JP4354438B2 - Weight determination device and weight determination method - Google Patents
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Description
本発明は一般に移動通信の技術分野に関連し、特に複数のアンテナに対する送信ウエイトを決定するウエイト決定装置及びウエイト決定方法に関する。 The present invention generally relates to the technical field of mobile communication, and more particularly, to a weight determination apparatus and a weight determination method for determining transmission weights for a plurality of antennas.
移動通信の技術分野では、通信信号の品質を向上させることや無線リソースを有効活用すること等の観点から、通信装置の放射効率を向上させることが求められる。携帯電話のような小型の移動局では特にその要請が強い。放射効率を向上させる1つの試みは、複数のアンテナ素子を用いてビームパターンに指向性をもたせることである。これは、各アンテナ素子から送信される信号のウエイト(位相及び/又は振幅)を適切に調整することで、高い放射効率を実現しようとする。 In the technical field of mobile communication, it is required to improve the radiation efficiency of a communication device from the viewpoints of improving the quality of communication signals and effectively using radio resources. The demand is particularly strong for small mobile stations such as mobile phones. One attempt to improve radiation efficiency is to provide directivity to the beam pattern using a plurality of antenna elements. This intends to realize high radiation efficiency by appropriately adjusting the weight (phase and / or amplitude) of the signal transmitted from each antenna element.
ウエイトの決定法に関し、特許文献1に記載されているような従来の手法では、所定の参照信号(パイロット信号とも呼ばれる)と受信信号との誤差に基づいて受信用の重み係数(ウエイト)が決定されている。また、特許文献1では最適なウエイトで受信された信号に基づいて所望波の到来方向を検出し、到来方向を考慮して送信用のウエイトが決定されている。
しかしながらそのような従来の手法では、パイロット信号が通信されなければならないので、そのためにいくらかの無線リソースが消費されてしまう。また、パイロット信号に基づいてリアルタイムにウエイトを決定する適応アルゴリズムの処理は一般に複雑であり、演算負担や電力消費量等も小さくない。 However, with such conventional techniques, pilot signals must be communicated, which consumes some radio resources. In addition, the adaptive algorithm processing for determining the weight in real time based on the pilot signal is generally complicated, and the calculation burden and power consumption are not small.
本発明の課題は、パイロット信号を使用せずに、複数のアンテナに対するウエイトを適応的に設定するウエイト決定装置及びウエイト決定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a weight determination apparatus and a weight determination method that adaptively set weights for a plurality of antennas without using a pilot signal.
本発明では送信ウエイトを決定する装置が使用される。本装置は、複数のアンテナで受信される複数の受信信号の各々について、振幅比及び位相差の瞬時値を一定の期間にわたって測定する測定手段と、相対的に出現頻度の多い振幅比及び位相差を導出する導出手段と、導出された振幅比及び位相差に基づいて複数のアンテナに対する送信ウエイトを設定する設定手段とを有する。 In the present invention, an apparatus for determining a transmission weight is used. The apparatus includes a measuring means for measuring an instantaneous value of an amplitude ratio and a phase difference over a certain period for each of a plurality of received signals received by a plurality of antennas, and an amplitude ratio and a phase difference having a relatively high frequency of appearance. And a setting means for setting transmission weights for a plurality of antennas based on the derived amplitude ratio and phase difference.
本発明によればパイロット信号を使用せずに、複数のアンテナに対するウエイトを適応的に設定することができる。 According to the present invention, weights for a plurality of antennas can be set adaptively without using a pilot signal.
本発明の一形態では、複数のアンテナで受信される複数の受信信号の各々について、振幅比及び位相差の瞬時値(瞬時的なウエイト)が一定の期間にわたって測定される。相対的に出現頻度の多い振幅比及び位相差が導出され、それに基づいて送信ウエイトが決定される。 In one embodiment of the present invention, the instantaneous values (instantaneous weights) of the amplitude ratio and phase difference are measured over a certain period for each of a plurality of received signals received by a plurality of antennas. Amplitude ratio and phase difference having a relatively high frequency of appearance are derived, and a transmission weight is determined based on the ratio.
各アンテナ素子で受信した複数の受信信号を一定期間にわたって統計処理することで受信に最適なウエイトが導出される。このウエイトから直ちに導出されるウエイトを送信時に使用することで、高い放射効率を実現できる。受信信号の時間的な簡易な統計処理でウエイトが導出されるので、パイロット信号のような特殊な信号を通信しなくて済む。統計処理には瞬時的なウエイトの出現頻度測定、頻度の多いウエイトの選別、出現頻度が最高のウエイトの判定等が含まれてもよい。高い放射効率を実現できるので、装置の低消費電力化、バッテリの長寿命化、サービスエリアの拡大、通信品質の向上等を図ることができる。 A weight optimum for reception is derived by statistically processing a plurality of reception signals received by each antenna element over a certain period. By using a weight immediately derived from this weight at the time of transmission, high radiation efficiency can be realized. Since the weight is derived by simple temporal statistical processing of the received signal, it is not necessary to communicate a special signal such as a pilot signal. Statistical processing may include instantaneous weight appearance frequency measurement, frequent weight selection, determination of the weight with the highest appearance frequency, and the like. Since high radiation efficiency can be realized, it is possible to reduce the power consumption of the device, extend the life of the battery, expand the service area, improve the communication quality, and the like.
瞬時的な振幅比及び位相差は、所定のアンテナで受信された受信信号と他のアンテナで受信された受信信号とを比較することで算出されてもよい。或いは瞬時的な振幅比及び位相差は、何らかの基準値とアンテナで受信された受信信号とを比較することで算出されてもよい。 The instantaneous amplitude ratio and phase difference may be calculated by comparing a received signal received by a predetermined antenna with a received signal received by another antenna. Alternatively, the instantaneous amplitude ratio and phase difference may be calculated by comparing some reference value with the received signal received by the antenna.
振幅比及び位相差の瞬時値の組み合わせ(瞬時的なウエイト)のうち、所定の出現頻度より多い頻度で得られたものが選別されてもよい。これにより、演算精度を維持しつつデータ処理に使用するサンプル数を減らし、上記の簡易な演算を更に効率化することができる。 Of the combinations (instantaneous weights) of the instantaneous values of the amplitude ratio and the phase difference, those obtained at a frequency higher than a predetermined appearance frequency may be selected. Thereby, the number of samples used for data processing can be reduced while maintaining the calculation accuracy, and the above simple calculation can be made more efficient.
送信ウエイトは、受信ウエイトから導出された振幅比が維持され、受信ウエイトから導出された位相の先後関係が逆転するように設定される。このような送信ウエイトは受信ウエイトから簡易に速やかに求めることができる。 The transmission weight is set so that the amplitude ratio derived from the reception weight is maintained, and the phase relation derived from the reception weight is reversed. Such a transmission weight can be easily and quickly obtained from the reception weight.
図1は本発明の一実施例によるウエイト決定システムを示す。図1には、携帯電話のような移動局10と、第1のアンテナ素子11と、第2のアンテナ素子12と、第1のアンテナ素子に接続された受信機13及び送信機14と、第2のアンテナ素子に接続された受信機15及び送信機16と、分析部17とが描かれている。図示の実施例では移動局10は2つのアンテナ素子しか備えていないが、2より多くのアンテナ素子を備えていてもよい。なお、図示の都合上、受信機13,15、送信機14,16及び分析部17は移動局10の外側に位置するかのように描かれているが、これらの要素は典型的には移動局10の内部に設けられる。
FIG. 1 shows a weight determination system according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a
受信機13は第1のアンテナ素子11で受信された信号を適切なアナログ信号又はディジタル信号に変換し、出力する。ディジタル信号への変換は受信機で行われてもよいし、分析部で行われてもよい。
The
受信機15は第2のアンテナ素子12で受信された信号を適切なアナログ信号又はディジタル信号に変換し、出力する。ディジタル信号への変換は受信機で行われてもよいし、分析部で行われてもよい。
The
第1及び第2のアンテナ素子11,12は携帯電話10の中で異なる場所に設けられているので、瞬時的には異なる振幅及び位相を有する受信信号E1(t),E2(t)が出力される。
Since the first and
分析部17は各受信機13,15から得られた受信信号に基づいて、各送信機14,16から送信する信号のウエイトを決定する。ウエイトには受信用と送信用とがある。時分割二重(TDD)方式では送受信に同じ周波数が使用されるので、受信ウエイト及び送信ウエイトは等しくしてよい。しかし送受信に異なる周波数が使用される場合には、受信ウエイト及び送信ウエイトは別々に設定される。受信ウエイト及び送信ウエイトの周波数特性は非常に異なり、それらは独立に決定されるべきことが従来から知られているからである。しかしながら、本願発明者等は、受信ウエイト及び送信ウエイトの周波数特性は瞬時的には非常に異なるが、ある期間にわたって統計的に考察すると最適な受信ウエイト及び最適な送信ウエイトの間に高い相関が生じることを見出した。本発明ではこの性質を活用することで受信ウエイトから送信ウエイトが決定される。
The
送信機14は適切な送信ウエイトで重み付けされた信号を第1のアンテナ素子11から送信するのに適切な無線信号に変換する。 The transmitter 14 converts the signal weighted with an appropriate transmission weight into a radio signal suitable for transmission from the first antenna element 11.
送信機16も適切な送信ウエイトで重み付けされた信号を第2のアンテナ素子12から送信するのに適切な無線信号に変換する。
The transmitter 16 also converts a signal weighted with an appropriate transmission weight into a radio signal suitable for transmission from the
図2は図1等に示されるウエイト決定システムで使用されるウエイト決定方法を示す。ステップ21では、第1及び第2のアンテナ11,12を通じて信号が受信される。受信される信号はパイロット信号である必要はなく、トラフィック信号でもよい。アンテナを通じて受信された信号は、受信機13,15にて後段の信号処理に適切な形式にそれぞれ変換され、分析部17に入力される。分析部17では、第1のアンテナ11で受信した信号の瞬時的な振幅r1(t)及び瞬時的な位相θ1(t)がサンプリングされる。第2のアンテナ12で受信した信号の瞬時的な振幅r2(t)及び瞬時的な位相θ2(t)もサンプリングされる。分析部17では、瞬時的な振幅比及び瞬時的な位相差が一定の期間にわたって算出される。瞬時的な振幅比は第1及び第2のアンテナからの瞬時的な振幅の比(r2(t)/r1(t))に基づいて算出される。瞬時的な位相差は第1及び第2のアンテナからの瞬時的な位相の差(θ1(t)−θ2(t))に基づいて算出される。
FIG. 2 shows a weight determination method used in the weight determination system shown in FIG. In
ステップ23では、一定の期間(例えば数秒間)の間に得られた振幅比及び位相差の様々な瞬時値の出現頻度が算出され、その分布の様子が分析される。振幅比及び位相差の瞬時値の1つの組み合わせは、2つのアンテナに対する1つのウエイトに関連付けられる。様々なウエイト(例えば、数千個以上の瞬時的なウエイト)のうち、出現頻度の最も多い値(振幅比及び位相差の瞬時値)を含むウエイトが、最適な(受信)ウエイトになる。従って、上記の分布の中でピーク又は重心の地点に対応するウエイトが最適な受信ウエイトである。ピーク位置等を求めるために用意されるウエイトのサンプリング数は、使用されるアナログディジタル変換器の性能、クロック周波数、許容遅延時間等の要因によって適切に決定される。
In
最適な受信ウエイトは、出現頻度の高いウエイトを平均化することで導出されてもよい。平均化は算術平均又は重み付け平均でもよい。また、所定の出現頻度(閾値)を超える頻度で出現したウエイトだけに基づいて最適な受信ウエイトが導出されてもよい。 The optimal reception weight may be derived by averaging weights having a high appearance frequency. The averaging may be an arithmetic average or a weighted average. In addition, an optimal reception weight may be derived based only on a weight that appears at a frequency exceeding a predetermined appearance frequency (threshold).
ステップ25では最適な受信ウエイトに基づいて最適な送信ウエイトが決定される。本願発明者等の研究結果によれば、送受信に異なる周波数が使用されたとしても周波数差が高々数百メガヘルツならば、ある期間にわたって統計的に考察すると最適な受信ウエイト及び最適な送信ウエイトの間に高い相関が生じる(受信ウエイト及び送信ウエイトの瞬時的な周波数特性は非常に異なる。)。具体的には、送信ウエイトの振幅比は最適な受信ウエイトの振幅比と同じに設定される。送信ウエイトの位相差は、最適な受信ウエイトを与える位相差の符号を反転したものに設定される。このような送信ウエイトで第1及び第2のアンテナ素子から信号が送信されると、通信相手側での受信信号品質が良好になる。例えば最適な受信ウエイトが+0.3dBの振幅比及び+10度の位相差で表現されたとする。この場合の送信ウエイトは+0.3dBの振幅比及び−10度の位相差で表現される。即ち第2のアンテナ素子から送信される信号の振幅は第1のアンテナ素子からのものより約2倍大きく調整され、位相差が−10度になるように位相の先後関係が調整される。
In
図3はウエイトの出現頻度に関するシミュレーション結果の一例を示す。図3では半径方向に振幅比(−10dB乃至+10dB)が関連付けられている。位相差(0度乃至360度)は角度方向又は円周方向に関連付けられている。様々な値の出現頻度は4段階(非常に少ない、少ない、多い、非常に多い)で表現されている。出現頻度が非常に多いウエイトは図中の黒い領域で示される。このシミュレーションでは、最適な受信ウエイトは、0dBの振幅比及び−7度の位相差で表現される。従って、送信ウエイトは、0dBの振幅比及び+7度の位相差で表現される。 FIG. 3 shows an example of a simulation result regarding the appearance frequency of the weight. In FIG. 3, an amplitude ratio (−10 dB to +10 dB) is associated in the radial direction. The phase difference (0 degree to 360 degree) is associated with the angular direction or the circumferential direction. The appearance frequency of various values is expressed in four levels (very few, few, many, very many). Weights that appear very frequently are indicated by black areas in the figure. In this simulation, the optimum reception weight is expressed by an amplitude ratio of 0 dB and a phase difference of -7 degrees. Therefore, the transmission weight is expressed by an amplitude ratio of 0 dB and a phase difference of +7 degrees.
図4は本発明の一実施例によるウエイト決定システムを示す図である。図1のシステムとは異なり、本実施例では3つのアンテナ素子に対する受信及び送信ウエイトが決定される。振幅比及び位相差は、一例として第1のアンテナ素子で受信された信号を基準にして導出される。或いは振幅や位相の基準値がアンテナ素子によらず別に設定されていてもよい。分析部では実施例1の場合と同様にウエイトの出現頻度が分析される。本実施例では、図2で説明済みの手法をアンテナ素子ごとに反復することで、各アンテナ素子に対するウエイトを適切に設定することができる。 FIG. 4 is a diagram illustrating a weight determination system according to an embodiment of the present invention. Unlike the system of FIG. 1, in this embodiment, the reception and transmission weights for the three antenna elements are determined. As an example, the amplitude ratio and the phase difference are derived on the basis of a signal received by the first antenna element. Or the reference value of an amplitude or a phase may be set separately irrespective of an antenna element. In the analysis unit, the appearance frequency of the weight is analyzed in the same manner as in the first embodiment. In the present embodiment, by repeating the method described in FIG. 2 for each antenna element, the weight for each antenna element can be set appropriately.
10 移動局
11,12 アンテナ素子
13,15 受信機
14,16 送信機
17 分析部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
相対的に出現頻度の多い振幅比及び位相差を導出する導出手段と、
導出された振幅比及び位相差に基づいて複数のアンテナに対する送信ウエイトを設定する設定手段と、
を有することを特徴とする送信ウエイトを決定する装置。 Measuring means for measuring an instantaneous value of an amplitude ratio and a phase difference over a certain period for each of a plurality of received signals received by a plurality of antennas;
A derivation means for deriving an amplitude ratio and phase difference with relatively high frequency of appearance;
Setting means for setting transmission weights for a plurality of antennas based on the derived amplitude ratio and phase difference;
An apparatus for determining a transmission weight characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の装置。 2. The measurement unit according to claim 1, wherein the measurement unit compares a reception signal received by a predetermined antenna with a reception signal received by another antenna, and measures instantaneous values of an amplitude ratio and a phase difference. apparatus.
ことを特徴とする請求項1記載の装置。 The apparatus according to claim 1, wherein the derivation unit selects one obtained from the combination of the instantaneous values of the amplitude ratio and the phase difference with a frequency higher than a predetermined appearance frequency.
ことを特徴とする請求項1記載の装置。 The apparatus according to claim 1, wherein the setting unit sets the transmission weight such that the derived amplitude ratio is maintained and the leading and trailing relations of the derived phase are reversed.
相対的に出現頻度の多い振幅比及び位相差を導出し、
導出された振幅比及び位相差に基づいて複数のアンテナに対する送信ウエイトを設定する、
ことを特徴とする送信ウエイトを決定する方法。 For each of a plurality of received signals received by a plurality of antennas, an instantaneous value of an amplitude ratio and a phase difference is measured over a certain period,
Deriving the amplitude ratio and phase difference that appear relatively frequently,
Setting transmission weights for multiple antennas based on the derived amplitude ratio and phase difference;
A method for determining a transmission weight characterized by:
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