送信ダイバーシチシステム
【課題】送信アンテナ数を増加させた場合に、フェージング周波数が高い場合における特性劣化を抑える、各移動局のフェージング周波数に応じて最適な送信ダイバーシチ利得が得られる、ソフトハンドオーバ時にも十分な送信ダイバーシチ利得を確保できる、といった利点を持つ送信ダイバーシチシステムを提供する。
【解決手段】複数の送信アンテナを有する基地局から信号を受信した移動局は、各アンテナから送られてきた信号の伝搬損失、フェージング周波数、アンテナ相関値などを測定し、基地局のどのアンテナのウェイトを制御して通信するかをウェイト情報と共に上りチャネルを使って、基地局に通知する。基地局では、移動局から送られてきたアンテナ選択情報と制御ウェイト情報を抽出し、選択されたアンテナのウェイトを制御しつつ、選択されなかったアンテナのウェイトを固定して移動局と通信を行う。
【解決手段】複数の送信アンテナを有する基地局から信号を受信した移動局は、各アンテナから送られてきた信号の伝搬損失、フェージング周波数、アンテナ相関値などを測定し、基地局のどのアンテナのウェイトを制御して通信するかをウェイト情報と共に上りチャネルを使って、基地局に通知する。基地局では、移動局から送られてきたアンテナ選択情報と制御ウェイト情報を抽出し、選択されたアンテナのウェイトを制御しつつ、選択されなかったアンテナのウェイトを固定して移動局と通信を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉ループ送信ダイバーシチシステムに関し、特には、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化して基地局側に伝送する閉ループ送信ダイバーシチシステムに関する。
【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システム構成を示す図である。
【０００３】
２本の送信アンテナ１０−１、１０−２よりパイロット信号としてお互いに直交するパイロットパターンＰ１、Ｐ２がパイロット信号生成部１１において生成され、それぞれの送信アンテナ１０−１、１０−２から送信される。
【０００４】
移動局受信側では、送信されてきたパイロット信号を受信アンテナ１２で受信する。そして、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。
【０００５】
これらチャネル推定値を用いて（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及び位相制御ベクトル（ウェイトベクトル）ｗ＝［ｗ１、ｗ２］Ｔを計算し、これを量子化してフィードバック情報とし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よい。
【０００６】
【数１】
ここで、ｈ１、ｈ２はそれぞれアンテナ１およびアンテナ２からのチャネルインパルス応答ベクトルである。インパルス応答の長さをＬとすると、次式で表される。
【０００７】
【数２】
ソフトハンドオーバ時には、（１）式の変わりに次式を最大とする制御ベクトルｗを計算する。
【０００８】
【数３】
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。
【０００９】
移動局では、このようにして、重み係数（ウェイトベクトル）を制御量として制御量計算部１３において計算し、送信アンテナ１４から、当該重み係数をメインデータに多重化して基地局に送信する。基地局では、受信アンテナ１５で、移動局からのフィードバック情報を受信し、フィードバック情報抽出部１６において、制御量である重み係数を抽出し、振幅・位相制御部１７が、送信アンテナ１０−１、１０−２から送出される信号の振幅、位相の制御を行う。これにより、移動局では、効率よく２本のダイバーシチ送信アンテナ１０−１、１０−２から送信された信号を受信することが出来る。
【００１０】
Ｗ−ＣＤＭＡでは、移動局から基地局に送信する重み係数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上りチャネル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追従速度はトレードオフの関係にある。
【００１１】
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。
【００１２】
図２は、送信アンテナ数が４本の場合の構成例を示す図である。
なお、図２においては、図１と同様の構成要素には同様の参照番号を付して、説明を省略する。
【００１３】
送信アンテナ数がＮ本の場合（図２の場合送信アンテナ１０−１〜１０−４は４本）、無線基地局でＮ個のお互いに直交するパイロット信号Ｐ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）、・・・、ＰＮ（ｔ）をそれぞれ異なる送信アンテナを用いて送信する。これらパイロット信号間には以下の関係がある。
【００１４】
【数４】
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１２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。
【００１５】
これらチャネルインパルス応答ベクトルを用いて、（６）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及び位相制御ベクトル（ウェイトベクトル）ｗ＝［ｗ１、ｗ２、・・・、ｗＮ］Ｔを計算し、これを量子化してフィードバック情報とし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、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。
【００１６】
【数５】
図３は、移動局の詳細な構成例を示す図である。
【００１７】
なお、図３では、基地局の送信アンテナ数は４本であるとしている。
まず、基地局からの下りデータ信号は、受信アンテナ１２において受信され、データチャネル逆拡散部２０とパイロットチャネル逆拡散部２２に送られる。データチャネル逆拡散部２０では、データチャネルが逆拡散され、パイロットチャネル逆拡散部２２では、パイロットチャネルが逆拡散される。パイロットチャネル逆拡散部２２の処理結果である、逆拡散後のパイロット信号は、チャネル推定部２３−１〜２３−４に入力される。基地局のそれぞれの送信アンテナから送信されたパイロット信号のチャネル推定値を求めるため、それぞれのチャネル推定部２３−１〜２３−４において、互いに直交した既知のパイロット信号Ｐ１〜Ｐ４が受信したパイロット信号と比較される。そして、受信したパイロット信号の伝搬による振幅・位相変調の状態を示すチャネルインパルス応答ｈ１〜ｈ４を得て、制御量計算部２５に入力される。制御量計算部２５においては、フィードバック情報として送信するウェイトベクトルの可能な値を有しており、これを用いて、電力Ｐを算出し、最大の電力Ｐを与えるウェイトベクトルを求めて、フィードバック情報とする。
【００１８】
チャネル推定部２３−１〜２３−４では、各送信アンテナ毎のインパルス応答を求めたが、これをチャネル推定部２４に入力し、全体としてのインパルス応答ｈを求め、これを受信機２１に入力して、データチャネルの復調に使用する。また、制御量計算部２５で得られたフィードバック情報は、多重化部２６に送られ、上り送信データ信号と多重され、データ変調部２７で変調され、拡散変調部２８において拡散変調されて送信アンテナ１４から、フィードバック情報を含む上りデータ信号として送出される。
【００１９】
とくに、図３においては、下り受信データを復調するために、パイロットチャネルから求めたチャネル応答ベクトルｈ１、ｈ２、・・・、ｈＮを用いて同期検波を行う方法を示している。この場合、受信機２１においてデータシンボルの同期検波に用いられるチャネル推定値は以下のように計算される。
【００２０】
【数６】
ここで、ｈは移動局受信アンテナで合成されたデータチャネルのチャネルインパルス応答ベクトルであり、ベクトルの長さはＬである。
【００２１】
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を提供すると、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お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出来る。ここで言う理想的とは、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。
【００２２】
送信アンテナ数を増加させるとフィードバックすべき情報量が増えるため（ウェイトベクトルの長さが長くなる）、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する。一般には、フィードバック伝送に用いられる情報量は限られており、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡでは１スロット当たり１ビットしか割り当てられない。従って、送信アンテナ数に比例して制御遅延も大きくなり、高速なフェージングに追従できなくなり特性劣化を引き起こすといった問題がある。
【００２３】
また、ソフトハンドオーバ時には、ハンドオーバ基地局数に比例して、送信アンテナ数も増加する。Ｗ−ＣＤＭＡでは、フィードバックの情報量を増やさずに処理するため、（４）式に示すように全ての基地局に共通のウェイトを用いて各基地局アンテナから送信するデータの振幅及び位相制御を行っている。この方法では、各基地局の送信アンテナからの信号が移動局のアンテナにおいて同位相になるように最適に制御されておらず、十分な送信ダイバーシチの効果を得ることが出来ない。一方、各基地局において、それぞれの送信アンテナの信号を同位相で合成するためには、各基地局アンテナのウェイトを独立に制御しなければ成らず、この場合、制御遅延が大きくなり特性の劣化が生じてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の課題は、送信アンテナ数を増加させた場合に、フェージング周波数が高い場合における特性劣化を抑える、各移動局のフェージング周波数に応じて最適な送信ダイバーシチ利得が得られる、ソフトハンドオーバ時にも十分な送信ダイバーシチ利得を確保できる、といった利点を持つ送信ダイバーシチシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の送信ダイバーシチシステムは、複数のアンテナから信号を送信し、これを受信した移動機からのフィードバック情報に基づいてダイバーシチ送信を行う基地局を備える送信ダイバーシチシステムにおいて、該複数のアンテナのそれぞれから送信される信号の状態を検出する信号状態検出手段と、該信号状態検出手段において検出された信号状態に応じて、該複数のアンテナの内、制御ウェイトを算出するアンテナを選択するアンテナ選択手段と、該選択されたアンテナに適用する制御ウェイトを算出し、該選択されたアンテナから送出される信号に該制御ウェイトを適用する制御ウェイト手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、複数のアンテナを有する基地局において、送信ダイバーシチの制御ウェイトを制御するアンテナを選択して制御するので、移動局から基地局にフィードバックするデータ量を少なくすることが出来る。従って、従来、多くのアンテナを使って、送信ダイバーシチを行っていたために、フィードバックするデータ量が多くなって、フェージングの状態に対する追従性が悪くなるなど、２本のアンテナのみを使用した送信ダイバーシチよりも性能が劣化していたのを解消し、多くのアンテナを使った送信ダイバーシチの効果を有効に発揮させて、品質の良い通信が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図４は、本発明の原理を説明するシステム構成図である。
従来の構成では、送信アンテナの本数がＮ本の場合、Ｎ−１個のウェイトをフィードバックしなければ成らず、送信アンテナ数が増加するに従い、制御遅延が大きくなっていた。本発明の実施形態では、送信データを全てのアンテナから送信せずに、いくつかのアンテナを選択して送信ダイバーシチを行う。すなわち、制御遅延が大きく成るにつれて特性が大きく劣化する場合には、選択するアンテナの数を少なくすることにより制御遅延を抑えてやる。一方、制御遅延が大きくなっても特性の劣化が少ない場合は、選択するアンテナの数を増やして、十分な送信ダイバーシチ利得が得られるように調整する。また、移動通信における電波伝搬環境では、各アンテナから送信された信号が等しい電力で移動局において受信されることはまれであり、実際には、フェージングやシャドウィングの影響により、各アンテナと移動局間の伝搬損失に差が生じる。伝搬損失の大きいアンテナからの信号は、データ信号の受信電力が低下するだけでなく、チャネルインパルス応答の推定精度が低くなり、制御ウェイトの信頼度も劣化する。従って、伝搬損失の大きいアンテナのウェイト制御を行ったとしても、送信ダイバーシチの利得には寄与しないことが予想される。そこで、伝搬損失の小さいアンテナを優先的に選択することにより、制御遅延を低く抑えつつ十分な送信ダイバーシチ利得を得ることが出来る。このとき、伝搬損失は、パイロット信号を復調した後のレベルの値を測定することによって、容易に測定が可能である。
【００２８】
更に、制御遅延による特性の劣化は、アンテナ間の相関係数によっても異なる。アンテナ間の相関係数が低い場合、各アンテナからの信号は相関の低い独立したフェージングを受ける。この場合、各アンテナの制御ウェイトも独立したものとなり、フェージング変動に応じて制御ウェイトも独立して変動する。従って、フェージング周波数が高くなるにつれて制御ウェイトも速い周期で変更しなければ成らず、その結果、制御遅延による特性劣化が大きくなる。一方、アンテナ間の相関係数が高い場合、各アンテナの信号が受けるフェージングの相関が高くなり、制御ウェイトの相関も高くなる。この場合、フェージング変動が生じても、制御ウェイトの相対的な関係は大きく変化することが無くなるため、フェージング周波数が高くなっても、制御ウェイトの更新周期を速める必要がなくなり、制御遅延の影響が小さくなる。アンテナ間の相関係数ρ（到来波の包絡線相関係数）は以下の式で表される。
【００２９】
【数７】
ここで、到来波は角度分散Δφで一様分布していると仮定する。ｄはアンテナ素子間隔、λは搬送波の波長である。一般に、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とる必要がある。マクロセル（半径が２〜５ｋｍ以上のセル）環境における基地局で観測される到来波の角度分散Δφは約３度程度であるので、アンテナ間隔を２０波長程度に取ることにより、包絡線相関係数（フェージングによる受信信号の振幅の変化の包絡線のアンテナ間の相関の度合いを示す係数）は無相関となる。ただし、到来波の角度分散は、伝搬環境において大きく変化するため、全ての移動局の信号が無相関になるとは限らない。従って、基地局において、アンテナ間の相関係数に応じて、送信ダイバーシチに用いるアンテナ数を決めることにより、各移動局において最適な送信ダイバーシチ利得を得ることが出来る。
【００３０】
従って、図４においては、パイロット信号生成部１１で生成されたパイロット信号が４本の送信アンテナ１０−１〜１０−４から送信され、移動局の受信アンテナ１２において受信されると、制御量計算部１３に於いて制御ウェイトが算出され、フィードバック情報として上り送信データ信号と多重化され送信アンテナ１４から基地局に向かって送信されるが、このとき、移動局側あるいは、基地局側で伝搬損失あるいは、アンテナ間の相関係数などを計測し、これに基づいて、どのアンテナを使用して通信を行うべきかを決定し、アンテナ選択・割当て部３０に指示を出し、使用するアンテナだけ制御ウェイトの制御を行う、あるいは、使用するアンテナだけからデータを送信するように制御を行う。
【００３１】
図５は、本発明の第１の実施形態を示す図である。
パイロット信号Ｐ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）、Ｐ３（ｔ）、Ｐ４（ｔ）は、基地局の各送信アンテナ１０−１〜１０−４から送信される。これらのパイロット信号には、互いに直交するシーケンスを用いる。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１２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）、Ｐ３（ｔ）、Ｐ４（ｔ）との相関を取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。
【００３２】
通常、チャネル応答値は、フィードバック情報が更新される周期（Ｗ−ＣＤＭＡでは１スロット＝６６７μｓ）毎に求められる。移動局では更に、チャネル応答推定値のスロット間の変化量を長区間（数十スロット）平均することによりフェージング周波数を計算する。更に、各アンテナのチャネル応答値の相関値を計算することにより、アンテナ間の相関係数を推定する。このような伝搬損失や、フェージング周波数、アンテナ相関値は、伝搬損失・フェージング周波数・アンテナ相関測定部３５において測定される。このようにして求めた伝搬損失、フェージング周波数及びアンテナ間相関係数から、送信ダイバーシチに用いる最適なアンテナ及びアンテナ本数を決定する。選択の方法としては、伝搬損失、フェージング周波数あるいはアンテナ相関係数と閾値とを比較した結果、条件を満たす基地局の送信アンテナを選択するようにする。ここで、選択されなかったアンテナの制御ウェイトを固定し、（５）式で示す電力Ｐを最大とする制御ウェイトを計算する。すなわち、選択されたアンテナの制御ウェイトのみの、フィードバック情報として許されるビット数によって表される可能な値に対し、電力Ｐの値を計算し、この中から最も電力Ｐを大きくする制御ウェイトを選択する。
【００３３】
ただし、この場合、選択されたアンテナの内、１つの制御ウェイトも固定することが出来る。従って、選択されたアンテナがＭ本の場合、Ｍ−１個の制御ウェイトをフィードバック情報として上りチャネル信号に多重化して基地局側に伝送する。また、選択されたアンテナの情報も上り信号に多重化され、基地局側に通知される。選択されたアンテナの情報は、例えば、上り送信信号のフレームの先頭などに選択アンテナ情報を示すビットを付加したり、上り送信信号のフレームの内、複数フレーム毎に選択アンテナ情報の送信ビットを特別に含むフレームを送信するようにすれば、送信可能である。
【００３４】
基地局では、通知されたフィードバック情報をフィードバック情報抽出部１６で抽出し、抽出された制御ウェイトを振幅・位相制御部１７に入力すると共に、抽出されたアンテナ選択情報をアンテナ選択・割当て部３０に通知する。アンテナ選択・割当て部３０では、入力されたアンテナ選択情報を解析し、フィードバックされるウェイト情報がどのアンテナに対応するものかを判別し、所定のアンテナの振幅及び位相を制御する。ここで、下り送信データ信号を、各アンテナに分配する方法として２つの方法が考えられる。一つ目は、送信データを常に全ての基地局アンテナから送信する方法で、この場合、選択されなかったアンテナのウェイトは保持されたままで、選択されたＭ−１個のウェイトのみが制御される。従って、ダイバーシチの利得そのものは低下するが、（８）式に示す方法により、全てのアンテナから送信されるパイロット信号を用いてチャネル推定を行うことが出来るため、パイロットシンボルの電力を最大限活用したチャネル推定を行うことが出来る。二つ目は、送信データ信号を選択されたアンテナのみから送信する方法で、この場合、選択されたアンテナ本数で最大のダイバーシチ利得が得られるが、（８）式を用いてチャネル推定を行う場合、選択されていないアンテナのウェイトを０にして計算しなければ成らない。このように、一部のパイロット信号のみを用いてチャネル推定を行うので、その分、チャネル推定精度が劣化する。また、（６）式を用いて最適な制御ウェイトを計算する場合においても、選択されていないアンテナのウェイトを０に固定して計算する必要がある。
【００３５】
図６は、本発明の第２の実施形態を示す図であり、上記選択したアンテナのみデータ信号を送信する構成を示す図である。
なお、図６においては、図５と同じ部分には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【００３６】
本実施形態では、送信アンテナ１０−１〜１０−４の内、選択されていないアンテナの出力を切るために、スイッチ４１−１〜４１−４とＳＷ制御部４０が設けられている。フィードバック情報抽出部１６で抽出されたアンテナ選択情報をアンテナ選択・割当て部３０に通知すると共に、ＳＷ制御部４０にも通知し、スイッチ４１−１〜４１−４の内、選択されていないアンテナのスイッチを切るようにする。
【００３７】
このように、図５の実施形態のように、選択されていない送信アンテナからもデータ信号を送信し続ける場合とは異なり、使用しない送信アンテナからのデータ送信をやめることにより、チャネル推定精度は劣化するが、使用しない送信アンテナの消費電力を削減することが出来る。
【００３８】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、移動局側が伝搬損失などの基地局側の送信アンテナの選択情報を持っているので、これを用いて、次に基地局から送られてくる送信データがどのアンテナからやってくるかを知ることが出来、これに基づいて、受信信号の復調や制御量計算などを行う。
【００３９】
図７は、本発明の第３の実施形態を示す図である。
なお、図７において、図５及び図６と同様の構成には同様の参照番号を付し、説明を省略する。
【００４０】
基地局において送受共用アンテナ１０’−１〜１０’−４が用いられている場合は、上り回線の伝搬路情報から下り回線の伝搬路を推定することが出来る。搬送波周波数が上下回線で異なる場合においても、伝搬損失は上下回線でほぼ同じ値となる。また、フェージング周波数は、移動局の移動速度によって決まるため、基地局の受信信号を用いても、その値を推定することが出来る。更に、基地局の各アンテナにおいて受信される信号の相関を計算することにより、アンテナ間の相関係数を求めることが出来る。このように、基地局の伝搬損失・フェージング周波数・アンテナ相関測定部４７において推定した伝搬損失、フェージング周波数及びアンテナ間相関係数から、送信ダイバーシチに用いる最適なアンテナ及びアンテナ本数をアンテナ選択・割当て部３０において決定する。そして、多重化部４６において、選択されたアンテナの情報を下り信号に多重化して、移動局側に通知する。移動局では、通知されたアンテナをアンテナ割当て情報抽出部４５において特定し、選択されたアンテナに対応するウェイトの最適値を制御量計算部１３において計算し、その情報を上り信号に多重して基地局にフィードバックする。
【００４１】
このように、アンテナの選択情報（伝搬損失、フェージング周波数、アンテナ間相関値）が基地局側で計測される場合には、基地局側で、送信に使用するアンテナを選択した後、この選択情報を移動局に知らせ、この後に、実際に選択されたアンテナのみを使用して送信を行う。選択されたアンテナを使った送信の仕方には、第１及び第２の実施形態で使用した方法が使用可能である。
【００４２】
ソフトハンドオーバ時には、各基地局毎に送信アンテナからの信号が移動局のアンテナにおいて同位相になるようにアンテナのウェイトを制御するやり方が最適な方法である。この場合、基地局毎に次式を最大とする制御ベクトルを計算する。
【００４３】
【数８】
ここで、ｗｋ及びＨｋは、それぞれｋ番目の基地局のウェイトベクトル及びチャネルインパルス応答である。しかし、この方法では、ハンドオーバ基地局数に比例して、フィードバックの情報量を増やさなければならず、フェージング周波数が高い場合に特性が劣化してしまう。そこで、従来は、（４）式に示すように共通のウェイトベクトルを用いて各基地局アンテナのウェイト制御を行っている。
【００４４】
図８は、本発明の第４の実施形態を示す図である。
ここでは、２つの基地局間でソフトハンドオーバを行う場合の例を示しており、各基地局にはそれぞれ２本の送受信アンテナが設けられている。この場合、基地局１ではｗ１を固定してｗ２を制御し、基地局２では、ｗ３を固定してｗ４を制御すればよい。なお、それぞれの基地局においては、本発明の第１〜第３の実施形態までの方法を適用することができる。
【００４５】
すなわち、フェージング周波数が低いか、あるいはアンテナ相関係数が高い場合は、制御するウェイトはゆっくり変化するため、ｗ２及びｗ４を順番に上り送信データに多重化し、フィードバックすればよい。一方、フェージング周波数が高いか、あるいは、アンテナ相関係数が低い場合は、制御するウェイトは高速に変化するため、フィードバックする情報量を減らさなければならない。この場合、各基地局の各アンテナの伝搬損失に応じて使用するアンテナを選択した後、この選択情報を基地局に知らせ、この後に、実際に選択されたアンテナのみを使用して送信ダイバーシチを行う。
【００４６】
図９は、本発明の第５の実施形態を示す図である。
本実施形態は第４の実施形態において、受信電力の測定を基地局側でやる場合の構成である。以下、第４の実施形態と同様に、フェージング周波数が低いか、あるいはアンテナ相関係数が高い場合は、制御するウェイトはゆっくり変化するため、ｗ２及びｗ４を順番に上り送信データに多重化し、フィードバックする。一方、フェージング周波数が高いか、あるいはアンテナ相関係数が低い場合は、制御するウェイトは高速に変化するため、フィードバックする情報量を減らすように制御する。この場合、各基地局の各アンテナの伝搬損失に応じて使用するアンテナを選択した後、この選択情報を移動局に知らせ、この後に、実際に選択されたアンテナのみを使用して送信ダイバーシチを行う。
【００４７】
このとき、選択されていないアンテナをどのようにするかについては、上記第１及び第２の実施形態のような方法が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
送信ダイバーシチを行うアンテナを選択し用いるため、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。
・フェージング周波数に応じて最適なダイバーシチ利得が得られる。
・ソフトハンドオーバ時にも十分なダイバーシチ利得が確保出来る。
といった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】２本の送信アンテナを用いる場合のシステム構成を示す図である。
【図２】送信アンテナ数が４本の場合の構成例を示す図である。
【図３】移動局の詳細な構成例を示す図である。
【図４】本発明の原理を説明するシステム構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施形態を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉ループ送信ダイバーシチシステムに関し、特には、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化して基地局側に伝送する閉ループ送信ダイバーシチシステムに関する。
【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システム構成を示す図である。
【０００３】
２本の送信アンテナ１０−１、１０−２よりパイロット信号としてお互いに直交するパイロットパターンＰ１、Ｐ２がパイロット信号生成部１１において生成され、それぞれの送信アンテナ１０−１、１０−２から送信される。
【０００４】
移動局受信側では、送信されてきたパイロット信号を受信アンテナ１２で受信する。そして、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。
【０００５】
これらチャネル推定値を用いて（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及び位相制御ベクトル（ウェイトベクトル）ｗ＝［ｗ１、ｗ２］Ｔを計算し、これを量子化してフィードバック情報とし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よい。
【０００６】
【数１】
ここで、ｈ１、ｈ２はそれぞれアンテナ１およびアンテナ２からのチャネルインパルス応答ベクトルである。インパルス応答の長さをＬとすると、次式で表される。
【０００７】
【数２】
ソフトハンドオーバ時には、（１）式の変わりに次式を最大とする制御ベクトルｗを計算する。
【０００８】
【数３】
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。
【０００９】
移動局では、このようにして、重み係数（ウェイトベクトル）を制御量として制御量計算部１３において計算し、送信アンテナ１４から、当該重み係数をメインデータに多重化して基地局に送信する。基地局では、受信アンテナ１５で、移動局からのフィードバック情報を受信し、フィードバック情報抽出部１６において、制御量である重み係数を抽出し、振幅・位相制御部１７が、送信アンテナ１０−１、１０−２から送出される信号の振幅、位相の制御を行う。これにより、移動局では、効率よく２本のダイバーシチ送信アンテナ１０−１、１０−２から送信された信号を受信することが出来る。
【００１０】
Ｗ−ＣＤＭＡでは、移動局から基地局に送信する重み係数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上りチャネル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追従速度はトレードオフの関係にある。
【００１１】
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。
【００１２】
図２は、送信アンテナ数が４本の場合の構成例を示す図である。
なお、図２においては、図１と同様の構成要素には同様の参照番号を付して、説明を省略する。
【００１３】
送信アンテナ数がＮ本の場合（図２の場合送信アンテナ１０−１〜１０−４は４本）、無線基地局でＮ個のお互いに直交するパイロット信号Ｐ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）、・・・、ＰＮ（ｔ）をそれぞれ異なる送信アンテナを用いて送信する。これらパイロット信号間には以下の関係がある。
【００１４】
【数４】
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１２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。
【００１５】
これらチャネルインパルス応答ベクトルを用いて、（６）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及び位相制御ベクトル（ウェイトベクトル）ｗ＝［ｗ１、ｗ２、・・・、ｗＮ］Ｔを計算し、これを量子化してフィードバック情報とし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、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。
【００１６】
【数５】
図３は、移動局の詳細な構成例を示す図である。
【００１７】
なお、図３では、基地局の送信アンテナ数は４本であるとしている。
まず、基地局からの下りデータ信号は、受信アンテナ１２において受信され、データチャネル逆拡散部２０とパイロットチャネル逆拡散部２２に送られる。データチャネル逆拡散部２０では、データチャネルが逆拡散され、パイロットチャネル逆拡散部２２では、パイロットチャネルが逆拡散される。パイロットチャネル逆拡散部２２の処理結果である、逆拡散後のパイロット信号は、チャネル推定部２３−１〜２３−４に入力される。基地局のそれぞれの送信アンテナから送信されたパイロット信号のチャネル推定値を求めるため、それぞれのチャネル推定部２３−１〜２３−４において、互いに直交した既知のパイロット信号Ｐ１〜Ｐ４が受信したパイロット信号と比較される。そして、受信したパイロット信号の伝搬による振幅・位相変調の状態を示すチャネルインパルス応答ｈ１〜ｈ４を得て、制御量計算部２５に入力される。制御量計算部２５においては、フィードバック情報として送信するウェイトベクトルの可能な値を有しており、これを用いて、電力Ｐを算出し、最大の電力Ｐを与えるウェイトベクトルを求めて、フィードバック情報とする。
【００１８】
チャネル推定部２３−１〜２３−４では、各送信アンテナ毎のインパルス応答を求めたが、これをチャネル推定部２４に入力し、全体としてのインパルス応答ｈを求め、これを受信機２１に入力して、データチャネルの復調に使用する。また、制御量計算部２５で得られたフィードバック情報は、多重化部２６に送られ、上り送信データ信号と多重され、データ変調部２７で変調され、拡散変調部２８において拡散変調されて送信アンテナ１４から、フィードバック情報を含む上りデータ信号として送出される。
【００１９】
とくに、図３においては、下り受信データを復調するために、パイロットチャネルから求めたチャネル応答ベクトルｈ１、ｈ２、・・・、ｈＮを用いて同期検波を行う方法を示している。この場合、受信機２１においてデータシンボルの同期検波に用いられるチャネル推定値は以下のように計算される。
【００２０】
【数６】
ここで、ｈは移動局受信アンテナで合成されたデータチャネルのチャネルインパルス応答ベクトルであり、ベクトルの長さはＬである。
【００２１】
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を提供すると、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お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出来る。ここで言う理想的とは、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。
【００２２】
送信アンテナ数を増加させるとフィードバックすべき情報量が増えるため（ウェイトベクトルの長さが長くなる）、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する。一般には、フィードバック伝送に用いられる情報量は限られており、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡでは１スロット当たり１ビットしか割り当てられない。従って、送信アンテナ数に比例して制御遅延も大きくなり、高速なフェージングに追従できなくなり特性劣化を引き起こすといった問題がある。
【００２３】
また、ソフトハンドオーバ時には、ハンドオーバ基地局数に比例して、送信アンテナ数も増加する。Ｗ−ＣＤＭＡでは、フィードバックの情報量を増やさずに処理するため、（４）式に示すように全ての基地局に共通のウェイトを用いて各基地局アンテナから送信するデータの振幅及び位相制御を行っている。この方法では、各基地局の送信アンテナからの信号が移動局のアンテナにおいて同位相になるように最適に制御されておらず、十分な送信ダイバーシチの効果を得ることが出来ない。一方、各基地局において、それぞれの送信アンテナの信号を同位相で合成するためには、各基地局アンテナのウェイトを独立に制御しなければ成らず、この場合、制御遅延が大きくなり特性の劣化が生じてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の課題は、送信アンテナ数を増加させた場合に、フェージング周波数が高い場合における特性劣化を抑える、各移動局のフェージング周波数に応じて最適な送信ダイバーシチ利得が得られる、ソフトハンドオーバ時にも十分な送信ダイバーシチ利得を確保できる、といった利点を持つ送信ダイバーシチシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の送信ダイバーシチシステムは、複数のアンテナから信号を送信し、これを受信した移動機からのフィードバック情報に基づいてダイバーシチ送信を行う基地局を備える送信ダイバーシチシステムにおいて、該複数のアンテナのそれぞれから送信される信号の状態を検出する信号状態検出手段と、該信号状態検出手段において検出された信号状態に応じて、該複数のアンテナの内、制御ウェイトを算出するアンテナを選択するアンテナ選択手段と、該選択されたアンテナに適用する制御ウェイトを算出し、該選択されたアンテナから送出される信号に該制御ウェイトを適用する制御ウェイト手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、複数のアンテナを有する基地局において、送信ダイバーシチの制御ウェイトを制御するアンテナを選択して制御するので、移動局から基地局にフィードバックするデータ量を少なくすることが出来る。従って、従来、多くのアンテナを使って、送信ダイバーシチを行っていたために、フィードバックするデータ量が多くなって、フェージングの状態に対する追従性が悪くなるなど、２本のアンテナのみを使用した送信ダイバーシチよりも性能が劣化していたのを解消し、多くのアンテナを使った送信ダイバーシチの効果を有効に発揮させて、品質の良い通信が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図４は、本発明の原理を説明するシステム構成図である。
従来の構成では、送信アンテナの本数がＮ本の場合、Ｎ−１個のウェイトをフィードバックしなければ成らず、送信アンテナ数が増加するに従い、制御遅延が大きくなっていた。本発明の実施形態では、送信データを全てのアンテナから送信せずに、いくつかのアンテナを選択して送信ダイバーシチを行う。すなわち、制御遅延が大きく成るにつれて特性が大きく劣化する場合には、選択するアンテナの数を少なくすることにより制御遅延を抑えてやる。一方、制御遅延が大きくなっても特性の劣化が少ない場合は、選択するアンテナの数を増やして、十分な送信ダイバーシチ利得が得られるように調整する。また、移動通信における電波伝搬環境では、各アンテナから送信された信号が等しい電力で移動局において受信されることはまれであり、実際には、フェージングやシャドウィングの影響により、各アンテナと移動局間の伝搬損失に差が生じる。伝搬損失の大きいアンテナからの信号は、データ信号の受信電力が低下するだけでなく、チャネルインパルス応答の推定精度が低くなり、制御ウェイトの信頼度も劣化する。従って、伝搬損失の大きいアンテナのウェイト制御を行ったとしても、送信ダイバーシチの利得には寄与しないことが予想される。そこで、伝搬損失の小さいアンテナを優先的に選択することにより、制御遅延を低く抑えつつ十分な送信ダイバーシチ利得を得ることが出来る。このとき、伝搬損失は、パイロット信号を復調した後のレベルの値を測定することによって、容易に測定が可能である。
【００２８】
更に、制御遅延による特性の劣化は、アンテナ間の相関係数によっても異なる。アンテナ間の相関係数が低い場合、各アンテナからの信号は相関の低い独立したフェージングを受ける。この場合、各アンテナの制御ウェイトも独立したものとなり、フェージング変動に応じて制御ウェイトも独立して変動する。従って、フェージング周波数が高くなるにつれて制御ウェイトも速い周期で変更しなければ成らず、その結果、制御遅延による特性劣化が大きくなる。一方、アンテナ間の相関係数が高い場合、各アンテナの信号が受けるフェージングの相関が高くなり、制御ウェイトの相関も高くなる。この場合、フェージング変動が生じても、制御ウェイトの相対的な関係は大きく変化することが無くなるため、フェージング周波数が高くなっても、制御ウェイトの更新周期を速める必要がなくなり、制御遅延の影響が小さくなる。アンテナ間の相関係数ρ（到来波の包絡線相関係数）は以下の式で表される。
【００２９】
【数７】
ここで、到来波は角度分散Δφで一様分布していると仮定する。ｄはアンテナ素子間隔、λは搬送波の波長である。一般に、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とる必要がある。マクロセル（半径が２〜５ｋｍ以上のセル）環境における基地局で観測される到来波の角度分散Δφは約３度程度であるので、アンテナ間隔を２０波長程度に取ることにより、包絡線相関係数（フェージングによる受信信号の振幅の変化の包絡線のアンテナ間の相関の度合いを示す係数）は無相関となる。ただし、到来波の角度分散は、伝搬環境において大きく変化するため、全ての移動局の信号が無相関になるとは限らない。従って、基地局において、アンテナ間の相関係数に応じて、送信ダイバーシチに用いるアンテナ数を決めることにより、各移動局において最適な送信ダイバーシチ利得を得ることが出来る。
【００３０】
従って、図４においては、パイロット信号生成部１１で生成されたパイロット信号が４本の送信アンテナ１０−１〜１０−４から送信され、移動局の受信アンテナ１２において受信されると、制御量計算部１３に於いて制御ウェイトが算出され、フィードバック情報として上り送信データ信号と多重化され送信アンテナ１４から基地局に向かって送信されるが、このとき、移動局側あるいは、基地局側で伝搬損失あるいは、アンテナ間の相関係数などを計測し、これに基づいて、どのアンテナを使用して通信を行うべきかを決定し、アンテナ選択・割当て部３０に指示を出し、使用するアンテナだけ制御ウェイトの制御を行う、あるいは、使用するアンテナだけからデータを送信するように制御を行う。
【００３１】
図５は、本発明の第１の実施形態を示す図である。
パイロット信号Ｐ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）、Ｐ３（ｔ）、Ｐ４（ｔ）は、基地局の各送信アンテナ１０−１〜１０−４から送信される。これらのパイロット信号には、互いに直交するシーケンスを用いる。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１２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）、Ｐ３（ｔ）、Ｐ４（ｔ）との相関を取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。
【００３２】
通常、チャネル応答値は、フィードバック情報が更新される周期（Ｗ−ＣＤＭＡでは１スロット＝６６７μｓ）毎に求められる。移動局では更に、チャネル応答推定値のスロット間の変化量を長区間（数十スロット）平均することによりフェージング周波数を計算する。更に、各アンテナのチャネル応答値の相関値を計算することにより、アンテナ間の相関係数を推定する。このような伝搬損失や、フェージング周波数、アンテナ相関値は、伝搬損失・フェージング周波数・アンテナ相関測定部３５において測定される。このようにして求めた伝搬損失、フェージング周波数及びアンテナ間相関係数から、送信ダイバーシチに用いる最適なアンテナ及びアンテナ本数を決定する。選択の方法としては、伝搬損失、フェージング周波数あるいはアンテナ相関係数と閾値とを比較した結果、条件を満たす基地局の送信アンテナを選択するようにする。ここで、選択されなかったアンテナの制御ウェイトを固定し、（５）式で示す電力Ｐを最大とする制御ウェイトを計算する。すなわち、選択されたアンテナの制御ウェイトのみの、フィードバック情報として許されるビット数によって表される可能な値に対し、電力Ｐの値を計算し、この中から最も電力Ｐを大きくする制御ウェイトを選択する。
【００３３】
ただし、この場合、選択されたアンテナの内、１つの制御ウェイトも固定することが出来る。従って、選択されたアンテナがＭ本の場合、Ｍ−１個の制御ウェイトをフィードバック情報として上りチャネル信号に多重化して基地局側に伝送する。また、選択されたアンテナの情報も上り信号に多重化され、基地局側に通知される。選択されたアンテナの情報は、例えば、上り送信信号のフレームの先頭などに選択アンテナ情報を示すビットを付加したり、上り送信信号のフレームの内、複数フレーム毎に選択アンテナ情報の送信ビットを特別に含むフレームを送信するようにすれば、送信可能である。
【００３４】
基地局では、通知されたフィードバック情報をフィードバック情報抽出部１６で抽出し、抽出された制御ウェイトを振幅・位相制御部１７に入力すると共に、抽出されたアンテナ選択情報をアンテナ選択・割当て部３０に通知する。アンテナ選択・割当て部３０では、入力されたアンテナ選択情報を解析し、フィードバックされるウェイト情報がどのアンテナに対応するものかを判別し、所定のアンテナの振幅及び位相を制御する。ここで、下り送信データ信号を、各アンテナに分配する方法として２つの方法が考えられる。一つ目は、送信データを常に全ての基地局アンテナから送信する方法で、この場合、選択されなかったアンテナのウェイトは保持されたままで、選択されたＭ−１個のウェイトのみが制御される。従って、ダイバーシチの利得そのものは低下するが、（８）式に示す方法により、全てのアンテナから送信されるパイロット信号を用いてチャネル推定を行うことが出来るため、パイロットシンボルの電力を最大限活用したチャネル推定を行うことが出来る。二つ目は、送信データ信号を選択されたアンテナのみから送信する方法で、この場合、選択されたアンテナ本数で最大のダイバーシチ利得が得られるが、（８）式を用いてチャネル推定を行う場合、選択されていないアンテナのウェイトを０にして計算しなければ成らない。このように、一部のパイロット信号のみを用いてチャネル推定を行うので、その分、チャネル推定精度が劣化する。また、（６）式を用いて最適な制御ウェイトを計算する場合においても、選択されていないアンテナのウェイトを０に固定して計算する必要がある。
【００３５】
図６は、本発明の第２の実施形態を示す図であり、上記選択したアンテナのみデータ信号を送信する構成を示す図である。
なお、図６においては、図５と同じ部分には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【００３６】
本実施形態では、送信アンテナ１０−１〜１０−４の内、選択されていないアンテナの出力を切るために、スイッチ４１−１〜４１−４とＳＷ制御部４０が設けられている。フィードバック情報抽出部１６で抽出されたアンテナ選択情報をアンテナ選択・割当て部３０に通知すると共に、ＳＷ制御部４０にも通知し、スイッチ４１−１〜４１−４の内、選択されていないアンテナのスイッチを切るようにする。
【００３７】
このように、図５の実施形態のように、選択されていない送信アンテナからもデータ信号を送信し続ける場合とは異なり、使用しない送信アンテナからのデータ送信をやめることにより、チャネル推定精度は劣化するが、使用しない送信アンテナの消費電力を削減することが出来る。
【００３８】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、移動局側が伝搬損失などの基地局側の送信アンテナの選択情報を持っているので、これを用いて、次に基地局から送られてくる送信データがどのアンテナからやってくるかを知ることが出来、これに基づいて、受信信号の復調や制御量計算などを行う。
【００３９】
図７は、本発明の第３の実施形態を示す図である。
なお、図７において、図５及び図６と同様の構成には同様の参照番号を付し、説明を省略する。
【００４０】
基地局において送受共用アンテナ１０’−１〜１０’−４が用いられている場合は、上り回線の伝搬路情報から下り回線の伝搬路を推定することが出来る。搬送波周波数が上下回線で異なる場合においても、伝搬損失は上下回線でほぼ同じ値となる。また、フェージング周波数は、移動局の移動速度によって決まるため、基地局の受信信号を用いても、その値を推定することが出来る。更に、基地局の各アンテナにおいて受信される信号の相関を計算することにより、アンテナ間の相関係数を求めることが出来る。このように、基地局の伝搬損失・フェージング周波数・アンテナ相関測定部４７において推定した伝搬損失、フェージング周波数及びアンテナ間相関係数から、送信ダイバーシチに用いる最適なアンテナ及びアンテナ本数をアンテナ選択・割当て部３０において決定する。そして、多重化部４６において、選択されたアンテナの情報を下り信号に多重化して、移動局側に通知する。移動局では、通知されたアンテナをアンテナ割当て情報抽出部４５において特定し、選択されたアンテナに対応するウェイトの最適値を制御量計算部１３において計算し、その情報を上り信号に多重して基地局にフィードバックする。
【００４１】
このように、アンテナの選択情報（伝搬損失、フェージング周波数、アンテナ間相関値）が基地局側で計測される場合には、基地局側で、送信に使用するアンテナを選択した後、この選択情報を移動局に知らせ、この後に、実際に選択されたアンテナのみを使用して送信を行う。選択されたアンテナを使った送信の仕方には、第１及び第２の実施形態で使用した方法が使用可能である。
【００４２】
ソフトハンドオーバ時には、各基地局毎に送信アンテナからの信号が移動局のアンテナにおいて同位相になるようにアンテナのウェイトを制御するやり方が最適な方法である。この場合、基地局毎に次式を最大とする制御ベクトルを計算する。
【００４３】
【数８】
ここで、ｗｋ及びＨｋは、それぞれｋ番目の基地局のウェイトベクトル及びチャネルインパルス応答である。しかし、この方法では、ハンドオーバ基地局数に比例して、フィードバックの情報量を増やさなければならず、フェージング周波数が高い場合に特性が劣化してしまう。そこで、従来は、（４）式に示すように共通のウェイトベクトルを用いて各基地局アンテナのウェイト制御を行っている。
【００４４】
図８は、本発明の第４の実施形態を示す図である。
ここでは、２つの基地局間でソフトハンドオーバを行う場合の例を示しており、各基地局にはそれぞれ２本の送受信アンテナが設けられている。この場合、基地局１ではｗ１を固定してｗ２を制御し、基地局２では、ｗ３を固定してｗ４を制御すればよい。なお、それぞれの基地局においては、本発明の第１〜第３の実施形態までの方法を適用することができる。
【００４５】
すなわち、フェージング周波数が低いか、あるいはアンテナ相関係数が高い場合は、制御するウェイトはゆっくり変化するため、ｗ２及びｗ４を順番に上り送信データに多重化し、フィードバックすればよい。一方、フェージング周波数が高いか、あるいは、アンテナ相関係数が低い場合は、制御するウェイトは高速に変化するため、フィードバックする情報量を減らさなければならない。この場合、各基地局の各アンテナの伝搬損失に応じて使用するアンテナを選択した後、この選択情報を基地局に知らせ、この後に、実際に選択されたアンテナのみを使用して送信ダイバーシチを行う。
【００４６】
図９は、本発明の第５の実施形態を示す図である。
本実施形態は第４の実施形態において、受信電力の測定を基地局側でやる場合の構成である。以下、第４の実施形態と同様に、フェージング周波数が低いか、あるいはアンテナ相関係数が高い場合は、制御するウェイトはゆっくり変化するため、ｗ２及びｗ４を順番に上り送信データに多重化し、フィードバックする。一方、フェージング周波数が高いか、あるいはアンテナ相関係数が低い場合は、制御するウェイトは高速に変化するため、フィードバックする情報量を減らすように制御する。この場合、各基地局の各アンテナの伝搬損失に応じて使用するアンテナを選択した後、この選択情報を移動局に知らせ、この後に、実際に選択されたアンテナのみを使用して送信ダイバーシチを行う。
【００４７】
このとき、選択されていないアンテナをどのようにするかについては、上記第１及び第２の実施形態のような方法が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
送信ダイバーシチを行うアンテナを選択し用いるため、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。
・フェージング周波数に応じて最適なダイバーシチ利得が得られる。
・ソフトハンドオーバ時にも十分なダイバーシチ利得が確保出来る。
といった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】２本の送信アンテナを用いる場合のシステム構成を示す図である。
【図２】送信アンテナ数が４本の場合の構成例を示す図である。
【図３】移動局の詳細な構成例を示す図である。
【図４】本発明の原理を説明するシステム構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施形態を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信したウェイト情報に基づいて送信アンテナに適用するウェイトの制御を行う基地局との間で無線通信を行う移動局において、
該基地局が備える複数の送信アンテナのうち、ウェイトの制御により位相又は振幅関係が相互に調整された送信信号が送信される一部の複数のアンテナについてのウェイト情報を、該基地局に対して送信する信号に多重する多重化部、
を備えたことを特徴とする移動局。
【請求項２】
前記複数の送信アンテナのうち、前記一部の複数のアンテナ以外のアンテナについてのウェイトを固定値として前記一部の複数のアンテナについてのウェイト情報を計算する計算部を備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項３】
前記複数の送信アンテナのうち、前記多重化部によって前記基地局に対して送信する信号に多重されるウェイト情報がいずれのアンテナに関するものかの通知情報を前記基地局から受信する受信機を備え、受信した該通知情報に基づいて、前記基地局に対して送信する信号に多重されるウェイト情報をいずれのアンテナに関するウェイト情報とするか制御することを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項４】
前記複数の送信アンテナの一部は、第１の基地局が備え、前記複数の送信アンテナの他の一部は、第２の基地局が備えることを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項５】
前記一部の複数のアンテナについてのウェイト情報は、該一部の複数のアンテナのうち１つのアンテナを除いたアンテナ毎のウェイト情報であり、前記基地局は該１つのアンテナについてウェイトは更新しない制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項６】
基地局が備える複数の送信アンテナのそれぞれから送信された信号を受信する受信機と、
該受信機で受信した信号に基づいて、前記複数の送信アンテナのうち、ダイバーシチ送信に利用すべき一部のアンテナの選択情報又はウェイトを制御すべき一部のアンテナの選択情報を該基地局に対して送信する信号に多重する多重化部と、
を備えたことを特徴とする移動局。
【請求項７】
前記複数の送信アンテナの一部は、第１の基地局が備え、前記複数の送信アンテナの他の一部は、第２の基地局が備えることを特徴とする請求項６に記載の移動局。
【請求項８】
複数の送信アンテナを備え、
移動局に対して無線信号を送信する際に、該複数の送信アンテナのうち一部の複数のアンテナについては該移動局からのウェイト情報に基づいて移動又は振幅関係が相互に調整された送信信号が送信されるようにウェイトを更新して送信信号を得て、該複数の送信アンテナのうち他の一部のアンテナについては該移動局からのウェイト情報に基づいてウェイトを更新せずに送信信号を得るウェイト制御部、
を備えたことを特徴とする基地局。
【請求項９】
複数の送信アンテナを備え、
該複数の送信アンテナのうち一部の複数のアンテナについてのウェイト情報を移動局から受信する受信機と、
該受信機で受信した該一部の複数のアンテナについてのウェイト情報に基づいて、位相又は振幅関係が相互に調整された送信信号が送信されるように、該一部の複数のアンテナについてのウェイト制御を行うウェイト制御部、
を備えたことを特徴とする基地局。
【請求項１】
受信したウェイト情報に基づいて送信アンテナに適用するウェイトの制御を行う基地局との間で無線通信を行う移動局において、
該基地局が備える複数の送信アンテナのうち、ウェイトの制御により位相又は振幅関係が相互に調整された送信信号が送信される一部の複数のアンテナについてのウェイト情報を、該基地局に対して送信する信号に多重する多重化部、
を備えたことを特徴とする移動局。
【請求項２】
前記複数の送信アンテナのうち、前記一部の複数のアンテナ以外のアンテナについてのウェイトを固定値として前記一部の複数のアンテナについてのウェイト情報を計算する計算部を備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項３】
前記複数の送信アンテナのうち、前記多重化部によって前記基地局に対して送信する信号に多重されるウェイト情報がいずれのアンテナに関するものかの通知情報を前記基地局から受信する受信機を備え、受信した該通知情報に基づいて、前記基地局に対して送信する信号に多重されるウェイト情報をいずれのアンテナに関するウェイト情報とするか制御することを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項４】
前記複数の送信アンテナの一部は、第１の基地局が備え、前記複数の送信アンテナの他の一部は、第２の基地局が備えることを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項５】
前記一部の複数のアンテナについてのウェイト情報は、該一部の複数のアンテナのうち１つのアンテナを除いたアンテナ毎のウェイト情報であり、前記基地局は該１つのアンテナについてウェイトは更新しない制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の移動局。
【請求項６】
基地局が備える複数の送信アンテナのそれぞれから送信された信号を受信する受信機と、
該受信機で受信した信号に基づいて、前記複数の送信アンテナのうち、ダイバーシチ送信に利用すべき一部のアンテナの選択情報又はウェイトを制御すべき一部のアンテナの選択情報を該基地局に対して送信する信号に多重する多重化部と、
を備えたことを特徴とする移動局。
【請求項７】
前記複数の送信アンテナの一部は、第１の基地局が備え、前記複数の送信アンテナの他の一部は、第２の基地局が備えることを特徴とする請求項６に記載の移動局。
【請求項８】
複数の送信アンテナを備え、
移動局に対して無線信号を送信する際に、該複数の送信アンテナのうち一部の複数のアンテナについては該移動局からのウェイト情報に基づいて移動又は振幅関係が相互に調整された送信信号が送信されるようにウェイトを更新して送信信号を得て、該複数の送信アンテナのうち他の一部のアンテナについては該移動局からのウェイト情報に基づいてウェイトを更新せずに送信信号を得るウェイト制御部、
を備えたことを特徴とする基地局。
【請求項９】
複数の送信アンテナを備え、
該複数の送信アンテナのうち一部の複数のアンテナについてのウェイト情報を移動局から受信する受信機と、
該受信機で受信した該一部の複数のアンテナについてのウェイト情報に基づいて、位相又は振幅関係が相互に調整された送信信号が送信されるように、該一部の複数のアンテナについてのウェイト制御を行うウェイト制御部、
を備えたことを特徴とする基地局。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−５５６２８（Ｐ２００９−５５６２８Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６９８６８（Ｐ２００８−２６９８６８）
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【分割の表示】特願２００２−５８７９７０（Ｐ２００２−５８７９７０）の分割
【原出願日】平成１３年５月２日（２００１．５．２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【分割の表示】特願２００２−５８７９７０（Ｐ２００２−５８７９７０）の分割
【原出願日】平成１３年５月２日（２００１．５．２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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