JP2001326594A - 受信機 - Google Patents
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Abstract
複数のアンテナにより受信した希望信号中のフレーム同
期信号の位置を正確に検出する受信機を提供する。 【解決手段】 生成手段11、14が希望信号の予想到
来方向からの信号を大きい強度で受信して干渉信号の予
想到来方向からの信号を小さい強度で受信する重み付け
を各アンテナによる受信信号に施して当該信号を総和し
た総和信号を生成し、相関度検出手段12が当該総和信
号とフレーム同期信号パターンとの相関度の最大値を検
出し、当該最大値が所定の閾値未満であった場合に、再
生成手段11、13、14が前記重み付けで受信強度が
小さい方向から希望信号が到来すると想定した重み付け
を用いて総和信号を生成し、フレーム同期信号位置検出
手段12が当該総和信号と前記パターンとの相関度が最
大となる信号位置を検出する。
Description
用いて希望信号を受信する受信機に関し、特に、例えば
比較的大きい干渉信号が存在する環境においても、希望
信号に含まれるフレーム同期信号の位置を正確に検出す
る技術に関する。
装置が受信した信号フレームの先頭位置を検出すること
を可能とするために、送信側の装置が送信対象となるデ
ータ信号の先頭にフレーム同期信号を付加して送信する
ことが行われる。送信側の装置と受信側の装置とでは例
えば予め同一のフレーム同期信号のパターンが設定され
ており、受信側の装置では、受信信号と当該フレーム同
期信号パターンとの複素相関値を算出することにより、
フレーム同期信号の位置(すなわち、受信信号フレーム
の先頭位置)を検出することができ、これにより、フレ
ーム同期を確立することができる。
してはM系列等の鋭い相関特性を有する特定の信号が用
いられ、これにより、フレーム同期信号以外の信号とフ
レーム同期信号との複素相関値がフレーム同期信号同士
の複素相関値と比べて小さくなるようになっている。こ
のため、例えば受信信号とフレーム同期信号パターンと
の乗算タイミングをずらしていって、当該受信信号と当
該フレーム同期信号パターンとの複素相関値が一定の閾
値を超えた場合に、その乗算タイミングに対応した信号
位置をフレーム同期信号の位置として検出することがで
きる。
備えられるフレーム同期信号検出回路の一例を示してあ
り、その動作例を示す。すなわち、まず、受信信号を直
交検波することにより得られた複素ベースバンド信号が
A/D変換回路41によりアナログ信号からデジタル信
号へ変換され、変換された複素ベースバンド(デジタ
ル)信号とフレーム同期信号パターンとの複素相関演算
が複素相関回路42により行われる。そして、この複素
相関演算により得られた複素相関値(相関電力値)が複
素相関回路42から出力されて、当該複素相関値と所定
の閾値とが比較回路43により比較され、当該閾値より
大きい複素相関値が算出された複素ベースバンド信号位
置がフレーム同期信号の位置として検出される。
これら2つの信号を複素乗算したものを時間積分するこ
とにより得られ、一例として、j個の信号成分A1〜A
jから構成されたデジタル信号とj個の信号成分B1〜
Bjから構成されたデジタル信号との複素相関値Pは、
P=A1・B1+A2・B2+…+Aj・Bjにより算
出される。また、上記した所定の閾値としては、例えば
フレーム同期信号の長さや適用されるシステムの使用状
況等に応じて、適切な値に設定される。
1に入力される複素ベースバンド信号の一例を示してあ
り、この複素ベースバンド信号にはデータ信号の先頭に
フレーム同期信号(UW)が含まれている。また、同図
(c)には、複素相関演算により得られる複素相関値の
一例を示してあるとともに、同図(d)には、閾値を超
える複素相関値が得られたときのフレーム同期信号パタ
ーンの乗算タイミングを示してある。同図(c)に示さ
れるように、無線回線による通信状況が良好であるとき
には、フレーム同期信号が含まれる位置でのみ閾値を超
える複素相関値のピークが検出される。
うなフレーム同期信号検出回路では、例えば希望信号
(受信を希望する通信相手からの信号)と等しいレベル
以上の同一チャネル干渉電力が存在するような環境にお
いては、希望信号に含まれるフレーム同期信号が干渉信
号に埋もれてしまうことから、フレーム同期信号が含ま
れる位置での複素相関値の大きさとデータ信号(干渉信
号も含まれる)が含まれる位置での複素相関値の大きさ
との間に差が生じなくなってしまうため、フレーム同期
信号の位置を検出することが困難になってしまうといっ
た問題があった。特に、干渉信号の電力が希望信号の電
力の2倍以上になってしまうような環境においては、フ
レーム同期信号の位置を検出することが不可能になって
しまう。
(干渉波電力)が比較的小さい場合に得られる複素相関
値(相関電力)の一例を示してあり、同図(b)には、
干渉信号の電力が比較的大きい場合に得られる複素相関
値の一例を示してある。上述したように、フレーム同期
信号の位置における複素相関値のピークが埋もれない程
度に干渉信号の電力が小さい場合には当該位置を検出す
ることができるが、当該ピークが埋もれてしまうほどに
干渉信号の電力が大きい場合には当該位置を検出するこ
とができなくなってしまう。
して、例えばアダプティブアレイアンテナを用いて同一
チャネルの干渉信号を除去する手段が知られている。具
体的には、アダプティブアレイアンテナでは、複数のア
ンテナ素子から構成されたアレイアンテナを用いて信号
を受信し、当該受信信号(複素入力ベクトル)に乗算す
る複素アンテナ係数ベクトルを適応アルゴリズムにより
最適化することが行われ、これにより、干渉信号が到来
する方向にヌルを向けたアンテナ指向性を実現して干渉
信号を除去することができる。
1で示し、上記した複素アンテナ係数ベクトルWを式2
で示すと、アダプティブアレイアンテナを構成する複数
のアンテナにより総じて得られる受信信号(総和信号)
yは式3で示され、この受信信号yは複素入力ベクトル
Xと複素アンテナ係数ベクトルWとの内積値となる。
ンテナを構成するアンテナの総数がn個(nは2以上の
整数)であるとしてあり、式1中のX1〜Xnはそれぞ
れ各アンテナ(第1のアンテナ〜第nのアンテナ)によ
り受信される信号を示し、式2中のW1〜Wnはそれぞ
れ各アンテナ(第1のアンテナ〜第nのアンテナ)によ
る受信信号に乗算されるアンテナ係数(重み付けの値)
を示す。なお、式1中及び式2中の”T”は転置を示
し、式3中の”*”は複素共役転置を示す。
(同図(a)に示した座標中心の0点)にアレイアンテ
ナが存在し、希望信号(希望波)が30゜の角度方向か
ら到来し、干渉信号(干渉波)が330゜の角度方向か
ら到来するとした場合に、アダプティブアレイアンテナ
の適応処理が適切に行われたときの指向性パターンの一
例を示してある。同図(a)に示されるように、指向性
パターンの制御が成功すると、希望信号の到来方向にメ
インローブ(到来方向毎に利得の異なる指向性パターン
のうち、利得が最大となる方向を含む指向性パターン)
を向ける一方、干渉信号の到来方向にヌル(利得がゼロ
となる指向性パターン)を向けることができ、これによ
り、干渉信号を抑圧して希望信号を受信することができ
る。
処理を行うための適応アルゴリズムとしては様々なもの
があるが、その中でも、例えば「The CM Array : An Ad
aptive Beamformer for Constant Modulus Signals, R.
Gooch and J.Lundell,Proc.ICASSP,4,pp.2523-252 6(19
86-04)」に記載されたCMA(Constant Modulus Algor
ithm)は、その処理が比較的容易でトレーニング信号が
不要であるという特徴を有していることから、一般に広
く採用されている。
望信号に干渉信号が合成されてしまうとレベル変動が引
き起こされることに着目して、このようなレベル変動を
除去するように(すなわち、定包絡とするように)各ア
ンテナの重み付けを制御することにより、干渉信号を受
信信号から除去することが行われる。そして、このよう
なCMA処理では、希望信号が到来する(と予想され
る)角度方向にメインローブを向けて当該角度方向から
の信号を大きい強度で受信するとともに、干渉信号が到
来する(と予想される)最大で(n−1)個の角度方向
(nはアンテナの総数)にヌルを向けて当該角度方向か
らの信号を小さい強度(ゼロも含む)で受信するアンテ
ナ指向性が実現される。
が検出される角度方向にメインローブを向けるようにア
ダプティブアレイアンテナが制御されてしまうため、受
信信号に含まれる干渉信号の電力が大きい場合には、適
切な初期値を与えられなければ、希望信号の方向にヌル
を向けることになってしまうといった問題があった。
記図10(a)と同様な場合に、指向性パターンの制御
が失敗したときの指向性パターンの一例を示してある。
同図(b)に示されるように、指向性パターンの制御が
失敗すると、CMA処理により得られる受信信号では例
えば希望信号の到来角度方向にヌルが向けられてしまう
ことから希望信号が抑圧されてしまい、この結果、希望
信号に含まれるフレーム同期信号を検出することが非常
に困難になってしまう。
リズムを用いたものとして、例えば特開平7−2455
26号公報に記載されたアレーアンテナの制御方法及び
制御装置では、複数設けられたCMA処理器の初期値の
設定の仕方を工夫することで、直接波と少なくとも1つ
の遅延波を分離して受信することを実現している。ま
た、例えば特開平11−150411号公報に記載され
たアレーアンテナの制御方法及び制御装置では、CMA
処理やLMS(Least Mean Square)アルゴリズム処理
を用いて、送受信の周波数が異なる場合においても送信
時に受信時の所望信号方向及び干渉信号方向と同一方向
にそれぞれ主ビーム及び零点(ヌル点)を向けることを
実現している。
理を行うLMSアルゴリズムのような方式を用いてアダ
プティブアレイアンテナを制御する構成や、参照系列を
用いて干渉信号を除去するような方式を用いてアダプテ
ィブアレイアンテナを制御する構成では、フレーム同期
を確立することが前提となるため、フレーム同期信号の
検出が困難である干渉信号電力が大きい環境においては
十分な性能を得ることができない。
た場合の問題を解消するものとして、例えばアダプティ
ブアレイアンテナの制御を行いながらフレーム同期信号
を検出する方式が提案されており、この方式の一例が
「移動通信用アダプティブアレイのフレーム同期確立方
法とその特性、府川、電子情報通信学会技術報告、RC
S99−81(1999−8)」に記載されている。
チャネルの干渉信号が存在する環境下においても比較的
良好なフレーム同期特性を得ることができるものの、信
号処理に逐次最小自乗法(RLS)が用いられることか
ら、処理が非常に複雑になるとともに計算精度も部分的
に高精度な計算が要求されるため、装置化するに際して
消費電力の増大や回路規模の増大が障害となってしまう
といった不具合があった。
うに、従来の受信機では、例えばアダプティブアレイア
ンテナのように複数のアンテナを用いてCMA処理等に
より信号を受信するに際して、大きい干渉信号が存在す
る環境においては、希望信号に含まれるフレーム同期信
号の位置を正確に検出することが困難となってしまうと
いった不具合があった。
るためになされたもので、複数のアンテナを用いて希望
信号を受信するに際して、例えば比較的大きい干渉信号
が存在する環境においても、希望信号に含まれるフレー
ム同期信号の位置を正確に検出することができる受信機
を提供することを目的とする。
め、本発明に係る受信機では、次のようにして、複数の
アンテナを用いて受信した希望信号に含まれるフレーム
同期信号の位置を検出する。すなわち、まず、総和信号
生成手段が希望信号が到来すると予想される方向からの
信号を大きい強度で受信するとともに干渉信号が到来す
ると予想される方向からの信号を小さい強度で受信する
重み付けをそれぞれのアンテナにより受信した信号に施
して当該信号を総和した総和信号を生成し、相関度検出
手段が当該生成した総和信号と予め用意されたフレーム
同期信号パターンとの相関度が最大となる信号位置にお
ける当該相関度を検出する。
関度が所定の閾値未満であった場合には、総和信号再生
成手段が前記重み付けにおいて受信強度が小さい方向
(つまり、前記重み付けにおいて干渉信号が到来すると
予想された方向)から希望信号が到来すると想定した重
み付けをそれぞれのアンテナにより受信した信号に施し
て当該信号を総和した総和信号を生成し、フレーム同期
信号位置検出手段が当該生成した総和信号と予め用意さ
れたフレーム同期信号パターンとの相関度が最大となる
信号位置をフレーム同期信号の位置又はその候補として
検出する。
のレベルが小さく、希望信号が到来すると予想された方
向から実際に希望信号が到来するような場合には、総和
信号生成手段により生成される総和信号とフレーム同期
信号パターンとの相関度の最大値が所定の閾値を超え、
これにより、当該最大値が得られた信号位置をフレーム
同期信号の位置として検出することができる。
レベルが大きく、希望信号が到来すると予想された方向
から実際には干渉信号が到来し、希望信号は実際には干
渉信号が到来すると予想された方向から到来するような
場合には、総和信号生成手段により生成される総和信号
とフレーム同期信号パターンとの相関度の最大値が所定
の閾値未満となり、これにより、干渉信号が到来すると
予想された方向から希望信号が到来すると想定した重み
付けによる総和信号が総和信号再生成手段により生成さ
れる。
信号の生成において希望信号が到来すると予想された方
向が間違っていた場合であっても、希望信号の実際の到
来方向に適合した重み付けによる総和信号の生成が総和
信号再生成手段により行われるため、例えば比較的大き
い干渉信号が存在する環境においても、希望信号に含ま
れるフレーム同期信号の位置を正確に検出することがで
きる。
が到来する方向としては、どのような仕方で予想されて
もよいが、一例として、様々な角度方向から受信する信
号の中で受信強度が最大である信号を希望信号とみなす
とともに、最大ではないが比較的受信強度が大きい信号
を干渉信号とみなすような予想の仕方を用いることがで
きる。
ては、上記のように、例えば総和信号再生成手段により
生成した総和信号と予め用意されたフレーム同期信号パ
ターンとの相関度が最大となる信号位置をフレーム同期
信号の位置として検出する手段(以下で、手段Aと言
う)として構成されてもよく、又は、例えばこのような
信号位置をフレーム同期信号の位置の候補として検出す
る手段(以下で、手段Bと言う)として構成されてもよ
い。
手段Aとして構成された場合には、フレーム同期信号位
置検出手段により検出した信号位置をフレーム同期信号
の位置とみなして、例えば後続するフレーム同期の確立
等の処理を実行する構成となる。一方、フレーム同期信
号位置検出手段が上記した手段Bとして構成された場合
には、フレーム同期信号位置検出手段により検出した信
号位置をフレーム同期信号の位置の候補とみなして、例
えば当該信号位置が実際にフレーム同期信号の位置であ
るか否かを上記した相関度等を用いて判定する構成とな
る。そして、この判定の結果に応じて、当該信号位置が
フレーム同期信号の位置とみなされて利用される場合も
あり、また、当該信号位置はフレーム同期信号の位置で
はないとみなされて利用されない場合もある。
る総和信号の生成において希望信号が到来すると予想さ
れた方向が間違っていたとみなされる場合に、これに基
づいて総和信号再生成手段により再び総和信号を生成す
ることを行っているが、このような総和信号の再生成処
理は、必ずしも1回ばかりでなく、2回以上実行されて
もよい。このように総和信号の再生成処理が複数回実行
される態様についても、例えば或る回数目の総和信号の
生成処理を総和信号生成手段によるものとみなすととも
に、次の回数目の総和信号生成処理を総和信号再生成手
段によるものとみなすことにより、本発明に包含され
る。
複数回実行する態様は、例えば複数の干渉信号が存在す
るような場合に有効であり、つまり、例えば1回目の総
和信号の再生成によってフレーム同期信号の位置が正し
く検出されなくとも、2回目以降の総和信号の再生成に
よってフレーム同期信号の位置を正しく検出することが
可能である。
信号に重み付けを施すとは、具体的には、例えば上記式
3に示したような演算処理を行うことを言っており、こ
の場合、上記式1中に示したX1〜Xnがそれぞれのア
ンテナにより受信した信号に相当し、上記式2中に示し
たW1〜Wnがそれぞれのアンテナにより受信した信号
に乗算する重み付けの値に相当する。また、この場合、
上記式3で示した信号yが総和信号に相当する。
ンとの相関度としては、これらがどれくらい相関してい
るかを示すものであれば、どのようなものが用いられて
もよい。具体的には、例えば総和信号とフレーム同期信
号パターンとの相関値や、例えば総和信号とフレーム同
期信号パターンとでビット値等が一致する数を相関度と
して用いることができ、これらの場合には、当該相関値
や当該一致数が大きいほど相関度が高いとみなすことが
できる。
く、例えば実用上で有効な精度でフレーム同期信号の位
置を検出することができるような値であれば、装置の使
用状況等に応じて種々な値に設定されてもよい。また、
本発明では、相関度検出手段により検出した相関度が所
定の閾値未満であった場合には総和信号の再作成を行う
一方、当該相関度が所定の閾値を超えた場合には例えば
総和信号の再作成を行わずに希望信号の到来方向の予想
は正しかったとして後続するフレーム同期の確立等の処
理を実行する構成であるが、例えば当該相関度と所定の
閾値とが等しい場合に総和信号の再生成を行うか否かに
ついては任意に設定されて構わない。
を図面を参照して説明する。なお、本発明に係る受信機
の特徴的な構成部分は、フレーム同期信号の位置を検出
する構成部分であるため、本例では、主として、当該構
成部分を詳しく説明し、他の構成部分については説明を
省略する。
ーム同期信号検出回路の構成例を示してあり、このフレ
ーム同期信号検出回路には、複数(本例では、2以上の
k個)のアンテナT1〜Tkから構成されたアレイアン
テナと、各アンテナT1〜Tkにより受信した信号から
各アンテナブランチの複素ベースバンド(デジタル)信
号を取得する直交検波回路1と、取得した全て(k個)
のアンテナブランチの複素ベースバンド信号について1
フレーム分のデータ(フレームデータ)を記憶保持する
記憶回路2と、記憶保持されたフレームデータに対して
CMA処理を施してアンテナ指向性を制御した受信デー
タ(指向性付きフレームデータ)を算出するとともに当
該受信データとフレーム同期信号パターンとの複素相関
値(例えば複素相関電力)を算出した結果に基づいてフ
レーム同期信号の位置を検出する干渉除去回路3とが備
えられている。
路の更に詳しい構成例及び動作例を説明する。各アンテ
ナT1〜Tkは、送信側の装置から無線送信される信号
を受信して直交検波回路1へ出力する機能を有してい
る。なお、これら複数のアンテナT1〜Tkの配置の仕
方としては、例えば直線状に並べる仕方や方形状に並べ
る仕方や円状に並べる仕方等の種々な配置の仕方を用い
ることが可能である。
Tkのそれぞれから入力される信号を直交検波して得ら
れるk個の複素ベースバンド(デジタル)信号を記憶回
路2へ出力する機能を有している。記憶回路2は、直交
検波回路1から入力されるk個の複素ベースバンド信号
についてそれぞれ1フレーム分のデータ(フレームデー
タ)を記憶保持し、干渉除去回路3からのアクセスに応
じて当該フレームデータを干渉除去回路3へ出力する機
能を有している。なお、記憶回路2は、このような1フ
レーム分に相当する時間分の受信データ(つまり、k個
のフレームデータ)を記憶する記憶容量を有している。
して当該記憶回路2に記憶保持されたフレームデータを
読み出し、読み出したフレームデータに対してCMA処
理を施してアンテナ指向性を制御した受信データ(指向
性付きフレームデータ)を算出する機能や、当該受信デ
ータとフレーム同期信号パターンとの複素相関演算を行
って、当該演算結果に基づいて希望信号に含まれるフレ
ーム同期信号の位置を検出する機能や、検出したフレー
ム同期信号の位置の情報(フレーム同期信号位置情報)
を出力する機能を有している。
は例えば送信側の装置と受信側の装置(本例では、受信
機)とで予め共通のパターンが用意されており、送信側
の装置では当該パターンと同じパターンを有するフレー
ム同期信号を送信フレーム(例えば上記図8(b)に示
したようにデータ信号の先頭)に含めて無線送信する。
なお、フレーム同期信号パターンは、本例では、上記の
ような複素相関値の算出処理が行われる前に用意されて
いればよい。
的な構成例を示してあり、本例の干渉除去回路3は、C
MA信号処理回路11と、同期信号検出回路12と、ヌ
ル方向検出回路13と、アンテナ係数記憶回路14とか
ら構成されている。CMA信号処理回路11は、例え
ば、記憶回路2から入力したk個のフレームデータに対
してCMA処理を施して、アンテナ指向性を制御した受
信データを算出する機能等を有している。
1によるCMA処理では、希望信号が到来すると予想さ
れる角度方向からの信号を大きい強度で受信する(つま
り、例えば当該方向にメインローブを向ける)とともに
干渉信号が到来すると予想される角度方向からの信号を
小さい強度で受信する(つまり、例えば当該方向にヌル
を向ける)重み付けを算出し、当該重み付けをそれぞれ
のアンテナT1〜Tkにより受信した信号(本例では、
それぞれのアンテナT1〜Tkから得られたフレームデ
ータを構成する各時刻における信号値)に施して、当該
重み付け後の信号を総和した結果である総和信号を生成
する。なお、本例では、重み付けとして、上記式2に示
したような(複素)アンテナ係数ベクトルを用いてい
る。
信号処理回路11により生成された総和信号と例えば予
め用意されてメモリに記憶されているフレーム同期信号
パターンとの乗算タイミングをずらしながら、当該総和
信号と当該フレーム同期信号パターンとを複素乗算し
て、当該複素乗算結果である複素相関値(本発明に言う
相関度に相当するもの)が最大となる乗算タイミングに
対応した(フレーム中の)信号位置を検出する機能や、
当該信号位置における複素相関値(つまり、最大となる
複素相関値)を検出する機能や、当該複素相関値と例え
ば予め設定されてメモリに記憶されている所定の閾値と
の大小を比較する機能や、異なる総和信号について得ら
れた前記最大となる複素相関値の中で最大となるものを
検出する機能や、これら各機能による処理結果に基づい
てフレーム同期信号の位置を検出して当該位置の情報を
出力する機能等を有している。
信号処理回路11による総和信号の生成処理に際して用
いられた重み付けにおいて受信強度が小さくなる角度方
向(つまり、例えば当該重み付けにおいてヌルが向けら
れる角度方向)を検出する機能等を有している。
MA信号処理回路11により総和信号を生成する際に用
いられるアンテナ係数ベクトル(更に具体的には、当該
アンテナ係数ベクトルを構成する各成分)の初期値を記
憶する機能や、CMA信号処理回路11により総和信号
が生成されるに際して(最終的に)用いられたアンテナ
係数ベクトル(更に具体的には、当該アンテナ係数ベク
トルを構成する各成分)を記憶する機能等を有してい
る。
て2個のアンテナT1、T2から構成された2素子アレ
イアンテナが用いられた場合(すなわち、アンテナの総
数kが2である場合)を例として、干渉除去回路3の動
作例を説明する。なお、以下に示すcorr1やcor
r2は最大となる複素相関値を表し、それぞれ最大相関
尤度レジスタ1や最大相関尤度レジスタ2に保持され
る。また、以下に示すn1やn2は最大となる複素相関
値が得られた信号位置を表し、それぞれ最大相関値位置
レジスタ1や最大相関値位置レジスタ2に保持される。
また、以下に示すWM1やWM2はCMA処理により形
成されるアンテナ係数ベクトルを表し、それぞれアンテ
ナ係数レジスタ1やアンテナ係数レジスタ2に保持され
る。ここで、以上に示した“1”や“2”の添え字は何
回目のCMA処理結果に関するものであるかを表してい
る。
フレームデータに対するCMA処理が終了した時点にお
いて最終的に用いられたアンテナ係数ベクトルを表し、
本例では当該アンテナ係数ベクトルを次回のフレームデ
ータに対するCMA処理の初期値として用いることとし
ており、アンテナ係数初期値レジスタに保持される。ま
た、以下に示すnmaxはフレーム同期信号位置情報を
表し、フレーム同期信号位置情報レジスタに保持され
る。
1、2や最大相関値位置レジスタ1、2やフレーム同期
信号位置情報レジスタは例えば同期信号検出回路12に
設けられており、アンテナ係数レジスタ1、2やアンテ
ナ係数初期値レジスタは例えばアンテナ係数記憶回路1
4に設けられている。
われる動作の一例を示してある。なお、ここでは、或る
フレームにおけるk個のフレームデータに対して行われ
る一連の処理動作例を示してあり、これと同様な処理動
作が各フレーム毎に行われる。すなわち、まず、CMA
信号処理回路11は、CMA処理に用いるアンテナ係数
の初期値Wとして、前回のタイミングのフレームに関し
て(最終的に)制御されて用いられたアンテナ係数初期
値レジスタ中のアンテナ係数ベクトルWiniを設定す
る(ステップS1)。
後等であって第1回目のフレームにおけるフレームデー
タをCMA処理する場合には、他の仕方でアンテナ係数
ベクトルの初期値を設定することとする。この設定の仕
方としては、例えば所定の1個のアンテナ素子のみを有
効とする公知の手法を用いることができ、具体的に、本
例の場合には、jが虚数部分を示すとして、アンテナT
1のアンテナ係数W1をW1=1+j・0とするととも
にアンテナT2のアンテナ係数W2をW2=0とする仕
方を用いることができる。また、他の公知の手法とし
て、例えば各アンテナから得られる受信信号の電力をフ
レーム内の数サンプルに関して比較し、当該電力が最も
大きいアンテナ素子をアクティブにする仕方を用いるこ
とができる。また、他の手法を用いることも可能であ
る。
テナT1〜T2により受信された信号から成る2個のフ
レームデータを記憶回路2から読み出して、当該フレー
ムデータに対して第1回目のCMA処理を施し、この適
応制御処理の結果として算出されたアンテナ係数ベクト
ルを同期信号検出回路12及びヌル方向検出回路13へ
出力して、当該アンテナ係数ベクトルをアンテナ係数レ
ジスタ1にWM1として保存する(ステップS2)。
第1回目のCMA処理の対象となったフレームデータ
(例えば上記式1に示したような複素入力ベクトル)を
記憶回路2から読み出し、上記したアンテナ係数レジス
タ1に保持されたアンテナ係数ベクトルWM1と当該フ
レームデータとの内積演算(例えば上記式3に示したよ
うな演算)を行って、第1回目のCMA処理の結果に基
づくビーム(つまり、それぞれのアンテナT1、T2に
より受信された信号を重み付けして総和した総和信号)
を形成する。その後、同期信号検出回路12は、形成し
た総和信号とフレーム同期信号パターンとの複素相関値
が最大となる信号位置を検出し、当該信号位置における
複素相関値を最大相関尤度レジスタ1にcorr1とし
て記憶するとともに、当該信号位置を最大相関値位置レ
ジスタ1にn1として記憶する(ステップS3)。
は、フレーム同期信号パターンと1フレーム分の前記総
和信号中の当該パターンと同じ長さの信号部分との一致
の度合いを示す尺度(相関度)として用いられており、
具体的には、第1回目のCMA処理の対象となったフレ
ーム内で複素相関値が最大となる信号部分における当該
最大値となっている。また、上記した信号位置n1は、
このような最大値が得られる信号部分に対応した信号位
置となっている。なお、本例では、相関度として複素相
関値を用いたが、例えば総和信号を復調して得られるデ
ジタルデータ系列のビットパターンと予め用意されたフ
レーム同期信号パターンのビットパターンとの間で一致
するビット数などを相関度として用いることもできる。
尤度レジスタ1に格納されたcorr1が予め設定され
た所定の閾値と比べて大きいか否かを判定する(ステッ
プS4)。この結果、例えばcorr1が閾値と比べて
大きいと判定された場合には、同期信号検出回路12
は、上記した信号位置n1をフレーム同期信号位置情報
レジスタにnmaxとして記憶するとともに、次回のフ
レームに関するCMA処理の初期値Winiとして上記
したアンテナ係数ベクトルWM1をCMA処理回路11
へ出力し(ステップS11)、また、当該信号位置nm
axを特定する情報をフレーム同期信号位置情報として
出力して(ステップS12)、今回のフレームに関する
処理を終了する。
値未満であると判定された場合には、第1回目のCMA
処理では希望信号の到来方向の予想が誤っていて干渉信
号を捕捉してしまったものと判断し、以下に示すよう
に、第1回目のCMA処理により生成されたアンテナ指
向性パターンに基づいて希望信号の到来方向を推定して
当該推定結果に合ったアンテナ係数ベクトルの初期値を
設定して、当該初期値を用いて第2回目のCMA処理を
実行することが行われる。
は、アンテナ係数レジスタ1に保持されたアンテナ係数
ベクトルWM1を用いた場合のアンテナ指向性パターン
を算出して、当該算出結果からヌル点を検出し、当該ヌ
ル点検出結果をアンテナ係数記憶回路14へ出力すると
ともに自己により保持する(ステップS5)。なお、ア
ンテナ指向性パターンとしては例えばアレイアンテナが
存在する受信地点を中心とする円周上の各角度方向にお
ける誘起電圧のパターンが算出され、ヌル点としては例
えば当該誘起電圧が極小となるポイントが検出される。
理の結果としてアダプティブアレイアンテナにより形成
されるアンテナ指向性パターンが図4に示されるような
ものである場合には、ヌル点は270度(°)の角度方
向に存在するため、ヌル点検出結果としては270度が
検出される。なお、同図に示したグラフの横軸は前記円
周上の各角度方向(deg)を示しており、縦軸は誘起
電圧の振幅を示している。また、ここでは、同図中の受
信信号#0が干渉信号であり、受信信号#1が希望信号
であるとしてある。
ル方向検出回路13により検出されたヌル点の角度方向
にメインローブを向けるようなアンテナ係数ベクトルの
初期値を、第2回目のCMA処理を行う前に予め算出し
て、アンテナ係数初期値レジスタにWiniとして設定
する(ステップS6)。
示したように2つの方向からの電波(受信信号#0、受
信信号#1)が存在する環境においてCMA処理を行っ
た場合には、一般に、希望信号はCMA処理の結果によ
り生成されるヌル点の角度方向とメインローブの角度方
向とのいずれかに存在する可能性が高い。そして、第1
回目のCMA処理において希望信号の到来角度方向の予
想が正しかった場合には希望信号の到来方向にメインロ
ーブの方向を向けることができるが、ここでは、第1回
目のCMA処理がうまく行われなかったものとし、この
場合、第1回目のCMA処理の結果では干渉波方向(受
信信号#0の方向)にメインローブを向けるとともに希
望波方向(受信信号#1の方向)にヌルを向けてしまっ
たものと考えることができる。
すると推定される前記ヌル点の角度方向から希望信号が
到来すると想定したアンテナ係数ベクトルの初期値を第
2回目のCMA処理に用いられる初期値として設定する
ことにより、第2回目のCMA処理では実際の希望波方
向にメインローブを向けるとともに実際の干渉波方向に
ヌル点を向けることが可能となり、この結果、フレーム
同期信号の位置を正しく検出することが可能となる。
記した第1回目のCMA処理の対象となったフレームデ
ータを記憶回路2から読み出して、当該フレームデータ
に対して第2回目のCMA処理を施し、この適応制御処
理の結果として算出されたアンテナ係数ベクトルを同期
信号検出回路12へ出力して、当該アンテナ係数ベクト
ルをアンテナ係数レジスタ2にWM2として保存する
(ステップS7)。
第2回目のCMA処理の対象となったフレームデータ
(例えば上記式1に示したような複素入力ベクトル)を
記憶回路2から読み出し、上記したアンテナ係数レジス
タ2に保持されたアンテナ係数ベクトルWM2と当該フ
レームデータとの内積演算(例えば上記式3に示したよ
うな演算)を行って、第2回目のCMA処理の結果に基
づくビーム(つまり、それぞれのアンテナT1、T2に
より受信された信号を重み付けして総和した総和信号)
を形成する。その後、同期信号検出回路12は、形成し
た総和信号とフレーム同期信号パターンとの複素相関値
が最大となる信号位置を検出し、当該信号位置における
複素相関値を最大相関尤度レジスタ2にcorr2とし
て記憶するとともに、当該信号位置を最大相関値位置レ
ジスタ2にn2として記憶する(ステップS8)。
尤度レジスタ2に格納されたcorr2が予め設定され
た所定の閾値と比べて大きいか否かを判定する(ステッ
プS9)。この結果、例えばcorr2が閾値と比べて
大きいと判定された場合には、同期信号検出回路12
は、上記した信号位置n2をフレーム同期信号位置情報
レジスタにnmaxとして記憶するとともに、次回のフ
レームに関するCMA処理の初期値Winiとして上記
したアンテナ係数ベクトルWM2をCMA処理回路11
へ出力し(ステップS13)、また、当該信号位置nm
axを特定する情報をフレーム同期信号位置情報として
出力して(ステップS12)、今回のフレームに関する
処理を終了する。
rr2が閾値未満であると判定された場合には、同期信
号検出回路12は、例えばk(本例では、k=2)回の
CMA処理により得られたk個のcorr(本例では、
corr1或いはcorr2)の中で最も大きいcor
rが得られたCMA処理が実際の希望波方向及び干渉波
方向を最も正確に反映したものと判断する(ステップS
10)。
なるcorrが得られたCMA処理の結果を用いて検出
された信号位置(本例では、n1或いはn2)をフレー
ム同期信号位置情報レジスタにnmaxとして記憶する
とともに、次回のフレームに関するCMA処理の初期値
Winiとして当該CMA処理で生成されたアンテナ係
数ベクトル(本例では、WM1或いはWM2)をCMA
処理回路11へ出力し(ステップS14)、また、当該
信号位置nmaxを特定する情報をフレーム同期信号位
置情報として出力して(ステップS12)、今回のフレ
ームに関する処理を終了する。
単位毎に繰り返して行うことにより、干渉除去回路3で
は、各フレーム毎に、干渉信号を除去した総和信号を生
成して希望信号に含まれるフレーム同期信号の位置を検
出することができる。以上のように、本例の受信機で
は、例えば希望信号と比べて干渉信号のレベルが小さ
く、希望信号が到来すると予想された方向から実際に希
望信号が到来するような場合には、第1回目のCMA処
理により生成される総和信号とフレーム同期信号パター
ンとの相関度の最大値が所定の閾値を超え、これによ
り、当該最大値が得られた信号位置をフレーム同期信号
の位置として検出することができる。
と比べて干渉信号のレベルが大きく、希望信号が到来す
ると予想された方向から実際には干渉信号が到来し、希
望信号は実際には干渉信号が到来すると予想された方向
から到来するような場合には、第1回目のCMA処理に
より生成される総和信号とフレーム同期信号パターンと
の相関度の最大値が所定の閾値未満となり、これによ
り、干渉信号が到来すると予想された方向から希望信号
が到来すると想定した重み付けによる総和信号が第2回
目のCMA処理により生成される。
1回目のCMA処理による総和信号の生成において希望
信号が到来すると予想された方向が間違っていた場合で
あっても、希望信号の実際の到来角度方向に適合した重
み付けによる総和信号の生成が第2回目のCMA処理に
より行われるため、例えば希望信号と比べて等レベル以
上に大きい干渉信号が存在するような環境においても、
希望信号に含まれるフレーム同期信号の位置を正確に検
出することができる。また、本例の受信機では、例えば
ベースバンド信号処理のみによりビームフォーミングを
行うことが可能であるため、装置のLSI化や低消費電
力化や小型化に適している。
1の機能やアンテナ係数記憶回路14の機能により本発
明に言う総和信号生成手段が構成され、同期信号検出回
路12の機能により本発明に言う相関度検出手段や本発
明に言うフレーム同期信号位置検出手段が構成され、C
MA信号処理回路11の機能やヌル方向検出回路13の
機能やアンテナ係数記憶回路14の機能により本発明に
言う総和信号再生成手段が構成されている。また、本例
では、アレイアンテナを構成する複数のアンテナT1〜
Tkが本発明に言う複数のアンテナに相当している。な
お、アンテナの数としては、複数であれば特に限定はな
く、種々な数であってもよい。
が到来すると想定した場合のアンテナ係数ベクトルの初
期値等を算出するために用いられるアレイアンテナビー
ム形成手法としては、どのような手法が用いられてもよ
いが、例えば共相等振幅励振の手法や低サイドローブ励
振の手法が知られており、これらの手法を用いることが
できる。なお、これらの手法は例えば「マルチビームア
レーアンテナを用いたCDMAシステムの検討、北原、
小川、信学技報RCS98−231、1999−02」
に記載されている。
法では、所定の角度(θ)方向から到来する信号が等振
幅で同相合成されるようなアンテナ係数ベクトルを生成
することが行われ、このようにして生成したアンテナ係
数ベクトルにより当該角度方向に最大指向特性を向ける
ことができる。また、上記した低サイドローブ励振の手
法では、希望信号が到来する角度方向以外の角度方向か
ら到来する干渉信号の受信レベルが低減されるようなア
ンテナ係数ベクトルを生成することが行われ、このよう
にして生成したアンテナ係数ベクトルにより希望信号以
外の指向特性を低くすることができる。
(メインローブ、ヌルを除く他の指向性パターン)の形
状等は例えばアレイアンテナの構成(例えばアンテナの
総数や配置等)に依存して変化するため、例えばアンテ
ナ係数ベクトルの初期値のパターン数や分解能として
は、システムの使用状況等に応じて適当な値に設定され
るのが好ましい。
用いた場合について干渉除去回路3の動作例を説明した
が、一般に、アレイアンテナの自由度は(アンテナ素子
の総数−1)で表され、当該自由度数が確保されるよう
な適切な間隔でアンテナ素子の配置が行われてアレイア
ンテナが構成された場合には、適応制御処理により、当
該自由度数と同数のヌル点を形成することができる。
角度方向の数は前記形成可能なヌル点の数と等しくなる
ため、例えば2以上のヌル点が形成されるような構成で
は、より多くのヌル点方向に関してアンテナ係数ベクト
ルの初期値を再設定して総和信号の再生成処理を行うこ
とにより、フレーム同期信号の位置の検出精度を高める
ことができる。なお、このような再生成処理の回数の最
大値は、例えばアレイアンテナにより形成することが可
能なヌル点の数(=アンテナ素子の総数−1)となる。
ンテナとして4個のアンテナT1〜T4から構成された
4素子アレイアンテナが用いられた場合(すなわち、ア
ンテナの総数kが4である場合)に、CMA処理の結果
としてアダプティブアレイアンテナにより形成されるア
ンテナ指向性パターンの一例を示してあり、この場合、
3つのヌル点を形成することができる。なお、同図に示
したグラフの横軸は例えば上記図4に関して述べたよう
な円周上の各角度方向(deg)を示しており、縦軸は
誘起電圧の振幅を示している。
込みの大きい順(つまり、縦軸で示される振幅の小さい
順)に述べると、270度の角度方向の第1ヌル点と、
0度(=360度)の角度方向の第2ヌル点と、90度
の角度方向の第3ヌル点とが検出される。そして、例え
ば、これらのヌル点を落ち込みの大きい順に記憶し、当
該順番に従って(つまり、第1ヌル点、第2ヌル点、第
3ヌル点という順番で)各ヌル点の角度方向から希望信
号が到来すると想定してCMA処理に用いるアンテナ係
数ベクトルの初期値の再設定処理や総和信号の再生成処
理を繰り返して行ってフレーム同期信号の位置の検出を
試みることにより、フレーム同期信号位置の検出の成功
確率を高めることができる。
イアンテナシステムであっても、例えば大電力を有する
干渉信号が多数存在するようなシステムは特殊なもので
あり、通常は、それほど多数の干渉信号が存在しないよ
うな場合もあるため、このような場合には、例えば本発
明を適用するシステムの使用状況等に応じて総和信号の
再生成処理の繰り返し数(本例の場合には、CMA処理
を繰り返して行う回数)が適宜調整されるのがよい。
置を図6を参照して説明する。同図には、本例の基地局
装置の概略的な構成例を示してあり、この基地局装置に
は、移動局装置等との間で無線信号を送受信する複数
(本例では、2以上のh個)のアンテナR1〜Rhと、
送信処理や受信処理を行う通信処理部21と、各種の制
御等を行う制御部23とが備えられており、通信処理部
21には例えば上記第1実施例の図1に示したものと同
様な機能を有するフレーム同期信号検出回路22が備え
られている。また、基地局装置は例えば有線の回線を介
して他の基地局装置と通信可能に接続されている。
信号検出回路22では、例えば上記第1実施例の図1で
示した回路と同様な処理を行うことにより、複数のアン
テナR1〜Rhを用いて受信される希望信号に含まれる
フレーム同期信号の位置を検出する。そして、通信処理
部21では、このようにして検出されたフレーム同期信
号の位置に基づいた受信タイミングで希望信号を受信処
理(例えばデータの復調処理等)することを行う。
記第1実施例で示した受信機と同様に、例えば希望信号
と等しい電力レベル以上の干渉信号が存在するような環
境においても、通信相手となる移動局装置等から無線送
信される希望信号に含まれるフレーム同期信号の位置を
正確に検出することができる。
置を図7を参照して説明する。同図には、本例の移動局
装置の概略的な構成例を示してあり、この移動局装置に
は、基地局装置等との間で無線信号を送受信する複数
(本例では、2以上のg個)のアンテナV1〜Vgと、
送信処理や受信処理を行う通信処理部31と、各種の制
御等を行う制御部33と、音声を出力するスピーカやデ
ータを出力する表示画面等から構成された出力部34
と、音声を入力するマイクやデータを入力するキーボタ
ン等から構成された入力部35とが備えられており、通
信処理部31には例えば上記第1実施例の図1に示した
ものと同様な機能を有するフレーム同期信号検出回路3
2が備えられている。
信号検出回路32では、例えば上記第1実施例の図1で
示した回路と同様な処理を行うことにより、複数のアン
テナV1〜Vgを用いて受信される希望信号に含まれる
フレーム同期信号の位置を検出する。そして、通信処理
部31では、このようにして検出されたフレーム同期信
号の位置に基づいた受信タイミングで希望信号を受信処
理(例えばデータの復調処理等)することを行う。
記第1実施例で示した受信機と同様に、例えば希望信号
と等しい電力レベル以上の干渉信号が存在するような環
境においても、通信相手となる基地局装置等から無線送
信される希望信号に含まれるフレーム同期信号の位置を
正確に検出することができる。
や移動局装置の構成としては、必ずしも以上の第1実施
例〜第3実施例に示したものに限られず、種々な構成が
用いられてもよい。一例として、本発明に係る受信機や
基地局装置や移動局装置の適用分野としては、特に限定
はなく、本発明は、例えばCDMA方式やTDMA方式
やFDMA方式等の種々な通信方式を用いた通信システ
ムに適用することが可能なものである。また、本発明に
係る受信機は、例えば中継増幅装置等に適用することも
可能なものである。
移動局装置により行われる各種の処理としては、例えば
プロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源におい
てプロセッサがROMに格納された制御プログラムを実
行することにより制御される構成であってもよく、ま
た、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立
したハードウエア回路として構成されてもよい。また、
本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー
(登録商標)ディスクやCD−ROM等のコンピュータ
により読み取り可能な記録媒体として把握することもで
き、当該制御プログラムを記録媒体からコンピュータに
入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に
係る処理を遂行させることができる。
機によると、複数のアンテナを用いて受信した希望信号
に含まれるフレーム同期信号の位置を検出するに際し
て、希望信号が到来すると予想される方向からの信号を
大きい強度で受信するとともに干渉信号が到来すると予
想される方向からの信号を小さい強度で受信する重み付
けをそれぞれのアンテナにより受信した信号に施して当
該信号を総和した総和信号を生成し、当該生成した総和
信号と予め用意されたフレーム同期信号パターンとの相
関度が最大となる信号位置における当該相関度を検出
し、当該検出した相関度が所定の閾値未満であった場合
に、前記重み付けにおいて受信強度が小さい方向から希
望信号が到来すると想定した重み付けをそれぞれのアン
テナにより受信した信号に施して当該信号を総和した総
和信号を生成し、当該生成した総和信号と予め用意され
たフレーム同期信号パターンとの相関度が最大となる信
号位置をフレーム同期信号の位置又はその候補として検
出するようにしたため、例えば比較的大きい干渉信号が
存在する環境においても、希望信号に含まれるフレーム
同期信号の位置を正確に検出することができる。
フレーム同期信号検出回路の一例を示す図である。
である。
示す図である。
示す図である。
を説明するための図である。
である。
ターンの形成例を示す図である。
1・・直交検波回路、2・・記憶回路、 3・・干渉除
去回路、 11・・CMA信号処理回路、12・・同期
信号検出回路、 13・・ヌル方向検出回路、14・・
アンテナ係数記憶回路、 21、31・・通信処理部、
22、32・・フレーム同期信号検出回路、 23、3
3・・制御部、34・・出力部、 35・・入力部、
Claims (1)
- 【請求項1】 複数のアンテナを用いて受信した希望信
号に含まれるフレーム同期信号の位置を検出する受信機
において、 希望信号が到来すると予想される方向からの信号を大き
い強度で受信するとともに干渉信号が到来すると予想さ
れる方向からの信号を小さい強度で受信する重み付けを
それぞれのアンテナにより受信した信号に施して当該信
号を総和した総和信号を生成する総和信号生成手段と、 当該生成した総和信号と予め用意されたフレーム同期信
号パターンとの相関度が最大となる信号位置における当
該相関度を検出する相関度検出手段と、 当該検出した相関度が所定の閾値未満であった場合に、
前記重み付けにおいて受信強度が小さい方向から希望信
号が到来すると想定した重み付けをそれぞれのアンテナ
により受信した信号に施して当該信号を総和した総和信
号を生成する総和信号再生成手段と、 当該生成した総和信号と予め用意されたフレーム同期信
号パターンとの相関度が最大となる信号位置をフレーム
同期信号の位置又はその候補として検出するフレーム同
期信号位置検出手段と、 を備えたことを特徴とする受信機。
Priority Applications (1)
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