(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを用いて複数のユーザからの信号を受信する無線受信システムであって、
受信信号からユーザ毎に信号を抽出する抽出手段と、
既知の参照信号を記憶する記憶手段と、
前記抽出手段からの出力と前記参照信号とを用いて前記ユーザ毎に信号を抽出するためのウェイトを算出して前記抽出手段に供給する算出手段と、
を有し、前記参照信号として少なくともチャネル種別信号の一部を用い、前記チャネル種別信号は同期バースト処理完了後に用いることを特徴とする無線受信システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記参照信号として、スタートシンボル、プリアンブル、ユニークワード及び前記チャネル種別信号の一部を用いることを特徴とする無線受信システム。
【請求項３】
複数のアンテナを用いて複数のユーザからの信号を受信する方法であって、
受信信号から各ユーザ毎の信号を抽出するためのウェイトを、同期バースト処理完了前に１２シンボルの参照信号を用いて算出し、前記同期バースト処理完了後に１３シンボルの参照信号を用いて算出する
ことを特徴とする無線受信方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、
チャネル切替処理開始から前記同期バースト処理完了前には前記１２シンボルを用いることを特徴とする無線受信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線受信システム及び方法、特にＰＤＭＡ（Path Division Multiple Access）等の通信方法による無線受信において、複数のユーザからの信号を受信して互いに分離する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、同一周波数において複数のチャネルを割り当て多重化する技術が知られている。
【０００３】
図８には、携帯電話等への適用が考えられているＰＤＭＡ方式によるチャネル割り当ての様子が示されている。ＰＤＭＡにおいては、同一周波数における１つのタイムスロットを空間的に分割し、複数のユーザのデータを伝送する。図において、横軸は時間軸であり、縦軸は空間方向（パス多重方向）である。同一周波数において時間軸方向に４つのスロットに分割され（タイムスロット１〜４）、各タイムスロットはさらに空間方向が異なる４つのパスに分割される。例えば、タイムスロット３に着目すると、チャネル３，１（タイムスロット３における第１のパス）、チャネル３，２（タイムスロット３における第２のパス）、チャネル３，３（タイムスロット３における第３のパス）、チャネル３，４（タイムスロット３における第４のパス）の４つに分割され、各チャネルに異なるユーザが割り当てられることになる。同一タイムスロット内の４つのチャネルは、指向性を有するアダプティブアレイ等の信号抽出装置を用いて互いに分離される。アダプティブアレイの基本原理は、異なる方向からの電波を複数のアンテナで受信し、各アンテナからの受信信号に最適なウエイトを掛けることで各ユーザからの信号を分離することにある。
【０００４】
図９には、従来のＰＤＭＡ用受信システムの構成が示されている。この図においては、ユーザ１とユーザ２とを分離するために、４本のアンテナ３〜６が設けられており、それぞれのアンテナの出力は周波数変換回路７において局部発振信号Ｌｏにより周波数変換される。周波数変換されたそれぞれの受信信号は、さらにＡ／Ｄ変換器８によりデジタル信号に変換され、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）１０に送られる。
【０００５】
ＤＳＰ１０には、アダプティブアレイ１１，１２、受信信号ベクトル計算機１３、メモリ１４、相関値計算機１５、チャネル割当装置１６が内蔵されている。アダプティブアレイ１１，１２は、デジタル受信信号からチャネル割当装置１６で指定される特定のユーザ信号のみをそれぞれ抽出する。すなわち、アダプティブアレイ１１はユーザ１の受信信号を抽出し、アダプティブアレイ１２はユーザ２の受信信号を抽出する。受信信号ベクトル計算機１３は、デジタル受信信号とアダプティブアレイ１１，１２の出力信号に基づき、全てのユーザに対応した受信信号ベクトルを計算してメモリ１４に記憶する。チャネル割当装置１６は、メモリ１４と相関値計算機１５とに対して２人のユーザ（ユーザ１とユーザ２）を指定する。相関値計算機１５は、メモリ１４に記憶した受信信号ベクトルのうち、指定された２人のユーザの受信信号ベクトルの相互相関値を計算する。チャネル割当装置１６は、２人のユーザの受信信号ベクトルの算出された相互相関値を受け取り、相互相関値が一定値以下であればその２人のユーザを同一タイムスロットに割当て多重化する。
図１０には、図９におけるアダプティブアレイ１１（アダプティブアレイ１２の構成も同様である）の概念構成図が示されている。但し、説明の都合上、アンテナを２つに省略している。既述したように、アダプティブアレイ１１では、複数のアンテナからの受信信号にウェイトを掛けることで所望のユーザ信号を分離する。アダプティブアレイ１１内には、プリアンブル信号を記憶するプリアンブル情報部１１ａ及びウェイトベクトル計算機１１ｂを有し、ウェイトベクトル計算機１１ｂで最適なウェイトを計算して乗算器に供給する。最適なウェイトとは、予め既知のプリアンブル信号とウェイトを掛けて抽出した信号とが同一となるようなウェイトであり、ウェイトベクトル計算機１１ｂでは、プリアンブル情報部１１ａに記憶されたプリアンブル信号と、ウェイトを掛けて抽出したユーザ信号（アダプティブアレイ１１ではユーザ１の信号）との平均２乗誤差を算出し、この誤差が最小となるようなウェイトを算出する。以下、このプリアンブル信号について説明する。
【０００６】
図１１には、ＰＨＳ（登録商標）などの携帯電話で用いられる通信用物理スロットフォーマットが示されている。（ａ）に示されるように、１スロット２４０ビットで構成され、Ｒ（過渡応答用ランプタイム）４ビット、ＳＳ（スタートシンボル）２ビット、ＰＲ（プリアンブル）６ビット、ＵＷ（ユニークワード）１６ビット、Ｉ（データ領域）１８０ビット、ＣＲＣ１６ビットで構成される。Ｉ領域は、（ｂ）や（ｃ）に示されるように、ＣＩ（チャネル種別）４ビット、ＳＡ（ＳＡＣＣＨ）１６ビット、ＴＣＨあるいはＦＡＣＣＨ１６０ビットで構成される。
【０００７】
このようなフォーマットにおいて、従来においては固定値であるＳＳ（２ビット１シンボル）、ＰＲ （６ビット３シンボル）、ＵＷ（１６ビット８シンボル）の合計１２シンボルを既知のプリアンブル情報として用い、ウェイト計算を行っていた。すなわち、プリアンブル情報部１１にＳＳ、ＰＲ、ＵＷの合計１２シンボルを記憶させ、１シンボルずつ読み出してウェイトベクトル計算機１１ｂで誤差が最小となるようにウェイトを選択する処理を１２シンボル分繰り返すことで、最終的に最適のウェイトを決定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、参照すべきプリアンブル情報が多いほど、すなわち参照すべきシンボル数が多いほど最適なウェイトに収束させることが可能であり、１２シンボルのプリアンブル情報では最適ウェイトに収束させることが困難な場合も少なくない。特に、ユーザ数が増大する程、必要となるアンテナ数も増大するから、これに伴って最適値に収束させるために必要なシンボル数も増大することとなり（一般に、アンテナ数の２倍程度のシンボル数が必要となる）、１２シンボルだけでは十分でない場合も生じ得る。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、
最適なウェイトを算出するために必要な参照シンボル数を１２シンボル以上とし、これにより確実にユーザ毎の信号を分離抽出することができるシステム及び方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のアンテナを用いて複数のユーザからの信号を受信する無線受信システムであって、受信信号からユーザ毎に信号を抽出する抽出手段と、既知の参照信号を記憶する記憶手段と、前記抽出手段からの出力と前記参照信号とを用いて前記ユーザ毎に信号を抽出するためのウェイトを算出して前記抽出手段に供給する算出手段とを有し、前記参照信号として少なくともチャネル種別信号の一部を用いることを特徴とする。従来用いられていなかったチャネル種別信号をも参照信号として用いることで、参照シンボル数を増大（拡大）し、これによりウェイトの精度を向上させてユーザ毎の信号を抽出する精度を向上できる。なお、チャネル種別信号の一部とは、より具体的には一連の通信シーケンスの中で固定であることが既知である部分をいう。
【００１１】
本発明において、前記参照信号として、より具体的にはスタートシンボル、プリアンブル、ユニークワード及び前記チャネル種別信号の一部を用い、特に、前記チャネル種別信号の最初の２ビットを用いる。後述するように、チャネル種別信号の最初の２ビットは、通信シーケンスの中で固定的な値をとる。そこで、この最初の２ビットを参照信号に組み込むことで、参照シンボル数を１２シンボル以上に増大することができる。
【００１２】
言い換えれば、本発明においては、前記参照信号として、前記スタートシンボル１シンボル、前記プリアンブル３シンボル、前記ユニークワード８シンボル及び前記チャネル種別信号１シンボルの１３シンボルが用いられる。従来よりも１シンボル余分に参照信号を用いることで、ウェイト計算を１３回繰り返すことができ、最適ウェイトに収束し易くなる。
【００１３】
本発明において、前記チャネル種別信号は同期バースト処理完了後に用いることが好適である。同期バースト処理完了後に前記チャネル種別信号の特定部分、具体的には最初の２ビット１シンボル部分が固定値となり、これを既知の参照情報として用いることができる。なお、同期バースト処理完了前においては、例えば従来の１２シンボルを用いることができる。
【００１４】
本発明は、複数のアンテナを用いて複数のユーザからの信号を受信する方法を提供する。この方法は、受信信号から各ユーザ毎の信号を抽出するためのウェイトを、１３シンボルの参照信号を用いて算出することを特徴とする。
【００１５】
前記１３シンボルは、スタートシンボル１シンボル、プリアンブル３シンボル、ユニークワード８シンボル、チャネル種別信号１シンボルから構成することができる。
【００１６】
また、本方法において、同期バースト処理完了前に１２シンボルを用い、前記同期バースト処理完了後に前記１３シンボルを用いることが好適であり、チャネル切替処理開始から前記同期バースト処理完了前には前記１２シンボルを用いることが好適である。通信シーケンスにおいて、チャネル切替処理に移行すると、同期バーストがやりとりされるためチャネル種別信号も固定的でなくなる。そこで、チャネル切替処理開始から同期バースト処理完了前においては従来の１２シンボルに戻し、同期バースト完了後に再び１３シンボルに移行することで、最適なウェイトを算出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１には、本実施形態におけるアダプティブアレイ１１の構成が示されている。なお、無線受信システムの全体構成は図９に示された構成と同様であるのでその説明は省略する。
【００１９】
従来においては、プリアンブル情報部１１ａには、ＳＳ１シンボル、ＰＲ３シンボル、ＵＷ８シンボルの合計１２シンボルが記憶され、この１２シンボルでウェイトを計算していたが、本実施形態ではプリアンブル情報部１１ａに上記の１２シンボルに加え、さらにＣＩ（チャネル種別）の１シンボルを加えた１３シンボルがプリアンブル情報として記憶され、１３シンボルでウェイトが算出される。すなわち、プリアンブル情報部１１ａから参照信号ｄ（ｔ）として１シンボルずつ順次読み出されてウェイトベクトル計算機１１ｂに供給され、ウェイトベクトル計算機１１ｂではこの参照信号ｄ（ｔ）とユーザ１の出力信号ｙ（ｔ）との平均２乗誤差が最小となるようにウェイトを計算する処理を１３シンボルにわたって再帰的に行い、最適のウェイト値に収束させる。
【００２０】
なお、図１において、２つのアンテナでユーザ１の信号ｓ１（ｔ）、ユーザ２の信号ｓ２（ｔ）を受信する場合、各アンテナの受信信号は、
【数１】
ｘ１（ｔ）＝Ｈ11ｓ１（ｔ）+Ｈ12ｓ２（ｔ）+ｎ１（ｔ）
ｘ２（ｔ）＝Ｈ21ｓ１（ｔ）+Ｈ22ｓ２（ｔ）+ｎ２（ｔ）
但し、Ｈijは信号ｓｊ（ｔ）がアンテナｉで受信された際の位相振幅情報、ｎ１（ｔ）、ｎ２（ｔ）はノイズ成分
となり、あるウェイトを掛けた場合の出力信号は、
【数２】
0004358977.tif 000002
となる。したがって、ユーザ１の信号のみを分離するには、ウェイトとして
【数３】
（ｗ１Ｈ11+ｗ２Ｈ21）＝１
（ｗ１Ｈ12+ｗ２Ｈ22）＝０
すなわち、
【数４】
ｗ１＝Ｈ22／（Ｈ11Ｈ22−Ｈ12Ｈ21）
ｗ２＝Ｈ12／（Ｈ12Ｈ21−Ｈ11Ｈ22）
のようなウェイトを算出すればよいこととなり、ウェイトベクトル計算機１１ｂでは上式を基本原理として最適なウェイトを算出する。
【００２１】
図２にはＰＨＳ（登録商標）などの携帯電話で用いられる通信用物理スロット上り（端末から基地局へ）のＣＩ（チャネル種別）コーディング規約が示されており、図３には端末（ＰＳ）と基地局（ＣＳ）間の通信シーケンスが示されている。ＣＩは４ビットであり、ＴＣＨやＦＡＣＣＨなどに応じてそのビットの内容が変化する。従来において、このＣＩをプリアンブル情報に用いていなかったのはこのようにＣＩのビットが固定ではなく変化するためであるが、本願出願人はＴＣＨとＦＡＣＣＨではＣＩの最初の２ビットが００であることに着目し、これをプリアンブル情報として用いることができることを見出した。
【００２２】
すなわち、図３に示されるように、発呼後の同期バースト処理が完了した後に端末ＰＳと基地局ＣＳでやりとりされるスロットのＣＩはＦＡＣＣＨあるいはＴＣＨである。図３において、ＦＡＣＣＨ＆ＳＡＣＣＨはＳＡＣＣＨとＦＡＣＣＨがともにやりとりされることを意味し、ＳＡＣＣＨ/ＦＡＣＣＨはＦＡＣＣＨあるいはＳＡＣＣＨを含むＴＣＨを意味する。したがって、同期バースト処理が完了した後は、ＣＩの最初の２ビットは常に００であることがわかるので、これを既知情報としてプリアンブル情報に組み込むことが可能となる。そこで、本実施形態では、ＳＳ１シンボル、ＰＲ３シンボル、ＵＷ８シンボル、ＣＩ１シンボルの計１３シンボルをプリアンブル情報と用いてウェイトを算出する。
【００２３】
図４には、本実施形態の処理フローチャートが示されている。まず、通信開始か否か、すなわち端末ＰＳからチャネル確立要求があったか否かを判定する（Ｓ１０１）。チャネル確立要求があった場合、プリアンブル情報部１１ａに記憶されている１３シンボルのうち、ＣＩ１シンボルを除く従来の１２シンボルを参照信号として設定する（Ｓ１０２）。次に、同期バースト処理が終了したか否かを判定（Ｓ１０３）する。そして、同期バースト処理が終了した場合には（より正確には、同期バースト処理後のＳＡＢＭを受信するタイミングで）ＣＩの最初の２ビットは００と固定なので、参照信号としてプリアンブル情報部１１ａに記憶されている１３シンボル全てを用いてウェイト計算を行い、最適のウェイトをアダプティブアレイ１１に供給してユーザ信号を抽出する（Ｓ１０４）。なお、基地局ＣＳ側では、同期バーストを端末に送信すると、次に端末からＳＡＢＭを受信することがわかっているので、基地局ＣＳ側では同期バースト送信後に、同期バーストが終了したとみなして参照信号を１３シンボルに設定することもできる。
【００２４】
以後は、原則としてこの１３シンボルを用いてユーザ信号を抽出するが、チャネル切替処理が必要となると、再び同期バースト信号のやりとりが行われるため、ＣＩを既知情報として用いることができない。そこで、チャネル切替が生じたか否かを判定し（Ｓ１０５）、チャネル切替制御シーケンスに移行した場合には、参照信号として再び１２シンボルに戻して（Ｓ１０２）、ウェイト計算を行う。以上の処理を切断シーケンスに移行するまで行うことで（Ｓ１０６）、１２シンボルと１３シンボルを動的に切替え、ユーザ信号を確実に抽出することができる。
【００２５】
図５〜図７には、従来の１２シンボルでウェイト計算を行った場合と１３シンボルでウェイト計算を行った場合の参照信号ｄ（ｔ）とアダプティブアレイ出力信号ｙ（ｔ）の平均２乗誤差ＭＳＥの比較結果が示されている。
【００２６】
図５は、アンテナ数を４個とした場合の結果であり、横軸はＣＩＲ（キャリアと干渉成分の比）であり、縦軸は１／ＭＳＥである。ＳＮＲ（Ｓ／Ｒ）＝１０ｄＢ、３０ｄＢいずれの場合においても、１３シンボルの方が１２シンボルよりも１／ＭＳＥの値が大きく、すなわち１３シンボルの方が参照信号によく収束していることがわかる。
【００２７】
図６及び図７は、それぞれアンテナ数を６個、８個とした場合の結果である。この場合にも、１３シンボルの方が１２シンボルよりも１／ＭＳＥが大きく、アダプティブアレイ１１の出力信号が参照信号によく収束し、したがってより最適なウェイトが算出されていることがわかる。特に、図７に示されるように、アンテナ数を８個とした場合、ＣＩＲが１０ｄＢ以上において１３シンボルとしたときのＭＳＥが小さくなっており（特にＳＮＲ＝３０ｄＢのとき）、１３シンボルを用いることの有効性が理解される。
【００２８】
なお、図５〜図７の結果より、一般にアンテナ数が多くなる程、参照信号のシンボル数を１２シンボルから１３シンボルに拡大した本実施形態の効果が顕著になると云うことができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態ではプリアンブル情報部１１ａに１３シンボルを記憶し、必要に応じて１２シンボルだけ読み出す、あるいは１３シンボル全てを読み出すことで参照信号として用いたが、１２シンボルを記憶したプリアンブル情報部と１３シンボルを記憶したプリアンブル情報部を並列して設け、これらを適宜切り換えて参照信号としてウェイトベクトル計算機１１ｂに供給する構成とすることもできる。
【００３０】
また、本実施形態では、同期バースト処理終了後に１２シンボルから１３シンボルに切り換えて処理しているが、同期バースト終了後にさらにアンテナ本数を確認し、アンテナ本数が所定数以上である場合に限りシンボル数を１２シンボルから１３シンボルに切り換える構成も可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、従来よりも多い参照シンボル数を用いることができ、これによりユーザ信号を分離できる精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態のアダプティブアレイ構成図である。
【図２】  通信用物理スロット上りのＣＩコーディング説明図である。
【図３】  通信シーケンス説明図である。
【図４】  実施形態の処理フローチャートである。
【図５】  実施形態と従来の比較結果を示すグラフ図（アンテナ４本の場合）である。
【図６】  実施形態と従来の比較結果を示すグラフ図（アンテナ６本の場合）である。
【図７】  実施形態と従来の比較結果を示すグラフ図（アンテナ８本の場合）である。
【図８】  ＰＤＭＡ方式のチャネル割り当て説明図である。
【図９】  無線受信システムの構成図である。
【図１０】  従来のアダプティブアレイ構成図である。
【図１１】  通信用物理スロットのフォーマット図である。
【符号の説明】
１０  ＤＳＰ、１１、１２  アダプティブアレイ、１１ａ  プリアンブル情報部、１１ｂ  ウェイトベクトル計算機。
【図１】
0004358977.tif 000003
【図２】
0004358977.tif 000004
【図３】
0004358977.tif 000005
【図４】
0004358977.tif 000006
【図５】
0004358977.tif 000007
【図６】
0004358977.tif 000008
【図７】
0004358977.tif 000009
【図８】
0004358977.tif 000010
【図９】
0004358977.tif 000011
【図１０】
0004358977.tif 000012
【図１１】
0004358977.tif 000013