アンテナ数を増加させた場合に、上りフィードバック情報の増加を抑えられ、フェージング周波数の高い場合における特性劣化が少なく、基地局アンテナ設置スペースが小さい送信ダイバーシチ通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の送信ダイバーシチ通信装置は、移動局からの情報を基に送信信号の制御を行う、送信ダイバーシチ方式を適用した基地局を有する送信ダイバーシチ通信装置であって、複数本ずつのアンテナが複数のグループに分けられ、該グループ内のアンテナは該グループ内のアンテナ間のフェージング相関が高くなるように近接して、各グループのアンテナ群は該グループ間のフェージング相関が低くなるよう互いの距離が大きくなるように設置されたアンテナ手段と、移動局から送信されてくる該グループ内アンテナの制御に関する送信速度の遅い第１の制御情報と、該各グループのアンテナ群間の制御に関する送信速度の速い第２の制御情報とを受け取って、該アンテナ手段の送信する信号の位相を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アンテナ本数が増えることにより、従来の２本の時と同様の方法で、送信信号の制御を閉ループ送信ダイバーシチ方式に適用しようとすると、移動局から基地局に送信すべき情報量が増えてしまうため、フェージング変動の追従性が悪くなり、送信信号の制御性能が落ちてしまうことを防ぐことが出来る。
【００１６】
特に、本発明では、基地局のアンテナをグループ化し、グループ内ではフェージング相関が高く、各グループ間ではフェージング相関が低くなるように設定するので、高速で制御情報を移動局から基地局に送る必要があるのは、各グループ間の送信信号の制御についてのみであり、グループ内のアンテナからの送信信号制御は比較的ゆっくりでよくなる。従って、限られた移動局から基地局への上り回線の伝送速度を有効に利用して、送信ダイバーシチ方式の性能を向上することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、セルラ移動通信システム無線基地局に複数のアンテナ素子を設け、同一の送信データ信号に移動局からのフィードバック情報に基づいて異なる振幅及び位相制御を行った後、それぞれ異なるアンテナを用いて送信を行い、移動局側では該振幅及び位相制御量を下りパイロット信号を用いて決定し、該振幅及び位相制御量を表すフィードバック情報を上りチャネル信号に多重して基地局側に伝送する閉ループ送信ダイバーシチ方式に関する技術である。
【００１８】
図２は、本発明の原理を説明するシステム構成図である。
基地局のパイロット信号生成部２０でＮ個のお互い直交するパイロット信号Ｐ1 （ｔ）、Ｐ2 （ｔ）、・・・、ＰN （ｔ）を生成し、それぞれ異なる送信アンテナ２１を用いて送信する。Ｎは送信アンテナ数である。これらパイロット信号間には以下の関係がある。
∫Ｐi (t) Ｐj (t) dt＝０  （ｉ≠ｊ）
各パイロット信号は、それぞれフェージングによる振幅及び位相変動を受け、これらの合成信号が移動局受信アンテナ２２に入力される。移動局受信機では受信パイロット信号に対してＰ1 （ｔ）、Ｐ2 （ｔ）、・・・、ＰN （ｔ）との相関をそれぞれ求めることにより、各パイロット信号のチャネルインパルス応答ベクトルｈ1 、ｈ2 、・・・、ｈN を推定する。
【００１９】
これらチャネルインパルス応答ベクトルを用いて、以下の（５）式（上記  （１）式に同じ）で示す電力Ｐを最大とする基地局各送信アンテナの振幅および位相制御ベクトル（重みベクトル）ｗ＝［ｗ1 、ｗ2 、・・・、ｗN ］T を制御量計算部２３で計算し、これを量子化してフィードバック情報として多重化部２４より、上りチャネル信号に多重化して基地局側に伝送する。ただし、この場合でもｗ1 ＝１として求めた場合のｗ2 、ｗ3 、・・・、ｗN の値を伝送すればよい。
Ｐ＝ｗH ＨH Ｈｗ    ・・・・・（５）
Ｈ＝［ｈ1 ，ｈ2 ，・・・ｈN ］  ・・・・・（６）
ここで、ｈi は送信アンテナｉからのチャネルインパルス応答ベクトルである。インパルス応答の長さをＬとすると、次式で表される。
ｈ1 ＝［ｈi1，ｈi2，・・・，ｈiL］T ・・・・・・（７）
ハンドオーバ時には（５）式の代わりに次式を最大とする重みベクトルｗを計算する。
Ｐ＝ｗH （Ｈ1 H Ｈ1 ＋Ｈ2 H Ｈ2 ＋・・・）ｗ        ・・・・・・（８）
ここで、Ｈk はｋ番目の基地局からの信号のチャネルインパルス応答であり、上記（４）式と同じである。
【００２０】
このようにして得られた重みベクトルは、移動局の多重化部２４から上り送信データ信号に多重されて基地局の受信アンテナに送信される。基地局では、受信アンテナで受信したフィードバック情報をフィードバック情報抽出部２５において、抽出し、該フィードバック情報に含まれる重みベクトルを用いて、各送信アンテナ２１から送信される信号の振幅及び位相を振幅・位相制御部２６において制御する。このようにして、振幅及び位相が制御された後の信号が基地局の送信アンテナ２１から送出されると、ちょうどフェージングによる振幅及び位相の変動が補償された形で移動局によって受信されるので、最適な受信を行うことが出来る。また、フェージングは時間が経過する毎に変化するので、フェードバック情報の生成と送信はリアルタイムで行う必要がある。しかし、移動局から基地局への上り送信データ信号の送信フォーマットや送信速度は予め決められているので、多くの情報を送ろうとすると時間がかかってしまうために、フェージングの変化を追従できなくなってしまう。また、フェージングの変化に追従できるようにするためには、フィードバック情報の送信速度を速くしてやる必要があるが、上り回線の通信速度が決められていることから、高速で送信ダイバーシチの制御をするために短い周期で新しい情報を次々と送ろうとすると、１回の送信に含まれる情報量が少なくなってしまい（量子化が粗くなってしまい）、精度の良い制御が出来なくなってしまう。
【００２１】
本発明の実施形態では、重みベクトルを構成する各係数値を、それぞれのアンテナから送られてくる信号に対して同じ周期で計算してフィードバックするのではなく、それぞれ異なる周期で計算およびフィードバックを行うようにする。
【００２２】
以下に具体的に説明する。
図３は、本発明の実施形態に従う基地局の送信アンテナの構成例を示す図である。
基地局において、図３に示すように送信アンテナを、複数のアンテナで構成される複数のグループに分け、各グループ内の送信アンテナはフェージング相関が高くなるように近接して配置し、グループ間はフェージング相関が低くなるように互いの距離を離して設置する。フェージング相関とは、異なるアンテナから送信された信号が受信側で受信した際に、どのくらい同じようなフェージングを受けているかを示す数値である。フェージングは、建物による反射や移動体に反射することによるドップラー効果などによって引き起こされるが、送信信号を送信する送信アンテナがそれぞれ近接していれば、それぞれから送信された信号は、同じような経路を辿って移動局に受信されると考えられ、従って、同じようなフェージングを受けることになる。このような場合、フェージング相関が高いという。一方、信号を送信するアンテナが互いに離れていると、それぞれから送信される信号は、移動局によって受信されるまでに、異なる経路を辿っていると考えられ、従って、異なるフェージングを受けて移動局によって受信されることになる。このような場合を、フェージング相関が低いという。
【００２３】
移動局において、グループ間のアンテナ制御量を、グループ内のアンテナ制御量より速い周期で計算し、これらをフィードバック情報として基地局側に伝送する。同一グループ内の基地局送信アンテナからの信号はフェージング相関が高いため、ほぼ同一のフェージングを受けるが、移動局の基地局に対する角度に応じた位相差をもって移動局の受信アンテナに到達する。従って、同一グループ内の基地局送信アンテナからの信号を用いて推定したチャネル応答推定値は、この移動局の基地局に対する角度に応じた位相差を有する。移動局の移動に伴ってこれらの値は変化するが、フェージング変動に比べてゆっくりと変動することが特徴とである。各グループ内で１つのアンテナを基準アンテナとし、基準アンテナ以外の当該グループ内アンテナの制御量を、この基準アンテナの制御量で正規化（基準アンテナの制御量を基準として、これからの相対値を使用）する。この正規化されたグループ内アンテナ制御量は移動局の移動に伴いゆっくりと変動する。従って、制御周期を比較的長くすることが可能である。
【００２４】
一方、異なるグループの基地局送信アンテナからの信号間のフェージング相関は低いため、それぞれ独立なフェージングを受けて移動局の受信アンテナに到達する。従って、異なるグループの基準アンテナからの信号を用いて推定したチャネル応答推定値（チャネルインパルス応答ベクトル）は、それぞれ独立なフェージング変動によって高速に変動することが特徴である。ある特定の１つのグループの基準アンテナ制御量で他のグループの基準アンテナ制御量を正規化したものを、グループ間アンテナ制御量と定義する。このグループ間アンテナ制御量はそれぞれ独立なフェージング変動によって高速に変動するため、正確な制御を行うためには短い周期で制御を行う必要がある。
【００２５】
移動局は、どの信号がどのグループのどのアンテナから来たものであるかを認識する必要があるが、これは、予めアンテナとそのアンテナから送信されるパイロット信号とを対応付けておけば十分である。各パイロット信号は互いに直交しているので、受信側では、その信号がどのアンテナから送信されたものかをパイロット信号を調べることによって正確に認識することができる。
【００２６】
図３に示したグループ間アンテナの制御量Ｆ1、m 、及びグループ内アンテナ制御量Ｇm k は次式のように求める。ここで、Ｎは総アンテナ数、Ｍはアンテナグループ数、Ｋ＝Ｎ／Ｍは各グループのアンテナ数である。＊は複素共役を表す。
【００２７】
全体基準アンテナ：アンテナ＃１
グループ内基準アンテナ：アンテナ＃（（ｍ−１）Ｋ＋１）（ｍ＝１、・・・、Ｍ）
【００２８】
【数２】
0004176463.tif 000003
【００２９】
【数３】
0004176463.tif 000004
【００３０】
グループ内ではフェージング相関が高いため、｜Ｇm k ｜＝１とおくことができる。すなわち、グループ内では、フェージングによる振幅の変化は小さく、位相の変化のみを考えれば十分であると考えることが出来る。また、総送信電力を一定（＝１．０）に保つために次のようにＦ1、m の正規化を行う。
【００３１】
【数４】
0004176463.tif 000005
【００３２】
次に、フェージングの変動速度について述べる。
フェージング変動速度はドップラー周波数で表される。
【００３３】
【数５】
0004176463.tif 000006
【００３４】
νは移動局の移動速度、λはキャリアの波長である。例えば、キャリア周波数２ＧＨｚで移動局の移動速度が６０ｋｍ／ｈの場合、ｆd は約１１１Ｈｚになる。一方、到来波の到来角度は移動局の移動に合わせて変化するが、例えば２００ｍ先を速度２００ｋｍ／ｈで移動した場合の到来角度の変化は約１５度／秒である。このようにフェージング変動速度は到来角度変動速度に対して２桁から３桁程度高速である。Ｗ−ＣＤＭＡの規格では、スロット長は６６６．７μｓであり、フィードバック情報の更新速度は１５００Ｈｚとなる。従って、フェージング変動に対しては、スロット毎に更新しないと追従特性が劣化するが、到来角度変動に対してはスロット毎に更新する必要な無く、例えば、１５スロット（＝１フレーム）毎に更新を行っても問題がない。
【００３５】
上述した制御情報の変動速度の違いを利用することにより、性能を劣化させることなくフィードバック情報量を削減することが出来る。すなわち、高速に変動するグループ間アンテナ制御量は短い周期で更新、フィードバックを行い、これと比較して変動速度が遅い各グループ内アンテナ制御量はこれより長い周期で更新、フィードバックを行う。すなわち、フェージング変動が生じると考えられる、フェージング相関の低いグループ間のダイバーシチ制御は、フィードバック情報のデータ速度と比べても変化が速いので、更新頻度を速くするが、フェージング変動が生じず、単に到来角度の変動による変化のみが生じると考えられる、フェージング相関の高いグループ内のダイバーシチ制御は、フェードバック情報のデータ速度と比べてもゆっくりなので、更新頻度を遅くする。
【００３６】
また、各グループ内アンテナ制御量は移動局の基地局に対する角度に応じた値を持つため、セル半径がある程度大きいマクロセルシステムでは、到来角度のずれはほとんど無視できるほど小さくなる。このため、ある特定のグループ内アンテナ制御量を他のグループのグループ内アンテナ制御量として用いることも出来る。すなわち、ある１つのグループのグループ内制御情報のみを伝送し、これを用いてその他のグループ内のアンテナの制御も行うことにより、フィードバック情報量を更に削減することが出来る。
【００３７】
図４は、本発明の一実施形態の構成を示す図である。
アンテナ数Ｎ＝４、アンテナグループ数Ｍ＝２の場合について説明する。Ｎ＝４個のパイロット信号Ｐ1 （ｔ）、Ｐ2 （ｔ）、Ｐ3 （ｔ）、Ｐ4 （ｔ）をパイロット信号生成部３０において生成し、各送信アンテナより送信する。これらパイロット信号には互いに直交するビットシーケンスを用いる。
【００３８】
パイロット信号は、送信アンテナ３１から移動局に向けて送出される。移動局では、４つの送信アンテナ３１から送信された４つのパイロット信号を受信アンテナ３２で受信し、制御量計算部３３において、パイロット信号を用いて、各送信アンテナ３１から送信された信号のチャネル推定を行う。この結果、各アンテナからの信号にたいしてチャネルインパルス応答ベクトルが得られ、（５）式を最大にするような重みベクトルを算出する。この重みベクトルを算出する方法は、既に公知であるので説明を省略する。制御量計算部３３は、重みベクトルが算出できると、これをフィードバック情報として、多重化部３４に転送する。多重化部３４では、上り送信データ信号にフィードバック情報を多重して、送信アンテナ３５から送出する。基地局では、受信アンテナ３６で移動局からの信号を受信し、フィードバック情報抽出部３７でフィードバック情報を抽出する。抽出されたフィードバック情報は、振幅・位相制御部３８に入力され、フィードバック情報に含まれる重み係数ｗ1 、ｗ2 、ｗ3 が対応するアンテナの下り送信データ信号に乗算されて、送信アンテナ３１からこの下り送信データ信号が送出される。このように、本実施形態においては、基地局と移動局を含めて、送信ダイバーシチ制御を行うための閉ループが形成されている。
【００３９】
図５は、本実施形態における下りパイロット信号パターンの例を示す図である。
図５のパイロット信号Ｐ1 〜Ｐ4 は、互いに対応する符号を乗算し、これをパイロット信号パターン全体について加算すると、結果として“０”が得られるようになっている。すなわち、パイロット信号Ｐ1 〜Ｐ4 は、互いに直交する符号列となっている。
【００４０】
各パイロット信号はそれぞれフェージングによる振幅及び位相変動を受け、これらの合成信号が移動局受信アンテナに入力される。移動局受信機では受信パイロット信号に対して、予め移動局側で保持しているパイロット信号パターンＰ1 （ｔ）、Ｐ2 （ｔ）、Ｐ3 （ｔ）、Ｐ4 （ｔ）との相関をとって平均することにより、各パイロット信号のチャネル応答推定値ｈ1 、ｈ2 、ｈ3 、ｈ4 を求めることが出来る。
【００４１】
図６は、本実施形態に従う基地局送信アンテナの構成例及びアンテナの制御情報について説明する図である。
図６（ａ）は、基地局送信アンテナ構成を示す。アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２をグループ１、アンテナＡＮＴ３とアンテナＡＮＴ４をグループ２とする。また、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ３を各グループにおける基準アンテナとする。更に、アンテナＡＮＴ１を全グループの基準アンテナとする。アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２、及びアンテナＡＮＴ３とアンテナＡＮＴ４はそれぞれ１波長分の長さ離れて配置されている。アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ３、及びアンテナＡＮＴ２とアンテナＡＮＴ４はそれぞれ２０波長分の長さ離れて配置されている。
【００４２】
ここで、基地局アンテナの空間相関特性について説明する。
移動局からの信号の到来角度が分散Δφで一様分布している場合、到来波の包絡線相関係数は以下の式で表される。ここでｄはアンテナ間隔である。
【００４３】
【数６】
0004176463.tif 000007
【００４４】
マクロセル環境における基地局で観測される到来信号の角度分散Δφは約３度程度であるので、このときの包絡線相関係数は、図７のようになる。この図より、ｄ〜１９λで無相関となることが分かる。従って、本発明においてアンテナグループ間の距離を１９波長以上程度とすることにより、フェージング相関を低くすることができる。また、各グループ内のアンテナ間距離を１波長以下とすることにより、フェージング相関を高くすることが出来る。
【００４５】
ただし、フェージング相関は、アンテナの配置されている高さやアンテナの大きさなど様々なファクターによって影響を受ける。従って、グループ内アンテナの配置間隔は、ほぼ到来波の波長程度でよいが、グループ間アンテナの間隔は、各状況に合わせてフェージング相関がほぼ“０”になるように当業者によって設定されるべきものである。
【００４６】
図６に戻って説明する。なお、以下の説明では振幅の制御は行わず、位相のみの制御を行う方法について説明する。すなわち、と表した場合にａi ＝１として位相量φi のみの制御を行う。図６（ｂ）に示すように、アンテナＡＮＴ１を基準としたアンテナＡＮＴ２の制御量φ1 、アンテナＡＮＴ３を基準としたアンテナＡＮＴ４の制御量φ2 、及びアンテナＡＮＴ１を基準としたアンテナＡＮＴ３の制御量φ3 をそれぞれ量子化し、これらをフィードバック情報として基地局に伝送する。それぞれ１ビットで量子化を行う場合、例えば、以下のようにする。
【００４７】
【数７】
0004176463.tif 000008
【００４８】
ここで、φi Q は、量子化された制御量である。
図８〜図１１は、本実施形態におけるフィードバック情報の伝送フォーマットの例を示す図である。
【００４９】
φi Q ＝０の場合は、フィードバック情報はｂi ＝０、の場合はフィードバック情報はｂi ＝１とする。このフィードバック情報は図８に示すようにｂ3 の伝送速度をｂ1 及びｂ2 の伝送速度より高くなるように上りチャネルに多重化して基地局に伝送する。ここでは、Ｗ−ＣＤＭＡのフレームフォーマットにのっとり、１５のスロットで構成された１０ｍｓ長の１フレームを示している。本伝送フォーマットでは、各スロットで１ビットのフィードバック情報を伝送する。フォーマット１はｂ1 及びｂ2 を１フレームに各１回伝送する場合、フォーマット２はｂ1 及びｂ2 を１フレームに各２回伝送する場合の例である。
【００５０】
基地局では上りチャネルで受信されたフィードバック情報を用いて各送信アンテナの位相制御を行う。直前の受信スロットで受信したフィードバック情報で対応するアンテナを直接制御する。このとき、それ以外のアンテナは時間的に最近のフィードバック情報を保持して制御に用いる。
【００５１】
ただし、図６（ａ）のＡＮＴ４については、ｄ２によってのみ制御がなされるのではなく、ＡＮＴ３の制御量ｄ３によっても制御される。すなわち、ｄ３で頻繁に制御されると共に、ｄ２によって遅く制御されることになる。これは図６（ｂ）のＡＮＴ４についても同様である。
【００５２】
フィードバック情報のフィルタリングを行い、伝送誤りや量子化誤差の低減を図ることも出来る。例えば、フィルタリングの例としては、直前の受信スロットで受信したフィードバック情報による制御量とそれ以前の時間的に最近の当該フィードバック情報による制御量の２つを平均した値を、実際に用いる制御量とする方法が考えられる。
【００５３】
グループ内アンテナ制御量のフィードバック情報は、送る度に更新された制御量を送るが、別の方法として、例えば同一フレーム内では同じフィードバック情報を繰り返し送ることも可能である。この場合、基地局ではフレーム内で受信された当該フィードバック情報を合成することにより、伝送誤りを低減することが出来る。
【００５４】
また、各グループ内アンテナ制御量は移動局の基地局に対する角度に応じた値を持つため、セル半径がある程度大きいマクロセルシステムではグループ内の到来角度のずれはほとんど無視できるほど小さくなる。このため、各グループで同一のグループ内アンテナ制御量を用いて制御を行っても問題が無い。このことを利用して、ある１つのグループのグループ内制御情報のみを伝送し、これを用いてその他のグループの制御も行うことにより、フィードバック情報量を更に削減することが出来る。
【００５５】
図９にグループ内制御情報としてｂ1 のみを伝送する場合のフィードバック情報伝送フォーマットを示す。フォーマット３はｂ1 を１フレームに２回伝送する場合、フォーマット４はｂ1 を１フレームに４回伝送する場合の例である。
【００５６】
本実施例においても、グループ内アンテナ制御量のフィードバック情報は、送る度に更新された制御量を送っても良いし、別の方法として、例えば同一フレーム内では同じフィードバック情報を繰り返し送ることも可能である。
【００５７】
別の伝送フォーマットとして、移動局で求めた制御量を複数ビットで量子化する場合を示す。
図１０は、ｂ1 を３ビット、ｂ3 を４ビットで量子化して伝送する場合のフィードバック情報伝送フォーマットを示す図である。また、図１１の表１、２にグループ間アンテナ制御量のフィードバック情報ｂ3 との対応例、表３にグループ内アンテナ制御量のフィードバック情報ｂ1 との制御量の対応例を示す。
【００５８】
ここでは、図９のフォーマットを適用して、グループ内アンテナ制御量のフィードバック情報としてのｂ1 のみを伝送している。図１１の表１、２から明らかなように、フィードバックビットｂ3 は、位相の制御量を示すｂ3 （３）〜ｂ3 （１）の３ビットと、振幅の制御量を示すｂ3 （０）の１ビットの計４ビットからなっており、図１０のフォーマット５によれば、１フレームに３ワード含まれている。一方、フィードバックビットｂ1 は、ｂ1 （２）〜ｂ1 （０）までの３ビットで、位相の制御量を示している。そして、図１０のフォーマット５によれば、フィードバックビットｂ1 は、１フレームに、その３ビットが分散されて配置されており、全体で１ワードを形成するように構成されている。
【００５９】
図１２は、図８〜図１１のフォーマットに従って基地局にフィードバック情報を送信する移動局の構成例を示した図である。
移動局は、基地局からの信号を受信アンテナ４０で受信すると、受信信号を２つに分岐し、一方をデータチャネル逆拡散部４１に、他方をパイロットチャネル逆拡散部４４に入力する。データチャネル逆拡散部４１では、データチャネルの信号を逆拡散し、チャネル推定部４２と受信機４３に入力する。受信機４３は、チャネル推定部４２のチャネル推定結果に基づいて下り受信データ信号を復元し、ユーザに音声あるいはデータとして提示する。一方、パイロットチャネル逆拡散部４４は、受信信号をパイロットチャネルの拡散符号で逆拡散し、チャネル推定部４５に入力する。チャネル推定部４５において、逆拡散された信号に対し、各パイロット信号パターンとの相関がとられ、各送信アンテナから移動局までのチャネル推定値Ｈ＝［ｈ1 、ｈ2 、ｈ3 、ｈ4 ］が得られる。制御量計算部４６では、このチャネル推定値より重みベクトルを求め、送信すべきフィードバック情報を決定する。このフィードバック情報は、多重化部４７において、上り制御チャネルに多重化され、データ変調部４８において、変調され、拡散変調部４９において、拡散変調された後、送信アンテナ５０から基地局に伝送される。
【００６０】
図１３は、本発明の第２の実施形態における基地局の構成例を示す図である。また、図１４は、第２の実施形態におけるグループ内アンテナの位相差制御方法を説明する図である。
【００６１】
なお、図１３において、図４と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
本実施形態においては、基地局において、グループ内アンテナ制御情報として、上りフィードバック情報及び上りチャネルの到来方法推定結果の双方を用いる。基地局では、アレーアンテナ（送信ダイバーシチで使用する複数のアンテナの列：送受信アンテナ６０）で受信された上り受信信号から、到来方向推定部６２、６３で受信信号の到来方向を推定する。到来方向は移動局の基地局に対する角度に強く依存するため、下りの送信ビームの方向（アンテナから送信する電波の強度の大きい方向）を、この上り受信信号到来方向に設定する方法が知られている。ただし、上りと下りの周波数が異なるシステムにおいては伝播環境により必ずしもこの仮定が成り立たない場合もある。
【００６２】
上りフィードバック情報は、送受信アンテナ６０において受信された後、受信処理部６１において逆拡散などの処理を受け、フィードバック情報抽出部３７に送られる。フィードバック情報抽出部３７において抽出された制御量は、振幅・位相制御部３８’において、到来方向推定値と比較され、上り回線から受信した制御量を使用するか、到来方向推定値を使用するかが決定され、送信信号の振幅・位相制御が行われる。
【００６３】
本実施形態では、図１４に示すようにグループ内位相差情報の上りフィードバック情報による制御量が、上りチャネルの到来方向推定結果θと関連があることを利用して、フィードバック情報による制御量が上りチャネルの到来方向推定結果θを中心とした一定の範囲［θ−Δ、θ＋Δ］にない場合に、到来方向推定結果θのみを用いて制御を行う。すなわち、フィードバック情報による制御量が到来方向推定結果θからあまり離れた値を示している場合には、移動局から基地局にフィードバック情報が送信されてくる間に、ビット誤りなどを生じ、不正確な情報となったと判断し、フィードバック情報を破棄し、到来方向推定結果θを用いて、位相の制御のみを行うようにしたものである。
【００６４】
また、別の方法として、グループ内位相差情報の上りフィードバック情報による制御量を所定時間サンプルし、この制御量のサンプルの分散が大きいと判断された場合には（例えば、すなわち、予め定められた所定の閾値よりも分散が大きい場合には）、フィードバック情報を使用せずに到来方法推定結果θのみを用いて制御を行う。
【００６５】
図１５は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。
なお、図１５において、図４と同じ構成には、同じ参照符号を付し、説明を省略する。
パイロット信号Ｐ2 及びＰ4 の送信電力をＰ1 及びＰ3 の送信電力より小さく設定する。本実施形態ではパイロット信号Ｐ2 及びＰ4 に係数α（０＜α≦１）を乗じることにより実現している。パイロット信号Ｐ2 及びＰ4 はチャネルインパルス応答ベクトルｈ2 、ｈ4 を推定するために必要であるが、ｈ2 、ｈ4 はそれぞれｈ1 、ｈ3 と高いフェージング相関があるため、これらで正規化したｈ2 ／ｈ1 及びｈ4 ／ｈ3 は移動局の基地局に対する角度に依存した値となる。これらの値はフェージング変動に比べて時間的にゆっくり変動するため、移動局側において受信電力が低くなっても、パイロット信号Ｐ2 及びＰ4 の長時間平均を取ることにより推定精度を向上させることができる。φ1 及びφ2 は以下のように求める。
φ1 ＝ｈ2 ／ｈ1 ，φ2 ＝ｈ4 ／ｈ3   ・・・・・（１２）
パイロット信号Ｐ2 及びＰ4 の送信電力を低く設定することにより、これらパイロット信号によるデータ信号への干渉を低く抑えることができるため、伝送容量を増大させることが出来る。
【００６６】
ｈ2 ／ｈ1 及びｈ4 ／ｈ3 は移動局の基地局に対する角度に依存した値であり、フェージング変動に比べて時間的にゆっくり変動するため、受信電力が低くなっても長時間平均を取ることにより推定精度を向上させることが出来る。例えば、第ｎスロットにおける推定値φ1 （ｎ）、φ2 （ｎ）及びφ3 （ｎ）は以下のように求める。ここで、Ｎは、φ1 （ｎ）、φ2 （ｎ）の推定における平均スロット数である。
【００６７】
【数８】
0004176463.tif 000009
【００６８】
このように、φ1 及びφ2 をφ3 のＮ倍の時間（スロット数）平均をとって求める場合、α＝１／Ｎとしてもφ3 と同等の推定精度を得ることが出来る。すなわち、Ｎ＝４とした場合、α＝１／４程度とすることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
制御情報の変動速度の違いを利用することにより、送信アンテナ数を増加させた場合に、
・ 上りフィードバック情報の増加が抑えられる。
・ フェージング周波数が高い場合における特性劣化が少ない。
・ 基地局アンテナ設置スペースを小さくできる。
といった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、２本の送信アンテナを用いる場合の送信ダイバーシチシステムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の原理を説明するシステム構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に従う基地局の送信アンテナの構成例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態の構成を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態における下りパイロット信号パターンの例を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に従う基地局送信アンテナの構成例及びアンテナの制御情報について説明する図である。
【図７】図７は、マクロセル環境における基地局で観測される到来信号の角度分散Δφは約３度程度ときの包絡線相関係数の様子を示す図である。
【図８】図８は、本実施形態におけるフィードバック情報の伝送フォーマットの例を示す図（その１）である。
【図９】図９は、本実施形態におけるフィードバック情報の伝送フォーマットの例を示す図（その２）である。
【図１０】図１０は、本実施形態におけるフィードバック情報の伝送フォーマットの例を示す図（その３）である。
【図１１】図１１は、本実施形態におけるフィードバック情報の伝送フォーマットの例を示す図（その４）である。
【図１２】図１２は、図８〜図１１のフォーマットに従って基地局にフィードバック情報を送信する移動局の構成例を示した図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施形態における基地局の構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、第２の実施形態におけるグループ内アンテナの位相差制御方法を説明する図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。
【図１】
0004176463.tif 000010
【図２】
0004176463.tif 000011
【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】
0004176463.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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