(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナからの複数の信号を受信し、干渉フェージング時の信号品質を改善させるよう前記複数の受信信号の各々に重み付けし（２０）、その結果生成された複数の信号を結合し（２４）、該結合した信号を受信出力信号（ｙ（ｔ））としてダウン変換手段に提供するプロセス回路を有する、受信機に適用される装置において、
前記プロセス回路は、複数の時間変化する複素変数を生成する生成回路（１１０）及び該複数の複素変数の各々を前記重み付け前に前記複数の受信信号の対応する各々に乗算する回路（１００）とを含み、
該複素変数の１と他の複素変数との相関性は不完全であり、該時間変化する複素変数が人工的フェージングを該受信信号に導入しているものである装置。
【請求項２】
前記時間変化する複素変数は、その大きさ又は位相の何れか一方が変動することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記時間変化する複素変数は、ルックアップテーブルから生成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記時間変化する複素変数は、レイリーフェージングプロファイルを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
複数のアンテナからの複数の信号を受信し、干渉フェージング時の信号品質を改善させるよう前記複数の受信信号の各々に重み付けし、その結果の重み付けされた複数の信号を結合し、該結合した信号を受信出力信号として受信機のダウン変換手段に提供しているプロセッシングを含む方法において、
前記受信信号の各々と、前記重み付けの前に前記受信信号の各々に対応する時間変化する複素変数を乗算し（１００）、複数の修正された信号を得るステップ、そして
前記複数の修正された信号の各々を重み付け（２０）して結合（２４）し、前記受信出力信号（ｙ（ｔ））を生成するステップとからなり、
該複素変数の１と他の複素変数との相関性は不完全であり、該時間変化する複素変数が人工的フェージングを該受信信号に導入している方法。
【請求項６】
前記時間変化する複素変数は、その大きさ又は位相の何れか一方が変動することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記時間変化する複素変数を、ルックアップテーブルから生成するステップをさらに有することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記時間変化する複素変数は、レイリーフェージングプロファイルを有することを特徴とする請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信に関し、特に、ディジタル無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムでは、基地局におけるアンテナアレーの使用は、利得が増加することによるレンジ、干渉が抑えられることによる容量の両方を増加させることが知られている。適応アンテナアレーを用いると、複数のアンテナ素子により受信した信号は、システム性能を向上させるために重み付けされ、結合される。これは例えば、所望の受信信号パワーを最大化させることや干渉を抑えることにより行われる。適応アンテナアレーの性能はアンテナの数によって劇的に増加する。文献、J. H. Winters, R. E. Gitlin, J. Salz, "The Impact of Antenna Diversity on the Capacity of Wireless Communication Systems", IEEE Trans. on Communications, April 1994、には、受信信号を最適に結合したＭ個の素子アンテナを用いると、 Ｎ（≦Ｍ−１）人の干渉者を排除でき、マルチパスフェージングに対して（Ｍ−Ｎ）倍のダイバーシティー利得を達成することができ、結果としてレンジが増える。
【０００３】
しかし、現在の多くの基地局は最適でないプロセス（例えば、より大きい信号パワーを有するアンテナが受信・処理のために選択されるような選択ダイバーシティのプロセス）で２本の受信アンテナを用いる。現存の基地局を変更して、より大きなアンテナアレーを設けたり、受信信号結合方法を改善したりすることは望ましい。しかし、現存の設備を変更することは困難で、時間を消費し、コストが高い。このことは現在は多くのベンダーにより装置が供給されているので顕著である。
【０００４】
代わりに、アプリケ(applique)を用いることができる。このアプリケは、現在の基地アンテナとその基地局への入力との間に挿入された外部(outboard)の信号処理ボックスであり、随意に付加アンテナを利用して、基地局へ供給された受信信号を適応的に重み付けし、結合する。図１にはアプリケを用いる基地局を示してある。アプリケを用いる方法の有用性の鍵は、基地局の装置の変更をなるべく少なく済ませること、できればなくすことである。この制約はアプリケによって行われる処理は現存している装置とトランスペアレンシー（透過性）がなければならないということを意味する。理想的には、アプリケから発生する信号は、単一のアンテナからの高品質受信信号として現存の基地局に対して現れるとよい。
【０００５】
ＲＦ周波数で稼働する多くのパスバンドディジタル通信システムにおいてみられるように、関心事の周波数帯をより低い周波数帯へと復調、即ち「ダウン変換」して、必要なディジタル信号プロセッシングを受信信号のこのより低い周波数の複製に対して行うことはしばしば好ましい。ダウン変換は、Ａ／Ｄ変換と続く信号処理がより低い速度で行われることを可能にし、ディジタル信号処理ハードウェアの実装コスト及び複雑さを減らすことができる。従って、ベースバンドへのダウン変換について考慮した。
【０００６】
ベースバンドへのダウン変換のプロセスでは、復調すべき信号の公称搬送波周波数にある基準信号を受信機側で合成することを要する。この基準信号は、局部発振器（ＬＯ）によって作られる。セルラー及びパーソナル・コミュニケーション・システム（ＰＣＳ）帯域の無線において用いられる比較的高いＲＦ周波数においては、実用性を考えてみると、非常に高い精度でＬＯ信号を生成することは難しく、通常、なんらかの微細な周波数エラーや「搬送周波数オフセット」が存在する。搬送周波数は、しばしば性能悪化をもたらし、特にコヒーレントな基準信号を用いて適応重みを得るときに顕著である。ある状況においては、周波数オフセットだけで、相当に過大な二乗平均エラーをもたらす。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、搬送周波数オフセットにより起こされた性能悪化を減らす必要がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ディジタル無線受信機の性能を改善した装置を提供する。この装置は、複数の受信信号を処理し、処理した信号を供給する処理回路を有し、この複数の受信信号のそれぞれは、複数の修正された信号の１つを得るために、対応する時間変化する複素変数により乗算される。この複数の修正された信号は、次に、重み付けされ、処理され、処理された信号を提供する。また、この装置は、前記対応する時間変化する複素変数を生成する生成回路を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＴＤＭＡ移動体無線システムに適するため、この例に基づいて説明するが、本発明は他のディジタル無線通信システムにおいても適用することができる。また、アプリケに基づいて説明するが、基地局における集積された適応アレー等にも用いることができる。
【００１０】
図１には、基地局アプリケにおいて用いられるある信号処理のブロック図を示す。移動体アンテナ１２を通して移動局１０により送信された信号ｕ（ｔ）は、それぞれ受信信号ｓ1（ｔ）〜ｓM（ｔ）でＭ個のアンテナから基地局１６によって受信される。この受信信号は、それぞれ重みｗ1（ｔ）〜ｗM（ｔ）を有する乗算器２０によって重み付けされ、対応する重み付けされた信号ｘ1（ｔ）〜ｘM（ｔ）を生成する。この重み付けされた信号ｘ1（ｔ）〜ｘM（ｔ）は、次に、加算器２４を用いて結合され、出力信号ｙ（ｔ）を生成し、これは次に、基地局装置へと供給される。重みｗ1（ｔ）〜ｗM（ｔ）は、受信信号ｓ1（ｔ）〜ｓM（ｔ）、及び出力信号ｙ（ｔ）を用いて重み生成回路２２により生成される。アプリケプロセッサ回路１４では、受信信号ｓ1（ｔ）〜ｓM（ｔ）は重み付けされ結合して、出力における信号品質を改善する。
【００１１】
正しい符号タイミングと搬送周波数を用いて重みを生成して、複数のアンテナから受信した信号と結合すると、利得を増加させて干渉を減らすことができ、雑音と干渉パワーの双方又は一方が、信号パワーよりも大きくても運転が可能となる。出力の二乗平均エラー（ＭＳＥ）を最小化するように設計された適応アレーシステムにおいて、フェージングが十分に高ければ、適度なレベルの搬送周波数によって起こされた性能悪化は比較的小さくなることが観測された。しかしながら、フェージング速度（割合）が減るに従い、搬送周波数オフセットの影響はしだいに悪化し、これは特に、コヒーレント基準信号を適応重みを得るために用いるときに起こる。フェージングがなければ、周波数オフセットは単独で、かなり過大なＭＳＥを与えることがある。
【００１２】
適応アレーシステムにて実証実験を行い、小さな周波数オフセットを意図的に導入し、過大なラジアルＭＳＥ（このＭＳＥの部分は周波数オフセットによる）を観測できた。散乱環境が比較的固定的であれば、即ち、フェージング速度（割合）がゼロに近ければ、ラジアルＭＳＥは比較的大きい。しかしながら、フェージング速度（割合）が多少増えると、ラジアルＭＳＥは減少することが観測された。この結果は直感に反するように思える。その理由は、適応重みの過誤追跡によるフェージングが存在するもとで、ＭＳＥが増加することが期待されるからである。しかしながら、適度な周波数オフセットが存在すれば、実効効果は、適応重みがフェージングを過誤追跡し始める時点までは、フェージングが増加するとＭＳＥも減少するからである。
【００１３】
この直感的でないふるまいは、適応重み計算を内在する以下の式の最小二乗問題を考えることにより理解できる。
min‖Ａｗ−ｂ‖２        ・・・・(1)
ここで、Ａは、受信したデータ行列（ベクトル）であり、ｗは、決定すべき適応重みの集合であり、ｂは、基準信号ベクトルであり、Ａのｉｊ要素は、ｊ番目のアンテナからのｉ番目の符号同期サンプルである。
【００１４】
周波数オフセットが存在すれば、最小化問題（数式１）は、チャネルが固定的であるときに小さい残留解（低いＭＳＥ）を得ることは基本的にできない。この理由は、この状況では基準ベクトルｂはＡの領域空間にはないからである。しかしフェージングが存在すれば、観測データの間のフェージングチャネルの時間変移は、Ａの領域空間を広げ、残留解が小さくなるような適応重みベクトルｗを実現できる。フェージングしない場合と比べてより大きな効果を得るためには、非常に速いフェージングは必要ではない。ＩＳ−１３６システムでは、数Ｈｚのフェージングは、数百Ｈｚの周波数オフセットの影響を相当に和らげることが観測されている。
【００１５】
受信機にて少量の人為的フェージングを導入することによって、固定チャネルの状況に対する周波数オフセットの影響は、速いフェージングが存在するときの過誤追跡の欠点を増加させることなしに緩和できる。人為的フェージングは、対応する時間変化する複素変数によってＭ個の受信信号のそれぞれを乗算することによって、受信機で導入することができる。これは具体的には、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）により実時間において計算される。この時間変化する複素変数の特性は、重要ではなく、特に、この変数の変移は、実際のフェージングに近似していなくてもよい。変移の速度及び特性を選択する際の鍵となる特徴は、フェージング速度は実際の最大フェージング速度と比べて比較的低く、変数はチャネル間で比較的小さい相関性を有する点である。実施態様によっては、複素変数の絶対値を、信号処理のダイナミックレンジの処理能力に依存して、適切に選択した範囲の大きさへと制限したり、振幅を固定して位相のみを変えたりすることが望ましくなる。
【００１６】
図２には、本発明を用いるアプリケプロセッサ回路のブロック図を示す。図１の符号と同じ符号で示された構造は、以下に示すことを除いて同じように動作する。図１のアプリケプロセッサ回路と比較すると、本発明は、複素乗算器１００及び人工フェージング生成器１１０を更に有することがわかる。このフェージング生成器１１０は、非相関の時間変化する複素変数であるＭ個の信号ｖ1（ｔ）,...,ｖM（ｔ）を作り、その振幅と位相は環境が引き起こしたフェージングと似ている。複素乗算器１００は、受信信号ｓ1（ｔ）,...,ｓM（ｔ）を対応する複素変数ｖ1（ｔ）,...,ｖM（ｔ）と乗算して、変更された信号ｑ1（ｔ）,...,ｑM（ｔ）を作る。この得られた複数の変更された信号は、次に従来技術によって（例えば、出力信号ｙ（ｔ）の二乗平均エラーを最小化するように）重み付けされ結合される。
【００１７】
複素変数ｖ1（ｔ）,...,ｖM（ｔ）は、ルックアップテーブル等を用いて、図示したようにディジタル信号プロセッサにより作られる。これらの変数の正確な時間のふるまいは、本発明の効果に致命的な影響を与えないことがわかった。レイリーフェージングの特性が有効であることが観測された。単純な変移（変化）特性を用いることができる。即ち、複素変数は大きさは一定で位相のみが変化するか、位相は一致し大きさのみ変化する。
【００１８】
複素変数の変移の速度は、重みｗ1（ｔ）,...,ｗM（ｔ）が計算されるＬ個のシンボルの符号時間窓に渡って何らかの些細でない変移があるほどには速くなければならないが、システムが運転可能な最大フェージング速度に変移速度が近くなるほどには速い必要はない。実際には、適切な変移速度や特性を決めるために実験が必要となるであろう。
【００１９】
人工フェージング生成処理に重み生成処理を結合するような様々な変更は可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数のアンテナを用いる従来技術の適応アレーアプリケのブロック図である。
【図２】本発明のアプリケプロセッサ回路のブロック図である。
【符号の説明】
１０  移動局
１２  移動体アンテナ
１４  アプリケプロセッサ回路
１６  基地局
１８  アンテナ
２０  乗算器
２２  重み生成回路
２４  加算器
１００  複合マルチプレキサ
１１０  フェージング生成器
【図１】
0003641118.tif 000002
【図２】
0003641118.tif 000003