(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセクターに角度分割された無線ゾーン内の複数の移動局との間で、前記各セクター毎に配置された複数のアレイアンテナを用いて、前記セクター毎に符号分割多元接続によって通信を行うＣＤＭＡ基地局装置であって、
前記複数の移動局のうち、新規通信チャネルの割当てを要求する新規移動局から、制御チャネルを使用して新規通信チャネル割当要求信号を前記アレイアンテナから受信する制御チャネル受信手段と、
前記複数の移動局のうち、通信中の移動局および前記新規移動局からの個々の到来波に関する推定到来方向および推定受信電力を前記アレイアンテナの受信信号を用いて、前記通信中の移動局および前記新規移動局が位置するセクター毎に推定する推定手段と、
前記制御チャネル受信手段が前記新規通信チャネル割当要求信号を受信したとき、前記アレイアンテナの受信信号および前記新規通信チャネル割当要求信号および前記推定手段によって推定された前記個々の到来波に関する推定到来方向および推定受信電力、に基づいた通信品質の情報により、前記新規移動局に対する新規通信チャネルの割当の可否を決定する通信チャネル割当制御手段を有し、
前記通信チャネル割当制御手段は、前記制御チャネル受信手段が前記新規通信チャネル割当要求信号を受信したとき、前記アレイアンテナの受信信号および前記新規通信チャネル割当要求信号および前記推定手段によって推定された、前記無線ゾーン内の全ての前記セクターに位置する前記通信中の移動局および新規移動局から対応するセクターのアンテナで受信した前記個々の到来波に関する情報、に基づいた前記通信品質の情報により、前記新規移動局に対する前記新規通信チャネルの割当の可否を決定するとともに、
前記新規移動局が前記通信チャネルを使用して通信を行うと、前記新規移動局および前記無線ゾーン内の前記通話中の各移動局のうち、少なくとも１つの移動局が予め規定した通信品質を満たす通信を行うことができないと判断した場合には、前記新規移動局に対する新規通信チャネル割当を拒否する、
ことを特徴とするＣＤＭＡ基地局装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイアンテナを用いたCDMA（CodeDivision Multiple Access）セルラー移動体無線通信システム等に用いるＣＤＭＡ基地局装置に関するものである。通信中の既存の移動局の通信品質への影響を考慮した上で、新規ユーザの移動局に対する新規通信チャネル割当の可否を決定するものである。
【０００２】
【従来の技術】
第３世代移動通信方式の1つにW-CDMA（Wide band - Code Division Multiple Access）があり、音声のみならず動画像等の高速・広帯域の通信が期待されている。さらに最近では第３世代方式の約10倍程度の高速・広帯域伝送を目指した第４世代移動通信方式の検討が始まっている。有限の周波数資源で高速のサービスを提供するためには、一層の周波数有効利用を図る必要があり、その対応策の1つとして基地局にアダプティブアレイアンテナを用いることが検討されている。
CDMA通信システムにおいては、異なる拡散符号を用いることにより、同一の周波数帯で、多数のユーザが同時に通信できる。しかし、同時通信ユーザ数が多くなると符号間干渉が無視できなくなる。そこで、基地局アンテナにアダプティブアレイアンテナを用いれば、干渉信号を低減させることができる。
【０００３】
しかし、新たに通信を求める新規呼（発信呼，着信呼）が発生したときの新規通信チャネル割当要求を受け付けると、アダプティブアレイアンテナの指向特性を変更することになり、通信中の移動局の通信品質が大幅に劣化し、通信が継続できなくなる場合がある。
図７は、アダプティブアレイアンテナを用いたCDMA移動通信システムの一例を示す説明図である。
図７（ａ）において、２１はユーザ１の移動局、２２はユーザ２の移動局、２４は基地局、２５は基地局のアダプティブアレイアンテナであって、２５ａ，２５ｂはそのアンテナ素子である。素子数は任意である。受信時に各アンテナ素子の出力信号に乗算するアンテナウエイトを制御することによって、受信ビームパターンを自由に制御できる。２６は基地局２４のカバーエリア（セル）である。
各移動局２１，２２からの送信波を基地局２４で受信する上り回線において、ユーザ１の移動局２１に対しては、ユーザ１指向性３１として示したビームパターンで受信する。ユーザ１指向性３１は、ユーザ１の移動局２１方向にメインローブを有し、ユーザ２の移動局２２の方向にビームヌルを有する。同様なことは、ユーザ２の移動局２２に対する、ユーザ２指向性３２についても言える。
しかし、アダプティブアレイアンテナによって制御できるビームヌルの数は、（アレイアンテナの素子数−１）という自由度で決まる。ところが、CDMA通信システムでは、通常、アレイアンテナの素子数を超えるユーザと同時通信する。
【０００４】
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したような、アンテナ素子数に等しい数の２ユーザが同時通信している状態において、ユーザ３の移動局２３が新たに通信を求めた場合を示す。ユーザ３の移動局２３が発呼する場合と、カバーエリア２６の内外に位置するユーザの発呼に対し、基地局２４を経由して、ユーザ３の移動局２３に着呼する場合とがある。
仮にユーザ３の移動局２３が新たに通信を始めたとすれば、通信中のユーザ数がアンテナ素子数を超えるので、他局にビームヌルを向けることができない。また、ユーザ数がアンテナ素子数以下である場合も含め、各ユーザの角度差が分解能以上に接近している場合には、あるユーザの指向性が他ユーザに対するビームヌルの方向に接近してしまうため、利得が低下し、干渉量が増大してしまうという問題もある。
このように、新規のユーザ３の移動局２３、および、通信中のユーザ１の移動局２１、ユーザ２の移動局２２を含めた角度関係等によって干渉量が大きく異なってくる。さらに、この干渉は、既に通信中のユーザ１の移動局２１やユーザ２の移動局２２の通信品質に大きな影響を与える。
【０００５】
そのため、新規のユーザ３の移動局２３が新しい呼に対して、新規通信チャネルの割当てを要求したときも、他ユーザ（ユーザ１，ユーザ２）の移動局２１，２２の既に通信中の通信品質が所要品質を上回っていて、影響がない場合もあるが、新規のユーザ３の移動局２３の位置によっては、新規のユーザ３の移動局２３の通信品質だけでなく、既に通信中の、例えばユーザ２の移動局２２の通信品質も劣化する場合があり、通信途中で通信不能に至る場合があった。
従って、アダプティブアレイアンテナでは、新たに通信を求める新規呼（発信呼，着信呼）に対し、新規通信チャネル割当要求を受け付けるか否かを判断する新規通信チャネル割当制御は、非常に重要である。しかし、CDMA方式にアダプティブアレイアンテナを適用した場合の、アンテナ素子数を遙かに超えるユーザが同時通信を行う新規通信チャネル割当制御方法については、殆ど検討が行われていなかった。
【０００６】
CDMA方式で、アダプティブアレイアンテナを用いずに、通常のオムニアンテナあるいはセクターアンテナを用いた場合を検討すると、送信電力制御により、同一セル内の干渉レベルは通信中の移動局数（または、１移動局が複数の通信チャネルを使用可能な場合には、通信中の通信チャネル数）にほぼ比例するものと見なせることから、新規呼が発生したとき、現在通信中の全移動局数（または、全通信チャネル数）および各移動局の伝送速度と、周辺セルからの干渉量等を考慮して予め設定された、基地局に収容可能な全移動局数（または、全通信チャネル数）とを比較すれば、容易に新規通信チャネル割当の可否を判断できる。
しかし、アダプティブアレイアンテナを適用した場合、通信中のユーザ数やその位置によってアダプティブアレイアンテナの指向性パターンは変化するため、その新規通信チャネル割当の可否を判断する方法は複雑となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、新規ユーザの発着信時に新規通信チャネル割当要求信号を受け付けたときにも、通信中のユーザの通信品質を保証し、通信中の無線ゾーン内のトラフィック変動に伴う通信品質変動を一切気にすることなく、アレイアンテナを用いて干渉信号を低減させた通信が可能となるＣＤＭＡ基地局装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１に記載の発明においては、複数のセクターに角度分割された無線ゾーン内の複数の移動局との間で、前記各セクター毎に配置された複数のアレイアンテナを用いて、前記セクター毎に符号分割多元接続によって通信を行うＣＤＭＡ基地局装置であって、
前記複数の移動局のうち、新規通信チャネルの割当てを要求する新規移動局から、制御チャネルを使用して新規通信チャネル割当要求信号を前記アレイアンテナから受信する制御チャネル受信手段と、
前記複数の移動局のうち、通信中の移動局および前記新規移動局からの個々の到来波に関する推定到来方向および推定受信電力を前記アレイアンテナの受信信号を用いて、前記通信中の移動局および前記新規移動局が位置するセクター毎に推定する推定手段と、
前記制御チャネル受信手段が前記新規通信チャネル割当要求信号を受信したとき、前記アレイアンテナの受信信号および前記新規通信チャネル割当要求信号および前記推定手段によって推定された前記個々の到来波に関する推定到来方向および推定受信電力、に基づいた通信品質の情報により、前記新規移動局に対する新規通信チャネルの割当の可否を決定する通信チャネル割当制御手段を有し、
前記通信チャネル割当制御手段は、前記制御チャネル受信手段が前記新規通信チャネル割当要求信号を受信したとき、前記アレイアンテナの受信信号および前記新規通信チャネル割当要求信号および前記推定手段によって推定された、前記無線ゾーン内の全ての前記セクターに位置する前記通信中の移動局および新規移動局から対応するセクターのアンテナで受信した前記個々の到来波に関する情報、に基づいた前記通信品質の情報により、前記新規移動局に対する前記新規通信チャネルの割当の可否を決定するとともに、
前記新規移動局が前記通信チャネルを使用して通信を行うと、前記新規移動局および前記無線ゾーン内の前記通話中の各移動局のうち、少なくとも１つの移動局が予め規定した通信品質を満たす通信を行うことができないと判断した場合には、前記新規移動局に対する新規通信チャネル割当を拒否するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のＣＤＭＡ基地局装置の実施の一形態を説明するためのフローチャートである。
図２は、本発明の実施の一形態で使用する通信チャネル管理テーブルおよび通信中移動局の情報の一例を示す説明図である。
図２（ａ）は通信チャネル管理テーブル、図２（ｂ）は通信中移動局の情報を示す説明図である。
本発明のＣＤＭＡ基地局装置の実施の一形態の構成は、図示を省略するが、複数の移動局のうち、新規通信チャネルの割当てを要求する新規移動局から、制御チャネルを使用して新規通信チャネル割当要求信号をアレイアンテナから受信する制御チャネル受信部と、前記複数の移動局のうち、通信中の移動局および前記新規移動局からの個々の到来波に関する情報をアレイアンテナの受信信号を用いて推定する推定部と、制御チャネル受信部が新規通信チャネル割当要求信号を受信したとき、前記アレイアンテナの受信信号および新規通信チャネル割当要求信号および推定手段によって推定された個々の到来波に関する情報、に基づいた通信品質の情報により、新規移動局に対する新規通信チャネルの割当の可否を決定する通信チャネル割当制御部を有する。
【００１１】
図１，図２を参照して、新規のユーザの移動局に対する新規呼（発呼あるいは着呼）発生時の、新規通信チャネル割当の可否を決定する新規通信チャネル割当制御動作を説明する。
ここでは、特に、新規ユーザの要求通信チャネル数が未使用通信チャネル数以下であり、かつ、全移動局の推定通信品質が、各々の所要通信品質を満たす場合にのみ、新規呼に新規通信チャネル割当を行う場合を取り上げて例示する。
図１のフローチャートにおいて、図２（ａ）に示した通信チャネル管理テーブルからの所要のデータの読み出しおよび書き込み、および、通信中の移動局からの到来波に関する到来波情報の推定は、新規通信チャンネル割当制御動作のフローとは区別して記載している。
すなわち、図２（ａ）に示した通信チャネル管理テーブルは、図１のフローとは別に、現在使用中の通信チャネルの状態を管理し、通信チャネルの確保、開放に応じて随時更新される。これは、使用中の通信チャネルと未使用の通信チャネルとを区別するとともに、未使用の通信チャネル数を超える新規通信チャネル割当要求があった場合に呼損とするためのものである。
基地局の全通信チャネル数をNc、通信中の全ユーザ数をKとし、各ユーザk（k＝１〜K）を特定する移動局番号をk1〜kKとする。
【００１２】
本テーブルには、通信チャネル番号1〜Ncに対応して、各通信チャネルを使用しているユーザを特定するための情報である、移動局番号k1〜kKが書き込まれている。例えば、ユーザ2が通信チャネル番号1，2の２つの通信チャネルを使用しているとすれば、通信チャネル番号1，2のそれぞれに対応して、移動局番号k2が書き込まれている。使用されていない通信チャネルについては、その通信チャネル番号に対応して「空」を示す情報が書き込まれている。
通信中の全ユーザ数Kおよび全ユーザが使用している全チャネル数Nは、上述したテーブル内の情報から計算できるが、直接、この通信チャネル管理テーブルに書き込んでおいてもよい。
なお、各ユーザが１チャネルずつしか使用しないことを前提にするのであれば、使用チャネル数N＝ユーザ数Kとなる。
図２（ｂ）に示した通信中移動局の情報は、新規通信チャネル割当制御時の通信品質に必要な移動局の情報である。この通信中移動局の情報は、図１のフローとは別に管理する必要がある情報である。
【００１３】
図２（ｂ）を参照して、まず、収集される移動局情報の内容の一例について説明する。
通信中のユーザ（k＝１〜K）に関する個別の通信中移動局情報は、推定到来方向θk、推定受信電力Pk、通信チャネル割当可能CINR（Carrierto Interference plus Noise Ratio）であるγ(k)req等である。
推定到来方向θkは、基地局から見たユーザkの移動局の方向であり、推定受信電力Pkは、この移動局からの到来波の受信電力である。なお、アレイ伝搬ベクトルｖkを用いるなら、推定到来方向θkは不要である。
先に説明した推定部は、通信中の各移動局からの到来波に関する到来波情報として、この推定到来方向θk（あるいはアレイ伝搬ベクトルｖk）および推定受信電力Pkを、アレイアンテナの受信信号（このアレイアンテナの各エレメントのアレイ入力信号）を用いて随時推定する。
到来波の推定は、周知のMUSIC（MUltiple SIgnal Classification）やESPRIT（Estimation of Signal Parametersvia Rotational Invariance Techniques）、あるいは、ビームフォーマ（beamformer）法などによって行うことができる。
CINRは、搬送波帯における通信品質のパラメータである。新規通信チャネル割当制御に用いる通信品質のパラメータは、CINRと相互に換算できるものであればよい。例えば、ベースバンド帯におけるSINR（Signalto Interference plus Noise Ratio）やBER（Bit Error Rate）等を用いてもよい。
これらの情報は、上述した通信品質の推定を行う必要がある場合に必要なものであるので、図２（ａ）に示した通信チャネル管理テーブルのように、必ずしもテーブルとして管理して記憶する必要はない。しかし、通信品質推定の処理を速めるために、通信チャネル管理テーブルの一情報として記憶してもよい。
【００１４】
図１において、新たな移動局（新規ユーザk＝K＋1）から発呼時の新規通信チャネル割当要求があったとき、その要求通信チャネル数をNreqとする。移動局からの送信レートが高いときには、１ユーザが複数の通信チャネルを使用し、各通信チャネルに割り当てられた拡散符号を用いて送信する。
まず、図２（ａ）に示した通信チャネル管理テーブルより、通信中の全ユーザが使用している全通信チャネル数Nを読み出す。
Ｓ１において、上述したNにNreqを加算した値が、基地局が保有する全通信チャネル数Nc以下であるか否かを判定する。Nc以下であれば、Ｓ２に処理を進め、Ncを超えれば、通信チャネルに余裕がないので新規通信チャネル割当要求の受付を拒否する。その結果、新規呼も受け付け拒否されることになる。
Ｓ２において、新規ユーザ（k=K+1）の移動局から受信した発呼時の新規通信チャネル割当要求信号に基づいて、新規ユーザの移動局からの受信信号の到来波推定を行う。
ここで、図２（ｂ）に示した、通信中の各ユーザk（k =1〜K）の通信中移動局情報を収集する。すなわち、推定到来方向θk、推定受信電力Pk、通信チャネル割当可能CINRしきい値であるγ(k)reqを収集する。新規ユーザk＝K＋1の通信チャネル割当可能CINRしきい値であるγ(K+1)reqは、新規ユーザの要求チャネル数Nreqに応じて決定するか、あるいは、予め決められていればこれを収集する。
【００１５】
Ｓ３において、新規ユーザ（k=K+1）の発呼時の新規通信チャネル割当要求を仮に受け付けて通信が行われるとした場合の、最適ウエイトｗkを計算する。ここで、k=1〜K+1であって、通信中の各ユーザの移動局および新規ユーザの移動局について行う。次の、Ｓ４において最初にk＝１としてＳ５に進める。
Ｓ５において、kがK+1以下であるか否かを判定し、K+1以下のときにはＳ６に処理を進め、K＋1を超えるときにはＳ７に処理を進める。
Ｓ６において、仮に新規ユーザを受け付けたとしたときの、k番目のユーザのCINR(k)を予測する。具体的にどのようにしてCINR(k)を計算するかについては、後述することとして、ここでは説明を省略する。Ｓ８において、このCINR(k)が、k番目のユーザの所要CINRであるγ(k)req以上であるか否かを判定し、γ(k)req以上であれば、Ｓ９に処理を進め、γ(k)req未満であれば新規呼の新規通信チャネル割当要求の受付を拒否することによって、新規呼の受付を拒否する処理に進める。従って、受信CINR(k)がγ(k)reqを満たさないユーザkが検出されれば、残りのユーザの移動局に対する受信CINR(k)の予測計算は行わず、その時点で、新規呼の新規通信チャネル割当要求の受付を拒否し、その結果、新規呼も受け付け拒否されることになり、生成した新規呼を呼損とする。
なお、上述した通信チャネル割当可能CINRしきい値であるγ(k)reqの値は、新規通信チャネル割当の可否を判断するためのものであるので、移動局が通信を行うことができる任意の値を規定すればよい。通常、通信チャネルを用いて通信しているときの所要CINRの値と一致させるが、必ずしもこの所要CINRの値とは一致させなくてよい。また、トラフィックの状況等により、このしきい値を変化させることもあり得る。
Ｓ９においては、kの値を＋1して、次の番号のユーザに対してＳ５以下のステップを繰り返させる。
【００１６】
一方、Ｓ５からＳ７に処理が進められるのは、新規呼のユーザを含め全てのユーザについてCINR(k)がγ(k)req以上である条件を満たした場合である。Ｓ７において、通信中の全ユーザが使用している全通信チャネル数Nに、新規ユーザの要求通信チャネル数Nreqを加算してNの値を更新し、ウエイト更新および新規呼に対する通信チャネル割当てをすることにより、新規呼を受け付ける処理に進める。
その際、図２（ｂ）に示した通信チャネル管理テーブルに新規ユーザ（k＝K＋1）を登録するとともに、割り当てられた通信チャネルの番号に対応して新規ユーザの移動局番号kK+1を書き込む。
ここで、ウエイト更新とは、Ｓ３において計算された、新規ユーザ（k=K+1）の発呼時の新規通信チャネル割当要求を受け付けたとしたときの最適ウエイトｗk（k＝１〜K＋1）を、新規ユーザを含む、通信中の各ユーザk（k＝１〜K＋1）の移動局に対するウエイトに設定することを意味する。
【００１７】
上述したフローは、全体として見れば、先に説明した通信チャネル割当制御部の機能に対応する。
しかし、Ｓ２のステップは、先に説明した個々の到来波に関する情報を推定する推定部が、新規ユーザの移動局に関して実行する機能である。
通信チャネル割当制御部は、Ｓ６において、アレイアンテナからの受信信号および新規通信チャネル割当要求信号および推定手段によって推定された前記個々の到来波に関する情報、に基づいた通信品質の情報により新規移動局に対する新規通信チャネル割当の可否を決定している。特に、新規移動局が通信チャネルを使用して通信を行う場合について、新規移動局および通信中の各移動局のうち、少なくとも１つの移動局が予め規定した通信品質を満たす通信を行うことができないと判断した場合には、新規移動局に対する新規通信チャネル割当を拒否している。
【００１８】
上述したフローにおいて、Ｓ１における判定処理、すなわち、要求通信チャネル数Nreq以上の空き通信チャネルがあるか否かの判定は省略可能である。基地局に十分な通信チャネル数Ncが設定されている場合には省略できる。仮に、この判定を省略した結果、同時接続通信チャネル数が多くなりすぎたときには、Ｓ７において受信CINRが劣化していることがわかるので、新規呼の受付は拒否されることになる。
なお、Ｓ３における最適ウエイト計算は、必ずしも、k＝1〜K+1の全ての移動局について計算しなくてもよい。例えば、その受信電力の大きさなどから、ウエイト計算をするまでもなく、受信CINRが十分大きいと推測されたり、γ(k）reqよりも十分小さいと推測されたりする移動局については、省略することも可能である。後者の場合、Ｓ４〜Ｓ９の処理をスキップして、直ちに新規呼受付拒否を行わせることができる。
【００１９】
図３は、本発明の実施の一形態において、複数のユーザからの発呼時の新規通信チャネル割当要求がどのように処理されるかを示す説明図である。ここでは、通信チャネル割当可能なCINRしきい値γ(k)reqを所要CINRの値としている。
図中、発呼イベントを白丸で、終呼イベントを黒丸で、呼損を×で、CINR予測計算を△で示し、各ユーザ１〜Kについて、時系列を横軸にとって説明している。CINR予測計算は、図１のＳ２〜Ｓ９のステップによる処理を意味する。図１では、要求通信チャネル判定を行っているが、図３では、この要求通信チャネル判定を行わないか、または、要求通信チャネル判定結果が常にOKとなる場合について説明する。
【００２０】
時点1において、ユーザ1は、通信中のユーザがいない状態で発呼時の新規通信チャネル割当要求を行う。ユーザ1の予測CINRについて所要CINRを満たすか否かの判定結果がOKとなる。その結果、ユーザ1の新規呼の新規通信チャネル割当要求が受け付けられる。
時点2において、ユーザ2が発呼時の新規通信チャネル割当要求を行い、ユーザ1，2のCINR予測計算を行う。ユーザ1，2の予測CINRについて、所要CINRを満たすか否かの判定結果がOKとなる。その結果、ユーザ2の新規呼の新規通信チャネル割当要求も受け付けられる。
時点3において、ユーザ3が発呼時の新規通信チャネル割当要求を行い、ユーザ1，2，3のCINR予測計算を行う。ユーザ1，2，3の予測CINRの少なくとも１つについて、所望CINRを満たすか否かの判定結果がNGとなる。その結果、ユーザ2の新規呼の新規通信チャネル割当要求は受付拒否され、呼損が発生する。
時点4において、ユーザ2が通信を終了して終呼となり、空き通信チャネルが発生する。
【００２１】
時点5において、ユーザ3が、再び発呼時の通信チャネル割当要求を行い、ユーザ1，3のCINR予測計算を行う。ユーザ1，3の予測CINRについて、所望CINRを満たすか否かの判定結果がOKとなる。その結果、今度はユーザ3の新規呼の新規通信チャネル割当要求が受け付けられる。
時点6において、ユーザKが発呼時の新規通信チャネル割当要求を行い、ユーザ1，3，KのCINR予測計算を行う。ユーザ1，3，Kの予測CINRの少なくとも１つについて、所望CINRを満たすか否かの判定結果がNGとなる。その結果、ユーザKの新規呼の新規通信チャネル割当要求は受付拒否され、呼損が発生する。
時点7において、ユーザ3が通信を終了して終呼となる。
時点8において、ユーザKが発呼時の新規通信チャネル割当要求を行い、ユーザ1，KのCINR予測計算を行う。ユーザ1，Kの予測CINRについて、所望CINRを満たすか否かの判定結果がOKとなる。その結果、今度はユーザKの新規呼の新規通信チャネル割当要求が受け付けられる。
時点9においてはユーザ1が終呼となり、時点10においてはユーザKが終呼となる。
【００２２】
上述した説明では、通信中のユーザの移動局に対するCINR予測計算は、新規ユーザの発呼があった時点で必要となる。そのため、CINRを予測するために必要な、到来波推定、および、最適ウエイト計算も、発呼があった時点で行えばよい。しかし、計算には時間がかかるので、通信中のユーザの移動局に対する到来波推定に関しては、新規呼の有無にかかわらず、通信中に随時、例えば、所定時間間隔で行うようして、新規呼の発生時に、直前の推定値あるいは測定値を用いるようにしてもよい。
また、通信中の移動局に対する最適ウエイト計算は、通信中のアダプティブアレイアンテナの指向性制御に必要である。この最適ウエイトは、ユーザの移動局の位置の変化あるいは終呼の発生によっても変化する。従って、通信品質をさらに向上させるため、通信中に、例えば、所定時間間隔で、およびまたは、終呼イベントが発生したときに行ってもよい。
【００２３】
上述した説明では、新規呼の新規通信チャネル割当要求が、セル内の新規ユーザの移動局からの発呼時における新規通信チャネル割当要求である場合を説明した。これに対し、新規呼の新規通信チャネル割当要求が、セル内の新規ユーザの移動局への着呼時の新規通信チャネル割当要求である場合についても同様に行うことができる。
例えば、この着呼時の新規通信チャネル割当要求は、基地局から移動局への着信要求信号に対する移動局からの応答信号として行われる。この場合、要求通信チャネル数は、基地局側で先にわかるので、Ｓ１のステップが実行される。ここで、新規着呼に対する新規通信チャネル割当要求の受付拒否が行われない場合には、次に、基地局から新規ユーザへ着信要求信号を送信し、その後に、この新規ユーザの移動局から応答信号を制御チャネルを用いて受信する。この応答信号に基づいて、Ｓ２において新規ユーザ移動局の到来方向推定及び受信電力推定を行い、Ｓ３以下のステップを実行し、同様に、ウエイト更新および新規着信呼のチャンル要求の受付、または、新規着信呼の新規通信チャネル割当要求の受付拒否を行う。
【００２４】
ここで、新規ユーザK+1の移動局からの受信信号に関する到来波推定、新規ユーザ受付時における最適ウエイトｗk計算、および、CINR予測についての一例を補足的に説明しておく。
新規ユーザK+1の移動局は、新規呼の新規通信チャネル割当要求信号を、上り回線の共通制御チャネル（ランダムアクセスチャネル）を用いて送信し、基地局に対して、新規通信チャネル割当を要求する。すなわち、通信のリンク確立を要求する。
新規ユーザK+1の移動局からの発呼時の新規通信チャネル割当要求信号が基地局に受信され、この受信信号に含まれたパイロット信号を用いて発呼時の新規通信チャネル割当要求信号の到来方向θK+1を推定する。これらの処理は非常に短い時間間隔で行われるので、個別通信チャネルを用いて、ユーザデータが基地局に送信される段階になっても、到来方向はほとんど変わらないから、このとき推定された到来方向を通信中における到来方向θK+1と見なすことができる。
【００２５】
一方、新規ユーザの移動局K+1から通信チャネルを用いてユーザデータが送信される段階での到来波の受信電力PK+1は、例えば、伝送速度（移動局送信レート）で決めることができる。DS-CDMAの場合、同じ変調方式であれば、伝送速度に比例した送信電力が必要である。この伝送速度情報は、通常、要求通信チャネル数Nreqと対応関係があるので、要求通信チャネル数Nreqを兼ねることができる。
新規通信チャネル割当要求信号に伝送速度情報を含めるようにすれば、要求通信チャネル数Nreqもわかる。また、新規通信チャネル割当要求信号に伝送速度情報とともに要求通信チャネル数Nreqも含めるようにしてもよい。
受信電力PK+1については、また、制御チャネルを用いて受信された新規通信チャネル割当要求信号の受信電力に基づいて、通信チャネルを用いて受信されるときの受信電力PK+1を推定するようにしてもよい。
【００２６】
上述した新規ユーザK+1の移動局からの到来波の到来方向θK+1および受信電力PK+1に基づいて、新規ユーザK+1の移動局からの到来波のみによるアレイアンテナの受信信号（各エレメントのアレイ入力信号）が計算される。移動局k（k＝1〜K）と通信中の現在の状態におけるアレイアンテナの受信信号に、上述した新規ユーザK+1の移動局からの到来波のみによるアレイアンテナの受信信号を加算したものが、新規ユーザK+1を含めたと仮定した場合のアレイアンテナの受信信号となる。このアレイアンテナの受信信号に応じて、新規ユーザ受付時における、移動局k（k＝1〜K+1）の最適ウエイトｗk（以下、ｗk’という）が、例えば、最小２乗誤差法（MMSE）に基づいて計算される。
【００２７】
次に、CINRについて説明を補足しておく。
菊間信良「アレーアンテナによる適応信号処理」、科学技術出版（1998-11）p.26，27には、アレイアンテナの出力に対するSINR（Signal to Interference plusNoise Ratio）（本明細書でいうCINRを拡散利得PGで正規化した値に相当）に関して記載されている。
あるユーザkのCINR(k)は、ターゲットユーザkの拡散符号で逆拡散されたアレイアンテナの出力信号に含まれている、所望波のアレイアンテナ出力電力（C）の、熱雑音を含めた干渉波のアレイアンテナ出力電力（I＋N）に対する比、と定義される。
【００２８】
あるユーザkの所望波のアレイアンテナ出力電力（C）は、ユーザkの移動局からの到来波（推定到来方向θk、推定受信電力Pk）の各アンテナエレメントにおけるアレイアンテナの受信信号を、新規ユーザに通信チャネルを割り当てたと仮定した後の最適ウエイトｗk’を用いて合成出力したときの電力として計算される。より具体的には、推定到来方向θkおよび推定受信電力Pkから計算される自己相関行列と上述した最適ウエイトｗk’によって求められる。
一方、熱雑音を含めた干渉波のアレイアンテナ出力電力（I＋N）は、既に説明した、新規ユーザK+1を含めたと仮定した場合のアレイアンテナの受信信号を、上述した最適ウエイトｗk’を用いて合成出力したときの電力から、上述したユーザkの所望波のアレイアンテナ出力電力（C）を減算した値として計算される。
あるユーザkの通信品質CINR(k)を推定するには、最適ウエイトｗk’、推定到来方向θk、および、推定受信電力Pkがわかればよく、他のユーザについては、わからなくてよい。従って、図１におけるステップＳ３は、ステップＳ５とステップＳ６の間において実行させてもよい。従って、最適ウエイトｗk’の計算も、Ｓ６におけるCINR(k)と同様に、受信CINR(k)がγ(k)reqを満たさないユーザkが検出されれば、残りのユーザの移動局に対する計算を省略できる。
【００２９】
上述した通信品質CINR(k)の推定には、到来方向θkの情報を直接に推定する必要はない。θkの代わりに、アレイの配置、周波数、到来方向θkによって求まるアレイ伝搬ベクトルｖkを直接推定し、これを用いて相関行列を計算し、通信品質を推定してもよい。アレイ伝搬ベクトルについては、前掲書、アレーアンテナによる適応信号処理」P.28〜31を参照。
なお、干渉波は、通信チャネルを用いた通信を行っている他ユーザによってのみ発生するのではない。CDMA通信システムでは、既に説明した通信チャネル割当のための制御チャネルや、移動局の位置登録等のための制御チャネルを使用しており、通信チャネルを用いて通信していないときでも符号拡散信号を送信している。従って、上述した干渉波には、通信チャネルを用いて通信を行っている他ユーザからの干渉以外にこれらの通信チャネルを用いない非通信中に送信される信号、さらには、他の無線ゾーン（周辺セル）から到来する電波による干渉も含まれている。
【００３０】
上述したCDMA通信システムでは、図７に示したように、基地局２４のカバーエリア（セル）は、等方性のオムニセルであった。これに対し、周波数の利用効率を向上させるために、後述する図５に例示するように、オムニセルであったカバーエリアを複数のセクターに角度分割する場合がある。この個々のセクターを、オムニセルに置き換えて、セルラー移動体通信システムが設計されている。
このようなセクターを用いるCDMAセルラー移動体無線通信システムにおいては、アレイアンテナは各セクター毎に配置され、符号分割多元接続はセクター毎に行われる。
【００３１】
図１に示した新規呼（発呼または着呼）の新規通信チャネル割当要求信号を受け付けるか否かの通信チャネル割当制御は、セクター毎に行う。図２に示した通信チャネル管理テーブルも、セクター毎に管理する。個々の到来波に関する情報を推定する推定手段は、通信中の移動局および新規移動局が位置するセクター毎に推定する。通信チャネルを使用して通信中の移動局に関する移動局情報は、通信中の移動局が位置しているセクター毎に収集する。
しかし、各セクターで受信CINRの許容値限界で動作させている場合には、他のセクターからの干渉が影響を及ぼすことになる。従って、上述した通信チャネル割当制御部は、制御チャネル受信部が新規通信チャネル割当要求信号を受信したとき、アレイアンテナの受信信号および新規通信チャネル割当要求信号および推定手段によって推定された、無線ゾーン内の全てのセクターに位置する通信中の移動局および新規移動局からの前記個々の到来波に関する情報、に基づいた通信品質の情報により、前記新規移動局に対する前記新規通信チャネルの割当の可否を決定する。
【００３２】
図４は、本発明の実施の一形態において、セクター化されたシステムでは、複数のユーザからの発呼時の新規通信チャネル要求がどのように処理されるかを示す説明図である。図中の記号は、図３と同様であるので説明を省略する。各ユーザの所属するセクターを、ユーザ番号の下付数字で示している。
時点1において、ユーザ11は、通信中のユーザがいない状態で発呼時の新規通信チャネル割当要求を行う。ユーザ11の予測CINRについて所望CINRを満たすか否かの判定結果がOKとなる。その結果、ユーザ11の新規呼の新規通信チャネル割当要求が受け付けられる。
時点2において、第２セクターのユーザ12が発呼時の新規通信チャネル割当要求を行い、ユーザ11，12のCINR予測計算を行う。ユーザ11，12の予測CINRについて、所望CINRを満たすか否かの判定結果がOKとなる。その結果、ユーザ12の新規呼の新規通信チャネル割当要求も受け付けられる。
時点3において、第３セクターのユーザ13が発呼時の新規通信チャネル割当要求を行い、ユーザ11，12，13のCINR予測計算を行う。ユーザ11，12，13の予測CINRについて、所望CINRを満たすか否かの判定結果がOKとなる。その結果、ユーザ13の新規通信チャネル割当要求も受け付けられる。
時点4において、第１セクターのユーザ21が発呼時の新規通信チャネル割当要求を行い、ユーザ11，21，12，13のCINR予測計算を行う。ユーザ11，21，12，13の予測CINRについて、所望CINRを満たすか否かの判定結果がOKとなる。その結果、ユーザ21の新規通信チャネル割当要求も受け付けられる。
【００３３】
時点5において、第１セクターのユーザ31が発呼時の新規通信チャネル割当要求を行い、ユーザ11，21，31，12，13のCINR予測計算を行う。ユーザ11，21，31，12，13の予測CINRの少なくとも１つについて、所望CINRを満たすか否かの判定結果がNGとなる。その結果、ユーザ31の新規通信チャネル割当要求は受付拒否され、呼損が発生する。
時点6においてユーザ13が、時点7においてユーザ12が、通信を終了して終呼となる。
時点8において、ユーザ31が、再び発呼時の新規通信チャネル割当要求を行い、ユーザ11，21，31のCINR予測計算を行う。ユーザ11，21，31の予測CINRについて、所望CINRを満たすか否かの判定結果がOKとなる。その結果、今度はユーザ31の新規通信チャネル割当要求が受け付けられる。
時点9においてユーザ31が、時点10においてユーザ21が、時点12においてユーザ11が、通信を終了して終呼となる。
なお、複数のセルが存在する場合、新規通信チャネルを割り当てた場合の周辺セルへ与える干渉を考慮することが望ましい。各基地局の通信チャネル割当可能なCINRしきい値γ(k)reqに対し、予めマージンを取ってしきい値を大きく設定しておくことにより、周辺のセルへ与える干渉を考慮することができる。
【００３４】
図５は、セクター化されたセルの説明図である。
図５（ａ）はセルモデルの説明図であり、図５（ｂ）はセクター化されたセルにおけるアダプティブアレイアンテナの指向性パターンの一例を示す説明図である。
図５（ａ）において、１１はセクター化された６角形セルであって、オムニセルが３セクターに分割されている。１２は各セクターに設けられたアレイアンテナ、１３は各アレイアンテナを構成するアンテナ素子の個々の指向特性を示す。
図５（ｂ）において、１４、１５、１６は、ユーザ１〜３の移動局である。１つのセクター内に１ユーザの移動局が位置している場合を示している。各セクターのアレイアンテナの素子数は８であり、１７（実線），１８（破線）、１９（一点鎖線）はその指向特性を示している。ターゲットユーザに対してメインローブが向けられ、他ユーザ方向に対してビームヌルが向けられている。
【００３５】
図５に示したアンテナ素子数8のセルモデルを用いて、シミュレーションを行った。３セクター構成であるので、トータルのアンテナ素子数は８×３＝２４となる。
周辺セルからの干渉がない孤立セルとし、移動局はセル内で一様分布する。発呼時の新規通信チャネル割当要求信号は、１セクター内で平均発生間隔Taのポアソン生起に従う。移動局が要求する通信チャネル数は全て1通信チャネルとする。各移動局からの送信電力は、基地局までの距離変動が補償されるように調整されているものとする。
各通信チャネルが必要とする通信品質を満たすための所要CINRは、全ユーザについて一定のγreq＝10dBとし、全ユーザが同じ速度で通信すると仮定する。なお、上り回線では各拡散コード間に完全な直交性はないので、拡散率（拡散符号による処理利得）をPGとすると、干渉量は1/PGとなる。ここでは、PG＝20dBとしてシミュレーション結果を示している。
全移動局の到来方向および受信電力は正確に推定できたものとして、アダプティブアレイアンテナの最適ウエイトをそれぞれのユーザについて求め、受信CINRを推定する。新規通信チャネル割当要求が受け付けられたユーザは、保留時間ts秒間だけ、通信チャネルを使用した後に切断される。この保留時間は、平均保留時間Ts（＝ρTa）が120秒の指数分布となるように決定した。
【００３６】
図６は、本発明の実施の一形態および従来技術のシミュレーション結果を示すグラフである。
図６（ａ）は、通信品質のパラメータであるCINRの累積確率を示すグラフである。縦軸の累積確率は、CINRの値が横軸の値以下となる確率を示す。セクター当たりρ＝25アーランの呼量を発生させている。CINRの所要値γreqは全ユーザについて10dBとした。基地局の通信チャネル数は制限しなかった。
実線は、新規通信チャネル割当制御を行う場合、破線は新規通信チャネル割当制御を行わない場合の、シミュレーション結果を示す。
新規通信チャネル割当制御を行わない場合は、CINRが所要値10dB以下となる累積確率が約１％ある。この値は通信中のCINR劣化率を意味する。一方、新規通信チャネル割当制御を行った場合は、このCINR劣化率にほぼ等しい呼損が発生することになる。しかし、一旦通信チャネルが割り当てられれば、通信中においてCINRが10dB以下とはならないので、呼制御が有効に働いていることがわかる。
【００３７】
図６（ｂ）は、生起呼量に対する呼損率の特性を、呼制御ありの場合について示すグラフである。
図６（ｃ）は、生起呼量に対する呼損率の特性を、呼制御なしの場合について示すグラフである。
いずれも、基地局の各セクターに割り当てられた通信チャネル数（設備数）を20ch〜50chとした場合を示し、実線は呼損率、破線はCINR劣化率を示す。呼損率とCINR劣化率とは同じ目盛を使用する。なお、図６（ｃ）の20chにおけるCINR劣化率は図示の範囲よりも下方になるので図示されていない。
【００３８】
図６（ｂ）からわかるように、上述した新規通信チャネル割当制御を行った場合には、通信チャネル数や生起呼量に関係なく、受信CINR（通信品質）は劣化しない。
一方、図６（ｂ）からわかるように、新規通信チャネル割当制御を行わない場合には、通信チャネル数および生起呼量に応じて受信CINRの劣化率は大きく変化する。従って、呼制御なしで劣化を所定値以下に抑制するためには、通信チャネル数および生起呼量という２つのパラメータに予め制限をかける必要があり、制御が複雑になる。そのため、アダプティブアレイアンテナの性能を十分に活かすことができない。
このように、上述した新規通信チャネル割当制御を行うことにより、生起呼量や通信チャネル数が変化しても通信品質が劣化しないので、通信品質を一切気にしないでアダプティブアレイアンテナを適用することができる。
【００３９】
上述した説明では、上り回線の通信品質に着目して新規呼の発生時に、新規通信チャネル割当要求を受け付けるか否かを決定するという呼制御方法であった。下り回線の通信品質については評価が難しいので考慮しなかった。しかし、下り回線の通信品質についても評価を行えば、この評価も考慮して、通信チャネル割当要求を受け付けるか否かを決定することが望ましい。
【００４０】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、本発明によれば、アレイアンテナを用いてセル内の複数の移動局との間で符号分割多元接続を行う場合、通信中の上り回線の通信品質を保証し、通信中のセル内のトラフィック変動に伴う通信品質変動を一切気にすることなく、アレイアンテナを用いて干渉信号を低減させた通信が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＤＭＡ基地局装置の実施の一形態を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の実施の一形態で使用する通信チャネル管理テーブルの一例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の一形態において、複数のユーザからの発呼時の新規通信チャネル割当要求がどのように処理されるかを示す説明図である。
【図４】本発明の実施の一形態において、セクター化されたシステムでは、複数のユーザからの発呼時の新規通信チャネル割当要求がどのように処理されるかを示す説明図である。
【図５】セクター化されたセルの説明図である。
【図６】本発明の実施の一形態および従来技術のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】アダプティブアレイアンテナを用いたCDMA移動通信システムの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２１…ユーザ1の移動局、２２…ユーザ2の移動局、２３…ユーザ３の移動局、２４…基地局、３１…ユーザ1指向性、３２…ユーザ2指向性、２５…アダプティブアレイアンテナ、２５ａ…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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