(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトル拡散を用いた通信システムにおけるＲＡＫＥ合成法とその他のダイバーシチ受信法を組み合わせた信号合成方法において、
ディジタル的な信号処理により、受信信号の振幅による重み付けを用いてＲＡＫＥフィンガーの各受信波の合成を行い、その合成後の受信波の干渉と背景雑音の電力との和の逆数による重み付けによりブランチ間の合成を行うことを特徴とする信号合成方法。
【請求項２】
スペクトル拡散を用いた通信システムにおいて、
少なくとも２つ以上のアンテナブランチと、
ディジタル的な信号処理により、受信波の振幅による重み付けを行う、アンテナブランチ数と同数のＲＡＫＥ合成器と、
それぞれのＲＡＫＥ合成器からの出力信号であるディジタル出力信号における干渉と背景雑音の電力の和を測定する雑音電力測定器と、
ディジタル的な信号処理により、雑音電力測定器で測定された干渉と背景雑音の電力の和の逆数をＲＡＫＥ合成器からの出力信号のそれぞれに乗じ、得られた値を加算するブランチ間合成器とを有することを特徴とする信号合成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペクトル拡散方式を用いた無線通信システムにおいてダイバーシチ受信を行うのに適した信号合成方法及び装置に関する。
【０００２  】
【従来の技術】
無線通信においては、フェージングによる受信波の変動が、通信品質の安定に対して大きな問題となっている。フェージングの対策として、２つ以上の受信波を利用するダイバーシチ技術がある。
【０００３】
ダイバーシチは、そのブランチの構成方法により、空間ダイバーシチ、角度ダイバーシチ、偏波ダイバーシチ、周波数ダイバーシチ及び時間ダイバーシチ等に分けられる。
【０００４】
特に、スペクトル拡散を用いた無線通信においては、時間ダイバーシチの一種であるＲＡＫＥ合成方法を利用した受信方法が利用されることが多い。
【０００５】
ＲＡＫＥ（レイキ）は「くま手」とか「かき集める」という意味の語であり、マルチパスで遅延が異なる等、それぞれ時間的に異なって到来する信号をかき集めるようにして合成するダイバーシチが一般に「ＲＡＫＥ」と呼ばれる。
【０００６】
ダイバーシチ技術とは、無相関な２つ以上のフェージング波を受信後に合成することにより、良好な受信状態を保つ技術である。
【０００７】
無線通信においては、直接波や反射波など、伝搬条件の違う幾つかのパス（伝搬路）があるので、或る１つの受信波の状態が悪化しているときでも、他のパスを通過してきた受信波は良好な状態である可能性がある。このため、パスの異なる信号を合成すれば、１つの信号のみを受信する場合と比較して、良好な受信状態を保てる確率が向上する。
【０００８】
従来、無線移動通信へのダイバーシチ技術の適用方法として、幾つかのダイバーシチの組み合わせによる受信方法が提案されている。
【０００９】
特に、スペクトル拡散を利用した通信システムにおいては、ＲＡＫＥ合成方法と、その他のダイバーシチ受信方法との組み合わせが検討されている。例えば、文献「ＣＤＭＡ移動通信の基地局受信におけるスペース・パスハイブリッドダイバーシチ方式（電子情報通信学会技術報告Ａ・Ｐ９３−２９）」では、空間ダイバーシチを利用した受信方法と、ＲＡＫＥ合成方法とを併用した受信方法が提案されている。
【００１０】
そこで、セクタアンテナを用いた無線通信システムを、図４に基づいて考えてみる。図４に示す例では、基地局６０は２つのアンテナブランチ（アンテナ１とアンテナ２の２つ）で、移動局７０からの信号を受信している。基地局６０の受信機においては、ＲＡＫＥ合成とアンテナブランチ合成とを組み合わせた合成方法により受信信号を合成し、出力するものとしている。
【００１１】
アンテナ１の受信信号には所望信号１ａの他に干渉信号１ｂが含まれ、アンテナ２の受信信号には所望信号２ａの他に干渉信号２ｂが含まれる。
【００１２】
このようにアンテナブランチでの受信信号に含まれる干渉信号の電力は、各セクタ内のユーザの数によってほぼ決まることになる。このため、セクタＳ１とセクタＳ２のユーザ数が異なる場合には、干渉信号の電力も、それぞれのアンテナブランチによって異なる値となる。
【００１３】
ダイバーシチ受信により得られる受信波の合成方法として、主なものとして、
（１）  受信信号の振幅に比例した重みづけを行う合成方法
（２）  受信信号の信号対雑音比に比例した重みづけを行う合成方法
の２つがある。それぞれの合成方法の回路例を図５、図６に示す。但し、各アンテナブランチに接続されているＲＡＫＥ合成器のフィンガー数を２とし、受信するパス数を２本としている。
【００１４】
図５は受信信号の振幅に比例した重みづけを行う信号合成装置を示す。この装置はアンテナ１からの受信信号を入力するＲＡＫＥ合成器１０と、アンテナ２からの受信信号を入力するＲＡＫＥ合成器２０と、加算回路５３からなる。各ＥＡＫＥ合成器１０、２０はそれぞれ、２つの相関器１１、１４と、２つの振幅測定装置１２、１５と、２つの積算回路１３、１６を備えている。
【００１５】
図５に示す信号合成装置では、各アンテナブランチから出力された信号が、ベースバンドの周波数帯に変換され、更に、Ａ／Ｄ変換により量子化されてデジタル信号となる。これらのデジタル信号は各ＲＡＫＥ合成器１０、２０に入力される。各ＲＡＫＥ合成器１０、２０においては、スペクトル拡散に用いられる信号系列を用いて相関器１１、１４により入力信号の逆拡散が行われ、各相関器１１、１４からの出力信号の振幅が振幅測定装置１２、１５で測定され、各積算回路１３、１６にて各相関器１１、１４からの出力信号に対し、測定した振幅に比例した重みづけが行われる。そして、各ＲＡＫＥ合成器１０、２０の各積算回路１３、１６からの出力信号が加算回路５３に入力されて和がとられ、フィンガー間合成とブランチ間合成が行われる。
【００１６】
図６は受信信号の信号対雑音比に比例した重みづけを行う信号合成装置を示す。この装置はアンテナ１からの受信信号を入力するＲＡＫＥ合成器１０と、アンテナ２からの受信信号を入力するＲＡＫＥ合成器２０と、加算回路５３からなるが、各ＥＡＫＥ合成器１０、２０はそれぞれ、２つの相関器１１、１４と、２つの信号対雑音比測定装置１８、１９と、２つの積算回路１３、１６を備えている。即ち、各ＥＡＫＥ合成器１０、２０は、図５と比較すると、２つの振幅測定器１２、１５が２つの信号対雑音比測定装置１８、１９に置き変わっている。
【００１７】
図６に示す信号合成装置では、各アンテナブランチから出力された信号がベースバンドの周波数帯域に変換され且つ量子化されてデジタル信号となり、これらのデジタル信号が各ＲＡＫＥ合成器１０、２０に入力される。各ＲＡＫＥ合成器１０、２０においては、スペクトル拡散に用いられる信号系列を用いて相関器１１、１４により入力信号の逆拡散が行われ、各相関器１１、１４からの出力信号の信号対雑音比が信号対雑音比装置１８、１９で測定され、各積算回路１２、１６にて各相関器１１、１４からの出力信号に対し、測定した信号対雑音比に比例した重みづけが行われる。そして、各ＲＡＫＥ合成器１０、２０の各積算回路１３、１６からの出力信号が加算回路５３に入力されて和がとられ、フィンガー間合成とブランチ間合成が行われる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した受信信号の振幅に比例した重みづけを行う合成方法は、信号電力の瞬時値を振幅測定装置１２、１５で測定するだけで合成を行えるため、信号合成装置の回路規模が小さくて済む。しかし、図４に示すような通信システムの状態を仮定すると、図５中のアンテナ１からの受信信号に含まれる干渉信号電力と、アンテナ２からの受信信号に含まれる干渉信号電力は異なる値となっている。そのため、図５の信号合成装置で合成した信号の信号対雑音比は最大にならず、特性が悪化する。
【００１９】
このような場合でも、図６の信号合成装置では受信信号の信号対雑音比に比例した重みづけを行うことにより、合成した信号の信号対雑音比を最大にすることができる。
【００２０】
しかし、この信号対雑音比を測定するためには、信号対雑音比測定装置１８、１９で各受信波の雑音の分散を測定しなければならないが、分散を測定するためには、或る時間にわたって測定を行い、平均化を行う必要がある。
【００２１】
このため、信号対雑音比測定装置１８、１９は、振幅測定装置１２、１５と比較して、メモリ量などのハードウェア規模が大きくなってしまう。
【００２２】
以上のことから、本発明の課題は、信号対雑音比に比例した重みづけを行う回路に比較して、メモリ量などのハードウェア規模が小さくすることができるダイバーシチ受信における信号合成方法及び装置を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る信号合成方法の発明は、
スペクトル拡散を用いた通信システムにおけるＲＡＫＥ合成法とその他のダイバーシチ受信法を組み合わせた信号合成方法において、
ディジタル的な信号処理により、受信信号の振幅による重み付けを用いてＲＡＫＥフィンガーの各受信波の合成を行い、その合成後の受信波の干渉と背景雑音の電力との和の逆数による重み付けによりブランチ間の合成を行うことを特徴とする。
また、信号合成装置の発明は、
スペクトル拡散を用いた通信システムにおいて、
少なくとも２つ以上のアンテナブランチと、
ディジタル的な信号処理により、受信波の振幅による重み付けを行う、アンテナブランチ数と同数のＲＡＫＥ合成器と、
それぞれのＲＡＫＥ合成器からの出力信号であるディジタル出力信号における干渉と背景雑音の電力の和を測定する雑音電力測定器と、
ディジタル的な信号処理により、雑音電力測定器で測定された干渉と背景雑音の電力の和の逆数をＲＡＫＥ合成器からの出力信号のそれぞれに乗じ、得られた値を加算するブランチ間合成器とを有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る信号合成装置は、スペクトル拡散を用いた通信システムにおいて、少なくとも２つ以上のアンテナブランチと、受信波の振幅による重みづけを行う、アンテナブランチ数と同数のＲＡＫＥ合成器と、それぞれのＲＡＫＥ合成器からの出力信号における干渉と背景雑音の電力の和を測定する雑音電力測定器と、雑音電力測定器で測定された干渉と背景雑音の電力の和の逆数をＲＡＫＥ合成器からの出力信号のそれぞれに乗じ、得られた値を加算するブランチ間合成器を有することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を参照し、本発明に係る信号合成方法及び装置の実施の形態例を説明する。
【００２６】
図１に、本発明の一実施例として、スペクトル拡散を用いた通信システムにおけるダイバーシチ受信下での信号合成装置の構成を示す。
【００２７】
図１に示す信号合成装置は、複数のアンテナブランチ（図ではアンテナ１とアンテナ２の２つ）と、アンテナブランチ数と同数（図では２個）のＲＡＫＥ合成器１０、２０と、ＲＡＫＥ合成器１０、２０と同数の雑音電力測定器３０、４０と、ブランチ間合成器５０を有している。
【００２８】
各ＲＡＫＥ合成器２０、３０は受信波の振幅による重みづけを行うタイプのものであり、複数のＲＡＫＥフィンガーを有する。この例では、各ＲＡＫＥ合成器２０、３０は、相関器１１、振幅測定装置１２及び積算回路１３からなるＲＡＫＥフィンガーと、相関器１４、振幅測定装置１５及び積算回路１６からなるＲＡＫＥフィンガーと、加算回路１７を有する。
【００２９】
図１に示す信号合成装置では、各アンテナブランチから出力された信号が、ベースバンドの周波数帯に変換され、更に、Ａ／Ｄ変換により量子化されてデジタル信号となり、これらのデジタル信号が各ＲＡＫＥ合成器１０、２０に入力される。
【００３０】
各ＲＡＫＥ合成器１０、２０においては、スペクトル拡散に用いられる信号系列を用いて相関器１１、１４により入力信号の逆拡散が行われ、各相関器１１、１４からの出力信号の振幅が振幅測定装置１２、１５で測定され、各積算回路１３、１５にて各相関器１１、１４からの出力信号に対し、測定した振幅に比例した重みづけが行われる。そして、各積算回路１３、１６からの出力信号が加算回路１７に入力されて和がとられ、ＲＡＫＥフィンガー間の合成が行われる。
【００３１】
雑音電力測定器３０はＲＡＫＥ合成器１０からの出力信号における干渉と背景雑音の電力の和を測定すものであり、雑音電力測定器４０はＲＡＫＥ合成器２０からの出力信号における干渉と背景雑音の電力の和を測定するものである。
【００３２】
ブランチ間合成器５０は積算回路５１、５２及び加算回路５３を有し、雑音電力測定器３０で測定された干渉と背景雑音の電力の和の逆数を積算回路５１にてＲＡＫＥ合成器１０からの出力信号に乗じ、雑音電力測定器４０で測定された干渉と背景雑音の電力の和の逆数を積算回路５２にてＲＡＫＥ合成器２０からの出力信号に乗じ、その後、各積算回路５１、５２で得られた値を加算回路５３で加算してブランチ間の合成を行うものである。
【００３３】
このように、スペクトル拡散を用いた通信システムにおいて、受信信号の振幅による重みづけを用いてＲＡＫＥフィンガーの各受信波の合成を行い、受信波の干渉と背景雑音の電力との和の逆数による重みづけによりブランチ間の合成を行うことにより、各アンテナ毎の干渉電力が違う場合にも、それぞれのアンテナで受信される各パスの干渉電力が等しければ、合成後の信号対雑音比を最大にすることができる。また、受信信号の信号対雑音比に比例した重みづけを行う回路と比較すると、ハードウェア規模を小さすることができる。
【００３４】
なお、図１に例示する信号合成装置では、２つの雑音電力測定器３０、４０がブランチ間合成器５０内にあるが、別々であっても良い。
【００３５】
次に、本発明の原理を、図２及び図３を参照して、本発明を適用したスペクトル拡散方式による移動通信システムの例を挙げて説明する。この移動通信システムでは２系統以上のアンテナを用いて受信を行うものとする。
【００３６】
図２は、２セクタアンテナを用いた移動通信システムを示している。即ち、図２において、アンテナ１（アンテナ番号ａｎｔ＃：１）はセクタＳ１からの信号を受信し、アンテナ２（アンテナ番号ａｎｔ＃：２）はセクタＳ２からの信号を受信している。ここで、基地局６０がセクタ境界付近に存在する移動局７０からの信号を受信しているものとする。すると、この移動局７０からの信号は、直接波や反射波などの存在から、幾つかのパスを通って２つのアンテナブランチで受信されることになる。
【００３７】
図２では、各アンテナブランチに対してそれぞれ２つずつ、計４本のパスを仮定している。ここで、アンテナ番号をａｎｔ＃（＝１、２）とし、各アンテナに対するパス番号をｐａｔｈ＃（＝１、２）とし、アンテナ番号ａｎｔ＃とパス番号ｐａｔｈ＃の組み合わせを用いて、各パスを（ａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃）と表す。図１では、パスは［１，１］、［１，２］、［２，１］及び［２，２］の４つとなる。
【００３８】
各パスの受信信号はアンテナ１、２から基地局６０の受信機へと出力される。ここで。各セクタ内のユーザ数は、２つのセクタＳ１、Ｓ２で異なる数になっており、従って、各アンテナブランチでの干渉電力の分散は異なるものになる。
【００３９】
それぞれのアンテナブランチから受信機へ出力された信号は、変換器（図示省略）によりベースバンドの周波数帯に変換され、Ａ／Ｄ変換器（図示省略）へと送り込まれる。Ａ／Ｄ変換器において信号は量子化されたデジタル信号となり、これらの信号はＲＡＫＥ合成器に入力され、ＲＡＫＥ合成が行われる。更に、ブランチ間合成器へと入力され、各ブランチの信号が合成される。
【００４０】
図３に、一般的なＲＡＫＥ合成とブランチ合成を行う信号合成装置の例を示す。図３中、１０、２０はＲＡＫＥ合成器、１１、１４は相関器、１３、１６は積算回路、１７は加算回路、５０はブランチ間合成器、５１、５２は積算器である。ＲＡＫＥ合成器１０、２０の各フィンガーにおいては、スペクトル拡散に用いられる信号系列を用いて入力信号の逆拡散が行われる。逆拡散は、同期回路において検出したタイミングを用いて相関器１１、１４で行う方法などが考えられる。
【００４１】
この逆拡散された信号を、アンテナ番号ａｎｔ＃とパス番号ｐａｔｈ＃  を用いて、ｙａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃と表すとする。この例では、各アンテナで２本のパスが存在していると仮定しているため、それぞれ相関器１１、１４からの出力はｙａｎｔ＃，１とｙａｎｔ＃，２の２つになる。
【００４２】
この相関器１１、１４からの出力信号に、積算回路１３、１４にてｂａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃という重みとの積をとり、その後、２つのフィンガーの出力の和を加算回路１７でとる。これにより、各ＲＡＫＥ合成器１０、２０からの出力は、以下の式［数１］となる。
【００４３】
【数１】
ｂａｎｔ＃，１ｙａｎｔ＃，１＋ｂａｎｔ＃，２ｙａｎｔ＃，２
【００４４】
ブランチ間合成器５０内部において、各ＲＡＫＥフィンガーより出力された信号にｃａｎｔ＃という重みを積算回路５１、５２にて積算し、その後、加算回路５３にて２つのブランチ出力の和をとる。これにより、最終的に得られる出力は、以下の式［数２］となる。
【００４５】
【数２】
ｃ１（ｂ１，１ｙ１，１＋ｂ１，２ｙ１，２）  ＋ｃ２（ｂ２，１ｙ２，１＋ｂ２，２ｙ２，２）
【００４６】
ここで、ｘという信号が移動局７０から送信されたとした場合の、受信機における事後確率を求める。ＲＡＫＥ合成器１０、２０内の相関出力ｙａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃は，アンテナで受信された信号の振幅と位相をａａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃表し、受信雑音をｎａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃と表すと、以下の式［数３］で与えられる。
【００４７】
【数３】
ｙａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃＝ａａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃ｘ＋ｎａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃
【００４８】
このとき、雑音成分ｎａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃がガウス分布に従うと仮定し、また、各アンテナブランチ間で雑音成分ｎａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃が無相関であると仮定すると、雑音の分散をＮａｎｔ＃とすれば、雑音成分について、以下の式［数４］が成り立つ。
【００４９】
【数４】
0003626852.tif 000002
【００５０】
この式［数４］に式［数１］を代入して、移動局７０より信号ｘが送信されたとした場合におけるｙ１，１  ，ｙ１，２  ，ｙ２，１  及びｙ２，２  の結合事後確率を求めると、以下の式［数５］となる。
【００５１】
【数５】
0003626852.tif 000003
【００５２】
これより、受信信号から求められるこの結合事後確率が最大になる値が、移動局７０より送信されたシンボルとして判定される。
【００５３】
ここで、式［数５］中のｘを変数とする項は、以下の式［数６］に示す項である。
【００５４】
【数６】
0003626852.tif 000004
【００５５】
この場合、ｘのみが変数であるとすれば、この値ｘが最大になるときに、式［数６］で表される結合事後確率も最大になる。従って、式［数６］を最大にするｘが、送信されたシンボルとして最も確度の高いものと判断できる。
【００５６】
このため、送信シンボルの判定は、式［数６］のｘにかかる項を求め、これと送信シンボルとしての可能性がある全ての値との積をとり、最大となったものを求めることによって行われる。
【００５７】
従って、送信シンボルの判定には式［数６］のｘにかかる項が必要になる。
【００５８】
ここで、ブランチ間合成器５０より得られる最終的な受信信号を表す式［数２］と、式［数６］のｘにかかるる項とを比較すると、重みづけに使用したｂａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃及びｃａｎｔ＃を以下の式［数７］に示す値とすれば、最尤な送信シンボルの判定が可能となる。
【００５９】
【数７】
ｂ１，１＝ａ＊１，１
ｂ１，２＝ａ＊１，２
ｂ２，１＝ａ＊２，１
ｂ２，２＝ａ＊２，２
ｃ１    ＝１／Ｎ１
ｃ２    ＝１／Ｎ２
【００６０】
これにより、図１に示すように信号合成装置を構成し、振幅測定装置１２、１５で受信信号振幅ａ＊  ａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃を測定して、ＲＡＫＥフィンガー合成の重みづけを受信信号振幅ａ＊  ａｎｔ＃，ｐａｔｈ＃で行い、雑音電力を雑音電力測定装置３０、４０で測定して、ブランチ合成の重みづけを受信雑音の分散Ｎａｎｔ＃で行うことにより、フェージングを受けても最も尤度の高いシンボルを判定することが可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にれば、フェージングを受けた信号の受信において、空間ダイバーシチとＲＡＫＥ合成を利用して、その特性を改善できる。特に、各信号を受信信号振幅に比例した重みづけのみをする従来方法と比較した場合、各アンテナでの雑音や干渉信号の分散が等しくない場合に、特性を改善することができる。更に、各受信信号を信号対雑音比を用いて重みづけする従来方法と比較した場合、受信機のハードウェアの規模を少なくすることがきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例に係る信号合成装置の構成を示す図。
【図２】２セクタアンテナを用いた送受信の通信システム例を示す図。
【図３】本発明の原理説明のためＲＡＫＥ合成とブランチ合成を行う装置の例を示す図。
【図４】セクタアンテナを用いた通信システムの例を示す図。
【図５】受信信号振幅による重みづけを行う回路例を示す図。
【図６】信号対雑音比による重みづけを行う回路例を示す図。
【符号の説明】
１、２  アンテナ
１０、２０  ＲＡＫＥ  合成器
１１、１４  相関器
１２、１５  振幅測定装置
１３、１６  積算回路
１７  加算回路
３０、４０  雑音電力測定装置
５０  ブランチ間合成器
５１、５２  積算回路
５３  加算回路
６０  基地局
７０  移動局
【図１】
0003626852.tif 000005
【図２】
0003626852.tif 000006
【図３】
0003626852.tif 000007
【図４】
0003626852.tif 000008
【図５】
0003626852.tif 000009
【図６】
0003626852.tif 000010