JP3954367B2

JP3954367B2 - Wireless communication method and wireless communication system using beam direction variable antenna

Info

Publication number: JP3954367B2
Application number: JP2001359276A
Authority: JP
Inventors: 俊郎鈴木; 健武井; 賢高橋; 浩志宇佐美; 雄爾石田
Original assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2021-11-26
Also published as: JP2002232350A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信方法及び無線通信システムに係り、特に、時分割多重化方式で複数端末向けのチャネルを多重化し、且つビーム方向可変型アンテナを有する基地局システムにおける無線通信方法及び無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の時分割多重型無線通信システムでは、各端末向けの信号をそれぞれ別のタイムスロットを用いたチャネルで送信することにより、チャネル間のクロストーク、干渉を抑制することを基本としている。従って、符号多重システムのように同一時刻に複数端末向け信号を同時送信することによる同一基地局下での干渉が無いため、いわゆるスマートアンテナあるいはアダプティブアンテナと呼ばれるような、アンテナ指向性を通信中の端末に集中させて、他の端末に対する干渉妨害を抑制するシステムの必要性は少なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、通信チャネルの変調及び符号化方式のパラメータを、観測される干渉雑音の程度を考慮しながら最適な値に制御して、いわゆるベストエフォート型の通信を行う方式では（例えばPaul Bender, Peter Black, Matthew Grob, Roberto Padovani, Nagabhushana Sindhushayana, and Andrew Vitervi, "CDMA/HDR: A Bandwidth-Efficient High-Speed Wireless Data Service for Nomadic Users", IEEE Communications Magazine, Vol. 38, pp. 70-77, July, 2000.に示される方式。以下HDR(High Data Rate)方式と称する）、端末で観測される干渉雑音量によって通信できるデータレートが決定される。このようなシステムでは、干渉雑音量が低ければ、より高いデータレートでの通信を行うことが可能となるため、干渉雑音を可能な限り減少させることがシステム性能の向上に有効となる。この端末で観測される干渉雑音は、時分割多重方式を用いている限り、通信中の同一基地局から送出される他の端末向けの信号では無く、隣接、あるいは他の基地局から別の端末向けに同時刻に送出されている信号である。
【０００４】
図２３は、ＨＤＲ方式の基本原理の説明図を示す。一般に基地局から送信された端末向けの信号（以下、下り信号と称する）は、例えば大都市では距離の３．５乗に反比例して、電力が減衰することが知られている。この受信電力は距離が離れるにつれやがては隣接基地局から送信される信号、あるいは熱雑音等によって構成される干渉信号のレベルより低下し、端末における正常な受信が困難となる。この受信信号電力と干渉信号電力の比をＣ／Ｉと称する。基地局の近傍で、このＣ／Ｉが十分に高いときは、例えば無線信号の変調方式を８値の多値変調として、さらには電波の品質が高いので誤り訂正の冗長度を低下させ、結果として同じ帯域を使用しても、高いビットレートでの伝送が可能となる。一方基地局から離れた地域では、Ｃ／Ｉが低下するため、誤りの起こりにくい２値変調方式を用い、かつ、信号の冗長度を上げて誤り訂正能力を高めなければならない。その結果、伝送できるビットレートが低下する。ＨＤＲ方式においては、通信を開始する前に端末でＣ／Ｉを実測し、その地点で受信可能な最大のビットレートを基地局に伝え、結果としてベストエフォートの無線伝送システムを実現する。
【０００５】
ここで、図２４に、ＨＤＲ方式下り回線での多重化方式についての説明図を示す。図２５に、一般的な基地局配置の例の説明図を示す。また、図２６に、ＨＤＲ方式下り回線における送信信号のタイミングダイヤグラムを示す。
【０００６】
ＨＤＲ方式においては、この下り信号の多重化は図２４に示すように、例えばＮ個のタイムスロットにそれぞれ別の端末向けの信号を配置する、いわゆる時分割多重化方式を用いている。すなわち、図２５に示すように基地局が設置されているとき、各基地局は図２６に示すように、時間的に任意に割り当てられたタイムスロットを用いて電波を発射する。図示するように例えば基地局（以下ＢＳと称する）ＢＳ１とＢＳ２が時刻Ｔ１からＴ２では同時に電波を発射していると仮定すると、図２５中でハッチングで示したＢＳ１とＢＳ２の境界領域３−１では強い電波干渉が発生する。その結果、端末で観測するとＢＳ１からの信号もＢＳ２からの信号もＣ／Ｉが低下し、高いビットレートでの通信が困難となる。
【０００７】
図３０は、従来の任意に基地局を四角配置したときのＨＤＲ下り回線でのカバレージ（６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図を示す。この図は、それぞれのセクタが９０度開口角のビームで形成されている３セクタ型ＨＤＲ基地局を一辺が２ｋｍの４角形の頂点に配置したときの、ビットレートが６１４．４ｋｂｉｔ／ｓでのサービスカバレージをハッチングで示している。ここでは、すべての基地局のすべてのタイムスロットにおいて電波を発射していることを前提に計算している。図中、領域２０−５ではＢＳ１のセクタビーム２０−１とＢＳ２のセクタビーム２０−２が互いに干渉しあってサービスが出来なくなっている。一方領域２０−６ではＢＳ３及びＢＳ４のどのセクタビームもこの方向を向いていないのでサービスが出来なくなっている。また領域２０−８では、ＢＳ１のセクタビーム２０−１と２０−７がそれぞれ干渉しあってサービス不可能領域がＢＳ１のかなり近傍まで切れ込んできている。同様の切れ込みは例えば領域２０−９においても観測される。
【０００８】
図３１は、従来の任意に基地局を四角配置したときのＨＤＲ下り回線でのカバレージ（２０４．８ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図を示す。この図は、同様の条件でビットレートを２０４．８ｋｂｉｔ／ｓまで低下させたときのサービスエリアをあらわしているが、ここまでビットレートを低下させてもサービスが出来なくなる領域が残る。
【０００９】
本発明の目的は、以上の点に鑑み、特に、ＨＤＲシステムにおいてセルやセクタの境界領域で、各基地局から発射される電波が互いに干渉しあって十分に高いビットレートでの通信が困難になることを防止する基地局システムにおける無線通信方法及び無線通信システムを提供することである。本発明の別の目的は、セクタビームの方向が向いていない領域を少なくし、一層広い領域でサービスできる無線通信方法及び無線通信システムを提供することである。
本発明の別の目的は、複数のセクタビームが干渉しあってサービス不可能領域が切れ込むことを、できる限り防止できる無線通信方法及び無線通信システムを提供することである。
【００１０】
さらに、本発明の他の目的は、例えば、ＨＤＲ下り回線において各基地局より同一時刻に発射される電波の方向を、互いに最も干渉しにくい方向とし、端末がサービスエリアのどこに存在しても、つねに干渉妨害の少ない、良好な電波信号を受信することである。これにより、本発明の他の目的は、電波干渉の少ないときには高いビットレートの通信が可能というＨＤＲの特徴のひとつを、最大に発揮することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような各基地局からの電波が互いに干渉し合うことを防止するため、互いに干渉する電波信号を同一時刻に放射せず、それぞれ別の時刻に放射するようにして干渉を回避しようとするものである。この時、各基地局での時刻管理を例えばＧＰＳシステムのような広域で高精度に絶対時刻を供給できるシステムを活用して、高精度に同期させ、各基地局の電波発射方向を時刻毎に切り替えて、干渉を回避する。
【００１２】
本発明の第１の解決手段によると、
複数アンテナエレメントを有する各基地局において、無線端末と無線通信する方法であって、
各アンテナエレメントによる受信信号及び送信信号を合成して所定のビームパタンのアンテナ指向性を実現できるアンテナを介し、無線端末からの信号を受信し、
各アンテナエレメントからの信号を所定のビームパタンのアンテナ指向性で合成し、
合成された各指向性の受信信号に基づき、無線端末からの受信信号を選択し、選択された方向にビームを向けるための送信ビーム方向情報を決定し、
該決定された送信ビーム方向情報と、送信ビーム方向とその方向に放射するときに使用するタイムスロットとの関係を記憶したテーブルとに基づき、送信ビームタイムスロットを求め、
該求められた送信ビームタイムスロットを用いて、アンテナを制御して下り信号を送信することを含む無線通信方法を提供する。
本発明の第２の解決手段によると、
複数の基地局を四角配置し、
各基地局のアンテナは、複数アンテナエレメントを有し、各アンテナエレメントによる受信信号及び送信信号を合成して所定のビームパタンのアンテナ指向性を実現できるものであって、各基地局の前記アンテナのビームパタンを、隣接の基地局どうしは互いに４５度又は略４５度ずつビーム方向をずらした方向に設置し、
前記アンテナを介し、無線端末からの信号を受信し、
各アンテナエレメントからの信号を所定のビームパタンのアンテナ指向性で合成し、
合成された各指向性の受信信号に基づき、無線端末から信号を受信し、
所定のビームパタンにアンテナ指向性を制御して下り信号を送信することを含む無線端末と基地局間の無線通信方法を提供する。
本発明の第３の解決手段によると、
複数の基地局を三角配置し、
各基地局のアンテナは、複数アンテナエレメントを有し、各アンテナエレメントによる受信信号及び送信信号を合成して所定のビームパタンのアンテナ指向性を実現させ、各基地局の前記アンテナのビームパタンを同一の方向に動的又は静的に設置することを含む基地局及び端末間の無線通信方法を提供する。
本発明の第４の解決手段によると、
複数の基地局を四角配置し、
各基地局のアンテナは、複数アンテナエレメントを有し、各アンテナエレメントによる受信信号及び送信信号を合成して所定のビームパタンのアンテナ指向性を実現させ、各基地局の前記アンテナのビームパタンを、隣接の基地局どうしは互いに４５度又は略４５度ずつビーム方向をずらした方向に動的又は静的に設置することを含む基地局及び端末間の無線通信方法を提供する。
本発明の第５の解決手段によると、
複数の基地局を、相互に平面的に三角形の位置関係である三角配置とし、
各基地局のアンテナを、３セクタアンテナで構成し、
各アンテナエレメントによる受信信号及び送信信号を合成することを含む無線通信方法を提供する。
本発明の第６の解決手段によると、
複数の基地局を、相互に平面的に四角形の位置関係である四角配置とし、
各基地局のアンテナを、４セクタアンテナで構成し、
各アンテナエレメントによる受信信号及び送信信号を合成することを含む無線通信方法を提供する。
本発明の第７の解決手段によると、
複数の基地局を相互に平面的に四角形の位置である四角配置とし、
各基地局のアンテナを、４５°毎の８つの指向性を実現できるアンテナで構成し、
各タイムスロットで、３つの指向性をもつパターンの２つの指向性は互いに直交する方向、他の１指向性はこれら２指向性から１３５°の方向となるように、アンテナ指向性を指定することを含む無線通信方法を提供する。
本発明の第８の解決手段によると、
複数基地局と無線端末間で無線通信する無線通信システムにおいて、
各基地局は、
複数のアンテナエレメントを有し、各アンテナエレメントによる受信信号及び送信信号を合成して、所定のビームパターンのアンテナ指向性を実現できるアンテナと、
該アンテナを介して無線端末からの信号を受信する回路と、
各アンテナエレメントからの信号を所定のビームパターンのアンテナ指向性で合成する回路と、
該合成された各指向性の受信信号に基づき、無線端末からの受信信号を選択し、選択された方向にビームを向けるための送信ビーム方向情報を決定する回路と、
該決定する回路からの送信ビーム方向情報と、送信ビーム方向とその方向に放射する時に使用するビームタイムスロットと関係を表す情報のテーブルとに基づき、送信ビームタイムスロットを生成する回路と、
該生成された送信ビームタイムスロットを用いて、前記アンテナを制御して下り信号を送信する回路と
を備えた無線通信システムを提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による基地局を三角配置したＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージ（６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図を示す。この図は、３セクタ基地局を用いた場合の最適な基地局、及びセクタ方向配置を示している。図に示した各基地局は、それぞれのセクタが９０度の開口角を持つアンテナで構成された、３セクタアンテナ型ＨＤＲ基地局であり、すべてのタイムスロットを用いて６１４．４ｋｂｉｔ／ｓの伝送を行ったときのカバレージを示している。図示するように各基地局のセルエリアの境界領域、例えば５−４ではこのビットレートによる伝送が困難となる。これはＢＳ１のセクタアンテナ５−１とＢＳ２のセクタアンテナ５−２、ＢＳ３のセクタアンテナ５−３の電波が空間でそれぞれ干渉しあって、６１４．４ｋｂｉｔ／ｓのレートでの伝送を困難にしている。しかしながら、従来の技術の図３０と比較すると、サービス困難な領域は大幅に縮少している。これは図３０では各基地局を所望の地域に四角形を敷き詰めて、それらの頂点に基地局を配置する、四角配置としたのに対し、図１の実施の形態では基地局を敷き詰めた三角形の頂点に基地局を配置した三角配置とし、かつ各基地局のセクタ方向を互いに電波干渉が最小となる方向となるように配置したためである。このため、例えば図３０のＢＳ１のセクタビーム２０−１、及びＢＳ２のセクタビーム２０−２の場合に現れたような互いに近距離で、同一の地域を照射するビームの交錯による干渉増加が発生しなくなる。
【００１４】
図２は、本発明による基地局を四角配置したＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージ（６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図を示す。この図は、半値角９０度、４セクタアンテナ、ビットレート６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ、各基地局は全タイムスロットを使用、としたものである。四角配置にて３セクタ型の基地局を用いると、図３０、図３１に従来例として示した様に、幾何学上互いに干渉し合うビームの交錯を回避できない。四角配置する場合は図２に示すようにセクタビームを４セクタ型とする必要がある。またセクタの方向は図示するように隣接の基地局どうしは互いに４５度ずつ傾けることにより、ビームの交錯を最小化することが可能となる。
【００１５】
以上は本発明の第一の実施の形態の効果を示したが、それでも各基地局の中間距離においてはサービス不可能となる領域が残る。例えば、図１の領域５−４、図２の領域１３−３等である。
さらに、図３に、本発明による基地局を三角配置したＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージ（１２２８．８ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図を示す。この図は、半値角９０度３セクタアンテナ、ビットレート１２２８．８ｋｂｉｔ／ｓ、全タイムスロット使用としたものである。例えば、ビットレートを１２２８．８ｋｂｉｔ／ｓまで上昇させると、図示のようにサービス可能な領域が著しく減少する。サービス困難領域は隣接基地局とのセル境界領域及び同一基地局内でのセクタ境界領域で発生する。すなわち、セクタ数及びセクタ方向を最適化する第一の実施の形態だけでは、サービス不可能領域を無くすることは難しい場合がある。
【００１６】
そこで、ＨＤＲの下り回線が時分割型の多重化方式を用いていることを利用して、さらにサービスエリアの拡大をはかる。図２６にて示した例では、時刻Ｔ２からＴ３まではＢＳ２が電波発射を停止しているので、図２５のハッチング領域３−１でもＢＳ１からの信号は高いＣ／Ｉを確保することが可能であり、したがって高いビットレートでの通信が可能となる。すなわち互いに干渉し合うセル／セクタ間では、同時刻に電波を発射することを回避すれば互いの干渉量を著しく低下可能で、したがって高いビットレートでの通信が可能なエリアを拡大できる。
【００１７】
本発明の第二の実施の形態では、システム内各基地局にアンテナの送信指向性を切り替えられる機能を設け、且つこの指向性切り替えを各基地局間で同期させて行うことにより、特定の端末において、複数の基地局から送信される信号が同時刻に干渉し合う確率を最小化することを主な特徴とする。その結果、各端末では自分に設定された通信時刻において、隣接あるいは他の基地局からの干渉雑音が極めて低い状態での通信が可能になり、ベストエフォート機能により、最大のビットレートでの通信が可能となる。
【００１８】
図４は、本発明による３０度セクタアンテナ、タイムスロットＡ（図２４）を用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図を示す。この図は、半値角３０度、１２セクタアンテナ中３セクタを使用、ビットレート６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ、タイムスロットＡとしたものである。本実施の形態では図１、図３の場合と異なり、各基地局セクタアンテナの開口角を３０度に狭角化している。図示するようにＢＳ１とＢＳ２の境界領域７−４においても、それぞれの基地局のカバレージは両基地局の中間距離部分まで伸びている。これはセクタビームを狭角化したことにより、例えば、領域７−１と７−２のアンテナから放射された信号が互いにすれ違って干渉妨害を与えにくくなるためである。しかし、このままではビームが狭角のため、例えば領域７−５に示されるようなビームの中間領域はカバーできなく、通信可能なカバレージは細いエリアにかぎられてしまう場合がある。
【００１９】
図２４に示すように、ＨＤＲ下り回線においては各通信チャネルは時間的に多重化されている。そこで、例えば３０度ビームのアンテナ３本で構成したセクタ基地局において、使用しているタイムスロット毎にアンテナ放射角度を３０度ずつ時間的にずらして４回放射すれば、ちょうど基地局周辺を走査するように回転させることと等価になり、すべての方向をカバレージに入れることが可能となる。例えば図４に示した状態を、図２４のタイムスロットＡにおけるカバレージを示すと仮定する。以下、図５、図６、図７にそれぞれ本発明による３０度セクタアンテナ、タイムスロットＢ、Ｃ、Ｄを用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図を示す。これらは、図４と同様に、半値角３０度、１２セクタアンテナ中３セクタを使用、ビットレート６１４．４ｋｂｉｔ／ｓとしたものである。図示するようにすべてのタイムスロットで各基地局の電波放射方向の制御は時間的に同期させて変更する。これはちょうど３０度ビーム１２セクタアンテナをタイムスロット毎に３セクタずつ使用することに相当する。ただし、システム構成を１２セクタ型とするか、３セクタの各セクタを４等分してタイムスロット毎に電波発射方向を変えて運用するかは、トラフィックの混雑度、端末の地理的分布特性等で選択されるべきである。
【００２０】
各タイムスロットで発射される電波の方向は図４〜図７に示される方向が最適である。この方向は例えば図５を用いて説明すると、図示するように基地局を横方向に奇数行、偶数行に分類し、図５のタイムスロットＢでは奇数行基地局ではそれぞれ上下関係が互い違いになるようにセクタ方向を配置し、偶数行ではすべての基地局が同じ方向を向かせる。一方図６に示したタイムスロットＣでは今度は奇数行の基地局はみな同一の方向を向き、偶数行の基地局は互いに上下関係が互い違いになるような方向とする。
【００２１】
図８に、本発明による３０度セクタアンテナ、タイムスロットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いたＨＤＲ下り回線加算時のサービスカバレージ（６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図を示す。この図は、ビットレート６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ、３セクタ基地局、タイムスロットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのタイムスロットで走査されたカバレージを加算した結果を示す。図１に示した９０度固定型３セクタアンテナを用いた場合に比較して、ほとんどすべての地域で６１４．４ｋｂｉｔ／ｓの通信が可能になることが判る。
【００２２】
また、図９に、本発明による３０度セクタアンテナ、タイムスロットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いたＨＤＲ下り回線加算時のサービスカバレージ（１２２８．８ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図を示す。この図は、同様の方法で計算された１２２８．８ｋｂｉｔ／ｓでのカバレージを示す。同一のビットレートで計算された図３の結果と比較して、明らかにカバレージが拡大していることが理解できる。
【００２３】
つぎに、この第二の実施の形態を四角配置された基地局に適用する場合を説明する。図１０から図１３は、本発明による９０度セクタアンテナ、タイムスロットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図をそれぞれ示す。この図は、半値角９０度、８セクタアンテナ中の３セクタを使用、ビットレート６１４．４ｋｂｉｔ／ｓとしたものである。図２で基地局を４角配置する場合はセクタは４セクタ構成とすることが最適との例を示したが、例えば、図２に示したような各基地局間のセクタ方向関係のまま、どのようにセクタを回転させても例えばＢＳ１とＢＳ２の中間領域にあたる領域１３−３をサービスエリアとしてカバーすることが出来ない。これはＢＳ１のビーム１３−１とＢＳ２の１３−２が互いに対角線上で干渉し合うためであり、この対角線上での干渉は４セクタ型アンテナをどのように回転させても避けられない。
【００２４】
図１０〜図１３に示した実施の形態ではこの問題を解決するため、各基地局は８方向にセクタを構成できる９０度ビーム型のアンテナを具備しているが、それぞれのタイムスロットでは図示のようにそのうちの３ビームしか使用しない。一例として、３ビームのうち、２ビームは互いに直交する方向、他の１ビームはこれら２ビームから１３５度の方向とする。
【００２５】
図１４に、本発明による９０度セクタアンテナ、タイムスロットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いたＨＤＲ下り回線加算時のサービスカバレージ（６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図を示す。この図は、これらの各タイムスロットでのビームをすべて加算した状態を示すが、図示するように６１４．４ｋｂｉｔ／ｓのレートにおいてほとんどすべての地域をサービスエリアとすることが出来る。
【００２６】
四角配置でのビーム方向は、図４〜図７に示した３角配置の場合と異なり、すべてのタイムスロットにおいて、各基地局のビーム方向は同一方向が最適となる。ただし各タイムスロットで発射される３ビームのうち、２ビームは互いに直交する方向となるが残りの１ビームは他の２ビームとは１３５度ずれた方向にビームを発射する必要がある。これにより、各タイムスロットにおいて対角線上に向けたビーム発射を常に各４角形において一つの基地局に限定して、対角線上での干渉発生を防止することができる。
【００２７】
つぎに、本発明を実現する具体的構成について説明する。
図１５に本発明の第一の実施の形態による基地局の構成を示すブロック図を示す。この基地局は、アンテナモジュール１９−１、デュプレクサ（ＤＵＰ）１９−２、受信側高周波回路（ＲＸ）１９−３、上り回線用固定ビーム形成回路（ＵＬＦＢＦ）１９−４、復調器（ＤＥＭ）１９−５、復号器（ＤＥＣ）１９−６、アクセス回線インタフェース（ＬＩＦ）１９−７、アクセス回線インタフェース（ＬＩＦ）１９−８、符号器（ＣＯＤ）１９−９、変調器（ＭＯＤ）１９−１０、下り回線固定ビーム形成回路（ＤＬＦＢＦ）１９−１１、送信側高周波回路（ＴＸ）１９−１２、重み制御器（ＷＣ）１９−１３、クロック信号発生回路（ＣＬＫ）１９−１４、ＧＰＳ受信機（全地球測位システム受信機）（ＧＰＳ）１９−１５を含む。
【００２８】
まず、上り回線について説明する。アンテナモジュール１９−１は、例えば、８ビームあるいは１２ビーム等の指向性の鋭いビームパタンを形成することが可能なアンテナアレーによって構成される。デュプレクサ（ＤＵＰ）１９−２は、送信信号と受信信号の分離を行うもので、通常の移動通信システムではそれぞれの信号を選択する帯域選択型フィルタで構成される。受信側高周波回路（ＲＸ）１９−３は、それぞれのアレーを構成しているアンテナエレメントからの信号を増幅、周波数変換等を行って所定の感度を実現する。このＲＸ１９−３の出力信号は上り回線用固定ビーム形成回路（ＵＬＦＢＦ）１９−４に印加される。ＵＬＦＢＦ１９−４は、各アンテナエレメントから受信された信号をベクトル的に合成して、例えば周回方向に対して８ビーム、あるいは１２ビームの放射パタン（ビームパタン）を持つアンテナ指向性を実現する。
【００２９】
図１６は、ＵＬＦＢＦ１９−４の詳細構成を例示するブロック図を示したものである。図中信号Ａｎｔ＃１〜Ａｎｔ＃ｎは、図１５のＲＸ１９−３から出力された各アンテナモジュールの出力信号を増幅したものである。これらの信号は、それぞれ掛算器２３−１１、２３−１ｎ、２３−ｎ１、２３−ｎｎによって適宜重み付けされて、加算器２３−２１、２３−２ｎで合成加算されて、それぞれ狭開口角ビーム信号Ｂｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃ｎに変換される。各掛算器に印加される重み係数Ｗ_１１−Ｗ_ｎｎは振幅、位相を同時に変化させるため、一般的にベクトル係数を用いる。図１６下方に示した演算式はこのＵＬＦＢＦ１９−４で行われる信号処理をマトリクス演算式の形で示したものである。重み係数Ｗ_１１−Ｗ_ｎｎは適切な開口角を持つビームを形成するべく、シミュレーション等の方法により、容易に設定することが可能である。
【００３０】
ＵＬＦＢＦ１９−４で合成された各指向性の受信信号は、それぞれ復調器（ＤＥＭ）１９−５に入力される。図１７はＤＥＭ１９−５の詳細構成を例示するブロック図を示したものである。ＤＥＭ１９−５ではＵＬＦＢＦ１９−４より出力される各ビーム信号Ｂｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃ｎは、それぞれ逆拡散回路等のチャネル分離回路（ＤＥＳ）２４−１〜２４−ｎを通して、希望の端末からの信号を分離し、後続するスイッチ２４−２を用いて、適切なビームを選択する。選択されたビームの信号は例えばレーク受信機（ＲＡＫＥ）２４−３によってマルチパス分を加算され、復調器（ＤＥＴ）２４−４によってベースバンドディジタル信号に復調される。スイッチ２４−２で選択されるべき信号は比較器（Ｃｏｍｐ）２４−５にて決定される。この決定方法は、例えば受信するべき信号を選択するには、受信された信号の信号対干渉雑音比が最大になるように選択されることが望ましい。したがってスイッチ２４−２は例えばすべてのビームで受信されたマルチパス信号の中から振幅の大きな信号から順に選択するように動作する。このスイッチ２４−２の動作は上りビーム選択信号ＵＬ Beam Selectによって制御される。一方、下り回線で選択するべきビームは、下りビーム選択信号ＤＬ Beam Selectによって決定される。下り回線では、端末が物理的に存在する方向にビームを向けることが望ましい。どの方向に端末が存在するかは、例えば受信される信号の振幅が最大となるようなビーム方向を識別することによって知ることが出来る。この識別によって選択されたビーム方向情報をＤＬ Beam Select信号として送信側重み制御回路ＷＣ（１９−１３）に伝達する。また、このＤＥＭ１９−５から出力された信号は次段の復号器（ＤＥＣ）１９−６によって誤り訂正復号された後、アクセス回線インタフェース（ＬＩＦ）１９−７を介して有線通信網に接続される。
【００３１】
下り回線においては、アクセス回線インタフェース（ＬＩＦ）１９−８より入力された信号は、符号器（ＣＯＤ）１９−９にて誤り訂正符号化をされ、変調器（ＭＯＤ）１９−１０にて所定の変調方式により変調される。この信号は、下り回線固定ビーム形成回路（ＤＬＦＢＦ）１９−１１により電波を発射するべき方向への指向性を持つビームパタンにベクトル合成されて、それぞれのアンテナエレメントに接続されている送信側高周波回路（ＴＸ）１９−１２に印加されて、増幅、周波数変換等の処理を行い、ＤＵＰ１９−２を介してアンテナモジュール１９−１に入力される。下り回線にて、どの方向に指向性を持たせるかは、上り回線信号を受信するときにＤＥＭ１９−５で同定された受信方向を基にした送信ビーム方向情報であるＤＬ Beam Selectを、重み制御器（ＷＣ）１９−１３を介して送信側ビーム形成回路１９−１１に入力することによって決定される。
【００３２】
図１８は、重み制御回路（ＷＣ）１９−１３の詳細構成を例示するブロック図を示したものである。この回路にはＤＬ Beam Select信号のほか、下り回線でのビームの方向と使用するべきタイムスロットの関係を規定するビーム・タイムスロットテーブル（Beam-Time Slot Table）情報（図１５では、信号１９−１８にて示される）が印加される。Beam-Time Slot Table情報は、後述する上位局、制御局等から与えられる。その代わりに、下りのビーム方向に対応して使用するタイムスロットを記憶したBeam-Time Slot Tableを記憶した記憶手段を自基地局、他基地局、制御局等に備え、そこから情報が与えられるようにしてもよい。下り回線でのビーム方向を定める重み係数Ｗ_１−Ｗ_ｎはＤＬ Beam Select情報に基づいてあらかじめ定められた係数ベクトルを選択する。この重み係数Ｗ_１−Ｗ_ｎにより、各基地局のアンテナモジュール１９−１のビームパタン、セクタ数、ビーム方向、ビーム角度等を上述の各図のように空間的に制御することができ、さらには必要に応じて時間的に制御することができる。一方、ＷＣ１９−１３では、その選択された方向に下り信号を発射するべきタイムスロットをＭＯＤ１９−１０に与える必要がある。ＷＣ１９−１３は、このタイムスロット情報をＤＬ Beam Select情報を基にして、Beam-Time Slot Tableを参照することによってタイムスロット割当て（Time Slot Assign）信号（図１５では信号１９−１０として示される）として求め、ＭＯＤ１９−１０に与える。
【００３３】
図１９は、ＭＯＤ１９−１０の詳細構成を例示するブロック図を示したものである。送信側符号器１９−９から送出された送信信号は、ＭＯＤ２６−１によって振幅位相変調されるが、その出力は一旦メモリ２６−２に蓄積される。このメモリに蓄積された信号は重み制御回路ＷＣ１９−１３より与えられるTime Slot Assign信号１９−１９によって、送出されるタイミングを決定される。タイムスロットの絶対時間への同期は同期信号発生回路ＣＬＫより与えられるTiming ＣＬＫ１９−１４を参照して行われる。
【００３４】
図２０は、下り送信側ビーム形成回路ＤＬＦＢＦ１９−１１の詳細構成を例示するブロック図を示したものである。図示するように、重み制御回路ＷＣ１９−１３より与えられるベクトル係数Ｗ_１−Ｗ_ｎによって重み付けされて、各アンテナに供給される。
【００３５】
ＭＯＤ１９−１０に印加されるTiming ＣＬＫ信号はクロック信号発生回路（ＣＬＫ）１９−１４によって生成されるが、この時の発生タイミングはＧＰＳ受信機１９−１５によってＧＰＳ衛星から発信された時刻信号を参照して、絶対時刻に同期される。したがってすべての基地局において互いに同期した正確な時刻情報の取得が可能であり、この時刻情報を用いて、例えば図４から図７に示したタイムスロットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを、すべての基地局が同期した形で決定することが可能である。このタイムスロット情報を用いて、すべての基地局においてアンテナの指向特性を同期させて変更させることが可能となる。
【００３６】
なお、ＧＰＳ受信機１９−１５またはＧＰＳ用アンテナ１９−１６、あるいはＧＰＳシステムそのものに障害が発生して、正確な絶対時刻情報を受信困難になった場合には、ＧＰＳ受信機１９−１５に内蔵される、高安定自走クロック発生回路によって障害回復までの期間暫定クロック信号を発生させるか、あるいはＣＬＫ１９−１４に信号１９−１７を介して有線網によりクロック信号を供給して絶対時刻位相を保持させることが可能である。なお、ＧＰＳシステムを用いずに、信号１９−１７による周期を主に用いることもできる。
【００３７】
図２１は、本発明の実施の形態による下りビーム制御のフローチャートを示したものである。図示するように、まだビームが形成されていない当初は、端末がどこに存在しているか不明なので、基地局の受信側は、アンテナパタンを無指向性として端末からの発信を待ち受ける（Ｓ１０１）。端末が適切な信号を用いて、発信を始めると、基地局の受信側は、アンテナモジュール１９−１、ＤＵＰ１９−２、ＲＸ１９−３により、端末からの発信を受信する（Ｓ１０３）。ここで、直ちにＵＬＦＢＦ１９−４を用いて、アンテナ指向性パタンを狭開口角ビームに切り替える（Ｓ１０５）。ＷＣ１９−１３は、このとき、Beam-Time Slot Tableにより、各基地局のアンテナモジュ−ル１９−１のセクタ数、ビーム方向、ビーム角度等を上述の各図のように空間的、さらには時間的に適宣のビームパターンに設定する。各方向ビームで受信できる信号強度を比較して、どの方向に受信中端末が存在するかを検知する（Ｓ１０７）。この検知情報を用いて、重み回路ＷＣ１９−１３にて下りビームを出すべき方向を定める（Ｓ１０９）。一方、集中装置、制御局等では、基地局設定場所と指向性ビーム方向データが入力され（Ｓ１１１）、各基地局での送信ビーム方向と使用タイムスロットの関係を示したBeam-Time Slot Tableが作成される（Ｓ１１３）。その後、ＷＣ１９−１３は、下りビームを出すべきタイムスロットを、あらかじめ作製された送信ビーム方向と使用タイムスロットの関係を定めたBeam-Time Slotテーブルを参照して決定し（Ｓ１１５）、ＭＯＤ１９−１０に通知して、適切な下り信号を形成する（Ｓ１１７）。
【００３８】
なお、このBeam - Time Slotテーブルは、基地局設置場所を決定する設計段階で、あらかじめ地図等を用いて、システム設計者がマニュアルにて作製することが出来る。作製された下りビーム方向とタイムスロットの関係を定めたテーブルはディジタルデータ化されて、システムの集中装置に接続されるシステム管理装置に収容される。また、このBeam-Time Slotテーブルは各基地局の内部に格納されるか、あるいは例えば移動交換機等の集中装置内に格納されて、必要に応じて参照できるように構成されてもよい。各基地局固有のテーブルは、必要に応じて、各基地局にダウンロードされる。また、テーブルが中央装置に設けられる時は、必要に応じて、基地局内のメモリにテーブル情報をダウンロードすることも可能である。なお、基地局設置後に新たに基地局を追加する等の基地局配置の追加変更がある場合には、後述する自己学習機能によりテーブルの自動修正あるいは新規作成が可能である。また、このBeam - Time Slotテーブルは、各基地局におけるビーム放射方向と該方向に放射する時に使用するタイムスロットの関係を示したもので、図１８に示す重み制御回路（ＷＣ）１９−３において、下りの電波を発射すべき方向情報を入力された時に、このBeam - Time Slotテーブルを参照して電波を発射すべきタイムスロットを決定して、図１９のメモリ２６−２にタイミングを伝達することにより、適切な時刻での電波発射を可能とする。
図２７は、本発明の他の実施の形態による基地局制御システムを示すブロック図を示したものである。該システムは複数基地局と、それらの上位局を構成する制御局とその上位のバックボーンネットワーク（ＮＷ）を含む。図２７において、１９−２０_１、…、１９−２０_ｎはそれぞれ図１５に示した基地局の全体構成を示し、各基地局は、アンテナモジュール１９−１_１〜１９−１_ｎ、アクセス回路インタフェース（ＬＩＦ）１９−７、重み制御器（ＷＣ）１９−１３、アクセス回線インタフェース（ＬＩＦ）１９−８を含む。参照数字２７−１は複数の基地局毎に設置され、それらを制御する上位局すなわち制御局を示す。各上位局は、上り回線（ＵＬ）中継回路２７−２、各基地局に通知するべきビーム・タイムスロットのテーブルを生成する回路２７−３及び下り回線（ＤＬ）中継回路２７−４を含む。参照数字２７−７は、バックボーンネットワーク（ＮＷ）を表わす。上記ＵＬ中継回路２７−２は、複数の基地局から送出される上り回線信号を集線して、バックボーンＮＷに接続し、また上記ＤＬ中継回路２７−４は、下り回線を目的の端末が接続されている基地局に分配する。参照数字２７−５は、上り回線（ＵＬ）トラフィック情報伝達信号を表す。
図２７の回路構成において、各基地局で集計され、上り回線で基地局より上位局のＵＬ中継回路２７−２に通知されるトラフィック統計情報は、そこからビーム・タイムスロットテーブル生成回路２７−３に通知される。このトラフィック統計情報は、各基地局で、例えば図１７に示されるDL Beam Select 情報を時間的に累積して、各ビーム方向毎のトラフィック量を測定する事によって得られる。このトラフィック統計情報は、上り回線信号に多重化されて上位局２７−１に通知される。
図２８は、本発明の実施の形態に用いられるビーム・タイムスロットのテーブルを例示するダイヤグラムを示したものである。図２８は、図４〜図７にて示した３０度セクタアンテナを用いた基地局、ＢＳ１、ＢＳ２を駆動するためのビーム・タイムスロットテーブルの例を示す。同図はタイムスロットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ時の各アンテナの指向特性を角度表示したものである。この各タイムスロットはそれぞれ図４、５、６、７の状態に相当する。ビーム・タイムスロット生成回路２７−３は図２８に示したテーブル情報を各基地局に通知ないし指示する。
一つの実施の形態として、このビーム・タイムスロットテーブルは、基地局を設置する時にあらかじめ地理的情報から設定し、固定的に使用する。別の実施の形態としては、各アンテナ方向毎のトラフィックを長期的に観測して、各基地局での電波発射方向毎のトラフィック偏在を測定し、トラフィック要求の高い方向に対しては、他のトラフィック要求の低い方向と比較してビームを向ける時間的頻度を上昇させる重み付けも可能である。
各スロット毎のトラフィック測定は、例えば図１７に示したDL Beam Select 情報を長時間累積して、方向毎のトラフィック偏在状況を把握する事が可能である。トラフィックの高い方向へのビーム照射時間率を上昇させるためには、例えば図２８では４タイムスロット使用例を示したが、このタイムスロット数を増加させて、トラフィックの高い方向には複数のタイムスロットが使用されるようにすれば良い。
図２９は、高トラフィック方向へのビーム照射頻度を上昇させたビーム・タイムスロットテーブルの一例を示したものである。たとえば図４で７−４に示したエリアで高トラフィックが発生すると仮定する。このエリアに対してはＢＳ１及びＢＳ２から図４と図７で示したタイムスロットでビームが照射されている。そこで、図２９に示すように、タイムスロットＥ、Ｆを追加して、この追加した分でタイムスロットＡ及びＤと同一のビーム照射パタンを発生させれば、統計的に、高トラフィックエリアへのビーム照射頻度が向上する。
別の方向でのトラフィックが上昇した場合には、このテーブルでのビームパタン選択を変更すれば良いが、この変更頻度としては、瞬時トラフィック上昇に耐えられるよう高速にする場合と、長期的観測結果を用いて変更頻度を低下させる場合の２種類が考えられる。この変更時定数の選択は、実際のトラフィック変動特性を観測して決定すればよい。
【００３９】
図２２は、本発明を実施する基地局の第二の実施の形態の構成をブロック図で示す。この例では、第一の実施の形態で示した固定ビーム形成回路１９−４、１９−１１の代わりに、上り回線側では単なるスルー回路とし、下り回線側はアンテナ選択スイッチ２０−１を用いている。この選択スイッチ２０−１は重み制御器１９−１３によって選択され、所望の端末が存在する方向に向いたアンテナを選択することが可能となる。本来ビーム形成回路１９−４、１９−１１は、例えば上り回線で説明すると、アレー状に配置された各アンテナエレメントの出力信号を位相、振幅を制御しながらベクトル合成することにより、任意の開口半値角をもつアンテナパタンを形成するものである。しかしアンテナエレメント自身が、本発明の目的を満足させる開口半値角特性を持っているときには、あえて、ビーム形成回路でベクトル合成を行わなくともよい。この際、所望の特性を実現することが可能であるからである。
【００４０】
以上の実施の形態の説明は、各基地局が正確に三角形、あるいは四角形の頂点に配置されていることを前提とし、且つそれぞれのタイムスロットにおいて、どの方向に電波を発射するべきかは、あらかじめ設定されていることを条件としている。ところが実際の基地局配置では正確な三角形、あるいは四角形の頂点に配置することは困難な場合が多く、さらには基地局を追加配置する場合には、はじめに設定していた、タイムスロットと電波発射方向の関係を変更する必要がでる可能性がある。このような場合を想定して、以下に、基地局が自己学習しながら最適の電波発射方向を定める方法を修正例として説明する。
【００４１】
例えば図１５に示される実施の形態において、上記の自己学習機能を実現する方法を示す。図示するように、基地局の上り回線では、ＤＥＭ１９−５を用いて、任意の端末の受信条件が最良となる受信ビームを選択し、すなわちどの方向に当該の端末が存在するかを認識する。次に、当該端末から、その端末が存在する場所における下り回線の受信状態を端末に報告させる。すなわち、当該端末が各基地局から送信されるパイロット信号を受信して、自分がどの基地局から受信される信号を最も条件良く受信できるかを報告する。今仮に、現在考えている基地局では、タイムスロットと電波発射方向の関係はまだ決定されていないが、周辺の基地局では既に、決定されているものとする。この場合、周辺の基地局では既にタイムスロット毎にそれぞれ別の方向に電波を発射しているため、現在下り回線の品質を測定している端末から見ると、他基地局の電波が強く受信できるタイムスロットとさほどでもないタイムスロットを区別して認識することが可能である。したがって、端末からは現在の自分が存在する場所ではどのタイムスロットが強い隣接基地局からの干渉を受けやすいか認識できるわけで、逆に比較的干渉の少ないスロットがどれであるかを基地局に報告することが可能となる。
【００４２】
この各タイムスロットでの干渉電波強度の測定は、隣接基地局のトラフィック状態によって変化する可能性がある。したがって、現在自己学習中の基地局では、各端末からの報告を一定期間観測して、統計情報を得ることにより、その端末が存在する方向に対してはどのタイムスロットを用いて電波発射することが最も他基地局との干渉が少なくなるかを推定することが可能となる。この推定結果により中央装置、または基地局に格納されたビーム方向とタイムスロットの関係を定めたテーブルを修正することは言うまでもない。また、他基地局の電波干渉の測定は、電波強度そのもの、あるいは実際にデータを用いた通信でエラーがどの程度の頻度で発生するか等の観測により実現可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、特に、ＨＤＲシステムにおいてセルやセクタの境界領域で、各基地局から発射される電波が互いに干渉しあって十分に高いビットレートでの通信が困難になることを防止することができる。また、本発明によると、セクタビームの方向が向いていない領域を少なくし、一層広い領域でサービスを提供することができる。また、本発明によると、複数のセクタビームが干渉しあってサービス不可能領域が切れ込むことを、できる限り防止することができる。
【００４４】
さらに、本発明によると、例えば、ＨＤＲ下り回線において各基地局より同一時刻に発射される電波の方向を、互いに最も干渉しにくい方向とし、端末がサービスエリアのどこに存在しても、つねに干渉妨害の少ない、良好な電波信号を受信することができる。これにより、本発明によると、電波干渉の少ないときには高いビットレートの通信が可能というＨＤＲの特徴のひとつを、最大に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基地局を三角配置したＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージ（６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図。
【図２】本発明による基地局を四角配置したＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージ（６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図。
【図３】本発明による基地局を三角配置したＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージ（１２２８．８ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図。
【図４】本発明による３０度セクタアンテナ、タイムスロットＡを用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図。
【図５】本発明による３０度セクタアンテナ、タイムスロットＢを用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図。
【図６】本発明による３０度セクタアンテナ、タイムスロットＣを用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図。
【図７】本発明による３０度セクタアンテナ、タイムスロットＤを用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図。
【図８】本発明による３０度セクタアンテナ、タイムスロットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いたＨＤＲ下り回線加算時のサービスカバレージ（６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図。
【図９】本発明による３０度セクタアンテナ、タイムスロットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いたＨＤＲ下り回線加算時のサービスカバレージ（１２２８．８ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図。
【図１０】本発明による９０度セクタアンテナ、タイムスロットＡを用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図。
【図１１】本発明による９０度セクタアンテナ、タイムスロットＢを用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図。
【図１２】本発明による９０度セクタアンテナ、タイムスロットＣを用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図。
【図１３】本発明による９０度セクタアンテナ、タイムスロットＤを用いたＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージの説明図。
【図１４】本発明による９０度セクタアンテナ、タイムスロットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いたＨＤＲ下り回線加算時のサービスカバレージ（６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図。
【図１５】本発明の第一の実施の形態による基地局の構成を示すブロック図。
【図１６】ＵＬＦＢＦ１９−４の詳細構成を例示するブロック図。
【図１７】ＤＥＭ１９−５の詳細構成を例示するブロック図。
【図１８】重み制御回路（ＷＣ）の詳細構成を例示するブロック図。
【図１９】ＭＯＤ１９−１０の詳細構成を例示するブロック図。
【図２０】下り送信側ビーム形成回路ＤＬＦＢＦ１９−１１の詳細構成を例示するブロック図。
【図２１】本発明の実施の形態による下りビーム制御のフローチャート。
【図２２】本発明の第二の実施の形態による基地局の構成を示すブロック図。
【図２３】ＨＤＲ方式の基本原理の説明図。
【図２４】ＨＤＲ方式下り回線での多重化方式についての説明図。
【図２５】一般的な基地局配置の例を示す説明図。
【図２６】ＨＤＲ方式下り回線における送信信号のタイミングダイヤグラム。
【図２７】本発明の他の実施の形態による基地局制御システムを示すブロック図。
【図２８】本発明の実施の形態に用いられるビーム・タイムスロットのテーブルを例示するダイヤグラム。
【図２９】高トラフィック方向へのビーム照射頻度を上昇させたビーム・タイムスロットテーブルの一例を示す説明図。
【図３０】従来の任意に基地局を四角配置したときのＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージ（６１４．４ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図。
【図３１】従来の任意に基地局を四角配置したときのＨＤＲ下り回線でのサービスカバレージ（２０４．８ｋｂｉｔ／ｓ）の説明図。
【符号の説明】
１９−１アンテナモジュール
１９−２デュプレクサ（ＤＵＰ）
１９−３受信側高周波回路（ＲＸ）
１９−４上り回線用固定ビーム形成回路（ＵＬＦＢＦ）
１９−５復調器（ＤＥＭ）
１９−６複号器
１９−７アクセス回線インタフェース（ＬＩＦ）
１９−８アクセス回線インタフェース（ＬＩＦ）
１９−９符号器（ＣＯＤ）
１９−１０変調器（ＭＯＤ）
１９−１１下り回線固定ビーム形成回路（ＤＬＦＢＦ）
１９−１２送信側高周波回路（ＴＸ）
１９−１３重み制御器（ＷＣ）
１９−１４クロック信号発生回路（ＣＬＫ）
１９−１５受信機（ＧＰＳ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radio communication method and a radio communication system, and more particularly to a radio communication method and a radio communication system in a base station system that multiplexes channels for a plurality of terminals by a time division multiplexing method and has a beam direction variable antenna. About.
[0002]
[Prior art]
The conventional time division multiplexing wireless communication system is basically based on suppressing crosstalk and interference between channels by transmitting signals for each terminal through channels using different time slots. Therefore, there is no interference under the same base station due to simultaneous transmission of signals for a plurality of terminals at the same time as in a code multiplex system, so that antenna directivity such as so-called smart antenna or adaptive antenna is being communicated. There has been little need for a system that concentrates on terminals and suppresses interference with other terminals.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In general, in a method for performing so-called best-effort communication by controlling communication channel modulation and coding parameters to optimum values in consideration of the level of observed interference noise (for example, Paul Bender, Peter Black , Matthew Grob, Roberto Padovani, Nagabhushana Sindhushayana, and Andrew Vitervi, "CDMA / HDR: A Bandwidth-Efficient High-Speed Wireless Data Service for Nomadic Users", IEEE Communications Magazine, Vol. 38, pp. 70-77, July, The method shown in 2000. Hereinafter referred to as HDR (High Data Rate) method), the data rate that can be communicated is determined by the amount of interference noise observed at the terminal. In such a system, if the amount of interference noise is low, it becomes possible to perform communication at a higher data rate. Therefore, reducing the interference noise as much as possible is effective in improving the system performance. As long as the time division multiplexing method is used, the interference noise observed at this terminal is not a signal for other terminals transmitted from the same base station in communication, but is adjacent to another terminal or another terminal from another base station. This signal is sent at the same time.
[0004]
FIG. 23 is an explanatory diagram of the basic principle of the HDR method. In general, it is known that a signal for a terminal (hereinafter referred to as a downlink signal) transmitted from a base station attenuates power in inverse proportion to the 3.5th power of a distance in a large city, for example. As the distance increases, the received power gradually falls below the level of the signal transmitted from the adjacent base station or the interference signal constituted by thermal noise, etc., and normal reception at the terminal becomes difficult. The ratio between the received signal power and the interference signal power is referred to as C / I. When this C / I is sufficiently high in the vicinity of the base station, for example, the modulation method of the radio signal is set to 8-level multi-level modulation, and further, the radio wave quality is high, so that the error correction redundancy is reduced, and the result Even if the same band is used, transmission at a high bit rate is possible. On the other hand, since the C / I decreases in an area far from the base station, it is necessary to use a binary modulation method that is less prone to errors and increase signal redundancy to improve error correction capability. As a result, the bit rate that can be transmitted decreases. In the HDR system, C / I is actually measured at a terminal before starting communication, and the maximum bit rate that can be received at that point is transmitted to the base station. As a result, a best-effort wireless transmission system is realized.
[0005]
Here, FIG. 24 shows an explanatory diagram of the multiplexing scheme in the HDR scheme downlink. FIG. 25 shows an explanatory diagram of an example of a general base station arrangement. FIG. 26 shows a timing diagram of a transmission signal in the HDR downlink.
[0006]
In the HDR method, as shown in FIG. 24, multiplexing of the downlink signal uses a so-called time division multiplexing method in which signals for different terminals are arranged in N time slots, for example. That is, when base stations are installed as shown in FIG. 25, each base station emits radio waves using time slots arbitrarily assigned in time as shown in FIG. As shown in the figure, for example, assuming that base stations (hereinafter referred to as BS) BS1 and BS2 are simultaneously emitting radio waves from time T1 to T2, a boundary region 3-1 between BS1 and BS2 indicated by hatching in FIG. Then, strong radio wave interference occurs. As a result, when observed at the terminal, the C / I of both the signal from BS1 and the signal from BS2 decreases, making communication at a high bit rate difficult.
[0007]
FIG. 30 is an explanatory diagram of coverage (614.4 kbit / s) in the HDR downlink when conventional base stations are arbitrarily arranged in a square. This figure shows a bit rate of 614.4 kbit / s when a three-sector type HDR base station in which each sector is formed by a beam having an aperture angle of 90 degrees is arranged at the apex of a quadrangle with a side of 2 km. Service coverage is indicated by hatching. Here, the calculation is based on the assumption that radio waves are emitted in all time slots of all base stations. In the figure, in the area 20-5, the sector beam 20-1 of BS1 and the sector beam 20-2 of BS2 interfere with each other and cannot be serviced. On the other hand, in the area 20-6, since none of the sector beams of BS3 and BS4 are directed in this direction, the service cannot be performed. Further, in the region 20-8, the sector beams 20-1 and 20-7 of BS1 interfere with each other, and the unserviceable region is cut into a considerable vicinity of BS1. Similar notches are also observed in, for example, the region 20-9.
[0008]
FIG. 31 shows an explanatory diagram of coverage (204.8 kbit / s) in the HDR downlink when conventional base stations are arbitrarily arranged in a square. This figure shows the service area when the bit rate is lowered to 204.8 kbit / s under the same conditions, but there remains an area where service cannot be performed even if the bit rate is lowered so far.
[0009]
In view of the above, the object of the present invention is to make it difficult to communicate at a sufficiently high bit rate because radio waves emitted from each base station interfere with each other particularly in the boundary region of a cell or sector in an HDR system. It is to provide a radio communication method and a radio communication system in a base station system that prevents the occurrence of the above. Another object of the present invention is to provide a radio communication method and a radio communication system capable of providing services in a wider area by reducing the area where the direction of the sector beam is not directed.
Another object of the present invention is to provide a radio communication method and a radio communication system capable of preventing as much as possible a situation in which an unserviceable area is cut off due to interference of a plurality of sector beams.
[0010]
Furthermore, another object of the present invention is, for example, the direction of radio waves emitted at the same time from each base station in the HDR downlink, the direction that is most unlikely to interfere with each other, wherever the terminal exists in the service area, It is always to receive a good radio signal with little interference. Accordingly, another object of the present invention is to maximize one of the features of HDR that enables high bit rate communication when radio wave interference is low.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to prevent radio waves from the base stations from interfering with each other as described above, the present invention does not radiate radio signals that interfere with each other at the same time, but radiates at different times. It is something to try to avoid. At this time, the time management at each base station is synchronized with high accuracy by utilizing a system capable of supplying absolute time with high accuracy in a wide area such as a GPS system, and the radio wave emission direction of each base station is set for each time. Switch to avoid interference.
[0012]
According to the first solution of the present invention,
In each base station having a plurality of antenna elements, a method of wirelessly communicating with a wireless terminal,
Receives a signal from a wireless terminal via an antenna capable of realizing the antenna directivity of a predetermined beam pattern by combining a reception signal and a transmission signal by each antenna element,
Synthesize the signals from each antenna element with the antenna directivity of a predetermined beam pattern,
Based on the combined received signal of each directivity, select a received signal from the wireless terminal, determine transmission beam direction information for directing the beam in the selected direction,
Based on the determined transmission beam direction information and a table storing the relationship between the transmission beam direction and the time slot used when radiating in that direction, a transmission beam time slot is obtained,
Provided is a wireless communication method including transmitting a downlink signal by controlling an antenna using the obtained transmission beam time slot.
According to the second solution of the present invention,
Place multiple base stations in a square,
The antenna of each base station has a plurality of antenna elements, and is capable of realizing the antenna directivity of a predetermined beam pattern by combining the reception signal and the transmission signal by each antenna element. The beam pattern is installed in a direction in which the adjacent base stations shift the beam direction by 45 degrees or approximately 45 degrees from each other,
Receiving a signal from a wireless terminal via the antenna;
Synthesize the signals from each antenna element with the antenna directivity of a predetermined beam pattern,
Based on the combined received signal of each directivity, receive a signal from the wireless terminal,
Provided is a radio communication method between a radio terminal and a base station, which includes transmitting a downlink signal by controlling antenna directivity to a predetermined beam pattern.
According to the third solution of the present invention,
Multiple base stations are arranged in a triangle,
The antenna of each base station has a plurality of antenna elements, combines the reception signal and transmission signal by each antenna element to realize the antenna directivity of a predetermined beam pattern, and the same beam pattern of the antenna of each base station A wireless communication method between a base station and a terminal including dynamically or statically installing in the direction of the terminal is provided.
According to the fourth solution of the present invention,
Place multiple base stations in a square,
The antenna of each base station has a plurality of antenna elements, combines the reception signal and the transmission signal by each antenna element to realize the antenna directivity of a predetermined beam pattern, and sets the beam pattern of the antenna of each base station, Provided is a wireless communication method between a base station and a terminal, which includes dynamically or statically installing adjacent base stations in a direction in which the beam directions are shifted by 45 degrees or approximately 45 degrees from each other.
According to the fifth solution of the present invention,
A plurality of base stations are arranged in a triangular arrangement having a triangular positional relationship with each other in a plane.
The antenna of each base station is composed of 3 sector antennas,
Provided is a wireless communication method including combining a reception signal and a transmission signal by each antenna element.
According to the sixth solution of the present invention,
A plurality of base stations are arranged in a square arrangement that is a quadratic positional relationship with each other in a plane,
The antenna of each base station is composed of 4 sector antennas,
Provided is a wireless communication method including combining a reception signal and a transmission signal by each antenna element.
According to a seventh solution of the present invention,
A plurality of base stations are arranged in a square arrangement that is a quadrangular position in a plane,
The antenna of each base station is composed of antennas that can realize eight directivities every 45 °,
In each time slot, specify the antenna directivity so that the two directivities of the three directivity patterns are orthogonal to each other, and the other directivity is in the direction of 135 ° from these two directivities. A wireless communication method is provided.
According to the eighth solution of the present invention,
In a wireless communication system that performs wireless communication between a plurality of base stations and wireless terminals,
Each base station
An antenna that has a plurality of antenna elements, and that can synthesize a reception signal and a transmission signal by each antenna element to realize antenna directivity of a predetermined beam pattern;
A circuit for receiving a signal from a wireless terminal via the antenna;
A circuit that synthesizes signals from each antenna element with the antenna directivity of a predetermined beam pattern;
A circuit that selects a received signal from a wireless terminal based on the combined received signal of each directivity and determines transmission beam direction information for directing the beam in the selected direction;
A circuit for generating a transmit beam time slot based on transmit beam direction information from the determining circuit and a table of information representing a relationship between the transmit beam direction and a beam time slot used when radiating in that direction;
A circuit for controlling the antenna and transmitting a downlink signal using the generated transmission beam time slot;
A wireless communication system comprising:
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory diagram of service coverage (614.4 kbit / s) in an HDR downlink in which base stations according to the present invention are arranged in a triangle. This figure shows an optimal base station and a sector direction arrangement when a three-sector base station is used. Each base station shown in the figure is a three-sector antenna type HDR base station in which each sector is configured by an antenna having an opening angle of 90 degrees, and transmission of 614.4 kbit / s is performed using all time slots. Coverage when performing. As shown in the figure, transmission at this bit rate is difficult in the boundary area of the cell area of each base station, for example 5-4. This is because the radio waves of the sector antenna 5-1 of BS1, the sector antenna 5-2 of BS2, and the sector antenna 5-3 of BS3 interfere with each other in space, making transmission at a rate of 614.4 kbit / s difficult. Yes. However, compared with the prior art FIG. 30, the difficult service area is greatly reduced. In FIG. 30, each base station is arranged in a square in which a square is laid in a desired area and the base stations are arranged at the apexes thereof, whereas in the embodiment of FIG. This is because the base station is arranged in a triangular arrangement at the apex, and the sector directions of the base stations are arranged such that the radio wave interference is minimized. For this reason, for example, interference increases due to the crossing of beams that irradiate the same region at a short distance as shown in the case of the sector beam 20-1 of BS1 and the sector beam 20-2 of BS2 in FIG. Disappear.
[0014]
FIG. 2 is an explanatory diagram of service coverage (614.4 kbit / s) in an HDR downlink in which base stations according to the present invention are squarely arranged. In this figure, a half-value angle of 90 degrees, a 4-sector antenna, a bit rate of 614.4 kbit / s, and each base station uses all time slots. When a three-sector base station is used in a square arrangement, it is impossible to avoid the crossing of beams that interfere with each other in terms of geometry, as shown in FIGS. In the case of square arrangement, it is necessary to make the sector beam a 4-sector type as shown in FIG. Further, as shown in the figure, the adjacent base stations are tilted 45 degrees from each other as shown in the figure, so that the crossing of the beams can be minimized.
[0015]
The above described the effect of the first embodiment of the present invention, but there still remains a region where service is impossible at the intermediate distance of each base station. For example, the region 5-4 in FIG. 1, the region 13-3 in FIG.
Further, FIG. 3 is an explanatory diagram of service coverage (1228.8 kbit / s) in an HDR downlink in which base stations according to the present invention are arranged in a triangle. In this figure, a half-sector angle of 90 degrees, a 3-sector antenna, a bit rate of 1228.8 kbit / s, and all time slots are used. For example, if the bit rate is increased to 1228.8 kbit / s, the serviceable area is significantly reduced as shown. The difficult service area occurs in a cell boundary area with an adjacent base station and a sector boundary area in the same base station. That is, it may be difficult to eliminate the non-serviceable area only by the first embodiment that optimizes the number of sectors and the sector direction.
[0016]
Therefore, the service area is further expanded by utilizing the time division multiplexing method for the HDR downlink. In the example shown in FIG. 26, since BS2 stops emitting radio waves from time T2 to T3, the signal from BS1 can secure a high C / I even in hatching area 3-1 in FIG. Therefore, communication at a high bit rate is possible. That is, between cells / sectors that interfere with each other, it is possible to significantly reduce the amount of mutual interference by avoiding the emission of radio waves at the same time, and thus it is possible to expand the area where communication at a high bit rate is possible.
[0017]
In the second embodiment of the present invention, each base station in the system is provided with a function capable of switching the transmission directivity of the antenna, and the directivity switching is performed synchronously between the base stations, thereby enabling a specific terminal The main feature is to minimize the probability that signals transmitted from a plurality of base stations interfere with each other at the same time. As a result, each terminal can communicate at a communication time set for itself with the interference noise from adjacent or other base stations being extremely low, and the best effort function enables communication at the maximum bit rate. It becomes possible.
[0018]
FIG. 4 is an explanatory diagram of service coverage in an HDR downlink using a 30 degree sector antenna and time slot A (FIG. 24) according to the present invention. In this figure, the half-value angle is 30 degrees, three of the 12-sector antennas are used, the bit rate is 614.4 kbit / s, and the time slot is A. In the present embodiment, unlike the cases of FIGS. 1 and 3, the opening angle of each base station sector antenna is narrowed to 30 degrees. As shown in the figure, also in the boundary region 7-4 between BS1 and BS2, the coverage of each base station extends to an intermediate distance portion between both base stations. This is because, by narrowing the sector beam, for example, the signals radiated from the antennas in the areas 7-1 and 7-2 pass each other and are less likely to cause interference. However, since the beam has a narrow angle as it is, for example, an intermediate region of the beam as shown in the region 7-5 cannot be covered, and communication coverage may be limited to a narrow area.
[0019]
As shown in FIG. 24, each communication channel is temporally multiplexed in the HDR downlink. So, for example, in a sector base station composed of three 30 degree beam antennas, if the antenna radiation angle is shifted by 30 degrees for each time slot and radiated four times, the area around the base station is scanned. It is equivalent to rotating in such a manner that all directions can be included in the coverage. For example, assume that the state shown in FIG. 4 shows coverage in time slot A of FIG. 5, 6, and 7 are diagrams for explaining service coverage in an HDR downlink using a 30-degree sector antenna and time slots B, C, and D according to the present invention, respectively. As in FIG. 4, the half-value angle is 30 degrees, 3 sectors out of 12 sector antennas are used, and the bit rate is 614.4 kbit / s. As shown in the figure, the control of the radio wave radiation direction of each base station is changed in time synchronization in all time slots. This corresponds to using a 30-degree beam 12-sector antenna for 3 sectors per time slot. However, whether the system configuration is a 12-sector type, or each sector of 3 sectors is equally divided into four and the radio wave emission direction is changed for each time slot depends on traffic congestion, terminal geographical distribution characteristics, etc. Should be selected in.
[0020]
The direction of the radio wave emitted in each time slot is optimal as shown in FIGS. This direction will be described with reference to FIG. 5, for example. As shown in the figure, the base stations are classified into odd rows and even rows in the horizontal direction, and in time slot B in FIG. The sector directions are arranged in such a way that all base stations are directed in the same direction in even rows. On the other hand, in the time slot C shown in FIG. 6, all the odd-numbered base stations are now directed in the same direction, and the even-numbered base stations are in a direction in which the vertical relations are staggered.
[0021]
FIG. 8 is an explanatory diagram of service coverage (614.4 kbit / s) at the time of HDR downlink addition using a 30 degree sector antenna and time slots A, B, C, and D according to the present invention. This figure shows the result of adding coverage scanned in four time slots of bit rate 614.4 kbit / s, 3 sector base station, time slots A, B, C, and D. It can be seen that 614.4 kbit / s communication is possible in almost all areas as compared to the case of using the 90-degree fixed three-sector antenna shown in FIG.
[0022]
FIG. 9 is an explanatory diagram of service coverage (1228.8 kbit / s) at the time of HDR downlink addition using a 30-degree sector antenna and time slots A, B, C, and D according to the present invention. This figure shows the coverage at 1228.8 kbit / s calculated in a similar manner. Compared to the results of FIG. 3 calculated at the same bit rate, it can be seen that the coverage is clearly expanded.
[0023]
Next, a case where the second embodiment is applied to a base station arranged in a square will be described. FIGS. 10 to 13 are diagrams for explaining service coverage in the HDR downlink using the 90-degree sector antenna and time slots A, B, C, and D according to the present invention, respectively. In this figure, the half-value angle is 90 degrees, 3 sectors in an 8-sector antenna are used, and the bit rate is 614.4 kbit / s. In the case where the base stations are arranged in four corners in FIG. 2, an example is shown in which it is optimal that the sector has a four-sector configuration. For example, the sector direction relationship between the base stations as shown in FIG. No matter how the sector is rotated, for example, the area 13-3 corresponding to the intermediate area between BS1 and BS2 cannot be covered as a service area. This is because the beam 13-1 of BS1 and 13-2 of BS2 interfere with each other diagonally, and this diagonal interference is inevitable no matter how the four-sector antenna is rotated.
[0024]
10 to 13, in order to solve this problem, each base station is provided with a 90 degree beam type antenna capable of forming sectors in eight directions. Only three of them are used. As an example, of the three beams, two beams are in directions orthogonal to each other, and the other one beam is in a direction of 135 degrees from these two beams.
[0025]
FIG. 14 is an explanatory diagram of service coverage (614.4 kbit / s) at the time of HDR downlink addition using a 90-degree sector antenna and time slots A, B, C, and D according to the present invention. This figure shows a state in which all the beams in each of these time slots are added, but almost all areas can be service areas at a rate of 614.4 kbit / s as shown.
[0026]
The beam direction in the square arrangement is different from the case of the triangular arrangement shown in FIGS. 4 to 7, and the beam direction of each base station is optimal in all the time slots. However, out of the three beams emitted in each time slot, two beams are orthogonal to each other, but the remaining one beam needs to be emitted in a direction shifted by 135 degrees from the other two beams. Thereby, the beam emission directed diagonally in each time slot is always limited to one base station in each quadrangle, thereby preventing the occurrence of interference on the diagonal.
[0027]
Next, a specific configuration for realizing the present invention will be described.
FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the base station according to the first embodiment of the present invention. This base station includes an antenna module 19-1, a duplexer (DUP) 19-2, a receiving high frequency circuit (RX) 19-3, an uplink fixed beam forming circuit (UL FBF) 19-4, and a demodulator (DEM). 19-5, decoder (DEC) 19-6, access line interface (LIF) 19-7, access line interface (LIF) 19-8, encoder (COD) 19-9, modulator (MOD) 19-10 Downlink fixed beam forming circuit (DL FBF) 19-11, transmitting high frequency circuit (TX) 19-12, weight controller (WC) 19-13, clock signal generating circuit (CLK) 19-14, GPS receiver (Global Positioning System Receiver) (GPS) 19-15.
[0028]
First, the uplink will be described. The antenna module 19-1 is configured by an antenna array that can form a beam pattern with sharp directivity such as 8 beams or 12 beams. The duplexer (DUP) 19-2 separates a transmission signal and a reception signal, and is configured by a band selection filter that selects each signal in a normal mobile communication system. The reception-side high frequency circuit (RX) 19-3 realizes a predetermined sensitivity by performing amplification, frequency conversion, and the like on the signals from the antenna elements constituting each array. The output signal of the RX 19-3 is applied to an uplink fixed beam forming circuit (UL FBF) 19-4. The UL FBF 19-4 combines the signals received from the respective antenna elements in a vector manner to realize antenna directivity having, for example, an 8-beam or 12-beam radiation pattern (beam pattern) in the circulation direction.
[0029]
FIG. 16 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the UL FBF 19-4. Signals Ant # 1 to Ant # n in the figure are obtained by amplifying the output signals of the antenna modules output from RX 19-3 in FIG. These signals are appropriately weighted by the multipliers 23-11, 23-1n, 23-n1, 23-nn, and synthesized and added by the adders 23-21, 23-2n, respectively. Converted to Beam # 1 to Beam #n. Weight coefficient W applied to each multiplier ₁₁ -W _nn Generally uses vector coefficients to change the amplitude and phase simultaneously. The arithmetic expression shown in the lower part of FIG. 16 shows signal processing performed in the UL FBF 19-4 in the form of a matrix arithmetic expression. Weight coefficient W ₁₁ -W _nn Can be easily set by a method such as simulation to form a beam having an appropriate aperture angle.
[0030]
Each directional reception signal synthesized by the UL FBF 19-4 is input to a demodulator (DEM) 19-5. FIG. 17 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the DEM 19-5. In the DEM 19-5, the beam signals Beam # 1 to Beam # n output from the UL FBF 19-4 are sent from the desired terminal through channel separation circuits (DES) 24-1 to 24-n such as despreading circuits, respectively. The signal is separated and the subsequent switch 24-2 is used to select the appropriate beam. The signal of the selected beam is added with multipath by a rake receiver (RAKE) 24-3, for example, and demodulated into a baseband digital signal by a demodulator (DET) 24-4. A signal to be selected by the switch 24-2 is determined by a comparator (Comp) 24-5. For example, in order to select a signal to be received, this determination method is preferably selected so that the signal-to-interference noise ratio of the received signal is maximized. Therefore, for example, the switch 24-2 operates so as to select a signal having a larger amplitude from the multipath signals received by all the beams in order. The operation of the switch 24-2 is controlled by an uplink beam selection signal UL Beam Select. On the other hand, the beam to be selected in the downlink is determined by the downlink beam selection signal DL Beam Select. In the downlink, it is desirable to direct the beam in the direction in which the terminal physically exists. The direction in which the terminal is present can be known, for example, by identifying the beam direction that maximizes the amplitude of the received signal. The beam direction information selected by this identification is transmitted to the transmission side weight control circuit WC (19-13) as a DL Beam Select signal. The signal output from the DEM 19-5 is subjected to error correction decoding by a decoder (DEC) 19-6 at the next stage, and then connected to a wired communication network via an access line interface (LIF) 19-7. .
[0031]
In the downlink, the signal input from the access line interface (LIF) 19-8 is subjected to error correction coding by an encoder (COD) 19-9, and predetermined by an modulator (MOD) 19-10. Modulated by the modulation method. This signal is vector-synthesized into a beam pattern having directivity in the direction in which a radio wave should be emitted by a downlink fixed beam forming circuit (DL FBF) 19-11, and the transmitting side high frequency connected to each antenna element. It is applied to the circuit (TX) 19-12, performs processing such as amplification and frequency conversion, and is input to the antenna module 19-1 via the DUP 19-2. In which direction directivity is given in the downlink, DL Beam Select, which is transmission beam direction information based on the reception direction identified by the DEM 19-5 when receiving the uplink signal, is weight controlled. It is determined by inputting to the transmission side beam forming circuit 19-11 via the unit (WC) 19-13.
[0032]
FIG. 18 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the weight control circuit (WC) 19-13. In this circuit, in addition to the DL Beam Select signal, beam time slot table information defining the relationship between the beam direction in the downlink and the time slot to be used (in FIG. 15, signal 19- 18) is applied. Beam-Time Slot Table information is given from an upper station, a control station, etc., which will be described later. Instead, the own base station, other base stations, control stations, etc. are provided with storage means for storing the Beam-Time Slot Table that stores the time slot used corresponding to the downlink beam direction, and information is given from there. You may do it. Weighting factor W that determines the beam direction in the downlink ₁ -W _n Selects a predetermined coefficient vector based on DL Beam Select information. This weighting factor W ₁ -W _n Thus, the beam pattern, the number of sectors, the beam direction, the beam angle, etc. of the antenna module 19-1 of each base station can be spatially controlled as shown in the above figures, and further, temporally as necessary. Can be controlled. On the other hand, in the WC 19-13, it is necessary to give the MOD 19-10 a time slot for emitting a downstream signal in the selected direction. The WC 19-13 refers to this time slot information based on the DL Beam Select information and refers to the Beam-Time Slot Table, thereby giving a time slot assign signal (shown as a signal 19-10 in FIG. 15). And given to MOD 19-10.
[0033]
FIG. 19 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the MOD 19-10. The transmission signal transmitted from the transmission side encoder 19-9 is amplitude / phase modulated by the MOD 26-1, but the output is temporarily stored in the memory 26-2. The timing at which the signal stored in the memory is transmitted is determined by a Time Slot Assign signal 19-19 given from the weight control circuit WC19-13. Synchronization of the time slot to the absolute time is performed with reference to Timing CLK 19-14 provided from the synchronization signal generation circuit CLK.
[0034]
FIG. 20 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the downlink transmission side beam forming circuit DL FBF19-11. As shown in the figure, the vector coefficient W given from the weight control circuit WC19-13. ₁ -W _n And are supplied to each antenna.
[0035]
The Timing CLK signal applied to the MOD 19-10 is generated by a clock signal generation circuit (CLK) 19-14. For the generation timing at this time, refer to the time signal transmitted from the GPS satellite by the GPS receiver 19-15. And synchronized to the absolute time. Therefore, accurate time information synchronized with each other can be obtained in all base stations, and using this time information, for example, the time slots A, B, C, and D shown in FIGS. It is possible to determine the stations in a synchronized manner. Using this time slot information, the antenna directivity can be changed in synchronism in all base stations.
[0036]
If the GPS receiver 19-15, the GPS antenna 19-16, or the GPS system itself becomes faulty and it becomes difficult to receive accurate absolute time information, it is built into the GPS receiver 19-15. A temporary clock signal is generated by a highly stable free-running clock generation circuit until a failure is recovered, or a clock signal is supplied to CLK19-14 via a signal 19-17 via a wired network to maintain an absolute time phase. It is possible to make it. In addition, the period by the signal 19-17 can also be mainly used without using a GPS system.
[0037]
FIG. 21 shows a flowchart of downlink beam control according to the embodiment of the present invention. As shown in the figure, at the beginning when the beam is not yet formed, it is unknown where the terminal exists, so the receiving side of the base station waits for transmission from the terminal with the antenna pattern set to be omnidirectional (S101). When the terminal starts transmitting using an appropriate signal, the receiving side of the base station receives the transmission from the terminal by the antenna module 19-1, DUP 19-2, RX 19-3 (S103). Here, the antenna directivity pattern is immediately switched to a narrow aperture angle beam using the UL FBF 19-4 (S105). At this time, the WC 19-13 uses the Beam-Time Slot Table to indicate the number of sectors, the beam direction, the beam angle, and the like of the antenna module 19-1 of each base station spatially and further as shown in each of the above drawings. Set the beam pattern appropriately. The signal strength that can be received by each direction beam is compared, and it is detected in which direction the receiving terminal is present (S107). Using this detection information, the weighting circuit WC19-13 determines the direction in which the downstream beam should be emitted (S109). On the other hand, in a centralized device, a control station, etc., a base station setting location and directional beam direction data are input (S111), and a Beam-Time Slot Table indicating a relationship between a transmission beam direction and a use time slot in each base station is provided. It is created (S113). After that, the WC 19-13 determines a time slot from which the downlink beam is to be emitted with reference to the Beam-Time Slot table that defines the relationship between the transmission beam direction and the use time slot prepared in advance (S115), and the MOD 19-10. To form an appropriate downstream signal (S117).
[0038]
The Beam-Time Slot table can be manually created by a system designer using a map or the like in advance at the design stage for determining the base station installation location. The created table defining the relationship between the downlink beam direction and the time slot is converted into digital data and stored in a system management device connected to a centralized device of the system. Further, this Beam-Time Slot table may be stored inside each base station, or may be stored in a centralized device such as a mobile exchange so that it can be referred to as necessary. A table unique to each base station is downloaded to each base station as necessary. Further, when the table is provided in the central apparatus, the table information can be downloaded to the memory in the base station as necessary. In addition, when there is an additional change of the base station arrangement such as adding a new base station after the base station is installed, the table can be automatically corrected or newly created by a self-learning function described later. This Beam-Time Slot table shows the relationship between the beam radiation direction at each base station and the time slot used when radiating in that direction. In the weight control circuit (WC) 19-3 shown in FIG. When the direction information in which the downward radio wave is to be emitted is input, the time slot in which the radio wave is to be emitted is determined with reference to this Beam-Time Slot table, and the timing is transmitted to the memory 26-2 in FIG. This makes it possible to emit radio waves at an appropriate time.
FIG. 27 is a block diagram showing a base station control system according to another embodiment of the present invention. The system includes a plurality of base stations, a control station that constitutes the upper stations, and a backbone network (NW) of the upper stations. In FIG. 27, 19-20 ₁ ..., 19-20 _n Indicates the overall configuration of the base station shown in FIG. 15, and each base station includes an antenna module 19-1 ₁ ~ 19-1 _n Access circuit interface (LIF) 19-7, weight controller (WC) 19-13, and access line interface (LIF) 19-8. Reference numeral 27-1 is installed for each of a plurality of base stations, and indicates an upper station, that is, a control station that controls them. Each upper station includes an uplink (UL) relay circuit 27-2, a circuit 27-3 for generating a table of beam timeslots to be notified to each base station, and a downlink (DL) relay circuit 27-4. Reference numeral 27-7 represents a backbone network (NW). The UL relay circuit 27-2 collects uplink signals transmitted from a plurality of base stations and connects them to the backbone NW, and the DL relay circuit 27-4 has a downlink terminal connected to a target terminal. Distribute to the base stations. Reference numeral 27-5 represents an uplink (UL) traffic information transmission signal.
In the circuit configuration of FIG. 27, the traffic statistical information that is aggregated at each base station and notified from the base station to the UL relay circuit 27-2 of the higher station on the uplink is obtained from the beam time slot table generation circuit 27-3. Will be notified. This traffic statistical information can be obtained by, for example, accumulating DL Beam Select information shown in FIG. 17 in time at each base station and measuring the traffic amount in each beam direction. This traffic statistical information is multiplexed with the uplink signal and notified to the upper station 27-1.
FIG. 28 shows a diagram illustrating a table of beam time slots used in the embodiment of the present invention. FIG. 28 shows an example of a beam time slot table for driving the base stations BS1, BS2 using the 30-degree sector antenna shown in FIGS. The figure shows the directional characteristics of each antenna at time slots A, B, C, and D in angle. Each time slot corresponds to the state shown in FIGS. The beam time slot generation circuit 27-3 notifies or instructs each base station of the table information shown in FIG.
As one embodiment, this beam time slot table is set in advance from geographical information when a base station is installed, and is used in a fixed manner. As another embodiment, the traffic for each antenna direction is observed over the long term, and the traffic unevenness for each radio wave emission direction at each base station is measured. Weighting is also possible that increases the frequency with which the beam is directed as compared to the direction of lower traffic demand.
In the traffic measurement for each slot, for example, DL Beam Select information shown in FIG. 17 can be accumulated for a long time to grasp the traffic uneven distribution situation for each direction. In order to increase the beam irradiation time rate in the high traffic direction, for example, FIG. 28 shows an example of using four time slots. However, by increasing the number of time slots, a plurality of time slots are set in the high traffic direction. Should be used.
FIG. 29 shows an example of a beam time slot table in which the frequency of beam irradiation in the high traffic direction is increased. For example, assume that high traffic occurs in the area 7-4 in FIG. This area is irradiated with beams from BS1 and BS2 in the time slots shown in FIGS. Therefore, as shown in FIG. 29, if time slots E and F are added and the same beam irradiation pattern as that of time slots A and D is generated by this addition, statistically, the traffic to the high traffic area is increased. Beam irradiation frequency is improved.
If traffic in another direction rises, the beam pattern selection in this table can be changed. However, the frequency of this change depends on whether it is fast enough to withstand the instantaneous traffic rise or long-term observation results. There are two types of cases in which the change frequency is reduced using. The change time constant may be selected by observing actual traffic fluctuation characteristics.
[0039]
FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the base station that implements the present invention. In this example, instead of the fixed beam forming circuits 19-4 and 19-11 shown in the first embodiment, a simple through circuit is used on the uplink side, and an antenna selection switch 20-1 is used on the downlink side. Yes. This selection switch 20-1 is selected by the weight controller 19-13, and it becomes possible to select an antenna directed in the direction in which the desired terminal exists. Originally, the beam forming circuits 19-4 and 19-11, for example, in the case of an uplink, perform vector synthesis on the output signal of each antenna element arranged in an array shape while controlling the phase and amplitude, so that an arbitrary half-value of the aperture is obtained. An antenna pattern having a corner is formed. However, when the antenna element itself has an aperture half-value angle characteristic that satisfies the object of the present invention, it is not necessary to perform vector synthesis by a beam forming circuit. This is because desired characteristics can be realized at this time.
[0040]
The description of the above embodiment is based on the premise that each base station is accurately arranged at the apex of a triangle or a quadrangle, and in which direction a radio wave should be emitted in each time slot in advance. It is a condition that it is set. However, it is often difficult to place an accurate triangle or quadrangle at the apex of an actual base station. Furthermore, when additional base stations are placed, the time slot and radio wave emission direction that were set at the beginning were set. It may be necessary to change the relationship. Assuming such a case, a method in which the base station determines the optimum radio wave emission direction while self-learning will be described below as a modification example.
[0041]
For example, in the embodiment shown in FIG. 15, a method for realizing the self-learning function will be described. As shown in the figure, in the uplink of the base station, a DEM 19-5 is used to select a reception beam with the best reception condition for an arbitrary terminal, that is, in which direction the corresponding terminal exists. Next, the terminal causes the terminal to report the downlink reception status at the location where the terminal exists. That is, the terminal receives a pilot signal transmitted from each base station, and reports which base station can receive the signal received from the base station in the best condition. It is assumed that the relationship between the time slot and the radio wave emission direction has not yet been determined for the currently considered base station, but has already been determined for the surrounding base stations. In this case, since the neighboring base stations have already emitted radio waves in different directions for each time slot, the radio waves of other base stations can be received strongly when viewed from the terminal that is currently measuring the downlink quality. It is possible to distinguish and recognize time slots and less time slots. Therefore, the terminal can recognize which time slot is likely to receive interference from a strong neighboring base station where it is present, and conversely, the base station can determine which slot has relatively little interference. It becomes possible to report.
[0042]
The measurement of the interference radio wave intensity in each time slot may vary depending on the traffic state of the adjacent base station. Therefore, the base station that is currently self-learning observes the reports from each terminal for a certain period and obtains statistical information. It is possible to estimate whether the interference with other base stations is the least. It goes without saying that the table defining the relationship between the beam direction and the time slot stored in the central apparatus or base station is corrected based on the estimation result. In addition, the measurement of radio interference of other base stations can be realized by observing the radio wave intensity itself or how often an error occurs in communication using data.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, radio waves emitted from the base stations interfere with each other, especially in the boundary region between cells and sectors in an HDR system, and communication at a sufficiently high bit rate becomes difficult. Can be prevented. Further, according to the present invention, it is possible to provide a service in a wider area by reducing the area where the direction of the sector beam is not directed. Further, according to the present invention, it is possible to prevent as much as possible that a non-serviceable area is cut off due to interference of a plurality of sector beams.
[0044]
Furthermore, according to the present invention, for example, the direction of radio waves emitted from each base station at the same time on the HDR downlink is set to be the direction in which interference is least likely to interfere with each other. It is possible to receive a good radio signal with little noise. Thus, according to the present invention, one of the features of HDR that enables high bit rate communication when radio wave interference is low can be exhibited to the maximum.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of service coverage (614.4 kbit / s) in an HDR downlink in which base stations according to the present invention are arranged in a triangle.
FIG. 2 is an explanatory diagram of service coverage (614.4 kbit / s) in an HDR downlink in which base stations according to the present invention are squarely arranged.
FIG. 3 is an explanatory diagram of service coverage (1228.8 kbit / s) in an HDR downlink in which base stations according to the present invention are arranged in a triangle.
FIG. 4 is an explanatory diagram of service coverage in an HDR downlink using a 30 degree sector antenna and time slot A according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of service coverage in an HDR downlink using a 30 degree sector antenna and time slot B according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of service coverage in an HDR downlink using a 30 degree sector antenna and a time slot C according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of service coverage in an HDR downlink using a 30 degree sector antenna and a time slot D according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of service coverage (614.4 kbit / s) at the time of HDR downlink addition using a 30 degree sector antenna and time slots A, B, C, and D according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of service coverage (1228.8 kbit / s) at the time of HDR downlink addition using a 30 degree sector antenna and time slots A, B, C, and D according to the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram of service coverage in an HDR downlink using a 90-degree sector antenna and time slot A according to the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram of service coverage in an HDR downlink using a 90-degree sector antenna and time slot B according to the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram of service coverage in an HDR downlink using a 90-degree sector antenna and a time slot C according to the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram of service coverage in an HDR downlink using a 90-degree sector antenna and a time slot D according to the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram of service coverage (614.4 kbit / s) at the time of HDR downlink addition using a 90-degree sector antenna and time slots A, B, C, and D according to the present invention.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a base station according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a block diagram illustrating a detailed configuration of UL FBF 19-4.
FIG. 17 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a DEM 19-5.
FIG. 18 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a weight control circuit (WC).
FIG. 19 is a block diagram illustrating a detailed configuration of MOD 19-10.
FIG. 20 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a downlink transmission side beam forming circuit DL FBF19-11.
FIG. 21 is a flowchart of downlink beam control according to the embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of a base station according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 23 is an explanatory diagram of the basic principle of the HDR method.
FIG. 24 is an explanatory diagram of a multiplexing scheme in the HDR scheme downlink.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing an example of a general base station arrangement.
FIG. 26 is a timing diagram of a transmission signal in the HDR downlink.
FIG. 27 is a block diagram showing a base station control system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a diagram illustrating a table of beam time slots used in the embodiment of the present invention.
FIG. 29 is an explanatory diagram showing an example of a beam time slot table in which the frequency of beam irradiation in the high traffic direction is increased.
FIG. 30 is an explanatory diagram of service coverage (614.4 kbit / s) in an HDR downlink when a conventional base station is arbitrarily arranged in a square;
FIG. 31 is an explanatory diagram of service coverage (204.8 kbit / s) in an HDR downlink when conventional base stations are arbitrarily arranged in a square;
[Explanation of symbols]
19-1 Antenna module
19-2 Duplexer (DUP)
19-3 Reception-side high-frequency circuit (RX)
19-4 Uplink fixed beam forming circuit (UL FBF)
19-5 Demodulator (DEM)
19-6 Decoder
19-7 Access line interface (LIF)
19-8 Access line interface (LIF)
19-9 Encoder (COD)
19-10 Modulator (MOD)
19-11 Downlink Fixed Beamforming Circuit (DL FBF)
19-12 Transmission-side high-frequency circuit (TX)
19-13 Weight Controller (WC)
19-14 Clock signal generation circuit (CLK)
19-15 Receiver (GPS)

Claims

In each base station having a plurality of antenna elements, a method of wirelessly communicating with a wireless terminal,
The plurality of base stations are arranged in a triangle,
The beam pattern of the antenna of each base station is a three-sector sector beam,
Each base station radiates by shifting the antenna radiation angle every time slot,
In the first beam pattern, in the odd-row base stations, the sector directions are arranged so that the beam patterns of the respective base stations are staggered, and in the even-row base stations, the beam patterns of all the base stations are the same. Control the antenna to arrange the sector direction so that
In the second beam pattern, in the odd-numbered base stations, the sector directions are arranged so that the beam patterns of all the base stations are the same, and in the even-numbered base stations, the vertical pattern of the beam pattern of each base station is staggered. Control the antenna to arrange the sector direction so that
For each time slot, the beam pattern of each base station is alternately switched to the first and second beam patterns,
The base station
Receives a signal from a wireless terminal via an antenna capable of realizing the antenna directivity of a predetermined beam pattern by combining a reception signal and a transmission signal by each antenna element,
Synthesize the signals from each antenna element with the antenna directivity of a predetermined beam pattern,
Based on the combined received signal of each directivity, select a received signal from the wireless terminal, determine transmission beam direction information for directing the beam in the selected direction,
Based on the determined transmission beam direction information and a table storing the relationship between the transmission beam direction and the time slot used when radiating in that direction, a transmission beam time slot is obtained,
A wireless communication method including transmitting a downlink signal by controlling an antenna using the obtained transmission beam time slot.

A base station having a plurality of antennas that radiate a beam at a predetermined angle, wherein the radiation direction is rotated so as to scan around the base station by radiating the antenna radiation angle a plurality of times while shifting the antenna radiation angle by a predetermined angle in time the wireless communication method according to 1.

Furthermore, the signal from the wireless terminal is received with the antenna pattern being omnidirectional,
The radio communication method according to claim 1 , wherein a direction of a radio terminal being received is detected, and a downlink beam direction is determined based on the detected direction.

The wireless communication method according to claim 1 , wherein the synchronization clock is supplied by a GPS system.

Based on the determined transmission beam direction information, a weighting factor for determining a beam pattern and a transmission beam direction is obtained,
The wireless communication method according to claim 1 , further comprising: transmitting a downlink signal by controlling the antenna using the obtained beam pattern, beam direction, and transmission beam time slot.

The wireless communication method according to claim 1 , comprising performing synchronization between base stations based on the table of the base stations.

In a wireless communication system that performs wireless communication between a plurality of base stations and wireless terminals,
The plurality of base stations are arranged in a triangle,
The beam pattern of the antenna of each base station is a three-sector sector beam,
Each base station radiates by shifting the antenna radiation angle every time slot,
In the first beam pattern, in the odd-row base stations, the sector directions are arranged so that the beam patterns of the respective base stations are staggered, and in the even-row base stations, the beam patterns of all the base stations are the same. Control the antenna to arrange the sector direction so that
In the second beam pattern, in the odd-numbered base stations, the sector directions are arranged so that the beam patterns of all the base stations are the same, and in the even-numbered base stations, the vertical pattern of the beam pattern of each base station is staggered. Control the antenna to arrange the sector direction so that
For each time slot, the beam pattern of each base station is alternately switched to the first and second beam patterns,
Each of the base stations
An antenna having a plurality of antenna elements, and combining the reception signal and transmission signal by each antenna element to realize the antenna directivity of a predetermined beam pattern;
A circuit for receiving a signal from a wireless terminal via the antenna;
A circuit that synthesizes signals from each antenna element with the antenna directivity of a predetermined beam pattern;
A circuit that selects a received signal from a wireless terminal based on the combined received signal of each directivity and determines transmission beam direction information for directing the beam in the selected direction;
A circuit for generating a transmit beam time slot based on transmit beam direction information from the determining circuit and a table of information representing a relationship between the transmit beam direction and a beam time slot used when radiating in that direction;
A wireless communication system comprising: a circuit that controls the antenna and transmits a downlink signal using the generated transmission beam time slot.

The radio communication system according to claim 7 , wherein the base station further includes a circuit that performs synchronization between base stations based on the table.

The wireless communication system according to claim 7 , wherein the table is generated in advance according to the attribute of the base station at the installation location, and is held in the base station in a changeable manner.

The wireless communication system according to claim 9 , wherein the base station further includes a circuit that receives the contents of the table from an upper station of the base station.