JP2000269869A - 送信機アンテナの重み付けを生成する装置および方法 - Google Patents

送信機アンテナの重み付けを生成する装置および方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】アンテナ・アレイを使用する通信システムを提
供する。 【解決手段】２つの通信装置間（１，２）の送信経路の
ためのアンテナ重み付けが、第１通信装置はアンテナ・
アレイ（４，５，６）を有するが、第２通信装置内で生
成され、第１通信装置（１）へフィードバックされる。
本発明は、ＯＦＤＭシステムのような多重搬送波システ
ムに特に適用が可能である。比較的悪い信号品質を持っ
て受信したとして識別された副搬送波に対する重み付け
のみが計算され、第１通信装置へフィードバックされ、
これにより付加的な経費の要求を最小限に押さえる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ・アレイ
を使用する通信システムに関するもので、直交周波数分
割多重変調(Orthogonal Frequency division multiplex
ing modulation :OFDM)を使用する多重周波数通信シス
テムに特に応用される。
【０００２】
【従来の技術】アンテナ・アレイは、無線通信リンクを
介して無線周波数信号を通信するために用いられる複数
のアンテナを有する。アンテナ・アレイは単一アンテナ
に対して改善された特性を示し、よりよい有効範囲のた
めのアンテナ・パターンを提供する。
【０００３】改善されたアンテナ・パターンを提供する
アンテナ・アレイでも、通信装置間でやり取りされる信
号は干渉に依存する。ビル、丘、他の物体はマルチパス
電波伝搬を生み出し、通信装置および電源は雑音を生成
し、通信装置間でやり取りされる信号に誤りを生じさせ
る。
【０００４】これらの誤りを減らすために、アンテナ・
アレイを使用する通信装置の受信経路を最適化する技術
が開発された。アレイ中の個々のアンテナのそれぞれが
検出した信号の重み付け(weight)を変えることにより、
アンテナ・パターンを変え、特定方向からの信号をより
よく検出することが可能となり、あるいはマルチパス信
号の非破壊的結合のための準備をすることが可能とな
る。これらの技術は、受信機の出力を測定することによ
り受信経路の利得を最大にするためにアンテナ・アレイ
の信号の重み付けを調整する。
【０００５】最適重み付けを送信経路のために提供する
他の技術が知られている。例えば、同時継続の本出願人
による出願、GB-A-2313261は、アンテナ・アレイに装備
される通信局「Ａ」の送信経路に重み付けをする方法を
開示する。この方法は、アレイ中の各アンテナから通信
局Ｂへ参照信号を送信する段階、および局Ｂで入力参照
信号を記憶された参照信号との比較に基づき重み付け情
報を計算する段階を有する。計算された重み付け情報
は、その後局Ｂから局Ａへ転送され、これにより局Ａの
制御器は受信した重み付け情報に基づきアンテナ・アレ
イを調整する。
【０００６】このように、上述したフィードバック機構
は、アレイからなる各アンテナの最適な送信設定を提供
するために実行される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、周波数
選択チャネルで動作する広帯域多重周波数システム（例
としてOFDM）にこのような方法を適用することにより、
多額の経費を必要とする。多額の経費はあるシステムに
とっては耐え難いものになるであろう。
【０００８】高い伝送速度のために、チャネル周波数の
応答は周波数選択的となり、位相および振幅特性は送信
信号によって占有される全帯域内で周波数とともに変化
する。従って、送信アンテナ・アレイおよび多重搬送波
変調を使用するシステムにおいては、副搬送波周波数依
存の重み付けを用いる必要があり、それ故さらに経費を
増加させる。
【０００９】上りリンクおよび下りリンクが異なる周波
数で送信する周波数分割二重通信のような特定のケース
では、フィードバック重み付け方式が必要とされる。し
かしながら、一方向に参照信号を、続いて他方向に周波
数依存の重み付け情報を個別の副搬送波（多重搬送波Ｆ
ＤＤシステム）毎に送信するために、また多額の経費が
必要とされる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、達成可能な利
得をほぼ維持しながらこの経費を削減する方法および装
置を提供することも目的とする。
【００１１】第１の観点から、本発明は、第１通信装置
の送信経路のためのアンテナ重み付けを生成する装置で
あって、前記第１通信装置はアンテナ・アレイを含み、
前記装置は、第２通信装置において、複数の副帯域を介
して前記アンテナ・アレイから送信された複数の副搬送
波からなる多重搬送波信号を受信する受信機と、各副帯
域からなる各副搬送波のための前記受信信号パラメータ
を測定する手段と、副搬送波を含む少なくとも１つの副
帯域を識別する手段であって、前記副搬送波の被測定パ
ラメータが予め定める基準に合致する、前記識別する手
段と、前記第１通信装置に前記識別された副帯域中の参
照信号のための要求を送信する送信機と、前記識別され
た副帯域中に含まれる各副搬送波のためのアンテナ重み
付けを前記参照信号の分析から計算する計算手段と、か
ら構成されることを特徴とする装置である。
【００１２】第２の観点から、本発明は、第１通信装置
の送信経路のためのアンテナ重み付けを生成する方法で
あって、前記第１通信装置はアンテナ・アレイを含み、
前記方法は、第２通信装置において、複数の副帯域を介
して前記アンテナ・アレイから送信された複数の副搬送
波からなる多重搬送波信号を受信する段階と、各副帯域
からなる各副搬送波のための前記受信信号パラメータを
測定する段階と、副搬送波を含む少なくとも１つの副帯
域を識別する段階であって、前記副搬送波の被測定パラ
メータが予め定める基準に合致する、前記識別する手段
と、前記第１通信装置に前記識別された副帯域中の参照
信号のための要求を送信する段階と、前記第１通信装置
から前記識別された副帯域中の参照信号を受信する段階
と、前記識別された副帯域中に含まれる各副搬送波のた
めのアンテナ重み付けを前記参照信号の分析から計算す
る段階と、から構成されることを特徴とする方法であ
る。
【００１３】計算された重み付けは第２通信装置から第
１通信装置へ送信されてもよく、そこで第１通信装置の
重み付け回路が各副搬送波用のアンテナ重み付けを設定
するために使用され、送信経路を最適化する。
【００１４】したがって、第２通信装置は、フィードバ
ック情報を生成し、第１通信装置から受信する信号の品
質を最大にする。
【００１５】第２通信装置は、アンテナ・アレイあるい
は単一アンテナとともに提供されてもよい。
【００１６】複数の副帯域を介して送信される多重搬送
波信号は、ＯＦＤＭ信号から構成されてもよく、その参
照信号はパイロット・シンボルを含んでもよい。
【００１７】測定されるパラメータは、例えば、受信信
号の品質であってよく、事前に設定された閾値を下回る
受信品質を有する副搬送波およびそれに属する副帯域が
識別され、要求された参照信号の送信によって検査して
もよい。アンテナ重み付けは、すでに知られたいくつか
の方法の１つによって計算してもよい。例えば、参照信
号は局部に格納された参照と相関が取られ、送信経路の
利得および位相を推定してもよい。
【００１８】受信信号の品質を改善できる副帯域のみを
検査することによって、全送信経費は削減される。
【００１９】選択された副帯域のみのアンテナ重み付け
値が計算され第１通信装置に戻されると、計算経費は低
く押さえられかつ送信経費はさらに削減される。
【００２０】信号品質の異なる基準がシステムの実施
例、例として、多数の通信装置が全て同じ周波数を共用
するなら、それらの間での干渉無線に対する受信電力あ
るいは信号に依存する最適重み付けを求めるために用い
られる。
【００２１】第１通信装置へフィードバックされるアン
テナ重み付け値を表わす情報のビット数を制限するため
に、圧縮アルゴリズムが用いられる。フィードバックさ
れる情報量を最小化する他の選択は、副選択重み付けを
定義することにより行われてもよい。
【００２２】副帯域（一群の副搬送波からなるものとし
て定義される副帯域で、その一群の副搬送波はすべて実
質的に同じようにチャネルによって影響を受ける。）を
識別する手段は、送信経路に応答するチャネルを確立す
る手段を含んでよい。
【００２３】１実施例では、第２通信装置は送信経路の
ための干渉時間(coherence time)を推定する手段を具備
して提供される。（干渉時間は、チャネルの特性が一定
である間の時間として定義される。）これらのパラメー
タは、第２通信装置にプログラムされるか、あるいは第
１通信装置から受信した信号から定期的に推定されるか
のいずれかである。干渉時間を知ることにより、第２通
信装置は好ましい更新速度を設定する。この更新速度
は、第２通信装置がどれくらい頻繁に送信されるべき参
照信号を要求するか、およびどれくらい頻繁にアンテナ
重み付けをフィードバックするかを特定する。更新速度
は、干渉時間および第１および第２通信装置間の通信リ
ンクの可能な容量を考慮して最適の値で設定することが
できる。
【００２４】続いて、第２通信装置は、少なくとも１つ
の時間回路を含めることができ、各回路は各副帯域と関
連し、かつ送信経路特性を変更することが望ましくなる
前に検査したばかりの副帯域を再検査するのを避けるた
めに設定される。各時間回路のカウントダウン設定は干
渉時間から求めることができる。
【００２５】ＯＦＤＭ通信システムとの関係では、本発
明はより少ない送信電力で同じ品質のサービスを望む利
点を提供する。これは、また干渉を減じるとともに、よ
り効率的な周波数の再使用とサービス範囲の拡大をもた
らす。
【００２６】さらに、各アンテナで送信される副搬送波
の平均値は統計的に減少する。従って、送信機増幅器の
ためのピーク対平均電力要求は減らすことが可能であ
る。
【００２７】第１および第２通信装置間の通信リンクの
一方向におけるより大きな容量は、他方向の容量を犠牲
にすることにより達成される。
【００２８】システムに空間的な多様性を含めることに
より、符号化あるいは組み合わせの仕様に余裕が生み出
される。
【００２９】非常にわずかの余分な経費で、極めて広い
ノッチ(notch)を生み出す低遅延の広がり環境(low dela
y spread environments)にかなりの改善が達成される。
【００３０】本発明の特に便利な応用の１つに無線構内
通信網があり、その通信網のサーバは複数の送信アンテ
ナに装備され、かつ利用者は単一のアンテナ送受信機を
用いる。
【００３１】本発明のさらなる応用は、広帯域送信であ
り、それはＯＦＤＭと符号分割多重アクセスのような他
のタイプの多重アクセス符号化と結合することが可能で
ある。
【００３２】本発明の実施例が、図面を参照して例示に
より説明されるが、その図面は本発明に従うアンテナ重
み付け生成装置を含む通信システムのブロック図であ
る。
【００３３】
【実施例】図面を参照して、通信システムは第１通信装
置１および第２通信装置２を含み、通信リンク３を介し
て通信する。各通信装置１，２は、例えば無線モデム、
セルラ無線電話、コードレス無線電話、双方向無線、基
地局あるいはこれらに同等のものを含めることができ
る。
【００３４】通信装置はＯＦＤＭ多重搬送波変調方式を
用いて互いに通信を行う。ＯＦＤＭでは、複合信号は、
（異なる周波数の）副搬送波の合算から形成され、その
上に並行データ・ビットが変調される。通信装置１から
通信装置２への通信リンク３からなる送信経路は特性チ
ャネル応答を有し、それは特定の経路において通信装置
１から送信された各副搬送波の振幅および位相に影響す
る。このチャネルはまた時間ととともに変化してもよ
い。
【００３５】第１通信装置１は、３つのアンテナ４，
５，６からなるアンテナ・アレイを具備する。ここに３
つのアンテナが示されているが、アレイは３つのアンテ
ナより少なくても多くてもよい。
【００３６】第１通信装置１は、さらに送信機７、受信
機８、および制御機９を含む。制御機９は、マイクロプ
ロセッサ、デジタル・システム・プロセッサ、プログラ
ム可能論理装置、コンピュータあるいはこれらに同等の
ものにより達成される。制御機９は、送信機７の動作を
制御する。送信機７および受信機８は、無線ＯＦＤＭ通
信用の商業的に入手可能な如何なる回路を用いても達成
できる。
【００３７】送信機７の出力は、３つの送信経路重み付
け調整機１０，１１，１２に接続される。各送信重み付
け調整機は、デュープレクサ回路１３を介してアンテナ
４，５，６の対応する１つに結合される。送信経路重み
付け調整機は、制御機９からの受信された制御信号に従
って、送信機による信号出力に重み付け、そして各副搬
送波に適する重み付けを与える。デュープレクサ回路１
３は、あらゆる二重か装置、スイッチ回路、フィルタあ
るいはこれらに同等のものを用いて達成される。デュー
プレクサ回路１３は、アンテナを送信および受信経路に
接続し、全二重または半二重動作を行う。
【００３８】各送信経路重み付け調整機１０，１１，１
２は、既知の手段に従って構成され、各副搬送波に適切
な重み付けを与える。
【００３９】（重み付け過程は、送信機７の変調過程で
いっしょに実行してもよい。）第２通信装置２は、デュ
ープレクサ回路１７を介してアンテナ１６に接続された
送信機１４および送信機１５を含む。送信機１４および
受信機１５は、また制御機１８に接続される。送信機１
４および受信機１５は無線ＯＦＤＭ通信のために商業的
に入手可能な如何なる回路を用いても実行される。制御
機１８は、マイクロプロセッサ、デジタル・システム・
プロセッサ、プログラム可能論理装置あるいはこれらに
同等なものを用いて達成される。出力受信機１５はチャ
ネル推定機１９に接続され、副チャネル識別情報を制御
機１８に供給する。チャネル推定機は、またチャネルの
干渉時間の測定をタイマ２０に供給する。タイマ２０の
出力は、制御機に接続される。
【００４０】制御機１８は、通信装置１の送信重み付け
調整機１０，１１，１２のために、通信装置１を含むア
ンテナ・アレイ４，５，６を介して通信装置２へ送られ
た検査信号の受信に基づいて最適な重み付けを計算す
る。いくつかの適切な方法のいずれか１つがその重み付
けを計算するために用いることができる。例えば、受信
信号品質に基づく計算が可能である。
【００４１】動作中では、通信が第１および第２通信装
置間に既知の手順に従って確立される。装置１，２双方
はＯＦＤＭ変調信号を互いに送信し受信する。
【００４２】さらに、通信装置２は、通信装置１にフィ
ードバック情報を送信し、通信装置１から受信する信号
の品質を最大にする。
【００４３】通信装置１から送信されたＯＦＤＭ変調送
信信号に加えて、送信機７は、第２通信装置２による受
信および分析のための検査シンボルを生成するために構
成される。これらは、制御機９および重み付け調整機１
０，１１，１２を介してアレイ中の各アンテナ４，５，
６に導かれる。これらの検査シンボルは第２通信装置２
が送信された各副搬送波に最適な重み付けを決定するの
を可能にする。この決定は、いくつかの既知の技術の１
つによってなされる。例えば、制御機１８は、検査され
る各アンテナ４，５，６および各副搬送波のために受信
した参照信号レベルに基づき最適な重み付けを計算す
る。最適な重み付けベクトルは受信信号の利得および位
相から計算される。各アンテナからの推定利得および位
相の複素表示の複素共役が各アンテナの重み付けとして
用いられる。各アンテナの推定利得および位相は、受信
した参照信号を格納された予め定める参照信号の複製と
相関を制御機１８内でとることにより得られる。信号間
の相関の結果により送信経路４，５，６の推定利得およ
び位相が各副帯域に対して示される。代わって、コード
・ブックが候補リストから好ましい重み付けベクトル選
択するために用いられる。これは、コードブックからベ
クトルを選択することによりなされるが、コードブック
は推定した受信位相および利得の複素共役から計算され
た最適重み付けベクトルと最も近いものである。代わっ
て、好ましい重み付けベクトルは、受信している通信装
置２で各副帯域中の受信信号電力を最大にするために選
択される。
【００４４】通信装置１内の制御機１８は、各副帯域の
ために、通信装置１によって送信された受信信号バース
トの品質をまず分析する。その後受信した信号の品質が
比較的悪い副搬送波を選択する。チャネル推定機１９
は、受信したＯＦＤＭ信号バーストの分析により送信経
路のチャネル応答を推定する。このチャネル応答から、
特に周波数応答、即ち、送信された副帯域の帯域幅の値
が計算され、制御機１８へ供給される。制御機１８は、
その後悪い品質を有する選択された副搬送波を含むこれ
らの副帯域を識別する。その後、送信機１４を経由し
て、通信装置１へ各選択された副帯域中の1つだけの副
搬送波上に検査信号を求める信号を送る。通信装置１中
の送信機７はパイロット・シンボルを含む検査信号を送
信して適切に応答し、通信装置２によって特定される副
帯域にある全てのアンテナ４，５，６のために通信リン
ク３を検査する。
【００４５】通信装置２で検査信号が受信されると、制
御機１８は、重み付け回路１０，１１，１２によって与
えられるべき好適な重み付けを決定する。これらの重み
付けは、制御機１８から送信機１５を介して通信装置１
へ送信され、それの応じて通信装置１の制御機９および
重み付け回路１０，１１，１２はアンテナ重み付けを設
定するために動作する。副帯域中の全ての副搬送波は同
じ重み付け調整それらに適用される。全ての副搬送波に
対してというよりむしろ各帯域に対してわずか１つの重
み付け調整が通信装置１へフィードバックされるので、
送信経費は低く維持される。
【００４６】処理は必要に応じて繰り返すことが可能で
ある。
【００４７】チャネル推定機１９は、また送信経路（あ
らゆる適切な従来方法による）に対する干渉時間を計算
し、この情報をタイマ２０に供給する。タイマ２０は制
御機１８用の更新速度(update rate)を設定する複数の
回路を有し、制御機はどれだけ頻繁に制御機１８が参照
信号を要求するか、およびどれだけ頻繁に各副帯域に対
する重み付け調整情報をフィードバックするかを命令す
る。チャネル特性は（各副帯域に対して）この期間の間
一定に保っているので、更新時間はどの場合も干渉時間
より短くする必要はもちろんない。更新速度に影響を与
える別の要素は通信リンク３の容量であり、この情報を
タイマに最初プログラムしておくことが可能である。
【００４８】図面に関する上記動作からなるステップは
連続して生起する必要はない。例えば、第２通信装置２
は、アンテナ重み付け値および識別された副帯域中の次
の一組の参照信号用の要求を同時にフィードバックして
もよい。
【００４９】送信経費をさらに削減することが望まれる
が、識別された全ての副帯域に対する全ての重み付け情
報を第２通信装置２から第１通信装置へフィードバック
する必要は必ずしもない。例えば、最もひどく影響を受
けた副搬送波を含む副帯域を処理することができる。更
なる資源、例えばリンク容量、が利用可能となるにつ
れ、もっと多くの識別される副帯域が処理され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施態様を説明するためのブロック
図である。
【符号の説明】
１，２：通信装置 ３：通信リンク ４，５，６：アンテナ ７：送信機 ８：受信機 ９：制御機 １０，１１，１２：重み付け回路 １３：デュープレクサ回路 １４：送信機 １５：受信機 １６：アンテナ １７：デュープレクサ回路 １８：制御機 １９：チャネル推定機 ２０：タイマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤン・ファーミン 英国ケンブリッジ、ブランプトン、ウエス ト・エンド16 (72)発明者 ニコラス・ウィネット 英国ウィルトシャー、スウィンドン、チズ ルドン、ニュー・ロード１

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１通信装置の送信経路のためのアンテ
    ナ重み付けを生成する装置であって、前記第１通信装置
    はアンテナ・アレイ（４，５，６）を含み、前記装置
    は、第２通信装置（２）において、複数の副帯域を介し
    て前記アンテナ・アレイ（４，５，６）から送信された
    複数の副搬送波からなる多重搬送波信号を受信する受信
    機（１５）と、 各副帯域からなる各副搬送波のための前記受信信号パラ
    メータを測定する手段（１８）と、 副搬送波を含む少なくとも１つの副帯域を識別する手段
    （１９）であって、前記副搬送波の被測定パラメータが
    予め定める基準に合致する、前記識別する手段と、 前記第１通信装置に前記識別された副帯域中の参照信号
    のための要求を送信する送信機（１９）と、 前記識別された副帯域中に含まれる各副搬送波のための
    アンテナ重み付けを前記参照信号の分析から計算する計
    算手段（１８）と、から構成されることを特徴とする装
    置。
  2. 【請求項２】 前記被測定パラメータは、受信信号の品
    質であることを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記計算手段（１８）は、前記参照信号
    と格納された信号との相関に関連して前記アンテナ重み
    付けを計算するために適合されることを特徴とする先行
    する請求項記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記副帯域を識別する手段は、前記送信
    経路（３）に応答する周波数を推定するチャネル推定機
    （１９）を含むことを特徴とする先行する請求項記載の
    装置。
  5. 【請求項５】 参照信号を要求する送信周波数を制御す
    るタイマ（２０）をさらに含むことを特徴とする先行す
    る請求項記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記送信経路（３）の干渉時間を推定す
    る手段をさらに含むことを特徴とする先行する請求項記
    載の装置。
  7. 【請求項７】 計算された前記アンテナ重み付けを前記
    第１通信装置（１）へ送信する手段（１４）をさらに含
    むことを特徴とする先行する請求項記載の装置。
  8. 【請求項８】 計算された前記アンテナ重み付けを送信
    周波数を制御するタイマ（２０）をさらに含むことを特
    徴とする請求項６および７記載の装置。
  9. 【請求項９】 第１通信装置の送信経路のためのアンテ
    ナ重み付けを生成する方法であって、前記第１通信装置
    はアンテナ・アレイ（４，５，６）を含み、前記方法
    は、 第２通信装置（２）において、複数の副帯域を介して前
    記アンテナ・アレイ（４，５，６）から送信された複数
    の副搬送波からなる多重搬送波信号を受信する段階と、 各副帯域からなる各副搬送波のための前記受信信号パラ
    メータを測定する段階と、 副搬送波を含む少なくとも１つの副帯域を識別する段階
    であって、前記副搬送波の被測定パラメータが予め定め
    る基準に合致する、前記識別する手段と、 前記第１通信装置（１）に前記識別された副帯域中の参
    照信号のための要求を送信する段階と、 前記第１通信装置（１）から前記識別された副帯域中の
    参照信号を受信する段階と、 前記識別された副帯域中に含まれる各副搬送波のための
    アンテナ重み付けを前記参照信号の分析から計算する段
    階と、から構成されることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 前記第１通信装置に前記アンテナ重み
    付けを送信する段階をさらに含むことを特徴とする請求
    項９記載の方法。
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