(57)【要約】  無線通信システムにおいて使用するための受信機チェーン（53）には、コンパクトで相関の強い多素子アンテナが構成されている。多数のアンテナ素子（34）および（35）は、少なくとも１つの基地局から信号を受信するように構成されている。アンテナ素子（34および35）から出力される相関の強い信号の出力は、制御装置（55）において、１組の重み付け係数を使用して、最適に結合される。各基地局信号に対する重み付け係数の組は、受信信号の空間的な特徴に応答して判断される。
2005516428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの送信機からの信号を受信し、各送信機からの相関の強い信号を出力するように構成されている多素子アンテナと、
相関の強い信号を受信して、相関信号を結合して、少なくとも１つの送信機から選択された１つの送信機から送信された信号を再生するように構成されている制御装置とが構成されている遠隔局装置。
【請求項２】
多素子アンテナが、デュアル素子アンテナである請求項１記載の遠隔局。
【請求項３】
多素子アンテナが、約０．７より大きいエンベロープ相関を有する請求項１記載の遠隔局。
【請求項４】
制御装置が、少なくとも１つの送信機から受信した各信号の空間的な特徴を判断する請求項１記載の遠隔局。
【請求項５】
制御装置が、重み付け係数エンジンをさらに含み、重み付け係数エンジンが、受信信号の空間的な特徴に応答して、少なくとも１つの送信機信号の各々に対する１組の重み付け係数を判断するように構成されている請求項４記載の遠隔局。
【請求項６】
制御装置が、結合器をさらに含み、結合器が、重み付け係数を使用して受信信号を結合し、少なくとも1つの送信機から選択された１つの送信機からの信号を再生するように構成されている請求項５記載の遠隔局。
【請求項７】
最適結合器を使用して、受信信号を結合する請求項６記載の遠隔局。
【請求項８】
最大比結合器を使用して、受信信号を結合する請求項６記載の遠隔局。
【請求項９】
受信信号が、ＣＤＭＡ信号である請求項１記載の遠隔局。
【請求項１０】
少なくとも１つの送信機からの信号を受信し、各送信機からの相関の強い信号を出力するように構成されている多素子アンテナと、
相関の強い信号を多素子アンテナから受取って、相関の強い信号を結合して、好ましい信号振幅対他の受信信号の信号振幅の比を最大化するように構成されている制御装置とが構成されている遠隔局装置。
【請求項１１】
多素子アンテナが、約０．７より大きいエンベロープ相関を有する請求項１０記載の遠隔局。
【請求項１２】
多素子アンテナが、デュアル素子アンテナである請求項１０記載の遠隔局。
【請求項１３】
制御装置が、少なくとも２つのサーチエンジンをさらに含み、各サーチエンジンが、アンテナ素子から同相および直角位相の信号を受信するように構成されている請求項１０記載の遠隔局。
【請求項１４】
制御装置が、重み付け係数エンジンをさらに含み、重み付け係数エンジンが、受信信号の空間的な特徴に応答して、少なくとも１つの送信機信号の各々に対する１組の重み付け係数を判断するように構成されている請求項１０記載の遠隔局。
【請求項１５】
制御装置が結合器をさらに含み、結合器が、各アンテナ素子からの同相および直角位相信号と、重み付け係数エンジンからの重み付け係数とを受信し、最適化された同相および直角位相信号を出力するように構成されている請求項１０記載の遠隔局。
【請求項１６】
制御装置が、復調器をさらに含み、復調器が、最適化された同相および直角位相信号を受信して、復調された信号を出力するように構成されている請求項１０記載の遠隔局。
【請求項１７】
受信信号が、ＣＤＭＡ信号である請求項１０記載の遠隔局。
【請求項１８】
通信信号を送信するように構成されている少なくとも1つの基地局と、
多素子アンテナを使用して、少なくとも１つの基地局から通信信号を受信するように構成されている少なくとも1つの遠隔局であって、受信した通信信号が、強く相関し、かつ少なくとも1つの基地局から選択された１つの基地局からの送信された通信信号を再生するように結合される少なくとも1つの遠隔局とが構成されている無線通信システム。
【請求項１９】
多素子アンテナが、デュアル素子アンテナである請求項１８記載の無線通信システム。
【請求項２０】
多素子アンテナが、約０．７より大きいエンベロープ相関を有する請求項１８記載の無線通信システム。
【請求項２１】
少なくとも１つの遠隔局が、制御装置をさらに含み、制御装置が、少なくとも１つの基地局から受信した各通信信号の空間的な特徴を判断するように構成されている請求項１８記載の無線通信システム。
【請求項２２】
制御装置が、重み付け係数エンジンをさらに含み、重み付け係数エンジンが、受信した各通信信号に対する対応する空間的な特徴に応答して、１組の重み付け係数を判断するように構成されている請求項２１記載の無線通信システム。
【請求項２３】
制御装置が、結合器をさらに含み、結合器が、重み付け係数を使用して、受信した通信信号を結合し、少なくとも1つの送信機から選択された１つの送信機から信号を再生するように構成されている請求項２２記載の無線通信システム。
【請求項２４】
最適結合器を使用して、受信した通信信号を結合する請求項２３記載の無線通信システム。
【請求項２５】
最大比結合器を使用して、受信した通信信号を結合する請求項２３記載の無線通信システム。
【請求項２６】
受信信号が、ＣＤＭＡ信号である請求項１８記載の無線通信システム。
【請求項２７】
マルチパス信号を処理する方法であって、
多数のアンテナにおいて、少なくとも1つの送信機からの信号を受信することと、
少なくとも１つの送信機の中の、望ましい信号を受信した好ましい送信機を識別することと、
各アンテナから信号を生成し、生成された信号が、強く相関し、かつ好ましい送信機からの望ましい信号の信号成分と干渉信号とを含むことと、
相関の強い信号の２つ以上を結合し、望ましい信号振幅対干渉信号振幅の比を最大化することとが含まれる方法。
【請求項２８】
受信信号を結合することには、
少なくとも１つの送信機から受信した各信号の空間的な特徴を判断することと、
受信信号の空間的な特徴に応答して、各受信信号に対する１組の重み付け係数を判断することと、
重み付け係数を使用して、好ましい送信機から受信した望ましい信号に対応する信号を再生することとがさらに含まれる請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
最適結合器を使用して、受信信号を結合する請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
最大比結合器を使用して、受信信号を結合する請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
受信信号が、ＣＤＭＡ信号である請求項２７記載の方法。
【請求項３２】
無線通信システムにおいて信号を処理する方法であって、
相関の強い多素子アンテナを使用して、多数の送信機からの信号を受信することと、
多数の送信機から受信した各信号の空間的な特徴を判断することと、
受信信号の空間的な特徴に応答して、各送信機信号に対する１組の重み付け係数を判断することと、
重み付け係数を使用して、受信信号を結合して、多数の送信機の中から選択された１つの送信機からの信号を再生することとが含まれる方法。
【請求項３３】
多素子アンテナが、デュアル素子アンテナである請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
多素子アンテナが、約０．７より大きいエンベロープ相関を有する請求項３２記載の方法。
【請求項３５】
最適結合器を使用して、受信信号を結合する請求項３２記載の方法。
【請求項３６】
最大比結合器を使用して、受信信号を結合する請求項３２記載の方法。
【請求項３７】
受信信号が、ＣＤＭＡ信号である請求項３２記載の方法。
【請求項３８】
多数のアンテナにおいて、少なくとも１つの送信機からの信号を受信する手段と、
少なくとも1つの送信機の中から、望ましい信号を受信した好ましい送信機を識別するための手段と、
各アンテナから信号を生成するための手段であって、生成された信号が、強く相関し、かつ好ましい送信機からの望ましい信号の信号成分と干渉信号とを含む手段と、
相関の強い信号の２つ以上を結合して、望ましい信号振幅対干渉信号振幅の比を最大化するための手段とが構成されている遠隔局。
【請求項３９】
少なくとも1つの基地局から通信信号を送信するための手段と、
少なくとも1つの遠隔局によって通信信号を受信するための手段であって、遠隔局が、多素子アンテナを使用して、通信信号を受信するように構成されていて、受信信号が、強く相関し、かつ少なくとも1つの基地局から選択された1つの基地局からの信号を再生するように結合される手段とが構成されている無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね、無線通信システム、とくに無線通信システムにおける受信信号からの干渉消去に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な無線通信システムには、多数の遠隔局と多数の基地局とが構成されている。通常は、通信システムは双方向であり、遠隔局は基地局から信号を受信し、さらに加えて、基地局へ信号を送信する。無線通信チャンネル上での信号の送受信を容易にするために、遠隔局には、受信機と送信機とが構成されている。
【０００３】
遠隔局内の受信機の機能は、受信する望ましい信号量を最大化し、一方で、受信する望ましくない、すなわち干渉の信号量を最小化することである。一般に、望ましい信号とは、遠隔局に近接していて、かつ３つのセクターが構成されている１基地局の中の１つのセクターから到達する無線波である。望ましい信号は、遠隔局が復号して使用する情報を搬送する。望ましくない、すなわち干渉の信号には、基地局の残りの２つのセクターから到達し、供給セクターへ“漏れる”信号が含まれる。さらに加えて、望ましくない、すなわち干渉の信号は、近傍に位置する全く異なる基地局であって、通信システム内の他の遠隔局が使用するための搬送情報を搬送する基地局から出力される。１遠隔局が、自分以外の遠隔局のための信号を受信すると、該１遠隔局は、望ましい信号の受信が妨害され、望ましい信号を復号するのがより困難になる。
【０００４】
望ましくない影響には、“干渉”および“フェージング”が含まれる。干渉とは、遠隔局内の受信機による“ピックアップ”である望ましくない電力の全てを指す。フェージングとは、本質的に、無線チャンネルのマルチパスの特徴による一種の自己干渉である。望ましい信号の無線波は、遠隔局の付近で、建物、車両、樹木、などに“跳ね返る”ために、望ましい信号は、一般に、多くの経路に沿って遠隔局に到達する。マルチパス信号は、ランダムな組の位相で遠隔局に到達し、その結果、信号が強め合うように加わり、信号が同相になり、必要以上の電力を受信するときがある。それ以外のときには、信号は弱め合うように加わり、信号は位相ずれになり、互いに消去し合う傾向があり、受取る電力はより少なくなる。消去とは、高拡散環境において、マルチパス信号の電力が、約１％の時間において、強度を平均値の１００分の１まで下げることである。マルチパス信号における電力損失を補償するために、基地局は、フェージングがないかのように、１００倍の電力を送信して、９９％の時間において受信機を動作させ続けなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、この技術において、遠隔局において信号を結合して、使用可能な信号を最大化するのに効率的なやり方が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に記載されている実施形態は、遠隔局において相関の強い信号を結合して、使用可能な信号を最大化することによって、上述の必要に対処している。
無線通信システムにおいて使用する遠隔局には、受信機と、コンパクトで、かつ相関の強い多素子アンテナとが構成されている。多素子アンテナは、少なくとも１つの基地局から信号を受信するように構成されている。受信機はサーチエンジンを含み、サーチエンジンは、アンテナの各素子から信号を受信し、かつ空間的な特徴（spatial signature）を判断するように構成されていて、空間的な特徴には、各アンテナ素子において受信される信号の振幅および位相が含まれる。受信機は重み付け係数エンジンも含み、重み付け係数エンジンは、受信信号の空間的な特徴に応答して、各基地局信号に対する１組の重み付け係数を判断する。結合器は、重み付け係数を使用して、アンテナ内の多素子の各々から受信した信号を結合して、最適に結合された信号を生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
無線通信システムには、多数の遠隔局と多数の基地局とが構成されている。図１は、３つの遠隔局10Ａ、10Ｂ、および10Ｃと２つの基地局12とを備えた地上無線通信システムについての実施形態を例示している。図１において、遠隔局は、車両10Ａ内に取付けられた移動電話ユニット、ポータブルコンピュータ遠隔局10Ｂ、および無線加入者回線またはメータ読出しシステム内に見られるような固定遠隔局10Ｃとして示されている。遠隔局は、任意のタイプの通信ユニットであって、例えば、ハンドヘルド形パーソナル通信システムユニット、パーソナルデータアシスタントのようなポータブルデータユニット、またはメータ読み出し装置のような固定データユニットである。図１には、基地局12から遠隔局10への順方向リンク14と、遠隔局10から基地局12への逆方向リンク16とが示されている。
【０００８】
無線チャンネルによる遠隔局10と基地局12との通信は、制限された周波数スペクトラムにおいて多数のユーザに役立つ種々の多重アクセス技術の中の１つを使用して実現することができる。これらの多重アクセス技術には、時分割多重アクセス（time division multiple access, TDMA）、周波数分割多重アクセス（frequency division multiple access, FDMA）、および符号分割多重アクセス（code division multiple access, CDMA）が含まれる。ＣＤＭＡの業界標準規格は、TIA/EIA暫定標準規格（“Mobile Station - Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System”）、すなわちTIA/EIA/IS-95およびその派生の標準規格（本明細書では、まとめてＩＳ−９５と呼ぶ）に記載されており、本明細書では、その内容を参考文献として全体的に取り上げている。
【０００９】
一般に、無線通信システムでは、信号は、一連の基地局と複数の遠隔局との間で伝送される。例えば、各基地局は、基地局の受信可能領域（基地局セルとも呼ばれる）内に位置する遠隔局へ信号を伝送する。基地局の受信可能領域内に位置する遠隔局は、一般に、その基地局、すなわち遠隔局の優先基地局と通信する。移動遠隔局は、第１の基地局の受信可能領域から、第２の基地局の受信可能領域へ移動するときに、ハンドオフされる。ハンドオフを行うとき、遠隔局は、第２の基地局と通信して、第２の基地局を優先基地局として設定する。
【００１０】
図２は、セルラベースの通信システム、すなわちネットワーク内の多数の基地局の受信可能領域を示す図である。図２では、遠隔局20は、優先基地局22の受信可能領域内に位置している。図２には、隣接基地局24、26およびそれぞれの受信可能領域も示されている。既に記載したように、遠隔局20は、その優先基地局22の受信可能領域内に位置し続ける限り、その優先基地局と通信し続ける。遠隔局20は、隣接基地局24のような別の基地局の受信可能領域内へ移動するとき、基地局24をその優先基地局として設定し、ハンドオフプロセスを実行する。遠隔局は、セルラネットワークへ移動するとき、一方の基地局の受信可能領域から別の基地局の受信可能領域へ移動するので、このハンドオフプロセスを実行する。図２の受信可能領域は、全方向性として示されているが、同じ基地局が指向性アンテナを使用するときは、受信可能領域をセクターに区切って、その受信可能領域をより小さい部分へ分割してもよい。
【００１１】
無線通信システムでは、通信信号は、基地局と遠隔局との間で伝搬するとき、いくつかの別個の伝搬路を移動する。無線チャンネルでは、マルチパス信号は、環境内の障害物（例えば、建物、樹木、車両、および人々）からの信号の反射によって生成される。無線チャンネルの特徴によって生成されるマルチパス信号は、通信システムに対する課題を提示している。マルチパスの影響を受ける無線チャンネルの1つの特徴は、チャンネルによって伝送される信号に取入れられる時間拡散である。例えば、理想的なインパルスが無線チャンネル上で伝送されるとき、受信信号は、各多重伝搬路ごとに１パルスの、パルスストリームのように見える。マルチパスチャンネルの別の特徴は、チャンネルを通る各経路により、信号が異なる減衰係数によって影響を受けることである。例えば、理想的なインパルスがマルチパスチャンネル上を伝送されるとき、受信パルスストリームの各パルスは、一般に、他の受信パルスと信号強度が異なる。マルチパスチャンネルのさらに別の特徴は、チャンネルを通る各経路が、受信信号に対して位相を変えることである。例えば、理想的なインパルスがマルチパスチャンネル上で伝送されるとき、受信パルスストリームの各パルスは、一般に、他の受信パルスと位相が異なる。
【００１２】
したがって、無線チャンネルは、一般に、マルチパスを生成する構造の相対運動のために、時間にしたがって変化するマルチパスチャンネルである。例えば、理想的なインパルスが、時間にしたがって変化するマルチパスチャンネル上で伝送されるときは、受信パルスストリームは、理想的なインパルスが伝送される時間の関数として、時間遅延、減衰、および位相において変化する。
【００１３】
無線チャンネルのマルチパスの特徴により、受信信号に影響を与え、とくに、信号をフェージングさせることができる。フェージングは、マルチパスチャンネルの位相合せの特徴の結果である。フェードは、マルチパスベクトルが弱め合うように加わるときに発生し、得られる受信信号は、何れかの個々のベクトルよりも、振幅が小さくなる。例えば、２本の経路を有するマルチパスチャンネルによって、正弦波が送られ、第１の経路が、減衰係数がＸデシベルで、時間遅延がδで、位相ずれがΘラジアンであり、第２の経路が、減衰係数がＸデシベルで、時間遅延がδで、位相ずれがΘ＋πラジアンであるとき、２つの信号は、等振幅で、かつ逆位相であって、互いに消去し合うので、チャンネルの出力において信号は受信されない。したがって、フェージング、一種の自己干渉、またはセル内干渉は、無線通信システムの性能に対して相当にマイナスの影響を与える。
【００１４】
セルラ通信システムの別の特徴は、別の基地局が信号を伝送することによって干渉が発生するか、または同じ基地局がその受信可能領域の異なるセクターへ伝送することによってセル間干渉が発生することである。遠隔局がセル境界の近くにあるとき、優先基地局の信号レベルが通常は最小であり、かつ隣接基地局からの干渉信号が最大である場合に、セル間干渉は、概して、最大である。
【００１５】
セル内干渉およびセル間干渉は、無線通信システムの順方向リンクのシステム容量を制限する。例えば、ＣＤＭＡに基づく通信システムでは、同じ基地局からの信号は、１組の直交符号（ウオルシュ符号）によって分割され、同じ基地局セルにおいて他のユーザの信号の干渉を最小にする傾向がある。しかしながら、優先基地局からの他の信号は、依然として、自己干渉またはフェージングを生成する。さらに加えて、隣接基地局からの信号は、特定の短い疑似雑音（pseudo-random noise, PN）符号によって識別される。全ての基地局は、同じであるが、ずれの異なるＰＮ符号を使用する。しかしながら、自己相関がゼロではないために、セル間干渉は存在する。
【００１６】
提示したフェージングの問題に対処する１つの解決案では、受信機に別々の２本のアンテナを与える。分離アンテナは、分離した、すなわち多数の信号を生成する構造である。分離アンテナは、別個のアンテナか、または単一のアンテナアレイ内の多数の素子であってもよい。
【００１７】
受信機において２本の分離したアンテナを使用する解決案では、両方のアンテナが、“ディープフェード（deep fade）”を経験している信号を同時に受信することがほとんどないといった考えに、ある程度、基づいている。２本のアンテナが全く相関しておらず、因果関係、すなわち相補関係が存在していないときは、最強の信号レベルを有するアンテナを判断して、そのアンテナから信号を選択して処理することによって、フェージングの影響を低減する。一般に、２本のアンテナは全く相関しないが、通常は、０．７エンベロープ相関よりも低いといったような、低レベルの相関がなければならない。エンベロープ相関は、２本のアンテナ間の相関についての一般に使用される尺度である。１．０のエンベロープ相関は、２本のアンテナが完全に相関し、同じ出力信号を生成することを示す。０のエンベロープ相関値は、２本のアンテナが全く相関しておらず、２本のアンテナの出力信号が相互に関係していないことを示す。
【００１８】
２本のアンテナのエンベロープ相関が、０．７を越えるとき、両方のアンテナによって受信される信号は強く相関し、アンテナは、同時にフェードを経験する信号を受信する。したがって、相関の強いアンテナは、フェージングの、マルチパスの、通信環境において、２本のアンテナシステムの効果を打ち消す。
【００１９】
２本のアンテナの相関を無くす主なやり方では、２本のアンテナを物理的に分離する。２本のアンテナを分離すると、送信機から各アンテナへの信号路が異なるので、アンテナの相関は弱まる。信号路が異なるために、各アンテナにおいて、異なるマルチパス信号、すなわちマルチパスベクトルが加わる。マルチパスベクトルは、受信したマルチパス信号の振幅および位相を表わす。したがって、マルチパスベクトルが弱め合うように加わると、一方のアンテナでは、相当に小さい受信信号、すなわちディープフェードが得られるが、他方のアンテナでは、マルチパスベクトルが異なり、異なる和を生成し、したがってフェージングを同時に受けない。
【００２０】
一般に、λを信号の波長として、通信信号の少なくとも０．２λ分、アンテナを互いに分離することにより、アンテナの相関はなくなる。相関のないアンテナを備えた受信機において、アンテナの出力信号を結合して、受信信号の強度を最大化するいくつかの方法が提案されている。１つの方法は、一般に、最大比結合（Maximal Ratio Combining, MRC）と呼ばれており、文献（Smart Antennas for Wireless Communications: IS-95 and Third Generation CDMA Applications, by Joseph C. Liberti, Jr. and Theodore S. Rappaport）に記載されており、本明細書では、これを参考文献として全体的に取り上げている。ＭＲＣ方法では、アンテナが受信した各信号の大きさおよび位相を、１組の重み付けの項によって調整する。次に、調整された信号を結合する。望ましい信号の信号対雑音比（signal-to-noise-ratio, SNR）を最大化するように、重み付けの項を選択する。しかしながら、ＭＲＣ方法では、望ましい信号の電力を最大化するように、重み付け係数を選択し、このときに、干渉信号の電力も増加してしまうことがあるので、干渉信号を拒絶することができない。
【００２１】
相関のないアンテナ信号を結合する別の方法は、最適結合（Optimal Combining, OC）または“ウィーナー・ホップ”と呼ばれる。ＯＣでは、２本のアンテナが受信する信号を結合することによって生成される信号品質、すなわち信号対干渉比を最大化するように、重み付け係数を判断する。文献（Smart Antennas for Wireless Communications: IS-95 and Third Generation CDMA Applications, by Joseph C. Liberti, Jr.and Theodore S. Rappaport）参照。重み付け係数の選択は、干渉を拒絶する能力に重大な影響を与える。
【００２２】
上述の２本のアンテナが受信する信号を結合する方法は、無相関アンテナに使用される。しかしながら、遠隔局の受信機、とくにハンドセットは、小型化してきている。受信機の小型化により、アンテナを十分に（０．２λ分）離して位置付けて、無相関のアンテナの信号を生成するのは困難になった。
【００２３】
図３は、１つの実施形態にしたがって、２本の相関の強いアンテナ素子34および35を備えた一般的なハンドセット32を示すブロック図である。２本のアンテナ素子34および35は、デュープレクサ36へ接続される。デュープレクサは、送信機回路(transmitter circuit, TX)33から２本のアンテナ素子34および35へ信号をルート設定するか、または２本のアンテナから受信機回路（receiver circuit, RX）38へ信号をルート設定する。送信機回路33および受信機回路38はインターフェイスし、制御装置(controller, μC)39によって制御される。デュアルアンテナを構成しているアンテナ素子34、35は共に接近して位置付けられているので、２本のアンテナ34、35は強く相関している。
【００２４】
図３には、２本のアンテナ素子34、35が示されているが、アンテナに構成される望ましい素子数は任意である。例えば、マルチアンテナアレイは、３本、４本、５本、または望ましい数のアンテナから構成される。
図４は、マルチアンテナアレイの各アンテナにおいて、受信したマルチパス信号の干渉フィールドを示す模式的なグラフである。図４では、水平軸は位置を表わし、垂直軸は、種々の位置における信号強度を表わしている。干渉フィールド40は、多数のピークおよび谷、すなわちフェードを示し、これらは、マルチパス信号の例の強め合う、または弱め合う和の領域に対応している。図４に示されているように、多数のアンテナ、例えば、２本のアンテナが適切に離れているときは、両方のアンテナは、干渉フィールドがフェードである位置にある可能性はより低い。
【００２５】
例えば、図４には、アレイ内の２本のアンテナについて、２つの異なる位置における信号強度が示されている。第１の位置42において、第１のアンテナの信号強度43は、第２のアンテナの信号強度44よりも強い。したがって、第２のアンテナの信号強度44はフェードであるが、第1のアンテナの信号強度43はフェードではない。２本のアンテナにおいて受信される信号強度の差は、ある程度は、２本のアンテナの物理的な分離による。２本のアンテナを備えた受信機が移動して、位置が変わると、２本のアンテナの信号レベルは変化する。例えば、２本のアンテナが第２の位置46へ移動するとき、第１および第２のアンテナの信号強度は、信号強度47および48にそれぞれ対応する。この例では、受信機が第１の位置42から第２の位置46へ移動するとき、２本のアンテナの相対的な信号強度は反転し、第２の位置46において、第１のアンテナはフェードであり、第２のアンテナはフェードではない。
【００２６】
図４から分かるように、アンテナアレイ内のアンテナが物理的に分離すると、アンテナは異なる信号強度を得て、相関がなくなる。アンテナアレイのアンテナ間の分離が低減すると、信号強度を受取る両方のアンテナの強度は同じに近付き、アンテナの相関が強まる。通常の干渉フィールドでは、ピークと谷との間の最小の分離は、０．２５λのオーダである。アンテナアレイ内のアンテナ間には、一般に、０．２５λ以上の分離が使用され、エンベロープ相関は約０．７未満になる。
【００２７】
マルチパス環境では、相関の強いアンテナアレイのアンテナは、“ディープフェード”を同時に経験する可能性がより高い。相関の強いアンテナシステムでは、各アンテナが受信する信号間の位相差は小さい。したがって、アンテナにおいて受信されるマルチパスベクトルの関係は、ほぼ同じである。このために、一方のアンテナにおいて受信信号のマルチパスベクトルが弱め合うように加わって、ディープフェードが生じるとき、他方のアンテナにおけるマルチパス信号のベクトル和も、ディープフェードを経験する可能性が高くなる。
【００２８】
さらに加えて、相関の強いアンテナは、高い“アレイ利得”（多数のアンテナ素子から受信した信号を加算する能力）をもたず、望ましい信号は同相で加算され、干渉信号は非コヒーレントで加算される。通常の干渉信号には、隣接基地局の信号が含まれ、これは、一般に、干渉と呼ばれ、アンテナによって受信される。アレイ利得が高いと、受信機が干渉信号を拒絶する能力が向上し、受信機がマルチパス環境において動作する能力が向上する。高アレイ利得および高ダイバーシティ利得を有するように設計されたアンテナでは、通常は、アンテナ素子が相関しないことが求められる。したがって、一般に、アンテナまたはアンテナ素子は、大きく離れていなければならない。
【００２９】
無線通信システムでは、相関の強いアンテナを使用することは、遠隔局と基地局との両者において有益である。とくに、遠隔局では、マルチアンテナシステムは、一般に、相関が強い。例えば、ハンドヘルド形無線通信受信機のような遠隔局は、空間を制限すると、相関のないアンテナを生成するために、適切にアンテナを分離することができなくなる。
【００３０】
相関の強いアンテナのアレイおよびダイバーシティ利得を向上する技術には、２本のアンテナから信号を受信することが含まれる。１つの実施形態では、２本のアンテナの各々からの信号は、別々の受信回路によって処理される。その後で、受信回路の出力が結合される。
【００３１】
２本のアンテナの出力における複合信号は、信号の振幅および位相の情報を含んでいる。複合信号を使用すると、複素共分散行列Ｒが推定される。
２本のアンテナの受信機の出力において複合信号を使用すると、望ましい信号の複合の空間的な特徴“ｃ”が推定される。信号の複合の空間的な特徴は、信号の振幅と、信号の到来角（angle-of-arrival, AOA）とを含んでいる。ＣＤＭＡに基づく通信システムでは、レーキ受信機が、一般に使用されている。レーキ受信機では、レーキの受信機素子、すなわちフィンガーに割り当てられた各信号ごとに、複合の空間的な特徴が個々に推定される。レーキの各フィンガーにおいて、重み付けベクトルは、次の式にしたがって判断される。
【００３２】
ｗ＝（（Ｒ−Ｒｓ）−１）ｃ
なお、Ｒｓは、ｃ−エルミート共役とｃの外積をとることによって形成される行列である。その代りに、ｗ＝Ｒ−１ｃからも、同様の結果が得られる。
重み付けベクトルを使用して、アンテナから受信した信号を、レーキ受信機が受信する前に調整する。レーキ受信機、Ｖｃ（ｔ）の各フィンガーによって受信される信号、Ｖｃ（ｔ）は、
Ｖｃ（ｔ）＝ｗ１＊Ｖ１（ｔ）＋ｗ２＊Ｖ２（ｔ）
のように調整される。なお、Ｖ１（ｔ）は、アンテナ１の複合電圧ストリームであり、Ｖ２（ｔ）は、アンテナ２の複合電圧ストリームである。重み付けの項ｗ１＊は、上述で定められたｗの第１の要素の複素共役である。重み付けの項ｗ２＊は、上述で定められたｗの第２の要素の複素共役である。
【００３３】
上述の技術は、ダイバーシティ利得および干渉利得の両者によって、ＣＤＭＡに基づく無線通信システム内の遠隔局受信機の感度を、約２分の１向上することが、試験により示された。試験結果は、ＭＲＣの結合により、試験される状況において、利得を相当により低くすることも示している。
【００３４】
上述の技術は、相互の間隔が非常に狭く、したがって相関の強いアンテナに役立つ。複素共分散行列Ｒを推定するとき、相関の強い信号が用いられる。したがって、２つの信号の間の差が小さくても、この小さい差を利用するように、重み付けを選択する。例えば、上述のように選択された重み付けは、次の形をとる：
ｗ１＝１＋ｚ，  ｗ２＝−１＋ｚ、または、
ｗ１＝１−ｚ，  ｗ２＝−１−ｚ
なお、ｚは、小さいが、ゼロ以外の複素数である。ｚの値は、ある程度は、２本のアンテナ間の相関量に基づいている。例えば、２本の相関の強いアンテナでは、ｚがより小さい値になるが、２本の相関の比較的に弱いアンテナでは、ｚはより大きい値になる。
【００３５】
上述の例では、２本の可能な結合電圧ストリームがあり、レーキ受信機へ送られる。これらの２本の電圧ストリームは、重み付けの項の値の２つの可能な組に対応する。対応する電圧ストリームは、
ＶＣ１（ｔ）＝（Ｖ１（ｔ）−Ｖ２（ｔ））＋ｚ＊（Ｖ１（ｔ）＋Ｖ２（ｔ））
ＶＣ２（ｔ）＝（Ｖ１（ｔ）−Ｖ２（ｔ））−ｚ＊（Ｖ１（ｔ）＋Ｖ２（ｔ））
である。
【００３６】
これらの２本の電圧ストリーム間の相関は、非常に弱い。次の記述は、どのようにして、２つの非常に相関の強いアンテナの信号を調整して、相関をなくすかを理解するのを助ける。２本のアンテナは強く相関しているので、Ｖ１（ｔ）およびＶ２（ｔ）は、強い共通モードを有する。Ｖ１（ｔ）とＶ２（ｔ）との間の強い共通モードは、両者の信号が、共に相当にレベルを変えることを意味する。２つの信号における強い共通モード成分のために、信号間の差、Ｖ１（ｔ）−Ｖ２（ｔ）の値は小さい。さらに加えて、ｚの値は小さい。したがって、２つの信号の和が、ｚ（ｚ＊（Ｖ１（ｔ）＋Ｖ２（ｔ）））によって乗算されるとき、結果の積は、小さい値になる。ｚ＊（Ｖ１（ｔ）＋Ｖ２（ｔ））の値とＶ１（ｔ）−Ｖ２（ｔ）の値の両者は小さく、通常は、ほぼ同じ大きさである。
【００３７】
２つのアンテナ信号を重み付けして、結合すると、より小さい大きさの電圧をおおよそで加減した結果が得られる。この技術は、２つのアンテナ信号、Ｖ１（ｔ）およびＶ２（ｔ）間の小さい差を利用している。このやり方で２つのアンテナ信号を結合すると、調整された信号、ＶＣ１（ｔ）およびＶＣ２（ｔ）が生成され、ＶＣ１（ｔ）およびＶＣ２（ｔ）は、ほとんど相関のないフェージングの特徴を有する。さらに加えて、ダイバーシティは、２つの信号の強い方を選択することによって実現する。
【００３８】
図５は、遠隔局52において使用されるような相関の強いアンテナ50の１つの実施形態を示す図である。図５に示されている実施形態は、コンパクトな“ワンド”アンテナである。アンテナ50は、デュアル素子アンテナであり、遠隔局52に装着されている。遠隔局52内には、２つの受信機53および54があり、受信機53および54は、アンテナ50の素子の各々に対応している。受信機の出力は制御装置55に接続され、制御装置55は、多数のアンテナ入力を受信するように調節されている。アンテナ50は、２本の平面アンテナ56および58から構成されている。２本のアンテナ56および58は、低絶対誘電スペーサ、例えばポリエチレンによって離される。
【００３９】
２本のアンテナ56、58は、約０．０１ないし０．０２の波長、離される。１つの実施形態では、２本のアンテナ56、58は、０．０５インチ離される。これは、設計周波数における約０．０１波長に対応する。
別の実施形態では、アンテナ56、58は、異なる構成であってもよく、例えば、隣り合うホイップアンテナ、２本のアンテナが単一の小さいプラスチックの細片であるデュアルホイップ、デュアル供給パッチ、隣り合う太片、またはホイップおよび同軸スタブアンテナの構成であってもよい。
【００４０】
図６は、遠隔局内のデュアルアンテナ受信機の1つの実施形態のブロック図である。各アンテナ34および35は、デュープレクサ（duplexer, DUPLX）60へ接続される（簡潔化のために、アンテナの接続は示されていない）。デュープレクサ60は、送信機（図示されていない）から２本のアンテナ34、35へ信号をルート設定し、かつアンテナ34、35から受信機回路へ信号をルート設定する。デュープレクサ60の出力は、受信機チェーン53に接続される。受信機チェーン53では、デュープレクサ60の出力は、低ノイズ増幅器（low noise amplifier, LNA）61へ接続され、ＬＮＡ61において、出力は増幅される。低ノイズ増幅器61の出力は、ミキサー62へ接続される。ミキサー62の第２の入力は、第１の局部発信器である。ミキサー62は、２つの信号を結合し、ＩＦ信号を出力する。ミキサー62の出力は、バンドパスフィルター(band pass filter, BPF)63へ接続され、信号のバンド外成分が減衰される。バンドパスフィルター63の出力は、同相／直角位相（In-phase/Quadrature, I/Q）検出器64へ接続される。
【００４１】
Ｉ／Ｑ検出器64では、バンドパスフィルターの出力は、同相（in-phase, I）ミキサー65と直角位相（quadrature, Q）ミキサー66とへルート設定される。Ｉミキサー65への第２の入力は、第２の局部発振器である。Ｑミキサー66への第２の入力は、第２の局部発振器であり、位相が９０°ずれている。ＩおよびＱミキサー65、66は、バンドパスフィルター63の出力と第２の局部発信器信号とを結合し、受信信号のベースバンドのＩ成分、Ｑ成分をそれぞれ出力する。ＩおよびＱ成分は、アナログ対ディジタルコンバータ（analog to digital converter, ADC）67および68へルート設定され、ＡＤＣ67および68において、信号はディジタル化される。ディジタル出力またはＡＤＣ67および68は、制御装置55のアンテナ０および１、すなわちＩおよびＱの入力へルート設定される。
【００４２】
図７は、遠隔局内のデュアルアンテナ受信機で使用するように適応した制御装置55の１つの実施形態のブロック図である。既に記載したように、２つのアンテナ信号のＩおよびＱ成分は、それぞれ、アンテナ０およびアンテナ１の入力において制御装置55へ入力される。アンテナ０およびアンテナ１からのＩおよびＱの信号は、サーチエンジン70および72へそれぞれルート設定される。さらに加えて、２本のアンテナからのＩおよびＱ信号は、結合器74へルート設定される。サーチエンジン70および72内では、アンテナ信号が評価され、信号搬送フィンガーの共役および時間遅延、並びにフィンガーによって受信される信号の空間的な特徴は、上述のように、既知の技術にしたがって判断される。
【００４３】
サーチエンジン70および72の出力は、重み付け係数エンジン76へ接続され、重み付け係数エンジン76では、重み付け係数はフィンガーによって受信される各信号ごとに判断される。
結合器74は、重み付け係数エンジン76から重み付け係数ｗ１およびｗ２を受信する。さらに加えて、結合器74は、２つのアンテナ信号のＩおよびＱの成分を受信する。１つの実施形態にしたがって、結合器74は、一般に、２つの可能な電圧ストリーム、ＶＣ１（ｔ）およびＶＣ２（ｔ）の一方を生成する。より高い信号対雑音比の電圧ストリームが使用される。これらの２つの電圧ストリームは、復調器78へルート設定される。復調器78では、２つの電圧ストリームが復調される。
【００４４】
本明細書で使用されているように、“アンテナ”対“アンテナ素子”および“アンテナアレイ”対“アンテナ”の関係は同じであることが分かるであろう。２組の用語は、本明細書全体において、交換可能なように適用されている。
本発明にしたがう種々の態様を実行することについての方法を記載しているステップは、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、異なる順序で実行してもよい。例えば、マルチパス信号を処理する方法のステップの順序は、本発明の技術的範囲から逸脱することなく変更してもよい。
【００４５】
当業者には、情報および信号が、種々の異なる技術および技能を使用して表現されることが分かるであろう。例えば、上述で全体的に参照したデータ、指令、命令、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁粒、光の界または粒子、あるいはこの組合せによって表現される。
【００４６】
当業者には、本明細書において開示されている実施形態に関係して記載されている種々の例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムのステップは、電子ハードウエア、コンピュータソフトウエア、またはこの両者の組合せとして構成されていることが分かるであろう。ハードウエアとソフトウエアとのこの互換性を明らかに示すために、種々の例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、機能に関して上述で全体的に記載されている。このような機能が、ハードウエアとして構成されているか、またはソフトウエアとして構成されているかは、全体的なシステムに課された特定のアプリケーションおよび設計の制約に依存する。熟練した技能をもつ者は、各特定のアプリケーションに対して種々のやり方で、記述されている機能を実行するが、このような機能の実行を決定しても、本発明の技術的範囲から逸脱しないと解釈すべきである。
【００４７】
本明細書に開示されている実施形態と関係して記載されている種々の例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、ディジタル信号プロセッサ（digital signal processor, DSP）、特定要素向け集積回路（application specific integrated circuit, ASIC）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array, FPGA）または他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートなゲートまたはトランジスタ論理、ディスクリートなハードウエア構成要素、あるいは本明細書に記載されている機能を実行するように設計されているものの組み合わせで構成または実行される。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、その代わりに、従来のプロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、または状態機械であってもよい。プロセッサは、計算機の組合せ、例えば１台のＤＳＰと１台のマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、１台のＤＳＰのコアと組合されている１台以上のマイクロプロセッサ、またはこのような構成をもつ他のものの組合せとしても構成される。
【００４８】
本明細書に記載されている実施形態と関係して記載されている方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウエア、プロセッサによって実行されるソフトウエアモジュール、またはこの２つの組合せで直接に具現される。ソフトウエアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取り外し可能なディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、またはこの技術において知られている他の形態の記憶媒体内にあってもよい。例示的な記憶媒体はプロセッサに接続され、プロセッサは、記憶媒体から情報を読み出し、記憶媒体へ情報を書込むことができる。その代りに、記憶媒体はプロセッサと一体構成であってもよい。プロセッサおよび記憶媒体は、ＡＳＩＣ内にあってもよい。ＡＳＩＣは、ユーザ端末内にあってもよい。その代りに、プロセッサおよび記憶媒体は、ディスクリートな構成要素として、ユーザ端末内にあってもよい。
【００４９】
開示した実施形態についてのこれまでの記載は、この技術に熟練した者が、本発明を作成または使用できるようにするために与えられている。当業者には、これらの実施形態に対する種々の変更が容易に分かり、かつ本明細書で定義されている全体的な原理を、本発明の意図または技術的範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用してもよいことが容易に分かるであろう。したがって、本発明は、本明細書に示されている実施形態に制限されるのではなく、本明細書に開示されている原理および新規な特徴に一致する最も幅広い範囲にしたがうことを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一般的な現在の無線通信システムを示す模式図。
【図２】セルラ通信システムを示す模式図。
【図３】２本の相関の強いアンテナを備えた一般的なハンドセットを示すブロック図。
【図４】マルチアンテナアレイの各アンテナにおける受信信号の強度を示す模式的なグラフ。
【図５】遠隔局において使用される相関の強いアンテナについての１つの実施形態を示すブロック図。
【図６】遠隔局におけるデュアルアンテナ受信機についての１つの実施形態のブロック図。
【図７】遠隔局におけるデュアルアンテナ受信機において使用するのに適応した制御装置についての１つの実施形態のブロック図。
【符号の説明】
【００５１】
10、20、52・・・遠隔局、12・・・基地局、14・・・順方向リンク、16・・・逆方向リンク、22・・・優先基地局、24、26・・・隣接基地局、32・・・ハンドセット、33・・・送信機回路、34、35・・・アンテナ素子、36、60・・・デュープレクサ、38・・・受信機回路、39、55・・・制御装置、40・・・干渉フィールド、42・・・第１の位置、43、44、47、48・・・信号強度、46・・・第２の位置、50、56、58・・・アンテナ、53、54・・・受信機チェーン、61・・・低ノイズ増幅器(LNA)、62、65、66・・・ミキサー、63・・・バンドパスフィルター（BPF）、64・・・同相／直角位相（I/Q）検出器、67、68・・・アナログ対ディジタルコンバータ（ADC）。
【図１】
2005516428.tif 000003
【図２】
2005516428.tif 000004
【図３】
2005516428.tif 000005
【図４】
2005516428.tif 000006
【図５】
2005516428.tif 000007
【図６】
2005516428.tif 000008
【図７】
2005516428.tif 000009
【国際調査報告】
2005516428.tif 000010
2005516428.tif 000011
2005516428.tif 000012
2005516428.tif 000013
2005516428.tif 000014
2005516428.tif 000015