JP4875404B2 - アンテナ選択方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを有する無線通信システムにおけるデータ伝送に関する。本発明は、前記システムのアンテナの選択方法に関する。

既知の無線通信システムには、建物の中、屋内領域で動作する、又は半ば閉鎖された領域で動作する、複数のアンテナを備えるデータ伝送システムがある。これらの通信システムは、一般に、基地局及び複数の移動端末から構成される。Ｈｉｐｅｒｌａｎ２及びＩＥＥＥ８０２．１１ａのような規格は、５ＧＨｚ周辺の周波数帯で動作する通信システムを定義している。

このようなシステムはまた、高解像度無線カメラにも適用される。

基地局と移動端末の間のデータ伝送の品質は、主に又は特にデータの送受信に利用されるアンテナシステムに依存する。受信中に送信される電力を最大化し、伝送路を効率化し、及び電力、固定電源を持たないユーザーのための特異点を減少させなければならない。これは、アンテナによる受信の最適化が、送信機の開発において重要であるためである。

これら伝送システムの雑音とエコーに対する耐性を強化するため、アンテナのダイバーシティ、所謂、ＭＲＣ（最大比合成）を用いた複数アンテナ処理の実行が知られる。アンテナダイバーシティは、アンテナが同じ反射条件に制約されないよう、複数のアンテナ、つまり複数の電波の伝送路を用い、複数のアンテナから受信した信号を結合する。そして、単一アンテナの方式に多い、フェージングによる電波の減衰を除去し、安定性を向上させる。

無線システムの範囲を広げるアンテナ技術において、最も広く利用されている方法の１つに、セクタアンテナがある。セクタアンテナでは、異なる角度の広がりを有する複数のビームを利用する。無線システムは、送受信機器の位置に従い、セクタの選択を調整する。

これら２つの技術、ダイバーシティアンテナとセクタアンテナは対立するものではない。具体的には、特許文献1において、少なくとも１つの選択されたアンテナセクタによりデータ伝送を行うよう、セクタ構成された複数のアンテナを有する無線伝送システムとして知られる。選択が行われる度に、新たなアンテナセクタが選択され、瞬時に切り替えが行われる。これは、無線接続が、あるアンテナのあるセクタから、別のアンテナの別のセクタへ、突然に移行することを意味する。この突然の移行は、エラー及び接続の瞬断を発生する危険がある。
米国特許第２００４／０１９６８３４号

以上の問題を改善するため、本発明は、セクタが属するアンテナに関わらず、アンテナの集合により受信される信号を結合することを提案する。

本発明は、一回に単一のアンテナのみを、あるセクタから他のセクタへ連続的段階を経て切り替えることにより、円滑なセクタ切り替えを行う。そして、受信信号レベルを常に最大に保つ事を可能にする。

本発明は、有意な安定性の利点を供する。アンテナの数が多いほど、アンテナを切り替える間のリスクは低くなる。

本発明は、セクタ（Ｍセクタ）を備える複数のアンテナ（Ｎ）を結合するシステムを有するデータ伝送システムのアンテナ選択方法に関する。各アンテナは、所定のセクタに従い動作する。本発明の方法は、初期設定段階及び反復走査段階を有する。反復走査段階では、連続近似により、最適に情報受信する各アンテナのセクタを走査する。

初期設定段階では、関係するアンテナを識別し、選択パラメータを判定し、そして関係するアンテナのそれぞれに対しセクタを適宜選択する。

望ましくは、アンテナの識別は、各アンテナを番号付けすることにより行われ、選択パラメータは、受信電力又は受信信号の「信号対雑音及干渉」比である。

望ましくは、最適に情報受信する各アンテナのセクタを走査する段階は、Ｎ個のアンテナのそれぞれが所与のセクタで受信した選択パラメータを測定する段階、これらＮ個のパラメータを比較し最も低いパラメータを有するアンテナを識別する段階、及び最大のパラメータが受信されるまでこのアンテナのセクタを変更する段階を有する。各アンテナのセクタを走査する段階は、新しいデータフレームが送信される度に行われる。

望ましくは、選択パラメータの最小閾値は固定され、この閾値を超えない選択パラメータを有するアンテナを除外できるようにする。

本発明の別の特長によると、アンテナが安定状態である間、このアンテナの全セクタの受信されたパラメータが、他のアンテナにより受信されたパラメータより低い場合、各アンテナのセクタを走査する段階の繰り返しは削減される。

この方法はまた、異なる極性（Ｍ個の極性）を有するＮ個のアンテナを結合する如何なるシステムにも適する。

本発明は、図を参照する以下の説明により、より理解され、他の特長及び利点が明らかになるだろう。

図1は、本発明に用いられる複数のアンテナを備えるシステムを有する送信機／受信機の例を示す。送信機／受信機は、基地局１、及びこの例では単一の移動端末２を有する。

基地局１は、セクタ構成の複数のアンテナ、第1のアンテナＡ、第2のアンテナＢ、及び第3のアンテナＣを有する。これら３つのアンテナは、この例では、それぞれ４つのセクタを有する。これらは移動端末に向けて信号を送出し、及び移動端末から信号を受信する。これらのアンテナＡ、Ｂ、及びＣは、ＲＦ（無線周波数）回路により、ＭＲＣ（最大比結合）複数アンテナ処理モデムに結合される。ＭＲＣ技術は、基地局の受信機のレベルで、各アンテナにより受信された平均化された信号の整合及び加重和を計算する。受信信号を結合するこの技術は、可能な最大の受信を得る。

移動端末２は、この例では、データ伝送のための単一のアンテナを有する。このアンテナは、従来知られているように、ＲＦ回路によりモデムと結合される。

アンテナシステムを動作させる方法は、つまり最適な受信を可能にする、アンテナの選択及び各アンテナのセクタの選択は、図2を用いて明らかにされる。

３つのアンテナＡ、Ｂ、及びＣは、それらが有するセクタの集合により示される。図2の例では、４つのセクタを有するアンテナが示されるが、本発明の方法は、Ｍ個のセクタを有するアンテナに関する。選択されたセクタは、黒塗りで示される。これらは、前の図に示されたように、複数のアンテナを有するシステムの一部を形成する。

各アンテナと共に示される長方形は、品質判定基準のレベル又は選択パラメータを示す。選択パラメータは、例えば、図2の例に示されるように、アンテナにより受信された電力Ｐのレベルであって良い。選択パラメータはまた、「信号対雑音及び干渉」比であって良い。雑音及び干渉は、信号の外乱である。よって、干渉信号による外乱は、信号品質を決定する比で、雑音による外乱に関連付けられる。最適な判定基準は、電力の測定及び信号対雑音比に基づき計算されたパラメータで良い。パラメータの関数は、アンテナの受信品質の測定を可能にし、存在しなくても接続品質に与える影響が最小のアンテナを選択できるようにする。これらの受信チャネルの信号の信頼性の関数を解決する他のパラメータ、又は他のＮ−１個のアンテナから生じるＮ−１個の信号の組み合わせに基づき得られる信号に関する他のパラメータが利用され、アンテナＮを適正と認める。

このパラメータの値は、特定のセクタを選択している各アンテナに対し入力される。この例では、パラメータは、受信電力Ｐを含む。次に、全てのアンテナＡ、Ｂ、及びＣから生じるこれらのパラメータは、比較される。

本発明の方法を理解するため、８個の段階（１乃至８と番号付けられる）を示す。本方法の原理は、ＭＲＣシステムにより全てのアンテナで受信された信号の組み合わせを最大にするよう、各アンテナの最大信号受信レベルを走査することである。

第１の段階は、初期設定段階と称される。初期設定段階では、全てのアンテナで任意に同一のセクタが選択される（セクタ１）。アンテナＡ、Ｂ、及びＣそれぞれの受信電力レベルＰａ、Ｐｂ、及びＰｃが測定され、次にこれらのレベルは比較される。この例では、アンテナＡにより受信された電力レベルは、アンテナＢ及びＣによりそれぞれ受信された電力レベルより低い。つまり、Ｐａ≦Ｐｂ及びＰｃである。アンテナＡは、電力レベルＰが最も低いアンテナである。従って、アンテナＡの他のセクタを評価しなければならない。次にアンテナＡは、セクタ１からセクタ２へ切り替えられる。留意すべきは、アンテナＡは、受信システムのアンテナの中で、セクタの切り替えによる影響の最も少ないアンテナであることである。受信信号への影響は最小であり、外乱も最小である。

第２の段階では、アンテナＡは第２のセクタに切り替えられたが、アンテナＡにより受信される電力レベルＰａは、依然としてアンテナＢ及びＣによりそれぞれ受信されるＰｂ及びＰｃより低い。従って、再びアンテナＡはセクタ２からセクタ３へ切り替えられる。

アンテナＡのセクタ３で測定された電力は、アンテナＢ及びＣの電力より高い。第３の段階では、アンテナＢの電力は他より低いので、アンテナＢは、第１のセクタから第２のセクタへ切り替えられる。

段階４及び５では、アンテナＣ及びＢは、同様の方法でセクタを切り替えられる。

段階６、７及び８では、アンテナＢの受信電力は、依然としてアンテナＡ及びＣの電力より低い。これは安定状態と称される。

留意すべきは、初期設定段階である段階１から最大受信電力を得る段階５への切り替えは、アンテナＡ、次にＢそして最後にＣの４つの連続するセクタ切り替えにより実行される。その結果、アンテナセクタの変化は、連続する切り替えにより平滑に行われる。セクタの変化は、無線接続の品質を害すことなく行われる。

通信が連続するデータフレームにより行われる場合、電力の測定及びアンテナセクタの変化は、フレームの変化により引き起こされ、又はフレームの開始時に予約された間隔の間に行われる。例えば、フレームが１０ｍｓ毎に送出される場合、段階１から安定状態である段階８への切り替えは、８０ｍｓで行われる。

本方法は、図２の段階の間の特定の場合（図示されない）の解決法を有する。初期設定段階では、アンテナは識別され順序付けられている。あるアンテナの他に対する優先度は、次のように決定される。つまり、２つのアンテナが第３のアンテナより低い同じ電力を受信した場合、セクタを変更するアンテナが決定される。

受信電力の最小閾値を有する。具体的には、アンテナの受信電力が、ある番号の段階でこの閾値を超えなかった場合、応答なしと見なされる。従って、所望の通信は無効になる。欠陥のない状態では、このアンテナは開放され、他のアンテナと共に、複数のアンテナを有する別のシステムを形成するため、再利用可能にする。このようなアンテナの選択は、データ受信システムの復調経路の下流で行われる。

システム自体は恒久的に調整を行う。言い換えると、最も低い電力を受信しているアンテナでは、より好ましいセクタが常に走査される。安定状態が得られた時点から、測定の発生は減少する。

別の方法では、システムは、各アンテナに対し、選択されたセクタに隣接する、より好ましいセクタを恒久的に走査するよう、連続的に自己調整する。

図３は、本発明に用いられる、利用可能な複数の受信経路を有する複数のＭＩＭＯアンテナを備えるシステムを示す。異なる空間データストリームは、種々の受信経路へ送信される。これらのストリームは１つの同じ信号の成分を表すことができる。

上述の例のように、本システムは、ＲＦ回路によりモデムと結合される複数のアンテナＡ１、Ａ２、．．．、Ａｎを備えるシステムを有する基地局３、及びＲＦ回路により別のモデムと結合される複数のアンテナＢ１、Ｂ２、．．．、Ｂｍを備える別のシステムを有する移動端末４を有する。送信される信号は、基地局のＮ個のアンテナ又は移動端末のＭ個のアンテナの中から選択されたｘ個のアンテナから生成される。このため、各受信経路は、受信信号のｘ個の成分のそれぞれを抽出するために利用可能なｘ個の等価器を有する。受信品質は、信号の全成分の良好な受信に依存する。ストリームの伝送に対する受信アンテナの貢献度を表す品質指標は、各ストリームに対して計算される。この指標は、セクタを変更するよう選択されたアンテナが存在しなくても、各空間ストリームに有意な影響を与えないことを確認するために利用される。

上述のように、経路として最初に選択されたアンテナは、選択基準が満たされなかったため、この経路では無効になり、別の受信経路の伝送に再利用されることが考えられる。この基準は、既に説明した。

モデムは、複数のアンテナを空間的及び時間的に制御可能にする空間的、時間的な符号化、復号化部を有する。

セクタ構成を備えるアンテナダイバーシティを有するＭＩＭＯシステムは、例えばＯＦＤＭ変調のような種々の変調方式と組み合わせ可能である。

本発明は、説明された例に限定されるものではない。具体的には、移動端末と同様に基地局の送信及び受信アンテナの数は、以上の例に説明された数より多くても良い。また本発明は、セクタアンテナを利用したが、無線システムによれば、他のアンテナ、特に種々の極性が可能なアンテナも可能である。

本発明に用いられる複数のアンテナを備えるシステムを有する送受信機の例を示す。 アンテナ及び図１のシステムの各アンテナのセクタを選択する本発明の方法の例を示す。 本発明に用いられる複数のアンテナを備えるＭＩＭＯ送信器／受信機を示す。

符号の説明

１ 基地局
２ 移動端末
３ 基地局
４ 移動端末
Ａ−Ｂ アンテナ
Ａ１−Ａｎ アンテナ
Ｂ１−Ｂｍ アンテナ
Ｐａ−Ｐｃ アンテナの受信電力

Claims (6)

1. N個のアンテナ各々のセクタから受信した信号を結合するシステムを有するデータ伝送システムにおけるアンテナ選択方法であって、前記N個のアンテナ各々はM個のセクタを有し、N及びMは複数であり、当該アンテナ選択方法は、
   前記N個のアンテナを識別し、前記アンテナによる受信品質を測定するための選択パラメータを決定し、前記アンテナ各々のセクタを任意に選択することを含む初期設定段階と、
   アンテナ各々において新たなデータフレーム各々を送信するのに最適なセクタを探す反復走査段階と、
   を有し、前記反復走査段階は、
   選択されたセクタに対してN個のアンテナ各々が受信した選択パラメータのレベルを測定する測定段階と、
   あるアンテナを識別するために、前記選択パラメータの測定されたN個のレベルを比較する比較段階であって、該あるアンテナについて測定された選択パラメータのレベルは、測定された他の選択パラメータのレベルよりも低い、比較段階と、
   アンテナの選択パラメータのレベルが他のアンテナのものより小さいままになるまで、少なくとも識別されたアンテナにおける隣接するセクタを選択し、前記測定段階に戻る、選択段階と
   を有するアンテナ選択方法。
2. 前記選択パラメータは、前記受信した信号の電力を表す、請求項１記載のアンテナ選択方法。
3. 前記選択パラメータは、前記受信した信号の「信号対雑音」比を表す、請求項１記載のアンテナ選択方法。
4. 前記選択パラメータは、前記受信した信号の電力及び「信号対雑音」比に基づいて算出されたパラメータである、請求項１記載のアンテナ選択方法。
5. 前記選択パラメータのレベルに対する最小閾値が、該最小閾値を超えない選択パラメータを有するアンテナを除外できるように固定されている、請求項１記載のアンテナ選択方法。
6. アンテナが安定状態である間、前記反復走査段階の繰り返しは削減される、請求項１記載のアンテナ選択方法。

Images