JP4594367B2

JP4594367B2 - 移動局、通信制御方法

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Publication number: JP4594367B2
Application number: JP2007280645A
Authority: JP
Inventors: 正則加藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP2008061277A

Description

本発明は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ；ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）方式の無線通信システムに用いて好適な移動局、通信制御方法に関する。

従来、移動局（携帯端末）に複数のアンテナ素子を有する適応アレーアンテナシステムを備え、ＭＭＳＥ（最小２乗誤差法）などを用いた受信波適応処理を行い、指向性パターンを形成して無線基地局からの無線信号を受信するものが知られている。そして、その適応アレーアンテナシステムにより、所望波の到来方向に受信ビームパターンを形成し、且つ他基地局などからの干渉波の到来方向にはヌルを形成し抑圧することで通信品質の改善が図られている。また、予め移動局の位置に対応した指向性パターンのデータをデータベース化し、そのデータを用いて指向性パターンを形成することにより、受信波適応処理による電波伝搬経路の算出を省略するものもある（例えば、特許文献１，２参照）。これにより、移動局が移動した場合に、アンテナの指向性が追従性よく速やかに制御される。
特開平８−１３９６５７号公報特開平１３−９４４９６号公報

しかし、上述した従来の技術では、予めデータベース化された指向性パターンのデータを使用するので、刻々と変化する移動局の周辺環境に対応することができないという問題がある。例えば、移動局が側を通りかかった移動物体の陰に隠れたり、あるいは移動局である携帯端末の持ち方により利用者の陰になれば、電波環境は変化するので、既存のデータでは対応できない虞がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、適応アレーアンテナシステムにより指向性パターンを形成して通信品質の向上を図る場合に、刻々と変化する移動局の周辺環境に対応することができる移動局、通信制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明者が考えた移動局は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を受信する移動局において、自移動局の位置を測定する位置測定手段と、前記複数のアンテナ素子の中から予め定められた基準アンテナを用いて、自移動局の向いている方位を測定する方位測定手段と、現在通信している無線基地局からの基地局位置情報を取得する基地局位置情報取得手段と、前記自移動局の位置と前記方位と前記基地局位置情報とに基づいて、前記基準アンテナを用いて、自移動局に対する前記無線基地局の方向を算出し、当該算出した基地局方向にビームパターンを形成するビームパターン形成手段と、前記受信信号に基づいて受信波に対応する指向性パターンを形成する指向性パターン形成手段と、前記基地局方向のビームパターンまたは前記受信波に対応する指向性パターンを使用して前記受信信号の受信処理を行う受信処理手段と、を備えたことを特徴としている。また、本発明は以下のような特徴を有している。まず、本発明に係る移動局の特徴は、複数のアンテナ素子を有し、前記アンテナ素子を用いて、基地局からの無線信号を受信する移動局において、受信波の到来方向に第１のビームパターンを形成する第１のビームパターン形成手段と、前記基地局の方向に向けて第２のビームパターンを形成する第２のビームパターン形成手段と、前記第１のビームパターンにより得られた所望波および前記第２のビームパターンにより得られた所望波について受信処理を行う受信処理手段と、を備え、前記受信処理手段は、前記第１のビームパターンで得られた所望波の最大受信感度点の方向と前記第２のビームパターンの方向との差分が所定範囲内である場合には、前記第１のビームパターンにより得られた所望波について前記受信処理を行う、ことを要旨とする。

本願発明者が考えた移動局においては、前記基地局方向のビームパターンまたは前記受信波に対応する指向性パターンを使用して送信信号の送信処理を行う送信処理手段を備えたことを特徴とする。

本願発明者が考えた移動局においては、前記基地局方向のビームパターンまたは前記受信波に対応する指向性パターンを使用して、現在通信している無線基地局とハンドオフする候補の無線基地局の双方と同時に通信することを特徴とする。

本発明に係る通信制御方法は、複数のアンテナ素子を有し、前記アンテナ素子を用いて、基地局からの無線信号を受信する移動局における通信制御方法であって、受信波の到来方向に第１のビームパターンを形成する過程と、前記基地局の方向に向けて第２のビームパターンを形成する過程と、前記第１のビームパターンにより得られた所望波および前記第２のビームパターンにより得られた所望波について受信処理を行う過程と、を含み、前記受信処理を行う過程では、前記第１のビームパターンで得られた所望波の最大受信感度点の方向と前記第２のビームパターンの方向との差分が所定範囲内である場合には、前記第１のビームパターンにより得られた所望波について前記受信処理を行う、ことを要旨とする。

本発明によれば、基地局方向のビームパターンまたは受信波に対応する指向性パターンにより無線信号の受信が行われるので、刻々と変化する移動局の周辺環境に対応することができる。これにより、適応アレーアンテナシステムにより指向性パターンを形成し、安定して通信品質の向上を図ることができるという優れた効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による携帯端末１００の構成を示すブロック図である。

この携帯端末１００は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式の無線通信システムにおける移動局（ＭＳ）として使用されるものである。図１において、携帯端末１００は、複数のアンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎからなるアレーアンテナと、無線送受信部１と、複数の受信波適応処理部２−１〜Ｍと、複数の受信重み付け部３−０〜Ｍと、レイク受信部４と、ベースバンド処理部５と、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）用のアンテナＧＰＳＡＮＴと、位置情報処理部１１と、方位情報処理部１２と、基地局方向適応処理部１３と、方向比較部１４と、セレクタ（ＳＥＬ）１５とを有する。

無線送受信部１は、アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎにより送信と受信を行う。なお、図１においては送信機能に係る他のブロックは省略している。アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎの信号Ａ１〜ＡＮは無線送受信部１で受信された後、受信信号Ｂ１〜ＢＮとして受信波適応処理部２−１〜Ｍ及び受信重み付け部３−０〜Ｍに出力される。

受信波適応処理部２−１〜Ｍは、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮに対して例えばＭＭＳＥを用いた適応信号処理を行う。この適応信号処理により、各受信波に対応する各アンテナ素子毎の重み係数Ｗ１１〜Ｗ１Ｎ，Ｗ２１〜Ｗ２Ｎ，…，ＷＭ１〜ＷＭＮを算出し、それぞれ各受信波に対応する受信重み付け部３−１〜Ｍに出力する。各重み係数は、各受信波に対応する指向性パターンを形成するためのものである。反射波などにより受信波に対応する指向性パターンは随時変化するので、受信波適応処理部２−１〜Ｍはその変化に追従するように重み係数を求める。

受信重み付け部３−１〜Ｍは、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮにそれぞれ対応する重み係数Ｗ１１〜Ｗ１Ｎ，Ｗ２１〜Ｗ２Ｎ，…，ＷＭ１〜ＷＭＮを乗じて加算し、レイク受信部４に出力する。これにより、受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が制御され、指向性パターンが形成される。

レイク受信部４は、複数の受信信号によりレイク受信を行う。このレイク受信により、遅延波など伝搬路の異なるいくつかの所望波を最大比合成し、受信特性の改善を図る。ベースバンド処理部は、レイク受信後の受信信号についてのベースバンド信号を出力する。また、無線基地局から受信した基地局位置情報（緯度、経度）を位置情報処理部１１に出力する。なお、予め基地局位置情報をデータとして保存しておいてもよい。

位置情報処理部１１は、ＧＰＳなどの位置測定機能を有しており、アンテナＧＰＳＡＮＴからの受信信号に基づいて自携帯端末１００の位置情報（緯度、経度）を測定する。そして、その自携帯端末（ＭＳ）１００の位置情報と基地局位置情報とから、現在通信している無線基地局（ＢＳ）２００との位置関係を把握し、基準方向（例えば、真北など）に対する角度情報（θｐ）を算出する（図２参照）。図２の例では携帯端末１００が４つのアンテナ素子ＡＮＴ−１〜４を備え、アンテナ素子ＡＮＴ−１を基準アンテナとしている。

方位情報処理部１２は、電子コンパスなどの方位測定機能を有しており、自携帯端末１００の向いている方位を測定し、基準方向に対する角度情報（θｄ）を算出する（図２参照）。この角度情報は複数のアンテナ素子の中から予め定められた１つの基準アンテナ（図２の例ではアンテナ素子ＡＮＴ−１）を基準として求められる。

基地局方向適応処理部１３は、位置情報処理部１１及び方位情報処理部１２で得られた角度情報（θｐ、θｄ）に基づいて、基地局方向の角度情報（θｂｓ）を算出する（図２参照）。そして、その角度情報（θｂｓ）からアンテナ素子毎に重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを算出し、受信重み付け部３−０に出力する。受信重み付け部３−０は、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮに重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを乗じて加算し、セレクタ１５に出力する。これにより、受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が制御され、ビームパターンが形成される。このビームパターンは常に基地局方向に形成される。

上記受信波適応処理部２−１〜Ｍと基地局方向適応処理１３は定常的に動作する。また、基地局方向適応処理部１３は、所望波の受信特性などに無関係に動作する。そして、基地局方向適応処理部１３は、受信波適応処理部２−１〜Ｍにより形成される指向性パターンが激しく変動する場合に、補助的な受信を行うための指向性パターンを形成することを目的とする（図４参照）。あるいは、自携帯端末１００が無線基地局２００に対して見通し外から見通し内に移動した場合に、瞬時に所望波を受信するための指向性パターンを形成することを目的とする（図３参照）。

方向比較部１４は、基地局方向適応処理部１３から入力された基地局方向の角度情報（θｂｓ）と、受信波適応処理部２−１から入力された重み係数Ｗ１１〜Ｗ１Ｎとに基づいて、基地局方向と受信波の到来方向の関係を把握し、それらの方向が所定範囲内である場合にはセレクタ１５を閉じて受信重み付け部３−０からの受信信号をレイク受信部４に出力しないようにする。

次に、上記した基地局方向のビームパターンを形成するための重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎの算出方法の例を説明する。先ず、無線基地局と移動局（携帯端末１００）のそれぞれの位置情報（経度、緯度）により移動局を中心として基準方向に対する基地局方向の角度θｐを算出する。ここで、角度θａを次式（１）で定義する。

但し、Ｄｉは移動局の位置における緯度１秒当たりの距離、Ｄｋは経度１秒当たりの距離である。なお、これらの値Ｄｉ，Ｄｋは、所定の地域範囲では同じ値としてでよい。

そして、下記（ａ）〜（ｈ）に示す条件より、基準方向（この例では真北を基準とし、東回りを＋とする）に対する角度θｐを求める。条件（ａ）〜（ｈ）には移動局と基地局の位置関係に対応する角度θｐが示されている。
（ａ）移動局経度＜基地局経度、移動局緯度＜基地局緯度；θｐ＝θａ
（ｂ）移動局経度＜基地局経度、移動局緯度＞基地局緯度；θｐ＝１８０度−θａ
（ｃ）移動局経度＞基地局経度、移動局緯度＞基地局緯度；θｐ＝１８０度＋θａ
（ｄ）移動局経度＞基地局経度、移動局緯度＜基地局緯度；θｐ＝３６０度−θａ
（ｅ）移動局経度＝基地局経度、移動局緯度＜基地局緯度；θｐ＝０度
（ｆ）移動局経度＝基地局経度、移動局緯度＞基地局緯度；θｐ＝１８０度
（ｇ）移動局経度＜基地局経度、移動局緯度＝基地局緯度；θｐ＝９０度
（ｈ）移動局経度＞基地局経度、移動局緯度＝基地局緯度；θｐ＝２７０度
次いで、基準方向に対する基地局方向の角度θｐと移動局の方位角度θｄとから、次式により基準アンテナに対する基地局方向の角度θｂｓを算出する。
θｄ＜θｐの場合にはθｂｓ＝θｐ−θｄ
θｄ＞θｐの場合にはθｂｓ＝３６０度−（θｄ−θｐ）
θｄ＝θｐの場合にはθｂｓ＝０
次いで、基準アンテナに対する基地局方向の角度θｂｓから重み係数Ｗ０１〜Ｗ０Ｎを算出する。下記に重み係数Ｗ０１，Ｗ０２の計算例を示す。この例の条件は、アレーアンテナのアンテナ素子数Ｎは２、アンテナ素子の間隔はλ／２、所望波の電力は１、干渉波はなしである。
Ｗ０１＝１Ｗ０２＝ｅｘｐ（−ｊπｓｉｎθｂｓ）
なお、上記算出方法は一例であり、素子数、素子間隔、配置などの条件により計算式は異なる。

次に、上述した図１の携帯端末１００の動作を説明する。初めに基本的な動作を説明する。先ず、移動局としての通常の送受信を行っている状態において、受信波適応処理部２−１〜Ｍは、受信した所望波の参照信号に基づいて、当該受信波の到来方向にビームパターンを形成し、且つ干渉波方向にヌルを形成するように、重み係数を算出して受信重み付け部３−１〜Ｍに出力する。そして、受信重み付け部３−１〜Ｍにより受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が該重み係数に基づき制御され、各受信波に対応する指向性パターン（受信波指向性パターン）が形成される。

また、位置情報処理部１１は自移動局の位置情報（緯度、経度）を測定し、更に無線基地局から受信された周辺基地局の位置情報（緯度、経度）をベースバンド処理部５から受け取り、この基地局位置情報から現在通信している無線基地局の位置情報を得る。そして、自移動局の位置情報と通信中の基地局の位置情報とから、基準方向に対する該基地局方向の角度情報（θｐ）を算出する。

また、方位情報処理部１２は、基準アンテナ素子が向いている方位（自方位）を示す方位情報を測定する。そして、基準方向に対する自方位の角度情報（θｄ）を算出する。

基地局方向適応処理部１３は、位置情報処理部１１と方位情報処理部１２からそれぞれ角度情報（θｐ，θｄ）を受け取り、基準アンテナ素子に対する基地局方向の角度θｂｓを算出する。次いで、この角度θｂｓに基づいて重み係数を算出し、受信重み付け部３−０に出力する。該重み係数に基づいて受信重み付け部３−１〜Ｍにより受信信号Ｂ１〜ＢＮの位相と振幅が制御され、基地局方向へのビームパターン（基地局方向ビームパターン）が形成される。

レイク受信部４は、それぞれ形成された各受信波指向性パターンと基地局方向ビームパターンを組み合わせて所望波をそれぞれ受信し、レイク受信を行う。

次に、上記レイク受信部における受信方法を説明する。
第１の受信方法；１つの受信波指向性パターンにより得られた所望波と基地局方向ビームパターンにより得られた所望波を合成して受信処理を行う。この方法は、携帯端末１００の周辺環境が、例えば図３や図４に示す状況である時に適用される。

第２の受信方法；１つの受信波指向性パターンにより得られた複数の所望波と基地局方向指向性パターンにより得られた所望波を合成して受信処理を行う。この方法は、携帯端末１００の周辺環境が、例えば図５に示す状況である時に適用される。

第３の受信方法；複数の受信波指向性パターンにより得られた複数の所望波と基地局方向ビームパターンにより得られた所望波を合成して受信処理を行う。この方法は、携帯端末１００の周辺環境が、例えば図６に示す状況である時に適用される。

第４の受信方法；１つの受信波指向性パターンにより得られた所望波の最大受信感度点の方向が、基地局方向ビームパターンの方向と同一か、又は、それらの方向の差分が所定範囲内である場合は、該受信波指向性パターンにより得られた所望波を選択する。ここで、該受信波指向性パターンにより得られた所望波が複数ある場合には合成して受信処理を行う。

第５の受信方法；複数の受信波指向性パターンにより得られた複数の所望波における最大受信感度点の方向が、基地局方向ビームパターンの方向と同一か、又は、それらの方向の差分が所定範囲内である場合は、該最大受信感度点の所望波を選択する。

なお、伝搬経路が異なる所望波をより多く取り込むことによりレイク受信による受信特性がさらに向上するので、同じ到来方向の所望波は１つとし、異なる伝搬経路の所望波をより多く受信するようにするのが好ましい。上記第４，第５の方法は、この知見に基づいたものである。また、上記第１〜第５の受信方法は、適宜選択して使用することが可能である。

なお、上述した実施形態では、受信処理を例に挙げて説明したが、送信処理にも同様に適用可能である。送信時には、受信時に得られたそれぞれの指向性パターンの重み係数を元に送信周波数に対応する補正などを行う。そして、その補正された重み係数により、位相と振幅を制御して送信用の指向性パターンを形成する。以下に送信方法を説明する。

第１の送信方法；１つの受信波指向性パターンのビームパターンと基地局方向ビームパターンの２方向に送信を行う。

第２の送信方法；複数の受信波指向性パターンにより得られた複数の所望波のうち、最大受信電力の所望波の受信波指向性パターンを選択する。そして、その選択された受信波指向性パターンのビームパターンと基地局方向ビームパターンの２方向に送信を行う。

第３の送信方法；１つの受信波指向性パターンの最大受信感度点の方向が、基地局方向ビームパターンの方向と同一か、又は、それらの方向の差分が所定範囲内である場合は、該受信波指向性パターンのビームパターンまたは基地局方向ビームパターンのいずれか１方向に送信を行う。

第４の送信方法；複数の受信波指向性パターンにより得られた複数の所望波のうち、最大受信電力の所望波の受信波指向性パターンを選択する。そして、その選択された受信波指向性パターンのビームパターンの方向が、基地局方向ビームパターンの方向と同一の場合は、該受信波指向性パターンのビームパターンを選択し送信を行う。

第５の送信方法；指向性パターンによる送信は行わず、オムニで送信を行う。

なお、上記第１〜第５の送信方法は、適宜選択して使用することが可能である。

また、自移動局がハンドオフする場合には、上記受信方法及び送信方法の組合せにより、現在通信している基地局（現在基地局）とハンドオフする候補の基地局（次候補基地局）への各指向性パターンを選択する。これにより、現在基地局と次候補基地局の２方向への同時通信が可能となる。

なお、上述した図１の実施形態においては、基地局方向適応処理部１３と受信重み付け部３−０が基地局方向ビームパターン形成手段に対応する。また、受信波適応処理部２−１〜Ｍと受信重み付け部３−１〜Ｍが受信波指向性パターン形成手段に対応する。また、レイク受信部４が受信処理手段に対応する。また、ベースバンド処理部５が基地局位置情報取得手段に対応する。

また、移動局の位置や方位の情報は、移動局の近隣に在る外付け等で接続される外部装置にて測定し、該外部装置から移動局が取得するようにしてもよい。

なお、本実施形態の移動局（携帯端末）としては、例えば携帯電話機やＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔｓ：個人用情報機器）と称される携帯型の端末も含むものとする。ここで、ＰＤＡの場合、無線通信手段を内蔵しているものとする。また、本発明の移動局は、携帯型に限定されず、ＧＰＳ機能及び電子コンパス機能などの位置や方位情報取得手段を有するカーナビゲーションシステムを備えた自動車電話機又は、移動物体に搭載された様々な無線装置も同様に含まれる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態による携帯端末１００の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第１の図である。本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第２の図である。本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第３の図である。本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第４の図である。本発明の一実施形態による通信制御方法を説明するための第５の図である。

符号の説明

１：無線送受信部、２−１〜Ｍ：受信波適応処理部、３−０〜Ｍ：受信重み付け部、４：レイク受信部、５：ベースバンド処理部、１１：位置情報処理部、１２：方位情報処理部、１３：基地局方向適応処理部、１４：方向比較部、１５：セレクタ（ＳＥＬ）、１００：携帯端末（移動局）、２００：無線基地局、ＡＮＴ−１〜Ｎ：アンテナ素子、ＧＰＳＡＮＴ：ＧＰＳ用アンテナ。

Claims

複数のアンテナ素子を有し、前記アンテナ素子を用いて、基地局からの無線信号を受信する移動局において、
受信波の到来方向に第１のビームパターンを形成する第１のビームパターン形成手段と、
前記基地局の方向に向けて第２のビームパターンを形成する第２のビームパターン形成手段と、
前記第１のビームパターンにより得られた所望波および前記第２のビームパターンにより得られた所望波について受信処理を行う受信処理手段と、を備え、
前記受信処理手段は、
前記第１のビームパターンで得られた所望波の最大受信感度点の方向と前記第２のビームパターンの方向との差分が所定範囲内である場合には、前記第１のビームパターンにより得られた所望波について前記受信処理を行う、
ことを特徴とする移動局。
複数のアンテナ素子を有し、前記アンテナ素子を用いて、基地局からの無線信号を受信する移動局における通信制御方法であって、
受信波の到来方向に第１のビームパターンを形成する過程と、
前記基地局の方向に向けて第２のビームパターンを形成する過程と、
前記第１のビームパターンにより得られた所望波および前記第２のビームパターンにより得られた所望波について受信処理を行う過程と、を含み、
前記受信処理を行う過程では、
前記第１のビームパターンで得られた所望波の最大受信感度点の方向と前記第２のビームパターンの方向との差分が所定範囲内である場合には、前記第１のビームパターンにより得られた所望波について前記受信処理を行う、
ことを特徴とする通信制御方法。