DE112015006184T5

DE112015006184T5 - Empfangsvorrichtung und Empfangsverfahren

Info

Publication number: DE112015006184T5
Application number: DE112015006184.3T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Shimbo
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2017-11-02
Also published as: JPWO2016132591A1; CN107431525A; US10158436B2; JP6211226B2; CN107431525B; US20170338900A1; WO2016132591A1

Abstract

Eine Empfangsvorrichtung schätzt mehrere erste Verzögerungsprofile für elektrische Energie anhand mehrerer digitaler Signale auf der Grundlage von über eine Gruppenantenne empfangenen Signale; erzeugt ein synthetisiertes Verzögerungsprofil q(m, l) für elektrische Energie durch Synthetisieren von diesen; erzeugt ein Gruppenverarbeitungssignal y(k) aus den mehreren digitalen Signalen; schätzt ein zweites Verzögerungsprofil für elektrische Energie anhand des Gruppenverarbeitungssignals; erzeugt ein Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie durch Subtrahieren des zweiten Verzögerungsprofils für elektrische Energie von dem synthetisierten Verzögerungsprofil für elektrische Energie; und bildet eine zweidimensionale Karte, die eine Beziehung zwischen Verzögerungszeiten und Ankunftswinkeln von ankommenden Wellen anzeigt, auf der Grundlage des Differenzverzögerungsprofils für elektrische Energie und einer Richtung eines Nullpunkts. Die Empfangsvorrichtung (1) ändert die Richtung des Nullpunkts und wiederholt den vorstehenden Prozess und schätzt einen Ankunftswinkel θ1 einer direkten Welle auf der Grundlage der zweidimensionalen Karte.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Empfangsvorrichtung und ein Empfangsverfahren zum Empfangen von von einem Sender gesendeten Funkwellen und bezieht sich insbesondere auf eine Technologie zum identifizieren einer Richtung, in der der Sender sich befindet, auf der Grundlage eines Empfangssignals.
STAND DER TECHNIK
Eine Empfangsvorrichtung (Empfänger) zum Empfangen von Funkwellen eines Mobiltelefons, eines Funk-LAN (lokalen Netzwerks), terrestrischen digitalen Rundfunks und so weiter empfängt nicht nur eine direkte Welle, die eine eintreffende Welle ist, die direkt von einem Sender ankommt, sondern auch eine Verzögerungswelle, die eine eintreffende Welle ist, die ankommt, indem sie durch ein Hindernis, wie ein Gebäude und eine Struktur, reflektiert und gestreut wird. Ein Kommunikationsumfeld, in welchem die von dem Sender gesendeten Funkwellen über verschiedene Routen wie vorstehend beschrieben an dem Empfänger ankommen, wird als ein Mehrweg-Umfeld bezeichnet.
Die Richtungscharakteristiksteuerung einer Gruppenantenne, die mehrere Antennenelemente enthält, ist als eine der Technologien zum Unterdrücken einer Verschlechterung des Empfangsvermögens in dem Mehrweg-Umfeld bekannt. In der Gruppenantenne kann eine Richtungscharakteristik für die Gruppenantenne gegeben werden durch Steuern mehrerer Gewichtskoeffizienten, die verwendet werden, wenn mehrere durch die mehreren Antennenelemente empfangene Signale zusammengesetzt werden. In dem Mehrweg-Umfeld kann die Verschlechterung des Empfangsvermögens aufgrund des Einflusses der Verzögerungswelle unterdrückt werden durch Steuern der Richtungscharakteristik der Gruppenantenne in der Weise, dass eine Hauptkeule der Gruppenantenne in einer Ankunftsrichtung der direkten Welle gerichtet ist (Richtung zu dem Sender). Es ist erforderlich, einen Ankunftswinkel der direkten Welle genau zu schätzen, um das Empfangsvermögen durch die Richtungscharakteristiksteuerung der Gruppenantenne zu verbessern.
In einem Fall, in welchem der Empfänger fixiert ist und die Richtung zu dem Sender bereits bekannt ist, kann die Richtungscharakteristik der Gruppenantenne manuell so eingestellt werden, dass die Hauptkeule der Gruppenantenne zu dem Sender hin gerichtet ist. Jedoch ändert sich in einem Fall, in welchem die Funkwellen durch den Empfänger in einem sich bewegenden Objekt, wie einem Automobil, empfangen werden, die Richtung zu dem Sender von dem Empfänger aus gesehen, und somit ist es erforderlich, den Ankunftswinkel der direkten Welle anhand eines Empfangssignals, in welchem die direkte Welle und die Verzögerungswelle überlagert sind, zu schätzen. Das Funkwellen-Umfeld bei einer Funkkommunikation wird klassifiziert in LOS (Sichtline, line of sight), bei der der Sender in einem in Sichtfeld von dem Empfänger aus gesehen existiert, und NLOS (keine Sichtlinie, none line of sight), bei der der Sender außerhalb des von dem Empfänger aus gesehenen Sichtfelds existiert. Die vorliegende Anmeldung schätzt den Ankunftswinkel der direkten Welle unter der Annahme des LOS-Umfelds.
Im Allgemeinen sind ein MUSIC(Mehrfachsignal-Klassizifizierung, MUltiple Signal Classification)-Verfahren und ein ESPRIT(Schätzen von Signalparametern über Rotationsinvarianztechniken, Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)-Verfahren, die einen Eigenwert und einen Eigenwertvektor einer Korrelationsmatrix eines durch die Gruppenantenne, die N (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2) Antennenelemente enthält, empfangenen Signals verwenden, bekannt als Verfahren zum Messen des Ankunftswinkels der Funkwelle.
Jedoch ist die Anzahl von ankommenden Wellen, die durch das MUSIC-Verfahren oder ESPRIT-Verfahren gemessen werden können, begrenzt und beträgt höchstens N Wellen, In einem Fall, in welchem das MUSIC-Verfahren oder das ESPRIT-Verfahren in dem Mehrweg-Umfeld verwendet wird, in welchem es eine große Anzahl von Verzögerungswellen gibt, die zusätzlich zu der direkten Welle, die direkt von dem Sender bei dem Empfänger ankommt, ankommen, indem sie durch umgebende Hindernisse reflektiert werden, ist es erforderlich, dass die Gruppenantenne die Antennenelemente in der gleichen Anzahl wie der maximalen Anzahl von angenommenen ankommenden Wellen (direkte Welle und Verzögerungswellen) enthält, und es besteht der Nachteil, dass die Gruppenantenne zu groß wird.
Das Patentdokument 1 beschreibt ein Verfahren zum Schätzen der Ankunftswellen von drei oder mehr Wellen durch zwei Antennenelemente. Bei diesem Verfahren werden die mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten ankommenden Wellen getrennt durch Verwendung komplexer Verzögerungsprofile, die anhand durch jeweilige Antennenelemente empfangener Signale berechnet werden, und die Ankunftswinkel der ankommenden Wellen werden auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen den Antennenelementen jeder getrennten ankommenden Welle geschätzt.
Das Patentdokument 2 und das Patentdokument 3 beschreiben ein Verfahren zum Schätzen des Ankunftswinkels durch Verwendung eines Strahlenbündels durch eine Gruppenantenne. Bei diesem Verfahren können die Ankunftswinkel von ankommenden Wellen, deren Anzahl größer als die der Antennenelemente ist, geschätzt werden. Bei diesem Verfahren werden zuerst die ankommenden Wellen mit unterschiedlichen Ankunftswinkel getrennt durch Verwendung mehrerer Strahlenformungen mit unterschiedlichen Hauptkeulenrichtungen, und danach werden Verzögerungszeiten auf der Grundlage von Verzögerungsprofilen, die anhand der Ergebnisse der jeweiligen Strahlenformungen berechnet wurden, geschätzt. Ein grober Ankunftswinkel kann anhand der Richtung der Hauptkeule der Strahlenformung mit der größten elektrischen Energie geschätzt werden. Darüber hinaus kann die Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkels weiterhin verbessert werden, indem eine Schätzung des Ankunftswinkels auf der Grundlage der elektrischen Energiedifferenz zwischen den Strahlenformungen, deren Hauptkeulenrichtungen benachbart sind, durchgeführt wird.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

PATENTDOKUMENT 1: japanisches Patent Nr. 4833144 (Seiten 14–15, 6)
PATENTDOKUMENT 2: japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-206889 (Seite 5, Seite 7, 2)
PATENTDOKUMENT 3: japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-8483 (Seite 6, Seite 7, 1)

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Wenn ein Fahrzeug, ein Gebäude oder dergleichen nahe dem Empfänger existiert, besteht keine große Längendifferenz eines Funkwellen-Ausbreitungspfads von dem Sender bis zu dem Empfänger zwischen der direkten Welle und der Verzögerungswelle, und somit wird die Verzögerungszeit sehr kurz. Wenn diese Verzögerungszeit kürzer als die Verzögerungszeitauflösung des im Patentdokument 1 geschätzten komplexen Verzögerungsprofils wird, überlappt die Verzögerungswelle die direkte Welle bei dem geschätzten komplexen Verzögerungsprofil, und die beiden können nicht getrennt werden. Als eine Folge wird der Ankunftswinkel für das Signal geschätzt, in welchem die direkte Welle und die Verzögerungswelle zusammengesetzt wurden, und es besteht das Problem, dass die Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkels der direkten Welle sich beträchtlich verschlechtert. Beispielsweise beträgt die Verzögerungszeitauflösung des komplexen Verzögerungsprofils, das durch Empfangen eines Signal mit einer Bandbreite von 10 MHz geschätzt wird, angenähert 100 ns der Umkehrung der Bandbreite. Andererseits beträgt, wenn ein Hindernis, wie ein Fahrzeug, an einer Position 3 m von dem Empfänger auf der entgegengesetzten Seite des Senders existiert, die Verzögerungszeit relativ zu der direkten Welle T = (3/c) × 2 = 20 ns. Hier ist c die Lichtgeschwindigkeit und beträgt 3 × 10⁸ m/s. In diesem Fall beträgt die Verzögerungszeit 10 ns im Gegensatz zu der Verzögerungszeitauflösung von 100 ns des geschätzten komplexen Verzögerungsprofils, und die Verzögerungswelle überlappt die direkte Welle bei dem geschätzten Verzögerungsprofil, so dass dies den Anschein hat, als ob eine einzelne ankommenden Welle empfangen wird. in der im Patentdokument 1 beschriebenen Technologie wird der Ankunftswinkel für das Signal, in welchem die direkten Welle und die Verzögerungswelle, zwischen denen die Ankunftswinkel um 180° differieren, zusammengesetzt wurden, geschätzt, und die Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkels der direkten Welle verschlechtert sich.
Darüber hinaus kann im Patentdokument 2 und im Patentdokument 3 die Breite der Hauptkeule schmal gemacht werden, wenn die Anzahl von Antennenelementen groß ist, und somit können die mehreren ankommenden Wellen mit unterschiedlichen Ankunftswinkeln durch das Strahlenbündel getrennt werden. Wenn jedoch die Anzahl von Antennenelementen kleiner wird, wird die Breite der Hauptkeule größer, und somit wird es schwierig, die mehreren ankommenden Wellen mit unterschiedlichen Ankunftswinkeln zu trennen. Weiterhin wird die elektrische Energiedifferenz zwischen den Strahlenformungen, deren Hauptkeulenrichtungen benachbart sind, kleiner, und somit besteht das Problem, das die Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkels der direkten Welle verschlechtert wird.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Empfangsvorrichtung und ein Empfangserfahren anzugeben, die in der Lage sind, den Ankunftswinkel der direkten Welle durch eine kleine Anzahl von Antennenelementen in einem Umfeld, in welchem die Verzögerungswelle, deren Verzögerungszeit kürzer als die Auflösung eines Verzögerungsprofils ist, existiert, genau zu schätzen.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Eine Empfangsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist eine Empfangsvorrichtung, die ankommende Wellen empfängt, die an einer Gruppenantenne, die mehrere Antennenelemente enthält, ankommende Funkwellen sind, wobei die Empfangsvorrichtung enthält: Funkempfängereinheiten, die mehrere digitale Signale, die mehreren Signalen entsprechen, auf der Grundlage der mehreren über die mehreren Antennenelemente empfangenen Signale erzeugen; eine Schätzeinheit für erste elektrische Energieverzögerungsprofile, die mehrere erste elektrische Energieverzögerungsprofile, die den mehreren digitalen Signalen entsprechen, auf der Grundlage der mehreren digitalen Signale schätzt; eine Syntheseeinheit, die ein zusammengesetztes elektrisches Energieverzögerungsprofil durch Synthetisieren der mehreren ersten elektrischen Energieverzögerungsprofile erzeugt; eine Gruppensteuereinheit, die eine Richtung eines Nullpunkts der Gruppenantenne ändert; eine Gruppenverarbeitungseinheit, die ein Gruppenverarbeitungssignal erzeugt, indem sie einen Gruppenprozess für die mehreren digitalen Signale durch Richten des Nullpunkts in der durch die Gruppensteuereinheit geänderten Richtung durchführt; eine Schtzeinheit für ein zweites Verzögerungsprofil, die ein zweites elektrisches Energieverzögerungsprofil anhand des Gruppenverarbeitungssignals schätzt; eine Differenzeinheit, die ein elektrisches Energiedifferenzverzögerungsprofil erzeugt, das durch Subtrahieren des zweiten elektrischen Energieverzögerungsprofils von dem synthetisierten elektrischen Energieverzögerungsprofil erhalten wird; eine Zweidimensionale-Karten-Einheit, die eine zweidimensionale Karte, die eine Beziehung zwischen Verzögerungszeiten und Ankunftswinkeln der ankommenden Wellen anzeigt, auf der Grundlage des elektrischen Energiedifferenzverzögerungsprofils und der durch die Gruppensteuereinheiten geänderten Richtung des Nullpunkts schafft; und eine Ankunftswinkel-Schätzeinheit, die einen Ankunftswinkel einer Komponente mit einer kürzesten Verzögerungszeit und einer größten elektrischen Energie aus den ankommenden Wellen auf der zweidimensionalen Karte ausgibt.
Ein Empfangsverfahren nach der vorliegenden Erfindung ist ein Empfangsverfahren zum Empfangen ankommender Wellen, die an einer Gruppenantenne, die mehrere Antennenelemente enthält, ankommende Funkwellen sind, wobei das Empfangsverfahren enthält: einen Empfangsschritt des Erzeugens mehrerer digitaler Signale, die mehreren Signalen entsprechen, auf der Grundlage der mehreren über die mehreren Antennenelemente empfangenen Signale; einen ersten Schätzschritt des Schätzens mehrerer erster elektrischer Energieverzögerungsprofile, die den mehreren digitalen Signalen entsprechen, auf der Grundlage der mehreren digitalen Signale; einen Syntheseschritt des Erzeugens eines synthetisierten elektrischen Energieverzögerungsprofils durch Synthetisieren der mehreren ersten elektrischen Energieverzögerungsprofile; einen Gruppenverarbeitungsschritt des Änderns einer Richtung eines Nullpunkts der Gruppenantenne und des Erzeugens eines Gruppenverarbeitungssignals durch Durchführen einer Gruppenverarbeitung für die mehreren digitalen Signale durch Richten des Nullpunkts in der geänderten Richtung; einen zweiten Schätzschritt des Schätzens eines zweiten elektrischen Energieverzögerungsprofils anhand des Gruppenverarbeitungssignals; einen Differenzschritt des Erzeugens eines elektrischen Energiedifferenzverzögerungsprofils, das durch Subtrahieren des zweiten elektrischen Energieverzögerungsprofils von dem synthetisierten elektrischen Energieverzögerungsprofil erhalten wird; einen Zweidimensionale-Karte-Schritt des Schaffens einer zweidimensionalen Karte, die eine Beziehung zwischen Verzögerungszeiten und Ankunftswinkeln der ankommenden Wellen anzeigt, auf der Grundlage des elektrischen Energiedifferenzverzögerungsprofils und der geänderten Richtung des Nullpunkts; einen Schritt des Änderns der Richtung des Nullpunkts und des Durchführens des Empfangsschritts, des ersten Schätzschritts, des Syntheseschritts, des Gruppenverarbeitungsschritts, des zweiten Schätzschritts, des Differenzschritts und des Zweidimensionale-Karte-Schritts; und einen Ankunftswinkel-Schätzschritt des Ausgebens eines Ankunftswinkels einer Komponente mit einer kürzesten Verzögerungszeit und einer größten elektrischen Energie aus den ankommenden Wellen auf der zweidimensionalen Karte.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es durch Berechnen eines elektrischen Energieverzögerungsprofils der ankommenden Welle, die aus einer Richtung eines Nullpunkts ankommt, während der Nullpunkt der Gruppenantenne abgetastet wird, möglich, die Verzögerungswelle, deren Verzögerungszeit kürzer als die Auflösung des elektrischen Energieverzögerungsprofils ist, zu trennen und den Ankunftswinkel der direkten Welle genau zu schätzen, selbst wenn die Anzahl der Antennenelemente klein ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration einer Empfangsvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung illustriert.
2 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration einer Verzögerungsprofil-Schätzeinheit in einem OFDM-Übertragungsverfahren illustriert.
3 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration einer Verzögerungsprofil-Schätzeinheit in einem DSSS-Übertragungsverfahren illustriert.
4(a) und 4(b) sind Diagramme, die ein Winkelprofil und ein Verzögerungsprofil in einem Fall, in welchem eine Verzögerungszeit lang ist, illustrieren.
5 ist ein Diagramm, das Situationen des Trennens von Ankunftswinkeln in dem Fall, in welchem eine Verzögerungszeit lang ist, illustriert.
6 ist ein Diagramm, das eine zweidimensionale Karte, die eine Beziehung zwischen einer Verzögerungszeit und einem Ankunftswinkel in dem Fall anzeigt, in welchem eine Verzögerungszeit lang ist, illustriert.
7(a) und 7(b) sind Diagramme, die ein Winkelprofil und ein Verzögerungsprofil in einem Fall, in welchem eine Verzögerungszeit kurz ist, illustrieren.
8 ist ein Diagramm, das Situationen des Trennens von Ankunftswinkeln in dem Fall, in welchem eine Verzögerungszeit kurz ist, illustriert.
9 ist ein Diagramm, das eine zweidimensionale Karte, die eine Beziehung zwischen einer Verzögerungszeit und einem Ankunftswinkel in dem Fall anzeigt, in welchem eine Verzögerungszeit kurz ist, illustriert.
10 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration einer Empfangsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
11(a) und 11(b) sind Diagramme, die eine zweidimensionale Karte ein dem Fall, in welchem eine Verzögerungszeit lang, nach dem zweiten Ausführungsbeispiel illustrieren.
12(a) und 12(b) sind Diagramme, die eine zweidimensionale Karte, die eine Beziehung zwischen einer Verzögerungszeit und einem Ankunftswinkel in dem Fall, in welchem eine Verzögerungszeit kurz ist, nach dem zweiten Ausführungsbeispiel illustrieren.
13 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration einer Korrektureinheit nach 10 illustriert.
14 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration einer Empfangsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
15 ist ein Flussdiagramm, das ein Empfangsverfahren gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
16 ist ein Flussdiagramm, das einen Verzögerungsprofil-Schätzprozess in dem OFDM-Übertragungsverfahren illustriert.
17 ist ein Flussdiagramm, das einen Verzögerungsprofil-Schätzprozess in dem DSSS-Übertragungsverfahren illustriert.
18 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm, das eine Empfangsvorrichtung als eine Variante des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels illustriert.
ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
<1> Erstes Ausführungsbeispiel
<1-1> Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels
1 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration einer Empfansvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert. Die Empfangsvorrichtung 1 empfängt eine Funkwelle (ankommende Welle), die von einem Sender emittiert wurde. Wie in 1 illustriert ist, enthält die Empfangsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel N Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N, die mit N (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2) Antennenelementen 10_1, ..., 10_N, die eine Gruppenantenne bilden, verbunden sind, eine Gruppenverarbeitungseinheit 12, eine Gruppensteuereinheit 13, (N + 1) Verzögerungsprofil-Schätzeinheiten 14_1, ..., 14_N + 1, (N + 1) Berechnungseinheiten 15_1, ..., 15_N + 1 für elektrische Energie, eine Syntheseeinheit 16, eine Differenzeinheit 17, eine Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 und eine Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19. Die Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_n und die Berechnungseinheit 15_n für elektrische Energie bilden eine Schätzeinheit 20_n für das Verzögerungsprofil für elektrische Energie. Die Schätzeinheiten 20_1, ..., 20_N für das Verzögerungsprofil für elektrische Energie werden auch als erste Schätzeinheiten für das Verzögerungsprofil für elektrische Energie bezeichnet. Die Schätzeinheit 20_N + 1 für das Verzögerungsprofil für elektrische Energie wird auch als eine zweite Schätzeinheit für das Verzögerungsprofil für elektrische Energie bezeichnet. Darüber hinaus kann die Empfangsvorrichtung 1 eine Steuereinheit enthalten, die die Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N, die Gruppenverarbeitungseinheit 12, die Gruppensteuereinheit 13, die Verzögerungsprofil-Schätzeinheiten 14_1, ..., 14_N + 1, die Berechnungseinheiten 15_1, ..., 15_N + 1 für elektrische Energie, die Syntheseeinheit 16, die Differenzeinheit 17, die Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 und die Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19 steuert.
Die N Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N erzeugen N digitale Signale r₁(k), ..., r_N(k), die N Empfangssignalen entsprechen, auf der Grundlage der über die N Antennenelemente 10_1, ..., 10_N empfangenen N Empfangssignale. Die N ersten Schätzeinheiten 20_1, ..., 20_N für das Verzögerungsprofil für elektrische Energie schätzen N Verzögerungsprofile p₁(m, l), ..., p_N(m, l) für elektrische Energie (erste Verzögerungsprofile für elektrische Energie) entsprechend den N digitalen Signalen auf der Grundlage der N digitalen Signale r₁(k), ..., r_N(k). Die Syntheseeinheit 16 erzeugt ein synthetisiertes Verzögerungsprofil q(m, l) für elektrische Energie durch Synthetisieren der N ersten Verzögerungsprofile p₁(m, l), ..., p_N(m, l) für elektrische Energie. Die Gruppensteuereinheit 13 ist eine Richtungscharakteristik-Steuereinheit, die eine Richtung eines Nullpunkts der Gruppenantenne bezeichnet (ändert). Die Gruppensteuereinheit 13 bewirkt, dass die Gruppenantenne eine Richtungscharakteristik hat, durch Steuern mehrerer Gewichtskoeffizienten, die verwendet werden, wenn die mehreren durch die mehreren Antennenelemente empfangenen Signale synthetisiert werden. Die Gruppenverarbeitungseinheit 12 führt eine Gruppenverarbeitung durch Richten des Nullpunkts in der durch die Gruppensteuereinheit 13 bezeichneten (geänderten) Richtung für die N digitalen Signale r₁(k), ..., r_N(k) durch, um ein Gruppenverarbeitungssignal y(k) zu erzeugen. Die zweite Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 20_N + 1 schätzt ein zweites Verzögerungsprofil p_N ₊₁(m, l) anhand des Gruppenverarbeitungssignals y(k). Die Differenzeinheit 17 erzeugt ein Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie durch Subtrahieren des zweiten Verzögerungsprofils p_N+1(m, l) für elektrische Energie von dem synthetisierten Verzögerungsprofil q(m, l) für elektrische Energie. Die Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 schafft eine zweidimensionale Karte, die eine Beziehung zwischen Verzögerungszeiten und Ankunftswinkeln der ankommenden Wellen anzeigt, auf der Grundlage des Differenzverzögerungsprofils d(m, l) für elektrische Energie und der Richtung des Nullpunkts der Gruppenantenne, die durch die Gruppensteuereinheit 13 bezeichnet (geändert) wurde. Die Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19 schätzt einen Ankunftswinkel θ₁ der direkten Welle aus den ankommenden Wellen auf der Grundlage der zweidimensionalen Karte, die die Beziehung zwischen den Verzögerungszeiten und den Ankunftswinkeln der ankommenden Wellen anzeigt und die von der Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 geschaffen wurde, und gibt diesen aus. Während der Nullpunkt der Gruppenantenne in allen Richtungen durch die Gruppensteuereinheit 13 abgetastet (geändert) wird, schafft die Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 die zweidimensionale Karte, die die Beziehung zwischen den Verzögerungszeiten und den Ankunftswinkeln der ankommenden Wellen anzeigt, und die Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19 schätzt den Ankunftswinkel θ₁ der direkten Welle durch Bestimmen einer Komponente mit der kürzesten Verzögerungszeit und der größten elektrischen Energie auf der zweidimensionalen Karte als eine direkte Wellenkomponente.
<1-2> Operation des ersten Ausführungsbeispiels
Die Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N führen Frequenzumwandlungsprozesse für die jeweils über die Antennenelemente 10_1, ..., 10_N empfangenen N Empfangssignale durch, um N Basisbandsignale zu erzeugen. Die Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N geben die durch Durchführung einer Analog/Digital(AD)-Umwandlung der N Basisbandsignale erhaltenen N digitalen Signale aus. Die N digitalen Signale werden jeweils zu den Verzögerungsprofil-Schätzeinheiten 14_1, ..., 14_N geliefert. Darüber hinaus werden die N digitalen Signale zu der Gruppenverarbeitungseinheit 12 geliefert.
Die Gruppenverarbeitungseinheit 12 führt die Gruppenverarbeitung für die von den Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N ausgegebenen N digitalen Signale durch. Das von der Gruppenverarbeitungseinheit 12 durch die Gruppenverarbeitung ausgegebene Signal y(k) wird durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt.
Hier ist r_n(k) ein von der Funkempfangseinheit 11_n (n = 1, 2, ..., N) ausgegebenes Signal; k ist eine Abtastnummer (positive ganze Zahl) nach der AD-Umwandlung in der Funkempfangseinheit 11_n; und w_n ist ein komplexer Gewichtskoeffizient für das Signal r_n(k).
Die Richtungscharakteristik der Gruppenantenne, die aus den N Antennenelementen 10_1, ..., 10_N zusammengesetzt ist, wird geändert in Abhängigkeit von den komplexen Gewichtskoeffizienten w₁, ..., w_N des Ausdrucks (1), und der Nullpunkt kann in einer beliebigen Richtung gerichtet sein. Die Gruppenverarbeitungseinheit 12 führt die Gruppenverarbeitung so durch, dass der Nullpunkt in der durch die Gruppensteuereinheit 13 bezeichneten (geänderten) Richtung gerichtet wird. Die Operation der Gruppensteuereinheit 13 wird später beschrieben.
Die Verzögerungsprofil-Schätzeinheiten 14_1, ..., 14_N schätzen (berechnen) Verzögerungsprofile aus den jeweils von den Funkempfängereinheiten 11_1, ..., 11_N ausgegebenen Signalen r₁(k), ..., r_N(k). Die Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_N + 1 schätzt (berechnet) ein Verzögerungsprofil aus dem von der Gruppenverarbeitungseinheit 12 ausgegebenen Signal y(k). Das Schätzverfahren für das Verzögerungsprofil hängt von einem durch ein Kommunikationssystem verwendeten Übertragungsverfahren ab. Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind auf jedes Übertragungsverfahren anwendbar. Hier werden die Schätzung des Verzögerungsprofils in einem OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)-Übertragungsverfahren und die Schätzung des Verzögerungsprofils in einem DSSS(Direct Sequence Spectrum Spread)-Übertragungsverfahren, die von vielen Kommunikationssystemen angewendet werden, als Beispiele beschrieben.
Zuerst wird die Schätzung des Verzögerungsprofils in dem OFDM-Übertragungsverfahren beschrieben. Das OFDM-Übertragungsverfahren ist ein Übertragungsverfahren, in welchem ein Symbol, das mehrere multiplexierte orthogonale Subträger enthält, eine Übertragungseinheit ist. In vielen Kommunikationssystemen, die das OFDM-Obertragungsverfahren verwenden, wird ein Teil der Subträger als ein bekannter Pilotsubträger beim Senden und Empfangen verwendet, um eine Übertragungswegverzerrung auf der Seite der Empfangsvorrichtung zu kompensieren. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Verzögerungsprofil durch Verwendung dieses Pilotsubträgers geschätzt.
2 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration der Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_n (n = 1, ..., N + 1) in dem OFDM-Obertragungsverfahren Illustriert. Wie in 2 illustriert ist, enthält die Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_n in dem OFDM-Übertragungsverfahren eine FFT(schnelle Fouriertransformation, Fast Fourier Transform)-Einheit 141_n, eine Pilotextraktionseinheit 142_n, eine Piloterzeugungseinheit 143_n, eine Teilungseinheit 144_n, eine Interpolationseinheit 145_n und eine IFFT(inverse schnelle Fouriertransformation, inverse Fast Fourier Transform)-Einheit 146_n. Wenn n = 1, ..., N ist, gibt die FFT-Einheit 141_n jeden Subträger durch Umwandeln des von der Funkempfangseinheit 11_1 in 1 ausgegebenen Signals r_n(k) aus einer Zeitachse in eine Frequenzachse mit Bezug auf jedes Symbol aus. Wenn n = N + 1 ist, gibt die FFT-Einheit 141_n Subträger durch Umwandeln des von der Gruppenverarbeitungseinheit 12 ausgegebenen Signals y(k) von der Zeitachse zu der Frequenzachse mit Bezug auf jedes Symbol aus. Die Pilotextraktionseinheit 142_n zieht Pilotträger aus dem von der FFT-Einheit 141_n ausgegebenen Signal heraus. Die Piloterzeugungseinheit 143_n erzeugt einen bekannten Pilotträger. Die Teilungseinheit 144_n erzeugt eine Übertragungsfunktion eines Übertragungswegs, die auf die in dem Empfangssignal enthaltenen Pilotträger einwirkt, durch Teilen des von der Pilotextraktionseinheit 142_n herausgezogenen Pilotträgers durch den von der Piloterzeugungseinheit 143_n erzeugten bekannten Pilotträger. Die Interpolationseinheit 145_n erzeugt eine Übertragungsfunktion eines Übertragungswegs für alle Subträger, indem eine Interpolation bei der Übertragungsfunktion des Übertragungswegs, die auf die Pilotträger in einer Symbolrichtung und einer Subträgerrichtung einwirkt, durchgeführt wird. Zuletzt erzeugt die IFFT-Einheit 146_n das Verzögerungsprofil durch Umwandeln der Übertragungsfunktion des Übertragungswegs in die Übertragungsfunktion der Zeitachse und gibt dieses Verzögerungsprofil für jedes Symbol aus.
Als Nächstes wird die Verzögerungsprofil-Schätzeinheit für das DSSS-Übertragungsverfahren beschrieben. Das DSSS-Übertragungsverfahren ist ein Verfahren, das eine Signalstreuung durch Verwendung einer Pseudorauschsequenz mit Bezug auf jedes Symbol überträgt und die Streuung des Signals auf der Seite der Empfangsvorrichtung beseitigt. 3 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration der Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_n (n = 1, ..., N + 1) bei dem DSSS-Übertragungsverfahren illustriert. Wie in 3 illustriert ist, enthält die Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_n des DSSS-Übertragungsverfahrens eine Pseudorauschsequenz-Erzeugungseinheit 148_n und eine Streuungsbeseitigungseinheit 149_n. Die Pseudorauschsequenz-Erzeugungseinheit 148_n erzeugt eine Pseudorauschsequenz, die zu der Zeit des Streuens auf der Senderseite verwendet wird. Die Streuungsbeseitigungseinheit 149_n berechnet eine Gleitkorrelation mit dem von der Funkempfangseinheit 11_n oder der Gruppenverarbeitungseinheit 12 in 1 ausgegebenen Signal y(k) mit Bezug auf jedes Symbol und gibt diese aus. Diese Ausgabe der Streuungsbeseitigungseinheit 149_n ist das Verzögerungsprofil.
In den 2 und 3 gibt die Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_n das Verzögerungsprofil für jedes Symbol aus. Das Schätzergebnis des Verzögerungsprofils des m-ten Symbols in der Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_n wird durch h_n(m, l) ausgedrückt. Hier ist l ein Index der Verzögerungszeit.
In dem Fall des OFDM-Übertragungsverfahrens wird die Verzögerungszeitauflösung Δτ(s) durch Δτ = 1/W_OFDM ausgedrückt, wobei W_OFDM(Hz) eine Bandbreite bezeichnet.
Darüber hinaus wird in dem Fall des DSSS-Übertragungsverfahrens die Verzögerungszeitauflösung Δτ(s) durch Δτ = 1/W_DSSS ausgedrückt, wobei W_DSSS (Hz) eine Chiprate bezeichnet.
Darüber hinaus wird eine Länge L des Verzögerungsprofils so gesetzt, dass L × Δτ länger als eine maximale Verzögerungszeit, die in dem Kommunikationssystem vorstellbar ist, wird.
Die Berechnungseinheiten 15_1, ..., 15_N + 1 für elektrische Energie aus 1 berechnen die elektrischen Energien p_n(m, l), die durch den folgenden Ausdruck angezeigt werden, mit Bezug auf jede Verzögerungszeit der Verzögerungsprofile h₁(m, l), ..., h_N+1(m, l), die von den Verzögerungsprofil-Schätzeinheiten 14_1, ..., 14_N + 1 ausgegeben wurden, und geben diese aus. p_n(m, l) = |h_n(m, l)|²
Darüber hinaus können die Berechnungseinheiten 15_1, ..., 15_N + 1 für elektrische Energie Amplituden der Verzögerungsprofile anstelle der elektrischen Energien der Verzögerungsprofile ausgeben. Im Folgenden werden die elektrischen Energien p_n(m, l) der von den Berechnungseinheiten 15_1, ..., 15_N + 1 für elektrische Energie ausgegebenen Verzögerungsprofile auch als die Verzögerungsprofile für elektrische Energie bezeichnet.
Die Syntheseeinheit 16 in 1 synthetisiert die Verzögerungsprofile p₁(m, l), p_N(m, l) für elektrische Energie, die von den Berechnungseinheiten 15_1, ..., 15_N für elektrische Energie ausgegeben wurden, wie in dem folgenden Ausdruck (2). Im Folgenden wird der Ausgang q(m, l) der Syntheseeinheit 16 als das synthetisierte Verzögerungsprofil der elektrischen Energie bezeichnet.
In dem Ausdruck (2) ist c_n(n = 1, ..., N) ein Synthesekoeffizient und ist ein beliebiger Wert, der der Bedingung des folgenden Ausdrucks (3) genügt.
Wenn c_n = 1/N ist, synthetisiert die Syntheseeinheit 16 die N Verzögerungsprofile p₁(m, l), ..., p_N(m, l) für elektrische Energie und gibt das synthetisierte Verzögerungsprofil q(m, l) für elektrische Energie aus. Darüber hinaus gibt, wenn c₁ = 1 und c_j = 0 (j = 2, ..., N) sind, die Syntheseeinheit 16 das Verzögerungsprofil p₁(m, l) für elektrische Energie des von dem Antennenelement 10_1 empfangenen Signals als das synthetisierte Verzögerungsprofil q(m, l) für elektrische Energie aus.
Die Differenzeinheit 17 in 1 gibt das Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie, das durch Subtrahieren des Verzögerungsprofils p_N+1(m, l) für elektrische Energie, das das Ausgangssignal der Berechnungseinheit 15_N + 1 für elektrische Energie ist, von dem synthetisierten Verzögerungsprofil q(m, l) für elektrische Energie, das das Ausgangssignal der Syntheseeinheit 16 ist, erhalten wird, aus. Das heißt, das Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie wird durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt. d(m, l) = q(m, l) – p_N+1(m, l)
Die 4(a) und 4(b) sind Diagramme, die ein Winkelprofil und ein Verzögerungsprofil in einem Fall illustrieren, in welchem die Verzögerungszeit lang ist. Die Spalten A, B, C in 5 sind Diagramme, die Situationen der Trennung der Ankunftswinkel in dem Fall, in welchem die Verzögerungszeit lang ist, illustrieren.
Hier wird ein Fall betrachtet, in welchem eine direkte Welle und eine Verzögerungswelle, wie sie in den 4(a) und 4(b) illustriert sind, empfangen werden. Die Ankunftswinkel der direkten Welle und der Verzögerungswelle sind θ₁ bzw. –θ₂, und die Differenz zwischen den Verzögerungszeiten der direkten Welle und der Verzögerungswelle ist τ. Wenn die Richtung θ_NULL des Nullpunkts der Gruppenverarbeitungseinheit 12 unter diesem Umfeld gleich θ₁ ist, sind das synthetisierte Verzögerungsprofil q(m, l) für elektrische Energie, das von der Syntheseeinheit 16 ausgegeben wird, das Verzögerungsprofil p_N+1(m, l) für elektrische Energie nach der Gruppenverarbeitung, das von der Berechnungseinheit 15_N + 1 für elektrische Energie ausgegeben wird, und das Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie, das von der Differenzeinheit 17 ausgegeben wird, wie in der Spalte A von 5 gezeigt. In der Spalte A von 5 enthält das Ausgangssignal q(m, l) der Syntheseeinheit 16 Komponenten aller ankommenden Wellen; das Ausgangssignal p_N+1(m, l) der Berechnungseinheit 15_N + 1 für elektrische Energie enthält nur die Verzögerungswellenkomponente; und somit enthält das Ausgangssignal (Differenzverzögerungsprofil für elektrische Energie) d(m, l) der Differenzeinheit 17 die Komponente der direkten Welle. Das heißt, das Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie enthält die ankommende Welle, die aus der Richtung des Nullpunkts ankommt.
In der gleichen Weise illustrieren die Spalte B und die Spalte C in 5 einen Fall, in welchem die Richtung θ_NULL des Nullpunkts gleich θ₂ ist, und einen Fall, in welchem die Richtung θ_NULL des Nullpunkts sowohl von θ₁ als auch von θ₂ verschieden ist. In der Spalte B in 5 ist der Nullpunkt in eine Ankunftsrichtung der Verzögerungswelle gerichtet, und somit ist die Verzögerungswellenkomponente in dem Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie enthalten. In der Spalte C in 5 ist der Nullpunkt in eine Richtung gerichtet, in der die ankommende Welle nicht existiert, und somit ist die ankommende Wellenkomponente nicht in dem Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie enthalten.
Hier wird angenommen, dass der Antennengewinn der Gruppenverarbeitungseinheit 12 an dem Nullpunkt steil abfällt.
Die Gruppensteuereinheit 13 aus 1 tastet (ändert) die Richtung ab, in die der Nullpunkt durch die Gruppenverarbeitungseinheit 12 gerichtet ist. Genauer gesagt, eine anfängliche Richtung des Nullpunkts ist auf θ_NULL = –π gesetzt, und die Abtastung wird aufeinanderfolgend durchgeführt wie in θ_NULL = –π + a × Δθ (a = 0, 1, ..., 2π/Δθ – 1). Obgleich die Abtastung sämtlicher Richtungen von –π bis π mit Bezug auf 0 ≤ a < 2π/Δθ beendet ist, kann die Abtastung andauernd fortgesetzt werden. Der Index a wird für jeweils M Symbole erhöht. Diese Abtastungsrichtung θ_NULL des Nullpunkts wird auch in der Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 sowie in der Gruppenverarbeitungseinheit 12 verwendet.
Die Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 aus 1 schafft die zweidimensionale Karte in einem Koordinatensystem, in welchem die Verzögerungszeit und die Ankunftsrichtung (Ankunftswinkel) Koordinatenachsen sind, durch Verwendung des Verzögerungsprofils (Ausgangssignal der Differenzeinheit 17) d(m, l) für elektrische Energie der ankommenden Welle, die aus der Richtung des Nullpunkts ankommt, und der Abtastrichtung (Ausgangssignal der Gruppensteuereinheit 13) des Nullpunkts. Genauer gesagt, zuerst berechnet die Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 entsprechend dem folgenden Ausdruck (4) einen Durchschnitt d_a(l) von Differenzverzögerungsprofilen für elektrische Energie für M Symbole, die während einer Periode ausgegeben werden, in der der Nullpunkt gerichtet ist zu θ_NULL = –π + aΔθ (a = 0, 1, ..., 2π/Δθ – 1). Der Durchschnitt d_a(l) der Differenzverzögerungsprofile für elektrische Energie wird auch als ein durchschnittliches Differenzverzögerungsprofil für elektrische Energie bezeichnet.
Als Nächstes speichert die Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 das durchschnittliche Differenzverzögerungsprofil d_a(l) für elektrische Energie (l = 0, 1, ..., l), das durch den Ausdruck (4) ausgedrückt wird, in der a-ten Reihe in einer zweidimensionalen Anordnung (2π/Δθ Reihen, L Spalten), die vorher vorbereitet wurde.
6 ist ein Diagramm, das die zweidimensionale Karte illustriert, die die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel in dem Fall, in welchem die Differenz τ zwischen den Verzögerungszeiten lang ist, anzeigt. Beispielsweise zeigt die zweidimensionale Karte die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel wie in 6 für den Fall des in den 4(a) und 4(b) illustrierten Funkwellenumfelds an. Wie in 6 illustriert ist, existiert die Komponente der direkten Welle an einer Position des Ankunftswinkel θ₁; die Komponente der Verzögerungswelle existiert an einer Position des Ankunftswinkel –θ₂; und die Differenz zwischen den Verzögerungszeiten der jeweiligen Komponenten beträgt τ.
Die Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19 aus 1 schätzt den Ankunftswinkel θ₁ der direkten Welle durch Verwendung der zweidimensionalen Karte, die die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel anzeigt. Genauer gesagt, ein gewisser Schwellenwert wird gesetzt; Komponenten, die den Schwellenwert überschreiten, werden in der zweidimensionalen Karte gesucht; und die Komponente mit der kürzesten Verzögerungszeit wird aus diesen ausgewählt. Diese ausgewählte Komponente wird als die direkte Welle bestimmt. In einem Fall, in welchem mehrere Komponenten ausgewählt werden, wird die Komponente mit der größten elektrischen Energie als die direkte Welle bestimmt. Zuletzt gibt die Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19 den Ankunftswinkel θ₁, der als die Komponente der direkten Welle in der zweidimensionalen Karte bestimmt wird, aus.
Der vorgenannte Schwellenwert kann ein vorbestimmter Wert sein und kann ein Wert sein, der durch Dämpfen des maximalen Werts in der zweidimensionalen Karte um ein gewisses vorbestimmtes Ausmaß erhalten wurde.
Die Fälle des Funkwellenumfelds nach den 4(a) und 4(b) zeigen an, dass die direkte Welle und die Verzögerungswelle als die Komponenten ausgewählt sind, die größer als der Schwellenwert in 6 sind; die direkte Welle ist korrekt identifiziert als die Komponente mit der kürzesten Verzögerungszeit unter diesen; und der Ankunftswinkel θ₁ wird ausgegeben.
Ein Umstand, dass das erste Ausführungsbeispiel den Ankunftswinkel θ₁ der direkten Welle selbst in einem Umfeld, in welchem die Verzögerungswelle, deren Verzögerungszeit kürzer als die Auflösung Δτ des Verzögerungsprofils ist, existiert, genau schätzen kann, wird unter Verwendung der 7(a) und 7(b), der 8 und der 9 beschrieben.
Die 7(a) und 7(b) sind Diagramme, die das Winkelprofil und das Verzögerungsprofil in einem Fall illustrieren, in welchem die Verzögerungszeit kurz ist. Die 7(a) und 7(b) illustrieren ein Funkwellenumfeld, in welchem eine Verzögerungswelle, deren Verzögerungszeitdifferenz τ kürzer als die Auflösung Δτ des Verzögerungsprofils ist (τ ≤ Δτ) existiert. Die Ankunftswinkel von 7(a) sind die gleichen wie diejenigen in 4(a), und die Verzögerungszeiten von 7(b) sind unterschiedlich gegenüber denjenigen von 4(b).
8 ist ein Diagramm, das das synthetisierte Verzögerungsprofil (Ausgangssignal der Syntheseeinheit 16) q(m, l) für elektrische Energie, das Verzögerungsprofil (Ausgangssignal der Berechnungseinheit 15_N + 1 für elektrische Energie) p_N+1(m, l) für elektrische Energie, wenn der Nullpunkt in eine bestimmte Richtung gerichtet ist, und das Differenzverzögerungsprofil (Ausgangssignal der Differenzeinheit 17) d(m, l) für elektrische Energie, die in diesem Umfeld berechnet werden, illustriert. 8 ist ein schematisches Diagramm, in welchem die direkte Welle und die Verzögerungswelle durch eine schwarze Kreismarkierung bzw. einen weißen Rhombus angezeigt und daher unterscheidbar sind. Tatsächlich ist die Verzögerungszeit der Verzögerungswelle kürzer als die Verzögerungszeitauflösung des Verzögerungsprofils, und somit überlappen die Komponenten der direkten Welle und der Verzögerungswelle einander in dem synthetisierten Verzögerungsprofil q(m, i) der elektrischen Energie. Das heißt, es hat den Anschein, als ob es nur eine ankommende Welle gibt.
Die Spalten A, B, C in 8 sind Diagramme, die Situationen der Trennung der Ankunftswinkel in dem Fall illustrieren, in welchem die Verzögerungszeit kurz ist. In dem ersten Ausführungsbeispiel können die jeweils vorbeschriebene direkte Welle und Verzögerungswelle durch Abtasten (Ändern) des Nullpunkts in der Gruppenverarbeitung getrennt werden. Wenn beispielsweise die Richtung θ_NULL des Nullpunkts der Gruppenverarbeitungseinheit 12 gleich θ₁ ist, wird die direkte Welle durch die Gruppenverarbeitungseinheit 12 unterdrückt, und somit ist die direkte Wellenkomponente nicht in dem Ausgangssignal der Berechnungseinheit 15_n + 1 für elektrische Energie enthalten, wie in der Spalte A in 8 illustriert ist. Somit ist in dem Ausgangssignal der Differenzeinheit 17 die Komponente der direkten Welle enthalten, und die Komponente der Verzögerungswelle ist nicht enthalten. Das heißt, die ankommende Welle, die aus der Richtung des Nullpunkts ankommt, ist in dem Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie enthalten, in der gleichen Weise wie in dem Fall des Funkwellenumfelds der 4(a) und 4(b), ungeachtet der Verzögerungszeit der Verzögerungswelle.
In der gleichen Weise sind ein Fall, in welchem die Richtung θ_NULL des Nullpunkts gleich θ₂ ist, und ein Fall, in welchem die Richtung θ_NULL des Nullpunkts sich von jeweils θ₁ und θ₂ unterscheidet, in der Spalte B und der Spalte C von 8 illustriert. In der Spalte B von 8 ist der Nullpunkt in die Ankunftsrichtung der Verzögerungswelle gerichtet, und somit ist die Verzögerungswellenkomponente in dem Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie enthalten. In der Spalte C von 8 ist der Nullpunkt in eine Richtung gerichtet, in der die ankommende Welle nicht existiert, und somit sind die ankommenden Wellenkomponenten nicht in dem Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie enthalten.
9 ist ein Diagramm, das die zweidimensionale Karte illustriert, die die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel in dem Fall, in welchem die Verzögerungszeit kurz ist, anzeigt. Die zweidimensionale Karte, die durch Abtasten des Nullpunkts in allen Richtungen erhalten wird, ist in 9 illustriert. Obgleich die direkte Welle und die Verzögerungswelle als größere Komponenten als der Schwellenwert in der zweidimensionalen Karte aus 9 ausgewählt sind, ist die Verzögerungszeit kürzer als die Auflösung des Verzögerungsprofils, und somit existieren beide Komponenten an dem Index derselben Verzögerungszeit. in einem Fall, in welchem mehrere Komponenten bei derselben Verzögerungszeit existieren, kann die Komponente mit der größten elektrischen Energie als die direkte Welle bestimmt werden, da die Verzögerungswelle elektrische Energie verliert, wenn sie durch ein Hindernis reflektiert wird, und somit bezüglich der elektrischen Energie kleiner als die direkte Welle wird. Anhand von 9 wird realisiert, dass die mit der größeren elektrischen Energie von der direkten Welle und der Verzögerungswelle, die an dem Index derselben Verzögerungszeit existieren, als die direkte Welle bestimmt wird, und der Ankunftswinkel θ₁ wird von der Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19 ausgegeben.
<1-3> Wirkung des ersten Ausführungsbeispiels
Die im Patentdokument 1 beschriebene Vorrichtung ist nicht in der Lage, die direkte Welle und die Verzögerungswelle in dem Umfeld zu trennen, in welchem die Verzögerungswelle existiert, deren Verzögerungszeit kürzer als die Verzögerungszeitauflösung des Verzögerungsprofils ist, und die Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkels der direkten Welle wird verschlechtert. Demgegenüber wird gemäß der Empfangsvorrichtung 1 und dem Empfangsverfahren nach dem ersten Ausführungsbeispiel die Wirkung erhalten, dass die direkte Welle und die Verzögerungswelle durch Verwendung des Nullpunkts der Gruppenantenne getrennt werden können und dass der Ankunftswinkel θ₁ der direkten Welle genau geschätzt werden kann gemäß dem in den 5 und 8 illustrierten Prinzip.
Darüber hinaus ist es im Allgemeinen bekannt, dass der Nullpunkt der Gruppenantenne eine schärfere Richtungscharakteristik als die Hauptkeule hat. Daher wird die Wirkung erhalten, dass die Empfangsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel mehrere ankommende Wellen selbst mit einer geringeren Anzahl von Antennenelementen im Vergleich zu dem im Patentdokument 2 beschriebenen Verfahren und zu der im Patentdokument 3 beschriebenen Vorrichtung, die die ankommenden Wellen durch Verwendung der Hauptkeule trennen, trennen kann, und dass die Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkels θ₁ der direkten Welle verbessert werden kann.
<2> Zweites Ausführungsbeispiel
<2-1> Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels
Die Empfangsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nutzt den Umstand, dass der Antennengewinn der Gruppenverarbeitungseinheit 12 in 1 an dem Nullpunkt steil abfällt. Jedoch wird tatsächlich, wenn die Anzahl von Antennenelementen, die die Gruppenantenne bilden, kleiner wird, die Dämpfung des Antennengewinns um den Nullpunkt herum allmählicher, und als eine Folge wird eine Breite des Nullpunkts größer. Die Breite des Nullpunkts ist schmaler als die Hauptkeule, und somit schätzt, wenn die Anzahl von Antennenelementen die gleiche Anzahl ist, die Empfangsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel den Ankunftswinkel der direkten Welle genauer als die Vorrichtung und das Verfahren, die in den Patentdokumenten 2 und 3 beschrieben sind. Jedoch streut, wenn die Anzahl von Antennenelementen, die die Gruppenantenne bilden, kleiner wird, die Breite des Nullpunkts, und die Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkels θ₁ der direkten Welle wird durch dieses Streuen der Breite verschlechtert. Daher korrigiert eine Empfangsvorrichtung 2 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel das Streuen der Breite des Nullpunkts in der zweidimensionalen Karte und unterdrückt die Verschlechterung der Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkels θ₁ der direkten Welle.
10 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration der Empfangsvorrichtung 2 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert. In 10 sind die Komponenten, die die gleichen wie die in 1 illustrierten Komponenten sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie den in den 1 illustrierten Bezugszeichen bezeichnet. Die Empfangsvorrichtung 2 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Empfangsvorrichtung 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass sie eine Korrektureinheit 40 zwischen der Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 und der Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19 enthält. Mit Ausnahme dieses Punktes ist das zweite Ausführungsbeispiel das gleiche wie das erste Ausführungsbeispiel.
Die Korrektureinheit 40 aus 10 korrigiert das Streuen der Breite des Nullpunkts, indem ein Filterprozess in der Richtung des Ankunftswinkels in der zweidimensionalen Karte, die die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel der ankommenden Welle anzeigt, durchgeführt wird.
<2-2> Operation des zweiten Ausführungsbeispiels
Die 11(a) und 11(b) sind Diagramme, die die zweidimensionale Karte, die die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel anzeigt, in dem Fall, in welchem die Verzögerungszeit in dem zweiten Ausführungsbeispiel lang ist, illustrieren. Hier wird das in 4 illustrierte Funkwellenumfeld betrachtet. Wenn die Anzahl von Antennenelementen klein ist und die Breite des Nullpunkts groß ist, ist die zweidimensionale Karte, die die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel anzeigt, wie in 11(a) gezeigt, und f_a(θ), das durch Ausschneiden der Komponente der direkten Welle in der Richtung des Ankunftswinkels erhalten wird, ist in 11(b) illustriert. Eine Form der Streuung in der Richtung des Ankunftswinkels von 11(b) wird eindeutig anhand einer Form der Richtungscharakteristik der Gruppenantenne bestimmt und ist somit bekannt. Wenn diese bekannte Streuung des Ankunftswinkels gleich g(θ) ist, wird 11(b) durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt. f_a(θ) = g(θ – θ₁) = g(θ) ⊗ δ(θ – θ₁) Ausdruck (5) (⊗ ist eine Faltungsoperation)
In dem Ausdruck (5) ist δ(θ) eine Deltafunktion, die 1 ist, wenn θ = 0.
Die 12(a) und 12(b) sind Diagramme, die die zweidimensionale Karte, die die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel anzeigt, in dem Fall, in welchem die Verzögerungszeit in dem zweiten Ausführungsbeispiel kurz ist, illustrieren. Darüber hinaus wird das in den 7(a) und 7(b) illustrierte Funkwellenumfeld betrachtet. Wenn die Anzahl von Antennenelementen klein ist und der Nullpunkt eine Breite hat, ist die zweidimensionale Karte, die die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel anzeigt, wie in 12(a) gezeigt. Die Verzögerungszeit ist kürzer als die Verzögerungszeitauflösung des Verzögerungsprofils, und somit existieren die direkte Welle und die Verzögerungswelle auf demselben Verzögerungszeitindex. In diesem Fall ist f_b(θ), das durch Ausschneiden der Komponenten der direkten Welle und der Verzögerungswelle in der Richtung des Ankunftswinkels erhalten wird, in 12(b) illustriert. Dieses f_b(θ) kann durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt werden. f_b(θ) = g(θ – θ₁) + g(θ – θ₂) = g(θ) ⊗ δ(θ – θ₁) + δ(θ – θ₂)) Ausdruck (6)
Anhand des Ausdrucks (5) und des Ausdrucks (6) ist das Signal (nachfolgend werden f_a(θ) und f_b(θ) durch f(θ) ausgedrückt), das durch Ausschneiden der zweidimensionalen Karte, in der die Breite des Nullpunkts bei einer bestimmten Verzögerungszeit groß ist, erhalten wird, eine Faltung von g(θ), das aus der Form der Richtungscharakteristik der Gruppenantenne berechnet ist, und eines idealen Signals mit einer sehr schmalen Nullpunktbreite (das durch die Deltafunktion ausgedrückte Glied). Die Faltungsoperation wird umgewandelt zu einer Multiplikation durch eine Fourier-Transformation, und somit ist verständlich, dass, um die Streuung der Breite des Nullpunkts zu korrigieren, es ausreichend ist, F(ξ) zu berechnen durch Anwenden der Fourier-Transformation auf f(θ), das durch Ausschneiden der zweidimensionalen Karte bei der spezifischen Verzögerungszeit erhalten wurde, F'(ξ) F(ξ)/G(ξ) zu berechnen durch Teilen dieses F(ξ) durch G(ξ), das durch Anwenden der Fourier-Transformation auf g(θ) erhalten wurde, und dann ein Ergebnis f(θ) zu berechnen, das durch Anwenden einer inversen Fourier-Transformation auf F'(ξ) erhalten wurde.
13 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration der Korrektureinheit 40 aus 10 illustriert. Eine Fourier-Transformations-(FFT-)Einheit 401 berechnet F₁(ξ) (1 = 0, 1, ..., L – 1) durch Anwenden der Fourier-Transformation auf f₁(θ), das durch Ausschneiden der zweidimensionalen Karte bei dem Verzögerungszeitindex l (l = 0, 1, ..., L – 1) erhalten wurde. Eine Korrekturkoeffizienten-Erzeugungseinheit 402 gibt G(ξ) aus, das vorher vorbereitet wurde. Eine Teilungseinheit 403 berechnet F_l(ξ)/G(ξ) (l = 0, 1, ..., L – 1) durch Teilen des von der Fourier-Transformations-Einheit 401 ausgegebenen Signals durch das von der Korrekturkoeffizienten-Erzeugungseinheit 402 ausgegebene Signal. Zuletzt gibt eine Inverse-Fourier-Transformations(IFFT-)Einheit 404 ein Ergebnis aus, das durch Anwenden der inversen Fourier-Transformation auf das Ausgangssignal der Teilungseinheit erhalten wurde.
Die vorgenannten θ und ξ sind diskrete Signale, und eine diskrete Fourier-Transformation und eine inverse diskrete Fourier-Transformation werden als die Fourier-Transformation und die inverse Fourier-Transformation durchgeführt. Darüber hinaus können, wenn die Abtastnummer 2π/Δθ der Ankunftswinkel eine Potenz von 2 ist, FFT und IFFT dies erreichen.
<2-3> Wirkung des zweiten Ausführungsbeispiels
Wie vorstehend beschrieben ist, ist bei der Empfangsvorrichtung 2 und dem Empfangsverfahren nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, wenn die Anzahl N von Antennenelementen eine vergleichsweise kleine Anzahl ist, der Abfall des Gruppenantennengewinns um den Nullpunkt herum allmählich, und die Breite des Nullpunkts ist groß, und daher wird die zweidimensionale Karte korrigiert durch Verwenden der Form der Streuung des Nullpunkts, die anhand der Form der Richtungscharakteristik der Gruppenantenne eindeutig bestimmt wird. Daher gibt es eine Wirkung der Verbesserung der Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkeis θ₁ der direkten Welle.
<3> Drittes Ausführungsbeispiel
<3-1> Konfiguration des dritten Ausführungsbeispiels
Die Empfangsvorrichtungen 1 und 2 nach dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel schätzen den Ankunftswinkel θ₁ der direkten Welle, während sie sequentiell die Richtung des Nullpunkts mit Bezug auf die von der Gruppenantenne empfangenen Signale ändern. Dieser Vorgang ist effektiv in einem Fall, in welchem der Sender die Funkwelle kontinuierlich sendet. Jedoch ist es möglich, dass in einem Fall, in welchem der Sender ein Signal mit einer vorbestimmten Rahmenlänge sendet, die Abtastung des Nullpunkts (d. h. der Prozess des Schätzens des Ankunftswinkels θ₁ der direkten Welle, während die Richtung des Nullpunkts sequentiell geändert wird) während der Rahmenperiode des Signals nicht beendet ist.
Somit sieht ein drittes Ausführungsbeispiel eine Empfangsvorrichtung 3 und ein Empfangsverfahren vor, die auch den Fall behandeln können, in welchem die Rahmenlänge eines Rahmens, der ein von dem Sender gesendetes Signal bildet, begrenzt ist.
14 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine Konfiguration der Empfangsvorrichtung 3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert. In 14 sind die Komponenten, die die gleichen wie die in 1 illustrierten Komponenten sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie den in 1 illustrierten Bezugszeichen bezeichnet. Die in 14 illustrierte Empfangsvorrichtung 3 unterscheidet sich von der Empfangsvorrichtung 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass sie Signalspeichereinheiten 60_1, ..., 60_N enthält und eine Profilspeichereinheit 61 enthält. Mit Bezug auf die anderen Punkte ist die Empfangsvorrichtung 3 nach dem dritten Ausführungsbeispiel die gleiche wie die Empfangsvorrichtung 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
<3-2> Operation des dritten Ausführungsbeispiels
In dem dritten Ausführungsbeispiel wird ein Empfangssignal mit einer vorbestimmten Periode von T Sekunden verwendet. Hier ist T eine Zeit, die gleich der Rahmenlänge des Sendesignals oder kürzer ist.
Die Signalspeichereinheiten 60_1, ..., 60_N aus 14 speichern vorübergehend die Ausgangssignale der Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N von T Sekunden. Darüber hinaus speichert die Profilspeichereinheit 61 vorübergehend das synthetisierte Verzögerungsprofil q(m, l) für elektrische Energie, das aus den Empfangssignalen von T Sekunden berechnet wurde. Während der T Sekunden, in denen die Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N das Signal über die Antennenelemente empfangen, sind die Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N, die Verzögerungsprofil-Schätzeinheiten 14_1, ..., 14_N, die Berechnungseinheiten 15_1, ..., 15_N für elektrische Energie und die Syntheseeinheit 16 aus 14 in Betrieb, aber die verbleibenden Funktionen sind nicht in Betrieb.
Zu einem Zeitpunkt, zu dem das Speichern der Signale von T Sekunden in den Signalspeichereinheiten 60_1, ..., 60_N und der Profilspeichereinheit 61 beendet wurde, starten die Gruppenverarbeitungseinheit 12, die Gruppensteuereinheit 13, die Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_N + 1, die Berechnungseinheit 15_N + 1 für elektrische Energie, die Differenzeinheit 17, die Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 und die Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19 ihre Operationen.
Die Gruppensteuereinheit 13 ändert die Richtung des Nullpunkts bei jeweils M Symbolen. Nur die Signale von T Sekunden existieren in den Signalspeichereinheiten 60_1, ..., 60_N, und somit tastet die Gruppenverarbeitungseinheit 12 den Nullpunkt in sämtlichen Richtungen durch wiederholtes Auslesen der Signale von T Sekunden ab. Die Operationen der Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_N + 1 und der Berechnungseinheit 15_N + 1 für elektrische Energie sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Differenzeinheit 17 liest das synthetisierte Verzögerungsprofil q(m, l) der elektrischen Energie aus der Profilspeichereinheit 61 aus und berechnet das Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie mit Bezug auf das Verzögerungsprofil p_N+1(m, l) für elektrische Energie, das bei jeweils M Symbolen von der Berechnungseinheit 15_N + 1 für elektrische Energie ausgegeben wird. Die Operationen der Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 und der Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19 sind die gleichen wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels.
Darüber hinaus kann die in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene Korrektureinheit 40 der Empfangsvorrichtung 3 nach dem dritten Ausführungsbeispiel hinzugefügt werden.
<3-3> Wirkung des dritten Ausführungsbeispiels
Wie vorstehend beschrieben ist, speichert die Empfangsvorrichtung 3 nach dem dritten Ausführungsbeispiel die Signale, die den Empfangssignalen der vorbestimmten Periode von T Sekunden entsprechen, und schafft die zweidimensionale Karte, während die Signale wiederholt ausgelesen werden, und hierdurch wird die Wirkung erhalten, dass der Ankunftswinkel θ₁ der direkten Welle selbst in einem Fall, in welchem die Rahmenlänge begrenzt ist, genau geschätzt werden kann.
<4> Viertes Ausführungsbeispiel
<4-1> Prozess nach dem vierten Ausführungsbeispiel
Ein Empfangsverfahren nach einem vierten Ausführungsbeispiel ist das gleiche wie der Prozess durch die Empfangsvorrichtung 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit wird 1 auch in die Beschreibung des vierten Ausführungsbeispiels einbezogen.
Das Empfangsverfahren nach dem vierten Ausführungsbeispiel enthält einen Schritt (S1) des Initialisierens (Setzens in einer vorbestimmten Richtung) der Nullrichtung durch die Gruppensteuereinheit 13, einen Empfangsschritt (52) des Empfangens eines Funksignals durch die Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N und einen ersten Schätzschritt (S3, S4) des Schätzens N erster Verzögerungsprofile p₁(k), ..., p_N(k) für elektrische Energie. Darüber hinaus enthält das Empfangsverfahren nach dem vierten Ausführungsbeispiel einen Syntheseschritt (Schritt S5) des Erzeugens des synthetisierten Verzögerungsprofils q(m, l) für elektrische Energie, einen Gruppenverarbeitungsschritt (S6) des Erzeugens des Gruppenverarbeitungssignals y(k) und einen zweiten Schätzschritt (S7, S8) des Schätzens des zweiten Verzögerungsprofils p_N+1(m, l) für elektrische Energie aus dem Gruppenverarbeitungssignal y(k). Weiterhin enthält das Empfangsverfahren nach dem vierten Ausführungsbeispiel einen Differenzschritt (S9) des Erzeugens des Differenzverzögerungsprofils d(m, l) für elektrische Energie durch Subtrahieren des zweiten Verzögerungsprofils p_N+1(m, l) für elektrische Energie von dem synthetisierten Verzögerungsprofil q(m, l) der elektrischen Energie und einen Zweidimensionale-Karte-Schritt (S10) zum Schaffen der zweidimensionalen Karte, die die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel der ankommenden Weile anzeigt, auf der Grundlage des Differenzverzögerungsprofils d(m, l) für elektrische Energie und der von der Gruppensteuereinheit 13 bezeichneten (geänderten) Richtung des Nullpunkts. Weiterhin enthält das Empfangsverfahren nach dem vierten Ausführungsbeispiel einen Schritt (S11, S12) des Änderns der Richtung des Nullpunkts durch Abtasten des Nullpunkts durch die Gruppensteuereinheit 13, um den Empfangsschritt (S2), den ersten Schätzschritt (S3, S4), den Syntheseschritt (S5), den Gruppenverarbeitungsschritt (S6), den zweiten Schätzschritt (S7, 58), den Differenzschritt (S9) und den Zweidimensionale-Karte-Schritt (S10) wiederholt durchzuführen, und einen Ankunftswinkel-Schätzschritt (S13) des Schätzens und Ausgebens des Ankunftswinkels θ₁ der direkten Welle aus den ankommenden Wellen, wenn die Nullpunktabtastung mit Bezug auf alle Richtungen beendet ist. In dem Ankunftswinkel-Schätzschritt (S13) wird eine Komponente mit der kürzesten Verzögerungszeit und der größten elektrischen Energie in der Trägerwelle auf der zweidimensionalen Karte als die direkte Welle bestimmt, und der Ankunftswinkel θ₁ der direkten Welle wird geschätzt.
Als Nächstes wird das Empfangsverfahren nach dem vierten Ausführungsbeispiel genauer auf der Grundlage von 15 beschrieben. In dem Schritt (S1) zum Initialisieren der Nullrichtung aus 15 führt die Gruppensteuereinheit 13 die Initialisierung durch, die ein Prozess des Setzens der Nullrichtung der Gruppenantenne auf beispielsweise –π ist.
In dem Empfangsschritt (S2) wandeln mit Bezug auf die durch die N Antennenelemente 10_1, ..., 10_N empfangenen Signale die Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N jeweils das Empfangssignal in das Basisbandsignal um, indem die Frequenzumwandlung durchgeführt wird, und erzeugen die digitalen Signale r₁(k), ..., r_N(k), indem die AD-Umwandlung dieses Basisbandsignals durchgeführt wird. Der Prozess des Empfangsschritts (S2) ist der gleiche wie der Prozess durch die Funkempfangseinheiten 11_1, ..., 11_N bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
In dem ersten Schätzschritt (S3, S4) werden die Verzögerungsprofile h_n(m, l), die den N Antennenelementen 10_1, ..., 10_N entsprechen, auf der Grundlage der digitalen Signale r₁(k), ..., r_N(k), die in dem Empfangsschritt S2 erzeugt wurden, geschätzt. Das Berechnungsverfahren für die Verzögerungsprofile hängt von dem durch das Kommunikationssystem verwendeten Übertragungsverfahren ab.
16 ist ein Flussdiagramm, das den Schritt (S3) des Schätzens der ersten Verzögerungsprofile in dem OFDM-Übertragungsverfahren illustriert. Der Prozess von 16 ist der gleiche Prozess wie der Prozess von 2 in dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 16 illustriert ist, enthält der Schritt (S3) des Schätzens der ersten Verzögerungsprofile beispielsweise einen FFT-Schritt (S21), einen Pilotextraktionsschritt (S22), einen Piloterzeugungsschritt (S23), einen Teilungsschritt (S24), einen Interpolationsschritt (S25) und einen IFFT-Schritt (S26). In dem FFT Schritt (S21) werden die digitalen Signale r₁(k), ..., r_N(k), die in dem Empfangsschritt (S2) von 15 erzeugt wurden, von der Zeitachse zu der Frequenzachse mit Bezug auf jedes Symbol umgewandelt, und hierdurch werden die Subträger erzeugt. Die in dem FFT Schritt (S21) erzeugten Pilotträger werden in dem Pilotextraktionsschritt (S22) herausgezogen, und der bekannte Pilotträger wird in dem Piloterzeugungsschritt (S23) erzeugt. In dem Teilungsschritt (S24) wird der in dem Pilotextraktionsschritt (S22) herausgezogene Pilotträger durch den in dem Piloterzeugungsschritt (S23) erzeugten bekannten Pilotträger geteilt, und hierdurch wird die Übertragungsfunktion des Übertragungswegs, die auf die in dem Empfangssignal enthaltenen Pilotträger einwirkt, erzeugt. In dem Interpolationsschritt (S25) wird die Übertragungsfunktion des Übertragungswegs für alle Subträger erzeugt, indem die Interpolation bei der Übertragungsfunktion des Übertragungswegs, die auf die Pilotträger in der Symbolrichtung und der Subträgerrichtung einwirkt, erzeugt. In dem IFFT-Schritt (S26) wird das Verzögerungsprofil erzeugt durch Umwandeln der Übertragungsfunktion des Übertragungswegs in die Übertragungsfunktion der Zeitachse. Der in 16 illustrierte Prozess ist der gleiche wie der Prozess durch die Verzögerungsprofil-Schätzeinheiten 14_1, ..., 14_N + 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel (1 und 2).
17 ist ein Flussdiagramm, das den Schritt (S3) des Schätzens der ersten Verzögerungsprofile in dem DSSS-Übertragungsverfahren illustriert. Der Prozess in 17 ist der gleiche Prozess wie der Prozess in 3 nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 17 illustriert ist, enthält der Schritt (S3) des Schätzens der ersten Verzögerungsprofile beispielsweise einen Schritt (S31) des Erzeugens der Pseudorauschsequenz und einen Schritt (S32) des Durchführens eines Streuungsbeseitigungsprozesses. Die zu der Zeit des Streuens auf der Senderseite verwendete Pseudorauschsequenz wird in dem Pseudorauschsequenz-Erzeugungsschritt (S31) erzeugt, und die Gleitkorrelation mit dem in dem Empfangsschritt (S2) von 15 erzeugten Signal wird für jedes Symbol in dem Streuungsbeseitigungsschritt (S32) berechnet und ausgegeben. Dieses Ausgangssignal der Streuungsbeseitigungseinheit ist das Verzögerungsprofil. Der in 17 illustrierte Prozess ist der gleiche wie der Prozess durch die Verzögerungsprofil-Schätzeinheiten 14_1, ..., 14_N + 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel (1 und 3).
Wie in den 16 und 17 gezeigt ist, wird das Verzögerungsprofil für jedes Symbol ausgegeben. Im Folgenden wird das Verzögerungsprofil-Schätzergebnis des m-ten Symbols für das n-te Antennenelement durch h_n(m, l) ausgedrückt. Hier ist l der Index der Verzögerungszeit. Die Verzögerungszeitauflösung Δτ ist bereits in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In dem Schritt (S4) des Berechnens der elektrischen Energie der ersten Verzögerungsprofile von 15 wird die elektrische Energie p_n(m, l) (n = 1, ..., N) für jede Verzögerungszeit des in dem Schätzschritt (S3) für das erste Verzögerungsprofil erzeugten Verzögerungsprofils berechnet und ausgegeben. Der Prozess des Schritts (S4) ist der gleiche wie der Prozess durch die Berechnungseinheiten 15_1, ..., 15_N für elektrische Energie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
In dem Syntheseschritt (S5) von 15 werden die in dem Schritt (S4) erzeugten ersten Verzögerungsprofile für elektrische Energie synthetisiert, um das synthetisierte Verzögerungsprofil q(m, l) für elektrische Energie zu erzeugen. Der Prozess des Schritts (S5) ist der gleiche wie der Prozess durch die Syntheseeinheit 16 in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Gruppenverarbeitungsschritt (S6) von 15 führt die Gruppenverarbeitung für die in dem Empfangsschritt (S5) erzeugten Signale r₁(k), ..., r_N(k) durch. Der Prozess des Schritts (S6) ist der gleiche wie der Prozess der Gruppenverarbeitungseinheit 12 in dem ersten Ausführungsbeispiel.
In dem Schätzschritt (S7) des zweiten Verzögerungsprofils von 15 wird das Verzögerungsprofil anhand des durch die Gruppenverarbeitung erzeugten Signals y(k) geschätzt. Das Schätzverfahren für das Verzögerungsprofil ist das gleiche wie der Schätzschritt (S3) für das erste Verzögerungsprofil. Darüber hinaus ist der Prozess des Schätzschritts (S7) der gleiche wie der Prozess durch die Verzögerungsprofil-Schätzeinheit 14_N + 1 in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der zweite Berechnungsschritt (S8) für elektrische Energie von 15 berechnet die elektrische Energie für jede Verzögerungszeit des in dem zweiten Verzögerungsprofil-Schätzschritt (S7) erzeugten Verzögerungsprofils und gibt diese aus. Das Berechnungsverfahren für die elektrische Energie ist das gleiche wie der Schätzschritt (S4) für das erste Verzögerungsprofil für elektrische Energie. Darüber hinaus ist der Prozess des Schritts (S8) der gleiche wie der Prozess durch die Berechnungseinheit 15_N + 1 für elektrische Energie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Differenzschritt (S9) von 15 gibt das Differenzverzögerungsprofil d(m, l) für elektrische Energie aus, das durch Subtrahieren des zweiten Verzögerungsprofils p_N+1(m, l) für elektrische Energie, das in dem zweiten Berechnungsschritt (S8) für elektrische Energie erzeugt wurde, von dem synthetisierten Verzögerungsprofil q(m, l) für elektrische Energie, das in dem Syntheseschritt (S6) erzeugt wurde, erhalten wurde. Der Prozess des Differenzschritts (S9) ist der gleiche wie der Prozess durch die Differenzeinheit 17 in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Zweidimensionale-Karte-Schritt (S10) von 15 schafft die zweidimensionale Karte der Verzögerungszeit (Ankunftszeit) und der Ankunftsrichtung (Ankunftswinkel) der ankommenden Welle durch Verwendung des Verzögerungsprofils (Ausgangssignal des Differenzschritts) für elektrische Energie der ankommenden Welle, die aus der Richtung des Nullpunkts ankommt, und der Richtung des Nullpunkts. Der Prozess des Zweidimensionale-Karte-Schritts (S10) ist der gleiche wie der Prozess durch die Zweidimensionale-Karten-Einheit 18 in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Nullrichtungs-Aktualisierungsschritt (S11) von 15 tastet sequentiell die Nullrichtung bei Δθ Intervallen wie in θ_NULL = –π + a + Δθ (a = 0, 1, ..., 2π/Δθ – 1) ab.
Während einer Periode von 0 ≤ a < 2π/Δθ wird der Empfangsschritt (S2) bis zu dem Nullrichtungs-Aktualisierungsschritt (S11) wiederholt durchgeführt. Wenn a = 2π/Δθ ist, ist die Abtastung der Nullrichtung in allen Richtungen von –π bis π beendet, und somit geht der Prozess zu dem nächsten Schritt weiter. Die Abtastrichtung θ_NULL des Nullpunkts wird auch in dem Zweidimensionale-Karte-Schritt (S10) verwendet.
Der Ankunftswinkel-Schätzschritt (S13) von 15 schätzt den Ankunftswinkel θ₁ der direkten Welle durch Verwendung der zweidimensionalen Karte, die die Beziehung zwischen der Verzögerungszeit und dem Ankunftswinkel der ankommenden Welle anzeigt. Genauer gesagt, ein gewisser Schwellenwert wird gesetzt; Komponenten, die den Schwellenwert überschreiten, werden in der zweidimensionalen Karte gesucht; und die Komponente mit der kürzesten Verzögerungszeit aus diesen wird ausgewählt. Die ausgewählte Komponente wird als die direkte Welle bestimmt. Wenn mehrere Komponenten ausgewählt werden, wird die Komponente mit der größten elektrischen Energie als die direkte Welle bestimmt. Zuletzt wird in dem Ankunftswinkel-Schätzschritt (S13) der Ankunftswinkel, der als die Komponente der direkten Welle in der zweidimensionalen Karte bestimmt ist, ausgegeben. Der vorgenannte Schwellenwert kann vorher bestimmt werden und kann ein Wert sein, der um ein gewisses vorbestimmtes Ausmaß von dem maximalen Wert auf der zweidimensionalen Karte aus gedämpft ist. Der Prozess des Ankunftswinkel-Schätzschritts (S13) ist der gleiche wie der Prozess durch die Ankunftswinkel-Schätzeinheit 19 in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der in dem Flussdiagramm von 15 illustrierte Prozess ist der gleiche wie die Operation der Empfangsvorrichtung 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Darüber hinaus kann ein Prozessschritt durch die Korrektureinheit 40 (10, 13) aus dem zweiten Ausführungsbeispiel vor dem Ankunftswinkel-Schätzschritt (S13) aus 15 eingefügt sein.
<4-2> Wirkung des vierten Ausführungsbeispiels
Im Patentdokument 1 können die direkte Welle und die Verzögerungswelle in dem Umfeld, in welchem die Verzögerungswelle existiert, deren Verzögerungszeit kürzer als die Verzögerungszeitauflösung des Verzögerungsprofils ist, nicht getrennt werden, und die Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkels der direkten Welle verschlechtert sich; wohingegen in dem vierten Ausführungsbeispiel die direkte Welle und die Verzögerungswelle durch Verwenden des Nullpunkts der Gruppenantenne in der gleichen Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel getrennt werden können, und es wird die Wirkung erhalten, dass der Ankunftswinkel der direkten Welle genau geschätzt werden kann.
Darüber hinaus ist es im Allgemeinen bekannt, dass der Nullpunkt der Gruppenantenne eine schärfere Richtungscharakteristik als die Hauptkeule hat. Daher wird in der gleichen Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Wirkung erhalten, dass das vierte Ausführungsbeispiel mehrere ankommende Wellen selbst mit einer kleineren Anzahl von Antennenelementen trennen kann, im Vergleich zu der im Patentdokument 2 und im Patentdokument 3 beschriebenen Technologie, die die ankommenden Wellen durch Verwendung der Hauptkeule trennen, und dass die Schätzgenauigkeit des Ankunftswinkels θ₁ der direkten Welle verbessert werden kann.
<5> Beispielsvariante
18 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Empfangsvorrichtungen nach dem vorbeschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispiel illustriert. Die in 18 illustrierte Empfangsvorrichtung 1 enthält einen Speicher 91 als eine Speichervorrichtung zum Speichern eines Programms als Software und einen Prozessor 92 als eine Informationsverarbeitungseinheit zum Ausführen des in dem Speicher 91 gespeicherten Programms. Die in 18 illustrierte Empfangsvorrichtung 1 illustriert ein spezifisches Beispiel für die Strukturen der Empfangsvorrichtungen nach dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel. Die Arbeitsweise der in 18 illustrierten Empfangsvorrichtung 1 ist die gleiche wie die Arbeitsweise der Empfangsvorrichtungen nach dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel oder des Empfangsverfahrens nach dem vierten Ausführungsbeispiel. Das in dem Speicher 91 gespeicherte Programm ist ein Programm, das in einem Computer, der den Prozessor 92 enthält, ausgeführt werden kann, und es kann bewirken, dass der Computer den in dem vierten Ausführungsbeispiel illustrierten Prozess (15) durchführen kann
Wenn die in 18 illustrierte Empfangsvorrichtung 1 die Prozesse in den Empfangsvorrichtungen nach dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel durchführt, wird jede Komponente der in 1, 10 und 14 illustrierten Empfangsvorrichtung durch den Prozessor 92 implementiert, der das in dem Speicher 91 gespeicherte Programm ausführt. Obgleich ein Fall, in welchem der Prozessor 92 und der Speicher 91 verwendet werden, um jede Komponente der in 1, 10 und 14 illustrierten Empfangsvorrichtung zu konfigurieren, als ein Beispiel illustriert wurde, kann ein Teil der Komponenten aus den Komponenten der in 1, 10 und 14 illustrierten Empfangsvorrichtung durch den Prozessor 92 und den Speicher 91 konfiguriert sein, und andere Teile können durch eine Hardwareschaltung konfiguriert sein. Die in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel beschriebene Empfangsoperation kann durch die in 18 illustrierte Empfangsvorrichtung realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1, 2, 3: Empfangsvorrichtung,
10_1, ..., 10_N: Antennenelement,
11_1, ..., 11_N: Funkempfangseinheit,
12: Gruppenverarbeitungseinheit,
13: Gruppensteuereinheit,
14_1, ..., 14_N + 1: Verzögerungsprofil-Schätzeinheit,
15_1, ..., 15_N + 1: Berechnungseinheit für elektrische Energie,
16: Syntheseeinheit,
17: Differenzeinheit,
18: Zweidimensionale-Karten-Einheit,
19: Ankunftswinkel-Schätzeinheit,
20_1, ..., 20_N: Verzögerungsprofil-Schätzeinheit für elektrische Energie (erste Verzögerungsprofil-Schätzeinheit für elektrische Energie),
20_N + 1: Verzögerungsprofil-Schätzeinheit für elektrische Energie (zweite Verzögerungsprofil-Schätzeinheit für elektrische Energie),
40: Korrektureinheit,
60_1, ..., 60_N: Signalspeichereinheit,
61: Profilspeichereinheit,
141_n: FFT Einheit,
142_n: Pilotextraktionseinheit,
143_n: Piloterzeugungseinheit,
144_n: Teilungseinheit,
145_n: Interpolationseinheit,
146_n: IFFT-Einheit,
148_n: Pseudorausch-Erzeugungseinheit,
149_n: Streuungsbeseitigungseinheit,
401: Fourier-Transformations-Einheit
402: Korrekturkoeffizienten-Erzeugungseinheit
403: Teilungseinheit
404: Inverse-Fourier-Transformations-Einheit.

Claims

Empfangsvorrichtung zum Empfangen ankommender Wellen, die Funkwellen sind, die an einer Gruppenantenne, die mehrere Antennenelemente enthält, ankommen, welche Empfangsvorrichtung aufweist: Funkempfangseinheiten, die mehrere digitale Signale, die mehreren Signalen entsprechen, auf einer Grundlage der mehreren über die mehreren Antennenelemente empfangenen Signale erzeugen; eine Schätzeinheit für ein erstes Verzögerungsprofil für elektrische Energie, die mehrere erste Verzögerungsprofile für elektrische Energie, die den mehreren digitalen Signalen entsprechen, auf einer Grundlage der mehreren digitalen Signale schätzt; eine Syntheseeinheit, die eine synthetisiertes Verzögerungsprofil für elektrische Energie durch Synthetisieren der mehreren ersten Verzögerungsprofile für elektrische Energie erzeugt; eine Gruppensteuereinheit, die eine Richtung eines Nullpunkts der Gruppenantenne ändert; eine Gruppenverarbeitungseinheit, die ein Gruppenverarbeitungssignal durch Durchführen einer Gruppenverarbeitung für die mehreren digitalen Signale durch Richten des Nullpunkts in die durch die Gruppensteuereinheit geänderte Richtung erzeugt; eine Schätzeinheit für ein zweites Verzögerungsprofil, die ein zweites Verzögerungsprofil für elektrische Energie anhand des Gruppenverarbeitungssignals schätzt; eine Differenzeinheit, die ein Differenzverzögerungsprofil für elektrische Energie erzeugt, das durch Subtrahieren des zweiten Verzögerungsprofils für elektrische Energie von dem synthetisierten Verzögerungsprofil für elektrische Energie erhalten wird; eine Zweidimensionale-Karten-Einheit, die eine zweidimensionale Karte, die eine Beziehung zwischen Verzögerungszeiten und Ankunftswinkeln der ankommenden Wellen anzeigt, auf einer Grundlage des Differenzverzögerungsprofils für elektrische Energie und der Richtung des Nullpunkts, der durch die Gruppensteuereinheit geändert wurde, bildet; und eine Ankunftswinkel-Schätzeinheit, die einen Ankunftswinkel einer Komponente mit einer kürzesten Verzögerungszeit und einer größten elektrischen Energie aus den ankommenden Wellen auf der zweidimensionalen Karte ausgibt.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin aufweist: eine Korrektureinheit, die die von der Zweidimensionale-Karten-Einheit gebildete zweidimensionale Karte korrigiert und die korrigierte zweidimensionale Karte zu der Ankunftswinkel-Schätzeinheit liefert, wobei die Korrektureinheit enthält: eine Fourier-Transformations-Einheit, die eine Fourier-Transformation bei einer Komponente einer Ankunftswinkelrichtung bei jeder Verzögerungszeit auf der durch die Zweidimensionale-Karten-Einheit gebildeten zweidimensionale Karte anwendet; eine Teilungseinheit, die ein von der Fourier-Transformations-Einheit ausgegebenes Signal durch einen Korrekturkoeffizienten teilt; und eine Inverse-Fourier-Transformations-Einheit, die eine inverse Fourier-Transformation bei einem von der Teilungseinheit ausgegebenen Signal anwendet, wobei der Korrekturkoeffizient auf einer Grundlage einer Form einer Richtungscharakteristik der Gruppenantenne berechnet wird.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche weiterhin aufweist: eine Signalspeichereinheit, die die mehreren digitalen Signale, die von den mehreren Funkempfangseinheiten erzeugt wurden, speichert; und eine Profilspeichereinheit, die das von der Syntheseeinheit erzeugte synthetisierte Verzögerungsprofil der elektrischen Energie speichert, wobei die Zweidimensionale-Karten-Einheit die zweidimensionale Karte auf einer Grundlage der mehreren in der Signalspeichereinheit gespeicherten digitalen Signale und des in der Profilspeichereinheit gespeicherten synthetisierten Verzögerungsprofils für elektrische Energie bildet.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin die Gruppenantenne aufweisend.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Änderung des Nullpunkts durch die Gruppensteuereinheit innerhalb eines Bereichs von –π bis +π der Ankunftswinkel der ankommenden Wellen durchgeführt wird.
Empfangsverfahren zum Empfangen ankommender Wellen, die Funkwellen sind, die an einer Gruppenantenne, die mehrere Antennenelemente enthält, ankommen, welches Empfangsverfahren aufweist: einen Empfangsschritt des Erzeugens mehrerer digitaler Signale, die mehreren Signalen entsprechen, auf einer Grundlage der mehreren über die mehreren Antennenelemente empfangenen Signale; einen ersten Schätzschritt des Schätzens mehrerer erster Verzögerungsprofile für elektrische Energie, die den mehreren digitalen Signalen entsprechen, auf einer Grundlage der mehreren digitalen Signale; einen Syntheseschritt des Erzeugens eines synthetisierten Verzögerungsprofils für elektrische Energie durch Synthetisieren der mehreren ersten Verzögerungsprofile für elektrische Energie; einen Gruppenverarbeitungsschritt des Änderns einer Richtung eines Nullpunkts der Gruppenantenne und des Erzeugens eines Gruppenverarbeitungssignals durch Durchführen einer Gruppenverarbeitung für die mehreren digitalen Signale durch Richten des Nullpunkts in die geänderte Richtung; einen zweiten Schätzschritt des Schätzens eines zweiten Verzögerungsprofils für elektrische Energie anhand des Gruppenverarbeitungssignals; einen Differenzschritt des Erzeugens eines Differenzverzögerungsprofils für elektrische Energie, das durch Subtrahieren des zweiten Verzögerungsprofils für elektrische Energie von dem synthetisierten Verzögerungsprofil für elektrische Energie erhalten wurde; einen Zweidimensionale-Karte-Schritt des Bildens einer zweidimensionalen Karte, die eine Beziehung zwischen Verzögerungszeiten und Ankunftswinkeln der ankommenden Wellen anzeigt, auf einer Grundlage des Differenzverzögerungsprofils für elektrische Energie und der geänderten Richtung des Nullpunkts; einen Schritt des Änderns der Richtung des Nullpunkts und des Durchführens des Empfangsschritts, des ersten Schätzschritts, des Syntheseschritts, des Gruppenverarbeitungsschritts, des zweiten Schätzschritts, des Differenzschritts und des Zweidimensionale-Karte-Schritts; und einen Ankunftswinkel-Schätzschritt des Ausgebens eines Ankunftswinkels einer Komponente mit einer kürzesten Verzögerungszeit und einer größten elektrischen Energie aus den ankommenden Weilen auf der zweidimensionalen Karte.