DE112017001984T5

DE112017001984T5 - Empfangsvorrichtung und Empfangsverfahren sowie Programm und Aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE112017001984T5
Application number: DE112017001984.2T
Authority: DE
Inventors: Naosuke Ito; Daisuke Shimbo
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2019-01-03
Also published as: JP6513287B2; JPWO2017179259A1; WO2017179259A1; CN108886400A; US20190068273A1; US10505620B2; CN108886400B

Abstract

Beim Empfangen von Funkwellen von einem Sender durch eine Gruppenantenne und Schätzen einer Einfallsrichtung einer direkten Welle werden Verzögerungszeiten der eintreffenden Wellen mittels eines Super-Auflösungsprozesses auf Grundlage von Übertragungskanalschätzergebnissen geschätzt (13), eine Eintreffende-Welle-Komponente entsprechend der Verzögerungszeit, die als gleich oder länger als ein Schwellenwert bestimmt wurde, wird entfernt (15) von den Übertragungskanalschätzergebnissen, Eintreffende-Welle-Komponenten werden nach der Entfernung voneinander separiert, um Direkte-Welle-Komponenten (17) zu extrahieren und ein Einfallswinkel wird geschätzt (19). Die Einfallsrichtung der direkten Welle kann genau geschätzt werden in einer Umgebung, wo verzögerte Wellen kurzer Verzögerungszeiten präsent sind. Außerdem ist der Berechnungsumfang klein, selbst wenn der Super-Auflösungsprozess ausgeführt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Empfangsverfahren und eine Empfangsvorrichtung und, im speziellen, auf eine Methode zum Empfangen von Funkwellen, übertragen von einem Sender, und zum Identifizieren der Einfallsrichtung der direkten Welle auf Grundlage des empfangenen Signals. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Programm, das einen Computer veranlasst, die Prozesse der oben genannten Empfangsvorrichtung oder des Empfangsverfahrens auszuführen, und ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, auf dem das oben genannte Programm aufgezeichnet ist.
Hintergrund zum Stand der Technik
Beim Empfangen von Funkwellen eines Mobiltelefons, von WLAN, von terrestrisch digitaler Übertragung oder ähnlichem ist die Empfangsleistung aufgrund der Effekte der eintreffenden Wellen (nachstehend „verzögerte Wellen“ genannt) vermindert, welche, nach Reflexion oder Streuung an Gebäuden, Fahrzeugen oder ähnlichem, zusätzlich zu der eintreffenden Welle (nachstehend „eine direkte Welle“ genannt) eintreffen, die direkt vom Sender eintrifft. Eine Umgebung, in der eine Vielzahl eintreffender Wellen vorhanden ist, heißt Mehrwegeumgebung.
Eine bekannte Technik, um die Leistungsminderung aufgrund von Mehrwegeempfang zu reduzieren, ist eine Richtfaktorkontrolle unter Verwendung einer Gruppenantenne. Eine Gruppenantenne hat eine Vielzahl von Antennenelementen und kann so eingestellt werden, dass sie durch Steuern von Gewichtungsfaktoren, die genutzt werden, um Signale zu verbinden, die von den Antennenelementen empfangen werden, einen Richtfaktor hat, . In einer Mehrwegeumgebung kann die Leistungsminderung aufgrund des Einflusses der verzögert Wellen abgeschwächt werden durch Kontrollieren des Richtfaktors, so dass die Hauptkeule zu der Richtung gerichtet wird, wo die direkte Welle eintrifft. Um die Empfangsleistung durch die Richtfaktorkontrolle der Gruppenantenne zu verbessern, ist es notwendig, die Richtung akkurat abzuschätzen, in der die direkte Welle eintrifft.
Ist der Empfänger fest und die Richtung des Senders im Vorhinein bekannt, kann der Richtfaktor manuell angepasst werden, so dass die Hauptkeule der Gruppenantenne auf den Sender gerichtet ist. Werden die Funkwellen in einem bewegten Körper empfangen, wie in einem Fahrzeug zum Beispiel, ist im Falle einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation eine manuelle Anpassung nicht durchführbar, da sich die Position des Senders in Bezug auf die Empfangsvorrichtung mit der Bewegung des Fahrzeugs verändert. Deshalb ist es notwendig, die Einfallsrichtung der direkten Welle automatisch zu schätzen, von dem empfangenen Signal, in dem die direkte Welle und die verzögert Wellen gemultiplext sind.
Funkwellenumgebungen für die drahtlose Kommunikation können klassifiziert werden in Sichtverbindungen (LOS - Line of sight), in denen der Sender in direktem Sichtkontakt mit dem Empfänger steht, und Nicht-Sichtverbindungen (NLOS - None Line Of Sight), bei denen es keinen Sichtkontakt zwischen dem Sender und dem Empfänger gibt. Die vorliegende Erfindung nimmt eine LOS-Umgebung an.
Patentreferenz 1 beschreibt eine Vorrichtung, bei der die Mehrwegeeinfallsrichtungen auf Grundlage von Signalen gemessen werden, die von zwei Antennen empfangen werden. In dieser Vorrichtung wird die Frequenzeigenschaft (Übertragungsfunktion im Frequenzbereich) des Übertragungskanals von dem Signal geschätzt, das von jedem Antennenelement empfangen wird, die geschätzte Übertragungskanalfrequenzeigenschaftist eine inverse Fourier-Transformierte, um ein komplexes Verzögerungsprofil zu bestimmen, die eintreffenden Wellen verschiedener Verzögerungszeiten werden vom komplexen Verzögerungsprofil separiert und der Einfallswinkel wird auf Grundlage der Phasendifferenz zwischen den separierten direkten Wellen geschätzt, die von den Antennenelementen empfangen wurden.
Patentreferenz 2 zeigt Schätzung der Verzögerungszeiten durch einen Super-Auflösungsprozess auf, wie zum Beispiel ein MUSIC-Prozess (MUltiple Signal Classification) oder ein ESPRIT-Prozess (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques). Laut der Methode, beschrieben in Patentreferenz 2, werden die von einer Vielzahl von Antennen empfangenen Signale in ein Frequenzspektrum umgewandelt, die Verzögerungszeit jeder eintreffenden Welle wird durch einen Super-Auflösungsprozess unter Verwendung des Frequenzspektrums geschätzt, die Schätzergebnisse werden verwendet, um eine Koeffizientenmatrix zu schätzen, in der die eintreffenden Wellen enthalten sind, das oben genannte Frequenzspektrum wird multipliziert mit einer pseudo-inversen Matrix der oben genannten Koeffizientenmatrix, um die Komponenten der direkten Wellen zu separieren und von den Phasendifferenzen zwischen den separierten direkten Wellen wird der Einfallswinkel geschätzt.
Referenzen zum Stand der Technik
Patentreferenzen

Patentreferenz 1: Patent Nr. 4, 833, 144 (1)
Patentreferenz 2: Patentveröffentlichung Nr. 2010-286403 (1)

Nicht-Patent-Referenz 1: N. Kikuma, „Adaptive Signal Processing by Array Antenna“, publiziert von Kagaku Gijutsu Shuppan, Nov. 1998.
Auf Nicht-Patent-Referenz 1 wird später Bezug genommen.
Zusammenfassung der Erfindung
Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden
Die Methode, gezeigt in Patentreferenz 1, ist verbunden mit einem Problem, bei dem die direkte Welle und die verzögerten Wellen nicht separiert werden können, wenn die Verzögerungszeiten kurz sind. Zum Beispiel, wenn ein Gebäude, ein Fahrzeug oder ähnliches in der Nachbarschaft des Empfängers vorhanden ist, gibt es keinen signifikanten Unterschied in der Länge des Ausbreitungsweges der Funkwellen vom Sender zum Empfänger zwischen der direkten Welle und den verzögerten Wellen, so dass die Verzögerungszeiten sehr kurz sind. Wenn die Verzögerungszeiten kürzer sind als die Verzögerungszeitauflösung der komplexen Verzögerungsprofile, überlappen sich die direkte Welle und die verzögerten Wellen im geschätzten komplexen Verzögerungsprofil und können nicht voneinander separiert werden. Als Folge davon ist die Genauigkeit der Einfallswinkelschätzung wesentlich gemindert. Zum Beispiel ist die Verzögerungszeitauflösung des komplexen Verzögerungsprofils, geschätzt beim Empfangen eines Signals einer Bandbreite von 10MHz, ungefähr 100ns, was ein Reziproke der Bandbreite ist. Wenn ein Fahrzeug oder ähnliches aus Sicht des Empfängers in einer Entfernung von 3m in entgegengesetzter Richtung des Senders zugegen ist, ist die Verzögerungszeit in Bezug auf die direkte Welle $τ = 3 \times 2 / c = 20 ns .$
Hier bezeichnet c die Lichtgeschwindigkeit (ungefähr 3×10⁸m/s). Die Verzögerungszeit, 20ns, ist kürzer als die Verzögerungszeitauflösung, 100ns, und die direkte Welle und die verzögerte Welle überlappen sich im geschätzten Verzögerungsprofil, mit dem Ergebnis, dass die Schätzgenauigkeit des Einfallswinkels gemindert ist.
Das Verfahren, aufgezeigt in Patentreferenz 2, ist verbunden mit einem Problem, dass der Umfang der Prozesse, die notwendig sind, um die eintreffende Welle zu separieren, insbesondere der Berechnungsumfang der pseudoinversen Matrix, groß ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Empfangsvorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die den Einfallswinkel der direkten Welle in einer Umgebung, in der verzögerte Wellen mit kurzen Verzögerungszeiten vorhanden sind, genau schätzen können und mit denen der Umfang notwendiger Berechnungen reduziert werden kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Eine Empfangsvorrichtung, entsprechend der vorliegenden Erfindung, ist zum Empfangen von Funkwellen, übertragen von einem Sender, und zum Schätzen eines Einfallswinkels einer direkten Welle von dem Sender, umfassend:

erste bis N-te (wobei N eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 ist) drahtlose Empfangsvorrichtungen, die jeweilsentsprechend zu ersten bis N-ten Antennenelementenbereitgestellt sind, die eine Gruppenantenne bilden, und die Frequenzumwandlung und AD-Umwandlung auf ersten bis N-ten Analogsignalen ausführen, die erhalten werden durch Empfangen der Funkwellen jeweils durch die ersten bis N-ten Antennenelemente, um erste bis N-te Digitalsignale auszugeben;
erste bis N-te Übertragungskanalschätzeinheiten zum Schätzen von Übertragungskanalfrequenzeigenschaften, auf Grundlage der jeweils ersten bis N-ten Digitalsignale, und Ausgeben erster bis N-ter Übertragungskanalschätzergebnisse;
eine Verzögerungszeitschätzeinheit zur Schätzung, mittels eines Super-Auflösungsprozesses, von Verzögerungszeiten einer oder mehrerer eintreffender Wellen, die in den Funkwellen enthalten sind, auf Grundlage von einem Übertragungskanalschätzergebnis innerhalb der ersten bis N-ten Übertragungskanalschätzergebnisse;
eine Verzögerungszeitgruppierungseinheit zum Vergleichen der Verzögerungszeiten, die durch die Verzögerungszeitschätzeinheit geschätzt wurden, mit einem Schwellenwert, um zu bestimmen, ob die geschätzten Verzögerungszeiten kürzer sind als der Schwellenwert;
erste bis N-te Verzögerte-Welle-EntfernungseinheitEntfernungseinheiten, die jeweils entsprechend den ersten bis N-ten Übertragungskanalschätzeinheiten vorgesehen sind, die von den ersten bis N-ten Übertragungskanalschätzergebnissen eine Eintreffende-Welle-Komponente, entsprechend der Verzögerungszeit, die die Verzögerungszeitgruppierungseinheit als gleich oder größer als der Schwellenwert bestimmt hat, entfernt, und die erstebis N-te Übertragungskanalfrequenzeigenschaften in Bezug auf die eintreffenden Wellen der Verzögerungszeiten, die die Verzögerungszeitgruppierungseinheit als kürzer als der Schwellenwert bestimmt hat, ausgibt;
erste bis N-te Eintreffende-Welle-Separierungseinheiten, die jeweils entsprechend der ersten bis N-ten Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten bereitgestellt werden, und die jeweils Eintreffende-Welle-Komponenten, die in den ersten bis N-ten Übertragungskanalfrequenzeigenschaften enthalten sind, voneinander separieren, um erste bis N-te Direkte-Welle-Komponenten zu extrahieren; und
eine Einfallwinkelschätzeinheit zum Schätzen eines Einfallwinkels der direkten Welle auf Grundlage einer Phasendifferenz zwischen den ersten bis N-ten Direkte-Welle-Komponenten.

Wirkungen der Erfindung
Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind die direkte Welle und die verzögerte Welle nach Schätzen der Verzögerungszeiten durch einen Super-Auflösungsprozess separiert, so dass der Einfallswinkel der direkten Welle genau geschätzt werden kann, selbst in einer Umgebung, in der eine verzögerte Welle einer kurzen Verzögerungszeit vorhanden ist. Außerdem: Die Berechnung der pseudoinversen Matrix etc. wird ausgeführt nach Entfernen einer relativ langen Verzögerungszeit, so dass der Berechnungsumfang reduziert werden kann.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Empfangsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Übertragungskanalschätzeinheit in 1 zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel einer Konfiguration der Übertragungskanalschätzeinheit in 1 zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit in 1 zeigt.
5 (a) ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt von einem Verzögerungsprofil vor Entfernung der verzögerten Wellen durch die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit in 1, und 5 (b) und 5 (c) sind Diagramme, die verschiedene Beispiele der Verzögerungsprofile nach Entfernung zeigen.
6 ist ein Diagramm, das schematisch den Einfallswinkel der direkten Welle veranschaulicht.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Einfallswinkelschätzeinheit in 1 zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Empfangsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Empfangsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm das den Ablauf der Prozesse in einem Empfangsverfahren gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Prozesse in einem Beispiel des Übertragungskanalschätzschrittes in 10 zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Prozesse in einem anderen Beispiel des Übertragungskanalschätzschrittes in 10 zeigt.
13 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Prozesse in einem Beispiel des Verzögerte-Welle-Entfernungsschrittes in 10 zeigt.
14 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Prozesse in einem Beispiel des Einfallswinkelschätzschrittes in 10 zeigt.
15 ist ein Flussdiagramm das den Ablauf der Prozesse in einem Empfangsverfahren gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist ein Flussdiagramm das den Ablauf der Prozesse in einem Empfangsverfahren gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist ein Blockdiagramm, das einen Computer zeigt, der die Prozesse gemäß den ersten bis sechsten Ausführungsformen ausführt.

Modus zum Ausführen der Erfindung
Erste Ausführungsform
1 zeigt eine Empfangsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform.
Die dargestellte Empfangsvorrichtung dient dem Empfangen von Funkwellen, gesendet von einem Sender, und dem Schätzen der Richtung des Senders, d. h. der Einfallsrichtung der direkten Welle.
Die darge$stellte Empfangsvorrichtung umfasst drahtlose Empfangseinheiten 11-1, 11-2, Übertragungskanalschätzeinheiten 12-1, 12-2, eine Verzögerungszeitschätzeinheit 13, eine Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14, Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten 15-1, 15-2, eine Pseudoinverse-Matrix-Generierungseinheit 16, Eintreffende-Welle-Separierungseinheiten 17-1, 17-2 und eine Einfallswinkelschätzeinheit 18. Die drahtlosen Empfangseinheiten 11-1, 11-2 sind jeweils verbunden mit Antennenelementen 10-1, 10-2.
Die drahtlose Empfangseinheit 11-1, die Übertragungskanalschätzeinheit 12-1, die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-1, und die Eintreffende-Welle-Separierungseinheit 17-1 bilden ein erstes System und sind bereitgestellt, um miteinander zu korrespondieren und korrespondieren auch mit dem ersten Antennenelement 10-1.
Die drahtlose Empfangseinheit 11-2, die Übertragungskanalschätzeinheit 12-2, die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-2 und die Eintreffende-Welle-Separierungseinheit 17-2 bilden ein zweites System und sind bereitgestellt, um miteinander zu korrespondieren und korrespondieren auch mit dem zweiten Antennenelement 10-2.
Die Prozesse im ersten System und die Prozesse im zweiten System sind ähnlich. Die Signale, die den jeweiligen Systemen zugeführt werden, differieren jedoch (das heißt, es sind die Signale, die jeweils von den Antennenelementen 10-1, 10-2 bezogen werden).
Die Verzögerungszeitschätzeinheit 13, die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14, die Pseudoinverse-Matrix-Generierungseinheit 16 und die Einfallswinkelschätzeinheit 18 werden gemeinsam für die oben genannten zwei Systeme bereitgestellt.
Die Empfangsvorrichtung, gezeigt in 1, weist eine Konfiguration für den Fall auf, in dem die Zahl der Antennenelemente 2 ist. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar, selbst wenn die Zahl der Antennenelemente drei oder mehr ist, so dass in der folgenden Beschreibung die Zahl der Antennenelemente manchmal durch N repräsentiert werden kann.
Die drahtlosen Empfangseinheiten 11-1, 11-2 in 1 sind jeweils bereitgestellt entsprechend den Antennenelementen 10-1, 10-2 und jede nimmt Frequenzumwandlung des durch Empfang der Funkwellen am entsprechenden Antennenelement erhaltenen Analogsignals in ein Basisbandsignal vor, AD-Umwandlung des Basisbandsignals, um ein Digitalsignal Sr_n zu generieren (wobei n 1 oder 2 ist), und gibt das generierte Digitalsignal Sr_n aus.
Die Übertragungskanalschätzeinheiten 12-1, 12-2 in 1 sind jeweils bereitgestellt entsprechend der drahtlosen Empfangseinheiten 11-1, 11-2 und jede schätzt die Frequenzeigenschaft (Übertragungsfunktion im Frequenzbereich) des Übertragungskanals auf Grundlage des Digitalsignals Sr_n, ausgegeben von der entsprechenden drahtlosen Empfangseinheit. Das Verfahren zum Schätzen der Übertragungskanalfrequenzeigenschaft hängt vom Übertragungsschema ab, übernommen vom Kommunikationssystem. Die vorliegende Erfindung ist auf jedes Übertragungsschema anwendbar. Allerdings bezieht sich die folgende Beschreibung auf einen Fall, in dem das OFDM-Übertragungsschema (OFDM: Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren) angewendet wird und einen Fall, in dem das DSSS-Übertragungsschema (DSSS: Direct Sequence Spectrum Spread) angewendet wird. Das OFDM-Übertragungsschema und das DSSS-Übertragungsschema werden in vielen Kommunikationssystemen angewendet.
Als Erstes wird eine Beschreibung gemacht von einem Fall, in dem das OFDM-Übertragungsschema angewendet wird. Im OFDM-Übertragungsschema werden Symbole generiert durch Multiplexen einer Vielzahl von Unterträgern, die orthogonal zueinander sind, und Übertragung wird Symbol für Symbol ausgeführt. In vielen der Kommunikationssysteme, in denen das OFDM-Übertragungsschema angewendet wird, wird ein Teil der Unterträger als Pilotunterträger genutzt, die auf der Übertragungsseite und der Empfangsseite bekannt sind, um die Übertragungskanalverzerrung auf der Empfangsseite zu kompensieren. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Pilotunterträger genutzt, um die Übertragungskanalfrequenzeigenschaft zu schätzen.
2 zeigt ein Beispiel einer Übertragungskanalschätzeinheit 12-n (wobei n 1 oder 2 ist), die genutzt wird, wenn das OFDM-Übertragungsschema angewendet wird.
Die Übertragungskanalschätzeinheit 12-n, gezeigt in 2, umfasst eine FFT-Einheit 20-n, eine Pilotextrahierungseinheit 21-n, eine Pilotgenerierungseinheit 22-n, eine Teilungseinheit 23-n und eine Interpolationseinheit 24-n.
Die FFT-Einheit 20-n wandelt das Digitalsignal Sr_n, ausgegeben von der drahtlosen Empfangseinheit 11-n, gezeigt in 1, Symbol für Symbol um, von der Zeitachse in die Frequenzachse, durch FFT (Schnelle Fourier-Transformation), um dadurch Unterträger auszugeben.
Die Pilotextrahierungseinheit 21-n extrahiert Pilotträger aus den Unterträgern, ausgegeben von der FFT-Einheit 20-n.
Die Pilotgenerierungseinheit 22-n generiert Pilotträger, die in der Empfangsvorrichtung bekannt sind.
Die Teilungseinheit 23-n teilt die Pilotträger, extrahiert von der Pilotextrahierungseinheit 21-n, durch die Pilotträger, die von der Pilotgenerierungseinheit 22-n generiert wurden, um dadurch die Frequenzeigenschaft des Übertragungskanals auszugeben, die auf die Pilotträger reagiert.
Die Interpolationseinheit 24-n verrichtet Interpolation auf Grundlage der Frequenzeigenschaften des Übertragungskanals und reagiert auf die Pilotträger in der Symbolrichtung und der Unterträgerrichtung, um Frequenzeigenschaften des Übertragungskanals (Übertragungskanalschätzergebnisse) für alle Unterträger zu erhalten.
Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Falls gemacht, in dem das DSSS-Übertragungsschema angewendet wird. Im DSSS-Übertragungsschema werden Signale unter Verwendung einer Pseudozufallsrauschen-Sequenz Symbol für Symbol gespreizt, gesendet und auf der Empfangsseite entspreizt.
3 zeigt ein Beispiel einer Übertragungskanalschätzeinheit 12-n (wobei n 1 oder 2 ist), die genutzt wird, wenn das DSSS-Übertragungsschema angewendet wird.
Die Übertragungskanalschätzeinheit 12-n, gezeigt in 3, hat eine Pseudozufallsrauschen-Sequenzgenerierungseinheit 25-n, eine Entspreizungseinheit 26-n und eine FFT-Einheit 27-n.
Die Pseudozufallsrauschen-Sequenzgenerierungseinheit 25-n generiert eine Pseudozufallsrauschen-Sequenz Ns, die identisch ist mit der Pseudozufallsrauschen-Sequenz, die zur Zeit des Spreizens auf der Übertragungsseite verwendet wird.
Das Entspreizungseinheit 26-n berechnet eine Gleitkorrelation zwischen dem Digitalsignal Sr_n , Symbol für Symbol ausgegeben von der drahtlosen Empfangseinheit 11-n in 1 und der Pseudozufallsrauschen-Sequenz Ns und gibt die errechnete Gleitkorrelation aus.
Die FFT-Einheit 27-n wandelt das Ergebnis der Entspreizungseinheit 26-n durch FFT in den Frequenzbereich um, um die Übertragungskanalfrequenzeigenschaft (Übertragungskanalschätzergebnis) zu erhalten.
Die Übertragungskanalfrequenzeigenschaft (Übertragungskanalschätzergebnis), ausgegeben durch die Übertragungskanalschätzeinheit 12-n, kann als Spaltenvektor, der aus Komponenten der jeweiligen Frequenzen f₁ bis f_M besteht, durch die folgende Gleichung dargestellt werden (1).
[Mathematischer Ausdruck 1] $z_{n} = ⌊ \begin{matrix} z_{n} (f_{1}) \\ z_{n} (f_{2}) \\ M \\ z_{n} (f_{M}) \end{matrix} ⌋$
Hier kennzeichnet f_m (wobei m alles von 1 bis M sein kann) eine Frequenz an einem Punkt, wo die Reichweite der niedrigsten Frequenz f₁ bis zur höchsten Frequenz f_M gleich aufgeteilt ist in M Abschnitte, wobei die Teilungszahl M die Zahl der FFT-Punkte an der FFT-Einheit 20-n in 2 oder der FFT-Einheit 27-n in 3 ist.
Zurück zu 1, auf Grundlage des Ergebnisses einer der Übertragungskanalschätzeinheiten 12-1, 12-2, zum Beispiel der Übertragungskanalschätzeinheit 12-1, schätzt die Verzögerungszeitschätzeinheit 13 die Verzögerungszeiten einer oder mehr in den Funkwellen enthaltener eintreffender Wellen, empfangen durch das entsprechende Antennenelement 10-1.
Die Verzögerungszeitschätzung wird durch einen Super-Auflösungsprozess ausgeführt, wie den MUSIC-Prozess (MUltiple Signal Classification), den ESPRIT-Prozess (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques).
In der folgenden Beschreibung wird die Zahl der eintreffenden Wellen mit K bezeichnet, die Verzögerungszeiten der entsprechenden eintreffenden Wellen werden bezeichnet mit τ₁ , τ₂ , ..., τ_K , die geschätzten Werte der Verzögerungszeiten werden mit τ(hat)₁, τ(hat)₂, ..., τ(hat)_K bezeichnet. Hier wird angenommen, dass τ1<τ₂<...<τ_K.
Die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 vergleicht die Verzögerungszeitschätzergebnisse τ(hat)₁, ..., τ(hat)_K, ausgegeben von der Verzögerungszeitschätzeinheit 13, mit einem vorgegebenen Schwellenwert τ_th und bestimmt, ob jeder geschätzte Wert τ(hat)_k kürzer ist als der Schwellenwert τ_th. Die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 gruppiert dann die geschätzten Werte τ(hat)₁, ..., τ(hat)_K in diejenigen τ(hat)₁, ..., τ(hat)_q, die kürzer sind als der Schwellenwert τ_th, und andere geschätzte Werte τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K (diejenigen, die gleich oder länger sind als der Schwellenwert τ_th). Hier wird angenommen, dass der Schwellenwert τ_th so bestimmt ist, dass das Verhältnis τ(hat)₁<-τ_th<τ(hat)_K erfüllt ist.
Die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 gibt die geschätzten Werte τ(hat)₁, ..., τ(hat)_q aus, die als kürzer als der Schwellenwert τ_th bestimmt worden waren und gibt nicht die geschätzten Werte τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K aus, die als gleich oder länger als der Schwellenwert τ_th bestimmt worden waren. Die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 kann alternativ Informationen ausgeben, die anzeigen, ob jeder geschätzte Wert τ(hat)_k kürzer ist als der Schwellenwert τ_th.
Die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten 15-1, 15-2 werden jeweils bereitgestellt entsprechend den Übertragungskanalschätzeinheiten 12-1, 12-2 und jede entfernt die Eintreffende-Welle-Komponenten entsprechend der Verzögerungszeiten, die die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 als gleich oder länger als der Schwellenwert τ_th bestimmt hat, von dem Ergebnis der entsprechenden Übertragungskanalschätzeinheit (Übertragungskanalschätzergebnis). Das heißt, jede Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-n entfernt vom Schätzergebnis der Übertragungskanalfrequenzeigenschaft, ausgegeben von der entsprechenden Übertragungskanalschätzeinheit 12-n, die Verzögerte-Welle-Komponenten entsprechend der Verzögerungszeiten τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K, die die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14,als gleich oder länger als der Schwellenwert τ_th bestimmt hat.
Zum Beispiel umfasst die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-n eine IFFT-Einheit 50-n, eine Verzögerte-Welle-Komponente-Entfernungseinheit 51-n und eine FFT-Einheit 52-n, wie in 4 gezeigt.
Die IFFT-Einheit 50-n führt IFFT (Umkehrfunktion der Schnellen Fourier-Transformation) an dem Schätzergebnis z_n der Übertragungskanalfrequenzeigenschaft durch, gezeigt in Gleichung (1), um ein Verzögerungsprofil zu ermitteln. Ein Beispiel des ermittelten Verzögerungsprofils ist in 5 (a) dargestellt.
Die Verzögerte-Welle-Komponente-Entfernungseinheit 51-n ersetzt die Komponenten entsprechend der geschätzten Verzögerungszeitwerte τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K im Verzögerungsprofil (5 (a)), bestimmt durch die IFFT-Einheit 50-n, durch 0en. Als Folge dieses Prozesses wird ein Verzögerungsprofil (Post-Entfernungs-Verzögerungsprofil) generiert, das nicht die Komponenten entsprechend τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K beinhaltet und das die Komponenten entsprechend τ(hat)₁, ..., τ(hat)_q beinhaltet, wie in 5 (b) gezeigt.
Die FFT-Einheit 52-n führt FFT am Ergebnis (5 (b)) der Verzögerte-Welle-Komponente-Entfernungseinheit 51-n aus, um wieder ein Signal im Frequenzbereich herzustellen. Als Folge dieses Prozesses wird eine Übertragungskanalfrequenzeigenschaft, die nicht die Eintreffende-Welle-Komponenten entsprechend τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K beinhaltet und die die Eintreffende-Welle-Komponenten entsprechend τ(hat)₁, ..., τ(hat)_q beinhaltet, erzeugt.
Im Übrigen kann die Verzögerte-Welle-Komponente-Entfernungseinheit 51-n 0en einsetzen für alle Komponenten im Bereich τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K im Verzögerungsprofil. Ein Ergebnis dieses Prozesses ist in 5 (c) gezeigt. Im Beispiel, dargestellt in 5 (c), wurden nicht nur die Komponenten entsprechend τ(hat)_q, ..., τ(hat)_K im Verzögerungsprofil in 5 (a), sondern auch die Rauschanteile im Bereich dieser Komponenten durch 0en ersetzt.
Das Eingangssignal und das Ausgangssignal der Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-n kann durch Matrizen dargestellt werden. Erstens: Das Eingangssignal, das durch die oben stehende Gleichung (1) dargestellt ist, kann auch durch die folgende Gleichung (2) dargestellt werden.
[Mathematischer Ausdruck 2] $z_{n} = X \cdot y_{n}$
In Gleichung (2) bezeichnet X eine Matrix, die die Verzögerungszeiten darstellt und kann durch die folgende Gleichung (3) dargestellt werden.
[Mathematischer Ausdruck 3] $X = [\begin{matrix} exp (- j 2 π f_{1} τ_{1}) & L & exp (- j 2 π f_{1} τ_{k}) & L & exp (- j 2 π f_{1} τ_{K}) \\ exp (- j 2 π f_{2} τ_{1}) & L & exp (- j 2 π f_{2} τ_{k}) & L & exp (- j 2 π f_{2} τ_{K}) \\ M & M & M \\ exp (- j 2 π f_{M} τ_{1}) & L & exp (- j 2 π f_{M} τ_{k}) & L & exp (- j 2 π f_{M} τ_{K}) \end{matrix}]$
In der Gleichung (3) bezeichnet K die Zahl der eintreffenden Wellen, wie oben erwähnt, und M bezeichnet die Frequenzteilungszahl, wie oben erwähnt.
Der Abstand zwischen dem Antennenelement 10-1 und dem Antennenelement 10-2 ist ungefähr die Hälfte der Wellenlänge, so dass angenommen wird, dass es keinen Unterschied in der Verzögerungszeit zwischen den Antennenelementen gibt.
y_n in der Gleichung (2) bezeichnet einen Spaltenvektor, bestehend aus Komponenten, die die Amplitude und die Phase von jeder der eintreffenden Wellen (erste bis K-te eintreffende Wellen) repräsentieren und kann dargestellt werden durch die folgende Gleichung (4). $y_{n} = [\begin{matrix} a_{n,1} \\ a_{n,2} \\ M \\ a_{n, K} \end{matrix}]$
In der Gleichung (4) bezeichnet a_n,k (n=1, 2; k=1, ...,K) eine komplexe Zahl, darstellend die Amplitude und die Phase der k-ten eintreffenden Welle des Signals, empfangen vom n-ten Antennenelement 10-n.
Als Nächstes wird das ausgegebene Signal der Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-n erklärt. Wenn die geschätzten Werte der Verzögerungszeiten, die die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 als gleich oder länger als der Schwellenwert τ_th bestimmt hat, gleich sind wie die tatsächlichen Verzögerungszeiten, werden solche Verzögerte-Welle-Komponenten durch die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-n beseitigt. Das Ergebnis der Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-n wird durch die folgende Gleichung (5) dargestellt.
[Mathematischer Ausdruck 5] $z'_{n} = X' \cdot y'_{n}$
In der Gleichung (5) bezeichnet X' was erhalten wird durch das Entfernen der Komponenten entsprechend der Verzögerungszeiten τ_q+1, ..., τ_K von X und wird dargestellt durch die Gleichung (6).
[Mathematischer Ausdruck 6] $X' = [\begin{matrix} exp (- j 2 π f_{1} τ_{1}) & L & exp (- j 2 π f_{1} τ_{q}) \\ exp (- j 2 π f_{2} τ_{1}) & L & exp (- j 2 π f_{2} τ_{q}) \\ M & M \\ exp (- j 2 π f_{M} τ_{1}) & L & exp (- j 2 π f_{M} τ_{q}) \end{matrix}]$
In der Gleichung (5) bezeichnet y'_n was erhalten wird durch das Entfernen der Komponenten entsprechend der Verzögerungszeiten T_q+1, ..., τ_K von y_n und wird dargestellt durch die Gleichung (7).
[Mathematischer Ausdruck 7] $y'_{n} = [\begin{matrix} a_{n,1} \\ a_{n,2} \\ M \\ a_{n, q} \end{matrix}]$
Wenn die Gleichung (2) (zusammen mit den Gleichungen (3) und (4)) verglichen wird mit Gleichung (5) (zusammen mit den Gleichungen (6) und (7)), wird festzustellen sein, dass das Ergebnis der Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-n eine Übertragungskanalfrequenzeigenschaft ist, zugehörig zu den eintreffenden Wellen der Verzögerungszeiten τ(hat)₁, ..., τ(hat)_q, die die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 als kleiner als der Schwellenwert τ_th bestimmt hat, und die Größe der Matrix X, die die Verzögerungszeiten repräsentiert, ist reduziert von MxK zu Mxq.
Die Pseudoinverse-Matrix-Generierungseinheit 16 berechnet eine Matrix, dargestellt durch die folgende Gleichung (8), aus den Verzögerungszeiten τ(hat)₁, ..., τ(hat)_q, die die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 als kürzer als der Schwellenwert τ_th bestimmt hat. X(hat)⁺, repräsentiert durch die Gleichung (8), wird bezeichnet als eine pseudoinverse Matrix von X(hat)'.
[Mathematischer Ausdruck 8] ${\hat{X}}^{+} = {(\hat{X}'^{H} \hat{X}')}^{- 1} \hat{X}'^{H}$
In der Gleichung (8) bezeichnet X(hat)' eine Matrix der geschätzten Werte der Verzögerungszeiten, welche die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14als kürzer als der Schwellenwert τ_th bestimmt hat und wird dargestellt durch die folgende Gleichung (9). Der Exponent „H“ bezeichnet eine komplex konjugierte und transponierte Matrix und der Exponent „-1“ bezeichnet eine inverse Matrix.
[Mathematischer Ausdruck 9] $\hat{X}' = [\begin{matrix} exp (- j 2 π f_{1} {\hat{τ}}_{1}) & L & exp (- j 2 π f_{1} {\hat{τ}}_{q}) \\ exp (- j 2 π f_{2} {\hat{τ}}_{1}) & L & exp (- j 2 π f_{2} {\hat{τ}}_{q}) \\ M & M \\ exp (- j 2 π f_{M} {\hat{τ}}_{1}) & L & exp (- j 2 π f_{M} {\hat{τ}}_{q}) \end{matrix}]$
Die Matrix, dargestellt durch die Gleichung (9), ist generiert auf Grundlage der Verzögerungszeiten τ(hat)1, ..., τ(hat)q, welche die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 als kürzer als der Schwellenwert τth bestimmt hat, und der Prozess zum Bestimmen der pseudoinversen Matrix in der Gleichung (8) wird ausgeführt unter Verwendung der Matrix von Gleichung (9).
In der Gleichung (8) ist die Größe der Matrix X(hat)'HX(hat)', an der die inverse Matrixberechnung ausgeführt wird, qxq. Im Gegensatz dazu, wenn eine ähnliche Berechnung unter Verwendung von X in der Gleichung (3) ausgeführt wird, ist die Größe der Matrix an der die inverse Matrixberechnung durchgeführt wird, KxK. So wird deutlich werden, dass die Größe der Matrix als Folge der Verzögerte-Welle-Entfernung reduziert ist.
Die Eintreffende-Welle-Separierungseinheiten 17-1, 17-2 sind jeweils bereitgestellt entsprechend den Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten 15-1, 15-2, und alle separieren voneinander Eintreffende-Welle-Komponenten, enthalten im Ergebnis der entsprechenden Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit, um die Direkte-Welle-Komponente zu extrahieren. Genauer gesagt, jede Eintreffende-Welle-Separierungseinheit 17-n multipliziert das Ergebnis z'_n (Gleichung (5)) der entsprechenden Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-n mit der pseudoinversen Matrix X(hat)⁺ (Gleichung (8)), generiert durch die Pseudoinverse-Matrixgenerierungseinheit 16, und extrahiert die Direkte-Welle-Komponente aus dem Multiplikationsergebnis. Die oben genannte Multiplikation wird dargestellt durch die folgende Gleichung (10).
[Mathematischer Ausdruck 10] $\hat{y}'_{n} = {\hat{X}}^{+} \cdot z'_{n}$
y(hat)'_n in der Gleichung (10) ist das Ergebnis der Schätzung von y'_n in der Gleichung (7) und bezeichnet einen Spaltenvektor, dargestellt durch die folgende Gleichung (11).
[Mathematischer Ausdruck 11] $\hat{y}'_{n} = [\begin{matrix} {\hat{a}}_{n,1} \\ {\hat{a}}_{n,2} \\ M \\ {\hat{a}}_{n, q} \end{matrix}]$
Als ein Ergebnis der Berechnung der Gleichung (10) werden komplexe Zahlen, die die Amplitude und die Phase der Eintreffende-Welle-Komponenten (erste bis q-te Eintreffende-Welle-Komponenten) der Verzögerungszeiten repräsentieren, welche die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 als kürzer als der Schwellenwert τ_th bestimmt hat, gewonnen.
Aus den Gleichungen (5) bis (11) wird deutlich werden, dass, wenn die Schätzergebnisse der Verzögerungszeiten gleich sind wie die tatsächlichen Verzögerungszeiten, y(hat)'_n gleich y'_n sein wird.
Die Eintreffende-Welle-Separierungseinheit 17-n extrahiert außerdem den Wert a(hat)_n,1 am Kopf des oben genannten Spaltenvektors y(hat)'_n und gibt ihn als Direkte-Welle-Komponente aus.
Die Einfallswinkelschätzeinheit 18 berechnet die Phasendifferenz zwischen der Direkte-Welle-Komponente a(hat)_1,1, extrahiert durch die Eintreffende-Welle-Separierungseinheit 17-1, und der Direkte-Welle-Komponente a(hat)_2,1, extrahiert durch die Eintreffende-Welle-Separierungseinheit 17-2, und schätzt die Einfallsrichtung der direkten Welle auf Grundlage der errechneten Phasendifferenz. Die Einfallsrichtung der direkten Welle wird bestimmt, die Richtung des Senders zu sein.
Wenn, wie in 6 gezeigt, die Entfernung zwischen den Antennenelementen d[m] ist, die Wellenlänge des Trägers λ[m] ist und der Einfallswinkel θ der direkten Welle, besteht ein Zusammenhang: $d_{p} = d \times sin θ$
zwischen der Ausbreitungswegdifferenz d_p zwischen den Antennenelementen und dem Einfallswinkel θ, und es besteht ein Zusammenhang: $d_{p} = λ \times ϕ / 2 π$
zwischen der Ausbreitungswegdifferenz d_p, der Wellenlänge λ und der Phasendifferenz ϕ der empfangenen Funkwellen.
Dementsprechend besteht ein Zusammenhang der folgenden Gleichung (12):
[Mathematischer Ausdruck 12] $ϕ = 2 π \cdot (d / λ) \cdot sin θ$
zwischen dem Einfallswinkel θ und der Phasendifferenz ϕ.
Die Gleichung (12) kann umgeschrieben werden als die Gleichung (13). [Mathematischer Ausdruck 13] $θ = arcsin (\frac{ϕ}{2 π \cdot (d / λ)})$
In der Gleichung (13) sind die Inter-Antennenelement-Entfernung d und die Wellenlänge λ bekannt. Entsprechend wird deutlich werden, dass θ deshalb einzig von ϕ bestimmt werden kann.
Um die oben genannten Prozesse auszuführen, umfasst die Einfallswinkelschätzeinheit 18 eine Phasendifferenzberechnungseinheit 80 und eine Einfallswinkelberechnungseinheit 81, wie in 7 gezeigt.
Die Phasendifferenzberechnungseinheit 80 berechnet die Phasendifferenz ϕ zwischen der Direkte-Welle-Komponente a(hat)_1,1 und der Direkte-Welle-Komponente a(hat)_2,1. Wenn das Argument der Direkte-Welle-Komponente a(hat)_1,1 Ψ₁ ist und das Argument der Direkte-Welle-Komponente a(hat)_2,1 ist Ψ₂, wird die Phasendifferenz ϕ durch folgende Gleichung (14) ermittelt.
[Mathematischer Ausdruck 14] $ϕ = ψ_{2} - ψ_{1}$
Die Einfallswinkelberechnungseinheit 81 ermittelt den Einfallswinkel θ aus der Phasendifferenz ϕ, die Beziehung aus der oben genannten Gleichung (13) verwendend.
In der oben stehenden Ausführungsform beträgt die Zahl der Antennenelemente zwei. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar für einen Fall, in dem die Zahl der Antennenelemente größer ist als zwei. In einem solchen Fall wird die Phasendifferenz zwischen den Antennenelementen bestimmt für jedes einer Vielzahl an Kombinationsmustern, und ein Durchschnittswert der Einfallswinkel für die jeweiligen Kombinationen kann errechnet werden.
Wie beschrieben wurde, entsprechend der in Patentreferenz 1 gezeigten Methode, können die direkte Welle und die verzögerten Wellen nicht separiert werden, wenn verzögerte Wellen mit kurzen Verzögerungszeiten vorhanden sind und die Genauigkeit der Schätzung des Einfallswinkels der direkten Welle ist niedriger. Im Gegensatz dazu werden, entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, die direkte Welle und die verzögerten Wellen, nach Schätzen der Verzögerungszeiten der eintreffenden Wellen durch einen Super-Auflösungsprozess, separiert, mit dem Ergebnis, dass der Einfallswinkel der direkten Welle mit hoher Genauigkeit geschätzt werden kann, selbst wenn verzögerte Wellen mit kurzen Verzögerungszeiten vorhanden sind.
Außerdem werden die eintreffenden Wellen, nach Entfernen der Verzögerte-Welle-Komponenten langer Verzögerungszeiten, vom Übertragungskanalschätzergebnis separiert, so dass die Menge der Berechnungen, die nötig ist, um die inverse Matrix zu bestimmen, die bei der Eintreffende-Welle-Separierung benötigt wird, reduziert werden kann. Das heißt, wenn die Verzögerte-Welle-Komponenten nicht entfernt werden, beträgt die Zahl an erforderlichen Multiplikationen K³, wohingegen, wenn die verzögerten Wellen entfernt sind, die Zahl der erforderlichen Multiplikationen q³ beträgt. Da q<K wird deutlich, dass die Menge an Berechnungen, die für die Berechnung der inversen Matrix nötig ist, reduziert ist. Obwohl die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit 15-n die Prozesse der FFT und IFFT von M Punkten zur Entfernung der verzögerten Wellen ausführt, beträgt die Zahl der für die FFT oder IFFT benötigten Multiplikationen Mxlog(M) und hängt nicht von der Zahl der eintreffenden Wellen ab, so dass die Menge an Berechnungen konstant ist. Folglich kann festgehalten werden, dass der Effekt des Reduzierens der Menge an Berechnungen größer ist in einer Umgebung, in der die Zahl der eintreffenden Wellen groß ist.
Zweite Ausführungsform
8 zeigt eine Empfangsvorrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Empfangsvorrichtung, gezeigt in 8, ist im Allgemeinen identisch mit der Empfangsvorrichtung in 1, aber eine Schwellenwertbestimmungseinheit 31 wurde hinzugefügt.
Die Schwellenwertbestimmungseinheit 31 bestimmt den Schwellenwert τ_th auf Grundlage der Verzögerungszeiten, geschätzt durch die Verzögerungszeitschätzeinheit 13.
Die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 in 8 ist im Allgemeinen identisch mit der Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 in 1, unterscheidet sich aber in den folgenden Gesichtspunkten. Dazu gehört, dass die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 in 1 den vorgegebenen Schwellenwert τ_th nutzt, wohingegen die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 in 8 den Schwellenwert τ_th nutzt, der durch die Schwellenwertbestimmungseinheit 31 bestimmt wurde.
Zum Beispiel nutzt die Schwellenwertbestimmungseinheit 31 einen Zwischenwert zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert der Verzögerungszeiten, geschätzt von der Verzögerungszeitschätzeinheit 13, als Schwellenwert τ_th .
Alternativ kann eine Summe aus dem Minimalwert der Verzögerungszeiten, geschätzt von der Verzögerungszeitschätzeinheit 13, und einem vorgegebenen Wert als Schwellenwert τ_th genutzt werden.
Weiterhin alternativ kann eine Summe aus einem Produkt der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Verzögerungszeiten, geschätzt von der Verzögerungszeitschätzeinheit 13, und einem vorgegebenen Wert größer als 0 und kleiner als 1 sowie dem oben genannten Minimalwert als Schwellenwert τ_th genutzt werden.
Der Schwellenwert τ_th kann jeder Wert sein, vorausgesetzt er ist länger als der Minimalwert und kürzer als der Maximalwert der Verzögerungszeiten, geschätzt von der Verzögerungszeitschätzeinheit 13, und, mit Blick auf die Art ihrer Berechnung ist die vorliegende Ausführungsform nicht beschränkt auf die oben erläuterten Berechnungen.
Durch dynamisches Bestimmen des Schwellenwertes, genutzt, wie oben beschrieben, zum Gruppieren der Verzögerungszeiten, können selbst in einer Umgebung, in der die Verzögerungszeiten der verzögerten Wellen zeitlich variieren, die Verzögerungszeiten in diejenigen, die kürzer sind als der Schwellenwert τ_th und diejenigen, die gleich oder länger sind als der Schwellenwert τ_th gruppiert werden und deshalb kann nur ein Teil der eintreffenden Wellen, geschätzt in den Übertragungskanalschätzeinheiten 12-1, 12-2, entfernt werden.
Dritte Ausführungsform
9 zeigt eine Empfangsvorrichtung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Empfangsvorrichtung, gezeigt in 9, ist im Allgemeinen identisch mit der Empfangsvorrichtung in 1, aber eine Verzögerungszeitanzahlunterscheidungseinheit 32 wurde hinzugefügt.
Die Verzögerungszeitanzahlunterscheidungseinheit 32 bestimmt, ob die Zahl K der Verzögerungszeiten (entsprechend der Zahl der eintreffenden Wellen), geschätzt durch die Verzögerungszeitschätzeinheit 13, kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert K_th, und gibt das Ergebnis ER der Bestimmung aus.
Die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 und die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten 15-1, 15-2 in 9 sind im Allgemeinen identisch mit der Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 und den entsprechenden Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten 15-1, 15-2 in 1, unterscheiden sich jedoch in den folgenden Punkten.
Die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 in 9 bestimmt, ob der Prozess der Verzögerungszeitgruppierung, auf Grundlage des Ergebnisses ER der Bestimmung durch die Verzögerungszeitanzahlunterscheidungseinheit 32, ausgeführt wird.
Außerdem bestimmen die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten 15-1, 15-2 in 9, ob der Prozess der Verzögerte-Welle-Entfernung, auf Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung durch die Verzögerungszeitanzahlunterscheidungseinheit 32, ausgeführt wird.
Das heißt, wenn das Ergebnis der Bestimmung durch die Verzögerungszeitanzahlunterscheidungseinheit 32 zeigt, dass die Zahl K der Verzögerungszeiten kleiner ist als der Schwellenwert K_th, führt die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 nicht den Prozess der Verzögerungszeitgruppierung aus und gibt alle Verzögerungszeiten τ₁ bis τ_K, geschätzt durch die Verzögerungszeitschätzeinheit 13, aus.
Als Folge generiert die Pseudoinverse-Matrix-Generierungseinheit 16 die pseudoinverse Matrix X(hat)⁺ der Gleichung (8), auf Grundlage aller Verzögerungszeiten τ₁ bis τ_K (d. h. durch Einsetzen von q=K in der Gleichung (9)).
Außerdem, wenn das Ergebnis der Bestimmung, ausgegeben von der Verzögerungszeitanzahlunterscheidungseinheit 32, zeigt, dass die Zahl K der Verzögerungszeiten kleiner ist als der Schwellenwert K_th, führen die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten 15-1, 15-2 nicht die Prozesse der Verzögerte-Welle-Entfernung aus und geben das Ergebnis z_n der Übertragungskanalschätzeinheiten 12-1, 12-2 ohne Änderung weiter.
Als Folge multipliziert die Eintreffende-Welle-Separierungseinheit 17-n das Ergebnis z_n der Übertragungskanalschätzeinheit 12-n mit der pseudoinversen Matrix (Gleichung (8)) in ähnlicher Weise wie in Gleichung (10) gezeigt, um den Spaltenvektor (Gleichung (11)) zu erhalten. Das heißt, z_n wird in der Multiplikation in Gleichung (10) als z_n' verwendet und ein Spaltenvektor y(hat)'_n, repräsentiert durch die Gleichung (11) mit Ausnahme von q=K, wird erhalten. Solch ein Spaltenvektor y(hat)'_n umfasst die Komponenten entsprechend aller Verzögerungszeiten τ₁ bis τ_K.
Zeigt das Ergebnis der Bestimmung durch die Verzögerungszeitanzahlunterscheidungseinheit 32, dass die Zahl K der Verzögerungszeiten gleich oder länger ist als die vorgegebene Zahl K_th, führt die Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 die Verzögerungszeitgruppierung in derselben Weise aus wie in der ersten Ausführungsform und die Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten 15-1, 15-2 führen die Verzögerte-Welle-Entfernung in derselben Weise aus wie in der ersten Ausführungsform.
Wie oben beschrieben, entspricht die Anzahl der Verzögerungszeiten der Zahl der eintreffenden Wellen. Wenn die Zahl der eintreffenden Wellen klein und der Effekt des Reduzierens des Umfangs an Berechnungen für die Verzögerungszeitgruppierung und die Verzögerte-Welle-Entfernung begrenzt ist, kann der Umfang an Prozessen durch Nicht-Ausführen der Verzögerungszeitgruppierung und der Verzögerte-Welle-Entfernung reduziert werden.
Die dritte Ausführungsform wurde als Modifikation zu der ersten Ausführungsform beschrieben. Eine ähnliche Modifikation kann bei der zweiten Ausführungsform angewandt werden.
Es wurde eine Beschreibung der Empfangsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommen. Empfangsverfahren, angewandt in den oben beschriebenen Empfangsvorrichtungen, bilden auch einen Teil der vorliegenden Erfindung.
Als Nächstes werden Empfangsverfahren, jeweils entsprechend der ersten bis dritten Ausführungsformen, als vierte bis sechste Ausführungsformen beschrieben.
Vierte Ausführungsform
Die vierte Ausführungsform ist ein Empfangsverfahren entsprechend der ersten Ausführungsform.
10 zeigt einen Prozessablauf in der vorliegenden Ausführungsform.
Das Empfangsverfahren, gezeigt in 10, umfasst einen Funkempfangsschritt ST11, einen Übertragungskanalschätzschritt ST12, einen Verzögerungszeitschätzschritt ST13, einen Verzögerungszeitgruppierungsschritt ST14, einen Verzögerte-Welle-Entfernungsschritt ST15, einen Pseudoinverse-Matrix-Generierungsschritt ST16, einen Eintreffende-Welle-Separierungsschritt ST17 und einen Einfallswinkelschätzschritt ST18.
Die Prozesse im Funkempfangsschritt ST11 sind ähnlich den Prozessen, durchgeführt von den Funkempfangseinheiten 11-1 und 11-2 in 1. Die Prozesse im Übertragungskanalschätzschritt ST12 sind ähnlich den Prozessen, durchgeführt von den Übertragungskanalschätzeinheiten 12-1 und 12-2 in 1. Die Prozesse im Verzögerungszeitschätzschritt ST13 sind ähnlich den Prozessen, durchgeführt von der Verzögerungszeitschätzeinheit 13 in 1. Die Prozesse im Verzögerungszeitgruppierungsschritt ST14 sind ähnlich den Prozessen, durchgeführt von der Verzögerungszeitgruppierungseinheit 14 in 1. Die Prozesse im Verzögerte-Welle-Beseitigungsschritt ST15 sind ähnlich den Prozessen, durchgeführt von den Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten 15-1 und 15-2 in 1. Die Prozesse im Pseudoinverse-Matrix-Generierungsschritt ST16 sind ähnlich den Prozessen, durchgeführt von der Pseudoinverse-Matrix-Generierungseinheit 16 in 1. Die Prozesse im Eintreffende-Welle-Separierungsschritt ST17 sind ähnlich den Prozessen, durchgeführt von den Eintreffende-Welle-Separierungseinheiten 17-1 und 17-2 in 1. Die Prozesse im Einfallswinkelschätzschritt ST18 sind ähnlich den Prozessen, durchgeführt von der Einfallswinkelschätzeinheit 18 in 1.
Im Funkempfangsschritt ST11 werden erste und zweite Analogsignale, erhalten durch Empfangen von Funkwellen durch zwei Antennenelemente 10-1, 10-2, jeweils Frequenz-umgewandelt in Basisbandsignale und dann ADumgewandelt um erste und zweite Digitalsignale Sr₁, Sr₂ zu generieren.
Im Übertragungskanalschätzschritt ST12 werden Übertragungskanalfrequenzeigenschaften geschätzt, jeweils von den ersten und zweiten Digitalsignalen, generiert im Funkempfangsschritt ST11, und erste und zweite Übertragungskanalschätzergebnisse z₁, z₂ werden ausgegeben.
Das Verfahren zum Schätzen der Übertragungskanalfrequenzeigenschaften hängt vom Übertragungsschema, angewandt im Kommunikationssystem, ab. Die vorliegende Erfindung ist für jedes Übertragungsschema anwendbar. Die folgende Beschreibung bezieht sich jedoch auf einen Fall, in dem das OFDM-Übertragungsschema (Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren) und einen Fall, in dem das DSSS-Übertragungsverfahren (Direct Sequence Spectrum Spread) angewandt wird. Das OFDM-Übertragungsschema und das DSSS-Übertragungsschema werden in vielen Kommunikationssystemen angewandt.
Als Erstes wird ein Fall beschrieben, in dem das OFDM-Übertragungsschema angewandt wird. Im OFDM-Übertragungsschema werden Symbole durch Multiplexen einer Vielzahl von Unterträgern generiert, die orthogonal zueinander sind und Übertragung wird Symbol für Symbol durchgeführt. In vielen Kommunikationssystemen, in denen das OFDM-Übertragungsschema angewandt wird, wird ein Teil der Unterträger als Pilotunterträger, die auf Übertragungsseite und Empfangsseite bekannt sind, verwendet, um die Übertragungskanalverzerrung auf Empfangsseite zu kompensieren. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Pilotunterträger verwendet, um die Übertragungskanalfrequenzeigenschaften zu schätzen.
11 zeigt einen Ablauf von Prozessen in einem Beispiel des Übertragungskanalschätzschrittes ST12, durchgeführt in einem Fall, in dem das OFDM-Übertragungsschema angewandt wurde.
Der Übertragungskanalschätzschritt ST12, gezeigt in 11, umfasst einen FFT-Schritt ST20, einen Pilotextrahierungsschritt ST21, einen Pilotgenerierungsschritt ST22, einen Teilungsschritt ST23 und einen Interpolationsschritt ST24.
Im FFT-Schritt ST20 werden die Digitalsignale Sr₁, Sr₂, generiert im Funkempfangsschritt ST11 in 10, durch FFT (Schnelle Fourier-Transformation) von der Zeitachse in die Frequenzachse Symbol für Symbol umgewandelt, um entsprechende Unterträger auszugeben.
Im Pilotextrahierungsschritt ST21 werden die Pilotträger von den im FFT-Schritt ST20 ausgegebenen Unterträgern extrahiert.
Die Prozesse im Schritt ST22 werden parallel zu den Prozessen in den Schritten ST20 und ST21 durchgeführt.
Im Pilotgenerierungsschritt ST22 werden Pilotträger generiert, die auf der Empfangsseite bekannt sind.
Nach dem Schritt ST21 und dem Schritt ST22 werden die Prozesse in Schritt ST23 durchgeführt.
Im Teilungsschritt ST23 werden die Pilotträger, extrahiert im Pilotextrahierungsschritt ST21, geteilt durch die Pilotträger, generiert im Pilotgenerierungsschritt ST22, um die Frequenzeigenschaften, die auf den Übertragungskanal reagieren, für die Pilotträger ausgegeben.
Im Interpolationsschritt ST24 wird Interpolation ausgeführt, die Frequenzeigenschaften des Übertragungskanals verwendend, die auf den Pilotträger reagieren, in der Symbolrichtung und der Unterträgerrichtung, um die Frequenzeigenschaften des Übertragungskanals (Übertragungskanalschätzergebnisse) für alle Unterträger zu beziehen.
Als Nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem das DSSS-Übertragungsschema angewandt wird. Im DSSS-Übertragungsschema werden Signale, gespreizt unter Verwendung einer Pseudozufallsrauschen-Sequenz, Symbol für Symbol übertragen und auf der Empfangsseite entspreizt.
12 zeigt einen Ablauf von Prozessen in einem Beispiel des Übertragungskanalschätzschrittes ST12, durchgeführt, wenn das DSSS-Übertragungsschema angewandt wird.
Der Übertragungskanalschätzschritt ST12, gezeigt in 12, umfasst einen Pseudozufallsrauschen-Sequenzgenerierungsschritt ST25, einen Entspreizungsschritt ST26 und einen FFT-Schritt ST27.
Im Pseudozufallsrauschen-Sequenzgenerierungsschritt ST25, wird eine Pseudozufallsrauschen-Sequenz Ns generiert, die identisch ist mit der Pseudozufallsrauschen-Sequenz, die beim Spreizen auf der Übertragungsseite verwendet wurde.
Im Entspreizungsschritt ST26 werden Gleitkorrelationen zwischen den Digitalsignalen Sr₁, Sr₂, generiert im Funkempfangsschritt ST11 in 10, und der Pseudozufallsrauschen-Sequenz Ns Symbol für Symbol berechnet.
Im FFT-Schritt ST27 werden die Ergebnisse der Berechnung im Entspreizungsschritt ST26 in den Frequenzbereich durch FFT transformiert, um die Übertragungskanalfrequenzeigenschaften (Übertragungskanalschätzergebnisse) zu erhalten.
Die ersten und zweiten Übertragungskanalschätzergebnisse z₁, z₂, berechnet im Übertragungskanalschätzschritt ST12, werden repräsentiert durch das, was durch Einsetzen von n=1 oder 2 in der Gleichung 1 gewonnen wurde.
Zurück in 10 werden im Verzögerungszeitschätzschritt ST13 auf Grundlage von einem der ersten und zweiten Übertragungskanalschätzergebnisse z₁, z₂, zum Beispiel das erste Übertragungskanalschätzergebnis z₁, die Verzögerungszeiten einer oder mehrerer eintreffender Wellen, die Teil der Funkwellen sind, empfangen von der entsprechenden Antenne, geschätzt.
Die Verzögerungszeitschätzung wird ausgeführt durch einen Super-Auflösungsprozess, wie dem MUSIC-Prozess oder dem ESPRIT-Prozess. Hier wird die Zahl der eintreffenden Wellen mit K bezeichnet, die Verzögerungszeiten der jeweiligen eintreffenden Wellen werden bezeichnet mit τ₁ , τ₂ , ..., τ_K , die geschätzten Werte der Verzögerungszeiten werden bezeichnet mit τ(hat)₁, τ(hat)₂, ..., τ(hat)_K. Hier wird angenommen, dass τ₁<τ₂<...<τ_K.
Im Verzögerungszeitgruppierungsschritt ST14 werden die Verzögerungszeitschätzergebnisse τ(hat)₁, τ(hat)₂, ..., τ(hat)_K verglichen mit einem vorgegebenen Schwellenwert τ_th und es wird eine Bestimmung vorgenommen, ob jeder geschätzte Wert τ(hat)_K kürzer ist als der Schwellenwert τ_th. Dann werden die geschätzten Werte τ(hat)₁, ..., τ(hat)_K gruppiert in diejenigen τ(hat)₁, ..., τ(hat)_q, die kürzer sind als der Schwellenwert τ_th und andere geschätzte Werte τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K (diejenigen, die gleich oder länger sind als der Schwellenwert τ_th). Hier wird angenommen, dass der Schwellenwert τ_th so bestimmt ist, dass er das Verhältnis τ(hat)₁<τ_h<τ(hat)_K erfüllt.
Im Verzögerte-Welle-Entfernungsschritt ST15 werden von jedem der Ergebnisse der Übertragungskanalfrequenzeigenschaft im Übertragungskanalschätzschritt ST12 die Verzögerte-Welle-Komponenten entsprechend der Verzögerungszeiten τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K, die bestimmt wurden gleich oder länger zu sein als der Schwellenwert τ_th im Verzögerungszeitgruppierungsschritt ST14, entfernt und die ersten und zweiten Übertragungskanalfrequenzeigenschaften z'₁, z'₂, die aus den Eintreffende-Welle-Komponenten bestehen, die nicht entfernt wurden, ausgegeben.
13 zeigt einen Prozessablauf in einem Beispiel des Verzögerte-Welle-Entfernungsschritts ST15.
Der Verzögerte-Welle-Entfernungsschritt ST15, gezeigt in 13, umfasst einen IFFT-Schritt ST50, einen Verzögerte-Welle-Komponente-Entfernungsschritt ST51 und einen FFT-Schritt ST52.
Im IFFT-Schritt ST50 wird IFFT am Schätzergebnis z_n der Übertragungskanalfrequenzeigenschaft, gezeigt in Gleichung (1), durchgeführt, um das Verzögerungsprofil, gezeigt z. B. in 5 (a), zu erhalten.
Im Verzögerte-Welle-Komponente-Entfernungsschritt ST51 werden die Komponenten entsprechend der Verzögerungszeitschätzwerte τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K im Verzögerungsprofil, erhalten im IFFT-Schritt ST50, ersetzt durch 0en, wie gezeigt in 5 (b). Als Ergebnis wird ein Verzögerungsprofil (Post-Entfernung-Verzögerungsprofil) generiert, das nicht die Komponenten entsprechend τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K beinhaltet und das die Komponenten entsprechend τ(hat)₁, ..., τ(hat)_q beinhaltet.
Im FFT-Schritt ST52 wird FFT am Ergebnis des Verzögerte-Welle-Komponente-Entfernungsschritt ST51 durchgeführt, um ein Signal im Frequenzbereich wiederherzustellen. Als Ergebnis dieses Prozesses wird eine Übertragungskanalfrequenzeigenschaft gewonnen, die nicht die Eintreffende-Welle-Komponenten entsprechend τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K enthält und die die Eintreffende-Welle-Komponenten entsprechend τ(hat)₁, ..., τ(hat)_q enthält.
Im oben beschriebenen Verzögerte-Welle-Komponente-Entfernungsschritt ST51 können alle Komponenten im Bereich τ(hat)_q+1, ..., τ(hat)_K im Verzögerungsprofil in 5 (a) durch 0en ersetzt werden, wie in 5 (c) gezeigt.
Die Prozesse im Verzögerte-Welle-Entfernungsschritt ST15 werden durchgeführt an den Signalen z₁, z₂ (erhalten durch Einsetzen von n=1 oder 2 in der Gleichung (2)), und Signale z'₁, z'₂ (erhalten durch Einsetzen von n=1 oder 2 in der Gleichung (5)) werden generiert als Ergebnis der Prozesse.
Werden die Gleichung (2) und die Gleichung (5) verglichen, wird deutlich, dass die Signale, generiert als Ergebnis der Prozesse des Verzögerte-Welle-Entfernungsschritts ST15, die Übertragungskanalfrequenzeigenschaft repräsentieren, die Verzögerungszeiten τ(hat)₁, ..., τ(hat)_q betreffend, die bestimmt wurden, kürzer als der Schwellenwert τ_th im Verzögerungszeitgruppierungsschritt ST14 zu sein, und dass die Größe der Matrix X, die die Verzögerungszeiten repräsentiert, reduziert ist von MxK nach Mxq.
Parallel zu den Prozessen im Verzögerte-Welle-Entfernungsschritt ST15, werden die Prozesse des Pseudoinverse-Matrix-Generierungsschritts ST16 durchgeführt.
Im Pseudoinverse-Matrix-Generierungsschritt ST16 wird die pseudoinverse Matrix X(hat)⁺, repräsentiert durch die oben genannte Gleichung (8), berechnet auf Grundlage der Verzögerungszeiten, die bestimmt wurden, kürzer als der Schwellenwert τ_th zu sein, im Verzögerungszeitgruppierungsschritt ST14.
Es wird deutlich werden, dass die Größe der Matrix X(hat)'^HX(hat)' in der Gleichung (8), an der die inverse Matrix-Berechnung durchgeführt wird, qxq ist, und dass die Größe der Matrix reduziert wird durch den Verzögerte-Welle-Entfernungsschritt ST15.
Nach dem Verzögerte-Welle-Entfernungsschritt ST15 und dem Pseudoinverse-Matrix-Generierungsschritt ST16 werden die Prozesse des Eintreffende-Welle-Separierungsschritts ST17 durchgeführt.
Im Eintreffende-Welle-Separierungsschritt ST17 wird jede der ersten und zweiten Übertragungskanalfrequenzeigenschaften z'₁, z'₂ (erhalten durch Einsetzen von n=1 oder 2 in der Gleichung (5)), die generiert werden im Verzögerte-Welle-Entfernungsschritt ST15, multipliziert mit der pseudoinversen Matrix X(hat)⁺, generiert im Pseudoinverse-Matrix-Generierungsschritt ST16, so dass die Eintreffende-Welle-Komponenten, enthalten in den ersten bis zweiten Übertragungskanalfrequenzeigenschaften z'₁, z'₂, voneinander separiert werden und die erste und zweite Direkte-Welle-Komponente extrahiert wird.
Die oben genannte Multiplikation wird repräsentiert durch die oben genannte Gleichung (10).
Als Ergebnis der Multiplikation, Spaltenvektoren y(hat)'₁ und y(hat)'₂ (erhalten durch Einsetzen von n als 1 oder 2 in der Gleichung (11)).
Im Eintreffende-Welle-Separierungsschritt ST17 werden die oberen Werte a(hat)_1,1, a(hat)_2,1 von den entsprechenden Spaltenvektoren y(hat)'₁, y(hat)'₂ extrahiert, in der oben beschriebenen Weise berechnet und als erste und zweite Direkte-Welle-Komponenten ausgegeben.
Im Einfallswinkelschätzschritt ST18 wird die Phasendifferenz ϕ zwischen der ersten Direkte-Welle-Komponente a(hat)_1,1 und der zweiten Direkte-Welle-Komponente a(hat)_2,1, extrahiert im Eintreffende-Welle-Separierungsschritt ST17, berechnet und die Einfallsrichtung der direkten Welle wird geschätzt auf Grundlage der berechneten Phasendifferenz.
Zum Beispiel umfasst der Einfallswinkelschätzschritt ST18 einen Phasendifferenzberechnungsschritt ST80 und einen Einfallswinkelberechnungsschritt ST81, wie in 14 gezeigt.
Im Phasendifferenzberechnungsschritt ST80 wird die Phasendifferenz ϕ zwischen der Direkte-Welle-Komponente a(hat)_1,1 und der Direkte-Welle-Komponente a(hat)_2,1 berechnet. Die Berechnung wird durchgeführt entsprechend der obigen Gleichung (14).
Im Einfallswinkelberechnungsschritt ST81 wird der Einfallswinkel θ aus der Phasendifferenz ϕ berechnet, unter Verwendung der Beziehung aus der obigen Gleichung (13).
Durch die vierten Ausführungsformen werden ähnliche Effekte erzielt wie von den ersten Ausführungsformen.
Fünfte Ausführungsform
Die fünfte Ausführungsform ist ein Empfangsverfahren entsprechend der zweiten Ausführungsform.
15 zeigt einen Prozessablauf in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Empfangsverfahren, gezeigt in 15, ist im Allgemeinen identisch mit dem Empfangsverfahren von 10, aber ein Schwellenwertbestimmungsschritt ST31 ist hinzugefügt.
Die Prozesse des Schwellenwertbestimmungsschritts ST31 sind ähnlich den Prozessen, ausgeführt durch die Schwellenwertbestimmungseinheit 31 in 8.
Die Prozesse des Schwellenwertbestimmungsschritts ST31 werden ausgeführt nach den Prozessen des Verzögerungszeitschätzschritts ST13.
Im Schwellenwertbestimmungsschritt ST31 wird der Schwellenwert τ_th auf Grundlage der Verzögerungszeiten bestimmt, die im Verzögerungszeitschätzschritt ST13 geschätzt wurden.
Der Verzögerungszeitgruppierungsschritt ST14 in 15 ist im Allgemeinen identisch mit dem Verzögerungszeitgruppierungsschritt ST14 in 10, unterscheidet sich aber in den folgenden Punkten.
Dazu gehört, dass im Verzögerungszeitgruppierungsschritt ST14 in 10 der vorgegebene Schwellenwert τ_th verwendet wird, während im Verzögerungszeitgruppierungsschritt ST14 in 15 der Schwellenwert τ_th verwendet wird, der im Schwellenwertbestimmungsschritt ST31 bestimmt wurde.
Im Schwellenwertbestimmungsschritt ST31, zum Beispiel, wird ein Zwischenwert zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert der Verzögerungszeiten, geschätzt im Verzögerungszeitschätzschritt ST13, als Schwellenwert τ_th verwendet.
Alternativ kann eine Summe aus dem Minimalwert der Verzögerungszeiten, geschätzt im Verzögerungszeitschätzschritt ST13, und einem vorgegebenen Wert als Schwellenwert τ_th verwendet werden.
Weiterhin kann alternativ eine Summe des Produktes der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Verzögerungszeiten, geschätzt im Verzögerungszeitschätzschritt ST13, und ein vorgegebener Wert größer als 0 und kleiner als 1 und der oben genannte Minimalwert als der Schwellenwert τ_th verwendet werden.
Der Schwellenwert τ_th kann jeder Wert sein, solange er zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert der Verzögerungszeiten, geschätzt vom Verzögerungszeitschätzschritt ST13, ist, und die vorliegende Ausführungsform ist nicht beschränkt auf die Art seiner Berechnung.
Durch dynamisches Bestimmen des Schwellenwertes, genutzt zum Gruppieren der Verzögerungszeiten, wie oben beschrieben, können selbst in einer Umgebung, in der die Verzögerungszeiten und die verzögerten Wellen zeitlich variieren, die Verzögerungszeiten in solche gruppiert werden, die kürzer sind als der Schwellenwert τ_th und solche, die gleich oder länger sind als der Schwellenwert τ_th, und deshalb kann nur ein Teil der eintreffenden Wellen, geschätzt im Übertragungskanalschätzschritt ST12, entfernt werden.
Sechste Ausführungsform
Die sechste Ausführungsform ist ein Empfangsverfahren entsprechend der dritten Ausführungsform.
16 zeigt einen Prozessablauf in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Empfangsverfahren, gezeigt in 16, ist im Allgemeinen identisch mit dem Empfangsverfahren in 10, aber ein Verzögerungszeitanzahlunterscheidungsschritt ST32 ist hinzugefügt.
Die Prozesse im Verzögerungszeitanzahlunterscheidungsschritt ST32 sind ähnlich den Prozessen, ausgeführt durch die Verzögerungszeitanzahlunterscheidungseinheit 32.
Der Verzögerungszeitanzahlunterscheidungsschritt ST32 wird ausgeführt nach dem Verzögerungszeitschätzschritt ST13.
Im Verzögerungszeitanzahlunterscheidungsschritt ST32 wird eine Unterscheidung gemacht, ob die Zahl K der Verzögerungszeiten (entsprechend der Zahl der eintreffenden Wellen), geschätzt im Verzögerungszeitschätzschritt ST13, kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert K_th.
Wenn, im Verzögerungszeitanzahlunterscheidungsschritt ST32, die Zahl K der Verzögerungszeiten (entsprechend der Zahl der eintreffenden Wellen), geschätzt durch den Verzögerungszeitschätzschritt ST13, bestimmt ist, gleich oder größer zu sein als der Schwellenwert K_th (im Fall von NEIN in Schritt ST32), geht das Verfahren weiter zu Schritt ST14. Nachfolgende Prozesse sind ähnlich denen, beschrieben in der ersten Ausführungsform.
Wenn, im Verzögerungszeitanzahlunterscheidungsschritt ST32, die Zahl K der Verzögerungszeiten (entsprechend der Zahl der eintreffenden Wellen), geschätzt im Verzögerungszeitschätzschritt ST13, bestimmt ist, kleiner zu sein als der Schwellenwert K_th (im Fall von JA in Schritt ST32), geht das Verfahren weiter zu Schritt ST16.
Als Ergebnis wird, im Pseudoinverse-Matrix-Generierungsschritt ST16, die pseudoinverse Matrix X(hat)⁺ der Gleichung (8) generiert, auf Grundlage aller Verzögerungszeiten τ₁ bis τ_K, geschätzt im Verzögerungszeitschätzschritt ST13 (d. h. Einsetzen von q=K in der Gleichung (9)).
Im Eintreffende-Welle-Separierungsschritt ST17 werden die ersten und zweiten Übertragungskanalschätzergebnisse z₁ , z₂ (erhalten durch Einsetzen von n=1 oder 2 in der Gleichung (2)), berechnet im Übertragungskanalschätzschritt ST12, multipliziert mit der pseudoinversen Matrix (Gleichung (8)), generiert im Pseudoinverse-Matrix-Generierungsschritt ST16, wie in der Gleichung (10), um den Spaltenvektor (Gleichung (11)) zu erhalten. Das heißt, in der Multiplikation der Gleichung (10) wird z_n als z_n' verwendet und als der Spaltenvektor y(hat)'_n in der Gleichung (11), eine deren Ergebnisse erzielt werden durch Einsetzen von q=K. Solch ein Spaltenvektor y(hat)'_n umfasst die Komponenten entsprechend aller Verzögerungszeiten τ₁ bis τ_K.
Wie oben beschrieben wurde, korrespondiert die Anzahl der Verzögerungszeiten mit der Zahl der eintreffenden Wellen. Durch Nicht-Ausführen der Verzögerungszeitgruppierung und der Verzögerte-Welle-Entfernung, wenn die Zahl der eintreffenden Wellen klein ist und der Effekt des Reduzierens des Berechnungsumfangs für die Verzögerungszeitgruppierung und die Verzögerte-Welle-Entfernung dadurch begrenzt ist, kann der Verarbeitungsumfang reduziert werden.
Die sechste Ausführungsform wurde beschrieben als Modifikation zur vierten Ausführungsform. Ähnliche Modifikation kann bei der fünften Ausführungsform angewandt werden.
Außerdem können Modifikationen, ähnlich denen, beschrieben in Verbindung mit den ersten und dritten Ausführungsformen, bei den vierten und fünften Ausführungsformen angewandt werden.
Siebente Ausführungsform
Verschiedene Teile der Empfangsvorrichtung entsprechend den ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen, gezeigt in 1, 8 und 9 (Teile als Funktionsblöcke gezeigt), können von einem Verarbeitungsschaltkreis implementiert werden. Der Verarbeitungsschaltkreis kann dedizierte Hardware sein oder ein Prozessor, der Programme ausführt, die in einem Speicher abgespeichert sind.
Zum Beispiel können die Funktionen entsprechender Teile in 1, 8 und 9 von separaten Verarbeitungsschaltkreisen implementiert werden oder die Funktionen einer Vielzahl von Teilen kann implementiert werden von einem einzigen Verarbeitungsschaltkreis.
Wenn der Verarbeitungsschaltkreis ein Prozessor ist, können die Funktionen verschiedener Teile der Empfangsvorrichtung von Software, Firmware oder einer Kombination aus Software und Firmware implementiert werden. Software oder Firmware wird beschrieben als Programme und wird in einem Speicher gespeichert. Der Verarbeitungsschaltkreis implementiert die Funktionen verschiedener Teile durch Lesen und Ausführen der Programme, gespeichert im Speicher. Das heißt, wenn die Empfangsvorrichtung implementiert ist von einem Verarbeitungsschaltkreis, umfasst sie einen Speicher für die Speicherprogramme, die, wenn ausgeführt, bewirken, dass die Funktionen der verschiedenen Teile, gezeigt in 1, 8 oder 9, ausgeführt werden. Diese Programme gelten als solche, die einen Computer veranlassen, die Prozesse oder ihren Ablauf im Empfangsverfahren, implementiert in der Empfangsvorrichtung, auszuführen.
Außerdem kann ein Teil der Funktionen der verschiedenen Teile der Empfangsvorrichtung durch bestimmte Hardware implementiert werden und ein anderer Teil kann implementiert werden von Software oder Firmware.
Folglich kann der Verarbeitungsschaltkreis die verschiedenen, oben beschriebenen Funktionen mit Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination daraus umsetzen.
17 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration, in der der oben genannte Verarbeitungsschaltkreis ein Prozessor ist und alle Funktionen der Empfangsvorrichtung werden von einem Computer implementiert (angezeigt durch die 100er-Bezugszeichen), der einen einzelnen Prozessor umfasst, zusammen mit Antennenelementen 10-1, 10-2.
Der Computer 100, gezeigt in 17, umfasst einen Prozessor 101, einen Speicher 102, Eingabeeinheiten 103-1, 103-2 und eine Ausgabeeinheit 104, die über einen Bus 105 miteinander verbunden sind.
Verbunden mit den Eingabeeinheiten 103-1, 103-2 sind Antennenelemente 10-1, 10-2.
Signale, empfangen von den Antennenelementen 10-1, 10-2, werden über die Eingabeeinheiten 103-1, 103-2 dem Prozessor zugeführt.
Der Prozessor 101 arbeitet entsprechend der Programme, die im Speicher 102 gespeichert sind und führt die Prozesse der verschiedenen Teile der Empfangsvorrichtung der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform aus und gibt die resultierenden Ausgabesignale über die Ausgabeeinheit 104 aus.
Die Inhalte und der Ablauf der Prozesse des Prozessors 101 sind ähnlich den in der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform beschriebenen.
Beschrieben wurden die Fälle, in denen die Prozesse in den Empfangsvorrichtungen der ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen von einem Computer ausgeführt werden. Es ist auch möglich, dass ein Computer die Prozesse verschiedener Schritte in den Empfangsverfahren in den vierten, fünften und sechsten Ausführungsformen in ähnlicher Weise wie der oben beschriebenen ausführt.
Effekte, ähnlich denen in Verbindung mit der Empfangsvorrichtung beschriebenen, können auch vom Empfangsverfahren erhalten werden, das in der Empfangsvorrichtung implementiert ist, Programme, die Computer veranlassen, die Prozesse auszuführen, die von verschiedenen Teilen der Empfangsvorrichtung oder den Prozessen im Empfangsverfahren ausgeführt werden, und einem computerlesbaren Aufnahmemedium, in dem die oben genannten Programme gespeichert sind.
Bezugszeichenliste
10-1, 2: Antennenelement; 11-1, 11-2: Funkempfangseinheit; 12-1, 12-2: Übertragungskanalschätzeinheit; 13: Verzögerungszeitschätzeinheit; 14: Verzögerungszeitgruppierungseinheit; 15-1, 15-2: Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit; 17-1, 17-2: Eintreffende-Welle-Separierungseinheit; 18: Einfallswinkelschätzeinheit; 20-n: FFT-Einheit; 21-n: Pilotextrahierungseinheit; 22-n: Pilotgenerierungseinheit; 23-n: Teilungseinheit; 24-n: Interpolationseinheit; 25-n: Pseudozufallsrauschen-Sequenzgenerierungseinheit; 26-n: Entspreizungseinheit; 27-n: FFT-Einheit; 31: Schwellenwertbestimmungseinheit, 32 Verzögerungszeitanzahlunterscheidungseinheit; 50-n: IFFT-Einheit; 51-n: Verzögerungszeitkomponenteentfernungseinheit; 52-n: FFT-Einheit; 80: Phasendifferenzberechnungseinheit; 81: Einfallswinkelberechnungseinheit; 101: Prozessor; 102: Speicher; 103-1, 103-2: Eingabeeinheit; 104: Ausgabeeinheit; 105: Bus.

Claims

Empfangsvorrichtung zum Empfangen von Funkwellen, die von einem Sender gesendet wurden, und zum Schätzen eines Einfallwinkels einer direkten Welle von dem Sender, umfassend: erste bis N-te (wobei N eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 ist) drahtlose Empfangsvorrichtungen, die jeweils entsprechend zu ersten bis N-ten Antennenelementen bereitgestellt sind, die eine Gruppenantenne bilden, und die Frequenzumwandlung und AD-Umwandlung auf ersten bis N-ten Analogsignalen ausführen, die erhalten werden durch Empfangen der Funkwellen jeweils durch die ersten bis N-ten Antennenelemente, um erste bis N-te Digitalsignale auszugeben; erste bis N-te Übertragungskanalschätzeinheiten zum Schätzen von Übertragungskanalfrequenzeigenschaften auf Grundlage jeweils der ersten bis N-ten Digitalsignale, und Ausgeben erster bis N-ter Übertragungskanalschätzergebnisse; eine Verzögerungszeitschätzeinheit zur Schätzung, mittels eines Super-Auflösungsprozesses, von Verzögerungszeiten einer oder mehrerer eintreffender Wellen, die in den Funkwellen enthalten sind, auf Grundlage eines Übertragungskanalschätzergebnisses innerhalb der ersten bis N-ten Übertragungskanalschätzergebnisse; eine Verzögerungszeitgruppierungseinheit zum Vergleichen der Verzögerungszeiten, die durch die Verzögerungszeitschätzeinheit geschätzt wurden, mit einem Schwellenwert, um zu bestimmen, ob die geschätzten Verzögerungszeiten kürzer sind als der Schwellenwert; erste bis N-te Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten, die jeweils entsprechend den ersten bis N-ten Übertragungskanalschätzeinheiten vorgesehen sind, die von den ersten bis N-ten Übertragungskanalschätzergebnissen eine Eintreffende-Welle-Komponente entsprechend der Verzögerungszeit, die die Verzögerungszeitgruppierungseinheit als gleich oder größer als der Schwellenwert bestimmt hat, entfernt, und die erste bis N-te Übertragungskanalfrequenzeigenschaften in Bezug auf die eintreffenden Wellen der Verzögerungszeiten, die die Verzögerungszeitgruppierungseinheit als kürzer als der Schwellenwert bestimmt hat, ausgibt; erste bis N-te Eintreffende-Welle-Separierungseinheiten, die jeweils entsprechend der ersten bis N-ten Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten bereitgestellt werden, und die jeweils Eintreffende-Welle-Komponenten, die in den ersten bis N-ten Übertragungskanalfrequenzeigenschaften enthalten sind, voneinander separieren, um erste bis N-te Direkte-Welle-Komponenten zu extrahieren; und eine Einfallwinkelschätzeinheit zum Schätzen eines Einfallwinkels der direkten Welle auf Grundlage einer Phasendifferenz zwischen den ersten bis N-ten Direkte-Welle-Komponenten.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Super-Auflösungsprozess entweder ein MUSIC-Prozess oder ein ESPRIT-Prozess ist.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der ersten bis N-ten Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten inverse Fourier-Transformation auf dem Übertragungskanalschätzergebnis ausführt, welches ausgegeben wurde von der entsprechenden Übertragungskanalschätzeinheit, um ein Verzögerungsprofil zu generieren, einen Prozess ausführt, bei dem 0 für die Komponente entsprechend der Verzögerungszeit im generierten Verzögerungsprofil, die bestimmt wurde, gleich oder länger zu sein als der Schwellenwert, ersetzt wird, und Fourier-Transformation auf dem Ergebnis dieses Prozesses ausführt, um eine Übertragungskanalfrequenzeigenschaft zu erzeugen, die die eintreffenden Wellen der Verzögerungszeiten, die bestimmt wurden, kürzer als der Schwellenwert zu sein, betrifft.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ferner umfassend eine Pseudoinverse-Matrix-Generierungseinheit zum Erzeugen einer pseudoinversen Matrix, die die Schätzwerte der Verzögerungszeiten verwendet, welche die Verzögerungszeitgruppierungseinheit bestimmt hat, kürzer als der Schwellenwert zu sein, wobei: jede der ersten bis N-ten Eintreffende-Welle-Separierungseinheiten die Übertragungskanalfrequenzeigenschaft, ausgegeben von der entsprechenden Verzögerte-Welle-Entfernungseinheit, mit der pseudoinversen Matrix multipliziert, einen Spaltenvektor erzeugt, der als seine Elemente komplexe Zahlen umfasst, die die Amplituden und die Phasen der Eintreffende-Welle-Komponenten mit den Verzögerungszeiten repräsentieren, die bestimmt wurden, kürzer als der Schwellenwert zu sein, den Wert am Kopf des Spaltenvektors extrahiert und ihn als die Direkte-Welle-Komponente ausgibt.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei, wenn eine Matrix, bestehend aus den Schätzwerten der Verzögerungszeiten, welche die Verzögerungszeitgruppierungseinheit bestimmt hat, kürzer als der Schwellenwert zu sein, repräsentiert wird durch X(hat), wird die pseudoinverse Matrix repräsentiert durch: [Mathematischer Ausdruck 15] ${\hat{X}}^{+} = {(\hat{X}'^{H} \hat{X}')}^{- 1} \hat{X}'^{H}$
(hier repräsentiert das hochgestellte Zeichen „H“ eine komplex konjugierte Transponierte und das hochgestellte Zeichen „-1“ repräsentiert eine inverse Matrix).
Die Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend eine Schwellenwertbestimmungseinheit zum Bestimmen des Schwellenwertes auf Basis der Verzögerungszeiten, geschätzt durch die Verzögerungszeitschätzeinheit, wobei die Verzögerungszeitgruppierungseinheit den Schwellenwert benutzt, der durch die Schwellenwertbestimmungseinheit für den Vergleich der Verzögerungszeiten, geschätzt durch die Verzögerungszeitschätzeinheit, bestimmt wurde.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Schwellenwertbestimmungseinheit den Schwellenwert bestimmt, länger als der Minimalwert der Verzögerungszeiten zu sein, die von der Verzögerungszeitschätzeinheit geschätzt wurden, und kürzer als der Maximalwert der Verzögerungszeiten zu sein.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend eine Verzögerungszeitanzahlunterscheidungseinheit zum Bestimmen, ob die Anzahl der Verzögerungszeiten, geschätzt durch die Verzögerungszeitschätzeinheit, kleiner ist als eine vorgegebene Zahl, wobei wenn die Anzahl der Verzögerungszeiten bestimmt ist, kleiner als die vorgegebene Zahl zu sein, die Verzögerungszeitgruppierungseinheit die Bestimmung nicht ausführt, ob die Verzögerungszeit kürzer ist als der Schwellenwert, und keine der ersten bis N-ten Verzögerte-Welle-Entfernungseinheiten die Entfernung der Welle ausführt.
Empfangsverfahren, bei dem Funkwellen, übertragen von einem Sender, empfangen werden und ein Einfallswinkel der direkten Welle vom Sender geschätzt wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Funkempfangsschritt, bei dem Frequenzumwandlung und AD-Umwandlung auf ersten bis N-ten Analogsignalen ausgeführt wird, die durch Empfangen von Funkwellen durch erste bis N-te (wobei N eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 ist) Antennenelemente, die eine Gruppenantenne bilden, erhalten werden, um erste bis N-te Digitalsignale zu erzeugen; einen Übertragungskanalschätzschritt des Schätzens von Übertragungskanalfrequenzeigenschaften auf Grundlage der ersten bis N-ten Digitalsignale, um erste bis N-te Übertragungskanalschätzergebnisse auszugeben; einen Verzögerungszeitschätzschritt des Schätzens, mittels eines Super-Auflösungsprozesses, von Verzögerungszeiten von einer oder mehreren eintreffenden Wellen, die in den Funkwellen enthalten sind, auf Grundlage von einem Übertragungskanalschätzergebnis innerhalb der ersten bis N-ten Übertragungskanalschätzergebnisse; einen Verzögerungszeitgruppierungsschritt des Vergleichens der Verzögerungszeiten, die im Verzögerungszeitschätzschritt geschätzt wurden mit einem Schwellenwert, um zu bestimmen, ob die geschätzten Verzögerungszeiten kürzer sind als der Schwellenwert; einen Verzögerte-Welle-Entfernungsschritt des Entfernens, von den ersten bis N-ten Übertragungskanalschätzergebnissen, einer Eintreffende-Welle-Komponente entsprechend der Verzögerungszeit, die als gleich oder länger als der Schwellenwert im Verzögerungszeitgruppierungsschritt bestimmt wurde, und des Ausgebens erster bis N-ter Übertragungskanalfrequenzeigenschaften, die die eintreffenden Wellen mit Verzögerungszeiten betreffen, die als kürzer als der Schwellenwert im Verzögerungszeitgruppierungsschritt bestimmt wurden; einen Eintreffende-Welle-Separierungsschritt des voneinander Separierens von Eintreffende-Welle-Komponenten, die in den ersten bis N-ten Übertragungskanalfrequenzeigenschaften enthalten sind, um erste bis N-te Direkte-Welle-Komponenten zu extrahieren; und ein Einfallswinkelschätzschritt des Schätzens eines Einfallwinkels der direkten Welle, auf Grundlage einer Phasendifferenz zwischen den ersten bis N-ten Direkte-Welle-Komponenten.
Ein Programm, zum Veranlassen eines Computers, die Prozesse in dem Empfangsverfahren nach Anspruch 9 durchzuführen.
Ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, mit dem das Programm nach Anspruch 10 aufgezeichnet ist.