(57)【要約】【課題】アンテナ素子の個数を増やすことなく干渉波除去性能の向上が得られるようにしたアダプティブアレーアンテナ受信装置を提供すること。【解決手段】複数のアンテナ素子１０１と乗算器１０２、加算器１０４とディジタル信号処理部１０７で構成されるアダプティブアレーアンテナ装置をＡ系とＢ系の２系統設け、ここでＧＩ外の希望波と干渉波の除去を行い、この後、ＯＦＤＭ方式に特有のＦＦＴ部１０６による復調により、ＧＩ内の複数の干渉波を１波とみなすことができるようにした上で、ここでＧＩ内の複数の干渉波を除去するようにしたもの。これにより、これらＧＩ内の複数の干渉波のためのアンテナ素子を設けなくても済むようにしたもの。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交周波数分割多重変調受信装置の入力側に乗算器と加算器及びディジタル処理処理部からなる入力側アダプティブアレーアンテナ部を備えたアダプティブアレーアンテナ受信装置において、
前記直交周波数分割多重変調受信装置のＦＦＴ部に乗算器と加算器及びディジタル処理処理部からなる出力側アダプティブアレーアンテナ部を設けた上で、前記入力側アダプティブアレーアンテナ部と出力側アダプティブアレーアンテナ部を夫々２系統設け、
前記入力側アダプティブアレーアンテナ部ではＧＩ外干渉波の除去が得られるように設定し、
前記出力側アダプティブアレーアンテナ部ではＧＩ内干渉波の除去が得られるように設定したことを特徴とするアダプティブアレーアンテナ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アダプティブアレーアンテナを備えたＯＦＤＭ方式による受信装置に係り、特に、携帯電話などの移動通信システムにおける基地局に好適なアダプティブアレーアンテナ受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話は、社会に欠かせない利器として認識され、従って、常に充実したサービスが望まれ、このため、更なるサービスエリアの確保が図られているが、このサービスエリアの確保には基地局の増加が伴い、この結果、干渉波の存在が問題になる。ここで、図２は、携帯電話などの移動無線におけるシステムの状況を示したもので、ある空間Ｓを想定すると、そこに複数の無線基地局Ｍ、Ｎが設置され、この空間Ｓの中に複数の携帯電話などの無線端末Ｘ、Ｙが位置することによりサービスエリアが形成されることになる。そこで、この場合、多くの基地局が接近して設置されるようになり、従って、干渉波の存在がほとんど不可避になってしまうのである。
【０００３】
次に、この干渉波の状況について、図３により説明する。このとき空間Ｓ内に無線端末Ｘが位置し、これが無線基地局Ｍを介して通話サービスを受けているものとする。そうすると、この場合、通話サービスに必要な電波は、無線端末Ｘと無線基地局Ｍを直接結んでいる電波、つまり希望波ａ(一番最初に到来する信号波、つまり直接波)となり、周囲に存在する物体の反射による電波は、夫々ＧＩ内希望波ｂ(前記希望波より遅れて到来し、且つ遅延時間がＧＩ内に収まっている信号波)とＧＩ外希望波ｃとなる。なお、ここにいうＧＩ内とＧＩ外については、後で詳述する。このとき空間Ｓには、別の無線基地局Ｎもある。そうすると、この無線基地局Ｎと無線端末Ｘの間に電波の伝播経路が形成されてしまい、ここに干渉波として、ＧＩ内干渉波ｄとＧＩ外干渉波ｅが現われてしまうのである。
【０００４】
ところで、この干渉波は、マイクロ波通信において通信品質劣化の主な原因になる。そこで、それが存在した場合は積極的な除去が望まれるが、このとき、例えば携帯電話の基地局など、決まった位置で運用される装置の場合、通常、干渉波の到来方向は想定範囲内にある。そこで、この場合には、例えばアダプティブアレーアンテナを使用する方法が、従来から採用されている(例えば、特許文献１、２参照。)。ここで、このアダプティブアレーアンテナとは、例えば図４に示すように、複数個、例えばｎ個のアンテナ素子１０１をλ／２(半波長)間隔で配列し、各素子による信号の振幅と位相を個々に設定することにより、アンテナ全体の指向性が適応的(アダプティブ)に制御できるようにしたアンテナシステムのことである。
【０００５】
この図４に示したアダプティブアレーアンテナ受信装置の場合、到来する電波を複数個(例えばｎ個)のアンテナ素子１０１で捉え、受信したアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１０２でディジタル信号に変換し、各乗算器１０３を介して加算器１０４に供給し、出力信号を得るようになっている。ここで、符号(数字)にアンダーラインが付してあるのは、当該符号による部分が複数個(この場合はｎ個)あることを表わしている。そして<ディジタル信号処理部１０７は、Ａ／Ｄ変換器１０２の出力信号１０２(1)、１０２(2)、……、１０２(n)と加算器１０４の出力信号１０４(1)を取り込んで演算処理し、出力信号１０７(1)、１０７(2)、……、１０７(n)を乗算器１０３に供給して出力信号１０２(1)、１０２(1)、……、１０２(n)に乗算し、重み付けする。
【０００６】
このときディジタル信号処理部１０７は、中に参照信号を保持していて、この参照信号と加算器１０４の出力信号１０４(1)が同じになるように出力信号１０７(1)、１０７(2)、……、１０７(n)を夫々演算し、各々を乗算器１０３に供給する。そして、これらの一致に必要な乗算値が、出力信号１０７(1)、１０７(2)、……、１０７(n)として乗算器１０３の夫々に供給されるようになるまで信号処理を繰り返す。そうすると、このときディジタル信号処理部１０７内に保持させた参照信号に応じてアンテナ全体の指向性が制御されというアダプティブアレーアンテナとしての働きが得られ、干渉波の積極的な除去が得られるようになるのである。
【０００７】
ところで、このアダプティブアレーアンテナの動作態様には、図５(a)に示すように、希望波が積極的に受信される方向にアンテナの指向方向を合わせるようにする、いわゆるビームフォーミングモードと、図５(b)に示すように、干渉波が受信される方向にアンテナのヌル点を合わせるようにする、いわゆるヌルステアリングモードの２種がある(例えば、非特許文献１参照。)。そして、上記した干渉波の積極的な除去のためには、ヌルステアリングモードが適用されるが、このときアダプティブアレーアンテナの特質として、除去すべき干渉波の数に応じてアンテナ素子１０１の個数ｎが増加する点があり、具体的には、干渉波の波数がｍの場合、アンテナ素子１０１の個数ｎは(ｍ＋１)となる。なお、このようなアンテナの具体的な使用例としては「ｉＢurst」(登録商標)や「ＰＨＳ」の基地局がある。
【０００８】
また、移動通信では、信号伝送にＯＦＤＭ方式を用いる場合が多い。ここで、このＯＦＤＭ方式(Orthogonal Frequency Division Multiplex：直交周波数分割多重変調方式)とは、ＩＦＦＴ／ＦＦＴ処理により変調／復調を行うディジタル変復調方式の一種で、この場合、受信側の構成は、例えば図６に示すように、アンテナ素子１０１とＡ／Ｄ変換部１０１の後にＧＩ除去部１０５とＦＦＴ部１０６、Ｐ／Ｓ(パラレル／シリアル)変換部１０８を備えた構成となるが、ここで、このＯＦＤＭ方式の特徴は、ＧＩ(ガードインターバル)信号の存在にある(例えば、非特許文献２参照。)。このＧＩ信号とは、時間軸上のガードバンドのことで、図７に示すように、ＯＦＤＭ信号の１シンボル長を識別するため、本来のデータ部の前後に挿入されているもので、ディジタル通信で問題となる遅延波の影響を軽減する際の有効な手立てとなる。但し受信後は不要なので、図８に示されているように、ＧＩ除去部１０５により除去されるようになっている。
【０００９】
このように、ＯＦＤＭ信号にはＧＩ信号が付加されているので、上記したように、希望波には更にＧＩ内希望波とＧＩ外希望波が現われ、干渉波にはＧＩ内干渉波とＧＩ外干渉波が現われることになるが、このことについて、更に図９により説明する。このとき、希望波ａが図９(a)に示す通りであるとすると、これから遅延されているのがＧＩ内希望波ｂとＧＩ外希望波ｃとなる。そして、ＧＩ内希望波ｂは、図９(b)に示すように、遅延時間がＧＩ期間(ガードバンド間隔)内に収まっているものとして定義され、ＧＩ外希望波ｃは、図９(c)に示すように、遅延時間がＧＩ期間を越えているものとして定義されている。このことは、図示されていないが、ＧＩ内干渉波ｄとＧＩ外干渉波ｅについても同じで、遅延時間がＧＩ期間内に収まっている干渉波がＧＩ内干渉波ｄで、遅延時間がＧＩ期間を越えているのがＧＩ外干渉波ｅである。
【００１０】
上記したように、ＧＩ信号は、ディジタル通信で問題となる遅延波の影響を軽減する際の有効な手立てとなるが、しかし、そうであっても、ＧＩ長(ガードバンド間隔)を越えてしまうような大きな遅延時間を持った信号が到来した場合には、符号誤り率の劣化を抑えることは難しく、また、干渉波による誤り率の劣化に対しては、ＯＦＤＭ方式は無力である。そこで、従来技術では、例えば図４に示したアダプティブアレーアンテナシステムに、例えば図６に示したＯＦＤＭ方式を組み合わせ、図８に示すアダプティブアレーアンテナ受信装置とした上で、アダプティブアレーアンテナをヌルステアリングモードにして、符号誤り率の低減が図れるようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１２４８５７号公報
【特許文献２】特開２００５−２７７６６８号公報
【非特許文献１】「アレーアンテナによる適応信号処理」                                          １９９８年  科学技術出版発行
【非特許文献２】「ディジタル放送」                                                            １９９８年  オーム社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来技術は、アレーを形成するためのアンテナ素子の個数が除去すべき干渉波の波数に応じて増加する点に配慮がされておらず、干渉波除去性能の向上に問題があった。アダプティブアレーアンテナによる干渉波除去は、干渉波の波数が多くなると、それに伴ってアンテナの素子数も多くなり、しかも、各素子は、相互にλ／２の間隔で離して配列する必要がある。そこで、干渉波除去性能を向上させようとすると、アンテナが大型化してしまうことになり、従って、従来技術は、干渉波除去性能の向上に問題が生じてしまうのである。特に、上記した「ｉＢurst」(登録商標)や「ＰＨＳ」の基地局の場合、設置場所が狭くて済むことが要件であり、しかも、この場合、装置本体に比較してアンテナが占めるスペースの割合が大きいので、アンテナの大型化は、ほとんど許容し得ない難点になってしまう。
【００１２】
そのため、ＯＦＤＭ方式に従来のアダプティブアレーアンテナを組合わせ、これにより通信品質の劣化の原因になる干渉波(ＧＩ外希望波、ＧＩ内干渉波、ＧＩ外干渉波)の除去を図った場合には、上記したように、アンテナ素子数の増加が伴ってしまうことになり、従って、限られた空間スペースでの設置が困難になってしまう。
【００１３】
本発明の目的は、アンテナ素子の個数を増やすことなく干渉波除去性能の向上が得られるようにしたアダプティブアレーアンテナ受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的は、直交周波数分割多重変調受信装置の入力側に乗算器と加算器及びディジタル処理処理部からなる入力側アダプティブアレーアンテナ部を備えたアダプティブアレーアンテナ受信装置において、前記直交周波数分割多重変調受信装置のＦＦＴ部に乗算器と加算器及びディジタル処理処理部からなる出力側アダプティブアレーアンテナ部を設けた上で、前記入力側アダプティブアレーアンテナ部と出力側アダプティブアレーアンテナ部を夫々２系統設け、前記入力側アダプティブアレーアンテナ部ではＧＩ外干渉波の除去が得られるように設定し、前記出力側アダプティブアレーアンテナ部ではＧＩ内干渉波の除去が得られるように設定することにより達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、除去対象となる干渉波の中で、ＧＩ信号内に現われる干渉波、いわゆるＧＩ内干渉波については、対応するアンテナ素子を設けなくても除去できるので、その分、アンテナ素子数が削減され、アンテナが大型化してしまうのを抑えることができ、従って、本発明によれば、携帯電話などの陸上無線通信システムに適用して、干渉波の存在のもとでもサービスエリアの確保に大きく寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明によるアダプティブアレーアンテナ受信装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態で、この場合、図示のように、複数個(例えばｎ個)のアンテナ素子１０１とＡ／Ｄ変換部１０２、同じく複数の乗算器１０３、１個の加算器１０４、ＧＩ除去部１０５、ＦＦＴ部１０６、ディジタル信号処理部１０７、それにＰ／Ｓ変換部１０８を備えている点は、図８の従来技術によるアダプティブアレーアンテナ受信装置と同じであるが、しかし、このとき、アンテナ素子１０１からＦＦＴ部１０６までの部分が２系統、並行して設けられている点で、従来技術とは大きく異なっている。従って、ここでは乗算器１０３と加算器１０４、それにディジタル信号処理部１０７により入力側アダプティブアレーアンテナ部が構成されていることになる。
【００１７】
ここで、判り易く説明するため、これら２系統設けられているアンテナ素子１０１からＦＦＴ部１０６までの部分について、図では上に描かれている方をＡ系統とし、下側はＢ系統とする。次にＡ系とＢ系の双方のＦＦＴ部１０６からパラレルに出力されているデータの数をｐとし、これらｐ個のデータを夫々個々に乗算器２０１に入力する。そして、これら乗算器２０１の出力を夫々同じ加算器２０２に供給し、ここでＡ系のデータとＢ系のデータを個々に加算して１系統のパラレルデータとし、それをＰ／Ｓ変換部１０８に供給し、シリアルの出力信号が得られるようにする。従って、このときの乗算器２０１の個数はｐ個になり、加算器２０２の個数は乗算器２０１の半分の個数になる。
【００１８】
また、これと共に、ＦＦＴ部１０６の出力データ数ｐと同数のディジタル信号処理部２０３を設け、これらの各々には、Ａ系とＢ系の双方のＦＦＴ部１０６の同じパラレル順位のデータ出力から個々にデータを入力させ、これと共に、各加算器２０２の出力を、同じく個々に入力させる。例えばＡ系のＦＦＴ部１０６の１番目の出力１０６Ａ(1)とＢ系のＦＦＴ１０６の１番目の出力１０６Ｂ(1)を１番目のディジタル信号処理部２０３に入力し、Ａ系のＦＦＴ部１０６の２番目の出力１０６Ａ(2)とＢ系のＦＦＴ部１０６の２番目の出力１０６Ｂ(2)は２番目のディジタル信号処理部２０３に入力し、Ａ系のＦＦＴ部１０６のｐ番目の出力１０６Ａ(p)とＢ系のＦＦＴ部１０６のｐ番目の出力１０６Ｂ(p)はｐ番目のディジタル信号処理部２０３に入力するのである。そして、各ディジタル信号処理部２０３の出力は、Ａ系とＢ系の双方の各乗算器２０１に各々入力させる。従って、ここでは乗算器２０１と加算器２０２、それにディジタル信号処理部２０３により出力側アダプティブアレーアンテナ部が構成されていることになる。
【００１９】
次に、この実施形態の動作について説明する。まず、Ａ系とＢ系におけるＧＩ除去までのステージについて説明する。このとき、アンテナ素子１０１からＧＩ除去部１０５までの部分による入力側アダプティブアレーアンテナ部による動作は従来技術の場合と同じである。すなわちアンテナ素子１０１で受信した信号をＡ／Ｄ変換器１０２でディジタル信号に変換し、これに乗算器１０３でディジタル信号処理部１０７からの信号を乗算した後、加算器１０４で合成し、このときディジタル信号処理部１０７により、加算器１０４からの出力信号とディジタル信号処理部１０７内の参照信号とが同じになるように複数回、信号処理を行い、その結果を乗算器１０３に出力し、Ａ／Ｄ変換器１０２からの出力信号を掛け合わせて加算器１０４から出力信号を得るのである。ここで、このステージでは、ＧＩ外の希望波とＧＩ外の干渉波を除去させる動作とする。そのため、参考信号には、上記２種の信号以外の信号を足し合わせた信号を用いる。これにより、ＧＩ除去ステージにおいて、ＧＩ外の希望波とＧＩ外の干渉波を除去することができる。
【００２０】
次に、ＧＩ除去以降のステージについて説明する。
【００２１】
アンテナに捉えられたＯＦＤＭ信号には遅延時間がＧＩ期間を越えているものがあり、夫々ＧＩ外希望波ｃとＧＩ外干渉波ｅとして定義されていることは、既に説明した通りであるが、ＧＩ除去前のステージでは、これらＧＩ外希望波ｃとＧＩ外干渉波ｅが加算器１０４までの処理で除去されるように設定する。そして、加算器１０４の出力信号をＧＩ除去部１０５に供給してＧＩ信号を除去した後、Ａ系とＢ系の各ＦＦＴ部１０６に供給し、ＦＦＴ処理してＯＦＤＭ信号の復調が行なわれるようにする。この結果、Ａ系のＦＦＴ部１０６からはパラレル数ｐのデータ１０６Ａ(1)、データ１０６Ａ(2)、……、データ１０６Ａ(n)が出力され、Ｂ系のＦＦＴ部１０６からも同じくパラレル数ｐのデータ１０６Ｂ(1)、データ１０６Ｂ(2)、……、データ１０６Ｂ(n)が出力され、これらが各加算器２０２で各々合成され、Ｐ／Ｓ１０３からシリアルデータの出力信号が得られることになる。
【００２２】
このとき各ＦＦＴ部１０６から出力される各サブキャリア毎のデータに、ｐ個の乗算器２０１と１個の加算器２０２、それにｐ個のディジタル信号処理部２０３により、加算器２０２からの出力信号とディジタル信号処理部２０３内の参照信号とが同じになるように複数回、信号処理を行い、その結果を乗算器２０１に出力し、各ＦＦＴ部１０６から出力される各サブキャリア毎のデータに掛け合わせる処理を実行する。すなわち各々のディジタル信号処理部２０３は、各サブキャリア毎の参照信号を保持していて、この参照信号と加算器２０２の出力信号２０２(1)、２０２(2)、……、２０２(p)が同じになるように出力信号２０３(1)、２０３(2)、……、２０３(p)を夫々演算し、各々を乗算器２０１に供給する。そして、これらの一致に必要な乗算値が、出力信号２０３(1)、２０３(2)、……、２０３(p)として乗算器２０１の夫々に供給されるようになるまで信号処理を繰り返す。そうすると、各ディジタル信号処理部２０３内に保持させた参照信号に応じて、ＧＩ除去前のステージで行った入力側アダプティブアレーアンテナ部の場合と類似した働きを行う。この結果、干渉波の積極的な除去が出力側アダプティブアレーアンテナ部により得られることになる。
【００２３】
このときの出力側アダプティブアレーアンテナ部による動作について更に詳しく説明する。ＧＩ除去前のステージにおいて、ＧＩを越える全ての信号は除去されている。つまりＦＦＴ処理(復調)を行う際に符号間干渉が起こることはない。その結果、干渉波が複数存在していた場合でも各干渉波が持っている周波数成分はベクトル合成され、或る特定の値に決まってしまう。つまり、ＧＩ内の複数の干渉波を１波とみなすことができるようにするものとなる。そこで、上記したように、Ａ系のＦＦＴ部１０６の後とＢ系のＦＦＴ部１０６に分け、これらの後で相互にディジタル信号処理部２０３による信号処理を参照信号に従って繰り返すことにより、Ａ系とＢ系の間で干渉波の打消を得ることができ、複数波の干渉波を除去することができることになる。
【００２４】
このときＦＦＴ部１０６の後での処理となるため、サブキャリアの数ｐ毎に演算処理が必要になり、このためｐ個の乗算器２０１とｐ／２個の加算器２０２、それにｐ個のディジタル処理処理部２０３がＡ系とＢ系に必要になる。一方、この場合、ＧＩ外希望波ｃとＧＩ外干渉波ｅについては、加算器１０４までの処理で除去されているので、ここで除去の対象となるのはＧＩ内干渉波ｄだけであり、しかも、この除去は、ＦＦＴ部１０６以降での信号処理によって与えられるので、対応するアンテナ素子は不要である。従って、この場合、アンテナ素子１０１を設置して除去しなければならない干渉波はＧＩ外希望波ｃとＧＩ外干渉波ｅだけとなり、ＧＩ内干渉波ｄを対象としたアンテナ素子１０１は設置する必要はない。
【００２５】
ここで、この実施形態の場合に必要なアンテナ素子１０１の素子数について見ると、次のようになる。まず、希望波ａの波数は勿論１であるとし、ＧＩ外希望波ｃの波数はＣ、ＧＩ内干渉波ｄの波数はＤ、そしてＧＩ外干渉波ｅの波数はＥとする。このとき除去対象になる妨害波はＧＩ外希望波ｃとＧＩ内干渉波ｄ、及びＧＩ外干渉波ｅであり、従って、従来技術で必要とするアンテナ素子の総数をＴ(p)とすると、これは、希望波ａの波数１を含めて(１＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ)となる。一方、本発明の実施形態の場合の総数をＴ(i)とすると、これは、同じく希望波ａの波数１を含めて(１＋Ｃ＋Ｅ)×２となる。ここで、本発明の実施形態の場合、波数に２が乗算されているのは、ＡとＢの２系統になっているからである。
【００２６】
そうすると、単純に総数Ｔ(p)と総数Ｔ(i)を比較した限りでは、いかにもＴ(p)＜Ｔ(i)となってしまうように思えるが、ここで妨害波の実態を勘案することにより、この実施形態による利点が明確になる。すなわち、図３で説明したように、無線基地局の局数が増加した場合、これに伴ってＧＩ内干渉波ｄの増加が、他の妨害波に比較して著しくなり、この結果、波数Ｄも著しく多くなり、アンテナ素子数の中で支配的になるからである。例えば、波数Ｃ、Ｄ、Ｅが何れも同じなら、本発明の実施形態ではメリットがない。しかし、いま、波数Ｃと波数Ｅが何れも１で、波数Ｄが５であったとすると、総数Ｔ(p)では、
Ｔ(p)＝１＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＝１＋１＋５＋１＝８
となるのに対して、総数Ｔ(i)では、
Ｔ(i)＝(１＋Ｃ＋Ｅ)×２＝(１＋１＋１)×２＝６
となるので、本発明の実施形態の方がアンテナ素子数が少なくて済み、メリットが得られることが判る。そして、このメリットは、波数Ｄか増加するにつれて大きくなる。
【００２７】
従って、上記実施形態によれば、アンテナ素子の個数を増やすことなく、干渉波除去性能の向上が得られ、基地局の増加にも容易に対応することができるようになるので、移動通信に適用してサービスエリアの拡大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるアダプティブアレーアンテナ受信装置の一実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】移動無線におけるシステムの状況を示す説明図である。
【図３】干渉波の状況を示す説明図である。
【図４】従来技術によるアダプティブアレーアンテナ装置の一例を示すブロック構成図である。
【図５】アダプティブアレーアンテナ装置におけるビームフォーミングとヌルステアリングのイメージ図である。
【図６】ＯＦＤＭ方式による受信側の一例を示すブロック構成図である。
【図７】ＯＦＤＭ方式における信号形式を説明するための波形図である。
【図８】アダプティブアレーアンテナ装置をＯＦＤＭ方式による受信側に適用した場合の一例を示すブロック構成図である。
【図９】ガードインターバル信号の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１：アンテナ素子
１０２：Ａ／Ｄ変換部
１０３：乗算器
１０４：加算器
１０５：ＧＩ除去部
１０６：ＦＦＴ部
１０７：ディジタル信号処理部
１０８：Ｐ／Ｓ変換部
２０１：乗算器
２０２：加算器
２０３：ディジタル信号処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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