JP2003522465A - 偏波ダイバーシティを使用する線形信号分離 - Google Patents

偏波ダイバーシティを使用する線形信号分離

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Abstract

(57)【要約】 信号分離器は、入力信号の略フラットなフェージング特性を利用することにより、無線通信システム基地局で生じるコリニア干渉を解決する。この目的のため、本発明は、様々な偏波を有するアンテナアレイ素子を用いることによって達成されたダイバーシティを利用する。ＲＦダウンコンバータは、信号分離器に、様々な偏波アンテナ素子の一つ以上の組で受信された信号波形のベースバンド離散時間デジタルサンプルを供給する。信号分離器は、信号と信号の発信源のユーザを推定するため、ＲＦダウンコンバータによって生成された垂直及び水平に偏波した受信信号から、ベースバンド信号に重みを付けて結合する。信号分離器は、係数計算器によって供給された偏波係数を使用する。偏波係数を作成するため、係数計算器は、チャネル推定器からチャネルフェージング係数の組を受信する。チャネルフェージング係数の推定値は、ピーク値及び学習パターン間の既知の相互相関を使用する標準的な信号処理アルゴリズムを用いて導出される。係数計算器は、信号分離器の出力がユーザの情報信号に一致するように、係数マトリクスを用いて、信号分離器によって要求された偏波係数を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、一般的に通信システムに係り、特に、実質的にフラットなフェージ
ング環境で多数のソースから送信され、無線通信基地局の略同じ場所に設けられ
たダイバーシティ偏波されたアンテナで受信される信号を分離する新しい改良型
の偏波ダイバーシティに基づく信号処理機構に関する。
【０００２】 無線通信サービスの継続的な成長のため、有限のセルラ・スペクトルの容量を
増加させることができる信号使用法及び処理技術に対する要求が生じている。殆
どのシステムにおいて、スペクトル利用可能性（空き状態）は飽和点に到達して
いるので、より多くの周波数を獲得することは不可能である。その結果として、
更なる成長を受け入れるためには、既存の周波数をより多くのユーザ間で共用す
る必要がある。このことは、受信機（たとえば、基地局）で信号を分離するため
、より複雑な信号処理スキームが必要になることを意味する。
【０００３】 目下、同一周波数を共用するユーザを分離するため、多様な干渉防止スキーム
が使用されている。時分割方式及び符号分割方式のような一部の方式は、ユーザ
間での協調及び協力を要求する。しかし、必ずしも全ての方式がユーザ協調を必
要とするわけではなく、一部の方式は、受信機側の機能強化された信号処理に依
拠する。たとえば、アンテナ素子のアレイを使用する最新式の、すなわち、スマ
ート信号分離技術は、種々の角度位置から送信するユーザを分離するため、アレ
イの放射パターンを制御可能的に成形することによって、ユーザ容量を増加させ
ることが可能である。
【０００４】 図１の簡略化された無線システムに示されるように、これらのシステムは、望
ましいユーザ１３の方向で主アンテナビーム１２のアンテナ利得を増加させ、同
時に、干渉信号１５の方向でサイドローブビーム１４のアンテナ利得を選択的に
低下させるため、基地局１１におけるアンテナアレイのビーム成形能力を利用す
る。殆どのアプリケーションにおいて、関心のある望ましい信号を強化し、干渉
を抑制することは、より多数のユーザが同一周波数若しくはチャネルを共用でき
るようにする際にスマートアンテナを非常に効率的にさせる。
【０００５】 しかし、それらは指向性情報に依存しているので、図２に所望ユーザ１３及び
コリニア干渉源１６として示されるような望ましい信号及び一つ以上の干渉信号
が本質的に同じ（或いは、略コリニア）である方向又は到来角から発生する場合
に、このようなビーム成形アンテナは、（高ユーザ密度の場合と同様に）多数の
信号を分離し得ない。このようなコリニア干渉を防止するため、複雑なスペクト
ル管理スキームを利用すべきであり、これにより、アンテナシステムは非常に高
価になってしまう。
【０００６】 ビーム成形スキームに対する機能強化の一つの提案は、基地局受信機が各ユー
ザ間のマルチパス差に依存するようにさせることである。この方法は、他の方法
と共に使用でき、ユーザ間の協力を要請しない点が有利である。ユーザ間の伝送
の差（たとえば、時間、角度、符号）に依拠するのではなく、マルチパス処理ア
プローチは、ユーザ毎に調べられる伝搬環境の差に依存する。このアプローチの
基本的な欠点は、非線形最小化に基づく方式であり、実現することが非常に複雑
である、という点である。
【０００７】 多数のセルラ設備において、基地局はタワーに設置されているので、マルチパ
ス到来は、主として、移動局の非常に近くにある対象物からの反射による。これ
らの反射は、略同じパス遅延を与えるので、複数の到来信号間に広がるマルチパ
ス遅延は、サンプル（標本化）間隔よりも短い。このような状況が生じるとき、
マルチパス環境は、実質的にフラットなフェージング環境であると考えられる。
【０００８】 本発明によれば、上記の実質的なコリニア干渉問題は、入力信号の到来方向で
はなく、入力信号の特性を利用することによって巧く扱われる。特に、本発明の
信号分離スキームは、信号が基地局のアンテナの放射パターンの共通ローブを通
過する同一若しくは実質的に同一の方向からダイバーシティ特性を有する少なく
とも二つの（基地局）アンテナ素子に到達したとき、実質的にフラットなフェー
ジング環境で生じるマルチパス差に基づく。
【０００９】 好ましい一実施例によれば、本発明は、種々の（相互に直交した）偏波を有し
、ハードウェアの複雑さを軽減するため略同じ場所に設置された複数（たとえば
、一対の）アンテナアレイ素子を使用することによって獲得されたダイバーシテ
ィを利用する。時間分散を加えない環境（すなわち、実質的にフラットなフェー
ジングをもつ環境）で利用された場合、本発明による偏波ダイバーシティに基づ
く分離スキームは、コリニア信号を分離するため非常に簡単な技術を提供する。
これにより、続いて、複雑なスペクトル管理技術を用いることなくスマートアン
テナシステムを動作させ得るようになる。
【００１０】 従来のマルチパス処理スキームと同様に、本発明は、多元接続波形（たとえば
、時分割又は符号分割）と併せて使用することができ、上述のビーム成形のよう
な他の信号分離方式を補完する。本発明の信号分離方法は、ユーザ間の協力を必
要とせず、あるダイバーシティ特性アンテナ素子で特定のユーザを他のユーザよ
りも目立たせ、他のアンテナ素子では、特定のユーザよりも他のユーザを目立た
せるために、ユーザ間の環境的な差に依拠する。
【００１１】 本発明は、ある所定の距離で空間的に離間したアンテナ素子と共に使用され得
るが、主として、種々の偏波（相対的に直交した偏波、たとえば、垂直と水平の
偏波）を受信するよう設計され、略同じ場所に設置されたアンテナ素子の場合に
、受信機アンテナのサイズを縮小させることを意図している。さらに、他のマル
チパス方法との相違点として、本発明は、線形信号処理を利用し、これにより、
２個の干渉し合う可能性のある信号を分離するために伴う複雑さを軽減する。
【００１２】 好ましい一実施例によれば、この例に限定されることなく、本発明の偏波ダイ
バーシティに基づく信号分離受信機アーキテクチャは、ＲＦダウンコンバータと
、信号分離器と、係数エミュレータと、チャネル推定器の４台の信号処理ユニッ
トを含む。ＲＦダウンコンバータは、信号分離器に、信号波形のベースバンド離
散時間サンプルを供給する。信号波形は、別々の感度特性を備えた１組以上のア
ンテナ素子のペアで受信される。上述の通り、非制限的な、好ましい一実施例に
よれば、各ペアの中のアンテナ素子は、ほぼ同じ場所に配置され、相互に直交す
るように偏波される。
【００１３】 直交偏波アンテナ素子によって受信された信号は、ベースバンドへダウンコン
バートされ、次に、残留側波帯画像を除去し帯域を制限するためローパスフィル
タでフィルタ処理される。フィルタ処理されたベースバンド信号は、デジタル化
され、信号分離器のそれぞれの入力へ供給される。信号分離器は、どの信号がど
ちらのユーザから生じた信号であるかを推定するため、垂直及び水平に偏波され
た受信信号のベースバンド離散時間サンプル信号を制御可能的に重み付けし、合
成する。
【００１４】 この目的のため、信号分離器は、垂直偏波アンテナによって受信された各信号
サンプルに、係数計算器から供給された第１及び第２の垂直偏波係数を乗算する
。また、信号分離器は、水平偏波アンテナによって受信された各信号サンプルに
、係数計算器から与えられた第１及び第２の水平偏波係数を乗算する。これらの
積はペア単位で加算され、第１のユーザ及び第２のユーザに関連した第１の分離
信号及び第２の分離信号として出力される加重合成出力信号を生成する。
【００１５】 ２組の垂直偏波係数及び水平偏波係数を生成するため、係数計算器は、チャネ
ル推定器からチャネルフェージング係数の組を受信するように接続される。特定
の機構には限定されないが、チャネルフェージング係数を計算するため、非限定
的な技術は、各ユーザの送信バーストに埋め込まれた学習用（訓練用）シーケン
スを利用する。垂直信号入力及び水平信号入力は、両方のユーザの（既知）学習
用シーケンスとの相関が求められ、ピーク値の組が生成される。チャネルフェー
ジング係数の推定値は、ピーク値及び学習パターン間の既知の相互相関を使用す
る標準的な信号処理アルゴリズムを用いて導出される。あるいは、受信データに
基づく適応的な方法、又は、統計的特性に基づく盲目的な方法が利用される。
【００１６】 係数計算器は、ノイズが存在しない場合に信号分離器の出力がユーザの情報信
号に一致するように、係数マトリクスを用いて、信号分離器によって要求された
偏波係数を計算する。信号分離器が完全な信号分離のために満たすべき条件は、
フェージング係数マトリクスのランクがフルランクであるならば、解を決定可能
である、４個の未知数を含む四つの線形方程式の組である。加法的ノイズの統計
的な記述が利用可能であるとき、係数の必要条件は、係数計算器が信号推定値の
平均２乗誤差を最小限に抑えることができるような形で修正される。
【００１７】 相互に直交するように偏波されたアンテナ素子のペアを使用するのではなく、
アンテナの各組がクロス偏波された素子（水平及び垂直）のペアからなるアンテ
ナの複数の組（ペア）を利用してもよい。これらのクロス偏波アンテナペアの組
からの入力は、この入力ポートへ供給された２個の信号を最適化するため、信号
分離器の上流で重み付け結合される。
【００１８】 さらに、チャネルがマルチパスに起因する周波数選択性フェージングの影響を
受け、異なるユーザからの信号が低相互相関特性を備えている場合、周波数選択
性フェージングは、観測されたマルチパスをコヒーレントに合成することによっ
て、実質的にフラットなフェージングチャネルに変換される。このコヒーレント
な合成は、信号分離器の上流に設置された偏波毎のＲＡＫＥ受信機を用いること
によって簡単に実現される。
【００１９】 以下では、一例として添付図面を参照して本発明を説明する。
【００２０】 本発明の偏波ダイバーシティに基づく信号分離機構の構成及び動作を詳細に説
明する前に、本発明は、主として、従来の通信ハードウェアコンポーネントを含
む装置、並びに、かかるコンポーネントの動作を制御する付随的な管理用通信マ
イクロプロセッサ回路及びそのためのアプリケーションソフトウェアに属するこ
とに注目すべきである。これらを無線基地局の通信設備に容易に組み込む実際的
な実施において、この装置は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（
ＦＰＧＡ）で実現された、あるいは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ
セットとして容易に構成される。実際的なハードウェア実装の点で、デジタルＡ
ＳＩＣが好ましい。
【００２１】 したがって、このようなコンポーネントの構成、及び、これらのコンポーネン
トが無線通信基地局の通信設備とインタフェース接続される態様は、本開示の恩
恵を受ける当業者に容易にわかるような細部によって開示が分かり難くならない
ように、殆どの部分において、本発明に属する具体的な詳細だけを表す容易に理
解可能なブロック図によって例示されている。かくして、図中のブロック説明図
は、主に、本発明がより容易に理解されるように、都合よく機能的にグループ分
けされた信号分離システムの主要コンポーネントを表すことを意図している。
【００２２】 本発明の偏波ダイバーシティに基づく信号分離機構の機能を容易に評価できる
ようにするため、最初に、フラット若しくは実質的にフラットなフェージングが
存在する場合に、基地局の複数のアンテナに入射する信号の性質を調べることが
有効である。この目的のため、図３は、以下の式（１）及び（２）によって数学
的に記述される垂直偏波受信信号ｒｖ（ｎ）及び水平偏波受信信号ｒｈ（ｎ）に
対する離散時間モデルを概略的に説明する。
【００２３】
【数１】 式中、 ｒｖ（ｎ）＝垂直偏波アンテナによる受信信号、 ｒｈ（ｎ）＝水平偏波アンテナによる受信信号、 Ｐ１，Ｐ２＝ユーザ１及びユーザ２からの送信信号電力、 ａ１ｖ，ａ２ｖ＝垂直偏波アンテナによって観察されるユーザ１及びユーザ２に
対するフェージング、 ａ１ｈ，ａ２ｈ＝水平偏波アンテナによって観察されるユーザ１及びユーザ２に
対するフェージング、 ｓ１（ｎ），ｓ２（ｎ）＝ユーザ１及びユーザ２の情報信号、 ｚｖ（ｎ），ｚｈ（ｎ）＝垂直及び水平受信機上の加法的ノイズ である。
【００２４】 フェージング係数ａ１ｖ，ａ２ｖ，ａ１ｈ，ａ２ｈは、ユーザの送信アンテナ
の向きによって生じる損失を含む。たとえば、ユーザ２に対するマルチパスフェ
ージングがなく、また、このユーザのアンテナの向きが、送信電力の半分が垂直
偏波波形として効率的に放射され残りの半分が水平偏波波形として効率的に放射
されるようにされているならば、 ａ２ｖ（ｎ）＝ａ２ｈ（ｎ）＝（１／２）１／２ である。
【００２５】 本発明による偏波ダイバーシティに基づく信号分離器受信機構造の非制限的な
実施例は、無線基地局の通信設備と共に容易に実現され、このような実施例が図
４に示されている。本例の信号分離受信機は、１番目のＲＦダウンコンバータ４
１と、２番目の信号分離器４２と、３番目の係数エミュレータ４３と、４番目の
チャネル推定器４４の４個の機能コンポーネントを含む。各コンポーネントにつ
いて、以下で個別に説明する。
【００２６】 ＲＦダウンコンバータ４１は、信号分離器４２に、別々の感度特性を備えた複
数の（たとえば、１対の）アンテナ素子５１及び５２で受信された信号波形のベ
ースバンド離散時間サンプルを供給する。非限定的な例であるが、好ましい一実
施例において、アンテナ素子５１及び５２は、略同じ場所に配置され、それぞれ
、異なる偏波（たとえば、相互に直交した（９０°の差））を備える。この例に
限定されることはないが、アンテナ素子５１は、垂直（ｖ）偏波アンテナと呼ば
れ、アンテナ素子５２は、水平（ｈ）偏波アンテナと呼ばれる。
【００２７】 それぞれのアンテナ素子５１及び５２による受信信号は、受信信号のＲＦ周波
数をベースバンドへ変換するため、対応したミキサー５３及び５４において、適
当な搬送周波数倍される。ベースバンド信号は、残留側波帯画像を除去し、帯域
を制限するため、ローパスフィルタ５５及び５６において、フィルタ処理される
。フィルタ処理されたベースバンド信号は、標本化され、アナログ・デジタル変
換器（ＡＤＣ）５７及び５８において量子化され、このようにして生成されたデ
ジタル信号は、信号分離器４２の夫々の入力６１及び６２へ供給される。
【００２８】 信号分離器４２は、ユーザ１から放射された信号とユーザ２から放射された信
号を見分けるため、垂直偏波受信信号及び水平偏波受信信号のベースバンドサン
プルを重み付き結合する。この目的のため、図５による信号分離器５２の拡大図
に示されるように、第１入力ポート６１へ供給された受信垂直偏波信号成分ｒｖ （ｎ）は、第１乗算器６３へ供給され、第１乗算器６３は、この信号ｒｖ（ｎ）
に、係数計算器４３によって生成された第１の垂直偏波係数ｇｖ１（ｎ）を乗算
する。また、受信垂直偏波信号成分ｒｖ（ｎ）は、第２乗算器６５へ供給され、
第２乗算器６５は、この信号ｒｖ（ｎ）に、係数計算器４３によって生成された
第２の垂直偏波係数ｇｖ２（ｎ）を乗算する。同様に、第２入力ポート６２へ供
給された受信水平偏波信号成分ｒｈ（ｎ）は、第３乗算器６４へ供給され、第３
乗算器６４は、この信号ｒｈ（ｎ）に、係数計算器４３によって生成された第１
の水平偏波係数ｇｈ１（ｎ）を乗算する。また、受信水平偏波信号成分ｒｈ（ｎ
）は、第４乗算器６６へ供給され、第４乗算器６６は、この信号ｒｈ（ｎ）に、
係数計算器４３によって生成された第２の水平偏波係数ｇｈ２（ｎ）を乗算する
。偏波係数ｇｖ１（ｎ）、ｇｖ２（ｎ）、ｇｈ１（ｎ）及びｇｈ２（ｎ）は、時
間と共に変化する。乗算器６３及び６６によって生成された積は、加算器６７で
加算され、ユーザ１に関連した第１の分離信号
【００２９】
【外１】 として、第１出力ポート７１へ供給される。乗算器６４及び６５によって生成さ
れた積は、加算器６８で加算され、ユーザ２に関連した第２の分離信号
【００３０】
【外２】 として、第２出力ポート７２へ供給される。
【００３１】 ユーザ１の送信信号の推定値は、以下の式（３）によって表現される。
【００３２】
【数２】 式（１）及び（２）を式（３）へ代入することにより、以下の式（４）が得ら
れる。
【００３３】
【数３】 同様の式は、ユーザ２の推定値に対して容易に作成される。
【００３４】 信号分離器４２によって利用される偏波係数ｇｖ１（ｎ）、ｇｖ２（ｎ）、ｇ ｈ１ （ｎ）及びｇｈ２（ｎ）を生成するため、係数計算器４３は、チャネル推定
器４４からチャネルフェージング係数ａ１ｖ（ｎ）、ａ２ｖ（ｎ）、ａ１ｈ（ｎ
）及びａ２ｈ（ｎ）の組を受信するように接続される。チャネルフェージング係
数から偏波係数ｇｖ１（ｎ）、ｇｖ２（ｎ）、ｇｈ１（ｎ）及びｇｈ２（ｎ）を
生成するため係数計算器４３によって利用される信号処理機構は後述する。本発
明は、チャネルフェージング係数ａ１ｖ（ｎ）、ａ２ｖ（ｎ）、ａ１ｈ（ｎ）及
びａ２ｈ（ｎ）を計算するための特定の機構に限定されることがなく、非限定的
な実施例は、各ユーザの送信バーストに収容された埋め込み学習用シーケンスを
巧く利用する。
【００３５】 非限定的な一実施例として、垂直信号入力ｒｖ（ｎ）及び水平信号入力ｒｈ（
ｎ）は、相関ピーク値の組を得るため、両方のユーザの（既知）学習用シーケン
スとの間で相関が計算される。チャネルフェージング係数ａ１ｖ（ｎ）、ａ２ｖ （ｎ）、ａ１ｈ（ｎ）及びａ２ｈ（ｎ）の推定値は、相関ピーク値と、学習用パ
ターン間の既知の相互相関とを使用する標準的な信号処理アルゴリズムを用いる
ことによって容易に導出される。代替的な方式として、受信データに基づく適応
的な方法、或いは、統計的性質に基づく盲目的な方法を利用してもよい。
【００３６】 これらのチャネルフェージング推定値が得られた場合、係数計算器４３は、受
信信号に加重するため信号分離器４２によって要求される４個の偏波係数ｇｖ１ （ｎ）、ｇｖ２（ｎ）、ｇｈ１（ｎ）及びｇｈ２（ｎ）の組を計算する。係数計
算器４３の動作は、式（３）を以下の式（５）のようなマトリクス形式で書き表
すことによって容易に理解できる。
【００３７】
【数４】 式（５）から、以下のマトリクス及びベクトルが定義される。
【００３８】
【数５】 これらのマトリクス定義を用いることにより、式（５）は式（６）のような簡
潔な形式で表わされる。
【００３９】
【数６】 係数計算器４３は、ノイズが存在しない場合に、信号分離器４２の出力がユー
ザの情報信号に一致するように、マトリクスＧ（ｎ）を計算する。数学的に、ノ
イズが存在しない状況は、全てのｎに対して、 ｚｖ（ｎ）＝ｚｈ（ｎ）＝０ であることを意味する。信号分離器４３の出力は、以下の式（７）及び（８）が
満たされる場合に、ユーザの情報信号と一致する。
【００４０】
【数７】 この条件は、マトリクスＧ（ｎ）がＡ（ｎ）の逆マトリクスであるとき、すな
わち、 Ｇ（ｎ）＝Ａ−１（ｎ） であるときに充足される。或いは、以下の形でも表わされる。
【００４１】
【数８】 式（９）から、信号４２が完全な信号分離のために満たすべき条件は、４個の
未知数を含む４個の１次方程式の組であることが分かる。式（９）は、フェージ
ング係数マトリクスＡ（Ｎ）がフルランクである場合、常に解が存在する。換言
すると、係数計算器４３は、マトリクスＡ（ｎ）を形成するためチャネル推定器
４４から取得した値を使用し、次に、この１次方程式（９）を解く。
【００４２】 図４及び５に示されたような上記の本発明の非限定的な一実施例の他に、他の
信号分離器システムの実現形態及び変形を利用することができる。たとえば、図
４のようなデジタル的に実現されたベースバンド構造に代えて、４個の乗算器６
３、６４、６５及び６６と、２個の加算器６７及び６８は、ＲＦ乗算器（位相シ
フト及び利得制御素子）並びにＲＦ加算器（合成器）を用いて実現してもよい。
このような構造は、アナログ・デジタル変換器の必要性を除去し、ハードウェア
及び処理される信号に依存して、ベースバンドへの周波数変換と、引き続くフィ
ルタリングも必要ではなくなる。
【００４３】 上述の通り、係数計算器４３は、ノイズが存在しない場合に、マトリクスＧ（
ｎ）を計算するよう構成される。加法的ノイズの統計的記述が可能である場合、
式（９）に埋め込まれた係数の必要条件は、係数計算器が、
【００４４】
【外３】 と、ｓ（ｎ）の間の平均２乗誤差を最小限に抑えるような条件に修正される。す
なわち、係数計算器４３は、
【００４５】
【外４】 が最小化されるように、Ｇ（ｎ）を計算するため動作し、かつ、ノイズを考慮す
る。Ｇ（ｎ）の解は、標準的な最小平均２乗誤差であり、複雑ではない。
【００４６】 図４の構造は、２本のアンテナ５１及び５２だけを示すが、図６に符号８１及
び８２で概略的に描かれているように、クロス偏波素子（水平及び垂直）を有す
るアンテナの複数の組を利用することが可能である。クロス偏波アンテナ対のこ
れらの組からの入力は、入力ポート６１及び６２へ供給される２個の信号を最適
化するため、信号分離器４２の上流で、重みが付けられ、合成される。
【００４７】 チャネルがマルチパスに起因する周波数選択性フェージングの影響を受け、異
なるユーザからの信号は相互相関が低いという特性を備えている場合、周波数選
択性フェージングは、観測されたマルチパスをコヒーレントに合成することによ
って、実質的にフラットなフェージングチャネルに変換される。このコヒーレン
トな合成は、図７に概略的に示されるように、信号分離器４２の上流に偏波毎の
ＲＡＫＥ受信機９１及び９２を設置することによって簡単に実現される。
【００４８】 以上の説明から明らかであるように、本発明の信号分離機構は、入力信号の到
来方向以外の特性を利用することによって、無線通信システム基地局で生じる上
述のコリニア干渉問題を緩和することが可能である。既に詳述したように、本発
明は、異なる偏波を有するアンテナアレイ素子を用いることによって達成された
ダイバーシティを利用する。実質的にフラットなフェージングをもつ環境で利用
された場合、本発明の偏波ダイバーシティに基づく信号分離方式は、コリニア信
号を分離するための非常に簡単な技術を提供する。従来のマルチパス処理方式と
同様に、本発明は、多元接続波形（たとえば、時分割、若しくは、符号分割）と
共に使用することが可能であり、アレイに基づくスマートビーム成形方式のよう
なその他の信号分離方法を補完し得る。
【００４９】 このようなスマート、アレイベースのビーム選択性システムの非限定的な例に
は、１９９８年５月１８日に本願と同一出願人によって出願された、K. Halford
外による発明の名称が"Selective Modification of Antenna Directivity Patte
rn to Adaptively Cancel Co-channel Interference in TDMA Communication Sy
stem"である米国特許出願第０９／０９１，２８７号、並びに、１９９８年５月
１９日に出願された、P. Martin外による発明の名称が"Bootstrapped, Piecewis
e-Asymptotic Directivity Pattern Control Mechanism Setting Weighting Coe
fficients of Phased Array Antenna"である米国特許出願第０９／０８１，４６
０号に記載されているようなシステムが含まれる。いずれの出願も本願譲受人へ
譲渡され、参考のため開示内容が引用される。
【００５０】 本発明による幾つかの実施例について説明したが、本発明は、これらの実施例
に限定されるものではなく、当業者による種々の変更及び変形が可能であり、本
発明は、詳細に記載された事項に限定されることはなく、当業者に明らかである
ようなあらゆる変更及び変形をカバーすることが意図されている。
【００５１】 信号分離器は、入力信号の略フラットなフェージングマルチパス特性を利用す
ることによって、無線通信システム基地局において生じるコリニア干渉を解決す
る。この目的のため、本発明は、異なる偏波を備えたアンテナアレイ素子を用い
ることによって得られたダイバーシティを利用する。ＲＦダウンコンバータは、
信号分離器に、様々な偏波アンテナ素子の一つ以上の組で受信された信号波形の
ベースバンド離散時間デジタルサンプルを供給する。信号分離器は、信号と信号
の発信源のユーザを推定するため、ＲＦダウンコンバータによって生成された垂
直及び水平に偏波した受信信号から、ベースバンド信号に重みを付けて結合する
。信号分離器は、係数計算器によって供給された偏波係数を使用する。偏波係数
を作成するため、係数計算器は、チャネル推定器からチャネルフェージング係数
の組を受信するように接続される。チャネルフェージング係数の推定値は、ピー
ク値及び学習用パターン間の既知の相互相関を使用する標準的な信号処理アルゴ
リズムを用いて導出される。係数計算器は、信号分離器の出力がユーザの情報信
号に一致するように、係数マトリクスを用いて、信号分離器によって要求された
偏波係数を計算する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 望ましいユーザ向けの主ビームのアンテナ利得を増加させ、干渉源に向かうサ
イドローブビームの利得を減少させるため基地局アンテナアレイのビーム成形機
能を示す無線アンテナシステムの簡略化された図である。
【図２】 望ましい信号と、一つ以上の干渉信号が略同じ直線（コリニア）方向に沿って
到来する図１の無線アンテナシステムの説明図である。
【図３】 垂直偏波受信信号ｒｖ（ｎ）及び水平偏波受信信号ｒｈ（ｎ）に対する離散時
間モデルの概略的な説明図である。
【図４】 本発明による偏波に基づく信号分離受信機の一実施例の概略的な説明図である
。
【図５】 図４の受信機の信号分離器４２の拡大図である。
【図６】 信号入力を図４の信号分離アーキテクチャへ供給するためクロス偏波素子のペ
アを有する複数のアンテナの組の使用法を説明する図である。
【図７】 信号分離器の上流に配置されたＲＡＫＥ受信機を含む図４の実施例の一変形例
の説明図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年５月１０日（２００２．５．１０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＡＥ，Ａ Ｇ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ウェブスター，マーク アメリカ合衆国 フロリダ 32909 パー ム・ベイ グリーン・コート・サウス・イ ースト 1201 Ｆターム(参考） 5K052 AA01 BB01 CC06 DD04 FF31 5K059 AA08 BB01 CC03 DD31 DD39 EE02 【要約の続き】 離器によって要求された偏波係数を計算する。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 望ましいユーザ、及び、一つ以上の潜在的な干渉源からの送
    波が、基地局のアンテナの放射パターンの共通ローブを通る略共通した方向に沿
    って基地局受信機へ入射する無線通信システムにおいて、該望ましいユーザから
    の受信信号を干渉源から分離する方法であって、 少なくとも二つのダイバーシティ特性アンテナ素子を用いて該望ましいユーザ
    及び該干渉源から別々に信号を受信する手順（ａ）と、 該望ましい信号からの受信信号と該干渉源からの受信信号を区別するため、上
    記少なくとも二つのダイバーシティ特性アンテナ素子によって受信された信号を
    線形信号処理する手順（ｂ）と、 を有する方法。
  2. 【請求項２】 信号を受信する手順（ａ）は、異なる偏波を備えた少なくと
    も二つのアンテナ素子を用いて、該望ましいユーザ及び該干渉源から別々に信号
    を受信することを特徴とする、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 信号を線形信号処理する手順（ｂ）は、該望ましいユーザ及
    び該干渉源からの受信信号に収容された情報を用いて、該少なくとも二つのダイ
    バーシティ偏波アンテナによって受信された信号を線形信号処理することを特徴
    とする、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 該望ましいユーザ及び該干渉源からの受信信号に収容された
    情報は学習用シーケンス信号を含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 信号を線形処理する手順（ｂ）は、推定されたチャネルフェ
    ージング係数から得られた偏波係数を用いて該望ましいユーザ及び該干渉源から
    の受信信号に重み付けし選択的に合成することにより、該望ましいユーザ及び該
    干渉源からの受信信号を推定する手順を含むことを特徴とする、請求項４記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 信号を線形処理する手順（ｂ）は、該学習用シーケンス信号
    に応じて該チャネルフェージング係数を推定する手順を含むことを特徴とする、
    請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 信号を受信する手順（ａ）は、ダイバーシティ偏波アンテナ
    素子の複数のペアのうちの各ペアを用いて、該望ましいユーザ及び該干渉源から
    信号を受信する手順を含み、 該ダイバーシティ偏波アンテナ素子からの出力は、信号を線形処理する手順（
    ｂ）の前に、加重和されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 信号を受信する手順（ａ）は、ダイバーシティ偏波アンテナ
    素子に接続された各ＲＡＫＥ受信機を用いて、該望ましいユーザ及び該干渉源か
    ら信号を受信する手順を含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 望ましいユーザ、及び、潜在的な干渉源からの送波が、受信
    機に接続されたアンテナの放射パターンの共通ローブを通る略共通した方向に沿
    って該受信機へ入射する無線通信システムにおいて、該望ましいユーザからの受
    信信号を干渉源からの受信信号と分離する装置であって、 別個の偏波を備えた、略同じ場所に配置された複数のアンテナ素子と、 該略同じ場所に配置されたアンテナ素子に接続され、該望ましいユーザからの
    受信信号と該干渉源からの受信信号が区別できるように、該望ましいユーザ及び
    該潜在的な干渉源からの送波の略フラットなフェージングマルチパス特性に従っ
    てアンテナ素子からの出力を線形処理するよう動作する信号分離器と、 を有する装置。
  10. 【請求項１０】 該信号分離器は、該望ましいユーザからの受信信号と該干
    渉源からの受信信号が区別できるように、該望ましいユーザ及び該干渉源に対す
    るマルチパスと関連した推定されたチャネルフェージング係数から導出された偏
    波係数を用いて該アンテナ素子によって受信された信号を線形信号処理すること
    を特徴とする請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 望ましいユーザ、及び、干渉源からの送波が、基地局のア
    ンテナの放射パターンの共通ローブを通る略共通した方向に沿って該基地局の受
    信機へ入射する無線通信システムにおいて使用され、該望ましいユーザからの受
    信信号を干渉源からの受信信号と分離するよう動作する受信機であって、 別個の偏波を備えた、略同じ場所に配置された複数のアンテナ素子と、 該アンテナ素子に接続され、該望ましいユーザからの受信信号と該干渉源から
    の受信信号が区別できるように、該望ましいユーザ及び該干渉源に対するマルチ
    パスと関連した推定されたチャネルフェージング係数から導出された偏波係数を
    用いて、該アンテナ素子によって受信された信号を線形処理するよう動作する線
    形信号プロセッサと、 を有する受信機。
  12. 【請求項１２】 該チャネルフェージング係数は、該望ましいユーザ及び該
    干渉源からの受信信号に収容された情報に基づいていることを特徴とする、請求
    項１１記載の受信機。
  13. 【請求項１３】 該望ましいユーザ及び該干渉源からの受信信号に収容され
    た該情報は学習用シーケンス信号を含む、請求項１１記載の受信機。
  14. 【請求項１４】 該線形信号プロセッサは、推定されたチャネルフェージン
    グ係数から導出された偏波係数を用いて、該望ましいユーザ及び該干渉源からの
    受信信号に重みを付け、選択的に合成することにより、該受信信号を推定するよ
    う動作することを特徴とする請求項１３記載の受信機。
  15. 【請求項１５】 略同じ場所に配置された該複数のアンテナ素子は、ダイバ
    ーシティ偏波アンテナ素子の複数のペアにより構成され、 該ダイバーシティ偏波アンテナ素子の出力は、該線形信号プロセッサによって
    処理される前に加重和されることを特徴とする、請求項１１記載の装置。
  16. 【請求項１６】 該線形信号プロセッサは、該複数の様々な偏波アンテナ素
    子で受信された信号波形のベースバンド離散時間デジタルサンプルを信号分離器
    へ出力するよう動作するＲＦダウンコンバータを具備し、 該信号分離器は、該望ましいユーザからの受信信号と該干渉源からの受信信号
    を区別するため、係数エミュレータによって供給された推定されたチャネルフェ
    ージング係数から導出された偏波係数を用いて、該受信信号を重み付けし、選択
    的に合成するよう動作する、 ことを特徴とする請求項１１記載の受信機。
  17. 【請求項１７】 該チャネルフェージング係数に応じて該偏波係数を生成す
    るよう動作する偏波係数生成器が更に設けられていることを特徴とする請求項１
    ６記載の受信機。
  18. 【請求項１８】 該望ましいユーザ及び該干渉源から受信された学習用シー
    ケンス信号に従って、該チャネルフェージング係数を生成するよう動作するチャ
    ネル推定器が更に設けられていることを特徴とする請求項１７記載の受信機。
  19. 【請求項１９】 略同じ場所に配置された該複数のアンテナ素子と該線形信
    号プロセッサの間に対応したＲＡＫＥ受信機が接続されていることを特徴とする
    請求項１７記載の受信機。
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