(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動局と、
前記移動局と通信を行なう、少なくとも第１および第２の基地局を含む複数の基地局と、
前記複数の基地局を管轄する制御局と、を含む移動体通信システムにおいて、
前記各基地局はアレーアンテナを有し、
前記制御局は、前記複数の基地局の各々に対応し、各基地局で受信された信号を設定されたウェイトに基づいて重み付け合成する、少なくとも第１および第２のビーム形成手段を含む複数のビーム形成手段と、
前記複数のビーム形成手段の各々に接続され、ビーム形成手段で受信された移動局からの信号をそれぞれ復調処理する、少なくとも第１および第２の復調手段を含む複数の復調手段と、
前記複数のビーム形成手段の各々に対応して、各ビーム形成手段に設定するウェイトを算出する、少なくとも第１および第２のウェイト制御手段を含む複数のウェイト制御手段と、
前記移動局からの信号に含まれるプリアンブルと同一の信号を発生する初期参照信号発生手段と、
を含み、前記初期参照信号発生手段の出力は、前記第１のウェイト制御手段の入力に接続され、前記第１の復調手段の出力は、前記第２のウェイト制御手段の入力に接続され、前記第１のウェイト制御手段は、前記初期参照信号発生手段の出力信号又は第１の復調手段の出力信号を参照信号として用いてウェイトを算出し、前記第２のウェイト制御手段は、前記第２の基地局が有するアレーアンテナの指向性が形成される前には前記第１の復調手段の出力信号を参照信号として用いてウェイトを算出するとともに、前記第２の基地局が有するアレーアンテナの指向性が形成された後には前記第２の復調手段の出力信号を参照信号として用いてウェイトを算出することを特徴とする移動体通信システム。
【請求項２】
前記第２のウェイト制御手段は、前記第１の復調手段からの参照信号と、前記第２のビーム形成手段の出力信号との平均二乗誤差を算出し、これを最小にするウェイトを前記第２のビーム形成手段に設定することを特徴とする請求項１に記載の移動体通信システム。
【請求項３】
前記各基地局は、所定のエリアごとに設けられ、各エリアはそれぞれ隣接するエリアとの重複領域を有し、
前記第２のビーム形成手段に設定するウェイトの初期値は、前記第２の基地局におけるアレーアンテナの指向性が、前記第１の基地局と第２の基地局のエリアの重複領域に向くように設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の移動体通信システム。
【請求項４】
前記制御局は、前記各基地局で受信された移動局からの信号を選択的に切り替えて通信網に供給する選択切換手段をさらに有し、
前記選択切換手段は、前記第２のウェイト制御手段により算出された、前記参照信号と第２ビーム形成手段の出力信号との平均二乗誤差が所定の値以下になったときに、前記第１の基地局で受信され第１復調手段で復調された信号を、前記第２の基地局で受信され第２復調手段で復調された信号に切り替えて、前記通信網に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の移動体通信システム。
【請求項５】
前記第１のウェイト制御手段は、前記初期参照信号発生手段からの参照信号と前記第１のビーム形成手段の出力信号との平均二乗誤差を算出し、算出された平均二乗誤差が所定の値以下になったときに、前記第１の復調信号からの参照信号と前記第１のビーム形成手段の出力信号との平均二乗誤差を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の移動体通信システム。
【請求項６】
前記制御局は、前記各基地局で受信された移動局からの信号を選択的に切り替えて通信網に供給する選択切換手段をさらに有し、
前記選択切換手段は、前記第２のウェイト制御手段により算出された平均二乗誤差が、前記第１のウェイト制御手段により算出された平均二乗誤差より小さくなったときに、前記第１の基地局で受信され前記第１の復調手段で復調された信号を、前記第２の基地局で受信され前記第２の復調手段で復調された信号に切り替えて、前記通信網に供給することを特徴とする請求項５に記載の移動体通信システム。
【請求項７】
前記移動局は、与えられた通信チャネルにおいて、継続的または断続的に信号を送信することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の移動体通信システム。
【請求項８】
前記移動局が送信する信号は、移動局の移動速度および障害物情報を含む自局情報であることを特徴とする請求項７に記載の移動体通信システム。
【請求項９】
移動局から信号を受信する複数の基地局を管轄する制御局装置であって、
前記複数の基地局の各々に対応し、各基地局で受信された信号を設定されたウェイトに基づいて重み付け合成する複数のビーム形成手段と、
前記複数のビーム形成手段の各々に接続され、前記複数の基地局の各々に対応して、前記ビーム形成手段からの出力信号を復調処理する複数の復調手段と、
前記複数の基地局の各々に対応し、前記複数のビーム形成手段の各々に設定するウェイトを算出する複数のウェイト制御手段と、
前記移動局からの信号に含まれるプリアンブルと同一の信号を発生する初期参照信号発生手段と、
を備え、前記初期参照信号発生手段の出力は、一の基地局に対応するウェイト制御手段の入力に接続され、前記一の基地局に対応する復調手段の出力は、前記一の基地局に隣接する隣接基地局に対応するウェイト制御手段の入力に接続され、前記一の基地局に対応するウェイト制御手段は、前記初期参照信号発生手段の出力信号又は前記一の基地局に対応する復調手段の出力信号を参照信号として用いてウェイトを算出し、前記隣接基地局に対応するウェイト制御手段は、前記隣接基地局が有するアレーアンテナの指向性が形成される前には前記一の基地局に対応する復調手段の出力信号を参照信号として用いてウェイトを算出するとともに、前記隣接基地局が有するアレーアンテナの指向性が形成された後には前記隣接基地局に対応する復調手段の出力信号を参照信号として用いてウェイトを算出することを特徴とする制御局装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動局、複数の基地局、および複数の基地局を管轄する制御局を含む移動体通信システムに関し、特に、基地局切換時間を短縮化することができる移動体通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、検討されている高度道路通信システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport Systems）の中で、走行支援システム（ＡＨＳ：Advanced cruise-asist Highway Systems）は技術的に最も高度なシステムである。ＡＨＳの最終的な形態は、自動走行システムであり、ドライバーの負担の軽減を目的としている。
【０００３】
自動走行システムでは、移動局は、その移動速度や障害物等に関する自局情報を、常に制御局に通知しておく必要がある。移動局と制御局との間の通信は、安全上切断されることは許されない。
【０００４】
移動局から送信された信号は、基地局を介して制御局に受信される。この基地局のアンテナとして、アダプティブアレーアンテナを使用することが検討されている。アダプティブアレーアンテナは、移動局の位置に合わせてその指向性を適応的に変えることができ、指向性利得によるＣＮＲの向上に加え、フェージング対策としても有効な技術である。
【０００５】
アダプティブアレーアンテナのウェイトを制御するアルゴリズムは、従来より多数提案されている。たとえば、方向拘束付き出力電力最小化アルゴリズム（ＤＣＭＰ：Directionally Constrained Minimization of Power）は、所望の移動局方向の利得を方向拘束により維持しつつ、干渉波を抑圧するものである。方向拘束に必要な移動局の位置情報は、移動局から送信される情報に基づいて決定される。あるいは、ＭＵＳＩＣアルゴリズム等の方向推定アルゴリズムを用いて、移動局の位置情報を得ることも考えられる。しかし、ＤＣＭＰアルゴリズムは、マルチパス環境では適用できないという欠点がある。
【０００６】
これに対し、定包絡アルゴリズム（ＣＭＡ：Constant Modulus Algorithm）は、マルチパス環境に適用することができる。しかしこの方法は、変調信号が定包絡特性をもつことを利用しているため、適用の可否は、変調の方式に依存するという欠点がある。
【０００７】
一方、ＬＭＳ（Least Mean Square）に代表される最小二乗誤差法（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error）に基づくアルゴリズムは、アダプティブアレーアンテナの受信信号と参照信号との平均二乗誤差を最小にするようにウェイトを制御するものであり、マルチパス環境にも適用することができる。
【０００８】
参照信号としては、所望の指向性が形成される前の初期捕捉の段階では、移動局が送信するスロットのプリアンブルと同一の信号が用いられる。一旦、所望の指向性が形成されると、移動局が送信した信号は、移動局が現在移動しているエリアの基地局で、間違いなく受信される。そこで、このような指向性追従の段階では、移動局が送信した信号を復調したもの自体が、そのエリア内での参照信号として用いられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、移動局が、あるエリアから隣接する別のエリアへ移動する際には、移動局と現在通信状態にある基地局を、隣接する移動先のエリアの基地局へと切り替える基地局切換処理が行われる。
【００１０】
基地局切換時において、切換先の基地局のアダプティブアレーアンテナは、所望の指向性がまだ形成されていない初期捕捉の段階にある。この段階では、ＭＭＳＥ（最小平均二乗誤差）に基づくウェイト制御は、通信フレームのうちプリアンブルの区間のみを使用して行われる。しかし、送信フレームでプリアンブルが占める割合は情報ビットに比べて非常に小さいため、次のエリアでの所望の指向性が形成されるまでに、数フレームにまたがってプリアンブル区間でウェイト制御を行う必要がある。その間は、通信が切断されないように、切換元の（すなわち前のエリアの）基地局が移動局との通信状態を維持していなければならない。このため、基地局間で重複してカバーする領域を広く取らなければならず、結果として基地局の設置間隔が狭くなり、コストの上昇を招いていた。
【００１１】
これを避けるために、通信フレームでプリアンブルを長くすることも考えられるが、今度は通信効率の低下を招くことになる。
【００１２】
そこで本発明は、プリアンブルが短くても短時間で初期捕捉が完了し、基地局切換を円滑に行うことのできるえる移動局、基地局、制御局および移動体通信システムを実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明の移動体通信システムは、移動局と、この移動局と通信を行なう複数の基地局と、複数の基地局を管轄する制御局とを含む。複数の基地局は、少なくとも第１および第２の基地局を含み、各基地局はアレーアンテナを有する。制御局は、複数の基地局の各々に対応する複数のビーム形成手段を有する。各ビーム形成手段は、対応する基地局で受信された受信信号を、設定されたウェイトに基づいて重み付け合成する。各ビーム形成手段は、各基地局に対応する復調手段に接続され、各復調手段は、ビーム形成手段の出力を復調処理する。制御局はまた、各基地局に対応する複数のウェイト制御手段を備え、複数のビーム形成手段の各々に設定するウェイトを算出する。制御局はさらに、初期参照信号発生手段を備え、移動局からの信号に含まれるプリアンブルと同一の信号を発生する。本発明の特徴として、初期参照信号発生手段の出力は、第１の基地局に対応する第１のウェイト制御手段の入力に接続され、第１の基地局に対応する第１の復調手段の出力は、第２の基地局に対応する第２のウェイト制御手段の入力に接続され、第１のウェイト制御手段は、初期参照信号発生手段の出力信号又は第１の復調手段の出力信号を参照信号として用いてウェイトを算出し、第２のウェイト制御手段は、第２の基地局が有するアレーアンテナの指向性が形成される前には第１の復調手段の出力信号を参照信号として用いてウェイトを算出するとともに、第２の基地局が有するアレーアンテナの指向性が形成された後には第２の復調手段の出力信号を参照信号として用いてウェイトを算出する。
【００１４】
このような構成により、移動局が第１基地局のエリアから第２基地局のエリアへ移動する場合に、第１基地局に対応して得られた復調信号全体を参照信号として使用して、移動先の第２基地局のビーム形成手段に与えるウェイトを算出する。すなわち、基地局切り替え時において、通信フレームのプリアンブル区間に加え、情報ビットの区間もウェイト制御に用いることができる。この結果、移動先の基地局のアレーアンテナの指向性を、数フレームにまたがることなく、短時間で確率することが可能になる。短時間でアンテナの指向性を形成できることにより、基地局間で重複してカバーする領域を狭くすることができ、基地局の設置コストを低減できる。また、各通信フレームでプリアンブルを長くとる必要がなくなり、通信効率が向上する。
【００１５】
移動先の第２の基地局に対応する第２ウェイト制御手段は、参照信号（すなわち移動元の第１基地局に対応する復調手段の出力）と、第２基地局に対応するビーム形成手段の出力信号との平均二乗誤差を算出し、これを最小にするウェイトを第２基地局に対応するビーム形成手段に設定する。これにより、プリアンブルに加え、情報ビットの区間も用いてＭＭＳＥ（最小平均二乗誤差）に基づくウェイト制御を行い、マルチパス環境に適用することができる。
【００１６】
また、移動先の第２基地局に対応するビーム形成手段に設定するウェイトの初期値を、この第２基地局のアレーアンテナの指向性が、第１基地局と第２基地局が重複してカバーする領域に向くように設定することにより、短時間で初期捕捉を完了することができる。
【００１７】
好ましくは、制御局は、各基地局で受信された移動局からの信号を選択的に切り替えて通信網に供給する選択切換手段をさらに有する。選択切換手段は、第２ウェイト制御手段により算出された平均二乗誤差が所定の値以下になったときに、前記第１の基地局で受信され第１復調手段で復調された信号を、前記第２の基地局で受信され第２復調手段で復調された信号に切り替えて、前記通信網に供給する。すなわち、第２基地局のアレーアンテナにおいて所望の指向性が形成され、移動局が送信した信号が移動先の第２基地局を介して誤りなく復調される状態になった後で、基地局の切換が行われ、通信の安全性と信頼性が確保される。
【００１８】
選択切換手段は、移動先の第２基地局に対応する第２ウェイト制御手段により算出された平均二乗誤差が、移動元の第１基地局に対応する第１ウェイト制御手段により算出された平均二乗誤差より小さくなったときに、第１基地局に対応する第１復調手段で復調された信号を、第２基地局に対応する第２復調手段で復調された信号に切り替える構成としてもよい。これにより、移動先基地局における受信状態が、移動元の基地局での受信状態よりも良くなったときに、基地局切換を行うことができ、信頼性が向上する。
【００１９】
選択切換手段の別の構成例として、移動先の第２基地局に対応する第２ウェイト制御手段により算出された平均二乗誤差と、移動元の第１基地局に対応する第１ウェイト制御手段により算出された平均二乗誤差を継続的に比較し、小さい方の平均二乗誤差に対応する復調手段の出力信号を通信網に与えるようにしてもよい。この場合、常に良好な方の信号を選択するというサイトダイバーシチの効果が得られ、たとえば移動局が移動先の第２基地局のエリアに入り、アンテナの指向性が形成された後、トラックや障害物によって通信が妨害された場合等のシャドーイング対策にもなる。
【００２０】
移動局は、与えられた通信チャネルにおいて、常に信号を送信することにより、ＭＭＳＥに基づくウェイト制御を行うことができ、移動局の位置に合わせて指向性をより正確に追従させることができる。
【００２１】
移動局が送信する信号は、たとえば移動局の移動速度や障害物等に関する自局情報である。これにより、移動局の位置に合わせてより正確に指向性を追従させることができる。同時に、自動走行システムの安全性を向上することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る移動体通信システムの好適な実施形態について、添付図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る移動体通信システムの概略図である。この移動体通信システムは、移動局１５０と、この移動局１５０と通信を行う複数の基地局１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃと、これら複数の基地局を管轄する制御局１１０を含む。制御局は、基地局を介して受け取られた移動局からの信号を、通信網１００に出力する。各基地局はそれぞれ、エリア１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃをカバーし、それぞれのエリアは互いに重複する。移動局が重複エリアにある場合は、移動局が発する信号は、移動先と移動元の双方の基地局で受信され、この間に移動先の基地局のアンテナ（図２参照）の指向性を形成する。
【００２４】
図２は、図１に示した移動体通信システムの基地局１２０Ａ、１２０Ｂと、制御局１１０との構成図である。本実施形態では、移動体１５０は、基地局１２０Ａ（以下、「第１基地局」とする）の管轄エリア１４０Ａから、基地局１２０Ｂ（以下、「第２基地局」とする）の管轄エリア１４０Ｂに向かって移動するものとし、説明の簡略化のため、制御局１１０のうち基地局１２０Ｃに対応する部分に関して図を省略してある。
【００２５】
各基地局１２０Ａ、１２０Ｂは、アレーアンテナ１３０Ａ、１３０Ｂを有し、移動局１５０から送信された信号を受信する。図２では簡略化のため、各アレーアンテナの３つのアンテナエレメントから延びる３本の信号線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３だけを示している。制御局１１０は、第１および第２基地局１２０Ａ、１２０Ｂにそれぞれ対応して、第１および第２のビーム形成回路１１１Ａ、１１１Ｂ、第１および第２の復調器１１２Ａ、１１２Ｂ、第１および第２の参照信号切換スイッチ１１４Ａ、１１４Ｂ、第１および第２のウェイト制御部１１５Ａ、１１５Ｂを有する。
【００２６】
ビーム形成回路１１１Ａ、１１１Ｂは、対応する基地局１２０Ａ、１２０Ｂのアレーアンテナ１３０Ａ、１３０Ｂにより受信された信号を、設定されたウェイトに基づいて重み付け合成する。復調器１１２Ａ、１１２Ｂは、ビーム形成回路１１１Ａ、１１１Ｂの出力に基づいて、移動局１５０からの信号を復調処理する。
【００２７】
制御局１１０はまた、プリアンブル発生回路１１３を備える。プリアンブル発生回路１１３は、移動局１５０の送信信号に含まれるプリアンブルと同一の信号を発生する。
【００２８】
第１基地局１２０Ａに対応する参照信号切換スイッチ１１４Ａは、第１復調器１１２Ａにより復調された復調信号と、プリアンブル発生回路１１３により発生された信号のいずれか一方を選択して、参照信号として第１ウェイト制御部１１５Ａに出力する。一方、第２基地局１２０Ｂに対応する参照信号切換スイッチ１１４Ｂは、第２復調器１１２Ｂにより復調された復調信号と、移動元の第１基地局に対応する第１復調器１１２Ａにより復調された復調信号のいずれか一方を選択して、参照信号として第２ウェイト制御部１１５Ｂに出力する。
【００２９】
すなわち、本発明の移動体通信システムの特徴として、制御局１１０において、移動元の第１基地局１２０Ａに対応する第１復調器１１２Ａの出力が、移動先の第２基地局１２０Ｂのウェイト制御部１１５Ｂの入力に接続されている。したがって、従来のシステムとは異なり、移動中にエリアが変わる都度プリアンブルを参照信号として発生させる必要はなく、移動元のエリアで使用していた送信信号全体を参照信号として使用できるので、移動先のエリアでのアレーアンテナの指向性の形成を迅速に行うことができる。
【００３０】
第１基地局１２０Ａに対応する第１ウェイト制御部１１５Ａは、第１参照信号切換スイッチ１１４Ａにより選択出力された参照信号と、第１ビーム形成回路１１１Ａの出力信号（重み付けされた信号）との平均二乗誤差を算出する。そして、算出した平均二乗誤差と、第１基地局のアレーアンテナ１３０Ａで受信された実際の信号とに基づいて、前記平均二乗誤差を最小にするウェイトを算出する。ここで算出されたウェイトは、第１のビーム形成回路１１１Ａに設定される。
【００３１】
初期通信設定時には、第１の参照信号切換スイッチ１１４Ａは、プリアンブル発生回路１１３からの出力を選択して、これを参照信号としてウェイト制御部１１５Ａに供給する。初期通信設定が完了したならば、第１参照信号切換スイッチ１１４Ａは、第１復調器１１２Ａからの出力を参照信号として、ウェイト制御部１１５Ａに供給する。
【００３２】
第１ビーム形成回路１１１Ａには、ウェイト制御部１１５Ａからウェイトがフィードバックされる前の初期ウェイトが、それぞれの信号線に対応して設定されている。したがって、初期通信設定時は、第１ビーム形成回路の初期出力は、信号線ＬA1、ＬA2、ＬA3を介して送られてきた信号値に、対応する初期ウェイトを積算した和となる。第１ウェイト制御部は、上述したように、プリアンブル発生回路１１３の出力信号と、第１ビーム形成回路１１１Ａの出力との平均二乗誤差を求め、この平均二乗誤差と、アレーアンテナ１３０Ａからの受信信号に基づいて、平均二乗誤差を最小にするウェイトを決定して、第１ビーム形成回路１１１Ａにフィードバックさせる。このフィードバックによりアレーアンテナ１３０Ａの指向性が形成された後は、第１復調器１１２Ａの出力を参照信号として用い、同様の方法で平均二乗誤差を最小にするウェイトを第１ビーム形成回路１１１Ａにフィードバックさせる。
【００３３】
今、移動局１５０が、第１基地局１２０Ａの管轄エリアから第２基地局１２０Ｂの管轄エリアに移動しつつあり、これらのエリアの重複エリアに入ったとする。この場合、第２基地局１２０Ｂのアレーアンテナ１３０Ｂでも、移動局１５０の送信信号が受信されることになる。第２基地局１２０Ｂに対応する第２ビーム形成回路１１１Ｂは、初期ウェイトを用いて、各信号線ＬB1、ＬB2、ＬB3を介して送られてきた信号値に重み付けする。第２ウェイト制御部１１５Ｂは、第２参照信号切換スイッチ１１４Ｂにより選択され出力された参照信号と、第２ビーム形成回路１１１Ｂの出力信号との平均二乗誤差を算出し、第２基地局のアレーアンテナ１３０Ｂにより受信された信号に基づいて、平均二乗誤差を最小にするウェイトを算出し、このウェイトを第２ビーム形成回路１１１Ｂに設定する。
【００３４】
第２参照信号切換スイッチ１１４Ｂは、移動局１５０が、第１基地局の管轄エリア１４０Ａと第２基地局１２０Ｂの管轄エリア１４０Ｂの重複エリアに入り、第２基地局のアンテナ１３０Ｂの指向性が形成されるまでは、第１復調器１１２Ａからの出力を参照信号として選択出力する。第２基地局のアンテナ１３０Ｂの指向性が形成されたならば、第２復調器１１２Ｂの出力が選択出力される。
【００３５】
制御局１１０はまた、選択スイッチ１１６を備える。選択スイッチ１１６は、第２ウェイト制御部１１５Ｂにより算出された平均二乗誤差が所定の値以下になったときに、通信網に与える移動局１５０からの信号を、第１復調器１１２Ａにより復調された復調信号から第２復調部１１２Ｂにより復調された復調信号に切換える。すなわち、移動局１５０が第２基地局の管轄エリア１４０Ｂに入り、そのエリアで受信された信号と参照信号との平均二乗誤差が充分に小さくなったならば、第２基地局のアンテナ１３０Ｂの指向性が適正に形成されたとして、第２基地局１２０Ｂに対応する第２復調器１１２Ｂの出力を通信網１００に与える。
【００３６】
以上のように構成された移動体通信システムの動作を、図３〜５を参照して説明する。
【００３７】
本実施形態では、上述したように、移動局１５０が第１基地局１２０Ａがカバーするエリア１４０Ａで通信を開始し、第２基地局１２０Ｂがカバーするエリア１４０Ｂへ移動する際の基地局切換の動作について説明する。
【００３８】
図３は、第１ビーム形成回路１１１Ａが初期捕捉を完了し、指向性追従の段階に入るまでの動作を示すフローチャートである。
【００３９】
まず、ビーム形成回路１１１Ａ、１１１Ｂが受信信号に重み付けするためのウェイト初期値を、ウェイト制御部１１５Ａ、１１５Ｂにより、各ビーム形成回路に設定しておく（ステップＳ３０１）。ウェイトの初期値は例えば、切換元の第１基地局１２０Ａと、切換先の第２基地局１２０Ｂが重複してカバーする領域に指向性が向くように設定することにより、短時間で初期捕捉を完了することができる。
【００４０】
次いで、移動局１５０は通信を開始すべく、第１基地局１２０Ａがカバーする領域１４０Ａで通信要求を行う（ステップＳ３０３）。第１基地局１２０Ａは、移動局１５０からの通信要求に応じ、移動局１５０に対して通信チャネルを割り当てる（ステップＳ３０５）。移動局１５０は与えられた通信チャネルで信号を送信する（ステップＳ３０７）。この通信開始時において、初期捕捉を短時間で完了するために、送信フレームのうちプリアンブルが占める割合を情報ビットに比べて大きくする。
【００４１】
移動局１５０からの信号は、第１基地局のアレーアンテナ１３０Ａにより受信され、第１ビーム形成回路１１１Ａにより、設定されたウェイト初期値を使用して重み付け合成される（ステップＳ３０９）。
【００４２】
第１ビーム形成回路１１１Ａの出力信号は、第１復調器１１２Ａに送られ、復調される（ステップＳ３１１）。同時に、第１ビーム形成回路１１１Ａの出力信号は、第１ウェイト制御部１１５Ａにも送られる（ステップＳ３１３）。一方、アレーアンテナ１３０Ａにより受信された受信信号は、直接第１ウェイト制御部１１５Ａに入力される（ステップＳ３１５）。
【００４３】
プリアンブル発生回路１１３は、移動局１５０が送信信号中に発生させたプリアンブルと同一の信号を生成し、参照信号として参照信号切換スイッチ１１４Ａに供給する。参照信号切換スイッチ１１４Ａは、このプリアンブル信号を選択して、第１ウェイト制御部１１５Ａに出力する（ステップＳ３１７）。
【００４４】
第１ウェイト制御部１１５Ａは、プリアンブル発生回路１１３からの参照信号と、第１ビーム形成回路１１１Ａからの重み付け信号との平均二乗誤差を算出し、この平均二乗誤差と、アレーアンテナ１３０Ａからの受信信号に基づいて、平均二乗誤差を最小にするウェイトを決定し、これを第１ビーム形成回路１１１Ａに設定する（ステップＳ３１９）。
【００４５】
このとき、第１ウェイト制御部１１５Ａにより算出される平均二乗誤差が、所定の値以下であるかどうか、判断される（ステップＳ３２１）。平均二乗誤差が所定の値よりも大きい場合は（ステップＳ３２１でＮＯ）、まだ所望の指向性が形成されていないことになり、プロセスはステップＳ３０７に戻り、ステップＳ３０７からステップＳ３１９を繰り返す。
【００４６】
平均二乗誤差が所定の値以下であれば（ステップＳ３２１でＹＥＳ）、第１ビーム形成回路１１１Ａにより所望の指向性が形成され、初期捕捉が完了したとみなされる。この状態では、第１復調器１１２Ａにより復調された復調信号の誤り率は低くなっている。そこで、図４のステップＳ３２３に進み、選択スイッチ１１６は第１復調器１１２Ａにより復調された復調信号を通信網１００に送出する。
【００４７】
図４は、アンテナの指向性が形成され、第１ビーム形成回路１１１Ａが、指向性追従の段階に入ったときの動作を示すフローチャートである。この段階では、もはやプリアンブル信号を参照信号として使用せずに、後述するように、第１復調器１１２Ａにより復調された信号を参照信号として使用する。復調信号を新たに参照信号とすることにより、プリアンブルに加え、情報ビットの区間でもウェイト制御を行うことができ、第１ビーム形成回路１１１Ａは、移動局１５０の位置に合わせて、より正確に指向性追従ができる。なお、選択スイッチ１１６が、充分にエラーの低くなった第１復調器１１２Ａの出力を通信網１００に送出し始めるステップＳ２３２は、図３の判断ステップＳ３２１から引き続いている。
【００４８】
図４において、指向性形成後、移動局１５０は、与えられた通信チャネルでの信号送信において、プリアンブルが示す割合を低減する（ステップＳ３２５）。指向性追従の段階では、情報ビットの区間でもウェイト制御を行うことができるので、情報ビットの割合を増やして通信効率を高めるためである。
【００４９】
移動局１５０からの信号は、第１基地局のアレーアンテナ１３０Ａにより受信され、第１ビーム形成回路１１１Ａにより重み付け合成される（ステップＳ３２７）。第１ビーム形成回路１１１Ａの出力信号は、第１復調器１１２Ａに送られ、復調される（ステップＳ３２９）。同時に、第１ビーム形成回路１１１Ａの出力信号は、第１ウェイト制御部１１５Ａにも入力される（ステップＳ３３１）。一方、第１基地局のアレーアンテナ１３０Ａで受信された受信信号は、直接第１ウェイト制御部１１５Ａに入力される（ステップＳ３３３）。
【００５０】
第１復調器１１２Ａにより復調された復調信号は、参照信号切換スイッチ１１４Ａに送られる。このとき、指向性がすでに形成され、指向性追従の段階に入っているので、参照信号切換スイッチ１１４Ａは、第１復調器１１２Ａの出力を参照信号として選択し、第１ウェイト制御部１１５Ａに出力する（ステップＳ３３５）。
【００５１】
第１ウェイト制御部１１５Ａは、入力された参照信号と第１ビーム形成回路１１１Ａの出力信号の平均二乗誤差を算出し、この平均二乗誤差とアレーアンテナ１３０Ａでの受信信号に基づき、平均二乗誤差を最小にするウェイトを決定し、これを第１ビーム形成回路１１１Ａに設定する（ステップＳ３３７）。
【００５２】
このような状態で、移動局１５０が、第１基地局１２０Ａがカバーするエリア１４０Ａと第２基地局１２０Ｂがカバーするエリア１４０Ｂの重複エイアに入った場合、制御局１１０では以下に述べる基地局切換動作が行われる。すなわち、第２基地局に対応する第２ビーム形成回路１１１Ｂによる初期捕捉と、それに引き続く指向性追従が行われる。
【００５３】
本発明の特徴として、移動局１５０からの信号が、第１および第２基地局のアレーアンテナ１３０Ａ、１３０Ｂの両方で受信される基地局切換状態において、切換元である第１基地局１２０Ａがいまだ指向性追従の段階にあり、第１復調器１１２Ａにより復調された復調信号の誤り率が低いことを利用して、この復調信号を第２基地局用の参照信号として用いる。すなわち、第１基地局に対応する第１復調器１１２Ａの復調信号を、第２基地局に対応する第２ウェイト制御部１１５Ｂに入力することで、プリアンブルに加え、情報ビットの区間でもＭＭＳＥに基づくウェイト制御を行うものである。この場合、新たにプリアンブル信号を発生させて初期捕捉を行わず、復調信号全体を使用して初期捕捉を行う。したがって、移動局１５０の送信信号のうち、プリアンブルが占める割合を小さく維持したまま、第２ビーム形成回路１１１Ｂが短時間で初期捕捉を完了することができる。
【００５４】
図４に戻り、移動局１５０からの信号は、第２基地局のアレーアンテナ１３０Ｂでも受信され、第２ビーム形成回路１１１Ｂにより重み付け合成される（ステップＳ３３９）。
【００５５】
第２ビーム形成回路１１１Ｂの出力信号は、第２復調器１１２Ｂに送られ、復調される（ステップＳ３４１）。同時に、第２ビーム形成回路１１１Ｂの出力信号は、第２ウェイト制御部１１５Ｂにも入力される（ステップＳ３４３）。一方、第２基地局のアレーアンテナ１３０Ｂにより受信された受信信号は、直接第２ウェイト制御部１１５Ｂに入力される（ステップＳ３４５）。
【００５６】
このとき、第１基地局に対応する第１復調器１１２Ａにより復調された復調信号は、参照信号として第２基地局に対応する第２参照信号切換スイッチ１１４Ｂに入力されている。第２参照信号切換スイッチ１１４Ｂは、この第１復調器１１２Ａからの復調信号をそのまま参照信号として選択し、第２ウェイト制御部１１５Ｂに供給する（ステップＳ３４７）。
【００５７】
第２ウェイト制御部１１５Ｂは、入力された参照信号と、第２ビーム形成回路１１１Ｂの出力信号の平均二乗誤差を算出し、この平均二乗誤差と第２基地局のアレーアンテナ１３０Ｂの受信信号とに基づいて、平均二乗誤差を最小にするウェイトを決定し、これを第２ビーム形成回路１１１Ｂに設定する（ステップＳ３４９）。
【００５８】
選択スイッチ１１６は、第２ウェイト制御部１１５Ｂにより算出される平均二乗誤差が、所定の値以下かどうかを判断する（ステップＳ３５１）。平均二乗誤差が所定の値より大きい場合は（ステップＳ３５１でＮＯ）、いまだ所望の指向性が形成されていないことを意味し、プロセスはステップＳ３２３に戻り、Ｓ３２３〜Ｓ３４９の処理を繰り返す。
【００５９】
平均二乗誤差が所定の値以下になった場合は（ステップＳ３５１でＹＥＳ）、第２基地局に対応する第２ビーム形成回路１１１Ｂにより、所望の指向性が形成され初期捕捉が完了していることを意味する。したがって、第２復調器１１２Ｂにより復調された復調信号の誤り率は、充分に低くなっている。この場合はプロセスは図５のステップＳ３５３に進み、選択スイッチ１１６は、第２復調器１１２Ｂにより復調された復調信号を選択して、これを通信網１００に送出する。
【００６０】
このように、移動局１５０が送信した信号が、移動先の第２基地局１２０Ｂを介して誤り無く復調される状態になってから、基地局切換が行われる。
【００６１】
選択スイッチ１１６は、第２ウェイト制御部１１５Ｂにより算出された平均二乗誤差と、第１ウェイト制御部１１５Ａにより算出された平均二乗誤差とを比較して、第２ウェイト制御部１１５Ｂでの平均二乗誤差が、第１ウェイト制御部１１５Ａでの平均二乗誤差よりも小さくなったときに、通信網１００に与える信号を、第１復調器１１２Ａで復調された復調信号から、第２復調器１１２Ｂで復調された復調信号に切換える構成としてもよい。この場合は、移動先の第２基地局１２０Ｂにおける受信状態が、移動元の第１基地局１２０Ａの受信状態よりも良くなったときに、基地局切換を行うことができ、通信の信頼性を確保することができる。
【００６２】
また、選択スイッチ１１６は、第１基地局１２０Ａと第２基地局１２０Ｂの双方で移動局１５０からの信号を受信している間は、第２ウェイト制御部１１５Ｂより算出された平均二乗誤差と、第１ウェイト制御部１１５Ａにより算出された平均二乗誤差とを継続的に比較し、常に小さい方に対応する復調信号を通信網１００に与える構成としてもよい。このような構成にすることにより、サイトダイバーシチ（どちらか良いほうの出力を選択する）の効果が得られる。また、たとえば第２基地局のアンテナの指向性が形成された後、移動局１５０がトラック等の障害物の陰に入って通信障害が起きた場合にも、第１基地局１２０Ａからの信号を代用することにより、通信が途切れることなく維持されるというシャドーイング対策を図ることもできる。
【００６３】
上述のように、第１基地局１２０Ａから第２基地局１２０Ｂへの基地局切換において、第２基地局での捕捉のためのウェイト制御の動作は、第１基地局に対応する復調信号を参照信号として用いる。したがって、移動局１５０の送信フレームのうち、プリアンブルに加え、情報ビットの区間も使用することができる。情報ビットが占める割合はプリアンブルに比べて非常に大きいため、所望の指向性が形成されるまでの時間を大幅に短縮することができる。この結果、２つの基地局１２０Ａ、１２０Ｂの間で重複してカバーするエリアを削減することができる。
【００６４】
図５は、第２基地局に対応する第２ビーム形成回路１１１Ｂが指向性追従の段階に入ったときの動作を示すフローチャートである。指向性追従の段階では、第２復調器１１２Ｂにより復調された復調信号を新たに参照信号として用いる。プリアンブルに加え、情報ビットの区間でもウェイト制御を行うことができ、第２ビーム形成回路１１１Ｂは移動局１５０の位置に合わせてより正確に指向性追従ができる。
【００６５】
まず、移動局１５０は、第２基地局１２０Ｂにより与えられた通信チャネルで信号を送信する。ここでも、送信信号のうちプリアンブルが占める割合を情報ビットに比べて小さく維持したままでよい（ステップＳ３５５）。
【００６６】
移動局１５０からの信号は、第２基地局のアレーアンテナ１３０Ｂにより受信され、制御局１１０の第２ビーム形成回路１１１Ｂにより重み付け合成される（ステップＳ３５７）。第２ビーム形成回路１１１Ｂの出力信号は、第２復調器１１２Ｂにより復調される（ステップＳ３５９）。同時に、第２ビーム形成回路１１１Ｂの出力信号は、第２ウェイト制御部１１５Ｂにも入力される（ステップＳ３６１）。一方、第２基地局のアレーアンテナ１３０Ｂにより受信された受信信号は、直接第２ウェイト制御部１１５Ｂに入力される（ステップＳ３６３）。
【００６７】
参照信号切換スイッチ１１４Ｂは、すでに第２基地局での指向性が形成され、第２復調器１１２Ｂによって誤り率の低い信号が復調されているので、参照信号として第２復調器１１２Ｂからの復調信号を選択し、これを第２ウェイト制御部１１５Ｂに入力する（ステップＳ３６５）。第２ウェイト制御部１１５Ｂは、入力された参照信号と、第２ビーム形成回路１１１Ｂの出力信号の平均二乗誤差を算出し、この平均二乗誤差と、第２基地局のアレーアンテナ１３０Ｂで受信された受信信号とに基づき、前記平均二乗誤差を最小にするウェイトを決定し、このウェイトを第２ビーム形成回路１１１Ｂに設定する（ステップＳ３６７）。
【００６８】
以上、本実施形態では、移動局１５０が、第１基地局１２０Ａがカバーするエリア１４０Ａから、第２基地局１２０Ｂがカバーするエリア１４０Ｂへ移動する際の基地局切換の動作について説明した。移動局１５０が、第２基地局１２０Ｂがカバーするエリア１４０Ｂから、第３基地局１２０Ｃがカバーするエリア１４０Ｃへ移動する際の基地局切換についても同様に行えばよい。この場合、ステップＳ３６７の後に、ステップＳ３５１と同様の判断処理を行い、第３基地局１２０Ｃでの指向性が形成されるまで、すなわち、第２基地局１２０Ｂから第３基地局１２０Ｃへの基地局切換が終了するまで、ステップＳ３５３〜Ｓ３６７が繰り返される。
【００６９】
以上のように、本発明によれば、切換元の基地局を介して与えられる移動局からの信号を復調して参照信号として用い、平均二乗誤差を最小にするウェイトを算出し、このウェイトを切換先の基地局アレーアンテナに対応するビーム形成手段に設定する。これにより、切換先基地局アレーアンテナの指向性を短時間で形成することができる。結果として、基地局切換時間を短縮化することができ、基地局間で重複してカバーする領域が狭くすることが可能になる。逆に言えば、基地局の設置間隔を広くすることができる。また、基地局切換えの都度、プリアンブルの長い信号を送信する必要がないので、通信効率を高く維持することができる。
【００７０】
ところで、移動局が信号を送信していないときは、ＭＭＳＥに基づくウェイト制御を行うことができない。そこで、移動局１５０は、与えられた通信チャネルにおいて、送信する情報が無い場合にも、常に信号を送信していることが好ましい。こうすることにより、常にＭＭＳＥに基づくウェイト制御を行うことができ、移動局の位置に合わせてより正確に指向性を追従させることができる。
【００７１】
更に、移動局が常に送信する信号を、移動局の移動速度や障害物等の自局情報とすることにより、移動局の位置に合わせてより正確に指向性を追従させることができる。加えて、自動走行システムの安全性を向上することができる。
【００７２】
本発明は、ＩＴＳのように移動局の進行方向が決まっているシステムに特に有効であるが、移動局の進行方向を推定することで、任意の移動体通信システムに適用することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、切換元の基地局に対応する復調手段の出力信号を、切換先の基地局に対応するウェイト制御手段へ参照信号として入力することにより、移動局からの送信信号のうち、プリアンブル区間に加え、情報ビットの区間でもウェイト制御を行うことができる。したがって、切換先基地局のアレーアンテナの指向性が短時間で形成され、基地局間で重複してカバーするエリアを狭くすることができる。この結果、基地局の設置コストを低減することができる。また、長いプリアンブルが不必要になり通信効率が向上する。
【００７４】
切換先の基地局に対応するウェイト制御手段は、参照信号と切換先の基地局に対応するビーム形成手段の出力信号との平均二乗誤差を算出し、これを最小にするウェイトを前記ビーム形成手段に設定する。したがって、プリアンブルに加え、情報ビットの区間でもＭＭＳＥに基づくウェイト制御を行うことができる。
【００７５】
切換先の基地局に対応するビーム形成手段に設定するウェイトの初期値を、切換元の基地局と切換先の基地局が重複してカバーする領域に指向性が向くように設定することにより、短時間で初期捕捉を完了することができる。
【００７６】
また、制御局は、切換先基地局のアレーアンテナにおいて、所望の指向性が形成され、移動局が送信した信号が切換先基地局を介して誤りなく復調される状態になってから、基地局切換を行うので、通信の確実性が確保される。
【００７７】
また、制御局は、切換先基地局における受信状態が、切換元基地局における受信状態よりも良くなったときに、基地局切換を行うこともできるので、通信の信頼性が向上する。
【００７８】
また、制御局は、常に誤差の小さいほうの出力信号を通信網に与えることができるので、サイトダイバーシチの効果が得られ、シャドーイング対策にもなる。
【００７９】
移動局は、与えられた通信チャネルにおいて、常に信号を送信することにより、継続的にＭＭＳＥに基づくウェイト制御を行うことができる。この結果、移動局の位置に合わせて指向性をより正確に追従させることができる。
【００８０】
移動局が常に送信する信号を、移動局の移動速度や障害物等の自局情報とすることにより、移動局の位置に合わせてより正確に指向性を追従させることができる。加えて、自動走行システムの安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の移動体通信システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す移動体通信システムの制御局と基地局の構成を示す図である。
【図３】図２に示す制御局の基地局切換時の動作のうち、初期通信設定時の指向性形成段階の動作を示すフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートに引き続く図であり、通信開始エリア内での指向性追従段階の動作、および移動先の基地局への通信切換動作を示すフローチャートである。
【図５】図４のフローチャートに引き続く図であり、移動先の基地局での指向性形成段階の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００  通信網
１１０  制御局
１１１Ａ、１１１Ｂ  ビーム形成回路
１１２Ａ、１１２Ｂ  復調器
１１３  プリアンブル発生回路
１１４Ａ、１１４Ｂ  参照信号切換スイッチ
１１５Ａ、１１５Ｂ  ウェイト制御部
１１６  選択スイッチ
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ  基地局
１３０Ａ、１３０Ｂ  アレーアンテナ
１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ  基地局がカバーするエリア
１５０  移動局
【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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