(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子の受信信号を用いてマルチビーム形成を行い、一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に既知シンボル列を用いてそれぞれ逆変調を行う逆変調手段と、
上記逆変調手段により逆変調された各信号に応じた所望信号と干渉成分との電力比を一定の時間間隔毎にそれぞれ推定する電力比推定手段と、
上記電力比推定手段により新たな電力比推定値が算出される度に、その新たに算出された電力比推定値を含めて所定数過去に算出された電力比推定値のうちの最大値を各信号毎に逐次決定すると共に、それら各信号毎の最大値の中で最も大きな電力比推定値を得た信号に対応するビームを選択、あるいは上位の電力比推定値を有する信号に対応する複数のビームを逐次選択する電力比比較手段とを備えたアレーアンテナ装置。
【請求項２】
ＣＤＭＡ通信システムであって、複数のアンテナ素子の受信信号を用いてマルチビーム形成を行い、一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に送信機で拡散した符号と同じ符号でそれぞれ逆拡散を行う逆拡散手段と、
上記逆拡散手段からの各出力信号に既知シンボル列を用いてそれぞれ逆変調を行う逆変調手段と、
上記逆変調手段により逆変調された各信号に応じた所望信号と干渉成分との電力比を一定の時間間隔毎にそれぞれ推定する電力比推定手段と、
上記電力比推定手段により新たな電力比推定値が算出される度に、その新たに算出された電力比推定値を含めて所定数過去に算出された電力比推定値のうちの最大値を各信号毎に逐次決定すると共に、それら各信号毎の最大値の中で最も大きな電力比推定値を得た信号に対応するビームを選択、あるいは上位の電力比推定値を有する信号に対応する複数のビームを逐次選択する電力比比較手段とを備えたアレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アレーアンテナを用いてビーム選択や到来方向推定を行う送受信装置に関し、信号の受信レベル変動に伴う特性の劣化を低減するアレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アレーアンテナを用いてマルチビーム形成を行い、あるビームを選択する際の従来方法としては、各ビームの出力信号電力を求め、最も大きな出力電力を有するビームを選択、あるいは電力値が上位の複数ビームを選択するというものが一般的である。
図５は従来のフレームフォーマットを示す説明図であり、このフレームフォーマットのように、既知シンボルが挿入されている場合には、この既知シンボルを用いて受信信号に逆変調を施す方法もある。前者は最も単純である反面、干渉信号が存在する場合には誤選択の確率が大きい。したがって、移動体通信システムのようなマルチユーザ環境においては適用に制限がある。後者は既知シンボルが送信データに挿入されているシステムにおいて有効であり、Ｓ／Ｎの改善が期待できる。現在ではほとんどの通信システムに適用可能である。しかしながら、移動体通信システムのように、周囲の構造物での電波の反射・回折・散乱に伴うマルチパスフェージングによる信号の受信レベル変動がある場合には、時々刻々と信号電力が変化する。このような環境下では、所望信号の受信レベルが低下しているタイミングで処理を行うと、既知シンボル列を用いたとしてもＳ／Ｎを十分に改善できずに誤制御を行う可能性が高くなる。また、到来方向推定を行う際にも同様の問題が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、移動通信におけるマルチパスフェージング環境下では所望信号の受信電力が低下したタイミングで、ビーム選択や到来方向推定を行う場合には、誤制御の確率が高くなるなどの課題があった。
【０００４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、移動通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、マルチビーム受信時のビーム選択、あるいは複数のアンテナ素子を用いた到来方向推定を精度良く実行し、通信品質を改善するアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアレーアンテナ装置は、複数のアンテナ素子の受信信号を用いてマルチビーム形成を行い、一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に既知シンボル列を用いてそれぞれ逆変調を行う逆変調手段と、逆変調された各信号に応じた所望信号と干渉成分との電力比を一定の時間間隔毎にそれぞれ推定する電力比推定手段と、電力比推定手段により新たな電力比推定値が算出される度に、その新たに算出された電力比推定値を含めて所定数過去に算出された電力比推定値のうちの最大値を各信号毎に逐次決定すると共に、それら各信号毎の最大値の中で最も大きな電力比推定値を得た信号に対応するビームを選択、あるいは上位の電力比推定値を有する信号に対応する複数のビームを逐次選択する電力比比較手段とを備えたものである。
【０００６】
この発明に係るアレーアンテナ装置は、ＣＤＭＡ通信システムであって、複数のアンテナ素子の受信信号を用いてマルチビーム形成を行い、一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に送信機で拡散した符号と同じ符号でそれぞれ逆拡散を行う逆拡散手段と、逆拡散手段からの各出力信号に既知シンボル列を用いてそれぞれ逆変調を行う逆変調手段と、逆変調手段により逆変調された各信号に応じた所望信号と干渉成分との電力比を一定の時間間隔毎にそれぞれ推定する電力比推定手段と、電力比推定手段により新たな電力比推定値が算出される度に、その新たに算出された電力比推定値を含めて所定数過去に算出された電力比推定値のうちの最大値を各信号毎に逐次決定すると共に、それら各信号毎の最大値の中で最も大きな電力比推定値を得た信号に対応するビームを選択、あるいは上位の電力比推定値を有する信号に対応する複数のビームを逐次選択する電力比比較手段とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示すブロック図であり、図において、１はＡ１〜ＡＫのＫ個のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナ、２はアンテナ素子Ａ１〜ＡＫの受信信号を用いてマルチビーム形成を行うマルチビーム形成部、３は一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に既知シンボル列を用いて逆変調を行う逆変調部（逆変調手段）、４は逆変調部３により逆変調された信号から所望信号と干渉成分との電力比を推定する電力比推定部（電力比推定手段）、５は電力比推定部４による電力比推定を一定の時間間隔毎に複数回計算させ、その中で最も大きな電力比推定値、あるいは上位の電力比推定値を演算する電力比比較部（電力比比較手段）、６は電力比比較部５により演算されたビームを選択するビーム選択部（電力比比較手段）である。
【０００８】
次に動作について説明する。
アレーアンテナ１において、ｋ番目のアンテナ素子ＡＫの受信信号をｘk、受信機雑音をｎkとし、ｌ番目の到来信号波形をｓl、到来方向をθlとする。この時、アレーアンテナの受信信号列ベクトルは式（１）のように表される。
【数１】
0003999000.tif 000002
上式のａ（θl）は到来方向θlに対応した方向ベクトルである。式（１）の左辺の受信信号ベクトルをＸ、方向ベクトルからなる行列をＡ、到来信号波形ベクトルをＳ、雑音ベクトルをＮとすると、式（２）のようなベクトル表記となる。
Ｘ＝ＡＳ＋Ｎ                                              （２）
マルチビーム形成部２では、予め複数の固定ビームパターンに対応する重み係数（ウエイト）を用意しておく。例えば、ＦＦＴやＤＦＴを用いた直交ビームを形成しても良いし、ある角度範囲内の任意の方向にピークを向けたビームを複数個設定しても良い。ｊ番目のビーム出力信号ｂjは対応するウエイトをｗjとすると式（３）で表される。
【数２】
0003999000.tif 000003
【０００９】
ここで、通信を行いたいユーザの信号をｓl（所望信号）とし、その他の信号ｓl（ｌ＝２，・・・，Ｌ）を干渉信号とする。図５に示したように、送信信号には既知のシンボル列が挿入されているので、各ビームの出力信号に対して既知シンボル列を用いて逆変調を行う。これにより、式（４）の右辺第１項に示されるように、逆変調後のビーム出力信号ｃjからは所望信号の変調成分を除去できるので、異なったシンボル間の加算処理が可能となる。なお、既知シンボルとしてはパイロットシンボル等が利用できる。
【数３】
0003999000.tif 000004
すなわち、所望信号の電力は加算したシンボル分増加するが、その他の信号（干渉成分）や受信機雑音については既知シンボル列とは無相関であるので、電力は増加しない。よって、Ｓ／Ｎを良くすることが可能である。
【００１０】
したがって、逆変調された各ビーム出力信号ｃ1〜ｃjは、電力比推定部４において、既知シンボル数分を利用して積算した平均値から所望信号電力を、その平均値からの分散を干渉電力として演算することで、所望信号と干渉成分との電力比が推定可能となる。
【００１１】
さらに、上述の電力比推定を一定の時間間隔毎に複数回実行し、それらの結果を比較して電力比比較部５では、最も電力比の大きいビームを最適なビームとして決定する。例えば、あるビームｊの出力信号の電力比推定値をＰij（ｉ＝１，２，３，・・・）とし、比較回数を３回とした場合には、Ｐ1j，Ｐ2j，Ｐ3jの３値で最大のものを選択し、このビームの最終的な電力比推定値を決定する。他のビームについても同様の処理をした後にそれら決定された各ビームの電力比推定値の中で最大の値をもつビームを選択する。次に、Ｐ2j，Ｐ3j，Ｐ4jの中で最大値を選択するようにして上記の処理を行う。このようにして、逐次的に電力比の比較を行うことでビーム選択を実行していく。
【００１２】
このような処理を行うことで、マルチパスフェージングの影響により所望信号の受信レベルが低下している場合や、干渉電力が大きい場合における誤制御を低減することが可能となる。電力比を推定する時間間隔や比較回数については、端末の移動により信号の到来方向が変化しない程度の時間長で処理する必要がある。また、比較回数については許容される演算量により適宜決定する。フェージングの一周期以上の時間長で比較を行うことで効果的な電力比の推定・比較が可能となる。その後、ビーム選択部６において決定したビームを選択し、通信を行う。
【００１３】
以上のように、この実施の形態１によれば、移動通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、マルチビーム受信時のビーム選択を精度良く実行し、通信品質を改善することができる。
【００１４】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示すブロック図であり、図において、７は電力比推定値が最も大きな値となったタイミングの各ビームの出力信号を用いて信号の到来方向推定を行う到来方向推定部（到来方向推定手段）、８は到来方向推定結果に基づいて、受信および送信の指向性制御を行う指向性制御部（指向性制御手段）である。その他の構成については、図１と同一である。
【００１５】
次に動作について説明する。
実施の形態１で述べたように、アレーアンテナ１の受信信号は、マルチビーム形成部２に入力され、その後、逆変調部３において既知シンボル列を用いて逆変調を行う。逆変調された各ビーム出力信号は、電力比推定部４において所望信号と干渉成分との電力比が推定され、さらに、電力比推定を一定の時間間隔毎に複数回実行し、それらの結果に基づいて電力比比較部５では、上位の値を有する複数のビームを選択する。また、最も電力比推定値が大きいタイミングのデータサンプルを用いて到来方向推定を到来方向推定部７にて行う。これにより、Ｓ／Ｎの最も良い状態のサンプルを用いた到来方向推定が可能となり、その推定精度の向上が可能となる。
【００１６】
指向性制御部８では、受信時には、その到来方向推定値の方向に最大利得を向けるよう、ビーム選択部６で選択された各ビームを合成する。送信時には、到来方向推定値の方向に最大利得を向けるよう、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＫへのウエイトを制御する。
【００１７】
以上のように、この実施の形態２によれば、到来方向推定部７により、Ｓ／Ｎの最も良い状態のサンプルを用いた到来方向推定が可能となり、その推定精度を向上させることができる。
また、指向性制御部８により、効率的な送受信ビームの制御を行うことができる。
【００１８】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示すブロック図であり、この実施の形態３では、ＣＤＭＡ通信方式を適用した移動体通信システムに適用されるものである。図において、９−１〜９−Ｊは各ビームの出力信号に送信機で拡散した符号と同じ符号で逆拡散を行う逆拡散部（逆拡散手段）である。その他の構成については、図１と同一である。
【００１９】
次に動作について説明する。
アレーアンテナ１の受信信号はマルチビーム形成部２に入力され、複数のビーム出力信号が得られる。各ビーム出力信号に対しては、逆拡散部９−１〜９−Ｊにおいて送信に用いた拡散符号と同一の符号で逆拡散を行う。この逆拡散による処理利得によりＳ／Ｎを改善することができる。
【００２０】
逆拡散後の各ビーム出力信号には、上記実施の形態１の図１で示したように、送信信号には既知のシンボル列が挿入されているので、各ビームの出力信号に対して既知シンボル列を用いて逆変調を行う。逆変調された各ビーム出力信号は電力比推定部４において、所望信号と干渉成分との電力比を推定する。
さらに、上述の電力比推定を一定の時間間隔毎に複数回実行し、それらの結果に基づいて電力比比較部５では、最も電力比の大きいビームを最適なビームとして決定する。
このような処理を行うことで、マルチパスフェージングの影響により所望信号の受信レベルが低下している場合や、干渉電力が大きい場合における誤選択を低減することが可能となる。その後、ビーム選択部６において決定したビームを選択し、通信を行う。
【００２１】
以上のように、この実施の形態３によれば、ＣＤＭＡ通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、マルチビーム受信時のビーム選択を精度良く実行し、通信品質を改善することができる。
【００２２】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示すブロック図であり、マルチビーム形成部２およびビーム選択部６を削除したものである。その他の構成については、図２と同一である。
【００２３】
次に動作について説明する。
アレーアンテナ１の受信信号は、逆変調部３において既知シンボル列を用いて逆変調を行う。逆変調された各アンテナ素子の出力信号は、電力比推定部４において所望信号と干渉成分との電力比が推定され、さらに、電力比推定を一定の時間間隔毎に複数回実行し、それらの結果に基づいて電力比比較部５では、最も電力比推定値が大きいタイミングのデータサンプルを選択する。その後、このサンプルを用いた到来方向推定を到来方向推定部７にて行う。これにより、Ｓ／Ｎの最も良い状態のサンプルを用いた到来方向推定が可能となり、その推定精度の向上が可能となる。
指向性制御部８では、到来方向推定値の方向に最大利得を向けるよう、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＫへのウエイトを制御する。
【００２４】
以上のように、この実施の形態４によれば、移動通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、複数のアンテナ素子を用いた到来方向推定を精度良く実行し、通信品質を改善することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、複数のアンテナ素子の受信信号を用いてマルチビーム形成を行い、一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に既知シンボル列を用いてそれぞれ逆変調を行う逆変調手段と、逆変調された各信号に応じた所望信号と干渉成分との電力比を一定の時間間隔毎にそれぞれ推定する電力比推定手段と、電力比推定手段により新たな電力比推定値が算出される度に、その新たに算出された電力比推定値を含めて所定数過去に算出された電力比推定値のうちの最大値を各信号毎に逐次決定すると共に、それら各信号毎の最大値の中で最も大きな電力比推定値を得た信号に対応するビームを選択、あるいは上位の電力比推定値を有する信号に対応する複数のビームを逐次選択する電力比比較手段とを備えるように構成したので、移動通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、マルチビーム受信時のビーム選択を精度良く実行し、通信品質を改善することができる効果がある。
【００２６】
この発明によれば、ＣＤＭＡ通信システムであって、複数のアンテナ素子の受信信号を用いてマルチビーム形成を行い、一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に送信機で拡散した符号と同じ符号でそれぞれ逆拡散を行う逆拡散手段と、逆拡散手段からの各出力信号に既知シンボル列を用いてそれぞれ逆変調を行う逆変調手段と、逆変調手段により逆変調された各信号に応じた所望信号と干渉成分との電力比を一定の時間間隔毎にそれぞれ推定する電力比推定手段と、電力比推定手段により新たな電力比推定値が算出される度に、その新たに算出された電力比推定値を含めて所定数過去に算出された電力比推定値のうちの最大値を各信号毎に逐次決定すると共に、それら各信号毎の最大値の中で最も大きな電力比推定値を得た信号に対応するビームを選択、あるいは上位の電力比推定値を有する信号に対応する複数のビームを逐次選択する電力比比較手段とを備えるように構成したので、移動通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、マルチビーム受信時のビーム選択を精度良く実行し、通信品質を改善することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示すブロック図である。
【図２】  この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示すブロック図である。
【図３】  この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示すブロック図である。
【図４】  この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示すブロック図である。
【図５】  従来のフレームフォーマットを示す説明図である。
【符号の説明】
１  アレーアンテナ、２  マルチビーム形成部、３  逆変調部（逆変調手段）、４  電力比推定部（電力比推定手段）、５  電力比比較部（電力比比較手段）、６  ビーム選択部（電力比比較手段）、７  到来方向推定部（到来方向推定手段）、８  指向性制御部（指向性制御手段）、９−１〜９−Ｊ  逆拡散部（逆拡散手段）、Ａ１〜ＡＫ  アンテナ素子。
【図１】
0003999000.tif 000005
【図２】
0003999000.tif 000006
【図３】
0003999000.tif 000007
【図４】
0003999000.tif 000008
【図５】
0003999000.tif 000009