專利名稱：方向性發送方法及方向性控制型通信裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及方向性發送方法及方向性控制型通信裝置。
背景技術：
在便攜電話和機動車電話等數字無線通信系統中，采用蜂窩系統。蜂窩系統將通信區域分割為小區，在各小區放置1個基站，多個移動臺同時與該基站進行通信。
近年來，該蜂窩系統迅速普及，用戶激增。因此，增大1個小區中的信道容量成為重要的課題。
增大信道容量的一種技術是自適應陣列天線技術。
自適應陣列天線技術通過向多個天線構成的陣列天線裝置的各天線的輸出施加振幅偏移及相位偏移后進行合成，來形成發送接收的方向性。
即，根據規定的控制算法來決定各天線輸出所乘的加權系數，按照周圍環境的變化來變更各加權系數，由此控制發送接收的方向性。
通過將自適應陣列技術應用于上行線路，去除來自其他小區的干擾，提高接收品質，能夠增大上行線路的信道容量。關于該技術，在學會等中已進行了各種報告。
此外，對于將自適應陣列技術應用于下行線路的技術，近年也開始研討。
這里，所謂將自適應陣列天線應用于下行線路，意思是，基站估計來自目的移動臺的信號到達方向，沿估計出的方向形成發送方向性來發送信號。
通過使用自適應陣列的方向性發送，在維持線路品質的同時，能夠減小基站的發送功率。此外，也能夠降低對其他移動臺的干擾。因此，能夠增大下行線路的信道容量。
上述方向性發送一般通過下述過程來進行解析在多徑現象下接收到的信號，對每個路徑判定信號的接收電平或品質，選擇估計為傳播環境最好的路徑，使用該路徑來發送信號。
然而，在現實中，有時難以選擇最佳的路徑。例如，在發送和接收的載頻不同的情況下，有時對接收最好的路徑作為發送的路徑并不是最好。
此外，有時由于移動機的移動或電波的傳播環境的變化，最好的路徑也瞬時變化。在這種情況下，即使將接收時選擇出的路徑用作發送的路徑來進行方向性發送，也得不到理想的效果。
本發明就是根據這種研討結果而提出的，其一個目的在于能夠準確地選擇對發送最佳的路徑、實現有效的方向性發送。
發明概述在本發明中，除考慮與經由多個路徑到達的來自對方的信號的接收狀況有關的信息以外，還考慮從自己端發送的信號如何到達對方這一表示對方中的接收狀況的信息，來選擇發送所用的路徑。由此，能夠選擇更準確的發送路徑。
在本發明的發送方向性形成方法的優選實施例中，參照對方的通信設備過去發送來的、表示對方的通信設備中過去的接收狀況的信息，來決定發送方向性。
例如，在對方的通信設備中過去的接收狀況不理想的情況下，變更現狀下的發送方向性。對方的通信設備中過去的接收狀況不理想，意思是，當前選擇的發送路徑未必最佳。因此，通過變更到能夠選擇的其他發送路徑，很可能改善對方中的接收狀況。此外，即使在只通過來自對方的信號的接收狀況難以判斷選擇發送路徑的情況下，也能夠準確地選擇理想的發送路徑。
在本發明的另一優選實施例中，監視從發送目的地返回的發送功率控制命令(TPC)，在接收信號的電平或接收信號的品質同程度的路徑有多個的情況下，根據發送功率控制命令(TPC)的歷史來切換發送方向性。在此情況下，用于利用發送功率控制命令(TPC)具有的信息來選擇發送路徑，所以無需使用特別的控制信號，容易實現。
此外，本發明的通信裝置參照表示對方的通信設備中過去的接收狀況的信息來切換發送路徑，自適應地控制發送方向性。如果將該通信裝置用于CDMA通信的基站裝置，則在維持線路品質的同時，能夠減小基站的發送功率。由此，也能夠降低當前發送中的電波對其他移動臺施加的干擾的程度。因此，能夠增大下行線路的信道容量。
附圖的簡單說明
圖1是本發明實施例1中使用的基站(通信裝置)的方框圖；圖2是分集(ダイバシテイ)接收部的具體結構方框圖；圖3(a)是移動通信的數據格式的示例圖；圖3(b)是發送功率控制命令(TPC)的說明圖；圖4是實施例1中使用的發送方向性選擇部的要部結構方框圖；圖5是實施例1中使用的發送方向性選擇部的操作流程圖；圖6(a)是自適應陣列天線中發送方向性的形成原理說明圖；圖6(b)是發送方向性的示例圖；圖6(c)是自適應陣列天線中發送方向性的形成原理說明圖；圖6(d)是發送方向性的示例圖；圖7是本發明實施例2的基站裝置(通信裝置)的方框圖；以及圖8是本發明實施例3的基站裝置(通信裝置)的方框圖。
實施發明的最好形式以下，參照附圖來具體說明本發明的實施例。
(實施例1)圖1是使用自適應陣列天線裝置的通信裝置的方框圖。
在圖1中，基站10起CDMA通信的轉發器的作用。該基站10具有4個天線元101～104；多個無線處理部105；以及基站信號處理部113。對每個用戶設有無線處理部105。
一個無線處理部105具有方向性發送部106 ；分集接收部107、108；發送方向性選擇部109；接收電平測定部110；接收信號合成部111；以及用戶信號處理部112。
如圖所示，移動機11的發送信號經由路徑(傳播路徑)13及路徑(傳播路徑)14，到達基站10的4個天線元101～104。
到達的2個信號波分別以與路徑長度對應的延遲到達基站10。基站10能夠區別接收、解調2個信號波。
即，分集接收部107接收經由路徑13到達的直接波，對信號進行解調。此外，接收部108接收經由路徑14到達的延遲波，對信號進行解調。
將到達波(多路波)分離為經由各路徑的每個信號波，對其區別接收，這能夠通過控制接收方向性來實現。
即，到達的多個信號波以與路徑長度對應的延遲到達。在補償各個延遲時間后，適當變更對各天線元101～104的輸出的加權系數。由此，能夠形成適于接收經由各路徑的信號的接收方向性。因此，能夠將到達天線的多路波分離為經由各路徑的各信號波來接收。
分集接收部107(108)的內部結構例示于圖2。
如圖所示，分集接收部107(108)具有A/D變換器411；接收方向性控制電路427；4個乘法器420、421、422、423，將A/D變換器的各輸出數據分別乘以從該接收方向性控制電路427輸出的加權系數W1～W4；加法器424，將各乘法器的輸出相加；判定器426，對加法器424的輸出進行硬判定；以及誤差檢測器426，檢測判定器426的判定結果、和加法器424的輸出信號之間的誤差。
通過自適應地變化從各天線元輸出的信號分別所乘的加權系數W1～W4，來控制接收信號的相位和振幅，變化接收方向性。
接收方向性控制電路427將加權系數(W1～W4)的各值作為方向性形成信息S1、S2送出到發送方向性選擇部109。
如圖1所示，分集接收部107、108的各輸出信號在接收信號合成部111中進行最大比合成。然后，解調數據被送至用戶信號處理部112。
此外，接收部107、108的輸出信號還分別被送至接收電平測定部110，對每個信號分別測定信號的電平(即接收電平)。
表示測定出的各信號的電平(接收電平)的信號S3、S4被送至發送方向性選擇部109。該接收電平的信息成為判定用于發送信號的傳播路徑使用路徑13還是路徑14的基準。
發送方向性選擇部109比較各接收電平的值。然后，將接收電平大的路徑選擇為發送用的路徑。這是因為考慮到接收電平大的路徑也適于作為發送用的路徑。
在雙方的接收電平沒有差別的情況下，參照從用戶信號處理部112送來的、發送功率控制命令(TPC)的歷史，來決定發送用的路徑。這一點將后述。
這里，設將路徑13選擇為發送用的路徑。
在此情況下，需要沿路徑13的方向形成發送方向性。因此，在此情況下，發送方向性選擇部109選擇從接收部107送來的、路徑13的方向性信息S1。
然后，將該選擇出的信息送至方向性發送部106。如使用圖2所述的那樣，這里所說的方向性信息，是天線元101～104的各輸出所乘的加權系數W1～W4的各值的信息。
方向性發送部106根據從發送方向性選擇部109接受的方向性信息來生成方向性發送信號。
即，根據方向性信息來估計選擇出的路徑13的方向，沿該方向形成發送方向性。形成發送方向性的方法與接收方向性的形成方法(圖2)相同。即，通過將從用戶信號處理部112輸出的發送數據乘以加權系數進行合成，來控制信號的相位和振幅，形成發送方向性。
從方向性發送部106輸出的發送信號從天線101～104發送到移動機11。
自適應陣列天線中的發送方向性形成的一例示于圖6。
如圖6(a)所示，如果用1/2波長的間隔用同相、同振幅來輸出信號，則2個波(A1和B1)重合。由此，如圖6(b)所示，沿與陣列天線垂直的方向(圖中的x方向)形成寬方向性。
此外，如圖6(c)所示，如果偏差1/4波長來輸出2個信號，則在輸出信號的方向上，2個波(A1和B2)互相抵銷，另一方面，在傾斜30°的方向上，2個波(A2和B2)相加而增強，因此，沿傾斜30°的方向形成發送方向性。這樣，能夠控制各天線輸出的相位和振幅等，形成期望的發送方向性。
以上，是使用自適應陣列天線的方向性發送的原則性的操作。
這里，考慮下述情況在發送方向性選擇部109中，經由2個路徑13、14到達的信號的接收電平看不出有大的差別。
在此情況下，不僅可以將當前使用的路徑13，也可以將路徑14用作發送路徑。因此，難以判斷使用哪個路徑更合適。
因此，在本實施例中，在這種情況下，參照與通信對方的移動機11中的接收狀況有關的信息。即，檢查經由當前使用中的路徑13從基站10發送的信號是否由移動機11很好地接收，如果接收狀態良好，則維持當前的發送路徑，而如果接收狀態惡劣，則將發送路徑切換到路徑14。
在本實施例中，將發送功率控制命令(Transmit Power Control command；以下，有時記為TPC)用作與通信對方的移動機11中的接收狀況有關的信息。
發送功率控制是下述技術自適應地變化發送功率電平，以確保基站及移動臺各個中的最佳的接收電平。發送功率控制命令(TPC)附加到發送信號上，以向通信對方的通信裝置請求增大、減少發送功率。
該TPC如圖3(a)所示，是必須附加到從移動機11發送到基站10的1時隙數據上的1比特數據。該TPC通常被附加到導頻信道數據(PL)之后。
如圖3(b)所示，在TPC是“0”時，意味著請求將基站端的發送功率提高例如1dB，而在TPC是“1”時，意味著請求將基站端的發送功率降低1dB。因此，在TPC的“0”連續的情況下，估計為當前、移動機的接收狀態惡化。接收環境是否惡化，可以通過“0”是否連續規定的時隙長度(規定的次數)來容易地判定。
在本發明中，著眼于這種TPC具有的有益的信息，用于切換發送路徑。
即，在接收電平同程度的接收信號并存、難以判斷選擇發送路徑的情況下，發送方向性選擇部109檢查從發送方向性數據信號處理部112送來的發送功率控制命令(TPC)的歷史。
如果TPC連續請求降低發送功率，則認為經由當前選擇的發送路徑(傳播路徑13)的信號的接收良好，不切換發送方向性。
如果TPC連續請求增大發送功率，則認為選擇的路徑的傳播環境惡化。因此，發送方向性選擇部109選擇路徑14的方向性信息，將該選擇出的方向性信息送至方向性發送部106，以切換發送路徑。由此，發送用的路徑從路徑13切換到路徑14。其結果是，移動機11中的接收環境可望好轉。
這樣，在本實施例中，在同程度的接收電平的路徑出現多個、難以判斷選擇哪個作為發送路徑的情況下，檢查從對方端送來的發送功率控制命令(TPC)的歷史。即，通過檢查對方端的接收狀況，能夠適當地切換發送路徑。
圖4是發送方向性選擇部109的主要結構的方框圖。
選擇電路120從輸入的每個路徑的接收時的方向性信息(加權系數的值等)中選擇一個，輸出到方向性發送部106。
此外，發送路徑決定電路121是決定發送用的路徑。通常，比較輸入的每個路徑的接收信號的電平，將與最大電平的信號對應的路徑作為發送用的路徑。只是，在同電平的信號出現多個的情況下，參照歷史存儲器123中存儲的TPC數據，來決定發送用的路徑。
此外，緩沖器122的功能是作為通信接口，暫時鎖存從用戶信號處理部112送來的發送功率控制命令(TPC)。
歷史存儲器123存儲、保存過去的TPC數據。TPC數據被暫時鎖存到緩沖器122后，依次存放到歷史存儲器123。
路徑切換判斷電路121在通過只比較接收電平難以判斷是否應切換發送路徑的情況下，讀出歷史存儲器123中存儲的TPC，檢查該值過去如何變化。
這種結構的發送方向性選擇部109的操作過程示于圖5。
首先，比較每個路徑的接收信號的電平(步驟130)。此時，以與當前選擇的路徑對應的接收信號的電平為基準，來求與其他接收信號的電平之差。
接著，判定求出的接收電平之差是否低于規定的閾值(步驟131)。即，檢查電平同程度的接收信號是否存在多個。
在電平同程度的接收信號未存在多個的情況下，將當前路徑繼續用作發送路徑。即，發送路徑決定電路121不向選擇電路120送出路徑切換指示。由此，當前選擇的路徑的方向性信息被選擇，被送至方向性發送部106(步驟134)。
另一方面，如果出現與當前選擇的路徑的接收信號的電平同程度的接收信號，則發送路徑決定電路121參照歷史存儲器123中存儲的過去的TPC數據(步驟132)。即，檢查移動機11中過去的接收狀況。
具體地說，檢查是否N個時隙(N是規定的基準值)以上請求提高發送功率(步驟133)。如果是那樣，則判定為通信對方中的接收狀態惡化。
然后，發送路徑決定電路121決定將其他路徑用作發送路徑，向選擇電路120指示切換發送路徑(使用發送路徑14)。
接受到此，選擇電路120選擇新的路徑(發送路徑14)的方向性信息(步驟135)。選擇出的方向性信息被送至方向性發送部106(步驟136)。
另一方面，在步驟133中，在參照TPC數據的結果是移動機11未N個時隙以上請求提高發送功率的情況下，不切換路徑。
即，選擇部120選擇當前路徑的方向性信息(步驟134)。然后，將該選擇出的信息送至方向性發送部106(步驟136)。
這樣，進行考慮到通信對方的接收狀況的、準確的發送路徑切換。由此，能夠按照電波傳播環境的變動，準確而且迅速地切換發送方向性。
此外，由于將移動通信現狀下的數據格式中包含的數據用作判斷對方端接收狀況的數據，所以無需向發送接收信號附加特別的數據這一麻煩的過程。因此，本發明容易實施。
此外，當前發送中的電波對其他移動臺施加的干擾的程度也被降低，因此，能夠增大下行線路的信道容量。
在本實施例中，是將本發明應用于CDMA系統的基站的，但是不限于此。例如，也可以應用于TDMA方式或TDD方式的通信系統。此外，除TPC數據以外，只要有能夠判斷對方端的接收狀況的數據，就能夠使用該數據來取代TPC數據。
(實施例2)圖7是實施例2的CDMA通信裝置(基站裝置)的方框圖。該通信裝置的結構大部分與圖1的通信裝置相同。在圖7中，對與圖1相同的部分附以相同的標號。
只是，在圖7的通信裝置中，采用接收品質測定部210來取代圖1所示的接收電平測定部110。
即，在本實施例的通信裝置中，不僅考慮接收信號的電平，還考慮接收信號的S/N來評價接收信號的品質。
然后，在存在多個接收路徑的情況下，將接收品質高的路徑用作發送路徑。其他操作與圖1的通信裝置相同。
即，在接收品質測定部210中，對每個路徑測定接收品質。表示測定出的接收品質的信息S5、S6被送至發送方向性選擇部109。
在發送方向性選擇部109中，比較每個路徑的接收品質，選擇接收品質良好的路徑的方向性信息，將該方向性信息送至方向性發送部106。
在發送方向性選擇部109中，在2個路徑的接收信號品質看不出有大的差別的情況下，檢查從用戶信號處理部112送來的來自移動機11的發送功率控制命令(TPC)的歷史。
如果TPC請求降低發送功率，則由于當前選擇的路徑良好，所以不切換發送方向性。如果TPC連續規定時隙以上請求增大發送功率，則認為當前選擇的路徑的傳播環境惡化。因此，發送方向性選擇部109將另一個路徑的方向性信息送至方向性發送部106。由此，切換發送路徑。
(實施例3)圖8是本發明實施例3的CDMA通信裝置(基站裝置)的方框圖。
該通信裝置的結構大部分與圖1的通信裝置相同。在圖8中，對與圖1相同的部分附以相同的標號。
只是，在圖8的通信裝置中，削減了圖1所示的接收電平測定部110。
即，用規定的方法(不特別限定)來選擇每個接收路徑的接收方向性信息，通過監視TPC數據來判斷該選擇是否正確。然后，如果判斷當前選擇的發送路徑不合適，則將發送路徑切換到其他路徑。
此情況下的路徑切換可以根據規定的基準來進行，但是也可以不特別設定基準，隨機地進行。即，暫且將發送用的路徑切換到其他路徑，等待從對方端發回TPC。然后，看TPC的值，判定再切換到其他路徑，或者返回到原來的路徑。
以上，使用3個實施例說明了本發明。在本發明中，實行方向性發送，作為其結果，始終監視、存儲從通信對方發回的TPC數據。然后，在接收信號的電平或接收品質出現多個同程度的信號等、需要判斷是否切換發送路徑時，參照存儲的TPC數據。
即，導入閉環控制的手法來形成發送方向性。由此，能夠按照電波的傳播環境的變動，正確而且迅速地切換發送方向性。
由此，能夠實現移動通信中的通信品質的提高。此外，能夠提高自適應陣列天線裝置等進行方向性發送的通信裝置的性能。此外，當前發送中的電波對其他移動臺施加的干擾的程度也被降低，因此，能夠增大下行線路的信道容量。
此外，在本發明中，由于采用發送功率控制命令(TPC)這一在CDMA通信中已經使用的數據，所以無需將特別的控制信息附加到發送接收的信號上。因此，本發明容易實現。
本申請基于1998年9月11日申請的日本國特許出愿平10-258354號。其全部內容包含于本說明書。
產業上的可利用性由以上說明可知，本發明的方向性發送方法及方向性控制型通信裝置用于移動通信特別有用。特別是，適于使發送接收的方向性高速而且準確地適應通信環境的變化。
權利要求
1.一種方向性發送方法，具有參照通信對方的通信設備過去發送來的、表示上述通信對方的通信設備中過去的接收狀況的信息的步驟；以及在該參照的結果是上述對方的通信設備中過去的接收狀況不理想的情況下變更現狀下的發送方向性的步驟。
2.如權利要求1的方向性發送方法，其中，參照表示上述通信對方的通信設備中過去的接收狀況的信息的步驟在判斷是否切換發送路徑時被實施。
3.一種方向性發送方法，從多徑環境下接收到的信號中選擇一個信號，將與該選擇出的信號對應的路徑也用作發送用的路徑，該方法具有監視從通信對方的通信設備返回的發送功率控制命令(TPC)的步驟；在判斷是否切換發送用的路徑時參照上述發送功率控制命令(TPC)的歷史的步驟；以及如果該參照的結果是估計為上述通信對方的通信設備中過去的接收狀況不理想則變更現狀下的發送方向性來切換發送用的路徑的步驟。
4.如權利要求3所述的方向性發送方法，其中，在發送功率控制命令(TPC)連續規定時隙以上請求增大發送功率的情況下，估計為通信對方的通信設備中過去的接收狀況不理想。
5.如權利要求3所述的方向性發送方法，其中，從多徑環境下接收到的信號中選擇接收信號電平最大的信號、或者接收信號品質最好的信號，在同程度的信號存在多個的情況下，參照上述發送功率控制命令(TPC)的歷史，來判斷是否切換發送用的路徑。
6.一種使用自適應陣列天線裝置的方向性發送方法，具有監視從通信對方的通信設備返回的發送功率控制命令(TPC)的步驟；在判斷是否切換發送用的路徑時參照上述發送功率控制命令(TPC)的歷史的步驟；以及如果該參照的結果是估計為上述通信對方的通信設備中過去的接收狀況不理想則變更現狀下的發送方向性來切換發送用的路徑的步驟。
7.如權利要求6所述的使用自適應陣列天線裝置的方向性發送方法，其中，上述發送方向性形成用的加權系數乘基帶擴展過的數字信號，由此控制發送信號的振幅及相位。
8.一種方向性控制型通信裝置，包括方向性接收電路，一邊控制接收方向性，一邊接收多徑現象下到達的多路波，對多個路徑中的每個分別解調信號；接收方向性信息選擇部，從解調上述信號所用的每個路徑的接收方向性信息中，參照從通信對方的通信設備送來的、表示上述通信對方的通信設備中過去的接收狀況的信息，來決定使用哪個接收方向性信息來形成發送方向性；以及方向性發送部，根據從上述方向性信息選擇部輸出的接收方向性信息，形成發送方向性，進行方向性發送。
9.如權利要求8所述的方向性控制型通信裝置，其中，上述接收方向性信息選擇部具有緩沖器，存儲上述通信對方的通信設備過去發送來的、表示上述通信對方的通信設備中過去的接收狀況的信息；發送路徑決定部，參照上述緩沖器中存儲的表示上述接收狀況的信息，來決定信號發送用的路徑；以及選擇部，選擇與上述發送路徑決定部決定的路徑對應的接收方向性信息，送出到上述方向性發送部。
10.如權利要求9所述的方向性控制型通信裝置，其中，上述發送路徑決定部從上述方向性接收電路解調過的每個路徑的接收信號中選擇接收信號電平最大的信號、或者接收信號品質最好的信號，在同程度的信號存在多個的情況下，參照表示上述通信對方的通信設備中過去的接收狀況的信息的歷史，來選擇一個接收信號，將與該選擇出的接收信號對應的路徑作為發送用的路徑。
11.如權利要求8所述的方向性控制型通信裝置，其中，表示上述通信對方的通信設備中過去的接收狀況的信息，是從通信對方的通信設備送來的、發送功率控制命令(TPC)的值的信息。
12.一種自適應陣列天線裝置，具有多個天線元；方向性接收電路，自適應地變化上述多個天線元分別接收到的信號所乘的加權系數的值，對每個路徑形成接收方向性，對每個路徑解調信號；緩沖器，存儲從通信對方送來的發送功率控制命令(TPC)；發送路徑決定部，參照上述緩沖器中存儲的表示上述接收狀況的信息，來決定信號發送用的路徑；選擇部，選擇、輸出與上述發送路徑決定部決定的路徑對應的上述加權系數的值的信息；以及方向性發送部，根據從上述選擇部輸出的上述加權系數的值的信息來形成發送方向性，進行方向性發送。
13.如權利要求12所述的自適應陣列天線裝置，其中，上述發送路徑決定部對每個路徑比較解調過的信號的各個接收電平或接收品質，選擇接收信號電平最大的信號、或者接收品質最好的信號，并且在同程度的信號存在多個的情況下，參照上述發送功率控制命令的歷史，選擇一個接收信號，將與該選擇出的接收信號對應的路徑決定為發送路徑。
14.一種CDMA通信裝置，使用權利要求12所述的自適應陣列天線裝置，進行基帶擴展過的信號的發送、接收處理。
15.一種基站裝置，使用權利要求12所述的自適應陣列天線裝置，進行從移動體送來的基帶擴展過的信號的接收處理、或向移動體的發送處理。
全文摘要
本發明涉及自適應地控制發送方向性的方法。接收經由多個路徑到達的電波,對每個路徑解調信號。比較解調過的各信號的電平或接收品質,選擇最大或最好的信號,將與選擇出的信號對應的路徑作為發送用的路徑。在解調過的每個路徑的信號中存在多個電平或接收品質同程度的信號的情況下,參照從通信對方送來的發送功率控制命令(TPC)的歷史。即,檢查通信對方中的接收狀況。由此,判定當前選擇的路徑作為發送用的路徑是否理想。
文檔編號H04B7/08GK1275273SQ9980144
公開日2000年11月29日 申請日期1999年8月25日 優先權日1998年9月11日
發明者井出美奈子, 平松勝彥 申請人:松下電器產業株式會社