無線基地局およびアンテナ選択方法
【課題】変化する伝搬環境に応じたアンテナ群を選択して指向性制御を行うことで、安定した通信を行うことができる無線基地局およびアンテナ選択方法を提供する。
【解決手段】外側８本のアンテナ素子の第１のアンテナ群と、内側８本のアンテナ素子の第２のアンテナ群とからなり、各アンテナ群は、それぞれ異なる半径を有する円周上に配されている。アンテナ選択部７は、フェージング変動判定部６で把握する伝搬路の変動状態に応じて、第１のアンテナ群に含まれるアンテナと第２のアンテナ群に含まれるアンテナとの中から、ビームを形成するためのアンテナを選択してウエイトを生成する。
【解決手段】外側８本のアンテナ素子の第１のアンテナ群と、内側８本のアンテナ素子の第２のアンテナ群とからなり、各アンテナ群は、それぞれ異なる半径を有する円周上に配されている。アンテナ選択部７は、フェージング変動判定部６で把握する伝搬路の変動状態に応じて、第１のアンテナ群に含まれるアンテナと第２のアンテナ群に含まれるアンテナとの中から、ビームを形成するためのアンテナを選択してウエイトを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アダプティブアレイアンテナを備えた無線基地局およびそのアンテナ選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アダプティブアレイアンテナを用いて通信を行う無線基地局では、アンテナ素子の配置によって、アダプティブアレイアンテナの効果が異なる。まず、アンテナ素子が配置される間隔が小さい場合には、アンテナ相関が高く、フェージング変動に対応することができる。一方、アンテナ素子が配置される間隔が大きい場合には、アンテナ相関が低く、高いダイバーシティ効果を得ることができる。
したがって、無線基地局にてダイバーシティ効果を高めたい場合は、上述したアンテナ相関を考慮し、数波長間隔に離してアンテナ素子を配置（グループＡ）している。しかしながら、アンテナ素子の間隔が離れているため、端末Ａから送信される送信波（所望波）と、他の端末Ｂから送信される送信波（干渉波）とを分離するための指向性制御を行うことが困難であるという問題がある。そのため、グループＡとは、異なる波長間隔でアンテナ素子を配置（グループＢ）し、所望の指向性制御ができない場合には、使用しているグループＡのアンテナのいずれかをグループＢのいずれかのアンテナ素子に切り替えることで指向特性を変更し、所望波と干渉波とを分離する無線基地局アンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２５２７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１に記載の無線基地局アンテナ装置は、単に使用しているアンテナ素子のいずれかを切り替えて指向特性を変更することで、所望波と干渉波を分離し、ダイバーシティ効果を確保するものである。そのため、無線基地局が、アンテナ素子のいずれかを単に切替えるだけでは、上述した端末Ａが高速（例えば、８０ｋｍ／ｈ以上）で移動しているような場合に生じる、高速なフェージング変動に対し、追従することができず、適切な指向性制御を行うことができないという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、変化する伝搬環境に応じたアンテナを選択することで、安定した通信を行うことができる無線基地局およびアンテナ選択方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の無線基地局は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナから放射されるビームを形成するビーム形成部とを備える無線基地局において、前記複数のアンテナが、少なくとも、前記各アンテナが所定の間隔を有するように配された第１のアンテナ群と、前記第１のアンテナ群における前記所定の間隔とは異なる間隔で配された第２のアンテナ群とを構成し、前記ビーム形成部が、前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとの中から、前記ビームを形成するためのアンテナを選択することを特徴とする。
【０００６】
前記複数のアンテナは、前記第１のアンテナ群と前記第２のアンテナ群とがそれぞれ円周上に配されていることが好ましく、また、前記複数のアンテナは、前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとで直線状になるように配されていることが好ましい。
【０００７】
また、本発明の無線基地局は、相手側通信装置との伝搬路の変動状態を把握する第１の把握部とを更に備え、前記ビーム形成部は、前記把握部で把握する前記伝搬路の変動状態に応じて、前記ビームを形成するアンテナを選択することが好ましい。
【０００８】
前記第１の把握部による前記伝搬路の変動状態の把握は、前記相手側通信装置からの受信無線信号の電力値の変動を把握することで行われることが好ましい。
また、前記第１の把握部による前記伝搬路の変動状態の把握は、前記相手側通信装置からの受信無線信号のドップラ変動を検出することにより行われることが好ましい。
【０００９】
前記ビーム形成部が選択するアンテナは、前記相手側通信装置からの無線信号の受信に使用すると共に、前記相手側通信装置への無線信号の送信に使用することが好ましい。
また、前記ビーム形成部は、前記第１の把握部が把握する前記伝搬路の変動状態と共に、前記無線基地局の消費電力量に基づく使用可能なアンテナ本数に基づいてアンテナを選択することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の無線基地局は、前記複数のアンテナについて、それぞれのアンテナの受信品質情報を取得する取得部と、前記取得部において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する第２の把握部とを更に備え、前記ビーム形成部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとの中から、前記ビームを形成するための少なくとも２以上のアンテナを選択することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の無線基地局は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する判定部とを更に備え、前記ビーム形成部は、前記判定部において判定された前記アンテナ間の相関度に基づいて、前記ビームを形成するための２以上のアンテナを選択することが好ましい。
【００１２】
前記判定部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が直前に取得された受信品質に関する値と比較して第１の所定値以上に低下している時点を検出し、アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、前記相関度を判定することが好ましい。
【００１３】
また、前記判定部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が第２の所定値以下となる時点を検出し、アンテナ間における、当該検出した時点の頻度に応じて、前記相関度を判定することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の無線基地局は、前記複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出する算出部とをさらに備え、前記ビーム形成部は、前記算出部におけるウェイトを算出する時間間隔と、前記判定部において判定された前記時点が生じる周期に基づいて前記無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択することが好ましい。
【００１５】
前記取得部は、前記複数のアンテナのそれぞれが受信する無線信号の受信電力を示す値を所定間隔で取得し、前記第２の把握部は、前記各アンテナにおける、前記受信電力を示す値が時間の経過に伴って変動する傾向を示す変動傾向を把握し、前記判定部は、前記各アンテナにおける変動傾向に応じて、前記各アンテナの前記受信電力を推定し、当該推定した推定受信電力値に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明のアンテナ選択方法は、各アンテナが所定の間隔で配された第１のアンテナ群に含まれるアンテナと、各アンテナが前記第１のアンテナ群における前記所定の間隔とは異なる間隔で配された第２のアンテナ群に含まれるアンテナの中から、ビームを形成するためのアンテナを選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、変化する伝搬環境に応じたアンテナを選択することができるので、安定した通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の無線基地局におけるアンテナ素子１の配置位置の一例を示す図である。外側に配置されている８本のアンテナ素子１Ｏの第１のアンテナ群と、内側に配置されている８本のアンテナ素子１Ｉの第２のアンテナ群とからなる計１６素子のアンテナアレイにより構成され、各アンテナ群は、それぞれ異なる半径を有する円周上に配されている。第１のアンテナ群の各アンテナ素子１Ｏは、所定の間隔を有するように配されており、第２のアンテナ群の各アンテナ素子１Ｉは、第１のアンテナ群の所定の間隔とは異なる間隔で配されている。また、第１のアンテナ群に含まれるアンテナ素子１Ｏと、第２のアンテナ群に含まれるアンテナ素子１Ｉとを選択することで、素子の配列が直線状になるように配されている。
【００１９】
なお、ここで例示した第１のアンテナ群の各アンテナ素子１Ｏと、第２のアンテナ群の各アンテナ素子１Ｉは、同心円の円周上に配されているが、必ずしも同心円でなくても良い。また、第１のアンテナ群と第２のアンテナ群とを高低差を設けて配しても良い。また、ここで例示したアンテナアレイでは、外側に配される第１のアンテナ群と内側に配される第２のアンテナ群とでアンテナ素子数が同一であるが、必ずしも同一でなくても良い。
アンテナ素子数は、内側、外側共に３〜２０本が好ましく、アンテナの素子間隔は、内側が０．１波長〜０．９波長、外側が１波長〜数１０波長が好ましい。
【００２０】
また、図２は、本発明の無線基地局の構成の一例を示すブロック図である。図２に示す無線基地局１０は、上述した図１に示す第１のアンテナ群と第２のアンテナ群からなる複数のアンテナ素子１と、複数のアンテナ毎に設けられ、相手側通信装置からの無線信号をｕｐ／ｄｏｗｎコンバートする複数の無線（ＲＦ）部２と、送信制御部３と、受信制御部（ビーム形成部）４とにより構成されている。送信制御部３は、送信処理部５を備え、受信制御部４は、相手側通信装置との伝搬路の変動状態を把握するフェージング変動判定部（第１の把握部）６と、複数のアンテナの中からビームを形成するために用いるアンテナを選択するアンテナ選択部７と、選択されたアンテナから放射されるビームを形成するための処理を行う受信処理部８とを備えている。本実施例において、フェージング変動判定部（第１の把握部）６は、受信制御部４にて備えられているが、これに限られるものではなく、独立して構成しても良い。
【００２１】
フェージング変動判定部６は、通信相手となる通信装置からの受信無線信号の受信レベルを測定し、メモリに記録されている受信レベル履歴（数フレーム前からの受信レベル）から、受信レベルが急激に低下する頻度を示す値として、時間当たりに、受信無線信号の受信レベルが急激に低下する回数Ａを把握する。フェージング変動判定部６における受信レベルの判定は、１本のアンテナ素子で行っても良いし、複数のアンテナ素子で行っても良い。そして、把握した回数Ａが、ある閾値Ｂよりも大きいか否かを判定し、判定結果をアンテナ選択部７に出力する。また、受信レベルが急激に低下する頻度を示す値として、時間当たりに、受信無線信号の受信レベルが急激に低下する回数Ａを用いたが、これ以外に、フェージング変動判定部６は、受信レベルが急激に低下する時間間隔を把握し、当該把握した時間間隔が所定の時間間隔より大きいか否かを判定することで、受信レベルが急激に低下する頻度を把握してもよい。
【００２２】
アンテナ選択部７は、フェージング変動判定部６が行った判定の判定結果に基づいて、利用するアンテナ群を選択し、さらに、第１のアンテナ群に含まれるアンテナ素子ＩＯと第２のアンテナ群に含まれるアンテナ素子ＩＩの中から、ビームを形成するために用いるアンテナ素子を選択する。アンテナ選択部７が選択するアンテナは、相手側通信装置からの無線信号の受信に使用すると共に、相手側通信装置への無線信号の送信に利用する。
【００２３】
次に、フェージング変動判定部６の判定結果に基づく、アンテナ選択部７によるアンテナ選択方法の一例について図３のフローチャートを用いて説明する。
フェージング変動判定部６は、受信無線信号の受信レベルを測定し（ステップ１０１）、測定した受信無線信号の受信レベルから、受信レベルが急激に低下する頻度を示す値として、時間当たりに、受信無線信号の受信レベルが急激に低下する回数Ａを把握する（ステップ１０２）。次に、把握した回数Ａが、ある閾値Ｂよりも大きいか否かを判定し、判定結果をアンテナ選択部７に出力する（ステップ１０３）。フェージング変動判定部６において、回数Ａが閾値Ｂよりも大きいと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、アンテナ選択部７では、アンテナ相関が高い、内側の円周上のアンテナ群（第２のアンテナ群）を選択する（ステップ１０４）。回数Ａが閾値Ｂよりも小さいと判定された場合（ＮＯの場合）には、全アンテナ素子を選択するか、もしくは外側の円周上のアンテナ群（第１のアンテナ群）を選択する（ステップ１０５）。そして、受信処理部８では、ウェイトを生成し、アンテナ選択部７で選択されたアンテナを用いて、通信相手となる通信装置から送信される受信無線信号を受信できるようにビームを形成する。
【００２４】
受信レベルの変動の頻度（フェージング）が多く、内側のアンテナ素子１Ｉのみを用いて通信を行う場合は、アンテナ素子数分のゲイン向上と、ウエイト生成が正確に行えるという効果がある。このため、伝播環境の変化、特にフェージング変動に対する追従性が高まる。
一方、受信レベルの変動の頻度（フェージング）が少なく、外側のアンテナ素子のみを用いて通信を行う場合は、ダイバーシティ効果の高いウエイトを生成する。ダイバーシティの効果によって、よりスループットの高い変調クラスを使った通信を可能とすることができ、高い特性を維持しやすい。フェージング変動が少ない場合には、いずれのアンテナウエイトを用いても特性に影響はないので、外側、内側の全アンテナ素子１Ｏまたは１Ｉを用いることとしても良い。
【００２５】
次に、アンテナ選択部７によるアンテナ選択の他の例について説明する。
アンテナ選択部７は、フェージング変動判定部６が、受信レベルの不安定性を判定し、その判定結果に基づいて、アンテナを選択しても良い。例えば、所定の時間内において、受信レベルが上下変動する変動値が所定値より大きくなる頻度が一定以上の割合で生じると判定された場合においては、外側の円周上のアンテナ群（第１のアンテナ群）を選択し、それ以外の場合には全アンテナ、もしくは内側のみのアンテナ群（第２のアンテナ群）を選択する。
【００２６】
また、フェージング変動判定部６が、フェージング変動を、相手側通信装置の移動速度（ドップラ変動）で判定し、その判定結果に基づいて、アンテナ選択部７がアンテナを選択しても良い。例えば、移動速度（ドップラ変動）を検出し、移動速度がある閾値よりも速いときは内側のアンテナ素子を用いて通信を行うようにアンテナを選択し、移動速度が閾値以下の速度である場合には、外側（もしくは全アンテナ）を用いて通信を行うようにアンテナを選択する。
【００２７】
また、アンテナウエイトを複数用意し、特性を比較してアンテナを選択しても良い。例えば、外側円周上のアンテナ群と内側円周上のアンテナ群で通信希望の相手側通信装置毎にそれぞれウエイト演算し、特性として出力ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）によって、どちらの方が特性向上するかを調査する。もしくは、ＦＥＲ（フレームエラーレート）がどちらの検波の場合に良くなったかを数フレーム時間比較し、良くなる方のアンテナ群を用いた通信に切り替える、などが考えられる。この場合、内側が外側に比べて特性が良くなった場合は、フェージングが速いと考え、内側のみでの検波を採用し、それ以外は全アンテナでのウエイト制御を行った検波を採用する。
【００２８】
また、アンテナ選択部７は、フェージング変動判定部６が把握する伝搬路の変動状態と共に、無線基地局の消費電力量に基づいてアンテナ本数を削減して選択したり、対角線上のアンテナ素子を選択するなど、状況に一番適したアンテナを選択することができるものとする。
【００２９】
また、図４は、本発明の無線基地局の他の構成例を示すブロック図である。図４に示す無線基地局２０は、上述した図１に示す第１のアンテナ群と第２のアンテナ群からなる複数のアンテナ素子１と、複数のアンテナ毎に設けられ、相手側通信装置からの無線信号をｕｐ／ｄｏｗｎコンバートする複数の無線（ＲＦ）部２と、送信制御部３と、受信制御部（ビーム形成部）４とにより構成されている。送信制御部３は、送信処理部５を備える。受信制御部４は、複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出するウェイト算出部１１と、複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質を示す受信品質情報を所定の間隔ごとに取得する受信品質情報取得部（取得部）１２と、受信品質情報取得部１２において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する受信品質変動傾向把握部（第２の把握部）１３と、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、各アンテナ間の相関度を判定する相関判定部１４と、相関判定部１４において判定された各アンテナ間の相関度に基づいて複数のアンテナの中からビームを形成するために用いるアンテナを選択するアンテナ選択部７と、選択されたアンテナから放射されるビームを形成するための処理を行う受信処理部８とを備える。本実施例において、ウェイト算出部１１と受信品質情報取得部１２と受信品質変動傾向把握部１３と相関判定部１４は、受信制御部４にて備えられているが、これに限られるものではなく、独立して構成しても良い。
【００３０】
受信品質情報取得部１２は、通信相手となる通信装置からの受信無線信号の受信品質情報として、複数のアンテナの各アンテナにおいて測定される受信電力を示す値やＳＩＮＲ等の受信品質を示す値を取得する。受信品質変動傾向把握部１３は、取得された各アンテナの受信品質情報に関する値の変動傾向を把握する。
【００３１】
相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、相関度を判定する。
【００３２】
アンテナ選択部７は、相関判定部１４において判定された各アンテナ間の相関度に基づいて、利用するアンテナ群を選択し、さらに、第１のアンテナ群に含まれるアンテナ素子ＩＯと第２のアンテナ群に含まれるアンテナ素子ＩＩの中から、ビームを形成するために用いるアンテナ素子を選択する。アンテナ選択部７が選択するアンテナは、相手側通信装置からの無線信号の受信に使用すると共に、相手側通信装置への無線信号の送信に利用する。
【００３３】
次に、相関判定部１４において判定された各アンテナ間の相関度に基づく、アンテナ選択部７によるアンテナ選択方法について図５のフローチャートを用いて説明する。なお、複数のアンテナは、アレイアンテナであり、ウェイト算出部１１は、複数のアレイアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出しているものとする。
【００３４】
無線基地局の受信制御部４が、通信相手となる通信装置との通信を開始すると（ステップ２０１）、受信品質情報取得部１２は、各アンテナの受信無線信号の受信品質情報を取得し、受信品質変動傾向把握部１３は、取得された各アンテナの受信品質情報における受信品質に関する値の変動傾向を把握する（ステップ２０２）。相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３が把握した各アンテナの変動傾向に応じて、各アンテナ間における相関度の判定を行う（ステップ２０３）（相関度の判定に関する詳細は後述する）。そして、アンテナ選択部７は、相関判定部１４において判定された受信品質に関する値の変動傾向に関する情報を利用して、ビームを形成するために用いるアンテナ素子を選択する（テップ２０４〜２１２）。
【００３５】
図５のフローチャートでは、アンテナ選択部７におけるアンテナ選択方法として、アンテナ選択部７が、ウェイト算出部１１がウェイトを算出したウェイト更新時間間隔と相関判定部１４において判定された受信品質に関する値の変動傾向に関する情報を利用して、ビームを形成するために用いるアンテナ素子を選択している。まず、アンテナ選択部７は、ウェイト更新時間間隔と、各アンテナにおける変動傾向において、受信品質に関する値が所定値以下となる時点（タイミング）が生じる周期（落ち込み時間間隔）とを比較する（ステップ２０４）。比較の結果、落ち込み時間間隔がウェイト更新時間間隔よりも大きい場合（Ｙｅｓの場合）（この場合、伝搬環境の変化に対応できない場合であるので、出来るだけ相関度の高いアンテナを選択することが好ましい）には、第２のアンテナ群のアンテナの相関度を調査し（ステップ２０５）、相関度が高いアンテナか否かを判定する（ステップ２０６）。アンテナ選択部７は、相関度が高いアンテナであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）、第２のアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ２０７）。アンテナ選択部７は、相関度が低いアンテナであると判定した場合（Ｎｏの場合）、他のアンテナ群のアンテナの相関度を調査し、最も相関度の高いアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ２０８）。
【００３６】
ステップ２０４において、相関判定部１４は、落ち込み時間間隔がウェイト更新時間間隔よりも小さい場合（Ｎｏの場合）には、第１のアンテナ群のアンテナの相関度を調査し（ステップ２０９）、相関度が低いアンテナか否かを判定する（ステップ２１０）。。アンテナ選択部７は、相関度が低いアンテナであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）、第１のアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ２１１）。アンテナ選択部７は、相関度が高いアンテナであると判定した場合（Ｎｏの場合）、最も相関度の低いアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ２１２）。
【００３７】
そして、受信処理部８では、ウェイトを生成し、アンテナ選択部７で選択されたアンテナを用いて、通信相手となる通信装置と無線信号を当該生成されたウェイトを用いて送受信する。
【００３８】
次に、相関判定部１４が、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向を利用して、各アンテナ間の相関度を判定する方法（図２のフローチャートにおけるステップ２０３）について説明する。
【００３９】
（各アンテナ間の相関度の判定方法１）
相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質を示す値が直前に取得した受信電力を示す値と比較して所定値（第１の所定値）以上低下している時点を検出し、各アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、相関度を判定する。このとき、あるアンテナにおいて検出された時点の直後に、他のアンテナにおいて所定値（第１の所定値）以上に低下している時点が検出された場合、時間差が小さければ相関度が高く、一方、他のアンテナにおいて所定値以上低下している時点との時間差が大きければ相関度は低くなる。
【００４０】
（各アンテナ間の相関度の判定方法２）
相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信電力を示す値が所定値（第２の所定値）以下となる時点を検出し、アンテナ間における、当該検出した時点の頻度、すなわち、時間当たりに、受信電力を示す値が所定値（第２の所定値）以下となる回数に応じて、相関度を判定するようにしても良い。
【００４１】
（各アンテナ間の相関度の判定方法３）
相関判定部１４は、２つのアンテナの受信信号同士を複素乗算して（複素共役を乗算する）求めた時間平均に応じて、相関度を判定するようにしても良い。相関度が高ければ、時間平均が高くなり、相関度が低ければ、時間平均が０に近い数値となる。
【００４２】
（各アンテナ間の相関度の判定方法４）
相関判定部１４は、各アンテナにおける、受信品質に関する値が時間の経過に伴って変動する傾向を示す変動傾向に応じて、各アンテナの受信品質に関する値それぞれに付与する重み係数を決定し、受信品質に関する値に重み係数を付与することにより算出される推定受信電力値に基づいて、各アンテナ間の相関度を判定、または推定するようにしても良い。
【００４３】
以下に、推定受信電力値に基づいて各アンテナ間の相関度を判定する場合について説明する。
受信電力を示す値の変動傾向は、３種類の傾向Ａ、Ｂ、Ｃを組合せることによって構成される。傾向Ａ、Ｂ、Ｃについて、図６を参照しながら説明する。図６は、受信品質情報（受信品質に関する値）Ｘが、時間（１フレーム期間）の経過に伴って、Ｘ１からＸ２〜Ｘ５のいずれかへ変動する様子を模式的に示す。
傾向Ａは、受信品質情報がＸ１からＸ２へ変動する場合、およびＸ１からＸ３へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値α内で変動したことを示す。ここで、所定の閾値αは、受信品質が安定した状態であると判断できる範囲（受信品質の雑音による揺らぎ幅程度）に設定される。傾向Ｂは、受信品質情報がＸ１からＸ４へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値αを超えて受信品質が上昇する方向に変動したことを示す。傾向Ｃは、受信品質情報がＸ１からＸ５へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値αを下回り受信品質が低下する方向に変動したことを示す。
【００４４】
相関判定部１４は、傾向Ａ，Ｂ，Ｃの組合せによって変動傾向を判定する。図７（ａ）は、受信品質情報Ｘの変動を時間の経過に伴って示すグラフの一例である。図７（ａ）では、時刻ｔ１からｔ６へと時間が経過するに伴って、新しい受信品質情報がプロットされている。図７（ｂ）は、重み係数の決定手法を説明するための表である。
【００４５】
Ｘ１１からＸ１２への変動は、所定の閾値α内での変動であるので、図７（ｂ）に示すように、傾向Ａとして示される。また、Ｘ１２からＸ１３への変動は、所定の閾値αを超えて受信品質が上昇する方向への変動であるので、図７（ｂ）に示すように、傾向Ｂとして示される。同様に、Ｘ１３からＸ１６までの３回の変動それぞれは、３回の傾向Ｂとして示される。
相関判定部１４は、１回の傾向Ａと４回の傾向Ｂとの組合せ（ＡＢＢＢＢ）に基づいて、変動傾向は向上型変動傾向であると判定し、Ｘ１１〜Ｘ１６それぞれに付与する重み係数Ｄ１〜Ｄ６を、時間の経過に伴って大きくして、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５＜Ｄ６とする。
【００４６】
また、相関判定部１４は、変動傾向が、例えば、２回の傾向Ａと３回の傾向Ｃの組合せ（ＡＣＡＣＣ）である場合には、変動傾向は低下型変動傾向であると判定し、重み係数Ｄ１〜Ｄ６を、時間の経過に伴って大きくして、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５＜Ｄ６とする。
また、相関判定部１４は、変動傾向が、例えば、５回の傾向Ａの組合せ（ＡＡＡＡＡ）である場合には、変動傾向は安定型変動傾向であると判定し、重み係数Ｄ１〜Ｄ６を均一な値、即ち、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４＝Ｄ５＝Ｄ６≠０とする。
【００４７】
相関判定部１４は、受信品質情報Ｘ１１〜Ｘ１６と、Ｘ１１〜Ｘ１６に対応する重み係数Ｄ１〜Ｄ６とをそれぞれ乗算し、乗算値の平均値を算出することにより、推定受信電力値を算出する。そして、相関判定部１４は、算出された推定受信電力値に基づいて変動傾向を推定し、当該推定した変動傾向から各アンテナ間の相関度を判定する。
【００４８】
上述したように、本発明は、変化する伝搬環境に応じて、配置構成が異なるアンテナを使い分け、状況に一番適したアンテナを選択することで、安定した通信を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の無線基地局におけるアンテナ素子の配置位置の一例を示す図である。
【図２】本発明の無線基地局の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】フェージング変動判定部の判定結果に基づく、アンテナ選択部によるアンテナ選択の方法について説明するフローチャートである。
【図４】本発明の無線基地局の他の構成例を示すブロック図である。
【図５】相関判定部において判定された各アンテナ間の相関度に基づく、アンテナ選択部によるアンテナ選択方法について説明するフローチャートである。
【図６】受信品質情報Ｘが、時間の経過に伴って変動する様子を模式的に示す図である。
【図７】受信品質情報Ｘが時間の経過に伴って変動する傾向と、重み係数を決定する手法を説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ アンテナ素子
２ 無線（ＲＦ）部
３ 送信制御部
４ 受信制御部
５ 送信処理部
６ フェージング変動判定部
７ アンテナ選択部
８ 受信処理部
１０，２０ 無線基地局
１１ ウェイト算出部
１２ 受信品質情報取得部
１３ 受信品質変動傾向把握部
１４ 相関判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アダプティブアレイアンテナを備えた無線基地局およびそのアンテナ選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アダプティブアレイアンテナを用いて通信を行う無線基地局では、アンテナ素子の配置によって、アダプティブアレイアンテナの効果が異なる。まず、アンテナ素子が配置される間隔が小さい場合には、アンテナ相関が高く、フェージング変動に対応することができる。一方、アンテナ素子が配置される間隔が大きい場合には、アンテナ相関が低く、高いダイバーシティ効果を得ることができる。
したがって、無線基地局にてダイバーシティ効果を高めたい場合は、上述したアンテナ相関を考慮し、数波長間隔に離してアンテナ素子を配置（グループＡ）している。しかしながら、アンテナ素子の間隔が離れているため、端末Ａから送信される送信波（所望波）と、他の端末Ｂから送信される送信波（干渉波）とを分離するための指向性制御を行うことが困難であるという問題がある。そのため、グループＡとは、異なる波長間隔でアンテナ素子を配置（グループＢ）し、所望の指向性制御ができない場合には、使用しているグループＡのアンテナのいずれかをグループＢのいずれかのアンテナ素子に切り替えることで指向特性を変更し、所望波と干渉波とを分離する無線基地局アンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２５２７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１に記載の無線基地局アンテナ装置は、単に使用しているアンテナ素子のいずれかを切り替えて指向特性を変更することで、所望波と干渉波を分離し、ダイバーシティ効果を確保するものである。そのため、無線基地局が、アンテナ素子のいずれかを単に切替えるだけでは、上述した端末Ａが高速（例えば、８０ｋｍ／ｈ以上）で移動しているような場合に生じる、高速なフェージング変動に対し、追従することができず、適切な指向性制御を行うことができないという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、変化する伝搬環境に応じたアンテナを選択することで、安定した通信を行うことができる無線基地局およびアンテナ選択方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の無線基地局は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナから放射されるビームを形成するビーム形成部とを備える無線基地局において、前記複数のアンテナが、少なくとも、前記各アンテナが所定の間隔を有するように配された第１のアンテナ群と、前記第１のアンテナ群における前記所定の間隔とは異なる間隔で配された第２のアンテナ群とを構成し、前記ビーム形成部が、前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとの中から、前記ビームを形成するためのアンテナを選択することを特徴とする。
【０００６】
前記複数のアンテナは、前記第１のアンテナ群と前記第２のアンテナ群とがそれぞれ円周上に配されていることが好ましく、また、前記複数のアンテナは、前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとで直線状になるように配されていることが好ましい。
【０００７】
また、本発明の無線基地局は、相手側通信装置との伝搬路の変動状態を把握する第１の把握部とを更に備え、前記ビーム形成部は、前記把握部で把握する前記伝搬路の変動状態に応じて、前記ビームを形成するアンテナを選択することが好ましい。
【０００８】
前記第１の把握部による前記伝搬路の変動状態の把握は、前記相手側通信装置からの受信無線信号の電力値の変動を把握することで行われることが好ましい。
また、前記第１の把握部による前記伝搬路の変動状態の把握は、前記相手側通信装置からの受信無線信号のドップラ変動を検出することにより行われることが好ましい。
【０００９】
前記ビーム形成部が選択するアンテナは、前記相手側通信装置からの無線信号の受信に使用すると共に、前記相手側通信装置への無線信号の送信に使用することが好ましい。
また、前記ビーム形成部は、前記第１の把握部が把握する前記伝搬路の変動状態と共に、前記無線基地局の消費電力量に基づく使用可能なアンテナ本数に基づいてアンテナを選択することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の無線基地局は、前記複数のアンテナについて、それぞれのアンテナの受信品質情報を取得する取得部と、前記取得部において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する第２の把握部とを更に備え、前記ビーム形成部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとの中から、前記ビームを形成するための少なくとも２以上のアンテナを選択することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の無線基地局は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する判定部とを更に備え、前記ビーム形成部は、前記判定部において判定された前記アンテナ間の相関度に基づいて、前記ビームを形成するための２以上のアンテナを選択することが好ましい。
【００１２】
前記判定部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が直前に取得された受信品質に関する値と比較して第１の所定値以上に低下している時点を検出し、アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、前記相関度を判定することが好ましい。
【００１３】
また、前記判定部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が第２の所定値以下となる時点を検出し、アンテナ間における、当該検出した時点の頻度に応じて、前記相関度を判定することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の無線基地局は、前記複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出する算出部とをさらに備え、前記ビーム形成部は、前記算出部におけるウェイトを算出する時間間隔と、前記判定部において判定された前記時点が生じる周期に基づいて前記無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択することが好ましい。
【００１５】
前記取得部は、前記複数のアンテナのそれぞれが受信する無線信号の受信電力を示す値を所定間隔で取得し、前記第２の把握部は、前記各アンテナにおける、前記受信電力を示す値が時間の経過に伴って変動する傾向を示す変動傾向を把握し、前記判定部は、前記各アンテナにおける変動傾向に応じて、前記各アンテナの前記受信電力を推定し、当該推定した推定受信電力値に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明のアンテナ選択方法は、各アンテナが所定の間隔で配された第１のアンテナ群に含まれるアンテナと、各アンテナが前記第１のアンテナ群における前記所定の間隔とは異なる間隔で配された第２のアンテナ群に含まれるアンテナの中から、ビームを形成するためのアンテナを選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、変化する伝搬環境に応じたアンテナを選択することができるので、安定した通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の無線基地局におけるアンテナ素子１の配置位置の一例を示す図である。外側に配置されている８本のアンテナ素子１Ｏの第１のアンテナ群と、内側に配置されている８本のアンテナ素子１Ｉの第２のアンテナ群とからなる計１６素子のアンテナアレイにより構成され、各アンテナ群は、それぞれ異なる半径を有する円周上に配されている。第１のアンテナ群の各アンテナ素子１Ｏは、所定の間隔を有するように配されており、第２のアンテナ群の各アンテナ素子１Ｉは、第１のアンテナ群の所定の間隔とは異なる間隔で配されている。また、第１のアンテナ群に含まれるアンテナ素子１Ｏと、第２のアンテナ群に含まれるアンテナ素子１Ｉとを選択することで、素子の配列が直線状になるように配されている。
【００１９】
なお、ここで例示した第１のアンテナ群の各アンテナ素子１Ｏと、第２のアンテナ群の各アンテナ素子１Ｉは、同心円の円周上に配されているが、必ずしも同心円でなくても良い。また、第１のアンテナ群と第２のアンテナ群とを高低差を設けて配しても良い。また、ここで例示したアンテナアレイでは、外側に配される第１のアンテナ群と内側に配される第２のアンテナ群とでアンテナ素子数が同一であるが、必ずしも同一でなくても良い。
アンテナ素子数は、内側、外側共に３〜２０本が好ましく、アンテナの素子間隔は、内側が０．１波長〜０．９波長、外側が１波長〜数１０波長が好ましい。
【００２０】
また、図２は、本発明の無線基地局の構成の一例を示すブロック図である。図２に示す無線基地局１０は、上述した図１に示す第１のアンテナ群と第２のアンテナ群からなる複数のアンテナ素子１と、複数のアンテナ毎に設けられ、相手側通信装置からの無線信号をｕｐ／ｄｏｗｎコンバートする複数の無線（ＲＦ）部２と、送信制御部３と、受信制御部（ビーム形成部）４とにより構成されている。送信制御部３は、送信処理部５を備え、受信制御部４は、相手側通信装置との伝搬路の変動状態を把握するフェージング変動判定部（第１の把握部）６と、複数のアンテナの中からビームを形成するために用いるアンテナを選択するアンテナ選択部７と、選択されたアンテナから放射されるビームを形成するための処理を行う受信処理部８とを備えている。本実施例において、フェージング変動判定部（第１の把握部）６は、受信制御部４にて備えられているが、これに限られるものではなく、独立して構成しても良い。
【００２１】
フェージング変動判定部６は、通信相手となる通信装置からの受信無線信号の受信レベルを測定し、メモリに記録されている受信レベル履歴（数フレーム前からの受信レベル）から、受信レベルが急激に低下する頻度を示す値として、時間当たりに、受信無線信号の受信レベルが急激に低下する回数Ａを把握する。フェージング変動判定部６における受信レベルの判定は、１本のアンテナ素子で行っても良いし、複数のアンテナ素子で行っても良い。そして、把握した回数Ａが、ある閾値Ｂよりも大きいか否かを判定し、判定結果をアンテナ選択部７に出力する。また、受信レベルが急激に低下する頻度を示す値として、時間当たりに、受信無線信号の受信レベルが急激に低下する回数Ａを用いたが、これ以外に、フェージング変動判定部６は、受信レベルが急激に低下する時間間隔を把握し、当該把握した時間間隔が所定の時間間隔より大きいか否かを判定することで、受信レベルが急激に低下する頻度を把握してもよい。
【００２２】
アンテナ選択部７は、フェージング変動判定部６が行った判定の判定結果に基づいて、利用するアンテナ群を選択し、さらに、第１のアンテナ群に含まれるアンテナ素子ＩＯと第２のアンテナ群に含まれるアンテナ素子ＩＩの中から、ビームを形成するために用いるアンテナ素子を選択する。アンテナ選択部７が選択するアンテナは、相手側通信装置からの無線信号の受信に使用すると共に、相手側通信装置への無線信号の送信に利用する。
【００２３】
次に、フェージング変動判定部６の判定結果に基づく、アンテナ選択部７によるアンテナ選択方法の一例について図３のフローチャートを用いて説明する。
フェージング変動判定部６は、受信無線信号の受信レベルを測定し（ステップ１０１）、測定した受信無線信号の受信レベルから、受信レベルが急激に低下する頻度を示す値として、時間当たりに、受信無線信号の受信レベルが急激に低下する回数Ａを把握する（ステップ１０２）。次に、把握した回数Ａが、ある閾値Ｂよりも大きいか否かを判定し、判定結果をアンテナ選択部７に出力する（ステップ１０３）。フェージング変動判定部６において、回数Ａが閾値Ｂよりも大きいと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、アンテナ選択部７では、アンテナ相関が高い、内側の円周上のアンテナ群（第２のアンテナ群）を選択する（ステップ１０４）。回数Ａが閾値Ｂよりも小さいと判定された場合（ＮＯの場合）には、全アンテナ素子を選択するか、もしくは外側の円周上のアンテナ群（第１のアンテナ群）を選択する（ステップ１０５）。そして、受信処理部８では、ウェイトを生成し、アンテナ選択部７で選択されたアンテナを用いて、通信相手となる通信装置から送信される受信無線信号を受信できるようにビームを形成する。
【００２４】
受信レベルの変動の頻度（フェージング）が多く、内側のアンテナ素子１Ｉのみを用いて通信を行う場合は、アンテナ素子数分のゲイン向上と、ウエイト生成が正確に行えるという効果がある。このため、伝播環境の変化、特にフェージング変動に対する追従性が高まる。
一方、受信レベルの変動の頻度（フェージング）が少なく、外側のアンテナ素子のみを用いて通信を行う場合は、ダイバーシティ効果の高いウエイトを生成する。ダイバーシティの効果によって、よりスループットの高い変調クラスを使った通信を可能とすることができ、高い特性を維持しやすい。フェージング変動が少ない場合には、いずれのアンテナウエイトを用いても特性に影響はないので、外側、内側の全アンテナ素子１Ｏまたは１Ｉを用いることとしても良い。
【００２５】
次に、アンテナ選択部７によるアンテナ選択の他の例について説明する。
アンテナ選択部７は、フェージング変動判定部６が、受信レベルの不安定性を判定し、その判定結果に基づいて、アンテナを選択しても良い。例えば、所定の時間内において、受信レベルが上下変動する変動値が所定値より大きくなる頻度が一定以上の割合で生じると判定された場合においては、外側の円周上のアンテナ群（第１のアンテナ群）を選択し、それ以外の場合には全アンテナ、もしくは内側のみのアンテナ群（第２のアンテナ群）を選択する。
【００２６】
また、フェージング変動判定部６が、フェージング変動を、相手側通信装置の移動速度（ドップラ変動）で判定し、その判定結果に基づいて、アンテナ選択部７がアンテナを選択しても良い。例えば、移動速度（ドップラ変動）を検出し、移動速度がある閾値よりも速いときは内側のアンテナ素子を用いて通信を行うようにアンテナを選択し、移動速度が閾値以下の速度である場合には、外側（もしくは全アンテナ）を用いて通信を行うようにアンテナを選択する。
【００２７】
また、アンテナウエイトを複数用意し、特性を比較してアンテナを選択しても良い。例えば、外側円周上のアンテナ群と内側円周上のアンテナ群で通信希望の相手側通信装置毎にそれぞれウエイト演算し、特性として出力ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）によって、どちらの方が特性向上するかを調査する。もしくは、ＦＥＲ（フレームエラーレート）がどちらの検波の場合に良くなったかを数フレーム時間比較し、良くなる方のアンテナ群を用いた通信に切り替える、などが考えられる。この場合、内側が外側に比べて特性が良くなった場合は、フェージングが速いと考え、内側のみでの検波を採用し、それ以外は全アンテナでのウエイト制御を行った検波を採用する。
【００２８】
また、アンテナ選択部７は、フェージング変動判定部６が把握する伝搬路の変動状態と共に、無線基地局の消費電力量に基づいてアンテナ本数を削減して選択したり、対角線上のアンテナ素子を選択するなど、状況に一番適したアンテナを選択することができるものとする。
【００２９】
また、図４は、本発明の無線基地局の他の構成例を示すブロック図である。図４に示す無線基地局２０は、上述した図１に示す第１のアンテナ群と第２のアンテナ群からなる複数のアンテナ素子１と、複数のアンテナ毎に設けられ、相手側通信装置からの無線信号をｕｐ／ｄｏｗｎコンバートする複数の無線（ＲＦ）部２と、送信制御部３と、受信制御部（ビーム形成部）４とにより構成されている。送信制御部３は、送信処理部５を備える。受信制御部４は、複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出するウェイト算出部１１と、複数のアンテナについて、各アンテナの受信品質を示す受信品質情報を所定の間隔ごとに取得する受信品質情報取得部（取得部）１２と、受信品質情報取得部１２において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する受信品質変動傾向把握部（第２の把握部）１３と、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、各アンテナ間の相関度を判定する相関判定部１４と、相関判定部１４において判定された各アンテナ間の相関度に基づいて複数のアンテナの中からビームを形成するために用いるアンテナを選択するアンテナ選択部７と、選択されたアンテナから放射されるビームを形成するための処理を行う受信処理部８とを備える。本実施例において、ウェイト算出部１１と受信品質情報取得部１２と受信品質変動傾向把握部１３と相関判定部１４は、受信制御部４にて備えられているが、これに限られるものではなく、独立して構成しても良い。
【００３０】
受信品質情報取得部１２は、通信相手となる通信装置からの受信無線信号の受信品質情報として、複数のアンテナの各アンテナにおいて測定される受信電力を示す値やＳＩＮＲ等の受信品質を示す値を取得する。受信品質変動傾向把握部１３は、取得された各アンテナの受信品質情報に関する値の変動傾向を把握する。
【００３１】
相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、相関度を判定する。
【００３２】
アンテナ選択部７は、相関判定部１４において判定された各アンテナ間の相関度に基づいて、利用するアンテナ群を選択し、さらに、第１のアンテナ群に含まれるアンテナ素子ＩＯと第２のアンテナ群に含まれるアンテナ素子ＩＩの中から、ビームを形成するために用いるアンテナ素子を選択する。アンテナ選択部７が選択するアンテナは、相手側通信装置からの無線信号の受信に使用すると共に、相手側通信装置への無線信号の送信に利用する。
【００３３】
次に、相関判定部１４において判定された各アンテナ間の相関度に基づく、アンテナ選択部７によるアンテナ選択方法について図５のフローチャートを用いて説明する。なお、複数のアンテナは、アレイアンテナであり、ウェイト算出部１１は、複数のアレイアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出しているものとする。
【００３４】
無線基地局の受信制御部４が、通信相手となる通信装置との通信を開始すると（ステップ２０１）、受信品質情報取得部１２は、各アンテナの受信無線信号の受信品質情報を取得し、受信品質変動傾向把握部１３は、取得された各アンテナの受信品質情報における受信品質に関する値の変動傾向を把握する（ステップ２０２）。相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３が把握した各アンテナの変動傾向に応じて、各アンテナ間における相関度の判定を行う（ステップ２０３）（相関度の判定に関する詳細は後述する）。そして、アンテナ選択部７は、相関判定部１４において判定された受信品質に関する値の変動傾向に関する情報を利用して、ビームを形成するために用いるアンテナ素子を選択する（テップ２０４〜２１２）。
【００３５】
図５のフローチャートでは、アンテナ選択部７におけるアンテナ選択方法として、アンテナ選択部７が、ウェイト算出部１１がウェイトを算出したウェイト更新時間間隔と相関判定部１４において判定された受信品質に関する値の変動傾向に関する情報を利用して、ビームを形成するために用いるアンテナ素子を選択している。まず、アンテナ選択部７は、ウェイト更新時間間隔と、各アンテナにおける変動傾向において、受信品質に関する値が所定値以下となる時点（タイミング）が生じる周期（落ち込み時間間隔）とを比較する（ステップ２０４）。比較の結果、落ち込み時間間隔がウェイト更新時間間隔よりも大きい場合（Ｙｅｓの場合）（この場合、伝搬環境の変化に対応できない場合であるので、出来るだけ相関度の高いアンテナを選択することが好ましい）には、第２のアンテナ群のアンテナの相関度を調査し（ステップ２０５）、相関度が高いアンテナか否かを判定する（ステップ２０６）。アンテナ選択部７は、相関度が高いアンテナであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）、第２のアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ２０７）。アンテナ選択部７は、相関度が低いアンテナであると判定した場合（Ｎｏの場合）、他のアンテナ群のアンテナの相関度を調査し、最も相関度の高いアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ２０８）。
【００３６】
ステップ２０４において、相関判定部１４は、落ち込み時間間隔がウェイト更新時間間隔よりも小さい場合（Ｎｏの場合）には、第１のアンテナ群のアンテナの相関度を調査し（ステップ２０９）、相関度が低いアンテナか否かを判定する（ステップ２１０）。。アンテナ選択部７は、相関度が低いアンテナであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）、第１のアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ２１１）。アンテナ選択部７は、相関度が高いアンテナであると判定した場合（Ｎｏの場合）、最も相関度の低いアンテナ群の中から無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する（ステップ２１２）。
【００３７】
そして、受信処理部８では、ウェイトを生成し、アンテナ選択部７で選択されたアンテナを用いて、通信相手となる通信装置と無線信号を当該生成されたウェイトを用いて送受信する。
【００３８】
次に、相関判定部１４が、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向を利用して、各アンテナ間の相関度を判定する方法（図２のフローチャートにおけるステップ２０３）について説明する。
【００３９】
（各アンテナ間の相関度の判定方法１）
相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質を示す値が直前に取得した受信電力を示す値と比較して所定値（第１の所定値）以上低下している時点を検出し、各アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、相関度を判定する。このとき、あるアンテナにおいて検出された時点の直後に、他のアンテナにおいて所定値（第１の所定値）以上に低下している時点が検出された場合、時間差が小さければ相関度が高く、一方、他のアンテナにおいて所定値以上低下している時点との時間差が大きければ相関度は低くなる。
【００４０】
（各アンテナ間の相関度の判定方法２）
相関判定部１４は、受信品質変動傾向把握部１３において把握された、各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信電力を示す値が所定値（第２の所定値）以下となる時点を検出し、アンテナ間における、当該検出した時点の頻度、すなわち、時間当たりに、受信電力を示す値が所定値（第２の所定値）以下となる回数に応じて、相関度を判定するようにしても良い。
【００４１】
（各アンテナ間の相関度の判定方法３）
相関判定部１４は、２つのアンテナの受信信号同士を複素乗算して（複素共役を乗算する）求めた時間平均に応じて、相関度を判定するようにしても良い。相関度が高ければ、時間平均が高くなり、相関度が低ければ、時間平均が０に近い数値となる。
【００４２】
（各アンテナ間の相関度の判定方法４）
相関判定部１４は、各アンテナにおける、受信品質に関する値が時間の経過に伴って変動する傾向を示す変動傾向に応じて、各アンテナの受信品質に関する値それぞれに付与する重み係数を決定し、受信品質に関する値に重み係数を付与することにより算出される推定受信電力値に基づいて、各アンテナ間の相関度を判定、または推定するようにしても良い。
【００４３】
以下に、推定受信電力値に基づいて各アンテナ間の相関度を判定する場合について説明する。
受信電力を示す値の変動傾向は、３種類の傾向Ａ、Ｂ、Ｃを組合せることによって構成される。傾向Ａ、Ｂ、Ｃについて、図６を参照しながら説明する。図６は、受信品質情報（受信品質に関する値）Ｘが、時間（１フレーム期間）の経過に伴って、Ｘ１からＸ２〜Ｘ５のいずれかへ変動する様子を模式的に示す。
傾向Ａは、受信品質情報がＸ１からＸ２へ変動する場合、およびＸ１からＸ３へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値α内で変動したことを示す。ここで、所定の閾値αは、受信品質が安定した状態であると判断できる範囲（受信品質の雑音による揺らぎ幅程度）に設定される。傾向Ｂは、受信品質情報がＸ１からＸ４へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値αを超えて受信品質が上昇する方向に変動したことを示す。傾向Ｃは、受信品質情報がＸ１からＸ５へ変動する場合のように、受信品質情報が所定の閾値αを下回り受信品質が低下する方向に変動したことを示す。
【００４４】
相関判定部１４は、傾向Ａ，Ｂ，Ｃの組合せによって変動傾向を判定する。図７（ａ）は、受信品質情報Ｘの変動を時間の経過に伴って示すグラフの一例である。図７（ａ）では、時刻ｔ１からｔ６へと時間が経過するに伴って、新しい受信品質情報がプロットされている。図７（ｂ）は、重み係数の決定手法を説明するための表である。
【００４５】
Ｘ１１からＸ１２への変動は、所定の閾値α内での変動であるので、図７（ｂ）に示すように、傾向Ａとして示される。また、Ｘ１２からＸ１３への変動は、所定の閾値αを超えて受信品質が上昇する方向への変動であるので、図７（ｂ）に示すように、傾向Ｂとして示される。同様に、Ｘ１３からＸ１６までの３回の変動それぞれは、３回の傾向Ｂとして示される。
相関判定部１４は、１回の傾向Ａと４回の傾向Ｂとの組合せ（ＡＢＢＢＢ）に基づいて、変動傾向は向上型変動傾向であると判定し、Ｘ１１〜Ｘ１６それぞれに付与する重み係数Ｄ１〜Ｄ６を、時間の経過に伴って大きくして、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５＜Ｄ６とする。
【００４６】
また、相関判定部１４は、変動傾向が、例えば、２回の傾向Ａと３回の傾向Ｃの組合せ（ＡＣＡＣＣ）である場合には、変動傾向は低下型変動傾向であると判定し、重み係数Ｄ１〜Ｄ６を、時間の経過に伴って大きくして、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５＜Ｄ６とする。
また、相関判定部１４は、変動傾向が、例えば、５回の傾向Ａの組合せ（ＡＡＡＡＡ）である場合には、変動傾向は安定型変動傾向であると判定し、重み係数Ｄ１〜Ｄ６を均一な値、即ち、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４＝Ｄ５＝Ｄ６≠０とする。
【００４７】
相関判定部１４は、受信品質情報Ｘ１１〜Ｘ１６と、Ｘ１１〜Ｘ１６に対応する重み係数Ｄ１〜Ｄ６とをそれぞれ乗算し、乗算値の平均値を算出することにより、推定受信電力値を算出する。そして、相関判定部１４は、算出された推定受信電力値に基づいて変動傾向を推定し、当該推定した変動傾向から各アンテナ間の相関度を判定する。
【００４８】
上述したように、本発明は、変化する伝搬環境に応じて、配置構成が異なるアンテナを使い分け、状況に一番適したアンテナを選択することで、安定した通信を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の無線基地局におけるアンテナ素子の配置位置の一例を示す図である。
【図２】本発明の無線基地局の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】フェージング変動判定部の判定結果に基づく、アンテナ選択部によるアンテナ選択の方法について説明するフローチャートである。
【図４】本発明の無線基地局の他の構成例を示すブロック図である。
【図５】相関判定部において判定された各アンテナ間の相関度に基づく、アンテナ選択部によるアンテナ選択方法について説明するフローチャートである。
【図６】受信品質情報Ｘが、時間の経過に伴って変動する様子を模式的に示す図である。
【図７】受信品質情報Ｘが時間の経過に伴って変動する傾向と、重み係数を決定する手法を説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ アンテナ素子
２ 無線（ＲＦ）部
３ 送信制御部
４ 受信制御部
５ 送信処理部
６ フェージング変動判定部
７ アンテナ選択部
８ 受信処理部
１０，２０ 無線基地局
１１ ウェイト算出部
１２ 受信品質情報取得部
１３ 受信品質変動傾向把握部
１４ 相関判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナと、前記複数のアンテナから放射されるビームを形成するビーム形成部と、を備える無線基地局において、
前記複数のアンテナは、
少なくとも、前記各アンテナが所定の間隔を有するように配された第１のアンテナ群と、前記第１のアンテナ群における前記所定の間隔とは異なる間隔で配された第２のアンテナ群と、を構成し、
前記ビーム形成部は、
前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとの中から、前記ビームを形成するためのアンテナを選択する、
ことを特徴とする無線基地局。
【請求項２】
請求項１に記載の無線基地局において、
前記複数のアンテナは、前記第１のアンテナ群と前記第２のアンテナ群とが、それぞれ円周上に配されている、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項３】
請求項１または２に記載の無線基地局において、
前記複数のアンテナは、前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとで、直線状になるように配されている、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線基地局において、
相手側通信装置との伝搬路の変動状態を把握する第１の把握部と、を更に備え、
前記ビーム形成部は、前記第１の把握部で把握する前記伝搬路の変動状態に応じて、前記ビームを形成するアンテナを選択する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項５】
請求項４に記載の無線基地局において、
前記第１の把握部による前記伝搬路の変動状態の把握は、前記相手側通信装置からの受信無線信号の電力値の変動を把握することで行われる、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項６】
請求項４に記載の無線基地局において、
前記第１の把握部による前記伝搬路の変動状態の把握は、前記相手側通信装置からの受信無線信号のドップラ変動を検出することにより行われる、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線基地局において、
前記ビーム形成部が選択するアンテナは、前記相手側通信装置からの無線信号の受信に使用すると共に、前記相手側通信装置への無線信号の送信に使用する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の無線基地局において、
前記ビーム形成部は、前記第１の把握部が把握する前記伝搬路の変動状態と共に、前記無線基地局の消費電力量に基づく使用可能なアンテナ本数に基づいて、アンテナを選択する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線基地局において、
前記複数のアンテナについて、それぞれのアンテナの受信品質情報を取得する取得部と、
前記取得部において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する第２の把握部と、を更に備え、
前記ビーム形成部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとの中から、前記ビームを形成するための少なくとも２以上のアンテナを選択する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線基地局において、
前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する判定部と、を更に備え、
前記ビーム形成部は、前記判定部において判定された前記アンテナ間の相関度に基づいて、前記ビームを形成するための２以上のアンテナを選択する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１１】
請求項１０に記載の無線基地局において、
前記判定部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が直前に取得された受信品質に関する値と比較して第１の所定値以上に低下している時点を検出し、アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、前記相関度を判定する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１２】
請求項１０に記載の無線基地局において、
前記判定部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が第２の所定値以下となる時点を検出し、アンテナ間における、当該検出した時点の頻度に応じて、前記相関度を判定する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の無線基地局において、
前記複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出する算出部と、をさらに備え、
前記ビーム形成部は、前記算出部におけるウェイトを算出する時間間隔と、前記判定部において判定された前記時点が生じる周期に基づいて前記無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の無線基地局において、
前記取得部は、前記複数のアンテナのそれぞれが受信する無線信号の受信電力を示す値を所定間隔で取得し、
前記第２の把握部は、前記各アンテナにおける、前記受信電力を示す値が時間の経過に伴って変動する傾向を示す変動傾向を把握し、
前記判定部は、前記各アンテナにおける変動傾向に応じて、前記各アンテナの前記受信電力を推定し、当該推定した受信電力値に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１５】
各アンテナが所定の間隔で配された第１のアンテナ群に含まれるアンテナと、各アンテナが前記第１のアンテナ群における前記所定の間隔とは異なる間隔で配された第２のアンテナ群に含まれるアンテナの中から、ビームを形成するためのアンテナを選択することを特徴とするアンテナ選択方法。
【請求項１】
複数のアンテナと、前記複数のアンテナから放射されるビームを形成するビーム形成部と、を備える無線基地局において、
前記複数のアンテナは、
少なくとも、前記各アンテナが所定の間隔を有するように配された第１のアンテナ群と、前記第１のアンテナ群における前記所定の間隔とは異なる間隔で配された第２のアンテナ群と、を構成し、
前記ビーム形成部は、
前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとの中から、前記ビームを形成するためのアンテナを選択する、
ことを特徴とする無線基地局。
【請求項２】
請求項１に記載の無線基地局において、
前記複数のアンテナは、前記第１のアンテナ群と前記第２のアンテナ群とが、それぞれ円周上に配されている、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項３】
請求項１または２に記載の無線基地局において、
前記複数のアンテナは、前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとで、直線状になるように配されている、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線基地局において、
相手側通信装置との伝搬路の変動状態を把握する第１の把握部と、を更に備え、
前記ビーム形成部は、前記第１の把握部で把握する前記伝搬路の変動状態に応じて、前記ビームを形成するアンテナを選択する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項５】
請求項４に記載の無線基地局において、
前記第１の把握部による前記伝搬路の変動状態の把握は、前記相手側通信装置からの受信無線信号の電力値の変動を把握することで行われる、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項６】
請求項４に記載の無線基地局において、
前記第１の把握部による前記伝搬路の変動状態の把握は、前記相手側通信装置からの受信無線信号のドップラ変動を検出することにより行われる、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線基地局において、
前記ビーム形成部が選択するアンテナは、前記相手側通信装置からの無線信号の受信に使用すると共に、前記相手側通信装置への無線信号の送信に使用する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の無線基地局において、
前記ビーム形成部は、前記第１の把握部が把握する前記伝搬路の変動状態と共に、前記無線基地局の消費電力量に基づく使用可能なアンテナ本数に基づいて、アンテナを選択する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線基地局において、
前記複数のアンテナについて、それぞれのアンテナの受信品質情報を取得する取得部と、
前記取得部において取得された各アンテナの受信品質に関する値の変動傾向を把握する第２の把握部と、を更に備え、
前記ビーム形成部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に応じて、前記第１のアンテナ群に含まれるアンテナと前記第２のアンテナ群に含まれるアンテナとの中から、前記ビームを形成するための少なくとも２以上のアンテナを選択する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線基地局において、
前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する判定部と、を更に備え、
前記ビーム形成部は、前記判定部において判定された前記アンテナ間の相関度に基づいて、前記ビームを形成するための２以上のアンテナを選択する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１１】
請求項１０に記載の無線基地局において、
前記判定部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が直前に取得された受信品質に関する値と比較して第１の所定値以上に低下している時点を検出し、アンテナ間における、当該検出した時点の時間差に応じて、前記相関度を判定する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１２】
請求項１０に記載の無線基地局において、
前記判定部は、前記第２の把握部において把握された、前記各アンテナにおける受信品質に関する値の変動傾向において、受信品質に関する値が第２の所定値以下となる時点を検出し、アンテナ間における、当該検出した時点の頻度に応じて、前記相関度を判定する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の無線基地局において、
前記複数のアンテナにおける各アンテナのウェイトを算出する算出部と、をさらに備え、
前記ビーム形成部は、前記算出部におけるウェイトを算出する時間間隔と、前記判定部において判定された前記時点が生じる周期に基づいて前記無線通信に利用する少なくとも２以上のアンテナを選択する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の無線基地局において、
前記取得部は、前記複数のアンテナのそれぞれが受信する無線信号の受信電力を示す値を所定間隔で取得し、
前記第２の把握部は、前記各アンテナにおける、前記受信電力を示す値が時間の経過に伴って変動する傾向を示す変動傾向を把握し、
前記判定部は、前記各アンテナにおける変動傾向に応じて、前記各アンテナの前記受信電力を推定し、当該推定した受信電力値に基づいて、前記各アンテナ間の相関度を判定する、ことを特徴とする無線基地局。
【請求項１５】
各アンテナが所定の間隔で配された第１のアンテナ群に含まれるアンテナと、各アンテナが前記第１のアンテナ群における前記所定の間隔とは異なる間隔で配された第２のアンテナ群に含まれるアンテナの中から、ビームを形成するためのアンテナを選択することを特徴とするアンテナ選択方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１７７７７３（Ｐ２００９−１７７７７３Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６９５３８（Ｐ２００８−１６９５３８）
【出願日】平成２０年６月２７日（２００８．６．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２７日（２００８．６．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]