長岡工業高等専門学校研究紀要

論第45巻第２号（2009）��

文����������������������
������������������������������������ � � � � � � � � Departmentof Electronic Control Engineering, Nagaoka National College ofTechnology�2���������Nagaoka University of Technology�

� CHARACTERISTICS OF UWB/CDMA ADAPTIVE ARRAY ANTENNASYSTEM EMBEDDING RAKE RECEPTION IN A MULTI-PATH FADINGENVIRONMENT
Shinichi TACHIKAWA1 and Naotoshi ITO2
Abstract
This paper proposes a novel adaptive UWB/CDMA array antenna system that makes the antenna
pattern in the direction of the desired wave and does not make null in the direction of the undesired wave,
and that employs RAKE reception. It is expected that the proposed system can make a more advantage
directivity and can reduce the influence of multi-path fading. By computer simulations using two kinds ofchannel models, the effects of the RAKE reception and improvements of directivity by antenna patterns
in multiple accesses are clarified on evaluation of D/U (Desired wave power / Undesired wave power).
Key Words : UWB, CDMA, array antenna, multi-path fading environment, RAKE reception������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������� �������� ���������������������������������������������������� ���� �������������������������� ���� ������������������������������������������������������������������������������� � �� �� � �� ������� ��������������������� � � � � � � � � � � � � ������ ����������������������������������������� ������� � � � � � � � � � � � � � � ��������������������������� ������������� �������������������������
��������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�― 55 ―

太刀川信一・伊藤直敏

�Amplitude���������������������������������������������� ���������������������� �����1������������������������
����������������������
0� � � � � � � � ������������ ����� ������� �-1����������������������������������
Tp���������
1234567�
�
�T�
Time[s]�������������� ���������� ������������������������� �� ������� ��� ��������������� ��������������� ������ ������������������������������������������ ������������������������������������������� ���������������������� � � � � � � � � � � � � � � ��������� d(t)y(�) ������������� ���������������������������
��e(t)
������ ������ ������������������������������������LMS Algorithm�������������� ������ ������������������������������������ ��������������� ���������������������������� ������������������� �������������������������������������� ���������������������������������� ������������� ���� ������������� �� ������ �� ����������������������� �������� �������
����������� ������ ����������������� � �������������������������������������
�������������������� �������������������
������������������������������������� ������������ � � � � � � � Du � Tp � ������������ � ���������Tc������ ���������� � �� ������e(t ) � d (t ) � y (t ) �� � � � � ���������������������� ����������������������� ������ �� ����������������������
�������� � � � W (t � 1) � W (t ) � �E�X (t )e * (t )� � � � ������������������������������ � ������������������ ���������� ������������ ��������������������������� �������� � ������������������������������� ���� ��������������������������������������
����������������������������������
������� ���� ����������������������� ��������������������������������� ����������� � � � � � W �t � � �w1, w2,�, wn� ���� � � � ����T�
― 56 ―

マルチパス伝送路におけるRAKE受信組込み型UWB/CDMAアレーアンテナシステムの特性

�
�

�
�
��
���
��
�������������� ���������� �����
��������
����
�
��
����
��
�
��
�
�
�������������
�����������������������
��desired wave = d(t)� undesired wave � PN sequence
AWGN
�
�
�
degree(a) y(t) signal
�desired wave = d(t)undesired wave � PN sequence

AWGNdegree(a) y(t) signalundesired wave � PN sequence

AWGN

degree(b) e(t) signal

degree(c) antenna pattern������������������������ ������������� ���� ������������� � ���������������������������� � ������������������������������ ���� ����������������

�undesiredwave � PN sequence
�AWGN�
degree(b) e(t) signal

X �t � � �x1, x2,�, xn� � � �������������T��� � ���� ������������������������� ��������� ��������������������������������� �������������������������������������������� ������������������������������ �����������������������������������������������
�

desired wave = d(t)degree(c) antenna pattern��������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������� ��������������������e(t ) � � � d (t ) � y (t ) �� � � � � ������������������������������� � ������������������������������������������������������������������������������― 57 ―

太刀川信一・伊藤直敏

����� ��������������������������� ��������������������������� � ��������������������������
����������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ��� �����������������

Primary modulation
BPSK
Secondaly modulation
DS/UWBPN sequence
M sequence
Code length31
Chip Duty
0.5
Number of users
2
Recevied bit timinng
Synchronous
Recevied chip timinng
Synchronous
Eb/No
20[dB]SIR
0[dB]
Antenna5-element linear array
Arrival directions(Model1)
Desired�30[deg](user = 2)
Undesired�-60[deg]Arrival directions(Model2)
Desired� 0, 30[deg](user = 2) Undesired�-60,-30[deg]Element space�/2
Initial antenna weigt[1,0,0,0,0]
Channel model
AWGN + Multipath Fading
Doppler frequency
50[Hz]
Delay time
3Tc
Traning time
30000
Step size parameter �0.001
������������

�������

Received power�� ���������������������������������������������
�������������������������������� ��������������� � � �� � � � � � � �������� ����� � � � ��������������������������������
�����������������������
������������������������ ��������������������������
������� � ����������������
�����������������������3Tc
�������������������������
��������������������� ���
Direct wave Delay wave
Time[s]��������������� ��������������� ��������������������������������������� � ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ����������������� � ������ ����������������������������������������� ����� �� �������������������������������� ���������� ����� ��������� ������� � ��������� � ������������ �����
��������� ���� ��� � � ����� �������������������������
������� ��� ��������� �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�― 58 ―

マルチパス伝送路におけるRAKE受信組込み型UWB/CDMAアレーアンテナシステムの特性�����������������������
�����������

Direct & Delay waves���� ��������������� ����������� � ������������������������� ���������������������������� ��� ���������������������������������� �������������������������� ������������������������
����������������������������������������������
��������� ����������������������������������� ��� ������������� �����������������������������������������
���� �� ����������������� �������������

wave

power [dB] �������U power � Undesired wave

power [dB] �������

D / U � D power � U power [dB] �����������Desired wave
Undesired wave������������ ��5
Conventional
Proposed�no RAKE)
Proposed(with RAKE)

Array output[dB]0-5-10-15-20-25-30-90 -75 -60 -45 -30 -15 0 15
Angle [deg]3045607590

���� ��������������� ������� ���
1000
100
Mean square error�� D power � Desired

Direct & Delay waves

101

Proposed�no RAKE)������� ��� ��������� ����Proposed�with RAKE)
0.1
�� ��� ���������� �����������
Conventional���������������� ����������������
0.01
���������������������������������0.001
������� ���� ��� ��������� ����
05000
10000
15000
20000
25000
30000
Time[bits]���������������������� �������������� ����������� ������������ �������������������������� ��� ����������������������������������
����� ����������������� ������������������ ������������������� ������������������ ���������������������������
������������������ �������������������� � ��������
����� ������������������ �����
�������� ���������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � ������ ������������������ ���������������������������������������������������������������� ������������������������������ ������������ �������������������� �������������������� ���� ������������������������������������������������������������� ������������ ��������������������������������
���� ����� ���������������������� ���� ��������������������������������������� �����������������������
�― 59 ―

太刀川信一・伊藤直敏

�Array output[dB]������������������������
Direct wave
Delay wave�����������������������
Delay wave
Direct wave������������������� ���� ��������� ��� �������������������Desired wave�Undesired wave���� ������������������������� ��������� ����������� � ���������������������������
Conventional����������������������
10
Proposed�no RAKE)
Proposed(with RAKE)
5���� �������������������0������������� �����������-5����������� � ���� ��� ������-10��� ���������� � ����������-15-20
������������
-25������� ������������ �������-30
����� ������������� � ���� �� �-35
�����������������������
-90 -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90
Angle [deg]��������������������� ������ �������������������������������������� ������� ������������������
����������� ���������� ������������������������������������ � ��� �� ������������������������������ �� ������������������������������������������������������������ �������������������������������������
���� � ���������������������������������������������� �� ������� � ������������� �� ���������������������������������������������������� ��� �������������� �������������������������������������������������������� ����������������������������������������� ���� ����������������������� �� �� � ��������� �� ������ ��� ��������������������������������������� ����� ��� �������� ��� ������������������������������� �������������� ��D power � 20 � log10 Vdesired _ direct � Vdesired _ delay [dB] ����������������������������� �������������� � �������������������� � � � � ���������������������
U power � 10 � log10 Pundesired _ direct � Pundesired _ delay [dB] ������������ ���� ��� ��������
����� ����� ���������������������� �� � �������� �� ��� ���������
��� D / U � D power � U power [dB] ��������������������������� ����������������������������������������������� � �������������� ������������ �������������������������� ���������������� ����������������������������� �� ��� ������������������������������������������������������ ����������������� ���� ��� �����������������
������ �������������������
�������� � ���� ��� �������� �� ��� �������������� � ������������������ � ��������� ������

�― 60 ―

マルチパス伝送路におけるRAKE受信組込み型UWB/CDMAアレーアンテナシステムの特性�Mean square error�����������������������
������������ ���� ��������������������� ���� ������������������������ ��������������������������
��������������� ������������������������������ ���� ���� ���������������������������
�����������������������
��������������������������� ���� ��� ����������������������������� �����������������������
�������������� ����������������� ��� �����������
����������
����� ����������������� ������
������� ������������������� ���������������������� �������������
������ ��������� ��� ������������
������������������� � � � � � � � ����� � � � � � � � � ����������� ����������� ���������
���������������������� ���������������������������������������������������������������������������
������������������� ��� �������������������������
������������������ �������
����������� � ������������ ��� ������������ ����������������������������������� ������������������������������� ����������������������������������
������������ ������������� ����������������������������������������������
�������� ������������ ������������������� ������������������� ����� ������������������������������������������������������������������������� � ��������������������������������������������������� ������������������� ����������������������������� ������������ ���������������������������
������������������������������ ������������������ � ����������������������� ��������������� ��� ����������������������������������������������������� ����������������������� ����� ����������������������������������������������� ���������������������������� ��������� ������������������������ ������������ ����������������� � �������������������� � ����������������� ��������� �������������������
1000������������������������100������������������������ ������ ������������������������
�10
Proposed�no RAKE)��������� ����������������
�
1������� ������������ ���������
�
Proposed�with RAKE)������0.1
Conventional����������������������
�
0.01����������������� ��� �����
0.001�����������������������
� 05000
10000
15000
20000
25000
30000
Time[bits]������� ������������� ��������������� ����������� ��� ���� ������ ����������������������
�― 61 ―

太刀川信一・伊藤直敏

���� ���������������������
�������������������

�������, ������������������������

�������,����������, ������UWB-IRUWB/CDMA������������������
��������, 3D-2, p.111, Oct 2005��

1) ����� ������������������,������������������������������, 1988.

���������������,���������2) J.Litva and T.K.Lo: Digital Beamforming in Wireless���, A-5-24, p.163, 2003.�

Communications, Artech House, Boston-London, 1996.

7) W.E.Rodgers and � R.T.Compton, JR.: Adaptive Array3) ������������������������Bandwidth With Tapped Delay-Line Processing, IEEE
Trans. AES-15, pp.21-28, Jan. 1979.

������������������������������������������ A Vol. J82-A
No. 6 pp. 867-874, 1999�������������������������, ������������������������D/U�����������������
�����, P-1, p.339, Oct 2004��

�― 62 ―