(57)【要約】【課題】復調されるデータ信号に隣接して無線伝送される未知の信号を使用してアレーアンテナの重み係数を最適化し算出することにより、復調されるデータ信号に対する重み係数の精度の向上を図る。【解決手段】複数のアンテナ素子ＡＮＴ１〜ＡＮＴＮからなるアレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、ＭＡＣ１信号、既知のパイロット信号と、ＭＡＣ２信号、復調されるデータ信号の順で含まれ、ＭＡＣ１，２信号は未知の同一信号で構成されており、受信信号と参照信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出するアダプティブ制御回路６ｂと、ＭＡＣ１信号に基づいてＭＡＣ２信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号をＭＡＣ２信号に基づく重み係数算出用にアダプティブ制御回路６ｂに提供する参照信号提供手段とを備える。【選択図】    図２
2004304528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置において、
前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、
前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、
前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、
前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する第１のアダプティブ制御手段と、
前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号を前記第２の未知信号に基づく重み係数算出用に前記第１のアダプティブ制御手段に提供する参照信号提供手段と、
を備えたことを特徴とする重み係数算出装置。
【請求項２】
前記参照信号提供手段は、
前記パイロット信号に対応する所定の参照信号を使用して前記適応制御により前記パイロット信号に基づく重み係数を算出する第２のアダプティブ制御手段と、
前記パイロット信号に基づく重み係数を使用して前記第１の未知信号を重み付けし、この重み付け後の第１の未知信号から前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の重み係数算出装置。
【請求項３】
前記第１のアダプティブ制御手段と前記第２のアダプティブ制御手段の双方の前記適応制御処理を一つのアダプティブ制御回路で時分割処理することを特徴とする請求項２に記載の重み係数算出装置。
【請求項４】
前記第２のアダプティブ制御手段は、前記パイロット信号に基づく重み係数の算出を時系列を反転させて行うことを特徴とする請求項２に記載の重み係数算出装置。
【請求項５】
前記参照信号提供手段は、
前記第１の未知信号を復調する復調手段と、
この復調後の第１の未知信号から前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の重み係数算出装置。
【請求項６】
前記参照信号提供手段は、
前記パイロット信号に対応する所定の参照信号を使用して前記適応制御により前記パイロット信号に基づく重み係数を算出し、この重み係数を前記第１のアダプティブ制御手段の重み係数算出のための初期値として前記第１のアダプティブ制御手段に提供する第２のアダプティブ制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の重み係数算出装置。
【請求項７】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置において、
前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、
前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記データ信号、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号の順であり、
前記第１の未知信号は前記データ信号に隣接しており、
前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する第１のアダプティブ制御手段と、
前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号を前記第１の未知信号に基づく重み係数算出用に前記第１のアダプティブ制御手段に提供する参照信号提供手段と、
を備えたことを特徴とする重み係数算出装置。
【請求項８】
前記参照信号提供手段は、
前記パイロット信号に対応する所定の参照信号を使用して前記適応制御により前記パイロット信号に基づく重み係数を算出する第２のアダプティブ制御手段と、
前記パイロット信号に基づく重み係数を使用して前記第２の未知信号を重み付けし、この重み付け後の第２の未知信号から前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の重み係数算出装置。
【請求項９】
前記第１のアダプティブ制御手段と前記第２のアダプティブ制御手段の双方の前記適応制御処理を一つのアダプティブ制御回路で時分割処理することを特徴とする請求項８に記載の重み係数算出装置。
【請求項１０】
前記参照信号生成手段は、前記第１の未知信号に対応する参照信号の生成を時系列を反転させて行い、
前記第１のアダプティブ制御手段は、前記第１の未知信号に基づく重み係数の算出を時系列を反転させて行うことを特徴とする請求項８に記載の重み係数算出装置。
【請求項１１】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置において、
前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、
前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、
前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、
前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第２の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第１の重み係数を算出する第１の重み係数算出手段と、
前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第１の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第２の重み係数を算出する第２の重み係数算出手段と、
前記第１の重み係数と前記第２の重み係数を外挿処理して、前記データ信号に使用される第３の重み係数を求める外挿手段と、
を備えたことを特徴とする重み係数算出装置。
【請求項１２】
前記第１の重み係数算出手段は、前記第１の重み係数の算出を時系列通りに行い、前記第２の重み係数算出手段は、前記第２の重み係数の算出を時系列を反転させて行うことを特徴とする請求項１１に記載の重み係数算出装置。
【請求項１３】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを備え、前記各アンテナ素子で受信された受信信号を合成して復調するアダプティブアレーアンテナシステムにおいて、
請求項１乃至請求項１２のいずれかの項に記載の重み係数算出装置と、
前記重み係数算出装置によって算出された重み係数を使用して前記受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して復調する復調手段と、
を備えたことを特徴とするアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項１４】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、
前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、
前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、
前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、
前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、
この参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第２の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する過程と、
を含むことを特徴とする重み係数算出方法。
【請求項１５】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、
前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、
前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記データ信号、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号の順であり、
前記第１の未知信号は前記データ信号に隣接しており、
前記各アンテナ素子で受信された前記第１の未知信号を一時的に蓄積する過程と、
前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、
この参照信号と前記蓄積されている第１の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する過程と、
を含むことを特徴とする重み係数算出方法。
【請求項１６】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、
前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、
前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、
前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、
前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、
前記第２の未知信号に対応する参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第２の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第１の重み係数を算出する過程と、
前記各アンテナ素子で受信された前記第１の未知信号を一時的に蓄積する過程と、
前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、
前記第１の未知信号に対応する参照信号と前記蓄積されている第１の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第２の重み係数を算出する過程と、
前記第１の重み係数と前記第２の重み係数を外挿処理して、前記データ信号に使用される第３の重み係数を求める過程と、
を含むことを特徴とする重み係数算出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アダプティブアレーアンテナシステムに係り、特に、アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置および重み係数算出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アダプティブアレーアンテナシステムでは、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを備え、各アンテナ素子の受信信号をアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を用いて重み付けした後に合成し復調している。また、その重み係数の算出方法としては、最小２乗誤差法（ＭＭＳＥ；Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）に基づく適応アルゴリズムにより、各アンテナ素子の受信信号と参照信号との二乗誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出するものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。上記参照信号には、送信側から受信側へ送信される既知のパイロット信号が利用されており、受信側において、その参照信号と受信信号に含まれているパイロット信号との二乗誤差が最小になるように重み係数が求められる。そして、この重み係数を使用して受信信号の重み付けが行われることにより、良好なアンテナ指向性パターンによる受信信号が得られる。これにより、マルチパス波や同一周波数干渉波などの不要波の影響が低減され、無線通信における誤り特性の向上が図られている。なお、上記したＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）やＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ）などが使用される。
【０００３】
【非特許文献１】
菊間信良著，「アレーアンテナによる適応信号処理」，株式会社科学技術出版，１９９８年１１月，ｐ．１３−６６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、重み係数算出に使用されるパイロット信号の伝送時点から受信側で実際に復調されるデータ信号の伝送時点までの時間的ずれが大きくなると、パイロット信号に基づいてでは、復調されるデータ信号に対する重み係数の最適化を十分に行うことができなくなる虞がある。この理由は、上記ずれの期間が長くなるほど端末の移動等による無線伝搬環境の変化が大きなものとなり、パイロット信号の伝送時点と復調されるデータ信号の伝送時点での無線伝搬環境の違いが無視できなくなるためである。
【０００５】
例えば、「ｃｄｍａ２０００  ｌｘＥＶ−ＤＯ」と呼ばれる符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式の無線通信システムでは、図１に示す伝送フレームが使用される。この伝送フレームは無線基地局から端末へ無線信号を伝送する際に使用されるものである。図１において、１フレームは時分割された１６個のタイムスロットから構成される。そして、１つのタイムスロットには、伝送順に、ＤＡＴＡ１、ＭＡＣ１、Ｐｉｌｏｔ１、ＭＡＣ２、ＤＡＴＡ２、ＤＡＴＡ３、ＭＡＣ３、Ｐｉｌｏｔ２、ＭＡＣ４、ＤＡＴＡ４の各信号が設定される。ここで、ＤＡＴＡ１〜４が受信側で復調されるデータ信号であり、Ｐｉｌｏｔ１，２がパイロット信号である。そして、ＤＡＴＡ１信号とＰｉｌｏｔ１信号間、Ｐｉｌｏｔ１信号とＤＡＴＡ２信号間、ＤＡＴＡ３信号とＰｉｌｏｔ２信号間、Ｐｉｌｏｔ２信号とＤＡＴＡ４信号間には、それぞれＭＡＣ１信号、ＭＡＣ２信号、ＭＡＣ３信号、ＭＡＣ４信号が設定される。
【０００６】
したがって、例えば、Ｐｉｌｏｔ１信号の伝送時点からＤＡＴＡ２信号の伝送時点までにはＭＡＣ２信号伝送分の遅延時間が生じる。この例では、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式における拡散信号（ＰＮ符号）の６４個のエレメント（チップ）分（６４チップ分）の時間だけ遅延する。この遅延期間において、無線伝搬環境が変化すると、ＤＡＴＡ２信号の伝送時にはＰｉｌｏｔ１信号伝送時とは無線伝搬環境が異なっているので、受信側でＰｉｌｏｔ１信号に基づいて重み係数を最適化し算出しても、この得られた重み係数はＤＡＴＡ２信号に対しては精度の悪いものとなる。この結果、ＤＡＴＡ２信号を受信するための良好なアンテナ指向性パターンを形成することができないので、その受信特性が劣化し、復調時の誤り特性が劣化する等の通信品質への悪影響が生じる。
【０００７】
ところで、上記図１のフレーム構成では、ＭＡＣ１〜４信号が、受信側で復調されるＤＡＴＡ１〜４信号に隣接している。したがって、例えばＭＡＣ２信号に基づいてＤＡＴＡ２信号に使用する重み係数を最適化し算出できれば、この得られた重み係数は最も精度のよいものとなる。しかしながら、各ＭＡＣ１〜４信号は、同一タイムスロット内においては同一信号で構成されているが、受信側において未知の信号である。このため、従来の技術では重み係数の最適化における参照信号が得られないので、ＭＡＣ１〜４信号を使用して重み係数を最適化し算出することができない。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、復調されるデータ信号に隣接して無線伝送される未知の信号を使用してアレーアンテナの重み係数を最適化し算出することにより、復調されるデータ信号に対する重み係数の精度を向上させることができる重み係数算出装置および重み係数算出方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、その重み係数算出装置を備えることにより、復調されるデータ信号についての良好なアンテナ指向性パターンを形成して、復調時の誤り特性等の通信品質の向上を図ることができるアダプティブアレーアンテナシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の重み係数算出装置は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置において、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する第１のアダプティブ制御手段と、前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号を前記第２の未知信号に基づく重み係数算出用に前記第１のアダプティブ制御手段に提供する参照信号提供手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の重み係数算出装置においては、前記参照信号提供手段は、前記パイロット信号に対応する所定の参照信号を使用して前記適応制御により前記パイロット信号に基づく重み係数を算出する第２のアダプティブ制御手段と、前記パイロット信号に基づく重み係数を使用して前記第１の未知信号を重み付けし、この重み付け後の第１の未知信号から前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段とを備えることを特徴とする（第１の実施形態に対応）。
【００１２】
請求項３に記載の重み係数算出装置においては、前記第１のアダプティブ制御手段と前記第２のアダプティブ制御手段の双方の前記適応制御処理を一つのアダプティブ制御回路で時分割処理することを特徴とする（第２の実施形態に対応）。
【００１３】
請求項４に記載の重み係数算出装置においては、前記第２のアダプティブ制御手段は、前記パイロット信号に基づく重み係数の算出を時系列を反転させて行うことを特徴とする（第３の実施形態に対応）。
【００１４】
請求項５に記載の重み係数算出装置においては、前記参照信号提供手段は、前記第１の未知信号を復調する復調手段と、この復調後の第１の未知信号から前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段とを備えることを特徴とする（第６の実施形態に対応）。
【００１５】
請求項６に記載の重み係数算出装置においては、前記参照信号提供手段は、前記パイロット信号に対応する所定の参照信号を使用して前記適応制御により前記パイロット信号に基づく重み係数を算出し、この重み係数を前記第１のアダプティブ制御手段の重み係数算出のための初期値として前記第１のアダプティブ制御手段に提供する第２のアダプティブ制御手段とを備えることを特徴とする（第７の実施形態に対応）。
【００１６】
請求項７に記載の重み係数算出装置は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置において、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記データ信号、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号の順であり、前記第１の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する第１のアダプティブ制御手段と、前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号を前記第１の未知信号に基づく重み係数算出用に前記第１のアダプティブ制御手段に提供する参照信号提供手段とを備えたことを特徴としている（第４の実施形態に対応）。
【００１７】
請求項８に記載の重み係数算出装置においては、前記参照信号提供手段は、前記パイロット信号に対応する所定の参照信号を使用して前記適応制御により前記パイロット信号に基づく重み係数を算出する第２のアダプティブ制御手段と、前記パイロット信号に基づく重み係数を使用して前記第２の未知信号を重み付けし、この重み付け後の第２の未知信号から前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の重み係数算出装置においては、前記第１のアダプティブ制御手段と前記第２のアダプティブ制御手段の双方の前記適応制御処理を一つのアダプティブ制御回路で時分割処理することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に記載の重み係数算出装置においては、前記参照信号生成手段は、前記第１の未知信号に対応する参照信号の生成を時系列を反転させて行い、前記第１のアダプティブ制御手段は、前記第１の未知信号に基づく重み係数の算出を時系列を反転させて行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項１１に記載の重み係数算出装置は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置において、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第２の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第１の重み係数を算出する第１の重み係数算出手段と、前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第１の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第２の重み係数を算出する第２の重み係数算出手段と、前記第１の重み係数と前記第２の重み係数を外挿処理して、前記データ信号に使用される第３の重み係数を求める外挿手段とを備えたことを特徴としている（第５の実施形態に対応）。
【００２１】
請求項１２に記載の重み係数算出装置においては、前記第１の重み係数算出手段は、前記第１の重み係数の算出を時系列通りに行い、前記第２の重み係数算出手段は、前記第２の重み係数の算出を時系列を反転させて行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項１３に記載のアダプティブアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを備え、前記各アンテナ素子で受信された受信信号を合成して復調するアダプティブアレーアンテナシステムにおいて、請求項１乃至請求項１２のいずれかの項に記載の重み係数算出装置と、前記重み係数算出装置によって算出された重み係数を使用して前記受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して復調する復調手段とを備えたことを特徴としている。
【００２３】
請求項１４に記載の重み係数算出方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、この参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第２の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する過程とを含むことを特徴としている（第１〜第３、第６、第７の実施形態に対応）。
【００２４】
請求項１５に記載の重み係数算出方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記データ信号、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号の順であり、前記第１の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記各アンテナ素子で受信された前記第１の未知信号を一時的に蓄積する過程と、前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、この参照信号と前記蓄積されている第１の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する過程とを含むことを特徴としている（第４の実施形態に対応）。
【００２５】
請求項１６に記載の重み係数算出方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、前記第２の未知信号に対応する参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第２の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第１の重み係数を算出する過程と、前記各アンテナ素子で受信された前記第１の未知信号を一時的に蓄積する過程と、前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、前記第１の未知信号に対応する参照信号と前記蓄積されている第１の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第２の重み係数を算出する過程と、前記第１の重み係数と前記第２の重み係数を外挿処理して、前記データ信号に使用される第３の重み係数を求める過程とを含むことを特徴としている（第５の実施形態に対応）。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を順次説明する。本実施形態においては、図１に示す「ｃｄｍａ２０００  ｌｘＥＶ−ＤＯ」方式の伝送フレームを使用して無線信号が送受される場合を例に挙げて説明する。また、説明の便宜上、図１の１タイムスロット内のＭＡＣ１，２信号を使用して、アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する構成について説明するが、ＭＡＣ３，４信号を使用する構成も同様に実現可能である。
【００２７】
図２は、本発明の第１の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。図２に示すアダプティブアレーアンテナシステムは、例えば携帯電話機に具備されるものであり、無線基地局から送信された「ｃｄｍａ２０００  ｌｘＥＶ−ＤＯ」方式の無線信号を、複数のアンテナ素子ＡＮＴ１〜ＡＮＴＮからなるアレーアンテナを用いて受信し復調するものである。
【００２８】
図２において、無線部２は、アンテナ素子ＡＮＴ１〜ＮのＮ個の無線信号を増幅してベースバンド信号へ変換後、Ａ／Ｄ変換器（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によりデジタル信号に変換して受信信号を出力する。この受信信号はアンテナ素子ＡＮＴ１〜Ｎに対応するＮ個の信号から構成される。
【００２９】
スイッチＳＷ１には、無線部２から出力される受信信号が入力される。スイッチＳＷ１は、入力された受信信号の出力先の切替えを行う。ＭＡＣ１信号入力時にはＦＩＦＯメモリ４へ出力する。Ｐｉｌｏｔ１信号（以下、パイロット信号と称する）入力時にはアダプティブ制御回路６ａへ出力する。ＭＡＣ２信号入力時にはアダプティブ制御回路６ｂへ出力する。それ以外の信号入力時には出力を開放する。
ＦＩＦＯメモリ４は、先入れ先出し（ＦＩＦＯ；Ｆｉｒｓｔ  Ｉｎ  Ｆｉｒｓｔ  Ｏｕｔ）方式のバッファとして機能する。ＦＩＦＯメモリ４は、ＭＡＣ１信号を一時的に蓄える。
【００３０】
アダプティブ制御回路６ａ，６ｂ（以下、特に区別しないときは「アダプティブ制御回路６」と称する）は、ＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムにより、各アンテナ素子ＡＮＴ１〜Ｎの受信信号と参照信号との二乗誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する。
【００３１】
図３にアダプティブ制御回路６の構成を示す。図３において、Ｎ個の受信信号ｘ１〜ｘＮは、それぞれ対応する乗算器２２とアダプティブアルゴリズム回路２６に入力される。各乗算器２２では、受信信号ｘ１〜ｘＮとアダプティブアルゴリズム回路２６から入力される重み係数の変数Ｗ１’〜ＷＮ’との乗算がそれぞれ行われる。これら各乗算結果は加算器２４により合成されてアダプティブアルゴリズム回路２６に入力される。アダプティブアルゴリズム回路２６は、ＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムの処理回路である。この適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）やＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ）などが利用可能である。アダプティブアルゴリズム回路２６は、加算器２４の出力と参照信号との二乗誤差が最小になるように適応制御して重み係数Ｗ１〜ＷＮを算出し出力する。この適応制御の収束途上では重み係数の変数Ｗ１’〜ＷＮ’を各乗算器２２へ出力する。
【００３２】
図２において、参照信号生成回路８は、既知のパイロット信号についてのＰＮ符号を生成し、このＰＮ符号を参照信号としてアダプティブ制御回路６ａに出力する。アダプティブ制御回路６ａは、その参照信号と受信信号のパイロット信号に基づいて重み係数を最適化し算出する。
【００３３】
参照信号生成回路１２は、ＭＡＣ２信号を使用して重み係数を最適化し算出する際に必要な参照信号を、ＭＡＣ１信号を元に生成する。図４に参照信号生成回路１２の構成を示す。ＭＡＣ１信号とＭＡＣ２信号は同一信号で構成されている。したがって、ＭＡＣ１信号に対して、ＭＡＣ１信号用のＰＮ符号Ａ１を乗算した後に、ＭＡＣ２信号用のＰＮ符号Ａ２を乗算すればＭＡＣ２信号の参照信号を得ることができる。ＰＮ符号Ａ１，Ａ２は、既知であり、ＰＮ符号生成回路１０によって生成される。
【００３４】
図４において、ＭＡＣ１信号がＦＩＦＯメモリ４から読み出されて乗算器３０に入力される。乗算器３０では、ＭＡＣ１信号に、アダプティブ制御回路６ａによって算出された重み係数を乗算する。この重み係数は、図１に示すようにＭＡＣ１信号に隣接するパイロット信号に基づくのものなので、ＭＡＣ１信号に対する精度がよいものである。これにより、ＭＡＣ１信号についての良好なアンテナ指向性パターンが形成されることとなり、乗算器３０の乗算結果はＭＡＣ１信号の高精度な受信信号となる。次いで、乗算器３２により乗算器３０の乗算結果にＰＮ符号Ａ１を乗算し、さらに、乗算器３４により乗算器３２の乗算結果にＰＮ符号Ａ２を乗算する。これにより、ＭＡＣ２信号についての参照信号がＭＡＣ１信号を元にして得られる。この参照信号は、アダプティブ制御回路６ｂに入力される。
【００３５】
図２において、アダプティブ制御回路６ｂは、その入力された参照信号と受信信号のＭＡＣ２信号に基づいて重み係数を最適化し算出する。この重み係数は、復調器１４に入力され、受信信号のＤＡＴＡ２，３信号の復調に使用される。復調器１４は、入力された重み係数を使用して各アンテナ素子の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して復調する。
【００３６】
上記したアダプティブ制御回路６ｂで算出された重み係数は、図１に示すようにＤＡＴＡ２信号に隣接するＭＡＣ２信号に基づくのものなので、ＤＡＴＡ２信号に対する精度がよく優れたのものとなる。また、ＤＡＴＡ３信号に対しても、パイロット信号に基づく重み係数よりは精度がよくなる。この結果、ＤＡＴＡ２，３信号についての良好なアンテナ指向性パターンが形成されることとなり、復調時の誤り特性が向上する。
【００３７】
なお、上記図４において、乗算器３２の乗算結果をＭＡＣ２信号についての参照信号とし、逆に、受信信号に対してＰＮ符号Ａ２を乗積した後にアダプティブ制御することも可能である。
【００３８】
次に、第２の実施形態を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図５に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図２の構成を元に、一つのアダプティブ制御回路６を時分割で共用するようにしている。
【００３９】
図５において、スイッチＳＷ２は、受信信号のパイロット信号とＭＡＣ２信号をアダプティブ制御回路６に出力するように出力先の切替えを行う。また、スイッチＳＷ３は、スイッチＳＷ２への入力に同期して、アダプティブ制御回路６へ出力する参照信号の入力元の切替えを行う。スイッチＳＷ３は、スイッチＳＷ２に、パイロット信号入力時には参照信号生成回路８からの参照信号（パイロット信号用）を出力し、ＭＡＣ２信号入力時には参照信号生成回路１２からの参照信号（ＭＡＣ２信号用）を出力する。
【００４０】
アダプティブ制御回路６は、受信信号のパイロット信号に基づいて最適化し算出した重み係数を参照信号生成回路１２に出力する。一方、受信信号のＭＡＣ２信号に基づいて最適化し算出した重み係数を復調器１４に出力する。
【００４１】
上記第２の実施形態によれば、アダプティブ制御回路を時分割で共用するので、装置の小型化を図ることができる。
【００４２】
次に、第３の実施形態を説明する。図６は、本発明の第３の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図６に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図２の構成を元に、パイロット信号に基づいて重み係数を算出する際にパイロット信号の時系列を反転させて適応制御を行うようにしている。
【００４３】
図６において、ＦＩＬＯメモリ４０ａがアダプティブ制御回路６ａのパイロット信号入力端子の前段に設けられ、ＦＩＬＯメモリ４０ｂがアダプティブ制御回路６ａの参照信号入力端子の前段に設けられている。ＦＩＬＯメモリ４０ａ，４０ｂは、先入れ後出し（ＦＩＬＯ；Ｆｉｒｓｔ  Ｉｎ  Ｌａｓｔ  Ｏｕｔ）方式のバッファとして機能する。ＦＩＬＯメモリ４０ａは、受信信号のパイロット信号を一時的に蓄え、時系列を反転して出力する。ＦＩＬＯメモリ４０ｂは、参照信号生成回路８によって生成されたパイロット信号の参照信号を一時的に蓄え、時系列を反転して出力する。これにより、アダプティブ制御回路６ａは、時間的に後ろから前へと戻りながら、パイロット信号に基づいて重み係数を最適化し算出することになる。この結果として得られた重み係数は、ＭＡＣ１信号に最も時間的に近い無線伝搬環境に対応するものとなる。
【００４４】
これにより、参照信号生成回路１２において、ＭＡＣ１信号についての最適なアンテナ指向性パターンが形成されることとなり、ＭＡＣ１信号を元にしてＭＡＣ２信号についての正確な参照信号を得ることができる。この参照信号を使用することによって、アダプティブ制御回路６ｂは、ＭＡＣ２信号に基づく重み係数を非常に精度よく算出することができる。
【００４５】
次に、第４の実施形態を説明する。図７は、本発明の第４の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図７に示すアダプティブアレーアンテナシステムは、ＭＡＣ１信号に基づいてＤＡＴＡ１信号に使用する重み係数を算出するものである。
【００４６】
図７において、スイッチＳＷ４は、受信信号のＭＡＣ１信号をＦＩＬＯメモリ４０ｃに出力し、パイロット信号をアダプティブ制御回路６ｃに出力し、ＭＡＣ２信号をＦＩＬＯメモリ４０ｄに出力するように、それぞれ接続を切替える。ＦＩＬＯメモリ４０ｃは、ＭＡＣ１信号を一時的に蓄え、時系列を反転してアダプティブ制御回路６ｄに出力する。ＦＩＬＯメモリ４０ｄは、ＭＡＣ２信号を一時的に蓄え、時系列を反転して参照信号生成回路１２ａに出力する。
【００４７】
アダプティブ制御回路６ｃは、パイロット信号の最後尾時点における重み係数を算出する。この重み係数を使用して、参照信号生成回路１２ａは、ＦＩＬＯメモリ４０ｄで時系列が反転されたＭＡＣ２信号を元に、時系列が反転されたＭＡＣ１信号の参照信号を生成する。この参照信号を使用して、アダプティブ制御回路６ｄは、ＦＩＬＯメモリ４０ｃで時系列が反転されたＭＡＣ１信号に基づき、ＭＡＣ１信号の先頭時点における重み係数を算出する。この重み係数を使用して、復調器１４は、ＦＩＦＯメモリ４で遅延されたＤＡＴＡ１の復調を行う。これにより、ＤＡＴＡ１の復調は隣接するＭＡＣ１信号に基づく重み係数によって行われるので、復調時の誤り特性が向上する。
【００４８】
次に、第５の実施形態を説明する。図８は、本発明の第５の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図８に示すアダプティブアレーアンテナシステムは、上記図６と図７の重み係数算出に係る構成を組合せ、それぞれ算出された重み係数ＷＡ，ＷＢを外挿処理して、ＤＡＴＡ２，３信号に使用する重み係数を求めるものである。
【００４９】
図８において、アダプティブ制御回路６ｂによって算出された重み係数ＷＡは、上記図６の構成で算出され復調器１４に入力されている重み係数と同じである。この重み係数ＷＡは、ＭＡＣ２信号の最後尾時点におけるものである。一方、アダプティブ制御回路６ｄによって算出された重み係数ＷＢは、上記図７の構成で算出され復調器１４に入力されている重み係数と同じである。この重み係数ＷＢは、ＭＡＣ１信号の先頭時点におけるものである。これら重み係数ＷＡ，ＷＢは、外挿部５０に入力される。外挿部５０は、重み係数ＷＡ，ＷＢを使用して外挿処理することにより、ＤＡＴＡ２，３信号に使用する重み係数ＷＣを求める。復調器１４は、この重み係数ＷＣを使用してＤＡＴＡ２，３信号を復調する。
これにより、外挿によってＤＡＴＡ２，３信号の重み係数を求める場合の精度が向上する。
【００５０】
次に、第６の実施形態を説明する。図９は、本発明の第６の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図９に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図２の構成を元に、ＭＡＣ１信号を復調してアダプティブ制御回路６ｂで使用される参照信号を生成するようにしている。
【００５１】
図９において、スイッチＳＷ５は、ＭＡＣ１信号を逆拡散回路６２に出力し、ＭＡＣ２信号をアダプティブ制御回路６ｂに出力するように出力先の切替えを行う。ＭＡＣ１信号は、逆拡散回路６２によって逆拡散された後に、復調器１４ａにより復調され、次いで、拡散回路６４により拡散される。この拡散後のＭＡＣ１信号は参照信号生成回路６８に入力される。ＰＮ符号生成回路６６は、ＭＡＣ２信号用のＰＮ符号Ａ２を生成して参照信号生成回路６８へ出力する。参照信号生成回路６８は、拡散後のＭＡＣ１信号にＰＮ符号Ａ２を乗算してＭＡＣ２信号用の参照信号を生成する。この参照信号はアダプティブ制御回路６ｂに入力され、ＭＡＣ２信号に基づく重み係数の算出に使用される。
これにより、ノイズのないＭＡＣ２信号用の参照信号が生成されるので、高精度な適応制御が可能となる。
【００５２】
次に、第７の実施形態を説明する。図１０は、本発明の第７の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図１０に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図９の構成を元に、アダプティブ制御回路６ｂの重み係数算出のための初期値として、パイロット信号に基づく重み係数を使用するようにしている。
【００５３】
図１０において、アダプティブ制御回路６ａは、参照信号生成回路８からの参照信号を使用してパイロット信号に基づく重み係数を算出し、アダプティブ制御回路６ｂへ出力する。アダプティブ制御回路６ｂは、このパイロット信号に基づく重み係数を、ＭＡＣ２信号に基づく重み係数算出における初期値、すなわち図３の各乗算器２２に設定する変数Ｗ１’〜ＷＮ’の初期値として使用する。
これにより、ＭＡＣ２信号に基づいて算出される重み係数の精度が向上する。
【００５４】
なお、上述した実施形態においては、各種の変形が可能である。例えば、図９あるいは図１０の構成を元に、図７に示すようにＭＡＣ１信号に基づく重み係数を算出するようにしてもよい。あるいは、図８に示すようにＭＡＣ１信号に基づく重み係数とＭＡＣ２信号に基づく重み係数とを外挿するようにするようにしてもよい。
また、図５に示すようにアダプティブ制御回路を時分割で共用することも適宜可能である。
【００５５】
なお、本発明のアダプティブアレーアンテナシステムは、上述した携帯電話機等の無線通信端末に限らず、無線通信端末と無線通信する無線基地局にも同様に適用することができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、復調されるデータ信号に隣接して無線伝送される未知の信号を使用してアレーアンテナの重み係数を最適化し算出することができる。これにより、復調されるデータ信号に対する重み係数の精度を向上させることができる。
【００５８】
また、本発明の重み係数算出装置を備えることにより、復調されるデータ信号についての良好なアンテナ指向性パターンを形成することができ、復調時の誤り特性等の通信品質の向上を図ることができるアダプティブアレーアンテナシステムを提供するができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用される無線伝送フレームの構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】アダプティブ制御回路６の構成を示すブロック図である。
【図４】参照信号生成回路１２の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第５の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第６の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２…無線部、４…ＦＩＦＯメモリ、６，６ａ〜６ｄ…アダプティブ制御回路、８…参照信号生成回路（パイロット信号用）、１０，１０ａ，６６…ＰＮ符号生成回路、１２，１２ａ，６８…参照信号生成回路（ＭＡＣ１，２信号用）、１４，１４ａ…復調器、２２，３０，３２，３４…乗算器、２４…加算器、２６…アダプティブアルゴリズム回路、４０ａ〜４０ｄ…ＦＩＬＯメモリ、５０…外挿部、６２…逆拡散回路、６４…拡散回路、ＡＮＴ１〜ＡＮＴＮ…アンテナ素子、ＳＷ１〜ＳＷ５…スイッチ
【図１】
2004304528.tif 000003
【図２】
2004304528.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004304528.tif 000008
【図７】
2004304528.tif 000009
【図８】
2004304528.tif 000010
【図９】
2004304528.tif 000011
【図１０】
2004304528.tif 000012