專(zhuān)利名稱(chēng)：適應(yīng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)陣列天線的指向性進(jìn)行適應(yīng)控制的適應(yīng)控制裝置。
背景技術(shù)：
在代表蜂窩通信的這種技術(shù)領(lǐng)域中，伴隨著通信的高速化和高品質(zhì)化的要求，通信帶寬正在逐漸地實(shí)現(xiàn)寬帶化。要想將寬帶無(wú)線信號(hào)充分地傳送給小區(qū)整體，需要比窄帶情況多的功率。但是，由于移動(dòng)終端的發(fā)送能力所受到的制約比無(wú)線基站更為嚴(yán)格，所以不能簡(jiǎn)單地提高發(fā)送功率。另一方面，雖然可通過(guò)減小小區(qū)半徑，來(lái)克服與發(fā)送功率相關(guān)的問(wèn)題，但是，從設(shè)置在大服務(wù)區(qū)域內(nèi)的無(wú)線基站數(shù)大量增加、設(shè)備投資、以及系統(tǒng)管理等觀點(diǎn)來(lái)看是不利的。對(duì)于這些問(wèn)題，即使使上下鏈路的傳送帶寬非對(duì)稱(chēng)化，也不能全部解決。
從該觀點(diǎn)考慮，具有通過(guò)使天線的指向性變得尖銳，使電波適當(dāng)?shù)仄蛩谕姆较?，從而使小區(qū)半徑維持較大的技術(shù)。該技術(shù)有兩種方法，一種是使主波束的方向適合希望波而適應(yīng)控制指向性的波束形成法(即，使SINR＝S/(N+I)的S增加的方法)，另一種是使零陷(Null)適合干擾波而適應(yīng)控制指向性的零陷形成法(即，抑制SINR＝S/(N+I)的I的方法)。無(wú)論哪一種，在這些適應(yīng)控制方法中，都是通過(guò)推斷路徑的到來(lái)方向(DoADirection of Arrival)，利用最速下降法等收斂算法，依次更新多個(gè)天線元件的多個(gè)加權(quán)系數(shù)，而使指向性強(qiáng)的波束(被事先固定的窄波束寬度的波束)指向所希望的方向。該波束寬度被設(shè)定成把在小區(qū)邊緣的接收功率保證在系統(tǒng)設(shè)計(jì)值以上。
另外，在采用擴(kuò)頻方式的通信系統(tǒng)中，進(jìn)行發(fā)送功率控制(TCPTransmission Power Control)、且為了使由無(wú)線基站接收的信號(hào)具有一定以上的通信質(zhì)量(尤其是接收功率水平)，對(duì)移動(dòng)終端的發(fā)送功率進(jìn)行控制。更具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)無(wú)線基站與移動(dòng)終端的距離遠(yuǎn)近，增大或減小移動(dòng)終端的發(fā)送功率。
圖1是表示以往的波束控制中的天線增益的概念圖。如圖1(A)所示，位于小區(qū)端部的移動(dòng)終端相對(duì)于無(wú)線基站，以速度v在圓周方向上移動(dòng)。移動(dòng)終端以發(fā)送功率PT1發(fā)送信息，無(wú)線基站中的接收功率為PR1(PT1、PG、r1)。當(dāng)移動(dòng)終端移動(dòng)時(shí)，相對(duì)于無(wú)線基站的每個(gè)單位時(shí)間的角度變化(角速度)為Δθ1，其間，功率增益變化為ΔPG1＝PG(0)-PG(Δθ1)。因此，移動(dòng)后由無(wú)線基站所接收的功率為PR1＝PT1+PG(Δθ1)-PATT(r1)＝PT1+PG(0)-ΔPG1-PATT(r1)此處，PG(θ)表示相位角θ中的波束增益，PATT(r)表示相對(duì)于距離r的電波的距離衰減量。
另外，圖1(B)表示位于無(wú)線基站附近的移動(dòng)終端相對(duì)于無(wú)線基站以速度v在圓周方向上移動(dòng)的情況。移動(dòng)終端以發(fā)送功率PT2發(fā)送信息，相對(duì)于無(wú)線基站的每個(gè)單位時(shí)間的角度變化(角速度)為Δθ2，其間，功率增益變化為ΔPG2＝PG(0)-PG(Δθ2)。因此，移動(dòng)后由無(wú)線基站所接收的功率為PR2＝PT2+PG(Δθ2)-PATT(r2)＝PT2+PG(0)-ΔPG2-PATT(r2)在以往的波束控制方法中，不管移動(dòng)終端的遠(yuǎn)近，都是以固定的波束寬度形成波束，并適當(dāng)調(diào)整波束的方向。如圖1(A)、(B)及上述公式所示，即使移動(dòng)終端的移動(dòng)速度(v)和移動(dòng)方向(圓周方向)是相同的，當(dāng)與無(wú)線基站的距離變大時(shí)，角速度(Δθ1)變小，距離變小時(shí)，角速度(Δθ2)變大(Δθ1＜Δθ2)。另外，功率增益的變化量為ΔPG1＜ΔPG2。因此，關(guān)于無(wú)線基站從移動(dòng)后的移動(dòng)終端所接收的功率PR1、PR2，從遠(yuǎn)方的移動(dòng)終端所接收的接收功率PR1雖然沒(méi)有變得很小(減小了ΔPG1)，但是，從附近的移動(dòng)終端所接收的接收功率PR2卻變得非常小(減小了ΔPG2)。因此，要想使無(wú)線基站中的接收功率水平在一定以上，相對(duì)于在附近移動(dòng)的移動(dòng)終端，或用更多的功率來(lái)發(fā)送，或必須在角速度變大之前調(diào)整波束方向。
然而，前者的方法由于盡管位于附近位置也要加大功率，所以同時(shí)增大了對(duì)其他通信信號(hào)的干擾，因此，不是有利的方法。而根據(jù)后者的方法，由于在角速度變大之前調(diào)整波束方向，所以，必須進(jìn)行高速追蹤移動(dòng)終端那樣的高性能適應(yīng)控制，增大了系統(tǒng)中的控制負(fù)擔(dān)。
關(guān)于這一點(diǎn)，專(zhuān)利文獻(xiàn)1(特開(kāi)2002-94448號(hào)公報(bào))公開(kāi)了以組單位來(lái)進(jìn)行波束控制的技術(shù)，通過(guò)將多個(gè)移動(dòng)局劃分成相互靠近的移動(dòng)局組，一個(gè)波束可以覆蓋位于一個(gè)組的區(qū)域。由此，比起以移動(dòng)局為單位來(lái)控制波束的情況，可以降低系統(tǒng)和基站所要求的控制負(fù)擔(dān)。
然而，在通信系統(tǒng)內(nèi)，不是總能夠劃分成那樣的組，在劃分組困難的情況下，很難達(dá)到所希望的目的。
特開(kāi)2002-94448號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可以適應(yīng)控制陣列天線的指向性，并可以連續(xù)追蹤各個(gè)移動(dòng)終端的適應(yīng)控制裝置。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提出了如下的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種適應(yīng)控制裝置，在具有用于發(fā)送和接收無(wú)線頻率信號(hào)的陣列天線的無(wú)線裝置中使用，用于改變上述陣列天線的指向性，其特征在于，包括設(shè)定單元，設(shè)定包含如下內(nèi)容的參數(shù)接收從上述無(wú)線裝置發(fā)送的無(wú)線頻率信號(hào)的接收機(jī)和上述無(wú)線裝置間的距離、以及相對(duì)于上述無(wú)線裝置的上述接收機(jī)的相對(duì)移動(dòng)速度和移動(dòng)方向；評(píng)價(jià)單元，評(píng)價(jià)上述接收機(jī)或上述無(wú)線裝置的接收功率在經(jīng)過(guò)規(guī)定的期間后，發(fā)生何種程度的變化；以及加權(quán)控制單元，對(duì)包含在上述陣列天線中的多個(gè)天線元件的多個(gè)加權(quán)系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，
改變上述指向性，把上述接收功率的變化量控制在不依賴(lài)于上述接收機(jī)和上述無(wú)線裝置間的距離的一定的范圍內(nèi)。


圖1是表示以往的波束控制中的天線增益的概念圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例的天線系統(tǒng)的概念圖。
圖3是表示功率測(cè)定部的其他實(shí)施方式的圖。
圖4是表示傅立葉變換部的其他實(shí)施方式的圖。
圖5是表示本發(fā)明實(shí)施例的波束控制中的天線增益的概念圖。
圖6是表示其他實(shí)施例的適應(yīng)控制裝置的方框圖。
圖7是表示相對(duì)于不同指向性的波束的天線增益的概念圖。
圖8是表示其他實(shí)施例的適應(yīng)控制裝置的方框圖。
圖9表示利用本發(fā)明實(shí)施例的適應(yīng)控制裝置的無(wú)線基站的概念圖。
具體實(shí)施例方式
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例的天線系統(tǒng)的概念圖。大體上，天線系統(tǒng)200包括陣列天線202和適應(yīng)控制裝置204。為了便于說(shuō)明，對(duì)設(shè)置在無(wú)線基站的天線系統(tǒng)200進(jìn)行說(shuō)明，但也可以把天線系統(tǒng)200設(shè)置在移動(dòng)終端上。另外，以下說(shuō)明的陣列天線的控制方法也可以在接收波束形成和發(fā)送波束形成中使用。
陣列天線202例如具有N個(gè)天線元件206和將來(lái)自這些天線元件206的信號(hào)進(jìn)行相加的合成部208。由合成部208對(duì)通過(guò)天線元件206接收的信號(hào)分別進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訖?quán)，進(jìn)行合成，而形成接收信號(hào)。另外，在進(jìn)行發(fā)送時(shí)，在對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募訖?quán)后從天線元件206發(fā)送。在接收時(shí)使用加權(quán)系數(shù)WR1～WRN進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，在發(fā)送時(shí)使用加權(quán)系數(shù)WT1～WTN進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。這些加權(quán)系數(shù)由適應(yīng)控制裝置204進(jìn)行適宜的設(shè)定，被控制為，按照規(guī)定的更新期間依次被更新，可跟蹤移動(dòng)終端裝置。
適應(yīng)控制裝置204具有設(shè)定部210，根據(jù)合成前或合成后的接收信號(hào)，設(shè)定計(jì)算加權(quán)系數(shù)所必要的參數(shù)；和加權(quán)控制部212，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)輸出加權(quán)系數(shù)。設(shè)定部210具有功率測(cè)定部214，根據(jù)來(lái)自1個(gè)或多個(gè)天線元件206的合成前的接收信號(hào)計(jì)算出功率；以及距離計(jì)算部216，根據(jù)計(jì)算出的功率計(jì)算出與移動(dòng)終端的距離。距離計(jì)算部216根據(jù)例如PATT(r)＝P0+γ×10log(r)這樣的公知的關(guān)于功率的關(guān)系式，推測(cè)移動(dòng)終端以及無(wú)線基站之間的距離r。這里，PATT(r)表示電波的距離衰減量，P0表示小區(qū)邊緣(小區(qū)的端部)的距離衰減量，γ表示規(guī)定的常數(shù)。
關(guān)于距離的上述關(guān)系式只不過(guò)是一個(gè)例子，可以根據(jù)需要進(jìn)一步增加校正項(xiàng)，或利用其他的關(guān)系式。另外，成為計(jì)算距離時(shí)的基礎(chǔ)的功率值可以根據(jù)來(lái)自合成前的1個(gè)天線元件206的信號(hào)計(jì)算出，也可以根據(jù)來(lái)自多個(gè)天線元件206的信號(hào)計(jì)算出。在后者的情況下，如圖所示，需要對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行合成以及平均化的功率合成部。從簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)等的觀點(diǎn)看，優(yōu)選前者，從抑制噪音的影響(例如，提高S/N比)等觀點(diǎn)看，優(yōu)選后者。另外，不依賴(lài)這種公知的關(guān)系式，例如如果能夠利用GPS等獲得移動(dòng)終端的坐標(biāo)，則可根據(jù)移動(dòng)終端和無(wú)線基站的各坐標(biāo)，直接算出距離。但是，在該情況下，和利用上述公知關(guān)系式的情況不同，必須將GPS接收機(jī)等裝置安裝在移動(dòng)終端上。
設(shè)定部210具有傅立葉變換部218，其對(duì)合成前的一個(gè)或多個(gè)天線元件206所接收的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，求出頻譜；速度算出部220，其根據(jù)該頻譜，提取出多普勒頻譜，算出移動(dòng)終端的相對(duì)速度。如果移動(dòng)終端相對(duì)于無(wú)線基站移動(dòng)，則其間收發(fā)的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生頻率偏移(多普勒偏移)，可以根據(jù)下面的式子算出相對(duì)速度。
V＝fd×λ＝fd×c/fc此處，v表示移動(dòng)終端的相對(duì)速度，fd表示多普勒頻率，λ表示電波的波長(zhǎng)，c表示光速，fc表示載波頻率。與上述計(jì)算距離的情況相同，相對(duì)速度v可以根據(jù)合成前的來(lái)自一個(gè)天線元件206的信號(hào)算出，也可以根據(jù)來(lái)自多個(gè)天線元件206的信號(hào)算出。后者的情況如圖4所示，需要通過(guò)對(duì)各信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，并將它們合成而形成一個(gè)頻譜的合成部。
設(shè)定部210具有方向推定部222，其求出移動(dòng)終端的相對(duì)于無(wú)線基站的移動(dòng)方向或角速度(Δθ)。該角速度例如可以根據(jù)從移動(dòng)終端開(kāi)始的路徑的到來(lái)方向(DoA)算出。另外用于推斷距離的功率測(cè)定部214和距離算出部216、用于推斷速度的傅立葉變換部218和速度算出部220、以及方向推斷部222不必全部設(shè)置。距離r、速度v和角速度Δθ那樣的參數(shù)利用這些單元或其他的信息輸入來(lái)設(shè)定，因?yàn)橹灰峁┙o后一部分的加權(quán)控制部212即可。
加權(quán)控制部212具有評(píng)價(jià)部224，其根據(jù)來(lái)自設(shè)定部210的各種參數(shù)，對(duì)移動(dòng)終端的接收功率經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間后(例如，更新下一個(gè)加權(quán)系數(shù)時(shí))發(fā)生變化的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。加權(quán)控制部212具有收斂算法部226，其根據(jù)評(píng)價(jià)部224的評(píng)價(jià)結(jié)果，執(zhí)行用于更新加權(quán)系數(shù)的算法。該算法例如是LMS(Least Mean Square)之類(lèi)的最速下降法，用于將依賴(lài)加權(quán)系數(shù)而變化的評(píng)價(jià)函數(shù)的值變成最小或最大。例如，可以將與接收信號(hào)和已知信號(hào)之間的誤差有關(guān)的功率值設(shè)為評(píng)價(jià)函數(shù)，依次更新加權(quán)系數(shù)，使得該評(píng)價(jià)函數(shù)所取的值最小。該算法計(jì)算的初始值是在初始值生成部227中準(zhǔn)備和設(shè)定的。加權(quán)控制部212具有加權(quán)調(diào)整部228，用于將收斂算法部226所算出的加權(quán)系數(shù)設(shè)定給各天線元件206。將表示來(lái)自加權(quán)調(diào)整部228的加權(quán)系數(shù)的信號(hào)供給各天線元件206，進(jìn)行實(shí)際的加權(quán)系數(shù)調(diào)整。加權(quán)控制部212具有積分值算出部230，其根據(jù)來(lái)自設(shè)定部210的參數(shù)，算出移動(dòng)終端所接收的接收功率在規(guī)定的期間的積分值。
如上所述，在以往的波束控制中，進(jìn)行如下控制使固定波束寬度的波束每次都偏向所希望的方向(移動(dòng)終端所在的方向)。該波束寬度被設(shè)定成保證小區(qū)邊緣的接收功率在系統(tǒng)設(shè)計(jì)值以上。在該情況下，例如像位于小區(qū)邊緣那樣的距離無(wú)線基站遠(yuǎn)的移動(dòng)終端在以速度v在圓周方向上移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)終端或無(wú)線基站的接收功率的變化(ΔPG1)小，但是，移動(dòng)終端在無(wú)線基站附近以相同的速度在圓周方向上移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)終端或無(wú)線基站的接收功率的變化(ΔPG2)大。簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)對(duì)距離無(wú)線基站遠(yuǎn)的移動(dòng)終端使波束寬度變窄，對(duì)距離無(wú)線基站近的移動(dòng)終端使波束變寬的控制，不管距離遠(yuǎn)近，都可以使波束連續(xù)地追蹤移動(dòng)終端。
圖5是表示本發(fā)明實(shí)施例的波束控制中的天線增益的概念圖。如圖5(A)所示，位于小區(qū)端部的移動(dòng)終端相對(duì)于無(wú)線基站以速度v在圓周方向上移動(dòng)。為了說(shuō)明方便起見(jiàn)，假定在圓周方向上移動(dòng)，但不失一般性。移動(dòng)終端以發(fā)送功率PT1來(lái)發(fā)送信息，無(wú)線基站的接收功率為PR1(PT1、PG、r1)。當(dāng)移動(dòng)終端移動(dòng)時(shí)，相對(duì)于無(wú)線基站的每個(gè)單位時(shí)間的角度變化(角速度)為Δθ1，其間，功率增益變化為ΔPG1＝PG1(0)-PG1(Δθ1)。首先，移動(dòng)前無(wú)線基站所接收的功率為PR1＝PT1+PG1(0)-PATT(r1)……(a)此處，PG1(θ)表示相對(duì)于相位角θ的功率增益，PATT(r)表示相對(duì)于距離r的電波的距離衰減量。移動(dòng)后的無(wú)線基站所接收的功率為PR1＝PT1+PG1(Δθ1)-PATT(r1)＝PT1+PG1(0)-ΔPG1-PATT(r1)……(b)另外，如圖5(B)所示，位于無(wú)線基站附近的移動(dòng)終端相對(duì)于無(wú)線基站以相同的速度v在圓周方向上移動(dòng)。移動(dòng)終端以發(fā)送功率PT2來(lái)發(fā)送信息，相對(duì)于無(wú)線基站的每個(gè)單位時(shí)間的角度變化(角速度)為Δθ2，其間，功率增益變化為ΔPG2＝PG2(0)-PG2(Δθ2)。首先，移動(dòng)前無(wú)線基站所接收的功率為PR2＝PT2+PG2(0)-PATT(r2)……(c)移動(dòng)后的無(wú)線基站所接收的功率為PR2＝PT2+PG2(Δθ2)-PATT(r2)＝PT2+PG2(0)-ΔPG2-PATT(r2)……(d)在本發(fā)明實(shí)施例中，不管距離遠(yuǎn)近，都進(jìn)行使接收功率相等的控制。具體來(lái)說(shuō)，進(jìn)行使PR1＝PR2成立的控制。需要注意，與以往不同，在本發(fā)明實(shí)施例中，功率增益PG1和PG2不一定相同。要想使PR1＝PR2成立，在移動(dòng)前需要使PT1+PG1(0)-PATT(r1)＝PT2+PG2(0)-PATT(r2)成立。在移動(dòng)后需要使PT1+PG1(0)-ΔPG1-PATT(r1)＝PT2+PG2(0)-ΔPG2-PATT(r2)
成立。因此，進(jìn)行滿足ΔPG1＝ΔPG2……(e)的控制。
這樣，在功率增益的變化量恒定的條件下進(jìn)行波束控制時(shí)，如圖5(A)、(B)所示，對(duì)于遠(yuǎn)方的移動(dòng)終端，波束寬度變窄，指向性變強(qiáng)，對(duì)于附近的移動(dòng)終端，波束寬度變寬。因此，附近的移動(dòng)終端即使以高速度v在圓周方向上移動(dòng)，功率也不會(huì)急劇減少(減少量為ΔPG2)，與遠(yuǎn)方終端一樣，可以進(jìn)行良好的追蹤。在該情況下，移動(dòng)終端的發(fā)送功率也與距離無(wú)關(guān)，是恒定的(PT1＝PT2)。這種依賴(lài)于移動(dòng)終端距離的指向性波束，可以通過(guò)當(dāng)初假定的該指向性的具體形狀來(lái)調(diào)整加權(quán)系數(shù)，或者，與當(dāng)初假定的該具體形狀不同，作為滿足(e)條件的控制結(jié)果，可以得到所希望的指定性。無(wú)論哪一種，在本發(fā)明實(shí)施例中，針對(duì)每個(gè)加權(quán)系數(shù)的更新步驟，進(jìn)行滿足(e)條件的控制。
另外，關(guān)于使該(e)條件成立所進(jìn)行的控制，可以進(jìn)行使ΔPG1和ΔPG2之間的誤差小于規(guī)定值D的控制(ε＜D，ε＝|ΔPG1-ΔPG2|)，或者，可以進(jìn)行使ΔPG1和ΔPG2小于規(guī)定范圍M的控制(ΔPG1＜M，ΔPG2＜M)。
另外，從系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性的觀點(diǎn)看，不是每獲得一個(gè)接收樣本便對(duì)加權(quán)系數(shù)進(jìn)行實(shí)際的更新，而是每獲得一個(gè)接收樣本，對(duì)加權(quán)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，但是，優(yōu)選加權(quán)調(diào)整部228的加權(quán)系數(shù)的更新按照規(guī)定數(shù)目的多個(gè)接收樣本來(lái)進(jìn)行。另外，該情況下的穩(wěn)定性，相當(dāng)于依次更新的加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的指向性變化的平滑度。
例如，假設(shè)每次進(jìn)行加權(quán)系數(shù)的更新(更新期間為T(mén)1)時(shí)都滿足上述(e)的條件，但是，對(duì)期間的多個(gè)樣本所算出的各個(gè)加權(quán)值，并沒(méi)有利用(e)的條件，而是通過(guò)平均化而得到的。這樣，也可能算出沒(méi)有瞬時(shí)滿足(e)條件的加權(quán)系數(shù)，但是，通過(guò)使多個(gè)樣本平均化，可以穩(wěn)定地算出每個(gè)更新期間T1的加權(quán)系數(shù)。
或者，即使對(duì)于在更新期間T1內(nèi)算出的加權(quán)系數(shù)，通過(guò)加上一定的限制，也能穩(wěn)定地算出加權(quán)系數(shù)。例如，可以把在一定期間內(nèi)的接收功率的積分值，控制成不管距離遠(yuǎn)近，始終是恒定的。即，如圖5(A)所示，遠(yuǎn)方移動(dòng)終端的相位角從0變化到Δθ1間的總接收功率S1為S1=Σθ=0Δθ1PR1(PT1,PG(θ1),r1)]]>其相當(dāng)于圖5(A)中斜線所示的面積。同樣地，無(wú)線基站附近的移動(dòng)終端的相位角從0變化到Δθ1間的總接收功率S2為S2=Σθ=0Δθ2PR2(PT2,PG(θ2),r2)]]>其相當(dāng)于圖5(B)中斜線所示的面積。并且，將這些總接收功率控制成在更新期間T1內(nèi)相等(S1＝S2)。這樣，除了在每個(gè)更新期間內(nèi)(e)條件充足，在其間所得到的樣本的總接收功率也恒定，所以，可以更穩(wěn)定地算出加權(quán)系數(shù)。
圖6是表示其他實(shí)施例的適應(yīng)控制裝置的方框圖。適應(yīng)控制裝置600具有第1設(shè)定部602，其根據(jù)合成前或合成后的接收信號(hào)，設(shè)定計(jì)算加權(quán)系數(shù)所必需的第1參數(shù)；和第1加權(quán)控制部604，其根據(jù)所設(shè)定的第1參數(shù)，輸出第1加權(quán)系數(shù)。這些與圖2的適應(yīng)控制裝置相同。進(jìn)而，適應(yīng)控制裝置600具有存儲(chǔ)部606，其依次存儲(chǔ)用于計(jì)算加權(quán)系數(shù)的距離r、速度v、角速度Δθ等參數(shù)。適應(yīng)控制裝置600具有第2設(shè)定部608，其利用保存在存儲(chǔ)部606中的過(guò)去的參數(shù)，推斷將來(lái)的參數(shù)。例如，第2推斷部608根據(jù)過(guò)去的兩個(gè)時(shí)刻的距離r、速度v、角速度Δθ等參數(shù)，推斷現(xiàn)在的距離r、速度v、角速度Δθ等參數(shù)。第2設(shè)定部608所參照的參數(shù)的種類(lèi)和數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)刈兏＿m應(yīng)控制裝置600具有第2加權(quán)控制部610，其根據(jù)該第2設(shè)定部608所設(shè)定的第2參數(shù)，輸出第2加權(quán)系數(shù)。第1和第2加權(quán)控制部604、610在輸出加權(quán)系數(shù)這一點(diǎn)上是相同的，但是，成為計(jì)算的基礎(chǔ)的參數(shù)是不同的。
適應(yīng)控制裝置600具有到來(lái)角比較部612，其判定由第1加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的指向性的主方向(指向波束頂點(diǎn)的方向)和由第2加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的指向性的主方向的相差量。適應(yīng)控制裝置600具有功率比較部614，其判定在基于第1加權(quán)系數(shù)而實(shí)現(xiàn)了第1指向性時(shí)所接收的功率和在基于第2加權(quán)系數(shù)而實(shí)現(xiàn)了第2指向性時(shí)所接收的功率的相差量。進(jìn)而，適應(yīng)控制裝置600還具有選擇部616，其根據(jù)來(lái)自到來(lái)角比較部612的輸出和/或來(lái)自功率比較部614的輸出，選擇第1加權(quán)系數(shù)或第2加權(quán)系數(shù)。
如上所述，第1和第2加權(quán)控制部604、610在輸出加權(quán)系數(shù)這一點(diǎn)上是相同的，但是，成為計(jì)算的基礎(chǔ)的參數(shù)是不同的。因此，如果使在第1和第2設(shè)定部中設(shè)定的參數(shù)相等，則第1和第2加權(quán)控制部604、610中算出的加權(quán)系數(shù)也相等。然而，有時(shí)候在當(dāng)前時(shí)刻t＝tn所得到的第1參數(shù)和根據(jù)過(guò)去時(shí)刻t＝tn-1，tn-2，…的參數(shù)所推斷的第2參數(shù)是不同的。例如，在移動(dòng)終端高速移動(dòng)時(shí)，由于移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的變化小，所以，比起第1參數(shù)，第2參數(shù)更能準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況。在該情況下，只用第1參數(shù)來(lái)充分追蹤移動(dòng)終端是很困難的。在本實(shí)施例中，用到來(lái)角比較部612判定第1加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的指向性的主方向和第2加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的指向性的主方向的相差量。該相差量ΔΘ在大于規(guī)定閾值的情況下，到來(lái)角比較部612還判斷出用第1參數(shù)算出的第1加權(quán)系數(shù)不能追蹤移動(dòng)終端。并且，作為計(jì)算下一個(gè)加權(quán)系數(shù)的初始值，不是最新的第1加權(quán)系數(shù)，而是到來(lái)角比較部612將指示信號(hào)給予選擇部616，使得從適應(yīng)控制裝置600中輸出的第2加權(quán)系數(shù)。由此，使上述相差量ΔΘ減小，從而可以追蹤高速移動(dòng)的移動(dòng)終端。
圖7(A)表示相對(duì)于無(wú)線基站，遠(yuǎn)方的移動(dòng)終端(未圖示)所形成的第1指向性702和第2指向性704。第1指向性702是通過(guò)上述第1參數(shù)和第1加權(quán)系數(shù)實(shí)現(xiàn)的。第2指向性704是通過(guò)上述第2參數(shù)和第2加權(quán)系數(shù)實(shí)現(xiàn)的。在各個(gè)不同指向性的情況下，接收機(jī)所接收的功率的相差量用ΔP1表示。同樣，圖7(B)表示相對(duì)于無(wú)線基站，附近的移動(dòng)終端(未圖示)所形成的第1指向性706和第2指向性708。在各個(gè)不同指向性的情況下，接收機(jī)所接收的功率的相差量用ΔP2表示。
如圖7(A)和(B)所示，兩個(gè)指向性間的接收功率的相差量，根據(jù)無(wú)線基站和移動(dòng)終端之間的距離遠(yuǎn)近而不同，并且ΔP1＞ΔP2的關(guān)系成立。其意味著遠(yuǎn)方的移動(dòng)終端對(duì)指向性變化的影響大，附近的移動(dòng)終端對(duì)其影響小。即，在到來(lái)角的相差量ΔΘ變大時(shí)，追蹤遠(yuǎn)方的移動(dòng)終端也是困難的，但是，對(duì)于附近的移動(dòng)終端，由于波束寬度寬，依然可以追蹤。所以，用功率比較部614算出關(guān)于兩個(gè)指向性的功率的相差量ΔP1、ΔP2，在該相差量大于規(guī)定閾值的情況下，將指示信號(hào)給予選擇部616，有利于選擇第2加權(quán)系數(shù)。
另外，在本實(shí)施例中，雖然設(shè)置了到來(lái)角比較部612和功率比較部614，但是，從減輕處理負(fù)擔(dān)的觀點(diǎn)看，也可以省略功率比較部614。當(dāng)設(shè)置雙方時(shí)，只由在不能追蹤遠(yuǎn)方的移動(dòng)終端的情況這樣的實(shí)際需要的情況下，才可以強(qiáng)制設(shè)定加權(quán)計(jì)算的初始值(這樣做的利點(diǎn)在于，從系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性的觀點(diǎn)考慮，應(yīng)該盡量避免導(dǎo)入這種不連續(xù)性。)。
圖8是表示其他實(shí)施例的適應(yīng)控制裝置的方框圖。適應(yīng)控制裝置800具有第1設(shè)定部802，其根據(jù)合成前或合成后的接收信號(hào)，設(shè)定計(jì)算加權(quán)系數(shù)所必需的第1參數(shù)；和第1加權(quán)控制部804，其根據(jù)所設(shè)定的第1參數(shù)，輸出第1加權(quán)系數(shù)。這些與圖2的適應(yīng)控制裝置相同。進(jìn)而，適應(yīng)控制裝置800還具有存儲(chǔ)部806，其依次存儲(chǔ)用于計(jì)算加權(quán)系數(shù)的距離r、速度v、角速度Δθ等參數(shù)。適應(yīng)控制裝置800還具有第2設(shè)定部808，其利用保存在存儲(chǔ)部806中的過(guò)去的參數(shù)，推斷將來(lái)的參數(shù)。適應(yīng)控制裝置800還具有第2加權(quán)控制部810，其根據(jù)該第2設(shè)定部808所設(shè)定的第2參數(shù)，輸出第2加權(quán)系數(shù)。適應(yīng)控制裝置800還具有到來(lái)角比較部612，其判定第1加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的指向性的主方向和第2加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的指向性的主方向的相差量。適應(yīng)控制裝置800還具有功率比較部814，其判定實(shí)現(xiàn)第1加權(quán)系數(shù)的第1指向性時(shí)所接收的功率和實(shí)現(xiàn)第2加權(quán)系數(shù)的第2指向性時(shí)所接收的功率的相差量。以上的要素與上述圖6所說(shuō)明的各要素相同。
在本實(shí)施例中，設(shè)有校正部816，其根據(jù)第1加權(quán)系數(shù)和第2加權(quán)系數(shù)、以及來(lái)自到來(lái)角比較器812和/或功率比較部814的指示信號(hào)，輸出校正信號(hào)A。校正信號(hào)A被反饋給第1加權(quán)控制部804。從本實(shí)施例的適應(yīng)控制裝置800中輸出的加權(quán)系數(shù)是從第1加權(quán)控制部804中輸出的第1加權(quán)系數(shù)。
如上所述，關(guān)于利用第1和第2加權(quán)系數(shù)而分別實(shí)現(xiàn)的指向性，當(dāng)所算出的到來(lái)角的相差量ΔΘ和/或接收功率的相差量ΔP大于規(guī)定值時(shí)，將該意思通知給校正部816。校正部816響應(yīng)該通知，輸出基于第1和第2加權(quán)系數(shù)間的相差量而算出的校正信號(hào)A。校正信號(hào)A的內(nèi)容是對(duì)第1參數(shù)的下一次的計(jì)算內(nèi)容進(jìn)行修正的內(nèi)容，而不是將計(jì)算下一次加權(quán)系數(shù)的初始值強(qiáng)制設(shè)定為第2加權(quán)系數(shù)，例如，可以列舉出將偏移量附加到參數(shù)或加權(quán)系數(shù)上。如果強(qiáng)制地不連續(xù)地變更初始值，則波束有可能遠(yuǎn)離移動(dòng)終端。但是，如本實(shí)施例所示，如果通過(guò)導(dǎo)入校正信號(hào)A這樣的反饋信號(hào)來(lái)依次更新第1加權(quán)系數(shù)，則即使對(duì)例如高速移動(dòng)的移動(dòng)終端，加權(quán)系數(shù)也能稍微平滑地變化。
圖9表示利用本發(fā)明實(shí)施例的適應(yīng)控制裝置的無(wú)線基站902和904。第1無(wú)線基站902具有第1陣列天線906和第1適應(yīng)控制裝置908。第1適應(yīng)控制裝置908具有第1設(shè)定部910，其根據(jù)合成前或合成后的接收信號(hào)，設(shè)定計(jì)算加權(quán)系數(shù)所必需的第1參數(shù)；和第1加權(quán)控制部912，其根據(jù)所設(shè)定的第1參數(shù)，輸出第1加權(quán)系數(shù)。第1適應(yīng)控制裝置908還具有存儲(chǔ)部914，其依次存儲(chǔ)用于計(jì)算加權(quán)系數(shù)的距離r、速度v、角速度Δθ等參數(shù)。第1適應(yīng)控制裝置908還具有第2設(shè)定部916，其利用保存在存儲(chǔ)部914中的過(guò)去的參數(shù)，推斷將來(lái)的參數(shù)。這些要素與圖6所示的相同。
第2無(wú)線基站904也與第1無(wú)線基站902一樣，具有第2陣列天線918和第2適應(yīng)控制裝置920。第2適應(yīng)控制裝置920具有第1設(shè)定部922，其根據(jù)合成前或合成后的接收信號(hào)，設(shè)定計(jì)算加權(quán)系數(shù)所必需的第1參數(shù)；和第1加權(quán)控制部924，其根據(jù)所設(shè)定的第1參數(shù)，輸出第1加權(quán)系數(shù)。第1加權(quán)控制部924中圖示有初始值設(shè)定部926。第2適應(yīng)控制裝置920具有與第1適應(yīng)控制裝置908相同的要素，但是，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，關(guān)于其他要素，省略圖示。
移動(dòng)終端處于第1無(wú)線基站902的小區(qū)內(nèi)，利用第1無(wú)線基站902適應(yīng)控制的指向性波束來(lái)進(jìn)行通信。假設(shè)該移動(dòng)終端到達(dá)小區(qū)的端部之后，繼續(xù)通信，并移交(越區(qū)切換)到第2無(wú)線基站904的小區(qū)內(nèi)。在進(jìn)行該越區(qū)切換時(shí)，第1適應(yīng)控制裝置908將與該移動(dòng)終端有關(guān)的參數(shù)提供給越區(qū)切換目的地的無(wú)線基站904。具體來(lái)說(shuō)，將該參數(shù)輸入給初始值設(shè)定部924。所提供的參數(shù)一般包含距離r、速度v、以及角速度Δθ，但是，如果在越區(qū)切換時(shí)距離r是已知的，則可以省略它。這樣，通過(guò)在越區(qū)切換的同時(shí)，移交參數(shù)，越區(qū)切換目的地的無(wú)線基站904可以快速地準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)闹赶蛐圆ㄊ?，可以縮短波束形成的初始引入時(shí)間。另外，在圖示的例子中，與越區(qū)切換相一致地提供根據(jù)過(guò)去的參數(shù)所推斷的現(xiàn)在的參數(shù)，但是，代替它或者在其基礎(chǔ)上還可以提供當(dāng)前的參數(shù)。
以上，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但是，本發(fā)明不限于此，在本發(fā)明的主要技術(shù)構(gòu)思的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變形和變更。
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)控制裝置，在具有用于發(fā)送和接收無(wú)線頻率信號(hào)的陣列天線的無(wú)線裝置中使用，用于改變上述陣列天線的指向性，其特征在于，包括設(shè)定單元，設(shè)定包含如下內(nèi)容的參數(shù)接收從上述無(wú)線裝置發(fā)送的無(wú)線頻率信號(hào)的接收機(jī)和上述無(wú)線裝置間的距離、以及相對(duì)于上述無(wú)線裝置的上述接收機(jī)的相對(duì)移動(dòng)速度和移動(dòng)方向；評(píng)價(jià)單元，評(píng)價(jià)上述接收機(jī)或上述無(wú)線裝置的接收功率在經(jīng)過(guò)規(guī)定的期間后，發(fā)生何種程度的變化；以及加權(quán)控制單元，對(duì)包含在上述陣列天線中的多個(gè)天線元件的多個(gè)加權(quán)系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，改變上述指向性，把上述接收功率的變化量控制在不依賴(lài)于上述接收機(jī)和上述無(wú)線裝置間的距離的一定的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，還具有積分單元，算出上述接收功率在規(guī)定的期間內(nèi)的積分值，改變上述指向性，把上述積分值也控制在不依賴(lài)于上述接收機(jī)和上述無(wú)線裝置間的距離的一定的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述設(shè)定單元具有距離算出單元，其利用通過(guò)上述陣列天線接收到的接收功率值與電波的傳播衰減量的已知關(guān)系，算出上述距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述距離算出單元根據(jù)通過(guò)一個(gè)天線元件接收的接收功率值，算出上述距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述距離算出單元根據(jù)通過(guò)多個(gè)天線元件接收的接收功率值，算出上述距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述設(shè)定單元具有傅立葉變換單元，求出通過(guò)上述陣列天線接收的信號(hào)的頻譜；和速度推斷單元，通過(guò)根據(jù)上述頻譜來(lái)判定多普勒頻率偏移，來(lái)求出上述相對(duì)速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述設(shè)定單元的上述傅立葉變換單元根據(jù)通過(guò)一個(gè)天線元件接收的信號(hào)，求出頻譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述設(shè)定單元的上述傅立葉變換單元根據(jù)通過(guò)多個(gè)天線元件接收的信號(hào)，求出頻譜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述設(shè)定單元具有第1設(shè)定單元，根據(jù)來(lái)自陣列天線的接收信號(hào)，設(shè)定包含如下內(nèi)容的第1參數(shù)接收從上述無(wú)線裝置發(fā)送的無(wú)線頻率信號(hào)的接收機(jī)與上述無(wú)線裝置間的距離、以及相對(duì)于上述無(wú)線裝置的上述接收機(jī)的相對(duì)移動(dòng)速度和移動(dòng)方向；存儲(chǔ)單元，連接在上述第1設(shè)定單元的輸出端，存儲(chǔ)用于決定將被依次更新的加權(quán)系數(shù)的使用過(guò)的過(guò)去的參數(shù)；和第2設(shè)定單元，輸出作為當(dāng)前的參數(shù)的、通過(guò)利用被保存在上述存儲(chǔ)單元中的參數(shù)而推斷出的第2參數(shù)，上述加權(quán)控制單元算出基于第1參數(shù)的第1加權(quán)系數(shù)、以及基于第2參數(shù)的第2加權(quán)系數(shù)，上述加權(quán)控制單元在基于上述第1加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的第1指向性的主方向與基于上述第2加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的第2指向性的主方向的相差量大于規(guī)定值的情況下，將上述第2加權(quán)系數(shù)作為初始值，算出下一個(gè)加權(quán)系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述加權(quán)控制單元在上述陣列天線的指向性是第1指向性時(shí)由上述接收機(jī)所接收的功率與上述陣列天線的指向性是第2指向性時(shí)由上述接收機(jī)所接收的功率的相差量大于規(guī)定值的情況下，將上述第2加權(quán)系數(shù)作為初始值，算出下一個(gè)加權(quán)系數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述設(shè)定單元具有第1設(shè)定單元，根據(jù)來(lái)自陣列天線的接收信號(hào)，設(shè)定包含如下內(nèi)容的第1參數(shù)接收從上述無(wú)線裝置發(fā)送的無(wú)線頻率信號(hào)的接收機(jī)與上述無(wú)線裝置間的距離、以及相對(duì)于上述無(wú)線裝置的上述接收機(jī)的相對(duì)移動(dòng)速度和移動(dòng)方向；存儲(chǔ)單元，連接在上述第1設(shè)定單元的輸出端，存儲(chǔ)用于決定將被依次更新的加權(quán)系數(shù)的使用過(guò)的過(guò)去的參數(shù)；和第2設(shè)定單元，輸出作為當(dāng)前的參數(shù)的、通過(guò)利用被保存在上述存儲(chǔ)單元中的參數(shù)而推斷出的第2參數(shù)，上述加權(quán)控制單元算出基于第1參數(shù)的第1加權(quán)系數(shù)、以及基于第2參數(shù)的第2加權(quán)系數(shù)，該適應(yīng)控制裝置具有校正單元，在由上述第1加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的第1指向性的主方向與由上述第2加權(quán)系數(shù)所實(shí)現(xiàn)的第2指向性的主方向的相差量大于規(guī)定值的情況下，將與上述第2加權(quán)系數(shù)相關(guān)的信息反饋給第1設(shè)定單元，對(duì)上述第1參數(shù)進(jìn)行校正。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述校正單元在上述陣列天線的指向性是第1指向性時(shí)上述接收機(jī)所接收的功率與上述陣列天線的指向性是第2指向性時(shí)上述接收機(jī)所接收的功率的相差量大于規(guī)定值的情況下，將與上述第2加權(quán)系數(shù)相關(guān)的信息反饋給第1設(shè)定單元，對(duì)上述第1參數(shù)進(jìn)行校正。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述接收機(jī)是在蜂窩通信系統(tǒng)中所使用的移動(dòng)終端，上述無(wú)線裝置是設(shè)置在每個(gè)小區(qū)的無(wú)線基站。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的適應(yīng)控制裝置，其特征在于，上述移動(dòng)終端在小區(qū)間越區(qū)切換時(shí)，也移交與移動(dòng)終端有關(guān)的上述參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適應(yīng)控制裝置，可以適應(yīng)控制陣列天線的指向性，并可以連續(xù)追蹤各個(gè)移動(dòng)終端。本發(fā)明的改變無(wú)線裝置的陣列天線的指向性的適應(yīng)控制裝置，具有設(shè)定單元，設(shè)定包含如下內(nèi)容的參數(shù)接收從上述無(wú)線裝置發(fā)送的無(wú)線頻率信號(hào)的接收機(jī)和上述無(wú)線裝置間的距離、以及相對(duì)于上述無(wú)線裝置的上述接收機(jī)的相對(duì)移動(dòng)速度和移動(dòng)方向；評(píng)價(jià)單元，評(píng)價(jià)上述接收機(jī)或上述無(wú)線裝置的接收功率在經(jīng)過(guò)規(guī)定的期間后，發(fā)生何種程度的變化；以及加權(quán)控制單元，對(duì)包含在上述陣列天線中的多個(gè)天線元件的多個(gè)加權(quán)系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，改變上述指向性，把上述接收功率的變化量控制在不依賴(lài)于上述接收機(jī)和上述無(wú)線裝置間的距離的一定的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H04Q7/20GK1675859SQ03819408
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月21日
發(fā)明者吉田誠(chéng), 石津英三 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社