JP3555804B2

JP3555804B2 - Adaptive antenna device

Info

Publication number: JP3555804B2
Application number: JP11740796A
Authority: JP
Inventors: 光一常川
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2016-05-13
Also published as: JPH09307335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば移動通信の基地局に用いられ、移動端末のそれぞれに適した指向特性を適応的に与えることを可能とするアダプティブアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に従来のアダプティブアンテナ装置を示す。これは４つのアンテナ素子１１_１〜１１_４を備えた場合であり、アンテナ素子１１_１〜１１_４よりの各受信信号はそれぞれダウンコンバータ１２_１〜１２_４で中間周波信号に変換され、これら中間周波信号はそれぞれ復調器１３_１〜１３_４でそれぞれ複素ベースバンド信号、つまりＩ信号とＱ信号に復調され、これら各復調出力はＡ／Ｄ変換器１４_１〜１４_４でデジタル信号に変換され、その各デジタル信号はそれぞれチャネル分離回路１５_１〜１５_４で各チャネルこの例ではＮチャネルに分離され、これら分離された第１〜第Ｎチャネルの復調デジタル信号はＮ個のアダプティブプロセッサ１６_１〜１６_Ｎへ供給されるアダプティブプロセッサ１６_１〜１６_Ｎにおいてはそれぞれ当該チャネルについての４つのアンテナ素子１１_１〜１１_４からの受信信号の復調信号を入力して、アダプティブ（適応）処理を行って当該チャネルの受信出力が最適になるように処理され、その各アダプティブプロセッサ１６_１〜１６_Ｎよりの処理結果が各ベースバンド信号としてそれぞれ出力端子１７_１〜１７_Ｎを通じて図に示していない対応ベースバンド回路へ供給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては各チャネルごとにアダプティブプロセッサを設け、これに当該チャネルについての全てのアンテナ素子よりの信号を入力する必要があった。
アダプティブプロセッサ１６_１〜１６_Ｎはデジタル回路であるため、高周波信号を直接処理することができず、ダウンコンバータ１２_１〜１２_４により周波数を下げ、更に復調器１３_１〜１３_４で復調し、Ａ／Ｄ変換器１４_１〜１４_４でデジタル信号に変換する必要があり、各アンテナ素子ごとにダウンコンバータ、復調器、Ａ／Ｄ変換器、チャネル分離回路を必要とし、アダプティブプロセッサは各チャネルについて並列処理が必要であり、チャネル数を必要とする。これらのためハードウェアの規模が大きなものとなる欠点があった。またアダプティブプロセッサはそれぞれ全アンテナ素子の信号を入力として数値処理してパターンを決定するため、処理が複雑で、かつプロセッサの規模も大形化する欠点があった。
【０００４】
上述では受信用のアダプティブアンテナ装置について述べたが、従来の送信用アダプティブアンテナ装置も図９中のダウンコンバータがアップコンバータになり、復調器が変調器になり、チャネル分離回路がチャネル合成回路になるだけであり、同様の問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、Ｋ個のアンテナ素子中の少なくともＫ−１個に、各チャネルごとに振幅及び位相を制御できる重み制御器が接続され、Ｋ個のアンテナ素子は重み制御器を介して合成／分配器に接続され、受信の場合は合成され、送信の場合は分配され、合成／分配器に周波数変換器が接続され、受信の場合はダウンコンバートされ、送信の場合はアップコンバートされ、この周波数変換器に変／復調器が接続され、受信の場合は復調され、送信の場合は変調され、変／復調器はＡ−Ｄ変換器に接続され、受信の場合はデジタル信号に変換され、送信の場合はアナログ信号に変換され、Ａ−Ｄ変換器はチャネル分離／合成回路に接続され、受信の場合は各チャネルのベースバンド信号に分離され、送信の場合は各ベースバンド信号が合成され、各種の放射パターン波形のデータがパターンデータベースに格納され、アダプティブプロセッサが、データベースよりパターンデータを取出し、前記重み制御器にチャネルごとに振幅、位相データとして設定して、その時の受信電力、Ｓ／Ｎ，Ｄ／Ｕ（非干渉波／干渉波）などの値に応じてパターンデータを制御して、各チャネルごとに適切な放射パターンに設定する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施例１
図１にこの発明の第１実施例を示し、図７と対応する部分に同一符号を付けてある。この例も４つのアンテナ素子１１_１〜１１_４を用いた場合である。アンテナ素子１１_１の受信信号は高周波合成回路２１へ直接供給されるが、他のアンテナ素子１１_２〜１１_４の各受信信号はそれぞれ重み制御器２２_２〜２２_４を通じて高周波合成回路２１へ供給される。高周波合成回路２１の合成出力はダウンコンバータ１２により中間周波信号に変換され、その中間周波信号は復調器１３で複素ベースバンド信号に復調され、その復調出力はＡ／Ｄ変換器１４でデジタル信号に変換され、そのデジタル信号はチャネル分離回路１５でＮ個のチャネルに分離されてアダプティブプロセッサ１６へ供給され、アダプティブプロセッサ１６から各チャネルのベースバンド信号が出力端子１７_１〜１７_Ｎを通じて図に示していない対応ベースバンド回路へ供給される。
【０００７】
アダプティブプロセッサ１６はパターンデータベース２３から各種アンテナ指向性パターンが読出され、これに応じて制御線２４を通じて重み制御器２２_２〜２２_４の重みを各チャネルごとに制御して、適切なパターンを設定する。
重み制御器２２_２は例えば図２に示すように構成されている。これは周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）信号に適用した場合で入力端子２５を通じてアンテナ素子１１_２よりの受信信号が入力され、帯域通過フィルタ２６_１〜２６_Ｎで各チャネルｆ_１〜ｆ_Ｎごとの信号に分離され、フィルタ２６_１〜２６_Ｎよりの各チャネルｆ_１〜ｆ_Ｎの信号は可変移相器２７_１〜２７_Ｎをそれぞれ通じ、更に可変減衰器２８_１〜２８_Ｎをそれぞれ通じて出力端子２９へ供給される。出力端子２９で各チャネルの信号が合成されて図１中の合成回路２１へ供給される。可変移相器２７_１〜２７_Ｎの移相量、可変減衰器２８_１〜２８_Ｎの減衰量はそれぞれ制御端子３１_１〜３１_Ｎよりの制御信号により制御される。各制御端子３１_１〜３１_Ｎによる対応する移相量の設定制御、減衰量の設定制御は、それぞれ多重化されて入力された制御信号を分離して行ってもよく、あるいは制御端子３１_１〜３１_Ｎとしてそれぞれ移相制御用と減衰制御用との各一対づつ設けてそれぞれの制御を行ってもよい。図１中の制御線２４は各重み制御器２２_２〜２２_４ごとに設けられ、かつ、重み制御器２２_２に対するその制御線２４は制御端子３１_１〜３１_Ｎごとに設けられ、又は多重伝送路が設けられ、多重化された各制御信号が制御端子３１_１〜３１_Ｎに分離供給するようにされる。重み制御器２２_３，２２_４も重み制御器２２_２と同様の構成とされている。
【０００８】
図１中のパターンデータベース２３に格納されている各種指向性パターンは重み制御器２２_２，２２_３，２２_４にそれぞれ設定すべき移相量及び減衰量として蓄えられている。例えば図３Ａに示すように指向性パターン形状Ａ，Ｂ，Ｃ・・・に応じて重み制御器２２_２，２２_３，２２_４にそれぞれ設定すべき振幅（減衰量）／位相（移相量）が蓄えられている。
【０００９】
図１中のアダプティブプロセッサ１６は各チャネルｆ_１〜ｆ_Ｎの各１つごとにパターンデータベース２３から各パターンのデータを適当に順次取出して重み制御器２２_２〜２２_４に重みをそれぞれ設定して、そのベースバンド出力が適切なものになるようにする。
移動機−基地局間の信号のやりとりとパターン形状の選定アルゴリズムの具体例を図４に示す。
【００１０】
基地局は定常状態では自局サービスエリア（ゾーン、セル）内では一様な放射パターンとする。この例では３６０°を１２０°ずつの３つのセクタに分割して各セクタごとに制御する場合で、図４では１つのセクタ３２を示し、そのセクタ３２の全体をカバーする放射パターン（定常パターン）３３が得られるように重み制御器２２_２〜２２_４の各重みが設定されている。
【００１１】
このセクタ３２内の移動機３４が発呼要求し、移動機３４と基地局との間で通話開始までの間制御信号のやりとり、つまり回線接続処理が行われる。この回線接続処理の間に、アダプティブプロセッサ１６はパターンデータベース２３からパターンを１つずつ取出し、その移相量、及び減衰量を重み制御器２２_２〜２２_４のその回線接続処理に用いられているチャネル（例えばｆ_１）と対応する各可変移相器２７_１、各可変減衰器２８_１にそれぞれ設定し、図４では放射パターンを例えばパターン波形Ｃのパターン３３_Ｃとし、その時の受信電力、Ｓ／Ｎ、Ｄ／Ｕ（Ｄｉｓｉｅｒ／Ｕｎｄｉｓｉｅｒ：非干渉率）などを調べ、次々とパターンデータベース２３中の各パターンと対応した重みを重み制御器２２_２〜２２_４に設定し、その都度、受信電力、Ｓ／Ｎ、Ｄ／Ｕなどを調べ、試行錯誤的に最も適切なパターンを選択し、つまり図４中に示すように指向方向（主ビーム方向）が移動機３４に向いたパターン３３_Ｂが使用パターンとして決定される。なおアダプティブプロセッサ１６内で現在パターン制御しているチャネルｆ_１、（第１チャネル）の受信電力を検出し、つまりチャネル分離回路１５でその入力をその制御しているチャネルの出力端に出力しその受信電力を検出し、また出力端子１７_１〜１７_Ｎよりの各ベースバンド信号が供給される図示していない各ベースバンド処理回路のチャネルｆ_１に対するものでＩ、Ｑベースバンド信号から元データ系列が再生されるが、この再生出力からＳ／Ｎ、Ｄ／Ｕを求めて、端子３０よりアダプティブプロセッサ１６に入力され、これら受信電力、Ｓ／Ｎ、Ｄ／Ｕの各値にもとづき前記パターン選択処理がなされる。他のチャネルについてパターン選択を行なっている時は、対応するチャネルのベースバンド処理回路よりのＳ／Ｎ、Ｄ／Ｕが端子３０よりプロセッサ１６へ入力される。
【００１２】
このパターン３３_Ｂが初期となって、移動機は基地局を通じる通話を開始し、通話開始後は、この初期パターン３３_Ｂに対し、その左右にわずかずれたパターンを周期的に設定して、つまり初期パターン３３_Ｂを左、右にわずか変化させて受信電力、Ｓ／Ｎ、Ｄ／Ｕなどの調査を行い、移動機３４に対し常に最適なパターン形状を維持するようにする。初期パターンの選択は非常に短時間で行う必要があるが、パターンの初期値が決まると、このパターン形状の更新は短時間で行う必要はない。それは携帯機の場合は基地局から見た移動機３４の動きは比較的狭い角度でかつ穏やかな変化であり、携帯機がパターンの主ビームから急激にはずれたり、干渉源の方向がパターンヌルから急に外れたりする可能性は少ないからである。従ってパターンの更新は１秒程度でも現実には十分であり、アダプティブプロセッサ１６は余り速い演算速度は要求されず、かつ並列処理などもする必要はない。移動機３４の通話が終了し、回線切断処理をすると、そのチャネルｆ_１の放射パターンは定常パターン３３にする。
【００１３】
一方、他のエリアで別の携帯機が発呼して同一周波数を使用することになった場合、移動機３４に対する干渉源が突然発生することになるので、このアルゴリズムではこの基地局で対応することはできない。しかしこの干渉源となる移動機はこの移動機３４及び基地局間の電波が干渉となるため、これが干渉とならないパターンを成形するように動作し、干渉源となる移動機に接続する基地局が本移動機３４方向に対してヌルを作ることになる。従ってこのアルゴリズムでも総合的には十分な干渉抑圧効果が得られる。ただしこのアルゴリズムではフェージングなどの瞬時変動には対応できないので、他にダイバーシチ化などの対策が必要となる。セクタ３２内で他の移動機からの発呼要求が生じれば、他のチャネル、例えばｆ_２を用いて同様の処理を行う。このようにしてチャネルｆ_１〜ｆ_Ｎのそれぞれに対し、１つの重み制御器に対する移相量、減衰量の各設定値は例えば図３Ｂに示すようになる。この例では各チャネル内で平坦な特性としたが、所望の特性に近い曲線としてもよい。
【００１４】
このアルゴリズムにおいて試行放射パターンを選択するにあたり、アダプティブプロセッサ１６に学習機能を持たせることも非常に有効である。基地局は、その設置場所、周囲環境により放射パターンはある限られた形状のみで済むことも多い。また干渉などもいつも決まった方向（基地局）から来ることも多い。従って、アダプティブプロセッサ１６が過去の経緯を記憶しておき、最も頻繁に発生する干渉や呼に対して適切な形状の放射パターンをまず初期値として選択する機能を持たせるだけでもかなり処理量が少なくなる。さらに、周辺基地局の状況、時間帯や日、気温や交通量などの情報を取り込みながら放射パターンとの相関をとることで、より確実な放射パターンを短時間で選択出来るようになる。また、あらかじめ、ある場所で集中的な呼の発生が予測される場合には、人為的にその方向へビームが向く放射パターンの優先順位を上げておくことも有効である。
【００１５】
さらに、パターン形状に曖昧さを持たせることも有効となる。すでに述べたように、任意の基地局において干渉、呼ともある程度集中する方向が存在すると考えられるが、一方これらは必ずしも１点で集中するものでは無く、ある確率で集中する。このことから、放射パターンもある確率でそのパターンとすることも良いと考えられる。従って、ファジー的なパターン形状決定も現実においては有効である。
【００１６】
従って、効率的なアダプティブ処理が可能となり、処理速度のあまり早くないプロセッサを用いて高い効果を得ることが出来るので、このような構成とすることによりさらに簡易な構成で高い周波数利用効率を得ることが出来る。
上述においては１つの放射パターンとして、主ビーム方向とヌル方向が同時に最適になるものを選択したが、主ビーム方向と、ヌル方向とを走査により決定するようにすることもできる。図５に図４と対応する部分に同一符号を付けて示すように、この場合も基地局は通常はセクタ３２の全体をカバーする定常パターン３３を放射しており、移動機３４からの発呼要求を受けると、アダプティブプロセッサ１６はパターンデータベース２３から主ビーム３６の方向をステアリング（回動）させるためのデータをパターンデータベース２３から取出してセクタ３２の一縁から他縁に主ビーム方向を回動させ、所望信号が最大となるように、主ビーム３６の方向を決定する。次にヌルをもつ放射パターン３７のヌル方向をステアリングさせるデータをパターンデータベース２３から取出してセクタ３２の一縁から他縁にヌル方向を回動させ、Ｄ／Ｕが最小となるようにパターン３７のヌル方向を決定する。ヌル方向の決定を先に行った後、主ビーム方向の決定を行ってもよい。何れにしても、その決定した両者のデータを掛け合わせて通話開始時のパターン初期値とする。このように主ビーム方向と、ヌル方向とをそれぞれ１次元で１回ずつ走査すれば良いので、所望のパターンを高速に成形（設定）することができる。その他については図４に示した場合と同様である。
【００１７】
更に高速な処理を行うにはアンテナ素子１１_１〜１１_４中で主ビーム成形用と、ヌル成形用とに予め分けておくと有効である。例えば図６Ａに示すように４つのアンテナ素子１１_１〜１１_４中の中央の２つのアンテナ素子１１_２及び１１_３により単指向性ビーム４１の成形に用い、図６Ｂに示すように両端のアンテナ素子１１_１及び１１_４を交差指向性パターン（ヌルパターン）４２の成形に用いる。これらのパターンデータとしては例えば図７Ａに示すように単指向性ビーム４１の方向を０度、１０度、２０度・・・と１０度ごとに、重み制御器２２_２及び２２_３の各可変移相器、各可変減衰器に設定すべきデータがデータベースに格納される。この例では単指向性ビームパターン４１として互いに半値幅が異なるものを３種類用意し、状況に応じてその１つのパターンを選択してその順次０度方向、１０度方向・・・１２０度方向のデータを読出して重み制御器２２_２，２２_３にそれぞれ設定して、その単指向性ビーム４２の方向を例えば図において左から右へ回動させる。この時所望信号が最大となる方向を決定する。
【００１８】
同様にヌル方向の走査のため図７Ｂに示すように０度、１０度・・・１２０度に対する振幅（減衰量）／位相（移相量）の各データが３つづつ格納されている。この３つのヌルパターンの１つを選び、これについて順次０度方向、１０度方向・・・１２０度方向、データを読出して重み制御器２２_４に設定することによりヌルパターン４２のヌル方向が例えば０度方向から１０度づつ１２０度方向に回動する。この時、Ｄ／Ｕが最小となる方向を決定する。これら決定された方向が図６Ａ，Ｂにそれぞれ示した方向となった場合、これらの合成パターンは図６Ｃに示すパターンとなり、その主ビーム３６の方向が移動機３４方向にヌル方向が干渉源の方向となる。従ってこの場合は非常に効率的なアダプティブ処理が可能となり、処理速度がそれ程速くないプロセッサでも使用できる。
【００１９】
上述ではこの発明をＦＤＭＡ（周波数分割多元接続）方式に適用したが、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）方式にも適用できる。その場合、各重み制御器２２_２〜２２_４において、受信信号チャネルごとにフィルタで分離される代りに、各チャネルのタイムスロットごとに、可変移相器２７、可変減衰器２８がそれぞれそのチャネル（タイムスロット）を利用している移動機の方向や干渉源に応じて設定制御される。つまり図３Ｂにおいて横軸が周波数ではなく時間（タイムスロット）とすればよい。またチャネル分離回路１５もタイムスロットに応じ各チャネル出力端への切替えが行なわれる。更にＦＤＭＡ−ＴＤＤ（時間分割同時送受話）方式にも、前記ＦＤＭＡ方式の場合とＴＤＭＡ方式の場合とを組合せることにより同様にこの発明を適用できる。
【００２０】
次に図１と同じアンテナ構成として、スペクトラム拡散形のマルチプルアクセス方式、例えばＣＤＭＡ方式を用いる場合にこの発明を適用した例を示す。この場合、各アンテナ素子に接続されている重み制御器の重みの値を以下のように、若干の前計算をすることで実現出来る。
すなわち、拡散コードの行をチャネル、列を周波数とした正方行列をＣ、各チャネルにおいて適切な重み行列をＸｎ（ｎ＝１〜Ｋ、Ｋ：アンテナ素子数）とした時、各アンテナ素子に接続された各重み制御器にかける周波数をパラメータとした重みＷ１〜ＷＫ（Ｋ：アンテナ素子数）は以下である。
【００２１】
Ｗｎ＝Ｃ^−１・Ｘｎ・Ｃ（ｎ＝１〜Ｋ） …（１）
【００２２】
【数２】

【００２３】
Ｎはチャネル数、Ｋはアンテナ素子数、Ｆはシステム帯域内の周波数分割数である。
これにより、スペクトラム拡散方式のマルチプルアクセス方式、例えばＣＤＭＡ方式を用いている場合においても、各アンテナ素子においてＲＦ回路でパターン成形処理を行えるため、簡易な構成で高い周波数利用効率を得ることが出来る。
【００２４】
式（１）の説明を以下にする。スペクトラム拡散方式では拡散コードで信号を拡散し、広い帯域を有する信号として、同一帯域に多重化をして送信する。従って、受信においては逆拡散を行って信号に変換する。拡散コードは各チャネルごとで、周波数をパラメータとしてコード表が決定されている。まずアンテナ素子の１つについて考える。ｎ番目のアンテナ素子の出力信号をＡｎ、拡散コード群をＣとするとこのアンテナ素子から出力されるチャネル信号Ｓｎは以下で表される。
【００２５】
Ｓｎ＝Ｃ・Ａｎ（ｎ＝１〜Ｋ） …（２）
【００２６】
【数３】

【００２７】
アンテナ素子１１_１〜１１_Ｋから出力された各チャネル信号Ｓ１〜ＳＫにそれぞれ重みＸ１〜ＸＫをかけて、各チャネルごとに適切な放射パターンとすると、その時のチャネル信号Ｚは以下で表される。
Ｚ＝Ｘ_１・Ｓ_１＋Ｘ_２・Ｓ_２＋……＋ＸＫ・ＳＫ …（３）
【００２８】
【数４】

【００２９】
である。
（３）式に（２）式を代入すると以下の式となる。
Ｚ＝Ｘ_１・Ｃ・Ａ_１＋Ｘ_２・Ｃ・Ａ_２＋……＋ＸＫ・Ｃ・ＡＫ …（４）
ここで、行列Ｃを正方行列（Ｎ＝Ｆ）とし、すなわち、所望帯域幅をチャネル数と同じ数で分割することとする。これにより、Ｃは正方行列となるので、逆行列が存在することになる。（４）式の両辺にＣ・Ｃ^−１（＝Ｅ）をかけると
Ｚ＝Ｃ・Ｃ^−１・Ｘ_１・Ｃ・Ａ_１＋Ｃ・Ｃ^−１・Ｘ_２・Ｃ・Ａ_２＋……＋Ｃ・Ｃ^−１・ＸＫ・Ｃ・ＡＫ …（５）
Ｃでくくると
Ｚ＝Ｃ・（Ｃ^−１・Ｘ_１・Ｃ・Ａ_１＋Ｃ^−１・Ｘ_２・Ｃ・Ａ_２＋……＋Ｃ^−１・ＸＫ・Ｃ・ＡＫ） …（６）
ここで、Ｃ^−１・Ｘ_１・Ｃ・Ａ_１＋Ｃ^−１・Ｘ_２・Ｃ・Ａ_２＋……＋Ｃ^−１・ＸＫ・Ｃ・ＡＫ＝ＡＳと置くと（６）式は以下のようになる。
【００３０】
Ｚ＝Ｃ・ＡＳ …（７）
これは、ＡＳという信号を拡散することで、所望の信号Ｚが得られることを示している。一方、ＡＳは以下のように表される。
ＡＳ＝（Ｃ^−１・Ｘ_１・Ｃ）・Ａ_１＋（Ｃ^−１・Ｘ_２・Ｃ）・Ａ_２＋……＋（Ｃ^−１・ＸＫ・Ｃ）・ＡＫ …（８）
式（８）は各アンテナ素子の出力ＡｎにＣ^−１・Ｘｎ・Ｃ（ｎ＝１〜Ｋ）をかけることを意味しており、これは各アンテナ素子の出力Ａ１〜ＡＫにそれぞれ与える重みＷ１〜ＷＫを示している。従って、重みＷ１〜ＷＫは以下の式で表されることとなり、式（１）が導出される。
【００３１】
Ｗｎ＝Ｃ^−１・Ｘｎ・Ｃ（ｎ＝１〜Ｋ）
具体的な重みＷｎは、前記実施例と同様に、周波数をチャネル数に分割して所望の位相・振幅特性を持つ必要がある。すなわち、この場合も、図３Ｂに示したように、周波数軸で離散的な値となり、一例として、図２に示した回路でも十分に実現が出来る。
【００３２】
また、式（１）は行列計算となるが、このアンテナ装置ではパターンデータベース２３を用いているので、あらかじめ所望のパターンを実現する各アンテナ素子の重みを式（１）まで含めて計算し、その結果のみをデータベース２３に入れておけば良い。放射パターンの更新を頻繁に行わず、図４を参照して説明したように例えば１秒に１回程度とすれば、式（１）を計算する計算時間は十分ある。従って、スペクトラム拡散方式を用いたシステムにおいてこの発明を適用したアダプティブアンテナ装置を用いた場合でも、処理時間が大幅に増大することは無い。
【００３３】
すなわち、既に述べたように、スペクトラム拡散方式のマルチプルアクセス方式、例えばＣＤＭＡ方式を用いてもアンテナ装置の構成は図１と全く変わらない。
さらに、図５について説明したアルゴリズムを用いることも、パターンステアリング、ヌルステアリングを行う重みを式（１）まで含めて計算してパターンデータベース２３に入れるのみで良いので、全く問題無い。
【００３４】
従って、スペクトラム拡散方式のマルチプルアクセス方式、例えばＣＤＭＡ方式を用いている場合においても、各アンテナ素子においてＲＦ回路でパターン成形処理を行えるため、簡易な構成で高い周波数利用効率を得ることが出来る。
また、以上の各実施例では、受信している場合を例として説明したが、この発明のアンテナ装置を送信として用いることもできる。この場合は移動機から受信電力、Ｓ／Ｎ、Ｄ／Ｕなどを基地局へ通知してもらい、その結果に応じてパターン波形の選択、ビーム方向走査時の最大出力方向の決定、ヌル方向走査時の最大Ｄ／Ｕの方向の決定、更にパターン波形の更新を行う。つまり図８に示すように送信側に用いる時は、図１におけるアダプティブプロセッサ１６には端子５１_１〜５１_Ｎから各チャネルの送信すべきベースバンド信号がチャネル合成回路５３に入力されて合成される。また移動機２４から送られて来た受信電力、Ｓ／Ｎ、Ｄ／Ｕなどの情報が端子５２よりアダプティブプロセッサ１６に入力される。チャネル合成回路５３で合成された合成信号はＤ／Ａ変換器５４でアナログ信号に変換され、その各シンボルごとの二系列のデータとされ、変調器５５で搬送波が直交変調され、その変調出力はアップコンバータ５６で送信電波の搬送周波数に変換され、その変換出力は分配器５７で、この例では４分配され、その１つは直接アンテナ素子１１_１へ供給され、残りの３つの信号はそれぞれ重み制御器２２_２〜２２_４を通じてアンテナ素子１１_２〜１１_４へ供給される。アダプティブプロセッサ１６により、移動機よりの情報にもとづきパターンデータベース２３よりのパターンデータを取出し、重み制御器２２_２〜２２_４を制御する手法は受信装置の場合と同様である。
【００３５】
このようにこの発明では受信アンテナ装置にも送信アンテナ装置にも適用できるものであるから、対応する処理手段によって合成器１１と分配器５７を分配／合成器と、ダウンコンバータ１２とアップコンバータ５６を周波数変換器と、復調器１３と変調器５５を変／復調器と、Ａ／Ｄ変換器１４とＤ／Ａ変換器５４をＡ−Ｄ変換器と、チャネル分離回路１５とチャネル合成回路５３をチャネル分離合成回路とそれぞれ称する。
【００３６】
上述において重み制御器２２_２〜２２_４において減衰量を制御する代りに増幅器の利得を制御してもよい。更にアンテナ素子の数は４つに限られず、任意の数とすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば周波数変換器、変／復調器、Ａ−Ｄ変換器、アダプティブプロセッサを全チャネルに共通に用いられ、これらを各チャネルごとに用いた従来技術と比較して構成が著しく簡単となる。
パターンデータの取出しに学習機能を付けることにより少ない処理で適切なパターンに設定することができる。
【００３８】
また主ビームの方向の決定と、ヌル方向の決定とを異なるアンテナ素子を用い、これらを別個に決定することにより処理が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を受信装置に適用した実施例を示すブロック図。
【図２】図１中の重み制御器２２_２の具体例を示すブロック図。
【図３】Ａは図１中のパターンデータベースの格納データの例を示す図、Ｂは重み制御器２２_２における各チャネルに対する減衰量、位相量の設定状態の例を示す図である。
【図４】移動機と基地局間の信号状態と、これと対応する基地局アンテナパターンの変更アルゴリズムの例を示す図。
【図５】移動機と基地局間の信号状態と、これと対応する基地局アンテナパターンの変更アルゴリズムの他の例を示す図。
【図６】Ａは主ビームの最適化を示す図、Ｂはヌル最適化を示す図、ＣはＡ，Ｂの合成パターンを示す図である。
【図７】パターンデータベース内の他のデータ例を示す図。
【図８】この発明を送信側装置に適用した例を示すブロック図。
【図９】従来のアダプティブアンテナ装置を示すブロック図。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an adaptive antenna device used for, for example, a base station of mobile communication and capable of adaptively giving a directional characteristic suitable for each mobile terminal.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 shows a conventional adaptive antenna device. This is four antenna elements 11 ₁ ~ 11 ₄ And the antenna element 11 ₁ ~ 11 ₄ Received signals from the down converter 12 ₁ ~ 12 ₄ Are converted into intermediate frequency signals, and these intermediate frequency signals are respectively demodulated by the demodulator 13. ₁ ~ 13 ₄ Are demodulated into complex baseband signals, that is, an I signal and a Q signal. ₁ ~ 14 ₄ Are converted into digital signals, and each digital signal is converted into a channel separation circuit 15 ₁ ~ 15 ₄ In this example, each channel is separated into N channels, and the separated demodulated digital signals of the first to Nth channels are divided into N adaptive processors 16. ₁ ~ 16 _N Adaptive processor 16 supplied to ₁ ~ 16 _N , Four antenna elements 11 for the respective channel ₁ ~ 11 ₄ , And performs adaptive (adaptive) processing to optimize the reception output of the corresponding channel. ₁ ~ 16 _N The processing result is output to each output terminal 17 as each baseband signal. ₁ ~ 17 _N To the corresponding baseband circuit (not shown).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, it is necessary to provide an adaptive processor for each channel, and to input signals from all antenna elements for the channel to the adaptive processor.
Adaptive processor 16 ₁ ~ 16 _N Is a digital circuit and cannot directly process high-frequency signals. ₁ ~ 12 ₄ And the demodulator 13 ₁ ~ 13 ₄ Demodulated by the A / D converter 14 ₁ ~ 14 ₄ , A down converter, a demodulator, an A / D converter, and a channel separation circuit are required for each antenna element, and the adaptive processor requires parallel processing for each channel. I need. For these reasons, there is a disadvantage that the scale of the hardware becomes large. In addition, the adaptive processor has a drawback that the processing is complicated and the scale of the processor is large because the adaptive processor determines the pattern by numerically processing the signals of all the antenna elements as inputs.
[0004]
In the above description, the adaptive antenna device for reception has been described, but the conventional adaptive antenna device for transmission is also illustrated. 9 The down converter in the middle becomes an up converter, the demodulator becomes a modulator, and the channel separation circuit becomes only a channel synthesis circuit.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, K antenna elements During ~ of At least K-1 , A weight controller capable of controlling the amplitude and phase of each channel is connected, and the K antenna elements are connected to a combiner / distributor via the weight controller, and are combined for reception and distributed for transmission. A frequency converter is connected to the synthesizer / distributor, down-converted for reception, up-converted for transmission, a modulator / demodulator is connected to this frequency converter, and demodulated for reception. In the case of transmission, the signal is modulated, the modulator / demodulator is connected to an A / D converter, in the case of reception, it is converted to a digital signal, in the case of transmission, it is converted to an analog signal, and the A / D converter is used for channel separation / separation. It is connected to a synthesis circuit and is separated into baseband signals of each channel in the case of reception, and each baseband signal is synthesized in the case of transmission, and various radiation pattern waveform data are stored in the pattern database. Then, the adaptive processor fetches the pattern data from the database, sets the weight controller as amplitude and phase data for each channel, and receives the received power, S / N, D / U (non-interfering wave / interfering wave) at that time. The pattern data is controlled in accordance with values such as the above, and an appropriate radiation pattern is set for each channel.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Example 1
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, and portions corresponding to those in FIG. This example also has four antenna elements 11 ₁ ~ 11 ₄ This is the case where is used. Antenna element 11 ₁ Is directly supplied to the high-frequency synthesis circuit 21, but the other antenna elements 11 ₂ ~ 11 ₄ Are received by the weight controller 22 respectively. ₂ ~ 22 ₄ Is supplied to the high-frequency synthesizing circuit 21. The combined output of the high-frequency combining circuit 21 is converted into an intermediate frequency signal by the down converter 12, the intermediate frequency signal is demodulated into a complex baseband signal by the demodulator 13, and the demodulated output is converted into a digital signal by the A / D converter 14. The converted digital signal is separated into N channels by a channel separation circuit 15 and supplied to an adaptive processor 16, and a baseband signal of each channel is output from the adaptive processor 16 to an output terminal 17. ₁ ~ 17 _N To the corresponding baseband circuit (not shown).
[0007]
The adaptive processor 16 reads out various antenna directivity patterns from the pattern database 23, and responds to the readout information via the control line 24. ₂ ~ 22 ₄ Is controlled for each channel to set an appropriate pattern.
Weight controller 22 ₂ Is configured, for example, as shown in FIG. This is the case when applied to a frequency division multiple access (FDMA) signal. ₂ The received signal is input to the band-pass filter 26. ₁ ~ 26 _N At each channel f ₁ ~ F _N The signal is separated into ₁ ~ 26 _N Each channel f ₁ ~ F _N Signal of the variable phase shifter 27 ₁ ~ 27 _N , And the variable attenuator 28 ₁ ~ 28 _N Are supplied to the output terminal 29. The signals of the respective channels are combined at the output terminal 29 and supplied to the combining circuit 21 in FIG. Variable phase shifter 27 ₁ ~ 27 _N Variable attenuator 28 ₁ ~ 28 _N Of the control terminal 31 ₁ ~ 31 _N Control signal. Each control terminal 31 ₁ ~ 31 _N The corresponding setting control of the phase shift amount and the setting control of the attenuation amount may be performed by separating the multiplexed and input control signals, or the control terminal 31 ₁ ~ 31 _N Alternatively, each pair may be provided for the phase shift control and for the attenuation control, respectively, and the respective controls may be performed. The control line 24 in FIG. ₂ ~ 22 ₄ And a weight controller 22 ₂ Control line 24 for control terminal 31 ₁ ~ 31 _N Or a multiplexed transmission path is provided for each control signal. ₁ ~ 31 _N To be supplied separately. Weight controller 22 ₃ , 22 ₄ Weight controller 22 ₂ The configuration is the same as described above.
[0008]
Various directivity patterns stored in the pattern database 23 in FIG. ₂ , 22 ₃ , 22 ₄ Are stored as phase shift amounts and attenuation amounts to be set respectively. For example, as shown in FIG. 3A, the weight controller 22 according to the directional pattern shapes A, B, C. ₂ , 22 ₃ , 22 ₄ The amplitude (attenuation amount) / phase (phase shift amount) to be set is stored.
[0009]
The adaptive processor 16 in FIG. ₁ ~ F _N The data of each pattern is sequentially taken out from the pattern database 23 for each one of ₂ ~ 22 ₄ , Respectively, so that the baseband output becomes appropriate.
FIG. 4 shows a specific example of a signal exchange between a mobile station and a base station and an algorithm for selecting a pattern shape.
[0010]
In a steady state, the base station has a uniform radiation pattern within its own service area (zone, cell). In this example, 360 ° is divided into three sectors of 120 ° and controlled for each sector. FIG. 4 shows one sector 32, and a radiation pattern (stationary pattern) covering the entire sector 32 Weight controller 22 so that 33 is obtained. ₂ ~ 22 ₄ Are set.
[0011]
A mobile station 34 in the sector 32 requests a call, and a control signal is exchanged between the mobile station 34 and the base station until a call is started, that is, a line connection process is performed. During this line connection processing, the adaptive processor 16 fetches the patterns one by one from the pattern database 23 and determines the phase shift amount and the attenuation amount thereof by the weight controller 22. ₂ ~ 22 ₄ Channel (eg, f ₁ ) And corresponding variable phase shifters 27 ₁ , Each variable attenuator 28 ₁ In FIG. 4, the radiation pattern is set to the pattern 33 of the pattern waveform C, for example. _C Then, the received power, S / N, D / U (Disier / Undisier: non-interference rate) and the like at that time are checked, and the weight corresponding to each pattern in the pattern database 23 is successively determined by the weight controller 22. ₂ ~ 22 ₄ In each case, the received power, S / N, D / U, etc. are checked, and the most appropriate pattern is selected by trial and error, that is, the directional direction (main beam direction) moves as shown in FIG. Pattern 33 suitable for machine 34 _B Is determined as the usage pattern. The channel f currently controlled by the pattern in the adaptive processor 16 ₁ , (First channel), that is, the input is output to the output end of the channel being controlled by the channel separation circuit 15 to detect the received power. ₁ ~ 17 _N F of each baseband processing circuit (not shown) to which each baseband signal is supplied. ₁ The original data sequence is reproduced from the I and Q baseband signals. S / N and D / U are obtained from the reproduced output and input to the adaptive processor 16 from the terminal 30 to receive the received power and S / N. The pattern selection processing is performed based on the values of N and D / U. When a pattern is selected for another channel, S / N and D / U from the baseband processing circuit of the corresponding channel are input to the processor 16 from the terminal 30.
[0012]
This pattern 33 _B Is an initial stage, the mobile station starts a call through the base station, and after the start of the call, the initial pattern 33 starts. _B In contrast, a pattern slightly shifted to the left and right is periodically set, that is, the initial pattern 33 _B Is slightly changed to the left and right to investigate the received power, S / N, D / U, etc., so that the mobile device 34 always maintains the optimal pattern shape. The selection of the initial pattern needs to be performed in a very short time, but once the initial value of the pattern is determined, it is not necessary to update the pattern shape in a short time. That is, in the case of a portable device, the movement of the mobile device 34 as viewed from the base station is a relatively narrow angle and a gentle change, and the portable device suddenly deviates from the main beam of the pattern or the direction of the interference source is shifted from the pattern null. This is because there is little possibility of sudden disconnection. Therefore, updating the pattern for about one second is actually sufficient, and the adaptive processor 16 does not require a very fast operation speed and does not need to perform parallel processing. When the call of the mobile unit 34 is completed and the line is disconnected, the channel f ₁ Is a steady pattern 33.
[0013]
On the other hand, if another portable device calls in another area and uses the same frequency, an interference source for the mobile device 34 will suddenly occur. It is not possible. However, since the radio wave between the mobile device 34 and the base station interferes with the mobile device serving as the interference source, it operates so as to form a pattern that does not cause interference, and the base station connected to the mobile device serving as the interference source is Null is created in the direction of the mobile unit 34. Therefore, even with this algorithm, a sufficient interference suppression effect can be obtained comprehensively. However, since this algorithm cannot cope with instantaneous fluctuations such as fading, other measures such as diversity are required. If a call request from another mobile station occurs in the sector 32, another channel, for example, f ₂ The same processing is performed using. Thus, channel f ₁ ~ F _N For each of the above, the set values of the phase shift amount and the attenuation amount for one weight controller are as shown in FIG. 3B, for example. In this example, the characteristics are flat in each channel. However, a curve close to a desired characteristic may be used.
[0014]
In selecting a trial radiation pattern in this algorithm, it is very effective to provide the adaptive processor 16 with a learning function. Base stations often have only a limited shape of radiation pattern depending on the installation location and the surrounding environment. Interference often comes from a fixed direction (base station). Therefore, even if the adaptive processor 16 stores the history of the past and has a function of first selecting a radiation pattern having an appropriate shape as an initial value for the most frequently occurring interference or call, the processing amount is considerably small. Become. Further, by obtaining the correlation with the radiation pattern while taking in information such as the situation of the surrounding base station, time zone, day, temperature, traffic volume, etc., a more reliable radiation pattern can be selected in a short time. In addition, when a concentrated call is predicted to occur at a certain location, it is also effective to artificially raise the priority of the radiation pattern in which the beam is directed in that direction.
[0015]
It is also effective to make the pattern shape ambiguous. As described above, it is considered that there is a direction in which interference and calls are concentrated to some extent at any base station, but these are not necessarily concentrated at one point but concentrated at a certain probability. From this, it is considered that it is also good to use the radiation pattern with a certain probability. Therefore, fuzzy pattern shape determination is actually effective.
[0016]
Therefore, efficient adaptive processing becomes possible, and a high effect can be obtained by using a processor whose processing speed is not so fast. With such a configuration, it is possible to obtain a high frequency use efficiency with a simpler configuration. Can be done.
In the above description, one radiation pattern in which the main beam direction and the null direction are simultaneously optimized has been selected. However, the main beam direction and the null direction may be determined by scanning. As shown in FIG. 5 with the same reference numerals assigned to parts corresponding to FIG. 4, in this case also, the base station normally radiates a steady pattern 33 covering the entire sector 32. Upon receiving the request, the adaptive processor 16 extracts from the pattern database 23 data for steering (rotating) the direction of the main beam 36 from the pattern database 23 and rotates the main beam direction from one edge of the sector 32 to the other edge. Then, the direction of the main beam 36 is determined so that the desired signal is maximized. Next, data for steering the radiation pattern 37 having a null in the null direction is extracted from the pattern database 23 and the sector 32 is rotated in the null direction from one edge to the other edge of the sector 32 so that the D / U is minimized. Determine the null direction. After determining the null direction first, the main beam direction may be determined. In any case, the determined data is multiplied to obtain a pattern initial value at the start of a call. As described above, the main beam direction and the null direction only need to be scanned once in one dimension, respectively, so that a desired pattern can be formed (set) at high speed. Others are the same as those shown in FIG.
[0017]
For faster processing, the antenna element 11 ₁ ~ 11 ₄ Among them, it is effective to preliminarily separate the main beam forming type and the null forming type. For example, as shown in FIG. ₁ ~ 11 ₄ The middle two antenna elements 11 ₂ And 11 ₃ To form a unidirectional beam 41, as shown in FIG. 6B. ₁ And 11 ₄ Is used for forming the cross directivity pattern (null pattern) 42. As the pattern data, for example, as shown in FIG. 7A, the direction of the unidirectional beam 41 is set to 0 degrees, 10 degrees, 20 degrees,. ₂ And 22 ₃ The data to be set for each variable phase shifter and each variable attenuator are stored in a database. In this example, three types of unidirectional beam patterns 41 having different half-value widths are prepared, and one of the patterns is selected according to the situation, and the patterns are sequentially set in the 0-degree direction, the 10-degree direction,. Data is read out and the weight controller 22 is read out. ₂ , 22 ₃ And the direction of the unidirectional beam 42 is turned, for example, from left to right in the figure. At this time, the direction in which the desired signal is maximized is determined.
[0018]
Similarly, for scanning in the null direction, as shown in FIG. 7B, three data of amplitude (attenuation) / phase (phase shift) for 0, 10,..., 120 degrees are stored. One of the three null patterns is selected, and the data is sequentially read out in the 0 degree direction, the 10 degree direction,. ₄ , The null direction of the null pattern 42 is rotated, for example, by 10 degrees from the 0 degree direction to the 120 degrees direction. At this time, the direction in which D / U is minimized is determined. When these determined directions are the directions shown in FIGS. 6A and 6B, the combined pattern becomes the pattern shown in FIG. 6C, and the direction of the main beam 36 is toward the mobile unit 34 and the null direction is the interference source. Direction. Therefore, in this case, very efficient adaptive processing can be performed, and a processor whose processing speed is not so fast can be used.
[0019]
In the above description, the present invention has been applied to the FDMA (frequency division multiple access) system, but can also be applied to the TDMA (time division multiple access) system. In that case, each weight controller 22 ₂ ~ 22 ₄ In the above, instead of being separated by a filter for each reception signal channel, a variable phase shifter 27 and a variable attenuator 28 are provided for each time slot of each channel in the direction of the mobile station using that channel (time slot). And the setting is controlled according to the interference source. That is, in FIG. 3B, the horizontal axis may be time (time slot) instead of frequency. The channel separation circuit 15 is also switched to each channel output terminal according to the time slot. Further, the present invention can be similarly applied to the FDMA-TDD (Time Division Simultaneous Transmission / Reception) system by combining the case of the FDMA system and the case of the TDMA system.
[0020]
Next, an example in which the present invention is applied to a case where a spread spectrum multiple access system, for example, a CDMA system is used as the same antenna configuration as that of FIG. 1 will be described. In this case, the weight value of the weight controller connected to each antenna element can be realized by slightly precalculating as follows.
That is, when a square matrix in which a row of a spreading code is a channel and a column is a frequency is C, and an appropriate weight matrix in each channel is Xn (n = 1 to K, K: the number of antenna elements), connection to each antenna element is performed. The weights W1 to WK (K: number of antenna elements) using the frequency applied to each weight controller as a parameter are as follows.
[0021]
Wn = C ^-1 ・ Xn ・ C (n = 1 to K) (1)
[0022]
(Equation 2)

[0023]
N is the number of channels, K is the number of antenna elements, and F is the number of frequency divisions within the system band.
Accordingly, even when a multiple access scheme of the spread spectrum scheme, for example, the CDMA scheme is used, the pattern shaping processing can be performed by the RF circuit in each antenna element, so that a high frequency use efficiency can be obtained with a simple configuration.
[0024]
Expression (1) will be described below. In the spread spectrum method, a signal is spread with a spreading code, and multiplexed in the same band as a signal having a wide band and transmitted. Therefore, in reception, the signal is converted into a signal by performing despreading. For the spreading code, a code table is determined for each channel using the frequency as a parameter. First, consider one of the antenna elements. Assuming that the output signal of the n-th antenna element is An and the spreading code group is C, the channel signal Sn output from this antenna element is expressed as follows.
[0025]
Sn = C · An (n = 1 to K) (2)
[0026]
(Equation 3)

[0027]
Antenna element 11 ₁ ~ 11 _K Are weighted by X1 to XK, respectively, to the respective channel signals S1 to SK output from to obtain an appropriate radiation pattern for each channel, the channel signal Z at that time is expressed as follows.
Z = X ₁ ・ S ₁ + X ₂ ・ S ₂ + ... + XK ・ SK (3)
[0028]
(Equation 4)

[0029]
It is.
Substituting equation (2) into equation (3) yields the following equation.
Z = X ₁ ・ CA ₁ + X ₂ ・ CA ₂ + ... + XK ・ C ・ AK (4)
Here, it is assumed that the matrix C is a square matrix (N = F), that is, the desired bandwidth is divided by the same number as the number of channels. As a result, C becomes a square matrix, and an inverse matrix exists. CC on both sides of equation (4) ^-1 (= E)
Z = CC ^-1 ・ X ₁ ・ CA ₁ + C ・ C ^-1 ・ X ₂ ・ CA ₂ + ... + C ・ C ^-1 ・ XK ・ C ・ AK… (5)
When it comes to C
Z = C · (C ^-1 ・ X ₁ ・ CA ₁ + C ^-1 ・ X ₂ ・ CA ₂ + ... + C ^-1 ・ XK ・ C ・ AK)… (6)
Where C ^-1 ・ X ₁ ・ CA ₁ + C ^-1 ・ X ₂ ・ CA ₂ + ... + C ^-1 When XK · C · AK = AS is set, the expression (6) becomes as follows.
[0030]
Z = C · AS (7)
This indicates that a desired signal Z can be obtained by spreading the signal AS. On the other hand, AS is represented as follows.
AS = (C ^-1 ・ X ₁ ・ C) ・ A ₁ + (C ^-1 ・ X ₂ ・ C) ・ A ₂ + ... + (C ^-1 ・ XK ・ C) ・ AK… (8)
Equation (8) shows that the output An of each antenna element is C ^-1 Xn · C (n = 1 to K) means weights W1 to WK given to outputs A1 to AK of each antenna element, respectively. Therefore, the weights W1 to WK are represented by the following equations, and the equation (1) is derived.
[0031]
Wn = C ^-1 ・ Xn ・ C (n = 1 to K)
The specific weight Wn needs to have a desired phase / amplitude characteristic by dividing the frequency into the number of channels, as in the above embodiment. That is, also in this case, as shown in FIG. 3B, discrete values are obtained on the frequency axis. For example, the circuit shown in FIG. 2 can be sufficiently realized.
[0032]
Equation (1) is a matrix calculation. Since the pattern database 23 is used in this antenna apparatus, the weight of each antenna element that realizes a desired pattern is calculated in advance including the equation (1). Only the result needs to be stored in the database 23. If the radiation pattern is not updated frequently and is set to, for example, about once per second as described with reference to FIG. 4, the calculation time for calculating equation (1) is sufficient. Therefore, even when the adaptive antenna device to which the present invention is applied is used in a system using the spread spectrum system, the processing time does not increase significantly.
[0033]
That is, as described above, the configuration of the antenna device is not different from that of FIG. 1 even when the multiple access system of the spread spectrum system, for example, the CDMA system is used.
Further, the use of the algorithm described with reference to FIG. 5 is not a problem at all because it is only necessary to calculate the weights for performing the pattern steering and the null steering, including the expression (1), and enter the weights into the pattern database 23.
[0034]
Therefore, even in the case of using the multiple access scheme of the spread spectrum scheme, for example, the CDMA scheme, the RF circuit can perform pattern shaping processing in each antenna element, so that a high frequency use efficiency can be obtained with a simple configuration.
Further, in each of the above embodiments, the case of receiving is described as an example, but the antenna device of the present invention can be used for transmission. In this case, the mobile station notifies the base station of the received power, S / N, D / U, etc., selects a pattern waveform according to the result, determines the maximum output direction at the time of beam direction scanning, and scans in the null direction. The direction of the maximum D / U at the time is determined, and the pattern waveform is updated. That is, when used on the transmitting side as shown in FIG. 8, the adaptive processor 16 in FIG. ₁ ~ 51 _N , The baseband signal to be transmitted of each channel is input to the channel synthesizing circuit 53 and synthesized. Information such as received power, S / N, and D / U transmitted from the mobile device 24 is input to the adaptive processor 16 from the terminal 52. The synthesized signal synthesized by the channel synthesis circuit 53 is converted into an analog signal by a D / A converter 54, is converted into two-series data for each symbol, and a carrier is quadrature-modulated by a modulator 55. The signal is converted into the carrier frequency of the transmission radio wave by the up-converter 56, and the converted output is divided into four in this example by the distributor 57. ₁ , And the remaining three signals are respectively assigned to the weight controllers 22. ₂ ~ 22 ₄ Through the antenna element 11 ₂ ~ 11 ₄ Supplied to The adaptive processor 16 extracts pattern data from the pattern database 23 based on information from the mobile station, ₂ ~ 22 ₄ Is the same as that of the receiving device.
[0035]
As described above, since the present invention is applicable to both the receiving antenna device and the transmitting antenna device, the combiner 11 and the distributor 57 are divided by the corresponding processing means, and the down converter 12 and the up converter 56 are divided by the corresponding processing means. The frequency converter, the demodulator 13 and the modulator 55 are a modulator / demodulator, the A / D converter 14 and the D / A converter 54 are an A / D converter, the channel separating circuit 15 and the channel synthesizing circuit 53 are These are referred to as channel separation / combination circuits, respectively.
[0036]
In the above description, the weight controller 22 ₂ ~ 22 ₄ In, the gain of the amplifier may be controlled instead of controlling the amount of attenuation. Further, the number of antenna elements is not limited to four, but may be any number.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the frequency converter, the modulator / demodulator, the A / D converter, and the adaptive processor are commonly used for all the channels, and compared with the prior art using these for each channel. The construction is significantly simplified.
By adding a learning function to the extraction of pattern data, an appropriate pattern can be set with a small amount of processing.
[0038]
Further, by using different antenna elements for determining the direction of the main beam and for determining the null direction, and separately determining these, the processing is simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a receiving apparatus.
FIG. 2 shows a weight controller 22 shown in FIG. ₂ The block diagram which shows the specific example of.
3A is a diagram showing an example of data stored in a pattern database in FIG. 1; FIG. 3B is a diagram showing a weight controller 22; ₂ FIG. 7 is a diagram showing an example of a setting state of an attenuation amount and a phase amount for each channel in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a signal state between a mobile station and a base station and a corresponding algorithm for changing a base station antenna pattern.
FIG. 5 is a diagram showing another example of a signal state between a mobile station and a base station and a corresponding algorithm for changing a base station antenna pattern.
6A is a diagram illustrating main beam optimization, FIG. 6B is a diagram illustrating null optimization, and FIG. 6C is a diagram illustrating a combined pattern of A and B.
FIG. 7 is a diagram showing another example of data in a pattern database.
FIG. 8 is a block diagram showing an example in which the present invention is applied to a transmitting device.
FIG. 9 is a block diagram showing a conventional adaptive antenna device.

Claims

K (K is an integer of 2 or more) antenna elements;
A weight controller connected to at least (K-1) of the K antenna elements and capable of controlling the amplitude and phase of the transmission / reception signals of the antenna elements;
A combining / distributing device connected to the K antenna elements via the weight controller;
A frequency converter connected to the synthesizer / distributor;
A modulator / demodulator connected to the frequency converter;
An A / D converter connected to the modulator / demodulator, a channel separation / combination circuit connected to the A / D converter,
A common adaptive processor connected to the channel separation / combination circuit;
A pattern database storing various data of radiation patterns formed by the plurality of antenna elements,
Comprising an adaptive processor connected to each of the weight controllers and the pattern database,
The adaptive processor reads the pattern data from the pattern database, sets the weight controller for each channel, and sets the setting by receiving power, S / N, D / U (non-interfering wave / interfering wave), etc. Means for ensuring an appropriate radiation pattern for each channel,
Each of the channels is a frequency division multiple access channel frequency band , and each of the weight controllers is configured to be separately controlled in amplitude and phase for each channel frequency band. Adaptive antenna device.

K (K is an integer of 2 or more) antenna elements;
A weight controller connected to at least (K-1) of the K antenna elements and capable of controlling the amplitude and phase of the transmission / reception signals of the antenna elements;
A combining / distributing device connected to the K antenna elements via the weight controller;
A frequency converter connected to the synthesizer / distributor;
A modulator / demodulator connected to the frequency converter;
An A / D converter connected to the modulator / demodulator, a channel separation / combination circuit connected to the A / D converter,
A common adaptive processor connected to the channel separation / combination circuit;
A pattern database storing various data of radiation patterns formed by the plurality of antenna elements,
Comprising an adaptive processor connected to each of the weight controllers and the pattern database,
The adaptive processor reads the pattern data from the pattern database, sets the weight controller for each channel, and sets the setting by receiving power, S / N, D / U (non-interfering wave / interfering wave), etc. Means for ensuring an appropriate radiation pattern for each channel,
The adaptive antenna apparatus, wherein each of the channels is a time-division multiple access time slot , and the weight controller controls the amplitude and phase in a time-division manner for each time slot of the corresponding channel.

K (K is an integer of 2 or more) antenna elements;
A weight controller connected to at least (K-1) of the K antenna elements and capable of controlling the amplitude and phase of the transmission / reception signals of the antenna elements;
A combining / distributing device connected to the K antenna elements via the weight controller;
A frequency converter connected to the synthesizer / distributor;
A modulator / demodulator connected to the frequency converter;
An A / D converter connected to the modulator / demodulator, a channel separation / combination circuit connected to the A / D converter,
A common adaptive processor connected to the channel separation / combination circuit;
A pattern database storing various data of radiation patterns formed by the plurality of antenna elements,
Comprising an adaptive processor connected to each of the weight controllers and the pattern database,
The adaptive processor reads the pattern data from the pattern database, sets the weight controller for each channel, and sets the setting by receiving power, S / N, D / U (non-interfering wave / interfering wave), etc. Means for ensuring an appropriate radiation pattern for each channel,
The channel is a spread code and a frequency of a multiple access scheme of a spread spectrum type. A square matrix having a row of the spread code as a channel and a column as a frequency is C, and an appropriate weight matrix in each channel is Xn (n = 1). ＫK, K: the number of antenna elements), and weights W1 to WK (K: the number of antenna elements) using the frequency applied to each weight controller connected to each antenna element as parameters are as follows: apparatus.
^{Wn = C -1 · Xn · C} (n = 1~N) ... (1)

N is the number of channels, and F is the number of frequency divisions within the system band.

The antenna element is separated into a main beam shaping antenna element and a null shaping antenna element, and the adaptive processor performs scanning in the direction of the main beam, means for scanning in the null direction, and the scanning result. adaptive antenna device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it has a means for setting the respective best direction of.